JP2009276711A - 電気光学装置、光路偏向用基板、それらの製造方法、および投射型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】入射した光を画素開口領域に好適に導くことのできる光路偏向用基板を備えた電気光学装置、当該光路偏向用基板、それらの製造方法、および投射型表示装置を提供すること。
【解決手段】光路偏向用基板２０ｂは、光入射側に光反射性の斜面２６１を向けて延在する断面Ｖ字状突起からなる断面プリズム形状の光路偏向部２６と、光路偏向部２６で囲まれた凹部内に充填された透光性材料層２２とを備えている。光路偏向部２６および凹部２６０を形成するにあたっては、厚さ方向の途中位置にエッチングストッパ層２０ｐを備えた基板２０ｇの表面において、光路偏向部２６を形成すべき領域にエッチングマスク６６を形成した状態で基板２０ｇをエッチングストッパ層２０ｐが露出するまでエッチングする。
【選択図】図６

Description

本発明は、液晶装置などの電気光学装置、当該電気光学装置に用いられる光路偏向用基板、電気光学装置および光路偏向用基板の製造方法、並びに当該電気光学装置を備えた投射型表示装置に関するものである。

電気光学装置では、配線領域の確保や混色防止を目的に縦横に延在する格子状の遮光領域を設け、この遮光領域で囲まれた画素開口領域から変調光を出射する。例えば、代表的な電気光学装置である液晶装置は、図１０（ａ）に示すように、画素電極が形成された素子基板１０と、この素子基板１０に対向配置された対向基板２０と、素子基板１０と対向基板２０との間に保持された液晶層５０とを備えており、素子基板１０において配線および画素スイッチング用のトランジスタが形成された領域１４、および対向基板２０においてブラックマトリクスやブラックストライプと称せられる遮光層２４が形成された領域によって、遮光領域１００ｃが規定され、遮光領域１００ｃの内側は、画素電極を備えた画素開口領域１００ｄになっている。このように構成した液晶装置は、素子基板１０の側から入射した光を液晶層５０によって光変調した後、対向基板２０から出射する構成、あるいは、対向基板２０の側から入射した光を液晶層５０によって光変調した後、素子基板１０から出射する構成になっているため、入射光を効率よく利用するには、入射光を画素開口領域１００ｄに効率よく導く必要がある。

そこで、対向基板２０側において遮光領域１００ｃと重なる領域に、入射光を画素開口領域１００ｄに導く反射性の斜面２６１ｘを備えた光路偏向部２６ｘを縦横に備えた光路偏向用基板２０ｘを用いることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

かかる光路偏向用基板２０ｘを製造するには、例えば、図１０（ｂ）に示すように、光路偏向用基板の母材たる基板２０ｙにおいて光路偏向部２６ｘを形成すべき領域にエッチングマスク６６ｘを形成した状態で基板２０ｙをエッチングし、図１０（ｃ）に示すように、斜面２６１ｘを備えた光路偏向部２６ｘ、および凹部２６０ｘを形成した後、凹部２６０ｘ内に透光性材料層２２ｘを充填する。
特開２００６−２１５４２７号公報

しかしながら、図１０（ａ）、（ｂ）に示す方法では、光路偏向部２６ｘをエッチング形成した際、光路偏向部２６ｘの根元部分に、斜面２６１ｘおよび凹部２６０ｘの底部２６２ｘの双方に対して斜めの傾斜部２６５ｘが形成されてしまうという問題点がある。かかる傾斜部２６５ｘの発生は、傾斜部２６５ｘで反射した光については画素開口領域１００ｄに導くことができないため、表示光量の多大なロスや、迷光の原因となるので、好ましくない。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、入射した光を画素開口領域に好適に導くことのできる光路偏向用基板を備えた電気光学装置、当該光路偏向用基板、電気光学装置の製造方法、光路偏向用基板の製造方法、および当該電気光学装置を備えた投射型表示装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明では、入射光を画像信号に応じて変調する液晶と、基板面に格子状に延在し前記入射光を反射する光路偏向部と、前記光路偏向部で囲まれた凹部内に充填された透光性材料層と、を備えた光路偏向用基板と、を有し、前記変調部は、行列状に配列された複数の画素部と、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光反射性斜面を備えた断面プリズム形状を有し、前記光反射性斜面と前記凹部の底面は、互いに交わる位置まで平面的に延びていることを特徴とする。

また、本発明では、基板面に格子状に延在し前記入射光を反射する光路偏向部と、前記光路偏向部で囲まれた凹部内に充填された透光性材料層と、を有し、前記光路偏向部は、前記入射光を前記凹部底面の方向へ反射する光反射性斜面を備えた断面プリズム形状を有する光路偏向用基板において、前記光反射性斜面と前記凹部の底面は、それぞれ互いに交わる位置まで平面的に延びていることを特徴とする。

かかる光路偏向用基板を製造するには、前記光路偏向用基板の母材たる基板の厚さ方向の途中位置にエッチングストッパ層を形成するエッチングストッパ層形成工程と、当該基板において互いに反対側に位置する第１面および第２面のうち、前記第１面の前記光路偏向部を形成すべき領域にエッチングマスクを形成し、当該基板を前記第１面から前記エッチングストッパ層が露出するまでエッチングを行なって前記光反射性斜面および前記凹部を形成するエッチング工程と、前記凹部内に前記透光性材料層を充填する充填工程と、前記基板のうち当該エッチングストッパ層より第２面側に位置する部分を除去する除材工程と、有することを特徴とする。

