(57)【要約】【課題】電極材料の非対称性により生ずる内部起電力を低減または解消し、長期駆動においても高い信頼性を確保することができる反射型液晶表示素子およびそれを用いた液晶表示装置を提供する。また、内部起電力を低減するための薄膜を画素電極上に形成する場合において、製造プロセスを複雑化することなく容易に画素分離を行うことができるようにする。【解決手段】画素電極６２と層間絶縁膜５４との間に段差部を設け、内部起電力を低減するための導電性薄膜６３を成膜する。段差部があることにより、導電性薄膜６３を画素領域全面に形成したとしても、導電性薄膜６３の形成後に特別な工程を設けることなく、セルフアラインでの画素分離が可能となる。【選択図】      図１
2004170604.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射型の画素電極を有する画素電極基板と、前記画素電極に対向するように設けられた透明電極を有する対向基板と、前記画素電極基板と前記対向基板との間に注入された液晶と、を備えた反射型液晶表示素子の製造方法であって、
前記画素電極基板の製造工程において、前記画素電極の下層に、幅方向の断面積が前記画素電極の下面の面積よりも小さくなるような段差状の形状部分を形成する工程と、
前記段差状の形状部分を形成した後、前記透明電極に対する仕事関数差が前記画素電極と前記透明電極との仕事関数差よりも小さい材料を用いて、前記画素電極の表面に導電性薄膜を形成する工程と
を含むことを特徴とする反射型液晶表示素子の製造方法。
【請求項２】
前記画素電極の下層において、層間絶縁膜の上に、１または２以上の膜を形成する工程を含み、
前記画素電極の下層の膜と前記画素電極とを形成した後、前記下層の膜のうちの少なくとも１つ、または前記層間絶縁膜をエッチング加工することにより、前記段差状の形状部分を形成する
ことを特徴とする請求項１記載の反射型液晶表示素子の製造方法。
【請求項３】
前記下層の膜として、特定の条件下において前記画素電極よりもエッチングレートの高くなるような膜を形成し、
前記下層の膜と前記画素電極とを形成した後、前記画素電極よりもエッチングレートが高い条件下で、前記下層の膜のうちの少なくとも１つをサイドエッチングすることで、前記段差状の形状部分を形成する
ことを特徴とする請求項２記載の反射型液晶表示素子の製造方法。
【請求項４】
前記下層の膜の成膜レートを前記画素電極よりも高くすることで、前記画素電極よりもエッチングレートを高くする
ことを特徴とする請求項３記載の反射型液晶表示素子の製造方法。
【請求項５】
前記下層の膜と前記画素電極とを膜形成した後、前記下層の膜と前記画素電極とを厚み方向に略垂直加工し、その後、前記下層の膜のうちの少なくとも１つの膜の幅方向の断面積が、前記画素電極の下面の面積よりも相対的に小さくなるように選択的にサイドエッチングすることで、前記段差状の形状部分を形成する
ことを特徴とする請求項３記載の反射型液晶表示素子の製造方法。
【請求項６】
前記下層の膜と前記画素電極とを画素形状に加工した後、前記層間絶縁膜を前記画素電極の幅方向にエッチング加工することにより、前記段差状の形状部分を形成する
ことを特徴とする請求項２記載の反射型液晶表示素子の製造方法。
【請求項７】
前記下層の膜として、前記層間絶縁膜側から順に第１の膜および第２の膜を形成する工程を含み、
前記第１の膜および前記第２の膜と前記画素電極とを形成した後、前記第１の膜をエッチング加工することにより、前記段差状の形状部分を形成する
ことを特徴とする請求項２記載の反射型液晶表示素子の製造方法。
【請求項８】
前記第１の膜として、前記層間絶縁膜よりもエッチングレートの高い第２の層間絶縁膜を形成し、
前記層間絶縁膜上に、前記第２の層間絶縁膜、前記第２の膜および前記画素電極を形成し、それらを画素形状に加工した後、さらに、前記第２の層間絶縁膜を等方性エッチングすることで、前記段差状の形状部分を形成する
ことを特徴とする請求項７記載の反射型液晶表示素子の製造方法。
【請求項９】
前記下層の膜として、前記層間絶縁膜側から順に、エッチングレートの異なる第１および第２の膜の組み合わせを複数組形成する工程を含み、
前記複数組の第１および第２の膜と前記画素電極とを形成した後、前記第１および第２の膜のうちエッチングレートの早い膜をそれぞれ選択的にエッチング加工することにより、前記段差状の形状部分を複数形成する
ことを特徴とする請求項２記載の反射型液晶表示素子の製造方法。
【請求項１０】
前記画素電極を、少なくとも５０ｎｍ以上の膜厚で形成する
ことを特徴とする請求項１記載の反射型液晶表示素子の製造方法。
【請求項１１】
前記導電性薄膜の材料として、その成分に少なくとも、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、金（Ａｕ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）またはＩＴＯを含む
ことを特徴とする請求項１記載の反射型液晶表示素子の製造方法。
【請求項１２】
前記導電性薄膜の成膜法として、スパッタ法、蒸着法、ＣＶＤ法、またはＭＢＥ法を用いる
ことを特徴とする請求項１記載の反射型液晶表示素子の製造方法。
【請求項１３】
前記画素電極の下層に形成する膜の材料として、少なくとも、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）、およびニッケル（Ｎｉ）のうち、一種以上をその成分として含有する
ことを特徴とする請求項２記載の反射型液晶表示素子の製造方法。
【請求項１４】
前記層間絶縁膜の材料として、少なくとも、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）、シリコンオキシナイトライド（ＳｉＯＮ）、または少なくともポリイミド（ＰＩ）を含む高分子材料を用いる
ことを特徴とする請求項２記載の反射型液晶表示素子の製造方法。
【請求項１５】
前記画素電極の表面に導電性薄膜を形成する前に、前記画素電極上に生じた酸化薄膜を除去する工程を含む
ことを特徴とする請求項１記載の反射型液晶表示素子の製造方法。
【請求項１６】
前記段差状の形状部分を形成した後、前記導電性薄膜を形成する前に、前記画素電極の上に、少なくとも、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、およびニッケル（Ｎｉ）のうち、一種以上をその成分として含有する膜を形成する工程を含み、
この工程により形成した膜を介して、前記導電性薄膜を前記画素電極の上に形成する
ことを特徴とする請求項１記載の反射型液晶表示素子の製造方法。
【請求項１７】
前記段差状の形状部分を形成した後、前記導電性薄膜を形成する前に、前記画素電極の上に、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、およびニッケル（Ｎｉ）のうちの一種以上の酸化膜、窒化膜または酸化窒化膜を形成する工程を含み、
この工程により形成した膜を介して、前記導電性薄膜を前記画素電極の上に形成する
ことを特徴とする請求項１記載の反射型液晶表示素子の製造方法。
【請求項１８】
前記段差状の形状部分を形成した後、前記導電性薄膜を形成する前に、前記画素電極の上に、少なくとも、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、およびニッケル（Ｎｉ）のうち、一種以上をその成分として含有する膜と、それらのうちの一種以上の酸化膜、窒化膜または酸化窒化膜とを積層形成する工程を含み、
この工程により形成した膜を介して、前記導電性薄膜を前記画素電極の上に形成する
ことを特徴とする請求項１記載の反射型液晶表示素子の製造方法。
【請求項１９】
反射型の画素電極を有する画素電極基板と、前記画素電極に対向するように設けられた透明電極を有する対向基板と、前記画素電極基板と前記対向基板との間に注入された液晶と、を備えた反射型液晶表示素子の製造方法であって、
前記画素電極基板の製造工程において、前記画素電極の形状を、下層に向かうに従いその断面積が小さくなるように加工する工程と、
前記画素電極を加工した後、前記透明電極に対する仕事関数差が前記画素電極と前記透明電極との仕事関数差よりも小さい材料を用いて、前記画素電極の表面に導電性薄膜を形成する工程と
を含むことを特徴とする反射型液晶表示素子の製造方法。
【請求項２０】
反射型の画素電極を有する画素電極基板と、前記画素電極に対向するように設けられた透明電極を有する対向基板と、前記画素電極基板と前記対向基板との間に注入された液晶と、を備えた反射型液晶表示素子であって、
