(57)【要約】【課題】アクティブマトリクス基板の機能を有するシリコン基板に入射する侵入光を抑制して、画素表示の際に良好な表示品質を得ることが可能な反射型の液晶表示素子を提供する。【解決手段】画素をマトリクス状に配置したシリコン基板１と、透明電極３６が形成された透明基板１４とを、画素電極３７と透明電極とが対向するように配置し、シリコン基板と透明基板との間に液晶３５を封入してなる反射型液晶表示素子において、保持容量３４は、下側容量電極２Ｃと、絶縁層３と、上側容量電極４Ｃとを有し、スイッチングトランジスタ３３の出力端であるソースＳと画素電極とを接続するためにソースの直上に形成された導電層７Ｓと、上側容量電極とを、画素電極間の隙間を介して入ってくる侵入光がソースに至ることを阻止するために、ソースの周囲を囲むようにして線状に形成した電気的な接続層６Ｃで接続する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチングトランジスタと保持容量と画素電極とを有する画素をマトリクス状に配置したシリコン基板と、光透過性電極が形成された光透過性基板とを、前記画素電極と前記光透過性電極とが対向するように配置し、前記シリコン基板と前記光透過性基板との間に液晶を封入してなる反射型液晶表示素子において、
前記保持容量は、下層より前記シリコン基板に形成された拡散層よりなる下側容量電極と、シリコン酸化膜よりなる絶縁層と、ポリシリコン層よりなる上側容量電極とを有し、
前記スイッチングトランジスタの出力端であるソースと前記画素電極とを接続するために前記ソースの直上に形成された導電層と、
前記保持容量の上側容量電極とを、
前記画素電極間の隙間を介して入ってくる侵入光が前記ソースに至ることを阻止するために、前記ソースの周囲を囲むようにして線状に形成した電気的な接続層で接続するように構成したことを特徴とする反射型液晶表示素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ホームシアタ等に使用される投射プロジェクタ等に用いる液晶表示装置としてのアクティブマトリクス型の反射型液晶表示素子に係り、特に、画素サイズを小さくして高密度に配置した場合に、不要な侵入光が増加して、表示品質が低下するのを防止するのに好適な素子構造を有する反射型液晶表示素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、投射プロジェクタ等に用いる液晶表示素子としてアクティブマトリクス型の反射型液晶表示素子が知られている（例えば特許文献１、特許文献２）。
図４は、アクティブマトリクス型の液晶表示素子の構成を示すブロック図である。同図に示すように、アクティブマトリクス型の液晶表示素子３０は、マトリクス状に配置された複数の画素４０から構成される。この画素４０は、スイッチングトランジスタ３３、保持容量３４、画素電極３７、これに対向する対向電極３６、及び両電極３７、３６間に封止・保持された液晶３５とにより主に構成される。
【０００３】
上記スイッチングトランジスタ３３のゲートＧには、選択線３２が接続されており、ドレインＤには、データ線３１が接続されている。選択線３２には、図示しない垂直シフトレジスタより選択信号が出力され、データ線３１には、図示しない水平シフトレジスタより、画像に対応した画像信号電圧が出力される。
上記保持容量３４の一端は、スイッチングトランジスタ３３のソースＳ及び画素電極３７に接続されており、他端はアースされている。
【０００４】
次に、上記液晶表示素子３０の動作について説明する。
