(57)【要約】【課題】高品位表示が可能で、かつ長寿命の液晶装置とその製造方法を提供する。【解決手段】本発明の液晶装置の製造方法は、複数の画素電極１１を有してなる第１基板１０と、この第１基板１０に対向して配置される第２基板と、これら基板間に挟持された液晶層とを備えた液晶装置の製造方法であって、画素電極１１が形成された第１基板１０の前駆体１０Ｂの画素電極１１側に絶縁膜１２ａを形成する工程と、この絶縁膜１２ａ上を平坦化して画素電極１１を露出させ、画素電極１１上面とが略面一となる平坦化面を有する平坦化膜１２を形成する工程と、画素電極１１上と平坦化膜１２上とに斜方成膜法によって無機配向膜１３を形成する工程と、を有することを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素電極を有してなる第１基板と、該第１基板に対向して配置される第２基板と、これら基板間に挟持された液晶層とを備えた液晶装置であって、
前記画素電極間には、絶縁性の平坦化膜が、その上面と前記画素電極の上面とが略面一となるように形成されており、前記画素電極上と前記平坦化膜上とには、無機配向膜が形成されていることを特徴とする液晶装置。
【請求項２】
複数の画素電極を有してなる第１基板と、該第１基板に対向して配置される第２基板と、これら基板間に挟持された液晶層とを備えた液晶装置の製造方法であって、
前記画素電極が形成された前記第１基板の前駆体の画素電極側に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜上を平坦化して前記画素電極を露出させ、該画素電極上面と略面一となる平坦化面を有した平坦化膜を形成する工程と、前記画素電極上と前記平坦化膜上とに斜方成膜法によって無機配向膜を形成する工程と、を有することを特徴とする液晶装置の製造方法。
【請求項３】
前記無機配向膜を形成する工程は、配向膜材料をスパッタリング法で成膜することによって行うことを特徴とする請求項２に記載の液晶装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶装置とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶プロジェクタ等の投射型表示装置の光変調手段として用いられる液晶装置は、一対の基板間の周縁部にシール材が配設され、その中央部に液晶層が封止されて構成されている。その一対の基板の内面側には液晶層に電圧を印加する電極が形成され、これら電極の内面側には非選択電圧印加時において液晶の配向を制御する配向膜が形成されている。このような構成によって液晶装置は、非選択電圧印加時と選択電圧印加時との液晶分子の配向変化に基づいて光源光を変調し、表示画像を形成するようになっている。
【０００３】
前述した配向膜としては、ポリイミド等からなる高分子膜の表面に、ラビング処理を施したものが一般に用いられている。しかし、有機物からなる配向膜では、液晶プロジェクタのような高出力光源を備えた機器に用いた場合、有機物が光エネルギーを吸収することによって分解し、配向不良を生じてしまうことがあった。そこで、耐光性を向上させる手段として、無機材料からなる配向膜が期待されている。
【０００４】
上記無機配向膜は、基板に対して斜め方向から配向膜材料の無機粒子を入射させ結晶成長させた柱状構造を有するもので、主として斜方蒸着法によって形成されている。ところが、一般に基板面には凹凸があり、基板に無機粒子を入射させる方向から見て凸部の陰となる部分には配向膜材料が付着しない不都合がある。このような未着部分は、輝点や不良ドメインの発生原因となり、液晶装置の表示特性を低下させてしまう。
【０００５】
上記のような問題点を解決するために、特許文献１では、配向膜が形成されない部分に対応して遮光膜を形成し、表示不良箇所を非表示部とし、表示コントラスト低下を防止する方法が開示されている。また、特許文献２では、第１の無機斜方蒸着膜と第２の無機斜方蒸着膜との２層からなる無機配向膜を形成し、第２の無機斜方蒸着膜は第１の無機斜方蒸着膜と異なる方向から成膜することによって、配向膜が形成されない部分を無くす方法が開示されている。
