JP3663585B2 - 反射型単板式液晶デバイスにおける対向電極基板 - Google Patents

Description

この発明は「反射型単板式液晶デバイスにおける対向電極基板」に関する。

カラーフィルターを用いず、低コストにカラー画像を投影できる液晶プロジェクターとして、１つのパネルに３原色：Ｒ，Ｇ，Ｂの各色の色分解画像を表わすための画素を配列した「単板式液晶デバイス」に、３枚のダイクロイックミラーにより色分解された原色光、即ちＲ光、Ｇ光、Ｂ光を互いに異なる入射角で液晶デバイスに入射させてカラー画像表示を行う「単板式液晶カラープロジェクター」が実用化されつつある（特許文献１等）。

上記単板式液晶デバイスは「光透過型」であるため、駆動電極の他に「光透過部」を画素ごとに形成する必要があり、このため駆動電極の配置が面倒であるという問題がある。

特開平５−３４８１７号公報

この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、新規な反射型単板式液晶デバイスに用いられる対向電極基板の実現を課題とする。

この発明の対向電極基板は「３原色をなすＲ，Ｇ，Ｂの画素が互いに隣接し且つ繰り返して列をなすように配列構成された画素列を、画素列に直交する方向へ所定の複数列配列することにより、各原色画素の２次元パターンが同一のパターンをなして互いにずれ、２次元領域を均一に覆うように構成され、Ｒ，Ｇ，Ｂ光のうちの１つの光が上記２次元領域に直交するように入射し、他の２つの光が、上記画素列における画素の配列方向において、上記１つの光の主光線に対して互いに対称的に傾いて入射し、上記Ｒ，Ｇ，Ｂの各画素に応じた各画素電極が反射面を有し、各反射面は画素電極に入射すべき光がＲ，Ｇ，Ｂ光の何れであるかに応じて、反射面の傾き角を、反射面が入射光の主光線の入射方向に直交するように定められている反射型単板式液晶デバイスにおいて、画素電極基板の各画素電極に共通する透明対向電極を形成され、画素電極基板とともに液晶層を挾持する対向電極基板」であって、以下のごとき特徴を有する。

即ち、対向電極基板は「２枚の透明基板を重ねて接合」して形成され、光の入射側から液晶層に向かって、各透明基板の面を第１〜第４面とするとき、第４面に「透明対向電極」が形成され、透明対向電極の形成される透明基板は厚みが薄い。

そして、上記第１〜第３面のうちの２面が「マイクロレンズアレイ形成面」であり、入射側のマイクロレンズアレイ形成面には、Ｒ，Ｇ，Ｂ画素の繰返し配列において「Ｒ，Ｇ，Ｂの３画素に対して１個の集光用のマイクロレンズ」が配置され、液晶層側のマイクロレンズアレイ形成面には「個々の画素に応じた集光用のマイクロレンズ」が形成されている（請求項１）。
「個々の画素に応じた集光用のマイクロレンズ」は、画素ごとに個別的に対応して形成され、対応する画素の反射面に光を集光させる。

上記２つのマイクロレンズアレイ形成面は、「第１面および第２面」としても良いし（請求項２）、「第１面および第３面」としても良い（請求項３）。また、２つのマイクロレンズアレイ形成面のうち、少なくとも「入射側のマイクロレンズアレイ形成面に形成される個々のマイクロレンズ」のレンズ面形状を「非球面形状」とすることができる（請求項４）。
２枚の透明基板のうち、透明対向電極を形成される透明基板（第３面と第４面を持つ透明基板）の厚さは「Ｒ，Ｇ，Ｂ画素の繰返し配列における配列ピッチの１０倍以下」とすることが好ましい（請求項５）。

上述の如く、この発明の対向電極基板とともに液晶層を挟持する画素電極基板は以下のごとき構成となっている。
即ち、Ｒ，Ｇ，Ｂの各画素に応じた各画素電極が反射面を有し、各反射面は画素電極に入射すべき光がＲ，Ｇ，Ｂ光の何れであるかに応じて、反射面の傾き角を「反射面が、入射光の主光線の入射方向に直交する」ように定められている。
上記Ｒ，Ｇ，Ｂは３原色をなす色、例えば「赤，緑，青」や「マゼンタ，シアン，イエロー」等である。

各画素電極の反射面上には「反射面に入射すべきＲ，Ｇ，Ｂ光に対応した導電性のバンドパスフィルタ」を形成することが好ましい。また、各反射面の上に「画素電極ごとに絶縁され、且つ互いに実質的に同一平面を共有する透明導電膜」を有することが好ましく、あるいは上記各バンドパスフィルタの上に「画素電極ごとに絶縁され、且つ互いに実質的に同一平面を共有する透明導電膜」を有することが好ましい。

上記の如く、この発明によれば新規な反射型単板式液晶デバイスに用いられる対向電極基板を実現できる。この発明の対向電極基板を用いる反射型単板式液晶デバイスにより、良好なカラー画像の投影が可能である。

