(57)【要約】【課題】電気光学装置の画素領域への効果的な導光が可能で光利用効率を向上させることができる集光基板を提供する。【解決手段】  本発明に係る集光基板は、基板６１の一面側に形成された溝部からなるプリズム部６７を備え、前記プリズム部６７の深さ方向は、基板６１のプリズム形成面６１ａの法線に対し交差する方向である。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の一面側に形成された溝部からなるプリズム構造を備え、
前記溝部の深さ方向は、前記溝部が形成された面の法線に対し交差する方向であることを特徴とする集光基板。
【請求項２】
基板の一面側に形成された溝部からなるプリズム構造を備え、
前記溝部の底頂点は、当該溝部の開口端における幅方向の中点から延ばした基板法線方向の直線上から外れた位置にあることを特徴とする集光基板。
【請求項３】
基板の一面側に形成された溝部からなるプリズム構造を備え、
前記溝部の幅方向の断面における開口端幅をＷ、当該溝部の底頂点から当該溝部の開口端に下ろした垂線により前記開口端幅Ｗを分割してなる線分の長さをＡ，Ｂとしたとき、前記線分Ａの長さと線分Ｂの長さが異なっていることを特徴とする集光基板。
【請求項４】
前記溝部が平面視略格子状に形成されて前記基板の平面領域を区画しており、
前記区画された平面領域に臨む４つの前記溝部の側壁のうち少なくとも２つの前記側壁は、前記溝部が形成された基板面の法線方向に対して互いに異なる傾斜角度を有していることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の集光基板。
【請求項５】
前記４つの側壁のうち、略同一の前記傾斜角度を有する２つの前記側壁が互いに隣接して配置されていることを特徴とする請求項４に記載の集光基板。
【請求項６】
基板の一面側にマスク材をパターン形成する工程と、
前記マスク材を配した当該基板の法線方向に対して傾けた状態で前記基板を支持し、前記マスク材を介したドライエッチング処理により前記基板の一面側に溝部を形成する工程と
を有することを特徴とする集光基板の製造方法。
【請求項７】
前記溝部を形成する工程において、
前記基板を冷却しながら前記ドライエッチング処理を施すことを特徴とする請求項６に記載の集光基板の製造方法。
【請求項８】
一対の基板間に電気光学物質を挟持してなる電気光学装置であって、
前記一対の基板のうち少なくとも一方の基板は、一面側に形成された溝部からなるプリズム構造を備えるとともに、前記溝部の深さ方向が前記基板の溝部形成面の法線に対し交差する方向とされた集光基板であることを特徴とする電気光学装置。
【請求項９】
一対の基板間に電気光学物質を挟持してなる電気光学装置であって、
前記一対の基板のうち少なくとも一方の基板は、一面側に形成された溝部からなるプリズム構造を備えるとともに、前記溝部の底頂点が当該溝部の開口端における幅方向の中点から延ばした前記基板の溝部形成面の法線方向の直線上から外れた位置にある集光基板であることを特徴とする電気光学装置。
【請求項１０】
一対の基板間に電気光学物質を挟持してなる電気光学装置であって、
前記一対の基板のうち少なくとも一方の基板は、一面側に形成された溝部からなるプリズム構造を備えるとともに、前記溝部の幅方向の断面における開口端幅をＷ、当該溝部の底頂点から当該溝部の開口端に下ろした垂線により前記開口端幅Ｗを分割してなる線分の長さをＡ，Ｂとしたとき、前記線分Ａの長さと線分Ｂの長さが異なっている集光基板であることを特徴とする電気光学装置。
【請求項１１】
前記電気光学装置は平面視マトリクス状に配列された複数の画素を備え、
前記集光基板の溝部は、前記画素の境界領域に沿う平面視略格子状に形成されており、
前記画素を取り囲む４つの前記溝部は、当該基板の外面側から入射する光を当該画素の中心からずれた位置に集光することを特徴とする請求項８から１０のいずれか１項に記載の電気光学装置。
【請求項１２】
前記画素を取り囲む４つの前記溝部により集光される光は、前記画素の明視方向に射出されることを特徴とする請求項１１に記載の電気光学装置。
【請求項１３】
前記電気光学装置は平面視マトリクス状に配列された複数の画素を備え、
前記集光基板の溝部は、前記画素の境界領域に沿う平面視略格子状に形成されており、
前記画素を取り囲む４つの前記溝部の側壁のうち、少なくとも２つの前記側壁は、前記溝部が形成された基板面の法線方向に対して互いに異なる傾斜角度を有することを特徴とする請求項８から１２のいずれか１項に記載の電気光学装置。
【請求項１４】
請求項１から５のいずれか１項に記載の集光基板を備えたことを特徴とする電気光学装置。
【請求項１５】
請求項８から１４のいずれか１項に記載の電気光学装置を備えたことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集光基板とその製造方法、電気光学装置、及び電子機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、プロジェクタはホームユースへの用途が拡大している。そのため、プロジェクタの空間光変調装置には、安価、長寿命かつ高い光利用効率で高コントラストな画像が得られることが望まれている。このような空間光変調装置として、入射した光を遮光膜の内側である画素の開口領域に集光させるマイクロレンズアレイを備えた液晶装置が知られている（例えば特許文献１）。
