CN101553753A

CN101553753A - 液晶光学设备制造工艺

Info

Publication number: CN101553753A
Application number: CNA2007800454375A
Authority: CN
Inventors: 酒井明; 宫田浩克; 浅尾恭史; 石田阳平; P·J·马丁; A·本达维德
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2006-12-08
Filing date: 2007-11-29
Publication date: 2009-10-07
Also published as: JP2008165221A; WO2008072528A1; US20090109387A1

Abstract

提供一种液晶光学设备的制造方法，该制造方法包括：配向膜形成步骤，在基板上形成含有硅氧化物的配向膜；以及液晶单元形成步骤，设置一对基板，所述一对基板彼此相对，其间插入有液晶，所述一对基板中的至少一个上面已形成有配向膜。在所述配向膜形成步骤中，用使用含硅的阴极的真空电弧放电产生的等离子束轰击基板的表面，其中基板以一角度倾斜地设置在等离子束的行程上。当等离子束轰击基板表面时，与形成具有柱体结构的膜的等离子束中的等离子体离子相比，以所述角度倾斜地轰击基板时的等离子束中的等离子体离子具有更高的动能或更高的通量密度。

Description

液晶光学设备制造工艺

技术领域

本发明涉及用于制造液晶光学设备的工艺，更特别地，涉及用于制造具有无机配向膜(alignment film)的液晶光学设备的工艺。

背景技术

诸如液晶显示设备和液晶光阀之类的包含液晶的光学设备均基本上由彼此对向设置的一对基板和插入它们之间的液晶构成。对于设置在其中一个基板或这两个基板上的(一个或多个)电极施加电压，由此液晶分子的配向的状态改变，并且可以控制诸如双折射(双重折射)和旋光性(optical rotary power)之类的光学性能。

在基板中的至少之一上形成用于配向液晶分子的配向膜。当不施加电压时，液晶分子的方向被配向膜规制。作为形成配向膜的方法，通过涂敷而在基板上形成聚合物膜并沿一个方向摩擦其表面的摩擦方法是最典型的。此摩擦方法使得液晶分子能够均匀地与具有大面积的基板配向，因此适于在大面积基板上形成配向膜。在摩擦方法中使用最广泛的聚合物膜材料是聚酰亚胺。聚酰亚胺在通常的显示器中使用的环境中，对于光或温度变动具有高的耐久性。

但是，在被用作投影型显示器的光快门的液晶显示设备中，液晶暴露于强光下，因此高分子膜趋于劣化并且不能期望其具有高的耐久性。即使在化学方面比其它聚合物分子更加稳定的聚酰亚胺配向膜中，其化学结构也由于暴露于强光而被破坏，并且它不能经受长期使用。为了解决此问题，日本专利申请特开No.2000-284287提出了配备有材料与配向膜相同的光纤的液晶设备。日本专利申请特开No.2001-042335公开了使用具有0～3％的芳环浓度的聚酰亚胺以降低配向膜的吸收率的液晶显示设备。

除了这种聚合物膜摩擦方法以外，通过使用无机材料在基板表面上形成微结构以导致各向异性的方法也是公知的。典型类型的方法是所谓的倾斜淀积方法，在该倾斜淀积方法中，向基板倾斜着淀积一氧化硅或二氧化硅。日本专利申请特开No.2003-129228公开了一个例子，其中三面板型液晶投影仪由使用倾斜淀积膜的液晶光阀构成。

通过倾斜淀积形成的膜具有这样一种结构，其中，当在电子显微镜下观察时，直径为几纳米的细长晶体倾斜着在基板上聚集。柱体是一一可辨的，并且基本上沿层厚方向彼此相连。很显然，这种柱体是在形成膜的过程中沿高度方向均匀生长的柱体。以下，这种结构被称为柱体结构。

液晶分子的配向方向由柱体倾斜度控制。关于这种柱体的特性，诸如硅石之类的无机物比有机物具有更高的化学稳定性和更好的对于光的耐久性。因此，作为用于形成用于投影仪的液晶显示设备的配向膜的方法，正在重新认识倾斜真空淀积方法。

在倾斜淀积方法中，淀积的角度必须被精确设定，因此使淀积源尽可能小，使得可以基本上从单点放出淀积材料。因此，在要在宽的基板的整个表面上淀积真空淀积材料的情况下，接收淀积材料的基板的每个位置处出现飞行方向的不同，使得柱体的倾角和方向会分布于基板上。

