JP4702191B2

JP4702191B2 - 反射型液晶表示装置

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Publication number: JP4702191B2
Application number: JP2006167192A
Authority: JP
Inventors: 剛佐々木
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 2006-06-16
Filing date: 2006-06-16
Publication date: 2011-06-15
Anticipated expiration: 2026-06-16
Also published as: US20070291202A1; JP2007334113A

Description

本発明は、複数の反射画素電極で反射した読み出し光を利用して画像を表示する反射型液晶表示装置において、Ａｌ（アルミニウム）やＡｇ（銀）など反射率が高い金属材料を用いて成膜した複数の反射画素電極上に、読み出し光の照射により各反射画素電極の表面から放出される電子の放出量を抑制する電子放出抑制層を形成した反射型液晶表示装置に関するものである。

最近、ハイビジョン放送規格やコンピュータ・グラフィクスのＳＸＧＡ規格に代表される高精細映像の表示用ディスプレイ等のように、映像を大画面に表示するための投射型液晶表示装置が盛んに利用されている。

この種の投射型液晶表示装置には、大別すると透過方式を用いた透過型液晶表示装置と、反射方式を用いた反射型液晶表示装置とがあるが、前者の透過型液晶表示装置の場合には、各画素に設けられたＴＦＴ（ＴｈｉｎＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ：薄膜トランジスタ）の領域が光を透過させる画素の透過領域とならないために開口率が小さくなるという欠点を有していることから、後者の反射型液晶表示装置が注目されている。

上記した反射型液晶表示装置の一例として、導電性材料からなる基板上に絶縁層を介してマトリクス状に配置されたＴＦＴと、前記ＴＦＴを覆うようにして形成された層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜上に形成され、前記ＴＦＴのドレインと信号線を介して接続された反射画素電極と、前記反射画素電極と所定の間隙を有して、上方に対応配置された光透過性を有する透明な対向電極と、前記反射画素電極と前記透明な対向電極との間に液晶が封入された液晶層と、からなり、画像信号に応じて前記ＴＦＴを動作させて、前記ＴＦＴと接続した前記反射画素電極と前記透明な対向電極との間に電圧をかけることで、前記透明な対向電極側から入射させた読み出し光を前記液晶層内で光変調させ且つ前記反射画素電極で反射させた後、前記透明な対向電極側から出射させて画像表示を行うアクティブマトリックス液晶表示装置がある（例えば、特許文献１参照）。
特開平９−２６９４８２号公報

図４は従来のアクティブマトリックス液晶表示装置を示した縦断面図、
図５は従来のアクティブマトリックス液晶表示装置において、反射画素電極に用いたＡｌやＡｇの電気陰性度を説明するために示した元素周期律である。

図４に示した従来のアクティブマトリックス液晶表示装置１００は、上記した特許文献１（特開平９−２６９４８２号公報）に開示されているものであり、ここでは特許文献１を参照して簡略に説明する。

図４に示した如く、従来のアクティブマトリックス液晶表示装置１００では、基板１０１の表面を酸化して絶縁膜１０２を成膜し、その上にＴＦＴ用の多結晶シリコンまたはアモルファスシリコンを成膜し、通常のＭＯＳトランジスタと同様な方法でＴＦＴ１０３のゲート１０４及びドレイン１０５並びにソース１０６を形成し、且つ、ドレイン１０５とソース１０６との間にチャンネル１０７を形成している。

この後、ＴＦＴ１０３のソース１０６に信号線１０８を配線すると共に、ドレイン１０５と絶縁膜１０２上に形成した信号保持用容量部１０９とを信号線１１０で結線し、且つ、ドレイン１０５，ソース１０６，チャンネル１０７上及び信号保持用容量部１０９上にゲート酸化膜１１１，１１１をそれぞれ成膜すると共に、信号保持用容量部１０９側のゲート酸化膜１１１上に容量ゲート１１２を形成し、これらの上を層間絶縁膜１１３で覆い、この層間絶縁膜１１３の表面を平坦にした後、光反射用の反射画素電極１１４を形成して、この反射画素電極１１４を信号線１１０に接続している。

更に、反射画素電極１１４上に液晶が封入された液晶層１１５を形成すると共に、反射画素電極１１４と対向して液晶層１１５上に透明電極１１６を形成している。尚、基板１０１の下面には、放熱板１１７が取り付けられている。

そして、上記構成による従来のアクティブマトリックス液晶表示装置１００の動作は、読み出し光Ｌを透明電極１１６，液晶層１１５を介して反射画素電極１１４に入射させ、且つ、画像信号に応じてＴＦＴ１０３をスイチングさせて、ＴＦＴ１０３に接続した反射画素電極１１４と透明電極１１６との間に電圧をかけることで、読み出し光Ｌを液晶層１１５内で光変調させ且つ反射画素電極１１４で反射させた後、透明電極１１６側から出射させて、画像表示を行っている。この際、信号保持用容量部１０９は、液晶層１１５の電荷を保持するためのものである。

