JP2006215427A - 空間光変調装置及び画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高いコントラストで、かつ入射光を効率的に使用することができる空間光変調装置等を提供すること。
【解決手段】入射光を画像信号に応じて変調する変調部と、変調部の近傍に設けられ、入射光を変調部の方向へ反射する光路偏向部と、を有し、変調部は、行列状に配列されている複数の画素部である開口部２０３ｂと、複数の開口部２０３ｂ同士の間に設けられている遮光部であるブラックマトリックス部２０３ａとを備え、光路偏向部は、入射光を開口部２０３ｂの方向へ反射する反射部である斜面２１１ａを備えるプリズム素子２１１であって、プリズム素子２１１は、基準面２００上であってブラックマトリックス部２０３ａに対応する位置に設けられ、かつ、基準面２００ｂに略垂直な方向への長さＨが、基準面２００ｂに略平行な方向への長さＷ１の１５以上かつ２５０以下である。
【選択図】 図３

Description

本発明は、空間光変調装置及び画像表示装置、特に、液晶型の空間光変調装置に関する。

空間光変調装置、特に液晶型の空間光変調装置では、画像表示領域内に、データ線、走査線、容量線等の各種配線や、薄膜トランジスタ（以下適宜、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）と称す）、薄膜ダイオード等の各種電子素子が形成されている。このため、各画素において、実際に表示に寄与する光が透過又は反射する領域は、各種配線や電子素子等の存在により限定される。ここで、各画素の開口率は、各画素について、全領域に対する、実際に表示に寄与する光が透過又は反射する領域（即ち、各画素の開口領域）の比率である。そして、各画素の開口率は、例えば７０％程度である。例えば、空間光変調装置に入射する光源部からの光は、略平行光である。そして、空間光変調装置に入射した全光量のうち、有効に変調されるのは、各画素の開口率に応じた光量である。

そこで従来は、各画素に対応する複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイを対向基板に形成することが行われている。マイクロレンズは、各画素において、開口領域の周辺の上述の配線等が存在している非開口領域に向かって進行する光を、各画素単位で集光する機能を有する。マイクロレンズで集光された光は、空間光変調装置の液晶層を透過するときに、各画素の開口領域内に導かれる。空間光変調装置にマイクロレンズアレイを利用することは、例えば、特許文献１に提案されている。

特開２００４−７０２８２号公報

マイクロレンズへ入射する光の多くは、マイクロレンズの集光作用により、光線と光軸とのなす光線角度が大きい状態で出射する。空間光変調装置の液晶層は小さい光線角度の光を入射するほど高いコントラストで表示することが可能である。このことから、光線角度が大きい光が多くなると、画像のコントラストが低下してしまう。また、投写光学系は、その開口数（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｐｅｒｔｕｒｅ。以下、「ＮＡ」という。）に応じた入射角度の光のみを透過させる。上述のように、従来のマイクロレンズアレイを用いる空間光変調装置では、マイクロレンズにより開口領域に所定のＮＡで光が集光される。開口領域に入射した光は、例えば液晶部で画像信号に応じて変調された後、略入射時と同じ所定のＮＡの光として射出する。

空間光変調装置からの光は、マイクロレンズの集光作用により屈折した光線と光軸とのなす光線角度が大きくなる。投写光学系のＮＡよりも大きい光線角度の光は、投写光学系でけられてしまう。投写光学系のＮＡよりも大きい光線角度の光が多いと、投写光学系でけられる光が多くなることから、光の利用効率が低下してしまう。このように、マイクロレンズアレイを用いる空間光変調装置では、光源部からの光を開口領域に効率的に導いた場合でも、光線角度が大きい光が増加することで、コントラストの低下や光利用効率の低下などが引き起こされてしまうため問題である。本発明は、上述の問題点を解決するためになされたものであり、高いコントラストで、かつ入射光を効率的に使用することができる空間光変調装置、及び、高いコントラストで明るい画像を表示可能な画像表示装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、入射光を画像信号に応じて変調する変調部と、変調部の近傍に設けられ、入射光を変調部の方向へ反射する光路偏向部と、を有し、変調部は、行列状に配列されている複数の画素部と、画素部同士の間に設けられている遮光部とを備え、光路偏向部は、入射光を画素部の方向へ反射する反射部を備えるプリズム素子であって、プリズム素子は、基準面上であって遮光部に対応する位置に設けられ、かつ、基準面に略垂直な方向への長さが、基準面に略平行な方向への長さの１５倍以上かつ２５０倍以下であることを特徴とする空間光変調装置を提供することができる。

本発明の空間光変調装置の変調部に対しては、例えば、光を供給する光源部から様々な入射角度の光が入射する。変調部へ直接入射した光は、そのままの進行方向へ進行し、変調部で変調される。これに対して、変調部の周辺に設けられた非変調領域の方向へ入射した光は、変調部の周辺に設けられているプリズム素子に入射する。プリズム素子に入射した光は、変調部の方向へ反射される。プリズム素子を設けることにより、変調部とは異なる方向へ進行した光を変調部へ入射させることができる。

従来技術の構成では、変調部へ入射する光は、全てマイクロレンズを透過する。このため、変調部へ入射する光は、光軸上の光を除いて全てマイクロレンズによる屈折作用を受ける。この結果、従来技術の構成では、空間光変調装置を射出する光は、全てマイクロレンズによる集光光のＮＡに応じた光線角度を有してしまう。投写光学系のＮＡよりも大きい光線角度の光は、投写光学系でけられてしまう。これに対して、本発明の構成では、プリズム素子を経由せずに変調部に入射する光は、そのまま変調部に入射する。このため、例えば、変調部に略平行な光が入射する場合、変調された光も略平行な状態で射出する。プリズム素子が屈折による集光機能を有していないことから、プリズム素子を経由した光と光軸がなす光線角度は大きくなることが殆どない。

さらに、基準面に略垂直な方向への長さが、基準面に略平行な方向への長さの１５倍以上かつ２５０倍以下であるプリズム素子を用いると、反射部で光を反射することにより、光線角度の増大を低減しながら入射光を偏向することが可能となる。このことから、プリズム素子で光路偏向を受けた光についても、光線角度の増大を低減することができる。空間光変調装置は、大きい光線角度の光の発生を低減することで、コントラストの低下を低減できる。また、例えば、投写光学系でけられる光を少なくすることができ、入射光の効率的な利用が可能となる。これにより、高いコントラストで、かつ入射光を効率的に使用することが可能な空間光変調装置を得られる。

また、本発明の好ましい態様によれば、プリズム素子は、基準面に略垂直な方向への長さが、基準面に略平行な方向への長さの２０倍以上かつ２００倍以下であることが望ましい。基準面に略垂直な方向への長さが、基準面に略平行な方向への長さの２０倍以上かつ２００倍以下であるプリズム素子を用いると、反射部で光を反射することにより、光線角度の増大を低減しながら入射光を偏向することが可能となる。これにより、プリズム素子で光路偏向を受けた光について、さらに光線角度の増大を低減することができる。

また、本発明の好ましい態様によれば、反射部は、第１の領域と、第１の領域よりも画素部からの距離が短い位置に設けられた第２の領域とを有し、第１の領域及び第２の領域は、基準面の法線と第２の領域とがなす角度が、基準面の法線と第１の領域とがなす角度より大きくなるように設けられることが望ましい。第１の領域の傾きと第２の領域の傾きとが同じであるとすると、第２の領域で反射した光は、第１の領域で反射した光よりも開口部の中心部から離れた位置に入射する。隣接する画素部に設けられた電極の影響により、液晶の配向状態は、開口部の中心部に比較して、開口部の周辺部において不安定である場合が多い。このことから、開口部の周辺部へ入射する光によって、高いコントラストを得ることが難しくなる。本態様では、基準面の法線と第２の領域とがなす角度を、基準面の法線と第１の領域とがなす角度よりも大きくすることにより、第２の領域で反射した光を、第１の領域で反射した光と同様に開口部の中心部に近い位置へ入射させることができる。これにより、さらにコントラストを高くすることができる。

