JP2017134307A - レンズアレイ基板、電気光学装置、電子機器、マイクロレンズ基板の製造方法、および電気光学装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】レンズ層でのクラックの発生を抑制できるとともに、レンズ面を適正に構成することのできるレンズアレイ基板、電気光学装置、電子機器、マイクロレンズ基板の製造方法、および電気光学装置の製造方法を提供すること。
【解決手段】素子基板10は、複数のレンズ14が形成されたレンズアレイ基板50として構成されている。かかるレンズアレイ基板50の製造方法では、基板19の一方面19sに第1凹部195を形成した後、第1凹部195の底部に凹曲面からなる複数のレンズ面191を形成する。次に、第1凹部195の内部を埋めるように透光性のレンズ層140を形成した後、レンズ層140を除去しながら平坦化し、レンズ層140の基板19とは反対側の面140sを基板19の一方面19sにおいて第1凹部195より外側に位置する外側領域10dと連続した平面とする。
【選択図】図8
【解決手段】素子基板10は、複数のレンズ14が形成されたレンズアレイ基板50として構成されている。かかるレンズアレイ基板50の製造方法では、基板19の一方面19sに第1凹部195を形成した後、第1凹部195の底部に凹曲面からなる複数のレンズ面191を形成する。次に、第1凹部195の内部を埋めるように透光性のレンズ層140を形成した後、レンズ層140を除去しながら平坦化し、レンズ層140の基板19とは反対側の面140sを基板19の一方面19sにおいて第1凹部195より外側に位置する外側領域10dと連続した平面とする。
【選択図】図8
Description
本発明は、基板の凹曲面がレンズ層で覆われたレンズアレイ基板、電気光学装置、電子機器、マイクロレンズ基板の製造方法、および電気光学装置の製造方法に関するものである。
投射型表示装置のライトバルブ等として用いられる電気光学装置(液晶装置)では、画素電極および画素スイッチング素子が形成された素子基板と、共通電極が形成された対向基板との間に液晶層が配置されている。かかる電気光学装置では、画像の品位を向上することを目的に対向基板および素子基板の一方あるいは双方に対して、複数の画素電極の各々に対して平面視で重なる複数のレンズを形成した構成が提案されている。また、レンズを形成するにあたっては、基板に対して、凹曲面からなるレンズ面を形成した後、その全面にレンズ層を形成し、その後、レンズ層の表面を平坦化してレンズを形成する技術が提案されている(特許文献1参照)。特許文献1に記載の技術において、レンズ層は、平坦化の際、凹曲面の内側だけでなく、基板の一方面の全体に残される。かかる構成では、基板の面内方向においてレンズ層の厚さの差が大きいため、レンズ層を形成した後の工程でレンズ層に高い温度が加わると、厚さの差に起因してレンズ層の特定個所に応力が集中する。かかる応力は、レンズ層にクラック等が発生する原因となるため、好ましくない。一方、上記のレンズを構成するにあたって、基板の一方面に凹曲面からなるレンズ面を形成した後、レンズ層を形成し、その後、レンズ層を研磨して凹曲面の内側にレンズ層を選択的に残す技術が提案されている(特許文献2参照)。
特許文献2に記載の技術では、レンズ面の間でレンズ層が完全に途切れるまでレンズ層を研磨する際、隣り合うレンズ面の間に位置する基板表面も研磨することになる。このため、レンズ面の一部も研磨されてしまい、レンズの特性が低下するという問題点がある。
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、レンズ層でのクラックの発生を抑制できるとともに、レンズ面を適正に構成することのできるレンズアレイ基板の製造方法、電気光学装置の製造方法、レンズアレイ基板、電気光学装置および電子機器を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明に係るレンズアレイ基板の一態様は、一方面に凹曲面からなる複数のレンズ面が形成された透光性の基板と、前記複数のレンズ面を覆う透光性のレンズ層と、を有し、前記基板の前記一方面には第1凹部が設けられ、前記第1凹部の底部から前記基板の他方面側に凹むように前記レンズ面が設けられ、前記レンズ層の前記基板とは反対側の面は、前記基板の前記一方面において前記第1凹部より外側に位置する外側領域と連続した平面を構成していることを特徴とする。
かかるレンズアレイ基板の製造方法の一態様は、透光性の基板の一方面に第1凹部を形成する凹部形成工程と、前記第1凹部の底部に凹曲面からなる複数のレンズ面を形成するレンズ面形成工程と、前記基板の前記一方面に前記第1凹部の内部を埋めるように透光性のレンズ層を形成するレンズ層形成工程と、前記レンズ層を前記基板とは反対側から前記第1凹部の深さ方向の途中まで除去して平坦化し、前記レンズ層の前記基板とは反対側の面を前記基板の前記一方面において前記第1凹部より外側に位置する外側領域と連続した平面とする平坦化工程と、を有することを特徴とする。
本発明では、凹部形成工程において、基板の一方面に第1凹部を形成した後、レンズ面形成工程では、第1凹部の底部に凹曲面からなる複数のレンズ面を形成する。また、レンズ層形成工程において、凹部の内部を埋めるように透光性のレンズ層を形成した後、平坦化工程では、レンズ層を除去しながら平坦化し、レンズ層の基板とは反対側の面を基板において第1凹部より外側に位置する外側領域と連続した平面とする。このため、レンズ層は、外側領域に残らないので、レンズ層の形成領域が狭い。従って、レンズ層を形成した後の工程でレンズ層に高い温度が加わっても、レンズ層の特定個所に応力が集中しにくい。それ故、レンズ層にクラックが発生しにくい。また、平坦化工程では、第1凹部より外側の外側領域に形成されたレンズ層を除去すればよいので、レンズ層については第1凹部の深さ方向の途中まで除去すればよい。従って、レンズ面(凹曲面)の一部が除去されるという事態が発生しくい。それ故、レンズ面を適正に形成することができる。
本発明において、前記基板の前記一方面には、底部にマークを有する第2凹部が設けられている態様を採用することができる。かかるレンズアレイ基板の製造方法においては、前記凹部形成工程では、前記基板の前記一方面に第2凹部を形成し、前記凹部形成工程を行った後、前記平坦化工程を行う前に、前記第2凹部の底部にマークを形成するマーク形成工程を行い、前記平坦化工程では、前記マークを指標にして前記レンズ層を除去する厚さを監視する。かかる製造方法により製造されたレンズアレイ基板においては、かかる構成によれば、マークによって、レンズ層に対する除去量を監視することができるので、レンズ面(凹曲面)が研磨されるという事態が発生しにくい。それ故、レンズ面を適正に形成することができる。
本発明において、前記第1凹部は、前記複数のレンズ面が形成された領域毎に設けられている態様を採用することができる。かかるレンズアレイ基板の製造方法においては、前記凹部形成工程では、前記第1凹部を前記複数のレンズ面を形成する領域毎に形成する。
本発明において、前記第1凹部は、前記複数のレンズ面が形成された領域、および前記複数のレンズ面を形成する領域の間の全体にわたって設けられている態様を採用することできる。かかるレンズアレイ基板の製造方法において、前記凹部形成工程では、前記第1凹部を前記複数のレンズ面を形成する領域、および前記複数のレンズ面を形成する領域の間の全体にわたって形成する。
本発明に係るレンズアレイ基板を備えた電気光学装置は、前記基板に対して垂直な方向からみた平面視で前記レンズ面と重なる画素電極を有している。例えば、電気光学装置は、前記画素電極および前記画素電極に電気的に接続された画素トランジスターが設けられた素子基板と、前記画素電極に対向する共通電極が設けられた対向基板と、前記素子基板と前記対向基板との間に設けられた電気光学層と、を有し、前記素子基板および前記対向基板のうちの少なくとも一方に前記レンズアレイ基板が用いられている。かかる電気光学装置の製造方法は、前記レンズ層を形成した後、前記レンズ層に対して前記基板とは反対側に、前記複数のレンズ面の各々に前記基板に対して垂直な方向からみた平面視で重なる複数の画素電極、および前記複数の画素電極の各々に電気的に接続された複数の画素スイッチング素子を形成する画素形成工程を有する。
