CN1591134A - 无机取向膜及其形成方法、电子器件用基板、液晶面板 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种耐光性优异、并且能够使之发生预倾斜角的无机取向膜,配备有这种无机取向膜的电子器件用基板、液晶面板及电子设备,以及形成这种无机取向膜的形成方法。本发明的无机取向膜的形成方法,利用磁控溅射法在基材上形成无机取向膜,其中,令前述基材附近的气氛的压力,在5.0×10-2Pa以下,使等离子体碰撞与前述基材对向设置的靶,引出溅射粒子,将前述溅射粒子从相对于前述基材的形成前述无机取向膜的面的垂直方向倾斜规定的角度θs的方向,照射到前述基材上,在前述基材上,形成主要由无机材料构成的无机取向膜。规定的角度度θs,在60°以上。基材与靶的距离,在150mm以上。
Description
技术领域
本发明涉及无机取向膜的形成方法,无机取向膜,电子器件用基板,液晶面板及电子设备。
背景技术
在屏幕上投射图像的投射式显示装置是公知的。在这种投射式显示装置中,其图像的形成主要利用液晶面板。
这种液晶面板,通常,为了使液晶分子沿一定方向取向,具有以显示出规定的预倾斜角的方式设定的取向膜。为了制造这些取向膜,利用人造纤维等的布,沿一个方向摩擦在基板上成膜的由聚酰亚胺等高分子化合物构成的薄膜的摩擦处理方法等是已知的(例如,参照特开平10-161133号公报)。
但是,用聚酰亚胺等高分子化合物构成的取向膜,依据使用环境,使用时间等,会发生光劣化。当引起这种光劣化时,取向膜、液晶层等的构成材料分解,其分解生成物会对液晶的性能产生恶劣的影响。
此外,在这种摩擦处理中,存在着产生静电和尘埃,由此造成可靠性等降低的问题。
发明内容
本发明的目的是,提供一种耐光性优异,并且能够更可靠地控制预倾斜角的无机取向膜,提供备有这种无机取向膜的电子器件用基板、液晶面板以及电子设备,并且,提供这种无机取向膜的形成方法。
这样的目的,通过下面所述的本发明来达到。
本发明的无机取向膜的形成方法,在利用磁控溅射法在基材上形成无机取向膜的方法中,其特征在于,
令前述基材附近的气氛的压力,在5.0×10-2Pa以下,使等离子体碰撞与前述基材对向设置的靶,引出溅射粒子,
将前述溅射粒子从相对于前述基材的形成前述无机取向膜的面的垂直方向倾斜规定的角度θs的方向,照射到前述基材上,
在前述基材上,形成主要由无机材料构成的无机取向膜。
借此,可以获得耐光性优异、并且能够更可靠地控制预倾斜角的无机取向膜。
在本发明的无机取向膜所形成方法中,前述规定的角度θs,优选地在60°以上。
借此,可以更适合于形成在柱状的结晶倾斜的状态下排列的无机取向膜,从而,获得的无机取向膜限制液晶分子的取向状态的功能更加优异。
在本发明的无机取向膜的形成方法中,优选地,前述基材与前述靶的距离,在150mm以上。
借此,可以更适合于形成在柱状的结晶倾斜的状态下排列的无机取向膜。并且,通过所发生的等离子体,可以有效地防止所形成的无机取向膜受到损伤。
在本发明的无机取向膜的形成方法中,优选地,在形成前述无机取向膜时,在前述靶的前述等离子体碰撞的面上的、与该面平行的方向上的最大磁通密度,在1000高斯以上。
借此,可以效率更高地发生等离子体,作为其结果,可以提高形成无机取向膜的速度。
在本发明的无机取向膜的形成方法中,优选地,前述无机材料,是通过结晶成柱状获得的。
借此,可以更容易限制构成液晶层的液晶分子的(未外加电压时的)取向状态(预倾斜角)。
在本发明的无机取向膜的形成方法中,优选地,前述无机材料,以硅的氧化物为主成分。
借此,获得的液晶面板具有更优异的耐光性。
本发明的无机取向膜的特征在于,利用本发明的无机取向膜的形成方法形成。
借此,可以提供耐光性优异,并且可以更可靠地控制预倾斜角的无机取向膜。
在本发明的无机取向膜中,优选地,柱状晶体在相对于基材以规定的角度倾斜的状态排列。
借此,可以使之显示出预倾斜角,可以更适合于限制液晶分子的取向状态。
优选地,在本发明的无机取向膜中,无机取向膜的平均厚度为0.02~0.3μm。
借此,可以使之显示出更适度的预倾斜角,可以更适合于限制液晶分子的取向状态。
本发明的电子器件用基板,其特征在于,在基板上包括电极,以及本发明的无机取向膜。
借此可以提供耐光性优异的电子器件用基板。
本发明的液晶面板,其特征在于,它包括本发明的无机取向膜,及液晶层。
借此,可以提供耐光性优异的液晶面板。
本发明的液晶面板,其特征在于,它配备有一对本发明的无机取向膜,
在一对前述无机取向膜之间配备有液晶层。
借此,可以提供耐光性优异的液晶面板。
本发明的电子设备,其特征在于,它配备有本发明的液晶面板。
借此,可以提供可靠性高的电子设备。
本发明的电子设备,其特征在于,它具有配备本发明的液晶面板的光阀,利用至少一个所述光阀投射图像。
借此,可以提供可靠性高的电子设备。
本发明的电子设备,包括:对应于形成图像的红色、绿色及蓝色的三个光阀,光源,将从该光源来的光分离成红色、绿色及蓝色的光、将前述各种颜色的光导入到对应的前述光阀上的颜色分离光学系统,将前述各个图像合成的颜色合成光学系统,投射前述合成的图像的投射光学系统,其特征在于,
前述光阀配备有本发明的液晶面板。
借此,可以提供可靠性高的电子设备。
根据本发明,可以提供耐光性优异,并且能够更可靠地控制预倾斜角的无机取向膜,提供备有这种无机取向膜的电子器件用基板、液晶面板给电子设备,并且,提供,这种无机取向膜的形成方法。
附图说明
