JP2012108168A - 電気光学装置、投射型表示装置、電気光学装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題手段】電気光学装置100の素子基板10においては、画素電極9aを形成するための反射性導電膜と、絶縁保護膜17を形成するためのシリコン酸化膜をこの順に成膜した後、反射性導電膜およびシリコン酸化膜を同時にパターニングして反射性の画素電極9aと絶縁保護膜17とを同一工程でパターニングし、しかる後に、絶縁保護膜17の上層側にシリコン酸化膜からなる平坦化絶縁膜18を形成する。従って、絶縁保護膜17は、画素電極9aと同一パターン形状をもって画素電極9aに重なっている。
【選択図】図3
Description
(全体構成)
図1は、本発明を適用した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において、本形態の電気光学装置100は、反射型の液晶装置であり、TN(Twisted Nematic)モードやVA(Vertical Alignment)モードの反射型の液晶パネル100pを有している。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10a(画像表示領域)を備えている。液晶パネル100pにおいて、後述する素子基板10(図2等を参照)では、画素領域10a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、電界効果型トランジスターからなる画素トランジスター30、および後述する画素電極9aが形成されている。画素トランジスター30のソースにはデータ線6aが電気的に接続され、画素トランジスター30のゲートには走査線3aが電気的に接続され、画素トランジスター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。
図2は、本発明を適用した電気光学装置100に用いた液晶パネル100pの説明図であり、図2(a)、(b)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、およびそのH−H′断面図である。図2(a)、(b)に示すように、液晶パネル100pでは、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の外縁に沿うように枠状に設けられている。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。
図3は、本発明の実施の形態1に係る電気光学装置100の画素の説明図であり、図3(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において隣り合う画素の平面図、および図3(a)のF−F′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。なお、図3(a)では、半導体層1aは細くて短い点線で示し、走査線3aは太い実線で示し、データ線6aおよびそれと同時形成された薄膜は一点鎖線で示し、容量線5bは二点鎖線で示し、画素電極9aは太くて長い破線で示し、下電極層4aは細い実線で示してある。
データ線6aおよびドレイン電極6bの上層側には、シリコン酸化膜等からなる第3層間絶縁膜44が形成されている。第3層間絶縁膜44には、ドレイン電極6bへ通じるコンタクトホール7dが形成されている。第3層間絶縁膜44の上層には、アルミニウム膜等の反射性導電膜からなる画素電極9aが形成されており、画素電極9aは、コンタクトホール7dを介してドレイン電極6bに電気的に接続されている。本形態において、第3層間絶縁膜44の表面は平坦面になっている。なお、第3層間絶縁膜44の表面には、図2(b)を参照して説明したダミー画素電極9b(図3には図示せず)が形成されており、かかるダミー画素電極9bは、画素電極9aと同時形成された反射性導電膜からなる。
アルミニウム膜の熱膨張係数=23.1×10-6/℃