ところで、上記した反射画素電極１１４は、通常、Ａｌ（アルミニウム）やＡｇ（銀）など反射率が高い金属材料を用いて成膜されている。これらＡｌやＡｇなどの金属材料は、電気陰性度（Ｅｌｅｃｔｒｉｃｎｅｇａｔｉｖｅｄｅｇｒｅｅ）が小さいことが知られている。

ここで、上記した「電気陰性度」とは、原子核が最外殻電子を引きつける力であり、元素の種類により電子を引きつける強さに違いが存在するために、その尺度を決めることができ、下記の（１式）で求めることができる。

［数１］
Ｅ＝Ｋ×ｑ／ｒ^２ ………（１式）
但し、Ｅは電子を引きつける力、Ｋは定数、ｒは原子核と最外殻電子との距離、ｑは原子核の電荷を表している。

そして、図５に示した如く、元素周期表において、同族で見ると上に行くほどｒの値が小さくなり、電気陰性度が強くなる。また、元素周期表では、右に行くほど原子核の電荷が大きくなるので、電子を強く引きつけることがわかる。最も大きな電気陰性度を有する元素はＦ（フッ素）であり、上記した（１式）に数値を入れて計算して求めるか又は元素周期表から求めると、Ｆ（フッ素）の電気陰性度は３．９８である。つまり、電気陰性度の大きな元素は、電子を引き寄せる力が強く、もっとも大きな引力を持つ元素はＦ（フッ素）である。

一方、反射画素電極１１４に用いられるＡｌ（アルミニウム）の電気陰性度は１．６１であり、Ａｇ（銀）の電気陰性度は１．９３であり、Ａｌ（アルミニウム）やＡｇ（銀）はＦ（フッ素）に比べて電気陰性度がかなり小さいことがわかる。

また、ＡｌやＡｇの仕事関数は小さなことが知られている。これらのＡｌやＡｇの仕事関数は４．０ｅＶ程度である。これは、反射画素電極１１４の表面に仕事関数を超えるようなエネルギーの光（波長の短い光）が照射された場合には、反射画素電極１１４の表面から最外殻の電子が放出され易いことを意味している。ここで光のエネルギーＥは、下記の（２式）で求めることができる。

［数２］
Ｅ＝ｈν＝ｈｃ／λ ………（２式）
但し、ｈはプランク定数、νは光の振動数、ｃは光速度、λは光の波長である。これらの定数に数値を入れて整理すると、波長とエネルギーとの関係は、下記の（３式）で表すことができる。

［数３］
λ（ｎｍ）＝１２４０/Ｅ（ｅＶ） ………（３式）
つまり、ＡｌやＡｇの仕事関数が４．０ｅＶを越えるエネルギーを持つ光の波長は、３００ｎｍ程度であり、この波長より短い波長の光が反射画素電極１１４上に照射されると、反射画素電極１１４の表面から電子が放出されてしまうことになる。

ここで、反射画素電極１１４の表面から放出された電子は、アクティブマトリックス液晶表示装置１００内のインピーダンスの高い層間に蓄積される。この際、アクティブマトリックス液晶表示装置１００内で、もっともインピーダンスの高い層は液晶層１１５の上下に成膜した配向膜（図示せず）と液晶層１１５との界面であり、反射画素電極１１４上に形成された配向膜界面に放出された電子が蓄積される。この蓄積された電荷量に応じた直流成分が液晶層１１５に印加されることになる。

ところで、従来のアクティブマトリックス反射型液晶表示装置１００では、ＡｌやＡｇなど反射率が高い金属材料を用いて成膜した反射画素電極１１４上に、前記した読み出し光Ｌのような光量の大きな光を入射させた場合に、この読み出し光Ｌ中にわずかながらではあるが、３００ｎｍ以下の波長の短い光が含まれており、読み出し光Ｌ中に含まれる波長の短い光よって反射画素電極１１４の表面から電子が放出されるので、必然的に液晶層１１５に印可される直流成分が発生してしまうこととなる。

こういった状態で、アクティブマトリックス液晶表示装置１００を動作させると、表示画像にフリッカーを生じたり、或いは、長時間駆動の場合には、液晶層１１５から発生するイオン不純物の偏析によって表示画像に焼付き（残像）が生じたりして、画像表示品質が低下するといった問題を生じていた。

そこで、ＡｌやＡｇなど反射率が高い金属材料を用いて成膜した複数の反射画素電極上に、読み出し光を入射させた場合に、読み出し光中に含まれる波長の短い光により各反射画素電極の表面から放出される電子の放出量を抑制できる反射型液晶表示装置が望まれている。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、請求項１記載の発明は、半導体基板の表面に形成された複数のスイッチング素子の上方に前記複数のスイッチング素子それぞれに対応して接続されたＡｌ又はＡｇからなる複数の反射画素電極と、液晶層と、前記複数の反射画素電極に対向する対向電極を有する透明基板とが順次積層され、画像信号に応じて前記複数のスイッチング素子を動作させ、前記透明基板側から入射させた読み出し光を前記液晶層内で光変調させ且つ前記複数の反射画素電極で反射させた後、前記透明基板側から出射させて画像表示をさせる反射型液晶表示装置において、
前記複数の反射画素電極上に、前記読み出し光の照射により各反射画素電極の表面から放出される電子の放出量を抑制する電子放出抑制層が形成されていることを特徴とする反射型液晶表示装置である。

