JP3224012B2 - 反射型画像表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は画像を大画面に表示
するための反射型画像表示装置に係り、高い反射率で光
利用率を向上させると共に、入射光が基板内に侵入して
画品質が低下することを防止するための構造的改良に関
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。投射型表示装置に
は大別すると透過型方式と反射型方式のものがあり、前
者は薄膜トランジスタと透明電極からなる画素をマトリ
クス状に配設した液晶パネルを透過する光を投影させる
方式であり、後者は前記の液晶パネルで反射した光を投
影させる方式であるが、投射型表示装置では映像を高輝
度に表示することが最も重要な課題になっている。

【０００３】透過型方式は、光学系の構成が比較的簡単
で安価に製造できるという利点があるが、表示パネルを
小型化すると画素電極の電圧を制御するトランジスタや
配線が占める面積の割合が大きくなり、開口率が小さく
なって画像の輝度が低下するという欠点がある。一方、
反射型方式では、反射電極層の下側にトランジスタや配
線を配置できるため、開口率を低下させることなく画素
数を増大させて、高輝度で高解像度の画像を表示させる
ことができる。従って、拡大投影方式の画像表示装置で
は、小型で高密度化が可能な反射型方式の方が適してい
る。

【０００４】反射型画像表示装置に関する研究は、例え
ば電子通信学会技術研究報告ＣＭＰ78-71や特公昭57-39
422号や特開平4-338721号等に開示されているが、現在
実施されている一般的な装置には図１９に示すような構
造が採用されている。同図において、1はＳi基板であ
り、その上に半導体プロセスによってＭＯＳ-ＦＥＴ2と
電荷蓄積容量3が形成されている。ここに、4は絶縁体
層、5はＭＯＳ-ＦＥＴ2のドレイン、6はゲート、7はソ
ースである。また、8は絶縁体層4の上に形成されたＡl
の反射電極層であり、その下側の一部がＭＯＳ-ＦＥＴ2
のソース7に接続されていると共に、その接続部分から
板状の導体部9を側方へ延在せしめ、導体部9とＳi基板1
の間にＳiＯ₂の絶縁膜10を介在させることで電荷蓄積容
量3を構成している。即ち、Ｓi基板1に対して一画素単
位でスイッチング素子であるＭＯＳ-ＦＥＴ2と電荷蓄積
容量部3からなる能動素子回路を形成することにより全
体として能動素子基板11を構成している。一方、21は透
明基板であり、ガラス基板22の片面に透明な共通電極膜
23を形成した構造になっている。そして、能動素子基板
11側の反射電極層8と絶縁体層4が表れた表面と、透明基
板21側の共通電極膜23の表面にはそれぞれ配向膜12,24
が覆設され、各基板11,21の配向膜12,24の間に液晶層30
を挾装・封止して、全体として反射型画像表示装置のパ
ネル部を構成している。

【０００５】次に、この装置の動作を図２０の等価回路
図も参照しながら説明する。先ず、ゲート6の電極には
選択信号を通電するゲート線Ｘjが、ドレイン5の電極に
は画像信号を通電する信号線Ｙjが接続されている。こ
こで、ゲート線Ｘjを通じて選択信号がゲート6に印加さ
れるとＭＯＳ-ＦＥＴ2はオンとなり、信号線Ｙjの画像
信号がドレイン5からソース7を通じて反射電極層8に印
加されると共に導体部9を介して電荷蓄積容量3が充電さ
れる。また、その電荷蓄積容量3に蓄積された電荷によ
り、ゲート線Ｘjの選択信号が０レベルになって非選択
状態になっても電荷蓄積容量3と放電抵抗による時定数
で定まる時間だけ反射電極層8の電位が保持される。

【０００６】そして、その時間帯には液晶層30に対して
反射電極層8と共通電極膜23の間の電位差が印加されて
液晶の光透過率が変化するため、その電位差を信号線Ｙ
jの画像信号で制御することによって、ガラス基板22へ
入射した後に反射電極層8で反射して再びガラス基板22
から出射する光を変調することが可能になる。具体的に
は、ゲート線Ｘjに選択信号を通電してそのＸ方向の全
てのＭＯＳ-ＦＥＴ2をオン状態にし、オン状態になった
ＭＯＳ-ＦＥＴ2に接続された各電荷蓄積容量3に対し
て、信号線Ｙjを通じて画像信号をＹ方向へ走査しなが
ら書込むという方式で入射光(読出し光)を画素単位で変
調した反射光を得る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の反射
型画像表示装置においても、高輝度で高品質の画像を得
る上では次のような問題点が指摘されている。 第１の問題点；図１９に示したように、反射電極層8は
ＭＯＳ-ＦＥＴ2と電荷蓄積容量3の上側に絶縁体層4を介
在させて配設されているが、Ｓi基板1上にＭＯＳ-ＦＥ
Ｔ2等を形成した場合には凹凸が不可避的に発生し、そ
の上に形成する絶縁体層4にも凹凸が発生するために反
射電極層8の表面を平坦に形成できない。従って、反射
電極層8に段差部分があると読出し光が反射する際にそ
の反射率が低下し、高輝度な画像が得られないという問
題がある。