チタン窒化膜の熱膨張係数=9.3×10-6/℃
チタン膜の熱膨張係数=11.0×10-6/℃
である。これに対して、平坦化絶縁膜18および絶縁保護膜17に用いられるシリコン酸化膜(ドープトシリコン酸化膜およびノンドープシリコン酸化膜)の熱膨張係数は、以下のレベル
ドープトシリコン酸化膜170=2〜4×10-6/℃
ノンドープシリコン酸化膜の熱膨張係数=0.5×10-6/℃
であり、画素電極9aを構成する材料の熱膨張係数との差が大きい。但し、本形態では、図4を参照して後述する製造方法を採用しているため、画素電極9aと絶縁保護膜17との間や、画素電極9aと平坦化絶縁膜18との間に大きな熱膨張係数の差があっても、画素電極9aの表面には、熱応力に起因するヒロック等の欠陥が発生し難い。
対向基板20では、石英基板やガラス基板等の透光性の基板本体20wの液晶層50側の表面(素子基板10に対向する側の面)に、ITO膜等の透光性導電膜からなる共通電極21が形成されており、かかる共通電極21を覆うように配向膜26が形成されている。配向膜26は、配向膜16と同様、ポリイミド等の樹脂膜、あるいはシリコン酸化膜等の斜方蒸着膜からなる。本形態において、配向膜26は、SiOX(x<2)、SiO2、TiO2、MgO、Al2O3、In2O3、Sb2O3、Ta2O5等の斜方蒸着膜からなる無機配向膜(垂直配向膜)であり、配向膜26と共通電極21との層間にシリコン酸化膜やシリコン窒化膜等の保護膜27が形成されている。保護膜27は、表面が平坦面になっており、かかる平坦面上に配向膜26が形成されている。かかる配向膜16、26は、液晶層50に用いた誘電異方性が負のネマチック液晶化合物を垂直配向させ、液晶パネル100pは、ノーマリブラックのVAモードとして動作する。
図4および図5は、本発明の実施の形態1に係る電気光学装置100の製造方法の要部を示す工程断面図である。本形態の電気光学装置100を製造するにあたって、素子基板10の製造方法では、図4(a)に示すように、画素トランジスター30、保持容量55、データ線6a、第3層間絶縁膜44等を形成した後、第3層間絶縁膜44にコンタクトホール7dを形成する。
以上説明したように、本形態の電気光学装置100においては、画素電極9aを形成するための反射性導電膜9と、絶縁保護膜17を形成するための第1絶縁膜17sをこの順に成膜した後、反射性導電膜9および第1絶縁膜17sを同時にパターニングして反射性の画素電極9aと絶縁保護膜17とを同一工程でパターニングし、しかる後に、絶縁保護膜17の上層側に平坦化絶縁膜18を形成する。すなわち、第1絶縁膜17sを形成する際、画素電極9aは未だ島状にパターニングされていない。従って、絶縁保護膜17に用いられるシリコン酸化膜と、画素電極9aを構成する材料の熱膨張係数との差が大きく、熱応力が発生する場合でも、反射性導電膜9内には一様に熱応力が発生する。よって、熱応力の分布に起因する画素電極表面の変形は発生しない。また、平坦化絶縁膜18(第2絶縁膜18s)を形成する際、画素電極9aは既に島状にパターニングされているが、画素電極9a表面に形成されている絶縁保護膜17がキャップ膜として機能する。このため、平坦化絶縁膜18に用いるシリコン酸化膜と、画素電極9aを構成する材料の熱膨張係数との差が大きく、熱応力が発生しても、キャップ膜としての絶縁保護膜17が画素電極9a表面の変形を抑制する。従って、画素電極9aの表面には、ヒロック等の欠陥が発生し難いので、画素電極9aの表面の平滑度が低下し難い。それ故、表面の反射率が高い画素電極9aを得ることができる。
上記実施の形態1では、絶縁保護膜17および平坦化絶縁膜18として、ノンドープシリコン酸化膜やドープトシリコン酸化膜等のシリコン酸化膜を用いたが、絶縁保護膜17および平坦化絶縁膜18について以下の構成
絶縁保護膜17=ドープトシリコン酸化膜
平坦化絶縁膜18=ノンドープシリコン酸化膜
