JP7415384B2 - 電気光学装置および電子機器 - Google Patents

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Description

本発明は、電気光学装置および電子機器に関する。
例えばプロジェクターのライトバルブとして用いられる液晶装置等の電気光学装置が知られている。特許文献１に記載の液晶装置は、画素電極を有する基板と、対向電極を有する基板と、これら２個の基板間に配置された液晶層とを備える。
特許文献１に記載の液晶装置では、２個の基板間の距離の均一化を図るため、液晶層に樹脂製のスペーサーが配置される。しかし、樹脂製のスペーサーを液晶層に配置すると、液晶層中に樹脂成分が侵入し、液晶装置に誤作動等の不具合が発生するおそれがある。
有機成分の侵入による誤作動を防ぐため、特許文献２に記載の液晶装置では、無機材料を含むスペーサーが用いられる。当該スペーサーは、画素領域において画素電極と重ならないように配置される。
特開２００３－８４２９０号公報 特開２００６－３０１４７６号公報
しかし、特許文献２に記載のスペーサーと画素電極との配置関係では、スペーサーを備える分、配線面積が大きくなってしまい、画素の高密度化を図ることが難しいという問題がある。
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画素電極を有する第１基板と、共通電極を有する第２基板と、前記第１画素電極および前記第２画素電極と、前記共通電極との間に配置され、電界に応じて光学的特性が変化する電気光学層と、を備え、前記第１基板には、前記第１基板と前記第２基板との間の距離を規定し、酸化ケイ素または酸窒化ケイ素を含む第１絶縁層と、酸化ケイ素または酸窒化ケイ素を含む第２絶縁層と、前記第１絶縁層と前記第２絶縁層との間に窒化ケイ素または金属を含む材料で構成される遮光層と、を有するスペーサーが設けられ、前記スペーサーは、前記第１基板の厚さ方向からみて、前記第１画素電極と重なる。
また、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画素電極を有する第１基板と、共通電極を有する第２基板と、前記第１画素電極および前記第２画素電極と、前記共通電極との間に配置され、電界に応じて光学的特性が変化する電気光学層と、を備え、前記第１基板は、前記第１基板と前記第２基板との間の距離を規定し、無機材料を含むスペーサーと、前記第１画素電極に接続される導電膜が設けられる絶縁体と、前記絶縁体と前記第１画素電極との間に配置され、酸化アルミニウムまたは酸化ハフニウムを含む金属酸化物層と、を有し、前記スペーサーは、前記第１基板の厚さ方向からみて、前記第１画素電極と重なる。
好適な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。 素子基板の一部を示す断面図である。 素子基板の一部を示す平面図である。 スペーサーおよびその近傍を示す断面図である。 スペーサーおよびその近傍を示す断面図である。 スペーサーの製造方法について説明するための断面図である。 スペーサーの製造方法について説明するための断面図である。 スペーサーの製造方法について説明するための断面図である。 スペーサーの製造方法について説明するための断面図である。 金属酸化物層の製造方法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平面図である。 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。
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。
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、本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。素子基板２は「第１基板」の例示である。対向基板４は「第２基板」の例示である。液晶層９は「電気光学層」の例示である。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。対向基板４が有する後述の第２基体４１の表面がＸ－Ｙ平面に平行である。以下では、素子基板２の厚さ方向である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から出射される。なお、光は、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基体２１、配線層２０、複数の画素電極２７および第１配向膜２９等を有する。第１基体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基体２１と複数の画素電極２７との間には配線層２０が配置される。画素電極２７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の構成については、後で説明する。
