CN101017275A - 聚光基板、电光装置、电光装置用基板、投影机以及电子设备 - Google Patents

聚光基板、电光装置、电光装置用基板、投影机以及电子设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种聚光基板、电光装置、电光装置用基板、投影机以及电子设备。该电光装置能够获得高对比度的显示、光利用效率也优异。液晶面板120R(电光装置)其多个像素矩阵状地排列而成且具备将沿着上述像素的边界区域阵列状地设置的多个沟状的棱镜元件211形成在入射侧防尘玻璃(透明基板)200上而成的对置基板(聚光基板)200A，在上述棱镜元件211的侧壁，形成有在上述对置基板200A的厚度方向上并排设置的多个斜面部211a、211b，且上述棱镜元件211的形成在开口端侧的斜面部211b相对于聚光基板的法线的倾斜角比上述斜面部211a的上述倾斜角要小。

Description

聚光基板、电光装置、电光装置用基板、 投影机以及电子设备
技术领域
本发明涉及电光装置、电光装置用基板、投影机以及电子设备。
背景技术
在电光装置中，形成有用于在像素显示区域内驱动像素的电路，特别地，在液晶装置中，除了各种布线外，还形成有TFT(薄膜晶体管)等开关元件。因此，在像素区域中，实际上光出射的区域(用于显示的区域)的比率(开口率)例如是70％左右，从而仅与该开口率相应的光量用于显示。因而，提出有设置与液晶装置的各像素对应的微型透镜、通过使从光源提供的光向着像素的开口区域聚光以提高光的利用效率的方案(例如参照专利文献1)。
[专利文献1]特开2004-70282号公报
[专利文献2]特开平3-170911号公报
[专利文献3]特开2000-330101号公报
通过在投影机中使用配备有微型透镜阵列的液晶装置，能够使光聚集在像素的开口区域，从而可以提高在作为光调制单元的液晶装置中的光利用效率。但是，因为利用微型透镜会使入射光折射，所以会产生入射到液晶层的光的光线角度变大、从而对比度下降的问题。此外，因为超过投影光学系统的开口数(Numerical Aperture：NA)的光线角度的光不能用于显示，所以还会产生在投影光学系统中的光利用效率下降的问题。进而，因为是采用透镜的聚光单元，所以会因聚光引起光线集中，从而会成为引起像素内亮度分布的产生、进而因聚光引起的耐光性劣化的原因。
发明内容
本发明就是鉴于上述以往技术的问题而提出的，其目的在于提供一种得到高对比度的显示、光利用效率也优异的电光装置。此外，本发明的另一目的在于提供一种适合于得到高对比度的显示、光利用效率也优异的电光装置的制造的电光装置用基板。此外，本发明的另一目的在于提供一种投影机，其能够得到高亮度、高对比度的投影显示并且能够防止因光线集中引起的像素内亮度分布的产生、进而因聚光引起的耐光性的劣化。
为了解决上述问题，本发明的电光装置，是多个像素矩阵状地排列而成的电光装置，其特征在于，具备：在透明基板上阵列状地形成沟状的棱镜元件而成的聚光基板；其中，上述棱镜元件沿着上述像素的边界区域配置；在上述棱镜元件的侧壁，形成有在上述聚光基板的厚度方向上并排设置的多个斜面部；在上述棱镜元件的开口端侧，配置有相对于上述聚光基板的法线的倾斜角比其他的上述斜面部要小的斜面部。
这样，通过采用具备在上述棱镜元件的侧壁配置有倾斜角度不同的多个斜面部并且将倾斜角度小的斜面部形成在棱镜元件的开口端侧的结构的聚光基板的结构，来得到具备朝向棱镜元件的前端侧成前端窄的形状并且在棱镜元件的开口端侧相对于上述法线方向接近于平行的斜面部的棱镜元件。通过设置倾斜角度小的斜面部，能够防止被该斜面部反射的光相对于像素的入射角变得过大的现象，从而能够提高显示对比度。此外，因为由于开口端侧的斜面部相对于法线的角度变小，因而在斜面部上的反射光会行进到像素边界附近，所以能够使入射到像素的光的分布均匀化，从而防止由光照射引起的电光装置的劣化。进而，因为在棱镜元件的前端侧形成有倾斜角较大的斜面部，所以能够高效率地将入射到像素的边界区域的光引导到像素，从而能够得到明亮的显示。
在本发明的电光装置中，优选地，上述棱镜元件的配置在开口端侧的上述斜面部以与上述聚光基板的上述法线平行的方式形成。通过采用这种结构，能够使被配置于开口端侧的斜面部反射的光对于像素的入射角度减小，从而能够实现对比度的提高。
在本发明的电光装置中，优选地，在上述聚光基板表面的覆盖上述棱镜元件的开口端的位置设置有遮光单元。通过采用这种结构，被棱镜元件反射的光难以入射到遮光单元，从而能够增加从聚光基板射出而入射到像素的光量。此外，因为不经过其他部件而直接在聚光基板表面形成遮光单元，所以能够以简单的工序低成本地制造电光装置。
在本发明的电光装置中，优选地，在上述棱镜元件的开口端侧形成有树脂层。如果采用这种结构，则因为能够利用上述树脂层使因上述棱镜元件引起的透明基板表面的凹凸平坦化，所以在使用该聚光基板作为电光装置的构成基板时也是合适的。
此外，作为本发明的电光装置，也可采用以下的结构：是多个像素矩阵状地排列而成的电光装置，其特征在于，具备：在透明基板上阵列状地形成沟状的棱镜元件而成的聚光基板；其中，上述棱镜元件沿着上述像素的边界区域配置；在上述棱镜元件的侧壁，形成有在上述聚光基板的厚度方向上并排设置的多个斜面部；在从上述多个像素的相反侧入射到上述斜面部的光中，在设以同样的入射角入射的光的被上述棱镜元件的形成在开口端侧的上述斜面部反射的光为第1反射光、设上述光的被其他的上述斜面部反射的光为第2反射光、设上述第1反射光与上述聚光基板的形成上述棱镜元件的面的法线所成的角为第1角、设上述第2反射光与上述法线所成的角为第2角的情况下，上述第1角的角度比上述第2角的角度要小。
本发明的电光装置用基板，是能够作为电光装置的对于像素的聚光单元应用的电光装置用基板，其特征在于，具备：在透明基板上阵列状地形成沟状的棱镜元件而成的聚光基板；其中，上述棱镜元件沿着上述像素的边界区域配置；在上述棱镜元件的侧壁，形成有在上述聚光基板的厚度方向上并排设置的多个斜面部；上述棱镜元件的形成在开口端侧的上述斜面部的、相对于上述聚光基板的形成上述棱镜元件的面的法线的倾斜角，比其他的上述斜面部的相对于上述法线的倾斜角要小。如果采用这样的电光装置用基板，则可构成能够提高从光源提供的光的利用效率、实现明亮度及对比度优异的显示的电光装置。
为了解决上述问题，本发明的另一电光装置，是具备光源和多个像素矩阵状地排列而成的电光面板的电光装置，其特征在于，具备：在透明基板上阵列状地形成沟状的棱镜元件而成的聚光基板；其中，上述棱镜元件沿着上述电光面板的上述像素的边界区域配置，并且具有面对上述棱镜元件之间的开口部的斜面部；上述棱镜元件的开口部的宽度B、上述棱镜元件的深度H、从上述光源射出而从上述棱镜元件的前端侧入射到上述斜面部并被反射的光的入射角度θL、上述棱镜元件之间的开口部的宽度W满足下述算式：
(式)H×tan(2×atan(B/2H)+θL)-B/2＜W。
如果采用以满足上述算式的方式设定上述各参数而成的本发明的电光装置，则因为能够使从光源入射到聚光基板并从棱镜元件的前端侧入射到棱镜元件的斜面部并被该斜面部反射的光向着上述开口部入射，所以能够极其高效率地使从光源提供的光入射到像素，从而能够实现可以得到明亮的、高对比度的显示的电光装置。
进而，优选地，上述棱镜元件的深度H、上述棱镜元件之间的开口部的宽度W、上述棱镜元件的开口部的宽度B的关系满足下述算式：
(式)H＞B+W。
通过采用这种结构，能够防止在斜面部上的反射光扩散致使光线利用效率劣化的现象。因而，在光利用效率的提高、特别是对于投影机的利用方面是有效的。
在本发明的电光装置中，优选地，上述棱镜元件的侧剖面形状是三角形形状。在剖面三角形形状的棱镜元件中，因为其斜面部的倾斜角从棱镜元件的开口端直到前端是大致一定的，所以能够正确地应用适用了上式的设计，从而对于光利用效率的提高能够容易地得到所寻求的效果。
此外，本发明的另一电光装置，是具备光源和多个像素矩阵状地排列而成的电光面板的电光装置，其特征在于，具备：在透明基板上阵列状地形成沟状的棱镜元件而成的聚光基板；其中，上述棱镜元件沿着上述电光面板的上述像素的边界区域配置，并且具有面对上述棱镜元件之间的开口部的斜面部；上述棱镜元件的侧剖面形状成梯形形状；上述棱镜元件的开口部的宽度B、上述棱镜元件的平坦面的宽度A、上述棱镜元件的深度H、从上述光源射出而从上述棱镜元件的前端侧入射到上述斜面部并被反射的光的入射角度θL、上述棱镜元件之间的开口部的宽度W满足下述算式：
(式)H×tan(2×atan((B-A)/2H)+θL)-(B-A)/2＜W。
