JP2015087498A - 電気光学装置および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】プリズムを備え投射レンズのＦ値が大きくても高い光の利用効率を実現できる電気光学装置および電子機器を提供する。【解決手段】プロジェクター１００は、光を供給する偏光照明装置１１０と、光を変調する液晶装置１と、変調された光を投射する投射レンズ１１７とを備え、液晶装置１は、複数の画素電極２８と、複数の画素電極２８の各々に対応して開口部２６ａが設けられた遮光層２６とを有する素子基板２０と、素子基板２０に対向配置され遮光層２６に向かって開口する中空の溝１２で構成されるプリズム１５を有する対向基板３０と、素子基板２０と対向基板３０との間に設けられた液晶層４０とを備え、遮光層２６の幅Ｗ１が０．５７５μｍから０．６２５μｍの範囲内にあって、液晶装置１に入射する光の入射角度θ１が７度から１７度の範囲内にあるとき、投射レンズ１１７のＦ値は１．８から２．２の範囲内にあることを特徴とする。【選択図】図５

Description

本発明は、電気光学装置および電子機器に関する。

光源部から入射する光をライトバルブで変調し、変調された光を画像光として投射レンズによりスクリーンに投射する電子機器（プロジェクター）が知られている。プロジェクターのライトバルブとして、例えば、素子基板と対向基板との間に電気光学物質（例えば、液晶など）を備えた電気光学装置（液晶装置）が用いられる。プロジェクターはより明るい画像を投射できることが望ましく、ライトバルブとして用いられる液晶装置においては高い光利用効率を実現することが求められている。

そこで、素子基板または対向基板の一方にプリズム（反射部）を設け、液晶装置に入射する光のうち遮光層で遮光されてしまう光をプリズムで反射させて画素の開口領域内に入射させることにより、液晶装置における光の利用効率の向上を図る構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載のプロジェクターでは、投射レンズのＦ値は１．４であるとされている。

特開２００７−２３３３７８号公報

ところで、プロジェクターには、同じサイズの画像を通常よりも近い位置からスクリーンに投射できる短焦点プロジェクターと呼ばれるものがある。このような短焦点プロジェクターには、Ｆ値が１．４以下の投射レンズは収差が大きいことなどにより適していないため、Ｆ値が１．５以上の投射レンズが用いられる。しかしながら、投射レンズのＦ値が大きくなるにしたがって、投射レンズの飲み込み角が小さくなるため、投射レンズで蹴られてしまう光（利用されない光）が多くなり、画像の明るさが低下してしまうこととなる。したがって、液晶装置における光の利用効率を高めつつ、投射レンズで蹴られる光を少なくして、より明るい画像を表示できる短焦点プロジェクターが求められている。

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］本適用例に係る電子機器は、光を供給する光源部と、前記光源部から入射する前記光を変調する電気光学装置と、前記電気光学装置で変調された前記光を投射する投射レンズと、を備えた電子機器であって、前記電気光学装置は、複数の画素電極と、前記複数の画素電極の各々に対応して開口部が設けられた遮光層と、を有する第１の基板と、前記第１の基板に対向配置され、前記遮光層に向かって開口する中空の溝で構成される反射部を有する第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に設けられた電気光学物質層と、を備え、前記遮光層の幅が０．５７５μｍから０．６２５μｍの範囲内にあって、前記光源部から前記電気光学装置に入射する前記光の入射角度が７度から１７度の範囲内にあるとき、前記投射レンズのＦ値は１．８から２．２の範囲内にあることを特徴とする。

本適用例の構成によれば、電気光学装置は、中空の溝で構成される反射部（プリズム）を第２の基板に備えている。そのため、電気光学装置において、第２の基板側から入射する光のうち、反射部がなければ第１の基板に設けられた遮光層で遮光されてしまう光を、遮光層の開口部内に導くことにより、光の利用効率を向上できる。ここで、電気光学装置が備える遮光層の幅が０．５７５μｍから０．６２５μｍの範囲内にあって、光源部から電気光学装置に入射する光の入射角度が７度から１７度の範囲内にあるとき、投射レンズのＦ値は１．８から２．２の範囲内にある。したがって、電気光学装置が備える遮光層の幅と電気光学装置に入射する光の入射角度とをこのような条件とすることで、投射レンズのＦ値が１．８から２．２と大きくても、電気光学装置がマイクロレンズを備える場合よりも投射レンズで蹴られる光を少なくすることができる。これにより、電子機器が短焦点プロジェクターであっても、より明るい画像を得ることができる。

［適用例２］本適用例に係る電子機器は、光を供給する光源部と、前記光源部から入射する前記光を変調する電気光学装置と、前記電気光学装置で変調された前記光を投射する投射レンズと、を備えた電子機器であって、前記電気光学装置は、複数の画素電極と、前記複数の画素電極の各々に対応して開口部が設けられた遮光層と、を有する第１の基板と、前記第１の基板に対向配置され、前記遮光層に向かって開口する中空の溝で構成される反射部を有する第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に設けられた電気光学物質層と、を備え、前記遮光層の幅が０．５７５μｍから０．６２５μｍの範囲内にあって、前記光源部から前記電気光学装置に入射する前記光の入射角度が７度から１０度の範囲内にあるとき、前記投射レンズのＦ値は１．７から２．２の範囲内にあることを特徴とする。

本適用例の構成によれば、電気光学装置は、中空の溝で構成される反射部（プリズム）を第２の基板に備えている。そのため、電気光学装置において、第２の基板側から入射する光のうち、反射部がなければ第１の基板に設けられた遮光層で遮光されてしまう光を、遮光層の開口部内に導くことにより、光の利用効率を向上できる。ここで、電気光学装置が備える遮光層の幅が０．５７５μｍから０．６２５μｍの範囲内にあって、光源部から電気光学装置に入射する光の入射角度が７度から１０度の範囲内にあるとき、投射レンズのＦ値は１．７から２．２の範囲内にある。したがって、電気光学装置が備える遮光層の幅と電気光学装置に入射する光の入射角度とをこのような条件とすることで、投射レンズのＦ値が１．７から２．２と大きくても、電気光学装置がマイクロレンズを備える場合よりも投射レンズで蹴られる光を少なくすることができる。これにより、電子機器が短焦点プロジェクターであっても、より明るい画像を得ることができる。

［適用例３］上記適用例に係る電子機器であって、前記第２の基板は、前記第１の基板に対向する面を覆うとともに前記溝の開口部を塞ぐ封止層を有し、前記溝の深さは２５μｍから３５μｍの範囲内にあり、前記溝の開口部の幅は０．７μｍから３．０μｍの範囲内にあり、前記封止層の厚さは２μｍから５μｍの範囲内にあり、前記電気光学物質層の厚さは２μｍから４μｍの範囲内にあり、前記遮光層の厚さは２μｍから５μｍの範囲内にあることが好ましい。

本適用例の構成によれば、溝の深さ、溝の開口部の幅、透光層の厚さ、電気光学物質層の厚さ、および遮光層の厚さをそれぞれこのような範囲とすることで、投射レンズのＦ値が大きくても、電気光学装置における光の利用効率を高めつつ、電気光学装置がマイクロレンズを備える場合よりも投射レンズで蹴られる光を少なくすることができる。