図２に示すように、対向基板４は、第２基体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基体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基体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基体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８１が形成される。注入口８１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２７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。つまり、液晶層９は、印加される電圧に応じて光を変調させることで階調表示を可能とする。
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とが配置される。外部端子１４には、走査線駆動回路１１およびデータ線駆動回路１２のそれぞれから引き回される引回配線１５が接続される。
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には、行列状に配列される複数の画素Ｐが設けられる。１つの画素Ｐに対して１つの画素電極２７が配置される。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には、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、が設けられる。ｎおよびｍはそれぞれ２以上の整数である。
ｎ本の走査線２４４は、それぞれＹ軸に沿って延在し、Ｘ軸に沿って等間隔で並ぶ。走査線２４４は、トランジスター２３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。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は、それぞれＸ軸に沿って延在し、Ｙ軸に沿って等間隔で並ぶ。データ線２４６は、トランジスター２３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。ｍ本のデータ線２４６には、図１に示すデータ線駆動回路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つの走査線２４４と隣り合う２つのデータ線２４６とで囲まれる領域が画素Ｐに対応する。１つの画素Ｐには、１つの画素電極２７が設けられる。１つの画素電極２７には、１つのトランジスター２３が電気的に接続される。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。
ｎ本の容量線２４５は、それぞれＹ軸に沿って延在し、Ｘ軸に沿って等間隔で並ぶ。また、ｎ本の容量線２４５は、複数のデータ線２４６および複数の走査線２４４と絶縁され、これらに対して離間して形成される。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、容量線２４５と画素電極２７との間には、液晶容量に保持される電荷のリークを防止するために蓄積容量２４０が液晶容量と並列に配置される。蓄積容量２４０は、供給された画像信号Ｓｍに応じて画素電極２７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２７に印加される。これにより、画素電極２７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