在本发明的电光装置中，上述棱镜元件的侧剖面形状也可以是梯形形状。在采用这种结构的情况下，也可以实现适用了上式的棱镜元件设计，从而能够实现光利用效率优异的电光装置。
本发明的另一电光装置用基板，是能够作为电光装置的对于像素的聚光单元应用的电光装置用基板，其特征在于：在透明基板的一面侧阵列状地排列形成有沟状的棱镜元件；上述棱镜元件具有面对上述棱镜元件之间的开口部的斜面部；上述棱镜元件的开口部的宽度B、上述棱镜元件的深度H、从上述光源射出而从上述棱镜元件的前端侧入射到上述斜面部并被反射的光的入射角度θL、上述棱镜元件之间的开口部的宽度W满足下述算式：
(式)H×tan(2×atan(B/2H)+θL)-B/2＜W。
如果采用以满足上述算式的方式设定上述各参数而成的本发明的电光装置用基板，则能够实现可以得到明亮的、高对比度的显示的电光装置基板。
进而，优选地，其特征在于：上述棱镜元件的深度H、上述棱镜元件之间的开口部的宽度W和上述棱镜元件的宽度B满足下述的算式：
(式)H＞B+W。
通过采用这种结构，能够防止在上述斜面部上的反射光扩散致使光线利用效率劣化的现象。因而，能够实现在光利用效率的提高、特别是对于投影机的利用方面是有效的电光元件基板。
此外，本发明的另一电光装置用基板，是能够作为电光装置的对于像素的聚光单元应用的电光装置用基板，其特征在于：在透明基板的一面侧阵列状地排列形成有沟状的棱镜元件；上述棱镜元件具有面对上述棱镜元件之间的开口部的斜面部；上述棱镜元件的侧剖面形状成梯形形状；上述棱镜元件的开口部的宽度B、上述棱镜元件的平坦面的宽度A、上述棱镜元件的深度H、从上述光源射出而从上述棱镜元件的前端侧入射到上述斜面部并被反射的光的入射角度θL、上述棱镜元件之间的开口部的宽度W满足下述算式：
(式)H×tan(2×atan((B-A)/2H)+θL)-(B-A)/2＜W。
本发明的聚光基板，是具备形成有多个棱镜元件的第1主面和与上述第1主面相对的第2主面的聚光基板，其特征在于：上述多个棱镜元件的各个具有沟状的形状；上述多个棱镜元件的各个的侧壁包含第1部分和第2部分；上述第1主面中作为未形成上述多个棱镜元件的部分的平面部的法线与上述第1部分所成的第1角和上述第2部分与上述法线所成的第2角相互不同。
在上述聚光基板中，也可以在上述第1部分以及上述第2部分中，上述第1部分比上述第2部分要接近于上述平面部。
在上述聚光基板中，也可以上述第1角比上述第2角小。
本发明的另一聚光基板，是具备形成有多个棱镜元件的第1主面和与上述第1主面相对的第2主面的聚光基板，其特征在于：上述多个棱镜元件中的第1棱镜元件的开口部的宽度B、上述第1棱镜元件的深度H、从光源射出而从上述第2主面侧入射到上述第1棱镜元件的侧壁并被反射的光的入射角度θL、上述第1棱镜元件和上述多个棱镜元件中与上述第1棱镜元件相邻的第2棱镜元件之间的宽度W满足下述算式：
(式)H×tan(2×atan(B/2H)+θL)-B/2＜W。
在上述聚光基板中，也可以上述第1棱镜元件的侧壁与上述第1主面中作为未形成有上述多个棱镜元件的部分的平面部相连结。
本发明的另一电光装置，其特征在于，包括上述聚光基板、具备多个像素电极的电光面板，其中，上述多个棱镜元件的各个与上述多个像素电极中相互相邻的2个像素电极之间的区域重叠地设置。
本发明的投影机，其特征在于，具备：前面所记载的本发明的电光装置。如果采用该结构，则能够提供明亮、高对比度且可靠性也优异的投影机。
本发明的电子设备，其特征在于，具备：前面所记载的本发明的电光装置。如果采用该结构，则能够提供具备明亮、高对比度的显示部的电子设备。
附图说明
图1是表示实施方式的投影机的整体结构的图；
图2是实施方式的液晶面板的整体结构图；
图3是实施方式的液晶面板的透视结构图；
图4是实施方式的液晶面板的部分剖面结构图；
图5是棱镜元件的作用说明图；
图6是用于说明液晶面板的制造方法的剖面工序图；
图7是用于说明液晶面板的制造方法的剖面工序图；
图8是表示棱镜元件的另一结构例子的部分剖面结构图；
图9是棱镜元件的各斜面部的倾斜角度的说明图；
图10是棱镜元件的各斜面部的反射形态的说明图；
图11是实施方式的液晶面板的局部剖面结构图；
图12是棱镜元件的作用说明图；
图13是棱镜元件的作用说明图；
图14是另一剖面形状的棱镜元件的作用说明图；
图15是用于说明液晶面板的制造方法的剖面工序图；
图16是用于说明液晶面板的制造方法的剖面工序图；
图17是表示棱镜元件的另一结构例子的局部剖面结构图；
图18是表示棱镜元件的另一结构例子的局部剖面结构图；以及
图19是例示电子设备的透视结构图。
符号说明
100投影机，110R、110G、110B空间光调制装置(液晶装置)，120R、120G、120B液晶面板(电光装置)，200入射侧防尘玻璃(透明基板)，203a黑矩阵部(遮光单元)，203b开口部，205液晶层，211棱镜元件，211a斜面部，211b斜面部。
具体实施方式
(投影机)
以下，参照附图说明本发明的实施方式。
图1是本发明的实施方式的投影机的概略结构图。如图1所示，作为光源部的超高压水银灯101提供包含作为第1色光的红色光(以下称为“R光”)、作为第2色光的绿色光(以下称为“G光”)以及作为第3色光的蓝色光(以下称为“B光”)的光。积分器104将从超高压水银灯101提供的光的照度分布均匀化。被积分器104使照度分布均匀化后的光，由偏振变换元件105变换为具有特定的振动方向的直线偏振光，例如s偏振光。变换为s偏振光后的光入射到构成色分离光学系统的R光透过分色镜106R。
R光透过分色镜106R有选择地使R光透过，而反射G光、B光。透过了R光透过分色镜106R后的R光入射到反射镜107。反射镜107反射R光而将其引导到第1色光用空间光调制装置110R。根据图像信号对作为第1色光的R光进行调制的第1色光用空间光调制装置110R是根据图像信号调制R光的透过型的液晶装置。
而且，因为即使透过分色镜偏振光的振动方向也不会变化，所以入射到第1色光用空间光调制装置110R的R光是s偏振光。
第1色光用空间光调制装置110R具有第1偏振板121R、液晶面板(电光装置)120R以及第2偏振板122R，进而在第1偏振板121R的光入射侧具有图示省略的λ/2相位差板。液晶面板120R的详细结构在后面说明。配置在第1色光用空间光调制装置110R的光入射侧的λ/2相位差板以及第1偏振板121R优选是以支撑在透明玻璃板上的状态配置的。由此，能够避免第1偏振板121R以及λ/2相位差板因发热而变形的问题。
而且，在图1中，第2偏振板122R是独立设置的，但也可以在与液晶面板120R的光出射面或者交叉分色棱镜112的入射面接触的状态下配置。
入射到第1色光用空间光调制装置110R的s偏振光在被λ/2相位差板变换为p偏振光(具有与s偏振光正交的振动方向的直线偏振光)后，透过第1偏振板121R入射到液晶面板120R。入射到液晶面板120R的p偏振光通过与图像信号相应的调制被变换为规定的椭圆偏振光或s偏振光。而后，在被液晶面板120R调制后的R光中，与第2偏振板122R的透过轴平行的偏振光成分(s偏振光)从第2偏振板122R射出。这样，由第1色光用空间光调制装置110R调制过的R光入射到作为色合成光学系统的交叉分色棱镜112。
以下，说明G光。由R光透过分色镜106R反射而与R光分离的G光及B光入射到B光透过分色镜106G。B光透过分色镜106G反射G光，而使B光透过。由B光透过分色镜106G反射的G光入射到根据图像信号对作为第2色光的G光进行调制的第2色光用空间光调制装置110G。第2色光用空间光调制装置110G是根据图像信号调制G光的透过型的液晶装置。第2色光用空间光调制装置110G具有液晶面板(电光装置)120G、第1偏振板121G以及第2偏振板122G。有关液晶面板120G的细节在后面说明。
入射到第2色光用空间光调制装置110G的G光(s偏振光)直接透过第1偏振板121G而入射到液晶面板120G。入射到液晶面板120G的s偏振光通过与图像信号相应的调制被变换为规定的椭圆偏振光或p偏振光。而后，在被液晶面板120G调制过的G光中，与第2偏振光122G的透过轴平行的偏振光成分(p偏振光)从第2偏振板122G射出。这样，由第2色光用空间光调制装置110G调制过的G光入射到作为色合成光学系统的交叉分色棱镜112。
以下，说明B光。透过了B光透过分色镜106G的B光经过2块中继透镜108、2块反射镜107入射到根据图像信号对作为第3色光的B光进行调制的第3色光用空间光调制装置110B。第3色光用空间光调制装置110B是根据图像信号调制B光的透过型的液晶装置。使B光经过中继透镜108是因为B光的光路比R光以及G光的光路要长的缘故。通过使用中继透镜108，能够将透过了B光透过分色镜106G的B光直接引导到第3色光用空间光调制装置110B。