图2A示出从点源发射粒子的倾斜淀积的情况。图2B示出用平行射束轰击基板的用于比较的情况。

只要可以实现如图2B所示的用平行射束的轰击，基板两端的入射角θ1和θ2就变得相等并且入射方位角也是恒定的。

但是，在通过使用淀积用点源来实施倾斜淀积的图2A和图2B所示的情况下，基板两端的入射角θ1和θ2分布于该范围内。在与图纸表面垂直的一条直线上，入射角度是恒定的，但是淀积射束飞来的方位角不同。

因此，在使用点源的淀积中，柱体的倾角(相对于基板的法线的角度)变得有分布。柱体的方位角也沿面内方向变得有分布。柱体的倾角和方位角直接确定液晶分子的配向，因此，它们的不均匀性引起基板面内配向不均匀性。这导致液晶分子的配向的基板面内分布。特别是当入射角大时，仅0.1°的入射角偏离就使得液晶分子到基板表面的角度(以下，称为“预倾角”)产生大的变化。

对于诸如投影型显示器的光阀之类的小尺寸液晶显示设备来说，通常在大面积基板上形成配向膜然后将其切成希望的尺寸。在这种情况下，由于在各单个设备中淀积角度应是恒定的，因此整个基板上的不均匀性在一定程度上会是可容忍的。但是，当其间形成配向膜的两个基板被接合在一起时，由于在基板端部附近出现上配向膜和下配向膜之间的淀积角度的差异并且这种差异根据位置而改变，因此存在使得在被分割了的液晶显示设备之间特性不均匀的困难。

这种不均匀特性会导致这样一种不便，即，当被用作投影型显示器的光阀时，光阀的光轴和电气响应对于各个设备而不同，并且必须对于各单个设备调整投影光学系统。

发明内容

考虑到以上的问题，提出了本发明，并且，本发明是一种液晶光学设备的制造方法，该制造方法包括：

配向膜形成步骤，在基板上形成含有硅氧化物的配向膜；以及液晶单元形成步骤，设置一对基板，所述一对基板彼此相对，其间插入有液晶，所述一对基板中的至少一个上面已形成有配向膜，其中

所述配向膜形成步骤包含：通过使用含硅材料作为阴极的真空电弧放电来产生等离子束的步骤；以及用等离子束轰击以一角度倾斜地设置在等离子束的行程上的基板的表面的步骤；以及

在轰击基板的表面的步骤中，与形成具有柱体结构的膜的等离子束中的等离子体离子相比，以所述角度倾斜地轰击基板时的等离子束中的等离子体离子具有更高的动能或更高的通量密度。

根据本发明的工艺，可在大面积上以高淀积速度均匀地制造由具有优异的耐久性的无机材料形成的液晶配向膜。

通过参照附图阅读示例性实施例的以下说明，本发明的其它特征将变得清晰。

附图说明

图1示出在本发明的制造工艺中使用的成膜系统。

图2A和图2B示出常规的真空淀积方法(图2A)和本发明的制造工艺(图2B)之间的轰击方向的分布的差异。

图3示意地示出液晶显示设备的构成。

图4A、图4B、图4C和图4D示出晶体分子的配向状态。

图5A和图5B是示出本发明的例子1的基板的布置的平面图(图5A)和侧视图(5B)。

图6示出在本发明的制造工艺中使用的用于等离子束扫描的电磁体的布置。

图7示出如何测量预倾角。

图8是示出液晶配向中的预倾角的测量结果的曲线图。

图9A和图9B是通过本发明的制造工艺形成的配向膜(图9A)和通过常规的倾斜淀积形成的配向膜(图9B)的截面SEM照片。

图10是示出在本发明的例子2中形成的配向膜的XPS测量结果的曲线图。

图11是示出在本发明的例子2中形成的配向膜的折射率的测量结果的曲线图。

图12是示出在本发明的例子2中形成的配向膜的等离子轰击角度和预倾角之间的关系的测量结果的曲线图。

图13是示出根据本发明的例子2形成的液晶显示设备的透射率对方位的依赖性的曲线图。

图14是示出在本发明的例子2中形成的液晶显示设备的透射率对电压的依赖性的曲线图。

具体实施方式

在制造半导体器件中使用的离子注入、离子蚀刻等中，平行离子束被广泛使用。美国专利No.5,433,836公开了这样一种方法，其中，通过磁场使通过电弧放电产生的等离子束的轨道弯曲，在该过程中，大质量粒子(微滴)被去除，以形成均匀、平行的离子等离子束(过滤电弧淀积方法；以下被称为“FAD方法”)。

如前文已描述的，无机配向膜的耐久性优于经受摩擦处理的有机配向膜。与通过常规的倾斜淀积方法制成的无机配向膜相比，通过FAD方法制成的无机配向膜不仅具有这种优点，而且还具有如下所述大致归类的三个优点。