【０００８】一方、その問題に対する対策として、ＭＯ
Ｓ-ＦＥＴ2を形成する際に配線を極力平坦化する技術が
提案されている(特公平1-35351号)。しかし、そのよう
な対策手段は粗さやうねりのレベルで高々数千Å程度ま
での改善に留まり、輝度の向上を目的とした場合にそれ
ほど大きな効果を望めない。例えば、反射型画像表示装
置の用途として投射型テレビジョンを想定した場合、前
記レベルでの凹凸が存在していても、反射光は多少散乱
を生じながらも比較的小さい画面に投射されるために大
きな影響が生じないが、投射型プロジェクタで大型のス
クリーンに投影する場合には、入射光を非常に強くし、
また反射光をレンズで拡大して画像表示を行わせるため
に極めて高い光の直線性が要求され、前記のような改善
レベルでは高品質で高輝度な画像を得る上で殆ど実効性
が得られない。即ち、投射型プロジェクタ等で優れた光
の直線性を確保させるために反射電極層8に要求される
平坦度は約数十〜数百Åのレベルであり、従来の対策で
得られる平坦度はそのレベルには及ばない。その結果、
残留した数百〜数千Åの段差やうねりによって光が正規
の状態で反射せず、光利用率が低下して画像全体が暗く
なる。

【０００９】また、併せて液晶層30の特性を一定にする
ためには配向膜12も平坦な下地の上に均一に形成するこ
とが重要である。以上の点を考慮すると、何れにしても
反射電極層8の反射面全体が数十Åの凹凸にしておく必
要があるが、現在の反射型画像表示装置でそのレベルま
で平坦度を確保させたものは存在しない。

【００１０】第２の問題点；反射型画像表示装置でその
投射画像の輝度を上げるために読出し光を強くすると、
図２１に示すように、各画素毎の反射電極層8の隙間41
に入射する光42がＳi基板1に侵入してフォトコンダクシ
ョン(外部からの光によるキャリアの発生)が生じ、ＭＯ
Ｓ-ＦＥＴ2が正常に動作せずに反射電極層8の電位が低
下して画像品質を劣化させるという問題がある。即ち、
図２１において、Ｓi基板1の導電型をＰ型、ＭＯＳ-Ｆ
ＥＴ2のドレイン5とソース7をＮ型拡散層とし、Ｓi基板
1をＧＮＤ電位に保つと、反射電極層8が信号線Ｙjの画
像信号に基づいて＋電位に保持されるが、前記の隙間41
からＳi基板1に読出し光が侵入した場合にＳi基板1内に
キャリア(電子と正孔の対)が発生し、正孔はＧＮＤ側へ
吸収されるが、電子が＋電位のドレイン5やソース7へ到
達して反射電極層8の＋電位が低下してしまう。

【００１１】この低下電圧;ｄＶ(Ｖ)は、電荷蓄積容量3
を考慮せずに、光の強度をＰ(Ｗ／cm)、読出し光の内の
Ｓi基板1へ侵入する光の割合をＲ(％)、光の波長をｒ(c
m)、液晶層30の厚みをＬ(cm)、液晶の比誘電率をｄとし
た場合に、 ｄＶ＝１.５１×１０¹³×Ｐ×Ｒ×ｒ×(Ｌ/ｄ) で与えられる。 この数式で、Ｐ＝１０，Ｒ＝０.００１，ｒ＝５０００
／１０¹⁸，Ｌ＝５／１０⁴，ｄ＝１０とするとｄＶ＝３
７.８(Ｖ)となるが、一般的に電荷蓄積容量3の容量値は
液晶層30の容量値の約１０倍程度になっており、電荷蓄
積容量3を考慮するとｄＶ＝約３.８(Ｖ)となる。従っ
て、読出し光の１０万分の１という僅かな光がＳi基板1
へ侵入しても反射電極層8の電位が数ボルトも低下する
ことになり、画像の劣化を防止する上で前記の侵入光に
対する遮光対策とフォトコンダクション対策が極めて重
要になる。

【００１２】そのため、フォトコンダクションの問題に
ついては従来から次のような対策が提案されている。 半導体基板の遮光性を確保するために非晶質Ｓiと絶
縁膜を積層した多層誘電体反射膜を設け、多重反射を利
用した理想的な反射膜を構成する(特公平4-51070号)。 能動素子部の配線の表面にチタン等の低反射率の膜
を積層して乱反射光を抑制する(特開平5-241199号)。 反射電極層の下側に金属膜の遮光層を設ける(特公昭
61-43712号)。 能動素子部の形成領域以外の半導体領域が高濃度に
ドーピングされており、キャリアのライフタイムを短く
して能動素子に再結合するまでに消滅させる(特公平4-3
4313号)。 半導体基板の導電型と反対導電型のウェルを半導体
基板全面に形成しておき、そのウェルに能動素子部を形
成し、光キャリアの一方をウェルに、他方を半導体基板
側へ吸収させる(特開平3-288474号)。

