(57)【要約】【課題】プレチルト角を任意に広範囲にわたって制御できる液晶表示素子およびその製造方法を提供する。【解決手段】一対の基板と、前記一対の基板に形成された配向膜と、前記配向膜により配向が規定された液晶とを有する液晶表示素子であって、前記配向膜が、膜厚方向に対して一定の角度で傾斜した断面構造を有するＳｉＯｘ膜と、該ＳｉＯｘ膜の表面に設けられた炭素膜とからなる液晶表示素子。一対の基板に配向膜を形成する工程と、前記一対の基板を対向し、液晶を挟んで貼りあわせる工程とを有し、前記配向膜を形成する工程が、前記基板上に斜方蒸着法でＳｉＯｘ膜を形成する工程と、前記ＳｉＯｘ膜面に炭素プラズマビームを照射して前記ＳｉＯｘ膜の表面に炭素膜を形成する工程とからなる液晶表示素子の製造方法。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の基板と、前記一対の基板に形成された配向膜と、前記配向膜により配向が規定された液晶とを有する液晶表示素子であって、前記配向膜が、膜厚方向に対して一定の角度で傾斜した断面構造を有するＳｉＯｘ膜と、該ＳｉＯｘ膜の表面に設けられた炭素膜とからなることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】
前記ＳｉＯｘ膜の断面構造が、柱状構造であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。
【請求項３】
前記炭素膜が柱状構造であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。
【請求項４】
前記配向膜が、前記一定角度で傾斜した断面構造の先端部分が傾斜方向にさらに湾曲した構造を有することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。
【請求項５】
一対の基板間に挟まれた液晶を含む液晶表示素子の製造方法であって、前記一対の基板に配向膜を形成する工程と、前記一対の基板を対向し、液晶を挟んで貼りあわせる工程とを有し、前記配向膜を形成する工程が、前記基板上に斜方蒸着法でＳｉＯｘ膜を形成する工程と、前記ＳｉＯｘ膜面に炭素プラズマビームを照射して前記ＳｉＯｘ膜の表面に炭素膜を形成する工程とからなることを特徴とする液晶表示素子の製造方法。
【請求項６】
前記ＳｉＯｘ膜の表面に炭素膜を形成する工程が、グラファイトをカソードとするアーク放電によって炭素プラズマビームを発生させ、前記炭素プラズマビームを磁場によって軌道を曲げて、前記ＳｉＯｘ膜面に照射することを特徴とする請求項５に記載の液晶表示素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示素子には用途に応じて様々な液晶配向モードが用いられる。例えばＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ａｌｉｇｎｅｄ）モード、ＩＰＳ（Ｉｎ  Ｐｌａｎｅ  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ  Ｂｅｎｄ）モード等が良く知られている。これらの液晶配向モードは液晶組成物の物性と、配向膜の特性によって決定することができる。
【０００３】
近年、動画表示の為の高速応答性を有する液晶装置の開発が活発になってきており、上記液晶配向モードの中でＯＣＢモードは比較的高速応答性を有しており、注目を浴びている。
【０００４】
ＯＣＢモードでは、表示動作にベンド配向（図５（ｂ）参照）という液晶配向状態を使用するが、ベンド配向形成のためには初期配向状態のスプレイ配向からの配向転移が必要となる。この配向転移のためにある電圧以上の転移電圧が必要となる。転移電圧が高くなると液晶表示素子の駆動電圧が高くなるため、できるだけ低くすることが好ましい。
【０００５】
転移電圧の低下には液晶層の高プレチルト角化、液晶組成物の弾性定数（Ｋ３３／Ｋ１１）の低下等が有効であることが知られている。特にプレチルト角を４０°以上に設定することにより転移電圧が不要となり、スプレイ配向状態（図５（ａ）参照）を経ずにベンド配向を形成することが可能であり、プレチルト角を高く設定することでベンド配向への転移が発生しやすくなることが知られている。また、液晶層のリタデーションを確保するためには低プレチルト角であることが有効である。
【０００６】
このように任意のプレチルト角を制御できる液晶表示素子及びその作製方法が、液晶表示素子の研究開発には求められている。
