JP3608755B2 - Liquid crystal electro-optical device and driving method thereof - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the ununiformity of electric field distribution in a cell thickness direction, to remove dispersion in the switching of liquid crystal(LC) materials and to obtain effective display characteristics in the LC electrooptical device for driving an LC material by impressing an electric field parallel with substrates. SOLUTION: In the LC electrooptical device holding the LC material between a pair of translucent substrates 101, 102, a switching element, an LC material driving drain electrode 115, a common electrode 107, and a gate electrode are formed on one substrate 101 and an electric field parallel with the substrate 101 is impressed between the drain electrode 115 and the common electrode 107. A switching element and respective electrodes are formed also on the other substrate 102 and the LC material is driven by forming the electric field parallel with the substrates by the electrodes formed on a pair of substrates 101, 102.

Description

【０００１】
【発明の利用分野】
本発明は、良好な電気特性と視野角特性を持ち、画面全体に均一な表示が得られる液晶電気光学装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶電気光学装置の視野角を広くする方法として、液晶に印加する電界の方向を、基板面にほぼ平行にする方式（以下、スーパーＴＦＴ方式と呼ぶ）が、例えば特開平６−１６０８７８により開示されている。この場合、１枚の基板上に形成されたソース電極、コモン電極間に電界を誘起させ、その電界方向に液晶分子を配向させている。また、特開平６−２１４２４４では、電極をセル厚の高さとすることで、液晶に印加する電界を均一にしている。
【０００３】
このような電気光学装置では、液晶分子長軸を基板に平行な状態を維持したままスイッチングするため、視野角による液晶の光学特性の変化が少ない。このため、視野角による光漏れ、コントラストの低下等が、従来のＴＮ、ＳＴＮ方式に比べ小さい。
【０００４】
【従来技術の問題点】
しかしながら、従来用いられているスーパーＴＦＴ方式の電極配置は、一対の基板のいずれか一方の基板にのみ形成されており、電極に近い領域には電界が印加されやすいが、電極直上の領域には電界が印加されにくい構成となっており、このため液晶材料のスイッチングがセル内でばらつくという問題があった。
【０００５】
これは、横方向電界を利用して液晶駆動を行う、スーパーＴＦＴ方式において、特に顕著に現れる欠点である。
【０００６】
上記電界のばらつきを図３もって説明する。ここでは簡単のため、絶縁性を示す基板（３０１）上に形成された、台形断面かつ電極間隔がそれぞれ一定な複数の平行電極（３０２）間に、正、負、正、負、・・・と交互に極性の異なる電圧を印加した場合の、電極周囲の電気力線の態様について述べる。（電荷の形成する電気力線については、電磁気学の著書、例えば永田一清著『電磁気学』、朝倉書店、及び後藤・山崎共編『詳解電磁気学演習』、共立出版などを参照。）
【０００７】
図３からも分かるように、電極周囲とその周辺で電束密度が異なり、特に電極直上かつ対向基板（３０３）近傍の点線で囲まれた領域（３０４）は、電気力線（３０５）の分布が少なくなっている。
【０００８】
ここでは、一例として断面が台形の電極間の電界を示したが、断面が矩形等他の形状の電極間でも同様である。なぜならば、電界は電極面に垂直に形成されるものであり、電極近傍とそれ以外の部分とで電気力線の分布が不均一になる。
【０００９】
このような電気力線のばらつきは、画素微細化の際に無視できない欠点となる。これは微細化により電極数が増加し、電極間距離が小さくなると非連続的な電界が高密度に分布してしまうからである。
【００１０】
上記問題の別の解決法としては、液晶にセル厚方向に一様に電界を印加するために電極をセル厚の高さにする発明が、特開平６−２１４２４４で提案されている。しかし極端に高さの高い電極を作製するには、以下の技術的困難が生じる。
【００１１】
第一に、電極の高さをセル厚程度とすると、電極の頂点と底部で、横方向の電極厚の差が大きくなりやすい。横方向電界で液晶を駆動するスーパーＴＦＴ方式では電極厚の差は、即ち電極間距離の差となる。従って、セル厚方向の電界強度が同一画素内で異なるため液晶駆動が難しくなる。
【００１２】
第二に、電極高さが極端に高いと、その上に形成される層のカバレッジが悪く、上に形成される層が電極である場合、断線を起こしやすい。
【００１３】
第三に、画素の微細化にあたっても、極端に高さの高い電極で、横方向の膜厚を薄くし大きなテーパー角を得るのは、技術的に困難である。
【００１４】
画素の微細化にあたり、上述の問題を解決するため、簡便な方法で作成でき、なおかつ非連続的な電界を発生しない電極構造が求められている。
【００１５】
さらに別の問題として、液晶駆動用電極及び、共通電極をＡｌ等からなる金属電極を使用していたため、開口率が低下する問題があった。
【００１６】
従来の液晶電気光学装置は、共通電極を対向基板に形成しており、しかも前記共通電極は透光性を有する材料、例えばＩＴＯ等を使用するのが一般的であった。しかし、横方向電界駆動方式の液晶電気光学装置はいずれか一方の基板に液晶駆動用電極及び共通電極を形成し、しかもいずれの電極もＡｌ等からなる遮光性の電極を使用しており、有効表示領域が従来の液晶電気光学装置に比べ減少してしまう欠点、即ち開口率の低下があった。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の液晶電気光学装置は、一対の基板上に形成された複数の電極により、基板に平行な方向の電界（横方向電界）強度を制御し、液晶材料を動作させる方式のものである。但し、従来の横方向電界駆動方式にあるような、いずれか一方の基板にのみ液晶駆動用及び共通電極を形成するものではなく、他方の基板にも電極を形成し、液晶駆動時にこの電極からも電界を印加し、これまで問題となっていた、電界強度の不均一性の問題を解決するものである。
【００１８】
さらに、遮光性電極を利用していたことによる、開口率の低下を改善を行い、視覚特性の良好な液晶電気光学装置を提供するものである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、
少なくとも一方が透明な一対の基板と、
該基板の両方に形成された電極と、
前記基板間に狭持された液晶層とを有し、
前記電極は、基板面に平行な方向を含む電界を形成しうる液晶駆動用の一対の電極を含み、
前記一対の電極は互いに略平行に配置された部分を有し、
前記電極を介して液晶層に電界を印加する電界印加手段を備え、
前記一対の電極は、両方の基板において互いに対向しない位置に配置されていることを特徴とする液晶電気光学装置である。
【００２０】
また、本発明の他の構成は、
少なくとも一方が透明な一対の基板と、
該基板の両方に形成された電極と、
前記基板間に狭持された液晶層とを有し、
前記電極は、基板面に平行な方向を含む電界を形成しうる液晶駆動用電極及び共通電極を含み、
前記液晶駆動用電極及び共通電極は互いに略平行に配置された部分を有し、
前記電極を介して液晶層に電界を印加する電界印加手段を備え、
前記液晶駆動用電極及び共通電極は、両方の基板において互いに対向しない位置に配置されていることを特徴とする液晶電気光学装置である。
【００２１】
また、本発明の他の構成は、
少なくとも一方が透明な一対の基板と、
該基板の両方に形成された電極と、
前記基板間に狭持された液晶層とを有し、
前記電極は、基板面に平行な方向を含む電界を形成しうる液晶駆動用電極及び共通電極を含み、
前記液晶駆動用電極及び共通電極は互いに略平行に配置された部分を有し、
前記一対の基板の少なくとも一方に形成された前記液晶駆動用電極及び／又は共通電極は、透光性を有し、
前記電極を介して液晶層に電界を印加する電界印加手段を備え、
前記液晶駆動用電極及び共通電極は、両方の基板において互いに対向しない位置に配置されていることを特徴とする液晶電気光学装置である。
【００２２】
また、本発明の他の構成は、
少なくとも一方が透明な一対の基板と、
該基板の両方に形成された電極と、
前記基板間に狭持された液晶層とを有し、
前記電極は、基板面に平行な方向を含む電界を形成しうる液晶駆動用電極及び共通電極を含み、
前記液晶駆動用電極及び共通電極は互いに略平行に配置された部分を有し、
前記電極を介して液晶層に電界を印加する電界印加手段を有し、
前記液晶駆動用電極及び共通電極は、両方の基板において互いに対向しない位置に配置されており、
前記基板及び電極上には平坦化膜が形成されていることを特徴とする液晶電気光学装置である。
【００２３】
また、本発明の他の構成は、
少なくとも一方が透明な一対の基板と、
該基板の両方に形成された電極と、
前記基板間に狭持された液晶層とを有し、
前記電極は、基板面に平行な方向を含む電界を形成しうる液晶駆動用電極及び共通電極を含み、
前記液晶駆動用電極及び共通電極は互いに略平行に配置された部分を有し、
前記電極を介して液晶層に電界を印加する電界印加手段を備え、
前記液晶駆動用電極及び共通電極は、両方の基板において互いに対向しない位置に配置されており、
前記一対の基板間で交互に前記液晶層に対して電界を印加することを特徴とする液晶電気光学装置である。
【００２４】
また、本発明の他の構成は、
少なくとも一方が透明な一対の基板と、
該基板の両方に形成された電極と、
前記基板間に狭持された液晶層とを有し、
前記電極は、基板面に平行な方向を含む電界を形成しうる液晶駆動用電極及び共通電極を含み、
前記液晶駆動用電極及び共通電極は互いに略平行に配置された部分を有し、
前記電極を介して液晶層に電界を印加する電界印加手段を備え、
前記液晶駆動用電極及び共通電極は、両方の基板において互いに対向しない位置に配置されており、
前記一対の基板間にセル厚方向において均一な電気力線を分布せしめることを特徴とする液晶電気光学装置である。
【００２５】
また、本発明の他の構成は、
少なくとも一方が透明な一対の基板と、
該基板の両方に形成された電極と、
前記基板間に狭持された液晶層とを有し、
前記電極は、基板面に平行な方向を含む電界を形成しうる液晶駆動用電極及び共通電極を含み、
前記液晶駆動用電極及び共通電極は互いに略平行に配置された部分を有し、
前記電極を介して液晶層に電界を印加する電界印加手段を備え、
前記液晶駆動用電極及び共通電極は、両方の基板において互いに対向しない位置に配置されており、
前記いずれか一方の基板の前記液晶駆動用電極及び共通電極間に電界が印加されている間は、他方の基板の前記液晶駆動用電極及び共通電極間には電界が印加されていないことを特徴とする液晶電気光学装置である。
【００２６】
また、本発明の他の構成は、
少なくとも一方が透明な一対の基板と、
該基板の両方に形成された電極と、
前記基板間に狭持された液晶層とを有し、
前記電極は、基板面に平行な方向を含む電界を形成しうる液晶駆動用電極及び共通電極を含み、
前記液晶駆動用電極及び共通電極は互いに略平行に配置された部分を有し、
前記電極を介して液晶層に電界を印加する電界印加手段を備え、
前記液晶駆動用電極及び共通電極は、両方の基板において互いに対向しない位置に配置された液晶電気光学装置において、
