(57)【要約】【課題】  垂直配向液晶の配向特性を長期間に渡って安定化させることにより、表示性能の長期信頼性を確保することが可能な液晶表示装置を提供する。【解決手段】  配向膜３０が、酸化ケイ素と共に水分捕獲元素（例えば、不動態形成元素）を併せて含んでいる。液晶表示素子の内部に配向膜３０を通じて水が侵入すると、その配向膜３０中に含まれている水分捕獲元素が水を捕獲するため、液晶表示素子の長期間に渡る動作過程において垂直配向液晶４０まで水が到達しにくくなる。これにより、垂直配向液晶４０の配向特性が水の影響を受けて変化しにくくなる。【選択図】    図１
2007017492.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向配置された半導体駆動素子基板および透明電極基板と、
前記半導体駆動素子基板および前記透明電極基板のそれぞれのうちの互いに対向し合う面を覆うように設けられ、酸化ケイ素と共に水分捕獲元素を併せて含む配向膜と、
前記半導体駆動素子基板と前記透明電極基板との間に前記配向膜を介して封入された垂直配向液晶と、を備えた
ことを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】
前記水分捕獲元素が、水と反応することにより不動態化する不動態形成元素である
ことを特徴とする請求項１記載の液晶表示素子。
【請求項３】
前記不動態形成元素が、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）またはそれらの混合である
ことを特徴とする請求項２記載の液晶表示素子。
【請求項４】
前記水分捕獲元素の含有量が、０．１重量％以上２０重量％以下の範囲内である
ことを特徴とする請求項１記載の液晶表示素子。
【請求項５】
前記配向膜が、斜方蒸着膜である
ことを特徴とする請求項１記載の液晶表示素子。
【請求項６】
前記配向膜が、前記半導体駆動素子基板または前記透明電極基板に近い側から順に、垂直蒸着膜および斜方蒸着膜が積層された積層構造を有している
ことを特徴とする請求項１記載の液晶表示素子。
【請求項７】
前記半導体駆動素子基板が、シリコン駆動素子基板である
ことを特徴とする請求項１記載の液晶表示素子。
【請求項８】
前記半導体駆動素子基板が、光反射性を有する画素電極を含み、
反射型液晶表示素子として構成されている
ことを特徴とする請求項１記載の液晶表示素子。
【請求項９】
液晶表示素子を備え、その液晶表示素子により変調された光を利用して映像を表示する液晶表示装置であって、
前記液晶表示素子が、
互いに対向配置された半導体駆動素子基板および透明電極基板と、
前記半導体駆動素子基板および前記透明電極基板のそれぞれのうちの互いに対向し合う面を覆うように設けられ、酸化ケイ素と共に水分捕獲元素を併せて含む配向膜と、
前記半導体駆動素子基板と前記透明電極基板との間に前記配向膜を介して封入された垂直配向液晶と、を含む
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１０】
さらに、光を発生させる光源と、前記液晶表示素子により変調された光を投射する投射レンズと、を備えた
ことを特徴とする請求項９記載の液晶表示装置。
【請求項１１】
前記液晶表示素子が、さらに、光反射性を有する画素電極を含む反射型液晶表示素子であり、
反射型液晶表示装置として構成されている
ことを特徴とする請求項１０記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶の配向特性を利用して映像を表示するために使用される液晶表示素子および液晶表示素子を利用して映像を表示する液晶表示装置に係り、特に、垂直配向液晶を利用した液晶表示素子および液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、プロジェクションディスプレイの高精細化、小型化および高輝度化に関する要望が高まっていることに伴い、そのディスプレイデバイスとして反射型デバイスが実用化されている。この反射型デバイスでは、高精細化および小型化と共に、高い光利用効率を併せて実現することが可能である。
【０００３】
この反射型デバイスとしては、半導体駆動素子基板と透明電極基板との間に配向膜を介して液晶が封入された構成を有するアクティブ型の反射型液晶表示素子が知られている。半導体駆動素子基板は、半導体基板に回路駆動用の駆動素子や光反射用の反射電極（いわゆる画素電極）などが設けられたものであり、透明電極基板は、透明基板に透明電極などが設けられたものである。また、配向膜は、液晶分子を所定の配向状態となるように配向させるためのものである。
【０００４】
この反射型液晶表示素子では、画素電極と透明電極との間に電圧が印加されると、それらの電極間の電位差に応じて液晶分子の配向状態が変化し、すなわち液晶の光学的特性が変化するため、その液晶の光学的特性の変化を利用して光が変調される。これにより、変調光に基づいて階調表現されるため、映像が表示される。
【０００５】
この反射型液晶表示素子のうち、特に、垂直配向性を有する液晶（いわゆる垂直配向液晶）を利用したものは、コントラストが高く、かつ応答速度も速いため、表示性能を向上し得るものとして注目されている。この「垂直配向液晶」とは、負の誘電異方性、すなわち液晶分子のうちの長軸に平行な方向の誘電率ε（‖）と長軸に垂直な方向の誘電率ε（⊥）との間の差異δε（＝ε（‖）−ε（⊥））が負となる性質を有する液晶である。
【０００６】
この垂直配向液晶を利用した場合には、印加電圧がゼロのときに液晶分子が半導体駆動素子基板の基板面に対して垂直に配向するため、いわゆるノーマリーブラックモードと呼ばれる表示状態が得られ、一方、電圧が印加されると液晶分子が基板面内に傾斜するため、光の透過率が変化する。この場合には、特に、傾斜時に液晶分子の傾斜方向が一様でないと明暗のむらが生じるため、その明暗のむらを解消するために、あらかじめ一定方向に僅かな角度（プレティルト角）だけ傾斜させた状態で液晶分子を配向させる必要がある。
【０００７】
