JP5862201B2 - 液晶装置、液晶装置の製造方法、電子機器 - Google Patents
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この反射型液晶表示素子は、光反射性を有する画素電極が形成された半導体基板と、反射防止膜が形成された透明基板との間に液晶層が挟持されたものである。液晶層を挟んで画素電極に対向する反射防止膜は、第1の屈折率を有する第1の透明膜と、第1の屈折率よりも小さい第2の屈折率を有する第2の透明膜と、第2の屈折率よりも大きい第3の屈折率を有する第3の透明膜とが順に積層されたものである。そして、第2の透明膜を絶縁膜である酸化シリコン膜で形成し、第1および第3の透明膜をITO膜で形成する例が示されており、液晶層を挟んで実質的に画素電極と対向する第3の透明膜を透明電極としている。これにより、透明基板と液晶層との界面で生ずる反射光を低減して、透明基板に入射する入射光と上記反射光とが干渉することによって生ずる干渉縞を低減できるとしている。
上記透明積層膜は、第1透明導電膜と透明膜と第2透明導電膜とからなり、第1透明導電膜と第2透明導電膜とを電気的に導通させている。これにより、静電防止機能を備えつつ、短波長領域における光の反射を防ぎ、良好な表示が得られる液晶表示装置を提供できるとしている。
しかしながら、スイッチング素子に電気的に接続された一方の透明導電膜と他方の透明導電膜との間に寄生容量が生じて、適正な駆動電位を液晶層に印加できないおそれがある。それゆえに、2つの透明導電膜を電気的に接続させて寄生容量の発生を防止する必要がある。上記特許文献2では、間に挟まれる透明膜よりも広い範囲で第1および第2透明導電膜を形成し、外周部分で第1透明導電膜と第2透明導電膜とを直接重ねることで電気的に接続させている。このような接続方法を適用すると、画素電極における外周部分とその内側とで光の透過率に差が生じてしまうので好ましくない。つまり、画素電極に上記反射防止膜の構造を適用する場合に、透明導電膜同士を電気的に接続させる適正且つ簡便な方法を確立する必要があるという課題がある。
この構成によれば、コンタクトホール内に第2透光性層が形成されていないので、第1透光性層と第3透光性層とをそれぞれコンタクトホールを被覆するように形成すれば、確実に第1透光性層と第3透光性層とを電気的に接続させることができる。
この構成によれば、画素電極層だけでなく、画素電極層に対向する第2基板にも光反射防止構造が取り入れられた共通電極層を有するので、画素の透過率が高くより明るい表示が可能な液晶装置を実現できる。
この構成によれば、コンタクトホール部分に生じた凹凸に起因する液晶分子の配向ムラが遮光部によって隠されるので、見栄えのよい表示の液晶装置を実現できる。
この方法によれば、コンタクトホールを基準として画素電極層の外周までの長さが長い方のコンタクトホールの側面の一部が無機絶縁材料を成膜する際に影となるので、後に導電性の第3透光性膜を成膜した際に、先に成膜された第2透光性膜の影響を受けずに、第1透光性膜と第3透光性膜とを確実に接触させ電気的に接続させることができる。
この方法によれば、画素電極層だけでなく、画素電極層に対向する第2基板にも光反射防止構造が取り入れられるので、画素の透過率が高くより明るい表示が可能な液晶装置を製造することができる。
この構成によれば、画素の高い透過率が実現され、明るい表示が可能な見栄えのよい電子機器を提供することができる。
本実施形態では、薄膜トランジスターを画素のスイッチング素子として備えたアクティブマトリックス型の液晶装置を例に挙げて説明する。この液晶装置は、例えば後述する投射型表示装置(液晶プロジェクター)の光変調素子(液晶ライトバルブ)として好適に用いることができるものである。
まず、本実施形態の液晶装置について図1〜図3を参照して説明する。図1(a)は液晶装置の構成を示す概略平面図、同図(b)は同図(a)のH−H’線で切った液晶装置の構造を示す概略断面図、図2は液晶装置の電気的な構成を示す等価回路図、図3は液晶装置における画素の詳細構造を示す断面図である。
