JP2021135319A - 光学基板、電気光学装置、電子機器、及び光学基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光の利用効率を向上させることが可能な光学基板、電気光学装置、電子機器、及び光学基板の製造方法を提供する。【解決手段】透光性の第１基材１０ａと、レンズ４２を有するレンズ層４１と、を備え、第１基材１０ａとレンズ層４１とは、空気層Ｓを介して配置されており、レンズ４２は、空気層Ｓに面した第１レンズ４２ａと、第１レンズ４２ａに積層され、第１レンズ４２ａの屈折率と異なる屈折率を有する第２レンズ４２ｂと、を備える。【選択図】図５

Description

本発明は、光学基板、電気光学装置、電子機器、及び光学基板の製造方法に関する。

電気光学装置として、画素にスイッチング素子を備えたアクティブ駆動型の液晶装置が知られている。このような液晶装置は、例えば、電子機器としてのプロジェクターのライトバルブとして用いられる。

液晶装置には、光量ロスを抑制するために、複数のマイクロレンズを備える光学基板が用いられる。例えば、特許文献１には、凹部を有する基板と、基板の屈折率よりも高い屈折率のレンズ材料を凹部に埋めることで得られたマイクロレンズを含むレンズ層と、が密着した構成の電気光学装置用基板が開示されている。このように、基板に対してレンズ層の屈折率を大きくすることにより、レンズ性能を高めることができる。

特開２０１５−１１０９０号公報

しかしながら、レンズ層の屈折率を大きくするほど光の透過率が低下する傾向があり、光の透過率の低下を抑制しつつ、レンズの性能を向上させることが難しいという課題がある。

光学基板は、透光性の基材と、レンズを有するレンズ層と、を備え、前記基材と前記レンズ層とは、空気層を介して配置されており、前記レンズは、前記空気層に面した第１レンズと、前記第１レンズに積層され、前記第１レンズの屈折率と異なる屈折率を有する第２レンズと、を備える。

電気光学装置は、上記に記載の光学基板と、前記光学基板と対向配置された対向基板と、前記光学基板と前記対向基板との間に配置された電気光学層と、を備える。

電子機器は、上記に記載の電気光学装置を備える。

光学基板の製造方法は、透光性を有する基材を形成する工程と、前記基材上に、第１レンズと、前記第１レンズの屈折率と異なる屈折率を有する第２レンズと、を積層し、前記第１レンズ及び前記第２レンズを含むレンズ層を形成する工程と、前記レンズ層上に、透光性を有する透光層を形成する工程と、を有し、前記レンズ層を形成する工程は、前記レンズ層を厚さ方向に貫通する貫通孔を形成し、前記レンズ層を形成する工程と前記透光層を形成する工程との間に、前記貫通孔を用いてエッチングすることにより、前記レンズ層と前記基材との間に空気層を形成し、前記透光層を形成する工程は、前記透光層により前記貫通孔を塞ぐ。

第１実施形態の電気光学装置としての液晶装置の構成を示す概略平面図。 図１に示す液晶装置のＨ−Ｈ’線に沿う概略断面図。 液晶装置の電気的な構成を示す等価回路図。 液晶装置の画素の構造を示す拡大断面図。 液晶装置を構成する光学基板としての素子基板の構造を示す断面図。 素子基板の一部の構造を示す平面図。 素子基板の一部の構造を示す平面図。 光学基板としての素子基板の製造方法を示すフローチャート。 素子基板の製造方法のうち一部の工程を説明するための断面図。 素子基板の製造方法のうち一部の工程を説明するための平面図。 素子基板の製造方法のうち一部の工程を説明するための断面図。 素子基板の製造方法のうち一部の工程を説明するための断面図。 素子基板の製造方法のうち一部の工程を説明するための断面図。 素子基板の製造方法のうち一部の工程を説明するための平面図。 素子基板の製造方法のうち一部の工程を説明するための断面図。 素子基板の製造方法のうち一部の工程を説明するための断面図。 素子基板の製造方法のうち一部の工程を説明するための断面図。 素子基板の製造方法のうち一部の工程を説明するための断面図。 素子基板の製造方法のうち一部の工程を説明するための平面図。 素子基板の製造方法のうち一部の工程を説明するための断面図。 素子基板の製造方法のうち一部の工程を説明するための断面図。 素子基板の製造方法のうち一部の工程を説明するための断面図。 電子機器としてのプロジェクターの構成を示す概略図。 第２実施形態の液晶装置の構造を示す断面図。 第３実施形態の液晶装置の構造を示す断面図。

第１実施形態
図１及び図２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及び対向基板２０と、これら一対の基板によって挟持された電気光学層としての液晶層１５とを有する。素子基板１０を構成する基材としての第１基材１０ａ、及び対向基板２０を構成する第２基材２０ａは、例えば、ガラス又は石英などである。

素子基板１０は対向基板２０よりも大きく、両基板は、対向基板２０の外周に沿って配置されたシール材１４を介して接合されている。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１５を構成している。

シール材１４は、例えば、熱硬化性又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１４には、例えば、一対の基板の間隔を一定に保持するためのスペーサーが混入されている。