を採用することが好ましい。ドープトシリコン酸化膜の熱膨張係数(2〜4×10-6/℃)は、ノンドープシリコン酸化膜の熱膨張係数(0.5×10-6/℃)等に比して、画素電極9aを構成するアルミニウム膜の熱膨張係数(23.1×10-6/℃)との差が小さい。このため、加熱した状態で第1絶縁膜17sを成膜しても、ドープトシリコン酸化膜であれば、ノンドープシリコン酸化膜に比して、反射性導電膜9(画素電極9a)に熱応力が発生し難い。但し、ドープトシリコン酸化膜は、水分を吸着しやすいため、ドープトシリコン酸化膜から水分が放出されると、かかる水分が液晶層50に侵入する可能性がある。従って、ドープトシリコン酸化膜からなる絶縁保護膜17の上層にノンドープシリコン酸化膜からなる平坦化絶縁膜18を積層すれば、かかる水分の放出をノンドープシリコン酸化膜(平坦化絶縁膜18)によって防止することができる。
図6は、本発明の実施の形態2に係る電気光学装置100の画素の断面図である。図7は、本発明の実施の形態2に係る電気光学装置100の製造方法の要部を示す工程断面図である。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。
絶縁保護膜17=シリコン酸化膜
平坦化絶縁膜18=ドープトシリコン酸化膜
が採用されている。すなわち、平坦化絶縁膜18は、厚さ方向の全体がドープトシリコン酸化膜からなるため、平坦化絶縁膜18の最表層は、ドープトシリコン酸化膜からなる。かかる平坦化絶縁膜18(ドープトシリコン膜)は、隣り合う画素電極9aの間に形成された凹部9eや、画素電極9aにおいてコンタクトホール7dに起因して形成された凹部9fを埋めている。また、平坦化絶縁膜18は、隣り合う画素電極9aの間(凹部9e)に形成されている部分の表面と、画素電極9aと重なる部分の表面とは連続した平坦面を形成している。
図8は、本発明の実施の形態3に係る電気光学装置100の画素の断面図である。図9は、本発明の実施の形態3に係る電気光学装置100の製造方法の要部を示す工程断面図である。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。
絶縁保護膜17
第1絶縁保護膜171=ノンドープシリコン酸化膜
第2絶縁保護膜172=窒素を含有するシリコン化合物、または金属酸化膜
平坦化絶縁膜18=ノンドープシリコン酸化膜
熱膨張係数
第1絶縁保護膜171<第2絶縁保護膜172>平坦化絶縁膜18
屈折率
第1絶縁保護膜171<第2絶縁保護膜172>平坦化絶縁膜18
が採用されており、絶縁保護膜17において画素電極9aと接する最下層(第1絶縁保護膜171)は、シリコン酸化膜(ノンドープシリコン酸化膜)からなる。かかるノンドープシリコン酸化膜は、熱膨張係数が0.5×10-6/℃であり、屈折率は1.45である。第2絶縁保護膜172は、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜、シリコン窒酸化膜等、窒素を含有するシリコン化合物、またはチタン酸化膜、マグネシウム酸化膜、ニオブ酸化膜等の金属酸化膜からなる。かかる材料のうち、例えば、シリコン窒化膜は、熱膨張係数が3.0×10-6/℃であり、屈折率は2.05である。チタン酸化膜は、熱膨張係数が9.0×10-6/℃であり、屈折率は2.10である。
画素電極9a>第1絶縁保護膜171<第2絶縁保護膜172
になっており、第1絶縁保護膜171を上下から熱膨張係数が大きな層(画素電極9a(反射性導電膜9)および第2絶縁保護膜172)の間に挟んだ構造となる。従って、画素電極9aと第1絶縁保護膜171との熱膨張係数の差に起因する熱応力と、第1絶縁保護膜171と第2絶縁保護膜172との熱膨張係数の差に起因する熱応力とが打ち消される。このため、画素電極9aに応力が加わりにくい。
第1絶縁保護膜171<第2絶縁保護膜172>平坦化絶縁膜18
になっている。このため、絶縁保護膜17(第1絶縁保護膜171および第2絶縁保護膜172)を、増反射膜として機能させることができる。従って、画素電極9aでの反射率を高めることができる。絶縁保護膜17による増反射効果を効率的に得る為に、平坦化絶縁膜18の屈折率と、その上に形成される配向膜及び液晶層の屈折率は近いことが好ましい。
