(57)【要約】【課題】光耐久性の高い液晶配向膜、およびその液晶配向膜を簡便な方法で製造する方法を提供する。【解決手段】基板に対して垂直又はほぼ垂直に形成した複数の細孔１２を有する液晶配向膜１１であって、該液晶配向膜はシリコン、ゲルマニウムあるいはシリコンとゲルマニウムのいずれか１種と、酸素を含有する。基板に対して垂直又はほぼ垂直に形成した複数の細孔を有する液晶配向膜の製造方法であって、基板上に、アルミニウムを含有する柱状物質が、前記アルミニウムと共晶を形成し得るシリコン、ゲルマニウムあるいはシリコンとゲルマニウムを含有する部材中に分散している構造体薄膜を形成する工程と、前記柱状物質を除去して複数の細孔を形成する工程を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に対して垂直又はほぼ垂直に形成した複数の細孔を有する液晶配向膜であって、該液晶配向膜は、シリコン、ゲルマニウムあるいはシリコンゲルマニウムのいずれか１種と、酸素を含有することを特徴とする液晶配向膜。
【請求項２】
前記複数の細孔の底部に、直径が前記細孔の直径以下である金属の柱状物質が設置され、該柱状物質の長軸方向の長さをＬ、前記液晶配向膜の膜厚をＴとしたとき、Ｌ＜Ｔが成立することを特徴とする請求項１に記載の液晶配向膜。
【請求項３】
前記複数の細孔の平均直径が１ｎｍ以上３０ｎｍ以下であり、かつ複数の細孔の平均間隔が３ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶配向膜。
【請求項４】
前記細孔の底部に設置された金属の柱状物質の材質がＡｌを含有することを特徴とする請求項２または３に記載の液晶配向膜。
【請求項５】
基板に対して垂直又はほぼ垂直に形成した複数の細孔を有する液晶配向膜の製造方法であって、基板上に、第一の成分を含有する柱状物質が、前記第一の成分と共晶を形成し得る第二の成分を含有する部材中に分散している構造体薄膜を形成する工程と、前記柱状物質を除去して複数の細孔を形成する工程を有することを特徴とする液晶配向膜の製造方法。
【請求項６】
前記柱状物質を除去して複数の細孔を形成する工程において、柱状物質を完全に除去せず、前記細孔底部に柱状物質を残留させることを特徴とする請求項５に記載の液晶配向膜の製造方法。
【請求項７】
前記柱状物質を除去して複数の細孔を形成する工程が、溶液を用いたウェットエッチングであることを特徴とする請求項５または６に記載の液晶配向膜の製造方法。
【請求項８】
前記柱状物質を除去して複数の細孔を形成する工程が、ドライエッチングであることを特徴とする請求項５または６に記載の液晶配向膜の製造方法。
【請求項９】
前記柱状物質を除去して複数の細孔を形成する工程の後に、液晶配向膜にイオンビームを斜方から照射する工程を有することを特徴とする請求項５乃至８のいずれかの項に記載の液晶配向膜の製造方法。
【請求項１０】
前記第一の成分がアルミニウムであり、第二の成分がシリコン、ゲルマニウムあるいはシリコンとゲルマニウムのいずれか１種であることを特徴とする請求項５乃至９のいずれかの項に記載の液晶配向膜の製造方法。
【請求項１１】
互いに対向して配置された一対の基板間に液晶層が狭持され、前記一対の基板の一方の基板には複数の画素電極が設けられ、他方の基板には対向電極が設けられ、前記画素電極と対向電極の上部に液晶配向膜がそれぞれ設けられている液晶素子であって、前記液晶配向膜の少なくとも１つは請求項１乃至４のいずれかに記載の液晶配向膜からなることを特徴とする液晶素子。
【請求項１２】
前記画素電極が設けられた基板に設けられた液晶配向膜は、複数の細孔の底部に金属の柱状物質が設置された液晶配向膜であり、前記対向電極が設けられた基板に設けられた液晶配向膜は、複数の細孔の底部に金属の柱状物質が設置されていない液晶配向膜であり、前記金属の柱状物質は、画素電極および入射光を反射させる機能を有する反射電極として用いることを特徴とする請求項１１に記載の液晶素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロジェクター等に用いられる高強度の光による劣化の殆どない液晶配向膜、および液晶配向膜の簡易な製造方法、およびこの液晶配向膜を用いた液晶素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＰＣモニター、薄型テレビ、プロジェクター等に用いられる液晶素子は、画素電極および対向電極が形成された一対の基板間に、液晶組成物を導入した構成となっている。液晶素子が光スイッチング機能を有するためには、液晶を電界印加中、及びその前後で液晶配列が一定の規則性を保っている必要があり、そのために基板と液晶が接する部分には、液晶配列を一定方向に規制する、液晶配向膜が形成されている。
【０００３】
液晶配向膜にはポリイミドに代表される有機配向膜が広く用いられている。しかし高輝度プロジェクター用途に用いられる液晶素子では、配向膜に照射される光強度が強いために、配向膜が光劣化するという問題がある。この問題は、有機配向膜に代わり、無機配向膜を採用することで解決される。