シール材１４の内側には、表示に寄与する複数の画素Ｐを配列した表示領域Ｅが設けられている。表示領域Ｅの周囲には、表示に寄与しない周辺回路などが設けられた周辺領域Ｅ１が配置されている。

素子基板１０の１辺部に沿ったシール材１４と１辺部との間には、データ線駆動回路２２が設けられている。また、１辺部に対向する他の１辺部に沿ったシール材１４と表示領域Ｅとの間には、検査回路２５が設けられている。さらに、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１４と表示領域Ｅとの間には、走査線駆動回路２４が設けられている。１辺部と対向する他の１辺部に沿ったシール材１４と検査回路２５との間には、２つの走査線駆動回路２４を繋ぐ複数の配線２９が設けられている。

対向基板２０側における額縁状に配置されたシール材１４の内側には、同じく額縁状に遮光膜１８が設けられている。遮光膜１８は、例えば、光反射性を有する金属あるいは金属酸化物などからなり、遮光膜１８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。遮光膜１８としては、例えば、タングステンシリサイド（ＷＳｉ）を用いることができる。

これらデータ線駆動回路２２、走査線駆動回路２４に繋がる配線は、１辺部に沿って配列した複数の外部接続用端子７０に接続されている。以降、１辺部に沿った方向をＸ方向とし、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。また、Ｚ方向から見ることを平面視という。

図２に示すように、第１基材１０ａの液晶層１５側の表面には、画素Ｐごとに設けられた光反射性を有する画素電極２７と、スイッチング素子である薄膜トランジスター（以降、「トランジスター３０」と呼称する）と、データ線（図示せず）と、これらを覆う第１配向膜２８とが形成されている。

画素電極２７は、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などの透明導電膜で形成されている。本発明における素子基板１０は、少なくとも画素電極２７、トランジスター３０、第１配向膜２８を含むものである。

対向基板２０の液晶層１５側の表面には、遮光膜１８と、これを覆うように成膜された絶縁層３３と、絶縁層３３を覆うように設けられた対向電極３１と、対向電極３１を覆う第２配向膜３２とが設けられている。本発明における対向基板２０は、少なくとも遮光膜１８、対向電極３１、第２配向膜３２を含むものである。

遮光膜１８は、図１に示すように表示領域Ｅを取り囲むと共に、平面的に走査線駆動回路２４、検査回路２５と重なる位置に設けられている。これにより対向基板２０側からこれらの駆動回路を含む周辺回路に入射する光を遮光して、周辺回路が光によって誤動作すること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光して、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。

絶縁層３３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１８を覆うように設けられている。このような絶縁層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。

対向電極３１は、例えば、ＩＴＯなどの透明導電膜からなり、絶縁層３３を覆うと共に、図１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２６により素子基板１０側の配線に電気的に接続されている。

画素電極２７を覆う第１配向膜２８および対向電極３１を覆う第２配向膜３２は、液晶装置１００の光学設計に基づいて選定される。第１配向膜２８及び第２配向膜３２としては、気相成長法を用いてＳｉＯｘ（酸化シリコン）などの無機材料を成膜して、負の誘電異方性を有する液晶分子に対して略垂直配向させた無機配向膜が挙げられる。

このような液晶装置１００は、透過型であって、電圧が印加されない時の画素Ｐの透過率が電圧印加時の透過率よりも大きいノーマリーホワイトや、電圧が印加されない時の画素Ｐの透過率が電圧印加時の透過率よりも小さい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。

図３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複数の走査線３ａおよび複数のデータ線６ａと、容量線３ｂとを有する。例えば、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２７と、トランジスター３０と、容量素子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はトランジスター３０のゲートに電気的に接続され、データ線６ａはトランジスター３０のソース領域に電気的に接続されている。画素電極２７は、トランジスター３０のドレイン領域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２２（図１参照）に接続されており、データ線駆動回路２２から供給される画像信号Ｄ１，Ｄ２，…，Ｄｎを画素Ｐに供給する。走査線３ａは、走査線駆動回路２４（図１参照）に接続されており、走査線駆動回路２４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２２からデータ線６ａに供給される画像信号Ｄ１〜Ｄｎ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２４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トランジスター３０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Ｄ１〜Ｄｎが所定のタイミングで画素電極２７に書き込まれる構成となっている。そして、画素電極２７を介して液晶層１５に書き込まれた所定レベルの画像信号Ｄ１〜Ｄｎは、画素電極２７と液晶層１５を介して対向配置された対向電極３１との間で一定期間保持される。

保持された画像信号Ｄ１〜Ｄｎがリークするのを防止するため、画素電極２７と対向電極３１との間に形成される液晶容量と並列に容量素子１６が接続されている。容量素子１６は、２つの容量電極の間に容量膜としての誘電体層を有するものである。

図４に示すように、液晶装置１００の画素Ｐは、素子基板１０と、これに対向配置される対向基板２０とを備えている。図４は、図２に示す液晶装置１００のＡ部を拡大して示す拡大図である。素子基板１０は、複数のマイクロレンズを有するレンズ体４０と、配線層５０と、絶縁層５６と、画素電極２７と、第１配向膜２８と、を備えている。素子基板１０を構成する第１基材１０ａは、例えば、石英である。

