JP2021165794A - 電気光学装置および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】屈折率の高い透光層を設けなくても、レンズの性能を向上させることができる電気光学装置、および電子機器を提供すること。【解決手段】電気光学装置１００は、透光性の第１部材５１と、第１部材５１に空間Ｓを介して対向する透光性の第２部材５２と、第２部材５２に対して第１部材５１とは反対側に設けられた複数の画素電極１５を有している。第１部材５１は、基板本体１９であり、第２部材５２は透光膜である。第２部材５２の第１部材５１と対向する面には、複数の画素電極１５に各々、平面視で重なる凸曲面からなる複数のレンズ面５０１が形成されている。第１部材５１と第２部材５２との間には、空間Ｓを貫通して第１部材５１および第２部材５２と接する支柱７０が設けられている。空間Ｓは、第１部材５１と第２部材５２との間に設けた犠牲層を除去することによって形成することができる。【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ものである。

投射型表示装置のライトバルブとして用いられる液晶装置等の電気光学装置では、画像を表示する際の光量ロスを抑制するために、電気光学装置用基板に複数のレンズを設けることが提案されている（特許文献１参照）。特許文献１に記載の電気光学装置において、レンズとしては、石英基板からなる基板本体に形成された凹曲面を埋めるように、基板本体より屈折率が大きな酸窒化シリコン等のレンズ層を設けた構成が提案されている。

特開２０１５−１１０９０号公報

レンズのパワーを高めるには、基板本体とレンズ層との屈折率の差を大きくすることが好ましい。しかしながら、屈折率の差をより大きくするために、例えば、レンズ層の屈折率を大きくしようとすると、レンズ層の光の透過率が低下しやすいため、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。

以上の課題を解消するために、本発明に係る電気光学装置は、透光性の第１部材と、前記第１部材に空間を介して対向する透光性の第２部材と、前記第２部材に対して前記第１部材とは反対側に設けられた複数の画素電極と、前記第１部材の前記第２部材と対向する面、および第２部材の前記第１部材と対向する面の一方の面に設けられ、前記複数の画素電極に各々、平面視で重なる凸曲面からなる複数のレンズ面と、前記空間を貫通して前記第１部材および前記第２部材と接する支柱と、を有することを特徴とする。

本発明に係る電気光学装置は、各種電子機器に用いることができる。電子機器が投射型表示装置である場合、電子機器には、前記電気光学装置に入射する照明光を出射する光源部と、前記電気光学装置から出射された変調光を投射する投射光学系と、が設けられる。

本発明の第１実施形態に係る電気光学装置の平面構成を示す説明図。 図１に示す電気光学装置をＨ−Ｈ′線に沿って切断した断面図。 図１に示す電気光学装置の電気的な構成を示す説明図。 図２に示す断面の一部を拡大して模式的に示す説明図。 図４に示すレンズ等の平面的な配置を示す説明図。 図２に示す電気光学装置の製造方法を示す工程断面図。 図２に示す電気光学装置の製造方法を示す工程断面図。 本発明の第２実施形態の説明図。 本発明の第２実施形態の説明図。 本発明の第２実施形態の説明図。 本発明の第３実施形態の説明図 本発明の第４実施形態の説明図。 本発明の第５実施形態の説明図 本発明の第６実施形態の説明図 電子機器の一例であるパーソナルコンピューターを示す斜視図。 電子機器の一例であるスマートフォンを示す斜視図。 電子機器の一例である投射型表示装置を模式的に示す説明図。

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、第１基板１０に形成された膜等を説明する際、上層とは第２基板２０の側を意味し、下層とは第２基板２０と反対側を意味する。第２基板２０に形成された膜等を説明する際、上層とは第１基板１０の側を意味し、下層とは第１基板１０と反対側を意味する。また、平面視とは、第１基板１０および第２基板２０に対する法線方向からみた様子を意味する。本明細書では、第１基板１０の面内で直交する座標軸をＸ軸およびＹ軸としたとき、Ｘ軸およびＹ軸と直交する方向から見ることを「平面視」という。

［第１実施形態］
１．全体構成
図１は、本発明の第１実施形態に係る電気光学装置１００の平面構成を示す説明図である。図２は、図１に示す電気光学装置１００をＨ−Ｈ′線に沿って切断した断面図である。図１および図２に示す電気光学装置１００は、液晶装置であり、液晶パネル１１０を有している。液晶パネル１１０は、第１基板１０と、第１基板１０に対向する第２基板２０とを有しており、第１基板１０と第２基板２０とは、枠状のシール材４０を介して貼り合わされている。第１基板１０と第２基板２０との間のうち、シール材４０で囲まれた空間内には液晶層からなる電気光学層６０が保持されている。

第１基板１０は第２基板２０よりも大きく、シール材４０は、第２基板２０の外縁に沿って配置されている。電気光学層６０は、正または負の誘電異方性を有する液晶材料からなる。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等の接着剤からなり、第１基板１０と第２基板２０との間隔を一定に保持するためのスペーサー（図示せず）を含んでいる。