また、本発明の好ましい態様としては、反射部は、基準面の法線となす角度が３度以下である有効反射領域を含むことが望ましい。有効反射領域を形成することで、反射部で反射する光を、光線角度の増大を低減しながら偏向することが可能となる。また、有効反射領域を形成することにより、入射光を、例えば、Ｆナンバーが２．５である投写光学系で十分取り込むことが可能な光線角度の光に変換することができる。これにより、コントラストを高くし、かつ入射光を効率的に使用することができる。

また、本発明の好ましい態様としては、反射部は、有効反射領域が、反射部の全領域のうちの７０パーセント以上を占めることが望ましい。反射部の全領域のうちの７０パーセント以上を有効反射領域とすることで、高いコントラストと、入射光の効率的な使用とを実現することができる。

また、本発明の好ましい態様としては、遮光部は、基準面に略平行な第１の方向に長手方向を有する第１の遮光部と、基準面に略平行かつ第１の方向に略直交する第２の方向に長手方向を有する第２の遮光部と、を有し、第１の遮光部及び第２の遮光部は、互いに交差部で交差するように配置され、かつ、交差部以外の部分よりも交差部のほうが、長手方向に対して略直交する方向における幅が大きくなるように形成されることが望ましい。交差部以外の部分より交差部において幅が大きくなるように第１の遮光部と第２の遮光部とを形成することにより、従来交差部以外の部分の下側に配置している電子部品を、交差部の下に配置することができる。交差部以外の部分から交差部へ電子部品を移すと、第１の遮光部及び第２の遮光部は、従来と比較して、交差部以外の部分の幅を小さくすることができる。このことから、電子部品の収納スペースを確保しつつ、大きい開口部を形成することが可能となる。従来の空間光変調装置と比較して大きい開口部を設けることが可能であれば、従来と比較して多くの光を開口部に入射させることが可能になる。また、大きい開口部を設けることにより、光軸に沿って直進する光を多く開口部に入射させることが可能となる。さらに、開口部のうち、液晶の配向状態が安定している中心部に近い位置に多くの光を入射させることも可能となる。これにより、コントラストを高くし、かつ入射光を効率的に使用することができる。

さらに、本発明によれば、光を供給する光源部と、光源部からの光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、空間光変調装置で変調された光を投写する投写光学系と、を有し、空間光変調装置は、入射光を画像信号に応じて変調する変調部と、変調部の近傍に設けられ、入射光を変調部の方向へ反射する光路偏向部と、を有し、変調部は、行列状に配列されている複数の画素部と、画素部同士の間に設けられている遮光部とを備え、光路偏向部は、入射光を画素部の方向へ反射する反射部を備えるプリズム素子であって、プリズム素子は、基準面上であって遮光部に対応する位置に設けられ、かつ、基準面に略垂直な方向への長さが、基準面に略平行な方向への長さの１５倍以上かつ２５０倍以下であることを特徴とする画像表示装置を提供することができる。本発明の画像表示装置は、上記の空間光変調装置を有する。上記の空間光変調装置を用いることにより、高いコントラストで、かつ入射光を効率的に使用することができる。これにより、高いコントラストで明るい画像を表示可能な画像表示装置を得られる。

また、本発明の好ましい態様としては、投写光学系のＦナンバーをＦ、とすると、空間光変調装置は、基準面の法線と所定の角度をなす入射光を、式（１）を満たす角度θｏに変換して射出することが望ましい。
０≦θｏ≦ａｒｃｔａｎ｛１／（２Ｆ）｝ （１）

ＦナンバーがＦである投写光学系は、式（１）を満たす角度θｏの光を取り込むことができる。例えば、入射光のうち最も存在確率が高い所定角度の光を、式（１）を満たす角度θｏに変換することにより、空間光変調装置で変調した光を効率良く投写することができる。これにより、入射光を効率良く投写し、明るい画像を表示することができる。

以下に図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る画像表示装置であるプロジェクタ１００の概略構成を示す。光源部１０１は、第１色光である赤色光（以下、「Ｒ光」という。）、第２色光である緑色光（以下、「Ｇ光」という。）、及び第３色光である青色光（以下、「Ｂ光」という。）を含む光を供給する超高圧水銀ランプである。インテグレータ１０４は、光源部１０１からの光の照度分布を均一化する。照度分布を均一化された光は、偏光変換素子１０５にて特定の振動方向を有する偏光光、例えばｓ偏光光に変換される。ｓ偏光光に変換された光は、色分離光学系を構成するＲ光透過ダイクロイックミラー１０６Ｒに入射する。

Ｒ光透過ダイクロイックミラー１０６Ｒは、Ｒ光を透過し、Ｇ光、Ｂ光を反射する。Ｒ光透過ダイクロイックミラー１０６Ｒを透過したＲ光は、反射ミラー１０７に入射する。反射ミラー１０７は、Ｒ光の光路を９０度折り曲げる。光路を折り曲げられたＲ光は、第１色光であるＲ光を画像信号に応じて変調する第１色光用空間光変調装置１１０Ｒに入射する。第１色光用空間光変調装置１１０Ｒは、Ｒ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置である。なお、ダイクロイックミラーを透過しても、光の偏光方向は変化しないため、第１色光用空間光変調装置１１０Ｒに入射するＲ光は、ｓ偏光光のままの状態である。

第１色光用空間光変調装置１１０Ｒは、λ／２位相差板１２３Ｒ、硝子板１２４Ｒ、第１偏光板１２１Ｒ、液晶パネル１２０Ｒ、及び第２偏光板１２２Ｒを有する。液晶パネル１２０Ｒの詳細な構成については後述する。λ／２位相差板１２３Ｒ及び第１偏光板１２１Ｒは、偏光方向を変換させない透光性の硝子板１２４Ｒに接する状態で配置される。これにより、第１偏光板１２１Ｒ及びλ／２位相差板１２３Ｒが、発熱により歪んでしまうという問題を回避できる。なお、図１において、第２偏光板１２２Ｒは独立して設けられているが、液晶パネル１２０Ｒの射出面や、クロスダイクロイックプリズム１１２の入射面に接する状態で配置しても良い。

第１色光用空間光変調装置１１０Ｒに入射したｓ偏光光は、λ／２位相差板１２３Ｒによりｐ偏光光に変換される。ｐ偏光光に変換されたＲ光は、硝子板１２４Ｒ及び第１偏光板１２１Ｒをそのまま透過し、液晶パネル１２０Ｒに入射する。液晶パネル１２０Ｒに入射したｐ偏光光は、画像信号に応じた変調により、Ｒ光がｓ偏光光に変換される。液晶パネル１２０Ｒの変調により、ｓ偏光光に変換されたＲ光が、第２偏光板１２２Ｒから射出される。このようにして、第１色光用空間光変調装置１１０Ｒで変調されたＲ光は、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム１１２に入射する。

Ｒ光透過ダイクロイックミラー１０６Ｒで反射されたＧ光及びＢ光は、光路を９０度折り曲げられる。光路を折り曲げられたＧ光とＢ光とは、Ｂ光透過ダイクロイックミラー１０６Ｇに入射する。Ｂ光透過ダイクロイックミラー１０６Ｇは、Ｇ光を反射し、Ｂ光を透過する。Ｂ光透過ダイクロイックミラー１０６Ｇで反射されたＧ光は、第２色光であるＧ光を画像信号に応じて変調する第２色光用空間光変調装置１１０Ｇに入射する。第２色光用空間光変調装置１１０ＧはＧ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置である。第２色光用空間光変調装置１１０Ｇは、液晶パネル１２０Ｇ、第１偏光板１２１Ｇ及び第２偏光板１２２Ｇを有する。液晶パネル１２０Ｇの詳細に関しては後述する。