图1是表示本发明的液晶面板的第一种实施形式的示意的纵剖面图。
图2是表示利用本发明的方法制造的无机取向膜的纵剖面图。
图3是用于本发明的无机取向膜的形成方法的溅射装置的示意图。
图4是表示本发明的液晶面板的第二种实施形式的示意的纵剖面图。
图5是表示应用本发明的电子设备的移动式(或者笔记本式)个人计算机的结构的透视图。
图6是表示应用本发明的电子设备的便携式电话机(包括PHS)的结构的透视图。
图7是表示应用本发明的电子设备的数字照相机的结构的透视图。
图8是示意地表示应用本发明的电子设备的投射式显示装置的光学系统的图示。
图中:1A、1B…液晶面板,2…液晶层,3A、3B…无机取向膜,4A、4B…无机取向膜,5…透明导电膜,6…透明导电膜,7A、7B…偏光膜,8A、8B…偏光膜,9…基板,10…基板,100…基材,101…基材,200…电子器件用基板,S100…溅射装置,S1…真空室,S2…气体供应源,S3…电极,S31、S32…磁铁,S33…磁轭,S4…靶,S41…靶面,S5…排气泵,S6…基材保持器,11…微型透镜基板,111…带有微型透镜用凹部的基板,112…凹部,113…微型透镜,114…表层,115…树脂层,12…液晶面板用对向基板,13…黑矩阵,131…开口,14…透明导电膜,17…TFT基板,171…玻璃基板,172…象素电极,173…薄膜晶体管,1100…个人计算机,1102…键盘,1104…主体部,1106…显示单元,1200…便携式电话机,1202…操作钮,1204…受话口,1206…送话口,1300…数字照相机,1302…机壳(机身),1304…光接受单元,1306…快门按钮,1308…电路基板,1312…视频输出端子,1314…数据通信用输入输出端子,1430…电视监视器,1440…个人计算机,300…投射式显示装置,301…光源,302、303…集成透镜,304、306、309…反射镜,305、307、308…二向色镜,310~314…聚焦透镜,320…屏幕,20…光学部件,21…二向色棱镜,211、212…二向色反射镜面,213~215…面,216出射面,22…投射透镜,23…显示单元,24~26…液晶光阀。
具体实施方式
下面,参照附图,详细说明本发明的无机取向膜的形成方法,电子器件用基板,液晶面板及电子设备。
首先,在说明无机取向膜的形成方法之前,对本发明的液晶面板进行说明。
图1是模式表示本发明的液晶面板的第一种实施形式的纵剖面图,图2是表示利用本发明的方法形成的无机取向膜的纵剖面图。
如图1所示,液晶面板1A,具有:液晶层2,无机取向膜3A、4A,透明导电膜5、6,偏光膜7A、8A,基板9、10。
液晶层2,主要由液晶分子构成。
作为构成液晶层2的液晶分子,只要是能够获得向列型液晶,层状型液晶等的液晶分子,可以利用任何一种液晶分子,但在TN型液晶面板的情况下,使之形成向列型液晶,是优选的,例如,可以列举出苯基环己烷衍生物液晶,联苯衍生物液晶,联苯基环己烷衍生物液晶,三联苯衍生物液晶,苯基醚衍生物液晶,苯酯衍生物液晶,二环己烷衍生物液晶,偶氮甲碱衍生物液晶,氧化偶氮衍生物液晶,嘧啶衍生物液晶,二氧杂环己烷衍生物液晶,立方烷衍生物液晶等。进而,也包括在向列型液晶分子中,导入一氟基,二氟基,三氟基,三氟甲基,三氟甲氧基,二氟甲氧基等氟系取代基的液晶分子。
在液晶层2的两个面上,配置无机取向膜3A、4A。
此外,无机取向膜3A,形成在后面描述的由透明导电膜5和基板9构成的基材100上,无机取向膜4,形成在后面描述的由透明导电膜6和基板10构成的基材101上。
无机取向膜3A、4A,具有限制构成液晶层2的液晶分子的(在未外加电压时的)取向状态的功能。
这种无机取向膜3A、4A,例如,可以利用后面描述的方法(本发明的无机取向膜的形成方法)形成,如图2所示,柱状的结晶,相对于基材100的形成无机取向膜的面的表面方向,沿规定(一定)的方向以规定的角度θc倾斜的状态排列。通过这种结构,可以显示出预倾斜角,可以更恰当地限制液晶分子的取向状态。
柱状结晶相对于基材100的倾斜角θc,优选地为30~60°,更优选地为40~50°。借此,可以使之显示出更适度的预倾斜角,可以更恰当地限制液晶分子的取向状态。
此外,这种柱状结晶的宽度W,优选地为10~40nm,更优选地为10~20nm。借此,可以使之显示出更适度的预倾斜角,可以更恰当地限制液晶分子的取向状态。
无机取向膜3A、4A,主要用无机材料构成。一般地,与有机材料相比,由于无机材料具有优异的化学稳定性,所以,与现有技术的用有机材料构成的取向膜相比,具有特别优异的耐光性。
此外,构成无机取向膜3A、4A的无机材料,如图2所示,优选地是能够进行柱状结晶化的物质。借此,可以更容易限制构成液晶层2的液晶分子的(在未外加电压时的)取向状态(预倾斜角)。
作为上述无机材料,例如,可以使用SiO2及SiO等硅的氧化物,MgO,ITO等金属氧化物等。其中,特别优选地是,使用硅的氧化物。借此,获得的液晶面板,具有更优异的耐光性。
这种无机取向膜3A、4A,优选地,其平均厚度为0.02~0.3μm,更优选为0.02~0.1μm。当平均厚度不足上述下限值时,有时很难使各个部位的预倾斜角十分均匀。另一方面,当平均厚度超过前述上限值时,存在着驱动电压增高,加大消耗电力的可能性。
在无机取向膜3A的外表面侧(与液晶层2对向的面相反侧的面一侧)上,配置透明导电膜5。同样地,在无机取向膜4A的外表面侧(与液晶层2对向的面相反侧的面一侧)上,配置透明导电膜6。