シール材４０で囲まれた領域内には、画素電極１５を備えた画素Ｐがマトリクス状に複数、配列された画素領域Ｅが設けられており、第２基板２０には、シール材４０と画素領域Ｅとの間に画素領域Ｅの周りを囲む見切り部２１が設けられている。見切り部２１は、金属あるいは金属酸化物等からなる遮光層によって構成されている。図示を省略するが、遮光層は、第２基板２０に対して、隣り合う画素Ｐの境界部分に平面視で重なるブラックマトリックスとして構成されることもある。

第１基板１０は、石英基板、サファイア基板、ガラス基板等からなる透光性の基板本体１９を有している。基板本体１９の第２基板２０側の一方面１９ｓ側において、画素領域Ｅの外側には、第１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１０４が形成され、この一辺に隣接する他の辺に沿って走査線駆動回路１０２が形成されている。基板本体１９の一方面１９ｓ側において、画素領域Ｅの外側には、端子１０４が配列された辺と対向する辺に沿って検査回路１０３が設けられている。基板本体１９の一方面１９ｓ側には、シール材４０と検査回路１０３との間で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。データ線駆動回路１０１、および走査線駆動回路１０２に繋がる複数の配線は各々、複数の端子１０４に接続されている。以下、端子１０４が配列されている方向をＸ軸方向とし、Ｘ軸方向に直交する方向をＹ軸方向として説明する。

端子１０４には、フレキシブル配線基板（図示せず）が接続され、第１基板１０には、フレキシブル配線基板を介して各種電位や各種信号が入力される。また、基板本体１９の一方面１９ｓ側において、画素Ｐには、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）膜等の透光性導電膜からなる透光性の複数の画素電極１５、および複数の画素電極１５の各々に電気的に接続するスイッチング素子（図２には図示せず）がマトリクス状に形成されている。画素電極１５に対して第２基板２０側には第１配向膜１４が形成されており、画素電極１５は、第１配向膜１４によって覆われている。従って、基板本体１９から第１配向膜１４までが第１基板１０に相当する。

第２基板２０は、石英基板、サファイア基板、ガラス基板等からなる透光性の基板本体２９を有している。基板本体２９の第１基板１０と対向する一方面２９ｓ側には、見切り部２１と、見切り部２１を覆う酸化シリコン等からなる平坦化膜２２と、平坦化膜２２を覆う共通電極２５と、共通電極２５を覆う第２配向膜２４とが設けられている。見切り部２１は、平面視において、画素領域Ｅの周りを囲むととともに、走査線駆動回路１０２および検査回路１０３と重っている。従って、見切り部２１は、第２基板２０側から走査線駆動回路１０２等に入射しようとする光を遮蔽することにより、光による誤動作を防止している。共通電極２５は、ＩＴＯ等の透光性導電膜からなり、基板間導通部１０６、および第１基板１０に設けられた配線を介して端子１０４に電気的に接続されている。

第１配向膜１４および第２配向膜２４は、電気光学装置１００の光学設計に基づいて選定される。第１配向膜１４、および第２配向膜２４は、気相成長法によって成膜されたＳｉＯｘ（酸化シリコン）等の無機配向膜からなり、負の誘電異方性を有する液晶分子を略垂直配向させる。第１配向膜１４、および第２配向膜２４は、表面がラビングされたポリイミド等の有機配向膜からなる場合もあり、有機配向膜は、正の誘電異方性を有する液晶分子を略水平配向させる。

本実施形態の電気光学装置１００において、画素電極１５および共通電極２５が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、第１基板１０および第２基板２０のうちの一方の基板側から電気光学層６０に入射した可視光からなる光が他方の基板側を透過して出射される間に変調されて画像を表示する。本実施の形態では、図２に矢印Ｌで示すように、第１基板１０の側から電気光学層６０に入射した光が第２基板２０を透過して出射される間に変調されて画像を表示する。従って、第１基板１０は光の入射側に設けられ、第２基板２０は、第１基板１０に対して光の出射側で対向している。

本実施形態の電気光学装置１００は、光の入射側、および出射側の各々に配置される偏光素子の光学設計に応じて、電圧無印加状態で画素Ｐの透過率が最大となるノーマリーホワイトモードや、電圧無印加状態で画素Ｐの透過率が最小となるノーマリーブラックモードの液晶装置として構成される。

２．電気的な構成
図３は、図１に示す電気光学装置１００の電気的な構成を示す説明図である。図３に示すように、電気光学装置１００は、少なくとも画素領域ＥにおいてＸ軸方向に延在する複数の走査線３ａと、Ｙ軸方向に延在する複数のデータ線６ａとを有しており、走査線３ａとデータ線６ａとは、第１基板１０において、互いに絶縁された状態にある。本実施形態において、第１基板１０は、データ線６ａに沿って延在する容量線３ｂを有している。また、複数の走査線３ａと複数のデータ線６ａとの各交差に対応して画素Ｐが設けられている。複数の画素Ｐは各々、画素電極１５、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）からなるスイッチング素子３０、および蓄積容量１６を備えている。走査線３ａはスイッチング素子３０のゲートに電気的に接続され、データ線６ａはスイッチング素子３０のソースに電気的に接続されている。画素電極１５はスイッチング素子３０のドレインに電気的に接続されている。

