JP2019008099A - Electro-optical device and electronic apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、電気光学装置及び電子機器に関する。 The present invention relates to an electro-optical device and an electronic apparatus.
電気光学装置として、画素にスイッチング素子を備えたアクティブ駆動型の液晶装置が挙げられる。アクティブ駆動型の液晶装置は、画素電極に供給された画像信号の電位を保持するための蓄積容量を備えている。高精細な表示を可能とするために画素数を増やす一方で画素の大きさを小さくすると、スイッチング素子の配置だけでなく蓄積容量の配置にも影響を及ぼすことになる。蓄積容量の電気容量は、誘電体層を挟んで配置される一対の電極の面積と、一対の電極間の距離と、誘電体層の誘電率とによって決まる。画素の大きさに比例して蓄積容量の大きさが小さくなると電気容量が減少して、画像信号の電位の保持が困難になるおそれがある。スイッチング素子によって画素の表示がON状態とされる期間に画像信号の電位が保持されていないと、フリッカーなどの表示むらが生ずる。 As an electro-optical device, an active drive type liquid crystal device including a switching element in a pixel can be given. The active drive type liquid crystal device has a storage capacitor for holding the potential of the image signal supplied to the pixel electrode. Increasing the number of pixels while reducing the pixel size to enable high-definition display affects not only the arrangement of the switching elements but also the arrangement of the storage capacitors. The electric capacity of the storage capacitor is determined by the area of the pair of electrodes arranged with the dielectric layer interposed therebetween, the distance between the pair of electrodes, and the dielectric constant of the dielectric layer. If the storage capacity is reduced in proportion to the size of the pixel, the electrical capacity may be reduced and it may be difficult to maintain the potential of the image signal. If the potential of the image signal is not held during the period when the pixel display is turned on by the switching element, display unevenness such as flicker occurs.
このような蓄積容量に纏わる不具合を改善する手段として、例えば、特許文献1には、画素ごとに設けられた画素電極と、スイッチング素子としてのトランジスターと、酸化ハフニウム膜と酸化アルミニウム膜とが交互に積層された誘電体層を有する蓄積容量と、を備えた電気光学装置が開示されている。また、蓄積容量の第1電極の側及び第2電極の側に配置された誘電体層の膜は、酸化ハフニウム膜であるとしている。誘電率が大きい酸化ハフニウム膜と、リーク電流が小さい酸化アルミニウム膜とを積層することで、大容量で低リーク電流の蓄積容量を実現できるとしている。さらに、誘電体層を挟む第1電極及び第2電極を透光性導電材料であるインジウム酸化物で構成し、蓄積容量を開口領域に配置する例が示されている。これにより、非開口領域の面積を小さくし、開口領域の面積を大きくして、光の利用効率をさらに向上させることができるとしている。 As means for improving the problems associated with such a storage capacitor, for example, in Patent Document 1, a pixel electrode provided for each pixel, a transistor as a switching element, a hafnium oxide film, and an aluminum oxide film are alternately arranged. An electro-optical device including a storage capacitor having a stacked dielectric layer is disclosed. In addition, the dielectric layer films disposed on the first electrode side and the second electrode side of the storage capacitor are assumed to be hafnium oxide films. By stacking a hafnium oxide film having a large dielectric constant and an aluminum oxide film having a small leakage current, a storage capacitor having a large capacity and a low leakage current can be realized. Further, an example is shown in which the first electrode and the second electrode sandwiching the dielectric layer are made of indium oxide, which is a light-transmitting conductive material, and the storage capacitor is arranged in the opening region. Thereby, the area of the non-opening region can be reduced and the area of the opening region can be increased to further improve the light utilization efficiency.
上記特許文献1では、電気光学装置を投射型表示装置(プロジェクター)の光変調手段(ライトバルブ)として用いた例が示されている。しかしながら、上述したように透光性を有する蓄積容量を開口領域に設け、投射型表示装置の光源として、単色性が高い例えばレーザー光源やLEDなどの固体光源を用いた場合、蓄積容量の誘電体層は屈折率が異なる誘電体膜が積層された状態であるため、開口領域に配置された蓄積容量を透過する光の干渉によって輝度むらが生ずるという課題があった。 Patent Document 1 discloses an example in which an electro-optical device is used as a light modulation means (light valve) of a projection display device (projector). However, when a storage capacitor having translucency is provided in the opening region as described above and a solid light source such as a laser light source or an LED having high monochromaticity is used as the light source of the projection display device, the dielectric of the storage capacitor Since the layers are in a state in which dielectric films having different refractive indexes are laminated, there is a problem that luminance unevenness occurs due to interference of light transmitted through the storage capacitor arranged in the opening region.
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.
[適用例]本適用例に係る電気光学装置は、透光性の基材と、前記基材に画素ごとに設けられた、透光性の画素電極と、前記画素電極のスイッチング素子であるトランジスターと、前記トランジスターに接続された蓄積容量と、を備え、前記蓄積容量は、誘電体層を介して前記画素電極に対向配置された透光性の容量電極を含み、前記画素電極と前記誘電体層と前記容量電極とにおける屈折率が略等しく、それぞれの膜厚の合計値dは、以下の数式(1)を満たす、電気光学装置。
d=λ/2n ・・・(1)
λは光の波長、nは画素電極の屈折率である。
[Application Example] An electro-optical device according to this application example includes a translucent base material, a translucent pixel electrode provided for each pixel on the base material, and a transistor that is a switching element of the pixel electrode. And a storage capacitor connected to the transistor, the storage capacitor including a translucent capacitor electrode disposed opposite to the pixel electrode via a dielectric layer, the pixel electrode and the dielectric An electro-optical device in which the refractive indexes of the layer and the capacitive electrode are substantially equal, and the total value d of the respective film thicknesses satisfies the following formula (1).
d = λ / 2n (1)
λ is the wavelength of light, and n is the refractive index of the pixel electrode.
本適用例によれば、透光性の蓄積容量を光が透過しても干渉が生じ難いことから、当該光の干渉に起因する輝度むらが目立ち難く、優れた表示品質を有する電気光学装置を提供することができる。 According to this application example, since it is difficult for interference to occur even if light passes through the light-transmitting storage capacitor, an unevenness in luminance due to the interference of the light is not noticeable, and an electro-optical device having excellent display quality is provided. Can be provided.
上記適用例に記載の電気光学装置において、前記基材上において、前記トランジスターと前記蓄積容量との間に設けられた層間絶縁膜と、前記蓄積容量の上側と下側とのうち少なくとも一方に設けられ、前記容量電極の屈折率と前記層間絶縁膜の屈折率との間の屈折率を有する透光性の絶縁膜と、を備えることが好ましい。
この構成によれば、容量電極と層間絶縁膜との屈折率差、あるいは画素電極と画素電極上に配置される電気光学素子との屈折率差によって生ずる光の反射を抑え、より輝度むらが目立ち難くなる。
In the electro-optical device according to the application example described above, provided on the base material, at least one of an interlayer insulating film provided between the transistor and the storage capacitor, and an upper side and a lower side of the storage capacitor. And a translucent insulating film having a refractive index between the refractive index of the capacitor electrode and the refractive index of the interlayer insulating film.
According to this configuration, reflection of light caused by a difference in refractive index between the capacitor electrode and the interlayer insulating film or a difference in refractive index between the pixel electrode and the electro-optic element disposed on the pixel electrode is suppressed, and uneven brightness is more conspicuous. It becomes difficult.
上記適用例に記載の電気光学装置において、前記絶縁膜は、前記蓄積容量の上側に設けられているとしてもよい。
この構成によれば、画素電極と画素電極上に配置される電気光学素子との屈折率差によって生ずる光の反射を抑えることができる。
In the electro-optical device according to the application example, the insulating film may be provided above the storage capacitor.
According to this configuration, it is possible to suppress light reflection caused by a difference in refractive index between the pixel electrode and the electro-optic element disposed on the pixel electrode.
上記適用例に記載の電気光学装置において、前記絶縁膜は、前記蓄積容量の上側と下側とに設けられていることが好ましい。
この構成によれば、容量電極と層間絶縁膜との屈折率差及び画素電極と画素電極上に配置される電気光学素子との屈折率差によって生ずる光の反射を抑え、より輝度むらが目立ち難くなる。
In the electro-optical device according to the application example, it is preferable that the insulating film is provided on an upper side and a lower side of the storage capacitor.
According to this configuration, the reflection of light caused by the difference in refractive index between the capacitor electrode and the interlayer insulating film and the difference in refractive index between the pixel electrode and the electro-optic element disposed on the pixel electrode is suppressed, and uneven brightness is less noticeable. Become.
上記適用例に記載の電気光学装置において、前記容量電極に接する前記絶縁膜の表面が粗面化されていることが好ましい。
この構成によれば、容量電極に接する絶縁膜の表面積を増やすことができることから、絶縁膜に対する容量電極の密着性を物理的に改善することができる。言い換えれば、容量電極に対する密着性が低い材料であっても光学的あるいは信頼性的に好適な材料を選択する自由度が向上する。
In the electro-optical device according to the application example, it is preferable that a surface of the insulating film in contact with the capacitor electrode is roughened.
According to this configuration, since the surface area of the insulating film in contact with the capacitor electrode can be increased, the adhesion of the capacitor electrode to the insulating film can be physically improved. In other words, even if the material has low adhesion to the capacitor electrode, the degree of freedom for selecting a suitable material optically or reliably is improved.
