(57)【要約】【課題】光リーク量を大幅に減少させることができ、従来の装置の数倍の光量に耐え得ることができる液晶表示装置を提供する。【解決手段】表面に互いに所定の隙間を隔ててマトリックス状に配置された反射型の複数の画素電極１２を有する駆動基板１４と、前記画素電極に対向する透明な対向電極１６を有する透明基板３４との間に液晶ＬＣを封入してなる液晶表示装置において、前記画素電極同士の前記隙間２４に、該隙間に沿って遮光部材４４を形成するように液晶表示装置を形成する。これにより、光リーク量を大幅に減少させることができ、従来の装置の数倍の光量に耐え得ることができる液晶表示装置を提供する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に互いに所定の隙間を隔ててマトリックス状に配置された反射型の複数の画素電極を有する駆動基板と、前記画素電極に対向する透明な対向電極を有する透明基板との間に液晶を封入してなる液晶表示装置において、
前記画素電極同士の前記隙間に、該隙間に沿って遮光部材をそれぞれ形成したことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記遮光部材は、遮光用の金属反射膜よりなり、且つ前記隙間の光学的深さｎｄは、使用する読み出し光の波長λ１に対して以下に示す関係式を満たすことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
λ１−０．１・λ１／ｈ≦２ｎｄ／ｈ≦λ１＋０．１・λ１／ｈ
（ｎ：隙間を満たす透明体の屈折率、ｄ：隙間の深さ、ｈ＝１、２、３…）
【請求項３】
表面に互いに所定の隙間を隔ててマトリックス状に配置された反射型の複数の画素電極を有する駆動基板と、前記画素電極に対向する透明な対向電極を有する透明基板との間に液晶を封入してなる液晶表示装置の製造方法において、
前記駆動基板の表面にマトリックス状に前記複数の画素電極を形成する画素電極形成工程と、
前記画素電極の周縁部の下方をエッチングすることにより前記画素電極の周縁部に庇を形成する庇形成工程と、
前記駆動基板の少なくとも表示エリアの全面に成膜処理を施すことにより前記画素電極の表面に画素反射金属膜を形成すると共に前記隙間に遮光用の反射金属膜を形成する反射金属膜形成工程と、
前記駆動基板と前記透明基板との間に液晶を封入する工程と、
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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、読み出し光を映像信号に応じて光変調させてこれを反射させることによって表示を行う液晶表示装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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、特許文献２）。
【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７は液晶表示装置を用いた投射プロジェクタを示す原理図、図８は１つの画素の等価回路図、図９は液晶表示装置の一部を示す部分拡大断面図である。
図７において、この投射プロジェクタは、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。
図８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。
ここで図９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が形成されている。
【０００６】
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２４が設けられており、互いに絶縁状態になされている。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。
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８参照）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。
