(57)【要約】【課題】配向膜を形成するためにラビング処理を必要とせず、従来よりも簡便な製造プロセスで製造され、且つ信頼性に優れた液晶表示装置を提供する。【解決手段】液晶表示装置１００は、液晶層５と、液晶層５に電圧を印加するために一対の電極２および６とを有しており、電極２および６は、それぞれ結晶粒が所定の方向に優先的に配向している結晶性導電膜から形成された無機系配向膜としても機能する。結晶性導電膜から形成された無機系配向膜は、電極と独立に設けられても良い。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶層と、
前記液晶層に電圧を印加するために一対の電極と、
前記液晶層に直接するように配置された少なくとも１つの無機系配向膜であって、結晶粒が所定の方向に優先的に配向している結晶性導電膜から形成された無機系配向膜と、
を有する、液晶表示装置。
【請求項２】
前記少なくとも１つの無機系配向膜は、前記一対の電極の少なくとも一部として機能する、請求項１に記載の１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記結晶性導電膜は、前記液晶層側の表面に前記所定の方向に関連付けられた方向に延びる溝を有する、液晶表示装置。
【請求項４】
前記結晶性導電膜は、インジウムスズ酸化物、ＡｌまたはＡｌ合金のいずれかで形成されている、請求項１から３のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記結晶性導電膜は、６０％以上の結晶化度を有する、請求項１から４のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記結晶粒は立方晶系の結晶構造を有し、前記所定の方向は、前記結晶粒の〈１１１〉方向である、請求項１から５のいずれかに記載した液晶表示装置。
【請求項７】
前記結晶性導電膜は、Ｘ線回折パターンにおいて、式：Ｉ（４００）／Ｉ（２２２）≡Ｉｐ（但し、Ｉ（４００）は（４００）面のピーク強度、Ｉ（２２２）は（２２２）面のピーク強度を示す。）で定義される回折強度比の値（Ｉｐ値）が０．２５以下である、請求項６に記載の液晶表示装置。
【請求項８】
前記結晶粒は立方晶系の結晶構造を有し、前記所定の方向は、前記結晶粒の〈１１０〉方向である、請求項１から５のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項９】
前記結晶性導電膜は、インジウムスズ酸化物から形成されており、膜厚１２０ｎｍ換算の光線透過率が波長４００ｎｍで７０％以上であり、かつ、波長５５０ｎｍでの光線透過率が８０％以上である、請求項１から８のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項１０】
前記液晶層に光を照射する照明光学系と、前記液晶層を通過した光を投影する投影光学系とを更に有する、請求項１から９のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項１１】
液晶層と、前記液晶層に電圧を印加するために一対の電極と、前記液晶層に直接するように配置された少なくとも１つの無機系配向膜であって、結晶性導電膜から形成された無機系配向膜とを有する液晶表示装置の製造方法であって、
基板上に結晶粒が所定の方向に優先的に配向している結晶性導電膜を形成する工程と、
前記結晶性導電膜に直接接する液晶層を形成する工程と、
を包含する液晶表示装置の製造方法。
【請求項１２】
前記所定の方向に関連付けられた角度で前記結晶性導電膜にエネルギービームを照射する工程を更に包含する、請求項１１に記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項１３】
前記結晶粒は立方晶系の結晶構造を有し、前記所定の方向は前記結晶粒の〈１１１〉方向であって、前記エネルギービームを前記基板の法線に対して３０°以上５０°以下の角度で照射する、請求項１２に記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項１４】
前記結晶粒は立方晶系の結晶構造を有し、前記所定の方向は前記結晶粒の〈１１０〉方向であって、前記エネルギービームを前記基板の法線に対して３５°以上５５°以下の角度で照射する、請求項１２に記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項１５】
前記エネルギービームは、エキシマレーザー光、紫外線、電子線および粒子線から群から選択される少なくとも１つのエネルギービームを含む、請求項１１から１４のいずれかに記載の液晶表示装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置およびその製造方法に関する。本明細書における「液晶表示装置」は、直視型液晶表示装置および投射型（投影型）液晶表示装置を含むものとする。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置は、液晶層に電圧を印加して配向を変化させ、液晶層の配向状態の変化に伴って液晶層を通過する光の偏光状態が変化することを利用して、表示を行う。液晶表示装置の内、液晶層と液晶層に電圧を印加するために電極および回路要素などを備えた表示パネルを液晶表示パネルと呼ぶことにする。液晶表示装置は、液晶表示パネルの他に、駆動回路、電源回路や光源などを有し、駆動回路や電源回路の一部は、液晶表示パネルに一体に形成されたり、実装されたりすることもある。
【０００３】
液晶表示パネルは、典型的には一対の基板と、一対の基板の間に設けられた液晶層とを有し、一対の基板は液晶層側の表面に配向膜とを備えている。配向膜は、液晶層の液晶分子を所定の方向に配向させるために設けられている。
【０００４】
一般的な配向膜は、以下の様にして形成されている。
【０００５】
