JP6413586B2

JP6413586B2 - 液晶装置、及び投写型表示装置

Info

Publication number: JP6413586B2
Application number: JP2014206207A
Authority: JP
Inventors: 淳一若林; 伊藤　淳; 淳伊藤; 康一郎赤坂
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2014-10-07
Filing date: 2014-10-07
Publication date: 2018-10-31
Anticipated expiration: 2034-10-07
Also published as: JP2016075797A

Description

本発明は、液晶装置、及び投写型表示装置に関する。

上記液晶装置は、投写型表示装置（液晶プロジェクター）などに備えられ、ＴＦＴなどを備えた素子基板と、マイクロレンズなどを備えた対向基板と、素子基板と対向基板との間に挟持された液晶層と、を有する。マイクロレンズは、光の利用効率を向上させるために用いられる。

例えば、特許文献１〜特許文献３には、液晶層の光の入射側、及び液晶層の光の出射側にそれぞれマイクロレンズを備えている構成の液晶装置が開示されている。このようなマイクロレンズが配置されていることにより、液晶装置の一部である遮光体（遮光膜や配線など）に向かう光が曲げられ、液晶装置の有効投写領域（表示領域）を通って光が出射する。

特開２００１−５９９６３号公報特開２０００−３０５１７号公報特開平６−２０２０９６号公報

しかしながら、マイクロレンズによって曲げられた光が液晶装置の有効投写領域を通ったとしても、液晶装置から出射した光が広がる恐れがある。これにより、投写型表示装置を構成する投写レンズの有効投写領域以外の領域に光が照射され（ケラレ量が大きくなり）、光の損失が大きくなるという課題がある。また、有効投写領域以外の領域に光が照射されることにより投写レンズ（投写系）が加熱され、熱膨張することによって表示品質が低下するという課題がある。

本発明の態様は、上記課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例に係る液晶装置は、透光層と、前記透光層における光が入射する側である一方の面に設けられ、前記透光層から離間する方向に向けて突出する凸曲面を有する第１レンズを備える第１レンズ層と、前記透光層の他方の面に設けられ、前記透光層から離間する方向に向けて突出する凸曲面を有する第２レンズを備える第２レンズ層と、前記第２レンズ層に対して前記透光層と反対の側に液晶層を介して配置され、画素の開口部を規定する遮光膜を備えるアクティブマトリックス基板と、前記アクティブマトリックス基板に設けられるとともに、前記遮光膜に対して前記液晶層の側とは反対側に備えられ、前記遮光膜から離間する方向に向けて突出する凸曲面を有する第３レンズを備える第３レンズ層と、を有することを特徴とする。

本適用例によれば、液晶層より光の入射側に第１レンズと第２レンズとを備えることにより、光を遮光膜（配線などを含む）と遮光膜との間に集光させることが可能となる。更に、液晶層の光の出射側に第３レンズを備えることにより、遮光膜と遮光膜との間を抜けた光の広がりを抑えることが可能となる。よって、液晶装置から出射した光が広がることによって、投写レンズ（投写系）の有効投写領域以外の領域で遮光されること（投写ケラレ）を抑えることができる。よって、投写レンズを大口径化することなく、光の利用効率を向上させることができる。その結果、明るく表示品質の高い投写画像を得ることができる。

［適用例２］上記適用例に係る液晶装置において、前記第３レンズ層の屈折率は、前記透光層又は前記アクティブマトリックス基板の屈折率よりも大きく、かつ、前記第１レンズ層又は前記第２レンズ層の屈折率よりも小さいことが好ましい。

本適用例によれば、第１レンズ層、第２レンズ層、及び第３レンズ層の屈折率を上記のような関係になるように設定することにより、光の広がりを抑えることができる。よって、投写レンズの有効投写領域以外の領域に照射される光を抑えることができ、光の利用効率を向上させることができる。

［適用例３］上記適用例に係る液晶装置において、前記第２レンズは、前記凸曲面の外周部の曲率が中央部の曲率よりも大きく設定されており、前記第３レンズは、前記凸曲面の中央部の曲率が外周部の曲率よりも大きく設定されていることが好ましい。

本適用例によれば、第２レンズ及び第３レンズの曲率を上記のような曲率になるように形成することにより、光が遮光膜に照射することを回避させたり、投写レンズの有効投写領域以外の領域に照射することを抑えることができる。その結果、光の利用効率を向上させることができる。

［適用例４］上記適用例に係る液晶装置において、前記第３レンズは、隣り合う他の第３レンズの一部と接していることが好ましい。

本適用例によれば、隣り合う第３レンズと第３レンズとが接しているので、第３レンズの大きさを大きくする（レンズ径を大きくする）ことが可能となり、遮光膜（遮光体）の面積が比較的小さい場合に、より光の利用効率を向上させることができる。言い換えれば、レンズから外れてしまう光を少なくすることができる。また、例えば、ＴＦＴ、遮光膜、第３レンズの合わせズレのマージンを広げることができる。

［適用例５］上記適用例に係る液晶装置において、前記第３レンズは、前記画素ごとに独立していることが好ましい。

本適用例によれば、隣り合う第３レンズと第３レンズが繋がっていない独立した構成になっているので、例えば、高精細の液晶装置のように、開口領域の割合が小さい（言い換えれば、遮光体の面積が大きい）構造に対しても、光をより絞り込むことが可能となり、光の利用効率を向上させることができる。また、独立しているので、レンズの応力を緩和させることが可能となり、破損や加工のばらつきを抑えることができる。