本発明を適用した電気光学装置は、各種電子機器に用いられる。本発明では、電子機器のうち、投射型表示装置に電気光学装置を用いる場合、投射型表示装置には、前記電気光学装置に供給される光を出射する光源部と、前記電気光学装置によって変調された光を投射する投射光学系と、が設けられる。
図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。なお、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。また、以下の説明において、素子基板に形成される層を説明する際、「上層側あるいは表面側」とは対向基板が位置する側を意味し、「下層側」とは対向基板が位置する側とは反対側を意味する。
[実施の形態1]
(電気光学装置の構成)
図1は、本発明を適用した電気光学装置100の平面図である。図2は、本発明を適用した電気光学装置100の断面図である。
(電気光学装置の構成)
図1は、本発明を適用した電気光学装置100の平面図である。図2は、本発明を適用した電気光学装置100の断面図である。
図1に示すように、電気光学装置100では、素子基板10と対向基板20とが所定の隙間を介してシール材107によって貼り合わされており、素子基板10と対向基板20とが対向している。シール材107は対向基板20の外縁に沿うように枠状に設けられており、素子基板10と対向基板20との間でシール材107によって囲まれた領域に液晶層等の電気光学層80が配置されている。従って、電気光学装置100は液晶装置として構成されている。シール材107は、光硬化性を備えた接着剤、あるいは光硬化性および熱硬化性を備えた接着剤であり、両基板間の距離を所定値とするためのグラスファイバー、あるいはガラスビーズ等のギャップ材が配合されている。
素子基板10および対向基板20はいずれも四角形であり、電気光学装置100の略中央には、表示領域10aが四角形の領域として設けられている。かかる形状に対応して、シール材107も略四角形に設けられ、シール材107の内周縁と表示領域10aの外周縁との間には、矩形枠状の周辺領域10bが設けられている。素子基板10の対向基板20側の面において、表示領域10aの外側には、素子基板10の一辺に沿ってデータ線駆動回路101および複数の端子102が形成されており、この一辺に隣接する他の辺に沿って走査線駆動回路104が形成されている。端子102には、フレキシブル配線基板(図示せず)が接続されている。素子基板10の対向基板20側の面において、表示領域10aには、ITO(Indium Tin Oxide)膜等からなる透光性の複数の画素電極9a、および複数の画素電極9aの各々に電気的に接続する画素スイッチング素子(図示せず)がマトリクス状に形成されている。画素電極9aに対して対向基板20側には第1配向膜16が形成されており、画素電極9aは、第1配向膜16によって覆われている。
対向基板20において素子基板10と対向する面側には、ITO膜等からなる透光性の共通電極21が形成されており、共通電極21に対して素子基板10側には第2配向膜26が形成されている。共通電極21は、対向基板20の略全面に形成されており、第2配向膜26によって覆われている。共通電極21に対して素子基板10とは反対側には遮光層27が形成されている。遮光層27は、例えば、表示領域10aの外周縁に沿って延在する額縁状の見切り27aとして形成されている。また、遮光層27は、隣り合う画素電極9aにより挟まれた領域と平面視で重なる領域に遮光層27bとしても形成されている。本形態において、素子基板10の周辺領域10bのうち、見切り27aと平面視で重なるダミー画素領域10cには、画素電極9aと同時形成されたダミー画素電極9bが形成されている。
第1配向膜16および第2配向膜26は、SiOx(x<2)、SiO2、TiO2、MgO、Al2O3等の斜方蒸着膜からなる無機配向膜(垂直配向膜)であり、電気光学層80に用いた負の誘電率異方性を備えた液晶分子を傾斜配向させている。このため、液晶分子は、素子基板10および対向基板20に対して所定の角度を成している。このようにして、電気光学装置100は、VA(Vertical Alignment)モードの液晶装置として構成されている。
素子基板10には、シール材107より外側において対向基板20の角部分と重なる領域に、素子基板10と対向基板20との間で電気的導通をとるための基板間導通用電極109が形成されている。基板間導通用電極109には、導電粒子を含んだ基板間導通材109aが配置されており、対向基板20の共通電極21は、基板間導通材109aおよび基板間導通用電極109を介して、素子基板10側に電気的に接続されている。このため、共通電極21は、素子基板10の側から共通電位が印加されている。
本形態の電気光学装置100において、画素電極9aおよび共通電極21がITO膜(透光性導電膜)により形成されており、電気光学装置100は、透過型液晶装置として構成されている。かかる電気光学装置100では、素子基板10および対向基板20のうち、一方側の基板から入射した光が他方側の基板を透過して出射される間に変調されて画像を表示する。本形態では、矢印Lで示すように、対向基板20から入射した光が素子基板10を透過して出射される間に電気光学層80によって画素毎に変調され、画像を表示する。
(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100において隣り合う複数の画素の平面図である。図4は、本発明を適用した電気光学装置100のF−F′(図3参照)断面図である。なお、図3では、各層を以下の線で表してある。また、図3では、互いの端部が平面視で重なり合う層については、層の形状等が分かりやすいように、端部の位置をずらしてある。
図3は、本発明を適用した電気光学装置100において隣り合う複数の画素の平面図である。図4は、本発明を適用した電気光学装置100のF−F′(図3参照)断面図である。なお、図3では、各層を以下の線で表してある。また、図3では、互いの端部が平面視で重なり合う層については、層の形状等が分かりやすいように、端部の位置をずらしてある。
下層側遮光層8a=細くて長い破線
半導体層1a=細くて短い点線
走査線3a=太い実線
ドレイン電極4a=細い実線
データ線6aおよび中継電極6b=細い一点鎖線
容量線5a=太い一点鎖線
上層側遮光層7aおよび中継電極7b=細い二点鎖線
画素電極9a=太い破線
半導体層1a=細くて短い点線
走査線3a=太い実線
ドレイン電極4a=細い実線
データ線6aおよび中継電極6b=細い一点鎖線
容量線5a=太い一点鎖線
上層側遮光層7aおよび中継電極7b=細い二点鎖線
画素電極9a=太い破線
図3に示すように、素子基板10において対向基板20と対向する面には、複数の画素の各々に画素電極9aが形成されており、隣り合う画素電極9aにより挟まれた画素間領域に沿ってデータ線6aおよび走査線3aが形成されている。画素間領域は縦横に延在しており、走査線3aは画素間領域のうち、X方向に延在する第1画素間領域に沿って直線的に延在し、データ線6aは、Y方向に延在する第2画素間領域に沿って直線的に延在している。また、データ線6aと走査線3aとの交差に対応して画素スイッチング素子30が形成されており、本形態において、画素スイッチング素子30は、データ線6aと走査線3aとの交差領域およびその付近を利用して形成されている。素子基板10には容量線5aが形成されており、かかる容量線5aには共通電位Vcomが印加されている。容量線5aは、走査線3aおよびデータ線6aに重なるように延在して格子状に形成されている。画素スイッチング素子30の上層側には上層側遮光層7aが形成されており、かかる上層側遮光層7aは、データ線6aおよび走査線3aに重なるように延在している。画素スイッチング素子30の下層側には下層側遮光層8aが形成されており、かかる下層側遮光層8aは、走査線3aおよびデータ線6aと重なるように延在している。