前記一対の基板のうちの一方の基板に設けられた前記電極と他方の基板に設けられた前記電極とに対し、映像データが交互に入力されることで表示画面を形成することを特徴とする液晶電気光学装置の駆動方法である。
【００２７】
本明細書に開示する発明を利用した構成の一例を図１及び図２に示す。図１に示すのは、ネマチック液晶を用い、横方向電界で前記液晶材料を駆動し、前記駆動素子としてｐｏｌｙ−ＳｉＴＦＴを用いたアクティブマトリクス型の液晶電気光学装置の画素部の概略であり、前記装置を上から（基板面に対して垂直な方向から）見た場合であり一部の配線は重なりあって配設されているため、上基板の配線しか見えない。また、図２は図１においてＡ−Ａ′方向の断面を示したものである。
【００２８】
図１及び図２に示す構成において、第一の基板（１０１）上には、下地ＳｉＯ２ 膜（１０３）、ゲート電極（１０５）、コモン電極（１０７）、ゲート絶縁膜より延長される層（１０９）、スイッチング素子（１１１）、ソース電極（１１３）、液晶駆動用電極（１１５）、保護膜（１１７）、配向膜（１１９）が形成されている。
【００２９】
一方、第二の基板（１０２）には下地ＳｉＯ２ 膜（１０４）、ゲート電極（１０６）、コモン電極（１０８）、ゲート絶縁膜より延長される層（１１０）、スイッチング素子（１１２）、ソース電極（１１４）、液晶駆動用電極（１１６）、保護膜（１１８）、配向膜（１２０）が形成されている。また、（１２１）は液晶層である。
【００３０】
液晶駆動用電極（１１５）とコモン電極（１０７）、あるいは液晶駆動用電極（１１６）とコモン電極（１０８）は 互いに略平行に配置されている。
【００３１】
ここで、上記ゲート電極（１０５）、（１０６）はゲート配線（走査線）を、また、ソース電極（１１３）、（１１４）はソース配線（信号線）をそれぞれ兼ねる機能を有する。また、前記コモン電極（１０７）、（１０８）は上記共通電極に相当する。さらに、液晶層（１２１）について、配向状態について述べる場合には、液晶分子も示す。
【００３２】
上記液晶電気光学装置の場合、まず第一の基板上（１０１）に形成された液晶材料駆動用の液晶駆動用電極（１１５）及びコモン電極（１０７）間に電界が印加され、この電界により液晶層（１２１）中の液晶分子が基板に対して平行な面内でスイッチングする（配向状態が変化する）。
【００３３】
しかし、第一の基板（１０１）上の電極間にのみ電界が印加されると、第二の基板（１０２）に近いほど電界強度が小さくなるので、液晶材料（１２１）がスイッチングしにくくなる。さらに電極直上は図３に示したように電気力線が非常に疎となる。
【００３４】
そこで、第二の基板（１０２）上にも液晶駆動用電極（１１６）及びコモン電極を（１０８）を設ける。そのとき、第一の基板と第二の基板とにおいて、電極が互いに対向しない位置に配置する。
【００３５】
すなわち、第一の基板（１０１）上の液晶駆動用電極（１１５）、コモン電極（１０７）の間に第二の基板（１０２）の液晶駆動用電極（１１６）が、また、第一の基板（１０１）上のコモン電極（１０７）、液晶駆動用電極（１１５）の間には、第二の基板（１０２）上のコモン電極（１０８）がそれぞれ配置されるようにした。そして、第二の基板（１０２）上の液晶駆動用電極（１１６）−コモン電極（１０８）間にも第一の基板と同じように電界を印加する。
【００３６】
すると、第一の基板（１０１）上の電極直上の電界が疎な部分に、第二の基板（１０２）上の電極（１１６）、（１０８）間に形成された電界の密な部分がくることになり、セル厚方向における電界強度の不均一性は抑制される。
【００３７】
また、上記第一、第二の基板（１０１）、（１０２）には、透光性を有し、かつ外力に対しある程度の強度を有する材料、例えばガラス、石英などの無機材料などが用いられる。ＴＦＴ等を形成する基板（以下ＴＦＴ基板とする）には、無アルカリガラスや石英ガラスを用いる。また、液晶電気光学装置の軽量化を目的とする場合、複屈折性の少ないフィルム、例えばＰＥＳ（ポリエチレンサルフェート）などを用いることもできる。
【００３８】
また、液晶材料（１２１）の駆動方法としてはマルチプレックス方式でもアクティブマトリクス方式でも良い。
【００３９】
マルチプレックス方式では第一の基板（１０１）上に形成するのは液晶駆動用電極、共通電極の２種だけでよいが、アクティブマトリクス方式の場合、このほかにスイッチング素子（１１１）、（１１２）として非線形素子、例えば薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）やダイオードを各画素毎に形成する。薄膜トランジスタの場合、ドレイン電極を液晶駆動用電極（１１５）、（１１６）に接続し、共通電極はコモン電極（１０７）、（１０８）として別に設ける。
【００４０】
ＴＦＴとしては活性層にアモルファスシリコン又はポリ（多結晶）シリコンを用いたトランジスタを用いることが出来る。アクティブマトリクス方式の場合上記駆動素子の構成は、スタガー型、逆スタガー型といった公知の構成を利用することが出来る。また、ポリシリコンを用いたトランジスタを用いた場合、液晶材料を駆動する周辺駆動回路をＴＦＴを作製した基板に形成することが可能である。周辺駆動回路はＴＦＴを作製するのと同じプロセスで作製することが可能となる。この周辺駆動回路は、ｎ−ｃｈ及びｐ−ｃｈトランジスタを組み合わせた相補型素子から形成される。
【００４１】
なお、スイッチング素子（１１１）はｐｏｌｙ−Ｓｉ型ＴＦＴを用いることが望ましい。特にｐｏｌｙ−ＳｉをＴＦＴ活性層に用いた場合は、ａ−ＳｉをＴＦＴ活性層に用いた場合に比べ活性層の移動度が大きく、ａ−Ｓｉと同等の特性をより小さい素子領域で得られるため、各素子の微細化、ひいては高開口率化が可能となる。また、横方向電界印加にあたっても、キャリヤ移動度の大きいｐｏｌｙ−ＳｉをＴＦＴ活性層に用いた場合の方が、高速応答が実現できる。さらに、ｐｏｌｙ−Ｓｉを用いた場合、基板上に液晶材料を駆動するための周辺駆動回路をも形成することが可能となり、装置作製プロセスの低減、歩留りの向上、装置価格の低下に寄与する。
【００４２】
前記素子電極としては、ゲート電極（１０５）、ソース電極（１１３）はＡｌ、Ｔｉ、Ｔａ等からなる金属、金属を含有する材料、金属酸化物、またはＳｉ、Ｓｉに燐、ホウ素などが含有された材料、カーボン、カーボンを含有する材料等を利用することが出来る。画素高密度化の際にはゲート、ソース両電極（１０５）、（１１３）での信号遅延が無視できなくなるので、体積抵抗率の低い材料を利用することが望ましい。また、液晶駆動用電極（１１５）及びコモン電極（１０７）は前記各種材料の他、ＩＴＯ等を使用することも出来る。特にＩＴＯのような透光性を有する材料を用いると、画素開口率を向上させることができる。
【００４３】
前記電極断面形状は、矩形、台形、または曲断面（側部または上部の一部に曲線を有する断面）をとるようにする。矩形、台形の断面の時には公知のパターニング・エッチング法によればよく、また曲断面形成の方法として、異方性プラズマエッチング、等方性プラズマエッチング等を組み合わせ、電極断面をなだらかな断面もしくは曲断面を有するようにしても良い。本明細書に示す、なだらかな面もしくは曲面を持つ断面を作製する方法としては、ドライプロセス、ウエットプロセスのいずれの方法でも可能である。なお、前記方法は、なだらかな曲断面を持つ電極の作製方法の一例であり、なだらかな曲断面を持つ電極の作製方法は、これらの方法に限定されるわけではない。
【００４４】
また、各層間絶縁膜（１１０）、ＴＦＴ保護膜（１１８）としては酸化珪素（ＳｉＯ２ ）または窒化珪素（ＳｉＮ）を用いることが可能である。さらにアクリル系樹脂、ポリイミド等からなる有機樹脂を使用することも可能である。
【００４５】
図８には有機樹脂をＴＦＴ保護膜として使用し、その他の構成は上記に示したのと同じである液晶電気光学装置の断面概略図を示す。特にＴＦＴ保護膜として有機樹脂を使用すると、基板表面を平滑化する平坦化膜（８０１）とすることもできる。本発明の液晶電気光学装置は液晶材料の複屈折を利用しているため、前記一対の基板間隔がばらつくと色むらの発生を引き起こす。従って前記基板間隔は装置全体にわたって一定であることが重要であり、前記平坦化処理は装置作製の歩留りを向上させるのに重要なプロセスとなる。
【００４６】
次に、第二の基板（１０２）については第一の基板（１０１）と同種の材料を用いることが可能である。また、第二の基板（１０２）にも液晶材料（１２１）を駆動するための電極を形成する。この時の電極材料としては第一の基板（１０１）上の素子（１１１）、各電極（１０５）、（１０７）、（１１３）、（１１５）を形成するのに使用した材料を使用することが出来る。
【００４７】
また、電極の配設パターンは、第一の基板（１０１）の駆動用電極（１１５）、及びコモン電極（１０７）が交互に等間隔に配列するようにする。
【００４８】
さらに、基本的には第一の基板（１０１）の駆動用電極（１１５）、及びコモン電極（１０７）の間に、第二の基板（１０２）の電極（１１６）、（１０８）が配設されるようにする。また、第一の基板（１０１）と同様にスイッチング素子（１１２）を形成する。
【００４９】
また、両方の基板（１０１）、（１０２）に前記素子（１１１）、（１１２）及び前記各電極（１０５）、（１０６）、（１０７）、（１０８）、（１１３）、（１１４）、（１１５）、（１１６）を形成するため、有効表示領域即ち開口率をできるだけ大きくするために、例えば図１のように前記一対の基板（１０１）、（１０２）上のゲート（１０５）、（１０６）、（１１３）、（１１４）及びソース（１１３）、（１１４）各配線は重なりあうような位置に成るように配設すればよい。このようにすることで、従来の液晶電気光学装置のようないずれか一方の基板にゲート、ソース各配線が形成された場合と同様な開口率を得ることができる。
【００５０】
また、第一の基板（１０１）上もしくは第二の基板（１０２）あるいは両方の基板上にコントラスト向上のため表示に関わらない部分を遮光するため、Ｃｒ等の金属もしくは黒色の顔料が分散された樹脂材料などにより、ブラックマトリクスを形成する（図示せず）。さらに、カラー表示の場合には各画素に対応する位置にＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）もしくはＣ（シアン）、Ｍ（マジェンダ）、Ｙ（黄）のカラーフィルターを形成する。カラーフィルターの各色の配置はストライプ配置又はデルタ配置などが利用できる。
【００５１】
第一の基板（１０１）及び第二の基板（１０２）上に、配向処理が施されている。前記配向処理は液晶分子が基板に対して平行かつ一軸に配向するように行う。前記配向処理としては基板面を直接、もしくはナイロン、ポリイミド等の有機樹脂よりなる膜（配向膜）（１１９）、（１２０）を塗布後前記樹脂面上を、一方向に擦るラビング処理が有効である。なお、前述の有機樹脂によるＴＦＴ保護膜（平坦化膜（８０１））の表面をそのままラビング処理等の配向処理をすることで前記の配向膜を形成するプロセスをなくすことも可能である。
【００５２】
図５及び図６にはラビング方向（５０２）、（５０３）を示した。ラビング方向については使用する液晶材料（１２１）により異なる。第一の基板（１０１）側は、誘電率異方性が正の材料の場合、電界方向に非平行であって、電界方向に４５゜またはそれより電界方向に近い角度をなす方向とする。さらにまた、誘電率異方性が負の材料の場合、電界に非垂直であって、電界に垂直な方向に４５°またはそれより電界に垂直な方向に近い角度をなす方向とする。また第二の基板（１０２）側のラビング処理は、第一の基板（１０１）のラビング方向に平行、もしくは反平行をなすようになされる。
【００５３】
このようにして作製された前記一対の基板（１０１）、（１０２）は、一定の間隔をもって重ね合わせ、これを液晶セルとする。前記一対の基板（１０１）、（１０２）のいずれか一方に、接着剤としてシール剤（図示せず）を所望のパターンに形成する。シール剤としては熱硬化型、紫外線硬化型等の樹脂材料を使用する。前記樹脂材料としてはエポキシ系、ウレタンアクリレート系などの材料を使用することが可能である。また、他方の基板には前記一対の基板の間隔をセル全体に一定に保持するためスペーサー（図示せず）を散布する。
【００５４】
シール剤硬化後、液晶材料（１２１）を液晶セルに真空注入法等により注入する。なお、シール剤を形成する前に予め一方の基板に液晶層（１２１）を形成し、その後シール剤を形成して他方の基板を重ね合わせてもよい。
【００５５】