上記選択線３２に出力される選択信号により選択された上記スイッチングトランジスタ３３がオンすると、このとき、データ線３１に出力された画像信号電圧は、スイッチングトランジスタ３３のドレインＤ及びソースＳを経て、保持容量３４に印加・蓄積される。この画像信号電圧は、同時に画素電極３７に印加される。これにより、所定の電圧に保持されている対向電極３６と画像信号電圧が印加される画素電極３７との間に生じる電圧により液晶３５は駆動される。これを全ての画素４０について、１フレームごとに繰り返し行い、これにより液晶表示素子３０に画像が表示されることになる。
【０００５】
次に、図４に示した液晶表示素子３０の素子構造を、従来の反射型液晶表示素子を例に説明する。図５は従来の反射型液晶表示素子を示す概略断面構成図、図６は保持容量の上部容量電極の部分のレイアウトを主体的に示す平面図である。同図には、反射型液晶表示素子３０の略１画素分の構造を示してある。
Ｐ型シリコン基板１の表面には、所定サイズのＮ型拡散層２Ｄ、２Ｓ、２Ｃが形成されている。このＮ型拡散層２０、２Ｓ、２Ｃの内の拡散層２Ｃが上記保持容量３４の下側容量電極となる（図４参照）。
【０００６】
上記シリコン基板１を蔽って、ＳｉＯ２よりなる第１の絶縁層３が形成されて　いる。この第１の絶縁層３の上には、ポリシリコンからなるそれぞれ所定の形状の電極部４Ｇ、４Ｃが形成されている。ここで図５中の右側の電極部４Ｃは、図６に示すようにソース（Ｎ型拡散層２Ｓ）の３辺を囲むようにして形成されている。一方の電極部４Ｇは、Ｎ型拡散層２ＤとＮ形拡散層２Ｓとの間の上方に、他方の電極部４ＣはＮ型拡散層２Ｃの上方にそれぞれ配置されている。この電極部４Ｇ、４Ｃには、例えばＮ型の不純物がドープされている。また、一方の電極部４Ｃは、上記保持容量３４の上側容量電極となる。そして、上記電極部４Ｇ、４Ｃを蔽ってＳｉＯ２からなる第２の絶縁層５が形成されている。
【０００７】
上記Ｎ型拡散層２Ｄ、２Ｓ、２Ｃ上にある第１の絶縁層３及び第２の絶縁層５の一部、及び電極部４Ｃ上にある第２の絶縁層５の一部はそれぞれエッチング除去されて、それらにＡｌからなる接続層６Ｄ、６Ｓ、６Ｃ、６Ｃ’が形成されている。
上記第２の絶縁層５、接続層６Ｄ、６Ｓ、６Ｃ、６Ｃ’を蔽って、Ａｌからなる第１のメタル層が形成され、その一部がエッチングにより除去されており、接続層６Ｄに接続する第１のメタル層７Ｄ、接続層６Ｓ及び接続層６Ｃに接続する第１のメタル層７Ｓ、及び接続層６Ｃ’に接続する第１のメタル層７Ｃが形成されている。上記各第１のメタル層７Ｄ、７Ｓ、７Ｃはそれぞれ導電層となる。
【０００８】
上記各第１のメタル層７Ｄ、７Ｓ、７Ｃ及びそれらの間隙部を蔽って、ＳｉＯ２からなる第３の絶縁層８及び埋め込み絶縁層２０ＣＤ、２０ＤＳ、２０ＳＣが　形成されている。ここで第１のメタル層７Ｓは、ソースとなるＮ型拡散層２Ｓの直上に、これを被うように形成されている。そして、上記第１のメタル層７Ｓ上の第３の絶縁層８の一部をエッチング除去して、そこにＡｌからなる接続層２１が形成されている。
上記第３の絶縁層８及び接続層２１上に、所定の形状の第２のメタル層９，９Ｓが形成されている。ここで一方の第２のメタル層９は、後述する侵入光１５Ｓを減衰する遮光層として機能する。
【０００９】
また、上記第２のメタル層９と第２のメタル層９Ｓの間隙部にはＳｉＯ２から　なる埋め込み絶縁層１８が形成されている。そして、第２のメタル層９、９Ｓ及び埋め込み絶縁層１８を蔽って、ＳｉＯ２からなる第４の絶縁層１０が形成され　ている。また、上記第２のメタル層９Ｓ上の第４の絶縁層１０の一部はエッチングにより除去されて、そこにＡｌからなる接続層２２が形成されている。
また、第４の絶縁層１０及び接続層２２上にＡｌからなる第３のメタル層を形成し、それを所定の形状に加工して画素電極３７が形成されている。そして、互いに隣り合う画素電極３７間には、ＳｉＯ２からなる埋め込み絶縁層２４が形成　されている。また、画素電極３７及び埋め込み絶縁層２４を蔽って配向層（図示しない）が形成されている。
【００１０】
