JP2003287764A

JP2003287764A - 液晶パネルおよび液晶パネル用基板並びに投射型表示装置

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Publication number: JP2003287764A
Application number: JP2003032790A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Oka; 秀明岡; Akihito Tsuda; 昭仁津田; Tatsuya Asaga; 達也浅賀
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2003-02-10
Filing date: 2003-02-10
Publication date: 2003-10-10

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体を基板とする反射型液晶パネル（ＬＣ
Ｄ）においては、デバイスサイズの縮小に応じて各画素
のサイズも小さくなるため、画素電極のみでは液晶の駆
動に必要な電圧を保持するのに充分な容量が得られな
い。【解決手段】反射電極となる画素電極（１４）の下方
に各画素毎に保持容量を構成する導電層（９）を形成
し、この導電層の下方または上方に絶縁膜を介して前記
保持容量の他方の端子となる半導体領域（８）または他
の導電層（１９）を形成し、上記導電層は画素電極を駆
動するトランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）に電気的に接続さ
せるとともに上記半導体領域または他の導電層はコモン
電位近傍あるいは上記反射電極に印加される電圧の振幅
の中心電位近傍あるいは両電位の中間の電位を与える配
線層（１２）に電気的に接続させて電位を固定するよう
にした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置さら
には反射型液晶表示装置に関し、特に半導体基板上に形
成されたＭＯＳＦＥＴ（絶縁ゲート型電界効果トランジ
スタ）によって画素電極を駆動するアクティブマトリッ
クス型ＬＣＤ（液晶表示装置）に利用して好適な技術に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、反射型アクティブマトリックスＬ
ＣＤとしては、ガラス基板上にアモルファスシリコンを
用いたＴＦＴアレーを形成し、さらにその上にアクリル
樹脂等を介して反射電極となる画素電極を形成してＴＦ
Ｔで駆動するようにした構造のＬＣＤが実用化されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記ＴＦＴを用いた反
射型アクティブマトリックスＬＣＤはデバイスサイズが
比較的大きいため、例えばこれをライトバルブとして組
み込んだビデオプロジェクタのような投射型表示装置に
あっては、装置全体が大型化してしまうという不具合が
ある。

【０００４】一方、上記反射型アクティブマトリックス
ＬＣＤに比べてサイズが小さい反射型ＬＣＤとして、半
導体基板上に形成されたＭＯＳＦＥＴアレーで反射電極
となる画素電極を駆動するようにしたものがある。

【０００５】しかしながら半導体を基板とするＬＣＤに
おいては、デバイスサイズの縮小に応じて各画素のサイ
ズも小さくなるため、画素電極のみでは液晶の駆動に必
要な電圧を保持するのに充分な容量（１００ｆＦ程度が
必要）が得られないという欠点がある。

【０００６】また、各画素電極と画素電極との隙間から
光が漏れてＰＮ接合（画素電極駆動用ＦＥＴのソース・
ドレイン領域）を通過するとリーク電流が流れてしまう
という問題があるが、半導体を基板とするＬＣＤにおい
てはウェル領域があるため、漏れ光がトランジスタ部分
のみでなくそこから離れた半導体基板を通過しただけで
リーク電流が流れることがあり、光リーク電流がガラス
基板のＬＣＤに比べて多くなるという欠点がある。

【０００７】この発明の目的は、半導体を基板とする反
射型ＬＣＤにおいて、画素電極のサイズが小さくても充
分な保持容量が得られ、また漏れ光の量を減らしてリー
ク電流を減らすことができる技術を提供することにあ
る。

【０００８】この発明の他の目的は、半導体を基板とす
る反射型ＬＣＤにおける画素電極の反射率を高めるとと
もに、デバイス強度を高めることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記目的を
達成するため、反射電極となる画素電極の下方に各画素
毎に保持容量を構成する導電層を形成し、この導電層の
下方または上方に絶縁膜を介して前記保持容量の他方の
端子となる半導体領域または他の導電層を形成し、上記
導電層は画素電極を駆動するＭＯＳＦＥＴのソース・ド
レイン領域に電気的に接続させるとともに上記半導体領
域または他の導電層はコモン電位近傍あるいは上記反射
電極に印加される電圧の振幅の中心電位近傍あるいは両
電位の中間の電位を与える配線層に電気的に接続させて
電位を固定するようにした。

【００１０】これによって、保持容量の値が確保される
とともに、保持容量の電圧は画素電極と対向電極間に印
加される電圧と同一となり、データ線が交流駆動された
場合にも対称的な電圧波形が得られるようになる。

【００１１】上記の場合、保持容量を構成する導電層と
上記コモン電位を与える配線層とがオーバーラップする
ように形成したり、あるいは保持容量の絶縁膜を反射電
極を駆動するＭＯＳＦＥＴのゲート絶縁膜より薄い膜厚
にすることにより、さらに大きな容量を持たせることが
できる。

【００１２】しかも、上記保持容量を構成する導電層
は、上記ＭＯＳＦＥＴを構成するゲート電極と同一工程
で形成されるポリシリコン層としたり、保持容量の絶縁
膜を、画素電極を駆動する上記ＭＯＳＦＥＴまたは周辺
回路を構成するＭＯＳＦＥＴのゲート絶縁膜と同一工程
で形成される絶縁膜とすることで、プロセスを複雑にす
ることなく保持容量を形成することができる。

【００１３】また、各画素電極を駆動するＭＯＳＦＥＴ
を画素電極のほぼ中央付近に配置して、その周囲に上記
保護容量を構成する導電層を形成するようにした。これ
によって、保持容量の導電層が遮光膜となってリーク電
流を減らすことができる。

【００１４】さらに、各画素電極間のスリット下方には
遮光性を有する層を形成するようにした。この場合の遮
光層は、データ線と同一の導電層により構成し、ＬＣコ
モン電位近傍あるいは上記反射電極に印加される電圧の
振幅の中心電位近傍あるいは両電位の中間の電位を印加
させるようにすると良い。

