JP5499736B2 - 電気光学装置及び電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、例えば液晶表示装置等の電気光学装置、及び該電気光学装置を備えた、例えば液晶プロジェクター等の電子機器の技術分野に関する。

この種の電気光学装置として、例えば装置に入射される光を集光して透過率を向上させるマイクロレンズを備えるものがある。マイクロレンズは、典型的には、光の入射される側に位置する対向基板上に形成される。或いは、マイクロレンズ基板として対向基板に貼付けられる。但し、マイクロレンズは、その用途によって様々な位置に設けられる場合がある。

例えば特許文献１では、トランジスターと同層にマイクロレンズを設けることにより、各画素の開口領域に光源光を集光する技術が提案されている。また、特許文献２では、トランジスターの下層側にマイクロレンズを設けることによって、回折現象に起因する表示画像の輝度の低下を防止しようとする技術が提案されている。

特開２０００−１９９９１６号公報 特開２００３−１４０１２７号公報

上述した特許文献１及び２に係る技術は、対向基板側から光が入射することを前提としている。よって、仮に素子基板側から光を入射させる場合は、上述した技術をそのまま適用することは極めて困難となる。

具体的には、特許文献１に係る技術では、マイクロレンズが、光の進行方向で見て、遮光領域よりも後段となってしまうため、光の集光が行えなくなってしまう。同様に、特許文献２に係る技術においても、回折現象を補償するためにはマイクロレンズが形成される位置が遮光膜の形成位置と深さ方向でほとんど同じ位置に設けることが必要であり、このような構成では素子基板側から入射する光を集光する機能は果たすことができない。

以上のように、上述した技術には、素子基板側から光を入射させる場合には、マイクロレンズの機能を十分に発揮させることができなくなるという技術的問題点がある。

本発明は、例えば上述した問題点に鑑みなされたものであり、素子基板側から光を入射させる場合に、表示画像の品質を向上させることが可能な電気光学装置及び電子機器を提供することを課題とする。

本発明の電気光学装置は上記課題を解決するために、素子基板の下層側から光が入射される電気光学装置であって、前記素子基板に、画素毎に設けられた画素電極と、前記画素電極に対応して設けられた半導体素子と、前記半導体素子より下層側に設けられており、複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズ部とを備える。

本発明の電気光学装置は、例えば、画素電極及び該画素電極に電気的に接続された画素スイッチング用ＴＦＴ等である半導体素子が設けられた素子基板と、画素電極に対向する対向電極が設けられた対向基板との間に、液晶等の電気光学物質を挟持してなる。当該電気光学装置の動作時には、画像信号が画素電極へ選択的に供給されることで、複数の画素電極が配列された画素領域（或いは画像表示領域）における画像表示が行われる。尚、画像信号は、例えばデータ線及び画素電極間に電気的に接続された画素スイッチング用ＴＦＴ等である半導体素子がオンオフされることによって、所定のタイミングでデータ線から半導体素子を介して画素電極に供給される。

本発明の電気光学装置によれば、画像表示の際に入射される光は、素子基板の下層側から入射される。尚、ここでの「下層側」とは、素子基板における電気光学物質に対向しない側を指す。即ち、本発明の電気光学装置では、対向基板側からではなく、素子基板側から入射される。具体的には、例えば白色光源等から出射された光は、先ず素子基板に入射し、その後電気光学物質を透過し、最終的に対向基板から出射する。電気光学装置に入射される光は、例えば液晶等の電気光学物をその配向状態に応じて透過し、対向基板側から表示光として出射される。

本発明では特に、素子基板における半導体素子より下層側（言い換えれば、光の入射側）にマイクロレンズ部が設けられている。マイクロレンズ部は、複数のマイクロレンズを有しており、例えばガラス基板の一部を曲面となるようにパターニングし、屈折率の相異なる層を積層することによって設けられている。

上述したマイクロレンズ部によれば、複数のマイクロレンズによって、素子基板の非開口領域に入射される光を開口領域に向かうように集光することができる。尚、ここでの「開口領域」は、例えば画素領域内において画素毎に表示に寄与する光を出射する領域（言い換えれば、画素領域内において電気光学物質による電気光学動作が実際に行われる領域）を意味し、「非開口領域」は、例えば画素領域のうち開口領域を除く領域、即ち、例えば画素領域内において画素毎に表示に寄与する光が出射しない領域（即ち、画素領域において電気光学物質による電気光学動作が実際に行われない領域）を意味する。素子基板の非開口領域に入射される光を開口領域に向かうように集光することで、光源から入射される光の利用効率（言い換えれば、各画素における光透過率）を高めることができる。