【特許文献１】特開２００５−７０１５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記特許文献１記載の液晶装置では、基板面の法線方向に対して傾いた方向のマイクロレンズを形成し、集光方向を液晶パネルの明視方向に一致させることで、マイクロレンズによる集光効果を高めてコントラストを向上させている。しかしながら、マイクロレンズの光軸を明視方向側に傾斜させているために明視方向側に位置するレンズ面は逆明視方向側に位置するレンズ面よりも狭い領域となり、コントラストの向上に対する効率が悪い。また、逆明視方向から入射した光にあっては、マイクロレンズにより屈折して画素領域の端縁寄りに入射するようになってコントラストを低下させることになる。さらに、ある程度以上の大きな屈折角をもって液晶パネルに入射する光は投射光学系の呑み込み角から外れて迷光となるため、光利用効率が低下することになる。
【０００４】
本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたもので、電気光学装置の画素領域への効果的な導光が可能で光利用効率を向上させることができる集光基板とその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の集光基板は、上記課題を解決するために、基板の一面側に形成された溝部からなるプリズム構造を備え、前記溝部の深さ方向は、前記溝部が形成された面の法線に対し交差する方向であることを特徴とする。
【０００６】
また本発明の集光基板は、基板の一面側に形成された溝部からなるプリズム構造を備え、前記溝部の底頂点は、当該溝部の開口端における幅方向の中点から延ばした前記基板の溝部形成面の法線方向の直線上から外れた位置にあることを特徴とする。
【０００７】
あるいは本発明の集光基板は、基板の一面側に形成された溝部からなるプリズム構造を備え、前記溝部の幅方向の断面における開口端幅をＷ、当該溝部の底頂点から当該溝部の開口端に下ろした垂線により前記開口端幅Ｗを分割してなる線分の長さをＡ，Ｂとしたとき、前記線分Ａの長さと線分Ｂの長さが異なっていることを特徴とする。
【０００８】
上記いずれの構成においても、形成された基板面の法線方向に対して斜め方向に向かって溝部が形成された集光基板となるので、溝部の側壁を成す斜面部が非対称の形状となり、それぞれの斜面部における反射特性が異なるものとなる。したがって、本発明の集光基板を電気光学装置に用いるならば、画素領域に対してその中心からずれた位置に光を導くことが可能であり、電気光学装置の視角特性に合わせた集光が可能になるので、光利用効率を低下させることなく表示コントラストを向上させることができる。
【０００９】
前記溝部が平面視略格子状に形成されて前記基板の平面領域を区画しており、前記区画された平面領域に臨む４つの前記溝部の側壁のうち少なくとも２つの前記側壁は、前記溝部が形成された基板面の法線方向に対して互いに異なる傾斜角度を有していることが好ましい。このような構成とすれば、異なる傾斜角を有する２つの側壁で反射された光の進行方向を互いに異ならせることができるので、集光基板による集光方向を容易に制御することができる。
【００１０】
前記４つの側壁のうち、略同一の前記傾斜角度を有する２つの前記側壁が互いに隣接して配置されている構成とすることもできる。このようにすれば、より効果的に反射光の集光方向を制御することができる。
【００１１】
本発明の集光基板の製造方法は、基板の一面側にマスク材をパターン形成する工程と、前記マスク材を配した当該基板の法線方向に対して傾けた状態で前記基板を支持し、前記マスク材を介したドライエッチング処理により前記基板の一面側に溝部を形成する工程とを有することを特徴とする。
【００１２】
この製造方法によれば、本発明に係る集光基板を容易に製造することができる。
【００１３】
前記溝部を形成する工程において、前記基板を冷却しながら前記ドライエッチング処理を施すこともできる。このような製造方法とすれば、溝部の断面形状を容易に制御することができ、側壁の形状による反射特性の制御も可能である。
【００１４】
本発明の電気光学装置は、一対の基板間に電気光学物質を挟持してなる電気光学装置であって、前記一対の基板のうち少なくとも一方の基板は、一面側に形成された溝部からなるプリズム構造を備えるとともに、前記溝部の深さ方向が前記基板の溝部形成面の法線に対し交差する方向とされた集光基板であることを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、前記集光基板により集光方向を制御することができるため、所望の表示特性を容易に得ることができる電気光学装置となる。
【００１６】
本発明の電気光学装置は、一対の基板間に電気光学物質を挟持してなる電気光学装置であって、前記一対の基板のうち少なくとも一方の基板は、一面側に形成された溝部からなるプリズム構造を備えるとともに、前記溝部の底頂点が当該溝部の開口端における幅方向の中点から延ばした前記基板の溝部形成面の法線方向の直線上から外れた位置にある集光基板であることを特徴とする構成も採用することができる。
【００１７】
あるいは、一対の基板間に電気光学物質を挟持してなる電気光学装置であって、前記一対の基板のうち少なくとも一方の基板は、一面側に形成された溝部からなるプリズム構造を備えるとともに、前記溝部の幅方向の断面における開口端幅をＷ、当該溝部の底頂点から当該溝部の開口端に下ろした垂線により前記開口端幅Ｗを分割してなる線分の長さをＡ，Ｂとしたとき、前記線分Ａの長さと線分Ｂの長さが異なっている集光基板であることを特徴とする構成であってもよい。