本実施形態における一対の基板間への液晶の封入(充填)は、一対の基板のうちの一方の基板の外周に沿ってシール材40を配置し、配置されたシール材40を土手として、その内側に所定量の液晶を滴下する。そして、減圧下で一方の基板と他方の基板と貼り合わせるODF(One Drop Fill)方式が採用されている。
シール材40は、例えば熱硬化性または紫外線硬化性のエポキシ樹脂などの接着剤が採用されている。シール材40には、一対の基板の間隔を一定に保持するためのスペーサー(図示省略)が混入されている。
画素領域Eには、マトリックス状に画素Pが複数配置されている。画素領域Eは、表示に寄与する有効な複数の画素Pを囲むように配置された複数のダミー画素を含んでいるとしてもよい。なお、図1では図示省略したが、画素領域Eにおいても複数の画素Pを平面的に区分する遮光部(ブラックマトリックス;BM)が設けられている。
以降、該1辺部に沿った方向をX方向とし、該1辺部と直交し互いに対向する他の2辺部に沿った方向をY方向として説明する。
また、TFT30における半導体層に光が入射して光リーク電流が流れ、不適切なスイッチング動作となることを防ぐ遮光構造が採用されている。
共通電極層23は、図1(a)に示すように対向基板20の四隅に設けられた上下導通部106により素子基板10側の配線に電気的に接続している。
データ線6aはデータ線駆動回路101(図1参照)に接続されており、データ線駆動回路101から供給される画像信号D1,D2,…,Dnを画素Pに供給する。走査線3aは走査線駆動回路102(図1参照)に接続されており、走査線駆動回路102から供給される走査信号SC1,SC2,…,SCmを各画素Pに供給する。データ線駆動回路101からデータ線6aに供給される画像信号D1〜Dnは、この順に線順次で供給してもよく、互いに隣り合う複数のデータ線6a同士に対してグループごとに供給してもよい。走査線駆動回路102は、走査線3aに対して、走査信号SC1〜SCmを所定のタイミングでパルス的に線順次で供給する。
保持された画像信号D1〜Dnがリークするのを防止するため、画素電極層15と共通電極層23との間に形成される液晶容量と並列に蓄積容量16が接続されている。蓄積容量16は、TFT30のドレインと容量線3bとの間に設けられている。
走査線3aは、TFT30の半導体層30aを遮光する遮光膜を兼ねており、例えばAl、Ti、Cr、W、Ta、Moなどの金属のうちの少なくとも1つを含む金属単体、合金、金属シリサイド、ポリシリサイド、ナイトライド、あるいはこれらが積層されたものを用いることができる。
半導体層30aの第2ソース・ドレイン領域と画素電極層15とが第2層間絶縁膜12に形成されたコンタクトホールCNT2を介して電気的に接続されている。
最も液晶層50に近い第6透光性層23cが所謂共通電極として機能し、前述した上下導通部106に電気的に接続されている。なお、画素領域Eよりも外側において、絶縁性の第5透光性層23bに例えばコンタクトホールを設けて導電性の第4透光性層23aと第6透光性層23cとを電気的に接続させ、共通電極として電気抵抗をさらに低下させてもよい。
n2×d2+n3×d3=λ/4・・・・(2)
画素電極層15では、n1は第1透光性層15aの屈折率、d1は第1透光性層15aの膜厚、n2は第2透光性層15bの屈折率、d2は第2透光性層15bの膜厚、n3は第3透光性層15cの屈折率、d3は第3透光性層15cの膜厚である。
共通電極層23では、n1は第4透光性層23aの屈折率、d1は第4透光性層23aの膜厚、n2は第5透光性層23bの屈折率、d2は第5透光性層23bの膜厚、n3は第6透光性層23cの屈折率、d3は第6透光性層23cの膜厚である。
λは光の波長である。各透光性層の屈折率n1,n2,n3は、光の波長λに依存する。
本実施形態の液晶装置の製造方法について、図4および図5を参照して説明する。図4(a)〜(e)は液晶装置の製造方法を示す概略断面図、図5(a)および(b)は画素電極層におけるコンタクトホールの配置を示す概略平面図である。
