しかしながら、上述した各種遮光技術によれば、以下の問題点がある。即ち、通常データ線は平面的に見て走査線に交差してストライプ状に延設配置される。このため、前述したプロジェクタ用途のように入射光強度が非常に高い場合には、対向基板側から入射光を、ある程度の幅を持つチャネル領域に対向するゲート電極を含む走査線に対して交差して伸びるデータ線で十分に遮光することは、基本的に困難である。更に、対向基板側に設けられる遮光膜とチャネル領域或いは半導体層との間は、3次元的に見て例えば液晶層、電極、層間絶縁膜等を介してかなり離間しており、両者間へ斜めに入射する光に対して係る対向基板側の遮光膜による遮光では、十分ではない。そして何より、対向基板側からの入射光を遮光するための遮光膜やデータ線、裏面からの戻り光を遮光するための遮光膜は、TFTの高温プロセスとの関係等から一般に金属膜で形成されており、ある程度の反射率を有する。従って、TFTのチャネル領域やその周辺領域に対する入射光の遮光を行うように遮光膜を形成しても、実際には、遮光膜のない領域から電気光学装置内に侵入した光が、逆側の遮光膜の内面で反射された後に、係る反射光或いはこれが更に逆側の遮光膜の内面で反射された多重反射光が最終的にTFTのチャネル領域やその周辺領域に到達して、光による電流を発生させてしまう。このように従来の遮光技術によれば、TFTのトランジスタ特性の変化により、フリッカ等が生じて、表示画像の品位が低下してしまうという第1問題点がある。
他方、上述した1H反転駆動技術によれば、以下の問題点がある。即ち、1H反転駆動方式のように、TFTアレイ基板上において相隣接する画素電極に印加される画像信号の電位が逆極性にある場合には、相隣接する画素電極間に生じる横電界が生じる。従って、本来、基板に垂直な方向の縦電界で駆動されることが想定されている液晶等の電気光学物質は、横電界の影響でリバースチルトが生じ光抜けを引き起こす。この結果、コントラスト比の低下を招いてしまう。これに対し、横電界が生じる領域を遮光膜により覆い隠すことは可能であるが、これでは横電界が生じる領域の広さに応じて画素の開口領域が狭くなってしまう。特に、画素ピッチの微細化により相隣接する画素電極間の距離が縮まるのに伴って、このような横電界は大きくなるため、これらの問題は電気光学装置の高精細化が進む程深刻化してしまう。このように従来の1H反転駆動技術によれば、横電界の発生により、表示画像の品位が低下してしまうという第2問題点がある。
本発明は上記第1問題点に鑑みなされたものであり、比較的簡単な構成を用いて、入射光や戻り光の光強度が高い環境下で使用しても画素スイッチング用TFTの特性変化が殆ど起ることが無く、高品位の画像表示が可能であるTFTアクティブマトリクス駆動方式の電気光学装置を提供することを第1課題とする。
更に本発明は上記第2問題点に鑑みなされたものであり、比較的簡単な構成を用いて、横電界による電気光学物質の動作不良を低減することにより、画素の開口率が高く且つ高コントラストで明るい高品位の画像表示が可能となるTFTアクティブマトリクス駆動方式の液晶装置等の電気光学装置を提供することを第2課題とする。
本発明の参考例に係る電気光学装置は上記第1課題を解決するために、一対の第1及び第2基板間に電気光学物質が挟持されてなり、該第1基板上に、マトリクス状に配置された画素電極と、該画素電極を駆動する薄膜トランジスタと、該薄膜トランジスタに接続されており相交差するデータ線及び走査線とを備えており、前記薄膜トランジスタを構成する半導体層の少なくともチャネル領域は、前記データ線と前記走査線とが交差する平面領域内に配置され、前記データ線は、遮光性の材料からなり、前記少なくともチャネル領域を前記第2基板の側から見て覆うと共に前記走査線に交わる方向に伸びる主配線部と、前記チャネル領域毎に前記走査線に沿って突出する突出部とを有する。
本発明の参考例に係る電気光学装置によれば、データ線と走査線とが交差する平面領域内に、各画素電極に接続された薄膜トランジスタを構成する半導体層の少なくともチャネル領域が配置される。ここで、データ線は遮光性の材料からなり、データ線の主配線部は、少なくともチャネル領域を第2基板の側から見て覆うと共に走査線に交わる方向に伸びている。そして、データ線の突出部は、この主配線部におけるチャネル領域に対向する個所から走査線に沿って突出している。従って、薄膜トランジスタのチャネル領域は、第2基板の側から見て、走査線に沿った方向及びデータ線に沿った方向の両方向について幅広く、主配線部及び突出部により覆われることになる。この結果、第1基板に対して垂直に入射される投射光のみならず斜めに入射される投射光から、チャネル領域を遮光することが可能となり、遮光が不完全であることによる薄膜トランジスタにおける特性変化を防止できる。
特に、このようなデータ線により、第1基板上における薄膜トランジスタの上側で各画素の開口領域を少なくとも部分的に規定すれば、第2基板上に、画素の開口領域を規定するための格子状や帯状の遮光膜を設けないように構成することも可能である。このように第2基板上に遮光膜を設けない構成とすれば、2枚の基板を貼り合せる際のずれを考慮して、第2基板上の遮光膜の幅を広くする必要が無いため、各画素の開口率を高める上で有利である。
本発明の参考例に係る電気光学装置の一の態様では、前記走査線は、平面的に見て前記走査線に交わる方向に相隣接する画素電極間の間隙に設けられており、前記突出部は、平面的に見て前記間隙内に突出している。