液晶層に電圧を印加するための電極や電極に所定の電圧を供給するための回路要素（スイッチング素子や配線）が形成された基板上にポリイミド膜等の有機高分子膜を形成する。次に、この有機高分子膜の表面を布で機械的に所定の方向に直接、擦るラビング処理を行うことにより、液晶分子を所定の方向に配向させる機能を有する配向膜が得られる。
【０００６】
配向膜は、ラビング処理による、膜の表面に形成された微細な溝による形状効果や、膜を構成する有機高分子の延伸効果、更には膜の表面に誘起された静電的な異方性の効果によって、液晶分子の配向方向を規定すると考えられている。
【０００７】
しかしながら、ラビング処理による液晶配向手法では、膜表面や基板上に布の繊維やカス、ゴミ等の不純物が付着し、その結果、表示の不良や劣化の原因となり、歩留りや信頼性の低下に繋がることが懸念される。さらに、ラビング処理時に発生する静電気により、ＴＦＴ（膜トランジスタ）素子やＭＩＭ（金属‐絶縁体‐金属）素子等のアクティブスイッチング素子が破壊され、表示欠陥が生じるおそれもある。また、ラビング処理時の局所的な圧力ムラ等に起因して、液晶層の微小領域において、液晶分子のプレチルトのムラやラビング筋が生じ、表示品位に悪影響を及ぼすこともある。
【０００８】
また、製造ラインにおいて、ラビング処理工程に静電気対策や発塵対策を施すために、この工程を実行する区画と、有機高分子膜を形成する工程を実行する区画とを分離する必要があり、さらに、ラビング処理工程後に多量の洗浄液を用いたウエット洗浄処理を施すことが必要であり液晶パネルの製造工数の増加とコスト増大に繋がっていた。
【０００９】
そこで、非接触で配向処理する方法が、種々検討されている。例えば登録特許第２６０８６６１号公報、特開平９−１９７４０６号公報等には、光感応分子を含む有機高分子膜に偏光紫外線を照射することによって、配向膜を形成する方法が開示されている。
【００１０】
また、Ｍｏｌ．Ｃｒｙｓｔ．Ｌｉｑ．Ｃｒｉｓｔ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．，Ｓｅｃｔ．Ａ，３３３，１６５（１９９９）には、ポリイミド膜に紫外線（非偏光または偏光）を斜め照射することによって、ポリイミド膜が液晶分子に与えるプレチルト角を制御する、いわゆる光配向技術等が開示されている。
【００１１】
さらに、上記に例示した光配向技術とは異なり、膜表面に電子ビーム、イオンビーム、レーザービームなどのエネルギービームを照射し、配向膜とする技術が特開平２−２２２９２７号公報、特開平６−１３０３９１号公報、特開平７−５６１７２号公報や特開平９−２１８４０９号公報等に開示されている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上述の技術ではエネルギービームの照射により配向膜表面が物理的に異方性エッチングされ、多数の微細な溝構造が形成され、この溝に沿って液晶分子の異方性配向が実現すると考えられる。しかしながら、これらのエネルギービームを用いる方法においても、エネルギービームによって膜を構成する材料が損傷をうけるため、配向欠陥が形成されたり、信頼性が低下することがあり、エネルギービームの照射条件を最適化することが難しい。
【００１３】
特開平１１−２７１７７３号公報には、乾式加工法（例えば、蒸着法、スッパタリング法、イオンビーム付着法、ＣＶＤ法、ＰＥＣＶＤ法）で基板上に形成された膜に、粒子ビームを照射することによって、配向膜の原子構造を所望の方向に配列させる方法が開示されている。配向膜の材料は、光学的に透明で非晶質または微粒子状でなければならず、具体的には、ガラス、グラファイト、ダイヤモンド、ＳｉＣ、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、ＳｎＯ２、ＩｎＴｉＯ２、ＩｎＺｎＯ２やＺｎＴｉＯ２などが開示されている。また、特開平１１−２７１７７４号公報には、表面上に優先的に配向する結合を生成する膜を形成し、この膜の表面を原子、分子、イオンまたはクラスタからなる粒子線にさらす（衝撃を与える）ことによって、膜の表面に、ある方向に優先的に配向した結合を生成させ、この結合の異方性を利用して液晶分子を配向させる技術が開示されている。上記公報には、配向膜の材料として、グラファイト、ダイヤモンド、ＳｉＣ、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、ＳｎＯ２、ＩｎＴｉＯ２、ＩｎＺｎＯ２やＺｎＴｉＯ２などが開示されている。
【００１４】
しかしながら、特開平１１−２７１７７３号公報および特開平１１−２７１７７４号公報に開示されている技術は、基本的に等方的な構造をもつ膜に対して粒子ビームを照射することによって、原子配列や結合に優先的な配向を生成させ、その異方性を利用して液晶分子を配向させるものであり、配向規制力が比較的小さく、十分な信頼性が得られないことがある。なお、特開平１１−２７１７７４号公報には、結晶性または多結晶性材料を用いることによって、配向膜の形成を助長または直接形成することができると記載されているものの、具体的な説明が無い。
【００１５】
また、特開平２−２９４６１８号公報や特開２００１−２１８９１号公報には、液晶層に電圧を印加するための導電膜に配向膜としての機能を付与する技術が開示されている。前者は、液晶層をはさむ透明導電膜（ＩＴＯ膜）を斜方蒸着法で形成することによって、透明導電膜に配向規制力を付与できることを開示している。後者は、ＩＴＯ、ＡｌまたはＡｌ合金などの無機系材料から形成された電極の表面に直接エネルギービームを照射し、電極表面を異方性エッチングするなどして、導電膜に異方性を発現させる方法を開示している。
【００１６】
しかしながら、従来の導電膜は、一般にはアモルファス状態の膜または結晶方位がランダムな多結晶膜であり、斜方蒸着（前者）や、異方性エッチングによって導電膜の表面に異方的な形状（例えば段差や溝）を形成するだけでは、液晶分子を安定に配向させる配向規制力を再現性良く付与することが難しい。特に、アクティブマトリクス型液晶表示装置などでは、複雑な積層構造に起因した段差の近傍で液晶分子の配向乱れが起こりやすく、実用化を目指すには配向規制力を大きくする必要がある。
