(57)【要約】【課題】光の利用効率を高めるとともに、明るく高コントラストの表示を実現可能な電気光学装置を提供する。【解決手段】本発明の電気光学装置は、電気光学物質を備えた電気光学層１７と、電気光学物質を駆動するマトリクス状に配置された複数の画素電極１と、該画素電極１の相互の境界領域に対応する位置に形成された遮光膜２６とを具備し、電気光学層１７に入射する光を少なくとも画素電極１の形成領域内に集光させる集光手段と、電気光学層１７から出射される光を略平行光化する出射光平行化手段とを具備することを特徴とする。【選択図】    図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気光学物質を備えた電気光学層と、前記電気光学物質を駆動するマトリクス状に配置された複数の画素電極と、該画素電極の相互の境界領域に対応する位置に形成された遮光膜とを具備し、
前記電気光学層に入射する光を少なくとも前記画素電極の形成領域内に集光させる集光手段と、前記電気光学層から出射される光を略平行光化する出射光平行化手段とを具備することを特徴とする電気光学装置。
【請求項２】
前記出射光平行化手段は、前記電気光学層から出射される光を少なくとも前記各画素電極毎に前記遮光膜の形成領域と平面的に重なるように略平行光化することを特徴とする請求項１に記載の電気光学装置。
【請求項３】
前記出射光平行化手段は、前記電気光学層から出射される光を少なくとも前記遮光膜を覆う形の略平行光に調整する出射光調整手段を含むことを特徴とする請求項１に記載の電気光学装置。
【請求項４】
前記出射光調整手段は、前記集光された光を少なくとも前記遮光膜を覆う範囲まで拡散する光拡散手段と、該光拡散手段にて拡散された光を少なくとも前記遮光膜を覆う形にて略平行化する拡散光平行化手段とを含むことを特徴とする請求項３に記載の電気光学装置。
【請求項５】
前記電気光学層が一対の第１基板及び第２基板間に挟持されてなり、前記第２基板の前記電気光学層を挟持する面の反対側には光源が具備されるとともに、
前記第２基板と前記光源との間には前記集光手段が配設される一方、前記第１基板の光出射面側には前記出射光平行化手段が配設されていることを特徴とする請求項１ないし４に記載の電気光学装置。
【請求項６】
前記第１基板上には、前記複数の画素電極と、該複数の画素電極をそれぞれ駆動する複数の薄膜トランジスタと、該複数の薄膜トランジスタの少なくともチャネル領域を前記第１基板の側から見て覆う位置に形成された第１遮光膜とが配設される一方、
前記第２基板上には、前記画素電極の相互の境界領域に対応する位置に形成された第２遮光膜が配設されてなり、
前記集光手段は、前記第２遮光膜の非形成領域内に入射光を集光させる構成を具備することを特徴とする請求項５に記載の電気光学装置。
【請求項７】
前記出射光平行化手段は、前記出射光を前記第１遮光膜を覆う範囲の略平行光とする構成を具備していることを特徴とする請求項６に記載の電気光学装置。
【請求項８】
前記集光した光の焦点が前記第１基板又は第２基板内に位置する構成とされ、さらに前記集光した光が、前記第１基板又は第２基板内で焦点を結んだ後であって、少なくとも前記第１基板の出射面側で前記第１遮光膜を覆う範囲まで拡散された後に略平行化される構成とされていることを特徴とする請求項６又は７に記載の電気光学装置。
【請求項９】
前記集光した光の焦点を前記第１基板又は第２基板内に位置させるために、前記第１基板の厚さと前記第２基板の厚さとがそれぞれ異なるものとされていることを特徴とする請求項８に記載の電気光学装置。
【請求項１０】
前記集光した光の焦点を前記第１基板又は第２基板内に位置させるために、及び前記集光した光を、前記第１基板又は第２基板内で焦点を結んだ後であって、少なくとも前記第１基板の出射面側で前記第１遮光膜を覆う範囲まで拡散した後に略平行化するために、前記集光手段と、前記第１基板と、前記第２基板と、前記出射光平行化手段とが位置調整されていることを特徴とする請求項８又は９に記載の電気光学装置。
【請求項１１】
前記集光手段及び／又は前記出射光平行化手段が、マイクロレンズアレイにて構成されていることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の電気光学装置。
【請求項１２】
前記光拡散手段及び／又は前記拡散光平行化手段が、マイクロレンズアレイにて構成されていることを特徴とする請求項４ないし１１のいずれか１項に記載の電気光学装置。
【請求項１３】
前記マイクロレンズアレイを構成する各マイクロレンズは、前記画素電極のマトリクス配置に倣ってマトリクス状にそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の電気光学装置。
【請求項１４】
請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の電気光学装置を光変調手段として備えたことを特徴とする投射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気光学装置及び投射型表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、薄膜トランジスタ（以下適宜、ＴＦＴと称する）駆動によるアクティブマトリクス駆動方式の液晶装置（電気光学装置）が液晶プロジェクタ等にライトバルブとして用いられる場合には、一般に、液晶層を挟んでＴＦＴアレイ基板に対向配置される対向基板の側から投射光が入射される。ここで、投射光がＴＦＴのチャネル領域に入射すると、この領域において光電変換効果により光電流が発生してしまい、ＴＦＴの特性が劣化する場合がある。このため、例えば特許文献１に開示されているように、対向基板には各ＴＦＴにそれぞれ対向する位置に遮光膜が形成されるのが一般的である。この遮光膜は、各画素の開口領域（即ち、投射光が透過する領域）を規定することにより、ＴＦＴのチャネル領域に対する遮光の他に、コントラストの向上、色材の混色防止などの機能を果たしている。
