JP3550656B2 - 反射型液晶表示装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、反射型液晶表示装置の製造方法に係り、特に画素間の混色を抑制し、コントラストを向上することができるとともに、光利用率を向上することができる画素反射電極の構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
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等用に、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)パネルを用いた空間光変調部を用い、LCDパネルに読出し光を入射させ、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。
【0003】
ここに、LCDパネルは、半導体基板に薄膜トランジスタ等のスイッチング素子とそのスイッチング素子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、透明基板(ガラス基板等)に被膜形成された共通電極膜と、前記のアクティブマトリクス基板と共通電極膜の間に封止された液晶層からなり、共通電極膜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、液晶の配向を制御することで読出し光を変調するものである。
【0004】
透過方式と反射方式の相違は、前者がアクティブマトリクス基板を透明に構成してLCDパネルの透過光を投射光とするのに対し、後者がアクティブマトリクス基板の画素電極を反射電極又は誘電体ミラー膜等を介して液晶の配向を制御するための電極として構成し、LCDパネルでの反射光を投射光とする点にある。一般に、反射方式は、透過方式と比較して、液晶層にブラックストライプを設ける必要がないために液晶セル部分の開口率が大きく、また読出し光の吸収による発熱が非常に少ないことから、発光出力が大きい読出し光を照射して、より明るい映像が得られる。
【0005】
ところで、従来、反射型カラー画像表示装置では、3原色(R,G,B)に対応した3枚の透過型LCDパネルとその各透過光を合成する3色合成光学系を用いてカラー画像を得ていたが、装置が大型化すると共に製造コストも高くなるため、LCDパネルの各色に係る各透明画素電極をストライプ配列、モザイク配列、又はデルタ配列とし、その配列に対応させて各色のフィルタ要素を配列させた単板のカラーフィルタを設けることにより一つの光学系でカラー投射光を得られるようにした装置が提案されている。
【0006】
以下、添付図面を参照して、反射型液晶表示装置の概略構成を説明する。
図1は、従来の反射型液晶表示装置の概略ブロック構成図である。
液晶表示装置1の空間光変調部を構成するLCD2には、画素3がマトリクス状に配置されており、画素3はMOSから構成されるスイッチングトランジスタ4と保持容量5から構成されている。図1には、1画素3の等価回路(スイッチングトランジスタ4’と保持容量5’)も表示してある。
垂直アドレス回路7のゲート線10からの信号と、水平アドレス回路6の信号により、特定の1画素3が選択され,ビデオ線8から入力された映像信号が信号線9を通し、電荷の形で保持容量5(5’)に書き込まれる。
【0007】
図2は、図1に示される1画素分のLCDパネルの概略断面構成図である。
LCD2は、シリコン基板11上に構成されたアクティブマトリクス回路30(ここでは、1画素3のみ表示)と液晶27及び対向電極28を有している。
アクティブマトリクス回路30には、ソース13、ゲート14、ドレイン15からなるスイッチングトランジスタ4と、ポリシリコン電極17と拡散領域65からなる保持容量5が含まれている。ソース13に接続するコンタクト19は、信号線9に接続されており、ドレイン15に接続するコンタクト19は保持容量5の電極17及び第1ビア22、第2金属膜23及び第2ビアを介して反射電極60に接続されている。反射電極60と対向電極28の間には、液晶27が封入されている。
【0008】
動作時においては、反射電極60と対向電極28間には、映像信号に応じて電位差が発生し、液晶27の光学特性を変調する。この結果、読出し光50は、画素3毎に変調されて反射電極60で反射されて、投射光55となる。ここでは、光を100%近く利用できる構造となっている。
図3は、従来のホログラムカラーフィルターを用いた反射型液晶表示装置の概略断面構成図である。
図4は、図3における反射電極部の拡大部分断面図である。
【0009】
ここでは、反射型液晶表示装置を模式的に表示してある。図3において、読出し光50は、ガラス基板31に所定の角度で入射し、ホログラムカラーフィルタ40(ここでは、各色に対応する、赤(以下、単にRともいう)用ホログラム41、緑(以下、単にGともいう)用ホログラム42、青(以下単に、Bともいう)用ホログラム43より構成されている)で、R光、G光、B光が選択的に回折され、各R光、G光、B光となって、対向電極28、液晶27を通過し、基板11上に形成されているアクティブマトリクス回路部30の各RGB画素に対応する反射電極26に入射し反射され、投射光55となる。
