JP2014056244A - 電気光学装置及び電子機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の液晶装置は、スイッチング素子基板10および対向基板間に液晶層を挟持してなり、スイッチング素子基板TFTの液晶層側に画素電極35と、画素電極35と接続されたスイッチング素子41とを有しており、スイッチング素子41が、固定電極22と可動電極22との間に静電気力を作用させて可動電極22を基板の厚さ方向に揺動させ、可動電極22と画素電極35との接続状態をスイッチングする素子となっている。
【選択図】図4
Description
本発明によれば、スイッチング素子が基板上に形成された素子収容室の内部に配置されていることから、スイッチング動作に支障を来たす要因がなくなって、良好な接続を行える。
本発明によれば、素子収容室を定電位にすることで画素電極とスイッチング素子との間が電気的にシールドされる。これにより、素子収容室内のスイッチング動作における外場の影響を遮断することができるので、良好な接続を行える。
本発明によれば、スイッチング素子の可動に十分な空間を確保することができる。
本発明によれば、素子収容室の側壁部を配線層形成工程と同時に形成することが可能なため製造効率が良い。
本発明によれば、配線材料からなる天井部と側壁部とにより素子収容室が構成されることとなり、スイッチング素子の動作により発生する電界を遮断し、液晶や画素電極の画素電極の電位に漏れ電界が影響するのを防止することができる。
本発明によれば、素子収容室をエッチングにて形成する際、天井部に設けられた貫通孔を通じてエッチング液等を下層側へ供給することができる。
本発明によれば、天井部上に被覆層を形成することによって、天井部に形成された貫通孔を閉塞することができ、これによって、素子収容室を密閉空間とすることが可能となる。これにより、素子収容室内を真空状態としたり、不活性ガスや液体等を封入させることが可能となる。これによって、スイッチング素子のスイッチング動作に支障を来たす要因を排除することが可能となり、良好なスイッチング動作が行える。また、スイッチング素子の酸化を防止して劣化等を抑えることも可能である。
本発明によれば、各電極の電位を比較的低く抑えつつ、確実にスイッチング素子を動作させることができる。
本発明によれば、MEMSスイッチを用いた光リークのない高表示品質の液晶装置が得られる。
図1(a),(b)に示すように、液晶装置100(電気光学装置)は、スイッチング素子基板10と、対向基板20とが、平面視略矩形枠状のシール材52を介して貼り合わされ、このシール材52によって区画された領域内に液晶層が封入された構成を備える。シール材52の内側の領域には、遮光性材料からなる周辺見切部53が矩形枠状に形成されている。シール材52の外側の周辺回路領域には、データ線駆動回路101および外部回路実装端子202がスイッチング素子基板10の一辺に沿って配設されており、この一辺に隣接する2辺に沿って走査線駆動回路104,104が設けられている。スイッチング素子基板10の残る一辺には、表示領域10aの両側に設けられた走査線駆動回路104,104間を接続する複数の配線105が形成されている。また、対向基板20の角部には、スイッチング素子基板10と対向基板20との間で電気的導通をとるための基板間導通材106が配設されている。
液晶装置100は、複数の画素40がマトリクス状に配列された表示部5を備えている。表示部5の周辺には、走査線駆動回路104、データ線駆動回路101が配置されている。また表示部5には、走査線駆動回路104から延びる複数の走査線36と、データ線駆動回路101から延びる複数のデータ線38とが形成されており、これらの交差位置に対応して画素40が設けられている。そして、各画素に各画素電極へ所定の画像信号を供給するためのスイッチング素子41が形成されている。スイッチング素子41は、MEMS技術を利用したマイクロ接点開閉器、いわゆるMEMSスイッチであってドレイン電極18(図3参照)と画素電極35との接続状態をスイッチングする。
データ線駆動回路101は、n本のデータ線38(S1、S2、…、Sn)を介して各々の画素40に接続されており、画素40の各々に対して画素データを規定する画像信号を供給する。
本実施形態のスイッチング素子基板10は、基板本体10A、スイッチング素子41、画素電極35等を主体として構成されている。基板本体10A上には層間絶縁膜を介して、複数の配線層が形成されており、これら複数の配線層の配線材料を積層して構成される素子収容室7内にスイッチング素子41が収容されている。
スイッチング素子基板10を構成する基板本体10Aは石英等の透光性材料からなり、その表面には不図示の下地膜を介して、データ線38及び接続配線17aを含む導電パターン37が形成されている。導電パターン37を含む基板上の領域に、例えばシリコン窒化膜からなる第1層間絶縁膜12が形成されている。さらに、この第1層間絶縁膜12の表面には、ソース電極19、ゲート電極17、ドレイン電極18、および走査線36が形成されている。
