JP2004279653A - 液晶装置および液晶装置の製造方法並びに電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】液晶分子の配向性を向上させることが可能な液晶装置の提供を目的とする。
【解決手段】対向配置された基板本体１０Ａと、基板本体１０Ａに挟持される液晶層と、液晶層の液晶分子を配向させる配向膜４０とを備えた液晶装置であって、基板本体１０Ａの表層に複数の突起９８が形成され、その基板本体１０Ａに沿って配向膜４０を形成することにより、配向膜４０の表面に複数の凸部１００が形成され、各凸部１００は、平面視において概略長方形状に形成され、長辺側の側面視において概略鋸歯形状に形成され、なおかつ長辺を前記液晶分子の配向方向に一致させて形成されるとともに、各凸部１００の平面視における山側短辺１００ａの角部１０６に、面取りまたは丸み付けが施されている構成とした。
【選択図】 図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶装置および液晶装置の製造方法並びに電子機器に関するものであり、特に配向膜の表面に配向用凸部を形成した液晶装置およびその製造方法と、その液晶装置を備えた電子機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶プロジェクタ等の投射型表示装置に搭載される光変調装置や、携帯電話等に搭載される直視型表示装置として用いられる液晶装置は、対向配置された一対の基板に液晶層が挟持されて構成されている。なお、この一対の基板の内側には、液晶層に電圧を印加するための電極が形成されている。また、この電極の内側には、電圧無印加時において液晶分子の配列を制御する配向膜が形成されている。そして、電圧無印加時と電圧印加時との液晶分子の配列変化に基づいて、液晶装置に画像表示が行われる構成となっている。
【０００３】
上述した配向膜として、側鎖アルキル基を付加したポリイミド等からなる高分子膜の表面に、ラビング処理を施したものが用いられている。ラビング処理は、柔らかい布からなるローラで、高分子膜の表面を所定方向に擦ることにより、高分子を所定方向に配向させるものである。そして、配向性高分子と液晶分子との分子間相互作用により、配向性高分子に沿って液晶分子が配置されるので、液晶分子を所定方向に配向させることができる。また、側鎖アルキル基によって液晶分子にプレティルトを与えることができる。
【０００４】
しかしながら、このような配向膜を備えた液晶装置を、液晶プロジェクタ用の光変調装置に採用した場合には、光源から照射される強い光や熱によって、配向膜が次第に分解されてしまう。そして長期間の使用後には、電圧無印加時に液晶分子を所望のプレティルト角に配列することができなくなるなど、液晶分子の配向制御機能が低下して、液晶プロジェクタの表示品質が低下することがあった。
【０００５】
そこで、配向膜の表面に突起を形成して液晶分子の配向制御を行う構成が、特許文献１ないし５に開示されている。図１３は、配向膜の表面に形成された突起の斜視図である。なお図１３では、液晶分子の配向方向をＸ方向とし、配向方向に直交する方向をＹ方向としている。図１３に示すように、配向膜４０の表面には、Ｘ方向に沿って複数の突起５００が形成されている。各突起５００は、平面視において概略長方形状とされ、側面視において概略鋸歯形状とされている。そして、突起５００と、Ｙ方向において隣接する突起５０２との間には、Ｘ方向に沿った谷部５１０ｘが形成されている。この谷部５１０ｘに液晶分子が入り込むので、液晶分子をＸ方向に配向させることができる。一方、鋸歯状に形成された各突起５００の緩斜面に液晶分子が配置されるので、液晶分子にプレティルト角を与えることができる。なお、このような突起は、フォトレジストをホログラフィック露光する方法や、光硬化性化合物に形状を転写する方法などによって形成されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開昭６０−６０６２４号公報
【特許文献２】
特開平１−２３８６１９号公報
【特許文献３】
特開平５−１８８３７７号公報
【特許文献４】
特開平８−１１４８０４号公報
【特許文献５】
特開平９−１５２６１２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１３に示す配向膜４０では、突起５００と、Ｘ方向において隣接する突起５０１との間に、Ｙ方向に沿って伸びる谷部５１０ｙが形成されている。そのため、液晶分子の一部がこの谷部５１０ｙに沿ってＹ方向に配向され、液晶分子のＸ方向への配向性が低下するという問題がある。
【０００８】
また、図１３に示す配向膜４０では、ホログラフィック露光により各突起を形成することに起因して、突起５００の平面視における山側短辺５００ａが、Ｙ方向において隣接する突起５０２の平面視における山側短辺５０２ａと、同一のＸ座標上に形成されている。したがって、複数の谷部５１０ｙ，５１２ｙが、Ｙ方向に沿って一直線上に配置されることになる。この場合、液晶分子の一部が隣接する谷部５１０ｙ，５１２ｙをまたぐようにも配置され、液晶分子のＸ方向への配向性がより低下するという問題がある。
そして、液晶分子の配向性が低下すると、コントラストが低下するなど液晶プロジェクタ等の表示品質が悪化することになる。
