(57)【要約】【課題】  線幅の設計ルールがより小さい最先端の微細加工装置を用いることなく画素領域の開口率を１００％近くまで向上させることが可能な液晶表示装置を提供する。【解決手段】  アルミニウム合金等よりなる反射型の画素電極１２と駆動回路とがマトリックス状に配列され、画素間隙が埋め込まれた絶縁材料により平坦になされた駆動基板１４と、対向電極１６が形成された透明基板３４とを、その間に液晶ＬＣを挟んで接合してなる液晶表示装置において、各画素電極上に、画素電極と同じ形状の金属反射膜５０を画素電極の配列方向に対して横軸及び縦軸方向それぞれに画素間幅以下の距離だけ位置ずれさせて設けると共に、金属反射膜の少なくとも周辺部の積層方向下部に、隣接する画素電極のエッジ部１２Ａとの間の短絡を防止するための短絡防止用絶縁膜４８を介在させて設ける。【選択図】  図１
2006350149.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウムまたはアルミニウム合金よりなる反射型の画素電極と該画素電極を駆動する駆動回路とがマトリックス状に配列されると共に画素間隙が埋め込まれた絶縁材料により平坦になされた駆動基板と、対向電極が形成された透明基板とを、前記画素電極と対向電極とが対向するように間に液晶を挟んで接合してなる液晶表示装置において、
前記各画素電極上に、前記画素電極と同じ形状の金属反射膜を前記画素電極の配列方向に対して横軸及び縦軸方向それぞれに画素間幅以下の距離だけ位置ずれさせて設けると共に、前記金属反射膜の少なくとも周辺部の積層方向下部に、隣接する画素電極のエッジ部との間の短絡を防止するための短絡防止用絶縁膜を介在させて設けるように構成したことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記金属反射膜は、アルミニウム、アルミニウム合金、銀及び銀合金のいずれか１の材料よりなることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項３】
アルミニウムまたはアルミニウム合金よりなる反射型の画素電極と該画素電極を駆動する駆動回路とがマトリックス状に配列されると共に画素間隙が埋め込まれた絶縁材料により平坦になされた駆動基板と、対向電極が形成された透明基板とを、前記画素電極と対向電極とが対向するように間に液晶を挟んで接合してなる液晶表示装置の製造方法において、
前記画素電極を含んで前記駆動基板上に、短絡防止用絶縁膜材料を全面に亘って形成する工程と、
前記短絡防止用絶縁膜材料を、前記画素電極の周囲の画素間隙に埋め込まれた絶縁材料と隣接する画素電極のエッジ部との間を跨ぐ部分を残して除去することにより短絡防止用絶縁膜を形成する工程と、
前記短絡防止用絶縁膜を含んで前記駆動基板上に、金属反射膜材料を全面に亘って形成する工程と、
前記金属反射膜材料をエッチングすることにより前記画素電極の配列方向に対して横軸及び縦軸方向それぞれに画素間幅以下の距離だけ位置ずれして配列されたような状態で前記画素電極と同じ形状の金属反射膜を形成する工程と、
前記金属反射膜の形成された前記駆動基板と前記透明基板とを、間に前記液晶を封入して接合する工程と、
を有することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビデオプロジェクタ等の大画面ディスプレイに用いる反射型の液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、屋外公衆用や管制業務用のディスプレイ、またハイビジョン等の高精細映像の表示用ディスプレイ、或いは投射プロジェクタ等のように、映像を大画面に表示するための投射型表示装置の要望が高まっている。その投射型表示装置には大別すると透過方式と反射方式のものがあるが、双方の方式とも、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）、すなわち、液晶表示装置が用いられ、この液晶表示装置に読み出し光を入射させ、その入射光を映像信号に対応させて画素単位で変調することにより投射光を得るようになっている（例えば特許文献１、２、３）。
【０００３】
ここで反射型の液晶表示装置を用いた一般的な投射プロジェクタの一例を説明する。図９は液晶表示装置を用いたプロジェクタを示す原理図、図１０は１つの画素の等価回路図、図１１は液晶表示装置の一部を示す部分拡大断面図である。図９において、このプロジェクタは、読み出し光Ｌを発生する光源２と、内部に液晶が封入されて画像信号に応じて読み出し光Ｌを変調させて反射する液晶表示装置４と、上記光源２からの読み出し光Ｌを偏光させて上記液晶表示装置４に向けて反射させると共に、上記液晶表示装置４からの変調された反射光を透過する偏光ビームスプリッタ６と、この偏光ビームスプリッタ６を透過した光を投射する投射レンズ８とよりなり、この投射レンズ８からの光をスクリーン１０上に投射することにより、このスクリーン１０に画像を表示するようになっている。