本発明では、基板に対するエッチングにより、基板の第１面に偏向部を残す一方、偏向部で挟まれた領域に、透光性材料層を充填すべき凹部を形成する。その際、基板の厚さ方向の途中位置にはエッチングストッパ層が形成されているため、凹部の底面は、エッチングストッパ層により規定される。従って、斜面と凹部の底部は、互いに交わる位置まで平面的に延びており、偏向部の根元部分に傾斜部が形成されないので、傾斜部での光の異常反射が起こらない。それ故、偏向部の根元部分に発生しがちな傾斜部での光の異常反射に起因する表示光量の損失や迷光の発生が起こらないので、明るくて品位の高い画像を表示することができる。

本発明において、前記光反射性斜面には光反射層が形成されていることが好ましい。かかる光路偏向用基板を製造するには、前記エッチング工程の後、前記充填工程を行なう前に、前記光反射性斜面の表面に光反射層を形成する光反射層形成工程を行う。

本発明において、光路偏向用基板を製造するには、前記基板としては、シリコン基板の厚さ方向の途中位置に前記エッチングストッパ層としてのシリコン酸化膜が形成されたＳＯＩ（Silicon On Insulater）基板を用いればよい。この場合、前記偏光用基板において前記偏向部はシリコンからなる構成を有することになる。

本発明は、例えば、液晶装置などの電気光学装置に適用できる。液晶装置の場合、配線および画素スイッチング素子が形成された遮光領域、および該遮光領域で囲まれた領域内に画素電極が形成された画素開口領域を備えた素子基板と、該素子基板との間に液晶を保持する対向基板とを有し、当該対向基板に前記光路偏向用基板が含まれている構成を採用することができる。

本発明に係る電気光学装置を投射型表示装置に用いることが好ましく、この場合、投射型表示装置は、光源部および投射光学系を有し、前記光源部から出射された光を前記電気光学装置に入射させ、当該電気光学装置により光変調した光を前記投射光学系により投射する。投射型表示装置の場合には特に、入射光の利用効率が高いことが求められることから、本発明を電気光学装置に適用した場合の効果が顕著である。

図面を参照して、本発明を適用した電気光学装置（液晶装置）を用いた投射型表示装置、電気光学装置、および電気光学装置の製造方法を説明する。なお、対応関係を明確化することを目的に、以下の説明では、図１０を参照して説明した構成と同一の機能を有する部分には同一の符号を付して説明する。また、以下の説明で参照する図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならしめてある。

（投射型表示装置の構成）
図１を参照して、本発明を適用した電気光学装置をライトバルブとして用いた投射型表示装置を説明する。図１は、本発明を適用した投射型表示装置の概略構成図である。

図１に示す投射型表示装置１１０は、観察者側に設けられたスクリーン１１１（被投射面）に光を照射し、このスクリーン１１１で反射した光を観察する。投射型表示装置１１０は、光源１１２、ダイクロイックミラー１１３、１１４、およびリレー系１２０などを備えた光源部１４０と、液晶ライトバルブ１１５〜１１７と、クロスダイクロイックプリズム１１９（合成光学系）と、投射光学系１１８とを備えている。

光源１１２は、赤色光、緑色光および青色光を含む光を供給する超高圧水銀ランプで構成されている。ダイクロイックミラー１１３は、光源１１２からの赤色光を透過させると共に緑色光および青色光を反射する構成となっている。また、ダイクロイックミラー１１４は、ダイクロイックミラー１１３で反射された緑色光および青色光のうち青色光を透過させると共に緑色光を反射する構成となっている。このように、ダイクロイックミラー１１３、１１４は、光源１１２から出射した光を赤色光と緑色光と青色光とに分離する色分離光学系を構成する。

ダイクロイックミラー１１３と光源１１２との間には、インテグレータ１２１および偏光変換素子１２２が光源１１２から順に配置されている。インテグレータ１２１は、光源１１２から照射された光の照度分布を均一化する構成となっている。また、偏光変換素子１２２は、光源１１２からの光を例えばｓ偏光のような特定の振動方向を有する偏光にする構成となっている。

液晶ライトバルブ１１５は、ダイクロイックミラー１１３を透過して反射ミラー１２３で反射した赤色光を画像信号に応じて変調する透過型の電気光学装置（液晶装置）である。液晶ライトバルブ１１５は、λ／２位相差板１１５ａ、第１偏光板１１５ｂ、液晶パネル１１５ｃおよび第２偏光板１１５ｄを備えている。ここで、液晶ライトバルブ１１５に入射する赤色光は、ダイクロイックミラー１１３を透過しても光の偏光は変化しないことから、ｓ偏光のままである。

λ／２位相差板１１５ａは、液晶ライトバルブ１１５に入射したｓ偏光をｐ偏光に変換する光学素子である。また、第１偏光板１１５ｂは、ｓ偏光を遮断してｐ偏光を透過させる偏光板である。液晶パネル１１５ｃは、ｐ偏光を画像信号に応じた変調によってｓ偏光（中間調であれば円偏光又は楕円偏光）に変換する構成となっている。さらに、第２偏光板１１５ｄは、ｐ偏光を遮断してｓ偏光を透過させる偏光板である。従って、液晶ライトバルブ１１５は、画像信号に応じて赤色光を変調し、変調した赤色光をクロスダイクロイックプリズム１１９に向けて出射する構成となっている。

なお、λ／２位相差板１１５ａおよび第１偏光板１１５ｂは、偏光を変換させない透光性のガラス板１１５ｅに接した状態で配置されており、λ／２位相差板１１５ａおよび第１偏光板１１５ｂが発熱によって歪むのを回避することができる。