第3色光用空间光调制装置110B具有第1偏振板121B、液晶面板(电光装置)120B以及第2偏振板122B，在第1偏振板121B的光入射侧进一步配备有图示省略的λ/2相位差板。这样，因为第3色光用空间光调制装置110B的结构与上述的第1色光用空间光调制装置110R的结构相同，所以省略详细的说明。
入射到第3色光用空间光调制装置110B的B光(s偏振光)被配设在第1偏振板121B的光入射侧的λ/2相位差板变换为p偏振光。变换为p偏振光后的B光透过第1偏振板121B而入射到液晶面板120B。入射到液晶面板120B的B光(p偏振光)通过与图像信号相应的调制被变换为椭圆偏振光乃至s偏振光。而后，在被液晶面板120B调制过的B光中，与第2偏振板122B的透过轴平行的偏振光成分(s偏振光)从第2偏振板122B射出。这样，由第3色光用空间光调制装置110B调制过的B光入射到作为色合成光学系统的交叉分色棱镜112。如上所述，构成色分离光学系统的R光透过分色镜106R和B光透过分色镜106G将从超高压水银灯101提供的光分离为作为第1色光的R光、作为第2色光的G光、作为第3色光的B光。
作为色合成光学系统的交叉分色棱镜112是将2块分色膜正交配置成X字型而构成的。一个分色膜以反射B光、使G光透过的方式构成，另一个分色膜以反射R光、使G光透过的方式构成。由此，交叉分色棱镜112将由第1色光用空间光调制装置110R、第2色光用空间光调制装置110G以及第3色光用空间光调制装置110B分别调制过的R光、G光以及B光合成，而向投影透镜114侧射出。
投影透镜114将由交叉分色棱镜112合成后的光投影到屏幕116。由此，能够在屏幕116上得到全彩色图像。在本实施方式中，投影透镜114的F值为1.4。在此，所谓F值，如果假设在来自像素的光中、入射到投影部的光的角度(吃入角)为θ，则是指由θ＝Atan(1/2F)表示的F的值。在本实施方式中，因为F值是1.4，所以该投影透镜114的吃入角θ是约19.7°。
此外，如上所述，在3个空间光调制装置中，将从第1色光用空间光调制装置110R以及第3色光用空间光调制装置110B入射到交叉分色棱镜112的光设定成为s偏振光，将从剩下的第2色光用空间光调制装置110G入射到交叉分色棱镜112的光设定成为p偏振光。这样，由于使入射到交叉分色棱镜112的光的偏振方向不同，因而能够在交叉分色棱镜112中有效地合成从各色光用空间光调制装置射出的光。这是因为2块分色膜一般在s偏振光的反射特性上优异，所以通过将由各分色膜反射的R光以及B光形成为s偏振光，将透过分色膜的G光形成为p偏振光，能够抑制在分色棱镜中的光损失。
(液晶面板)
以下参照图2以及图3说明液晶面板(电光装置)的细节。在图1中说明的投影机100配备有3块液晶面板120R、120G、120B。这3块液晶面板120R、120G、120B仅调制的光的波长区域不同，其基本结构是相同的。因此，以液晶面板120R为例进行以下说明。图2是液晶面板120R的整体结构图，图3是液晶面板120R的局部剖面结构图。
如图2所示，液晶面板120R具有将TFT阵列基板208A和对置基板200A重合并且利用设置在两者之间的密封材料52将之粘合的结构。在由密封材料52划分的区域内封入有液晶层205(参照图3)。在密封材料52的形成区域的内侧形成有由遮光性材料构成的遮光膜(周边分开)53。在密封材料52的外侧的区域，数据线驱动电路301以及外部电路安装端子302沿着TFT阵列基板208A的一边形成，沿着与这一边相邻的2边形成有扫描线驱动电路304。在TFT阵列基板208A的剩下的一边，设置有用于连接设置在图像显示区域的两侧的扫描线驱动电路304之间的多条布线305。此外，在对置基板200A的角部，配设有用于在TFT阵列基板208A和对置基板200A之间形成电导通的基板间导通材料306。
而且，也可以替代将数据线驱动电路301以及扫描线驱动电路304形成在TFT阵列基板208上，而例如将安装有驱动用LSI的TAB(TapeAutomated Bonding，载带自动键合)基板与形成在TFT阵列基板208A的周边部的端子组经由各向异性导电膜电性以及机械连接。
如果参看图3所示的液晶面板120R的局部剖面结构图，则在成为对置基板200A的基体的入射侧防尘玻璃200的内侧表面(液晶层205侧的表面)上，形成有作为遮光单元的黑矩阵部203a、和对置电极204。在对置电极204上设置有进行液晶层205的初始取向控制的图示省略的取向膜。
黑矩阵部203a在盖玻璃202上形成为格子状，包围该黑矩阵部203a的矩形形状的区域成为开口部203b。与开口部203b对应的区域成为使来自超高压水银灯101的R光通过的液晶面板120R的像素。
此外，在入射侧防尘玻璃200的内部形成有由多个棱镜元件211构成的棱镜组210。即，本实施方式的入射侧防尘玻璃200使用了本发明的电光装置用基板。
棱镜元件211是具备由斜面部211a和斜面部211b构成的反射面的光路偏转部，利用斜面部211a以及斜面部211b使从入射侧防尘玻璃200的内部入射的光反射，而使其朝向开口部203b。如图2所示，因为以包围像素的方式配置且与黑矩阵部203a的形成位置对应地设置，所以在入射到液晶面板120R的光中，反射朝向黑矩阵部203a的光而使其朝向开口部203b，从而具有作为提高光利用效率的聚光单元的功能。
而且，在本实施方式中，示出的是在入射侧防尘玻璃200的内面侧直接形成有黑矩阵部203a的结构，但也可以在入射侧防尘玻璃200的内面侧经由透明的粘接层固定盖玻璃，并在这样的盖玻璃上形成黑矩阵部203a。作为这种盖玻璃，例如优选使用石英玻璃、蓝板玻璃、白板玻璃等。
在构成TFT阵列基板208A的基体的射出侧防尘玻璃208的内侧表面，经由透明的粘接层207固定有TFT基板206。在TFT基板206上形成有像素电极206a、驱动该像素电极206a的图示省略的TFT(Thin FilmTransistor：薄膜晶体管)。像素电极206a形成在与上述开口部203b平面看重叠的区域。TFT、向该TFT提供电信号的布线(图示省略)等设置在与黑矩阵部203a平面看重叠的区域。此外，覆盖像素电极206a、TFT、布线等而形成有图示省略的取向膜。
在TFT阵列基板208A和对置基板200A之间封入有对透过光进行调制的液晶层205。作为液晶层205的液晶模式，除了TN(Twisted Nematic，扭曲向列)模式外，还可采用VAN(Vertical Aligned Nematic，垂直取向向列)模式、STN(Super Twisted Nematic，超扭曲向列)模式、ECB(Electrically Controlled Birefringence，电控双折射)模式、OCB(OpticalCompensated Bend，光学补偿弯曲)模式等。
来自超高压水银灯101的R光，从图3的上侧入射到液晶面板120R，依次透过开口部203b、对置电极204、液晶层205、像素电极206a、TFT基板206，从而从射出侧防尘玻璃208侧向交叉分色棱镜112的方向射出。此时，通过在液晶层205中对R光进行调制，能够对每个像素控制透过第2偏振板122R的光量。
而且，在图1所示的结构中，是将第1偏振板121R、第2偏振板122R相对于液晶面板120R分离地设置，但也可以代之而在入射侧防尘玻璃200和对置电极204之间或者射出侧防尘玻璃208和TFT基板206之间等设置偏振板。
接着，图4是液晶面板120R的局部剖面结构图。棱镜元件211是从入射侧防尘玻璃200的液晶层205侧面向内部形成为沟状的光路偏转部，其内部为中空。此外，棱镜元件211的剖面如图4所示，是火箭形(铅笔形)的前端尖的形状，在该棱镜元件211的深度方向上，从开口端侧(液晶层205侧)依次形成有2个斜面部211b、211a。如图所示，斜面部211a、211b相对于入射侧防尘玻璃200的法线方向(图示上下方向)的倾斜角相互不同，斜面部211b和上述法线方向大致平行，斜面部211a相对于上述法线方向成规定角度而倾斜。此外，以倾斜角较小(与上述法线方向接近于平行)的斜面部211b配置在棱镜元件211的开口端侧、在上述图示左右方向上2个斜面部211a、211a相对而在棱镜元件211的深度方向上其宽度逐渐变窄的方式构成了沟状部。配备有上述斜面部211a、211b的棱镜元件211的内部中空而折射率与空气大致相等，由于比入射侧防尘玻璃200的折射率要低，所以在斜面部211a、211b上，能够反射通过了入射侧防尘玻璃200内的光。