図10は、本発明の実施の形態4に係る電気光学装置100の画素の断面図である。図11は、本発明の実施の形態4に係る電気光学装置100の製造方法の要部を示す工程断面図である。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。
絶縁保護膜17=ノンドープシリコン酸化膜
平坦化絶縁膜18
第1平坦化絶縁膜181=窒素を含有するシリコン化合物、または金属酸化膜
第2平坦化絶縁膜182=ノンドープシリコン酸化膜
熱膨張係数
絶縁保護膜17<第1平坦化絶縁膜181>第2平坦化絶縁膜182
屈折率
絶縁保護膜17<第1平坦化絶縁膜181>第2平坦化絶縁膜182
が採用されている。すなわち、絶縁保護膜17および第2平坦化絶縁膜182は、ノンドープシリコン酸化膜からなり、かかるノンドープシリコン酸化膜は、熱膨張係数が0.5×10-6/℃であり、屈折率は1.45である。第1平坦化絶縁膜181は、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜、シリコン窒酸化膜等、窒素を含有するシリコン化合物、またはチタン酸化膜、マグネシウム酸化膜、ニオブ酸化膜等の金属酸化膜からなる。かかる材料のうち、例えば、シリコン窒化膜は、熱膨張係数が3.0×10-6/℃であり、屈折率は2.05である。チタン酸化膜は、熱膨張係数が9.0×10-6/℃であり、屈折率は2.10である。
画素電極9a>絶縁保護膜17<第1平坦化絶縁膜181>第2平坦化絶縁膜182
になっている。従って、各界面における熱膨張係数の差に起因する熱応力が打ち消される。このため、画素電極9aに応力が加わりにくい。
絶縁保護膜17<第1平坦化絶縁膜181>第2平坦化絶縁膜182
になっている。このため、絶縁保護膜17と第1平坦化絶縁膜181を、増反射膜として機能させることができる。従って、画素電極9aでの反射率を高めることができる。絶縁保護膜17と第1平坦化絶縁膜181による増反射効果を効率的に得る為に、第2平坦化絶縁膜182の屈折率と、その上に形成される配向膜及び液晶層の屈折率は近いことが好ましい。
上記実施の形態4では、第1平坦化絶縁膜181の表面については研磨せずに、第2平坦化絶縁膜182の表面のみを研磨したが、第1平坦化絶縁膜181の表面、および第2平坦化絶縁膜182の表面の双方を研磨してもよい。
上記実施の形態では、電気光学装置100の素子基板10として、反射型の液晶装置の素子基板10に本発明を適用したが、有機エレクトロルミネッセンス表示装置やプラズマ表示装置等、他の電気光学装置の素子基板に本発明を適用してもよい。
上述した実施形態に係る電気光学装置100を適用した電子機器について説明する。図12は、本発明を適用した電気光学装置100(反射型液晶装置)を用いた投射型表示装置の概略構成図である。
なお、投射型表示装置については、光源部として、各色の光を出射するLED光源等を用い、かかるLED光源から出射された色光を各々、別の液晶装置に供給するように構成してもよい。
本発明を適用した電気光学装置100については、上記の電子機器の他にも、携帯電話機、情報携帯端末(PDA:Personal Digital Assistants)、デジタルカメラ、液晶テレビ、カーナビゲーション装置、テレビ電話、POS端末、タッチパネルを備えた機器等の電子機器において直視型表示装置として用いてもよい。
Claims (14)
- 素子基板用の基板本体の一方面側に設けられた画素トランジスターと、
前記基板本体の前記一方面側に前記画素トランジスターに対応して設けられた反射性の画素電極と、
該画素電極と同一パターン形状をもって当該画素電極に対して前記基板本体が位置する側とは反対側に積層された透光性の絶縁保護膜と、
該絶縁保護膜に対して前記基板本体が位置する側とは反対側に設けられ、前記画素電極に重なる部分の表面と、隣り合う前記画素電極の間に形成されている部分の表面とが連続した平坦面を形成している透光性の平坦化絶縁膜と、