また、仮にマイクロレンズ部を対向基板側に設ける、或いはマイクロレンズ部を別基板として設ける（即ち、マイクロレンズ基板を独立的に設ける）場合は、マイクロレンズが設けられた部材を素子基板に張り合わせる際に、互いの位置関係が正確になるようにアライメント誤差を考慮することが求められる。一方、本発明では素子基板上に形成される構成要素の一つとしてマイクロレンズ部が設けられているため、このようなアライメント誤差を考慮する必要がない。即ち、マイクロレンズ部の位置合わせを極めて高い精度で行うことが可能となる。アライメント誤差は、縦、横、斜め等様々な方向に発生し、極めて小さい誤差であったとしても、表示画像の品質を大きく低下させてしまうおそれがある。よって、アライメント誤差を考慮せずに済むことで得られる利益は極めて大きい。

以上説明したように、本発明の電気光学装置によれば、マイクロレンズの開口領域及び非開口領域に対する位置精度を高めることで、極めて効果的に光の利用効率を高めることができる。従って、表示画像の品質を向上させることが可能である。

本発明の電気光学装置の一態様では、前記マイクロレンズ部は、前記マイクロレンズの焦点距離をｆ、前記画素のピッチをｐ、前記マイクロレンズから前記半導体素子までの距離をｌ、前記半導体素子の幅をｗとした場合に、前記素子基板を平面的に見て、前記半導体素子に重なる部分で、ｆ≦ｐｌ／ｗの関係を満たす部分を有するように構成されている。

このように構成すれば、マイクロレンズの焦点距離ｆ、画素のピッチをｐ、マイクロレンズから半導体素子までの距離ｌ、半導体素子の幅ｗを夫々適切な値とすることが容易である。そして、マイクロレンズによって屈折させた光が半導体素子に入射してしまうことを、より確実に防止できる。これにより、半導体素子に光源光が入射することで、光リーク電流が発生してしまうことを防止することが出来る。従って、表示画像の品質が低下してしまうことを防止することができる。

尚、マイクロレンズの焦点距離ｆは、例えばマイクロレンズ部を構成する材料の屈折率差、マイクロレンズの曲率半径等の各種条件によって決まり、マイクロレンズが凸レンズか凹レンズかによっても変化する。

本態様における「半導体素子」は、上述した態様と同様に、より一般的には、非開口領域を規定する部材のうちマイクロレンズに最も近い部材と言い換えることができる。例えば、半導体素子とマイクロレンズ部との間に半導体素子の遮光性を高めるための遮光膜が設けられる場合には、上述した遮光膜が非開口領域を規定する部材となる。この場合には、マイクロレンズから半導体素子までの距離ｌをマイクロレンズから遮光膜までの距離、半導体素子の幅ｗを遮光膜の幅と置き換えて考えればよい。

本発明の電気光学装置の他の態様では、前記マイクロレンズ部は、前記素子基板を平面的に見て、互いに隣り合う前記マイクロレンズ同士の境界が前記半導体素子に少なくとも部分的に重なるように形成されている。

このように構成すれば、半導体素子に向かって進行する光源光の軌道は、マイクロレンズによって屈折されることで開口領域に集光される。従って、透過率を向上させると共に、光リーク電流の発生を効果的に抑制することができる。尚、マイクロレンズ同士の境界に対して完全な垂直に入射した光は屈折されないおそれがあるが、現実的にはそのような光は全く或いは殆ど無いと考えられるため、影響は無視できるまでに小さい。

尚、本態様における「半導体素子」は、より一般的には、非開口領域を規定する部材のうちマイクロレンズに最も近い部材と言い換えることができる。例えば、半導体素子とマイクロレンズ部との間に半導体素子の遮光性を高めるための遮光膜が設けられる場合には、上述した遮光膜が非開口領域を規定する部材となる。この場合には、マイクロレンズ同士の境界が遮光膜に少なくとも部分的に重なるように形成されればよい。

本発明の電気光学装置の他の態様では、前記素子基板に対向するように配置された対向基板を備え、前記対向基板には、前記素子基板において隣り合う互いに隣り合う前記画素電極の間に対応する位置に遮光膜が形成されていない。

この態様によれば、素子基板と対向基板との間の相対的な位置ずれに起因する開口率の低下を回避することができる。加えて、遮光層が対向基板に形成されていないため、基板上の積層構造を簡略化することができる。従って、高精細化や低コスト及び低資源の要請に対応した電気光学装置を実現することができる。

本発明の電気光学装置の他の態様では、前記半導体素子より下層側且つ前記マイクロレンズより上層側に形成された下側遮光層を備える。

この態様によれば、半導体層から見て光源光の入射する側に遮光層を形成することで、より効果的に半導体素子における光リーク電流の発生を防止することができる。上述のように、本発明ではマイクロレンズによって光源光の光路を変更することにより半導体素子における光リーク電流の発生を防止することが可能であるが、それでも尚、少なからず半導体素子に光源光が照射してしまうおそれがある。

しかるに本態様では、上述したように、より確実に半導体素子における光リーク電流の発生を防止するために、下側遮光層が設けられている。これにより、半導体素子は光源光が入射してしまわないように二重に保護される。

本発明の電気光学装置の他の態様では、前記マイクロレンズ部は、第１のマイクロレンズ層、及び前記第１のマイクロレンズ層より上層側に設けられた第２のマイクロレンズ層を有するように形成されている。

