JP2016024293A - マイクロレンズアレイ基板、電気光学装置、電子機器、マイクロレンズアレイ基板の製造方法、及び電子機器の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】マイクロレンズアレイ基板10は、上面11aに第1凹部12を有する透明基材11と、第1凹部12を覆うように形成され、上面11aに接する下面13bと反対側の上面13aに第1凹部12の形状が反映された第2凹部14を有し、透明基材11の屈折率n0よりも高屈折率の第1透明層13と、第2凹部14を覆うように形成され、第1透明層13の屈折率n1と異なる屈折率n2の第2透明層16と、を備え、第1透明層13及び第2透明層16は、無機材料で構成されていることを特徴とする。
【選択図】図4
Description
しかしながら、特許文献1に記載の液晶装置では、光軸となす角度が飲み込み角以下である変調光の光量を高めるための条件が不明確であるという課題もあった。
第1凹部及び第2凹部に平坦部を設け、表示に寄与する光が第1凹部及び第2凹部の平坦部に入射するようにすると、表示に寄与する光の進行方向は第1凹部及び第2凹部の平坦部の影響を受けず、表示に寄与する光が表示に寄与しない光に変換されるおそれを抑制することができる。従って、第1凹部及び第2凹部に平坦部を有するマイクロレンズアレイ基板は、表示に寄与する光が表示に寄与しない光に変換されるおそれが抑制されるので、第1凹部及び第2凹部が曲面部だけで構成されるマイクロレンズアレイ基板と比べて、表示に寄与する光の光量を高めることができる。
第1凹部を正の屈折力を有するレンズ(第1レンズ)とし、第2凹部を正の屈折力を有するレンズ(第2レンズ)とした場合、第1レンズで集光された光は、第2レンズによって光軸となす角度が大きくなる方向に屈折され、投写レンズに入射する。よって、投写レンズに入射する光と光軸とがなす角度が大きくなるので、投写レンズによって飲み込みにくくなる。
第1凹部を正の屈折力を有するレンズ(第1レンズ)とし、第2凹部を負の屈折力を有するレンズ(第2レンズ)とした場合、第1レンズで集光された光は、第2レンズによって光軸となす角度が小さくなる方向に屈折され、投写レンズに入射する。よって、投写レンズに入射する光と光軸とがなす角度が小さくなるので、投写レンズによって飲み込みやすくなり、表示に寄与する光の光量を高めることができる。
第2透明層の第5面に平坦化処理を施し、第2透明層の第5面に平坦な光の射出面を形成する。第5面は平坦であるので、第2レンズで調整された光の進行方向に影響を及ぼさずに、第5面から光を射出することができる。
従って、F値が1.5以上と大きく飲み込み角が小さい投写レンズであっても、投写レンズは第1凹部で集光された光を飲み込み、電子機器の表示の輝度を高めることができる。
「投写型表示装置の概要」
最初に、本発明における「電子機器」の一例である投写型表示装置(プロジェクター)について、図1を参照して説明する。図1は、実施形態1に係る投写型表示装置の構成を示す概略図である。
なお、偏光照明装置1100は、本発明における「光源」の一例である。
偏光照明装置1100を構成するレンズのF値は、概略1.96である。
なお、液晶装置71は、本発明における「電気光学装置」の一例である。後述する液晶層40は、本発明における「電気光学層」の一例である。
θ=arcsin(1/2F)…(1)
次に、投写型表示装置1000における光変調手段である液晶装置71の概要を説明する。
図2は、本実施形態に係る液晶装置の構成を示す概略平面図である。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。図4は、図2のA−A’線に沿った液晶装置の概略断面図である。
以下、図2乃至図4を参照し、本実施形態に係る液晶装置71の概要を説明する。
なお、素子基板20は、本発明における「第1基板」の一例である。
なお、液晶装置71は、表示領域Eの周囲を囲むように設けられた、実質的に表示に寄与しないダミー領域を備えていてもよい。
なお、Z(+)方向に沿って素子基板20の側から見ることを平面視と呼ぶ。また、Z(+)方向は、上述した投写型表示装置1000の光軸K(図1参照)に相当する。つまり、投写型表示装置1000において偏光照明装置1100から発せられた光は、対向基板30に入射し、液晶層40で変調され、素子基板20からZ(+)方向に射出される。