【００１３】しかし、各対策の技術にも次のような問題
点がある。について;多層誘電体反射膜のみで完全な
反射を行わせようとすると、その反射膜の層厚が大きく
なり、その反射膜のインピーダンス分だけ画素電極に印
加する駆動電圧を大きくしなければならず、また画素電
極と共通電極の対向間隔が大きくなるために電界が側方
へ拡って投射画像の解像度が低下する。について；能
動素子部における散乱光の抑制のみでは半導体基板への
侵入光を防止できず、十分な光キャリア対策とはならな
い。について；遮光層の遮光機能は一応評価できる
が、各反射電極層の間から入射した光が各反射電極層と
遮光層との間で多重反射し、各反射電極層と電荷蓄積部
の接続部と遮光層の間に構成される隙間から半導体基板
側へ光が入射する。特に、反射電極層での反射率の低さ
を補うために、強い読出し光を照射するとその傾向が顕
著になる。尚、特公昭61-43712号では多重反射の問題に
ついても触れており、「ＭＯＳトランジスタに届く光が
ないわけではない。しかしながら、金属反射電極(前記
の反射電極層に相当)の大きさが開口部(前記の隙間に相
当)に比べて圧倒的に大きいため、直射日光下のように
１０万luxを越す明るさの下でも光導電効果による電流
の発生は皆無であった。」としている。しかし、拡大投
射するプロジェクタ等では１０万lux以上の光が読出し
光として照射され、そのような機種においては多重反射
に起因した光のリークは無視できない。従って、遮光層
を設けるという手段だけでは未だ十分とはいえない。ま
た、前記の隙間を小さくして侵入光を抑制することも考
えられるが、実際に製造してみると、十分な効果を得よ
うとすれば反射電極層と遮光層が短絡してしまうことが
多く、製品の歩留まりが非常に悪くなる。について；
半導体基板の製造に際してエピタキシャル工程等の複雑
なプロセスが必要となり、歩留まりの悪化とコストの問
題が生じる。について；特開平3-288474号の構成を図
２１に対応した図２２で説明する。例えば、Ｎ型のＳi
基板1の片側全面にＰ型のウェル1aを形成し、そのウェ
ル1aにＮチャンネル型のＭＯＳ-ＦＥＴ2を構成してお
き、ウェル1aをＧＮＤ電位に、Ｓi基板1を＋バイアス電
位にして動作させることとする。その構成の場合、侵入
光によってＳi基板1の下側のＮ型部分1bでキャリアが発
生しても、正孔がウェル1a側に、電子がＮ型部分1で吸
収されるため、ＭＯＳ-ＦＥＴ2のドレイン5やソース7に
キャリアが到達しない。ところで、ＭＯＳ-ＦＥＴ2が正
常に動作するにはウェル1aが確実にＧＮＤ電位に固定さ
れている必要がある。しかし、ウェル1aは通常３μm程
度の厚みしかなく、またＭＯＳ-ＦＥＴ2の動作特性を維
持するためにはある程度高抵抗にしておかねばならない
が、ウェル1aのＧＮＤ接続点はパネル面の周縁部でとら
れるため、そのＧＮＤ接続点から大きく離隔した領域で
は電位が不安定化し、結果的にＭＯＳ-ＦＥＴ2の動作が
不安定化して画像品質の低下を招く。以上のように、従
来の遮光・フォトコンダクション対策については、単独
では不十分であったり、原理的に課題が残されたりす
る。特に、反射率の低さを読出し光の強度で補って高い
輝度を得ようとした場合に画像品質が低下するという問
題があり、輝度と画像品質の相反関係は重要な課題であ
る。

【００１４】そこで、本発明は、上記の第１及び第２の
問題点を合理的に解消し、高い反射率で高輝度な画像表
示を可能にすると共に、強い読出し光を使用して大型の
スクリーンに投影するような場合にも高い画像品質を確
保できる反射型画像表示装置を提供することを目的とし
て創作された。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、基板面に、ス
イッチング素子及び電荷蓄積容量部からなる素子部、前
記スッチング素子の出力端子と前記電荷蓄積容量部を接
続する第１接続部、それらを覆う絶縁体層、その絶縁体
層上に形成された反射電極層、及び前記絶縁体層を貫通
して前記反射電極層と前記第１接続部を接続する第２接
続部からなる一画素分の能動素子回路を多数個マトリク
ス状に配設した能動素子基板と、片面に透明な共通電極
膜が形成されている透明基板と、前記能動素子基板の反
射電極層側と前記透明基板の共通電極膜側の間に挟装さ
れた光変調層とで構成され、前記スイッチング素子の制
御端子に入力される信号に対応して前記反射電極層と前
記共通電極膜の間に電位差を生じさせ、前記透明基板へ
の入射光を光変調層で変調して、反射させる反射型画像
表示装置において、一層又は複数層からなる遮光層を前
記絶縁層の内部に介装せしめ、その介装領域には読出し
光の入射方向から見て前記スイッチング素子の形成領域
外に前記第２接続部を貫通させるための開口部を設ける
と共に、前記第１接続部における前記スイッチング素子
の出力端子との接続部分を、少なくとも前記スイッチン
グ素子の出力部全体を覆うように、側方へ連続的に延在
させて形成し、且つ、前記反射電極層と前記遮光層にお
ける両層の対向側表面の何れか一方又は双方に、また遮
光層を複数層とした場合には遮光層同士の対向側表面の
何れか一方又は双方に、光反射率の小さい材料からなる
反射防止膜を形成したことを特徴とする反射型画像表示
装置に係る。

【００１６】本発明によれば、先ず、第２接続部を貫通
させるために遮光層に設けられる開口部の配設条件によ
り、少なくとも読出し光がスイッチング素子に直接入射
することを防止し、基本的な遮光・フォトコンダクショ
ン対策を図っている。 しかし、その場合においても、反
射電極層の隙間から侵入した読出し光が遮光層で反射
し、その反射光が反射電極層と遮光層の間（遮光層が複
数層からなる場合には遮光層の対向側表面の間）で多重
反射して第２接続部とそれを貫通させている開口部の隙
間を通じてスイッチング素子部分へ到達してしまうとい
う問題が残される。 本発明では、その問題点について、
開口部を読出し光の入射方向からみてスイッチング素子
の形成領域以外の領域に形成しておくこと、即ち、第２
接続部と開口部がなす隙間をできる限りスイッチング素
子の形成領域から遠ざけておき、また、第１接続部にお
けるスイッチング素子との接続部分を側方へ延在させて
スイッチング素子の出力部全体を二重に覆うと共に、前
記の多重反射光がスイッチング素子の出力部へ到達する
経路を迂回させることで経路全体を長くしている。 更
に、本発明では、前記の多重反射光の経路中にある各反
射面に反射防止膜を施すようにしており、経路を長くす
ることと相俟って多重反射光を減衰させるようにしてい
る。 そして、これらの総合的な対策に基づく相乗的効果
により、読出し光がスイッチング素子の出力部へ達する
ことを防止し、極めて有効なフォトコンダクション対策
を実現している。尚、光変調層としては、代表的な液晶
層に限らず、照射光強度に応じてキャリアが発生し、そ
の空間的分布による電場でポッケルス効果を通じて屈折
率変化(光誘起屈折率変化)が生じるＰＲＯＭ(Pockels R
eadout Optical Modulator)や、ＰＬＺＴ(Pb,La,Zr,Ti
の化合物)の歪バイアス効果を利用したものも用いるこ
とができる。