所望の配向状態となるように垂直配向液晶を配向させる方法としては、ポリイミドに代表される有機配向膜を使用し、より具体的には有機配向膜をラビングすることにより配向状態を制御する方法と、酸化ケイ素に代表される無機配向膜を使用し、より具体的には無機配向膜を斜方蒸着することにより配向状態を制御する方法との２種類がある。このうち、無機配向膜は、上記したプロジェクションディスプレイの高輝度化を実現し得るものとして注目されている。なぜなら、昨今では、プロジェクションディスプレイの高輝度化を実現するために光源のパワーが上昇し、すなわち配向膜が高強度の光に晒される傾向にあることを考慮すると、プロジェクションディスプレイの表示性能を長期に渡って確保するためには、低耐光性の有機配向膜よりも高耐光性の無機配向膜を使用するのが好ましいからである。この無機配向膜を使用する場合には、酸化ケイ素を斜方蒸着する際に、その蒸着粒子の入射角度を変化させることによりプレティルト角を制御することが可能である。
【０００８】
なお、反射型液晶表示素子に搭載される配向膜の構成や形成方法に関しては、既にいくつかの技術が知られている。具体的には、互いに隣り合う２つの画素電極のうち、一方の画素電極の側面を覆うように第１の斜方蒸着方向から酸化ケイ素を斜方蒸着することにより第１の斜方蒸着配向膜を形成したのち、その一方の画素電極の側面と対向する他方の画素電極の側面を覆うように第２の斜方蒸着方向から酸化ケイ素を斜方蒸着することにより第２の斜方蒸着配向膜を形成する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この技術によれば、２つの画素電極間において側面の周辺構造が対称になるため、その周辺構造の非対称性に起因して反射型液晶表示素子の長時間動作時に焼き付き現象が発生しにくくなる。
【特許文献１】特開２００５−０８４５８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、反射型液晶表示素子を利用したプロジェクションディスプレイの普及を促進するためには、表示性能の長期信頼性を確保するために、その反射型液晶表示素子において垂直配向液晶の配向特性を長期間に渡って安定化させる必要がある。しかしながら、従来のプロジェクションディスプレイでは、反射型液晶表示素子の長期間に渡る動作過程において垂直配向液晶の配向特性が水の影響を受けて変化しやすいため、コントラストが低下したり、あるいは表示むらが発生しやすいという問題があった。なお、この問題は、反射型液晶表示素子を利用したプロジェクションディスプレイに限らず、透過型液晶表示素子を利用したプロジェクションディスプレイに関しても同様に生じ得る。
【００１０】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、垂直配向液晶の配向特性を長期間に渡って安定化させることにより、表示性能の長期信頼性を確保することが可能な液晶表示素子または液晶表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る液晶表示素子は、互いに対向配置された半導体駆動素子基板および透明電極基板と、半導体駆動素子基板および透明電極基板のそれぞれのうちの互いに対向し合う面を覆うように設けられ、酸化ケイ素と共に水分捕獲元素を併せて含む配向膜と、半導体駆動素子基板と透明電極基板との間に配向膜を介して封入された垂直配向液晶とを備えたものである。
【００１２】
本発明に係る液晶表示装置は、液晶表示素子を備え、その液晶表示素子により変調された光を利用して映像を表示するものであり、液晶表示素子が、互いに対向配置された半導体駆動素子基板および透明電極基板と、半導体駆動素子基板および透明電極基板のそれぞれのうちの互いに対向し合う面を覆うように設けられ、酸化ケイ素と共に水分捕獲元素を併せて含む配向膜と、半導体駆動素子基板と透明電極基板との間に配向膜を介して封入された垂直配向液晶とを含むものである。
【００１３】
本発明に係る液晶表示素子または液晶表示装置では、配向膜が酸化ケイ素と共に水分捕獲元素を併せて含んでいるため、液晶表示素子の内部に配向膜を通じて水が侵入すると、その配向膜中に含まれている水分捕獲元素が水を捕獲する。より具体的には、例えば、水分捕獲元素が水と反応することにより不動態化する不動態形成元素である場合には、その不動態形成元素が水と反応することにより不動態化するため、その水が配向膜中において化学反応（不動態化現象）に消費される。これにより、配向膜が水分捕獲元素を含んでいない場合と比較して、液晶表示素子の長期間に渡る動作過程において垂直配向液晶まで水が到達しにくくなるため、その垂直配向液晶の配向特性が水の影響を受けて変化しにくくなる。
【００１４】
なお、配向膜の構成に関して「酸化ケイ素と共に水分捕獲元素を併せて含んでいる」とは、主成分としての酸化ケイ素に副成分としての水分捕獲元素が添加されており、すなわち酸化ケイ素中において水分捕獲元素が元素状態で存在している態様を意味しており、酸化ケイ素膜に水分捕獲元素膜が別途設けられている（水分捕獲元素が単独で膜状態で存在している）態様とは異なる意味である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る液晶表示素子または液晶表示装置によれば、配向膜が酸化ケイ素と共に水分捕獲元素を併せて含んでいるので、長期間に渡る動作過程において垂直配向液晶の配向特性が水の影響を受けて変化しにくくなる。したがって、垂直配向液晶の配向特性を長期間に渡って安定化させることにより、表示性能の長期信頼性を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
まず、図１を参照して、本発明の一実施の形態に係る液晶表示装置に搭載される液晶表示素子の構成について説明する。図１は、液晶表示素子の全体構造の断面構成を表している。
【００１８】
