JP2004163921A - 液晶表示素子と液晶表示素子の配向膜の形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ビデオプロジェクタ等の大画面ディスプレイに用いる液晶表示デバイスに用いられる液晶表示素子及び液晶表示素子を構成する配向膜の形成方法を提供する。
【解決手段】 一方が光を透過する透明基板１１である一対の基板１１，１５間に負の誘電異方性を有する液晶１３を封止してなる液晶表示素子１０において、前記液晶を封止している前記一対の基板の前記液晶を封止している各基板側にそれぞれ前記液晶１３のプレチルト角αを３度乃至１０度とする無機配向膜１２，１４が設けられている。
【選択図】 図１

Description

本発明はビデオプロジェクタ等の大画面ディスプレイに用いる液晶表示デバイスや光コンピュータ等に用いられる液晶表示素子及び液晶表示素子配向膜の形成方法に関する。

画像情報を有する電気信号を画像に変換したり、光情報を電気信号に変換することなしに加工（演算）するデバイスとして、液晶表示素子がある。これを使用して 大画面の映像を表示する装置として液晶プロジェクタがある。

液晶プロジェクタにおいては高解像と高輝度が性能上特に重要であるが、それを両立させることが可能なものとして反射方式の液晶表示デバイスがある。

ここに、反射方式の液晶表示デバイスの一例として図１１に示されるような構造が採用されている。

同図において、５１はＳi基板であり、その上に半導体プロセスによってＭＯＳ-ＦＥＴ（５２）と電荷蓄積容量５３が形成されている。５４は絶縁体層、５５はＭＯＳ-ＦＥＴ（５２）のドレイン、５６はゲート、５７はソースである。

また、５８は絶縁体層５４の上に形成されたＡlの反射電極層であり、その下側の一部がＭＯＳ-ＦＥＴ（５２）のソース５７に接続されていると共に、その接続部分から板状の信号検出部５９を側方へ延在せしめ、信号検出部５９とＳi基板５１の間にＳiＯ₂の絶縁膜６０を介在させることで電荷蓄積容量５３を構成している。

従って、Ｓi基板５１に対して一画素単位でスイッチング素子であるＭＯＳ-ＦＥＴ（５２）と電荷蓄積容量部５３からなる能動素子回路を形成することにより、全体として能動素子基板６１側が構成されている。また、７１は透明基板であり、ガラス基板７２の片面に透明な共通電極膜７３を形成した構造になっている。

そして、能動素子基板６１側の反射電極層５８と絶縁体層５４が現れた表面と、透明基板７１側の共通電極膜７３の表面にはそれぞれ配向膜６２,７４が覆設され、各基板６１,７１の配向膜６２,７４の間に負の誘電異方性を有する液晶層８０を封止して、液晶表示素子を構成している。

液晶表示デバイスは種々の駆動方式が存在しているが、液晶の複屈折を利用し、初期配向状態が液晶基板配向膜６２,７４の表面に対してほぼ垂直で、電界をかけることで液晶を配向膜６２,７４の表面に平行に寝かせる方式はコントラスト比や応答速度に優れ、反射型液晶プロジェクタ用に最適な方式であると考えられている。

しかし、この方式では液晶は完全に垂直ではなく、わずかに傾斜させる（プレチルト角を持たせる）必要がある（例えば、特許文献１参照）。
特許第２９４４２２６号公報（段落０００３の記載） これまで、配向膜の形成方法としては、有機膜のポリイミド膜のラビング法と無機膜の斜方蒸着法とが知られている。

図８に従来例としての、日本合成ゴム（株）社の発表している垂直配向用ポリイミド膜のプレチルト角を示す。同図において、横軸は材料名を、縦軸はプレチルト角をそれぞれ示す。

ポリイミド配向膜ではポリイミド材料と使用する液晶材料によってプレチルト角の大きさがほぼ決まってしまい、成膜条件やラビング条件を変化させても、プレチルト角をほとんど変えることが出来ない。

一般にプレチルト角は大きなものが得られにくく、大きくできた場合でも、膜の表面状態が悪いために、ムラやラビング筋が発生しやすい。

図８に示されるように、プレチルト角が３度以下のグループと約９度のグループに分かれ、その中間が抜けている。実際３〜１０度のプレチルト角は、ムラのない状態では得られなかった。

