色轮用基板、色轮以及投影仪及色轮用基板的制造方法与流程

本公开涉及色轮用基板、色轮以及投影仪及色轮用基板的制造方法。

背景技术：

以往，提出使用了旋转的色轮的方式的投影仪。例如，在专利文献1中，公开使用了色轮的方式的投影仪的一个例子。此外，作为用于色轮用基板的材质，举例玻璃、水晶、蓝宝石等。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：jp特开2011-186132号公报

技术实现要素：

本公开的色轮用基板包含蓝宝石构成，具备第1面、和位于第1面的相反的位置的第2面，第1面以及第2面是c面。本公开的色轮具备上述色轮用基板和着色部。本公开的投影仪具备上述色轮。本公开的色轮用基板的制造方法具备：准备第1面以及第2面是c面的蓝宝石基板的工序；和热处理工序，将所述蓝宝石基板在真空环境或者非活性气体环境中，以1800℃以上且2000℃以下的温度保持5小时以上后，以6小时以上冷却到室温。

附图说明

图1是表示色轮的一实施方式的概略图，(a)是色轮的俯视图，(b)是色轮的剖视图。

图2是表示蓝宝石的晶体构造的图，(a)表示c面，(b)表示m面，(c)表示a面，(d)表示r面。

图3是用于对台阶构造层进行说明的示意图。

图4是色轮基板的电子显微镜(sem)照片，(a)是平坦部分，(b)是台阶构造层的照片。

具体实施方式

<色轮用基板、色轮、投影仪>

参照附图来对本公开的色轮用基板以及色轮进行说明。图1是作为本公开的一实施方式的色轮1的概略图，表示在色轮用基板2的第1面2a具有红色着色部3r、绿色着色部3g、蓝色着色部3b的色轮1。

色轮1具备圆板状的色轮用基板2、和被配置于色轮用基板2的第1面2a的着色部3。投影仪具备：光源、保持色轮1并使其旋转的旋转保持部、微反射镜。

色轮1由于从投影仪中的光源或驱动用电机传来的热、来自由于照射光而发热的着色部3的热、还有照射光引起的色轮用基板2本身的发热等，在使用时变得高温。此外，由于在投影仪中色轮1以高速旋转使用，因此较强的离心力发挥作用。即，在投影仪中的使用时，较强的热应力和较强的离心力对色轮1发挥作用。此外，当然，在色轮1中，需要光的透过率较高。

蓝宝石在热传导性以及散热性优良并能够抑制温度上升的方面、即使机械强度较强且较强的离心力发挥作用也难以破损的方面、光的透过性较高的方面优良。但是，仅将蓝宝石用作为色轮用基板2的话，蓝宝石的各向异性可能影响色轮的性能。本公开是本申请发明人通过仔细研究色轮中的热、光的影响、蓝宝石的晶体的各向异性的组合而创造出的。

对蓝宝石的各向异性与热的关系进行说明。蓝宝石是具有各向异性的单晶，热膨胀系数在垂直于c轴的方向和平行于c轴的方向不同。例如，在主面具有垂直于c面的a面的a面蓝宝石中，沿着主面(a面)，存在平行于c轴的方向(c轴方向)和垂直于c轴的方向(例如m轴方向)。

在a面蓝宝石中，沿着主面的热膨胀系数根据方向的差异而不同。若沿着主面的热膨胀系数根据方向的差异而不同，则可能产生热膨胀的程度的差异所导致的热应力，产生色轮用基板2的翘曲、形变、还有破损等。

色轮用基板2包含第1面(一个主面)2a和位于与第1面的相反的位置的第2面(另一个主面)2b是c面的蓝宝石基板。沿着色轮用基板2的主面的方向的任何方向都是垂直于c轴的方向(例如a轴、m轴)，即使方向不同热膨胀系数的大小也没有实质差异。因此，难以产生温度上升所导致的色轮用基板2的翘曲、形变、还有破损。本实施方式的色轮用基板2的耐热性优良，此外，散热性优良，因此能够用于更高的温度区域中的色轮1。

若将使用了本实施方式的色轮用基板2的色轮1用于投影仪，则可抑制伴随着色轮1的温度上升的变形、破坏，因此能够进一步小型并且进一步在高温区域使用色轮1。并且，能够构成紧凑且可靠性高的投影仪。