液晶装置100における素子基板10側のTFT30やこれに接続される信号配線などの形成方法は、前述したように公知の方法を用いることができる。また、対向基板20側における見切り部21や平坦化層22などの形成方法も前述したように公知の方法を用いることができる。以下、本実施形態の液晶装置の製造方法として、本発明の特徴部分である素子基板10におけるTFT30と画素電極層15との電気的な接続方法について説明する。なお、図4(a)〜(e)では、素子基板10におけるTFT30を含む配線構造の表示を省略している。
なお、図4(a)〜(e)に示されたドレイン電極32は、TFT30の半導体層30aにおける第2ソース・ドレイン領域に接続された中継電極を示すものであるが、第2ソース・ドレイン領域そのものでもよい。
(1)液晶装置100において、光反射防止構造が取り入れられた画素電極層15の導電性を有する第1透光性層15aと第3透光性層15cは、画素電極層15のスイッチング素子であるTFT30のコンタクトホールCNT2内において電気的に接続されている。したがって、第1透光性層15aと第3透光性層15cとを電気的に接続させるために例えばコンタクトホールを別途専用に形成しなくてもよい。ゆえに、画素Pにおいて高い光の透過率を実現できる画素電極層15がTFT30によってスイッチング制御される液晶装置100を提供することができる。言い換えれば、明るい表示が可能な液晶装置100を簡素な構成で提供できる。
(2)液晶装置100およびその製造方法において、光反射防止構造を構成する絶縁性の第2透光性層15bは、酸化シリコンなどの無機絶縁材料を斜め蒸着または斜めスパッタすることによって形成される。したがって、斜め蒸着時または斜めスパッタ時に影となる部分がコンタクトホールCNT2の開口部における側面の一部に生じ、該影となった部分には第2透光性層15bが形成されないので、コンタクトホールCNT2内において第1透光性層15aと第3透光性層15cとを確実に接触させ、電気的に接続させることができる。言い換えれば、第1透光性層15aと第3透光性層15cとを電気的に接続させるために例えばコンタクトホールを別途専用に形成しなくてもよいので、生産性を低下させずに、明るい表示が可能な液晶装置100を製造することができる。
(3)透過型の液晶装置100およびその製造方法において、素子基板10側の画素電極層15に加えて、対向基板20側にも光反射防止構造が取り入れられた共通電極層23が形成されている。したがって、より明るい表示が可能な液晶装置100を提供または製造することができる。
(4)光反射防止構造における導電性の第1透光性層15aと第3透光性層15cとが電気的に接続されたコンタクトホールCNT2は、平面視で遮光部としての走査線3aと重なる位置に形成されている。したがって、コンタクトホールCNT2を覆う配向膜18の部分に凹凸が生じて液晶分子の配向が乱れたとしても、配向の乱れに起因する表示ムラが遮光されて目立ち難くなる。
また、例えばコンタクトホールCNT2以外に第1透光性層15aと第3透光性層15cとを電気的に接続させるコンタクトホールを別途形成した場合には、当該コンタクトホールと平面的に重なるように遮光部を配置する必要があり、画素Pにおける遮光部の面積が大きくなって開口率が低下するという課題が生ずる。本実施形態によればこのような課題を解決できる。
次に、第2実施形態の液晶装置の製造方法について、図6を参照して説明する。図6(a)〜(d)は第2実施形態の液晶装置の製造方法を示す概略断面図である。第2実施形態は、第1実施形態の液晶装置100の製造方法に対して、第2透光性層15bの形成方法を異ならせたものである。したがって、第1実施形態と同じ構成には同じ符号を付して詳細の説明を省略するものとする。
次に図6(b)に示すように、第1透光性層15aを覆うように例えば真空蒸着法やスパッタ法で酸化シリコンにて第2透光性層15bを成膜する。このとき、素子基板10の法線方向から成膜するので、コンタクトホールCNT2の内部まで絶縁性の第2透光性層15bが形成される。
