(57)【要約】【課題】斜方蒸着で生じる無機配向膜の微細隙間を低減すること。【解決手段】無機配向膜下地材に、凹みを有し、該凹みの平均ピッチが５ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
無機配向膜下地材に、凹みを有し、該凹みの平均ピッチが５ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることを特徴とする液晶パネル。
【請求項２】
平均深さが５ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の液晶パネル。
【請求項３】
凹みの平均中心軸が、基板表面法線に対して１０°以上であることを特徴とする請求項２に記載の液晶パネル
【請求項４】
凹みの中心軸に対する平均拡がり角が１０°以上６０°以下であることを特徴とする請求項３に記載の液晶パネル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、垂直配向型液晶パネルに関し、特に、無機配向膜下地材料の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクターなどに用いられる液晶パネルは、光源から射出された光を画素に分割して、各画素で強度変調し画像生成する。該生成画像は、スクリ−ンなどに投影される。
【０００３】
画像表示装置の強度変調方法として、光源からの光を画素分割された透明基板に導き、該画素ごとの透過率を制御する透過型と、光源からの光を画素分割された反射基板で反射させ、該画素ごとの反射率を制御する反射型がある。
【０００４】
両方式においても、液晶は、２枚の平板形状の基板と、該２枚の基板の周辺で該２枚の基板を接合しているシール剤とで形成した閉じた領域に封入している。該２枚の基板の内１枚は、液晶に接した全面が共通電圧を印加する基板であり、他の１枚は、画素ごとに電圧を印加できる構造になっている。
【０００５】
該２枚の基板における、液晶に接する面には、封入された液晶が基板に対して一律同じ向きを取るよう液晶が吸着する配向膜を形成している。最近では、配向膜に対して垂直に吸着する負の屈折率異方性の液晶が多く使われる。該液晶の配向膜として、酸化ケイ素など無機の材料が選ばれるが、垂直に配向した液晶に１〜１０°の僅かな傾き（プレティルト）を付けるため、配向膜材料を形成する真空蒸着工程でおいて、基板に対して斜めの方向から材料を蒸着させる斜方蒸着法が採られている。該工程により基板に対し傾いた微細柱状構造を持つ配向膜が形成されることで、前記プレティルトが実現されている。
【０００６】
該斜方蒸着法により形成された配向膜は、特許文献１の図７に示されるように、前記微細柱状構造の微細柱の間に、１０〜１００ｎｍの隙間を生じる傾向が有るので、該隙間の密度バラつきのために画素間の明るさムラが生じ画質を劣化させている。また、我々の検討から、該隙間が、温度によりパネルの投写明るさが変化する温度特性の原因になっていることも分かっている。
【０００７】
上記理由に依り、配向膜微細柱間の隙間の低減が望まれる。
【０００８】
該配向膜微細柱の隙間を低減する方法として、斜方蒸着装置内に酸素イオンガンを装備させ酸素イオンビームを配向膜材料蒸着時に照射する方法や、配向膜形成工程の前に、プラズマ処理により下地に凹凸を形成する方法（特許文献２参照）が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−３３８８１号公報
【特許文献２】特開２０１１−２１５５１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところが、配向膜材料蒸着時に酸素イオンビームを照射すると、真空度が下がってしまうため、蒸着粒子の平均自由行程が短くなり基板に対し蒸着角度以外の角度で基板に飛来する粒子が多くなる。
【００１１】
故に、配向膜の微細柱状構造の形状が丸みを帯び、配向膜に吸着する液晶の向きが揃わず、液晶配向がパネル内やパネル間でばらつく問題が有る。配向膜形成に、下地をプラズマ処理工程で凹凸を形成する方法では、１〜１０ナノメータオーダのピッチで深い凹凸を形成すると実現する可能性がある。
【００１２】
