JP7081616B2 - 光学基板、電気光学装置、及び電子機器 - Google Patents

光学基板、電気光学装置、及び電子機器 Download PDF

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Description

本発明は、光学基板、電気光学装置、及び電子機器に関する。
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、基板上の表示領域に配置された画素電極と、基板と画素電極との間に配置された配線などを含む配線層と、画素電極と配線層との間で、かつ、表示領域に対応した位置に配置されたマイクロレンズを含むレンズ層と、を備えた液晶装置が開示されている。
特開２０１９－４０１５３号公報
しかしながら、レンズ層全体の上面に平坦化処理を施した際、表示領域とその周辺領域とにおいてグローバル段差が生じることがあり、その結果、セルギャップが不均一になり、表示ムラが発生するという課題がある。
光学基板は、基材と、前記基材の上に配置された画素電極と、前記基材と前記画素電極との間に配置されたトランジスターを含む配線層と、前記画素電極と前記配線層との間に配置されたレンズと、を備え、前記レンズは、平面視で前記画素電極が配置された領域である表示領域と、前記表示領域の外側の周辺領域と、に配置されている。
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。
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。 素子基板の製造方法を示すフローチャート。 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。 変形例の素子基板を説明する平面図。 変形例の素子基板を説明する平面図。 変形例のレンズ層の一部の構造を示す平面図。 変形例のレンズ層の一部の構造を示す平面図。 変形例のレンズ層の一部の構造を示す平面図。
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は、光学基板としての素子基板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を構成する第１基材１０ａは、例えば、石英である。素子基板１０は、第１基材１０ａの上に、絶縁層４０及び配線層４１と、複数のマイクロレンズを有するレンズ体５０と、画素電極２７と、第１配向膜２８と、を備えている。
絶縁層４０は、例えば、酸化シリコンで構成されており、第１絶縁層４０ａと、第２絶縁層４０ｂと、第３絶縁層４０ｃと、第４絶縁層４０ｄと、第５絶縁層４０ｅと、第６絶縁層４０ｆと、第７絶縁層４０ｇと、を有する。第１絶縁層４０ａと第２絶縁層４０ｂとの間には、平面視で四角形の枠状に形成された遮光膜４２が配置されている。配線層４１は、遮光膜４３と、トランジスター３０と、走査線３ａと、容量線３ｂと、データ線６ａと、を備えている。
上記した配線層４１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。
レンズ体５０は、透光層５１と、レンズ層５２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。透光層５１は、透光性および絶縁性を有する層であり、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ2）で構成されている。透光層５１には、凹部５１ａが形成されており、凹部５１ａを覆うようにレンズ層５２が配置されている。
レンズ層５２は、例えば、透光層５１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（ＳｉＯＮ）で構成されている。レンズ層５２のレンズ５２ａは、透光層５１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５２ａは、半球状に形成されている。なお、表示領域Ｅに配置されたレンズ５２ａを第１レンズ５２ａ１と称する。周辺領域Ｅ１に配置されたレンズ５２ａを第２レンズ５２ａ２と称する。第１レンズ５２ａ１は、レンズ体５０の上に配置された各画素電極２７に対応して配置されている。
レンズ体５０の上には、透光層４４が配置されている。透光層４４は、第１レンズ５２ａ１を透過する光Ｌの光路長を調整する。透光層４４は、例えば、酸化シリコンで構成される。
透光層４４の上には、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及び透光層４４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は、第２基材２０ａを備えている。第２基材２０ａは、例えば、石英である。対向基板２０は、第２基材２０ａの上（液晶層１５側）に、絶縁層３３と、対向電極３１と、第２配向膜３２と、を備えている。対向電極３１は、例えば、ＩＴＯ等の透明導電性膜からなる。第２配向膜３２は、第１配向膜２８と同様に、例えば、酸化シリコンなどの無機材料が斜方蒸着されている。
