JP4019593B2 - Electro-optical device and electronic apparatus - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electro-optic device of extremely high definition having high transmittance by controlling the alignment state of a liquid crystal only by an electric field without using alignment films. SOLUTION: The electro-optic device 100 has liquid crystals held between a pair of substrates 1a, 1b and has the following electrode groups to control the liquid crystal molecules into a first aligned state and a second aligned state different from the first aligned state. A first driving electrode 5 is formed as a common electrode on the counter substrate 1b. Second driving electrodes 3 connected through pixel switching devices to data lines and a third driving electrode 4 common for all pixels are formed on the active matrix substrate 1a.

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶装置などの電気光学装置に関するものである。更に詳しくは、電気光学装置における電気光学物質の駆動技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一対の基板間に挟持された電気光学物質の配向状態を制御する電気光学装置として代表的なものとしては、電気光学物質として液晶を用いた液晶装置がある。この液晶装置では、従来、一対の基板の少なくとも一方にラビング処理を施した配向膜が形成され、電界を加えない状態ではこの配向膜のラビング方向に沿って液晶の分子が配列し、電界を加えた状態では電界方向に基いて液晶分子の配向状態が切り換わる。また、電界の印加を停止したとき、液晶分子の配向状態は、配向膜のラビング方向に沿う方向に戻る。
【０００３】
この様子をＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ／ねじれネマティック）モードの液晶を例に、図２０を参照して説明する。
【０００４】
図２０はＴＮモードの表示原理を示す概略図であり、この図には、電極５２ａ、５２ｂ間に電界がない状態（図２０に向かって左側）と、電極５２ａ、５２ｂ間に電界がある状態（図２０に向かって右側）とを示してある。電界がない状態では、液晶５３の分子はラビング方向に従ってツイスト配向しているのに対して、電界がある状態では、液晶５３の分子は電界方向に沿って配向する。ここで、ノーマリー・ホワイトモードの場合には、偏光板５１ａ、５１ｂは偏光軸が直交するように配置されている。このため、電極５２ａ、５２ｂ間に電圧を印加しないときには、液晶５３の層がもつ旋光性によって上方から入射した光Ｌは、偏光板５１ｂを通過する。これに対して、電極５２ａ、５２ｂ間に電圧を印加したときには、上方から入射した光は、液晶５３の層を透過した後、偏光板５１ｂで遮断される。
【０００５】
このように、従来の液晶装置では、液晶５３を挟持する一対の基板の少なくとも一方にラビング処理を施した配向膜５２ａ、５２ｂを形成し、配向膜５２ａ、５２ｂの配向規制力によって初期の配向状態（第１の配向状態）を実現する一方、縦電界（基板面に対して垂直な電界）により液晶を第２の配向状態に遷移させるものである。
【０００６】
なお、縦電界に代えて横電界（基板面に対して平行な電界）により液晶の配向状態を遷移させる液晶装置もあるが、この液晶装置においても、液晶を挟持する一対の基板の少なくとも一方にラビング処理を施した配向膜を形成し、配向膜による規制力によって初期の配向状態（第１の配向状態）を実現し、横電界（基板面に対して平行な電界）により液晶を第２の配向状態に遷移させる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の電気光学装置では、液晶を配向させるために配向膜が不可欠であるが、配向膜を形成するプロセスに起因する歩留まりの低下や、長時間の使用による配向膜の劣化、それにともなう表示品質の低下等、いまだ大きな問題として存在する。
【０００８】
また、投射型表示装置（プロジェクター装置）などのライトバルブに用いるような、ひとつの画素が数１０μｍ程度と小さい液晶装置では、各画素に画素スイッチング素子を設けたことによる基板表面の凹凸や、配線部などからの漏れ電界の影響も無視できなくなる。これらの問題を改善するために、通常のブラックマトリクスを形成し画素間の光漏れを隠すなどの方策が取られるが、開口率が小さくなるため、液晶装置の光利用効率が下がる原因となっている。
【０００９】
本発明の課題は、上記問題点を解決するものであり、配向膜を用いることなく電界のみで電気光学物質の配向状態を制御でき、一様な視覚特性を有する電気光学装置、およびこの電気光学装置を用いた電子機器を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明では、第１の基板と第２の基板との間に電気光学物質が挟持されてなり、前記第１の基板および前記第２の基板には前記電気光学物質を第１の配向状態と該第１の配向状態とは異なる第２の配向状態とに制御するための電極群が形成されてなる電気光学装置において、前記電極群には、単位画素あたり、少なくとも、前記第１の基板において前記第２の基板と対向する側の表面に形成された第１の駆動用電極と、前記第２の基板において前記第１の基板と対向する側の表面に前記第１の駆動用電極と対向して形成された第２の駆動用電極と、前記第２の基板において前記第１の基板と対向する側の表面に前記第２の駆動用電極と絶縁されて形成された第３の駆動用電極とが含まれていることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る電気光学装置では、配向膜などといった初期配向手段を用いることなしに、縦電界と横電界の二つの電界で液晶分子などの電気光学物質の配向状態を制御することができる。また、従来の方式では、配線などからの漏れ電界が画素内の液晶などの電気光学物質の配向に影響を与えるほど画素サイズが小さいプロジェクター用のライトバルブとして用いられる電気光学装置においても、それら余分な電界の影響を小さくできる。それ故、高い透過率とコントラストを有するすぐれた電気光学装置を得ることができる。また、配向処理工程が不必要となるため、製造工程が簡単になり歩留まりが上がる。さらに、配向膜による配向規制力がないので、液晶などの電気光学物質の応答性を向上するのにも貢献できるとともに、配向膜がないため、長期使用により配向膜が劣化するなどの信頼性上の不具合もなくなる。
【００１２】
本発明においては、前記の各電極に印加される信号に基づいて前記電気光学物質が前記第１の配向状態と前記第２の配向状態とに制御される。このような構成により、前記第１の配向状態および前記第２の配向状態が各電極に印加される電圧のみで変更可能となるので、各電気光学装置に応じて印加電圧を選択決定すればよい。
【００１３】
本発明において、前記電気光学物質は、例えば液晶である。ここで、前記電気光学物質が正または負の誘電率異方性を持つネマティック液晶である場合には、該ネマチティック液晶の屈性率異方性を利用して光の透過状態を制御する。このような液晶を使用することにより、その屈折率異方性に起因する光学的な効果により光の透過状態を制御することができる。また、ネマティック液晶は、従来から一般的に使われている液晶材料であり、扱いが容易である。
【００１４】
本発明において、前記第１の基板および前記第２の基板は、前記電気光学物質に電界が印加されていない状態で各基板表面が前記液晶に配向規制力を発生しない表面状態を有している。すなわち、第１の基板および第２の基板のいずれにも配向膜が形成されていないとともに、配向規制力を発揮する凹凸などが形成されていない。このように構成すると、液晶の分子は、電界のみによって配向状態が制御され、表面の凹凸などによる配向規制力の影響を受けない。従って、液晶の配向を電界制御することが容易になるので、表示特性が劣化しない。
【００１５】
本発明において、前記第２の駆動用電極および前記第３の駆動用電極に印加される電圧をそれぞれＶｄ、Ｖｓとしたとき、Ｖｄ、Ｖｓが下式
Ｖｄ≠Ｖｓ
を満たす関係にあるときには、前記電気光学物質は第１の配向状態に制御され、
Ｖｄ、Ｖｓが下式
Ｖｄ＝Ｖｓ
を満たす関係にあるときには、前記電気光学物質は前記第２の配向状態に制御される。このように構成すると、第２の駆動用電極に印加する電圧Ｖｄの変化だけで、液晶の分子を第１の配向状態に制御する横電界と、液晶の分子を第２の配向状態に制御する縦電界を発生させることができる。
【００１６】
また、本発明において、前記第１の駆動用電極、前記第２の駆動用電極および前記第３の駆動用電極に印加される電圧をそれぞれＶｃ、Ｖｄ、Ｖｓとしたとき、Ｖｃ、Ｖｄ、Ｖｓが下式
Ｖｄ＝Ｖｃ≠Ｖｓ
を満たす関係にあるときには、前記液晶の分子が前記基板面と略平行な第１の配向状態に制御され、
Ｖｃ、Ｖｄ、Ｖｓが下式
Ｖｄ＝Ｖｓ≠Ｖｃ
を満たす関係にあるときには、前記液晶の分子が基板面に対してほぼ垂直方向となる前記第２の配向状態に制御される。このように構成した場合は、第２の駆動用電極に印加する電圧Ｖｄだけでなく、第３の駆動用電極に印加する電圧Ｖｓも制御することにより、液晶の分子を第１の配向状態に制御する横電界と、液晶の分子を第２の配向状態に制御する縦電界を、より効率的に発生させることができる。
【００１７】
本発明において、前記第３の駆動用電極は、例えば、前記単位画素内で前記第２の駆動用電極の周囲を囲むように形成されていることが好ましい。このような電極配置を採用すると、第１の配向状態における電界の状態を、画素の中心に対して対称に形成することが可能になる。従って、表示特性の角度依存性を軽減することが可能になる。
【００１８】
本発明において、前記第２の駆動用電極と前記第３の駆動用電極は、前記単位画素内で交互に配列されていることが好ましい。このように構成すると、第１の配向状態を実現するための横電界がさらに強くなり、液晶層の第１の配向状態と第２の配向状態でのリタデーションの差を大きくすることができる。従って、より鮮明なコントラストを得ることができる。
【００１９】
本発明において、前記第２の駆動用電極および前記第３の駆動用電極は、前記単位画素内で複数に分割されていることが好ましい。このように構成すると、第１の配向状態を実現するための横電界がさらに強くなり、液晶層の第１の配向状態と第２の配向状態でのリタデーションの差を大きくすることができる。従って、より鮮明なコントラストを得ることができる。
【００２０】
本発明において、前記第３の駆動用電極、または該第３の駆動用電極の一部は、前記電気光学物質の層の厚さの３分の１以上の厚さを有することが好ましい。このような電極構造を採用すると、第１の配向状態を得るために必要な水平方向の電界を強くすることができるとともに、電界の強さを均一にすることができる。従って、さらに鮮明なコントラストを得ることができる。
【００２１】
本発明において、前記第２の駆動用電極は、前記単位画素の各々に形成されたスイッチング素子を介して信号が供給される。
【００２２】
また、本発明において、前記第２の駆動用電極は、前記単位画素の各々に形成された第１のスイッチング素子を介して信号が供給され、前記第３の駆動用電極は、前記単位画素の各々に形成された第２のスイッチング素子を介して信号が供給される構成を採用することもできる。このように構成すると、第２の駆動用電極に印加される信号と、第３の駆動用電極に印加される信号の双方によって電気光学物質の配向状態を制御できる。これにより画素に発生させる２種類の電界を、電気光学物質の状態を切り換えるのに、より適した状態にすることができるとともに、電気光学装置において、１フィールド毎に、１水平走査ライン毎に極性を反転させる駆動方式などを容易に採用することができる。
【００２３】
本発明において、前記第２の駆動用電極と前記第３の駆動用電極の両方、または少なくともその一方は、前記スイッチング素子と該スイッチング素子に接続する配線の全体、または少なくとも一部を絶縁膜を介して覆うように形成されている構成を採用することができる。このような多層構造を採用すると、アレイ基板の開口率をあげることができる。その結果、液晶セルの光透過率の向上につながり、光の利用効率を向上させることができる。さらに配線などが前記第２、もしくは第３の駆動用電極で覆われているので、配線による電界が液晶配向に影響を及ぼさない。
【００２４】
本発明において、前記スイッチング素子は、シリコン基板に形成されたＭＯＳトランジスタなどといったＭＩＳトランジスタを利用できる。また、前記スイッチング素子としては、基板上に形成した半導体膜を利用した薄膜トランジスタであってもよい。
【００２５】
本発明において、前記第１の基板および前記第２の基板のうち、少なくとも光が入射してくる一方の基板に対して偏光手段が配置される場合があり、この場合には、当該一方の基板と前記偏光手段との間に少なくとも１枚の位相差フィルムが配置されていることが好ましい。例えば、一対の基板を２枚の偏光フィルムなどの偏光手段で挟み込むとともに、一方の基板と偏光フィルムの間には位相差フィルムを設けることにより、液晶層によるリタデーションの変化をより有効に光の透過、吸収の制御に用いることができる。従って、より表示品質の高い電気光学装置を得ることができる。また、一方の基板に反射板を設け、また他方の基板の外側に位相差フィルムと偏光フィルムを設けることにより、本発明に係る電気光学装置を反射型として機能するように構成してもよい。
【００２６】
本発明において、電気光学装置を反射型として構成する場合には、例えば、前記第１の基板および前記第２の基板のうち、少なくとも光が入射してくる一方の基板と対向する他方側の基板に対して、前記一方の基板に反射面を向ける反射手段を配置すればよい。
【００２７】
本発明において、電気光学装置をカラー表示用として構成する場合には、例えば、前記第１の基板および前記第２の基板のいずれか一方の基板にカラーフィルタ層が形成される。
【００２８】
本発明に係る電気光学装置は、各種の電子機器に搭載される。このような電気光学装置を備える電子機器にあっては、より光の利用効率を高めることが可能になるので、表示装置の明るさの向上や表示装置における消費電力の低減が可能になる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００３０】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係る電気光学装置の基本的な構成を模式的に示す等価回路図である。
【００３１】
図１において、本形態の電気光学装置１００は、アクティブマトリクス型の液晶装置であり、詳しくは後述するように、対向基板（第１の基板）とアクティブマトリクス基板（第２の基板）との間で、電気光学物質としての液晶を駆動する装置である。この電気光学装置１００では、マトリクス状に形成された複数の画素の各々に、薄膜トランジスタなどの画素スイッチング素子３０が形成され、この画素スイッチング素子３０のソースには、画像信号Ｓ１、Ｓ２・・・が供給されるデータ線２１が電気的に接続されている。また、画素スイッチング素子３０のゲートには走査線２０が電気的に接続され、所定のタイミングで、走査線２０にパルス的に走査信号Ｇ１、Ｇ２・・・をこの順に線順次で印加するように構成されている。
【００３２】
この電気光学装置１００では、等価回路的には、対向基板の側において各画素間で等電位に保持された第１の駆動用電極５と、各画素毎の画素スイッチング素子３０のドレインに接続する第２の駆動用電極３との間に液晶容量５０が形成されているものとして表わすことができる。
【００３３】
また、本形態の電気光学装置１００では、等価回路的には、各画素毎の画素スイッチング素子３０のドレインに接続する第２の駆動用電極３と、各画素間で等電位に保持された第３の電極４との間にも液晶容量５０が形成されているものとして表わすことができるが、この第３の駆動用電極４は、後述するように、画素スイッチング素子３０などと一緒にアクティブマトリクス基板の側に形成されている。
【００３４】
さらに、本形態の電気光学装置１００では、等価回路的には、対向基板において各画素間で等電位に保持された第１の駆動用電極５（共通電極）と、第２の画素スイッチング素子３０ｂのドレインに電気的に接続する第３の駆動用電極４との間にも液晶容量５０が形成されているものとして表わすことができる、
なお、本形態の電気光学装置１において、第１の駆動用電極５および第３の駆動用電極４は定電位に保持され、この状態で、画素スイッチング素子３０を介して第２の駆動電極３に印加される画像信号Ｓ１、Ｓ２・・・と、第３の駆動用電極４に印加される電位との電位差によっては、第１の駆動用電極５と第２の駆動用電極３との間、第２の駆動用電極３と第３の駆動用電極４との間、および第３の駆動用電極４と第１の駆動用電極５との間のいずれにおいて液晶が駆動されるかが切り換わるので、図１において、液晶容量５０は、便宜的に３つのキャパシタＣ１、Ｃ２、Ｃ３で表わしてある。実際の液晶装置においては、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３は別々の液晶ではなく、単位画素内に含まれる同一部分の液晶である。ここでの説明は、画素内の電界状態によって、液晶が上記に示すような容量として作用することを示すものである。
