JP2014178557A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】反射層では高い反射率を維持しつつ、光を通過させる開口部では光の透過率を向上させることが可能な表示装置を提供することを目的とする。
【解決手段】光源の光を有効利用するために素子基板に設けられた反射層を、金属膜と増反射膜で構成する。光源の光を通す開口部においては、金属膜を除去しつつ増反射膜の一部である窒化シリコン膜を残存させる。このとき増反射膜における窒化シリコン膜の膜厚は入射光波長の１／４倍とする一方、開口部における窒化シリコン膜の膜厚は入射光波長の１／２倍となるようにする。かかる構成を実現するために、増反射膜の一部である窒化シリコン膜と、層間絶縁膜の上層に設けるパッシベーション膜が開口部において積層されるようにする。
【選択図】図１

Description

本発明の一形態は、透過型の表示装置において、光源から放射される光の有効利用を図る技術に関する。

表示パネルの背面側に光源（バックライト）を配置させ、各画素において光源から放射される光を透過または遮断させることによって画像を表示する透過型の表示装置が知られている。例えば、液晶表示装置では、光源（バックライト）の光を液晶の電気光学効果によって透過光量を制御している。また、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を応用したメカニカルシャッタ（以下、単に「シャッタ」ともいう。）を各画素に設け、該シャッタの機械的な開閉動作によって各画素の明暗を制御して画像を表示する表示装置が開発されている（特許文献１参照）。

特許文献１に開示された表示装置は、各画素に形成されたシャッタとそれを駆動する画素回路が設けられた素子基板と、各画素の位置に合わせて開口部が形成された反射板と、光源を有している。反射板は反射板としての機能を有しており、素子基板と光源の間に配置されている。そして光源と素子基板の間に配置される反射板の反射面において、光源の光を多重反射させて光の有効利用を図る工夫がなされている。

特表２００８−５３３５１０号公報

図１０は、素子基板１０における概略一画素の断面構造を示す。素子基板１０はガラス基板１４上にスイッチング素子１６が設けられている。スイッチング素子１６は層間絶縁膜１８に埋設されている。光源１２はガラス基板１４を挟んでスイッチング素子１６とは反対側の面に設けられている。光源１２から放射される光の有効利用を図るために、素子基板１０に反射層２０を設ける場合がある。反射層２０は、反射率の高い金属膜２２に加え、反射率をさらに高めるために光の干渉を利用した増反射膜２４を設けることが有効である。

増反射膜２４は、屈折率の異なる複数の薄膜を積層して構成される。例えば、増反射膜として可視光の波長帯域における屈折率が異なる酸化シリコン膜２４ａと窒化シリコン膜２４ｂを積層した構造が適用される。

反射層２０の上にはスイッチング素子１６が設けられる。スイッチング素子１６とは、例えばトランジスタであり、より具体的には薄膜トランジスタが適用される。各画素に設けられるスイッチング素子１６は、走査信号線（ゲート信号線）の信号によって選択され、データ信号線からビデオ信号が与えられ、複数の画素が一体となって画像を表示する。

スイッチング素子１６はビデオ信号が与えられると、その信号に基づいて素子基板１０に設けられた開口部２６を通過する光を通過させるか、あるいは遮断するシャッタ機能を有する表示素子の動作を制御する。シャッタ機能を有する表示素子としては液晶素子が知られており、その電気光学効果によって光の透過光量を制御している。また、その他のシャッタ機能を有する表示素子として、特許文献１に記載されているようにＭＥＭＳシャッタのように機械的動作によって光の通過または遮断をするものが知られている。

いずれにしても、素子基板１０に反射層２０が設けられていると、光源１２から照射される光のうち、開口部２６以外の領域に照射される光（図１０中で示す（１）の経路）は、反射層２０で反射されリサイクルされることになる。

しかしながら、図１０に示す構造では、光源１２から放射された光のうち、開口部２６の側面からスイッチング素子１６に入射する光（図１０中で示す（３）の経路）により、スイッチング素子１６の動作特性が変動してしまい、表示パネルとしてもコントラストを低下させてしまう問題がある。このような不具合は、開口部２６の側面から外光（図１０中で示す（４）の経路）が入射する場合も同様である。

一方、増反射膜２４において窒化シリコン膜２４ａの膜厚は反射率を向上させるために最適化されている。したがって、開口部２６においては入射する光（図１０中で示す（２）の経路）が窒化シリコン膜２４ａによる反射の影響で、透過率が低下してしまうといった問題が生じる。

このような問題に鑑み、本発明の一実施形態は、反射層では高い反射率を維持しつつ、光を通過させる開口部では光の透過率を向上させることが可能な表示装置を提供することを目的とする。