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、素子基板１０のうち第１基材１０ａ及びレンズ層５２の構造を示す概略平面図である。なお、図５に示す方向から見ることを平面視という。
図５に示すように、第１基材１０ａの上に配置されたレンズ層５２は、表示領域Ｅに配置された第１レンズ５２ａ１と、表示領域Ｅの外側の周辺領域Ｅ１に配置された第２レンズ５２ａ２と、を備えている。第１レンズ５２ａ１は、表示領域Ｅにおいて、例えば、Ｘ方向及びＹ方向に行列状に配置されている。また、第２レンズ５２ａ２は、周辺領域Ｅ１において、図示は簡略化しているが、Ｘ方向及びＹ方向に行列状に配置されている。即ち、平面視で素子基板１０の全体に亘ってレンズ５２ａ１，５２ａ２が配置されている。
本実施形態では、第１レンズ５２ａ１の形状と、第２レンズ５２ａ２の形状とは、同じである。また、第１レンズ５２ａ１の大きさと、第２レンズ５２ａ２の大きさとは、同じである。また、表示領域Ｅにおける第１レンズ５２ａ１の密度と、周辺領域Ｅ１における第２レンズ５２ａ２の密度とは、同じである。即ち、同じ大きさで同じ形状の第１レンズ５２ａ１及び第２レンズ５２ａ２が、均一の間隔で素子基板１０の全体に亘って配置されている。
次に、図４及び図６を参照しながら、素子基板１０の製造方法を説明する。図６に示すように、ステップＳ１１は、配線層４１を形成する。具体的には、公知の成膜方法やパターニング方法を用いて、第１基材１０ａの上に、絶縁層４０及び配線層４１を形成する。第１基材１０ａは、例えば、石英である。絶縁層４０は、例えば、酸化シリコンである。
ステップＳ１２では、配線層４１の上層にレンズ層５２を形成する。具体的には、絶縁層４０の上に、レンズ層５２を含むレンズ体５０を形成する。まず、絶縁層４０の上に、ＣＶＤ法などの蒸着法を用いて、酸化シリコンなどからなる透光層５１を形成する。
次に、透光層５１にエッチング処理を施して、半球状の凹部５１ａを形成する。なお、凹部５１ａは、透光層５１における表示領域Ｅ及び周辺領域Ｅ１、つまり、レンズ層５２の全面に亘って形成される。その後、凹部５１ａを覆うように、酸窒化シリコンなどからなるレンズ層５２を成膜する。
ここで、レンズ層５２を成膜すると、レンズ層５２の残留応力に起因する素子基板１０に反りが生じてしまう。当該反りは、レンズ層５２を平坦化処理する際の障害となるため、素子基板１０の反りを抑制する必要が生じる。当該反りは、アニールにより緩和できるが、複数の配線層４１と画素電極２７との間にレンズ層５２を設けた場合には、アニールをすることができない。なぜならば、アニールが行われると、レンズ層５２の下層に配置される複数のアルミニウム等で形成された配線に熱によるダメージを与えてしまうおそれがあるからである。
また、特許文献１に記載されたもののように、レンズ層のうち、表示領域に対応する位置にマイクロレンズを配置し、周辺領域に対応する位置にマイクロレンズを配置しない場合、レンズ層に平坦化処理を施すと、レンズ層の表面のうち表示領域の部分と、マイクロレンズを配置しなかった周辺領域の部分との境界に、いわゆるグローバル段差が形成される。当該グローバル段差は、表示領域の部分と周辺領域の部分との密度差により、表示領域の部分の絶縁膜が周辺領域の部分の絶縁膜よりも深く研磨されることにより生じる。このようなグローバル段差を緩和するために、例えば、マスクを用いたエッチングにより周辺領域の部分の一部を除去した後に、平坦化処理を施すことが考えられる。しかし、素子基板１０の反りが抑制されていないと、当該エッチングを高精度に行うことができないため、素子基板の反りが緩和されない場合、グローバル段差を緩和することが難しいという課題がある。
しかし、本実施形態では、透光層５１には、全面に亘って凹部５１ａが形成されるため、当該反りの影響によらず、グローバル段差を緩和することができる。よって、複数のトランジスター３０よりも上層に位置する透光層５１が、全面に亘って凹部５１ａを有することは、複数のトランジスター３０よりも下層に位置する第１基材１０ａが全面に亘って凹部５１ａを有するよりも有効である。第１基材１０ａは、その下層に配線層を備えていないため、アニールを行って、反りを緩和することができるからである。
次に、レンズ層５２の上面を、ＣＭＰ法などを用いて平坦化処理する。なお、表示領域Ｅから周辺領域Ｅ１に亘って第１レンズ５２ａ１及び第２レンズ５２ａ２が設けられているので、例えば、レンズ層５２の表面に生じる凹凸の密度を、レンズ層５２の全体に亘って均一にすることが可能となり、第１基材１０ａ上における表示領域Ｅと周辺領域Ｅ１とにグローバル段差が生じることを抑えることができる。その結果、例えば、セルギャップを均一にすることが可能となり、表示ムラを抑えることができる。
