(57)【要約】【課題】配向膜の下地層の凹凸部近傍においての液晶分子の配向不良をより確実に防止することが可能で、これにより光抜けが防止された表示特性が極めて良好な液晶表示装置を提供する。【解決手段】それぞれに設けられた配向膜１８，２３を内側にして対向配置された駆動基板１と対向基板２との間に液晶層３とを備えた液晶表示装置において、少なくとも駆動基板１側の配向膜１８は、斜方蒸着によって形成された第１層１８ａと、第１層１８ａに対して略１８０°をなす方位角方向からの斜方蒸着によって形成された第２層１８ｂとの積層構造からなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれに設けられた配向膜を内側にして対向配置された一対の基板と、当該一対の基板間に狭持された液晶層とを備えた液晶表示装置において、
前記配向膜の少なくとも一方は、斜方蒸着によって形成された第１層と、当該第１層に対して略１８０°をなす方位角方向からの斜方蒸着によって形成された第２層との積層構造からなる
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
請求項１記載の液晶表示装置において、
前記積層構造の配向膜の下方には、画素電極と共に当該画素電極のスイッチング素子がマトリックス状に配置されている
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項３】
請求項１記載の液晶表示装置において、
前記積層構造の配向膜の下方には、前記一対の基板間の間隔を規制するための柱状スペーサが設けられている
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項４】
請求項１記載の液晶表示装置において、
前記積層構造の配向膜は、前記第１層よりも当該第１層上に形成された第２層の膜厚が厚い
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項５】
請求項１記載の液晶表示装置において、
前記配向膜は無機材料で構成されている
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項６】
請求項５記載の液晶表示装置において、
前記一対の基板を対向配置してなるパネルに、当該パネルを透過させる光を照射する光学系を備えた
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項７】
請求項１記載の液晶表示装置において、
前記液晶層を構成する液晶分子は、当該液晶層に対して電界無印加時に垂直配向する
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項８】
それぞれに設けられた配向膜を内側にして対向配置された一対の基板と、当該一対の基板間に狭持された液晶層とを備えた液晶表示装置の製造方法であって、
前記一対の基板の少なくとも一方における前記配向膜の形成においては、
斜方蒸着によって第１層を形成する工程と、
前記第１層の斜方蒸着に対して略１８０°をなす方位角方向からの斜方蒸着によって、当該第１層上に第２層を形成する工程とが行われる
ことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液晶表示装置およびその製造方法に関し、特には斜方蒸着された配向膜を有する液晶表示装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクタ用の液晶表示装置（いわゆる液晶プロジェクタ）において、ライトバルブとして用いられている液晶パネルは、配線の微細化によるパネルサイズの小型化が進展している。一方、プロジェクタに使用される光源の光強度は増加の一途を辿っている。このため、小型化した液晶パネルに対する単位面積当たりの入射光量が飛躍的に増加している。そこで、このような液晶プロジェクタ用の液晶パネルにおいては、耐光性に劣る有機材料に換えて、酸化シリコン等の無機材料からなる配向膜（無機配向膜）を用いる構成が提案されている。無機材料からなる配向膜の形成においては、従来の有機材料からなる配向膜の形成に適用されているラビング法では十分な配向力が得られないため、基板（パネル面）の法線から角度をつけた蒸着方法（いわゆる斜方蒸着方法）が行われている。
【０００３】