【００１７】
本発明は、上記諸点に鑑みてなされたものであって、その主な目的は、配向膜を形成するためにラビング処理を必要とせず、従来よりも簡便な製造プロセスで製造され、且つ信頼性に優れた液晶表示装置およびその製造方法を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明の液晶表示装置は、液晶層と、前記液晶層に電圧を印加するために一対の電極と、前記液晶層に直接するように配置された少なくとも１つの無機系配向膜であって、結晶粒が所定の方向に優先的に配向している結晶性導電膜から形成された無機系配向膜とを有し、そのことによって、上記目的が達成される。
【００１９】
ある好ましい実施形態において、前記少なくとも１つの無機系配向膜は、前記一対の電極の少なくとも一部として機能する。
【００２０】
前記結晶性導電膜は、前記液晶層側の表面に前記所定の方向に関連付けられた方向に延びる溝を有してよい。
【００２１】
ある好ましい実施形態において、前記結晶性導電膜は、インジウムスズ酸化物、ＡｌまたはＡｌ合金のいずれかで形成されている。
【００２２】
前記結晶性導電膜は、６０％以上の結晶化度を有することが好ましい。
【００２３】
前記結晶粒が立方晶系の結晶構造を有する場合、前記所定の方向は、前記結晶粒の〈１１１〉方向であることが好ましい。このとき、前記結晶性導電膜は、Ｘ線回折パターンにおいて、式：Ｉ（４００）／Ｉ（２２２）≡Ｉｐ（但し、Ｉ（４００）は（４００）面のピーク強度、Ｉ（２２２）は（２２２）面のピーク強度を示す。）で定義される回折強度比の値（Ｉｐ値）が０．２５以下であることが好ましい。
【００２４】
前記結晶粒が立方晶系の結晶構造を有する場合、前記所定の方向は、前記結晶粒の〈１１０〉方向であってもよい。
【００２５】
前記結晶性導電膜は、インジウムスズ酸化物から形成されており、膜厚１２０ｎｍ換算の光線透過率が波長４００ｎｍで７０％以上であり、かつ、波長５５０ｎｍでの光線透過率が８０％以上であることが好ましい。
【００２６】
好ましい実施形態においては、前記液晶表示装置は、前記液晶層に光を照射する照明光学系と、前記液晶層を通過した光を投影する投影光学系とを更に有する。
【００２７】
本発明の液晶表示装置の製造方法は、液晶層と、前記液晶層に電圧を印加するために一対の電極と、前記液晶層に直接するように配置された少なくとも１つの無機系配向膜であって、結晶性導電膜から形成された無機系配向膜とを有する液晶表示装置の製造方法であって、基板上に結晶粒が所定の方向に優先的に配向している結晶性導電膜を形成する工程と、前記結晶性導電膜に直接接する液晶層を形成する工程とを包含し、そのことによって上記目的が達成される。
【００２８】
前記所定の方向に関連付けられた角度で前記結晶性導電膜にエネルギービームを照射する工程を更に包含してもよい。
【００２９】
前記結晶粒が立方晶系の結晶構造を有し、前記所定の方向は前記結晶粒の〈１１１〉方向である場合、前記エネルギービームを前記基板の法線に対して３０°以上５０°以下の角度で照射することが好ましい。
【００３０】
前記結晶粒が立方晶系の結晶構造を有し、前記所定の方向は前記結晶粒の〈１１０〉方向である場合、前記エネルギービームを前記基板の法線に対して３５°以上５５°以下の角度で照射することが好ましい。
【００３１】
前記エネルギービームは、エキシマレーザー光、紫外線、電子線およびイオンビームから群から選択される少なくとも１つのエネルギービームを含む。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明による実施形態の液晶表示装置の構成と機能を説明する。
【００３３】
本発明による実施形態の液晶表示装置１００の構成を図１に示す。液晶表示装置１００は、液晶層５と、液晶層５に電圧を印加するために一対の電極２および６とを有しており、電極２および６は、それぞれ結晶粒が所定の方向に優先的に配向している結晶性導電膜から形成された無機系配向膜としても機能する。液晶層５は、一対の基板１および７の間にスペーサ３によって形成された空隙に設けられており、シール剤４によって封入されている。電極２および６は、それぞれ基板１おおよび７の液晶層５側に形成されており、液晶層５の配向状態（光学的な状態）を変化させるための電圧を印加する。電極２および６は、例えば、アクティブマトリクス型液晶表示装置における画素電極と対向電極であり、それぞれの画素が電極２および６を含むことになる。
【００３４】
なお、液晶表示装置１００は、結晶性導電膜から形成された無機系配向膜を電極２および６として用いているが、液晶層の配向モードによっては、液晶層５に接する一方の面だけに無機系配向膜を設けてもよい。さらに、無機系配向膜を電極２および７と独立に設けても良い。なお、本明細書において、無機系配向膜とは、非有機系配向膜を広く含み、金属、金属酸化物、金属窒化物などから形成された配向膜を含む。
【００３５】
本実施形態の液晶表示装置１００は、結晶粒が所定の方向に優先的に配向している結晶性導電膜から形成された無機系配向膜（電極２および６を兼ねている）を有する。従って、結晶粒が配向した結晶性導電膜は種々の方法で形成することが可能で、従来の有機高分子系配向膜のようにラビング処理をする必要が無い。さらに、この無機系配向膜は導電性を有するので、例示したように電極２および６として用いることができる。但し、液晶層に電圧を印加するための電極を配向膜として利用できない場合（例えばＩＰＳモード）に、電極と独立に無機系配向膜を形成しても、電極または電極に接続された配線と同じ工程で形成することができるので、液晶表示装置の製造工程を簡略化することができる。従って、液晶表示装置の製造コストが低減され、歩留まりが向上する。
【００３６】