しかし、処理時間や印加電力等で、ウェハ面内で均一で、かつ安定した生産に耐える条件を見出すことが非常に難しい。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、配向膜隙間低減を、配向膜の柱状構造を劣化させることなく、安定した生産を可能とする液晶パネル構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の目的を達成するために、本発明に係る液晶パネルは、
配向膜下地に微細ピッチの中心軸を蒸着方向に傾けた微細な凹みを形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る液晶パネルよれば、無機材料による配向膜を、斜方蒸着法で形成する際、配向膜の隙間を減らし、画素内や画素間の明るさムラや、液晶パネルの温度特性を大幅に減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の骨子を説明する配向膜下地の断面図である。
【図２】配向膜の柱状構造と柱隙間を説明する配向膜と下地の断面図である。
【図３】液晶パネルの画素と配向膜と液晶との構造説明図である。
【図４】液晶パネルの外観と断面図である。
【図５】液晶パネルの電気回路図である。
【図６】本発明実施例で使用した液晶パネル投影装置の概略説明図である。
【図７】本発明実施例で使用したイオンガン付き真空斜方蒸着装置である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、反射型液晶パネルを用い、添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例】
【００１８】
投写型表示装置の実施形態を図６に基づき説明する。
【００１９】
図６は投写型表示装置の実施形態を構成する主要な光学系の断面図である。
【００２０】
不図示の外部ビデオ入力信号を液晶表示素子駆動信号に変換する液晶表示素子ドライバ３０３からのドライブ信号により、図中の実線を介して反射型液晶素子からなる赤色用液晶表示素子３Ｒ、緑色用液晶表示素子３Ｇ、青色用液晶表示素子３Ｂをそれぞれ独立に制御する。
【００２１】
一方、照明手段３０１からの紙面垂直方向に直線偏光偏波した照明光を、マゼンタ色を反射し緑色を透過するマゼンタ緑波長帯域分離ダイクロイックミラー３０５によって、まずマゼンタ色成分を偏光する。
【００２２】
偏光されたマゼンタ色は、青色の偏光に半波長のリタデーションを与える青色クロスカラー偏光子３１１を通過して、紙面水平方向に直線偏光した青色成分と、紙面垂直方向に直線偏光した赤色成分が形成される。
【００２３】
次に、偏光ビームスプリッタ３１０に入射し、紙面水平方向に直線偏光した青色成分は偏光分離膜をＰ偏光のため透過して、青色用液晶表示素子３Ｂに導かれ、紙面垂直方向に直線偏光した赤色成分は偏光分離膜をＳ偏光のため反射して、赤色用液晶表示素子３Ｒに導かれる。
【００２４】
一方、マゼンタ緑波長帯域分離ダイクロイックミラー３０５によって透過分離された緑色成分は、光路長を補正するためのダミーガラス３０６を通過する。次に、偏光ビームスプリッタ３０７に入射し、紙面垂直方向に直線偏光した緑色成分は偏光分離膜をＳ偏光のため反射して、緑色用液晶表示素子３Ｇに導かれるように構成されている。
【００２５】
一方、ビデオ信号に則って赤色用液晶表示素子３Ｒ、緑色用液晶表示素子３Ｇ、青色用液晶表示素子３Ｇは変調される。さらに、各液晶表示素子３Ｒ、３Ｇ、３Ｂを照明する光は、各赤色用液晶表示素子３Ｒ、緑色用液晶表示素子３Ｇ、青色用液晶表示素子３Ｇに配列された画素の変調状態に応じて偏光状態が付与される。照明光と同じ方向の偏光偏波成分は、照明光路を略引き返す光路を辿って光源ランプ側に戻る。
【００２６】
次に、照明光の偏波方向に対して直角方向の偏光偏波成分について述べる。
【００２７】
赤色用液晶表示素子３Ｒによる変調光は偏光偏波方向が紙面水平方向となり、偏光ビームスプリッタ３０１の偏光分離膜をＰ偏光のため透過する。さらに、赤色の偏光に半波長の偏光変調を与える赤色クロスカラー偏光子３１２を通過して、紙面垂直方向に直線偏光した赤色成分に変換される。
【００２８】
次に、偏光ビームスプリッタ３０８に入射し、紙面垂直方向に直線偏光した赤色成分は偏光分離膜をＳ偏光のため反射して、投影光学系３０４の方向に偏光を受ける。青色用液晶表示素子３Ｂによる変調光は偏光偏波方向が紙面垂直方向となり、偏光ビームスプリッタ３１０の偏光分離膜をＳ偏光波のため反射する。