【０００３】
また、データ線を、対向基板の側から見てＴＦＴのチャネル領域を覆うように、Ａｌ（アルミニウム）等の遮光膜を配設することにより、データ線単独で或いは前述の遮光膜と協働で、ＴＦＴのチャネル領域に対する遮光を行う技術も一般的である。さらに、投射光が通過する際のＴＦＴアレイ基板の表面からの反射光や、更にカラー用に複数の液晶装置を組み合わせて使用する場合の他の液晶装置から出射した後に投射光学系を突き抜けてくる投射光の一部が、戻り光としてＴＦＴアレイ基板の側からＴＦＴのチャネルに入射するのを防ぐ必要もある。このために、石英基板等からなるＴＦＴアレイ基板上においてＴＦＴに対向する位置（即ち、ＴＦＴの下側）にも、例えば不透明な高融点金属から遮光膜を形成した液晶装置が提案されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−４７２５８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この種の液晶装置では、表示を明るくするために、液晶装置の画像表示領域全体に対する画素の開口領域の比率である画素開口率を高めることが重要であるが、Ａｌ（アルミニウム）等からなるデータ線、ポリシリコン等からなる走査線や容量線、半導体層や絶縁層を含むＴＦＴなどが画像表示領域内に非開口領域をなすため、画素開口率を高めるのには一定の限界がある。特に、画素密度を上げて高精細な画像を表示可能とするため及び液晶装置の大きさを小型化するために画素ピッチを小さくすると、このような非開口領域をなす各種配線やＴＦＴ等を小さくすることに一定の限界があるが故に、画素開口率を高めることも困難となる。
【０００６】
そこで、特許文献１では、入射光の利用効率を向上するためのマイクロレンズを対向基板上に設け、入射光を開口領域に集光する技術が開示されている。しかしながら、このような技術においては、光の入射側で開口領域に光を集めることができるものの、集光した光が焦点を結んだ後に拡散してしまう場合があり、その結果、投射光がぼやけて表示特性の低下を引き起こす惧れがある。また、隣接する画素間で光が干渉し、これにより表示特性の低下が生じる場合もある。
【０００７】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、画素表示を行う電気光学装置において光の利用効率を高めるとともに、明るい表示を供し、特に画素間領域の遮光膜に対応した影が表示され表示品位を低下させる等の不具合を回避して、高コントラストの表示を実現可能な電気光学装置と、これを備えた投射型表示装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の電気光学装置は、電気光学物質を備えた電気光学層と、前記電気光学物質を駆動するマトリクス状に配置された複数の画素電極と、該画素電極の相互の境界領域に対応する位置に形成された遮光膜とを具備し、前記電気光学層に入射する光（以下、入射光とも言う）を少なくとも前記画素電極の形成領域内に集光させる集光手段と、前記電気光学層から出射される光（以下、出射光とも言う）を平行光化する出射光平行化手段とを具備することを特徴とする。
【０００９】
このような電気光学装置によると、集光手段により入射光が画素電極の形成領域内に集光されるため、入射光のうち遮光膜に遮られる光が少なくなり、入射光の利用効率が向上するとともに、入射光のうち電気光学層を通過した光が出射光として出射光平行化手段により略平行光化されるため、例えば出射光が拡散して、表示がぼやけてしまう等の不具合が生じ難くなる。すなわち、集光手段にて集光された光が、焦点を結んだ後に、電気光学層の出射側で拡散するような場合にも、出射光平行化手段にて出射光が略平行光化されるため、特に画素領域境界付近において表示のぼやけが生じ難くなり、明るく高コントラストの表示を供することが可能となる。したがって、本発明の構成により、入射光の利用効率向上と、出射光の表示としての特性向上とを両立することができるようになる。なお、集光手段は複数の画素電極のそれぞれに対応して１：１で形成されていることが好ましく、この場合、個々の画素電極に対して確実に光を入射させることが可能となる。
【００１０】
前記出射光平行化手段は、前記電気光学層から出射される光を少なくとも前記遮光膜を覆う形の略平行光に調整する出射光調整手段を含むものとすることができる。ここで、出射光が遮光膜を覆うとは、当該電気光学装置を平面的に見て、出射光が遮光膜に被さる状態を言い、遮光膜の影が少なくとも出射光によって隠れることを意味するものである。このように出射光を少なくとも遮光膜を覆う形の略平行光に調整することで、遮光膜に対応した影が表示される不具合が生じ難くなり、粒状感（ざらつき）のない高コントラストの表示を供することが可能となる。なお、出射光調整手段は、複数の画素電極のそれぞれに対応して１：１で形成されていることが好ましく、この場合、個々の画素電極に対応して、各画素電極の周りの遮光膜を覆う形の略平行光を、各画素電極毎に創出することが可能となり、一層高コントラストの表示を供することが可能となる。つまり、前記出射光平行化手段は、前記電気光学層から出射される光を少なくとも前記各画素電極毎に前記遮光膜の形成領域と平面的に重なるように略平行光化するものとすることが好ましい。