第２色光用空間光変調装置１１０Ｇに入射するＧ光は、ｓ偏光光に変換されている。第２色光用空間光変調装置１１０Ｇに入射したｓ偏光光は、第１偏光板１２１Ｇをそのまま透過し、液晶パネル１２０Ｇに入射する。液晶パネル１２０Ｇに入射したｓ偏光光は、画像信号に応じた変調により、Ｇ光がｐ偏光光に変換される。液晶パネル１２０Ｇの変調により、ｐ偏光光に変換されたＧ光が、第２偏光板１２２Ｇから射出される。このようにして、第２色光用空間光変調装置１１０Ｇで変調されたＧ光は、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム１１２に入射する。

Ｂ光透過ダイクロイックミラー１０６Ｇを透過したＢ光は、２枚のリレーレンズ１０８と、２枚の反射ミラー１０７とを経由して、第３色光であるＢ光を画像信号に応じて変調する第３色光用空間光変調装置１１０Ｂに入射する。第３色光用空間光変調装置１１０Ｂは、Ｂ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置である。なお、Ｂ光にリレーレンズ１０８を経由させるのは、Ｂ光の光路の長さがＲ光及びＧ光の光路の長さよりも長いためである。リレーレンズ１０８を用いることにより、Ｂ光透過ダイクロイックミラー１０６Ｇを透過したＢ光を、そのまま第３色光用空間光変調装置１１０Ｂに導くことができる。第３色光用空間光変調装置１１０Ｂは、λ／２位相差板１２３Ｂ、硝子板１２４Ｂ、第１偏光板１２１Ｂ、液晶パネル１２０Ｂ、及び第２偏光板１２２Ｂを有する。第３色光用空間光変調装置１１０Ｂの構成は、上述した第１色光用空間光変調装置１１０Ｒの構成と同様なので、詳細な説明は省略する。

第３色光用空間光変調装置１１０Ｂに入射するＢ光は、ｓ偏光光に変換されている。第３色光用空間光変調装置１１０Ｂに入射したｓ偏光光は、λ／２位相差板１２３Ｂによりｐ偏光光に変換される。ｐ偏光光に変換されたＢ光は、硝子板１２４Ｂ及び第１偏光板１２１Ｂをそのまま透過し、液晶パネル１２０Ｂに入射する。液晶パネル１２０Ｂに入射したｐ偏光光は、画像信号に応じた変調により、Ｂ光がｓ偏光光に変換される。液晶パネル１２０Ｂの変調により、ｓ偏光光に変換されたＢ光が、第２偏光板１２２Ｂから射出される。第３色光用空間光変調装置１１０Ｂで変調されたＢ光は、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム１１２に入射する。このように、色分離光学系を構成するＲ光透過ダイクロイックミラー１０６ＲとＢ光透過ダイクロイックミラー１０６Ｇとは、光源部１０１から供給される光を、第１色光であるＲ光と、第２色光であるＧ光と、第３色光であるＢ光とに分離する。

色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム１１２は、２つのダイクロイック膜１１２ａ、１１２ｂをＸ字型に直交して配置して構成されている。ダイクロイック膜１１２ａは、Ｂ光を反射し、Ｇ光を透過する。ダイクロイック膜１１２ｂは、Ｒ光を反射し、Ｇ光を透過する。このように、クロスダイクロイックプリズム１１２は、第１色光用空間光変調装置１１０Ｒ、第２色光用空間光変調装置１１０Ｇ、及び第３色光用空間光変調装置１１０Ｂでそれぞれ変調されたＲ光、Ｇ光及びＢ光を合成する。投写光学系１１４は、クロスダイクロイックプリズム１１２で合成された光をスクリーン１１６に投写する。これにより、スクリーン１１６上でフルカラー画像を得ることができる。

なお、上述のように、第１色光用空間光変調装置１１０Ｒ及び第３色光用空間光変調装置１１０Ｂからクロスダイクロイックプリズム１１２に入射される光は、ｓ偏光光となるように設定される。また、第２色光用空間光変調装置１１０Ｇからクロスダイクロイックプリズム１１２に入射される光は、ｐ偏光光となるように設定される。このようにクロスダイクロイックプリズム１１２に入射される光の偏光方向を異ならせることで、クロスダイクロイックプリズム１１２において各色光用空間光変調装置から射出される光を有効に合成できる。ダイクロイック膜１１２ａ、１１２ｂは、通常、ｓ偏光光の反射特性に優れる。このため、ダイクロイック膜１１２ａ、１１２ｂで反射されるＲ光及びＢ光をｓ偏光光とし、ダイクロイック膜１１２ａ、１１２ｂを透過するＧ光をｐ偏光光としている。

図２は、液晶パネル１２０Ｒの要部斜視構成を示す。図１で説明したプロジェクタ１００は、３つの液晶パネル１２０Ｒ、１２０Ｇ、１２０Ｂを備えている。これら３つの液晶パネル１２０Ｒ、１２０Ｇ、１２０Ｂは変調する光の波長領域が異なるだけであり、基本的構成は同一である。このため、液晶パネル１２０Ｒを代表例にして以後の説明を行う。

光源部１０１からのＲ光は、図２の上側から液晶パネル１２０Ｒに入射し、下側からスクリーン１１６の方向へ射出する。防塵硝子である入射側防塵硝子２００の内側には、接着層２０１を介してカバー硝子２０２が固着されている。カバー硝子２０２の射出側には、ブラックマトリックス部２０３ａ及び対向電極２０４が形成されている。

また、射出側防塵硝子２０８の内側には、接着層２０７を介して液晶を配向させるための配向膜２０６ｃやＴＦＴ（薄膜トランジスタ）や透明電極２０６ａを有するＴＦＴ基板２０６が形成されている。そして、入射側防塵硝子２００及び射出側防塵硝子２０８は、対向電極２０４とＴＦＴ基板２０６とを対向させるようにして貼り合わされている。対向電極２０４とＴＦＴ基板２０６との間には、画像表示のための液晶層２０５が封入されている。また、液晶層２０５の入射側には、遮光部であるブラックマトリックス部２０３ａを有する。

入射側防塵硝子２００には、複数のプリズム素子２１１からなるプリズム群２１０が形成されている。プリズム素子２１１の構成及び作用の詳細については後述する。液晶パネル１２０Ｒは、プリズム素子２１１を配置する基準面２００ｂと、光源部１０１からの光の光軸とが略直交するように配置されている。なお、図１で示した構成では、第１偏光板１２１Ｒ、第２偏光板１２２Ｒを、液晶パネル１２０Ｒに対して別体に設けている。しかし、これに代えて、入射側防塵硝子２００と対向電極２０４との間、射出側防塵硝子２０８とＴＦＴ基板２０６との間などにも偏光板を設けることができる。さらに、プリズム群２１０は、第１偏光板１２１Ｒに形成してもよい。

図３は、液晶パネル１２０Ｒの要部断面構成を示す。ブラックマトリックス部２０３ａに囲まれている矩形状の領域は、開口部２０３ｂを形成する。開口部２０３ｂは、光源部１０１からのＲ光を通過させる。開口部２０３ｂを透過するＲ光は、図３に示すように対向電極２０４と、液晶層２０５と、ＴＦＴ基板２０６とを透過する。Ｒ光は、液晶層２０５における画像信号に応じた変調により、偏光状態が変換される。このように、投写された画像における画素を形成するのは、開口部２０３ｂと、液晶層２０５と、ＴＦＴ基板２０６とを透過して変調を受けた光である。開口部２０３ｂと、液晶層２０５と、ＴＦＴ基板２０６とは、入射光を画像信号に応じて変調する変調部を構成する。また、開口部２０３ｂは、画素部を構成する。変調部は、複数の画素部と、画素部同士の間に設けられている遮光部とを備えている。