また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の反射型液晶表示装置において、
前記電子放出抑制層は、前記複数の反射画素電極の金属材料よりも大きな電気陰性度を有する元素で形成されていることを特徴とする反射型液晶表示装置である。

本発明に係る反射型液晶表示装置によると、とくに、複数の反射画素電極上に、この反射画素電極の金属材料よりも電気陰性度の大きな元素で表面処理し、複数の反射画素電極の表面の不対結合手を終端して、読み出し光中に含まれる波長の短い光により各反射画素電極の表面から放出される電子の放出量を抑制する電子放出抑制層を複数の反射画素電極上にそれぞれ形成することで、読み出し光を複数の反射画素電極上に照射した際に、各反射画素電極の表面から放出される電子の放出量が減少するので、液晶層に印可される直流成分が低減され、フリッカーや焼き付きの発生が防止されるために、画像表示品質が良く且つ信頼性の高い反射型液晶表示装置を提供することができる。

以下に本発明に係る反射型液晶表示装置について図１〜図３を参照して詳細に説明する。

図１は本発明に係る反射型液晶表示装置を説明するために、一つの画素を模式的に拡大して示した縦断面図、
図２は本発明に係る反射型液晶表示装置におけるアクティブマトリックス駆動回路を説明するための図であり、（ａ）はアクティブマトリックス駆動回路のブロック図、（ｂ）は（ａ）中のＴＲ部を拡大して示した回路図である。

図１に示した本発明に係る反射型液晶表示装置１０は一般的な反射型プロジェクタに適用できるように構成されているものであり、画像を表示するための複数の画素のうちで一つの画素を拡大して説明すると、基台となる半導体基板１１は、単結晶シリコンのようなｐ型Ｓｉ基板（又はｎ型Ｓｉ基板でも良い）を用いており、この半導体基板（以下、ｐ型Ｓｉ基板と記す）１１の表面上で図示左側に、一つのｐ⁻ウエル領域１２が左右のフィールド酸化膜１３Ａ，１３Ｂによって画素単位で電気的に分離された状態で設けられている。そして、一つのｐ⁻ウエル領域１２内に、画像信号に応じてスイッチングされる一つのスイッチング素子１４が設けられており、このスイッチング素子１４はＭＯＳＦＥＴ（ＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｐｒ）として構成されている。

また、一つのスイッチング素子（以下、ＭＯＳＦＥＴと記す）１４は、ｐ⁻ウエル領域１２上の略中央に位置するゲート酸化膜１５上にポリシリコンからなるゲート電極１６が成膜されることで、ゲートＧが形成されている。

また、ＭＯＳＦＥＴ１４のゲートＧの図示左側にはドレイン領域１７が形成され、且つ、このドレイン領域１７上に第１ビアホールＶｉａ１内のアルミ配線によりドレイン電極１８が成膜されることで、ドレインＤが形成されている。

また、ＭＯＳＦＥＴ１４のゲートＧの図示右側にはソース領域１９が形成され、且つ、このソース領域１９上に第１ビアホールＶｉａ１内のアルミ配線によりソース電極２０が成膜されることで、ソースＳが形成されている。

また、ｐ型Ｓｉ基板１１上でｐ⁻ウエル領域１２より図示右方に、イオン注入した拡散容量電極２１が形成されており、この拡散容量電極２１も左右のフィールド酸化膜１３Ｂ，１３Ｃによって画素単位で電気的に分離された状態で設けられており、ここではフィールド酸化膜１３Ａからフィールド酸化膜１３Ｃまでの範囲が一つの画素と対応している。

また、拡散容量電極２１上には絶縁膜２２と容量電極２３とが順に成膜され、且つ、容量電極２３上に第１ビアホールＶｉａ１内のアルミ配線により容量電極用コンタクト２４が成膜されることで、一つのＭＯＳＦＥＴ１４に対応した保持容量部Ｃが形成されている。

また、フィールド酸化膜１３Ａ〜１３Ｃ，ゲート電極１６，容量電極２３の上方には、第１層間絶縁膜２５と、第１メタル膜２６と、第２層間絶縁膜２７と、第２メタル膜２８と、第３層間絶縁膜２９と、第３メタル膜３０とによる複数の機能膜が上記した順で積層して成膜されている。

この際、第１，第２，第３層間絶縁膜２５，２７，２９は、絶縁性があるＳｉＯ_２（酸化ケイ素）などを用いて成膜されている。

また、第１，第２メタル膜２６，２８は、導電性があるＡｌ（アルミニウム）などの金属材料を用いて成膜され、また、第３メタル膜３０は反射画素電極として機能するために導電性があり且つＡｌ（アルミニウム）やＡｇ（銀）など反射率が高い金属材料を用いて成膜されている。