ところで、上記配向膜が形成される基板のうち、特に駆動基板の表面には、画素電極やこれを駆動するスイッチング素子等による凹凸が存在している。また、液晶層の距離を規制するための柱状スペーサが形成されている側の基板表面は、最も大きな凸部が存在している。このため上述した斜方蒸着においては、蒸着方向に対して凹凸の陰になる部分は、無機材料が蒸着されない、あるいは蒸着されにくい部分となるため、蒸着ムラが生じる。そして、このような蒸着ムラが生じた部分のいては、液晶の配向が乱れ、光りぬけ等が起こり表示特性を悪化させるという問題があった。
【０００４】
そこで、略９０°の異なる方位角方向から複数回の斜方蒸着を行うことにより、陰になる分部にも無機材料を蒸着させる方法が提案されている（下記特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２７７８７９号公報（特に、段落００２４参照）
【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、上述したような略９０°の異なる方位角方向からの斜方蒸着では、１回目の斜方蒸着において陰となった部分に、２回目の斜方蒸着において十分に無機材料を蒸着することができるものの、２回目の斜方蒸着において陰となった部分では、１回目の斜方蒸着で形成された蒸着膜部分の影響を完全に排除することが困難である。したがって、２回目の斜方蒸着において陰になる部分においては、１回目の蒸着膜分部の影響によって液晶分子の配向の乱れが生じ易い。
【０００７】
そこで本発明は、配向膜の下地層の凹凸部近傍においての液晶分子の配向不良をより確実に防止することが可能で、これにより表示特性が極めて良好な液晶表示装置を提供すること、およびこのような液晶表示装置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】
このような目的を達成するための本発明の液晶表示装置は、それぞれに設けられた配向膜を内側にして対向配置された一対の基板と、当該一対の基板間に狭持された液晶層とを備えた液晶表示装置において、配向膜の少なくとも一方が積層構造であることを特徴としている。この積層構造は、斜方蒸着によって形成された第１層と、当該第１層に対して略１８０°をなす方位角方向からの斜方蒸着によって形成された第２層とからなる。
【０００９】
また、本発明は、このような液晶表示装置の製造方法でもあり、上述した積層構造の配向膜の形成においては、斜方蒸着によって第１層を形成する工程と、前記第１層の斜方蒸着に対して略１８０°をなす方位角方向からの斜方蒸着によって当該第１層上に第２層を形成する工程とを行うことを特徴としている。
【００１０】
このような構成の液晶表示装置では、第１層とその上層の第２層とが、１８０°をなす方位角方向からの斜方蒸着によって形成されている。このため、第１層と第２層とは、互いに１８０°をなす方位角方向に所定のプレチルト角で液晶分子を配向させる表面形状を有することになる。ここで、配向膜の下地が凹凸を有している場合、第２層を形成する際の斜方蒸着において陰となり十分な蒸着がなされない第２層の蒸着ムラ部分が生じる。このような第２層の蒸着ムラ部分では、第１層の表面形状が液晶分子の配向に対して影響を及ぼし易くなる。このため、第２層が十分に成膜されている部分の液晶分子の配向に対して、第２層の蒸着ムラ部分における液晶分子の配向は１８０°をなす方位角方向となり易い。しかしながら、周囲の配向方向に対して１８０°の方位角方向に保たれた液晶分子は、他の方位角方向に配向した液晶分子と比較して、その配向状態が周囲の液晶分子の配向状態に揃い易い。特に、配向膜が液晶分子を略垂直のプレチルト角で配向させる構成である場合にこのような傾向が顕著に見られる。このため、上述したような積層構造の配向膜においては、下地の凹凸に影響されることなく、第２層の全面（すなわち配向膜の全面）において液晶分子の配向が揃いやすくなる。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように、本発明の液晶表示装置およびその製造方法によれば、下地の凹凸に影響されること無く配向膜の全面において液晶分子の配向を揃い易くすることができるため、液晶分子の部分的な配向不良による光抜けを防止して表示特性の向上を図ることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を説明する。ここでは、先ず、液晶表示装置の製造方法の実施形態を説明し、次にこの製造方法によって得られる液晶表示装置の構成を説明する。尚、ここでは、投射型の液晶表示装置のライトバルブとして好適に用いられる液晶パネルに本発明を適用した実施の形態を説明するが、本発明は投射型の液晶表示装置への適用に限定されるものではなく、斜方蒸着によって形成される配向膜を有する液晶表示装置に広く適用可能である。
【００１３】