図４は、図３の上側から見たブラックマトリックス部２０３ａ及び開口部２０３ｂの要部平面構成を示す。図４に示す平面構成は、図３に示す基準面２００ｂに略平行である。複数の開口部２０３ｂは、基準面２００ｂに略平行な第１の方向と、基準面２００ｂに略平行かつ第１の方向に略直交する第２の方向との２方向において、行列状に配列されている。第１の方向とは、図４において紙面に略平行な上下方向である。第２の方向とは、図４において紙面に略平行な左右方向である。ブラックマトリックス部２０３ａは、第１の方向に長手方向を有する第１の遮光部である、第１のブラックマトリックス部４０１と、第２の方向に長手方向を有する第２の遮光部である、第２のブラックマトリックス部４０２と、により構成されている。

第１のブラックマトリックス部４０１及び第２のブラックマトリックス部４０２は、互いに交差部４０３で交差するように配置されている。また、第１のブラックマトリックス部４０１及び第２のブラックマトリックス部４０２は、いずれも、交差部４０３における幅ｄ１が、交差部４０３以外の部分における幅ｄ２より大きくなるように形成されている。幅ｄ１、ｄ２は、長手方向に対して略直交する方向における、第１のブラックマトリックス部４０１及び第２のブラックマトリックス部４０２の幅である。

ここで、幅が略一定の第１、第２のブラックマトリックス部を格子状に配置する従来の構成と比較して、本実施例の構成の利点を説明する。第１、第２のブラックマトリックス部４０１、４０２の下側には、トランジスタやコンデンサ等の電子部品が配置される。交差部４０３以外の部分より交差部４０３において幅が大きくなるように第１、第２のブラックマトリックス部４０１、４０２を形成することにより、従来交差部４０３以外の部分の下側に配置している電子部品を、交差部４０３の下に配置することができる。

交差部４０３以外の部分から交差部４０３へ電子部品を移すと、第１、及び第２のブラックマトリックス部４０１、４０２は、従来と比較して、交差部４０３以外の部分の幅ｄ２を小さくすることができる。このことから、従来の空間光変調装置と比較して幅ｄ４が大きい開口部２０３ｂを設けることができる。大きい開口部２０３ｂを用いることにより、従来と比較して多くの光を変調することが可能になる。また、大きい開口部２０３ｂを設けることにより、光軸に沿って直進する光を多く開口部２０３ｂに入射させることが可能となる。さらに、開口部２０３ｂのうち、液晶の配向状態が安定している中心部に近い位置に多くの光を入射させることも可能となる。これにより、コントラストを高くし、かつ入射光を効率的に使用することができる。

図４に示す交差部４０３は、幅ｄ１を対角線とする正方形形状を有する。開口部２０３ｂは、正方形形状から四隅を取り除いたような多角形形状を有する。例えば、開口部２０３ｂが１５マイクロメートルピッチで形成されているとすると、交差部４０３は、一辺が９マイクロメートルの四角形形状とすることができる。この場合、第１、第２のブラックマトリックス部４０１、４０２は、交差部４０３以外の部分の幅ｄ２が３マイクロメートルとなるように形成することができる。なお、ブラックマトリックス部及び開口部の構成は、図４に示すものに限らない。例えば、図５に示すように、図４に示す構成から各構成の角を丸くしたような形状のブラックマトリックス部５０３ａと開口部５０３ｂとを設けることとしても良い。

図３に戻って、光路偏向部であるプリズム素子２１１は、入射光を開口部２０３ｂの方向へ反射させる。プリズム素子２１１の斜面２１１ａは、入射光を画素部である開口部２０３ｂの方向へ反射する反射部である。斜面２１１ａは、所定の傾きで設けられている。斜面２１１ａの傾きについての詳細は、後述する。プリズム素子２１１は、変調部の近傍であって、ブラックマトリックス部２０３ａの位置に対応して設けられている。これにより、ブラックマトリックス部２０３ａへ入射する光量を低減できる。

プリズム素子２１１は、図３に示す断面構成において、斜面２１１ａを一辺とする略二等辺三角形形状をなしている。斜面２１１ａの方向又は角度を適宜設定することにより、入射光の光路を偏向させる方向又は偏向量を容易に制御することができる。三角形形状の頂点Ｃ１は、ブラックマトリックス部２０３ａの中心位置Ｃ２に略対応している。さらに、三角形形状の底辺の長さＷ１（２次元的には底面積）と、少なくともブラックマトリックス部２０３ａの長さＷ２（２次元的には面積）とは略同じ長さ（大きさ）である。これにより、入射光の変調に寄与しないブラックマトリックス部２０３ａ近傍の領域を有効に使用することができる。

さらに好ましくは、三角形形状の底辺の長さＷ１（面積）は、ブラックマトリックス部２０３ａの長さＷ２（面積）よりも大きいことが望ましい。これにより、液晶パネル１２０Ｒに斜め方向から入射する光線が、ブラックマトリックス部２０３ａに入射することを防止するためのマージン領域を確保できる。また、プリズム素子２１１は、基準面２００ｂに略垂直な方向である光軸方向への長さＨが、基準面２００ｂに略平行な方向への長さＷ１の１５倍以上かつ２５０倍以下となるように形成されている。以下、プリズム素子２１１について、長さＨが長さＷ１の１５倍以上かつ２５０倍以下であることを、アスペクト比が１５以上かつ２５０以下である、と表現する。プリズム素子２１１のアスペクト比を１５以上かつ２５０以下とすることによる作用及び効果については、後述する。

図６は、液晶パネル１２０Ｒへ入射する光Ｌ１、Ｌ２の振る舞いを説明するものである。光は、屈折率差のある界面で反射又は屈折する。説明を簡潔にするために、図４では、屈折率差が微小な界面において光が直進するものとして光路を示している。光Ｌ１は、プリズム素子２１１を経由しないで、開口部２０３ｂへ直接入射する光である。空気中を進行してきた光Ｌ１は、例えば石英硝子からなる入射側防塵硝子２００の入射面２００ａに入射する。

入射側防塵硝子２００に入射した光Ｌ１は、入射側防塵硝子２００、接着層２０１、カバー硝子２０２を順次透過する。上述したように、変調部は、開口部２０３ｂ、対向電極２０４、液晶層２０５、ＴＦＴ基板２０６により構成される。画像信号に応じて変調された光Ｌ１は、接着層２０７を透過して射出側防塵硝子２０８から射出する。光Ｌ１を効率良く投写するために、光Ｌ１の射出角度θｏ２は、投写光学系１１４のＮＡで定まる最大角度θｍよりも小さいことが望ましい。

光Ｌ１とは異なる位置から入射側防塵硝子２００に入射した光Ｌ２は、斜面２１１ａに入射する。プリズム素子２１１は、入射側防塵硝子２００よりも屈折率が小さい部材で構成されている。反射における光量損失を低減するために、プリズム素子２１１は、入射する光Ｌ２が画素部に対応する開口部２０３ｂの方向へ全反射するような屈折率を有することが望ましい。図７を用いて説明すると、斜面２１１ａで光Ｌ２が全反射するためには、式（２）を満足する必要がある。
ｓｉｎθ１＞ｎ２／ｎ１ （２）

但し、θ１は、斜面２１１の法線Ｎ２に対する光Ｌ２の入射角度、ｎ１は、入射側防塵硝子２００の屈折率、ｎ２は、プリズム素子２１１の屈折率である。また、ｎ１及びｎ２の間には、ｎ１＞ｎ２の関係が成立するものとする。