【００１５】また、反射電極となる画素電極の形成に際
しては、画素電極を駆動するＭＯＳＦＥＴを覆う絶縁膜
表面に、各画素電極の形状に対応した凹部を形成した
後、メタル層を全面的に被着し、ＣＭＰ（化学的機械研
磨）法により上記凹部内にのみメタル層が残るように研
磨を行なって表面を平坦化させる。これによって、画素
電極の反射率を高めることができる。

【００１６】さらに、上記半導体基板の裏面にはガラス
もしくはセラミック等からなる支持基盤を接着剤等を用
いて固定するようにする。これによって、半導体を基板
とする反射型ＬＣＤのデバイス強度を高めることができ
る。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施例を図
面に基づいて説明する。

【００１８】図１および図２は、本発明を適用した反射
型ＬＣＤの反射側基板の第１の実施例を示す。なお、図
１および図２にはマトリックス状に配置されている画素
のうち一画素部分の断面図と平面レイアウトを示す。図
１は図２におけるＩ−Ｉ線に沿った断面を示す。

【００１９】図１において、１は単結晶シリコンのよう
なＰ型半導体基板、２はこの半導体基板１の表面に形成
されたＰ型ウェル領域、３は半導体基板１の表面に形成
された素子分離用のフィールド酸化膜（いわゆるＬＯＣ
ＯＳ）である。上記ウェル領域は２は、特に限定されな
いが、例えば７６８×１０２４のような画素の共通ウェ
ル領域として形成され、図６に示されているようなデー
タ線駆動回路やゲート線駆動回路、入力回路、タイミン
グ制御回路等の周辺回路を構成する素子が形成される部
分のウェル領域とは分離して形成されている。

【００２０】上記フィールド酸化膜３に開口部が形成さ
れ、該開口部の内側中央にゲート酸化膜を介してポリシ
リコン等からなるゲート電極４ａが形成され、このゲー
ト電極４ａの両側の基板表面には高不純物濃度のＮ型拡
散層からなるソース、ドレイン領域５ａ，５ｂが形成さ
れ、ＭＯＳＦＥＴが構成されている。そして、上記ソー
ス、ドレイン領域５ａ，５ｂのうち一方（図では５ａ）
の上方には、ＰＳＧ膜のような絶縁膜６を介して一層目
のアルミニウム層からなるデータ線７が形成され、この
データ線７の一部が上記絶縁膜６に形成されたコンタク
トホールにてソース、ドレイン領域５ａに電気的に接続
されている。

【００２１】また、上記ＭＯＳＦＥＴの周囲には上記フ
ィールド酸化膜３に環状の開口部が形成され、該開口部
内側の基板表面には低不純物濃度のＮ型拡散層８が形成
されているとともに、この拡散層８の表面にはゲート絶
縁膜と同一工程で形成された絶縁膜を介してポリシリコ
ン層等からなる電極９が形成され、この電極９と上記拡
散層８との間に絶縁膜容量が構成されている。上記電極
９とその下の絶縁膜とは、ＭＯＳＦＥＴのゲート電極お
よびゲート絶縁膜となるポリシリコン層および絶縁膜と
同一工程にて形成することができる。

【００２２】そして、上記電極９の内縁部の一部には上
記ＭＯＳＦＥＴのソース、ドレイン領域５ａ，５ｂのう
ち他方（図では５ｂ）に一端が接触されたアルミ配線１
０の他端が電気的に接続されている。また、上記拡散層
８の内側にはその一部に接するように高不純物濃度のＮ
型拡散層からなるコンタクト部１１が形成され、このコ
ンタクト部１１には、上記絶縁膜６を介してその上方に
形成された一層目にアルミニウム層からなるＬＣコモン
電位を伝える配線（以下ＬＣコモンラインと称する）１
２の一部が上記絶縁膜６に形成されたコンタクトホール
にて電気的に接続されている。なお、ここで、ＬＣコモ
ン電位とは、上記画素電極１４と液晶を挟んで対向され
る電極に印加される電圧で、液晶駆動で問題となるいわ
ゆるプッシュダウン（容量カップリングにより実質的な
書込み電圧がマイナス側シフトする現象）を考慮してそ
の分だけ予めシフトした電圧である。

【００２３】これによって、上記ＭＯＳＦＥＴのソー
ス、ドレイン領域５ｂに、上記電極９と上記拡散層８と
の間に形成された絶縁膜容量が、一端がＬＣコモン電位
に固定された保持容量として接続されることとなる。こ
れによってＭＯＳＦＥＴには電極９とＬＣコモンライン
１２との間に存在する容量が接続されることとなり、保
持容量の値が確保されるようになっている。また、保持
容量の一端をＬＣコモン電位とすることで、保持容量の
電圧は画素電極と対向電極間に印加される電圧と同一と
なり、データ線が交流駆動された場合にも対称的な電圧
波形が得られる。なお、上記ＬＣコモンライン１２は、
電極９とオーバーラップするので、電極９とＬＣコモン
ライン１２との間にも保持容量を形成することができ
る。さらに、図１に２点鎖線Ａで示すように、ＬＣコモ
ンライン１２を上記電極９と大きくオーバーラップさせ
ることにより、さらに大きな保持容量を持たせることが
できる。

【００２４】上記アルミ配線１０の一部には、上記ＭＯ
ＳＦＥＴおよび保持容量の電極９の上方を覆うように形
成された二酸化シリコンのような絶縁物からなるＬＴＯ
（Low Tenperature Oxide）膜１３を介してその表面に
形成された二層目のアルミニウム層からなる反射電極と
しての画素電極１４が、タングステン等の高融点金属か
らなる接続プラグ１５によって電気的に接続されてい
る。