以覆盖棱镜元件211的开口端的方式，设置有黑矩阵部203a。具体地，棱镜元件211的前端C1位于黑矩阵部203a的宽度方向(图示左右方向)的大致中心，因为黑矩阵部203a的棱镜元件211的开口端宽度W1与至少黑矩阵部203a的宽度W2大体一致，所以入射到棱镜元件211的光向着开口部203b反射。此外，未用于显示的黑矩阵部203a附近的区域能够得到有效的使用。
在本实施方式中，将黑矩阵部203a形成为与棱镜元件211的开口端大体一致的宽度，另一方面，虽然将棱镜元件211的内部形成为中空，但这种结构通过在入射侧防尘玻璃200上形成黑矩阵部203a而是能够容易地实现的。也就是说，因为棱镜元件211的开口端宽度W1是数μm左右，所以在将构成黑矩阵部203a的Cr膜等成膜在入射侧防尘玻璃200的表面上时，由于Cr膜并不会填充到棱镜元件211的内部，而是堆积在开口端附近而堵塞棱镜元件211，所以如果利用光刻工序对这样的Cr膜进行图案形成，则能够容易得到图4所示那样的结构。
此外，应该更确实地防止黑矩阵部203a进入到棱镜元件211的内部，所以在黑矩阵部203a的形成之前，还可以在棱镜元件211的开口端部配设树脂材料。在这种情况下，作为上述树脂材料，优选使用比入射侧防尘玻璃200的折射率要小的材料。如果采用这种结构，则在配设有树脂材料的部位也能够反射行进到入射侧防尘玻璃200内的光，从而能够防止光利用效率下降。
以下，参照图5说明棱镜元件211的作用。图5是用于说明棱镜元件211的作用的1个像素的液晶面板120R的局部剖面结构图。在图5中，如概略光路所示，向液晶面板120R入射的光线L1、L2、L3在有折射率差的界面上反射或者折射并且向着射出侧防尘玻璃208行进。
而且，在图5的说明中，为了说明的简单起见，示出的是在折射率差微小的界面上光线直线前进的光路。
首先，说明不经由棱镜元件211而直接向开口部203b入射的光线L1。能够在空气中行进的光线L1从入射面200a向例如由石英玻璃构成的入射侧防尘玻璃200入射。该光线L1透过入射侧防尘玻璃200、对置电极204而入射到液晶层205，并与液晶层205的液晶的取向状态相应地被调制。与图像信号相应地被调制后的光线L1透过粘接层207而从射出侧防尘玻璃208射出。光线L1的射出角度θo1，因为比由投影透镜114的NA决定的最大角度θm要小，所以光线L1经由投影透镜114而向未图示的屏幕116投影。
以下，说明入射到与光线L1不同的位置的光线L2。光线L2在入射面200a上向入射侧防尘玻璃200入射。在入射侧防尘玻璃200内行进的光线L2入射到棱镜元件211的斜面部211a。由于棱镜元件211内部中空而折射率比入射侧防尘玻璃200的折射率要小，所以被该斜面部211a反射，并入射到开口部203b。入射到开口部203b的光线L2与上述光线L1同样地行进，并从射出侧防尘玻璃208射出。
在此，说明光线L2的入射角度、反射角度、射出角度的关系。
入射侧防尘玻璃200是具有入射面200a和与入射面200a平行的射出面的平行平板。设入射面200a的法线与光线L2的光轴所成角度为入射角度θ2，设斜面部211a相对于入射面200a的法线的倾斜角度为α。进而，设在液晶面板120R内行进并从射出侧防尘玻璃208射出的光线L2的角度为射出角度θo2。
此外，实际上，光线L2会因对置电极204与取向膜204c的界面、取向膜204c与液晶层205的界面、液晶层205与取向膜206c的界面以及取向膜206c与像素电极206a的界面的折射率差而发生光折射，但为了棱镜元件211的作用说明的简单起见，作为在这些界面上光线L2大致直线前进的情况来对待。并且，在这样的对待之下，以下的式(1)成立。
α＝(1/2)·(θo2-θ2)……(1)
从上式(1)可知，通过适宜设定斜面部211a的倾斜角度α，能够将光线L2的入射角度θ2向射出角度θo2变换而射出。此外，通过将光线L2的射出角度θo2设置成比由投影透镜114的NA决定的最大角度θm要小，能够使光线L2向未图示的屏幕116投影。
以下，说明入射到棱镜元件211的斜面部211b的光线L3。光线L3从入射面200a入射，在入射侧防尘玻璃200内行进，并被斜面部211b反射而入射到开口部203b。入射到开口部203b的光线L3与上述的光线L1同样地行进，而从射出侧防尘玻璃208射出。如果设该光线L3的射出角度为θo3，则因为斜面部211b被形成为与入射面200a大致垂直，所以入射面200a与斜面部211b所成角度比上述斜面部211a的角度α要小，从而被斜面部211b正反射后的光线L3以与相对于斜面部211b的入射角度大致相同的角度射出，而入射到开口部203b。此外，在与上述光线L2同样的设定条件下，光线L3的射出角度θo3与相对于斜面部211b的上述入射角一致，比光线L2的射出角度θo2要小。
这样，由于采用在以规定的倾斜角度倾斜的斜面部211a的棱镜元件开口端侧配备有与入射面200a大致垂直的斜面部211b的棱镜元件211，因而能够将从入射面200a入射的所谓行进方向的光引导到开口部203b侧，进而能够防止被引导到开口部203b的光偏向于像素中央而入射的现象。
因而，对于被斜面部211b反射而入射到开口部203b的光线L3来说，由投影透镜114的F值决定的对于最大角度θm的限制得到缓和，从投影透镜114被投影到屏幕116的成分增多。因此，即使与构成棱镜元件的侧壁的斜面部为同样的倾斜角度的情况是同等的入射光量，被投影的光量也会增多，从而能够得到明亮的显示。
如上所述，对于开口部203b，例如从作为光源部的超高压水银灯101，行进各种入射角度的光线L1、L2。未经由棱镜元件211向开口部203b入射的光线L1直接根据图像信号被调制，而从射出侧防尘玻璃208射出。相对于此，向开口部203b的周边的作为非调制区域的黑矩阵部203a的方向入射的光线L2则入射到设置在开口部203b的周边的、作为光路偏转部的棱镜元件211。入射到棱镜元件211的光线L2被向开口部203b的方向反射。由此，通过反射使原本未向开口部203b入射的光线L2的光路偏转，而能够高效率地将其向开口部203b引导。
进而，光线L1的光路并未很大改变而从液晶面板120R射出。此外，棱镜元件211，与微型透镜不同，其不具有聚光功能。因此，在棱镜元件211的斜面部211a上反射的光线L2，其射出角度θo2与入射角度θ2相比也并未有显著不同。进而，此外，对于在棱镜元件211的斜面部211b上反射的光线L3来说，与上述光线L2相比也成为射出角度θo3较小的、接近于平行光的光。因此，向液晶面板120R入射的光在经过调制后也作为大致平行光从液晶面板120R射出，从而不会被投影透镜114所剔除，而是被投影到屏幕116。这样，在本实施方式中，除了能够高效率地向开口部203b引导光线L1～L3之外，还能够抑制从第1色光用空间光调制装置110R射出的光线L1～L3的光线角度变大的现象。因而，从液晶面板120R射出的光不会被投影透镜114所剔除而是被投影，从而能够得到明亮的投影像。
此外，如果入射光向液晶层205聚光，则因能量集中而有可能使取向膜、液晶分子等劣化。虽然在基板上刻划设置的沟状的棱镜元件不具有微型透镜那样的透镜成分，但被棱镜元件反射的光会存在向像素的中央偏转入射的倾向。相对于此，在本实施方式中，通过将倾斜角度较小的斜面部211b配置在棱镜元件211的开口端侧，能够防止光偏向于像素中央入射的现象，从而能够使像素内的光量分布均匀化。因而，因为入射光不向构成光调制元件的取向膜、液晶层等的一部分聚光而是大致均匀的，所以能够避免上述那样的能量集中。由此，能够实现取向膜、液晶层的长寿命化，进而实现液晶面板120R的长寿命化。
此外，虽然棱镜元件211的内部也可以不是中空的，但为了降低反射中的光量损失，优选地，棱镜元件211具有使入射的光线L2向与像素对应的开口部203b的方向全反射那样的折射率。为了使入射光在斜面部211a或斜面部211b上全反射，需要满足以下的式(2)的条件。
sinθin＝n2/n1  (n1＞n2)……(2)
其中，分别地，θin表示相对于斜面部的法线的光的入射角度，n1表示入射侧防尘玻璃200的折射率，n2表示棱镜元件211的折射率。例如，在图5所示的光线L2的入射角度θ2＝12°的情况下，为了发生全反射的折射率为n1＝1.46(石英)，n2＝1.43。
(制造方法)
以下，说明在上述那样构成的液晶面板120R中，在入射侧防尘玻璃200上形成棱镜元件211和黑矩阵部203a的步骤。分别地，图6表示形成棱镜元件211的步骤，图7表示形成黑矩阵部203a的步骤。
棱镜元件211可以利用基于激光应用的方法、使用了干蚀刻工艺的方法等来形成。图6(a)～图6(d)所示的步骤是利用使用厚膜抗蚀剂的干蚀刻工艺形成上述棱镜元件211的步骤。
