JP2012226069A - 電気光学装置および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】入射する光を効率よく利用可能な電気光学装置、およびこれを備えた電子機器を提供すること。
【解決手段】本適用例の電気光学装置としての液晶装置は、一対の基板と、一対の基板のうち素子基板１０に設けられた画素電極１５と、画素電極１５に対応して設けられた薄膜トランジスター（ＴＦＴ）３０と、一対の基板のうち対向基板２０に設けられた対向電極としての共通電極２３と、画素電極１５、共通電極２３、画素電極１５と共通電極２３との間に挟持された液晶層５０およびＴＦＴ３０を含む画素と、入射した光を画素に向けて集光させる集光素子としてのマイクロレンズ２６と、液晶層５０に対してマイクロレンズ２６と反対側に設けられると共に、ＴＦＴ３０と平面的に重なって配置され、液晶層５０を透過した光の一部を射出側に反射させる光反射部としてのプリズム１１０と、を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、電気光学装置および電子機器に関する。

上記電気光学装置として、画素ごとに薄膜トランジスターなどのスイッチング素子が設けられたアクティブ駆動型の液晶装置が知られている。また、このようなアクティブ駆動型の液晶装置をライトバルブとして用いた電子機器としての液晶プロジェクター（投射型表示装置）が知られている。

上記ライトバルブは、例えば光源から発せられた白色光をＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）に分割されたそれぞれの色光に対して配置され、画像情報に基づいて当該色光の透過状態を制御するものである。したがって、液晶プロジェクターとしてより明るく鮮明な画像を投射するには、ライトバルブに入射した当該色光を効率よく利用できることが求められる。

例えば、入射した光を集光させる集光素子（第１光学要素）と、集光させた光を所定の方向に射出させる光学素子（第２光学要素）とを備えた画像表示装置（特許文献１）や液晶表示装置（特許文献２）が開示されている。
上記集光素子としてマイクロレンズを用い、上記光学素子としてプリズムを用いた例が挙げられている。

特開２００５−３７６８６号公報 特開２００９−６３８８８号公報

しかしながら、上記特許文献１や上記特許文献２では、光軸上においてマイクロレンズとプリズムとが対向して配置され、マイクロレンズにて集光された光は、プリズムを透過することにより、所定の方向に射出される構成となっている。したがって、高屈折率体であるプリズムの界面で光が反射したり、あるいはプリズムを透過する際に光が吸収され、マイクロレンズによって集光された光の強度（光量）が低下するおそれがあった。すなわち、入射した光を効率よく利用できないおそれがあった。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例の電気光学装置は、一対の基板と、前記一対の基板のうち一方の基板に設けられた画素電極と、前記画素電極に対応して設けられたトランジスターと、前記一対の基板のうち他方の基板に設けられた対向電極と、前記画素電極、前記対向電極、前記画素電極と前記対向電極との間に挟持された液晶層および前記トランジスターを含む画素と、入射した光を前記画素に向けて集光させる集光素子と、前記液晶層に対して前記集光素子と反対側に設けられると共に、前記トランジスターと平面的に重なって配置され、前記液晶層を透過した光の一部を射出側に反射させる光反射部と、を備えることを特徴とする。

この構成によれば、光反射部は、画素のトランジスターと平面的に重なるように例えば画素電極の周辺に設けられ、集光素子によって集光され液晶層を透過した光の一部を射出側に反射させる。つまり、画素の液晶層を透過した光のうち光軸を外れた光の大部分は、光反射部によって反射されるので、従来のように集光された光がプリズムを透過することによって所定の方向に射出される場合に比べて、光の利用効率を高めることができる。また、集光素子や光反射部が一対の基板と一体的に設けられている。すなわち、入射する光を高い効率で利用可能であって、より小型な電気光学装置を提供できる。

［適用例２］上記適用例の電気光学装置において、前記光反射部は、前記一対の基板のうちいずれか一方において、前記基板をエッチングすることにより形成され、前記液晶層側に開口する断面がＶ字状の溝部と、前記溝部内に空間を構成するように開口部を封止する遮光性の封止部と、を有することが好ましい。
この構成によれば、光反射部は、基板にエッチング形成されているので、光反射機能を有する例えばプリズムなどを基板に積層形成する場合に比べて、薄型な電気光学装置を提供できる。また、光反射部を構成する溝部の開口部が遮光性の封止部によって封止されているので、集光された光が隣り合う画素間へ漏れることなく利用される。

［適用例３］上記適用例の電気光学装置において、前記集光素子は、前記一対の基板のうちいずれか一方において、凸状のレンズ面が前記液晶層と反対側に向くように形成されたマイクロレンズであって、前記液晶層と前記マイクロレンズとの間に、前記基板と屈折率がほぼ同じ材料からなるパス層が形成されていることを特徴とする。
この構成によれば、液晶層とマイクロレンズとの間に設けられたパス層の厚みを調整することで、マイクロレンズを介して画素に取り込まれる光量を調整することができる。言い換えれば、画素に対する光の取り込み量が所望の状態となるようにパス層の厚みを調整する。

［適用例４］本適用例の電子機器は、上記適用例の電気光学装置を備えたことを特徴とする。
この構成によれば、入射する光を効率よく利用可能な電気光学装置を備えているので、見栄えのよい電子機器を実現することができる。例えば、上記電気光学装置をライトバルブとして用いれば、明るく鮮明な画像を投射可能な電子機器としての投射型表示装置を実現することができる。

