JP6806184B2 - 電気光学装置用基板、電気光学装置、および電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、画素電極に対して平面視で重なるレンズが形成された電気光学装置用基板、電気光学装置、および電子機器に関するものである。

投射型表示装置のライトバルブ等として用いられる電気光学装置では、画素電極およびスイッチング素子が形成された素子基板と、共通電極が形成された対向基板との間に電気光学層が配置されている。かかる電気光学装置では、素子基板および対向基板のうちの一方側から入射した光を電気光学層で変調して画像を表示する。その際、素子基板では、配線等によって囲まれた透光領域（画素開口領域）に到達した光のみが表示に寄与する。そこで、素子基板の側から光が入射する電気光学装置において、素子基板の基板本体とスイッチング素子との間に画素電極に平面視で重なる第１レンズを設けた構成が提案されており、かかる構成によれば、明るい画像を表示することができる（特許文献１参照）。また、特許文献１に記載の電気光学装置では、電気光学層に入射する光線の傾きを適正化するために、スイッチング素子と画素電極との間に第２レンズを設けることが提案されている。

特開２０１５−３４８６０号公報

特許文献１に記載の電気光学装置においては、第２レンズを構成する際、画素電極の側に向けて凸曲面を備えたＳｉＯＮ等のレンズ層を形成した後、中継電極を形成し、その後、レンズ層を覆うようにＳｉＯ₂等の透光層を形成する。このため、中継電極と画素電極との間では、レンズ層の凸曲面が中継電極より画素電極に向けて突出し、さらに凸曲面に対して画素電極の側の透光層が積層されている。従って、画素電極と中継電極との間に介在する膜が厚い。それ故、画素電極と中継電極とを電気的に接続するために最も画素電極側に層間絶縁膜に形成したコンタクトホールのアスペクト比が大きくなってしまい、画素電極と中継電極との電気的な接続の信頼性が低下するという問題点がある。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、スイッチング素子と画素電極との間にレンズを設けた場合でも、画素電極と中継電極とを適正に電気的に接続することのできる電気光学装置用基板、電気光学装置、および電子機器を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の電気光学装置用基板の一態様は、第１基板と、前記第１基板の一方面側に設けられた画素電極と、前記第１基板と前記画素電極との間に積層された複数の層間絶縁膜と、前記第１基板と前記複数の層間絶縁膜との間に設けられ、前記画素電極に電気的に接続されたスイッチング素子と、前記第１基板と前記スイッチング素子との間に設けられ、平面視で前記画素電極と重なる第１レンズと、前記スイッチング素子と前記画素電極との間に設けられ、平面視で前記画素電極と重なる第２レンズと、を有し、前記第２レンズは、前記複数の層間絶縁膜のうち、最も前記画素電極側に位置する第１層間絶縁膜の前記画素電極側の面から前記第１基板に向けて凹むように形成された第２レンズ用凹面と、前記第２レンズ用凹面の内側に充填され、前記第１層間絶縁膜と異なる屈折率の第２レンズ用レンズ層と、を備え、前記第１層間絶縁膜には、前記第２レンズ用凹面と平面視で重ならない位置に前記画素電極と前記スイッチング素子とを電気的に接続するためのコンタクトホールが設けられていることを特徴とする。

本発明では、第１基板とスイッチング素子との間に第１レンズが設けられ、スイッチング素子と画素電極との間に第２レンズが設けられている。このため、配線等の遮光部分に向かおうとする光を透光領域（画素開口領域）に向かわせることができるとともに、電気光学装置用基板から出射される光線の傾き等を是正することができる。また、第２レンズは、第１層間絶縁膜の画素電極側の面から第１基板に向けて凹む第２レンズ用凹面の内側に第２レンズ用レンズ層を充填した構成になっている。このため、画素電極とスイッチング素子とを電気的に接続するために第１層間絶縁膜にコンタクトホールの深さは、概ね、第１層間絶縁膜の厚さ、あるいは第１層間絶縁膜の厚さと第２レンズ用凹面の外側で第１層間絶縁膜に重なる第２レンズ用レンズ層の厚さとの和である。従って、コンタクトホールのアスペクト比が小さいので、スイッチング素子と画素電極との間に第２レンズを設けた場合でも、画素電極と中継電極とを適正に電気的に接続することができる。

本発明において、前記画素電極の平面形状は略四角形状であり、前記コンタクトホールは、平面視で前記画素電極の角部と重なっている態様を採用することができる。本発明における「画素電極の平面形状は略四角形状である」とは、画素電極が全体的に略四角形状であることを意味し、画素電極の外縁に切り欠きや凸部が形成されている場合を含み意味である。かかる態様によれば、対角に位置する２つの画素電極の角部の間は、第２レンズ用凹面が形成されない領域であることから、第２レンズ用凹面で重ならない位置にコンタクトホールを容易に設けることができる。

本発明において、前記第２レンズ用レンズ層の前記画素電極側の面と前記第１層間絶縁膜の前記画素電極側の面とは、連続した平面を構成している態様を採用することができる。かかる態様によれば、第２レンズ用凹面の外側には第２レンズ用レンズ層が形成されないので、コンタクトホールの深さには、第２レンズ用レンズ層の厚さが加わらない。従って、コンタクトホールのアスペクト比が小さいので、画素電極と中継電極とを適正に電気的に接続することができる。

本発明において、前記複数の層間絶縁膜のうち、前記第１層間絶縁膜に対して前記第１基板側で重なる第２層間絶縁膜と前記第１層間絶縁膜との間には、前記スイッチング素子に電気的に接続された中継電極が設けられ、前記画素電極と前記中継電極とは、前記コンタクトホールを介して電気的に接続されている態様を採用することができる。この場合、前記第２レンズ用凹面は、前記第１層間絶縁膜の前記画素電極側の面から前記第２層間絶縁膜まで到達している態様を採用することができる。かかる態様によれば、第２レンズ用凹面を設計する際、第２レンズ用凹面の深さ等に対する設計の自由度が高い。それ故、第２レンズのレンズ特性を適正に設計することができる。