【００１７】次に、前記の反射電極層は、一般的な電極
材料であるアルミニウムに限らず、微量のシリコン又は
／及び銅を含有したアルミニウムで構成することが望ま
しい。微量のシリコンや銅を含有させることにより、反
射電極層を形成した際の表面の粗れやうねりを防止で
き、更に反射率の向上を実現できるからである。

【００１８】また、反射電極層での反射率を向上させる
手段としては、反射電極層の表面に複数の誘電体膜から
なる増反射膜層を形成しておく手段が採用されている
が、特に、増反射膜層をシリコン酸化物とチタン酸化物
の膜を交互に積層させた構成とし、その全体の層厚を５
０００Å以下としておくことが有効である。従来技術
(特公平4-51070号及び特開平4-338721号)では多層誘電
体反射膜で完全な反射を行わせようとするため、必然的
にその層厚が大きくなって駆動電圧の増加や解像度の劣
化等の問題が生じたが、この増反射膜層によれば、反射
電極層と共働して反射率を向上させることができ、比較
的少ない層数で反射率の大幅な改善が可能になるために
前記の問題は生じない。

【００１９】一方、別の問題として、各反射電極層の間
に凹部が存在するが、その部分は反射電極層の形成過程
でバリ等が発生し易く、また表面が粗れたりする。 従っ
て、前記のように反射電極層側の表面に増反射膜層を構
成する場合には、凹部での異常な増反射作用によって乱
反射が発生し、投射画像のコントラストや解像度の低下
を招く。 その問題に対しては、各能動素子回路の反射電
極層間に絶縁性材料を充填し、その絶縁性材料がなす表
面を光学的鏡面状態まで平坦化することで前記の不具合
を解消できる。

【００２０】

【００２１】

【００２２】

【００２３】

【００２４】

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の反射型画像表示装
置の実施形態について、図１から図１８を用いて詳細に
説明する。 《実施形態１》この実施形態に係る反射型画像表示装置
の１画素分の断面構造図は図１に示される。同図におい
て、図１９と同一の符号で示されている要素は図１９で
説明したものと同様であり、ここではそれらに関する詳
細な説明は省略する。そして、この反射型画像表示装置
の特徴は、次のような能動素子基板11の構成にある。 (1) 絶縁体層4a,4bにＡlの遮光層51が介装されている。 (2) 遮光層51は、反射電極層8aと能動素子回路側の導体
部9aを接続している柱状接続部8a'を貫通させるための
開口部が形成されているだけで、ＭＯＳ-ＦＥＴ2と電荷
蓄積容量3の配設部分を覆うと共に、反射電極層8aの隙
間においても連続している。 (3) 遮光層51の上側面にＴiの反射防止膜52が形成され
ている。 (4) 遮光層51の上側にある絶縁体層4bはその上側表面が
光学的鏡面状態にまで平坦化されており、その上に反射
電極層8aが形成されている。 (5) 反射電極層8aは、Ａl若しくは微量のＳi又は／及び
Ｃuを含有したＡlで構成されている。 (6) 反射電極層8aにおける絶縁体層4aとの接合面、及び
柱状接続部8a'における絶縁層4aと導体部9aとの接合面
にＴiの反射防止膜53が形成されている。 (7) その他、導体部9aは図１９の導体部9のように反射
電極層8aと一体形成されておらず、反射電極層8aと柱状
接続部8a'が一体であり、(6)で説明したようにその柱状
接続部8a'と導体部9aが接続されている。

【００２６】次に、この反射型画像表示装置の製造工程
を層・膜厚や加工条件等も含めて順次説明する。先ず、
Ｐ型の単結晶Ｓi基板1に対して、イオン注入やゲート酸
化膜や電極の形成による通常のプロセスでＮチャンネル
型のＭＯＳ-ＦＥＴ2を形成する(図２)。また、ＭＯＳ-
ＦＥＴ2のソース7に隣接した領域にＳiＯ２の絶縁膜10
を挾装させてＭＯＳ-ＦＥＴ2のソース7と前記絶縁膜10
の表面を接続した導体部9aを形成することにより電荷蓄
積容量3を構成し、更にＣＶＤ(Chemical Vapor Deposit
ion)法によって絶縁体層4aを形成して能動素子2,3を覆
う(図３)。

【００２７】次に、絶縁体層4aの上面全体にスパッタリ
ング法によってＡlを３０００Åの厚みで成膜し、更に
Ｔiを１０００Åの厚みで成膜した後、反射電極層8a側
との接続面となる領域61をスパッタリング法で選択的に
除去する(図４)。その結果、Ａlの遮光層51とＴiの反射
防止膜52が形成される。

【００２８】前記の工程の完了後、反射防止膜52とその
開口領域61の全体を覆う態様でＳＯＧ等の絶縁性塗布型
材料(4b)を２μm程度積層させる(図５)。そして、積層
させた絶縁性塗布型材料(4b)の表面を、ＣＭＰ(Chemica
l Mechanical Polish)法によって中心平均粗さで５Å以
下の平坦度まで鏡面研磨する(図６)。尚、この研磨手段
については、ＳiＣ等の微粒子による機械研磨や、ＫＯ
Ｈやアンモニア等の化学的エッチングによるケミカル研
磨や、最近発表されたＰＡＣＥ法(プラズマを用いた化
学的エッチング;J.Vac.Sci.Technol,B12(6),Nov/Dec199
4)等も適用できる。また、その研磨後に、ドライエッチ
ング法等により、前記の開口領域61に対応する部分にそ
れよりも僅かに小さいスルーホール62を形成する(図
７)。