（ａ）は第１実施形態の液晶装置の構成を示す概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＨ−Ｈ’線で切った概略断面図。 第１実施形態の液晶装置の電気的な構成を示す等価回路図。 第１実施形態の液晶装置における画素電極の配置を示す概略平面図。 第１実施形態の液晶装置における画素の構造を示す概略断面図。 第２実施形態の液晶装置における画素の構造を示す概略断面図。 電子機器としての投射型表示装置の構成を示す概略図。 （ａ）は一般的な超高圧水銀灯の光強度分布を示すグラフ、（ｂ）はＬＥＤ光源の光強度分布を示すグラフ。 変形例のマイクロレンズの構成を示す概略断面図。 変形例の光反射部の構成を示す概略断面図。

以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。なお、使用する図面は、説明する部分が認識可能な状態となるように、適宜拡大または縮小して表示している。

なお、以下の形態において、例えば「基板上に」と記載された場合、基板の上に接するように配置される場合、または基板の上に他の構成物を介して配置される場合、または基板の上に一部が接するように配置され、一部が他の構成物を介して配置される場合を表すものとする。

（第１実施形態）
本実施形態では、薄膜トランジスター（Thin Film Transistor；ＴＦＴ）を画素のスイッチング素子として備えた電気光学装置としてのアクティブマトリクス型の液晶装置を例に挙げて説明する。この液晶装置は、例えば後述する投射型表示装置（液晶プロジェクター）の光変調素子（液晶ライトバルブ）として好適に用いることができるものである。

＜液晶装置＞
まず、本実施形態の電気光学装置としての液晶装置について、図１および図２を参照して説明する。図１（ａ）は液晶装置の構成を示す概略平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＨ−Ｈ’線で切った概略断面図、図２は液晶装置の電気的な構成を示す等価回路図である。

図１（ａ）および（ｂ）に示すように、本実施形態の液晶装置１００は、対向配置された素子基板１０および対向基板２０と、これら一対の基板によって挟持された液晶層５０とを有する。素子基板１０および対向基板２０は、透明な例えば石英などのガラス基板が用いられている。

素子基板１０は対向基板２０よりも一回り大きく、両基板は、額縁状に配置されたシール材４０を介して接合され、その隙間に正または負の誘電異方性を有する液晶が封入されて液晶層５０を構成している。シール材４０は、例えば熱硬化性または紫外線硬化性のエポキシ樹脂などの接着剤が採用されている。シール材４０には、一対の基板の間隔を一定に保持するためのスペーサー（図示省略）が混入されている。

額縁状に配置されたシール材４０の内側には、同じく額縁状に遮光膜２１が設けられている。遮光膜２１は、例えば遮光性の金属あるいは金属酸化物などからなり、遮光膜２１の内側が複数の画素Ｐを有する表示領域Ｅとなっている。なお、図１では図示省略したが、表示領域Ｅにおいても複数の画素Ｐを平面的に区分する遮光部が設けられている。

素子基板１０の１辺部に沿ったシール材４０との間にデータ線駆動回路１０１が設けられている。また、該１辺部に対向する他の１辺部に沿ったシール材４０の内側に検査回路１０３が設けられている。さらに、該１辺部と直交し互いに対向する他の２辺部に沿ったシール材４０の内側に走査線駆動回路１０２が設けられている。該１辺部と対向する他の１辺部のシール材４０の内側には、２つの走査線駆動回路１０２を繋ぐ複数の配線１０５が設けられている。これらデータ線駆動回路１０１、走査線駆動回路１０２に繋がる配線は、該１辺部に沿って配列した複数の外部接続端子１０４に接続されている。
以降、該１辺部に沿った方向をＸ方向とし、該１辺部と直交し互いに対向する他の２辺部に沿った方向をＹ方向として説明する。
なお、検査回路１０３の配置はこれに限定されず、データ線駆動回路１０１と表示領域Ｅとの間のシール材４０の内側に沿った位置に設けてもよい。

図１（ｂ）に示すように、素子基板１０の液晶層５０側の表面には、画素Ｐごとに設けられた光透過性を有する画素電極１５およびスイッチング素子としての薄膜トランジスター（ＴＦＴ；Thin Film Transistor）３０と、信号配線と、これらを覆う配向膜１８とが形成されている。
また、ＴＦＴ３０における半導体層に光が入射してスイッチング動作が不安定になることを防ぐ遮光構造が採用されている。当該遮光構造については後述する。

対向基板２０の液晶層５０側の表面には、遮光膜２１と、これを覆うように成膜された層間膜層２２と、層間膜層２２を覆うように設けられた対向電極としての共通電極２３と、共通電極２３を覆う配向膜２４とが設けられている。

遮光膜２１は、図１（ａ）に示すように平面的にデータ線駆動回路１０１や走査線駆動回路１０２、検査回路１０３と重なる位置において額縁状に設けられている。これにより対向基板２０側から入射する光を遮蔽して、これらの駆動回路を含む周辺回路の光による誤動作を防止する役目を果たしている。また、不必要な迷光が表示領域Ｅに入射しないように遮蔽して、表示領域Ｅの表示における高いコントラストを確保している。

層間膜層２２は、例えば酸化シリコンなどの無機材料からなり、光透過性を有して遮光膜２１を覆うように設けられている。このような層間膜層２２の形成方法としては、例えばプラズマＣＶＤ法などを用いて成膜する方法が挙げられる。

共通電極２３は、例えばＩＴＯなどの透明導電膜からなり、層間膜層２２を覆うと共に、図１（ａ）に示すように対向基板２０の四隅に設けられた上下導通部１０６により素子基板１０側の配線に電気的に接続している。