【０００４】
無機配向膜は、一般的に斜方蒸着法と呼ばれる蒸着法を用いて形成する。これは基板法線と基板中心−蒸着源を結ぶ線分が、ある一定の角度を保った状態で蒸着を行う方法で、この角度を一般に蒸着角と呼ぶ。材料は一般的に酸化ケイ素（ＳｉＯx：ｘ＝１から２）が用いられ、抵抗加熱法や電子ビーム照射によりボートまたは坩堝内の酸化ケイ素を蒸発させる。このような斜方蒸着法を用いることで、基板上に斜め方向に成長したＳｉＯxから成る柱状構造（カラム構造）を形成する。ＳｉＯxカラム構造を有する薄膜の表面は、蒸着角、蒸着方向に対応した形状異方性を有しており、それにより液晶が特定の方向に配向すると言われている。
【０００５】
斜方蒸着法により形成した無機配向膜は、大きく分けて６０度蒸着系と８０度蒸着系に大別される。一般的なＮｐ型液晶（誘電異方性が正のネマティック液晶）を用いた場合、６０度系蒸着膜では、液晶分子は蒸着方向に対して直交する方向に配列し、図６に示すプレチルト角（電圧非印加時の、液晶ダイレクターの平均的方向と基板法線がなす角度）は９０度となる。それに対して８０度系蒸着では蒸着方向と同方向に液晶ダイレクターが向いており、プレチルト角は５５度〜８０度程度発生する。また、配向膜表面に対して垂直に配向するＮｎ型液晶（誘電異方性が負のネマティック液晶）を用いた場合には、６０度蒸着系の配向膜ではプレチルト角は０度になり、８０度蒸着系の配向膜ではプレチルト角は１０度から３５度となる。
【０００６】
また、最近では斜方蒸着膜に代わり、他の有機材料、無機材料の表面形状異方性を利用して配向膜を形成する例が報告されている。これは液晶配向に必要である表面異方性を斜方蒸着以外の方法で得ようという試みである。例えば、スパッタリングにより作製した酸化ケイ素を斜め方向からイオンビーム照射を行う例（非特許文献１参照）や、表面にナノメートルオーダーの細孔が形成されたアルマイトを液晶配向膜として用いる例（例えば特許文献１、２）が報告されている。また、フォトリソプロセス等のプロセスで作製した、複数の空孔を有する薄膜を配向膜として用いる例（特許文献３）が報告されている。
【特許文献１】特許第２７６４９９７号公報
【特許文献２】特開２００５−２７５１９４号公報
【特許文献３】特開２００４−２４０１１７号公報
【非特許文献１】Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌｕｍｅ４４，ｐｐ．８０７１−８０７６（２００５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１や２に示すような、多孔質アルマイトを使用する方法においては、アルミニウム膜を形成した後に、酸水溶液中で陽極酸化を行う必要があり、プロセスが煩雑になる。また特許文献３に示すような、直径５ｎｍから１００ｎｍの空孔を有する薄膜を作製するには、実質的には通常のフォトリソグラフィーでは作製できない領域があり、電子ビームリソグラフィー等の手法を用いる必要がある。
【０００８】
本発明は、上記問題点を鑑みなされたもので、ナノメートルオーダーの構造を有する無機材料を用いた、光耐久性の高い液晶配向膜を提供するものである。また、その液晶配向膜の製造方法およびその液晶配向膜を用いた光耐久性の高い液晶素子を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
即ち、本発明に係る第１の発明は、基板に対して垂直又はほぼ垂直に形成した複数の細孔を有する液晶配向膜であって、該液晶配向膜は、シリコン、ゲルマニウムあるいはシリコンゲルマニウムのいずれか１種と、酸素を含有することを特徴とする。
【００１０】
前記複数の細孔の底部に、直径が前記細孔の直径以下である金属の柱状物質が設置され、該柱状物質の長軸方向の長さをＬ、前記液晶配向膜の膜厚をＴとしたとき、Ｌ＜Ｔが成立することが好ましい。
【００１１】
前記複数の細孔の平均直径が１ｎｍ以上３０ｎｍ以下であり、かつ複数の細孔の平均間隔が３ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることが好ましい。
前記細孔の底部に設置された金属の柱状物質の材質がＡｌを含有することが好ましい。
【００１２】
また、本発明に係る第２の発明は、基板に対して垂直又はほぼ垂直に形成した複数の細孔を有する液晶配向膜の製造方法であって、基板上に、第一の成分を含有する柱状物質が、前記第一の成分と共晶を形成し得る第二の成分を含有する部材中に分散している構造体薄膜を形成する工程と、前記柱状物質を除去して複数の細孔を形成する工程を有することを特徴とする。
【００１３】
前記柱状物質を除去して複数の細孔を形成する工程において、柱状物質を完全に除去せず、前記細孔底部に柱状物質を残留させることが好ましい。
前記柱状物質を除去して複数の細孔を形成する工程が、溶液を用いたウェットエッチングであることが好ましい。
【００１４】
前記柱状物質を除去して複数の細孔を形成する工程が、ドライエッチングであることが好ましい。
前記柱状物質を除去して複数の細孔を形成する工程の後に、液晶配向膜にイオンビームを斜方から照射する工程を有することが好ましい。