【００２９】次に、スパッタリング法で研磨された絶縁
体層4bの表面と前記のスルーホール62の内面にＴiの反
射防止膜53を５００Å程度形成し(図８)、またスパッタ
リング法でＡl若しくは微量のＳi又は／及びＣuを含有
したＡlを前記のスルーホール62の部分を埋めながら反
射防止膜53の上側に堆積させ、パターンを用いたドライ
エッチングによって柱状接続部8a'と厚みが６０００Å
程度の反射電極層8aを形成する(図９)。その場合、予め
絶縁体層4bの表面が前記の平坦度まで研磨されているた
め、Ａlを用いた場合には反射電極層8aの表面が中心平
均粗さで２００Å程度の平坦度となり、また微量のＳi
又は／及びＣuを含有したＡlを用いた場合には数十〜１
００Åの平坦度が得られる。また、Ｔiの反射防止膜53
を成膜していることにより、反射電極層8aのＡlと絶縁
体層4bに含まれるＳiがマイグレーションを起こして反
射電極層8aの表面にＳiが析出することを防止できる。

【００３０】以上の工程で得られた能動素子基板11は反
射電極8a側の表面に配向膜12が覆設され、図１及び図１
０に示されるように、ガラス基板22に配向膜24が覆設さ
れた透明基板21と組み合わされ、各配向膜12,24の間に
液晶層30を挾装させることによって反射型画像表示装置
が完成する。本実施形態の装置を実際に製造してみる
と、図１９に示した構造の装置の反射率が高々５０％程
度であったのに対し、８０％にまで向上させることがで
きた。また、図１０に示すように、遮光層51を設けてい
るために反射電極層8aの隙間から入射する読出し光42が
Ｓi基板1へ直接侵入してしまうことが防止でき、且つ絶
縁体層4bへ入射した光が反射電極層8aの下側面と遮光層
51の上側面で多重反射して遮光層51の開口部と反射電極
層8aの隙間を通じて遮光層51の下側へ侵入する可能性に
関しても、反射電極層8aと遮光層51の対向面に反射防止
膜52,53が施されていることで防止しており、フォトコ
ンダクションの発生も抑制できた。

【００３１】ところで、本実施形態では遮光層51を単一
層で全面的に構成しているが、複層構成としたり、部分
的な領域への配設態様にしてもよい。但し、何れにして
も、遮光層は、「読出し光の入射方向から見た平面図
で、少なくとも各反射電極層間の隙間領域と能動素子回
路の非金属構成領域の重複領域を含む」という介装・配設
条件を有していなければならず、その条件下に読出し光
がＳi基板1側へ直接入射することを防止できる。(本実
施形態では、読出し光の入射方向から見て、反射電極層
8aの下側に全ての能動素子2,3があるために各反射電極
層8a間の隙間領域のみが問題となり、遮光層51はその領
域を含む態様で構成されている。) 尚、遮光層は、ＭＯＳ-ＦＥＴ2の各端子電極とそれに接
続される配線パターンや電荷蓄積部3に接続される導体
部9aを平面的に大きくする方式によっても構成させるこ
とができる。

【００３２】また、前記の多重反射光が遮光層51の下側
へ回り込んで侵入する問題に対する対策として、遮光層
51の下側面とＭＯＳ-ＦＥＴ2の各電極や導体部9aにＴi
の反射防止膜(図示せず)を施しておくと有効である。更
に、前記のように遮光層を複数層で構成する場合には、
各遮光層の対向面側に反射防止膜を形成しておく。

【００３３】《実施形態２》この実施形態に係る反射型
画像表示装置の１画素分の断面構造図は図１１に示され
る。同図において、図１９と同一の符号で示されている
要素に関しては、実施形態１の場合と同様にその説明を
省略する。この実施形態は、実施形態１の装置におい
て、更にその反射率を向上させるための構造に関する。
そして、その特徴は、図１１に示すように、図１の装置
の能動素子基板11の反射電極膜8a側の表面に複数の誘電
体膜からなる増反射膜層54を形成した点にある。

【００３４】前記の増反射膜層54は、実施形態１におけ
る図２から図９で説明した工程が完了した後、図１２に
示すように、可視光の波長λに対してλ/４となる厚さ
のＳiＯ₂膜とＴiＯ₂膜を交互に合計８層分積層させて能
動素子基板11を得るが、その場合の増反射膜層54の全層
厚は５０００Å以下になっている。そして、図１１に示
すように、ガラス基板22に配向膜24が覆設された透明基
板21と組み合わされ、各配向膜12,24の間に液晶層30を
挾装させることによって反射型画像表示装置が完成す
る。

【００３５】ここで、増反射膜層54を５０００Å以下と
した理由を説明しておく。実験として、λ/４の光学膜
厚のＳiＯ₂膜とＴiＯ₂膜を１組積層させた場合と、２組
積層させた場合と、４組積層させた場合と、増反射膜層
54を設けなかった場合について、可視光波長域での反射
率特性を求めてみた。その場合、組の積層数を増加させ
ると反射率が向上し、４組積層の場合では９９％程度に
までなるが、組の積層数を増加させるにつれて高反射率
を示す波長帯域が狭くなるという結果が得られた。高反
射率特性が得られる範囲の狭帯域化に限ってみれば、帯
域を分割した増反射膜を組合せることも考えられる。し
かし、組の積層数が多くなって増反射膜層54全体の層厚
が大きくなると反射電極層8aと共通電極膜23の間の液晶
にかかる電界が拡がりを生じ、逆に解像度の劣化を招く
ことになる。実験的には、２０line/mm以上の高解像度
を得るには５０００Åの層厚が限界であり、それを超え
ると解像度の低下率が大きくなり、層厚が１.０μmでは
１４line/mm、層厚が１.５μm以上になると１０line/mm
になることが確認された。そして、前記の条件で増反射
膜54を施した結果、装置の反射率を９５％まで改善でき
た。また、コントラストについても、従来では６０:１
であったものが、１２０:１まで改善でき、解像度の劣
化もない高輝度で高品質な投射画像が得られた。