データ線６ａは、図１に示すデータ線駆動回路１０１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Ｄ１、Ｄ２、…、Ｄｎを画素Ｐに供給する。走査線３ａは、図１に示す走査線駆動回路１０２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を順次、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線順次で供給する。

電気光学装置１００では、スイッチング素子３０が走査信号ＳＣ１〜ＳＣｍの入力によりオン状態とされる期間、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１５に書き込まれる。画素電極１５を介して電気光学層６０に書き込まれた所定レベルの画像信号Ｄ１〜Ｄｎは、画素電極１５と電気光学層６０を介して対向配置された共通電極２５との間で一定期間保持される。画像信号Ｄ１〜Ｄｎの周波数は例えば６０Ｈｚである。本実施形態においては、画素電極１５と電気光学層６０との間に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１５と共通電極２５との間に形成される液晶容量と並列に蓄積容量１６が接続されている。蓄積容量１６は、スイッチング素子３０のドレインと容量線３ｂとの間に設けられている。

図１に示す検査回路１０３にはデータ線６ａが接続されており、検査回路１０３は、電気光学装置１００の製造過程において、上記画像信号を検出することによって、電気光学装置１００の動作欠陥などを確認するのに用いられる。なお、図１には、画素領域Ｅの外側に形成される周辺回路として、データ線駆動回路１０１、走査線駆動回路１０２、および検査回路１０３を示してあるが、周辺回路として、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や、データ線６ａに所定電圧レベルのプリチャージ信号を上記画像信号Ｄ１〜Ｄｎに先行して供給するプリチャージ回路等が設けられる場合もある。

３．レンズの構成
図４は、図２に示す断面の一部を拡大して模式的に示す説明図である。図５は、図４に示すレンズ５０等の平面的な配置を示す説明図である。図４において、基板本体１９と画素電極１５の間には、酸化シリコン等からなる透光性の層間絶縁膜４１、４２、４３、４４が順に積層されており、基板本体１９と層間絶縁膜４１との間や、層間絶縁膜４１、４２、４３、４４の層間に各種配線や各種電極が配置される。例えば、基板本体１９と層間絶縁膜４１との間には走査線３ａが形成されている。層間絶縁膜４１と層間絶縁膜４２との間には、スイッチング素子３０が形成されている。層間絶縁膜４２と層間絶縁膜４３との間には容量線３ｂが形成されている。層間絶縁膜４３と層間絶縁膜４４との間にはデータ線６ａが形成されている。層間絶縁膜４４と電気光学層６０との間に画素電極１５が形成されている。走査線３ａ、容量線３ｂおよびデータ線６ａは、平面視において格子状となる遮光部材１８を構成している。平面視において、遮光部材１８は、隣り合う画素電極１５の間に沿って延在し、スイッチング素子３０の半導体層３１ａに重なっている。従って、遮光部材１８は、半導体層３１ａに光が入射することを抑制し、スイッチング素子３０での光リーク電流の発生を抑制している。

電気光学装置１００では、第１基板１０の側から入射した光のうち、遮光部材１８で囲まれた透光領域１８０を通過した光のみが画像の表示に寄与する。本実施形態では、第１基板１０の側から入射した光が遮光部材１８で遮られずに、透光領域１８０を透過する比率を高めることを目的に、第１基板１０には、複数の画素電極１５に対して平面視で各々、重なる複数のレンズ５０が設けられている。

本実施形態においては、レンズ５０を構成するにあたって、透光性の第１部材５１と、第１部材５１に空間Ｓを介して画素電極１５の側で対向する透光性の第２部材５２とを設け、第１部材５１の第２部材５２と対向する面、および第２部材５２の第１部材５１と対向する面の一方には、複数の画素電極１５に各々、平面視で重なる凸曲面からなる複数のレンズ面５０１が設ける。従って、レンズ面５０１と空間Ｓとが界面を構成し、レンズ５０が構成される。また、第２部材５２の第１部材５１とは反対側に透光性の第３部材５３が設けられている。

本実施形態において、第１部材５１は、第１基板１０の基板本体１９であり、第２部材５２および第３部材５３は各々、透光膜である。より具体的には、第１部材５１は、石英基板からなり、第２部材５２および第３部材５３は各々、酸化シリコンからなり、第３部材５３は、第２部材５２と層間絶縁膜４１との間に積層されている。また、レンズ面５０１は、第２部材５２の第１部材５１と対向する面５２１に設けられている。

本実施形態においては、図６および図７を参照して後述する方法によってレンズ５０を構成する。従って、基板本体１９からなる第１部材５１の第２部材５２側の面１９ｓには、画素領域Ｅを含む領域に凹部５１１が設けられ、基板本体１９の面１９ｓと第２部材５２の面５２１とは、凹部５１１を外側で囲む外周領域５９で接している。従って、凹部５１１によって空間Ｓが構成されている。また、複数のレンズ面５０１は、第２部材５２において、凹部５１１の底部５１２と平面視で重なる位置に設けられており、第１部材５１に向けて突出している、但し、複数のレンズ面５０１は、凹部５１１の底部５１２とは離間しており、レンズ面５０１の全体が空間Ｓと界面を構成している。