【０００４】
上記液晶表示装置４は、表面にマトリックス状に反射型の複数の画素電極（反射電極）１２が設けられた駆動基板１４と、共通になされた透明な対向電極１６との間に液晶ＬＣを封入して構成されており、結果的に複数の画素がマトリックス状に縦横方向に配列されていることになる。従って、上記各画素電極１２は、所定の画素間幅だけ離間させて縦横方向へマトリックス状に配列される。
図１０は１つの画素の等価回路図を示しており、１つの画素は例えばＣＭＯＳトランジスタよりなるスイッチングトランジスタＴｒと、このスイッチングトランジスタＴｒのドレインＤに接続される保持容量Ｃとを有し、上記ドレインＤは画素電極１２にも接続されている。
【０００５】
そして、上記スイッチングトランジスタＴｒのソースＳは、画像信号が伝送される信号線１８に接続され、ゲートＧはゲート線２０に接続される。これにより、信号線１８に画像信号を印加した状態で、ゲート線２０によりゲートＧをオンしてこの画素を周期的に選択することにより、上記画像信号は保持容量Ｃに蓄積され、ゲートＧをオフしても所定の時間はこの保持容量Ｃに蓄積された電荷が画素電極１２に供給されて、この画素の液晶ＬＣを駆動表示することになる。
【０００６】
ここで図１１を参照して液晶表示装置４の断面構造について説明する。前述したように、この液晶表示装置４は、駆動基板１４と、対向電極１６と、これらの間に封入された液晶ＬＣとを有している。具体的には、上記駆動基板１４は、例えばＰ型シリコン基板よりなる半導体基板２２を有しており、この表面にソースＳ、ドレインＤ、ゲートＧよりなるスイッチングトランジスタＴｒが形成され、このトランジスタＴｒに隣接して保持容量Ｃを形成し、これにより上記画素電極１２を駆動する駆動回路を構成している。
【０００７】
また、上記駆動基板１４の表面（上面）には、複数の画素電極１２がマトリックス状に配置されており、隣り合う画素電極２同士間には僅かな隙間（画素間隙）２４が設けられており、互いに絶縁状態になされている。この隙間２４の幅が画素間幅となる。そして、この画素電極２の下方には、例えばＳｉＯ２ よりなる絶縁層２８Ａを介して配線も兼ねる遮光層２６が設けられており、上記隙間２４を介して半導体基板２２側へ入ってくる侵入光をできるだけ遮断するようになっている。この遮光層２６は、例えばアルミニウムやアルミニウム合金により形成される。
【０００８】
また上記遮光層２６の下方には、例えばＳｉＯ２ よりなる絶縁層２８Ｂを介して配線層３０が形成されている。当然のこととして、上記配線層３０は複数に分割されており、一部は信号線１８（図１０参照）としてソースＳに接続され、他の一部はドレインＤと保持容量Ｃとを接続すると共に、上記遮光層２６を介して画素電極１２へも接続している。そして、上記画素電極２の上面には配向膜３２が形成されている。
【０００９】
一方、上記対向電極１６は、例えば透明なガラス板よりなる透明基板３４の表面に形成されており、この対向電極１６の表面（図中下側）にも配向膜３６が形成されている。そして、上述のように形成された画素電極１２はこの駆動基板１４と対向電極１６付きの透明基板３４との間にスペーサ（図示せず）を介して液晶ＬＣを封入して液晶表示装置を形成している。
【００１０】
ところで、上記反射方式の液晶表示装置は、スイッチングトランジスタＴｒや保持容量Ｃ等の駆動回路を画素電極１２の下に形成できるため透過方式の液晶表示装置と比較して開口率（表示領域全面に対する光変調に係わる画素領域の占める割合）を大きくとることができ、この効果は画素の大きさが小さくなる程、顕著になる。しかし、この反射型の液晶表示装置でも画素電極同士は互いに隙間２４を隔てて形成しなればならず、原理的にも開口率を１００％にすることはできない。例えば、実際の液晶表示装置では画素電極１２同士間の隙間２４の間隔（画素間幅）Ｌ１は０．５〜１μｍ程度であり、画素ピッチが１０μｍ程度になると、単純に開口率を計算しても８１〜９０％程度となる。
【００１１】
【特許文献１】特開平１１−１３５４７９号公報
【特許文献２】特開２０００−１９３９９４号公報
【特許文献３】特開平１０−１５３７４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、プロジェクタなどでは、その表示性能として明るさが非常に重要である。明るさを向上する方法としては、光源や光学系の効率が高いことが必要であると同時に、用いられる反射型の液晶表示装置では画素電極の反射率が高いことが基本的に重要である。そして開口率もできるだけ高いことが重要である。反射型の液晶表示装置は画素電極の面積そのものが開口率を決定する。従って、開口率を上げるには、単純に画素電極間の幅である画素間幅を小さくすればよい。しかし、例えば高歩留りに０．１μｍ幅で電極間を加工するには、０．０５μｍ程度の微細加工技術が必要となる。ところが、駆動回路の加工にはそのような最先端の技術は不要であり、画素加工のためにこのような微細加工が可能な高性能の加工装置を導入することは大きなコストアップにつながる、という問題がある。
