JP7342649B2 - 電気光学装置、電気光学装置の製造方法および電子機器 - Google Patents

電気光学装置、電気光学装置の製造方法および電子機器 Download PDF

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Description

本発明は、電気光学装置、電気光学装置の製造方法および電子機器に関する。
液晶装置等の電気光学装置において、光量ロスを抑制するために、複数のレンズを備える光学基板が用いられている。特許文献1には、マイクロレンズを備える電気光学装置用基板が開示される。当該電気光学装置用基板は、凹面を有する基板とスイッチング素子との間に設けられ、平面視で画素電極と重なる第1レンズと、スイッチング素子と画素電極との間に設けられ、平面視で画素電極と重なる第2レンズと、を備える。第1レンズは、石英基板に設けられた凹面の内側に充填され、当該石英基板よりも高い屈折率を有するシリコン酸窒化膜(SiON)からなるレンズ層から構成され、第2レンズは、スイッチング素子と画素電極との間に配置されたシリコン酸化物(SiO2)からなる層間絶縁膜に設けられ凹面の内側に充填され、当該層間絶縁膜よりも高い屈折率を有するシリコン酸窒化膜からなるレンズ層から構成されている。
特開2015-34860号公報
レンズ性能を高める観点から、基板とレンズ層との屈折率の差を大きくすることが好ましい。屈折率の差をより大きくするためには、例えばレンズ層の屈折率を大きくすることが考えらえる。しかし、一般的に、レンズ層の屈折率を大きくするほど、光の透過率が低下する傾向がある。そのため、基板とレンズ層とが接触した従来の構成では、レンズ層の屈折率を大きくしようとすると、レンズ層における光の透過率が低下してしまう。それゆえ、光の透過率の低下を抑制しつつ、レンズの性能を向上させることが難しいという課題があった。
本発明の電気光学装置の一態様は、第1画素電極および第2画素電極と、複数の絶縁層と、第1トランジスターと、第2トランジスターと、前記第1トランジスターに電気的に接続される第1中継電極と、前記第2トランジスターに電気的に接続される第2中継電極と、第1コンタクトホールと、第2コンタクトホールと、を含む積層体と、前記積層体と空間を介して配置され、前記積層体の厚さ方向からみて前記第1画素電極と重なる第1レンズ、および、前記厚さ方向からみて前記第2画素電極と重なる第2レンズ、を有するとともに、前記厚さ方向からみて前記第1コンタクトホールと重なる第3コンタクトホールと、前記厚さ方向からみて前記第2コンタクトホールと重なる第4コンタクトホールと、を有するレンズ層と、前記積層体の材料と異なる無機材料で構成され、前記第1コンタクトホールの壁面に接触する第1膜と、前記積層体の材料と異なる無機材料で構成され、前記第2コンタクトホールの壁面に接触する第2膜と、前記第1コンタクトホールに配置される部分と、前記第3コンタクトホールに配置される部分と、を有し、前記空間および前記レンズ層を貫通するとともに、前記第1トランジスターと前記第1画素電極とを電気的に接続する第1コンタクトと、前記第2コンタクトホールに配置される部分と、前記第4コンタクトホールに配置される部分と、を有し、前記空間および前記レンズ層を貫通するとともに、前記第2トランジスターと前記第2画素電極とを電気的に接続する第2コンタクトと、を備え、前記第1コンタクトは、前記第1膜を貫通し、前記第1中継電極に接触し、前記第2コンタクトは、前記第2膜を貫通し、前記第2中継電極に接触する

本発明の電気光学装置の製造方法の一態様は、複数の絶縁層と、第1トランジスターと
、第2トランジスターと、を含む積層体を形成する工程と、前記積層体上に無機材料で構
成される犠牲層を形成する工程と、前記犠牲層上に、第1レンズおよび第2レンズを含む
レンズ層を形成する工程と、前記犠牲層および前記レンズ層を貫通する第1孔と、前記犠
牲層および前記レンズ層を貫通する第2孔と、を形成する工程と、前記第1トランジスタ
ーと電気的に接続される第1コンタクトを前記第1孔内に形成するとともに、前記第2ト
ランジスターと電気的に接続される第2コンタクトを前記第2孔内に形成する工程と、前
記レンズ層に貫通孔を形成する工程と、前記貫通孔を介して前記犠牲層を除去することに
より、前記レンズ層と前記積層体との間に空間を形成する工程と、前記レンズ層の厚さ方
向からみて前記第1レンズと重なり、前記第1コンタクトに電気的に接続される第1画素
電極と、前記厚さ方向からみて前記第2レンズと重なり、前記第2コンタクトに電気的に
接続される第2画素電極と、を形成する工程と、を有する。
第1実施形態に係る電気光学装置の平面図である。 図1中のA-A線断面図である。 素子基板の電気的な構成を示す等価回路図である。 素子基板を示す断面図である。 素子基板を示す平面図である。 第1実施形態に係る電気光学装置の製造方法の流れを示す図である。 積層体形成工程を説明するための断面図である。 犠牲層形成工程を説明するための断面図である。 犠牲層形成工程を説明するための断面図である。 犠牲層形成工程を説明するための断面図である。 レンズ層形成工程を説明するための断面図である。 コンタクトホール形成工程を説明するための断面図である。 保護膜形成工程を説明するための断面図である。 保護膜形成工程を説明するための断面図である。 コンタクト形成工程を説明するための断面図である。 貫通孔形成工程を説明するための断面図である。 空間形成工程を説明するための断面図である。 空間形成工程を説明するための断面図である。 空間形成工程を説明するための断面図である。 透光部形成工程を説明するための断面図である。 透光部形成工程を説明するための断面図である。 電子機器の一例であるパーソナルコンピューターを示す斜視図である。 電子機器の一例であるスマートフォンを示す斜視図である。 電子機器の一例であるプロジェクターを示す模式図である。 第1実施形態の係る電気光学装置の図1中のA-A線断面図である。 第1実施形態の変形例1に係る電気光学装置の断面図である。 第1実施形態の変形例2に係る電気光学装置の断面図である。
以下、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態を説明する。なお、図面において各部の寸法または縮尺は実際と適宜に異なり、理解を容易にするために模式的に示す部分もある。また、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られない。また、本明細書において「要素A上に要素Bが形成される」という表現は、要素Aと要素Bとが直接的に接触する構成に限定されない。要素Aと要素Bとが直接的に接触していない構成も、「要素A上に要素Bが形成される」という概念に包含される。
1.電気光学装置
本発明の電気光学装置の一例として、アクティブマトリクス方式の液晶装置を例に説明する。
1A.基本構成
図1は、第1実施形態に係る電気光学装置100の平面図である。図2は、図1中のA-A線断面図である。なお、以下では、説明の便宜上、互いに直交するX軸、Y軸およびZ軸を適宜用いて説明する。また、X軸に沿う一方向をX1方向といい、X1方向とは反対の方向をX2方向という。同様に、Y軸に沿う一方向をY1方向といい、Y1方向とは反対の方向をY2方向という。Z軸に沿う一方向をZ1方向といい、Z1方向とは反対の方向をZ2方向という。
図1および図2に示す電気光学装置100は、透過型の液晶表示装置である。図2に示すように、電気光学装置100は、透光性を有する素子基板2と、透光性を有する対向基板4と、枠状のシール部材8と、液晶層9とを有する。シール部材8は、素子基板2と対向基板4との間に配置される。液晶層9は、素子基板2、対向基板4およびシール部材8によって囲まれる領域内に配置される。素子基板2、液晶層9および対向基板4は、Z軸に沿って並ぶ。素子基板2が有する第1基材21の表面がX-Y平面に平行である。以下では、Z1方向またはZ2方向からみることを「平面視」と言う。
本実施形態の電気光学装置100では、光は、例えば素子基板2に入射し、液晶層9を透過して対向基板4から出射される。なお、光は、対向基板4に入射し、液晶層9を透過して素子基板2から出射されてもよい。当該光は可視光である。「透光性」とは、可視光に対する透過性を意味し、好ましくは可視光の透過率が50%以上であることをいう。また、図1に示す電気光学装置100は平面視で四角形状をなすが、電気光学装置100の平面視での形状は、これに限定されず、例えば円形等であってもよい。
図2に示すように、素子基板2は、第1基材21と積層体22と画素電極群280と第1配向膜29とを有する。積層体22の厚さ方向は、Z1方向またはZ2方向と同一である。また、図2では図示はしないが、積層体22と画素電極群280との間には、後述するレンズ層25が設けられる。第1基材21は、透光性および絶縁性を有する平板で構成される。第1基材21は、例えば、ガラスまたは石英等で構成される。積層体22は、透光性および絶縁性を有する。なお、図2では図示しないが、積層体22には、複数の配線等が配置される。また、画素電極群280は、複数の画素電極28を有する。各画素電極28は、透光性を有しており、例えばITO(Indium Tin Oxide)またはIZO(Indium Zinc Oxide)等の透明導電材料で構成される。第1配向膜29は、素子基板2において最も液晶層9側に位置しており、液晶層9の液晶分子を配向させる。第1配向膜29の構成材料としては、例えばポリイミドおよび酸化ケイ素等が挙げられる。なお、素子基板2については、後で説明する。