ここで、第２部材５２には、画素領域Ｅの外側において空間Ｓと平面視で重なる貫通穴５２５が設けられており、第３部材５３の一部は、貫通穴５２５および空間Ｓを貫通して第１部材５１と接するまで突出した突出部５３１になっている。本実施形態において、貫通穴５２５は、画素領域ＥのＸ軸方向の両側に設けられおり、第３部材５３の突出部５３１は、画素領域ＥのＸ軸方向の両側で貫通穴５２５および空間Ｓを貫通して凹部５１１の底部５１２と接している。この状態で、貫通穴５２５は、第３部材５３の突出部５３１によって塞がれている。従って、空間Ｓは気密空間となっており、空間Ｓの内部は、空気等の気体が充満した雰囲気、または真空雰囲気になっている。なお、空間Ｓは気密空間でなくてもよい。

このように構成したレンズ５０において、第２部材５２、および第３部材５３が各々、透光膜からなるため、第２部材５２および第３部材５３が撓みやすい。そこで、本実施形態では、第１部材５１の第２部材５２との間には、画素領域Ｅで空間Ｓを貫通して第１部材５１および第２部材５２の双方と接する支柱７０が設けられている。本実施形態において、支柱７０は、第１部材５１から第２部材５２に向けて突出した柱状の凸部５１７を含む。より具体的には、支柱７０は、第１部材５１から第２部材５２に向けて突出した柱状の凸部５１７からなる。本実施形態において、支柱７０は円柱状になっている。なお、支柱７０は角柱状であってもよい。

図５に示すように、支柱７０は、画素領域Ｅの複数個所で、レンズ面５０１で囲まれた領域と平面視で重なる位置に設けられている。従って、支柱７０の一部がレンズ面５０１と重なることを回避することができる。また、支柱７０の一部がレンズ面５０１と重なっている場合でも、支柱７０とレンズ面５０１と重なりを最小限とすることができる。従って、レンズ面５０１には、支柱７０による欠けが発生しにくいので、広いレンズ面５０１を実現することができる。

４．製造方法
図６は、図２に示す電気光学装置１００の製造方法を示す工程断面図である。図７は、図２に示す電気光学装置１００の製造方法を示す工程断面図である。図６および図７には、電気光学装置１００の製造工程のうち、図４に示すレンズ５０の形成工程を模式的に示してある。なお、図６および図７では、レンズ面５０１、支柱７０および突出部５３１を形成する過程が分かりやすいように、それらの縮尺や位置関係をずらしてある。例えば、複数のレンズ面５０１を通る位置で第１部材５１を切断したときには、支柱７０の断面が現れないが、図６および図７では、支柱７０の断面も示してある。

レンズ５０を形成するにあたっては、まず、図６に示す工程ＳＴ１１において、第１部材５１にエッチングマスクを設けた状態で、エッチングマスクの開口部を介して第１部材５１にエッチングを行い、凹部５１１を形成する。その際、凹部５１１の底部５１２から突出する柱状の凸部５１７を残してエッチングを行ことで、柱状の凸部５１７を形成する。

次に、工程ＳＴ１２において、凹部５１１を埋めるように犠牲膜８１を成膜した後、工程ＳＴ１３において、犠牲膜８１の表面をＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法等により平坦化し、犠牲膜８１と支柱７０の端部とを連続した平面とする。犠牲膜８１は、石英や酸化シリコンとのエッチング選択比が高ければ材質に制約がない。本実施形態において、犠牲膜８１は、シリコンである。

次に、工程ＳＴ１４において、犠牲膜８１の表面にエッチングマスクを設けた状態でエッチングマスクの開口部から犠牲膜８１に等方性エッチングを行い、犠牲膜８１の表面８１１に半球状の凹曲面８１２を形成する。

次に、図７に示す工程ＳＴ１５において、酸化シリコン膜を形成した後、表面を平坦化し、第２部材５２とする。その結果、第２部材５２において犠牲膜８１の凹曲面８１２と重なる部分は、凸曲面からなるレンズ面５０１となる。また、凸部５１７は、第２部材５２に接する支柱７０となる。次に、工程ＳＴ１６において、第２部材５２にエッチングマスクを設けた状態でエッチングマスクの開口部から第２部材５２にエッチングを行い、第２部材５２に貫通穴５２５を形成する。

次に、工程ＳＴ１７において、貫通穴５２５からエッチングを行い、犠牲膜８１を除去する。本実施形態においては、犠牲膜８１がシリコンからなるため、六フッ化硫黄（ＳＦ_６）等のフッ素系ガスを用いたドライエッチング、フッ硝酸等を用いたウェットエッチング、または三フッ化塩素（ＣｌＦ_３）等のフッ素系ガスを用いたガスエッチングを行う。その結果、第１部材５１と第２部材５２との間に空間Ｓが形成されるので、空間Ｓとレンズ面５０１とが界面を構成するレンズ５０が構成される。

