(57)【要約】【課題】画像表示素子において、光利用効率の向上、画質の向上、および長寿命化を図る。【解決手段】マトリクス状の画素００２および各画素００２を駆動する回路配線パターン００３を有する画素アレイ基板００４と、画素アレイ基板００４に対向配置した対向基板００６とを備え、各画素００２は対向基板００６側から入射した光を変調し且つ変調した光を出射する開口部を有する画像表示素子において、対向基板００６側に回折格子パターン１００が配されており、対向基板００６に入射した光を回折して各画素００２の開口部に偏向させる。画素アレイ基板００４には、各画素００２の開口部を縁取るように遮光性のブラックマトリクス００９が形成されている。回折格子パターン１００は、ブラックマトリクス００９に向かって入射した光を途中で回折して各画素００２の開口部に偏向する。【選択図】図２
2005215372.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マトリクス状に配された複数の画素および各画素を駆動する回路配線パターンを有する画素アレイ基板と、
該画素アレイ基板に対向配置した対向基板とを備え、
各画素は、該対向基板側から入射した光を変調し、且つ変調した光を出射する開口部を有する画像表示素子において、
前記対向基板側に回折格子パターンが配されており、
前記回折格子パターンは、該対向基板に入射した光を回折して各画素の開口部に偏向させる様に形成されていることを特徴とする画像表示素子。
【請求項２】
前記対向基板側には入射した光を偏光する偏光素子が配されており、
前記画素アレイ基板側の各画素は該偏光された光の偏光状態を変調し、
前記偏光素子は、入射した光の波長λよりも小さいピッチの周期構造を有する構造複屈折体からなることを特徴とする請求項１記載の画像表示素子。
【請求項３】
前記画素アレイ基板には、該マトリクス状に配された各画素の開口部を縁取るように遮光性のブラックマトリクスが形成されており、
前記対向基板側の回折格子パターンは、該画素アレイ基板側のブラックマトリクスのパターンと対応するパターンで形成されており、該ブラックマトリクスに向かって入射した光を途中で回折して各画素の開口部に偏向することを特徴とする請求項１記載の画像表示素子。
【請求項４】
前記画素アレイ基板側に形成されたブラックマトリクスのパターンは、互いに隣接した画素を隔てるように縦横に配列した直線状パターンと、該縦横の直線状パターンが交差した部分の交差部パターンとを含み、
前記対向基板側の回折格子パターンは、該ブラックマトリクスの直線状パターンと対応する部分が１次元回折格子パターンで、該ブラックマトリクスの交差部パターンと対応する部分が２次元回折格子パターンとなっており、
前記１次元回折格子パターンは対応するブラックマトリクスの直線状パターンを避けるように光を二方向に偏向し、前記２次元回折格子パターンは、対応するブラックマトリクスの交差部パターンを避けるように光を四方向に偏向することを特徴とする請求項３記載の画像表示素子。
【請求項５】
前記回折格子パターンの格子ピッチｐは、
対向基板側の回折格子パターンと画素アレイ基板側のブラックマトリクスとの距離をｄとし、該ブラックマトリクスのパターン幅をａとし、各画素の開口部に入射する光の中心波長をλ０としたとき、
ｐ＊ｓｉｎ（ｔａｎ−１（ａ／２ｄ））≦λ０
なる関係式を満たすように設定されていることを特徴とする請求項３記載の画像表示素子。
【請求項６】
前記回折格子パターンの外形幅ｂは、
対応する画素アレイ基板上のブラックマトリクスのパターン幅をａとしたとき、
０．６ ≦ ｂ／ａ ≦ １．６
なる関係式を満たすように設定されていることを特徴とする請求項３記載の画像表示素子。
【請求項７】
前記回折格子パターンは、対向基板の一面に所定のピッチで形成された溝に光学媒質を埋め込んだ位相格子からなり、
該溝の深さｈは、
対向基板の屈折率をｎ１とし、該光学媒質の屈折率をｎ２とし、各画素の開口部に入射する光の中心波長をλ０としたとき、
｜ｎ１−ｎ２｜＊ｈ ＝ λ０／２
なる関係式を満たすように設定されていることを特徴とする請求項１記載の画像表示素子。
【請求項８】
前記回折格子パターンは、光の入射側に位置する該対向基板の外面又は該画素アレイ基板に対向する該対向基板の内面に形成された位相格子からなることを特徴とする請求項１記載の画像表示素子。
【請求項９】
前記対向基板には防塵ガラス板が取り付けられており、前記回折格子パターンは、該対向基板と防塵ガラス板の界面に形成された位相格子からなることを特徴とする請求項１記載の画像表示素子。
【請求項１０】
光源と、表示パネルと、拡大投射光学系とを光軸に沿って順に配置した画像プロジェクタ装置において、