本発明において、前記第１レンズは、前記第２レンズより平面サイズが大である態様を採用することができる。かかる態様によれば、電気光学装置用基板に対して第１基板の側から入射した光を画素電極に効率よく導くことができる。

本発明において、前記第２レンズ用レンズ層と前記画素電極との間に絶縁性の保護層が形成されている態様を採用することができる。

本発明において、前記第１レンズは、前記第１基板の前記スイッチング素子側の面に形成された第１レンズ用凹面と、前記第１レンズ用凹面の内側に充填された第１レンズ用レンズ層と、を有する態様を採用することができる。

本発明において、前記スイッチング素子と前記第１基板との間には、前記第１レンズと平面視を重なる開口部を備えた遮光層が設けられ、前記遮光層は、前記スイッチング素子に平面視で重なっている態様を採用することができる。かかる態様によれば、電気光学装置用基板に対して第１基板の側から入射した光のうち、スイッチング素子に向かおうとする光を遮光層によって遮断することができる。

本発明を適用した電気光学装置用基板を備えた電気光学装置は、前記電気光学装置用基板に対向する第２基板、および前記第２基板の前記電気光学装置用基板の面に形成された共通電極を備えた対向基板と、前記電気光学装置用基板と前記対向基板との間に配置された電気光学層と、を有している態様を採用することができる。

本発明に係る電気光学装置では、前記電気光学装置用基板の側から電気光学層に向けて光が入射する態様を採用することができる。

本発明に係る電気光学装置では、前記第２基板にレンズが設けられていない態様を採用することができる。かかる態様によれば、第１基板と第２基板とを貼り合せて電気光学装置を組み立てる際、第１基板側のレンズと第２基板側のレンズとの位置がずれるという事態が発生しない。

本発明に係る電気光学装置は、各種電子機器に用いられる。本発明では、電子機器のうち、投射型表示装置に電気光学装置を用いる場合、投射型表示装置には、電気光学装置に供給される光を出射する光源部と、電気光学装置によって変調された光を投射する投射光学系と、が設けられる。

本発明を適用した電気光学装置の平面図である。 図１に示す電気光学装置の断面図である。 図１に示す電気光学装置において隣り合う複数の画素の平面図である。 図３に示す構成要素のうち、走査線、データ線、中継電極、および画素電極等のレイアウトを示す平面図である。 図３から画素電極および中継電極の図示を省略した状態の平面図である。 図１に示す電気光学装置のＦ−Ｆ′断面図である。 図２に示す素子基板の第１レンズおよび第２レンズの断面構成を模式的に示す説明図である。 図７に示す第２レンズとコンタクトホールとの平面的な位置関係等を示す説明図である。 図７等に示す第１レンズの製造方法を示す工程断面図である。 図７等に示す第２レンズの製造方法を示す工程断面図である。 本発明の別の実施形態に係る電気光学装置の断面構成を模式的に示す説明図である。 本発明を適用した電気光学装置を用いた投射型表示装置（電子機器）の概略構成図である。

図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の説明で参照する図においては、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。また、以下の説明において、素子基板に形成される層を説明する際、上層側あるいは表面側とは基板が位置する側とは反対側（対向基板が位置する側）を意味し、下層側とは基板が位置する側を意味する。

（電気光学装置の構成）
図１は、本発明を適用した電気光学装置１００の平面図である。図２は、図１に示す電気光学装置１００の断面図である。図１および図２に示すように、電気光学装置１００では、素子基板１０と対向基板２０とが所定の隙間を介してシール材１０７によって貼り合わされており、素子基板１０と対向基板２０とが対向している。シール材１０７は対向基板２０の外縁に沿うように枠状に設けられており、素子基板１０と対向基板２０との間でシール材１０７によって囲まれた領域に液晶層等の電気光学層８０が配置されている。従って、電気光学装置１００は液晶装置として構成されている。シール材１０７は、光硬化性を備えた接着剤、あるいは光硬化性および熱硬化性を備えた接着剤であり、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、あるいはガラスビーズ等のギャップ材が配合されている。素子基板１０および対向基板２０はいずれも四角形であり、電気光学装置１００の略中央には、表示領域１０ａが四角形の領域として設けられている。かかる形状に対応して、シール材１０７も略四角形に設けられ、シール材１０７の内周縁と表示領域１０ａの外周縁との間には、矩形枠状の周辺領域１０ｂが設けられている。

素子基板１０は、基板本体として、石英基板やガラス基板等の透光性の第１基板１９を有している。第１基板１９の対向基板２０側の一方面１９ｓ側において、表示領域１０ａの外側には、素子基板１０の一辺に沿ってデータ線駆動回路１０１および複数の端子１０２が形成され、この一辺に隣接する他の辺に沿って走査線駆動回路１０４が形成されている。端子１０２には、フレキシブル配線基板（図示せず）が接続されており、素子基板１０には、フレキシブル配線基板を介して各種電位や各種信号が入力される。また、第１基板１９の一方面１９ｓにおいて、表示領域１０ａには、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）膜等からなる透光性の複数の画素電極９ａ、および複数の画素電極９ａの各々に電気的に接続するスイッチング素子（図２には図示せず）がマトリクス状に形成されている。画素電極９ａに対して対向基板２０側には第１配向膜１６が形成されており、画素電極９ａは、第１配向膜１６によって覆われている。

