JP2005172862A

JP2005172862A - 反射型液晶表示装置

Info

Publication number: JP2005172862A
Application number: JP2003408244A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Soma; 友一相馬
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 2003-12-05
Filing date: 2003-12-05
Publication date: 2005-06-30

Abstract

【課題】画素電極の隙間から侵入する侵入光が画素スイッチングトランジスタに到達することを防止してトランジスタの性能劣化を防止することができる反射型液晶表示装置を提供する。
【解決手段】半導体基板１０に、画素スイッチングトランジスタＴｒと、第１層間絶縁層２６と、配線層２８と、第２層間絶縁層３０と、金属製の遮光層３２と、第３層間絶縁層３４と、画素電極４と、液晶層ＬＣと、共通電極３８と、光透過性基板４０とを備えた反射型液晶表示装置において、第２層間絶縁層と第３層間絶縁層の内の少なくともいずれか一方の層間絶縁層の上下の両面側に、反射防止層５０、７０を形成し、層間絶縁層と反射防止層とを含む断面の屈折率が、層間絶縁層の断面中心より上方、或いは下方に行くに従って大きくなるような分布に設定するように構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、読み出し光を映像信号に応じて光変調させて、これを反射させることによって表示を行う反射型液晶表示装置に関する。

最近、屋外公衆用や管制業務用のディスプレイ、またハイビジョン等の高精細映像の表示用ディスプレイ、或いは投射プロジェクタ等のように、映像を大画面に表示するための投射型表示装置の要望が高まっている。その投射型表示装置には大別すると透過方式と反射方式のものがあるが、双方の方式とも、ＬＣＤ(Liquid Crystal Display)、すなわち液晶表示装置が用いられ、この液晶表示装置に読み出し光を入射させ、その入射光を映像信号に対応させて画素単位で変調することにより投射光を得るようになっている。ここに液晶表示装置は、半導体基板に薄膜トランジスタ等のスイッチングトランジスタとそのスイッチングトランジスタによって電位が制御される画素電極を配列形成したアクティブマトリクス基板と、光透過性基板(ガラス基板等)に被膜形成された共通電極と、前記のアクティブマトリクス基板と共通電極との間に封止された液晶層からなり、共通電極と各画素電極の間の電位差を映像信号に対応させて画素電極毎に変化させ、液晶層の配向を制御することで読み出し光を変調するものである。

ところで、液晶表示装置には、透過型と反射型のものが知られている。透過型の液晶表示装置は、液晶を駆動する駆動回路及び配線が液晶パネルの面内にあって画素電極の周辺に約１０μｍ程の幅で形成されているため、液晶パネルの表示領域全面に対する光変調に係わる画素領域の占める割合（以下、開口率という）が低い。現状で最も開口率の高い透過型液晶表示装置でも開口率は６０％程度である。この透過型液晶表示装置は、画素数が増し（高解像度）画素密度が上がると、開口率が低下するので、この透過型液晶表示装置を搭載した液晶プロジェクタ等では高輝度な表示画像を得ることが困難であった。

そこで近年、高輝度、高解像度が得られる反射型液晶表示装置が開発され実用化している。次に、反射型液晶表示装置を例にとって説明する。
図１０は一般的な反射型液晶表示装置を示すブロック構成図、図１１は従来の反射型液晶表示装置の１つの画素の部分を示す回路構成図、図１２は従来の反射型液晶表示装置の１つの画素を示す断面図、図１３は図１２に示す反射型液晶表示装置において読み出し光が侵入光として入って行く状態を説明するための図である。

図１０に示すように、この液晶表示装置は、半導体基板２上に、複数の列信号電極Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、…Ｄｉが並行して配置されており、これら各列信号電極Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、…Ｄｉと直交する方向に複数の行走査電極Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、…Ｇｊが配置されている。尚、以降、符号Ｄ１〜Ｄｉをまとめて符号Ｄと表し、符号Ｇ１〜Ｇｊをまとめて符号Ｇと表す場合がある。各列信号電極Ｄと行走査電極Ｇの交差部は画素Ｐｘとなり、この画素Ｐｘは、図１１に示すように画素スイッチングトランジスタＴｒ及び保持容量Ｃと、液晶層ＬＣとを含み、マトリクス状に配置されることになる。