従来から知られている、斜方蒸着法で作製される無機配向膜のプレチルト角は、その蒸着角が大きな制御因子であることが知られている。
【０００７】
斜方蒸着法においては、蒸着角が高角度では液晶配向は一軸で、カラムの成長方向にプレチルトが生じ、蒸着角度が低角度の領域では、液晶配向は平行配向になり、さらに低角度ではランダム配向、即ち、一軸配向性も失われることが知られている。
【０００８】
また、特許文献１においては、ＤＬＣ（ダイアモンドライク炭素）膜に斜めイオンエッチング処理を施すことで、プレチルト角を発生させ、さらに２方向からのイオンエッチング処理により、プレチルト角の制御を可能としている。ここではＤＬＣ膜を配向膜に用いることで液晶は水平配向することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第３７３８９９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１に斜方蒸着法、イオン照射法によるプレチルト角の制御方法が開示されているが、さらに、様々の液晶配向モードを自由に設計し、プレチルト角の制御を広範囲に可能とするためには、新規な液晶表示素子およびその製造方法が望まれている。
【００１１】
本発明は、この様な従来の斜方蒸着法の課題を鑑みなされたものであって、プレチルト角を任意に広範囲にわたって制御できる液晶表示素子およびその製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者等は、鋭意検討の結果、ＳｉＯｘ配向膜上に炭素膜を積層することにより、一軸配向させたままプレチルト角の制御が可能となり、またＳｉＯｘ配向膜の本来の液晶配向とは異なる配向制御が可能であることを見出した。
【００１３】
上記の課題を解決する液晶表示素子は、一対の基板と、前記一対の基板に形成された配向膜と、前記配向膜により配向が規定された液晶とを有する液晶表示素子であって、前記配向膜が、膜厚方向に対して一定の角度で傾斜した断面構造を有するＳｉＯｘ膜と、該ＳｉＯｘ膜の表面に設けられた炭素膜とからなることを特徴とし、さらに、前記配向膜が、前記一定角度で傾斜した断面構造の先端部分が傾斜方向にさらに湾曲した構造を有することを特徴とする。
【００１４】
上記の課題を解決する液晶表示素子の製造方法は、一対の基板間に挟まれた液晶を含む液晶表示素子の製造方法であって、前記一対の基板に配向膜を形成する工程と、前記一対の基板を対向し、液晶を挟んで貼りあわせる工程とを有し、前記配向膜を形成する工程が、前記基板上に斜方蒸着法でＳｉＯｘ膜を形成する工程と、前記ＳｉＯｘ膜面に炭素プラズマビームを照射して前記ＳｉＯｘ膜の表面に炭素膜を形成する工程とからなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
従来の斜方蒸着法では、一軸配向させたままプレチルト角を広範囲にわたって、制御することができなかった。
本発明は、プレチルト角を一軸配向させたまま、プレチルト角を制御することができる液晶表示素子およびその製造方法を提供できる。また、プレチルト角を小さくすることで、液晶表示素子のリタデーションを大きくすることも可能であり、プレチルト角を大きくすることで、ベンド誘起電圧の低減を図ることも可能であり、さらに無電圧でのベンド誘起も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明における斜方蒸着膜のＳｉＯｘ膜に炭素膜を５０ｎｍ積層して得られる、ＳｉＯｘ膜−炭素膜の積層構造の配向膜の断面を示すＳＥＭ像である。
【図２】本発明の液晶表示素子の配向膜の一実施態様の構造を示す概略断面図である。
【図３】炭素膜の作製条件を変化させた時の液晶のプレチルト角の変化を示す図である。
【図４】本発明の液晶表示素子の製造方法における斜方蒸着法の概念図である。
【図５】本発明の液晶表示素子における配向状態を示す概念図である。
【図６】本発明の液晶表示素子におけるプレチルト角を示す概念図である。
【図７】斜方蒸着法により形成されたＳｉＯｘ膜からなる配向膜の断面を示すＳＥＭ像である。
【図８】図７に示す液晶配向状態を示す模式図である。
【図９】液晶が一軸配向していない状態を示す模式図である。
【図１０】炭素ビームの照射角を基板上のＳｉＯｘ膜の斜め方向に成長するカラムの上に照射する照射方向の模式図である。
【図１１】本発明の液晶表示素子の製造方法における、炭素膜を作製する装置の一例の概念図である。