本発明の一実施形態によれば、光透過性基板と、前記光透過性基板上に設けられ、金属膜と、前記光透過性基板と前記金属膜との間に設けられた第１の絶縁膜と第２の絶縁膜とが積層された増反射膜とを有する反射層と、前記反射層側に設けられる光源と、前記光源から放射させる光を通過させる領域において、前記第２の絶縁膜、前記金属膜および前記層間絶縁層を貫通する開口部と、前記開口部の底部に設けられ、前記光源から照射される光の波長のｎ／２倍（ｎ＝１以上の整数）の膜厚を有する第３の絶縁膜と、反射層上に設けられたスイッチング素子と、スイッチング素子を埋設する層間絶縁層と、層間絶縁層上に設けられたパッシベーション膜とを備えている表示装置が提供される。

この表示装置によれば、反射層によって光源から照射される光をリサイクルしつつ、開口部においては光源の光の反射損失を低減することができる。

別の好ましい態様において、層間絶縁層と前記パッシベーション膜との間に平坦化絶縁膜を有し、前記平坦化絶縁が開口部の側壁部をも被覆するようにしても良い。このとき、平坦化絶縁膜が有色であることが好ましい。

光源の光を通過させる開口部を有する表示装置において、この開口部の側壁部に有色の絶縁膜を設けることで、光源からの迷光や外光が素子基板の内部に入射することを防ぐことができる。

別の好ましい態様において、第３の絶縁膜は、第１の絶縁膜と前記パッシベーション膜とが積層されて構成される。第１の絶縁膜とパッシベーション膜は窒化シリコン膜であり、第２の絶縁膜は酸化シリコン膜であることが好ましい。

素子基板の開口部の底部に第１の絶縁膜である窒化シリコン膜を残存させつつ、素子基板に設けられるパッシベーション膜をこの開口部の底部にまで延在させることで、増反射膜における窒化シリコン膜とは異なる膜厚の窒化シリコン膜を開口部に設けることができる。

本発明の一形態によれば、光源から照射される光を通過させるために設けられた素子基板の開口部において透過率が向上するので、光の有効利用を図ることができる。それにより、光源の輝度を必要以上に高くする必要がなく、消費電力を低減することができる。また、反射層においては増反射膜を用いた構成を適用することで、反射層における反射率向上と開口部における透過率向上を両立させることができる。

本発明の一実施形態に係る素子基板の画素領域の構成を説明する断面図である。 本発明の一実施形態に係る素子基板の画素領域の構成を説明する断面図である。 本発明の一実施形態に係る素子基板の画素領域の構成を説明する断面図である。 本発明の一実施形態に係る素子基板の画素領域の構成を説明する断面図である。 本発明の一実施形態に係る表示装置の画素領域の構成を説明する断面図である。 本発明の一侍実施形態に係る表示装置の構成を説明する平面図および断面図である。 本発明の一侍実施形態に係る表示装置の構成を説明するブロック図である。 本発明の一侍実施形態に係る表示装置に用いるシャッタ機構の構成を説明する斜視図である。 本発明の一実施形態に係る表示装置の画素領域の構成を説明する断面図である。 表示装置の画素領域の構成を説明する断面図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面等を参照しながら説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、以下に例示する実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。

［第１の実施の形態］
図１に本発明の一実施形態に係る表示装置における素子基板１０２ａの断面図を示す。図１は、本実施の形態に係る表示装置における画素の一態様を断面図として示す。素子基板１０２ａにおいて、光透過性基板１０４として例えばガラス基板が用いられる。光透過性基板１０４には反射層１０８が設けられている。

反射層１０８は、反射率の高い金属膜１１０と増反射膜１１２によって構成されている。金属膜１１０は、例えばアルミニウムや銀などの反射率の高い金属被膜で形成される。増反射膜１１２は、高屈折率を有する第１の絶縁膜１１２ａと低屈折率を有する第２の絶縁膜１１２ｂとの積層体によって構成される。例えば、第１の絶縁膜１１２ａとしては可視光の波長帯域における屈折率が１．８５〜１．９５程度である窒化シリコン膜が好ましく、第２の絶縁膜１１２ｂとしては同帯域の屈折率が１．４５〜１．４８程度である酸化シリコン膜を用いることが好ましい。増反射膜１１２における第１の絶縁膜１１２ａと第２の絶縁膜１１２ｂの光学的膜厚は、各層の界面で反射した光が強め合うような厚さであることが好ましく、例えば入射光の波長の１／４倍の厚さとすることが好ましいものとなる。

屈折率の高い誘電体膜と低い誘電体膜を上記のような厚さで交互に積層することにより、各層の境界面からの反射波面が相加的に重なって、反射率を高めることができる。例えば、金属膜１１０として用いられるアルミニウムなどの単体金属膜の反射率は９０％未満であるが、上記のような増反射膜１１２を組み合わせることにより９０％以上の反射率を得ることができる。