列信号電極駆動回路１００は水平シフトレジスタ１０１及び複数のビデオスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、…Ｓｉからなるスイッチ群により構成されている。各ビデオスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、…Ｓｉの入力側は、画像信号Ｖｉｄｅｏが供給される画像信号供給配線Ｌに共通に接続され、出力側は、各々対応する列信号電極Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、…Ｄｉに接続されている。また、各ビデオスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、…Ｓｉの制御信号には、水平シフトレジスタ１０１の出力が接続されている。
このような構成の列信号電極駆動回路１００では、図示しない駆動タイミングパルス発生回路より供給される水平スタート信号及び水平クロックにより水平シフトレジスタ１０１が駆動され、水平シフトレジスタ１０１からの出力パルスにて各アナログスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、…Ｓｉを順次オン状態にすることにより、１水平期間の画像信号Ｖｉｄｅｏを順次列信号電極Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、…Ｄｉにサンプリングする。

一方、行走査電極駆動回路１０２は、全表示行数に相当する段数を有する垂直シフトレジスタを含んで構成されている。この垂直シフトレジスタは、図示しない駆動タイミングパルス発生回路より供給される垂直スタート信号及び水平期間に同期した垂直シフトクロックにより駆動され、各行走査電極Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、…Ｇｊに対して１水平期間毎（行毎）に順次走査パルスを出力する。
その結果、各行走査電極Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、…Ｇｊに接続した画素スイッチングトランジスタＴｒが１行ずつ順次オンとなり、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、…Ｄｉにサンプリングした画像信号Ｖｉｄｅｏの電圧が図１１に示すように隣接する画素の保持容量Ｃに電荷情報として蓄積保持される。

これにより、各画素Ｐｘに対応した液晶層ＬＣには、画素電極４を介して各保持容量Ｃに蓄積した信号電圧が印加され、それに応じて液晶の光変調度が変化する。これにより、画像信号Ｖｉｄｅｏに対応した画像が表示されることになる。
図１２は上記した１つの画素Ｐｘの断面図を示しており、例えばＰ型シリコン基板よりなる半導体基板１０の表面には、上記画素スイッチングトランジスタＴｒと上記保持容量Ｃとが設けられている。上記画素スイッチングトランジスタＴｒと保持容量Ｃとは、例えばＳｉＯ_２よりなるフィールド酸化膜１２により電気的に区画されており、また、画素スイッチングトランジスタＴｒ自体は例えばＮ型のウエル１４上に形成されている。上記画素スイッチングトランジスタＴｒは、不純物の高濃度層であるドレイン１６と、ソース１８と、これらドレイン１６とソース１８との間にゲート酸化膜を介して位置されるゲート電極２０とよりなってＭＯＳＦＥＴを形成している。また、上記保持容量Ｃは、不純物の高濃度層である下部電極２２と、この上方に絶縁膜を介して形成された上部電極２４とよりなり、ここに必要に応じて電荷を貯め得るようになっている。

そして、上記画素スイッチングトランジスタＴｒ及び保持容量Ｃを含んでこの全体を覆うようにして例えばＳｉＯ_２よりなる第１層間絶縁層２６が形成されている。この第１層間絶縁層２６の上面には、例えばアルミニウムよりなる配線層２８がパターン化されて形成されている。また、この配線層２８の上面には例えばＳｉＯ_２よりなる第２層間絶縁層３０が形成されている。更に、この第２層間絶縁層３０の上面には例えばアルミニウム等よりなる金属製の遮光層３２がパターン化して形成されており、後述するようにこの遮光層３２により読み出し光を遮断することにより、この読み出し光がこの下方へできるだけ侵入することを阻止するようになっている。

そして、この遮光層３２の上面には例えばＳｉＯ_２よりなる第３層間絶縁層３４が形成されている。そして、この第３層間絶縁層３４の上面に、例えば四角形状になされたアルミニウム製の画素電極４が形成されている。この画素電極４は、上記遮光層３２を介してソース１８及び保持容量Ｃの上部電極２４に接続されている。そして、この画素電極４は、隣接する画素電極との間で所定の幅の隙間３６を介して液晶パネル略全面に亘ってマトリクス状に配列されている。以上のようにしてアクティブマトリクス基板が形成されることになる。
そして、この配列された多数の画素電極４に対向させて透明な共通電極３８がその表面に形成されたガラス板のような光透過性基板４０が配置される。そして、この光透過性基板４０の共通電極３８と上記多数の画素電極４との間に液晶層ＬＣが封入される。上記共通電極３８は、各画素Ｐｘに共通に広がるようにして設けられている。尚、上記画素電極４と共通電極３８の各表面には図示しない配向膜が形成されている。