前記画素電極基板は、
前記透明電極に対する仕事関数差が前記画素電極と前記透明電極との仕事関数差よりも小さい材料を用いて、前記画素電極の表面に成膜された導電性薄膜と、前記画素電極の下層において、幅方向の断面積が前記画素電極の下面の面積よりも小さく形成された段差状の形状部分と
をさらに有し、
前記導電性薄膜が、前記段差状の形状部分において途切れた状態で形成されている
ことを特徴とする反射型液晶表示素子。
【請求項２１】
反射型の画素電極を有する画素電極基板と、前記画素電極に対向するように設けられた透明電極を有する対向基板と、前記画素電極基板と前記対向基板との間に注入された液晶と、を備えた反射型液晶表示素子であって、
前記画素電極基板は、
前記透明電極に対する仕事関数差が前記画素電極と前記透明電極との仕事関数差よりも小さい材料を用いて、前記画素電極の表面に成膜された導電性薄膜
をさらに有し、
前記画素電極自身の形状が、下層に向かうに従いその断面積が小さくなるような形状に加工されており、
前記導電性薄膜が、前記画素電極上と画素以外の領域との間で途切れた状態で形成されている
ことを特徴とする反射型液晶表示素子。
【請求項２２】
反射型液晶表示素子を備え、この反射型液晶表示素子によって変調された光を用いて映像表示を行う液晶表示装置であって、
前記反射型液晶表示素子が、反射型の画素電極を有する画素電極基板と、前記画素電極に対向するように設けられた透明電極を有する対向基板と、前記画素電極基板と前記対向基板との間に注入された液晶と
を備え、
前記画素電極基板は、
前記透明電極に対する仕事関数差が前記画素電極と前記透明電極との仕事関数差よりも小さい材料を用いて、前記画素電極の表面に成膜された導電性薄膜と、前記画素電極の下層において、幅方向の断面積が前記画素電極の下面の面積よりも小さく形成された段差状の形状部分と
をさらに有し、
前記導電性薄膜が、前記段差状の形状部分において途切れた状態で形成されている
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２３】
光源と、
前記光源から発せられ、前記反射型液晶表示素子によって変調された光をスクリーンに投射する投射手段と
を備え、
反射型液晶プロジェクタとして構成されている
ことを特徴とする請求項２２記載の液晶表示装置。
【請求項２４】
反射型液晶表示素子を備え、この反射型液晶表示素子によって変調された光を用いて映像表示を行う液晶表示装置であって、
前記反射型液晶表示素子が、反射型の画素電極を有する画素電極基板と、前記画素電極に対向するように設けられた透明電極を有する対向基板と、前記画素電極基板と前記対向基板との間に注入された液晶と
を備え、
前記画素電極基板は、
前記透明電極に対する仕事関数差が前記画素電極と前記透明電極との仕事関数差よりも小さい材料を用いて、前記画素電極の表面に成膜された導電性薄膜
をさらに有し、
前記画素電極自身の形状が、下層に向かうに従いその断面積が小さくなるような形状に加工されており、
前記導電性薄膜が、前記画素電極上と画素以外の領域との間で途切れた状態で形成されている
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２５】
光源と、
前記光源から発せられ、前記反射型液晶表示素子によって変調された光をスクリーンに投射する投射手段と
を備え、
反射型液晶プロジェクタとして構成されている
ことを特徴とする請求項２４記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反射型の画素電極を有する反射型液晶表示素子およびその製造方法、ならびに反射型液晶表示素子を利用した反射型液晶プロジェクタ等の液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、プロジェクションディスプレイの高精細化、小型化、および高輝度化が進展するにつれて、そのディスプレイデバイスとして、小型、高精細であり、かつ高い光利用効率の可能性が期待される反射型の液晶表示素子が注目され、一部実用化もされてきている。
【０００３】
図２１は、従来の反射型液晶表示素子における画素電極基板側の構成を示している。また、図２２は、反射型液晶表示素子全体の構成を示している。反射型液晶表示素子は、図２２に示したように、画素電極基板１４０と、これに対向する対向基板１３０との間に液晶１７０を封入した構成となっている。
【０００４】
画素電極基板１４０は、例えばアクティブ型の駆動素子基板の最上層の電極に、反射型の画素電極１６２を用いた構造となっている。駆動素子基板は、例えば、シリコン基板１４１上に、Ｃ−ＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ−Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型の半導体スイッチング回路を形成した構成となっている。より詳しくは、図に示したように、シリコン基板１４１上に、拡散層１４２、ゲート電極１４３、ポリシリコン（Ｐｏｌｙ  Ｓｉ）電極１４４、およびアルミニウム電極１５２などが積層されている。アルミニウム電極１５２の下層には密着層１５１が形成されている。アルミニウム電極１５２とポリシリコン電極１４４は、それぞれ層間絶縁膜１５４，１４６によって覆われているが、例えばタングステン（Ｗ）を埋め込んだビア（Ｖｉａ）ホール１４５によって相互に導通されている。この駆動素子基板は、通常、Ｃ−ＭＯＳのＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ）プロセスにより作製することができる。
【０００５】
画素電極１６２は、密着層１６１を介して層間絶縁膜１５４の上に積層されている。画素電極１６２は、例えばタングステン（Ｗ）を埋め込んだコンタクトホール１５３によってアルミニウム電極１５２に導通されている。画素電極１６２は、対向基板１３０側から入射した光を反射する機能と、液晶１７０に対して電圧を印加する機能とを有している。これらの機能を満足するため、画素電極１６２としては、一般にＬＳＩプロセスの配線材料として使用されている、銅等がわずかに混合されたアルミニウム（Ａｌ）金属膜などが使用されることが多い。
【０００６】
対向基板１３０としては、ガラス基板１３１の表面に透明電極１３２を形成したものが使用されている。透明電極１３２としては、一般にＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ；インジウムすず酸化膜）が用いられている。
【０００７】
以上の構成の画素電極基板１４０と対向基板１３０とを一対として、画素電極１６２と透明電極１３２とが対向するようにして対向配置する。そして、各基板同士を液晶注入口を除きシール材１７１によってシールした後、内部に液晶１７０を注入し、最後にその注入口を封止することで、アクティブ型の反射型液晶表示素子が製造される。なお、図では、画素電極基板１４０に１つの画素電極１６２のみが形成されているが、実際には、画素電極１６２は、マトリクス状に多数配置されている。また、図示を省略しているが、各基板の液晶１７０に接する面側には、配向膜が形成されている。
【０００８】
この反射型液晶表示素子では、画素電極１６２と透明電極１３２との間に電位差を生じさせることで、両電極間に挟まれた液晶１７０が、それに応じた光学的な特性変化をし、これにより、入射光が変調される。例えば、直線偏光で入射してきた光が、これと垂直な成分を持つように変調される。この変調光を、図示しない検光子に通して階調表現を行うことで、映像表示を行う。
【０００９】
ところで、液晶表示素子の駆動方式では、液晶内に存在するイオンが、素子駆動中に片方の基板に焼き付く問題がある。これを防ぐために、通常、所定期間ごとに駆動電圧の極性を反転させることで、液晶に常時一方向の電圧を印加しないようにしている。
【００１０】
図２３（Ａ）に、この駆動方式の概念図を示す。両電極間に印加される電位差の絶対値が同じで、これを一定間隔で反転させる駆動電圧１８１を与えることにより、上述のイオンの焼き付き等の現象を防止することができる。しかしながら、実際の液晶表示素子、特に反射型液晶表示素子の場合、印加電圧がプラスとマイナスの場合とで液晶１７０にかかる実効的な電圧に差が生じることがある。これは、反射型液晶表示素子では、画素電極１６２と透明電極１３２とのそれぞれの電極材料が異なることに起因している。
【００１１】