【００１１】
前記出射光調整手段は、前記集光された光を少なくとも前記遮光膜を覆う範囲まで拡散する光拡散手段と、該光拡散手段にて拡散された光を少なくとも前記遮光膜を覆う形にて略平行化する拡散光平行化手段とを含むものとすることができる。この場合、集光手段により集光された光が、例えば電気光学層を出射した後に集光されたまま表示に供される不具合が回避される。すなわち、集光された光が拡散されることなく電気光学層を出射して、そのまま集光した光が表示に供されると、遮光膜の影が表示されるとともに、表示ムラが生じる場合があるが、上記構成によるとこのような不具合を回避することができるのである。具体的には、集光された光を光拡散手段にて遮光膜を覆う範囲まで拡散し、さらにこれを拡散光平行化手段にて遮光膜を覆う形の略平行光として表示するために、遮光膜の影が表示される不具合も回避され、表示ムラの少ない高コントラストの表示を実現可能としている。
【００１２】
前記電気光学層が一対の第１基板及び第２基板間に挟持されてなり、前記第２基板の前記電気光学層を挟持する面の反対側には光源が具備されるとともに、前記第２基板と前記光源との間には前記集光手段が配設される一方、前記第１基板の光出射面側には前記出射光平行化手段が配設されているものとすることができる。この場合、光源光を集光した状態で第２基板の内面側（電気光学層側）に入射させ、その状態で画素領域内に光を入射させることが可能となるとともに、少なくとも第１基板から出射された後には、出射光平行化手段にて出射光を平行光化することが可能となる。
【００１３】
前記第１基板上には、前記複数の画素電極と、該複数の画素電極をそれぞれ駆動する複数の薄膜トランジスタと、該複数の薄膜トランジスタの少なくともチャネル領域を前記第１基板の側から見て覆う位置に形成された第１遮光膜とが配設される一方、前記第２基板上には、前記画素電極の相互の境界領域に対応する位置に形成された第２遮光膜が配設されてなり、前記集光手段は、前記第２遮光膜の非形成領域内に入射光を集光させる構成を具備するものとすることができる。なお、この場合の各基板上とは、各基板の内面側（電気光学層側）を意味するものとすることができる。
【００１４】
上記構成によると、第１遮光膜により第１基板の外面側（光出射面側）からの戻り光等が薄膜トランジスタのチャネル領域に入射することを防止でき、該チャネル領域において光電変換効果により光電流が発生して、ＴＦＴの特性が劣化する不具合を回避することができるようになる。また、第２遮光膜により、各画素の開口領域（即ち、入射光が透過する領域）が規定され、コントラストの向上を図ることできる上、これをカラーフィルタの各色の着色層間に配設するブラックマトリクスとして用いた場合には色材の混色防止などの機能も具備することとなる。なお、第２基板に配設する第２遮光膜は、第１基板の薄膜トランジスタにそれぞれ対向する位置に形成することができ、この場合、薄膜トランジスタのチャネル領域に対する遮光機能をも兼備することとなる。さらに、上記構成においては、集光手段により光源光を第２遮光膜の非形成領域内に入射させるものとしているため、光源光の利用効率を高めることが可能となっている。
【００１５】
また上記構成において、前記出射光平行化手段は、前記出射光を前記第１遮光膜を覆う範囲の略平行光とする構成を具備しているものとすることができる。これにより、出射光を第１遮光膜を覆う範囲の略平行光とすることができ、明るくぼやけの少ない、高コントラストの表示を供することが可能となる。
【００１６】
次に、本発明の電気光学装置において、前記集光した光の焦点が前記第１基板又は第２基板内に位置する構成とされ、さらに前記集光した光が、前記第１基板又は第２基板内で焦点を結んだ後であって、少なくとも前記第１基板の出射面側で前記第１遮光膜を覆う範囲まで拡散された後に略平行化される構成を具備させることができる。この場合、当該電気光学装置を構成する基板内において入射した光が焦点を結ぶために、その焦点を結んだ後の光は、出射側への途上において拡散を続けることとなる。そして、その拡散を続ける光が、第１基板を出射した後に第１遮光膜を覆う範囲まで拡散された後に略平行光化されるものとされているため、別途拡散手段を設けずとも集光した光を拡散させて、表示ムラの少ない表示を実現することが可能となる。
【００１７】
ここで、前記集光した光の焦点を前記第１基板又は第２基板内に位置させるために、前記第１基板の厚さと前記第２基板の厚さとをそれぞれ異ならしめることができる。このように各基板の厚さを異ならせることで、集光した光の焦点を各基板のいずれかに位置させることが可能となり得る。具体的には、第２基板の厚さを相対的に厚く構成した場合には、該第２基板内に焦点を位置させることが有利となり得る。
【００１８】
また、前記集光した光の焦点を前記第１基板又は第２基板内に位置させるために、及び前記集光した光を、前記第１基板又は第２基板内で焦点を結んだ後であって、少なくとも前記第１基板の出射面側で前記第１遮光膜を覆う範囲まで拡散した後に略平行化するために、前記集光手段と、前記第１基板と、前記第２基板と、前記出射光平行化手段とをそれぞれ位置調整するものとすることができる。この場合、集光手段と、第１基板と、第２基板と、出射光平行化手段との位置調整が、集光した光の焦点を各基板内に位置合わせするための手段、及び焦点を結んだ後の光を第１基板の出射面側で第１遮光膜を覆う範囲まで拡散した後に略平行化するための手段をなすものとなる。