画素電極１５を覆う配向膜１８および共通電極２３を覆う配向膜２４は、液晶装置１００の光学設計に基づいて選定される。例えば、ポリイミドなどの有機材料を成膜して、その表面をラビングすることにより、液晶分子に対して略水平配向処理が施されたものや、ＳｉＯｘ（酸化シリコン）などの無機材料を気相成長法を用いて成膜して、液晶分子に対して略垂直配向させたものが挙げられる。

本実施形態の液晶装置１００は透過型であって、画素Ｐが非駆動時に明表示となるノーマリーホワイトモードや、非駆動時に暗表示となるノーマリーブラックモードの光学設計が採用される。光の入射側と射出側とにそれぞれ偏光素子が光学設計に応じて配置されて用いられる。
また、入射する光を効率よく画素Ｐに取り込むために、画素Ｐごとに光の入射側には集光素子としてのマイクロレンズが配置されている。また、画素Ｐを透過した光を射出側に効率よく射出させるために、画素Ｐごとの射出側に入射した光を全反射させる光反射部としてのプリズムが配置されている。画素Ｐに対するマイクロレンズやプリズムの配置については、後述する。

図２に示すように、液晶装置１００は、少なくとも表示領域Ｅにおいて互いに絶縁されて直交する信号線としての複数の走査線３ａおよび複数のデータ線６ａと、データ線６ａ沿って平行するように配置された容量線３ｂとを有する。
走査線３ａが延在する方向がＸ方向であり、データ線６ａが延在する方向がＹ方向である。

走査線３ａとデータ線６ａならびに容量線３ｂと、これらの信号線類により区分された領域に、画素電極１５と、ＴＦＴ３０と、保持容量１６とが設けられ、これらが画素Ｐの画素回路を構成している。

走査線３ａはＴＦＴ３０のゲートに電気的に接続され、データ線６ａはＴＦＴ３０のソースに電気的に接続されている。画素電極１５はＴＦＴ３０のドレインに電気的に接続されている。
データ線６ａはデータ線駆動回路１０１（図１参照）に接続されており、データ線駆動回路１０１から供給される画像信号ＤＡ１，ＤＡ２，…，ＤＡｎを画素Ｐに供給する。走査線３ａは走査線駆動回路１０２（図１参照）に接続されており、走査線駆動回路１０２から供給される走査信号ＳＣ１，ＳＣ２，…，ＳＣｍを各画素Ｐに供給する。データ線駆動回路１０１からデータ線６ａに供給される画像信号ＤＡ１〜ＤＡｎは、この順に線順次で供給してもよく、互いに隣り合う複数のデータ線６ａ同士に対してグループごとに供給してもよい。走査線駆動回路１０２は、走査線３ａに対して、走査信号ＳＣ１〜ＳＣｍを所定のタイミングでパルス的に線順次で供給する。

液晶装置１００は、スイッチング素子であるＴＦＴ３０が走査信号ＳＣ１〜ＳＣｍの入力により一定期間だけオン状態とされることで、データ線６ａから供給される画像信号ＤＡ１〜ＤＡｎが所定のタイミングで画素電極１５に書き込まれる構成となっている。そして、画素電極１５を介して液晶層５０に書き込まれた所定レベルの画像信号ＤＡ１〜ＤＡｎは、画素電極１５と液晶層５０を介して対向配置された共通電極２３との間で一定期間保持される。
保持された画像信号ＤＡ１〜ＤＡｎがリークするのを防止するため、画素電極１５と共通電極２３との間に形成される液晶容量と並列に保持容量１６が接続されている。保持容量１６は、ＴＦＴ３０のドレインと容量線３ｂとの間に設けられている。容量線３ｂは、固定電位に接続されている。

なお、図１（ａ）に示した検査回路１０３には、データ線６ａが接続されており、液晶装置１００の製造過程において、上記画像信号を検出することで液晶装置１００の動作欠陥などを確認できる構成となっているが、図２の等価回路では省略している。また、検査回路１０３は、上記画像信号をサンプリングしてデータ線６ａに供給するサンプリング回路、データ線６ａに所定電圧レベルのプリチャージ信号を画像信号に先行して供給するプリチャージ回路を含むものとしてもよい。

次に、画素Ｐの平面的な配置と構造について、図３および図４を参照して説明する。図３は画素電極の配置を示す概略平面図、図４は画素の構造を示す概略断面図である。
図３に示すように、液晶装置１００における画素Ｐは、Ｘ方向（走査線３ａの延在方向）と、Ｙ方向（データ線６ａの延在方向）とにマトリックス状に配置されている。
画素Ｐにおける画素電極１５は、平面視で四角形（正方形）であって、後述する遮光部としての信号線などに対して、外縁部が平面的に重なるように配置されている。
言い換えれば、上記遮光部は、遮光性の非開口領域Ｄ２を構成するものであって、画素Ｐは非開口領域Ｄ２に囲まれた開口領域Ｄ１を有している。本実施形態では、Ｘ方向およびＹ方向における非開口領域Ｄ２の幅は同じに設定されている。
また、図３においては図示省略したが、非開口領域Ｄ２には、画素Ｐごとに前述したＴＦＴ３０、保持容量１６が配置されている。

図４に示すように、素子基板１０は、例えば石英などの透明なガラスからなる基板本体１０ａと、基板本体１０ａに形成された光反射部としてのプリズム１１０とを有している。プリズム１１０は、液晶層５０に向かって開くようにＶ字状に基板本体１０ａをエッチングして形成された溝部１１１と、溝部１１１内に空間としての空気層１１３が構成されるように開口部分を封止する封止部１１４とを有している。
基板本体１０ａに断面がＶ字状の溝部１１１を形成する方法としては、フッ素系の処理ガスを用いてドライエッチングする方法が挙げられる。