この態様によれば、突出部は、画素電極間の間隙内に突出しているので、画素電極と突出部を有するデータ線との間に生じる寄生容量を低められる。
尚、走査線の縁は、平面的に見て画素電極の縁に僅かに重ねられてもよいし、突出部の縁は、画素電極の縁に僅かに重ねられてもよい。特に、相隣接する画素電極間における光抜けを防止する観点からは、突出部の縁を画素電極の縁に僅かに重ねておくとよい。
本発明の参考例に係る電気光学装置の他の態様では、走査線は、ポリシリコン膜からなり、前記データ線は、金属を含有した遮光性の導電膜からなる。
この態様によれば、走査線は、光透過性のポリシリコン膜からなるが、不透明なアルミニウム膜等の金属を含有した遮光性の導電膜からなるデータ線の主配線部及び突出部の存在により、係る走査線を介して入射光が斜めに入射して走査線とデータ線とが交差する平面領域内にあるチャネル領域に至る事態を確実に未然防止できる。
本発明の参考例に係る電気光学装置の他の態様では、前記データ線は、前記チャネル領域に加えて当該チャネル領域に隣接する前記半導体層のチャネル隣接領域を覆う。
従って、薄膜トランジスタのチャネル領域のみならずチャネル隣接領域は、第2基板の側から見て、走査線に沿った方向及びデータ線に沿った方向の両方向について幅広く、主配線部及び突出部により覆われることになる。この結果、遮光が不完全であることによる薄膜トランジスタにおける特性変化を防止できる。
この態様では、前記薄膜トランジスタはLDD構造あるいはオフセット構造を備えた薄膜トランジスタからなり、前記チャネル隣接領域は、LDD領域あるいはオフセット領域を含んでもよい。
このように構成すれば、薄膜トランジスタはLDD構造あるいはオフセット構造を持つので、オフ電流を低減できると共に安定したスイッチング特性を得ることが出来る。この際、LDD領域あるいはオフセット領域は、データ線の主配線部及び突出部により遮光されるので、光による励起で電流が当該LDD領域あるいはオフセット領域で発生するのを抑制することが出来る。
本発明の電気光学装置は上記第2課題を解決するために、一対の第1及び第2基板間に電気光学物質が挟持されてなり、マトリクス状に配置された複数の画素を有し、前記第1基板上に、前記画素に対応して設けられる画素電極と、該画素電極に電気的に接続される薄膜トランジスタと、該薄膜トランジスタに電気的に接続されており相交差するデータ線及び走査線と、前記第1基板並びに前記薄膜トランジスタの半導体層、前記走査線及び前記データ線をなす各層の間に夫々介在する層間絶縁膜とを備え、前記画素は、前記走査線に沿って配列された画素電極群毎に反転駆動される電気光学装置であって、前記データ線は、前記走査線に交わる方向に伸びる主配線部と、該主配線部から前記走査線と重なるように突出する突出部とを有し、前記画素電極は、前記主配線部の縁部及び前記突出部の縁部とそれぞれ重なるように設けられており、前記層間絶縁膜又は前記第1基板には、前記主配線部に対向する位置に溝が形成され、該溝内に前記主配線部が埋め込まれており、前記突出部に対向する位置には前記溝が形成されておらず、前記画素電極の下地面は、前記主配線部上で平坦化されており且つ前記主配線部上と比べて前記突出部上で盛り上がっている。
また、前記画素電極と前記薄膜トランジスタとは、コンタクトホールを介して電気的に接続されており、前記突出部は、前記主配線部の両側から突出するように形成されており、隣り合う前記データ線の突出部は、前記コンタクトホールが形成された領域を除く相隣り合う前記画素電極間に配置されている。
本発明の電気光学装置によれば、主配線部から走査線に沿って突出する突出部が存在するため、画素電極の下地面は、主配線部上と比べて突出部上で盛り上がっている。このため、この盛り上がった部分では、画素電極と対向電極との間に生じると共にこれら両電極間の距離にほぼ反比例する縦電界が、盛り上がっていない部分と比べて相対的に強められる。他方、画素電極及び対向電極は、走査線に沿って配列された画素電極群毎に反転駆動される。即ち、前述の1H反転駆動が行われる。従って、平面的に見て走査線に交わる方向に相隣接する画素電極間の間隙領域で横電界が生じることになる。しかしながら、本発明では係る横電界の生じる間隙領域が、上述の如く画素電極の下地面が盛り上がった領域に他ならない。よって、この横電界が発生する領域では縦電界が強められているため、本来縦電界で駆動されることが想定されている電気光学装置において、横電界による悪影響を、強力な縦電界により弱めることが可能となる。この結果、横電界の悪影響による電気光学物質の動作不良が低減される。
しかも、画素電極の下地面は、データ線の主配線部上で平坦化されているので、データ線に交わる方向に相隣接する画素電極の間隙領域では特に縦電界が強められることはないが、この領域では、上述の1H反転駆動において横電界が生じない。従って、この領域では、横電界による悪影響を防止する必要は無い。逆に、この領域では、一般に画素電極の下地面の段差によって生じる電気光学物質の動作不良が、平坦化により低減されている。
また、層間絶縁膜及び前記第1基板のうち少なくとも一方に形成された溝内に直接或いは層間絶縁膜を介して主配線部が埋め込まれる形で、当該主配線部上における画素電極の下地面が平坦化される。これと比較して、突出部が溝内に埋め込まれることはないので、当該突出部上における画素電極の下地面は、相対的に盛り上げられる。
以上の結果、横電界や段差による電気光学物質の動作不良に起因するコントラスト比の低下を防ぐことが出来、最終的に高品位の画像表示が可能となる。