また、レンズ層５２の形成工程において、表示領域Ｅから周辺領域Ｅ１の全面に亘ってレンズ５２ａ１，５２ａ２を一括で形成するので、周辺領域Ｅ１の第２レンズ５２ａ２のみを別の工程で形成する場合と比較して、パターニングの工程を減らすことが可能となり、生産性を向上させることができる。
ステップＳ１３では、レンズ層５２の上に、透光層４４を形成する。具体的には、ＣＶＤ法などの蒸着法を用いて、酸化シリコンなどからなる透光層４４を成膜し、その後、透光層４４の上面を、ＣＭＰ法などを用いて平坦化処理する。
ステップＳ１４では、透光層４４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Ｓ１５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７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。
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実施形態の光学基板としての素子基板１０は、第１基材１０ａと、第１基材１０ａの上に配置された画素電極２７と、第１基材１０ａと画素電極２７との間に配置されたトランジスター３０を含む配線層４１と、画素電極２７と配線層４１との間に配置されたレンズ５２ａと、を備え、レンズ５２ａは、平面視で画素電極２７が配置された領域である表示領域Ｅと、表示領域Ｅの外側の周辺領域Ｅ１と、に配置されている。
この構成によれば、表示領域Ｅから周辺領域Ｅ１に亘ってレンズ５２ａが設けられているので、例えば、レンズ５２ａを含むレンズ層５２の表面に生じる凹凸の密度をレンズ層５２の全体に亘って均一にすることが可能となり、第１基材１０ａにおける表示領域Ｅと周辺領域Ｅ１とにグローバル段差が生じることを抑えることができる。その結果、例えば、セルギャップを均一にすることが可能となり、表示ムラを抑えることができる。
また、レンズ５２ａは、表示領域Ｅに配置された第１レンズ５２ａ１と、周辺領域Ｅ１に配置された第２レンズ５２ａ２と、を有し、第１レンズ５２ａ１と第２レンズ５２ａ２とは、同じ形状である。
この構成によれば、第１レンズ５２ａ１及び第２レンズ５２ａ２の形状が同じであるので、表示領域Ｅに生じる凹凸と周辺領域Ｅ１に生じる凹凸とを合わせることができる。よって、第１基材１０ａにおける表示領域Ｅと周辺領域Ｅ１とにグローバル段差が生じることを抑えることができる。
また、液晶装置１００は、上記に記載の光学基板としての素子基板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。
第２実施形態
第２実施形態の液晶装置２００は、図８に示すように、第１基材１０ａと配線層４１との間に２つのレンズ層１５２，１５４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基材１０ｂの上に、第２レンズ層１５２と、第３透光層１５３と、第３レンズ層１５４と、が配置されている。なお、第３レンズ層１５４から上（液晶層１５側）の構造は、第１実施形態と同様である。
第１基材１０ｂには、表示領域Ｅに凹部が形成されており、凹部を覆うように第２レンズ層１５２が配置されている。第２レンズ層１５２のレンズ１５２ａは、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レンズ層１５２は、例えば、第１基材１０ｂ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１５２のレンズ１５２ａは、第１基材１０ｂ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１５２ａは、半球状に形成されている。第２レンズ層１５２の各レンズ１５２ａは、レンズ層５２の第１レンズ５２ａ１に対応して配置されている。
第３透光層１５３には、表示領域Ｅに凹部が形成されており、凹部を覆うように第３レンズ層１５４が配置されている。第３レンズ層１５４のレンズ１５４ａは、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。
また、対向基板２０は、表示領域Ｅに遮光膜を有していない。すなわち、対向基板２０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、対向基板２０から射出する光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がない。したがって、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の遮光体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９に示すように、第１基材１０ａと配線層４１との間に、空気層Ｓを有するレンズ体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基材１０ｃの上にレンズ体２４０が配置されており、レンズ体２４０の上には、第１実施形態と同様に、絶縁層４０及び配線層４１と、レンズ体５０と、画素電極２７及び第１配向膜２８が形成されている。