液晶ライトバルブ１１６は、ダイクロイックミラー１１３で反射した後にダイクロイックミラー１１４で反射した緑色光を画像信号に応じて変調する透過型の電気光学装置（液晶装置）である。液晶ライトバルブ１１６は、液晶ライトバルブ１１５と同様に、第１偏光板１１６ｂ、液晶パネル１１６ｃおよび第２偏光板１１６ｄを備えている。液晶ライトバルブ１１６に入射する緑色光は、ダイクロイックミラー１１３、１１４で反射されて入射するｓ偏光である。第１偏光板１１６ｂは、ｐ偏光を遮断してｓ偏光を透過させる偏光板である。また、液晶パネル１１６ｃは、ｓ偏光を画像信号に応じた変調によってｐ偏光（中間調であれば円偏光又は楕円偏光）に変換する構成となっている。第２偏光板１１６ｄは、ｓ偏光を遮断してｐ偏光を透過させる偏光板である。従って、液晶ライトバルブ１１６は、画像信号に応じて緑色光を変調し、変調した緑色光をクロスダイクロイックプリズム１１９に向けて出射する構成となっている。

液晶ライトバルブ１１７は、ダイクロイックミラー１１３で反射し、ダイクロイックミラー１１４を透過した後でリレー系１２０を経た青色光を画像信号に応じて変調する透過型の電気光学装置（液晶装置）である。液晶ライトバルブ１１７は、液晶ライトバルブ１１５、１１６と同様に、λ／２位相差板１１７ａ、第１偏光板１１７ｂ、液晶パネル１１７ｃおよび第２偏光板１１７ｄを備えている。ここで、液晶ライトバルブ１１７に入射する青色光は、ダイクロイックミラー１１３で反射してダイクロイックミラー１１４を透過した後にリレー系１２０の後述する２つの反射ミラー１２５ａ、１２５ｂで反射することから、ｓ偏光となっている。

λ／２位相差板１１７ａは、液晶ライトバルブ１１７に入射したｓ偏光をｐ偏光に変換する光学素子である。第１偏光板１１７ｂは、ｓ偏光を遮断してｐ偏光を透過させる偏光板である。液晶パネル１１７ｃは、ｐ偏光を画像信号に応じた変調によってｓ偏光（中間調であれば円偏光又は楕円偏光）に変換する構成となっている。第２偏光板１１７ｄは、ｐ偏光を遮断してｓ偏光を透過させる偏光板である。従って、液晶ライトバルブ１１７は、画像信号に応じて青色光を変調し、変調した青色光をクロスダイクロイックプリズム１１９に向けて出射する構成となっている。なお、λ／２位相差板１１７ａおよび第１偏光板１１７ｂは、ガラス板１１７ｅに接した状態で配置されている。

リレー系１２０は、リレーレンズ１２４ａ、１２４ｂと反射ミラー１２５ａ、１２５ｂとを備えている。リレーレンズ１２４ａ、１２４ｂは、青色光の光路が長いことによる光損失を防止するために設けられている。ここで、リレーレンズ１２４ａは、ダイクロイックミラー１１４と反射ミラー１２５ａとの間に配置されている。また、リレーレンズ１２４ｂは、反射ミラー１２５ａ、１２５ｂの間に配置されている。反射ミラー１２５ａは、ダイクロイックミラー１１４を透過してリレーレンズ１２４ａから出射した青色光をリレーレンズ１２４ｂに向けて反射するように配置されている。また、反射ミラー１２５ｂは、リレーレンズ１２４ｂから出射した青色光を液晶ライトバルブ１１７に向けて反射するように配置されている。

クロスダイクロイックプリズム１１９は、２つのダイクロイック膜１１９ａ、１１９ｂをＸ字型に直交配置した色合成光学系である。ダイクロイック膜１１９ａは青色光を反射して緑色光を透過する膜であり、ダイクロイック膜１１９ｂは赤色光を反射して緑色光を透過する膜である。従って、クロスダイクロイックプリズム１１９は、液晶ライトバルブ１１５〜１１７のそれぞれで変調された赤色光と緑色光と青色光とを合成し、投射光学系１１８に向けて出射するように構成されている。

なお、液晶ライトバルブ１１５、１１７からクロスダイクロイックプリズム１１９に入射する光はｓ偏光であり、液晶ライトバルブ１１６からクロスダイクロイックプリズム１１９に入射する光はｐ偏光である。このようにクロスダイクロイックプリズム１１９に入射する光を異なる種類の偏光としていることで、クロスダイクロイックプリズム１１９において各液晶ライトバルブ１１５〜１１７から入射する光を有効に合成できる。ここで、一般に、ダイクロイック膜１１９ａ、１１９ｂはｓ偏光の反射特性に優れている。このため、ダイクロイック膜１１９ａ、１１９ｂで反射される赤色光および青色光をｓ偏光とし、ダイクロイック膜１１９ａ、１１９ｂを透過する緑色光をｐ偏光としている。投射光学系１１８は、投影レンズ（図示略）を有しており、クロスダイクロイックプリズム１１９で合成された光をスクリーン１１１に投射するように構成されている。

このように構成した投射型表示装置１１０において、光源１１２から出射された光の利用効率が高いことが求められることから、液晶ライトバルブ１１５〜１１７としての液晶装置については以下に説明する構成が採用されている。

（電気光学装置の全体構成）
図２（ａ）、（ｂ）は、図１に示した投射型表示装置において液晶ライトバルブ（電気光学装置／液晶装置）に用いた液晶パネルの構成を模式的に示す説明図、およびその液晶装置の電気的構成を示すブロック図である。なお、図１に示す液晶ライトバルブ１１５〜１１７および液晶パネル１１５ｃ〜１１７ｃは、変調する光の波長領域が異なるだけであり、基本的構成が共通するので、液晶ライトバルブ１１５〜１１７を電気光学装置１００とし、液晶パネル１１５ｃ〜１１７ｃを液晶パネル１００ｘとして説明する。