次に、図6(c)に示すように、第2透光性層15bを覆って感光性レジスト60を形成し、コンタクトホールCNT2に相当する部分が開口するように露光・現像を行って開口部60aを形成する。続いて、アルカリ性溶液あるいはHF(フッ酸)を含む溶液を用いてウェットエッチングする、あるいはフッ素系の処理ガスを用いてドライエッチングすることにより、コンタクトホールCNT2内の第2透光性層15bを除去する(第2透光性膜除去工程)。そして、感光性レジスト60を剥離する。
次に、図6(d)に示すように、再びコンタクトホールCNT2を被覆するように第2透光性層15bの表面を覆ってITO膜からなる第3透光性層15cを形成する。第3透光性層15cの形成方法は、第1実施形態と同じである。
<電子機器>
次に、本実施形態の電子機器としての投射型表示装置について、図7を参照して説明する。図7は電子機器としての投射型表示装置の構成を示す概略図である。図7に示すように、本実施形態の電子機器としての投射型表示装置1000は、システム光軸Lに沿って配置された偏光照明装置1100と、光分離素子としての2つのダイクロイックミラー1104,1105と、3つの反射ミラー1106,1107,1108と、5つのリレーレンズ1201,1202,1203,1204,1205と、3つの光変調手段としての透過型の液晶ライトバルブ1210,1220,1230と、光合成素子としてのクロスダイクロイックプリズム1206と、投射レンズ1207とを備えている。
ダイクロイックミラー1105で反射した緑色光(G)は、リレーレンズ1204を経由して液晶ライトバルブ1220に入射する。
ダイクロイックミラー1105を透過した青色光(B)は、3つのリレーレンズ1201,1202,1203と2つの反射ミラー1107,1108とからなる導光系を経由して液晶ライトバルブ1230に入射する。
図8に示すように、変形例2の液晶装置150は、素子基板10において光反射防止構造が取り入れられた画素電極層15と素子基板10との間に、反射層13を有している。反射層13は、光反射性を有する例えばAl(アルミニウム)やAg(銀)あるいはこれらの金属の合金からなり、第2層間絶縁膜12中において第1透光性層15aと絶縁された状態で形成されている。なお、導電性の第1透光性層15aと第3透光性層15cとはTFT30のコンタクトホールCNT2内において電気的に接続されている。
対向基板20側から入射した光L3は、光反射防止構造が取り入れられた共通電極層23、液晶層50、同じく光反射防止構造が取り入れられた画素電極層15を透過し、反射層13で反射する。そして、入射経路を反対に透過して対向基板20側から射出される。異なる屈折率を有する透光性層の界面で反射した反射光L4,L5はそれぞれその強度が小さくなるように各透光性層の屈折率と膜厚とが設定されている。なお、この場合の液晶層50の厚みdは、入射光が液晶層50を少なくとも2度透過することになるため、上記実施形態の液晶装置100における液晶層50の厚みよりも小さく設定されている。
このような液晶装置150によれば、反射光L4,L5の強度が小さく、入射する光L3との間での干渉も低減され、明るい表示が可能な反射型の液晶装置150を提供することができる。
Claims (9)
- 画素電極層を備えた第1基板と、
前記第1基板に対向するように配置され、前記画素電極層に対向する共通電極層を備えた第2基板と、
前記画素電極層と前記共通電極層との間に挟持された液晶層と、
前記第1基板と前記画素電極層との間に設けられ、前記画素電極層に対応し、前記画素電極層への画像信号の書き込みを制御するトランジスターと、
前記トランジスターと前記画素電極層との間に設けられ、コンタクトホールが形成された層間絶縁膜と、を備え、
前記画素電極層は、前記層間絶縁膜側から順に形成された、導電性の第1透光性層と、
前記第1透光性層よりも屈折率が小さい絶縁性の第2透光性層と、前記第2透光性層よりも屈折率が大きく導電性の第3透光性層とを含み、
