JP4872870B2 - 電気光学装置、電気光学装置の製造方法および投射型表示装置 - Google Patents

電気光学装置、電気光学装置の製造方法および投射型表示装置 Download PDF

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本発明は、液晶装置などの電気光学装置、電気光学装置の製造方法、および当該電気光学装置を備えた投射型表示装置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、素子基板と対向基板との間に液晶層が保持され、対向基板側から入射した光を液晶層によって変調し、素子基板側から出射する。素子基板は、透光性基板上に、画素電極および画素トランジスタを備えた画素が複数形成された画素領域と、画素領域より外周側で配線や駆動回路用トランジスタが複数形成された周辺回路領域とを有している。かかる電気光学装置は、例えば、投射型表示装置においてライトバルブとして用いられ、変調した光を投射光学系によりスクリーンなどの被投射面に拡大投射して画像を表示する。
このような投射型表示装置では、変調された光が、素子基板の出射側の面や電気光学装置に対して出射側に配置された光学系などで反射すると、反射光が戻り光として電気光学装置の素子基板側から入射することがあり、このような戻り光が画素トランジスタに入射すると、光リーク電流の原因となる。そこで、素子基板において、画素トランジスタの下層側に遮光層を形成して光リーク電流の発生などを防止することが提案されている(例えば、特許文献1〜3参照)。
特開2004−342923号公報 特開2000−131716号公報 特開2000−298290号公報
しかしながら、電気光学装置の素子基板では、周辺回路領域に金属配線や金属電極が高密度に配置されているため、戻り光が周辺回路領域に入射すると、周辺回路領域で正反射した戻り光が素子基板から出射され、スクリーン上では、図11に示すように、投射画像310の外縁に沿って、周辺回路の写り込み320が発生してしまうという問題点があり、かかる問題点については、従来、十分な対策が施されていない。
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、素子基板に対して戻り光が入射した場合に、戻り光が周辺回路領域で正反射して再び、素子基板側から出射されることを防止することができる電気光学装置、電気光学装置の製造方法、および当該電気光学装置を備えた投射型表示装置を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明では、透光性基板の第1面側に、画素電極および画素トランジスタを備えた画素が複数形成された画素領域と、該画素領域の外側に、配線および駆動回路用トランジスタが複数形成された周辺回路とを有する素子基板を備え、前記透光性基板前記第1面とは反対側の第2面側から変調した光を出射する電気光学装置において、前記透光性基板前記周辺回路と重なる領域には、前記透光性基板の前記第2面側から入射した光を散乱させる複数の光散乱用凹凸が形成されており、前記複数の光散乱用凹凸を構成する凹部は、内面が遮光層で覆われていることを特徴とする。
本発明では、素子基板に用いた透光性基板において周辺回路領域に対して重なる領域に複数の光散乱用凹凸が形成されているため、変調された光が、素子基板の出射側の面や電気光学装置に対して出射側に配置された光学系などで反射して戻り光として素子基板側から入射した場合でも、戻り光は複数の光散乱用凹凸によって散乱する。このため、戻り光が周辺回路領域で正反射して素子基板から出射されることがないので、スクリーンなどの被投射面に表示された画像の外縁に沿って周辺回路領域が写り込むことを防止することができる。また、素子基板に用いた透光性基板において周辺回路領域に対して重なる領域にベタの遮光膜を形成すると、かかる遮光膜の存在がスクリーンなどの被投射面に表示された画像の外縁に沿って写り込むことになるが、本発明では、光散乱用凹凸で戻り光を散乱させるので、かかる問題が発生することもない。
本発明において、前記複数の光散乱用凹凸を構成する凹部は、内面が遮光層で覆われている構成を採用することができる。このように構成すると、戻り光の一部が遮光層で反射した場合でも、散乱しながら反射するため、不要な写り込みを防止することができる。
本発明において、前記複数の光散乱用凹凸を構成する凹部は、内面が遮光層で覆われているとともに、前記複数の凹部は、前記遮光層を覆うように形成された充填材料により内部が埋められ、当該充填材料によって、前記透光性基板において前記複数の凹部の形成領域は平坦化されていることが好ましい。このように構成すると、戻り光の一部が遮光層で反射した場合でも、散乱しながら反射するため、不要な写り込みを防止することができる。また、素子基板において光散乱用凹凸が形成されている領域上に周辺回路を形成する場合でも、光散乱用凹凸に起因する段差のない領域に周辺回路を形成でき、段差によって周辺回路の信頼性などが低下することを確実に防止することができる。
本発明において、前記遮光層は、光を一部透過可能な半透過性遮光膜であってもよい。このように構成すると、光散乱用凹凸での反射光量を減少させることができる。
本発明において、前記複数の光散乱用凹凸を構成する複数の凹部の内面は、前記透光性基板と異なる屈折率を有する透光性材料で覆われている構成を採用することができる。このように構成すると、光散乱用凹凸での屈折作用で戻り光を散乱させることができる。
この場合、前記凹部は、内部が前記透光性材料により埋められ、当該透光性材料によって、前記透光性基板において前記複数の凹部の形成領域は平坦化されていることが好ましい。このように構成すると、素子基板において光散乱用凹凸が形成されている領域上に周辺回路を形成する場合でも、光散乱用凹凸に起因する段差のない領域に周辺回路を形成でき、段差によって周辺回路の信頼性などが低下することを確実に防止することができる。