第一个优点是，由于等离子束中的离子是平行的，因此，与通过使用点淀积源实施的淀积不同，粒子的入射角度和入射方位不管基板的位置如何都可保持恒定。

在常规的倾斜淀积中，如图2A所示，淀积射束203到达基板201的角度根据到真空淀积源202的距离而分散。另一方面，如图2B所示，从电弧等离子体产生并且方向借助于磁场被调整为一致的等离子束204基本上平行。基板两端的入射角θ1和θ2是相等的，并且，入射方位在整个基板上是基本上一致的。

第二个优点是成膜速度高。真空电弧等离子源可通过以大的电流实现电弧放电来大量产生等离子体。结果，在等离子束中实现高的离子通量密度以增大成膜速度。这直接导致实现大的生产量，因此，考虑到生产率，这是很大的优点。

第三个优点是，由于不形成柱体，因此膜表面平滑。在下面描述的FAD方法中，由于从等离子束去除大质量的粒子，因此该膜可具有高得多的表面平滑度。结果，可以防止出现由于膜的不平坦性导致的液晶分子的配向缺陷和不均匀性。表面平滑度还有效地在减少液晶和配向膜表面之间的相互作用方面起作用。

根据本发明的发明人的研究，通过FAD方法形成的液晶还具有以下的特性。

在常规的倾斜淀积方法中，通过电阻或电子射线照射来加热淀积源以产生淀积材料的蒸汽。淀积源被设为700℃～1000℃的温度，并且，变成蒸汽的真空淀积粒子的动能处于在真空淀积源的温度下产生的热能的量级，该动能最多为0.1eV。

另一方面，FAD方法中的等离子体离子的动能典型为几十eV，该动能比倾斜淀积中的蒸汽的动能高两位数或更多位数。在用具有这种高动能的等离子体离子轰击基板的情况下，等离子体离子有力地在基板周围移动，使得即使形成了柱体也很容易破坏。因而，推想终归不能形成任何的柱体。

另外，FAD方法可使得等离子束具有比倾斜淀积方法高的通量密度。这里提到的通量密度指的是在单位时间内穿过与等离子束垂直的单位面积的粒子的数量。当在单位时间内到达基板的粒子的数量多时，推想粒子到达各单个柱体之间的间隙的可能性高，并且，容易埋藏柱体之间的间隙。

但是，本发明的发明人进行的实验揭示，通过用存在于通过FAD方法产生的等离子束中的高能和高密度等离子体离子倾斜轰击基板获得的膜尽管一定不形成柱体，但是具有基本上使液晶分子均匀配向的特性。还已确认，液晶分子的配向基本上与基板垂直，并且，当通过施加电压使液晶分子倾斜时，液晶分子在包含等离子束轰击方向的倾斜面中倾斜。

这表明，获得的膜尽管观察不到柱体，但是具有取决于等离子束轰击方向的某种方向性。

通过本发明获得的膜被认为具有电子显微镜观察不到的细微的多的结构。在任何情况下，观察不到电子显微镜可观察的任何通常的柱体结构是本发明的特征。

当不施加电压时基本上处于垂直配向和当施加电压时处于倾斜配向的液晶被称为VA(垂直配向)模式的液晶。可以说，根据本发明的通过用等离子束倾斜轰击实施的成膜适于VA模式液晶显示设备的形成。

FAD方法中的等离子束的平行度高，并且入射角度和方位在基板的大面积上是恒定的。此外，虽然不形成柱体，但是在本发明的成膜方法中保持常规的倾斜淀积膜的特性，即垂直配向性能和面内各向异性。因而，本发明在液晶分子的配向方面具有常规的倾斜淀积膜的优点，并且还可在基板的大面积上均匀地实现它们。

真空电弧等离子膜形成

以下详细描述通过使用FAD方法形成配向膜的步骤。

通过用通过真空电弧放电产生的等离子束轰击基板以在基板上形成薄膜的方法、特别是在美国专利No.5,433,836中公开的过滤电弧淀积(FAD)方法，形成本发明的液晶配向膜。

FAD方法是通过真空电弧放电从阴极产生等离子体离子的方法。通过磁场使离子的方向弯曲以形成方向性良好的等离子束。如果等离子体离子轰击基板，则在基板上形成均匀的膜。该方法的有利之处在于，产生的等离子体离子具有大的动能并且可以大量获得等离子体。由于高成膜速度，因此本方法中的形成配向膜的步骤的生产量高，因而在工业中也是占优势的。

通过电弧放电在阴极使阴极材料离子化以产生作为电子和离子的混合物的等离子体(也被称为电弧等离子)。通过电弧放电实际获得的等离子体包含动能主要分布在20eV～100eV的范围内的单价或多价正离子和负电子。