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、液晶分子の配向性を向上させることが可能な液晶装置およびその製造方法の提供を目的とする。また、表示品質に優れた電子機器の提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の液晶装置は、対向配置された一対の基板と、この一対の基板に挟持される液晶層と、前記各基板のうち少なくとも一方の基板と前記液晶層との間に配置された電極と、前記電極と前記液晶層との間に配置され、前記液晶層の液晶分子を配向させる配向膜とを備えた液晶装置であって、前記一方の基板の表層に複数の凸部が形成され、前記一方の基板の内側に前記電極および前記配向膜を形成することにより、前記配向膜の表面に複数の凸部が形成され、前記各凸部は、平面視において概略長方形状に形成され、長辺側の側面視において概略鋸歯形状に形成され、前記長辺を前記液晶分子の配向方向に一致させて形成されるとともに、前記各凸部の平面視における山側短辺の角部に、面取りまたは丸み付けが施されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明の液晶装置によれば、各凸部の平面視における山側短辺の角部に、面取りまたは丸み付けが施されているので、配向方向において隣接する凸部相互の間に形成される谷部の、配向方向に直交する方向に沿った長さが短くなる。そのため、当該谷部に入り込んだ液晶分子は、上述した面取りまたは丸みに沿って凸部の側方に移動する。したがって、液晶分子を配向方向に沿って配置させることが可能となり、液晶分子の配向性を向上させることができる。
【００１２】
なお、前記各凸部の平面視における裾野側短辺の角部にも、面取りまたは丸み付けが施されているのが望ましい。これにより、上記谷部に入り込んだ液晶分子が凸部の側方に移動しやすくなり、液晶分子の配向性をより向上させることができる。
【００１３】
また、前記突起は、前記電極の形成領域に選択的に形成されているのが望ましい。この場合にも、電圧印加の有無による液晶分子の配列制御は可能である。これに加えて、電極のスイッチング素子等を基板の平坦部に形成することが可能となり、電極のスイッチング素子等を容易に形成することができる。
【００１４】
また、前記各凸部の平面視における山側短辺は、前記配向方向に直交する方向において隣接する凸部の、平面視における山側短辺に対して、前記配向方向に距離を置いて配置されているのが望ましい。この構成によれば、複数の前記谷部が配向方向に直交する方向に沿って一直線上に配置されないので、液晶分子が隣接する谷部をまたぐように配置されることがなくなる。したがって、液晶分子の配向性を向上させることができる。
【００１５】
また、前記各凸部の前記側面視における緩斜面の前記配向方向に沿った長さは、０．５μｍ以上であって２．５μｍ以下であるのが望ましい。この場合、凸部の長さに起因して液晶分子の配向規制力が強くなるので、液晶分子の配向性を向上させることができる。
【００１６】
また、前記配向方向に直交する方向における前記各凸部の断面は、概略長方形状に形成されているのが望ましい。また、前記各凸部の高さは、０．１μｍ以上であって０．２μｍ以下であるのが望ましい。この場合、凸部の高さに起因して液晶分子の配向規制力が強くなるので、液晶分子の配向性を向上させることができる。
【００１７】
また、前記配向方向において隣接する前記各凸部相互の間隔は、０．５μｍ以下であるのが望ましい。これにより、隣接する凸部の間に液晶分子が放置されることがなくなって、液晶分子の配向性を向上させることができる。
【００１８】
また、前記配向方向に直交する方向において隣接する前記各凸部相互の間隔は、１．０μｍ以下であるのが望ましい。これにより、隣接する凸部の間における液晶分子の姿勢が制限され、凸部による液晶分子の配向規制力が強くなるので、液晶分子の配向性を向上させることができる。なお、前記配向方向に直交する方向において隣接する前記各凸部は、相互に間隔を置いて配置されているのが望ましい。これにより、隣接する凸部の間に液晶分子が配置され、液晶分子の配向性を向上させることができる。
【００１９】
また、前記各凸部の前記側面視における緩斜面の仰角は、前記液晶分子のプレティルト角と同等の角度に形成されているのが望ましい。また、前記配向方向に直交する方向に沿った前記各凸部の幅は、０．２μｍ以上であって０．５μｍ以下であるのが望ましい。これにより、液晶分子に所定のプレティルト角を付与することができる。また、緩斜面上における液晶分子の姿勢が制限され、液晶分子の配向性を向上させることができる。
【００２０】
一方、本発明の液晶装置の製造方法は、対向配置された一対の基板に挟持される液晶層と、少なくとも一方の基板と前記液晶層との間に配置された電極と、前記電極と前記液晶層との間に配置され、前記液晶層の液晶分子を配向させる配向膜とを備えた液晶装置の製造方法であって、少なくとも一方の前記基板の表層に複数の突起を形成する工程と、前記複数の突起が形成された前記基板上に前記配向膜を形成することにより、前記配向膜の表面に複数の凸部を形成する工程と、を含んでなり、前記各凸部は、平面視において概略長方形状に形成されてなり、長辺側の側面視において概略鋸歯形状に形成され、前記長辺を前記液晶分子の配向方向に一致させて形成されるとともに、前記各凸部の平面視における山側短辺の角部に、面取りまたは丸み付けが施されてなることを特徴とする。この構成によれば、液晶分子を配向方向に沿って配置させることが可能となり、液晶分子の配向性を向上させることができる。
【００２１】
一方、本発明の電子機器は、上述したいずれかの液晶装置を備えたことを特徴とする。上述した液晶装置はいずれも液晶分子の配向性に優れるので、表示品質に優れた電子機器を提供することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態につき、図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００２３】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態に係る液晶装置につき、図１〜図６を用いて説明する。