【図１２】本発明の各炭素イオンの照射角に対するＳｉＯｘと炭素の積層膜の断面ＳＥＭ像である。
【図１３】本発明の各炭素イオンの照射角に対するＳｉＯｘと炭素の積層膜の断面ＳＥＭ像である。
【図１４】炭素イオンの照射角に対する、ＸＰＳで求めた表面炭素濃度を示す図である。
【図１５】炭素イオン照射後のカラム構造を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明に係る液晶表示素子は、一対の基板と、前記一対の基板に形成された配向膜と、前記配向膜により配向が規定された液晶とを有する液晶表示素子であって、前記配向膜が、膜厚方向に対して一定の角度で傾斜した断面構造を有するＳｉＯｘ膜と、該ＳｉＯｘ膜の表面に設けられた炭素膜とからなることを特徴とする液晶表示素子、及び、前記配向膜が、膜厚方向に対して一定の角度で傾斜した断面構造を有するとともに、該一定角度で傾斜した断面構造の先端部分が傾斜方向にさらに湾曲した構造を有し、且つ、ＳｉＯｘ及び炭素成分とからなることを特徴とする液晶表示素子である。
【００１８】
前記ＳｉＯｘ膜の断面構造が、柱状構造であることが好ましい。
前記炭素膜が柱状構造であることが好ましい。
さらに本発明の液晶表示素子は以下の構成となる。
（ａ）前記一定角度で傾斜したカラムの先端部分が傾斜方向に湾曲した構造で、且つ、ＳｉＯｘ及び炭素成分とからなり、主としてカラムの側面に炭素膜を積層した構成。または、
（ｂ）前記一定角度で傾斜したカラムの先端部分が傾斜方向に湾曲した構造で、且つ、ＳｉＯｘ及び炭素成分とからなり、主としてカラムの頂点部分に炭素膜を積層した構成。または、
（ｃ）前記配向膜が、膜厚方向に対して一定の角度で傾斜した断面構造を有するＳｉＯｘ膜と、該ＳｉＯｘ膜の表面に設けられた炭素膜とからなる構成。
【００１９】
本発明に係る液晶表示素子の製造方法は、一対の基板間に挟まれた液晶を含む液晶表示素子の製造方法であって、前記一対の基板に配向膜を形成する工程と、前記一対の基板を対向し、液晶を挟んで貼りあわせる工程とを有し、前記配向膜を形成する工程が、前記基板上に斜方蒸着法でＳｉＯｘ膜を形成する工程と、前記ＳｉＯｘ膜面に炭素プラズマビームを照射して前記ＳｉＯｘ膜の表面に炭素膜を形成する工程とからなることを特徴とする。
【００２０】
前記ＳｉＯｘ膜の表面に炭素膜を形成する工程が、グラファイトをカソードとするアーク放電によって炭素プラズマビームを発生させ、前記炭素プラズマビームを磁場によって軌道を曲げて、前記ＳｉＯｘ膜面に照射することが好ましい。
【００２１】
次に、本発明の液晶表示素子の実施形態について説明する。
図５（ａ）は、本発明の液晶表示素子の構成を示す一例である。１０１は基板、１０２はＳｉＯｘ膜、１０３は炭素膜である。
【００２２】
図１は、本発明における斜方蒸着膜のＳｉＯｘ膜に炭素膜を５０ｎｍ積層して得られる、ＳｉＯｘ膜−炭素膜の積層構造の配向膜の断面を示すＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）像である。図２は、本発明の液晶表示素子の配向膜の一実施態様の構造を示す概略断面図である。
【００２３】
同図２において、炭素膜１０３はＳｉＯｘ膜１０２のカラム構造のカラム角度に大きな変化を与えず、カラムの斜めに伸びる方向に積層している。１０５は配向膜を示す。
本発明の液晶表示素子における配向膜は、斜方蒸着などによって得られるカラムの角度は大きく変わることなく、炭素膜が積層されていることが特徴であり、該カラム幅は、液晶配向の観点から適宜選択可能である。
【００２４】
本発明の液晶表示素子においては、積層する炭素膜の積層条件を制御することで液晶のプレチルト角を制御することが可能である。
斜方蒸着の条件によって、カラムの傾斜角、カラム幅などのカラム構造は異なるが、それぞれのカラム構造に対して、炭素膜の各種の作製条件を変化、調整することで、プレチルト角の制御が可能となる。
【００２５】
図３は、炭素膜の作製条件を変化させた時の液晶のプレチルト角の変化を示す図である。同図は、炭素膜の作製方法をＦＡＤ法（後述）で作製する時の炭素イオン照射時間と照射角度を変化させた場合におけるプレチルト角の変化を示すものである。同図から炭素膜の照射時間および照射角度を変化すると、プレチルト角が変化することがわかる。
【００２６】
本発明における配向膜の作製方法としては、例えば蒸着法、スパッタリング法等のＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ゾルゲル法等のウェットプロセス等が挙げられる。