次に、工程ＳＴ１７において、酸化シリコン膜を形成した後、表面を平坦化し、第３部材５３とする。その際、第３部材５３の一部は貫通穴５２５を介して空間Ｓの内部にも形成される。その結果、第３部材５３の一部によって、貫通穴５２５および空間Ｓを貫通して第１部材５１に接する突出部５３１が形成される。

以降、第３部材５３の第２部材５２とは反対側の面に走査線３ａ、層間絶縁膜４１等を順次に形成すれば、図４に示す電気光学装置１００の第１基板１０を製造することができる。

５．本実施形態の主な効果
以上説明したように、本実施形態の電気光学装置１００は、透光性の第１部材５１と、第１部材５１に空間Ｓを介して対向する透光性の第２部材５２とを有し、第２部材５２の第１部材５１と対向する面には凸曲面からなるレンズ面５０１が形成されており、レンズ面５０１は空間Ｓと接している。従って、レンズ５０では、レンズ面５０１と空間Ｓとの界面での屈折率の差が大きい。しかも、空間Ｓは透光性が高い。それ故、屈折率が大きいが、透光性が低い材料を用いなくても、大きな正のパワーを有する等、レンズ性能に優れたレンズ５０を実現することができる。

また、第１部材５１は、第１基板１０の基板本体１９であり、第２部材５２は、遮光部材１８と基板本体１９との間でレンズ５０を構成している。従って、第１基板１０の側から入射した光のうち、遮光部材１８に向かおうとする光を透光領域１８０に導くことができる。それ故、画像を表示する際の光の利用効率を高めることができる。

また、本実施形態では、第１部材５１と第２部材５２との間には、空間Ｓを貫通して第１部材５１および第２部材５２と接する支柱７０が設けられている．このため、第２部材５２が第１部材５１の側に撓むことが抑制されている。従って、画素電極１５に対するレンズ５０の位置ずれが発生しにくいので、画素電極１５に平面視で重なる位置にレンズ５０を配置することができる。また、支柱７０は、第１部材５１から第２部材５２に向けて突出した柱状の凸部５１７からなるため、空間Ｓを形成するための凹部５１１を形成する際、支柱７０を同時に形成することができる。従って、支柱７０を形成するために工程を追加する必要がない。

［第２実施形態］
図８、図９および図１０は、本発明の第２実施形態の説明図である。図８、図９および図１０には、電気光学装置１００の製造工程のうち、図４に示すレンズ５０の形成工程を模式的に示してある。なお、本形態の基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、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。図８、図９および図１０では、レンズ面５０１、支柱７０および突出部５３１を形成する過程が分かりやすいように、それらの縮尺や位置関係をずらしてある。例えば、複数のレンズ面５０１を通る位置で第１部材５１を切断したときには、支柱７０の断面が現れないが、図８、図９および図１０では、支柱７０の断面も示してある。

本形態では、レンズ５０を構成するにあたって、図８、図９および図１０に示す工程を行う。このため、図１０の工程ＳＴ２８を終えた時点では、第１部材５１から第２部材５２に向けて突出した柱状の凸部５１７と、凸部５１７の端部に残された犠牲膜の残部８７０によって支柱７０が構成される。

本形態では、まず、図８に示す工程ＳＴ２０において、第１部材５１にエッチングマスクを設けた状態で、エッチングマスクの開口部を介して第１部材５１にエッチングを行い、凹部５１１を形成する。その際、凹部５１１の底部５１２から突出する柱状の凸部５１７を残してエッチングを行ことで、柱状の凸部５１７を形成する。

次に、工程ＳＴ２１において、第１部材５１の凹部５１１の底部５１２および凸部５１７を覆うように犠牲膜８６を形成する。犠牲膜８６は、石英や酸化シリコンとのエッチング選択比が高ければ材質に制約がない。本実施形態において、犠牲膜８１は、シリコンである。次に、工程ＳＴ２２において、凹部５１１を埋めるように犠牲膜８１を成膜した後、犠牲膜８１の表面を平坦化し、犠牲膜８１と支柱７０の端部とを連続した平面とする。

次に、工程ＳＴ２３において、犠牲膜８１の表面にエッチングマスクを設けた状態でエッチングマスクの開口部から犠牲膜８１に等方性エッチングを行い、犠牲膜８１の表面８１１に半球状の凹曲面８１２を形成する。次に、犠牲膜８１の表面を覆うように、シリコンからなる犠牲膜８７を形成する。

次に、図９に示す工程ＳＴ２４において、酸化シリコン膜を形成した後、表面を平坦化し、第２部材５２とする。その結果、第２部材５２において犠牲膜８１の凹曲面８１２に犠牲膜８７を介して重なる部分は、凸曲面からなるレンズ面５０１となる。また、凸部５１７は、犠牲膜８７を介して第２部材５２に接する支柱７０となる。