本発明の電気光学装置の一の態様では、前記突出部は、平面的に見て相隣り合う画素電極間において、その半分以上を占めるように配置されていてもよい。
この態様によれば、画素電極間が占める領域の大半を占めるように突出部が配置されているので、上述のように横電界が発生する領域の大半において、突出部の存在により縦電界を強めることが可能となる。但し、相隣接するデータ線間がショートしては動作不可となるため、同一の画素電極間隙内にある2つの突出部同士は、少なくとも若干離間させる必要が有る。また、例えば画素電極と薄膜トランジスタとを電気的に接続するコンタクトホールと突出部とが交差するのでは動作不可となるため、このようなコンタクトホールが開孔されている場合には、これを避けるように突出部が平面配置される。
また、前記データ線に電気的に接続される薄膜トランジスタに対応して設けられる第1の画素電極と、前記第1の画素電極と前記走査線を挟んで隣り合う第2の画素電極と、前記第1の画素電極と前記データ線を挟んで隣り合う第3の画素電極と、前記第1の画素電極と前記薄膜トランジスタを挟んで対角をなす第4の画素電極とを有し、前記突出部は、第1乃至第4の画素電極の縁部と夫々重なるように設けられていてもよい。
本発明の第1又は第2電気光学装置の他の態様では、前記第1基板上に、少なくとも前記半導体層のチャネル領域を前記第1基板の側から見て覆う位置に遮光膜を設ける。
この態様によれば、遮光膜は、薄膜トランジスタの少なくともチャネル領域を第1基板の側(即ち、第1基板上における薄膜トランジスタの下側)から見て覆う位置に設けられる。従って、薄膜トランジスタのチャネル領域は、第1基板の側から照射される戻り光に対しては、遮光膜により遮光されており、薄膜トランジスタへの光照射による特性変化を防止できる。
この態様では、前記遮光膜は、前記走査線に沿って縞状に形成されていてもよい。
このように構成すれば、縞状の遮光膜により第1基板の側からの戻り光等に対して薄膜トランジスタにおける遮光が行われる。この場合、走査線に沿って縞状に形成された遮光膜を配線として利用することも可能となり、更に、例えば遮光膜を画像表示領域の外まで引き出すことにより定電位配線や定電位源に接続することができ、これにより遮光膜を比較的容易に定電位とすることができる。このように薄膜トランジスタのチャネル領域に対向する遮光膜を定電位とすれば、遮光膜の電位変動が薄膜トランジスタの特性に悪影響を及ぼす事態を未然に防げる。或いは、遮光膜を他の配線の冗長配線として機能させることも可能である。
この場合更に、前記遮光膜は、前記少なくともチャネル領域を覆うと共に前記走査線に沿って伸びる帯状遮光部と、前記走査線及び前記データ線に沿って格子状に形成するように構成してもよい。
このように構成すれば、走査線に沿って延設された遮光領域とデータ線に沿って延設された遮光領域により、第1基板側からの戻り光等に対する遮光をより確実に行える。
また、前記第2基板上に、前記データ線及び前記走査線の少なくとも一部を前記第2基板の側から見て重なる位置に配置されており各画素の開口領域を少なくとも部分的に規定する他の遮光膜を更に備える。
この態様によれば、データ線及び走査線に少なくとも部分的に重なる位置には、第2基板に配置されており各画素の開口領域を規定する他の遮光膜が設けられている。従ってチャネル領域は入射光に対して、この第2基板側の遮光膜及び第1基板側のデータ線により遮光される。また、データ線及び第2基板側の遮光膜により各画素の開口領域が規定される。
また、前記突出部は、平面的に見て走査線の半分以上を覆うように配置されている。
この態様によれば、画素電極間にある走査線部分が占める領域の大半を占めるように突出部が配置されているので、上述のように横電界が発生する領域の大半において、走査線の段差及び突出部の存在により縦電界を強めることが可能となる。但し、相隣接するデータ線間がショートしては動作不可となるため、同一の間隙内にある走査線部分に重ねられる2つの突出部同士は、少なくとも若干離間させる必要が有る。また、例えば画素電極と薄膜トランジスタとを電気的に接続するコンタクトホールと突出部とが交差するのでは動作不可となるため、このようなコンタクトホールが開孔されている場合には、これを避けるように突出部が平面配置される。
また、前記データ線は、下層が低反射導電膜、上層が遮光性導電膜からなる。
この態様によれば、データ線を、入射光が照射される上層は遮光性導電膜で構成し、下層を低反射導電膜等で多層に構成する事により、斜めに入射する入射光に対して、データ線の突出部で光を吸収することができるため、遮光膜等に当たって反射された光がチャネル領域1a'及びその隣接領域に到達するのを極力抑える事ができる。
また本発明のプロジェクタは、上記の電気光学装置をライトバルブとして用いる。
本発明のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施形態から明らかにする。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、以下に説明する各実施形態は、本発明の電気光学装置を液晶装置に適用したものである。
(電気光学装置の第1実施形態)