図６に戻って、斜面２１１ａで反射された光Ｌ２は、接着層２０１と、カバー硝子２０２とを透過した後、開口部２０３ｂへ入射する。開口部２０３ｂへ入射した光Ｌ２は、上述の光Ｌ１と同様に進行して射出側防塵硝子２０８から射出する。

図８は、光源部１０１からの照明光の光線角度分布の例を示すものである。図８に示すグラフの縦軸は光の強度、横軸は光線角度を表している。光源部１０１からの照明光は、光線角度が６度以下である光が例えば９７．６パーセント含まれている。この場合、液晶パネル１２０Ｒにおいて光線角度が６度以下の光を変調可能であることとすると、液晶パネル１２０Ｒは、光源部１０１からの照明光のうちの少なくとも９７．６パーセントの光を利用できることになる。

図６に戻って、投写光学系１１４で取り込むことが可能な光の光線角度の最大値θｍは、式（３）により表すことができる。
θｍ＝ａｒｃｔａｎ｛１／（２Ｆ）｝ （３）

ここで、Ｆは、投写光学系１１４のＦナンバーである。例えば、投写光学系１１４のＦナンバーＦが１.８であるとすると、式（３）により求められる光線角度の最大値θｍは１５.５度である。

入射面２００ａへの光Ｌ２の入射角度θｉが、４度であるとする。図８の光線角度分布に示すように、光Ｌ２は、液晶パネル１２０Ｒに入射する光源部１０１からの光のうち最も多く含まれる光である。また、反射部である斜面２１１ａは、基準面２００ｂの法線となす角度αが、例えば３度となるように形成されている。光Ｌ２は、角度αが３度である斜面２１１ａで反射することにより、例えば、光線角度が１０度となるように進行方向を変える。

その後、光Ｌ２がそのままの光線角度で進行したとすると、出射側防塵ガラス２０８内における光線角度θｋは１０度となる。更に、液晶パネル１２０Ｒから射出する光は、進行方向の射出側防塵硝子２０８から空気中に出射される際に界面で屈折する。液晶パネル１２０Ｒから射出する光の光線角度θｏ１は、式（４）により求めることができる。
θｏ１＝｛ａｓｉｎ（ｓｉｎθｋ＊ｎ３）｝ （４）

ここで、θｏ１は、液晶パネル１２０Ｒから射出する光の光線角度であって、投写レンズ１１４への入射角度である。また、θｋは、出射側防塵硝子２０８内における光線角度、ｎ３は、射出側防塵硝子２０８の屈折率である。例えば、射出側防塵硝子２０８として屈折率が１.４６の石英硝子を用いる場合、出射側防塵硝子２０８内の角度θｋが１０度である光Ｌ２は、光線角度θｏ１が１４.６度で投写レンズ１１４に入射する。

式（３）により求められる光線角度の最大値θｍが１５.５度である場合、光線角度θｏ１が１４.６度である光Ｌ２は、投写光学系１１４に取り込むことができる。従って、液晶パネル１２０Ｒは、斜面２１１ａの角度αを３度とすることにより、入射角度θｉが４度である光を、投写光学系１１４から投写可能な光線角度の光に偏向して出射することができる。

プリズム素子２１１は、基準面２００ｂの法線と所定の角度、例えば６度をなす入射光を、式（１）を満たす角度θｏをなすように偏向することが望ましい。
０≦θｏ≦ａｒｃｔａｎ｛１／（２Ｆ）｝ （１）

光線角度が６度である入射光を、式（１）を満たす角度θｏをなすように偏向することにより、例えば、光源部１０１からの照明光のうちの少なくとも９７．６パーセントの光を投写することが可能となる。以上のようにして斜面２１１ａの角度αを決定することにより、空間光変調装置１１０Ｒ、１１０Ｇ、１１０Ｂで変調した光を効率良く投写することができる。これにより、入射光を効率良く投写し、明るい画像を表示することができる。なお、プリズム素子２１１は、基準面２００ｂの法線と６度をなす入射光を、式（１）を満たす角度θｏをなすように偏向する構成に限られない。図８の光線角度分布に示すように、光源部１０１は、光線角度が４度をなす光を最も多く含む照明光を供給する。従って、プリズム素子２１１は、少なくとも、照明光に最も多く含まれる光線角度、例えば４度の光を、式（１）を満たす角度θｏをなすように偏向する構成であれば良い。

斜面２１１ａは、基準面２００ｂの法線となす角度αが３度である構成に限られない。斜面２１１ａは、基準面２００ｂの法線となす角度αを３度以下とすることができる。例えば、角度αを２度とすると、プリズム素子２１１は、例えば、光線角度６度の光を、光線角度１０度に偏向することができる。角度αを３度以下とすることにより、入射光を、投写光学系１１４で十分に取り込むことが可能な光線角度の光に変換することができる。反射部である斜面２１１ａは、入射光を、投写光学系１１４で十分に取り込むことが可能な光線角度の光に変換する有効反射領域を有する。

図９は、液晶層２０５に入射する光の光線角度と、コントラストとの関係を示すものである。図９において、実線の円に沿って記載された０、９０、１８０、２７０の各数値は、光軸に垂直な面内における入射光の向きを示すものである。また、破線の円を指して記載された１０、２０の各数値は、入射光と光軸とがなす光線角度を示すものである。図中のハッチングは、コントラストの分布を表している。コントラストは、変調後の光の最大輝度と最小輝度との比率により表している。高いコントラストで画像を表示するためには、入射光の光線角度が小さいこと、例えば１０度以下であることが望ましい。

プリズム素子２１１は、基準面２００ｂの法線となす角度αが３度以下である斜面２１１ａを設けることにより、光線角度の増大を低減しながら入射光を偏向することが可能となる。このため、プリズム素子２１１を設けることにより、投写光学系１１４で十分に取り込むことが可能な光線角度の光に変換するのみならず、高いコントラストの画像を表示することも可能となる。

上述のように、プリズム素子２１１は、アスペクト比が１５以上かつ２５０以下となるように構成されている。例えば、三角形形状の底辺の長さＷ１が０．８マイクロメートル、光軸方向への長さＨが１２マイクロメートル（図３参照）の、アスペクト比１５のプリズム素子２１１は、基準面２００ｂの法線となす角度αが１．９度の斜面２１１ａを有する。また、三角形形状の底辺の長さＷ１が０．８マイクロメートル、光軸方向への長さＨが２００マイクロメートルの、アスペクト比２５０のプリズム素子２１１は、基準面２００ｂの法線となす角度αがおよそ０．１１度の斜面２１１ａを有する。このように、アスペクト比が１５以上かつ２５０以下のプリズム素子２１１を用いると、光線角度が小さくなるように入射光を偏向することが可能となる。これにより、高いコントラストで、かつ入射光を効率的に使用することができるという効果を奏する。また、プロジェクタ１００により、高いコントラストで明るい画像を表示することができる。

さらに好ましくは、プリズム素子２１１は、アスペクト比が２０以上かつ２００以下となるように構成されることが望ましい。これにより、さらに、高いコントラストで、かつ入射光を効率的に使用することができる。例えば、三角形形状の底辺の長さＷ１が２マイクロメートル、光軸方向への長さＨが４０マイクロメートルの、アスペクト比２０のプリズム素子２１１は、基準面２００ｂの法線となす角度αがおよそ１．４３度の斜面２１１ａを有する。アスペクト比２０のプリズム素子２１１は、例えば、光線角度が５度である入射光を、１１.５度の光線角度に偏向することができる。