【００３５】
（電気光学装置の全体構成）
図２（ａ）は、本発明を適用した電気光学装置の一例をそのアクティブマトリクス基板上に形成された各構成要素と共に対向基板の側から見た平面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＨ−Ｈ′断面図である。図３（ａ）は、単位画素における各駆動用電極の位置関係などを示す平面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ′断面を模式的に示す説明図である。なお、各図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならしめてある。また、保持された画像信号がリークするのを防ぐために、液晶容量と並列に蓄積容量を付加することがあるが、本発明の特徴点を明確に図示することを目的に、図３には蓄積容量の図示を省略してある。
【００３６】
図２（ａ）、（ｂ）において、本形態の電気光学装置１００は、画素ピッチが２０μｍ以下の液晶装置であり、ガラス基板１ａ′などを用いたアクティブマトリクス基板１ａと、このアクティブマトリクス基板１ａに対向するように配置されたガラス基板１ｂ′などからなる対向基板１ｂとが、シール材６によって所定の間隙を介して張り合わされているとともに、これらの基板間には、正または負の誘電率異方性を持つネマティック液晶（液晶１０）が挟持されている。また、アクティブマトリクス基板１ａでは、基板辺に沿って多数の接続端子（図示せず）が形成され、これらの接続端子には、液晶駆動回路からの電気信号をアクティブマトリクス基板１ａに供給するためのフレキシブル基板１１が接続されている。
【００３７】
図２（ｂ）において、対向基板１ｂの内側表面（アクティブマトリクス基板１ａと対向する面側）には、カラーフィルター８と、共通電極としての第１の駆動用電極５がこの順に積層されている。第１の駆動用電極５は、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｏｘｉｄｅ）等の透明電極として、対向基板１ｂの略全面に形成されている。また、対向基板１ｂの外側表面上には、位相差フィルム７と偏光板２ｂがこの順に積層されている。なお、従来の液晶装置と違って、対向基板１ｂの内側表面には配向膜が形成されていない。
【００３８】
アクティブマトリクス基板１ａの内側表面（対向基板１ｂと対向する面側）上には、制御電極としての第２の駆動用電極３と、補助電極としての第３の駆動用電極４が形成され、後述するＴＦＴやＭＯＳＦＥＴなどからなるスイッチング素子、および各種の信号線（図示せず）が形成されている。ここで、第２の駆動用電極３および第３の駆動用電極４には、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｏｘｉｄｅ）等からなる透明電極が用いられる。また、アクティブマトリクス基板１ａの外側表面上には、偏光板２ａが配設されている。なお、従来の液晶装置と違って、アクティブマトリクス板１ａの内側表面には配向膜が形成されていない。
【００３９】
本形態において、第３の駆動用電極４は、第２の駆動用電極３を囲むように形成されており（図３（ａ）を参照）、基板全体でひとつの電極として形成されている。第２の駆動用電極３は、先述の画素スイッチング素子３０を介して配線に接続されている。
【００４０】
本形態では、好ましくは、液晶１０が接する電極表面などにはサブミクロン以下の規則性を有する凹凸などができないように、もしくは液晶１０の配向に影響を与えるような極性基が表面上に存在しないような処理を施すのが良い。例えば、液晶１０の配向に影響を与えるようなサブミクロンサイズの細かな凹凸などが存在すると、それらは液晶１０に小さいながらも配向規制力を与えるきっかけとなり、電界による液晶１０の配列が複雑になるだけでなく、その均一性も損なわれるからである。
【００４１】
この実施例の場合、液晶層１０として用いる液晶材料、及び表示モードにはさまざまなものを用いられるが、それについては後で説明する。
【００４２】
（各画素の構成）
図３（ａ）、（ｂ）において、アクティブマトリクス基板１ａでは、ポリシリコン等からなる走査線２０と、アルミニウム等からなるデータ線２１とが交差するように格子状に配設され、各格子の目の部分にほぼ矩形状の第２の駆動用電極３が設けられている。各画素に形成された画素スイッチング素子３０は、データ線２１の一部としてのソース電極、走査線の一部としてのゲート電極、ドレイン電極２０１を備えている。このため、ソース電極はデータ線２１に接続され、ゲート電極は走査線２０に接続され、ドレイン電極２０１は第２の駆動用電極３に接続されている。さらに、データ線２１、走査線２０および画素スイッチング素子３０の大部分を覆うように、第３の駆動用電極４が各画素の境界領域に沿って格子状に形成されている。
【００４３】
なお、第２の駆動用電極３と第３の駆動用電極４とは一定の間隔を以って離間されており、また、第３の駆動用電極４と画素スイッチング素子３０を構成する各電極および各配線との間は、図３（ｂ）に示すように、絶縁層２２や層間絶縁膜などによって絶縁されている。ここで、第３の駆動用電極４は基板全面、全画素において同じ電位に保持される。よって、本形態において、第３の駆動用電極４については、特別な配線を形成せずに、基板周辺部において外部から電位Ｖｓを与えるための電極が接続されている。
【００４４】
（アクティブマトリクス基板の構成例）
図４は、ガラス基板を用いたアクティブマトリクス基板１ａの図３のＢ−Ｂ′における断面図である。この構成例に基づきアクティブマトリクス基板１ａの内側表面上に形成される第２の駆動用電極３、第３の駆動用電極４、および画素スイッチング素子３０について詳述する。ここに示す例において、画素スイッチング素子３０は、薄膜トランジスタにより構成される。
【００４５】
図４に示すアクティブマトリクス基板１ａにおいて、１ａ′は、例えば無アルカリガラスや石英などからなる透明なガラス基板であり、３００は、アクティブマトリクス基板１ａ表面に直接、あるいはガラス基板１ａ′の表面に形成した下地保護膜（図示せず）を介して表面に減圧ＣＶＤ法などにより形成されたポリシリコンからなる半導体膜である。半導体膜３００は、厚さは約２０ｎｍ〜約２００ｎｍ、好ましくは約１００ｎｍである。
【００４６】
半導体膜３００の表面にはＣＶＤ法などにより、厚さが約５０ｎｍ〜約１５０ｎｍのシリコン酸化膜からなるゲート酸化膜２２が形成されている。
【００４７】
ゲート酸化膜２２の表面には、タンタル膜などからなる走査線２０が通っており、この走査線２０をマスクとして、約０．１×１０13／ｃｍ2〜約１０×１０13／ｃｍ2のドーズ量で低濃度の不純物イオン（リンイオン）の打ち込みが行われ、この打ち込みによって、走査線２０に対して自己整合的に低濃度のソース領域、および低濃度のドレイン領域を形成した後、走査線２０より幅の広いレジストマスクを形成して高濃度の不純物イオン（リンイオン）を打ち込み、高濃度のソース領域３０１およびドレイン領域３０２が形成される。ここで、走査線２０の真下に位置しているため不純物イオンが導入されなかった部分は、もとの半導体膜のままチャネル領域２０ｂとなる。
【００４８】
走査線２０の表面側には、ＣＶＤ法などにより形成された酸化シリコン膜やＮＳＧ膜（ボロンやリンを含まないシリケートガラス膜）などからなる第１の層間絶縁膜２３が形成され、この第１の層間絶縁膜２３は、膜厚が３００ｎｍ〜１５００ｎｍ程度である。
【００４９】
第１の層間絶縁膜２３の表面には、第１の層間絶縁膜２３のコンタクトホールを介してソース領域３０１およびドレイン領域３０２に電気的に接続するデータ線２１およびドレイン電極２０１が形成され、これらのデータ線２１およびドレイン電極２０１はアルミニウム等で構成される。
【００５０】
データ線２１およびドレイン電極２０１の表面側には、ペルヒドロポリシラザンまたはこれを含む組成物の塗布膜を焼成した絶縁膜２４ａが形成され、さらに、この絶縁膜２４ａの表面には、シリコン酸化膜からなる絶縁膜２４ｂが形成されている。これらの絶縁膜２４ａ、２４ｂによって、第２の層間絶縁膜２４が形成されている。
【００５１】
第２の層間絶縁膜２４のドレイン電極２０１には、コンタクトホールを介して厚さが約４０ｎｍ〜約２００ｎｍのＩＴＯからなる透明な第２の駆動用電極３が電気的に接続し、第２の層間絶縁膜２４の他の部分には、厚さが約４０ｎｍ〜約２００ｎｍのＩＴＯからなる透明な第３の駆動用電極４が形成されている。ここで、第２の駆動用電極３と第３の駆動用電極４は一定の間隔を以って絶縁されている。
【００５２】
以上、透過型の電気光学装置１００の構成例について説明したが、本発明を反射型の電気光学装置に適用することもできる。例えば、図３における第２の駆動用電極３および第３の駆動用電極４をアルミニウム等の反射特性を有する材料により形成することにより反射電極とすれば反射型電気光学装置を形成することができる。なお、この際には、アクティブマトリクス基板１ａに形成されている偏光手段(ここでは偏光板２ａ)は不要となる。また、各電極の反射特性を制御する上でアルミニウムに他の材料を添加することも可能である。
【００５３】
（アクティブマトリクス基板の別の構成例）
これ以外のアクティブマトリクス基板１ｂの構成を、図５を参照して説明する。図５は、本発明を適用した反射型電気光学装置において、シリコン基板を用いたアクティブマトリクス基板１ａの断面構成を示す図であり、図４に対応する部分の断面図である。なお、図５はマトリクス状に配置されている画素のうち一画素部分の断面を示す。ここに示す例において、画素スイッチング素子３０は、ＭＯＳＦＥＴにより構成される。
【００５４】
図５にアクティブマトリクス基板１ａにおいて、１ａ″は単結晶シリコンのようなＰ型半導体基板、１０２はこの半導体基板１ａ″の表面に形成されたＰ型ウェル領域、１０３は半導体基板１ａ″の表面に形成された素子分離用のフィールド酸化膜（いわゆるＬＯＣＯＳ）である。ウェル領域１０２は、特に限定されないが、マトリクス状に画素が配置されてなる画素領域の共通ウェル領域として形成されている。フィールド酸化膜１０３は、選択熱酸化によって５００ｎｍ〜７００ｎｍのような厚さに形成される。
【００５５】
このフィールド酸化膜１０３には一画素ごとに６つの開口部が形成され、そのうち３つの開口部の内側中央にはゲート酸化膜（絶縁膜）１０４ｂを介してポリシリコンあるいはメタルシリサイド等からなる走査線２０が形成されている。この走査線２０の両側の基板表面には高濃度のＮ型不純物導入層（以下、ドーピング層という）からなるソース、ドレイン領域３０１、３０２が形成され、画素スイッチング素子３０としてのＭＯＳＦＥＴが構成されている。走査線２０は走査線方向（画素行方向）に延在されている。
【００５６】
また、フィールド酸化膜１０３に形成された他の開口部の内側の基板表面にはＰ型ドーピング領域１０８が形成されているとともに、このＰ型ドーピング領域１０８の表面には絶縁膜１０９ｂを介してポリシリコンあるいはメタルシリサイド等からなる電極１０９ａが形成されている。この電極１０９ａとＰ型ドーピング領域１０８とを利用して蓄積容量が構成されている。
【００５７】
なお、電極１０９ａは、ＭＯＳＦＥＴの走査線２０となるポリシリコンあるいはメタルシリサイド層と同一工程にて形成できる。また、電極１０９ａの下の絶縁膜１０９ｂは、ゲート絶縁膜１０４ｂとなる絶縁膜と同一工程にて形成することができる。
【００５８】
絶縁膜１０４ｂ、１０９ｂは、熱酸化によって上記開口部の内側の半導体基板表面に４００〜８０ｎｍのような厚さに形成される。データ線２１および電極１０９ａは、ポリシリコン層を１００ｎｍ〜２００ｎｍのような厚さに形成し、その上にＭｏあるいはＷのような高融点金属のシリサイド層を１００ｎｍ〜３００ｎｍのような厚さに形成した構造とされている。ソース、ドレイン領域３０１、３０２は、走査線２０をマスクとしてその両側の基板表面にＮ型不純物をイオン打ち込みで注入することで自己整合的に形成される。
【００５９】
データ線２１および電極１０９ａからフィールド酸化膜１０３上にかけては第１の層間絶縁膜１０６が形成され、この第１の層間絶縁膜１０６上にはアルミニウムを主体とするメタル層からなりＭＯＳＦＥＴのソース領域３０１に接続するデータ線２１、およびＭＯＳＦＥＴのドレイン領域３０２と第２の駆動用電極３とを接続するドレイン電極１０７ｂが形成され、それぞれ第１の層間絶縁膜１０６に形成されたコンタクトホールを介して接続されている。ドレイン電極１０７ｂは、蓄積容量の電極１０９ａに対してコンタクトホールを介して接続されている。
【００６０】
データ線２１およびドレイン電極１０７ｂから第１の層間絶縁膜１０６上にかけては第２の層間絶縁膜１１１が形成され、この第２の層間絶縁膜１１１上にはアルミニウムを主体とする二層目のメタル層１１２からなる遮光膜が形成されている。この遮光膜を構成する二層目のメタル層１１２は、画素領域の周囲に形成される駆動回路等の周辺回路において素子間の接続用配線を構成するメタル層と同一のメタル層で形成することができる。従って、このメタル層１１２のみを形成するために工程を追加する必要がなく、プロセスが簡略化される。また、メタル層１１２は、ドレイン電極１０７ｂに対応する位置に、第２の駆動用電極３と画素スイッチング素子３０としてのＭＯＳＦＥＴを電気的に接続するための柱状の接続プラグ１１５を貫通させるための開口部が形成され、それ以外は画素領域全面を覆うように形成される。これによって、基板上方から入射する光をほぼ完全に遮断して画素スイッチング素子３０（チャネル領域およびウェル領域）を光が通過してリーク電流が流れるのを防止することができる。
【００６１】
この実施形態においては、遮光膜１１２の上に第３の層間絶縁膜１１３が形成され、この第３の層間絶縁膜１１３の上に、第２の駆動用電極３が形成されている。この第２の駆動用電極３はアルミニウムを主体としたメタル層で構成されている。そして、遮光膜１１２に形成された開口部に対応してその内側に位置するように、第３の層間絶縁膜１１３および第２の層間絶縁膜１１１を貫通するコンタクトホール１１６が形成され、このコンタクトホール１１６内にドレイン電極１０７ｂと第２の駆動用電極３とを電気的に接続するタングステン等の高融点金属からなる柱状の接続プラグ１１５が充填されている。
【００６２】
また、第３の層間絶縁膜１１３の表面には第２の駆動用電極３と一定の間隔を以って絶縁された第３の駆動用電極４が形成されており、この第３の駆動用電極４もアルミニウムを主体としたメタル層で構成されている。
【００６３】
ここで、メタル層で構成されている第２の駆動用電極３および第３の駆動用電極４は、対向基板１ｂに反射面を向けた反射手段を兼ねた電極である。また、アクティブマトリクス基板１ａの外側表面に偏光板が不要である点が透過型電気光学装置と異なっている。
【００６４】
（電気光学装置の動作）
本発明に係る電気光学装置１００の制御方法および制御状態、表示方式について説明する。
【００６５】
図６は単位画素内における駆動用電極の構造を示す平面図である。図７（ａ）は第１の制御状態（第１の配向状態）を示す断面図で、図７（ｂ）は第２の制御状態（第２の配向状態）を示す断面図である。
【００６６】
以下の説明において、第１の駆動用電極５、第２の駆動用電極３および第３の駆動用電極４に印加する電圧をそれぞれＶｃ、Ｖｄ、Ｖｓとする。ここで、ＶｃおよびＶｓは、大きさが異なる一定電圧になっている一方、Ｖｄには前述したＴＦＴやＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子３０を介して大きさが変えられるようになっている。
【００６７】
第１の制御状態は、下式
Ｖｄ＝Ｖｃ≠Ｖｓ
を満たす電圧をそれぞれの駆動用電極３、４、５に印加した状態では、図６および図７（ａ）に示すように、第３の駆動用電極４から第２の駆動用電極３および第１の駆動用電極５に向かって（若しくはその逆に）電界Ｅ１が発生する。例えば、正の誘電率異方性を持つネマティック液晶の場合、分子の長軸がこの電気力線に沿って配列する（第１の配向状態）。平面で見ると液晶分子は画素の中心に対して対称に配列するため視角特性の向上を図ることができる。
【００６８】
第２の制御状態は、下式
Ｖｄ＝Ｖｓ≠Ｖｃ
を満たす電圧をそれぞれの電極に印加した状態では、図７（ｂ）に示すように、第２の駆動用電極３および第３の駆動用電極４から第１の駆動用電極５に向かって（若しくはその逆に）電界Ｅ２が発生する。第一の状態とは異なり液晶分子の長軸はこの電気力線に沿って配列する（第２の配向状態）。
【００６９】
例えば、しきい電圧が２．５Ｖ程度の、一般的なネマティック液晶を用いた場合には、Ｖｃを基準電位（０Ｖ）に設定し、Ｖｓを３Ｖ〜５Ｖに設定することができる。このときＶｄの大きさを０Ｖから３Ｖ〜５Ｖの間で制御することにより表示を行うことができる。
【００７０】
ここで、第１の配向状態は、液晶の分子が基板面に対して略水平な状態で、第２の配向状態は、液晶の分子がほぼ垂直な状態であり、この２つの状態における液晶分子の屈折率異方性を利用して光の透過状態を制御することができる。
【００７１】
例えば、この電気光学装置１００を透過型として用いる場合、２枚の偏光板２ａ、２ｂの透過軸をほぼ直角に交わるように配置すると、液晶分子がほぼ垂直になったとき（第２の配向状態）には、入射した光は偏光状態が変化しないので、出射側の偏光板２ａを透過することができずに暗状態になる。また液晶分子が基板面に対して略平行になったとき(第１の配向状態)には、偏光して入射した光は面内方向で屈折率異方性を持つ液晶分子層の配列により、その偏光状態が変化し、さらに外側に配置された少なくとも１枚の位相差フィルム７により、出射側に設けた偏光板２ａを透過するように偏光が変化を受けるので、明状態を得ることができる。
【００７２】
また、図５を参照して説明したように、アクティブマトリクス基板１ａの各電極に反射板としての機能を付与した反射型の電気光学装置１００においても、ほぼ同じような原理により表示を得ることができる。
【００７３】
すなわち、反射型の電気光学装置では、対向基板１ｂに反射面を向けた反射手段をアクティブマトリクス基板１ａに形成し、対向基板１ｂの外側表面のみに少なくとも１枚の位相差フィルム７、偏光板２ａを形成するが、この反射型の電気光学装置において、第２の配向状態の場合には液晶分子、位相差フィルム７などにより偏光状態が変化しないので液晶層内に入射した光は、再び偏光板２ｂを透過することができる。よって明状態となる。