図１には、ここで形成する液晶表示装置の要部である液晶パネルの概略構成図を示す。この図に示す液晶パネルＡは、本発明を適用した液晶パネルであり、駆動基板１と対向基板２との間に液晶層３を狭持してなる。この様な構成の液晶パネルＡを作製する場合、先ず、以下に示す通常の手順により、駆動基板１側に画素電極および柱状スペーサの形成までを行う。
【００１４】
すなわち、ガラス基板４上にスイッチング素子の活性層となる半導体層５をパターン形成する。この際、先ず、多結晶シリコン膜をＣＶＤ法により１０〜１００ｎｍの厚みで成膜する。その後、必要に応じてイオン・インプランテーション法により、一旦多結晶シリコン膜中のシリコン結晶を砕いた後、６００〜７５０℃の温度でアニールにて再結晶化処理を行う。次に、この多結晶シリコン膜を所定形状にパターニングすることにより、半導体層５を形成する。
【００１５】
次に、熱酸化法あるいはＬＰＣＶＤ法等の手段によって、半導体層５を覆うゲート絶縁膜６を１０〜１００ｎｍの厚みで成膜する。
【００１６】
次いで、半導体層５の上部に、ゲート絶縁膜６を介してゲート電極７を形成する。この際、先ず、多結晶シリコンあるいはＭｏＳｉ、ＷＳｉ、Ａｌ、Ｔａ、Ｍｏ／Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ、Ｃｒ等の金属からなる導電膜を成膜し、この導電膜を所定形状にパターニグすることによりゲート電極７を形状する。尚、ゲート電極７として多結晶シリコンを用いた場合は低抵抗化を図るためにリン（Ｐ）等の不純物を熱拡散する工程を行っても良い。
【００１７】
以上の後、ゲート電極７をマスクとして、イオン・インプランテーション法、あるいはイオンドーピング法等により、半導体層５に不純物イオンを打ち込み、当該半導体層５内にソース領域およびドレイン領域を形成し、薄膜トランジスタ（thin film transistor：ＴＦＴ）からなるスイッチング素子を形成する。
【００１８】
続いて、ＣＶＤ法によりＰＳＧ、ＮＳＧ等を４００〜８００ｎｍの厚みで成膜して第１層間絶縁膜８とする。そして、この第１層間絶縁膜８に半導体層５のソース領域およびドレイン領域に連通する第１コンタクトホール９Ｓ，９Ｄを開口する。
【００１９】
次いで、Ａｌ等の導電性薄膜をスパッタ等により３００〜７００ｎｍの厚みで成膜する。これを所定の形状にパターニングし、第１コンタクトホール９Ｓ，９Ｄを介して半導体層５のソース領域およびドレイン領域に接続されたソース電極１０Ｓ、ドレイン電極１０Ｄに加工する。その後、例えば常圧ＣＶＤ法により、ＰＳＧ等を３００〜２０００ｎｍの厚みで成膜して第２層間絶縁膜１１とする。必要があれば、ＣＭＰ法などを用いて第２層間絶縁膜１１の表面処理を施し、平坦化を行ってもよい。
【００２０】
次に、ドレイン電極１０Ｄとの電気接続をとるための第２コンタクトホール１２を第２層間絶縁膜１１に開口する。この上に、必要であればブラックマスクを兼ねる遮光膜１３を形成しても良い。この遮光膜１３は、例えばスパッタ等の方法によって、Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｗ、ＴｉＮｘ、またはこれらの金属のシリサイド等を５０〜５００ｎｍ程度の厚みで成膜し、所定の形状にパターニングすることによって形成する。そして、図示したように、遮光膜１３を形成した場合には、この遮光膜１３を覆う第３層間絶縁膜１４を成膜し、さらにこの遮光膜１３を介してドレイン電極１０Ｄとの電気接続をとるための第３コンタクトホール１５を第３層間絶縁膜１４に形成する。
【００２１】
その後、第３層間絶縁膜１４上に、ドレイン電極１０Ｄと接続させた画素電極１６を形成する。ここでは、例えばＩＴＯのような金属酸化物からなる透明導電膜を３０〜３００ｎｍ程度の厚みで成膜し、この透明導電膜を所定の形状にパターニングすることにより画素電極１６を形成する。その後、必要であれば２００〜４００℃程度のアニールを行ってもよい。
【００２２】
次に、駆動基板１と、対向基板２との間に挟持される液晶層３の厚み（セルギャップという）をより制度よくコントロールするために、駆動基板１上の画質に影響を与えないような所望の位置に柱状スペーサ１７を形成する。ここでは先ず、アクリル製の感光性樹脂膜を２〜６μｍ程度の厚みになるようスピンコート法等によって塗布成膜し、フォトリソグラフィー技術により感光性樹脂膜をパターニングする。その後、パターニングされた感光性樹脂膜を１５０〜２５０℃で焼成することにより、柱状スペーサ１７を得る。
【００２３】
以上までは、従来と同様の工程で行って良い。そして、以降の工程、すなわち以上のように画素電極１６および柱状スペーサ１７の形成までを行った駆動基板１上に配向膜１８を形成する工程が、本発明に特徴的な工程となる。以下、この工程を、図２〜図４に基づいて説明する。