図２（ａ）に示すように、電気光学装置１００において、液晶パネル１００ｘは、素子基板１０と、この素子基板１０に対向する対向基板２０とを備えており、対向基板２０の側から入射した光を変調して素子基板１０の側から出射する透過型の液晶パネルである。素子基板１０と対向基板２０とは、シール材（図示せず）を介して貼り合わされて対向しており、シール材の内側領域にはＴＮ（Twisted Nematic）液晶などからなる液晶層５０が保持されている。詳しくは後述するが、素子基板１０において対向基板２０と対向する面側には島状の画素電極９ａなどが形成され、対向基板２０において素子基板１０と対向する面側には、その略全面に対向電極２１が形成されている。

図２（ｂ）に示すように、電気光学装置１００の素子基板１０において、画像表示領域１０ａを構成するマトリクス状（行列状）の複数の画素１００ａの各々には、画素電極９ａと、画素電極９ａをスイッチング制御するための画素トランジスタとしてのＭＯＳ型の電界効果型トランジスタ３０とが形成されている。また、画像表示領域１０ａには、画像信号を供給するための複数のデータ線６ａと、走査信号を供給するための複数の走査線３ａとが互いに交差する方向に延びており、データ線６ａはデータ線駆動回路１０１に接続され、走査線３ａは走査線駆動回路１０４に接続されている。電界効果型トランジスタ３０のソースにはデータ線６ａが接続し、電界効果型トランジスタ３０のゲートには走査線３ａが接続されている。画素電極９ａは、電界効果型トランジスタ３０のドレインに電気的に接続されており、電界効果型トランジスタ３０を一定期間だけそのオン状態とすることにより、データ線６ａから供給されるデータ信号を各画素１００ａに所定のタイミングで書き込む。そして、図２（ａ）に示す画素電極９ａ、液晶層５０、および対向電極２１により構成された液晶容量５０ａに書き込まれた所定レベルの画素信号は一定期間保持される。

ここで、液晶容量５０ａに並列に蓄積容量５５が形成されており、蓄積容量５５によって、画素電極９ａの電圧は、例えば、ソース電圧が印加された時間よりも３桁も長い時間だけ保持される。これにより、電荷の保持特性は改善され、コントラスト比の高い表示を行うことのできる電気光学装置１００を実現できる。本形態では、蓄積容量５５を構成するために、走査線３ａと並列するように容量線５ｂが形成されており、かかる容量線５ｂは共通電位線（ＣＯＭ）に接続され、所定の電位に保持されている。なお、蓄積容量５５は前段の走査線３ａとの間に形成される場合もある。

（画素の具体的構成）
図３は、本発明を適用した電気光学装置の画素１つ分の断面図である。図４（ａ）、（ｂ）は各々、本発明を適用した電気光学装置に用いた素子基板において相隣接する画素の平面図、およびこの素子基板上における遮光領域を右上がりの斜線によって示した説明図である。図３は、図４（ａ）のＡ−Ａ′線に相当する位置で電気光学装置１００を切断したときの断面図に相当する。なお、図４（ａ）、（ｂ）では、半導体層は細くて短い点線で示し、走査線３ａは太い実線で示し、データ線６ａおよびそれと同時形成された薄膜は一点鎖線で示し、容量線５ｂは二点鎖線で示し、画素電極９ａおよびそれと同時形成された薄膜は太くて長い点線で示し、後述する中継電極は細い実線で示してある。

図３および図４（ａ）に示すように、素子基板１０上には、複数の画素１００ａの各々に矩形状の画素電極９ａが形成されており、各画素電極９ａの縦横の境界に各々沿ってデータ線６ａおよび走査線３ａが形成されている。データ線６ａおよび走査線３ａは各々、直線的に延びている。また、データ線６ａと走査線３ａとが交差する領域に電界効果型トランジスタ３０が形成されている。また、素子基板１０上には、走査線３ａと重なるように容量線５ｂが形成されている。本形態において、容量線５ｂは、走査線３ａと重なるように直線的に延びた主線部分と、データ線６ａと走査線３ａとの交差部分でデータ線６ａに重なるように延びた副線部分とを備えている。

素子基板１０は、石英基板やガラス基板などの透光性材料からなる基板１１（基板本体）、その液晶層５０側の表面に形成された画素電極９ａ、画素スイッチング用の電界効果型トランジスタ３０、および配向膜１６を主体として構成されており、対向基板２０は、後述する光路偏向用基板２０ｂ、その液晶層５０側表面に形成された対向電極２１、および配向膜２９を主体として構成されている。

素子基板１０において、画素電極９ａに隣接する位置には電界効果型トランジスタ３０が形成されている。電界効果型トランジスタ３０は、例えば、ＬＤＤ（Lightly Doped Drain）構造を有しており、半導体層１ａには、走査線３ａに対してゲート絶縁層２を介して対向するチャネル領域１ａ′、低濃度ソース領域１ｂ、低濃度ドレイン領域１ｃ、高濃度ソース領域１ｄおよび高濃度ドレイン領域１ｅが形成されている。

半導体層１ａは、例えば、石英基板からなる基板１１上に下地絶縁膜１２を介して形成された単結晶シリコン層によって構成され、このような構成の素子基板１０は、石英基板と単結晶シリコン基板とが絶縁層を介して貼り合わされたＳＯＩ基板を用いることにより実現することができる。このようなＳＯＩ基板は、例えば、単結晶シリコン基板上にシリコン酸化膜を形成した上で石英基板と貼り合わせる方法、あるいは石英基板と単結晶シリコン基板の双方にシリコン酸化膜を形成した上でシリコン酸化膜同士を接触させて貼り合わせる方法を採用できる。このような基板を用いた場合、ゲート絶縁層２（第２絶縁膜）は、半導体層１ａに対する熱酸化膜により形成できる。走査線３ａには、ポリシリコンやアモルファスシリコン、単結晶シリコン膜などのシリコン膜や、これらのポリサイドやシリサイド、さらには金属膜が用いられる。