［適用例４］本適用例に係る電気光学装置は、上記適用例の電子機器に用いられることを特徴とする。

本適用例の構成によれば、短焦点プロジェクターに用いた場合に、光の利用効率が高く明るい画像が得られる電気光学装置を提供できる。

本実施形態に係る電子機器としてのプロジェクターの構成を示す概略図である。 本実施形態に係る液晶装置の構成を示す概略図である。 本実施形態に係る液晶装置の電気的な構成を示す等価回路図である。 画素および遮光部の配置を示す概略平面図である。 図４のＡ−Ａ’線に沿った概略断面図である。 実施例１における光の利用効率を示すグラフである。 実施例２における光の利用効率を示すグラフである。 プリズムおよびマイクロレンズの作用を比較して示す模式図である。 本実施形態に係るプリズム基板の製造方法を示す概略断面図である。 本実施形態に係るプリズム基板の製造方法を示す概略断面図である。

以下、本発明を具体化した実施形態について図面を参照して説明する。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、縮小、あるいは誇張して表示している。また、説明に必要な構成要素以外は図示を省略する場合がある。

＜電子機器＞
まず、本実施形態に係る電子機器について図１を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る電子機器としてのプロジェクター（投射型表示装置）の構成を示す概略図である。図１に示すように、本実施形態に係る電子機器としてのプロジェクター１００は、光源部から入射する光を光変調素子で変調して、投射光学系によりスクリーン１３０上に投射する投射型表示装置である。また、本実施形態に係るプロジェクター１００は、通常よりも近い位置からスクリーンに画像を投射する短焦点プロジェクターである。

プロジェクター１００は、光源部としての偏光照明装置１１０と、光分離素子としての２つのダイクロイックミラー１０４，１０５と、３つの反射ミラー１０６，１０７，１０８と、５つのリレーレンズ１１１，１１２，１１３，１１４，１１５と、光変調素子としての３つの液晶ライトバルブ１２１，１２２，１２３と、光合成素子としてのクロスダイクロイックプリズム１１６と、投射光学系としての投射レンズ１１７とを備えている。

偏光照明装置１１０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１０１と、インテグレーターレンズ１０２と、偏光変換素子１０３とを備えている。ランプユニット１０１と、インテグレーターレンズ１０２と、偏光変換素子１０３とは、システム光軸Ｌｘに沿って配置されている。

ダイクロイックミラー１０４は、偏光照明装置１１０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１０５は、ダイクロイックミラー１０４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１０４で反射した赤色光（Ｒ）は、反射ミラー１０６で反射した後にリレーレンズ１１５を経由して液晶ライトバルブ１２１に入射する。ダイクロイックミラー１０５で反射した緑色光（Ｇ）は、リレーレンズ１１４を経由して液晶ライトバルブ１２２に入射する。ダイクロイックミラー１０５を透過した青色光（Ｂ）は、３つのリレーレンズ１１１，１１２，１１３と２つの反射ミラー１０７，１０８とで構成される導光系を経由して液晶ライトバルブ１２３に入射する。

液晶ライトバルブ１２１，１２２，１２３は、透過型の光変調素子であり、後述する液晶装置１（図２（ａ）参照）が適用されたものである。液晶ライトバルブ１２１，１２２，１２３は、各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。液晶ライトバルブ１２１，１２２，１２３は、クロスダイクロイックプリズム１１６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１２１，１２２，１２３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１１６に向けて射出される。

クロスダイクロイックプリズム１１６は、４つの直角プリズムが貼り合わされて構成されており、その内面には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、液晶ライトバルブ１２１，１２２，１２３のそれぞれで変調された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。

投射レンズ１１７は、クロスダイクロイックプリズム１１６で合成された光を、スクリーン１３０上に拡大して投射する。これにより、スクリーン１３０上にフルカラー画像が拡大されて表示される。本実施形態では、投射レンズ１１７として、Ｆ値が１．７から２．２の範囲内あるいは１．８から２．２の範囲内のものを用いている。

なお、投射レンズ１１７の開口数ＮＡ（Numerical Aperture）は、投射レンズ１１７のＦ値および飲み込み角θから、ＮＡ＝１／（２×Ｆ）＝ｓｉｎθで求められる。この式より、投射レンズ１１７のＦ値が大きくなるほど、飲み込み角θは小さくなる。投射レンズ１１７に入射する光のうち、投射レンズ１１７の光軸に対する傾斜角度が飲み込み角θよりも大きな光は、投射レンズ１１７で蹴られてしまうため利用されず画像の表示に寄与しない光となる。

このような短焦点のプロジェクター１００では、スクリーン１３０上で明るい画像が得られるように、光の利用効率が高いことが求められる。すなわち、偏光照明装置１１０から供給される光に対して液晶ライトバルブ１２１，１２２，１２３における光の利用効率が高く、かつ、液晶ライトバルブ１２１，１２２，１２３を通過する光に対して投射レンズ１１７で蹴られる光が少ないことが求められる。

＜電気光学装置＞
次に、本実施形態に係る電気光学装置としての液晶装置について、図２および図３を参照して説明する。図２は、本実施形態に係る液晶装置の構成を示す概略図である。詳しくは、図２（ａ）は液晶装置の構成を示す概略平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ’線に沿った概略断面図である。また、図３は、本実施形態に係る液晶装置の電気的な構成を示す等価回路図である。

本実施形態に係る液晶装置１は、例えば、ＴＮ（Twisted Nematic）モードやＶＡ（Vertical Alignment）モードで動作する。液晶装置１は、対向基板３０側から入射した光を変調して素子基板２０側に射出する透過型の液晶装置である。ここでは、液晶装置１として、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アクティブマトリックス型の液晶装置を例に挙げて説明する。

図２（ａ）および（ｂ）に示すように、本実施形態に係る液晶装置１は、第１の基板としての素子基板２０と、素子基板２０に対向配置された第２の基板としての対向基板３０と、素子基板２０と対向基板３０との間に配置された電気光学物質層としての液晶層４０とを備えている。対向基板３０は、プリズム基板１０を備えている。

素子基板２０は対向基板３０よりも大きく、両基板は、額縁状に配置されたシール材４２を介して接合されている。液晶層４０は、素子基板２０と対向基板３０とシール材４２とによって囲まれた空間に封入された、電気光学物質としての正または負の誘電異方性を有する液晶で構成されている。

シール材４２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からなる。シール材４２には、素子基板２０と対向基板３０と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４２の内側には、対向基板３０に設けられた額縁状の遮光層３２が配置されている。遮光層３２は、例えば遮光性の金属あるいは金属酸化物などからなる。

遮光層３２の内側は、複数の画素Ｐが配列された表示領域Ｅとなっている。表示領域Ｅは、液晶装置１において、実質的に表示に寄与する領域である。なお、図２（ａ）および（ｂ）では図示を省略したが、表示領域Ｅ内においても、複数の画素Ｐ同士の境界に沿って遮光部６（図４参照）が格子状に設けられている。