対向基板２０は、基板本体として、石英基板やガラス基板等の透光性の第２基板２９を有している。第２基板２９おいて素子基板１０と対向する一方面２９ｓ側には、ＩＴＯ膜等からなる透光性の共通電極２１が形成されており、共通電極２１に対して素子基板１０側には第２配向膜２６が形成されている。共通電極２１は、第２基板２９の略全面に形成されており、第２配向膜２６によって覆われている。第２基板２９の一方面２９ｓ側には、共通電極２１に対して素子基板１０とは反対側に、樹脂、金属または金属化合物からなる遮光性の遮光層２７が形成されている。遮光層２７は、例えば、表示領域１０ａの外周縁に沿って延在する額縁状の見切り２７ａとして形成されている。遮光層２７は、隣り合う画素電極９ａにより挟まれた領域と平面視で重なる領域に遮光層２７ｂとしても形成されている。本形態において、素子基板１０の周辺領域１０ｂのうち、見切り２７ａと平面視で重なるダミー画素領域１０ｃには、画素電極９ａと同時形成されたダミー画素電極９ｂが形成されている。

第１配向膜１６および第２配向膜２６は、ＳｉＯ_x（ｘ＜２）、ＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂、ＭｇＯ、Ａｌ₂Ｏ₃等の斜方蒸着膜からなる無機配向膜（垂直配向膜）であり、電気光学層８０に用いた負の誘電率異方性を備えた液晶分子を傾斜配向させている。このため、液晶分子は、素子基板１０および対向基板２０に対して所定の角度を成している。このようにして、電気光学装置１００は、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モードの液晶装置として構成されている。

素子基板１０には、シール材１０７より外側において対向基板２０の角部分と重なる領域に、素子基板１０と対向基板２０との間で電気的導通をとるための基板間導通用電極１０９が形成されている。基板間導通用電極１０９には、導電粒子を含んだ基板間導通材１０９ａが配置されており、対向基板２０の共通電極２１は、基板間導通材１０９ａおよび基板間導通用電極１０９を介して、素子基板１０側に電気的に接続されている。このため、共通電極２１は、素子基板１０の側から共通電位が印加されている。

本形態の電気光学装置１００において、画素電極９ａおよび共通電極２１がＩＴＯ膜（透光性導電膜）により形成されており、電気光学装置１００は、透過型液晶装置として構成されている。かかる電気光学装置１００では、素子基板１０および対向基板２０のうち、一方側の基板から電気光学層８０に入射した光が他方側の基板を透過して出射される間に変調されて画像を表示する。本形態では、矢印Ｌで示すように、素子基板１０から入射した光が対向基板２０を透過して出射される間に電気光学層８０によって画素毎に変調され、画像を表示する。

（画素の具体的構成）
図３は、図１に示す電気光学装置１００において隣り合う複数の画素の平面図である。図４は、図３に示す構成要素のうち、走査線３ａ、データ線６ａ、中継電極７ｂ、および画素電極９ａ等のレイアウトを示す平面図である。図５は、図３から画素電極９ａおよび中継電極７ｂの図示を省略した状態の平面図である。図６は、図１に示す電気光学装置１００のＦ−Ｆ′断面図である。なお、図３、図４および図５では、各層を以下の線で表してある。また、図３、図４および図５では、互いの端部が平面視で重なり合う層については、層の形状等が分かりやすいように、端部の位置をずらしてある。また、図６では、コンタクトホール４３ａの位置をずらして示してある。
遮光層８ａ＝細くて長い破線
半導体層１ａ＝細くて短い点線
走査線３ａ＝太い実線
ドレイン電極４ａ＝細い実線
データ線６ａおよび中継電極６ｂ＝細い一点鎖線
容量線５ａ＝太い一点鎖線
中継電極７ｂ＝細い二点鎖線
画素電極９ａ＝太い破線

図３、図４および図５に示すように、素子基板１０において対向基板２０と対向する面には、複数の画素の各々に画素電極９ａが形成されており、隣り合う画素電極９ａにより挟まれた画素間領域に沿ってデータ線６ａおよび走査線３ａが形成されている。画素間領域は縦横に延在しており、走査線３ａは画素間領域のうち、Ｘ方向に延在する第１画素間領域に沿って直線的に延在し、データ線６ａは、Ｙ方向に延在する第２画素間領域に沿って直線的に延在している。データ線６ａと走査線３ａとの交差に対応してスイッチング素子３０が形成されており、本形態において、スイッチング素子３０は、データ線６ａと走査線３ａとの交差領域１７およびその付近を利用して形成されている。素子基板１０には容量線５ａが形成されており、かかる容量線５ａには共通電位が印加されている。容量線５ａは、走査線３ａおよびデータ線６ａに重なるように延在して格子状に形成されている。スイッチング素子３０の下層側には遮光層８ａが形成されており、かかる遮光層８ａは、走査線３ａおよびデータ線６ａと重なるように格子状に延在している。

図６に示すように、素子基板１０において、第１基板１９の一方面１９ｓ側には、後述する第１レンズ１４が形成され、第１レンズ１４に対して上層側（第１基板１９とは反対側）に、シリコン酸化膜等からなる透光性の絶縁膜１１が形成されている。絶縁膜１１の上層には、導電性のポリシリコン膜、金属シリサイド膜、金属膜あるいは金属化合物膜等の導電膜からなる遮光層８ａが形成されている。遮光層８ａは、第１基板１９とスイッチング素子３０との間において、走査線３ａおよびデータ線６ａに沿うように延在しており、画素電極９ａと平面視で重なる領域が第１開口部８ｃになっている。遮光層８ａは、タングステンシリサイド（ＷＳｉ）、タングステン、窒化チタン等の遮光膜からなり、素子基板１０から入射した光が、後述する半導体層１ａに入射してスイッチング素子３０で光電流に起因する誤動作が発生することを防止する。遮光層８ａを走査線として構成する場合もあり、この場合、後述するゲート電極３ｂと遮光層８ａを導通させた構成とする。