【００１９】
なお、本発明の集光手段及び／又は出射光平行化手段、或いは光拡散手段及び／又は拡散光平行化手段としては、マイクロレンズアレイにて構成されたものを例示することができる。ここで、マイクロレンズアレイを構成する各マイクロレンズは、画素電極のマトリクス配置に倣ってマトリクス状にそれぞれ配置されているものとすることができ、この場合、各画素電極に対して確実に光を集光させることが可能となるとともに、遮光膜を覆う範囲にて略平行光を創出することが可能となる。
【００２０】
なお、以上のような本発明の電気光学装置によれば、第２基板に備えられた複数のマイクロレンズにより、第２基板側からの入射光は、複数の画素電極上にそれぞれ集光されることとなる。そして、薄膜トランジスタは、第１遮光膜により少なくとも部分的に規定される遮光領域内に、即ちマイクロレンズによる画素電極上の集光領域から外れて位置する。このため、第２基板側からの入射光がマイクロレンズを介して薄膜トランジスタのチャネル領域に入射することはない。更に、複数のマイクロレンズの相互の境界においては、第２基板側からの入射光は、第２遮光膜により遮光される。従って、第２基板側からの入射光がマイクロレンズの境界を通過して、薄膜トランジスタのチャネル領域に直接入射したり、多重反射等により迷光となった後に入射する事態を未然に防げる。以上のように、薄膜トランジスタの少なくともチャネル領域における第２基板側の遮光を例えば遮光性材料からなるデータ線により施さなくても、第２基板側からの入射光に対する薄膜トランジスタのチャネル領域における遮光は、マイクロレンズ及び第２遮光膜により十分に施される。他方、第１遮光膜により、複数の薄膜トランジスタの少なくともチャネル領域は、第１基板の側から見てそれぞれ覆われる。従って、第１基板側からの戻り光等が薄膜トランジスタのチャネル領域に入射して薄膜トランジスタの特性が劣化する事態を未然に防ぐことが出来る。以上の結果、入射光や戻り光等がチャネル領域に入射することにより、薄膜トランジスタの特性が劣化することは実践上殆ど又は全く無く、当該薄膜トランジスタによる精度の高い電気光学物質の駆動が可能とされる。そして、第２基板側のマイクロレンズにより、第２基板側からの入射光は画素電極上にそれぞれ集光されるので、入射光の利用効率は高められる。同時に、第１基板側のマイクロレンズにより、第１基板からの出射光は、少なくとも第１遮光膜を覆う範囲に略平行光化され、表示特性が高められる。
【００２１】
ここで、第１遮光膜は、第１基板上において複数の画素電極にそれぞれ対応する複数の画素開口領域を相互に区切る遮光領域を少なくとも部分的に規定しており、第２遮光膜は、第１基板の側から見て該遮光領域に覆われている。すなわち、第１基板の側から見て、遮光領域の輪郭の内側に第２遮光膜の輪郭が位置している。したがって、第１及び第２基板を機械的に貼り合わせる際の組みずれにより、遮光領域に対して第２遮光膜が平面的にずれてたとしても、両輪郭間の距離に応じて、第２遮光膜の第１遮光膜からの平面的なはみ出しは、全部或いは部分的に吸収される。
【００２２】
また、第２遮光膜は、上述のように開口率にほぼ又は全く影響しないので、従来のＣｒ等と比べて寸法精度が出ない材料を第２遮光膜の材料として使用することも可能となる。従って、従来のＣｒ等と比べて反射率が高い、例えばＡｌ等の材料を第２遮光膜として使用することも可能となる。これにより第２基板側から入射する入射光を第２遮光膜により高反射率で反射することが出来るので、第２遮光膜の形成面積に応じて当該電気光学装置の温度上昇をより効率的に抑えることも可能となる。
【００２３】
また、薄膜トランジスタに接続されたデータ線は、遮光性且つ導電性の薄膜から構成されており、前記遮光領域のうち前記データ線に沿った領域を規定しており、前記第１遮光膜は、該薄膜トランジスタに接続された複数の走査線にそれぞれ沿って縞状に形成され、前記遮光領域のうち前記走査線に沿った領域を規定する。この態様によれば、マイクロレンズにより集光された光は、遮光性の薄膜から構成されたデータ線及び第１遮光膜により規定された画素開口領域を透過して、表示用の光として当該液晶装置を透過する。この態様では特に、第２基板側から見てデータ線（第３遮光膜となる）下に、薄膜トランジスタのチャネル領域が位置するように構成すれば、薄膜トランジスタのチャネル領域における第２基板側の遮光を、より確実なものとすることができる。特に第２遮光膜を反射性の材料から構成した場合に発生し得る多重反射により第２基板側からチャネル領域に侵入しようとする迷光を確実に遮光できる。
【００２４】
なお、前記走査線を遮光性且つ導電性の薄膜から構成し、前記遮光領域のうちの該走査線に沿った領域を規定するとともに、前記第１遮光膜を前記複数のデータ線にそれぞれ沿って縞状に形成し、前記遮光領域のうち該データ線に沿った領域を規定するものとすることができる。この態様によれば、マイクロレンズにより集光された光は、遮光性の薄膜から構成された走査線及び第１遮光膜により規定された画素開口領域を透過して、表示用の光として当該電気光学装置を透過する。この態様では特に、第２基板側から見て走査線下に、薄膜トランジスタのチャネル領域が位置するように構成すれば、薄膜トランジスタのチャネル領域における第２基板側の遮光を、より確実なものとすることが出来る。なお、これらのデータ線或いは走査線が遮光性且つ導電性の薄膜から構成された態様では、前記遮光性且つ導電性の薄膜は、金属或いは金属合金の薄膜からなるように構成してもよい。このように構成すれば、例えば、Ａｌ等の金属或いは金属合金の薄膜から比較的容易に遮光領域を規定するデータ線や走査線を形成できる。