［適用例６］本適用例に係る投写型表示装置は、上記の液晶装置を備えることを特徴とする。

本適用例によれば、上記液晶装置を備えているので、投写レンズの有効投写領域以外の領域に照射する光の量を抑えることが可能となり、投写レンズ（投写系）が加熱されることを抑えることができる。その結果、信頼性及び表示品質の高い投写型表示装置を提供することができる。

第１実施形態の液晶装置の構成を示す模式図であり、（ａ）は液晶装置の構造を分解して示す分解斜視図、（ｂ）は液晶装置を上方から見た概略平面図。図１（ａ）に示す液晶装置のＡ−Ａ線に沿う模式断面図。図１（ｂ）に示すＢ部において遮光膜とマイクロレンズとを平面的に重ねて示す概略平面図。液晶装置のうちマイクロレンズを除いた画素の構造を示す模式断面図。液晶装置の製造方法を工程順に示すフローチャート。液晶装置の製造方法のうちマイクロレンズを形成する方法を示す模式断面図。液晶装置の製造方法のうちマイクロレンズを形成する方法を示す模式断面図。液晶装置の製造方法のうちマイクロレンズを形成する方法を示す模式断面図。液晶装置の製造方法のうちマイクロレンズを形成する方法を示す模式断面図。液晶装置を備えた投写型表示装置の構成を示す概略図。第２実施形態の液晶装置の構成を示す模式断面図。第２実施形態の液晶装置の画素において、遮光膜とマイクロレンズとを平面的に重ねて示す概略平面図。

以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。なお、使用する図面は、説明する部分が認識可能な状態となるように、適宜拡大または縮小して表示している。

なお、以下の形態において、例えば「基板上に」と記載された場合、基板の上に接するように配置される場合、または基板の上に他の構成物を介して配置される場合、または基板の上に一部が接するように配置され、一部が他の構成物を介して配置される場合を表すものとする。

（第１実施形態）
本実施形態では、３層のマイクロレンズアレイを備えた液晶装置の一例として薄膜トランジスター（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）を画素のスイッチング素子として備えたアクティブマトリックス型の液晶装置を例に挙げて説明する。この液晶装置は、例えば、後述する投写型表示装置（液晶プロジェクター）の光変調手段（液晶ライトバルブ）として好適に用いることができるものである。

＜液晶装置の構成＞
図１は、液晶装置の構成を示す模式図である。図１（ａ）は、液晶装置の構造を分解して示す分解斜視図である。図１（ｂ）は、液晶装置を上方から見た概略平面図である。図２は、図１（ａ）に示す液晶装置のＡ−Ａ線に沿う模式断面図である。図３は、図１（ｂ）に示すＢ部において遮光膜とマイクロレンズとを平面的に重ねて示す概略平面図である。以下、液晶装置の構成を、図１〜図３を参照しながら説明する。

図１及び図２に示すように、液晶装置１００は、アクティブマトリックス基板としての素子基板１０と、素子基板１０と対向するように配置された対向基板２０と、素子基板１０と対向基板２０とに挟持された液晶層１５と、を備えている。

対向基板２０は、図２に示すように、透光性基材５１と、マイクロレンズ３１を構成する対向基板側レンズ層４０ａと、対向基板側レンズ層４０ａを覆って設けられた保護層２０ａと、対向電極２５及び配向膜２６と、を有している。対向電極２５及び配向膜２６の説明は後述する。

透光性基材５１は、複数のマイクロレンズ３１に対応する凹曲面からなる複数の第１レンズ面４１ａ１を有し、第１レンズ面４１ａ１の内部にマイクロレンズ３１を構成する第１レンズ層４１の形成材料が固着して第１レンズ層４１を形成している。

透光性基材５１は、耐熱性および耐光性が高い無機材料を形成材料としている。例えば、透光性基材５１としては、高い光透過率を有する石英基板などが好適に用いられる。

対向基板側レンズ層４０ａは、第１レンズ層４１と、凸曲面からなる第２レンズ面４２ａ１を有する第２レンズ層４２と、第１レンズ層４１と第２レンズ層４２とに挟持された透光層４４とを備えている。第２レンズ面４２ａ１の内部に第２レンズ層４２の形成材料が固着して第２レンズ層４２を形成している。

言い換えれば、第１レンズ４１ａは、透光層４４から離間する方向に向けて突出する凸曲面を有している。第２レンズ４２ａは、透光層４４から離間する方向に向けて突出する凸曲面を有している。

素子基板１０は、図２に示すように、透光性基材５３と、マイクロレンズ３１を構成する素子基板側レンズ層４０ｂと、配線層１１と、画素電極２７及び配向膜２８と、を有している。配線層１１、画素電極２７、配向膜２８の説明は後述する。

透光性基材５３は、対向基板２０側の透光性基材５１の構造と略同等である。透光性基材５３は、マイクロレンズ３１に対応する凹曲面からなる複数の第３レンズ面４３ａ１を有し、第３レンズ面４３ａ１の内部にマイクロレンズ３１を構成する第３レンズ層４３の形成材料が固着して第３レンズ層４３を形成している。