第１基材１０ｃには、表示領域Ｅ及び周辺領域Ｅ１の一部に亘って凹部１０ｃ１が設けられている。レンズ体２４０は、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。
レンズ体２４０は、第１基材１０ｃとの間に介在する空気層Ｓと、複数のレンズ２４１ａを有するレンズ集合体２３０を含むレンズ層２４１と、透光層２４５と、を備えている。透光層２４５は、レンズ２４１ａを透過する光Ｌの光路長を調整する。透光層２４５は、例えば、酸化シリコンで構成される。
レンズ２４１ａ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２４１ａは、半球状をなしている。レンズ２４１ａは、例えば、酸化シリコンや酸窒化シリコンで構成されている。酸化シリコンの屈折率は、例えば、１．６１である。酸窒化シリコンの屈折率は、例えば、１．４６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１０ｃ側から空気層Ｓ、レンズ２４１ａが配置されていることにより、第１基材１０ｃ側から入射した光Ｌを、空気層Ｓからレンズ２４１ａに向かって屈折させる。よって、光Ｌを効率的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。
レンズ層２４１には、空気層Ｓに連通する貫通孔２４０ａが設けられている。貫通孔２４０ａは、レンズ層２４１の上に配置された透光層２４５の一部によって塞がれている。
具体的には、透光層２４５は、貫通孔２４０ａを通じて第１基材１０ｃの凹部１０ｃ１に接続される接続部２４５ａを備えている。接続部２４５ａを備えていることで、第１基材１０ｃとレンズ層２４１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２４１と第１基材１０ｃ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２４１のレンズ集合体２３０は、第１基材１０ｃの凹部１０ｃ１の底面と離間して配置されている。レンズ層２４１は、平面視でレンズ集合体２３０よりも外側の部分が第１基材１０ｃに接触している。
なお、第１実施形態では、平面視でレンズ層５２の全面、言い換えれば、素子基板１０の全面に同じ形状のレンズ５２ａ１，５２ａ２を同じ密度で配置したが、これに限定されず、以下のようにしてもよい。図１０及び図１１は、平面視で液晶装置１００を見た平面図であり、周辺領域Ｅ１の中をいくつかの領域に区分けして示した図である。具体的には、表示領域Ｅに配置された第１レンズ５２ａ１に対して、周辺領域Ｅ１の第２レンズ５２ａ２の形状や密度を、領域ごとに変えている。
図１０に示す液晶装置１００は、例えば、周辺領域Ｅ１に配置された配線などを含む周辺配線のパターン密度によって生じるグローバル段差に合わせて、第２レンズ５２ａ２を形成するか否かを領域ごとに変えている。領域Ａは、第２レンズ５２ａ２を形成している領域である。領域Ｂは、第２レンズ５２ａ２を形成しない領域である。
図１１に示す液晶装置１００は、例えば、周辺領域Ｅ１に配置された周辺配線のパターン密度によって生じるグローバル段差に合わせて、第２レンズ５２ａ２の密度を領域ごとに変えている。領域Ａ１は、例えば、第２レンズ５２ａ２の密度を８０％にする領域である。領域Ａ２は、例えば、第２レンズ５２ａ２の密度を５０％にする領域である。領域Ａ３は、例えば、第２レンズ５２ａ２の密度を７０％にする領域である。領域Ｂは、第２レンズ５２ａ２を形成しない領域である。
これによれば、領域ごとに生じるグローバル段差に合わせて、第２レンズ５２ａ２を形成しなかったり、第２レンズ５２ａ２の密度を変えたりすることにより、レンズ層５２の上面の凹凸の密度をレンズ層５２の全面に亘って揃えることが可能となり、レンズ層５２にグローバル段差が生じることを抑えることができる。
また、周辺領域Ｅ１に配置される第２レンズ５２ａ２は、表示領域Ｅに配置される第１レンズ５２ａ１と同じ形状や同じ大きさにすることに限定されず、以下のようにしてもよい。図１２～図１４は、周辺領域Ｅ１に配置する第２レンズとしての凹部３０１，３０２，３０３の一部を示す平面図である。なお、図１２～図１４に示す周辺領域Ｅ１の凹部３０１，３０２，３０３の密度は、例えば、５０％の場合を示している。
図１２に示す凹部３０１は、例えば、千鳥状に配置されている。また、凹部３０１は、一つ置きに凹部３０１を配置することに限定されず、２つ置きに凹部３０１を配置するようにしてもよい。また、凹部３０１は、表示領域Ｅに配置される第１レンズ５２ａ１と同じ大きさであることに限定されず、小さくてもよいし、大きくてもよい。