第１基板１９の一方面１９ｓ側において、遮光層８ａの上層側には、シリコン酸化膜からなる透光性の絶縁膜１２が形成され、絶縁膜１２の上層側に、半導体層１ａを備えたスイッチング素子３０が形成されている。スイッチング素子３０は、データ線６ａの延在方向に長辺方向を向けた半導体層１ａと、半導体層１ａの長さ方向と直交する方向に延在して半導体層１ａの長さ方向の中央部分に重なるゲート電極３ｂとを備えている。本形態において、ゲート電極３ｂは走査線３ａの一部からなる。スイッチング素子３０は、半導体層１ａとゲート電極３ｂとの間に透光性のゲート絶縁層２を有している。半導体層１ａは、ゲート電極３ｂに対してゲート絶縁層２を介して対向するチャネル領域１ｇを備えているとともに、チャネル領域１ｇの両側にソース領域１ｂおよびドレイン領域１ｃを備えている。本形態において、スイッチング素子３０は、ＬＤＤ構造を有している。従って、ソース領域１ｂおよびドレイン領域１ｃは各々、チャネル領域１ｇの両側に低濃度領域を備え、低濃度領域に対してチャネル領域１ｇとは反対側で隣接する領域に高濃度領域を備えている。

半導体層１ａは、ポリシリコン膜（多結晶シリコン膜）等によって構成されている。ゲート絶縁層２は、半導体層１ａを熱酸化したシリコン酸化膜からなる第１ゲート絶縁層２ａと、減圧ＣＶＤ法等により形成されたシリコン酸化膜からなる第２ゲート絶縁層２ｂとの２層構造からなる。ゲート電極３ｂおよび走査線３ａは、導電性のポリシリコン膜、金属シリサイド膜、金属膜あるいは金属化合物膜等の導電膜からなる。

ゲート電極３ｂの上層側にはシリコン酸化膜等からなる透光性の層間絶縁膜４１が形成され、層間絶縁膜４１の上層には、ドレイン電極４ａが形成されている。ドレイン電極４ａは、導電性のポリシリコン膜、金属シリサイド膜、金属膜あるいは金属化合物膜等の導電膜からなる。ドレイン電極４ａは、半導体層１ａのドレイン領域１ｃと一部が重なるように形成されており、層間絶縁膜４１およびゲート絶縁層２を貫通するコンタクトホール４１ａを介してドレイン領域１ｃに導通している。

ドレイン電極４ａの上層側には、シリコン酸化膜等からなる透光性のエッチングストッパー層４９、および透光性の誘電体層４８が形成されており、かかる誘電体層４８の上層側には容量線５ａが形成されている。誘電体層４８としては、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜等のシリコン化合物を用いることができる。容量線５ａは、導電性のポリシリコン膜、金属シリサイド膜、金属膜あるいは金属化合物膜等の導電膜からなる。容量線５ａは、誘電体層４８を介してドレイン電極４ａと重なっており、保持容量５５を構成している。

容量線５ａの上層側には、シリコン酸化膜等からなる透光性の層間絶縁膜４２が形成されており、かかる層間絶縁膜４２の上層側には、データ線６ａと中継電極６ｂとが同一の導電膜により形成されている。データ線６ａおよび中継電極６ｂは、導電性のポリシリコン膜、金属シリサイド膜、金属膜あるいは金属化合物膜等の導電膜からなる。データ線６ａは、層間絶縁膜４２、エッチングストッパー層４９、層間絶縁膜４１およびゲート絶縁層２を貫通するコンタクトホール４２ａを介してソース領域１ｂに導通している。中継電極６ｂは、層間絶縁膜４２およびエッチングストッパー層４９を貫通するコンタクトホール４２ｂを介してドレイン電極４ａに導通している。

データ線６ａおよび中継電極６ｂの上層側にはシリコン酸化膜等からなる透光性の層間絶縁膜４３が形成されており、かかる層間絶縁膜４３の上層側に中継電極７ｂが形成されている。中継電極７ｂは、導電性のポリシリコン膜、金属シリサイド膜、金属膜あるいは金属化合物膜等の導電膜からなる。中継電極７ｂは、層間絶縁膜４３を貫通するコンタクトホール４３ａを介して中継電極６ｂに導通している。

中継電極７ｂの上層側には、シリコン酸化膜等からなる透光性の層間絶縁膜４４が形成されており、かかる層間絶縁膜４４の上層側にはＩＴＯ膜等からなる画素電極９ａが形成されている。層間絶縁膜４４には、中継電極７ｂまで到達したコンタクトホール４４ａが形成されており、画素電極９ａは、コンタクトホール４４ａを介して中継電極７ｂに電気的に接続している。その結果、画素電極９ａは、中継電極７ｂ、中継電極６ｂおよびドレイン電極４ａを介してスイッチング素子３０のドレイン領域１ｃに電気的に接続している。層間絶縁膜４４の表面は平坦化されている。画素電極９ａの表面側には、ポリイミドや無機配向膜からなる透光性の第１配向膜１６が形成されている。

本形態では、層間絶縁膜４４と画素電極９ａとの間に、ボロンドープドシリケートガラス（ＢＳＧ膜）からなる保護層４６が形成されている。従って、コンタクトホール４４ａは、保護層４６および層間絶縁膜４４を貫通して中継電極７ｂまで到達している。なお、コンタクトホール４４ａの内部では、画素電極９ａがコンタクトホール４４ａの底部で中継電極７ｂと電気的に接続しているが、コンタクトホール４４ａの内部をタングステン等の金属膜をプラグとして充填し、画素電極９ａがコンタクトホール４４ａの内部のプラグを介して中継電極７ｂと電気的に接続している構成を採用してもよい。

このように構成した素子基板１０において、走査線３ａ、容量線５ａ、およびデータ線６ａは、スイッチング素子３０と画素電極９ａの間において、画素電極９ａおよび第１開口部８ｃと平面視で重なる領域を第２開口部１３ｃとする遮光層１３ａを構成している。