【００２７】
このうち、斜方蒸着法で作製すると、複数の微細な柱状構造体が傾斜して基板から成長した様な構造体を得ることができる。このような構造体を用いることで液晶分子の配向制御が容易となる。
【００２８】
斜方蒸着法は図４に示す蒸着装置を用いて行うことができる。ここで、斜方蒸着法における蒸着角度６０５を適宜設定することで、異なるプレチルト角の配向膜を得ることができる。
【００２９】
図６は本発明の液晶表示素子におけるプレチルト角を示す概念図である。
本発明における配向膜の構造を図７に示す。図７は、斜方蒸着法により形成されたＳｉＯｘ膜からなる配向膜の断面を示すＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）像である。同図において、ＳｉＯｘのカラム構造がみられ、傾きは基板面から約４５°で成長していることがわかる。図６に示す液晶配向状態の模式図を図８に示す。液晶の配向はカラム方向に傾斜した一軸配向となっている。また、図９は液晶が一軸配向していない状態を示す模式図である。
【００３０】
本発明において、ＳｉＯｘ膜は所望の液晶配向能を有するものであり、例えば、二酸化珪素（ＳｉＯ２）、一酸化珪素（ＳｉＯ）の他に、ＳｉＯｙ（１＜ｙ＜２）などの化学量論比からずれた酸化珪素膜であっても構わない。本発明において、ＳｉＯｘ膜の配向膜が、膜厚方向に対して一定の角度で傾斜した断面構造を有する構造で、該膜の表面に設けられた炭素膜とからなることを特徴としている。配向膜には、ＳｉＯｘ膜の他にも所望の液晶配向能を有するものであればどのような材料を用いても良く、例えば、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）、酸化コバルト（Ｃｏ３Ｏ４）、酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４）等やフッ化物、例えばフッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）等、または窒化物、例えば窒化珪素（ＳｉＮｘ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等が挙げられる。
【００３１】
しかし本発明の効果を十分に発揮するためには、二酸化珪素（ＳｉＯ２）、一酸化珪素（ＳｉＯ）等の酸化珪素（ＳｉＯｘ）を用いることが好ましい。これらの材料は、電気特性の電圧保持特性の高さ及びその形成条件により液晶配向状態を比較的自由に制御できる制御性できる。
【００３２】
次に、本発明における炭素膜の作製方法について説明する。
本発明におけるＳｉＯｘ膜の表面に炭素膜を形成する方法は、グラファイトをカソードとするアーク放電によって炭素プラズマビームを発生させ、前記炭素プラズマビームを磁場によって軌道を曲げて、前記ＳｉＯｘ膜面に照射することにより行われる。前記炭素プラズマビームは、基板のＳｉＯｘ膜面に対して斜めの方向から照射することにより、前記ＳｉＯｘ膜面の上に炭素膜を形成する。
【００３３】
この方法は、真空アーク放電で発生したプラズマビームを、磁場で軌道を曲げて大きなかたまりの粒子（ドロプレット）を取り除き、基板上のＳｉＯｘ膜面に照射して薄膜を形成する方法である。
【００３４】
この方法は、磁場でビームを曲げることにより、アーク放電で発生する大きな液滴粒子が基板に到達するのを防ぐので、均一な膜が形成できるという特徴を有し、Ｆｉｌｔｅｒｅｄ  Ａｒｃ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＦＡＤ）法と呼ばれている。
【００３５】
以上説明した斜方蒸着膜のＳｉＯｘ膜に、炭素膜を積層した基板を２枚用意し、貼り合わせてセルを作製する。セルの断面を図５（ａ）および図５（ｂ）に示す。同図において、１０１はガラス基板、１０２はＳｉＯｘ膜、１０３は炭素膜である。それぞれの基板の配向膜は、斜方蒸着膜ＳｉＯｘの斜方蒸着の方向が平行方向、又は反平行方向にして貼り合わせて作製される。基板間隔は不図示のスペーサにより一定になっている。
【００３６】
次いでこのセルに液晶を注入する。充填される液晶は、誘電異方性が正又は負であり、液晶の配向モードにあわせて適宜選択可能である。
次に、本発明の炭素膜の製造工程について詳しく説明する。
【００３７】
ＦＡＤ法で形成する炭素イオンの照射角について以下説明する。