前記表示パネルは、マトリクス状に配された複数の画素および各画素を駆動する回路配線パターンを有する画素アレイ基板と、該画素アレイ基板に対向配置した対向基板とを備え、
各画素は、該光源から該対向基板を通って入射した光を変調し、且つ変調した光を該拡大投射光学系に向けて出射する開口部を有し、
前記対向基板側に回折格子パターンが配されており、
前記回折格子パターンは、該対向基板に入射した光を回折して各画素の開口部に偏向させる様に形成されていることを特徴とする画像プロジェクタ装置。
【請求項１１】
前記画素アレイ基板には、該マトリクス状に配された各画素の開口部を縁取るように遮光性のブラックマトリクスが形成されており、
前記対向基板側の回折格子パターンは、該画素アレイ基板側のブラックマトリクスのパターンと対応するパターンで形成されており、該ブラックマトリクスに向かって入射した光を途中で回折して各画素の開口部に偏向することを特徴とする請求項１０記載の画像プロジェクタ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は画像表示素子およびこれを利用した画像表示装置に関する。詳しくは、マトリクス状に配された画素および画素駆動回路とこれらを支持するＴＦＴ基板、ＴＦＴ基板と対向する対向基板とを備え、入射面から入射した光を画素単位で変調し、出射面から出射する画像表示素子において、光利用効率の向上、画質の向上、および長寿命化を図る技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１３は、従来のＬＣＤプロジェクタ用途のＬＣＤパネルを模式的に表したものである。ＬＣＤパネル００１は、マトリクス状に配置された画素００２および画素００２を駆動する格子状の駆動回路パターン００３、画素００２および駆動回路パターン００３を支持するＴＦＴ基板００４、液晶００５、ＴＦＴ基板００４に対向する対向基板００６、防塵ガラス００７、画素駆動回路パターン００３に外部から信号を送るためのフレキシブルコネクタ００８より構成される。プロジェクタ用ＬＣＤパネルの場合、光線は対向基板００６側から入射し、ＴＦＴ基板００４側から出射する。画素駆動回路パターン００３の対向基板００６側および対向基板００６とは逆の側に、光電効果による光リークを防止するため「田の字」型の遮光パターン、つまりブラックマトリクス００９が形成されている。この技術に関しては、例えば特許文献２に開示がある。
【特許文献１】特開２００３−１６７２４６公報
【特許文献２】特開２０００−２９８２９０公報
【特許文献３】特開２００３−１７２９１７公報
【特許文献４】特開２００３−１７２９１８公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
図１３で表されるＬＣＤパネルを、ＬＣＤプロジェクタに搭載した場合、光源から照明光学系を経て、ＬＣＤパネルに到達した光線のうち、ブラックマトリクス００９に到達した光は反射して光源側に戻され、映像のスクリーン投影には用いられないため、そのまま光量ロスとなっている。加えてブラックマトリクス００９で反射した光がＬＣＤパネル００１のＴＦＴ基板００４、対向基板００６または防塵ガラス００７の各基板境界面、或いは液晶プロジェクタの照明光学系の光学部材の界面で反射し、再びＬＣＤパネルの出射方向に抜け、迷光となってスクリーン上の映像を劣化させる。
【０００４】
特に図１４の例のように、ＬＣＤパネル００１の入射側に反射型偏光板０３１を用いた場合、照明光学系のＮＡにより液晶００５を斜めに通過して楕円偏光化した光線がブラックマトリクス００９で反射し、再度液晶００５を斜めに通過して直線偏光からより逸脱した楕円偏光となり、ＬＣＤパネル００１の入射側の反射型偏光板０３１で、楕円偏光のうちの一方の偏光成分、つまり反射型偏光板の偏光軸に直交する成分は反射され、再びＬＣＤパネル００１を通過して、スクリーン上に迷光として投影されてしまう。この迷光は出射偏光板０３２の偏光軸に平行な成分のため、全黒表示時においては特に明るく目立ってしまう。
【０００５】
また、入射側に反射型偏光板０３１を配置する替わりに、対向基板００６上に特許文献１で示されるような複屈折構造体からなる偏光子を形成した場合も、反射型偏光板０３１の場合と同様、複屈折構造体の偏光軸に直交する偏光成分は反射する性質を持つことから、同様な問題が発生することが予測される。
【０００６】