図4に示すように、素子基板10は、基板本体が石英基板やガラス基板等の透光性の基板19からなり、基板19の電気光学層80側の面(対向基板20と対向する一方面19s側)には、以下に説明するように、画素電極9a、画素スイッチング用の画素スイッチング素子30、および第1配向膜16等が構成されている。また、対向基板20の基板本体は、石英基板やガラス基板等の透光性の基板29からなり、基板29の電気光学層80側の面(素子基板10と対向する一方面29s)には、以下に説明するように、遮光層27、共通電極21、および第2配向膜26等が構成されている。
素子基板10において、基板19の一方面19s側には、シリコン酸化膜等からなる保護層11が形成され、保護層11の上層には、導電性のポリシリコン膜、金属シリサイド膜、金属膜あるいは金属化合物膜等の導電膜からなる下層側遮光層8aが形成されている。本形態において、下層側遮光層8aは、タングステンシリサイド(WSi)、タングステン、窒化チタン等の遮光膜からなり、電気光学装置100を透過した後の光が他の部材で反射した際、かかる反射光が半導体層1aに入射して画素スイッチング素子30で光電流に起因する誤動作が発生することを防止する。下層側遮光層8aを走査線として構成する場合もあり、この場合、後述するゲート電極3bと下層側遮光層8aを導通させた構成とする。
基板19の一方面19s側において、下層側遮光層8aの上層側には、シリコン酸化膜からなる透光性の絶縁膜12が形成され、絶縁膜12の上層側に、半導体層1aを備えた画素スイッチング素子30が形成されている。画素スイッチング素子30は、データ線6aの延在方向に長辺方向を向けた半導体層1aと、半導体層1aの長さ方向と直交する方向に延在して半導体層1aの長さ方向の中央部分に重なるゲート電極3bとを備えており、本形態において、ゲート電極3bは走査線3aの一部からなる。画素スイッチング素子30は、半導体層1aとゲート電極3bとの間に透光性のゲート絶縁層2を有している。半導体層1aは、ゲート電極3b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1gを備えているとともに、チャネル領域1gの両側にソース領域1bおよびドレイン領域1cを備えている。本形態において、画素スイッチング素子30は、LDD構造を有している。従って、ソース領域1bおよびドレイン領域1cは各々、チャネル領域1gの両側に低濃度領域を備え、低濃度領域に対してチャネル領域1gとは反対側で隣接する領域に高濃度領域を備えている。
半導体層1aは、ポリシリコン膜(多結晶シリコン膜)等によって構成されている。ゲート絶縁層2は、半導体層1aを熱酸化したシリコン酸化膜からなる第1ゲート絶縁層2aと、減圧CVD法等により形成されたシリコン酸化膜からなる第2ゲート絶縁層2bとの2層構造からなる。ゲート電極3bおよび走査線3aは、導電性のポリシリコン膜、金属シリサイド膜、金属膜あるいは金属化合物膜等の導電膜からなる。
ゲート電極3bの上層側にはシリコン酸化膜等からなる透光性の層間絶縁膜41が形成され、層間絶縁膜41の上層には、ドレイン電極4aが形成されている。ドレイン電極4aは、導電性のポリシリコン膜、金属シリサイド膜、金属膜あるいは金属化合物膜等の導電膜からなる。ドレイン電極4aは、半導体層1aのドレイン領域1cと一部が重なるように形成されており、層間絶縁膜41およびゲート絶縁層2を貫通するコンタクトホール41aを介してドレイン領域1cに導通している。
ドレイン電極4aの上層側には、シリコン酸化膜等からなる透光性のエッチングストッパー層49、および透光性の誘電体層40が形成されており、かかる誘電体層40の上層側には容量線5aが形成されている。誘電体層40としては、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜等のシリコン化合物を用いることができる他、アルミニウム酸化膜、チタン酸化膜、タンタル酸化膜、ニオブ酸化膜、ハフニウム酸化膜、ランタン酸化膜、ジルコニウム酸化膜等の高誘電率の誘電体層を用いることができる。容量線5aは、導電性のポリシリコン膜、金属シリサイド膜、金属膜あるいは金属化合物膜等の導電膜からなる。容量線5aは、誘電体層40を介してドレイン電極4aと重なっており、保持容量55を構成している。
容量線5aの上層側には、シリコン酸化膜等からなる透光性の層間絶縁膜42が形成されており、かかる層間絶縁膜42の上層側には、データ線6aと中継電極6bとが同一の導電膜により形成されている。データ線6aおよび中継電極6bは、導電性のポリシリコン膜、金属シリサイド膜、金属膜あるいは金属化合物膜等の導電膜からなる。データ線6aは、層間絶縁膜42、エッチングストッパー層49、層間絶縁膜41およびゲート絶縁層2を貫通するコンタクトホール42aを介してソース領域1bに導通している。中継電極6bは、層間絶縁膜42およびエッチングストッパー層49を貫通するコンタクトホール42bを介してドレイン電極4aに導通している。
データ線6aおよび中継電極6bの上層側にはシリコン酸化膜等からなる透光性の層間絶縁膜44が形成されており、かかる層間絶縁膜44の上層側には、上層側遮光層7aおよび中継電極7bが同一の導電膜によって形成されている。層間絶縁膜44の表面は平坦化されている。上層側遮光層7aおよび中継電極7bは、導電性のポリシリコン膜、金属シリサイド膜、金属膜あるいは金属化合物膜等の導電膜からなる。中継電極7bは、層間絶縁膜44を貫通するコンタクトホール44aを介して中継電極6bに導通している。上層側遮光層7aは、データ線6aと重なるように延在しており、遮光層として機能している。なお、上層側遮光層7aを容量線5aと導通させて、シールド層として利用してもよい。
上層側遮光層7aおよび中継電極7bの上層側には、シリコン酸化膜等からなる透光性の層間絶縁膜45が形成されており、かかる層間絶縁膜45の上層側にはITO膜等からなる画素電極9aが形成されている。層間絶縁膜45には、中継電極7bまで到達したコンタクトホール45aが形成されており、画素電極9aは、コンタクトホール45aを介して中継電極7bに電気的に接続している。その結果、画素電極9aは、中継電極7b、中継電極6bおよびドレイン電極4aを介してドレイン領域1cに電気的に接続している。層間絶縁膜45の表面は平坦化されている。画素電極9aの表面側には、ポリイミドや無機配向膜からなる透光性の第1配向膜16が形成されている。
対向基板20では、石英基板やガラス基板等の透光性の基板29(透光性基板)の電気光学層80側の表面(素子基板10に対向する一方面29s)に遮光層27、シリコン酸化膜等からなる保護層28、およびITO膜等の透光性導電膜からなる共通電極21が形成されており、かかる共通電極21を覆うように、ポリイミドや無機配向膜からなる透光性の第2配向膜26が形成されている。本形態において、共通電極21は、画素に対して共通して設けられたITO膜からなる。
(対向基板20側のレンズ24の構成)
図5は、図4に対応する図であり、本発明の実施の形態1に係る電気光学装置100のレンズ14、24の断面構成を模式的に示す説明図である。図6は、本発明の実施の形態1に係る電気光学装置100におけるレンズ14、24と遮光層27bとの平面的な位置関係を示す説明図である。
図5は、図4に対応する図であり、本発明の実施の形態1に係る電気光学装置100のレンズ14、24の断面構成を模式的に示す説明図である。図6は、本発明の実施の形態1に係る電気光学装置100におけるレンズ14、24と遮光層27bとの平面的な位置関係を示す説明図である。
図5に示すように、素子基板10は、基板19の一方面19s側に、データ線6a等からなる遮光層17や画素スイッチング素子30が形成されており、遮光層17や画素スイッチング素子30は光を透過しない。このため、素子基板10では、画素電極9aと平面視で重なる領域のうち、遮光層17や画素スイッチング素子30と平面視で重なる領域や、隣り合う画素電極9aに挟まれた領域と平面視で重なる領域は、光を透過しない遮光領域15bになっている。これに対して、画素電極9aと平面視で重なる領域のうち、遮光層17や画素スイッチング素子30と平面視で重ならない領域は光を透過する開口領域15a(透光領域)になっている。従って、開口領域15aを透過した光のみが画像の表示に寄与し、遮光領域15bに向かう光は、画像の表示に寄与しない。