【００１８】
前記電気光学装置は平面視マトリクス状に配列された複数の画素を備え、前記集光基板の溝部は、前記画素の境界領域に沿う平面視略格子状に形成されており、前記画素を取り囲む４つの前記溝部は、当該基板の外面側から入射する光を当該画素の中心からずれた位置に集光する構成とすることもできる。この構成によれば、前記集光基板によって画素内の所望の位置に光を集めることができるので、光利用効率を低下させることなく、表示コントラストを高めることができる。
【００１９】
前記画素を取り囲む４つの前記溝部により集光される光は、前記画素の明視方向に射出されることが好ましい。画素の明視方向に光を集めるようにすることで、最大限のコントラストを得ることができる。
【００２０】
前記電気光学装置は平面視マトリクス状に配列された複数の画素を備え、前記集光基板の溝部は、前記画素の境界領域に沿う平面視略格子状に形成されており、前記画素を取り囲む４つの前記溝部の側壁のうち、少なくとも２つの前記側壁は、前記溝部が形成された基板面の法線方向に対して互いに異なる傾斜角度を有する構成とすることもできる。
【００２１】
本発明の電子機器は、本発明の電気光学装置を備えたことを特徴とするものである。この構成によれば、明るく、高コントラストの表示が可能な電子機器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
（プロジェクタ）
本発明に係る集光基板は、プロジェクタの液晶ライトバルブ（電気光学装置）を構成する基板として好適に用いることができる。以下、図１から図８を参照してプロジェクタ及び液晶ライトバルブの構成、並びに集光基板の構成及び機能について説明する。
【００２３】
図１は、プロジェクタの概略構成図である。プロジェクタ１０は、観察者側に設けられたスクリーン１１に光を照射し、このスクリーン１１で反射した光を観察する前方投影型のプロジェクタである。プロジェクタ１０は、光源１２と、ダイクロイックミラー１３、１４と、液晶ライトバルブ１５〜１７と、投射光学系１８と、クロスダイクロイックプリズム１９と、リレー系２０とを備えている。
【００２４】
光源１２は、赤色光、緑色光及び青色光を含む光を供給する超高圧水銀ランプで構成されている。ダイクロイックミラー１３は、光源１２からの赤色光ＬＲを透過させるとともに緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢを反射する構成となっている。また、ダイクロイックミラー１４は、ダイクロイックミラー１３で反射された緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢのうち青色光ＬＢを透過させるとともに緑色光ＬＧを反射する構成となっている。このように、ダイクロイックミラー１３、１４は、光源１２から出射した光を赤色光ＬＲと緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分離する色分離光学系を構成する。
【００２５】
ここで、ダイクロイックミラー１３と光源１２との間には、インテグレータ２１及び偏光変換素子２２が光源１２から順に配置されている。インテグレータ２１は、光源１２から照射された光の照度分布を均一化する構成となっている。また、偏光変換素子２２は、光源１２からの光を例えばｓ偏光のような特定の振動方向を有する偏光にする構成となっている。
【００２６】
液晶ライトバルブ１５は、ダイクロイックミラー１３を透過して反射ミラー２３で反射した赤色光ＬＲを画像信号に応じて変調する透過型の液晶装置（電気光学装置）である。液晶ライトバルブ１５は、λ／２位相差板１５ａ、第１偏光板１５ｂ、液晶パネル１５ｃ及び第２偏光板１５ｄを備えている。ここで、液晶ライトバルブ１５に入射する赤色光ＬＲは、ダイクロイックミラー１３を透過しても光の偏光は変化しないことから、ｓ偏光のままである。
【００２７】
λ／２位相差板１５ａは、液晶ライトバルブ１５に入射したｓ偏光をｐ偏光に変換する光学素子である。また、第１偏光板１５ｂは、ｓ偏光を遮断してｐ偏光を透過させる偏光板である。そして、液晶パネル１５ｃは、ｐ偏光を画像信号に応じた変調によってｓ偏光（中間調であれば円偏光又は楕円偏光）に変換する構成となっている。さらに、第２偏光板１５ｄは、ｐ偏光を遮断してｓ偏光を透過させる偏光板である。したがって、液晶ライトバルブ１５は、画像信号に応じて赤色光ＬＲを変調し、変調した赤色光ＬＲをクロスダイクロイックプリズム１９に向けて射出する構成となっている。
【００２８】
なお、λ／２位相差板１５ａ及び第１偏光板１５ｂは、偏光を変換させない透光性のガラス板１５ｅに接した状態で配置されており、λ／２位相差板１５ａ及び第１偏光板１５ｂが発熱によって歪むのを回避することができる。
【００２９】
液晶ライトバルブ１６は、ダイクロイックミラー１３で反射した後にダイクロイックミラー１４で反射した緑色光ＬＧを画像信号に応じて変調する透過型の液晶装置である。そして、液晶ライトバルブ１６は、液晶ライトバルブ１５と同様に、第１偏光板１６ｂ、液晶パネル１６ｃ及び第２偏光板１６ｄを備えている。液晶ライトバルブ１６に入射する緑色光ＬＧは、ダイクロイックミラー１３、１４で反射されて入射するｓ偏光である。第１偏光板１６ｂは、ｐ偏光を遮断してｓ偏光を透過させる偏光板である。また、液晶パネル１６ｃは、ｓ偏光を画像信号に応じた変調によってｐ偏光（中間調であれば円偏光又は楕円偏光）に変換する構成となっている。そして、第２偏光板１６ｄは、ｓ偏光を遮断してｐ偏光を透過させる偏光板である。したがって、液晶ライトバルブ１６は、画像信号に応じて緑色光ＬＧを変調し、変調した緑色光ＬＧをクロスダイクロイックプリズム１９に向けて射出する構成となっている。