図2に示すように、対向基板4は、第2基材41と絶縁膜42と共通電極45と第2配向膜46とを有する。第2基材41、絶縁膜42、共通電極45および第2配向膜46は、この順に並ぶ。第2配向膜46が最も液晶層9側に位置する。第2基材41は、透光性および絶縁性を有する平板で構成される。第2基材41は、例えば、ガラスまたは石英等で構成される。絶縁膜42は、例えば酸化ケイ素等の透光性および絶縁性を有するケイ素系の無機材料で形成される。共通電極45は、例えばITOまたはIZO等の透明導電材料で構成される。第2配向膜46は、液晶層9の液晶分子を配向させる。第2配向膜46の構成材料としては、例えばポリイミドおよび酸化ケイ素等が挙げられる。
シール部材8は、例えばエポキシ樹脂等の各種硬化性樹脂を含む接着剤等を用いて形成される。シール部材8は、素子基板2および対向基板4のそれぞれに対して固着される。シール部材8の周方向での一部には、液晶分子を含む液晶材をシール部材8の内側に注入するための注入口89が形成される。注入口89は、各種樹脂材料を用いて形成される封止材80により封止される。
液晶層9は、正または負の誘電異方性を有する液晶分子を含む。液晶層9は、液晶分子が第1配向膜29および第2配向膜46の双方に接するように素子基板2および対向基板4によって挟持される。液晶層9は、複数の画素電極28と共通電極45との間に配置され、電界による光学的特性が変化する。具体的には、液晶層9が有する液晶分子の配向は、液晶層9に印加される電圧に応じて変化する。
図1に示すように、素子基板2における対向基板4側の面には、複数の走査線駆動回路11とデータ線駆動回路12と、複数の外部端子14と、複数の引回配線15とが配置される。複数の引回配線15のそれぞれは、複数の外部端子14のうちのいずれかに接続される。また、複数の引回配線15のそれぞれは、走査線駆動回路11またはデータ線駆動回路12に接続される。
以上の構成の電気光学装置100は、画像を表示する表示領域A10と、表示領域A10を平面視で囲む周辺領域A20とを有する。表示領域A10は、行列状に配列される複数の画素Pを有する。複数の画素Pには、複数の画素電極28が1対1で配置される。周辺領域A20には、走査線駆動回路11およびデータ線駆動回路12等が配置される。
1B.電気的な構成
図3は、素子基板2の電気的な構成を示す等価回路図である。図3に示すように、素子基板2は、n本の走査線244と、m本のデータ線246と、n本の容量線245と、複数のトランジスター23と、複数の蓄積容量240とを有する。これらは、図2の積層体22が配置される。なお、nおよびmのそれぞれは2以上の整数である。複数の画素電極28は、複数のトランジスター23に1対1で配置される。各トランジスター23は、例えばスイッチング素子として機能するTFTである。各トランジスター23は、ゲート、ソースおよびドレインを含む。
n本の走査線244のそれぞれはY軸に沿って延在し、n本の走査線244はX軸に沿って等間隔で並ぶ。n本の走査線244のそれぞれは、全てのトランジスター23のうちの幾つかのトランジスター23のそれぞれのゲートに電気的に接続される。また、n本の走査線244は、図1に示す走査線駆動回路11に電気的に接続される。1~n本の走査線244には、走査線駆動回路11から走査信号G1、G2、…、およびGnが線順次で供給される。
図3に示すm本のデータ線246のそれぞれはX軸に沿って延在し、m本のデータ線246はY軸に沿って等間隔で並ぶ。m本のデータ線246のそれぞれは、全てのトランジスター23のうちの幾つかのトランジスター23のそれぞれのソースに電気的に接続される。また、m本のデータ線246は、図1に示すデータ線駆動回路12に電気的に接続される。1~m本のデータ線246には、データ線駆動回路12から画像信号S1、S2、…、およびSmが並行に供給される。
図3に示すn本の走査線244とm本のデータ線246とは、互いに絶縁され、平面視で格子状をなす。隣り合う2個の走査線244と隣り合う2個のデータ線246とで囲まれる領域が画素Pに対応する。各画素電極28には、対応するトランジスター23のドレインが電気的に接続される。
n本の容量線245のそれぞれはY軸に沿って延在し、n本の容量線245はX軸に沿って等間隔で並ぶ。また、n本の容量線245は、m本のデータ線246およびn本の走査線244と絶縁され、これらに対して離間して形成される。各容量線245には、例えばグランド電位等の固定電位が印加される。また、n本の容量線245のそれぞれは、全ての蓄積容量240のうちの幾つかの蓄積容量240に電気的に接続される。複数の蓄積容量240は、複数の画素電極28に1対1で電気的に接続される。また、複数の蓄積容量240は、複数のトランジスター23のドレインに1対1で電気的に接続される。各蓄積容量240は、画素電極28の電位を保持するための容量素子である。
走査信号G1、G2、…、およびGnが順次アクティブとなり、n本の走査線244が順次選択されると、選択される走査線244に接続されるトランジスター23がオン状態となる。すると、m本のデータ線246を介して表示すべき階調に応じた大きさの画像信号S1、S2、…、およびSmが、選択される走査線244に対応する画素Pに取り込まれ、画素電極28に印加される。これにより、各画素電極28と図2に示す対向基板4が有する共通電極45との間に形成される液晶容量に、表示すべき階調に応じた電圧が印加され、印加される電圧に応じて液晶分子の配向が変化する。また、蓄積容量240によって、印加される電圧が保持される。このような液晶分子の配向の変化によって光が変調され、階調表示が可能となる。
1C.素子基板2の構成
以下の説明では、Z1方向を上方とし、Z2方向を下方として説明する。図4は、素子基板2を示す断面図である。図4に示すように、素子基板2は、第1基材21と積層体22とレンズ層25と画素電極群280と第1配向膜29とを有する。積層体22とレンズ層25と透光層26と画素電極群280とは、第1基材21から第1配向膜29に向かってこの順に配置される。ここで、画素電極群280が有する複数の画素電極28のうちの任意の画素電極28が「第1画素電極28a」であり、他の任意の画素電極28が「第2画素電極28b」である。また、素子基板2は、複数のコンタクト3と、複数の無機材料膜32と、複数の保護部33とを有する。また、素子基板2は、2個の透光部262を有する。以下、各要素について説明する。
図4に示すように、第1基材21上には、積層体22が配置される。積層体22は、複数の絶縁層221、222、223、224および225を有する。絶縁層221、222、223、224および225は、この順に第1基材21から画素電極群280に向かって積層される。なお、積層体22が有する層数は、5個に限定されず任意である。例えば、当該層数は、各種の配線の配置等に応じて適宜設定される。
積層体22には、複数の遮光膜241、複数のトランジスター23、および複数の中継電極249が配置される。また、図4では図示しないが、積層体22には、図3に示す配線等が配置される。具体的には、積層体22には、前述の複数の走査線244、複数の容量線245、複数の蓄積容量240および複数のデータ線246が配置される。
図4に示すように、絶縁層221と絶縁層222との間には、複数の遮光膜241が配置される。複数の遮光膜241は、複数のトランジスター23に1対1で配置される。各遮光膜241は、対応するトランジスター23への光の入射を遮断する。各遮光膜241の材料としては、特に限定されないが、例えばタングステン等の金属が挙げられる。
絶縁層222と絶縁層223との間には、複数のトランジスター23が配置される。第1画素電極28aに対応するトランジスター23が「第1トランジスター23a」であり、第2画素電極28bに対応するトランジスター23が「第2トランジスター23b」である。各トランジスター23は、図示はしないが、半導体層、ゲート電極およびゲート絶縁層を有する。当該半導体層は、ソース領域、ドレイン領域およびチャネル領域を有する。半導体層は、例えば、ポリシリコンで形成される。半導体層のうちのチャネル領域を除く領域には、導電性を高める不純物がドープされる。また、当該ゲート電極は、例えば、ポリシリコンに導電性を高める不純物がドープされることにより形成される。なお、当該ゲート電極は、金属、金属シリサイドおよび金属化合物の導電性を有する材料で形成されてもよい。
絶縁層223と絶縁層224との間には、複数の中継電極249が配置される。複数の中継電極249は、複数のトランジスター23に1対1で配置される。各中継電極249は、対応するトランジスター23のドレインに電気的に接続される。第1トランジスター23aに電気的に接続される中継電極249が「第1中継電極249a」であり、第2トランジスター23bに電気的に接続される中継電極249が「第2中継電極249b」である。