本発明で利用できる液晶材料としては、ネマチック、コレステリック、スメクチック性を示す材料が挙げられるが、特にネマチック材料を用いることが望ましい。さらに、ネマチック液晶の中でも、駆動方法によって誘電異方性が正もしくは負を示すものを適宜選択して使用する。さらに、屈折率異方性が小さいものを用いると、より広い視野角が得られる。
【００５６】
また、本発明の液晶電気光学装置の液晶材料の配向状態について、図５及び図６に概略を示す。ここでは一例として、誘電異方性が負の材料を使用した場合を示した。図５は無電界時、図６は電界印加時の配向状態である。なお、この図では概略図として前記一対の基板上の構成物として電極（１０７）、（１１５）、（１１６）、及び配向膜（１１９）、（１２０）のみを示し、その他の素子、配線等は省略した。
【００５７】
前記液晶電気光学装置は、液晶材料の複屈折性を利用して表示を行うため、一対の偏光板（５０１）、（５０２）をその光軸（５０５）、（５０６）が直交するように配置し、前記一対の偏光板の間に液晶セルを挟む。この時液晶材料（１２１）の配向方向は、図５、図６において光源が基板（１０１）側にある場合、検光子（５０１）即ち光源に近い方の偏光板の光軸（５０５）に平行である。
【００５８】
このようにして作製された液晶電気光学装置について、液晶材料（１２１）の配向は、無電界時には図５に示すように、液晶分子（１２１）は長軸を基板に平行かつラビング方向（５０３）、（５０４）に平行に一軸配向している。
【００５９】
次に、電極（１０７）、（１１５）、（１０８）、（１１６）に電界印加時は、図６に示すように、配向規制力が強い配向膜界面近傍の液晶分子（１２２）は、ラビング方向（５０３）、（５０４）に平行な向きを維持し、配向規制力が弱い液晶層中央近傍の液晶分子（１２３）は電界により光軸が変化する。誘電異方性が正の液晶材料を用いた場合には液晶分子（１２３）の長軸が電界方向に対して平行になるような向きとなり、誘電異方性が負の場合には図６のように、液晶分子の長軸（１２３）が電界方向に対して垂直になるような向きとなる。
【００６０】
このため、液晶電気光学装置を透過する光について、無電界時に液晶材料（１２１）の配向はセル内で検光子（５０１）の光軸（５０５）に平行となるため、入射光は偏光子（５０２）を透過できず、この時の透過光量はゼロとなる。一方、電界印加時は液晶材料（１２１）の光軸の向きが変化することで入射光は楕円偏光となり、偏光子（５０２）を透過する。
【００６１】
表示を行う場合、まず第一の基板のゲート電極（１０５）に、任意の期間で選択信号（走査信号）が印加され、ソース電極（１１３）に印加された映像データは選択期間中にスイッチング素子（１１１）が導通状態となるため液晶駆動用電極（１１５）に印加される。一方コモン電極（１０７）は接地しておくか、あるいは任意の波形を印加しておく。
【００６２】
すると、液晶駆動用電極（１１５）−コモン電極（１０７）間に基板面に平行かつ液晶駆動用電極（１１５）、コモン電極（１０７）の長手方向に対して垂直な方向の成分を有する電界が形成され、この電界により液晶分子（１２１）が基板（１０１）、（１０２）に対して平行な面内でスイッチングし（配向状態が変化し）、画素に映像データが書き込まれた状態となる。
【００６３】
選択期間終了後、スイッチング素子（１１１）は非導通状態となる。液晶駆動用電極（１１５）−コモン電極（１０７）間には先程印加された電界が保持され、書き込まれた映像データが保存される。
【００６４】
以下、第一の基板（１０１）上のゲート電極（１０５）に次々に走査信号を印加させ、基板全体に映像データを書き込む。
【００６５】
しかしながら、第一の基板（１０１）上の電極（１１５）、（１０７）にのみ電界を印加すると第一の基板（１０１）の電極（１１５）、（１０７）近傍は電界強度が強くなるが、第二の基板（１０２）に近づくにつれ電界強度が低下してしまう。そこで、第一の基板（１０１）に映像データを書き込んだのち、今度は第二の基板（１０２）に設けられた液晶駆動用電極（１１６）、コモン電極（１０８）に対して、第一の基板（１０１）で映像データを書き込んだときと同様の方法で映像データを印加する。
【００６６】
また電界の印加方法について、第一の基板（１０１）及び第二の基板（１０２）に同時に電界が印加されると横方向電界の他に、従来の液晶電気光学装置と同様な縦方向電界が印加され、液晶分子が基板に対して斜めもしくは垂直に配向する部分が発生してしまう。例えば、図６において、電極（１１５）、（１１６）間、もしくは（１０７）、（１１６）間にこのような配向部分が発生すると表示不良の原因となる。
【００６７】
従って、電界はいずれか一方の基板のみに印加されるよう、第一の基板（１０１）と第二の基板（１０２）とで電界印加のタイミングを制御する。これを高速に繰り返すことで、実効的に図４に示すような、基板に平行な成分を有する電界が一対の基板間の各部分で形成され、電界強度が疎な部分が無くなるようになる。
【００６８】
なお、上記には偏光板を２枚使用した構成としたが、前記一対の基板（１０１）、（１０２）のうちいずれか一方に金属等からなる反射板を形成すれば、偏光板を１枚しか用いずに液晶電気光学装置を作製することが可能となり、明るいディスプレイを実現できる。また上記金属性の反射板は画素等の電極を兼ねることも可能である。
【００６９】
【作用】
本明細書に示す液晶電気光学装置の構成とすると、従来の横方向電界駆動方式の液晶電気光学装置に比べ、セル内のセル厚方向の電束密度は均一になる。これにより、ほとんどの液晶分子は、電界印加によりセル厚方向において同様な動作をする。その結果、表示の立ち上がり、応答特性が向上する。
【００７０】
この電界の連続性は、電極に電圧を印加した場合の、電極周囲の電気力線の態様を見れば明らかである。以下、図４をもって電極周囲の電気力線の態様を説明する。
【００７１】
上記の駆動方法によりセル内に電界を印加した場合、電気力線は実効的に図４に示すように形成される。従って、本発明の液晶電気光学装置の電気力線の分布は、いずれが一方の基板にのみ電極を形成する場合より、均一となる。
【００７２】
上記では一例として電極断面が台形のものについて説明したが、これに限定されることはなく、電極断面が円、楕円の曲率を利用したものでも同様の効果が得られる。また、断面形状が正半円なだけでなく、円弧をなすようにしても同様の効果が得られる。さらに電極のエッジ断面が円弧等の曲面を有するようにしても良い。もちろん、境界変化の緩やかな多角形形状を有する断面を持つ電極でも良い。
【００７３】
さらに、なだらかな曲断面を持つ電極等薄膜の上に成膜される膜は、薄膜の丸みのため、カバレッジも良好である。そのため、カバレッジの悪さに起因する、不純物の混入、断線等を防ぐ効果もある。
【００７４】
なお、本発明では、液晶材料に横方向電界を印加する方式の液晶電気光学装置について述べたが、これに限ることなく、例えば従来のＴＮ方式等の縦電界を印加する方式の液晶電気光学装置に用いることでも、セル内の電界の乱れを低減することが出来、また、カバレッジの良い電気光学装置を作製することが出来る。
以下に、本発明の実施例を図をもって説明する。
【００７５】
【実施例】
〔実施例１〕
本実施例では、周辺駆動回路をも基板上に形成するモノリシック型アクティブマトリクス回路とした。この制作工程について、図７を用いて説明する。図７は周辺駆動回路付近の概略図であり、左側に駆動回路のＴＦＴの作製工程を、右側にアクティブマトリクス回路のＴＦＴの作製工程をそれぞれ示した。なお、この工程は低温ポリシリコンプロセスのものである。
【００７６】
まず、第一の絶縁基板（１０１）としてコーニング＃１７３７の上に、下地酸化膜（１０３）を形成した。この酸化珪素膜の形成方法は、酸素雰囲気中でのスパッタ法やプラズマＣＶＤ法を用いればよい。
【００７７】
その後、プラズマＣＶＤ法やＬＰＣＶＤ法によってアモルファスのシリコン膜を３００〜１５００Å、好ましくは５００〜１０００Åに形成した。そして、５００℃以上、好ましくは、５００〜６００℃の温度で熱アニールを行い、シリコン膜を結晶化させた、もしくは、結晶性を高めた。熱アニールによって結晶化ののち、光（レーザーなど）アニールをおこなって、さらに結晶化を高めてもよい。また、熱アニールによる結晶化の際に特開平６−２４４１０３、同６−２４４１０４に記述されているように、ニッケル等のシリコンの結晶化を促進させる元素（触媒元素）を添加してもよい。
【００７８】
次にシリコン膜をエッチングして島状に形成し、駆動回路のＴＦＴの活性層（７０１）（Ｐチャネル型ＴＦＴ用）、（７０２）（Ｎチャネル型ＴＦＴ用）とマトリクス回路のＴＦＴ（画素ＴＦＴ） の活性層（７０３）を形成した。さらに、酸素雰囲気中でのスパッタ法によって厚さ５００〜２０００Åの酸化珪素のゲート絶縁膜（７０４）を形成した。ゲート絶縁膜の形成方法としては、プラズマＣＶＤ法を用いてもよい。プラズマＣＶＤ法によって酸化珪素膜を形成する場合には、原料ガスとして、一酸化二窒素（Ｎ２ Ｏ）もしくは酸素（Ｏ２ ）とモノシラン（ＳｉＨ４ ）を用いることが好ましかった。
【００７９】
その後、厚さ２０００〜６０００Åのアルミニウムをスパッタ法によって基板全面に形成した。ここでアルミニウムはその後の熱プロセスによってヒロックが発生するのを防止するため、シリコンまたはスカンジウム、パラジウムなどを含有するものを用いてもよい。そして、等方性プラズマエッチングを行いゲート電極（７０５）、（７０６）、（７０７）と、コモン電極（７０８）（共通電極）を形成した（図７（Ａ））。この時、放電ガス電圧を適切に設定し、電極に曲面を持たせた。その後、イオンドーピング法によって、全ての島状活性層に、ゲート電極をマスクとして自己整合的に、フォスフィン（ＰＨ３ ）をドーピングガスとして、燐が注入される。ドーズ量は１×１０１２〜５×１０１３原子／ｃｍ２ する。この結果、弱いＮ型領域（７０９）、（７１０）、（７１１） が形成された。（図７（Ｂ））
【００８０】
次にＰチャネル型の活性層を覆うフォトレジストのマスク（７１２）及び画素ＴＦＴの活性層（７１３）のうち、ゲート電極に平行にゲート電極（７０８）の端から３μｍ離れた部分まで覆うフォトレジストのマスク（７１３） が形成される。そして、再びイオンドーピング法によってフォスフィンをドーピングガスとして燐を注入する。ドーズ量は１×１０１４〜５×１０１５原子／ｃｍ２ とする。この結果として、強いＮ型領域（ソース、ドレイン）（７１４）、（７１５）が形成される。画素ＴＦＴ上のフォトレジスト（７１３）に覆われていた領域（７１６）は、今回のドーピングでは燐が注入されないので、弱いＮ型のままとなる。（図７（Ｃ ））
【００８１】
次に、Ｎチャネル型ＴＦＴの活性層（７０２）、（７０３）をフォトレジストのマスク（７１７）で覆い、ジボラン（Ｂ２ Ｈ６ ）をドーピングガスとして、イオンドーピング法により、島状領域（７０１）に硼素が注入される。ドーズ量は５×１０１４〜８×１０１５原子／ｃｍ２ とする。このドーピングでは、硼素のドーズ量が図７（Ｃ）における燐のドーズ量が上回るため、先に形成されていた弱いＮ型領域（７０８）は強いＰ型領域（７１８）に反転する。以上のドーピングにより、強いＮ型領域（ソース／ドレイン）（７１４）、（７１５）、強いＰ型領域（ソース／ドレイン）（７１８）、弱いＮ型領域（低濃度不純物領域）（７１６）が形成される。（図７（Ｄ））
【００８２】
その後、４５０〜８５０℃で０． ５〜３時間の熱アニールを施すことにより、ドーピングによるダメージを回復せしめ、ドーピング不純物を活性化、シリコンの結晶性を回復させた。その後、全面に層間絶縁物（７１９）として、プラズマＣＶＤ法によって酸化珪素膜を厚さ３０００〜６０００Å形成した。これは、窒化珪素膜あるいは酸化珪素膜と窒化珪素膜の多層膜であってもよい。そして、層間絶縁膜（７１９）をウエットエッチング法またはドライエッチング法によって、エッチングして、ソース／ドレインにコンタクトホールを形成した。
【００８３】
そして、スパッタ法によって厚さ２０００〜６０００Åのアルミニウム膜、もしくはチタンとアルミニウムの多層膜を形成する。これをレジストをマスクとして用い等方性プラズマエッチングした。この時、放電ガス電圧を適切に設定し、電極に曲面を持たせ、周辺回路の電極・配線（７２０）、（７２１）、（７２２）および画素ＴＦＴの電極・配線（７２３）、（７２４）を形成した。電極（７２４）は液晶駆動用電極（１１５）を兼ねるような配線パターンとした。さらに、プラズマＣＶＤ法によって、厚さ１０００〜３０００Åの窒化珪素膜（７２５）が層間膜として形成された。（図７（Ｅ））
【００８４】