【００１５】
前記第一の成分がアルミニウムであり、第二の成分がシリコン、ゲルマニウムあるいはシリコンとゲルマニウムのいずれか１種であることが好ましい。
また、本発明に係る第３の発明は、互いに対向して配置された一対の基板間に液晶層が狭持され、前記一対の基板の一方の基板には複数の画素電極が設けられ、他方の基板には対向電極が設けられ、前記画素電極と対向電極の上部に液晶配向膜がそれぞれ設けられている液晶素子であって、前記液晶配向膜の少なくとも１つは請求項１乃至４のいずれかに記載の液晶配向膜からなることを特徴とする。
【００１６】
前記画素電極が設けられた基板に設けられた液晶配向膜は、複数の細孔の底部に金属の柱状物質が設置された液晶配向膜であり、前記対向電極が設けられた基板に設けられた液晶配向膜は、複数の細孔の底部に金属の柱状物質が設置されていない液晶配向膜であり、前記金属の柱状物質は、画素電極および入射光を反射させる機能を有する反射電極として用いることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、光耐久性の高い液晶配向膜、およびその液晶配向膜より簡便な方法で製造する方法を提供できる。また、この液晶配向膜を用いた、光耐久性の高い液晶素子を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を詳細に説明する。
まず、図を用いて本発明の液晶配向膜について説明する。
図１は、本発明の液晶配向膜の構成の一例を示す概略図である。図１に示す様に、液晶配向膜１１は基板１４上に設けられ、前記液晶配向膜１１は基板１４に対して垂直又はほぼ垂直に形成した複数の細孔１２を有し、該細孔１２の底部には反射電極１３が設けられている。細孔の底部に設けられた反射電極１３は柱状物質からなり、該柱状物質の長軸方向の長さをＬ、前記液晶配向膜の膜厚をＴとしたときＬ＜Ｔである。
【００１９】
はじめに基板１４について説明する。基板１４には、液晶を駆動するためのトランジスタが形成されたＳｉ基板や、ガラス基板上に形成されたＴＦＴ基板、スズドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）や酸化スズ（ＳｎＯ2）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の透明電極が形成されたガラス基板等が用いられる。上記の基板のうち、基板上面にスパッタリング法等の成膜法で薄膜が成膜可能な基板であれば、基本的にはどのような基板を用いてもよい。
【００２０】
次に液晶配向膜１１について説明する。図２は本発明の液晶配向膜の製造過程で作製する構造体薄膜の概略図である。液晶配向膜は、図２（ａ）に示す第一の成分を含み構成される柱状物質２１が、第一の成分と共晶を形成し得る第二の成分を含み構成される母材物質２４中に分散している構造体薄膜２３から、柱状物質２１を除去することで形成される。この液晶配向膜を図２（ｂ）に示す。図２（ｂ）において、液晶配向膜２５は柱状物質２１を部分的に、あるいは完全に除去して形成された多孔質の薄膜であり、母材物質２４中に、柱状物質２１を除去して形成された細孔２６が存在する。
【００２１】
ここで、第一の成分を含み構成される柱状物質２１は、例えば、アルミニウムを主成分とする材料から構成されている。柱状物質に含有されるアルミニウムの含有量は６０％以上、好ましくは８０％以上である。また、アルミニウム以外に含有される元素は、後述する第一の成分と共晶を形成し得る第二の成分であり、例えばシリコン、ゲルマニウム等が挙げられる。
【００２２】
また、第一の成分と共晶を形成し得る第二の成分を含み構成される母材物質２４は、例えば、ゲルマニウム、シリコン、あるいはゲルマニウムとシリコンの混合物からなる。この母材物質２４は、シリコンあるいはゲルマニウムを主成分とすることが好ましい。また、シリコンとゲルマニウムの混合物を主成分とすることも可能である。母材物質に含有されるゲルマニウム、シリコン、あるいはゲルマニウムとシリコンの混合物の含有量は４０％以上、好ましくは６０％以上である。
【００２３】
また、母材物質２４は、シリコンあるいはゲルマニウムを主成分とすることが望ましいが、数ａｔｏｍｉｃ％から数十ａｔｏｍｉｃ％程度のアルミニウム（Ａｌ）、酸素（Ｏ）、アルゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ）、水素（Ｈ）などの各種の元素を含有してもよい。
【００２４】
母材物質２４は酸化物であることが望ましい。しかし多孔質体薄膜表面および細孔表面が酸化されていれば、母材物質の内部は酸化物ではない結晶質や非晶質のシリコンあるいはゲルマニウムあるいはシリコンとゲルマニウムの混合物であっても構わない。
【００２５】
液晶配向膜２５の膜厚は、細孔が形成可能な膜厚であるならば特に制限は無いが、液晶配向膜として用いる場合には１ｎｍ以上１μｍ以下が好ましく、さらには５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下が好ましい。
【００２６】