各中継電極249の材料、および図4で図示していない各配線の材料は、例えば、タングステン(W)、チタン(Ti)、クロム(Cr)、鉄(Fe)およびアルミニウム(Al)等の金属、金属窒化物、ならびに金属シリサイド等である。なお、図示しないが、積層体22に配置される各配線の配置は、任意である。例えば、トランジスター23よりも上方に各配線が配置されてもよいし、トランジスター23の下方に各配線が配置されてもよい。ここで、素子基板2は、光が透過する複数の透光領域A11と、光を遮断する配線領域A12とを有する。複数の透光領域A11には、複数の画素電極28が1対1で配置される。図示しないが、配線領域A12は、平面視で格子状をなし、透光領域A11を囲む。配線領域A12には、複数のトランジスター23、および各種の配線が配置される。
絶縁層224上には、絶縁層225が配置される。絶縁層225は、凹部2251を有する。凹部2251は、絶縁層225の絶縁層224と反対の面に形成される窪みである。かかる絶縁層225は、後述のレンズ層25とともに空間Sを形成する空間形成用の透光性部材である。
また、積層体22は、複数のコンタクトホールH1を有する。各コンタクトホールH1は、絶縁層224および絶縁層225を貫通する孔であり、積層体22の厚さ方向に沿って形成される。複数のコンタクトホールH1は、複数のトランジスター23に1対1で配置される。第1トランジスター23aに対応する1個のコンタクトホールH1が「第1コンタクトホールH1a」であり、第2トランジスター23bに対応する1個のコンタクトホールH1が「第2コンタクトホールH1b」である。
絶縁層221~225の各材料は、例えば、酸化ケイ素等のケイ素を含む無機材料である。無機材料であることで、樹脂材料である場合に比べ、光学特性に優れるとともに充分に薄い層が形成され易い。また、絶縁層221~225は、互いに同一材料で構成されてもよいし、異なる材料で構成されてもよい。ただし、同一材料であることで、積層体22の形成が容易であり、かつ、界面反射が抑制される。
絶縁層225上には、凹部2251を覆うようにレンズ層25が配置される。凹部2251が存在することにより、絶縁層225とレンズ層25との間には空間Sが存在する。ここで、絶縁層225と空間Sとレンズ層25とで、導光部200が構成される。
レンズ層25は、透光性および絶縁性を有する。レンズ層25は、基部251と、レンズ群250と、を有する。レンズ群250は、複数のレンズ252を有する。複数のレンズ252は、複数のトランジスター23と1対1で配置される。第1トランジスター23aに対応する1個のレンズ252が「第1レンズ252a」であり、第2トランジスター23bに対応する1個のレンズ252が「第2レンズ252b」である。
基部251は、レンズ層25のうち、X-Y平面に広がる平板状の部分である。基部251は、絶縁層225に接触する。具体的には、図示はしないが、基部251のうち平面視でレンズ群250よりも外側の部分が、絶縁層225に接触している。また、基部251のレンズ群250とは反対の面には画素電極群280が配置される。
各レンズ252は、基部251から凹部2251の底面に向かって突出する凸レンズである。各レンズ252は、レンズ面である凸曲面を有する。例えば、第1基材21から画素電極群280に向かって光が透過する場合、各レンズ252のレンズ面は、空間Sからレンズ252内に向かって光を入射させる入射面として機能する。なお、各レンズ252の形状は、半球状であるがこれに限定されず任意である。
各レンズ252は、凹部2251の底面に接触しておらず、凹部2251の底面と離間する。したがって、各レンズ252と積層体22とは、空間Sを介して配置される。そのため、第1レンズ252aおよび第2レンズ252bのそれぞれと、絶縁層225を有する積層体22とは、空間Sを介して配置される。各レンズ252と積層体22との間に空間Sが介在することで、各レンズ252が積層体22に接触する場合に比べて、レンズ性能を向上させることができる。これは、各レンズ252と空間Sとの屈折率の差が、各レンズ252と積層体22との屈折率の差よりも大きいためである。したがって、導光部200が存在することで、光の利用効率を高めることができる。また、空間Sが存在することで、各レンズ252の屈折率を過度に高くしなくても、各レンズ252と空間Sとの屈折率の差を充分に大きくすることができる。そのため、レンズ層25の材料の選択性を高めることができる。
また、図5に示すように、レンズ群250は、平面視で凹部2251と重なる。レンズ群250は、平面視で凹部2251に包含される。なお、凹部2251の平面視での形状は、四角形であるが、それ以外の形状であってもよい。また、複数のレンズ252は、平面視において、X1方向およびY1方向に行列状に配列される。なお、複数のレンズ252の配列は行列状に限定されない。また、レンズ252の数は、複数であればよく、図示の数に限定されない。また、図示はしないが、複数のレンズ252は、平面視で、複数の画素電極28に1対1で重なる。したがって、第1レンズ252aは平面視で第1画素電極28aと重なり、第2レンズ252bは平面視で第2画素電極28bと重なる。
図4に示すように、レンズ層25は、複数のコンタクトホールH2と、2個の貫通孔253とを有する。各コンタクトホールH2は、レンズ層25を貫通する孔であり、レンズ層25の厚さ方向に沿って形成される。複数のコンタクトホールH2は、複数のコンタクトホールH1に1対1で配置される。図示はしないが、各コンタクトホールH2は、平面視で、対応するコンタクトホールH1と重なる。平面視で第1コンタクトホールH1aと重なるコンタクトホールH2が「第3コンタクトホールH2a」であり、平面視で第2コンタクトホールH1bと重なるコンタクトホールH2が「第4コンタクトホールH2b」である。
2個の貫通孔253のそれぞれは、レンズ層25を貫通する孔であり、レンズ層25の厚さ方向に沿って形成される。当該厚さ方向は、Z1方向またはZ2方向と同一である。図5に示すように、各貫通孔253は、平面視で凹部2251と重なる。2個の貫通孔253のそれぞれは、平面視で、複数のコンタクトホールH2とは異なる位置に配置される。各貫通孔253は、空間Sの形成に用いられる孔である。したがって、各貫通孔253がレンズ層25に設けられることで、後述する製造方法において空間Sを簡単に形成することができる。また、各貫通孔253の開口面積は、各コンタクトホールH2の開口面積よりも大きい。そのため、各コンタクトホールH2の開口面積が各貫通孔253の開口面積よりも小さい場合に比べ、空間Sを簡単に形成することができる。また、図5に示すように、2個の貫通孔253は、平面視で、レンズ群250の両側に位置する。すなわち、レンズ群250は、平面視で、2個の貫通孔253の間に位置する。そのため、貫通孔253が1個である場合に比べ、空間Sを簡単に形成することができる。また、2個の貫通孔253がレンズ群250を平面視で挟んでいない場合に比べ、空間Sを簡単に形成することができる。
なお、貫通孔253の数、形状および配置は、図示の例に限定されない。例えば、貫通孔253の数は、1個でも3個以上でもよい。例えば、複数の貫通孔253が平面視でレンズ群250を囲むよう配置されてもよい。また、レンズ層25は、製造方法等に応じて2個の貫通孔253を有していなくてもよい。
かかるレンズ層25の材料は、特に限定されないが、酸化ケイ素および酸窒化ケイ素等のケイ素を含む無機材料で構成される。中でも、レンズ層25は、酸化ケイ素を主として構成されることが好ましい。なお、レンズ層25は、樹脂材料で構成されてもよい。
図4に示すように、レンズ層25には、2個の透光部262が配置される。2個の透光部262は、2個の貫通孔253に1対1で配置される。各透光部262は、対応する貫通孔253内に通じて凹部2251の底面に向かって延びる。各透光部262は、凹部2251の底面に接触している。かかる各透光部262は、対応する貫通孔253内を埋めている。したがって、各透光部262は、対応する貫通孔253を塞いでいる。そのため、空間Sへの異物の侵入を防ぐことができる。その結果、各レンズ252を透過する光の進行が当該異物で阻害されることを防止することができる。また、各貫通孔253が平面視で図1のシール部材8の内側に位置していても、液晶材が各貫通孔253から空間Sへ侵入することを防ぐことができる。
本実施形態では、各貫通孔253が塞がれているため、前述の空間Sは、気密空間となっている。空間S内は、空気等の気体、または真空で構成される。なお、空間Sは気密空間でなくてもよい。また、各透光部262は、対応する貫通孔253内を埋めていなくてもよい。例えば、透光部262は、対応する貫通孔253を覆うように配置されることにより、当該貫通孔253を塞いでいてもよい。また、各貫通孔253は塞がれていなくてもよい。例えば、各貫通孔253が平面視で図1に示すシール部材8の外側に位置する場合、液晶材の侵入のおそれが無いため、各貫通孔253は塞がれていなくてもよい。
各透光部262の材料は、特に限定されないが、酸化ケイ素および酸窒化ケイ素等のケイ素を含む無機材料で構成される。中でも、各透光部262の材料は、酸化ケイ素を主として構成されることが好ましい。なお、各透光部262は、樹脂材料で構成されてもよい。また、各透光部262は、レンズ層25の材料と同じ材料で構成されることが好ましい。同材料であることで、レンズ層25と各透光部262との間での界面反射が抑制される。