【００１３】
この点をより詳しく説明すると、図１２は、従来の液晶表示装置の画素電極の一部を拡大したものを示し、図１１中のＡ部の拡大図を示している。ここで、図１２（Ａ）に示すように、画素電極１２はパターニングにより形成されたものであり、画素間に高さＨ１が２００〜３００ｎｍ程度の段差がある。そして配向膜３２を形成して、このまま基板として用いて液晶表示装置を組み立てても良いが、段差が大きいとそこで配向乱れが生じ、画像品質を悪化させる場合がある。そこで、一般には画質劣化を防止するため、図１２（Ｂ）に示すように段差をＳｉＯ２ 等の絶縁材料４０で埋め込んで平坦化処理してから使用される場合が多い。平坦化はＬＳＩプロセスでは通常用いられている手法である。
【００１４】
それに対し、画素間幅Ｌ１を０．１μｍなどと更に狭くした場合には、上述したように線幅が０．０５μｍ以下に対応した最先端の加工装置を導入しなければ量産できず、コスト高を招来してしまう。
その他に、隣接画素を短絡させることなく画素間幅をより少なくする方法としては、例えば上記特許文献３に開示されているように、画素電極間に段差を形成する方法がある。例えば上記特許文献３に開示されているように、絶縁膜で１μｍ程度の段差を画素電極間に形成する方法がある。この方法は画素の大きさが数十μｍと大きい場合は回折ロスを考慮する必要がないので有効である。しかし、高解像度表示デバイスでは大きな段差は回折ロスの原因となり、開口率を高めた効果を害することになる。また大きな段差は配向乱れによる画質劣化の原因にもなるので好ましくない。この場合、段差を小さくすればよいが、絶縁膜の厚みが数十ｎｍ以下になると、露出している絶縁膜の表面からのリークが無視できなくなり、そのため隣接画素同士の絶縁性が保て無くなって歩留りの低下を招来する恐れが出てくる。
【００１５】
また画素電極の反射率を向上させるには、画素電極の材料としてアルミニウム合金に代わって反射率の高い銀合金を電極材料に用いればよい。通常その場合、画素電極を形成するときに電極材料を銀合金に変えることになるが、銀合金はアルミニウム合金と異なり、最適なエッチングガスが存在しないため、微細加工が難しい問題がある。また銀合金に対する加工方法として、特許第３４１０６６７号公報に開示されているようなメッキ法がある。
しかしメッキ法では、種膜のような中間層が必要となるばかりか、希望する組成の合金が必ずしもできない問題がある。また従来のＬＳＩ工程と全く異なるため、技術的な難しさやメッキ処理のための新たな製造設備が返って高くなるなどの問題もある。
【００１６】
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、線幅の設計ルールがより小さい最先端の微細加工装置を用いることなく画素領域の開口率を１００％近くまで向上させることが可能な液晶表示装置及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
請求項１に係る発明は、アルミニウムまたはアルミニウム合金よりなる反射型の画素電極と該画素電極を駆動する駆動回路とがマトリックス状に配列されると共に画素間隙が埋め込まれた絶縁材料により平坦になされた駆動基板と、対向電極が形成された透明基板とを、前記画素電極と対向電極とが対向するように間に液晶を挟んで接合してなる液晶表示装置において、前記各画素電極上に、前記画素電極と同じ形状の金属反射膜を前記画素電極の配列方向に対して横軸及び縦軸方向それぞれに画素間幅以下の距離だけ位置ずれさせて設けると共に、前記金属反射膜の少なくとも周辺部の積層方向下部に、隣接する画素電極のエッジ部との間の短絡を防止するための短絡防止用絶縁膜を介在させて設けるように構成したことを特徴とする液晶表示装置である。
【００１８】
この場合、請求項２に規定するように、前記金属反射膜は、アルミニウム、アルミニウム合金、銀及び銀合金のいずれか１の材料よりなる。
【００１９】
請求項３に係る発明は、アルミニウムまたはアルミニウム合金よりなる反射型の画素電極と該画素電極を駆動する駆動回路とがマトリックス状に配列されると共に画素間隙が埋め込まれた絶縁材料により平坦になされた駆動基板と、対向電極が形成された透明基板とを、前記画素電極と対向電極とが対向するように間に液晶を挟んで接合してなる液晶表示装置の製造方法において、前記画素電極を含んで前記駆動基板上に、短絡防止用絶縁膜材料を全面に亘って形成する工程と、前記短絡防止用絶縁膜材料を、前記画素電極の周囲の画素間隙に埋め込まれた絶縁材料と隣接する画素電極のエッジ部との間を跨ぐ部分を残して除去することにより短絡防止用絶縁膜を形成する工程と、前記短絡防止用絶縁膜を含んで前記駆動基板上に、金属反射膜材料を全面に亘って形成する工程と、前記金属反射膜材料をエッチングすることにより前記画素電極の配列方向に対して横軸及び縦軸方向それぞれに画素間幅以下の距離だけ位置ずれして配列されたような状態で前記画素電極と同じ形状の金属反射膜を形成する工程と、前記金属反射膜の形成された前記駆動基板と前記透明基板とを、間に前記液晶を封入して接合する工程と、を有することを特徴とする液晶表示装置の製造方法である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の液晶表示装置及びその製造方法によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