【００３０】
液晶ライトバルブ１７は、ダイクロイックミラー１３で反射し、ダイクロイックミラー１４を透過した後でリレー系２０を経た青色光ＬＢを画像信号に応じて変調する透過型の液晶装置である。そして、液晶ライトバルブ１７は、液晶ライトバルブ１５、１６と同様に、λ／２位相差板１７ａ、第１偏光板１７ｂ、液晶パネル１７ｃ及び第２偏光板１７ｄを備えている。ここで、液晶ライトバルブ１７に入射する青色光ＬＢは、ダイクロイックミラー１３で反射してダイクロイックミラー１４を透過した後にリレー系２０の後述する２つの反射ミラー２５ａ、２５ｂで反射することから、ｓ偏光となっている。
【００３１】
λ／２位相差板１７ａは、液晶ライトバルブ１７に入射したｓ偏光をｐ偏光に変換する光学素子である。また、第１偏光板１７ｂは、ｓ偏光を遮断してｐ偏光を透過させる偏光板である。そして、液晶パネル１７ｃは、ｐ偏光を画像信号に応じた変調によってｓ偏光（中間調であれば円偏光又は楕円偏光）に変換する構成となっている。さらに、第２偏光板１７ｄは、ｐ偏光を遮断してｓ偏光を透過させる偏光板である。したがって、液晶ライトバルブ１７は、画像信号に応じて青色光ＬＢを変調し、変調した青色光ＬＢをクロスダイクロイックプリズム１９に向けて射出する構成となっている。
【００３２】
なお、λ／２位相差板１７ａ及び第１偏光板１７ｂは、ガラス板１７ｅに接した状態で配置されている。
【００３３】
リレー系２０は、リレーレンズ２４ａ、２４ｂと反射ミラー２５ａ、２５ｂとを備えている。リレーレンズ２４ａ、２４ｂは、青色光ＬＢの光路が長いことによる光損失を防止するために設けられている。ここで、リレーレンズ２４ａは、ダイクロイックミラー１４と反射ミラー２５ａとの間に配置されている。また、リレーレンズ２４ｂは、反射ミラー２５ａ、２５ｂの間に配置されている。反射ミラー２５ａは、ダイクロイックミラー１４を透過してリレーレンズ２４ａから出射した青色光ＬＢをリレーレンズ２４ｂに向けて反射するように配置されている。また、反射ミラー２５ｂは、リレーレンズ２４ｂから出射した青色光ＬＢを液晶ライトバルブ１７に向けて反射するように配置されている。
【００３４】
クロスダイクロイックプリズム１９は、２つのダイクロイック膜１９ａ、１９ｂをＸ字型に直交配置した色合成光学系である。ダイクロイック膜１９ａは青色光ＬＢを反射して緑色光ＬＧを透過する膜であり、ダイクロイック膜１９ｂは赤色光ＬＲを反射して緑色光ＬＧを透過する膜である。したがって、クロスダイクロイックプリズム１９は、液晶ライトバルブ１５〜１７のそれぞれで変調された赤色光ＬＲと緑色光ＬＧと青色光ＬＢとを合成し、投射光学系１８に向けて射出するように構成されている。
【００３５】
なお、液晶ライトバルブ１５、１７からクロスダイクロイックプリズム１９に入射する光はｓ偏光であり、液晶ライトバルブ１６からクロスダイクロイックプリズム１９に入射する光はｐ偏光である。このようにクロスダイクロイックプリズム１９に入射する光を異なる種類の偏光としていることで、クロスダイクロイックプリズム１９において各液晶ライトバルブ１５〜１７から入射する光を有効に合成できる。ここで、一般に、ダイクロイック膜１９ａ、１９ｂはｓ偏光の反射特性に優れている。このため、ダイクロイック膜１９ａ、１９ｂで反射される赤色光ＬＲ及び青色光ＬＢをｓ偏光とし、ダイクロイック膜１９ａ、１９ｂを透過する緑色光ＬＧをｐ偏光としている。投射光学系１８は、投影レンズ（図示略）を有しており、クロスダイクロイックプリズム１９で合成された光をスクリーン１１に投射するように構成されている。
【００３６】
（液晶パネル）
次に、本実施形態の液晶パネル１５ｃ〜１７ｃについて説明する。なお、液晶パネル１５ｃ〜１７ｃは、変調する光の波長領域が異なるだけであって、その基本的構成が同一である。したがって以下では、液晶パネル１５ｃを代表例として説明する。
【００３７】
図２は液晶パネルの全体構成図、図３は液晶パネルの要部を拡大して示す斜視構成図、図４は液晶パネルの要部を拡大して示す断面構成図である。
【００３８】
液晶パネル１５ｃは、図２から図４に示すように、互いに対向して配置された対向基板３１とＴＦＴアレイ基板３２とをシール材３３を介して貼り合わせた構成を備えている。液晶パネル１５ｃは、ＴＦＴアレイ基板３２と、対向基板３１と、シール材３３とに囲まれた領域に封入された液晶層３４を有している。液晶パネル１５ｃのうちシール材３３の形成領域の内側には、周辺見切りとなる周辺遮光膜３５が形成されている。シール材３３の外周側の角部には、ＴＦＴアレイ基板３２と対向基板３１との電気的導通をとるための基板間導通材５７が配設されている。
【００３９】
シール材３３の外側のＴＦＴアレイ基板３２上には、データ線駆動回路７１及び外部回路実装端子７５がＴＦＴアレイ基板３２の一辺に沿って形成されている。ＴＦＴアレイ基板３２の上記一辺に隣接する２辺に沿って走査線駆動回路７３が形成されている。さらに、ＴＦＴアレイ基板３２のうち上記領域には、上記画像表示領域の両側に設けられた走査線駆動回路７３の間を接続するための複数の配線７４が設けられている。なお、データ線駆動回路７１及び走査線駆動回路７３をＴＦＴアレイ基板３２の上に形成する代わりに、例えば、駆動用ＬＳＩが実装されたＴＡＢ（Tape Automated Bonding）基板とＴＦＴアレイ基板３２の周辺部に形成された端子群とを異方性導電膜を介して電気的及び機械的に接続してもよい。