また、第二の基板（１０２）上にも第一の基板（１０１）と同様にＴＦＴ及び共通電極を形成した。第一の基板（１０１）と第二の基板（１０２）上の各素子、配線電極のパターンは図２に示すように、まず液晶駆動用電極（１１５）、（１１６）とコモン電極（１０７）、（１０８）の間隔が一定になるようなパターンを基本とし、ゲート電極（１０５）、（１０６）、ソース電極（１１３）、（１１４）及びＴＦＴ（１１１）、（１１２）については、画素の開口率が最も大きくなるように適切な位置に配設した。
【００８５】
また、第一の基板（１０１）上もしくは第二の基板（１０２）あるいは両方の基板上には、コントラスト向上のため表示に関わらない部分を遮光するため、Ｃｒ等の金属もしくは黒色の顔料が分散された樹脂材料などにより、ブラックマトリクスを形成した。
【００８６】
その後、第一の基板（１０１）及び第二の基板（１０２）に、ポリイミドよりなる配向膜（１１９）、（１２０）を形成した。配向膜としてはポリイミドを公知のスピンコート法もしくはＤＩＰ法などにより形成した。次に配向膜表面をラビングした。
【００８７】
ラビング方向（５０３）、（５０４）については使用する液晶材料（１２１）により異なり、第一の基板（１０１）側の方向（５０３）は、誘電率異方性が正の材料の場合、電界方向に非平行であって、電界方向に４５゜またはそれより電界方向に近い角度をなす方向とする。さらにまた、誘電率異方性が負の材料の場合、電界に非垂直であって、電界に垂直な方向に４５°またはそれより電界に垂直な方向に近い角度をなす方向とする。また第二の基板（１０２）側のラビング処理（５０３）は、第一の基板（１０１）のラビング方向に平行、もしくは反平行をなすようになされる。
【００８８】
図５及び図６にはラビング方向（５０２）、（５０３）を示した。ラビング方向については使用する液晶材料（１２１）により異なる。第一の基板（１０１）側は、また第二の基板（１０２）側のラビング処理は、第一の基板（１０１）のラビング方向に平行、もしくは反平行をなすようになされる。
【００８９】
このようにして形成された第一の基板（１０１）と第二の基板（１０２）を重ね合わせて液晶パネルを形成した。前記一対の基板（１０１）、（１０２）は、基板間に直径３μｍの球状スペーサーを挟むことでパネル面内全体で均一な基板間隔となるようにした。また、前記一対の基板（１０１）、（１０２）を接着固定するためにエポキシ系の接着剤でシールした。シールのパターンは画素領域、周辺駆動回路領域を囲むようにした。この後所定の形状に前記一対の基板（１０１）、（１０２）を切断した後、基板間に液晶材料（１２１）を注入した。
【００９０】
次に偏光板（５０１）、（５０２）を基板の外側に二枚貼り合わせた。偏光板の配置ついて、一対の偏光板をその光軸（５０５）、（５０６）が直交するように配置し、いずれか一方の偏光板の光軸、例えば偏光板（５０１）の光軸（５０５）を、ラビング方向（５０３）に平行にした。
【００９１】
この液晶電気光学装置の光学特性を測定したところ、従来の電極形状からなる液晶ディスプレイより、立ち上がり特性のバラツキの少ない良好な表示が得られた。
【００９２】
本実施例における構成とすれば、駆動回路を画素部ＴＦＴと同一基板内に作製しているため、作製コストが少なくてすむという利点がある。
【００９３】
〔実施例２〕
図８に本実施例の液晶電気光学装置の断面図を示す。本実施例では、第一の基板（１０１）及び第二の基板（１０２）として、実施例１と同様に画素ＴＦＴ及び周辺駆動回路を形成した。但し、ＴＦＴ保護膜形成後直接配向膜を形成するのではなく、平坦化膜（８０１）を形成し、その後配向膜（１１９）、（１２０）を形成した。
【００９４】
平坦化膜（８０１）はアクリル系樹脂もしくはポリイミド系の樹脂から成る材料、ここではアクリル系樹脂を使用した。アクリル系樹脂は２液性の熱硬化型のものを使用した。平坦化膜の形成は公知のスピンコート法等により行い、膜厚は１〜２μｍ、ここでは最大で１．５μｍとなるようにした。その結果、ＴＦＴ等の素子を形成することで生じた基板表面の段差は大幅に低減した。
【００９５】
その後実施例１と同様に配向膜（１１９）、（１２０）を形成し、ラビング処理を行った。ラビングの方向（５０３）、（５０４）は実施例１と同様前記一対の基板（１０１）、（１０２）間で平行もしくは反平行の関係を成すようにした。
【００９６】
このようにして作製された第一の基板（１０１）および第二の基板（１０２）は、実施例１と同様な方法で液晶セルとしてセル組され液晶材料（１２１）を前記一対の基板（１０１）、（１０２）で挟んだ。さらに、偏光板（５０１）、（５０２）を実施例１と同様に配置した。
【００９７】
上記の液晶電気光学装置はセル厚のむらによる色むらの発生もなく良好な装置を歩留り良く作製することが出来た。
【００９８】
なお、本実施例ではＴＦＴ保護膜形成後平坦化膜（８０１）を形成する例を示したが、前記保護膜の代わりに前記平坦化膜（８０１）を利用し、ＴＦＴ保護膜が同時に基板表面の平坦化を兼ね備えるような機能を持たせてもよい。また、平坦化膜（８０１）形成後、配向膜（１１９）、（１２０）を形成しラビング等の配向処理をするのではなく、平坦化膜（８０１）上を直接ラビングしてもよい。このようにすることでＴＦＴ保護膜及び配向膜（１１９）、（１２０）を形成する必要がなくなり、作製工程を大幅に少なくすることが可能となる。
【００９９】
〔実施例３〕
本実施例では実施例１及び実施例２と同様に周辺駆動回路をも基板上に形成したアクティブマトリクス回路とした。図９に本実施例のアクティブマトリクス基板の作製工程を示す。
本実施例では、第一の基板（１０１）及び第二の基板（１０２）として実施例１と基本的には同様に画素ＴＦＴ及び周辺駆動回路を形成した。但し、画素電極として、液晶駆動用電極（９０１）及びコモン電極（９０２）に、ＩＴＯを使用した。
【０１００】
基板上の各素子、各電極の作製工程としては、ゲート電極用のアルミニウム等から成る層を形成するところまでは実施例１と同様の工程で行い、等方性プラズマエッチングでゲート電極（７０５）、（７０６）、（７０７）を形成したのち、公知の方法でＩＴＯを１０００〜３０００Å成膜し、等方性プラズマエッチングでコモン電極（９０２）を形成した（図９（Ａ））。
【０１０１】
その後周辺駆動回路等の配線用のアルミニウム等からなる層を形成するところまでは実施例１と同様の工程で行い、等方性プラズマエッチングで周辺駆動回路の電極・配線（７２０）、（７２１）、（７２２）及び画素ＴＦＴの電極・配線（７２３）、（７２４）を形成したのち、公知の方法でＩＴＯを１０００〜３０００Å成膜し、等方性プラズマエッチングで液晶駆動用電極（９０１）を形成した。この電極は画素ＴＦＴのドレイン電極（７２４）と接続している（図９（Ｅ））。
【０１０２】
次に、ＴＦＴ保護膜として実施例１の窒化珪素膜（７２２）を形成した。その後平坦化膜として実施例２のような有機樹脂膜（８０１）を形成してもよい。
【０１０３】
一方、第二の基板（１０２）にも上記と同じ工程で各素子、各電極等が形成された。第一の基板（１０１）と第二の基板（１０２）の配線パターンの関係は実施例１と同様である。
【０１０４】
このようにして素子・電極等が形成された一対の基板（１０１）、（１０２）は、実施例１に示される方法で配向処理、シール印刷、基板重ね合わせ・接着、液晶注入、偏光板設置といった、一連の液晶パネル作製工程を経て、液晶電気光学装置が作製された。
【０１０５】
前記液晶電気光学装置は画素電極として透光性を有するＩＴＯを使用したため、画素開口率が高く、光源からの光を有効利用できる明るいディスプレイとなった。
【０１０６】
〔実施例４〕
本実施例では、実施例１、及び実施例２、及び実施例３で作製した液晶電気光学装置について、表示を行った例を示す。
【０１０７】
図１０は本発明の液晶電気光学装置で点順次駆動を行った場合の各信号と表示画面の関係を示したタイミングチャートである。本実施例の場合、１画面を形成するのに必要な映像信号を印加する時間（１フレーム）を２分割し、２つの映像データで１画面とした。図１０ではＡ０ Ｂ０ で１フレーム、以下フレーム毎にＣ０ Ｄ０ 、Ｅ０ Ｆ０ 、・・・という組み合わせとなる。
【０１０８】
また本実施例では、前記２つの映像データを、前記一対の基板で交互に印加し、例えば始めの区間（Ａ０ 、Ｃ０ 、Ｅ０ 、・・・）で下基板に映像データが印加され、次の区間（Ｂ０ 、Ｄ０ 、Ｆ０ 、・・・）で上基板に映像データが印加し、これにより１つのフレームが形成され以後これを繰り返すようにした。なお、映像データと、前記データが印加される基板の関係は前記と逆になっても構わない。
【０１０９】
１つの区間では、一方の基板のゲート線に走査信号が順次印加され、１本のゲート線が選択されている期間内にサンプリングパルスによってサンプリングされた映像データがソース線に順次ホールドされその直後にそれぞれの画素に映像データが書き込まれる。画素に書き込まれた映像データは、液晶および容量成分により１区間保持される。この間他方の基板のには映像データは印加されない。次の区間では他方の基板に対して同様に映像データが書き込まれ、前区間で映像データが印加された基板には今度は映像データが印加されない。
【０１１０】
本実施例では、フレーム周波数を６０Ｈｚとした。従って、１つの区間の周波数は１２０Ｈｚとなる。このようにすることで、本実施例のように上下の基板で映像データの出力をスイッチングしても肉眼では認識することはできず、あたかも１つの画面が形成・表示されているように見られた。
【０１１１】
なお、本実施例では点順次駆動を例として述べたが、線順次駆動を行ってもよい。その場合のタイミングチャートを図１１に示した。
【０１１２】
【発明の効果】
上記で述べたように本発明は、従来の横方向電界駆動方式の液晶電気光学装置と比べ、液晶の立ち上がり特性がよく、簡便な工程で液晶電気光学装置が得られる。さらに本発明は、画素部の微細化にも対応できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１における液晶電気光学装置の画素領域の概略を示す図。
【図２】実施例１における液晶電気光学装置の断面の概略を示す図。
【図３】従来の液晶電気光学装置において、電極間に電界が印加された場合の電気力線を示す図。
【図４】実施例１における液晶電気光学装置において、電極に電界が印加された場合の電気力線を示す図。
【図５】実施例１における液晶電気光学装置の無電界時の液晶の配向の概略を示す図。
【図６】実施例１における液晶電気光学装置の電界印加時の液晶の配向の概略を示す図。
【図７】実施例１における液晶電気光学装置の断面の概略を示す図。
【図８】実施例２における液晶電気光学装置の断面の概略を示す図。
【図９】実施例３における液晶電気光学装置の断面の概略を示す図。
【図１０】実施例４において、実施例１及び実施例２及び実施例３の液晶電気光学装置により点順次駆動で画像表示を行う場合の映像データのタイミングチャートを示す図。
【図１１】実施例４において、実施例１及び実施例２及び実施例３の液晶電気光学装置により線順次駆動で画像表示を行う場合の映像データのタイミングチャートを示す図。
【符号の説明】
１０１、１０２ 基板
１０３、１０４ 下地膜
１０５、１０６ ゲート電極
１０７、１０８ コモン電極
１０９、１１０ ゲート絶縁膜
１１１、１１２ スイッチング素子
１１３、１１４ ソース電極
１１５、１１６ 液晶駆動用電極
１１７、１１８ 保護膜
１１９、１２０ 配向膜
１２１ 液晶層（液晶分子）
１２２、１２３ 液晶分子
３０１、３０３ 基板
３０２ 電極
３０４ 電気力線の疎な領域
３０５、３０６ 電気力線
５０１ 偏光板（検光子）
５０２ 偏光板（偏光子）
５０３、５０４ ラビング方向
５０５、５０６ 偏光板の光軸
７０１、７０２、７０３ 活性層
７０４ ゲート絶縁膜（酸化珪素）
７０５、７０６、７０７ ゲート線
７０８、９０２ コモン（共通）電極
７０９、７１０、７１１ 弱いＮ型領域
７１２、７１３ フォトレジストのマスク
７１４、７１５ 強いＮ型領域（ソース／ドレイン）
７１６ 低濃度不純物領域
７１７ フォトレジストのマスク
７１８ 強いＰ型領域（ソース／ドレイン）
７１９ 層間絶縁膜
７２０〜７２４、９０１ 周辺駆動回路、画素ＴＦＴの電極・配線
７２５ 窒化珪素膜
８０１ 平坦化膜[0001]
[Field of the Invention]
The present invention relates to a liquid crystal electro-optical device having good electrical characteristics and viewing angle characteristics and capable of obtaining uniform display on the entire screen.