【０００７】
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。
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。
【０００８】
【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
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したように、隣接する画素電極１２同士間には隙間２４が存在することから光リークによる動作性能の低下が発生する。すなわち入射する読み出し光Ｌのほとんどは上記画素電極１２で反射されるが（一部は吸収される）、上記隙間２４に入った光は透明な絶縁層２８Ａ、２８Ｂ間を繰り返し反射しながら侵入し、一部がスイッチングトランジスタＴｒに達して動作不良を起こしてしまう。具体的には、スイッチングトランジスタＴｒに光が侵入すると、光電変換されて光キャリアが発生する。この種の液晶表示装置では液晶ＬＣを劣化させないため、液晶ＬＣにプラスマイナス対称の電圧が加わるようバイアスをかけて駆動している。しかしこの光キャリアにより保持容量Ｃに印加された電圧が低下すると、上記バイアス電圧のバランスが崩れて液晶ＬＣに非対称な電圧がかかるようになり、スクリーン上では表示画像のフリッカが増大するように現れる。
【００１０】
このようにバイアス電圧の非対称な状態が発生すると、フリッカーの発生などの直接的な画質への影響が生じるのみならず、液晶ＬＣへ直流電圧成分がかかることになり、焼き付きの発生や直流ダメージによる信頼性の低下を招くことになる。このような悪影響は液晶表示装置に入射する光量（光密度）にほぼ比例し、高輝度プロジェクタでは大きな問題となる。
この場合、侵入光を阻止するために遮光層２６を設けているが、上述したように入射光量が非常に大きくなる高輝度の投射プロジェクタではスイッチングトランジスタＴｒに達する侵入光を完全には遮断することが困難であり、大きな問題となっている。
【００１１】
上記画素電極１２の材料は一般にはＡｌまたはＡｌ合金が用いられていることから、これらの液晶ＬＣ中での反射率は８６〜９０％であり、光利用率はこの反射率と開口率との積以上とはならず、しかも上記画素電極１２の反射率や回折による損失を考慮すると、実質的な光利用率は６５〜７５％が現状である。そして、高解像度化のために画素ピッチを小さくすれば、更に光利用率は低下する。
ここで光利用率を改善し、光リークを防止する方法としては、画素電極１２の隙間２４を狭める方法の他に画素電極１２に誘電体多層膜を付加する方法がある。しかし誘電体多層膜は、駆動電圧の上昇やチャージアップ、焼き付き発生の増加など信頼性を悪化させる要因となっている。また反射率を上げる方法としては、Ａｌより反射率の高いＡｇやＡｕなどの金属を画素電極１２として用いることも考えられるが、半導体プロセスにＡｕなど有害な金属を導入することは困難であり、Ａｇは酸化し易くて微細加工が難しい問題がある。一方、画素電極１２の隙間２４を小さくするには、最先端のＬＳＩ製造装置が必要となり、大きな設備投資が要求されることになる。
【００１２】
本発明の目的は、光リーク量を大幅に減少させることができ、従来の装置の数倍の光量に耐え得ることができる液晶表示装置及びその製造方法を提供することにある。
また本発明の他の目的は、液晶表示素子の反射率を高めることができ、ローコストで信頼性の高い液晶表示装置及びその製造方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、表面に互いに所定の隙間を隔ててマトリックス状に配置された反射型の複数の画素電極を有する駆動基板と、前記画素電極に対向する透明な対向電極を有する透明基板との間に液晶を封入してなる液晶表示装置において、前記画素電極同士の前記隙間に、該隙間に沿って遮光部材をそれぞれ形成したことを特徴とする液晶表示装置である。
この場合、例えば請求項２に規定するように、前記遮光部材は、遮光用の金属反射膜よりなり、且つ前記隙間の光学的深さｎｄは、使用する読み出し光の波長λ１に対して以下に示す関係式を満たす。