この態様によれば、マイクロレンズ部は、２層のマイクロレンズ層を有するように形成されている。即ち、本態様のマイクロレンズは、所謂ダブルレンズ構造とされている。マイクロレンズ部は、下層側（即ち、光の入射側）の第１のマイクロレンズ層、及び上層側（即ち、光の出射側）の第２のマイクロレンズ層において夫々曲面を有することにより、より正確に光源光の光路を制御することができる。

焦点距離が短くなるようにレンズの集光度を上げればレンズ層の厚さを薄くすることができるが、集光を強くすると出射した光の広がりが大きくなる。これに対して第１のマイクロレンズ層で強く集光し、第２のマイクロレンズ層で平行に戻すような構成にすれば、一層のマイクロレンズ層のみで形成する場合と比べて全体としてマイクロレンズ部の厚さを薄くすることが可能となる。仮にマイクロレンズ部が厚くなりすぎると、マイクロレンズの焦点距離等の誤差が大きくなる可能性が高くなるおそれがある。これに対し、本態様によれば、マイクロレンズ部の厚さを薄くすることができるため、マイクロレンズの位置合わせが極めて好適に行えるようになる。

本発明の電気光学装置の他の態様では、前記マイクロレンズ部は、一の前記画素に対して複数のマイクロレンズを有するように形成されている。

この態様によれば、各マイクロレンズの大きさを小さくできるため、同様の曲面で焦点距離を小さくすることができる。従って、焦点距離の誤差を小さくすることができる。加えて、マイクロレンズは、比較的大きいものを一つ形成するより、小さいものを多く形成する方が容易である。従って、製造工程の簡単化を実現できる。

本発明の電子機器は上記課題を解決するために、上述した本発明の電気光学装置（但し、その各種態様も含む）を備える。

本発明の電子機器によれば、上述した本発明に係る電気光学装置を具備してなるので、高品質な表示を行うことが可能な、投射型表示装置、テレビ、携帯電話、電子手帳、ワードプロセッサー、ビューファインダー型又はモニタ直視型のビデオテープレコーダー、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、タッチパネルなどの各種電子機器を実現できる。また、本発明の電子機器として、例えば電子ペーパーなどの電気泳動装置等も実現することも可能である。

本発明の作用及び他の利得は次に説明する発明を実施するための形態から明らかにされる。

第１実施形態に係る電気光学装置の全体構成を示す平面図である。 図１のＨ−Ｈ´線断面図である。 第１実施形態に係る電気光学装置の画像表示領域を構成する複数の画素における各種素子、配線等の等価回路図である。 第１実施形態に係る電気光学装置の具体的な構成を示す断面図である。 第１実施形態に係る電気光学装置の製造プロセスを、順を追って示す工程断面図（その１）である。 第１実施形態に係る電気光学装置の製造プロセスを、順を追って示す工程断面図（その２）である。 第１実施形態に係る電気光学装置の製造プロセスを、順を追って示す工程断面図（その３）である。 第１実施形態に係る電気光学装置の各部材の位置関係を示す断面図である。 比較例に係る電気光学装置の構成を示す断面図（その１）である。 比較例に係る電気光学装置の構成を示す断面図（その２）である。 第２実施形態に係る電気光学装置の具体的な構成を示す断面図である。 第２実施形態に係る電気光学装置の変形例を示す断面図である。 第３実施形態に係る電気光学装置の具体的な構成を示す断面図である。 電気光学装置を適用した電子機器の一例たるプロジェクターの構成を示す平面図である。

以下では、本発明の実施形態について図を参照しつつ説明する。

＜電気光学装置＞
本実施形態に係る電気光学装置について、図１から図１３を参照して説明する。尚、以下の実施形態では、本発明の電気光学装置の一例として駆動回路内蔵型のＴＦＴ（Thin Film Transistor）アクティブマトリクス駆動方式の液晶装置を挙げて説明する。

＜第１実施形態＞
先ず、第１実施形態に係る電気光学装置の全体構成について、図１及び図２を参照して説明する。ここに図１は、本実施形態に係る電気光学装置の全体構成を示す平面図であり、図２は、図１のＨ−Ｈ´線断面図である。

図１及び図２において、本実施形態に係る電気光学装置では、ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０とが対向配置されている。ＴＦＴアレイ基板１０は、例えば石英基板、ガラス基板等の透明基板や、シリコン基板等である。尚、本実施形態では特に、ＴＦＴアレイ基板１０にマイクロレンズが形成されるが、ここでは説明の便宜上、図示を省略している。マイクロレンズについては後に詳述する。対向基板２０は、例えば石英基板、ガラス基板等の透明基板である。ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０との間には、液晶層５０が封入されている。液晶層５０は、例えば一種又は数種類のネマティック液晶を混合した液晶からなり、一対の配向膜間で所定の配向状態をとる。

ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０とは、複数の画素電極が設けられた画像表示領域１００の周囲に位置するシール領域に設けられたシール材５２により、相互に接着されている。

シール材５２は、両基板を貼り合わせるための、例えば紫外線硬化樹脂、熱硬化樹脂等からなり、製造プロセスにおいてＴＦＴアレイ基板１０上に塗布された後、紫外線照射、加熱等により硬化させられたものである。シール材５２中には、ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０との間隔（即ち、基板間ギャップ）を所定値とするためのグラスファイバー或いはガラスビーズ等のギャップ材が散布されている。尚、ギャップ材を、シール材５２に混入されるものに加えて若しくは代えて、画像表示領域１００又は画像表示領域１００の周辺に位置する周辺領域に、配置するようにしてもよい。

周辺領域のうち、シール材５２が配置されたシール領域の外側に位置する領域には、データ線駆動回路１０１及び外部回路接続端子１０２がＴＦＴアレイ基板１０の一辺に沿って設けられている。走査線駆動回路１０４は、この一辺に隣接する２辺に沿うようにして設けられている。更に、このように画像表示領域１００の両側に設けられた二つの走査線駆動回路１０４間をつなぐため、ＴＦＴアレイ基板１０の残る一辺に沿うようにして複数の配線１０５が設けられている。

ＴＦＴアレイ基板１０上における対向基板２０の４つのコーナー部に対向する領域には、両基板間を上下導通材で接続するための上下導通端子１０６が配置されている。これらにより、ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０との間で電気的な導通をとることができる。

図２において、ＴＦＴアレイ基板１０上には、駆動素子である画素スイッチング用のＴＦＴや走査線、データ線等の配線が作り込まれた積層構造が形成される。この積層構造の詳細な構成については図２では図示を省略してあるが、この積層構造の上に、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の透明材料からなる画素電極９ａが、画素毎に所定のパターンで島状に形成されている。

画素電極９ａは、対向電極２１に対向するように、ＴＦＴアレイ基板１０上の画像表示領域１００に形成されている。ＴＦＴアレイ基板１０における液晶層５０の面する側の表面、即ち画素電極９ａ上には、配向膜１６が画素電極９ａを覆うように形成されている。

対向基板２０上には、ＩＴＯ等の透明材料からなる対向電極２１が複数の画素電極９ａと対向するように形成されている。また対向基板２０上には、画像表示領域１００においてカラー表示を行うために、開口領域及び非開口領域の一部を含む領域に、図２には図示しないカラーフィルターが形成されるようにしてもよい。対向基板２０の対向面上における、対向電極２１上には、配向膜２２が形成されている。

本実施形態に係る電気光学装置は、その動作時には、液晶層５０に対してＴＦＴアレイ基板１０側から光源光が入射され、この入射した光源光を液晶層５０の配向状態に応じて透過し、対向基板２０側に表示光として出射することにより、画像表示領域１００において画像を表示する。

尚、図１及び図２に示したＴＦＴアレイ基板１０上には、上述したデータ線駆動回路１０１、走査線駆動回路１０４等の駆動回路に加えて、画像信号線上の画像信号をサンプリングしてデータ線に供給するサンプリング回路、複数のデータ線に所定電圧レベルのプリチャージ信号を画像信号に先行して各々供給するプリチャージ回路、製造途中や出荷時の当該電気光学装置の品質、欠陥等を検査するための検査回路等を形成してもよい。

次に、本実施形態に係る電気光学装置の画素部の電気的な構成について、図３を参照して説明する。ここに図３は、本実施形態に係る電気光学装置の画像表示領域を構成するマトリクス状に形成された複数の画素における各種素子、配線等の等価回路図である。

図３において、画像表示領域１００を構成するマトリクス状に形成された複数の画素の各々には、画素電極９ａ及びＴＦＴ３０が形成されている。ＴＦＴ３０は、画素電極９ａに電気的に接続されており、本実施形態に係る電気光学装置の動作時に画素電極９ａをスイッチング制御する。画像信号が供給されるデータ線６ａは、ＴＦＴ３０のソースに電気的に接続されている。データ線６ａに書き込む画像信号Ｓ１、Ｓ２、・・・、Ｓｎは、この順に線順次に供給しても構わないし、相隣接する複数のデータ線６ａ同士に対して、グループ毎に供給するようにしてもよい。

ＴＦＴ３０のゲートには、走査線１１が電気的に接続されており、本実施形態に係る電気光学装置は、所定のタイミングで、走査線１１にパルス的に走査信号Ｇ１、Ｇ２、・・・、Ｇｍを、この順に線順次で印加するように構成されている。画素電極９ａは、ＴＦＴ３０のドレインに電気的に接続されており、スイッチング素子であるＴＦＴ３０を一定期間だけそのスイッチを閉じることにより、データ線６ａから供給される画像信号Ｓ１、Ｓ２、・・・、Ｓｎが所定のタイミングで書き込まれる。画素電極９ａを介して電気光学物質の一例としての液晶に書き込まれた所定レベルの画像信号Ｓ１、Ｓ２、・・・、Ｓｎは、対向基板に形成された対向電極との間で一定期間保持される。