前記コンタクトホール内において前記第1透光性層と前記第3透光性層とが電気的に接続されていることを特徴とする液晶装置。 - 前記コンタクトホール内には、前記第2透光性層が形成されていないことを特徴とする請求項1に記載の液晶装置。
- 前記共通電極層は、導電性の第4透光性層と、前記第4透光性層と前記液晶層との間に設けられ、前記第4透光性層よりも屈折率が小さい絶縁性の第5透光性層と、前記第5透光性層と前記液晶層との間に設けられ、前記第5透光性層よりも屈折率が大きく導電性の第6透光性層と、を有することを特徴とする請求項1または2に記載の液晶装置。
- 前記コンタクトホールは前記画素電極層の隅部に形成され、
前記第1基板および前記第2基板のうちの少なくとも一方に前記コンタクトホールと平面視で重なる遮光部を有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の液晶装置。 - 第1基板と第2基板とにより挟持された液晶層を有する液晶装置の製造方法であって、
前記第1基板上に形成されたトランジスターを覆う層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜を貫通するコンタクトホールを形成する工程と、
前記コンタクトホールを被覆して前記トランジスターと電気的に接続するように導電性の第1透光性膜を前記層間絶縁膜上に形成する工程と、
気相成長法を用い、前記コンタクトホールが形成された前記基板の法線方向に対して斜め方向から無機絶縁材料を成膜して、前記コンタクトホールの側面の一部を除く領域に前記第1透光性膜よりも屈折率が小さい第2透光性膜を前記第1透光性膜上に形成する工程と、
前記コンタクトホールを被覆して前記第2透光性膜よりも屈折率が大きい導電性の第3透光性膜を前記第2透光性膜上に形成する工程と、
少なくとも前記第1透光性膜と前記第3透光性膜とをパターニングして画素電極層を形成する工程と、を備えたことを特徴とする液晶装置の製造方法。 - 前記コンタクトホールは、前記画素電極層の隅部に形成され、
前記第2透光性膜の形成工程は、前記コンタクトホールを基準として前記画素電極層の外周までの長さが長い方から前記隅部に向かって斜め方向から無機絶縁材料を成膜して、
前記第2透光性膜を形成することを特徴とする請求項5に記載の液晶装置の製造方法。 - 第1基板の画素電極層と第2基板の共通電極層との間に挟持された液晶層を有する液晶装置の製造方法であって、
前記第1基板上に形成されたトランジスターを覆う層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜を貫通するコンタクトホールを形成する工程と、
前記コンタクトホールを被覆して前記トランジスターと電気的に接続するように導電性の第1透光性膜を前記層間絶縁膜上に形成し、前記第1透光性膜をパターニングする工程と、
前記第1透光性膜よりも屈折率が小さい絶縁性の第2透光性膜を前記第1透光性膜上に形成する工程と、
前記コンタクトホール内の前記第1透光性膜を電気的に接続するように被覆して前記第2透光性膜よりも屈折率が大きい導電性の第3透光性膜を前記第2透光性膜上に形成する工程と、
前記第3透光性膜を前記第1透光性膜に対応してパターニングして、前記第1透光性膜、前記第2透光性膜、および、前記第3透光性膜を含む画素電極層を形成する工程と、
を備えたことを特徴とする液晶装置の製造方法。 - 前記第2基板の前記液晶層に面する側に、導電性の第4透光性層を形成する工程と、
前記第4透光性層よりも屈折率が小さい絶縁性の第5透光性層を前記第4透光性層上に形成する工程と、
前記第5透光性層よりも屈折率が大きい導電性の第6透光性層を前記第5透光性層上に形成する工程と、をさらに備えたことを特徴とする請求項5乃至7のいずれか一項に記載の液晶装置の製造方法。 - 請求項1乃至4のいずれか一項に記載の液晶装置を備えたことを特徴とする電子機器。
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