図４は、素子基板２の一部を示す断面図である。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に示すように、素子基板２は、第１基体２１、遮光体２４１、配線層２０、保護層２５、金属酸化物層２６、複数の画素電極２７、複数のスペーサー５、コート層２８および第１配向膜２９を有する。なお、保護層２５は配線層２０に含まれる層として捉えてもよい。
図４に示すように、第１基体２１には、遮光性および導電性を有する遮光体２４１が設けられる。遮光体２４１は、トランジスター２３ごとに設けられる。なお、遮光体２４１は、第１基体２１に設けられる凹部内に配置される。遮光体２４１の構成材料としては、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が挙げられる。これらの中でも、タングステンを用いることで、遮光体２４１によってトランジスター２３への光の入射を特に効果的に防ぐことができる。また、遮光体２４１は、トランジスター２３が有するゲート電極に電気的に接続され、バックゲートとして用いられてもよい。
遮光体２４１上には、配線層２０が配置される。配線層２０は、トランジスター２３、走査線２４４、容量線２４５、蓄積容量２４０、データ線２４６、および接続配線２４７を有する。また、配線層２０は、絶縁性および透光性を有する絶縁体２２を有する。絶縁体２２は、層間絶縁膜２２１、２２２、２２３、２２４、２２５、２２６、および２２７がこの順に積層された構成である。層間絶縁膜２２１～２２７は、それぞれ、例えば熱酸化またはＣＶＤ（chemical vapor deposition）法等で成膜される酸化ケイ素膜で構成される。絶縁体２２の層間には、複数のトランジスター２３および各種配線のそれぞれが適宜に配置される。
第１基体２１には層間絶縁膜２２１が配置される。層間絶縁膜２２１と層間絶縁膜２２２との間にはトランジスター２３が配置される。詳細な図示はしないが、トランジスター２３は、半導体層、ゲート電極およびゲート絶縁膜を有する。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。層間絶縁膜２２２と層間絶縁膜２２３との間には、走査線２４４が配置される。走査線２４４は、トランジスター２３のゲート電極に電気的に接続される。層間絶縁膜２２３と層間絶縁膜２２４との間には、容量線２４５が配置される。層間絶縁膜２２４と層間絶縁膜２２５との間には、蓄積容量２４０が配置される。蓄積容量２４０は、例えばトランジスター２３のドレイン領域に電気的に接続される電極と、容量線２４５に電気的に接続される電極と、これら２個の電極の間に配置された誘電体層とを有する。層間絶縁膜２２５と層間絶縁膜２２６との間には、データ線２４６が配置される。データ線２４６はトランジスター２３のソース領域に電気的に接続される。層間絶縁膜２２６と層間絶縁膜２２７との間には、接続配線２４７が配置される。接続配線２４７は、画素電極２７に接続される「導電膜」であり、蓄積容量２４０の電極と画素電極２７とを電気的に接続する。１個の接続配線２４７は、１個の画素電極２７に対応して設けられる。
なお、図４では、絶縁体２２の層間に配置されたトランジスター２３および各種配線が模式的に示される。各種配線の配置は図４に示す例に限定されず任意である。例えば、データ線２４６よりも上層に蓄積容量２４０が配置されてもよい。また、接続配線２４７を省略し、蓄積容量２４０が有する電極に画素電極２７が直接的に接続されてもよい。この場合、蓄積容量２４０が有する電極は、画素電極２７に接続される「導電膜」に相当する。
蓄積容量２４０が有する各電極は、例えば窒化チタン膜で構成される。走査線２４４、容量線２４５、データ線２４６および接続配線２４７等の各種配線は、例えば、アルミニウム膜と窒化チタン膜との積層体で構成される。アルミニウム膜を含むことで、窒化チタン膜のみで構成される場合に比べて低抵抗化を図ることができる。なお、これら電極または各種配線のそれぞれは、前述の材料以外の材料で構成されてもよい。例えば、これら電極または配線のそれぞれは、タングステン、チタン、クロム、鉄およびアルミニウム等の金属、金属窒化物、ならびに金属シリサイド等で構成されてもよい。
図５は、素子基板２の一部を示す平面図である。図５に示すように、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は、行列状に配置され、それぞれＺ１方向からみてほぼ四角形状をなす。各透光領域Ａ１１には、画素電極２７が設けられる。配線領域Ａ１２は、Ｚ１方向からみて格子状をなし、透光領域Ａ１１を囲む。配線領域Ａ１２には、トランジスター２３、走査線２４４、データ線２４６、容量線２４５および接続配線２４７が設けられる。複数の走査線２４４と複数のデータ線２４６とは、Ｚ１方向からみて格子状をなす。トランジスター２３は、走査線２４４とデータ線２４６との交差位置に配置される。なお、図５では図示しないが、蓄積容量２４０も交差位置に配置される。