【特許文献１】特開２００２−２６８０６６号公報
【特許文献２】特開２００２−２７７８７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示された方法では、水平配向に対応できないおそれがある。つまり、例えば無機配向膜の配向規制力を強めるために、無機配向膜の結晶の柱状構造が基板に対してより鋭角をなすように配向膜を形成しようとすると、より基板に対して鋭角をなす方向、つまり水平に近い方向から配向膜材料の無機粒子を基板面に入射させる必要がある。この場合、基板凸部の陰となる部分は非常に大きくなってしまい、ここを覆う遮光膜が非常に大きくなり、したがって、画素開口部が狭くなる不都合を生じる。
また、特許文献２に開示された方法によれば、２層からなる配向膜を形成するために、複雑な成膜工程が必要となり、生産性を損なうおそれがある。
【０００７】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み成されたものであって、斜方成膜法によって無機配向膜を形成する際に配向膜材料が未着となる部分を低減し、高品位表示が可能で、かつ長寿命の液晶装置とその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の液晶装置は、複数の画素電極を有してなる第１基板と、該第１基板に対向して配置される第２基板と、これら基板間に挟持された液晶層とを備えた液晶装置であって、
前記画素電極間には、絶縁性の平坦化膜が、その上面と前記画素電極の上面とが略面一となるように形成されており、前記画素電極上と前記平坦化膜上とには、無機配向膜が形成されていることを特徴とする。
【０００９】
このようにすれば、画素電極上面と平坦化膜上面とが略面一、すなわち両者間の段差がほとんどなくなるので、例えば前記無機配向膜を斜方成膜法で形成する際に、配向膜材料である無機粒子が基板面に入射する方向から段差の陰となる部分が非常に小さくなる。したがって、前記段差の陰となり配向膜材料が基板に付着しない部分（未着部分）が非常に小さくなり、形成された配向膜は、所定の位置を十分に覆ったものとなる。よって、本発明の液晶装置は、輝点や不良ドメインを生じることが防止されたものとなる。
なお、本発明で略面一とは、二面間の段差が５０ｎｍ以下であることを意味するものとする。
【００１０】
本発明の液晶装置の製造方法は、複数の画素電極を有してなる第１基板と、該第１基板に対向して配置される第２基板と、これら基板間に挟持された液晶層とを備えた液晶装置の製造方法であって、
前記画素電極が形成された前記第１基板の前駆体の画素電極側に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜上を平坦化して前記画素電極を露出させ、該画素電極上面と略面一となる平坦化面を有した平坦化膜を形成する工程と、前記画素電極上と前記平坦化膜上とに斜方成膜法によって無機配向膜を形成する工程と、を有することを特徴とする。
【００１１】
このようにすれば、平坦化膜上面（平坦化面）と画素電極上面との段差を極めて小さくすることができる。したがって、斜方蒸着法を用いて無機配向膜を形成する際に、配向膜材料の無機粒子が基板面に入射する方向から画素電極の陰となる基板上の部分が極めて小さくなる。よって、基板上の未着部分を低減することができ、輝点や不良ドメインが防止された液晶装置を製造することができる。
【００１２】
また、前記無機配向膜を形成する工程は、配向膜材料をスパッタリング法で成膜することによって行うことが好ましい。