図4に示すように、素子基板20では、基材21と、遮光層22と、絶縁層23と、TFT24と、絶縁層25と、遮光層26と、絶縁層27と、画素電極28と、配向膜29とが、Z(−)方向に順に積層されている。
遮光層22は、基材21上に設けられている。遮光層22は、上層の遮光層26に平面視で重なるように格子状に形成されている。遮光層22および遮光層26は、素子基板20の厚さ方向において、TFT24を間に挟むように配置されている。遮光層22は、TFT24の少なくともチャネル領域と平面視で重なっている。
対向基板30は、マイクロレンズアレイ基板10と、遮光層32と、保護層33と、共通電極34と、配向膜35とが、Z(+)方向に順に積層されている。偏光照明装置1100から発せられた光は、マイクロレンズアレイ基板10に入射し、配向膜35から液晶層40に向けて射出される。
以降の説明では、光が入射する側の面を下面、光が射出される側の面を上面とする。
なお、透明基材11の上面11aは、本発明における「第1面」の一例である。第1透明層13の下面13bは、本発明における「第2面」の一例であり、第1透明層13の上面13aは、本発明における「第3面」の一例である。第2透明層16の下面16bは、本発明における「第4面」の一例であり、第2透明層16の上面16aは、本発明における「第5面」の一例である。
第1透明層13(酸窒化シリコン)の屈折率n1は、透明基材11(酸化シリコン)の屈折率n0よりも大きい。
なお、遮光層32を、表示領域E内に設けてもよい。例えば、遮光層32を、表示領域E内において、素子基板20の遮光層22及び遮光層26に平面視で重なるように格子状に設けたり、島状またはストライプ状に設けてもよい。
共通電極34を覆うように、配向膜35が設けられている。
図5は、図4の破線で囲まれた領域Bにおける液晶装置の概略断面図であり、液晶装置を通過する光の状態が図示されている。詳しくは、図5(a)は、第1透明層13の屈折率n1が透明基材11の屈折率n0がよりも大きく、第2透明層16の屈折率n2が第1透明層13の屈折率n1よりも小さい場合の液晶装置71を通過する光の状態が、矢印で示されている。図5(b)は、第1透明層13の屈折率n1が透明基材11の屈折率n0よりも大きく、第2透明層16の屈折率n2が第1透明層13の屈折率n1よりも大きい場合の液晶装置71を通過する光の状態が、矢印で示されている。
なお、図中の矢印は、マイクロレンズアレイ基板10が設けられていない場合に、遮光部V1によって遮られ、表示に寄与しない光を示している。
図6は、偏光照明装置から発せられた光が、液晶装置と投写レンズとを経てスクリーンに投写される状態を示す模式図である。図中のL1は、偏光照明装置1100から発せられ液晶装置71に入射する光(入射光)である。L2は、入射光L1が液晶装置71で変調され、液晶装置71から射出され、投写レンズ1300を経てスクリーン1400に投写される光(射出光)である。L3は、入射光L1が液晶装置71で変調され、液晶装置71から射出され、投写レンズ1300を経てスクリーン1400と異なる場所に投写される光(射出光)である。
以下、図6を参照して、投写型表示装置1000において、表示の輝度を高めることができる条件について説明する。
従って、投写型表示装置1000の表示の輝度を高めるためには、射出光L2の光量を高める必要がある。
さらに、図7乃至図13では、射出光L2の光量は、入射光L1の光量に対する射出光L2の光量の割合で示されている。以降の説明では、入射光L1の光量に対する射出光L2の光量の割合を、光の利用効率と称す。つまり、光の利用効率が大きくなると射出光L2の光量が大きくなり、光の利用効率が小さくなると射出光L2の光量が小さくなる。
さらに、図7乃至図13では、光の利用効率が最も大きい部分が、太い破線で囲まれている。
一方、第1凹部12によって集光された光の進行方向を、第2凹部14によってZ方向となす角度が小さくなる方向に調整すると、容易に光の利用効率を大きくすることができる。さらに、光の利用効率が最も大きくなるのは、第1凹部12によって集光された光の進行方向を、第2凹部14によってZ方向となす角度が小さくなる方向に調整する条件に限定される。