λ１−０．１・λ１／ｈ≦２ｎｄ／ｈ≦λ１＋０．１・λ１／ｈ
（ｎ：隙間を満たす透明体の屈折率、ｄ：隙間の深さ、ｈ＝１、２、３…）
【００１４】
請求項３に係る発明は、表面に互いに所定の隙間を隔ててマトリックス状に配置された反射型の複数の画素電極を有する駆動基板と、前記画素電極に対向する透明な対向電極を有する透明基板との間に液晶を封入してなる液晶表示装置の製造方法において、前記駆動基板の表面にマトリックス状に前記複数の画素電極を形成する画素電極形成工程と、前記画素電極の周縁部の下方をエッチングすることにより前記画素電極の周縁部に庇を形成する庇形成工程と、前記駆動基板の少なくとも表示エリアの全面に成膜処理を施すことにより前記画素電極の表面に画素反射金属膜を形成すると共に前記隙間に遮光用の反射金属膜を形成する反射金属膜形成工程と、前記駆動基板と前記透明基板との間に液晶を封入する工程と、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。
【００１５】
【発明の実施の形態】
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は液晶表示装置の第１実施例の要部の構造及びその製造工程を示す図である。この図１は図９中のＡ部に対応する部分を拡大して示しており（配向膜の記載は省略）、この第１実施例の他の部分の構成は図９に示す構成と全く同じなので、ここではその説明を省略する。
この第１実施例の特徴は、画素電極間の隙間に、これらの画素電極同士が短絡しないような状態で遮光部材、例えば金属膜を形成することにより、光リークを防止するものである。
【００１６】
まず、図９に示すような駆動基板１４が、半導体基板２２の表面に、成膜処理、エッチング処理等の微細加工を繰り返し施すことにより形成され、更に、この駆動基板１４の少なくとも表示エリア（画素エリア）の全表面に、画素電極を形成する前に密着性等を向上させる目的で、下地膜を形成し、この下地膜上に画素電極の材料となる金属膜、例えばＡｌ膜を形成した後に、上記Ａｌ膜と下地膜とを所定のパターンにエッチングすることにより、画素電極１２が形成される。この画素電極１２を形成するまでの工程は、従来周知の工程である。このような画素電極形成工程を行うことによって形成された状態が図１（Ａ）に示されている。
【００１７】
すなわち、図１（Ａ）に示すように、駆動基板１４（図９参照）の最上層には例えばＳｉＯ２  よりなる絶縁層２８Ａが形成されており、この絶縁層２８Ａ上に、上記下地層４０及び画素電極１２がそれぞれパターン化されて形成されている。
そして、隣り合う画素電極１２同士の間には、下地層４０まで含めてパターンエッチングされて隙間２４が形成されており、画素電極１２同士が短絡しないようになされている。特に上記パターンエッチングでは、上記画素電極１２と下地層４０の全体の厚さ以上の深さでエッチングされて絶縁層２８Ａの表面の一部も削り取られており、隣り合う画素電極１２同士を確実に絶縁している。上記下地層４０としては例えばＴｉ膜が用いられ、上記隙間２４の間隙Ｌ１は０．６μｍ程度である。
【００１８】
上述のように画素電極形成工程が終了したならば、次に本発明の特徴とする庇形成工程を行う。この庇形成工程では、図１（Ｂ）に示すように、上記画素電極１２の全ての周縁部の下方をエッチングすることにより、この画素電極１２の周縁部に沿って庇４１を形成するものである。具体的には、この駆動基板１４の全表面に、Ａｌ製の画素電極１２をマスクとして例えばＣＦ４  等のエッチングガスを施して、Ｔｉ膜よりなる下地層４０の端面の露出部を所定の深さだけエッチングし、これにより所定の幅Ｌ２の庇４１を形成する。この庇４１の幅Ｌ２は例えば１００ｎｍ程度である。
【００１９】