透明导电膜5、6,具有通过在它们之间通电,驱动液晶层2的液晶分子(使其取向变化)的功能。
在透明导电膜5、6之间的通电控制,通过控制由连接到透明导电膜上的控制电路(图中未示出)供应的电流来进行。
透明导电膜5、6,具有导电性,例如,用氧化铟锡(ITO),氧化铟(IO),氧化锡(SnO2)等构成。
在透明导电膜5的外表面侧(与无机取向膜3A对向的面相反侧的面一侧)上,配置基板9。同样地,在透明导电膜6的外表面侧(与无机取向膜4A对向的面相反侧的面一侧)上,配置基板10。
基板9、10,具有支承前述液晶层2,无机取向膜3A、4A,透明导电膜5、6,以及后面描述的偏光膜7A、8A的功能。构成基板9、10的材料,没有特定的限制,例如,可以列举出石英玻璃等玻璃及聚对苯二甲酸乙二醇酯等塑料材料等。其中,特别优选地是石英玻璃。借此,难以产生弯曲、翘曲,可以获得稳定性更优异的液晶面板。此外,在图1中,省略了对密封件、配线等的描述。
在基板9的外表面侧(与透明导电膜5对向的面相反侧的面一侧)上,配置偏光膜(偏振片,偏光薄膜)7A。同样地,在基板10的外表面侧(与透明导电膜6对向的面相反侧的面一侧)上,配置偏光膜(偏振片,偏光薄膜)8A。
作为偏光膜7A、8A的构成材料,例如,可以列举出聚乙烯醇(PVA)等。此外,作为偏光膜,也可以使用在前述材料中掺杂碘的偏光膜等。
作为偏光膜,例如,可以使用将用上述材料构成的膜沿着单向方向拉伸的偏光膜。
通过配置偏光膜7A、8A,能够更可靠地进行通过通电量的调节进行的光透射率的控制。
偏光膜7A、8A的偏光轴的方向,通常根据无机取向膜3A、4A的取向方向决定。
其次,对于本发明的无机取向膜的形成方法进行说明。
图3是用于本发明的无机取向膜的形成方法的溅射装置的示意图。
在本实施形式中,说明利用图示结构的溅射装置的情况进行说明。
图3所示的溅射装置S100,包括:真空室S1,向真空室S1内供应气体的气体供应源S2,使等离子体放电用的电极S3,通过与等离子体的碰撞产生(照射)溅射粒子的靶S4,控制真空室S1内的压力的排气泵S5,将形成无机取向膜的基材固定在真空室S1内的基材保持器S6。
电极S3是磁控管阴极,包括配置在靶S4的背后(与等离子体碰撞的面相反侧)的一对磁铁S31、S32,连接一对磁铁S31、S32的磁轭S33。此外,电极S3,连接到图中未示出的放电用电源上。
一对磁铁S31、S32,是在靶S4的前方(与等离子体碰撞侧)形成漏泄磁场用的永磁铁。磁铁S31是环状磁铁(例如S极),此外,磁铁S32为圆柱形磁铁(例如N极)。磁铁S31,具有一定的间隙包围磁铁S32配置。
在使用图示结构的溅射装置时,如下面所述形成无机取向膜。下面,作为代表,对于形成无机取向膜3A时的情况进行说明。
1.在真空室S1内的基材保持器S6上,设置基材100。
2.利用排气泵S5,将真空室S1内减压。
3.利用气体供应源S2向真空室S1内供应气体。
4.利用图中未示出的放电用电源,向电极S3上外加电压(放电电压)。
5.当向电极S上外加高频时,气体离子化,发生等离子体。
6.所发生的等离子体碰撞靶S4,引出溅射粒子。
7.被引出来的溅射粒子,主要指向基材100,从相对于基材100的形成无机取向膜3A的面垂直的方向倾斜规定的角度θs的方向照射,获得在基材100上形成无机取向膜3A的基板(本发明的电子器件用基板(电子器件用基板200))。
此外,使基材保持器S6预先移动或旋转,以便由靶S4产生的溅射粒子,以相对于基材100的形成无机取向膜3A的面垂直的方向倾斜规定的角度(照射角)θs的方式照射到基材100上,但是,也可以一面照射溅射粒子,一面移动或旋转基材保持器S6,以便照射角变成θs。
在本发明的无机取向膜的形成方法中,其特征在于,在将基材附近的气氛的压力处于5.0×10-2Pa以下的状态下,使溅射粒子相对于基材的形成无机取向膜的面的垂直方向倾斜规定角度θs,照射到基材上。由此,可以获得耐光性优异,并且能够更可靠地控制预倾斜角的无机取向膜。特别是,通过材料等的选择,可以效率更高地在基材上形成由沿规定(一定)的方向倾斜的柱状的结晶构成的无机取向膜。这种效果,在同时满足前述各种条件时获得。
与此相对,例如,在利用通常的溅射法及蒸镀法等情况下,不能获得具有作为取向膜的功能的膜。
此外,当在基材附近的气氛的压力高于5.0×10-2Pa时,照射的溅射粒子的直线前进性会降低,其结果是,获得的无机取向膜的表面的取向性不完全一致。
此外,在不相对于基材的形成无机取向膜的面垂直的方向倾斜地照射溅射粒子时,不能获得具有作为取向膜的功能的膜。
溅射粒子的照射角度θs,优选地在60°以上,更优选地在70~85°,更加优选地,在75~85°。借此,可以更适当地形成在柱状结晶以倾斜状态排列的无机取向膜,其结果是,获得的无机取向膜限制液晶分子的取向状态的功能更加优异。与此相对,当照射角度θs过小时,不能获得足够的预倾斜角,存在着不能充分获得限制液晶分子的取向状态的功能的可能性。另一方面,当照射角度θs过大时,有可能产生生产效率降低的问题。
由气体供应源S2供应给真空室S1内的气体,只要是稀有气体,没有特定的限制,其中,特别优选地是氩气。借此,可以提高无机取向膜3A的形成速度(溅射速度)。
形成无机取向膜3A时的基材100的温度,最好是比较低。具体地说,基材100的温度,优选地在200℃以下,更优选地在100℃以下,更加优选地在25~40℃。借此,抑制附着在100上的溅射粒子从最初附着的位置上移动的现象,即,抑制所谓的迁移现象,可以更加适合于获得柱状的结晶排列的无机取向膜3A。此外,为了使形成无机取向膜3A时基材100的温度在上述范围之内,也可以根据需要进行冷却。