一方、光透過性基板１４上（図示例では下方）には、光透過性電極（対向電極）３６が形成されている。さらに、この光透過性電極３６上（図示例では下方）には配向層（図示しない）が形成されている。上記光透過性基板１４とシリコン基板１とは、光透過性電極３６と画素電極３７とを向かい合わせて配置され、その間には液晶３５が封入されており、これにより液晶表示素子３０が形成される。
【００１１】
ここで、反射型液晶表示素子３０においては、光透過性電極１３は、全画素に共通する対向電極３６であり、画素電極３７は光を反射する機能を有する反射電極である。
スイッチングトランジスタ３３（図４参照）は、ドレインＤであるＮ型拡散層２Ｄ、ソースＳであるＮ型拡散層２Ｓ、選択線３２に接続するゲート電極Ｇである電極部４Ｇと、ソースＳとドレインＤ間の半導体領域より構成される。第１のメタル層７Ｄはデータ線３１に接続する。第１のメタル層７ＣはＮ型拡散層２Ｃに接続され、アース電位を与えられる。画素電極３７は、第１のメタル層７Ｓを介して、Ｎ型拡散層２Ｓ及び電極部４Ｃに接続している。また、電極部（上側容量電極）４Ｃと、Ｎ形拡散層（下側容量電極）２Ｃと、これらの両電極間に配置された第１の絶縁層３とで保持容量３４を形成する。
【００１２】
このように構成された素子において、読出し光１５は、光透過性基板１４側より入射し、画素電極３７で反射されて出射する。この読出し光１５は、液晶３５中を通過する際に、光透過性電極３６と画素電極３７との間に印加された画像信号に対応した変調（偏光状態を変える）を受ける。
このような反射型液晶表示素子３０の利点としては、画素電極３７の下に上記スイッチングトランジスタ３３等を構成できるため高密度に画素を配置できる点が上げられる。
【００１３】
【特許文献１】
特開平７−１２０７７４号公報（第４頁、図２）
【特許文献２】
特開２０００−１９３９９４号公報（第３、４頁、図１）
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来の反射型液晶表示素子３０においては、上記したように画像を表示する間、読出し光１５が、光透過性基板１４を通して液晶３５中に照射され、画素電極３７にて反射し、再び液晶３５中を通過して、光透過性基板１４から外部に出射する。そして、この場合、明るい表示画像を得る為に、読出し光１５としては非常に強い光が用いられている。
しかしながら、このように読出し光１５として強い光が用いられると、この読出し光１５の一部が侵入光１５Ｓとなって、透明なＳｉＯ２から構成される開口　部１０Ｋ、第４の絶縁層１０、埋め込み絶縁層１８、第３の絶縁層８、埋め込み絶縁層２０ＤＳ、２０ＳＣ、第２の絶縁層５及び第１の絶縁層３をそれぞれ反射しながら伝っていくことになり、この侵入光１５は減衰・吸収されることなく、シリコン基板１中に侵入する。
【００１５】
このように侵入光（以下、散乱光とも、不要光ともいう）１５Ｓがシリコン基板１中に入射すると、ここで電荷キャリアを発生し、スイッチングトランジスタ３３の誤動作を引き起こし、表示品質の劣化を招く場合がある。
そのため、この侵入光１５Ｓをなくすために、遮光膜として第２のメタル層９を設けることによって、隣接する埋め込み絶縁層１８の横方向の長さをできるだけ小さくしてある。また、画素電極３７の下面上及び第２のメタル層９の上面上に、光吸収効果の優れたＴｉＮ等の薄膜を形成する場合もある。
【００１６】
しかしながら、上記した構造を採用しても液晶表示素子の小型化のため、または表示画像の高解像度化のために、画素電極３７のサイズをより小さくすると、遮光膜として作用する第２のメタル層９の長さも短くなるため、上記した侵入光１５Ｓが増加してしまって、これを十分に抑制することができず、上記スイッチングトランジスタ３３の誤動作の発生を十分に抑制することができない、という問題があった。