図4に示すように、各コンタクト3は、Z1方向に延びる柱状である。各コンタクト3は、積層体22およびレンズ層25を貫通する。また、各コンタクト3は、空間Sに配置される部分を有する。
複数のコンタクト3は、複数の中継電極249に1対1で配置される。各コンタクト3は、対応する中継電極249に接触する。各コンタクト3は、トランジスター23と画素電極28とを電気的に接続する。第1トランジスター23aと第1画素電極28aとを電気的に接続するコンタクト3が「第1コンタクト3a」である。第2トランジスター23bと第2画素電極28bとを電気的に接続するコンタクト3が「第2コンタクト3b」である。また、第1コンタクト3aの一端は、第1中継電極249aに接触し、他端は第1画素電極28aに接触する。第2コンタクト3bの一端は、第2中継電極249bに接触し、他端は第2画素電極28bに接触する。
前述のように、レンズ層25が複数のコンタクトホールH2を有する。そのため、複数のコンタクト3をレンズ層25に貫通させることができる。各コンタクト3がレンズ層25を貫通するため、各コンタクト3は空間Sに位置する部分を有する。よって、各コンタクト3は、レンズ層25を貫通する部分と、空間Sに位置する部分を有する。すなわち、各コンタクト3は、レンズ層25および空間Sを通る。各コンタクト3がレンズ層25および空間Sを通るよう配置されるので、各コンタクト3をレンズ群250の外側に引き回す必要がない。よって、各コンタクト3の配置を複雑化させることなく、複数のトランジスター23と画素電極群280との間に導光部200を配置することができる。複数のトランジスター23と複数の画素電極28との間に、レンズ性能に優れるレンズ層25を備える素子基板2を実現することができる。
また、複数のコンタクト3は、複数のレンズ252に1対1で配置される。図5に示すように、各コンタクト3は、対応するレンズ252と平面視で異なる位置に配置される。したがって、第1コンタクト3aと第1レンズ252aとは、平面視で異なる位置に配置される。第2コンタクト3bと第2レンズ252bとは、平面視で異なる位置に配置される。このように、各コンタクト3は、平面視で、対応するレンズ252と重ならないよう配置される。そのため、各レンズ252を透過する光が、対応するコンタクト3に阻害されることを抑制することができる。また、各コンタクト3は、全てのレンズ252と平面視で重ならないよう配置される。そのため、光が複数のコンタクト3に阻害されることを抑制することができる。したがって、光の利用効率の低下を抑制することができる。
なお、コンタクト3の一部とレンズ252の一部とは、平面視で重なっていてもよい。また、図示はしないが、各コンタクト3は、平面視で、対応する中継電極249と重なる。したがって、第1コンタクト3aは第1中継電極249aと重なり、第2コンタクト3bは第2中継電極249bと重なる。
また、前述のように各コンタクト3は、積層体22およびレンズ層25を貫通する。すなわち、各コンタクト3は、コンタクトホールH1に配置される部分と、コンタクトホールH2に配置される部分とを有する。よって、第1コンタクト3aは、第1コンタクトホールH1aに配置される部分と第3コンタクトホールH2aに配置される部分とを有する。第2コンタクト3bは、第2コンタクトホールH1bに配置される部分と第4コンタクトホールH2bに配置される部分とを有する。各コンタクト3が積層体22のコンタクトホールH1に配置される部分を有するので、前述のように各中継電極249が積層体22の内部に配置されていても、各コンタクト3をレンズ層25の外部に引き回す必要がない。そのため、空間Sを形成する絶縁層225を、複数のトランジスター23と画素電極群280との間に好適に配置することができる。
なお、各中継電極249は、積層体22上に配置されてもよい。その場合、積層体22は、各コンタクトホールH1を有さなくてもよい。
各コンタクト3の構成材料としては、例えば、タングステン、コバルト(Co)、銅(Cu)等の金属、金属窒化物ならびに金属シリサイド等の金属材料が挙げられる。これらの中でも、各コンタクト3は、タングステンを主として含むことが好ましい。具体的には、各コンタクト3は、タングステンプラグを有することが好ましい。よって、第1コンタクト3aおよび第2コンタクト3bのそれぞれは、タングステンプラグを有することが好ましい。タングステンを用いることで高精細な柱状のコンタクト3を容易に形成することができる。また、各コンタクト3がタングステンプラグを有することで、各コンタクト3が所謂トレンチを有する場合に比べ、各コンタクト3の配置スペースを小さくすることができる。それゆえ、各コンタクト3を配置するためにレンズ252の平面視での形状を小さくすることが抑制される。したがって、開口率の低下を抑制することができる。
なお、タングステンプラグは、タングステンのみで構成されるプラグのみならず、タングステン主成分とするプラグを含む。よって、タングステンプラグは、例えば、複数層で構成されてもよい。例えば、タングステンプラグは、タングステンを主とする層と、タングステンナイトライドを含む層との積層構造であってもよい。
図4に示すように、複数の無機材料膜32は、複数のコンタクト3に1対1で配置される。各無機材料膜32は、対応するコンタクト3の外周面に接触する。本実施形態では、図5に示すように、各無機材料膜32は、当該外周面のうちの側面を囲む。また、図4に示すように、各無機材料膜32は、絶縁層225およびレンズ層25を貫通する。また、各無機材料膜32は、ケイ素を含む無機材料で構成される。
ここで、第1コンタクト3aの外周面に接触する1個の無機材料膜32が「第1無機材料膜32a」であり、第2コンタクト3bの外周面に接触する1個の無機材料膜32が「第2無機材料膜32b」である。第1無機材料膜32aおよび第2無機材料膜32bのそれぞれは、ケイ素を含む無機材料で構成される。当該無機材料としては、例えば、二酸化ケイ素等の酸化ケイ素等が挙げられる。かかる各無機材料膜32がそれに対応するコンタクト3の外周面に配置されることで、複数のコンタクト3を素子基板2の製造時に保護することができる。そのため、複数のコンタクト3を確実かつ容易に形成することができる。その結果、各トランジスター23とそれに対応する画素電極28との電気的な接続不良が発生するおそれを抑制することができる。
図4に示すように、複数の保護部33は、複数のコンタクト3に1対1で配置される。各保護部33とそれに対応するコンタクト3との間に、無機材料膜32が配置される。したがって、各コンタクト3は、無機材料膜32および保護部33の2層によって保護される。複数の保護部33のうち第1コンタクト3aに対応する保護部33が「第1保護部33a」であり、複数の保護部33のうち第2コンタクト3bに対応する保護部33が「第2保護部33b」である。
各保護部33は、保護膜331および保護膜332を有する。複数の保護膜331のうち第1コンタクト3aに対応する保護膜331が「第1膜331a」であり、複数の保護膜331のうち第2コンタクト3bに対応する保護膜331が「第2膜331b」である。また、複数の保護膜332のうち第1コンタクト3aに対応する保護膜332が「第3膜332a」であり、複数の保護膜332のうち第2コンタクト3bに対応する保護膜332が「第4膜332b」である。
各保護部33は、レンズ層25の材料および積層体22の材料のそれぞれと異なる無機材料で構成される。具体的には、例えば、各保護部33の材料としては、シリコンおよび金属窒化物等が挙げられる。金属窒化物は、例えば、チタンナイトライドおよびタングステンナイトライド等である。なお、複数の保護膜331と、複数の保護膜332とは、同一材料である。
各保護膜331は、対応するコンタクトホールH1の壁面に接触する。したがって、第1膜331aは第1コンタクトホールH1aの壁面に接触し、第2膜331bは第2コンタクトホールH1bの壁面に接触する。各保護膜331がそれに対応するコンタクト3の外側に位置することで、素子基板2の製造時に複数のコンタクト3を保護することができる。そのため、絶縁層225を貫通する複数のコンタクト3を確実かつ容易に形成することができる。また、各コンタクトホールH1は、保護膜331を貫通し、中継電極249に接触している。よって、第1コンタクト3aは第1膜331aを貫通し、第1中継電極249aに接触する。同様に、第2コンタクト3bは第2膜331bを貫通し、第2中継電極249bに接触する。そのため、各コンタクト3とそれに対応する中継電極249との導通を確実にかつ安定的に確保することができる。
また、各保護膜332は、対応するコンタクトホールH2に接触する。よって、第3膜332aは第3コンタクトホールH2aに接触し、第4膜332bは第4コンタクトホールH2bに接触する。各保護膜332がそれに対応するコンタクト3の外側に位置することで、素子基板2の製造時に複数のコンタクト3を保護することができる。
なお、各保護部33とそれに対応するコンタクト3との間には、無機材料膜32以外の他の膜が介在していてもよい。
以上、素子基板2の構成について説明した。