【００４０】
対向基板３１は、図３及び図４に示すように、本発明に係る集光基板である基板６１と、基板６１の液晶層３４側の表面に形成された対向電極７６と、対向電極７６上に形成された配向膜７７とを備えている。
【００４１】
基板６１は、ガラス等からなる透明基板であり、基板６１のうち液晶層３４側の内部には複数のプリズム部（溝部）６７からなるプリズム群６８が形成されている。なお、基板６１としては、上述したガラスに限らず、石英やホウ珪酸ガラス、ソーダライムガラス（青板ガラス）、クラウンガラス（白板ガラス）など、他の透光性材料を用いてもよい。
【００４２】
プリズム部６７は、ＴＦＴアレイ基板３２上に形成された画素電極（電極）４２、信号線（図示略）及び走査線（図示略）で区画される画素領域の境界領域と重なる位置に格子状に形成されている。すなわち、プリズム部６７は、平面視で上記画素電極４２を取り囲む信号線及び走査線と重なるように形成されている。そして、各プリズム部６７の間に形成されて平面視で画素領域と重なる領域が上記プリズム群６８の開口６８ａとなっている。
【００４３】
プリズム部６７は、基板６１の一面側に刻設された断面視略三角形状の微小な溝であり、図４に示すように、溝の側壁である第１の斜面部６７ａと、かかる第１の斜面部６７ａとプリズム部６７の幅方向で対向する側壁である第２の斜面部６７ｂとを有している。プリズム部６７は、前記第１の斜面部６７ａ、第２の斜面部６７ｂにおいて、基板６１の内部からプリズム部６７に向けて入射する光を上記画素領域に向けて反射させる構成となっている。そして、プリズム部６７は、画素領域の外周領域と対応するように格子状に形成されているため、基板６１の内部から入射する光のうち画素領域の境界領域に向かう光を反射して画素領域に向かわせることで、光利用効率を向上させる集光手段として機能する。
【００４４】
ここで、図５（ａ）はプリズム群６８の部分平面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＪ−Ｊ’線に沿う部分断面図である。なお、図５（ａ）において、図示手前側が基板６１のプリズム部６７が形成された面（プリズム形成面６１ａ）であり、液晶パネル１５ｃにあっては、光源から照射される光は図５（ａ）の奥側から基板６１に入射する。
【００４５】
プリズム部６７を構成する対向する斜面部６７ａ、６７ｂは、図５（ｂ）に示すように、基板６１のプリズム形成面６１ａの法線方向に対する傾斜角が異なっている。すなわち、第１の斜面部６７ａの傾斜角θｍは、第２の斜面部６７ｂの傾斜角θｒより大きくなっている。かかる構成からプリズム部６７を定義すれば、プリズム部６７は、基板６１のプリズム形成面６１ａに対して、斜め方向に溝を刻設してなるものであるということができる。あるいは、プリズム部６７の断面視において、頂点Ｃ１は、プリズム部６７の開口端幅（図示水平方向の幅）の中点Ｃ０を通るプリズム形成面の法線方向に延びる直線Ｃｚからずれた位置に配置されているものであるということができる。さらに、頂点Ｃ１からプリズム形成面６１ａに下ろした垂線によってプリズム部６７の開口端幅を分割してなる長さＡ，Ｂが互いに異なっており、相対的に傾斜角の大きい第１の斜面部６７ａに対応する長さＡは、第２の斜面部６７ｂに対応する長さＢよりも大きくなっているものであるということもできる。
【００４６】
図５（ａ）に示す平面構成において、画素領域に対応するプリズム群６８の開口６８ａに臨む４本のプリズム部６７のうち、隣接する２本のプリズム部６７は、第１の斜面部６７ａにおいて開口６８ａに面しており、他の２本のプリズム部６７は第２の斜面部６７ｂにおいて開口６８ａに面している。このように斜面部６７ａ、６７ｂを配置していることで、本実施形態の液晶パネル１５ｃでは、基板６１による集光機能を適切に制御し、液晶パネルの表示特性に合わせ明視方向からの入射光線角度が大きくなるようなプリズム角度によりパネル開口率を向上させながらコントラストの向上にが得られるようになっている。
【００４７】
プリズム部６７は、本実施形態の場合、溝内が空気又は真空である中空構造となっており、基板６１の構成材料（ガラス、石英等）よりも屈折率が小さくなっているため、プリズム部６７に入射する光は基板６１とプリズム部６７内部との屈折率差により斜面部６７ａ、６７ｂで反射される。このようなプリズム部６７の反射機能を得るには、プリズム部６７内部と基板６１との間で所定の屈折率差が存在すればよく、あるいはプリズム部６７の斜面部６７ａ、６７ｂ自体が光反射性を有していればよいため、プリズム部６７を構成する溝内にアクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、メラミン系樹脂、ポリイミド系樹脂等の透明な樹脂材料やＡｌやＡｇ、Ｃｒ等の金属材料が埋め込まれていてもよく、前記金属材料の薄膜が前記斜面部６７ａ、６７ｂ上に形成されていてもよい。
【００４８】
基板６１の液晶層３４側には、プリズム部６７の形成領域に対応して、黒色の樹脂膜やＣｒ等の金膜膜からなる遮光膜７２が形成されており、遮光膜７２を覆う基板６１上にＩＴＯ（Indium Tin Oxide：インジウム錫酸化物）等の透明導電材料からなる対向電極７６が平面ベタ状に形成されている。そして、対向電極７６を覆ってポリイミド等からなる配向膜７７が形成されている。配向膜７７の表面にはラビング処理等によって所定の配向処理が施されている。
