JP4419119B2 - 電気光学装置及び投射型表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、電気光学装置及びそれを用いた投射型表示装置に関し、特に、コントラスト及び輝度の低下を抑制する電気光学装置及び投射型表示装置に関する。

液晶表示装置などの電気光学装置は、各種機器の直視型の表示装置や投射型液晶表示装置のライトバルブとして広く用いられており、液晶などの電気光学物質と、電気光学物質を挟持する一対の基板とから構成されている。一対の基板のうち一方の基板は、例えば複数の画素がマトリックス状に形成されたＴＦＴ基板として構成され、他方の基板は、全面に対向電極が形成された対向基板として構成される。各画素は、画素電極、及びこの画素電極を駆動させるスイッチとして機能するＴＦＴ（薄膜トランジスタ：Thin Film Transistor）を備える。

電気光学装置において、対向基板に入射した光は、電気光学物質によって光変調された後、ＴＦＴ基板から出射される。ここで、ＴＦＴ基板には、データ線、走査線、及び容量線などの配線が各画素の画素開口領域の間に形成されている。また、これらの配線の上方には、電気光学物質の配向不良部で屈折されてＴＦＴへ入射する光を遮光する、ブラックマトリクス（ＢＭ）層などの遮光膜がマトリクス状に形成されている。

電気光学装置が投射型表示装置のライトバルブとして用いられる場合には、光源からの光は概ね平行光束として対向基板の基板表面の法線方向に入射する。この入射光は、電気光学物質を透過した後、ＴＦＴ基板から、概ね平行光束として出射される。そして、光学系を経て、投射スクリーン上に映像として表示される。

ＴＦＴ基板において、透明基板には一般的に、二酸化シリコンを主成分とする材料が用いられる。ＴＦＴの半導体活性層にはシリコンが、ＴＦＴの絶縁膜には二酸化シリコンなどのシリコン酸化膜がそれぞれ用いられる。また、ＴＦＴの電荷保持特性を高める蓄積容量の絶縁膜には、高誘電体材料として、シリコン酸化膜よりも高い屈折率を有するシリコン窒化膜などが用いられる。更に、ＴＦＴや金属で構成される配線を外気中の水分から保護するために、ＴＦＴや配線の上方に設けられる保護膜には、高い水分遮蔽機能を有するシリコン窒化膜が用いられる。

液晶表示装置の各画素は、マトリックス状に形成された遮光膜によって区画され光が透過する画素開口領域と、画素開口領域の周縁部であって、遮光膜によって遮光され配線やＴＦＴが配置される周辺領域とから構成される。液晶表示装置における輝度を向上させるために、画素の全体領域に対する画素開口領域の比率、つまり開口率の向上が望まれている。開口率は、従来の液晶表示装置では、高いもので高々５０％程度である。

ところで、ＴＦＴの近傍では、特にゲートや配線に用いる積層構造のために、斜面（スロープ）が形成される。このスロープは、基板面に垂直に入射する光を屈折させる。このため、遮光膜を通過した画素開口領域内の光であっても、遮光膜の下部に存在するＴＦＴや配線に入射する場合がある。ここで、遮光膜を通過した光が配線に遮られると実効開口率が低下して液晶表示装置の輝度が低下し、また、遮光膜を通過した光がＴＦＴのチャンネルに入射するとＴＦＴに光リーク電流が発生し、液晶表示装置のコントラスト比が低下する。

上記問題を回避するために、特許文献１では、高屈折率層であるシリコン窒化膜の端部が遮光膜の端部から水平方向に張り出さないように形成することを提案している。また、特許文献２及び特許文献３では、遮光膜の端部近傍であって、積層膜の界面がスロープに形成される領域において、積層膜の屈折率を光の入射順に小さくすることによって、遮光膜の端部近傍に入射した光を画素開口領域側に屈折させることを提案している。

上記以外に、特許文献４では、画素開口領域のＳｉＮ層を除去することによって、画素開口領域における透過率を向上させることを提案している。また、特許文献５では、液晶表示装置を一旦透過して、光学系で反射され、ＴＦＴ基板の裏側から入射する光が、ＴＦＴへ入射して画像劣化を生じさせることへの対策として、ＴＦＴと透明基板との間に設けられる下部遮光膜の幅を、データ線の幅に略等しく形成することを提案している。
特開２００１−１３３８１０号公報 特開２００２−９１３３９号公報 特開２００１−４９８８号公報 特開２００２−１３１７７６号公報 特開２００１−６６５８７号公報

特許文献１〜３によれば、それぞれ、屈折した光が遮光膜の下方に設けられている配線やＴＦＴに入射することを抑え、液晶表示装置を透過する光の透過率を高めることが出来ると共に、光リーク電流の発生を抑えることが出来る。特許文献４によれば、屈折率が相互に異なる積層膜の界面での反射を抑え、液晶表示装置を透過する光の透過率を高めることが出来る。また、特許文献５によれば、下部遮光膜によって、ＴＦＴ基板の裏側から入射した光がＴＦＴへ入射することによる画像劣化を効果的に抑制することが出来る。

本発明は、特許文献１〜５とは別の構成によって、画素開口領域を通過する入射光が屈折して配線やＴＦＴに入射することに起因し、電気光学装置のコントラスト及び輝度が低下することを抑制する、電気光学装置及びそれを用いた投射型表示装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の第１発明に係る電気光学装置は、相互に対向して配置され相互間に電気光学物質を挟持する第１基板及び第２基板と、画素開口領域と、該画素開口領域の周縁部に形成された被遮光要素を入射光から遮蔽する遮光膜とを備える電気光学装置において、
前記第１基板上には、該第１基板と同等の屈折率を有し該第１基板と平行な表面を有する平坦化絶縁膜と、前記第１基板の屈折率よりも高い屈折率を有する第１絶縁層と、前記第１基板の屈折率と同等の屈折率を有する第２絶縁層とが、前記電気光学物質から見て順次に形成され、前記平坦化絶縁膜と前記第１絶縁層の界面、及び、前記第１絶縁層と前記第２絶縁層の界面が、前記遮光膜の画素開口領域内側の近傍において、前記第１基板の表面と平行でないスロープを形成しており、
前記スロープにおける前記平坦化絶縁膜と前記第１絶縁膜との界面における光の入射角及び屈折角をそれぞれα及びβとし、前記第１絶縁層のスロープ近傍での膜厚をＴ₁とすると、前記被遮光要素の端面は、前記第１基板の表面と平行方向に見て、前記平坦化絶縁膜における前記遮光膜側のスロープ端部から次式で示される距離Ｘ：
Ｘ＝（Ｔ₁／cosβ）×sin（α−β）
以上前記画素開口領域の外側に形成されていることを特徴としている。