在靶S4的等离子体碰撞的面(靶面S41)上,与靶面S41平行方向的最大磁通密度B,最好是在1000高斯以上。
借此,可以更有效地使之发生等离子体,作为其结果,不会损害获得的无机取向膜的取向性,提高形成无机取向膜的速度(成膜速度)。与此相对,当最大磁通密度B不足上述下限值时,有时不能获得足够的成膜速度。
基材100与靶S4的距离(最大值与最小值的平均值),优选地在150mm以上,更优选地在300mm以上。借此,可以缩小溅射粒子的照射角的偏差,可以更好地形成柱状结晶在倾斜状态排列的无机取向膜。此外,可以有效地防止所发生的等离子体对所形成的无机取向膜的损伤。与此相对,当基材100与靶S4的距离过近时,有时所发生的等离子体会损伤所形成的无机取向膜。此外,有时很难使在基材附近的气氛的压力在规定的压力以下。另一方面,当基材100与靶S4的距离过远时,有可能不能获得足够的成膜速度。此外,有时很难使获得的无机取向膜的取向充分一致。
构成靶S4的材料,根据形成无机取向膜3A的材料适当选择,例如,在用SiO2构成无机取向膜的情况下,作为靶S4,采用由SiO2构成的靶,在用SiO构成无机取向膜的情况下,作为靶S4,采用由SiO构成的靶。
此外,在本实施形式中,对于磁铁S31、S32是永磁铁的情况进行了说明,但也可以是电磁铁。
上面,对于形成无机取向膜3A时的情况进行了说明,对于无机取向膜4A,也可以同样地形成。
其次,对于本发明的液晶面板的第二种实施形式进行说明。
图4是表示本发明的液晶面板的第二种实施形式的示意的纵剖面图。下面,对于图4所示的液晶面板1B,以和前述第一种实施形式不同之处为中心进行说明,对于相同的面内容,省略其说明。
如图4所示,液晶面板(TFT液晶面板)1B,包括:TFT基板(液晶驱动基板)17,接合到TFT基板17上的无机取向膜3B,液晶面板用对向基板12,接合到液晶面板用对向基板12上的无机取向膜4B,由封入到无机取向膜3B和无机取向膜4B的空隙内的液晶构成的液晶层2,接合到TFT基板(液晶驱动基板)17的外表面侧(与无机取向膜4B对向的面相反侧的面一侧)上的偏光膜7B,接合到液晶面板用对向基板12的外表面侧(与无机取向膜4B对向的面相反侧的面一侧)上的偏光膜8B。无机取向膜3B、4B,利用和前述第一种实施形式中说明的无机取向膜3A、4A同样的方法(本发明的无机取向膜的形成方法)形成,偏光膜7B、8B是和前述第一种实施形式中说明的偏光膜7A、8A相同的偏光膜。
液晶面板用对向基板12,包括:微型透镜基板11,设置在该微型透镜基板11的表层114上、形成开口131的黑矩阵13,在表层114上以覆盖黑矩阵13的方式设置的透明导电膜(公用电极)14。
微型透镜基板11,包括:设置具有凹曲面的多个凹部(微型透镜用凹部)112的带有微型透镜用凹部的基板(第一基板)111,经由树脂层(粘结剂层)115接合到所述带有该微型透镜用凹部的基板111的设置凹部112的面上的表层(第二基板)114,此外,在树脂层115上,利用填充到凹部112内的树脂,形成微型透镜113。
微型透镜用带有凹部的基板111,利用平板状的母体材料(透明基板)制造,在其表面上,形成多个(很多)的凹部112。凹部112,例如,可以借助利用掩模的干法蚀刻法,湿式蚀刻法等形成。
该带有微型透镜用凹部的基板111,例如,用玻璃等构成。
前述母体材料的热膨胀系数最好和玻璃基板171的热膨胀系数基本上相等(例如两者的热膨胀系数之比为1/10~10左右)。借此,在获得的液晶面板中,在温度变化时,防止由于两者的热膨胀系数的不同产生弯曲、翘曲、剥离等。
从这种观点出发,带有微型透镜用凹部的基板111和玻璃基板171,优选地用相同种类的材质构成。借此,可以有效地防止温度变化时的因热膨胀系数不同引起的弯曲、翘曲、剥离等。
特别是,在将微型透镜基板111用于高温多晶硅TFT液晶面板时,带有微型透镜用凹部的基板111,优选地用石英玻璃构成。TFT液晶面板,作为液晶驱动基板,具有TFT基板。对于这种TFT基板,最好使用其特性不容易因制造时的环境发生变化的石英玻璃。因此,与之相对应地,通过利用石英玻璃构成带有微型透镜用凹部的基板111,可以获得不容易产生弯曲、翘曲等、稳定性优异的TFT液晶面板。
在带有微型透镜用凹部的基板11的上表面上,设置覆盖凹部112的树脂层(粘结剂层)115。
通过向凹部112内填充树脂层115的构成材料,形成微型透镜113。
树脂层115,例如,可以用比带有微型透镜用凹部的基板111的构成材料的折射率高的折射率的树脂(粘结剂)构成,例如,可以很好地利用丙烯酸系树脂,环氧系树脂,丙烯酸环氧系树脂等紫外线固化的树脂等构成。
在树脂层115的上表面上,设置平板状的表层114。
表层(玻璃层)114,例如可以用玻璃构成。在这种情况下,优选地,表层114的热膨胀系数与带有微型透镜用凹部的基板111的热膨胀系数大致相等(例如两者的热膨胀系数之比为1/10~10左右)。借此,可以防止由于带有微型透镜用凹部的基板111与表层114的热膨胀系数的不同产生的弯曲、翘曲、剥离等。当利用相同种类的材料构成带有微型透镜用凹部的基板111和表层114时,可以更有效地获得这种效果。
表层114的厚度,在将微型透镜基板11用于液晶面板的情况下,从获得必要的光学特性的观点出发,通常为5~1000μm左右,更优选地在10~150μm左右。