すなわち、上述したように画素電極１６２としては、一般に銅等がわずかに混合されたアルミニウム金属膜などが使用されることが多いのに対して、透明電極１３２には、一般にＩＴＯが用いられている。この場合、ＩＴＯとアルミニウムの仕事関数（ワークファンクション）は各金属に固有のものであり、同じではない。すなわち、アルミニウムの仕事関数は、一般的に４．２ｅＶ〜４．３ｅＶであるのに対し、ＩＴＯの仕事関数は、一般的に４．７ｅＶ〜４．９ｅＶとなっている。
【００１２】
このため、反射型液晶表示素子のように両電極を対向させた構成の場合には、両電極間の仕事関数差（ワークファンクションディファレンス）がビルトインポテンシャルとして発生することとなる。この電位差は、両電極に固有の仕事関数差により決まるため、常時、素子に一定の電圧が印加されていることになる。このため、印加電圧の極性を反転したときに、各極性で相対的な電圧差は一定でも、絶対的な電圧が異なることになり、ちょうど交流駆動に直流が重畳された状態となる。その結果、反転駆動時に、極性によって素子の反射率が異なることになり、フリッカー現象が発生して、視感上の品質を落とすと共に、素子内に電池効果による内部電圧が蓄積されて焼き付きを発生させる等の問題を起こすこととなる。透明電極１３２の材料を画素電極１６２と同じアルミニウムにすれば、仕事関数差はなくなり、このような問題は起こらない。しかしながら、これでは素子内に光が透過しなくなるので、実用的ではない。また、当然のことながら、対向する電極がＩＴＯ同士で構成される通常の透過型液晶デバイスでは、同種電極のためこのような非対称性の問題は起こらない。従って、この非対称性は反射型液晶素子が持つ本質的な問題である。
【００１３】
反射型液晶表示素子では、上記した反転駆動時の非対称性をなくすために、図２３（Ｂ）に示したように、駆動電圧に直流的なオフセット電圧１８２を掛ける必要がある。例えば、画素電極１６２にアルミニウム、透明電極１３２にＩＴＯを用いた場合、実効的な電圧差は１Ｖ以上になるが、この分をオフセット電圧１８２として印加する。しかしながら、このオフセット電圧１８２の値があまり大きいと完全に非対称性を除去することができないばかりか、長期駆動中にオフセット電圧１８２が初期の設定値から徐々に変化し、結果的に、再び液晶セル内にイオンの焼き付きを発生させることも知られている。このため、長期駆動時の信頼性が低下する。また、オフセット電圧１８２を印加するためには、それ用の回路を設ける必要があり、電気回路が複雑化する。
【００１４】
一方、以下の特許文献には、画素電極１６２の材料として、アルミニウムとは異なる材料、例えばタングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）または窒化チタン（ＴｉＮ）を用いることによって、上述の電圧差の問題を緩和し、オフセット電圧を低減できることが示されている。
【００１５】
【特許文献１】
特開平９−２４４０６８号公報
【特許文献２】
特開平１０−５４９９５号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、反射電極材料としてタングステン、チタンまたは窒化チタンを用いた場合、一般的に用いられているアルミニウムと比較すると十分な反射率が得られないため、この点で、適切な電極材料とはいない。従って、反射電極としての光の反射機能を損なうことなく、かつ、オフセット電圧の低減を図ることができる技術の開発が望まれる。
【００１７】
一方、本願出願人は、先に、画素電極１６２を対向する透明電極１３２と同じ材料の導電性薄膜によって被覆することにより、オフセット電圧の低減を図るようにした発明を提案している（特願２００２−１６５９５８号）。この発明によれば、対向電極間で仕事関数差がなくなるので、事実上、オフセット電圧を不要にすることができる。なお、この発明では、各電極材料の特性を仕事関数ではなく標準電極電位を用いて表しているが、絶対値は異なるものの各電極材料の相対的な特性を表すという意味では、どちらを用いた場合にも実質的には同じとなる。
【００１８】
しかしながら、画素電極上に直接、例えばスパッタ法やＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法で全面膜形成をすると、導電性薄膜を介して隣り合う画素電極同士が通電し、良好な映像表示を実現できないおそれがある。そこで、それを解決するために、その通電するおそれのある部分を画素電極の形状に合わせて切り取り、分離することが考えられる。薄膜を画素ごとに分離する方法としては、例えばドライエッチングなどがあるが、ＩＴＯなどはドライエッチングすることが難しい金属であるため、この構造を実現することは現在のところ極めて困難な状況である。
【００１９】
そこで、対向する電極間での内部電圧を低減するために、画素電極上に透明電極に近い仕事関数の材料の薄膜を形成するとと共に、製造プロセスを複雑化させることなく、その薄膜を画素間で容易にしかも確実に分離する方法が求められている。
【００２０】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、電極材料の非対称性により生ずる内部起電力を低減または解消し、長期駆動においても高い信頼性を確保することができる反射型液晶表示素子およびそれを用いた液晶表示装置を提供することにある。また、本発明の第２の目的は、内部起電力を低減するための薄膜を画素電極上に形成する場合において、製造プロセスを複雑化することなく容易に画素分離を行うことができるようにした反射型液晶表示素子の製造方法を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の観点に係る反射型液晶表示素子の製造方法は、画素電極基板の製造工程において、画素電極の下層に、幅方向の断面積が画素電極の下面の面積よりも小さくなるような段差状の形状部分を形成する工程と、段差状の形状部分を形成した後、透明電極に対する仕事関数差が画素電極と透明電極との仕事関数差よりも小さい材料を用いて、画素電極の表面に導電性薄膜を形成する工程とを含むものである。
【００２２】
本発明の第２の観点に係る反射型液晶表示素子の製造方法は、画素電極基板の製造工程において、画素電極の形状を、下層に向かうに従いその断面積が小さくなるように加工する工程と、画素電極を加工した後、透明電極に対する仕事関数差が画素電極と透明電極との仕事関数差よりも小さい材料を用いて、画素電極の表面に導電性薄膜を形成する工程とを含むものである。
【００２３】
本発明の第１の観点に係る反射型液晶表示素子は、反射型の画素電極を有する画素電極基板と、画素電極に対向するように設けられた透明電極を有する対向基板と、画素電極基板と対向基板との間に注入された液晶と、を備えた反射型液晶表示素子であって、透明電極に対する仕事関数差が画素電極と透明電極との仕事関数差よりも小さい材料を用いて、画素電極の表面に成膜された導電性薄膜と、画素電極の下層において、幅方向の断面積が画素電極の下面の面積よりも小さく形成された段差状の形状部分とを画素電極基板側にさらに有し、導電性薄膜が、段差状の形状部分において途切れた状態で形成されているものである。
【００２４】
本発明の第２の観点に係る反射型液晶表示素子は、反射型の画素電極を有する画素電極基板と、画素電極に対向するように設けられた透明電極を有する対向基板と、画素電極基板と対向基板との間に注入された液晶と、を備えた反射型液晶表示素子であって、透明電極に対する仕事関数差が画素電極と透明電極との仕事関数差よりも小さい材料を用いて、画素電極の表面に成膜された導電性薄膜を画素電極基板側にさらに有し、画素電極自身の形状が、下層に向かうに従いその断面積が小さくなるような形状に加工されており、導電性薄膜が、画素電極上と画素以外の領域との間で途切れた状態で形成されているものである。
【００２５】
本発明の第１および第２の観点に係る液晶表示装置は、それぞれ上記した本発明の第１および第２の観点に係る反射型液晶表示素子によって変調された光を用いて映像表示を行うようにしたものである。
【００２６】
本発明の第１の観点に係る反射型液晶表示素子の製造方法では、画素電極の下層に、幅方向の断面積が画素電極の下面の面積よりも小さくなるような段差状の形状部分が形成される。この段差状の形状部分を形成した後、透明電極に対する仕事関数差が画素電極と透明電極との仕事関数差よりも小さい材料を用いて、画素電極の表面に導電性薄膜が形成される。段差状の形状部分が設けてあることにより、導電性薄膜を画素領域全面に形成したとしても、導電性薄膜が段差状の形状部分において途切れた状態となる。すなわち、導電性薄膜の形成後に特別な工程を設けることなく、セルフアラインでの画素分離が行われる。