素子基板２０の１辺部のシール材４２の外側には、１辺部に沿ってデータ線駆動回路５１および複数の外部接続端子５４が設けられている。また、その１辺部に対向する他の１辺部に沿ったシール材４２の内側には、検査回路５３が設けられている。さらに、これらの２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４２の内側には、走査線駆動回路５２が設けられている。

検査回路５３が設けられた１辺部のシール材４２の内側には、２つの走査線駆動回路５２を繋ぐ複数の配線５５が設けられている。これらデータ線駆動回路５１、走査線駆動回路５２に繋がる配線は、複数の外部接続端子５４に接続されている。また、対向基板３０の角部には、素子基板２０と対向基板３０との間で電気的導通をとるための上下導通部５６が設けられている。なお、検査回路５３の配置はこれに限定されず、データ線駆動回路５１と表示領域Ｅとの間のシール材４２の内側に沿った位置に設けてもよい。

以下の説明では、データ線駆動回路５１が設けられた１辺部に沿った方向をＸ方向とし、この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方向とする。図２（ａ）のＡ−Ａ’線の方向は、Ｙ方向に沿った方向である。また、Ｘ方向およびＹ方向と直交し図２（ｂ）における上方に向かう方向をＺ方向とする。なお、本明細書では、液晶装置１の対向基板３０の表面の法線方向（Ｚ方向）から見ることを「平面視」という。

図２（ｂ）に示すように、素子基板２０の液晶層４０側には、画素Ｐ毎に設けられたＴＦＴ２４（図３参照）と、光透過性を有する画素電極２８と、配線（図示しない）と、画素電極２８を覆う配向膜２９とが設けられている。画素電極２８は、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）やＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）などの光透過性を有する導電膜からなる。

対向基板３０は、後述する反射部としてのプリズム１５（図５参照）が設けられたプリズム基板１０を備えている。対向基板３０の液晶層４０側には、遮光層３２と、層間層３３と、共通電極３４と、共通電極３４を覆う配向膜３５とが設けられている。

遮光層３２は、図２（ａ）および（ｂ）に示すように、平面視で走査線駆動回路５２、複数の配線５５や検査回路５３と重なる位置に額縁状に設けられている。遮光層３２は、対向基板３０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。

図２（ｂ）に示す層間層３３は、遮光層３２を覆うように形成されている。層間層３３は、例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂）などの絶縁膜で形成され、光透過性を有している。層間層３３は、遮光層３２などに起因する凹凸を緩和し、共通電極３４が形成される液晶層４０側の面が平坦となるように設けられている。層間層３３の形成方法としては、例えば、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法などを用いて成膜する方法が挙げられる。

共通電極３４は、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）やＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）などの光透過性を有する導電膜からなり、層間層３３を覆うとともに、図２（ａ）に示すように対向基板３０の四隅に設けられた上下導通部５６により素子基板２０側の配線に電気的に接続されている。なお、導電性の遮光層３２を直接覆うように共通電極３４を形成することで、層間層３３を省略した構成としてもよい。

配向膜２９および配向膜３５は、液晶装置１の光学設計に基づいて選定される。配向膜２９および配向膜３５は、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。

液晶層４０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Ｐ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Ｐ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１からは画像信号に応じたコントラストをもつ光が射出される。

図３に示すように、表示領域Ｅには、走査線２とデータ線３とが互いに絶縁され交差するように形成されている。走査線２が延在する方向がＸ方向であり、データ線３が延在する方向がＹ方向である。画素Ｐは、走査線２とデータ線３との交差に対応して設けられている。画素Ｐのそれぞれには、画素電極２８と、スイッチング素子としてのＴＦＴ２４（Thin Film Transistor：薄膜トランジスター）とが設けられている。

ＴＦＴ２４のソース電極（図示しない）は、データ線駆動回路５１から延在するデータ線３に電気的に接続されている。データ線３には、データ線駆動回路５１（図２参照）から画像信号（データ信号）Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｎが線順次で供給される。ＴＦＴ２４のゲート電極（図示しない）は、走査線駆動回路５２から延在する走査線２の一部である。走査線２には、走査線駆動回路５２から走査信号Ｇ１，Ｇ２，…，Ｇｍが線順次で供給される。ＴＦＴ２４のドレイン電極（図示しない）は、画素電極２８に電気的に接続されている。

画像信号Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｎは、ＴＦＴ２４を一定期間だけオン状態とすることにより、データ線３を介して画素電極２８に所定のタイミングで書き込まれる。このようにして画素電極２８を介して液晶層４０に書き込まれた所定レベルの画像信号は、対向基板３０に設けられた共通電極３４（図２（ｂ）参照）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Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｎがリークするのを防止するため、データ線３に沿って平行するように形成された容量線４と画素電極２８との間に蓄積容量５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、各画素Ｐの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、液晶層４０（図５参照）に入射した光が変調されて階調表示が可能となる。

次に、液晶装置１のより詳細な構成について、図４および図５を参照して説明する。図４は、画素および遮光部の配置を示す概略平面図である。図５は、図４のＡ−Ａ’線に沿った概略断面図である。図４に示すように、複数の画素Ｐは、Ｘ方向およびＹ方向において、２点鎖線で示す仮想的な境界線Ｂにより区画され、平面視で矩形の形状を有している。本実施形態では、画素Ｐは、略正方形の形状を有している。画素Ｐは、表示領域Ｅに、Ｘ方向およびＹ方向に沿ってマトリックス状に配置されている。

図４に斜線を付して示すように、遮光部６は、Ｘ方向およびＹ方向に沿って延在する格子状に配置されている。遮光部６は、素子基板２０に設けられた遮光層としての遮光層２６および遮光層２２（図５参照）で構成される。遮光部６は、各画素Ｐにおいて、略正方形の４辺に沿って周縁部に配置され、Ｘ方向およびＹ方向において同じ幅Ｗ１で設けられている。遮光部６の幅Ｗ１は、例えば、０．５２５μｍ〜０．６２５μｍ程度である。

表示領域Ｅにおいて、遮光部６により光が遮蔽された領域を遮光領域Ｄ２という。境界線Ｂを間に挟んでＸ方向およびＹ方向に隣り合う画素Ｐ同士に跨った遮光領域Ｄ２の幅は、遮光部６の幅Ｗ１の２倍となる。遮光領域Ｄ２には、素子基板２０に設けられたＴＦＴ２４（図５参照）が画素Ｐ毎に配置されている。ＴＦＴ２４を遮光領域Ｄ２に配置することにより、ＴＦＴ２４への光の入射が抑制される。

遮光領域Ｄ２には、Ｘ方向に延在する走査線２（図３参照）やＹ方向に延在するデータ線３（図３参照）が設けられており、その他にも、遮光性の導電材料で形成された容量電極や中継電極などの配線類や電極が設けられている。遮光層２２および遮光層２６の少なくとも一方は、これらの配線類および電極が互いに補完するようにして格子状に構成されたものであってもよい。