通常、このような反射型液晶表示装置の光変調に係わらない無効となる領域は、前記画素電極４間の隙間３６の幅は０．５乃至０．７μｍ程度であるから、例えば１４μｍの画素電極ピッチを有する反射型液晶表示装置の場合では、９０乃至９３％の開口率を得ることができる。
ところで、読み出し光ＬＴが光透過性基板４０側から入射されると、その一部は、画素電極４同士間の僅かな隙間３６から、図１３に示すように侵入光ＬＴｉとしてアクティブマトリクス基板内に入ってくることは避けられない。この侵入光ＬＴｉが図１３に示すように画素電極４と遮光層３２との間及びこの遮光層３２と配線層２８との間を多重に反射しながら構造的にＰＮ接合のフォトダイオードになっているドレイン１６やソース１８に侵入し、これがために光キャリアが発生してリーク電流を引き起こし、フリッカーや焼き付きを起こす原因となる画素電極の電位変動が生じてしまう。

この場合、画素電極４の面積を大きくすることによって侵入光ＬＴｉの光路長を長くすることも考えられるが、これは画素の微細化傾向に反するので採用することはできない。
そこで、上記遮光膜３２の上面に、第３層間絶縁膜３４を堆積させる前に反射防止層４２を直接的に形成して、侵入光ＬＴｉを減衰させる試みが行われている（例えば特許文献１を参照）。この反射防止層４２としては、ＴｉＮ（窒化チタン）膜を単独で用いたり、或いはＴｉＮ膜上に窒化シリコン（ＳｉＮ）膜を形成して２層構造にしたりすることが行われている。

特開２０００−１９３９９４号公報（第３−４頁、図１）。

しかしながら、一般に液晶パネルを１枚用いる単板方式の場合、全可視光領域（４０００Å乃至７０００Åの波長）の読み出し光が用いられるが、上記反射防止層４２に用いられる窒化チタン（ＴｉＮ）は、全可視光領域の中の１部の波長の光に対してだけ反射率が低く設定することは可能であるが、それ以外の波長の光に対しては十分に反射防止をすることができない。
また、反射防止層４２としてＴｉＮ／ＳｉＮの２層構造の薄膜を用いた場合でも、この反射防止層４２の反射率を十分に低下させるのが困難であった。

更には、液晶パネルを３枚用いる三板方式の場合、それぞれ赤、青、緑の液晶パネルに用いられる反射防止層４２は、それぞれに読み出し光に対して反射防止すればよく、例えば赤に用いられる液晶パネルの反射防止層では、この反射防止層の膜厚を赤色用に最適化して赤（波長が６０００Å乃至７０００Åの光）のみを反射防止すればよいが、しかしながら、赤、青、緑の液晶パネルは、それぞれにおいて、反射防止層の膜厚を変えて最適化を図る必要があり、赤、青、緑の液晶パネルの共通化を行うことができなかった。このため、生産性を低下させていた。

本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、可視光領域の全域の波長に渡って、反射防止層の反射率を１０％以下にし、画素電極の隙間から侵入する侵入光が画素スイッチングトランジスタに到達することを防止してトランジスタの性能劣化を防止することができる反射型液晶表示装置を提供することにある。

請求項１に係る発明は、半導体基板に、画素スイッチングトランジスタと、第１層間絶縁層と、配線層と、第２層間絶縁層と、金属製の遮光層と、第３層間絶縁層と、所定のピッチで配列された画素電極と、液晶層と、共通電極と、光透過性基板とを備えて読み出し光に対して前記液晶層にて光変調を行うようにした反射型液晶表示装置において、前記第２層間絶縁層と前記第３層間絶縁層の内の少なくともいずれか一方の層間絶縁層の上下の両面側に、反射防止層を形成し、前記層間絶縁層と前記反射防止層とを含む断面の屈折率が、前記層間絶縁層の断面中心より上方、或いは下方に行くに従って大きくなるような分布に設定するように構成したことを特徴とする反射型液晶表示装置である。

この場合、例えば請求項２に規定するように、前記反射防止層は、ＳｉＯＮ膜を含む複数の積層膜を含む。

本発明の反射型液晶表示装置によれば、反射防止層を、窒化物膜と、層間絶縁層と屈折率の異なるＳｉＯＮ膜とにより構成したので、画素電極の隙間から侵入する侵入光を前記反射防止層が吸収し、入射光が反射してトランジスタに到達してトランジスタ性能を劣化させることを防止できる。このため、更なる画素微細化を実現することが出来る。
また本発明の反射型液晶表示装置によれば、層間絶縁層の上下両面に反射防止層を設ける構造により、読み出し光の一部が画素電極の隙間から侵入して画素スイッチングトランジスタに到達することを防止する能力を強化させることができ、その特性の劣化を防止することができる。従って、反射型液晶表示装置の更なる高輝度化、高微細化を図ることができる。