【００２７】
本発明の第２の観点に係る反射型液晶表示素子の製造方法では、画素電極の形状が、下層に向かうに従いその断面積が小さくなるように加工される。その後、透明電極に対する仕事関数差が画素電極と透明電極との仕事関数差よりも小さい材料を用いて、画素電極の表面に導電性薄膜が形成される。画素電極の形状が、下層に向かうに従いその断面積が小さくなるように加工されていることにより、例えば導電性薄膜を画素領域に対して垂直に、かつ全面に形成すると、導電性薄膜が形成されない影の領域が画素電極周囲にわたって画素電極下に発生する。このため、導電性薄膜は画素電極上と画素以外の領域との間で途切れた、いわゆるリフトオフの状態となる。これにより、導電性薄膜の形成後に特別な工程を設けることなく、セルフアラインでの画素分離を行うことができることとなる。
【００２８】
本発明の第１および第２の観点に係る反射型液晶表示素子および液晶表示装置では、透明電極に対する仕事関数差が画素電極と透明電極との仕事関数差よりも小さい材料を用いて、画素電極の表面に導電性薄膜が成膜されていることにより、画素電極の材料によらず、対向する電極間での内部起電力が低減または印加されない状態となる。従って、液晶応答の非対称性が低減または解消され、従来駆動電圧に必要とされていたオフセット電圧が低減または不要とされ、結果的に、長期駆動を行った場合にも高い信頼性が確保される。また、導電性薄膜が、画素電極の下層の段差状の形状部分、または画素電極の下端において、途切れた状態で形成されているので、導電性薄膜を画素領域全面に形成したとしても、隣接する画素電極間での通電が防止され、良好な映像表示が実現される。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００３０】
［第１の実施の形態］
＜反射型液晶表示素子の構成＞
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る反射型液晶表示素子の全体構造を示している。また、図２は、画素電極基板側の構成を示している。この反射型液晶表示素子は、互いに対向配置され、シール材７１によってシールされた対向基板３０および画素電極基板４０と、これらの基板間に注入された液晶７０とを備えている。
【００３１】
液晶７０としては、例えば、一般に垂直配向液晶と呼ばれる、垂直配列タイプのネマチック液晶を使用可能である。なお、垂直配列とは、液晶分子の初期の配向が各基板面に対して垂直となっており、液晶分子に平行に電界を加えることで、この分子が垂直から傾いていく振るまいをするというものである。
【００３２】
対向基板３０は、ガラス基板３１と、このガラス基板３１の液晶７０側の面に積層された透明電極３２とを備えている。また、図示を省略しているが、対向基板３０の液晶７０に接する面側には、配向膜が形成されている。配向膜としては、例えばポリイミド系の有機化合物をラビング（配向）処理した膜や、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）等の無機材料の斜め蒸着膜が使われる。透明電極３２は、光の透過作用のある電極材料、一般に、酸化すず（ＳｎＯ２）と酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）との固溶体物質であるＩＴＯが用いられる。透明電極３２には、全画素領域で共通の電位（例えば接地電位）が印加されるようになっている。
【００３３】
画素電極基板４０は、例えばアクティブ型の駆動素子基板の最上層の電極に、反射型の画素電極６２を用いた構造となっている。駆動素子基板は、例えば、シリコン基板４１上に、Ｃ−ＭＯＳ型の半導体スイッチング回路を形成した構成となっている。より詳しくは、図に示したように、シリコン基板４１上に、拡散層４２、ゲート電極４３、ポリシリコン（Ｐｏｌｙ  Ｓｉ）電極４４、およびアルミニウム電極５２などが積層されている。アルミニウム電極５２の下層には密着層５１が形成されている。アルミニウム電極５２とポリシリコン電極４４は、それぞれ層間絶縁膜５４，４６によって覆われているが、例えばタングステン（Ｗ）を埋め込んだビア（Ｖｉａ）ホール４５によって相互に導通されている。この駆動素子基板は、通常、Ｃ−ＭＯＳのＬＳＩプロセスにより作製することができる。層間絶縁膜５４としては、例えば、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）、シリコンオキシナイトライド（ＳｉＯＮ）、または少なくともポリイミド（ＰＩ）を含む高分子材料などを用いることができる。
【００３４】
画素電極６２は、密着層６１を介して層間絶縁膜５４の上に積層されている。画素電極６２は、例えばタングステン（Ｗ）を埋め込んだコンタクトホール５３によってアルミニウム電極５２に導通され、下層の駆動素子基板により選択的に駆動電圧が印加されるようになっている。画素電極６２は、対向基板３０側から入射した光Ｌ１を反射する機能と、液晶７０に対して選択的に駆動電圧を印加する機能とを有している。これらの機能を満足するため、画素電極６２としては、一般にＬＳＩプロセスの配線材料として使用されている、銅やシリコンを数ｗｔ％以下添加したアルミニウム（Ａｌ）金属膜などが使用されている。ただし、十分な反射率が得られるものであれば、画素電極６２の金属材料として、アルミニウム以外のものを用いても構わない。
【００３５】
なお、図では、画素電極基板４０に１つの画素電極６２のみが形成されているが、実際には、画素電極６２は、マトリクス状に多数配置されている。また、図示を省略しているが、画素電極基板４０の液晶７０に接する面側には、対向基板３０と同様に配向膜が形成されている。画素電極６２の厚さは、成膜上の観点から少なくとも５０ｎｍ以上であることが好ましく、より好ましくは良好な反射率を得るために１２０ｎｍ以上であると良い。
【００３６】
画素電極６２の上には、導電性薄膜６３が積層されている。導電性薄膜６３は、画素電極６２の透明電極３２に対向する面側を全体的に覆うようにして成膜されている。この導電性薄膜６３の厚さは、例えば、１０ｎｍ以上３００ｎｍ未満である。導電性薄膜６３は、透明電極３２と画素電極６２との仕事関数差により生ずる、液晶応答の非対称性を解消するために設けられたものである。
【００３７】
導電性薄膜６３としては、光の反射率が高く、また、対向する透明電極３２に対して仕事関数差の小さい材料（透明電極３２と画素電極６２との仕事関数差よりも小さい材料）が用いられている。例えば透明電極３２にＩＴＯ、画素電極６２にアルミニウムを用いた場合、それぞれの一般的な仕事関数は、約４．７ｅＶ〜４．９ｅＶと約４．２ｅＶ〜４．３ｅＶであるから、これらの仕事関数差より小さくなるような材料を用いる。例えば、銀（Ａｇ）の仕事関数は、約４．３ｅＶ〜４．４ｅＶ、パラジウム（Ｐｄ）の仕事関数は、４．９５ｅＶであり、これらの材料を導電性薄膜６３として用いることで、アルミニウムに比べて仕事関数をＩＴＯに近づけることができる。また当然、導電性薄膜６３にＩＴＯを用いれば仕事関数差を事実上なくすことができる。そのほか、画素電極６２の材料に応じて、例えば、その成分として、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、金（Ａｕ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）またはＩＴＯなどを含む膜を導電性薄膜６３として使用することができる。
【００３８】
導電性薄膜６３の成膜法としては、例えばスパッタ法、蒸着法、ＣＶＤ法またはＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ）法を用いることができる。
【００３９】
密着層６１としては、例えばチタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）、およびニッケル（Ｎｉ）のうち、一種以上をその成分として含有する導電性の膜を用いることができる。
【００４０】
密着層６１は、その断面積が、画素電極６２の下面（密着層６１側）の面積に比べて小さくなるように形成されている。これにより、画素電極６２と層間絶縁膜５４との間に段差部９１（図２）が形成されている。このように段差部９１を設けてあるのは、画素電極６２の上に導電性薄膜６３を膜形成するときに、導電性薄膜６３を介して隣り合う画素電極６２同士が通電することのないよう、隣り合う画素電極６２同士を確実に画素分離させるためである。