本実施形態では、スイッチング素子として薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、以下ＴＦＴという）素子を用いたアクティブマトリクス方式の透過型液晶装置を例にして説明する。図１は、透過型液晶装置の画像表示領域を構成するマトリクス状に配置された複数の画素の等価回路図である。また、図２はＴＦＴアレイ基板に形成された複数の画素の平面図であり、図３は図２のＡ−Ａ’線における断面図である。
【００２４】
図１に示すように、透過型液晶装置の画像表示領域を構成するマトリクス状に配置された複数の画素には、電極である画素電極９と、当該画素電極９への通電制御を行うためのスイッチング素子であるＴＦＴ素子３０とが形成されている。
ＴＦＴ素子３０のソースには、データ線６ａが電気的に接続されている。各データ線６ａには、画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎが供給される。なお、画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、各データ線６ａに対してこの順に線順次で供給してもよく、相隣接する複数のデータ線６ａ同士に対してグループ毎に供給してもよい。
【００２５】
また、ＴＦＴ素子３０のゲートには、走査線３ａが電気的に接続されている。
走査線３ａには、所定のタイミングでパルス的に、走査信号Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｍが供給される。なお、走査信号Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｍは、各走査線３ａに対してこの順に線順次で印加する。また、ＴＦＴ素子３０のドレインには、画素電極９が電気的に接続されている。そして、スイッチング素子であるＴＦＴ素子３０を一定期間だけオン状態にすると、データ線６ａから供給された画素信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎが、各画素の液晶に所定のタイミングで書き込まれる。
【００２６】
液晶に書き込まれた所定レベルの画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、画素電極９と後述する共通電極との間に形成される液晶容量で一定期間保持される。なお、保持された画素信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎがリークするのを防止するため、画素電極１４と容量線３ｂとの間に蓄積容量７０が形成され、液晶容量と並列に配置されている。このように、液晶に電圧信号が印加されると、印加された電圧レベルにより液晶分子の配向が変化する。これにより、液晶に入射した光が変調されて、階調表示が可能となる。
【００２７】
（平面構造）
次に、図２を用いて、本実施形態の透過型液晶装置の平面構造について説明する。本実施形態の透過型液晶装置では、ＴＦＴアレイ基板上に、インジウム錫酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ、以下ＩＴＯという）等の透明導電性材料からなる矩形状の画素電極９（破線９ａによりその輪郭を示す）が、マトリクス状に配列形成されいる。また、画素電極９の縦横の境界に沿って、データ線６ａ、走査線３ａおよび容量線３ｂが設けられている。本実施形態では、各画素電極９ならびに各画素電極９を囲むように配設されたデータ線６ａ、走査線３ａおよび容量線３ｂ等の形成された領域が画素であり、マトリクス状に配置された各画素ごとに表示を行うことが可能な構造になっている。
【００２８】
ＴＦＴ素子３０は、ポリシリコン膜等からなる半導体層１ａを中心として形成されている。半導体層１ａのソース領域（後述）には、コンタクトホール５を介して、データ線６ａが電気的に接続されている。また、半導体層１ａのドレイン領域（後述）には、コンタクトホール８を介して、画素電極９が電気的に接続されている。一方、半導体層１ａにおける走査線３ａとの対向部分には、チャネル領域１ａ’が形成されている。なお、走査線３ａは、チャネル領域１ａ’との対向部分においてゲート電極として機能する。
【００２９】
容量線３ｂは、走査線３ａに沿って略直線状に伸びる本線部（すなわち、平面的に見て、走査線３ａに沿って形成された第１領域）と、データ線６ａとの交点からデータ線６ａに沿って前段側（図中上向き）に突出した突出部（すなわち、平面的に見て、データ線６ａに沿って延設された第２領域）とによって構成されている。また、図２中に右上がりの斜線で示した領域には、第１遮光膜１１ａが形成されている。そして、容量線３ｂの突出部と第１遮光膜１１ａとが、コンタクトホール１３を介して電気的に接続されている。
【００３０】
（断面構造）
次に、図３を用いて、本実施形態の透過型液晶装置の断面構造について説明する。なお、図３は図２のＡ−Ａ’線における断面図である。図３に示すように、本実施形態の透過型液晶装置は、ＴＦＴアレイ基板１０と、これに対向配置される対向基板２０と、これらの間に挟持される液晶層５０とによって構成されている。
【００３１】
ＴＦＴアレイ基板１０は、石英等の透光性材料からなる基板本体１０Ａと、その内側に形成されたＴＦＴ素子３０や画素電極９、配向膜４０などとを主体として構成されている。一方、対向基板２０は、ガラスや石英等の透光性材料からなる基板本体２０Ａと、その内側に形成された共通電極２１や配向膜６０などとを主体として構成されている。さらに、液晶層５０はＴＮ液晶によって構成されている。