そして、第１，第２，第３メタル膜２６，２８，３０は、一つのＭＯＳＦＥＴ１４と対応して一つの画素ごとに所定のパターン形状にそれぞれ区画されており、同じ画素内では第１，第２，第３メタル膜２６，２８，３０同士が電気的に接続されているものの、隣り合う画素に対しては第１，第２，第３メタル膜２６，２８，３０中に所定の幅で略角状に周回した開口部（２６ａ…図示せず），２８ａ，３０ａがそれぞれ形成されることで画素ごとに第１，第２，第３メタル膜２６，２８，３０が電気的にそれぞれ分離されている。

そして、一つの画素内で、最下段の第１メタル膜２６は一つの画素のＭＯＳＦＥＴ１４と、このＭＯＳＦＥＴ用の保持容量部Ｃとにそれぞれ接続されている。

また、一つの画素内において、中段の第２メタル膜２８は、上方に配置した後述の透明基板３６側から入射させた読み出し光Ｌの一部を下方に設けたｐ型Ｓｉ基板１１上のＭＯＳＦＥＴ１４側に対して遮光するための金属遮光膜として設けられているものである。即ち、第２メタル膜（金属遮光膜）２８は、上段の隣り合う第３メタル膜３０間に形成された開口部３０ａから侵入する読み出し光Ｌの一部を遮光するように開口部３０ａを覆って成膜されていると共に、第２層間絶縁膜２７をエッチングした第２ビアホールＶｉａ２内にアルミ配線を成膜することにより最下段の第１メタル膜２６に接続されている。

また、一つの画素内において、上段の第３メタル膜３０は、一つの画素に対応して隣り合う第３メタル膜３０間に形成した開口部３０ａによって正方形状に区切られて一つの反射画素電極として設けられており、且つ、第３層間絶縁膜２９をエッチングした第３ビアホールＶｉａ３内にアルミ配線又は銀配線を成膜することにより中段の第２メタル膜２８に接続されている。

ここで、Ａｌ（アルミニウム）やＡｇ（銀）など反射率が高い金属材料を用いて成膜した反射画素電極（第３メタル膜）３０上には、後述する読み出し光Ｌ中に含まれる波長の短い光により反射画素電極３０の表面から放出される電子の放出量を抑制する電子放出抑制層３１が形成されており、この電子放出抑制層３１は本発明の要部となるものである。

この際、この図１では、一つの画素と対応して、一つのＭＯＳＦＥＴ１４と、この一つのＭＯＳＦＥＴ１４と接続した一つの反射画素電極３０とを図示しているが、一つのＭＯＳＦＥＴ１４及び一つの反射画素電極３０は、ｐ型Ｓｉ基板１１上に画素ごとに複数有しているので、複数の反射画素電極３０上に電子放出抑制層３１がそれぞれ形成されているものである。

上記した電子放出抑制層３１は、反射画素電極３０の金属材料（Ａｌ又はＡｇ）よりも大きな電気陰性度を有する元素を用いて表面処理することで、反射画素電極３０の表面の不対結合手（ダングリングボンド）を終結することになるので、読み出し光の照射により反射画素電極３０の表面から放出される電子の放出量を抑制できる。

この際、前述したように、Ａｌ（アルミニウム）の電気陰性度は１．６１であり、Ａｇ（銀）の電気陰性度は１．９３であるので、反射画素電極３０の金属材料（Ａｌ又はＡｇ）よりも大きな電気陰性度を有する元素として、ハロゲン族中で電気陰性度が３．９８であるＦ（フッ素）、又は、ハロゲン族中で電気陰性度が３．１６であるＣｌ（塩素）が好ましく、更に、ハロゲン族以外では、電気陰性度が２．５５であるＣ（炭素），電気陰性度が３．０４であるＮ（窒素）が好ましく、上記の例から電気陰性度が略２．５以上である元素で且つ入手が容易な元素が好ましいものである。

また、電子放出抑制層３１の上方には、配向膜３２を介して液晶が封入された液晶層３３が形成されている。更に、液晶層３３上には配向膜３４を介して光透過性を有する透明な対向電極３５が反射画素電極３０に対向して設けられており、この透明な対向電極３５は透明基板（ガラス基板）３６の下面に複数の画素に対して共通する共通電極として画素ごとに区画されずにＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ) などを用いて成膜されている。

次に、本発明に係る反射型液晶表示装置１０において、ｐ型Ｓｉ基板１１上に複数の画素を行方向と列方向とにマトリックス状に配置した時のアクティブマトリックス駆動回路について図２（ａ），（ｂ）を用いて説明する。

図２（ａ），（ｂ）に示した如く、本発明に係る反射型液晶表示装置１０におけるアクティブマトリックス駆動回路５０では、一つのＭＯＳＦＥＴ１４に接続した一つの保持容量部Ｃ及び一つの反射画素電極３０を組にして一つの画素が形成され、この画素の組がｐ型Ｓｉ基板１１上に行方向と列方向とにマトリックス状に複数配置されている。