従来例としての斜方蒸着法によるプレチルト角は、図１３に示した６．７Ｅ−４Ｐａ（黒四角）のグラフのように（従来はガスは導入しない）、無機配向膜のプレチルト角は２度程度までであり、無機配向膜の液晶表示素子はプレチルト角が３度以上のものは得られなかった。

液晶表示素子のコストは、歩留りの向上も含めチップサイズが小さいほど単価が下がると言われている。特にシリコンウェファ上にＭＯＳ回路を形成して、液晶を駆動させるアクティブマトリックスタイプの反射型液晶表示素子においては、半導体プロセスとほぼ同等のコスト関係が成立する。

よって、このチップサイズを如何に小さくすることが出来るかがコストの低減には重要となる。

ところが、画素電極のサイズ（画素ピッチ）が同じである場合、解像度（画素数）を上げれば必然的にチップサイズが大きくなる。

したがって、コストを上げずに高解像度化を達成するには画素サイズを小さくすることが第一である。

また、解像度が同じであれば、画素サイズを小さくすることによりチップサイズも小さくなり、コストの低減につながる。すなわちコスト面からすると可能な限り画素サイズは小さいことが望ましい。

一方、液晶表示デバイスを使用してスクリーンに画像を投影する液晶プロジェクタでは、その性能の最も重要なファクターの一つとして明るさがあげられる。

一定のスクリーンサイズに対して表示明るさは、照明系、光学系、表示デバイスによって総合的に決定される。

液晶表示デバイスの明るさを決定する要因としては、例えば反射型デバイスでは、電極の反射率、開口数（ＮＡ）、回折ロス、液晶の駆動効率などがある。

回折ロスに関しては投射レンズのＮＡ（またはｆ値）で差が出るが、その他は表示デバイス単独の性能である。一方、デバイス単独では決まらないが非常に重要な要素としてデバイスのサイズがある。

システムの明るさ効率に関して、例えば、F.E.DOANY et al. IBM J.RES.DEVELOP Vol.42 No.3/4 MAY/JULY 1998 pp387-399 のFigure 6に説明されているように、光学系の開口数（ＮＡ）、表示デバイスの対角長（ＤSLM）、及び光源のアークギャップ長により制限を受けることがわかる。

開口数（ＮＡ）の増加はコントラスト比やコストの点で限界があり、一般に０．１〜０．２である。また、光源のアークギャップ長は小さいほどよいが、ランプ寿命が悪化するため商品レベルでは１．４〜２ｍｍと考えられる。

このような条件で、実用的な効率を維持するには表示デバイスの対角長（ＤSLM）は０．５ｉｎｃｈ(１２．７ｍｍ)〜０．７ｉｎｃｈ程度は必要であることがわかった。

また、１ｉｎｃｈ以上のサイズになると効率は飽和してくるためメリットは小さい。

前述したように、デバイスのサイズと解像度（表示画素数）とは決まった関係にあり、解像度とパネルサイズを指定すれば画素サイズが決まる。例えば０．９ｉｎｃｈでＳＸＧＡ(１３６５×１０２４画素)を表示するには画素サイズ（画素ピッチ）は１３．５μｍとなる。

また０．７ｉｎｃｈでＨＤＴＶ(１９２０×１０８０画素)の画像を表示するには画素の大きさは８．１μｍと従来の液晶表示デバイスの画素サイズ２０μｍに比較して非常に小さくなる。

このような小さな画素サイズになると、これまであまり影響のなかった性質が問題となることが小さな画素サイズの液晶表示デバイスを扱ってはじめて分かってきた。

ホメオトロピックＥＣＢモードではプレチルト角の大きさで、デバイスの表示特性が大きく変化する。

プレチルト角が小さい（垂直に近い）ほどコントラスト比は大きくとれるが、プレチルト角が小さい（垂直に近い）と、駆動電圧比の大きい白黒パターン表示時の境界付近にディスクリネーションラインと呼ばれる暗ラインが発生しやすくなる。