【００４１】
＜反射型液晶表示素子の製造方法＞
次に、以上のような構成の反射型液晶表示素子を製造する方法を説明する。なお、この反射型液晶表示素子の特徴部分は、画素電極６２付近の構造にあるので、特に、その部分の製造方法を説明する。
【００４２】
まず、図４に示すように、層間絶縁膜５４を形成後、コンタクトホール５３を開口し、そこに例えばＷ−ＣＶＤ法によりエッチバックすることによりタングステンなどを埋め込み・平坦化する。この上に、密着層６１として例えばチタン（Ｔｉ）または窒化チタン（ＴｉＮ）膜などを形成し、さらに画素電極６２として例えばアルミニウム膜を形成する。その後、さらにその上にレジスト膜８１を形成する。
【００４３】
次に、図５に示すように、レジスト膜８１をマスクとして、画素電極６２および密着層６１をエッチング加工により、厚み方向に略垂直加工し、画素形状を形成した後、レジスト膜８１を除去する。引き続き、図６に示すように、例えばＣＦ４やＣｌ２などをエッチングガスとして用いたプラズマエッチング法により、密着層６１を選択的にサイドエッチする。この場合、画素電極６２よりも密着層６１のエッチングレートが高くなるような条件下でエッチングを行うことにより、密着層６１を選択的にサイドエッチすることができ。例えば密着層６１の成膜時にその成膜レートを高くしておくことで、密着層６１のエッチングレートを高くすることができる。これにより、画素電極６２の下層の一部分を残して密着層６１がアンダーカットされ、段差部９１が形成される。なお、段差部９１の高さ（密着層６１の厚さ）は、後の導電性薄膜６３の形成工程において画素の分離が確実に行われるよう、導電性薄膜６３の厚さよりも大きくしておくことが望ましい。
【００４４】
最後に、図７に示すように、例えばスパッタ法またはＣＶＤ法により、ＩＴＯ膜などの導電性薄膜６３を全面に形成する。このとき、画素電極６２の下にはあらかじめ段差部９１が形成されているので、画素電極６２の周辺近傍では、導電性薄膜６３が連続して形成されることなく、途切れた状態となる。これにより、導電性薄膜６３の形成後に特別な工程を設けることなくセルフアラインで、画素同士が干渉することのない、確実な画素分離が可能となる。
【００４５】
このようにして作製された画素電極基板４０を、別途作製された対向基板３０に対向させ、各基板同士を液晶注入口を除きシール材７１によってシールする。そして、その内部に液晶７０を注入して充填し、最後にその注入口を封止することで、図１に示した反射型液晶表示素子が製造される。
【００４６】
次に、以上のように構成された反射型液晶表示素子の作用、動作を説明する。
【００４７】
この反射型液晶表示素子では、対向基板３０側から入射し、液晶７０を通過した入射光Ｌ１を、画素電極６２の反射機能により反射させる。画素電極６２において反射された光Ｌ１は、入射時とは逆方向に、液晶７０および対向基板３０を通過して出射される。このとき、液晶７０は、対向する電極間の電位差に応じて、その光学的な特性が変化し、通過する光Ｌ１を変調させる。この光変調により階調表現が可能となり、その変調された光Ｌ２が映像表示に利用される。
【００４８】
画素電極６２には、例えば所定期間ごとにその極性が±反転する駆動電圧が印加される。このとき、従来の反射型液晶表示素子では、対向する電極同士でその仕事関数差が大きく異なる電極材料を用いていることにより、その極性に応じて、電極間でいわゆる電池効果を要因とした内部電圧が発生し、液晶の応答に非対称性を生じる。このため、これを補正するための直流電圧を、別途オフセット電圧として印加して駆動させることになる。このオフセット電圧の大きさが大きくなると、完全な補正が難しくなるばかりか、長期の駆動においては値がばらついたり変化したりするため、これを起因として焼き付きなどの問題が生じる。
【００４９】
一方、本反射型液晶表示素子では、画素電極６２上に、透明電極３２に対して仕事関数差の小さい導電性薄膜６３をオーバコートしていることにより、透明電極３２との間で発生する電池効果を低減することができる。特に、透明電極３２および導電性薄膜６３共にＩＴＯを用いた場合、電池効果を実質的に完全に無くすことができると共に、入射光が導電性薄膜６３をそのまま透過して画素電極６２に到達することになるので素子の反射機能自体にも影響を及ぼす可能性は少ない。
【００５０】
すなわち、この反射型液晶表示素子では、反射型デバイスに要求される光の反射機能を、従来と同様にアルミニウム電極などを用いた画素電極６２に持たせる一方、液晶７０への電圧印加は、導電性薄膜６３を介して行っている。画素電極６２は液晶セル内に存在するものの、セルを実質的に形成している液晶７０の両端部分には、透明電極３２に対して仕事関数差の小さい導電性薄膜６３が設置されることになる。これにより、液晶７０の両端に発生する電位差が消滅または低減することになり、電池効果が抑止される。従って、その反射機能を維持しつつ、液晶応答の非対称性を解消または低減し、従来駆動電圧に必要とされていたオフセット電圧が不要または低減される。これにより結果的に、長期駆動時にも高い信頼性が得られる。
【００５１】
以上説明したように、本実施の形態に係る反射型液晶表示素子によれば、画素電極６２の透明電極３２に対向する面側に、透明電極３２に対して仕事関数差の小さい材料の導電性薄膜６３を設けるようにしたので、画素電極６２の材料によらず、対向する電極間での内部起電力を低減または印加されない状態にすることができる。従って、液晶応答の非対称性が低減または解消され、従来駆動電圧に必要とされていたオフセット電圧が低減または不要となる。結果的に、長期駆動を行った場合にも高い信頼性を確保することができる。また、導電性薄膜６３が、画素電極６２の下層の段差部９１において、途切れた状態で形成されているので、導電性薄膜６３を画素領域全面に形成したとしても、隣接する画素電極間での通電が防止され、良好な映像表示を実現することができる。
【００５２】
また、本実施の形態に係る反射型液晶表示素子の製造方法によれば、画素電極６２と層間絶縁膜５４との間に段差部９１を設けて導電性薄膜６３を成膜するようにしたので、導電性薄膜６３を画素領域全面に形成したとしても、導電性薄膜６３の形成後に特別な工程を設けることなく、セルフアラインでの画素分離が可能となる。画素分離のために、コストおよび時間の掛かるリソグラフィ工程などを行う必要がなくなるので、シンプルで生産性が高く、再現性の高い製造プロセスを提供できる。また、今後の画素間微細化に向けた技術にも対応可能となる。
【００５３】
＜液晶表示装置の説明＞
次に、図１に示した構成の反射型液晶表示素子を使用した液晶表示装置の例について説明する。ここでは、図３に示したように、反射型液晶表示素子をライトバルブとして使用した反射型液晶プロジェクタの例について説明する。
【００５４】
図３に示した反射型液晶プロジェクタは、赤、青および緑の各色用の液晶ライトバルブ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂを３枚用いてカラー画像表示を行う、いわゆる３板方式のものである。この反射型液晶プロジェクタは、光軸１０に沿って、光源１１と、ダイクロイックミラー１２，１３と、全反射ミラー１４とを備えている。この反射型液晶プロジェクタは、また、偏光ビームスプリッタ１５，１６，１７と、合成プリズム１８と、投射レンズ１９と、スクリーン２０とを備えている。
【００５５】
光源１１は、カラー画像表示に必要とされる、赤色光（Ｒ）、青色光（Ｇ）および緑色光（Ｂ）を含んだ白色光を発するものであり、例えばハロゲンランプ、メタルハライドランプまたはキセノンランプなどにより構成されている。
【００５６】
ダイクロイックミラー１２は、光源１１からの光を、青色光とその他の色光とに分離する機能を有している。ダイクロイックミラー１３は、ダイクロイックミラー１２を通過した光を、赤色光と緑色光とに分離する機能を有している。全反射ミラー１４は、ダイクロイックミラー１２によって分離された青色光を、偏光ビームスプリッタ１７に向けて反射するようになっている。
【００５７】
偏光ビームスプリッタ１５，１６，１７は、それぞれ、赤色光、緑色光および青色光の光路に沿って設けられている。これらの偏光ビームスプリッタ１５，１６，１７は、それぞれ、偏光分離面１５Ａ，１６Ａ，１７Ａを有し、この偏光分離面１５Ａ，１６Ａ，１７Ａにおいて、入射した各色光を互いに直交する２つの偏光成分に分離する機能を有している。偏光分離面１５Ａ，１６Ａ，１７Ａは、一方の偏光成分（例えばＳ偏光成分）を反射し、他方の偏光成分（例えばＰ偏光成分）は透過するようになっている。