【００２５】上記画素電極１４は、特に限定されない
が、接続プラグ１５を構成するタングステン等をＣＶＤ
法により被着した後、タングステンとＬＴＯ膜１２とを
ＣＭＰ（化学的機械研磨）法で削って平坦化してから、
例えば低温スパッタ法により形成され、一辺が約２０μ
ｍの正方形のような形状とされる。上記画素電極１４の
上方には、ＩＴＯからなる対向電極を有する入射側のガ
ラス基板が適当な間隔をおいて配置され、周囲をシール
材で封止された間隙内にＴＮ（Twisted Nematic）型液
晶またはＳＨ（Super Homeotropic）型液晶などが充填
されて反射型ＬＣＤが構成される（図７参照）。

【００２６】図２は図１に示されている反射側の液晶パ
ネル基板の平面レイアウトである。同図に示されている
ように、この実施例では、データ線７とゲート線４とが
互いに直交するように形成され、ゲート電極４ａは図の
横方向に沿って延設されたゲート線４から突出するよう
に形成されているとともに、ＭＯＳＦＥＴの一方のソー
ス、ドレイン領域５ａもデータ線７から突出するように
形成された部分に接続されている。

【００２７】また、各画素の保持容量にＬＣコモン電位
を与える上記コモンライン１２および上記ウェル領域２
にＶｓｓ（例えば０Ｖ）のような電位を与えるＶｓｓラ
イン１６が上記データ線７と平行に配設されている。ま
た、半導体基板（Ｐ--）１にもＶｓｓが印加される。こ
のＶｓｓライン１６は、ウェル領域２に設けられたコン
タクト領域２ａ（図１参照）にて、ウェル領域に接続さ
れる。このコンタクト領域２ａは各画素毎に設ける必要
はなく、適当な間隔をおいて形成すれば良い。これによ
り、ウェル電位はＶｓｓ、容量部はＬＣ−ＣＯＭに電位
が固定されるため、キャリアの発生による電位変動を受
けにくくなり、安定した動作が実現できる。

【００２８】さらに、この実施例では、データ線７は互
いに隣接する画素電極と画素電極との間の縦方向のスリ
ット１７ａに沿って配置され、スリットからの漏れ光を
遮断する機能をも有するように形成されている。一方、
画素電極と画素電極の横方向のスリット１７ｂにもアル
ミニウム層からなる遮光層１８が配設されている。この
遮光層１８は、本実施例の液晶パネルがノーマリブラッ
クモードであるため、上記ＬＣコモンライン１２と接続
されることにより、ＬＣコモン電位が印加されて遮光層
１８の電位が固定されるように構成されている。

【００２９】ところで、画素駆動用のＦＥＴ（電界効果
トランジスタ）のゲート電極４ａには、図８に示すよう
に、１５Ｖのような大きな電圧ＶGが印加されるのに対
し、周辺回路のトランジスタは５Ｖのような小さな電圧
で駆動されるため、周辺回路を構成するＦＥＴのゲート
絶縁膜を画素駆動用ＦＥＴのゲート絶縁膜よりも薄く形
成してＦＥＴの特性を向上させ周辺回路の動作速度を高
めるという技術が考えられる。このような技術を適用し
た場合、ゲート絶縁膜の耐圧から、周辺回路を構成する
ＦＥＴのゲート絶縁膜の厚みを画素駆動用ＦＥＴのゲー
ト絶縁膜の厚みの約３分の１にすることができる。第１
の実施例においては、保持容量の電極間に印加される最
大電圧は、図８に示すように、データ線に印加される電
圧ＶｄとこのＶｄの振幅の中心電位Ｖｃとの差の約５Ｖ
（ＬＣコモン電位ＬＣ−ＣＯＭはＶｃよりΔＶだけシフ
トされているが、実際に画素電極に印加される電圧もΔ
ＶシフトしたＶｄ−ΔＶとなる）にすぎない。そこで、
第１の実施例においては、画素駆動用ＴＦＴのゲート絶
縁膜と保持容量の絶縁膜とを同一工程で形成していた
が、保持容量の一方の電極を構成するポリシリコン層９
直下の絶縁膜を、画素駆動用ＦＥＴのゲート絶縁膜でな
く周辺回路を構成するＦＥＴの絶縁膜と同時に形成する
ように変形すると、第１の実施例に比べて保持容量の絶
縁膜厚を３分の１にすることができ、これによって容量
値を３倍にすることができるという利点がある。

【００３０】図３は、本発明を適用した反射型ＬＣＤの
反射側基板の第２の実施例を示す。なお、平面レイアウ
トは図２と同じである。図３は図１と同一箇所すなわち
図２におけるＩ−Ｉ線に沿った断面を示す。

【００３１】この実施例では、第１の実施例と異なり、
保持容量が絶縁膜６ａを介して対向する一対の導電層
９，１９からなる絶縁膜容量で構成されている。この実
施例においては、フィールド酸化膜３上に保持容量の一
方の電極となる下側の導電層９がゲート電極４ａを構成
するポリシリコン層と同時に形成されるポリシリコン層
で構成され、その上に窒化シリコンのような絶縁物から
なるＨＴＯ（High Tenperature Oxide）膜６ａを介して
他方の電極となる導電層（例えばポリシリコンまたはア
ルミニウム）１９が形成されている。上記導電層９は例
えばポリシリコン層と金属層とを重ねて形成しておい
て、その上に上記ＨＴＯ膜６ａを形成する際に金属層を
シリサイド化させるようにしても良い。あるいは上記導
電層９（ポリシリコン）の表面を熱酸化して酸化膜を形
成し、その酸化膜を誘電体とする容量としても良い。

【００３２】図４は、反射側基板の第３の実施例を示
す。図４の実施例と図１および図３の実施例とは、回路
的には同一の構成であり、レイアウトが異なっている。
容量部の断面構造は図３と同様である。

