JP2011059229A - 電気光学装置及び電気光学装置の製造方法並びに電子機器 - Google Patents

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Abstract

【課題】簡単なプロセスを以って、コントラストと明るさを向上させることができる電気光学装置及び電気光学装置の製造方法並びに電子機器を提供する。
【解決手段】電気光学装置の製造方法は、基板上に第1導電膜9bをパターニング形成する工程と、基板及び第1導電膜9b上に絶縁膜8bを形成する工程と、絶縁膜8bを平坦化処理して、絶縁膜8bから第1導電膜9bの上面を露出させる工程と、絶縁膜8b上であって、平面視で第1導電膜9bの上面と重なり、第1導電膜9bと電気的に接続するように第2導電膜9を形成する工程と、を有する。
【選択図】図4

Description

本発明は、電気光学装置及び電気光学装置の製造方法並びに電子機器に関するものである。
各種の電気光学装置のうち、液晶装置では、支持基板上に電界効果型トランジスター等の画素スイッチング素子及び島状の画素電極が形成された素子基板と、対向基板とが対向配置されているとともに、素子基板と対向基板との間に液晶層が保持されている。このような電気光学装置のうち、画素電極を光反射性導電膜により形成して反射モードで画像の表示を行う反射型電気光学装置では、コントラストと明るさを確保するために、反射画素電極を、極力平坦に形成する必要がある。そのうち、画素電極と下層の駆動素子を接続するためのコンタクトホールの凹凸による液晶配向の乱れ及び反射光の散乱により、コントラストと明るさが低下してしまう虞がある。これに対し、例えば、半導体プロセスで一般的に用いられているWプラグ等を埋め込むことで、平坦化を実現する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特開平11−72799号公報
しかしながら、特許文献1に記載の方法では、プラグ埋め込みのための新規設備が必要になるほか、プロセスもやや複雑になる。
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
[適用例1]基板上に第1導電膜をパターニング形成する工程と、前記基板及び前記第1導電膜上に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜を平坦化処理して、前記絶縁膜から前記第1導電膜の上面を露出させる工程と、前記絶縁膜上であって、平面視で前記第1導電膜の上面と重なり、前記第1導電膜と電気的に接続するように第2導電膜を形成する工程と、を有することを特徴とする電気光学装置の製造方法。
これによれば、絶縁膜と第1導電膜とを平坦化できるため、プラグ工程を実施せずとも、第2導電膜と下層の駆動素子とを接続するための第1導電膜との重なり部分の凹凸による液晶配向の乱れ及び反射光の散乱を抑えることができ、簡単なプロセスを以って、コントラストと明るさを向上させることができる電気光学装置の製造方法を提供する。
[適用例2]上記電気光学装置の製造方法であって、前記第1導電膜は、トランジスターのソース領域或いはドレイン領域のどちらか一方と電気的に接続されていることを特徴とする電気光学装置の製造方法。
これによれば、トランジスターを流れる電流の方向が反転する場合、ソースとドレインとが入れ替わるが、容易に対応することができる。
[適用例3]上記電気光学装置の製造方法であって、前記第2導電膜は、画素電極であることを特徴とする電気光学装置の製造方法。
これによれば、画素電極とトランジスターとを接続するための第1導電膜との重なり部分の凹凸による液晶配向の乱れ及び反射光の散乱を抑えることができる。
[適用例4]上記電気光学装置の製造方法であって、前記平坦化処理は、CMP及びエッチバックであることを特徴とする電気光学装置の製造方法。
これによれば、高速で平滑な研磨面を得ることができる。
[適用例5]基板上に形成された複数の第1導電膜と、前記複数の第1導電膜間に配置された絶縁膜と、前記絶縁膜上に形成され、前記複数の第1導電膜のうち一つと電気的に接続された第2導電膜と、を有し、前記第1導電膜の上部表面の面積は、該第1導電膜の下部表面の面積より小さく、前記第1導電膜の上部表面と前記絶縁膜の上部表面とは面一であることを特徴とする電気光学装置。