本発明において、前記複数の光散乱用凹凸は、例えば、前記透光性基板において球面状に凹む複数の凹部により構成されている。このように構成すると、戻り光を効率よく散乱させることができる。
本発明において、前記複数の光散乱用凹凸が、前記透光性基板において断面円弧状の複数の溝状凹部により形成されている構成を採用してもよい。このように構成すると、戻り光を効率よく散乱させることができる。
本発明に係る電気光学装置は、例えば液晶装置であり、液晶装置は、前記素子基板に対して対向配置された対向基板を備え、当該対向基板と前記素子基板との間に液晶層が保持されている。
本発明に係る電気光学装置の製造方法は、透光性基板の第1面側に、画素電極および画素トランジスタを備えた画素が複数形成された画素領域と、該画素領域の外側に、配線および駆動回路用トランジスタが複数形成された周辺回路とを有する素子基板を備え、前記透光性基板において前記第1面とは反対側の第2面側から変調した光を出射する電気光学装置の製造方法において、前記透光性基板前記周辺回路と重なる領域に、前記透光性基板の前記第2面側から入射した光を散乱させる複数の光散乱用凹凸を形成するにあたって、前記透光性基板に対して、前記複数の光散乱用凹凸の凹部とすべき領域に開孔部を備えたマスクを形成するマスク形成工程と、前記開孔部から前記透光性基板にウエットエッチングを行なう凹部形成工程と、を行なうことを特徴とする。

かかる製造方法によれば、凹部形成工程において、エッチングが等方的に進行する結果、球面状の凹部や断面円弧状の溝状凹部を形成することができる。
本発明を適用した電気光学装置は、例えば、投射型表示装置に用いられ、かかる投射型表示装置は、前記電気光学装置により光変調した光を投射する投射光学系を備えている。
図面を参照して、本発明を適用した電気光学装置(液晶装置)を用いた投射型表示装置、および当該電気光学装置を説明する。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、各層や各部材毎に縮尺を異ならしめてある。
[投射型表示装置の構成]
図1を参照して、本発明を適用した電気光学装置をライトバルブとして用いた投射型表示装置を説明する。図1は、本発明を適用した投射型表示装置の概略構成図である。
図1に示す投射型表示装置110は、観察者側に設けられたスクリーン111(被投射面)に光を照射し、このスクリーン111で反射した光を観察する。投射型表示装置110は、光源112、ダイクロイックミラー113、114、およびリレー系120などを備えた光源部140と、液晶ライトバルブ115〜117と、クロスダイクロイックプリズム119(合成光学系)と、投射光学系118とを備えている。
光源112は、赤色光、緑色光およ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113は、光源112からの赤色光を透過させると共に緑色光および青色光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114は、ダイクロイックミラー113で反射された緑色光および青色光のうち青色光を透過させると共に緑色光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113、114は、光源112から出射した光を赤色光と緑色光と青色光とに分離する色分離光学系を構成する。
ダイクロイックミラー113と光源112との間には、インテグレータ121および偏光変換素子122が光源112から順に配置されている。インテグレータ121は、光源112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122は、光源112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。
液晶ライトバルブ115は、ダイクロイックミラー113を透過して反射ミラー123で反射した赤色光を画像信号に応じて変調する透過型の電気光学装置(液晶装置)である。液晶ライトバルブ115は、λ/2位相差板115a、第1偏光板115b、液晶パネル115cおよび第2偏光板115dを備えている。ここで、液晶ライトバルブ115に入射する赤色光は、ダイクロイックミラー113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。λ/2位相差板115aは、液晶ライトバルブ115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115bは、s偏光を遮断してp偏光を透過させる偏光板である。液晶パネル115c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115dは、p偏光を遮断してs偏光を透過させる偏光板である。従って、液晶ライトバルブ115は、画像信号に応じて赤色光を変調し、変調した赤色光をクロスダイクロイックプリズム119に向けて出射する構成となっている。なお、λ/2位相差板115aおよび第1偏光板115bは、偏光を変換させない透光性のガラス板115eに接した状態で配置されており、λ/2位相差板115aおよび第1偏光板115bが発熱によって歪むのを回避することができる。
液晶ライトバルブ116は、ダイクロイックミラー113で反射した後にダイクロイックミラー114で反射した緑色光を画像信号に応じて変調する透過型の電気光学装置(液晶装置)である。液晶ライトバルブ116は、液晶ライトバルブ115と同様に、第1偏光板116b、液晶パネル116cおよび第2偏光板116dを備えている。液晶ライトバルブ116に入射する緑色光は、ダイクロイックミラー113、114で反射されて入射するs偏光である。第1偏光板116b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116c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。第2偏光板116dは、s偏光を遮断してp偏光を透過させる偏光板である。従って、液晶ライトバルブ116は、画像信号に応じて緑色光を変調し、変調した緑色光をクロスダイクロイックプリズム119に向けて出射する構成となっている。