１Ｄ．スペーサー５およびその近傍の構成
図６および図７は、それぞれ、スペーサー５およびその近傍を示す断面図である。図６は、図５中のＢ－Ｂ線断面に相当し、図７は、図５中のＣ－Ｃ線断面に相当する。図６および図７に示すように、配線層２０上には、保護層２５が配置される。保護層２５は、吸湿性を有し、液晶層９に混入した水分を吸着する。保護層２５は、例えば、ＢＳＧ（Borosilicate Glass）等の透光性および吸湿性を有する無機材料で構成される。なお、保護層２５は適宜省略してもよい。
保護層２５上には、金属酸化物層２６が配置される。金属酸化物層２６は、絶縁体２２と画素電極２７との間に配置され、保護層２５と画素電極２７とに接触する。金属酸化物層２６は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）または酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）を含む。かかる金属酸化物層２６が設けられることで、画素電極２７の加工時に保護層２５および絶縁体２２が損傷することを抑制することができる。
また、金属酸化物層２６が酸化アルミニウムであることで、絶縁体２２と画素電極２７との間における界面反射を低減できる。具体的には、前述のように、絶縁体２２が酸化ケイ素で構成され、画素電極２７がＩＴＯで構成される場合、金属酸化物層２６における屈折率は、絶縁体２２における屈折率よりも高く、かつ画素電極２７における屈折率よりも低い。つまり、絶縁体２２、金属酸化物層２６および画素電極２７の各屈折率は、この順に高くなる。それゆえ、金属酸化物層２６が設けられていない場合に比べ、絶縁体２２と画素電極２７との間における界面反射を抑制することができる。よって、光の利用効率の低下を抑制することができる。なお、本実施形態では、絶縁体２２上に保護層２５が設けられるが、保護層２５、金属酸化物層２６および画素電極２７の各屈折率もこの順に高くなる。
図７に示すように、遮光層５３は、隣り合う２個の画素電極２７の間に開口する開口部２６０を有する。開口部２６０を有することで、保護層２５がＺ１方向からみて遮光層５３と重ならない部分を有する。よって、保護層２５の吸湿性を効果的に発揮することができる。なお、コート層２８および第１配向膜２９が保護層２５上に配置されていても、保護層２５の吸湿性を発揮することができる。ただし、保護層２５上には、コート層２８および第１配向膜２９が設けられてなくてもよい。
金属酸化物層２６上には、複数の画素電極２７が配置される。画素電極２７は、層間絶縁膜２２７に設けられたコンタクトホールの壁面に沿って形成されたコンタクト部２７０を有する。コンタクト部２７０は接続配線２４７に接続される。なお、画素電極２７は、コンタクトホールを埋めるよう設けられたメタルプラグによって接続配線２４７に接続されてもよい。
画素電極２７上には、柱状のスペーサー５が配置される。スペーサー５は、層間絶縁膜２２７に設けられたコンタクトホールの一部を埋めるように配置される。スペーサー５は、素子基板２と対向基板４との間の距離を規定する。具体的には、図４に示すように、スペーサー５は、画素電極２７と共通電極４５との間の距離を規定する。別の見方をすれば、スペーサー５は、液晶層９の厚さを規定する。スペーサー５は、画素電極２７から対向基板４に向かって、Ｚ１方向に沿って突出する。Ｚ軸を含む平面でスペーサー５を切断した断面形状は台形である。スペーサー５のうち画素電極２７から突出する部分の幅は、先端面に向かって漸次的に狭くなる。スペーサー５の先端面は、コート層２８および第１配向膜２９を介して対向基板４に接続される。なお、スペーサー５の先端面は直接的に対向基板４に接触してもよい。
スペーサー５は無機材料で構成される。すなわち、スペーサー５は樹脂材料を含まない。そのため、液晶層９中に樹脂成分が侵入し、有機汚染により誤作動等の不具合が発生することを防止することができる。また、無機材料で構成されることで、有機材料で構成される場合に比べ、スペーサー５の寸法精度を高めることができ、かつ経時的な寸法変化を生じ難くすることができる。よって、長期にわたって、素子基板２と対向基板４との間の距離の安定化を図ることができる。また、長期にわたって、画素Ｐごとの当該距離の差を低減することができる。なお、スペーサー５は無機材料を含んでいればよく、スペーサー５全体が無機材料で構成されていなくてもよい。その場合、少なくともスペーサー５の外表面を無機材料で構成することで、有機汚染による誤作動等の不具合の発生を抑制することができる。