次に、工程ＳＴ２５において、第２部材５２にエッチングマスクを設けた状態でエッチングマスクの開口部から第２部材５２にエッチングを行い、第２部材５２に貫通穴５２５を形成する。次に、工程ＳＴ２６おいて、第２部材５２を覆うように、シリコンからなる犠牲膜８８を形成した後、犠牲膜８８にエッチングマスクを設けた状態でエッチングマスクの開口部から犠牲膜８７、８８にドライエッチングを行い、貫通穴５２５と重なる貫通穴８８５を形成する。その際、本形態において、犠牲膜８１はシリコン、または酸化シリコンである。犠牲膜８１がシリコンである場合、貫通穴８８５を形成する際、犠牲膜８１の一部がエッチングされる。これに対し、犠牲膜８１が酸化シリコンである場合、貫通穴８８５を形成する際、犠牲膜８１はエッチングされない。

次に、図１０に示す工程ＳＴ２７において、貫通穴８８５、５２５からエッチングを行い、犠牲膜８１を除去する。その際、犠牲膜８１が酸化シリコンである場合、犠牲膜８１はエッチングされるが、犠牲膜８６、８７、８８はエッチングされないので、工程ＳＴ２８において、エッチャントを変更して、シリコンからなる犠牲膜８６、８７、８８をエッチングにより除去する。これに対して、犠牲膜８１がシリコンである場合、同一のエッチャントで、工程ＳＴ２７、ＳＴ２８が連続して進行する。いずれの場合でも、犠牲膜８１、８６、８７、８８を除去し終えた際、凸部５１７と第２部材５２との間には犠牲膜８７の一部が残る。従って、凸部５１７と犠牲膜８７の残部８７０によって、第２部材５２を支持する支柱７０が構成される。

次に、工程ＳＴ２９において、酸化シリコン膜を形成した後、表面を平坦化し、第３部材５３とする。その際、第３部材５３の一部は貫通穴５２５を介して空間Ｓの内部にも形成される。その結果、第３部材５３の一部によって、貫通穴５２５および空間Ｓを貫通して第１部材５１に接する突出部５３１が形成される。

このように構成した場合も、レンズ５０では、レンズ面５０１と空間Ｓとの界面での屈折率の差が大きいので、屈折率が大きいが、透光性が低い材料を用いなくても、大きな正のパワーを有するレンズ５０を実現することができる等、第１実施形態と同様な効果を奏する。

また、本形態では、犠牲膜８６、８７、８８を設けたため、犠牲膜８１を除去する際、第１部材５１および第２部材５２を保護することができる。従って、犠牲膜８１として、第１部材５１および第２部材５２と同一の材料である酸化シリコンを用いることができ、酸化シリコンであれば、成膜速度が高いＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等によって成膜することができる。

［第３実施形態］
図１１は、本発明の第３実施形態の説明図である。図１１には、電気光学装置１００の製造工程のうち、図４に示すレンズ５０の形成工程の一部を模式的に示してある。なお、本形態の基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、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。図１１では、レンズ面５０１、支柱７０および突出部５３１を形成する過程が分かりやすいように、それらの縮尺や位置関係をずらしてある。例えば、複数のレンズ面５０１を通る位置で第１部材５１を切断したときには、支柱７０の断面が現れないが、図１１では、支柱７０の断面も示してある。

本形態では、図６を参照して説明した工程ＳＴ１１において、第１部材５１から突出した柱状の凸部５１７を形成した後、凸部５１７の側面を覆う保護膜７５を形成する。具遺体的には、凸部５１７を覆うように保護膜７５を形成した後、異方性のエッチング行い、凹部５１１の底部５１２および凸部５１７の上端部から保護膜７５を除去する。その結果、凸部５１７の側面を覆う保護膜７５を形成することができる。

以降、第１実施形態と同様な工程を行えば、工程ＳＴ１２を終えた時点では、側面が保護膜７５で覆われた支柱７０を形成することができる。従って、図７に示す工程ＳＴ１７において、犠牲膜８１を除去する際、支柱７０を構成する凸部５１７が細くなることを防止することができる。

ここで、保護膜７５として、凸部５１７の側面での反射を抑制する反射抑制膜を形成すれば、凸部５１７の側面での反射によって偏光特性が劣化した光の発生を抑制することができるので、凸部５１７の側面での反射を原因とする黒浮きの発生を抑制することができる。ここで、反射抑制膜としては、タングステン、タングステンシリサイド等の低反射性の金属材料を用いることができるとともに、凸部５１７と異なる誘電率を有する透光性材料の単層膜あるいは積層膜を用いることができる。ここで、「黒浮き」とは、電気光学装置１００で黒を表示させる場合は、電気光学装置１００に入力される画像信号のレベルが０であったとしても、電気光学層６０、偏光素子の特性により光源の光を遮断しきれず、光源の光が漏れて見える現象を言う。

［第４実施形態］
図１２は、本発明の第４実施形態の説明図である。なお、本形態の基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、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。図１２に示すように、本形態の電気光学装置１００の第１基板１０では、基板本体１９と遮光部材１８との間に、空間Ｓと接するレンズ面５０１を備えたレンズ５０が形成されているとともに、遮光部材１８と画素電極１５との間には、画素電極１５と平面視で重なるレンズ５５が設けられている。