从阴极表面射出离子和电子并射向阳极。向阳极施加相对于阴极的20V～30V的正电势，在该阳极上，具有比其大的动能的离子跳过阳极的势垒并被释放到等离子导管中。在该导管中，离子借助于磁场经受会聚作用以变成基本上平行的等离子束。

因而，即使不施加外力，离子也从发生电弧放电的空间被取出。从阴极表面射出的等离子粒子的动能在阴极表面的离子化的过程中是固定的，并且依赖于形成阴极的材料。

由此形成的等离子体的行为与纯离子束或电子束完成不同。用于使离子束或电子束偏向的磁场必须被精确设计，并且，常常需要强的磁场。另一方面，可以很容易地用弱磁场使等离子束偏向。这是由于，电子的轨道首先被磁场弯曲，并且正离子跟随这些电子。这被称为“等离子流动效应”。

图1是在根据本发明的液晶配向膜的形成步骤中使用的真空电弧等离子膜形成系统的示意视图。

阴极构成材料由诸如硅和铝之类的导电材料制成。这里，使用成分比为8∶2的铝和硅的合金。

从电弧电极105向触发电极103供给电压以在该电极和阴极101之间引起放电。触发电极103暂时与阴极101的表面接触然后与其分离，由此在阴极101和触发电极103之间产生电火花。电火花降低阴极101和触发电极103之间的电阻，使得发生真空电弧。通常，使用DC电弧。也可有利地使用脉冲电弧。

阳极102是圆柱电极。跨越阳极和阴极施加20V～30V的正电压。从阴极射出的离子具有比施加的电压大的能量，因此阳极允许更大部分的正离子通过。

电弧等离子体中的电子和离子穿过阳极电极102以变成等离子束，所述电子和离子然后被引导到等离子导管107。等离子导管107具有产生磁场的环形线圈108，并且，沿导管的方向形成磁场。等离子束的轨道被磁场弯曲并被引导到被置于成膜室114中的基板110。

通常，在电弧放电中，不仅产生构成阴极的材料的等离子体，而且产生被称为微滴的具有相对较大的尺寸的粒子，并且，当它们被淀积于基板表面上时，妨碍均匀膜形成。在图1所示的真空电弧等离子成膜系统中，等离子的行程被环形线圈108产生的磁场弯曲，以将等离子束引导到基板，因此，在该过程中，具有大质量的微滴从该形程转向并且不到达基板110。

在美国专利No.5,433,836中公开的成膜方法被称为过滤电弧淀积方法(FAD方法)，该方法源自如上面说明的那样等离子束的行程被磁场弯曲以去除微滴的事实。

从阴极101产生的等离子体流的方向性在弯曲的等离子导管107内部得到改善以变得基本上平行，并被引导到成膜室114。在成膜室114中，用于成膜的基板110以使得其成膜表面对于等离子体的行程的方向倾斜的方式被放置，并且，从倾斜方向用等离子束对其进行轰击。基板110通过负载锁定机构112被插入成膜室114内。在形成膜之后，关闭开闭器109，在那里从成膜室114中取出基板。

不是硅或铝自身而是其氧化物被用作用于液晶配向膜的材料。在本发明中，氧气被引入成膜室114中，并且，在存在氧气的状态下用等离子束轰击基板，以由此形成硅氧化物膜或氧化铝膜。供气阀111被打开以通过供气通道引入氧气，并且，允许氧气与成膜室114内部的离子反应以实现氧化。气体流速决定要形成的膜的化学计量成分(stoichiometric composition)。氧气的引入可在一定程度上控制离子束的能量。

可以对基板110施加直流、RF或脉冲型基板偏置电压，由此可以控制到达膜的离子的速度。

等离子束的直径依赖于阴极的尺寸。等离子束的通量密度即与射束垂直的面内的单位面积流速具有在射束的中心密度较高的面内分布。因此，即使淀积的方向保持恒定也出现一些层厚分布。

层厚分布不仅影响液晶分子的配向，而且还影响液晶驱动性能，由此必须保持尽可能地小。根据本发明的发明人进行的实验，用等离子束扫描基板对于形成厚度均匀的膜是有效的。在图1所示的成膜系统中，两组电磁体113被放置在成膜室114的入口处以形成与等离子束的行进方向垂直的磁场，并且，它们随时间移动以偏移等离子束的轨道，以便用等离子束扫描基板。