このディスクリネーションラインの発生は画素電極の面積の一部が駆動されないために画素の駆動効率が落ちることになる。

単に明るさが落ちるだけであればそれほど大きな問題とはならないが、色の変化になって現れる場合は画像品位を落とすため実用上問題となる。

例えば三原色を合成してフルカラーを表示するプロジェクタにおいて、細い線を表示した場合の白黒の線が色づいて見える、大きなブロックの場合は一方向のエッジにだけ特定の色づきが見えるなどである。

このような現象は表示素子とシステムとの相互関係が大きく関係している。すなわち三色合成光学系によりデバイスの一つがスクリーン上で向きが逆になることが大きな原因である。

図６にディスクリネーションライン発生の様子を模式的に示した。ＰＢＳと液晶表示素子の位置関係から、液晶表示素子の配向方向（液晶の倒れる方向）は、図のように矩形状の液晶表示素子画面の垂直線に対して時計方向に４５度回転させた方向として、コントラスト比を大きくする。

このとき1画素のみ駆動したときディスクリネーションラインは図のように２辺に発生する。図７には黒地に一本のラインを表示したときの見え方の一例を示した。

このライン状にみえる暗部は画素の端から一定の距離に発生し、画素の大きさにはほとんど影響しない。したがって画素サイズが小さくなるほど、表示に対する影響が大きくなる。

前述したように、画素サイズはパネルサイズと解像度で決定され、またシステムの効率と表示パネルのコストからパネルサイズが制限される。したがって、プロジェクタに必要な解像度の画素サイズとしては７から１５μｍ程度が好ましいと考えられ、このサイズにおいてディスクリネーションの影響が出ないようプレチルト角を制御することが重要である。

また、配向膜の形成方法としては、一般にポリイミド膜のラビング法や無機膜の斜方蒸着法が知られている。

しかし、ポリイミド配向膜はプレチルト角が自由に変えられなく、光劣化しやすい問題があり、また斜方蒸着法ではプレチルト角αは２度程度までで、それ以上大きく出来ず、再現性が悪いなどの問題がある。

そこで本発明はこれらの問題を解決するためになされたものであり、無機膜の斜方蒸着法を改良して、使用目的に応じ最適となる配向膜を有する液晶素子及び液晶素子配向膜の形成方法を提供することを目的とするものである。

本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、
請求項1に記載された発明は、
一方が光を透過する透明基板１１である一対の基板１１，１５間に負の誘電異方性を有する液晶１３を封止してなる液晶表示素子１０において、
前記液晶を封止している前記一対の基板の前記液晶を封止している各基板側にそれぞれ前記液晶１３のプレチルト角αを３度乃至１０度とする無機配向膜１２，１４が設けられていることを特徴とした液晶表示素子を提供し、
請求項２に記載された発明は、
請求項１に記載された液晶表示素子の配向膜を基板上に形成する液晶表示素子の配向膜の形成方法であって、
成膜装置１００内に配置した前記無機配向膜材料１１１の蒸気流が前記成膜装置内に配置した前記各基板１１，１５に前記各基板の法線に対して４０度乃至６０度の角度θから入射するように、前記各基板の位置をそれぞれ設定し、
酸素ガスを前記成膜装置内に導入し、前記プレチルト角αが３度乃至１０度となるように前記酸素ガス圧を設定して、
前記無機配向膜１２，１４を前記各基板に蒸着させて形成するようにしたことを特徴とする液晶表示素子の配向膜の形成方法を提供するものである。

本発明の「液晶表示素子と液晶表示素子の配向膜の形成方法」によれば、液晶表示素子の無機配向膜のプレチルト角は傾き３〜１０度とこれまでのものより大きなプレチルト角であるので、所定の角度のものを作製または選択することにより、この素子を使用した画像表示システムは画像のコントラストを十分に確保出来ると共にディスクリネーションの影響も少なく出来る。

また、無機配向材料を使用してプレチルト角３〜１０度の液晶表示素子配向膜を有する液晶表示素子を形成することが出来る。

以下、本発明に係る液晶表示素子と液晶表示素子の配向膜の形成方法の発明を実施するための最良の形態につき、好ましい実施例により説明する。

実施例１に適用される液晶表示素子１０を図９に示し、液晶表示素子１０の液晶とプレチルト角の関係を模式的に図１に示す。

実施例１の液晶表示素子１０は透明基板（ガラス基板７２と共通電極膜７３よりなる）１１、無機配向膜１２、液晶１３、無機配向膜１４、及び駆動基板（Ｓｉ基板５１と絶縁体層５４と反射電極層５８とよりなる）１５を有して構成されている。