これによれば、絶縁膜と第1導電膜とを平坦化できるため、プラグ工程を実施せずとも、第2導電膜と下層の駆動素子とを接続するための第1導電膜との重なり部分の凹凸による液晶配向の乱れ及び反射光の散乱を抑えることができ、簡単なプロセスを以って、コントラストと明るさを向上させることができる電気光学装置を提供する。
[適用例6]上記電気光学装置であって、前記第1導電膜は、トランジスターのソース領域或いはドレイン領域のどちらか一方と電気的に接続されていることを特徴とする電気光学装置。
これによれば、トランジスターを流れる電流の方向が反転する場合、ソースとドレインとが入れ替わるが、容易に対応することができる。
[適用例7]上記電気光学装置であって、前記第2導電膜は、画素電極であることを特徴とする電気光学装置。
これによれば、画素電極とトランジスターとを接続するための第1導電膜との重なり部分の凹凸による液晶配向の乱れ及び反射光の散乱を抑えることができる。
[適用例8]上記のいずれか一項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。
これによれば、コントラストと明るさを向上させることができる電子機器を提供する。
本実施形態に係る反射型電気光学装置の電気的構成を示すブロック図。 (A)及び(B)は各々、本実施形態に係る反射型電気光学装置の液晶パネルを各構成要素と共に対向基板の側から見た平面図、及びそのH−H’断面図。 (A)及び(B)は各々、本実施形態に係る反射型電気光学装置に用いた素子基板において相隣接する画素の平面図、及びそのA−A’線に相当する位置で素子基板を切断したときの断面図。 本実施形態に係る反射型電気光学装置の製造方法を示す工程断面図。 本実施形態に係る反射型電気光学装置を用いた電子機器の説明図。
図面を参照して、本実施形態を説明する。なお、以下の説明で参照する図においては、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、各層や各部材に縮尺を異ならしめてある。なお、電界効果型トランジスターを流れる電流の方向が反転する場合、ソースとドレインとが入れ替わるが、以下の説明では、便宜上、画素電極が接続されている側をドレインとし、データ線が接続されている側をソースとして説明する。
(全体構成)
図1は、本実施形態に係る反射型電気光学装置の電気的構成を示すブロック図である。図1に示すように、反射型電気光学装置100は、液晶パネル100pを有しており、液晶パネル100pは、その中央領域に複数の画素100aがマトリクス状に配列された画素領域10bを備えている。かかる液晶パネル100pにおいて、後述する基板としての素子基板10には、画素領域10bの内側で複数本のデータ線6a及び複数本の走査線3aが縦横に延びており、それらの交点に対応する位置に画素100aが構成されている。複数の画素100aの各々には、画素スイッチング素子としての電界効果型トランジスター30、及び後述する第2導電膜としての画素電極9が形成されている。電界効果型トランジスター30のソースにはデータ線6aが電気的に接続され、電界効果型トランジスター30のゲートには走査線3aが電気的に接続され、電界効果型トランジスター30のドレインには、画素電極9が電気的に接続されている。
素子基板10において、画素領域10bの外側領域には走査線駆動回路104及びデータ線駆動回路101が構成されている。データ線駆動回路101は各データ線6aの一端に電気的に接続しており、画像処理回路から供給される画像信号を各データ線6aに順次供給する。走査線駆動回路104は、各走査線3aに電気的に接続しており、走査信号を各走査線3aに順次供給する。
各画素100aにおいて、画素電極9は、後述する対向基板に形成された共通電極と液晶を介して対向し、液晶容量50aを構成している。また、各画素100aには、液晶容量50aで保持される画像信号の変動を防ぐために、液晶容量50aと並列に保持容量60が付加されている。本実施形態では、保持容量60を構成するために、複数の画素100aに跨って走査線3aと並行して延びた容量線3bが形成されている。
(液晶パネル及び素子基板の構成)