言い換えれば、第３レンズ４３ａは、後述する遮光膜２１から離間する方向に向けて突出する凸曲面を有している。また、第３レンズ４３ａは、隣り合う他の第３レンズ４３ａの少なくとも一部と接するように形成されている。

第１レンズ層４１、第２レンズ層４２、及び第３レンズ層４３は、窒化シリコン（ＳｉＯＮ）などの無機材料で形成されている。窒化シリコンは、酸素原子（Ｏ）と窒素原子（Ｎ）との組成（比率）によって、ＳｉＯ₂とＳｉ₃Ｎ₄との間の屈折率に制御することができる。なお、第３レンズ層４３は、透光性基材５１より屈折率が高い酸化シリコン（ＳｉＯ₂）を用いるようにしてもよい。

第３レンズ層４３の屈折率は、透光層４４又は透光性基材５３（石英基板）の屈折率よりも大きくかつ、第１レンズ層４１又は第２レンズ層４２の屈折率よりも小さい。なお、第２レンズ層４２の屈折率は、第１レンズ層４１の屈折率と同じ、又は大きいことが好ましい。

酸化シリコンを用いた第３レンズ層４３の屈折率は、窒化シリコンより小さい、例えば、１．５０（λ：５５０ｎｍ）である。なお、石英基板（透明基板）の屈折率は、例えば、１．４６（λ：５５０ｎｍ）である。

このように設定することにより、第１レンズ層４１及び第２レンズ層４２によって、遮光膜２１や配線などの遮光体に光が照射することを抑えることができる。また、第３レンズ層４３によって、光の広がりを抑えることができる。よって、投写レンズ１２０７（図１０参照）の有効投写領域以外の領域に照射される光を抑えることができ、光の利用効率を向上させることができる。

透光層４４は、光透過性を備えた無機材料を形成材料としている。透光層４４は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）である。透光層４４の厚みを可変させることにより、光路長を任意の光路長に調整することができる。

複数のマイクロレンズ３１は、対向基板２０においては光の入射方向と光の射出方向の両方に凸形状を有する両凸形状を有しており、素子基板１０においては光の射出方向に凸形状を有している。また、隣り合うマイクロレンズ３１は、平面視で境界線が接触しており、平面視矩形を有している（図１（ｂ）参照）。このような複数のマイクロレンズ３１は、マトリクス状に配列してレンズ部３２を構成している。

なお、第２レンズ４２ａは、凸曲面の外周部の曲率が中央部の曲率よりも大きく設定されており、第１レンズ４１ａ及び第３レンズ４３ａは、凸曲面の中央部の曲率が外周部の曲率よりも大きく設定されている。このようにすることにより、光が遮光膜２１に当たることを回避したり、投写レンズ１２０７の有効投写領域以外の領域に照射することを抑えることができ、光の利用効率を高めることができる。

マイクロレンズ３１は、透光性基材５１内に固着する部分である第１レンズ層４１と、保護層２０ａで覆われた部分である第２レンズ層４２と、第１レンズ層４１と第２レンズ層４２との間に配置された透光層４４と、透光性基材５３内に固着する部分である第３レンズ層４３と、を有している。

また、マイクロレンズ３１は、図３に示すように、配線層１１が有する遮光膜２１の平面視形状と同じく平面視矩形を有しており、隣り合うマイクロレンズ３１同士の境界線が遮光膜２１と平面的に重なるように配置されている。なお、遮光膜２１を形成する位置は、平面視で遮光体（配線など）と重なる位置に配置されている。

図２に示すように、液晶装置１００は、透光性基材５１側の外部から入射される光Ｌ１を、透光性基材５１と第１レンズ４１ａとの界面、第１レンズ４１ａと透光層４４との界面、透光層４４と第２レンズ４２ａとの界面、第２レンズ４２ａと保護層２０ａとの界面において屈折させる（図では省略）。更には、絶縁層１０ａと第３レンズ４３ａとの界面、第３レンズ４３ａと透光性基材５３との界面において屈折させる。

なお、第１レンズ４１ａ及び第３レンズ４３ａは、凸曲面の中央部の曲率が外周部の曲率よりも大きく設定されている。あるいは外周部にテーパー部を有する場合がある。また、第２レンズ４２ａは、凸曲面の外周部の曲率が中央部の曲率よりも大きく設定されている。

＜液晶装置を構成する画素の構成＞
図４は、液晶装置のうちマイクロレンズ（対向基板側レンズ層、素子基板側レンズ層）を除いた画素の構造を示す模式断面図である。以下、液晶装置のうち画素の構造を、図４を参照しながら説明する。なお、図４は、各構成要素の断面的な位置関係を示すものであり、明示可能な尺度で表されている。

図４に示すように、液晶装置１００（液晶パネル１００ａ）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。素子基板１０を構成する絶縁層１０ａは、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）によって構成されている。

図４に示すように、絶縁層１０ａ上には、例えば、Ａｌ（アルミニウム）、Ｔｉ（チタン）、Ｃｒ（クロム）、Ｗ（タングステン）等の材料を含む下側遮光層３ｃが形成されている。下側遮光層３ｃは、平面的に格子状にパターニングされており、各画素Ｐの開口領域を規定している。なお、下側遮光層３ｃは、導電性を有し、走査線３ａの一部として機能するようにしてもよい。絶縁層１０ａ及び下側遮光層３ｃ上には、酸化シリコン等からなる下地絶縁層１１ａが形成されている。