この侵入光１５Ｓを少なくするために、第２のメタル層９の長さの減少を補う目的で、第４の絶縁層１０及び第３の絶縁層８の厚さを薄くすることも考えられるが、この場合にはこれら第３又は第４の絶縁層８、１０の形成時に、層中に塵埃などが巻き込まれて、画素電極３７と第２のメタル層９との間に、及び、第２のメタル層９と第１のメタル層７Ｄ、７Ｃとの間に、短絡を引き起こし易くなり、液晶表示素子の製造歩留まりを低下させるという問題があった。
【００１７】
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、画素を高密度に配置した場合でも、アクティブマトリクス基板の機能を有するシリコン基板に入射する侵入光を抑制して、画素表示の際に良好な表示品質を得ることが可能な反射型液晶表示素子を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、スイッチングトランジスタと保持容量と画素電極とを有する画素をマトリクス状に配置したシリコン基板と、光透過性電極が形成された光透過性基板とを、前記画素電極と前記光透過性電極とが対向するように配置し、前記シリコン基板と前記光透過性基板との間に液晶を封入してなる反射型液晶表示素子において、前記保持容量は、下層より前記シリコン基板に形成された拡散層よりなる下側容量電極と、シリコン酸化膜よりなる絶縁層と、ポリシリコン層よりなる上側容量電極とを有し、前記スイッチングトランジスタの出力端であるソースと前記画素電極とを接続するために前記ソースの直上に形成された導電層と、前記保持容量の上側容量電極とを、前記画素電極間の隙間を介して入ってくる侵入光が前記ソースに至ることを阻止するために、前記ソースの周囲を囲むようにして線状に形成した電気的な接続層で接続するように構成したことを特徴とする反射型液晶表示素子である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る反射型液晶表示素子の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明に係る反射型液晶表示素子を示す概略断面構成図、図２は保持容量の上部電極の部分のレイアウトを主体的に示す平面図である。
本発明の液晶表示素子５０の構成は、スイッチングトランジスタの直上に形成された導電層と保持容量の上側容量電極とを、上記ソースを囲むようにして線状に形成した電気的な接続層で接続するようにした点を除き、図４乃至図６に示した従来素子の構造と全く同様である。
すなわち、図１には、反射型液晶表示素子５０の略１画素分の構造を示してあり、Ｐ型シリコン基板１の表面には、所定サイズのＮ型拡散層２Ｄ、２Ｓ、２Ｃが形成されている。このＮ型拡散層２０、２Ｓ、２Ｃの内の拡散層２Ｃが上記保持容量３４の下側容量電極となる（図４参照）。
【００２０】
上記シリコン基板１を蔽って、ＳｉＯ２よりなる第１の絶縁層３が形成されて　いる。ここで上記３つのＮ型拡散層の内の中央のＮ型拡散層２Ｓは、マッチングトランジスタ３３の出力端であるソースＳとなり、このソースＳと上記下側容量電極となるＮ型拡散層２Ｃとの間の第１の絶縁層３及び上記下側容量電極となるＮ型拡散層２Ｃと隣りの画素（図中右側）のドレインとなるＮ型拡散層２Ｄとの間の第１の絶縁層３は、電気的絶縁性を高くとるためにこの第１の絶縁層３の他の部分よりも例えば紡錘状に厚く成形されており、それぞれフィールド酸化膜５２、５４となっている。
【００２１】
上記第１の絶縁層３の上には、ポリシリコンからなるそれぞれ所定の形状の電極部４Ｇ、４Ｃが形成されている。ここで図１中の右側の電極部４Ｃは、図２に示すようにソース（Ｎ型拡散層２Ｓ）の３辺を囲むようにして形成されている。一方の電極部４Ｇは、Ｎ型拡散層２ＤとＮ形拡散層２Ｓとの間の上方に、他方の電極部４ＣはＮ型拡散層２Ｃの上方にそれぞれ配置されている。この電極部４Ｇ、４Ｃには、例えばＮ型の不純物がドープされている。また、一方の電極部４Ｃは、上記保持容量３４の上側容量電極となる。