走査線３ａの上層側には、高濃度ソース領域１ｄへ通じるコンタクトホール８２、および高濃度ドレイン領域１ｅへ通じるコンタクトホール８３を備えたシリコン酸化膜などからなる第１層間絶縁膜４１が形成されている。第１層間絶縁膜４１の上層には中継電極４ａ、４ｂが形成されている。中継電極４ａは、走査線３ａとデータ線６ａとの交差する位置を基点として走査線３ａおよびデータ線６ａに沿って延出する略Ｌ字型に形成されており、中継電極４ｂは、中継電極４ｂと離間した位置において、データ線６ａに沿うように形成されている。中継電極４ａは、コンタクトホール８３を介して高濃度ドレイン領域１ｅに電気的に接続され、中継電極４ｂは、コンタクトホール８２を介して高濃度ソース領域１ｄに電気的に接続されている。

中継電極４ａ、４ｂの上層側には、シリコン窒化膜などからなる誘電体膜４２が形成されており、この誘電体膜４２を介して、中継電極４ａと対向するように容量線５ｂが形成され、蓄積容量５５が形成されている。中継電極４ａ、４ｂは導電性のポリシリコン膜や金属膜等からなり、容量線５ｂは、導電性のポリシリコン膜、高融点金属を含む金属シリサイド膜、それらの積層膜、金属膜からなる。

容量線５ｂの上層側には、中継電極４ａへ通じるコンタクトホール８７、および中継電極４ｂへ通じるコンタクトホール８１を備えたシリコン酸化膜などからなる第２層間絶縁膜４３が形成されている。第２層間絶縁膜４３の上層にはデータ線６ａおよびドレイン電極６ｂが形成されている。データ線６ａはコンタクトホール８１を介して中継電極４ｂに電気的に接続し、中継電極４ｂを介して高濃度ソース領域１ｄに電気的に接続している。ドレイン電極６ｂはコンタクトホール８７を介して中継電極４ａに電気的に接続し、中継電極４ａを介して、高濃度ドレイン領域１ｅに電気的に接続している。データ線６ａおよびドレイン電極６ｂは、導電性のポリシリコン膜、高融点金属を含む金属シリサイド膜、それらの積層膜、金属膜からなる。

データ線６ａおよびドレイン電極６ｂの上層側には、シリコン酸化膜などからなる第３層間絶縁膜４４が形成されている。第３層間絶縁膜４４には、ドレイン電極６ｂへ通じるコンタクトホール８６が形成されている。

第３層間絶縁膜４４の上層には、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜などからなる透光性の画素電極９ａが形成されており、画素電極９ａは、コンタクトホール８６を介してドレイン電極６ｂに電気的に接続されている。画素電極９ａの表面には配向膜１６が形成されている。

これに対して、対向基板２０は、後述する光路偏向用基板２０ｂを備えており、かかる光路偏向用基板２０ｂにおいて素子基板１０と対向する面側には、対向電極２１および配向膜２９が形成されている。

このように構成した電気光学装置１００においては、走査線３ａ、容量線５ｂ、データ線６ａおよび電界効果型トランジスタ３０の形成領域によって、表示に直線寄与しない格子状の遮光領域１００ｃ（図４（ｂ）に右上がりの斜線を付した領域）が形成されており、かかる遮光領域１００ｃは、互いに交差する第１方向および第２方向に延在し、かかる遮光領域１００ｃで周りが囲まれた領域が、変調光を出射して表示に直接寄与する画素開口領域１００ｄになっている。本形態では、対向基板２０には、いわゆるブラックマトリクスやブラックストライプと称せられる遮光膜が形成されていない。このため、遮光領域１００ｃは、走査線３ａ、容量線５ｂ、データ線６ａおよび電界効果型トランジスタ３０の形成領域によって規定されている。

（光路偏向用基板２０ｂの構成）
図５（ａ）、（ｂ）は各々、本発明を適用した電気光学装置の断面を模式的に示して光路偏向用基板の断面構成を示す説明図、および光路偏向用基板の偏向部の平面構成を示す説明図である。なお、図５（ａ）では、素子基板１０側の配向膜１６などの図示を省略してある。

図５（ａ）、（ｂ）に示すように、本形態の電気光学装置１００においては、対向基板２０の側から入射した光を液晶層５０によって画素毎に光変調した後、素子基板１０から出射する。このため、入射光を効率よく利用するには、入射光を画素開口領域１００ｄに効率よく導く必要がある。

そこで、本形態では、対向基板２０に光路偏向用基板２０ｂが用いられており、かかる光路偏向用基板２０ｂでは、変調すべき光が入射する側に向けて突出した断面Ｖ字状突起からなる断面プリズム形状の光路偏向部２６が遮光領域１００ｃと重なる領域に沿って延在しており、かかる光路偏向部２６で囲まれた凹部２６０内には、エポキシ樹脂やアクリル樹脂などの透光性樹脂材料、あるいは低融点ガラスなどの透光性無機材料からなる透光性材料層２２が充填されている。ここで、透光性材料層２２は、光路偏向部２６の上端を覆う厚さに形成されており、光路偏向用基板２０ｂにおいて、光が入射する側では、透光性材料層２２の上に透光性基板２７が接着されている。本形態において、光路偏向部２６はシリコンからなり、光路偏向部２６の斜面２６１は光反射面として機能する。このため、光路偏向用基板２０ｂに入射した光は、光路偏向部２６の斜面２６１で反射して画素開口領域１００ｄに向けて導かれる。

なお、光路偏向用基板２０ｂにおいて、液晶層５０が位置する側の凹部２６０の底面２６２は、平滑面になっており、その表面に対向電極２１および配向膜２９が形成されている。