上記問題に対しては、例えば特許文献３や特許文献４に開示されているような、対向基板００６側にブラックマトリクスを形成することにより、一定の改善効果が得られることがわかっている。図１５のように対向基板００６上に、ＴＦＴ基板００４上のブラックマトリクス００９に対応して、Ａｌなどの金属膜による対向ブラックマトリクスパターン０１０を形成することにより、ここに到達する光線は、液晶００５を通過する前に反射し、直線偏光を維持したまま入射側の反射型偏光板０３１に到達するため、反射型偏光板０３１の偏光軸に直交する成分を持たず、光線はそのまま反射型偏光板０３１を通過して光源側に進み、スクリーンには到達せず、迷光とはならない。
【０００７】
しかし上記方法では、対向ブラックマトリクスパターン０１０で反射した光線は、映像のスクリーン投影には利用されていないため、そのまま光量ロスとなっている。加えてＡｌなどの金属膜は光線の一部を吸収する性質があり、吸収された光は熱エネルギーとなり、それがＬＣＤパネル全体へ伝わり、パネル温度の上昇、寿命低減へとつながっている。さらに温度上昇にともない、Ａｌなどの金属膜と基板との熱膨張率の差により、基板が引っ張られ、基板に反りが発生する。これにより液晶Ｇａｐが局所的に変化し、スクリーン投影された映像に明るさムラなどの画質不良を引き起こす原因となっている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した従来の技術の課題に鑑み、本発明はマトリクス状に配された画素および画素駆動回路とこれらを支持するＴＦＴ基板、ＴＦＴ基板と対向する対向基板とを備え、入射面から入射した光を画素単位で変調し、出射面から出射する画像表示素子において、光利用効率の向上、画質の向上、および長寿命化を図ることを目的とする。係る目的を達成する為に以下の手段を講じた。即ち本発明は、マトリクス状に配された複数の画素および各画素を駆動する回路配線パターンを有する画素アレイ基板と、該画素アレイ基板に対向配置した対向基板とを備え、各画素は、該対向基板側から入射した光を変調し、且つ変調した光を出射する開口部を有する画像表示素子において、前記対向基板側に回折格子パターンが配されており、前記回折格子パターンは、該対向基板に入射した光を回折して各画素の開口部に偏向させる様に形成されていることを特徴とする。
【０００９】
好ましくは、前記対向基板側には入射した光を偏光する偏光素子が配されており、前記画素アレイ基板側の各画素は該偏光された光の偏光状態を変調し、前記偏光素子は、入射した光の波長λよりも小さいピッチの周期構造を有する構造複屈折体からなる。
又前記画素アレイ基板には、該マトリクス状に配された各画素の開口部を縁取るように遮光性のブラックマトリクスが形成されており、前記対向基板側の回折格子パターンは、該画素アレイ基板側のブラックマトリクスのパターンと対応するパターンで形成されており、該ブラックマトリクスに向かって入射した光を途中で回折して各画素の開口部に偏向する。この場合、前記画素アレイ基板側に形成されたブラックマトリクスのパターンは、互いに隣接した画素を隔てるように縦横に配列した直線状パターンと、該縦横の直線状パターンが交差した部分の交差部パターンとを含み、前記対向基板側の回折格子パターンは、該ブラックマトリクスの直線状パターンと対応する部分が１次元回折格子パターンで、該ブラックマトリクスの交差部パターンと対応する部分が２次元回折格子パターンとなっており、前記１次元回折格子パターンは対応するブラックマトリクスの直線状パターンを避けるように光を二方向に偏向し、前記２次元回折格子パターンは、対応するブラックマトリクスの交差部パターンを避けるように光を四方向に偏向する。
又前記回折格子パターンの格子ピッチｐは、対向基板側の回折格子パターンと画素アレイ基板側のブラックマトリクスとの距離をｄとし、該ブラックマトリクスのパターン幅をａとし、各画素の開口部に入射する光の中心波長をλ０としたとき、ｐ＊ｓｉｎ（ｔａｎ−１（ａ／２ｄ））≦λ０なる関係式を満たすように設定されている。又前記回折格子パターンの外形幅ｂは、対応する画素アレイ基板上のブラックマトリクスのパターン幅をａとしたとき、０．６≦ｂ／ａ≦ １．６なる関係式を満たすように設定されている。又前記回折格子パターンは、対向基板の一面に所定のピッチで形成された溝に光学媒質を埋め込んだ位相格子からなり、該溝の深さｈは、対向基板の屈折率をｎ１とし、該光学媒質の屈折率をｎ２とし、各画素の開口部に入射する光の中心波長をλ０としたとき、｜ｎ１−ｎ２｜＊ｈ ＝ λ０／２なる関係式を満たすように設定されている。
好ましくは、前記回折格子パターンは、光の入射側に位置する該対向基板の外面又は該画素アレイ基板に対向する該対向基板の内面に形成された位相格子からなる。或いは、前記対向基板には防塵ガラス板が取り付けられており、前記回折格子パターンは、該対向基板と防塵ガラス板の界面に形成された位相格子からなる。