線幅の設計ルールがより小さい最先端の微細加工装置を用いることなく画素領域の開口率を１００％近くまで向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に、本発明に係る液晶表示装置及びその製造方法の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
＜第１実施例＞
図１は本発明に係る液晶表示装置の第１実施例の画素電極の一部を拡大した拡大図、図２は本発明の液晶表示装置の第１実施例における画素電極と短絡防止用絶縁膜と金属反射膜との配列状態を示す平面図、図３は本発明に係る液晶表示装置の第１実施例の主要部を製造するための工程を説明する工程図である。尚、図９〜図１２に示す構成部分と同一構成部分については、同一参照符号を付してその説明を省略する。
【００２２】
本発明に係る液晶表示装置は、画素電極１２上に隣接する画素電極との間の短絡を避けるための短絡防止用絶縁膜４８を介在させて金属反射膜等を積層した点を除き、図９〜図１２を参照して説明した従来の液晶表示装置と全く同様に構成されているので、その説明を省略し、ここでは画素電極１２上の短絡防止用絶縁膜や金属反射膜等の形成について詳しく説明する。
すなわち、本発明の液晶表示装置においては、図１及び図２に示すように、駆動基板１４の絶縁層２８Ａ上に形成された方形状の画素電極１２同士の隙間２４（図１１参照）は絶縁材料４０で埋め込まれて、その表面全面が平坦化されている。
【００２３】
そして、この平坦化された面上に、隣接する画素電極との間の短絡を避けるための短絡防止用絶縁膜４８を介在させて金属反射膜５０を所定の間隔で形成している。ここで、この金属反射膜５０は、上記画素電極１２上に、この画素電極１２と同じ形状（方形状）及び寸法になされており、しかも画素電極１２の配列方向（縦横方向）に対して斜め方向（横軸方向及び縦軸方向）に、画素間幅Ｌ１以下の距離だけ位置ずれさせて形成している。図示例の場合には、図２に示すように斜め４５度の方向に位置ずれさせている。尚、この斜め方向の角度は４５度に限定されず、０〜９０度の任意の角度が可能であり、この点は後述する第２実施例でも同様である。
【００２４】
図２では画素電極１２上に短絡防止用絶縁膜４８と金属反射膜５０を積層して行くフローを示している。ここで上記短絡防止用絶縁膜４８は、画素電極１２（図１中の左側）の金属反射膜５０の少なくとも周辺部の下部が、これに隣接する画素電極１２（図１中の右側）のエッジ部１２Ａとの間で短絡することを防止するように設けている。具体的には、ここでは画素電極１２の略中央部に対応する部分において、短絡防止用絶縁膜４８に対して開口５２が形成されており、この開口５２に下層の画素電極１２が露出しているので、上層の金属反射膜５０はこの開口５２の部分を介して下層の画素電極１２と電気的に接続されている。ここでは代表として４つの画素電極１２及び金属反射膜５０が記載されている。上述のように上記金属反射膜５０は上記画素電極１２に開口５２を介して電気的に接続され、結果的に全体が一体化されて画素電極としての機能を有すことになる。
【００２５】
従って、図２（Ｃ）に示すように、画素電極間の隙間の面積が図２（Ａ）に示す従来装置（画素電極のみ）の場合よりも非常に狭くなり、その分、開口率を向上させることができる。図２（Ｃ）においては、１つの画素の有する反射電極を参考のために斜線で示している。また、金属反射膜５０の形成時には、隣接する画素電極１２のエッジ部と上下方向において重なったとしても、そこには上記短絡防止用絶縁膜４８が介在されているので、両者間が短絡することはない。
ここで、画素電極１２の材料としてはアルミニウムまたはアルミニウム合金を用いる。また金属反射膜５０はアルミニウム、アルミニウム合金、銀、銀合金よりなるグループより選択される１の材料で形成する。例えばここでは両者は、共にアルミニウム合金で形成されている。そして、この表面全体に、すなわち、画素電極１２と金属反射膜５０の全体を含む表面全体に配向膜３２（図１２（Ｂ）参照）が形成されることになる。
【００２６】
次に、図３を参照して上記した主要部分の製造方法について説明する。
まず、図３（Ａ）に示すように、従来方法と同様にして、画素電極１２間の隙間に絶縁材料４０を埋め込み、全面に亘って平坦化する。
次に、図３（Ｂ）に示すように、この駆動基板１４上に、例えばＳｉＯ２ 膜等よりなる絶縁膜を短絡防止用絶縁膜４８の材料として形成する。この厚さは例えば２０ｎｍ程度である。次にこの短絡防止用絶縁膜４８の材料の表面全面にフォトレジスト層を形成してこれをパターン化することにより、図３（Ｃ）に示すようにマスク５４を形成する。