素子基板１０２ａは、反射層１０８上にスイッチング素子１１４が設けられる。スイッチング素子１１４の一例はトランジスタである。トランジスタは、半導体層１１３と、この半導体層１１３から絶縁された下ゲート電極１１５を含んで構成されている。スイッチング素子１１４は、反射層１０８と重なるように設けることで、光源１０６の光が直接照射されないように配置されている。半導体層１１３に光源１０６の光が入射すると、光電効果により光キャリアが生成し、トランジスタの動作特性を変動させてしまうためである。

スイッチング素子１１４は層間絶縁層１１６に埋設されている。層間絶縁層１１６は、半導体層１１３の下層側にある第１の絶縁層、ゲート絶縁層およびゲート電極の上層側に設けられる第２の絶縁層を含んで構成されていても良い。層間絶縁層１１６によってスイッチング素子１１４は反射層１０８から離間して設けられており、両者は電気的に絶縁分離されている。

層間絶縁層１１６にはコンタクトホールが形成され、半導体層１１３と接触するソース・ドレイン電極１１８が設けられている。そして、ソース・ドレイン電極１１８上には層間絶縁層１１６を被覆するようにパッシベーション膜１２０が設けられている。

このような素子基板１０２ａにおいて、光源１０６の光を通過させる位置には、層間絶縁層１１６、金属膜１１０、増反射膜１１２のうち第２の絶縁膜１１２ｂを貫通する開口部１２２が設けられている。この開口部１２２の底部（光透過性基板１０４の表面側）においては、増反射膜１１２における第１の絶縁膜１１２ａがそのまま延在するように設けられている。開口部１２２において、増反射膜１１２の構成、すなわち第１の絶縁膜１１２ａと第２の絶縁膜１１２ｂでなる誘電体多層膜の構成が残存すると、反射率が高くなってしまうので、少なくとも上層にある第２の絶縁膜１１２ｂは開口部１２２を形成する段階で除去してしまうことが好ましい。

第１の絶縁膜１１２ａとして用いられる窒化シリコン膜は、光透過性基板１０４として用いたガラス基板に含まれるナトリウムなどのアルカリ金属が拡散して素子基板１０２ａが汚染されないようにするために、開口部１２２が形成される領域においても残存させておくことが好ましい。しかし、反射率を高めるために膜厚が調整された窒化シリコン膜が開口部１２２にあると、光源１０６の透過光量が下がってしまうこととなる。

そこで、開口部１２２の底部においては、増反射膜１１２の第１の絶縁膜１１２ａとして用いられる窒化シリコン膜と膜厚の異なる第３の絶縁膜１２４を設け、この領域での光の透過率が下がらないようにする。第３の絶縁膜１２４は、第１の絶縁膜１１２ａよりも厚くなるようにし、好ましくは入射光波長のｎ／２倍（ｎ＝１以上の整数）若しくはそれ以上の膜厚で形成する。具体的には、増反射膜１１２における第１の絶縁膜１１２ａとして用いた窒化シリコン膜の膜厚を４０ｎｍ〜６０ｎｍとするとき、開口部１２２における第３の絶縁膜１２４の膜厚は１２０ｎｍ〜１６０ｎｍとすることが好ましい。

第３の絶縁膜１２４は、第１の絶縁膜１１２ａに重ねてさらに同質の絶縁膜を堆積させて上記で示すような膜厚とすれば良い。好適には、層間絶縁層１１６、金属膜１１０、増反射膜１１２のうち第２の絶縁膜１１２ｂを貫通する開口部１２２を形成した後、パッシベーション膜１２０として窒化シリコン膜を形成することで、第３の絶縁膜１２４を所定の膜厚としても良い。パッシベーション膜１２０として窒化シリコン膜をプラズマＣＶＤ法によって形成すれば、層間絶縁層１１６の上面のみならず開口部１２２の底面および側壁にも窒化シリコン膜を所定の厚さで堆積させることができる。この場合、堆積された窒化シリコン膜は、層間絶縁層１１６の上面および開口部１２２の側壁部においてはパッシベーション膜としての機能を発現し、開口部１２２の底部においては反射率を低減すべく光学距離調整膜としての機能を果たすことができる。