図１３に示す凹部３０２は、例えば、四角形状が一定の間隔をおいて配置されている。言い換えれば、凹部３０２は、ドット状に配置されている。図１４に示す凹部３０３は、例えば、ストライプ状に配置されている。
以上のように、変形例の第２レンズとしての凹部３０１，３０２，３０３は、表示領域Ｅと周辺領域Ｅ１との段差に応じて、形状及び密度の少なくとも一方が、表示領域Ｅの第１レンズ５２ａ１と異なる。これによれば、表示領域Ｅと周辺領域Ｅ１との段差に応じて、凹部３０１，３０２，３０３の形状や密度を異ならせるので、表示領域Ｅと周辺領域Ｅ１との間に生じる段差を抑えることが可能となる。
また、変形例の第２レンズとしての凹部３０１，３０２，３０３は、周辺領域Ｅ１の長辺側（Ｘ方向）と短辺側（Ｙ方向）とで、形状及び密度の少なくとも一方が異なる。これによれば、周辺領域Ｅ１の長辺側と短辺側とにおいて、凹部３０１，３０２，３０３の形状や密度を異ならせるので、周辺領域Ｅ１の中で生じる段差を抑えることが可能となる。
また、変形例の第２レンズとしての凹部３０１，３０２，３０３は、周辺領域Ｅ１に設けられている周辺配線の密度に対応して、形状及び密度の少なくとも一方が異なる。これによれば、周辺配線の密度に応じて、凹部３０１，３０２，３０３の形状や密度を異ならせるので、周辺領域Ｅ１の中で生じる段差を抑えることが可能となる。
また、レンズ５２ａ１，５２ａ２は、凸曲面を有する凸レンズであることに限定されず、凹曲面を有する凹レンズでもよい。周辺領域Ｅ１の第２レンズ５２ａ２の凹凸方向は、グローバル段差を抑える観点から、表示領域Ｅに配置される第１レンズ５２ａ１の凹凸方向に合わせることが好ましい。図１２～図１４に示す変形例の凹部３０１～３０３の凹凸方向についても同様である。
また、第２実施形態及び第３実施形態に記載のレンズ１５２ａ，１５４ａ，２４１ａは、凸曲面を有する凸レンズであることに限定されず、凹曲面を有する凹レンズであってもよいし、凸レンズと凹レンズの組み合わせであってもよい。
上記実施形態に記載した透光層５１及びレンズ層５２を含むレンズ体５０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５０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…光学基板としての素子基板、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ…基材としての第１基材、１０ｃ１…凹部、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…絶縁層、４０ａ…第１絶縁層、４０ｂ…第２絶縁層、４０ｃ…第３絶縁層、４０ｄ…第４絶縁層、４０ｅ…第５絶縁層、４０ｆ…第６絶縁層、４０ｇ…第７絶縁層、４１…配線層、４２…遮光膜、４３…遮光膜、４４…透光層、５０…レンズ体、５１…透光層、５１ａ…凹部、５２…レンズ層、５２ａ１…第１レンズ、５２ａ２…第２レンズ、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、１５２…第２レンズ層、１５２ａ，１５４ａ，２４１ａ…レンズ、１５３…第３透光層、１５４…第３レンズ層、２３０…レンズ集合体、２４０…レンズ体、２４０ａ…貫通孔、２４１…レンズ層、２４５ａ…接続部、２４５…透光層、３０１，３０２，３０３…凹部、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…投写レンズ、１２１０，１２２０，１２３０…液晶ライトバルブ、１３００…スクリーン。

Claims (5)

  1. 基材と、
    前記基材の上に配置された画素電極と、
    前記基材と前記画素電極との間に配置されたトランジスターを含む配線層と、
    前記画素電極と前記配線層との間に配置されたレンズと、
    を備え、
    前記レンズは、平面視で前記画素電極が配置された領域である表示領域と、前記表示領域の外側の周辺領域と、に配置され、
    前記レンズは、前記表示領域に配置された第１レンズと、前記周辺領域に配置された第２レンズと、を有し、
    前記平面視において、前記配線層は、前記第１レンズおよび前記第２レンズと重な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、
    前記第１レンズと前記第２レンズとは、同じ形状であることを特徴とする光学基板。
  3. 請求項１または請求項２に記載の光学基板であって、
    前記周辺領域に遮光膜が設けられ、
    前記平面視において、前記遮光膜は前記配線層と重なることを特徴とする光学基板。
  4. 請求項１乃至請求項３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。
  5. 請求項４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。
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