このようにスパッタリング法によれば、斜方蒸着法よりも略水平な方向から、すなわち基板に対して鋭角方向から成膜を行うことができる。したがって、無機配向膜の結晶の柱状構造が基板に対して鋭角をなすように無機配向膜を形成することができ、無機配向膜の配向性を強めることができる。また、本発明の製造方法によれば、このような鋭角方向から成膜しても未着部分が低減されており、輝点や不良ドメインが防止された液晶装置を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明するが、本発明の技術範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。また、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態である液晶装置１のマトリクス状に配置された複数の画素におけるスイッチング素子、信号線等の等価回路図である。
図１に示すように、マトリクス状に配置された複数の画素には、画素電極１１と当該画素電極１１への通電制御を行うためのスイッチング素子であるＴＦＴ素子１２５がそれぞれ形成されており、画像信号が供給されるデータ線６ａが当該ＴＦＴ素子１２５のソースに電気的に接続されている。データ線６ａに書き込む画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、この順に線順次に供給されるか、あるいは相隣接する複数のデータ線６ａに対してグループ毎に供給される。
【００１５】
また、走査線３ａがＴＦＴ素子１２５のゲートに電気的に接続されており、複数の走査線３ａに対して走査信号Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｍが所定のタイミングでパルス的に線順次で印加される。また、画素電極１１はＴＦＴ素子１２５のドレインに電気的に接続されており、スイッチング素子であるＴＦＴ素子１２５を一定期間だけオンすることにより、データ線６ａから供給される画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎを所定のタイミングで書き込む。
【００１６】
画素電極１１を介して液晶に書き込まれた所定レベルの画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、後述する共通電極との間で一定期間保持される。液晶は、印加される電圧レベルにより分子集合の配向や秩序が変化することにより、光を変調し、階調表示を可能にする。ここで、保持された画像信号がリークすることを防止するために、画素電極１１と共通電極との間に形成される液晶容量と並列に蓄積容量７０が付加されている。
【００１７】
図２（ａ）は、液晶装置の要部断面を示す概略図である。図２（ａ）に示すように、液晶装置１は、第１基板１０と、これに対向して配置された第２基板２０と、これらの基板間に挟持された液晶層３０を備えて構成されている。第１基板１０は、ＴＦＴ基板１０Ａと、この上に形成された画素電極１１と、前記画素電極１１間に形成された本発明に係る平坦化膜１２と、前記画素電極１１上および平坦化膜１２上に形成された無機配向膜１３と、を備えて構成されている。また、前記ＴＦＴ基板１０Ａは、図１に示したＴＦＴ素子３０やデータ線６ａ、走査線３ａ、配線（図示せず）、平坦化層（図示せず）等を備えており、遮光膜の機能を有する場合もある。また、第２基板２０は、ガラス等からなる透明基板２０Ａと、共通電極２１と、無機配向膜２２と、を備えて構成されており、カラーフィルタや遮光膜を備えている場合もある。
【００１８】
図２（ｂ）は、本発明に係る平坦化膜１２を拡大して示す模式図である。図２（ｂ）に示すように、平坦化膜１２上面と画素電極１１上面とは略面一、すなわち前記平坦化膜１２上面と前記画素電極１１上面との段差Ｈが極めて小さいものとなっている。したがって、例えば斜方成膜法によって形成された無機配向膜１３は、配向膜材料の無機粒子が基板面に入射する方向から段差Ｈの陰となって配向膜材料が未着となる部分（未着部分）Ｂが極めて狭いものとなる。
【００１９】
なお、本発明者は、段差Ｈを系統的に変化させて液晶装置を試作し、液晶の配向状態を偏光顕微鏡で検査し、液晶が配向不良を生じない段差Ｈについて検討を行っている。その結果、例えば斜方成膜法における成膜角度が５〜１０°程度である場合、段差Ｈを１００ｎｍ以上にすると液晶の配向不良が生じたのに対し、段差Ｈを５０ｎｍ以下にすると液晶の配向は良好なものになるという知見を得た。その知見を踏まえて本実施形態では、段差Ｈを数ｎｍ程度にしている。