本発明による電気光学装置の第1実施形態について、特に画像表示領域における構成を中心として図1から図4を参照して説明する。ここに、図1は、電気光学装置の画像表示領域を構成するマトリクス状に形成された複数の画素における各種素子、配線等の等価回路である。図2は、データ線、走査線、画素電極等が形成されたTFTアレイ基板の相隣接する複数の画素群の平面図であり、図3は、図2のA−A'断面図であり、図4は、図2のB−B'断面図である。尚、図3及び図4においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならしめてある。
図1において、本実施形態による電気光学装置の画像表示領域を構成するマトリクス状に形成された複数の画素は、画素電極9aを制御するためのTFT30が形成されており、画像信号が供給されるデータ線6が当該TFT30のソースに電気的に接続されている。データ線6に書き込む画像信号S1、S2、…、Snは、この順に線順次に供給しても構わないし、相隣接する複数のデータ線6同士に対して、グループ毎に供給するようにしても良い。また、TFT30のゲートに走査線3aが電気的に接続されており、所定のタイミングで、走査線3aにパルス的に走査信号G1、G2、…、Gmを、この順に線順次で印加するように構成されている。画素電極9aは、TFT30のドレインに電気的に接続されており、スイッチング素子であるTFT30を一定期間だけそのスイッチを閉じることにより、データ線6から供給される画像信号S1、S2、…、Snを所定のタイミングで書き込む。画素電極9aを介して液晶に書き込まれた所定レベルの画像信号S1、S2、…、Snは、対向基板(後述する)に形成された対向電極(後述する)との間で一定期間保持される。液晶は、印加される電圧レベルにより分子集合の配向や秩序が変化することにより、光を変調し、階調表示を可能にする。ノーマリーホワイトモードであれば、印加された電圧に応じて入射光が通過不可能とされ、ノーマリーブラックモードであれば、印加された電圧に応じて入射光が通過可能とされ、全体として電気光学装置からは画像信号に応じたコントラストを持つ光が出射する。ここで、保持された画像信号がリークするのを防ぐために、画素電極9aと対向電極との間に形成される液晶容量と並列に蓄積容量70を付加する。
図2において、電気光学装置のTFTアレイ基板上には、マトリクス状に複数の透明な画素電極9a(点線部9a'により輪郭が示されている)が設けられており、画素電極9aの縦横の境界に各々沿ってデータ線6、走査線3a及び容量線3bが設けられている。データ線6は、コンタクトホール5を介してポリシリコン膜等からなる半導体層1aのうち後述のソース領域に電気的に接続されており、画素電極9aは、コンタクトホール8を介して半導体層1aのうち後述のドレイン領域に電気的に接続されている。また、半導体層1aのうちチャネル領域1a'(図中右下りの斜線の領域)に対向するように走査線3aが配置されており、走査線3aはゲート電極として機能する。このように、走査線3aとデータ線6との交差する個所には夫々、チャネル領域1a'に走査線3aがゲート電極として対向配置されたTFT30が設けられている。
容量線3bは、走査線3aに沿ってほぼ直線状に伸びる本線部と、データ線6と交差する箇所からデータ線6に沿って前段側(図中、上向き)に突出した突出部とを有する。
また、図中太線で示した走査線3a及び容量線3bにほぼ重なる領域には夫々、走査線3a及びTFT30の下側を通るように、第1遮光膜11aが設けられている。より具体的には図2において、第1遮光膜11aは夫々、走査線3a及び容量線3bに沿って縞状に形成されていると共に、データ線6と交差する箇所が下方に突出して形成されており、この突出部を含む幅広の部分により各TFT30のチャネル領域1a'及びその隣接領域をTFTアレイ基板側から見て夫々覆う位置に設けられている。尚、第1遮光膜11aは、走査線3a及びデータ線6に沿って延設して格子状に形成してもよい。このような構成を採れば、更に電気光学装置の遮光性が高まり有利である。
本実施形態では特に、図2中、左下がりの斜線で示すデータ線6は、走査線3aと直交する方向に伸びる主配線部6aと、主配線部6aから走査線3aに沿って突出する突出部6bとを備えている。即ち、図2中、チャネル領域1a'及びその隣接領域は、突出部6bを有しており幅広に形成されたデータ線6の部分により、基板面に対して垂直入射される入射光のみならず、図2で上下左右から斜めに入射する入射光に対して遮光されている。このように主配線部6a及び突出部6bを有するデータ線6は、例えば、Al(アルミニウム)等の遮光性、伸延性及び導電性に優れた既存の金属薄膜から構成されている。この場合、データ線6を、入射光が照射される上層は遮光性のAl膜で構成し、下層を低反射膜のTiN(チタンナイトライド)膜等で多層に構成する事により、斜めに入射する入射光に対して、データ線6の突出部6bで光を吸収することができるため、第1遮光膜11a等に当たって反射された光がチャネル領域1a'及びその隣接領域に到達するのを極力抑える事ができる。尚、入射光の角度、液晶層の厚み等の装置仕様や、要求されるコントラスト比、明るさ等の装置性能に応じて、突出部6bの突出度合い(即ち、主配線部6aから突出する距離)は、実験、経験、シミュレーション、理論計算などにより個別具体的に設定すればよい。
次に図3及び図4に夫々、図2のA−A'断面図及びB−B'断面図として示すように、電気光学装置は、第1基板の一例を構成するTFTアレイ基板10と、これに対向配置される第2基板の一例を構成する対向基板20とを備えている。TFTアレイ基板10は、例えば石英基板,ガラス基板,シリコン基板からなり、対向基板20は、例えばガラス基板や石英基板からなる。TFTアレイ基板10には、画素電極9aが設けられており、その上側には、ラビング処理等の所定の配向処理が施された配向膜16が設けられている。画素電極9aは例えば、ITO(Indium Tin Oxide)膜などの透明導電性膜からなる。また配向膜16は例えば、ポリイミド膜などの有機膜からなる。