このように庇形成工程が終了したならば、次に、本発明の特徴とする遮光用の反射金属膜を形成するための反射金属膜形成工程を行う。具体的には、図１（Ｃ）に示すように、上記庇４１の形成された上記駆動基板１４の表示エリア（画素エリア）の全表面に、例えば蒸着法により所定の厚さで遮光用の反射金属膜４２を形成する。この反射金属膜４２の形成により、画素電極１２間の隙間２４の底部には、これに沿って遮光部材４４が形成され、また画素電極１２の表面（上面）には画素反射金属膜４６が形成されることになる。上記遮光部材４４が蒸着法等により形成される際には、上記庇４１の影（マスク）となる部分には反射金属膜４２が形成されないので、隣り合う画素電極１２同士が短絡することがない。この反射金属膜４２の厚さは例えば３０ｎｍ程度である。
【００２０】
このように反射金属膜形成工程が終了したならば、画素電極１２を含むこの駆動基板１４の表示エリア（画素エリア）の全表面に配向膜３２（図９参照）を形成し、そしてこの駆動基板１４と、別途、表面に対向電極１６及び配向膜３６を形成してなる透明基板３４（図９参照）とをスペーサ（図示せず）を介して張り合わせて内部に液晶ＬＣを封入し、液晶表示装置を完成する。
以上のように、画素電極１２同士の間の隙間２４に沿って遮光部材４４を形成するようにしたので、この遮光部材４４により侵入光が遮断されて光リークの発生を大幅に抑制でき、この下方に位置する駆動基板１４のスイッチングトランジスタＴｒや保持容量Ｃ（図９参照）に侵入光が達することを阻止することができる。従って、画質劣化の原因となる光キャリアが発生しないので、保持容量Ｃに印加されている電圧が安定し、画質を向上させることができる。
【００２１】
図２は従来装置と本発明装置の保持容量に印加されている信号電圧の変化の一例を示す波形図である。
図２（Ａ）に示すように、従来装置の場合には、光リークが原因で、パルス波の電圧が時間の経過に従ってΔＶボルトの電圧降下が生じ、この結果、表示画像にはフリッカーが発生している。これに対して、図２（Ｂ）に示すように本発明の第１実施例の場合には、前述したように隙間２４に遮光部材４４を設けたことから、光リークの発生が大幅に抑制され、パルス波の電圧は、電圧降下が生ぜずに安定しており、表示画像にもフリッカーが発生せずにこの画質を向上させることができる。
【００２２】
次に、本発明の上記第１実施例の具体的な製造方法について説明する。
まず図１（Ａ）に示すような駆動基板１４を用意する。ここで画素電極１２間の隙間２４の幅は０．６μｍ、Ａｌ膜よりなる画素電極１２の厚さは２００ｎｍ、Ｔｉ膜よりなる下地層４０の厚さは６０ｎｍである。この駆動基板１４を処理室に入れＣＦ４  ＋Ｏ２  （８：１）の混合ガスをエッチングガスとして導入し、基板温度を１５０℃にし、ＲＦ（高周波）プラズマを１２００Ｗのパワーで１０秒間発生させた。この時のプロセス圧力は０．０１Ｐａである。この処理により下地層４０の露出部のみが選択的にエッチングされて幅Ｌ２が１００ｎｍの庇４１が形成された（図１（Ｂ）参照）。
【００２３】
さらに上述のように処理された駆動基板１４の画素エリア全面に蒸着法によりＡｌ膜を反射金属膜４２として３０ｎｍの厚さで形成し、図１（Ｃ）に示すように、隙間２４に沿って遮光部材４４を形成する。この時、画素電極１２の表面には画素金属反射膜４６が形成される。
以上のようにして形成された駆動基板１４と、別に用意した透明な対向電極１６が付いたガラス基板よりなる透明基板３４（図９参照）に斜方蒸着法によりＳｉＯ２  の配向膜３２、３６を付与し、これらをスペーサ（図示せず）を介して張り合わせ、負の誘電異方性を有するネマティック液晶ＬＣを注入して液晶表示装置を完成する。
また、従来装置として、図１（Ａ）に示す駆動基板１４も同様に透明な対向電極の付いた透明電極と組み合わせて比較用サンプルを作製する。
【００２４】
このようにして出来上がった液晶表示装置評価系に搭載して、特性を評価したところ、光リークによる電圧低下量は従来装置のサンプルに対して１／５に減少することが確認できた。
別の実施例としてＡｌの代わりにＡｇ膜を金属反射膜４２として４０ｎｍの厚さで成膜し、画像表示装置を作製した。同様に電圧低下量を測定した結果、従来装置のサンプルに対して１／３に減少することが確認できた。
このように例えば金属反射膜よりなる遮光部材４４を隙間２４に沿って設けると透明な絶縁膜を通して侵入光がスイッチングトランジスタＴｒに到達するのを抑制することができる。これは金属反射膜４２は消衰係数ｋが大きいからである。また金属反射膜の中でも特にＡｌは消衰係数ｋが大きいので薄い膜でも十分に効果がある。また、ＡｇはＡｌより反射率が高く、本方法によれば画素電極１２間の隙間２４だけでなく画素電極１２上にもＡｇ膜が成膜されるため、画素電極１２の反射率の向上にもつながる。