（光路偏向用基板２０ｂおよび対向基板２０の製造方法）
図６および図７を参照して、本形態に係る電気光学装置１００に用いた対向基板２０（光路偏向用基板２０ｂ）の製造方法を説明しながら、対向基板２０（光路偏向用基板２０ｂ）の構成を詳述する。

図６は、本発明を適用した電気光学装置１００に用いた対向基板２０（光路偏向用基板２０ｂ）の製造方法を示す工程断面図であり、図７は、かかる製造方法に用いたＳＯＩ基板の製造方法を示す説明図である。

本形態に係る電気光学装置１００に用いた対向基板２０（光路偏向用基板）を製造するには、まず、図６（ａ）に示すように、厚さ方向の途中位置にエッチングストッパ層２０ｐが形成された基板２０ｇを準備しておき（エッチングストッパ層形成工程）、エッチング工程では、かかる基板２０ｇにおいて互いに反対側に位置する第１面２０ｓおよび第２面２０ｔのうち、第１面２０ｓにおいて光路偏向部２６を形成すべき領域にエッチングマスク６６を形成した後、この状態で、図６（ｂ）に示すように、基板２０ｇを第１面２０ｓからエッチングする。かかるエッチングは、エッチングストッパ層２０ｐが露出するまで行なう。その結果、基板２０ｇには、斜面２６１を備えた光路偏向部２６が形成されるとともに、光路偏向部２６で挟まれた領域に凹部２６０が形成される。

ここで、エッチングマスク６６は、感光性レジスト層を例えば５０〜２００μｍの厚さで塗布した後、露光、現像することにより形成され、図４を参照して説明した偏向突起２６と略同一パターンに形成されている。また、エッチング工程では、ドライエッチングを行なう。かかる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。また、基板２０ｇとエッチングマスク６６とのエッチング選択比を例えば４：１とする。その結果、エッチングマスク６６の厚みに対して略４倍の高さを有する断面Ｖ字形状の光路偏向部２６を残すことができるとともに、光路偏向部２６で挟まれた領域には、エッチングマスク６６の厚みに対して略４倍の深さを有する凹部２６０が形成される。また、本形態では、基板２０ｇの厚さ方向の途中位置にはエッチングストッパ層２０ｐが形成されているため、凹部２６０の底面２６２は、エッチングストッパ層２０ｐにより精度よく規定される。従って、斜面２６１と凹部２６０の底部２６２は、互いに交わる位置まで平面的に延びて、直接、接している。このため、光路偏向部２６の根元部分では、斜面２６１と凹部２６０の底部２６２との間に、図１０を参照して説明したような傾斜部が発生しない。

また、本形態では、基板２０ｇとして、単結晶シリコン基板の厚さ方向の途中位置にエッチングストッパ層２０ｐとしてのシリコン酸化膜が形成されたＳＯＩ基板を用いる。かかる基板を得るには、図７（ａ）に示すエッチングストッパ層形成工程のように、単結晶シリコン基板２０ｗの少なくとも一方の面に、酸素イオン注入法、熱酸化法あるいはＣＶＤ法により、シリコン酸化膜２０ｅを形成しておき、かかる単結晶シリコン基板２０ｗと、ガラス基板やシリコン基板などからなる支持基板２０ｆとをシリコン酸化膜を介して貼り合せることにより得ることができる。かかる構成の場合、基板２０ｇの第１面２０ｓ側が単結晶シリコン基板２０ｗからなり、第２面側２０ｔは支持基板２０ｆからなる。ここで、単結晶シリコン基板２０ｗの厚さを調整するには、単結晶シリコン基板２０ｗに対してシリコン酸化膜を介してアルゴンイオンや水素イオンなどに注入して、厚さ方向の途中位置に剥離層を形成しておけばよい。かかる剥離層を形成しておけば、単結晶シリコン基板２０ｗと支持基板２０ｆとを貼り合わせてＳＯＩ基板を形成した後、単結晶シリコン基板２０ｗにエキシマレーザを照射すれば、剥離層において半導体結晶の結合を分断することができるので、単結晶シリコン基板２０ｗの一部を剥離層で剥離し、薄くすることができる。

また、ＳＯＩ基板を製造するには、図７（ｂ）に示すエッチングストッパ層形成工程のように、単結晶シリコン基板２０ｗの内部に酸素イオン２０ｍをドープした後、高温でアニール処理を施すことにより、シリコン酸化膜からなるエッチングストッパ層２０ｐを形成してもよい。

次に、図６（ｃ）に示す充填工程では、凹部２６０内に、エポキシ樹脂やアクリル樹脂などの透光性樹脂材料、あるいは低融点ガラスなどの透光性無機材料を充填した後、固化させ、透光性材料層２２を形成する。本形態では、光路偏向部２６の上端を覆う厚さに透光性材料層２２を形成する。それには、基板２０ｇの周りに光路偏向部２６より高いバンク（図示せず）を形成しておき、かかるバンク内に透光性材料を充填すればよい。

次に、図６（ｄ）に示す除材工程では、ウエットエッチングを行って、基板２０ｇからエッチングストッパ層２０ｐ、および基板２０ｇにおいてエッチングストッパ層２０ｐより第２面２０ｔ側に位置する部分を除去し、光路偏向用基板２０ｂを得る。その際、基板２０ｇの第１面２０ｓ側をレジストなどで覆っておけば、基板２０ｇの第２面２０ｔ側のみをエッチングすることができる。また、本形態では、基板２０ｇの第１面２０ｓ側が透光性材料層２２で厚く覆われているため、第１面２０ｓ側をレジストなどで覆わなくても第２面２０ｔ側のみをエッチングすることができる。