そして、複数の画素のうちで一つの画素を特定するために、水平シフトレジスタ回路５１と垂直シフトレジスタ回路５５とが列方向と行方向とに直交してそれぞれ設けられている。

まず、水平シフトレジスタ回路５１側では、ビデオスイッチ５２を介して信号線５３が列方向（垂直方向）に向かって列ごとに配線されているものの、ここでは図示の都合上、信号線５３は１本のみを水平シフトレジスタ回路５１側に結線した状態で示す。この信号線５３はビデオ信号を列順に供給するものである。この際、水平シフトレジスタ回路５１とビデオスイッチ５２との間に設けた信号線５３にはビデオ線５４が結線されている。また、一つの信号線５３は、第１メタル膜２６（図１）のアルミ配線により一つの列に沿って配置した複数のＭＯＳＦＥＴ１４のドレイン電極１８にそれぞれ接続されている。

次に、垂直シフトレジスタ回路５５側では、ゲート線５６が行方向（水平方向）に向かって行ごとに配線されているものの、ここでは図示の都合上、ゲート線５６は１本のみを垂直シフトレジスタ回路５５側に結線した状態で示す。このゲート線５６はゲートパルスを後述のスキャン方向の行順に供給するものである。この際、一つのゲート線５６は、ポリシリコンにより一つの行に沿って配置した複数のＭＯＳＦＥＴ１４のゲート電極１６にそれぞれ接続されている。

また、各ＭＯＳＦＥＴ１４のソース電極２０は、第１メタル膜２６（図１）のアルミ配線により容量電極用コンタクト２４を介して保持容量部Ｃの容量電極２３に接続されていると共に、第１，第２メタル膜２６，２８（図１）のアルミ配線を介して一つの反射画素電極３０にも接続されている。

この際、アクティブマトリックス駆動回路５０は、周知のフレーム反転駆動法を適用しており、ビデオ信号はフレーム周期ごとに正極性及び負極性に反転し、即ち、例えば、ビデオ信号の第ｎフレーム期間が正書き込み、第（ｎ＋１）フレーム期間が負書き込みとなる。従って、信号線５３からビデオ信号を入力する場合には、信号線５３をＭＯＳＦＥＴ１４のドレイン電極１８、又は、ＭＯＳＦＥＴ１４のソース電極２０のいずれか一方に接続すれば良いが、ここでは上述したように信号線５３をＭＯＳＦＥＴ１４のドレイン電極１８に接続している。尚、信号線５３をソース電極２０に接続した場合には、ＭＯＳＦＥＴ１４のドレイン電極１８に一つの保持容量部Ｃ及び一つの反射画素電極３０が接続されるものである。

また、上記した本発明に係る反射型液晶表示装置１０において、固定電位としてＭＯＳＦＥＴ１４に供給するウエル電位と、保持容量部Ｃに供給するＣＯＭ（コモン）電位とが必要である。

即ち、ＭＯＳＦＥＴ１４に供給するウエル電位は、ゲート線５６と、一つのｐ⁻ウエル領域１２（図１）内に形成した不図示のｐ^＋領域上のウエル電位用コンタクトとの間に固定電位として例えば１５Ｖの電圧が印加されている。尚、ｎ型Ｓｉ基板を用いた場合にはウエル電位として例えば０Ｖを印加すれば良い。

一方、保持容量部Ｃに供給するＣＯＭ電位は、保持容量部Ｃの容量電極２４と、拡散容量電極２２上の不図示のＣＯＭ（コモン）電位用コンタクトと間に固定電位として例えば８．５Ｖの電圧が印加されている。この際、ＣＯＭ電位は、保持容量部Ｃを形成するためには基本的に何ボルトでもかまわないものの、ビデオ信号の中心値（例えば８．５Ｖ）などに設定しておけば、保持容量部Ｃにかかる電圧は電源電圧の略半分ですむ。つまり、保持容量耐圧は電源電圧の略半分で良いので、保持容量部Ｃの絶縁膜２２の膜厚のみを薄くして容量値を大きくすることが可能であり、保持容量部Ｃの保持容量値が大きいと、反射画素電極３０の電位の変動を小さくすることができ、フリッカーや液晶層３３（図１）の焼きつきなどに対して有利である。

そして、保持容量部Ｃは、一つの反射画素電極３０に印加された電位とＣＯＭ電位との電位差に応じて電荷を蓄積し、非選択期間に一つのＭＯＳＦＥＴ１４がオフ状態になってもその電圧を保持し、一つの反射画素電極３０にその保持電圧を印加し続ける機能を備えている。

ここで、本発明に係る反射型液晶表示装置１０におけるアクティブマトリックス駆動回路５０において、一つの画素を駆動させる場合には、ビデオ線５４から順次タイミングをずらして入力されたビデオ信号がビデオスイッチ５２を介して列方向に配置した一つの信号線５３に供給され、且つ、この一つの信号線５３と行方向に配置した一つのゲート線５６とが交差した位置にある一つのＭＯＳＦＥＴ１４が選択されてＯＮ動作する。