遮光領域Ｄ２には、対向基板３０に設けられたプリズム１５（溝１２）が配置されている。プリズム１５（溝１２）は、平面視で遮光部６と重なるようにＸ方向およびＹ方向に沿って延在する格子状に配置され、Ｘ方向およびＹ方向に隣り合う画素Ｐ同士に跨るように設けられている。プリズム１５（溝１２）は、Ｘ方向およびＹ方向において同じ幅Ｗ２で設けられている。プリズム１５（溝１２）の幅Ｗ２は、例えば、０．７μｍ〜３．０μｍ程度である。プリズム１５（溝１２）の幅Ｗ２は、遮光部６の幅Ｗ１の２倍と同じか、あるいはそれよりもやや広く設定されていることが好ましい。

遮光部６は、画素Ｐの各々に対応して略矩形の開口部６ａを有している。開口部６ａ内は光が透過する領域であり、この領域を画素Ｐの開口領域Ｄ１という。素子基板２０に設けられた画素電極２８は、平面視で矩形（略正方形）であり、画素Ｐの各々に対応して配置されている。したがって、複数の画素電極２８の各々に対応して、遮光部６の開口部６ａが設けられている。画素電極２８は、開口部６ａよりも大きく形成され、その周縁部が平面視で遮光領域Ｄ２（遮光部６）と重なるように配置されている。

図５に示すように、素子基板２０は、基板２１と、遮光層２２および遮光層２６（遮光部６）と、絶縁層２３と、ＴＦＴ２４と、絶縁層２５と、絶縁層２７と、画素電極２８と、配向膜２９とを備えている。基板２１は、例えばガラスや石英などの光透過性を有する材料からなる。

遮光層２２は、基板２１上に設けられている。遮光層２２は、画素Ｐの各々に対応する開口部２２ａ（開口部６ａ）を有している。遮光層２２は、例えば、Ａｌ（アルミニウム）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｗ（タングステン）、Ｔｉ（チタン）、Ｔａ（タンタル）、Ｃｒ（クロム）などの金属材料の少なくとも一つを含む金属単体、合金、金属シリサイド、ポリシリサイド、ナイトライド、あるいはこれらを積層したものからなり、遮光性を有している。

絶縁層２３は、基板２１と走査線２とを覆うように設けられている。絶縁層２３は、例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂）などの絶縁膜で形成され、光透過性を有している。ＴＦＴ２４は、絶縁層２３上に設けられている。ＴＦＴ２４は、画素電極２８を駆動するスイッチング素子である。図示を省略するが、ＴＦＴ２４は、半導体層、ゲート電極、ソース電極、およびドレイン電極で構成されている。

半導体層は、例えば、多結晶シリコン膜からなり、島状に形成されている。半導体層には、不純物イオンが注入されて、ソース領域、チャネル領域、およびドレイン領域が形成されている。チャネル領域とソース領域、または、チャネル領域とドレイン領域との間には、ＬＤＤ（Lightly Doped Drain）領域が形成されていてもよい。

ゲート電極は、素子基板２０において平面視で半導体層のチャネル領域と重なる領域に絶縁層２５の一部（ゲート絶縁膜）を介して形成されている。図示を省略するが、ゲート電極は、下層側に配置された走査線２にコンタクトホール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ＴＦＴ２４をオン／オフ制御している。

なお、ＴＦＴ２４の構造としては、このような所謂トップゲート構造に限らず、絶縁層２３を介して半導体層のチャネル領域と重なり合った走査線２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を採用してもよい。

絶縁層２５は、絶縁層２３とＴＦＴ２４とを覆うように設けられている。絶縁層２５は、例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂）などの絶縁膜で形成され、光透過性を有している。絶縁層２５は、ＴＦＴ２４の半導体層とゲート電極との間を絶縁するゲート絶縁膜を含む。絶縁層２５により、ＴＦＴ２４によって生じる表面の凹凸が緩和される。

絶縁層２５上には、遮光層２６が設けられている。遮光層２６は、画素Ｐの各々に対応する開口部２６ａ（開口部６ａ）を有している。遮光層２６は、遮光層２２と同様の材料で形成され、遮光性を有している。ＴＦＴ２４は、Ｚ方向において遮光層２２および遮光層２６との間に挟まれるように配置されている。これにより、ＴＦＴ２４の半導体層に光が入射することによりスイッチング動作が不安定になることを抑制している。

遮光層２６の幅はＷ１であり、遮光層２６の層厚Ｔ３は、例えば、２μｍ〜５μｍ程度である。遮光層２６の層厚Ｔ３が薄いほど液晶装置１としての光の利用効率は高くなるが、遮光層２６の層厚Ｔ３が薄過ぎると膜厚が不均一となり十分な遮光性が確保できなくなるおそれがある。

絶縁層２５と遮光層２６とを覆うように、絶縁層２７が設けられている。絶縁層２７は、例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂）などの絶縁膜で形成され、光透過性を有している。

画素電極２８は、絶縁層２７上に、画素Ｐに対応して設けられている。画素電極２８は、画素Ｐの開口領域Ｄ１に平面的に重なるように配置されている。画素電極２８は、絶縁層２５や絶縁層２７に設けられたコンタクトホール（図示しない）を介して、ＴＦＴ２４の半導体層におけるドレイン領域に電気的に接続されている。配向膜２９は、画素電極２８を覆うように設けられている。

対向基板３０は、上述した通り、プリズム基板１０と、遮光層３２（図２（ｂ）参照）と、層間層３３と、共通電極３４と、配向膜３５とを備えている。なお、遮光層３２は、表示領域Ｅ外に額縁状に設けられるだけでなく、表示領域Ｅに遮光領域Ｄ２と重なるように格子状や島状に設けられていてもよい。

液晶層４０は、素子基板２０側の配向膜２９と対向基板３０側の配向膜３５との間に挟持されている。液晶層４０の層厚Ｔ２は、例えば、２μｍ〜４μｍ程度である。なお、液晶層４０の層厚Ｔ２が薄いほどプリズム１５と遮光層２６との距離が小さくなり光の利用効率向上には有利になるが、液晶層４０には液晶の種類に応じて光変調に好適な層厚Ｔ２の範囲が存在する。

＜プリズム＞
続いて、プリズム基板１０と、プリズム基板１０が備える反射部としてのプリズム１５の構成について説明する。図５に示すように、プリズム基板１０は、基板１１と、基板１１の面１１ａ側に設けられたプリズム１５と、面１１ａ上に設けられた封止層１６とを有している。基板１１は、例えば、石英、ガラス、サファイアガラス、ネオセラムなどの光透過性を有する材料からなる。本実施形態では、基板１１の材料は石英である。

プリズム１５は、基板１１の面１１ａ側に形成された溝１２を有している。溝１２は、遮光層２６に向かって開口するように、断面視で略Ｖ字状に形成されている。溝１２の断面は、面１１ａに開口する開口部１２ｃを底辺とし、略Ｖ字状の２つの傾斜面１２ａを２辺とする略二等辺三角形形状をなしている。溝１２の内部は、中空状態の中空部１２ｂとなっている。