【００２０】
以上のような構成の液晶装置１において、画素電極１１と共通電極２１との間に電圧を印加すると、その間の電圧に応じて液晶層３０の液晶が配向し、液晶装置１の厚さ方向に透過又は反射する光が変調され、液晶装置１は階調表示が可能なものとなる。本発明の液晶装置１にあっては、未着部分Ｂに起因する輝点や不良ドメインが防止されているので、高品位表示が可能なものとなっており、また、照度の強い光によっても劣化しにくい無機材料からなる無機配向膜１３を備えているので、長寿命のものとなっている。
【００２１】
次に本発明に係る液晶装置の製造方法の一実施形態を、上記液晶装置１の製造方法を例にして説明する。
【００２２】
図３と図４は、液晶装置１を形成する工程を説明する図である。まず、図３（ａ）に示すように、ガラス等からなる透明基板上に、図１に示したＴＦＴ素子３０やデータ線６ａ、走査線３ａ等を形成しＴＦＴ基板１０Ａを形成する。次に、前記ＴＦＴ基板上にＩＴＯ（インジウム錫酸化物）等の透明導電体を用いて画素電極１１を形成し、第１基板１０の前駆体１０Ｂを形成する。これらの工程は、公知の方法を用いることができる。
【００２３】
次に、図３（ｂ）に示すように、前記前駆体１０Ｂの画素電１１側に、例えばスピンコート法等の方法を用いて、例えばアクリル等の絶縁性材料を塗布し、絶縁膜１２ａを形成する。続いて、例えばＣＭＰ（化学的機械研磨）法によって、前記絶縁膜１２ａ上を研磨し、図３（ｃ）に示すように画素電極１１を露出させ、画素電極１１上の絶縁膜１２ａを除去することによって、画素電極１１間に平坦化膜１２を形成し、平坦化膜１２を備えた第１基板の前駆体１０Ｃを形成する。このようにすれば、前記画素電極１１上面と平坦化膜１２上面とが略面一となり、図２（ｂ）に示した段差Ｈを５０ｎｍ以下にすることができる。本実施形態では、段差Ｈを数ｎｍ程度としている。
【００２４】
次に、前記前駆体１０Ｃの画素電極１１側に斜方成膜法で無機配向膜を形成する。斜方成膜法としてはスパッタリング法を好適に用いることができ、例えばシリコンをターゲットとし、アルゴンガスを放電ガスとして、図３（ｄ）に示すように、配向膜材料（シリコン）であるスパッタ粒子（無機粒子）１４ａを基板面に対して所定角（θ）の方向から入射させ、前駆体１０Ｃの画素電極１１側にスパッタ粒子１４ａを堆積させる。同時に、前駆体１０Ｃを例えば酸素雰囲気に晒すことにより堆積したシリコンを酸化させ、図３（ｅ）に示すように、ケイ素酸化物（ＳｉＯｘ）からなる無機配向膜１３を形成し、第１基板１０を形成する。前記スパッタ粒子１４ａを前記基板面に入射させる方向としては、スパッタリング法によれば斜方蒸着法等よりも鋭角に入射させることができ、本実施形態ではθとしては５〜１０°程度としている。
【００２５】
このようにすれば、前駆体１０Ｃの画素電極１１側面に対して略水平となる方向、すなわち極めてθが低角となる方向から無機配向膜１３を形成した場合でも、画素電極１１上面と平坦化膜上面とを略面一、すなわち段差Ｈを５０ｎｍ以下としているので、スパッタ粒子１４ａを基板に入射させる方向から段差Ｈの陰となる未着部分Ｂ（図２参照）を極めて小さくすることができる。このようにして、無機配向膜１３の未着部分を低減しつつ、無機配向膜１３の結晶の柱状構造が第１基板面に対して略水平に配向するように無機配向膜１３を形成することができる。
【００２６】
また、第１基板１０とは別に、図４（ａ）に示すように第２基板２０を形成する。この第２基板２０は、ガラス等からなる透明基板２０Ａ上に、ＩＴＯ等の透明導電体を用いて、例えば蒸着法で共通電極２１を形成し、この共通電極２１上に、例えばスパッタリング法で無機配向膜２２を形成する。これらの工程は公知の手法を用いることができる。
【００２７】