【００３３】図４に示されているように、この実施例で
は、画素電極１４を駆動するＭＯＳＦＥＴが画素電極１
４直下のほぼ中央に配置されているとともに、ＭＯＳＦ
ＥＴの周囲を囲むように保持容量の電極を構成する導電
層９，１９が形成されている。すなわち、この実施例で
は、第２の実施例（図３）と同様に、保持容量を絶縁膜
を介して対向する一対の導電層９，１９からなる絶縁膜
容量で構成されている。ゲート容量を利用しないのは、
保持容量を構成する電導電層が画素電極を駆動するＭＯ
ＳＦＥＴのゲート電極と交差することとなるためであ
る。そのため、この実施例では、保持容量の一方の電極
となる導電層９がゲート電極とは異なるポリシリコン層
（２層目のポリシリコン）またはアルミニウムその他の
金属層で構成されているとともに、上記導電層９の上に
ＨＴＯ膜６ａを介して他方の電極となる導電層１９が例
えば３層目のポリシリコンまたはアルミニウムなどの金
属層が形成されている。

【００３４】また、この第３実施例では、データ線７は
ＭＯＳＦＥＴの近くを通過するように導電層９，１９と
交差して設けられ、データ線７の代りにＶｓｓライン１
６が互いに隣接する画素電極１４間の縦方向のスリット
１７ａに沿って配置され、スリットからの漏れ光を遮断
する機能をも有するように形成されている。画素電極と
画素電極の横方向のスリット１７ｂにも、ＬＣコモンラ
イン１２から延設されたアルミニウム層からなる遮光層
１８が設けられている。また、画素電極間の横方向のス
リット１７ｂの一部を遮蔽する遮光層１６ａが、上記Ｖ
ｓｓライン１６から延設された形で形成されている。

【００３５】以上のようにこの実施例においては、ＭＯ
ＳＦＥＴが画素電極１４のほぼ中央に位置するように配
置されているため、隣接する画素電極と画素電極１４の
間のスリット１７から進入した光がＭＯＳＦＥＴ部分に
到達しにくくなる。しかも、縦方向のスリット１７ａに
沿ってＶｓｓライン１６が、また横方向のスリット１７
ｂに沿って遮光層１６ａ，１８が配設されているため、
半導体基板自身に到達漏れ光の量も減らすことができリ
ーク電流を大幅に低減することが可能となる。なお、以
上の実施例において、保持電極の導電層に電位を与える
ライン１２は、ＬＣ−ＣＯＭ電位だけでなく、ＬＣ−Ｃ
ＯＭ電位近傍あるいは図８に示す画素電極に印加する電
圧Ｖｄの中心電位近傍あるいはＬＣ−ＣＯＭとＶｄ中心
との中間電位を与えるようにしてもかまわない。しかし
ながら、最適な電位はＬＣ−ＣＯＭである。

【００３６】図５および図６は、反射側基板の第４の実
施例を示す。なお、図５および図６にはマトリックス状
に配置されている画素のうち一画素部分の断面図と平面
レイアウトを示す。図５は図６におけるＶ−Ｖ線に沿っ
た断面を示す。

【００３７】この実施例では、保持容量が、第１の実施
例と同様に、ゲート電極と同時に形成されたポリシリコ
ン層９と基板表面に形成された拡散層８’との間の絶縁
膜容量で構成されている。トランジスタのゲート電極と
保持容量の絶縁膜とは同一工程で形成される。ただし、
この実施例では、保持容量の他方の電極となる拡散層と
して、第１実施例のＮ型拡散層８の代わりにＰ型拡散層
８’を用いるとともに、この拡散層８’には第１実施例
のＬＣコモンライン１２に代えてＶｓｓライン１６を接
続するようにしている。この実施例によると、ＬＣコモ
ンラインが不要になるため、電極間の絶縁膜（ゲート絶
縁膜）の厚みが同一であれば、第１実施例に比べて導電
層９の面積を大きくして保持容量を大きくすることがで
きるという利点がある。

【００３８】図７は、画素電極１４の形成方法の実施例
を示す。上記実施例においては、ＬＴＯ膜１３を形成し
てその表面をＣＭＰ（化学的機械研磨）法により平坦化
した後、アルミニウム層を低温スパッタ法で被着し選択
エッチングでパターニングして画素電極１４を形成して
いるが、図７の実施例では、ＬＴＯ膜１３を形成してた
後、画素電極が形成される部分に凹部１３ａを形成して
その上にアルミニウム層１４’を低温スパッタ法等で被
着する（図７（Ａ））。それから、その表面をＣＭＰ
（化学的機械研磨）法によりＬＴＯ膜が現れるまでアル
ミニウム層とＬＴＯ膜表面を研磨する。この場合、上記
ＣＭＰによる研磨を、第１段階で例えば粒径が４００〜
８００（好ましくは５００）オングストロームの荒いス
ラリを含む研磨剤を用いて行ない、第２段階で例えば粒
径が５０〜２００（好ましくは１００）オングストロー
ムの細かなスラリを含む研磨剤を用いて行なうようにす
るのが望ましい。一般にＣＭＰによる研磨ではスラリの
径の１０分の１の傷が研磨面に残ることが知られてい
る。上記２段階研磨によれば、アルミニウム層１４の表
面に２０オングストローム以下の傷しか残らないため、
光学的に充分な特性を有する反射電極が得られる。

【００３９】これによって、図７（Ｂ）のように、上記
凹部１３ａ内にアルミ画素電極１４が残るように形成さ
れるとともに、全体が平坦化される。しかも、このとき
画素電極１４の表面はＣＭＰ法で研磨されているため、
前記実施例のようにＣＭＰ処理しないものに比べて反射
率が非常に高くなる。なお、画素電極１４の材料は上記
実施例のアルミニウムに限定されるものでなく、反射率
が高くかつ導電体であればどのような材料であっても良
い。また、画素電極１４の表面にプラチナあるいは銀等
を薄く形成して反射率を高めるようにしてもよい。