液晶装置100の表示部5に画像を表示させるには、走査線駆動回路104から走査線36を介して画素40に選択信号を供給するとともに、データ線駆動回路101からデータ線38を介して画像信号を供給する。
そして、所定の画像に対応した画像信号を各々の画素40に入力することで、各々の画素40に属する画素電極35と共通電極23との電位差により液晶層50の配向状態を制御し、表示部5に所定の画像を表示させることができる。
以下、上記構成の液晶装置の製造方法について説明する。
なお、液晶装置の基本的な製造工程は周知の方法と同様であるため、ここでは、本発明の特徴であるスイッチング素子41の製造工程について詳細に説明し、周知の製造方法を適用できる工程については適宜説明を省略する。
図5は、スイッチング素子基板10の製造方法のフローチャート図である。図6〜図8は、図5に示す各工程における概略断面図である。
なお、第1層間絶縁膜12の形成材料は特に限定されないが、本実施形態では第1層間絶縁膜12は素子収容室7の底壁部12aを構成するので、犠牲膜となる第2層間絶縁膜24及び第3層間絶縁膜25との選択比を十分大きくとれる材料が選択される。
その後、図6(a)に示すように、フォトリソグラフィー工程及びエッチング工程により、素子形成領域に対応する第1層間絶縁膜12に開口部12A〜12Cを形成する。
その後、導電膜70aをフォトリソグラフィー工程及びエッチング工程により所定の平面形状にパターニングすることで、図6(c)に示すように、ソース電極19、ゲート電極17、ドレイン電極18及び側壁部71、及び導電部34aをパターン形成する。このとき、図3に示した走査線36も同時に形成される。
その後、導電膜70bをフォトリソグラフィー工程及びエッチング工程により所定の平面形状にパターニングすることで、図7(b)に示すように、可動電極22及び側壁部72、及び導電部34bをパターン形成する。
その後、フォトリソグラフィー工程及びドライエッチング工程により導電膜70cをパターニングすることで、図8(a)に示すような複数の貫通孔28aを有する第1被覆層28と、導電部34cとを形成する。第1被覆層28は、開口部25Aを介して側壁部72の上面に接続されている。導電部34cは、開口部25Bを介して導電部34bの上面に接続されている。第1被覆層28の貫通孔28aは、第1被覆層28を貫通して第3層間絶縁膜25に達している。
以上の工程により、基板本体10A上に、素子収容室7と、素子収容室7内に収容されたスイッチング素子41とが形成される。
この工程において、真空雰囲気下において第2被覆層29を形成することにより、素子収容室7内を真空状態の閉空間とすることができる。
次に、画素電極形成工程S12では、フォトリソグラフィー工程及びエッチング工程により第4層間絶縁膜26を貫通して導電部34aの上面に達する開口部26Aを形成する。その後、基板本体10Aの全面に、例えばITO(Indium Tin Oxide)等からなる透明導電膜を成膜した後、かかる透明導電膜をフォトリソグラフィー工程及びエッチング工程によりパターニングすることで、画素電極35を形成する。そして、画素電極35を覆うようにして基板本体10Aの最表層に配向膜(図示略)を形成する。
以上の工程により、本実施形態のスイッチング素子基板10を製造することができる。
また、第2層間絶縁膜24及び第3層間絶縁膜25を除去するに際して、シリコン窒化膜からなる第1層間絶縁膜12や保護膜27をエッチングストッパーとして利用するので、犠牲膜除去工程において基板本体10Aや第3層間絶縁膜25を保護することができる。
次に、本実施形態の液晶装置の駆動方法について、図9及び図10を参照しつつ説明する。
図9は、本実施形態の液晶装置の駆動方法における1画素内の各電極の電位状態を示す図である。また図10は、従来と同様の駆動方法により液晶装置を駆動する場合の各電極の電位状態を、比較のために示す図である。
より詳しくは、図10に示す電位波形は、画素スイッチング素子としてTFT(薄膜トランジスタ)を用いた液晶装置に用いられている駆動波形を、MEMSスイッチを用いた本実施形態の液晶装置に適用した波形であり、各電極に入力される電位の値をMEMSスイッチの閾値電圧Vthに合わせて調整したものである。
第1期間ST1の開始直後に、ソース電極19の電位Dataがハイレベル電位(5V)とされ、共通電極23の電位Comがローレベル電位(0V)とされる。また、ゲート電極17の電位Gateは、ローレベル電位(2.5V)を保持している。このとき、ゲート電極17とソース電極19との電位差は2.5Vであり、スイッチング素子41の閾値電圧(8V±1V)より小さいから、スイッチング素子41がオン状態となることはなく、画素電極35の電位Pixはローレベル電位(−1V)に保持される。
図10に示す駆動方法では、ゲート電極17の電位Gateのローレベル電位は0V、ハイレベル電位は15.5Vである。ソース電極19(可動電極22)のローレベル電位は2V、ハイレベル電位は12Vである。共通電極23は、7Vの一定電位である。
上記実施形態の液晶装置100をライトバルブ(光変調手段)として用いたプロジェクター(電子機器)について説明する。