【００２５】
また、上記第１実施例では庇形成のための下地層４０はＴｉ膜であったが、これに代えてＴｉＮ膜でも同様のプロセスにより庇４１を形成することができる。またこの第１実施例では画素電極１２の下地層４０を選択エッチングしたが、更に下層の絶縁層２８であるＳｉＯ２  を等方エッチングすることで庇４１を形成するようにしてもよい。
従来、駆動基板の画素エリア全面に金属を付けると、当然ながら画素電極同士が短絡し、画像を形成することができなかった。本発明では、従来のプロセスに庇形成処理と金属膜成膜工程を追加するだけでよく、透明材（絶縁層）が露出する幅はＴｉ膜よりなる下地層４０の厚さで規定されるため、０．１μｍ以下が容易にできる。従って、例えば０．１μｍルール以下の最先端ＬＳＩ設備を導入することなく光リークを改善することができる。
【００２６】
この第１実施例では遮光部材４４としてＡｌ膜またはＡｇ膜よりなる金属反射膜４２を用いたが、勿論それらの合金やその他の金属を含む合金を用いても良い。またＡｕまたはその合金は、Ａｌより長波長での反射率が高いため、画素電極１２の反射率の向上にも有効である。
以上のようにこの第１実施例によれば、画素電極間の隙間に沿って遮光部材４４を形成することにより、特別なＬＳＩ装置を導入することなく、光リーク量を大幅に減少させることができ、従来装置の数倍の光量に耐え得る液晶表示装置が実現できる。また反射率の向上にも有効であり、高輝度の投射プロジェクタが提供できる。
【００２７】
＜第２実施例＞
次に本発明装置の第２実施例について説明する。
上記第１実施例では、主としてリーク光の抑制を目的として構成したが、この第２実施例では反射率の向上を目的としている。具体的な構成は、前記隙間２４における段差（深さ）を最適化した点以外は、図１及び図２にて説明した構成と全く同じである。
この第２実施例では、図１に示すように隙間２４の底部と画素電極１２の上面との間の段差（高さ）ｄを、反射光の回折が小さくなるように最適化することにより、反射率の向上を図るようにしている。すなわち、この段差ｄを種々変化させると反射率が変わるので、この段差ｄの値を最適化している。
【００２８】
以下に、この段差ｄの値の最適化の評価について説明する。
まず、駆動基板１４として種々の異なる段差ｄを有するものを用いる。段差ｄは、サンプル１が１８０ｎｍ、サンプル２が２４０ｎｍ、サンプル３が４４０ｎｍである。また、隙間２４の幅Ｌ１は０．６μｍ、Ｔｉ膜よりなる下地層４０の厚さは６０ｎｍである。上記各サンプル１〜３を用いて、第１実施例で説明した方法と全く同じ方法を用いて液晶表示装置を作製した。すなわち、隙間２４の底部及び画素電極１２の上面に形成された金属反射膜４２はＡｌ膜よりなり、その厚さは３０ｎｍである。また図１（Ａ）に示す駆動基板１４を用いて従来装置も比較用サンプルとして作製した。
【００２９】
上述のようにして形成した各画像表示装置の反射率を分光光度計により測定した。基準として画素加工をしていない画像表示装置（金属反射膜４２は無し）を用いて規格化している。
図３は各画像表示装置の読み出し光の波長に対する反射率を示すグラフである。サンプル１は段差ｄを１８０ｎｍとしたものであり、反射率は従来装置に対して全体的に向上しており、波長λ＝５４０ｎｍの付近で最大となった。一方、サンプル２は段差ｄが２４０ｎｍのものであり、反射率は波長λが４８０〜６２０ｎｍでは従来装置と同等か、もしくはこれより低下した。従来装置の段差ｄは２６０ｎｍだがこの段差によると思われる影響はない。
【００３０】
以上の結果は次のように説明できる。隙間２４の底部の金属反射膜４２に周期構造のパターンが存在すると、読み出し光の入射によって回折光が発生する。この回折が大きくなる、すなわち高次の回折強度が大きくなると、通常の投射レンズでは回折角度の大きい高次の回折光は拾えなくなり、光損失につながる。
ところで、液晶表示装置に封入されている液晶ＬＣの屈折率ｎは１．５であり、画素電極１２間の隙間２４にも液晶ＬＣが満たされている。従って、サンプル１の段差ｄによる位相差は反射率のピーク時の波長λが５４０ｎｍであるから、２ｎｄ＝５４０＝λとなる。