【００４０】図９は上記実施例を適用した液晶パネル基
板（反射側基板）の平面レイアウト構成を示す。

【００４１】図９に示されているように、この実施例に
おいては、基板の周縁部に設けられている周辺回路に光
が入射するのを防止する遮光層２５が設けられている。
ここで、周辺回路とは、上記画素電極がマトリックス状
に配置された画素領域２０の周辺に設けられ、上記デー
タ線７を画像データに応じて駆動するデータ線駆動回路
２１やゲート線４を順番に走査駆動するゲート線駆動回
路２２、パッド領域２６を介して外部から入力される画
像データを取り込む入力回路２３、これらの回路を制御
するタイミング制御回路２４等の回路であり、これらの
回路は画素電極駆動用ＭＯＳＦＥＴと同一工程で形成さ
れるＭＯＳＦＥＴを能動素子もしくはスイッチング素子
とし、これに抵抗や容量などの負荷素子を組み合わせる
ことで構成される。

【００４２】この実施例においては、上記遮光層２５
は、図１や図３，図５に示されている画素電極１４と同
一工程で形成される二層目のアルミニウム層で構成さ
れ、ＬＣコモン電位が印加されるように構成されてい
る。２６は電源電圧を供給するために使用されるパッド
もしくは端子が形成されたパッド領域である。ＬＣコモ
ン電位を印加することでフローティングや他の電位であ
る場合に比べて反射を少なくすることができる。

【００４３】図１０は上記液晶パネル基板３１を適用し
た反射型液晶パネルの断面構成を示す。図１０に示すよ
うに、上記液晶パネル基板３１は、その裏面にガラスも
しくはセラミック等からなる支持基板３２が接着剤によ
り接着されている。これとともに、その表面側には、Ｌ
Ｃコモン電位が印加される透明導電膜（ＩＴＯ）からな
る対向電極３３を有する入射側のガラス基板３５が適当
な間隔をおいて配置され、周囲をシール材３６で封止さ
れた間隙内にＴＮ（Twisted Nematic）型液晶またはＳ
Ｈ（Super Homeotropic）型液晶３７などが充填されて
液晶パネル３０として構成されている。なお、外部から
信号を入力したり、パッド領域２６は上記シール材３６
の外側に来るようにシール材を設ける位置が設計されて
いる。

【００４４】周辺回路上の遮光層２５は、液晶３７を介
在して対向電極３３と対向されるように構成されてい
る。そして、遮光層２５と対向電極３３にはＬＣコモン
電位が印加されるので、その間に介在する液晶には直流
電圧が印加されなくなる。よってＴＮ型液晶であれば常
に液晶分子がねじれたままとなり、ＳＨ型液晶であれば
常に垂直配向された状態に液晶分子が保たれる。

【００４５】この実施例においては、半導体基板からな
る上記液晶パネル基板３１は、その裏面にガラスもしく
はセラミック等からなる支持基板３２が接着剤により接
合されているため、その強度が著しく高められる。特に
セラミックの場合は、加工精度に優れ光学部品に組み込
んだ場合の精度を得やすい。その結果、液晶パネル基板
３１に支持基板３２を接合させてから対向基板との貼り
合わせを行なうようにすると、パネル全体にわたってギ
ャップが均一になるという利点がある。

【００４６】図１１には上記実施例の反射型液晶パネル
をライトバルブとして応用した投射型表示装置の一例と
してビデオプロジェクタの構成例が示されている。

【００４７】図１１において、１００は光源としてのラ
ンプ、１０１〜１０３はそれぞれ直角プリズムである。
２つの直角プリズムは斜面に選択反射膜をコーティング
してから接着剤により張り合わせ、キューブプリズムを
構成している。プリズム１０１と１０３、１０２と１０
３の間も接着剤により貼り合わせている。これらの接着
剤は、屈折率がプリズムの屈折率により近いものが使わ
れる。また、１１１、１１２は、上記実施例の反射型液
晶パネルを用いた青色光用、緑色光用、赤色光用のライ
トバルブであり、１２０は各ライトバルブにより変調さ
れた色光を合成してなるカラー画像をスクリーン１３０
に投射する投射レンズである。

【００４８】以上の構成において、光源からの光は次に
説明するように、分離、変調、合成、投射される。１０
２ａは光源１００からの光のうちＰ偏光を選択的に透過
し、Ｓ偏光成分を選択的に反射する偏光ビームスプリッ
タ層である。もちろん、この偏光成分スプリッタはＳ偏
光成分を透過し、Ｐ偏光成分を反射する構成でも構わな
い。

【００４９】上記偏光ームスプリッタ層１０２ａで反射
されたＳ偏光成分は、プリズム１０１に入射される。１
０１ａは青色光の波長成分のみ透過し、他の波長成分は
反射する波長選択反射層（ダイクロイックミラー）であ
る。これにより、液晶パネル１１１には青色光が入射さ
れる。一方、上記偏光ームスプリッタ層１０２ａを透過
したＰ偏光成分は、プリズム１０３に入射される。１０
３ａは緑色光の波長成分を反射し、他の波長成分は透過
するダイクロイックミラーである。１０３ａにより反射
された緑色光は、液晶パネル１１２に入射される。ま
た、１０３ａを透過した色光には赤色光成分だけでな
く、青色光成分も含まれている。よって、プリズム１０
３の液晶パネル１１３への出射面に赤色フィルタを形成
して、液晶パネル１１３へは赤色光を入射するようにし
ている。

【００５０】液晶パネル１１１、１１２、１１３はＴＮ
型液晶またはＳＨ型液晶を採用した反射型液晶パネルで
ある。ＴＮ型液晶を採用した場合には、液晶層への印加
電圧がほぼ０の画素（ＯＦＦ状態）では、入射した色光
は液晶層にて楕円偏光され、画素電極により反射され、
液晶層により再度楕円偏光されるので、入射した色光の
偏光軸とほぼ９０度ずれた偏光軸の光として反射・出射
される。一方、液晶層に電圧印加された画素（ＯＮ状
態）では、入射した色光のまま画素電極に至り、反射さ
れて、入射時と同一の偏光軸のまま反射・出射される。
画素電極に印加された電圧に応じてＴＮ型液晶の液晶分
子の配列角度が変化するので、入射光に対する反射光の
偏光軸の角度は、画素のトランジスタを介して画素電極
に印加する電圧に応じて可変される。