レンズ体４０は、第１基材１０ａとの間に介在する空気層Ｓと、複数のレンズ４２を有するレンズ集合体４３を含むレンズ層４１と、透光層としての第１透光層４５と、第２透光層４６と、を備えている。

レンズ４２は、空気層Ｓ側に配置された第１レンズ４２ａと、第１レンズ４２ａに積層された第２レンズ４２ｂと、を有する。第１レンズ４２ａ及び第２レンズ４２ｂは、空気層Ｓに向かって突出し、凸曲面を有する凸レンズで構成されている。レンズ４２は、半球状をなしている。また、複数のレンズ４２は、互いに密接して配置される。

第１レンズ４２ａは、例えば、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）で構成されている。第２レンズ４２ｂは、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）で構成されている。酸窒化シリコンの屈折率は、例えば、１．４６である。酸化シリコンの屈折率は、例えば、１．６１である。空気層Ｓの屈折率は、例えば、１．０である。

このように、第１基材１０ａ側から空気層Ｓ、第１レンズ４２ａ、第２レンズ４２ｂが配置されていることにより、第１基材１０ａ側から入射した光Ｌを、空気層Ｓから第１レンズ４２ａに向かって大きく屈折させ、さらに、第１レンズ４２ａから第２レンズ４２ｂに向かって光Ｌの屈折を戻すようになる。よって、光Ｌを効率的に収束させるように屈折させることが可能となり、光の利用効率を向上させることができる。

第１透光層４５及び第２透光層４６は、レンズ４２を透過する光Ｌの光路長を調整する。第１透光層４５及び第２透光層４６は、例えば、酸化シリコンで構成される。

第２透光層４６の上には、配線層５０及び絶縁層５６が配置される。配線層５０は、遮光膜５１と、トランジスター３０と、走査線５３（３ａ）と、容量線５４（３ｂ）と、信号線５５等の各種配線と、絶縁層５６と、を有する。

絶縁層５６は、例えば、酸化シリコンで構成されており、第１絶縁層５６ａと、第２絶縁層５６ｂと、第３絶縁層５６ｃと、第４絶縁層５６ｄと、第５絶縁層５６ｅと、を有する。例えば、第１絶縁層５６ａには、遮光膜５１が配置されている。第２絶縁層５６ｂには、トランジスター３０が配置されている。第３絶縁層５６ｃには、走査線５３が配置されている。第４絶縁層５６ｄには、容量線５４が配置されている。第５絶縁層５６ｅには、信号線５５が配置されている。

上記した配線層５０は、光Ｌが透過する透光領域Ａ１１と、各種配線が配置され光Ｌを遮断する遮光領域Ａ１２と、を有する。透光領域Ａ１１は、平面視で略四角形状となっており、行列状に配置される。遮光領域Ａ１２は、平面視で格子状となっている。すなわち、遮光領域Ａ１２は、平面視で透光領域Ａ１１を囲むように配置されている。

配線層５０上には、画素電極２７が配置されている。１つの画素電極２７と１つの透光領域Ａ１１とは、平面視で重なっている。

画素電極２７及び配線層５０の上には、酸化シリコンなどの無機材料を斜方蒸着した第１配向膜２８が設けられている。第１配向膜２８の上には、シール材１４により囲まれた空間に液晶等が封入された液晶層１５が配置されている。

一方、対向基板２０の絶縁層３３上（液晶層１５側）には、例えば、その全面に渡って対向電極３１が設けられている。対向電極３１上には、酸化シリコンなどの無機材料を斜方蒸着した第２配向膜３２が設けられている。対向電極３１は、例えばＩＴＯ膜等の透明導電性膜からなる。

液晶層１５は、画素電極２７と対向電極３１との間で電界が生じていない状態で配向膜２８，３２によって所定の配向状態をとる。後述するプロジェクター１０００の光Ｌは、素子基板１０側から入射する。

図５は、光学基板としての素子基板１０の全体の構造を示す模式断面図である。図５に示すように、第１基材１０ａには、表示領域Ｅ及びその外側に相当する部分に亘って凹部１０ａ１が設けられている。

素子基板１０のレンズ層４１には、空気層Ｓに連通する貫通孔としての第１孔４１ａ及び第２孔４１ｂが設けられている。第１孔４１ａ及び第２孔４１ｂは、レンズ層４１の上に配置された第１透光層４５の一部によって塞がれている。

具体的には、第１透光層４５は、第１孔４１ａを通じて第１基材１０ａの凹部１０ａ１に接続される第１接続部４５ａを備えている。また、第１透光層４５は、第２孔４１ｂを通じて第１基材１０ａの凹部１０ａ１に接続される第２接続部４５ｂを備えている。第１接続部４５ａ及び第２接続部４５ｂを備えていることで、第１基材１０ａとレンズ層４１との間の空気層Ｓの状態を維持することができる。

空気層Ｓは、空気などの気体で構成されている。なお、空気層Ｓは、真空で構成されていてもよい。また、空気層Ｓは、気密空間でもよいし、気密空間でなくてもよい。

レンズ層４１と第１基材１０ａとの間に空気層Ｓが設けられていることにより、レンズ層４１のレンズ集合体４３は、第１基材１０ａの凹部１０ａ１の底面と離間して配置されている。レンズ層４１は、平面視でレンズ集合体４３よりも外側の部分が第１基材１０ａに接触している。