第３の絶縁膜１２４は、第１の絶縁膜１１２ａとパッシベーション膜１２０を積層して、低反射膜が形成されるようにすると製造プロセス的にも工程が簡略化されるといった利点がある。第１の絶縁膜１１２ａが窒化シリコン膜であれば、パッシベーション膜１２０も窒化シリコン膜で形成するようにすればよい。しかしながら、開口部１２２において光源１０６から放射される光を効率よく取り出すためには、開口部１２２の底部において光透過性基板１０４の表面に低反射条件となる膜厚で第３の絶縁膜１２４を別途形成しても良い。この場合、第３の絶縁膜１２４は窒化シリコン膜に限定されず、酸化シリコン膜など他の光透過性絶縁膜を適用することができる。また、増反射膜１１２の第１の絶縁膜１１２ａにパッシベーション膜１２０を積層する構造においても、第３の絶縁膜１２４を形成する領域において透過率が低減しない光学膜厚を得られるものであれば、窒化シリコン膜に限らず、酸化アルミニウムなどパッシベーション効果を有しつつ光透過性を有する他の絶縁膜に置き換えることもできる。

開口部１２２は、層間絶縁層１１６、金属膜１１０、増反射膜１１２のうち第２の絶縁膜１１２ｂを、上層側から下層側にかけて連続してエッチングして形成することができる。より好適には、反射層１０８の部分において先に開口部を形成しておき、その後層間絶縁層１１６で埋め込み、再度下地面（第１の絶縁膜１１２ａ）が露出するように層間絶縁層１１６をエッチングして開口部１２２を形成しても良い。このような２段階の工程によれば、反射層１０８に開口部を形成すべくエッチングするときに、上層の金属膜１１０をマスクとして下層の第２の絶縁膜１１２ｂをエッチングすることができる。それにより、反射層１０８における開口端部の位置を精密に揃えることができ、この端部（エッジ部）での光散乱を低減することができる。

図２は、図１で示す素子基板１０２ａの構成において、反射層１０８の増反射膜１１２を多層化した素子基板１０２ｂの構成を示す。増反射膜１１２は、高屈折率の誘電体層と低屈折率の誘電体層との積層体によって構成されるが、この積層構造をさらに多層化することで多重反射を生じさせより高い反射率を得ることができる。図２では、増反射膜１１２として、第１の絶縁膜１１２ａ、第２の絶縁膜１１２ｂ、第４の絶縁膜１１２ｃ、および第５の絶縁膜１１２ｄが順次積層された構成を示している。ここで、第１の絶縁膜１１２ａと第４の絶縁膜１１２ｃは同質の膜であり例えば窒化シリコン膜である。また、第２の絶縁膜１１２ｂと第５の絶縁膜１１２ｄは酸化シリコン膜である。なお、このような高屈折率の誘電体層と低屈折率の誘電体層との積層構造は反射率が向上する範囲において何層積層してもよい。

一方、開口部１２２における第３の絶縁膜１２４の膜厚は、増反射膜１１２における第１の絶縁膜１１２ａの膜厚よりも厚くなるようにする。すなわち、入射光波長のｎ／２倍（ｎ＝１以上の整数）若しくはそれ以上の膜厚とする。このような膜厚を有する第３の絶縁膜１２４は、第１の絶縁膜１１２ａにパッシベーション膜１２０が積層されるようにすればよい。

なお、図２において、反射層１０８以外の構成は図１と同様であり、第１の実施の形態におけるものと同様な効果を得られるので詳細な説明は省略する。

本実施の形態では、高屈折率の誘電体層として窒化シリコン膜を、低屈折率の誘電体層として酸化シリコン膜を用いる場合を例示しているが、光透過性を有する他の誘電体膜として屈折率が約１．６３の酸化アルミニウム、同１．９〜２．２の窒化アルミニウムなど、屈折率の異なる他の誘電体材料を組み合わせても良い。

図１で示す素子基板１０２ａ、および図２で示すような素子基板１０２ｂは、パッシベーション膜１２０上に画素電極１２６を設け、コンタクトホールを前記素子基板１０２ａ及び１０２ｂの所定の箇所に形成し、前記コンタクトホールを介してソース・ドレイン電極と接続すれば、表示装置のバックプレーンとして用いることができる。

以上のように、本実施の形態の表示装置によれば、光源の光を通す開口部において、入射光の反射損失が低減されるので光の有効利用を図ることができる。それにより、光源の輝度を必要以上に高くする必要がないので、表示装置としての消費電力を低減することができる。また、反射層においては、増反射膜を用いた構成を適用することで、反射層における反射率向上と開口部における透過率向上を両立させることができる。すなわち、光源から放射される光をリサイクルしつつ開口部から放射される光の光量を高めることができる。

［第２の実施の形態］
図３は、図１を参照して説明した素子基板１０２ａにおいて、層間絶縁層１１６上に、さらに平坦化絶縁膜１２８を設けた素子基板１０２ｃの一例を示す。なお、図３において、図１と同じ構成要素には同じ符号を付して示し、繰り返しの説明は省略する。