また、本発明の第２発明に係る電気光学装置は、相互に対向して配置され相互間に電気光学物質を挟持する第１基板及び第２基板と、画素開口領域と、該画素開口領域の周縁部に形成された被遮光要素を入射光から遮蔽する遮光膜とを備える電気光学装置において、
前記画素開口領域では、前記第１基板と平行でない界面を有する絶縁膜の屈折率が相互に同等であることを特徴としている。

本発明に係る透過型表示装置は、光源と、本発明の第１発明及び第２発明に係る電気光学装置と、前記光源からの光を前記電気光学装置を透過させて投影させる光学系とを備えることを特徴としている。

本発明の第１発明に係る電気光学装置によれば、遮光膜の内側で画素開口領域内に入射した入射光は、被遮光要素に入射することなく、画素開口領域で有効な入射光となるため、電気光学装置の輝度を向上させる。また、その入射光が光リーク電流を発生させることもないので、電気光学装置におけるコントラスト比の向上も可能となる。

本発明の第１発明の好適な実施態様によれば、前記平坦化絶縁膜、前記第１絶縁層及び前記第２絶縁層の屈折率をそれぞれ、ｎ₁、ｎ₂、ｎ₃とすると、ｎ₂＞ｎ₁≧ｎ₃の関係を満たすことを特徴とする。ｎ₁＝ｎ₃の場合には、電気光学装置の第１基板の法線方向に入射した光を、電気光学装置の第１基板の略法線方向に出射させることが出来る。ｎ₁＞ｎ₃の場合には、ｎ₁＝ｎ₃の場合と比較して、スロープの第１絶縁膜と第２絶縁膜の界面での光の屈折方向を、より画素開口領域の内側寄りにすることが出来る。

本発明の第１発明では、好適には、前記第１絶縁層は、前記スロープよりも内側における前記画素開口領域で少なくとも一部が除去されていることを特徴とする。この場合、第１絶縁層の一部が除去された領域において、絶縁層間で屈折率が相互に大きく異なる界面が形成されないので、干渉による光透過ロスを抑えることによって、透過率を高めることが出来る。また、遮光膜及びスロープに隣接する第１絶縁層の部分を残すことによって、第１絶縁層を構成するシリコン窒化膜などによる水分遮蔽機能を維持し、電気光学装置の信頼性の低下を最小限に抑えることが出来る。

本発明の第２発明に係る電気光学装置によれば、前記画素開口領域では、前記第１基板と平行でない界面を有する絶縁膜の屈折率が相互に同等であることにより、電気光学装置に入射した光は、第１基板と平行でない界面において、屈折が生じず、直進する。従って、画素開口領域を通過する入射光が第１基板と平行でない界面において屈折されて、ＴＦＴや被遮光要素を成す配線などに入射することを抑えることが出来るので、本発明の第１発明に係る電気光学装置と同様に、輝度及びコントラスト比を向上させることが出来る。

本発明の第２発明の好適な実施態様では、前記画素開口領域では、前記第１基板と平行でない界面を有しない絶縁膜の屈折率が前記第１基板の屈折率と同等であり、前記第１基板と平行でない界面を有する絶縁膜及び前記画素電極の屈折率が前記第１基板の屈折率よりも高い第１の屈折率を有する。また、本発明の第２発明では、好適には、前記第１基板と平行でない界面を有する絶縁膜の少なくとも一が、シリコン窒化膜又はポリシラン樹脂系材料から成る。

本発明に係る透過型表示装置によれば、本発明の第１発明及び第２発明に係る電気光学装置を備えることにより、本発明の第１発明及び第２発明に係る電気光学装置とそれぞれ同様の効果を有する透過型表示装置を得ることが出来る。

本発明において、屈折率が同等であるとは、界面における屈折率差が例えば１０％以内であることを言い、この場合、界面の屈折による輝度の低下が実質的に無視できる。本発明における電気光学物質には、液晶の他に、例えば高分子材料から成る電子粉流体等が含まれる。界面の表面粗さを小さくすると、界面における散乱を抑制できるため、好ましい。例えば、中心線平均粗さＲａを０．０５μｍ以下とする。

以下、図面を参照し、本発明に係る実施形態例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態例に係る透過型液晶表示装置の構成を示す断面図である。透過型液晶表示装置１は、ＴＦＴ基板１Ａ及び対向基板１Ｂを有する。ＴＦＴ基板１Ａは、ガラス基板１０と、ガラス基板１０上に形成された、厚さが０．０６〜０．０３μｍのシリコン酸化膜から成る下地膜１２とを有する。下地膜１２は、ガラス基板１０が含む不純物の拡散により、この上に形成されるＴＦＴが汚染されることを抑制する。

下地膜１２上にはＴＦＴが形成されている。ＴＦＴは、ＴＦＴの活性層として機能する多結晶シリコン層１６と、ゲート線２０の一部を成すゲート電極と、多結晶シリコン層１６及びゲート線２０の間に形成されたゲート絶縁膜１８とから構成されている。ゲート線２０は、ＷＳｉ、Ｃｒ、又はＡｌ等から成る。ゲート絶縁膜１８は、厚さが０．１μｍのシリコン酸化膜から成る。また、ゲート絶縁膜１８の一部は、下地膜１２と下地膜１２上に形成された多結晶シリコン層１６との間の段差を反映して、スロープを形成している。ガラス基板１０及びゲート絶縁膜１８を構成するシリコン酸化膜は相互に同等の屈折率を有し、屈折率は共に約１．４５である。また、透過型液晶表示装置１の他の部分を構成するシリコン酸化膜の屈折率も何れも約１．４５である。