【００１０】
又本発明は、光源と、表示パネルと、拡大投射光学系とを光軸に沿って順に配置した画像プロジェクタ装置において、前記表示パネルは、マトリクス状に配された複数の画素および各画素を駆動する回路配線パターンを有する画素アレイ基板と、該画素アレイ基板に対向配置した対向基板とを備え、各画素は、該光源から該対向基板を通って入射した光を変調し、且つ変調した光を該拡大投射光学系に向けて出射する開口部を有し、前記対向基板側に回折格子パターンが配されており、前記回折格子パターンは、該対向基板に入射した光を回折して各画素の開口部に偏向させる様に形成されている。具体的には、前記画素アレイ基板には、該マトリクス状に配された各画素の開口部を縁取るように遮光性のブラックマトリクスが形成されており、前記対向基板側の回折格子パターンは、該画素アレイ基板側のブラックマトリクスのパターンと対応するパターンで形成されており、該ブラックマトリクスに向かって入射した光を途中で回折して各画素の開口部に偏向する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、対向基板または防塵ガラスに１次元回折格子と２次元回折格子からなる回折格子パターンを形成することにより、従来技術では反射、吸収によりロスしていた光線を有効利用でき、光利用効率の向上が期待できると同時に、この回折格子パターンは金属膜などのような吸収がないため光吸収による温度上昇が起こらず長寿命化が期待でき、さらに金属膜のような熱膨張率の差による基板反りがないため、明るさムラなどの画質異常の発生が起こらない、などの効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は投影型ＬＣＤパネル００１を用いた３板式ＬＣＤプロジェクタの光学系の模式図であり、光源ランプ０２０、第１フライアイレンズ０２１、第２フライアイレンズ０２２、ＰＳ分離合成素子０２３、コンデンサレンズ０２４、ＲＧＢ色分離フィルター０２５（Ｂ反射）および０２６（Ｇ反射／Ｒ透過）、ミラー０２７、フィールドレンズ０２８、リレーレンズ０２９、ダイクロイックプリズム０３０、入射側偏光板０３１、投射型ＬＣＤパネル００１、出射側偏光板０３２、投射レンズ０３３より構成され、スクリーン０３４に拡大像を投影する。
【００１３】
図２は、図１に示した表示パネル００１の具体的な構成を示す模式図である。（Ａ）は表示パネルの斜視外観図、（Ｂ）は表示パネルに含まれる対向基板の斜視図、（Ｃ）は対向基板に形成された回折格子パターンの拡大図、（Ｄ）同じく回折格子パターンの断面図である。図示するように、表示パネル００１は、マトリクス状に配された複数の画素００２および各画素００２を駆動する回路配線パターン００３を有する画素アレイ基板００４と、画素アレイ基板００４に対向配置した対向基板００６と、両基板００４，００６の間に保持された液晶００５を備えている。各画素００２は、対向基板００６側から入射した光を変調し、且つ変調した光を出射する開口部を有する。かかる表示パネル００１を両側から挟むように一対の防塵ガラス板００７が取り付けられている。又図示しないが、対向基板００６側には入射した光を偏光する偏光素子が配されており、画素アレイ基板００４側の各画素００２は偏光された光の偏光状態を変調する。好ましくは、この偏光素子は、入射した光の波長λよりも小さいピッチの周期構造を有する構造複屈折体からなる。
【００１４】
特徴事項として、対向基板００６に回折格子パターン１００が配されている。回折格子パターン１００は、対向基板００６に入射した光を回折して各画素００２の開口部に偏向させる様に形成されている。具体的に見ると、画素アレイ基板００４には、マトリクス状に配された各画素００２の開口部を縁取るように遮光性のブラックマトリクス００９が形成されている。対向基板００６側の回折格子パターン１００は、画素アレイ基板００４側のブラックマトリクス００９のパターンと対応するパターンで形成されており、ブラックマトリクス００９に向かって入射した光を途中で回折して各画素００２の開口部に偏向する。
【００１５】
この場合、画素アレイ基板００４側に形成されたブラックマトリクス００９のパターンは、互いに隣接した画素００２を隔てるように縦横に配列した直線状パターンと、この縦横の直線状パターンが交差した部分の交差部パターンとを含む。対向基板００６側の回折格子パターン１００は、ブラックマトリクス００９の直線状パターンと対応する部分が１次元回折格子パターン１０１で、ブラックマトリクス００９の交差部パターンと対応する部分が２次元回折格子パターン１０２となっている。１次元回折格子パターン１０１は対応するブラックマトリクス００９の直線状パターンを避けるように光を二方向に偏向し、２次元回折格子パターン１０２は、対応するブラックマトリクス００９の交差部パターンを避けるように光を四方向に偏向する。