（素子基板１０のレンズの構成）
図７は、図２に示す素子基板１０の第１レンズ１４および第２レンズ１５の断面構成を模式的に示す説明図である。図８は、図７に示す第２レンズ１５とコンタクトホール４３ａ、４４ａとの平面的な位置関係等を示す説明図である。

図６および図７に示すように、素子基板１０は、第１レンズ１４および第２レンズ１５が設けられた電気光学装置用基板として構成されている。本形態では、図６等を参照して説明したように、素子基板１０では、第１基板１９と画素電極９ａとの間に複数の層間絶縁膜４０（層間絶縁膜４１、４２、４３、４４）が形成されており、第１基板１９と複数の層間絶縁膜４０との間にスイッチング素子３０が形成されている。第１基板１９とスイッチング素子３０との間には、平面視で第１開口部８ｃ、第２開口部１３ｃ、および画素電極９ａと重なる第１レンズ１４が形成されている。また、スイッチング素子３０と画素電極９ａとの間には、平面視で第１開口部８ｃ、第２開口部１３ｃ、および画素電極９ａと重なる第２レンズ１５が形成されている。従って、第１レンズ１４と第２レンズ１５とは平面視で重なっている。ここで、第１レンズ１４は正のパワー（正の屈折力）を有しており、第１レンズ１４の焦点が第２レンズ１５よりも第１基板１９側に位置する。従って、第２レンズ１５は正のパワー（正の屈折力）を有している。

第１レンズ１４は、第１基板１９のスイッチング素子３０側の面（一方面１９ｓ）に形成された凹状の曲面からなる第１レンズ用凹面１９１と、第１レンズ用凹面１９１の内側に充填された第１レンズ用レンズ層１４０とを有しており、第１レンズ用レンズ層１４０は、第１基板１９と異なる屈折率を有している。本形態において、第１レンズ用レンズ層１４０の屈折率は、第１基板１９の屈折率より大である。例えば、第１基板１９は石英基板（シリコン酸化物、ＳｉＯ₂）からなり、屈折率が１．４８であるのに対して、第１レンズ用レンズ層１４０は、シリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ）からなり、屈折率が１．５８〜１．６８である。それ故、第１レンズ１４は、光を収束させるパワーを有している。第１レンズ用レンズ層１４０は、第１レンズ用凹面１９１の外側にも形成されており、第１レンズ用レンズ層１４０の第１基板１９とは反対側の面１４１は平面になっている。

第２レンズ１５は、複数の層間絶縁膜４０のうち、最も画素電極９ａ側に位置する層間絶縁膜４４（第１層間絶縁膜）の画素電極９ａ側の面から第１基板１９に向けて凹むように形成された凹状の曲面からなる第２レンズ用凹面４４１と、第２レンズ用凹面４４１の内側に充填された第２レンズ用レンズ層１５０とを備えており、第２レンズ用レンズ層１５０は、層間絶縁膜４４（第１層間絶縁膜）と異なる屈折率を有している。本形態において、第２レンズ用レンズ層１５０の屈折率は、層間絶縁膜４４の屈折率より大である。例えば、層間絶縁膜４４は、シリコン酸化物（ＳｉＯ₂）からなり、屈折率が１．４８であるのに対して、第２レンズ用レンズ層１５０は、シリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ）からなり、屈折率が１．５８〜１．６８である。それ故、第２レンズ１５は、光を収束させるパワーを有している。

第２レンズ用レンズ層１５０は、第２レンズ用凹面４４１の内側のみに形成されており、第２レンズ用レンズ層１５０の画素電極９ａ側の面１５１と層間絶縁膜４４の画素電極９ａ側の面とは、連続した平面を構成している。従って、ＢＳＧ膜からなる保護層４６は、第２レンズ用レンズ層１５０の画素電極９ａ側の面１５１と層間絶縁膜４４の画素電極９ａ側の面とが形成する平面と、画素電極９ａとの間に積層されている。

本形態において、第２レンズ用凹面４４１は、層間絶縁膜４４の画素電極９ａ側の面から、層間絶縁膜４４に第１基板１９側で重なる層間絶縁膜４３（第２層間絶縁膜）まで到達しており、第２レンズ用凹面４４１の底部は、中継電極７ｂより第１基板１９の側に位置する。

図８に示すように、第１レンズ１４（第１レンズ用凹面１９１）、および第２レンズ１５（第２レンズ用凹面４４１）は、平面視において画素電極９ａの中心と重なる位置を頂部として円形に形成されており、隣り合う画素に形成された第１レンズ１４および第２レンズ１５はいずれも、Ｘ方向（走査線３ａの延在方向）、およびＹ方向（データ線６ａの延在方向）で直線的に接している。また、第１レンズ１４（第１レンズ用凹面１９１）、および第２レンズ１５（第２レンズ用凹面４４１）はいずれも、走査線３ａとデータ線６ａとの交差領域１７までは形成されていない。従って、第１レンズ１４および第２レンズ１５は、平面サイズが等しい。

本形態において、画素電極９ａとスイッチング素子３０とを電気的に接続するためのコンタクトホール４４ａは、第２レンズ用凹面４４１と平面視で重ならない位置に設けられている。より具体的には、第２レンズ１５は、平面視において、走査線３ａとデータ線６ａとの交差領域１７までは形成されておらず、コンタクトホール４４ａは、走査線３ａとデータ線６ａとの交差領域１７に形成されている。