液晶配向膜２５中に形成された細孔２６の直径は特に制限はないが、１ｎｍ以上３０ｎｍ以下、好ましくは３ｎｍ以上２５ｎｍ以下であることが望ましい。この程度の細孔径を有していることで、良好な液晶配向特性が得られるからである。また、各細孔の平均間隔は３ｎｍ以上５０ｎｍ以下、好ましくは６ｎｍ以上１５ｎｍ以下であることが望ましい。
【００２７】
次に、液晶配向膜の断面を図１（ｂ）に示す。基板１４上に液晶配向膜１１が配置され、液晶配向膜１１内に形成された細孔１２の底部に、反射電極１３が形成されている。
反射電極１３は、図２（ａ）の柱状物質２１を除去する際に、柱状物質２１を完全に除去せず、細孔底部に柱状物質２１を残留させることで形成することが好ましい。このような方法で形成することにより、簡便に反射電極１３を形成できる。しかし、細孔１２内への反射電極１３の形成方法は特に上記方法に限定されず、その他の方法により形成しても構わない。反射電極１３の材料は、柱状物質を残留させる方法により形成する場合は、必然的に柱状物質と同じとなり、前記のようにアルミニウムを主成分とする材料となる。その他の場合には、材料は特に限定されない。しかし、液晶素子に導入された光を、効率よく反射させる必要があるため、光反射率の高い材料であることが好ましく、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、銀等が好ましい。
【００２８】
図３は本発明の液晶配向膜の構成の一例を示す断面図である。図３（ａ）のように、もともと反射電極が形成された基板上へ、液晶配向膜を形成しても良い。その際には、図３（ａ）に示すように、上部反射電極３３を設けても良いし、下部反射電極３４だけで十分機能する場合には、上部反射電極３３は設けなくても良い。しかし、上部反射電極３３があるほうが下部反射電極３４と液晶配向膜３１との接着性が十分確保されるため、存在する方が好ましい。また、上部反射電極３３と、下部反射電極３４の材料は、特に同一材料を用いる必要はなく、異なる材料を用いてもよい。
【００２９】
また、液晶素子を形成する際には、液晶配向膜が形成された２枚の基板のうち、少なくとも１方はガラス基板上に透明電極が形成された、透明な基板を用いる必要がある。透明な基板を用いる場合には反射電極を形成する必要はないため、この場合には、図２における柱状物質２１を完全に除去すればよい。
【００３０】
次に、液晶配向膜の製造方法について説明する。
以下に液晶配向膜の製造方法の一実施態様の各工程を示す。液晶配向膜の製造方法は、下記の工程（ａ）および工程（ｂ）を有する。
【００３１】
工程（ａ）：基板上に、第一の成分を含み構成される柱状物質が、前記第一の成分と共晶を形成し得る第二の成分を含み構成される部材中に分散している構造体薄膜を形成する工程、
工程（ｂ）：前記柱状物質を除去し、液晶配向膜と反射電極を形成する工程。
【００３２】
次に、工程（ａ）について説明する。
図２（ａ）に示すように、基板上に、第一の成分を含み構成される柱状物質２１が、前記第一の成分と共晶を形成し得る第二の成分を含み構成される母材物質２４中に分散している構造体薄膜２３を用意する。例えば、母材物質（第二の成分）と、母材物質（第二の成分）内に柱状物質（第一の成分）を形成する物質を用意する。例えば、アルミニウムとシリコン（あるいはゲルマニウム、あるいはシリコンとゲルマニウムの混合物）を用意する。次に、スパッタリング法、電子ビーム蒸着などの非平衡状態で物質を形成可能な方法により、基板上に構造体薄膜である混合膜（アルミニウムシリコン混合膜あるいはアルミニウムゲルマニウム混合膜あるいはアルミニウムシリコンゲルマニウム混合膜）を形成する。
【００３３】
このような方法でアルミニウムシリコン混合膜（あるいはアルミニウムゲルマニウム混合膜、あるいはアルミニウムシリコンゲルマニウム混合膜）を形成すると、アルミニウムとシリコン（あるいはゲルマニウム、あるいはシリコンとゲルマニウムの混合物）が準安定状態の共晶型組織となる。そして、アルミニウムからなる柱状物質がアモルファスシリコン（あるいはアモルファスゲルマニウム、あるいはアモルファス状態のシリコンとゲルマニウムの混合物）からなる母材物質内にアルミニウムが数ｎｍから数十ｎｍレベルのナノ構造体（柱状構造体）を形成し、自己組織的に分離する。
【００３４】
なお、アルミニウムとアモルファスシリコン（あるいはアモルファスゲルマニウム、あるいはアモルファス状態のシリコンとゲルマニウムの混合物）の混合膜において、形成される膜中のシリコン（あるいはゲルマニウム、あるいはシリコンとゲルマニウムの混合物）の量は、アルミニウムとシリコン（あるいはゲルマニウム、あるいはシリコンとゲルマニウムの混合物）の全量に対して２０ａｔｏｍｉｃ％以上７０ａｔｏｍｉｃ％以下であり、好ましくは２５ａｔｏｍｉｃ％以上６５ａｔｏｍｉｃ以下％である。シリコン（あるいはゲルマニウム、あるいはシリコンとゲルマニウムの混合物）の量が斯かる範囲内であれば、アモルファスシリコン（あるいはアモルファスゲルマニウム、あるいはアモルファス状態のシリコンとゲルマニウムの混合物）母材物質内にアルミニウムの柱状物質が分散したアルミニウムシリコン混合膜（あるいはアルミニウムゲルマニウム混合膜、あるいはアルミニウムシリコンゲルマニウム混合膜）が得られる。柱状物質の形状は混合膜中のアルミニウムとシリコン（あるいはゲルマニウム、あるいはシリコンとゲルマニウムの混合物）の割合により変化する。