溝１２の略二等辺三角形形状の頂点は、遮光領域Ｄ２の幅方向の中心となる境界線Ｂの位置に配置されている。溝１２の略二等辺三角形形状の底辺の長さ、すなわち溝１２の開口部１２ｃの幅Ｗ２は、上述した通り、０．７μｍ〜３．０μｍ程度である。溝１２の略二等辺三角形形状の頂点のＺ方向における高さ、すなわち溝１２の深さＨは、例えば、２５μｍ〜３５μｍ程度である。

封止層１６は、基板１１の面１１ａ上に設けられている。封止層１６は、面１１ａ上に順に積層された第１封止層１３と第２封止層１４とで構成される。第１封止層１３は、基板１１の面１１ａを覆い、溝１２の開口部１２ｃを塞ぐようにオーバーハング状態で形成されている。第１封止層１３は、開口部１２ｃから僅かに溝１２の内部に入り込んで形成されていてもよい。

第２封止層１４は、第１封止層１３を覆って形成されている。第１封止層１３および第２封止層１４は、シリコン酸化膜などの絶縁膜で形成され、光透過性を有している。封止層１６（第１封止層１３および第２封止層１４）の層厚Ｔ１は、例えば、２μｍ〜５μｍ程度である。封止層１６の層厚Ｔ１が薄いほどプリズム１５と遮光層２６との距離が小さくなり光の利用効率向上には有利になるが、層厚Ｔ１が薄過ぎると封止層１６にクラックが生じ易くなる。

溝１２は封止層１６（第１封止層１３および第２封止層１４）によって封止されており、溝１２の内部に中空状態の中空部１２ｂを構成している。中空部１２ｂは、例えば、空気層となっている。プリズム１５は、基板１１の面１１ａとは反対側の面１１ｂから入射する光を、基板１１と溝１２の中空部１２ｂとの境界面（傾斜面１２ａ）で全反射させる機能を有する。

入射光を全反射させるため、プリズム１５の光学条件として、基板１１の屈折率をＲ１とし、中空部１２ｂの屈折率をＲ２とし、傾斜面１２ａの法線に対する入射光の入射角度をθ２とした場合、Ｒ１＞Ｒ２、かつ、ｓｉｎθ２＞Ｒ２／Ｒ１を満たす必要がある。

本実施形態では、基板１１の材料として石英を用いているので、基板１１の屈折率Ｒ１は１．４６程度である。そして、中空部１２ｂが空気層となっているので、中空部１２ｂの屈折率Ｒ２は１．００程度であり、基板１１の屈折率Ｒ１に対して十分小さい。したがって、プリズム１５への入射角度θ２の広い角度範囲に亘って、入射光を傾斜面１２ａで全反射させることができる。なお、中空部１２ｂは、減圧された状態や真空に近い状態となっていてもよい。

プロジェクター１００の液晶ライトバルブ１２１，１２２，１２３（図１参照）として用いられる液晶装置１において、偏光照明装置１１０（図１参照）から射出され対向基板３０（プリズム基板１０）側から入射した光は、液晶層４０によって画素Ｐ毎に光変調された後、素子基板２０側に射出され、投射レンズ１１７（図１参照）に入射する。

図５に示すように、液晶装置１には、画素Ｐの様々な位置に光が入射する。例えば、画素Ｐの開口領域Ｄ１の平面的な中心を通過する光軸に沿って入射する入射光Ｌ１は、そのまま画素Ｐの開口領域Ｄ１内を直進し、液晶層４０を通過して素子基板２０側に射出される。また、入射光Ｌ１よりも外側から、基板１１の面１１ｂの法線に対する入射角度θ１で開口領域Ｄ１内に入射する入射光Ｌ２も、そのまま画素Ｐの開口領域Ｄ１内を直進し、液晶層４０を通過して素子基板２０側に射出される。

一方、入射光Ｌ１よりも外側から遮光領域Ｄ２に入射する入射光Ｌ３は、プリズム１５がない場合には、そのまま直進すると遮光層２６で遮光されてしまう。液晶装置１では、このような入射光Ｌ３を、プリズム１５で反射させることにより画素Ｐの開口領域Ｄ１に向かわせる。このように、液晶装置１では、プリズム１５により入射光を画素Ｐの開口領域Ｄ１に向けて効率よく導くので、入射光の利用効率を高めることができる。

プリズム１５において、溝１２の開口部１２ｃの幅Ｗ２と深さＨとで、基板１１の面１１ｂの法線方向に対する傾斜面１２ａの角度が決まる。溝１２の深さＨを同じとした場合、開口部１２ｃの幅Ｗ２が小さいほど面１１ｂの法線方向に対する傾斜面１２ａの角度が小さくなるので、傾斜面１２ａで反射された後の入射光Ｌ３の面１１ｂの法線方向に対する角度も小さくなる。そのため、投射レンズ１１７の光軸に対する入射光Ｌ３の傾斜角度が小さくなり、飲み込み角θを超える傾斜角度の光が少なくなるので、光の利用効率が向上する。また、液晶層４０の液晶分子の配向方向に対して通過する光の角度のばらつきが抑えられるので、コントラストが向上する。

しかしながら、遮光層２６の幅Ｗ１に対して開口部１２ｃの幅Ｗ２が小さくなると、プリズム１５（傾斜面１２ａ）で反射されず遮光層２６で遮光されてしまう光の量が多くなるので、光の利用効率の低下を招く。

また、溝１２の深さＨを同じとした場合、開口部１２ｃの幅Ｗ２が大きいほど、法線方向に対する傾斜面１２ａの角度が大きくなる。そのため、投射レンズ１１７の光軸に対する入射光Ｌ３の傾斜角度や、液晶層４０の液晶分子の配向方向に対する光の角度のばらつきが大きくなり、光の利用効率の低下やコントラストの低下を招くこととなる。

溝１２の幅Ｗ２を同じとした場合、溝１２の深さＨが浅くなると、面１１ｂの法線方向に対する傾斜面１２ａの角度が大きくなるとともに、傾斜面１２ａの長さ（面積）が小さくなるので、反射部としてのプリズム１５の機能が低下する。

一方、溝１２の深さＨが深過ぎると、画素Ｐの一辺側のプリズム１５（傾斜面１２ａ）で反射された光が、Ｘ方向またはＹ方向において対向する他辺側のプリズム１５（傾斜面１２ａ）で再び反射されてしまい、傾斜面１２ａで再び反射された後の光の角度が大きくなる。そうすると、液晶層４０の液晶分子の配向方向に対する光の角度のばらつきが大きくなり、投射レンズ１１７の飲み込み角θを超える傾斜角度の光が多くなるので、コントラストの低下や光の利用効率の低下を招く。

なお、このようなプリズム１５における溝１２の幅Ｗ２、深さＨなどの設定は、入射光の角度分布や、上述のプロジェクター１００の投射レンズ１１７のＦ値などに基づいて決定される。また、光の利用効率は、プリズム１５における溝１２の幅Ｗ２や深さＨだけでなく、封止層（第１封止層１３および第２封止層１４）の層厚Ｔ１、液晶層４０の層厚Ｔ２、遮光層２６の層厚Ｔ３、および遮光層２６の幅Ｗ１などにも影響を受ける。したがって、プリズム１５や光の利用効率に影響を及ぼす他の構成要素の設計にあたっては、プロジェクター１００の構成において最も光の利用効率が高くなるような設定とすることが求められる。