【００２９】
次に、赤色の偏光に半波長のリタデーションを与える赤色クロスカラー偏光子３１２を作用を受けずに通過する。次に、偏光ビームスプリッタ３０８に入射し、紙面垂直方向に直線偏光偏波した青色成分は偏光分離膜をＳ偏光波のため反射して、投影光学系３０４の方向に偏向を受ける。
【００３０】
緑色用液晶表示素子３Ｇによる変調光は偏光偏波方向が紙面水平方向となり、偏光ビームスプリッタ３０７の偏光分離膜をＰ偏光波のため透過する。
【００３１】
次に、光路長を補正するためのダミーガラス３０９を通過し、次に、偏光ビームスプリッタ３０８に入射し、紙面水平方向に直線偏光偏波した緑色成分は偏光分離膜をＰ偏光波のため透過して、投影光学系３０４の方向に導かれる。ただし、各赤色用液晶表示素子３Ｒ、緑色用液晶表示素子３Ｇ、青色用液晶表示素子３Ｇにおける複数配された画素は各所定画素が相対的に所定精度を有して重なるように調整または機械または電気的に補償されていることは言及するまでもない。
【００３２】
合波され色として変調された光はそのまま投影光学系３０４の入射瞳によって捕らえられる。各赤色用液晶表示素子３Ｒ、緑色用液晶表示素子３Ｇ、青色用液晶表示素子３Ｇの光変調面と光拡散スクリーン３１３の光拡散面が投影光学系３０４によって光学的共役関係に配されている。光拡散スクリーン３１３に転送されて、ビデオ信号に法った画像が光拡散スクリーン３１３に表示されるものである。
【００３３】
次に、本実施形態に係る反射型液晶パネルの全体構成について、図４（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。
【００３４】
図４（ａ）は本実施形態に係る液晶装置を、シリコン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４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ´線断面図である。
【００３５】
図４（ａ）、（ｂ）において、本実施形態に係る液晶パネルでは、シリコン基板１０１及び対向基板１００が対向配置されている。対向基板１００は、例えば石英基板、ガラス基板等の基板からなる。シリコン基板１０１と対向基板１００との間に液晶層１０４が封入されており、シリコン基板１０１と対向基板１０１とは画像表示領域１１１の周囲に位置するシール領域に設けられたシール材１１０により相互に接着されている。
【００３６】
シール材１１０は、両基板を貼り合わせるための、例えば紫外線硬化樹脂や熱硬化樹脂、又は紫外線・熱併用型硬化樹脂等からなり、製造プロセスにおいてシリコン基板１０１上に塗布された後、紫外線照射、加熱等により硬化させられたものである。シール材１１０中には、シリコン基板１０１と対向基板１００との間隔を所定値とするためのガラスビーズ等のギャップ材が散布されている。
【００３７】
シリコン基板１０１上には、データドライバー回路２０３、走査ドライバー回路２０５が形成されている。
【００３８】
図４において、シリコン基板１０１上には、駆動素子である画素スイッチング用のトランジスタや走査線、データ線等の配線が作り込まれた積層構造が形成される。
【００３９】
図３で、液晶パネルの配向膜部を詳細に説明する。前記積層構造の上に、例えばアルミニウムを含んでなる反射電極１０３（反射型画素電極）が、画素毎に所定のパターンで島状に形成されている。
【００４０】
反射電極１０３は、対向電極１００に対向するように、シリコン基板１０１上の画像表示領域１１１に形成されている。シリコン基板１０１における液晶層１０４に面する側の表面、即ち画素電極１０３上には、無機絶縁材料を含んでなるパッシベーション膜１０が反射電極１０３を覆うように形成されている。該パッシベーション膜の上には、例えばＳｉＯ２等の無機材料を含んでなる無機配向膜２０が形成されている。
【００４１】
対向基板１００の対向面上における対向電極１０２上には、例えばＳｉＯ２等の無機材料を含んでなる無機配向膜２０が形成されている。尚、対向電極１０２と無機配向膜２０との間に、無機絶縁材料を含んでなるパッシベーション膜が形成されている。
【００４２】
液晶表示素子配向膜と配向膜下地の形状形成について述べる。
【００４３】