この液晶表示素子１０は、一方が光を透過する透明基板である一対の基板１１，１５間に負の誘電異方性を有する液晶１３を封止してなる液晶表示素子１０において、前記一対の基板１１，１５の前記液晶を封止している側にそれぞれ前記液晶１３のプレチルト角αを３度乃至１０度とする無機配向膜１２，１４が設けられていることを特徴としたものである。

図９において、５１はＳi基板であり、その上に半導体プロセスによってＭＯＳ-ＦＥＴ（５２）と電荷蓄積容量５３が形成されている。なお、５４は絶縁体層、５５はＭＯＳ-ＦＥＴ（５２）のドレイン、５６はゲート、５７はソースである。

また、５８は絶縁体層５４の上に形成されたＡlの反射電極層であり、その下側の一部がＭＯＳ-ＦＥＴ（５２）のソース５７に接続されていると共に、その接続部分から板状の信号検出部５９を側方へ延在せしめ、信号検出部５９とＳi基板５１の間にＳiＯ₂の絶縁膜６０を介在させることで電荷蓄積容量５３を構成している。

従って、Ｓi基板５１に対して一画素単位でスイッチング素子であるＭＯＳ-ＦＥＴ（５２）と電荷蓄積容量部５３からなる能動素子回路を形成することにより、全体として能動素子基板１５側が構成されている。

一方、１１は透明基板であり、ガラス基板７２の片面に透明な共通電極膜７３を形成した構造になっている。

そして、能動素子基板１５側の反射電極層５８と絶縁体層５４が現れた表面と、透明基板１１側の共通電極膜７３の表面にはそれぞれ配向膜１４,１２が覆設され、各基板１１,１５の配向膜１２,１４の間に負の誘電異方性を有する液晶層１３を挟装封止して、全体として液晶表示素子１０を構成している。

液晶表示デバイスは種々の駆動方式が存在しているが、液晶の複屈折を利用し、初期配向状態が液晶基板配向膜１２,１４の表面に対してほぼ垂直で、電界をかけることで液晶１３を配向膜１２,１４の表面に平行に寝かせる方式（ホメオトロピックＥＣＢモードまたは垂直配向方式）はコントラスト比や応答速度に優れ、反射型液晶プロジェクタ用に最適な方式であると考えられている。

ホメオトロピックＥＣＢモードでは液晶は完全に垂直ではなく、わずかに傾斜させてプレチルト角を持たせる必要があることから、プレチルト角の制御が重要となる。

実施例２に適用される液晶表示素子配向膜の形成方法について、以下に図と共に説明する。

図１２は、実施例２に適用される液晶表示素子を構成する配向膜の作製に使用する配向膜の成膜装置の概略構成を示したものである。

実施例２は、前述した液晶表示素子１０の配向膜を基板上に形成する液晶表示素子の配向膜の形成方法であって、成膜装置１００内に配置した前記無機配向膜材料１１１の蒸気流が前記成膜装置内に配置した前記各基板１１，１５に前記各基板の法線に対して４０度乃至６０度の角度θから入射するように、前記各基板の位置をそれぞれ設定し、酸素ガスを前記成膜装置内に導入し、前記プレチルト角αが３度乃至１０度となるように前記酸素ガス圧を設定して、前記無機配向膜１２，１４を前記各基板に蒸着させて形成するようにしたことを特徴とするものである。

実施例２は、酸素ガス（Ｏ₂）を導入して電極表面に無機ＳｉＯ₂膜を成膜するものである。

以下、液晶表示素子を構成する、ガラス基板７２と共通電極膜７３よりなる透明基板１１に無機配向膜１２を付着させた透明基板Ａ、及びＳｉ基板５１と絶縁体層５４と反射電極層５８とよりなる駆動基板１５に無機配向膜１４を付着させた能動素子基板Ｂを形成する液晶表示素子配向膜の形成方法について説明する。

図１２に示す成膜装置１００の基板ホルダー１２０に、共通電極膜７３を付与した透明基板１１と、Ｓｉ基板５１，絶縁体層５４，アクティブマトリックスタイプの反射型電極層５８を有する駆動基板１５とをセットする。