【００２４】
先ず、この配向膜１８の形成には、図２に示す斜方蒸着装置を用いる。この斜方蒸着装置は、真空チャンバー１０１内に、蒸着材料を蒸発させるための蒸着源１０２を備えている。そして、蒸着源１０２の上方には、所定の距離をおいて基板Ｗを保持する機構（図示省略が設けられている。ここで基板Ｗは、基板Ｗの中心と蒸着源２とを結ぶ線と、基板Ｗにおける被蒸着面Ｗａの法線Ｌとがなす角度、すなわち蒸着角度θが自在に保持される。さらに、基板Ｗは、蒸着源１０２から蒸発させた蒸着材料Ｇが入射する方位角方向が調整可能なように回転自在に保持されることとする。ここで方位角方向とは、基板Ｗの被蒸着面Ｗａに対して所定の蒸着角度θから照射される蒸着材料Ｇが、被蒸着面Ｗａに対して照射される方向である。
【００２５】
このような斜方蒸着装置を用いた配向膜の形成は、先ず、図３（１）に示すように、上述のような柱状スペーサ１７の形成までを行った駆動基板１（基板Ｗ）に対して、所定の蒸着角度θ１から無機材料（蒸着材料Ｇ）を斜方蒸着させる。この際、図２に示した真空チャンバー１０１内の蒸着源１０２に無機材料を投入し、基板Ｗとして駆動基板１を所定で収納設置する。その後、真空チャンバー１０１内を所定の真空度にまで真空引きした後、蒸着源１０２を電子ビーム等により加熱することで、無機材料を蒸着材料Ｇとして蒸発させ、駆動基板１の表面に斜方蒸着させる。この第１回目の斜方蒸着により、柱状構造の無機材料を斜方蒸着してなる第１層１８ａを成膜する。尚、無機材料としては、例えばＳｉＯxが好適に用いられる。
【００２６】
次いで、図３（２）に示すように、第１層１８ａが成膜された駆動基板１（基板Ｗ）に対して、所定の蒸着角度θ２から無機材料（蒸着材料Ｇ）を斜方蒸着させる。この第２回目の斜方蒸着においては、図４に示すように、第１層１８ａの斜方蒸着における方位角方向に対して略１８０°をなす方位角方向から無機材料（蒸着材料Ｇ）を斜方蒸着させる。このため、図２を用いた斜方蒸着装置において、基板Ｗにおける被蒸着面Ｗａの向きをそのままの状態に保って、当該基板Ｗを略１８０°回転させ、第１回目の斜方蒸着と同様の手順で第２回目の斜方蒸着を行う。
【００２７】
これにより、図３（２）に示したように、第１回目の斜方蒸着における方位角方向に対して略１８０°をなす方位角方向から無機材料を斜方蒸着してなる第２層１８ｂを成膜する。この際の無機材料（蒸着材料Ｇ）としては、第１層１８ａと同様の材料を用いて良く、第１層１８ａよりも厚膜となるように第２層１８ｂを形成することが好ましい。
【００２８】
尚、基板Ｗの回転、すなわち、第１回目の斜方蒸着における方位角方向と第２回目の斜方蒸着の方位角方向とのなす角度、すなわち略１８０°とは、１８０°±２０°程度の範囲であり、好ましくは１８０°±３°の範囲であることとする。また、第１層１８ａの蒸着角度θ１および膜厚、さらに第２層１８ａの蒸着角度θ２および膜厚は、これらの積層膜からなる配向膜１８の平坦部において、液晶分子ｍが所定のプレチルト角（基板表面と液晶分子とのなす角度）で略垂直に配向するように設定されることとする。ただし、液晶分子ｍの配向は配向膜１８の最表面の形状により規制されるため、下地となる第１層１８ａの表面形状の影響を受けにくくするため、第２層１８ｂの膜厚をより厚くすることが好ましい。また、第１層１８ａを形成する際の蒸着角度θ１と第２層１８ｂを形成する際の蒸着角度θ２とは、同一角度であっても良い。
【００２９】
以上のようにして第１層１８ａ上に第２層１８ｂを積層してなる配向膜１８を得る。またこれにより、駆動基板１側の作製工程を終了させる。
【００３０】
一方、図１に示す対向基板２を作製する場合には、ガラス基板２１上に対向電極２２を形成し、この対向電極２２上に配向膜２３を形成する。この配向膜２３の形成は、上述した駆動基板１側の配向膜１８の形成と同様の手順で行っても良く、また１回の斜方蒸着によって形成しても良い。ただし、この配向膜２３は、液晶分子が所定のプレチルト角度で略垂直に配向するように斜方蒸着されることとする。尚、配向膜２３が形成される下地面、すなわち斜方蒸着が行われる被蒸着面が凹凸を有している場合には、駆動基板１側の配向膜１８の形成と同様の２回の斜方蒸着によって配向膜２３を形成することが好ましい。
【００３１】
そして、以上のように配向膜１８，２３が形成された駆動基板１および対向基板２を作製した後には、配向膜１８，２３を内側にして駆動基板１と対向基板２とを対向配置し、これらの基板１，２間に液晶層３を充填して封止し、液晶パネルＡを完成させる。
【００３２】