封止部１１４は、プリズム１１０の空気層１１３に光が進入しないように遮光性を有していることが好ましい。このような封止部１１４の形成方法としては、溝部１１１が形成された基板本体１０ａの表面に、例えばスパッタ法やＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法によって、溝部１１１の開口部分を塞ぐように例えばＷＳｉ（タングステンシリサイド）やＷ（タングステン）などの高融点金属材料を堆積させる。あるいは、シリコン酸化膜や、フッ素などの不純物を含む低屈折率のシリコン酸化膜を堆積させてもよい。その後に、堆積させた表面が平坦となるように例えばＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）処理を行う。

このようなプリズム１１０は開口領域Ｄ１を囲む非開口領域Ｄ２に設けられる。基板本体１０ａのプリズム１１０と重なる位置に走査線３ａが形成される。

走査線３ａは、例えばＡｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｗ、Ｔａ、Ｍｏなどの金属のうちの少なくとも１つを含む金属単体、合金、金属シリサイド、ポリシリサイド、ナイトライド、あるいはこれらが積層されたものを用いることができ、遮光性を有している。

走査線３ａを覆うように例えば酸化シリコンなどからなる第１絶縁膜１１ａが形成され、第１絶縁膜１１ａ上に島状にＴＦＴ３０の半導体層３０ａが形成される。半導体層３０ａは例えば多結晶シリコン膜からなり、不純物イオンが注入されて、ソース・ドレイン領域と、チャネル領域と、ソース・ドレイン領域とチャネル領域の間の接合領域とを有するＬＤＤ構造が形成されている。

半導体層３０ａを覆うようにゲート絶縁膜（図示せず）を形成し、ゲート絶縁膜を介して半導体層３０ａのチャネル領域と重なる位置にゲート電極（図示せず）を設け、このゲート電極と走査線３ａとを電気的に接続させ、ＴＦＴ３０が形成されている。なお、このような所謂トップゲート構造に限らず、第１絶縁膜１１ａを介して半導体層３０ａのチャネル領域と重なり合った走査線３ａの部分が、ゲート電極として機能する、所謂ボトムゲート構造も採用することができる。

ＴＦＴ３０を覆うように酸化シリコンなどからなる第２絶縁膜１１ｂを形成する。図４では図示されていないが、第２絶縁膜１１ｂ上にはデータ線６ａが形成される。さらには配線層を異ならせて保持容量１６の容量電極やこれに繋がる容量線３ｂが形成される。

第２絶縁膜１１ｂ上に形成されたデータ線６ａ、保持容量１６、容量線３ｂなどをさらに覆って層間絶縁膜１２が形成される。層間絶縁膜１２は、例えばシリコンの酸化物や窒化物からなり、半導体層３０ａが設けられた領域を覆うことによって生ずる表面の凹凸を平坦化する平坦化処理が施される。平坦化処理の方法としては、例えばＣＭＰ処理やスピンコート処理などが挙げられる。

平坦化された層間絶縁膜１２を覆うように例えばＩＴＯやＩＺＯなどの透明導電膜が成膜され、これをパターニングすることにより、画素電極１５が形成される。画素電極１５は、第２絶縁膜１１ｂや層間絶縁膜１２に設けられたコンタクトホール（図示省略）によって、ＴＦＴ３０の半導体層３０ａにおけるドレイン領域と電気的に接続される。

一方、液晶層５０を介して素子基板１０に対向配置される対向基板２０は、例えば石英などの透明なガラスからなる基板本体２０ａと、基板本体２０ａに形成された集光素子としてのマイクロレンズ２６およびパス層２５を有している。マイクロレンズ２６は、凸状のレンズ面２６ａが液晶層５０と反対側に向くように基板本体２０ａに形成されている。

このようなマイクロレンズ２６の形成方法としては、例えば、基板本体２０ａの表面を選択的にエッチングすることにより、レンズ面２６ａに対応した凹部を形成する。当該凹部を、基板本体２０ａよりも高い屈折率を有する例えばＳｉＯＮ（酸窒化シリコン）などのレンズ材料にて埋める。これにより、凸状のレンズ面２６ａを有するマイクロレンズ２６が形成される。続いて、その表面（マイクロレンズ２６の底面）を例えばＣＭＰ処理などの方法により平坦化する。そして、基板本体２０ａとほぼ同じ屈折率を有する無機材料によって覆うことにより透明なパス層２５を形成する。

液晶層５０に面するパス層２５の表面には、例えば遮光性を有するクロムなどの金属材料が成膜され、これをパターニングすることによって遮光膜２１が設けられる。遮光膜２１は、画素Ｐの開口領域Ｄ１を規定すべく、やはり非開口領域Ｄ２に形成される。すなわち、平面的には図３に示したごとく格子状に形成される。

遮光膜２１を覆って層間膜層２２が形成され、層間膜層２２を覆って例えばＩＴＯやＩＺＯなどの透明導電膜が成膜され、これをパターニングすることにより、対向電極としての共通電極２３が形成される。共通電極２３は複数の画素Ｐに跨って形成される。なお、層間膜層２２は共通電極２３の液晶層５０に面する表面が平坦となるように、遮光膜２１を覆うものであって、必須な構成ではなく、導電性の遮光膜２１を直接覆うように共通電極２３を形成してもよい。

画素Ｐごとに形成されたマイクロレンズ２６を有する対向基板２０と、同じく画素Ｐを囲むように配置されたプリズム１１０を有する素子基板１０とは、液晶層５０を挟んで所定の位置に対向配置され、前述したシール材４０によって接合される。