液晶層５０（図２参照）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であれば、各画素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し、ノーマリーブラックモードであれば、各画素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され、全体として電気光学装置からは画像信号に応じたコントラストをもつ光が出射される。

ここで保持された画像信号がリークすることを防ぐために、画素電極９ａと対向電極２１（図２参照）との間に形成される液晶容量と並列に蓄積容量７０が付加されている。蓄積容量７０は、画像信号の供給に応じて各画素電極９ａの電位を一時的に保持する保持容量として機能する容量素子である。蓄積容量７０の一方の電極は、画素電極９ａと並列してＴＦＴ３０のドレインに電気的に接続され、他方の電極は、定電位となるように、電位固定の容量線３００に電気的に接続されている。蓄積容量７０によれば、画素電極９ａにおける電位保持特性が向上し、コントラスト向上やフリッカーの低減といった表示特性の向上が可能となる。

次に、本実施形態に係る電気光学装置のより具体的な構成について、図４を参照して説明する。ここに図４は、第１実施形態に係る電気光学装置の具体的な構成を示す断面図である。尚、図４においては、各層・各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、該各層・各部材ごとに縮尺を異ならしめてある。

図４において、本実施形態に係る電気光学装置は、ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０との間に液晶層５０を挟持してなる。ＴＦＴアレイ基板１０上には、図３を参照して説明した画素部の各回路要素が、パターン化され、積層された導電膜として構築されている。より具体的には、ＴＦＴアレイ基板１０上には、走査線１１、ＴＦＴ３０を構成する半導体層３０ａ、データ線６、及び画素電極９が下層側からこの順に積層されている。また、走査線１１と半導体層３０ａとの間には下地絶縁膜４０が設けられ、半導体層３０ａとデータ線６との間には第１層間絶縁膜４１が設けられ、データ線６と画素電極９との間には第２層間絶縁膜４２が設けられている。尚、ここでは図示しない導電層や遮光層、層間絶縁膜等が存在するように構成されてもよい。

半導体層３０ａは、本発明の「半導体素子」の一例であり、例えばポリシリコン等を含んで構成されている。半導体層３０ａは、例えばソース領域、ドレイン領域、並びにソース領域及びドレイン領域間に位置するチャネル領域を有するように構成される。また半導体層３０ａは、不純物の打ち込み濃度を調整することによって、ＬＤＤ（Lightly Doped Drain）領域を有するように構成されてもよい。

走査線１１は、例えば半導体層３０ａの上層側にゲート絶縁膜等を介して対向するように設けられるゲート電極（図示せず）とコンタクトホールによって電気的に接続される。ＴＦＴ３０は、走査線１１と電気的に接続されたゲート電極及び半導体層３０ａによって構成される。或いは、ＴＦＴ３０は、走査線１１のうち半導体層３０ａのチャネル領域に対向する部分がＴＦＴ３０のゲート電極として機能するような、ボトムゲート型のＴＦＴとして構成されてもよい。走査線１１は、遮光性を有する材料を含んで構成されており、半導体層３０ａに対して光源光が入射してしまうことを防止する機能を有している。即ち、本実施形態に係る走査線１１は、本発明の「下側遮光層」の一例である。

データ線６は、例えばアルミ等の導電材料を含んで構成されており、第１層間絶縁膜４１に開孔されたコンタクトホールを介して半導体層３０ａのソース領域に電気的に接続されている。

画素電極９は、第１層間絶縁膜４１及び第２層間４２に開孔されたコンタクトホールを介して半導体層３０ａのドレイン領域に電気的に接続されている。

走査線１１、半導体層３０ａ及びデータ線６は、ＴＦＴアレイ基板１０上における画素毎の開口領域を除く非開口領域に設けられている。尚、開口領域とは、画像表示領域１００（図１参照)内において画素毎に表示に寄与する光を出射する領域であり、非開口領域は、画像表示領域１００のうち開口領域を除く領域、即ち、画像表示領域１００内において画素毎に表示に寄与する光が出射しない領域である。非開口領域は、典型的には、画素毎の開口領域を互いに隔てる格子状の平面形状を有している。

本実施形態では特に、ＴＦＴアレイ基板１０にマイクロレンズ部２００が設けられている。マイクロレンズ部２００は、ＴＦＴアレイ基板１０の画素電極９等が設けられた側の基板面（即ち、ＴＦＴアレイ基板１０における入射光が入射される基板面とは異なる基板面）に、複数のマイクロレンズ２１０が形成されてなる。

ここでマイクロレンズ部２００の製造工程について、図５から図８を参照して説明する。ここに図５から図７は夫々、第１実施形態に係る電気光学装置の製造プロセスを、順を追って示す工程断面図である。また図８は、第１実施形態に係る電気光学装置の各部材の位置関係を示す断面図である。