第１透光層４５と第２透光層４６との間には、遮光性を有する遮光膜４７が配置されている。遮光膜４７は、平面視で四角形の枠状に形成されている（図７参照）。

図６は、素子基板１０のうち第１基材１０ａから第１透光層４５までの構造を示す概略平面図である。図７は、素子基板１０のうち第１基材１０ａから第２透光層４６までの構造を示す概略平面図である。なお、図６及び図７に示す方向から見ることを平面視という。

図６に示すように、第１基材１０ａには、平面視で四角形状の凹部１０ａ１が設けられている。レンズ集合体４３は、凹部１０ａ１の中に包含されるように配置されている。レンズ集合体４３を構成する複数のレンズ４２は、例えば、Ｘ方向及びＹ方向（図１参照）に行列状に配置されている。

レンズ層４１におけるレンズ集合体４３の外側には、第１孔４１ａ及び第２孔４１ｂが形成されている。具体的には、第１孔４１ａ及び第２孔４１ｂは、凹部１０ａ１の中に包含されるように、凹部１０ａ１のＸ方向（図１参照）の両端側にそれぞれ形成されている。言い換えれば、第１接続部４５ａと第２接続部４５ｂとの間に、レンズ集合体４３が配置されている。また、例えば、第１孔４１ａ及び第２孔４１ｂのＹ方向（図１参照）の長さと、レンズ集合体４３のＹ方向の長さとは、ほぼ同じ長さである。

図７に示すように、遮光膜４７は、例えば、レンズ集合体４３を囲むように形成されている。また、遮光膜４７は、第１接続部４５ａ及び第２接続部４５ｂと重なるように形成されている。次に、光学基板としての素子基板１０の製造方法を、図８〜図２２を参照しながら説明する。

図８〜図１０に示すように、ステップＳ１１では、第１基材１０ａに凹部１０ａ１を形成する。凹部１０ａ１を形成する方法としては、例えば、石英である第１基材１０ａに、エッチング処理を施すことにより形成する。図９に示すように、凹部１０ａ１の深さＤ１は、後述するレンズ４２の厚みよりも大きくなるように形成する。図１０に示すように、凹部１０ａ１は、例えば、平面視で四角形状である。

次に、ステップＳ１２では、犠牲層６１，６２，６３を形成する。具体的には、図１１に示すように、第１基材１０ａの表面に、例えば、ＣＶＤ（chemical vapor deposition）法等の蒸着法により第１犠牲層６１を形成する。第１犠牲層６１は、例えば、シリコンを含む。

次に、図１２に示すように、第１犠牲層６１の上に、例えば、ＣＶＤ法などの蒸着法により第２犠牲層６２を形成する。その後、第１犠牲層６１及び第２犠牲層６２を含む第１基材１０ａ上を、ＣＭＰ（chemical mechanical polishing）法等の研磨処理を行って平坦化する。第２犠牲層６２は、例えば、酸化シリコンを含む。なお、第２犠牲層６２は、第１犠牲層６１とは異なる材料であることが好ましい。

次に、図１３に示すように、第２犠牲層６２に、半球状のレンズ用凹部６２ａを、例えば、エッチング処理により形成する。その後、第２犠牲層６２から第１基材１０ａの一部に亘って、例えば、ＣＶＤ法などにより第３犠牲層６３を形成する。レンズ用凹部６２ａは、図１４に示すように、平面視で行列状に形成される。第３犠牲層６３は、例えば、シリコンを含み、第１犠牲層６１と同一材料であることが好ましい。

ステップＳ１３では、レンズ層４１を形成する。具体的には、まず、図１５に示すように、第３犠牲層６３及び第１基材１０ａの上に、ＣＶＤ法などの蒸着法を用いて第１レンズ４２ａを成膜する。第１レンズ４２ａは、上記したように、例えば、酸窒化シリコンである。

次に、図１６に示すように、第１レンズ４２ａの上に第２レンズ４２ｂを、例えば、ＣＶＤ法などの蒸着法を用いて積層し、第１レンズ４２ａ及び第２レンズ４２ｂを含むレンズ層４１を形成する。第２レンズ４２ｂは、上記したように、例えば、酸化シリコンである。その後、レンズ層４１の上面を、ＣＭＰ法などを用いて平坦化処理し、レンズ層４１が完成する。

ステップＳ１４では、空気層Ｓを形成する。具体的には、まず、図１７に示すように、レンズ層４１に第１孔４１ａ及び第２孔４１ｂを、例えば、エッチング処理によって形成する。

次に、図１８に示すように、レンズ層４１の上に、ＣＶＤ法などの蒸着法を用いて第４犠牲層６４を成膜する。第４犠牲層６４は、例えば、シリコンを含み、第３犠牲層６３と同一材料であることが好ましい。その後、第４犠牲層６４の一部、第１レンズ４２ａの一部、第３犠牲層６３の一部、第２犠牲層６２の一部に、エッチング処理を施し、第１空気層用孔６５ａ及び第２空気層用孔６５ｂを形成する。

また、図１９に示すように、第１空気層用孔６５ａは、平面視で第１孔４１ａよりも小さい大きさで形成される。同様に、第２空気層用孔６５ｂは、平面視で第２孔４１ｂよりも小さい大きさで形成される。