図３において、層間絶縁層１１６上に設けられた平坦化絶縁膜１２８は、ソース・ドレイン電極１１８を覆うように形成される。別言すればソース・ドレイン電極１１８は平坦化絶縁膜１２８によって埋設され、前記平坦化絶縁膜１２８は層間絶縁層１１６表面に生じる段差をも埋め込んでおり、その上層表面は平坦化される。パッシベーション膜１２０は、平坦化絶縁膜１２８上に設ける。

平坦化絶縁膜１２８は、開口部１２２においては層間絶縁層１１６と同様に除去されるが、このとき開口部１２２の側壁に残存するようにする。このような構造は、層間絶縁層１１６、金属膜１１０、第２の絶縁膜１１２ｂを除去するように開口部１２２を設けた後、有機樹脂材料を用いて平坦化絶縁膜１２８を全面に塗布法により形成し、開口部１２２に残存する有機樹脂層を選択的にエッチングすることで形成することができる。他の方法としては、感光性の有機樹脂膜を全面に塗布した後、開口部１２２の底部に形成される有機樹脂膜が除去されるように現像処理を行うことで同様の構造を形成することができる。

このように有機樹脂材料でなる平坦化絶縁膜１２８を設けることで、例えば開口部１２２の上端部においては比較的なだらかな曲面を形成することも可能であるため、かかる場合には平坦化絶縁膜１２８の上層に形成されるパッシベーション膜１２０の段差被覆性を向上させることができる。

平坦化絶縁膜１２８を有色として、開口部１２２の側壁部分を覆うようにすれば、図１０において説明したように、光源１０６からの散乱光（図３中で示す（３）の経路）または外光（図３中で示す（４）の経路）が、開口部１２２の側壁部から入射してスイッチング素子１１４の動作に悪影響を及ぼすことを防ぐことができる。平坦化絶縁膜１２８を有色とするには、レジスト組成物にある特定の架橋剤を含ませて着色させることができる。またレジスト組成物を素子基板１０２ｃへ塗布した後、比較的高温で焼成することで炭化させ有色化しても良い。

第３の絶縁膜１２４は、開口部１２２の底部においては、増反射膜１１２の第１の絶縁膜１１２ａと膜厚の異なる第３の絶縁膜１２４を設けることで、この領域での光の透過率が下がらないようにすることができる（図３中で示す（２）の経路）。第３の絶縁膜１２４は、第１の絶縁膜１１２ａよりも厚くなるようにし、好ましくは入射光波長のｎ／２倍（ｎ＝１以上の整数）若しくはそれ以上の膜厚で形成する。具体的には、増反射膜１１２における第１の絶縁膜１１２ａとして用いた窒化シリコン膜の膜厚を４０ｎｍ〜６０ｎｍとするとき、開口部１２２における第３の絶縁膜１２４の膜厚は１２０ｎｍ〜１６０ｎｍとすることが好ましい。例えば、窒化シリコン膜で形成されるパッシベーション膜１２０を開口部１２２の側壁部から底部にかけても形成することで、厚膜化することができる。この場合、堆積された窒化シリコン膜は、層間絶縁層１１６の上面および開口部１２２の側壁部においてはパッシベーション膜としての機能を発現し、開口部１２２の底部においては反射率を低減すべく光学距離調整膜としての機能を果たすことができる。

図４は、図３で示す素子基板１０２ｃの構成において、反射層１０８の増反射膜１１２を多層化した素子基板１０２ｄの構成を示す。増反射膜１１２は、高屈折率の誘電体層と低屈折率の誘電体層との積層体によって構成されるが、この積層構造をさらに多層化することで光の干渉効果を増長させ、より高い反射率を得ることができる。図４では、増反射膜１１２として、第１の絶縁膜１１２ａ、第２の絶縁膜１１２ｂ、第４の絶縁膜１１２ｃ、および第５の絶縁膜１１２ｄが順次積層された構成を示している。ここで、第１の絶縁膜１１２ａと第４の絶縁膜１１２ｃは同質の膜であり例えば窒化シリコン膜である。また、第２の絶縁膜１１２ｂと第５の絶縁膜１１２ｄは酸化シリコン膜である。なお、このような高屈折率の誘電体層と低屈折率の誘電体層との積層構造は反射率が向上する範囲において何層積層してもよい。

なお、図４において、反射層１０８以外の構成は図２と同様であり、同様な効果を得られるものであるので詳細な説明は省略する。

本実施の形態では、高屈折率の誘電体層として窒化シリコン膜を、低屈折率の誘電体層として酸化シリコン膜を用いる場合を例示しているが、第１の実施の形態と同様に、光透過性を有する他の誘電体膜として屈折率が約１．６３の酸化アルミニウム、同１．９〜２．２の窒化アルミニウムなど、屈折率の異なるたの誘電体材料を組み合わせても良い。