[0002]
[Prior art]
As a method for widening the viewing angle of the liquid crystal electro-optical device, a method in which the direction of the electric field applied to the liquid crystal is substantially parallel to the substrate surface (hereinafter referred to as a super TFT method) is disclosed, for example, in JP-A-6-160878. ing. In this case, an electric field is induced between the source electrode and the common electrode formed on one substrate, and liquid crystal molecules are aligned in the direction of the electric field. In Japanese Patent Laid-Open No. 6-214244, the electric field applied to the liquid crystal is made uniform by setting the electrode to a cell thickness.
[0003]
In such an electro-optical device, since the liquid crystal molecule major axis is switched while maintaining a state parallel to the substrate, the change in the optical characteristics of the liquid crystal due to the viewing angle is small. For this reason, the light leakage due to the viewing angle, the decrease in contrast, and the like are small compared to the conventional TN and STN systems.
[0004]
[Problems of the prior art]
However, the conventional super TFT electrode arrangement is formed only on one of a pair of substrates, and an electric field is easily applied to a region close to the electrode, but in a region immediately above the electrode. There is a problem that the electric field is difficult to be applied, and therefore, there is a problem that the switching of the liquid crystal material varies in the cell.
[0005]
This is a defect that appears particularly conspicuously in the super TFT method in which liquid crystal driving is performed using a lateral electric field.
[0006]
The variation of the electric field will be described with reference to FIG. Here, for the sake of simplicity, positive, negative, positive, negative,... Between a plurality of parallel electrodes (302) formed on an insulating substrate (301) and having a trapezoidal cross section and a constant electrode spacing. A mode of electric lines of force around the electrodes when voltages having different polarities are alternately applied will be described. (For details on the electric field lines formed by electric charges, see Electromagnetics books such as Kazuyoshi Nagata's "Electromagnetism", Asakura Shoten, and Goto and Yamazaki's "Detailed Electromagnetics Exercise", Kyoritsu Publishing, etc.)
[0007]
As can be seen from FIG. 3, the electric flux density is different between the periphery of the electrode and the periphery thereof. In particular, a region (304) immediately above the electrode and surrounded by a dotted line near the counter substrate (303) has a distribution of electric lines of force (305). Is decreasing.
[0008]
Here, as an example, an electric field between electrodes having a trapezoidal cross section is shown, but the same applies to electrodes having other shapes such as a rectangular cross section. This is because the electric field is formed perpendicular to the electrode surface, and the distribution of the lines of electric force is nonuniform in the vicinity of the electrode and the other portions.
[0009]
Such variations in the lines of electric force are disadvantages that cannot be ignored when the pixels are miniaturized. This is because the number of electrodes increases due to miniaturization, and the discontinuous electric field is distributed at a high density when the distance between the electrodes decreases.
[0010]
As another solution to the above problem, Japanese Patent Laid-Open No. 6-214244 proposes an invention in which the electrode is made to have a cell thickness height in order to apply an electric field uniformly to the liquid crystal in the cell thickness direction. However, the following technical difficulties arise in producing an extremely high electrode.
[0011]
First, if the height of the electrode is about the cell thickness, the difference in the electrode thickness in the lateral direction tends to be large between the top and bottom of the electrode. In the super TFT method in which the liquid crystal is driven by a horizontal electric field, the difference in electrode thickness is a difference in distance between electrodes. Therefore, since the electric field strength in the cell thickness direction is different within the same pixel, it becomes difficult to drive the liquid crystal.
[0012]
Second, if the electrode height is extremely high, the coverage of the layer formed thereon is poor, and disconnection is likely to occur when the layer formed thereon is an electrode.
[0013]
Third, it is technically difficult to obtain a large taper angle by thinning the film thickness in the lateral direction with an extremely high electrode even when the pixel is miniaturized.
[0014]
In order to solve the above-described problems in pixel miniaturization, an electrode structure that can be formed by a simple method and does not generate a discontinuous electric field is required.
[0015]
As another problem, since the liquid crystal driving electrode and the common electrode are made of metal electrodes made of Al or the like, there is a problem that the aperture ratio is lowered.
[0016]
In a conventional liquid crystal electro-optical device, a common electrode is formed on a counter substrate, and the common electrode generally uses a light-transmitting material such as ITO. However, the lateral electric field drive type liquid crystal electro-optical device is effective in that a liquid crystal drive electrode and a common electrode are formed on one of the substrates, and each electrode uses a light-shielding electrode made of Al or the like. There is a drawback that the display area is reduced as compared with the conventional liquid crystal electro-optical device, that is, the aperture ratio is lowered.
[0017]
[Problems to be solved by the invention]
The liquid crystal electro-optical device of the present invention is of a type in which a liquid crystal material is operated by controlling an electric field (lateral electric field) intensity in a direction parallel to the substrate by a plurality of electrodes formed on a pair of substrates. However, the liquid crystal driving and common electrodes are not formed only on one of the substrates as in the conventional lateral electric field driving method, but the electrodes are also formed on the other substrate. In this case, an electric field is applied to solve the problem of non-uniformity of electric field strength, which has been a problem until now.
[0018]
Furthermore, it is intended to provide a liquid crystal electro-optical device with good visual characteristics by improving the reduction in aperture ratio due to the use of a light-shielding electrode.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention provides:
A pair of substrates at least one of which is transparent;
Electrodes formed on both of the substrates;
A liquid crystal layer sandwiched between the substrates,
The electrodes include a pair of electrodes for driving a liquid crystal capable of forming an electric field including a direction parallel to the substrate surface,
The pair of electrodes have portions arranged substantially parallel to each other,
Electric field applying means for applying an electric field to the liquid crystal layer through the electrode;
In the liquid crystal electro-optical device, the pair of electrodes are disposed at positions that do not face each other on both substrates.
[0020]
In addition, other configurations of the present invention are:
A pair of substrates at least one of which is transparent;
Electrodes formed on both of the substrates;
A liquid crystal layer sandwiched between the substrates,
The electrode includes a liquid crystal driving electrode and a common electrode capable of forming an electric field including a direction parallel to the substrate surface,
The liquid crystal driving electrode and the common electrode have portions arranged substantially parallel to each other,
Electric field applying means for applying an electric field to the liquid crystal layer through the electrode;
The liquid crystal electro-optical device is characterized in that the liquid crystal driving electrode and the common electrode are arranged at positions not facing each other on both substrates.
[0021]
In addition, other configurations of the present invention are:
A pair of substrates at least one of which is transparent;
Electrodes formed on both of the substrates;
A liquid crystal layer sandwiched between the substrates,
The electrode includes a liquid crystal driving electrode and a common electrode capable of forming an electric field including a direction parallel to the substrate surface,
The liquid crystal driving electrode and the common electrode have portions arranged substantially parallel to each other,
The liquid crystal driving electrode and / or the common electrode formed on at least one of the pair of substrates have translucency,
Electric field applying means for applying an electric field to the liquid crystal layer through the electrode;
The liquid crystal electro-optical device is characterized in that the liquid crystal driving electrode and the common electrode are arranged at positions not facing each other on both substrates.
[0022]
In addition, other configurations of the present invention are:
A pair of substrates at least one of which is transparent;
Electrodes formed on both of the substrates;
A liquid crystal layer sandwiched between the substrates,
The electrode includes a liquid crystal driving electrode and a common electrode capable of forming an electric field including a direction parallel to the substrate surface,
The liquid crystal driving electrode and the common electrode have portions arranged substantially parallel to each other,
Electric field applying means for applying an electric field to the liquid crystal layer through the electrode;
The liquid crystal driving electrode and the common electrode are disposed at positions that do not face each other on both substrates,
The liquid crystal electro-optical device is characterized in that a planarizing film is formed on the substrate and the electrode.
[0023]
In addition, other configurations of the present invention are:
A pair of substrates at least one of which is transparent;
Electrodes formed on both of the substrates;
A liquid crystal layer sandwiched between the substrates,
The electrode includes a liquid crystal driving electrode and a common electrode capable of forming an electric field including a direction parallel to the substrate surface,
The liquid crystal driving electrode and the common electrode have portions arranged substantially parallel to each other,
Electric field applying means for applying an electric field to the liquid crystal layer through the electrode;
The liquid crystal driving electrode and the common electrode are disposed at positions that do not face each other on both substrates,
In the liquid crystal electro-optical device, an electric field is alternately applied to the liquid crystal layer between the pair of substrates.
[0024]
In addition, other configurations of the present invention are:
A pair of substrates at least one of which is transparent;
Electrodes formed on both of the substrates;
A liquid crystal layer sandwiched between the substrates,
The electrode includes a liquid crystal driving electrode and a common electrode capable of forming an electric field including a direction parallel to the substrate surface,
The liquid crystal driving electrode and the common electrode have portions arranged substantially parallel to each other,
Electric field applying means for applying an electric field to the liquid crystal layer through the electrode;
The liquid crystal driving electrode and the common electrode are disposed at positions that do not face each other on both substrates,
In the liquid crystal electro-optical device, uniform electric lines of force are distributed in the cell thickness direction between the pair of substrates.
[0025]
In addition, other configurations of the present invention are:
A pair of substrates at least one of which is transparent;
Electrodes formed on both of the substrates;
A liquid crystal layer sandwiched between the substrates,
The electrode includes a liquid crystal driving electrode and a common electrode capable of forming an electric field including a direction parallel to the substrate surface,
The liquid crystal driving electrode and the common electrode have portions arranged substantially parallel to each other,
Electric field applying means for applying an electric field to the liquid crystal layer through the electrode;
The liquid crystal driving electrode and the common electrode are disposed at positions that do not face each other on both substrates,
While an electric field is applied between the liquid crystal driving electrode and the common electrode of one of the substrates, no electric field is applied between the liquid crystal driving electrode and the common electrode of the other substrate. A liquid crystal electro-optical device.
[0026]
In addition, other configurations of the present invention are:
A pair of substrates at least one of which is transparent;
Electrodes formed on both of the substrates;
A liquid crystal layer sandwiched between the substrates,
The electrode includes a liquid crystal driving electrode and a common electrode capable of forming an electric field including a direction parallel to the substrate surface,
The liquid crystal driving electrode and the common electrode have portions arranged substantially parallel to each other,
Electric field applying means for applying an electric field to the liquid crystal layer through the electrode;
In the liquid crystal electro-optical device, the liquid crystal driving electrode and the common electrode are disposed at positions that do not face each other on both substrates,
A display screen is formed by alternately inputting video data to the electrode provided on one of the pair of substrates and the electrode provided on the other substrate. This is a method for driving a liquid crystal electro-optical device.
[0027]
An example of a configuration using the invention disclosed in this specification is shown in FIGS. FIG. 1 shows an outline of a pixel portion of an active matrix type liquid crystal electro-optical device using nematic liquid crystal, driving the liquid crystal material with a lateral electric field, and using poly-Si TFT as the drive element, This is the case when the device is viewed from above (from a direction perpendicular to the substrate surface). Since some of the wirings are arranged in an overlapping manner, only the wiring on the upper substrate is visible. FIG. 2 shows a cross section in the AA 'direction in FIG.
[0028]
In the configuration shown in FIG. 1 and FIG. 2, the base SiO 2 is formed on the first substrate (101). 2 Film (103), gate electrode (105), common electrode (107), layer (109) extended from gate insulating film, switching element (111), source electrode (113), liquid crystal driving electrode (115), protection A film (117) and an alignment film (119) are formed.