【００２７】
次に上記マスク５４の存在下でドライエッチングを施すことにより、上記短絡防止用絶縁膜４８の材料の不要部分を取り除いてパターン化し、図３（Ｄ）に示すようにパターン化された短絡防止用絶縁膜４８を形成する。この際、図２（Ｂ）に示すように、短絡防止用絶縁膜４８には開口５２が形成されている。
次に、図３（Ｅ）に示すように、上記短絡防止用絶縁膜４８を含む駆動基板１４上に全体に亘って、例えばスパッタリング法により金属反射膜５０の材料を所定の厚さで形成する。この金属反射膜５０の厚さは、ここでは例えば２０ｎｍのものと６５ｎｍのものを２種類作成した。この金属反射膜５０としては、例えば画素電極１２と同じ材料であるアルミニウム合金を用いる。
【００２８】
次に、図３（Ｆ）に示すように、上記金属反射膜５０にパターン化されたマスク５６を形成する。このマスク５６としては、例えばフォトレジストを用いることができる。このマスク５６は、画素電極１２の配列方向に対して４５度斜め方向へ画素間幅分だけ位置ずれさせて設ける。
次に、上記マスク５６の存在下でドライエッチングを施すことにより、金属反射膜５０の材料の不要な部分をエッチングにより取り除き、図３（Ｇ）に示すように金属反射膜５０を形成する。この時の平面図は、図２（Ｃ）に示されている。
【００２９】
このようにして作製した駆動基板と比較例として従来の駆動基板（図３（Ａ）に対応）とを、ＩＴＯ電極膜（対向電極）付きガラス基板を対向の透明基板として、それぞれの電極面に斜方蒸着法によりＳｉＯ２ の配向膜を形成し、スペーサを介して張り合わせ、液晶を注入して液晶表示装置を作製した。作製された液晶表示装置は図４に示す光学系の緑色チャンネルを用いて明るさを評価した。
【００３０】
その結果、アルミニウム合金膜よりなる金属反射膜５０の厚みを２０ｎｍとしたものは明るさが１５％向上した。一方、開口率を実測した結果、従来の駆動基板は９０％、作製した本発明の駆動基板は９９．５％であった。開口率の比較からは計算上の明るさの向上は約１０％になるはずであるが、実際は１５％もの向上となり、良好な特性を示した。これは画素間隙による回折ロスも本実施例により減少したためであると考えられる。
【００３１】
一方、アルミニウム合金膜よりなる金属反射膜５０の厚みを６５ｎｍにしたものは、反射率の向上がほとんど見られなかった。この原因は追加した金属反射膜５０と下地の膜の段差ｄにあると考えられる。ここで段差ｄに充填される配向膜または液晶の屈折率ｎは１．４６〜１．６である。段差ｄが９０ｎｍのとき入射光の往復の光路長差は１／２λ（λ：波長）に近くなる。この段差ｄも周期構造を有するため回折光を増加させることになる。従って、この回折ロスが開口率の上昇分をキャンセルしたものと考えられる。この回折ロスは原理的に２ｎｄの値が０、１λ、２λ・・・で最小に、１／２λ、３／２λ・・・で最大になる。従って、段差ｄの値が１／２λ、３／２λ・・・付近にならないようにすることは重要である。１λでも回折ロスはゼロであるが、段差ｄが大きくなりすぎ再平坦化が必要になる。また加工の容易さからも厚さはゼロに近いほうがよいことがわかる。このアルミニウム合金よりなる金属反射膜５０は１０ｎｍ程度の厚みでも厚膜の６０％程度の反射率があり、厚みが４０ｎｍあれば厚膜とほぼ同等の反射率が得られる。
【００３２】
ここで回折に影響する段差ｄは画素電極１２と追加した金属反射膜５０の表面の距離となるため、短絡防止用絶縁膜４８と追加した金属反射膜５０との合計厚みで考慮する必要がある。たとえば段差ｄが５０ｎｍではほぼ開口率の上昇分の反射率が得られた。一方、短絡防止用絶縁膜４８は厚みが２０ｎｍ以下では歩留りが低下した。従って、段差ｄの値としては３０〜５０ｎｍの範囲とするのが好ましいといえよう。
【００３３】
＜評価光学系の説明＞
図４に評価に用いた光学系を示す。プロジェクタは赤色緑色青色の三原色光を発する光源（図示せず）と、表示デバイスを含む色分解合成系（光学系６０）と、プロジェクションレンズ、駆動回路等を有する。上記光学系６０は、何れも赤色光、緑色光及び青色光の内、緑色光の偏光面を９０度回転させる第１の偏光板６１と、緑色光を透過し、赤色光及び青色光を反射する第１の偏光ビームスプリッタ６２と、第１の偏光ビームスプリッタ６２で反射された赤色光及び青色光の内、赤色光の偏光面を９０度回転させる第２の偏光板６３と、を有している。
また、光学系６０は、赤色光を変調する赤色光用反射型液晶表示素子６４と、青色光を変調する青色光用反射型液晶表示素子６５と、第２の偏光板６３からの赤色光及び青色光の内、赤色光を透過して青色光を反射し、赤色用反射型液晶表示素子６４で変調された赤色光を反射し、青色用反射型液晶表示素子６５で変調された青色光を透過する第２の偏光ビームスプリッタ６６と、を有している。
【００３４】
さらに、光学系６０は、緑色光を変調する緑色光用反射型液晶表示素子６８と、第１の偏光ビームスプリッタ６２を透過した緑色光を透過し、緑色光用反射型液晶表示素子６８で変調された緑色光を反射する第３の偏光ビームスプリッタ６７と、を有している。