下地絶縁層１１ａ上には、ＴＦＴ３０及び走査線３ａ等が形成されている。ＴＦＴ３０は、例えば、ＬＤＤ（Lightly Doped Drain）構造を有しており、ポリシリコン（高純度の多結晶シリコン）等からなる半導体層３０ａと、半導体層３０ａ上に形成されたゲート絶縁層１１ｇと、ゲート絶縁層１１ｇ上に形成されたポリシリコン膜等からなるゲート電極３０ｇとを有する。走査線３ａは、ゲート電極３０ｇとしても機能する。

半導体層３０ａは、例えば、リン（Ｐ）イオン等のＮ型の不純物イオンが注入されることにより、Ｎ型のＴＦＴ３０として形成されている。具体的には、半導体層３０ａは、チャネル領域３０ｃと、データ線側ＬＤＤ領域３０ｓ１と、データ線側ソースドレイン領域３０ｓと、画素電極側ＬＤＤ領域３０ｄ１と、画素電極側ソースドレイン領域３０ｄとを備えている。

チャネル領域３０ｃには、ボロン（Ｂ）イオン等のＰ型の不純物イオンがドープされている。その他の領域（３０ｓ１，３０ｓ，３０ｄ１，３０ｄ）には、リン（Ｐ）イオン等のＮ型の不純物イオンがドープされている。このように、ＴＦＴ３０は、Ｎ型のＴＦＴとして形成されている。

ゲート電極３０ｇ及びゲート絶縁層１１ｇ上には、酸化シリコン等からなる第１層間絶縁層１１ｂが形成されている。第１層間絶縁層１１ｂ上には、容量素子１６が設けられている。具体的には、ＴＦＴ３０の画素電極側ソースドレイン領域３０ｄ及び画素電極２７に電気的に接続された画素電位側容量電極としての第１容量電極１６ａと、固定電位側容量電極としての容量線３ｂ（第２容量電極１６ｂ）の一部とが、誘電体膜１６ｃを介して対向配置されることにより、容量素子１６が形成されている。

誘電体膜１６ｃは、例えば、シリコン窒化膜である。第２容量電極１６ｂ（容量線３ｂ）は、例えば、Ｔｉ（チタン）、Ｃｒ（クロム）、Ｗ（タングステン）、Ｔａ（タンタル）、Ｍｏ（モリブデン）等の高融点金属のうち少なくとも一つを含む、金属単体、合金、金属シリサイド、ポリシリサイド、これらを積層したもの等からなる。或いは、Ａｌ（アルミニウム）膜から形成することも可能である。

第１容量電極１６ａは、例えば、導電性のポリシリコン膜からなり容量素子１６の画素電位側容量電極として機能する。ただし、第１容量電極１６ａは、容量線３ｂと同様に、金属又は合金を含む単一層膜又は多層膜から構成してもよい。第１容量電極１６ａは、画素電位側容量電極としての機能のほか、コンタクトホールＣＮＴ１，ＣＮＴ３，ＣＮＴ４を介して、画素電極２７とＴＦＴ３０の画素電極側ソースドレイン領域３０ｄ（ドレイン領域）とを中継接続する機能を有する。

容量素子１６上には、第２層間絶縁層１１ｃを介してデータ線６ａが形成されている。データ線６ａは、ゲート絶縁層１１ｇ、第１層間絶縁層１１ｂ、誘電体膜１６ｃ、及び第２層間絶縁層１１ｃに開孔されたコンタクトホールＣＮＴ２を介して、半導体層３０ａのデータ線側ソースドレイン領域３０ｓ（ソース領域）に電気的に接続されている。

データ線６ａの上層には、第３層間絶縁層１１ｄを介して画素電極２７が形成されている。第３層間絶縁層１１ｄは、例えば、シリコンの酸化物や窒化物からなり、ＴＦＴ３０が設けられた領域を覆うことによって生じる表面の凸部を平坦化する平坦化処理が施される。平坦化処理の方法としては、例えば化学的機械的研磨処理（Chemical Mechanical Polishing：ＣＭＰ処理）やスピンコート処理などが挙げられる。第３層間絶縁層１１ｄには、コンタクトホールＣＮＴ４が形成されている。

画素電極２７は、コンタクトホールＣＮＴ４，ＣＮＴ３を介して第１容量電極１６ａに接続されることにより、半導体層３０ａの画素電極側ソースドレイン領域３０ｄ（ドレイン領域）に電気的に接続されている。なお、画素電極２７は、例えば、ＩＴＯ膜等の透明導電性膜から形成されている。

画素電極２７及び隣り合う画素電極２７間の第３層間絶縁層１１ｄ上には、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）などの無機材料を斜方蒸着した配向膜２８が設けられている。配向膜２８の上には、シール材により囲まれた空間に液晶等が封入された液晶層１５が設けられている。

一方、保護層２０ａ上（液晶層１５側）には、例えば、その全面に渡って対向電極２５が設けられている。対向電極２５上には、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）などの無機材料を斜方蒸着した配向膜２６が設けられている。対向電極２５は、上述の画素電極２７と同様に、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２５との間で電界が生じていない状態で配向膜２６，２８によって所定の配向状態をとる。シール材は、素子基板１０及び対向基板２０を貼り合わせるための、例えば光硬化性樹脂や熱硬化性樹脂からなる接着剤であり、素子基板１０と対向基板２０の距離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スペーサーが混入されている。