かかる構成を実現するために、本形態では、図４に示すように、中継電極７ｂは、走査線３ａとデータ線６ａとの交差領域１７と平面視で重なるように四角形に形成されている。また、画素電極９ａの平面形状は略四角形状であり、画素電極９ａの４つの角部はいずれも、走査線３ａとデータ線６ａとの交差領域１７と平面視で重なる領域に位置しており、コンタクトホール４４ａは、走査線３ａとデータ線６ａとの交差領域１７において、画素電極９ａの４つの角部のうちの１つの角部９ａ１、および中継電極７ｂの双方に平面視で重なる位置に形成されている。本形態では、画素電極９ａの角部９ａ１には、交差領域１７の中央に向けて突出した凸部９ａ２が形成されており、画素電極９ａの角部９ａ１（凸部９ａ２）がコンタクトホール４４ａを介して中継電極７ｂに電気的に接続されている。

（第１レンズ１４の製造方法）
図９は、図７等に示す第１レンズ１４の製造方法を示す工程断面図である。なお、素子基板１０を製造するには、第１基板１９より大型の石英基板からなるマザー基板を用いる。但し、以下の説明では、マザー基板についても第１基板１９として説明する。素子基板１０の製造工程において、第１レンズ１４を形成するには、まず、図９に示すマスク形成工程ＳＴ１において、第１基板１９の一方面１９ｓにエッチングマスク６１を形成する。エッチングマスク６１では、第１レンズ１４の形成領域と重なる領域が開口部６１０になっている。次に、エッチング工程ＳＴ２では、エッチングマスク６１の開口部６１０から第１基板１９の一方面１９ｓをエッチングし、第１レンズ用凹面１９１を形成し、その後、エッチングマスク６１を除去する。エッチング工程ＳＴ２では、ウエットエッチングおよびドライエッチングのいずれを利用してもよい。本形態では、エッチング工程ＳＴ２において、ふっ酸を含むエッチング液を用いてウエットエッチングを行う。

次に、レンズ層形成工程ＳＴ３では、第１基板１９の一方面１９ｓに第１レンズ用凹面１９１の内側を埋めるように透光性の第１レンズ用レンズ層１４０を形成する。本形態において、第１レンズ用レンズ層１４０は、プラズマＣＶＤ等により形成されたシリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ）からなる。

次に、平坦化工程ＳＴ４では、第１レンズ用レンズ層１４０を第１基板１９とは反対側から平坦化し、第１レンズ用レンズ層１４０の第１基板１９とは反対側の面１４１を平面とする。その結果、第１レンズ１４が形成される。本形態では、平坦化処理として、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）処理等を利用する。なお、平坦化工程ＳＴ４では、第１レンズ用レンズ層１４０の第１基板１９とは反対側の面１４１と第１基板１９の一方面１９ｓとが連続した平面を構成するまで平坦化を行ってもよい。その場合、第１レンズ用レンズ層１４０は、第１レンズ用凹面１９１の内側のみに形成され、複数の第１レンズ１４が各々、独立した状態に形成される。

しかる後には、図６を参照して説明したように、絶縁膜１１、遮光層８ａ、絶縁膜１２、およびスイッチング素子３０等を順次形成する。

（第２レンズ１５の製造方法）
図１０は、図７等に示す第２レンズ１５の製造方法を示す工程断面図である。素子基板１０の製造工程において、第２レンズ１５を形成するには、まず、中継電極７ｂおよび層間絶縁膜４４を形成した後、図１０に示す凹曲面形成工程ＳＴ１１において、第２レンズ用凹面４４１を形成する。かかる工程では、図９を参照して説明したマスク形成工程ＳＴ１およびエッチング工程ＳＴ２と同様な工程を行う。

次に、レンズ層形成工程ＳＴ１２では、層間絶縁膜４４の第１基板１９と反対側に第２レンズ用凹面４４１の内側を埋めるように透光性の第２レンズ用レンズ層１５０を形成する。本形態において、第２レンズ用レンズ層１５０は、第１レンズ用レンズ層１４０と同様、プラズマＣＶＤ等により形成されたシリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ）からなる。

次に、平坦化工程ＳＴ１３では、第２レンズ用レンズ層１５０を第１基板１９とは反対側から平坦化し、第２レンズ用レンズ層１５０の第１基板１９とは反対側の面１５１を平面とする。その際、第２レンズ用レンズ層１５０の第１基板１９とは反対側の面１５１と層間絶縁膜４４の第１基板１９とは反対側の画素電極９ａ側の面とが連続した平面を構成するまで平坦化を行う。その結果、第２レンズ用レンズ層１５０は、第２レンズ用凹面４４１の内側のみに形成され、複数の第２レンズ１５が各々、独立した状態に形成される。本形態では、平坦化処理として、ＣＭＰ処理等を利用する。

しかる後には、図６を参照して説明したように、保護層４６、コンタクトホール４４ａ、および画素電極９ａを順次形成する。

（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態の素子基板１０（電気光学装置用基板）および電気光学装置１００では、光源などから発せられた光は、素子基板１０側から入射する。その際、入射した光のうち、第１レンズ１４に入射した光は、遮光層８ａの第１開口部８ｃの中央側に向けて屈折する。従って、遮光層８ａや遮光層１３ａによって遮られる光量を低減することができるので、明るい表示を行うことができる。また、第１レンズ１４に入射した光は、遮光層８ａの第１開口部８ｃに向けて屈折するので、スイッチング素子３０のチャネル領域１ｇへの入射が抑制される。それ故、スイッチング素子３０で光電流に起因する誤動作が発生しにくい。

また、第１レンズ１４で集光された光は、放射状に広がるように第２レンズ１５に入射するが、第２レンズ１５から出射される光は、中心側へ屈折する。この屈折により、電気光学層８０に入射する光の傾斜角度が小さくなるため、電気光学層８０での位相ずれが低減される。従って、コントラストを向上させることができる。また、対向基板２０から出射される光の光軸の垂直方向に対する傾斜を小さくできるので、後述する投射型表示装置において、投射レンズ群（投射光学系）でのケラレを抑制することができる。