【００７４】
これに対して、第１の配向状態においては、理想的には入射した光の偏光方向が９０度回転して偏光板面に到達するような液晶層の厚み、屈折率異方性、位相差フィルム７の位相差などを事前に設計し作り込むことができるので、入射した光を出射時に偏光板によって吸収し、暗状態を得ることができる。
【００７５】
これらの表示原理は、従来の直視型表示体に用いられているものを、そのまま用いることができる。異なるのは、従来は初期配向によってひとつの状態を得ていたが、本発明によればそれが必要ない。
【００７６】
また、従来のラビングなどによる配向処理では、このような対称性が高い液晶の配向状態を作り出すことができなかったが、このような方法に依れば電極形状と与える電界の強さによって容易に、それを実現することができるので視角特性の改善を図ることができる。
【００７７】
ここで、電位ＶｃおよびＶｓの値は一定で、Ｖｄの値を変化させることにより上述のような電界状態にすることができるため、Ｖｄの値の変化のみで、液晶分子の配向状態を制御することができる。またその大きさを上記２つの制御状態の中間の値とすることで所望の中間調を得ることが可能となる。
【００７８】
本実施形態の場合、ＶｃおよびＶｓの値を一定としたが、この条件は少なくともスイッチング素子によって一旦液晶に貯えられた電位を保持する期間（例えば１垂直走査期間）において必要な条件であり、永続的に必要なものではない。これらの２つの電位の大きさは、フィールド毎に極性が変化しても構わないし、例えば、全画面を一度に消去したいときには、表示内容を書き込むときとは全く異なった値の電位をそれらに与えることもできる。しかしながら、いずれの場合でも、画素毎の液晶の配向状態を決める制御電極の電位Ｖｄはこれら２つの電位との関係の上で決められるので、Ｖｃ及びＶｓの大きさに応じて、その大きさを変更することが必要である。
【００７９】
（変形例）
本発明は上記実施例に限定されるものではない。例えば、基本的な電極構造は、図６に示す通りだが、図８に示すように、複数の第２の駆動用電極３（制御電極）と、複数の第３の駆動用電極４（補助電極）とが外周側に向かって交互に並んでいる構成を採用することもできる。これにより発生する電界Ｅ３の強さは前述の電界Ｅ１よりも強く均一になり、液晶分子の配向状態もより水平に近いものとなる。よって２つの状態におけるリタデーションの差をさらに大きくできるので鮮明なコントラストを得ることが可能となる。
【００８０】
また、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、第３の駆動用電極４（補助電極）を所定の厚さ、望ましくは液晶層の厚みの３分の１以上、例えば液晶の層の厚みが４μｍの場合は２μｍを有するようにすることもできる。この構造によると、図７（ａ）、（ｂ）に示した構成と比較して、基板に対して水平方向の電界をより強くし、またその均一性を高くすることができる。
【００８１】
第３の駆動用電極４（補助電極）の厚みは、厚ければ厚いほど液晶層内における水平方向の電界を強める効果が大きくなり表示品質、特にコントラストが改善されることが実験的に確かめられている。これは図９（ａ）、（ｂ）に示すように、とくに画素周辺部において水平方向成分の電界が均一に形成されることによっている。その改善効果を図１０に示す。
【００８２】
図１０は、液晶層の厚さに対する補助電極の厚さと、コントラストとの関係を示すグラフである。
【００８３】
図１０からわかるように、改善効果は、第３の駆動用電極４の厚みが液晶層の厚みの３分の１程度以上にした場合に顕著になり、液晶層と同じ厚さ、つまりセルギャップと同じにしたときに最も大きくなる。しかし、セルギャップと同じ厚みにした場合、第１の駆動用電極５との電気的接触を防ぐために第３の駆動用電極４の表面に絶縁層（図示せず）を形成する必要が生じたり、またこのような厚い第３の駆動用電極４を作る工程自身が困難であること、加えてパネル形成後に液晶をパネル内に注入することが著しく難しくなったりするという欠点が生じる。よって、製造工程および表示品質の改善効果の双方を考えた場合、液晶層の厚さ（セルの厚さ）の３分の１から３分の２程度の厚みに補助電極を設定するのが望ましい。
【００８４】
なお、このように数ミクロンの厚みを有する第３の駆動用電極４を形成する方法としては、例えば所定の厚みに製膜したＴａやＳｉ、Ｃｒなどの金属膜をフォトリソ法でパターニングして形成しても良いし、または金属ペーストなどを用いる方法も可能である。
【００８５】
さらに、図８および図９（ａ）、（ｂ）に示したそれぞれの電極構造を組合せることも当然可能である。例えば図８において、最も外側に配置される第３の駆動用電極４（補助電極）の厚さのみを、図９（ａ）、（ｂ）に示した構成のように厚くすることができる。
【００８６】
以上の実施形態においては、第２の駆動用電極３を取り囲むように第３の駆動用電極４を環状に配置したが、その配置の仕方についてもこの限りではない。例えば、第３の駆動用電極４と第２の駆動用電極３とを交互に並列に配置してもよい。すなわち、駆動用電極を環状に配置にすると、第１の配向状態の時に液晶分子が傾く方向が単位画素に対して比較的等方的になるため、表示特性の角度依存性は改善される。しかし一方で、電気光学装置１００を正面方向から見たときのコントラストが低下するなどの不具合も生じる。
【００８７】
このような理由から正面でのコントラストが重要になるような用途に対して、本発明の電気光学装置１００を使う場合には、例えば図１１に示すような上下の２個所に分割して補助電極を配置するような方法が有効となる。こうすることにより、第１の配向状態における液晶分子の向きを一方向（図１１に示す例では、図１１に向かって上下方向となる）に揃えることができるので、偏光板、位相差フィルムを含む適切な光学設計により、正面方向での高いコントラストを得ることができる。
【００８８】
［実施の形態２］
図１２は、本発明の実施の形態２に係る電気光学装置の基本的な構成を模式的に示す等価回路図である。
【００８９】
図１２に示すように、本形態の電気光学装置１００も、アクティブマトリクス型の液晶装置であり、詳しくは後述するように、対向基板（第１の基板）とアクティブマトリクス基板（第２の基板）との間で、電気光学物質としての液晶を駆動する。この電気光学装置１００では、マトリクス状に形成された複数の画素の各々に、第１の画素スイッチング素子３０ａと、第２の画素スイッチング素子３０ｂとが形成されている。
【００９０】
これらの画素スイッチング素子３０ａ、３０ｂのうち、第１の画素スイッチング素子３０ａのソースには、画像信号Ｓ１Ａ、Ｓ２Ａ・・・が供給される第１のデータ線２１ａが電気的に接続されている。また、第１の画素スイッチング素子３０ａのゲートには、走査線２０が電気的に接続され、所定のタイミングで、走査線２０にパルス的に走査信号Ｇ１、Ｇ２・・・をこの順に線順次で印加するように構成されている。
【００９１】
また、第２の画素スイッチング素子３０ｂのソースには、画像信号Ｓ１Ｂ、Ｓ２Ｂ・・・が供給される第２のデータ線２１ｂが電気的に接続されている。また、第２の画素スイッチング素子３０ｂのゲートには、第１の画素スイッチング素子３０ａと共通の走査線２０が電気的に接続されている。
【００９２】
この電気光学装置１００では、等価回路的には、対向基板において各画素間で等電位に保持された第１の駆動用電極５（共通電極）と、アクティブマトリクス基板１ａにおいて画素スイッチング素子３０ａのドレインに電気的に接続する第２の駆動用電極３（第１の制御電極）との間に液晶容量５０が形成されている。
【００９３】
また、本形態の電気光学装置１００では、等価回路的には、第１の画素スイッチング素子３０ａのドレインに電気的に接続する第２の駆動用電極３と、第２の画素スイッチング素子３０ｂのドレインに電気的に接続する第３の駆動用電極４（第２の制御電極）との間にも液晶容量５０が形成されているものとして表わすことができる。この第３の駆動用電極４もアクティブマトリクス基板の側に形成されている。
【００９４】
さらに、本形態の電気光学装置１００では、等価回路的には、対向基板において各画素間で等電位に保持された第１の駆動用電極５（共通電極）と、第２の画素スイッチング素子３０ｂのドレインに電気的に接続する第３の駆動用電極４との間にも液晶容量５０が形成されているものとして表わすことができる。
【００９５】
このように構成した本形態の電気光学装置１において、液晶容量５０には、画素スイッチング素子３０ａを介して印加される画像信号Ｓ１Ａ、Ｓ２Ａ・・・と、画素スイッチング素子３０ｂを介して印加される画像信号Ｓ１Ｂ、Ｓ２Ｂ・・・との電位差によっては、第１の駆動用電極５と第２の駆動用電極３との間、第２の駆動用電極３と第３の駆動用電極４との間、および第１の駆動用電極５と第３の駆動用電極４との間のいずれで液晶が駆動されるかが切り換わるので、図１２において、液晶容量５０は、３つのキャパシタＣ１、Ｃ２、Ｃ３で表わしてある。
実際の液晶装置においては、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３は別々の液晶ではなく、単位画素内に含まれる同一部分の液晶である。ここでの説明は、画素内の電界状態によって、液晶が上記に示すような容量として作用することを示すものである。
【００９６】
（電気光学装置の全体構成）
図１３（ａ）は、本発明の実施の形態２に係る電気光学装置の一例をそのアクティブマトリクス基板上に形成された各構成要素と共に対向基板の側から見た平面図であり、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）のＨ−Ｈ′断面図である。図１４（ａ）は、第２の駆動用電極および第３の駆動用電極が形成されている基板の単位画素の概略平面図、図１４（ｂ）は図１４（ａ）のＣ−Ｃ′断面図である。なお、各図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならしめてある。また、保持された画像信号がリークするのを防ぐために、液晶容量と並列に蓄積容量を付加することがあるが、本発明の特徴点を明確に図示することを目的に、図１４には蓄積容量の図示を省略してある。
【００９７】
図１３（ａ）、（ｂ）において、本形態の電気光学装置１００は、画素ピッチが２０μｍ以下の液晶装置であり、ガラス基板１ａ′などを用いたアクティブマトリクス基板１ａと、このアクティブマトリクス基板１ａに対向するように配置されたガラス基板１ｂ′などからなる対向基板１ｂとが、シール材６によって所定の間隙を介して張り合わされているとともに、これらの基板間には、正または負の誘電率異方性を持つネマティック液晶１０が挟持されている。また、アクティブマトリクス基板１ａでは、基板辺に沿って多数の接続端子（図示せず）が形成され、これらの接続端子には、液晶駆動回路からの電気信号をアクティブマトリクス基板１ａに供給するためのフレキシブル基板１１が接続されている。
【００９８】
図１３（ｂ）において、対向基板１ｂの内側表面（アクティブマトリクス基板１ａと対向する面側）には、カラーフィルター８と、共通電極としての第１の駆動用電極５がこの順に積層されている。第１の駆動用電極５は、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｏｘｉｄｅ）等の透明電極として、対向基板１ｂの略全面に形成されている。また、対向基板１ｂの外側表面上には、位相差フィルム７と偏光板２ｂが積層されて形成されている。なお、従来の液晶装置と違って、対向基板１ｂの内側表面には配向膜が形成されていない。
【００９９】
アクティブマトリクス基板１ａの内側表面（対向基板１ｂと対向する面側）上には、第１の制御電極としての第２の駆動用電極３と、第２の制御電極としての第３の駆動用電極４が形成され、さらに、後述するＴＦＴやＭＯＳＦＥＴなどからなるスイッチング素子、および各種の信号線（図示せず）が形成されている。ここで、第２の駆動用電極３および第３の駆動用電極４には、アルミニウム等からなる反射性の電極が用いられている。また、アクティブマトリクス基板１ａの外側表面上には、対向基板１ｂに反射面を向ける反射板２ｃが配設されている。なお、従来の液晶装置と違って、アクティブマトリクス板１ａの内側表面には配向膜が形成されていない。
【０１００】
本形態では、好ましくは、液晶が接する電極表面などにはサブミクロン以下の規則性を有する凹凸などができないように、もしくは液晶の配向に影響を与えるような極性基が表面上に存在しないような処理を施すのが良い。例えば、液晶の配向に影響を与えるようなサブミクロンサイズの細かな凹凸などが存在すると、それらは液晶に小さいながらも配向規制力を与えるきっかけとなり、電界による液晶配列が複雑になるだけでなく、その均一性も損なわれるからである。
【０１０１】
（各画素の構成）
図１４（ａ）、（ｂ）において、アクティブマトリクス基板１ａでは、ポリシリコン等からなる走査線２０と、アルミニウム等からなる２本のデータ線２１ａ、２１ｂが交差するように格子状に配設され、これらの配線で囲まれた領域内で、第３の駆動用電極４と第２の駆動用電極３とは、交互に並列に配置されている。第２の駆動用電極３は、先述の第１の画素スイッチング素子３０ａを介してデータ線２１ａに接続され、第３の駆動用電極４は、先述の第２の画素スイッチング素子３０ｂを介してデータ線２１ｂに接続されている。本形態において、画素スイッチング素子３０ａ、３０ｂはそれぞれ、データ線２１の一部としてのソース電極、走査線の一部としてのゲート電極、ドレイン電極２０１を備えている。このため、ソース電極はデータ線２１ａ、２１ｂに接続され、ゲート電極は走査線２０に接続され、ドレイン電極２０１は第２の駆動用電極３および第３の駆動電極４に接続されている。
【０１０２】
なお、第２の駆動用電極３と第３の駆動用電極４とは一定の間隔を以って離間されており、また、第３の駆動用電極４と画素スイッチング素子３０を構成する各電極および各配線との間は、図１４（ｂ）に示すように、層間絶縁膜２３などによって絶縁されている。
【０１０３】
（アクティブマトリクス基板の構成例）
図１５は、ガラス基板を用いたアクティブマトリクス基板１ａの図１４のＤ−Ｄ′における断面図であり、この構成例に基づきアクティブマトリクス基板１ａの内側表面上に形成される第２の駆動用電極３、第３の駆動用電極４、および画素スイッチング素子３０ａ、３０ｂについて詳述する。ここに示す例において、画素スイッチング素子３０ａ、３０ｂは、薄膜トランジスタにより構成される。
【０１０４】
図１５に示すアクティブマトリクス基板１ａにおいて、１ａ′は、例えば無アルカリガラスや石英などからなる透明なガラス基板であり、３００は、アクティブマトリクス基板１ａ表面に直接、あるいはガラス基板１ａ′の表面に形成した下地保護膜（図示せず）を介して表面に減圧ＣＶＤ法などにより形成されたポリシリコンからなる半導体膜である。半導体膜３００は、厚さは約２０ｎｍ〜約２００ｎｍ、好ましくは約１００ｎｍである。
【０１０５】
半導体膜３００の表面にはＣＶＤ法などにより、厚さが約５０ｎｍ〜約１５０ｎｍのシリコン酸化膜からなるゲート酸化膜２２が形成されている。
【０１０６】
ゲート酸化膜２２の表面には、タンタル膜などからなる走査線２０が通っており、この走査線２０をマスクとして、約０．１×１０13／ｃｍ2〜約１０×１０13／ｃｍ2のドーズ量で低濃度の不純物イオン（リンイオン）の打ち込みが行われ、走査線２０に対して自己整合的に低濃度のソース領域、および低濃度のドレイン領域を形成した後、走査線２０より幅の広いレジストマスクを形成して高濃度の不純物イオン（リンイオン）を打ち込み、高濃度のソース領域３０１およびドレイン領域３０２が形成される。ここで、走査線２０の真下に位置しているため不純物イオンが導入されなかった部分は、もとの半導体膜のままチャネル領域２０ｂとなる。
【０１０７】
走査線２０の表面側には、ＣＶＤ法などにより形成された酸化シリコン膜やＮＳＧ膜（ボロンやリンを含まないシリケートガラス膜）などからなる第１の層間絶縁膜２３が形成され、この第１の層間絶縁膜２３は、膜厚が３００ｎｍ〜１５００ｎｍ程度である。
【０１０８】
第１の層間絶縁膜２３の表面には、第１の層間絶縁膜２３のコンタクトホールを介してソース領域３０１およびドレイン領域３０２に電気的に接続するデータ線２１ａ、２１ｂ、およびドレイン電極２０１とが形成されており、これらのデータ線２１ａ、２１ｂおよびドレイン電極２０１はアルミニウム等で構成される。
【０１０９】
データ線２１ａ、２１ｂおよびドレイン電極２０１の表面側に、ペルヒドロポリシラザンまたはこれを含む組成物の塗布膜を焼成した絶縁膜２４ａが形成され、さらに、この絶縁膜２４ａの表面には、シリコン酸化膜からなる絶縁膜２４ｂが形成されている。これらの絶縁膜２４ａ、２４ｂによって、第２の層間絶縁膜２４が形成されている。
【０１１０】
第２の層間絶縁膜２４のドレイン電極２０１に対応する部分には、コンタクトホールを介して厚さが約４０ｎｍ〜約２００ｎｍのアルミニウム膜からなる第２の駆動用電極３および第３の駆動用電極４がそれぞれ電気的に接続している。ここで、第２の駆動用電極３と第３の駆動用電極４は一定の間隔を以って絶縁されている。
【０１１１】
なお、蓄積容量を構成する場合には、半導体膜３００においてドレイン側に延設した部分に対して、ゲート酸化膜２２を介して対峙するように容量線２９を形成すればよい。
【０１１２】
（アクティブマトリクス基板の別の構成例）
これ以外の構成を図１６に説明する。図１６は、本発明を適用した反射型電気光学装置において、シリコン基板を用いたアクティブマトリクス基板１ａの断面構成を示す図であり、図１５に対応する部分の断面図である。なお、図１６はマトリクス状に配置されている画素のうち一画素部分の断面を示す。ここに示す例において、画素スイッチング素子３０ａ、３０ｂは、ＭＯＳＦＥＴにより構成される。
【０１１３】