そして、選択された一つの反射画素電極３０に信号線５３を介してビデオ信号が入力されると電荷のかたちで保持容量部Ｃに書き込まれ、且つ、選択された一つの反射画素電極３０と対向電極３５（図１）と間にビデオ信号に応じて電位差が発生し、液晶層３３の光学特性を光変調している。この結果、透明基板３６側から入射させた読み出し光Ｌ（図１）は液晶層３３で画素ごとに光変調されて反射画素電極３０により反射され、且つ、反射画素電極３０上に形成した電子放出抑制層３１で読み出し光Ｌ中に含まれる波長の短い光により反射画素電極３０の表面から放出される電子の放出量が抑制された状態で読み出し光Ｌが透明基板３６から出射される。このため、透過方式と異なって、読み出し光Ｌを１００％近く利用でき、投射される画像に対して高精細と高輝度とを両立できる構造となっていると共に、後述するようにフリッカーや焼き付きの発生がないので、画像表示品質が良く且つ信頼性の高い反射型液晶表示装置１０となっている。

次に、本発明に係る反射型液晶表示装置１０を製造する際に、反射画素電極３０上に電子放出抑制層３１を形成する動作について図３を用いて説明する。

図３は本発明に係る反射型液晶表示装置を製造する際に、反射画素電極上に電子放出抑制層を形成するための真空装置を模式的に示した図である。

図３に示した如く、真空装置７０では、先に図１を用いて説明した半導体基板１１上にＭＯＳＦＥＴ１４と、各種の機能膜２５〜２９と、Ａｌ又はＡｇなど反射率が高い金属材料を用いた反射画素電極（第３メタル膜）３０とを形成した後に、反応室７１内で反射画素電極３０上に例えばハロゲン族の元素による表面処理を行って電子放出抑制層３１を形成するように構成されており、ここではハロゲン族の元素の一例としてＦ（フッ素）を含んだＳｉＦ_４、ＮＦ_３、ＣＦ_４、ＣＨＦ_３などの反応ガスを用いた場合について以下説明する。

上記した真空装置７０の反応室７１内の下方には、基板加熱手段７２が設けられており、この基板加熱手段７２は、半導体基板１１を載置するステージ７２Ａの内部にヒータ７２Ｂが取り付けられて、このヒータ７２Ｂがヒートコントローラ７２Ｃによって制御されるようになっており、且つ、ステージ７２Ａが左右の昇降ピン７２Ｄ，７２Ｅにより上下動自在になっている。この際、表面処理を行う前の初期状態では、反射画素電極３０が最上層となるようにステージ７２Ａ上に半導体基板１１が載置されている。

また、真空装置７０の反応室７１内の上方には、高周波電極７３がステージ７２Ａに載置した半導体基板１１と間隔を離して略平行に対向して設けられており、この高周波電極７３は反応ガスを分解するためにグロー放電を発生させるためのものである。そして、高周波電極７３は、インピーダンス整合をとるマッチング回路７４を介して高周波電源７５に接続されており、この高周波電源７５は１３．５６〜７５ＭＨｚの高周波を発生している。

また、真空装置７０の反応室７１の左方に、第１ガス導入手段７６と、第２ガス導入手段７７とが設置されており、ここでは、第１ガス導入手段７６及び第２ガス導入手段７７の少なくとも一方を使用している。

まず、上記した第１ガス導入手段７６は、ＳｉＦ_４，ＮＦ_３，ＣＦ_４，ＣＨＦ_３などのうち一つの種類の反応ガスが蓄積されたタンク７６Ａと、バルブ７６Ｂとを備えている。

一方、上記した第２ガス導入手段７７は、ＳｉＦ_４，ＮＦ_３，ＣＦ_４，ＣＨＦ_３などのうち一つの種類の反応ガスがそれぞれ蓄積されたタンク７７Ａ_１，７７Ａ_２と、バルブ７７Ｂ_１，７７Ｂ_２とを備えており、タンク７７Ａ_１及びバルブ７７Ｂ_１の系統と、タンク７７Ａ_２及びバルブ７７Ｂ_２の系統とで２系統用意されており、各系統ごとに蓄積する反応ガスの種類を違えている。

ここで、第１ガス導入手段７６側では、タンク７６Ａに蓄積した一つの種類の反応ガスがバルブ７６Ｂを介して導入管７８と接続したキャビティ７９内に送られている。また、マイクロ波発振器８０で発生したマイクロ波が導波管８１を通ってキャビティ７９内に送られており、このキャビティ７９内で一つの種類の反応ガスがマイクロ波によりプラズマ化されて、キャビティ７９内で生成された原子状フッ素又はフッ素ラジカルが導入管７８を介して反応室７１内に送られるようになっている。

一方、第２ガス導入手段７７側では、タンク７７Ａ_１，７７Ａ_２にそれぞれ蓄積した一つの種類の反応ガスがバルブ７７Ｂ_１又はバルブ７７Ｂ_２によっていずれか１系統に切り換えられた後に一つの種類の反応ガスが反応室７１内に送られ、この反応室７１内で一つの種類の反応ガスが上記した高周波電極７３によりプラズマ化されて、原子状フッ素又はフッ素ラジカルが生成されるようになっている。