＜液晶装置の製造方法＞
図５は、液晶装置の製造方法を工程順に示すフローチャートである。図６〜図９は、液晶装置の製造方法のうちマイクロレンズを形成する方法を示す模式断面図である。以下、液晶装置の製造方法を、図５〜図９を参照しながら説明する。

説明の都合上、最初に、対向基板２０側の製造方法から説明する。ステップＳ２１では、対向基板側レンズ層４０ａを形成する。

まず、図６（ａ）に示す工程では、均一な厚さで傷が無く、表面を清浄化した石英などを形成材料とするガラス基板５１ａを用意し、ガラス基板５１ａの表面にマスク形成用膜６１ａを形成する。このマスク形成用膜６１ａは、後の工程において開口部が形成されることにより、マスクとして機能するものである。

マスク形成用膜６１ａは、エッチングに対する耐性を有するものであることが好ましい。すなわち、マスク形成用膜６１ａのエッチングレートは、ガラス基板５１ａに比べて充分に小さい。このことから、マスク形成用膜６１ａの材料としては、例えばＣｒ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｐｔ等の金属、もしくはこれらから選択される２種以上を含む合金、Ｃｒ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｐｔ等の酸化物（金属酸化物）、シリコン、樹脂等が用いられる。また、ＣｕとＡｕ、あるいは酸化ＣｒとＣｒのように異なる材料からなる複数の積層構造としてもよい。

マスク形成用膜６１ａの形成方法としては、特に限定されることなく、蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法（Chemical Vapor Deposition、化学気相成長法）などから膜材料に最適な方法が適宜選択され、用いられる。また、膜厚については、初期孔の形成条件ならびにエッチング条件によって適宜に設定されるものの、０．０１μｍ〜０．２μｍ程度に形成するのが好ましい。

図６（ｂ）に示す工程では、マスク６１を形成する。具体的には、マスク形成用膜６１ａにレーザー光照射やエッチング処理を施して開口部６２を形成する。レーザー光照射の場合には、位置精度を高く形成でき、隣接する開口部６２同士の間隔を正確に制御することができる。これにより、所定の開口パターンを有するマスク６１が完成する。

図６（ｃ）に示す工程では、ガラス基板５１ａに第１レンズ面４１ａ１を形成する。具体的には、マスク６１に形成された開口部６２を通じてガラス基板５１ａにエッチング処理を施して、第１レンズ面４１ａ１を形成する。エッチング処理は、例えば、等方的にエッチングされるウエットエッチングである。

エッチング液としては、特に限定されないものの、本実施形態では基板としてガラス基板５１ａを用いているため、フッ酸（フッ化水素）を含むエッチング液（フッ酸系エッチング液）が好適に用いられる。フッ酸系エッチング液を用いることにより、ガラス基板５１ａをより選択的に食刻することができ、第１レンズ面４１ａ１を好適に形成することができる。

図６（ｄ）に示す工程では、凹状の第１レンズ面４１ａ１を完成させる。具体的には、ウエットエッチングの時間などを制御することにより、所定深さの第１レンズ面４１ａ１を形成することができる。本実施形態では第１レンズ面４１ａ１を、半球状で、その深さが該半球の半径程度となるように形成する。

図６（ｅ）に示す工程では、マスク６１をエッチング等により除去することにより、上面５１ｂに複数の第１レンズ面４１ａ１を有する透光性基材５１を得る。

続いて、図７（ａ）に示す工程では、第１レンズ層４１となる前の第１レンズ層前駆体膜４１ｂを成膜する。第１レンズ層前駆体膜４１ｂの製造方法としては、例えば、ＣＶＤ法を用いることができる。

図７（ｂ）に示す工程では、第１レンズ層前駆体膜４１ｂの表面に平坦化処理を行い、表面４１ｃが平坦化された第１レンズ層４１を形成する。平坦化処理としては、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing、化学的機械的研磨）などを採用することができる。第１レンズ層前駆体膜４１ｂの材料は、上記したように、窒化シリコン（ＳｉＯＮ）である。このようにすることにより、後の製造工程において複数のレンズを高い寸法精度で形成することができるため、高品質なマイクロレンズ３１を製造することができる。

また、第１レンズ層４１は、透光層４４と第１レンズ４１ａとの間に、第１レンズ４１ａと同じ屈折率が連続する層（第１平坦層）を有するので、平坦化処理の際に、第１レンズ層４１を多く削ってしまった場合でも、第１レンズ４１ａが削れてしまうことを防ぐことができる。言い換えれば、レンズを保護することができる。

また、平坦化処理によって、第１レンズ層４１の厚さを制御することができる。第１レンズ層４１の厚さは、形成するマイクロレンズ３１の設計に応じて制御する。

図７（ｃ）に示す工程では、第１レンズ層４１を覆うように、透光層４４を形成する。具体的には、透光層４４は、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）である。透光層４４の製造方法としては、例えば、ＣＶＤ法を挙げることができる。透光層４４の屈折率は、第１レンズ層４１の屈折率より小さい。

図７（ｄ）に示す工程では、透光層４４を覆うように、第２レンズ層４２を形成する。第２レンズ層４２の製造方法としては、例えば、公知の成膜技術及びフォトリソグラフィ法を用いることができる。