まず、「反射型単板式液晶デバイス」を用いるカラー画像の投影表示の概念を図１０に即して説明する。
白色光源１から放射された白色光は、コールドミラー２により熱線成分を除かれて可視領域の光が反射される。この光は、図示されないコリメートレンズにより平行光束化され、ダイクロイックミラー３Ｒに入射する。ダイクロイックミラー３Ｒは３原色Ｒ，Ｇ，ＢのうちのＲ光を反射し、Ｇ，Ｂ光を透過させる。

ダイクロイックミラー３Ｒを透過した光は、ダイクロイックミラー３Ｇに入射し、Ｇ光が反射され、Ｂ光が透過する。ダイクロイックミラー３Ｇを透過したＢ光はダイクロイックミラー３Ｂにより反射される。上記説明から明らかなように、ダイクロイックミラー３Ｂは、必ずしもダイクロイックである必要は無く、「通常のパンクロマチックなミラー」でも良い。

３面のダイクロイックミラー３Ｒ，３Ｇ，３Ｂは、互いに所定の角をなして傾いており、このため、ダイクロイックミラー３Ｒ，３Ｇ，３Ｂにより反射されたＲ光、Ｇ光、Ｂ光は進行方向が互いに所定の角をなす。

このようにして、ダイクロイックミラー３Ｒ，３Ｇ，３Ｂにより３原色に色分解されたＲ光、Ｇ光、Ｂ光は、偏光ビームスプリッタ４に入射し、直線偏光状態となって、反射型単板式液晶デバイス５に向かって反射される。

Ｒ光はＲ色の画素群（Ｒ色の画素の２次元パターンを構成する各画素）に入射し、Ｇ光およびＢ光は、それぞれＧ，Ｂ色の画素群に入射する。

反射型単板式液晶デバイス５には、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色の画像パターンによりカラー画像パターンが表示されている。Ｒ、Ｇ，Ｂ光はそれぞれ、各色画素により反射される。

このように反射されたＲ，Ｇ，Ｂ光のうち、画像パターンを構成する画素により反射された光が偏光ビームスプリッタ５を透過し、投影レンズ６により、図示されないスクリーン上に上記各色の画像パターンの像を、それぞれの原色で結像する。これら３原色の像により合成的にカラー画像が表示されることになる。

図１は、反射型単板式液晶デバイスの構成の１例を示している。
符号１０および２０は「対向電極基板」を構成する透明基板を示す。また、符号３０は「液晶層」を示し、符号４０は「画素電極基板」を示す。

透明基板１０，２０の各面を光の入射側（図の上方）から液晶層３０に向かって、図の如く第１面１０Ａ〜第４面２０Ｂとするとき、第４面２０ＢにはＩＴＯによる透明対向電極２１が形成され、透明対向電極２１の形成される透明基板２０は厚みが薄い。

因みに、図１の例では「対向電極基板」は、請求項２記載の構成のものであって、第１面１０Ａおよび第２面１０Ｂがマイクロレンズアレイ形成面であり、入射側のマイクロレンズアレイ形成面１０Ａには、Ｒ，Ｇ，Ｂ画素の繰返し配列において、Ｒ，Ｇ，Ｂの３画素に対して１個の集光用のマイクロレンズＬが形成され、液晶層側のマイクロレンズアレイ形成面１０Ｂには個々の画素に応じた集光用のマイクロレンズＲｌ，Ｇｌ，Ｂｌが形成されている。

画素電極基板４０は、３原色をなすＲ，Ｇ，Ｂの画素ＥＲ，ＥＧ，ＥＢが互いに隣接し且つ繰り返して（図の左右方向に）列をなすように配列構成された「画素列」を、画素列に直交する方向（図面に直交する方向）へ、所定の複数列配列することにより、各原色画素の２次元パターンが同一のパターンをなして互いにずれ、２次元領域を均一に覆うように構成される。

画素電極基板４０は、基板４１の上に画素電極を配列してなり、各画素電極間は絶縁性の仕切り４５により仕切られている。また各画素電極は、図示されない駆動用配線により独立して電圧を印加できるようになっている。このため、透過型液晶デバイスに比して、駆動用配線領域のない液晶デバイスを実現でき、高密度液晶デバイスが可能となる。

図１に示されている画素電極基板４０の各電極ＥＲ，ＥＧ，ＥＢは、３つの部分、即ち、反射面構成部分と導電性のバンドパスフィルタと透明電極膜とにより構成されている。

図において、符号４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂがそれぞれ、画素ＥＲ，ＥＧ，ＥＢにおける「反射面構成部分」を示し、同様に符号４３Ｒ，４３Ｇ，４３Ｂはバンドパスフィルタを、符号４４Ｒ，４４Ｇ，４４Ｂが透明電極膜を示している。

これら反射面形成部分、バンドパスフィルタ、透明電極膜を、画素ＥＲの場合を例にとって説明すると、反射面構成部分４２Ｒは表面が反射面となり得る導電膜であり、例えばＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕの膜である。この反射面構成部分４２Ｒには当該画素ＥＲを「表示画素」とするための電圧が印加される。