図25は、第1実施形態の係る電気光学装置100の図1中のA-A線断面図である。図25に示すように、本実施形態では、素子基板2の複数のトランジスター23と画素電極群280との間に複数のレンズ252を有する導光部200を有するが、前述の対向基板4は、光を収束または発散させる光学部材を備えていない。しかし、素子基板2が前述の複数のレンズ252を備えるため、対向基板4が光学部材を備えずとも、光の利用効率を充分に高めることができる。したがって、明るい電気光学装置100を実現することができる。
さらには、対向基板4は、表示領域A10に遮光膜を有していない。すなわち、対向基板4は、平面視で素子基板2の画素電極28と画素電極28の間に対応する位置に、遮光膜であるブラックマトリクスを有していない。このように構成することで、対向基板4から出射する光は、対向基板4を透過する際に、ブラックマトリクスによる回析により位相差が生じて、偏光状態に乱れを生じさせることがない。したがって、コントラストの低下を抑制することができる。また、対向基板4と素子基板2とを組み合わせた際に、対向基板4のブラックマトリクスと素子基板2の遮光膜241との位置がずれる、所謂、組ずれが生じないため、画素Pの開口率が低下して、明るさが低下することがない。
このように第1実施形態1の対向基板4と素子基板2とを組み合わせることで、高コントラストで、且つ、明るい電気光学装置100を実現することができる。特に、光を素子基板2側から入射させ、対向基板4側から出射させるように電気光学装置100を配置した場合、液晶層9により変調された光は、対向基板4を透過した際に、ブラックマトリクスにより偏光状態が乱されることがないため、電気光学装置100のコントラスト性能をより高めることができる。
また、図26および図27に示すように、第1実施形態にかかる電気光学装置100の素子基板2は、例えば、積層体22と第1基材21との間に複数のレンズを有する導光部をさらに有してもよい。このように、複数のトランジスター23の光入射側と光出射側に導光部を配置することで、光の利用効率をさらに高めることができるため、より明るい電気光学装置100を実現することができる。
図26は、第1実施形態の変形例1に係る電気光学装置100の断面図であり、図1中のA-A線断面を示している。変形例1は、積層体22のレンズ層25とは反対に、導光部600を有する点で、図4の例と異なるが、その他の点では、図4の例と同じ構成を有する。また、導光部600は、コンタクト3とそれに関係する構成を有さない点で、導光部200と異なるが、その他の点では、導光部200と同様の構成を有する。第1基材21は、凹部211を有し、凹部211を覆うようにレンズ層62が配置される。レンズ層62は、複数のレンズ622を有する。凹部211が存在することにより、第1基材21とレンズ層62との間には空間S02が存在する。空間S02は、空間Sと同じように気密空間となっており、空間S02内は、空気等の気体、または真空で構成される。なお、空間S02は気密空間でなくてもよい。ここで、第1基材21と空間S02とレンズ層62と透光部63とで導光部600が構成される。透光部63は、透光性を有する。透光部63は、レンズ層62上と、レンズ層62に設けられた2個の貫通孔623内とに配置される。透光部63は、貫通孔623内に通じて凹部211の底面に向かって延びる2個の部分を有する。透光部63の当該2個の部分のそれぞれは、凹部211の底面に接触している。かかる透光部63の当該部分2個の部分のそれぞれは、対応する貫通孔623内を埋めている。したがって、透光部63は、貫通孔623を塞いでいる。また、絶縁層221には、周辺領域A20に配置された周辺遮光膜95が配置される。周辺遮光膜95は、例えば四角形の枠状をなす。
図27は、第1実施形態の変形例2に係る電気光学装置100の断面図であり、図1中のA-A線断面を示している。変形例2は、積層体22のレンズ層25とは反対に、導光部700および導光部800を有する点で、図4の例と異なるが、その他の点では、図4の例と同じ構成を有する。導光部700は、複数の凹部212が設けられた第1基材21と、複数の凹部212を埋めるように形成されたレンズ層72とから構成される。レンズ層72は、透光性を有し、第1基材21とは異なる屈折率を有する無機材料からなる。導光部800は、複数の凹部812が設けられた絶縁層81と、複数の凹部812を埋めるように形成されたレンズ層82とから構成される。絶縁層81は、光透過性を有し、レンズ層72とほぼ同じ屈折率を有する無機材料からなる。レンズ層82は、透光性を有し、絶縁層81とは異なる屈折率を有する無機材料からなる。導光部700と導光部800との間には、透光層90が配置されている。透光層90は、透光性を有し、レンズ層72と絶縁層81とほぼ同じ屈折率を有する無機材料からなる。
なお、対向基板4は、光を収束または発散させる光学部材を備える構成としてもよい。
1D.電気光学装置100の製造方法
図6は、第1実施形態に係る電気光学装置100の製造方法の流れを示す図である。図6では、電気光学装置100の製造工程のうち、主に、素子基板2が有する導光部200および複数の画素電極28の製造工程が示される。なお、電気光学装置100のうち導光部200および複数の画素電極28以外の構造は、例えば公知の方法により製造される。
図6に示すように、電気光学装置100の製造方法は、積層体形成工程S11と、犠牲層形成工程S12と、レンズ層形成工程S13と、コンタクトホール形成工程S14と、保護膜形成工程S15と、コンタクト形成工程S16と、貫通孔形成工程S17と、空間形成工程S18と、透光部形成工程S19と、画素電極形成工程S20とを有する。以下、各工程を順次説明する。
図7は、積層体形成工程S11を説明するための断面図である。図7に示すように、積層体形成工程S11では、複数の絶縁層221~225を有する積層体22が形成される。なお、図7では、絶縁層221~223の図示は省略される。絶縁層221~225のそれぞれは、例えば、熱酸化またはCVD(chemical vapor deposition)法等で形成される。また、絶縁層225には、凹部2251が形成される。凹部2251は、例えば、ドライエッチングまたはウェットエッチングにより形成される。凹部2251の深さが後述の工程で形成される各レンズ252の厚さよりも大きくなるよう、凹部2251は形成される。
また、積層体形成工程S11では、積層体22の形成とともに、複数の中継電極249が形成される。また、図示はしないが、積層体形成工程S11では、複数の遮光膜241、複数のトランジスター23、および各種の配線等が形成される。したがって、積層体形成工程S11では、積層体22とともに、前述の第1トランジスター23a、第2トランジスター23bが形成される。なお、各種の配線および複数のトランジスター23のそれぞれは、例えば、スパッタリング法または蒸着法により金属膜が形成された後、当該金属膜に対してレジストマスクを用いたエッチングが行なわれることにより形成される。
図8、図9および図10のそれぞれは、犠牲層形成工程S12を説明するための断面図である。犠牲層形成工程S12では、まず、図8に示すように、絶縁層225上に第1犠牲層51が形成される。第1犠牲層51は、凹部2251の表面を覆うように形成される。第1犠牲層51は、例えばCVD法等の蒸着法により形成される。第1犠牲層51は、例えばシリコン等の無機材料を含む。また、第1犠牲層51は、例えば、窒化チタン等の金属窒化物等のシリコン以外の無機材料を含んでもよい。
次に、図9に示すように、第1犠牲層51上に第2犠牲層52が形成され、その後、第1犠牲層51および第2犠牲層52に対して平坦化処理が行われる。また、第2犠牲層52は、例えばCVD法等の蒸着法により形成される。平坦化処理としては、例えばCMP(chemical mechanical polishing)法等の研磨処理が挙げられる。第2犠牲層52は、例えば酸化ケイ素等のケイ素系の無機材料を含む。第2犠牲層52は、第1犠牲層51とは異なる材料であることが好ましい。
次に、図10に示すように、第2犠牲層52の表面に、複数のレンズ用凹部511を含む凹部群510が形成される。その後、第2犠牲層52上に第3犠牲層53が形成される。複数のレンズ用凹部511の形成は、例えばエッチングにより行われる。複数のレンズ用凹部511は、後述の複数のレンズ252を形成するために、第2犠牲層52に形成された窪みである。各レンズ用凹部511の曲面は、湾曲状をなす。図示はしないが、複数のレンズ用凹部511は、平面視において、X1方向およびY1方向に沿って行列状に配列される。また、図示はしないが、凹部群510は、平面視において凹部2251と重なる。また、第3犠牲層53は、凹部群510を覆うように形成される。したがって、第3犠牲層53の表面の形状は、各レンズ用凹部511の表面に沿った形状を有する。第3犠牲層53は、例えばCVD法等の蒸着法により形成される。第3犠牲層53は、例えばシリコン等の無機材料を含む。また、第3犠牲層53は、例えば、窒化チタン等の金属窒化物等のシリコン以外の無機材料を含んでもよい。また、第3犠牲層53は、第1犠牲層51と同一材料であることが好ましい。