図３で示す素子基板１０２ｃ、および図４で示すような素子基板１０２ｄは、パッシベーション膜１２０上に画素電極１２６を設け、コンタクトホールを介してソース・ドレイン電極と接続すれば、表示装置のバックプレーンとして用いることができる。このとき、画素電極１２６は、平坦化絶縁膜１２８の上部に形成することができるので、下地面の段差の影響を受けることがなく、開口率を向上させることができる。

以上のように、本実施の形態の表示装置によれば、光源の光を通す開口部において、入射光の反射損失が低減されるので光の有効利用を図ることができる。それにより、光源の輝度を必要以上に高くする必要がないので、表示装置としての消費電力を低減することができる。また、反射層においては、増反射膜を用いた構成を適用すること、反射層における反射率向上と開口部における透過率向上を両立させることができる。すなわち、光源から放射される光をリサイクルしつつ開口部から放射される光の光量を高めることができる。

さらに、素子基板に平坦化絶縁膜を設け、この平坦化絶縁膜を有色とし開口部の側壁部も被覆するように設けることで、散乱光がスイッチング素子に入射して動作に悪影響を及ぼすことを防ぐことができる。また、表示パネルとしてコントラストを向上させることができる。

［第３の実施の形態］
本実施の形態では、第１の実施の形態で示す素子基板１０２ａを用い、表示素子としてＭＥＭＳシャッタ機構を設けた表示装置の一態様を例示する。

図５は画素にＭＥＭＳシャッタを設けた表示装置１００における画素の一態様を断面図として示す。素子基板１０２ａは第１の実施の形態において図１を参照して説明したものと同様の構成を有しており、詳細な説明は省略する。スイッチング素子１１４と電気的に接続される画素電極１２６はシャッタ駆動部１３２と接続されている。シャッタ駆動部１３２は、スイッチング素子１１４を通して与えられた制御信号に基づいてシャッタ１３０の開閉動作を制御する。シャッタ１３０は光源１０６から放射される光（図５で示す（２）の経路）の光路上に設けられている。すなわち、シャッタ１３０は開口部１２２と略重畳するように設けられており、シャッタ１３０が「閉」となるときは光源１０６の放射光を遮断する位置にあり、「開」となるときは光を通過させる位置となるように動作がシャッタ駆動部１３２により制御される。

反射層１０８は金属膜１１０と増反射膜１１２の相乗効果により、光源１０６から放射された光を効率よくリサイクルし、開口部１２２へ放射する光の強度を強めることができる。また、開口部１２２においては、低反射となる光学膜厚に設定された第３の絶縁膜１２４が設けられているので、光透過性基板１０４を通って開口部１２２側へ入射する光の反射損失を抑えている。このため、光源１０６の光を有効利用できるので、表示装置１００の消費電力を抑えることができる。また、図２で示す素子基板１０２ｂ、あるいは図４で示す素子基板１０２ｄのように増反射膜１１２を多層化すれば、光源の光の利用効率をより高めることができる。

なお、図５で示すように、表示装置１００には対向基板１０３ａが設けられ、シャッタ機構が露出しないようになっている。対向基板１０３ａは、光透過性のガラス基板１３４に遮光膜１３６が設けられた構成となっている。遮光膜１３６は、表示面からみたときの映り込みを抑えるために設けられ、素子基板１０２ａの開口部１２２と略同じ位置に開口部が設けられている。

図５では、第１の実施の形態で説明した図１に示す素子基板１０２ａを用いた場合について例示したが、これに代えて第２の実施の形態で説明した図３に示す素子基板１０２ｃを用いても良い。素子基板１０２ｃは有色の平坦化絶縁膜１２８が設けられることで、対向基板１０３ａにおける遮光膜１３６を省略することもできる。かかる構成であっても、有色の平坦化絶縁膜１２８が外光の反射を防ぎ、また外光や光源１０６からの迷光の入射を防ぐので、スイッチング素子１１４の特性悪化を防ぎ、表示パネルにおいて高いコントラストを維持することができる。

図６（Ａ）はこのようなシャッタ機構を用いた表示装置の構成を示す平面図であり、同図（Ｂ）はＡ−Ｂ切断線に対応した断面図を示す。表示装置１００は、スイッチング素子とシャッタ機構で画素が形成されている素子基板１０２と、素子基板１０２に対向して設けられる対向基板１０３を有している。光源１０６は素子基板１０２側に設けられている。

表示部１６０は複数の画素で構成され、それぞれの画素にはスイッチング素子とシャッタ機構が設けられている。また、この表示部１６０を駆動するゲートドライバ１６２、データドライバ１６４及び信号を入力する端子１６６が適宜設けられている。なお、図６で示す例では、ゲートドライバ１６２が表示部１６０を挟むように配置されているが、これに限定されるわけではない。