液晶層５の液晶分子（不図示）は、結晶性導電膜の結晶粒の優先的な配向方向に関連付けられた方向に配向させられ、且つ、結晶性導電膜の配向規制力は、上述した特開平１１−２７１７７３号公報および特開平１１−２７１７７４号公報に記載されている配向膜よりも強く、液晶層５の配向状態を安定に維持することができる。
【００３７】
さらに、結晶性導電膜の結晶粒の優先配向方向に関連付けられる方向から結晶性導電膜にエネルギービームを照射し、結晶性導電膜の表面に物理的な異方性を付与することによって、結晶性導電膜の配向規制力がさらに強くなり、液晶層の配向状態の均一性および安定性がさらに向上する。結晶性導電層は無機系材料で構成されているので、エネルギービームの照射による損傷が少なく、従来の有機系配向膜にエネルギービームを照射した場合に発生する、信頼性が低下するという問題も無い。エネルギービームとしては、特開平１１−２７１７７３号公報および特開平１１−２７１７７４号公報に記載されている粒子線（原子、分子、イオンまたはクラスタからなる粒子線）や、特開２００１−２１８９１号公報に記載されている種々のエネルギービーム（エキシマレーザー光、紫外線、電子線）を用いることができる。
【００３８】
なお、本明細書において、「結晶粒の優先配向方向に関連付けられる方向」とは、結晶粒の優先配向方向と所定の関係を有する方向であり、「所定の関係」は結晶粒の結晶系（結晶構造）に依存する。無機系配向膜、すなわち結晶性導電膜によって配向方向が規制された液晶分子の配向方向は、結晶粒の優先配向方向と必ずしも一致（平行）しないが、結晶粒の結晶系に依存して決まる、結晶粒の優先配向方向に関連付けられる方向となる。また、結晶粒の優先配向方向に対してある一定の関係を有する方向からエネルギービームを照射することによって、結晶粒の優先配向方向に関連付けられる方向における配向規制力を強くすることができる。エネルギービームを照射すべき方向も結晶粒の結晶系に応じて決まる。
【００３９】
なお、結晶性導電膜にエネルギービームを照射することによって配向規制力が向上するメカニズムは下記（１）および（２）の２つ要因が考えられ、これら２つの要因が複合的に作用していると考えられる。２つの要因の寄与の程度は、エネルギービームの種類および結晶性導電膜を構成する材料の種類によって異なる。
【００４０】
（１）結晶性導電膜にある方向からエネルギービームを照射すると、異方性エッチングが起こり、結晶性導電膜の表面にその優先配向方向に関連付けられる所定の方向に延びる溝構造が形成される。この溝構造によるグレーティング効果（形状効果）によって、液晶分子の配向が規制される。
【００４１】
（２）結晶性導電膜にある方向から照射されてエネルギービームによって、特定の方向（例えば、結晶粒の配向方向に直交、または交差する方向）の結合が選択的に切断されたり、あるいは特定の方向の結合が生成される結果、結晶性導電膜の表面付近に存在する結合の異方性が増大し、配向規制力が増大する。
【００４２】
液晶表示装置１００のように、液晶層５に電圧を印加するための電極２および６が無機系配向膜を兼ねる構成を採用すると、電極１および６の液晶層側に絶縁性の有機系配向膜を設けた構成に比べて、更に下記（１）から（３）の利点を得ることができる。
【００４３】
（１）　配向膜の光吸収による表示パネルの透過率低下がない。
【００４４】
（２）　絶縁性の配向膜と液晶層との界面に分極電荷が滞留することによる残像現象などの不具合の発生を防止できる。
【００４５】
（３）有機系配向膜の熱や光による劣化による表示品位の低下を防止できる。
【００４６】
以下、本発明による液晶表示装置が有する無機配向膜を構成する結晶性導電膜の構造および形成方法を更に詳細に説明する。
【００４７】
（結晶性導電膜の形成）
一般的に、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ；Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔｉｎ　Ｏｘｉｄｅ）の膜が、液晶表示装置の透明電極として用いられている。ＩＴＯ膜はＩＴＯ粒子の集合体で構成され、一般に結晶性のものと非結晶性のものとがあり、これらは膜形成時の成膜条件の調整等で制御可能である。酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）の結晶構造については、立方晶系のＩｎ２Ｏ３［Ｉ］と六方晶系のＩｎ２Ｏ３［ＩＩ］の２つの結晶系を持つと報告されている。常圧あるいはそれよりも低い圧力の低温膜合成プロセスによると、図２に模式的に示す立方晶系に属するビックスバイト（ｂｉｘｂｙｉｔｅ；空間群Ｉａ３）と呼ばれるＩｎ２Ｏ３［Ｉ］が支配的に形成される。本発明の液晶表示装置に用いられる結晶性導電膜には、立方晶系の結晶構造を有するＩＴＯ膜を好適に用いることができる。
【００４８】
また、例えば、応用物理、第６４巻、第１２号、１２２５−１２２９頁（１９９５）に記載されている活性化蒸着法による低温成膜（ＨＤＰＥ；高密度プラズマアシストＥＢ蒸着）法などによって、結晶粒が特定の方向に優先的に配向したＩＴＯ膜を形成することができる。この他にも、真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法等の物理的成膜法や化学気相成膜法（ＣＶＤ）などの成膜方法を用いることもできる。特に、ＨＤＰＥ法を用いると、比較的低温（例えば基板温度が１５０℃以上２００℃以下）で、低い比抵抗（例えば２×１０−４Ω・ｃｍ以下）を有する結晶性ＩＴＯ膜を形成できる利点がある。
【００４９】
ＩＴＯ膜の結晶構造や結晶化度は、Ｘ線回折（ＸＲＤ；Ｘ−ｒａｙ　ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）パターンの酸化インジウム成分に由来した結晶ピークの解析により同定・評価することができる。結晶性ＩＴＯ膜では、薄膜Ｘ線回折において主に酸化インジウムに起因した（２２２）面、（４００）面、（２１１）面、（４４０）面および（６２２）面などに由来するピークが検出される。立方晶系の単位胞（結晶格子）の結晶面を図３に模式的に示すとともに、好ましい結晶性ＩＴＯ膜のＸＲＤパターンおよびそれぞれの回折ピークの帰属（結晶面）を図４に示す。