以下に、本発明に係る反射型液晶表示装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
＜第１実施例＞
図１は本発明の反射型液晶表示装置の第１実施例の１つの画素の部分を示す断面図である。尚、この反射型液晶表示装置のブロック構成図、回路構成図はそれぞれ図１０及び図１１にて説明した場合と同様なので、ここではその説明を省略する。また、従来装置と同一構成部分については同一符号を付して説明する。
また、この第１実施例の特徴は、図１３に示す従来装置の反射防止層４２としてＴｉＮ膜、或いはＴｉＮ膜とＳｉＮ膜の２層構造の薄膜を用いたが、これに代えて金属窒化物膜、例えばＴｉＮ膜とＳｉＯＮ膜とよりなる２層構造の薄膜を用いた点である。

すなわち、図１に示すように、例えばＰ型シリコン基板よりなる半導体基板１０の表面には、上記画素スイッチングトランジスタＴｒと上記保持容量Ｃとが設けられている（図１１参照）。上記画素スイッチングトランジスタＴｒと保持容量Ｃとは、例えばＳｉＯ_２よりなるフィールド酸化膜１２により電気的に区画されており、また、画素スイッチングトランジスタＴｒ自体は例えばＮ型のウエル１４上に形成されている。上記画素スイッチングトランジスタＴｒは、不純物の高濃度層であるドレイン１６と、ソース１８と、これらドレイン１６とソース１８との間にゲート酸化膜を介して位置されるゲート電極２０とよりなってＭＯＳＦＥＴを形成している。また、上記保持容量Ｃは、不純物の高濃度層である下部電極２２と、この上方に絶縁膜を介して形成された上部電極２４とよりなり、ここに必要に応じて電荷を貯め得るようになっている。

そして、この遮光層３２の上面には例えばＳｉＯ_２よりなる第３層間絶縁層３４が形成されている。そして、この第３層間絶縁層３４の上面に、例えば四角形状になされたアルミニウム製の画素電極４が形成されている。この画素電極４は、上記遮光層３２を介してソース１８及び保持容量Ｃの上部電極２４に接続されている。そして、この画素電極４は、隣接する画素電極との間で所定の幅の隙間３６を介して液晶パネル略全面に亘ってマトリクス状に配列されている。以上のようにしてアクティブマトリクス基板が形成されることになる。
そして、この配列された多数の画素電極４に対向させて、透明な共通電極３８をその表面に形成したガラス板のような光透過性基板４０が配置される。そして、この光透過性基板４０の共通電極３８と上記多数の画素電極４との間に液晶層ＬＣが封入される。上記共通電極３８は、各画素Ｐｘに共通に広がるようにして設けられている。尚、上記画素電極４と共通電極３８の各表面には図示しない配向膜が形成されている。

そして、上記遮光層３２の上面に、第３層間絶縁膜３４を堆積させる前に、本発明の特徴とする反射防止層５０を直接的に形成して、侵入光ＬＴｉを減衰させてるようになっている。具体的には、この反射防止層５０は、遮光層３２の上面に形成した金属窒化物膜である例えばＴｉＮ膜５０Ａと、このＴｉＮ膜５０Ａの上面に形成したＳｉＯＮ膜５０Ｂとの２層構造になっている。
この場合、上記ＴｉＮ膜５０Ａの厚さは、例えば８００Å程度であり、ＳｉＯＮ膜５０Ｂの厚さは、５００Å程度である。
このＳｉＯＮ膜５０Ｂは絶縁体であるので、ＴｉＮ膜５０Ａ上に形成されていると共に、層間絶縁層３４中にも形成されていることになり、画素電極４の隙間３６から侵入する侵入光ＬＴｉが画素電極４とＴｉＮ膜５０Ａとの間を反射しながら伝搬して画素スイッチングトランジスタＴｒに到達しないように形成されている。

ここで上記ＳｉＯＮ膜５０Ｂの屈折率は１．８０程度であり、ＳｉＯ_２よりなる層間絶縁層３４の屈折率は１．４５程度であり、両者の屈折率を異ならせている。またＴｉＮ膜５０Ａの屈折率は２．００程度、或いはそれ以上である。このように形成することにより、層間絶縁層３４及び反射防止層５０を含む断面における読み出し光ＬＴに対する屈折率の変化は、層間絶縁層３４から下方の反射防止層５０側へ行くに従って、順次大きくなるように設定されている。また、ここでは侵入光ＬＴｉの侵入をより効率的に防止するために、ＴｉＮ膜５０Ａが設けられていない遮光層３２の隙間５２の部分にも形成している。
上記反射防止層５０の作成は、例えば以下に示すような方法で行う。
まず、スパッタ法にて、遮光層３２を形成するアルミニウム膜とＴｉＮ膜とをこの順序で順次成膜する。次に、上記２層を同時にパターンエッチングすることにより、パターン化された遮光層３２とＴｉＮ膜５０Ａとを実現する。