図１６に示すアクティブマトリクス基板１ａにおいて、１ａ″は単結晶シリコンのようなＰ型半導体基板、１０２はこの半導体基板１ａ″の表面に形成されたＰ型ウェル領域、１０３は半導体基板１ａ″の表面に形成された素子分離用のフィールド酸化膜（いわゆるＬＯＣＯＳ）である。ウェル領域１０２は、特に限定されないが、マトシクス状に画素が配置されてなる画素領域の共通ウェル領域として形成されている。上記フィールド酸化膜１０３は選択熱酸化によって５００ｎｍ〜７００ｎｍのような厚さに形成される。
【０１１４】
このフィールド酸化膜１０３には一画素ごとに複数の開口部が形成され、開口部の内側中央にはゲート酸化膜（絶縁膜）１０４ｂを介してポリシリコンあるいはメタルシリサイド等からなる走査線２０が形成されている。この走査線２０の両側の基板表面には高不純物濃度のＮ型不純物導入層（以下、ドーピング層という）からなるソース、ドレイン領域３０１、３０２が形成され、画素スイッチング素子３０ａ、３０ｂとしてのＭＯＳＦＥＴが構成されている。走査線２０は走査線方向（画素行方向）に延在されている。
【０１１５】
また、フィールド酸化膜１０３に形成された他の開口部の内側の基板表面にはＰ型ドーピング領域１０８が形成されているとともに、このＰ型ドーピング領域１０８の表面には絶縁膜１０９ｂを介してポリシリコンあるいはメタルシリサイド等からなる電極１０９ａが形成されている。この電極１０９ａとＰ型ドーピング領域１０８とを利用して蓄積容量が構成されている。
【０１１６】
なお、電極１０９ａはＭＯＳＦＥＴの走査線２０となるポリシリコンあるいはメタルシリサイド層と同一工程にて形成できる。また、電極１０９ａの下の絶縁膜１０９ｂはゲート絶縁膜１０４ｂとなる絶縁膜と同一工程にて形成することができる。
【０１１７】
絶縁膜１０４ｂ、１０９ｂは熱酸化によって上記開口部の内側において半導体基板表面に４００〜８０ｎｍのような厚さに形成される。データ線２１ａ、２１ｂおよび電極１０９ａは、ポリシリコン層を１００ｎｍ〜２００ｎｍのような厚さに形成し、その上にＭｏあるいはＷのような高融点金属のシリサイド層を１００ｎｍ〜３００ｎｍのような厚さに形成した構造とされている。ソース、ドレイン領域３０１、３０２は、走査線２０をマスクとしてその両側の基板表面にＮ型不純物をイオン打ち込みで注入することで自己整合的に形成される。
【０１１８】
データ線２１ａ、２１ｂ、および電極１０９ａからフィールド酸化膜１０３上にかけては第１の層間絶縁膜１０６が形成されている。この第１の絶縁膜１０６上には、ＭＯＳＦＥＴのドレイン領域３０２と蓄積容量の電極１０９ａとを接続するとともに、ＭＯＳＦＥＴのドレイン領域３０２と第２の駆動用電極３および第３の駆動用電極４とをそれぞれ接続するアルミニウム膜からなるドレイン電極１０７ｂが形成されている。
【０１１９】
データ線２１ａ、２１ｂおよびドレイン電極１０７ｂから層間絶縁膜１０６上にかけては第２の層間絶縁膜１１１が形成され、この第２の層間絶縁膜１１１上にはアルミニウムを主体とする二層目のメタル層１１２からなる遮光膜が形成されている。この遮光膜を構成する二層目のメタル層１１２は、画素領域の周囲に形成される駆動回路等の周辺回路において素子間の接続用配線を構成するメタル層と同一のメタル層で形成することができる。従って、本形態でも、メタル層１１２のみを形成するために工程を追加する必要がなく、プロセスが簡略化される。また、メタル層１１２は、ドレイン電極１０７ｂに対応する位置に、第２の駆動用電極３と画素スイッチング素子３０ａ、３０ｂとしてのＭＯＳＦＥＴを電気的に接続するための柱状の接続プラグ１１５を貫通させるための開口部が形成され、それ以外は画素領域全面を覆うように形成される。これによって、基板上方から入射する光をほぼ完全に遮断して画素スイッチング素子３０ａ、３０Ｂ（チャネル領域およびウェル領域）を光が通過してリーク電流が流れるのを防止することができる。
【０１２０】
この実施形態においては、遮光膜１１２の上に第３の層間絶縁膜１１３が形成され、この第３の層間絶縁膜１１３の上に、第２の駆動用電極３および第３の駆動用電極４が形成されている。これらの第２の駆動用電極３および第３の駆動用電極４はアルミニウムを主体としたメタル層で構成されている。そして、遮光膜１１２に形成された開口部に対応してその内側に位置するように、第３の層間絶縁膜１１３および第２の層間絶縁膜１１１を貫通するコンタクトホール１１６が設けられており、このコンタクトホール１１６内にドレイン電極１０７ｂと第２の駆動用電極３および第３の駆動用電極４とを電気的に接続するタングステン等の高融点金属からなる柱状の接続プラグ１１５が充填されている。
【０１２１】
ここで、メタル層で構成されている第２の駆動用電極３および第３の駆動用電極４は、対向基板１ｂに反射面を向けた反射手段を兼ねた電極である。また、アクティブマトリクス基板１ａの外側表面に偏光板が不要である点が透過型電気光学装置と異なっている。
【０１２２】
（電気光学装置の動作）
次に、図６および図７を参照して、本形態の電気光学装置の基本となる制御方法および制御状態、表示方式について説明する。
【０１２３】
以下の説明においても、第１の駆動用電極５、第２の駆動用電極３および第３の駆動用電極４に印加する電圧をそれぞれＶｃ、Ｖｄ、Ｖｓとする。ここで、Ｖｃは一定電圧になっている一方、Ｖｄ、Ｖｓには前述したＴＦＴやＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子３０ａ、３０ｂを介して印加される信号ＳＡ１、ＳＡ２・・・ＳＢ１、ＳＢ２・・・によって電位が変えられるようになっている。
【０１２４】
電極形状について、本実施の形態においては、棒状の駆動用電極３と駆動用電極４が交互に並列配置された形状になっているが、基本動作については、図６、図７に示すような環状電極の場合と同一である。ただし電界Ｅ１の向きが、電極の配置方向に一様に向く構造となる点が異なる。
【０１２５】
第１の制御状態は、下式
Ｖｄ＜Ｖｃ＜Ｖｓ
もしくは
Ｖｓ＜Ｖｃ＜Ｖｄ
を満たす電圧をそれぞれの電極に印加した状態で、第３の駆動用電極４から第２の駆動用電極３および第１の駆動用電極５に向かって、またはその逆向きに電界Ｅ１が発生する。例えば、正の誘電率異方性を持つネマティック液晶の場合、分子の長軸がこの電気力線に沿って配列する（第１の配向状態）。
【０１２６】
第２の制御状態は、下式
Ｖｄ＝Ｖｓ≠Ｖｃ
を満たす電圧をそれぞれの電極に印加した状態で、第２の駆動用電極３および第３の駆動用電極４から第１の駆動用電極５に向かって電界Ｅ２が発生する。第一の状態とは異なり液晶分子の長軸はこの電気力線に沿って配列する（第２の配向状態）。
【０１２７】
従って、しきい電圧が２．５Ｖ程度の一般的なネマティック液晶を用いた場合には、Ｖｃを基準電位（０Ｖ）に設定し、Ｖｄ、Ｖｓの大きさをそれぞれ±２．５Ｖの間で制御することによりアナログ式に階調駆動を行うことができる。
【０１２８】
ここで、図７（ａ）にあるような第１の配向状態での電界の強さが第２の電極と第３の電極の間の電位差、Ｖｄ−Ｖｓによって決まるのに対し、図７（ｂ）のような第２の配向状態での電界の強さは第１の電極と第２、第３の電極の間の電位差、Ｖｃ−Ｖｄ（またはＶｃ−Ｖｓ）によって決まる。よって、上記に説明したようにＶｃをＶｄとＶｓの中間電位に設定した場合には、第１の配向状態での電界の強さを第２の配向状態における電界の強さよりも大きくすることができる。このように、本実施形態の場合には、実施の形態１に比べて、図７（ａ）に示す第１の状態の電界を強く出来るという特徴がある。また、Ｖｄ、Ｖｓの電圧の極性を、第１の駆動用電極５の電位Ｖｃに対して、走査線毎、またはフレーム毎に反転させることで、ライン反転、フレーム反転などの駆動も容易に実現できるという特徴もある。
【０１２９】
また、従来の構成による電気光学装置では、電界の保持が不充分な場合、フリッカーの発生などの表示上の問題点が発生したが、本実施の形態にあるような構成では、スイッチング素子につながる駆動用電極３、駆動用電極４の２つの電極の保持特性がほぼ同等ならば、たとえ電荷がリークしても電界の方向が変化しないので、液晶の配向が大きく乱れることもなく、よってフリッカーも発生しない。
【０１３０】
さらに、本形態では、第２の駆動用電極３および第３の駆動用電極４のそれぞれに信号入力が可能であるため、以下の駆動方式を採用できる。すなわち、Ｖｃとして０Ｖを準備するとともに、Ｖｄ用およびＶｓ用として±Ｖｓｅｌを準備し、最初の１フレーム目においてＶｄ≠Ｖｓに設定するときには、ＶｄおよびＶｓとしてそれぞれ＋Ｖｓｅｌおよび−Ｖｓｅｌを用い、次のフレームにおいてＶｄ≠Ｖｓに設定するときには、Ｖｄ用およびＶｓ用としてそれぞれ＋Ｖｓｅｌおよび−Ｖｓｅｌを使用する。このとき、Ｖｄ≠Ｖｓに設定したパルス幅と、Ｖｄ＝Ｖｓに設定したパルス幅の比を変えてＰＷＭ駆動を行えば、たとえば、１水平走査ライン毎に極性を１フィールド毎に反転させることができる。
【０１３１】
［電子機器への適用例］
次に、本発明に係る電気光学装置１００を備えた電子機器について説明する。
【０１３２】
（投射型表示装置の構成例）
図１７は、本発明に係る透過型の電気光学装置をライトバルブとして備えた液晶プロジェクタの要部を平面的に見た概略構成図である。本発明の電気光学装置は画素の大きさが小さく、画素密度が非常に高い電気光学装置にたいして特に有効なので、液晶プロジェクタに搭載されるライトバルブに用いられることで特に効果を発揮することができる。
【０１３３】
本実施例で説明した透過型の電気光学装置を使った場合のプロジェクタは、光源部１０１０と、ダイクロイックミラー１０４０と、反射ミラー１０５０と、リレーレンズ１０６０と、本発明の電気光学装置からなる反射型液晶ライトバルブ１０７０と、クロスダイクロイックプリズム１０８０と、投射レンズからなる投射光学系１０９０とで概略構成されている。
【０１３４】
光源部１０１０はメタルハライド等のランプ１０２０とランプの光を反射するリフレクタ１０３０とからなる。
【０１３５】
光源部１０１０から出射された白色光束のうち青色光と緑色光が第１のダイクロイックミラー１０４０ａで反射される。一方、赤色光はダイクロイックミラー１０４０ａを透過し、反射ミラー１０５０ｃで反射されて、赤色光用液晶ライトバルブ１０７０Ｒに入射する。
【０１３６】
第１のダイクロイックミラー１０４０ａにて反射された色光のうち緑色光が第２のダイクロイックミラー１０４０ｂで反射され、緑色光用液晶ライトバルブ１０７０Ｇに入射する。
【０１３７】
一方、第２のダイクロイックミラー１０４０ｂも透過した青色光は、反射ミラー１０５０ａ、１０５０ｂで反射されて、青色光用液晶ライトバルブ１０７０Ｂに入射する。このとき、青色光に対しては、長い光路による光損失を防ぐため、入射レンズ１０６０ａ、リレーレンズ１０６０ｂ、出射レンズ１０６０ｃを含むリレーレンズ系からなる導光手段１０６５が設けられている。
【０１３８】
各ライトバルブにより変調された３つの色光はクロスダイクロイックプリズム１０８０に入射する。このプリズムは、４つの直角プリズムが貼り合わされ、その内面に赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが十字状に形成されている。これらの誘電体多層膜によって３つの色光が合成されて、カラー画像を表す光が形成される。合成された光は、投射光学系である投射レンズ１０９０によってスクリーン１０９５上に投射され、画像が拡大されて表示される。
【０１３９】
このように照度の均一化を図るためにインテグレータレンズ系を用いているような投射装置の場合、電気光学装置に入射する光は平行ではなく、発散成分を多く含んだ光束となりやすい。このとき電気光学装置にはさまざまな角度から光が入射するので、コントラストを上げるためには、表示特性の角度依存性を小さくすることが重要である。そのため先に説明した表示特性の角度依存性を小さくできる電気光学装置を用いることは非常に有効な手段となる。
【０１４０】
（投射型表示装置の別の構成例）
図１８は本発明にかかる反射型電気光学装置をライトバルブとして備えた液晶プロジェクタの要部を平面的に見た概略構成図である。
【０１４１】
本実施例で説明した反射型の電気光学装置を使った場合のプロジェクタは、偏光照明装置１１００と、偏光ビームスプリッタ１１４０と、ダイクロイックミラー１１６０と、本発明の電気光学装置からなる反射型液晶ライトバルブ１１７０と、投射レンズからなる投射光学系１１８０とで概略構成されている。
【０１４２】
光源部１１１０から出射されたランダムな偏光光束は、インテグレータレンズ１１２０により複数の中間光束に分割された後、第２のインテグレータレンズを光入射側に有する偏光変換素子１１３０により偏光方向がほぼ揃った一種類の偏光光束（Ｓ偏光光束）に変換されてから偏光ビームスプリッタ１１４０に至るようになっている。偏光変換素子１１３０から出射されたＳ偏光光束は、偏光ビームスプリッタ１１４０のＳ偏光光束反射面１１５０によって反射され、反射された光束のうち、青色光（Ｂ）の光束がダイクロイックミラー１１６０ａの青色光反射層にて反射され、反射型液晶ライトバルブ１１７０Ｂによって変調される。また、ダイクロイックミラー１１６０ａの青色光反射層を透過した光束のうち、赤色光（Ｒ）の光束はダイクロイックミラー１１６０ｂの赤色光反射層にて反射され、反射型液晶ライトバルブ１１７０Ｒによって変調される。
【０１４３】
一方、ダイクロイックミラー１１６０ｂの赤色光反射層を透過した緑色光（Ｇ）の光束は反射型液晶ライトバルブ１１７０Ｇによって変調される。このようにして、それぞれの反射型液晶ライトバルブ１１７０Ｒ、１１７０Ｇ、１１７０Ｂによって変調された光束はダイクロイックミラー１１６０ａ、１１６０ｂによって合成され、ライトバルブで変調を受け偏光方向が変化した光束成分のみが偏光ビームスプリッタ１１４０を投射レンズ方向に透過し、スクリーン１１９０に投射される。
【０１４４】
（別の電子機器への使用例）
図１９は本発明にかかる透過型電気光学装置と凹面鏡を備えた頭部搭載型ディスプレイ（ＨＭＤ：Ｈｅａｄ Ｍｏｕｎｔ Ｄｉｓｐｌａｙ）の要部を平面的に見た概略構成図である。
【０１４５】
本実施例のＨＭＤ２０００の光学系は、光源２０４０と、本発明にかかる電気光学装置２０１０と、ハーフミラー２０２０と、凹面鏡２０３０とで概略構成される。
【０１４６】
光源から出射された光は、透過型の電気光学装置２０１０により透過または吸収の制御を受けた後、ハーフミラー２０２０により反射され、凹面鏡２０３０に到達する。観察者はこの凹面鏡２０３０に映し出された映像をハーフミラー２０２０を介して直視することができる構造となっている。
【０１４７】
ＨＭＤのような小型の電子機器に関しては、搭載される電気光学装置も当然小型のものに限られ画素ピッチも必然的に小さくなるため、補助電極を用いて画素周辺の電界を積極的に利用する本発明を適用すると効果的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る電気光学装置の基本的な構成を模式的に示す等価回路図である。
【図２】（ａ）は、図１に示す電気光学装置の一例をそのアクティブマトリクス基板上に形成された各構成要素と共に対向基板の側から見た平面図であり、（ｂ）は、図２（ａ）のＨ−Ｈ′断面図である。
【図３】（ａ）は、図１に示す電気光学装置の単位画素における各駆動用電極の位置関係などを示す平面図、（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ′断面を模式的に示す説明図である。
【図４】図３（ａ）のＢ−Ｂ′における断面図である。
【図５】図１に示す電気光学装置において、反射電極を形成したアクティブマトリクス基板の断面構成を示す図であり、図４に対応する部分の断面図である。
【図６】図１に示す電気光学装置における単位画素の電極構造を示す平面図である。
【図７】図１に示す電気光学装置における第１の制御状態（第１の配向状態）および第２の制御状態（第２の配向状態）を示す断面図である。
【図８】図１に示す電気光学装置における単位画素の他の電極構造を示す平面図である。
【図９】図１に示す電気光学装置における単位画素のさらに別の電極構造（立体的な補助電極）における制御状態を表す断面図である。
【図１０】図１に示す電気光学装置における第３の駆動用電極の厚さとコントラストの関係を示すグラフである。
【図１１】図１に示す電気光学装置における単位画素のさらに別の電極構造を示す平面図である。
【図１２】本発明の実施の形態２に係る電気光学装置の基本的な構成を模式的に示す等価回路図である。
【図１３】（ａ）は、図１２に示す電気光学装置の一例をそのアクティブマトリクス基板上に形成された各構成要素と共に対向基板の側から見た平面図であり、（ｂ）は、図１３（ａ）のＨ−Ｈ′断面図である。
【図１４】（ａ）は、図１２に示す電気光学装置の単位画素における各駆動用電極の位置関係などを示す平面図、（ｂ）は、図１４（ａ）のＣ−Ｃ′断面を模式的に示す説明図である。
【図１５】図１４のＤ−Ｄ′における断面図である。
【図１６】図１２に示す電気光学装置において、反射電極を形成したアクティブマトリクス基板の断面構成を示す図であり、図１５に対応する部分の断面図である。
【図１７】本発明に係る透過型電気光学装置をライトバルブとして備えた液晶プロジェクタの概略構成図である。
【図１８】本発明に係る反射型電気光学装置をライトバルブとして備えた液晶プロジェクタの概略構成図である。
【図１９】本発明に係る電気光学装置を備えた凹面鏡型のＨＭＤの概略構成図である。
【図２０】ＴＮモードの表示原理を示す断面図である。
【符号の説明】
１ａ アクティブマトリクス基板（第２の基板）
１ｂ 対向基板（第１の基板）
２ａ、２ｂ 偏光板
３ 第２の駆動用電極
４ 第３の駆動用電極
５ 第１の駆動用電極
６ シール材
７ 位相差フィルム
８ カラーフィルタ
１０ 液晶
２０ 走査線
２１、２１ａ、２１ｂ データ線
３０、３０ａ、３０ｂ 画素スイッチング素子
１００ 電気光学装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electro-optical device such as a liquid crystal device. More specifically, the present invention relates to a driving technique of an electro-optical material in an electro-optical device.