また、三角形形状の底辺の長さＷ１が２マイクロメートル、光軸方向への長さＨが４００マイクロメートルの、アスペクト比２００のプリズム素子２１１は、基準面２００ｂの法線となす角度αがおよそ０．１４度の斜面２１１ａを有する。アスペクト比２００のプリズム素子２１１は、例えば、光線角度が５度である入射光を、７.７度の光線角度に偏向することができる。例えばＦナンバーＦが２である投写光学系１１４を用いる場合、角度θｏが１１.５度、７.７度のいずれの場合も式（１）を充足する。このため、ＦナンバーＦが２である投写光学系１１４は、呑み込み角度が１４度となり、アスペクト比が２０以上かつ２００以下であるプリズム素子２１１からの光を取り込むことができる。また、入射光を、光線角度が小さくなるように偏向することで、コントラストを高くすることもできる。なお、プリズム素子２１１により偏向された後の光線角度は説明にて示したものに限られず、液晶パネル１２０Ｒの各構成に応じて変化するものとする。

図１０は、斜面２１１ａの角度αと、光源部１０１からの光の光利用効率との関係を示すものである。光源部１０１からの光の光利用効率とは、光源部１０１からの光に対して、投写光学系１１４に取り込むことが可能な光の割合をいう。斜面２１１ａの角度αが３度以下であるプリズム素子２１１を用いることにより、光利用効率を９０パーセント以上とすることが可能となる。

図１１は、光利用効率９８パーセントを確保するための、投写光学系１１４のＦナンバーＦと、プリズム素子２１１の光軸方向への長さＨとの関係を示すものである。図１１に示すグラフの縦軸は長さＨ（マイクロメートル）、横軸はＦナンバーＦを表している。また、図１１のグラフは、基準面２００ｂに略平行な方向へのプリズム素子２１１の長さＷ１ごとに、ＦナンバーＦと長さＨとの関係を示している。図１１に示す条件でプリズム素子２１１を形成することにより、９８パーセントの光利用効率を確保することが可能となる。

なお、プリズム素子２１１のアスペクト比を１５より小さい値とすると、光線角度が大きい光が増えることから、投写光学系１１４で取り込むことができない光が増加するものと考えられる。また、光線角度が大きい光が増えることから、コントラストが低下してしまうと考えられる。このため、プリズム素子２１１は、アスペクト比を１５以上とするように形成することが望ましい。また、プリズム素子２１１のアスペクト比を２５０以上の値、例えば３００とすると、斜面２１１ａの角度αを０．００９５度にできる。このように、プリズム素子２１１のアスペクト比を大きい値とするほど、さらに高い効果を得られるとも考えられる。

基準面２００ｂに略平行な方向への長さＷ１が２マイクロメートルのプリズム素子２１１についてアスペクト比を３００とする場合、プリズム素子２１１の光軸方向への長さＨは６００マイクロメートル程度とする必要が生じる。このように長さＨが大きいプリズム素子２１１を形成することとなると、入射側防塵硝子２００の強度が不十分となり、入射側防塵硝子２００のひび割れや破断から歩留まりの低下を引き起こしてしまう。従って、プリズム素子２１１のアスペクト比を１５以上かつ２５０以下とすることにより、高いコントラストや高い光利用効率を得られ、かつ十分な強度を得ることができる。

プリズム素子は、断面構成において三角形形状をなす構成に限られない。例えば、図１２に示すように、断面構成において、矩形形状の上に三角形形状が設けられたような構成のプリズム素子１２１１を用いることとしても良い。プリズム素子１２１１は、光軸方向の長さＨのうち、光が入射する側の長さＤの部分が三角形形状をなしている。プリズム素子１２１１の斜面１２１１ａは、基準面２００ｂの法線となす角度が３度以下である有効反射領域である。

断面構成において矩形形状をなす部分と斜面１２１１ａとが反射部であるとすると、反射部は、有効反射領域である斜面１２１１ａが、反射部の全領域のうちの７０パーセント以上を占めることが望ましい。反射部の全領域のうちの７０パーセント以上を有効反射領域とすることで、高いコントラストと、高い光利用効率とを得られる。なお、図１３に示す上記のプリズム素子２１１は、反射部の全領域の１００パーセントが有効反射領域で構成されている。

図１４は、本実施例の変形例のプリズム素子１４１１及びその周辺部分の要部断面構成を示す。本変形例のプリズム素子１４１１は、上記の液晶パネル１２０Ｒに適用することができる。プリズム素子１４１１は、互いに異なる傾きの第１の斜面１４０１と、第２の斜面１４０２とを有する。第１の斜面１４０１は、プリズム素子１４１１の光軸方向の長さＨのうち、光が入射する側の長さＤの部分に形成されている第１の領域である。

第２の斜面１４０２は、プリズム素子１４１１の光軸方向の長さＨのうち、光を出射する側の部分に形成されている。第２の斜面１４０２は、第１の斜面１４０１より、画素部からの距離が短い位置に設けられた第２の領域である。また、第１の斜面１４０１及び第２の斜面１４０２は、基準面２００ｂの法線と第２の斜面１４０２とがなす角度が、基準面２００ｂの法線と第１の斜面１４０１とがなす角度より大きくなるように設けられている。第１の斜面１４０１は、基準面２００ｂの法線となす角度が３度以下である有効反射領域である。

図１５は、開口部２０３ｂにおける光の入射位置と、コントラストとの関係の例を示すものである。図１５に示すグラフの縦軸はコントラスト、横軸は光が入射する位置を、開口部２０３ｂの中心部からの距離で表している。図１５に示す関係は、開口部２０３ｂが１６マイクロメートル四方の正方形形状である場合についての例である。液晶パネル１２０Ｒは、開口部２０３ｂの中心部に近い位置に光を入射するほど、高いコントラストを得られることがわかる。

開口部２０３ｂの周辺部では、隣接する電極、トランジスタ、配線等の影響により液晶の配向状態が不安定になる。液晶の配向状態が不安定になることにより、開口部２０３ｂの周辺部に光を入射する場合に、コントラストが低下することがある。これに対して、開口部２０３ｂの中心部では液晶の配向状態は安定している。このため、高いコントラストを得るためには、できるだけ開口部２０３ｂの中心部に近い位置に光を入射させることが望ましい。例えば、８００以上の高いコントラストを得るためには、開口部２０３ｂの中心部から６マイクロメートル以内の領域に光を入射させることが望ましい。

第１の斜面１４０１の傾きと第２の斜面１４０２の傾きとが同じであるとすると、第２の斜面１４０２で反射した光は、第１の斜面１４０１で反射した光よりも開口部２０３ｂの中心部から離れた位置に入射する。第２の斜面１４０２で反射した光が開口部２０３ｂの周辺部へ入射する場合、第２の斜面１４０２で反射した光により高いコントラストを得ることが難しくなる。

図１６は、プリズム素子１４１１を用いる場合の光の振る舞いを説明するものである。本変形例では、基準面２００ｂの法線と第２の斜面１４０２とがなす角度が、基準面２００ｂの法線と第１の斜面１４０１とがなす角度より大きい。このことから、第２の斜面１４０２で反射した光Ｌ４を、第１の斜面１４０１で反射した光Ｌ３と同様に開口部２０３ｂの中心部に近い位置へ入射させることができる。第１の斜面１４０１で反射した光のみならず、第２の斜面１４０２で反射した光も開口部２０３ｂの中心部に近い位置に入射させることにより、さらにコントラストを高くすることができる。また、第１の斜面１４０１及び第２の斜面１４０２の全領域に対して、有効反射領域である第１の斜面１４０１が７０パーセント以上を占める構成とすることで、高いコントラストと、高い光利用効率とを得られる。

図１７、図１８は、本変形例のプリズム素子１４１１を変形したプリズム素子１７１１、１８１１の要部断面構成を示す。図１７に示すプリズム素子１７１１は、上記のプリズム素子１４１１と同様に、第１の領域である第１の斜面１７０１と、第２の領域である第２の斜面１７０２とを有する。また、プリズム素子１７１１の先端部１７０３は、丸い形状を有する。第１の斜面１７０１は、基準面２００ｂの法線となす角度が３度以下である有効反射領域である。