配向膜及び配向膜下地の微細凹みを形成するイオンガン付き斜方蒸着装置は、真空チャンバ４００と、真空チャンバ４００を真空排気する真空装置４０５と高温加熱可能な蒸発源４０１と、基板４０２を保持する基板ホルダー４０３と、基板ホルダーを回転させる機構４０８と、イオンガン４０９を備える。基板ホルダー４０３は、基板を基板法線と基板中心と蒸発源を結ぶ線とが為す角度４０７を所望の角度に調整する機構を有する。基板は基板ホルダー回転機構により一定の蒸着角度を維持しつつ、かつ均一な蒸着膜厚が形成されるよう回転制御されている。イオンガンは、アルゴンイオン、ヘリウムイオン等の不活性ガスイオン、酸素イオンなどを出射できる。イオン照射時は、基板は基板ホルダー回転機構により、一定のイオン照射角度を維持しながら基板内で均一なイオン照射が行われるようになっている。
【００４４】
基板は、シリコン基板１０１あるいは対向基板１００である。基板を真空チャンバ４００内にロードし、真空装置４０５により所定の真空度に真空引きした後、イオンガンにより基板にイオン照射を行う。この際、加速電圧、イオン電流、照射時間、基板ホルダー回転機構による基板回転は、基板全体で図１で示したごとき形状の凹みが一定の条件が均一に達成されるよう設定されている。該一定の条件とは、凹みのピッチが平均５〜１０ｎｍ、凹み中心軸の傾きが蒸着粒子の飛来方向と同じ方位であり基板法線に対して平均２０〜４０°、凹みの平均深さが１０〜５０ｎｍ、凹みの平均拡がり角が３０〜６０°である。但し、凹み中心軸、凹み拡がり角の定義は図１に従う。
【００４５】
この後、該イオンガン付き斜方蒸着装置において、配向膜を所定の条件で形成する。配向膜蒸発源は酸化ケイ素であり、蒸着角度は、所定のプレティルト角の形成に適した角度を選び、１００ｎｍの厚みを蒸着した。
【００４６】
このように下地加工と配向膜を形成した基板で液晶パネルを製作し、前記液晶パネル投写装置で液晶パネルの温度特性を測定したところ、環境温度２５℃、５０℃において、全諧調にわたって色変化を起こすことなく、特に黒レベルも明るさ変化は０．０５％以下で投影することができた。また、画素間の明るさムラも、最大明るさの５０％の設定で、大幅な改善を確認できた。
【００４７】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、また、本実施形態では、シリコン基板を用いた反射型液晶パネルについて述べたが、石英或いはガラス等の透光性基板を用いた透過型液晶パネルであっても同様の効果が得られる。
【００４８】
本発明は、凹みのピッチが配向膜の微細柱の直径と同程度以下であること、凹みの中心軸が蒸着粒子の飛来方向に向いていることが骨子であり、前記実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
本発明は、液晶パネルに関するものである。特に、無機配向膜下地の形状に関するものであり、無機配向膜の隙間を低減する発明である。
【符号の説明】
【００４９】
１００  ガラス基板、１０２  透明電極、２０  配向膜、１０１  シリコン基板、
１０３  反射画素電極、１０４  負の屈折率異方性を持つ液晶、２１  配向膜カラム、
２５  配向膜カラム角度、２６  配向膜カラム間隙間、２４  基板法線、
２００  画素駆動回路、２０３  データドライバー、２０５  走査ドライバ、
２０４  信号線、２０２  データ線、２０１  走査線、Ｔ１  トランジスタ、
Ｃ１  キャパシタ、４００  真空蒸着チャンバ、４０２  基板、４０３  基板ホルダー、
４０１  蒸発源、４０５  真空ポンプ、０７  蒸着角、４０６  シャッター、
４０９  イオンガン、４１０  照射イオン、３Ｇ  緑色用液晶表示素子、
３Ｂ  青色用液晶表示素子、３Ｒ  赤色用液晶表示素子、
３０３  液晶表示素子ドライバ、３０１  照明手段、３０４  投影光学系、
３０５  マゼンタ緑波長帯域分離ダイクロイックミラー、
３０６および３０９  ダミーガラス、３０７  偏光ビームスプリッタ、
３０８および３１０  偏光ビームスプリッタ、３１１  青色クロスカラー偏光子、
３１２  赤色クロスカラー偏光子、３１３  拡散スクリーン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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