【００３６】《実施形態３》この実施形態に係る反射型
画像表示装置の１画素分の断面構造図は図１３に示され
る。この実施形態の装置は、隣接する反射電極層8aの間
に絶縁物55を充填し、各反射電極層8aと絶縁物55がなす
表面を光学的鏡面状態まで平坦化した点に特徴がある。

【００３７】実施形態２の反射型画像表示装置(図１１)
における能動素子基板11の表面側を見れば明らかなよう
に、反射電極層8aの隙間には反射電極層8aの厚みに相当
する６０００Å程度の段差が存在する。この段差は、反
射電極層8aの形成する際に発生したバリ等で異常な反射
を生じさせることがある。また、増反射膜54が段差部に
形成されるが、段差部は反射電極層8aを形成する際のエ
ッチングガスで表面が粗れているため、乱反射を発生さ
せて投射画像のコントラストを低下させる原因になる。

【００３８】そこで、この実施形態では、実施形態１に
おける図２から図９で説明した工程が完了した後、図１
４に示すように、ＳＯＧ等の絶縁物55を反射電極層8aの
間を埋める態様で１μm程度の層厚に形成し、その後に
実施形態１で用いた鏡面研磨手段によって反射電極層8a
の表面が露出するまで研磨して絶縁物55の余分な部分を
除去する。この場合、絶縁物55が反射電極層8aの表面に
残留していても素子として動作するが、駆動電圧を増大
させたり、後述の増反射膜層54を形成した際に反射率の
低下を招く等の問題があるため、絶縁物55は反射電極層
8aの表面に残留させないことが必要である。尚、絶縁物
55の表面と反射電極膜8aの表面は必ずしも同一平面とす
る必要はなく、絶縁物55の表面が乱反射を生じさせない
光学的鏡面になっていれば足りる。そして、図１５に示
すように、研磨後の面に対して実施形態２の要領で増反
射膜54を形成し、更に配向膜12を形成した後、図１３に
示すように、ガラス基板22に配向膜24が覆設された透明
基板21と組み合わされ、各配向膜12,24の間に液晶層30
を挾装させることによって反射型画像表示装置が完成す
る。

【００３９】この実施形態の装置によれば、反射電極層
8aの間で乱反射を起こす要因がなくなるため、その意味
で更なる反射率の向上が実現できる。実際に製造した装
置においても、高いコントラストで９６％の反射率を安
定的に確保できた。

【００４０】《実施形態４》 この実施形態に係る反射型画像表示装置の１画素分の断
面構造図は図１６に示される。図１に示した構造による
と、遮光層51が柱状接続部8a'を貫通させる開口部以外
の領域を覆う態様で介装されていると共にその柱状接続
部8a'が開口部を通じて反射電極層8aと導体部9aを接続
しており、反射電極層8aの下側面と遮光層51の上側面に
反射防止膜52,53を設けている。そして、反射防止膜52,
53は、光が反射電極層8aと遮光層51の間を多重反射しす
る段階で光量を減衰させて柱状接続部8a'と遮光層51の
孔の隙間から遮光層51の下側への侵入する光によるフォ
トコンダクションの発生を防止する役割を果たしてい
る。しかし、読出し光が強力になると反射防止膜52,53
だけで侵入光を完全に減衰させることは不可能であり、
また前記の隙間を小さくして効果を得ようとすると反射
電極層8aと遮光層51が短絡して製品の歩留まりが極めて
悪くなることは、従来技術で説明したとおりである。

【００４１】ところで、図１の構造では、柱状接続部8
a'がＭＯＳ-ＦＥＴ2の出力端子であるソース7の近傍に
おいて導体部9aに接続されており、それに対応した位置
に遮光層51の開口部が形成されている。その場合、前記
の多重反射光は反射防止膜52,53で減衰されながらも柱
状接続部8a'と遮光層51の孔の隙間へ到達し、その隙間
から遮光層51の下側へ侵入して近傍のソース7の領域へ
直接入射してしまう。

【００４２】そこで、この実施形態では、図１６に示す
ように２つの特徴的対策を施している。第１の特徴は、
反射電極層8aとＳi基板1側のＭＯＳ-ＦＥＴ2及び電荷蓄
積容量3の相対的位置関係は変えないが、図１の場合と
比較して反射電極層8aの柱状接続部8a'を電荷蓄積容量3
側へｗだけ寄った位置に形成し、それに基づいて遮光層
51の孔をＭＯＳ-ＦＥＴ2の形成領域外となる位置に構成
させている点にある。第２の特徴は、ＭＯＳ-ＦＥＴ2の
ソース7と電荷蓄積容量3を接続している導体部9aのソー
ス7側をゲート6側へ延在せしめ、導体部9aでソース7の
形成領域の上側を完全に覆っている点に特徴がある。従
って、ＭＯＳ-ＦＥＴ2におけるソース7の形成領域の上
側については、遮光層51と導体部9aの延在部分9aで二重
に覆われた構成となる。