ところで、上述したように、プロジェクター１００は、通常よりも近い位置からスクリーン１３０に投射する短焦点プロジェクターである。このようなプロジェクター１００では、投射レンズ１１７として、例えばＦ値が１．４である場合のようにＦ値が小さいレンズは適していない。そのため、プロジェクター１００にはＦ値が１．５以上の投射レンズ１１７が用いられることとなる。

しかしながら、一般にプリズムおよびマイクロレンズのいずれを備える場合でも、投射レンズ１１７のＦ値が大きくなると光の利用効率が低下する。したがって、プリズム１５を備えた液晶装置１を液晶ライトバルブ１２１，１２２，１２３として用いる短焦点プロジェクターであるプロジェクター１００において、液晶装置１がマイクロレンズを備える場合よりも高い光の利用効率を実現できる条件を見出すことが求められる。

＜光の利用効率＞
次に、本実施形態の液晶装置１における光の利用効率を、実施例１および実施例２に基づいて説明する。図６は、実施例１における光の利用効率を示すグラフである。図７は、実施例２における光の利用効率を示すグラフである。

（実施例１）
実施例１では、図５における遮光層２６の幅Ｗ１を０．５７５μｍ、溝１２の幅Ｗ２を１．５μｍ、溝１２の深さＨを３０μｍ、封止層１６の層厚Ｔ１を３．５μｍ、液晶層４０の層厚Ｔ２を２．５μｍ、遮光層２６の層厚Ｔ３を３．７μｍとしている。なお、対向基板３０の層間層３３、共通電極３４、配向膜３５、および、素子基板２０の遮光層２６、絶縁層２７、画素電極２８、配向膜２９のぞれぞれの層厚は、光の利用効率において無視しても差し支えないものとする。

図６（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）の各グラフには、液晶装置１の基板１１の面１１ｂに入射する入射光の入射角度θ１がそれぞれ７度、１０度、１３度、１７度の場合に、投射レンズ１１７のＦ値を１．４から２．２まで異ならせたときの光の利用効率を実線で示している。図６（ａ）は基板１１の面１１ｂに入射する入射光の入射角度θ１が７度のときのグラフであり、図６（ｂ）は入射角度θ１が１０度のときのグラフであり、図６（ｃ）は入射角度θ１が１３度のときのグラフであり、図６（ｄ）は入射角度θ１が１７度のときのグラフである。

また、図６（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）の各グラフには、液晶装置１と比較して、マイクロレンズ１７を備えた液晶装置１Ａ（図８（ｂ）参照）の光の利用効率を破線で示している。液晶装置１Ａが備えるマイクロレンズ１７は、略球面状の形状を有するマイクロレンズである。なお、液晶装置１Ａにおいては、プリズム１５の代わりにマイクロレンズ１７を備え、封止層１６の代わりにマイクロレンズ１７から遮光層２６（図８（ｂ）参照）までの距離を所望の値に合わせるための光路長調整層（図示しない）を備える点以外の構成は液晶装置１とほぼ同じである。

図６（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）の各グラフにおいて、横軸は投射レンズ１１７のＦ値であり、縦軸は光の利用効率（％）である。ここでいう「光の利用効率」とは、偏光照明装置１１０から供給され液晶装置１，１Ａに入射する光の光量を１００％としたときの、投射レンズ１１７から射出される光の光量の比率を指している。

上述した通り、投射レンズ１１７のＦ値が大きくなると、飲み込み角θが小さくなるため、投射レンズ１１７で利用されない光が増加する。したがって、図６（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）の各グラフにおいて、入射角度θ１がいずれの場合も、また、プリズム１５を備える液晶装置１およびマイクロレンズ１７を備える液晶装置１Ａのいずれの場合も、投射レンズ１１７のＦ値が１．４から大きくなるにしたがって光の利用効率は低下している。

図６（ａ）に示す入射角度θ１が７度の場合、および、図６（ｂ）に示す入射角度θ１が１０度の場合は、投射レンズ１１７のＦ値が１．４から１．６まではマイクロレンズ１７を備える液晶装置１Ａの場合の方が光の利用効率が高い。そして、投射レンズ１１７のＦ値が１．７以上になると、プリズム１５を備える液晶装置１の場合の方が光の利用効率が高くなる。

また、図６（ｃ）に示す入射角度θ１が１３度の場合、および、図６（ｄ）に示す入射角度θ１が１７度の場合は、投射レンズ１１７のＦ値が１．４から１．７まではマイクロレンズ１７を備える液晶装置１Ａの場合の方が光の利用効率が高い。そして、投射レンズ１１７のＦ値が１．８以上になると、プリズム１５を備える液晶装置１の場合の方が光の利用効率が高くなる。

（実施例２）
続いて、実施例２における光の利用効率を説明する。実施例２では、遮光層２６の幅Ｗ１を０．６２５μｍとした点以外は、実施例１と同様の設定となっている。図７（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）の各グラフも、図６（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）の各グラフと同様に、入射光の入射角度θ１がそれぞれ７度、１０度、１３度、１７度の場合に、投射レンズ１１７のＦ値を１．４から２．２まで異ならせたときの光の利用効率を比較して示している。

図７（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）の各グラフからわかるように、実施例２においても、実施例１と同様の傾向がみられる。図７（ａ）に示す入射角度θ１が７度の場合、および、図７（ｂ）に示す入射角度θ１が１０度の場合は、投射レンズ１１７のＦ値が１．４から１．６まではマイクロレンズ１７を備える液晶装置１Ａの場合の方が光の利用効率が高い。そして、投射レンズ１１７のＦ値が１．７以上になると、プリズム１５を備える液晶装置１の場合の方が光の利用効率が高くなる。

また、図７（ｃ）に示す入射角度θ１が１３度の場合、および、図７（ｄ）に示す入射角度θ１が１７度の場合は、投射レンズ１１７のＦ値が１．４から１．７まではマイクロレンズ１７を備える液晶装置１の場合の方が光の利用効率が高い。そして、投射レンズ１１７のＦ値が１．８以上になると、プリズム１５を備える液晶装置１の場合の方が光の利用効率が高くなる。

上述の実施例１および実施例２の結果より、少なくとも遮光層２６の幅Ｗ１が０．５７５μｍから０．６２５μｍの範囲内では、入射光の入射角度θ１が７度から１７度の範囲内にあるとき、投射レンズ１１７のＦ値が１．８から２．２の範囲内において、本実施形態のプリズム１５を備える液晶装置１の場合の方が光の利用効率が高くなる。

また、少なくとも遮光層２６の幅Ｗ１が０．５７５μｍから０．６２５μｍの範囲内では、入射光の入射角度θ１が７度から１０度の範囲内にあるとき、投射レンズ１１７のＦ値が１．７から２．２の範囲内において、本実施形態のプリズム１５を備える液晶装置１の場合の方が光の利用効率が高くなる。なお、図６および図７ではわかりにくいが、実施例１の方が実施例２よりも、遮光層２６の幅Ｗ１が狭いため光の利用効率がわずかに高くなっている。