首先，如图6(a)所示，在基板1901上形成树脂抗蚀剂层1902。基板1901可以使用玻璃基板、透明树脂基板等，在本实施方式的液晶面板120R中是防尘玻璃。树脂抗蚀剂层1902是掩膜层，其例如以50μm～200μm的厚度来涂敷。对于树脂抗蚀剂层1902，例如可以使用SU-8、KMPR(均是マイク口ケム公司的注册商标)。接着，如图6(b)所示，以除去形成棱镜元件211的位置的树脂抗蚀剂层1902的方式，实施曝光、显影处理。其后，以约100℃的温度烘烤约60分钟。
接着，将图案形成后的树脂抗蚀剂层1902作为掩膜进行干蚀刻。在干蚀刻中，例如使用能够形成高密度等离子体的ICP干蚀刻装置。利用干蚀刻，如图6(c)所示，在基板1901上形成剖面为火箭形的沟1903。作为在蚀刻区域能够均匀地形成高密度等离子体的蚀刻气体，优选使用例如C4F8、CHF3等氟化物系气体。
在上述干蚀刻工序中，通过将基板1901的材料和树脂抗蚀剂层1902的材料的蚀刻选择比例如形成为4∶1，能够在基板1901上形成相对于树脂抗蚀剂层1902的厚度具有大致4倍深度的沟1903。此外，棱镜元件211的倾斜角不同的2个斜面部211a、211b可以通过进行基于蚀刻气体的组成、蚀刻时的基板温度、压力等的控制来形成。此外，在蚀刻工序中，为了防止因蚀刻环境而引起的抗蚀剂的碳化，除了利用冷却装置(チラ一)对基板1901进行冷却之外，还可以在蚀刻周期期间设置冷却时间。使用SU-8的干蚀刻工艺例如记载在Takayuki Fukasawa等的“Deep Dry Etching ofQuartz Plate Over 100μm in Depth Employing Ultra-Thick Photoresist(SU-8)”(Japanese Journal of Applied Physics.Vol.42(2003)pp3702-3706，The Japan Society of Applied Physics)中。在形成了上述沟1903之后，除去残留在基板1901上的树脂抗蚀剂层1902。
这样形成的沟1903的壁面如图6(d)所示，成为棱镜元件211的斜面部211a、211b。而后，通过在沟1903中密封空气、其他的透明物质等，能够形成棱镜元件211。在棱镜元件211中封入空气的情况下，优选的是对棱镜元件211内部进行减压。通过对棱镜元件211的内部进行减压，能够降低由温度上升引起的棱镜元件211内部的空气的热膨胀，从而防止棱镜元件211附近的部件的剥离等。
以下，参照图7(a)、图7(b)说明在形成了棱镜元件211的入射侧防尘玻璃200上形成黑矩阵部203a的工序。
如图7(a)所示，在形成了棱镜元件211的入射侧防尘玻璃200上，例如形成由Cr、Al等金属材料、黑色树脂等构成的遮光膜203。作为遮光膜203的成膜方法，可以使用溅射法、CVD法等公知的成膜方法，遮光膜203的膜厚例如是1μm左右。此时，因为宽度为数μm左右的棱镜元件211的开口端部被遮光膜203所堵塞，所以遮光膜203不会成膜到棱镜元件211的内部。
此后，通过使用光刻法对遮光膜203进行图案形成，如图7(b)所示，以平面看覆盖棱镜元件211的图案的方式形成黑矩阵部203a。此后，通过形成对置电极204、取向膜204c等，能够制成对置基板200A。此外，通过与另外制作的TFT阵列基板208A粘合，并在基板间密封液晶层205，能够制造出液晶面板120R。
(其他的实施方式)
在上述实施方式中，说明了棱镜元件211的剖面形状是火箭形(铅笔形)的情况，但本发明的技术范围并不限定于这种实施方式。参照图8所示的多个结构例子来说明棱镜元件的剖面形状。图8(a)～图8(h)是表示棱镜元件的其他结构例子的剖面结构图。
配备在本发明的电光装置中的棱镜元件在其深度方向上具备多个斜面部，并且在多个斜面部中，倾斜角度小的斜面部被配置在棱镜元件的开口端侧。此外，可以是将3个或者3个以上的上述斜面部并排设置在棱镜元件的深度方向上的结构，也可以是各斜面部不是平行形状而是成为曲面形状的结构。进而，也可以不是向着棱镜元件的前端部(沟状部底部)侧前端窄的形状，而是一部分从剖面看向着外侧隆起的形状。
图8(a)到图8(h)所示的棱镜元件211均是在深度方向上配置多个斜面部211a、211b。
图8(a)、(c)、(g)所示的多个斜面部以相互的剖面的外周部成折线的方式形成。另一方面，图8(b)、(e)、(f)、(h)所示的多个斜面部则以相互的剖面的外周部不成折线而是平滑地连续、另一方面斜面部其外周部成曲线的方式形成。剖面的外周部成曲线的斜面部的相对于上述聚光基板的形成有棱镜元件的面的法线的倾斜角定义为上述曲线的任意的切线与上述法线所成的角度。斜面部211a、斜面部211b的倾斜角如图9所示的与图8(a)、(c)、(h)对应的棱镜元件211所图示的那样，定义为相对于聚光基板的法线(由虚线表示)的角度θa、θb。
在本发明的电光装置中，优选地，棱镜元件如图8的(c)、(d)、(g)所示的形状那样，是上述聚光基板的法线和上述开口端侧的斜面部之间在开口端侧变细的形状，即具备有相对于聚光基板的法线、在以顺时针方向为正的角度时成负的角度的斜面部。通过设置成这种结构，即使是入射光线角度与上述法线所成的角度具有较大的角度的光线，也能够使被配置在开口端侧的斜面部所反射的光对于像素的入射角度与上述法线接近于平行，从而能够实现对比度的提高。
此外，开口端侧的斜面部的剖面的外周部成曲线时的倾斜角度可定义为入射光侧的外周部上、距开口端1μm左右的点的切线与法线所成的角度。在这种情况下，也是由于开口端侧的斜面部的倾斜角度比其他斜面部的倾斜角度要小，因而能够使像素内形成为同样的光线强度区域。
此外，图8(a)、(b)、(e)、(f)、(h)的配置在开口端侧的斜面部211b的倾斜角均比斜面部211a的倾斜角要小。
图10是用于说明相对于图9所示的与图8(a)、(c)、(h)对应的棱镜元件211入射的光的反射形态的剖面图。
如图10(a)所示，相对于聚光基板的法线以同样的角度θA入射的光线LA、LB作为与反射面角度(斜面部211a、211b的倾斜角度θa、θb)相应的反射光线LA’、LB’被引导到像素部(开口部203b)。在此，入射光线LA相对于聚光基板的法线以角度θA入射，被斜面部211a反射后的反射光线LA’变为角度θAa而行进到像素中央附近，另一方面，入射光线LB被倾斜角度θb(＜θa)的斜面部211b所反射，反射光线LB’变为作为入射光线角度θA+θb×2的角度的θAb，而行进到开口部203b中接近于棱镜元件211的开口端的区域。这样，在本实施方式的棱镜元件211中，即使入射光线的角度一样，也会由于因反射的部位不同而致使光线通过斜面反射被引导的方向不同，而能够将像素内形成为同样的光线强度区域。
此外，在图10(c)所示的例子中，形成在开口端侧的斜面部211b相对于聚光基板的法线以负的角度形成，并且由于作为入射到这样的斜面部211b的光线LB的反射光的光线LB’的角度θAb变得比入射角度θA要小而接近于平行光，所以在对比度的提高方面是有效的。此外，同样地，因为被引导到前方的光线也变得与法线接近于平行，所以在由投影透镜的F值等规定吃入角度的投影机中，从光利用效率的提高的观点来看特别有效。
此外，同样地，在图10(h)所示的例子中，在入射光线LA、LB相对于法线也以相同的角度入射的情况下，作为与反射面角度(斜面部211a、211b的倾斜角度)相应的反射光线LA’、LB’被引导到像素部。其中，光线LA以角度θA入射，且被斜面部211a反射后的光线LA’变成角度θAa而行进到像素中央附近，另一方面，光线LB由于被与聚光基板的法线大致平行(θb为大致0°)的斜面部211b反射，所以反射光线LB’在与入射光线角度θA大致相同的角度θAb方向上行进，并行进到开口部203b中接近于棱镜元件211的开口端的区域。这样，入射的光线角度即使一样，由于反射的部位不同，也会使光线通过斜面反射而被引导的方向不同，从而能够将像素内形成为同样的光线强度区域。
因而，如果使用具备有图8的各图所示的棱镜元件211的基板构成液晶面板，则由于能够对于像素的开口部高效率地引导光、进而还能够提高入射到开口部的光的均匀性，所以可以进行明亮的显示，得到可靠性也优异的液晶面板。
另一实施方式的棱镜元件211如图11所示，是具备由成为刻划设置在入射侧防尘玻璃200上的沟的侧壁的斜面部211a构成的反射面的光路偏转部，其利用斜面部211a反射从入射侧防尘玻璃200的内部入射的光，使其朝向开口部203b。如图3所示，其以包围像素的方式配置。即，以棱镜元件211与相互相邻的2个像素电极206a之间的区域重叠的方式配置。因为与黑矩阵部203a的形成位置对应地设置，所以在入射到液晶面板120R的光中，反射朝向黑矩阵部203a的光而使其朝向开口部203b，从而具有作为提高光利用效率的聚光单元的功能。