なお、同図では透明基板１１と駆動基板１５とを一緒にした図としているが、実際のものは成膜装置１００の配向材料１１１を有する蒸発源１１０に対して別々の位置に設定配置されるものである。

次に、蒸着法により透明基板１１と駆動基板１５の各電極表面に無機ＳｉＯ₂膜を８０ｎｍ成膜して無機配向膜１２，１４を生成して基板Ａ，Ｂを形成する。

成膜装置１００のハロゲンランプヒーター１３０によって、基板温度は２００度（℃）に設定する。

液晶の倒れる方向を出来上がった液晶表示素子画面の垂直線に対して時計方向に４５度回転した方向とするため、矩形状の各基板１１，１５の面を矩形状の基板ホルダー１２０の面に並行に密着させて取り付ける際に前記基板ホルダー１２０の底辺に対して各基板１１，１５の底辺を面内で何れか一方の方向に４５度回転させて取り付ける。

このとき成膜装置１００内に配置した無機ＳｉＯ₂の配向材料１１１の傾斜蒸着法による蒸気流が前記成膜装置１００内に配置した前記基板１１，１５の法線に対して４０度乃至６０度の角度から前記基板１１，１５に入射するように前記蒸発源１１０の配向材料１１１と前記基板１１，１５間の蒸着角度θを設定するが、蒸着角度θは０から７０度の範囲で変えて設定が出来るようにしてある。

また、成膜時に酸素ガス（Ｏ₂）を所定の圧力になるよう導入する。

前記配向膜の成膜時のガス圧は６Ｅ−３Ｐａ乃至３Ｅ−２Ｐａとなるように酸素ガス（Ｏ₂）を前記成膜装置１００内に導入する。

なお、ここでは反射電極のサイズ（画素ピッチ）は７．６μｍ及び１３．５μｍとする。

このようにして得られた配向膜付き基板Ａ，Ｂを、所定のセル厚にするためのスペーサを介して貼り合わせ、基板Ａ，Ｂ間に負の誘電異方性を有するネマチック液晶１３を注入して、液晶表示素子１０を完成する（図９参照）。

同じ成膜装置１００によって無機配向膜付き基板Ａ，Ｂには配向膜が同時に同じ条件で生成可能であるので、両者の基板の配向膜のプレチルト角を全く同じ角度αに生成出来るのが大きな特徴である。

このペア基板を組として１個の液晶表示素子を作製するのがプレチルト角αの精度を出すにはより望ましいことである。

実施例２の形成方法により作製された配向膜付き基板の配向膜の蒸着角とプレチルト角の関係を図４に示す。

測定は、素子と同一の形状のＩＴＯ膜付きガラス基板を用意し、素子基板と同時に配向膜を作製し、一対のガラス基板を貼り合わせて測定サンプル（プレチルト評価用ガラスセル）を作製して行った。プレチルト角の測定にはクリスタルローテーション法を採用した。

同図に示した酸素ガス（Ｏ₂）のガス圧を６．７Ｅ−３Ｐａにした四角印で示したグラフは、蒸着角度が大きくなるにしたがって、プレチルト角はそれに対応して大きくなり、蒸着角５０度でプレチルト角４．５度、蒸着角６０度でプレチルト角６度を示している。これまで得られなかったプレチルト角３度以上の所定のプレチルト角度が蒸着角を調整することにより得られる。

酸素ガス圧を増大させて１．３Ｅ−２Ｐａにした三角印で示したグラフも、蒸着角度が大きくなるにしたがって、プレチルト角はそれに対応して大きくなり、蒸着角５０度でプレチルト角４．５度、蒸着角５０〜６０度で急激に増大して蒸着角６０度でプレチルト角１０度を示している。

酸素ガス圧を更に増大させて２．０Ｅ−２Ｐａにした丸印で示したグラフも、蒸着角度が大きくなるにしたがって、プレチルト角はそれに対応して大きくなり、蒸着角５０度でプレチルト角５．５度、蒸着角５０〜６０度で急激に増大して蒸着角６０度でプレチルト角１１．５度を示している。