【００２５】
さらに異なる態様として、前記第１基板上に、前記画素電極に所定蓄積容量をそれぞれ付与する複数の容量線を前記走査線と平行に形成し、該複数の容量線を前記第１基板上において前記遮光領域に対して配設するものとすることができる。この態様によれば、容量線により付与される蓄積容量に応じて、各画素電極における画像信号に係るデューティー比を下げつつ高コントラスト比或いは高解像度の画像表示を実現できるが、容量線も、遮光領域に位置するので、容量線を配設したことによる白抜け表示を発生させないようにでき、さらに電気光学物質として液晶を用いた場合には、容量線により引き起こされるディスクリネーションが、開口領域における液晶に対して悪影響を実践上殆ど又は全く及ぼさないようにできる。
【００２６】
さらに異なる態様として、前記第２遮光膜は、前記複数のマイクロレンズの境界にそれぞれ沿って網目状に形成されているものとすることができる。この態様では、第２遮光膜は、網目状であり、遮光領域の輪郭と相似或いは略相似する。従って、遮光領域に覆われる範囲で第２遮光膜の形成領域を大きくすれば、電気光学装置内部へ入射しようとする入射光に対する第２遮光膜の遮光や反射の機能を向上でき、これに応じて液晶装置における温度上昇を抑制できる。更に、遮光領域を規定する第１遮光層等が持つ遮光機能や開口領域を規定する機能を、第２遮光膜にも冗長的に持たせることができる。
【００２７】
なお、前記第１遮光膜は、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｗ、Ｔａ、Ｍｏ及びＰｄのうちの少なくとも一つを主体として構成されているものとすることができる。この場合、第１遮光膜は、不透明な高融点金属であるＴｉ、Ｃｒ、Ｗ、Ｔａ、Ｍｏ及びＰｄのうちの少なくとも一つを含む、例えば、金属単体、合金、金属シリサイド等から構成されるため、第１基板上の遮光膜形成工程の後に行われるＴＦＴ形成工程における高温処理により、第１遮光膜が破壊されたり溶融しないようにできる。
【００２８】
また、前記第２遮光膜は、金属又は金属合金の薄膜から構成することができる。この場合、第２遮光膜は、Ａｌ等の金属又は金属合金の薄膜から構成されているので、その反射率を、例えば９０数パーセントといったように従来のＣｒと比べて非常に高くできる。したがって、電気光学層内部へ入射しようとする入射光に対する第２遮光膜の反射機能を向上でき、これに応じて電気光学層における温度上昇を抑制できる。
【００２９】
次に、本発明の投射型表示装置は、光源と、該光源から出射された光を集光しながら上記電気光学装置に導く集光光学系と、該電気光学装置で光変調した光を投射面に拡大投影する拡大投影光学系とを有することを特徴とする。このような高画質の画像表示が可能な投射型表示装置を実現することが可能となる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の第１の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本実施の形態の投射型表示装置の全体構成を示す概略構成図である。図中符号５１０は光源、５２２，５２３，５２４は液晶ライトバルブ（光変調手段）、５２６は投射光学系（投射手段）である。
【００３１】
本実施の形態の投射型表示装置５００は、図１に示すように、システム光軸Ｌに沿って配置された光源５１０、赤色用、緑色用、青色用の各液晶ライトバルブ５２２，５２３，５２４、複数の投射レンズ群からなる投射光学系５２６で概略構成されている。光源５１０は、メタルハライド等のランプ５１１とランプ５１１の光を反射するリフレクタ５１２とから構成されている。
【００３２】
光源５１０から出射した光は、ダイクロイックミラー５１３，５１４により色分離される。すなわち、青色光・緑色光反射のダイクロイックミラー５１３は、光源５１０からの白色光のうちの赤色光を透過させるとともに、青色光と緑色光とを反射する。透過した赤色光は反射ミラー５１７で反射され、赤色光用液晶ライトバルブ５２２に入射される。一方、ダイクロイックミラー５１３で反射された色光のうち、緑色光は、緑色光反射のダイクロイックミラー５１４によって反射され、緑色用液晶ライトバルブ５２３に入射される。一方、青色光は、第２のダイクロイックミラー５１４も透過する。青色光に対しては、光路長が緑色光、赤色光と異なるのを補償するために、入射レンズ５１８、リレーレンズ５１９、出射レンズ５２０を含むリレーレンズ系、反射ミラー５１５，５１６からなる導光手段５２１が設けられ、これを介して青色光が青色光用液晶ライトバルブ５２４に入射される。
【００３３】
各液晶ライトバルブ５２２，５２３，５２４には、画素スイッチング用素子として薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ，  以下、ＴＦＴと略記する）を用いた垂直配向モードのアクティブマトリクス型液晶装置（電気光学装置）を採用している。各液晶ライトバルブ５２２，５２３，５２４によって変調された３つの色光は、クロスダイクロイックプリズム５２５に入射する。このクロスダイクロイックプリズム５２５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たものである。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形成される。合成された光は、投射光学系５２６によってスクリーン５２７上に投射され、画像が拡大されて表示される。
【００３４】