バンドパスフィルタ４３Ｒは、反射面構成部分４２Ｒの上に薄い膜として形成される。さらにその上には透明導電膜４４Ｒが形成される。

図１０に即して説明したように、反射型単板式液晶デバイスに入射する光は、３枚のダイクロイックミラーによりＲ光，Ｇ光，Ｂ光に色分解されると共に、ダイクロイックミラー相互のなす角により、相互に角をなして液晶デバイスに入射する。図１の例においては、色分解されたＲ光，Ｇ光，Ｂ光のうち、Ｇ光がマイクロレンズアレイＬ，Ｒｌ，Ｇｌ，Ｂｌの光軸（図の上下方向に平行）に平行に入射し、Ｒ，Ｂ光はそれぞれ、上記光軸に対して例えば図のように±θの角をもって入射する。前述したように、Ｒ光，Ｇ光，Ｂ光とも、偏光ビームスプリッタの作用により直線偏光状態になっている。

Ｒ，Ｇ，Ｂ光は、マイクロレンズＬにより集光されつつ、それぞれ分離してマイクロレンズＲｌ，Ｇｌ，Ｂｌに入射して集光されつつ、それぞれ、画素電極ＥＲ，ＥＧ，ＥＢに入射して反射面上に集光する。

Ｒ光は、画素電極ＥＲに入射すると、反射面構成部分４２Ｒの反射面（導電性のバンドパスフィルタ４３Ｒの形成されている面）で反射される。反射面構成部分４２Ｒの上記反射面は、入射Ｒ光が反射面に直交的に入射するように、即ち、マイクロレンズＲｌにより画素電極ＥＲに集光されるＲ光の主光線が上記反射面と直交するように、傾き角が定められている。

このため、上記反射面により反射されたＲ光は、入射光路を逆進することになる。画素電極ＥＧ，ＥＢにおける反射面構成部分４２Ｇ，４２Ｂの反射面の傾き角も、同様に、入射Ｇ，Ｂ光の入射方向に直交するように定められており、従って、各画素電極ＥＲ，ＥＧ，ＥＢに入射したＲ，Ｇ，Ｂ光は、何れも、入射光路を逆進するように反射されることになる。

カラー画像の形成に与る色分解画像パターンを構成する画素では、画素電極と対向電極２１との間に駆動用の電圧が印加され、これによって液晶層３０中に発生する電界の作用により偏光面が旋回する。

そしてこのように偏光面の旋回した光は、図１０における偏光ビームスプリッタ４を透過し、投影レンズ６に入射することになる。一方、偏光面の旋回しない光成分、即ち、駆動電圧を印加されなかった画素電極における反射光は偏光ビームスプリッタ４により反射され、投影レンズ６には入射することができない。従って、投影レンズ６により所望のカラー画像を再現できるのである。

さて、画素電極基板４０においては、上記のように、Ｒ，Ｇ，Ｂの各画素に応じた各画素電極が反射面（反射面構成部分の入射側の面）を有し、各反射面は画素電極に入射すべき光がＲ，Ｇ，Ｂ光の何れであるかに応じて、傾き角を「反射面が入射光の入射方向に直交する」ように定められている。

もし、上記反射面の傾き角がなく、図１の例で、画素電極ＥＲ，ＥＢの反射面もともに、画素電極ＥＧの反射面と同じく、マイクロレンズＭ等の光軸に直交的であると、画素電極ＥＲ，ＥＧでは、反射面による反射光の進行方向が、上記光軸に対して入射光と反対側に向かうため、画素電極とマイクロレンズＲｌ，Ｂｌ等との位置関係がずれてしまい、マイクロレンズのレンズ機能が良好に働かないため、スクリーン上に形成される投影画像の像質が劣化してしまう。

この発明のように、各画素電極の反射面の傾き角を、入射すべき光がＲ，Ｇ，Ｂ光の何れであるかに応じて「反射面が入射光の入射方向に直交する」ように定めると、上述のように、各画素電極の反射面で入射する光は、入射光路を逆進するので、例えば、画素電極ＥＲに入射した光は反射されて、マイクロレンズＲｌに入射するので、上記「レンズ機能が良好に働かない」という問題が無く、良好なカラー画像を投影できる。

ところで、図１０に即して説明したように、白色光源からの白色光は「平行光束」化されてダイクロイックミラーに入射するが、白色光源は点光源という訳ではないから、平行光束化された光は、実際には、その進行方向が主たる方向に対して「ばらついて」おり、有限の「分散角」を持っている。

従って、もし平行光束化が理想的である（分散角が０）場合には、上記説明におけるように、Ｒ光は画素電極ＥＲのみに、Ｇ光，Ｂ光はそれぞれ画素電極ＥＧ，ＥＢのみに入射するが、分散角が有限であると、例えばＲ光の一部は画素電極ＥＧ，ＥＢにも入射する。このような本来入射すべきでない画素電極へ入射する光は、スクリーン上に投影されるカラー画像において「混色」による画質低下の原因となる。

前述した「導電性のバンドパスフィルタ」は、このような問題を解決するために用いられる。即ち、例えば、画素電極ＥＲにおけるバンドパスフィルタ４３ＲはＲ光のみを透過させ、Ｇ，Ｂ光を吸収する。従って、画素電極ＥＲに、Ｇ，Ｂ光が「迷光」的に入射しても、画素電極ＥＲで反射されて、カラー画像の結像に寄与することが無い。他の画素電極ＥＧ，ＥＢにおけるバンドパスフィルタ４３Ｇ，４３Ｂも同様の機能を果たす。