【0010】
図4に模式的に示すように、シリコン基板11上に形成された、スイッチングトランジスタはR画素用、G画素用、B画素用のスイッチングトランジスタ4R,4G,4Bとなり、層間絶縁膜24上に形成された、これらに対応するR画素用、G画素用、B画素用の各反射電極26R,26G、26Bがコンタクト70を通して接続されている。
Rの読出し光50RはR画素用反射電極26Rに、Gの読出し光50GはG画素用反射電極26Gに、Bの読出し光50BはB画素用反射電極26Bに、それぞれ入射する。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のように、ホログラムカラーフィルタは、入射光を波長帯域が異なる複数の光に回折・分光し、その回折・分光された各波長帯域の光を対応した色画素位置へ選択的に集光させるカラーフィルタである。しかしながら、3層構成のホログラムカラーフィルタでは、R・G・Bに分けられた色成分光の集光位置を、同一平面上とすることは難しい。
【0012】
そのため、従来の反射型液晶表示装置では、第4図に示すようにホログラムカラーフィルタからの光は、G光50Gが最適になるように、反射電極26とホログラムカラーフィルタ40の間隔を調整する。このとき、R光50Rはその集光位置より遠い位置で、B光50Bはその集光位置より近い位置で、それぞれ反射電極26R,26Bに集光するが、B光50Bの場合、画素の反射電極26Bをはみ出して光が入射するので、隣接する画素50R,50Gにおいて、B光50Bが入射するため混色をおこすという課題があった。
【0013】
また、従来の反射型液晶表示装置のデバイス構造においては、上述の混色を抑制するためには、基板に垂直方向から見たとき、隣接する反射電極間には、所定の間隔が必要であり、その分反射電極の面積を小さくする必要があり、画素の開口率が小さくなるという課題があった。
【0014】
そこで本発明は、上記課題を解決し、反射型液晶表示装置において、反射電極に入射する光の成分を均等にできるようにし、これにより、投射光における混色を抑制し、コントラストを良好にすると共に、画素開口率の良好な反射型液晶表示装置の製造方法を提供することを目的とするものである。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本願発明は、第1の基板と、この第1の基板に対向配置した透明な第2の基板と、前記第1の基板と前記第2の基板の間に封止した液晶層と、前記第1の基板上に画素に対応してマトリクス状に形成した複数のスイッチング素子と、前記複数のスイッチング素子に対応して、前記スイッチング素子上に絶縁膜を介して形成し、前記スイッチング素子と電気的に接続する反射電極とを有する反射型液晶表示装置の製造方法において、
前記絶縁膜上に、前記スイッチング素子と電気的に接続する第1の金属膜を形成し、前記第1の金属膜上の所定の前記画素に対応する所定領域にフォトレジストを形成し、このフォトレジストをマスクとしてエッチングし、所定領域以外の前記第1の金属膜を除去し、しかる後、第2の金属膜を形成して、所定のエッチングを行うことにより前記画素に対応する反射電極を形成し、前記所定領域の反射電極と前記所定領域以外の反射電極との高さを異ならせたことを特徴とする反射型液晶表示装置の製造方法を提供する。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態につき、好ましい実施例により、添付図面を参照して説明する。
なお、構成要素には参照符号を付してあるが、従来例におけるものと同一のものには、同一の符号を付し、説明の煩雑さを避けて、その説明を省略している。
【0019】
<実施例1>
図5は、本発明による反射型液晶表示装置の第1実施例における反射電極部近傍を示す部分断面図である。
図5には示されていない、読出し光50、投射光55、対向電極28、ホログラムカラーフィルター40、ガラス基板31などは、図3に示されるものと同様であるので説明を省略する。
【0020】
図5に示すように、例えばシリコン基板11上には、MOSFETからなるスイッチングトランジスタ4R,4G、4B(以下、単にMOSFET、スイッチング素子ともいう)が形成されている。スイッチング素子4RはR光に、スイッチング素子4GはG光に、スイッチング素子4BはB光にそれぞれ対応するものである。
【0021】
これらのスイッチング素子を蔽って、層間絶縁膜が形成されているが、この膜の厚さは、各色に対応して異なっており、すなわち、スイッチング素子4Rに対応する層間絶縁膜150Rは厚く、スイッチング素子4Gに対応する層間絶縁膜150Gは中間の厚さであり、スイッチング素子4Bに対応する層間絶縁膜150Bは、薄く形成されており、これらの厚さは、それぞれの層間絶縁膜150R,150G,150B上に形成される反射電極153R,153G,153Bに集光する各R光50R,G光50G,B光50Bが最適に集光するように設定されている。従って、各反射電極に入射する光が反射電極よりはみ出して隣の反射電極に入射することが無く、投射光の混色を防止することができる。