ゲート絶縁膜１８及びゲート線２０上には、厚さが０．４μｍのシリコン酸化膜から成る層間絶縁膜２４が設けられている。層間絶縁膜２４のうちの一部は、ゲート絶縁膜１８の平坦面とゲート線２０との間の段差等を反映して、スロープを形成している。層間絶縁膜２４上には、所定形状を有するソース・ドレイン配線（被遮光要素）３０が設けられ、ソース・ドレイン配線３０は、層間絶縁膜２４及びゲート絶縁膜１８を貫通するコンタクトホールを介して、ＴＦＴのソース及びドレインにそれぞれ接続されている。ソース・ドレイン配線３０の縁部は、層間絶縁膜２４と同様なスロープを形成している。層間絶縁膜２４及びソース・ドレイン配線３０上には、厚さが０．４μｍのシリコン酸化膜から成る第２層間絶縁膜（第２絶縁膜）３４が形成されている。第２層間絶縁膜３４のうちの一部は、層間絶縁膜２４の平坦面とソース・ドレイン配線３０との間の段差等を反映して、スロープを形成している。

第２層間絶縁膜３４上の一部領域には、所定形状を有する容量下部電極３６が設けられている。容量下部電極３６はＣｒ膜から成る。第２層間絶縁膜３４及び容量下部電極３６上にはシリコン窒化膜から成る容量絶縁膜４０が設けられ、ＴＦＴの上方の容量絶縁膜４０上には所定形状を有する遮光パターン４４が形成されている。遮光パターン４４は、Ａｌから成り、容量絶縁膜４０及び第２層間絶縁膜３４を貫通するコンタクトホールを介してソース・ドレイン電極３０に接続され、容量下部電極３６に対向する容量上部電極としても機能する。容量絶縁膜４０のうち、第２層間絶縁膜３４のスロープ上に形成された部分は、第２層間絶縁膜３４と同様なスロープを形成している。

容量絶縁膜４０及び遮光パターン４４上には、厚さが０．３μｍのシリコン窒化膜から成る第３層間絶縁膜４８が成膜されている。第３層間絶縁膜４８のうち、容量絶縁膜３４のスロープ上に形成された部分は、容量絶縁膜３４と同様なスロープを形成している。容量絶縁膜４０及び第３層間絶縁膜４８の屈折率はガラス基板やシリコン酸化膜よりも大きく、約１．９５である。透過型液晶表示装置１の他の部分を構成するシリコン窒化膜の屈折率も何れも約１．９５である。容量絶縁膜４０及び第３層間絶縁膜４８は、本発明の第１絶縁膜を構成する。

第３層間絶縁膜４８上に、上面がガラス基板１０の基板面と平行に形成された、有機平坦化膜（平坦化絶縁膜）５２が設けられている。有機平坦化膜５２はアクリル樹脂系材料から成り、約１．２μｍの厚さを有する。有機平坦化膜５２の屈折率は約１．５であり、ガラス基板１０やシリコン酸化膜の屈折率と同等である。

有機平坦化膜５２及び第３層間絶縁膜４８を貫通して、遮光パターン４４に達するコンタクトホール５６が形成されている。コンタクトホール５６内及び有機平坦化膜５２上に連続して、各画素毎にパターニングされたＩＴＯ膜から成る画素電極６０が形成されている。画素電極６０の屈折率は約１．９５であり、シリコン窒化膜の屈折率と同等である。

対向基板１Ｂは、ガラス基板１１と、ガラス基板１１上に形成されたＩＴＯ膜から成る画素電極６１とを有する。画素電極６１は各画素に共通に形成されている。ＴＦＴ基板１Ａの画素電極６０上、及び対向電極１Ｂの画素電極６１上には配向膜６４がそれぞれ形成され、液晶層７０を挟持することにより、透過型液晶表示装置１を構成している。

図１中に、スロープ７４の有機平坦化膜５２と第３層間絶縁膜４８の界面７５に対して、基板の法線方向に入射する光の経路を矢印で示す。本実施形態例の透過型液晶表示装置１によれば、この入射光は、スロープ７４の有機平坦化膜５２と第３層間絶縁膜４８との界面７５で、第３層間絶縁膜４８が有機平坦化膜５２より大きな屈折率を有するので、画素開口領域の外側に屈折する。そして、上記界面７５に略平行な、スロープ７４の容量絶縁膜４０と第２層間絶縁膜３４の界面７６で、第２層間絶縁膜４８が容量絶縁膜４０より小さな屈折率を有し、且つ第２層間絶縁膜４８が有機平坦化膜５２の屈折率と同等であるので、基板の略法線方向に屈折する。従って、スロープ７４の有機平坦化膜５２と第３層間絶縁膜４８との界面７５に対して基板の法線方向に入射した光は、ソース・ドレイン配線３０やＴＦＴに入射することなく、基板の略法線方向に進行する。

図２は、図１におけるＴＦＴ基板１Ａの一部を簡略化して示す断面図である。ＴＦＴ基板１Ａにおいて、被遮光要素を構成するソース・ドレイン配線の端部３０Ａは、ガラス基板１０の表面と平行方向に見て、スロープ端部７４Ａより、Ｘ＝（Ｔ₁／cosβ）×sin（α−β）だけ画素開口領域の外側に形成されている。ここで、Ｔ₁はスロープ７４近傍における容量絶縁膜４０の膜厚と第３層間絶縁膜４８の膜厚との合計の膜厚であり、α及びβはそれぞれ、スロープ７４の有機平坦化膜５２と第３層間絶縁膜４８の界面７５における光の入射角及び屈折角であり、屈折の法則により、β＝asin[(ｎ₁／ｎ₂)×sinα]、及びasin（ｎ₁／ｎ₂）＜β＜９０°の関係が成立している。

つまり、光源から基板の法線方向に入射し、スロープ７４の有機平坦化膜５２と第３層間絶縁膜４８の界面７５に入射した光は、この界面７５における屈折、及びスロープ７４の容量絶縁膜４０と第２層間絶縁膜３４の界面７６における屈折によって、第２層間絶縁膜３４において、上記有機平坦化膜５２と第３層間絶縁膜４８との界面７５における入射位置からＸだけ画素開口領域の外側をガラス基板１０方向に向かって進行する。