次に、図６（ｅ）に示す接着工程では、光路偏向用基板２０ｂに対して透光性材料層が形成されている側に透光性基板２７を接着する。かかる透光性基板２７は、支持基板としての機能を担うものであり、その厚さは任意である。

次に、光路偏向用基板２０ｂにおいて、光の出射側の面に、対向電極２１および配向膜２９を順次形成し、対向基板２０を得る。

（本形態の作用および主な効果）
このように構成した電気光学装置１００では、図１を参照して説明した光源部１４０からは様々な入射角度の光が入射し、かかる入射光のうち、画素開口領域１００ｄに向かう光は、矢印Ｌ１で示すように、そのまま進行する一方、矢印Ｌ２で示すように、画素開口領域１００ｄに向かう方向から外れた方向に向かう光については、矢印Ｌ３で示すように、光路偏向部２６の反射性の斜面２６１で反射させ、画素開口領域１００ｄに向かわせる。

ここで、光路偏向部２６は、斜面２６１を一辺とする略二等辺三角形形状の断面を有する断面プリズム形状の偏向突起からなり、三角形形状の頂点は、遮光領域１００ｃの幅方向の中心に位置している。また、光路偏向部２６の幅寸法（三角形形状の底辺の長さ）は、遮光領域１００ｃの幅寸法と略同一寸法、あるいはやや幅広に設定されており、これにより、画素開口領域１００ｄに向かう方向から外れた方向に向かう光についても有効に利用することができる。なお、斜面２６１の傾きについては、例えば、透光性基板２０ｆの基板面に対する法線となす角度が３°以下になるように設定される。かかる構成によれば、斜面２６１で光を反射した際、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できるとともに、入射光を、例えば、Ｆナンバーが２．５である投射光学系（図１参照）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、コントラストの向上および入射光を利用効率の向上を図ることができる。

このような光路偏向用基板２０ｂを製造するにあたって、本形態では、基板２０ｇに対するエッチングにより、基板２０ｇの第１面２０ｓ側に光路偏向部２６を残す一方、光路偏向部２６で挟まれた領域に、透光性材料層２２を充填すべき凹部２６０を形成する。その際、基板２０ｇの厚さ方向の途中位置にはエッチングストッパ層２０ｐが形成されているため、凹部２６０の底面２６２は、エッチングストッパ層２０ｐにより精度よく規定される。従って、斜面２６１と凹部２６０の底部２６２は、互いに交わる位置まで平面的に延びており、光路偏向部２６の根元部分には、図１０を参照して説明したような傾斜部が発生しないので、傾斜部での光の異常反射が起こらない。それ故、光路偏向部２６の根元部分に発生しがちな傾斜部での光の異常反射に起因する表示光量の損失や迷光の発生が起こらないので、明るくて品位の高い画像を表示することができる。

（別の実施の形態）
図８（ａ）、（ｂ）は各々、本発明の別の実施の形態に係る光路偏向用基板の断面構成を模式的に示す説明図、および光反射層形成工程の説明図である。

上記実施の形態では、シリコンからなる斜面２６１をそのまま反射面として利用したが、図８（ａ）に示すように、斜面２６１を覆うように、アルミニウム、アルミニウム合金、銀、銀合金などといった光反射層２６４を形成してもよい。かかる構成は、図６（ａ）、（ｂ）に示すエッチング工程の後、図６（ｃ）に示す充填工程を行う前、図８（ｂ）に示す反射層形成工程において、凹部２６０の内面全体に光反射層２６４を形成すればよい。この場合、凹部２６０の底部２６２にも光反射層２６４が形成されるが、凹部２６０の底部２６２に形成された光反射層２６４は、図６（ｄ）に示す除材工程で除去されるので、光路偏向部２６の斜面２６１のみに光反射層２６４が残ることになる。

［他の実施の形態］
図１には、ライトバルブを３枚用いた投射型表示装置を例示したが、電気光学装置１００がカラーフィルタを内蔵している場合、図９に示す投射型表示装置において、本発明を適用した１枚の電気光学装置１００をライトバルブとして用いて、カラー画像をスクリーン２１１に投射表示するように構成してもよい。すなわち、図９に示す投射型表示装置２１０は、白色光源２１２、インテグレータ２２１および偏光変換素子２２２を備えた光源部２４０と、電気光学装置１００と、投射光学系２１８とを備えている。また、電気光学装置１００では、カラーフィルタ内蔵の液晶パネル１００ｘの両側に第１偏光板２１６ａおよび第２偏光板２１６ｂが配置されている。

また、上記形態では、電気光学装置として、投射型表示装置に用いる透過型の液晶装置を例示したが、投射型表示装置に用いる反射型の液晶装置に本発明を適用してもよい。また、バックライト装置から出射された光を入射光として画像を表示する直視型の透過型あるいは半透過反射型の液晶装置や、外光を入射光として画像を表示する直視型の反射型の液晶装置に本発明を適用してもよい。

さらに、上記形態では、電気光学装置として液晶装置を例に説明したが、自発光素子から出射された変調光によって画像表示面で画像を表示する電気光学装置において混色などを防止することを目的に、縦横に延在する格子状の遮光領域を設け、この遮光領域で囲まれた画素開口領域から変調光を出射する電気光学装置に本発明を適用してもよい。