更に２．７Ｅ−２Ｐａにした斜角印で示したグラフも、蒸着角度が大きくなるにしたがって、プレチルト角はそれに対応して大きくなり、蒸着角５０度でプレチルト角７度、蒸着角６０度でプレチルト角１０度を示している。

酸素ガスを導入する場合は、蒸着角度が大きくなるにしたがって、プレチルト角はそれに対応して大きくなって、ガスを導入しない場合よりも同じ角度でのプレチルト角は大きくすることが出来る。

これまで得られなかったプレチルト角３度以上の所定のプレチルト角度が蒸着角を調整することにより得られることが分かる。

３度乃至１０度のプレチルト角を確保するには、蒸着角度を４０度乃至６０度に設定し、成膜時のガス圧を６Ｅ−３Ｐａ乃至３Ｅ−２Ｐａとなるように設定すればよいことが図４の各グラフより分かる。

なお、全体的に蒸着角度が６０度以上になるとバラツキやムラの発生も拡大している。

アルゴンガス（Ａｒ）を導入した場合のデータも黒三角印のグラフで示した。

この場合も酸素ガスの場合と同様な傾向を示し、蒸着角度が大きくなるにしたがって、プレチルト角はそれに対応して大きくなり、蒸着角５０度でプレチルト角４度、蒸着角６０度でプレチルト角６度を示した。

これらのサンプルを図２の装置によりコントラスト比を測定し、またディスクリネーションラインの発生量は図３の装置により測定した結果につき、以下に図と共に説明する。

図５にプレチルト角とコントラスト比の関係を示す。

測定波長は５４４ｎｍ、セル厚は３．２２μｍである。測定は図２の装置によるが、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光源２１から出た光を偏光板２２を通して測定サンプルの液晶表示素子２４に入射させる。変調を受けた反射光はビームスプリッタ２３により分離され、偏光板２６を通過後、光パワーメータ２７に入射される。

サンプルの液晶表示素子２４のコントラスト比測定は、駆動回路２５により入力信号を駆動し、入力信号をゼロから最大レベルまで変化させ、そのときの光強度を光パワーメータ２７で測定することによってコントラスト比測定を行う。

図５に示される取得データのグラフは、プレチルト角が大きくなるとコントラスト比は低下する傾向を示す。

例えばプレチルト角が３度ではコントラスト比は略１００００：１で、６度ではコントラスト比は略１０００：１で、プレチルト角が１０度を超えるとコントラスト比は１００：１以下となり、画像表示デバイスとしてはコントラスト比は十分でなくなる。

１画素列を駆動した場合に、図７に示したようなダークライン（ディスクリネーションライン）の直線が観察される。

ダークラインの画素のエッジからの位置や強度は、セル厚や光の波長によっては変化するが、画素の大きさにはほとんど依存しない。

一方、プレチルト角を変化させるとダークラインの位置や強度は変化する。

次に、これらの液晶表示素子のサンプルを光学系に適用した場合の画像結果を図１０に示す。

図１０のデータは、図３に示す評価用光学システムを用いてスクリーン上で白色ラインを種々な角度に表示した時の画像品位（色づき度合い）を目視で画像を評価した画像評価結果を、１３．５μｍのデバイスと７．６μｍのデバイスの場合について、プレチルト角（度）でそれぞれ示したものである。

図３の評価用光学システムは、白色光源３１から出た光はダイクロイックミラー３２，３３によりＲＧＢの三原色に分離され、ＰＢＳ−Ｒ３４，ＰＢＳ−Ｇ３５，ＰＢＳ−Ｂ３６を通して表示デバイス３７，３８，３９に入射する。変調を受けた各反射光はクロスダイクロイックプリズム４０により合成され、図示しないプロジェクションレンズを介してスクリーンに拡大投影される。

なお、表示デバイスと各ＰＢＳの間には図示されていないがλ／４板が挿入されていて、コントラスト比の向上が図られている。

この図３の評価用光学システムは、プロジェクタで使用される光学系であるが、構造上一つの液晶表示素子３８がスクリーン上に表示される映像の向きが他の二つの液晶表示素子３７，３９がスクリーン上に表示される映像の向きに対して左右（または上下）逆となるため、ディスクリネーションラインの画素上の位置も左右（または上下）逆となる。従ってディスクリネーション量が大きいとより色付きが強調される。