而且，在本实施方式中，表示的是在入射侧防尘玻璃200的内面侧直接形成有黑矩阵部203a的结构，但也可以在入射侧防尘玻璃200的内面侧经由透明的粘接层固定盖玻璃，并在这样的盖玻璃上形成黑矩阵部203a。作为这种盖玻璃，例如优选使用石英玻璃、蓝板玻璃、白板玻璃等。
如图3所示，在构成TFT阵列基板208A的基体的射出侧防尘玻璃208的内侧表面，经由透明的粘接层207固定有TFT基板206。在TFT基板206上形成有像素电极206a、驱动该像素电极206a的图示省略的TFT(Thin Film Transistor：薄膜晶体管)。像素电极206a形成在与上述开口部203b平面看重叠的区域。TFT、向该TFT提供电信号的布线(图示省略)等设置在与黑矩阵部203a平面看重叠的区域。此外，形成有覆盖像素电极206a、TFT、布线等的取向膜206c。
在TFT阵列基板208A和对置基板200A之间封入有对透过光进行调制的液晶层205。作为液晶层205的液晶模式，除了TN(Twisted Nematic，扭曲向列)模式外，还可采用VAN(Vertical Aligned Nematic，垂直取向向列)模式、STN(Super Twisted Nematic，超扭曲向列)模式、ECB(Electrically Controlled Birefringence，电控双折射)模式、OCB(OpticalCompensated Bend，光学补偿弯曲)模式等。
来自超高压水银灯101的R光，从图3的上侧入射到液晶面板120R，依次透过开口部203b、对置电极204、液晶层205、像素电极206a、TFT基板206，从而从射出侧防尘玻璃208侧向交叉分色棱镜112的方向射出。此时，通过在液晶层205中对R光进行调制，能够对每个像素控制透过第2偏振板122R的光量。
而且，在图1所示的结构中，是将第1偏振板121R、第2偏振板122R相对于液晶面板120R分离地设置，但也可以代之而在入射侧防尘玻璃200和对置电极204之间或者射出侧防尘玻璃208和TFT基板206之间等设置偏振板。
以下，图11是液晶面板120R的局部剖面结构图。棱镜元件211是从入射侧防尘玻璃200的液晶层205侧面向内部形成为沟状的光路偏转部，其内部为中空。此外，棱镜元件211的剖面是三角形，作为其反射面，具有对图示左右方向相对的2个斜面部211a、211a。配备有上述斜面部211a的棱镜元件211的内部中空而折射率与空气大致相等，由于比入射侧防尘玻璃200的折射率要低，所以在斜面部211a上，能够反射通过了入射侧防尘玻璃200内的光。
以覆盖棱镜元件211的开口端的方式，设置有黑矩阵部203a。具体地，棱镜元件211的前端C1位于黑矩阵部203a的宽度方向(图示左右方向)的大致中心，因为黑矩阵部203a的棱镜元件211的开口端宽度(开口部的宽度)B与至少黑矩阵部203a的宽度b大体一致，所以入射到棱镜元件211的光向着开口部203b反射。此外，未用于显示的黑矩阵部203a附近的区域能够得到有效的使用。
在本实施方式中，将黑矩阵部203a形成为与棱镜元件211的开口端大体一致的宽度，另一方面，虽然将棱镜元件211的内部形成为中空，但这种结构通过在入射侧防尘玻璃200上形成黑矩阵部203a而是能够容易地实现的。也就是说，因为棱镜元件211的开口端宽度B是数μm左右，所以在将构成黑矩阵部203a的Cr膜等成膜在入射侧防尘玻璃200的表面上时，由于Cr膜并不会填充到棱镜元件211的内部，而是堆积在开口端附近而堵塞棱镜元件211，所以如果利用光刻工序对这样的Cr膜进行图案形成，则能够容易得到图11所示那样的结构。
此外，应该更确实地防止黑矩阵部203a进入到棱镜元件211的内部，所以在黑矩阵部203a的形成之前，还可以在棱镜元件211的开口端部配设树脂材料。在这种情况下，作为上述树脂材料，优选使用比入射侧防尘玻璃200的折射率要小的材料。如果采用这种结构，则在配设有树脂材料的部位也能够反射行进到入射侧防尘玻璃200内的光，从而能够防止光利用效率下降。此外，在作为黑矩阵部203a而使用Al膜等具有光反射性的金属膜的情况下，也可以将这种Al膜成膜在棱镜元件211的内面上。在这种情况下，因为入射到斜面部211a的光被Al膜表面反射，所以不会损害棱镜元件211的光反射功能。
以下，参照图12说明棱镜元件211的作用。图12是用于说明棱镜元件211的作用的1个像素的液晶面板120R的局部剖面结构图，在图12中，如概略光路所示，向液晶面板120R入射的光线L1、L2在有折射率差的界面上反射或者折射并且向着射出侧防尘玻璃208行进。而且，在图12的说明中，为了说明的简单起见，示出的是在折射率差微小的界面上光线直线前进的光路。
首先，说明不经由棱镜元件211而直接向开口部203b入射的光线L1。能够在空气中行进的光线L1从入射面200a向例如由石英玻璃构成的入射侧防尘玻璃200入射。该光线L1透过入射侧防尘玻璃200、对置电极204而入射到液晶层205，并与液晶层205的液晶的取向状态相应地被调制。与图像信号相应地被调制后的光线L1透过粘接层207而从射出侧防尘玻璃208射出。光线L1的射出角度θo1，因为比由投影透镜114的NA决定的最大角度θm要小，所以光线L1经由投影透镜114而向未图示的屏幕116投影。
以下，说明入射到与光线L1不同的位置的光线L2。光线L2在入射面200a上向入射侧防尘玻璃200入射。在入射侧防尘玻璃200内行进的光线L2入射到棱镜元件211的斜面部211a。由于棱镜元件211内部中空而折射率比入射侧防尘玻璃200的折射率要小，所以被该斜面部211a反射后，其入射到开口部203b。入射到开口部203b的光线L2与上述光线L1同样地行进，并从射出侧防尘玻璃208射出。
在此，说明光线L2的入射角度、反射角度、射出角度的关系。
入射侧防尘玻璃200是具有入射面200a和与入射面200a平行的射出面的平行平板。设入射面200a的法线方向与光线L2的行进方向所成角度为入射角度θ2，设斜面部211a相对于入射面200a的法线方向的倾斜角度为α。进而，设在液晶面板120R内行进并从射出侧防尘玻璃208射出的光线L2的角度为射出角度θo2。
此外，实际上，光线L2会因对置电极204与取向膜204c的界面、取向膜204c与液晶层205的界面、液晶层205与取向膜206c的界面以及取向膜206c与像素电极206a的界面的折射率差而发生折射，但为了棱镜元件211的作用说明的简单起见，作为在这些界面上光线L2大致直线前进的情况来对待。并且，在这样的对待之下，以下的式(1)成立。
α＝(1/2)·(θo2-θ2)......(1)
从上式(1)可知，通过适宜设定斜面部211a的倾斜角度α，能够将光线L2的入射角度θ2向射出角度θo2变换而射出。此外，通过将光线L2的射出角度θo2形成为比由投影透镜114的NA决定的最大角度θm要小，能够使光线L2向未图示的屏幕116投影。
图13是用于说明棱镜元件211的详细结构的、包含棱镜元件211的入射侧防尘玻璃200的局部剖面结构图。对于本实施方式的棱镜元件211来说，对其宽度B、深度H以相对于入射光L的入射角度θL、开口部203b的宽度(开口部宽度)W满足下式(2)的方式来设定。
H×tan(2×atan(B/2H)+θL)-B/2＜W……(2)
在上述式(2)中，入射角度θL的最大值是由光源及至液晶面板的光学系统所决定的角度，开口部宽度W是根据液晶面板的分辨率、像素的设计等决定的宽度。在本发明中，相对于这些参数θL、W来确定能够使光利用效率最大化的棱镜元件211的宽度B以及深度H。即，如果采用以满足上式(2)的方式形成的棱镜元件211，则能够使从入射面200a入射到入射侧防尘玻璃200并被斜面部211a反射的光的行进方向朝向开口部203b，其结果，能够得到明亮的、高对比度的显示。
进而，优选地，上述棱镜元件的深度H、上述棱镜元件间的开口部的宽度W、上述棱镜元件的开口部的宽度B最好满足下述算式。
(式)H＞B+W
通过采用这样的结构，能够防止斜面部上的反射光扩散致使光线利用效率下降的现象。因而，在光利用效率的提高、特别是对于投影机的利用方面是有效的。
此外，对于图13所示的剖面三角形形状的棱镜元件211，因为在其深度方向上斜面部211a具备一样的反射特性，所以能够直接应用，但在斜面部的反射特性不一样的情况下，可通过适宜修改式(2)来应用。以下，参照图14进行说明。