[0029]
On the other hand, the second substrate (102) has a base SiO. 2 Film (104), gate electrode (106), common electrode (108), layer (110) extended from the gate insulating film, switching element (112), source electrode (114), liquid crystal driving electrode (116), protection A film (118) and an alignment film (120) are formed. Reference numeral (121) denotes a liquid crystal layer.
[0030]
The liquid crystal driving electrode (115) and the common electrode (107), or the liquid crystal driving electrode (116) and the common electrode (108) are arranged substantially parallel to each other.
[0031]
Here, the gate electrodes (105) and (106) function as gate wirings (scanning lines), and the source electrodes (113) and (114) function as source wirings (signal lines). The common electrodes (107) and (108) correspond to the common electrode. Further, when the alignment state of the liquid crystal layer (121) is described, liquid crystal molecules are also shown.
[0032]
In the case of the liquid crystal electro-optical device, first, an electric field is applied between the liquid crystal driving electrode (115) for driving the liquid crystal material and the common electrode (107) formed on the first substrate (101). The liquid crystal molecules in the layer (121) are switched in a plane parallel to the substrate (the alignment state changes).
[0033]
However, when an electric field is applied only between the electrodes on the first substrate (101), the closer to the second substrate (102), the smaller the electric field strength, making it difficult for the liquid crystal material (121) to switch. Further, the electric lines of force are very sparse just above the electrodes as shown in FIG.
[0034]
Therefore, the liquid crystal driving electrode (116) and the common electrode (108) are also provided on the second substrate (102). At that time, the electrodes are arranged at positions where the electrodes do not face each other on the first substrate and the second substrate.
[0035]
That is, the liquid crystal driving electrode (116) of the second substrate (102) is disposed between the liquid crystal driving electrode (115) and the common electrode (107) on the first substrate (101). The common electrode (108) on the second substrate (102) is disposed between the common electrode (107) on the (101) and the liquid crystal driving electrode (115). Then, an electric field is applied between the liquid crystal driving electrode (116) and the common electrode (108) on the second substrate (102) in the same manner as the first substrate.
[0036]
Then, a dense portion of the electric field formed between the electrodes (116) and (108) on the second substrate (102) comes to a portion where the electric field directly on the electrode on the first substrate (101) is sparse. In other words, the nonuniformity of the electric field strength in the cell thickness direction is suppressed.
[0037]
For the first and second substrates (101) and (102), a material having translucency and a certain degree of strength against external force, for example, an inorganic material such as glass or quartz is used. . Non-alkali glass or quartz glass is used for a substrate on which a TFT or the like is formed (hereinafter referred to as a TFT substrate). For the purpose of reducing the weight of the liquid crystal electro-optical device, a film having low birefringence, such as PES (polyethylene sulfate), can also be used.
[0038]
The liquid crystal material (121) may be driven by a multiplex system or an active matrix system.
[0039]
In the multiplex method, only two types of electrodes for driving the liquid crystal and the common electrode may be formed on the first substrate (101). In the case of the active matrix method, the switching elements (111), (112) are also provided. A nonlinear element, such as a thin film transistor (TFT) or a diode, is formed for each pixel. In the case of the thin film transistor, the drain electrode is connected to the liquid crystal driving electrodes (115) and (116), and the common electrode is separately provided as the common electrodes (107) and (108).
[0040]
As the TFT, a transistor using amorphous silicon or poly (polycrystalline) silicon as an active layer can be used. In the case of the active matrix system, a known configuration such as a stagger type or an inverted stagger type can be used as the configuration of the driving element. In addition, when a transistor using polysilicon is used, a peripheral driver circuit for driving a liquid crystal material can be formed on a substrate on which a TFT is manufactured. The peripheral driver circuit can be manufactured by the same process as that for manufacturing the TFT. This peripheral drive circuit is formed of complementary elements combining n-ch and p-ch transistors.
[0041]
The switching element (111) is preferably a poly-Si type TFT. In particular, when poly-Si is used for the TFT active layer, the mobility of the active layer is larger than when a-Si is used for the TFT active layer, and characteristics equivalent to a-Si can be obtained in a smaller element region. Therefore, it is possible to miniaturize each element, and thus to increase the aperture ratio. In addition, when applying a lateral electric field, a high-speed response can be realized when poly-Si having a high carrier mobility is used for the TFT active layer. Further, when poly-Si is used, a peripheral driver circuit for driving a liquid crystal material can be formed on the substrate, which contributes to a reduction in device manufacturing process, an improvement in yield, and a reduction in device price.
[0042]
As the element electrode, the gate electrode (105) and the source electrode (113) contain a metal made of Al, Ti, Ta or the like, a metal-containing material, a metal oxide, or Si, Si containing phosphorus, boron, or the like. Materials, carbon, carbon-containing materials, and the like can be used. When increasing the pixel density, signal delays at the gate and source electrodes (105) and (113) cannot be ignored. Therefore, it is desirable to use a material having a low volume resistivity. In addition, the liquid crystal driving electrode (115) and the common electrode (107) can be made of ITO or the like in addition to the various materials. In particular, when a light-transmitting material such as ITO is used, the pixel aperture ratio can be improved.
[0043]
The electrode cross-sectional shape is a rectangle, a trapezoid, or a curved cross section (a cross section having a curve at a part of a side portion or an upper portion). In the case of a rectangular or trapezoidal cross section, a known patterning / etching method may be used, and as a method of forming a curved cross section, anisotropic plasma etching, isotropic plasma etching, or the like is combined to make the electrode cross section a gentle cross section or a curved cross section. You may make it have. As a method for manufacturing a cross section having a smooth surface or a curved surface shown in this specification, any of a dry process and a wet process can be used. Note that the above method is an example of a method for manufacturing an electrode having a gentle curved section, and the method for manufacturing an electrode having a gentle curved section is not limited to these methods.
[0044]
Each interlayer insulating film (110) and TFT protective film (118) are made of silicon oxide (SiO2). 2 ) Or silicon nitride (SiN) can be used. Furthermore, it is also possible to use an organic resin made of acrylic resin, polyimide, or the like.
[0045]
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of a liquid crystal electro-optical device in which an organic resin is used as a TFT protective film and the other configurations are the same as those described above. In particular, when an organic resin is used as the TFT protective film, a planarizing film (801) for smoothing the substrate surface can be obtained. Since the liquid crystal electro-optical device of the present invention utilizes the birefringence of the liquid crystal material, color unevenness occurs when the distance between the pair of substrates varies. Therefore, it is important that the substrate interval is constant throughout the apparatus, and the planarization process is an important process for improving the yield of manufacturing the apparatus.
[0046]
Next, the same material as that of the first substrate (101) can be used for the second substrate (102). An electrode for driving the liquid crystal material (121) is also formed on the second substrate (102). As the electrode material at this time, the material used to form the element (111) on the first substrate (101) and the electrodes (105), (107), (113), (115) should be used. I can do it.
[0047]
The electrode arrangement pattern is such that the drive electrodes (115) and the common electrodes (107) of the first substrate (101) are alternately arranged at equal intervals.
[0048]
Further, basically, the electrodes (116) and (108) of the second substrate (102) are disposed between the driving electrode (115) and the common electrode (107) of the first substrate (101). To be. Further, the switching element (112) is formed in the same manner as the first substrate (101).
[0049]
Further, the elements (111), (112) and the electrodes (105), (106), (107), (108), (113), (114), In order to form the effective display region, that is, the aperture ratio as much as possible in order to form (115) and (116), the gates (105) and (105) on the pair of substrates (101) and (102) as shown in FIG. 106), (113), (114) and the source (113), (114) wirings may be arranged so as to overlap each other. By doing so, it is possible to obtain the same aperture ratio as when the gate and source wirings are formed on one of the substrates as in the conventional liquid crystal electro-optical device.
[0050]
In addition, a metal such as Cr or a black pigment was dispersed on the first substrate (101), the second substrate (102), or both of the substrates in order to shield the portion not related to display in order to improve contrast. A black matrix is formed from a resin material or the like (not shown). Further, in the case of color display, color filters of R (red), G (green), B (blue) or C (cyan), M (magenta), and Y (yellow) are formed at positions corresponding to each pixel. . The arrangement of each color of the color filter can be a stripe arrangement or a delta arrangement.
[0051]
An alignment treatment is performed on the first substrate (101) and the second substrate (102). The alignment treatment is performed so that the liquid crystal molecules are aligned parallel to the substrate and uniaxially. As the alignment treatment, a rubbing treatment in which the substrate surface is directly rubbed in one direction on the resin surface after applying films (alignment films) (119) and (120) made of an organic resin such as nylon or polyimide is effective. is there. It is possible to eliminate the process of forming the alignment film by subjecting the surface of the TFT protective film (planarization film (801)) made of the organic resin to an alignment process such as a rubbing process as it is.
[0052]
5 and 6 show the rubbing directions (502) and (503). The rubbing direction varies depending on the liquid crystal material (121) used. In the case of a material having a positive dielectric anisotropy, the first substrate (101) side is non-parallel to the electric field direction and has a direction at an angle of 45 ° or closer to the electric field direction. Furthermore, in the case of a material having a negative dielectric anisotropy, the direction is non-perpendicular to the electric field and forms an angle of 45 ° in the direction perpendicular to the electric field or closer to the direction perpendicular to the electric field. The rubbing process on the second substrate (102) side is performed in parallel or antiparallel to the rubbing direction of the first substrate (101).
[0053]
The pair of substrates (101) and (102) manufactured in this way are overlapped at a constant interval to form a liquid crystal cell. A sealant (not shown) is formed in a desired pattern as an adhesive on one of the pair of substrates (101) and (102). As the sealant, a resin material such as a thermosetting type or an ultraviolet curable type is used. As the resin material, it is possible to use an epoxy-based material, a urethane acrylate-based material, or the like. Further, a spacer (not shown) is sprayed on the other substrate in order to keep the distance between the pair of substrates constant throughout the cell.
[0054]
After the sealant is cured, the liquid crystal material (121) is injected into the liquid crystal cell by a vacuum injection method or the like. Note that the liquid crystal layer (121) may be formed on one substrate in advance before forming the sealing agent, and then the other substrate may be overlaid by forming the sealing agent.
[0055]
Examples of the liquid crystal material that can be used in the present invention include materials exhibiting nematic, cholesteric, and smectic properties, and it is particularly desirable to use a nematic material. Furthermore, among the nematic liquid crystals, those having a dielectric anisotropy that is positive or negative depending on the driving method are appropriately selected and used. Furthermore, if a material having a small refractive index anisotropy is used, a wider viewing angle can be obtained.
[0056]
The alignment state of the liquid crystal material of the liquid crystal electro-optical device of the present invention is schematically shown in FIGS. Here, as an example, a case where a material having negative dielectric anisotropy is used is shown. FIG. 5 shows an alignment state when no electric field is applied, and FIG. 6 shows an alignment state when an electric field is applied. In this figure, only the electrodes (107), (115), (116) and the alignment films (119), (120) are shown as the components on the pair of substrates as a schematic diagram, and other elements, wirings, etc. Omitted.
[0057]
Since the liquid crystal electro-optical device performs display using the birefringence of the liquid crystal material, a pair of polarizing plates (501) and (502) are arranged so that their optical axes (505) and (506) are orthogonal to each other. A liquid crystal cell is sandwiched between the pair of polarizing plates. At this time, when the light source is on the substrate (101) side in FIGS. 5 and 6, the alignment direction of the liquid crystal material (121) is parallel to the analyzer (501), that is, the optical axis (505) of the polarizing plate closer to the light source. It is.
[0058]
In the liquid crystal electro-optical device manufactured in this way, the alignment of the liquid crystal material (121) is such that the liquid crystal molecules (121) are parallel to the substrate and the rubbing direction (503) as shown in FIG. , (504) is uniaxially oriented in parallel.
[0059]
Next, when an electric field is applied to the electrodes (107), (115), (108), and (116), as shown in FIG. 6, the liquid crystal molecules (122) in the vicinity of the alignment film interface having a strong alignment regulating force are rubbed. The liquid crystal molecules (123) in the vicinity of the center of the liquid crystal layer, which maintains a direction parallel to the directions (503) and (504) and has a weak alignment regulating force, change its optical axis by an electric field. When a liquid crystal material having positive dielectric anisotropy is used, the major axis of the liquid crystal molecules (123) is oriented in parallel with the electric field direction. Thus, the orientation is such that the major axis (123) of the liquid crystal molecules is perpendicular to the electric field direction.