他方、対向基板20には、その全面に渡って対向電極21が設けられており、その下側には、ラビング処理等の所定の配向処理が施された配向膜22が設けられている。対向電極21は例えば、ITO膜などの透明導電性膜からなる。また配向膜22は、ポリイミド膜などの有機膜からなる。
TFTアレイ基板10には、各画素電極9aに隣接する位置に、各画素電極9aをスイッチング制御する画素スイッチング用TFT30が設けられている。
対向基板20には、各画素の開口領域の少なくとも一部を規定するための、第2遮光膜23が設けられている。このため、対向基板20の側から入射光が画素スイッチング用TFT30の半導体層1aのチャネル領域1a'及びその隣接領域に侵入することを、前述の如く遮光機能を有するデータ線6と共に未然防止し得る。更に、第2遮光膜23は、コントラストの向上、カラーフィルタを用いる際の色材の混色防止などの機能を有する。但し、各画素の開口率を上げて明るさを向上させることを優先する場合には、TFTアレイ基板10と対向基板20を貼り合せる際のマージンを考慮して、対向基板20上の第2遮光膜23は外した方が有利である。この場合、TFTアレイ基板10上で遮光手段を備えるようにすることは言うまでもない。また、入射光による電気光学装置の温度上昇を避ける目的で、幅細の第2遮光膜23を設けるようにしてもよい。
このように構成され、画素電極9aと対向電極21とが対面するように配置されたTFTアレイ基板10と対向基板20との間には、後述のシール材により囲まれた空間に液晶が封入され、液晶層50が形成される。液晶層50は、画素電極9aからの電界が印加されていない状態で配向膜16及び22により所定の配向状態をとる。液晶層50は、例えば一種又は数種類のネマティック液晶を混合した液晶からなる。シール材は、TFTアレイ基板10及び対向基板20をそれらの周辺で貼り合わせるための、例えば光硬化性樹脂や熱硬化性樹脂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或いはガラスビーズ等のギャップ材が混入されている。
更に図3に示すように、画素スイッチング用TFT30に各々対向する位置においてTFTアレイ基板10と各画素スイッチング用TFT30との間には、第1遮光膜11aが設けられている。第1遮光膜11aは、好ましくは不透明な高融点金属であるTi(チタン)、Cr(クロム)、W(タングステン)、Ta(タンタル)、Mo(モリブデン)及びPb(鉛)のうちの少なくとも一つを含む、金属単体、合金、金属シリサイド等から構成される。このような材料から構成すれば、TFTアレイ基板10上の第1遮光膜11aの形成工程の後に行われる画素スイッチング用TFT30の形成工程における高温処理により、第1遮光膜11aが破壊されたり溶融しないようにできる。第1遮光膜11aが形成されているので、TFTアレイ基板10の側からの戻り光等が画素スイッチング用TFT30のチャネル領域1a'及びその隣接領域に入射する事態を未然に防ぐことができ、これに起因した光電流の発生により画素スイッチング用TFT30の特性が変化することはない。
更に図3及び図4に示すように、第1遮光膜11aと複数の画素スイッチング用TFT30との間には、第1層間絶縁膜12が設けられている。第1層間絶縁膜12は、画素スイッチング用TFT30を構成する半導体層1aを第1遮光膜11aから電気的に絶縁するために設けられるものである。更に、第1層間絶縁膜12は、TFTアレイ基板10の全面に形成されることにより、画素スイッチング用TFT30のための下地膜としての機能をも有する。即ち、TFTアレイ基板10表面の研磨時における荒れや、洗浄後に残る汚れ等で画素スイッチング用TFT30の特性の変化を防止する機能を有する。第1層間絶縁膜12は、例えば、NSG(ノンドープトシリケートガラス)、PSG(リンシリケートガラス)、BSG(ボロンシリケートガラス)、BPSG(ボロンリンシリケートガラス)などの高絶縁性ガラス又は、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜等からなる。第1層間絶縁膜12により、第1遮光膜11aが画素スイッチング用TFT30等を汚染する事態を未然に防ぐこともできる。
本実施形態では、絶縁薄膜2を走査線3aに対向する位置から延設して誘電体膜として用い、半導体膜1aを延設して第1蓄積容量電極1fとし、更にこれらに対向する容量線3bの一部を第2蓄積容量電極とすることにより、蓄積容量70が構成されている。より詳細には、半導体層1aの高濃度ドレイン領域1eが、データ線6及び走査線3aの下に延設されて、同じくデータ線6及び走査線3aに沿って伸びる容量線3b部分に絶縁薄膜2を介して対向配置されて、第1蓄積容量電極1fとされている。特に蓄積容量70の誘電体としての絶縁薄膜2は、高温酸化によりポリシリコン膜上に形成されるTFT30のゲート絶縁膜に他ならないので、薄く且つ高耐圧の絶縁膜とすることができ、蓄積容量70は比較的小面積で大容量の蓄積容量として構成できる。