【００５０】
結晶性ＩＴＯ膜の結晶粒の配向方向に関しては、例えば、図４に示した回折ピークのうち（２２２）面と（４００）面のピーク強度比の値により優先的な配向方向を決定できる。具体的には、以下の（１）式に示すＸＲＤピーク強度比から定量的に評価することができる。
【００５１】
Ｉ（４００）／Ｉ（２２２）≡　Ｉｐ　　………　（１）
【００５２】
ここで、Ｉ（４００）は（４００）面のピーク強度、Ｉ（２２２）は（２２２）面のピーク強度を示し、Ｉｐ値が０．３３未満である場合には〈１１１〉配向が優先的な配向方向であると判定でき、逆にＩｐ値が０．３３以上の場合には、〈１００〉配向が優先的な配向方向であると判別できる。同様に（４４０）面と（４００）面のピーク強度比の値から〈１１０〉配向についても判別可能である。なお、結晶回折データ値（ＡＳＴＭ値）によると、酸化インジウムの結晶粒がランダム配向しているときのピーク強度比Ｉｐの値は０．３３である。
【００５３】
本発明の液晶表示装置に用いられる結晶性ＩＴＯ膜としては、〈１１１〉配向あるいは〈１１０〉配向が優先的（Ｉｐ値が０．３３未満）であることが好ましく、Ｉｐ値は０．２５以下であることが更に好ましい。Ｉｐ値が０．２５以下のＩＴＯ膜は、より強い〈１１１〉配向を有しているので、結晶粒界における配向の乱れが少なく、かつ、結晶粒（グレイン）内のサブグレインがほぼ単一方向に配向しており、液晶分子に対してより均一に配向規制力を発現する。典型的には、結晶粒の平均粒径は約２５０ｎｍ以上で、ここの結晶粒は、平均粒径が２０ｎｍ〜７０ｎｍのサブグレインから構成されている。
【００５４】
さらに、結晶性導電膜の結晶化度は、６０％以上であることが好ましく、９０％以上であることが更に好ましい。本明細書における「結晶化度」は、Ｘ線回折パターンのピーク強度に基づいて評価されるものとし、結晶性および非結晶性部分に由来するピーク強度の総和（積分値）に対する結晶性部分に由来するＸ線回折ピーク強度の和の割合（百分率）として求められる。結晶性導電膜の結晶化度が６０％未満の場合には、液晶分子に対する配向規制力が弱く、配向膜として十分に機能しない場合がある。
【００５５】
なお、ＩＴＯ膜の電気的な性質に関しては、不純物や結晶構造学的な酸素欠陥、格子欠陥や結晶粒界等の各種の要因と密接に関連することが知られており、一般的には、結晶性のＩＴＯ膜の方が非晶性のＩＴＯ膜よりも低抵抗になりやすく、結晶化度が高いものほど低抵抗になりやすい。
【００５６】
なお、透過型表示装置において、十分に明るい表示輝度を得るためには、結晶性導電膜の光線透過率は、膜厚１２０ｎｍ換算で、波長４００ｎｍの光に対して７０％以上であり、かつ、波長５５０ｎｍの光に対して８０％以上であることが好ましい。
【００５７】
液晶表示装置１００の電極２および６として、結晶性ＩＴＯ膜（透明導電膜）を用いた透過型液晶表示装置の実施形態を説明したが、本発明は反射型や半透過型の液晶表示装置についても適用することが可能である。これらの液晶表示装置では、結晶性導電膜として、Ａｌ膜やＡｌ合金膜を好適に用いることができる。Ａｌは一般に立方晶系の面心立方格子の結晶構造を形成し、上述のＩＴＯ膜と基本的には同様の手法で、配向膜としての機能を付与することができる。
【００５８】
（エネルギービームによる配向処理）
上述したように結晶粒が優先的に配向した結晶性導電膜は、ラビング処理をすることなく配向膜として良好に機能するが、以下に説明するように、結晶性導電膜に配向処理を施すことによって更にその配向規制力を増大させることがきる。
【００５９】
本発明において結晶性の導電膜の表面に直接照射して配向規制力を向上させる配向処理を施すために適用可能なエネルギービームとしては、エキシマレーザー光、紫外線、電子線や粒子線（イオンビーム、原子ビーム、分子ビーム、およびこれらのクラスタビーム）などを単独あるいは、複合して用いることができる。
【００６０】
例えば、エネルギービームとしてエキシマレーザー光を用いた場合には、レーザー光によるアニール現象や物理的アブレーション（物質除去）作用を利用して結晶性導電膜の表面を異方性エッチングすることができる。また、紫外線の照射では、紫外線のエネルギーよりも結合エネルギーの小さな結合部位が選択的に励起され、開裂・崩壊することで、異方性エッチング作用が引き起こされる。電子線の照射においては、電子ビームの熱的作用などにより、結晶性導電膜の表面が溶融・気化することによる物理作用により異方性エッチング作用が発現される。また、イオンビームの照射では、イオンの衝突によるスパッタリング作用により異方性エッチング作用が得られる。こられのエネルギービームを照射する領域を制御することによって、例えば、結晶性導電膜の表面に溝構造を形成することができる。もちろん、エネルギービームを用いた配向処理工程は、結晶性導電膜に対して非接触で行われる。
【００６１】
なお、電荷を帯びたエネルギービーム（特にイオンビーム）を照射する場合には、ビーム照射と同時にあるいは直後に、結晶性導電膜上の電荷を中和または除去することが好ましい。正電荷のイオンビームを照射する場合は、イオンビームの照射とともに、結晶性導電膜の表面の正電荷を中和するように電子を供給することが好ましい。
【００６２】
また、エネルギービーム照射によって結晶性導電膜の配向規制力を増大させる効果は、上述した異方性エッチングによる溝形成に代表される形状効果（グレーティング効果）に限られない。エネルギービーム照射によって、結晶性導電膜の表面付近の結合を選択的に切断または選択的に生成させることよって、結晶性導電膜の表面付近の結合に異方性を持たせ、この結合の異方性を利用して液晶分子を配向させることもできる。なお、異方的な結合を生成させるには、粒子線を照射することが好ましい（特開平１１−２７１７７３号公報および特開平１１−２７１７７４号公報参照）。
【００６３】