图6是如何设置电磁体113的示意性结构图。注意，沿Z方向发射等离子束501，通过线圈113x形成X方向的磁场Hx，并且通过线圈113y形成Y方向的磁场Hy。

通过以交流的方式改变磁场Hx，在某个范围602内沿X方向使穿过的等离子束偏转，同时，通过以交流的方式改变磁场Hy，在某个范围601内沿Y方向使穿过的等离子束偏转。可以控制流过线圈113x和113y的电流以改变射束扫描的频率和振幅。

液晶单元的制造

以下描述从如上那样制备的基板形成液晶单元的液晶单元形成步骤。在液晶显示设备的制造中，使用上面形成有电极的基板。在透射型液晶显示器的情况下，在上面已形成有由氧化铟锡(ITO)制成的电极的一对透明玻璃基板上形成配向膜。在反射型液晶显示器的情况下，可以使用上面已形成有与以上的电极相同的电极的透明玻璃基板作为一个基板，并且，可以使用上面已形成有由诸如铝之类的材料制成的反射电极的硅基板作为另一基板。通过FAD方法在这些基板上形成配向膜，并且，将这两个基板接合在一起以形成液晶单元。

图3是本实施例的液晶单元的示意性截面图。

在图3中，附图标记301表示玻璃基板；302表示ITO透明电极膜；303表示配向膜；304表示液晶层。通过FAD方法通过使用无机材料形成配向膜303。

分别通过沿箭头305和306所示的方向用等离子束轰击形成基板上的配向膜。在图3所示的液晶单元中，两个基板被接合在一起，使得等离子束轰击方向相互反平行(antiparallel)。通过隔板(未示出)使基板之间的距离保持恒定。选择介电各向异性为负的液晶材料作为要在单元中填充的液晶。

在OCB(光学补偿弯曲)配向中，两个基板被接合在一起，使得等离子束轰击方向相互平行。

图4A～4D示意性地示出典型的液晶配向的类型。

图4A示出完全垂直的配向，其中，液晶分子被配向，使得它们的长轴与基板垂直。

图4B示出具有预倾角的垂直配向，其中，液晶分子被配向，使得它们的长轴关于基板的法线方向以某一角度倾斜。

图4C示出具有预倾角的水平配向，其中，液晶分子被配向，使得它们的长轴从基板表面以某一角度升高。

图4D示出完全水平的配向，其中，液晶分子被配向，使得它们与基板表面完全平行。

通过使用FAD方法获得的液晶配向膜是图4B所示的类型。如下面描述的那样，液晶分子关于基板的法线的倾角(这里称为“预倾角”)最多为几度。当施加电压时，液晶分子变得逐渐倾斜，并且，当它们倾斜时，透射率增大。可以从正交尼科尔棱镜(crossed Nicols)下的消光位置获知倾斜方位。

可通过使用与液晶显示设备的制造分开地制备的单元厚度为10μm～20μm的单元通过已知的晶体旋转方法测量预倾角。

图7示出通过晶体旋转方法测量预倾角的原理。

用于测量预倾角的液晶单元710是这样一种液晶单元，其中两个基板711和712被接合在一起使得它们的等离子束的入射方向713彼此相对，然后注入液晶714。液晶714的分子相对于基板711和712的法线倾斜地配向。基板面内的液晶分子的倾斜方位基本上与等离子束的入射方位一致。图7被绘制成使得这些方位处于图纸的面内。

该单元710被放在一对偏振器720之间。设置偏振器720，使得一个偏振器的吸收轴相对于液晶分子的倾斜方位具有45°的角度。在液晶单元710绕与图纸面垂直的轴730旋转的同时，用从光源740发射的光照射液晶单元710，并且，用光接收器750测量透射光的强度。

液晶分子相对于基板倾斜地配向，因此，当液晶单元710旋转时，透射率在某一角度上变为最小。该角度是液晶单元内部的光的行进方向变得与液晶分子的长轴方向、即精确地说与平均起来的分子长轴平行的指示器(director)的方向一致的角度。可从该角度和基板的反射率求出预倾角。

在图8中示出结果的例子。图8所示的例子针对等离子束轰击处于60°的角度的单元。

在图8中，横轴表示液晶单元的旋转角度，纵轴表示透射率。单元旋转角度关于图7中的附图标记716所示的方向、即与等离子束的入射方向713的矢量关于轴730具有的矩相同的方向被画为正。基板法线方向被设为0°。

当液晶分子的配向方向即液晶分子的平均方向变得与透过该单元的光的方向一致时，透射光的强度变为最小。在箭头所示的位置(单元旋转角度为+8.8°)处，透射光的强度最小。发现从中得到的预倾角为3.5°。