図５に示すように、スペーサー５は、Ｚ１方向からみて画素電極２７と重なる。別の言い方をすれば、スペーサー５は、Ｚ１方向からみて画素電極２７と重ねて配置可能である。そのため、スペーサー５の設置の自由度を高めることができる。また、スペーサー５を設けるための領域を別途設けなくて済むため、スペーサー５がＺ１方向からみて画素電極２７と重なっていない場合に比べ、画素Ｐの高密度化を図ることができる。よって、電気光学装置１００の高解像度化を図ることができる。
また、スペーサー５が対向基板４ではなく素子基板２に設けられることで、画素電極２７に対するスペーサー５の位置精度を高めることができる。そのため、スペーサー５によって開口率が低下することを抑制することができる。
図５に示すように、スペーサー５は、Ｚ１方向からみて隣り合う複数の画素電極２７と重なる。図示の例では、スペーサー５は、Ｚ１方向からみて２個の画素電極２７に重なる。別の見方をすれば、１個のスペーサー５に対して、複数の画素電極２７が対応しているとも言える。１個のスペーサー５がＺ１方向からみて複数の画素電極２７と重なることで、１個のスペーサー５がＺ１方向からみて１個の画素電極２７のみと重なる場合に比べ、画素Ｐの高密度化を図ることができる。ここで、上記の隣り合う２個の画素電極２７とは、Ｘ軸、Ｙ軸、またはＸ－Ｙ平面においてＸ軸およびＹ軸の両方と交差する軸のいずれかに沿って隣り合う任意の２個の画素電極２７のことをいう。複数の画素電極２７のうちの任意の１個の画素電極２７を「第１画素電極」とし、それと隣り合う１個の画素電極２７を「第２画素電極」とすると、「第１画素電極」と「第２画素電極」との間にスペーサー５が設けられる。図示の例では、スペーサー５は、Ｚ１方向からみてＹ軸に隣り合う２個の画素電極２７に重なる。なお、スペーサー５は、Ｚ１方向からみて配線領域Ａ１２にも重なる。
また、図５に示すスペーサー５の形状は、Ｚ１方向からみて四角形であるが、これに限定されず、例えばＺ１方向からみて円形等であってもよい。また、図５に示すスペーサー５のＺ１方向からみた形状は、Ｙ軸に沿った方向を長手形状とする四角形状であるが、例えばＸ軸に沿った方向を長手形状とする四角形状であってもよい。
図６および図７に示すように、スペーサー５は、複数の層で構成される。具体的には、スペーサー５は、第２絶縁層５２、遮光層５３および第１絶縁層５１を有する。第２絶縁層５２、遮光層５３および第１絶縁層５１は、この順にＺ１方向に沿って画素電極２７上に積層される。
第２絶縁層５２は、画素電極２７と遮光層５３との間に配置され、これらに接触する。第２絶縁層５２は、二酸化ケイ素等の酸化ケイ素、または酸窒化ケイ素を含むことが好ましく、酸化ケイ素で構成されることがより好ましい。第２絶縁層５２を備えることで、遮光層５３は画素電極２７に接触しない。そのため、遮光層５３の影響によって画素電極２７の結晶性が変わることを抑制することができる。また、酸化ケイ素で構成されることで第２絶縁層５２を特に容易に製造することができる。
遮光層５３は、第１絶縁層５１と第２絶縁層５２との間に配置され、これらに接触する。遮光層５３は、遮光性を有する。本明細書において、遮光性とは、可視光に対する遮光性を意味し、好ましくは、可視光の透過率が５０％未満であることをいい、より好ましくは、１０％以下であることをいう。スペーサー５が遮光層５３を含むことで、スペーサー５が導光路として機能することが抑制される。そのため、ある画素Ｐにおける光が他の画素Ｐに侵入してしまい、コントラストが低下することを抑制することができる。
遮光層５３は、例えば、窒化ケイ素、または窒化チタン等の金属を含む材料で構成される。かかる材料で構成されることで、スペーサー５が導光路として機能することを特に効果的に抑制することができる。また、遮光層５３が窒化ケイ素であることで、金属を用いずにスペーサー５を形成することができる。そのため、金属が液晶層９に侵入することによる液晶層９の劣化が抑制される。それゆえ、電気光学装置１００の長寿命化を図ることができる。