図５から図７において、マイクロレンズ部２００の製造工程では、先ずＴＦＴアレイ基板１０の一部である第１層１０ａに、マイクロレンズ２１０をなす曲面がパターニングされる。続いて、第１層１０ａ上にマイクロレンズ２１０をなす曲面が形成されると、その上から、第１層１０ａとは異なる屈折率を有する第２層１０ｂが積層される。第２層１０ｂの表面は、例えばＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing：化学機械研磨）処理等の平坦化処理によって平坦化される。平坦化された第２層１０ｂの上層には、図４に示したように走査線１１、半導体３０ａ、データ線６ａ等の各部材が積層される。

図８において、本実施形態に係る電気光学装置では特に、マイクロレンズ部２００は、マイクロレンズ２１０の焦点距離をｆ、画素のピッチをｐ、マイクロレンズ２１０から走査線１１までの距離をｌ、走査線１１の幅をｗとした場合に、非開口領域となる部分で下記の式（１）を満たす部分を有するように形成されている。

ｆ≦ｐｌ／ｗ ・・・（１）
このように構成すれば、マイクロレンズ２１０を透過した光源光が半導体素子３０ａに入射しないように、その光路を制御することができる。つまり、半導体素子３０ａに光源光が入射することによって、光リーク電流が発生してしまうことを防止することが出来る。尚、マイクロレンズの焦点距離ｆは、例えばマイクロレンズの材料、厚み及び表面の曲率等を変更することによって、適宜調整することができる。

更に、上述したマイクロレンズ部２００によれば、ＴＦＴアレイ基板１０の一方の基板面側から非開口領域に入射しようとする光を、画素毎の開口領域に向かうように屈折して集光させることができる。例えば、ＴＦＴアレイ基板１０に入射された光は、図４中の矢印で示すような方向に屈折される。従って、光源から入射される光の利用効率（言い換えれば、各画素における光透過率）を高めることができる。

次に、本実施形態に係る電気光学装置によってもたらされる更なる効果について、図４に加えて、図９及び図１０を参照して説明する。ここに図９及び図１０は夫々、比較例に係る電気光学装置の構成を示す断面図である。

先ず図９に示すように、マイクロレンズ部２００が対向基板２０側に設けられている比較例を考える。尚、光源光は、ＴＦＴアレイ基板１０側からではなく、対向基板２０側から入射されるものとする。

図９に示す比較例に係る電気光学装置では、ＴＦＴアレイ基板１０側と対向基板２０とを互いに張り合わせる際に、相対的な位置関係が正確になるようにアライメント誤差を考慮することが求められる。即ち、対向基板２０側のマイクロレンズ部２００と、ＴＦＴアレイ基板１０側の非開口領域を規定する部材との相対的な位置関係を調整することが求められる。

一方、図４に示した本実施形態に係る電気光学装置では、ＴＦＴアレイ基板１０上にマイクロレンズ部２００が設けられているため、このようなアライメント誤差を考慮する必要がない。よって、マイクロレンズ部２００の位置合わせを極めて高い精度で行うことが可能となる。マイクロレンズ部２００の位置合わせ精度を高めることで、各画素における光透過率を向上させることが可能となる。

更に、図９に示す比較例に係る電気光学装置では、対向基板２０上に、例えばブラックマトリクス等の遮光膜２３を設けることが求められる。一方、図４に示した本実施形態に係る電気光学装置では、図９に示すような遮光膜２３は設けられない（言い換えれば、対向基板２０側には少なくとも対向電極２１及び配向膜を設ければよい）ので、装置の製造が容易となり、製造プロセスにおける工程数の削減や歩留まりの向上を図ることも可能となる。

次に、図１０に示すように、マイクロレンズ部２００がＴＦＴアレイ基板１０側と別体として設けられている比較例を考える。即ち、マイクロレンズ部２００がマイクロレンズ基板５００として設けられ、マイクロレンズ基板５００がＴＦＴアレイ基板１０に貼付けられて構成される場合を考える。

図１０に示す比較例に係る電気光学装置では、マイクロレンズ部２００がマイクロレンズ基板５００として設けられているため、マイクロレンズ基板５００をＴＦＴアレイ基板１０に貼り合わせる際に、アライメント誤差を考慮することが求められてしまう。即ち、図１０に示す比較例においても、図９で示す比較例と同様の問題が発生してしまう。

更に、図１０で示す比較例に係る電気光学装置では、マイクロレンズ基板５００の厚さ分だけ、マイクロレンズ２１０と走査線１１（即ち、非開口領域を規定する部材）との距離が大きくなってしまう。この距離が大きくなってしまうと、上述したアライメント誤差はより大きなものとなってしまう。これに対し、図４に示した本実施形態に係る電気光学装置では、マイクロレンズ２１０と走査線１１との距離を比較的小さいものとすることが可能である。従って、マイクロレンズ部２００の位置合わせを極めて高い精度で行うことが可能となる。