【００３２】
ＴＦＴアレイ基板１０の表面には、後述する第１遮光膜１１ａおよび第１層間絶縁膜１２が形成されている。そして、第１層間絶縁膜１２の表面に半導体層１ａが形成され、この半導体層１ａを中心としてＴＦＴ素子３０が形成されている。半導体層１ａにおける走査線３ａとの対向部分にはチャネル領域１ａ’が形成され、その両側にソース領域およびドレイン領域が形成されている。なお、ＴＦＴ素子３０はＬＤＤ（Ｌｉｇｈｔｌｙ Ｄｏｐｅｄ Ｄｒａｉｎ）構造を採用するため、ソース領域およびドレイン領域に、それぞれ不純物濃度が相対的に高い高濃度領域と、相対的に低い低濃度領域（ＬＤＤ領域）とが形成されている。すなわち、ソース領域には低濃度ソース領域１ｂと高濃度ソース領域１ｄとが形成され、ドレイン領域には低濃度ドレイン領域１ｃと高濃度ドレイン領域１ｅとが形成されている。
【００３３】
半導体層１ａの表面には、ゲート絶縁膜２が形成されている。そして、ゲート絶縁膜２の表面に走査線３ａが形成され、走査線３ａはゲート電極を構成している。また、ゲート絶縁膜２および走査線３ａの表面には、第２層間絶縁膜４が形成されている。そして、第２層間絶縁膜４の表面にデータ線６ａが形成され、第２層間絶縁膜４に形成されたコンタクトホール５を介して、データ線６ａが高濃度ソース領域１ｄと電気的に接続されている。さらに、第２層間絶縁膜４およびデータ線６ａの表面には、第３層間絶縁膜７が形成されている。そして、第３層間絶縁膜７の表面に画素電極９が形成され、第２層間絶縁膜４および第３層間絶縁膜７に形成されたコンタクトホール８を介して、画素電極９が高濃度ドレイン領域１ｅと電気的に接続されている。一方、第３層間絶縁膜７および画素電極９の表面には、電圧無印加時において液晶分子の配向を制御する配向膜４０が形成されている。
【００３４】
なお、本実施形態では、半導体膜１ａを延設して第１蓄積容量電極１ｆが形成されている。また、ゲート絶縁膜２を延設して誘電体膜とし、その表面に容量線３ｂを形成して第２蓄積容量電極とすることにより、上述した蓄積容量７０が構成されている。
【００３５】
また、ＴＦＴ素子３０の形成領域に対応するＴＦＴアレイ基板１０の表面に、第１遮光膜１１ａが形成されている。第１遮光膜１１ａは、対向基板２０側から入射し、ＴＦＴアレイ基板１０の外面（ＴＦＴアレイ基板１０と空気との界面）で反射されて液晶層５０へと戻る光が、少なくとも半導体層１ａのチャネル領域１ａ’、低濃度ソース領域１ｂおよび低濃度ドレイン領域１ｃに入射することを防止するものである。なお、第１遮光膜１１ａは、第１層間絶縁膜１２に形成されたコンタクトホール１３を介して、前段あるいは後段の容量線３ｂと電気的に接続されている。これにより、第１遮光膜１１ａは第３蓄積容量電極として機能し、第１層間絶縁膜１２を誘電体膜として、第１蓄積容量電極１ｆとの間に新たな蓄積容量が形成される。
【００３６】
一方、データ線６ａ、走査線３ａおよびＴＦＴ素子３０の形成領域に対応する対向基板２０の表面には、第２遮光膜２３が形成されている。第２遮光膜２３は、対向基板２０側からの入射光が、半導体層１ａのチャネル領域１ａ’や低濃度ソース領域１ｂ、低濃度ドレイン領域１ｃに侵入するのを防止するものである。
また、対向基板２０および第２遮光膜２３の表面には、ほぼ全面に渡ってＩＴＯ等からなる共通電極２１が形成されている。さらに、共通電極２１の表面には、電圧無印加時において液晶分子の配向を制御する配向膜６０が形成されている。
【００３７】
（配向膜）
ところで、上述した配向膜４０，６０の表面には、凸部が形成されている。本実施形態では、この配向膜４０，６０に形成された凸部が特徴的な構成となっている。なお、配向膜６０の構成は配向膜４０の構成と同様であるから、配向膜４０の構成のみについて、図４〜図６を用いて説明する。図４は配向膜の表面に形成された複数の凸部の配列状態を示す平面図である。図５は凸部の形状の説明図であって、図５（ａ）は平面図であり、図５（ｂ）は図４のＢ−Ｂ線における側面断面図であり、図５（ｃ）は正面図である。図６は液晶分子の配向状態を示す配向膜の側面断面図である。なお、図４〜図６において、Ｘ方向は液晶分子の配向方向であり、Ｙ方向は配向方向に直交する方向である。
【００３８】
配向膜４０は、後述するように無機材料等で形成されている。なお、マグネシウム酸化物やマグネシウムなどのマグネシウム化合物で形成するのが望ましい。
【００３９】
図５（ｂ）に示すように、上述した基板本体１０Ａの表層には、突起９８が形成されている。そして、この基板本体１０Ａの表面に沿って、各絶縁膜や画素電極９などとともに、配向膜４０が形成されている。これにより、基板本体１０Ａの突起形状に沿って、配向膜４０の表面に凸部１００が形成されている。なお、液晶分子の配向制御は、配向膜４０の表面に形成された凸部１００によって行われる。そこで以下には、基板本体１０Ａに形成された突起９８の形状ではなく、配向膜４０に形成された凸部１００の形状について述べる。すなわち、以下のごとく凸部１００が形成されるように、あらかじめ基板本体１０Ａに突起９８を形成しておく。
【００４０】
図４に示すように、配向膜の表面には複数の凸部１００が形成されている。なお凸部１００は、配向膜の表面全体に形成してもよいし、画素電極の形成領域に選択的に形成してもよい。凸部１００は、平面視において概略長方形状に形成され、その長手方向をＸ方向に一致させて配置されている。第１実施形態では、複数の凸部１００がＸ方向およびＹ方向に整列された状態で配置されている。なお、凸部１００と、Ｘ方向において隣接する凸部１００ｘとの間には、谷部１１０ｘが形成されている。また、凸部１００と、Ｙ方向において隣接する凸部１００との間には、谷部１１０ｙが形成されている。そして、複数の谷部１１０ｘがＸ方向に沿って一直線上に連続形成され、複数の谷部１１０ｙがＹ方向に沿って一直線上に連続形成されている。