図2(A)及び(B)は各々、本実施形態に係る反射型電気光学装置100の液晶パネル100pを各構成要素と共に対向基板の側から見た平面図、及びそのH−H’断面図である。図2(A)及び(B)に示すように、反射型電気光学装置100の液晶パネル100pでは、所定の隙間を介して素子基板10と対向基板20とが所定の隙間を介してシール材107によって貼り合わされており、シール材107は対向基板20の縁に沿うように配置されている。シール材107は、光硬化樹脂や熱硬化性樹脂等からなる接着剤であり、両基板間の距離を所定値とするためのグラスファイバー、あるいはガラスビーズ等のギャップ材が配合されている。本実施形態において、素子基板10の支持基板は透光性基板10dであり、対向基板20の支持基板も、同様な透光性基板20dである。
素子基板10において、シール材107の外側領域では、素子基板10の一辺に沿ってデータ線駆動回路101及び複数の端子102が形成されており、この一辺に隣接する他の辺に沿って走査線駆動回路104が形成されている。また、対向基板20のコーナー部の少なくとも1箇所においては、素子基板10と対向基板20との間で電気的導通をとるための上下導通材109が形成されている。
詳しくは後述するが、素子基板10には、光反射性の画素電極9(光反射層)がマトリクス状に形成されている。これに対して、対向基板20には、シール材107の内側領域に遮光性材料からなる額縁108が形成され、その内側が画像表示領域10aとされている。また、対向基板20には、ITO(Indium Tin Oxide)膜からなる共通電極21が形成されている。なお、対向基板20には画素電極9間と対向する位置にブラックマトリクスあるいはブラックストライプと称せられる遮光膜(図示せず)が形成されることがある。また、画素領域10bには、額縁108と重なる領域にダミーの画素が構成される場合があり、この場合、画素領域10bのうち、ダミー画素を除いた領域が画像表示領域10aとして利用されることになる。
このように形成した反射型電気光学装置100では、対向基板20の側から入射した光が画素電極9で反射して再び、対向基板20の側から出射される間に液晶層50によって画素毎に光変調される結果、画像が表示される。ここで、反射型電気光学装置100は、モバイルコンピューター、携帯電話機等といった電子機器のカラー表示装置として用いることができ、この場合、対向基板20には、カラーフィルター(図示せず)や保護膜が形成される。また、対向基板20の光入射側の面には、使用する液晶層50の種類、すなわち、TN(ツイステッドネマティック)モード、STN(スーパーTN)モード等々の動作モードや、ノーマリーホワイトモード/ノーマリーブラックモードの別に応じて、偏光フィルム、位相差フィルム、偏光板等が所定の向きに配置される。さらに、反射型電気光学装置100は、後述する投射型表示装置(液晶プロジェクター)において、RGB用のライトバルブとして用いることができる。この場合、RGB用の各反射型電気光学装置100の各々には、RGB色分解用のダイクロイックミラーを介して分解された各色の光が投射光として各々入射されることになるので、カラーフィルターは形成されない。
(各画素の構成)
図3(A)及び(B)は各々、本実施形態に係る反射型電気光学装置100に用いた素子基板10において相隣接する画素の平面図、及びそのA−A’線に相当する位置で素子基板10を切断したときの断面図である。なお、図3(A)において、画素電極9については長い点線で示し、データ線6aについては一点鎖線で示し、走査線3a及び容量線3bは実線で示し、半導体層1aは短くて細い点線で示してある。また、隣接する画素電極9の間隙9sには、複数のドットを付してある。
図3(A)及び(B)に示すように、素子基板10には、石英基板やガラス基板等からなる透光性基板10d(支持基板)の第1面10x及び第2面10yのうち、対向基板20側に位置する第1面10xにシリコン酸化膜等からなる透光性の下地絶縁層15が形成されているとともに、その上層側において、画素電極9と重なる位置にNチャネル型の電界効果型トランジスター30が形成されている。電界効果型トランジスター30は、島状のポリシリコン膜、あるいは島状の単結晶半導体層からなる半導体層1aに対して、チャネル領域1g、低濃度ソース領域1b、高濃度ソース領域1d、低濃度ドレイン領域1c、及び高濃度ドレイン領域1eが形成されたLDD構造を備えている。