図７は、表示装置１００の回路ブロック図の一例を示す。表示装置１００には、コントローラ１６８から画像信号及び走査信号が、データドライバ１６４およびゲートドライバ１６２へ供給される。また、表示装置１００には、コントローラ１６８によって制御される光源１０６から光が供給される。

表示部１６０は、マトリクス状に配置されたシャッタ機構１５８、スイッチング素子１１４及び保持容量１７２を含む画素１７０が設けられている。データドライバ１６４は、スイッチング素子１１４へデータ線（Ｄ１、Ｄ２、・・・、Ｄｍ）を介してデータ信号を供給する。ゲートドライバ１６２は、スイッチング素子１１４へゲート線（Ｇ１、Ｇ２、・・・、Ｇｎ）を介してゲート信号を供給する。スイッチング素子１１４は、データ線（Ｄ１、Ｄ２、・・・、Ｄｍ）から供給されるデータ信号に基づきシャッタ機構１５８を駆動する。

図８は、表示装置１００に用いるシャッタ機構１５８の構成を示す。シャッタ機構１５８は、シャッタ１３０、第１バネ１４２、１４４、第２バネ１４６、１４８、並びに第１アンカー部１５０、１５２、第２アンカー部１５４、１５６を有している。これらは透光性の素子基板１０２にスイッチング素子と共に設けられている。シャッタ１３０は、シャッタ開口部１４０を有しており、シャッタ１３０本体が遮光部となる。

シャッタ１３０は非透光性の部材で形成され、そのシャッタ開口部１４０と素子基板１０２に設けられる反射板の開口部とが略重なったとき光源の光が通過し、シャッタ１３０の部分が当該開口部と略重なるとき光源の光は遮断されることになる。

シャッタ１３０は、片側が第１バネ１４２を介して第１アンカー部１５０と接続されている。また、もう一方の側が第１バネ１４４を介して第１アンカー部１５２と接続されている。第１アンカー部１５０、１５２は、第１バネ１４２、１４４とともに、シャッタ１３０を透光性の素子基板１０２の表面から浮遊した状態に支持する機能を有している。

第１アンカー部１５０は第１バネ１４２と電気的に接続されている。このため、第１アンカー部１５０にはバイアス電位が供給されると、第１バネ１４２も略同電位となる。これは、第１アンカー部１５２と第１バネ１４４との関係についても同様である。第２バネ１４６は、第２アンカー部１５４に接続されている。第２アンカー部１５４は、第２バネ１４６支持する機能を有する。第２アンカー部１５４は第２バネ１４６と電気的に接続されている。第２アンカー部１５４はグランド電位となっているため、第２バネ１４６もグランド電位となる。これは、第２アンカー部１５６と第２バネ１４８との関係についても同様である。

第１バネ１４２に所定のバイアス電位が供給され、第２バネ１４６がグランド電位となると、この両者の電位差により第１バネ１４２と第２バネ１４６とが静電駆動され、互いが引き寄せあうように移動することでシャッタ１３０が一方向にスライドする。また、第１バネ１４４にバイアス電位が供給され、且つ、第２バネ１４８にグランド電位が供給されると、第１バネ１４４と第２バネ１４８との間の電位差により、第１バネ１４４と第２バネ１４８とが静電駆動され、互いが引き寄せあうように移動し、シャッタ１３０が一方向と反対側の方向にスライドする。

なお、図８で例示するシャッタ機構１５８は、表示装置１００に用いることのできるシャッタ機構の一例に過ぎず、スイッチング素子で駆動することができるシャッタであれば如何なる態様のものでも用いることができる。

本実施の形態で示すＭＥＭＳシャッタ機構を用いた表示装置によれば、光源の光を通す開口部において、入射光の反射損失が低減されるので光の有効利用を図ることができる。それにより、光源の輝度を必要以上に高くする必要がないので、表示装置としての消費電力を低減することができる。また、反射層においては、増反射膜を用いた構成を適用すること、反射層における反射率向上と開口部における透過率向上を両立させることができる。すなわち、光源からら放射される光をリサイクルしつつ開口部から放射される光の光量を高めることができる。

［第４の実施の形態］
本実施の形態では、対向基板１０３ｂ側に光源１０６を設けた表示装置１００の構成を示す。図９で示す表示装置１００は、ＭＥＭＳシャッタ機構を画素に備えた構成を例示し、素子基板１０２ｅと対向基板１０３ｂを備えている。

光源１０６が対向基板１０３ｂ側に設けられているため、反射層１０８も対向基板１０３ｂに設けられている。反射層１０８は、反射率の高い金属膜１１０と増反射膜１１２によって構成されている。増反射膜１１２は、第１の実施の形態と同様に、高屈折率の誘電体層と低屈折率の誘電体層との積層体によって構成される。例えば、増反射膜１１２は、第１の絶縁膜１１２ａと第２の絶縁膜１１２ｂとを積層して形成される。