上記適用例に記載の電気光学装置において、電気光学素子としての液晶層と、前記液晶層の液晶分子の配向を制御する配向膜と、前記画素電極に対して前記液晶層を挟んで配置される透光性の対向電極と、前記対向電極の前記液晶層側と、前記対向電極の前記液晶層側と反対側とのうち少なくとも一方に設けられ、前記配向膜の屈折率と前記対向電極の屈折率との間の屈折率を有する透光性の他の絶縁膜と、を備えることが好ましい。
配向膜の屈折率と対向電極の屈折率とが異なる場合、対向電極を透過する光が対向電極の光の入射側あるいは射出側において反射するおそれがある。
この構成によれば、対向電極の光の入射側あるいは射出側に、配向膜の屈折率と対向電極の屈折率との間の屈折率を有する透光性の他の絶縁膜が設けられることから、上記反射を抑制して、液晶層に入射する光の利用効率を改善できる。
In the electro-optical device according to the application example described above, a liquid crystal layer as an electro-optical element, an alignment film that controls alignment of liquid crystal molecules in the liquid crystal layer, and the liquid crystal layer sandwiched between the pixel electrodes Provided on at least one of a translucent counter electrode, the liquid crystal layer side of the counter electrode, and a side opposite to the liquid crystal layer side of the counter electrode, and the refractive index of the alignment film and the refraction of the counter electrode And a light-transmitting other insulating film having a refractive index between the refractive index and the refractive index.
When the refractive index of the alignment film and the refractive index of the counter electrode are different, the light transmitted through the counter electrode may be reflected on the light incident side or the light exit side of the counter electrode.
According to this configuration, another light-transmitting insulating film having a refractive index between the refractive index of the alignment film and the refractive index of the counter electrode is provided on the light incident side or the emission side of the counter electrode. The above reflection can be suppressed, and the utilization efficiency of light incident on the liquid crystal layer can be improved.
[適用例]本適用例に係る電子機器は、上記適用例に記載の電気光学装置を備えたことを特徴とする。
本適用例によれば、画素電極が設けられた開口領域に入射する光の干渉や反射が抑制され、優れた表示品質が得られる電気光学装置を備えているため、見栄えの良い表示が可能な電子機器を提供することができる。
[Application Example] An electronic apparatus according to this application example includes the electro-optical device according to the application example described above.
According to this application example, since the interference and reflection of light incident on the aperture region where the pixel electrode is provided are suppressed and the electro-optical device that provides excellent display quality is provided, a good-looking display is possible. An electronic device can be provided.
以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。なお、使用する図面は、説明する部分が認識可能な状態となるように、適宜拡大または縮小して表示している。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the invention will be described with reference to the drawings. Note that the drawings to be used are appropriately enlarged or reduced so that the part to be described can be recognized.
本実施形態では、電気光学装置として、薄膜トランジスター(Thin Film Transistor;TFT)を画素のスイッチング素子として備えたアクティブマトリックス型の液晶装置を例に挙げて説明する。この液晶装置は、例えば後述する投射型表示装置(プロジェクター)の光変調手段(ライトバルブ)として好適に用いることができるものである。 In the present embodiment, an active matrix liquid crystal device including a thin film transistor (TFT) as a pixel switching element will be described as an example of an electro-optical device. This liquid crystal device can be suitably used as, for example, a light modulation means (light valve) of a projection display device (projector) described later.
(第1実施形態)
<電気光学装置>
まず、本実施形態の電気光学装置としての液晶装置について、図1〜図3を参照して説明する。図1は第1実施形態の液晶装置の構成を示す概略平面図、図2は図1に示すH−H’線に沿う液晶装置の構造を示す概略断面図、図3は第1実施形態の液晶パネルの電気的な構成を示す等価回路図である。
(First embodiment)
<Electro-optical device>
First, a liquid crystal device as an electro-optical device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 is a schematic plan view showing the configuration of the liquid crystal device according to the first embodiment, FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the liquid crystal device along the line HH ′ shown in FIG. 1, and FIG. It is an equivalent circuit diagram which shows the electrical structure of a liquid crystal panel.
図1及び図2に示すように、本実施形態の電気光学装置としての液晶装置100は、対向配置された素子基板10及び対向基板20と、これら一対の基板によって挟持された電気光学素子としての液晶層50とを有する。素子基板10の基材10s及び対向基板20の基材20sは、それぞれ透明な例えば石英基板やガラス基板が用いられている。
As shown in FIGS. 1 and 2, a
素子基板10は対向基板20よりも大きく、両基板は、対向基板20の外縁に沿って配置されたシール部40を介して間隔を置いて貼り合わされている。シール部40において途切れた部分が注入口41となっており、真空注入法により注入口41から上記間隔に正又は負の誘電異方性を有する液晶が注入され、封止剤42を用いて注入口41が封入されている。なお、上記間隔に液晶を封入する方法は、真空注入法に限定されるものではなく、例えば、額縁状に配置されたシール部40の内側に液晶を滴下して、減圧下で素子基板10と対向基板20とを貼り合わせるODF(One Drop Fill)法を採用してもよい。
シール部40は、例えば熱硬化性又は紫外線硬化性のエポキシ樹脂などの接着剤が採用されている。シール部40には、一対の基板の上記間隔を一定に保持するためのスペーサー(図示省略)が混入されている。
The
For the
シール部40の内側には、マトリックス状に配列した複数の画素Pを含む画素領域Eが設けられている。また、シール部40と画素領域Eとの間の領域に画素領域Eを取り囲んで遮光層として機能する見切り部21が設けられている。見切り部21は、例えば遮光性の金属あるいは金属酸化物などからなる。なお、画素領域Eには、表示に寄与する画素Pの他に、画素領域Eの外縁に沿って配置された複数のダミー画素を含んでいてもよい。
A pixel region E including a plurality of pixels P arranged in a matrix is provided inside the
素子基板10には、複数の外部接続用端子104が配列した端子部が設けられている。該端子部に沿った第1の辺部とシール部40との間にデータ線駆動回路101が設けられている。また、第1の辺部に対向する第2の辺部に沿ったシール部40と画素領域Eとの間に検査回路103が設けられている。さらに、第1の辺部と直交し互いに対向する第3及び第4の辺部に沿ったシール部40と画素領域Eとの間に走査線駆動回路102が設けられている。第2の辺部のシール部40と検査回路103との間に、2つの走査線駆動回路102を繋ぐ複数の配線105が設けられている。
The
これらデータ線駆動回路101、走査線駆動回路102に繋がる配線は、第1の辺部に沿って配列した複数の外部接続用端子104に接続されている。なお、検査回路103の配置はこれに限定されず、データ線駆動回路101と画素領域Eとの間のシール部40の内側に沿った位置に設けてもよい。
以降、第1の辺部に沿った方向をX方向とし、第3の辺部に沿った方向をY方向として説明する。また、対向基板20側から素子基板10側に向かう方向に沿って見ることを「平面視」または「平面的に」と言う。
Wirings connected to the data line driving
In the following description, the direction along the first side is defined as the X direction, and the direction along the third side is defined as the Y direction. Further, viewing along the direction from the