図１０の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、炭素ビームを、基板上のＳｉＯｘ膜の斜め方向に成長しているカラムの上に照射する照射方向を示す模式図である。
【００３８】
同図１０で、（ａ）は基板垂線を０°として０°から照射、（ｂ）はカラムの傾斜方向をプラスとしプラスからの照射、（ｃ）は反対方向をマイナスとしマイナスからの照射を示す。
【００３９】
ＦＡＤ法で炭素イオンを照射する時の、照射角が０°からプラス７５°、０°からマイナス７５°、及び、炭素イオンを照射する時間を１ｓｅｃから７ｓｅｃまで変化させるときのプレチルト角の変化を図３に示す。
【００４０】
図３において、ＦＡＤ法により、炭素イオンの照射角度、照射時間を調整することで、プレチルト角を制御可能である。
下地の配向膜として、８７．５°の蒸着角で膜厚２４０ｎｍの斜方蒸着膜のＳｉＯｘ膜を作成した。液晶はメルク社製Ｋ−１８で、正の誘電異方性を有する液晶である。このときのプレチルト角は、同図に実線で示す５２°である。
【００４１】
ついで、ＦＡＤ法で炭素を主成分とする炭素膜を積層する。図１０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、炭素イオンの照射角度を−７５°、−４５°、−２２．５°、０°、４５°、７５°にし、照射時間は３ｓｅｃとした。
【００４２】
プレチルト角を測定すると、それぞれ、３５．５°、２８．１°、２０．２°、２９．７°、５．２°、ランダム配向（不図示）という結果となった。
これはイオン照射時間を同一にして、炭素イオンの照射角度を変化させることで、炭素イオン照射角４５°以下では、一軸配向させたままでプレチルト角を制御できることを示す。
【００４３】
また、炭素イオン照射時間については、照射角４５°で１ｓｅｃ、３ｓｅｃ、７ｓｅｃと変化させたところ、プレチルト角は５２°、１５°、２°と減少する。照射角−４５°において、照射時間３ｓｅｃ、７ｓｅｃで２８．１°、１９°とそれぞれ減少する。照射角−７５°では、照射時間３ｓｅｃ、７ｓｅｃで３５．５°、３５°と減少するが、減少幅は少ない傾向がある。
【００４４】
以上の結果から、カラムの角度に対する炭素イオン照射角度は、プレチルト角の制御に重要であることがわかる。
イオン照射時間３ｓｅｃ、炭素イオン照射角０°の条件では、プレチルト角２９．７°である。この結果は一連の炭素イオン照射角のトレンドから逸脱している。
【００４５】
また、炭素イオン照射角度４５°を越える範囲では、液晶配向は一軸配向が乱れることが判明した。
このように本発明においては、炭素イオン照射の条件、照射時間、照射角度を適切に選ぶことによって、一軸配向のプレチルト角の制御が可能なことがわかる。
【実施例１】
【００４６】
以下、実施例を用いてさらに詳しく本発明を説明するが、本発明は下記の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、〔工程１〕斜方蒸着膜ＳｉＯｘとして蒸着角度が８７．５°、膜厚が２４００Åである酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）からなる斜方蒸着膜に、〔工程２〕炭素膜としてアモルファス炭素膜をＦＡＤ法で積層処理したものである。次いで〔工程３〕の液晶セル製造工程では、一対の対向電極、ＩＴＯ薄膜をガラス基板上に形成してなる対向電極基板を用いる。斜方蒸着の方向が平行になるようにセルを貼り合わせて、液晶ＭＬＣ−２０５０（メルク社製）を注入した。プレチルト角測定用には、図６に示す構成の蒸着方向が反平行になるように貼り合せられた液晶セルを作製する。プレチルト角の測定は従来のクリスタルローテーション法で測定する。
【００４７】
配向状態の観察には図５（ａ）及び図５（ｂ）のように蒸着方向が平行方向となるように貼り合せ、配向観察用液晶セルとする。
〔工程１〕
斜方蒸着ＳｉＯｘ膜は図４の斜方蒸着装置で作製する。このときの、蒸着角度は８７．５°、膜厚は２４００Åで、カラム構造を有する斜方蒸着膜を得る。
【００４８】
以下に〔工程２〕を詳細に説明する。
図１１は、本発明の液晶配向膜の形成に用いる真空アークプラズマ成膜装置の模式図である。
【００４９】
アーク放電によってカソードからプラズマビームを発生させ、さらに磁場で方向を曲げて指向性のよいプラズマビームを形成し、これを基板に照射する。カソード７０１の材料には、グラファイト（純度９９．９９９％）を用いる。
【００５０】