画素電極における反射面の傾き角は、前述の如く、入射する光の入射方向に直交するように定められている。入射するＲ，Ｇ，Ｂ光は互いに５〜１０度（図１の角：θ）の角をなしているため、それに応じて、画素電極ＥＲ，ＥＧでは、反射面が数度の傾き角を持つことになる。

反射面の傾き角は、Ｒ，Ｇ，Ｂ光が互いになす角を小さくすれば、小さくできるが、小さくし過ぎると、色分解のためのダイクロイックミラー相互の角度関係や配置関係により、ダイクロイックミラーのレイアウトが困難になる。

そこで上記の如くＲ，Ｇ，Ｂ光は互いにある程度の角をなすのが好ましく、そうすると、画素電極ＥＲ，ＥＧも反射面が「ある程度の大きさの傾き角」を持つことになる。しかし、傾き角が大きいと、反射面と対向電極２１の平行性が損なわれ、反射面と対向電極２１との間に形成される液晶駆動用電界が、１画素内で不均一になり、液晶機能に支障を来すおそれがある。

透明導電膜４４Ｒ，４４Ｇ，４４Ｂは、このような問題を解消するためのものであって、画素電極の反射面上もしくはバンドパスフィルタ上に設けられ、画素電極ごとに絶縁され、「互いに実質的に同一平面」を共有する。即ち、透明導電膜４４Ｒ，４４Ｇ，４４Ｂの対向電極２１側の面は実質的に同一平面をなし、この同一平面は対向電極２１と平行である。

透明導電膜は導電性であるので、画素ＥＲ，ＥＧ，ＥＢと対向電極２１の間に駆動電圧が印加されると、印加された画素では、液晶層３０の厚み方向に揃った均一な駆動電界が発生する。従って、液晶層３０が良好に駆動される。

この発明の「対向電極基板」では、これを構成する２枚の透明基板のうち、液晶層側に配備される透明基板（図１の例では透明基板２０）は厚みが薄く、その好ましい厚さは、以下の如き理由から、Ｒ，Ｇ，Ｂ画素の繰返し配列における配列ピッチの１０倍以下である。

一般に、単板式液晶デバイスにおけるＲ，Ｇ，Ｂの各画素の繰返し配列の配列ピッチは数１０μｍのオーダーである。一方、照射光は、上記の如く、対向電極基板を透過し、マイクロレンズの集光作用により各画素電極の反射面近傍に集光するが、対向基板は必要な「機械強度」を確保するために１ｍｍ以上の厚さ（一般に１．１０ｍｍ）を必要とする。

対向電極基板を「単板構成」とする場合には、マイクロレンズを対向基板の表面に形成するとしてもマイクロレンズの焦点距離は１ｍｍ以上が必要となる。マイクロレンズの焦点距離を「Ｆ」とし、画素の配列ピッチをｄとし、３つの原色光の入射角をマイクロレンズ光軸に対してそれぞれ、０，＋θ，−θとすると、３種の原色光が集光する位置は、互いに「Ｆ・ｔａｎθ」ずれることになり、このずれ量が上記配列ピッチ：ｄに等しく設定されることになる。

配列ピッチ：ｄは数１０μｍで、略１ｍｍ以上であるＦに対して数十分の１の大きさであるから、各原色光を、マイクロレンズにより所望の画素部分に入射させるためには、原色光の入射角に対して極めて厳しい精度が要求され、この精度が満たされないと、照明光が本来入射すべき画素電極と異なった画素電極に入射したり、上記分散角による「混色」も著しくなる。

この発明の対向電極基板のように、２枚の透明基板で構成し、マイクロレンズアレイを第２面や第３面にも形成するようにすれば、液晶層側の透明基板の厚みを上記のように「薄く（Ｒ，Ｇ，Ｂ画素の繰返し配列における配列ピッチの１０倍以下）」することによりマイクロレンズアレイにおけるマイクロレンズ（図１においては、マイクロレンズＬと、Ｒｌ，Ｇｌ，Ｂｌの組合せで形成される）の焦点距離を有効に短くでき、しかも、２枚の透明基板を接合することにより、必要な「機械強度」を確保できる。

さらに、反射型単板式液晶デバイスでは、光が液晶層を厚み方向に往復するので、液晶層の厚みは、透過型の液晶デバイスの場合の１／２でよい。

以下、具体的な実施例を説明する。

以下に説明する２つの実施例で、反射型単板式液晶デバイスにおけるＲ，Ｇ，Ｂ画素（説明の具体性のために、以下ではＲ：赤，Ｇ：緑、Ｂ：青とする）の仕様は以下の通りである。

図２（ｂ）に示すように、画素ＥＬ（内部に記したＲ，Ｇ，ＢでＲ画素、Ｇ画素、Ｂ画素を表わす）は、長方形形状を有し、縦方向長さ：２２．８μｍ、横方向長さ：８．７μｍである。