【００４１】
図５（ａ）に示すように、凸部１００は平面視において概略長方形状に形成されている。なお後述するように、凸部１００の山側短辺１００ａの角部１０６には丸み付けが施されている。また、図５（ｂ）に示すように、凸部１００は側面視において概略鋸歯形状に形成されている。そして、凸部１００の頂点から図５（ｂ）の左側に伸びる緩斜面が、凸部１００の主傾斜面１０２を構成している。
この主傾斜面１０２の仰角αは、液晶分子に付与すべきプレティルト角と同等の角度に設定されている。
【００４２】
図４に示すように、配向膜の表面には複数の谷部１１０ｘがＸ方向に沿って一直線上に連続形成されている。したがって、上述した配向膜４０により図３に示す投射型液晶装置を構成した場合、液晶層５０を構成する液晶分子はこの谷部１１０ｘに沿って配置され、液晶分子はＸ方向に配向される。また液晶層５０を構成する液晶分子は、図６に示すように、凸部１００の主傾斜面１０２に沿って配置される。これにより、液晶分子５２にはプレティルト角αが付与される。
【００４３】
ところで、図４に示すように、配向膜の表面には谷部１１０ｙがＹ方向に沿って形成されている。そのため、液晶分子の一部が谷部１１０ｙに沿ってＹ方向に配向されてしまうおそれがある。しかし、図５（ｂ）に示すように、凸部１００の頂点を挟んで主傾斜面１０２の反対側には、たとえば球面状の斜面１０４が形成されている。これにともなって、図５（ａ）に示すように、平面視における凸部１００の山側短辺１００ａの角部１０６には、丸み付けが施されている。これにより、谷部１１０ｙ（図４参照）に入り込んだ液晶分子は、当該丸みに沿って谷部１１０ｘに移動し、液晶分子が谷部１１０ｙに留まってＹ方向に配向されることはない。したがって、ほとんどの液晶分子をＸ方向に配向させることが可能となり、液晶分子の配向性を向上させることができる。なお、平面視における凸部１００の山側短辺１００ａの角部１０６には、丸み付けの代わりに面取りを施してもよい。また、平面視における凸部１００の裾野側短辺１００ｂの角部１０７にも、丸み付けまたは面取りを施すのが望ましい。これにより、谷部１１０ｙに入り込んだ液晶分子が谷部１１０ｘに移動しやすくなり、液晶分子の配向性をより向上させることができる。
【００４４】
ここで、凸部１００における各部の寸法について説明する。図５に示すように、凸部１００における主傾斜面１０２のＸ方向の長さＬ１は、たとえば２．２４μｍに形成されている。なお、Ｌ１は０．５μｍ以上であって２．５μｍ以下に形成するのが望ましい。Ｌ１が０．５μｍ未満の場合および２．５μｍを超える場合には、谷部１１０ｘ（図４参照）に沿って液晶分子をＸ方向に配向させる規制力（配向規制力）が弱くなる。
【００４５】
なお、凸部１００の頂点を挟んで主傾斜面１０２の反対側には、たとえば球面状の斜面１０４が形成されている。そのため、平面視における凸部１００の山側短辺１００ａの角部１０６には、半径がＷ／２（ただし、Ｗは凸部１１０の幅）の丸み付けが施されている。また、斜面１０４のＸ方向の長さＬ２もＷ／２に形成されている。なお、Ｌ２＝０であってもよい。この場合、斜面１０４を形成する代わりに、凸部１１０の頂点を通る垂直面を形成する。
【００４６】
また、図５に示すように、各凸部の高さＨは、たとえば０．２μｍに形成されている。なお、Ｈは０．１μｍ以上であって０．２μｍ以下に形成するのが望ましい。Ｈが０．１μｍ未満の場合には、上述した配向規制力が弱くなる。一方、投射型液晶装置のセルギャップ（液晶層の厚さ）は、たとえば２．５μｍ〜３．０μｍに形成されているので、Ｈが０．２μｍを超える場合には、リタデーションが変化することになる。これにより、コントラストが悪くなるなど、光学特性に影響を与えることになる。
【００４７】
一方、図４に示すように、Ｘ方向において隣接する凸部相互の間隔Ｐ１は、たとえば０．１５μｍに形成されている。なお、Ｐ１は０．５μｍ以下に形成するのが望ましい。Ｐ１が０．５μｍを超える場合には、上述した配向規制力が弱くなる。なお、Ｐ１＝０となるように、凸部１１０をＸ方向に連続形成してもよい。
【００４８】
また、図４に示すように、Ｙ方向において隣接する凸部相互の間隔Ｐ２は、たとえば０．１５μｍに形成されている。なお、Ｐ２は１．０μｍ以下に形成するのが望ましい。Ｐ２が１．０μｍを超える場合には、上述した配向規制力が弱くなる。なお、Ｐ２＝０となるように、凸部１１０をＹ方向に連続形成してもよいが、Ｐ２＞０となるように、たとえば０．１μｍ以上の所定の間隔を置いて形成するのが望ましい。これにより、Ｙ方向において隣接する凸部相互の間に液晶分子が入り込むので、液晶分子の配向性を向上させることができる。
【００４９】
また、図５に示すように、各凸部１１０のＹ方向における幅Ｗは、たとえば０．３μｍに形成されている。なお、Ｗは０．２μｍ以上であって０．５μｍ以下に形成するのが望ましい。Ｗが１．０μｍを超える場合には、液晶分子が配置される主傾斜面１０２の幅が広くなりすぎて、上述した配向規制力が弱くなる。一方、Ｗが０．２μｍ未満の場合には、後述する方法で凸部を形成するのが困難になるほか、液晶分子にプレティルト角を付与するのが困難になる。
【００５０】
（製造方法）
次に、本実施形態に係る投射型液晶装置の製造方法について、図３〜図５を用いて説明する。