【００５１】また、ＳＨ型液晶を採用した場合には、液
晶層への印加電圧がほぼ０の画素（ＯＦＦ状態）では、
入射した色光のまま画素電極に至り、反射されて、入射
時と同一の偏光軸のまま反射・出射される。一方、液晶
層に電圧印加された画素（ＯＮ状態）では、入射した色
光は液晶層にて楕円偏光され、画素電極により反射さ
れ、液晶層により再度楕円偏光されるので、入射した色
光の偏光軸とほぼ９０度ずれた偏光軸の光として反射・
出射される。画素電極に印加された電圧に応じてＳＨ型
液晶の液晶分子の配列角度が変化するので、入射光に対
する反射光の偏光軸の角度は、画素のトランジスタを介
して画素電極に印加する電圧に応じて可変される。

【００５２】例えば、液晶パネル１１１では、Ｓ偏光の
青色光が入射されると、ＴＮ型液晶の場合には、ＯＦＦ
状態画素はＰ偏光に変換して反射・出射、ＯＮ状態画素
はＳ偏光のまま反射・出射する。ＳＨ型液晶の場合は、
ＯＦＦ状態画素はＳ偏光のまま反射・出射、ＯＮ状態画
素はＰ偏光に変換して反射・出射する。一方、液晶パネ
ル１１２、１１３では、Ｐ偏光の色光が入射されるの
で、ＴＮ型液晶の場合には、ＯＦＦ状態画素はＳ偏光に
変換して反射・出射、ＯＮ状態画素はＰ偏光のまま反射
・出射する。ＳＨ型液晶の場合は、ＯＦＦ状態画素はＰ
偏光のまま反射・出射、ＯＮ状態画素はＳ偏光に変換し
て反射・出射する。

【００５３】液晶パネル１１１で反射された青色光はダ
イクロイックミラー１０１ａを透過して、Ｓ偏光成分反
射・Ｐ偏光透過の偏光ビームスプリッタ１０２ａに至
る。従って、液晶パネル１１１の反射光は、ＴＮ型液晶
の場合には、ＯＦＦ状態画素はＰ偏光の反射光は透過し
て投射レンズ１２０へ至るが、ＯＮ状態画素のＳ偏光の
反射光は反射されてレンズ１２０へは至らない。一方、
ＳＨ型液晶の場合は、ＯＦＦ状態画素はＳ偏光の反射光
は反射されてレンズ１２０へは透過せず、ＯＮ状態画素
はＰ偏光の反射光は透過してレンズ１２０へ至る。以上
の変調制御により、液晶パネルの各画素への電圧印加に
応じて、１０２ａでの透過光量が画素毎に制御され、青
色光の画像が形成される。

【００５４】これに対して、液晶パネル１１２、１１３
により反射された色光はダイクロイックミラー１０３ａ
で合成されて、偏光ビームスプリッタ１０２ａに至る。
従って、液晶パネル１１２、１１３の反射光は、ＴＮ型
液晶の場合には、ＯＦＦ状態画素はＳ偏光の反射光は反
射して投射レンズ１２０へ至るが、ＯＮ状態画素のＰ偏
光の反射光は透過してレンズ１２０へは至らない。一
方、ＳＨ型液晶の場合は、ＯＦＦ状態画素はＰ偏光の反
射光は透過されてレンズ１２０へは至らず、ＯＮ状態画
素はＳ偏光の反射光は反射してレンズ１２０へ至る。以
上の変調制御により、液晶パネルの各画素への電圧印加
に応じて、１０２ａでの透過光量が画素毎に制御され、
緑色光と赤色光の画像が形成される。

【００５５】従って、偏光ビームスプリッタ１０２によ
る反射・透過により、３原色を合成した画像が形成さ
れ、投射レンズ１２０によりスクリーン１３０へ投射さ
れる。反射型液晶パネル１１１〜１１３として、ＴＮ型
液晶の液晶パネルを用いた場合には、ＯＦＦ状態画素の
反射光は投射レンズ１２０へ至るため、ノーマリホワイ
ト表示となる。一方、ＳＨ型液晶の液晶パネルを用いた
場合は、ＯＦＦ状態画素の反射光はレンズ１２０へ至ら
ないため、ノーマリブラック表示となる。

【００５６】図９にて説明したように、液晶パネルの周
辺回路部は遮光膜で覆われ、対向基板の対向する位置に
形成される対向電極と共に同じ電圧（例えばＬＣコモン
電位。同じ電位であればこれと異なる電位でも構わな
い。但し、画素部の対向電極と異なる電位となるので、
この場合画素部の対向電極とは分離された周辺対向電極
となる。）が印加されるので、両者間に介在する液晶に
はほぼ０Ｖが印加され、液晶はＯＦＦ状態と同じにな
る。従って、ＴＮ型液晶の液晶パネルでは、ノーマリホ
ワイト表示に合わせて画像領域の周辺が全て白表示にで
き、ＳＨ型液晶の液晶パネルでは、ノーマリブラック表
示に合わせて画像領域の周辺が全て黒表示にできる。

【００５７】上記実施例に従うと、反射型液晶パネル１
１１〜１１３の各画素電極に印加された電圧が充分に保
持されるとともに、画素電極の反射率が非常に高いため
鮮明な映像が得られる。

【００５８】

【発明の効果】以上説明したように、この発明は、反射
電極となる画素電極の下方に各画素毎に保持容量を構成
する導電層を形成し、この導電層の下方または上方に絶
縁膜を介して前記保持容量の他方の端子となる半導体領
域または他の導電層を形成し、上記導電層は画素電極を
駆動するトランジスタに電気的に接続させるとともに上
記半導体領域または他の導電層はコモン電位近傍あるい
は上記反射電極に印加される電圧の振幅の中心電位近傍
あるいは両電位の中間の電位を与える配線層に電気的に
接続させて電位を固定するようにしたので、画素電極の
持つ容量の他に保持容量が接続されて画素電極に印加さ
れた電荷が保持されるため、リークによる電位の減少が
なくなるとともに、保持容量の他方の端子がコモン電位
に固定されるため、安定した大きな容量値が得られる。