図2に示すように、素子基板10の液晶層50側の表面には、画素Pごとに設けられた透光性の画素電極16及びスイッチング素子である薄膜トランジスター(以降、TFTと呼称する)30と、信号配線と、これらを覆う配向膜18とが形成されている。また、TFT30における半導体層に光が入射してスイッチング動作が不安定になることを防ぐ遮光構造が採用されている。素子基板10は、基材10sと、基材10s上に形成された画素電極16、TFT30、信号配線、配向膜18を含むものである。なお、本実施形態における「透光性」とは、可視光波長範囲において少なくとも85%以上の透過率を有する性質を言う。
As shown in FIG. 2, on the surface of the
素子基板10に液晶層50を介して配置される対向基板20は、基材20sと、基材20s上に形成された見切り部21と、これを覆うように成膜された平坦化層22と、平坦化層22を覆い、少なくとも画素領域Eに亘って設けられ、共通電極として機能する対向電極23と、対向電極23を覆う配向膜24とを含むものである。
The
見切り部21は、図1に示すように画素領域Eを取り囲むと共に、平面的に走査線駆動回路102、検査回路103と重なる位置に設けられている。これにより対向基板20側からこれらの回路に入射する光を遮蔽して、これらの回路が光によって誤動作することを防止する役目を果たしている。また、不必要な迷光が画素領域Eに入射しないように遮蔽して、画素領域Eの表示における高いコントラストを確保している。
The parting
平坦化層22は、例えば酸化シリコンなどの無機材料からなり、光透過性を有して見切り部21を覆うように設けられている。このような平坦化層22の形成方法としては、例えばプラズマCVD法などを用いて成膜する方法が挙げられる。
The
対向電極23は、例えばITO(Indium Tin Oxide)などの透明導電膜からなり、平坦化層22を覆うと共に、図1に示すように対向基板20の下方側の隅に設けられた上下導通部106に電気的に接続されている。上下導通部106は、素子基板10側の配線に電気的に接続している。
The
画素電極16を覆う配向膜18及び対向電極23を覆う配向膜24は、液晶装置100の光学設計に基づいて選定される。配向膜18,24は、例えば、ポリイミドなどの有機材料を成膜して、その表面をラビングすることにより、正の誘電異方性を有する液晶分子に対して略水平配向処理が施された有機配向膜や、気相成長法を用いてSiOx(酸化シリコン)などの無機材料を成膜して、負の誘電異方性を有する液晶分子に対して略垂直配向させた無機配向膜が挙げられる。
The
このような液晶装置100は透過型であって、電圧無印加状態で画素Pの透過率が最大となるノーマリーホワイトモードや、電圧無印加状態で画素Pの透過率が最小となるノーマリーブラックモードの光学設計が採用される。素子基板10と対向基板20とを含む液晶パネル110の光の入射側と射出側とにそれぞれ偏光素子が光学設計に応じて配置されて用いられる。
本実施形態では、以降、配向膜18,24として前述した無機配向膜と、負の誘電異方性を有する液晶とを用い、ノーマリーブラックモードの光学設計が適用された例について説明する。
Such a
In the present embodiment, an example in which a normally black mode optical design is applied using the inorganic alignment film described above as the
次に、図3を参照して、液晶装置100における液晶パネル110の電気的な構成について説明する。液晶パネル110は、画素領域Eにおいて互いに絶縁されて直交する信号配線としての複数の走査線3a及び複数のデータ線6aと、データ線6aに沿って平行に配置された容量線7aとを有する。走査線3aが延在する方向がX方向であり、データ線6aが延在する方向がY方向である。
Next, an electrical configuration of the
走査線3a、データ線6a及び容量線7aと、これらの信号線類により区分された領域に、画素電極16と、TFT30と、蓄積容量31とが設けられ、これらが画素Pの画素回路を構成している。
A
走査線3aはTFT30のゲートに電気的に接続され、データ線6aはTFT30のソースに電気的に接続されている。画素電極16はTFT30のドレインに電気的に接続されている。
The
データ線6aはデータ線駆動回路101(図1参照)に接続されており、データ線駆動回路101から供給される表示信号D1,D2,…,Dnを画素Pに供給する。走査線3aは走査線駆動回路102(図1参照)に接続されており、走査線駆動回路102から供給される走査信号SC1,SC2,…,SCmを画素Pに供給する。
The
データ線駆動回路101からデータ線6aに供給される表示信号D1〜Dnは、この順に線順次で供給してもよく、互いに隣り合う複数のデータ線6a同士に対してグループごとに供給してもよい。走査線駆動回路102は、走査線3aに対して、走査信号SC1〜SCmを所定のタイミングでパルス的に線順次で供給する。
The display signals D1 to Dn supplied from the data line driving
液晶装置100は、スイッチング素子であるTFT30が走査信号SC1〜SCmの入力により一定期間だけオン状態とされることで、データ線6aから供給される表示信号D1〜Dnが所定のタイミングで画素電極16に書き込まれる構成となっている。そして、画素電極16を介して液晶層50に書き込まれた所定レベルの表示信号D1〜Dnは、画素電極16と液晶層50を介して対向配置された対向電極23との間で一定期間保持される。表示信号D1〜Dnの周波数は例えば60Hzである。
In the
保持された表示信号D1〜Dnがリークするのを防止するため、画素電極16と対向電極23との間に形成される液晶容量と並列に蓄積容量31が接続されている。本実施形態における蓄積容量31は、TFT30のドレインと容量線7aとの間に設けられており、誘電体層を介して画素電極16に対向配置された透光性の容量電極を含んで構成されている。蓄積容量31の詳しい構成については後述する。
In order to prevent the held display signals D1 to Dn from leaking, the
なお、図1に示した検査回路103には、データ線6aが接続されており、液晶装置100の製造過程において、上記表示信号を検出することで液晶装置100の動作欠陥などを確認できる構成となっているが、図3の等価回路では図示を省略している。
The
本実施形態における画素回路を駆動制御する周辺回路は、データ線駆動回路101、走査線駆動回路102、検査回路103を含んでいる。また、周辺回路は、表示信号D1〜Dnをサンプリングしてデータ線6aに供給するサンプリング回路、データ線6aに所定電圧レベルのプリチャージ信号を表示信号D1〜Dnに先行して供給するプリチャージ回路を含むものとしてもよい。
Peripheral circuits that drive and control the pixel circuits in this embodiment include a data
次に、図4を参照して画素Pの配置について説明する。図4は画素の配置を示す概略平面図である。図4に示すように、液晶装置100における画素Pは、例えば平面的に略四角形(略正方形)の開口領域を有する。開口領域は、X方向とY方向とに延在し格子状に設けられた遮光性の非開口領域により囲まれている。
Next, the arrangement of the pixels P will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a schematic plan view showing the arrangement of pixels. As shown in FIG. 4, the pixel P in the
X方向に延在する非開口領域には、図3に示した走査線3aが設けられている。走査線3aは遮光性の導電部材が用いられており、走査線3aによって非開口領域の少なくとも一部が構成されている。
A
同じく、Y方向に延在する非開口領域には、図3に示したデータ線6aや容量線7aが設けられている。データ線6aや容量線7aも遮光性の導電部材が用いられており、これらによって非開口領域の少なくとも一部が構成されている。
Similarly, the
非開口領域は、素子基板10側に設けられた上記信号線類によって構成されるだけでなく、対向基板20側において格子状にパターニングされた遮光膜によっても構成されるとしてもよい。
The non-opening region may be formed not only by the signal lines provided on the
非開口領域の交差部付近には、図3に示したTFT30が設けられている。遮光性を有する非開口領域の交差部付近にTFT30を設けることにより、TFT30の光誤動作を防止すると共に、開口領域における開口率を確保している。詳しい画素Pの構造については後述するが、交差部付近にTFT30を設ける関係上、交差部付近の非開口領域の幅は、他の部分に比べて広くなっている。
The
次に、図5〜図7を参照して画素Pの画素回路における薄膜トランジスターなどの各構成要素について説明する。図5は薄膜トランジスターの配置を示す概略平面図、図6は図5のA−A’線に沿った素子基板の構造を示す概略断面図、図7は図4のB−B’線に沿った素子基板の構造を示す概略断面図である。 Next, each component such as a thin film transistor in the pixel circuit of the pixel P will be described with reference to FIGS. 5 is a schematic plan view showing the arrangement of the thin film transistors, FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the element substrate along the line AA ′ in FIG. 5, and FIG. 7 is along the line BB ′ in FIG. It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the element board | substrate which was.
図5に示すように、画素Pは、走査線3aとデータ線6aとの交差部に設けられたTFT30を有している。TFT30は、データ線6aに接続される第1ソース・ドレイン領域30sと、チャネル領域30cと、画素電極16に接続される第2ソース・ドレイン領域30dと、第1ソース・ドレイン領域30sとチャネル領域30cとの間に設けられた接合領域30eと、チャネル領域30cと第2ソース・ドレイン領域30dとの間に設けられた接合領域30fとを有するLDD(Lightly Doped Drain)構造の半導体層30aを有している。半導体層30aは上記交差部を通過して、走査線3aと重なるように配置されている。
As shown in FIG. 5, the pixel P includes a
走査線3aはデータ線6aとの交差部において、本線部からX,Y方向に拡張された平面視で四角形の拡張部を有している。当該拡張部に平面的に重なると共に、X方向とY方向とに延在するように折れ曲がった形状のゲート電極30gが設けられている。
The
ゲート電極30gは、Y方向に延在した部分が平面的にチャネル領域30cと重なっている。また、チャネル領域30cと重なった部分から折り曲げられてX方向に延在する部分を有している。ゲート電極30gのうち半導体層30aに沿ってX方向に延在し、互いに対向する部分がそれぞれ走査線3aの拡張部との間に設けられたコンタクトホールCNT3,CNT4によって、走査線3aと電気的に接続している。
In the
コンタクトホールCNT3,CNT4は、平面視でX方向が長い矩形状(長方形)であって、半導体層30aのチャネル領域30cと接合領域30fとに沿って接合領域30fを挟むように両側に設けられている。
The contact holes CNT3 and CNT4 are rectangular (rectangular) having a long X direction in plan view, and are provided on both sides so as to sandwich the