トリガ電極７０３は、アーク電源７０５から電圧の供給を受けてカソード７０１との間にアークを誘起する。トリガ電極７０３を一時的にカソード７０１の表面に接触させ引き離すと、カソード７０１とトリガ電極７０３との間に電気スパークが発生する。この電気スパークによってカソード７０１とトリガ電極７０３との間の電気抵抗が減少し、真空アークが発生する。通常はＤＣアークを用いるが、パルスアークも良好に用いることができる。
【００５１】
カソードではアーク放電によりカソード材料がイオン化され、電子と炭素イオンとが混合したプラズマを発生する。炭素イオンと電子はカソード表面から高速で飛び出してアノードに向かう。アノードはカソードに対して２０ないし３０Ｖの正の電位が与えられているが、炭素イオンは５０ないし７０Ｖの運動エネルギーを持っているので，アノードのポテンシャル障壁を乗り越えてプラズマダクト内に放出される。このようにしてほぼ平行な炭素プラズマビームができる。
【００５２】
炭素プラズマは、外力を与えなくてもアーク放電が生じている空間から取り出される。カソード表面から飛び出してくる炭素イオンの運動エネルギーは、カソード表面におけるイオン化の過程で決まっている。
【００５３】
形成されたプラズマは純粋なイオンビームや電子ビームとは全く振る舞いが違っている。イオンビームや電子ビームを偏向させるための磁場は，精度よく設計されなければならず，しばしば強い磁場が必要である。一方，プラズマビームは弱い磁場で容易に偏向させることができる。これは、電子がまず磁場によって軌道を曲げられ，それに正イオンが追随するからである。これは「プラズマストリーミング効果」と呼ばれている。
【００５４】
アークプラズマ中の電子と炭素イオンは、アノード電極７０２を通過して、プラズマダクト７０７に導かれる。プラズマダクト７０７には磁場を発生させるトロイダルコイル７０８が設けられており、ダクトの方向に沿った磁場が形成される。プラズマはこの磁場中で軌道を曲げられて、成膜室７１４内の基板７１０へと導かれる。
【００５５】
通常、アーク放電においては、カソードを構成する物質のプラズマのみならず、比較的サイズの大きなドロプレットと呼ばれる粒子も発生し、それが基板表面に堆積すると均一な膜の形成を妨げる。図１１の真空アークプラズマ成膜装置では、トロイダルコイル７０８の磁場でプラズマの軌道を曲げて基板へ導くので、この過程で質量の大きなドロプレットは軌道を外れて基板７１０に到達しない。
【００５６】
カソード７０１から発生した炭素プラズマの流れは、湾曲したプラズマダクト７０７内で指向性を高めてほぼ平行になり、成膜室７１４に導かれる。
成膜室７１４にはバルブ７１１を通じてＡｒガスが導入される。Ａｒを導入し、装置内Ａｒ分圧は、１．０×１０−１Ｐａとする。アークプラズマは電圧３０Ｖ、電流８０Ａの条件でオペレートし、約２００ｍＡのイオン電流を得る。
【００５７】
成膜室７１４内には、成膜のための基板７１０が成膜面をプラズマの流れ方向に対して斜めにして置かれている。基板７１０は、予め、〔工程１〕斜方蒸着法でＳｉＯｘ膜を２４０ｎｍ厚さで、無アルカリガラス基板上のＩＴＯ膜（２０ｎｍの膜厚）の上に形成されている。
【００５８】
基板７１０には、直流、ＲＦ交流、パルスなどのバイアス電圧を印加してもよい。これによって膜に到達するイオンの速度がコントロールできる。
プラズマビームの断面単位面積あたりの流量、つまりフラックス密度は、断面内で分布を持ち、ビームの中心のほうが密度が高い。イオンビーム径はカソードの大きさで基本的に規定される。基板の大きさがビーム径以上になると、蒸着方向は一定に保たれても膜厚に分布が生じる。膜厚の分布は、液晶の配向だけでなく駆動特性にも影響を与えるため、避けなければならない。
【００５９】
本発明者らの実験によると、イオンビームを基板に対してラスタースキャンすることが膜厚の均一化に有効である。成膜室７１４の入口に２対の電磁石７１３を置き、垂直方向と水平方向の磁場を作ってそれを時間的に動かすことによりビームをその進行方向に垂直にシフトさせ、基板上でイオンビームを走査させることも可能である。
【００６０】
〔工程３〕
このようにして得られる配向膜を用い、ＯＣＢモードの液晶表示素子を作製する。
図５（ａ）は本実施例の液晶表示装素子の概略図である。１０１は基板、１０２はＳｉＯｘ膜、１０３は炭素膜、１０４は液晶層である。液晶は正の誘電異方性の液晶を用いる。
【００６１】
斜方蒸着膜ＳｉＯｘの蒸着方向をそれぞれ反平行方向にして貼り合わせて作製される。