なお、液晶層５０に面する画素電極１５や共通電極２３を覆うように配向膜が形成されるが、図４では図示を省略した。

続いて、図４を参照して入射した光がどのように集光され射出されるかについて説明する。図４に示すように、本実施形態では、光は、マイクロレンズ２６が形成された対向基板２０側から入射する。例えば、画素Ｐの平面的な中心を通過する光軸に沿って入射した入射光Ｌ１はマイクロレンズ２６をそのまま直進し液晶層５０を通過して素子基板１０側に射出される。

入射光Ｌ１よりも外側から入射し、そのまま直進した場合に、遮光膜２１のエッジに到達する入射光Ｌ２は、マイクロレンズ２６に入射すると屈折して、ほぼ光軸に沿った方向に射出されるので、入射光Ｌ１とほぼ並行して素子基板１０側に射出される。さらに入射光Ｌ２より外側から入射した入射光Ｌ３は、マイクロレンズ２６に入射すると屈折して集光される。集光された入射光Ｌ３は、液晶層５０を通過して開口領域Ｄ１の内側から射出されてプリズム１１０の傾斜面１１２に入射する。傾斜面１１２は基板本体１０ａと基板本体１０ａよりも低い屈折率を有する空気層１１３との界面であって、傾斜面１１２に入射した入射光Ｌ３はより光軸に沿った方向に全反射されて素子基板１０側に射出される。

言い換えれば、対向基板２０側から入射する光をできる限り画素Ｐに取り込むように、画素Ｐにおける開口領域Ｄ１の大きさに合わせて、マイクロレンズ２６の光学条件を決定する。また、マイクロレンズ２６により集光され画素Ｐを通過する光のうち、光軸から大きく外れた光を概ね光軸方向に全反射させて戻すようにプリズム１１０の光学的な条件を決定する。

マイクロレンズ２６側の光学条件としては、以下の数式（１）を満たすことが好ましい。
ｆ₀≦（Ｐ１×Ｌ）／Ｗ・・・・・（１）
ｆ₀はマイクロレンズ２６の焦点距離、Ｐ１が画素Ｐの配置ピッチ（開口領域Ｄ１の幅と非開口領域Ｄ２の幅の和）、Ｌはマイクロレンズ２６から遮光膜２１までの距離（つまりマイクロレンズ２６の高さｈとパス層２５の厚みとの和）、Ｗは遮光膜２１の幅（非開口領域Ｄ２の幅）である。数式（１）を満たすことによって、開口領域Ｄ１内に効率よく入射光を集光させることができる。
焦点距離ｆ₀は、マイクロレンズ２６の屈折率、レンズ面２６ａの曲率、並びに透過する光の波長に依存することは言うまでもない。したがって、透過する光が可視光領域においてピーク波長を有する場合には、ピーク波長に対応させて光学条件を決めることが望ましい。
本実施形態では、基板本体２０ａとして屈折率ｎがおよそ１．４６の石英を用い、マイクロレンズ２６として屈折率ｎがおよそ１．５〜１．７のＳｉ−Ｎを用い、パス層２５として屈折率ｎがおよそ１．４６のシリコンの酸化物を用いた。画素ピッチＰ１がおよそ１０μｍ、遮光膜２１の幅Ｗが１．５μｍのとき、マイクロレンズ２６の高さｈをおよそ５μｍ〜１０μｍ、パス層２５の厚みをおよそ１０μｍ〜５０μｍとした。

プリズム１１０側の光学条件としては、主に傾斜面１１２に入射した光を全反射させるための傾斜面１１２の光軸に対する傾斜角度と、断面がＶ字状のプリズム１１０の長さ（高さ）である。本実施形態では、基板本体１０ａとして屈折率ｎがおよそ１．４６の石英を用い、開口領域Ｄ１の幅がおよそ８．５μｍ、非開口領域Ｄ２の幅がおよそ１．５μｍのとき、プリズム１１０の傾斜面１１２が光軸となす角度を３°としている。そうするとプリズム１１０の長さ（高さ）はおよそ２０μｍとなる。

プリズム１１０の傾斜面１１２が、光軸となす角度の設計については、マイクロレンズ２６に対する入射光の角度分布、マイクロレンズ２６の集光度、後述する投射型表示装置１０００の投射レンズ１２０７（図６参照）の取り込み角度（Ｆ値）によって決定することができる。例えば、入射光の角度分布が光軸からおよそ±１３°以内であり、マイクロレンズ２６によって、±１９°まで角度が付いたとする。投射レンズ１２０７の最大取り込み角度が１６°であれば、光軸側へ３°反射させれば、これらの光を投射レンズ１２０７で取り込むことが出来る。こういった理由から、本実施形態の傾斜面１１２が光軸となす角度を３°とし、光の利用効率を高めている。

実際には、液晶装置１００における素子基板１０や対向基板２０に屈折率ｎが異なる絶縁膜や電極膜、液晶層５０などが存在し、それらを光が透過するので、マイクロレンズ２６やプリズム１１０の光学条件を異ならせたものを試作して、最も光の利用効率が高まる光学条件を見出すことが望ましい。

上記第１実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１）液晶装置１００は、画素Ｐごとに光の入射側に設けられた集光素子としてのマイクロレンズ２６と、光の射出側に設けられた光反射部としてのプリズム１１０とを有している。プリズム１１０は、画素Ｐの周辺部である非開口領域Ｄ２に設けられ、マイクロレンズ２６によって集光され画素Ｐを透過した光の一部を射出側に全反射させる。つまり、画素Ｐを透過した光のうち光軸を大きく外れた光の大部分は、プリズム１１０によって全反射されるので、従来のように集光された光がプリズムを透過することによって所定の方向に射出される場合に比べて、光の利用効率を高めることができる。すなわち、入射する光を高い効率で利用可能な電気光学装置としての液晶装置１００を提供できる。