【００４９】
なお、集光基板である基板６１の液晶層３４と反対側には、基板６１を補強するための防塵ガラスを貼着することもできる。この場合、基板６１及び防塵ガラスに対して屈折率がほぼ等しく、硬化後において透明なシリコン系接着剤やアクリル系接着剤を用いることが好ましい。
【００５０】
ＴＦＴアレイ基板３２は、図４に示すように、基板４１と、基板４１の液晶層３４側面に形成された画素電極４２と、画素電極を駆動するＴＦＴ（図示略）と、配向膜４３とを備えている。基板４１は、先に記載の基板６１と同様に、例えばガラスなどの透光性材料によって構成されている。画素電極４２は、基板４１上に平面視マトリクス状に配列されており、平面視でプリズム群６８の開口６８ａと重なる領域に配置されている。また、画素電極４２は、例えばＩＴＯ等の透明導電材料を用いて平面視略矩形状に形成されている。前記ＴＦＴは、図示を省略しているが、前記画素電極４２の各々に対応して基板４１上に形成されており、通常は平面視でプリズム部６７と重なる領域（すなわち境界領域）に配置されている。画素電極４２を覆って形成された配向膜４３は、先の配向膜７７と同様に、透光性の有機膜にラビング処理などの所定の配向処理を施したものである。配向膜４３、７７は、互いの配向方向（ラビング方向）が平面視でほぼ直交するように配向処理されている。
【００５１】
また、基板４１の液晶層３４側の表面のうち平面視でシール材３３の形成領域の内側となる領域には、各画素電極４２やＴＦＴを接続するデータ線（図示略）や走査線（図示略）が形成されている。前記データ線及び走査線は、平面視でプリズム部６７と重なる領域に形成されている。そして、ＴＦＴや上記データ線、走査線によって画素領域が区画され、平面視でプリズム部６７と重ならない領域によって画素領域が形成され、プリズム部６７と重なる領域によって画素領域の境界領域が形成される。また、これら画素領域によって画像表示領域が形成される。
【００５２】
ＴＦＴアレイ基板３２の液晶層３４と反対側の面には、防塵ガラス４５が透光性を有する接着層４６を介して接着されている。ここで、接着層４６としては、例えば基板４１及び防塵ガラス４５に対して屈折率がほぼ等しく、硬化後において透明なシリコン系接着剤やアクリル系接着剤を用いることができる。
【００５３】
液晶層３４は、ＴＮ（Twisted Nematic）モードの液晶層であり、配向膜４３、７７の間で所定のツイスト配向を呈する。液晶層３４の液晶モードとしては、明視方向、逆明視方向等の視角依存の表示特性を有するものであれば、ＴＮ（Twisted Nematic）モードに限定されない。例えば、ＶＡＮ（Vertical Aligned Nematic）モード、ＳＴＮ（Super Twisted Nematic）モード、ＥＣＢ（Electrically Controlled Birefringence）モード、ＯＣＢ（Optical Compensated Bend）モードなどを採用してもよい。
【００５４】
次に、液晶パネル１５ｃ及び集光基板の作用について、図６から図８を参照して説明する。
【００５５】
図６は、液晶パネル１５ｃの作用説明図である。図７は、集光基板である基板６１の作用説明図である。図８は、ＴＮモードの液晶装置の視角特性を示す等コントラスト図である。
【００５６】
上記構成を備えた液晶ライトバルブ１５において、光源１２からの光が入射すると、液晶パネル１５ｃの対向基板３１（基板６１）は、以下のようにして光を画素領域に向けて導く作用を奏する。すなわち、入射した光のうち、画素領域の周囲の境界領域に入射する光を画素領域に向けて偏向させ、表示に利用される光量を増加させて明るい表示を得られるようにしている。また、前記境界領域に配置されているＴＦＴに光が入射するのを防止して、ＴＦＴにおける光リークの発生を防止するようになっている。
【００５７】
なお、図６において、光線は屈折率差のある界面で反射又は屈折するが、説明を簡略化するために屈折率差が微小な界面では光線を直進させて光路を示している。
【００５８】
まず、図６を参照して、プリズム部６７を経由することなくプリズム群６８の開口６８ａへ直接入射する光線Ｌ１について説明する。空気中を進行してきた光線Ｌ１は、対向基板３１を構成する基板６１へ入射面（図示上面）から入射する。光線Ｌ１は、基板６１を透過して開口６８ａに入射し、かかる開口６８ａから対向電極７６、液晶層３４及びＴＦＴアレイ基板３２を透過する。ここで、液晶パネル１５ｃに供給された画像信号に応じて液晶層３４で変調された光線Ｌ１は、接着層４６及び防塵ガラス４５を透過して射出される。この光線Ｌ１の射出角度θＯ１が、投射光学系１８を構成する投影レンズの開口率ＮＡで定まる最大角度θｍよりも小さければ、光線Ｌ１は投射光学系１８を介してスクリーン１１へ投射される。なお、光線Ｌ１は、光路を大きく変換されることなく液晶パネル１５ｃから射出されるので、ほぼ平行光として投射光学系１８に入射してスクリーン１１へ投射される。
【００５９】
続いて、プリズム部６７を経由してプリズム群６８の開口６８ａへ入射する光線Ｌ２について説明する。基板６１に入射した光線Ｌ２は、基板６１中を進行してプリズム部６７の斜面部６７ａに入射する。ここで、プリズム部６７は、基板６１に形成された中空の溝部であるため、斜面部６７ａを挟んだ両側での屈折率差によって、光線Ｌ２は斜面部６７ａからプリズム部６７内に入射することなく反射され、プリズム群６８の開口６８ａに向けて偏向される。そして、開口６８ａへ入射した光線Ｌ２は、上述と同様に、ＴＦＴアレイ基板３２、接着層４６及び防塵ガラス４５を透過して射出される。この光線Ｌ２の射出角度θｏ２が、前記角度θｍよりも小さければ、光線Ｌ２は投射光学系１８を介してスクリーン１１へ投射される。この光線Ｌ２についても、プリズム部６７はマイクロレンズと異なり集光機能を有していないため、光線Ｌ２の射出角度はその入射角度と比較して著しく異なることはなく、ほぼ平行光として投射光学系１８に入射するので、そのほとんどがスクリーン１１へ投射されるようになっている。