Ｒ，Ｇ，Ｂ画素は図の横方向において、Ｒ，Ｇ，Ｂの順序で繰返し配列されて「画素列」をなし、この画素列が図の縦方向に「画素の２次元配列が千鳥格子状となるよう」に配列される。配列ピッチは、縦方向ピッチ：２６．６μｍ、横方向ピッチ（Ｒ，Ｇ，Ｂの繰返し配列における配列ピッチ：３画素分）：３１．６μｍである。

画素ＥＬは、図２（ａ）に示すように、横：４２．２ｍｍ×縦：２３．６ｍｍの「有効画素領域」に渡って配列され、有効画素領域中に約１２０万個の画素が存在する。

即ち、３原色をなすＲ，Ｇ，Ｂの画素は互いに隣接し且つ繰り返して列をなすように配列構成されて画素列をなし、画素列に直交する方向へ所定の複数列の画素列が配列される。Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素はそれぞれが同一の「２次元パターン」をなして配列し、各画素の２次元パターンはＲ，Ｇ，Ｂの配列方向へ互いにずれることにより、図２（ａ）に示す２次元の有効画素領域を均一に覆う。

投影用の光源であるメタルハライドランプから出射した白色光は、図１０に即して説明したように、３枚のダイクロイックミラ−によりＲ，Ｇ，Ｂの各原色光に分解され、図１に即して説明したように、Ｇ原色光はマイクロレンズの光軸に平行に入射し、Ｂ，Ｒ光は、マイクロレンズの光軸に対し、それぞれ−１０度（図１の−θ），＋１０度（図１の＋θ）の傾きを持って入射する。なお、入射光における「分散角」は、どの原色光も±３．０度である。

各実施例におけるマイクロレンズアレイは、光学シミュレ−ションの結果をもとに、特開平６−１９４５０２号開示の「熱可塑性感光性材料を用い、熱変形を利用して基板上に微細な球形状を製作し、これをドライエッチング法を用いて基板に掘り写す」方法で作製された。

図３は、実施例１におけるマイクロレンズの配置を光源側から見た状態を示している。

実施例１の反射型単板式液晶デバイスにおける「対向電極基板」は、請求項２記載のものの実施例であり、第１および第２面がマイクロレンズアレイ形成面となっている。

図３は、入射側のマイクロレンズアレイ形成面である第１面のマイクロレンズアレイのレンズ配列と、図２（ｂ）に即して説明した画素の関係を示している。

図３に示すように、第１面は、各「画素列」におけるＲ，Ｇ，Ｂ３画素を単位として、実線で示す６角形の領域に分けられ、１つ１つの６角形領域ごとに、一つのマイクロレンズＬが形成される。

即ち、第１面に形成されるマイクロレンズアレイにおける個々のマイクロレンズは「Ｒ，Ｇ，Ｂ画素の繰返し配列において、Ｒ，Ｇ，Ｂの３画素」ごとに対応して形成される。

各マイクロレンズＬは「集光用」で互いに同一であり、上記６角形状をなすが、そのレンズとしての有効部分は「非球面形状」である（請求項４）。マイクロレンズＬは、その中心点が「入射光が垂直に入射するＧ画素」の中心にあり、有効部分はＲ，Ｂ画素をカバ−する大きさである。

マイクロレンズＬの６角形状の大きさ（半径）は、隣接するマイクロレンズとの距離で決まり、隣接するマイクロレンズ同志は線で接している。従って、計算上、マイクロレンズＬの６角形状の半径は、最も距離の小さな隣接Ｇ画素までの距離の１／２であり「１５．８μｍ」である。

図４は「液晶層側のマイクロレンズ面アレイ形成面」である第２面におけるマイクロレンズアレイの個々とＲ，Ｇ，Ｂ画素との配置関係を示している。

各マイクロレンズＲｌ，Ｇｌ，Ｂｌは集光用であって、対応するＲ，Ｇ，Ｂ画素に対応して形成され、従って、入射側マイクロレンズＬの１個ごとに３個の割合で配列されている。

第２面のマイクロレンズアレイの各マイクロレンズは、実線で示すように縦長６角形状で、レンズ面は「トロイダル形状」を有し、大きさは隣接するマイクロレンズとの距離で決まり、隣接するマイクロレンズ同志は線で接している。

図３，４から判るように、マイクロレンズＬ，Ｒｌ，Ｇｌ，Ｂｌの形成領域は「有効画素領域」全域を覆う。

上記の如き条件で、以下のマイクロレンズアレイを設計した。

材質：合成石英（入射側の透明基板：ｎｄ＝１．４５８４７）
マイクロレンズＬ：凸非球面形状、Ｒ，Ｇ，Ｂ画素を含む６角形形状
マイクロレンズＲｌ，Ｇｌ，Ｂｌ：凸トロイダル面形状、形状は各画素に対応した縦長
６角形
マイクロレンズＬとマイクロレンズＲｌ，Ｇｌ，Ｂｌとによる合成焦点距離
：ｆ（ｄ線）＝９０μｍ（Ｒ，Ｇ，Ｂの繰返し配列における配列ピッチ：３１．６μｍ
の略３倍）
上記設計に従い、上記合成石英の両面にそれぞれ、マイクロレンズアレイを製作した。各マイクロレンズアレイ面には反射防止膜を形成した。