回折が最小となる条件は次の式である。
２ｎｄ＝ｈλ（ｈ＝１，２，３，・・・）…（１）
従って、この波長における回折は最小となり、測定される反射率は最大となる。
【００３１】
一方、回折が最大となる条件は次の式である。
２ｎｄ＝｛（２ｈ＋１）／２  ）｝λ（ｈ＝０，１，２，３，・・・）…（２）
サンプル２の位相差は１．５λであり、サンプル１とは逆に回折は最大となる。従って、反射した光は有効に投射レンズにとり込めないため、結果的に反射率は低下する。
サンプル３は波長λ＝４４０ｎｍに対しては（１）式のｈ＝３に、波長λ＝６６０ｎｍではｈ＝２にそれぞれ対応する。
そのため、このサンプル３では波長が４８０ｎｍ以下と５８０ｎｍ以上で反射率の向上がみられ、中間波長では効果がない。
【００３２】
以上のように画素電極１２間の隙間２４に金属反射膜４２を設けて開口率を１００％に近づけたい場合、画素電極１２の上面と隙間２４の底部との段差ｄが非常に重要であり、この段差ｄの条件を合わせないと逆効果になることがわかった。画素電極１２間に液晶以外の透明物質が満たされている場合も同様である。光学的深さ（ｎｄ）が（１）式を満たすようにすれば最大の反射率が得られる。
サンプル１では可視光全域で従来装置よりも反射率は向上しているが、設定波長のおよそ±１０％以内では（４８０〜６００ｎｍ）、最大値の８割以上の効果が得られていることがわかる。また、この幅はｈに反比例するように小さくなることから、上記隙間２４の光学的深さをｎｄとし、使用する読み出し光の波長をλ１とすると、以下の関係式を満たすのが良い。
λ１−０．１・λ１／ｈ≦２ｎｄ／ｈ≦λ１＋０．１・λ１／ｈ
ここでｈ＝１，２，３，…（正の整数）である。
【００３３】
投射プロジェクタは広帯域の波長の光を使用するので、例えば３原色それぞれの画像表示装置で段差ｄを各色光に対応させて最適にすれば可視光全域で高い反射率が得られることがわかる。またサンプル３では青色及び赤色領域でのみ効果があるが、例えば超高圧水銀ランプ等の緑色の強度が大きい光源では、緑色域の反射率の増加はそれほど重要ではなく（実際ホワイトバランスをとるために緑色光の一部は捨てられている）、このようなシステムに用いる場合は有効であることがわかる。
【００３４】
別のサンプルとしてＡｌの代わりにＡｇ膜を金属反射膜４２として３０ｎｍの厚さで成膜し、画像表示装置を作製した。この段差ｄは１７５ｎｍである。この結果は図３のサンプル４に示す。このようにＡｌ膜より反射率の高いＡｇ膜を隙間２４の底部に金属反射膜４２として付けることにより全体の反射率が改善した。
また、上記第２実施例では庇形成のための下地層４０はＴｉ膜であったが、これに代えてＴｉＮ膜でも同様のプロセスにより庇４１を形成することができる。またこの第１実施例では画素電極１２の下地層４０を選択エッチングしたが、更に下層の絶縁層２８であるＳｉＯ２  を等方エッチングすることで庇４１を形成するようにしてもよい。このようなシステムに用いる場合は、１種類の仕様で済むことが判る。
【００３５】
従来、駆動基板の画素エリア全面に金属を付けると、当然ながら画素電極同士が短絡し、画像を形成することができなかった。本発明では、従来のプロセスに庇形成処理と金属膜成膜工程を追加するだけでよく、透明材（絶縁層）が露出する幅はＴｉ膜よりなる下地層４０の厚さで規定されるため、０．１μｍ以下が容易にできる。従って、例えば０．１μｍルール以下の最先端ＬＳＩ設備を導入することなく光リークを改善することができる。
この第２実施例では金属反射膜４２としてＡｌ膜またはＡｇ膜よりなる金属反射膜４２を用いたが、勿論それらの合金やその他の金属を含む合金を用いても良い。またＡｕまたはその合金は、Ａｌより長波長での反射率が高いため、緑の波長以上の光に対する反射率の向上にも有効である。
【００３６】
以上のようにこの第２実施例によれば、画素電極間の隙間に沿って金属反射膜４２を形成することにより、特別なＬＳＩ装置を導入することなく、また誘電体ミラーを追加しなくとも液晶表示装置の反射率を増大することができるので、ローコストで信頼性の高い高輝度の投射プロジェクタが提供できる。