よって、投写レンズ1300のF値が1.5以上である場合、飲み込み角θが小さくなるので、第1凹部12によって集光された光の進行方向を、第2凹部14によってZ方向となす角度が小さくなる方向に調整する条件が好ましい。よって、第1凹部12が正の屈折力を有するレンズとして働き第2凹部14が負の屈折力を有するレンズとして働く条件、つまり第1透明層13の屈折率n1が透明基材11の屈折率n0よりも大きく、第2透明層16の屈折率n2が第1透明層13の屈折率n1よりも小さい条件が好ましい。
図14は、マイクロレンズアレイ基板の製造方法を示す工程フローである。図15は、図4に対応する図であり、図14に示す工程フローの各工程を経た後の状態を示す概略断面図である。なお、図15では、図面を見やすくするためにZ(+)方向が図4と逆になっている。
なお、ステップS2及びステップS3は、本発明における電子機器の製造方法の一例でもある。つまり、ステップS2は、本発明における「投写レンズのF値が1.5以上である場合に、透明基材を構成する材料の屈折率よりも高屈折率の材料で第1透明層を形成する工程」の一例である。ステップS3は、本発明における「投写レンズのF値が1.5以上である場合に、第1透明層を構成する材料の屈折率よりも低屈折率の材料で第2透明層を形成する工程」の一例である。
なお、亜酸化窒素(N2O)は、本発明における「酸素を含む第1の反応ガス」の一例である。アンモニア(NH3)は、本発明における「窒素を含む第2の反応ガス」の一例である。シラン(SiH4)は、本発明における「ケイ素を含む第3の反応ガス」の一例である。プラズマCVD法は、本発明における「化学気相成長法」の一例である。
さらに、第1凹部12及び第2凹部14を正の屈折力または負の屈折力を有するレンズとして働かせた場合、第1凹部12の屈折力に比べて第2凹部14の屈折力を高めることができる。例えば、第1凹部12で集光された光の進行方向を第2凹部14によって調整する場合、第2凹部14による光の進行方向の調整範囲を大きくすることができる。
このように、第2透明層16を無機材料で形成すると、第2透明層16を有機材料で形成する場合と比べて、耐熱性や耐光性に優れるという効果に加えて、屈折率n2の均一性を高めることができるという効果を得ることができる。
1)第1透明層13の屈折率n1が透明基材11の屈折率n0よりも大きく、第2透明層16の屈折率n2が第1透明層13の屈折率n1よりも小さい条件でマイクロレンズアレイ基板10形成し、投写レンズ1300のF値が1.5以上である投写型表示装置1000に適用すると、投写型表示装置1000の表示の輝度を高めることができる。
図16は、図4に対応する図であり、実施形態2に係る液晶装置の概略断面図である。図17(a)は、図5(a)に対応する図であり、図17(b)は、図5(b)に対応する図であり、それぞれ図16の破線で囲まれた領域Bにおける液晶装置の概略断面図である。
以下に、図16及び図17を参照して、本実施形態に係る液晶装置72の概要を、実施形態1との相違点を中心に説明する。なお、実施形態1と同一の構成部位については、同一の符号を附し、重複する説明を省略する。
換言すれば、第1凹部17及び第2凹部18の曲面部17b,18bは、実施形態1の第1凹部12及び第2凹部14に相当する。実施形態1の第1凹部12及び第2凹部14の中心付近に平坦部17a,18aを付加したものが、本実施形態の第1凹部17及び第2凹部18となる。
図18は、図4に対応する図であり、実施形態3に係る液晶装置の概略断面図である。
本実施形態に係る液晶装置73は、マイクロレンズアレイ基板10の構成が実施形態1に係る液晶装置71と異なり、他の構成は実施形態1に係る液晶装置71と同じである。詳しくは、本実施形態に係るマイクロレンズアレイ基板10は、新たに第3透明層19と第3凹部15とを有している点が、実施形態1との相違点である。
以下に、図18を参照して、本実施形態に係る液晶装置73(マイクロレンズアレイ基板10)の概要を、実施形態1との相違点を中心に説明する。なお、実施形態1と同一の構成部位については、同一の符号を附し、重複する説明を省略する。
例えば、第3透明層19によって光が射出される位置を調整し、マイクロレンズアレイ基板10から射出された光をTFT24に入射しにくくし、液晶装置73の耐光性を高めることができる。耐光性が高められた液晶装置73を投写型表示装置1000に適用することで、実施形態1に係る液晶装置71が適用された投写型表示装置1000と比べて、偏光照明装置1100で発される光の光量を高めることができる。