図3において、画素スイッチング用TFT30は、LDD構造を有しており、走査線3a、当該走査線3aからの電界によりチャネルが形成される半導体層1aのチャネル領域1a'、走査線3aと半導体層1aとを絶縁する絶縁薄膜2、データ線6、半導体層1aの低濃度ソース領域1b及び低濃度ドレイン領域1c、半導体層1aの高濃度ソース領域1d並びに高濃度ドレイン領域1eを備えている。高濃度ドレイン領域1eには、複数の画素電極9aのうちの対応する一つが接続されている。低濃度ソース領域1b及び高濃度ソース領域1d並びに低濃度ドレイン領域1c及び高濃度ドレイン領域1eは、半導体層1aに対し、n型又はp型のチャネルを形成するかに応じて所定濃度のn型用又はp型用の不純物をドープすることにより形成されている。走査線3a、絶縁薄膜2及び第1層間絶縁膜12の上には、高濃度ソース領域1dへ通じるコンタクトホール5及び高濃度ドレイン領域1eへ通じるコンタクトホール8が各々形成された第2層間絶縁膜4が形成されている。コンタクトホール5を介して、データ線6は高濃度ソース領域1dに電気的に接続されている。更に、データ線6及び第2層間絶縁膜4の上には、高濃度ドレイン領域1eへのコンタクトホール8が形成された第3層間絶縁膜7が形成されている。コンタクトホール8を介して、画素電極9aは高濃度ドレイン領域1eに電気的に接続されている。画素電極9aは、このように構成された第3層間絶縁膜7の上面に設けられている。尚、画素電極9aと高濃度ドレイン領域1eとは、データ線6と同一のAl膜や走査線3bと同一のポリシリコン膜を中継して、或いは専ら中継用の導電膜を中継して電気的に接続するようにしてもよい。
画素スイッチング用TFT30は、好ましくは上述のようにLDD構造を持つが、低濃度ソース領域1b及び低濃度ドレイン領域1cに不純物の打ち込みを行わないオフセット構造を持ってもよいし、走査線3aの一部であるゲート電極をマスクとして高濃度で不純物イオンを打ち込み、自己整合的に高濃度ソース及びドレイン領域を形成するセルフアライン型のTFTであってもよい。
また本実施形態では、画素スイッチング用TFT30の走査線3aの一部であるゲート電極を高濃度ソース領域1d及び高濃度ドレイン領域1e間に1個のみ配置したシングルゲート構造としたが、これらの間に2個以上のゲート電極を配置してもよい。この際、各々のゲート電極には同一の信号が印加されるようにする。このようにデュアルゲート或いはトリプルゲート以上でTFTを構成すれば、チャネルとソース及びドレイン領域接合部のリーク電流を防止でき、オフ時の電流を低減することができる。これらのゲート電極の少なくとも1個をLDD構造或いはオフセット構造にすれば、更にオフ電流を低減でき、安定したスイッチング素子を得ることができる。
図2から図4に示すように第1実施形態では特に、データ線6と走査線3aとが交差する平面領域内に、TFT30を構成する半導体層1aのチャネル領域1a'及びその隣接領域が配置される。ここで、仮にデータ線6の突出部6bが存在しないと仮定すれば、走査線3a及び容量線3bが遮光性の低いポリシリコン膜からなるため、斜めに入射した入射光は、その入射角度や液晶層50の層厚等に応じて、走査線3a及び容量線3bを介してチャネル領域1a'及びその隣接領域に入射する場合がある。しかるに、本発明では、遮光性のAl等の金属を含有した遮光性の導電膜からなるデータ線6から延設された突出部6bの存在により、このように斜めに入射する入射光を確実に遮光できる。更に、第1遮光膜11aは、TFT30のチャネル領域1a'及びその隣接領域をTFT30の下側から見て覆う位置に設けられるので、チャネル領域1a'及びその隣接領域は、TFTアレイ基板10の側から入射される、例えば、裏面反射光や、複数の電気光学装置を組み合わせて用いる場合に合成光学系を突き抜けてくる他の電気光学装置からの投射光などの戻り光に対しては、第1遮光膜11aにより遮光されており、TFT30の戻り光等による特性変化を防止できる。従って、TFT30のチャネル領域1a'及びその隣接領域に対する遮光は、図3中、上側については遮光性のデータ線6の主配線部6a及び突出部6b並びに対向基板20上の第2遮光膜23によりなされており、図3中、下側については第1遮光膜11aによりなされており、言わば、チャネル領域1a'及びその隣接領域を上下から包み込むことにより遮光が確実に行われる。加えて、電気光学装置内で発生する多重反射光が、チャネル領域1a'及びその隣接領域に入射する事態をも、係る構成により効果的に未然防止できる。
更に本実施形態のように、データ線6により、TFTアレイ基板10上におけるTFT30の上側で各画素の開口領域を部分的に規定すれば、対向基板20上に、画素の開口領域を規定するための格子状や帯状の第2遮光膜23をより小さな領域に設ければ足りるので有利である。
加えて本実施形態では、走査線3aは、平面的に見て走査線3aに交わる方向に相隣接する画素電極9a間の間隙に設けられており、突出部6bは、平面的に見て、この間隙内に突出している。従って、画素電極9aと突出部6bとの間に生じる寄生容量を低められる。尚、図2に示すように、走査線3aの縁は、平面的に見て画素電極9aの縁に僅かに重ねられており、突出部6bの縁は、画素電極9aの縁に僅かに重ねられている。相隣接する画素電極9a間における光抜けを防止する観点からは、このように突出部6bの縁を画素電極9aの縁に僅かに重ねておくとよい。このようにデータ線6から突出した突出部6aと画素電極9aとを重ねることは、データ線6と画素電極9aとの間に寄生容量を発生させることにつながるため、製造マージンが許す限度で、僅かに重ねるようにするのが好ましい。