まず、図５（ｂ）に示すように、基板本体１０Ａの表層に突起９８を形成する。突起９８の形成は、レジスト膜をマスクとしたドライエッチング等によって行う。このレジスト膜をパターニングするため、まず各突起形状に対応する複数の凹部が形成された転写型を製造する。具体的には、石英ガラス等の表面に凹部を形成し、Ｎｉメッキ等を施して転写型を製造する。なお、グレーマスクを用いたフォトリソグラフィ技術により、転写型を製造することも可能である。また、Ｎｉメッキ等を施さず、石英ガラス等の表面に形成した凹部をそのまま転写型としてもよい。上述した凹部の形成は、集束イオンビーム（ＦＩＢ）加工法等によって行う。なお、集束イオンビームの出力を調整したり、描画速度を調整したりすることによって、部分的に深さの異なる凹部を形成することができる。
【００５１】
一方、基板本体１０Ａの表面にレジスト膜を形成する。なお、レジスト膜の形成は、スピンコート法やディッピング法、スプレーコート法などによって行うことができる。そして、このレジスト膜に上述した転写型を押圧することにより、レジスト膜を突起形状にパターニングする。次に、パターニングされたレジスト膜をマスクとして、基板本体１０Ａの表層をハーフエッチングする。これにより、突起の形成部分以外の部分がエッチングされる。なお、エッチングは反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）等のドライエッチングなどによって行う。その後、基板本体１０Ａの表面のレジストを剥離する。以上により、基板本体１０Ａの表層に突起９８が形成される。
【００５２】
なお、基板本体１０Ａは石英等の硬質材料で形成されるため、転写型を基板本体１０Ａに押圧して直接的に突起９８を形成するのは困難である。しかし、上述したように本実施形態では、転写型でレジスト膜をパターニングし、そのレジスト膜をマスクとして基板本体１０Ａをエッチングするので、基板本体１０Ａに突起９８を形成することができる。なお、突起９８の形成しろを考慮して、あらかじめ基板本体１０Ａの厚さを通常より厚めに形成しておくのが望ましい。
【００５３】
次に、図３に示すように、基板本体１０Ａの表面に、第１遮光膜１１ａ、第１層間絶縁膜１２、半導体層１ａ、ゲート絶縁膜２、走査線３ａおよび容量線６ｂ、第２層間絶縁膜４、データ線６ａ、第３層間絶縁膜７、ならびに画素電極９を順次形成する。なお、第１層間絶縁膜１２、ゲート絶縁膜２、第２層間絶縁膜４および第３層間絶縁膜７の形成は、ＭＯＣＶＤ法等によって行う。また、第１遮光膜１１ａ、走査線３ａ、容量線６ｂ、データ線６ａおよび画素電極９の形成は、蒸着法やスパッタ法等によって行う。次に、第３層間絶縁膜７および画素電極９の表面に、例えばＥＢ（電子ビーム）真空蒸着法やイオンプレーティング法、スピンコート法などにより、配向膜４０を形成する。図５（ｂ）に示すように、基板本体１０Ａの表層には突起９８が形成されているので、この突起９８に沿って配向膜４０を形成することにより、配向膜４０の表面に凸部１００が形成される。以上により、ＴＦＴアレイ基板１０が形成される。
【００５４】
なお、基板本体の突起を基にして配向膜に凸部を形成する代わりに、配向膜に直接突起を形成することも考えられる。しかしながら、この場合には突起の形成部分において配向膜が厚くなるので、液晶を駆動するために大きな電圧が必要となり、液晶装置の電力消費量が多くなる。この点、本実施形態では、画素電極９の外側に配置される基板本体１０Ａに突起を形成し、画素電極９の内側に配置される配向膜は均等な厚さに形成するので、液晶の駆動電圧を上昇させることがない。したがって、液晶装置の電力消費量を維持することができる。なお、携帯型の電子機器においては、電力消費量の低減が重要な課題となっている。この点、本実施形態に係る液晶装置は電力消費量が少ないので、携帯型の電子機器において好適に使用することができる。
【００５５】
一方、対向基板２０もＴＦＴアレイ基板１０と同様にして製造する。具体的には、基板本体２０Ａの表面にレジスト膜を塗布し、上記と同様の転写型を押圧してレジスト膜をパターニングする。そして、このレジスト膜をマスクとして基板本体２０Ａをエッチングすることにより、基板本体２０Ａの表層に突起を形成する。なお、突起の配向方向は、ＴＦＴアレイ基板１０における突起の配向方向に対して９０度回転した方向とする。次に、基板本体２０Ａの表面に、第２遮光膜２３、共通電極２１および配向膜６０を順次積層して、配向膜６０の表面に凸部を形成する。以上により、対向基板２０が形成される。
【００５６】
次に、ＴＦＴアレイ基板１０または対向基板２０のうち、一方の基板の周縁部にシール材を塗布して、その内側にスペーサを配置する。そして、その一方の基板に他方の基板を貼り合わせ、両方の基板とシール材とで囲まれた液晶セルを形成する。なお、液晶セルの厚さ（セルギャップ）が、例えば３μｍ程度の所定値となるように、スペーサの直径を設定する。さらに、シール材の一部に形成された液晶注入孔から、液晶セル内にＴＮ液晶を注入して、液晶注入孔を封止する。
以上により、本実施形態に係る透過型液晶装置が形成される。
【００５７】
上述したように、本実施形態の液晶装置では、配向膜の表面に凸部を形成して液晶分子を配向させるので、ラビング処理が不要となる。これにより、ラビング布や配向膜材料のダストに起因する不具合の発生を防止することができる。
【００５８】
また、配向膜の表面に凸部を形成して液晶分子にプレティルト角を付与するので、配向膜の構成材料にアルキル基を付加する必要がない。これにより、プレティルト角の制御が容易になる。また、アルキル基を持たない材料によって配向膜を形成することが可能になり、配向膜の耐光性を向上させることができる。特に、耐光性に優れた無機材料により配向膜を形成するのが望ましい。これにより、液晶プロジェクタの液晶ライトバルブとして本実施形態に係る透過型液晶装置を使用した場合でも、光源から照射される強い光や熱により配向膜が分解されることがない。また、長期間の使用後にも、液晶配向制御機能が低下することはなく、液晶プロジェクタ等の表示品質を低下させることがない。