上述したようにエネルギービームを結晶性導電膜に直接照射して、結晶性導電膜の配向規制力を増大させるためには、エネルギービームを結晶性導電膜の表面（典型的には基板の表面に平行）の法線から傾斜した方向から照射することが好ましい。
【００６４】
特に、エネルギービームの照射によって結晶性導電膜の表面に微細な溝構造を形成し、その形状効果によって配向規制力を増大させる場合には、結晶性導電膜の優先配向方向と平行に延びる多数の微細な溝を形成することが好ましい。このような溝を形成するためには、エネルギービームを結晶性導電膜の法線と優先配向方向とを含む面内で、かつ、上記法線から傾斜した方向から照射することが好ましい。このような方向からエネルギービームを照射（「優先配向方向に平行な斜め照射」と呼ぶこともある。）すると、エネルギービームの進行方向と略直交する方向に配向した結合成分が優先的に（選択的に）破壊・崩壊されるので、結晶粒の優先配向方向に平行な溝構造を効率的に形成することができる。
【００６５】
また、本発明において斜方照射角度に際して結晶粒の配向方向と関連付けた照射方向として適した角度とは、空間的に結晶配向面の直交方向に平行な方向である。
【００６６】
例えば、〈１１１〉配向の結晶構造の場合には基板法線に対して入射角約３０〜５０°で、〈１１０〉配向の結晶構造の場合には約３５〜５５°の入射角でイオンビーム照射を行うことが好ましい。より好ましくは、前者の結晶配向方向では入射角で約３０〜４０°であり、後者の結晶配向方向では入射角で約４０〜５０°である。ここで、入射角度が好適な範囲を外れた場合には、エネルギービームの進行方向と略直交する方向に配向した結合成分が切断される割合が大きくなるので、結晶粒の優先配向方向に平行な結合成分の破壊が多く進行する結果、配向規制力を増大する効果が低下する。
【００６７】
結晶性導電膜の配向処理に好適に用いられるイオンビーム照射装置の構成例を模式的に図５に示す。
【００６８】
図５に示したイオンビーム照射装置は、イオンビーム１１を出射するイオンビーム源１０と、イオンビームによる電荷を中和するための電子を出射する電子照射源１２とを有する。真空排気装置１４で排気され減圧雰囲気を維持できる真空チャンバ１５内に、回転軸１７の周り回転可能に設けられたステージ１６を有する。結晶性導電膜（電極）２が形成された基板１（図１参照）をステージ１６の表面に配置し、結晶性導電膜２に対するイオンビーム１１の入射角θを調節する。イオンビーム１１の照射によって結晶性導電膜２の表面に滞留する電荷を中和するために、イオンビーム１１の照射と同時または直後に電子シャワー１３を照射する。イオンビーム１１の照射と電子シャワー１３の照射を繰り返してもよい。
【００６９】
結晶性導電膜２は、上述したように、無機系材料から形成されているので、有機系材料を用いる場合に比較して、チャンバ１５の内壁や結晶性導電膜２の表面が汚染される問題が起こりにくい。また、基板１の表面の大部分を結晶性導電膜２が覆っているので、電荷が局所的に滞留することが無く、ＴＦＴなどのアクティブマトリクス素子が静電気によって破壊されることが抑制される。
【００７０】
ここでは、イオンビーム照射装置を例示したが、特開平９−２１８４０９号公報に開示されているように、イオンビームおよび紫外線を照射可能な装置を用いることができる。さらに、ビーム源を変更するなどして、公知の技術を用いて、他のエネルギービームを照射する装置を構成することができる。
【００７１】
（結晶性導電膜の解析）
上述のように形成された結晶性導電膜の解析は、例えば、以下の方法で実行することができる。後述する実施例および比較例の配向膜の解析に用いた方法を説明する。
【００７２】
１．結晶性および結晶配向方向の解析
薄膜Ｘ線回折装置（リガク製；ＲＩＮＴＩ５００型）を用い、管球Ｃｕ（ＣｕＫαｌ線）、管電流２００ｍＡ、管電圧５０ｋＶ、広角ゴニオメータ、サンプリング角度０．０５°、走査速度３．０°／分、走査軸２θ、固定角１．０°、回転速度１２０回／分の測定条件にて回折強度を測定し、回折ピークの形状や積分強度から結晶化度、結晶性について評価した。
【００７３】
例えば、図４に示したように、結晶性ＩＴＯ膜については、２θ＝３０．５°付近に（２２２）面の回折ピーク、２θ＝３５．４°付近に（４００）面の回折ピーク、２θ＝５１．０°付近に（４４０）面の回折ピークが各々検出できることから、これらのピーク強度比を基にして結晶粒の配向方向を決定した。
【００７４】
２．結晶粒径の解析
電界放出型２次電子顕微鏡（日立製作所製；Ｓ−９００型）を用い、結晶性導電膜の表面を直接（金蒸着することなく）、膜法線方向から観察することから結晶粒の２次元距離を解析した。観察倍率は例えば１０万倍とした。
【００７５】
３．配向処理後の表面観察
原子間力顕微鏡（セイコーインスツルメンツ製；ＳＰＩ３７００型）を用い、共振モード、走査速度１Ｈｚで表面観察を行い、異方性エッチング処理前後の表面の微細形状を観察した。測定面積は１μｍ□とした。
【００７６】
４．分光透過率測定
分光光度計（日立製作所製；Ｕ−４１００型）を用い、空気中での分光透過率を基準にして、結晶性導電膜の分光透過率を透過モードで測定した。なお、測定値に関しては、膜厚補正を行い、換算膜厚１２０ｎｍでの光線透過率を算出し、波長４００ｎｍおよび５５０ｎｍでの透過率Ｔ％を評価した。
【００７７】
（液晶表示装置）
本発明による液晶表示装置は、上述した結晶性導電膜から形成された無機系配向膜を有しているので、配向膜を形成するためにラビング処理を必要とせず、且つ、耐熱性、耐光性や耐湿性などの信頼性に優れている。従って、液晶パネルに強力な光が照射され、液晶パネル温度が高くなりやすい、投射型液晶表示装置に好適に用いられる。
【００７８】
図６に、本発明による投射型液晶表示装置（プロジェクタ）の構成の一例を模式的に示す。
【００７９】