液晶ライトバルブ117は、ダイクロイックミラー113で反射し、ダイクロイックミラー114を透過した後でリレー系120を経た青色光を画像信号に応じて変調する透過型の電気光学装置(液晶装置)である。液晶ライトバルブ117は、液晶ライトバルブ115、116と同様に、λ/2位相差板117a、第1偏光板117b、液晶パネル117cおよび第2偏光板117dを備えている。ここで、液晶ライトバルブ117に入射する青色光は、ダイクロイックミラー113で反射してダイクロイックミラー114を透過した後にリレー系120の後述する2つの反射ミラー125a、125bで反射することから、s偏光となっている。λ/2位相差板117aは、液晶ライトバルブ117に入射したs偏光をp偏光に変換する光学素子である。第1偏光板117bは、s偏光を遮断してp偏光を透過させる偏光板である。液晶パネル117c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。第2偏光板117dは、p偏光を遮断してs偏光を透過させる偏光板である。従って、液晶ライトバルブ117は、画像信号に応じて青色光を変調し、変調した青色光をクロスダイクロイックプリズム119に向けて出射する構成となっている。なお、λ/2位相差板117aおよび第1偏光板117bは、ガラス板117eに接した状態で配置されている。
リレー系120は、リレーレンズ124a、124bと反射ミラー125a、125bとを備えている。リレーレンズ124a、124bは、青色光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124aは、ダイクロイックミラー114と反射ミラー125aとの間に配置されている。また、リレーレンズ124bは、反射ミラー125a、125bの間に配置されている。反射ミラー125aは、ダイクロイックミラー114を透過してリレーレンズ124aから出射した青色光をリレーレンズ124b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125bは、リレーレンズ124bから出射した青色光を液晶ライトバルブ117に向けて反射するように配置されている。
クロスダイクロイックプリズム119は、2つのダイクロイック膜119a、119b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119aは青色光を反射して緑色光を透過する膜であり、ダイクロイック膜119bは赤色光を反射して緑色光を透過する膜である。従って、クロスダイクロイックプリズム119は、液晶ライトバルブ115〜117のそれぞれで変調された赤色光と緑色光と青色光とを合成し、投射光学系118に向けて出射するように構成されている。
なお、液晶ライトバルブ115、117からクロスダイクロイックプリズム119に入射する光はs偏光であり、液晶ライトバルブ116からクロスダイクロイックプリズム119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119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119において各液晶ライトバルブ115〜117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119a、119b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119a、119bで反射される赤色光および青色光をs偏光とし、ダイクロイック膜119a、119bを透過する緑色光をp偏光としている。投射光学系118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119で合成された光をスクリーン111に投射するように構成されている。
以下、図1に示した投射型表示装置において液晶ライトバルブ115〜117(電気光学装置/液晶装置)に用いた液晶パネルの構成を詳述する。なお、図1に示す液晶ライトバルブ115〜117および液晶パネル115c〜117cは、変調する光の波長領域が異なるだけであり、基本的構成が共通するので、液晶ライトバルブ115〜117を電気光学装置100とし、液晶パネル115c〜117cを液晶パネル100pとして説明する。
[実施の形態1]
(液晶パネルの全体構成)
図2は、図1に示した投射型表示装置において液晶ライトバルブ(電気光学装置/液晶装置)に用いた液晶パネルの電気的構成を示すブロック図である。図3(a)、(b)、(c)は各々、本発明を適用した電気光学装置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、そのH−H′断面図、およびI−I′断面図である。
図2に示すように、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および複数本の走査線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、画素トランジスタとしての電界効果型トランジスタ30、および画素電極9aが形成されている。電界効果型トランジスタ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30のドレインには画素電極9a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の外側領域は、走査線駆動回路104およびデータ線駆動回路101などが形成された周辺回路領域10dになっている。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202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9a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がリークするのを防ぐために、液晶容量50aと並列に保持容量60が付加されている。本形態では、保持容量60を構成するために、走査線3aと並列するように容量線3bが形成されており、かかる容量線3bは共通電位線COMに接続され、所定の電位に保持されている。なお、保持容量60は前段の走査線3aとの間に形成される場合もある。