【００３７】
＜第３実施例及び第４実施例＞
次に本発明の第３実施例及び第４実施例について説明する。
この第３及び第４実施例では、第２実施例と同様に反射率の向上を目的としている。具体的な構成は、画素電極１２の表面に形成する画素金属反射膜４６として、Ａｇ膜、或いはＡｇ合金膜を用いた点以外は、図１及び図２にて説明した構成と全く同じである。
【００３８】
以下に、この第３及び第４実施例の製造方法と構造について説明する。
図４は液晶表示装置の第３及び第４の実施例の要部の構造及びその製造工程を示す図である。図４は図９中のＡ部に対応する部分を拡大して示しており、この第３及び第４実施例の他の構成部分は図９に示す構成と全く同じなので、ここではその説明を省略する。
ここでは画素電極１２上に形成する金属反射膜の厚さが反射率に大きな影響を与えるので、その厚さを種々変更して評価を行ったのでその評価結果について説明する。
【００３９】
まず図４（Ａ）に示すような駆動基板１４を用意する。ここで画素電極１２間の隙間２４の幅Ｌ１は０．１μｍ（図１に示す０．６μｍよりも狭い）、Ｔｉ膜よりなる下地層４０の厚さは６０ｎｍである。この駆動基板１４を処理室に入れＣＨＦ４  ＋Ｏ２  （８：１）の混合ガスをエッチングガスとして導入し、基板温度を１５０℃にし、ＲＦ（高周波）プラズマを１２００Ｗのパワーで１０秒間発生させた。この時のプロセス圧力は０．０１Ｐａである。この処理により下地層４０の露出部のみが選択的にエッチングされて幅Ｌ２が１００ｎｍの庇４１が形成された（図４（Ｂ）参照）。
【００４０】
さらに上述のように処理された駆動基板１４の画素エリア全面にスパッタ法によりＡｇ膜を反射金属膜４２として種々の厚さで形成し、図４（Ｃ）に示すように、隙間２４に沿って金属反射膜４２を形成すると同時に、画素電極１２の表面には画素金属反射膜４６を形成する。尚、前述したように、この時、庇４１の影響で画素電極１２同士は短絡することがない。
以上のようにして形成された駆動基板１４と、別に用意した透明な対向電極１６が付いたガラス基板よりなる透明基板３４（図９参照）に斜方蒸着法によりＳｉＯ２  の配向膜３２、３６を付与し、これらをスペーサ（図示せず）を介して張り合わせ、負の誘電異方性を有するネマティック液晶ＬＣを注入して第３実施例の液晶表示装置を完成する。
以上のように形成した第３実施例の各画像表示装置の反射率を分光光度計により測定した。
【００４１】
図５は各画像表示装置の読み出し光の波長に対する反射率を示すグラフである。ここでは画素金属反射膜４６であるＡｇ膜の膜厚を１０ｎｍ〜７０ｎｍまで種々変化させた。また、厚さが過剰な膜厚として１００ｎｍ以上のＡｇ膜をＡｇ単層として示した。図のように反射率はＡｇ膜の厚さによって変化した。波長が４５０〜５００ｎｍ以下の短波長では膜厚が３０ｎｍ以上になると反射率は低下するが、波長が５００ｎｍ以上においては膜厚の増加に従って反射率も増加する。そして、膜厚が７０ｎｍで反射率はほぼ飽和状態となる。すなわちＡｇ単層（１００ｎｍ）では反射率は飽和している。このようにＡｌ単層の画素電極に対して最大１０％程度の反射率の増加が得られた。
このように画素電極反射膜４６を形成するＡｇ膜の厚さが１０〜３０ｎｍでは青色用の画像表示装置に適し、厚さが３０〜７０ｎｍでは緑色または赤色用の画像表示装置に好適であることがわかる。また厚さが７０ｎｍ以上では反射率はこれ以上は上がらず、Ａｇの使用量が増えるだけなので、これ以上の膜厚にするメリットはない。
【００４２】
次に第４実施例を説明する。上記図４（Ｃ）に示す駆動基板１４に、図４（Ｄ）に示すようにさらに増反射膜５４として蒸着法によりＳｉＯ２  膜５０とＴｉＯ２  膜５２を順次λ／４の厚さづつ積層する。ここで波長λは例えば３８０ｎｍとする。尚、ここでのＡｇ膜の厚さは３０ｎｍとする。また従来装置として図４（Ａ）に示す駆動基板１４にも同様の方法でＳｉＯ２  膜とＴｉＯ２  膜を順次λ／４の厚さづつ積層する。ここでの波長λは５５０ｎｍである。これらの駆動基板を用いて、上記第３実施例と同様に液晶表示装置を作製した。そして、これらの液晶表示装置の反射率の測定結果を図６に示す。図６に示すように本発明の第４実施例の場合には、可視光全域に渡って従来装置より高い反射率の得られることがわかる。しかもこのときの誘電体である増反射膜５４の膜厚は従来装置より約３０％薄い。