プロジェクタ２００は、ランプ光源２１２を含む照明光学系２１０と、色光分離光学系２３０と、リレー光学系２２０と、赤、緑および青の３原色の光路に対応して配置されて３つの液晶表示パネル（ライトバルブ）１００Ｒ、１００Ｇ、１００Ｂと、クロスダイクロイックプリズム２４２と、投射レンズ２５２とを備えている。照明光学系２１０から出た光は色光分離光学系２３０で赤（Ｒ）、緑（Ｇ）および青（Ｂ）の３原色の色光に分離され、分離された各色光は３つの各液晶ライトバルブ１００Ｒ、１００Ｇ、１００Ｂで画像情報に応じて変調される。変調された各色光は、再度、クロスダイクロイックプリズム２４２で合成され、投射レンズ２５２によりスクリーン上にカラー画像が投影表示される。
【００８０】
色分離光学系２３０が白色光束を赤（Ｒ）、緑（Ｇ）および青（Ｂ）の色光束に分離する場合について説明したが、白色光束をシアン、マゼンタおよびイエローの色光束に分離する色分離光学系を用いても良い。また、照明光学系１００から出射された光を互いに異なる４色以上の色光束に分離する色分離光学系を用いても良い。
【００８１】
本実施形態では、クロスダイクロイックプリズム５２２とダイクロイックミラー２３２とを用いる３板式（３枚の液晶ライトバルブを用いる方式）について説明したが、クロスダイクロイックプリズムに代えて、ダイクロイックミラーによって各色光束を合成する構成を採用することもできる。
【００８２】
なお、本発明は、上記のような３板式投射型液晶表示装置だけでなく、単板式の投射型液晶表示装置についても同様に適用可能である。例えば、赤、緑、および青の３原色のマイクロカラーフィルタを画素に対応して設けられた１枚のカラー液晶表示パネルを用いる方式に適用できる。また、１枚の白黒型液晶表示パネルと、この液晶表示パネルの画素毎に３原色の光束を入射させる光学系（例えば、ダイクロイックミラーとマイクロレンズアレイとで構成される）とを用いても良い。
【００８３】
なお、上述の何れの構成についても、スクリーンの手前から投写する例示したフロント投写方式に限られず、反射ミラー等を用いてスクリーンの背面から投写するリア投写方式に適用することもできる。
【００８４】
本実施形態に用いられる液晶表示パネルは、例えば、アクティブマトリクス型電気書き込み方式により情報の書き込みが行われる。しかし、本発明の液晶表示装置は、これに限られず、単純マトリクス型電気書き込み方式、光書き込み方式、熱（レーザ）書き込み方式のいずれの方式の液晶表示装置にも適用することができる。
【００８５】
以下に、本発明の実施例および比較例を示すが、本発明はこれに限定されない。
【００８６】
（実施例１〜４および比較例１〜４）
透明ガラス基板上に表示用電極（画素電極および対向電極）として、上述のＨＤＰＥ法によって結晶性ＩＴＯ膜を形成した。ＨＤＰＥ法による成膜条件は、透明ガラス基板の近傍にプラズマ密度が１０１３〜１０１４イオン／ｃｍ３、プラズマポテンシャルが＋１０Ｖ〜３０Ｖとなるように調節した。ターゲットには、Ｓｎ２Ｏを７．５質量％含むＩＴＯ焼結体を用いた。雰囲気の圧力は、４×１０−２〜６．７×１０−２Ｐａとした。
【００８７】
実施例１および２では、基板温度Ｔｓ；２００℃の条件で堆積・結晶化を行った。なお、必要に応じて、１５０℃以上３００℃以下でアニール（後焼成）を行っても良い。
【００８８】
上述した薄膜Ｘ線回折（ＸＲＤ）パターン解析や電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察などの結果から、実施例１および２の結晶性ＩＴＯ膜では、結晶化度９５％以上でＩｐ＝０．１（≡Ｉ（４００）／Ｉ（２２２））で、〈１１１〉配向に結晶粒が優先配向していることがわかった。
【００８９】
また、実施例３では、成膜条件や基板温度（Ｔｓ；２５０℃）を調整して、結晶性ＩＴＯ膜を形成した。結晶化度９０％で〈１１０〉配向が優先的な配向方向となる結晶性ＩＴＯ膜を形成した。
【００９０】
実施例４では、基板温度Ｔｓ；１５０℃で堆積し、結晶化度６２％、Ｉｐ＝０．２４の〈１１１〉配向が優先的な配向方向の結晶性ＩＴＯ膜を形成した。
【００９１】
一方、比較例１では従来のＥＢ蒸着法により非結晶性ＩＴＯ膜を成膜した。比較例２ではＨＤＰＥ法によるＩＴＯ膜を基板温度Ｔｓ；１４０℃で堆積し、結晶化度５７％、Ｉｐ＝０．３５の〈１００〉配向が優先的な結晶性ＩＴＯ膜を形成した。比較例３では、スパッタリング法（基板温度Ｔｓ；２００℃）で成膜し、結晶化度６８％、Ｉｐ＝０．２５の〈１１１〉配向が優先的な結晶性ＩＴＯ膜を形成した。比較例４では、実施例１と同様に結晶性ＩＴＯ膜を形成した後、公知のポリイミド系配向膜を印刷法で成膜した。
【００９２】
なお、それぞれの結晶性ＩＴＯ膜は、所定の形状にパターニングし、表示電極を形成した。
【００９３】
上記実施例２以外の各例では基板の結晶性ＩＴＯ膜またはポリイミド膜の表面に、図５に示したイオンビーム照射装置を用いて、Ａｒイオンビームを照射した。イオンビーム照射時の入射角度θは液晶分子のプレチルト角などとも関連があり、〈１１１〉配向の結晶構造の場合には基板法線に対して入射角３５〜３７°でイオンビーム照射を行った。また、〈１１０〉配向の結晶構造の場合には約４５°の入射角でイオンビーム照射を行った。Ａｒイオンビームはイオン源から発生した電離Ａｒガスを真空中で４００Ｖの印加電圧で電界加速して、基板上の膜面に直接照射することによって配向処理を行った。
【００９４】
その後、上下の両基板はセルスペーサ（４μｍ）およびシール剤を介して貼り合せた。このとき、上下の基板の結晶性導電膜またはポリイミド配向膜に対するイオンビーム照射方位（基板面内における方向）が、上下の基板で互いに９０°になるように配置した。所定の液晶材料を真空注入、封止工程を経て、ＴＮモードの透過型液晶表示パネルを作製した。
【００９５】
作製した液晶パネルを偏光顕微鏡下で評価した旋光透過率および電圧５Ｖ印加時のコントラスト比（ＣＲ）等の電気光学特性と８０℃、２０００万ｌｘ設定のＵＨＰランプを用いた耐光・耐熱信頼性エージング評価を行った。評価結果を表１にまとめて示す。
【００９６】
【表１】
2004053784.tif 000003
【００９７】