対向基板１０３ｂの開口部１２３は、金属膜１１０と第２の絶縁膜１１２ｂが除去されている。そうすると、反射率を高めるために膜厚が調整された第１の絶縁膜１１２ａが開口部１２３に残存してしまうことになり、光源１０６から放射される光の有効利用が図れないこととなる。そこで、図９で示すように、金属膜１１０の上面に屈折率が第１の絶縁膜１１２ａと同等の絶縁膜を形成し、開口部１２３において厚膜となる第３の絶縁膜１２４を設けている。

このように、対向基板１０３ｂに反射層１０８を設ける場合であっても、開口部１２３において増反射膜１１２における第１の絶縁膜１１２ａと膜厚の異なる第３の絶縁膜１２４を設け、この領域での光の透過率が下がらないようにすることができる。第３の絶縁膜１２４は、第１の絶縁膜１１２ａよりも厚くなるようにし、好ましくは入射光波長のｎ／２倍（ｎ＝１以上の整数）若しくはそれ以上の膜厚で形成する。具体的には、増反射膜１１２における第１の絶縁膜１１２ａとして用いた窒化シリコン膜の膜厚を４０ｎｍ〜６０ｎｍとするとき、開口部１２２における第３の絶縁膜１２４の膜厚は１２０ｎｍ〜１６０ｎｍとすることが好ましい。

図９において、素子基板１０２ｅは、図１で示し素子基板１０２ａから反射層１０８を省略したものであり、他の構成は同様であるので詳細な説明は省略する。

本実施の形態のように、対向基板側に光源を配置する表示装置においても、対向基板に設ける反射層の構成を第１の実施の形態で示すものと同様なものとすることにより光源の光を有効利用することができる。それにより、光源の輝度を必要以上に高くする必要がないので、表示装置としての消費電力を低減することができる。また、反射層においては、増反射膜を用いた構成を適用することで、反射層における反射率向上と開口部における透過率向上を両立させることができる。

１０ 素子基板
１２ 光源
１４ ガラス基板
１６ スイッチング素子
１８ 層間絶縁膜
２０ 反射層
２２ 金属膜
２４ 増反射膜
２６ 開口部
１００ 表示装置
１０２ 素子基板
１０３ 対向基板
１０４ ガラス基板
１０６ 光源
１０８ 反射層
１１０ 金属膜
１１２ 増反射膜
１１３ 半導体層
１１４ スイッチング素子
１１５ ゲート電極
１１６ 層間絶縁層
１１８ ソース・ドレイン電極
１２０ パッシベーション膜
１２２ 開口部
１２３ 開口部
１２４ 第３の絶縁膜
１２６ 画素電極
１２８ 平坦化絶縁膜
１３０ シャッタ
１３２ シャッタ駆動部
１３４ ガラス基板
１３６ 遮光膜
１４０ シャッタ開口部
１４２ 第１バネ
１４４ 第１バネ
１４６ 第２バネ
１４８ 第２バネ
１５０ 第１アンカー部
１５２ 第１アンカー部
１５４ 第２アンカー部
１５６ 第２アンカー部
１５８ シャッタ機構
１６０ 表示部
１６２ ゲートドライバ
１６４ データドライバ
１６６ 入力端子
１６８ コントローラ
１７０ 画素
１７２ 保持容量

Claims (5)

1. 光透過性基板と、
   前記光透過性基板上に設けられ、金属膜と、前記光透過性基板と前記金属膜との間に設けられた第１の絶縁膜と第２の絶縁膜とが積層された増反射膜とを有する反射層と、
   前記反射層側に設けられる光源と、
   前記光源から放射させる光を通過させる領域において前記第２の絶縁膜、前記金属膜および前記層間絶縁層を貫通する開口部と、
   前記開口部の底部に設けられ、前記光源から照射される光の波長のｎ／２倍（ｎ＝１以上の整数）の膜厚を有する第３の絶縁膜と、
   前記反射層上に設けられたスイッチング素子と、
   前記スイッチング素子を埋設する層間絶縁層と、
   前記層間絶縁層上に設けられたパッシベーション膜と、を備えることを特徴とする表示装置。
2. 前記層間絶縁層と前記パッシベーション膜との間に平坦化絶縁膜を有し、前記平坦化絶縁膜が前記開口部の側壁部も覆っていることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
3. 前記平坦化絶縁膜が有色であることを特徴とする請求項２に記載の表示装置。
4. 前記第３の絶縁膜は、前記第１の絶縁膜と前記パッシベーション膜とが積層されてなることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の表示装置。
5. 前記第１の絶縁膜と前記パッシベーション膜は窒化シリコン膜であり、前記第２の絶縁膜は酸化シリコン膜であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の表示装置。
   

Images