さらにまた、光学系６０は、第２の偏光ビームスプリッタ６６からの赤色光及び青色光の内、赤色光の偏光面を９０度回転させる第３の偏光板６９と、第３の偏光板６９からの赤色光及び青色光を透過し、第３の偏光ビームスプリッタ６７で反射された緑色光を反射する第４の偏光ビームスプリッタ７０と、第４の偏光ビームスプリッタ７０からの赤色光、緑色光及び青色光の内、緑色光の偏光面を９０度回転させる第４の偏光板７１と、を有している。
【００３５】
光学系６０に入射したＳ波の赤色光は、第１の変調板６１を透過し、第１の偏光ビームスプリッタ６２で反射され、第２の偏光板６３でＰ波に変換され、第２の偏光ビームスプリッタ６６を透過し、赤色光用変調素子６４で変調されＳ波となり、第２の偏光ビームスプリッタ６６で反射され、第３の偏光板６９でＰ波に変換され、第４の偏光ビームスプリッタ７０及び第４の偏光板７１を透過する。
光学系６０に入射したＳ波の緑色光は、第１の変調板６１でＰ波に変換され、第１の偏光ビームスプリッタ６２及び第３の偏光ビームスプリッタ６７を透過し、赤色用液晶表示素子６８で変調されＳ波となり、第３の偏光ビームスプリッタ６７で反射され、第４の偏光ビームスプリッタ７０で反射され、第４の偏光板７１でＰ波に変換される。
【００３６】
光学系６０に入射したＳ波の青色光は、第１の偏光板６１を透過し、第１の偏光ビームスプリッタ６２で反射され、第２の偏光板６３を透過し、第２の偏光ビームスプリッタ６６で反射され、青色光用液晶表示素子６５で変調されてＰ波となり、第２の偏光ビームスプリッタ６６、第３の偏光板６９、第４の偏光ビームスプリッタ７０及び第４の偏光板７１を透過する。
第４の偏光板７１を透過した３原色の光はプロジェクションレンズを通してスクリーンに投影される。また、光源のランプはたとえば発光効率の高い超高圧水銀ランプが使用される。
【００３７】
反射型の光学系６０は、図４に示されるように偏光ビームスプリッタと色合成系が直列につながるため、光路長が長くなってＦ値の小さい光学系の設計がむずかしい。そのため、デバイス表面で発生する回折光のすべてを投射レンズに取り込むことができず、残りは捨ててしまう。これが回折ロスであるが、反射型の光学系ではそれが無視できない値となる。したがって、明るさ向上には回折光の減少も非常に重要である。
このように、本発明の第１実施例によれば、最先端の加工装置を導入しなくとも開口率が高く回折ロスの少ない反射型の液晶表示装置を作製することができる。したがって、明るい液晶表示装置をローコストで提供できる。
【００３８】
すなわち、この第１実施例によれば、平坦化された画素領域の画素電極１２に対し、短絡防止用絶縁膜４８を画素電極の一部が露出するよう形成し、さらに画素電極と同じ形状の金属反射膜５０を、例えば斜め４５度方向にほぼ画素間幅分だけずらして形成することにより、開口率をほぼ１００％にすることができる。また、このとき金属反射膜５０が隣接画素電極間のショートを防止することになるので、パターンの精度は従来の微細加工技術で十分である。すなわち画素電極１２上に画素電極と同じパターンの反射金属膜５０を追加するが、このために新たな技術や装置を導入する必要は全くない。
例えば従来の方法では、画素間幅を０．１μｍなどと狭くした画素は、０．０５μｍ以下の最先端の装置を導入しなければ量産できないし、また例えば０．２μｍルールの装置を用いた場合でも、十分な歩留りを考えた量産では画素間幅は０．４μｍ以上としているのが現状である。その一方、装置のアライメント精度はルールの半分以下の寸法の能力を有しているのが普通である。
【００３９】
本発明はこのアライメント精度に着目し、画素電極と同じパターンの金属反射膜をほぼ画素間幅分だけ例えば４５度方向にシフトして追加することにより画素間の無反射領域を低減し、開口率を改善することができた。そして、このとき隣接画素電極とショートしないように短絡防止用絶縁膜４８を介在させている。この短絡防止用絶縁膜４８にはもとの画素電極と追加した金属反射膜とが電気的に結合されるように、画素電極が一部露出させてパターンニングされているので、この短絡防止用絶縁膜４８の効果により、追加する金属反射膜が、たとえ画素間幅より多少大きくシフトして隣接画素電極に重なった場合でもショートを防止することができる。従って、高精度な加工技術を導入しなくとも、十分な歩留りを確保することができる。
【００４０】
＜第２実施例＞
次に、本発明の第２実施例について説明する。
図５は本発明に係る液晶表示装置の第２実施例の画素電極の一部を拡大した拡大図、図６は本発明の液晶表示装置の第２実施例における画素電極と短絡防止用絶縁膜と金属反射膜との配列状態を示す平面図、図７は本発明に係る液晶表示装置の第２実施例の主要部を製造するための工程を説明する工程図である。尚、図１〜図３及び図９〜図１２に示す構成部分と同一構成部分については、同一参照符号を付してその説明を省略する。
【００４１】