【0022】
なお、ここで、各層間絶縁膜150R,150G,150Bの中には、読出し光がスイッチング素子4R,4G、4Bに到達しないように第2金属膜(遮光層)23が形成されている。各反射電極153R,153G,153Bは、各コンタクト152R,152G,152Bを介してそれぞれスイッチング素子4R,4G,4Bのドレインに接続されている。反射電極153R,153G,153B上には、保護絶縁膜151が形成されており、その上面は平坦に研磨されている。この保護絶縁膜151と対向電極28の間に、液晶27が封入されている。
【0023】
図6は、本発明による反射型液晶表示装置の第1実施例における画素部の部分上面図である。
ここでは、R,G,Bに対応する画素が、周期的に配列されており、対応する反射型電極153R,153G,153Bは、入射する光が最適になるようにその高さを変えて配置されている。
【0024】
次に、上記に説明した本発明の反射型液晶表示装置の製造方法について説明する。
(第1の製造方法)
図7は、本発明による反射型液晶表示装置の第1実施例を得るための製造工程の第1例を示す概略工程図である。
まず、公知の方法により、図7の(a)に示すように、シリコン基板11上にスイッチング素子4R,4G,4Bを作成し、アルミからなる第2金属膜23までを公知のように作成し、さらにSiO2からなる500nm程度の厚さを有する第3層間絶縁膜71を作成する。このとき、CMP等を用いて第3層間絶縁膜71の表面を研磨して、平坦にしておく。
【0025】
次に、図7の(b)に示すように、ホログラムカラーフィルターの集光焦点が一番長い色に対応する画素(この場合、B光に対応する画素)の第3ビア72とアルミからなる500nm程度の厚さを有する所定形状の反射電極73を形成する。このときRとGに対応する画素の反射電極までを接続するための金属配線も一緒に形成しておく。このとき、B用の反射電極153Bの幅は、後に作成する隣接のG用とR用の反射電極と、基板11の垂直方向から見たときオーバラップするような寸法で配置する。また、G用及びR用の金属配線は遮光膜を兼ねるように配置する。
【0026】
次に、図7の(c)に示すように、SiO2からなる例えば300nm程度の厚さを有する第4層間絶縁膜74を形成する。このときの第4層間絶縁膜74の膜厚は、ホログラムカラーフィルターの集光焦点距離の1番目と2番目に長い距離の差(すなわち、G光とB光に対する集光焦点距離の差)に設定する。このとき、CMP等を用いて第4層間絶縁膜74の表面を研磨し、平坦にしておく。その後、ホログラムカラーフィルターの集光焦点が2番目と3番目に長い色に対応する画素(この場合、RとGに対応する画素)の第4ビア75とアルミからなる500nm程度の厚さを有する所定形状の第4金属膜(G用は反射電極となる)76を形成する。
【0027】
次に、図7の(d)に示すように、例えば300nm程度の厚さを有する第5層間絶縁膜77を形成する。このときの第5層間絶縁膜77の膜厚は、ホログラムカラーフィルターの集光焦点距離の2番目と3番目に長い距離の差(すなわち、R光とG光に対する集光焦点距離の差)に設定する。このとき、CMP等を用いて第5層間絶縁膜77の表面を研磨し、平坦にしておく。
【0028】
その後、ホログラムカラーフィルターの集光焦点が1番短い色に対応する画素(この場合、Rに対応する画素)の第5ビアとアルミからなる500nm程度の厚さを有する所定形状の第5金属膜(反射電極)79を形成する。このとき、R用の反射電極79の幅は、隣接のG用の反射電極76とB用の反射電極73と、基板の垂直方向から見たときオーバラップするような寸法で配置する。
最後にSiO2からなる300nm程度の厚さを有する保護絶縁膜80を形成し、この表面をCMP等で研磨して平坦にし、液晶封止前のデバイス構造を得る。
【0029】
なお、最終的に、RIEエッチングなどの異方性エッチングにより、各反射電極上の酸化膜をエッチングして除去してもよい。この場合、基板に水平方向に各反射電極のアルミがオーバラップしているため、酸化膜の異方性エッチングを行えば、各色の反射電極上の酸化膜のみ除去できる。このような構造の場合、各色に対応した反射電極により、液晶に直接電圧を印加することができる。
【0030】
以上のように、R光、G光、B光に対応する反射電極79,76,73の高さ方向の位置を、それぞれ変えることにより、各色に対するホログラムカラーフィルターの集光焦点に合わせることができる。
なお、本製造方法の場合、GとBに対応する画素の反射電極上には酸化膜(SiO2)である層間絶縁膜が形成されるがSiO2は透明膜であるため、入射光が遮光されることはない。又、反射電極上に保護絶縁膜を形成し、この表面をCMPなどで平坦にする場合は、液晶側のデバイス表面を、R、G、Bに対応する各画素に対して平坦にすることができるため、液晶のディスクリネーションなどを防ぐことが出来るメリットがある。
【0031】
なお、従来のデバイス構造の場合を図8、図10に示す。
図8は、従来例の反射型液晶表示装置のにおける反射電極近傍を示す部分断面図である。図10は、従来例の反射型液晶表示装置における反射電極部の部分上面図である。
