JP2012203203A - 液晶装置及びプロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】高い光利用効率を実現するとともに容易に製造可能な液晶装置及びプロジェクターを提供する。
【解決手段】第１基板２００と第２基板２０８との間に液晶層２０５を挟持してなる液晶装置１２０Ｒであって、格子状に形成された遮光層２０７ａと、第１基板２００の側から入射した光を遮光部の開口部２０７ｂの内側に集光させる集光レンズ２０１と、を含み、第２基板２０８には、遮光層２０７ａと平面視で重なる位置に、第１基板２００の側から入射して集光レンズ２０１、液晶層２０５、及び開口部２０７ｂを通過して拡がった光を集光させるプリズム素子２１１が配置され、プリズム素子２１１は、第２基板２０８に形成された溝２１１ａを含むことを特徴とする。
【選択図】図８

Description

本発明は、液晶装置及びプロジェクターに関するものである。

プロジェクターのライトバルブとして用いられる液晶装置の画像表示領域には、光を射出する画素部と、当該画素部に電気信号を供給する配線が形成された画素間領域とが設けられている。例えば、液晶装置においては、当該画素間領域は遮光層によって覆われ、遮光層において光が透過しないようになっている。

このような液晶装置においては、画素部から射出される光の光量はできるだけ多く、明るい光であることが望まれており、高い光利用効率を実現することが求められている。例えば、特許文献１の液晶装置は、液晶パネルの光入射面と光射出面との双方の面にマイクロレンズが配置されている。マイクロレンズにより、液晶パネルの表示に寄与しない部分に入射した光を、液晶パネルの画素部に収束し、液晶パネルの実質的な開口率の向上を図っている。

特許第２５５２３８９号公報

特許文献１の液晶装置では、液晶パネルとマイクロレンズとが別個に形成されるため、液晶パネルを挟んで一対のマイクロレンズを位置決めすることが容易ではなく、液晶装置の製造に手間がかかる。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、高い光利用効率を実現するとともに容易に製造可能な液晶装置及びプロジェクターを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明の液晶装置は、光の入射側に配置される第１基板と出射側に配置される第２基板との間に液晶層を挟持してなる液晶装置であって、前記第１基板または前記第２基板のいずれかに備えられ、画素と平面視で重なる位置に透光領域と、前記画素間と平面視で重なる位置に遮光領域とを備えた遮光部と、前記第１基板に備えられ、入射した光を前記遮光部の透光領域の内側に集光させる集光レンズと、前記第２基板に備えられ、前記遮光領域と平面視で重なる位置に、前記透光領域を通過して拡がった光を集光させるプリズム素子と、を備え、前記プリズム素子は、前記第２基板に形成された溝を含むことを特徴とする。

この液晶装置においては、集光レンズにより遮光部に入射する光が遮光部の透光領域に収束され、プリズム素子により当該透光領域を通過して拡がった光が集光される。また、第２基板に溝が形成されて当該溝を含むプリズム素子が作りこまれるので、プリズム素子の位置決めが容易となる。よって、高い光利用効率を実現するとともに容易に製造可能な液晶装置を提供することができる。

前記液晶装置において、前記溝の深さは、前記溝の幅よりも大きいことが望ましい。

この構成によれば、遮光部の透光領域を通過して拡がった光を確実に集光させることができる。これに対して、溝の深さが溝の幅よりも小さいと遮光部の透光領域を通過して拡がった光を十分に集光できない場合がある。

前記液晶装置において、前記遮光部は、互いに交差して配置されたデータ線と走査線とからなり、前記溝は断面視Ｖ字状であり、前記溝の前記データ線と重なる部分の幅と前記走査線と重なる部分の幅とは互いに等しく、前記溝の前記データ線と重なる部分の深さと前記走査線と重なる部分の深さとは互いに等しいことが望ましい。

この構成によれば、溝のデータ線と重なる部分の先端部の角度と走査線と重なる部分の先端部の角度とが互いに等しくなる。このため、プリズム素子のデータ線と重なる部分の断面形状と走査線と重なる部分との断面形状とが同一形状となる。よって、遮光部の透光領域を通過して拡がった光を均一に集光させることができる。

前記液晶装置において、前記遮光部と前記プリズム素子との間には、前記溝の前記液晶層側の部分を塞ぐ蓋部が形成されており、前記溝の内部は中空であってもよい。

この構成によれば、溝の内部（例えば空気層、真空）の屈折率が第２基板の屈折率よりも小さくなるので、遮光部の透光領域を通過して拡がった光がプリズム素子に入射する際に全反射条件を満たし易くなる。よって、遮光部の透光領域を通過して拡がった光を確実に集光させることができる。

前記液晶装置において、前記蓋部の前記遮光部側の面は平坦面であることが望ましい。

この構成によれば、蓋部の上部に配線などを形成した場合に断線などのおそれが少なくなる。

前記液晶装置において、前記溝の前記液晶層側の部分には前記蓋部の一部が入り込んでおり、前記溝の前記蓋部の一部が入り込んだ部分と少なくとも重なる部分には反射膜が形成されていてもよい。

この構成によれば、遮光部の透光領域を通過して拡がった光がプリズム素子を構成する溝の蓋部の一部が入り込んだ部分に入射した場合でも、当該部分に形成された反射膜により当該部分に入射した光を反射させることができる。よって、遮光部の透光領域を通過して拡がった光を確実に集光させることができる。

前記液晶装置において、前記溝の内部には反射膜が形成されていてもよい。

この構成によれば、プリズム素子の光入射面が反射面として機能する。よって、遮光部の透光領域を通過して拡がった光を確実に集光させることができる。

本発明のプロジェクターは、光源装置と、前記光源装置から射出された光を画像情報に応じて変調する上述した液晶装置と、前記液晶装置からの変調光を投写画像として投写する投写光学系と、を備えることを特徴とする。