次に、図２０に示すように、第１孔４１ａ、第２孔４１ｂ、第１空気層用孔６５ａ、及び第２空気層用孔６５ｂを用いてエッチング処理を行うことにより、第２犠牲層６２を除去する。第２犠牲層６２を除去するため、上記したように、第１犠牲層６１、第３犠牲層６３及び第４犠牲層６４の材料は、第２犠牲層６２の構成材料と異なることが好ましい。

具体的には、第２犠牲層６２を除去する際に用いられるエッチングガスに対する第１犠牲層６１、第３犠牲層６３、及び第４犠牲層６４のエッチングレートは、エッチングガスに対する第２犠牲層６２のエッチングレートよりも遅いことが好ましい。このように、第１犠牲層６１、第３犠牲層６３、及び第４犠牲層６４は、第１基材１０ａ及びレンズ層４１を保護する保護層として機能する。

次に、図２１に示すように、第１孔４１ａ及び第２孔４１ｂを用いて、第１犠牲層６１、第３犠牲層６３、及び第４犠牲層６４をエッチング処理により除去する。なお、第１犠牲層６１、第３犠牲層６３、及び第４犠牲層６４を同一材料にすることにより、同一のエッチング処理によって除去することができる。なお、第１空気層用孔６５ａ及び第２空気層用孔６５ｂの部分の第１レンズ４２ａも、エッチング処理などにより除去する。これにより、レンズ層４１のうちレンズ集合体４３と、第１基材１０ａの凹部１０ａ１との間に、空気層Ｓが形成される。

ステップＳ１５では、第１透光層４５を形成する。具体的には、図２２に示すように、レンズ層４１の上に、例えば、ＣＶＤ法などの蒸着法を用いて第１透光層４５を形成する。これにより、レンズ層４１における第１孔４１ａ及び第２孔４１ｂの中に第１透光層４５の一部が埋め込まれるとともに、第１接続部４５ａ及び第２接続部４５ｂが形成される。

言い換えれば、第１接続部４５ａは、第１孔４１ａを通じて第１基材１０ａの凹部１０ａ１に接触する。一方、第２接続部４５ｂは、第２孔４１ｂを通じて第１基材１０ａの凹部１０ａ１に接触する。第１透光層４５は、例えば、酸化シリコンである。その後、第１透光層４５の上面を平坦化処理することにより完成する。

ステップＳ１６では、遮光膜４７を形成する。具体的には、図２２に示すように、第１透光層４５の上に、例えば、ＣＶＤ法などの蒸着法、及びエッチング処理によって遮光膜４７を形成する。

ステップＳ１７では、第２透光層４６を形成する（図５参照）。具体的には、第１透光層４５及び遮光膜４７を覆うように、例えば、ＣＶＤ法などの蒸着法を用いて第２透光層４６を形成する。その後、第２透光層４６の上面を平坦化することにより完成する。第２透光層４６は、例えば、酸化シリコンである。

ステップＳ１８では、各種配線を含む配線層５０及び絶縁層５６を、公知の成膜法やパターニング法などを用いて形成する（図５参照）。続いて、ステップＳ１９では、絶縁層５６の上にＩＴＯなどからなる画素電極２７を形成する。続いて、ステップＳ２０では、例えば、斜方蒸着法などを用いて第１配向膜２８を形成する。以上により、素子基板１０が完成する。

図２３に示すように、本実施形態のプロジェクター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、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。

なお、液晶装置１００が搭載される電子機器としては、プロジェクター１０００の他、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）、スマートフォン、ＥＶＦ（Electrical View Finder）、モバイルミニプロジェクター、電子ブック、携帯電話、モバイルコンピューター、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、ディスプレイ、車載機器、オーディオ機器、露光装置や照明機器など各種電子機器に用いることができる。

以上述べたように、第１実施形態の液晶装置１００は、透光性の第１基材１０ａと、レンズ４２を有するレンズ層４１と、を備え、第１基材１０ａとレンズ層４１とは、空気層Ｓを介して配置されており、レンズ４２は、空気層Ｓに面した第１レンズ４２ａと、第１レンズ４２ａに積層され、第１レンズ４２ａの屈折率と異なる屈折率を有する第２レンズ４２ｂと、を備える。

この構成によれば、第１基材１０ａとレンズ層４１との間に空気層Ｓを有するので、空気層Ｓが無い場合のように、第１基材１０ａとレンズ層４１とが密着した場合の屈折率差と比較して、第１基材１０ａと空気層Ｓとの屈折率差の方が大きくなる。よって、従来のように、レンズ層の屈折率を高くしなくても、空気層Ｓを利用することにより屈折率を高められるので、レンズ層４１における光Ｌの透過率の低下を抑制しつつ、レンズ４２性能を高めることができる。

更に、第１レンズ４２ａ及び第２レンズ４２ｂが積層されているので、大きく曲げた光Ｌを戻すことが可能となり、例えば、光Ｌが投射レンズで蹴られることを抑えることができる。その結果、光Ｌの利用効率を向上させることが可能となり、明るくすることができる。