そこで、本形態では、対向基板20には、複数の画素電極9aの各々に対して平面視で1対1の関係をもって重なる複数のレンズ24が形成されており、レンズ24は、素子基板10の開口領域15aに光を導く。それ故、光の利用効率を高めることができる。また、レンズ24は、電気光学層80に入射する光の一部を平行光化している。それ故、電気光学層80に入射する光の光軸の傾きが小さいので、電気光学層80での位相ずれを低減でき、透過率やコントラストの低下を抑制することができる。特に本形態では、電気光学装置100をVAモードの液晶装置として構成したため、電気光学層80に入射する光の光軸の傾斜によって、コントラストの低下等が発生しやすいが、本形態によれば、コントラストの低下等が発生しにくい。
レンズ24は、図6に示すように、隣り合うレンズ24の少なくとも一部が接するように配列されている。本形態において、隣り合うレンズ24同士は、略全周にわたって接しており、4つのレンズ24によって囲まれた領域に平面視で重なる領域に、図2に示す遮光層27bが形成されている。なお、図2および図5は、図6のG−G′線での断面に相当する。但し、図5では、遮光層27bの図示を省略してある。
かかる対向基板20を構成するにあたって、基板29の一方面29sには、複数の画素電極9aの各々と平面視で一対一の関係をもって重なる凹曲面からなるレンズ面291が複数形成されている。また、基板29の一方面29sには、透光性のレンズ層240および透光性の保護層28が順に積層され、保護層28に対して基板29とは反対側に共通電極21が形成されている。基板29とレンズ層240とは屈折率が相違しており、レンズ面291およびレンズ層240は、レンズ24を構成している。本形態において、レンズ層240の屈折率は、基板29の屈折率より大である。例えば、基板29は石英基板(シリコン酸化物、SiO2)からなり、屈折率が1.48であるのに対して、レンズ層240は、シリコン酸窒化膜(SiON)からなり、屈折率が1.58〜1.68である。それ故、レンズ24は、光源からの光を収束させるパワーを有している。
(素子基板10側のレンズ14の構成)
図5に示すように、本形態では、素子基板10にも、対向基板20と同様、複数の画素電極9aの各々に対して平面視で1対1の関係をもって重なる複数のレンズ14が形成されたレンズアレイ基板50として構成されており、レンズ14は、素子基板10から出射される光を平行光化している。それ故、本形態によれば、コントラストの低下等が発生しにくい。レンズ14は、図6に示すように、レンズ24と同様、隣り合うレンズ14の少なくとも一部が接するように配列されている。本形態において、隣り合うレンズ14同士は、略全周にわたって接している。
図5に示すように、本形態では、素子基板10にも、対向基板20と同様、複数の画素電極9aの各々に対して平面視で1対1の関係をもって重なる複数のレンズ14が形成されたレンズアレイ基板50として構成されており、レンズ14は、素子基板10から出射される光を平行光化している。それ故、本形態によれば、コントラストの低下等が発生しにくい。レンズ14は、図6に示すように、レンズ24と同様、隣り合うレンズ14の少なくとも一部が接するように配列されている。本形態において、隣り合うレンズ14同士は、略全周にわたって接している。
図5に示す素子基板10(レンズアレイ基板50)を構成するにあたって、基板19の一方面19sには、複数の画素電極9aの各々と平面視で一対一の関係をもって重なる凹曲面からなるレンズ面191が複数形成されている。また、基板19の一方面19sには、レンズ面191を覆うように透光性のレンズ層140が積層され、レンズ層140に対して基板19とは反対側に、保護層11、下層側遮光層8aおよび絶縁膜12等が順に形成されている。基板19とレンズ層140とは屈折率が相違しており、レンズ面191およびレンズ層140は、レンズ14を構成している。本形態において、レンズ層140の屈折率は、基板19の屈折率より大である。例えば、基板19は石英基板からなり、屈折率が1.48であるのに対して、レンズ層140は、シリコン酸窒化膜からなり、屈折率が1.58〜1.68である。従って、レンズ14は、出射光を拡散させるパワーを有している。あるいは、レンズ14は、凹曲面の形状等の調整により光を平行光とすることも可能である。
本形態において、レンズ面191は、後述する凹部形成工程ST1において形成される第1凹部195の底部195aから基板19の他方面19tに向けて凹んだ凹曲面からなる。第1凹部195の側面は概ね、基板19の一方面19sに垂直であり、レンズ面191は、第1凹部195の底部195aから半球状に凹んだ凹曲面からなる。従って、凹部195において基板19に略垂直な側面から半球状の凹曲面に切り換わる個所が第1凹部195の底部195aに相当する。ここで、第1凹部195は、複数のレンズ面191が形成された領域毎に設けられているため、複数のレンズ面191の各々に第1凹部195の側面が残っている。但し、本形態では、隣り合うレンズ14同士が略全周にわたって接しているため、第1凹部195は、レンズ面191が形成されている領域の全体で繋がった一体の凹部として形成されている。このため、第1凹部195の外縁は、複数のレンズ面191が形成されている領域(レンズ形成領域10e)の外縁と平面視で重なっている。
レンズ層140は、レンズ面191(凹曲面)および第1凹部195の内部に選択的に設けられており、レンズ層140の基板19とは反対側の面140sは、基板19の一方面19sにおいてレンズ面191より外側に位置する外側領域10dと連続した平面を構成している。このため、基板19の一方面19sにおいて、外側領域10dにはレンズ層140が形成されておらず、基板19の一方面19が露出している。また、図6のG−G′線の延在方向で隣り合うレンズ面191の間197では、レンズ層140が形成されておらず、基板19の一方面19sが露出している。また、隣り合うレンズ面191の間197で露出する基板19の一方面19sも、レンズ層140の基板19とは反対側の面140sと連続した平面を構成している。
本形態において、基板19の一方面19sには、表示領域10aの外側に、レンズ面191の底部より浅い第2凹部196が形成されている。かかる第2凹部196の底部196aには、レンズ層140の除去量の指標となるマーク199が形成されている。第2凹部196の側面も概ね、基板19の一方面19sに垂直である。第2凹部196は、第1凹部195と深さが等しく、第2凹部196の底部196aは、第1凹部195の底部195aと同一の深さに位置する。また、第2凹部196の内部もレンズ層140によって埋められ、第2凹部196の内部を埋めるレンズ層140も、基板19と反対側の面140sが第2凹部196より外側に位置する外側領域10dと連続した平面を構成している。
(レンズアレイ基板50および電気光学装置100の製造方法)
図7は、本発明の実施の形態1に係る電気光学装置100の素子基板10の製造に用いるマザー基板190の説明図である。図8は、本発明の実施の形態1に係る電気光学装置100の素子基板10の製造方法を示す工程断面図である。図9は、図8に示すエッチング工程ST1bで用いる第1エッチングマスク61の第1開口部611の説明図である。なお、図8は、図6に示すG−G′断面に相当する。また、図9では、第1エッチングマスク61を模式的に示してある。
図7は、本発明の実施の形態1に係る電気光学装置100の素子基板10の製造に用いるマザー基板190の説明図である。図8は、本発明の実施の形態1に係る電気光学装置100の素子基板10の製造方法を示す工程断面図である。図9は、図8に示すエッチング工程ST1bで用いる第1エッチングマスク61の第1開口部611の説明図である。なお、図8は、図6に示すG−G′断面に相当する。また、図9では、第1エッチングマスク61を模式的に示してある。