この液晶表示素子は、例えば、図１に示したように、互いに対向配置された半導体駆動素子基板１０および透明電極基板２０と、それらの半導体駆動素子基板１０および透明電極基板２０のそれぞれのうちの互いに対向し合う面を覆うように設けられた配向膜３０と、半導体駆動素子基板１０と透明電極基板２０との間に配向膜３０を介して封入された垂直配向液晶４０とを備えている。すなわち、液晶表示素子は、半導体駆動素子基板１０と透明電極基板２０との間に、配向膜３０により挟まれるように垂直配向液晶４０が設けられた構成を有している。これらの半導体駆動素子基板１０と透明電極基板２０との間には、垂直配向液晶４０を収容するための空間を構成し、すなわち垂直配向液晶４０を周囲から隔絶させるようにシール材５０が設けられている。
【００１９】
半導体駆動素子基板１０は、主に、垂直配向液晶４０を駆動させることにより、その垂直配向液晶４０の配向状態を制御するものである。この半導体駆動素子基板１０は、駆動素子１２を含む駆動回路が形成された半導体基板１１の一面に、画素電極１３が設けられた構成を有している。
【００２０】
半導体基板１１は、例えば、単結晶のシリコン（Ｓｉ）により構成されている。すなわち、半導体駆動素子基板１０は、いわゆるシリコン駆動素子基板である。
【００２１】
駆動素子１２は、垂直配向液晶４０を駆動させるための駆動回路を構成するものである。この駆動素子１２は、例えば、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor ）型またはＮＭＯＳ（Negative polarity Metal Oxide Semiconductor ）型のトランジスタ１２１や、キャパシタ（補助容量）１２２などを含んでいる。すなわち、駆動素子１２は、いわゆるアクティブ型の駆動回路を構成している。
【００２２】
画素電極１３は、垂直配向液晶４０に電圧を印加するための一方の電極であり、マトリックス状の配列パターンとなるように複数個に渡って分割配置されている。すなわち、各画素電極１３には、独立して個別に電位が供給されるようになっている。ここでは、画素電極１３は、例えば、光反射性を有する反射電極であり、すなわち本実施の形態に係る液晶表示素子は、いわゆる反射型液晶表示素子である。この画素電極１３は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）または銀（Ａｇ）などの高光反射性を有する金属により構成されている。なお、画素電極１３は、例えば、反射率が増加するように、誘電体ミラーなどの多層膜構造を有する反射層により覆われていてもよいし、あるいは外部から保護されるように、酸化物や窒化物などの保護膜により覆われていてもよい。
【００２３】
透明電極基板２０は、主に、液晶表示素子の外部から内部に入射する光（入射光Ｌ１）および液晶表示素子において変調されることにより外部へ出射される光（出射光Ｌ２）を透過させるものである。この透明電極基板２０は、透明基板２１の一面に、透明電極２２が設けられた構成を有している。
【００２４】
透明基板２１は、例えば、ガラスなどの透明（光透過性）材料により構成されている。
【００２５】
透明電極２２は、垂直配向液晶４０に電圧を印加するための他方の電極であり、各画素電極１３に対向する領域を連続的に経由するように延在している。すなわち、透明電極２２には、共通の電位が供給されるようになっている。この透明電極２２は、例えば、酸化インジウム錫（ＩＴＯ；Indium Tin Oxide）などの透明電極材料により構成されている。
【００２６】
配向膜３０は、垂直配向液晶４０を所定の配向状態となるように配向させるものである。この配向膜３０は、上記したように、半導体駆動素子基板１０および透明電極基板２０のそれぞれの内側面、すなわち垂直配向液晶４０に隣接する側の面を覆っている。より具体的には、配向膜３０は、半導体駆動素子基板１０においては画素電極１３およびその周辺の半導体基板１１を覆っていると共に、透明電極基板２０においては透明電極２２を覆っている。
【００２７】
特に、配向膜３０は、上記したように垂直配向液晶４０を配向させる機能の他、その配向膜３０を通じて液晶表示素子の内部に侵入した水が垂直配向液晶４０に到達することを抑制する機能も有している。この水の侵入を抑制する機能を担うために、配向膜３０は、酸化ケイ素と共に水分捕獲元素を併せて含んでおり、すなわち主成分としての酸化ケイ素に副成分としての水分捕獲元素が添加された構成を有している。この水分捕獲元素は、何らかの化学的現象を利用して、配向膜３０中に侵入した水を捕獲するものである。ここでは、水分捕獲元素は、例えば、不動態化現象、すなわち水や酸素と反応することにより不動態化する（水化物や水化酸化物を形成する）化学的現象を利用して水を捕獲する元素（いわゆる不動態形成元素）であり、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）またはそれらの混合である。なお、上記した不動態形成元素は、必ずしも上記した３種類またはそれらの混合に限られず、例えば、上記したチタン、アルミニウムおよびクロムと共にモリブデン（Ｍｏ）、バナジウム（Ｖ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）およびニオブ（Ｎｂ）を含む群のうちのいずれか、あるいはそれらの混合であってもよい。
【００２８】
この水分捕獲元素としての不動態形成元素の含有量は、水を捕獲し得る限り、自由に設定可能である。ただし、水を十分に捕獲することを考慮すると、例えば、不動態形成元素の含有量は約０．１重量％以上であるのが好ましい。なぜなら、含有量が約０．１重量％よりも小さくなると、不動態形成元素の不動態化現象を利用して水を十分に捕獲することが困難になるからである。また、水を十分に捕獲すること以外の観点も考慮すると、例えば、不動態形成元素の含有量は約２０重量％以下であるのが好ましい。なぜなら、含有量が約２０重量％よりも大きくなると、水を十分に捕獲することが可能である一方で、配向膜３０の透明性（光の透過率）が低下したり、あるいは見かけの画素電極１３の反射性（光の反射率）が低下するからである。これらのことから、水を十分に捕獲しつつ、配向膜３０の透明性および見かけの画素電極１３の反射性を確保するためには、不動態形成元素の含有量は約０．１重量％〜２０重量％であるのが好ましい。この場合には、特に、含有量のぶれを考慮してマージンを設ければ、その含有量は、例えば、約１重量％〜１０重量％であるのが好ましい。