半導体層1aの表面側には、シリコン酸化膜からなる透光性のゲート絶縁層2が形成されており、ゲート絶縁層2の表面に、金属膜やドープトシリコン膜からなるゲート電極(走査線3a)が形成されている。また、半導体層1aにおける高濃度ドレイン領域1eからの延設部分には、ゲート絶縁層2を介して容量線3bが対向し、保持容量60が形成されている。なお、本実施形態において、電界効果型トランジスター30はLDD(Lightly Doped Drain)構造を備えているが、高濃度ソース領域及び高濃度ドレイン領域が走査線3aに自己整合的に形成されている構造を採用してもよい。また、本実施形態では、ゲート絶縁層2は、熱酸化により形成されたシリコン酸化膜からなるが、CVD法等により形成されたシリコン酸化膜やシリコン窒化膜を用いることもできる。
電界効果型トランジスター30の上層側には、シリコン酸化膜等といった透光性絶縁膜からなる層間絶縁膜7,8が形成されている。層間絶縁膜7の表面には金属膜やドープトシリコン膜からなるデータ線6aが形成され、データ線6aは、層間絶縁膜7に形成されたコンタクトホール7aを介して高濃度ソース領域1dに電気的に接続している。また、層間絶縁膜7の表面には金属膜等からなる第1導電パターン9aが形成され、第1導電パターン9aは、層間絶縁膜7に形成されたコンタクトホール7bを介して高濃度ドレイン領域1eに電気的に接続している。
第1導電パターン9aの表面には金属膜等からなる第1導電膜としての第2導電パターン9bが形成されている。第2導電パターン9bの上部表面の面積は、第2導電パターン9bの下部表面の面積より小さくなっている。
層間絶縁膜8の表面には、アルミニウム単体膜、アルミニウム合金膜、銀単体膜、銀合金膜、あるいはそれらの積層膜からなる光反射性の画素電極9(反射層)が形成され、画素電極9は、層間絶縁膜8に形成された第1及び第2導電パターン9a,9bを介して高濃度ドレイン領域1eに電気的に接続している。第2導電パターン9bの上部表面と層間絶縁膜8の上部表面とは面一である。画素電極9の上層には配向膜16が形成されている。
このように構成した素子基板10は、画素電極9と共通電極21とが対面するように対向基板20に対向配置され、かつ、これらの基板間には、シール材107により囲まれた空間内に電気光学物質としての液晶層50が封入されている。液晶層50は、画素電極9からの電界が印加されていない状態で、素子基板10及び対向基板20に形成された配向膜16,26により所定の配向状態をとる。液晶層50は、例えば一種又は数種のネマティック液晶を混合したもの等からなる。
(画素電極9の平坦化対策)
このように構成した反射型電気光学装置100において、素子基板10では、層間絶縁膜8の表面に島状の画素電極9が形成されている。但し、本実施形態では、電界効果型トランジスター30のドレインと接続される第2導電パターン9bの表面を、層間絶縁膜8の平坦化処理により露出させ、これをコンタクトとして、画素電極9を接続している。このため、第2導電パターン9bと層間絶縁膜8とは、面一になるように研磨されており、その上層部に設けられる画素電極9の表面は平坦である。
(反射型電気光学装置100の製造方法)
以下、図4を参照して、反射型電気光学装置100の製造工程のうち、層間絶縁膜7を形成した以降の工程を説明する。図4は、本実施形態に係る反射型電気光学装置100の製造方法を示す工程断面図である。
まず、図4(A)に示すように、素子基板10の表面側(透光性基板10d(支持基板)の第1面10x)に、電界効果型トランジスター30等を覆うように、シリコン酸化物等によって層間絶縁膜7を形成した後、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、層間絶縁膜7にコンタクトホール7a,7bを形成し、層間絶縁膜7の上層側にデータ線6a及び第1導電パターン9aを形成する。
次に、図4(B)に示すように、第1導電パターン9aの上層側に第2導電パターン9bを形成する。
次に、図4(C)に示すように、層間絶縁膜7の表面に、データ線6a、第1導電パターン9a、及び第2導電パターン9bを覆うように、シリコン酸化物等によって絶縁膜8bを形成する。その際、絶縁膜8bの膜厚については、第2導電パターン9bの高さ寸法よりも厚くする。