本実施形態例の透過型液晶表示装置１によれば、相互に同等の屈折率を有する第３層間絶縁膜４８及び容量絶縁膜４０が、相互に同等の屈折率を有する有機平坦化膜５２及び第２層間絶縁膜３４よりも高い屈折率を有し、且つソース・ドレイン配線の端面３０Ａが、ガラス基板１０の表面と平行方向に見て、スロープ端部７４Ａよりも距離Ｘだけ画素開口領域の外側に形成されている。これによって、基板の法線方向に入射し、スロープ７４の有機平坦化膜５２と第３層間絶縁膜４８の界面７５における屈折、及びスロープ７４の容量絶縁膜４０と第２層間絶縁膜３４の界面７６おける屈折によって、スロープ端部７４Ａから距離Ｘだけ画素開口領域の外側を基板の略法線方向にガラス基板１０方向に向かって進行する光が、ソース・ドレイン配線３０によって遮られることがない。従って、高い透過率及び透過型液晶表示装置の高い輝度を得ることが出来る。

また、ＴＦＴへ入射する光が減少し、光リーク電流が減少するので、透過型液晶表示装置１のコントラストを向上させることが出来る。更に、容量絶縁膜４０及び第３層間絶縁膜４８をシリコン窒化膜で構成し、且つ基板全体を覆う構成としたことにより、ＴＦＴ基板１Ａの信頼性を確保できると共に、容量下部電極３６と遮光パターン４４との間で高い蓄積容量を確保することが出来る。

図３（ａ）〜（ｇ）、図４（ｈ）〜（ｋ）、図５（ｌ）〜（ｏ）、図６（ｐ）、（ｑ）は、それぞれ、本発明の第１実施形態例に係る透過型液晶表示装置の一製造段階を示す断面図である。先ず、図３（ａ）に示すように、ＣＶＤ法を用いて、ガラス基板１０上にシリコン酸化膜から成る下地膜１２を成膜する。シリコン酸化膜の屈折率はガラス基板の屈折率と同等であるため、光が透過する際に、ガラス基板１０と下地膜１２との界面では反射が生じず、透過率の低下を抑制することができる。下地膜１２の膜厚は、下地に用いたガラス基板１０から金属等の不純物がＴＦＴ工程を経るうちに拡散してＴＦＴに電気的な影響を及ぼすのを防ぐのに充分な厚さが必要であり、例えば１μｍとする。

次いで、ＴＦＴの形成を行う。先ず、図３（ｂ）に示すように、ＣＶＤ法を用いて、下地膜１２上に厚さが０.０６〜０.０３μｍのアモルファス非晶質シリコン層１４を成膜した後、イオン注入法を用いて、チャネル領域に所望の量のドーパントを注入する。引き続き、図３（ｃ）に示すように、レーザアニール法を用いて、アモルファス非晶質シリコン層１４を多結晶シリコン層１６に形成した後、フォトリソグラフィ及びエッチングを行って、図３（ｄ）に示すように、所定の形状を有する多結晶シリコン層１６を形成する。

次いで、図３（ｅ）に示すように、ＣＶＤ法を用いて、下地膜１２及び多結晶シリコン層１６上に、厚さが０.１μｍのシリコン酸化膜から成るゲート絶縁膜１８を成膜する。ゲート絶縁膜１８の一部は、下地膜１２と下地膜１２上に形成された多結晶シリコン層１６との間の段差を反映して、スロープに形成される。引き続き、ゲート配線材料としてＷＳｉ、Ｃｒ、又はＡｌ等を成膜した後、パターニングを行い、図３（ｆ）に示すゲート線２０に形成することにより、多結晶シリコン層１６、ゲート絶縁膜１８、及びゲート線２０から構成されるＴＦＴを作製することが出来る。

次いで、図３（ｇ）に示すように、ＣＶＤ法を用いて、厚さが０.４μｍのシリコン酸化膜から成る層間絶縁膜２４を成膜する。層間絶縁膜２４の一部は、ゲート絶縁膜１８とゲート絶縁膜１８上に形成されたゲート線２０との間の段差等を反映して、スロープに形成される。引き続き、層間絶縁膜２４及びゲート絶縁膜１８を貫通して、多結晶シリコン層１６に達するコンタクトホールを形成した後、Ａｌをスパッタリングすることにより、コンタクトホール内及び層間絶縁膜２４上に連続してＡｌ膜を成膜する。引き続き、Ａｌ膜を所定の形状にパターニングすることにより、ソース・ドレイン配線３０を形成する。Ａｌ膜のパターニングの際には、ソース・ドレイン配線の端部３０Ａが、ガラス基板１０の表面と平行方向に見て、スロープ端部７４Ａより、Ｘ＝（Ｔ₁／cosβ）×sin（α−β）だけ画素開口領域の外側になるようにする。ソース・ドレイン配線３０の縁部は、層間絶縁膜２４と同様なスロープに形成される。

次いで、図４（ｉ）に示すように、層間絶縁膜２４及びソース・ドレイン配線３０上に、厚さが０.４μｍのシリコン酸化膜から成る第２層間絶縁膜３４を成膜する。第２層間絶縁膜３４のうちソース・ドレイン配線３０のスロープ上に形成された部分は、ソース・ドレイン配線３０と同様なスロープに形成される。

次いで、図４（ｊ）に示すように、第２層間絶縁膜３４上にスパッタリングによりＣｒ膜を成膜した後、所定形状にパターニングして、厚さが０.２μｍの容量下部電極３６を形成する。引き続き、図４（ｋ）に示すように、容量下部電極３６及び第２層間絶縁膜３４上に、厚さが０.１μｍのシリコン窒化膜から成る容量絶縁膜４０を成膜する。容量絶縁膜４０のうち第２層間絶縁膜３４のスロープ上に形成された部分は、第２層間絶縁膜３４と同様なスロープに形成される。

次いで、図５（ｌ）に示すように、容量絶縁膜４０及び第２層間絶縁膜３４を貫通して、ソース・ドレイン配線３０に達するコンタクトホールを形成した後、スパッタリングにより、厚さが０.２μｍのＡｌ膜を形成する。引き続き、Ａｌ膜に対してパターニングを行って、図５（ｍ）に示す遮光パターン４４を形成する。

次いで、図５（ｎ）に示すように、遮光パターン４４及び容量絶縁膜４０上に、厚さが０.４μｍのシリコン窒化膜から成る第３層間絶縁膜４８を成膜する。第３層間絶縁膜４８のうち容量絶縁膜４０のスロープ上に形成された部分は、容量絶縁膜４０と同様なスロープに形成される。