を有していることを特徴とする電気光学装置。 - 前記絶縁保護膜は、少なくとも前記画素電極に接する層が、シリコン酸化膜からなることを特徴とする請求項1に記載の電気光学装置。
- 前記絶縁保護膜は、少なくとも表層がリンおよびボロンのうちの少なくとも一方がドープされたドープトシリコン酸化膜からなり、
前記平坦化絶縁膜は、リンおよびボロンのいずれもがドープされていないノンドープシリコン酸化膜からなることを特徴とする請求項2に記載の電気光学装置。 - 前記平坦化絶縁膜は、少なくとも表層がリンおよびボロンのうちの少なくとも一方がドープされたドープトシリコン酸化膜からなり、
前記平坦化絶縁膜に対して前記基板本体が位置する側とは反対側には、リンおよびボロンのいずれもがドープされていないノンドープシリコン酸化膜が積層されていることを特徴とする請求項1または2に記載の電気光学装置。 - 前記絶縁保護膜は、前記画素電極に対して前記基板本体が位置する側とは反対側に積層された第1絶縁保護膜と、該第1絶縁保護膜より大きな熱膨張係数をもって当該第1絶縁保護膜に対して前記基板本体が位置する側とは反対側に積層された第2絶縁保護膜と、を備えていることを特徴とする請求項1または2に記載の電気光学装置。
- 前記第1絶縁保護膜は、前記第2絶縁保護膜に比して屈折率が小さいことを特徴とする請求項5に記載の電気光学装置。
- 前記第1絶縁保護膜は、リンおよびボロンのいずれもがドープされていないノンドープシリコン酸化膜からなり、
前記第2絶縁保護膜は、窒素を含有するシリコン化合物、または金属酸化膜であることを特徴とする請求項5に記載の電気光学装置。 - 前記平坦化絶縁膜は、前記絶縁保護膜よりも大きな熱膨張係数をもって当該絶縁保護膜に対して前記基板本体が位置する側とは反対側に積層された第1平坦化絶縁膜と、該第1平坦化絶縁膜より小さな熱膨張係数をもって当該第1平坦化絶縁膜に対して前記基板本体が位置する側とは反対側に積層された第2平坦化絶縁膜と、を備えていることを特徴とする請求項1に記載の電気光学装置。
- 前記絶縁保護膜は、前記第1平坦化絶縁膜に比して屈折率が小さいことを特徴とする請求項8に記載の電気光学装置。
- 前記絶縁保護膜は、リンおよびボロンのいずれもがドープされていないノンドープシリコン酸化膜からなり、
前記第1平坦化絶縁膜は、窒素を含有するシリコン化合物、または金属酸化膜であることを特徴とする請求項9に記載の電気光学装置。 - 前記基板本体の前記一方面側に対向配置された対向基板と、
前記基板本体と前記対向基板との間に保持された液晶層と、
を有し、
前記基板本体の最表面には配向膜が設けられていることを特徴とする請求項1乃至10の何れか一項に記載の電気光学装置。 - 前記配向膜は無機配向膜であることを特徴とする請求項11に記載の電気光学装置。
- 請求項1乃至12の何れか一項に記載の電気光学装置を備えた投射型表示装置であって、
前記電気光学装置に供給される光を出射する光源部と、
前記電気光学装置によって変調された光を投射する投射光学系と、
を有していることを特徴とする投射型表示装置。 - 素子基板用の基板本体の一方面側に画素トランジスターおよび層間絶縁膜を形成した後、
当該層間絶縁膜に対して前記基板本体が位置する側とは反対側に反射性導電膜を形成する反射性導電膜形成工程と、
前記反射性導電膜に対して前記基板本体が位置する側とは反対側に透光性の第1絶縁膜を形成する第1絶縁膜形成工程と、
前記第1絶縁膜および前記反射性導電膜を同一工程でパターニングして前記画素トランジスターに対応する反射性の画素電極、および該画素電極と同一パターン形状をもって当該画素電極に積層された透光性の絶縁保護膜を同一工程で形成するパターニング工程と、
前記絶縁保護膜に対して前記基板本体が位置する側とは反対側に透光性の第2絶縁膜を形成する第2絶縁膜形成工程と、
当該第2絶縁膜の表面を平坦化して平坦化絶縁膜とする平坦化工程と、
を有していることを特徴とする電気光学装置の製造方法。
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