【００４３】それらの対策により、前記のように遮光層
51の下側へ侵入した光はソース7の領域へ直接入射する
ことがなくなり、ｗだけ遠ざけられた侵入位置から遮光
層51と導体部9aの間を多重反射し、更に導体部9aの延在
部分9aを迂回しなければソース7へ到達することができ
ず、それだけソース7へ光が入射してしまう確率を減じ
ることができる。また、この実施形態の構造は、実施形
態１の製造工程における導体部9aの形成段階及びスルー
ホール62の形成段階でそれぞれパターンを変更するだけ
で容易に得ることができ、当然に実施形態２及び３に係
る構造の適用も可能である。尚、実施形態１でも説明し
たように、遮光層51の下側面と導体部9aの上側面にも反
射防止膜を設けておけば更に有効である。

【００４４】《実施形態５》 この実施形態は、実施形態１や実施形態４で各種の遮光
対策を施してＳi基板1への侵入光の防止を図っている
が、それでもなおかつ侵入光が発生することを考慮した
ものであり、図１７はその反射型画像表示装置の２画素
分の断面構造図を示す。図１０と図１７の装置を対比す
れば明らかなように、この実施形態は、Ｐ型のＳi基板1
上で隣り合う能動素子回路の間に、Ｎ型であるＭＯＳ-
ＦＥＴ2のドレイン5やソース7と同一導電型の分離領域5
6が形成されている点に特徴がある。

【００４５】この構造においては、Ｓi基板1がＧＮＤ電
位になっているのに対して、各分離領域56が逆バイアス
の(＋)電位に保たれており、多重反射光が反射電極層8a
の柱状接続部8a'と遮光層51の開口部との隙間を通じて
遮光層51の下側へ回り込んでＳi基板1に到達したとして
も、その際に発生したキャリアの正孔はＳi基板1のＧＮ
Ｄ側へ吸収され、電子は直ちに分離領域56で吸収される
ため、ＭＯＳ-ＦＥＴ2のドレイン5やソース７に電子が
到達してしまうことを防止できる。従って、侵入光によ
るフォトコンダクションが能動素子2,3の動作に与える
悪影響を最終段階で防止でき、特に読出し光が強い場合
等に画像の劣化現象を阻止できる。Ｓi基板1の導電型が
Ｎ型である場合には、ドレイン5とソース7と分離領域56
がＰ型になり、印加される電位が逆になるだけで、同様
の効果が得られることは当然である。

【００４６】《実施形態６》 この実施形態の目的とするところは実施形態５と同様で
あり、図１８はその反射型画像表示装置の２画素分の断
面構造図を示す。この装置は従来技術に係る図２２の装
置の問題点を解消するものであり、同図と図１８の装置
を対比すれば明らかなように、図２２ではＮ型のＳi基
板1の片側全面にＰ型のウェル1aを形成し、その共通ウ
ェル1aにＮチャンネル型のＭＯＳ-ＦＥＴ2と電荷蓄積容
量3を構成しているのに対し、本実施形態の図１８では
ウェルを共通にせずに、分離したＰ型のウェル57に各画
素毎のＮチャンネル型のＭＯＳ-ＦＥＴ2を構成してい
る。

【００４７】そして、この実施形態の装置でも、Ｎ型の
Ｓi基板1を＋電位に、各ウェル57をＧＮＤ電位に設定す
るが、侵入光がＳi基板1に到達してキャリアが発生して
も、電子はＧＮＤ側へ吸収され、正孔が近傍のウェル57
へ吸収されることになる。従って、フォトコンダクショ
ンに基づく電子がドレイン7に到達することを防止で
き、画像の劣化を招かないようにできる。この実施形態
の装置はキャリアの移動に関しては図２２の装置と同様
であるが、図２２の装置のように共通ウェル1aの構造に
した場合にＧＮＤ接続点から大きく離隔した領域でＧＮ
Ｄ電位が不安定化するのに対し、この実施形態の装置で
は各ウェル57毎にＧＮＤ電位が直接与えられるため、全
てのＭＯＳ-ＦＥＴ2が安定して動作し、画像の劣化を防
止できる。Ｓi基板1の導電型をＰ型にした場合にも、同
一の効果が得られることは実施形態５の場合と同様であ
る。

【００４８】

【発明の効果】本発明の反射型画像表示装置は、以上の
ような構成を有していることにより、次のような効果を
奏する。請求項１の発明は、読出し光が能動素子基板の
スイッチング素子へ侵入してフォトコンダクションを発
生させるという課題に対して総合的な対策を施し、特
に、第１接続部を有効に利用して前記の侵入経路を迂回
させて長くすると共に、侵入経路中に反射防止膜を施す
という構成を採用したことにより、フォトコンダクショ
ンの発生を極めて有効に防止して、高品質な投射画像の
表示を可能にする。請求項２の発明は、反射電極層の平
坦度を高め、反射率を更に向上させて高輝度な投射画像
の表示を可能にする。請求項３の発明は、反射電極層と
増反射膜が共働して反射率を向上させ、比較的少ない層
数の増反射膜で反射率の大幅な改善を実現する。特に、
層厚が５０００Å以下であるために電界の拡がりによる
解像度の低下もなく、高輝度で高解像度の表示を可能に
する。請求項４の発明は、反射電極層間の段差部分を光
学的鏡面にすることで乱反射を防止し、コントラストの
低下がなく、高い反射率を安定的に確保させる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１に係る反射型画像表示装置
の１画素分の断面構造図である。