図11は、レンズ層形成工程S13を説明するための断面図である。レンズ層形成工程S13では、図11に示すように、第3犠牲層53上にレンズ層25が形成される。レンズ層25は、例えば酸化ケイ素等を含む。レンズ層25は、例えばCVD法等の蒸着法により形成される。レンズ層25は、第3犠牲層53の表面の凹みを埋めるよう形成される。前述のように、第3犠牲層53の表面の形状は、各レンズ用凹部511の表面に沿った形状を有する。そのため、レンズ層25が第3犠牲層53上に形成されることで、レンズ層25には、複数のレンズ252を有するレンズ群250が形成される。よって、レンズ層形成工程S13では、第1レンズ252aおよび第2レンズ252bを含むレンズ層25が形成される。
図12は、コンタクトホール形成工程S14を説明するための断面図である。コンタクトホール形成工程S14では、図12に示すように、積層体22、レンズ層25、第1犠牲層51、第2犠牲層52および第3犠牲層53を貫通する複数のコンタクトホールH0が形成される。各コンタクトホールH0は、エッチングにより形成される。複数のコンタクトホールH0は、複数のレンズ252に1対1で形成される。図示はしないが、各コンタクトホールH0は、平面視で、対応するレンズ252と異なる位置に形成される。また、複数のコンタクトホールH0は、複数の中継電極249に1対1で形成される。図示はしないが、各コンタクトホールH0は、平面視で、対応する中継電極249と重なる。また、各コンタクトホールH0は、対応する中継電極249を露出させるよう形成される。
ここで、第1レンズ252aに対応する1個のコンタクトホールH0が「第1孔H0a」であり、第2レンズ252bに対応する1個のコンタクトホールH0が「第2孔H0b」である。したがって、コンタクトホール形成工程S14では、レンズ層25、第1犠牲層51、第2犠牲層52および第3犠牲層53を貫通する第1孔H0aと、レンズ層25、第1犠牲層51、第2犠牲層52および第3犠牲層53を貫通する第2孔H0bとが形成される。
図13および図14は、保護膜形成工程S15を説明するための断面図である。保護膜形成工程S15では、まず、図13に示すように、レンズ層25上に第1材料膜33xが形成され、第1材料膜33x上に第2材料膜32xが形成される。第1材料膜33xは、後の工程を経て複数の保護部33となる。第2材料膜32xは、後の工程を経て複数の無機材料膜32となる。第1材料膜33xは、レンズ層25の材料および積層体22の材料のそれぞれとは異なる材料で構成される。具体的には、第1材料膜33xの材料としては、シリコンおよび金属窒化物等が挙げられる。第2材料膜32xは、酸化ケイ素等のケイ素を含む無機材料で構成される。また、複数の第1材料膜33xおよび複数の第2材料膜32xのそれぞれは、複数のコンタクトホールH0内に位置する部分を有する。第1材料膜33xは、複数のコンタクトホールH0の壁面に接触する。そのため、複数の中継電極249の表面には、第1材料膜33xが配置される。また、第2材料膜32xは、第1材料膜33xに接触する。
第1材料膜33xは、例えばCVD法等により形成される。第2材料膜32xは、例えば、ALD(Atomic Layer Deposition)法で形成される。第1材料膜33xおよび第2材料膜32xの各形成では、熱CVD法を用いずに形成されることが好ましい。熱CVD法を用いないことで、積層体22に配置される各種の配線等にダメージが生じることを抑制することができる。
次に、第1材料膜33xの一部が除去されることにより、図14に示すように、複数の第1材料膜33yが形成される。また、第2材料膜32xの一部が除去されることにより、図14に示すように、複数の無機材料膜32が形成される。したがって、第2材料膜32xの一部が除去されることで、第1無機材料膜32aおよび第2無機材料膜32bが形成される。また、第1材料膜33xの一部および第2材料膜32xの一部は、例えば、異方性プラズマエッチング(RIE)によるエッチバックで除去される。また、第1材料膜33xの一部および第2材料膜32xの一部が除去されることにより、複数の中継電極249の表面が露出する。
図15は、コンタクト形成工程S16を説明するための断面図である。コンタクト形成工程S16では、図15に示すように、複数のコンタクト3が形成される。複数のコンタクト3は、複数のコンタクトホールH0に1対1で形成される。第1コンタクト3aは第1孔H0aに配置され、第2コンタクト3bは第2孔H0bに配置される。また、各コンタクトホールH0は、対応するコンタクト3によって埋められる。そのため、各コンタクト3は、対応する中継電極249に接続される。その結果、各コンタクト3は、対応するトランジスター23に電気的に接続される。また、各コンタクト3は、対応する無機材料膜32に接触する。各コンタクト3は、例えば、プラズマCVDまたはPVD(physical vapor deposition)等により形成される。
図16は、貫通孔形成工程S17を説明するための断面図である。貫通孔形成工程S17では、まず、図16に示すように、例えばエッチングによりレンズ層25の一部が除去されることにより、レンズ層25に2個の貫通孔253が形成される。
レンズ層25の一部の除去には、第3犠牲層53に対して高い選択比を持つエッチングガス等が用いられる。第3犠牲層53は、エッチングストッパー層として機能する。レンズ層25が例えば酸化ケイ素で構成される場合、フッ化水素(HF)等のフッ素系のエッチングガスを用いたガスエッチング、または、フッ化水素(HF)等のフッ素系のエッチング液を用いたウェットエッチングが行われることが好ましい。なお、複数のコンタクト3が当該エッチングによるダメージを受けないよう、図16に示すように、レンズ層25の材料と同一の材料の膜がレンズ層25上に形成されてもよい。
図17、図18および図19のそれぞれは、空間形成工程S18を説明するための断面図である。空間形成工程S18では、まず、図17に示すように、レンズ層25上に第4犠牲層54が形成される。その後、第3犠牲層53の一部および第4犠牲層54の一部を除去することにより、2個の第2貫通孔531が形成される。なお、前述の各貫通孔253は第1貫通孔であると捉えられる。
第4犠牲層54は、各貫通孔253の壁面に沿って形成される。第4犠牲層54は、例えばシリコン等の無機材料を含む。また、第4犠牲層54は、例えば、窒化チタン等の金属窒化物等のシリコン以外の無機材料を含んでもよい。また、第4犠牲層54は、第3犠牲層53と同一材料であることが好ましい。また、第4犠牲層54は、例えばCVD法等の蒸着法により形成される。また、第3犠牲層53の一部および第4犠牲層54の一部の除去には、エッチバック等が用いられる。2個の第2貫通孔531は、2個の貫通孔253に1対1で対応する。図示はしないが、各第2貫通孔531は、平面視で対応する貫通孔253に重なる。また、各第2貫通孔531の平面視での形状は、対応する貫通孔253の平面視での形状と相似である。
次に、図18に示すように、2個の貫通孔253および2個の第2貫通孔531を用いて、エッチングにより第2犠牲層52が除去される。第2犠牲層52の除去には、第1犠牲層51、第3犠牲層53および第4犠牲層54に対して高い選択比を持つガス等が用いられる。例えば、第2犠牲層52が酸化ケイ素で構成される場合、フッ化水素(HF)等のフッ素系のエッチングガスを用いたガスエッチング、または、フッ化水素(HF)等のフッ素系のエッチング液を用いたウェットエッチングが行われることが好ましい。
また、第2犠牲層52の除去の際、第1犠牲層51は、絶縁層225を保護する保護層として機能する。そのため、第1犠牲層51の材料は、絶縁層225の材料と異なり、かつ第2犠牲層52の除去に用いられるエッチングガス等に対する耐性が高い材料であることが好ましい。同様に、第2犠牲層52の除去の際、第3犠牲層53は、レンズ層25を保護する保護層として機能する。そのため、第3犠牲層53の材料は、レンズ層25の材料と異なり、かつ第2犠牲層52の除去に用いられるエッチングガス等に対する耐性が高い材料であることが好ましい。また、第2犠牲層52の除去の際、第4犠牲層54は、レンズ層25を保護する保護層として機能する。そのため、第4犠牲層54の材料は、レンズ層25の材料と異なり、かつ第2犠牲層52の除去に用いられるエッチングガス等に対する耐性が高い材料であることが好ましい。
また、第2犠牲層52の除去の際、各第1材料膜33yは、対応するコンタクト3を保護する。そのため、第1材料膜33yの材料は、第2犠牲層52の除去に用いられるエッチングガス等に対する耐性が高い材料であることが好ましい。
次に、図19に示すように、第1犠牲層51、第3犠牲層53および第4犠牲層54のそれぞれがエッチングにより除去される。これにより、レンズ群250と絶縁層225との間に空間Sが形成される。つまり、導光部200が形成される。
例えば、第1犠牲層51、第3犠牲層53および第4犠牲層54のそれぞれがシリコンで構成される場合、六フッ化硫黄(SF6)等のフッ素系ガスを用いたドライエッチング、フッ硝酸等を用いたウェットエッチング、または三フッ化塩素(ClF3)等のフッ素系ガスを用いたガスエッチングが行われることが好ましい。また、第1犠牲層51、第3犠牲層53および第4犠牲層54の材料を同一とすることで、第1犠牲層51、第3犠牲層53および第4犠牲層54を一括して除去することができる。なお、ガスエッチングとは、単にガスを供給することによるエッチングである。また、ドライエッチングとは、プラズマエッチングおよびイオンビームエッチング等を含み、ガスエッチングを含まない。