このプロジェクターによれば、上述した液晶装置を備えているので、高品質な画像表示が可能なプロジェクターを提供することができる。

本発明の第１実施形態に係るプロジェクターの光学系を示す模式図である。 同、液晶装置の全体構成を示す平面図である。 同、液晶装置の断面構成図である。 同、液晶装置の電気的な構成を示す回路図である。 同、液晶装置の画像表示領域における配線等の位置関係を示す模式図である。 同、液晶装置の部分断面構成図である。 同、プリズム素子の斜視図である。 同、プリズム素子の作用を説明するための図である。 同、液晶装置の製造方法を説明するための断面工程図である。 同、液晶装置の製造方法を説明するための断面工程図である。 本発明の第２実施形態に係る液晶装置の部分断面構成図である。 同、液晶装置の製造方法を説明するための断面工程図である。 本発明の第３実施形態に係る液晶装置の部分断面構成図である。 同、液晶装置の製造方法を説明するための断面工程図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。かかる実施の形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等が異なっている。

［第１実施形態］
（プロジェクター）
図１は、本発明の第１実施形態に係るプロジェクター１００の光学系を示す模式図である。
図１に示すように、プロジェクター１００は、光源装置１０１と、インテグレーター１０４と、偏光変換素子１０５と、色分離導光光学系１０２と、光変調装置としての液晶光変調装置１１０Ｒ，液晶光変調装置１１０Ｇ， 液晶光変調装置１１０Ｂと、クロスダイクロイックプリズム１１２及び投写光学系１１４と、を具備して構成されている。

光源装置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。光源装置１０１としては、例えば超高圧水銀ランプを用いることができる。

インテグレーター１０４は、光源装置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、例えば色分離導光光学系１０２の反射面に対してｓ偏光したｓ偏光光に変換される。ｓ偏光光に変換された光は、色分離導光光学系１０２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。

色分離導光光学系１０２は、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、３枚の反射ミラー１０７と、２枚のリレーレンズ１０８と、を具備して構成されている。

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、Ｒ光用液晶光変調装置１１０Ｒに入射する。Ｒ光用液晶光変調装置１１０Ｒは、Ｒ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶装置である。

Ｒ光用液晶光変調装置１１０Ｒは、λ／２位相差板１２３Ｒ、ガラス板１２４Ｒ、第１偏光板１２１Ｒ、液晶装置１２０Ｒ、及び第２偏光板１２２Ｒを有する。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ガラス板１２４Ｒに接する状態で配置される。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、液晶装置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。

Ｒ光透過ダイクロイックミラー１０６Ｒで反射された、Ｇ光とＢ光とは光路を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、Ｇ光用液晶光変調装置１１０Ｇに入射する。Ｇ光用液晶光変調装置１１０ＧはＧ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶装置である。Ｇ光用液晶光変調装置１１０Ｇは、液晶装置１２０Ｇ、第１偏光板１２１Ｇ及び第２偏光板１２２Ｇを有する。

Ｇ光用液晶光変調装置１１０Ｇに入射するＧ光は、ｓ偏光光に変換されている。Ｇ光用液晶光変調装置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、液晶装置１２０Ｇに入射する。液晶装置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。液晶装置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、Ｇ光用液晶光変調装置１１０Ｇで変調されたＧ光は、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、Ｂ光用液晶光変調装置１１０Ｂに入射する。Ｂ光用液晶光変調装置１１０Ｂは、Ｂ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶装置である。Ｂ光用液晶光変調装置１１０Ｂは、λ／２位相差板１２３Ｂ、ガラス板１２４Ｂ、第１偏光板１２１Ｂ、液晶装置１２０Ｂ、及び第２偏光板１２２Ｂを有する。

Ｂ光用液晶光変調装置１１０Ｂに入射するＢ光は、ｓ偏光光に変換されている。Ｂ光用液晶光変調装置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、ガラス板１２４Ｂ及び第１偏光板１２１Ｂをそのまま透過し、液晶装置１２０Ｂに入射する。液晶装置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。液晶装置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。Ｂ光用液晶光変調装置１１０Ｂで変調されたＢ光は、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、色分離導光光学系１０２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、光源装置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、Ｒ光用液晶光変調装置１１０Ｒ、Ｇ光用液晶光変調装置１１０Ｇ、及びＢ光用液晶光変調装置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に投射する。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。

（液晶装置）
図１で説明したプロジェクター１００は、３枚の液晶装置１２０Ｒ、１２０Ｇ、１２０Ｂを備えている。これら３枚の液晶装置１２０Ｒ、１２０Ｇ、１２０Ｂは変調する光の波長領域が異なるだけであり、基本構成は同一であるため、以下、液晶装置１２０Ｒを例に挙げて説明する。
図２は、液晶装置１２０Ｒの全体構成を示す平面図であり、図３は、液晶装置１２０Ｒの断面構成図である。なお、図３は図２のＡ−Ａ線に沿った断面図である。

図２に示すように、液晶装置１２０Ｒは、ＴＦＴアレイ基板（第２基板）２０８と対向基板（第１基板）２００とを重ね合わせるとともに、両者の間に設けられたシール材５２により貼り合わせた構成を有する。シール材５２によって区画された領域内には液晶層２０５が封入されている。シール材５２の形成領域の内側には、遮光性材料からなる周辺見切り５３が形成されている。