[0002]
[Prior art]
A typical example of an electro-optical device that controls the alignment state of an electro-optical material sandwiched between a pair of substrates is a liquid crystal device that uses liquid crystal as the electro-optical material. In this liquid crystal device, conventionally, at least one of a pair of substrates has been subjected to a rubbing treatment, and when no electric field is applied, liquid crystal molecules are aligned along the rubbing direction of the alignment film, and an electric field is applied. In this state, the alignment state of the liquid crystal molecules is switched based on the electric field direction. When the application of the electric field is stopped, the alignment state of the liquid crystal molecules returns to the direction along the rubbing direction of the alignment film.
[0003]
This state will be described with reference to FIG. 20, taking a TN (twisted nematic) liquid crystal as an example.
[0004]
FIG. 20 is a schematic diagram showing the display principle of the TN mode. In this figure, there is no electric field between the electrodes 52a and 52b (left side as viewed in FIG. 20), and there is an electric field between the electrodes 52a and 52b. (Right side as viewed in FIG. 20). In a state where there is no electric field, the molecules of the liquid crystal 53 are twisted in alignment with the rubbing direction, whereas in a state where there is an electric field, the molecules of the liquid crystal 53 are aligned along the direction of the electric field. Here, in the normally white mode, the polarizing plates 51a and 51b are arranged so that the polarization axes are orthogonal to each other. Therefore, when no voltage is applied between the electrodes 52a and 52b, the light L incident from above due to the optical rotation of the liquid crystal 53 layer passes through the polarizing plate 51b. On the other hand, when a voltage is applied between the electrodes 52a and 52b, light incident from above passes through the liquid crystal 53 layer and is blocked by the polarizing plate 51b.
[0005]
As described above, in the conventional liquid crystal device, the alignment films 52a and 52b subjected to the rubbing process are formed on at least one of the pair of substrates sandwiching the liquid crystal 53, and the initial alignment state is obtained by the alignment regulating force of the alignment films 52a and 52b. While the (first alignment state) is realized, the liquid crystal is transitioned to the second alignment state by a vertical electric field (an electric field perpendicular to the substrate surface).
[0006]
Note that there is a liquid crystal device in which the alignment state of the liquid crystal is changed by a horizontal electric field (an electric field parallel to the substrate surface) instead of the vertical electric field. In this liquid crystal device, at least one of the pair of substrates sandwiching the liquid crystal An alignment film subjected to rubbing treatment is formed, the initial alignment state (first alignment state) is realized by the regulating force of the alignment film, and the second liquid crystal is applied by a lateral electric field (electric field parallel to the substrate surface). Transition to the orientation state.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the conventional electro-optical device, the alignment film is indispensable for aligning the liquid crystal. However, the yield decreases due to the process of forming the alignment film, the alignment film deteriorates due to long-time use, and It still exists as a major problem, such as a decrease in display quality.
[0008]
Further, in a liquid crystal device in which one pixel is as small as several tens of μm as used in a light valve such as a projection display device (projector device), unevenness on the substrate surface due to provision of a pixel switching element in each pixel, wiring The influence of the leakage electric field from the part cannot be ignored. In order to remedy these problems, measures such as forming a normal black matrix and hiding light leakage between pixels are taken, but the aperture ratio becomes small, which causes the light utilization efficiency of the liquid crystal device to decrease. Yes.
[0009]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, an electro-optic device having uniform visual characteristics, and an electro-optic device that can control the orientation state of an electro-optic material only by an electric field without using an orientation film. An object is to provide an electronic device using the apparatus.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, in the present invention, an electro-optical material is sandwiched between a first substrate and a second substrate, and the electro-optical material is interposed between the first substrate and the second substrate. In an electro-optical device in which an electrode group for controlling the first alignment state and a second alignment state different from the first alignment state is formed, the electrode group includes at least one unit pixel. A first driving electrode formed on a surface of the first substrate facing the second substrate, and a surface of the second substrate facing the first substrate on the surface facing the first substrate. A second driving electrode formed opposite to the first driving electrode, and formed on the surface of the second substrate facing the first substrate, insulated from the second driving electrode. The third driving electrode is included.
[0011]
In the electro-optical device according to the present invention, the alignment state of an electro-optical material such as liquid crystal molecules can be controlled by two electric fields of a vertical electric field and a horizontal electric field without using an initial alignment means such as an alignment film. In addition, in the conventional method, even in an electro-optical device that is used as a light valve for a projector having a pixel size that is small enough that a leakage electric field from a wiring or the like affects the orientation of an electro-optical material such as liquid crystal in the pixel, these extras The influence of a simple electric field can be reduced. Therefore, an excellent electro-optical device having high transmittance and contrast can be obtained. In addition, since the alignment process is unnecessary, the manufacturing process is simplified and the yield is increased. Furthermore, since there is no alignment regulating force by the alignment film, it can contribute to improving the responsiveness of electro-optical materials such as liquid crystal, and since there is no alignment film, the alignment film deteriorates due to long-term use. There is no problem.
[0012]
In the present invention, the electro-optic material is controlled to the first alignment state and the second alignment state based on signals applied to the electrodes. With such a configuration, the first alignment state and the second alignment state can be changed only by the voltage applied to each electrode. Therefore, the applied voltage may be selected and determined according to each electro-optical device. .
[0013]
In the present invention, the electro-optical material is, for example, a liquid crystal. Here, when the electro-optical material is a nematic liquid crystal having a positive or negative dielectric anisotropy, the light transmission state is controlled using the anisotropy of the refractive index of the nematic liquid crystal. By using such a liquid crystal, the light transmission state can be controlled by the optical effect resulting from the refractive index anisotropy. In addition, nematic liquid crystal is a liquid crystal material that has been generally used so far and is easy to handle.
[0014]
In the present invention, each of the first substrate and the second substrate has a surface state in which each substrate surface does not generate an alignment regulating force in the liquid crystal in a state where an electric field is not applied to the electro-optical material. . That is, the alignment film is not formed on any of the first substrate and the second substrate, and the unevenness or the like that exerts the alignment regulating force is not formed. With this configuration, the alignment state of the liquid crystal molecules is controlled only by the electric field, and is not affected by the alignment regulating force due to surface irregularities. Accordingly, it becomes easy to control the alignment of the liquid crystal in the electric field, and the display characteristics are not deteriorated.
[0015]
In the present invention, when the voltages applied to the second drive electrode and the third drive electrode are Vd and Vs, respectively, Vd and Vs are
Vd ≠ Vs
The electro-optic material is controlled to a first orientation state when
Vd and Vs are the following formulas
Vd = Vs
When the relationship is satisfied, the electro-optical material is controlled to the second orientation state. With this configuration, the horizontal electric field for controlling the liquid crystal molecules to the first alignment state and the liquid crystal molecules to the second alignment state are controlled only by a change in the voltage Vd applied to the second drive electrode. A longitudinal electric field can be generated.
[0016]
In the present invention, when the voltages applied to the first drive electrode, the second drive electrode, and the third drive electrode are Vc, Vd, and Vs, respectively, Vc, Vd, and Vs Is
Vd = Vc ≠ Vs
The liquid crystal molecules are controlled in a first alignment state substantially parallel to the substrate surface,
Vc, Vd, Vs are the following formulas
Vd = Vs ≠ Vc
When the relationship is satisfied, the liquid crystal molecules are controlled to be in the second alignment state that is substantially perpendicular to the substrate surface. In such a configuration, the liquid crystal molecules are brought into the first alignment state by controlling not only the voltage Vd applied to the second drive electrode but also the voltage Vs applied to the third drive electrode. A lateral electric field to be controlled and a vertical electric field to control liquid crystal molecules to the second alignment state can be generated more efficiently.
[0017]
In the present invention, it is preferable that the third driving electrode is formed, for example, so as to surround the second driving electrode in the unit pixel. When such an electrode arrangement is employed, the state of the electric field in the first alignment state can be formed symmetrically with respect to the center of the pixel. Accordingly, it is possible to reduce the angle dependency of display characteristics.
[0018]
In the present invention, it is preferable that the second driving electrode and the third driving electrode are alternately arranged in the unit pixel. If comprised in this way, the horizontal electric field for implement | achieving a 1st alignment state will become stronger, and the difference of the retardation in the 1st alignment state of a liquid crystal layer and a 2nd alignment state can be enlarged. Therefore, a clearer contrast can be obtained.
[0019]
In the present invention, it is preferable that the second driving electrode and the third driving electrode are divided into a plurality of parts within the unit pixel. If comprised in this way, the horizontal electric field for implement | achieving a 1st alignment state will become stronger, and the difference of the retardation in the 1st alignment state of a liquid crystal layer and a 2nd alignment state can be enlarged. Therefore, a clearer contrast can be obtained.
[0020]
In the present invention, it is preferable that the third driving electrode or a part of the third driving electrode has a thickness of one third or more of the thickness of the electro-optical material layer. When such an electrode structure is employed, an electric field in the horizontal direction necessary for obtaining the first alignment state can be increased, and the electric field strength can be made uniform. Therefore, a clearer contrast can be obtained.
[0021]
In the present invention, the second driving electrode is supplied with a signal via a switching element formed in each of the unit pixels.
[0022]
In the present invention, the second driving electrode is supplied with a signal via a first switching element formed in each of the unit pixels, and the third driving electrode is connected to the unit pixel. It is also possible to adopt a configuration in which a signal is supplied via a second switching element formed in each. With this configuration, the orientation state of the electro-optic material can be controlled by both the signal applied to the second drive electrode and the signal applied to the third drive electrode. As a result, the two types of electric fields generated in the pixel can be made to be more suitable for switching the state of the electro-optic material, and in the electro-optic device, the polarity for each horizontal scanning line for each field. It is possible to easily adopt a driving method for inverting the above.
[0023]
In the present invention, both or at least one of the second drive electrode and the third drive electrode may be formed by insulating the switching element and wiring connected to the switching element, or at least part of the insulating film. The structure currently formed so that it may cover may be employ | adopted. If such a multilayer structure is employed, the aperture ratio of the array substrate can be increased. As a result, the light transmittance of the liquid crystal cell is improved, and the light use efficiency can be improved. Further, since the wiring and the like are covered with the second or third driving electrode, the electric field due to the wiring does not affect the liquid crystal alignment.
[0024]
In the present invention, the switching element may be a MIS transistor such as a MOS transistor formed on a silicon substrate. The switching element may be a thin film transistor using a semiconductor film formed on a substrate.
[0025]
In the present invention, polarization means may be disposed on at least one of the first substrate and the second substrate on which light is incident. In this case, the one substrate It is preferable that at least one retardation film is disposed between the polarizing means and the polarizing means. For example, a pair of substrates are sandwiched between two polarizing films and other polarizing means, and a retardation film is provided between one substrate and the polarizing film, so that the change in retardation due to the liquid crystal layer can be transmitted more effectively. Can be used to control absorption. Therefore, an electro-optical device with higher display quality can be obtained. Further, the electro-optical device according to the present invention may function as a reflection type by providing a reflective plate on one substrate and providing a retardation film and a polarizing film outside the other substrate.
[0026]
In the present invention, when the electro-optical device is configured as a reflection type, for example, of the first substrate and the second substrate, at least the other substrate facing the one substrate on which light enters. On the other hand, a reflecting means for directing the reflecting surface may be disposed on the one substrate.
[0027]
In the present invention, when the electro-optical device is configured for color display, for example, a color filter layer is formed on one of the first substrate and the second substrate.
[0028]
The electro-optical device according to the invention is mounted on various electronic apparatuses. In an electronic apparatus including such an electro-optical device, it is possible to further improve the light utilization efficiency, and thus it is possible to improve the brightness of the display device and reduce the power consumption of the display device.
[0029]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0030]
[Embodiment 1]
FIG. 1 is an equivalent circuit diagram schematically showing a basic configuration of an electro-optical device according to Embodiment 1 of the present invention.
[0031]
In FIG. 1, an electro-optical device 100 according to the present embodiment is an active matrix type liquid crystal device. As will be described in detail later, between an opposing substrate (first substrate) and an active matrix substrate (second substrate). Thus, the device drives a liquid crystal as an electro-optical material. In the electro-optical device 100, a pixel switching element 30 such as a thin film transistor is formed in each of a plurality of pixels formed in a matrix, and image signals S1, S2,. The supplied data line 21 is electrically connected. Further, the scanning line 20 is electrically connected to the gate of the pixel switching element 30, and the scanning signals G1, G2,... Are applied to the scanning line 20 in a pulse-sequential manner in this order at a predetermined timing. It is configured.
[0032]
In the electro-optical device 100, in terms of an equivalent circuit, the first driving electrode 5 held at the same potential between the pixels on the side of the counter substrate is connected to the drain of the pixel switching element 30 for each pixel. It can be expressed as a liquid crystal capacitor 50 formed between the second driving electrode 3.
[0033]
Further, in the electro-optical device 100 of the present embodiment, in terms of an equivalent circuit, the second driving electrode 3 connected to the drain of the pixel switching element 30 for each pixel and the second electrode 3 held at the same potential between the pixels. The third driving electrode 4 can be represented as an active matrix together with the pixel switching element 30 and the like, as will be described later. It is formed on the side of the substrate.
[0034]
Further, in the electro-optical device 100 of the present embodiment, in terms of an equivalent circuit, the first driving electrode 5 (common electrode) held at the same potential between the pixels on the counter substrate and the second pixel switching element 30b. It can be expressed that the liquid crystal capacitor 50 is also formed between the third driving electrode 4 electrically connected to the drain of
In the electro-optical device 1 of the present embodiment, the first drive electrode 5 and the third drive electrode 4 are held at a constant potential, and in this state, the second drive electrode 3 is passed through the pixel switching element 30. Between the first drive electrode 5 and the second drive electrode 3 depending on the potential difference between the image signals S1, S2... Applied to the third drive electrode 4 and the potential applied to the third drive electrode 4. Whether the liquid crystal is driven between the second drive electrode 3 and the third drive electrode 4 or between the third drive electrode 4 and the first drive electrode 5 is cut off. Therefore, in FIG. 1, the liquid crystal capacitor 50 is represented by three capacitors C1, C2, and C3 for convenience. In an actual liquid crystal device, C1, C2, and C3 are not separate liquid crystals, but the same portion of liquid crystal contained in a unit pixel. The description here shows that the liquid crystal acts as a capacitor as described above depending on the electric field state in the pixel.
[0035]
(Overall configuration of electro-optical device)
FIG. 2A is a plan view of an example of an electro-optical device to which the present invention is applied, as viewed from the counter substrate side, together with each component formed on the active matrix substrate, and FIG. It is HH 'sectional drawing of Fig.2 (a). FIG. 3A is a plan view showing the positional relationship and the like of each driving electrode in the unit pixel, and FIG. 3B is an explanatory diagram schematically showing the AA ′ cross section of FIG. . In each figure, the scales are different for each layer and each member so that each layer and each member can be recognized on the drawing. In addition, in order to prevent the retained image signal from leaking, a storage capacitor may be added in parallel with the liquid crystal capacitor. For the purpose of clearly illustrating the features of the present invention, FIG. The illustration of the capacity is omitted.
[0036]
2A and 2B, an electro-optical device 100 according to this embodiment is a liquid crystal device having a pixel pitch of 20 μm or less, an active matrix substrate 1a using a glass substrate 1a ′, and the active matrix substrate 1a. A counter substrate 1b made of a glass substrate 1b 'and the like disposed so as to face each other is bonded to the substrate with a predetermined gap through a predetermined gap, and a positive or negative dielectric constant is provided between these substrates. An anisotropic nematic liquid crystal (liquid crystal 10) is sandwiched. In the active matrix substrate 1a, a large number of connection terminals (not shown) are formed along the side of the substrate, and these connection terminals are used to supply an electric signal from the liquid crystal driving circuit to the active matrix substrate 1a. A flexible substrate 11 is connected.
[0037]
In FIG. 2B, the color filter 8 and the first driving electrode 5 as a common electrode are laminated in this order on the inner surface of the counter substrate 1b (the surface facing the active matrix substrate 1a). . The first drive electrode 5 is formed on a substantially entire surface of the counter substrate 1b as a transparent electrode such as ITO (Indium Oxide). A retardation film 7 and a polarizing plate 2b are laminated in this order on the outer surface of the counter substrate 1b. Unlike the conventional liquid crystal device, an alignment film is not formed on the inner surface of the counter substrate 1b.
[0038]
A second driving electrode 3 as a control electrode and a third driving electrode 4 as an auxiliary electrode are formed on the inner surface of the active matrix substrate 1a (the surface facing the counter substrate 1b). Switching elements made of TFTs, MOSFETs, etc., and various signal lines (not shown) are formed. Here, a transparent electrode made of ITO (Indium Oxide) or the like is used for the second drive electrode 3 and the third drive electrode 4. A polarizing plate 2a is disposed on the outer surface of the active matrix substrate 1a. Unlike the conventional liquid crystal device, no alignment film is formed on the inner surface of the active matrix plate 1a.
[0039]
In this embodiment, the third drive electrode 4 is formed so as to surround the second drive electrode 3 (see FIG. 3A), and is formed as one electrode on the entire substrate. The second driving electrode 3 is connected to the wiring via the pixel switching element 30 described above.
[0040]
In this embodiment, preferably, there is no polar group on the surface so that the surface of the electrode in contact with the liquid crystal 10 cannot have irregularities having regularity of submicron or less, or the alignment of the liquid crystal 10 is affected. It is better to perform such processing. For example, if there are sub-micron-sized fine irregularities that affect the alignment of the liquid crystal 10, they cause the liquid crystal 10 to have an alignment regulating force even though it is small, and the arrangement of the liquid crystal 10 by the electric field becomes complicated. Not only that, but also the uniformity is impaired.
[0041]
In this embodiment, various materials can be used for the liquid crystal material used for the liquid crystal layer 10 and the display mode, which will be described later.
[0042]
(Configuration of each pixel)
3 (a) and 3 (b), in the active matrix substrate 1a, the scanning lines 20 made of polysilicon or the like and the data lines 21 made of aluminum or the like are arranged in a lattice shape, A substantially rectangular second driving electrode 3 is provided in the eye portion. The pixel switching element 30 formed in each pixel includes a source electrode as a part of the data line 21, a gate electrode as a part of the scanning line, and a drain electrode 201. Therefore, the source electrode is connected to the data line 21, the gate electrode is connected to the scanning line 20, and the drain electrode 201 is connected to the second driving electrode 3. Further, the third driving electrode 4 is formed in a lattice shape along the boundary region of each pixel so as to cover most of the data line 21, the scanning line 20, and the pixel switching element 30.