結晶性が高く、結晶粒の配向方向がほぼ揃った結晶性ＩＴＯ膜を用いた実施例２では、液晶分子も比較的良好に均一な配向を示すことが確かめられた。また、実施例１と実施例２の比較から明らかなように、結晶性導電膜に対して斜め方向からイオンビームを照射することにより、信頼性が向上することがわかる。イオンビーム照射した後の基板表面（結晶性導電膜の表面）をＡＦＭ（原子間力顕微鏡）やＳＥＭ（電子顕微鏡）を用いて観察した結果、イオンビーム照射に起因した規則的な微細溝構造が結晶粒の優先配向方向に沿って形成されていることが確認された。これらの物理的構造と結晶粒の優先配向との相乗効果によって、液晶分子の均一な配向がさらに安定化されたと考えられる。
【００９８】
また、上記の各例示で示されたように結晶性の導電膜に結晶粒の配向方向に関連付けた方向からイオンビーム照射による配向処理を施した場合には比較的安定に液晶分子の異方性配向が実現することが確かめられ、従来のポリイミド配向膜を用いた比較例４の場合と比較してもパネルの透過率、固定パターン表示後の焼付け残像やエージング信頼性評価などの点でも改善効果が高いことが確認された。
【００９９】
（実施例５および比較例５）
実施例５および比較例５では、図６に示した投射型液晶表示装置２００を作製し、投影評価およびエージング特性評価を行った。用いた液晶表示パネルは、ＴＦＴ型液晶パネルであり、実施例５の液晶表示パネルの表示電極は実施例１と同様の方法で形成した。比較例５の液晶表示パネルは、比較例４と同様にポリイミド配向膜を形成した。なお、結晶性導電膜およびポリイミド配向膜に対するイオンビームの照射角度は、法線方向に対して３７°とした。以下、実施例１および比較例４と同様の工程を経て、ＴＮモードのＴＦＴ型液晶表示パネルを完成した。
【０１００】
実施例５および比較例５のいずれの液晶表示パネルにおいても液晶配向状態に大きな問題が認められなかったが、固定パターンを３０分間表示した後の残像評価では、ポリイミド系配向膜を用いた比較例５の液晶表示パネルにおいてのみ残像が確認された。
【０１０１】
さらに、投影エージング評価（パネル温度；６０℃、１５００ＡＮＳＩルーメン）において、実施例５の液晶表示装置では１０００時間のエージング評価でもコントラスト比や輝度レベルに大きな変化を認めなかったが、比較例５の液晶表示装置ではエージング時間が５００時間を越えるとコントラスト比が初期値から約３０％低下し、輝度レベルも２５％以上低下した。比較例５の液晶表示パネルを偏光顕微鏡で観察した結果、投影エージングにより表示パネル面内において液晶分子のチルト角の変化が起こり、リバースチルト領域が増大していることが観察され、液晶分子の配向安定性が低下していることが認められた。
【０１０２】
上述の実施形態では、液晶層を介して互いに対向する画素電極と対向電極とを有する液晶表示装置を例示したが、本発明はこれに限られず、種々のタイプの液晶表示装置に適用することができる。例えば、ＩＰＳモードの液晶表示装置のように液晶層に面する一方の基板面に一対の電極を有する構成においても、無機系配向膜をこの電極あるいは配線と同じ工程で形成することができるので、製造工程を簡略化することができる。
【０１０３】
上記の実施例では結晶性ＩＴＯ膜を用いた例を示したが、立方晶系の結晶粒を含む結晶性Ａｌ膜や結晶性Ａｌ合金についても実質的に同様の方法で本発明を適用することが可能で、本発明の効果が得られる。また、他の無機系材料を用いることもできる。
【０１０４】
【発明の効果】
本発明による液晶表示装置が有する配向膜は、無機系材料からなる結晶性導電膜から構成されており、ラビング処理を必要とせず、従来よりも簡便な製造プロセスで製造され、且つ、信頼性に優れた液晶表示装置が提供される。
【０１０５】
本発明によると、従来のラビング処理によるダストの発生や処理むらの発生が抑制されるので、（１）点欠陥等の画素欠陥が無く、（２）画素全体の表示ムラが無く均一で、且つ、製品間のばらつきが無く、（３）高コントラスト比、且つ高輝度で動画表示も可能な優れた表示品位を有し、（４）生産性が良好で、安価な製品を安定に供給できる、という利点を得ることができる。本発明は、高い表示品位が求められる高精細液晶表示装置、特に投射型液晶表示装置に好適に適用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の液晶表示装置１００の構成を模式的に示す図である。
【図２】酸化インジウムの結晶構造を模式的に示す図である。
【図３】立方晶系の単位胞（結晶格子）の結晶面を示す図である。
【図４】本発明の実施形態の液晶表示装置に好適に用いられる結晶性ＩＴＯ膜のＸＲＤパターンおよびそれぞれの回折ピークの帰属（結晶面）を示す図である。
【図５】本発明の実施形態において結晶性導電膜の配向処理に好適に用いられるイオンビーム照射装置１０の構成例を模式的に示す図である。
【図６】本発明による実施形態の投射型液晶表示装置２００の構成の一例を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１、７　基板
２、６　結晶性導電膜（表示電極、液晶配向層）
３　セルスペーサ
４　シール剤
５　液晶層
１０　イオンビーム源
１１　イオンビーム
１２　中和電子照射源
１３　電子シャワー
１４　真空排気装置
１５　真空チャンバ
１６　ステージ
１７　回転軸
θ　ビーム入射角
１００　液晶表示装置
１００Ｒ、１００Ｇ、１００Ｂ　液晶表示パネル（ライトバルブ）
２００　投射型液晶表示装置（プロジェクタ）
２１０　照明光学系
２２０　リレー光学系
２３０　色光分離光学系
２４０　色合成光学系
２５０　投影光学系
２０６　反射ミラー
２４２　クロスダイクロイックプリズム
２５２　投射レンズ
【図１】
2004053784.tif 000004
【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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