具体的には、まず、ＣＶＤ法などを用いて、透光層４４の上に第２レンズ層４２になる前の第２レンズ層前駆体膜４２ｂを成膜する。第２レンズ層前駆体膜４２ｂの製造方法としては、例えば、ＣＶＤ法を用いることができる。第２レンズ層前駆体膜４２ｂの材料は、窒化シリコン（ＳｉＯＮ）である。

その後、第２レンズ層前駆体膜４２ｂの表面４２ｃに複数の第１レンズ面４１ａ１に対応したマスク６３を形成する。図７（ｄ）では、上に凸形状を有するマスク６３を形成することとしている。

このようなマスク６３は、例えば、ポジ型フォトレジストを塗布し、複数の第１レンズ面４１ａ１の境界部と重なる位置に開口パターンを有するフォトマスクを通して露光し現像した後、残存するフォトレジストの軟化温度にまで透光性基材５１、第２レンズ層前駆体膜４２ｂおよびフォトレジストを加熱することで成形することができる。

図８（ａ）に示す工程では、異方性ドライエッチング処理を施して、マスク６３の形状を第２レンズ層前駆体膜４２ｂに転写し、複数のマイクロレンズ３１を構成する第２レンズ層４２を形成する。第２レンズ層４２の屈折率は、透光層４４の屈折率より大きい。ドライエッチングで用いるエッチングガスＥ１としては、例えば、ＣＦ₄、ＣＨＦ₃、Ｃ₂Ｆ₆、ＳＦ₆などの含フッ素ガスを用いることができる。

また、第２レンズ層前駆体膜４２ｂにマスク６３の形状を転写した際、第２レンズ４２ａと透光層４４との間に、第２レンズ４２ａと同じ屈折率が連続する層（第２平坦層）が残るので、レンズを加工する際に加工バラツキが生じた場合でも、確実に第２レンズ４２ａを形成することができる。言い換えれば、透光層４４をエッチングしてしまうことがない。また、第２平坦層は、ドライエッチングの残り代になるので、第２レンズ層４２を精度よく形成することができる。

図８（ｂ）に示す工程では、第２レンズ層４２を覆って、光透過性を有する無機材料を積層し、保護層２０ｂを形成する。保護層２０ｂの形成材料としては、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）である。保護層２０ｂを形成する方法としては、例えば、ＣＶＤ法を用いることができる。

図８（ｃ）に示す工程では、保護層２０ｂの表面に平坦化処理を施し、表面２０ｃが平坦化された保護層２０ａを形成する。平坦化処理としては、ＣＭＰやエッチングを採用することができる。このような操作を行うことにより、保護層２０ａの表面２０ｃでの光の乱反射や屈折の乱れを抑制し、高品質な対向基板側レンズ層４０ａを製造することができる。

また、平坦化処理によって、保護層２０ａの厚さを制御することができる。これにより、表面２０ｃからマイクロレンズ３１の焦点位置までの距離を制御することができ、表面２０ｃに設けられる液晶パネル１００ａなどの部材において所望の位置に光を集光することができる。以上により、対向基板側レンズ層４０ａが完成する。

次に、ステップＳ２２では、対向電極２５を形成する。具体的には、保護層の上に、例えば、周知の成膜技術を用いて対向電極２５を成膜する。

ステップＳ２３では、対向電極２５を覆うように配向膜２６を形成する。具体的には、斜方蒸着法を用いて形成する。以上により、対向基板２０側が完成する。次に、素子基板１０側の製造方法を説明する。

まず、ステップＳ１１では、素子基板側レンズ層４０ｂを形成する。具体的には、対向基板側レンズ層４０ａの第１レンズ層４１の形成方法と同様にして形成し（図６、図７（ａ）参照）、図９（ａ）に示すように、透光性基材５３の上に第３レンズ層４３を形成する。

次に、ステップＳ１２では、第３レンズ層４３（絶縁層１０ａ）の上にＴＦＴ３０を形成する。具体的には、周知の成膜技術、フォトリソグラフィ技術、及びエッチング技術を用いて、第３レンズ層４３上にＴＦＴ３０、配線、遮光膜２１などを形成する。

ステップＳ１３では、画素電極２７を形成する。製造方法としては、上記と同様に、周知の成膜技術、フォトリソグラフィ技術、及びエッチング技術を用いて、画素電極２７を形成する。

ステップＳ１４では、配向膜２８を形成する。具体的には、画素電極２７を覆うように配向膜２８を形成する。配向膜２８の製造方法としては、例えば、対向基板２０の配向膜２６と同様に、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）などの無機材料を斜方蒸着する斜方蒸着法が用いられる。以上により、図９（ｂ）に示すような素子基板１０が完成する。次に、素子基板１０と対向基板２０とを貼り合わせる方法を説明する。

ステップＳ３１では、素子基板１０上にシール材を塗布する。具体的には、素子基板１０とディスペンサー（吐出装置でも可能）との相対的な位置関係を変化させて、素子基板１０における画素の開口部としての表示領域Ｅの周縁部に（シール領域に）シール材を塗布する。

シール材としては、例えば、紫外線硬化型が挙げられる。また、シール材には、例えば、素子基板１０と対向基板２０との間隔（ギャップ或いはセルギャップ）を所定値とするためのスペーサー等のギャップ材が含まれている。