次に、図４（ｂ）に示すように、第１基板１０と第２基板２０とを、無機配向膜１３、２２が内側になるように貼り合わせ、図４（ｃ）に示すように、第１基板１０と第２基板２０との間に、液晶層３０を注入し封止することで、液晶装置１を形成する。ここで、無機配向膜１３は未着部分Ｂを低減しているので、電圧印加時に未着部分Ｂ上の液晶（図示せず）の配向不良を生じることが防止され、輝点や不良ドメインが防止される。また、無機配向膜１３の結晶の柱状構造が第１基板１０に対して略水平に配向するように無機配向膜１３を形成しているので、液晶に電圧を印加した際に、無機配向膜１３は液晶の配向方向を十分に規制することができるものとなる。
【００２８】
以上のような製造方法によれば、画素電極１１上面と平坦下膜１２上面との段差Ｈを略面一（５０ｎｍ以下）としているので、配向膜材料の無機粒子（スパッタ粒子）１４ａを基板面に入射させる方向から段差Ｈの陰となる未着部分Ｂを低減することができる。したがって、未定着部分Ｂに起因する輝点や不良ドメインが防止され、高品位表示が可能な液晶装置１を製造できる。
また、無機配向膜１３を略水平に配向させるように、すなわち成膜角度が鋭角となるようにスパッタ粒子（無機粒子）１４ａを基板面に入射させた場合にも未着部分Ｂを十分に小さくでき、未着部分Ｂに起因する輝点や不良ドメインを防止できる。したがって、無機配向膜１３は液晶に対して十分な配向規制力を有するものとなり、よって高品位表示が可能な液晶装置１を製造できる。
【００２９】
以上のような本発明の製造方法によって形成された液晶装置１にあっては、未定着部分Ｂに起因する輝点や不良ドメインが防止され、高品位表示が可能なものとなっている。また、液晶装置１は、十分に液晶の配向方向を規制できる配向膜を無機材料によって形成しているので、強い照度の光に長時間耐えうる配向膜を備えたものとなり、長寿命のとなっている。
【００３０】
なお、本実施形態では、シリコンをターゲットとしスパッタリングし、これを酸化させることでケイ素酸化物からなる無機配向膜を形成したが、ケイ素酸化物をターゲットとしてスパッタリングしてもよい。また、無機配向膜１３は、θが５°以下となる方向から形成してもよいし、この場合、本実施形態のように段差Ｈを数ｎｍ程度とすることで、未着部分Ｂを十分に低減することができる。また、θが１０°以上となる方向から形成してもよいし、成膜する角度に応じて、斜方蒸着法等で無機配向膜１３を形成してもよく、この場合にも本発明は有効である。
また、第２基板２０の無機配向膜２２も第１基板１０と同様に、共通電極２１上に平坦化膜を形成し、この上に形成してもよい。また、斜方成膜法として本実施形態のスパッタリング法の他に斜方蒸着法等を用いてもよい。
また、平坦化膜１２の材料は、本実施形態のように透明な絶縁材料からなることが好ましいが、その他の絶縁性樹脂等を用いても本発明の主旨を損なうものではない。
【００３１】
［実験例］
本発明の有効性を示すべく、従来の液晶装置と本発明の液晶装置１とを製作し、配向状態を比較した。まず、ＴＦＴ基板１０Ａ上に１００ｎｍの厚さに画素電極１１を形成し、この上を平坦化処理することなくこの上に配向膜を形成し、液晶装置（従来の液晶装置）を製作した。この液晶装置の配向状態を偏光顕微鏡で観察したところ、配向膜未着部分に起因して不良ドメインが確認された。
次に、先述のものと同様にＴＦＴ基板１０Ａ上に１００ｎｍの厚さに画素電極１１を形成した後、この上に有機材をスピンコート法で塗布し、この上をＣＭＰ法で研磨することで画素電極１１を露出させ、本発明に係る平坦化膜１２を備えた液晶装置（本発明の液晶装置）１を作成した。本発明の液晶装置１の配向状態を偏光顕微鏡で観察したところ、不良ドメインは観察されず、正常な配向状態であった。また、実際に通電し駆動したところ、本発明の液晶装置の表示は、従来のものに比べ高品位であることが確認された。
【００３２】
［電子機器］
上記実施形態の液晶装置を備えた電子機器の例について説明する。
図５（ａ）は、携帯電話の一例を示した斜視図である。図５（ａ）において、符号５００は携帯電話本体を示し、符号５０１は上記実施形態の液晶装置を用いた液晶表示部を示している。