従来においては、図8、図10に示すように、反射電極26R,26G,26B間には、間隔dが必要であり、このためこの間隔dの分だけ、画素の開口率(すなわち、反射電極の占める割合)を低下させる必要があった。
【0032】
一方、本発明のデバイス構造の場合を、図9、図11に示す。
図9、本発明による反射型液晶表示装置の第1実施例の応用例における反射電極近傍を示す部分断面図である。図11は、本発明による反射型液晶表示装置の第1実施例における反射電極部の部分上面図である。
しかるに、上述の本実施例における第1の製造法によれば、反射電極157R,157G,157Bを、基板11に垂直な方向から見たときオーバラップして配置しているので、反射電極157R,157G,157B間の間隔をなくすことができ、画素開口率(すなわち、反射電極の占める割合)を100%にすることができる。
【0033】
(第2の製造方法)
図12は、本発明による反射型液晶表示装置の第1実施例を得るための製造工程の第2例を示す概略工程図である。
まず、図12の(a)に示すように、図7の(a)に示したのと同様に、シリコン基板11上にスイッチング素子4R,4G,4Bを作成し、第2金属膜(遮光層になる)23までを形成する。ここで、スイッチング素子4R,4G,4B間はフィールド酸化膜16で分離絶縁されている。スイッチング素子4R,4G,4Bを蔽って、SiO2からなる第1層間絶縁膜18が形成されており、この第1層間絶縁膜18の所定の位置に、導電性のコンタクト19が形成されており、コンタクト19はスイッチング素子4R,4G,4Bのソース及びドレインと接続されている。
【0034】
この第1層間絶縁膜18上に、所定形状の第1金属膜20が形成されている。さらに、この第1金属膜20を覆ってSiO2からなる第2層間絶縁膜21が形成されており、この第2層間絶縁膜21の所定位置に、第1金属膜20と接続する導電性の第1ビア22が形成されている。さらに、この第2層間絶縁膜21上には、所定形状の第2金属膜23が形成されており、この第2金属膜23を蔽って、SiO2からなる層間絶縁膜29Rを例えば1μmの厚さで形成する。このとき、CMP等を用いて層間絶縁膜29Rの表面を研磨して平坦にしておく。
【0035】
次に、図12の(b)に示すように、層間絶縁膜29上に、フォトレジストを塗布する。所定の処理を行い、ホログラムカラーフィルターを構成するホログラムの集光焦点が短い色に対応する画素(この場合、R光に対応する画素)の部分にフォトレジスト32を形成し、これをマスクとして、層間絶縁膜29Rを所定の深さ例えば0.3μm程度エッチングする。その後、フォトレジスト32を除去する。これにより、ホログラムの集光焦点の長い色に対応する画素(この場合、G光とB光に対応する各画素)の部分の層間絶縁膜29Rが薄くされ、層間絶縁膜29Gが得られる。
【0036】
次に、図12の(c)に示すように、層間絶縁膜29R、29G上にフォトレジストを塗布し、所定の処理を行い、ホログラムカラーフィルターを構成するホログラムの集光焦点が短い色及び次に長い色に対応する画素(この場合、R光及びG光に対応する画素)の部分にフォトレジスト33を形成し、これをマスクとして、層間絶縁膜29Gを所定の深さ例えば0.3μm程度エッチングする。その後、フォトレジスト33を除去する。これにより、ホログラムの集光焦点の長い色に対応する画素(この場合、B光に対応する各画素)の部分の層間絶縁膜29Gが薄くされ、層間絶縁膜29Bが得られる。
【0037】
次に、図12の(d)に示すように、このあとは、公知の通常のプロセスと同様に、第2ビア70R,70G,70Bをフォトリソグラフィ、エッチングにより形成する。この上に、500nm程度の厚さのアルミ膜を形成し、所定形状に加工して、反射電極60R,60G,60Bを形成し、液晶封止前のデバイス構造を得る。
【0038】
以上のように、R光、G光、B光に対応する反射電極60R,60G,60Bの高さ位置を、それぞれ変えることにより、各色に対するホログラムの集光焦点に合わせることができる。
なお、このデバイス構造のまま用いても良いし、反射電極の上にさらにSiO2からなる保護膜を形成し、その表面を研磨して平坦としたものを用いても良い。
【0039】
(第3の製造方法)
図13は、本発明による反射型液晶表示装置の第1実施例を得るための製造工程の第3例を示す概略工程図である。
まず、図13(a)に示すように、図7の(a)及び図12の(a)に示したのと同様に、シリコン基板11上にスイッチング素子4R,4G,4Bを作成し、アルミからなる第2金属膜23までを公知のように作成し、さらにSiO2からなる500nm程度の厚さを有する第3層間絶縁膜81を作成する。このとき、CMP等を用いて第3層間絶縁膜81の表面を研磨して、平坦にしておく。
次に、図13の(b)に示すように、第3ビアを例えばプラグ工程を用いて、埋め込みを行う。
【0040】
次に、図13の(c)のように、例えばアルミニウムからなる300nm程度の厚さの金属膜を成膜し、これにフォトレジストを塗布し、ホログラムカラーフィルターの集光焦点が1番短い色に対応する画素(この場合、R光に対応する画素)の部分のフォトレジスト34をマスクとして、フォトリソグラフィを用いて所定形状の第3金属膜83を形成する。その後、フォトレジスト34を除去する。ここで、第3金属膜83の厚さは、ホログラムカラーフィルターの集光焦点距離の2番目と3番目に長い距離の差(すなわち、R光とG光に対する集光焦点距離の差)に設定した。
