JP4019593B2 - 電気光学装置および電子機器 - Google Patents
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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
【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
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。 - 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。
- 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。 - 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
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