また、レンズ層４１における第１基材１０ａと反対側に透光性を有する第１透光層４５が配置され、レンズ層４１は、厚さ方向に貫通する第１孔４１ａ及び第２孔４１ｂを有し、第１透光層４５は、第１孔４１ａ及び第２孔４１ｂを塞いで配置されている。

この構成によれば、例えば、製造時において、第１孔４１ａ及び第２孔４１ｂを用いてエッチング処理を行うことが可能となり、第１基材１０ａとレンズ層４１との間に容易に空気層Ｓをつくることができる。

また、第１透光層４５は、第１孔４１ａ及び第２孔４１ｂを通じて第１基材１０ａに接続される第１接続部４５ａ及び第２接続部４５ｂを備える。

この構成によれば、第１基材１０ａと第１透光層４５とが接続される第１接続部４５ａ及び第２接続部４５ｂを備えるので、第１基材１０ａと第１透光層４５との間に空気層Ｓがある場合でも、第１基材１０ａと第１透光層４５との接触面積を増やすことが可能となり、レンズ層４１が撓むことを抑えることができる。

また、液晶装置１００は、上記に記載の素子基板１０と、素子基板１０と対向配置された対向基板２０と、素子基板１０と対向基板２０との間に配置された液晶層１５と、を備える。

この構成によれば、表示品質を向上させることが可能な液晶装置１００を提供することができる。

また、プロジェクター１０００は、上記に記載の液晶装置１００を備えるので、表示品質を向上させることが可能なプロジェクター１０００を提供することができる。

また、液晶装置１００の製造方法は、透光性を有する第１基材１０ａを形成する工程と、第１基材１０ａ上に、第１レンズ４２ａと、第１レンズ４２ａの屈折率と異なる屈折率を有する第２レンズ４２ｂと、を積層し、第１レンズ４２ａ及び第２レンズ４２ｂを含むレンズ層４１を形成する工程と、レンズ層４１上に、透光性を有する第１透光層４５を形成する工程と、を有し、レンズ層４１を形成する工程は、レンズ層４１を厚さ方向に貫通する第１孔４１ａ及び第２孔４１ｂを形成し、レンズ層４１を形成する工程と第１透光層４５を形成する工程との間に、第１孔４１ａ及び第２孔４１ｂを用いてエッチングすることにより、レンズ層４１と第１基材１０ａとの間に空気層Ｓを形成し、第１透光層４５を形成する工程は、第１透光層４５により第１孔４１ａ及び第２孔４１ｂを塞ぐ。

この方法によれば、第１基材１０ａとレンズ層４１との間に空気層Ｓを形成するので、空気層Ｓを形成しない場合のように、第１基材１０ａとレンズ層４１とが密着した場合の屈折率差と比較して、第１基材１０ａと空気層Ｓとの屈折率差の方が大きくなる。よって、従来のように、レンズ層４１の屈折率を高くしなくても、空気層Ｓを利用することにより屈折率を高められるので、レンズ層４１における光Ｌの透過率の低下を抑制しつつ、レンズ４２性能を高めることができる。更に、第１レンズ４２ａ及び第２レンズ４２ｂが積層されているので、大きく曲げた光Ｌを戻すことが可能となり、例えば、光Ｌが投射レンズで蹴られることを抑えることができる。その結果、光Ｌの利用効率を向上させることが可能となり、明るくすることができる。加えて、トランジスター３０の形成時におけるアニール処理に対するレンズ層４１の耐熱性の低下が抑制される。

第２実施形態
第２実施形態の液晶装置２００は、図２４に示すように、絶縁層５６と画素電極２７との間に第２レンズ体２４０を備えている部分が、第１実施形態の液晶装置１００と異なっている。その他の構成については概ね同様である。このため第２実施形態では、第１実施形態と異なる部分について詳細に説明し、その他の重複する部分については適宜説明を省略する。

第２実施形態の液晶装置２００は、第１実施形態と同様に、第１基材１０ａから絶縁層５６まで形成されている。第１実施形態と異なる部分として、絶縁層５６の上に第２レンズ体２４０が形成されている。第２レンズ体２４０の上には、保護膜２５０が形成されており、保護膜２５０の上には、画素電極２７及び第１配向膜２８が形成されている。

第２レンズ体２４０は、第２レンズ基材２１０ａと、第２レンズ層２４１と、を備えており、例えば、画素Ｐごとに光Ｌの広がり角度を調整するレンズとして機能する。第２レンズ基材２１０ａは、例えば、酸化シリコンで構成されている。第２レンズ基材２１０ａには、凹部が形成されており、凹部を覆うように第２レンズ層２４１が配置されている。

第２レンズ層２４１は、例えば、第２レンズ基材２１０ａの屈折率よりも大きい材料であり、例えば、酸窒化シリコンで構成されている。第２レンズ層２４１のレンズ２４２は、第２レンズ基材２１０ａに向かって突出する凸レンズで構成されている。また、レンズ２４２は、半球状に形成されている。第２レンズ層２４１の各レンズ２４２は、絶縁層５６の下側に配置されたレンズ層４１の各レンズ４２に対応して配置されている。