図3(a)、(b)、(c)に示すように、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など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。
素子基板10において、シール材107と重なる領域およびその外側領域では、素子基板10の一辺に沿ってデータ線駆動回路101および複数の端子102が形成されており、この一辺に隣接する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。また、2つの走査線駆動回路104は配線105で電気的に接続されている。
詳しくは後述するが、素子基板10には、ITO(Indium Tin Oxide)膜からなる画素電極9a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では、素子基板10の画素電極9aの縦横の境界領域と対向する領域にブラックマトリクス、あるいはブラックストライプなどと称せられる遮光膜23が形成され、その上層側には、ITO膜からなる共通電極21が形成されている。
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。いずれの場合も、画素領域10bの外側(画像表示領域10aの外側)は、走査線駆動回路104、データ線駆動回路101、複数の端子102、配線105が形成された周辺回路領域10dとして利用される。
(液晶パネルおよび素子基板の詳細構成)
図4(a)、(b)は各々、本発明を適用した電気光学装置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、およびそのA−A′線に相当する位置で電気光学装置100を切断したときの断面図である。
図4(a)、(b)に示すように、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(図示せず)によって貼り合わされている。素子基板10には、石英基板やガラス基板などからなる透光性基板10sの表面にシリコン酸化膜などからなる下地保護膜12が形成されているとともに、その表面側において、画素電極9a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30が形成されている。電界効果型トランジスタ30は、ポリシリコン層あるいは単結晶シリコン層からなる島状の半導体層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、およ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。また、半導体層1aの表面側にはゲート絶縁層2が形成されており、ゲート絶縁層2の表面にゲート電極3c(走査線3a)が形成されている。
電界効果型トランジスタ30の上層側には、層間絶縁層7、8が形成されている。層間絶縁層7の表面にはデータ線6aおよびドレイン電極6bが形成され、データ線6aは、層間絶縁層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、ドレイン電極6bは、層間絶縁層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。層間絶縁層8の表面にはITO膜からなる画素電極9aが形成されている。画素電極9aは、層間絶縁層8に形成されたコンタクトホール8aを介してドレイン電極6bに電気的に接続している。画素電極9aの表面側にはポリイミド膜からなる配向膜16が形成されている。また、高濃度ドレイン領域1eからの延設部分1f(下電極)に対しては、ゲート絶縁層2と同時形成された絶縁層(誘電体膜)を介して、走査線3cと同層の容量線3bが上電極として対向することにより、保持容量60が構成されている。
対向基板20は、石英基板やガラス基板からなる透光性基板20sに対して遮光層23、共通電極21、および配向膜26などが形成されている。
このように構成した素子基板10と対向基板20とは、画素電極9aと共通電極21とが対面するように配置され、かつ、これらの基板間には、シール材(図示せず)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9aからの電界が印加されていない状態で配向膜16、22により所定の配向状態をとる。液晶層50は、例えば一種または数種のネマティック液晶を混合したものなどからなる。
(駆動回路の構成)
図5(a)、(b)は各々、本発明を適用した電気光学装置に用いた素子基板に形成した相補型電界効果型トランジスタの平面図、およびそのB−B′線に相当する位置で素子基板を切断したときの断面図である。
図3(a)、(b)、(c)において、本形態の電気光学装置100では、素子基板10の表面側のうち、画素領域10bの外側(画像表示領域10aの外側)は、走査線駆動回路104、データ線駆動回路101、複数の端子102、配線105が形成された周辺回路領域10dとして利用される。このようなデータ線駆動回路101および走査線駆動回路104は、例えば、図5(a)、(b)に示すように、Pチャネル型の電界効果型トランジスタ80とNチャネル型の電界効果型トランジスタ90とを備えた相補回路などを有している。
図5(a)、(b)において、電界効果型トランジスタ80、90は、画素スイッチング用の電界効果型トランジスタ30の製造工程の一部を利用して形成されたものであり、電界効果型トランジスタ80、90を構成する半導体層1p、1nは、電界効果型トランジスタ30を構成する半導体層1aと同じくポリシリコン層や単結晶シリコン層である。