【００５８】
液晶ライトバルブ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂは、上述した構成の反射型液晶表示素子（図１）によって構成されている。これらの液晶ライトバルブ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂには、偏光ビームスプリッタ１５，１６，１７の偏光分離面１５Ａ，１６Ａ，１７Ａによって分離された所定の偏光成分（例えばＳ偏光成分）の色光が入射されるようになっている。液晶ライトバルブ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂは、画像信号に基づいて与えられた駆動電圧に応じて駆動され、入射光を変調させると共に、その変調された光を偏光ビームスプリッタ１５，１６，１７に向けて反射する機能を有している。
【００５９】
合成プリズム１８は、液晶ライトバルブ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂから出射され、偏光ビームスプリッタ１５，１６，１７を通過した所定の偏光成分（例えばＰ偏光成分）の色光を、合成する機能を有している。投射レンズ１９は、合成プリズム１８から出射された合成光を、スクリーン２０に向けて投射する機能を有している。
【００６０】
以上のように構成された反射型液晶プロジェクタにおいて、光源１１から出射された白色光は、まず、ダイクロイックミラー１２の機能によって青色光とその他の色光（赤色光および緑色光）とに分離される。このうち青色光は、全反射ミラー１４の機能によって、偏光ビームスプリッタ１７に向けて反射される。一方、赤色光および緑色光は、ダイクロイックミラー１３の機能によって、さらに、赤色光と緑色光とに分離される。分離された赤色光および緑色光は、それぞれ、偏光ビームスプリッタ１５，１６に入射される。
【００６１】
偏光ビームスプリッタ１５，１６，１７は、入射した各色光を、偏光分離面１５Ａ，１６Ａ，１７Ａにおいて、互いに直交する２つの偏光成分に分離する。このとき、偏光分離面１５Ａ，１６Ａ，１７Ａは、一方の偏光成分（例えばＳ偏光成分）を液晶ライトバルブ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂに向けて反射する。
【００６２】
液晶ライトバルブ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂは、画像信号に基づいて与えられた駆動電圧に応じて駆動され、入射した所定の偏光成分の色光を画素単位で変調させる。このとき、液晶ライトバルブ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂは、上述の反射型液晶表示素子２１によって構成されているので、オフセット電圧が不要とされ、対称性の良い駆動電圧によって良好に駆動される。
【００６３】
液晶ライトバルブ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂは、変調した各色光を偏光ビームスプリッタ１５，１６，１７に向けて反射する。偏光ビームスプリッタ１５，１６，１７は、液晶ライトバルブ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂからの反射光（変調光）のうち、所定の偏光成分（例えばＰ偏光成分）のみを通過させ、合成プリズム１８に向けて出射する。合成プリズム１８は、偏光ビームスプリッタ１５，１６，１７を通過した所定の偏光成分の色光を合成し、投射レンズ１９に向けて出射する。投射レンズ１９は、合成プリズム１８から出射された合成光を、スクリーン２０に向けて投射する。これにより、スクリーン２０に、液晶ライトバルブ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂによって変調された光に応じた映像が投影され、所望の映像表示がなされる。
【００６４】
以上説明したように、本実施の形態に係る反射型液晶プロジェクタによれば、その画素電極６２上に導電性薄膜６３が設けられて構成された反射型液晶表示素子（図１）を、液晶ライトバルブ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂとして用いるようにしたので、従来、液晶ライトバルブ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂの駆動電圧に必要とされていたオフセット電圧が低減または不要とされ、長期駆動を行った場合にも高い信頼性を確保することができる。また、導電性薄膜６３の形成後に特別な工程を設けることなく、セルフアラインでの画素分離が可能な反射型液晶表示素子を用いているので、反射型液晶表示素子の製造が容易となり、それを用いた液晶ライトバルブ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂも容易に製造できる。
【００６５】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る反射型液晶表示素子が上記第１の実施の形態と異なるのは画素電極６２付近の構造のみである。その他の構造部分は同様なので、その説明を省略する。
【００６６】
上記第１の実施の形態では、画素電極６２の下層の密着層６１をアンダーカットして、画素電極６２と層間絶縁膜５４との間に段差部９１を形成するようにしていた。一方、本実施の形態に係る反射型液晶表示素子では、図１０に示したように、密着層６１ではなく層間絶縁膜５４に段差部９２が形成されている。密着層６１の下層部分の面積は、画素電極６２の下面（密着層６１側）の面積に比べて小さくなるように形成されている。
【００６７】
以下、この反射型液晶表示素子の製造方法を説明する。まず、図８に示すように、層間絶縁膜５４を形成後、コンタクトホール５３を開口し、そこに例えばＷ−ＣＶＤ法によりエッチバックすることによりタングステンなどを埋め込み・平坦化する。この上に、密着層６１として例えばチタン（Ｔｉ）または窒化チタン（ＴｉＮ）膜などを形成し、さらに画素電極６２として例えばアルミニウム膜を形成する。その後、さらにその上にレジスト膜８１を形成する。
【００６８】
次に、図９に示すように、レジスト膜８１をマスクとして、画素電極６２および密着層６１をエッチング加工により、厚み方向に略垂直加工し、画素形状を形成した後、引き続き、層間絶縁膜５４を例えば等方性エッチングすることで、密着層６１の下層の一部分を残して層間絶縁膜５４がアンダーカットされ、段差部９２が形成される。またこの段階でレジスト膜８１を除去する。なお、段差部９２の高さは、後の導電性薄膜６３の形成工程において画素の分離が確実に行われるよう、導電性薄膜６３の厚さよりも大きくしておくことが望ましい。
【００６９】
最後に、図１０に示すように、例えばスパッタ法またはＣＶＤ法により、ＩＴＯ膜などの導電性薄膜６３を全面に形成する。このとき、画素電極６２および密着層６１の下層にある層間絶縁膜５４には、あらかじめ段差部９２が形成されているので、画素電極６２の周辺近傍では、導電性薄膜６３が連続して形成されることなく、途切れた状態となる。これにより、導電性薄膜６３の形成後に特別な工程を設けることなくセルフアラインで、画素同士が干渉することのない、確実な画素分離が可能となる。
【００７０】
このように、本実施の形態に係る反射型液晶表示素子の製造方法によれば、層間絶縁膜５４を加工して画素電極６２および密着層６１の下層に段差部９２を形成した後、内部起電力を低減するための導電性薄膜６３を成膜するようにしたので、上記第１の実施の形態と同様、導電性薄膜６３を画素領域全面に形成したとしても、導電性薄膜６３の形成後に特別な工程を設けることなく、セルフアラインでの画素分離が可能となる。
【００７１】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る反射型液晶表示素子が上記第１の実施の形態と異なるのは画素電極６２付近の構造のみである。その他の構造部分は同様なので、その説明を省略する。
【００７２】