【００５９】また、各画素電極を駆動するトランジスタ
を画素電極のほぼ中央付近に配置して、その周囲に上記
保護容量を構成する導電層を形成するようにしたので、
画素電極間の隙間から漏れた光が画素駆動トランジスタ
に届きにくくなり、リーク電流が低減される。

【００６０】さらに、各画素電極間のスリット下方には
遮光性を有する層を形成するようにしたので、画素電極
間の隙間から漏れた光が半導体基板に到達しにくくな
り、さらにリーク電流を低減することができる。

【００６１】また、反射電極となる画素電極の形成に際
しては、画素電極を駆動するトランジスタを覆う絶縁膜
表面に各画素電極の形状に対応した凹部を形成した後、
液晶と屈折率が近いメタル層を全面的に被着し、ＣＭＰ
（化学的機械研磨）法により上記凹部内にのみメタル層
が残るように研磨を行なって表面を平坦化させるように
したので、画素電極の反射率を高めることができる。

【００６２】さらに、上記半導体基板の裏面にはガラス
もしくはセラミック等からなる支持基盤を接着剤等を用
いて固定するようにしたので、半導体を基板とする反射
型ＬＣＤのデバイス強度を、ガラスを基板とする反射型
ＬＣＤの強度と同程度もしくはそれ以上に高めることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した反射型ＬＣＤの反射側基板の
第１の実施例を示す断面図。

【図２】本発明を適用した反射型ＬＣＤの反射側基板の
第１の実施例を示す平面レイアウト図。

【図３】本発明を適用した反射型ＬＣＤの反射側基板の
第２の実施例を示す断面図。

【図４】本発明を適用した反射型ＬＣＤの反射側基板の
第３の実施例を示す平面レイアウト図。

【図５】本発明を適用した反射型ＬＣＤの反射側基板の
第４の実施例を示す断面図。

【図６】本発明を適用した反射型ＬＣＤの反射側基板の
第４の実施例を示す平面レイアウト図。

【図７】画素電極の形成方法の実施例を示す断面図。

【図８】本発明を適用した反射型ＬＣＤの画素電極駆動
用ＦＥＴのゲート駆動波形およびデータ線駆動波形例を
示す波形図。

【図９】実施例の液晶パネル用基板（反射側基板）のレ
イアウト構成例を示す平面図。

【図１０】実施例の液晶パネル基板を適用した反射型液
晶パネルの一例を示す断面図。

【図１１】実施例の反射型液晶パネルをライトバルブと
して応用した投射型表示装置の一例としてビデオプロジ
ェクタの概略構成図である。

【符号の説明】

１半導体基板４ゲート線（ゲート電極）５ａ，５ｂソース・ドレイン領域７データ線９保持容量の電極（導電層）１２ＬＣコモンライン１４画素電極２０画素領域２１データ線駆動回路２２ゲート線駆動回路２３入力回路２４タイミング制御回路２５遮光層２６パッド領域３１液晶パネル基板３２支持基板３３対向電極３５入射側のガラス基板３６シール材３７液晶１００ランプ１０１〜１０３直角プリズム１１１〜１１３反射型液晶パネル１２０投射レンズ１３０スクリーン

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１５年３月１２日（２００３．３．１
２）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００９