図１０に示されるように、画像評価の結果は、１３．５μｍのデバイスの場合においてはラインの色付きがプレチルト角が１度以下では明確に観察され、２度〜３度で色付きは改善がみられ、３度以上では色付きは実用上問題のないレベルまで減少している。

また、７．６μｍのデバイスの場合においては６度以上では色付きは実用上問題のないレベルまで減少している。

ディスクリネーションラインはプレチルト角が大きくなるにしたがって画素の端に移動し、強度も小さくなる。

図１４は画素ピッチ７．６μｍの表示素子について、1画素（1ライン）駆動時における液晶の駆動状態（明るさまたは反射率に対応）をプレチルト量に対してシミュレーションした結果である。液晶厚は３．２μｍ、画素間隙は０．５μｍで、それぞれのプレチルトに対して、明るさが最大になる電圧を駆動画素に印加し、他の画素はスレシホールド電圧として1Ｖを印加している。

暗く見えるメインピークとサブピークの間の落ち込みが、ディスクリネーションラインとして観察される部分である同図から明らかなようにプレチルトが大きくなるにしたがって、落ち込みの位置が画素の端に移動しサブピークの大きさも急激に小さくなる。７．６μｍのように画素サイズが小さくなると拡大倍率も必然的に大きくなるが、それでもプレチルトが７度程度になるとほとんどディスクリネーションラインが観察できなくなることが予想される。上述の評価結果はこのような駆動特性に対応していると考えられる。またこの図からプレチルト角１０度でサブピークはほとんど消失しており、これ以上プレチルトを大きくすることは、コントラスト比の悪化を考慮すると、ほとんど意味のないことも予想できる。

実施例３は酸素ガス（Ｏ₂）を導入して基板１１，１５の電極表面に無機Ａｌ₂Ｏ₃膜を配向膜として成膜するものである。

透明導電膜７３を付与した基板１１と、Ｓｉ基板５１，絶縁体層５４，アクティブマトリックスタイプの反射型電極層５８を有する駆動基板１５とを実施例２と同様に図１２に示す成膜装置１００の基板ホルダー１２０にセットし、蒸着法により基板１１と駆動基板１５の電極表面に無機Ａｌ₂Ｏ₃膜を８０ｎｍ成膜して無機配向膜１２を生成して基板Ａ，Ｂを形成する。

成膜装置１００のハロゲンランプヒーター１３０によって、基板温度は２００℃に設定する。

このとき成膜装置１００内に配置した無機Ａｌ₂Ｏ₃の配向材料１１１の傾斜蒸着法による蒸気流が前記成膜装置１００内に配置した前記基板１１，１５の法線に対して所定の角度から前記基板１１，１５に入射するように前記蒸発源１１０の配向材料１１１と前記基板１１，１５間の蒸着角度θを設定するが、ここでは蒸着角度θは５５度とする。

また成膜時に酸素ガス（Ｏ₂）を成膜装置１００内に１．３Ｅ−２Ｐａの圧力になるようにガス導入コック１４０より導入する。

なお、反射電極のサイズ（画素ピッチ）は１３．５μｍである。

成膜後さらに０．１Ｐａの減圧中でオクタデカノールを蒸発させ、配向膜面を蒸気にさらす。このときの基板温度は１５０℃である。

このようにして成膜装置１００内で得られた配向膜付き基板Ａ，Ｂを、所定のセル厚にするためのスペーサ（図示せず）を介して貼り合わせ、基板Ａ，Ｂ間に負の誘電異方性を有するネマチック液晶１３を注入して、液晶表示素子１０が完成する（図９参照）。

こうして得られたサンプルを図３の評価系により実施例１と同様に画像品位を評価したところ、良好な結果が得られた。

このように実施例３に適用される液晶表示素子配向膜の形成方法により、再現性よくプレチルト角を３〜１０度にコントロール出来るので、高解像度（微小画素）表示素子において、高品質の画像表示が可能となるものである。

従来プレチルト角は例えば特許文献１にも示されているように１度以下で使われていたが、画素サイズが小さくなるとディスクリネーションの影響が無視出来なくなり、各実施例のようにプレチルト角の設定を３度以上にするとよいことが判明した。