更に、真空装置７０の反応室７１内の右下方には、反応ガス排気手段８２が設けられており、この反応ガス排気手段８２はコック８２Ａと排気ポンプ８２Ｂとを備えており、反射画素電極３０上への表面処理が終了した段階で一つの種類の反応ガスを排気するようになっている。

そして、上記構成による真空装置７０を動作させた時に、第１ガス導入手段７６又は第２ガス導入手段７７から送られた一つの種類の反応ガス、もしくは、第１，第２ガス導入手段７６，７７からそれぞれ送られた同一種類の反応ガスは、反応室７１内で上記したようにプラズマ化されて原子状フッ素又はフッ素ラジカルが生成されているので、原子状フッ素又はフッ素ラジカルにより反射画素電極３０の表面にフッ素が吸着されて電子放出抑制層３１が形成される。

この際、反射画素電極３０の表面にフッ素を吸着させるためには、半導体基板１１の基板温度は高くする必要はなく１００〜２５０°Ｃの範囲とする。原子状フッ素またはフッ素ラジカルはＳｉＦ_４，ＮＦ_３，ＣＦ_４，ＣＨＦ_３のうちいずれか一つの種類の反応ガスから解離したフッ素を用いる。

尚、マイクロ波でプラズマ化した場合、半導体基板１１にはセルフバイアスがかからないので、イオン種による基板のダメージを低減することができる。

また、反射画素電極３０上への表面処理の程度は、反応ガスの流量、基板温度、高周波電源出力、処理時間によって変化させることができる。

そして、真空装置７０の反応室７１内で反射画素電極３０の表面を原子状フッ素又はフッ素ラジカルの雰囲気中に曝すことで、反射画素電極３０の表面にフッ素で被覆した電子放出抑制層３１が形成される。

ここで、反射画素電極３０上に形成される電子放出抑制層３１を具体的に確認するために、例えばＡｌを用いて成膜した反射画素電極３０に対して、この反射画素電極３０上に表面処理を施さない比較例と、反応ガスとして例えばＣＦ_４を用いて表面処理時間を２秒，５秒，１０秒，５０秒，１００秒とそれぞれ変化させて反射画素電極３０上にフッ素を被覆した試料１〜５とを作製した。

この際、ＣＦ_４ガス流量を６０ｓｃｃｍ、基板温度を１００°Ｃ、高周波電源出力を２５０Ｗに設定して、膜厚が２００ｎｍの反射画素電極３０を形成した。

そして、反射画素電極３０の表面の組成量測定には、アルバックファイ社製ＸＰＳ（ＸｒａｙＰｈｏｔｏＥｌｅｃｔｒｏｎＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を用いて、反射画素電極３０の表面の組成Ｆ／Ａｌ（原子％）を測定した。

その結果を下記の表１に示す。

上記した表１から明らかなように、表面処理時間が増加するに従い組成Ｆ／Ａｌ（原子％）も増加傾向であるが、表面処理時間がある程度長くなる反射画素電極３０の表面の不対結合手が飽和するので、表面処理時間は最大で１００秒程度が好ましい。

次に、上記した比較試料及び試料１〜５の各反射画素電極３０と、透明な対向電極３５とを液晶層３３を介して対向させて各反射型液晶表示装置１０を作製して、短波長の読み出し光を上記した比較試料及び試料１〜５の各反射画素電極３０上にそれぞれ照射した際に、対向電極３５の電位Ｖｃｏｍの変化量と、表示画像のフリッカーと、焼付きとについて調べて、良否判定を行った。その結果を下記の表２に示す。

ここで、対向電極３５の電位Ｖｃｏｍの変化量に関しては、プロジェクタ光学系の青色光のチャンネルに各反射型液晶表示装置１０を挿入し、各反射型液晶表示装置１０から反射された光応答波形の対称性より、変化量を求めた。この青色光に含まれる３００ｎｍの光強度は、３ｍＷ/ｃｍ^２であった。

また、焼付きについては、上記青色光を照射した環境下で３時間固定パターンを表示させた後、表示を停止して目視にて観測して評価を行った。

また、フリッカーについては、６０°Ｃの環境下で固定パターンを表示させて、目視にて観測して評価を行った。

この表２中、フリッカーレベルに関しては、「なし」は、目視でフリッカーを全く観測できないレベル、「多少あり」は、目視でかろうじてフリッカーを観測できるレベル、「ひどくあり」は、目視で明らかにフリッカーを観測できるレベルである。

また、焼付きレベルでは、「あり」は、目視で明らかに焼付きを観測できるレベルである。そして、フリッカーレベルに関しては、「多少あり」と「なし」は良品とし、焼付きレベルに関しては、「なし」以外は不良品とした。

この結果、表２に示すように、試料３〜５は、対向電極３５の電位Ｖｃｏｍの変化量、フリッカーレベル及び焼付きレベル共に良品であるのに対して、比較試料及び試料１〜２は不良品であった。