[0043]
Note that the second driving electrode 3 and the third driving electrode 4 are spaced apart from each other by a predetermined distance, and each electrode constituting the third driving electrode 4 and the pixel switching element 30 is provided. As shown in FIG. 3B, the wirings are insulated by an insulating layer 22, an interlayer insulating film, or the like. Here, the third driving electrode 4 is held at the same potential over the entire surface of the substrate and in all pixels. Therefore, in this embodiment, the third driving electrode 4 is connected to an electrode for applying the potential Vs from the outside in the peripheral portion of the substrate without forming a special wiring.
[0044]
(Configuration example of active matrix substrate)
4 is a cross-sectional view of the active matrix substrate 1a using a glass substrate taken along the line BB ′ of FIG. Based on this configuration example, the second drive electrode 3, the third drive electrode 4, and the pixel switching element 30 formed on the inner surface of the active matrix substrate 1a will be described in detail. In the example shown here, the pixel switching element 30 is configured by a thin film transistor.
[0045]
In the active matrix substrate 1a shown in FIG. 4, 1a 'is a transparent glass substrate made of, for example, alkali-free glass or quartz, and 300 is formed directly on the surface of the active matrix substrate 1a or on the surface of the glass substrate 1a'. This is a semiconductor film made of polysilicon formed on the surface by a low pressure CVD method or the like through a base protective film (not shown). The semiconductor film 300 has a thickness of about 20 nm to about 200 nm, preferably about 100 nm.
[0046]
A gate oxide film 22 made of a silicon oxide film having a thickness of about 50 nm to about 150 nm is formed on the surface of the semiconductor film 300 by CVD or the like.
[0047]
A scanning line 20 made of a tantalum film or the like passes through the surface of the gate oxide film 22, and the scanning line 20 is used as a mask to provide about 0.1 × 10 6. 13 / Cm 2 ~ About 10 × 10 13 / Cm 2 A low concentration impurity ion (phosphorus ion) is implanted at a dose of 1 nm, and by this implantation, a low concentration source region and a low concentration drain region are formed in a self-aligned manner with respect to the scanning line 20 and then scanned. A resist mask wider than the line 20 is formed and high concentration impurity ions (phosphorus ions) are implanted to form a high concentration source region 301 and drain region 302. Here, the portion where impurity ions are not introduced because it is located immediately below the scanning line 20 becomes the channel region 20b with the original semiconductor film.
[0048]
On the surface side of the scanning line 20, a first interlayer insulating film 23 made of a silicon oxide film or NSG film (silicate glass film not containing boron or phosphorus) formed by a CVD method or the like is formed. The interlayer insulating film 23 has a film thickness of about 300 nm to 1500 nm.
[0049]
A data line 21 and a drain electrode 201 that are electrically connected to the source region 301 and the drain region 302 through contact holes in the first interlayer insulating film 23 are formed on the surface of the first interlayer insulating film 23. The data line 21 and the drain electrode 201 are made of aluminum or the like.
[0050]
On the surface side of the data line 21 and the drain electrode 201, an insulating film 24a obtained by baking a coating film of perhydropolysilazane or a composition containing the same is formed. Further, a silicon oxide film is formed on the surface of the insulating film 24a. An insulating film 24b is formed. A second interlayer insulating film 24 is formed by these insulating films 24a and 24b.
[0051]
A transparent second drive electrode 3 made of ITO having a thickness of about 40 nm to about 200 nm is electrically connected to the drain electrode 201 of the second interlayer insulating film 24 through a contact hole, and the second electrode A transparent third driving electrode 4 made of ITO having a thickness of about 40 nm to about 200 nm is formed in the other part of the interlayer insulating film 24. Here, the second drive electrode 3 and the third drive electrode 4 are insulated with a constant interval.
[0052]
The configuration example of the transmissive electro-optical device 100 has been described above, but the present invention can also be applied to a reflective electro-optical device. For example, if the second driving electrode 3 and the third driving electrode 4 in FIG. 3 are made of a material having reflection characteristics, such as aluminum, as a reflective electrode, a reflective electro-optical device can be formed. . In this case, the polarizing means (here, the polarizing plate 2a) formed on the active matrix substrate 1a is not necessary. Further, it is possible to add other materials to aluminum in order to control the reflection characteristics of each electrode.
[0053]
(Another configuration example of active matrix substrate)
Other configurations of the active matrix substrate 1b will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a view showing a cross-sectional configuration of an active matrix substrate 1a using a silicon substrate in a reflection type electro-optical device to which the present invention is applied, and is a cross-sectional view of a portion corresponding to FIG. FIG. 5 shows a cross section of one pixel portion of the pixels arranged in a matrix. In the example shown here, the pixel switching element 30 is configured by a MOSFET.
[0054]
In FIG. 5, in the active matrix substrate 1a, 1a "is a P-type semiconductor substrate such as single crystal silicon, 102 is a P-type well region formed on the surface of the semiconductor substrate 1a", and 103 is on the surface of the semiconductor substrate 1a ". A field oxide film for element isolation (so-called LOCOS) is formed, and the well region 102 is not particularly limited, but is formed as a common well region of pixel regions in which pixels are arranged in a matrix. The film 103 is formed to a thickness of 500 nm to 700 nm by selective thermal oxidation.
[0055]
In this field oxide film 103, six openings are formed for each pixel, and a scanning line made of polysilicon, metal silicide, or the like is provided at the inner center of the three openings through a gate oxide film (insulating film) 104b. 20 is formed. Source and drain regions 301 and 302 composed of high-concentration N-type impurity introduction layers (hereinafter referred to as doping layers) are formed on the substrate surface on both sides of the scanning line 20 to constitute a MOSFET as the pixel switching element 30. Yes. The scanning line 20 extends in the scanning line direction (pixel row direction).
[0056]
In addition, a P-type doping region 108 is formed on the surface of the substrate inside another opening formed in the field oxide film 103, and the surface of the P-type doping region 108 is formed on the surface of the P-type doping region 108 via an insulating film 109b. An electrode 109a made of silicon or metal silicide is formed. A storage capacitor is configured using the electrode 109a and the P-type doping region.
[0057]
The electrode 109a can be formed in the same process as the polysilicon or metal silicide layer that becomes the scanning line 20 of the MOSFET. The insulating film 109b under the electrode 109a can be formed in the same step as the insulating film to be the gate insulating film 104b.
[0058]
The insulating films 104b and 109b are formed to a thickness of 400 to 80 nm on the surface of the semiconductor substrate inside the opening by thermal oxidation. In the data line 21 and the electrode 109a, a polysilicon layer is formed to a thickness of 100 nm to 200 nm, and a refractory metal silicide layer such as Mo or W is formed thereon to a thickness of 100 nm to 300 nm. It is made the structure. The source / drain regions 301 and 302 are formed in a self-aligned manner by implanting N-type impurities by ion implantation into the substrate surface on both sides of the scanning line 20 as a mask.
[0059]
A first interlayer insulating film 106 is formed from the data line 21 and the electrode 109a to the field oxide film 103. The first interlayer insulating film 106 is made of a metal layer mainly made of aluminum and is a source region 301 of the MOSFET. Are connected to each other through a contact hole formed in the first interlayer insulating film 106. The data line 21 is connected to the drain electrode 302b. The drain electrode 107b is connected to the drain region 302 of the MOSFET and the second driving electrode 3. Has been. The drain electrode 107b is connected to the storage capacitor electrode 109a through a contact hole.
[0060]
A second interlayer insulating film 111 is formed from the data line 21 and the drain electrode 107b to the first interlayer insulating film 106. A second metal layer mainly composed of aluminum is formed on the second interlayer insulating film 111. A light shielding film made of the layer 112 is formed. The second metal layer 112 constituting the light shielding film is formed of the same metal layer as the metal layer constituting the connection wiring between the elements in the peripheral circuit such as a drive circuit formed around the pixel region. Can do. Therefore, it is not necessary to add a process to form only the metal layer 112, and the process is simplified. The metal layer 112 has an opening for penetrating the columnar connection plug 115 for electrically connecting the second driving electrode 3 and the MOSFET as the pixel switching element 30 at a position corresponding to the drain electrode 107b. A portion is formed, and other portions are formed so as to cover the entire pixel region. As a result, light incident from above the substrate can be blocked almost completely, and light can be prevented from passing through the pixel switching element 30 (channel region and well region) and leak current.
[0061]
In this embodiment, a third interlayer insulating film 113 is formed on the light shielding film 112, and the second driving electrode 3 is formed on the third interlayer insulating film 113. The second driving electrode 3 is composed of a metal layer mainly composed of aluminum. Then, a contact hole 116 penetrating through the third interlayer insulating film 113 and the second interlayer insulating film 111 is formed so as to be located inside corresponding to the opening formed in the light shielding film 112, and this contact The hole 116 is filled with a columnar connection plug 115 made of a refractory metal such as tungsten for electrically connecting the drain electrode 107b and the second driving electrode 3.
[0062]
A third driving electrode 4 is formed on the surface of the third interlayer insulating film 113 so as to be insulated from the second driving electrode 3 at a predetermined interval. The electrode 4 is also composed of a metal layer mainly composed of aluminum.
[0063]
Here, the second drive electrode 3 and the third drive electrode 4 made of a metal layer are electrodes that also serve as a reflection means having a reflection surface facing the counter substrate 1b. Further, the present embodiment is different from the transmission type electro-optical device in that a polarizing plate is not necessary on the outer surface of the active matrix substrate 1a.
[0064]
(Operation of electro-optical device)
A control method, control state, and display method of the electro-optical device 100 according to the present invention will be described.
[0065]
FIG. 6 is a plan view showing the structure of the drive electrode in the unit pixel. FIG. 7A is a cross-sectional view showing a first control state (first alignment state), and FIG. 7B is a cross-sectional view showing a second control state (second alignment state).
[0066]
In the following description, voltages applied to the first drive electrode 5, the second drive electrode 3, and the third drive electrode 4 are Vc, Vd, and Vs, respectively. Here, while Vc and Vs are constant voltages having different magnitudes, the magnitude of Vd can be changed via the switching element 30 such as the above-described TFT or MOSFET.
[0067]
The first control state is
Vd = Vc ≠ Vs
When a voltage satisfying the above condition is applied to each of the drive electrodes 3, 4, 5, as shown in FIGS. 6 and 7A, the third drive electrode 4 to the second drive electrode 3 and the second drive electrode 3 An electric field E1 is generated toward one driving electrode 5 (or vice versa). For example, in the case of a nematic liquid crystal having a positive dielectric anisotropy, the major axis of the molecule is aligned along the lines of electric force (first alignment state). When viewed in a plane, the liquid crystal molecules are arranged symmetrically with respect to the center of the pixel, so that the viewing angle characteristics can be improved.
[0068]
The second control state is the following formula
Vd = Vs ≠ Vc
In a state where a voltage satisfying the above is applied to each electrode, as shown in FIG. 7B, the second drive electrode 3 and the third drive electrode 4 are directed toward the first drive electrode 5 ( (Or vice versa) an electric field E2 is generated. Unlike the first state, the long axes of the liquid crystal molecules are aligned along the lines of electric force (second alignment state).
[0069]
For example, when a general nematic liquid crystal having a threshold voltage of about 2.5V is used, Vc can be set to the reference potential (0V) and Vs can be set to 3V to 5V. At this time, display can be performed by controlling the magnitude of Vd from 0 V to 3 V to 5 V.
[0070]
Here, the first alignment state is a state in which liquid crystal molecules are substantially horizontal with respect to the substrate surface, and the second alignment state is a state in which liquid crystal molecules are substantially vertical, and the liquid crystal molecules in these two states are The light transmission state can be controlled using the refractive index anisotropy.
[0071]
For example, when the electro-optical device 100 is used as a transmission type, when the transmission axes of the two polarizing plates 2a and 2b are arranged so as to intersect at a substantially right angle, the liquid crystal molecules are substantially vertical (second alignment state). ), Since the polarization state of the incident light does not change, it cannot pass through the polarizing plate 2a on the exit side and is in a dark state. Further, when the liquid crystal molecules are substantially parallel to the substrate surface (first alignment state), the polarized incident light is arranged by the arrangement of the liquid crystal molecular layers having refractive index anisotropy in the in-plane direction. The polarization state is changed, and the polarization is changed so that the polarizing plate 2a provided on the emission side is transmitted by at least one retardation film 7 disposed on the outer side, so that a bright state can be obtained. .
[0072]
In addition, as described with reference to FIG. 5, even in the reflection type electro-optical device 100 in which each electrode of the active matrix substrate 1 a is provided with a function as a reflection plate, display can be obtained by substantially the same principle. it can.
[0073]
That is, in the reflection type electro-optical device, reflecting means having a reflecting surface facing the counter substrate 1b is formed on the active matrix substrate 1a, and at least one retardation film 7 and polarizing plate 2a are formed only on the outer surface of the counter substrate 1b. However, in this reflection type electro-optical device, in the second alignment state, the polarization state is not changed by the liquid crystal molecules, the retardation film 7 or the like. 2b can be transmitted. Therefore, it becomes a bright state.
[0074]
In contrast, in the first alignment state, ideally, the thickness of the liquid crystal layer, the refractive index anisotropy, and the retardation are such that the polarization direction of the incident light rotates 90 degrees and reaches the polarizing plate surface. Since the phase difference and the like of the film 7 can be designed and built in advance, the incident light can be absorbed by the polarizing plate when emitted and a dark state can be obtained.
[0075]
As these display principles, those used in conventional direct-view display bodies can be used as they are. The difference is that, in the past, one state was obtained by the initial orientation, but this is not necessary according to the present invention.
[0076]
In addition, the conventional alignment process such as rubbing could not produce such highly symmetrical liquid crystal alignment state. However, according to such a method, it is easy to use depending on the electrode shape and the strength of the applied electric field. Since this can be realized, the viewing angle characteristics can be improved.
[0077]
Here, the values of the potentials Vc and Vs are constant, and by changing the value of Vd, the electric field state as described above can be obtained. Therefore, the alignment state of the liquid crystal molecules is controlled only by the change of the value of Vd. be able to. Further, by setting the magnitude to an intermediate value between the two control states, a desired halftone can be obtained.
[0078]
In the present embodiment, the values of Vc and Vs are constant, but this condition is a necessary condition at least during the period in which the potential once stored in the liquid crystal by the switching element (for example, one vertical scanning period) is maintained. Is not necessary. The magnitudes of these two potentials may change in polarity for each field. For example, when the entire screen is to be erased at once, a potential having a value completely different from that for writing display contents is given to them. You can also However, in any case, since the potential Vd of the control electrode that determines the alignment state of the liquid crystal for each pixel is determined in relation to these two potentials, the magnitude is set according to the magnitudes of Vc and Vs. It is necessary to change.
[0079]
(Modification)
The present invention is not limited to the above embodiments. For example, the basic electrode structure is as shown in FIG. 6, but as shown in FIG. 8, a plurality of second drive electrodes 3 (control electrodes) and a plurality of third drive electrodes 4 (auxiliary electrodes). ) May be alternately arranged toward the outer peripheral side. The intensity of the electric field E3 generated thereby becomes stronger and more uniform than the electric field E1, and the alignment state of the liquid crystal molecules becomes closer to horizontal. Therefore, the difference in retardation between the two states can be further increased, so that a clear contrast can be obtained.
[0080]
Further, as shown in FIGS. 9A and 9B, the third driving electrode 4 (auxiliary electrode) has a predetermined thickness, preferably one third or more of the thickness of the liquid crystal layer, for example, a liquid crystal layer. When the thickness of the film is 4 μm, it may be 2 μm. According to this structure, compared with the configuration shown in FIGS. 7A and 7B, the electric field in the horizontal direction with respect to the substrate can be made stronger and the uniformity thereof can be increased.
[0081]
It has been experimentally confirmed that the thickness of the third driving electrode 4 (auxiliary electrode) increases the effect of increasing the electric field in the horizontal direction in the liquid crystal layer, and the display quality, particularly the contrast, is improved. ing. This is because, as shown in FIGS. 9A and 9B, the electric field of the horizontal component is formed uniformly, particularly in the periphery of the pixel. The improvement effect is shown in FIG.
[0082]
FIG. 10 is a graph showing the relationship between the thickness of the auxiliary electrode and the contrast with respect to the thickness of the liquid crystal layer.
[0083]
As can be seen from FIG. 10, the improvement effect becomes significant when the thickness of the third driving electrode 4 is about one third or more of the thickness of the liquid crystal layer, and the same thickness as the liquid crystal layer, that is, the cell gap. It becomes the largest when the same. However, when the thickness is the same as the cell gap, it is necessary to form an insulating layer (not shown) on the surface of the third driving electrode 4 in order to prevent electrical contact with the first driving electrode 5. In addition, the process of forming such a thick third driving electrode 4 is difficult, and in addition, it is extremely difficult to inject liquid crystal into the panel after the panel is formed. Therefore, considering both the manufacturing process and the display quality improvement effect, it is desirable to set the auxiliary electrode to a thickness of about one third to two thirds of the thickness of the liquid crystal layer (cell thickness). .
[0084]
As a method of forming the third driving electrode 4 having a thickness of several microns in this way, for example, a metal film such as Ta, Si, or Cr formed to a predetermined thickness is formed by patterning using a photolithography method. Alternatively, a method using a metal paste or the like is also possible.
[0085]
Further, it is naturally possible to combine the respective electrode structures shown in FIGS. 8 and 9A and 9B. For example, in FIG. 8, only the thickness of the third driving electrode 4 (auxiliary electrode) arranged on the outermost side can be increased as shown in FIGS. 9A and 9B.