次にＳｉＯＮ膜５０ＢをプラズマＣＶＤにて成膜し、更に、この上に第３層間絶縁層３４を形成するＳｉＯ_２膜を成膜する。
このＳｉＯＮ膜５０Ｂは、絶縁膜であるので、ＳｉＯＮ膜５０Ｂ上に設けられたＳｉＯ_２よりなる第３層間絶縁層３４とほぼ同じエッチングレートを持つ。従って、上下の挿通孔であるビア５４の形成のための酸化膜エッチング時には、第３層間絶縁膜３４のＳｉＯ_２と反射防止層５０の一部であるＳｉＯＮ膜５０Ｂを同時にエッチングすることが可能であり、ビア５４の形成時においては１回のエッチングプロセスで形成することができるため、エッチングプロセスを２回に分ける必要がない。従って、本発明の反射防止層５０においては、ＳｉＯＮ膜５０Ｂ用の特別なエッチングプロセスを必要としない。

次に、本発明の反射型液晶表示装置の動作について説明する。
図１０に示す画像信号供給線Ｌ及び列信号電極Ｄを介して、画像信号がソース１８に印加された状態で、行走査線Ｇを介して、走査信号がゲート電極２２に加わると画素スイッチングトランジスタＴｒがオンとなり画像信号の電荷が保持容量Ｃ及び該当する画素電極４と共通電極３８との間に充電され、この画像信号が液晶層ＬＣに書き込まれる。
この状態で、読み出し光ＬＴを光透過性基板４０側から液晶層ＬＣに入射させると、この読み出し光ＬＴは、画像信号に応じて液晶層ＬＣを通過中に光変調を受け、画素電極４によって反射され、再び液晶層ＬＣで光変調されて光透過性基板４０から画像情報光として射出する。
この光透過性基板４０から放出された画像情報光をスクリーン上に拡大投写することによって画像表示を行うことができる。

この際、図１に示すように読み出し光ＬＴの一部は、画素電極４同士の隙間３６からアクティブマトリクス基板内へ侵入光ＬＴｉとして侵入してくるが、この侵入光ＬＴｉは、画素電極４の下面と、遮光層３２の上面に形成されたＴｉＮ膜５０ＡとＳｉＯＮ５０Ｂとよりなる反射防止層５０との間で反射を繰り返す内に上記反射防止層５０により吸収されてしまい、それ以上奥へ、図示例では下方へ進行することを阻止することができる。従って、侵入光が画素スイッチングトランジスタに入射することを防止できるので、この特性を向上させることができる。
ここで、本発明の反射型液晶表示装置に読み出し光ＬＴとして可視光を照射して、反射防止層５０の反射率と可視光領域の波長との関係について評価を行ったので、その評価結果について説明する。また、比較のために従来の反射防止層であるＴｉＮ／ＳｉＮ膜についての評価も行った。

図２は窒化チタンの膜厚を固定し、ＳｉＯＮ膜とＳｉＮ膜の膜厚を同じにした場合の反射率の関係を示す図、図３は窒化チタンの膜厚とＳｉＯＮ膜の屈折率を固定し、ＳｉＯＮ膜の膜厚を変化させた場合の反射率の関係を示した図、図４は窒化チタンとＳｉＯＮ膜の膜厚を固定し、ＳｉＯＮ膜の屈折率を変化させた場合の反射率の関係を示した図である。
反射防止層５０の反射率は、読み出し光ＬＴとして波長４０００Å乃至７０００Åの可視光を用い、この読み出し光ＬＴを光透過性基板４０側から入射させ、この読み出し光ＬＴの反射光の読み出し光に対する割合を測定することによって求めた。ここでは、反射率を１００％を１として示す。

この反射防止層５０の反射率の測定ではＴｉＮ膜とＳｉＯＮ膜の厚さや屈折率を変化させて調べた。
まず初めに、８００ÅのＴｉＮ膜と５００ÅのＳｉＮ膜とよりなる従来の反射防止層を用いた。また、本発明の反射防止層として８００ÅのＴｉＮ膜と５００ÅのＳｉＯＮ膜とを用いた。この場合の反射率と可視光領域の波長との関係について図２を用いて説明する。
図２中では、窒化チタンの膜厚を固定し、ＳｉＯＮ膜とＳｉＮの膜厚を同じにした場合の反射率を示している。ＴｉＮは８００Åであり、ＴｉＮ上のＳｉＮとＳｉＯＮ膜は共に５００Åである。ここでＳｉＮ膜の屈折率はＮ＝２．０であり、ＳｉＯＮ膜の屈折率はＮ＝１．８である。