【００２９】
この配向膜３０は、例えば、蒸着法やスパッタリング法を使用して成膜することにより形成可能である。この配向膜３０を形成する場合には、例えば、あらかじめ酸化ケイ素および水分捕獲元素を混合しておき、その混合物を使用して成膜するようにしてもよいし、あるいはあらかじめ酸化ケイ素の蒸着源および水分捕獲元素の蒸着源を別個に準備しておき、それらの２種類の蒸着源を使用して多元蒸着することにより成膜するようにしてもよい。
【００３０】
特に、配向膜３０は、例えば、斜方蒸着膜である。この「斜方蒸着膜」とは、被蒸着物に対して斜め方向から供給された蒸着粒子が堆積することにより成膜された蒸着膜を意味しており、「垂直蒸着膜」、すなわち被蒸着物に対して垂直方向から供給された蒸着粒子が堆積することにより成膜された蒸着膜とは異なる膜特性を有するものである。この配向膜３０を斜方蒸着することにより形成する際には、蒸着粒子の入射角度を変化させることにより垂直配向液晶４０のプレティルト角を制御することが可能である。この蒸着粒子の入射角度は、例えば、半導体基板１１の垂線に対して約４５°〜６５°である。
【００３１】
垂直配向液晶４０は、画素電極１３および透明電極２２に対する電圧印加に応じて配向状態を変化させることにより、入射光Ｌ１を変調させるものである。この垂直配向液晶４０では、印加電圧がゼロのときに液晶分子が半導体基板１１の基板面に対して垂直に配向し（いわゆるノーマリーブラックモード）、一方、電圧が印加されたときに液晶分子が基板面に傾斜して配向するようになっている。特に、垂直配向液晶４０では、印加電圧がゼロの状態において、一定の方向にプレティルト角だけ傾斜した状態で液晶分子が配向している。この一定方向とは、例えば、画素電極１３の上面における対角方向（＝約４５°方向）である。また、プレティルト角は、僅かな角度であり、例えば、約１°〜５°である。このプレティルト角が僅かな角度である理由は、そのプレティルト角が大きすぎると、液晶分子の垂直配向性が劣化し、すなわち黒レベルが上昇することに起因してコントラストが低下するからである。
【００３２】
シール材５０は、半導体駆動素子基板１０と透明電極基板２０との間に垂直配向液晶４０を封入させるために、それらの基板間に設けられた空間をシール（封止）するものである。このシール材５０は、例えば、１ｍｍ〜２ｍｍの幅を有している。
【００３３】
次に、図１および図２を参照して、液晶表示素子の詳細な構成について説明する。図２は、図１に示した液晶表示素子の回路構成を表している。
【００３４】
図１に示した液晶表示素子のうちの回路部分は、例えば、図２に示したように、表示領域６０内において複数の画素Ｇを構成する画素駆動回路６１と、その表示領域６０の周囲に設けられたデータドライバ６２および走査ドライバ６３とを含んで構成されている。
【００３５】
画素駆動回路６１は、画素電極１３よりも下側の階層に設けられており、例えば、上記したトランジスタ１２１およびキャパシタ１２２を含んでいる。この画素駆動回路６１では、トランジスタ１２１およびキャパシタ１２２と共に画素電極１３および垂直配向液晶４０により１つの画素Ｇが構成されている。上記した表示領域６０は、映像が表示される領域であり、すなわち複数の画素Ｇがマトリックス状に配列されることにより映像を表示可能に構成された領域である。なお、図２では、複数の画素Ｇを含む表示領域６０を示している他、画素駆動回路６１のうちの４つの画素Ｇに対応する領域を別途拡大して示している。
【００３６】
この画素駆動回路６１では、行方向に複数のデータ線７１が配列されていると共に列方向に複数の走査線７２が配列されており、それらのデータ線７１および走査線７２が互いに交差する位置に画素Ｇが構成されている。各トランジスタ１２１では、ソース電極がデータ線７１に接続され、ゲート電極が走査線７２に接続され、ドレイン電極がキャパシタ１２２および画素電極１３に接続されている。各データ線７１は、データドライバ６２に接続されており、そのデータドライバ６２から画像信号が供給されるようになっていると共に、各走査線７２は、走査ドライバ６３に接続されており、その走査ドライバ６３から走査信号が順次供給されるようになっている。
【００３７】
データドライバ６２および走査ドライバ６３は、複数の画素Ｇの中から特定の画素Ｇを選択するものである。このデータドライバ６２には、信号線６４を通じて外部から画像信号Ｄが入力されるようになっている。
【００３８】
次に、図１および図２を参照して、液晶表示素子の動作について説明する。
【００３９】
この液晶表示素子では、透明電極基板２０を経由して入射光Ｌ１が入射されると、その入射光Ｌ１が垂直配向液晶４０を通過したのちに画素電極１３において反射されることにより、出射光Ｌ２として再び透明電極基板２０を経由して出射される。
【００４０】
この際、画素電極１３と透明電極２２との間に電圧が印加されると、それらの電極間の電位差に応じて垂直配向液晶４０の配向状態が変化するため、その垂直配向液晶４０の光学的特性が変化する。これにより、入射光Ｌ１が変調され、すなわち変調された出射光Ｌ２に基づいて階調表現されるため、映像が表示される。
【００４１】
なお、垂直配向液晶４０の配向状態を変化させる際には、画素駆動回路６１により電圧が印加される。この際、信号線６４を通じて入力された画像信号Ｄに基づいてデータドライバ６２がデータ線７１に画像信号を供給すると共に、所定のタイミングにおいて走査ドライバ６３が走査線７２に走査信号を順次供給する。これにより、走査線７２に供給された走査信号に応じて走査され、かつデータ線７１に供給された画像信号に応じて選択された画素Ｇにおいて、垂直配向液晶４０の配向状態が変化する。
【００４２】
次に、図３を参照して、本実施の形態に係る液晶表示装置の構成について説明する。図３は、図１および図２に示した液晶表示素子を搭載した液晶表示装置の構成を模式的に表している。
【００４３】