図５には、以上のようにして作製された液晶パネルＡを用いた液晶表示装置の一例を示す。この図に示す液晶表示装置は、投射型の液晶表示装置（いわゆる液晶プロジェクタ）であり、光ｈを発する光源５１と、光源５１から出射された光ｈを赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色に分離するための全反射ミラー５２およびダイクロックミラー５３，５４とを有している。そして、これらのミラー５２，５３，５４によって３色に分割された光の各光路上には、それぞれ２枚の直交する偏光板（図示省略）に挟まれた状態で液晶パネルＡが配置され、さらに各液晶パネルＡを透過した光を合成するためのダイクロックプリズム５５が設けられている。また、ダイクロックプリズム５５で合成された光の光路上には、投射レンズ５６が配置され、この投射レンズ５６から画像が投影される。
【００３３】
以上のようにして得られた液晶表示装置においては、特に図３（２）に示されるように、液晶パネルにおける駆動基板１側の配向膜１８を構成する第１層１８ａとその上層の第２層１８ｂとが、１８０°をなす方位角方向からの斜方蒸着によって形成されている。このため、第１層１８ａの表面形状と、第２層１８ｂの表面形状とは、互いに１８０°をなす方位角方向に所定のプレチルト角で液晶分子を配向させる構成となる。
【００３４】
ここで、配向膜１８の下地には、柱状スペーサ１７や画素電極１６、さらにスイッチング素子となるＴＦＴ等の形成に由来する凹凸が存在している。このため、第２層１８ｂには、これを形成する際の斜方蒸着において陰となり十分な蒸着がなされない蒸着ムラ部分ａが生じる。このような第２層１８ｂの蒸着ムラ部分ａでは、第１層１８ａの表面形状が液晶分子ｍの配向に対して影響を及ぼし易くなる。このため、通常は、第２層１８ｂが十分に成膜されている部分の液晶分子ｍの配向に対して、第２層１８ｂの蒸着ムラ部分ａにおける液晶分子ｍの配向は１８０°をなす方位角方向となり易い。しかしながら、周囲の配向方向に対して１８０°の方位角方向に保たれた液晶分子ｍは、他の方位角方向に配向した液晶分子と比較して、その配向状態が周囲の液晶分子ｍの配向状態に揃い易い。特に、この配向膜１８は、液晶分子ｍを略垂直のプレチルト角で配向させる構成であるため、このような傾向が顕著に見られる。したがって、このような積層構造の配向膜１８においては、下地の凹凸に影響されることなく、第２層１８ｂの全面（すなわち配向膜１８の全面）において液晶分子ｍの配向が揃い易くなる。
【００３５】
以上の結果、このようにして得られた上記構成の液晶パネルを有する液晶表示装置においては、下地の凹凸に影響されること無く配向膜１８の全面において液晶分子ｍの配向を揃い易くすることができるため、液晶分子ｍの部分的な配向不良による光抜けを防止して表示特性の向上を図ることが可能になる。
【００３６】
以上説明した実施形態においては、特に、配向膜が無機材料からなる液晶パネルを用いた投射型の液晶表示装置を例に取り、これに適する液晶パネルの構成を説明した。しかしながら、本発明は、斜方蒸着によって配向膜が形成される液晶パネルを有するものであれば、例えばパネル面を直視する反射型の液晶表示装置や透過型の液晶表示装置にも適用可能であり、同様の効果を得ることができる。
【００３７】
また、以上の実施形態においては、特に配向膜の下地の凹凸が大きい駆動基板１側の配向膜１８を積層構造とし、対向基板２側の配向膜２３も同様の積層構造としても良いとした。しかしながら、例えば対向基板２側に柱状スペーサが設けられていて大きな凹凸が有り、駆動基板１側の凹凸が少ない場合には、対向基板２側の配向膜２３のみを上述した積層構造としても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】液晶表示装置の要部を構成する液晶パネルの拡大断面図である。
【図２】液晶パネルの配向膜の形成に用いられる斜方蒸着装置である。
【図３】配向膜の形成手順を示す断面工程図である。
【図４】配向膜形成の際の斜方蒸着の方位角方向を説明する斜視図である。
【図５】液晶パネルを用いた投射型の液晶表示装置の構成図である。
【符号の説明】
【００３９】
１…駆動基板、２…対向基板、３…液晶層、１６…画素電極、１７…柱状スペーサ、１８，２３…配向膜、１８ａ…第１層、１８ｂ…第２層、ＴＦＴ…スイッチング素子、５１…光源（光学系）、５２…全反射ミラー、５３，５４…ダイクロックミラー、Ａ…液晶パネル、ｍ…液晶分子
【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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