図５は、上記入射側の透明基板である合成石英基板６００の液晶層側の面、即ちマイクロレンズＲｌ，Ｇｌ，Ｂｌが形成された側の面を示している。有効範囲６０３内には上記マイクロレンズＲｌ等のアレイが、図４の配列に従って形成され、その外側の領域には３ヵ所にアライメント用のマーク６０７が形成され、このマーク６０１と重ならないように、１対のスペーサ６０１が形成されている。
１対のスペーサ６０１はそれぞれ幅：１．０ｍｍで「鈎形」をなし、有効範囲６０３を囲繞する「ロ」字をなすように組み合わせられ、上記「ロ」字の対角部には、幅：５μｍの隙間６０２を設けている。

図６は、図５に示す入射側の透明基板６００の第２面に、液晶層側の透明基板６０５を接合した状態を説明図的に示している。図６に示すように、スペーサ６０１は、有効範囲６０３に形成されたマイクロレンズＲｌ等の高さと同じ高さであり、各マイクロレンズＲｌ等とスペ−サ６０１の頂部とが「液晶層側の透明基板」である平面基板６０５と接している。

スペーサ６０１の作製に当たっては、フォトリソグラフィ−によりスペ−サ部分にレジストが残らないようにパタ−ニングし、その上からＣｒ膜を５０００Åの厚さにスパッタリングした後、レジスト膜をリフトオフし、スペ−サ部分にのみＣｒ膜が残るようにパタ−ニングした。

マイクロレンズＲｌ等のアレイをエッチングで作製する（前記熱可塑性感光性材料の熱変形により形成された微細な球形状を透明基板に彫り移す）際、スペ−サ部分はＣｒ膜の存在によりエッチングされずに残るため、透明基板６００のスペーサ６０１の部分の高さは、Ｃｒ膜を除去した後はマイクロレンズＲｌ等の頂部と同じ高さになっている。

なお、各面のマイクロレンズアレイには可視光域用のマルチ反射防止コ−トを蒸着した。入射側の透明基板６００の第２面（液晶層側）側に、平面基板６０５として合成石英を合わせ、平面基板６０５とスペ−サ６０１の外周部の隙間に接着剤６０６として「スリ−ボンド社製の紫外線硬化型樹脂：ＶＬ−００１」を塗布し、紫外線硬化させた。このように２枚の透明基板は「有効画素領域外」を接合している。

第２面のマイクロレンズアレイの各レンズ頂部と平面基板６０５の表面（第３面）とはスペーサとマイクロレンズＲｌ等の頂部とで接しているが、有効画素領域内には約１２０万個のマイクロレンズがアレイ配列されており、平面基板とマイクロレンズアレイ基板とは１２０万個の点とスペーサとで接しているため、対向電極基板として要請される十分な「機械強度」を有している。

液晶デバイス製作プロセス中には加熱工程（約１５０℃）がある。透明基板６００と平面基板６０５との間は空気層であるが、加熱工程の際には、熱膨張した空気はスペ−サ６０１の隙間６０２から外部に逃げる。上記隙間６０２は５μｍ幅と狭いため、洗浄時の洗浄液は表面張力の作用により、隙間部分から２枚の透明基板の間隙空間には浸入しない。従って、上記対向電極基板の構造は製造プロセスにも十分耐え得るものである。

２枚の透明基板６００，６０５は同材料で熱膨張係数が等しいから、加熱工程（約１５０℃）の際の熱膨張の差により、一方の基板が破損する虞れがない。

アライメント用のマ−ク６０７は、スペ−サ６０１の内側（スペーサとマイクロレンズとの間）に設けてあり、第２面のマイクロレンズアレイの形成範囲は接着剤６０６により外部と遮断される。

なお、液晶層側の透明基板である平面基板６０５の厚みは９０μｍであり、Ｒ，Ｇ，Ｂ画素の繰返し配列における配列ピッチ（３１．３μｍ）の略３倍（１０倍以下）である（請求項５）。

２枚の透明基板を接合した後、その第４面（液晶層側の面）に、ＩＴＯのスパッタ膜（膜厚：１５００Å，シ−ト抵抗：１５０Ω／□）を形成し、これを通常の工法によってパタ−ニングして対向電極とし、さらにその上にポリイミド層を形成して、対向電極基板とした。

次に、画素電極基板の製作方法を説明する。

図７（ａ）において、符号７００はＳｉの基板を示す。この基板７００の表面（液晶層側になる面）に、まず、Ｒ，Ｇ，Ｂ画素電極形状に対応する仕切り７０１のパタ−ンをフォトリグラフィ−で製作した。このときのレジストの厚さは３．２μｍ、仕切り７０１の幅は０．９μｍで、仕切り７０１はＲ，Ｇ，Ｂ画素に対応する千鳥配列の矩形形状の２次元パターンをなす。