此外,表层(阻挡层)114,例如,可以用陶瓷构成。此外,作为陶瓷,例如,可以列举出AlN,SiN,TiN,BN等氮化物系陶瓷,Al2O3,TiO2等氧化物系陶瓷,Wc,TiC,ZrC,TaC等碳化物系陶瓷等。在用陶瓷构成表层114的情况下,表层114的厚度没有特定的限制,优选地为20nm~20μm,更优选地为40nm~1μm左右。
此外,这种表层114,根据需要,也可以省略。
黑矩阵13具有遮光功能,例如,用Cr,Al,Al合金,Ni,Zn,Ti等的金属,分散有碳或钛等的树脂等构成。
透明导电膜14,具有导电性,例如,用氧化铟锡(ITO),氧化铟(IO),氧化锡(SnO2)等构成。
TFT基板17,是驱动液晶层2的液晶的基板,包括:玻璃基板171,设置在该玻璃基板171上、配置成矩阵状(行列状)的多个(大量)象素电极172,对应于各个象素电极172的多个(大量)的薄膜晶体管(TFT)173。此外,在图4中,省略了对密封件、配线等的描述。
玻璃基板171,由于前面所述的理由,优选地用石英玻璃构成。
象素电极172,通过在透明导电膜(公用电极)14之间充放电,驱动液晶层2的液晶。该象素电极172,例如,用和前面所述的透明导电膜14同样的材料构成。
薄膜晶体管173,连接到附近的对应的象素电极172上。此外,薄膜晶体管173,连接到图中未示出的控制电路上,控制向象素电极172供应的电流。借此,控制象素电极172的充放电。
无机取向膜3B,与TFT基板17的象素电极172接合,无机取向膜4B与液晶面板用对向基板12的透明导电膜14接合。
液晶层2包含有液晶分子,与象素电极172的充放电对应,所述液晶分子即液晶的取向发生变化。
在这种液晶面板1B中,通常,一个微型透镜113,和对应于该微型透镜113的光轴Q的黑矩阵13的一个开口131,一个象素电极172,连接到所述象素电极172上的一个薄膜晶体管173,对应于一个象素。
从液晶面板用对向基板12侧入射的入射光L,通过带有微型透镜用凹部的基板111,在通过微型透镜113时一面被聚焦,一面透过树脂层115,表层114,黑矩阵13的开口131,透明导电膜14,液晶层2,象素电极172,玻璃基板171。这时,由于在微型透镜基板11的入射测设置有偏光膜8B,因此,在入射光L透过液晶层2时,入射光L变成线偏振光。这时,将该入射光L的偏振方向,控制成与液晶层2的液晶分子的取向状态相对应。从而,通过使透过液晶面板1B的入射光L透过偏光膜7B,可以控制出射光的亮度。
这样,液晶面板1B,具有微型透镜113,而且,通过微型透镜113的入射光L被聚焦,通过黑矩阵13的开口131。另一方面,在不形成黑矩阵13的开口131的部分,入射光L被遮光。从而,在液晶面板1B中,防止从象素之外的部分泄漏不需要的光,并且抑制象素部分的入射光L的衰减。因此,液晶面板1B,在象素部具有高的光透射率。
这种液晶面板1B,例如,可以通过下述方式制造,即,在利用公知的方法制造的TFT基板17和液晶面板用对向基板12上,分别形成无机取向膜3B、4B,然后,经由密封件(图中未示出)将两者接合,接着,从借此形成的空隙部的封入孔(图中未示出)将液晶封入到空隙部内,然后,通过堵塞该封入孔而制造。
此外,在上述液晶面板1B中,作为液晶驱动基板,利用TFT基板,但对于液晶驱动基板,也可以利用除TFT基板之外的其它液晶驱动基板,例如,TFD基板,STN基板等。
配备有上述无机取向膜的液晶面板,适合于用于光源强的液晶面板,及用于室外时的液晶面板。
其次,基于图5~图7所示的实施形式,详细说明备有前述液晶面板1A的本发明的电子设备(液晶显示装置)。
图5是表示应用本发明的电子设备的移动式(或者笔记本式)个人计算机的结构的透视图。
在该图中,个人计算机1100,由备有键盘1102的主体部1104和显示单元1106构成,显示单元1106相对于主体部1104经由铰链结构部可旋转地支承。
在该个人计算机1100中,显示单元1106备有前述液晶面板1A,和图中未示出的背照灯。通过使从背照灯来的光透过液晶面板1A,可以显示图像(信息)。
图6是表示应用本发明的电子设备的便携式电话机(包括PHS)的结构的透视图。
在该图中,便携式电话机1200备有多个操作钮1202,受话口1204,以及送话口1206,同时,还备有前述液晶面板1A和图中未示出的背照灯。
图7是表示应用本发明的电子设备的数字相机的结构的透视图。此外,在该图中简单地表示与外部设备的连接情况。
这里,相对于通常的照相机通过将被拍照物体的光的像使银盐照相胶片感光,数字照相机1300,利用CCD(Charge,Couled Device:电荷耦合器件)等摄像元件将被拍照物体的光的像光电变换而生成摄像信号(图像信号)。
在数字照相机1300的机壳(机身)1302的背面上,设置前述液晶面板1A,和图示未示出的背照灯,基于由CCD产生的摄像信号进行显示,液晶面板1A起着将被拍照物体作为电子图像进行显示的取景器的作用。
在机壳的内部,设置电路基板1308。该电路基板1308,设置能够容纳(存储)摄像信号的存储器。
此外,在机壳1302的正面侧(在图中所示的结构中的背面侧)上,设置包括光学透镜(摄像光学系统)或CCD等的光接受单元1304。摄影者确认显示在液晶面板1A上的被拍照物体的像,当按下快门1306时,将该时刻的CCD的摄像信号传送并存储在电路基板1308的存储器中。
此外,在该数字照相机1300中,在机壳1302的侧面上,设置视频信号输出端子1312,和数据通信用的输入输出端子1314。