図１８に示すプリズム素子１８１１は、反射部である曲面１８０１を有する。プリズム素子１８１１の光軸方向の長さＨのうち、光が入射する側の長さＤの部分の曲面１８０１は、基準面２００ｂの法線となす角度が３度以下である有効反射領域である。曲面１８０１のうち長さＤの部分は、第１の領域として機能する。また、曲面１８０２のうち長さＤの部分以外の部分は、基準面２００ｂの法線となす角度が３度より大きい領域である。曲面１８０１のうち長さＤの部分以外の部分は、第２の領域として機能する。これらのプリズム素子１７１１、１８１１を用いる場合も、コントラストを高くすることができる。

図１４に示すプリズム素子１４１１や、図１７に示すプリズム素子１７１１は、例えば、後述のドライエッチング法により形成することができる。図１８に示すプリズム素子１８１１は、例えば、レーザアブレーション法を用いることにより形成することができる。レーザアブレーション法によると、プリズム素子１８１１を形成するための材料で構成されたターゲット上にレーザビームを集光し、レーザビームからエネルギーを得た材料粒子を基板上に輸送することにより、プリズム素子１８１１を形成する。なお、プリズム素子の形状は図示するものに限られず、他の形状であっても良い。例えば、図１７のプリズム素子１７１１は丸い形状の先端部１７０３を設ける構成に限らず、先端部に、基準面２００ｂに略平行な平坦面を形成することとしても良い。

図１９は、本発明の実施例２に係る空間光変調装置の製造方法を説明するものである。ここでは、空間光変調装置のうちの特徴的部分であるプリズム素子を形成する手順について主に説明する。プリズム素子は、レーザアブレーションによる方法や、ドライエッチングプロセスを用いた方法で形成することができる。レーザアブレーションを用いる方法では、予め設定したデータに基づいて透明基板にＣＯ₂レーザを照射することにより、プリズム素子を形成することができる。図１９に示す手順は、厚膜レジストを用いるドライエッチングプロセスにより、上記のプリズム素子２１１を形成するものである。

まず、工程ａに示す基板１９０１に、樹脂レジスト層１９０２を形成する。基板１９０１は、硝子基板や透明樹脂基板を用いることができる。樹脂レジスト層１９０２はマスク層であって、例えば５０マイクロメートルから２００マイクロメートルの厚さで塗布する。樹脂レジスト層１９０２には、例えば、ＳＵ−８、ＫＭＰＲ（いずれもマイクロケム社の登録商標）を用いることができる。次に、工程ｂに示すように、プリズム素子２１１を形成する箇所の樹脂レジスト層１９０２を取り除くように、パターニングを行う。パターニング後、６０分間、１００度によるベークを行う。

次に、パターニングされた樹脂レジスト層１９０２をハードマスクとして、ドライエッチングを行う。ドライエッチングには、高密度プラズマを形成可能なＩＣＰドライエッチング装置を用いることができる。ドライエッチングにより、工程ｃに示すように、基板１９０１に略三角形形状の断面をなす溝１９０３が形成される。エッチングエリアに高密度プラズマを均一に形成できるエッチングガスとして、例えば、Ｃ₄Ｆ₈、ＣＨＦ₃等のフッ化物系ガスを用いることができる。

基板１９０１の材料と樹脂レジスト層１９０２の材料とのエッチング選択比を例えば４対１とすることにより、樹脂レジスト層１９０２の厚みに対して略４倍の深さを有する溝１９０３を、基板１９０１に形成することができる。エッチング環境によるレジストの炭化を防止するために、チラーにより基板１９０１を冷却するほか、エッチングサイクル間に冷却時間を設けることとしても良い。ＳＵ−８を用いるドライエッチングプロセスは、例えば、Takayuki Fukasawaらの、「Deep Dry Etching of Quartz Plate Over 100μm in Depth Employing Ultra-Thick Photoresist(SU-8)」（Japanese Journal of Applied Physics. Vol.42 (2003) pp.3702-3706、The Japan Society of Applied Physics）に掲載されている。

このようにして形成された溝１９０３の壁面が、プリズム素子２１１の斜面２１１ａである。接着層２０１（図３参照）により、工程ｃで形成された溝１９０３に空気や他の透明物質を封止することにより、プリズム素子２１１が形成される。プリズム素子２１１に空気を封入する場合は、プリズム素子２１１内部を減圧することが望ましい。プリズム素子２１１の内部を減圧することで、温度上昇によるプリズム素子２１１内部の空気の熱膨張を低減し、プリズム素子２１１の近傍の部品の剥離等を防ぐことができる。以上のようにして形成された入射側防塵硝子２００を用いて、空間光変調装置１１０Ｒ、１１０Ｇ、１１０Ｂを形成することができる。

図２０−１、図２０−２は、金属ハードマスクを用いるドライエッチングプロセスにより、上記のプリズム素子２１１を形成する手順を説明するものである。まず図２０−１に示す工程ａにおいて、基板１９０１に金属層２００２を形成する。金属層２００２の材料としては、例えばクロムやニッケルを用いることができる。金属層２００２は、金属材料をＣＤＶ、スパッタ、鍍金等により形成することができる。次に、工程ｂにおいて、金属層２００２の上にレジスト層２００３を形成する。レジスト層２００３には、工程ｃのフォトリソ工程により、パターニングが施される。レジスト層２００３のパターニングは、プリズム素子２１１を形成する位置に溝を形成するようにして行う。

次に、工程ｄにおいて、エッチングにより金属層２００２をパターニングする。金属層２００２のエッチングには、例えば、塩化第二鉄（ＦｅＣｌ₃）を用いたウェットエッチング、ドライエッチング、イオンミリング法のいずれを用いても良い。次に、図２０−２の工程ｅにおいて、ＩＣＰドライエッチング装置を用いてドライエッチングを施す。エッチングガスには、Ｃ₄Ｆ₈、ＣＨＦ₃等のフッ化物系ガスを用いることができる。

ここで、エッチング選択比は、基板１９０１の材料におけるエッチングレートが高くなるような条件とすることで大きくすることが可能である。エッチング選択比を大きくすることで、工程ｆに示すように、基板１９０１に深い溝１９０３を形成することができる。例えば、バイアス電力８００ワット、バイアス電圧５００ボルト、Ｃ₄Ｆ₈ガス流量１０ｓｃｃｍ、ＣＨＦ₃ガス流量３０ｓｃｃｍの条件でエッチングを施すことにより、石英材料からなる基板１９０１に深い溝１９０３を形成することができる。

このようにして形成された溝１９０３の壁面が、プリズム素子２１１の斜面２１１ａである。斜面２１１ａの傾斜角度は、エッチング中にエッチング選択比を変化させることにより、適宜調節することが可能である。エッチング選択比は、例えば、ガスの圧力、バイアス電圧、バイアス電力等の少なくともいずれかを調節することにより、変化させることができる。基板１９０１のうち金属層２００２に近い位置よりも遠い位置でエッチング選択比を小さくするようにエッチング条件を変化させることにより、例えば、互いに異なる傾きの斜面を持つ上記のプリズム素子１４１１（図１４参照）やプリズム素子１７１１（図１７参照）を形成することもできる。最後に、工程ｇにおいて金属層２００２を取り除くことにより、斜面２１１ａが施された入射側防塵硝子２００を形成することができる。エッチング工程にて発生する残渣は、工程間にＯ₂によるクリーニング作業を行うことや、Ｏ₂、Ａｒガスの添加を行うことにより除去することができる。