一方、１０度を超える値にすると前述したようにコントラスト比が低下し、実用上問題なることが判った。

実施例２によれば、プレチルト角を３度乃至１０度とするために、成膜時の入射角度を４０〜６０度に設定し、且つガス圧を６Ｅ−３Ｐａ〜３Ｅ−２Ｐａに設定することにより、要求されるプレチルト角である３度乃至１０度が容易に再現性良く得られる。

また実施例３では基板温度は２００℃としたが、１５０℃以下ではプレチルト角の経時変化が観察された。

また、実施例１の液晶表示素子を３板式プロジェクタに搭載すると、反射型表示素子の特徴を生かした、光利用率が高くコストパホーマンスにすぐれ、さらに光劣化のない信頼性の高い高解像度が得られる画像表示システムを提供することが出来る。

実施例１に適用される液晶表示素子の液晶とプレチルト角の関係を模式的に示した図である。 コントラスト比の測定系概略図である。 表示画質を評価する画像評価用光学システムの一例の概略ブロック構成を示した図である。 実施例２に適用される液晶表示素子の配向膜の形成方法により作製された配向膜付き基板の配向膜の蒸着角とプレチルト角の関係を示した図である。 プレチルト角とコントラスト比の関係を示したグラフである。 ディスクリネーションラインの説明をするための図である。 ディスクリネーションラインの説明用の図である。 ポリイミド配向膜のプレチルト角を示したグラフである。 実施例１に適用される液晶表示素子の断面の一構成例を示した図である。 プレチルト角と画像評価の結果を示した図である。 従来の液晶表示素子の一例の断面の構成を示した図である。 実施例２に適用される液晶表示素子の配向膜の形成方法に使用する配向膜の成膜装置を示した図である。 従来の方法による蒸着角とプレチルト角の関係を示した図である。 シミュレーションによる画素電極位置と液晶の駆動状態の関係を示した図である。

符号の説明

１０，２４ 液晶表示素子（液晶表示デバイス）
１１ 透明基板
１２，１４ 無機配向膜
１３ 液晶（液晶層）
１５ 駆動基板
２１ Ｈｅ−Ｎｅレーザ光源
２２，２６ 偏光板
２３ ビームスプリッタ
２５ 駆動回路
２７ 光パワーメータ
３１ 白色光源
３２，３３ ダイクロイックミラー
３４ ＰＢＳ−Ｒ
３５ ＰＢＳ−Ｇ
３６ ＰＢＳ−Ｂ
３７，３８，３９ 液晶表示素子（デバイス）
４０ クロスダイクロイックプリズム
４１ ミラー
５１ Ｓi基板
５２ ＭＯＳ-ＦＥＴ
５３ 電荷蓄積容量部
５４ 絶縁体層
５８ 反射電極層
７２ ガラス基板
７３ 共通電極膜
１００ 成膜装置
１１０ 蒸発源
１１１ 無機配向材料（配向膜材料）
１２０ 基板ホルダー
１３０ ハロゲンランプヒータ
１４０ ガス導入コック（開閉栓）
Ａ 透明導電膜付与配向膜付き基板
Ｂ 反射型電極配向膜付き能動素子基板（駆動基板）
α 傾き角度（プレチルト角）
θ 蒸着角度

Claims (2)

1. 一方が光を透過する透明基板である一対の基板間に負の誘電異方性を有する液晶を封止してなる液晶表示素子において、
   前記液晶を封止している前記一対の基板の前記液晶を封止している各基板側にそれぞれ前記液晶のプレチルト角を３度乃至１０度とする無機配向膜が設けられていることを特徴とした液晶表示素子。
2. 請求項１に記載された液晶表示素子の配向膜を基板上に形成する液晶表示素子の配向膜の形成方法であって、
   成膜装置内に配置した前記無機配向膜材料の蒸気流が前記成膜装置内に配置した前記各基板に前記各基板の法線に対して４０度乃至６０度の角度から入射するように、前記各基板の位置をそれぞれ設定し、
   酸素ガスを前記成膜装置内に導入し、前記プレチルト角が３度乃至１０度となるように前記酸素ガス圧を設定して、
   前記無機配向膜を前記各基板に蒸着させて形成するようにしたことを特徴とする液晶表示素子の配向膜の形成方法。
   
   

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