Nチャネル型の電界効果型トランジスタ90は、チャネル領域1oの両側にN型のソース領域(高濃度ソース領域1sおよび低濃度ソース領域1q)、およびドレイン領域(高濃度ドレイン領域1rおよび低濃度ドレイン領域1t)を備えており、Pチャネル型の電界効果型トランジスタ80は、チャネル領域1iの両側にP型のソース領域(高濃度ソース領域1lおよび低濃度ソース領域1j)、およびドレイン領域(高濃度ドレイン領域1mおよび低濃度ドレイン領域1k)を備えている。半導体層1p、1nの表面側にはゲート絶縁層2が形成されている。
電界効果型トランジスタ80、90では、高電位線6eと低電位線6gが層間絶縁層7およびゲート絶縁層2を貫通するコンタクトホール7e、7gを介して、半導体層1p、1nの高濃度ソース領域1l、1sに電気的に接続されている。また、出力配線6fは、層間絶縁層7およびゲート絶縁層2を貫通するコンタクトホール7f、7kを介して半導体層1p、1nの高濃度ドレイン領域1m、1rに電気的にそれぞれ接続されている。また、入力配線6hは、層間絶縁層7を貫通するコンタクトホール7hを介して共通のゲート電極3eに接続されている。
このような構成の周辺回路領域10dでは、アルミニウム配線などといった多数の金属配線が形成されているため、強い反射性を備えている。
(戻り光対策)
図6(a)、(b)、(c)は、本発明を適用した電気光学装置100の素子基板10に形成した光散乱用凹凸の平面的な構成を模式的に示す平面図、その断面図、およびその変形例の断面図である。
図2〜図5を参照して説明した電気光学装置100および液晶パネル100pを、図1を参照して説明した投射型表示装置110の液晶ライトバルブ115〜117および液晶パネル115c〜117cとして用いると、光源部140から出射された光は、対向基板20の側から入射した後、液晶層50によって光変調されて、矢印L1で示すように、素子基板10において、透光性基板10sの第1面10x側から入射し、第2面10yから出射される。その際、素子基板20から出射された変調光の一部は、例えばクロスダイクロイックプリズム119の入射面などで反射して、矢印L2、L3で示すように、液晶パネル100pに戻り光として入射することがある。このような戻り光のうち、矢印L2で示す戻り光は、画素領域10b(画像表示領域10a)に入射して電界効果型トランジスタ30に光リーク電流を発生させる原因となる。また、矢印L3で示す戻り光は、周辺回路領域10dに入射しようとする光であり、かかる光は、周辺回路領域10dで正反射すると、投射画像に周辺回路が写り込む原因となる。
そこで、本形態では、図3(b)、図4(b)、および図6a(a)、(b)に示すように、画素領域10b(画像表示領域10a)では、透光性基板10sと下地保護膜12との層間において電界効果型トランジスタ30と重なる領域には、ポリシリコン膜、シリコン窒化膜、チタン窒化膜などからなる遮光層11aが形成されている。
また、図3(c)、図5(b)、および図6(a)、(b)に示すように、透光性基板10sと下地保護膜12との層間において周辺回路領域10dと重なる領域には、透光性基板10sの第2面側から入射した光を散乱させる複数の光散乱用凹凸10tが形成されている。
本形態において、複数の光散乱用凹凸10tは各々、球面状に凹む球面状凹部10vを備えており、かかる球面状凹部10vは、例えば、直径が数μm〜数100μmであり、深さは数100nmである。ここで、球面状凹部10vは、内面が遮光層11bで覆われており、かかる遮光層11bは、ポリシリコン膜、シリコン窒化膜、チタン窒化膜などからなり、光を一部透過可能な半透過性遮光膜である。本形態において、遮光層11bは、遮光層11aと同時形成された膜である。
また、複数の球面状凹部10vは、遮光層11bを覆うように形成されたシリコン酸化膜などからなる下地保護膜12により内部が埋められている。ここで、下地保護膜12は、透光性基板10sの第1面10xの全面にわたって形成されており、かつ、その表面全体が平坦面になっている。従って、透光性基板10sでは、複数の光散乱用凹凸10t(球面状凹部10v)の形成領域が平坦面になっている。
(素子基板10の製造方法)
図7を参照して、素子基板10に光散乱用凹凸10tを形成する工程を中心に、本形態の電気光学装置100の製造を説明する。図7は、本発明を適用した電気光学装置100の製造工程のうち、素子基板10に光散乱用凹凸10tを形成する工程を示す工程断面図である。
本形態の電気光学装置100に用いた素子基板10を製造するには、まず、図7(a)に示すように、石英基板やガラス基板からなる透光性基板10sを準備した後、マスク形成工程において、フォトリソグラフィ技術を用い、第1面10xにレジストマスク61を形成する。ここで、レジストマスク61は、図6(b)に示す球面状凹部10vに対応する箇所に開孔部610を備えている。
次に、図7(b)に凹部形成工程では、レジストマスク61の開孔部610を介して、透光性基板10sの第1面10xにウエットエッチングを行ない、球面状凹部10vを形成する。すなわち、ウエットエッチングによれば、開孔部610から等方的にエッチングが進行するため、球面状凹部10vを形成することができる。
次に、レジストマスク61を除去した後、図7(c)に示すように、透光性基板10sの第1面10xに遮光層11a、11bを形成するためのポリシリコン膜、シリコン窒化膜、チタン窒化膜などからなり、遮光膜11を形成する。
次に、図7(d)に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて、遮光膜11の表面にレジストマスク62を形成する。ここで、レジストマスク62は、遮光層11a、11bを形成すべき領域を覆っており、他の領域に開孔部620を備えている。
次に、図7(e)に示すように、レジストマスク62の開孔部620を介して、遮光膜11にウエットエッチングあるいはドライエッチングを行なった後、レジストマスク62を除去すると、図7(f)に示すように、遮光層11a、11bが形成される。