【００４３】
以上のように画素電極１２上にＡｇ膜よりなる画素金属反射膜４６を付けることにより、従来装置より高い反射率が得られ、材料としてのＡｇ量も少なくて済む。また増反射膜５４を付加する場合も、これが薄くて高い反射率が得られることから、信頼性も改善される。
【００４４】
また、上記第１実施例では庇形成のための下地層４０はＴｉ膜であったが、これに代えてＴｉＮ膜でも同様のプロセスにより庇４１を形成することができる。またこの第１実施例では画素電極１２の下地層４０を選択エッチングしたが、更に下層の絶縁層２８であるＳｉＯ２  を等方エッチングすることで庇４１を形成するようにしてもよい。
従来、駆動基板の画素エリア全面に金属を付けると、当然ながら画素電極同士が短絡し、画像を形成することができなかった。本発明では、従来のプロセスに庇形成処理と金属膜成膜工程を追加するだけでよく、特別なＡｇ膜の微細加工設備も不要である。また本実施例では反射率がＡｌより高い範囲のＡｇ合金膜を用いても良い。
【００４５】
以上のように、この第３及び第４実施例のように画素電極上にＡｇ膜やＡｇ合金膜よりなる画素金属反射膜４６を形成することにより、特別なＬＳＩ装置を導入することなく、増反射膜なしでも、また増反射膜を付加する場合もより薄くて高い反射率が得られるので、ローコストで信頼性の高い高輝度液晶プロジェクタが提供できる。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、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。
本発明の第１実施例によれば、画素電極間の隙間に沿って遮光部材を形成することにより、特別なＬＳＩ装置を導入することなく、光リーク量を大幅に減少させることができ、従来装置の数倍の光量に耐え得る液晶表示装置が実現できる。また反射率の向上にも有効であり、高輝度の投射プロジェクタが提供できる。
本発明の第２実施例によれば、画素電極間の隙間に沿って金属反射膜を形成することにより、特別なＬＳＩ装置を導入することなく、また誘電体ミラーを追加しなくとも液晶表示装置の反射率を増大することができるので、ローコストで信頼性の高い高輝度の投射プロジェクタが提供できる。
本発明の第３及び第４実施例のように画素電極上にＡｇ膜やＡｇ合金膜よりなる画素金属反射膜を形成することにより、特別なＬＳＩ装置を導入することなく、増反射膜なしでも、また増反射膜を付加する場合もより薄くて高い反射率が得られるので、ローコストで信頼性の高い高輝度液晶プロジェクタが提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】液晶表示装置の第１実施例の要部の構造及びその製造工程を示す図である。
【図２】従来装置と本発明装置の保持容量に印加されている信号電圧の変化の一例を示す波形図である。
【図３】各画像表示装置の読み出し光の波長に対する反射率を示すグラフである。
【図４】液晶表示装置の第３及び第４の実施例の要部の構造及びその製造工程を示す図である。
【図５】各画像表示装置の読み出し光の波長に対する反射率を示すグラフである。
【図６】液晶表示装置の反射率の測定結果を示すグラフである。
【図７】液晶表示装置を用いた投射プロジェクタを示す原理図である。
【図８】１つの画素の等価回路図である。
【図９】液晶表示装置の一部を示す部分拡大断面図である。
【符号の説明】
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、１４…駆動基板、１６…対向電極、２２…半導体基板、２４…隙間、３４…透明基板、４２…金属反射膜、４４…遮光部材、４６…画素金属反射膜、Ｃ…保持容量、Ｌ…読み出し光、ＬＣ…液晶、Ｔｒ…スイッチングトランジスタ。
【図１】
2004326051.tif 000003
【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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