ここで、本実施の形態の投射型表示装置においては、各液晶ライトバルブ５２２，５２３，５２４の構成が特徴的なものとなっている。以下、各液晶ライトバルブ５２２，５２３，５２４の構成について説明する。図２は、各液晶ライトバルブ（液晶装置）５２２，５２３，５２４の全体構成を示す平面図、図３は、図２のＨ−Ｈ’線に沿う断面図、図４は拡大断面図である。また、図５は、図４に示した断面図を更に拡大したもので当該液晶ライトバルブ（液晶装置）の作用を示す模式図、図６は液晶ライトバルブ（液晶装置）の変形例の作用を示す模式図である。なお、以下の説明に用いた各図においては、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せてある。
【００３５】
まず、液晶ライトバルブ５２２，５２３，５２４の全体構成は、図２及び図３に示すように、ＴＦＴアレイ基板８の上に、シール材９が対向基板１５の縁に沿うように設けられており、その内側に並行して額縁としての遮光枠１０が設けられている。シール材９の外側の領域には、データ線駆動回路１１および外部回路接続端子１２がＴＦＴアレイ基板８の一辺に沿って設けられており、走査線駆動回路１３がこの一辺に隣接する２辺に沿って設けられている。
【００３６】
さらに、ＴＦＴアレイ基板８の残る一辺には、画像表示領域の両側に設けられた走査線駆動回路１３間を接続するための複数の配線１４が設けられている。また、対向基板１５のコーナー部の少なくとも１箇所においては、ＴＦＴアレイ基板８と対向基板１５との間で電気的導通をとるための導通材１６が設けられている。
【００３７】
そして、図３に示すように、図２に示したシール材９とほぼ同じ輪郭を持つ対向基板１５がシール材９によりＴＦＴアレイ基板８に固着されており、ＴＦＴアレイ基板８と対向基板１５との間に負の誘電異方性を有する液晶１７が封入されている。また、図２に示すシール材９に設けられた開口部は液晶注入口９ａであり、封止材２０によって封止されている。
【００３８】
液晶ライトバルブ５２２，５２３，５２４のより詳細な構成は、図４に示すように、ＴＦＴアレイ基板８には各画素電極１に隣接する位置に、各画素電極１をスイッチング制御する画素スイッチング用ＴＦＴ２が設けられている。ＴＦＴアレイ基板８と各画素スイッチング用ＴＦＴ２との間には、該画素スイッチング用ＴＦＴ２と平面的に重畳する形にて第１遮光膜２１が設けられている。第１遮光膜２１は、例えば不透明な高融点金属であるＴｉ、Ｃｒ、Ｗ、Ｔａ、ＭｏおよびＰｄのうちの少なくとも一つを含む、金属単体、合金、金属シリサイド等から構成されている。この第１遮光膜２１により、ＴＦＴアレイ基板８の側からの戻り光等が画素スイッチング用ＴＦＴ２のチャネル領域に入射する事態を未然に防ぐことができ、光リーク電流の発生により画素スイッチング用ＴＦＴ２の特性が変化するのを防止できる。
【００３９】
また、第１遮光膜２１と複数の画素スイッチング用ＴＦＴ２との間には、第１層間絶縁膜２２が設けられている。第１層間絶縁膜２２は、画素スイッチング用ＴＦＴ２を構成する半導体層２３を第１遮光膜２１から電気的に絶縁するために設けられるものである。さらに、第１層間絶縁膜２２は、ＴＦＴアレイ基板８の全面に形成されることにより、画素スイッチング用ＴＦＴ２のための下地膜としての機能をも有する。第１層間絶縁膜２２は、例えばＮＳＧ（ノンドープトシリケートガラス）、ＰＳＧ（リンシリケートガラス）、ＢＳＧ（ボロンシリケートガラス）、ＢＰＳＧ（ボロンリンシリケートガラス）などの高絶縁性ガラス、または酸化シリコン膜、窒化シリコン膜等の単層膜あるいは積層膜から構成することができる。
【００４０】
また、図４において、画素スイッチング用ＴＦＴ２は、半導体層２３上にゲート絶縁膜、ゲート電極をなす走査線４が形成され、走査線４が交差する半導体層２３の領域にチャネル領域が形成される。半導体層２３には、データ線３に接続されるソース領域、画素電極１に接続されるドレイン領域が形成される。
【００４１】
本実施の形態では、ゲート絶縁膜を走査線４に対向する位置から延設して誘電体膜として用い、半導体層２３を延設して第１蓄積容量電極とし、さらにこれらに対向する容量線６の一部を第２蓄積容量電極とすることにより、蓄積容量５が構成されている。
【００４２】
また、本実施の形態では、特にデータ線３は、Ａｌ等の低抵抗な金属膜や金属シリサイド等の合金膜などの遮光性を持つ薄膜から構成されている。また、走査線４、ゲート絶縁膜および第１層間絶縁膜２２の上には、ソース領域へ通じるコンタクトホールおよびドレイン領域へ通じるコンタクトホールが各々形成された第２層間絶縁膜２４が形成されている。このソース領域へのコンタクトホールを介して、データ線３はソース領域に電気的に接続されている。さらに、データ線３および第２層間絶縁膜２４の上には、ドレイン領域へのコンタクトホールが形成された第３層間絶縁膜２５が形成されている。
【００４３】
このドレイン領域へのコンタクトホールを介して、画素電極１はドレイン領域に電気的に接続されている。そして、画素電極１はインジウム錫酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ，  以下、ＩＴＯと記す）等からなり、第３層間絶縁膜２５の上面に設けられている。なお、画素電極１とドレイン領域とは、データ線３と同一のＡｌ膜や走査線４と同一のポリシリコン膜を中継して電気的に接続するようにしてもよい。
【００４４】