【0041】
次に、図13の(d)に示すように、例えばアルミニウムからなる300nm程度の厚さの金属膜を成膜し、これにフォトレジストを塗布し、ホログラムカラーフィルターの集光焦点が1番目と2番目に長い光に対応する画素(この場合、G光及びB光に対応する画素)の部分のフォトレジスト35をマスクとして、フォトリソグラフィを用いて所定形状の第4金属膜84を形成する。その後、フォトレジスト35を除去する。ここで、第4金属膜84の厚さは、ホログラムレンズの集光焦点距離の1番目と2番目に長い距離の差(すなわち、G光とB光に対する集光焦点距離の差)に設定した。
【0042】
次に、図13の(e)に示すように、例えばアルミニウムからなる300nm程度の厚さの金属膜を形成し、フォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィを用いて、R、G、B用の反射電極を形成すべき部分以外の金属膜を除去し、R用の反射電極86、G用の反射電極87、およびB用の反射電極85を形成する。これにより、R用、G用、B用に対応する画素の反射電極86、87、85は、それぞれ300nmの高さの違いをもって形成され、液晶封止前のデバイス構造を得る。
【0043】
以上のように、R光、G光、B光に対応する反射電極86,87,85の厚さを、それぞれ変えることにより、各色に対するホログラムカラーフィルターの集光焦点に合わせることができる。
なお、この封止前のデバイス構造のまま用いても良いし、反射電極の上にさらにSiO2膜からなる保護膜を形成し、その表面を研磨して平坦としたものを用いても良い。
【0044】
<実施例2>
図14は、本発明による反射型液晶表示装置の第2実施例を示す概略断面構成図である。
図15は、図14における反射電極部の拡大部分断面図である。
ホログラムカラーフィルターを使用した反射型液晶表示装置として、1枚のホログラムからなるホログラムカラーフィルター45を使用して、読み出し光51を対応波長帯域成分に分けて入射し、それぞれの入射角度をR、G、B用に変えて、色成分光を対応する各画素に集光させる反射型液晶表示装置も一般的に知られている。
このような反射型液晶表示装置においても、3層構成のホログラムカラーフィルタの時と同様にR、G、Bの各色成分光を同一平面上の各画素に集光させることは難しい。
【0045】
これに対して、本実施例においては、ある特定の画素に対応する反射電極のみの高さ位置を低くして、ホログラムカラーフィルタ45で回折・集光された光に対して画素の反射電極高さが最適になるように設定することが出来る。
ここでは、例えばシリコン基板11上には、スイッチング素子4R,4G、4Bが形成されている。スイッチング素子4RはR光に、スイッチング素子4GはG光に、スイッチング素子4BはB光にそれぞれ対応するものである。
【0046】
これらのスイッチング素子を蔽って、層間絶縁膜が形成されているが、この膜の厚さは、R光とB光に対応する層間絶縁膜91R,91Bと、G光に対応する層間絶縁膜91Gとでは、異なるものとなっている。これらの厚さは、それぞれの層間絶縁膜91R,91G,91B上に形成される反射電極92R,92G,92Bに集光する各R光51R,G光51G,B光51Bが最適に集光するように設定されている。従って、各反射電極に入射する光が反射電極よりはみ出して隣接する反射電極に入射することが無く、投射光の混色を防止することができる。
【0047】
なお、ここで、各層間絶縁膜91R,91G,91Bの中には、読出し光がスイッチング素子4R,4G,4Bに到達しないように第2金属(遮光層)23が形成されている。各反射電極92R,92G,92Bは、各コンタクト93R,93G,93Bを介してそれぞれスイッチング素子4R,4G,4Bのドレインに接続されている。反射電極92R,92G,92B上には液晶37が封入されている。
【0048】
この場合においても、図9、図11に示すように、反射電極を基板垂直方向から見たときにオーバラップして配置することにより、反射電極間の間隔をなくすことができ、画素開口率(すなわち、反射電極の占める割合)を100%にすることができる。
【0049】
<実施例3>
図16は、反射型液晶表示装置における液晶ギャップが変化した場合の影響を説明するための液晶表示装置の概略断面構成図である。
基板11上に形成されたアクティブマトリクス回路部95と各R、G、B光に対応する画素の反射電極96が形成されており、この反射電極96と対向電極98間には液晶97が封入されており、対向電極98にはカラーフィルター99及びガラス基板100が積層されている。このとき、図16に図示するように、例えば、左端の液晶の厚さl1と右端の液晶の厚さl2が異なると(空間的には、反射電極96と対向電極98が平行に配置されていない状態である)、入射光52によるガラス面反射光57と反射電極反射光58の光路差が左端と右端で異なってくる(どの場所でも異なる)ので、これにより、ガラス面反射光57と反射電極反射光58干渉し合う場所ができるため、フリンジ(干渉縞)が発生する。