シール材５２の外側の領域には、データ線駆動回路４１および外部回路実装端子４２がＴＦＴアレイ基板２０８の一辺に沿って形成されており、この一辺に隣接する２辺に沿って走査線駆動回路５４が形成されている。ＴＦＴアレイ基板２０８の残る一辺には、画像表示領域の両側に設けられた走査線駆動回路５４の間を接続するための複数の配線５５が設けられている。また、対向基板２００の角部においては、ＴＦＴアレイ基板２０８と対向基板２００との間で電気的導通をとるための基板間導通材５６が配設されている。

なお、データ線駆動回路４１および走査線駆動回路５４をＴＦＴアレイ基板２０８の上に形成する代わりに、例えば、駆動用ＬＳＩが実装されたＴＡＢ（Tape Automated Bonding）基板とＴＦＴアレイ基板２０８の周辺部に形成された端子群とを異方性導電膜を介して電気的および機械的に接続するようにしてもよい。

図３に示すように、液晶装置１２０Ｒの光入射側には、複数の集光レンズ２０１（マイクロレンズ）を含むレンズアレイ２０２（マイクロレンズアレイ）が設けられている。レンズアレイ２０２は、例えば光透過性を有する光学接着剤等（図示略）を介して対向基板本体２００Ａに固定されている。レンズアレイ２０２において複数の集光レンズ２０１の各々は、複数の画素の各々と重なり合うように配置されている。レンズアレイ２０２は、複数の集光レンズ２０１がマトリクス状に配列された構成を有している。集光レンズ２０１は、対向基板２００の側から入射した光を遮光部２０３の開口部２０３ｂ（透光領域）の内側に集光させる機能を有する。なお、対向基板２００は、対向基板本体２００Ａとレンズアレイ２０２とを貼り合わせて構成されているが、これに限らない。例えば、対向基板２００に複数の集光レンズ２０１が作りこまれていてもよい。

対向基板２００（対向基板本体２００Ａ）の内側表面には、遮光層２０３ａ（遮光領域）と共通電極２０４とが形成されている。共通電極２０４の表面上には配向膜２０４ｃが形成されている。

ＴＦＴアレイ基板２０８には、遮光部２０７と、画素電極２０６ａと、当該画素電極２０６ａを駆動するＴＦＴ（Thin Film Transistor：薄膜トランジスター）２２５と、配向膜２０６ｃと、プリズム素子２１１と、が設けられている。

遮光層２０７ａ（遮光領域）は、プリズム素子２１１上に格子状に形成されている。遮光層２０７ａは、データ線２２１と走査線２２２とにより構成されている。なお、遮光層がデータ線及び走査線とは別体に構成されていてもよい。

当該遮光層２０７ａに囲まれている矩形状の領域が開口部２０７ｂ（図６参照、透光領域）になっている。開口部２０７ｂは、光源装置１０１からのＲ光が通過する画素部である。プリズム素子２１１は、対向基板２００の側から入射して集光レンズ２０１、液晶層２０５、及び開口部２０７ｂを通過して拡がった光を集光させる機能を有する。

画素電極２０６ａは、開口部２０７ｂに平面視で重なる領域に設けられている。プリズム素子２１１に対応する溝及び遮光層２０７ａは、互いに隣接する２つの画素電極２０６ａの間の領域に重なって配置されている。ＴＦＴ２２５（図４参照）や当該ＴＦＴ２２５に電気信号を供給する配線（図示しない）等は、遮光層２０７ａに平面視で重なる領域に設けられている。また、配向膜２０６ｃは、画素電極２０６ａ、ＴＦＴ２２５の表面上に形成されている。

ＴＦＴアレイ基板２０８側の配向膜２０６ｃと対向基板２００側の配向膜２０４ｃとの間には、液晶層２０５が封入されている。光源装置１０１からのＲ光は、図３の上側から液晶装置１２０Ｒに入射し、開口部２０３ｂ、共通電極２０４、配向膜２０４ｃ、液晶層２０５、配向膜２０６ｃ、画素電極２０６ａと順に透過して、ＴＦＴアレイ基板２０８側からスクリーン１１６の方向へ射出されるようになっている。このとき、Ｒ光は液晶層２０５において偏光成分が変調されるようになっている。

図４は、液晶装置１２０Ｒの電気的な構成を示す回路図である。
図４に示すように、画像表示領域を構成するマトリクス状に形成された複数の画素の各々には、画素電極２０６ａ、及びＴＦＴ２２５が形成されている。ＴＦＴ２２５は、画素電極２０６ａに電気的に接続されており、液晶装置１２０Ｒの動作時において、画素電極２０６ａに対する画像信号の供給及び非供給を相互に切り替えるように、画素電極２０６ａをスイッチング制御する。画像信号が供給されるデータ線２２１は、ＴＦＴ２２５のソース領域に電気的に接続されている。

ＴＦＴ２２５のゲートには走査線２２２が電気的に接続されている。液晶装置１２０Ｒは、所定のタイミングで、走査線２２２にパルス的に走査信号Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｍを、この順に線順次で印加するように構成されている。画素電極２０６ａは、ＴＦＴ２２５のドレインに電気的に接続されている。画素電極２０６ａには、スイッチング素子であるＴＦＴ２２５を一定期間だけ閉じることにより、データ線２２１から供給される画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎが、各画素の液晶に所定のタイミングで書き込まれる。

液晶に書き込まれた所定レベルの画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、画素電極２０６ａと対向基板２００に形成された共通電極２０４との間に形成される液晶容量で一定期間保持される。なお、保持された画像信号がリークするのを防止するため、画素電極２０６ａと容量線２２３との間に蓄積容量７０が形成され、液晶容量と並列に配置されている。このように、液晶に電圧信号が印加されると、印加された電圧レベルにより液晶の配向状態が変化する。これにより、液晶に入射した光が変調されて階調表示が可能となる。