ＳｉＯｘの作製条件は実施態様例と同一で蒸着角８７．５°、膜厚は２４０ｎｍである。炭素膜を積層しないときのプレチルト角は４５°である。このようなプレチルト角の条件下では、液晶１０４は図５（ｂ）に示すようなスプレイ配向状態となる。
【００６２】
さらに、このプレチルト角４５°となるような斜方蒸着膜ＳｉＯｘ膜に対し、炭素膜の積層処理条件が実施態様で示した条件の中で、炭素イオン照射角度０°、照射時間３ｓｅｃに設定して積層する。炭素膜によってプレチルト角が減少し，この液晶表示素子は、図５（ａ）に示すスプレイ配向となる。さらに、炭素膜の、照射角度、照射時間を設定して液晶セルを作成し、プレチルト角を測定するとプレチルト角が４０°未満と１０°以上となる範囲では電圧無印加では図５（ｂ）に示すベンド配向であることがわかる。これらの液晶表示素子は、対向電極の電圧印加で垂直方向の電界でスプレイ状態からベンド状態の転移が低電圧０．１Ｖから２．０Ｖの範囲で実現する。
【００６３】
ここで、液晶の配向状態の確認は、この液晶セルをクロスニコル配置した２枚の偏光板の間に導入して観察する。スプレイ配向では明るく着色した状態であり、ベンド配向では黒色となる。
【００６４】
比較例１
実施例１で作製される液晶セルに対し、本比較例は炭素膜のない液晶セル、即ちプレチルト角４５°の斜方ＳｉＯｘ膜で作製される液晶セルを作製する。
【００６５】
配向状態を実施例１と同様にしてベンド配向を観察すると、ベンド配向でも黒レベルが灰色に近いものとなっているのがわかる。これはリタデーションが小さいと判断できる。
【実施例２】
【００６６】
炭素イオンの照射角度に対する、カラム構造の変化と炭素濃度の変化に対するプレチルト角の変化を調べた。図１２から１４にその結果を示す。
【００６７】
図１２及び図１３は、各炭素イオン照射角に対するＳｉＯｘ膜−炭素膜の平面構造（上）と断面構造（下）を示す高解像度ＳＥＭ像である。
図１４は、炭素イオンの各照射角における、表面炭素濃度とプレチルト角の変化である。炭素濃度はＸＰＳにより求めたものである。また図１５は炭素イオン照射方向と、その結果形成される膜のカラム構造の断面模式図である。
【００６８】
（ｉ）照射角０°のとき
図１２（ａ）は、炭素イオンの照射角が０°、即ち、基板に対して法線方向から照射したときの平面および断面写真である。カラム構造は、先端部分がカラム傾斜方向にさらに湾曲した構造となる。
【００６９】
図１４からわかるとおり、基板法線から炭素イオンを照射したとき、カラム表面の炭素濃度は比較的高い。炭素膜はカラムの湾曲部に高濃度で堆積している。
このことから、照射角０°で炭素イオンを照射したときのカラム構造は、一定角度で傾斜したＳｉＯｘカラムの先端部分が傾斜方向に湾曲し、主としてカラムの湾曲部側面に炭素膜が積層した図１５（ａ）のような構造を形成していると推測される。
【００７０】
カラム先端部の湾曲の度合いは以下に説明するプラスの照射角の場合と大きな差異は認められない。しかしながら、表面炭素濃度が高濃度であるにもかかわらず、プレチルト角はＳｉＯｘだけのプレチルト角に近い値で高く保たれている。このような表面炭素濃度の高い配向膜は、水平配向規制力が強い炭素膜の作用で、アンカリング力の強化などに寄与し、電圧印加時の液晶応答速度向上が期待できる。
【００７１】
以下に示すカラム側面からの炭素イオン照射したときのプレチルト角の変化が緩慢なことを考慮すると、カラム側面の炭素膜はプレチルト角の変化への寄与率は低いと考えられる。
【００７２】
よって、炭素イオンを基板法線から照射することで、炭素濃度の高い状態で、プレチルト角の制御が可能となり、高濃度の炭素膜によって、配向膜はアンカリング力の高い配向が期待できる。
【００７３】
（ｉｉ）照射角プラスのとき
図１２（ｂ）は、炭素イオンの照射角がプラス、即ち、カラムの頂点付近から照射させた時のカラム構造である。カラムの先端付近はカラムの傾斜方向に湾曲した構造となっている。
【００７４】
また、図１４を見ると、炭素濃度は、（ｉ）の場合に比べて低い。主としてカラムの頂点部分に炭素膜を積層した図１５（ｂ）の構造が形成されていると推察される。プレチルト角の低下が著しいことから、カラムの先端が、カラムの傾斜方向に湾曲することで、さらに、プレチルト角を減少させる方向に作用させていると考えられる。
【００７５】
このように、炭素イオン照射角を、プラス方向、すなわちカラム傾斜方向から照射させることで、炭素イオン照射処理しないものに対し、大きなプレチルト角の変化を作り出すことが可能である。他のイオン照射角に比べ、少ない炭素濃度で、効率的にプレチルト角を制御できる。