データ線6aは、Y方向に延在すると共に、走査線3aとの交差部において同じく四角形の拡張部を有し、当該拡張部からX方向に突出した突出部6cに設けられたコンタクトホールCNT1によって第1ソース・ドレイン領域30sと電気的に接続している。コンタクトホールCNT1を含む部分がソース電極となっている。一方、第2ソース・ドレイン領域30dの端部にもコンタクトホールCNT2が設けられており、コンタクトホールCNT2を含む部分がドレイン電極となっている。
The
なお、図5には図示していないが、図3に示した容量線7aは、データ線6aと平面視で重なるようにしてY方向に延在している。また、容量線7aは、データ線6aと同様に、走査線3aとの交差部において拡張部が設けられている。
Although not shown in FIG. 5, the
走査線3aの延在方向(X方向)において、コンタクトホールCNT2に隣り合うようにコンタクトホールCNT5,CNT7が設けられている。コンタクトホールCNT2とコンタクトホールCNT5とは島状に設けられた第1中継電極6bを介して電気的に接続されている。コンタクトホールCNT5とコンタクトホールCNT7とは同じく島状に設けられた第2中継電極7bを介して電気的に接続されている。
Contact holes CNT5 and CNT7 are provided adjacent to the contact hole CNT2 in the extending direction (X direction) of the
画素電極16は、前述した開口領域(図4参照)と平面的に重なると共に外縁部が非開口領域(図4参照)に掛かるように配置されている。また、画素電極16はコンタクトホールCNT7を介して第2中継電極7bに電気的に接続されている。
The
図6に示すように、素子基板10の基材10s上には、まず走査線3aが形成される。走査線3aは、半導体層30aを遮光する遮光膜を兼ねており、例えばTi、Cr、W、Ta、Moなどの金属のうちの少なくとも1つを含む金属単体、合金、金属シリサイド、ポリシリサイド、ナイトライド、あるいはこれらが積層されたものを用いることができ、遮光性を有している。
As shown in FIG. 6, first, the
走査線3aを覆うように例えば酸化シリコンなどからなる下地絶縁膜9が形成され、下地絶縁膜9上に島状に半導体層30aが形成される。半導体層30aは例えば多結晶シリコン膜からなり、不純物イオンが注入されて、前述した第1ソース・ドレイン領域30s、接合領域30e、チャネル領域30c、接合領域30f、第2ソース・ドレイン領域30dを有するLDD構造が形成されている。
A
半導体層30aを覆うように例えば酸化シリコンなどからなるゲート絶縁膜11aが形成される。さらにゲート絶縁膜11aを挟んでチャネル領域30cに対向する位置にゲート電極30gが形成される。ゲート電極30gは例えば多結晶シリコン膜を用いて形成することができ、同時に下地絶縁膜9とゲート絶縁膜11aとを貫通して走査線3a(拡張部)とゲート電極30gとを電気的に接続するコンタクトホールCNT3,CNT4(図5参照)も形成される。
A
ゲート電極30gとゲート絶縁膜11aとを覆うようにして例えば酸化シリコンなどからなる第1層間絶縁膜11bが形成される。半導体層30aの第1ソース・ドレイン領域30sに重なるゲート絶縁膜11aと第1層間絶縁膜11bとを貫通するコンタクトホールCNT1が形成される。同じく、半導体層30aの第2ソース・ドレイン領域30dに重なるゲート絶縁膜11aと第1層間絶縁膜11bとを貫通するコンタクトホールCNT2が形成される。続いて、第1層間絶縁膜11bを覆うように例えばAlなどの遮光性の金属からなる導電膜を成膜してパターニングすることにより、第1ソース・ドレイン領域30sにコンタクトホールCNT1を介して電気的に接続されるデータ線6aが形成される。同時に、第2ソース・ドレイン領域30dにコンタクトホールCNT2を介して電気的に接続される第1中継電極6bが形成される。
A first
続いて、データ線6aおよび第1中継電極6bを覆うように第2層間絶縁膜12が形成される。第2層間絶縁膜12は、例えばシリコンの酸化物からなり、TFT30が設けられた領域を覆うことによって生ずる表面の凹凸を平坦化する平坦化処理が施される。平坦化処理の方法としては、例えば化学的機械的研磨処理(Chemical Mechanical Polishing;CMP処理)やエッチング処理などが挙げられる。
Subsequently, a second
第1中継電極6bと重なる位置に第2層間絶縁膜12を貫通するコンタクトホールCNT5が形成される。このコンタクトホールCNT5を被覆すると共に第2層間絶縁膜12を覆うように例えばAlなどの遮光性の金属からなる導電膜が成膜され、これをパターニングすることにより、容量線7aと、コンタクトホールCNT5を介して第1中継電極6bに電気的に接続される第2中継電極7bとが形成される。容量線7aは、前述したように平面的にデータ線6aと重なるように形成され、固定電位が与えられる。
A contact hole CNT5 penetrating the second
容量線7aと第2中継電極7bとを覆うように第3層間絶縁膜13aが形成される。第3層間絶縁膜13aも、例えばシリコンの酸化物を用いて形成することができ、CMP処理などの平坦化処理が施される。第3層間絶縁膜13aは本発明における層間絶縁膜の一例である。
A third
次に、第3層間絶縁膜13aを覆うように第1絶縁膜13bが形成される。第1絶縁膜13bは、この後に形成される透光性の容量電極15の屈折率と第3層間絶縁膜13aの屈折率との間の屈折率を有しており、本実施形態では、酸化アルミニウム(Al2O3)膜が用いられている。
Next, a first
次に、第1絶縁膜13bを覆うように例えばITOなどの透明導電膜が成膜され、これをパターニングすることにより、容量電極15が形成される。図6には図示していないが、容量電極15は、第1絶縁膜13b及び第3層間絶縁膜13aを貫通するコンタクトホールを介して容量線7aと電気的に接続されている。
Next, a transparent conductive film such as ITO is formed so as to cover the first insulating
次に、容量電極15の外縁を覆うように第2絶縁膜13cが形成される。具体的には、容量電極15を覆うように例えばシリコンの酸化物からなる絶縁膜を形成し、当該絶縁膜をパターニングして、容量電極15と重なる部分に開口を形成することにより第2絶縁膜13cを形成する。次に、容量電極15及び第2絶縁膜13cを覆うように誘電体層14が成膜される。誘電体層14の屈折率は、容量電極15の屈折率や、この後に形成される画素電極16の屈折率と同じになるように材料が選択されて形成される。本実施形態では、酸化ハフニウム(HfO2)を用いて形成されている。
Next, the second insulating
誘電体層14の膜厚は、蓄積容量31の電気容量と可視光波長範囲における光の透過率とを考慮して決められているが、例えば、20nm〜50nmである。
The film thickness of the
次に、第2中継電極7bと重なる位置において、誘電体層14、第2絶縁膜13c、第1絶縁膜13b、第3層間絶縁膜13aを貫通するコンタクトホールCNT7が形成される。そして、コンタクトホールCNT7を被覆すると共に、誘電体層14を覆う例えばITOなどの透明導電膜が成膜され、これをパターニングすることにより、コンタクトホールCNT7を介して第2中継電極7bに電気的に接続される画素電極16が形成される。
画素電極16は容量電極15と平面的に重なり、画素電極16と誘電体層14と容量電極15とによって、透光性の蓄積容量31が画素Pごとに形成される。
なお、前述したように、誘電体層14は薄膜であることから容量電極15の外縁を被覆する部分で膜厚がさらに薄くなると、容量電極15と画素電極16とが短絡するおそれがある。この短絡を防ぐために、容量電極15の外縁を覆う第2絶縁膜13cが設けられている。
Next, a contact hole CNT7 penetrating through the
The
As described above, since the
画素電極16と誘電体層14とを覆うように第3絶縁膜17が形成される。第3絶縁膜17は、この後に形成される配向膜18の屈折率と画素電極16の屈折率との間の屈折率を有しており、本実施形態では、酸化アルミニウム(Al2O3)膜が用いられている。
A third insulating
第3絶縁膜17を覆うように配向膜18が形成される。配向膜18は、表示領域Eの全域を覆い、上述した酸化シリコンなどの無機配向膜で構成されている。
An
このような素子基板10の配線構造によれば、TFT30の第2ソース・ドレイン領域30d(ドレイン電極)は、コンタクトホールCNT2、第1中継電極6b、コンタクトホールCNT5、第2中継電極7b、コンタクトホールCNT7を介して画素電極16と電気的に接続される。
According to such a wiring structure of the
図7に示すように、素子基板10において、画素Pの開口領域には、基材10s上に、下地絶縁膜9と、ゲート絶縁膜11aと、第1層間絶縁膜11bと、第2層間絶縁膜12と、第3層間絶縁膜13aと、第1絶縁膜13bと、容量電極15と、誘電体層14と、画素電極16と、第3絶縁膜17と、配向膜18と、が順に積層されている。これらの膜や電極などはいずれも透光性を有するものである。容量電極15と、誘電体層14と、画素電極16とにより蓄積容量31が構成されている。
As shown in FIG. 7, in the
下地絶縁膜9、ゲート絶縁膜11a、第1層間絶縁膜11b、第2層間絶縁膜12、第3層間絶縁膜13aは、前述したように例えばシリコンの酸化物(酸化シリコン)からなり、基材10sの構成材料の例えば石英とほぼ同じ屈折率(可視光波長範囲(400nm〜750nm)で1.4〜1.5)を有している。屈折率がほぼ同じであるため、これらの膜を透過する可視光は、膜の界面で反射したり、屈折したりすることがほとんどないので、その光の強度(透過率)が減衰し難い。
As described above, the
これに対して、第3層間絶縁膜13aから上の部分(蓄積容量31が形成された部分)では、第1絶縁膜13b(可視光波長範囲で屈折率が1.6〜1.7(酸化アルミニウム))と、容量電極15(ITOならば可視光波長範囲で屈折率が1.9〜2.0)と、誘電体層14(可視光波長範囲で屈折率が1.9〜2.0(酸化ハフニウム))と、画素電極16(ITOならば可視光波長範囲で屈折率が1.9〜2.0)と、第3絶縁膜17(可視光波長範囲で屈折率が1.6〜1.7(酸化アルミニウム))と、配向膜18(可視光波長範囲で屈折率が1.4〜1.5(酸化シリコン)と、が積層された構造を有している。このため、素子基板10の中を透過する可視光の一部は、これら屈折率の異なる膜の界面で反射される。また、これら屈折率の異なる膜の界面での光の反射(多重反射)が生じ、該反射光と蓄積容量31を透過する光との間で光の干渉が生ずる。また、画素電極16及び容量電極15を透過することで光の干渉(多重干渉)や吸収が生ずる。したがって、これらの膜の屈折率と膜厚とに応じて、これらの膜を透過する光の透過率が変化する。
In contrast, in the portion above the third
例えば、蓄積容量31を透過する光の波長によっては、光の干渉によって光の強度が減衰し、蓄積容量31を透過する光の透過率が低下する場合がある。また、蓄積容量31を透過する光の波長によっては、光の干渉によって光の強度が増幅され、蓄積容量31を透過する光の透過率が増加する場合がある。とりわけ、液晶装置100を後述する投射型表示装置(プロジェクター)の光変調手段(ライトバルブ)として用いる場合、波長が異なる赤(R)、緑(G)、青(B)の色光のそれぞれに対して光変調手段が配置されることから、光の波長による透過率の増減は、輝度むらを生じさせる。
For example, depending on the wavelength of light transmitted through the
本実施形態の液晶装置100では、蓄積容量31は、誘電体層14を介して画素電極16に対向配置された透光性の容量電極15を含み、画素電極16と誘電体層14と容量電極15とにおける屈折率が略等しく、それぞれの膜厚の合計値dは、以下の数式(1)を満たす。
d=λ/2n ・・・(1)
λは光の波長、nは画素電極16(または容量電極15)の屈折率である。
In the
d = λ / 2n (1)
λ is the wavelength of light, and n is the refractive index of the pixel electrode 16 (or the capacitor electrode 15).