次に、遮光層11a、11bを覆うように、透光性基板10sの第1面10xの全面にシリコン酸化膜などからなる下地保護膜12を形成した後、下地保護膜12の表面を平坦化する。かかる平坦化を行なうにあたっては、例えば、化学機械研磨を行なう。この化学機械研磨では、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20s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、多孔質フッ素樹脂などからなる研磨布(パッド)を貼り付けた定盤と、透光性基板20fs保持するホルダとを相対回転させながら、研磨を行なう。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、および水を含む研磨剤を研磨布と透光性基板20sとの間に供給する。このようにして、球面状凹部10vが遮光層11bを覆うように形成されたシリコン酸化膜(下地保護膜12/充填材料)により内部が埋められ、かかる下地保護膜12によって、透光性基板10sにおいて複数の球面状凹部10vが形成されている領域を平坦化することができる。
しかる後には、単結晶シリコン基板と透光性基板10sとの貼り合わせ技術による単結晶シリコン層の形成工程、あるいはアモルファスシリコン膜を形成した後のレーザアニールや急速加熱法などの結晶化処理によるポリシリコン層の形成工程を行なった後、かかるシリコン層を利用して電界効果型トランジスタ30、80、90などを形成する。以降の工程については周知の方法を適用できるので、それらの説明を省略する。
(本形態の主な効果)
以上説明したように、本形態の電気光学装置100では、素子基板10に用いた透光性基板10sにおいて、下地保護膜12との層間には、電界効果型トランジスタ30と重なる領域に遮光層11aが形成されているため、変調された光が、素子基板10の出射側の面や、図1に示すクロスダイクロイックプリズム119の入射面で反射して、矢印L2で示す戻り光として素子基板10側から入射した場合でも、戻り光は電界効果型トランジスタ30に到達しないので、電界効果型トランジシタ30に光リーク電流が発生しない。
また、変調された光が、矢印L3で示す戻り光として、素子基板10の周辺回路領域10dに向けて入射した場合でも、素子基板10に用いた透光性基板10sにおいて周辺回路領域10dに対して重なる領域に複数の光散乱用凹凸10t(球面状凹部10v)が形成され、かかる光散乱用凹凸10tでは、球面状凹部10vの内面が遮光層11bで覆われている。このため、戻り光は、矢印L5で示すように、球面状凹部10vの外面で反射した際、散乱する。従って、戻り光が周辺回路領域10dで正反射することがないので、投射画像の外縁部分に周辺回路領域10dが写り込むのを防止することができる。
また、素子基板10に用いた透光性基板10sにおいて周辺回路領域10dに対して重なる領域にベタの遮光膜を形成すると、かかる遮光膜の存在がスクリーンなどの被投射面に表示された画像の外縁に沿って写り込むことになるが、本形態では、光散乱用凹凸10tで戻り光を散乱させるので、かかる問題が発生することもない。
また、球面状凹部10vであるため、反射方向が分散しているので、特定の方向に向けて強い光が反射するということがない。それ故、光散乱用凹凸10tで反射した光が投射画像の品位を低下させることがない。
しかも、遮光層11bは、光を一部透過可能な半透過性遮光膜であるため、矢印L3で示す光の一部のみが球面状凹部10vの内面で反射し、他の一部は、矢印L4で示すように、遮光層11bを透過する。このため、戻り光が素子基板10の側から再び、出射される量が少ない。ここで、矢印L4で示すように、戻り光の一部は、遮光層11bを透過して周辺回路領域10dに到達するが、かかる戻り光が透光性基板10sの第2面10yから出射する際、球面状凹部10vの内面で反射して散乱するので、投射画像の外縁部分に周辺回路領域10dが写り込むことはない。
さらに、複数の球面状凹部10vは下地保護膜12により内部が埋められ、光散乱用凹凸10t(球面状凹部10v)の形成領域が平坦面になっている。このため、透光性基板10sにおいて光散乱用凹凸10tが形成されている領域上に周辺回路を形成する場合でも、光散乱用凹凸10tに起因する段差のない領域に周辺回路を形成でき、段差によって周辺回路の信頼性などが低下することを確実に防止することができる。
[実施の形態1の変形例]
上記実施の形態1では、透光性基板10sの第1面10xに球面状凹部10vを形成したので、光散乱用凹凸10t(球面状凹部10v)は、透光性戻り光の入射側に球状突起を向けた構造になっていたが、図6(c)に示すように、透光性基板10sの第2面10yに球面状凹部10vを形成するとともに、球面状凹部10vの内面に遮光層11aを形成し、かつ、シリコン酸化膜12a(充填材料)により球面状凹部10vの内部を埋め込んだ構成を採用してもよい。この場合には、必要に応じて、透光性基板10sの第1面10xに別途、下地保護膜を形成すればよい。
[実施の形態2]
図8(a)、(b)、(c)は、本発明の実施の形態2に係る電気光学装置100の素子基板10に形成した光散乱用凹凸の平面的な構成を模式的に示す平面図、その断面図、およびその変形例の断面図である。なお、本形態の基本的な構成は、実施の形態1と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付してそれらの説明を省略する。
実施の形態1では、素子基板10に用いた透光性基板10sにおいて周辺回路領域10dに対して重なる領域に球面状凹部10vを利用して光散乱用凹凸10tを形成したが、本形態では、図8(a)、(b)に示すように、透光性基板10sにおいて周辺回路領域10dに対して重なる領域に断面円弧状の複数の溝状凹部10wが形成されており、かかる溝状凹部10wは、透光性基板10sの辺に沿って並列して延びている。