【００３５】
上記のアルミニウムとシリコン（あるいはゲルマニウム、あるいはシリコンとゲルマニウムの混合物）の割合を示すａｔｏｍｉｃ％とは、シリコン（あるいはゲルマニウム、あるいはシリコンとゲルマニウムの混合物）とアルミニウムそれぞれの原子数の割合を示し、ａｔｏｍ％あるいはａｔ％とも記載され、例えば誘導結合型プラズマ発光分析法（ＩＣＰ法）でアルミニウムシリコン混合膜（あるいはアルミニウムゲルマニウム混合膜、あるいはアルミニウムシリコンゲルマニウム混合膜）中のシリコン（あるいはゲルマニウム、あるいはシリコンとゲルマニウム）とアルミニウムの量を定量分析したときの値である。
【００３６】
次に、工程（ｂ）について説明する。
柱状物質２１を除去し、液晶配向膜２５を用意する。例えば、上記のアルミニウムシリコン混合膜（あるいはアルミニウムゲルマニウム混合膜あるいはアルミニウムシリコンゲルマニウム混合膜）中の柱状物質であるアルミニウムを溶液（ウェットエッチング）またはガス（ドライエッチング）でエッチングし、マトリックス内（ここではシリコンあるいはゲルマニウムあるいはシリコンゲルマニウム）内に細孔５６を形成する。これにより図２（ｂ）のような多孔質体薄膜が形成される。多孔質体薄膜の細孔の形状はアルミニウムシリコン混合膜（あるいはアルミニウムゲルマニウム混合膜あるいはアルミニウムシリコンゲルマニウム混合膜）中のアルミニウムとシリコン（あるいはゲルマニウムあるいはシリコンとゲルマニウム）の割合によって変化し、アルミニウムの割合が増加するに従い細孔形状は円形から楕円形、不定形へと変化する。
【００３７】
ウェットエッチングに用いる溶液は、例えばアルミニウムを溶かしシリコン（あるいはゲルマニウム）をほとんど溶解せず、かつ基板に形成されたトランジスタやＴＦＴ，あるいは透明電極等に影響を及ぼさない様な酸が好ましい。例えばリン酸、硫酸、塩酸、クロム酸溶液等の酸が好ましい。しかし、エッチングによる細孔形成や基板に不都合が無いような条件、例えば基板には触れずに構造体薄膜２３にのみ溶液を接してエッチングさせるような条件においては、上記以外の酸や、水酸化ナトリウムやアンモニア等のアルカリを用いることができる。酸の種類やアルカリの種類は特に限定されるものではなく、数種類の酸溶液やあるいは数種類のアルカリ溶液を混合したものを用いてもかまわない。またエッチング条件は、例えば、溶液温度、濃度、時間などは、作製する多孔質薄膜に応じて、適宜設定することができる。
【００３８】
また、ガスを用いたドライエッチングにより構造体薄膜２３中の柱状物質２１を除去する方法において用いるガスは、溶液の場合と同様、基板に不都合が無く、かつ母材物質２４、例えばシリコン（あるいはゲルマニウム）、を殆どエッチングしないガスを用いることが好ましい。このようなガスとしては、例えばＣｌ2、ＢＣｌ3等の塩素系ガス、およびこれら塩素系ガスの混合ガスが挙げられる。
【００３９】
図２（ａ）における柱状物質２１を部分的に除去し、母材物質２４内に反射電極を形成する場合、反射電極の厚さはエッチング時間で制御可能である。その際、ウェットエッチングを用いる場合にはエッチャントの濃度や組成、ドライエッチングを用いてエッチングする場合にはガス流量や混合するガス種によって、より精密な膜厚制御が可能となる。
【００４０】
また、柱状物質２１を全部除去して、その後に細孔２６内に反射電極となる物質を充填しても良い。充填する方法としては、電着法や無電解メッキ等の方法が挙げられる。電着法を用いる場合には、母材物質２４の下部に導電性を有する薄膜が形成されている必要がある。無電解メッキの場合にはそのような構成は特に必要ない。
【００４１】
また、反射型液晶素子の場合には、液晶層を狭持する２つの基板のうち、必ず一方が光を透過する必要がある。また透過型液晶素子の場合には、２つの基板両方とも光を透過する必要がある。このような光を透過する必要のある基板上に形成する液晶配向膜は、基板同様、光を良く透過する必要がある。この光透過性を実現するには、図３（ｂ）のように、柱状物質を全て除去した液晶配向膜を形成する必要がある。この場合、柱状物質の除去は前記のように、ウェットエッチング、ドライエッチングによって行い、エッチング時間、エッチング条件を制御することにより除去条件を最適化することが可能である。
【００４２】
また、工程（ｂ）の後に、液晶配向膜にイオンビームを照射する工程（工程（ｃ））を追加しても良い。工程（ｃ）を追加して作製した液晶配向膜を用いて液晶素子を作製することで、図６に示す液晶分子のプレチルト角を、イオンビームを照射しない場合よりも精密に制御することができる。その結果、リバースティストドメインによるディスクリネーションライン等の配向欠陥を低減することができる。
【００４３】