液晶層２０５を構成する液晶は、印加される電圧レベルにより分子集合の配向や秩序が変化することにより、光を変調し、階調表示を可能とする。例えば、ノーマリーホワイトモードの場合、各画素の単位で印加された電圧に応じて入射光に対する透過率が減少する。ノーマリーブラックモードの場合、各画素の単位で印加された電圧に応じて入射光に対する透過率が増加し、全体として液晶装置からは画像信号に応じたコントラストをもつ光が出射される。

図５は、液晶装置１２０Ｒの画像表示領域における配線等の位置関係を示す模式図である。
図５に示すように、ＴＦＴアレイ基板２０８上には、本発明の遮光層２０７ａを構成する走査線２２２と、データ線２２１とが、Ｘ方向及びＹ方向に沿って延びている。データ線２２１及び走査線２２２の交差付近において、走査線２２２に重なるようにＴＦＴ２２５（半導体層２２５ａ及びゲート電極２２５ｂ）が形成されている。走査線２２２は、遮光性の導電材料、例えば、Ｗ（タングステン）、Ｔｉ（チタン）、ＴｉＮ（窒化チタン）等から形成されており、ＴＦＴ２２５の半導体層２２５ａを含むように半導体層２２５ａより幅広に形成されている。走査線２２２は半導体層２２５ａより下層側に配置されている。走査線２２２は、遮光性を有しているため、データ線２２１と共に、画像表示領域における非開口領域を規定している。

データ線２２１の幅と走査線２２２の幅とは等しい幅でもよいし、互いに異なる幅でもよい。本実施形態においては、データ線２２１の幅と走査線２２２の幅とは互いに異なっており、走査線２２２の幅のほうがデータ線２２１の幅よりも大きくなっている。なお、データ線２２１及び走査線２２２からなる遮光層２０７ａの下層に形成されるプリズム素子２１１の溝２１１ａの幅Ｗｖは、データ線２２１と重なる部分（Ｗｖ１）と走査線２２２と重なる部分（Ｗｖ２）とで等しくなっている（図７参照）。

ＴＦＴ２２５は、半導体層２２５ａと、ゲート電極２２５ｂとを有して構成されている。半導体層２２５ａは、ソース領域２２５ａ１、チャネル領域２２５ａ２、ドレイン領域２２５ａ３含んで形成されている。なお、チャネル領域２２５ａ２とソース領域２２５ａ１、又は、チャネル領域２２５ａ２とドレイン領域２２５ａ３との界面にはＬＤＤ（Ｌｉｇｈｔｌｙ Ｄｏｐｅｄ Ｄｒａｉｎ）領域が形成されていてもよい。

ゲート電極２２５ｂは、ＴＦＴアレイ基板２０８上において平面的に見て、半導体層２２５ａのチャネル領域と重なる領域にゲート絶縁膜を介して形成されている。図示を省略しているが、ゲート電極２２５ｂは、下層側に配置された走査線２２２にコンタクトホール２３４を介して電気的に接続されており、走査信号が印加されることによってＴＦＴ２２５をオン／オフ制御している。

データ線２２１は、ＴＦＴ２２５上においてＴＦＴ２２５に重なっているため、ＴＦＴ２２５をその上側から遮光可能である。データ線２２１は、本発明の「入力端子」の一例であるコンタクトホール２３１に電気的に接続されている。データ線２２１は、例えば、ＴＦＴ２２５のソース領域２２５ａ１（図６参照）に電気的に接続され、且つ画像信号をＴＦＴ２２５に供給するデータ線の一部を構成している。

一方、ドレイン領域２２５ａ３は、本発明の「出力端子」の一例を構成するコンタクトホール２３２及び中継層２２７、及び、本発明の「接続部」の一例であるコンタクトホール２３３を介して画素電極２０６ａに電気的に接続されている（図６参照）。

図６は、液晶装置１２０Ｒの部分断面構成図である。なお、図６は図５のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
図６に示すように、ＴＦＴアレイ基板２０８上には、絶縁膜２４１、２４２、２４３、及び２４５、並びに、誘電体膜７２が形成されている。走査線２２２、ＴＦＴ２２５、データ線２２１、容量電極７１、及び画素電極２０６ａの各々は、ＴＦＴアレイ基板２０８、絶縁膜２４１、絶縁膜２４３、絶縁膜２４４、及び誘電体膜７２の各々の上に形成されている。

容量電極７１は、例えば、ＩＴＯ等の透明導電材料から構成されており、画素電極２０６ａと共に、蓄積容量７０における一対の容量電極を構成している。容量電極７１は、画像表示領域の略全体に重なっており、光が透過可能な開口領域においてデータ線２２１の上層側に延びている。

誘電体膜７２は、光が透過可能な開口領域において、容量電極７１上に形成された透明な膜である。誘電体膜７２は、他の誘電体膜より相対的に誘電率が高いアルミナで構成されており、開口領域において、容量電極７１及び画素電極２０６ａと共に蓄積容量７０を構成している。アルミナは他の誘電材料に比べて相対的に誘電率が高いため、蓄積容量７０のサイズが一定である場合に設定可能な容量値を高めることが可能である。なお、誘電体膜７２の膜厚は、蓄積容量７０の容量値を高める上で薄いほうがよい。

（プリズム素子）
プリズム素子２１１は、ＴＦＴアレイ基板２０８において遮光層と平面視で重なる位置に配置されている。プリズム素子２１１は、ＴＦＴアレイ基板２０８に形成されたＶ字状の溝２１１ａを含む。

プリズム素子２１１の溝２１１ａの幅Ｗｖは、遮光層の幅Ｗｘよりも小さくなっている。なお、溝の幅Ｗｖは遮光層の幅Ｗｘと同程度の大きさでもよい。すなわち、溝の幅Ｗｖは遮光層の幅Ｗｘ以下となっていればよい。