仕切り７０１をパタ−ニングした基板上に、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕの複合材料による複合膜７０２を厚さ：３μｍにスパッタリングで成膜した。複合膜７０２は、基板７００の表面にはＳｉに密着性の良いＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕの複合材料を厚さ：約０．８μｍにスパッタリングし、その上の厚み：約０．３μｍは徐々にＡｌの成分を増してＡｌ−ｒｉｃｈの膜を成膜し、基板表面から約１．１μｍ上の部分は、Ａｌを成膜している。複合膜７０２の上は、必要ならＣＭＰ(Chemical-Mechanical Polising)で平坦化される。

次に、複合膜７０２上にフォトレジスト層７０３とＣｒスパッタリング膜７０４を順次形成し、その後さらにフォトレジスト７０５の層を形成し、フォトリソグラフィで中心画素（Ｇ画素）部以外の部分にフォトレジスト７０５を残す（Ｇ画素部だけレジストがない）ようにパターニングし（図７（ｂ））、この状態からドライエッチングして先ずＣｒ層７０４とフォトレジスト層７０３を除去した（図７（ｃ））。

続いて、同じドライエッチング装置内でエッチングガス種を変更して、この部分（Ｇ画素部分）のＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ複合層７０２を１．８３μｍの深さにドライエッチングしてＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ複合層７０２の上部を除去した。

エッチングの結果、基板７００上のＧ画素部分には、厚さ：１．２μｍのＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ複合層７０２Ｇが残るが（図７（ｄ））、その表面はＧ画素電極の反射面７０６Ｇとなる。この反射面７０６Ｇ上に、Ｇ光のみを透過するバンドパスフィルタ７０７Ｇを蒸着によって成膜した（図７（ｄ））。

その後、Ｒ，Ｂ画素部の上に残っているフォトレジスト層７０３を溶液中で剥離すると、図８（ａ）に示すように、Ｇ画素電極の反射面７０６Ｇとバンドパスフィルタ７０７Ｇが形成される。

上記と同様の工程によって、図８（ｂ）に示すようにＲ画素部以外の部分にフォトレジスト７０８とＣｒ膜７０９を残し、ドライエッチング装置中で基板を１０度傾け、前に加工したＧ画素部のバンドパスフィルタが表れるまでエッチングしてＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ複合材料を除去した。

これによって複合膜７０２はＲ画素電極部分では斜めにエッチングされ、図８（ｃ）に示すように、基板７００の表面に対しθ（１０度）傾いた反射面７０６Ｒが形成される。その上に、Ｒ光のみを透過するバンドパスフィルタ７０７Ｒを蒸着により成膜した。その後、Ａｌ上のレジストを溶液中で剥離した。

更に、上記と同様の工程によって、Ｂ画素部以外の部分にフォトレジストとＣｒ膜を残し、ドライエッチング装置中で基板を方線方向に対して−８０度傾け、Ｇ画素部のバンドパスフィルタが表れるまでエッチングし、基板７００に対し−θ（−１０度）傾いた反射面７０６Ｂを形成し、その上にＢ光のみを透過するバンドパスフィルタ７０７Ｂを蒸着により成膜した。その後、Ａｌ上のレジストを溶液中で剥離した（図８（ｄ））。

以上の工程により、図８（ｄ）に示すように、Ｇ画素電極の反射面７０６Ｇが１．８３μｍくぼんだ逆台形状の反射面形状（両側の側面は、Ｒ，Ｂ画素電極の反射面）が得られる。

次いで、逆台形状の反射面形状のくぼみ部分にＲ，Ｇ，Ｂ画素電極形状に対応する仕切りパタ−ン７０８をフォトリグラフィで製作した（図９（ａ））。このときの仕切り７０８の形状は各画素電極に対応した形状で、レジストの厚さは１．９μｍ，幅は０．９μｍである。

仕切り７０８のパタ−ン上に透明導電膜７０９としてＩＴＯを最大膜厚：１．８４μｍにスパッタリングして上記の逆台形状の窪みを埋めた（図９（ａ））。上記ＩＴＯの透明電極膜７０９は、シ−ト抵抗：１５０Ω／□以下である。続いて、仕切り７０８のパタ−ンをなすレジストを溶剤で剥離し、各画素間の溝を埋めるためにＩＴＯ材料と同じ屈折率を有するＳＯＧ材料で穴埋めを行って、図９（ｂ）に示す絶縁性の仕切り７１０とした。

かくして、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ製の「反射面を持つ画素電極」上にバンドパスフィルタが形成され、ＩＴＯによる透明導電膜７０９が形成された画素電極基板を得ることができた。透明導電膜７０９は、画素電極ごとに絶縁され、且つ互いに実質的に同一平面を共有する。

上記画素電極基板は、Ａｌの高反射率を有する金属電極機能を有し、Ｒ，Ｇ，Ｂ各画素電極に対応するバンドパスフィルタ−機能を有する膜を配置しているため混色が避けられ、透明導電膜が配置されているので液晶層の層厚方向に揃った駆動電界を液晶層に印加できる。