【００５９】
なお、ＩＴＯにより画素電極を形成した場合には、画素電極から不純物やインジウム（Ｉｎ）、錫（Ｓｎ）等の金属元素が液晶層中に溶出するおそれがある。この場合、液晶装置の電気的特性が変化して、液晶装置の表示品質が低下することになる。そこで、マグネシウム化合物を含有する材料によって配向膜を形成するのが望ましい。具体的には、マグネシウム化合物として、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）等のマグネシウム酸化物、またはＭｇＦ_２（フッ化マグネシウム）等のマグネシウム塩を含有するのが好ましい。これにより、配向膜の外側に形成された画素電極から、不純物やインジウム（Ｉｎ）、錫（Ｓｎ）等が液晶層に拡散するのを防止することができる。したがって、液晶層の電気的特性が変化することがなく、長時間の使用後にも液晶装置の表示品質を低下させることがないなど、液晶層の機能を維持することができる。
【００６０】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る液晶装置につき、図７〜図９を用いて説明する。図７〜図９は、配向膜の表面に形成された複数の凸部の配列状態を示す平面図である。第２実施形態に係る液晶装置が、第１実施形態と異なる点は、配向膜の表面に形成された凸部の配列状態のみである。その他の点については、第１実施形態と同様の構成であるから、詳細な説明を省略する。
【００６１】
第１実施形態では、図４に示すように、複数の凸部１００をＸ方向およびＹ方向に整列された状態で配置した。これに対して、第２実施形態では、各凸部１００をＸ方向またはＹ方向に整列配置することなく、隣接する凸部の位置をずらして配置している。図７および図８では、各凸部１００をＸ方向に整列配置しつつ、Ｙ方向には位置をずらして配置している。すなわち、図７では、凸部１００とＹ方向において隣接する凸部１０２とのＸ方向位置を、各凸部のＸ方向におけるピッチの半分程度ずらして規則的に配置している。また、図８では、凸部１００とＹ方向において隣接する凸部１０２とのＸ方向位置を、ランダムにずらして配置している。一方、図９では、各凸部１００の長手方向をＸ方向に一致させているが、各凸部１００をＸ方向およびＹ方向に整列配置することなく、Ｙ方向において隣接する凸部相互のＸ方向位置およびＸ方向において隣接する凸部相互のＹ方向位置を、それぞれランダムにずらして配置している。
【００６２】
第１実施形態では、各凸部１００をＹ方向に沿って整列配置したので、凸部１００の平面視における山側短辺１００ａが、Ｙ方向において隣接する凸部１０２の平面視における山側短辺１０２ａと、同一のＸ座標上に形成されていた。したがって、複数の谷部１１０ｙ，１１２ｙが、Ｙ方向に沿って一直線上に連続形成されていた。しかし第２実施形態では、Ｙ方向に隣接する凸部のＸ方向位置をずらして配置したので、凸部１００の平面視における山側短辺１００ａが、Ｙ方向において隣接する凸部１０２の平面視における山側短辺１０２ａと、Ｘ方向位置をずらして配置されている。したがって、複数の谷部１１０ｙ，１１２ｙが、Ｙ方向に沿って一直線上に連続形成されない。これにより、液晶分子の一部が、隣接する谷部１１０ｙ，１１２ｙをまたぐようにＹ方向に沿って配置される可能性がなくなり、液晶分子の配向性をより向上させることができる。
【００６３】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態に係る液晶装置につき、図１０を用いて説明する。図１０は、配向膜の表面に形成された凸部の形状の説明図であって、図１０（ａ）は平面図であり、図１０（ｂ）は側面図であり、図１０（ｃ）は正面図である。第３実施形態に係る液晶装置が、第１実施形態または第２実施形態と異なる点は、配向膜の表面に形成された各凸部の形状のみである。その他の点については、第１実施形態または第２実施形態と同様の構成であるから、詳細な説明を省略する。
【００６４】
図１０（ａ）に示すように、凸部２００は平面視において概略長方形状に形成されている。なお、第１実施形態と同様に、凸部２００の山側短辺２００ａの角部２０６には丸み付けが施されている。また、図１０（ｂ）に示すように、凸部２００は側面視において概略鋸歯形状に形成されている。そして、凸部２００の頂点から図１０（ｂ）の左側に伸びる緩斜面が、凸部２００の主傾斜面２０２を構成している。この主傾斜面２０２の仰角αは、液晶分子に付与すべきプレティルト角と同等の角度に設定されている。なお、側面視における凸部２００の山側端部には、凸部２００の頂点から配向膜の表面にかけて垂直面２０４が形成されている。さらに、図１０（ｃ）に示すように、凸部２００は正面視において概略長方形状に形成されている。ここで、Ｘ方向に直交する面における凸部２００の断面形状は、すべて長方形状となっている。
【００６５】
第１実施形態における凸部１００は、図５（ｃ）に示すように、正面視において半円形状に形成されていた。これに対して、第３実施形態における凸部２００は、長方形状に形成されている。これにより、凸部２００の側面の高さに起因して、谷部１１０ｘ（図４または図７参照）に沿って液晶分子をＸ方向に配向させる規制力（配向規制力）が強くなり、液晶分子の配向性を向上させることができる。
【００６６】
［投射型表示装置］
次に、本発明の電子機器の具体例である投射型表示装置につき、図１１を用いて説明する。図１１は、投射型表示装置の要部を示す概略構成図である。この投射型表示装置は、第１〜第３実施形態のいずれかの透過型液晶装置を液晶光変調装置として備えたものである。