この工程について、図４を用いて説明する。図４は液晶配向膜へのイオンビーム照射方法を説明する説明図である。図４（ａ）は、基板にイオン照射する様子を示す模式図である。液晶配向膜が形成された照射基板４２に、イオン源４１から出射するイオンを照射する。その際、基板法線４３とイオン源と基板中心を結ぶ線分がある程度の角度（照射角４４）を有していることが好ましい。このように基板に対して斜めにイオンビームを照射することにより、液晶配向膜の表面に形状異方性が付与され、プレチルト角が付与されやすくなる。照射角４４は、所望のプレチルト角を発現させるために、適当な大きさに設定することができる。また、照射するイオン種は、照射する液晶配向膜および反射電極の特性を大きく低減させるものでなければ、特に制限はなく、アルゴン（Ａｒ）イオン、酸素（Ｏ2）イオン、窒素（Ｎ2）イオン、ヘリウム（Ｈｅ）イオン、キセノン（Ｘｅ）イオン等を用いることができる。この中で、アルゴン（Ａｒ）イオン、酸素（Ｏ2）イオン、窒素イオン等のイオンを用いることが好ましい。
【００４４】
次に、本発明の液晶素子について説明する。
本発明の液晶素子は反射型の液晶素子であり、（ａ）液晶配向膜を形成した２枚の基板、（ｂ）スペーサ−、（ｃ）シール剤、（ｄ）液晶組成物から構成される。以下それぞれについて説明する。
【００４５】
（ａ）液晶配向膜を形成した２枚の基板
トランジスタ等の液晶駆動用素子が形成された基板や、透明電極が形成されたガラス基板上に、前記の液晶配向膜が形成されている。ここで、前述の様に、液晶配向膜を形成した２枚の基板のうち、１方は光を透過する必要がある。従って２枚の配向膜付基板のうち、１方は光を透過する液晶配向膜と基板を使用する。また、もう１方の配向膜付基板には、反射電極が形成されているものを使用する。本発明の液晶素子においては、前述のＡｌの柱状物質が細孔底部に設置されている液晶配向膜を用いる。
【００４６】
この２枚の基板の一方に後述のスペーサ、シール剤を設けた後、貼りあわせて空セルを形成する。この時、液晶素子の表示品質を素子内で均一にするため、２枚の基板間のギャップが均一に形成されるように貼り合わせる必要がある。このギャップの均一性が保たれるのであれば、基本的にどのような方法で基板を貼り合わせても良い。
【００４７】
（ｂ）スペーサー
スペーサーは、前記２枚の基板間のギャップを均一に保つ為に使用する。スペーサーは、前記目的を達成できるものであれば材質、形状等特に制限は無いが、本発明においてはギャップ制御性の高さから、シリカ（ＳｉＯ2）微粒子等の微粒子形状のスペーサーが好適に使用される。スペーサーは、液晶素子の目的に合ったセルギャップに合わせてその形状やサイズを選択する。スペーサーは配向膜上に適量分散させても良いし、後に述べる様に、２枚の基板を固定する際に用いるシール剤にスペーサーを予め混ぜて使用してもよい。プロジェクター等に用いる小型液晶ディスプレイを用いる際には、スペーサーによる光漏れ等の影響を最小限に防ぐため、また作製方法の簡便さから後者の構成を取ることが好ましい。
【００４８】
（ｃ）シール剤
配向膜基板上に、２枚の基板を貼りあわせるために使用する。シール剤は熱硬化型や紫外線硬化型等様々な種類があるが、目的に合わせて適当なものを選択し、使用することができる。また、（ｂ）で述べたようにシール剤中にスペーサー等を予め混入しておき、スペーサー散布とシール塗布の工程を同時に行っても良く、特に小型液晶ディスプレイを作製する際には表示品質向上やプロセス簡便化の観点から、好ましいといえる。シール塗布の方法は、ディスペンサを用いてシールパターンを基板上に描画する方法や、スクリーンプリントによる基板上へのシールパターンの転写等様々な方法があるが、蒸着薄膜の液晶配向機能を著しく損なうものでなければ、基本的にはどのような方法でシール剤を塗布しても構わない。
【００４９】
（ｄ）液晶組成物
前述の空セル内には液晶組成物が保持されている。空セル内への液晶組成物の導入方法は、セル内に液晶が均一に導入されるのであれば、どのような方法で注入しても良いが、液晶注入装置等を用いて液晶を導入するとセル内に均一に液晶が導入でき、好ましい方法である。セル内へ液晶を導入した後に封孔し、液晶組成物がセル外部へ流出しないようにする。その後液晶組成物の等方相温度以上にセル温度を上昇させた後に序冷し、セル内の液晶組成物を一方向に配向させる。
【００５０】
注入する液晶は、液晶のモード、例えばＴＮモード、ＶＡモード、ＯＣＢモード、ＩＰＳモード等に応じて様々な種類の液晶組成物を使用することができる。本発明の液晶配向膜を用いた場合においては、ＶＡモード用の負の誘電異方性（Δε＜０）を有する液晶組成物を用いることが好ましい。
【実施例】
【００５１】
以下、実施例を用いてさらに詳しく本実施の形態を説明するが、本発明は実施例に記述されたものに限定されるわけではない。
実施例１
本実施例は、図１に記載の液晶配向膜を作製し、また作製した液晶配向膜を用いて液晶素子を作製する例である。
【００５２】