本発明を適用した投射型表示装置の概略構成図である。 （ａ）、（ｂ）は、図１に示した投射型表示装置において液晶ライトバルブ（電気光学装置）に用いた液晶パネルの構成を模式的に示す説明図、およびその電気光学装置の電気的構成を示すブロック図である。 本発明を適用した電気光学装置の画素１つ分の断面図である。 （ａ）、（ｂ）は各々、本発明を適用した電気光学装置に用いた素子基板において相隣接する画素の平面図、およびこの素子基板上における遮光領域を右上がりの斜線によって示した説明図である。 （ａ）、（ｂ）は各々、本発明を適用した電気光学装置の断面を模式的に示して光路偏向用基板の断面構成を示す説明図、および光路偏向用基板の偏向部の平面構成を示す説明図である。 本発明を適用した電気光学装置に用いた対向基板（光路偏向用基板）の製造方法を示す工程断面図である。 （ａ）、（ｂ）は、図６に示す製造方法に用いたＳＯＩ基板の構成例を示す説明図である。 （ａ）、（ｂ）は各々、本発明の別の実施の形態に係る光路偏向用基板の断面構成を模式的に示す説明図、および光反射層形成工程の説明図である。 本発明を適用した別の投射型表示装置の概略構成図である。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）は各々、従来の光路偏向用基板の断面構成を示す説明図、光路偏向用基板を製造する際のエッチング工程前の説明図、およびエッチング工程後の説明図である。

符号の説明

１０・・素子基板、２０・・対向基板、２０ｂ・・光路偏向用基板、２０ｇ・・基板、２０ｐ・・エッチングストッパ層、２２・・透光性材料層、２４・・遮光層、２６・・光路偏向部、１００・・電気光学装置、１００ｃ・・遮光領域、１００ｄ・・画素開口領域、２６０・・偏向部で囲まれた凹部、２６１・・偏向部の斜面、２６４・・光反射層

Claims (10)

1. 入射光を画像信号に応じて変調する液晶と、
   基板面に格子状に延在し前記入射光を反射する光路偏向部と、前記光路偏向部で囲まれた凹部内に充填された透光性材料層と、を備えた光路偏向用基板と、を有し、
   前記変調部は、行列状に配列された複数の画素部と、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光反射性斜面を備えた断面プリズム形状を有し、
   前記光反射性斜面と前記凹部の底面は、互いに交わる位置まで平面的に延びていることを特徴とする電気光学装置。
2. 前記光反射性斜面には光反射層が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電気光学装置。
3. 前記光路偏向部はシリコンからなることを特徴とする請求項１または２に記載の電気光学装置。
4. 配線および画素スイッチング素子が形成された遮光領域、および該遮光領域で囲まれた領域内に画素電極が形成された画素開口領域を備えた素子基板をさらに有し、
   前記液晶を介して前記素子基板と対向する対向基板に、前記光路偏向用基板が含まれていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の電気光学装置。
5. 入射光を画像信号に応じて変調する液晶と、
   基板面に格子状に延在し前記入射光を反射する光路偏向部と、前記光路偏向部で囲まれた凹部内に充填された透光性材料層と、を備えた光路偏向用基板と、を有し、
   前記変調部は、行列状に配列された複数の画素部と、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光反射性斜面を備えた断面プリズム形状を有する電気光学装置の製造方法であって、
   前記光路偏向用基板の母材たる基板の厚さ方向の途中位置にエッチングストッパ層を形成するエッチングストッパ層形成工程と、
   当該基板において互いに反対側に位置する第１面および第２面のうち、前記第１面の前記光路偏向部を形成すべき領域にエッチングマスクを形成し、当該基板を前記第１面から前記エッチングストッパ層が露出するまでエッチングを行なって前記光反射性斜面および前記凹部を形成するエッチング工程と、
   前記凹部内に前記透光性材料層を充填する充填工程と、
   前記基板のうち当該エッチングストッパ層より第２面側に位置する部分を除去する除材工程と、
   を有することを特徴とする電気光学装置の製造方法。
6. 前記エッチング工程の後、前記充填工程を行なう前に、前記光反射性斜面の表面に光反射層を形成する光反射層形成工程を行うことを特徴とする請求項５に記載の電気光学装置の製造方法。
7. 前記基板は、シリコン基板の厚さ方向の途中位置に前記エッチングストッパ層としてのシリコン酸化膜が形成されたＳＯＩ（Silicon On Insulater）基板であることを特徴とする請求項５または６に記載の電気光学装置の製造方法。
8. 基板面に格子状に延在し前記入射光を反射する光路偏向部と、前記光路偏向部で囲まれた凹部内に充填された透光性材料層と、を有し、
   前記光路偏向部は、前記入射光を前記凹部底面の方向へ反射する光反射性斜面を備えた断面プリズム形状を有する光路偏向用基板において、
   前記光反射性斜面と前記凹部の底面は、それぞれ互いに交わる位置まで平面的に延びていることを特徴とする光路偏向用基板。
9. 基板面に格子状に延在し前記入射光を反射する光路偏向部と、前記光路偏向部で囲まれた凹部内に充填された透光性材料層と、を有し、
   前記光路偏向部は、前記入射光を前記凹部底面の方向へ反射する光反射性斜面を備えた断面プリズム形状を有する光路偏向用基板の製造方法であって、
   前記光路偏向用基板の母材たる基板の厚さ方向の途中位置にエッチングストッパ層を形成するエッチングストッパ層形成工程と、
   当該基板において互いに反対側に位置する第１面および第２面のうち、前記第１面の前記光路偏向部を形成すべき領域にエッチングマスクを形成し、当該基板を前記第１面から前記エッチングストッパ層が露出するまでエッチングを行なって前記光反射性斜面および前記凹部を形成するエッチング工程と、
   前記凹部内に前記透光性材料層を充填する充填工程と、
   前記基板のうち当該エッチングストッパ層より第２面側に位置する部分を除去する除材工程と、
   を有することを特徴とする光路偏向用基板の製造方法。
10. 請求項１乃至４の何れか一項に記載の電気光学装置を用いた投射型表示装置であって、
    光源部および投射光学系を有し、
    前記光源部から出射された光を前記電気光学装置に入射させ、当該電気光学装置により光変調した光を前記投射光学系により投射することを特徴とする投射型表示装置。

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