また、第２レンズ１５は、層間絶縁膜４４（第１層間絶縁膜）の画素電極９ａ側の面から第１基板１９に向けて凹む第２レンズ用凹面４４１の内側に第２レンズ用レンズ層１５０を充填した構成になっている。このため、層間絶縁膜４４に対して画素電極９ａとスイッチング素子３０とを電気的に接続するために形成したコンタクトホール４４ａの深さは、概ね、層間絶縁膜４４の厚さ、あるいは層間絶縁膜４４の厚さと第２レンズ用凹面４４１の外側に積層された第２レンズ用レンズ層１５０の厚さとの和である。従って、コンタクトホール４４ａのアスペクト比が小さいので、スイッチング素子３０と画素電極９ａとの間に第２レンズを設けた場合でも、画素電極９ａと中継電極７ｂとを適正に電気的に接続することができる。特に本形態では、第２レンズ用レンズ層１５０の画素電極９ａ側の面と層間絶縁膜４４の画素電極９ａ側の面とは、連続した平面を構成しており、第２レンズ用凹面４４１の外側には第２レンズ用レンズ層１５０が形成されていない。このため、コンタクトホール４４ａの深さには、第２レンズ用レンズ層１５０の厚さが加わらない。従って、コンタクトホール４４ａのアスペクト比が小さいので、画素電極９ａと中継電極７ｂとを適正に電気的に接続することができる。

また、画素電極９ａの平面形状は略四角形状であり、コンタクトホール４４ａは、平面視で画素電極９ａの角部９ａ１の凸部９ａ２と重なっている。ここで、対角に位置する２つの画素電極９ａの角部の間は、第２レンズ用凹面４４１が形成されない領域であることから、第２レンズ用凹面４４１で重ならない位置にコンタクトホール４４ａを容易に設けることができる。

また、第２レンズ用凹面４４１は、層間絶縁膜４４の画素電極９ａ側の面から層間絶縁膜４３（第２層間絶縁膜４３）まで到達している。従って、第２レンズ用凹面４４１を設計する際、第２レンズ用凹面４４１の深さ等に対する設計の自由度が高い。それ故、第２レンズ１５のレンズ特性を適正に設計することができる。

また、第２レンズ用レンズ層１５０と画素電極９ａとの間にＢＳＧ膜からなる絶縁性の保護層４６が形成されており、ＢＳＧ膜（保護層４６）は吸湿性が高い。それ故、電気光学層８０に混入した水分を保護層４６によって吸着することができる。

また、素子基板１０（第１基板１９）側に第１レンズ１４および第２レンズ１５を設けたため、対向基板２０（第２基板２９）側にレンズを設けることが必須ではなくなる。それ故、素子基板１０と対向基板２０とを貼り合せる際に生じる位置ずれによって、複数のレンズの位置関係が最適化されないという問題が発生することを防止することができる。

［別の実施形態］
図１１は、本発明の別の実施形態に係る電気光学装置１００の断面構成を模式的に示す説明図である。なお、本形態の基本的な構成は、図７等を参照して説明した構成と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付してそれらの説明を省略する。図１１に示すように、本形態でも、図７に示す構成と同様、素子基板１０は、第１レンズ１４および第２レンズ１５が設けられた電気光学装置用基板として構成されている。本形態において、対向基板２０には、第１レンズ１４および第２レンズ１５と重なる第３レンズ２４が形成されている。ここで、第３レンズ２４は正のパワーを有している。従って、対向基板２０から出射される光の光軸の垂直方向に対する傾斜を小さくできるので、後述する投射型表示装置２１００において、投射レンズ群２１１４（投射光学系）でのケラレを抑制することができる。

本形態では、第３レンズ２４を形成するにあたって、第２基板２９の素子基板１０側の面（一方面２９ｓ）に形成された第３レンズ用凹面２９１と、第３レンズ用凹面２９１の内側に充填された第３レンズ用レンズ層２４０とが形成されており、第３レンズ用レンズ層２４０は、第２基板２９と異なる屈折率を有している。本形態において、第３レンズ用レンズ層２４０の屈折率は、第２基板２９の屈折率より大である。例えば、第２基板２９は石英基板（シリコン酸化物、ＳｉＯ₂）からなり、屈折率が１．４８であるのに対して、第３レンズ用レンズ層２４０は、シリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ）からなり、屈折率が１．５８〜１．６８である。それ故、第３レンズ２４は、光を収束させるパワーを有している。

また、本形態によれば、第２基板２９側に第３レンズ２４を設けることで、第２基板２９側から入射した光のうち、配線層等の遮光部分に当たる光を抑制できる。従って、電気光学装置１００を第２基板２９側（対向基板２０）から光が入射する液晶装置として用いた場合でも、光の利用効率が高い。また、対向基板２０の側から素子基板１０に入射した光は、素子基板１０において第２レンズ１５で屈折されて第２開口部１３ｃおよび第１開口部８ｃを通過するため、光の利用効率を向上させることができる。また、第１レンズ１４によって、素子基板１０から出射される光の光軸の傾斜を小さくすることができる。

［他の実施形態］
上記実施形態では、第１レンズ１４および第２レンズ１５の平面サイズが等しかったが、第１レンズ１４は、第２レンズ１５より平面サイズが大きいことが好ましい。かかる態様によれば、素子基板１０側から入射する光の利用効率を高めることができる。

上記実施形態では、第２レンズ１５が正のパワーを有していたが、第１レンズ１４の焦点位置等によっては、第２レンズ１５が負のパワーを有している態様であってもよい。この場合、第２レンズ用レンズ層１５０の屈折率を層間絶縁膜４４の屈折率より小さくすればよい。上記実施形態では、第１レンズ用凹面１９１および第２レンズ用凹面４４１の双方において全体が曲面であったが、第１レンズ用凹面１９１および第２レンズ用凹面４４１の少なくとも一方において底部が平面になっている場合に本発明を適用してもよい。