ステップＳ３２では、シール材で囲まれた領域に液晶材料を滴下する（ＯＤＦ（One Drop Fill）方式）。滴下する方法としては、例えば、インクジェットヘッドなどを用いることができる。また、液晶材料は、シール材によって囲まれた領域（表示領域Ｅ）の中央部に滴下することが望ましい。

ステップＳ３３では、素子基板１０と対向基板２０とを貼り合わせる。具体的には、素子基板１０に塗布されたシール材を介して素子基板１０と対向基板２０とを貼り合わせる。以上により、液晶装置１００が完成する。

＜投写型表示装置の構成＞
次に、本実施形態の投写型表示装置について、図１０を参照しながら説明する。図１０は、上記した液晶装置を備えた投写型表示装置の構成を示す概略図である。

図１０に示すように、本実施形態の投写型表示装置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、投写レンズ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、投写光学系である投写レンズ１２０７によってスクリーン１３００上に投写され、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。

このような投写型表示装置１０００によれば、液晶ライトバルブ１２１０，１２２０，１２３０を用いているので、高い表示品質を得ることができる。

以上詳述したように、第１実施形態の液晶装置１００、及び投写型表示装置１０００によれば、以下に示す効果が得られる。

（１）第１実施形態の液晶装置１００によれば、液晶層１５より光の入射側に第１レンズ層４１と第２レンズ層４２とを備えることにより、光を遮光膜２１（配線などを含む）と遮光膜２１との間に集光させることが可能となる。更に、液晶層１５の光の出射側に第３レンズ層４３を備えることにより、遮光膜２１と遮光膜２１との間を抜けてきた光の広がりを抑えることが可能となる。よって、液晶装置１００から出射した光が広がることによって、投写レンズ１２０７（投写系）の有効投写領域以外の領域で遮光されること（投写ケラレ）を抑えることができる。よって、投写レンズ１２０７を大口径化することなく、光の利用効率を向上させることができる。その結果、明るく表示品質の高い投写画像が得られる。また、遮光膜２１を含む遮光体に照射される光が、遮光体のエッジ部や面等で生じるパネル内の散乱光、迷光を低減することができ、ＴＦＴ３０に光が照射されることによって生じる光リーク起因のフリッカー、縦クロストーク、画素ムラ等の表示不良を軽減できる。

（２）第１実施形態の液晶装置１００によれば、第３レンズ層４３の屈折率が、透光層４４又は透光性基材５３の屈折率よりも大きく、かつ、第１レンズ層４１又は第２レンズ層４２の屈折率よりも小さいので、光の広がりを抑えることができる。よって、投写レンズ１２０７の有効投写領域以外の領域に照射される光を抑えることができ、光の利用効率を向上させることができる。

（３）第１実施形態の液晶装置１００によれば、第２レンズ４２ａは、凸曲面の外周部の曲率が中央部の曲率よりも大きく設定されており、第１レンズ４１ａ及び第３レンズ４３ａは、凸曲面の中央部の曲率が外周部の曲率よりも大きく設定されているので、光が遮光膜２１に当たることを回避させたり、投写レンズ１２０７の有効投写領域以外の領域に照射することを抑えることができる。また、遮光膜２１（遮光体）の面積が小さい場合により光の利用効率を向上させることができる。

（４）第１実施形態の液晶装置１００によれば、隣り合う第３レンズ４３ａと第３レンズ４３ａとが接しているので、第３レンズ４３ａの大きさを大きくする（レンズ径を大きくする）ことが可能となり、遮光膜２１（遮光体）の面積が比較的小さい場合に、より光の利用効率を向上させることができる。言い換えれば、レンズから外れてしまう光を少なくすることができる。また、例えば、ＴＦＴ３０、遮光膜２１、第３レンズ４３ａの合わせズレのマージンを広げることができる。

（５）第１実施形態の投写型表示装置１０００によれば、上記液晶装置１００を備えているので、投写レンズ１２０７の有効投写領域以外の領域に照射する光の量を抑えることが可能となり、投写レンズ１２０７（投写系）が加熱されることを抑えることができる。その結果、信頼性及び表示品質の高い投写型表示装置１０００を提供することができる。また、投写レンズ１２０７（レンズ系）が熱膨張することによって起きるフォーカスズレディストーションを防止するとともにレンズ冷却機構を簡素にでき、小型軽量化、低コスト化を図ることができる。また、投写系にて熱が生じ、レンズの熱膨張に伴うピントズレやディストーションなどが生じることを抑えることができる。

（第２実施形態）
＜液晶装置の構成＞
図１１は、第２実施形態の液晶装置の構成を示す模式断面図である。図１２は、第２実施形態の液晶装置の画素において、遮光膜とマイクロレンズとを平面的に重ねて示す概略平面図である。以下、液晶装置の構成を、図１１及び図１２を参照しながら説明する。

第２実施形態の液晶装置２００は、上述の第１実施形態の液晶装置１００と比べて、第３レンズ層１４３の大きさ（形状）が異なり、その他の部分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に示すように、第２実施形態の液晶装置２００は、第３レンズ層１４３を除いては第１実施形態の液晶装置１００と同様の構造である。透光性基材５３には、第１実施形態の第３レンズ４３ａの深さより浅い第３レンズ１４３ａに形成されている。これにより、隣り合う第３レンズ１４３ａ同士が接することなく独立した形状になっている。