【００３３】
図５（ｂ）は、ワープロ、パソコンなどの携帯型情報処理装置の一例を示した斜視図である。図５（ｂ）において、符号６００は情報処理装置、符号６０１はキーボードなどの入力部、符号６０３は情報処理装置本体、符号６０２は上記実施形態の液晶装置を用いた液晶表示部を示している。
【００３４】
図５（ｃ）は、腕時計型電子機器の一例を示した斜視図である。図５（ｃ）において、符号７００は時計本体を示し、符号７０１は上記実施形態の液晶装置を用いた液晶表示部を示している。
【００３５】
このように図５に示す電子機器は、表示部に上述の本発明の一例たる液晶装置を適用したものであるので、高品位表示が可能であり、かつ長寿命の表示装置となる。
【００３６】
［投射型表示装置］
次に、上記実施形態の液晶装置を光変調手段として備えた投射型表示装置（プロジェクタ）の構成について、図６を参照して説明する。図６は、上記実施形態の液晶装置を光変調装置として用いた投射型表示装置の要部を示す概略構成図である。図５において、８１０は光源、８１３、８１４はダイクロイックミラー、８１５、８１６、８１７は反射ミラー、８１８は入射レンズ、８１９はリレーレンズ、８２０は出射レンズ、８２２、８２３、８２４は液晶光変調装置、８２５はクロスダイクロイックプリズム、８２６は投写レンズを示す。
【００３７】
光源８１０はメタルハライド等のランプ８１１とランプの光を反射するリフレクタ８１２とからなる。青色光、緑色光反射のダイクロイックミラー８１３は、光源８１０からの光束のうちの赤色光を透過させるとともに、青色光と緑色光とを反射する。透過した赤色光は反射ミラー８１７で反射されて、上述の本発明の一例たる液晶装置を備えた赤色光用液晶光変調装置８２２に入射される。
【００３８】
一方、ダイクロイックミラー８１３で反射された色光のうち緑色光は緑色光反射のダイクロイックミラー８１４によって反射され、上述の本発明の一例たる液晶装置を備えた緑色光用液晶光変調装置８２３に入射される。なお、青色光は第２のダイクロイックミラー８１４も透過する。青色光に対しては、光路長が緑色光、赤色光と異なるのを補償するために、入射レンズ８１８、リレーレンズ８１９、出射レンズ８２０を含むリレーレンズ系からなる導光手段８２１が設けられ、これを介して青色光が上述の本発明の一例たる液晶装置を備えた青色光用液晶光変調装置８２４に入射される。
【００３９】
各光変調装置により変調された３つの色光はクロスダイクロイックプリズム８２５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、その内面に赤光を反射する誘電体多層膜と青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、投写光学系である投写レンズ８２６によってスクリーン８２７上に投写され、画像が拡大されて表示される。
【００４０】
上記構造を有する投射型表示装置は、上述の本発明の一例たる液晶装置を備えたものであるので、高品位表示が可能であり、かつ長寿命の表示装置となる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係る液晶装置１の等価回路図。
【図２】液晶装置１の要部断面を示す概略図。
【図３】本発明に係る液晶装置１の製造方法の説明図。
【図４】本発明に係る液晶装置１の製造方法の説明図。
【図５】本発明に係る電子機器について幾つかの例を示す斜視図。
【図６】本発明に係る投射型表示装置についての一例を示す図。
【符号の説明】
【００４２】
１・・・液晶装置、１０・・・第１基板、２０・・・第２基板、３０・・・液晶層、１１・・・画素電極、１２・・・配線部、１３・・・平坦化膜、１４、２２・・・無機配向膜、２１・・・共通電極、Ｂ・・・未着部分、Ｈ・・・段差。
【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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