【００１６】
回折格子パターン１００の格子ピッチｐは、対向基板００６側の回折格子パターン１００と画素アレイ基板００４側のブラックマトリクス００９との距離をｄとし、ブラックマトリクス００９のパターン幅をａとし、各画素００２の開口部に入射する光の中心波長をλ０としたとき、ｐ＊ｓｉｎ（ｔａｎ−１（ａ／２ｄ））≦λ０なる関係式を満たすように設定されている。これにより、回折格子パターン１００は対応するブラックマトリクス００９の直線状パターンを避けるように光を二方向に偏向することができる。又回折格子パターン１００の外形幅ｂは、対応する画素アレイ基板００４上のブラックマトリクス００９のパターン幅をａとしたとき、０．６≦ｂ／ａ≦ １．６なる関係式を満たすように設定されている。これにより有効画素００２を必要以上に遮ることなく、かつ回折格子パターン１００による効果が十分に得られる幅となっている。更に回折格子パターン１００は、対向基板００６の一面に所定のピッチｐで形成された溝１０３に光学媒質００５を埋め込んだ位相格子からなる。溝１０３の深さｈは、対向基板００６の屈折率をｎ１とし、光学媒質００５の屈折率をｎ２とし、各画素００２の開口部に入射する光の中心波長をλ０としたとき、｜ｎ１−ｎ２｜＊ｈ ＝ λ０／２なる関係式を満たすように設定されている。なお、本例では光学媒質として液晶を利用している。これにより０次光は発生せず、１次元回折格子パターン１０１の場合は±１次光が、２次元回折格子パターン１０２の場合は計４本の（±１、±１）次光が最大の光量となる。
【００１７】
回折格子パターン１００の設計例を以下に示す。対向基板００６とＴＦＴ基板００４との距離ｄ＝２．７μｍ、ＴＦＴ上のブラックマトリクス００９の線幅を３．０μｍ、中心波長を５５０ｎｍ、対向基板００６の屈折率ｎ１＝１．４６、回折格子パターン１００の、ＴＦＴ基板００４側に隣接する媒質の屈折率ｎ２＝１．５５としたとき、回折格子パターン１００のピッチｐ≦１．１３μｍ、格子深さｈ＝３．０５５μｍとなる。また、回折格子パターン１００の線幅ａは２．２μｍとなっている。
【００１８】
好ましくは、回折格子パターン１００は、光の入射側に位置する対向基板００６の外面又は画素アレイ基板００４に対向する対向基板００６の内面に形成された位相格子からなる。対向基板００６には防塵ガラス板００７が取り付けられており、場合によっては回折格子パターン１００は、対向基板００６と防塵ガラス板００７の界面に形成された位相格子からなる。なお本実施例では投影型ＬＣＤパネルの入射面若しくは出射面に位相シフト構造を形成した例を示したが、その他の投影型（又は透過型）画像表示素子や、ＬＣＯＳなどの反射方画像表示素子にも適用可能である。
【００１９】
従来技術では、対向基板００６のＴＦＴ基板００４側表面などに、Ａｌなど金属膜による対向ブラックマトリクスパターンが形成されており、対向ブラックマトリクスパターンで反射した光線は、映像のスクリーン投影には利用されていないため、そのまま光量ロスとなっている。加えてＡｌなどの金属膜は光線の一部を吸収する性質があり、吸収された光は熱エネルギーとなり、それがＬＣＤパネル全体へ伝わり、パネル温度の上昇、寿命低減へとつながっている。さらに温度上昇にともない、Ａｌなどの金属膜と基板との熱膨張率の差により、基板が引っ張られ、基板に反りが発生する。これにより液晶Ｇａｐが局所的に変化し、スクリーン投影された映像に明るさムラなどの画質不良を引き起こす原因となっている。
【００２０】
これに対し金属膜によるブラックマトリクスパターンの替わりに、図２のように回折格子パターン１００を対向基板００６のＴＦＴ基板００４側の表面に形成することにより、入射した光線は、回折格子パターン１００で反射、吸収されることなくそのまま通過し、回折効果により偏向されるため、光線はＴＦＴ基板００４内の画素駆動回路パターン００３上に形成された、光電効果による光リークを原因とする画質劣化を防止するためのブラックマトリクスパターン００９を避け、有効画素００２内を通過しそのままスクリーン投影に用いられるため、光量のロスがない。また回折格子パターン１００では、反射する光がないため、迷光の発生がない。さらに回折格子パターン１００では、吸収される光がないため、光吸収による基板温度上昇が抑えられ、金属膜の場合のように基板と金属膜との熱膨張率の差による基板反りが発生しないため、液晶ギャップの局所的な変化がなく、明るさムラなどの画質不良を引き起こさない。
【００２１】