また、第1材料膜33xが、第1犠牲層51、第3犠牲層53および第4犠牲層54のそれぞれと同一の材料である場合、第1犠牲層51、第3犠牲層53および第4犠牲層54の除去の際、各第1材料膜33yの一部は除去される。そのため、各第1材料膜33yから、保護膜331および保護膜332を有する保護部33が形成される。したがって、第1膜331aおよび第2膜331bを有する第1保護部33aと、第3膜332aおよび第4膜332bを有する第2保護部33bとが形成される。また、第1犠牲層51、第3犠牲層53および第4犠牲層54の除去の際、各無機材料膜32は、対応するコンタクト3を保護する。そのため、無機材料膜32の材料は、コンタクト3の材料と異なり、かつ当該除去に用いられるエッチングガス等に対する耐性が高い材料であることが好ましい。
このように、各コンタクト3が無機材料膜32および第1材料膜33yの2層で囲まれるため、空間Sの形成の際にコンタクト3が除去されることを効果的に防ぐことができる。
図20および図21のそれぞれは、透光部形成工程S19を説明するための断面図である。透光部形成工程S19では、図20に示すように、レンズ層25上に透光層26が形成される。透光層26は、2個の貫通孔253を埋めるよう形成される。透光層26は、X-Y平面に広がる平板状の透光性基部261と、2個の透光部262とを有する。透光層26は、透光性および絶縁性を有する。透光層26は、例えば酸化ケイ素等のケイ素系の無機材料を含む。透光層26は、例えばCVD法等の蒸着法により形成される。
次に、図21に示すように、透光層26にCMP法等の研磨処理による平坦化処理が施される。これにより、透光層26のうち主に透光性基部261が除去される。その結果、各貫通孔253には透光部262が残る。よって、各貫通孔253は、対応する透光部262によって埋められる。また、透光層26に平坦化処理に伴って、レンズ層25の上面が平坦化処理される。これにより、レンズ層25から複数のコンタクト3の上部が露出する。なお、透光性基部261がレンズ層25上に残っていてもよい。
なお、透光部形成工程S19は省略されてもよい。つまり、2個の透光部262は形成されず、2個の貫通孔253は開口した状態であってもよい。
次に、画素電極形成工程S20では、図示はしないが、レンズ層25上に、複数の画素電極28を含む画素電極群280が形成される。具体的には、例えば、透明電極材料からなる層がCVD法等の蒸着法により形成された後、当該層がマスクを用いてパターニングされることにより複数の画素電極28が形成される。この際、複数の画素電極28は、平面視で複数のレンズ252に1対1で重なるよう配置される。また、複数の画素電極28は、複数のコンタクト3にそれぞれ接続される。したがって、第1画素電極28aは、平面視で第1レンズ252aと重なり、第1コンタクト3aに接続される。同様に、第2画素電極28bは、平面視で第2レンズ252bと重なり、第2コンタクト3bに接続される。
また、画素電極群280上に、第1配向膜29が形成される。例えば、酸化ケイ素等からなる層がCVD法等の蒸着法により形成され、その後にラビング処理が施されることにより第1配向膜29が形成される。以上により、図4に示す素子基板2が形成される。
なお、図1に示す走査線駆動回路11等の各種回路等は、前述の工程または工程間で適宜形成される。また、例えば公知の技術を適宜用いて対向基板4が形成され、素子基板2と対向基板4とがシール部材8を介して貼り合わされる。その後、素子基板2、対向基板4およびシール部材8との間に液晶材が注入されて液晶層9が形成され、その後、封止される。このようにして、図1および図2に示す電気光学装置100が製造される。
以上説明のように、電気光学装置100の製造方法は、積層体形成工程S11と、犠牲層形成工程S12と、レンズ層形成工程S13と、コンタクトホール形成工程S14と、コンタクト形成工程S16と、貫通孔形成工程S17と、空間形成工程S18と、画素電極形成工程S20と、を有する。かかる方法によれば、絶縁層225とレンズ層25との間に空間Sを簡単に形成することができる。また、各コンタクト3をレンズ群250の外側に引き回す必要がない。したがって、素子基板2によれば、各コンタクト3の配置を複雑化させることなく、複数のトランジスター23と画素電極群280との間に導光部200を設けることができる。また、複数のレンズ252と、複数のコンタクト3と、複数の中継電極249との配置精度を高めることができる。
1E.変形例
以上に例示した形態は多様に変形され得る。前述の形態に適用され得る具体的な変形の態様を以下に例示する。以下の例示から任意に選択された2以上の態様は、相互に矛盾しない範囲で適宜に併合され得る。
前述の実施形態では、複数のレンズ252が平面視で複数の画素電極28に1対1で配置されるが、全ての画素電極28のそれぞれに対してレンズ252が配置されていなくてもよい。
前述の実施形態では、全てのコンタクト3がレンズ層25および空間Sを通るが、レンズ層25または空間Sを通らないコンタクト3が存在していてもよい。
前述した実施形態では、素子基板2は、例えば、レンズ層25と第1配向膜29との間に配置された遮光膜を有してもよい。当該遮光膜は、平面視でレンズ群250を囲むよう配置される。当該遮光膜によって、レンズ群250を透過しない光の迷光が抑制される。
前述の実施形態では、素子基板2は複数の無機材料膜32および複数の保護部33を有するが、例えばコンタクト3の材料によっては、複数の無機材料膜32および複数の保護部33は省略されてもよい。
前述の実施形態では、第2犠牲層52は、無機材料で形成したが、PI(polyimide)有機成分を主体とする塗布材料でもよい。第2犠牲層52は、トランジスター23、中継電極249および図示していない配線等の形成後に成膜する。そのため、第2犠牲層52の材料を、有機成分を主体とする塗布材料とすることで、第2犠牲層52を低温で形成することができ、高温で成膜することによって、配線等にダメージを与えてしまうことを回避することができる。
前述の実施形態では、トランジスターとしてTFTを用いる場合を例に説明したが、トランジスターはTFTに限定されず、例えば、MOSFET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)等であってもよい。
前述の実施形態では、アクティブマトリクス駆動方式の電気光学装置100が例示されるが、これに限定されず、電気光学装置の駆動方式は、例えば、パッシブマトリクス駆動方式等でもよい。
2.電子機器
電気光学装置100は、各種電子機器に用いることができる。
図22は、電子機器の一例であるパーソナルコンピューター2000を示す斜視図である。パーソナルコンピューター2000は、各種の画像を表示する電気光学装置100と、電源スイッチ2001およびキーボード2002が設置される本体部2010と、制御部2003と、を有する。制御部2003は、例えばプロセッサーおよびメモリーを含み、電気光学装置100の動作を制御する。
図23は、電子機器の一例であるスマートフォン3000を示す斜視図である。スマートフォン3000は、操作ボタン3001と、各種の画像を表示する電気光学装置100と、制御部3002と、を有する。操作ボタン3001の操作に応じて電気光学装置100に表示される画面内容が変更される。制御部3002は、例えばプロセッサーおよびメモリーを含み、電気光学装置100の動作を制御する。
図24は、電子機器の一例であるプロジェクターを示す模式図である。投射型表示装置4000は、例えば、3板式のプロジェクターである。電気光学装置1rは、赤色の表示色に対応する電気光学装置100であり、電気光学装置1gは、緑の表示色に対応する電気光学装置100であり、電気光学装置1bは、青色の表示色に対応する電気光学装置100である。すなわち、投射型表示装置4000は、赤、緑および青の表示色に各々対応する3個の電気光学装置1r、1g、1bを有する。制御部4005は、例えばプロセッサーおよびメモリーを含み、電気光学装置100の動作を制御する。
照明光学系4001は、光源である照明装置4002からの出射光のうち赤色成分rを電気光学装置1rに供給し、緑色成分gを電気光学装置1gに供給し、青色成分bを電気光学装置1bに供給する。各電気光学装置1r、1g、1bは、照明光学系4001から供給される各単色光を表示画像に応じて変調するライトバルブ等の光変調器として機能する。投射光学系4003は、各電気光学装置1r、1g、1bからの出射光を合成して投射面4004に投射する。
以上の電子機器は、前述の電気光学装置100と、制御部2003、3002または4005と、を備える。電気光学装置100は、レンズ性能の向上を図ることができる。そのため、パーソナルコンピューター2000、スマートフォン3000および投射型表示装置4000のそれぞれの小型化または表示品質の向上を図ることができる。