尚、以上説明した本実施形態においては、第1遮光膜11aは、定電位源に電気的に接続されてもよい。このように構成すれば、第1遮光膜11aに対向配置される画素スイッチング用TFT30に対し第1遮光膜11aの電位変動が悪影響を及ぼすことはない。また、容量線3bを定電位とすることで、蓄積容量70の第2蓄積容量電極として良好に機能し得る。この場合、定電位源としては、当該電気光学装置を駆動するための周辺回路(例えば、走査線駆動回路、データ線駆動回路等)に供給される負電源、正電源等の定電位源、接地電源、対向電極21に供給される定電位源等が挙げられる。
以上詳細に説明したように本実施形態の電気光学装置によれば、画素部におけるTFT30のチャネル領域1a'及びその隣接領域における遮光機能が高いため良好なTFT特性により高品位の画像表示が可能であり、しかも遮光膜により画素開口率を殆ど低下させることがないため、明るい画像表示が可能である。
(電気光学装置の第2実施形態)
本発明による電気光学装置の第2実施形態について、特に画像表示領域における構成を中心として図5から図7を参照して説明する。図5は、データ線、走査線、画素電極等が形成されたTFTアレイ基板の相隣接する複数の画素群の平面図であり、図6は、図5のA−A'断面図である。また図7は、1H反転駆動方式における各電極における電位極性と横電界が生じる領域とを示す画素電極の図式的平面図である。尚、第2実施形態における図5のB−B'断面図は、第1実施形態における図4に示したものと同様である。また図5及び図6に示した第2実施形態において図1から図4に示した第1実施形態と同様の構成要素については、同様の参照符号を付し、その説明は省略する。また、図5及び図6においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならしめてある。
図5及び図6に示すように、第2実施形態では、データ線6'が有する突出部6b'が、平面的に見て相隣接する画素電極9a間が占める領域及び走査線3aと重なる領域が、夫々においてその半分以上を占めるように配置されている。更に、第2実施形態の電気光学装置は、同一の走査線3aに沿った画素電極9a群毎に、液晶層50に印加する電位極性を反転させる1H反転駆動方式により駆動される。その他の構成については、第1実施形態と同様である。
ここで図7を参照して、本実施形態で採用する1H反転駆動方式における、相隣接する画素電極9aの電位極性と横電界の発生領域との関係について説明する。
即ち、図7(a)に示すように、n(但し、nは自然数)番目のフィールド或いはフレームの画像信号を表示する期間中には、画素電極9a毎に+又は−で示す液晶駆動電圧の極性は反転されず、行毎に同一極性で画素電極9aが駆動される。その後図7(b)に示すように、n+1番目のフィールド或いは1フレームの画像信号を表示するに際し、各画素電極9aにおける液晶駆動電圧の電位極性は反転され、このn+1番目のフィールド或いは1フレームの画像信号を表示する期間中には、画素電極9a毎に+又は−で示す液晶駆動電圧の極性は反転されず、行毎に同一極性で画素電極9aが駆動される。そして、図7(a)及び図7(b)に示した状態が、1フィールド又は1フレームの周期で繰り返されて、本実施形態における1H反転駆動方式による駆動が行われる。この結果、本実施形態によれば、直流電圧印加による液晶の劣化を避けつつ、クロストークやフリッカの低減された画像表示を行える。尚、1H反転駆動方式によれば、列方向の画素電極9a毎に液晶層50に印加する電位極性を反転させる1S反転駆動方式と比べて、列方向のクロストークが殆ど無い点で有利である。
図7(a)及び図7(b)から分かるように、1H反転駆動方式では、横電界の発生領域C1は常時、列方向(Y方向)に相隣接する画素電極9a間の間隙付近となる。
そこで図5及び図6に示すように本実施形態では、横電界が生じる領域に、データ線6の突出部6bを形成して画素電極9aの下地面を盛り上げることにより、画素電極9aと対向電極21との間の距離を他の領域と比べて縮める構成を採用する。これにより、相対的に縦電界は強められ且つ横電界は弱められ、液晶層50に対する横電界による悪影響が低減される。
特に第2実施形態によれば、上述のように横電界が発生する領域の半分以上において、突出部6bの存在により縦電界を強められる。但し、画素電極9aとTFT30とを電気的に接続するコンタクトホール8と突出部6bとが交差するのでは動作不可となるため、係るコンタクトホール8が開孔されている場合には、これを避けるように突出部6bが平面配置されている。しかも、画素電極9aの下地面は、データ線6の主配線部6a上で平坦化されているので、一般に画素電極9aの下地面の段差によって生じる液晶の配向不良が、平坦化により低減されている。
以上の結果、第2実施形態によれば、横電界や段差による液晶の配向不良に起因する光抜けで、コントラスト比が低下するのを防ぐことが出来、最終的に高品位の画像表示が可能となる。
尚、このようにデータ線6の主配線部6aに沿った画素電極9aを平坦化するためには、第1層間絶縁膜12、第2層間絶縁膜4、第3層間絶縁膜7及びTFTアレイ基板10の少なくとも一つに、主配線部6aに対向する位置に溝を形成し、且つ突出部6bに対向する位置には溝を形成しないで、主配線部6aをこの溝内に埋め込むように構成すればよい。このように部分的に平坦化する事により、高いコントラスト比を実現する事が可能になる。