以上説明したように、第１実施形態に係る電気光学装置によれば、マイクロレンズの開口領域及び非開口領域に対する位置精度を高めることで、極めて効果的に光の利用効率を高めることができる。従って、表示画像の品質を向上させることが可能である。

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態に係る電気光学装置について、図１１及び図１２を参照して説明する。ここに図１１は、第２実施形態に係る電気光学装置の具体的な構成を示す断面図であり、図１２は、第２実施形態に係る電気光学装置の変形例を示す断面図である。尚、第２実施形態は、上述の第１実施形態と比べて、マイクロレンズ部の一部の構成が異なり、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。

図１１において、第２実施形態に係る電気光学装置は、ＴＦＴアレイ基板１０にマイクロレンズ部２００を２つ備えて構成されている。具体的には、ＴＦＴアレイ基板１０には、第１のマイクロレンズ層２００ａ及び第２のマイクロレンズ層２００ｂが形成されている。尚、第１のマイクロレンズ層２００ａは凸レンズ、第２のマイクロレンズ層２００ｂは凹レンズとして形成されている。

マイクロレンズ部２００が２つの層を有することで、図１１中の矢印で示すように、第１のマイクロレンズ層２００ａで集光した光を、第２のマイクロレンズ層２００ｂで拡散させるような構成も実現可能である。焦点距離が短くなるようにレンズの集光度を上げればレンズ層の厚さを薄くすることができるが、集光を強くすると出射した光の広がりが大きくなる。これに対して第１のマイクロレンズ層２００ａで強く集光し、第２のマイクロレンズ層２００ｂで平行に戻すような構成にすれば、一層のマイクロレンズ層のみで形成する場合と比べて全体としてマイクロレンズ部２００の厚さを薄くすることが可能となる。

仮にマイクロレンズ部２００が厚くなりすぎると、マイクロレンズ２１０の焦点距離等の誤差が大きくなる可能性が高くなるおそれがある。これに対し、第２実施形態に係る電気光学装置では、マイクロレンズ部２００の厚さを薄くすることができるため、マイクロレンズ２１０の位置合わせが極めて好適に行えるようになる。

図１２に示すように、第１のマイクロレンズ層２００ａ及び第２のマイクロレンズ層２００ｂは、共に凸レンズとして形成されてもよい。マイクロレンズ２１０の屈折率は、マイクロレンズ２１０を境界とする２つの材料の屈折率の違いによって決定される。従って、マイクロレンズの形状は、適宜設定可能であり、第１のマイクロレンズ層２００ａ及び第２のマイクロレンズ層２００ｂが共に凹レンズとして形成されてもよいし、第１のマイクロレンズ層２００ａは凹レンズ、第２のマイクロレンズ層２００ｂは凸レンズとして形成されてもよい。

以上説明したように、第２実施形態に係る電気光学装置によれば、２層のマイクロレンズ層を有することで、より効果的に光の利用効率を高めることができる。従って、表示画像の品質をより高く向上させることが可能である。

＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態に係る電気光学装置について、図１３を参照して説明する。ここに図１３は、第３実施形態に係る電気光学装置の具体的な構成を示す断面図である。尚、第３実施形態は、上述の第１実施形態と比べて、マイクロレンズ部の一部の構成が異なり、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。

図１３において、第３実施形態に係る電気光学装置は、マイクロレンズ部２００が、一の画素に対して複数のマイクロレンズ２１０を有するように構成されている。よって、上述した第１及び第２実施形態と比べると、小さめのマイクロレンズ２１０が、多く形成されているような構成とされている。

マイクロレンズ２１０の大きさを小さくすることで、同様の曲面であっても、マイクロレンズ２１０の焦点距離を小さくすることができる。従って、焦点距離の誤差を小さくすることができる。加えて、マイクロレンズ２１０は、比較的大きいものを一つ形成するより、小さいものを多く形成する方が容易である。従って、製造工程の簡単化も実現できる。

以上説明したように、第３実施形態に係る電気光学装置によれば、より効果的に光の利用効率を高めることができると共に、製造工程の簡単化も実現可能である。

＜電子機器＞
次に、上述した電気光学装置である液晶装置を各種の電子機器に適用する場合について説明する。ここに図１４は、プロジェクターの構成例を示す平面図である。以下では、この液晶装置をライトバルブとして用いたプロジェクターについて説明する。

図１４に示されるように、プロジェクター１１００内部には、ハロゲンランプ等の白色光源からなるランプユニット１１０２が設けられている。このランプユニット１１０２から射出された投射光は、ライトガイド１１０４内に配置された４枚のミラー１１０６及び２枚のダイクロイックミラー１１０８によってＲＧＢの３原色に分離され、各原色に対応するライトバルブとしての液晶パネル１１１０Ｒ、１１１０Ｂ及び１１１０Ｇに入射される。