保護膜２５０は、例えば、素子基板１１０の製造時における第２レンズ体２４０のクラックなどの発生を低減するために用いられており、酸化シリコンなどで構成されている。

このように、第２実施形態の液晶装置２００によれば、画素電極２７と、画素電極２７と第２透光層４６との間に配置されたトランジスター３０（図５参照）と、画素電極２７とトランジスター３０との間に配置された第２レンズ層２４１と、を備える。

この構成によれば、画素電極２７やトランジスター３０を備える素子基板１１０に適用することができる。

また、対向基板２０は、表示領域Ｅに遮光膜が無い。

この構成によれば、表示領域Ｅに遮光膜が無い、具体的には、平面視で素子基板１１０の画素電極２７と画素電極２７との間に対応する位置に、遮光膜であるブラックマトリクスを有していない。よって、液晶装置２００を通過する光Ｌは、対向基板２０を透過する際に、ブラックマトリクスによる回析により位相差が生じて、偏光状態に乱れを生じさせることを抑えることが可能となり、コントラストの低下を抑制することができる。また、対向基板２０と素子基板１１０とを組み合わせた際に、対向基板２０のブラックマトリクスと素子基板１１０の遮光膜との位置がずれてしまう、所謂、組ずれが生じないため、画素Ｐの開口率が低下して、明るさが低下することがない。

第３実施形態
第３実施形態の液晶装置３００は、図２５に示すように、絶縁層５６と画素電極２７との間に第３レンズ体３４０を備えている部分が、第１実施形態の液晶装置１００と異なっている。その他の構成については概ね同様である。このため第３実施形態では、第１実施形態と異なる部分について詳細に説明し、その他の重複する部分については適宜説明を省略する。

第３実施形態の液晶装置３００は、第１実施形態と同様に、第１基材１０ａから絶縁層５６まで形成されている。第１実施形態と異なる部分として、絶縁層５６の上に第３レンズ体３４０が形成されている。第３レンズ体３４０の上には、保護膜２５０が形成されており、保護膜２５０の上には、画素電極２７及び第１配向膜２８が形成されている。

第３レンズ体３４０は、第３レンズ基材３１０ａと、第３レンズ層３４１と、透光層３４５と、を備えており、例えば、画素Ｐごとに光Ｌの広がり角度を調整するレンズとして機能する。第３レンズ基材３１０ａは、例えば、酸化シリコンで構成されている。第３レンズ基材３１０ａには、凹部が形成されており、空気層Ｓ３を挟んで第３レンズ層３４１が配置されている。

第３レンズ層３４１は、例えば、空気層Ｓ３の屈折率よりも大きい材料であり、酸化シリコンや酸窒化シリコンなどで構成されている。第３レンズ層３４１のレンズ３４２は、第３レンズ基材３１０ａに向かって突出する凸レンズで構成されている。また、レンズ３４２は、半球状に形成されている。第３レンズ層３４１の各レンズ３４２は、絶縁層５６の下側に配置されたレンズ層４１の各レンズ４２に対応して配置されている。この構成によれば、光Ｌの透過する方向を調整することが可能となり、更に光の利用効率を向上させることができる。

なお、上記実施形態に記載したレンズ４２，２４２，３４２は、凸曲面を有する凸レンズで構成されるが、凹曲面を有する凹レンズであってもよい。

上記実施形態に記載した第１レンズ４２ａ及び第２レンズ４２ｂが積層された構造のレンズ層４１を含むレンズ体４０は、素子基板１０に配置されることに限定されず、対向基板２０に配置されるようにしてもよい。また、素子基板１０と対向基板２０との両方にレンズ体４０が配置されるようにしてもよい。

上記実施形態に記載したレンズ体４０は、第１基材１０ａに凹部１０ａ１を設けることにより、第１基材１０ａとレンズ集合体４３との間に空気層Ｓを形成しているが、この構造に限定されず、例えば、第１基材１０ａに凹部１０ａ１を設けず、レンズ層４１に凹部を設けることにより、第１基材１０ａとレンズ集合体４３との間に空気層Ｓを形成するようにしてもよい。

上記実施形態に記載した第１孔４１ａ及び第２孔４１ｂは、図６に示すように、素子基板１０のＸ方向（図１参照）、具体的には、表示領域Ｅを挟んでＸ方向の両側に配置することに限定されず、例えば、素子基板１０のＹ方向（図１参照）に配置するようにしてもよい。また、第１孔４１ａ及び第２孔４１ｂは、Ｘ方向とＹ方向との両方に配置するようにしてもよい。更に、第１孔４１ａ及び第２孔４１ｂの２つに限定されず、２つ以上の孔を配置するようにしてもよい。

上記実施形態に記載したレンズ体４０の製造方法は、上記製造方法に限定されず、例えば、空気層Ｓが形成されるように、第１基材１０ａとレンズ層４１とを貼り合わせるようにしてもよい。また、レンズ体４０に第１接続部４５ａ及び第２接続部４５ｂを設けたが、第１接続部４５ａ及び第２接続部４５ｂを配置しない構成でもよい。

上記した実施形態に記載したレンズ４２は、空気層Ｓ側から酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）である高屈折率の第１レンズ４２ａ、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）である低屈折率の第２レンズ４２ｂの順に配置したが、これに限定されず、光学系やレンズの深さに起因して、空気層Ｓ側から酸化シリコン（ＳｉＯ₂）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）の順に配置するようにしてもよい。