图14(a)至图14(c)是用于说明棱镜元件的剖面形状不同的情况下的深度H、宽度B的设定的棱镜元件的剖面结构图。图14(a)是与图13同样的剖面三角形形状的棱镜元件211的剖面结构图，图14(b)是剖面梯形形状的棱镜元件211x的剖面结构图，图14(c)是具备有曲面形状的斜面部211a的棱镜元件211y的剖面结构图。在图14(a)所示的剖面三角形形状的棱镜元件211中，如前面所记载的，深度H由从棱镜元件的开口端C0至前端C1的入射侧防尘玻璃200的法线方向的长度规定。
接着，在图14(b)所示的剖面梯形形状的棱镜元件211x的情况下，深度H，与图14(a)的棱镜元件211一样，是从棱镜元件的开口端C0到前端C1的入射侧防尘玻璃200的法线方向的长度。但是，在该棱镜元件211x的前端C1的位置形成有平坦面211b，从而不能将对于该平坦面211b从图示上方入射的光线L引导到开口部203b。因而，代替式(2)的宽度B，通过使用图14(b)所示的开口端宽度B和平坦面的宽度A的和B+A，可以适宜地设定对于入射角度θL的光线的棱镜元件211x的尺寸。对式(2)进行修改而得到的式(3)如下。
H×tan(2×atan((B-A)/2H)+θL)-(B-A)/2＜W......(3)
接着，在配备有图14(c)所示的曲面形状的斜面部211a的棱镜元件211y的情况下，开口端宽度B与图14(a)的棱镜元件211同样，但由于图14(c)所示的棱镜元件211y其前端侧的斜面部211a的倾斜角度(斜面部211a相对于入射侧防尘玻璃200的法线方向的倾斜角度)变大，在前端C1的位置倾斜角度是大致90°，所以入射到这种棱镜元件211y的前端侧的光成为未被斜面部211a全反射而是在棱镜元件211内行进、或者未向开口部203b侧行进的光。在这种情况下，对于式(2)，通过进行从斜面部减掉该斜面部211a的前端侧部分的修改，上式也可以应用于图14(c)所示的剖面形状的棱镜元件211y。具体地，代替式(2)中的棱镜元件211y的深度H，而通过使用图14(c)所示的深度H’，可以适宜地设定对于入射角度θL的光线L的棱镜元件211y的尺寸。对式(2)进行修改而得到的式(4)如下。
H’×tan(2×atan((B-A)/2H’)+θL)-(B-A)/2＜W......(4)
式(4)中的深度H’可以设定为：规定连结棱镜元件211y的开口端C0与前端C1的直线S1并将与该直线S1平行的直线作为斜面部211a的切线时的直到切点C2的棱镜元件211y的深度。此外，式(4)中的A定义为：在假定通过上述前端C1的聚光基板的法线并设定了在相对于上述C2的上述法线的线对称的位置的斜面部成为C2’的点时，上述C2与C2’之间的距离。如果这样使用直到切点C2的深度H’，则因为从开口端C0到切点C2的斜面部211a的倾斜角度大致确实地成为小于等于直线S1的倾斜角度，所以能够可靠地得到应用了式(4)的设计所产生的效果。
如上所述，对于开口部203b，例如从作为光源部的超高压水银灯101行进各种入射角度的光线L1、L2。未经由棱镜元件211向开口部203b入射的光线L1直接根据图像信号被调制，而从射出侧防尘玻璃208射出。相对于此，向开口部203b的周边的作为非调制区域的黑矩阵部203a的方向入射的光线L2则入射到设置在开口部203b的周边的、作为光路偏转部的棱镜元件211。入射到棱镜元件211的光线L2被以满足上式的方式构成的棱镜元件211确实地向开口部203b的方向反射。由此，通过反射使原本未向开口部203b入射的光线L2的光路偏转，而能够高效率地将其向开口部203b引导。
进而，光线L1的光路并未很大改变而从液晶面板120R射出。此外，棱镜元件211，与微型透镜不同，其不具有聚光功能。因此，在棱镜元件211的斜面部211a上反射的光线L2，其射出角度θo2与入射角度θ2相比也并未有显著不同。因此，向液晶面板120R入射的光在经过调制后也作为大致平行光从液晶面板120R射出，从而不会被投影透镜114所剔除，而是被投影到屏幕116。这样，在本实施方式中，除了能够高效率地向开口部203b引导光线L1、L2之外，还能够抑制从第1色光用空间光调制装置110R射出的光线L1、L2的光线角度变大的现象。因而，从液晶面板120R射出的光不会被投影透镜114所剔除而是被投影，从而能够得到明亮的投影像。
此外，虽然棱镜元件211的内部也可以不是中空的，但为了降低反射中的光量损失，优选地，棱镜元件211具有使入射的光线L2向与像素对应的开口部203b的方向全反射那样的折射率。为了使入射光在斜面部211a上全反射，需要满足以下的式(5)的条件。其中，分别地，θin表示相对于斜面部的法线的光的入射角度，n1表示入射侧防尘玻璃200的折射率，n2表示棱镜元件211的折射率。例如，在图12所示的光线L2的入射角度θ2＝12°的情况下，为了发生全反射的折射率为n1＝1.46(石英)，n2＝1.43。
sinθin＝n2/n1(n1＞n2)……(5)
(制造方法)
以下，说明在上述那样构成的液晶面板120R中，在入射侧防尘玻璃200上形成棱镜元件211和黑矩阵部203a的步骤。分别地，图15表示形成棱镜元件211的步骤，图16表示形成黑矩阵部203a的步骤。
棱镜元件211可以利用基于激光应用的方法、使用了干蚀刻工艺的方法等来形成。图15(a)～图15(d)所示的步骤是利用使用厚膜抗蚀剂的干蚀刻工艺形成上述棱镜元件211的步骤。
首先，如图15(a)所示，在基板1901上形成树脂抗蚀剂层1902。基板1901可以使用玻璃基板、透明树脂基板等，在本实施方式的液晶面板120R中是防尘玻璃。树脂抗蚀剂层1902是掩膜层，其例如以50μm～200μm的厚度来涂敷。对于树脂抗蚀剂层1902，例如可以使用SU-8、KMPR(均是マイクロケム公司的注册商标)。接着，如图15(b)所示，以除去形成棱镜元件211的位置的树脂抗蚀剂层1902的方式，实施曝光、显影处理。其后，以约100℃的温度烘烤约60分钟。
接着，将图案形成后的树脂抗蚀剂层1902作为掩膜进行干蚀刻。在干蚀刻中，例如使用能够形成高密度等离子体的ICP干蚀刻装置。利用干蚀刻，如图15(c)所示，在基板1901上形成剖面为火箭形的沟1903。作为在蚀刻区域能够均匀地形成高密度等离子体的蚀刻气体，优选使用例如C4F8、CHF3等氟化物系气体。
在上述干蚀刻工序中，通过将基板1901的材料和树脂抗蚀剂层1902的材料的蚀刻选择比例如设形成为4∶1，能够在基板1901上形成相对于树脂抗蚀剂层1902的厚度具有大致4倍深度的沟1903。此外，沟1903的侧壁部(构成棱镜元件211的斜面部)的倾斜角可以由蚀刻气体的组成、蚀刻时的基板温度、压力等来控制。此外，在蚀刻工序中，为了防止因蚀刻环境而引起的抗蚀剂的碳化，除了利用冷却装置对基板1901进行冷却之外，还可以在蚀刻周期期间设置冷却时间。使用SU-8的干蚀刻工艺例如记载在Takayuki Fukasawa等的“Deep Dry Etching of Quartz Plate Over100μm in Depth Employing Ultra-Thick Photoresist(SU-8)”(JapaneseJournal of Applied Physics.Vol.42(2003)pp3702-3706，The Japan Societyof Applied Physics)中。在形成了上述沟1903之后，除去残留在基板1901上的树脂抗蚀剂层1902。
通过在这样形成的沟1903中密封空气、其他的透明物质等，如图15(d)所示，能够形成具备相对的斜面部211a的剖面三角形形状的棱镜元件211。在棱镜元件211中封入空气的情况下，优选的是对棱镜元件211内部进行减压。通过对棱镜元件211的内部进行减压，能够降低由温度上升引起的棱镜元件211内部的空气的热膨胀，从而防止棱镜元件211附近的部件的剥离等。
以下，参照图16(a)、图16(b)说明在形成了棱镜元件211的入射侧防尘玻璃200上形成黑矩阵部203a的工序。
如图16(a)所示，在形成了棱镜元件211的入射侧防尘玻璃200上，例如形成由Cr、Al等金属材料、黑色树脂等构成的遮光膜203。作为遮光膜203的成膜方法，可以使用溅射法、CVD法等公知的成膜方法，遮光膜203的膜厚例如是1μm左右。此时，因为宽度为数μm左右的棱镜元件211的开口端部被遮光膜203所堵塞，所以遮光膜203不会成膜到棱镜元件211的内部。
此后，通过使用光刻法对遮光膜203进行图案形成，如图16(b)所示，以平面看覆盖棱镜元件211的图案的方式形成黑矩阵部203a。此后，通过形成对置电极204、取向膜204c等，能够制成对置基板200A。此外，通过与另外制作的TFT阵列基板208A粘合，并在基板间密封液晶层205，能够制造出液晶面板120R。