図６および図７に示す第１絶縁層５１は、「絶縁層」の例示である。第１絶縁層５１の厚さは、遮光層５３および第２絶縁層５２の各厚さよりも充分に厚い。第１絶縁層５１は、二酸化ケイ素等の酸化ケイ素、または酸窒化ケイ素を含むことが好ましく、酸化ケイ素で構成されることがより好ましい。酸化ケイ素および酸窒化ケイ素を含むことで、例えばドライエッチングにより寸法精度の高い第１絶縁層５１を容易に製造することができる。特に、酸化ケイ素で構成されることでより容易に製造することができる。また、上述の第２絶縁層５２、遮光層５３および第１絶縁層５１を有することで、無機材料で構成されたスペーサー５を特に高精度かつ所望の形状に形成することができる。
スペーサー５の表面には、ケイ素を含む無機材料で構成されるコート層２８が設けられる。コート層２８は、スペーサー５の表面を被覆する。当該ケイ素を含む無機材料は、例えば二酸化ケイ素等の酸化ケイ素である。かかるコート層２８によってスペーサー５が覆われることで、遮光層５３が金属を含む場合であっても、金属が液晶層９に侵入することによる液晶層９の劣化が抑制される。そのため、電気光学装置１００の長寿命化を図ることができる。
また、コート層２８上には、第１配向膜２９が設けられる。したがって、コート層２８は、第１配向膜２９とスペーサー５との間、および第１配向膜２９と画素電極２７との間に設けられる。第１配向膜２９の下層にコート層２８が設けられることで、第１配向膜２９の均一性を高めることができ、第１配向膜２９によって画素電極２７が覆われてない箇所が生じることが抑制される。なお、コート層２８および第１配向膜２９は、スペーサー５の先端面に設けられていなくてもよい。
なお、スペーサー５は、第１絶縁層５１、第２絶縁層５２、および遮光層５３以外の層を有してもよく、例えば第２絶縁層５２および遮光層５３は省略されてもよい。また、コート層２８は省略されてもよい。
１Ｅ．スペーサー５の製造方法
図８、図９、図１０、および図１１は、それぞれスペーサー５の製造方法について説明するための断面図である。
まず、図８に示すように、保護層２５上に、酸化アルミニウムまたは酸化ハフニウムを含む金属酸化物層２６が形成される。次いで、金属酸化物層２６上に複数の画素電極２７が形成される。具体的には、保護層２５上に、ＰＶＤ（physical vapor deposition）法等によりＩＴＯ等の透明導電材料で構成される膜が形成される。その後、当該膜をパターニングすることにより複数の画素電極２７が形成される。かかるパターニングにおいて、金属酸化物層２６はエッチングストッパーとして機能する。よって、金属酸化物層２６が設けられることで、エッチングにより保護層２５および層間絶縁膜２２７が損傷することを抑制することができる。なお、各画素電極２７のコンタクト部２７０は、コンタクトホールの壁面に沿って形成される。
次に、図８に示すように、複数の画素電極２７上に、例えばプラズマＣＶＤ等の蒸着法により第２絶縁層５２ａが形成される。第２絶縁層５２ａは、例えば酸化ケイ素または酸窒化ケイ素を含む。第２絶縁層５２ａの一部は、コンタクト部２７０上でコンタクト部２７０の形状に沿って形成される。
次に、図９に示すように、第２絶縁層５２ａ上に、例えばスパッタリング法または蒸着法により遮光層５３ａが形成される。遮光層５３ａは、例えば、窒化ケイ素、または窒化チタン等の金属を含む材料で構成される。遮光層５３ａの一部は、コンタクトホール内において、第２絶縁層５２ａ上で第２絶縁層５２ａの形状に沿って形成される。
次に、図１０に示すように、遮光層５３ａ上に複数の第１絶縁層５１が形成される。具体的には、遮光層５３ａ上に、例えばプラズマＣＶＤ等の蒸着法により酸化ケイ素または酸窒化ケイ素を含むケイ素含有層が形成される。その後、当該ケイ素含有層をドライエッチング等でパターニングすることにより、複数の第１絶縁層５１が形成される。当該ドライエッチングで用いられるエッチングガスとしては、例えば、四フッ化メタン（ＣＦ４）および八フッ化シクロブタン（Ｃ４Ｆ８）等のフルオロカーボン系ガスが挙げられる。ドライエッチングを用いることでウェットエッチングを用いる場合に比べ、第１絶縁層５１の寸法精度を高めることができる。また、前述の遮光層５３ａが設けられることで、当該ドライエッチングにおいて複数の画素電極２７が損傷することを抑制することができる。なお、第１絶縁層５１は、コンタクトホール内を埋めるように設けられる。
次に、遮光層５３ａの一部を除去することにより、図１１に示すように、複数の遮光層５３が形成される。当該除去では、例えばケミカルドライエッチングが用いられる。ケミカルドライエッチングを用いることで、画素電極２７に損傷が生じることを抑制することができる。例えば、遮光層５３ａが窒化チタンである場合、当該ケミカルドライエッチングでは、四フッ化メタン（ＣＦ４）および酸素（Ｏ２）を含むエッチングガスが用いられる。