上記数式(1)を満たすことは、蓄積容量31を構成する容量電極15及び画素電極16並びに誘電体層14のそれぞれの膜厚の合計値dの値が、光の波長λの値を屈折率nの2倍で除した値となり、光の干渉が起き難い条件となる。
Satisfying the above formula (1) is that the total value d of the film thicknesses of the
詳しくは、蓄積容量31を構成する、画素電極16と誘電体層14と容量電極15とにおける屈折率が略等しいことから、画素電極16の屈折率をnとすると、透光性の蓄積容量31の屈折率もまたnとなる。透光性の蓄積容量31の光学的な距離Lcは、屈折率と膜厚の積で表すことができる。つまり、Lc=n×dである。したがって、光学的な距離Lcの値が波長λの整数倍であるときには、蓄積容量31の上側と下側とに位置する異なる屈折率の層との界面で入射した光が反射した反射光により共振が生ずることになる。一方で、光学的な距離Lcが波長λの1/2である場合には、上記反射光の位相が半周期ずれることから共振が生ぜずに上記反射光が最も減衰した状態となる。よって、以下の数式(2)から上記数式(1)が導かれる。
n×d=λ/2 ・・・(2)
Specifically, since the refractive indexes of the
n × d = λ / 2 (2)
図8は液晶パネルの画素を透過する光の状態を示す模式断面図である。本実施形態では、液晶パネル110に対して、対向基板20側から光L1が入射することを例に挙げて説明する。
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing a state of light transmitted through the pixels of the liquid crystal panel. In the present embodiment, the case where the light L1 enters the
図8に示すように、対向基板20側から入射した光L1は、対向基板20と液晶層50とを透過して素子基板10に入射する。素子基板10における蓄積容量31は、画素電極16と誘電体層14と容量電極15とにおける屈折率が略等しく、それぞれの膜厚の合計値d(以降、蓄積容量31の総膜厚dと呼ぶ)は、上記数式(1)を満たしていることから、蓄積容量31を透過する光の干渉が生じ難い条件となる。したがって、素子基板10に入射する光L1に対して素子基板10を透過して射出される光をL2とし、蓄積容量31における光の干渉で生ずる光(反射光)をL3とすると、反射光L3が抑えられるため、光L1の強度に対する光L2の強度の割合、すなわち透過率が改善される。
As shown in FIG. 8, the light L <b> 1 incident from the
また、屈折率が異なる第3層間絶縁膜13aと容量電極15との間に、これらの膜の屈折率に対して中間的な屈折率の第1絶縁膜13bが設けられている。これにより、第1絶縁膜13bを介して配置された屈折率が異なる第3層間絶縁膜13aと容量電極15との界面での光の反射が抑制される。同様に、屈折率が異なる画素電極16と配向膜18との間に、これらの膜の屈折率に対して中間的な屈折率の第3絶縁膜17が設けられている。これにより、第3絶縁膜17を介して配置された屈折率が異なる画素電極16と配向膜18との界面での光の反射が抑制される。なお、液晶層50における液晶分子を所定の状態に配向させる配向膜18,24は、液晶パネル110にとって必須の構成である。また、液晶層50の屈折率は、ITOなどの透明導電膜が用いられる画素電極16の屈折率よりも小さく、酸化シリコンなどの無機材料を用いて形成される配向膜18の屈折率よりも大きい、もしくは同等である。よって、第3絶縁膜17は、画素電極16の屈折率と電気光学素子としての液晶層50の屈折率との間の屈折率を有する。
In addition, a first
上記第1実施形態の液晶装置100によれば、以下の効果が得られる。
(1)素子基板10の蓄積容量31を構成する容量電極15、誘電体層14、画素電極16のそれぞれは透光性であって、蓄積容量31は、画素Pの開口領域に配置されている。画素電極16と誘電体層14と容量電極15とにおける屈折率が略等しく、蓄積容量31の総膜厚dは、d=λ/2nの数式(1)を満たす。これにより、透光性の蓄積容量31を光が透過しても干渉が生じ難いことから、当該光の干渉に起因する輝度むらが目立ち難く、優れた表示品質を有する液晶装置100を提供することができる。
According to the
(1) Each of the
(2)基材10s上において、蓄積容量31の下側に設けられ、容量電極15の屈折率と第3層間絶縁膜13aの屈折率との間の屈折率を有する透光性の第1絶縁膜13bと、蓄積容量31の上側に設けられ、配向膜18の屈折率と画素電極16の屈折率との間の屈折率を有する透光性の第3絶縁膜17と、を備えている。したがって、第1絶縁膜13bが設けられていない場合に比べて、これらの屈折率が異なる膜の界面における光の反射が抑制される。つまり、素子基板10の開口領域における光の透過率がさらに改善される。
(2) A light-transmitting first insulation provided on the lower side of the
(3)基材10s上において、蓄積容量31の下側に設けられた第1絶縁膜13bと、蓄積容量31の上側に設けられた第3絶縁膜17は、いずれも酸化アルミニウムを用いて形成されていることから、酸化シリコンに比べて透湿性が低い。したがって、液晶パネル110に水分が浸入したとしても、素子基板10側に設けられた電気的な回路構成が、水分の影響を受け難くなるため、高い信頼性を有する液晶装置100を実現できる。
(3) On the
(第2実施形態)
次に、第2実施形態の電気光学装置として第1実施形態と同じく液晶装置を例に挙げて図9を参照して説明する。図9は第2実施形態の液晶装置における画素の構造を示す模式断面図である。第2実施形態の液晶装置は、上記第1実施形態の液晶装置100と基本的に同じ構成を有するものであって、一部の構造を異ならせたものである。したがって、上記液晶装置100と同じ構成には同じ符号を付して詳細な説明は省略する。なお、図9は、上記第1実施形態の説明に用いた図8に対応する模式断面図であり、画素Pの開口領域に配置される蓄積容量31とこれに纏わる構成について図示している。
(Second Embodiment)
Next, as an electro-optical device according to the second embodiment, a liquid crystal device will be described as an example as in the first embodiment with reference to FIG. FIG. 9 is a schematic cross-sectional view illustrating a pixel structure in the liquid crystal device according to the second embodiment. The liquid crystal device of the second embodiment has basically the same configuration as that of the
図9に示すように、第2実施形態の液晶装置200は、素子基板10Bと対向基板20との間に液晶層50が挟持された液晶パネル210を備えている。上記第1実施形態の液晶装置100における液晶パネル110に対して、本実施形態の液晶パネル210は、対向基板20の構成と構造は同じであって、素子基板10Bの構造が異なっている。
As shown in FIG. 9, the
具体的には、素子基板10Bは、透光性の基材10s上に配置された、第3層間絶縁膜13a、第1絶縁膜13b、容量電極15、誘電体層14、画素電極16、第3絶縁膜17、配向膜18を有している。第1絶縁膜13bは前述したように例えば酸化アルミニウムを用いて形成される。容量電極15は例えばITOを用いて形成される。酸化アルミニウム膜とITO膜の密着性は、酸化シリコン膜とITO膜との密着性に比べて弱い。
Specifically, the
本実施形態では、第3層間絶縁膜13aの第1絶縁膜13b側の表面13dは粗面化されている。したがって、表面13dを覆うように形成される第1絶縁膜13bの表面13eもまた粗面化される。これによって、第1絶縁膜13bの実質的な表面積が増えて、材料構成が異なる第1絶縁膜13bと容量電極15との間の密着性が向上する。第3層間絶縁膜13aの表面13dを粗面化する方法としては、研磨やエッチングなどの方法が挙げられる。粗面化の程度は、例えば、算術平均粗さRaで数nm〜10nm程度であることが好ましい。これ以上に粗くなると、第3層間絶縁膜13aと第1絶縁膜13bとの間の界面や、第1絶縁膜13bと容量電極15との界面で光の乱反射が生じ易くなる。第1絶縁膜13bの膜厚は、光学的な条件の制約から第3層間絶縁膜13aの膜厚に比べて薄い。それゆえに、第1絶縁膜13b自体を粗面化することは技術的に難しい。第3層間絶縁膜13aの表面13dを粗面化することで、間接的に第1絶縁膜13bの表面13eの粗面化を行うほうが容易である。
In the present embodiment, the
上記第2実施形態の液晶装置200によれば、第3層間絶縁膜13aの表面13dを粗面化することで、間接的に第1絶縁膜13bの表面13eが粗面化され、異なる材料構成からなる第1絶縁膜13bと容量電極15との密着性が向上する。これによって、第3層間絶縁膜13aに対して、第1絶縁膜13b及び容量電極15が剥がれ難くなる。加えて、第1絶縁膜13bを酸化アルミニウム膜で構成した場合には、さらに耐湿性能を向上させることができる。つまり、上記第1実施形態の液晶装置100と同様に、透光性の蓄積容量31を光が透過しても干渉が生じ難いことから、当該光の干渉に起因する輝度むらが目立ち難く、優れた表示品質を有すると共に、上記第1実施形態の液晶装置100に比べて、耐湿信頼性が向上した液晶装置200を提供することができる。
According to the
次に、画素Pの開口領域における透光性の蓄積容量31を含めた本発明の光学的な構成について、より具体的な実施例と比較例とを挙げて、その効果について図10〜図18を参照して説明する。図10は比較例と実施例とにおける画素の光学的な構成例を示す表、図11〜図18は比較例と実施例1〜実施例7の画素を透過する光の分光特性を示すグラフである。
Next, regarding the optical configuration of the present invention including the
まず、図10を参照して、比較例と、実施例1〜実施例7における液晶パネルの画素Pにおける光学的な構成について説明する。 First, the optical configuration of the pixel P of the liquid crystal panel in the comparative example and the first to seventh embodiments will be described with reference to FIG.