次いで、図５（ｏ）に示すように、第３層間絶縁膜４８上に、上面がガラス基板１０の基板面と平行な平坦面になるように、厚さが約１.２μｍの有機平坦化膜５２を塗布する。引き続き、図６（ｐ）に示すように、有機平坦化膜５２及び第３層間絶縁膜４８を貫通して、遮光パターン４４に達するコンタクトホール５６形成する。最後に、図６（ｑ）に示すように、スパッタリング法を用いて、コンタクトホール５６内及び有機平坦化膜５２上に連続してＩＴＯ膜を成膜した後、ＩＴＯ膜を所定形状にパターニングし、各画素電極６０を形成することにより、ＴＦＴ基板１Ａを完成することができる。

次いで、別のガラス基板１１上に画素電極６１を成膜して対向基板１Ｂを形成し、ＴＦＴ基板１Ａ及び対向基板１Ｂ上に配向膜６４をそれぞれ成膜する。最後に、ＴＦＴ基板１Ａと対向基板１Ｂとを対向させて、貼り合わせ、ＴＦＴ基板１Ａと対向基板１Ｂとの間に液晶層７０を注入することにより、図１に示した透過型液晶表示装置１を完成することが出来る。

図１４に本実施形態例の透過型液晶表示装置１及び従来の透過型液晶表示装置について測定した、光の透過率を示す。測定に用いた従来の透過型液晶表示装置６は、図１７に示すように、第２層間絶縁膜がシリコン窒化膜で構成されていることを除いては、本実施形態例の透過型液晶表示装置１と同様の構成を有している。同図中、グラフ（ｉ）が、従来の透過型液晶表示装置６の透過率を、グラフ（ii）が、本実施形態例の透過型液晶表示装置１の透過率をそれぞれ示す。

同図から判るように、例えば透過光の波長が６００ｎｍでは、本実施形態例の透過型液晶表示装置１の透過率は、従来の透過型液晶表示装置６の透過率よりも約６％程度向上している。また、透過光の波長が４５０〜７５０ｎｍの範囲において、本実施形態例の透過型液晶表示装置１の透過率は従来の透過型液晶表示装置６の透過率を上回っている。従って、本実施形態例の透過型液晶表示装置１は、従来の透過型液晶表示装置６と比べて良好な透過率を有するものと評価できる。

図７は、本発明の第２実施形態例に係る透過型液晶表示装置の構成を示す断面図である。透過型液晶表示装置２は、図１に示した第１実施形態例の透過型液晶表示装置１を構成するＴＦＴ基板１Ａにおいて、容量下部電極３６、容量絶縁膜４０、及び遮光パターン４４が形成されず、第３層間絶縁膜４８は、第２層間絶縁膜３４上に直接、形成されている。また、有機平坦化膜５２及び第３層間絶縁膜４８を貫通して、遮光パターン４４に達するコンタクトホールに代えて、有機平坦化膜５２、第３層間絶縁膜４８、及び第２層間絶縁膜３４を貫通して、ソース・ドレイン電極３０に達するコンタクトホールが形成され、画素電極６０は、このコンタクトホール内及び有機平坦化膜５２上に連続して形成されている。

対向電極１Ｂにおいて、ＴＦＴの上方の一部領域は、配向膜６４に代えて遮光パターン４４が形成されている。本実施形態例の透過型液晶表示装置２は、上記を除いては、第１実施形態例の透過型液晶表示装置１と同様の構成を有している。

図８（ｊ）〜（ｍ）は、第２実施形態例の透過型液晶表示装置の各製造段階をそれぞれ示す断面図である。第２実施形態例の透過型液晶表示装置２の製造方法は、図４（ｉ）に示した製造段階までは、第１実施形態例の透過型液晶表示装置１の製造方法と同様である。図４（ｉ）に示した工程に続き、図８（ｊ）に示すように、第２層間絶縁膜３４上に厚さが０．４μｍのシリコン窒化膜から成る第３層間絶縁膜４８を成膜する。第３層間絶縁膜４８のうち、第２層間絶縁膜３４のスロープ上に形成された部分は、第２層間絶縁膜３４と同様なスロープに形成されている。引き続き、図８（ｋ）に示すように、第３層間絶縁膜４８上に、上面がガラス基板１０に平行な平坦面に形成された、厚さが約１．２μｍの有機平坦化膜５２を成膜する。

次いで、図８（ｌ）に示すように、有機平坦化膜５２、第３層間絶縁膜４８、及び第２層間絶縁膜３４を貫通して、ソース・ドレイン配線３０に達するコンタクトホール５６を形成する。引き続き、図８（ｍ）に示すように、スパッタリングにより、コンタクトホール５６内及び有機平坦化膜５２上に連続して、ＩＴＯから成る画素電極６０を成膜することにより、ＴＦＴ基板２Ａを完成する。

次いで、ＴＦＴ基板２Ａ上に配向膜６４を成膜する。引き続き、ガラス基板１１上に画素電極６１を成膜して対向基板２Ｂを形成し、対向基板２Ｂ上に配向膜６４及び遮光パターン４４をそれぞれ成膜する。最後に、ＴＦＴ基板２Ａと対向基板２Ｂとを対向させて、貼り合わせ、ＴＦＴ基板２Ａと対向基板２Ｂとの間に液晶層７０を注入することにより、図７に示した透過型液晶表示装置２を完成することが出来る。

本実施形態例の透過型液晶表示装置２によれば、第１実施形態例の透過型液晶表示装置１の効果に加えて、遮光パターン４４を対向基板２Ｂの表面に形成しているので、ＴＦＴ基板２Ａの製造工程を短縮することが出来る。

図９は、本発明の第３実施形態例に係る透過型液晶表示装置における、ＴＦＴ基板３Ａの構成を示す断面図である。ＴＦＴ基板３Ａでは、第３層間絶縁膜４８及び容量絶縁膜４０のうち、スロープ７４よりも内側における画素開口領域の大半が除去されている。第３層間絶縁膜４８及び容量絶縁膜４０が除去された第２層間絶縁膜３４及び第３層間絶縁膜４８上に、上面がガラス基板１０の基板面と平行な平坦面に形成された、シリコーン樹脂系材料から成る有機平坦化膜５２が設けられている。有機平坦化膜５２の屈折率は約１．４〜１．５であり、ガラス基板及びシリコン酸化膜の屈折率と同等である。有機平坦化膜５２及び第３層間絶縁膜４８を貫通して、遮光パターン４４に達するコンタクトホール５６が形成され、コンタクトホール５６内及び有機平坦化膜５２上に連続して、各画素毎にパターニングされたＩＴＯ膜から成る画素電極６０が形成されている。