ここで上記上部電極となる電極部４Ｃの周縁部は、上記フィールド酸化膜５２上に乗り上げるように形成されている。この場合、侵入光の前進を阻止するためには、上記フィールド酸化膜５２の最も高い位置まで、図示例ではフィールド酸化膜５２の幅の半分程度まで電極部４Ｃの周縁部が乗り上げるように形成されている。そして、上記電極部４Ｇ、４Ｃを蔽ってＳｉＯ２からなる第２の絶縁層５　が形成されている。
【００２２】
上記Ｎ型拡散層２Ｄ、２Ｓ、２Ｃ上にある第１の絶縁層３及び第２の絶縁層５の一部、及び電極部４Ｃ上にある第２の絶縁層５の一部はそれぞれエッチング除去されて、それらにＡｌからなる電気的な接続層６Ｄ、６Ｓ、６Ｃ、６Ｃ’が形成されている。
上記第２の絶縁層５、接続層６Ｄ、６Ｓ、６Ｃ、６Ｃ’を蔽って、Ａｌからなる第１のメタル層が形成され、その一部がエッチングにより除去されており、接続層６Ｄに接続する第１のメタル層７Ｄ、接続層６Ｓ及び接続層６Ｃに接続する第１のメタル層７Ｓ、及び接続層６Ｃ’に接続する第１のメタル層７Ｃが形成されている。
【００２３】
上記各第１のメタル層７Ｄ、７Ｓ、７Ｃ及びそれらの間隙部を蔽って、ＳｉＯ２からなる第３の絶縁層８及び埋め込み絶縁層２０ＣＤ、２０ＤＳ、２０ＳＣが　形成されている。ここで第１のメタル層７Ｓは、ソースとなるＮ型拡散層２Ｓの直上に、これを被うように形成されている。そして、上記４種類の接続層の内の、図１中で中央部に示される接続層６Ｃは、図２にも示すように一定の幅を有する線状に形成されており、ソースＳとなる四角形状のＮ型拡散層２Ｓの３辺の周囲をコ字状に囲むようにして配置される。そして、この接続層６Ｃにより、上側容量電極（電極部）４Ｃと上記導電層である第１のメタル層７Ｓとが電気的に接続される。そして、上記第１のメタル層７Ｓ上の第３の絶縁層８の一部をエッチング除去して、そこにＡｌからなる接続層２１が形成されている。
上記第３の絶縁層８及び接続層２１上に、所定の形状の第２のメタル層９，９Ｓが形成されている。ここで一方の第２のメタル層９は、後述する侵入光１５Ｓを減衰する遮光層として機能する。
【００２４】
また、上記第２のメタル層９と第２のメタル層９Ｓの間隙部にはＳｉＯ２から　なる埋め込み絶縁層１８が形成されている。そして、第２のメタル層９、９Ｓ及び埋め込み絶縁層１８を蔽って、ＳｉＯ２からなる第４の絶縁層１０が形成され　ている。また、上記第２のメタル層９Ｓ上の第４の絶縁層１０の一部はエッチングにより除去されて、そこにＡｌからなる接続層２２が形成されている。
また、第４の絶縁層１０及び接続層２２上にＡｌからなる第３のメタル層を形成し、それを所定の形状に加工して画素電極３７が形成されている。そして、互いに隣り合う画素電極３７間には、ＳｉＯ２からなる埋め込み絶縁層２４が形成　されている。また、画素電極３７及び埋め込み絶縁層２４を蔽って配向層（図示しない）が形成されている。
【００２５】
一方、光透過性基板１４上（図示例では下方）には、光透過性電極（対向電極）３６が形成されている。さらに、この光透過性電極３６上（図示例では下方）には配向層（図示しない）が形成されている。上記光透過性基板１４とシリコン基板１とは、光透過性電極３６と画素電極３７とを向かい合わせて配置され、その間には液晶３５が封入されており、これにより液晶表示素子３０が形成される。
【００２６】
ここで、反射型液晶表示素子５０においては、光透過性電極１３は、全画素に共通する対向電極３６であり、画素電極３７は光を反射する機能を有する反射電極である。