一方、対向基板１５上には、ＴＦＴアレイ基板８上の画素スイッチング用ＴＦＴ２、走査線４、データ線３等のうち、少なくとも画素スイッチング用ＴＦＴ２および走査線４に対応する位置に第２遮光膜２６が設けられ、全面にＩＴＯ等の透明導電膜からなる対向電極２７が設けられている。そして、ＴＦＴアレイ基板８の画素電極１上を含む第３層間絶縁膜２５の上面、対向基板１５の対向電極２７の上面には、垂直配向処理が施された配向膜２８，２９がそれぞれ設けられている。ＴＦＴアレイ基板８と対向基板１５とからなる一対の基板の両外面には、入射側偏光板及び出射側偏光板（図示略）がそれぞれ固定されている。なお、この液晶ライトバルブ５２２，５２３，５２４は透過型の構成例である。
【００４５】
また、図４に示した液晶装置の対向基板１５には、対向基板１５の側から入射される入射光を、複数の画素電極１にそれぞれ集光する集光手段としてのマイクロレンズアレイ３１が配設されている。マイクロレンズアレイ３１は、集光レンズとしての機能を果たし、マトリクス状に配置された複数のマイクロレンズ３１ａからなり、対向基板１５上に形成された第２遮光膜２６と各マイクロレンズ３１ａの相互の境界とがそれぞれ対向する形にて配設されている。なお、マイクロレンズ３１ａは例えば感光性樹脂にて構成することができる。
【００４６】
この場合、図５に示すように、対向基板１５上に備えられた複数のマイクロレンズ３１ａにより、対向基板１５側からの入射光は、複数の画素電極１上にそれぞれ集光される。従って、マイクロレンズ３１ａが無い場合と比較して、各画素における実効開口率が高められる。
【００４７】
そして、画素スイッチング用ＴＦＴ２は、第１遮光膜２１及びデータ線３により規定される遮光領域内に、即ちマイクロレンズ３１ａによる画素電極１上への集光領域から外れて位置する。このため、対向基板１５側からの入射光がマイクロレンズ３１ａを介して画素スイッチング用ＴＦＴ２のチャネル領域に入射することは実用上殆ど又は全くない。更に、複数のマイクロレンズ３１ａの相互の境界においては、対向基板１５側からの入射光は、第２遮光膜２６により遮光される。従って、対向基板１５側からの入射光がマイクロレンズ３１ａの境界を通過して、画素スイッチング用ＴＦＴ２のチャネル領域に直接入射したり、多重反射等により迷光となった後に入射する事態を未然に防げる。
【００４８】
以上のように、仮に画素スイッチング用ＴＦＴ２のチャネル領域における対向基板１５側の遮光を仮に金属薄膜からなるデータ線３により施さなくても、対向基板１５側からの入射光に対する画素スイッチング用ＴＦＴ２のチャネル領域における遮光は、マイクロレンズ３１ａ及び第２遮光膜２６により十分に施されることとなる。
【００４９】
一方、図４に示した液晶装置のＴＦＴアレイ基板８には、液晶層１７からの出射光の拡散を防ぎ、該出射光を略平行光化する出射光平行化手段としてのマイクロレンズアレイ３０が配設されている。マイクロレンズアレイ３０は、マトリクス状に配置された複数のマイクロレンズ３０ａからなり、ＴＦＴアレイ基板８上に形成された第１遮光膜２１と各マイクロレンズ３０ａの相互の境界とがそれぞれ対向する形にて配設されている。なお、マイクロレンズ３０ａは例えば感光性樹脂にて構成することができる。
【００５０】
この場合、図５に示すように、液晶層１７からの出射光はマイクロレンズアレイ３０により略平行光化され、出射光が拡散して、表示がぼやけてしまう等の不具合が生じ難くなる。すなわち、対向基板１５側のマイクロレンズアレイ３１にて集光された光が、図５に示すように焦点を結んだ後に、液晶層１７の出射側で拡散するような場合にも、ＴＦＴアレイ基板８側のマイクロレンズアレイ３０にて出射光が略平行光化されるため、特に画素領域境界付近において表示のぼやけが生じ難くなり、明るく高コントラストの表示を供することが可能となる。
【００５１】
ここで、マイクロレンズアレイ３０は、液晶層１７からの出射光を少なくとも第１遮光膜３１を覆う形の略平行光に調整するものとされている。つまり、複数の画素電極１のそれぞれに対応して、個々のマイクロレンズが１：１で形成されており、各画素電極１の周りの第１遮光膜２１を覆う形の略平行光を各画素電極１毎に調整するものとしている。
【００５２】
なお、本実施の形態では、対向基板１５内で集光した入射光の焦点を結ばせるために、マイクロレンズアレイ３１の曲率の設計や対向基板１５の厚さの設計、及び該マイクロレンズアレイ３１と対向基板１５との位置合わせが行われている。また、液晶層１７からの出射光をＴＦＴアレイ基板８の出射面側で第１遮光膜２１を覆う範囲まで拡散した後に略平行化するために、マイクロレンズアレイ３１と、対向基板１５と、ＴＦＴアレイ基板８と、マイクロレンズアレイ３０とが位置合わせされている。例えば対向基板１５の厚さを０．７ｍｍ〜１．１ｍｍ（例えば１．０ｍｍ）、ＴＦＴアレイ基板８の厚さを０．５ｍｍ〜１．１ｍｍ（例えば０．５ｍｍ）、画素ピッチを１０μｍ〜２０μｍ（例えば１０μｍ）、遮光膜の形成領域（遮光領域）の平面幅を２μｍ〜６μｍ（例えば３μｍ）、液晶層１７の厚さを１μｍ〜５μｍ（例えば３μｍ）に設計することができる。
【００５３】
次に、本実施の形態では、第１遮光膜２１により、各画素スイッチング用ＴＦＴ２のチャネル領域は、ＴＦＴアレイ基板８側から見てそれぞれ覆われているため、ＴＦＴアレイ基板８側からの戻り光等が画素スイッチング用ＴＦＴ２のチャネル領域に入射して画素スイッチング用ＴＦＴ２のトランジスタ特性が劣化する事態を未然に防ぐことが出来る。以上の結果、入射光や戻り光等の画素スイッチング用ＴＦＴ２のチャネル領域への入射により、画素スイッチング用ＴＦＴ２の特性が劣化することは実践上殆ど又は全く無く、本実施の形態の投射型表示装置５００に用いた液晶装置では、画素スイッチング用ＴＦＴ２による精度の高い液晶駆動が可能とされる。