まず、ＭＯＳトランジスタが形成された、反射型液晶素子駆動用パネルが多数形成されたＳｉ基板（以下、Ｓｉ−ＭＯＳ基板）を用意する。Ｓｉ−ＭＯＳ基板の大きさは直径２０ｃｍ（８インチ）である。このＳｉ−ＭＯＳ基板上に、ＲＦマグネトロンスパッタリング法を用いて、アルミニウムをアルミニウムとシリコンの全量に対して６５ａｔｏｍｉｃ％含んだアルミニウムシリコン構造体薄膜を約１３０ｎｍの厚さに形成する。ターゲットには、直径が４インチ（１０１．６ｍｍ）の円形のアルミニウムシリコン混合ターゲットを用いる。アルミニウムシリコン混合ターゲットはアルミニウムの粉末とシリコンの粉末を６５ａｔｏｍｉｃ％：３５ａｔｏｍｉｃ％の割合で焼結したものを用いる。スパッタ条件は、ＲＦ電源を用いて、Ａｒ流量：３０ｓｃｃｍ、放電圧力：０．１５Ｐａ、投入電力：１００Ｗとし、基板温度は１００℃とした。
【００５３】
なお、ＦＥ−ＳＥＭ（電界放出走査型電子顕微鏡）にて、上記アルミニウムシリコン構造体薄膜を観察すると、基板斜め上方向から見た表面の形状は図２（ａ）のように、母材物質であるシリコンに囲まれた、円形のアルミニウムの柱状物質が二次元的に配列している様子が観察できる。この時、アルミニウム柱状物質の平均直径は１２ｎｍである。また、断面をＦＥ−ＳＥＭにて観察すると、それぞれのアルミニウム柱状物質はお互いに独立している様子が観察される。
【００５４】
このように作製したアルミニウムシリコン構造体薄膜表面に、５ｗｔ％リン酸溶液を滴下する。滴下量は、溶液は基板全面に広がる程度で、その状態を６０分保つことでアルミニウム柱状物質部分のみを選択的にエッチングして、細孔と反射電極を有する液晶配向膜を形成する。その後純水で基板表面を十分洗浄し、その後乾燥させる。
【００５５】
目視により、液晶配向膜を形成した基板表面は鏡面であり、光をよく反射することを確認できる。また、可視光反射率測定により、アルミニウム柱状物質を細孔底部に有する液晶配向膜の反射率は約７０％である。
【００５６】
次に、ＦＥ−ＳＥＭ（電界放出走査型電子顕微鏡）にて、５ｗｔ％リン酸でエッチングしたアルミニウムシリコン構造体薄膜を観察する。基板断面の形状は図１（ｂ）のように、酸化シリコンの部材に囲まれた細孔が二次元的に配列し、かつ細孔の底部には反射電極となるアルミニウム柱状物質がエッチングされずに残留していることが確認できる。残留したアルミニウムの厚さは断面ＳＥＭ像より５０ｎｍ程度であり、細孔および残留したアルミニウム柱状物質の孔径は１２ｎｍ程度であり、細孔の平均間隔は１６ｎｍ程度である。また、作製された液晶配向膜は、Ｘ線回折による回折ピーク形状より酸化シリコンの部分は非晶質状態であり、残留したアルミニウム柱状物質に起因するピークのみ観察され、このことよりアルミニウムは結晶であることが分かる。
【００５７】
次に、上記の方法で作製した液晶配向膜上の、電極を形成したい部分にエッチングマスクを形成し、次にエッチングマスクを形成していない部分のアルミニウムをドライエッチングにより除去する。エッチングガスとしては三塩化ホウ素（ＢＣｌ3）を用い、例えば１Ｐａ、４００Ｗ、５０ｓｃｃｍの条件にてエッチングを適当な時間行うことでアルミニウムの除去が可能である。その後、エッチングマスクを酸素プラズマアッシャーで除去する。
【００５８】
ＦＥ−ＳＥＭを用いて、ドライエッチング後のアルミニウムシリコン構造体薄膜の断面構造を観察すると、エッチングマスクを形成した部分のみ、反射電極となるアルミニウム柱状物質が残留し、エッチングマスクを形成していない部分のアルミニウムは細孔底部に存在していないことを確認できる。また、表面構造観察を行うと、反射電極パターンが形成されている様子が確認できる。
【００５９】
次に、ＩＴＯ付ガラス基板上に上記と同様の方法でアルミニウムシリコン構造体薄膜を形成する。今回はアルミニウムシリコン構造体薄膜の膜厚が８０ｎｍ程度になるように成膜を行う。その後、５ｗｔ％リン酸をアルミニウムシリコン構造体薄膜表面に滴下し、アルミニウム柱状物質のエッチングを２時間程度行い、ＩＴＯ付ガラス基板表面に液晶配向膜を形成する。
【００６０】
この液晶配向膜の微細構造をＦＥ−ＳＥＭにて観察すると、配向膜表面は上記Ｓｉ−ＭＯＳ基板の場合と同様に、孔径１２ｎｍ程度の細孔が形成されていることが分かる。また、細孔の平均間隔は１６ｎｍであった。また、配向膜断面を観察したところ、アルミニウム柱状物質は残留せずに、液晶配向膜とＩＴＯとの界面まで細孔が形成されていることが確認できる。つまりＩＴＯ付ガラス基板上には反射電極を形成せず、液晶配向膜のみを形成している。液晶配向膜の厚さは１３０ｎｍである。
【００６１】
次にこれらの基板上に形成した液晶配向膜にＡｒイオンビームを照射する。Ｓｉ−ＭＯＳ基板、ＩＴＯ付ガラス基板共にＡｒイオンビームは図４（ａ）に示す照射角を４５度程度に設定し、図４（ｂ）に示す基板回転角を４５度程度に設定する。
【００６２】
次に、Ｓｉ−ＭＯＳ基板、ＩＴＯ付ガラス基板共にスクライバーで２０ｍｍ×１６ｍｍ程度の大きさに切り出す。その後に、Ｓｉ−ＭＯＳ基板上に、粒径３μｍのシリカスペーサ−が入ったシール剤を塗布し、図５に示すように、Ｓｉ−ＭＯＳ基板に形成した液晶配向膜に照射したイオンビームの照射方向と、ガラス基板上に形成した液晶配向膜に照射したイオンビームの照射方向が反平行（アンチパラレル）となるように基板を重ね合わせたのち、前記シール剤を１２０℃程度で熱硬化させ、空セル（液晶を注入していない状態のセル）を作製する。