先の第１実施例では、短絡防止用絶縁膜４８の開口５２は、画素電極１２の中心部に対応させて小さく形成しており、１つの画素電極１２の面積に対して僅かな開口面積しかなかったので、画素電極１２は僅かにその一部しか露出されなかったが、この第２実施例では、この開口５２の大きさをできるだけ大きくして、例えば極限まで大きく設定しており、画素電極１２の大部分を露出させるようにしている。
具体的には、図５に示すように、この第２実施例においては、上記短絡防止用絶縁膜４８は、図１と比較して明らかなように、画素電極１２（図５中の左側）の周囲の画素間隙に埋め込まれた絶縁材料４０と隣接する画素電極１２（図５中の右側）のエッジ部１２Ａとの間を跨ぐようにして、その部分に僅かに設けられている。これにより金属反射膜５０と隣接画素電極との短絡を防止するようになっている。
この短絡防止用絶縁膜４８は、図６（Ａ）に示すように配置された画素電極１２上に、図６（Ｂ）に示すように、画素電極１２の大きさと略同じ大きさの開口５２が形成された短絡防止用絶縁膜、すなわち画素間パターンの短絡防止用絶縁膜を斜め４５度方向にシフトした状態で設けることにより形成される。従って、画素電極１２の表面の大部分が露出状態となる。そして、図６（Ｃ）に示すように、この上に形成される金属反射膜４８の配列位置は、図２（Ｃ）に示す第１実施例の場合と同じである。
【００４２】
この第２実施例の場合には、第１実施例と同様に開口率を高くできるのみならず、画素電極１２とこの上層の金属反射膜５０とが直接接続されて重なる領域が多くなることから、その間に干渉による反射率低下の原因となる短絡防止用絶縁膜４８が存在しなくなる分だけ反射率を向上させることが可能となる。尚、図６（Ｃ）においては、１つの画素の有する反射面積を参考のために斜線で示している。
【００４３】
次に図７を参照して上記した主要部分の製造方法について説明する。尚、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は、先に図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示して説明した工程と同じである。
まず、図７（Ａ）に示すように、従来方法と同様にして、画素電極１２間の隙間に絶縁材料４０を埋め込み、全面に亘って平坦化する。
次に、図７（Ｂ）に示すように、この駆動基板１４上に、例えばＳｉＯ２ 膜等よりなる絶縁膜を短絡防止用絶縁膜４８の材料として形成する。この厚さは例えば２０ｎｍ程度である。尚、ここまでの工程は、先の第１実施例と同じである。次にこの短絡防止用絶縁膜４８の材料の表面全面にフォトレジスト層を形成してこれをパターン化することにより、図７（Ｃ）に示すようにマスク５４を形成する。このマスク５４は、絶縁材料４０と隣接画素電極１２のエッジ部１２Ａとを跨ぐように僅かな幅だけ形成されているだけであり、図３（Ｃ）に示す場合よりも遥かに小さい。
【００４４】
次に上記マスク５４の存在下でドライエッチングを施すことにより、上記短絡防止用絶縁膜４８の材料の不要部分を取り除いてパターン化し、図７（Ｄ）に示すようにパターン化された短絡防止用絶縁膜４８を形成する。この際、図６（Ｂ）に示すように、短絡防止用絶縁膜４８には画素電極１２と略同じ大きさの大きな開口５２が形成されている。
次に、図７（Ｅ）に示すように、上記短絡防止用絶縁膜４８を含む駆動基板１４上に全体に亘って、例えばスパッタリング法により金属反射膜５０の材料を所定の厚さで形成する。この金属反射膜５０の厚さは、ここでは例えば２０ｎｍのもの６５ｎｍのものを２種類作成した。この金属反射膜５０としては、銀または銀合金を用いる。
【００４５】
次に、図７（Ｆ）に示すように、上記金属反射膜５０にパターン化されたマスク５６を形成する。このマスク５６としては、例えばフォトレジストを用いることができる。このマスク５６は、画素電極１２の配列方向に対して４５度斜め方向へ画素間幅分だけ位置ずれさせて設ける。
次に、上記マスク５６の存在下でドライエッチングを施すことにより、金属反射膜５０の材料の不要な部分をエッチングにより取り除き、図７（Ｇ）に示すように金属反射膜５０を形成する。この時の平面図は、図６（Ｃ）に示されている。
【００４６】
このようにして作製した駆動基板と比較例として従来の駆動基板（図６（Ａ）に対応）とを、ＩＴＯ電極膜（対向電極）付きガラス基板を対向の透明基板として、それぞれの電極面に斜方蒸着法によりＳｉＯ２ の配向膜を形成し、スペーサを介して張り合わせ、液晶を注入して液晶表示装置を作製した。作製された液晶表示装置は先に説明した図４に示す光学系の緑色チャンネルを用いて明るさを評価した。
【００４７】
その結果、銀合金膜よりなる金属反射膜５０の厚みを２０ｎｍとしたものは明るさが１８％向上した。一方、開口率を実測した結果、従来の駆動基板は９０％、作製した本発明の駆動基板は９９．５％であった。開口率の比較からは計算上の明るさの向上は約１０％になるはずであるが、実際は大きな向上となり、良好な特性を示した。これは銀合金よりなる金属反射膜による反射率のアップの他に、画素間隙による回折ロスも本実施例により減少したためであると考えられる。