プリズム素子２１１の溝２１１ａの深さＤｖは、溝２１１ａの幅Ｗｖよりも大きい。例えば、溝２１１ａの幅Ｗｖを１．５〜２μｍの範囲の幅とした場合、溝２１１ａの深さＤｖは１５〜２０μｍの範囲の深さとすることができる。

遮光層２０７ａとプリズム素子２１１との間には、溝２１１ａの液晶層２０５側の部分（上側の開口部分）を塞ぐ蓋部２１２が形成されている。蓋部２１２の遮光層側の面は平坦面となっている。

溝２１１ａの内部（溝２１１ａと蓋部２１２とで囲まれた領域）は、中空（例えば空気層、真空）となっている。プリズム素子２１１は、溝２１１ａの内部が中空とされることにより、ＴＦＴアレイ基板２０８や蓋部２１２の屈折率（例えばｎ＝１．４）よりも小さい屈折率（例えばｎ＝１．０）を有して構成されている。

図７は、プリズム素子の斜視図である。
図７に示すように、プリズム素子２１１は格子状の溝２１１ａを含んで構成されている。図７において、溝２１１ａのデータ線と重なる部分の幅をＷｖ１、走査線と重なる部分の幅をＷｖ２とし、溝２１１ａのデータ線と重なる部分の深さをＤｖ１、走査線と重なる部分の深さをＤｖ２とし、溝２１１ａのデータ線と重なる部分の先端部の角度をθｖ１、走査線と重なる部分の先端部の角度をθｖ２とする。

溝２１１ａのデータ線と重なる部分の幅Ｗｖ１と走査線と重なる部分の幅Ｗｖ２とは互いに等しくなっている（Ｗｖ１＝Ｗｖ２）。溝２１１ａのデータ線と重なる部分の深さＤｖ１と走査線と重なる部分の深さＤｖ２とは互いに等しくなっている（Ｄｖ１＝Ｄｖ２）。これにより、溝２１１ａのデータ線と重なる部分の先端部の角度θｖ１と走査線と重なる部分の先端部の角度θｖ２とは互いに等しくなっている（θｖ１＝θｖ２）。

図８は、プリズム素子２１１の作用を説明するための図である。図８において、符号Ｌ１，Ｌ２及びＬ３は、液晶装置１２０Ｒへ入射する光線である。光線Ｌ１，Ｌ２，及びＬ３は、屈折率差のある界面で反射又は屈折する。図８の説明においては、説明の簡単のため、屈折率差が微小な界面では光線を直進させて光路を示している。

まず、プリズム素子２１１を経由しないで、開口部２０７ｂへ直接入射する光線Ｌ１について説明する。空気中を進行してきた光線Ｌ１は、対向基板２００へ入射面２００ａから入射する。そして、光線Ｌ１は、対向基板２００を透過し、開口部２０３ｂから共通電極２０４、液晶層２０５を透過する。画像信号に応じて変調された光線Ｌ１は、画素電極２０６ａを透過してＴＦＴアレイ基板２０８から射出される。光線Ｌ１はＴＦＴアレイ基板の光射出面から所定の距離だけ離れた焦点に収束する。その後、収束した光線Ｌ１は投写光学系１１４を経由して不図示のスクリーン１１６へ投射される。

次に、光線Ｌ１とは異なる位置に入射する（遮光層２０３ａと重なる位置に入射する）光線Ｌ２，Ｌ３について説明する。光線Ｌ２，Ｌ３は、対向基板２００へ入射面２００ａにおいて入射する。対向基板２００内を進行する光線Ｌ２，Ｌ３は、集光レンズ２０１に入射し画素電極２０６ａに向けて集光される。集光レンズ２０１により集光された光Ｌ２，Ｌ３は、液晶層２０５を通過する過程で拡がる。この過程で拡がった光Ｌ２，Ｌ３は、プリズム素子２１１の斜面に入射する。

プリズム素子２１１は内部が中空であるため、ＴＦＴアレイ基板２０８よりも屈折率が小さくなっている。本実施形態において、プリズム素子２１１は、入射する光線Ｌ２，Ｌ３が当該プリズム素子２１１の斜面で全反射するような屈折率を有する。光線Ｌ２，Ｌ３は、プリズム素子２１１の斜面で全反射することにより光路が変更される。

上述したように、開口部２０７ｂに対しては、例えば光源部である光源装置１０１から様々な入射角度の光線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３が進行してくる。開口部２０７ｂへ略真っ直ぐ入射する光線Ｌ１は、そのまま画像信号に応じて変調されてＴＦＴアレイ基板２０８から射出される。

これに対して、開口部２０７ｂの周辺の非変調領域である遮光層２０７ａの方向へ斜めに入射する光線Ｌ２，Ｌ３は、開口部２０７ｂの周辺に設けられている光路変更部として機能するプリズム素子２１１に入射する。プリズム素子２１１に入射した光線Ｌ２，Ｌ３は、開口部２０７ｂの方向へ反射される。これにより、本来は開口部２０７ｂへ入射しない光線Ｌ２，Ｌ３の光路を反射により変更させることで、効率良く開口部２０７ｂへ導くことができる。

そして、液晶装置１２０Ｒから射出された光は、投写光学系１１４で蹴られること無くスクリーン１１６に投射される。このように、開口部２０７ｂへ効率良く光線Ｌ１、Ｌ２を導くことができる。