図11は、プロジェクターの一構成例を示す平面配置図である。図11に示すように、プロジェクター1100の内部には、ハロゲンランプ等の白色光源からなるランプユニット1102が設けられている。このランプユニット1102から射出された投射光は、ライトガイド1104内に配置された4枚のミラー1106、及び2枚のダイクロイックミラー1108によって赤(R)、緑(G)、青(B)の3つの色光に分離され、各色光に対応するライトバルブとしての液晶パネル1110R、1110B、1110Gに入射される。
本実施形態によれば、高い画素開口率を有する上記実施形態の液晶装置をライトバルブとして備えたことにより、明るい表示が可能なプロジェクターを実現することができる。
例えば、透過型液晶装置の場合は、被覆層を透明材料で形成することにより開口率が向上する。また、スイッチング素子基板を構成する各部の形状、寸法、構成材料等については適宜変更が可能である。また、本発明のスイッチング素子基板は、液晶装置に限らず、有機EL装置等の他の電気光学装置にも適用が可能である。
Claims (12)
- 一対の基板間に電気光学物質を挟持してなり、一方の前記基板の前記電気光学物質側に、画素電極と、前記画素電極と接続されたスイッチング素子とを有する電気光学装置であって、
前記スイッチング素子が、固定電極と可動電極との間に静電気力を作用させて前記可動電極を前記基板の厚さ方向に揺動させ、前記可動電極と前記画素電極との接続状態をスイッチングする素子であることを特徴とする電気光学装置。 - 前記スイッチング素子が、前記基板上に形成された素子収容室の内部に配置され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。
- 前記収容室が、前記基板上に形成された定電位配線に接続されていることを特徴とする請求項2に記載の電気光学装置。
- 前記基板上に、層間絶縁膜を介して積層された複数の配線層が形成されており、
前記素子収容室が、複数の前記配線層の配線材料を積層してなる構造を有することを特徴とする請求項2又は3に記載の電気光学装置。 - 前記素子収容室の側壁部が、前記スイッチング素子の前記固定電極と同一の前記配線層に形成された第1の側壁部と、前記可動電極と同一の前記配線層に形成された第2の側壁部とを有することを特徴とする請求項4に記載の電気光学装置。
- 前記素子収容室の天井部が、前記側壁部を構成する前記配線層よりも上層の前記配線層の配線材料からなり、前記天井部と前記側壁部とが接続されていることを特徴とする請求項5に記載の電気光学装置。
- 前記天井部を厚さ方向に貫通する貫通孔を有することを特徴とする請求項6に記載の電気光学装置。
- 前記天井部上に、さらに上層の前記配線層の配線材料からなる被覆層が形成されていることを特徴とする請求項6又は7に記載の電気光学装置。
- 層間絶縁膜を介して積層された複数の配線層を有する基板と、
複数の前記配線層のうち少なくとも一つの前記配線層に形成された固定電極及び端子電極と、
前記固定電極が形成された前記配線層よりも上層の前記配線層に形成された可動電極と、
複数の前記配線層の配線材料を積層してなる構造を有し、前記固定電極及び前記可動電極並びに前記端子電極を内部に収容する素子収容室と、
を有することを特徴とするスイッチ。 - 層間絶縁膜を介して積層された複数の配線層を有する基板と、複数の前記配線層のうち少なくとも一つの前記配線層に形成された固定電極及び端子電極と、前記固定電極が形成された前記配線層よりも上層の前記配線層上に形成された可動電極と、複数の前記配線層の配線材料を積層してなる構造を有し、前記固定電極及び前記可動電極並びに前記端子電極を内部に収容する素子収容室と、を有するスイッチの製造方法であって、
前記基板上に第1の薄膜を形成する工程と、
前記第1の薄膜をパターニングすることで、前記固定電極及び前記端子電極と、前記素子収容室の第1の側壁部と、を形成する工程と、
前記第1の側壁部の内側に第1の犠牲膜を形成する工程と、
前記第1の薄膜及び前記第1の犠牲膜上に第2の薄膜を形成する工程と、
前記第2の薄膜をパターニングすることで、前記可動電極と、前記第1の側壁部上に積層された第2の側壁部とを形成する工程と、
前記第2の側壁部の内部に第2の犠牲膜を形成する工程と、
前記第2の薄膜及び前記第2の犠牲膜上に第3の薄膜を形成する工程と、
前記第3の薄膜をパターニングすることで、前記素子収容室の天井部と、前記天井部を貫通して前記犠牲膜に達する貫通孔とを形成する工程と、
前記貫通孔を介してエッチャントを供給することで前記第1及び第2の犠牲膜を除去する工程と、
を有することを特徴とするスイッチの製造方法。 - 請求項1から8のいずれか1項に記載の電気光学装置の駆動方法であって、
前記固定電極に入力する電位のローレベルを、前記可動電極に入力するハイレベル電位とローレベル電位の中間値にほぼ等しくすることを特徴とする電気光学装置の駆動方法。 - 請求項1から8のいずれか1項に記載の電気光学装置を備えたことを特徴とする電子機器。
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