可視光領域の波長４０００Åから７０００Åの領域に渡って平均すると、本発明装置（実施例１）のＳｉＯＮ（５００Å）／ＴｉＮ（８００Å）構造の方が、従来装置のＳｉＮ（５００Å）／ＴｉＮ（８００Å）構造と比較して、反射率が低下していることが分かる。しかも、本発明装置の場合には４７００Åから６０００Åの波長領域においてはほぼゼロを示しており、反射防止効果が本発明装置のＳｉＯＮ（５００Å）／ＴｉＮ（８００Å）構造の方が、従来装置のＳｉＮ（５００Å）／ＴｉＮ（８００Å）構造よりも優れていることが分かる。また、本発明装置のＳｉＯＮ（５００Å）／ＴｉＮ（８００Å）構造については、可視光領域の波長４０００Åから７０００Åにおいて５％以下の反射率が得られていることがわかる。

次に、厚さが８００ÅのＴｉＮ膜と、厚さを変化させたＳｉＯＮ膜とを順次形成した場合の反射率と可視光領域の波長との関係について図３を用いて説明する。
図３中では、窒化チタンの膜厚を固定し、ＳｉＯＮ膜の屈折率をＮ＝１．８で固定して、膜厚を４００Å、５００Å、６００Åと変化させた場合の反射率を示している。
可視光領域の波長を４０００Åから７０００Åでは、上記３つの条件において全て１０％以下を示している。
上記３つの条件の中ではＳｉＯＮ膜の厚さが５００Åのときの反射率がもっとも低いことが判明した。ＳｉＯＮ膜の厚さが５００Åの条件においては、波長４７００Åから６０００Åの領域において、ほぼ０％の反射率を示していることが判明した。

しかし、ＳｉＯＮの膜の厚さが４００Åから６００Åの範囲においては、反射率を可視光領域において１０％以下に抑えることが出来ており、この範囲の条件では画素電極の隙間から侵入する侵入光が反射して画素スイッチングトランジスタに到達することを防止できることが判明した。
更に、厚さが８００ÅのＴｉＮ膜と、屈折率を変化させたＳｉＯＮ膜とを順次形成した場合の反射率と可視光領域の波長との関係について図４を用いて説明する。
図４中では、窒化チタンの膜厚を固定し、ＳｉＯＮ膜の膜厚を５００Åで固定して、屈折率をＮ＝１．７、Ｎ＝１．８、Ｎ＝１．９と変化させた場合の反射率を示している。可視光領域の波長が４０００Åから７０００Åでは、３つの条件において全て１０％以下を示している。

上記３つの条件の中ではＴｉＮ膜上のＳｉＯＮ膜の屈折率がＮ＝１．８のときの反射率がもっとも低いことが判明した。
また、ＳｉＯＮ膜の屈折率がＮ＝１．８の条件においては、波長が４７００Åから６０００Åの領域において、ほぼ０％の反射率を示していることが判明した。
しかし、ＳｉＯＮ膜の膜厚が４００Åから６００Åの範囲においては、反射率を可視光領域において１０％以下に抑えることが出来ており、この範囲の条件では例えば８．０μｍピッチの画素まで微細化した場合においても、画素電極の隙間から侵入する侵入光が反射してトランジスタに到達することを阻止することができるので、トランジスタ性能を劣化させることを防止できる。

以上のように、遮光層５０上に、厚さが８００ÅのＴｉＮ膜と、厚さが５００Åで屈折率Ｎ＝１．８のＳｉＯＮ膜とを順次形成した構造の反射防止層５０を用いれば、波長４０００Å乃至７０００Åの可視光領域の全域に渡って読み出し光の反射率を５％に抑えることができることが判明した。
また、厚さが８００ÅのＴｉＮ膜と、膜厚が４００Åから６００Åで、且つ屈折率がＮ＝１．７からＮ＝１．９の間のＳｉＯＮ膜を順次形成した構造の反射防止層５０を用いても、波長４０００Å乃至７０００Åの可視光領域の全域に渡って読み出し光の反射率を１０％以内に抑えることができることが判明した。

＜第２実施例＞
上記第１実施例においては、反射防止層５０を、遮光層３２の上面に設けるようにしたが、これに限定されず、図５に示す第２実施例のように、遮光層３２の上面ではなく、この下層の配線層２８の上面に設けるようにしてもよい。