図１０（ｏ）〜（ｒ）は、第３実施形態例の透過型液晶表示装置の各製造段階をそれぞれ示す断面図である。第３実施形態例の透過型液晶表示装置の製造方法は、図５（ｎ）に示した製造段階までは、第１実施形態例の透過型液晶表示装置１の製造方法と同様である。図５（ｎ）に示した工程に続き、図１０（ｏ）に示すように、エッチングにより、第３層間絶縁膜４８及び容量絶縁膜４０のうち、スロープ７４よりも内側における画素開口領域の大半を除去する。引き続き、図１０（ｐ）に示すように、上面がガラス基板１０と平行な平坦面に形成される、有機平坦化膜５２を成膜する。

次いで、図１０（ｑ）に示すように、有機平坦化膜５２及び第３層間絶縁膜４８を貫通して、遮光パターン４４に達するコンタクトホール５６を形成する。引き続き、コンタクトホール５６内及び有機平坦化膜５２上に連続して、ＩＴＯから成る画素電極６０を成膜することにより、図９に示したＴＦＴ基板３Ａを完成することが出来る。引き続き、第１実施形態例と同様の製造方法を採用することにより、第３実施形態例に係る透過型液晶表示装置を完成することが出来る。

このように本実施形態例のＴＦＴ基板３Ａでは、有機平坦化膜５２が第２層間絶縁膜３４と直接に界面を形成する構造となっている。従って、この領域で、最下層のガラス基板１０から有機平坦化膜５２までの全ての層の屈折率が約１．４５であり、従来及び第１実施形態例の透過型液晶表示装置において、有機平坦化膜５２／第３層間絶縁膜４８、及び容量絶縁膜４０／第２層間絶縁膜３４の２ヶ所で形成されていた、隣接する層間で屈折率が異なる界面は形成されていない。

従って、本実施形態例の透過型液晶表示装置３によれば、第１実施形態例の透過型液晶表示装置１及び従来の透過型液晶表示装置６と比べて、干渉による光透過ロスを抑制することによって、透過率を高めることが出来る。また、容量絶縁膜４０及び第３層間絶縁膜４８をスロープ７４よりも画素開口領域の内側まで残しているので、下部容量電極３６と遮光パターン４４との間で高い蓄積容量を形成できると共に、透過型液晶表示装置の信頼性の低下を最小限に抑えることが出来る。尚、本実施形態例では、容量絶縁膜４０及び第３層間絶縁膜４８のうち、スロープ７４よりも内側における画素開口領域の大半が除去されるものとしたが、スロープ７４よりも内側における画素開口領域の全体又は一部が除去されるものとしてもよい。

図１４のグラフ（iii）に、本実施形態例の透過型液晶表示装置３の透過率を示す。同図から判るように、例えば、透過光の波長が６００ｎｍでは、本実施形態例の透過型液晶表示装置３の透過率は、従来の透過型液晶表示装置６の透過率より約９％程度、第１実施形態例の透過型液晶表示装置１の透過率より約３％程度向上している。また、透過光の波長が４５０〜７５０ｎｍの範囲において、本実施形態例の透過型液晶表示装置３の透過率は、従来の透過型液晶表示装置６及び第１実施形態例の透過型液晶表示装置１の透過率を上回っている。従って、本実施形態例の透過型液晶表示装置３は、第１実施形態例の透過型液晶表示装置１及び従来の透過型液晶表示装置６と比べて良好な透過率を有するものと評価できる。

図１１は、本発明の第４実施形態例に係る透過型液晶表示装置の構成を示す断面図である。本実施形態例の透過型液晶表示装置４では、第２層間絶縁膜３５がシリコン窒化膜で、有機平坦化膜５３がポリシラン樹脂系材料でそれぞれ形成されていることを除いては、図１に示した第１実施形態例の透過型液晶表示装置１と同様の構成を有している。透過型液晶表示装置４におけるシリコン窒化膜及びポリシラン樹脂系材料の屈折率は、何れも約１．９５であり、ガラス基板１０やシリコン酸化膜の屈折率よりも大きい。本実施形態例の透過型液晶表示装置４の製造方法は、第２層間絶縁膜３５をシリコン窒化膜で、有機平坦化膜５３をポリシラン樹脂系材料でそれぞれ形成することを除いては、図３〜図６に示した第１実施形態例の透過型液晶表示装置１の製造方法と同様である。

第４実施形態例の透過型液晶表示装置４によれば、ＴＦＴ基板４Ａの画素開口領域において、最上層である画素電極６０から第２層間絶縁膜３５までの各層の屈折率が何れも約１．９５である。従って、同図中に矢印で示したように、基板の法線方向に入射した入射光は、スロープ７４で屈折されない。従って、基板の法線方向に入射した入射光は、第２層間絶縁膜３５まで屈折して角度を変えること無く、層間絶縁膜２４と第２層間絶縁膜３５の間の平坦な界面に入射し、ＴＦＴ基板４Ａを基板の略法線方向に通過する。従って、透過型液晶表示装置４の透過率を高めることが出来る。

尚、本実施形態例では、ポリシラン樹脂系材料から成る有機平坦化膜５３を用いたが、これに代えて、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）研磨によって平坦化されたシリコン窒化膜を用いることも出来る。この場合も、ＴＦＴ基板４Ａの画素開口領域において、最上層である画素電極６０から第２層間絶縁膜３５までの各層の屈折率が何れも約１．９５であるので、本実施形態例の効果を得ることが出来る。

図１２は、本発明の第５実施形態例に係る透過型液晶表示装置の構成を示す断面図である。本実施形態例の透過型液晶表示装置５では、シリコン酸化膜から成る下地膜１２上の一部領域に下部遮光パターン７２が形成されている。下地膜１２及び下部遮光パターン７２上に第２下地膜１３が形成されている。そして、多結晶シリコン層１６が下部遮光パターン７２の上方の第２下地膜１３上に形成されている。