（液晶装置の製造方法）

図９及び図１０は、液晶装置の製造方法を説明するための断面工程図である。次に、上記のように構成された液晶装置１２０Ｒのうち、ＴＦＴアレイ基板２０８にプリズム素子２１１を形成し、遮光層２０７ａを形成する工程について説明する。図９（ａ）〜図９（ｃ）はプリズム素子２１１の溝２１１ａを形成する工程を示している。図１０（ａ）〜図１０（ｃ）はプリズム素子２１１の溝２１１ａの上部に蓋部２１２を形成し、当該蓋部２１２の上に遮光層２０７ａを形成する工程を示している。

プリズム素子２１１の溝２１１ａは、レーザアプリケ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によって形成することができる。レーザアプリケーションによる方法では、予め設定したデータに基づいて透明基板にＣＯ_２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９（ａ）〜図９（ｃ）に示す工程は、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、上記の溝２１１ａを形成するものである。

まず、図９（ａ）に示すように、基板６１に樹脂レジスト層６２を形成する。基板６１は、ガラス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６２はマスク層であって、例えば５０μｍ〜２００μｍの厚さで塗布する。次に、図９（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６２を取り除くように、パターニングを行う。

次に、パターニングされた樹脂レジスト層６２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、例えば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。ドライエッチングにより、図９（ｃ）に示すように、基板６１に断面二等辺三角形の溝２１１ａ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Ｃ_４Ｆ_８やＣＨＦ_３などのフッ化物系ガスを用いることが好ましい。

基板６１の材料と樹脂レジスト層６２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６２の厚みに対して略４倍の深さを有する溝２１１ａを基板６１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、チラーによって基板６１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。

次に、図１０を参照して、プリズム素子２１１の溝２１１ａの上部に蓋部２１２を形成し、さらにその上に遮光層２０７ａを形成する工程を説明する。
まず、図１０（ａ）に示すように、溝２１１ａの上側の開口部分を塞ぐ蓋部２１２を形成する。蓋部２１２は、絶縁性があり、溝２１１ａを物理的、化学的に保護することができる材料で構成するのが好ましい。本例では、ＴＦＴの製造プロセスと同一のプロセスで形成可能な絶縁膜である酸化シリコン（ＳｉＯ_２ ）、窒化シリコン（ＳｉＮ）等を用いる。なお、蓋部２１２の形成方法としては、ＣＶＤ法等を用いる。

次に、図１０（ｂ）に示すように、蓋部２１２の上面を化学機械研磨（ＣＭＰ）によって平坦化する。なお、蓋部２１２の厚みは、溝２１１ａの上に当該蓋部２１２を介して遮光層２０７ａを形成できる程度、前述の保護機能が果たせる程度であればよい。例えば、蓋部２１２の厚みは、１μｍ以上１０μｍ以下の範囲の厚みとすることが望ましい。仮に、蓋部２１２の厚みが１μｍよりも薄いと溝２１１ａの上に遮光層２０７ａを形成することが困難となる。また、蓋部２１２の厚みが１０μｍよりも大きいと、遮光層２０７ａとプリズム素子とが離れすぎてしまい、遮光層２０７ａを透過して拡がった光をプリズム素子で反射することができない場合がある。

次に、図１０（ｃ）に示すように、蓋部２１２の上面に遮光層２０７ａを形成する。当該蓋部２１２上に例えばＣｒ、Ａｌ等の金属材料や黒色樹脂等からなる遮光層２０７ａを形成する。遮光層２０７ａの形成方法としては、スパッタ法やＣＶＤ法等、公知の成膜方法を用いることができる。

その後、画素電極や配向膜などを形成することで、ＴＦＴアレイ基板２０８を作製することができる。そして、別途作製した対向基板２００と貼り合わせ、基板間に液晶層２０５を封止することによって、液晶装置１２０Ｒを製造することができる。

本実施形態の液晶装置１２０Ｒによれば、集光レンズ２０１により遮光部２０３に入射する光が遮光部２０７の開口部２０７ｂに収束され、プリズム素子２１１により当該開口部２０７ｂを通過して拡がった光が集光される。また、ＴＦＴアレイ基板２０８に溝２１１ａが形成されて当該溝２１１ａを含むプリズム素子２１１が作りこまれるので、プリズム素子２１１の位置決めが容易となる。よって、高い光利用効率を実現するとともに容易に製造可能な液晶装置１２０Ｒを提供することができる。

また、この構成によれば、遮光部２０７の開口部２０７ｂを通過して拡がった光を確実に集光させることができる。これに対して、溝２１１ａの深さＤｖが溝２１１ａの幅Ｗｖよりも小さいと遮光部２０７の開口部２０７ｂを通過して拡がった光を十分に集光できない場合がある。

また、この構成によれば、溝２１１ａのデータ線２２１と重なる部分の先端部の角度θｖ１と走査線２２２と重なる部分の先端部の角度θｖ２とが互いに等しくなる。このため、プリズム素子２１１のデータ線２２１と重なる部分の断面形状と走査線２２２と重なる部分との断面形状とが同一形状となる。よって、遮光部２０７の開口部２０７ｂを通過して拡がった光を均一に集光させることができる。これに対して、溝２１１ａのデータ線２２１と重なる部分の幅Ｗｖ１と走査線２２２と重なる部分の幅Ｗｖ２とが異なったり、溝２１１ａのデータ線２２１と重なる部分の深さＤｖ１と走査線２２２と重なる部分の深さＤｖ２とが異なったりすると、プリズム素子２１１のデータ線２２１と重なる部分の断面形状と走査線２２２と重なる部分との断面形状とに差異が生じ、遮光部２０７の開口部２０７ｂを通過して拡がった光を均一に集光することが困難となる。