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記目的を
達成するため、反射電極となる画素電極の下方に各画素
毎に保持容量を構成する一方の端子となる導電層を形成
し、この導電層の下方または上方に絶縁膜を介して前記
保持容量の他方の端子となる他の導電層を形成し、上記
一方の導電層は画素電極を駆動するＭＯＳＦＥＴのソー
ス・ドレイン領域に電気的に接続させるとともに、前記
他方の導電層には液晶パネルのコモン電位から前記反射
電極に印加される電圧の振幅の中心電位までの範囲の電
位のいずれかが与えられる配線層に電気的に接続させて
電位を固定するようにした。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１４】さらに、保持容量に接続される配線層を有
し、前記配線層はデータ線と同一の導電層によって構成
され、前記データ線と前記配線層とが前記各反射電極間
のスリット下方に配置されるようにした。また、半導体
基板にバイアス電位を与える配線を有し、前記配線層と
前記バイアス電圧を与える配線とが前記各反射電極間の
スリット下方に配置されるようにした。また、前記デー
タ線と前記前記バイアス電圧を与える配線とが前記各反
射電極間のスリット下方に配置されるようにした。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２５】上記画素電極１４は、特に限定されない
が、接続プラグ１５を構成するタングステン等をＣＶＤ
法により被着した後、タングステンとＬＴＯ膜１３とを
ＣＭＰ（化学的機械研磨）法で削って平坦化してから、
例えば低温スパッタ法により形成され、一辺が約２０μ
ｍの正方形のような形状とされる。上記画素電極１４の
上方には、ＩＴＯからなる対向電極を有する入射側のガ
ラス基板が適当な間隔をおいて配置され、周囲をシール
材で封止された間隙内にＴＮ（Twisted Nematic）型液
晶またはＳＨ（Super Homeotropic）型液晶などが充填
されて反射型ＬＣＤが構成される（図７参照）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者浅賀達也長野県諏訪市大和３丁目３番５号セイコーエプソン株式会社内Ｆターム(参考） 2H092 GA17 GA24 GA59 GA60 JA23 JA36 JA40 JA44 JB51 JB58 JB61 JB66 JB67 JB69 KA04 KA21 NA01 NA05 NA07 NA11 NA19 NA21 PA05 PA06 PA09 PA12 RA05 2H093 NC18 NC35 ND10 ND15 ND19 ND22 ND42 NE01 NE03 NE06 NE10 NG02 NH12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板上に反射電極がマトリックス
状に形成されるとともに各反射電極に対応して各々トラ
ンジスタが形成され、前記トランジスタを介して前記反
射電極に電圧が印加されるように構成された液晶パネル
用基板において、上記反射電極の下方には各画素毎に保持容量を構成する
一方の導電層が形成され、この導電層の下方または上方
には絶縁膜を介して前記保持容量の他方の端子となる他
方の導電層が形成され、上記導電層は上記トランジスタ
に電気的に接続されるとともに上記他方の導電層には液
晶パネルのコモン電位近傍あるいは上記反射電極に印加
される電圧の振幅の中心電位近傍あるいは両電位の中間
の電位を与える配線層が電気的に接続されていることを
特徴とする液晶パネル用基板。
【請求項２】上記保持容量を構成する導電層と上記コ
モン電位を与える配線層とがオーバーラップするように
形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶
パネル用基板。
【請求項３】上記各反射電極間の一方のスリット下方
にはスリットに沿ってデータ線が配設され、上記スリッ
トと直交する他方のスリットの下方には上記データ線と
同一の導電層により構成された遮光層が配設され、この
遮光層には上記コモン電位近傍あるいは上記反射電極に
印加される電圧の振幅の中心電位近傍あるいは両電位の
中間の電位が印加されるように接続がなされていること
を特徴とする請求項１または２に記載の液晶パネル用基
板。
【請求項４】上記保持容量を構成する導電層は、上記
トランジスタを構成するゲート電極と同一工程で形成さ
れたポリシリコン層であることを特徴とする請求項１、
２または３に記載の液晶パネル用基板。
【請求項５】上記保持容量の絶縁膜は、上記反射電極
に接続されたトランジスタのゲート絶縁膜より薄い膜厚
を有することを特徴とする請求項１、２、３または４に
記載の液晶パネル用基板。
【請求項６】上記各反射電極に接続されたトランジス
タと、該トランジスタのゲート電極および上記データ線
を駆動する周辺回路を構成するトランジスタとが同一の
半導体基板上に形成された液晶パネル用基板であって、
上記保持容量を構成する一対の導電層間の絶縁膜は、上
記周辺回路のトランジスタを構成するゲート絶縁膜と同
一工程で形成された絶縁膜であることを特徴とする請求
項５に記載の液晶パネル用基板。
【請求項７】半導体基板上に反射電極がマトリックス
状に形成されるとともに各反射電極に対応して各々トラ
ンジスタが形成され、前記トランジスタを介して前記反
射電極に電圧が印加されるように構成された液晶パネル
用基板において、上記トランジスタは対応する反射電極のほぼ中央付近に
配置され、その周囲の上記反射電極の下方には各画素毎
に保持容量を構成する一方の導電層が形成され、この導
電層の下方または上方には絶縁膜を介して前記保持容量
の他方の端子となる他方の導電層が形成され、前記他方
の導電層は液晶パネルのコモン電位近傍あるいは上記反
射電極に印加される電圧の振幅の中心電位近傍あるいは
両電位の中間の電位を与える配線層に接続され、上記一
方の導電層は上記トランジスタに接続されていることを
特徴とする液晶パネル用基板。
【請求項８】上記各反射電極間の一方のスリット下方
にはスリットに沿って半導体基板にバイアス電位を与え
る配線が配設され、上記スリットと直交する他方のスリ
ットの下方には導電層よりなる遮光層が配設され、この
遮光層には上記コモン電位近傍あるいは上記反射電極に
印加される電圧の振幅の中心電位近傍あるいは両電位の
中間の電位が印加されるように接続がなされていること
を特徴とする請求項６に記載の液晶パネル用基板。
【請求項９】上記反射電極およびこれに接続された上
記トランジスタは半導体基板の中央部に形成され、その
周囲に上記データ線およびゲート電極が接続されたゲー
ト線を駆動する周辺回路が形成され、この周辺回路の上
方には導電層により構成された遮光層が設けられている
ことを特徴とする請求項１〜８に記載の液晶パネル用基
板。
【請求項１０】半導体基板上に反射電極がマトリック
ス状に形成されるとともに各反射電極に対応して各々ト
ランジスタが形成され、前記トランジスタを介して前記
反射電極に電圧が印加されるように構成された液晶パネ
ル用基板において、上記反射電極の下方には各画素毎に
保持容量を構成する一方の導電層が形成され、この導電
層の下方または上方には絶縁膜を介して前記保持容量の
他方の端子となる他方の導電層が形成され、上記導電層
は上記トランジスタに電気的に接続されるとともに上記
他方の導電層へ電位を印加し且つ上記トランジスタが形
成されるウェル領域に電位を供給する導電層が形成され
ていることを特徴とする液晶パネル用基板。
【請求項１１】上記トランジスタおよび上記保持容量
を覆うように形成された絶縁膜の反射電極形成部分に凹
部が形成され、その上に金属層が形成され、この金属層
および上記絶縁膜が化学的機械研磨法により研磨されて
上記凹部内に上記金属層からなる反射電極が形成され、
該反射電極からその周囲の絶縁膜にかけて表面が平坦化
されていることを特徴とする請求項１〜１０に記載の液
晶パネル用基板。
【請求項１２】上記半導体基板の裏面には補強用の支
持基盤が接合されていることを特徴とする請求項１〜１
１に記載の液晶パネル用基板。
【請求項１３】請求項１〜１２に記載の液晶パネル用
基板と、対向電極を有する入射側の透明基板とが適当な
間隔をおいて配置されるとともに、上記液晶パネル用基
板と上記透明基板との間隙内に液晶が封入されているこ
とを特徴とする液晶パネル。
【請求項１４】光源と、前記光源からの光を変調して
反射する請求項１３に記載の構成の液晶パネルと、これ
らの液晶パネルにより変調された光を集光し拡大投射す
る投射光学手段とを備えていることを特徴とする投射型
表示装置。