また、溝状凹部10wは、内面が遮光層11bで覆われており、かかる遮光層11bは、ポリシリコン膜、シリコン窒化膜、チタン窒化膜などからなり、光を一部透過可能な半透過性遮光膜である。本形態において、遮光層11bは、遮光層11aと同時形成された膜である。
また、溝状凹部10wは、遮光層11bを覆うように形成されたシリコン酸化膜からなる下地保護膜12により内部が埋められている。ここで、下地保護膜12は、透光性基板10sの第1面10xの全面にわたって形成されており、かつ、その表面全体が平坦面になっている。従って、透光性基板10sでは、複数の光散乱用凹凸10t(溝状凹部10w)の形成領域が平坦面になっている。
かかる構成の光散乱用凹凸10tの製造方法については、図7を参照して説明した方法で製造できるので、説明を省略するが、本形態でも、矢印L3で示す戻り光が、素子基板10の周辺回路領域10dに向けて入射した場合でも、投射画像の外縁部分に周辺回路領域10dが写り込むのを防止することができるなど、実施の形態1と同様な効果を奏する。
なお、本形態では、透光性基板10sの第1面10xに溝状凹部10wを形成したので、光散乱用凹凸10t(溝状凹部10w)は、透光性戻り光の入射側に突起を向けた構造になっていたが、図8(c)に示すように、透光性基板10sの第2面10yに溝状凹部10wを形成するとともに、溝状凹部10wの内面に遮光層11aを形成し、かつ、シリコン酸化膜12a(充填材料)により溝状凹部10wの内部を埋め込んだ構成を採用してもよい。
[実施の形態3]
図9は、本発明の実施の形態3に係る電気光学装置100の素子基板10に形成した光散乱用凹凸の断面構成を模式的に示す説明図である。なお、本形態の基本的な構成は、実施の形態1と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付してそれらの説明を省略する。
上記実施の形態1、2では、光散乱用凹凸10tを構成する球面状凹部10vや溝状凹部10wの内面を覆うように遮光層11bを形成したが、図9(d)に示すように、球面状凹部10vや溝状凹部10wの内面を覆うように、透光性基板10bと異なる屈折率の透光性材料12bを形成してもよい。かかる構成によれば、光散乱用凹凸10tでの屈折作用で戻り光を散乱させることができる。
ここで、透光性材料12bとしては、透光性基板10sと異なる屈折率であればよく、透光性基板10sが石英基板あるいはガラス基板であれば、屈性率が1.45程度であるので、透光性材料としては、チタン酸化物(屈折率=2.5)、シリコン窒化物(屈折率=2.0)、ポリシリコン(屈折率=3.5)を用いることができる。
かかる構成を採用した場合にも、透光性材料12bによって球面状凹部10vや溝状凹部10wの内部を埋めれば、光散乱用凹凸10tの形成領域を平坦面とすることができる。このため、透光性基板10sにおいて光散乱用凹凸10tが形成されている領域上に周辺回路を形成する場合でも、光散乱用凹凸10tに起因する段差のない領域に周辺回路を形成でき、段差によって周辺回路の信頼性などが低下することを確実に防止することができる。
なお、本形態でも、透光性材料12bの透過率によっては、透光性材料12bをそのまま下地保護膜として形成してもよく、その場合、透光性材料12bを透光性基板10sの全面に残せばよい。また、透光性材料12bの透過率が低い場合には、図9(d)に示すように、透光性材料12bを球面状凹部10vや溝状凹部10wの内部のみに形成すればよい。また、本形態でも、透光性基板10sの第1面および第2面のいずれに光散乱用凹凸10tを形成してもよく、いずれの場合も、光散乱用凹凸10tは正のパワーあるいは負のパワーを有するレンズとして機能するため、戻り光を散乱させることができる。
かかる構成の素子基板10Wを製造するには、実施の形態1と同様、図9(a)に示すマスク形成工程において、石英基板やガラス基板からなる透光性基板10sに対してレジストマスク61を形成した後、図9(b)に凹部形成工程において、レジストマスク61の開孔部610を介して、透光性基板10sにウエットエッチングを行ない、球面状凹部10vあるいは溝状凹部10wを形成する。次に、レジストマスク61を除去した後、図9(c)に示すように、透光性基板10sに対して透光性材料層12cを形成し、しかる後に、透光性材料層12cを表面側から研磨して、図9(d)に示すように、透光性材料12b(透光性材料層12c)を球面状凹部10vや溝状凹部10wの内部のみに残せばよい。
[他の実施の形態]
図1には、ライトバルブを3枚用いた投射型表示装置を例示したが、電気光学装置100がカラーフィルタを内蔵している場合、図10に示す投射型表示装置において、本発明を適用した1枚の電気光学装置100をライトバルブとして用いて、カラー画像をスクリーン211に投射表示するように構成してもよい。すなわち、図10に示す投射型表示装置210は、白色光源212、インテグレータ221および偏光変換素子222を備えた光源部240と、電気光学装置100と、投射光学系218とを備えている。また、電気光学装置100では、カラーフィルタ内蔵の液晶パネル100xの両側に第1偏光板216aおよび第2偏光板216bが配置されている。
さらに、上記形態では、電気光学装置として液晶装置を例に説明したが、自発光素子から出射された変調光によって投射型表示装置を構成する場合にも、戻り光対策として本発明を適用してもよい。