根据实验，通过用FAD方法获得的配向膜，液晶分子的预倾角总是取正值。即，基板面内的倾斜的液晶分子的方位沿着等离子束的轰击矢量的面内分量的方向。换句话说，液晶分子关于基板的法线向着与等离子束轰击方向(当从基板观察时等离子束到来的方向)相反的一边倾斜。

在通过倾斜淀积获得的配向膜中形成向淀积方向倾斜的柱体，在该配向膜上，液晶分子向与柱体相反的一边倾斜。因此，本发明中的配向膜中的等离子束轰击的方向和液晶分子的倾斜之间的关系与常规的倾斜淀积中的淀积方向之间的关系相同。

图9A示出用扫描电子显微镜观察的在本发明的工艺中形成的配向膜的截面图。作为比较，在图9B中示出通过常规的倾斜淀积形成的配向膜的截面图。

在根据本发明形成的配向膜中，至少在用电子显微镜观察配向膜的范围内，看不到任何柱体。不形成或观察不到任何柱体的原因不明，但被推想如下：在FAD方法中，等离子体离子的能量比倾斜真空淀积中的粒子的能量高一位数到两位数，并且，等离子粒子即使在到达基板之后也具有在一定程度上残留的动能以在基板上来回移动。结果，它们被认为埋藏柱体之间的间隙。或者，推想FAD方法中的等离子束轰击的通量密度比倾斜淀积中的粒子轰击的密度大，因此，从一开始就不形成如柱体那样的掩盖结构。

在任何情况下，尽管是没有形成柱体的膜仍可以实现如倾斜淀积中那样接近垂直配向的液晶分子的倾斜配向是通过FAD方法形成配向膜的特征。当通过使用通过FAD方法获得的配向膜制造液晶显示设备时，能够消除在倾斜淀积中不可避免的淀积角度和真空淀积方向的不均匀性。

对于液晶投影仪的应用

如上所述，FAD方法可形成在宽的范围上均匀的配向膜。

在相同的条件下制造上面形成有配向膜的两个基板并将它们接合在一起的情况下，淀积角度和配向方位不根据两个基板之间的位置的差异偏离。因此，获得的液晶显示设备可在每个位置上具有均匀的特性。当将其切割和分成小尺寸的单元时，每个小单元的特性是一致的。

在上面形成有配向膜的基板在与另一基板接合之前被分成小块、然后分割的基板被接合在一起以制成单元的情况下，不必根据它们在初始基板上的位置挑选出要被接合的对。因此，可以在不使得初始基板上的任何位置无用的情况下使用分割的基板作为液晶分子的基板。

由此完成的所有的液晶单元具有均匀的配向，并且液晶分子的倾斜方向也是均匀的，因此，当液晶单元被设置于光学设备中并被使用时，不必对于各设备调整光学设备。此外，在液晶单元中的任何三个被组合在一起以形成三面板型液晶投影仪的情况下，由于三个光阀具有均匀的特性，因此，色调不随单元设备变得不均匀。

以下，通过工作例子更加具体地描述本发明。

例子1

通过图1所示的真空电弧等离子成膜系统在玻璃基板上形成无机配向膜。

使用92％的硅和8％的铝的合金作为阴极101的材料。氧气被馈送到成膜室114内以形成由Al₂O₃和SiO₂构成的无机配向膜。

使用的基板是厚度为0.7mm的无碱玻璃基板。在基板的表面上，以20nm的厚度形成ITO膜。该基板被切成20平方毫米的尺寸，以制备形成膜的玻璃基板510。

在图5A和图5B中示出形成配向膜时的玻璃基板510的布置。九片形成膜的玻璃基板510如这里示出的那样被布置，并被保持在基板保持件503中。该具有基板的保持件被设置于图1所示的真空电弧等离子成膜系统中，使得基板法线511的方向相对于等离子束501的方向具有60°的角度。

如图1中的基板110那样，以上的九个基板510被设置于负载锁定室112中，然后，成膜室114的内部被抽空。在系统内部达到足够的真空度以后，用等离子束轰击基板以在其上形成配向膜。在30V的电压和120A的电流的条件下操作电弧等离子体，以制成基于铝和硅的混合阳离子的约300mA的等离子电流。还在6sccm的流速下将氧气馈送到基板上以便淀积Al₂O₃和SiO₂。在这种情况下，系统中的氧气分压为1.0Pa。

在成膜时，为了提高淀积的均匀性，实现等离子束的二维扫描。通过如图1示意地示出的那样在从等离子导管107延伸的成膜室114的入口处设置两组电磁体113并通过使电流流过电磁体的线圈，实现这一点。在本例子中，使用用于沿上下方向扫描的线圈和用于沿右左方向扫描的线圈以实现二维扫描。50Hz的电流流过线圈以实现射束扫描。