【図２】実施形態１に係る反射型画像表示装置の製造段
階を示す断面構造図である。

【図３】実施形態１に係る反射型画像表示装置の製造段
階を示す断面構造図である。

【図４】実施形態１に係る反射型画像表示装置の製造段
階を示す断面構造図である。

【図５】実施形態１に係る反射型画像表示装置の製造段
階を示す断面構造図である。

【図６】実施形態１に係る反射型画像表示装置の製造段
階を示す断面構造図である。

【図７】実施形態１に係る反射型画像表示装置の製造段
階を示す断面構造図である。

【図８】実施形態１に係る反射型画像表示装置の製造段
階を示す断面構造図である。

【図９】実施形態１に係る反射型画像表示装置の製造段
階を示す断面構造図である。

【図１０】実施形態１に係る反射型画像表示装置の遮光
機能を説明するための２画素分の断面構造図である。

【図１１】実施形態２に係る反射型画像表示装置の１画
素分の断面構造図である。

【図１２】実施形態２に係る反射型画像表示装置の製造
段階を示す断面構造図である。

【図１３】実施形態３に係る反射型画像表示装置の１画
素分の断面構造図である。

【図１４】実施形態３に係る反射型画像表示装置の製造
段階を示す断面構造図である。

【図１５】実施形態３に係る反射型画像表示装置の製造
段階を示す断面構造図である。

【図１６】実施形態４に係る反射型画像表示装置の１画
素分の断面構造図である。

【図１７】実施形態５に係る反射型画像表示装置の２画
素分の断面構造図である。

【図１８】実施形態６に係る反射型画像表示装置の２画
素分の断面構造図である。

【図１９】従来の一般的な反射型画像表示装置の１画素
分の断面構造図である。

【図２０】反射型画像表示装置の等価回路図である。

【図２１】従来の反射型画像表示装置でフォトコンダク
ションが発生した場合のキャリアの移動態様を示すため
の２画素分の断面構造図である。

【図２２】フォトコンダクション対策を施した従来の反
射型画像表示装置の２画素分の断面構造図である。

【符号の説明】

1…Ｓi基板、1a…共通ウェル、1b…Ｎ型部分、2…ＭＯ
Ｓ-ＦＥＴ、3…電荷蓄積容量、4,4a,4b…絶縁体層、5…
ドレイン、6…ゲート、7…ソース、8,8a…反射電極層、
8a'…柱状接続部(第２接続部)、9,9a…導体部(9:第１接
続部)、9a'…導体部の延在部分、10…絶縁膜、11…能動
素子基板、12,24…配向膜、21…透明基板、22…ガラス
基板、23…共通電極膜、30…液晶層、41…反射電極層の
隙間、42…反射電極層の隙間に入射する光、51…遮光
層、52,53…反射防止膜、54…増反射膜層、55…絶縁
物、56…分離領域、57…ウェル、61…反射電極層側との
接続面となる領域、62…スルーホール。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ // Ｇ０２Ｂ 5/00 Ｇ０２Ｂ 5/00 Ｂ (72)発明者 西端 俊彦 神奈川県横浜市神奈川区守屋町３丁目12 番地 日本ビクター株式会社内 (72)発明者 本間 明 神奈川県横浜市神奈川区守屋町３丁目12 番地 日本ビクター株式会社内 (56)参考文献 特開 平４−338721（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−288474（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−241199（ＪＰ，Ａ) 特公 昭61−43712（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/1368 G02F 1/13 505 G02F 1/1335 520 G02F 1/1343 H04N 5/74 G02B 5/00

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板面に、スイッチング素子及び電荷蓄
   積容量部からなる素子部、前記スッチング素子の出力端
   子と前記電荷蓄積容量部を接続する第１接続部、それら
   を覆う絶縁体層、その絶縁体層上に形成された反射電極
   層、及び前記絶縁体層を貫通して前記反射電極層と前記
   第１接続部を接続する第２接続部からなる一画素分の能
   動素子回路を多数個マトリクス状に配設した能動素子基
   板と、片面に透明な共通電極膜が形成されている透明基
   板と、前記能動素子基板の反射電極層側と前記透明基板
   の共通電極膜側の間に挟装された光変調層とで構成さ
   れ、前記スイッチング素子の制御端子に入力される信号
   に対応して前記反射電極層と前記共通電極膜の間に電位
   差を生じさせ、前記透明基板への入射光を光変調層で変
   調して、反射させる反射型画像表示装置において、一層又は複数層からなる遮光層を前記絶縁層の内部に 介
   装せしめ、その介装領域には読出し光の入射方向から見
   て前記スイッチング素子の形成領域外に前記第２接続部
   を貫通させるための開口部を設けると共に、前記第１接続部における前記スイッチング素子の出力端
   子との接続部分を、少なくとも前記スイッチング素子の
   出力部全体を覆うように、側方へ連続的に延在させて形
   成し、 且つ、前記反射電極層と前記遮光層における両層の対向
   側表面の何れか一方又は双方に、また遮光層を複数層と
   した場合には遮光層同士の対向側表面の何れか一方又は
   双方に、光反射率の小さい材料からなる反射防止膜を形
   成した ことを特徴とする反射型画像表示装置。
2. 【請求項２】 前記反射電極層を、アルミニウム、若し
   くは微量のシリコン又は／及び銅を含有したアルミニウ
   ムで構成した請求項１記載の反射型画像表示装置。
3. 【請求項３】 前記能動素子基板における反射電極層側
   の表面に複数の誘電体膜からなる増反射膜層を形成し、
   その増反射膜層がシリコン酸化物とチタン酸化物の膜を
   交互に積層させてその全体の層厚を５０００Å以下とな
   るようにした請求項１又は請求項２記載の反射型画像表
   示装置。
4. 【請求項４】 前記の各能動素子回路の反射電極層間に
   絶縁性材料を充填し、絶縁性材料の表面を光学的鏡面状
   態まで平坦化した請求項１、請求項２又は請求項３記載
   の反射型画像表示装置。