好ましくは、回折格子パターンは、フォトリソグラフィー技術を用いて、ドライエッチング又はウェットエッチングにより形成される。あるいは対向基板の表面に樹脂層を塗布し、２ｐ法により形成することもできる。図３は、図２に示した回折格子パターンの作成方法を示す工程図である。まず、図示のように予め対向基板００６に塗布されたフォトレジスト１１０を、マスク１２１とＵＶ照射器を用いて（１）露光し、（２）現像する。ＥＢマスク１２１にはＣｒ（白色部分）と非Ｃｒ（黒色部分）領域が交互にストライプ状に配列されており、これを用いて露光した対向基板００６を現像すると、ストライプ状のフォトレジストパターン１１１が転写される。この状態で、（３）基板００６を深ｈでエッチングし、（４）フォトレジストパターン１１１を除去すると、対向基板００６の表面上にはエッチンされた領域と、エッチングされていない領域を交互に配したストライプパターン構造の溝１０３が形成される。
【００２２】
図４は、図２（Ｃ）に示した１次元回折格子パターンの光学作用を示す模式図である。前述したように回折格子パターン１００は、各画素００２の各辺の中心付近では、基板表面の凹凸が一定周期で繰り返される１次元回折格子パターン１０１となっており、そのピッチｐは、対向基板００６とＴＦＴ基板００４との距離をｄ、ＴＦＴ上のブラックマトリクス００９の線幅をａ、ＬＣＤパネルに入射する光の波長域の中心波長をλ０としたとき、ｐ＊ｓｉｎ（ｔａｎ−１（ａ／２ｄ））≦λ０なる関係式を満たすように定義される。このため、図４のように、１次元回折格子パターン１０１を通過して回折した光線のうち±１次回折光は、ＴＦＴ基板のブラックマトリクス００９を避け画素００２内を通過するため、ブラックマトリクス００９に遮られることなく、画素００２の開口を通過することができる。
【００２３】
図５は、図２（Ｃ）に示した２次元回折格子パターンの光学作用を示す模式図である。前述したように回折格子パターン１００は、各画素００２の角の付近では、基板表面の凹凸が一定周期で繰り返される２次元回折格子パターン１０２となっている。好ましくは市松模様形に凹凸のパターンが繰り返される２次元回折格子パターンである。２次元回折格子パターン１０２のピッチｐは、対向基板とＴＦＴ基板との距離をｄ、ＴＦＴ上のブラックマトリクスの線幅をａ、ＬＣＤパネルに入射する光の波長域の中心波長をλ０としたとき、ｐ＊ｓｉｎ（ｔａｎ−１（ａ／２ｄ））≦λ０なる関係式を満たすように定義されるため、図５のように２次元回折格子パターン１０２を通過して回折した光線のうち、計４本の（±１、±１）次回折光はＴＦＴ基板のブラックマトリクス００９を避け、画素００２内を通過するためブラックマトリクス００９に遮られることなく、画素００２の開口を通過することができる。
【００２４】
図６は、図２に示した表示パネルの他の実施形態を示す斜視図である。図２の実施形態では対向基板００６のＴＦＴ基板００４側の表面に回折格子パターン１００を形成したが、図６のように対向基板００６の防塵ガラス００７側の表面に形成してもよい。
【００２５】
図７は、図２に示した表示パネルの更に別の実施形態を示す斜視図である。図示のように防塵ガラス００７の対向基板００６側の表面に形成しても、同様の効果が期待できる。この場合、回折格子パターン１００とＴＦＴ側ブラックマトリクス００９との距離ｄはより大きくなるため、式ｐ＊ｓｉｎ（ｔａｎ−１（ａ／２ｄ））≦λ０で定義される回折格子パターンのピッチｐも大きくなり、より製作しやすい形状となる。
【００２６】
図８は、図２に示した表示パネルの発展例を示す対向基板の斜視図である。対向基板００６側には回折格子パターン１００の間に、入射した光を偏光する偏光素子０３１が配されている。偏光素子０３１は、入射した光の波長λよりも小さいピッチの周期構造を有する構造複屈折体からなる。対向基板００６上の有効画素に対応する部分に複屈折構造体からなる偏光子０３１を形成し、対向基板００６上のＴＦＴ基板側ブラックマトリクスに対応する領域には本発明による回折格子パターン１００を形成することにより、所望の効果が得られる。本発明による回折格子パターン１００を形成することにより、これまで反射吸収されていた光を有効利用すると同時に、反射による迷光の発生を防止し、光吸収による温度上昇が起こらないため、長寿命化が期待でき、熱膨張率差による基板反りが発生しないため、明るさムラなどの画質異常を引き起こさない。
【００２７】
図９は、図８に示した構造複屈折体の構成を示す平面図である。構造複屈折体からなる偏光子０３１は、周囲を回折格子パターン１００で囲まれた矩形であり、一画素の開口部に対応している。構造複屈折体は、入射する光の波長よりも小さいピッチで、ストライプ状に配列された複数の媒質０３１ａを具備した構造で、隣接する媒質０３１ａの間隙には、媒質０３１ａと異なる屈折率を有する媒質０３１ｂが充填されている。