本実施の形態に係る液晶表示装置は、例えば、図１および図２に示した液晶表示素子をライトバルブとして利用した液晶プロジェクタである。より具体的には、液晶表示装置は、例えば、３色用の液晶ライトバルブ、すなわち赤色用の液晶ライトバルブ９０Ｒ、緑色用の液晶ライトバルブ９０Ｇおよび青色用の液晶ライトバルブ９０Ｂを利用してスクリーン１００にフルカラーの映像を表示する３枚方式の反射型液晶プロジェクタである。
【００４４】
この液晶表示装置は、例えば、図３に示したように、光源８１と、ダイクロイックミラー８２，８３および全反射ミラー８４と、偏光ビームスプリッタ８５，８６，８７と、合成プリズム８８と、投射レンズ８９とを備えており、それらの一連の構成要素が光軸Ｓに沿って配置された構成を有している。
【００４５】
光源８１は、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢを含む白色光Ｌを発生させるものであり、例えば、ハロゲンランプ、メタルハライドランプまたはキセノンランプなどである。
【００４６】
ダイクロイックミラー８２は、白色光Ｌを青色光ＬＢとその他の混合光（赤色光ＬＲおよび緑色光ＬＧ）とに分離するものである。このダイクロイックミラー８２は、光源８１とダイクロイックミラー８３または全反射ミラー８４との間に配置されており、すなわち青色光ＬＢを全反射ミラー８４へ導くと共に、その他の混合光をダイクロイックミラー８３へ導くようになっている。
【００４７】
ダイクロイックミラー８３は、ダイクロイックミラー８２を経由して導かれた混合光を赤色光ＬＲと緑色光ＬＧとに分離するものである。このダイクロイックミラー８３は、ダイクロイックミラー８２と偏光ビームスプリッタ８５，８６との間に配置されており、すなわち赤色光ＬＲを偏光ビームスプリッタ８５へ導くと共に、緑色光ＬＧを偏光ビームスプリッタ８６へ導くようになっている。
【００４８】
全反射ミラー８４は、ダイクロイックミラー８２を経由して導かれた青色光ＬＢを反射させるものである。この全反射ミラー８４は、ダイクロイックミラー８２と偏光ビームスプリッタ８７との間に配置されており、すなわち青色光ＬＢを偏光ビームスプリッタ８７へ導くようになっている。
【００４９】
偏光ビームスプリッタ８５は、赤色光ＬＲの光路上において液晶ライトバルブ９０Ｒと合成プリズム８８との間に配置されている。この偏光ビームスプリッタ８５は、偏光分離面８５Ｍを有しており、その偏光分離面８５Ｍにおいて赤色光ＬＲを互いに直交する２つの偏光成分に分離するものである。この偏光分離面８５Ｍは、一方の偏光成分（例えば、Ｓ偏光成分）を反射させることにより液晶ライトバルブ９０Ｒへ導くと共に、他方の偏光成分（例えば、Ｐ偏光成分）を透過させるようになっている。なお、偏光ビームスプリッタ８６，８７は、それぞれ緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢを互いに直交する２つの偏光成分に分離する点を除き、偏光ビームスプリッタ８５と同様の機能および構成を有している。すなわち、偏光ビームスプリッタ８６は、緑色光ＬＧの光路上において液晶ライトバルブ９０Ｇと合成プリズム８８との間に配置され、偏光分離面８６Ｍを有していると共に、偏光ビームスプリッタ８７は、青色光ＬＢの光路上において液晶ライトバルブ９０Ｂと合成プリズム８８との間に配置され、偏光分離面８７Ｍを有している。
【００５０】
液晶ライトバルブ９０Ｒは、画像信号に基づいて供給された駆動電圧に応じて駆動することにより、偏光ビームスプリッタ８５を経由して導かれた赤色光ＬＲ（例えば、Ｓ偏光成分）を変調させるものである。この液晶ライトバルブ９０Ｒは、偏光ビームスプリッタ８５に対向配置されており、変調させた光（変調光）を偏光ビームスプリッタ８５へ向けて反射させるようになっている。なお、液晶ライトバルブ９０Ｇ，９０Ｂは、それぞれ偏光ビームスプリッタ８６，８７を経由して導かれた光を変調させる点を除き、液晶ライトバルブ９０Ｒと同様の機能および構成を有している。すなわち、液晶ライトバルブ９０Ｇは、緑色光ＬＧ（例えば、Ｓ偏光成分）を変調させたのち、その変調光を偏光ビームスプリッタ８６へ向けて反射させるようになっていると共に、液晶ライトバルブ９０Ｂは、青色光ＬＢ（例えば、Ｓ偏光成分）を変調させたのち、その変調光を変調ビームスプリッタ８７へ向けて反射させるようになっている。
【００５１】
合成プリズム８８は、液晶ライトバルブ９０Ｒ，９０Ｇ，９０Ｂからそれぞれ偏光ビームスプリッタ８５，８６，８７を経由して導かれた変調光を合成するものである。この合成プリズム８８は、偏光ビームスプリッタ８５，８６，８７により三方から囲まれるように配置されており、合成した光（合成光）を投射レンズ８９へ向けて出射するようになっている。
【００５２】
投射レンズ８９は、合成プリズム８８から出射された合成光をスクリーン１００に投射することにより、映像を表示するものである。
【００５３】
この液晶表示装置では、光源８１から白色光Ｌが発生すると、その白色光Ｌがダイクロイックミラー８２，８３において赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢに分離される。これらの赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢは、それぞれ偏光ビームスプリッタ８５，８６，８７において所定の偏光成分（例えば、Ｓ偏光成分）に分離されたのちに液晶ライトバルブ９０Ｒ，９０Ｇ，９０Ｂにおいて変調されることにより、最終的に合成プリズム８８において合成される。この合成光が投射レンズ８９によりスクリーン１００に投射されることにより、そのスクリーン１００にフルカラーの映像が表示される。
【００５４】
本実施の形態に係る液晶表示装置または液晶表示素子では、配向膜３０が酸化ケイ素と共に水分捕獲元素を併せて含むようにしたので、以下の理由により、垂直配向液晶４０の配向特性を長期間に渡って安定化させることにより、表示性能の長期信頼性を確保することができる。
【００５５】