図7に示すように、本形態の素子基板10を製造するには、基板19より大型の石英基板からなるマザー基板190を用いる。マザー基板190は、素子基板10(基板19)として切り出される複数の領域190aを備えており、領域190aに、図2等を参照して説明したレンズ14、画素スイッチング素子30、画素電極9a等を形成した後、マザー基板190を領域190aに沿って切断し、単品サイズの素子基板10を得る。従って、マザー基板190では、複数の素子基板10が切り出される領域(一点鎖線Lyで囲んだ領域)が有効領域190yであり、それ以外の領域は、切断工程で除去される除材領域190zである。
このようなマザー基板190を用いて素子基板10を製造するにあたって、本形態では、以下の工程等を行う。
凹部形成工程ST1
マーク形成工程ST2
レンズ面形成工程ST3
レンズ層形成工程ST4
平坦化工程ST5
画素形成工程
凹部形成工程ST1
マーク形成工程ST2
レンズ面形成工程ST3
レンズ層形成工程ST4
平坦化工程ST5
画素形成工程
まず、図8に示す凹部形成工程ST1において、マザー基板190(基板19)の一方面190s(一方面19s)に第1凹部195を形成する。より具体的には、マスク形成工程ST1aにおいて、マザー基板190の一方面190sに第1エッチングマスク61を形成する。本形態では、画素電極9aが形成される領域(表示領域10a)、およびダミー画素領域10cの一部が形成される領域がレンズ形成領域10eであり、第1エッチングマスク61では、少なくともレンズ形成領域10eを含む領域が第1開口部611になっている。本形態では、レンズ形成領域10eと略同一の範囲が第1開口部611になっている。また、第1エッチングマスク61には、外側領域10dの一部と重なる領域に第2開口部612が形成されている。ここで、第1開口部611は、図9に示すように、複数のレンズ面191の形成領域の各々と重なるように形成されている。このため、レンズ面191の間197に相当する領域には第1開口部611が形成されていない。
次に、図8に示すエッチング工程ST1bでは、第1エッチングマスク61の第1開口部611および第2開口部612からマザー基板190の一方面190sをエッチングし、第1凹部195および第2凹部196を形成した後、第1エッチングマスク61を除去する。このようにして、図7において、複数の素子基板10が切り出される領域190aのうち、斜線を付した表示領域10aに第1凹部195を独立して形成する。また、図7において、複数の素子基板10が切り出される領域190aのうち、斜線を付した表示領域10aの外側に第2凹部196を形成する。かかるエッチング工程ST1bでは、ウエットエッチングおよびドライエッチングのいずれを利用してもよい。本形態では、エッチング工程ST1bにおいて、ドライエッチングを行う。このため、第1凹部195および第2凹部196の側面は概ね、基板19の一方面19sに垂直である。また、第1凹部195の底部195aおよび第2凹部196の底部196aが、基板19の一方面19sに概ね水平に形成される。
次に、図8に示すマーク形成工程ST2では、第2凹部196の底部196aにマーク199を形成する。本形態では、アモルファスシリコン、ポリシリコン、ダングステンシリサイド、モリブデン、タンタル等の遮光膜を形成した後、パターニングし、マーク199を形成する。
次に、図8に示すレンズ面形成工程ST3では、第1凹部195の底部195aに凹曲面からなる複数のレンズ面191を形成する。具体的には、マスク形成工程ST3aにおいて、マザー基板190の一方面190sに、レンズ面191の中央に平面視で重なる領域が開口部620になっている第2エッチングマスク62を形成する。第2エッチングマスク62は、例えば、熱CVD法等により形成されたポリシリコンからなる。かかる第2エッチングマスク62は、段差へのカバレッジが優れているという利点がある。次に、エッチング工程ST3bにおいて、開口部620から第1凹部195の底部195aに等方性エッチングを行う。その結果、マザー基板190の一方面190sでは、第1凹部195の底部195aに、開口部620を中心とする半球状の凹曲面からなるレンズ面191が形成される。その後、第2エッチングマスク62を除去する。かかるエッチング工程ST3bでは、ウエットエッチングおよびドライエッチングのいずれを利用してもよい。本形態では、エッチング工程ST3bにおいて、ふっ酸を含むエッチング液への浸漬やスピンエッチングによるウエットエッチングを行う。なお、マーク199を構成する材料によっては、マーク199を酸化膜等の保護膜で覆った後、第2エッチングマスク62を形成してもよい。
次に、図8に示すレンズ層形成工程ST4では、マザー基板190の一方面190sに第1凹部195および第2凹部196の内部を埋めるように透光性のレンズ層140を形成する。その結果、基板19の一方面19sにもレンズ層140が形成される。本形態において、レンズ層140は、プラズマCVD等により形成されたシリコン酸窒化膜(SiON)からなる。従って、プラズマCVDの際、原料ガスとして、例えば、モノシラン(SiH4)および一酸化窒素(N2O)が用いられる。なお、原料ガスにアンモニア(NH3)が用いられることもある。
次に、図8に示す平坦化工程ST5では、レンズ層140をマザー基板190(基板19)とは反対側から除去して平坦化し、レンズ層140のマザー基板190とは反対側の面140sを、マザー基板190の一方面190sにおいて第1凹部195および第2凹部196の外側に位置する外側領域10dと連続した平面とする。その結果、レンズ面191の内側および第2凹部196の内部以外の領域からはレンズ層140が除去される。それ故、図7に斜線を付した領域で示すように、複数の素子基板10が切り出される領域の各々には、レンズ層140が独立して形成される。かかる平坦化工程ST5では、CMP(Chemical Mechanical Polishing)やエッチバックを利用する。本形態では、平坦化工程ST5においてCMP処理を利用する。その際、マーク199をモニターし、レンズ層140の除去量(研磨量)を監視し、マーク199を残すように、レンズ層140を研磨する。より具体的には、マーク199を覆うレンズ層140の厚さを計測し、その計測結果に基づいて、平坦化工程ST5の終点を決定する。
本形態では、第1凹部195および第2凹部196の深さ方向の途中まで平坦化を行う。従って、第1凹部195および第2凹部196の一部のみが残り、残った第1凹部195の底部195aから基板19の他方面19t側に凹んだレンズ面191(レンズ14)が設けられる。また、第2凹部196の底部196aにはマーク199が残るとともに、第2凹部196の内部にはレンズ層140が残る。
しかる後には、図4に示すように、基板19の一方面19s側には、シリコン酸化膜等からなる保護層11を形成した後、画素形成工程において、レンズ14に対して基板19と反対側に画素スイッチング素子30や画素電極9a等を形成する。しかる後には、マザー基板190と対向基板20とを貼り合わせた後、マザー基板190と対向基板20との間に電気光学層80を注入し、その後、マザー基板190を切断する。
(本形態の主な効果)
以上説明したように、本形態の電気光学装置100に用いた素子基板10の製造方法では、凹部形成工程ST1において、基板19の一方面19sに第1凹部195を形成した後、レンズ面形成工程ST3では、第1凹部195の底部195aに凹曲面からなる複数のレンズ面191を形成する。また、レンズ層形成工程ST4において、第1凹部195の内部を埋めるように透光性のレンズ層140を形成した後、平坦化工程ST5では、レンズ層140を除去しながら平坦化し、レンズ層140の基板19とは反対側の面140sを基板19の一方面19sにおいて第1凹部195より外側に位置する外側領域10dと連続した平面とする。このため、レンズ層140は、外側領域10dに残らないので、レンズ層140の形成領域が狭い。従って、レンズ層140を形成した後の工程でレンズ層140に高い温度が加わっても、レンズ層140の特定個所に応力が集中しにくい。例えば、レンズ層140を形成した後、半導体層1aやゲート絶縁膜2を形成する工程においてレンズ層140に高い温度が加わっても、レンズ層140の特定個所に応力が集中しにくい。それ故、レンズ層140にクラックが発生しにくい。クラックが原因でレンズ層140が基板19から剥離する等の問題の発生を抑制することができる。また、平坦化工程ST5では、第1凹部195より外側の外側領域10dに形成されたレンズ層140を除去すればよいので、基板19については第1凹部195の一部に相当する厚さを除去すればよい。従って、レンズ面191(凹曲面)の一部が除去されるという事態が発生しくい。それ故、レンズ面191を適正に形成することができる。