Claims (10)
- 第1面に第1凹部を有する透明基材と、
前記第1凹部を覆うように形成され、前記第1面に接する第2面と反対側の第3面に前記第1凹部の形状が反映された第2凹部を有し、前記透明基材の屈折率よりも高屈折率の第1透明層と、
前記第2凹部を覆うように形成され、前記第1透明層の屈折率と異なる屈折率の第2透明層と、
を備え、
前記第1透明層及び前記第2透明層は、無機材料で構成されていることを特徴とするマイクロレンズアレイ基板。 - 前記透明基材の構成材料は酸化シリコンであり、
前記第1透明層及び前記第2透明層の構成材料は酸窒化シリコンであり、
前記酸窒化シリコンを構成する酸素原子及び窒素原子の組成比が、前記第1透明層及び前記第2透明層で異なることを特徴とする請求項1に記載のマイクロレンズアレイ基板。 - 前記第1凹部は、中央に配置された第1平坦部と、平面視で前記第1平坦部を囲む第1曲面部と、を有し、
前記第2凹部は、中央に配置された第2平坦部と、平面視で前記第2平坦部を囲む第2曲面部と、を有していること特徴とする請求項1または2に記載のマイクロレンズアレイ基板。 - 前記第2凹部は、平面視で前記第1凹部の内側に配置され、前記第2凹部の曲率は前記第1凹部の曲率よりも大きいことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のマイクロレンズアレイ基板。
- 前記第2透明層は、前記第3面に接する第4面と、前記第4面と反対側の第5面とを有し、
前記第5面は、平坦であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のマイクロレンズアレイ基板。 - 前記第2透明層は、前記第3面に接する第4面と反対側の第5面に前記第2凹部の形状が反映された第3凹部を有し、
前記第3凹部は、無機材料で構成された第3透明層で覆われていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のマイクロレンズアレイ基板。 - 請求項1乃至6のいずれか1項に記載のマイクロレンズアレイ基板と、
前記マイクロレンズアレイ基板に対向配置された第1基板と、
前記マイクロレンズアレイ基板と前記第1基板との間に配置された電気光学層と、
を備えていることを特徴とする電気光学装置。 - 光源と、
前記光源から発せられた光を集光する請求項1乃至6のいずれか1項に記載のマイクロレンズアレイ基板と、
前記マイクロレンズアレイ基板で集光された光を変調する電気光学層と、
前記電気光学層で変調された光を投写する投写レンズと、
を含み、
前記投写レンズのF値が1.5以上である場合に、前記第1透明層の屈折率は前記第2透明層の屈折率よりも大きいことを特徴とする電子機器。 - 酸化シリコンを主成分とする透明基材の第1面に第1凹部を形成する工程と、
酸素を含む第1反応ガスと、窒素を含む第2反応ガスと、ケイ素を含む第3反応ガスとを用いた化学気相成長法で、第1の酸窒化シリコンを前記第1面に堆積し、前記第1面に接する第2面と反対側の第3面に前記第1凹部の形状が反映された第2凹部を有する第1透明層を形成する工程と、
前記化学気相成長法で、前記第1の酸窒化シリコンの屈折率と異なる屈折率の第2の酸窒化シリコンを前記第3面に堆積し、前記第2凹部を覆う第2透明層を形成する工程と、
前記第2透明層の前記第3面に接する第4面と反対側の第5面に平坦化処理を施す工程と、
を含むことを特徴とするマイクロレンズアレイ基板の製造方法。 - 光源と、前記光源から発せられた光を集光するマイクロレンズアレイ基板と、前記マイクロレンズアレイ基板で集光された光を変調する電気光学層と、前記電気光学層で変調された光を投写する投写レンズと、を含む電子機器の製造方法であって、
前記マイクロレンズアレイ基板は、第1面に第1凹部を有する透明基材と、前記第1凹部を覆い前記第1凹部の形状が反映された第2凹部を有する第1透明層と、前記第2凹部を覆う第2透明層と、を備え、
前記投写レンズのF値が1.5以上である場合に、前記透明基材を構成する材料の屈折率よりも高屈折率の材料で前記第1透明層を形成し、前記第1透明層を構成する材料の屈折率よりも低屈折率の材料で前記第2透明層を形成することを特徴とする電子機器の製造方法。
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