ここで、プリズムおよびマイクロレンズの作用の違いを図８を参照して説明する。図８は、プリズムおよびマイクロレンズの作用を比較して示す模式図である。詳しくは、図８（ａ）はプリズム１５を備える液晶装置１に入射する入射光Ｌｐの光路を示す模式図であり、図８（ｂ）はマイクロレンズ１７を備える液晶装置１Ａに入射する入射光Ｌｐの光路を示す模式図である。図８（ａ），（ｂ）において、入射光Ｌｐは、対向基板３０の表面（基板１１の面１１ｂ）の法線方向に平行な平行光であるものとする。

図８（ａ）に示すように、プリズム１５を備える液晶装置１では、平面視でプリズム１５と重ならない領域に入射する入射光Ｌｐは、そのまま直進し液晶層４０を通過して素子基板２０から射出される。開口領域Ｄ１の周縁部で平面視でプリズム１５と重なる領域に入射する入射光Ｌｐは、プリズム１５で反射され、対向基板３０の表面の法線方向に対して傾斜して進む。これにより、そのまま直進すると遮光層２６で遮光されてしまう入射光Ｌｐを開口領域Ｄ１に向かわせることができる。

一方、図８（ｂ）に示すように、略球面状のマイクロレンズ１７を備える液晶装置１Ａでは、マイクロレンズ１７に入射する入射光Ｌｐは、マイクロレンズ１７の平面的な中心に入射する一部の入射光Ｌｐ以外は、マイクロレンズ１７の焦点に向けて集光され、対向基板３０の表面の法線方向に対して様々な角度に傾斜して進む。これにより、そのまま直進すると遮光層２６で遮光されてしまう入射光Ｌｐを開口領域Ｄ１に向かわせることができる。

なお、図８（ｂ）に示す液晶装置１Ａは、マイクロレンズ１７が略球面状であり、入射光Ｌｐが一つの焦点に集光される場合の例を示しているが、楕円球面状のマイクロレンズや、平坦な部分やテーパー状の部分などを含む非球面状のマイクロレンズも存在する。楕円球面状や非球面状のマイクロレンズでは、入射光Ｌｐは１点には集光されない。

図８（ａ）に示す液晶装置１では、図８（ｂ）に示す液晶装置１Ａと比べて、遮光層２６の幅Ｗ１が大きくなると、遮光層２６で遮光されてしまう光が多くなる。上述の実施例１，２より、遮光層２６の幅Ｗ１が少なくとも０．５７５μｍから０．６２５μｍの範囲内であれば、液晶装置１と液晶装置１Ａとで大きな差は見られないが、遮光層２６の幅Ｗ１がさらに大きくなると、液晶装置１の方が液晶装置１Ａよりも、遮光層２６で遮光されてしまう光が生じ易くなり光の利用効率の低下が大きくなるものと推測される。

一方で、図８（ｂ）に示す液晶装置１Ａでは、図８（ａ）に示す液晶装置１と比べて、マイクロレンズ１７の集光作用により、入射光Ｌｐのうち様々な角度に傾斜した光が多くなりその傾斜角度も大きくなる。そのため、液晶装置１Ａでは、液晶層４０に入射する光の角度のばらつきが大きくなり、投射レンズ１１７の光軸に対する傾斜角度も大きくなる。

上述したように、投射レンズ１１７のＦ値が大きくなると、飲み込み角θは小さくなる。例えば、Ｆ値が１．４の場合の飲み込み角θは約２０．９度であるが、Ｆ値が１．７の場合の飲み込み角θは約１７．１度と小さくなり、Ｆ値が１．８の場合の飲み込み角θは約１６．１度とさらに小さくなる。そのため、図８（ｂ）に示す液晶装置１Ａでは、図８（ａ）に示す液晶装置１と比べて、投射レンズ１１７のＦ値が１．７以上になると相対的に飲み込み角θを超えて蹴られてしまう光が多くなるので、光の利用効率が低下しているものと考えられる。

また、図８（ｂ）に示す液晶装置１Ａでは、図８（ａ）に示す液晶装置１と比べて、液晶層４０の液晶分子の配向方向に対して通過する光の傾斜角度のばらつきが大きくなるため、表示される画像のコントラストが低下してしまう。したがって、プリズム１５を備える液晶装置１の方が、マイクロレンズ１７を備える液晶装置１Ａよりもコントラストが高くなる。

このように、短焦点のプロジェクター１００にＦ値が１．７以上の投射レンズ１１７を用いる場合、プリズム１５を備える液晶装置１では、所定の条件下において、遮光層２６で遮光される光を少なく抑えつつ、液晶装置１Ａよりも投射レンズ１１７の飲み込み角θを超える傾斜角度の光を少なく抑えることができる。これにより、本実施形態に係るプロジェクター１００では、プリズム１５を備える液晶装置１における光の利用効率を高くしつつ、マイクロレンズ１７を備える液晶装置１Ａよりも投射レンズ１１７で蹴られる光を少なくすることができるので、より明るい画像を得ることができる。

＜プリズム基板の製造方法＞
次に、本実施形態に係るプリズム基板１０の製造方法について、図９および図１０を参照して説明する。図９および図１０は、本実施形態に係るプリズム基板の製造方法を示す概略断面図である。なお、図９および図１０の各図は、図４のＡ−Ａ’線に沿った概略断面図に相当する。また、図９および図１０の各図は、図５に対してＺ方向における上下が反転している。

まず、図９（ａ）に示すように、石英などからなる光透過性を有する基板１１の面１１ａに、マスク層７１を形成する。マスク層７１としては、後述するエッチング処理工程で開口部１２ｃの幅Ｗ２に対する深さＨの比が大きな溝１２を形成するため、例えば、Ｗ（タングステン）やＷＳｉ（タングステンシリサイド）などの金属材料からなるハードマスクが好適に用いられる。マスク層７１の材料は、Ａｌ（アルミニウム）、Ｆｅ（鉄）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｓｉ（シリコン）などであってもよい。

続いて、図９（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いてマスク層７１に開口部７１ａを形成する。開口部７１ａは、平面視で図４に示す遮光領域Ｄ２と重なるように形成される。これにより、開口部７１ａ内に基板１１の面１１ａが露出する。

次に、マスク層７１の開口部７１ａを介して、基板１１にエッチング処理を施す。これにより、図９（ｃ）に示すように、基板１１の面１１ａ側に、開口部１２ｃと傾斜面１２ａとを有する溝１２が形成される。エッチング処理としては、例えば、高密度プラズマを形成可能なＩＣＰ（ICP-RIE／Inductive Coupled Plasma-RIE）ドライエッチング装置によるドライエッチング処理を用いることができる。