以上詳述したように、第２実施形態の液晶装置２００によれば、以下に示す効果が得られる。

（６）第２実施形態の液晶装置２００によれば、隣り合う第３レンズ１４３ａと第３レンズ１４３ａが繋がっていない独立した構成になっているので、例えば、高精細の液晶装置のように、開口領域の割合が小さい（言い換えれば、遮光体の面積が大きい）構造に対しても、光をより絞り込むことが可能となり、光の利用効率を向上させることができる。また、独立しているので、レンズの応力を緩和させることが可能となり、レンズの破損や加工のばらつきを抑えることができる。加えて、遮光体の面積が大きい場合では、レンズが配置されないデッドエリア（Dead Area）の影響が小さくてすむ。

３ａ…走査線、３ｂ…容量線、３ｃ…下側遮光層、ＣＮＴ１〜ＣＮＴ４…コンタクトホール、６ａ…データ線、１０…アクティブマトリックス基板としての素子基板、１０ａ…絶縁層、１１…配線層、１１ａ…下地絶縁層、１１ｂ…第１層間絶縁層、１１ｃ…第２層間絶縁層、１１ｄ…第３層間絶縁層、１１ｇ…ゲート絶縁層、１５…液晶層、１６…容量素子、１６ａ…第１容量電極、１６ｂ…第２容量電極、１６ｃ…誘電体膜、２０…対向基板、２０ａ…保護層、２０ｂ…保護層、２０ｃ…表面、２１…遮光膜、２５…対向電極、２６，２８…配向膜、２７…画素電極、３０…ＴＦＴ、３０ａ…半導体層、３０ｃ…チャネル領域、３０ｄ…画素電極側ソースドレイン領域、３０ｄ１…画素電極側ＬＤＤ領域、３０ｇ…ゲート電極、３０ｓ…データ線側ソースドレイン領域、３０ｓ１…データ線側ＬＤＤ領域、３１…マイクロレンズ、３２…レンズ部、４０ａ…対向基板側レンズ層、４０ｂ…素子基板側レンズ層、４１…第１レンズ層、４１ａ…第１レンズ、４１ｂ…第１レンズ層前駆体膜、４１ｃ…表面、４２…第２レンズ層、４２ａ…第２レンズ、４２ｂ…第２レンズ層前駆体膜、４２ｃ…表面、４３…第３レンズ層、４３ａ…第３レンズ、４４…透光層、５１，５３…透光性基材、５１ａ…ガラス基板、５１ｂ…上面、６１…マスク、６１ａ…マスク形成用膜、６２…開口部、６３…マスク、１００，２００…液晶装置、１００ａ…液晶パネル、１４３…第３レンズ層、１４３ａ…第３レンズ、１０００…投写型表示装置、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…投写レンズ、１２１０，１２２０，１２３０…液晶ライトバルブ、１３００…スクリーン。

Claims

透光層と、
前記透光層における光が入射する側である一方の面に設けられ、前記透光層から離間する方向に向けて突出する凸曲面を有する第１レンズを備える第１レンズ層と、
前記透光層の他方の面に設けられ、前記透光層から離間する方向に向けて突出する凸曲面を有する第２レンズを備える第２レンズ層と、
前記第２レンズ層に対して前記透光層と反対の側に液晶層を介して配置され、画素の開口部を規定する遮光膜を備えるアクティブマトリックス基板と、
前記アクティブマトリックス基板に設けられるとともに、前記遮光膜に対して前記液晶層の側とは反対側に備えられ、前記遮光膜から離間する方向に向けて突出する凸曲面を有する第３レンズを備える第３レンズ層と、
を有し、
前記第３レンズ層の屈折率は、前記透光層又は前記アクティブマトリックス基板の屈折率よりも大きく、かつ、前記第１レンズ層又は前記第２レンズ層の屈折率よりも小さいことを特徴とする液晶装置。
請求項１に記載の液晶装置であって、
前記第２レンズは、前記凸曲面の外周部の曲率が中央部の曲率よりも大きく設定されており、
前記第３レンズは、前記凸曲面の中央部の曲率が外周部の曲率よりも大きく設定されていることを特徴とする液晶装置。
透光層と、
前記透光層における光が入射する側である一方の面に設けられ、前記透光層から離間する方向に向けて突出する凸曲面を有する第１レンズを備える第１レンズ層と、
前記透光層の他方の面に設けられ、前記透光層から離間する方向に向けて突出する凸曲面を有する第２レンズを備える第２レンズ層と、
前記第２レンズ層に対して前記透光層と反対の側に液晶層を介して配置され、画素の開口部を規定する遮光膜を備えるアクティブマトリックス基板と、
前記アクティブマトリックス基板に設けられるとともに、前記遮光膜に対して前記液晶層の側とは反対側に備えられ、前記遮光膜から離間する方向に向けて突出する凸曲面を有する第３レンズを備える第３レンズ層と、
を有し、
前記第２レンズは、前記凸曲面の外周部の曲率が中央部の曲率よりも大きく設定されており、
前記第３レンズは、前記凸曲面の中央部の曲率が外周部の曲率よりも大きく設定されていることを特徴とする液晶装置。
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の液晶装置であって、
前記第３レンズは、隣り合う他の第３レンズの一部と接していることを特徴とする液晶装置。
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の液晶装置であって、
前記第３レンズは、前記画素ごとに独立していることを特徴とする液晶装置。
請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の液晶装置を備えることを特徴とする投写型表示装置。