【００２８】
図１０は、図９に示した構造複屈折体の光学的な機能を示す模式図である。構造複屈折体は、入射光の偏光方向による有効屈折率の差異により、特定の偏光のみを透過し、特定の偏光のみを反射する機能を有するため、偏光子として機能させることができ、構造複屈折体を形成した基板を、液晶表示パネルを構成する一対の基板の少なくともいずれか一方に用いることによって偏光子を内蔵した液晶表示パネルを実現することができる。構造複屈折体からなる偏光子は、従来の光吸収型偏光子に比較して吸収される光量がはるかに少なく、耐久性に優れるものである。構造複屈折体としては、液晶層に入射する光の波長よりも小さいピッチでストライプ状に配列された複数の光反射体を具備する構造のものが好適である。図１０に基づいて、このような構造を有する構造複屈折体が特定の偏光のみを透過し、特定の偏光のみを反射することができる理由について説明する。図１０に示すように、入射する光の波長よりも小さいピッチで、ストライプ状に配列された複数の媒質０３１ａを具備した構造の構造複屈折体０３１において、隣接する媒質０３１ａの間隙には、媒質０３１ａと異なる屈折率を有する媒質０３１ｂが充填されていることが必要である。なお、媒質０３１ｂとしては、固体、液体、気体を問わない。このような構造の構造複屈折体０３１においては、媒質０３１ａの屈折率ｎ１と媒質０３１ｂの屈折率ｎ２が異なるため、構造複屈折体０３１に入射した光の偏光方向により有効屈折率が異なる。例えば、媒質０３１ａの屈折率ｎ１が媒質０３１ｂの屈折率ｎ２よりも大きい場合には、各媒質０３１ａの延在方向に対して略平行方向に振動する偏光Ａについての有効屈折率が、各媒質０３１ａの延在方向に対して略垂直方向に振動する偏光Ｂについての有効屈折率よりも大きくなる。各媒質の屈折率ｎ１，ｎ２を適切に設定することで、反射光が主として偏光Ａを含み透過光が主として偏光Ｂを含むようにできる。
【００２９】
図１１は、本発明に係る画像表示素子の具体的な構成例である透過型液晶パネルの内部構成を示す模式図である。図示する様に、アクティブマトリクスタイプの透過型液晶パネルは、所定の間隙を介して貼り合わされた駆動基板３０１と対向基板３０２との間に液晶３０３が保持されている。駆動基板３０１の内表面には互いに直交する走査線３０４と信号線３０５が設けられている。これらの走査線３０４と信号線３０５が格子状の駆動回路パターンを構成している。格子の各交点には画素電極３０６と、画素スイッチを構成する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）３０７がマトリクス状に配列されている。さらに、図示しないが駆動基板３０１の内表面にはラビング処理を施された配向膜も形成されている。一方対向基板３０２の内表面には対向電極３０８及びカラーフィルタ層３０９が形成されている。カラーフィルタ層３０９はＲＧＢ三原色のセグメントを有し個々の画素電極３０６と整合している。又、図示しないが対向電極３０８の表面にも同様にラビング処理を施された配向膜が設けられている。さらに互いに接着された駆動基板３０１と対向基板３０２の外表面には各々偏光板３１０，３１１が配されている。
【００３０】
走査線３０４を介して薄膜トランジスタ３０７を選択し、信号線３０５を介して画素電極３０６に信号電荷を書き込む。画素電極３０６と対向電極３０８の間に電圧が印加され液晶３０３が立ち上がる。これを一対のクロスニコル配置された偏光板３１０，３１１により白色入射光の透過量変化として取り出しカラー表示を行なう。この表示画面を拡大投射光学系により前方に投射してスクリーンに写し出せばプロジェクタになる。特にカラーフィルタ層３０９を設けたアクティブマトリクスタイプの透過型液晶パネルを組み込む事により単板型の液晶プロジェクタが得られる。
【００３１】
最後に図１２は、本発明に係る画像表示素子の内部遮光構造を示す断面図である。図示例はアクティブマトリクス型の液晶表示素子であって、画素トランジスタであるＴＦＴを有する基板５０１（ＴＦＴを担持する石英から成る）と、対向基板５０２とを備え、該基板５０１と対向基板５０２との間には、液晶５０３が保持される。対向基板５０２は対向電極５０６を備える。
【００３２】