ドライエッチング処理は、ドライエッチング装置内の減圧された環境下で行われる。エッチングガスとしては、例えば、フッ素系ガスに酸素や一酸化炭素等を混合したガスを用いる。例えば、基板１１とマスク層７１とのエッチング選択比を４以上：１とすると、マスク層７１の厚さに対して４倍以上の深さを有する断面Ｖ字形状の溝１２を形成できる。これにより、開口部１２ｃの幅Ｗ２に対する深さＨの比が大きな溝１２が形成される。

次に、図１０（ａ）に示すように、開口部１２ｃと傾斜面１２ａとを有する溝１２が形成された基板１１からマスク層７１を除去する。なお、溝１２を形成するエッチング処理工程において、マスク層７１の材料やエッチング処理におけるエッチング条件を適宜調整することにより、溝１２の幅Ｗ２および深さＨを所望の値とすることができる。

次に、図１０（ｂ）に示すように、基板１１の面１１ａを覆い溝１２の開口部１２ｃを塞いで第１封止層１３を形成する。第１封止層１３は、例えば、シランを用いたプラズマＣＶＤ法などの段差被覆性に劣る成膜法によって、シリコン酸化膜を堆積して形成される。第１封止層１３は、開口部１２ｃから僅かに溝１２の内部に入り込むように形成されてもよい。

これにより、溝１２の開口部１２ｃが第１封止層１３で塞がれ、溝１２の内部が中空状態で封止されて中空部１２ｂが形成される。中空部１２ｂは、第１封止層１３を形成する際の雰囲気の状態で密閉される。この結果、基板１１にプリズム１５が形成される。

次に、図１０（ｃ）に示すように、第１封止層１３を覆うように第２封止層１４を形成する。第２封止層１４は、例えば、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン：Ｓｉ（ＯＣ₂Ｈ₅）₄）を用いたプラズマＣＶＤ法などの段差被覆性に優れた成膜法によって、シリコン酸化膜を堆積して形成される。続いて、形成された第２封止層１４の表面を、例えば、化学的機械的研磨法（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing）により平坦化する。この結果、積層された第１封止層１３と第２封止層１４とで封止層１６が構成され、プリズム基板１０が完成する。

なお、第１封止層１３の材料を堆積するだけで溝１２の開口部１２ｃを塞ぐことができない場合は、例えば、シリコンなどを犠牲層として溝１２の内部に埋め込むように堆積し、その上に第１封止層１３を形成するようにしてもよい。このようにする場合、第１封止層１３に溝１２の幅Ｗ２よりも小さい径の開口部を、平面視で格子状に形成された溝１２の交差部と重なる位置に設け、この開口部から溝１２の内部の犠牲層を選択的にエッチングして除去する。そして、第１封止層１３を覆って形成する第２封止層１４で第１封止層１３の開口部を塞ぐことにより、溝１２の内部を中空状態で封止して中空部１２ｂを形成することができる。

プリズム基板１０が完成した後、図５に示すように、プリズム基板１０を基材として第２封止層１４上に遮光層３２（図１参照）と層間層３３と共通電極３４と配向膜３５とを順次形成することで対向基板３０が得られる。対向基板３０を製造するこれらの各工程では、公知の技術を用いることができる。

上述した実施形態は、あくまでも本発明の一態様を示すものであり、本発明の範囲内で任意に変形および応用が可能である。変形例としては、例えば、以下のようなものが考えられる。

（変形例１）
上記実施形態では、液晶装置１が、対向基板３０にプリズム基板１０を備えた構成であったが、本発明はこのような形態に限定されない。液晶装置１が、素子基板２０にプリズム基板１０を備えた構成であってもよい。ただし、素子基板２０にプリズム基板１０を備えた構成である場合、プリズム１５と遮光部６とが素子基板２０に設けられ、両者の間に液晶層４０が介在しないため、プリズム１５と遮光層２６との距離が上記実施形態とは異なる。そのため、光の利用効率が高くなる投射レンズのＦ値が上述の範囲とは異なったものとなる場合がある。

（変形例２）
上記の実施形態の電子機器（プロジェクター１００）では、液晶装置１が適用された３枚の液晶ライトバルブ１２１，１２２，１２３を備えていたが、本発明はこのような形態に限定されない。電子機器は、２枚以下の液晶ライトバルブ（液晶装置１）を備えた構成であってもよいし、４枚以上の液晶ライトバルブ（液晶装置１）を備えた構成であってもよい。

１…液晶装置（電気光学装置）、１２…溝、１３…第１封止層（封止層）、１４…第２封止層（封止層）、１５…プリズム（反射部）、２０…素子基板（第１の基板）、２６…遮光層、２６ａ…開口部、２８…画素電極、３０…対向基板（第２の基板）、４０…液晶層（電気光学物質層）、１００…プロジェクター（電子機器）、１１０…偏光照明装置（光源部）、１１７…投射レンズ。

Claims (4)

1. 光を供給する光源部と、
   前記光源部から入射する前記光を変調する電気光学装置と、
   前記電気光学装置で変調された前記光を投射する投射レンズと、を備えた電子機器であって、
   前記電気光学装置は、
   複数の画素電極と、前記複数の画素電極の各々に対応して開口部が設けられた遮光層と、を有する第１の基板と、
   前記第１の基板に対向配置され、前記遮光層に向かって開口する中空の溝で構成される反射部を有する第２の基板と、
   前記第１の基板と前記第２の基板との間に設けられた電気光学物質層と、を備え、
   前記遮光層の幅が０．５７５μｍから０．６２５μｍの範囲内にあって、前記光源部から前記電気光学装置に入射する前記光の入射角度が７度から１７度の範囲内にあるとき、前記投射レンズのＦ値は１．８から２．２の範囲内にあることを特徴とする電子機器。
2. 光を供給する光源部と、
   前記光源部から入射する前記光を変調する電気光学装置と、
   前記電気光学装置で変調された前記光を投射する投射レンズと、を備えた電子機器であって、
   前記電気光学装置は、
   複数の画素電極と、前記複数の画素電極の各々に対応して開口部が設けられた遮光層と、を有する第１の基板と、
   前記第１の基板に対向配置され、前記遮光層に向かって開口する中空の溝で構成される反射部を有する第２の基板と、
   前記第１の基板と前記第２の基板との間に設けられた電気光学物質層と、を備え、
   前記遮光層の幅が０．５７５μｍから０．６２５μｍの範囲内にあって、前記光源部から前記電気光学装置に入射する前記光の入射角度が７度から１０度の範囲内にあるとき、前記投射レンズのＦ値は１．７から２．２の範囲内にあることを特徴とする電子機器。
3. 請求項１または２に記載の電子機器であって、
   前記第２の基板は、前記第１の基板に対向する面を覆うとともに前記溝の開口部を塞ぐ封止層を有し、
   前記溝の深さは２５μｍから３５μｍの範囲内にあり、
   前記溝の開口部の幅は０．７μｍから３．０μｍの範囲内にあり、
   前記封止層の厚さは２μｍから５μｍの範囲内にあり、
   前記電気光学物質層の厚さは２μｍから４μｍの範囲内にあり、
   前記遮光層の厚さは２μｍから５μｍの範囲内にあることを特徴とする電子機器。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の電子機器に用いられることを特徴とする電気光学装置。

Images