本発明を適用した投射型表示装置の概略構成図である。 図1に示した投射型表示装置において液晶ライトバルブに用いた液晶パネルの電気的構成を示すブロック図である。 (a)、(b)、(c)は各々、本発明を適用した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、そのH−H′断面図、およびI−I′断面図である。 (a)、(b)は各々、本発明を適用した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、およびそのA−A′線に相当する位置で電気光学装置を切断したときの断面図である。 (a)、(b)は各々、本発明を適用した電気光学装置に用いた素子基板に形成した相補型電界効果型トランジスタの平面図、およびそのB−B′線に相当する位置で素子基板を切断したときの断面図である。 (a)、(b)、(c)は、本発明の実施の形態1に係る電気光学装置の素子基板に形成した光散乱用凹凸の平面的な構成を模式的に示す平面図、その断面図、およびその変形例の断面図である。 本発明を適用した電気光学装置の製造工程のうち、素子基板に光散乱用凹凸を形成する工程を示す工程断面図である。 (a)、(b)、(c)は、本発明の実施の形態2に係る電気光学装置の素子基板に形成した光散乱用凹凸の平面的な構成を模式的に示す平面図、その断面図、およびその変形例の断面図である。 本発明の実施の形態3に係る電気光学装置の素子基板に形成した光散乱用凹凸の断面構成を模式的に示す説明図である。 本発明を適用した別の投射型表示装置の概略構成図である。 従来の電気光学装置および投射型表示装置の問題点を示す説明図である。
符号の説明
10・・素子基板、10a・・画像表示領域、10b・・画素領域、10d・・周辺回路領域、10t・・光散乱用凹凸、10v・・球面状凹部、10w・・溝状凹部、10x・・透光性基板の第1面、10y・・透光性基板の第2面、20・・対向基板、100・・電気手光学装置(液晶装置/液晶ライトバルブ)、100p・・液晶パネル、110、210・・投射型表示装置

Claims (10)

  1. 透光性基板の第1面側に、画素電極および画素トランジスタを備えた画素が複数形成された画素領域と、該画素領域の外側に、配線および駆動回路用トランジスタが複数形成された周辺回路とを有する素子基板を備え、前記透光性基板前記第1面とは反対側の第2面側から変調した光を出射する電気光学装置において、
    前記透光性基板前記周辺回路と重なる領域には、前記透光性基板の前記第2面側から入射した光を散乱させる複数の光散乱用凹凸が形成されており、
    前記複数の光散乱用凹凸を構成する凹部は、内面が遮光層で覆われていることを特徴とする電気光学装置。
  2. 前記複数の凹部は、前記遮光層を覆うように形成された充填材料により内部が埋められ、
    当該充填材料によって、前記透光性基板前記複数の凹部の形成領域は平坦化されていることを特徴とする請求項に記載の電気光学装置。
  3. 前記遮光層は、光を一部透過可能な半透過性遮光膜であることを特徴とする請求項に記載の電気光学装置。
  4. 透光性基板の第1面側に、画素電極および画素トランジスタを備えた画素が複数形成された画素領域と、該画素領域の外側に、配線および駆動回路用トランジスタが複数形成された周辺回路とを有する素子基板を備え、前記透光性基板の前記第1面とは反対側の第2面側から変調した光を出射する電気光学装置において、
    前記透光性基板の前記周辺回路と重なる領域には、前記透光性基板の前記第2面側から入射した光を散乱させる複数の光散乱用凹凸が形成されており、
    前記複数の光散乱用凹凸を構成する複数の凹部の内面は、前記透光性基板と異なる屈折率を有する透光性材料で覆われていることを特徴とする電気光学装置。
  5. 前記凹部は、内部が前記透光性材料により埋められ、
    当該透光性材料によって、前記透光性基板前記複数の凹部の形成領域は平坦化されていることを特徴とする請求項に記載の電気光学装置。
  6. 透光性基板の第1面側に、画素電極および画素トランジスタを備えた画素が複数形成された画素領域と、該画素領域の外側に、配線および駆動回路用トランジスタが複数形成された周辺回路とを有する素子基板を備え、前記透光性基板の前記第1面とは反対側の第2面側から変調した光を出射する電気光学装置において、
    前記透光性基板の前記周辺回路と重なる領域には、前記透光性基板の前記第2面側から入射した光を散乱させる複数の光散乱用凹凸が形成されており、
    前記複数の光散乱用凹凸は、前記透光性基板球面状に凹む複数の凹部により構成されていることを特徴とする電気光学装置。
  7. 透光性基板の第1面側に、画素電極および画素トランジスタを備えた画素が複数形成された画素領域と、該画素領域の外側に、配線および駆動回路用トランジスタが複数形成された周辺回路とを有する素子基板を備え、前記透光性基板の前記第1面とは反対側の第2面側から変調した光を出射する電気光学装置において、
    前記透光性基板の前記周辺回路と重なる領域には、前記透光性基板の前記第2面側から入射した光を散乱させる複数の光散乱用凹凸が形成されており、
    前記複数の光散乱用凹凸は、前記透光性基板断面円弧状の複数の溝状凹部により構成されていることを特徴とする電気光学装置。
  8. 前記素子基板に対して対向配置された対向基板を備え、
    当該対向基板と前記素子基板との間に液晶層が保持されていることを特徴とする請求項1乃至の何れか一項に記載の電気光学装置。
  9. 透光性基板の第1面側に、画素電極および画素トランジスタを備えた画素が複数形成された画素領域と、該画素領域の外側に、配線および駆動回路用トランジスタが複数形成された周辺回路とを有する素子基板を備え、前記透光性基板において前記第1面とは反対側の第2面側から変調した光を出射する電気光学装置の製造方法において、
    前記透光性基板前記周辺回路と重なる領域に、前記透光性基板の前記第2面側から入射した光を散乱させる複数の光散乱用凹凸を形成するにあたって、
    前記透光性基板に対して、前記複数の光散乱用凹凸の凹部とすべき領域に開孔部を備えたマスクを形成するマスク形成工程と、
    前記開孔部から前記透光性基板にウエットエッチングを行なう凹部形成工程と、を行なうことを特徴とする電気光学装置の製造方法。
  10. 請求項1乃至の何れか一項に記載の電気光学装置を用いた投射型表示装置であって、
    前記電気光学装置により光変調した光を投射する投射光学系を備えていることを特徴とする投射型表示装置。
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