また、透明導電膜を同じ屈折率の透明絶縁膜で仕切ったので、Ｒ，Ｂ，Ｇ色が混色や迷光とならずに反射ミラ−電極に上に集光することが出来る。

上記の如くして得られた画素電極基板と前述の対向電極基板とにより、厚さ：２μｍの液晶層を挾持し、全体を一体化して「反射型単板式液晶デバイス」を得た。

なお、対向電極基板を透過した光は液晶層を透過し、マイクロレンズの集光作用により、画素電極における反射面位置に集光する。

上記実施例１における入射側の透明電極の両面にマイクロレンズアレイを形成するに当たり、第１面のマイクロレンズアレイ（Ｒ，Ｇ，Ｂ３画素を単位として１個の割合で形成）は上記実施例１と同様に非球面形状とするとともに、第２面に形成するマイクロレンズアレイ（画素毎に対応させて形成）のレンズ面形状を、実施例１における凸トロイダル面形状に代えて、凸非球面形状とした。他は全て実施例１と同様にして「対向電極基板」を形成した。

一方、画素電極基板は、実施例１においてバンドパスフィルタの作製プロセスを省略し、画素電極の反射面上に直接、透明導電膜を形成した。このようにして得られた画素電極基板とともに、厚さ：２μｍの液晶層を挾持一体化して反射型単板式液晶デバイスを形成した。

実施例２では、第２面に形成されたマイクロレンズアレイの各マイクロレンズも非球面であり、第１，第２面ともに非球面であるため、Ｒ，Ｇ，Ｂ光の分散角（コ−ンアングル）：±３．０度の光束に対して集光性能が良く、このため、画素電極基板のバンドパスフィルタを省略しても、混色がない良好なカラー画像を投影できた。

実施例２における第２面の非球面は「グラデ−ションマスク（透過率に濃度分布を有するマスク）を用いて、基板上の感光性レジストに透過率分布に従う形状を得、これをドライエッチング法を用いて基板に掘り写す」方法で作製した。

反射型単板式液晶デバイスを説明するための図である。 反射型単板式液晶デバイスの画素配列を説明するための図である。 実施例における入射面側のマイクロレンズアレイのアレイ配列状態を説明するための図である。 実施例における液晶層側のマイクロレンズアレイのアレイ配列状態を説明するための図である。 実施例における対向電極基板の入射側の透明基板を説明するための図である。 実施例における対向電極基板を説明するための図である。 実施例に用いる画素電極基板の製造工程を説明するための図である。 実施例に用いる画素電極基板の製造工程を説明するための図である。 実施例に用いる画素電極基板の製造工程を説明するための図である。 反射型単板式液晶デバイスを用いたカラー画像投影システムを説明するための図である。

符号の説明

１０ 入射側の透明基板
２０ 液晶層側の透明基板
３０ 液晶層
４０ 画素電極基板

Claims (5)

1. ３原色をなすＲ，Ｇ，Ｂの画素が互いに隣接し且つ繰り返して列をなすように配列構成された画素列を、画素列に直交する方向へ所定の複数列配列することにより、各原色画素の２次元パターンが同一のパターンをなして互いにずれ、２次元領域を均一に覆うように構成され、Ｒ，Ｇ，Ｂ光のうちの１つの光が上記２次元領域に直交するように入射し、他の２つの光が、上記画素列における画素の配列方向において、上記１つの光の主光線に対して互いに対称的に傾いて入射し、上記Ｒ，Ｇ，Ｂの各画素に応じた各画素電極が反射面を有し、各反射面は画素電極に入射すべき光がＲ，Ｇ，Ｂ光の何れであるかに応じて、反射面の傾き角を、反射面が入射光の主光線の入射方向に直交するように定められている反射型単板式液晶デバイスにおいて、
   画素電極基板の各画素電極に共通する透明対向電極を形成され、画素電極基板とともに液晶層を挾持する対向電極基板であって、
   ２枚の透明基板を重ねて接合して形成され、
   光の入射側から液晶層に向かって、各透明基板の面を第１〜第４面とするとき、第４面に上記透明対向電極が形成され、透明対向電極の形成される透明基板は厚みが薄く、
   第１〜第３面のうちの２面がマイクロレンズアレイ形成面であり、
   入射側のマイクロレンズアレイ形成面には、Ｒ，Ｇ，Ｂ画素の繰返し配列において、Ｒ，Ｇ，Ｂの３画素に対して１個の集光用のマイクロレンズが配置され、
   液晶層側のマイクロレンズアレイ形成面には個々の画素に応じた集光用のマイクロレンズが画素ごとに個別的に対応して形成され、対応する画素の反射面に光を集光させることを特徴とする対向電極基板。
2. 請求項１記載の対向電極基板において、
   第１面および第２面がマイクロレンズアレイ形成面であることを特徴とする対向電極基板。
3. 請求項１記載の対向電極基板において、
   第１面および第３面がマイクロレンズアレイ形成面であることを特徴とする対向電極基板。
4. 請求項１または２または３記載の対向電極基板において、
   少なくとも入射側のマイクロレンズアレイ形成面に形成される個々のマイクロレンズのレンズ面形状が非球面形状であることを特徴とする対向電極基板。
5. 請求項１または２または３または４記載の対向電極基板において、
   透明対向電極を形成される透明基板の厚さが、Ｒ，Ｇ，Ｂ画素の繰返し配列における配列ピッチの１０倍以下であることを特徴とする対向電極基板。

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