同时,如图所示,根据需要分别在视频信号输出端子1312上连接电视监视器1430,在数据通信用的输入输出端子1314上连接个人计算机1440。进而,借助规定的操作,容纳在电路基板1308的存储器内的摄像信号,输出到电视监视器1430及个人计算机1440上。
其次,作为本发明的电子设备的一个例子,对于使用上述液晶面板1B的电子设备(液晶投影仪)进行说明。
图8是示意地表示本发明的电子设备(投射式显示装置)的光学系统的图示。
如该图所示,投射式显示装置300,包括:光源301,配备有多个集成透镜的照明光学系统,配备有多个二向色镜等的颜色分离光学系统(导光光学系统),对应于红色的(红色用的)液晶光阀(液晶光闸阵列)24,对应于绿色的(绿色用的)液晶光阀(液晶光闸阵列)25,对应于蓝色的(蓝色用的)液晶光阀(液晶光闸阵列)26,形成有只反射红色光的二向色镜面211及只反射蓝色光的二向色镜面212的二向色棱镜(颜色合成光学系统)21,以及,投射透镜(投射光学系统)22。
此外,照明光学系统包括集成透镜302及303。颜色分离光学系统包括:反射镜304,306,309,反射蓝色光和绿色光的(只透过红色光)的二向色镜305,只反射绿色光的二向色镜307,只反射蓝色光的二向色镜(或者反射蓝色光的反射镜)308,聚焦透镜310、311、312、313及314。
液晶光阀25备有前述液晶面板1B。液晶光阀24及26和液晶光阀25具有相同的结构。备有这些液晶光阀24、25及26的液晶面板1B,分别连接到图中未示出的驱动电路上。
此外,在投射式显示装置300中,利用二向色棱镜21和投射透镜22,构成光学部件20。此外,利用该光学部件22,和相对于二向色棱镜21固定设置的液晶光阀24、25及26,构成显示单元23。
下面,说明投射式显示装置300的作用。
从光源301出射的白色光(白色光束),透过集成透镜302及303。利用集成透镜302和303使该白色光的光强度(亮度分布)变得更加均匀。从光源301出射的白色光,最好它的光强度比较大。借此,可以使形成在屏幕320上的图像更加清晰。此外,在投射式显示装置300中,由于使用耐光性优异的液晶面板1B,所以,即使在从光源301出射的光强度很大的情况下,也可以获得优异的长期的稳定性。
透过集成透镜302及303的白色光,由反射镜304反射到图8中的左侧,该反射光中的蓝色光(B)及绿色光(G),分别由二向色镜305反射到图8中的下侧,红色光(R)透过二向色镜305。
透过二向色镜305的红色光,由反射镜306反射到图8中的下侧,该反射光由聚焦透镜310整形,入射到红色用液晶光阀24上。
由二向色镜305反射的蓝色光和绿色光中的绿色光,由二向色镜307反射到图8中的左侧,蓝色光透过二向色镜307。
由二向色镜307反射的绿色光,由聚焦透镜311整形,入射到绿色用液晶光阀25上。
此外,透过二向色镜307的蓝色光,由二向色镜(或反射镜)308反射到图8中的左侧,该反射光由反射镜309反射到图8上的上侧。所述蓝色光通过聚焦透镜312、313以及314而整形入射到蓝色用的液晶光阀26上。
这样,从光源301出射的白色光,利用颜色分离光学系统,分色成红色、绿色及蓝色的三原色,分别导入、入射到对应的液晶光阀上。
这时,液晶光阀14具有的液晶面板1B的各个象素(薄膜晶体管173及与之连接的象素电极172),借助根据红色用的图像信号动作的驱动电路(驱动机构),进行开关控制(ON/OFF),即,进行调制。
同样地,绿色光及蓝色光分别入射到液晶光阀25及26上,分别被液晶面板1B调制,借此,形成绿色用的图像和蓝色用的图像。这时,液晶光阀25具有的液晶面板1B的各个象素,被根据绿色用图像信号动作的驱动电路进行开关控制,液晶光阀26具有的液晶面板1B的各个象素,被根据蓝色用图像信号动作的驱动电路进行开关控制。
借此,红色光,绿色光及蓝色光,分别被液晶光阀24、25及26调制,分别形成红色用的图像,绿色用的图像以及蓝色用的图像。
利用前述液晶光阀24形成的红色用图像,即,从液晶光阀24来的红色光,从面213入射到二向色棱镜21上,在二向色镜面211上反射到图8中的左侧,透过二向色镜面212,从出射面216出射。
另外,利用前述液晶光阀25形成的绿色用图像,即,从液晶光阀25来的绿色光,从面214入射到二向色棱镜21上,分别透过二向色镜面211以及212,从出射面216出射。
利用前述液晶光阀26形成的蓝色用图像,即,从液晶光阀26来的蓝色光,从面215入射到二向色棱镜21上,在二向色镜面212上反射到图8中的左侧,透过二向色镜面211,从出射面216出射。
这样,从前述液晶光阀24、25及26来的各种颜色的光,即,由液晶光阀24、25及26形成的各个图像,被二向色棱镜21合成,由此形成彩色图像。该图像通过透射镜22投影(放大投射)到设置在规定位置上的屏幕320上。
此外,本发明的电子设备,除图5的个人计算机(移动式个人计算机),图6的便携式电话机,图7的数字照相机,图8的投射式显示装置之外,例如,还可以列举出:电视,摄像机,取景器型、监视器直视型磁带录相机,汽车自动导航装置,寻呼机,电子记事本(也包括带有通信功能),电子辞典,台式计算机,电子游戏机,文字处理器,工作站,电视电话,防盗用电视监视器,电子双筒望远镜,POS终端,备有触摸屏的设备(例如,金融机构的自动取款机,自动售票机)、医疗器械(例如,电子体温计,血压计,血糖计,心电显示装置,超声波诊断装置,内窥镜用显示装置),鱼群探测器,各种测定设备,计量仪表类(例如,车辆,飞机,船舶的计量仪表类),飞行模拟装置等。不言而喻,前述本发明的液晶面板可以适用于这些电子设备的显示部,监视器部。