＜第３実施例＞
更には、図６に示す第３実施例のように、遮光層３２の上面と配線層２８の上面の双方にそれぞれ設けるようにしてもよい。この第３実施例によれば、実施例１および実施例２と比較して、更に大きな遮光効果が期待できるため、さらに微細化に対応することが出来る。

＜第４実施例＞
次に第４実施例について説明する。
図７は本発明の反射型液晶表示装置の第４実施例の１つの画素の部分を示す断面図である。先の図１に示す第１実施例では、第３層間絶縁層３４の下面側のみに反射防止層５０を設けたが、これに加えて、図７に示すように、上記反射防止層５０と同じ構成の反射防止層７０を上記第３層間絶縁層３４の上面側、すなわち、画素電極４の下面側にも略全面に亘って設けるようにしてもよい。この場合、この反射防止層７０は、先の反射防止層５０と同様に例えばＴｉＮ膜７０ＡとＳｉＯＮ膜７０Ｂとの積層構造により形成されるが、その積層順序は上記反射防止層５０の場合とは逆であり、下層にＳｉＯＮ膜７０Ｂが形成され、この上層にＴｉＮ膜７０Ａが形成されることになる。

ここで前述したように、第３層間絶縁層３４の材料であるＳｉＯ_２の屈折率は１．４５程度、ＳｉＯＮ膜５０Ｂ、７０Ｂの屈折率は１．７〜１．９程度、ＴｉＮ膜５０Ａ、７０Ａの屈折率は２．００程度、或いはそれ以上であるので、この第３層間絶縁層３４と、この上下両側に位置する２つの反射防止層７０、５０とを含む断面の屈折率に関しては、上記第３層間絶縁層３４の断面中心より上方、或いは下方に行くに従って次第に大きくなるような分布に設定されている。
ここではステップ状、或いは階段状に屈折率が大きくなるように設定されているが、各層、或いは各膜の成膜途中において次第に屈折率が増加、或いは減少するように成分組成比を少しずつ変化させて成膜し、上記屈折率が、第３層間絶縁層３４の断面中心より上方、或いは下方に行くに従って直線状、或いは曲線状に次第に大きくなるような分布に設定してもよい。

また成膜時には、ＳｉＯ_２膜５０ＢをプラズマＣＶＤにて成膜し、更に、この上に第３層間絶縁層３４となるＳｉＯ_２膜を成膜し、更にもう一度ＳｉＯ_２膜７０Ｂを成膜するが、このＳｉＯ_２膜５０Ｂ、７０Ｂは、絶縁膜であるので、上下のＳｉＯＮ膜５０Ｂ、７０Ｂに挟まれたＳｉＯ_２よりなる第３層間絶縁層３４とほぼ同じエッチングレートを持つ。従って、上下の導通孔であるビア５４の形成のための酸化膜エッチング時には、第３層間絶縁層３４のＳｉＯ_２と反射防止層５０、７０の一部であるＳｉＯＮ_２膜５０Ｂ、７０Ｂを同時にエッチングすることが可能であり、ビア５４の形成時においては１回のエッチングプロセスで形成することができるため、エッチングプロセスを２回に分ける必要がない。従って、本発明の反射防止層５０、７０においては、ＳｉＯＮ膜５０Ｂ、７０Ｂ用の特別なエッチングクリーニングプロセスを必要としない。

また、スパッタ法にて反射防止層７０の一部であるＴｉＮ膜７０Ａと画素電極４であるアルミニウム膜とをこの順序で成膜するが、この２層は同時にパターンエッチングされることになる。
この第４実施例の場合には、読み出し光ＬＴが侵入してくる光路となる第３層間絶縁層３４の上下の両面側に反射防止層７０、５０をそれぞれ設けるようにしているので、第１実施例の場合と比較して侵入光を更に効率的に吸収して減衰させることができるので、入射光が反射してトランジスタに到達するのを一層確実に防止することができる。

＜第５実施例＞
次に第５実施例について説明する。
図８は本発明の反射型液晶表示装置の第５実施例の１つの画素の部分を示す断面図である。図７に示す第４実施例の場合には、ＴｉＮ膜７０ＡとＳｉＯＮ膜７０Ｂとよりなる反射防止層７０を、第３層間絶縁層３４の上面側、すなわち画素電極４の下面側に設けた場合を例にとって説明したが、この反射防止層７０を、第２実施例（図２参照）の構造において第２層間絶縁層３０の上面側、すなわち遮光層３２の下面側にも更に設けるようにした構造となっている。
この第５実施例の場合には、この第２層間絶縁層３０と、この第２層間絶縁層３０と、この上下両側に位置する２つの反射防止層７０、５０とを含む断面の屈折率に関しては、上記第４実施例の場合と同様に、上記第２層間絶縁層３０の断面中心より上方、或いは下方に行くに従って次第に大きくなるような分布に設定されている。この場合にも、上記した第４実施例と同様な作用効果を発揮することができる。