レンズ５５を構成するにあたって、層間絶縁膜４５の画素電極１５側の面に凹曲面からなるレンズ面５５１が形成されおり、層間絶縁膜４５の画素電極１５側の面にはレンズ層４６が積層されている。本実施形態において、層間絶縁膜４５は酸化シリコンからなり、屈折率が１．４８である。レンズ層４６は、酸窒化シリコンからなり、屈折率が１．５８〜１．６８である。それ故、レンズ５５は、光を収束させる正のパワーを有している。従って、第２基板２０から出射される光線の傾きをレンズ５５によって適正化することができる。それ故、電気光学装置１００を後述する投射型表示装置のライトバルブとして用いた際、投射光学系によるケラレを抑制することができる。このため、明るくて品位の高い画像を表示することができる。

また、第２基板２０は、画素領域Ｅに遮光膜を有していない。すなわち、第２基板２０は、平面視で第１基板１０の画素電極１５と画素電極１５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、第２基板２０から出射する光Ｌでは、第２基板２０を透過する際、ブラックマトリクスによる回析に起因する位相差が生じないので、偏光状態に乱れが発生しにくい。従って、コントラストの低下を抑制することができる。また、第２基板２０と第１基板１０とを組み合わせた際に、第２基板２０のブラックマトリクスと第１基板１０の遮光部材１８との位置がずれてしまう、所謂、組ずれが生じない。それ故、画素Ｐの開口率が低下しにくいので、明るさが低下することがない。

［第５実施形態］
図１３は、本発明の第４実施形態の説明図である。なお、本形態の基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、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。上記の実施形態では、レンズ５０が第１基板１０に設けられていたが、本形態では、図１３に示すように、第２基板２０に、空間Ｓと接するレンズ面５０１を備えたレンズ５０が形成されている。また、第２基板２０の側から光が入射する。本実施形態において、第１部材５１が基板本体２９に相当し、第２部材５２および第３部材５３は透光膜であり、レンズ５０は、第１実施形態および第２実施形態で説明した方法と同様な方法で製造することができる。かかる構成の場合には、第２基板２０の側から入射した光のうち、遮光部材１８に向かおうとする光を透光領域１８０に導くことができる。それ故、画像を表示する際の光の利用効率を高めることができる。

［第６実施形態］
図１４は、本発明の第６実施形態の説明図である。なお、本形態の基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、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。上記の実施形態では、第１部材５１に形成した凹部５１１の底部５１２と対向する第２部材５２にレンズ面５０１が形成されていたが、本実施形態では、凹部５１１の底部５１２にレンズ面５０１が形成されている。かかる構成は、凹部５１１の底部５１２に半球状のフォトレジストを形成した後、フォトレジストおよび底部５１２をドライエッチングすることにより実現することができる。

［他の実施形態］
上記実施形態では、第１部材５１が基板本体であったが、第１部材５１は透光膜であってもよい。例えば、図４に示す複数の層間絶縁膜を第１部材５１、第２部材５２、および第３部材５３とし、層間絶縁膜の間にレンズ５０を設ける場合に本発明を適用してもよい。

［電子機器］
本発明を適用した電気光学装置１００は、各種電子機器に用いることができる。図１５は、電子機器の一例であるパーソナルコンピューター２０００を示す斜視図である。パーソナルコンピューター２０００は、各種の画像を表示する電気光学装置１００と、電源スイッチ２００１やキーボード２００２が設置された本体部２０１０とを有する。

図１６は、電子機器の一例であるスマートフォン３０００を示す斜視図である。スマートフォン３０００は、操作ボタン３００１と、各種の画像を表示する電気光学装置１００とを有する。操作ボタン３００１の操作に応じて電気光学装置１００に表示される画面内容が変更される。

図１７は、電子機器の一例である投射型表示装置を模式的に示す説明図である。投射型表示装置４０００は、例えば、３板式のプロジェクターである。ライトバルブ１ｒは、赤色の表示色に対応する電気光学装置１００であり、ライトバルブ１ｇは、緑の表示色に対応する電気光学装置１００であり、ライトバルブ１ｂは、青色の表示色に対応する電気光学装置１００である。すなわち、投射型表示装置４０００は、赤、緑および青の表示色に各々対応する３個のライトバルブ１ｒ、１ｇ、１ｂを有する。

照明光学系４００１は、光源である照明装置４００２からの出射光のうち赤色成分ｒをライトバルブ１ｒに供給し、緑色成分ｇをライトバルブ１ｇに供給し、青色成分ｂをライトバルブ１ｂに供給する。各ライトバルブ１ｒ、１ｇ、１ｂは、照明光学系４００１から供給される各単色光を表示画像に応じて変調する。投射光学系４００３は、各ライトバルブ１ｒ、１ｇ、１ｂからの出射光を合成して投射面４００４に投射する。

なお、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、レーザー光源等を用い、かかる光源から出射された色光を各々、別の電気光学装置に供給するように構成してもよい。また、電気光学装置１００は、投射画像を観察する側から投射する前方投射型プロジェクターに限らず、投射画像を観察する側とは反対の側から投射する後方投射型プロジェクターに用いてもよい。

前述のパーソナルコンピューター２０００、スマートフォン３０００、および投射型表示装置４０００は各々、本発明を適用した電気光学装置１００を備えるため、品位の高い画像を表示することができる。