【００４８】
一方、銀合金膜よりなる金属反射膜５０の厚みを６５ｎｍにしたものは、反射率の向上が９％程度であった。この原因は前述したように、追加した金属反射膜５０と下地の膜の段差ｄにあると考えられる。ここで段差ｄに充填される配向膜または液晶の屈折率ｎは１．４６〜１．６である。この段差ｄを考慮すると、この銀合金よりなる金属反射膜５０は２０ｎｍ程度の厚みでも厚膜の６０％程度の反射率があり、厚みが５０ｎｍあれば厚膜とほぼ同等の反射率が得られる。
【００４９】
また、アルミニウム合金（画素電極）上に付加した銀合金膜は図８に示すように、銀合金膜の厚さが非常に薄くともアルミニウム合金膜よりも高い反射率を示す。すなわち、図８はアルミニウム合金上の銀合金膜の膜厚に対する反射率依存性を示すグラフであり、銀合金膜の厚さを０〜１０ｎｍまで種々変化させている。このグラフから明らかなように、アルミニウム合金単独の場合（０ｎｍ）と比較して、僅かでも銀合金膜を付与すると反射率が大きく向上しているのが確認できた。ただしアルミニウム合金（画素電極）と銀合金膜（金属反射膜）の間に誘電体膜（短絡防止用絶縁膜）が存在すると、その短絡防止用絶縁膜の干渉によるる影響で反射率を低下させてしまう。従って、反射率向上のためにはこの第２実施例のように、アルミニウム合金（画素電極）上に絶縁膜（短絡防止用絶縁膜）を設ける面積はできるだけ小さい方が好ましいことがわかる。
【００５０】
ここで回折に影響する段差は画素電極１２と追加の金属反射膜５０表面間の距離となるため、短絡防止用絶縁膜４８と追加の金属反射膜５０との合計厚みで考慮する必要がある。例えば段差ｄが５０ｎｍでは、ほぼ開口率の上昇分の反射率が得られた。一方、短絡防止用絶縁膜４８は厚みが２０ｎｍ未満では歩留りが低下した。従って、段差ｄの値としては４０〜７０ｎｍとするのが好ましいといえよう。銀合金膜よりなる金属反射膜５０上には、銀合金膜を保護する保護膜を形成するが、この保護膜は回折には影響しないが、加工上の点からも保護膜としての効果がある範囲内で厚さが薄い方が好ましい。この保護膜としてはＳｉＯ２ が用いられるが、これに限定されず、他の誘電体膜や、ＩＴＯなどの透明導電膜を用いてもよい。
【００５１】
この第２実施例は、上記第１実施例を同様な作用効果を発揮することができる。
また、下地の画素電極１２は従来装置のようにアルミニウム合金で良く、追加する銀合金膜よりなる金属反射膜５０は２０〜５０ｎｍの厚さでよいことから、通常のスパッタリング法での成膜が可能である。またこの銀合金膜の膜厚が非常に薄いことから、特殊なガスを用いることなくこれをエッチングすることができる。そして銀合金膜よりなる金属反射膜５０上に形成する保護膜は、この保護膜を光劣化防止膜としてだけでなく加工時の保護膜として機能させることによりアッシングによるレジスト除去も可能である。そのため、従来困難であったフォトリソ法で微細化工ができるようになる。また、ここでは短絡防止用絶縁膜４８の開口５２は、非常に大きくなって下地の画素電極１２と金属反射膜５０とが直接接触して両者が重なった領域が広くなるので、その分、反射率が高くなり、総合的に高い反射率を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明に係る液晶表示装置の第１実施例の画素電極の一部を拡大した拡大図である。
【図２】本発明の液晶表示装置の第１実施例における画素電極と短絡防止用絶縁膜と金属反射膜との配列状態を示す平面図である。
【図３】本発明に係る液晶表示装置の第１実施例の主要部を製造するための工程を説明する工程図である。
【図４】液晶表示装置の評価に用いた光学系を示す図である。
【図５】本発明に係る液晶表示装置の第２実施例の画素電極の一部を拡大した拡大図である。
【図６】本発明の液晶表示装置の第２実施例における画素電極と短絡防止用絶縁膜と金属反射膜との配列状態を示す平面図である。
【図７】本発明に係る液晶表示装置の第２実施例の主要部を製造するための工程を説明する工程図である。
【図８】アルミニウム合金上の銀合金膜の膜厚に対する反射率依存性を示すグラフである。
【図９】液晶表示装置を用いたプロジェクタを示す原理図である。
【図１０】１つの画素の等価回路図である。
【図１１】液晶表示装置の一部を示す部分拡大断面図である。
【図１２】従来の液晶表示装置の画素電極の一部を拡大した拡大図である。
【符号の説明】
【００５３】
２…光源、４…液晶表示装置、６…偏光ビームスプリッタ、８…投射レンズ、１０…スクリーン、１２…画素電極、１２Ａ…エッジ部、１４…駆動基板、１６…対向電極、３４…透明基板、４８…短絡防止用絶縁膜、５０…金属反射膜、５２…開口、Ｌ１…画素間幅、ＬＣ…液晶。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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