＜第６実施例＞
次に第６実施例について説明する。
図９は本発明の反射型液晶表示装置の第６実施例の１つの画素の部分を示す断面図である。この第６実施例は、先の第４実施例の構成と第５実施例の構成とを加え合わせた構造となっている。すなわち、第２層間絶縁層３０及び第３層間絶縁層３４のそれぞれの上下の両面側に、反射防止層７０及び５０をそれぞれ設けている。これによれば、侵入光がトランジスタに到達するのを、一層確実に防止することができる。
以上説明したように、本発明では、画素電極の隙間から侵入する侵入光が反射して画素スイッチングトランジスタに到達してトランジスタ性能を劣化させることを防止でき、そのため更なる画素微細化を実現することが出来る。

また、液晶パネルを３枚用いる三板方式の反射型液晶表示装置では、波長４０００Å乃至７０００Åの可視光領域の全域に渡って読出し光の反射率を１０％以下に抑えることができるので、３原色光に対応する３枚の液晶パネルを共通化でき、生産性を向上させることができる。
尚、上記実施例では反射防止層５０、７０の金属酸化物膜としてＴｉＮ膜５０Ａ、７０Ａを用いたが、これに限定されず、例えばチタン（Ｔｉ）等も用いることができる。

本発明の反射型液晶表示装置の第１実施例の１つの画素の部分を示す断面図である。窒化チタンの膜厚を固定し、ＳｉＯＮ膜とＳｉＮ膜の膜厚を同じにした場合の反射率の関係を示す図である。窒化チタンの膜厚とＳｉＯＮ膜の屈折率を固定し、ＳｉＯＮ膜の膜厚を変化させた場合の反射率の関係を示した図である。窒化チタンとＳｉＯＮ膜の膜厚を固定し、ＳｉＯＮ膜の屈折率を変化させた場合の反射率の関係を示した図である。本発明の反射型液晶表示装置の第２実施例の１つの画素の部分を示す断面図である。本発明の反射型液晶表示装置の第３実施例の１つの画素の部分を示す断面図である。本発明の反射型液晶表示装置の第４実施例の１つの画素の部分を示す断面図である。本発明の反射型液晶表示装置の第５実施例の１つの画素の部分を示す断面図である。本発明の反射型液晶表示装置の第６実施例の１つの画素の部分を示す断面図である。一般的な反射型液晶表示装置を示すブロック構成図である。従来の反射型液晶表示装置の１つの画素の部分を示す回路構成図である。従来の反射型液晶表示装置の１つの画素を示す断面図である。図１２に示す反射型液晶表示装置において読み出し光が侵入光として入って行く状態を説明するための図である。

符号の説明

４…画素電極、１０…半導体基板、２６…第１層間絶縁層、２８…配線層、３０…第２絶縁層、３２…遮光層、３４…第３層間絶縁層、３８…共通電極、４０…光透過性基板、５０，７０…反射防止層、５０Ａ，７０Ａ…ＴｉＮ膜（金属酸化物膜）、５０Ｂ，７０Ｂ…ＳｉＯＮ膜、Ｃ…保持容量、ＬＣ…液晶層、ＬＴ…読み出し光、ＬＴｉ…侵入光、Ｔｒ…画素スイッチングトランジスタ。

Claims

半導体基板に、画素スイッチングトランジスタと、第１層間絶縁層と、配線層と、第２層間絶縁層と、金属製の遮光層と、第３層間絶縁層と、所定のピッチで配列された画素電極と、液晶層と、共通電極と、光透過性基板とを備えて読み出し光に対して前記液晶層にて光変調を行うようにした反射型液晶表示装置において、
前記第２層間絶縁層と前記第３層間絶縁層の内の少なくともいずれか一方の層間絶縁層の上下の両面側に、反射防止層を形成し、
前記層間絶縁層と前記反射防止層とを含む断面の屈折率が、前記層間絶縁層の断面中心より上方、或いは下方に行くに従って大きくなるような分布に設定するように構成したことを特徴とする反射型液晶表示装置。
前記反射防止層は、ＳｉＯＮ膜を含む複数の積層膜を含むことを特徴とする請求項１記載の反射型液晶表示装置。