此外，对蓝宝石的各向异性与光学特性的关系进行说明。蓝宝石在光学特性的面，针对在相对于c轴倾斜的方向行进的光具有双折射性(透过的光分成2个光线)。另一方面，针对平行于c轴的方向的光不具有双折射性。例如，在a面蓝宝石中，对照射的光产生双折射，产生由透过的照射光形成的图像的形变、渗墨。

本实施方式的色轮用基板2的2个主面(第1面2a以及第2面2b)相对于照射光的行进方向大致垂直地配置。色轮用基板2的这些第1面2a以及第2面2b的双方平行于蓝宝石的c面(垂直于c轴)。因此，透过色轮用基板2的照射光为平行于c轴的方向的光。本实施方式的色轮用基板2可抑制透过的照射光的双折射，由透过的照射光形成的图像的形变、渗墨等较少。

色轮用基板2具有与第1面2a以及第2面2b相接的第3面2c(也称为侧面)，也可以在第3面2c的至少一部分具有平坦部分。此外，色轮用基板2也可以在第3面2c的至少一部分，配置多个具有阶面和抵接于阶面的边缘线6的侧面的台阶构造层。

图3是用于对台阶构造层7进行说明的示意图。阶面4是平面状地扩展的面。侧面5是从阶面4的边缘线6起与阶面垂直地延伸的面。该台阶构造层7具有凹凸形状，相比于没有凹凸的情况，表面积变大。另外，该台阶构造层7的凹凸与容易成为裂缝、破裂的起点的极端尖锐的凸部、凹部不同。该台阶构造层7中的阶面4具备1平方微米以上的面积，阶面4的宽度是1～10μm左右。此外，侧面5的高度具备以3,000倍程度的电子显微镜的观察至少能够察觉到处于阶面4与侧面5的边界的边缘的程度的高度。

图4的(a)是示例平坦部分的3,000倍的倍率的电子显微镜(sem)照片，(b)是示例台阶构造层的3,000倍的倍率的电子显微镜(sem)照片。

如图4的(a)所示那样是平坦部分的情况下，裂缝、缺口较少，难以产生成为裂缝、缺口等的起点的应力集中。第3面2c是色轮1的旋转时比较高速地运转、较强的离心力发挥作用的区域。在第3面2c的至少一部分具有图4的(a)所示的平坦部分时，减少在第3面2c应力容易集中的区域，可抑制色轮用基板2的裂缝、破裂等。

此外，色轮用基板2如图4的(b)所示，在具有台阶构造层7的部分，在随着旋转而高速移动时，与空气的热交换可活跃进行。即，具有该台阶构造层7的部分具有较高的散热的效果。色轮用基板2在第3面2c具备这样的台阶构造层7时，散热效果较高，可抑制过度的温度上升以及温度上升所导致的翘曲、形变等。

本实施方式的色轮用基板2的波长400nm～800nm下的透过率均为82％以上。光的透过率例如能够通过岛津制作所制紫外可见近红外分光光度计uv-3100pc而测定。测定条件例如是，波长范围：400～800nm，扫描速度：高速，取样间距：2.0nm，狭缝宽度：2.0nm。

用于具有图1所示的红色着色部3r、绿色着色部3g、蓝色着色部3b的色轮1的情况下的光源中，使用水银灯等的白色光或者紫外光。红色着色部3r、绿色着色部3g、蓝色着色部3b是将照射光(白色光)变换为红色光、绿色光、蓝色光的滤光器，分别形成为具有规定的中心角(例如120°)的环状扇形区域。作为光源，可以使用led、激光等的可见光单色光源，作为着色部3，也可以使用荧光体。

在本实施方式中，也可以在色轮用基板2，设置用于将色轮用基板2固定于旋转保持部3的固定用孔2t等。

另外，在色轮用基板2的侧面，也可以在第3面2c与第1面2a、第2面2b之间具备倒角部。

<色轮用基板的制造方法>

接着，对本实施方式的色轮用基板2的制造方法进行说明。

首先，准备蓝宝石基板。蓝宝石基板通过将以多晶氧化铝为原材料而培育的蓝宝石晶块，使用多线锯，切断、加工为所希望的形状，例如直径为10mm～100mm、厚度为0.1mm～1.0mm的圆板状，以使得c面为主面而形成。

蓝宝石晶块的培育方法没有特别限制，能够使用通过efg(edge-definedfilm-fedgrowth，边缘限定硅膜生长)法、cz(切克劳斯基法)、泡生法等而培育的蓝宝石晶块。