在上述实施方式中，说明了棱镜元件211的剖面形状是三角形形状的情况，但本发明的技术范围并不限定于这种实施方式。例如，对于具备有图17(a)～图17(j)以及图18(a)～图18(j)所示的剖面形状的棱镜元件211，也可以通过根据其形状应用前面的式(2)～式(4)，来获得本发明的电光装置的作用效果。因而，如果使用具备有图17、图18的各图所示的棱镜元件211的基板构成液晶面板，则能够对于像素的开口部高效率地引导光，从而成为可以进行明亮的、高对比度的显示的液晶面板。
(电子设备)
以下，说明本发明的电子设备。
电子设备是具有本发明的电光装置作为显示部的设备，具体地，举图19所示的情况为例。
图19(a)是表示移动电话的一例的透视图。在图19(a)中，移动电话1000具备使用了本发明的电光装置的显示部1001。
图19(b)是表示手表型电子设备的一例的透视图。在图19(b)中，手表1100具备使用了本发明的电光装置的显示部1101。
图19(c)是表示字处理机、个人计算机等信息处理装置的一例的透视图。在图19(c)中，信息处理装置1200具备键盘等输入部1201、使用了本发明的电光装置的显示部1202、信息处理装置主体(框体)1203。
图19(a)～(c)所示的各个电子设备，因为配备了均具有本发明的电光装置的显示部1001、1101、1202，所以能够得到高对比度的显示，还能够实现优异的可靠性。

Claims (21)

1.一种电光装置，是多个像素矩阵状地排列而成的电光装置，其特征在于，具备：
在透明基板上阵列状地形成沟状的棱镜元件而成的聚光基板；
其中，上述棱镜元件沿着上述像素的边界区域配置；
在上述棱镜元件的侧壁，形成有在上述聚光基板的厚度方向上并排设置的多个斜面部；
上述棱镜元件的形成在开口端侧的上述斜面部的、相对于上述聚光基板的形成上述棱镜元件的面的法线的倾斜角，比其他的上述斜面部的相对于上述法线的倾斜角要小。
2.如权利要求1所述的电光装置，其特征在于：
上述棱镜元件的配置在开口端侧的上述斜面部以与上述聚光基板的上述法线平行的方式形成。
3.如权利要求1或者2所述的电光装置，其特征在于：
在上述聚光基板表面的覆盖上述棱镜元件的开口端的位置设置有遮光单元。
4.如权利要求1至3中任意一项所述的电光装置，其特征在于：
在上述棱镜元件的开口端侧形成有树脂层。
5.一种电光装置，是多个像素矩阵状地排列而成的电光装置，其特征在于，具备：
在透明基板上阵列状地形成沟状的棱镜元件而成的聚光基板；
其中，上述棱镜元件沿着上述像素的边界区域配置；
在上述棱镜元件的侧壁，形成有在上述聚光基板的厚度方向上并排设置的多个斜面部；
在从上述多个像素的相反侧入射到上述斜面部的光中，在设以同样的入射角入射的光的被上述棱镜元件的形成在开口端侧的上述斜面部反射的光为第1反射光、设上述光的被其他的上述斜面部反射的光为第2反射光、设上述第1反射光与上述聚光基板的形成上述棱镜元件的面的法线所成的角为第1角、设上述第2反射光与上述法线所成的角为第2角的情况下，上述第1角的角度比上述第2角的角度要小。
6.一种电光装置用基板，是能够作为电光装置的对于像素的聚光单元应用的电光装置用基板，其特征在于，具备：
在透明基板上阵列状地形成沟状的棱镜元件而成的聚光基板；
其中，上述棱镜元件沿着上述像素的边界区域配置；
在上述棱镜元件的侧壁，形成有在上述聚光基板的厚度方向上并排设置的多个斜面部；
上述棱镜元件的形成在开口端侧的上述斜面部的、相对于上述聚光基板的形成上述棱镜元件的面的法线的倾斜角，比其他的上述斜面部的相对于上述法线的倾斜角要小。
7.一种电光装置，是具备光源和多个像素矩阵状地排列而成的电光面板的电光装置，其特征在于，具备：
在透明基板上阵列状地形成沟状的棱镜元件而成的聚光基板；
其中，上述棱镜元件沿着上述电光面板的上述像素的边界区域配置，并且具有面对上述棱镜元件之间的开口部的斜面部；
上述棱镜元件的开口部的宽度B、上述棱镜元件的深度H、从上述光源射出而从上述棱镜元件的前端侧入射到上述斜面部并被反射的光的入射角度θL、上述棱镜元件之间的开口部的宽度W满足下述算式：
(式)H×tan(2×atan(B/2H)+θL)-B/2＜W。
8.如权利要求7所述的电光装置，其特征在于：
上述棱镜元件的深度H、上述棱镜元件之间的开口部的宽度W、上述棱镜元件的开口部的宽度B满足下述算式：
(式)H＞B+W。
9.如权利要求7或者8所述的电光装置，其特征在于：
上述棱镜元件的侧剖面形状是三角形形状。
10.一种电光装置，是具备光源和多个像素矩阵状地排列而成的电光面板的电光装置，其特征在于，具备：
在透明基板上阵列状地形成沟状的棱镜元件而成的聚光基板；
其中，上述棱镜元件沿着上述电光面板的上述像素的边界区域配置，并且具有面对上述棱镜元件之间的开口部的斜面部；
上述棱镜元件的侧剖面形状成梯形形状；
上述棱镜元件的开口部的宽度B、上述棱镜元件的平坦面的宽度A、上述棱镜元件的深度H、从上述光源射出而从上述棱镜元件的前端侧入射到上述斜面部并被反射的光的入射角度θL、上述棱镜元件之间的开口部的宽度W满足下述算式：
(式)H×tan(2×atan((B-A)/2H)+θL)-(B-A)/2＜W。
11.一种电光装置用基板，是能够作为电光装置的对于像素的聚光单元应用的电光装置用基板，其特征在于：
在透明基板的一面侧阵列状地排列形成有沟状的棱镜元件；
上述棱镜元件具有面对上述棱镜元件之间的开口部的斜面部；
上述棱镜元件的开口部宽度B、上述棱镜元件的深度H、从上述光源射出而从上述棱镜元件的前端侧入射到上述斜面部并被反射的光的入射角度θL、上述棱镜元件之间的开口部宽度W满足下述算式：
(式)H×tan(2×atan(B/2H)+θL)-B/2＜W。
12.一种电光装置用基板，是能够作为电光装置的对于像素的聚光单元应用的电光装置用基板，其特征在于：
在透明基板的一面侧阵列状地排列形成有沟状的棱镜元件；
上述棱镜元件具有面对上述棱镜元件之间的开口部的斜面部；
上述棱镜元件的侧剖面形状成梯形形状；
上述棱镜元件的开口部的宽度B、上述棱镜元件的平坦面的宽度A、上述棱镜元件的深度H、从上述光源射出而从上述棱镜元件的前端侧入射到上述斜面部并被反射的光的入射角度θL、上述棱镜元件之间的开口部的宽度W满足下述算式：
(式)H×tan(2×atan((B-A)/2H)+θL)-(B-A)/2＜W。
13.如权利要求5所述的电光装置用基板，其特征在于：
上述棱镜元件的深度H、上述棱镜元件之间的开口部的宽度W、上述棱镜元件的开口部的宽度B满足下述算式：
(式)H＞B+W。
14.一种聚光基板，是具备形成有多个棱镜元件的第1主面和与上述第1主面相对的第2主面的聚光基板，其特征在于：
上述多个棱镜元件的各个具有沟状的形状；
上述多个棱镜元件的各个的侧壁包含第1部分和第2部分；
上述第1主面中作为未形成上述多个棱镜元件的部分的平面部的法线与上述第1部分所成的第1角和上述第2部分与上述法线所成的第2角相互不同。
15.如权利要求14所述的聚光基板，其特征在于：
在上述第1部分以及上述第2部分中，上述第1部分比上述第2部分要接近于上述平面部。
16.如权利要求15所述的聚光基板，其特征在于：
上述第1角比上述第2角小。
17.一种聚光基板，是具备形成有多个棱镜元件的第1主面和与上述第1主面相对的第2主面的聚光基板，其特征在于：
上述多个棱镜元件中的第1棱镜元件的开口部的宽度B、上述第1棱镜元件的深度H、从光源射出而从上述第2主面侧入射到上述第1棱镜元件的侧壁并被反射的光的入射角度θL、上述第1棱镜元件和上述多个棱镜元件中与上述第1棱镜元件相邻的第2棱镜元件之间的宽度W满足下述算式：
(式)H×tan(2×atan(B/2H)+θL)-B/2＜W。
18.如权利要求17所述的聚光基板，其特征在于：
上述第1棱镜元件的侧壁与上述第1主面中作为未形成有上述多个棱镜元件的部分的平面部相连结。
19.一种电光装置，其特征在于，包括：
权利要求14至18中任意一项所述的聚光基板；以及
具备多个像素电极的电光面板；
其中，上述多个棱镜元件的各个与上述多个像素电极中相互相邻的2个像素电极之间的区域重叠地设置。
20.一种投影机，其特征在于，具备：
权利要求1至5、权利要求7至10以及权利要求19中任意一项所述的电光装置。
21.一种电子设备，其特征在于，具备：
权利要求1至5、权利要求7至10，以及权利要求19中任意一项所述的电光装置。
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