スイッチングトランジスタ３３（図５参照）は、ドレインＤであるＮ型拡散層２Ｄ、ソースＳであるＮ型拡散層２Ｓ、選択線３２に接続するゲート電極Ｇである電極部４Ｇと、ソースＳとドレインＤ間の半導体領域より構成される。第１のメタル層７Ｄはデータ線３１に接続する。第１のメタル層７ＣはＮ型拡散層２Ｃに接続され、アース電位を与えられる。画素電極３７は、第１のメタル層７Ｓを介して、Ｎ型拡散層２Ｓ及び電極部４Ｃに接続している。また、電極部（上側容量電極）４Ｃと、Ｎ形拡散層（下側容量電極）２Ｃと、これらの両電極間に配置された第１の絶縁層３とで保持容量３４を形成する。
【００２７】
このように構成された素子５０において、読出し光１５は、光透過性基板１４側より入射し、画素電極３７で反射されて出射する。この読出し光１５は、液晶３５中を通過する際に、光透過性電極３６と画素電極３７との間に印加された画像信号に対応した変調（偏光状態を変える）を受ける。この場合、読出し光１５の一部が侵入光１５Ｓとなって、透明なＳｉＯ２から構成される開口部１０Ｋ、　第４の絶縁層１０、埋め込み絶縁層１８、第３の絶縁層８、埋め込み絶縁層２０ＤＳ、２０ＳＣ、第２の絶縁層５及び第１の絶縁層３をそれぞれ反射しながら伝っていくことになる。
【００２８】
しかしながら、本実施例では、上述したように、ソースＳとなる四角形状のＮ型拡散層２Ｓの直上に位置する導電層である第１のメタル層７Ｓと保持容量３４の上側容量電極（電極部）４Ｃとを電気的に接続する際に、上記Ｎ型拡散層２Ｓの３辺の周囲をコ字状に囲むようにして線状に形成した電気的な接続層６Ｃで接続するようにしたので、この接続層６Ｃの部分で侵入光１５がそれ以上前進することが阻止されることになる。従って、シリコン基板１側へ侵入光が入射することを極力抑制することができるので、スイッチングトランジスタ３３の娯動作等が発生することを防止し、画像の表示品質を向上させることが可能となる。
【００２９】
また、スイッチングトランジスタ３３と上側容量電極４Ｃとの配列（レイアウト）が図３に示すようになされており、上側容量電極４Ｃがフィールド酸化膜５２を介してソース２Ｓの２辺を取り囲むようにして配置されている場合には、ソース２Ｓの２辺の部分で上記電気的な接続層６ＣをＬ字状に形成する。この場合には、図２に示す場合よりは、侵入光の阻止効果はやや劣るが、前述したと同様な作用効果を発揮することができる。また、図３に示す場合には、上側容量電極４Ｃがドレイン２Ｄ側の周辺部まで延びているので、ドレイン２Ｄ側に侵入光が進行することも防止することができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の反射型液晶表示素子によれば、画素を高密度に配置した場合でも、アクティブマトリクス基板の機能を有するシリコン基板に入射する侵入光を抑制して、画像表示の際に良好な表示品質を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る反射型液晶表示素子を示す概略断面構成図である。
【図２】保持容量の上部電極の部分のレイアウトを主体的に示す平面図である。
【図３】保持容量の上部電極の部分の他の一例のレイアウトを主体的に示す平面図である。
【図４】アクティブマトリクス型の液晶表示素子の構成を示すブロック図である。
【図５】従来の反射型液晶表示素子を示す概略断面構成図である。
【図６】保持容量の上部容量電極の部分のレイアウトを主体的に示す平面図である。
【符号の説明】
１…シリコン基板、２Ｃ…下側容量電極（Ｎ型拡散層）、３…第１の絶縁層、４Ｃ…上側電極（電極部）、６Ｃ…電気的な接続層、７Ｃ…第１のメタル層（導電層）、１４…光透過性基板、３３…スイッチングトランジスタ、３４…保持容量、３５…液晶、３６…対向電極（光透過性電極）、３７…画素電極、４０…画素、５０…液晶表示素子、２Ｄ（Ｄ）…ドレイン、４Ｇ（Ｇ）…ゲート電極、２Ｓ（Ｓ）…ソース。
【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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