以上、好適な実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は前述の各実施形態に限定されない。また、本発明の各部の構成は、前述の実施形態の同様の機能を発揮する任意の構成に置換でき、また、任意の構成を付加できる。

なお、本発明の光学基板が適用される電子機器としては、例示した機器に限定されず、例えば、投射型のＨＵＤ（ヘッドアップディスプレイ）、直視型のＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ）、デジタルスチルカメラ、テレビ、ビデオカメラ、カーナビゲーション装置、車載用の表示器、電子手帳、電子ペーパー、電卓、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、およびＰＯＳ（Ｐｏｉｎｔ Ｏｆ Ｓａｌｅ）端末等が挙げられる。さらに、本発明が適用される電子機器としては、プリンター、スキャナー、複写機、ビデオプレーヤー、またはタッチパネルを備えた機器等が挙げられる。

また、前述した説明では、電気光学装置の一例として液晶表示装置について説明したが、電気光学装置はこれに限定されない。例えば、電気光学装置は、イメージセンサー等にも適用することができる。また、例えば、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）、無機ＥＬまたは発光ポリマー等の発光素子を用いた表示パネルに対しても前述の実施形態と同様に適用され得る。また、着色された液体と当該液体に分散された白色の粒子とを含むマイクロカプセルを用いた電気泳動表示パネルに対しても前述の実施形態と同様に本発明が適用され得る。

１ｂ、１ｇ、１ｒ…ライトバルブ、３ａ…走査線、３ｂ…容量線、６ａ…データ線、１０…第１基板、１５…画素電極、１８…遮光部材、１９、２９…基板本体、２０…第２基板、２１…見切り部、２５…共通電極、３０…スイッチング素子、３１ａ…半導体層、４０…シール材、４１、４２、４３、４４、４５…層間絶縁膜、４６…レンズ層、５０…レンズ、５１…第１部材、５２…第２部材、５３…第３部材、５９…外周領域、６０…電気光学層、７０…支柱、７５…保護膜、８１、８６、８７、８８…犠牲膜、１００…電気光学装置、１８０…透光領域、５０１…レンズ面、５１１…凹部、５１２…底部、５１７…凸部、５２５、８８５…貫通穴、５３１…突出部、８７０…残部、２０００…パーソナルコンピューター、３０００…スマートフォン、４０００…投射型表示装置、Ｅ…画素領域。

Claims (10)

1. 透光性の第１部材と、
   前記第１部材に空間を介して対向する透光性の第２部材と、
   前記第２部材に対して前記第１部材とは反対側に設けられた複数の画素電極と、
   前記第１部材の前記第２部材と対向する面、および第２部材の前記第１部材と対向する面の一方の面に設けられ、前記複数の画素電極に各々、平面視で重なる凸曲面からなる複数のレンズ面と、
   前記空間を貫通して前記第１部材および前記第２部材と接する支柱と、
   を有することを特徴とする電気光学装置。
2. 請求項１に記載の電気光学装置において、
   前記支柱は、前記レンズ面で囲まれた領域と平面視で重なる位置に設けられていることを特徴とする電気光学装置。
3. 請求項１または２に記載の電気光学装置において、
   前記支柱の側面には保護層が積層されていることを特徴とする電気光学装置。
4. 請求項３に記載の電気光学装置において、
   前記保護層は、前記支柱の側面での反射を抑制する反射抑制膜であることを特徴とする電気光学装置。
5. 請求項１から４までの何れか一項に記載の電気光学装置において、
   前記支柱は、前記第１部材から前記第２部材に向けて突出した柱状の凸部を含むことを特徴とする電気光学装置。
6. 請求項１から５までの何れか一項に記載の電気光学装置において、
   前記第１部材の前記第２部材と対向する面には、前記画素電極が配列された画素領域と平面視で重なる領域に前記第２部材と反対側に凹んだ凹部が設けられており、
   前記複数のレンズ面は、前記凹部の底部と平面視で重なる領域に設けられていることを特徴とする電気光学装置。
7. 請求項１から６までの何れか一項に記載の電気光学装置において、
   前記第２部材には、前記画素電極が配列された画素領域の外側に平面視で前記空間と重なる貫通穴が設けられ、
   前記第２部材に対して前記第１部材と反対側には、透光性の第３部材が設けられ、
   前記第３部材の一部は、前記貫通穴および前記空間を貫通して前記第１部材と接する位置まで突出していることを特徴とする電気光学装置。
8. 請求項１から７までの何れか一項に記載の電気光学装置において、
   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スイッチング素子が設けられた第１基板と、
   前記第１基板に電気光学層を介して対向する第２基板と、
   を有し、
   前記第１基板および前記第２基板のうちの少なくとも一方の基板に、前記第１部材、前記空間、および前記第２部材が設けられていることを特徴とする電気光学装置。
9. 請求項１から８までの何れか一項に記載の電気光学装置において、
   前記第１部材は、透光性の基板本体であり、
   前記第２部材は、透光膜であることを特徴とする電気光学装置。
10. 請求項１から９までの何れか一項に記載の電気光学装置を有することを特徴とする電子機器。

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