次に、第２絶縁層５２ａの一部を除去することにより、複数の第２絶縁層５２が形成される。当該除去では、例えばウェットエッチングが用いられる。ウェットエッチングを用いることでドライエッチングを用いる場合に比べて画素電極２７に損傷が生じることを抑制することができる。当該ウェットエッチングでは、例えばＢＨＦ（バッファードフッ酸）、またはＤＨＦ（希フッ酸）等のフッ素系のエッチング液が用いられる。遮光層５３ａおよび第２絶縁層５２ａの一部が除去されることにより、図１１に示すように複数のスペーサー５が形成される。
以上のような方法により、無機材料で構成されるスペーサー５を特に簡単かつ確実に製造することができる。また、スペーサー５の製造において、画素電極２７が損傷することを特に効果的に抑制することができる。
図１２は、金属酸化物層２６の製造方法を説明するための断面図である。図１２に示すように、スペーサー５を形成した後、金属酸化物層２６の一部が除去されることで、開口部２６０が形成される。開口部２６０が形成されることで、保護層２５の一部が露出する。すなわち、保護層２５の一部は、Ｚ１方向からみて画素電極２７および金属酸化物層２６と重ならない。保護層２５は、金属酸化物層２６によって覆われていない部分を有することで、液晶層９に混入した水分を効果的に吸着することができる。また、金属酸化物層２６が酸化アルミニウムである場合、フッ酸等を用いて金属酸化物層２６の一部は除去される。そのため、金属酸化物層２６が酸化アルミニウムであることで、金属酸化物層２６の一部を特に簡単に除去することができる。
また、図示はしないが、保護層２５の一部を露出させた後、スペーサー５を覆うようにコート層２８が形成される。コート層２８は、例えばＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法等により形成される。コート層２８の形成では、適宜、蒸着源に対して画素電極２７の表面が斜めに配置される。これにより、画素電極２７の表面だけでなく、スペーサー５の壁面にコート層２８を好適に形成することができる。コート層２８は、例えばケイ素を含む無機材料で形成される。特に、二酸化ケイ素等の酸化ケイ素で形成されることで、ＡＬＤ法により、均質で充分に薄いコート層２８を形成することができる。
また、図示はしないが、コート層２８が形成された後、コート層２８上に、例えばＣＶＤ法またはＡＬＤ法により酸化ケイ素等を含む膜が形成される。そして、当該膜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。コート層２８上に第１配向膜２９が形成されることで、コート層２８が無い場合に比べ、画素電極２７およびスペーサー５に対する第１配向膜２９の密着性を高めることができる。密着性を高めるためには、コート層２８と第１配向膜２９とは同一の材料を含むことが特に好ましい。なお、第１配向膜２９の形成においても、コート層２８の形成と同様に、適宜、蒸着源に対して画素電極２７の表面が斜めに配置される。
２．変形例
以上に例示した実施形態は多様に変形され得る。前述の実施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、スペーサー５の一部が、Ｚ１方向からみて画素電極２７の一部に重なっているが、スペーサー５の全部が、Ｚ１方向からみて画素電極２７に重なってもよい。ただし、前述の実施形態のように、スペーサー５の少なくとも一部が、Ｚ１方向からみて画素電極２７に重なっていればよい。
前述の実施形態では、１個のスペーサー５は、Ｚ１方向からみて２個の画素電極２７に重なるが、１個のスペーサー５は、１個の画素電極２７のみに重なっていてもよい。また、１個のスペーサー５は、３個の画素電極２７または４個の画素電極２７に重なってもよい。また、スペーサー５は、Ｚ１方向からみて、Ｘ軸またはＹ軸に沿って並ぶ３個以上の画素電極２７に跨って延びる直線状であってもよい。つまり、スペーサー５は、Ｘ軸またはＹ軸に沿って並ぶ３個以上の画素電極２７に跨って設けられる壁状であってもよい。
前述の実施形態では、第１配向膜２９は、スペーサー５を覆うように形成されたが、第１配向膜２９は、画素電極２７の表面に設けられ、スペーサー５の表面に設けられていなくてもよい。その場合、第１配向膜２９は、画素電極２７の形成後で、スペーサー５の形成前に、画素電極２７上に形成されてもよい。