[0060]
For this reason, with respect to the light transmitted through the liquid crystal electro-optical device, the orientation of the liquid crystal material (121) is parallel to the optical axis (505) of the analyzer (501) in the cell when no electric field is applied. 502) cannot be transmitted, and the amount of transmitted light at this time is zero. On the other hand, when the electric field is applied, the direction of the optical axis of the liquid crystal material (121) changes, so that the incident light becomes elliptically polarized light and passes through the polarizer (502).
[0061]
When performing display, first, a selection signal (scanning signal) is applied to the gate electrode (105) of the first substrate in an arbitrary period, and the video data applied to the source electrode (113) is a switching element during the selection period. Since (111) becomes conductive, it is applied to the liquid crystal driving electrode (115). On the other hand, the common electrode (107) is grounded or an arbitrary waveform is applied.
[0062]
Then, an electric field having a component parallel to the substrate surface and perpendicular to the longitudinal direction of the liquid crystal driving electrode (115) and the common electrode (107) is formed between the liquid crystal driving electrode (115) and the common electrode (107). As a result, the liquid crystal molecules (121) are switched in a plane parallel to the substrates (101) and (102) by this electric field (the alignment state is changed), and video data is written in the pixels.
[0063]
After the selection period ends, the switching element (111) is turned off. The previously applied electric field is held between the liquid crystal driving electrode (115) and the common electrode (107), and the written video data is stored.
[0064]
Thereafter, scanning signals are sequentially applied to the gate electrodes (105) on the first substrate (101), and video data is written on the entire substrate.
[0065]
However, when an electric field is applied only to the electrodes (115) and (107) on the first substrate (101), the electric field strength in the vicinity of the electrodes (115) and (107) of the first substrate (101) increases. As it approaches the second substrate (102), the electric field strength decreases. Therefore, after the video data is written on the first substrate (101), the first time is applied to the liquid crystal driving electrode (116) and the common electrode (108) provided on the second substrate (102). Video data is applied in the same manner as when video data was written on the substrate (101).
[0066]
As for the method of applying an electric field, when an electric field is simultaneously applied to the first substrate (101) and the second substrate (102), in addition to the horizontal electric field, a vertical electric field similar to that of a conventional liquid crystal electro-optical device is generated. As a result, a portion where the liquid crystal molecules are aligned obliquely or perpendicularly to the substrate is generated. For example, in FIG. 6, when such an alignment portion is generated between the electrodes (115) and (116) or between (107) and (116), it causes a display defect.
[0067]
Therefore, the electric field application timing is controlled by the first substrate (101) and the second substrate (102) so that the electric field is applied to only one of the substrates. By repeating this at a high speed, an electric field having a component parallel to the substrate as shown in FIG. 4 is effectively formed at each portion between the pair of substrates, and there is no portion where the electric field strength is sparse.
[0068]
In addition, although it was set as the structure which used two polarizing plates for the above, if the reflecting plate which consists of a metal etc. is formed in any one of said pair of board | substrates (101) and (102), one polarizing plate will be used. However, it is possible to manufacture a liquid crystal electro-optical device without using it, and a bright display can be realized. The metallic reflector can also serve as an electrode for a pixel or the like.
[0069]
[Action]
With the configuration of the liquid crystal electro-optical device shown in the present specification, the electric flux density in the cell thickness direction in the cell becomes uniform as compared with the conventional liquid crystal electro-optical device of the lateral electric field drive system. Thereby, most liquid crystal molecules perform the same operation in the cell thickness direction by applying an electric field. As a result, the rise of display and response characteristics are improved.
[0070]
This continuity of the electric field is apparent from the appearance of lines of electric force around the electrode when a voltage is applied to the electrode. Hereinafter, the mode of electric lines of force around the electrodes will be described with reference to FIG.
[0071]
When an electric field is applied in the cell by the above driving method, electric lines of force are effectively formed as shown in FIG. Therefore, the distribution of the electric lines of force of the liquid crystal electro-optical device of the present invention is more uniform than when the electrodes are formed only on one substrate.
[0072]
In the above description, the trapezoidal electrode cross section has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and the same effect can be obtained even when the electrode cross section uses a circular or elliptical curvature. Further, the same effect can be obtained not only when the cross-sectional shape is a regular semicircle but also when it is formed as an arc. Furthermore, the edge cross section of the electrode may have a curved surface such as an arc. Of course, an electrode having a polygonal shape with a gradual boundary change may be used.
[0073]
Furthermore, a film formed on a thin film such as an electrode having a gentle curved section has good coverage due to the roundness of the thin film. For this reason, there is an effect of preventing contamination of impurities, disconnection, and the like due to poor coverage.
[0074]
In the present invention, a liquid crystal electro-optical device that applies a lateral electric field to a liquid crystal material has been described. However, the present invention is not limited to this, and for example, a conventional liquid crystal electro-optical device that applies a vertical electric field such as a TN method. Also in the case of this, the disturbance of the electric field in the cell can be reduced, and an electro-optical device with good coverage can be manufactured.
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0075]
【Example】
[Example 1]
In this embodiment, a monolithic active matrix circuit in which the peripheral drive circuit is also formed on the substrate is used. This production process will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a schematic view of the vicinity of the peripheral drive circuit, and the left side shows the TFT fabrication process of the drive circuit, and the right side shows the TFT fabrication process of the active matrix circuit. This process is for the low temperature polysilicon process.
[0076]
First, a base oxide film (103) was formed on Corning # 1737 as a first insulating substrate (101). As a method for forming this silicon oxide film, a sputtering method or a plasma CVD method in an oxygen atmosphere may be used.
[0077]
Thereafter, an amorphous silicon film was formed to 300 to 1500 mm, preferably 500 to 1000 mm, by plasma CVD or LPCVD. Then, thermal annealing was performed at a temperature of 500 ° C. or higher, preferably 500 to 600 ° C., to crystallize the silicon film or improve the crystallinity. After crystallization by thermal annealing, light (laser or the like) annealing may be performed to further increase crystallization. Further, at the time of crystallization by thermal annealing, as described in JP-A-6-244103 and 6-244104, an element (catalytic element) that promotes crystallization of silicon such as nickel may be added.
[0078]
Next, the silicon film is etched to form islands, and TFT active layers (701) (for P-channel TFTs) and (702) (for N-channel TFTs) and TFTs for pixel circuits (pixel TFTs) ) Active layer (703) was formed. Further, a silicon oxide gate insulating film (704) having a thickness of 500 to 2000 mm was formed by sputtering in an oxygen atmosphere. As a method for forming the gate insulating film, a plasma CVD method may be used. When a silicon oxide film is formed by a plasma CVD method, dinitrogen monoxide (N 2 O) or oxygen (O 2 ) And monosilane (SiH) 4 ) Was preferred.
[0079]
Thereafter, aluminum having a thickness of 2000 to 6000 mm was formed on the entire surface of the substrate by sputtering. Here, aluminum may contain silicon, scandium, palladium, or the like in order to prevent hillocks from being generated by a subsequent thermal process. Then, isotropic plasma etching was performed to form gate electrodes (705), (706), and (707), and a common electrode (708) (common electrode) (FIG. 7A). At this time, the discharge gas voltage was set appropriately, and the electrode was curved. Thereafter, phosphine (PH) is formed on all island active layers by ion doping in a self-aligning manner using the gate electrode as a mask. 3 ) As a doping gas. The dose is 1 × 10 12 ~ 5x10 13 Atom / cm 2 To do. As a result, weak N-type regions (709), (710), and (711) were formed. (Fig. 7 (B))
[0080]
Next, of the photoresist mask (712) covering the P channel type active layer and the active layer (713) of the pixel TFT, the photoresist covering a portion 3 μm away from the end of the gate electrode (708) parallel to the gate electrode. The mask (713) is formed. Then, phosphorus is implanted again using phosphine as a doping gas by ion doping. The dose is 1 × 10 14 ~ 5x10 15 Atom / cm 2. As a result, strong N-type regions (source and drain) (714) and (715) are formed. The region (716) covered with the photoresist (713) on the pixel TFT remains weak N-type because phosphorus is not implanted in this doping. (Fig. 7 (C))
[0081]
Next, the active layers (702) and (703) of the N-channel TFT are covered with a photoresist mask (717), and diborane (B 2 H 6 ) As a doping gas, boron is implanted into the island-like region (701) by ion doping. Dose amount is 5 × 10 14 ~ 8x10 15 Atom / cm 2 And In this doping, since the dose amount of boron exceeds the dose amount of phosphorus in FIG. 7C, the weak N-type region (708) previously formed is inverted to the strong P-type region (718). By the above doping, strong N-type regions (source / drain) (714) and (715), strong P-type regions (source / drain) (718), and weak N-type regions (low-concentration impurity regions) (716) are formed. Is done. (Fig. 7 (D))
[0082]
Then, at 450 to 850 ° C., 0. By performing thermal annealing for 5 to 3 hours, damage due to doping was recovered, doping impurities were activated, and crystallinity of silicon was recovered. Thereafter, a silicon oxide film having a thickness of 3000 to 6000 mm was formed as an interlayer insulator (719) on the entire surface by plasma CVD. This may be a silicon nitride film or a multilayer film of a silicon oxide film and a silicon nitride film. Then, the interlayer insulating film (719) was etched by wet etching or dry etching to form contact holes in the source / drain.
[0083]
Then, an aluminum film having a thickness of 2000 to 6000 mm or a multilayer film of titanium and aluminum is formed by sputtering. This was subjected to isotropic plasma etching using a resist as a mask. At this time, the discharge gas voltage is set appropriately, the electrode is curved, the peripheral circuit electrodes / wirings (720), (721), (722), and the pixel TFT electrodes / wirings (723), (724) Formed. The electrode (724) has a wiring pattern that also serves as the liquid crystal driving electrode (115). Further, a silicon nitride film (725) having a thickness of 1000 to 3000 mm was formed as an interlayer film by plasma CVD. (Fig. 7 (E))
[0084]
In addition, a TFT and a common electrode were formed on the second substrate (102) similarly to the first substrate (101). As shown in FIG. 2, the patterns of the elements and the wiring electrodes on the first substrate (101) and the second substrate (102) are as follows. First, the liquid crystal driving electrodes (115) and (116) and the common electrode (107). , (108), and the gate electrodes (105), (106), the source electrodes (113), (114) and the TFTs (111), (112) are basically the same. It arrange | positioned in the appropriate position so that an aperture ratio may become the largest.
[0085]
In addition, a metal such as Cr or a black pigment is dispersed on the first substrate (101), the second substrate (102), or both of the substrates in order to shield the portion not related to display in order to improve contrast. A black matrix was formed from the resin material formed.
[0086]
Thereafter, alignment films (119) and (120) made of polyimide were formed on the first substrate (101) and the second substrate (102). As the alignment film, polyimide was formed by a known spin coating method or DIP method. Next, the alignment film surface was rubbed.
[0087]
The rubbing directions (503) and (504) vary depending on the liquid crystal material (121) used, and the direction (503) on the first substrate (101) side is the electric field direction when the dielectric anisotropy is a positive material. The direction is 45 ° to the electric field direction or an angle closer to the electric field direction. Furthermore, in the case of a material having a negative dielectric anisotropy, the direction is non-perpendicular to the electric field and forms an angle of 45 ° in the direction perpendicular to the electric field or closer to the direction perpendicular to the electric field. Further, the rubbing process (503) on the second substrate (102) side is made parallel or antiparallel to the rubbing direction of the first substrate (101).
[0088]
5 and 6 show the rubbing directions (502) and (503). The rubbing direction varies depending on the liquid crystal material (121) used. The rubbing process on the first substrate (101) side and on the second substrate (102) side is performed in parallel or antiparallel to the rubbing direction of the first substrate (101).
[0089]
The first substrate (101) thus formed and the second substrate (102) were overlapped to form a liquid crystal panel. The pair of substrates (101) and (102) was made to have a uniform substrate interval over the entire panel surface by sandwiching a spherical spacer having a diameter of 3 μm between the substrates. Further, the pair of substrates (101) and (102) was sealed with an epoxy-based adhesive in order to bond and fix them. The seal pattern surrounds the pixel region and the peripheral drive circuit region. Thereafter, the pair of substrates (101) and (102) was cut into a predetermined shape, and a liquid crystal material (121) was injected between the substrates.
[0090]
Next, two polarizing plates (501) and (502) were bonded to the outside of the substrate. Regarding the arrangement of the polarizing plates, a pair of polarizing plates are arranged so that their optical axes (505) and (506) are perpendicular to each other, and the optical axis of one of the polarizing plates, for example, the optical axis (505) of the polarizing plate (501). ) In parallel with the rubbing direction (503).