【0050】
図17は、本発明による反射型液晶表示装置の第3実施例を示す概略断面構成図である。
図18は、本発明による反射型液晶表示装置の第3実施例における画素配列の例を示す上面図である。
上述のフリンジの対策としては、図17に示すように、反射電極101は、R、G、Bに対応する画素の組を1単位として、交互に反射電極の高さを変えることにより、フリンジを解消できる。このとき、組単位の反射電極の高さの違いは、例えば液晶中でのグリーン光の往復で半波長分の光路差(片側1/4波長)(90nm)に設定する。
さらに、反射電極間の高さを変える距離は、例えば、(グリーン光の液晶中での波長の倍数)+(液晶中でのグリーン光の往復で半波長分の光路差(片側1/4波長))であれば、隣接する反射電極の高さは任意に設定することができる。
【0051】
図18には、R,G,Bに対応する画素の組を1単位として、交互に反射電極の高さを変える場合の配列の例を示してある。ここで、反射電極の高さが高い画素の組単位と反射電極の高さが低い画素の組単位は、全画素の単位数で1:1の割合で設定することが重要である。
図18の(a)に示すように、横方向のストライプパターン、(b)に示すような縦方向のストライプパターン、(c)に示すような千鳥パターン、(d)に示すような1画素の反射電極の半分で高低をつけるパターンなどが適用される。
【0052】
なお、反射電極の高さが高い画素の組単位と反射電極の高さが低い画素の組単位は、R、G,Bの各々が全画素の単位数で1:1の割合で設定すれば、R,G、Bに対応する画素の組を1単位としなくてもよい。この場合、図9、図11に示すように高さの異なる反射電極を、基板に垂直な方向から見たときオーバラップするように、すなわち、基板に水平方向にオーバラップさせて、反射電極間隔をなくし、画素開口率を拡大することと組み合わせることができる。
【0053】
以上のことは、R専用LCDパネル、G専用LCDパネル、B専用LCDパネルの3枚を使用して、色合成プリズムによって合成し、レンズを通してスクリーンに投射する3板方式にも応用できる。
図21は、3板方式による反射型液晶表示装置の投射光学系を示す構成図である。
光源161からの光を、特定波長領域の光だけを反射するダイクロイックミラー163、164で、R(赤)、G(緑)、B(青)の光に分離し、3枚の反射型液晶パネル162R,162G,162Bにそれぞれ入射する。各反射型液晶パネル162R,162G,162Bで反射された光は、色合成プリズム166で合成された後、投射レンズ169を通してスクリーン170に投射される。
【0054】
図21に示す3板方式の反射型液晶表示装置の場合においても、各色の反射型液晶パネル162R,162G,162Bでは、上述したように、液晶ギャップが変化してしまうと、フリンジが発生してしまう。
図22は、3板方式による反射型液晶表示装置中のR用反射型液晶表示装置における反射電極部近傍を示す部分断面図である。
図22に示すように、例えば、反射電極180の高さと隣接の反射電極180’の高さを交互に変えることによって、フリンジの発生を防止できる。これを、各色に対応する液晶パネルに適応することができる。
【0055】
この3板方式の場合、各色パネルの反射電極の高さと隣接の反射電極の高さを、液晶中における各色の光の往復で半波長分の光路差(片側1/4波長)に設定することにより、単一光の波長のみでなく、各々のパネルに適応したフリンジ抑制にも対応することができる。
【0056】
さらに、各色パネルの反射電極の高さと隣接の反射電極の高さの差は、(各色パネルに対応して入射する光の液晶中での波長の倍数)+(液晶中での各色光の往復で半波長分の光路差(片側1/4波長))であれば、隣接する反射電極の高さは任意に設定することができる。
この場合も、反射電極の高さが高い画素の組単位と反射電極の高さが低い画素の組単位は、全画素の単位数で1:1の割合に設定することが重要である。
【0057】
図23は、3板方式による反射型液晶表示装置中のR用反射型液晶表示装置における反射電極部の部分上面図である。
図23に示すように、反射電極180,180’を、基板11に垂直方向から見たときにオーバラップするように、すなわち基板11と水平方向に反射電極間隔をなくすことと組み合わせることができる。こうすることにより、画素開口率をほぼ100%にして、フリンジを解消することができる。
【0058】
<実施例4>
図19は、本発明による反射型液晶表示装置の第4実施例を示す概略断面構成図である。
反射型液晶表示装置において、カラーフィルタアレイ109に対しマイクロレンズアレイ110を適用した場合を説明する。反射型液晶表示装置は、ガラス基板111上にR・G・Bのカラーフィルタアレイ109を有し、カラーフィルタアレイ109上には光利用効率を向上させるためにマイクロレンズアレイ110が形成されている。ここで、マイクロレンズアレイ110は、入射する平行光53が反射電極106上でほぼ焦点を結ぶ曲率に成形されている。また画素間の迷光を遮断するためのブラックマトリクス112がカラーフィルタアレイ109の各色間に形成してある。