前述の実施形態では、１個のスペーサー５は、複数の画素電極２７に対応して設けられるが、スペーサー５と画素電極２７とは、１対１で設けられてもよい。
前述の実施形態では、トランジスター２３はＴＦＴである場合を例に説明したが、トランジスター２３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。
３．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１３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１４は、電子機器の一例であるスマートフォン３０００を示す平面図である。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１５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は前述のように高解像度化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または投射型表示装置４０００の表示品質を高めることができる。
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。
１ｂ…電気光学装置、１ｇ…電気光学装置、１ｒ…電気光学装置、２…素子基板、４…対向基板、５…スペーサー、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、２０…配線層、２１…第１基体、２２…絶縁体、２３…トランジスター、２５…保護層、２６…金属酸化物層、２７…画素電極、２８…コート層、２９…第１配向膜、４１…第２基体、４２…絶縁膜、４５…共通電極、４６…第２配向膜、５１…第１絶縁層、５２…第２絶縁層、５３…遮光層、５２ａ…第２絶縁層、５３ａ…遮光層、８０…封止材、８１…注入口、１００…電気光学装置、２２１…層間絶縁膜、２２２…層間絶縁膜、２２３…層間絶縁膜、２２４…層間絶縁膜、２２５…層間絶縁膜、２２６…層間絶縁膜、２２７…層間絶縁膜、２４０…蓄積容量、２４１…遮光体、２４４…走査線、２４５…容量線、２４６…データ線、２４７…接続配線、２６０…開口部、２７０…コンタクト部、２０００…パーソナルコンピューター、２００１…電源スイッチ、２００２…キーボード、２００３…制御部、２０１０…本体部、３０００…スマートフォン、３００１…操作ボタン、３００２…制御部、４０００…投射型表示装置、４００１…照明光学系、４００２…照明装置、４００３…投射光学系、４００４…投射面、４００５…制御部、Ａ１０…表示領域、Ａ２０…周辺領域、Ａ１１…透光領域、Ａ１２…配線領域、Ｐ…画素。

Claims (4)

  1. 第１画素電極、および第２画素電極を有する第１基板と、
    共通電極を有する第２基板と、
    前記第１画素電極および前記第２画素電極と、前記共通電極との間に配置され、電界に応じて光学的特性が変化する電気光学層と、を備え、
    前記第１基板には、前記第１基板と前記第２基板との間の距離を規定し、酸化ケイ素または酸窒化ケイ素を含む第１絶縁層と、酸化ケイ素または酸窒化ケイ素を含む第２絶縁層と、前記第１絶縁層と前記第２絶縁層との間に窒化ケイ素または金属を含む材料で構成される遮光層と、を有するスペーサーが設けられ、
    前記スペーサーは、前記第１基板の厚さ方向からみて、前記第１画素電極と重なることを特徴とする電気光学装置。
  2. 前記スペーサーは、前記厚さ方向からみて、前記第１画素電極および前記第２画素電極と重なる請求項１に記載の電気光学装置。
  3. 第１画素電極、および第２画素電極を有する第１基板と、
    共通電極を有する第２基板と、
    前記第１画素電極および前記第２画素電極と、前記共通電極との間に配置され、電界に応じて光学的特性が変化する電気光学層と、を備え、
    前記第１基板は、前記第１基板と前記第２基板との間の距離を規定し、無機材料を含むスペーサーと、前記第１画素電極に接続される導電膜が設けられる絶縁体と、前記絶縁体と前記第１画素電極との間に配置され、酸化アルミニウムまたは酸化ハフニウムを含む金属酸化物層と、を有し、
    前記スペーサーは、前記第１基板の厚さ方向からみて、前記第１画素電極と重なることを特徴とする電気光学装置。
  4. 請求項１から３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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