基板５０１は、上層部に画素電極５０８を有し、下層部にＴＦＴ（薄膜トランジスタ。ここではトップゲート構造のＴＦＴ）５０７を有する。ＴＦＴ５０７は、各画素電極５０８を駆動するスイッチング素子としての役割を果たす。ＴＦＴ５０７は、本例ではポリシリコンからなる半導体薄膜５１０を活性層としている。この半導体薄膜５１０は、第１層ポリシリコン（１ｐｏｌｙ）で、構成される。半導体薄膜５１０上には、ＳｉＯ２等からなるゲート絶縁膜５１１を介して、ゲートＧが形成されている。このゲートＧは、第２層ポリシリコン（２ｐｏｌｙ）で、構成される。ＴＦＴ５０７は、ゲートＧの両側に、ソース領域Ｓ及びドレイン領域Ｄを有する。本例では、ソース／ドレイン端部にＬＤＤ領域が形成されている。ソース領域Ｓ及びドレイン領域Ｄには、各々引き出し電極５１２Ａ，５１２Ｂが接続している。各引き出し電極５１２Ａ，５１２Ｂは、アルミニウム等のアルミニウム系材料で形成できる。
【００３３】
半導体薄膜５１０には、補助容量５１３（Ｃｓ）が形成されている。この補助容量５１３（Ｃｓ）は、半導体薄膜５１０すなわちＴＦＴ７を構成する第１層ポリシリコン（１ｐｏｌｙ）と、半導体薄膜５１４すなわちゲートＧを構成する第２層ポリシリコン（２ｐｏｌｙ）とが、ゲート絶縁膜５１１をを構成するＳｉＯ２ 等の絶縁膜を挟んで形成される。
【００３４】
上記画素電極５０８を有する上層部と、ＴＦＴ５０７が形成されている下層部との間の中層部には、遮光層５０４Ｍ，５０４Ｐが形成されている。これは、ＴＦＴ５０７に対して対向基板５０２側、すなわち、入射側にある遮光層である。適宜、「上層遮光層」とも称する。本例では図示のとおり、上層遮光層は、マスク遮光層５０４Ｍ及びパッド遮光層５０４Ｐとからなる。このように、対向基板側からの入射光に対しては２つの上層遮光層（マスク遮光層５０４Ｍ及びパッド遮光層５０４Ｐ）と引き出し電極５１２Ａ及び５１２Ｂ（ここではアルミニウムにより形成）の重ね合わせにより、画素開口以外の領域すべての遮光をなしている。本例ではマスク遮光層５０４Ｍ及びパッド遮光層５０４Ｐは、ともに導電性を有する材料、たとえばＴｉ等の金属膜からなる。マスク遮光層５０４Ｍは画素の行方向に沿って、連続的にパターニングされてなり、少なくとも部分的にＴＦＴ５０７を遮光する。パッド遮光層５０４Ｐは画素ごとに離散的にパターニングされ、画素電極とのコンタクトに寄与している。これらマスク遮光層５０４Ｍ及びパッド遮光層５０４Ｐと、引き出し電極５１２Ａ及び５１２Ｂの重ね合わせにより、画素開口以外の領域のすべてが対向基板側からの入射に対して遮光される。
【００３５】
一方、画素トランジスタ部の対向基板とは逆の側に、遮光層５０５が形成されている。これを適宜、「下層遮光層」とも称する。少なくとも画素トランジスタのソース／ドレイン端部は、この下層遮光層で遮光されている。このように遮光されているソース／ドレイン端部に、前述のＬＤＤ領域５７１，５７２が形成されているのである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】三板式ＬＣＤプロジェクタの光学系の模式図である。
【図２】本発明にかかる画像表示素子の実施形態を示す模式図である。
【図３】図２に示した回折格子パターンの作成方法を示す工程図である。
【図４】１次元回折格子パターンによる効果を説明する図である。
【図５】２次元回折格子パターンによる効果を説明する図である。
【図６】本発明の他の形態を実施した例を示す図である。
【図７】本発明の別の形態を実施した例を示す図である。
【図８】対向基板上に複屈折構造体が形成されている場合の本発明の応用例を説明する図である。
【図９】複屈折構造体の構成を示す平面図である。
【図１０】複屈折構造体の作用を示す模式図である。
【図１１】液晶表示素子のデバイス構成を示す斜視図である。
【図１２】液晶表示素子の内部遮光構造を示す斜視図である。
【図１３】一般的なＬＣＤプロジェクタ用途のＬＣＤパネルの模式図である。
【図１４】ＬＣＤパネルの入射側に反射型偏光板を用いた場合を説明する図である。
【図１５】従来の対向ブラックマトリクスパターンを説明する図である。
【符号の説明】
【００３７】
００１．．．ＬＣＤパネル、００２．．．画素、００３．．．画素駆動回路パターン、００４．．．ＴＦＴ基板、００５．．．液晶、００６．．．対向基板、００７．．．防塵ガラス板、００８．．．フレキシブルコネクタ、０２０．．．光源ランプ、０３１．．．入射側偏光板、０３２．．．出射側偏光板、１００．．．回折格子パターン、１０１．．．１次元回折格子パターン、１０２．．．２次元回折格子パターン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１４】
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【図１５】
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