すなわち、液晶表示素子に搭載される配向膜としては、上記した「背景技術」において説明したように、酸化ケイ素により構成され、すなわち水分捕獲元素を含まない無機配向膜が知られている。この種の配向膜を使用すれば、所定の配向状態となるように垂直配向液晶を配向させることが可能であるため、当然ながら、配向膜の本来の役割が果たされる。しかしながら、この種の配向膜を搭載した従来の液晶表示素子では、図１に示した本実施の形態に係る液晶表示素子の構成を参照して説明すると、半導体駆動素子基板の一面（画素電極およびその周辺の半導体基板）および透明電極基板の一面（透明電極）を覆うように配向膜が設けられており、すなわち配向膜の端部が大気中に露出している構造的要因に起因して、液晶表示素子の長期間に渡る動作過程において、その露出箇所から配向膜を通じて液晶表示素子の内部に水（例えば空気中の水分）が侵入しやすくなる。特に、配向膜の材質である酸化ケイ素は、シリカゲルとして知られるように高い吸水性を有しているため、その材質本来の吸水性の観点から見ても、配向膜を通じて液晶表示素子の内部に水が侵入しやすい傾向にある。液晶表示素子の内部に水が侵入した場合に、その水が垂直配向液晶まで到達すると、垂直配向液晶の配向特性が水の影響を受けて変化しやすくなるため、映像のコントラストが低下したり、あるいは映像に表示むらが発生しやすくなってしまう。もちろん、この傾向は、液晶表示素子が晒される環境中の湿度が高くなり、あるいは湿度環境中に液晶表示素子が放置される時間が長くなるにしたがって顕著となる。このことから、従来の液晶表示素子では、垂直配向液晶の配向特性を長期間に渡って安定化させることが困難であるため、表示性能の長期信頼性を確保することも困難である。
【００５６】
これに対して、本実施の形態に係る液晶表示素子では、図１に示したように、配向膜３０が酸化ケイ素と共に水分捕獲元素（例えば、不動態形成元素）を併せて含んでいるため、配向膜３０の露出箇所から液晶表示素子の内部に水が侵入したとしても、その水が垂直配向液晶４０まで到達しにくくなる。詳細には、配向膜３０を通じて水が侵入すると、その配向膜３０中に含まれている水分捕獲元素が水を捕獲し、すなわち不動態形成元素が水と反応することにより不動態化するため、その水が配向膜３０中において化学反応（不動態化現象）に消費される。この場合には、配向膜が水分捕獲元素を含んでいない従来の液晶表示素子と比較して、配向膜３０中において水が化学反応に消費される分だけ、液晶表示素子の長期間に渡る動作過程において垂直配向液晶４０まで水が到達しにくくなるため、その垂直配向液晶４０の配向特性が水の影響を受けて変化しにくくなる。これにより、映像のコントラストが低下したり、あるいは映像に表示むらが発生することが抑制される。したがって、本実施の形態に係る液晶表示素子では、垂直配向液晶４０の配向特性を長期間に渡って安定化させることにより、表示性能の長期信頼性を確保することができるのである。
【００５７】
特に、本実施の形態では、水分捕獲元素の含有量を０．１重量％〜２０重量％とすれば、上記したように、配向膜３０において水が十分に捕獲されると共に、その配向膜３０の透明性および見かけの画素電極１３の反射性が確保される。したがって、映像のコントラストをより低下させにくくすることができる。
【００５８】
また、本実施の形態では、配向膜３０が斜方蒸着膜であるため、その配向膜３０が斜め方向（斜方蒸着時に蒸着粒子が供給された方向）に傾いた柱状の配向構造を有している。この場合には、配向膜３０の配向構造に沿って垂直配向液晶４０が配向されるため、その配向膜３０を利用して所望の配向状態となるように垂直配向液晶４０の配向状態を制御することができる。
【００５９】
また、本実施の形態では、上記したように、配向膜３０に水分捕獲元素を含有させることにより、その配向膜３０中において水を通過させにくくしているため、その水が垂直配向液晶４０まで到達することを効果的に抑制することができる。すなわち、垂直配向液晶まで水を到達させにくくする方策としては、配向膜に水分捕獲元素を含有させる代わりに、その配向膜の露出箇所を何らかの被覆材（例えば、防水材など）で覆う方法が考えられる。しかしながら、この場合には、配向膜の露出箇所を通じて液晶表示素子の内部に水が侵入しにくくなるものの、ひとたび配向膜を通じて液晶表示素子の内部に水が侵入すると、その水が垂直配向液晶まで容易に到達してしまう。すなわち、この場合には、配向膜の材質が吸水しやすい傾向にある限り、垂直配向液晶まで水が到達することを効果的に抑制することが困難である。この点に関して、本実施の形態では、配向膜３０中にを水が通過しにくいため、その水が垂直配向液晶４０まで到達することを効果的に抑制することができるのである。
【００６０】
なお、本実施の形態では、図１に示したように、斜方蒸着膜の単層構造を有するように配向膜３０を構成したが、必ずしもこれに限られるものではなく、その斜方蒸着膜を含む積層構造を有するように配向膜３０を構成してもよい。具体的には、例えば、図１に対応する図４に示したように、半導体駆動素子基板１０または透明電極基板２０に近い側から順に、垂直蒸着膜である外側配向膜３１および斜方蒸着膜である内側配向膜３２が積層された２層構造を有するように配向膜３０を構成してもよい。これらの外側配向膜３１および内側配向膜３２は、例えば、いずれも上記した単層構造を有する配向膜３０と同様の構成を有しており、すなわち酸化ケイ素と共に水分捕獲元素を併せて含んでいる。この場合においても、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。なお、図４に示した液晶表示素子に関する上記以外の構成は、図１に示した場合と同様である。
【００６１】
図４に示した場合には、特に、斜方蒸着膜である内側配向膜３２の下地として垂直蒸着膜である外側配向膜３１が設けられており、すなわち配向膜３０の形成過程において、垂直蒸着膜である外側配向膜３１が形成されたのち、その外側配向膜３１上に斜方蒸着膜である内側配向膜３２が形成されるため、下地の外側配向膜３１（垂直蒸着膜）の配向構造を反映して内側配向膜３２（斜方蒸着膜）の配向構造が決定される。したがって、下地の外側配向膜３１（垂直蒸着膜）を形成せずに内側配向膜３２（斜方蒸着膜）を単独で形成する場合（実質的に上記実施の形態において説明したように斜方蒸着膜の単層構造を有するように配向膜３０を形成する場合）と比較して、その内側配向膜３２の結晶性が向上するため、斜方蒸着膜である内側配向膜３２の配向構造を厳密に制御することができる。