液晶パネル１１１０Ｒ、１１１０Ｂ及び１１１０Ｇの構成は、上述した液晶装置と同等であり、画像信号処理回路から供給されるＲ、Ｇ、Ｂの原色信号でそれぞれ駆動されるものである。そして、これらの液晶パネルによって変調された光は、ダイクロイックプリズム１１１２に３方向から入射される。このダイクロイックプリズム１１１２においては、Ｒ及びＢの光が９０度に屈折する一方、Ｇの光が直進する。従って、各色の画像が合成される結果、投射レンズ１１１４を介して、スクリーン等にカラー画像が投写されることとなる。

ここで、各液晶パネル１１１０Ｒ、１１１０Ｂ及び１１１０Ｇによる表示像について着目すると、液晶パネル１１１０Ｇによる表示像は、液晶パネル１１１０Ｒ、１１１０Ｂによる表示像に対して左右反転することが必要となる。

尚、液晶パネル１１１０Ｒ、１１１０Ｂ及び１１１０Ｇには、ダイクロイックミラー１１０８によって、Ｒ、Ｇ、Ｂの各原色に対応する光が入射するので、カラーフィルターを設ける必要はない。

尚、図１４を参照して説明した電子機器の他にも、モバイル型のパーソナルコンピュータや、携帯電話、液晶テレビや、ビューファインダー型、モニタ直視型のビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳、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、ＰＯＳ端末、タッチパネルを備えた装置等が挙げられる。そして、これらの各種電子機器に適用可能なのは言うまでもない。

また、本発明は上述の各実施形態で説明した液晶装置以外にも反射型液晶装置（ＬＣＯＳ）、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）、電界放出型ディスプレイ（ＦＥＤ、ＳＥＤ）、有機ＥＬディスプレイ、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）、電気泳動装置等にも適用可能である。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う電気光学装置、及び該電気光学装置を備えた電子機器もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

６ａ…データ線、９ａ…画素電極、１０…ＴＦＴアレイ基板、１１…走査線、２０…対向基板、２１…対向電極、３０…ＴＦＴ、３０ａ…半導体層、４０…下地絶縁膜、４１…第１層間絶縁膜、４２…第２層間絶縁膜、５０…液晶層、１００…画像表示領域、２００…マイクロレンズ部、２１０…マイクロレンズ

Claims (9)

1. 第１面と前記第１面とは反対側面である第２面とを備えた基板と、
   前記基板の前記第１面に設けられた第１半導体素子と、
   前記第１半導体素子と同一の層に設けられた第２半導体素子と、
   前記第１半導体素子と前記基板との間に設けられた第１電極と、
   前記第２半導体素子と前記基板との間において、前記第１電極と同一の層に設けられた第２電極と、
   前記第１電極および前記第２電極と前記基板との間に設けられた第１集光素子と、を有し、
   前記第１電極と前記第２電極との間には、電極が設けられておらず、
   前記第１集光素子は、
   第１屈折率である第１部分と、
   前記第１屈折率とは異なる第２屈折率であり、かつ、前記第１部分よりも前記第１電極側に位置する第２部分と、を含み、
   前記第１面に平行な第１方向から見た断面視において、
   前記第１面に平行、かつ、前記第１方向と直交した方向を第２方向としたとき、
   前記第１電極の前記第２方向に沿った幅は、前記第２電極の前記第２方向に沿った幅と同一の幅であり、
   前記第１集光素子、前記第１電極および前記第２電極は、
   前記第１部分と前記第２部分との境界部のうち前記第２面に最も近い点と、前記第１集光素子の焦点と、の間の距離をｆとし、
   前記第１電極及び前記第２電極の前記第２方向に沿った幅をｗとし、
   前記第１電極と前記第２電極との間の距離にｗを加えた長さである画素ピッチをｐとし、
   前記第１部分と前記第２部分との境界部のうち前記第１電極に最も近い点と、前記第１電極と、の間の距離をｌとしたとき、
   ｆ≦ｐｌ／ｗ
   の関係を満たすように配置されてい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、
   前記第１集光素子は、マイクロレンズであ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、
   前記第１部分と前記第２部分との境界部のうち最も前記第１電極に近い部分は、前記第１面に垂直な方向から見た平面視において、前記第１電極と重なる部分を有することを特徴とする電気光学装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の電気光学装置において、
   前記第１電極及び前記第２電極は、いずれも半導体材料からなることを特徴とする電気光学装置。
5. 請求項１乃至３のいずれかに記載の電気光学装置において、
   前記第１電極及び前記第２電極は、いずれも遮光性の材料からなることを特徴とする電気光学装置。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の電気光学装置において、
   前記基板の前記第１面側に配置された対向基板とを有し、
   前記対向基板は、遮光膜を含まないことを特徴とする電気光学装置。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載の電気光学装置において、
   前記第１電極と前記第１集光素子との間に設けられた第２集光素子を有することを特徴とする電気光学装置。
8. 請求項１乃至６のいずれかに記載の電気光学装置において、
   前記第１集光素子は、複数の曲面を有するマイクロレンズであることを特徴とする電気光学装置。
9. 請求項１から８のいずれかに記載の電気光学装置を具備してなることを特徴とする電子機器。

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