［電子機器への搭載例］
上述した実施形態に係る電気光学装置１００を用いた電子機器について説明する。図１２は、本発明を適用した電気光学装置１００を用いた投射型表示装置（電子機器）の概略構成図である。図１２に示す投射型表示装置２１００は、電気光学装置１００を用いた電子機器の一例である。投射型表示装置２１００において、電気光学装置１００がライトバルブとして用いられ、装置を大きくすることなく高精細で明るい表示が可能である。この図に示されるように、投射型表示装置２１００の内部には、ハロゲンランプ等の白色光源を有するランプユニット２１０２（光源部）が設けられている。ランプユニット２１０２から射出された投射光は、内部に配置された３枚のミラー２１０６および２枚のダイクロイックミラー２１０８によってＲ（赤）色、Ｇ（緑）色、Ｂ（青）色の３原色に分離される。分離された投射光は、各原色に対応するライトバルブ１００Ｒ、１００Ｇおよび１００Ｂにそれぞれ導かれ、変調される。なお、Ｂ色の光は、他のＲ色やＧ色と比較すると光路が長いので、その損失を防ぐために、入射レンズ２１２２、リレーレンズ２１２３および出射レンズ２１２４を有するリレーレンズ系２１２１を介して導かれる。

ライトバルブ１００Ｒ、１００Ｇ、１００Ｂによってそれぞれ変調された光は、ダイクロイックプリズム２１１２に３方向から入射する。そして、ダイクロイックプリズム２１１２において、Ｒ色およびＢ色の光は９０度に反射し、Ｇ色の光は透過する。したがって、各原色の画像が合成された後、スクリーン２１２０には、投射レンズ群２１１４（投射光学系）によってカラー画像が投射される。

（他の投射型表示装置）
なお、投射型表示装置については、光源部として、各色の光を出射するＬＥＤ光源等を用い、かかるＬＥＤ光源から出射された色光を各々、別の液晶装置に供給するように構成してもよい。

（他の電子機器）
本発明を適用した電気光学装置１００を備えた電子機器は、上記実施形態の投射型表示装置２１００に限定されない。例えば、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）、パーソナルコンピューター、デジタルスチルカメラ、液晶テレビ等の電子機器に用いてもよい。

１ａ…半導体層、２…ゲート絶縁層、３ａ…走査線、３ｂ…ゲート電極、４ａ…ドレイン電極、５ａ…容量線、６ａ…データ線、７ｂ…中継電極、８ａ、１３ａ…遮光層、８ｃ…第１開口部、９ａ…画素電極、９ａ１…角部、９ａ２…凸部、１０…素子基板（電気光学装置用基板）、１０ａ…表示領域、１３ｃ…第２開口部、１４…第１レンズ、１５…第２レンズ、１７…交差領域、１９…第１基板、２０…対向基板、２１…共通電極、２４…第３レンズ、２９…第２基板、３０…スイッチング素子、４０、４１、４２、４３、４４…層間絶縁膜、４４ａ…コンタクトホール、４６…保護層、８０…電気光学層、１００…電気光学装置、１００Ｂ、１００Ｇ、１００Ｒ…ライトバルブ、１４０…第１レンズ用レンズ層、１５０…第２レンズ用レンズ層、１９１…第１レンズ用凹面、２４０…第３レンズ用レンズ層、２９１…第３レンズ用凹面、４４１…第２レンズ用凹面、２１００…投射型表示装置、２１０２…ランプユニット（光源部）、２１１４…投射レンズ群（投射レンズ系）。

Claims (5)

1. 基板と、
   前記基板の一方面側に配置された画素電極と、
   前記基板と前記画素電極との間に配置された層間絶縁膜と、
   前記層間絶縁膜と前記基板との間に配置され、コンタクトホールを介して前記画素電極に電気的に接続されたスイッチング素子と、
   平面視で前記画素電極と重なり、前記層間絶縁膜の前記画素電極側の面から前記基板に向けて凹んだレンズ用凹面に配置されたレンズ層と、
   を有し、
   前記コンタクトホールは、前記層間絶縁膜において、平面視で前記レンズ用凹面と重ならない位置に配置され、
   前記レンズ層の前記画素電極側の面と前記層間絶縁膜の前記画素電極側の面とは、連続した平面を構成していることを特徴とする電気光学装置用基板。
2. 基板と、
   前記基板の一方面側に配置された画素電極と、
   前記基板と前記画素電極との間に配置された層間絶縁膜と、
   前記層間絶縁膜と前記基板との間に配置され、コンタクトホールを介して前記画素電極に電気的に接続されたスイッチング素子と、
   平面視で前記画素電極と重なり、前記層間絶縁膜の前記画素電極側の面から前記基板に向けて凹んだレンズ用凹面に配置されたレンズ層と、
   を有し、
   前記コンタクトホールは、前記層間絶縁膜において、平面視で前記レンズ用凹面と重ならない位置に配置され、
   前記層間絶縁膜と前記画素電極との間に絶縁性の保護層が配置されていることを特徴とする電気光学装置用基板。
3. 請求項１または２に記載の電気光学装置用基板において、
   前記画素電極の平面形状は略四角形状であり、
   前記コンタクトホールは、前記平面視で前記画素電極の角部と重なっていることを特徴とする電気光学装置用基板。
4. 請求項１から３までの何れか一項に記載の電気光学装置用基板を備えた電気光学装置であって、
   前記電気光学装置用基板に対向する第２基板、および前記第２基板の前記電気光学装置用基板側の面に配置された共通電極を備えた対向基板と、
   前記電気光学装置用基板と前記対向基板との間に配置された電気光学層と、
   を有していることを特徴とする電気光学装置。
5. 請求項４に記載の電気光学装置を備えていることを特徴とする電子機器。