上記した第２実施形態や第３実施形態の液晶装置２００，３００は、保護膜２５０を配置しているが、第１実施形態の液晶装置１００のように、保護膜２５０が無く、絶縁層５６の上に画素電極２７が配置されるようにしてもよい。

また、電気光学装置として上記したような液晶装置１００を適用することに限定されず、例えば、有機ＥＬ装置、プラズマディスプレイ、電子ペーパー（ＥＰＤ）等に適用するようにしてもよい。

３ａ…走査線、３ｂ…容量線、６ａ…データ線、１０…素子基板、１０ａ１…凹部、１０ａ…基材としての第１基材、１４…シール材、１５…電気光学層としての液晶層、１６…容量素子、１８…遮光膜、２０…対向基板、２０ａ…第２基材、２２…データ線駆動回路、２４…走査線駆動回路、２５…検査回路、２６…上下導通部、２７…画素電極、２８…第１配向膜、２９…配線、３０…トランジスター、３１…対向電極、３２…第２配向膜、３３…絶縁層、４０…レンズ体、４１…レンズ層、４１ａ…第１孔、４１ｂ…第２孔、４２…レンズ、４２ａ…第１レンズ、４２ｂ…第２レンズ、４３…レンズ集合体、４５…透光層としての第１透光層、４５ａ…接続部としての第１接続部、４５ｂ…接続部としての第２接続部、４６…第２透光層、４７…遮光膜、５０…配線層、５１…遮光膜、５３…走査線、５４…容量線、５５…信号線、５６…絶縁層、５６ａ…第１絶縁層、５６ｂ…第２絶縁層、５６ｃ…第３絶縁層、５６ｄ…第４絶縁層、５６ｅ…第５絶縁層、６１…第１犠牲層、６２…第２犠牲層、６２ａ…レンズ用凹部、６３…第３犠牲層、６４…第４犠牲層、６５ａ…第１空気層用孔、６５ｂ…第２空気層用孔、７０…外部接続用端子、１００，２００，３００…電気光学装置としての液晶装置、１１０…素子基板、２１０ａ…第２レンズ基材、２４０…第２レンズ体、２４１…第２レンズ層、２４２…レンズ、２５０…保護膜、３１０ａ…第３レンズ基材、３４０…第３レンズ体、３４１…第３レンズ層、３４２…レンズ、１０００…電子機器としてのプロジェクター、１１００…偏光照明装置、１１０１…ランプユニット、１１０２…インテグレーターレンズ、１１０３…偏光変換素子、１１０４，１１０５…ダイクロイックミラー、１１０６，１１０７，１１０８…反射ミラー、１２０１，１２０２，１２０３，１２０４，１２０５…リレーレンズ、１２０６…クロスダイクロイックプリズム、１２０７…投射レンズ、１２１０，１２２０，１２３０…液晶ライトバルブ、１３００…スクリーン。

Claims (8)

1. 透光性の基材と、
   レンズを有するレンズ層と、
   を備え、
   前記基材と前記レンズ層とは、空気層を介して配置されており、
   前記レンズは、前記空気層に面した第１レンズと、前記第１レンズに積層され、前記第１レンズの屈折率と異なる屈折率を有する第２レンズと、を備えることを特徴とする光学基板。
2. 請求項１に記載の光学基板であって、
   前記レンズ層における前記基材と反対側に透光性を有する透光層が配置され、
   前記レンズ層は、厚さ方向に貫通する貫通孔を有し、
   前記透光層は、前記貫通孔を塞いで配置されていることを特徴とする光学基板。
3. 請求項２に記載の光学基板であって、
   前記透光層は、前記貫通孔を通じて前記基材に接続される接続部を備えることを特徴とする光学基板。
4. 請求項２又は請求項３に記載の光学基板であって、
   画素電極と、
   前記画素電極と前記透光層との間に配置されたトランジスターと、
   前記画素電極と前記トランジスターとの間に配置された第２レンズ層と、
   を備えることを特徴とする光学基板。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の光学基板と、
   前記光学基板と対向配置された対向基板と、
   前記光学基板と前記対向基板との間に配置された電気光学層と、
   を備えることを特徴とする電気光学装置。
6. 請求項５に記載の電気光学装置であって、
   前記対向基板は、表示領域に遮光膜が無いことを特徴とする電気光学装置。
7. 請求項５又は請求項６に記載の電気光学装置を備えることを特徴とする電子機器。
8. 透光性を有する基材を形成する工程と、
   前記基材上に、第１レンズと、前記第１レンズの屈折率と異なる屈折率を有する第２レンズと、を積層し、前記第１レンズ及び前記第２レンズを含むレンズ層を形成する工程と、
   前記レンズ層上に、透光性を有する透光層を形成する工程と、
   を有し、
   前記レンズ層を形成する工程は、前記レンズ層を厚さ方向に貫通する貫通孔を形成し、
   前記レンズ層を形成する工程と前記透光層を形成する工程との間に、前記貫通孔を用いてエッチングすることにより、前記レンズ層と前記基材との間に空気層を形成し、
   前記透光層を形成する工程は、前記透光層により前記貫通孔を塞ぐことを特徴とする光学基板の製造方法。

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