図10に示すように、比較例と、実施例1〜実施例7とにおける液晶パネルの共通する光学的な構成としては、素子基板10の基材10s、対向基板20の基材20sが共に石英(屈折率が1.47)からなる。液晶層50を構成するのは、負の誘電異方性を有するネマチック液晶(屈折率が1.55)であって、その層厚は2400nm(2.4μm)である。液晶層50を挟む素子基板10の配向膜18及び対向基板20の配向膜24はいずれも酸化シリコン(SiO2;屈折率が1.42)からなる無機配向膜であり、膜厚はいずれも75nmである。容量電極15及び画素電極16並びに対向電極23はいずれもITO(屈折率が2.00)からなり、膜厚は必ずしも一定ではなく比較例、実施例1〜実施例7の各光学条件によって異なる。
As shown in FIG. 10, as a common optical configuration of the liquid crystal panels in the comparative example and Examples 1 to 7, both the
(比較例)
比較例の液晶パネルにおける、透光性の蓄積容量は、膜厚が20nmの容量電極15と、膜厚が80nmの画素電極16との間に、膜厚がいずれも3nmの酸化ハフニウム膜(HfO2;屈折率が2.00)と酸化アルミニウム膜(Al2O3;屈折率が1.70)とが交互に5層、積層された誘電体層を含むものである。なお、対向電極23の膜厚は113nmである。
(Comparative example)
In the liquid crystal panel of the comparative example, the translucent storage capacitor has a hafnium oxide film (HfO) having a thickness of 3 nm between the
(実施例1)
実施例1の液晶パネルにおける、透光性の蓄積容量31は、比較例に対して蓄積容量31の構成を異ならせたものであって、膜厚が20nmの容量電極15と、膜厚が65nmの画素電極16との間に、膜厚が28nmの酸化ハフニウム膜からなる誘電体層14を備えたものである。容量電極15、誘電体層14、画素電極16の屈折率はいずれも2.00であって、蓄積容量31の総膜厚dは113nmである。したがって、波長λを例えば青色の452nmとすると、実施例1は、上記数式(1)を満たすことになる。なお、対向電極23の膜厚は比較例と同じで113nmである。他の構成は比較例と同じである。
Example 1
The
(実施例2)
実施例2の液晶パネルは、実施例1に対して第3層間絶縁膜13aと容量電極15との間に、第3層間絶縁膜13aの屈折率と容量電極15の屈折率との間の屈折率を有する酸化アルミニウム膜からなる膜厚が67nmの第1絶縁膜13bが設けられている。また、画素電極16と配向膜18との間に、配向膜18の屈折率と画素電極16の屈折率との間の屈折率を有する酸化アルミニウム膜からなる膜厚が同じく67nmの第3絶縁膜17が設けられている。蓄積容量31における光学的な構成は実施例1と同じであることから、やはり上記数式(1)を満たす。なお、対向電極23の膜厚は、比較例と同じで113nmである。
(Example 2)
The liquid crystal panel of Example 2 is different from that of Example 1 between the third
(実施例3)
実施例3の液晶パネルは、実施例2に対して対向基板20の対向電極23の上側(基材20s側)と下側(配向膜24側)とにそれぞれ、配向膜24の屈折率と対向電極23の屈折率の間の屈折率を有する酸化アルミニウム膜からなる膜厚が67nmの絶縁膜を設けたものである。蓄積容量31における光学的な構成は実施例1と同じであることから、やはり上記数式(1)を満たす。なお、対向電極23の膜厚は比較例と同じで113nmである。
Example 3
The liquid crystal panel of Example 3 is opposite to the refractive index of the
(実施例4)
実施例4の液晶パネルは、実施例3に対して、第3層間絶縁膜13aと容量電極15との間の膜厚が67nmの酸化アルミニウム膜からなる第1絶縁膜13bを除くと共に、対向基板20の対向電極23の上側(基材20s側)の膜厚が67nmの酸化アルミニウム膜からなる絶縁膜を除いたものである。言い換えれば、実施例1に対して、画素電極16と配向膜18との間に、配向膜18の屈折率と画素電極16の屈折率との間の屈折率を有する酸化アルミニウム膜からなる膜厚が67nmの第3絶縁膜17を設け、対向電極23と配向膜24との間に同じく膜厚が67nmの酸化アルミニウム膜からなる絶縁膜を設けたものである。蓄積容量31における光学的な構成は実施例1と同じであることから、やはり上記数式(1)を満たす。なお、対向電極23の膜厚は、比較例と同じで113nmである。
(Example 4)
The liquid crystal panel of Example 4 is different from Example 3 in that the first insulating
(実施例5)
実施例5の液晶パネルは、実施例3に対して、画素電極16と配向膜18との間の酸化アルミニウム膜からなる第3絶縁膜17を除くと共に、対向電極23と配向膜24との間の酸化アルミニウム膜からなる絶縁膜を除いたものである。言い換えれば、実施例1に対して、第3層間絶縁膜13aと容量電極15との間に膜厚が67nmの酸化アルミニウム膜からなる第1絶縁膜13bを設け、対向電極23の上側(基材20s側)に同じく膜厚が67nmの酸化アルミニウム膜からなる絶縁膜を設けたものである。蓄積容量31における光学的な構成は実施例1と同じであることから、やはり上記数式(1)を満たす。なお、対向電極23の膜厚は比較例と同じで113nmである。
(Example 5)
The liquid crystal panel of the fifth embodiment is different from the third embodiment in that the third insulating
(実施例6)
実施例6の液晶パネルは、実施例3に対して、酸化アルミニウム膜の膜厚を67nmから83nmに変更し、蓄積容量31における画素電極16の膜厚を65nmから90nmに変更したものである。これにより、蓄積容量31の総膜厚dは138nmとなる。蓄積容量31に入射する光の波長λを、緑色の552nmとすると、蓄積容量31の屈折率は2.00であるため、実施例6の蓄積容量31の光学的な構成は、上記数式(1)を満たす。つまり、実施例1〜実施例5における蓄積容量31の光学的な構成は、青色光に対して上記数式(1)を満たすものであったが、実施例6は緑色光に対して上記数式(1)を満たすものである。なお、対向電極23の膜厚は138nmである。
(Example 6)
In the liquid crystal panel of Example 6, the film thickness of the aluminum oxide film is changed from 67 nm to 83 nm, and the film thickness of the
(実施例7)
実施例7の液晶パネルは、実施例3に対して、酸化アルミニウム膜の膜厚を67nmから100nmに変更し、蓄積容量31における画素電極16の膜厚を65nmから115nmに変更したものである。これにより、蓄積容量31の総膜厚dは163nmとなる。蓄積容量31に入射する光の波長λを、赤色の652nmとすると、蓄積容量31の屈折率は2.00であるため、実施例7の蓄積容量31の光学的な構成は、上記数式(1)を満たす。つまり、実施例1〜実施例5における蓄積容量31の光学的な構成は、青色光に対して上記数式(1)を満たすものであったが、実施例7は赤色光に対して上記数式(1)を満たすものである。なお、対向電極23の膜厚は163nmである。
(Example 7)
In the liquid crystal panel of Example 7, the film thickness of the aluminum oxide film is changed from 67 nm to 100 nm, and the film thickness of the
図11〜図18に示す比較例と実施例1〜実施例7の画素を透過する光の分光特性は、上述した比較例と実施例1〜実施例7の液晶パネルにおける光学的な構成を前提として、光学シミュレーションを用いて画素Pを透過する光の透過率を求めたものである。具体的には、比較例及び実施例1〜実施例7では、偏光を入射させ、透光性の基材を透過したときの透過率を1.00(つまり100%)として、液晶パネルの画素Pを透過させたときの透過率を求めている。 The spectral characteristics of the light transmitted through the pixels of the comparative example and Examples 1 to 7 shown in FIGS. 11 to 18 are based on the optical configuration of the liquid crystal panels of the comparative example and Examples 1 to 7 described above. As described above, the transmittance of light transmitted through the pixel P is obtained using an optical simulation. Specifically, in the comparative example and Examples 1 to 7, the transmittance when the polarized light is incident and transmitted through the translucent substrate is 1.00 (that is, 100%), and the pixel of the liquid crystal panel The transmittance when P is transmitted is obtained.