(電気光学装置の全体構成)
以上のように構成された電気光学装置の各実施形態の全体構成を図8及び図9を参照して説明する。尚、図8は、TFTアレイ基板10をその上に形成された各構成要素と共に対向基板20の側から見た平面図であり、図9は、対向基板20を含めて示す図8のH−H'断面図である。
図8において、TFTアレイ基板10の上には、シール材52がその縁に沿って設けられており、その内側に並行して、例えば第2遮光膜23と同じ或いは異なる材料から成る額縁としての第3遮光膜53が設けられている。シール材52の外側の領域には、データ線6に画像信号を所定タイミングで供給することによりデータ線6を駆動するデータ線駆動回路101及び外部回路接続端子102がTFTアレイ基板10の一辺に沿って設けられており、走査線3aに走査信号を所定タイミングで供給することにより走査線3aを駆動する走査線駆動回路104が、この一辺に隣接する2辺に沿って設けられている。走査線3aに供給される走査信号遅延が問題にならないのならば、走査線駆動回路104は片側だけでも良いことは言うまでもない。また、データ線駆動回路101を画像表示領域の辺に沿って両側に配列してもよい。更にTFTアレイ基板10の残る一辺には、画像表示領域の両側に設けられた走査線駆動回路104間をつなぐための複数の配線105が設けられている。また、対向基板20のコーナー部の少なくとも1箇所においては、TFTアレイ基板10と対向基板20との間で電気的に導通をとるための上下導通材106が設けられている。そして、図9に示すように、図8に示したシール材52とほぼ同じ輪郭を持つ対向基板20が当該シール材52によりTFTアレイ基板10に固着されている。尚、TFTアレイ基板10上には、これらのデータ線駆動回路101、走査線駆動回路104等に加えて、複数のデータ線6に画像信号を所定のタイミングで印加するサンプリング回路103、複数のデータ線6に所定電圧レベルのプリチャージ信号を画像信号に先行して各々供給するプリチャージ回路、製造途中や出荷時の当該電気光学装置の品質、欠陥等を検査するための検査回路等を形成してもよい。
以上説明した各実施形態における電気光学装置は、カラー表示のプロジェクタに適用されるため、3枚の電気光学装置がRGB用のライトバルブとして各々用いられ、各ライトバルブには各々RGB色分解用のダイクロイックミラーを介して分解された各色の光が投射光として各々入射されることになる。従って、各実施形態では、対向基板20に、カラーフィルタは設けられていない。しかしながら、第2遮光膜23の形成されていない画素電極9aに対向する所定領域にRGBのカラーフィルタをその保護膜と共に、対向基板20上に形成してもよい。更に、入射光の集光効率を向上するように、対向基板20上に1画素1個対応するようにマイクロレンズを形成してもよい。更にまた、明るさ向上のために、対向基板20上に、何層もの屈折率の相違する干渉層を堆積することで、光の干渉を利用して、RGB色を作り出すダイクロイックフィルタを形成してもよい。
以上説明した各実施形態における電気光学装置では、従来と同様に入射光を対向基板20の側から入射することとしたが、第1遮光膜11aを設けているので、TFTアレイ基板10の側から入射光を入射し、対向基板20の側から出射するようにしても良い。即ち、このように電気光学装置をプロジェクタに取り付けても、画素スイッチング用TFT30のチャネル領域及びその隣接領域に光が入射することを防ぐことが出来、高画質の画像を表示することが可能である。また、TFTアレイ基板10に第1遮光膜11aを形成することにより、TFTアレイ基板10の裏面側での反射を防止するためにAR被膜された偏光板やARフィルムを用いたりTFTアレイ基板10そのものをAR処理した基板を使用する必要が無くなる。従って、各実施形態によれば、材料コストを削減でき、また偏光板貼り付け時に、ごみ、傷等により、歩留まりを落とすことがなく大変有利である。また、耐光性が優れているため、明るい光源を使用したり、偏光ビームスプリッタにより偏光変換して、光利用効率を向上させても、光によるクロストーク等の画質劣化を生じない。
また、各画素に設けられるスイッチング素子としては、正スタガ型又はコプラナー型のポリシリコンTFTであるとして説明したが、逆スタガ型のTFTやアモルファスシリコンTFT等の他の形式のTFTに対しても、各実施形態は有効である。
本発明は、上述した各実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或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なう電気光学装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
1a…半導体層、1a'…チャネル領域、1b…低濃度ソース領域、1c…低濃度ドレイン領域、1d…高濃度ソース領域、1e…高濃度ドレイン領域、1f…第1蓄積容量電極、2…絶縁薄膜、3a…走査線、3b…容量線、4…第2層間絶縁膜、5…コンタクトホール、6…データ線、6a…主配線部、6b…突出部、7…第3層間絶縁膜、8…コンタクトホール、9a…画素電極、10…TFTアレイ基板、11a…第1遮光膜、12…第1層間絶縁膜、16…配向膜、20…対向基板、21…対向電極、22…配向膜、23…第2遮光膜、30…TFT、50…液晶層、52…シール材、53…第3遮光膜、70…蓄積容量、101…データ線駆動回路、104…走査線駆動回。