【００６０】
本実施形態の基板６１では、先に記載のようにプリズム部６７が異なる傾斜角を有する斜面部６７ａ、６７ｂにより構成されているため、プリズム部６７を経由して開口６８ａに入射する光が、画素内の特定領域に偏って入射するようになっている。つまり、図７（ａ）に示すように、相対的に大きい傾斜角θｍを有する第１の斜面部６７ａに入射する光Ｌ２ａは、プリズム形成面６１ａの法線方向に対して相対的に大きな角度をもって開口６８ａに入射するが、相対的に小さい傾斜角θｒを有する第２の斜面部６７ｂに入射する光Ｌ２ｂは、プリズム形成面６１ａの法線方向に対して相対的に小さな角度で開口６８ａに入射する。その結果、プリズム部６７で反射された光は、開口６８ａの中心軸Ｃｐからずれた位置に偏って入射することとなる。
【００６１】
そして、図５（ａ）に示した基板６１の平面構成では、光は図の奥側から入射して手前側に透過するが、開口６８ａに臨むプリズム部６７の斜面部のうち、図示下側及び図示右側には傾斜角の大きい第１の斜面部６７ａが配置され、図示上側及び図示左側には傾斜角の小さい第２の斜面部６７ｂが配置されている。そのため、開口６８ａを取り囲む斜面部６７ａ、６７ｂで反射された光は、開口６８ａの中心よりも図示左上側へずれた方向に偏ってパネル平面で規定される法線方向と平行な光軸に対し大きな角度を持って入射する。
【００６２】
ここで図８は、集光基板を備えない場合のＴＮモードの液晶装置の視角特性を示す図である。ＴＮモードの液晶装置では、液晶層を構成するＴＮ液晶が一定の方向に捻れて配向しているため、視角により異なる透過率を呈し、図８の円形グラフの中心に対応するパネル正面方向からずれた角度位置に、コントラストが最も高い視角領域ａ１が現れる（明視方向）。そして、領域ａ１を取り囲む視角領域ａ２、視角領域ａ２を取り囲む視角領域ａ３の順でコントラストが低くなる。つまり、ＴＮモードの液晶パネル１５ｃでは、パネル正面方向に光を入射させたとしてもコントラストが最大になる条件で使用されないことになる。
【００６３】
そこで本実施形態では、上述したように、プリズム群６８の開口６８ａの中心からずれた角度位置に光を偏らせて入射させることができる基板６１を対向基板３１に用いることで、液晶パネル１５ｃにおいて最大コントラストが得られる視角領域ａ１（明視方向）に対して光源の光線角度成分を増やし、投射表示のコントラストを高めることができるようになっている。
【００６４】
また、プリズム部６７の断面形状が若干異なるような場合であっても、上記作用効果は問題なく得られるものである。例えば図７（ｂ）に示すように、プリズム部６７の第１の斜面部が開口端側から順に傾斜角の異なる２つの斜面部６７ａ１、６７ａ２を配置してなるものであり、第２の斜面部が開口端側から順に傾斜角の異なる２つの斜面部６７ｂ１、６７ｂ２を配置してなるものである場合である。この場合、第１の斜面部を構成する斜面部６７ａ１、６７ａ２のうち、先端側に位置する斜面部６７ａ２は相対的に傾斜角が大きいため、この斜面部６７ａ２で反射された光Ｌ２ｃはプリズム形成面６１ａに対して大きな交差角をもって開口６８ａに入射する。他方、開口端側に位置する斜面部６７ａ１は、斜面部６７ａ２に比して傾斜角が小さいため、斜面部６７ａ１で反射された光Ｌ２ａは比較的小さな角度をもって開口６８ａに入射する。かかる構成にあっても、一方側の斜面部６７ａ１、６７ａ２を含む平均的な傾斜角は、他方側の斜面部６７ｂ１、６７ｂ２を含む平均的な傾斜角よりも大きくなっており、各斜面部全体の反射特性は、図７（ａ）に示すプリズム部６７と大差ない。
【００６５】
（集光基板の製造方法）
次に、本発明に係る集光基板の製造方法について説明する。
【００６６】
図９（ａ）は、本発明に係る集光基板の製造方法に用いて好適なエッチング装置の概略構成図であり、図９（ｂ）は、集光基板の製造工程を示す概略断面図である。
【００６７】
図９（ａ）に示すエッチング装置３００は、内部を真空状態に保持できる成膜室３０１と、成膜室３０１の外壁部に配設された高周波電源３０２〜３０４と、成膜室３０１内の底壁部に配設された基板ステージ３０５と、基板ステージ３０５の基板と対向する面に設けられた冷却装置３０５ａと、を備えている。
【００６８】
上記実施形態に係る基板６１を製造するには、まず、ガラスや石英等の透明基板の一面側に、エッチングマスクとなるマスク材３０６を形成する。マスク材３０６としては、金属膜やフォトレジストを用いることができ、幅に対して深さの大きい（アスペクト比の大きい）溝を形成するのには、金属マスクを用いることが好ましい。金属マスクの構成材料としては、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｐｔ、Ａｇ、Ａｌ等を用いることができる。例えば、基板上にフォトレジストをパターン形成した後、めっき法やスパッタ法、蒸着法を用いて例えばＮｉ膜を基板上に成膜し、その後フォトレジストを剥離することで、幅１μｍ〜３μｍ程度の格子状の開口部３０６ａを有するマスク材３０６を基板６１上に形成することができる。
【００６９】