以上説明したように、本形態の電気光学装置100に用いた素子基板10の製造方法では、凹部形成工程ST1において、基板19の一方面19sに第1凹部195を形成した後、レンズ面形成工程ST3では、第1凹部195の底部195aに凹曲面からなる複数のレンズ面191を形成する。また、レンズ層形成工程ST4において、第1凹部195の内部を埋めるように透光性のレンズ層140を形成した後、平坦化工程ST5では、レンズ層140を除去しながら平坦化し、レンズ層140の基板19とは反対側の面140sを基板19の一方面19sにおいて第1凹部195より外側に位置する外側領域10dと連続した平面とする。このため、レンズ層140は、外側領域10dに残らないので、レンズ層140の形成領域が狭い。従って、レンズ層140を形成した後の工程でレンズ層140に高い温度が加わっても、レンズ層140の特定個所に応力が集中しにくい。例えば、レンズ層140を形成した後、半導体層1aやゲート絶縁膜2を形成する工程においてレンズ層140に高い温度が加わっても、レンズ層140の特定個所に応力が集中しにくい。それ故、レンズ層140にクラックが発生しにくい。クラックが原因でレンズ層140が基板19から剥離する等の問題の発生を抑制することができる。また、平坦化工程ST5では、第1凹部195より外側の外側領域10dに形成されたレンズ層140を除去すればよいので、基板19については第1凹部195の一部に相当する厚さを除去すればよい。従って、レンズ面191(凹曲面)の一部が除去されるという事態が発生しくい。それ故、レンズ面191を適正に形成することができる。
また、凹部形成工程ST1では、基板19の一方面19sに第2凹部196を第1凹部195と同時に形成し、かかる第2凹部196の底部196aにマーク199を形成する。このため、平坦化工程ST5では、マーク199によって、レンズ層140に対する除去量を監視することができるので、レンズ面191(凹曲面)が研磨されるという事態が発生しにくい。それ故、レンズ面191を適正に形成することができる。
また、複数のレンズ面191のうち、隣り合うレンズ面191は、少なくとも一部が繋がっている。特に本形態では、複数のレンズ面191は各々、周りに位置するレンズ面191と略全周にわたって繋がっている。このため、レンズ面191に入射する光量を増大させることができる。
[実施の形態2]
図10は、本発明の実施の形態2に係る電気光学装置100のレンズ14、24の断面構成を模式的に示す説明図である。図11は、本発明の実施の形態1に係る電気光学装置100の素子基板10の製造方法を示す工程断面図である。図12は、図11に示すエッチング工程ST1bで用いる第1エッチングマスク61の第1開口部611の説明図である。なお、本形態の基本的な構成は、実施の形態1と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付してそれらの説明を省略する。また、図12は、図6に示すG−G′断面に相当する。また、図12では、第1エッチングマスク61を模式的に示してある。
図10は、本発明の実施の形態2に係る電気光学装置100のレンズ14、24の断面構成を模式的に示す説明図である。図11は、本発明の実施の形態1に係る電気光学装置100の素子基板10の製造方法を示す工程断面図である。図12は、図11に示すエッチング工程ST1bで用いる第1エッチングマスク61の第1開口部611の説明図である。なお、本形態の基本的な構成は、実施の形態1と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付してそれらの説明を省略する。また、図12は、図6に示すG−G′断面に相当する。また、図12では、第1エッチングマスク61を模式的に示してある。
図10に示すように、本形態でも、実施の形態1と同様、素子基板10は、複数の画素電極9aの各々に対して平面視で1対1の関係をもって重なる複数のレンズ14が形成されたレンズアレイ基板50として構成されている。かかる素子基板10(レンズアレイ基板50)では、基板19の一方面19sに凹曲面からなるレンズ面191が複数形成されており、レンズ面191は、透光性のレンズ層140で覆われている。本形態でも、実施の形態1と同様、レンズ面191を埋めるレンズ層140の基板19とは反対側の面140sは、基板19の一方面19sにおいてレンズ面191より外側に位置する外側領域10dと連続した平面を構成している。
ここで、レンズ面191は、後述する第1凹部195の底部195aから基板19の他方面19tに向けて凹んだ凹曲面からなる。本形態では、第1凹部195は、複数のレンズ面191が形成された領域、およびレンズ面191が形成された領域の間の全体にわたって形成されている。このため、図6のG−G′線の延在方向で隣り合うレンズ面191の間197では、基板19の一方面19sが露出していない。また、複数のレンズ面191のうち、最も外側に位置するレンズ面191のみに、基板19の一方面19sに垂直な第1凹部195の側面が残っている。また、本形態では、隣り合うレンズ14同士が全周にわたって接しているため、第1凹部195は、レンズ面191が形成されている領域の全体で繋がった一体の凹部として形成されている。このため、第1凹部195の外縁は、複数のレンズ面191が形成されている領域(レンズ形成領域10e)の外縁と平面視で重なっている。
本形態でも、実施の形態1と同様、基板19の一方面19sには、表示領域10aの外側に、レンズ面191の底部より浅い第2凹部196が形成されており、かかる第2凹部196の底部196aにはマーク199が形成されている。第2凹部196の側面も概ね、基板19の一方面19sに垂直である。第2凹部196は、第1凹部195と深さが等しく、第2凹部196の底部196aは、第1凹部195の底部195aと同一の深さに位置する。また、第2凹部196の内部もレンズ層140によって埋められ、第2凹部196の内部を埋めるレンズ層140も、基板19と反対側の面140sが第2凹部196より外側に位置する外側領域10dと連続した平面を構成している。
図11に示すように、本形態の電気光学装置100の製造方法でも、以下の工程等を行う。
凹部形成工程ST1
マーク形成工程ST2
レンズ面形成工程ST3
レンズ層形成工程ST4
平坦化工程ST5
画素形成工程
凹部形成工程ST1
マーク形成工程ST2
レンズ面形成工程ST3
レンズ層形成工程ST4
平坦化工程ST5
画素形成工程
より具体的には、図11に示す凹部形成工程ST1のマスク形成工程ST1aにおいては、マザー基板190の一方面190sに第1エッチングマスク61を形成する。ここで、第1エッチングマスク61では、図12に示すように、複数のレンズ面191の形成領域、およびレンズ面191の間197に相当する領域の全体が第1開口部611になっている。従って、図8に示すエッチング工程ST1bを行うと、複数のレンズ面191の形成領域、およびレンズ面191の間197に相当する領域の全体に第1凹部195が形成される。