図11に示すように、比較例の液晶パネルにおける分光特性は、可視光波長範囲(430nm〜680nm)において周期的に透過率が変動している。また、波長が長くなるほど、透過率の変動幅が大きくなり、変動の周期も長くなっている。これは、比較例の蓄積容量は、屈折率が異なる2種の誘電体膜を交互に積層した誘電体層を用いているため、蓄積容量における光の多重反射の程度が入射する光の波長によって変動することに起因するものである。比較例の液晶パネルに青色光の偏光を入射させた場合には、蓄積容量による色光の減衰は少ないものの、緑色光や赤色光の偏光を入射させた場合には、色光の減衰の程度が大きくなって暗くなることを示している。 As shown in FIG. 11, in the spectral characteristics of the liquid crystal panel of the comparative example, the transmittance varies periodically in the visible light wavelength range (430 nm to 680 nm). Further, the longer the wavelength, the larger the variation range of the transmittance, and the longer the period of variation. This is because the storage capacitor of the comparative example uses a dielectric layer in which two types of dielectric films having different refractive indexes are alternately stacked, and therefore the degree of multiple reflection of light in the storage capacitor depends on the wavelength of incident light. This is due to fluctuations. When polarized light of blue light is incident on the liquid crystal panel of the comparative example, the attenuation of the color light due to the storage capacitor is small, but when the polarized light of green light or red light is incident, the degree of attenuation of the color light is large. It becomes darker.
図12に示すように、実施例1の液晶パネルにおける分光特性は、比較例と同様に、可視光波長範囲(430nm〜680nm)において、周期的に透過率が変動しているが、比較例に比べて変動幅は小さくなっている。特に青色光の波長範囲では透過率はほとんど減衰していない。言い換えれば、青色光の波長範囲では透過率が比較例に比べて改善されている。 As shown in FIG. 12, the spectral characteristics of the liquid crystal panel of Example 1 are similar to the comparative example, in which the transmittance periodically varies in the visible light wavelength range (430 nm to 680 nm). The fluctuation range is smaller than that. In particular, the transmittance is hardly attenuated in the wavelength range of blue light. In other words, the transmittance is improved in the wavelength range of blue light compared to the comparative example.
図13に示すように、実施例2の液晶パネルにおける分光特性は、実施例1と同様に、周期的に透過率が変動しているが、実施例1に比べて透過率の変動幅がさらに小さくなっている。つまり、蓄積容量31の上側と下側とに酸化アルミニウムからなる絶縁膜を設けることで、蓄積容量31と絶縁膜との界面における反射が抑制され、多重反射が起こり難くなって透過率が改善されたと考えられる。
As shown in FIG. 13, the spectral characteristics of the liquid crystal panel of Example 2 have periodically changing transmittance as in Example 1. However, the transmittance fluctuation range is further increased compared to Example 1. It is getting smaller. In other words, by providing an insulating film made of aluminum oxide on the upper side and the lower side of the
図14に示すように、実施例3の液晶パネルにおける分光特性は、光の波長に依存した透過率の周期的な変動が実施例2に比べてさらに小さくなっており、可視光波長範囲において、おおよそ0.98(98%)以上の透過率が実現されている。これは、対向電極23の上側と下側とに酸化アルミニウムからなる絶縁膜を設けることにより、対向電極23と絶縁膜との界面における反射が抑制され、画素Pを透過する光の透過率がさらに改善されたと考えられる。
As shown in FIG. 14, in the spectral characteristics of the liquid crystal panel of Example 3, the periodic variation of transmittance depending on the wavelength of light is further smaller than that of Example 2, and in the visible light wavelength range, A transmittance of approximately 0.98 (98%) or higher is realized. This is because by providing an insulating film made of aluminum oxide on the upper side and the lower side of the
図15に示すように、実施例4の液晶パネルにおける分光特性は、実施例1と同様に、周期的に透過率が変動しているが、実施例1に比べて透過率の変動幅が青色光の波長範囲で大きくなり、青色光よりも波長が長い、緑色光や赤色光の波長範囲で小さくなっている。可視光波長範囲における透過率は、ほぼ0.9(90%)以上を確保している。 As shown in FIG. 15, the spectral characteristics of the liquid crystal panel of Example 4 have the transmittance periodically changing as in Example 1, but the transmittance fluctuation range is blue compared to Example 1. It becomes larger in the wavelength range of light, and is smaller in the wavelength range of green light and red light, which has a longer wavelength than blue light. The transmittance in the visible light wavelength range is approximately 0.9 (90%) or more.
図16に示すように、実施例5の液晶パネルにおける分光特性は、実施例1と同様に、周期的に透過率が変動しているが、実施例1に比べて透過率の変動幅が青色光の波長範囲で大きくなり、青色光よりも波長が長い、緑色光や赤色光の波長範囲で小さくなっている。可視光波長範囲における透過率は、実施例4と同様にほぼ0.9(90%)以上を確保している。実施例4及び実施例5の分光特性から分かるように、蓄積容量31の上側または下側のいずれか一方に屈折率が1.70の酸化アルミニウムからなる絶縁膜を配置することで、蓄積容量31と当該絶縁膜との界面における反射が抑制され、多重反射が起こり難くなって透過率が改善されたと考えられる。
As shown in FIG. 16, in the spectral characteristics of the liquid crystal panel of Example 5, the transmittance fluctuates periodically similarly to Example 1, but the transmittance fluctuation range is blue compared to Example 1. It becomes larger in the wavelength range of light, and is smaller in the wavelength range of green light and red light, which has a longer wavelength than blue light. As in Example 4, the transmittance in the visible light wavelength range is approximately 0.9 (90%) or more. As can be seen from the spectral characteristics of the fourth and fifth embodiments, by disposing an insulating film made of aluminum oxide having a refractive index of 1.70 on either the upper side or the lower side of the
図17に示すように、実施例6の液晶パネルにおける分光特性は、実施例3とほぼ同様な透過率の状態が得られているが、青色光と赤色光の波長範囲で透過率がやや変動している。一方で緑色光の波長範囲では透過率の変動が抑えられ、1.00(100%)に近い値が示されている。つまり、実施例6の液晶パネルは、緑色光の入射に適した光学的な構成となっている。 As shown in FIG. 17, the spectral characteristics of the liquid crystal panel of Example 6 are almost the same as those of Example 3, but the transmittance slightly varies in the wavelength range of blue light and red light. doing. On the other hand, in the wavelength range of green light, variation in transmittance is suppressed, and a value close to 1.00 (100%) is shown. That is, the liquid crystal panel of Example 6 has an optical configuration suitable for incident green light.
図18に示すように、実施例7の液晶パネルにおける分光特性は、実施例3とほぼ同様な透過率の状態が得られているが、青色光と緑色光の波長範囲で透過率がやや変動している。一方で赤色光の波長範囲では透過率の変動が抑えられ、1.00(100%)に近い値が示されている。つまり、実施例7の液晶パネルは、赤色光の入射に適した光学的な構成となっている。 As shown in FIG. 18, the spectral characteristics of the liquid crystal panel of Example 7 are almost the same as those of Example 3, but the transmittance slightly varies in the wavelength range of blue light and green light. doing. On the other hand, in the wavelength range of red light, the variation in transmittance is suppressed, and a value close to 1.00 (100%) is shown. That is, the liquid crystal panel of Example 7 has an optical configuration suitable for the incidence of red light.
上述した、比較例及び実施例1〜実施例7では、液晶層50の層厚を2400nm(2.4μm)として一定としたが、実際には液晶パネル110の製造過程で層厚がばらつくことがある。液晶層50の層厚(セル厚とも言う)のばらつきは、画素Pにおける光学的な構成である、層間絶縁膜、絶縁膜、透光性の蓄積容量31(容量電極15、誘電体層14、画素電極16)、配向膜、対向電極23の膜厚ばらつきに比べて大きいので、分光特性に与える影響も大きくなる。したがって、分光特性がよりフラットである実施例3、実施例6、実施例7の液晶パネル110とすることが好ましい。つまり、蓄積容量31の上側及び下側だけでなく、対向電極23の上側及び下側に酸化アルミニウムから成る絶縁膜を配置することが好ましい。
In the comparative example and Examples 1 to 7 described above, the layer thickness of the
(第3実施形態)
<電子機器>
次に、本実施形態の電子機器として、投射型表示装置を例に挙げ図19を参照して説明する。図19は電子機器としての投射型表示装置の構成を示す図である。
(Third embodiment)
<Electronic equipment>
Next, as an electronic apparatus of this embodiment, a projection display device will be described as an example with reference to FIG. FIG. 19 is a diagram illustrating a configuration of a projection display device as an electronic apparatus.