（２）対向基板２０においてマイクロレンズ２６と遮光膜２１（あるいは液晶層５０）との間に、基板本体２０ａと屈折率ｎがほぼ同じパス層２５を備えているので、パス層２５の厚みを調整することにより、マイクロレンズ２６を介して画素Ｐを通過し、上記投射レンズ１２０７に取り込まれる光量が最大になるよう調整することができる。言い換えれば、マイクロレンズ２６の集光度にあわせて焦点距離を調整することが可能である。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態の電気光学装置としての液晶装置について図５を参照して説明する。第２実施形態は、第１実施形態に対して光が素子基板１０側から入射することを前提として、マイクロレンズとプリズムとの配置を異ならせたものである。したがって、マイクロレンズやプリズムを除いた構成は、第１実施形態と同じであり、同一構成には同一の符号を付して詳細の説明は省略する。

図５は第２実施形態の液晶装置における画素の構造を示す概略断面図である。なお、図５は図４と同じように、図３におけるＡ−Ａ’線で切った概略断面図を示すものである。

図５に示すように、素子基板１０は、例えば石英などの透明なガラスからなる基板本体１０ａと、基板本体１０ａに形成された集光素子としてのマイクロレンズ１２０およびパス層１２１を有している。マイクロレンズ１２０は、凸状のレンズ面１２０ａが液晶層５０と反対側に向くように基板本体１０ａに形成されている。

マイクロレンズ１２０は、上記第１実施形態と同じ方法を用いて形成することができる。つまり素子基板１０の基板本体１０ａの表面を選択的にエッチングすることにより、画素Ｐごとに凹部を形成し、これを高屈折率材料で埋めて平坦化することでマイクロレンズ１２０を形成することができる。パス層１２１は、基板本体１０ａとほぼ同じ屈折率ｎを有する無機材料にて上記平坦化された面を覆って形成される。

パス層１２１上には、走査線３ａ、第１絶縁膜１１ａ、半導体層３０ａ、第２絶縁膜１１ｂ、層間絶縁膜１２がこの順に形成される。

層間絶縁膜１２を覆うように例えばＩＴＯやＩＺＯなどの透明導電膜が成膜され、これをパターニングすることにより、画素電極１５が形成される。

一方、液晶層５０を介して素子基板１０に対向配置される対向基板２０は、例えば石英などの透明なガラスからなる基板本体２０ａと、基板本体２０ａに形成された光反射部としてのプリズム１３０とを有している。

プリズム１３０は、液晶層５０に向かって開くようにＶ字状に基板本体２０ａをエッチングして形成された溝部１３１と、溝部１３１内に空間としての空気層１３３が構成されるように開口部分を封止する遮光性の封止部１３４とを有している。

プリズム１３０は、上記第１実施形態と同じ方法を用いて形成することができる。つまり、フッ素系の処理ガスを用いて基板本体２０ａを断面がＶ字状となるようにドライエッチングする方法が挙げられる。

遮光性の封止部１３４は、第１実施形態と同じ方法を用いて形成することができる。つまり、溝部１３１が形成された基板本体２０ａの表面に、例えばスパッタ法やＣＶＤ法によって、溝部１３１の開口部分を塞ぐように例えばＷＳｉ（タングステンシリサイド）やＷ（タングステン）などの高融点金属材料を堆積させる。あるいは、シリコン酸化膜や、フッ素などの不純物を含む低屈折率のシリコン酸化膜を堆積させてもよい。その後に、堆積させた表面が平坦となるように例えばＣＭＰ処理を行う。

プリズム１３０と平面的に重なる位置に遮光膜２１が形成される。遮光膜２１は画素Ｐにおける開口領域Ｄ１を区画する非開口領域Ｄ２に形成されるので、プリズム１３０は、画素Ｐの周辺部である非開口領域Ｄ２に設けられる。

遮光膜２１を覆う層間膜層２２が形成され、さらに層間膜層２２を覆うように例えばＩＴＯやＩＺＯなどの透明導電膜が成膜され、これをパターニングすることにより、共通電極２３が形成される。前述したように層間膜層２２は必須の構成ではない。

画素Ｐごとに形成されたマイクロレンズ１２０を有する素子基板１０と、同じく画素Ｐを囲むように配置されたプリズム１３０を有する対向基板２０とは、液晶層５０を挟んで所定の位置に対向配置され、前述したシール材４０によって接合される。

なお、液晶層５０に面する画素電極１５や共通電極２３を覆うように配向膜が形成されるが、図５では図示を省略した。

続いて、図５を参照して入射した光がどのように集光され射出されるかについて説明する。図５に示すように、本実施形態では、光は、マイクロレンズ１２０が形成された素子基板１０側から入射する。例えば、画素Ｐの平面的な中心を通過する光軸に沿って入射した入射光Ｌ１はマイクロレンズ１２０をそのまま直進し液晶層５０を通過して対向基板２０側に射出される。