次に、図11に示すマーク形成工程ST2では、実施の形態1と同様、第2凹部196の底部196aにマーク199を形成する。次に、レンズ面形成工程ST3では、マスク形成工程ST3aにおいて、マザー基板190の一方面190sに、レンズ面191の中央に平面視で重なる領域が開口部620になっている第2エッチングマスク62を形成した後、エッチング工程ST3bにおいて、開口部620から第1凹部195の底部195aに等方性エッチングを行い、第1凹部195の底部195aに半球状の凹曲面からなるレンズ面191を形成する。次に、レンズ層形成工程ST4では、マザー基板190の一方面190sに第1凹部195および第2凹部196の内部を埋めるように透光性のレンズ層140を形成し、その後、平坦化工程ST5では、レンズ層140をマザー基板190(基板19)とは反対側から除去して平坦化し、レンズ層140のマザー基板190とは反対側の面140sを、マザー基板190の一方面190sにおいて第1凹部195および第2凹部196の外側に位置する外側領域10dと連続した平面とする。本形態でも、実施の形態1と同様、第1凹部195および第2凹部196の深さ方向の途中まで平坦化を行う。従って、第1凹部195および第2凹部196の一部のみが残り、残った第1凹部195の底部195aにレンズ面191(レンズ14)が設けられる。また、第2凹部196の底部196aにはマーク199が残るとともに、第2凹部196の内部にはレンズ層140が残る。
このように本形態でも、実施の形態1と同様、レンズ層140の基板19とは反対側の面140sを基板19の一方面19sにおいて第1凹部195より外側に位置する外側領域10dと連続した平面とするため、レンズ層140に高い温度が加わっても、レンズ層140の特定個所に応力が集中しにくい。それ故、レンズ層140にクラックが発生しにくい。また、平坦化工程ST5では、第1凹部195より外側の外側領域10dに形成されたレンズ層140を除去すればよいので、基板19については第1凹部195の一部に相当する厚さを除去すればよい。従って、レンズ面191(凹曲面)の一部が除去されるという事態が発生しくい等、実施の形態1と同様な効果を奏する。
本形態では、レンズ面191を複数のレンズ面191が形成された領域、およびレンズ面191が形成された領域の間の全体にわたって形成するため、隣り合うレンズ面191の間197では、基板19の一方面19sが露出しておらず、レンズ面191が隙間なく形成される。このため、光の利用効率を高めることができる。
[他の実施の形態]
上記実施の形態では、対向基板20の側から光が入射するタイプの電気光学装置100に本発明を適用したが、素子基板10の側から光が入射するタイプの電気光学装置100に本発明を適用してもよい。
上記実施の形態では、対向基板20の側から光が入射するタイプの電気光学装置100に本発明を適用したが、素子基板10の側から光が入射するタイプの電気光学装置100に本発明を適用してもよい。
上記実施の形態では、第2凹部196およびマーク199を、マザー基板190のうち、素子基板10(レンズアレイ基板50)として切り出される領域190aに設けたが、マザー基板190を切断した際に除去される除材領域190zに第2凹部196およびマーク199を設けてもよい。この場合、素子基板10(レンズアレイ基板50)には、第2凹部196およびマーク199が残らないことになる。上記実施の形態では、第1凹部195の外縁が、複数のレンズ面191が形成されている領域(レンズ形成領域10e)の外縁と平面視で重なっていたが、平面視において、第1凹部195の外縁が、複数のレンズ面191が形成されている領域(レンズ形成領域10e)の外縁より外側にあってもよい。すなわち、第1凹部195がレンズ形成領域10eより広い範囲に形成されていてもよい。
[電子機器への搭載例]
図13は、本発明を適用した電気光学装置100を用いた投射型表示装置(電子機器)の概略構成図である。なお、以下の説明では、互いに異なる波長域の光が供給される複数の電気光学装置100が用いられているが、いずれの電気光学装置100にも、本発明を適用した電気光学装置100が用いられている。
図13は、本発明を適用した電気光学装置100を用いた投射型表示装置(電子機器)の概略構成図である。なお、以下の説明では、互いに異なる波長域の光が供給される複数の電気光学装置100が用いられているが、いずれの電気光学装置100にも、本発明を適用した電気光学装置100が用いられている。
図13に示す投射型表示装置110は、透過型の電気光学装置100を用いた液晶プロジェクターであり、スクリーン等からなる被投射部材111に光を照射し、画像を表示する。投射型表示装置110は、装置光軸L0に沿って、照明装置160と、照明装置160から出射された光が供給される複数の電気光学装置100(液晶ライトバルブ115〜117)と、複数の電気光学装置100から出射された光を合成して出射するクロスダイクロイックプリズム119(光合成光学系)と、クロスダイクロイックプリズム119により合成された光を投射する投射光学系118とを有している。また、投射型表示装置110は、ダイクロイックミラー113、114、およびリレー系120を備えている。投射型表示装置110において、電気光学装置100およびクロスダイクロイックプリズム119は、光学ユニット200を構成している。
照明装置160では、装置光軸L0に沿って、光源部161、フライアイレンズ等のレンズアレイからなる第1インテグレーターレンズ162、フライアイレンズ等のレンズアレイからなる第2インテグレーターレンズ163、偏光変換素子164、およびコンデンサーレンズ165が順に配置されている。光源部161は、赤色光R、緑色光Gおよび青色光Bを含む白色光を出射する光源168と、リフレクター169とを備えている。光源168は超高圧水銀ランプ等により構成されており、リフレクター169は、放物線状の断面を有している。第1インテグレーターレンズ162および第2インテグレーターレンズ163は、光源部161から出射された光の照度分布を均一化する。偏光変換素子164は、光源部161から出射された光を、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。
ダイクロイックミラー113は、照明装置160から出射された光に含まれる赤色光Rを透過させるとともに、緑色光Gおよび青色光Bを反射する。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Gおよび青色光Bのうち、青色光Bを透過させるとともに緑色光Gを反射する。このように、ダイクロイックミラー113、114は、照明装置160から出射された光を赤色光R、緑色光Gおよび青色光Bに分離する色分離光学系を構成している。
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Rを画像信号に応じて変調する透過型の液晶装置である。液晶ライトバルブ115は、λ/2位相差板115a、第1偏光板115b、電気光学装置100(赤色用電気光学装置100R)、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R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。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。電気光学装置100(赤色用電気光学装置100R)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Rを変調し、変調した赤色光Rをクロスダイクロイックプリズム119に向けて出射する。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Gを画像信号に応じて変調する透過型の液晶装置である。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、電気光学装置100(緑色用電気光学装置100G)、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G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。電気光学装置100(緑色用電気光学装置100G)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Gを変調し、変調した緑色光Gをクロスダイクロイックプリズム119に向けて出射する。