上面,基于图示的实施形式,说明了本发明的无机取向膜,电子器件用基板,液晶面板,电子设备以及无机取向膜的形成方法,但本发明并不局限于此。
例如,在本发明的无机取向膜的形成方法中,也可以追加一个或两个以上的用于任意目的工序。此外,例如,本发明的电子器件用基板,在液晶面板及电子设备中,各部的结构,可以置换成发挥同样功能的任意结构,另外,也可以附加任意结构。
此外,在前述实施形式中,对于投射式显示装置(电子设备),具有三个液晶面板,所有这些液晶面板均采用本发明的液晶面板的情况进行了说明,但也可以是至少其中的一个是本发明的液晶面板。在这种情况下,至少用于蓝色用的液晶面板采用本发明的液晶面板。
[实施例]
[液晶面板的制造]
按照以下方式,制造图4所示的液晶面板。
(实施例)
首先,如下面所述,制造微型透镜基板。
准备厚度约1.2mm的未加工的石英玻璃基板(透明基板)作为母体材料,将其浸渍在85℃的清洗液(硫酸和过氧化氢水的混合液)中进行清洗,将其表面洗净。
然后,在该石英玻璃基板的表面和背面上,利用CVD法,形成厚度0.4μm的多晶硅薄膜。
其次,在形成的多晶硅薄膜上,形成对应于形成的凹部的开口。
这将按照下述方式进行。首先,在多晶硅薄膜上,形成具有要形成的凹部的图形的抗蚀剂层。其次,对多晶硅薄膜进行利用CF气体的干法蚀刻,形成开口。然后,除去前述抗蚀剂层。
其次,将石英玻璃基板浸渍在蚀刻液(10wt%氟酸+10wt%甘油的混合水溶液)中浸渍120分钟,进行湿法蚀刻(蚀刻温度30℃),在石英玻璃基板上形成凹部。
然后,通过将石英玻璃基板在15wt%氢氧化四甲铵水溶液中浸渍5分钟,除去形成在表面和背面上的多晶硅薄膜,获得带有微型透镜用凹部的基板。
其次,在带有微型透镜用凹部的基板的形成凹部的面上,没有气泡地涂布紫外线(UV)固化型丙烯酸系光学粘结剂(折射率1.60),然后,将石英玻璃制的覆层玻璃(表层)接合到这种光学粘结剂上,接着,将紫外线照射到这种光学粘结剂上,使光学粘结剂固化,获得叠层体。
然后,将覆层玻璃磨削、研磨到厚度为50μm,获得微型透镜基板。
此外,在获得的微型透镜基板中,树脂层的厚度为12μm。
对于按上述方式获得的微型透镜基板,利用溅射法及光刻法,形成在覆层玻璃的对应于微型透镜的位置上设置开口的厚度0.16μm的遮光膜(Cr膜),即,黑矩阵。进而,利用溅射法,在黑矩阵上形成厚度0.15μm的ITO膜(透明导电膜),制造液晶面板用对向基板。
在这样获得的液晶面板用对向基板的透明导电膜上,利用图3所示的装置,按如下方式形成无机取向膜。
首先,将液晶面板用对向基板(基材)设置在真空室S1内的基材保持器S6上。此外,令靶S4与液晶面板用对向基板的距离为550mm。
然后,利用排气泵S5,和液晶面板用对向基板附近的气氛的气压减压到5.0×10-4Pa。
其次,从气体供应源S2向真空室S1内供应氩气,在电极S3上外加500W的高频(13.56MHz),使之发生等离子体,碰撞到靶S4上。此外,作为靶S4,利用SiO2。
等离子体碰撞的靶S4,将溅射粒子向液晶面板用对向基板照射,在透明导电膜上形成由平均厚度为0.05μm的SiO2构成的无机取向膜。此外,溅射粒子的照射角度θs,为80°。此外,成膜时的液晶面板用对向基板未加热。此外,在靶面S41上、与靶面S41平行方向的最大磁通密度为1500高斯。
此外,所形成的构成无机取向膜的柱状结晶,相对于液晶面板用对向基板的倾斜角θc,为45°,其宽度为20nm。
此外,在另外准备的TFT基板(石英玻璃制)的表面上,和上述同样,形成无机取向膜。
经由密封件,将形成有无机取向膜的液晶面板用对向基板和形成有无机取向膜的TFT基板接合。这种接合,以构成液晶层的液晶分子左旋的方式,将无机取向膜的取向方向偏移90°。
其次,从形成在无机取向膜—无机取向膜之间的空隙部的封入孔,将液晶(メルク公司制:MJ99247)注入到空隙部内,然后,堵塞该封入孔。所形成的液晶层的厚度,约为3μm。
然后,通过分别在液晶面板用对向基板的外表面侧,以及TFT基板外表面侧接合偏光膜8B、偏光膜7B,制造图4所示的结构的TFT液晶面板。作为偏光膜,采用将由聚乙烯醇(PVA)构成的膜沿单向拉伸的偏光膜。此外,偏光膜7B、偏光膜8B的接合方向,分别根据无机取向膜3B、无机取向膜4B的取向方向决定。即,以当外加电压时,入射光不透过,不外加电压时,入射光透过的方式将偏光膜7B、偏光膜8B的接合起来。
此外,所制造的液晶面板的预倾斜角,在3~7°的范围内。
(比较例1)
不用图3所示的装置,准备聚酰亚胺系树脂(PI)的溶液(日本合成ゴム株式会社制:AL6256),利用旋转涂布法,在液晶面板用对向基板的透明导电膜上形成平均厚度0.05μm的膜,进行摩擦处理,使得预倾斜角为2~3°,制成取向膜,除此之外,与前述实施例1同样,制造液晶面板。此外,在比较例1中,在摩擦处理时,会发生尘埃。
(比较例2)
除使由靶S4产生的溅射粒子以不倾斜的方式照射液晶面板用对向基板之外,其它和前述实施例1同样地制造液晶面板。
(比较例3)
利用蒸镀装置(新明和工业社制:商品名VDC-1300),在气氛压力:2×10-2Pa,靶和基材的距离:1000mm的条件下,形成无机取向膜,除此之外,和前述实施例1同样地制造液晶面板。
[液晶面板的评价]