[0091]
When the optical characteristics of the liquid crystal electro-optical device were measured, a good display with less variation in the start-up characteristics was obtained than a liquid crystal display having a conventional electrode shape.
[0092]
The configuration in this embodiment has an advantage that the manufacturing cost can be reduced because the driving circuit is manufactured on the same substrate as the pixel portion TFT.
[0093]
[Example 2]
FIG. 8 shows a cross-sectional view of the liquid crystal electro-optical device of the present embodiment. In this example, pixel TFTs and peripheral drive circuits were formed as in the first example as the first substrate (101) and the second substrate (102). However, instead of directly forming the alignment film after forming the TFT protective film, the planarization film (801) was formed, and then the alignment films (119) and (120) were formed.
[0094]
The planarizing film (801) was made of a material made of acrylic resin or polyimide resin, here acrylic resin. As the acrylic resin, a two-component thermosetting resin was used. The flattened film was formed by a known spin coating method or the like, and the film thickness was 1 to 2 μm, and here, the maximum was 1.5 μm. As a result, the level difference on the substrate surface caused by forming an element such as a TFT was greatly reduced.
[0095]
Thereafter, alignment films (119) and (120) were formed in the same manner as in Example 1, and a rubbing treatment was performed. The rubbing directions (503) and (504) are parallel or anti-parallel between the pair of substrates (101) and (102) as in Example 1.
[0096]
The first substrate (101) and the second substrate (102) thus fabricated are assembled into a liquid crystal cell in the same manner as in Example 1, and the liquid crystal material (121) is used as the pair of substrates (101). ), (102). Further, polarizing plates (501) and (502) were arranged in the same manner as in Example 1.
[0097]
The above-described liquid crystal electro-optical device was able to produce a good device with good yield without causing uneven color due to uneven cell thickness.
[0098]
In this embodiment, the planarization film (801) is formed after the TFT protective film is formed. However, the planarization film (801) is used instead of the protective film, and the TFT protective film is simultaneously formed on the substrate surface. It is also possible to provide a function that combines the flattening of the film. Further, after the planarization film (801) is formed, the alignment films (119) and (120) are not formed and the alignment treatment such as rubbing is performed, but the flattening film (801) may be directly rubbed. By doing so, it is not necessary to form the TFT protective film and the alignment films (119) and (120), and the number of manufacturing steps can be greatly reduced.
[0099]
Example 3
In this embodiment, as in the first and second embodiments, an active matrix circuit in which a peripheral drive circuit is formed on a substrate is used. FIG. 9 shows a manufacturing process of the active matrix substrate of this embodiment.
In this example, pixel TFTs and peripheral drive circuits were formed as the first substrate (101) and the second substrate (102) basically in the same manner as in Example 1. However, ITO was used for the liquid crystal driving electrode (901) and the common electrode (902) as the pixel electrode.
[0100]
The steps for producing each element and each electrode on the substrate are the same as in Example 1 up to the formation of a layer made of aluminum for the gate electrode, and the gate electrode (705) by isotropic plasma etching. , (706) and (707) were formed, and a 1000 to 3000 ITO film was formed by a known method, and a common electrode (902) was formed by isotropic plasma etching (FIG. 9A).
[0101]
Thereafter, the same steps as in Example 1 are performed until a layer made of aluminum or the like for the wiring of the peripheral driving circuit or the like is formed. , (722) and pixel TFT electrodes / wirings (723), (724) are formed, and 1000-3000 mm of ITO is formed by a known method, and an electrode for liquid crystal driving (901) is formed by isotropic plasma etching. Formed. This electrode is connected to the drain electrode (724) of the pixel TFT (FIG. 9E).
[0102]
Next, the silicon nitride film (722) of Example 1 was formed as a TFT protective film. Thereafter, an organic resin film (801) as in Example 2 may be formed as a planarizing film.
[0103]
On the other hand, each element, each electrode, and the like were formed on the second substrate (102) by the same process as described above. The relationship between the wiring patterns of the first substrate (101) and the second substrate (102) is the same as in the first embodiment.
[0104]
The pair of substrates (101) and (102) on which the elements, electrodes, etc. are formed in this way are aligned by the method shown in Example 1, seal printing, substrate superposition / adhesion, liquid crystal injection, polarizing plate installation. A liquid crystal electro-optical device was manufactured through a series of liquid crystal panel manufacturing processes.
[0105]
Since the liquid crystal electro-optical device uses light-transmitting ITO as the pixel electrode, the pixel aperture ratio is high, and a bright display that can effectively use light from the light source is obtained.
[0106]
Example 4
In this example, an example is shown in which the liquid crystal electro-optical devices manufactured in Example 1, Example 2, and Example 3 are displayed.
[0107]
FIG. 10 is a timing chart showing the relationship between each signal and the display screen when dot sequential driving is performed with the liquid crystal electro-optical device of the present invention. In the case of the present embodiment, the time (one frame) for applying the video signal necessary for forming one screen is divided into two to make one screen with two video data. In FIG. 0 B 0 1 frame, C every frame below 0 D 0 , E 0 F 0 The combination is as follows.
[0108]
In this embodiment, the two video data are alternately applied to the pair of substrates, for example, the first section (A 0 , C 0 , E 0 ,..., The video data is applied to the lower substrate, and the next section (B 0 , D 0 , F 0 ,...), Video data is applied to the upper substrate, whereby one frame is formed, and this is repeated thereafter. The relationship between the video data and the substrate to which the data is applied may be reversed.
[0109]
In one section, the scanning signal is sequentially applied to the gate line of one substrate, and the video data sampled by the sampling pulse within the period in which one gate line is selected is sequentially held by the source line and immediately after that. Video data is written to each pixel. The video data written in the pixel is held for one section by the liquid crystal and the capacitive component. During this time, video data is not applied to the other substrate. In the next section, video data is similarly written to the other board, and no video data is applied to the board to which video data has been applied in the previous section.
[0110]
In this embodiment, the frame frequency is 60 Hz. Therefore, the frequency of one section is 120 Hz. In this way, even if the output of the video data is switched between the upper and lower substrates as in this embodiment, it cannot be recognized with the naked eye, and it appears as if one screen is formed and displayed. It was.
[0111]
In this embodiment, dot sequential driving is described as an example, but line sequential driving may be performed. A timing chart in that case is shown in FIG.
[0112]
【The invention's effect】
As described above, the present invention provides a liquid crystal electro-optical device with a good liquid crystal start-up characteristic and a simple process as compared with a conventional lateral electric field drive type liquid crystal electro-optical device. Furthermore, the present invention can cope with the miniaturization of the pixel portion.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a pixel region of a liquid crystal electro-optical device according to a first embodiment.
FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a cross section of the liquid crystal electro-optical device according to the first embodiment.
FIG. 3 is a diagram showing electric lines of force when an electric field is applied between electrodes in a conventional liquid crystal electro-optical device.
4 is a diagram showing lines of electric force when an electric field is applied to an electrode in the liquid crystal electro-optical device in Embodiment 1. FIG.
FIG. 5 is a diagram showing an outline of alignment of liquid crystal when no electric field is applied to the liquid crystal electro-optical device in Example 1.
6 is a diagram showing an outline of alignment of liquid crystal when an electric field is applied to the liquid crystal electro-optical device in Embodiment 1.
7 is a diagram schematically showing a cross section of a liquid crystal electro-optical device according to Embodiment 1. FIG.
FIG. 8 is a diagram schematically illustrating a cross section of a liquid crystal electro-optical device according to a second embodiment.
FIG. 9 is a diagram schematically showing a cross section of a liquid crystal electro-optical device in Example 3.
10 is a timing chart of video data when image display is performed by dot sequential driving by the liquid crystal electro-optical devices of Embodiments 1, 2, and 3 in Embodiment 4. FIG.
11 is a timing chart of video data when image display is performed by line-sequential driving using the liquid crystal electro-optical devices of Embodiments 1, 2, and 3 in Embodiment 4. FIG.
[Explanation of symbols]
101, 102 substrate
103, 104 Underlayer
105, 106 Gate electrode
107, 108 Common electrode
109, 110 Gate insulating film
111, 112 switching element
113, 114 Source electrode
115, 116 Liquid crystal driving electrode
117, 118 Protective film
119, 120 Alignment film
121 Liquid crystal layer (liquid crystal molecules)
122,123 Liquid crystal molecules
301, 303 substrate
302 electrode
304 Sparse region of electric lines of force
305, 306 Electric field lines
501 Polarizing plate (analyzer)
502 Polarizing plate
503, 504 Rubbing direction
505, 506 Optical axis of polarizing plate
701, 702, 703 Active layer
704 Gate insulating film (silicon oxide)
705, 706, 707 Gate lines
708, 902 Common electrode
709, 710, 711 Weak N-type region
712, 713 Photoresist mask
714, 715 Strong N-type region (source / drain)
716 Low concentration impurity region
717 photoresist mask
718 Strong P-type region (source / drain)
719 Interlayer insulation film
720-724, 901 Peripheral drive circuit, pixel TFT electrode / wiring
725 Silicon nitride film
801 Planarization film

Claims (2)

第１の基板上に形成された液晶駆動用の第１の一対の電極と、
第２の基板上に形成された液晶駆動用の第２の一対の電極と、
前記第１の基板と前記第２の基板間に挟持された液晶層とを有し、
前記液晶駆動用の第１の一対の電極において、前記第１の基板及び前記第２の基板面に平行な方向を含む電界が形成され、
前記液晶駆動用の第２の一対の電極において、前記第１の基板及び前記第２の基板面に平行な方向を含む電界が形成され、
前記液晶駆動用の第１の一対の電極及び前記液晶駆動用の第２の一対の電極は、互いに対向しない位置に配置されており、
前記液晶駆動用の第１の一対の電極において、前記液晶層に電界が印加されている間は、
前記液晶駆動用の第２の一対の電極において、前記液晶層に電界が印加されていないことを特徴とする液晶電気光学装置。A first pair of electrodes for driving a liquid crystal formed on the first substrate;
A second pair of electrodes for driving liquid crystal formed on the second substrate;
A liquid crystal layer sandwiched between the first substrate and the second substrate;
In the first pair of electrodes for driving the liquid crystal, an electric field including a direction parallel to the first substrate surface and the second substrate surface is formed,
In the second pair of electrodes for driving the liquid crystal, an electric field including a direction parallel to the first substrate and the second substrate surface is formed,
The first pair of electrodes for driving the liquid crystal and the second pair of electrodes for driving the liquid crystal are disposed at positions that do not face each other.
In the first pair of electrodes for driving the liquid crystal, while an electric field is applied to the liquid crystal layer,
In the second pair of electrodes for driving the liquid crystal, an electric field is not applied to the liquid crystal layer. 第１の基板上に形成された液晶駆動用の第１の一対の電極と、
第２の基板上に形成された液晶駆動用の第２の一対の電極と、
前記第１の基板と前記第２の基板間に挟持された液晶層とを有し、
前記液晶駆動用の第１の一対の電極において、前記第１の基板及び前記第２の基板面に平行な方向を含む電界が形成され、
前記液晶駆動用の第２の一対の電極において、前記第１の基板及び前記第２の基板面に平行な方向を含む電界が形成され、
前記液晶駆動用の第１の一対の電極及び前記液晶駆動用の第２の一対の電極は、互いに対向しない位置に配置されており、
前記液晶駆動用の第１の一対の電極に第１の映像データが入力された後、前記液晶駆動用の第２の一対の電極に第２の映像データが入力されることにより、１画面を形成することを特徴とする液晶電気光学装置の駆動方法。A first pair of electrodes for driving a liquid crystal formed on the first substrate;
A second pair of electrodes for driving liquid crystal formed on the second substrate;
A liquid crystal layer sandwiched between the first substrate and the second substrate;
In the first pair of electrodes for driving the liquid crystal, an electric field including a direction parallel to the first substrate surface and the second substrate surface is formed,
In the second pair of electrodes for driving the liquid crystal, an electric field including a direction parallel to the first substrate and the second substrate surface is formed,
The first pair of electrodes for driving the liquid crystal and the second pair of electrodes for driving the liquid crystal are disposed at positions that do not face each other.
After the first video data is input to the first pair of electrodes for driving the liquid crystal, the second video data is input to the second pair of electrodes for driving the liquid crystal, so that one screen is displayed. A method for driving a liquid crystal electro-optical device.
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