入射光Ｌ１よりも外側から入射し、そのまま直進した場合に、遮光部（非開口領域Ｄ２）としての走査線３ａのエッジに到達する入射光Ｌ２は、マイクロレンズ１２０に入射すると屈折して、ほぼ光軸に沿った方向に射出されるので、入射光Ｌ１とほぼ並行して対向基板２０側に射出される。さらに入射光Ｌ２より外側から入射した入射光Ｌ３は、マイクロレンズ１２０に入射すると屈折して集光される。集光された入射光Ｌ３は、液晶層５０を通過して開口領域Ｄ１の内側から射出されてプリズム１３０の傾斜面１３２に入射する。傾斜面１３２に入射した入射光Ｌ３はより光軸に沿った方向に全反射されて対向基板２０側に射出される。

言い換えれば、素子基板１０側から入射する光をできる限り画素Ｐに取り込むように、画素Ｐにおける開口領域Ｄ１の大きさに合わせて、マイクロレンズ１２０の光学条件を決定する。また、マイクロレンズ１２０により集光され画素Ｐを通過する光のうち、光軸から大きく外れた光を概ね光軸方向に全反射させて戻すように、プリズム１３０の光学条件を決定する。

マイクロレンズ１２０、プリズム１３０における光学条件の設定の仕方は、基本的に第１実施形態と同じである。

上記第２実施形態によれば、上記第１実施形態の効果（１）および（２）に加えて、以下の効果が得られる。
（３）マイクロレンズ１２０は素子基板１０側に設けられている。マイクロレンズ１２０により集光された入射光は、遮光部としての走査線３ａの半導体層３０ａが設けられた面側と反対側の面側から液晶層５０に入射するので、マイクロレンズ２６が対向基板２０に設けられた第１実施形態に比べて、入射光に起因する半導体層３０ａにおける光リーク電流などの発生を防止できる。言い換えれば、マイクロレンズ１２０による光の集光度合いを第１実施形態に比べて引き上げることができる。つまり、入射光をより効率的に利用可能である。

（第３実施形態）
＜電子機器＞
次に、本実施形態の電子機器について図６を参照して説明する。図６は電子機器としての投射型表示装置の構成を示す概略図である。
図６に示すように、本実施形態の電子機器としての投射型表示装置１０００は、システム光軸Ｌに沿って配置された偏光照明装置１１００と、光分離素子としての２つのダイクロイックミラー１１０４，１１０５と、３つの反射ミラー１１０６，１１０７，１１０８と、５つのリレーレンズ１２０１，１２０２，１２０３，１２０４，１２０５と、３つの光変調手段としての透過型の液晶ライトバルブ１２１０，１２２０，１２３０と、光合成素子としてのクロスダイクロイックプリズム１２０６と、投射レンズ１２０７とを備えている。

偏光照明装置１１００は、例えば超高圧水銀灯やハロゲンランプなどの白色光源からなる光源としてのランプユニット１１０１と、インテグレーターレンズ１１０２と、偏光変換素子１１０３とから概略構成されている。

ダイクロイックミラー１１０４は、偏光照明装置１１００から射出された偏光光束のうち、赤色光（Ｒ）を反射させ、緑色光（Ｇ）と青色光（Ｂ）とを透過させる。もう１つのダイクロイックミラー１１０５は、ダイクロイックミラー１１０４を透過した緑色光（Ｇ）を反射させ、青色光（Ｂ）を透過させる。

ダイクロイックミラー１１０４で反射した赤色光（Ｒ）は、反射ミラー１１０６で反射した後にリレーレンズ１２０５を経由して液晶ライトバルブ１２１０に入射する。
ダイクロイックミラー１１０５で反射した緑色光（Ｇ）は、リレーレンズ１２０４を経由して液晶ライトバルブ１２２０に入射する。
ダイクロイックミラー１１０５を透過した青色光（Ｂ）は、３つのリレーレンズ１２０１，１２０２，１２０３と２つの反射ミラー１１０７，１１０８とからなる導光系を経由して液晶ライトバルブ１２３０に入射する。

液晶ライトバルブ１２１０，１２２０，１２３０は、クロスダイクロイックプリズム１２０６の色光ごとの入射面に対してそれぞれ対向配置されている。液晶ライトバルブ１２１０，１２２０，１２３０に入射した色光は、映像情報（映像信号）に基づいて変調されクロスダイクロイックプリズム１２０６に向けて射出される。このプリズムは、４つの直角プリズムが貼り合わされ、その内面に赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが十字状に形成されている。これらの誘電体多層膜によって３つの色光が合成されて、カラー画像を表す光が合成される。合成された光は、投射光学系である投射レンズ１２０７によってスクリーン１３００上に投射され、画像が拡大されて表示される。

液晶ライトバルブ１２１０は、上述した第１実施形態または第２実施形態の液晶装置１００が適用されたものである。液晶装置１００は、色光の入射側と射出側とにおいてクロスニコルに配置された一対の偏光素子の間に隙間を置いて配置されている。他の液晶ライトバルブ１２２０，１２３０も同様である。

このような投射型表示装置１０００によれば、複数の画素Ｐが高精細に配置されていても、入射した色光を効率よく利用可能な集光素子と光反射部とを有する液晶装置１００を備え、明るく、見栄えのよい表示品位が実現されている。

なお、光源（キセノン、水銀、ハロゲン、ＬＥＤなど）の種類により、射出光の強度の射出角度分布が異なる。図７（ａ）は一般的な超高圧水銀灯の光強度分布を示すグラフ、同図（ｂ）はＬＥＤ光源の光強度分布を示すグラフである。例えば、図７（ａ）に示すように、一般的な超高圧水銀灯（ＵＨＰ）は、光軸（０度）を中心に±１２度の射出角度において光が射出され、とりわけ±５度の射出角度で強い光が射出される。また、図７（ｂ）に示すように、ＬＥＤ光源は、光軸（０度）を中心±２０度の射出角度で光強度がほぼフラットな光が射出される。したがって、ＬＥＤ光源は、超高圧水銀灯（ＵＨＰ）に比べて斜め方向に強い光が射出されるので、プリズムの傾斜面の角度を比較的に大きくする必要がある。すなわち、光源から発せられる光の射出角度分布を考慮して、マイクロレンズの仕様やプリズムの傾斜角度を調整する必要がある。