ＴＦＴ基板５Ａにおいて、ソース・ドレイン配線の端部３０Ａ及び下部遮光パターンの端部７２Ａは、ガラス基板１０の表面と平行方向に見て、スロープ端部７４Ａより、Ｘ＝（Ｔ₁／cosβ）×sin（α−β）だけ画素開口領域の外側に形成されている。同図中に示した点線は、第２層間絶縁膜３４と容量絶縁膜４０の界面７６におけるスロープ７４の端部を示している。これによって、同図中に矢印で示したように、スロープ７４の有機平坦化膜５２と第３層間絶縁膜４８との界面７５で画素開口領域の外側に屈折し、スロープ７４の容量絶縁膜４０と第２層間絶縁膜３４との界面７６で基板の略法線方向に屈折した光が、ソース・ドレイン配線３０及び下部遮光パターン７２に遮られないようにすることが出来る。本実施形態例の透過型液晶表示装置５は、上記を除いては、図１に示した第１実施形態例の透過型液晶表示装置１と同様の構成を有している。本実施形態例においては、ソース・ドレイン配線３０及び下部遮光パターン７２が本発明の被遮光要素を構成している。

例えば、データプロジェクタ用の透過型液晶表示装置の場合、光源の光強度が非常に強いので、透過型液晶表示装置を一旦通過した光が光学系によって反射され、再び透過型液晶表示装置の裏面から入射される、いわゆる反射光の強度も強い。従って、この場合、反射光がＴＦＴに入射して発生する光リーク電流によって、大きなコントラストの低下を生じる。本実施形態例の透過型液晶表示装置５によれば、ＴＦＴとガラス基板１０との間に下部遮光パターン７２が設けられていることによって、このような反射光のＴＦＴへの入射を効果的に抑制することが出来る。

図１３は、上記各実施形態例において、ＴＦＴが存在しない領域でのゲート線２０近傍の断面を示している。この場合、被遮光要素を構成するゲート線の端部２０Ａは、ガラス基板１０の表面と平行方向に見て、スロープ端部７４Ａより、Ｘ＝（Ｔ₁／cosβ）×sin（α−β）だけ画素開口領域の外側に形成されている。図１３中に矢印で示したように、光源から基板の法線方向に入射し、スロープ７４の有機平坦化膜５２と第３層間絶縁膜４８との界面７５で画素開口領域の外側に屈折した光は、スロープ７４の容量絶縁膜４０と第２層間絶縁膜３４との界面７６で基板の略法線方向に屈折されるので、ゲート線２０に遮られないようにすることが出来る。

図１５は、本発明の第６実施形態例に係る液晶プロジェクタの構成を示す断面図である。液晶プロジェクタ８０は、光源であるハロゲンランプ８１と、ハロゲンランプ８１からの白色光を赤、緑、及び青の３つ色の光束８２Ｒ、８２Ｇ、８２Ｂに分離する色分離光学系と、赤用、緑用、及び青用の３枚のライトバルブ８４と、３枚のライトバルブ８４をそれぞれ透過した光を合成する色合成光学系、及び合成された光をスクリーン８７上に拡大投影する投射レンズ８６から成る投影光学系とを備える。色分離光学系はミラー８３Ａ及びダイクロックミラー８３Ｂなどから、色合成光学系はダイクロックプリズム８５などからそれぞれ構成されている。ライトバルブ８４は、第１〜第５実施形態例の何れか一の透過型液晶表示装置により構成されている。

図１６は、液晶プロジェクタ８０におけるライトバルブ８４の各画素及びその駆動回路の構成を示す図である。ライトバルブ８４は、データ線に接続するデータドライバ９１と、データドライバ９１の駆動データが外部から入力されるデータ入力線９２と、ゲート線に接続するゲートドライバ９３と、データドライバ９１及びゲートドライバ９３にそれぞれ接続されたＴＦＴ９４と、ＴＦＴ９４によって光透過が制御される画素９５とを備える。同図中では、符号９１〜９５の各構成要素を１つづつ示しているが、画素９５及びＴＦＴ９４はマトリックス状に配列され、それぞれのＴＦＴ９４及び画素９５に対応して複数個のデータドライバ９１、データ入力線９２、及びゲートドライバ９３が設けられている。

以上、本発明をその好適な実施形態例に基づいて説明したが、本発明に係る電気光学装置及び透過型表示装置は、上記実施形態例の構成にのみ限定されるものではなく、上記実施形態例の構成から種々の修正及び変更を施した電気光学装置及び透過型表示装置も、本発明の範囲に含まれる。

本発明に係る電気光学装置及び投射型表示装置は、前面投射型データプロジェクタ、前面投射型家庭用プロジェクタ、及び背面投射型家庭用プロジェクタのライトバルブとしても適用できる。

第１実施形態例に係る透過型液晶表示装置の構成を示す断面図である。 図１におけるＴＦＴ基板の一部を簡略化して示す断面図である。 図３（ａ）〜（ｇ）は、第１実施形態例に係る透過型液晶表示装置の一製造段階をそれぞれ示す断面図である。 図４（ｈ）〜（ｋ）は、第１実施形態例に係る透過型液晶表示装置の図３に後続する一製造段階をそれぞれ示す断面図である。 図５（ｌ）〜（ｏ）は、第１実施形態例に係る透過型液晶表示装置の図４に後続する一製造段階をそれぞれ示す断面図である。 図６（ｐ）及び（ｑ）は、第１実施形態例に係る透過型液晶表示装置の図５に後続する一製造段階をそれぞれ示す断面図である。 第２実施形態例に係る透過型液晶表示装置の構成を示す断面図である。 図８（ｊ）〜（ｍ）は、第２実施形態例に係る透過型液晶表示装置の一製造段階をそれぞれ示す断面図である。 第３実施形態例に係る透過型液晶表示装置における、ＴＦＴ基板の構成を示す断面図である。 図１０（ｏ）〜（ｑ）は、第３実施形態例に係る透過型液晶表示装置の一製造段階をそれぞれ示す断面図である。 第４実施形態例に係る透過型液晶表示装置の構成を示す断面図である。 第５実施形態例に係る透過型液晶表示装置の構成を示す断面図である。 第１〜第５実施形態例に係る透過型液晶表示装置における、ＴＦＴが存在しない領域でのゲート線近傍の断面を示す断面図である。 透過型液晶表示装置の透過率を示すグラフである。 第６実施形態例に係る投射型液晶プロジェクタの構成を示す平面図である。 図１５のライトバルブの各画素及びその駆動回路の構成を示す図である。 従来の透過型液晶表示装置の一例の構成を示す断面図である。