【００６２】
なお、図４に示した場合には、外側配向膜３１および内側配向膜３２の双方に水分捕獲元素を含有させるようにしたが、必ずしもこれに限られるものではなく、例えば、外側配向膜３１に水分捕獲元素を含有させず、内側配向膜３２のみに水分捕獲元素を含有させるようにしてもよい。一般的に、垂直蒸着膜と斜方蒸着膜との間において膜中の密度、言い換えれば膜中に含まれる空隙の占有割合を比較すると、その空隙の占有割合は斜方蒸着膜よりも垂直蒸着膜において小さくなるため、水の含浸しやすさも同様に斜方蒸着膜よりも垂直蒸着膜において小さくなる。したがって、垂直蒸着膜である外側配向膜３１が垂直配向液晶４０まで水を到達させにくくするだけの十分な膜特性を有している場合には、その外側配向膜３１に水分捕獲元素が含有されていなくても、上記実施の形態とほぼ同様の効果が得られるのである。
【００６３】
確認までに説明しておくと、図４に示した場合には、垂直蒸着膜である外側配向膜３１および斜方蒸着膜である内側配向膜３２が積層された２層構造を有するように配向膜３０を構成したが、必ずしもこれに限られるものではなく、配向膜３０を利用して垂直配向液晶４０を所望の配向状態となるように配向させることが可能な限り、その配向膜３０の積層構成および積層数は自由に変更可能である。
【実施例】
【００６４】
次に、本発明に関する実施例について説明する。
【００６５】
（実施例１−１）
以下の手順を経ることにより、本発明の液晶表示素子を製造した。すなわち、まず、シリコン（Ｓｉ）製の半導体基板にアルミニウム（Ａｌ）製の画素電極が設けられた半導体駆動素子基板と、ガラス製の透明基板に透明電極が設けられた透明電極基板とを準備した。この場合には、画素ピッチ＝９μｍ、画素間の間隔（画素間の溝幅）＝０．３５μｍとなるように画素電極の電極形状および配列パターンを設定した。また、画素電極を保護するために、化学蒸着（ＣＶＤ；Chemical Vapor Deposition ）法を使用して画素電極を覆うように酸化ケイ素系のパッシベーション膜を成膜することにより、保護膜を４５ｎｍの厚さとなるように形成した。続いて、半導体駆動素子基板および透明電極基板を洗浄したのち、蒸着装置を使用して半導体駆動素子基板および透明電極基板のそれぞれに斜方蒸着することにより配向膜を５０ｎｍの厚さとなるように形成した。この場合には、主成分の酸化ケイ素と共に副成分の水分捕獲元素を併せて含むようにし、その水分捕獲元素として不動態形成元素であるチタン（Ｔｉ）を使用した。特に、水分捕獲元素の含有量＝０．１重量％にしたと共に、蒸着粒子の入射角度＝５０°〜５５°とすることによりプレティルト角＝２．５°となるよう設定した。続いて、配向膜同士が向かい合うように半導体駆動素子基板および透明電極基板を互いに対向させたのち、それらの基板間のセルギャップが２μｍとなるようにシール材で封止した。最後に、負の誘電異方性を有する垂直配向液晶をセルギャップに封入させることにより、反射型の液晶表示素子が完成した。
【００６６】
（実施例１−２）
水分捕獲元素の含有量を１重量％に変更した点を除き、実施例１−１と同様の手順を経ることにより液晶表示素子を製造した。
【００６７】
（実施例１−３）
水分捕獲元素の含有量を１０重量％に変更した点を除き、実施例１−１と同様の手順を経ることにより液晶表示素子を製造した。
【００６８】
（実施例１−４）
水分捕獲元素の含有量を２０重量％に変更した点を除き、実施例１−１と同様の手順を経ることにより液晶表示素子を製造した。
【００６９】
（実施例１−５）
水分捕獲元素の含有量を２５重量％に変更した点を除き、実施例１−１と同様の手順を経ることにより液晶表示素子を製造した。
【００７０】
（実施例２−１）
水分捕獲元素としてチタンに代えてアルミニウム（Ａｌ）を使用したと共に、その水分捕獲元素の含有量を１重量％にした点を除き、実施例１−１と同様の手順を経ることにより液晶表示素子を製造した。
【００７１】
（実施例２−２）
水分捕獲元素の含有量を１０重量％に変更した点を除き、実施例２−１と同様の手順を経ることにより液晶表示素子を製造した。
【００７２】
（実施例３−１）
水分捕獲元素としてチタンに代えてクロム（Ｃｒ）を使用したと共に、その水分捕獲元素の含有量を１重量％にした点を除き、実施例１−１と同様の手順を経ることにより液晶表示素子を製造した。
【００７３】
（実施例３−２）
水分捕獲元素の含有量を１０重量％に変更した点を除き、実施例３−１と同様の手順を経ることにより液晶表示素子を製造した。
【００７４】
（実施例４）
水分捕獲元素としてチタンに代えてチタンおよびアルミニウムの混合を使用したと共に、各水分捕獲元素の含有量をいずれも２．５重量％にした点を除き、実施例１−１と同様の手順を経ることにより液晶表示素子を製造した。
【００７５】
（比較例）
水分捕獲元素を含まないように配向膜を形成した点を除き、実施例１−１と同様の手順を経ることにより液晶表示素子を製造した。
【００７６】
上記した本発明の液晶表示素子、すなわち実施例１−１〜１−５（水分捕獲元素＝チタン）、実施例２−１，２−２（水分捕獲元素＝アルミニウム）、実施例３−１，３−２（水分捕獲元素＝クロム）および実施例４（水分捕獲元素＝チタンおよびアルミニウムの混合）の液晶表示素子の諸性能を調べたところ、表１に示した結果が得られた。表１は、液晶表示素子の諸性能を表している。この液晶表示素子の諸性能を調べる際には、温度＝６０℃および湿度＝９０％の高温高湿環境中に１０００時間に渡って液晶表示素子を放置させることにより、水の影響に伴う諸性能の経時変化を追跡した。なお、本発明の液晶表示素子の諸性能を調べる際には、その諸性能を比較評価するために、比較例の液晶表示素子の諸性能も調べることにより表１に併せて示した。
【００７７】