【００７６】
（ｉｉｉ）照射角がマイナスのとき
図１３（ａ）は炭素イオンの照射角が−７５°、図１３（ｂ）は炭素イオンの照射角が−４５°のとき、即ち、いずれもカラムの側面方向から照射したときに出来たカラムの平面および断面写真を示す。カラムの傾斜角は変化することなく、図１５（ｃ）のようにカラムの傾斜に沿ってカラム側面に炭素膜が積層していると推察される。
【００７７】
図１４からわかるとおり、マイナスの照射角の場合、他の照射角に比較して、表面炭素濃度の変化に対してプレチルト角の変化は小さいが、照射時間３ｓｅｃ、７ｓｅｃと時間を調整することで、プレチルト角の精密な制御が可能であることを示している。
以上の内容を表１に示す。
【００７８】
【表１】
2009244864.tif 000003
【００７９】
このように本発明は一軸配向のままで、高プレチルト角から低プレチルト角に制御でき、この結果、高いリタデーションの液晶表示素子を得ることが可能である。
また、本発明における炭素膜をＦＡＤ法で作成する方法を説明したが、カラム状の斜方蒸着膜の表面に炭素を主成分とする膜が、カラム構造の形を踏襲するように成長しているものであれば、本発明の作用が発現し、同様の効果、即ち一軸配向した状態のプレチルト角の制御が可能となる。
【００８０】
このようなカラムに沿って成長する炭素膜の作成方法は、ＦＡＤ法のほかにも、スパッタ法、イオンビームスパッタ法、ＣＶＤ法などが挙げられ、カラム形状に沿って積層膜の形状がカラム状に積層するものであれば、適用可能である
ＦＡＤ法はイオンビームが高エネルギーであること、指向性の強いビームである。イオンビームスパッタ法は低圧、かつ、高い加速電圧でのスパッタが可能であることから、高指向性、高エネルギーのスパッタ粒子を活用でき、ＦＡＤ法と同様の機能を有する炭素膜を形成できる。
【００８１】
従来の、スパッタ法は比較的プロセス圧力は高く、イオン粒子の指向性は低く、エネルギーも低い。しかしながら、低エネルギー粒子の表面拡散による特徴が期待できる。即ち、粒子の指向性が低くても、適度な表面拡散により、カラムの構造を踏襲する形態を形成できる可能性がある。
【００８２】
炭素イオンの照射角を適宜、調整することで、実施例２で説明したような効果を得ることが可能である。
即ち、炭素膜が積層されたカラム構造に湾曲構造を付加させることで、（ａ）炭素濃度の高く、プレチルト角の変化が少ない制御が可能であり、この配向膜を用いて作成される液晶パネルは高速応答に適した配向膜を提供できる。さらに、（ｂ）カラム傾斜方向に沿って炭素膜を積層した構造は、少量の炭素濃度で、プレチルト角の大きな変化を伴う制御が可能である。また、（ｃ）カラムの傾斜方向に湾曲させカラム側面部に炭素膜、傾斜角に沿って炭素膜を積層した構造では、炭素濃度変化で微少のプレチルト角を変化させる精密な制御が可能である。
【００８３】
また、この結果ＦＡＤ法で得られる炭素膜と同様の機能が発現できると考えられる。
従来のＣＶＤ法では、プロセス圧力は比較的高く、指向性も低い。イオン種の濃度も極めて低く、膜形成は主に中性ラジカルが支配的と考えられる。中性ラジカルの指向性は無く、中性ラジカルの低反応性から表面拡散距離が長くなるとされている。このことからカラム構造を踏襲する形態を形成できる可能性がある。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明は、斜方蒸着法等の成膜法により形成されるＳｉＯｘ膜からなる配向膜を用いた液晶表示素子に利用可能であり、また該液晶表示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。
【符号の説明】
【００８５】
１０１  基板
１０２  ＳｉＯｘ膜
１０３  炭素膜
１０４  液晶
１０５  配向膜
５０１  プレチルト角θｐ
５０３  液晶配向膜
５０４  ガラス基板
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１】
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【図７】
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【図１２】
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【図１３】
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