[0086]
In the above embodiment, the third drive electrode 4 is annularly arranged so as to surround the second drive electrode 3, but the arrangement is not limited thereto. For example, the third drive electrodes 4 and the second drive electrodes 3 may be alternately arranged in parallel. That is, when the driving electrodes are arranged in an annular shape, the direction in which the liquid crystal molecules are tilted in the first alignment state is relatively isotropic with respect to the unit pixel, so that the angle dependency of the display characteristics is improved. However, on the other hand, there is a problem that the contrast when the electro-optical device 100 is viewed from the front is lowered.
[0087]
For applications where the front contrast is important for this reason, when using the electro-optical device 100 of the present invention, for example, the auxiliary electrode is divided into two upper and lower portions as shown in FIG. A method such as arranging is effective. By doing so, the orientation of the liquid crystal molecules in the first alignment state can be aligned in one direction (in the example shown in FIG. 11, the vertical direction toward FIG. 11). By including an appropriate optical design, high contrast in the front direction can be obtained.
[0088]
[Embodiment 2]
FIG. 12 is an equivalent circuit diagram schematically showing the basic configuration of the electro-optical device according to the second embodiment of the invention.
[0089]
As shown in FIG. 12, the electro-optical device 100 of this embodiment is also an active matrix type liquid crystal device. As will be described in detail later, a counter substrate (first substrate) and an active matrix substrate (second substrate). In between, the liquid crystal as an electro-optical substance is driven. In the electro-optical device 100, a first pixel switching element 30a and a second pixel switching element 30b are formed in each of a plurality of pixels formed in a matrix.
[0090]
Among these pixel switching elements 30a and 30b, the first data line 21a to which the image signals S1A, S2A... Are supplied is electrically connected to the source of the first pixel switching element 30a. In addition, the scanning line 20 is electrically connected to the gate of the first pixel switching element 30a, and the scanning signals G1, G2,... It is comprised so that it may apply.
[0091]
Further, the second data line 21b to which the image signals S1B, S2B,... Are supplied is electrically connected to the source of the second pixel switching element 30b. The scanning line 20 common to the first pixel switching element 30a is electrically connected to the gate of the second pixel switching element 30b.
[0092]
In the electro-optical device 100, in terms of an equivalent circuit, the first driving electrode 5 (common electrode) held at an equipotential between the pixels in the counter substrate and the drain of the pixel switching element 30a in the active matrix substrate 1a. A liquid crystal capacitor 50 is formed between the second driving electrode 3 (first control electrode) electrically connected to the first driving electrode 3.
[0093]
In the electro-optical device 100 of the present embodiment, in terms of an equivalent circuit, the second driving electrode 3 electrically connected to the drain of the first pixel switching element 30a and the drain of the second pixel switching element 30b It can be expressed that the liquid crystal capacitor 50 is also formed between the third driving electrode 4 (second control electrode) electrically connected to the first driving electrode 4. The third driving electrode 4 is also formed on the active matrix substrate side.
[0094]
Further, in the electro-optical device 100 of the present embodiment, in terms of an equivalent circuit, the first driving electrode 5 (common electrode) held at the same potential between the pixels on the counter substrate and the second pixel switching element 30b. It can be expressed that the liquid crystal capacitor 50 is also formed between the third driving electrode 4 electrically connected to the drain of the first driving electrode 4.
[0095]
In the electro-optical device 1 of this embodiment configured as described above, the liquid crystal capacitor 50 is applied via the pixel switching element 30b with the image signals S1A, S2A... Applied via the pixel switching element 30a. Depending on the potential difference between the image signals S1B, S2B,..., Between the first drive electrode 5 and the second drive electrode 3 and between the second drive electrode 3 and the third drive electrode 4. In FIG. 12, the liquid crystal capacitor 50 has three capacitors C1, C2 because the liquid crystal is switched between the first drive electrode 5 and the third drive electrode 4. , C3.
In an actual liquid crystal device, C1, C2, and C3 are not separate liquid crystals, but the same portion of liquid crystal contained in a unit pixel. The description here shows that the liquid crystal acts as a capacitor as described above depending on the electric field state in the pixel.
[0096]
(Overall configuration of electro-optical device)
FIG. 13A is a plan view of an example of the electro-optical device according to the second embodiment of the present invention, as viewed from the counter substrate side, together with each component formed on the active matrix substrate. FIG. 13B is a sectional view taken along the line H-H ′ in FIG. FIG. 14A is a schematic plan view of a unit pixel of the substrate on which the second drive electrode and the third drive electrode are formed, and FIG. 14B is a cross-sectional view taken along line CC ′ in FIG. It is sectional drawing. In each figure, the scales are different for each layer and each member so that each layer and each member can be recognized on the drawing. In order to prevent the retained image signal from leaking, a storage capacitor may be added in parallel with the liquid crystal capacitor. For the purpose of clearly illustrating the feature of the present invention, FIG. The illustration of the capacity is omitted.
[0097]
13A and 13B, an electro-optical device 100 according to the present embodiment is a liquid crystal device having a pixel pitch of 20 μm or less, an active matrix substrate 1a using a glass substrate 1a ′ and the like, and the active matrix substrate 1a. A counter substrate 1b made of a glass substrate 1b 'and the like disposed so as to face each other is bonded to the substrate with a predetermined gap through a predetermined gap, and a positive or negative dielectric constant is provided between these substrates. An anisotropic nematic liquid crystal 10 is sandwiched. In the active matrix substrate 1a, a large number of connection terminals (not shown) are formed along the side of the substrate, and these connection terminals are used to supply an electric signal from the liquid crystal driving circuit to the active matrix substrate 1a. A flexible substrate 11 is connected.
[0098]
In FIG. 13B, the color filter 8 and the first driving electrode 5 as a common electrode are laminated in this order on the inner surface of the counter substrate 1b (the surface facing the active matrix substrate 1a). . The first drive electrode 5 is formed on a substantially entire surface of the counter substrate 1b as a transparent electrode such as ITO (Indium Oxide). A retardation film 7 and a polarizing plate 2b are laminated on the outer surface of the counter substrate 1b. Unlike the conventional liquid crystal device, an alignment film is not formed on the inner surface of the counter substrate 1b.
[0099]
On the inner surface of the active matrix substrate 1a (the surface facing the counter substrate 1b), a second drive electrode 3 as a first control electrode and a third drive electrode as a second control electrode 4 are formed, and further, switching elements such as TFTs and MOSFETs, which will be described later, and various signal lines (not shown) are formed. Here, a reflective electrode made of aluminum or the like is used for the second drive electrode 3 and the third drive electrode 4. Further, on the outer surface of the active matrix substrate 1a, a reflection plate 2c having a reflection surface facing the counter substrate 1b is disposed. Unlike the conventional liquid crystal device, no alignment film is formed on the inner surface of the active matrix plate 1a.
[0100]
In this embodiment, it is preferable that the surface of the electrode in contact with the liquid crystal does not have irregularities having regularity of submicron or less, or there is no polar group on the surface that affects the alignment of the liquid crystal. It is good to apply processing. For example, if there are sub-micron-sized fine irregularities that affect the alignment of the liquid crystal, they cause the liquid crystal to have an alignment regulating force even though it is small. This is because the uniformity is also impaired.
[0101]
(Configuration of each pixel)
14A and 14B, in the active matrix substrate 1a, the scanning line 20 made of polysilicon or the like and the two data lines 21a and 21b made of aluminum or the like are arranged in a grid pattern. In the region surrounded by these wirings, the third drive electrodes 4 and the second drive electrodes 3 are alternately arranged in parallel. The second driving electrode 3 is connected to the data line 21a via the above-described first pixel switching element 30a, and the third driving electrode 4 is connected to the data via the above-described second pixel switching element 30b. It is connected to the line 21b. In this embodiment, the pixel switching elements 30a and 30b each include a source electrode as a part of the data line 21, a gate electrode and a drain electrode 201 as a part of the scanning line. Therefore, the source electrode is connected to the data lines 21 a and 21 b, the gate electrode is connected to the scanning line 20, and the drain electrode 201 is connected to the second drive electrode 3 and the third drive electrode 4.
[0102]
Note that the second driving electrode 3 and the third driving electrode 4 are spaced apart from each other by a predetermined distance, and each electrode constituting the third driving electrode 4 and the pixel switching element 30 is provided. As shown in FIG. 14B, the wirings are insulated by an interlayer insulating film 23 and the like.
[0103]
(Configuration example of active matrix substrate)
FIG. 15 is a cross-sectional view of the active matrix substrate 1a using a glass substrate taken along the line DD ′ of FIG. 14, and a second driving electrode formed on the inner surface of the active matrix substrate 1a based on this configuration example. 3, the third driving electrode 4 and the pixel switching elements 30a and 30b will be described in detail. In the example shown here, the pixel switching elements 30a and 30b are composed of thin film transistors.
[0104]
In the active matrix substrate 1a shown in FIG. 15, 1a 'is a transparent glass substrate made of, for example, non-alkali glass or quartz, and 300 is formed directly on the surface of the active matrix substrate 1a or on the surface of the glass substrate 1a'. This is a semiconductor film made of polysilicon formed on the surface by a low pressure CVD method or the like through the underlying protective film (not shown). The semiconductor film 300 has a thickness of about 20 nm to about 200 nm, preferably about 100 nm.
[0105]
A gate oxide film 22 made of a silicon oxide film having a thickness of about 50 nm to about 150 nm is formed on the surface of the semiconductor film 300 by CVD or the like.
[0106]
A scanning line 20 made of a tantalum film or the like passes through the surface of the gate oxide film 22, and the scanning line 20 is used as a mask to provide about 0.1 × 10 6. 13 / Cm 2 ~ About 10 × 10 13 / Cm 2 After a low concentration of impurity ions (phosphorus ions) is implanted at a dose of 10 nm to form a low concentration source region and a low concentration drain region in a self-aligned manner with respect to the scanning line 20, the width is wider than the scanning line 20. A wide resist mask is formed and high concentration impurity ions (phosphorus ions) are implanted to form a high concentration source region 301 and drain region 302. Here, the portion where impurity ions are not introduced because it is located immediately below the scanning line 20 becomes the channel region 20b with the original semiconductor film.
[0107]
On the surface side of the scanning line 20, a first interlayer insulating film 23 made of a silicon oxide film or NSG film (silicate glass film not containing boron or phosphorus) formed by a CVD method or the like is formed. The interlayer insulating film 23 has a film thickness of about 300 nm to 1500 nm.
[0108]
On the surface of the first interlayer insulating film 23, there are data lines 21 a and 21 b and a drain electrode 201 electrically connected to the source region 301 and the drain region 302 through contact holes in the first interlayer insulating film 23. The data lines 21a and 21b and the drain electrode 201 are formed of aluminum or the like.
[0109]
An insulating film 24a obtained by baking a coating film of perhydropolysilazane or a composition containing the same is formed on the surface side of the data lines 21a and 21b and the drain electrode 201. Further, a silicon oxide film is formed on the surface of the insulating film 24a. An insulating film 24b made of is formed. A second interlayer insulating film 24 is formed by these insulating films 24a and 24b.
[0110]
A portion corresponding to the drain electrode 201 of the second interlayer insulating film 24 is provided with a second driving electrode 3 and a third driving electrode made of an aluminum film having a thickness of about 40 nm to about 200 nm via a contact hole. 4 are electrically connected to each other. Here, the second drive electrode 3 and the third drive electrode 4 are insulated with a constant interval.
[0111]
In the case of forming a storage capacitor, the capacitor line 29 may be formed so as to face the portion extending to the drain side in the semiconductor film 300 through the gate oxide film 22.
[0112]
(Another configuration example of active matrix substrate)
A configuration other than this will be described with reference to FIG. FIG. 16 is a diagram showing a cross-sectional configuration of an active matrix substrate 1a using a silicon substrate in a reflective electro-optical device to which the present invention is applied, and is a cross-sectional view of a portion corresponding to FIG. FIG. 16 shows a cross section of one pixel portion of the pixels arranged in a matrix. In the example shown here, the pixel switching elements 30a and 30b are configured by MOSFETs.
[0113]
In the active matrix substrate 1a shown in FIG. 16, 1a "is a P-type semiconductor substrate such as single crystal silicon, 102 is a P-type well region formed on the surface of the semiconductor substrate 1a", and 103 is the surface of the semiconductor substrate 1a ". The well region 102 is formed as a common well region of the pixel region in which the pixels are arranged in a matrix shape, although not particularly limited. The field oxide film 103 is formed to a thickness of 500 nm to 700 nm by selective thermal oxidation.
[0114]
A plurality of openings are formed in the field oxide film 103 for each pixel, and a scanning line 20 made of polysilicon, metal silicide, or the like is formed in the center inside the opening via a gate oxide film (insulating film) 104b. Has been. Source and drain regions 301 and 302 consisting of high impurity concentration N-type impurity introduction layers (hereinafter referred to as doping layers) are formed on the substrate surface on both sides of the scanning line 20, and MOSFETs as the pixel switching elements 30a and 30b are formed. It is configured. The scanning line 20 extends in the scanning line direction (pixel row direction).
[0115]
In addition, a P-type doping region 108 is formed on the surface of the substrate inside another opening formed in the field oxide film 103, and the surface of the P-type doping region 108 is formed on the surface of the P-type doping region 108 via an insulating film 109b. An electrode 109a made of silicon or metal silicide is formed. A storage capacitor is configured using the electrode 109a and the P-type doping region.
[0116]
The electrode 109a can be formed in the same process as the polysilicon or metal silicide layer that becomes the scanning line 20 of the MOSFET. The insulating film 109b under the electrode 109a can be formed in the same step as the insulating film to be the gate insulating film 104b.
[0117]
The insulating films 104b and 109b are formed to a thickness of 400 to 80 nm on the surface of the semiconductor substrate inside the opening by thermal oxidation. In the data lines 21a and 21b and the electrode 109a, a polysilicon layer is formed to a thickness of 100 nm to 200 nm, and a refractory metal silicide layer such as Mo or W is formed thereon to a thickness of 100 nm to 300 nm. The structure is formed as follows. The source / drain regions 301 and 302 are formed in a self-aligned manner by implanting N-type impurities by ion implantation into the substrate surface on both sides of the scanning line 20 as a mask.
[0118]
A first interlayer insulating film 106 is formed from the data lines 21 a and 21 b and the electrode 109 a to the field oxide film 103. On the first insulating film 106, the drain region 302 of the MOSFET and the electrode 109a of the storage capacitor are connected, and the drain region 302 of the MOSFET, the second driving electrode 3 and the third driving electrode 4 are connected. A drain electrode 107b made of an aluminum film for connecting the two is formed.
[0119]
A second interlayer insulating film 111 is formed from the data lines 21a and 21b and the drain electrode 107b to the interlayer insulating film 106. A second metal layer mainly composed of aluminum is formed on the second interlayer insulating film 111. A light shielding film made of 112 is formed. The second metal layer 112 constituting the light shielding film is formed of the same metal layer as the metal layer constituting the connection wiring between the elements in the peripheral circuit such as a drive circuit formed around the pixel region. Can do. Therefore, even in this embodiment, it is not necessary to add a process for forming only the metal layer 112, and the process is simplified. Further, the metal layer 112 penetrates a columnar connection plug 115 for electrically connecting the second driving electrode 3 and the MOSFET as the pixel switching elements 30a and 30b at a position corresponding to the drain electrode 107b. The other openings are formed so as to cover the entire pixel region. As a result, light incident from above the substrate can be blocked almost completely, and light can be prevented from flowing through the pixel switching elements 30a and 30B (channel region and well region) to flow a leak current.
[0120]
In this embodiment, a third interlayer insulating film 113 is formed on the light shielding film 112, and the second driving electrode 3 and the third driving electrode 4 are formed on the third interlayer insulating film 113. Is formed. The second driving electrode 3 and the third driving electrode 4 are composed of a metal layer mainly composed of aluminum. A contact hole 116 penetrating the third interlayer insulating film 113 and the second interlayer insulating film 111 is provided so as to be located inside the opening corresponding to the opening formed in the light shielding film 112. The contact hole 116 is filled with a columnar connection plug 115 made of a refractory metal such as tungsten for electrically connecting the drain electrode 107b to the second drive electrode 3 and the third drive electrode 4. .
[0121]
Here, the second drive electrode 3 and the third drive electrode 4 made of a metal layer are electrodes that also serve as a reflection means having a reflection surface facing the counter substrate 1b. Further, the present embodiment is different from the transmission type electro-optical device in that a polarizing plate is not necessary on the outer surface of the active matrix substrate 1a.
[0122]
(Operation of electro-optical device)
Next, a control method, a control state, and a display method that are the basis of the electro-optical device of this embodiment will be described with reference to FIGS. 6 and 7.
[0123]
Also in the following description, voltages applied to the first drive electrode 5, the second drive electrode 3, and the third drive electrode 4 are Vc, Vd, and Vs, respectively. Here, while Vc is a constant voltage, Vd and Vs are applied by the signals SA1, SA2,... SB1, SB2,... Applied via the switching elements 30a and 30b such as TFTs and MOSFETs described above. The potential can be changed.
[0124]
Regarding the electrode shape, in the present embodiment, the rod-like driving electrodes 3 and the driving electrodes 4 are alternately arranged in parallel, but the basic operation is as shown in FIGS. The same as in the case of the annular electrode. However, the difference is that the electric field E1 has a structure in which the direction of the electric field E1 is uniformly oriented in the electrode arrangement direction.
[0125]
The first control state is
Vd <Vc <Vs
Or
Vs <Vc <Vd
An electric field E1 is generated from the third driving electrode 4 toward the second driving electrode 3 and the first driving electrode 5 or vice versa in a state where a voltage satisfying the above condition is applied to each electrode. . For example, in the case of a nematic liquid crystal having a positive dielectric anisotropy, the major axis of the molecule is aligned along the lines of electric force (first alignment state).
[0126]
The second control state is the following formula
Vd = Vs ≠ Vc
An electric field E2 is generated from the second drive electrode 3 and the third drive electrode 4 toward the first drive electrode 5 in a state where a voltage satisfying the above condition is applied to each electrode. Unlike the first state, the long axes of the liquid crystal molecules are aligned along the lines of electric force (second alignment state).