【００５４】
これらに加えて、第１遮光膜２１とデータ線３とにより規定される遮光領域は、コントラストの向上、色材の混色防止などの機能をも有する。そして、マイクロレンズ３１ａにより、対向基板１５側からの入射光は画素電極１上の集光領域にそれぞれ集光されるので、入射光の利用効率が高められると同時に、第２遮光膜２６の存在により、対向基板１５における機械的強度及び熱遮断性能はそれぞれ、第２遮光膜２６が無かった場合と比較して顕著に高められる。
【００５５】
ここで前述のように、第２遮光膜２６は、平面的に見て第１遮光膜２１及びデータ線３によりＴＦＴアレイ基板８上に規定される遮光領域に覆われている。即ち、ＴＦＴアレイ基板８側から見て、遮光領域の輪郭の内側に第２遮光膜２６の輪郭が位置している。従って、両基板を機械的に貼り合わせる際の組みずれにより、遮光領域（或いは、第１遮光膜２１）に対して第２遮光膜２６が平面的にずれてたとしても、両輪郭間の距離に応じて、第２遮光膜２６の第１遮光膜２１或いはデータ線３からの平面的なはみ出しは、全部或いは部分的に吸収される。言い換えれば、第２遮光膜２６は、遮光領域或いは画素開口領域を規定する機能を持たず、上述のようにマイクロレンズ３１ａの境界にだけ最低限設けておけば足りるので、両基板を接着する際の組みずれを見込んで、第２遮光膜２６の形成領域を小さめに設定しておくことにより、この組みずれが画素開口率には何等影響しないようにできる。このため、所定許容範囲内にある多少の組みずれによっては、画素開口領域は全く狭くならないか或いは少ししか狭くならないで済む。
【００５６】
また、第２遮光膜２６は、上述のように画素開口率にほぼ又は全く影響しないので、従来のＣｒ等と比べて寸法精度が出ない材料を第２遮光膜２６の材料として使用することも可能となる。従って、従来のＣｒ等と比べて反射率が高いが精度を出し難い、例えばＡｌ等の材料を第２遮光膜２６として使用することも可能となる。これにより対向基板１５側から入射する入射光を第２遮光膜２６により高反射率で反射することが出来るので、第２遮光膜２６の形成面積に応じて当該液晶層１７の温度上昇をより効率的に抑えることも可能となる。
【００５７】
なお、図６に示すように、対向基板１５側のマイクロレンズ３５の構成や、対向基板１５及びＴＦＴアレイ基板８の厚さないし位置関係により、ＴＦＴアレイ基板８よりも外側で、集光した入射光が焦点を結ぶような構成の場合、ＴＦＴアレイ基板８の出射面側（外面側）に拡散手段としてのマイクロレンズアレイ３６を配設することが好ましい。
【００５８】
この場合、マイクロレンズアレイ３６は、出射光を略平行光化する第１マイクロレンズ３６ａと、該第１マイクロレンズ３６ａ略平行化された光を拡散（拡大）させる第２マイクロレンズ３６ｃとを含んで構成され、本実施の形態では第１マイクロレンズ３６ａと第２マイクロレンズ３６ｃとの間に焦点調整層３６ｂを備えた構成とされている。そして、このマイクロレンズアレイ３６の焦点調整により、マイクロレンズ３７には少なくとも第１遮光膜２１を覆う光（拡散光）が入射されることとなり、該マイクロレンズ３７にて第１遮光膜２１を覆う形の略平行光に調整されて、該平行光が当該液晶装置から出射される。
【００５９】
この場合、対向基板１５側のマイクロレンズ３５により集光された光が、当該液晶装置内（特に対向基板１５、液晶層１７、又はＴＦＴアレイ基板８内）で焦点が結ばれることがないため、焦点部分での発熱による装置の不良化を抑制することができるようになる。また、集光された光が拡散されることなく液晶層１７を出射して、そのまま集光した光が表示に供されると、遮光膜の影が表示されるとともに、表示ムラが生じる場合があるが、図６の構成によるとこのような不具合を回避することができた。具体的には、集光された光を拡散用マイクロレンズアレイ３６にて第１遮光膜２１を覆う範囲まで拡散し、さらにこれをマイクロレンズ３７にて第１遮光膜２１を覆う形の略平行光として出射するために、第１遮光膜２１の影が表示される不具合も回避され、表示ムラの少ない高コントラストの表示を実現可能となった。
【００６０】
以上、本実施の形態を示したが、本発明は上述した実施の形態に限られるものではなく、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る。例えば、上記実施の形態では電気光学装置として、投射型表示装置に備えた液晶ライトバルブを示したが、例えば直視型の液晶表示装置に本発明の構成を採用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の投射型表示装置を示す概略構成図。
【図２】図１の投射型表示装置に用いる液晶ライトバルブの全体構成を示す概略平面図。
【図３】図２のＨ−Ｈ’線に沿う断面図。
【図４】図２の要部拡大断面図。
【図５】本実施の形態に用いた液晶ライトバルブの作用を示す模式図。
【図６】変形例の液晶ライトバルブについての作用を示す模式図。
【符号の説明】
１…画素電極、３…データ線（第３遮光膜）、１７…液晶層（電気光学層）、２１…第１遮光膜、２６…第２遮光膜、３０…マイクロレンズアレイ（出射光平行化手段）、３１…マイクロレンズアレイ（集光手段）、５００…投射型液晶表示装置（投射型表示装置）、５２２，５２３，５２４…液晶ライトバルブ（電気光学装置）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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