【0059】
なお、基板11上にはアクティブマトリクス回路部105と反射電極106が積層されており、反射電極106と対向電極108間には液晶107が封入されており、対向電極108上にはカラーフィルタアレイ109、マイクロレンズアレイ110、及びガラス基板111が順次配置されている。
このような反射型液晶表示装置においても、上述したホログラムカラーフィルタの時と同様に、R、G、Bの各色成分光を同一平面上の対応する各画素の反射電極に均一に集光させることは難しい。
【0060】
そこで、上述した第5図、第15図に示したように、ある特定の光に対応する画素の反射電極の高さ位置を低くしたり、R、G、B光に対応する画素の反射電極の高さ位置を変えて、マイクロレンズアレイ110で集光された光に対して画素の反射電極高さが最適になるように設定する。
【0061】
<実施例5>
図20は、本発明による反射型液晶表示装置の第5実施例を示す概略断面構成図である。
反射型液晶表示装置において、マイクロレンズアレイを適用した場合について説明する。
ガラス基板121上にマイクロレンズアレイ119を有し、R光、G光、B光の入射光をそれぞれ変化させ、R光、G光、B光の入射光をそれぞれに対応する画素に集光させる反射型液晶表示装置が一般的に知られている。
【0062】
なお、基板11上にはアクティブマトリクス回路部115と反射電極116が積層されており、反射電極116と対向電極118間には液晶117が封入されており、対向電極118上にはカラーフィルタアレイ119とガラス基板121が順次配置されている。
このような反射型液晶表示装置においても、上述のホログラムカラーフィルタの時と同様にR、G、Bの各色成分光を同一平面上の対応する画素の反射電極に均一に集光させることは難しい。
【0063】
そこで、上述した第5図、第15図に示したように、ある特定の光に対応する画素の反射電極の高さ位置を低くしたり、R、G、B光に対応する画素の反射電極の高さ位置を変えて、マイクロレンズアレイ119で集光された光に対して画素の反射電極高さが最適になるように設定する。
【0064】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1に記載の本発明の反射型液晶表示装置の製造方法は、第1の基板と、この第1の基板に対向配置した透明な第2の基板と、前記第1の基板と前記第2の基板の間に封止した液晶層と、前記第1の基板上に画素に対応してマトリクス状に形成した複数のスイッチング素子と、前記複数のスイッチング素子に対応して、前記スイッチング素子上に絶縁膜を介して形成し、前記スイッチング素子と電気的に接続する反射電極とを有する反射型液晶表示装置の製造方法において、前記絶縁膜上に、前記スイッチング素子と電気的に接続する第1の金属膜を形成し、前記第1の金属膜上の所定の前記画素に対応する所定領域にフォトレジストを形成し、このフォトレジストをマスクとしてエッチングし、所定領域以外の前記第1の金属膜を除去し、しかる後、第2の金属膜を形成して、所定のエッチングを行うことにより前記画素に対応する反射電極を形成し、前記所定領域の反射電極と前記所定領域以外の反射電極との高さを異ならせたことにより、反射電極に入射する光の成分を均等にできるようにし、これにより、投射光における混色を抑制し、コントラストを良好にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の反射型液晶表示装置の概略ブロック構成図である。
【図2】図1に示される1画素分のLCDパネルの概略断面構成図である。
【図3】従来のホログラムカラーフィルターを用いた反射型液晶表示装置の概略断面構成図である。
【図4】図3における反射電極部の拡大部分断面図である。
【図5】本発明による反射型液晶表示装置の第1実施例における反射電極部近傍を示す部分断面図である。
【図6】本発明による反射型液晶表示装置の第1実施例における画素部の部分上面図である。
【図7】本発明による反射型液晶表示装置の第1実施例を得るための製造工程の第1例を示す概略工程図である。
【図8】従来例の反射型液晶表示装置のにおける反射電極近傍を示す部分断面図である。
【図9】本発明による反射型液晶表示装置の第1実施例の応用例における反射電極近傍を示す部分断面図である。
【図10】従来例の反射型液晶表示装置における反射電極部の部分上面図である。
【図11】本発明による反射型液晶表示装置の第1実施例の応用例における反射電極部の部分上面図である。
【図12】本発明による反射型液晶表示装置の第1実施例を得るための製造工程の第2例を示す概略工程図である。
【図13】本発明による反射型液晶表示装置の第1実施例を得るための製造工程の第3例を示す概略工程図である。
【図14】本発明による反射型液晶表示装置の第2実施例を示す概略断面構成図である。
【図15】図14における反射電極部の拡大部分断面図である。
【図16】反射型液晶表示装置における液晶ギャップが変化した場合の影響を説明するための液晶表示装置の概略断面構成図である。
【図17】本発明による反射型液晶表示装置の第3実施例を示す概略断面構成図である。