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Bを画像信号に応じて変調する透過型の液晶装置である。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、電気光学装置100(青色用電気光学装置100B)、および第2偏光板117dを備えている。液晶ライトバルブ117に入射する青色光B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。電気光学装置100(青色用電気光学装置100B)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Bを変調し、変調した青色光Bをクロスダイクロイックプリズム119に向けて出射する。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B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。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。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Bをリレーレンズ124bに向けて反射する。反射ミラー125bは、リレーレンズ124bから出射した青色光Bを液晶ライトバルブ117に向けて反射する。
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Bを反射して緑色光Gを透過する膜であり、ダイクロイック膜119bは赤色光Rを反射して緑色光G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Rと緑色光Gと青色光Bとを合成し、投射光学系118に向けて出射する。
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により、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R、および青色光Bをs偏光とし、ダイクロイック膜119a、119bを透過する緑色光G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等の被投射部材111に投射する。
[他の投射型表示装置]
上記投射型表示装置において、光源部として、各色の光を出射するLED光源等を用い、かかるLED光源から出射された色光を各々、別の液晶装置に供給するように構成してもよい。
上記投射型表示装置において、光源部として、各色の光を出射するLED光源等を用い、かかるLED光源から出射された色光を各々、別の液晶装置に供給するように構成してもよい。
本発明を適用した電気光学装置100については、上記の電子機器の他にも、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)、携帯電話機、情報携帯端末(PDA:Personal Digital Assistants)、デジタルカメラ、液晶テレビ、カーナビゲーション装置、テレビ電話等に用いてもよい。
1a…半導体層、2…ゲート絶縁層、3a…走査線、6a…データ線、6b、7b…中継電極、7a…上層側遮光層、9a…画素電極、10…素子基板、10a…表示領域、10d…外側領域、10e…レンズ形成領域、19…基板、19s…一方面、19t…他方面、20…対向基板、21…共通電極、30…画素スイッチング素子、50…レンズアレイ基板、61…第1エッチングマスク、62…第2エッチングマスク、80…電気光学層、100…電気光学装置、110…投射型表示装置、190…マザー基板、195…第1凹部、196…第2凹部、195a…第1凹部の底部、196a…第2凹部の底部、199…マーク、611…第1開口部、612…第2開口部、620…開口部、ST1…凹部形成工程、ST2…マーク形成工程、ST3…レンズ面形成工程、ST4…レンズ層形成工程、ST5…平坦化工程。
Claims (12)
- 一方面に凹曲面からなる複数のレンズ面が形成された透光性の基板と、
前記複数のレンズ面を覆う透光性のレンズ層と、
を有し、
前記基板の前記一方面には第1凹部が設けられ、
前記第1凹部の底部から前記基板の他方面側に凹むように前記レンズ面が設けられ、
前記レンズ層の前記基板とは反対側の面は、前記基板の前記一方面において前記第1凹部より外側に位置する外側領域と連続した平面を構成していることを特徴とするレンズアレイ基板。 - 請求項1に記載のレンズアレイ基板において、
前記基板の前記一方面には、底部にマークを有する第2凹部が設けられていることを特徴とするレンズアレイ基板。 - 請求項1または2に記載のレンズアレイ基板において、
前記第1凹部は、前記複数のレンズ面が形成された領域毎に設けられていることを特徴とするレンズアレイ基板。 - 請求項1または2に記載のレンズアレイ基板において、
前記第1凹部は、前記複数のレンズ面が形成された領域、および前記複数のレンズ面を形成する領域の間の全体にわたって設けられていることを特徴とするレンズアレイ基板。 - 請求項1乃至4の何れか一項に記載のレンズアレイ基板を備えた電気光学装置であって、
前記基板に対して垂直な方向からみた平面視で前記レンズ面と重なる画素電極を有していることを特徴とする電気光学装置。 - 請求項5に記載のレンズアレイ基板を備えた電気光学装置であって、
前記画素電極および前記画素電極に電気的に接続された画素トランジスターが設けられた素子基板と、
前記画素電極に対向する共通電極が設けられた対向基板と、
前記素子基板と前記対向基板との間に設けられた電気光学層と、
を有し、
前記素子基板および前記対向基板のうちの少なくとも一方に前記レンズアレイ基板が用いられていることを特徴とする電気光学装置。 - 請求項5または6に記載の電気光学装置を備えていることを特徴とする電子機器。
- 透光性の基板の一方面に第1凹部を形成する凹部形成工程と、
前記第1凹部の底部に凹曲面からなる複数のレンズ面を形成するレンズ面形成工程と、
前記基板の前記一方面に前記第1凹部の内部を埋めるように透光性のレンズ層を形成するレンズ層形成工程と、
前記レンズ層を前記基板とは反対側から前記第1凹部の深さ方向の途中まで除去して平坦化し、前記レンズ層の前記基板とは反対側の面を前記基板の前記一方面において前記第1凹部より外側に位置する外側領域と連続した平面とする平坦化工程と、
を有することを特徴とするレンズアレイ基板の製造方法。 - 請求項8に記載のレンズアレイ基板の製造方法において、
前記凹部形成工程では、前記基板の前記一方面に第2凹部を形成し、
前記凹部形成工程を行った後、前記平坦化工程を行う前に、前記第2凹部の底部にマークを形成するマーク形成工程を行い、
前記平坦化工程では、前記マークを指標にして前記レンズ層を除去する厚さを監視することを特徴とするレンズアレイ基板の製造方法。 - 請求項8または9に記載のレンズアレイ基板の製造方法において、
前記凹部形成工程では、前記第1凹部を前記複数のレンズ面を形成する領域毎に形成することを特徴とするレンズアレイ基板の製造方法。 - 請求項8または9に記載のレンズアレイ基板の製造方法において、
前記凹部形成工程では、前記第1凹部を前記複数のレンズ面を形成する領域、および前記複数のレンズ面を形成する領域の間の全体にわたって形成することを特徴とするレンズアレイ基板の製造方法。 - 請求項8乃至11の何れか一項に記載の前記レンズアレイ基板の製造方法を用いた電気光学装置の製造方法であって、
前記レンズ層を形成した後、前記レンズ層に対して前記基板とは反対側に、前記複数のレンズ面の各々に前記基板に対して垂直な方向からみた平面視で重なる複数の画素電極、および前記複数の画素電極の各々に電気的に接続された複数の画素スイッチング素子を形成する画素形成工程を有することを特徴とする電気光学装置の製造方法。
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