上記実施形態以外にも様々な変形例が考えられる。以下、変形例を挙げて説明する。

（変形例１）上記実施形態の液晶装置１００において、マイクロレンズ２６の構成はこれに限定されない。図８は変形例のマイクロレンズの構成を示す概略断面図である。
例えば、図８に示すように、対向基板２０は、基板本体２０ａと、基板本体２０ａをエッチングして得られた集光素子としてのマイクロレンズ２７と、マイクロレンズ２７を覆う樹脂層２８と、樹脂層２８に接着された透明な保護基板２０ｂとを有する構成としてもよい。
基板本体２０ａのマイクロレンズ２７と反対側の面に、遮光膜２１、層間膜層２２、共通電極２３が順に形成される。
マイクロレンズ２７は基板本体２０ａをエッチングし、凸状のレンズ面２７ａが液晶層５０と反対側に向くように基板本体２０ａに形成されている。つまり、基板本体２０ａにマイクロレンズ２７が一体成形されている。
樹脂層２８は、基板本体２０ａよりも低い屈折率ｎを有する樹脂材料を用いて形成されている。例えば、ネオセラム（登録商標）を用いて基板本体２０ａと保護基板２０ｂとを構成したとき、その屈折率ｎは１．５〜１．６となる。そして、凸状のレンズ面２７ａを覆うようにスピンコート法などで屈折率ｎがおよそ１．４の例えば樹脂材料を塗布する。樹脂材料が塗布された面に保護基板２０ｂを圧着して樹脂材料を固化する。

（変形例２）上記実施形態の液晶装置１００において、光反射部はプリズム１１０に限定されない。図９は変形例の光反射部の構成を示す概略断面図である。
例えば、図９に示すように、素子基板１０は、基板本体１０ａと、基板本体１０ａに形成された光反射部１４０とを有する。光反射部１４０は、基板本体１０ａを選択的にエッチングして得られた断面がＶ字状の溝部１４１と、溝部１４１を埋めた金属層１４３とを有している。
金属層１４３は、例えば光反射性を有するＡｌ（アルミニウム）などの金属材料を用いることができる。溝部１４１をこのような金属材料で埋めることにより、傾斜面１４２に入射した光を全反射させることができる。
これによれば、空気層１１３を有するプリズム１１０に比べて、隣り合う画素間において迷光に起因する光漏れを防止することができる。

（変形例３）上記実施形態の液晶装置１００の素子基板１０において、画素Ｐを区画する遮光部は、走査線３ａに限定されない。例えば、走査線３ａと基板本体１０ａとの間に絶縁層を介して遮光膜を平面的に画素Ｐを区画するように格子状に設けてもよい。

（変形例４）上記実施形態の液晶装置１００を適用可能な電子機器は、投射型表示装置１０００に限定されない。例えば、投射型のＨＵＤ（ヘッドアップディスプレイ）や直視型のＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）、または電子ブック、パーソナルコンピューター、デジタルスチルカメラ、液晶テレビ、ビューファインダー型あるいはモニター直視型のビデオレコーダー、カーナビゲーションシステム、電子手帳、ＰＯＳなどの情報端末機器の表示部として好適に用いることができる。

３ａ…遮光部としての走査線、１０…一対の基板のうち一方の基板としての素子基板、１５…画素電極、２０…一対の基板のうち他方の基板としての対向基板、２１…遮光部としての遮光膜、２３…対向電極としての共通電極、２６，２７，１２０…集光素子としてのマイクロレンズ、５０…液晶層、１００…電気光学装置としての液晶装置、１１０，１３０…光反射部としてのプリズム、１１１，１３１，１４１…溝部、１１２，１３２，１４２…傾斜面、１１３，１３３…空気層、１１４，１３４…封止部、１４０…光反射部、１４３…金属層、１０００…電子機器としての投射型表示装置、Ｐ…画素。

Claims (4)

1. 一対の基板と、
   前記一対の基板のうち一方の基板に設けられた画素電極と、
   前記画素電極に対応して設けられたトランジスターと、
   前記一対の基板のうち他方の基板に設けられた対向電極と、
   前記画素電極、前記対向電極、前記画素電極と前記対向電極との間に挟持された液晶層および前記トランジスターを含む画素と、
   入射した光を前記画素に向けて集光させる集光素子と、
   前記液晶層に対して前記集光素子と反対側に設けられると共に、前記トランジスターと平面的に重なって配置され、前記液晶層を透過した光の一部を射出側に反射させる光反射部と、
   を備えることを特徴とする電気光学装置。
2. 前記光反射部は、前記一対の基板のうちいずれか一方において、前記基板をエッチングすることにより形成され、前記液晶層側に開口する断面がＶ字状の溝部と、
   前記溝部内に空間を構成するように開口部を封止する遮光性の封止部と、を有することを特徴とする請求項１に記載の電気光学装置。
3. 前記集光素子は、前記一対の基板のうちいずれか一方において、凸状のレンズ面が前記液晶層と反対側に向くように形成されたマイクロレンズであって、
   前記液晶層と前記マイクロレンズとの間に、前記基板と屈折率がほぼ同じ材料からなるパス層が形成されてい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. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電気光学装置を備えたことを特徴とする電子機器。

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