表１では、液晶表示素子の諸性能として、「黒レベル（％）」および「反射率（−）」を示している。この「黒レベル」とは、コントラストを評価するための指標であり、高温高湿環境中に液晶表示素子を投入する前の値（＝０．０２５）を「０時間」の欄に示していると共に、高温高湿環境中に液晶表示素子を投入した後の値を「１０００時間」の欄に示している。また、「反射率」とは、見かけの画素電極の反射率であり、高温高湿環境中に液晶表示素子を投入した後（１０００時間経過後）の値を示している。この「反射率」としては、比較例の液晶表示素子の反射率を１．００として規格化した値を示している。なお、表１では、参考までに、「配向膜」のうちの「主成分」の材質と共に、「副成分」の材質および含有量（重量％）も併せて示している。
【００７８】
【表１】
2007017492.tif 000003
【００７９】
表１に示した結果から判るように、本発明（実施例１−１〜１−４、２−１，２−２、３−１，３−２、４）および比較例の液晶表示素子では、いずれの場合においても１０００時間経過後に黒レベルが上昇することにより、コントラストが低下した。しかしながら、本発明と比較例との間において１０００時間経過後の黒レベルを比較すると、その黒レベルは比較例よりも本発明において小さくなった。より具体的には、比較例では１０００時間経過後の黒レベルが０．０５０であったのに対して、本発明では１０００時間経過後の黒レベルが０．０４６以下であった。もちろん、この傾向は、配向膜中に含まれている副成分としての水分捕獲元素の材質（チタン、アルミニウム、クロム、あるいはチタンおよびアルミニウムの混合）に関係せずに、一様に得られた。このことから、本発明の液晶表示素子では、配向膜が酸化ケイ素と共に水分捕獲元素を併せて含むことにより、高温高湿環境中において黒レベルが経時的に上昇しにくくなるため、映像のコントラストが低下しにくくなることが確認された。
【００８０】
この場合には、特に、水分捕獲元素としてチタンを使用した実施例１−１〜１−５の液晶表示素子の間において、コントラストの低下に寄与する画素電極の反射率を比較したところ、その反射率に差異が得られた。具体的には、反射率は、水分捕獲元素の含有量が０．１重量％〜２０重量％の場合には０．９０以上であり、すなわち画素電極が十分な見かけの光反射性を示したが、水分捕獲元素の含有量が２５重量％の場合には０．５０であり、すなわち画素電極の見かけの光反射性が著しく低下してしまった。このことから、水分捕獲元素としてチタンを使用した場合には、その水分捕獲元素が０．１重量％〜２０重量％であれば、高温高湿環境中において黒レベルが経時的に上昇しにくくなる上、その高温高湿環境中においても画素電極の見かけの光反射性が継続的に確保されるため、映像のコントラストがより低下しにくくなることが確認された。
【００８１】
以上、実施の形態または実施例を挙げて本発明の液晶表示素子または液晶表示装置を説明したが、本発明は上記実施の形態または実施例において説明した態様に限定されず、上記したように、配向膜が酸化ケイ素と共に水分捕獲元素を併せて含むことに伴い、垂直配向液晶の配向特性を長期間に渡って安定化させることにより表示性能の長期信頼性を確保することが可能な限り、それらの液晶表示素子または液晶表示装置の構成は自由に変更可能である。
【００８２】
具体的には、例えば、上記実施の形態または実施例では、水分捕獲元素として、水と反応することにより不動態化する不動態形成元素を使用したが、必ずしもこれに限られるものではなく、水を捕獲することにより、その水が垂直配向液晶に到達することを抑制可能な限り、水分捕獲元素として使用する元素は自由に選定可能である。この場合においても、上記実施の形態または実施例と同様の効果を得ることができる。
【００８３】
また、上記実施の形態または実施例では、本発明の液晶表示素子または液晶表示装置を反射型の液晶表示素子または液晶表示装置に適用するようにしたが、必ずしもこれに限られるものではなく、例えば、透過型の液晶表示素子または液晶表示装置に適用することも可能である。これらの透過型の液晶表示素子または液晶表示装置では、画素電極がＩＴＯなどの透明電極材料により構成される。この場合においても、上記実施の形態または実施例と同様の効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明に係る液晶表示素子または液晶表示装置は、例えば、反射型液晶プロジェクタなどのプロジェクションディスプレイに適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の一実施の形態に係る液晶表示装置に搭載される液晶表示素子の全体構造の断面構成を表す断面図である。
【図２】図１に示した液晶表示素子の回路構成を表す図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る液晶表示装置の構成を模式的に表す図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係る液晶表示装置に搭載される液晶表示素子の構成に関する変形例を表す断面図である。
【符号の説明】
【００８６】
１０…半導体駆動素子基板、１１…半導体基板、１２…駆動素子、１３…画素電極、２０…透明電極基板、２１…透明基板、２２…透明電極、３０…配向膜、３１…外側配向膜、３２…内側配向膜、４０…垂直配向液晶、５０…シール材、６０…表示領域、６１…画素駆動回路、６２…データドライバ、６３…走査ドライバ、６４…信号線、７１…データ線、７２…走査線、８１…光源、８２，８３…ダイクロイックミラー、８４…全反射ミラー、８５，８６，８７…偏光ビームスプリッタ、８５Ｍ，８６Ｍ，８７Ｍ…偏光分離面、８８…合成プリズム、８９…投射レンズ、１００…スクリーン、１２１…トランジスタ、１２２…キャパシタ、Ｄ…画像信号、Ｌ…白色光、Ｌ１…入射光、Ｌ２…出射光、ＬＢ…青色光、ＬＧ…緑色光、ＬＲ…赤色光、Ｓ…光軸。
【図１】
2007017492.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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