在以上的条件下，实施30秒的真空淀积，然后从系统中取出上面形成有膜的基板。从该膜的截面的扫描电子显微镜观察发现层厚为200nm。成膜速度为400nm/min。该速度比通过使用电子束的常规倾斜淀积来淀积硅氧化物的情况下的真空淀积速度(几十nm/min)高一位数。因以可知，单位时间内轰击基板表面的粒子的表面密度比倾斜淀积中的粒子的表面密度高一位数。

从各如上面描述的那样上面形成有配向膜的九个基板中取出的上面形成有配向膜的两个基板被面对面地放置，使得等离子束轰击方向相互逆平行。然后，通过使用包含尺寸为3.0微米的硅石珠的密封剂将这两个基板接合在一起。然后，用紫外光轰击它们以使密封剂固化。由此，制备中空的单元。

然后，将液晶注入该单元中。使用的液晶是可从Merck & Co.Inc.得到的MLC-6608。该液晶表现出常规的硅石倾斜淀积膜上的基本上垂直的配向。为了将液晶注入到单元中，所述单元被保持在真空室中，并且在除气之后，液晶被施加到单元的液晶注入开口，然后，真空室内部的压力逐渐恢复到大气压力。在液晶被注入之后，注入开口被密封，并且，由此获得的液晶单元被用于测量。

其中注入了液晶的单元被放置在以正交尼科尔棱镜的状态被设置的两个偏振板之间以进行观察。看到该液晶单元不管偏振板的偏振轴方向如何都很难透射光。因此，液晶分子基本上与基板垂直地配向。裸眼看不到有缺陷的配向。进一步进行了的显微镜观察，并且揭示，即使在微小的区域中也实现均匀的配向状态。

对于具有与以上的配向膜相同的配向膜的液晶单元，以与图7所示的方式相同的方式测量预倾角，发现它约为4°。

将引线连附到液晶单元的上下电极上，并且，将液晶单元放置在以正交尼科尔棱镜的状态设置的两个偏振板之间，以检查透射率对于施加的电压的依赖性。放置液晶单元，使得液晶分子从垂直方向倾斜的方向变得与放在液晶单元的上部分的偏振板的偏振方向一致。发现在这种放置下测量的九个液晶单元的电压-透射率曲线是基本上一致的。这表明，不管基板保持器的位置如何，本发明中的配向膜都提供具有均匀倾斜方位的液晶。

对于上述的液晶单元在相同的条件下在高掺杂硅基板上形成配向膜，并且，用扫描电子显微镜和原子力显微镜观察膜表面。在扫描电子显微镜观察中，配向膜的表面非常均匀，并且，没有看到存在表明微滴的粘附的粒子。从原子力显微镜的观察结果可以看出，通过本发明的制造工艺形成的配向膜被证明具有远高于通过常规的淀积方法形成的配向膜的表面平滑性，并且发现其表面粗糙度用RMS(均方根)值表示为0.18nm。该值小于在相同的淀积角度下通过电子束淀积方法形成的膜的RMS值的1/5。

例子2

在本例子中，通过使用与例子1不同的阴极材料在玻璃基板上形成无机配向膜。使用与例子1相同的真空电弧等离子成膜系统。

在本例子中，使用高纯度硅作为阴极101的材料。但是，由于高纯度硅的电阻率太高以至于不能容易地产生电弧放电，因此，使用掺杂有500ppm的硼的硅作为阴极材料。

以与例子1相同的方式，氧气通过供气阀111被馈送到成膜室114中，以形成由硅氧化物构成的无机配向膜。适当地控制该氧气的流速以进行实验。

真空电弧放电的放电电压被设为30V，电弧电流被设为70A。基板、成膜时的基板的布置、真空度以及用于借助于磁场的射束扫描的条件与例子1中的一致。

实施30分钟的成膜，然后从系统中取出上面形成有膜的基板。从该膜的截面的扫描电子显微镜观察发现其厚度为20nm。成膜速度为40nm/min。

氧气的流速从0sccm变为10sccm以形成膜以进行比较。在低于7sccm的流速下形成的所有膜都看起来微黄。这是由于硅没有被充分氧化，并且形成为带颜色的金属硅膜。

以如下的方式以化学计量方式分析在从7sccm到10sccm的流速下形成的透明膜。

图10示出XPS(X射线光电子分光分析)的分析结果，并且示出硅的2p电子的结合能附近的谱。纵轴表示光电子检测强度(任意标度)，横轴表示结合能。由两条虚线示出的绘图表示SiO₂和SiO谱，并且，由实线示出的绘图表示测量的膜的谱。任何膜都主要由SiO₂构成，其中，SiO成分随氧气流速的增大多少有些减少。