次に、図4(D)に示すように、絶縁膜8bを表面から研磨する。かかる研磨は、第2導電パターン9bが露出するまで行う。本実施形態では、第2導電パターン9bが露出した時点を研磨の終点とする。かかる研磨工程としては化学機械研磨(CMP)を利用でき、かかる化学機械研磨では、研磨液に含まれる化学成分の作用と、研磨剤と透光性基板10dとの相対移動によって、高速で平滑な研磨面を得ることができる。より具体的には、研磨装置において、不織布、発泡ポリウレタン、多孔質フッ素樹脂等からなる研磨布(パッド)を貼り付けた定盤と、透光性基板10dを保持するホルダーとを相対回転させながら、研磨を行う。その際、例えば、平均粒径が0.01〜20μmの酸化セリウム粒子、分散剤としてのアクリル酸エステル誘導体、及び水を含む研磨剤を研磨布と透光性基板10dとの間に供給する。また、絶縁膜8bは、化学機械研磨を行った後に、エッチバックを行って除去されることもできる。かかる絶縁膜8bによって、層間絶縁膜8が形成される。
次に、図4(E)に示すように、各第2導電パターン9bを含む層間絶縁膜8の上層側にアルミニウム単体膜、アルミニウム合金膜、銀単体膜、銀合金膜、あるいはそれらの積層膜からなる画素電極9を島状に形成する。
しかる後に、配向膜16を形成し、素子基板10を得る。かかる素子基板10では、プラグ工程を実施せずとも、画素電極9の第2導電パターン9bと重なる部分を平坦化できるため、簡単なプロセスを以って、コントラストと明るさを向上させることが可能になる。
[他の実施形態]
上記実施形態では、絶縁膜8bの膜厚を第2導電パターン9bの高さ寸法よりも厚くしたが、絶縁膜8bの膜厚が第2導電パターン9bの高さ寸法よりも薄くしてもよい。この場合、研磨工程では、第2導電パターン9bが露出した以降も所定時間、研磨を行い、絶縁膜8bの表面を研磨すればよい。
上記実施形態では、反射型電気光学装置の製造に本実施形態を適用したが、透過型の電気光学装置の製造に本実施形態を適用してもよく、この場合、ITO膜等の透光性導電膜によって、画素電極を形成することになる。かかる透過型の電気光学装置でも、本実施形態を適用すれば、プラグ工程を実施せずとも、画素電極9の第2導電パターン9bと重なる部分を平坦化できるため、簡単なプロセスを以って、コントラストと明るさを向上させることが可能になる。
[電子機器への搭載例]
本実施形態に係る反射型電気光学装置100は、図5(A)に示す投射型表示装置(液晶プロジェクター/電子機器)や、図5(B)及び(C)に示す携帯用電子機器に用いることができる。
図5(A)に示す投射型表示装置1000は、システム光軸Lに沿って配置した光源部810、インテグレーターレンズ820、及び偏光変換素子830を備えた偏光照明装置800と、この偏光照明装置800から出射されたS偏光光束をS偏光光束反射面841により反射させる偏光ビームスプリッター840と、偏光ビームスプリッター840のS偏光光束反射面841から反射された光のうち、青色光(B)の成分を分離するダイクロイックミラー842と、青色光が分離された後の光束のうち、赤色光(R)の成分を反射させて分離するダイクロイックミラー843とを有している。また、投射型表示装置1000は、各色光が入射する3枚の反射型電気光学装置100(反射型電気光学装置100R,100G,100B)を備えている。さらに、投射型表示装置1000は、3つの反射型電気光学装置100R,100G,100Bにて変調された光をダイクロイックミラー842,843及び偏光ビームスプリッター840にて合成した後、この合成光を投射レンズ850を介してスクリーン860に投写する。
また、図5(B)に示す携帯電話機3000は、複数の操作ボタン3001、スクロールボタン3002、並びに表示ユニットとしての反射型電気光学装置100を備える。スクロールボタン3002を操作することによって、反射型電気光学装置100に表示される画面がスクロールされる。図5(C)に示す情報携帯端末(PDA:Personal Digital Assistants)4000は、複数の操作ボタン4001、電源スイッチ4002、並びに表示ユニットとしての反射型電気光学装置100を備えており、電源スイッチ4002を操作すると、住所録やスケジュール帳といった各種の情報が反射型電気光学装置100に表示される。
さらに、対向基板20等にカラーフィルターを形成すれば、カラー表示可能な反射型電気光学装置100を形成することができる。また、カラーフィルターを形成した反射型電気光学装置100を用いれば、単板式の投射型表示装置を構成することもできる。