【００６３】
次に、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード用の液晶混合物であるＭＬＣ−６６０８（メルク社製）を上記空セルに注入し、その後封止を行い、ネマティック−等方相相転移温度以上に加熱した後に冷却して配向処理を行うことで、液晶セルが作製できる。
【００６４】
ここで、プレチルト角測定のため、張り合わせる２枚の配向膜付き基板の両方をガラス基板にして、透過型液晶セルを作製する。クリスタルローテーション法によりプレチルト角の測定を行うと、約２度のプレチルト角が得られる。この時のプレチルト角の定義は図６に示すように、基板の法線と、液晶のダイレクターがなす角である。
【００６５】
このようなプレチルト角を有した液晶セルを用いて液晶素子を作製し、これらを３個用いて３板型の反射型投影装置を作製し、映像をスクリーンに投射すると、良好な表示が得られる。
【００６６】
実施例２
本実施例は、実施例１においてアルミニウムシリコン構造体薄膜を形成する代わりに、アルミニウムシリコンゲルマニウム構造体薄膜を形成した実施例である。
【００６７】
実施例１と同様の方法にて、Ｓｉ−ＭＯＳ基板、ＩＴＯ付ガラス基板上にアルミニウムシリコンゲルマニウム構造体薄膜をそれぞれ１３０ｎｍ、８０ｎｍ形成する。アルミニウムシリコンゲルマニウム混合ターゲットはアルミニウムの粉末とシリコンの粉末とゲルマニウムの粉末を７０ａｔｏｍｉｃ％：２０ａｔｏｍｉｃ％：１０ａｔｏｍｉｃ％の割合で焼結したものを用いる。スパッタ条件は、ＲＦ電源を用いて、Ａｒ流量：２０ｓｃｃｍ、放電圧力：０．０７５Ｐａ、投入電力：８０Ｗとし、基板温度は１００℃とする。
【００６８】
ＦＥ−ＳＥＭ（電界放出走査型電子顕微鏡）にて、上記アルミニウムシリコンゲルマニウム構造体薄膜を観察すると、アルミニウムシリコン構造体薄膜と同様の構造が形成していることを確認できる。この時アルミニウム柱状物質の平均直径は１８ｎｍであり、平均間隔は２５ｎｍである。また、実施例１の場合と同様、それぞれのアルミニウム柱状物質はお互いに独立している。
【００６９】
このように作製したアルミニウムシリコンゲルマニウム構造体薄膜を、実施例１と同様の条件でウェットエッチング、ドライエッチングを行い、Ｓｉ−ＭＯＳ基板上には細孔底部にアルミニウム反射電極を有する液晶配向膜を形成し、ＩＴＯ付ガラス基板上にはアルミニウム柱状物質を完全に除去した液晶配向膜を形成する。
【００７０】
目視により、Ｓｉ−ＭＯＳ基板上に作製した液晶配向膜表面は実施例１の場合と同様に鏡面であり、光をよく反射することが確認できる。また可視光反射率測定により、残留アルミニウム柱状物質を含む液晶配向膜による反射率は約６５％である。
【００７１】
また、液晶配向膜のＦＥ−ＳＥＭ観察を行い、Ｓｉ−ＭＯＳ基板上、ＩＴＯ付ガラス基板上の液晶配向膜共に平均細孔径１８ｎｍ、細孔間の平均間隔が２５ｎｍであることが確認できる。
【００７２】
この後に実施例１と同様の方法でＡｒイオン照射、液晶素子作製、投射型表示装置の作製を行い、映像をスクリーンに投射すると、実施例１の場合と同様、良好な表示が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明は、液晶配向膜を用いた液晶素子に利用可能であり、また該液晶素子を用いた表示装置、例えばプロジェクター等の投射型表示装置、液晶モニタ、液晶テレビ等に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の液晶配向膜の構成の一例を示す概略図である。
【図２】本発明の液晶配向膜の製造過程で作製する構造体薄膜の概略図である。
【図３】本発明の液晶配向膜の構成の一例を示す断面図である。
【図４】液晶配向膜へのイオンビーム照射方法を説明する説明図である。
【図５】液晶配向膜を形成した基板の貼りあわせ方法を説明する説明図である。
【図６】プレチルト角θpを説明する説明図である。
【符号の説明】
【００７５】
１１、２５、３１、３６、５５、６３  液晶配向膜
１２、３２、３７  細孔
１３  反射電極
１４、２２、３５、３９、４８  基板
２１  柱状物質
２３  構造体薄膜
２４  母材物質
３３  上部反射電極
３４  下部反射電極
３８、５４  透明電極
４１  イオン源
４２  照射基板
４３  基板法線
４４  照射角
４５  基板回転角
４６  イオンビーム照射方向
４７  パネルの長辺方向
５１  Ｓｉ基板
５２  反射電極付き液晶配向膜
５３、６４  ガラス基板
５６  Ｓｉ基板上の配向膜に照射したイオンビームの照射方向
５７  ガラス基板上の配向膜に照射したイオンビームの照射方向
６１  プレチルト角θp
６２  液晶分子
【図１】
2008032853.tif 000003
【図２】
2008032853.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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