[0127]
Therefore, when a general nematic liquid crystal having a threshold voltage of about 2.5 V is used, Vc is set to the reference potential (0 V), and the magnitudes of Vd and Vs are controlled between ± 2.5 V, respectively. By doing so, gradation driving can be performed in an analog manner.
[0128]
Here, the strength of the electric field in the first alignment state as shown in FIG. 7A is determined by the potential difference between the second electrode and the third electrode, Vd−Vs, whereas FIG. The strength of the electric field in the second alignment state as in b) is determined by the potential difference between the first electrode and the second and third electrodes, Vc−Vd (or Vc−Vs). Therefore, as described above, when Vc is set to an intermediate potential between Vd and Vs, the electric field strength in the first alignment state can be made larger than the electric field strength in the second alignment state. it can. As described above, the present embodiment is characterized in that the electric field in the first state shown in FIG. 7A can be strengthened as compared with the first embodiment. Further, by inverting the polarities of the voltages Vd and Vs with respect to the potential Vc of the first driving electrode 5 for each scanning line or for each frame, driving such as line inversion and frame inversion is easily realized. There is also a feature that can be done.
[0129]
Further, in the electro-optical device having the conventional configuration, when the electric field is not sufficiently maintained, display problems such as occurrence of flicker have occurred. However, in the configuration as in the present embodiment, it leads to a switching element. If the holding characteristics of the two electrodes of the driving electrode 3 and the driving electrode 4 are substantially equal, the direction of the electric field does not change even if the electric charge leaks, so that the orientation of the liquid crystal is not greatly disturbed, and therefore flicker is not caused. Does not occur.
[0130]
Furthermore, in this embodiment, since the signal can be input to each of the second drive electrode 3 and the third drive electrode 4, the following drive method can be employed. That is, 0 V is prepared as Vc, ± Vsel is prepared for Vd and Vs, and when Vd ≠ Vs is set in the first frame, + Vsel and −Vsel are used as Vd and Vs, respectively, When Vd ≠ Vs is set in the frame, + Vsel and −Vsel are used for Vd and Vs, respectively. At this time, if PWM driving is performed by changing the ratio of the pulse width set to Vd ≠ Vs and the pulse width set to Vd = Vs, for example, the polarity can be inverted for each horizontal scanning line for each field. it can.
[0131]
[Application example to electronic equipment]
Next, an electronic apparatus including the electro-optical device 100 according to the present invention will be described.
[0132]
(Configuration example of a projection display device)
FIG. 17 is a schematic configuration diagram of a main part of a liquid crystal projector provided with the transmissive electro-optical device according to the present invention as a light valve, as viewed in plan. Since the electro-optical device of the present invention is particularly effective for an electro-optical device having a small pixel size and a very high pixel density, it can be particularly effective when used in a light valve mounted on a liquid crystal projector.
[0133]
A projector using the transmissive electro-optical device described in this embodiment includes a light source unit 1010, a dichroic mirror 1040, a reflective mirror 1050, a relay lens 1060, and a reflective type including the electro-optical device of the present invention. A liquid crystal light valve 1070, a cross dichroic prism 1080, and a projection optical system 1090 including a projection lens are roughly configured.
[0134]
The light source unit 1010 includes a lamp 1020 such as a metal halide and a reflector 1030 that reflects the light of the lamp.
[0135]
Of the white light beam emitted from the light source unit 1010, blue light and green light are reflected by the first dichroic mirror 1040a. On the other hand, the red light passes through the dichroic mirror 1040a, is reflected by the reflection mirror 1050c, and enters the red light liquid crystal light valve 1070R.
[0136]
Of the colored light reflected by the first dichroic mirror 1040a, green light is reflected by the second dichroic mirror 1040b and enters the liquid crystal light valve 1070G for green light.
[0137]
On the other hand, the blue light transmitted through the second dichroic mirror 1040b is reflected by the reflection mirrors 1050a and 1050b and enters the blue light liquid crystal light valve 1070B. At this time, for blue light, in order to prevent light loss due to a long optical path, a light guide means 1065 including a relay lens system including an incident lens 1060a, a relay lens 1060b, and an exit lens 1060c is provided.
[0138]
The three color lights modulated by the respective light valves enter the cross dichroic prism 1080. In this prism, four right-angle prisms are bonded together, and a dielectric multilayer film that reflects red light and a dielectric multilayer film that reflects blue light are formed in a cross shape on the inner surface thereof. These dielectric multilayer films combine the three color lights to form light representing a color image. The synthesized light is projected onto the screen 1095 by the projection lens 1090 which is a projection optical system, and the image is enlarged and displayed.
[0139]
In the case of a projection apparatus that uses an integrator lens system in order to make the illuminance uniform in this way, the light incident on the electro-optical device is not parallel but tends to be a light beam containing a large amount of divergent components. At this time, since light enters the electro-optical device from various angles, it is important to reduce the angle dependency of the display characteristics in order to increase the contrast. Therefore, the use of an electro-optical device that can reduce the angle dependency of the display characteristics described above is a very effective means.
[0140]
(Another configuration example of the projection display device)
FIG. 18 is a schematic configuration diagram of a main part of a liquid crystal projector provided with the reflection type electro-optical device according to the present invention as a light valve in a plan view.
[0141]
A projector using the reflective electro-optical device described in this embodiment is a reflective liquid crystal light valve including a polarization illumination device 1100, a polarizing beam splitter 1140, a dichroic mirror 1160, and the electro-optical device of the present invention. 1170 and a projection optical system 1180 including a projection lens.
[0142]
The randomly polarized light beam emitted from the light source unit 1110 is divided into a plurality of intermediate light beams by the integrator lens 1120, and then the polarization direction is substantially aligned by the polarization conversion element 1130 having the second integrator lens on the light incident side. After being converted into a kind of polarized light beam (S-polarized light beam), it reaches the polarization beam splitter 1140. The S-polarized light beam emitted from the polarization conversion element 1130 is reflected by the S-polarized light beam reflecting surface 1150 of the polarization beam splitter 1140, and among the reflected light beams, the blue light (B) light beam is reflected by the dichroic mirror 1160a. Reflected by the layer and modulated by the reflective liquid crystal light valve 1170B. Of the light beams transmitted through the blue light reflecting layer of the dichroic mirror 1160a, the red light (R) light beam is reflected by the red light reflecting layer of the dichroic mirror 1160b and modulated by the reflective liquid crystal light valve 1170R.
[0143]
On the other hand, the luminous flux of green light (G) transmitted through the red light reflecting layer of the dichroic mirror 1160b is modulated by the reflective liquid crystal light valve 1170G. In this manner, the light beams modulated by the respective reflective liquid crystal light valves 1170R, 1170G, and 1170B are combined by the dichroic mirrors 1160a and 1160b, and only the light beam components that have been modulated by the light valves and whose polarization direction has changed are polarized beam splitters. 1140 is transmitted in the direction of the projection lens and projected onto the screen 1190.
[0144]
(Use example for other electronic devices)
FIG. 19 is a schematic configuration diagram of a main part of a head-mounted display (HMD) having a transmissive electro-optical device and a concave mirror according to the present invention when viewed in plan.
[0145]
The optical system of the HMD 2000 of this embodiment is roughly configured by a light source 2040, an electro-optical device 2010 according to the present invention, a half mirror 2020, and a concave mirror 2030.
[0146]
The light emitted from the light source is subjected to transmission or absorption control by the transmissive electro-optical device 2010, then reflected by the half mirror 2020 and reaches the concave mirror 2030. An observer has a structure in which an image projected on the concave mirror 2030 can be directly viewed through the half mirror 2020.
[0147]
For a small electronic device such as an HMD, the mounted electro-optical device is naturally limited to a small one, and the pixel pitch is inevitably reduced. Therefore, the electric field around the pixel is actively used by using the auxiliary electrode. Applying the present invention is effective.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an equivalent circuit diagram schematically showing a basic configuration of an electro-optical device according to a first embodiment of the invention.
2A is a plan view of an example of the electro-optical device shown in FIG. 1 as viewed from the side of a counter substrate together with each component formed on the active matrix substrate, and FIG. It is HH 'sectional drawing of 2 (a).
3A is a plan view showing the positional relationship of each driving electrode in the unit pixel of the electro-optical device shown in FIG. 1, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. It is explanatory drawing shown typically.
4 is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG.
5 is a view showing a cross-sectional configuration of an active matrix substrate on which a reflective electrode is formed in the electro-optical device shown in FIG. 1, and is a cross-sectional view of a portion corresponding to FIG.
6 is a plan view showing an electrode structure of a unit pixel in the electro-optical device shown in FIG. 1. FIG.
7 is a cross-sectional view showing a first control state (first alignment state) and a second control state (second alignment state) in the electro-optical device shown in FIG. 1. FIG.
8 is a plan view showing another electrode structure of the unit pixel in the electro-optical device shown in FIG. 1. FIG.
9 is a cross-sectional view illustrating a control state in still another electrode structure (stereoscopic auxiliary electrode) of a unit pixel in the electro-optical device illustrated in FIG.
10 is a graph showing the relationship between the thickness of a third drive electrode and contrast in the electro-optical device shown in FIG.
11 is a plan view showing still another electrode structure of a unit pixel in the electro-optical device shown in FIG.
FIG. 12 is an equivalent circuit diagram schematically showing a basic configuration of an electro-optical device according to a second embodiment of the invention.
13A is a plan view of the electro-optical device shown in FIG. 12 as viewed from the side of the counter substrate together with the components formed on the active matrix substrate, and FIG. It is HH 'sectional drawing of 13 (a).
14A is a plan view showing the positional relationship of each driving electrode in the unit pixel of the electro-optical device shown in FIG. 12, and FIG. 14B is a cross-sectional view taken along the line CC ′ of FIG. It is explanatory drawing shown typically.
15 is a cross-sectional view taken along the line DD ′ of FIG.
16 is a diagram showing a sectional configuration of an active matrix substrate on which a reflective electrode is formed in the electro-optical device shown in FIG. 12, and is a sectional view of a portion corresponding to FIG.
FIG. 17 is a schematic configuration diagram of a liquid crystal projector provided with a transmissive electro-optical device according to the present invention as a light valve.
FIG. 18 is a schematic configuration diagram of a liquid crystal projector including the reflection type electro-optical device according to the invention as a light valve.
FIG. 19 is a schematic configuration diagram of a concave mirror type HMD including the electro-optical device according to the invention.
FIG. 20 is a cross-sectional view showing the display principle of the TN mode.
[Explanation of symbols]
1a Active matrix substrate (second substrate)
1b Counter substrate (first substrate)
2a, 2b Polarizing plate
3 Second driving electrode
4 Third driving electrode
5 First driving electrode
6 Sealing material
7 retardation film
8 Color filter
10 Liquid crystal
20 scan lines
21, 21a, 21b Data line
30, 30a, 30b Pixel switching element
100 electro-optical device

Claims (12)

第１の基板と第２の基板との間に液晶が挟持されてなり、前記第１の基板及び前記第２の基板には前記液晶を第１の配向状態と該第１の配向状態とは異なる第２の配向状態とに制御するための電極群が形成されてなる電気光学装置において、
前記電極群は、単位画素あたり、少なくとも
前記第１の基板において前記第２の基板と対向する側の表面に形成された第１の駆動用電極と、
前記第２の基板において前記第１の基板と対向する側の表面に前記第１の駆動用電極と対向して形成された第２の駆動用電極と、
前記第２の基板において前記第１の基板と対向する側の表面に前記第２の駆動用電極と絶縁されて形成された第３の駆動用電極と、を含み、
前記液晶は、正又は負の誘電率異方性を持つネマティック液晶であり、
前記第１の基板と前記液晶が接する表面及び前記第２の基板と前記液晶が接する表面は、いずれも前記液晶に電界が印加されていない状態で前記液晶に配向規制力を発生しない表面状態である
ことを特徴とする電気光学装置。A liquid crystal is sandwiched between a first substrate and a second substrate, and the first substrate and the second substrate have the liquid crystal in a first alignment state and a first alignment state. In an electro-optical device in which an electrode group for controlling to a different second alignment state is formed,
The electrode group includes at least a first driving electrode formed on a surface of the first substrate on the side facing the second substrate per unit pixel;
A second driving electrode formed on the surface of the second substrate facing the first substrate so as to face the first driving electrode;
A third driving electrode formed on the surface of the second substrate opposite to the first substrate by being insulated from the second driving electrode;
The liquid crystal is a nematic liquid crystal having a positive or negative dielectric anisotropy,
The surface where the first substrate and the liquid crystal are in contact and the surface where the second substrate and the liquid crystal are in contact are both in a surface state in which no alignment regulating force is generated in the liquid crystal when no electric field is applied to the liquid crystal. There is an electro-optical device. 請求項１に記載の電気光学装置において、前記の各電極に印加される信号に基づいて前記液晶が前記第１の配向状態と前記第２の配向状態とに制御されることを特徴とする電気光学装置。  The electro-optical device according to claim 1, wherein the liquid crystal is controlled to the first alignment state and the second alignment state based on a signal applied to each of the electrodes. Optical device. 請求項１又は２に記載の電気光学装置において、前記第２の駆動用電極及び前記第３の駆動用電極に印加される電圧をそれぞれＶｄ、Ｖｓとしたとき、Ｖｄ、Ｖｓが下式
Ｖｄ≠Ｖｓ
を満たす関係にあるときには前記液晶は第１の配向状態に制御され、
Ｖｄ、Ｖｓが下式
Ｖｄ＝Ｖｓ
を満たす関係にあるときには前記液晶は前記第２の配向状態に制御されることを特徴とする電気光学装置。3. The electro-optical device according to claim 1, wherein when the voltages applied to the second drive electrode and the third drive electrode are Vd and Vs, respectively, Vd and Vs are expressed by the following formula: Vd ≠ Vs
The liquid crystal is controlled to the first alignment state when the relationship is satisfied,
Vd and Vs are the following formulas Vd = Vs
The electro-optical device is characterized in that the liquid crystal is controlled to the second alignment state when the relationship is satisfied. 請求項１又は２に記載の電気光学装置において、前記第１の駆動用電極、前記第２の駆動用電極及び前記第３の駆動用電極に印加される電圧をそれぞれＶｃ、Ｖｄ、Ｖｓとしたとき、Ｖｃ、Ｖｄ、Ｖｓが下式
Ｖｄ＝Ｖｃ≠Ｖｓ
を満たす関係にあるときには、前記液晶の分子が前記基板面と略平行な第１の配向状態に制御され、
Ｖｃ、Ｖｄ、Ｖｓが下式
Ｖｄ＝Ｖｓ≠Ｖｃ
を満たす関係にあるときには、前記液晶の分子が基板面に対してほぼ垂直方向となる前記第２の配向状態に制御されることを特徴とする電気光学装置。3. The electro-optical device according to claim 1, wherein voltages applied to the first drive electrode, the second drive electrode, and the third drive electrode are Vc, Vd, and Vs, respectively. Vc, Vd, and Vs are expressed as follows: Vd = Vc ≠ Vs
The liquid crystal molecules are controlled in a first alignment state substantially parallel to the substrate surface,
Vc, Vd, Vs are the following formulas Vd = Vs ≠ Vc
The electro-optical device is controlled to be in the second alignment state in which the liquid crystal molecules are substantially perpendicular to the substrate surface. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電気光学装置において、前記第３の駆動用電極は、前記単位画素内で前記第２の駆動用電極の周囲を囲むように形成されていることを特徴とする電気光学装置。  5. The electro-optical device according to claim 1, wherein the third driving electrode is formed so as to surround the second driving electrode in the unit pixel. 6. An electro-optical device. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の電気光学装置において、前記第２の駆動用電極と前記第３の駆動用電極は、前記単位画素内で交互に並列配置されていることを特徴とする電気光学装置。  6. The electro-optical device according to claim 1, wherein the second driving electrode and the third driving electrode are alternately arranged in parallel in the unit pixel. An electro-optical device. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の電気光学装置において、前記第２の駆動用電極及び前記第３の駆動用電極は、前記単位画素内で複数に分割されていることを特徴とする電気光学装置。  6. The electro-optical device according to claim 1, wherein the second driving electrode and the third driving electrode are divided into a plurality of parts within the unit pixel. An electro-optical device. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載の電気光学装置において、前記第３の駆動用電極、又は該第３の駆動用電極の一部は、前記液晶の層の厚さの３分の１以上の厚さを有することを特徴とする電気光学装置。  8. The electro-optical device according to claim 1, wherein the third driving electrode or a part of the third driving electrode is a third of the thickness of the liquid crystal layer. An electro-optical device having a thickness of 1 or more. 請求項１乃至８のいずれか一項に記載の電気光学装置において、前記第２の駆動用電極は、前記単位画素の各々に形成されたスイッチング素子を介して信号が供給されることを特徴とすることを特徴とする電気光学装置。  9. The electro-optical device according to claim 1, wherein the second driving electrode is supplied with a signal via a switching element formed in each of the unit pixels. An electro-optical device. 請求項１乃至８のいずれか一項に記載の電気光学装置において、前記第２の駆動用電極は、前記単位画素の各々に形成された第１のスイッチング素子を介して信号が供給され、前記第３の駆動用電極は、前記単位画素の各々に形成された第２のスイッチング素子を介して信号が供給されることを特徴とすることを特徴とする電気光学装置。  9. The electro-optical device according to claim 1, wherein the second driving electrode is supplied with a signal via a first switching element formed in each of the unit pixels, and The third driving electrode is supplied with a signal via a second switching element formed in each of the unit pixels. 請求項９又は１０に記載の電気光学装置において、前記第３の駆動用電極は、前記スイッチング素子に接続する配線を、絶縁膜を介して覆うように形成されていることを特徴とする電気光学装置。  11. The electro-optical device according to claim 9, wherein the third driving electrode is formed so as to cover a wiring connected to the switching element via an insulating film. apparatus. 請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の電気光学装置を備えてなることを特徴とする電子機器。  An electronic apparatus comprising the electro-optical device according to claim 1.
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