基板６１の一面側にマスク材３０６を形成したならば、エッチング装置３００を用いたドライエッチング工程によりマスク材３０６の開口部３０６ａ内に露出している基板６１を部分的に除去する。このとき、図９（ａ）に示すように、基板６１が載置された基板ステージ３０５を、高周波電源３０２〜３０４により成膜室３０１内に形成されるプラズマ３１０の主軸３１０ａに対して所定角度（例えば７．５°）傾けて配置する。これにより、基板６１がプラズマ３１０の主軸３１０ａに対して傾いた状態で異方性エッチングが進行する結果、図９（ｂ）に示すように、基板６１の主面法線方向に対して斜め方向に溝が掘られ、互いに異なる傾斜角を有する第１の斜面部６７ａと第２の斜面部６７ｂとからなるプリズム部６７を基板６１に形成することができる。
【００７０】
上記ドライエッチング工程において使用するエッチャントガスとしては、ガラスを化学的にエッチングするＣ４Ｆ８（オクタフルオロシクロブテン）やＣＨＦ３（トリフルオルメタン）などのフッ化物系ガスが挙げられる。また、Ａｒ（アルゴン）ガスを添加することで、開口部６５ａの形状の深さを拡大して基板６１に転写することができる。
【００７１】
また、ドライエッチング工程において冷却装置３０５ａを作動させ、基板６１を冷却しながらドライエッチングを施すことで、プリズム部６７の断面形状を制御することが可能である。
【００７２】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。集光基板に形成されたプリズム部の断面形状は、プリズム部によって液晶パネルの画素領域に対してその中心からずれた位置に対して集光できるものであればよく、例えば以下に示すような他の形状であってもよい。
【００７３】
図１０（ａ）に示すプリズム部２０１は、先の実施形態と同様、断面三角形状の溝部からなり、図示左側の第１の斜面部２０１ａは、図示右側の第２の斜面部２０１ｂよりも大きい傾斜角を有している。ここで、図１０（ｂ）に示すように先端が水平面２０２ｃであるプリズム部２０２としてもよい。あるいは、図１０（ｃ）に示す斜面部が曲面であるプリズム部２０３としてもよく、図１０（ｄ）に示す先端が曲面２０４ｃであるプリズム部２０４としてもよい。さらに、図１０（ｅ）に示す斜面部が曲面であり、先端が尖鋭なプリズム部２０５としてもよく、図１０（ｆ）に示す斜面部が溝の内側に凸なる形状のプリズム部２０６としてもよい。またさらに、図１０（ｇ）に示す一方の斜面部２０７ｂがプリズム形成面に対して垂直であるプリズム部２０７としてもよく、図１０（ｈ）に示す２つの斜面部２０８ａ、２０８ｄからなる第１の斜面部と、斜面部２０８ｂ、２０８ｅからなる第２の斜面部とが対向して配されたプリズム部２０８としてもよい。
【００７４】
また、図１１（ａ）に示す内側に凸なる曲面形状の斜面部２０９ａ、２０９ｂを有し、先端が曲面であるプリズム部２０９も採用することができ、図１１（ｂ）に示す内側に凸なる曲面と外側に凸なる曲面とを含む斜面部２１０ａ、２１０ｂを有するプリズム部２１０も採用することができる。さらに、図１１（ｃ）に示す、２つの斜面部２１１ａ、２１１ｄを有する斜面部と、斜面部２１１ｂ、２１１ｅを有する斜面部とを対向させてなるプリズム部２１１も採用することができ、図１１（ｄ）に示す先端Ｃ１が開口端よりも外側に位置しているプリズム２１２も採用することができる。
【００７５】
また、対向基板を構成する基板本体によって集光基板を構成してプリズム部を形成しているが、プリズム部を形成した集光基板を、対向基板の液晶層から離間する側の表面に別途配置してもよい。また、集光基板は、表面に遮光膜が形成されているが、集光基板から画素領域の境界領域に向けた光の出射を抑制できれば、遮光膜を形成しない構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】実施形態に係るプロジェクタの概略構成図。
【図２】液晶パネルの平面構成図。
【図３】液晶パネルの要部を拡大して示す斜視構成図。
【図４】液晶パネルの要部を拡大して示す断面構成図。
【図５】ＴＮモードの液晶パネルの等コントラスト曲線。
【図６】集光基板の概略平面図及び概略断面図。
【図７】集光基板の作用説明図。
【図８】集光基板の作用説明図。
【図９】集光基板の製造装置及び製造工程を示す図。
【図１０】プリズム部の断面形状例を示す図。
【図１１】プリズム部の断面形状例を示す図。
【符号の説明】
【００７７】
１０  プロジェクタ、１５〜１７  液晶ライトバルブ、１５ｃ  液晶パネル、３１  対向基板、３２  ＴＦＴアレイ基板、６１  基板（集光基板）、６７  プリズム部（溝部）、６７ａ  第１の斜面部、６７ｂ  第２の斜面部、６８  プリズム群、６８ａ  開口、３００  エッチング装置、３０５  基板ステージ、３０５ａ  冷却装置、３０６  マスク材
【図１】
2007334026.tif 000003
【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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【図７】
2007334026.tif 000009
【図８】
2007334026.tif 000010
【図９】
2007334026.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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