并且，根据需要，将作为用于将色轮用基板2固定于旋转保持部的固定用孔2t的孔部等形成于蓝宝石基板。接着，例如，通过磨削装置，进行加工以使得蓝宝石基板的两主面的算术平均粗糙度ra为1.0μm以下。磨削例如可以通过自重模式使用铸铁制的压盘和平均粒径25μm的金刚石砂粒来进行即可。

另外，本说明书中的算术平均粗糙度ra是以jisb0601(2013)为依据的值。算术平均粗糙度ra例如能够使用keyence社制激光显微镜装置vk-9510来测定。测定条件例如可以是将测定模式设为彩色超深度，将测定倍率设为1000倍，将测定间距设为0.02μm，将截止滤光器λs设为2.5μm，将截止滤光器λc设为0.08mm，将测定长度设为100μm～500μm。

接着磨削工序，进行使用了胶态二氧化硅的cmp(chemicalmechanicalpolishing，化学机械研磨)研磨，对蓝宝石基板的两主面进行镜面研磨加工以使得算术平均粗糙度ra为30nm以下，优选为1nm以下，从而能够制造本实施方式的色轮用基板2。

若接着磨削工序，进行使用了胶态二氧化硅的cmp(chemicalmechanicalpolishing)研磨，则能够减少蓝宝石基板的两主面的加工损伤层，能够比较提高光的透过率。

此外，为了在色轮用基板2的第3面2c形成平坦部分、台阶构造层7，进行热处理即可。在该情况下，例如，接着磨削工序进行热处理即可，cmp研磨在热处理后进行即可。

在本实施方式中，作为热处理的具体条件，将蓝宝石基板在1800℃以上且2000℃以下的温度下保持5小时以上后，以6小时以上的降温时间冷却到室温。热处理工序在氩气等的惰性气体环境中或者真空中进行即可。由此，在蓝宝石基板的表面以及内部，进行原子、晶体缺陷的再排列，也能够减少在加工工序中形成于表面以及内部的微裂缝、晶体缺陷、内部应力。

此外，在本实施方式中，通过该热处理，在蓝宝石基板的表面(主面以及侧面)，进行原子的再排列以使得表面能量变小，减少加工工序中形成的残留应力、微裂缝，并且形成具有包含多个平坦的阶面4和将高度不同的其他阶面4连接的侧面5的台阶构造层7的表面。

在本实施方式中，在热处理后的蓝宝石基板的主面以及侧面，形成具有多个阶面4和抵接于阶面4的边缘线6的侧面5的台阶构造层7。例如，在c面，形成将c面设为阶面4、主要将m面设为侧面5的多个台阶构造层7。

在本实施方式中，在以与侧面2c的a轴相交的部分为中心的区域，形成将a面设为阶面4、主要将m面设为侧面5的多个台阶构造层7。在以与侧面的m轴正交的部分为中心的区域，形成没有阶面4以及侧面5、即没有台阶构造层7的平坦的表面。在侧面2c形成台阶构造层7和平坦部分这两方的情况下，在两者之间，存在构造缓慢变化的中间区域。

在本实施方式中，这些平坦部分、台阶构造层7、中间区域的表面形状存在差异，但均通过热处理，进行原子、晶体缺陷的再排列，也可以减少加工工序中形成于表面以及内部的、微裂缝、晶体缺陷、内部应力。

接着，通过使用了胶态二氧化硅的cmp(chemicalmechanicalpolishing)研磨，对蓝宝石基板的两主面进行镜面研磨加工，以使得算术平均粗糙度ra为30nm以下，优选为1nm以下。例如经由这样的工序，能够制造本实施方式的色轮用基板2。另外，在该研磨工序中，主面的台阶构造层7消失，但能够残留侧面2c的台阶构造层7。

并且，例如，在得到的色轮用基板2的主面的所希望的区域，通过蒸镀、涂敷/烧成等方法形成作为着色部3的荧光体或者彩色滤光器，也可以制造本实施方式的色轮1。

以上，对本公开的实施方式进行了说明，但本公开并不限定于上述的实施方式。本公开在不脱离本公开的主旨的范围内，当然也可以进行各种改进以及变更。

-符号说明-

1：色轮

2：色轮用基板

2a：第1面

2b：第2面

2c：第3面

2t：固定用孔

3：着色部

3r：红色着色部

3g：绿色着色部

3b：蓝色着色部

4：阶面

5：侧面

6：边缘线

7：台阶构造层。