图11示出折射率的波长依赖性的测量结果。虚线表示SiO(上面的线)和SiO₂(下面的线)的折射率，并且，实线表示测量的膜的折射率。确认随着氧气流速的增大，SiO₂的比例逐渐增大。XPS的结果表明，膜主要由SiO₂构成，而当从折射率观察时，看起来明显包含SiO成分。

由此在上面形成配向膜的两个基板被面对面放置，使得等离子束轰击方向相互反平行。然后，这两个基板被接合在一起，在它们之间插入宽度为1mm、长度为20mm、厚度为12.0微米的迈拉膜(Mylarfilm)作为隔层，以制备中空的单元。

通过使用上面形成有与上述的配向膜相同的配向膜的基板，制备单元厚度为10μm的液晶单元，并且，通过图7所示的方法测量预倾角，发现它为+5.5°。如同对于例子1一样，液晶分子沿与等离子束的方位相反180°的方位倾斜。

图12示出相对于等离子轰击角度的预倾角。

在轰击角度小时，预倾角随着等离子轰击角度的增大而增大，但是，当轰击角度在正方向上为约40°或在负方向上为约60°时，预倾角变为最大，并且，当轰击角度比其大时预倾角减小。

从该事实可以理解，即使当轰击角度在几度到十度的范围内变化时，也可获得基本上恒定的预倾角。

在以上获得的中空单元中，通过利用大气中的毛细作用注入液晶材料(MLC-6608，可从Merck & Co.，Inc得到)以获得液晶单元。该液晶表现出在常规的硅石倾斜淀积膜上的基本上垂直的配向。

当液晶单元与偏振板平行放置并且从基板法线方向观察时，发现不管液晶单元的放置方位如何都很难透射光。因此，看到液晶分子与基板基本上垂直地配向。裸眼观察不到有缺陷的配向。进一步进行了显微镜观察以揭示，即使在微小的区域中也实现均匀的配向状态。

将引线连附到液晶单元的上电极和下电极上，并且，将液晶单元放置在以正交尼科尔棱镜的状态设置的两个偏振板之间，以进行观察。在图13中示出当旋转液晶单元的放置方位时观察到的透射率变化。在图13中，黑色正方形表示当不施加电压时测量的透射率；白色圆圈表示当施加3V的电压时测量的透射率。在横轴上，成膜时的等离子束的方位被设为0°。

当不施加电压时，由于预倾角小至5.5°，因此，不管液晶单元的放置方位如何都几乎不透射光。

当施加电压时，在等离子束的方位与偏振板的吸收轴一致的位置上以及在与其呈直角的方位上，透射率为0，并且，在以上方位以外的方位上，透射率增大。液晶分子与等离子束轰击方向平行配向。从实现了良好的消光的事实证明，倾斜方向的散射较小。

通过将由偏振板的轴和液晶分子的倾斜方位形成的角度设为45°，考查了透射率对于施加的电压的依赖性以获得图14所示的结果。可以理解，透射率在约1.5V处上升，并且单调增大直到约3V。从该事实理解，液晶分子在从不施加电压时的倾斜状态开始保持该倾斜方位，即，向着相对于液晶分子的倾斜方位的180°的方位，根据施加的电压倾斜。

利用计算对电压和透射率之间的关系的仿真表明，当预倾角为5°～6°时，引起类似的电压-透射率特性。这基本上与测量的预倾角一致。

虽然已参照示例性实施例描述了本发明，但应理解，本发明不限于公开的示例性实施例。以下的权利要求的范围应被赋予最宽的解释，以包含所有的变更方式以及等同的结构和功能。

本申请要求在2006年12月12日提交的日本专利申请No.2006-332173的权益，在此以引用方式包含其全部内容。

Claims

1.一种液晶光学设备的制造方法，该制造方法包括：

2.根据权利要求1的制造方法，其中，在存在氧气的状态下实施用等离子束轰击基板的表面的步骤。

3.根据权利要求1的制造方法，其中，在用等离子束扫描基板的同时实施配向膜形成步骤。

4.根据权利要求1的制造方法，其中，

在所述一对基板的两个基板上都形成配向膜，并且，所述一对基板被彼此相对设置，使得用等离子束轰击基板的表面的方向相互反平行。

5.根据权利要求1的制造方法，还包括在液晶单元形成步骤之后切割基板的步骤。

6.根据权利要求1的制造方法，其中，被用作阴极的材料是硅。

7.根据权利要求1的制造方法，其中，被用作阴极的材料是硅和铝的合金。