図２１−１、図２１−２は、ドライエッチングプロセスにより上記のプリズム素子２１１を形成する他の手順を説明するものである。図２１−１の工程ａにおいて、基板１９０１にレジスト層２１０２を形成する。レジスト層２１０２は、例えばスピンコート法やスプレー塗布により形成することができる。レジスト層２１０２は、工程ｂのフォトリソ工程により、パターニングが施される。次に工程ｃにおいて、基板１９０１及びレジスト層２１０２の上に、金属層２１０３を形成する。

金属層２１０３の材料としては、例えばクロムやニッケルを用いることができる。金属層２１０３は、金属材料によりＣＤＶ、スパッタ、鍍金等を施すことにより形成することができる。次に、工程ｄにおいて、リフトオフ法により、金属層２１０３をパターニングする。そして、工程ｅから工程ｇにおいて上記の手順と同様のドライエッチングを施すことにより、斜面２１１ａが施された入射側防塵硝子２００を形成することができる。

以上のように、本発明に係る空間光変調装置は、プロジェクタに用いる液晶型空間光変調装置に適している。

本発明の実施例１に係るプロジェクタの概略構成図。 液晶パネルの斜視構成図。 液晶パネルの要部断面構成図。 ブラックマトリックス部及び開口部の要部平面構成図。 ブラックマトリックス部の形状を説明する図。 液晶パネルに入射する光の振る舞いを説明する図。 プリズム素子での光の全反射について説明する図。 照明光の光線角度分布の例を説明する図。 入射光の光線角度とコントラストとの関係を説明する図。 斜面の角度と光利用効率との関係を説明する図。 投写レンズのＦナンバーとプリズム素子の長さとの関係を説明する図。 プリズム素子の形状を説明する図。 プリズム素子の形状を説明する図。 実施例１の変形例のプリズム素子を説明する図。 開口部における光の入射位置とコントラストとの関係を説明する図。 図１４に示すプリズム素子を用いる場合の光の振る舞いを説明する図。 プリズム素子の変形例を説明する図。 プリズム素子の変形例を説明する図。 本発明の実施例２に係る空間光変調装置の製造方法を説明する図。 ドライエッチングによりプリズム素子を形成する手順を説明する図。 ドライエッチングによりプリズム素子を形成する手順を説明する図。 ドライエッチングによりプリズム素子を形成する手順を説明する図。 ドライエッチングによりプリズム素子を形成する手順を説明する図。

符号の説明

１００ プロジェクタ、１０１ 光源部、１０４ インテグレータ、１０５ 偏光変換素子、１０６Ｒ Ｒ光透過ダイクロイックミラー、１０６Ｇ Ｂ光透過ダイクロイックミラー、１０７ 反射ミラー、１０８ リレーレンズ、１１０Ｒ 第１色光用空間光変調装置、１１０Ｇ 第２色光用空間光変調装置、１１０Ｂ 第３色光用空間光変調装置、１１２ クロスダイクロイックプリズム、１１２ａ ダイクロイック膜、１１２ｂ ダイクロイック膜、１１４ 投写光学系、１１６ スクリーン、１２０Ｒ、１２０Ｇ、１２０Ｂ 液晶パネル、１２１Ｒ、１２１Ｇ、１２１Ｂ 第１偏光板、１２２Ｒ、１２２Ｇ、１２２Ｂ 第２偏光板、１２３Ｒ、１２３Ｂ λ／２位相差板、１２４Ｒ、１２４Ｂ 硝子板、２００ｂ 基準面、２００ 入射側防塵硝子、２００ａ 入射面、２０１ 接着層、２０２ カバー硝子、２０３ａ ブラックマトリックス部、２０３ｂ 開口部、２０４ 対向電極、２０５ 液晶層、２０６ａ 画素電極、２０６ ＴＦＴ基板、２０６ａ 透明電極、２０６ｃ 配向膜、２０７ 接着層、２０８ 射出側防塵硝子、２１０ プリズム群、２１１ プリズム素子、２１１ａ 斜面、Ｃ１ 頂点、Ｃ２ 中心位置、Ｎ２ 法線、４０１ 第１のブラックマトリックス部、４０２ 第２のブラックマトリックス部、４０３ 交差部、５０３ａ ブラックマトリックス部、５０３ｂ 開口部、１２１１ プリズム素子、１２１１ａ 斜面、１４０１ 第１の斜面、１４０２ 第２の斜面、１４１１ プリズム素子、１７０１ 第１の斜面、１７０２ 第２の斜面、１７０３ 先端部、１７１１ プリズム素子、１８０１ 曲面、１８１１ プリズム素子、１９０１ 基板、１９０２ 樹脂レジスト層、１９０３ 溝、２００２ 金属層、２００３ レジスト層、２１０２ レジスト層、２１０３ 金属層

Claims (8)

1. 入射光を画像信号に応じて変調する変調部と、
   前記変調部の近傍に設けられ、前記入射光を前記変調部の方向へ反射する光路偏向部と、を有し、
   前記変調部は、行列状に配列されている複数の画素部と、前記画素部同士の間に設けられている遮光部とを備え、
   前記光路偏向部は、前記入射光を前記画素部の方向へ反射する反射部を備えるプリズム素子であって、
   前記プリズム素子は、基準面上であって前記遮光部に対応する位置に設けられ、かつ、前記基準面に略垂直な方向への長さが、前記基準面に略平行な方向への長さの１５倍以上かつ２５０倍以下であることを特徴とする空間光変調装置。
2. 前記プリズム素子は、前記基準面に略垂直な方向への長さが、前記基準面に略平行な方向への長さの２０倍以上かつ２００倍以下であることを特徴とする請求項１に記載の空間光変調装置。
3. 前記反射部は、第１の領域と、前記第１の領域よりも前記画素部からの距離が短い位置に設けられた第２の領域とを有し、
   前記第１の領域及び前記第２の領域は、前記基準面の法線と前記第２の領域とがなす角度が、前記基準面の法線と前記第１の領域とがなす角度より大きくなるように設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の空間光変調装置。
4. 前記反射部は、前記基準面の法線となす角度が３度以下である有効反射領域を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の空間光変調装置。
5. 前記反射部は、前記有効反射領域が、前記反射部の全領域のうちの７０パーセント以上を占めることを特徴とする請求項４に記載の空間光変調装置。
6. 前記遮光部は、前記基準面に略平行な第１の方向に長手方向を有する第１の遮光部と、前記基準面に略平行かつ前記第１の方向に略直交する第２の方向に長手方向を有する第２の遮光部と、を有し、
   前記第１の遮光部及び前記第２の遮光部は、互いに交差部で交差するように配置され、かつ、前記交差部以外の部分よりも前記交差部のほうが、前記長手方向に対して略直交する方向における幅が大きくなるように形成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の空間光変調装置。
7. 光を供給する光源部と、
   前記光源部からの光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、
   前記空間光変調装置で変調された光を投写する投写光学系と、を有し、
   前記空間光変調装置は、入射光を画像信号に応じて変調する変調部と、前記変調部の近傍に設けられ、前記入射光を前記変調部の方向へ反射する光路偏向部と、を有し、
   前記変調部は、行列状に配列されている複数の画素部と、前記画素部同士の間に設けられている遮光部とを備え、
   前記光路偏向部は、前記入射光を前記画素部の方向へ反射する反射部を備えるプリズム素子であって、
   前記プリズム素子は、基準面上であって前記遮光部に対応する位置に設けられ、かつ、前記基準面に略垂直な方向への長さが、前記基準面に略平行な方向への長さの１５倍以上かつ２５０倍以下であることを特徴とする画像表示装置。
8. 前記投写光学系のＦナンバーをＦ、とすると、前記プリズム素子は、前記基準面の法線と所定の角度をなす前記入射光を、以下の条件式を満たす角度θｏをなすように偏向することを特徴とする請求項７に記載の画像表示装置。
   ０≦θｏ≦ａｒｃｔａｎ｛１／（２Ｆ）｝

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