1a…半導体層 1b…低濃度ソース領域 1c…低濃度ドレイン領域 1d…高濃度ソース領域 1e…高濃度ドレイン領域 1g…チャネル領域 2…ゲート絶縁層 3a…走査線 3b…容量線 6a…データ線 7,8…層間絶縁膜 7a,7b…コンタクトホール 8b…絶縁膜 9…画素電極(反射層)(第2導電膜) 9a…第1導電パターン 9b…第2導電パターン(第1導電膜) 9s…間隙 10…素子基板(基板) 10a…画像表示領域 10b…画素領域 10d…透光性基板(支持基板) 10x…第1面 10y…第2面 15…下地絶縁層 16,26…配向膜 20…対向基板 20d…透光性基板 21…共通電極 30…電界効果型トランジスター 50…液晶層(電気光学物質) 50a…液晶容量 60…保持容量 100,100R,100G,100B…反射型電気光学装置 100a…画素 100p…液晶パネル 101…データ線駆動回路 102…端子 104…走査線駆動回路 107…シール材 108…額縁 109…上下導通材 800…偏光照明装置 810…光源部 820…インテグレーターレンズ 830…偏光変換素子 840…偏光ビームスプリッター 841…S偏光光束反射面 842,843…ダイクロイックミラー 850…投射レンズ 860…スクリーン 1000…投射型表示装置 3000…携帯電話機 3001,4001…操作ボタン 3002…スクロールボタン 4002…電源スイッチ。

Claims (8)

  1. 基板上に第1導電膜をパターニング形成する工程と、
    前記基板及び前記第1導電膜上に絶縁膜を形成する工程と、
    前記絶縁膜を平坦化処理して、前記絶縁膜から前記第1導電膜の上面を露出させる工程と、
    前記絶縁膜上であって、平面視で前記第1導電膜の上面と重なり、前記第1導電膜と電気的に接続するように第2導電膜を形成する工程と、
    を有することを特徴とする電気光学装置の製造方法。
  2. 請求項1に記載の電気光学装置の製造方法において、
    前記第1導電膜は、トランジスターのソース領域或いはドレイン領域のどちらか一方と電気的に接続されていることを特徴とする電気光学装置の製造方法。
  3. 請求項1又は2に記載の電気光学装置の製造方法において、
    前記第2導電膜は、画素電極であることを特徴とする電気光学装置の製造方法。
  4. 請求項1〜3のいずれか一項に記載の電気光学装置の製造方法において、
    前記平坦化処理は、CMP及びエッチバックであることを特徴とする電気光学装置の製造方法。
  5. 基板上に形成された複数の第1導電膜と、
    前記複数の第1導電膜間に配置された絶縁膜と、
    前記絶縁膜上に形成され、前記複数の第1導電膜のうち一つと電気的に接続された第2導電膜と、
    を有し、
    前記第1導電膜の上部表面の面積は、該第1導電膜の下部表面の面積より小さく、
    前記第1導電膜の上部表面と前記絶縁膜の上部表面とは面一であることを特徴とする電気光学装置。
  6. 請求項5に記載の電気光学装置において、
    前記第1導電膜は、トランジスターのソース領域或いはドレイン領域のどちらか一方と電気的に接続されていることを特徴とする電気光学装置。
  7. 請求項5又は6に記載の電気光学装置において、
    前記第2導電膜は、画素電極であることを特徴とする電気光学装置。
  8. 請求項5〜7のいずれか一項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。
JP2009206789A 2009-09-08 2009-09-08 電気光学装置及び電気光学装置の製造方法並びに電子機器 Withdrawn JP2011059229A (ja)

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JP2012208294A (ja) * 2011-03-29 2012-10-25 Seiko Epson Corp 電気光学装置の製造方法、電気光学装置、投射型表示装置および電子機器

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