また、この構成によれば、溝２１１ａの内部（例えば空気層、真空）の屈折率がＴＦＴアレイ基板２０８の屈折率よりも小さくなるので、遮光部２０７の開口部２０７ｂを通過して拡がった光がプリズム素子２１１に入射する際に全反射条件を満たし易くなる。よって、遮光部２０７の開口部２０７ｂを通過して拡がった光を確実に集光させることができる。

また、この構成によれば、蓋部２１２の遮光層２０７ａ側の面が平坦面であるので、蓋部２１２の上部に配線などを形成した場合に断線などのおそれが少なくなる。

本実施形態のプロジェクター１００によれば、上述した液晶装置１２０Ｒを備えているので、高品質な画像表示が可能なプロジェクターを提供することができる。

［第２実施形態］
図１１は、図６に対応した、本発明の第２実施形態に係る液晶装置１２０ＲＡの部分断面構成図である。
図１１に示すように、本実施形態の液晶装置１２０ＲＡは、上述のプリズム素子２１１に替えてプリズム素子２１１Ａを備えている点で上述の第１実施形態に係る液晶装置１２０Ｒと異なっている。その他の点は上述の構成と同様であるので、図６と同様の要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

プリズム素子２１１Ａの溝２１１ａの内部には反射膜２１３が形成されている。反射膜２１３の形成材料は、例えばロジウム（Ｒｈ）等の高融点（１９６６℃）で反射性に優れた金属材料を用いることができる。これにより、高温ポリシリコンＴＦＴの製造プロセスにおいて適用することができる。なお、アモルファスシリコンＴＦＴの製造プロセスの場合には、反射膜の形成材料としてＲｈに限らずアルミニウム（Ａｌ）や白金（Ｐｔ）等を用いることもできる。

図１２は、液晶装置の製造方法を説明するための断面工程図である。上記のように構成された液晶装置１２０ＲＡのうち、ＴＦＴアレイ基板２０８Ａにプリズム素子２１１Ａを形成し、遮光層２０７ａを形成する工程について説明する。なお、プリズム素子２１１Ａの溝２１１ａを形成する工程については、図９（ａ）〜図９（ｃ）と同様であるため、詳細な説明は省略する。

まず、図１２（ａ）に示すように、溝２１１ａの内部に反射膜２１３を形成する。反射膜２１３は高融点かつ反射性優れた金属材料で構成するのが好ましい。本例では、Ｒｈを用いる。なお、反射膜２１３の形成方法としてはスパッタ法を用いる。

次に、図１２（ｂ）に示すように、溝２１１ａの上側の開口部分を塞ぐ蓋部２１２を形成する。本例では、ＴＦＴの製造プロセスと同一のプロセスで形成可能な絶縁膜である酸化シリコン（ＳｉＯ_２ ）、窒化シリコン（ＳｉＮ）等を用いる。なお、蓋部２１２の形成方法としては、ＣＶＤ法等を用いる。

次に、図１２（ｃ）に示すように、蓋部２１２の上面を化学機械研磨（ＣＭＰ）によって平坦化する。なお、蓋部２１２の厚みは、溝２１１ａの上に当該蓋部２１２を介して遮光層２０７ａを形成できる程度、前述の保護機能が果たせる程度であればよい。

次に、図１２（ｄ）に示すように、蓋部２１２の上面に遮光層２０７ａを形成する。当該蓋部２１２上に例えばＣｒ、Ａｌ等の金属材料や黒色樹脂等からなる遮光層２０７ａを形成する。遮光層２０７ａの形成方法としては、スパッタ法やＣＶＤ法等、公知の成膜方法を用いることができる。

その後、画素電極や配向膜などを形成することで、ＴＦＴアレイ基板２０８Ａを作製することができる。そして、別途作製した対向基板２００と貼り合わせ、基板間に液晶層２０５を封止することによって、液晶装置１２０ＲＡを製造することができる。

本実施形態の液晶装置１２０ＲＡによれば、プリズム素子２１１Ａの光入射面が反射面として機能する。よって、遮光部２０７の開口部２０７ｂを通過して拡がった光を確実に集光させることができる。

［第３実施形態］
図１３は、図６に対応した、本発明の第３実施形態に係る液晶装置１２０ＲＢの部分断面構成図である。
図１３に示すように、本実施形態の液晶装置１２０ＲＢは、上述のプリズム素子２１１に替えてプリズム素子２１１Ｂを備えている点で上述の第１実施形態に係る液晶装置１２０Ｒと異なっている。その他の点は上述の構成と同様であるので、図６と同様の要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

プリズム素子２１１Ｂの溝２１１ａの液晶層２０５側の部分（上側の開口部分）には蓋部２１２の一部が入り込んでいる。溝２１１ａの蓋部２１２の一部が入り込んだ部分と少なくとも重なる部分には反射膜２１３Ｂが形成されている。反射膜２１３Ｂの形成材料は、例えばＲｈを用いる。

図１４は、液晶装置の製造方法を説明するための断面工程図である。上記のように構成された液晶装置１２０ＲＢのうち、ＴＦＴアレイ基板２０８Ａにプリズム素子２１１Ｂを形成し、遮光層２０７ａを形成する工程について説明する。なお、プリズム素子２１１Ｂの溝２１１ａを形成する工程については、図９（ａ）〜図９（ｃ）と同様であるため、詳細な説明は省略する。

まず、図１４（ａ）に示すように、溝２１１ａの上側の開口部分に反射膜２１３Ｂを形成する。反射膜２１３Ｂの形成材料は、Ｒｈを用いる。なお、反射膜２１３Ｂの形成方法としてはスパッタ法を用いる。なお、溝２１１ａの幅Ｗｖが小さいため（例えば２μｍ）、反射膜２１３Ｂは溝２１１ａの上側の開口部分に選択的に形成される。