对于上述各个实施例及比较例制造的液晶面板,连续测定光透射率。光透射率的测定,将各个液晶面板置于50℃的温度下,在不外加电压的状态下,透过照射151m/mm2的光束密度的白色光进行。
此外,作为液晶面板的评价,以从比较例1制造的液晶面板的白色光的照射开始,光透射率与开始时的光透射率比较,降低到50%时的时间(耐光时间)作为基准,如下面所述,分四个级别进行评价。
◎:耐光时间是比较例1的5倍以上。
○:耐光时间是比较例1的2倍以上、不足5倍。
△:耐光时间是比较例1的1倍以上、不足2倍
×:耐光时间比比较例1差。
在表1中,与无机取向膜的形成条件,无机取向膜的平均厚度,柱状结晶的宽度及倾斜角度θc,各个液晶面板的预倾斜角一起,集中表示出了液晶面板的评价结果。
表1
取向膜的构成材料 | 基材附近的气氛压力[Pa] | 溅射粒子的照射角度θs[0] | 在电极上外加的高频[MHz] | 最大磁通量密度[高斯] | 基材与靶之间的距离[mm] | 取向膜的平均厚度[μm] | 柱状结晶的宽度[nm] | 柱状结晶的倾斜角θc[0] | 预倾斜角[0] | 耐光性 | |
实施例 | SiO2 | 5×10-4 | 80 | 13.56 | 1500 | 550 | 0.05 | 20 | 45 | 3~7 | ◎ |
比较例1 | PI | - | - | - | - | - | 0.05 | - | - | 2~3 | - |
比较例2 | SiO2 | 5×10-4 | 0 | 13.56 | 1500 | 550 | 0.05 | 20 | 90 | 0 | ◎ |
比较例3 | SiO2 | 2×10-2 | - | - | - | 1000 | 0.05 | - | - | 0 | ○ |
如从表1可以看出的,在本发明的液晶面板中,与比较例1的液晶面板比较,显示出优异的耐光性。
此外,在本发明的液晶面板中,可以获得足够的预倾斜角,能够可靠地限制液晶分子的取向状态,但在比较例2~3的液晶面板中,不能获得足够的预倾斜角,很难限制液晶分子的取向状态。
[液晶投影仪(电子设备)的评价]
采用上述各个实施例及各个比较例制造的TFT液晶面板,装配图8所示结构的液晶投影仪(电子设备),将其连续驱动5000小时。
其结果是,利用实施例的液晶面板制造的液晶投影仪(电子设备),即使在长时间连续驱动的情况下,也可以获得清晰的投射图像。
与此相对,在用比较例1的液晶面板制造的液晶投影仪中,随着驱动时间的延长,投射图像的清晰度明显地下降。这可以认为是,在开始阶段,液晶方向的取向相互一致,但通过长期驱动,取向膜恶化,液晶方向的取向性降低的缘故。此外,在利用比较例2及比较例3的液晶面板制造的液晶投影仪中,从驱动开始起,就不能获得清晰的投射图像。这可以认为是,无机取向膜的取向性本来就很低的缘故。
此外,制作备有本发明的液晶面板的个人计算机,便携式电话机,数字照相机,进行同样的评价,获得同样的结果。
从这些结果可以看出,本发明的液晶面板。电子设备,耐光性优异,即使长时期使用,也可以获得稳定的特性。
Claims (15)
1、一种无机取向膜的形成方法,利用磁控溅射法在基材上形成无机取向膜,其特征在于,将前述基材附近的气氛的压力设在5.0×10-2Pa以下,使等离子体碰撞与前述基材对向设置的靶,引出溅射粒子,
将前述溅射粒子从相对于前述基材的形成前述无机取向膜的面的垂直方向仅倾斜规定的角度θs的方向,照射到前述基材上,
在前述基材上,形成主要由无机材料构成的无机取向膜。
2、如权利要求1所述的无机取向膜的形成方法,其中,前述规定的角度θs在60°以上。
3、如权利要求2所述的无机取向膜的形成方法,其中,前述基材与前述靶的距离在150mm以上。
4、如权利要求1~3中任何一项所述的无机取向膜的形成方法,其中,在形成前述无机取向膜时,在前述靶的前述等离子体碰撞的面上的、与该面平行的方向上的最大磁通密度,在1000高斯以上。
5、如权利要求1~4中任何一项所述的无机取向膜的形成方法,其中,前述无机材料,是能够结晶成柱状的材料。
6、如权利要求1~5中任何一项所述的无机取向膜的形成方法,其中,前述无机材料是以硅的氧化物为主成分的材料。
7、一种无机取向膜,其特征在于,该膜利用权利要求1~6中任何一项所述的无机取向膜的形成方法形成。
8、如权利要求7所述的无机取向膜,其中,柱状结晶以相对于基材倾斜规定的角度的状态排列。
9、如权利要求7或8所述的无机取向膜,其中,无机取向膜的平均厚度为0.02~0.3μm。
10、一种电子器件用基板,其特征在于,在基板上备有电极以及权利要求7~9中任何一项所述的无机取向膜。
11、一种液晶面板,其特征在于,备有权利要求7~9中任何一项所述的无机取向膜以及液晶层。
12、一种液晶面板,其特征在于,备有一对权利要求7~9中任何一项所述的无机取向膜,在一对前述无机取向膜之间,备有液晶层。
13、一种电子设备,其特征在于,包括权利要求11或12所述的液晶面板。
14、一种电子设备,其特征在于,具有配备权利要求11或12所述的液晶面板的光阀,至少利用一个所述光阀投射图像。
15、一种电子设备,具有:对应于形成图像的红色、绿色及蓝色的三个光阀,光源,将从该光源来的光分离成红色、绿色及蓝色的光、将前述各种颜色的光导入到对应的前述光阀上的颜色分离光学系统,合成前述各个图像的颜色合成光学系统,投射前述合成的图像的投射光学系统,其特征在于,前述光阀备有权利要求11或12所述的液晶面板。
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