なお、本発明の電気光学装置が適用される電子機器としては、例示した機器に限定されず、例えば、PDA(Personal Digital Assistants)、デジタルスチルカメラ、テレビ、ビデオカメラ、カーナビゲーション装置、車載用の表示器、電子手帳、電子ペーパー、電卓、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、およびPOS(Point of sale)端末等が挙げられる。さらに、本発明が適用される電子機器としては、プリンター、スキャナー、複写機、ビデオプレーヤー、またはタッチパネルを備えた機器等が挙げられる。
以上、好適な実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は前述の各実施形態に限定されない。また、本発明の各部の構成は、前述の実施形態の同様の機能を発揮する任意の構成に置換でき、また、任意の構成を付加できる。
また、前述した説明では、本発明の電気光学装置の一例として液晶装置について説明したが、本発明の電気光学装置はこれに限定されない。例えば、本発明の電気光学装置は、イメージセンサー等にも適用することができる。また、例えば、有機EL(electro luminescence)、無機ELまたは発光ポリマー等の発光素子を用いた表示パネルに対しても前述の実施形態と同様に本発明が適用され得る。また、着色された液体と当該液体に分散された白色の粒子とを含むマイクロカプセルを用いた電気泳動表示パネルに対しても前述の実施形態と同様に本発明が適用され得る。
2…素子基板、3…コンタクト、3a…第1コンタクト、3b…第2コンタクト、4…対向基板、8…シール部材、9…液晶層、11…走査線駆動回路、12…データ線駆動回路、14…外部端子、15…引回配線、21…第1基材、22…積層体、23…トランジスター、23a…第1トランジスター、23b…第2トランジスター、25…レンズ層、26…透光層、28…画素電極、28a…第1画素電極、28b…第2画素電極、29…第1配向膜、32…無機材料膜、32a…第1無機材料膜、32b…第2無機材料膜、32x…第2材料膜、33…保護部、33a…第1保護部、33b…第2保護部、33x…第1材料膜、33y…第1材料膜、41…第2基材、42…絶縁膜、45…共通電極、46…第2配向膜、51…第1犠牲層、52…第2犠牲層、53…第3犠牲層、54…第4犠牲層、80…封止材、89…注入口、100…電気光学装置、200…導光部、221…絶縁層、222…絶縁層、223…絶縁層、224…絶縁層、225…絶縁層、240…蓄積容量、241…遮光膜、244…走査線、245…容量線、246…データ線、249…中継電極、249a…第1中継電極、249b…第2中継電極、250…レンズ群、251…基部、252…レンズ、252a…第1レンズ、252b…第2レンズ、253…貫通孔、261…透光性基部、262…透光部、280…画素電極群、331…保護膜、331a…第1膜、331b…第2膜、332…保護膜、332a…第3膜、332b…第4膜、510…凹部群、511…レンズ用凹部、531…第2貫通孔、H0…コンタクトホール、H0a…第1孔、H0b…第2孔、H1…コンタクトホール、H1a…第1コンタクトホール、H1b…第2コンタクトホール、H2…コンタクトホール、H2a…第3コンタクトホール、H2b…第4コンタクトホール、S…空間、600…導光部、622…レンズ、623…貫通孔、700…導光部、800…導光部、812…凹部、S02…空間。

Claims (9)

  1. 第1画素電極および第2画素電極と、
    複数の絶縁層と、第1トランジスターと、第2トランジスターと、前記第1トランジスターに電気的に接続される第1中継電極と、前記第2トランジスターに電気的に接続される第2中継電極と、第1コンタクトホールと、第2コンタクトホールと、を含む積層体と、
    前記積層体と空間を介して配置され、前記積層体の厚さ方向からみて前記第1画素電極と重なる第1レンズ、および、前記厚さ方向からみて前記第2画素電極と重なる第2レンズ、を有するとともに、前記厚さ方向からみて前記第1コンタクトホールと重なる第3コンタクトホールと、前記厚さ方向からみて前記第2コンタクトホールと重なる第4コンタクトホールと、を有するレンズ層と、
    前記積層体の材料と異なる無機材料で構成され、前記第1コンタクトホールの壁面に接触する第1膜と、
    前記積層体の材料と異なる無機材料で構成され、前記第2コンタクトホールの壁面に接触する第2膜と、
    前記第1コンタクトホールに配置される部分と、前記第3コンタクトホールに配置される部分と、を有し、前記空間および前記レンズ層を貫通するとともに、前記第1トランジスターと前記第1画素電極とを電気的に接続する第1コンタクトと、
    前記第2コンタクトホールに配置される部分と、前記第4コンタクトホールに配置される部分と、を有し、前記空間および前記レンズ層を貫通するとともに、前記第2トランジスターと前記第2画素電極とを電気的に接続する第2コンタクトと、を備え、
    前記第1コンタクトは、前記第1膜を貫通し、前記第1中継電極に接触し、
    前記第2コンタクトは、前記第2膜を貫通し、前記第2中継電極に接触する電気光学装置。
  2. 前記第1コンタクトと前記第1レンズとは、前記厚さ方向からみて異なる位置に配置され、
    前記第2コンタクトと前記第2レンズとは、前記厚さ方向からみて異なる位置に配置される請求項1に記載の電気光学装置。
  3. 前記第1コンタクトおよび前記第2コンタクトのそれぞれは、タングステンプラグを有する請求項1または2に記載の電気光学装置。
  4. 前記第1コンタクトの外周面に接触し、ケイ素を含む無機材料で構成される第1無機材料膜と、
    前記第2コンタクトの外周面に接触し、ケイ素を含む無機材料で構成される第2無機材料膜と、をさらに備える請求項1から3のいずれか1項に記載の電気光学装置。
  5. 第1画素電極および第2画素電極と、
    複数の絶縁層と、第1トランジスターと、第2トランジスターと、第1コンタクトホールと、第2コンタクトホールと、を含む積層体と、
    前記積層体と空間を介して配置され、前記積層体の厚さ方向からみて前記第1画素電極と重なる第1レンズ、および、前記厚さ方向からみて前記第2画素電極と重なる第2レンズ、を有するとともに、前記厚さ方向からみて前記第1コンタクトホールと重なる第3コンタクトホールと、前記厚さ方向からみて前記第2コンタクトホールと重なる第4コンタクトホールと、を有するレンズ層と、
    前記レンズ層の材料と異なる無機材料で構成され、前記第3コンタクトホールの壁面に接触する第3膜と、
    前記レンズ層の材料と異なる無機材料で構成され、前記第4コンタクトホールの壁面に接触する第4膜と、
    前記空間および前記レンズ層を貫通し、前記第1トランジスターと前記第1画素電極とを電気的に接続する第1コンタクトと、
    前記空間および前記レンズ層を貫通し、前記第2トランジスターと前記第2画素電極とを電気的に接続する第2コンタクトと、を備える電気光学装置。
  6. 第1画素電極および第2画素電極と、
    複数の絶縁層と、第1トランジスターと、第2トランジスターと、を含む積層体と、
    前記積層体と空間を介して配置され、前記積層体の厚さ方向からみて前記第1画素電極と重なる第1レンズ、および、前記厚さ方向からみて前記第2画素電極と重なる第2レンズ、を有するレンズ層と、
    前記空間および前記レンズ層を貫通し、前記第1トランジスターと前記第1画素電極とを電気的に接続する第1コンタクトと、
    前記空間および前記レンズ層を貫通し、前記第2トランジスターと前記第2画素電極とを電気的に接続する第2コンタクトと、を備え、
    前記レンズ層は、前記厚さ方向からみて前記第1コンタクトおよび前記第2コンタクトと異なる位置に配置される貫通孔を有する電気光学装置。
  7. 前記貫通孔を塞ぐ透光性および絶縁性の透光部を、さらに備える請求項に記載の電気光学装置。
  8. 複数の絶縁層と、第1トランジスターと、第2トランジスターと、を含む積層体を形成する工程と、
    前記積層体上に無機材料で構成される犠牲層を形成する工程と、
    前記犠牲層上に、第1レンズおよび第2レンズを含むレンズ層を形成する工程と、
    前記犠牲層および前記レンズ層を貫通する第1孔と、前記犠牲層および前記レンズ層を貫通する第2孔と、を形成する工程と、
    前記第1トランジスターと電気的に接続される第1コンタクトを前記第1孔内に形成するとともに、前記第2トランジスターと電気的に接続される第2コンタクトを前記第2孔内に形成する工程と、
    前記レンズ層に貫通孔を形成する工程と、
    前記貫通孔を介して前記犠牲層を除去することにより、前記レンズ層と前記積層体との間に空間を形成する工程と、
    前記レンズ層の厚さ方向からみて前記第1レンズと重なり、前記第1コンタクトに電気的に接続される第1画素電極と、前記厚さ方向からみて前記第2レンズと重なり、前記第2コンタクトに電気的に接続される第2画素電極と、を形成する工程と、を有することを特徴とする電気光学装置の製造方法。
  9. 請求項1からのいずれか1項に記載の電気光学装置と、
    前記電気光学装置の動作を制御する制御部と、を有することを特徴とする電子機器。
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