次に、図１４（ｂ）に示すように、溝２１１ａの上側の開口部分を塞ぐ蓋部２１２を形成する。本例では、ＴＦＴの製造プロセスと同一のプロセスで形成可能な絶縁膜である酸化シリコン（ＳｉＯ_２ ）、窒化シリコン（ＳｉＮ）等を用いる。なお、蓋部２１２の形成方法としては、ＣＶＤ法等を用いる。溝２１１ａの幅Ｗｖが小さいため、蓋部２１２は、溝２１１ａの上側の開口部分に選択的に形成された反射膜２１３Ｂと重なる位置に形成される。なお、形成された反射膜２１３Ｂは、溝２１１ａの開口部分を残して、研磨若しくはフォトエッチ処理により除去される。

次に、図１４（ｃ）に示すように、蓋部２１２の上面を化学機械研磨（ＣＭＰ）によって平坦化する。なお、蓋部２１２の厚みは、溝２１１ａの上に当該蓋部２１２を介して遮光層２０７ａを形成できる程度、前述の保護機能が果たせる程度であればよい。

次に、図１４（ｄ）に示すように、蓋部２１２の上面に遮光層２０７ａを形成する。当該蓋部２１２上に例えばＣｒ、Ａｌ等の金属材料や黒色樹脂等からなる遮光層２０７ａを形成する。遮光層２０７ａの形成方法としては、スパッタ法やＣＶＤ法等、公知の成膜方法を用いることができる。

その後、画素電極や配向膜などを形成することで、ＴＦＴアレイ基板２０８Ａを作製することができる。そして、別途作製した対向基板２００と貼り合わせ、基板間に液晶層２０５を封止することによって、液晶装置１２０ＲＢを製造することができる。

本実施形態の液晶装置１２０ＲＢによれば、遮光部２０７の開口部２０７ｂを通過して拡がった光がプリズム素子２１１Ｂを構成する溝２１１ａの蓋部２１２Ｂの一部が入り込んだ部分に入射した場合でも、当該部分に形成された反射膜２１３Ｂにより当該部分に入射した光を反射させることができる。よって、遮光部２０７の開口部２０７ｂを通過して拡がった光を確実に集光させることができる。

本発明は、投写画像を観察する側から投写するフロント投写型プロジェクターに適用する場合にも、投写画像を観察する側とは反対の側から投写するリア投写型プロジェクターに適用する場合にも、適用することができる。

上記各実施形態においては、本発明の光源装置をプロジェクターに適用した例について説明したが、これに限らない。例えば、本発明の光源装置を他の光学機器（例えば、光ディスク装置、自動車のヘッドランプ、照明機器等）に適用することも可能である。

１００…プロジェクター、１０１…光源装置、１１４…投写光学系、１２０Ｒ，１２０ＲＡ，１２０ＲＢ…液晶装置、２００…対向基板（第１基板）、２０１…集光レンズ、２０５…液晶層、２０７…遮光部、２０７ａ…遮光層（遮光領域）、２０７ｂ…開口部（透光領域）、２０８…ＴＦＴアレイ基板（第２基板）、２１１，２１１Ａ，２１１Ｂ…プリズム素子、２１１ａ…溝、２１２…蓋部、２１３，２１３Ｂ…反射膜、２２１…データ線、２２２…走査線、Ｄｖ…溝の深さ、Ｄｖ１…溝のデータ線と重なる部分の深さ、Ｄｖ２…溝の走査線と重なる部分の深さ、Ｗｖ…溝の幅、Ｗｖ１…溝の走査線と重なる部分の幅、Ｗｖ２…溝の走査線と重なる部分の幅

Claims (8)

1. 光の入射側に配置される第１基板と出射側に配置される第２基板との間に液晶層を挟持してなる液晶装置であって、
   前記第１基板または前記第２基板のいずれかに備えられ、画素と平面視で重なる位置に透光領域と、前記画素間と平面視で重なる位置に遮光領域とを備えた遮光部と、
   前記第１基板に備えられ、入射した光を前記遮光部の透光領域の内側に集光させる集光レンズと、
   前記第２基板に備えられ、前記遮光領域と平面視で重なる位置に、前記透光領域を通過して拡がった光を集光させるプリズム素子と、を備え、
   前記プリズム素子は、前記第２基板に形成された溝を含むことを特徴とする液晶装置。
2. 前記溝の深さは、前記溝の幅よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の液晶装置。
3. 前記遮光部は、互いに交差して配置されたデータ線と走査線とからなり、
   前記溝は断面視Ｖ字状であり、
   前記溝の前記データ線と重なる部分の幅と前記走査線と重なる部分の幅とは互いに等しく、
   前記溝の前記データ線と重なる部分の深さと前記走査線と重なる部分の深さとは互いに等しいことを特徴とする請求項１または２に記載の液晶装置。
4. 前記遮光部と前記プリズム素子との間には、前記溝の前記液晶層側の部分を塞ぐ蓋部が形成されており、
   前記溝の内部は中空であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の液晶装置。
5. 前記蓋部の前記遮光部側の面は平坦面であることを特徴とする請求項４に記載の液晶装置。
6. 前記溝の前記液晶層側の部分には前記蓋部の一部が入り込んでおり、
   前記溝の前記蓋部の一部が入り込んだ部分と少なくとも重なる部分には反射膜が形成されていることを特徴とする請求項４または５に記載の液晶装置。
7. 前記溝の内部には反射膜が形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の液晶装置。
8. 光源装置と、
   前記光源装置から射出された光を画像情報に応じて変調する請求項１〜７のいずれか一項に記載の液晶装置と、
   前記液晶装置からの変調光を投写画像として投写する投写光学系と、
   を備えることを特徴とするプロジェクター。

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