上記第１の実施の形態では、画素電極６２の下層の密着層６１をアンダーカットして、画素電極６２と層間絶縁膜５４との間に段差部９１を形成するようにしていた。一方、本実施の形態に係る反射型液晶表示素子では、図１３に示したように、層間絶縁膜５４の上にさらに第２の層間絶縁膜６４が設けられ、その第２の層間絶縁膜６４によって段差部９３が形成されている。段差部９３があることにより、第２の層間絶縁膜６４は、その断面積が、画素電極６２の下面の面積に比べて小さくなるように形成されている。
【００７３】
ここで、本実施の形態において、第２の層間絶縁膜６４が、本発明における「第１の膜」の一具体例に対応し、密着層６１が、本発明における「第２の膜」の一具体例に対応する。
【００７４】
以下、この反射型液晶表示素子の製造方法を説明する。まず、図１１に示すように、第１の層間絶縁膜５４の上に重ねて、第１の層間絶縁膜５４よりもエッチングレートの高い第２の層間絶縁膜６４を形成する。その後、第１の層間絶縁膜５４および第２の層間絶縁膜６４にコンタクトホール５３を開口し、そこに例えばＷ−ＣＶＤ法によりエッチバックすることによりタングステンなどを埋め込み・平坦化する。この上に、密着層６１として例えばチタン（Ｔｉ）または窒化チタン（ＴｉＮ）膜などを形成し、さらに画素電極６２として例えばアルミニウム膜を形成する。その後、さらにその上にレジスト膜８１を形成する。
【００７５】
次に、図１２に示すように、レジスト膜８１をマスクとして、画素電極６２および密着層６１をエッチング加工により、厚み方向に略垂直加工し、画素形状を形成した後、引き続き、第２の層間絶縁膜６４を例えば等方性エッチングすることで、第２の層間絶縁膜６４を選択的にサイドエッチする。これにより、密着層６１の下層の一部分を残して第２の層間絶縁膜６４がアンダーカットされ、段差部９３が形成される。またこの段階でレジスト膜８１を除去する。なお、段差部９３の高さは、後の導電性薄膜６３の形成工程において画素の分離が確実に行われるよう、導電性薄膜６３の厚さよりも大きくしておくことが望ましい。
【００７６】
最後に、図１３に示すように、例えばスパッタ法またはＣＶＤ法により、ＩＴＯ膜などの導電性薄膜６３を全面に形成する。このとき、画素電極６２および密着層６１の下層にある第２の層間絶縁膜６４には、あらかじめ段差部９３が形成されているので、画素電極６２の周辺近傍では、導電性薄膜６３が連続して形成されることなく、途切れた状態となる。これにより、導電性薄膜６３の形成後に特別な工程を設けることなくセルフアラインで、画素同士が干渉することのない、確実な画素分離が可能となる。
【００７７】
このように、本実施の形態に係る反射型液晶表示素子の製造方法によれば、第１の層間絶縁膜５４と密着層６１との間に第２の層間絶縁膜６４を設け、その第２の層間絶縁膜６４を加工して画素電極６２および密着層６１の下層に段差部９２を形成した後、内部起電力を低減するための導電性薄膜６３を成膜するようにしたので、上記第１の実施の形態と同様、導電性薄膜６３を画素領域全面に形成したとしても、導電性薄膜６３の形成後に特別な工程を設けることなく、セルフアラインでの画素分離が可能となる。
【００７８】
［第４の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る反射型液晶表示素子が上記第１の実施の形態と異なるのは画素電極６２付近の構造のみである。その他の構造部分は同様なので、その説明を省略する。
【００７９】
上記第１の実施の形態では、画素電極６２の下層の密着層６１をアンダーカットして、画素電極６２と層間絶縁膜５４との間に段差部９１を形成するようにしていた。一方、本実施の形態に係る反射型液晶表示素子では、図１６に示したように、層間絶縁膜５４の上にさらに複数の層間絶縁膜６４Ａ，６４Ｂが設けられ、それら層間絶縁膜６４Ａ，６４Ｂによって複数の段差部９４，９５が形成されている。複数の段差部９４，９５があることにより、層間絶縁膜６４Ａ，６４Ｂは、その断面積が、画素電極６２の下面の面積に比べて小さくなるように形成されている。
【００８０】
ここで、本実施の形態において、層間絶縁膜６４Ａ，６４Ｂが、本発明における「第１の膜」の一具体例に対応し、絶縁膜６５および密着層６１が、本発明における「第２の膜」の一具体例に対応する。
【００８１】
以下、この反射型液晶表示素子の製造方法を説明する。まず、図１４に示すように、第１の層間絶縁膜５４の上に重ねて、第１の層間絶縁膜５４よりもエッチングレートの高い第２の層間絶縁膜６４Ａを形成し、その上に絶縁膜６５を形成する。さらに絶縁膜６５の上に、第２の層間絶縁膜６４Ａと同様、エッチングレートの高い第３の層間絶縁膜６４Ｂを形成する。その後、第１の層間絶縁膜５４、第２の層間絶縁膜６４Ａ、絶縁膜６５および第３の層間絶縁膜６４Ｂにコンタクトホール５３を開口し、そこに例えばＷ−ＣＶＤ法によりエッチバックすることによりタングステンなどを埋め込み・平坦化する。この上に、密着層６１として例えばチタン（Ｔｉ）または窒化チタン（ＴｉＮ）膜などを形成し、さらに画素電極６２として例えばアルミニウム膜を形成する。その後、さらにその上にレジスト膜８１を形成する。
【００８２】
次に、図１５に示すように、レジスト膜８１をマスクとして、画素電極６２および密着層６１をエッチング加工により、厚み方向に略垂直加工し、画素形状を形成した後、引き続き、第２の層間絶縁膜６４Ａ、絶縁膜６５および第３の層間絶縁膜６４Ｂを垂直方向に加工し、さらに引き続き、第２の層間絶縁膜６４Ａおよび第３の層間絶縁膜６４Ｂを例えば等方性エッチングすることで、第２の層間絶縁膜６４Ａおよび第３の層間絶縁膜６４Ｂを選択的にサイドエッチする。これにより、密着層６１の下層および絶縁膜６５の下層の一部分を残して、第２の層間絶縁膜６４Ａおよび第３の層間絶縁膜６４Ｂがアンダーカットされ、段差部９４，９５が形成される。またこの段階でレジスト膜８１を除去する。なお、段差部９４，９５の高さは、後の導電性薄膜６３の形成工程において画素の分離が確実に行われるよう、導電性薄膜６３の厚さよりも大きくしておくことが望ましい。
【００８３】
最後に、図１６に示すように、例えばスパッタ法またはＣＶＤ法により、ＩＴＯ膜などの導電性薄膜６３を全面に形成する。このとき、第２の層間絶縁膜６４Ａおよび第３の層間絶縁膜６４Ｂには、あらかじめ段差部９４，９５が形成されているので、画素電極６２の周辺近傍では、導電性薄膜６３が連続して形成されることなく、途切れた状態となる。これにより、導電性薄膜６３の形成後に特別な工程を設けることなくセルフアラインで、画素同士が干渉することのない、確実な画素分離が可能となる。
【００８４】
なお、以上の説明では２つの層間絶縁膜６４Ａ，６４Ｂを設けて、２つの段差部９４，９５を形成するようにしたが、３以上の層間絶縁膜を設けて、３以上の段差部を形成するようにしても良い。
【００８５】
このように、本実施の形態に係る反射型液晶表示素子の製造方法によれば、画素電極６２の下層に、第１の層間絶縁膜５４側から順に、エッチングレートの異なる２つの膜の組み合わせを複数組形成する工程を含み、この複数組の２つの膜と画素電極６２とを形成した後、複数組の２つの膜のうちエッチングレートの早い膜をそれぞれ選択的にエッチング加工することにより、複数の段差部９４，９５を形成し、その後、導電性薄膜６３を成膜するようにしたので、上記第１の実施の形態と同様、導電性薄膜６３を画素領域全面に形成したとしても、導電性薄膜６３の形成後に特別な工程を設けることなく、セルフアラインでの画素分離が可能となる。特に、複数の段差部９４，９５を形成しているので、画素分離をより確実に行うことができる。
【００８６】
［その他の実施の形態］
なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されず種々の変形実施が可能である。例えば、本発明の反射型液晶表示素子は、液晶プロジェクタに限らず、その他の表示装置、ならびに各種携帯型電子機器および各種情報処理端末などにおける映像表示部に広く適用することが可能である。
【００８７】
また、上記各実施の形態では、画素電極６２以外の層を加工して段差部を形成するようにしたが、例えば図１７の第１の変形例に示したように、画素電極６２自体を加工し、下層に向かうに従いその断面積が小さくなるような形状にしても良い。画素電極６２の形状を、下層に向かうに従いその断面積が小さくなるように加工することにより、導電性薄膜６３を画素領域に対して垂直に、かつ全面に形成すると、導電性薄膜が形成されない影の領域が画素電極周囲にわたって画素電極下に発生する。このため、導電性薄膜６３は画素電極６２上と画素以外の領域との間で途切れた、いわゆるリフトオフの状態となる。これにより、導電性薄膜６３の形成後に特別な工程を設けることなく、セルフアラインでの画素分離を行うことができる。
【００８８】