図19に示すように、本実施形態の電子機器としての投射型表示装置1000は、システム光軸Lに沿って配置された偏光照明装置1100と、光分離素子としての2つのダイクロイックミラー1104,1105と、3つの反射ミラー1106,1107,1108と、5つのリレーレンズ1201,1202,1203,1204,1205と、3つの光変調手段としての透過型の液晶ライトバルブ1210,1220,1230と、光合成素子としてのクロスダイクロイックプリズム1206と、投射レンズ1207とを備えている。
As shown in FIG. 19, a
偏光照明装置1100は、超高圧水銀灯やハロゲンランプなどの白色光源からなる光源としてのランプユニット1101と、インテグレーターレンズ1102と、偏光変換素子1103とから概略構成されている。
The polarized
ダイクロイックミラー1104は、偏光照明装置1100から射出された偏光光束のうち、赤色光(R)を反射させ、緑色光(G)と青色光(B)とを透過させる。もう1つのダイクロイックミラー1105は、ダイクロイックミラー1104を透過した緑色光(G)を反射させ、青色光(B)を透過させる。
The
ダイクロイックミラー1104で反射した赤色光(R)は、反射ミラー1106で反射した後にリレーレンズ1205を経由して液晶ライトバルブ1210に入射する。
ダイクロイックミラー1105で反射した緑色光(G)は、リレーレンズ1204を経由して液晶ライトバルブ1220に入射する。
ダイクロイックミラー1105を透過した青色光(B)は、3つのリレーレンズ1201,1202,1203と2つの反射ミラー1107,1108とからなる導光系を経由して液晶ライトバルブ1230に入射する。
The red light (R) reflected by the
Green light (G) reflected by the
The blue light (B) transmitted through the
液晶ライトバルブ1210,1220,1230は、クロスダイクロイックプリズム1206の色光ごとの入射面に対してそれぞれ対向配置されている。液晶ライトバルブ1210,1220,1230に入射した色光は、映像情報(表示データ)に基づいて変調されクロスダイクロイックプリズム1206に向けて射出される。このプリズムは、4つの直角プリズムが貼り合わされ、その内面に赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが十字状に形成されている。これらの誘電体多層膜によって3つの色光が合成されて、カラー画像を表す光が合成される。合成された光は、投射光学系である投射レンズ1207によってスクリーン1300上に投写され、画像が拡大されて表示される。
The liquid
液晶ライトバルブ1210は、上述したイオントラップ機構を有する上記第1実施形態の液晶装置100が適用されたものである。液晶パネル110の色光の入射側と射出側とにクロスニコルに配置された一対の偏光素子が隙間を置いて配置されている。他の液晶ライトバルブ1220,1230も同様である。
The liquid
このような投射型表示装置1000によれば、液晶ライトバルブ1210,1220,1230として、上記液晶装置100が用いられているので、画素Pの開口領域に透光性の蓄積容量31を設けることに起因する輝度むらが抑制される。該輝度むらを抑制する一方で画像信号の保持に必要な電気容量を容易に確保することができるため、優れた表示品質を有する投射型表示装置1000を提供することができる。なお、液晶ライトバルブ1210,1220,1230として、前述した第2実施形態の液晶装置200を用いても同様な効果が得られる。
According to such a projection
本実施形態の投射型表示装置1000では、超高圧水銀灯やハロゲンランプなどの白色光源を用いたが、これに限定されるものではない。例えば、赤色光(R)、緑色光(G)、青色光(B)のそれぞれに対応した例えばレーザー光源やLEDなどの固体光源を設けてもよい。白色光源から発した光をダイクロイックミラーにより分光して色光とする場合に比べて、レーザー光源やLEDから発せられる単色光の波長範囲は狭い。このような単色光が上述した液晶ライトバルブ1210,1220,1230に入射したとしても、上記液晶装置100が用いられているので、輝度むらが生じ難い。とりわけ、液晶装置100の液晶パネル110として上述した実施例3、実施例6、実施例7に示した光学的な構成とすれば、赤色光(R)、緑色光(G)、青色光(B)の各単色光に対して優れた分光特性(透過率特性)を有していることから、輝度むらがなく明るい表示が可能となる。
In the
本発明は、上記した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲および明細書全体から読み取れる発明の要旨あるいは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う電気光学装置及び該電気光学装置を適用する電子機器もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。上記実施形態以外にも様々な変形例が考えられる。以下、変形例を挙げて説明する。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made as appropriate without departing from the spirit or concept of the invention that can be read from the claims and the entire specification. Electronic equipment to which the electro-optical device is applied is also included in the technical scope of the present invention. Various modifications other than the above embodiment are conceivable. Hereinafter, a modification will be described.
(変形例1)上記実施形態では、透光性の蓄積容量31を構成する誘電体層14を酸化ハフニウムからなる単層構造としたが、光学的な屈折率が容量電極15や画素電極16と略等しければ、必ずしも単層であることに限定されない。例えば、酸化ハフニウムなどからなる高屈折率層の間に、当該高屈折率層よりも膜厚が例えば一桁薄い酸化アルミニウムなどからなる低屈折率層を挟む構成としてもよい。
(Modification 1) In the above embodiment, the
(変形例2)素子基板10の基材10s上におけるTFT30やTFT30に係る各種の配線や電極などの配置は、これに限定されるものではない。例えば、容量電極15を少なくとも表示領域Eに亘って配置して容量線7aの機能を有する構造としてもよい。
(Modification 2) The arrangement of various wirings and electrodes related to the
(変形例3)上記第2実施形態の液晶装置200(液晶パネル210)では、容量電極15に接する第1絶縁膜13bの表面13eを粗面化したが、第3絶縁膜17に接する画素電極16の表面も粗面化することで、画素電極16と第3絶縁膜17との密着性を改善することができる。
(Modification 3) In the liquid crystal device 200 (liquid crystal panel 210) of the second embodiment, the
(変形例4)上記第1実施形態の液晶装置100あるいは上記第2実施形態の液晶装置200が適用される電子機器は、上記第3実施形態の投射型表示装置1000に限定されない。例えば、液晶装置として画素に着色層を有するカラーフィルターを備える構成とすることで、投射型のHUD(ヘッドアップディスプレイ)や直視型のHMD(ヘッドマウントディスプレイ)、電子ブック、パーソナルコンピューター、デジタルスチルカメラ、液晶テレビ、ビューファインダー型あるいはモニター直視型のビデオレコーダー、カーナビゲーションシステム、電子手帳、POSなどの情報端末機器の表示部として好適に用いることができる。
(Modification 4) The electronic apparatus to which the
10…素子基板、10s…基材、13a…層間絶縁膜としての第3層間絶縁膜、13b…透光性の絶縁膜としての第1絶縁膜、13e…絶縁膜の表面、14…誘電体層、15…容量電極、16…画素電極、17…透光性の絶縁膜としての第3絶縁膜、23…対向電極、30…トランジスターとしての薄膜トランジスター(TFT)、31…蓄積容量、100…電気光学装置としての液晶装置、1000…電子機器としての投射型表示装置、P…画素。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記基材に画素ごとに設けられた透光性の画素電極と、
前記画素電極のスイッチング素子であるトランジスターと、
前記トランジスターに接続された蓄積容量と、を備え、
前記蓄積容量は、誘電体層を介して前記画素電極に対向配置された透光性の容量電極を含み、
前記画素電極と前記誘電体層と前記容量電極とにおける屈折率が略等しく、それぞれの膜厚の合計値dは、以下の数式(1)を満たす、電気光学装置。
d=λ/2n ・・・(1)
λは光の波長、nは画素電極の屈折率である。 A translucent substrate;
A translucent pixel electrode provided for each pixel on the substrate;
A transistor which is a switching element of the pixel electrode;
A storage capacitor connected to the transistor, and
The storage capacitor includes a translucent capacitor electrode disposed to face the pixel electrode through a dielectric layer,
An electro-optical device in which the pixel electrode, the dielectric layer, and the capacitive electrode have substantially the same refractive index, and the total value d of the film thicknesses satisfies the following formula (1).
d = λ / 2n (1)
λ is the wavelength of light, and n is the refractive index of the pixel electrode.
前記液晶層の液晶分子の配向を制御する配向膜と、
前記画素電極に対して前記液晶層を挟んで配置される透光性の対向電極と、
前記対向電極の前記液晶層側と、前記対向電極の前記液晶層側と反対側とのうち少なくとも一方に設けられ、前記配向膜の屈折率と前記対向電極の屈折率との間の屈折率を有する透光性の他の絶縁膜と、を備えた、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の電気光学装置。 A liquid crystal layer as an electro-optic element;
An alignment film for controlling the alignment of liquid crystal molecules in the liquid crystal layer;
A translucent counter electrode that is disposed across the liquid crystal layer with respect to the pixel electrode;
Provided on at least one of the liquid crystal layer side of the counter electrode and the side opposite to the liquid crystal layer side of the counter electrode, the refractive index between the refractive index of the alignment film and the refractive index of the counter electrode The electro-optical device according to claim 1, further comprising: a light-transmitting other insulating film.
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