【図18】本発明による反射型液晶表示装置の第3実施例における画素配列の例を示す上面図である。
【図19】本発明による反射型液晶表示装置の第4実施例を示す概略断面構成図である。
【図20】本発明による反射型液晶表示装置の第5実施例を示す概略断面構成図である。
【図21】3板方式による反射型液晶表示装置の投射光学系を示す構成図である。
【図22】3板方式による反射型液晶表示装置中のR用反射型液晶表示装置における反射電極部近傍を示す部分断面図である。
【図23】3板方式による反射型液晶表示装置中のR用反射型液晶表示装置における反射電極部の部分上面図である。
【符号の説明】
1…液晶表示装置、2…LCDパネル、3…画素、4…スイッチングトランジスタ、5…保持容量、6…水平アドレス回路、7…垂直アドレス回路、8…ビデオ線、9…信号線、10…ゲート線、11…基板、12…ウエル、13…ソース、14…ゲート、15…ドレイン、16…フィールド酸化膜、17…ポリシリコン電極、18…第1層間絶縁膜、19…コンタクト、20…第1金属膜、21…第2層間絶縁膜、22…第1ビア、23…第2金属膜(遮光層)、24…第3層間絶縁膜、25…第2ビア、26…第3金属膜(反射電極)、27…液晶、28…対向電極、29…層間絶縁膜、29R…層間絶縁膜、29G…層間絶縁膜、29B…層間絶縁膜、30…アクティブマトリクス回路部、31…ガラス基板、32…フォトレジスト、33…フォトレジスト、34…フォトレジスト、35…フォトレジスト、37…液晶、38…対向電極、40…ホログラムカラーフィルター、41…R用ホログラム、42…G用ホログラム、43…B用ホログラム、45…ホログラムカラーフィルター、50…読出し光、50R…読出し光、50G…読出し光、50B…読出し光、51…読出し光、52…読出し光、53…読出し光、54…読出し光、55…投射光、55R…投射光、55G…投射光、55B…投射光、56…投射光、57…ガラス面反射光、58…反射電極反射光、60R…反射電極、60G…反射電極、60B…反射電極、61…ガラス基板、70R…第2ビア、70G…第2ビア、70B…第2ビア、71…第3層間絶縁膜、72…第3ビア、73…第3金属膜(B反射電極)、74…第4層間絶縁膜、75…第4ビア、76…第4金属膜(G反射電極)、77…第5層間絶縁膜、78…第5ビア、79…第5金属膜(R反射電極)、80…保護絶縁膜、81…第3層間絶縁膜、82…第3ビア、83…第3金属膜、84…第4金属膜、85…第5金属膜(B反射電極)、86…R反射電極、87…G反射電極、90…アクティブマトリクス回路部、91R…層間絶縁膜、91G…層間絶縁膜、91B…層間絶縁膜、92…反射電極、93…ビア、95…アクティブマトリクス回路部、96…反射電極、97…液晶、98…対向電極、99…ホログラムカラーフィルター、100…ガラス基板、101…反射電極、105…アクティブマトリクス回路部、106…反射電極、107…液晶、108…対向電極、109…カラーフィルタアレイ、110…マイクロレンズアレー、111…ガラス基板、112…ブラックマトリクス、115…アクティブマトリクス回路部、116…反射電極、117…液晶、118…対向電極、119…マイクロレンズアレー、121…ガラス基板、150R…層間絶縁膜、150G…層間絶縁膜、150B…層間絶縁膜、151…保護絶縁膜、152R…コンタクト、152G…コンタクト、152B…コンタクト、153R…反射電極、153G…反射電極、153B…反射電極ア、154…層間絶縁膜、155…層間絶縁膜、156R…コンタクト、156G…コンタクト、156B…コンタクト、157R…コンタクト、157G…コンタクト、157B…コンタクト、160…3板式反射型液晶表示装置、161…光源、162R…液晶表示パネル、162G…液晶表示パネル、162B…液晶表示パネル、163…ダイクロイックミラー、164…ダイクロイックミラー、165R…PBS、165G…PBS、165B…PBS、166…色合成プリズム、167…ミラー、168…ミラー、169…投射レンズ、170…スクリーン、180…反射電極、180’…反射電極、181…層間絶縁膜、182…層間絶縁膜。
Claims (1)
- 第1の基板と、この第1の基板に対向配置した透明な第2の基板と、前記第1の基板と前記第2の基板の間に封止した液晶層と、前記第1の基板上に画素に対応してマトリクス状に形成した複数のスイッチング素子と、前記複数のスイッチング素子に対応して、前記スイッチング素子上に絶縁膜を介して形成し、前記スイッチング素子と電気的に接続する反射電極とを有する反射型液晶表示装置の製造方法において、
前記絶縁膜上に、前記スイッチング素子と電気的に接続する第1の金属膜を形成し、前記第1の金属膜上の所定の前記画素に対応する所定領域にフォトレジストを形成し、このフォトレジストをマスクとしてエッチングし、所定領域以外の前記第1の金属膜を除去し、しかる後、第2の金属膜を形成して、所定のエッチングを行うことにより前記画素に対応する反射電極を形成し、前記所定領域の反射電極と前記所定領域以外の反射電極との高さを異ならせたことを特徴とする反射型液晶表示装置の製造方法。
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