上記から、反射画素電極３０をフッ素で２〜２０原子％以上被覆させたことで、読み出し光を照射した際に対向電極３５の電位Ｖｃｏｍの変化量を８０ｍＶ以内に抑えることができ、且つ、フリッカーや焼付きを防止した表示画像を得ることができた。

尚、上記では反射画素電極３０上にフッ素で表面処理した例について説明したが、フッ素以外の例として塩素，炭素，窒素でも略同様な効果が得られる。

従って、本発明に係る反射型液晶表示装置１０によると、とくに、複数の反射画素電極３０上に、この反射画素電極３０の金属材料よりも電気陰性度の大きな元素で表面処理し、複数の反射画素電極３０の表面の不対結合手を終端して、読み出し光Ｌ中に含まれる波長の短い光により各反射画素電極３０の表面から放出される電子の放出量を抑制する電子放出抑制層３１を複数の反射画素電極３０上にそれぞれ形成することで、読み出し光Ｌを複数の反射画素電極３０上に照射した際に、各反射画素電極３０の表面から放出される電子の放出量が減少するので、液晶層３３に印可される直流成分が低減され、フリッカーや焼き付きの発生が防止されるために、画像表示品質が良く且つ信頼性の高い反射型液晶表示装置１０を提供することができる。

本発明に係る反射型液晶表示装置を説明するために、一つの画素を模式的に拡大して示した縦断面図である。本発明に係る反射型液晶表示装置におけるアクティブマトリックス駆動回路を説明するための図であり、（ａ）はアクティブマトリックス駆動回路のブロック図、（ｂ）は（ａ）中のＴＲ部を拡大して示した回路図である。本発明に係る反射型液晶表示装置を製造する際に、反射画素電極上に電子放出抑制層を形成するための真空装置を模式的に示した図である。従来のアクティブマトリックス液晶表示装置を示した縦断面図である。従来のアクティブマトリックス液晶表示装置において、反射画素電極に用いたＡｌやＡｇの電気陰性度を説明するために示した元素周期律である。

符号の説明

１０…本発明に係る反射型液晶表示装置、
１１…半導体基板（ｐ型Ｓｉ基板）、１２…ｐ⁻ウエル領域、
１３Ａ〜１３Ｃ…フィールド酸化膜、
１４…スイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴ）、１５…ゲート酸化膜、
１６…ゲート電極、１７…ドレイン領域、１８……ドレイン電極、
１９…ソース領域、２０…ソース電極、
２１…拡散容量電極、２２…絶縁膜、２３…容量電極、
２４…容量電極用コンタクト、
２５…第１層間絶縁膜、２６…第１メタル膜、２７…第２層間絶縁膜、
２８…第２メタル膜（金属遮光膜）、
２９…第３層間絶縁膜、
３０…反射画素電極（第３メタル膜）、３１…電子放出抑制層、
３２…配向膜、３３…液晶層、３４…配向膜、
３５…透明な対向電極、３６…透明基板（ガラス基板）、
５０…アクティブマトリックス駆動回路、
５１…水平シフトレジスタ回路、５２…ビデオスイッチ、５３…信号線、
５４…ビデオ線、５５…垂直シフトレジスタ回路、５６…ゲート線、
７０…真空装置、７１…反応室、
７２…基板加熱手段、７２Ａ…ステージ、７２Ｂ…ヒータ、
７２Ｃ…ヒートコントローラ、７２Ｄ，７２Ｅ…昇降ピン、
７３…高周波電極、７４…マッチング回路、７５…高周波電源、
７６…第１ガス導入手段、７６Ａ…タンク、７６Ｂ…バルブ、
７７…第２ガス導入手段、７７Ａ_１，７７Ａ_２…タンク、７７Ｂ_１，７７Ｂ_２…バルブ、
７８…導入管、７９…キャビティ、８０…マイクロ波発振器、８１…導波管、
８２…反応ガス排気手段、８２Ａ…コック、８２Ｂ…排気ポンプ、
Ｃ…保持容量部、Ｄ…ドレイン、Ｇ…ゲート、Ｓ…ソース。

Claims

半導体基板の表面に形成された複数のスイッチング素子の上方に前記複数のスイッチング素子それぞれに対応して接続されたＡｌ又はＡｇからなる複数の反射画素電極と、液晶層と、前記複数の反射画素電極に対向する対向電極を有する透明基板とが順次積層され、画像信号に応じて前記複数のスイッチング素子を動作させ、前記透明基板側から入射させた読み出し光を前記液晶層内で光変調させ且つ前記複数の反射画素電極で反射させた後、前記透明基板側から出射させて画像表示をさせる反射型液晶表示装置において、
前記複数の反射画素電極上に、前記読み出し光の照射により各反射画素電極の表面から放出される電子の放出量を抑制する電子放出抑制層が形成されていることを特徴とする反射型液晶表示装置。
前記電子放出抑制層は、前記複数の反射画素電極の金属材料よりも大きな電気陰性度を有する元素で形成されていることを特徴とする請求項１記載の反射型液晶表示装置。