符号の説明

１、２、４、５、６：透過型液晶表示装置
１Ａ、２Ａ、３Ａ、４Ａ、５Ａ、６Ａ：ＴＦＴ基板
１Ｂ、２Ｂ、４Ｂ、５Ｂ、６Ｂ：対向基板
１０、１１：ガラス基板
１２：下地膜（シリコン酸化膜）
１３：第２下地膜（シリコン酸化膜）
１４：アモルファス非晶質シリコン層
１６：多結晶シリコン層
１８：ゲート絶縁膜
２０：ゲート線（ゲート電極）
２４：層間絶縁膜（シリコン酸化膜）
３０：ソース・ドレイン配線
３４：第２層間絶縁膜（シリコン酸化膜）
３５：第２層間絶縁膜（シリコン窒化膜）
３６：容量下部電極
４０：容量絶縁膜（シリコン窒化膜）
４４：遮光パターン
４８：第３層間絶縁膜（シリコン窒化膜）
５２：有機平坦化膜
５３：有機平坦化膜（ポリシラン樹脂系材料）
６０、６１：画素電極（ＩＴＯ）
６４：配向膜
７０：液晶
７２：下部遮光パターン
７４：スロープ
７４Ａ：スロープ端部
７５、７６：界面
８０：液晶プロジェクタ
８１：ハロゲンランプ
８２Ｒ、８２Ｇ、８２Ｂ：光束
８３Ａ：ミラー
８３Ｂ：ダイクロックミラー
８４：ライトバルブ
８５：ダイクロックプリズム
８６：投射レンズ
８７：スクリーン
９１：データドライバ
９２：データ入力線
９３：ゲートドライバ
９４：ＴＦＴ
９５：画素

Claims (8)

1. 相互に対向して設置され相互間に電気光学物質を挟持する第１基板及び第２基板と、入射光を遮蔽する遮光膜と、該遮光膜に遮られた領域に形成された被遮光要素と、前記遮光膜に遮られた領域以外の領域である画素開口領域とを備える電気光学装置において、
   前記第１基板上には、該第１基板と同等の屈折率ｎ１を有し、該第１基板と平行な表面を有する平坦化絶縁膜と、前記第１基板の屈折率よりも高い屈折率ｎ２を有する第１絶縁層と、前記第１基板の屈折率ｎ１と同等の屈折率を有する第２絶縁層とが、前記電気光学物質からみて順次に形成され、前記平坦化絶縁膜と前記第１絶縁層の界面、及び、前記第１絶縁層と前記第２絶縁層の界面が、前記画素開口領域において、前記第１基板の表面と平行でないスロープを形成しており、
   前記第１絶縁膜のスロープ近傍での膜厚をＴ_１ とし、前記スロープの第１基板表面に対する角度をαとすると、前記被遮光要素の端面は、前記第１基板の表面と平行方向に見て、前記平坦化絶縁膜における前記遮光膜側のスロープ端部から、次式で示される距離Ｘ：
   Ｘ＝（Ｔ_１／cosβ）×sin（αーβ）
   β＝asin[（ｎ１/ｎ２）×sinα]
   asin（ｎ１／ｎ２）＜β＜９０°
   以上離れて、前記画素開口領域の外側に形成されていることを特徴とする電気光学装置。
2. 前記平坦化絶縁膜、前記第１絶縁層及び前記第２絶縁層の屈折率をそれぞれ、ｎ₁、ｎ₂、ｎ₃とすると、ｎ₂＞ｎ₁≧ｎ₃の関係を満たすことを特徴とする、請求項１に記載の電気光学装置。
3. 前記第１絶縁層は、前記スロープよりも内側における前記画素開口領域で少なくとも一部が除去されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の電気光学装置。
4. 相互に対向して配置され相互間に電気光学物質を狭持する第１基板及び第２基板と、画素開口領域と、該画素開口領域の周縁部に形成された被遮光要素を入射光から遮蔽する遮光膜とを備える電気光学装置において、
   前記画素開口領域では、前記第１基板と平行でない界面を有する絶縁膜の屈折率が相互に同等であることを特徴とする電気光学装置。
5. 前記画素開口領域では、前記第１基板と平行でない界面を有しない絶縁膜の屈折率が前記第１基板の屈折率と同等であり、前記第１基板と平行でない界面を有する絶縁膜及び前記画素電極の屈折率が前記第１基板の屈折率よりも高い第１の屈折率を有することを特徴とする請求項４に記載の電気光学装置。
6. 前記第１基板と平行でない界面を有する絶縁膜の少なくとも一つが、シリコン窒化膜又はポリシラン樹脂系材料から成る、請求項４又は５に記載の電気光学装置。
7. 光源と、請求項１〜６の何れか一に記載の電気光学装置と、前記光源からの光を前記電気光学装置を透過させて投影させる光学系とを備えることを特徴とする投射型表示装置。
8. 相互に対向して設置され相互間に電気光学物質を挟持する第１基板及び第２基板と、入射光を遮蔽する遮光膜と、該遮光膜に遮られた領域に形成された被遮光要素と、前記遮光膜に遮られた領域以外の領域である画素開口領域とを備える電気光学装置において、
   前記第１基板はガラス基板であり、前記第１基板上には、屈折率が約１．５であるアクリル樹脂系材料で構成され該第１基板と平行な表面を有する平坦化絶縁膜と、屈折率が約１．９５であるシリコン窒化膜で構成された第１絶縁層と、屈折率が約１．５であるシリコン酸化膜で構成された第２絶縁層とが、前記電気光学物質からみて順次に形成され、前記平坦化絶縁膜と前記第１絶縁層の界面及び、前記第１絶縁層と前記第２絶縁層の界面が、前記画素開口領域において、前記第１基板の表面と平行でないスロープを形成しており、
   前記第１絶縁膜のスロープ近傍での膜厚をＴ _１ とし、前記スロープの第１基板表面に対する角度をαとすると、前記被遮光要素の端面は、前記第１基板の表面と平行方向に見て、前記平坦化絶縁膜における前記遮光膜側のスロープ端部から、次式で示される距離Ｘ：
   Ｘ＝（Ｔ１／cosβ）×sin（αーβ）
   β＝asin[（ｎ１/ｎ２）×sinα]
   asin（ｎ１／ｎ２）＜β＜９０°
   以上離れて、前記画素開口領域の外側に形成されていることを特徴とする電気光学装置。

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