また、段差部の形状は画素電極６２の中心に対して厳密に対称的である必要はなく、例えば図１８の第２の変形例に示したように、一方の段差部９１Ｌが他方の段差部９１Ｒに比べて幅方向に大きくエッチングされているような形状であっても良い。この場合、例えば図中、直線の矢印で示したように、エッチングの度合いの大きい段差部９１Ｌの方向側から導電性薄膜６３を形成するようにすると良い。
【００８９】
また、上記各実施の形態では、段差部の形成をエッチングにより行うものとして説明したが、その他の方法で段差状の形状部分を形成するようにしても良い。例えば図１９の第３の変形例に示したように、層間絶縁膜５４に体積収縮を起こすような材料を用いることで、画素電極６２の周辺が窪むようにし、その後、導電性薄膜６３を形成するようにしても良い。
【００９０】
また、画素電極６２以外の層で段差部を形成する場合には、画素電極６２の下面の面積に比べて、段差部分の断面積が小さく形成されていれば良く、画素電極６２の形状は特に限定されない。例えば図２０の第４の変形例に示したように、画素電極６２の下面の表面積が上面の表面積よりも大きくなるような形状であっても良い。
【００９１】
また特に、真空度の低い環境下で製造を行う場合には、製造過程で画素電極６２上に酸化薄膜が形成されるおそれがある。このような場合には、導電性薄膜６３を成膜する前に、酸化薄膜を除去する工程を追加し、その後、導電性薄膜６３を成膜するようにすると良い。
【００９２】
また、導電性薄膜６３と画素電極６２との密着性を高めるために、段差部を形成した後、画素電極６２の上に密着層を形成し、その後、導電性薄膜６３を成膜するようにしても良い。この密着層としては、例えばチタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、およびニッケル（Ｎｉ）のうち、一種以上をその成分として含有する導電性の膜などを用いることができる。なお、画素電極６２上に密着層を設ける場合、反射率の低下を防止するために、なるべく薄く成膜することが好ましい。さらに、導電性を高めるために、それらの一種以上の酸化膜、窒化膜または酸化窒化膜を、単独または積層する形で導電性薄膜６３と画素電極６２との間に形成するようにしても良い。
【００９３】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１ないし１８のいずれか１項に記載の反射型液晶表示素子の製造方法によれば、画素電極の下層に、幅方向の断面積が画素電極の下面の面積よりも小さくなるような段差状の形状部分を形成し、この段差状の形状部分を形成した後、透明電極に対する仕事関数差が画素電極と透明電極との仕事関数差よりも小さい材料を用いて、画素電極の表面に導電性薄膜を形成するようにしたので、導電性薄膜を画素領域全面に形成したとしても、その後に特別な工程を設けることなく、導電性薄膜が段差状の形状部分において途切れた状態となる。これにより、内部起電力を低減するための導電性薄膜を画素電極上に形成する場合において、製造プロセスを複雑化することなく容易にセルフアラインでの画素分離を行うことができる。
【００９４】
また、請求項１９記載の反射型液晶表示素子の製造方法によれば、画素電極の形状を、下層に向かうに従いその断面積が小さくなるように加工した後、透明電極に対する仕事関数差が画素電極と透明電極との仕事関数差よりも小さい材料を用いて、画素電極の表面に導電性薄膜を形成するようにしたので、例えば導電性薄膜を画素領域に対して垂直に、かつ全面に形成したとすると、導電性薄膜が形成されない影の領域が画素電極周囲にわたって画素電極下に発生する。このため、導電性薄膜は画素電極上と画素以外の領域との間で途切れた、いわゆるリフトオフの状態となり、導電性薄膜の形成後に特別な工程を設けることなく、セルフアラインでの画素分離を行うことができる。すなわち、内部起電力を低減するための導電性薄膜を画素電極上に形成する場合において、製造プロセスを複雑化することなく容易にセルフアラインでの画素分離を行うことができる。
【００９５】
また、請求項２０記載の反射型液晶表示素子、または請求項２２もしくは２３記載の液晶表示装置によれば、画素電極の下層に、幅方向の断面積が前記画素電極の下面の面積よりも小さく形成された段差状の形状部分を有すると共に、透明電極に対する仕事関数差が画素電極と透明電極との仕事関数差よりも小さい材料を用いた導電性薄膜が、段差状の形状部分において途切れた状態となるように画素電極上に形成されているので、電極材料の非対称性により生ずる内部起電力を低減または解消することができる。これにより、従来駆動電圧に必要とされていたオフセット電圧が低減または不要とされ、結果的に、長期駆動においても高い信頼性を確保することができる。また、導電性薄膜が、画素電極の下層の段差状の形状部分において途切れた状態で形成されているので、導電性薄膜を画素領域全面に形成したとしても、隣接する画素電極間での通電が防止され、良好な映像表示を実現することができる。
【００９６】
また、請求項２１記載の反射型液晶表示素子、または請求項２４もしくは２５記載の液晶表示装置によれば、画素電極自身の形状が、下層に向かうに従いその断面積が小さくなるような形状に加工されており、導電性薄膜が、画素電極上と画素以外の領域との間で途切れた状態で形成されているので、電極材料の非対称性により生ずる内部起電力を低減または印加されない状態にすることができる。これにより、従来駆動電圧に必要とされていたオフセット電圧が低減または不要とされ、結果的に、長期駆動においても高い信頼性を確保することができる。また、導電性薄膜が、画素電極上と画素以外の領域との間で途切れた、いわゆるリフトオフの状態で形成されているので、導電性薄膜を画素領域全面に形成したとしても、隣接する画素電極間での通電が防止され、良好な映像表示を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る反射型液晶表示素子の全体構成を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る反射型液晶表示素子の画素電極基板の構成を示す断面図である。
【図３】図１に示した反射型液晶表示素子を使用して構成された液晶表示装置の一例を示す構成図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る反射型液晶表示素子の製造方法を説明するための工程図である。
【図５】図４に続く工程図である。
【図６】図５に続く工程図である。
【図７】図６に続く工程図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る反射型液晶表示素子の製造方法を説明するための工程図である。
【図９】図８に続く工程図である。
【図１０】図９に続く工程図である。
【図１１】本発明の第３の実施の形態に係る反射型液晶表示素子の製造方法を説明するための工程図である。
【図１２】図１１に続く工程図である。
【図１３】図１２に続く工程図である。
【図１４】本発明の第４の実施の形態に係る反射型液晶表示素子の製造方法を説明するための工程図である。
【図１５】図１４に続く工程図である。
【図１６】図１５に続く工程図である。
【図１７】本発明の第１の変形例に係る反射型液晶表示素子の構造を説明するための断面図である。
【図１８】本発明の第２の変形例に係る反射型液晶表示素子の構造を説明するための断面図である。
【図１９】本発明の第３の変形例に係る反射型液晶表示素子の構造を説明するための断面図である。
【図２０】本発明の第４の変形例に係る反射型液晶表示素子の構造を説明するための断面図である。
【図２１】従来の反射型液晶表示素子における画素電極基板側の構成を示す断面図である。
【図２２】従来の反射型液晶表示素子の全体構成を示す断面図である。
【図２３】反射型液晶表示素子の駆動方式を説明するための図である。
【符号の説明】
１１…光源、１９…投射レンズ、２０…スクリーン、２１…反射型液晶表示素子、２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂ…液晶ライトバルブ、３０…対向基板、３２…透明電極、４０…画素電極基板、５４…層間絶縁膜、６１…密着層、６２…画素電極、６３…導電性薄膜、７０…液晶、９１，９２，９３，９４，９５…段差部。
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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