【００６７】
図１１において、８１０は光源、８１３、８１４はダイクロイックミラー、８１５、８１６、８１７は反射ミラー、８１８は入射レンズ、８１９はリレーレンズ、８２０は出射レンズ、８２２、８２３、８２４は液晶光変調装置、８２５はクロスダイクロイックプリズム、８２６は投射レンズ、８３１、８３２、８３３は入射側の偏光板、８３４、８３５、８３６は出射側の偏光板である。光源８１０は、メタルハライド等のランプ８１１とランプの光を反射するリフレクタ８１２とからなる。
【００６８】
ダイクロイックミラー８１３は、光源８１０からの白色光に含まれる赤色光を透過させるとともに、青色光と緑色光とを反射する。透過した赤色光は反射ミラー８１７で反射されて、赤色光用液晶光変調装置８２２に入射される。また、ダイクロイックミラー８１３で反射された緑色光は、ダイクロイックミラー８１４によって反射され、緑色光用液晶光変調装置８２３に入射される。さらに、ダイクロイックミラー８１３で反射された青色光は、ダイクロイックミラー８１４を透過する。青色光に対しては、長い光路による光損失を防ぐため、入射レンズ８１８、リレーレンズ８１９および出射レンズ８２０を含むリレーレンズ系からなる導光手段８２１が設けられている。この導光手段８２１を介して、青色光が青色光用液晶光変調装置８２４に入射される。
【００６９】
各光変調装置により変調された３つの色光は、クロスダイクロイックプリズム８２５に入射する。このクロスダイクロイックプリズム８２５は４つの直角プリズムを貼り合わせたものであり、その界面には赤光を反射する誘電体多層膜と青光を反射する誘電体多層膜とがＸ字状に形成されている。これらの誘電体多層膜により３つの色光が合成されて、カラー画像を表す光が形成される。合成された光は、投射光学系である投射レンズ８２６によってスクリーン８２７上に投写され、画像が拡大されて表示される。
【００７０】
このように、投射型表示装置の液晶光変調装置８２２，８２３，８２４として、第１〜第３実施形態のいずれかの透過型液晶装置を使用すれば、光源８１０から照射される強い光や熱により配向膜が分解されることはない。また、長期間の使用後にも、液晶配向制御機能が低下することはなく、投射型表示装置の表示品質を低下させることがない。
【００７１】
なお、本発明の技術的範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。たとえば、実施形態ではＴＮモードの液晶装置を例にして説明したが、本発明はＥＣＢモードや垂直配向モード、ＳＴＮ（Ｓｕｐｅｒ Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、強誘電モード、反強誘電モードなど、電圧無印加時の液晶分子の配向状態がいかなる液晶装置にも適用することができる。また、実施形態ではスイッチング素子としてＴＦＴを備えた液晶装置を例にして説明したが、スイッチング素子として薄膜ダイオード（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｄｉｏｄｅ）等の二端子型素子を採用してもよい。また、実施形態では透過型液晶装置を例にして説明したが、本発明の液晶装置を反射型や半透過型の液晶装置に適用することも可能である。さらに、電子機器として３板式の投射型表示装置を例にして説明したが、本発明の液晶装置を単板式の投射型表示装置や直視型表示装置に使用することも可能である。
【００７２】
また、本発明の電子機器の他の具体例として、図１２に携帯電話の斜視図を示す。この携帯電話３００は、第１〜第３実施形態のいずれかの透過型液晶装置を表示部に備えたものである。また、その他の電子機器としては、例えばＩＣカード、携帯電話、ビデオカメラ、パーソナルコンピュータ、ヘッドマウントディスプレイ、さらに表示機能付きファックス装置、デジタルカメラのファインダ、携帯型ＴＶ、ＤＳＰ装置、ＰＤＡ、電子手帳、電光掲示盤、宣伝公告用ディスプレイ等が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、液晶装置の等価回路図である。
【図２】図２は、ＴＦＴアレイ基板の平面図である。
【図３】図３は、液晶装置の部分断面図である。
【図４】図４は、第１実施形態における配向膜の表面に形成された複数の凸部の配列状態を示す平面図である。
【図５】図５は、第１実施形態における凸部の形状の説明図である。
【図６】図６は、液晶分子の配向状態を示す配向膜の側面断面図である。
【図７】図７は、第２実施形態における複数の凸部の配列状態を示す平面図である。
【図８】図８は、第２実施形態における複数の凸部の配列状態を示す平面図である。
【図９】図９は、第２実施形態における複数の凸部の配列状態を示す平面図である。
【図１０】図１０は、第３実施形態における凸部の形状の説明図である。
【図１１】図１１は、投射型表示装置の要部を示す概略構成図である。
【図１２】図１２は、携帯電話の斜視図である。
【図１３】図１３は、従来技術における複数の凸部の配列状態および凸部の形状を示す斜視図である。
【符号の説明】
４０配向膜 １００凸部 １０２主傾斜面 １０４斜面 １０６角部

Claims (14)

1. 対向配置された一対の基板と、この一対の基板に挟持される液晶層と、前記各基板のうち少なくとも一方の基板と前記液晶層との間に配置された電極と、
   前記電極と前記液晶層との間に配置され、前記液晶層の液晶分子を配向させる配向膜とを備えた液晶装置であって、
   前記一方の基板の表層に複数の突起が形成され、
   前記一方の基板の内側に前記電極および前記配向膜を形成することにより、前記配向膜の表面に複数の凸部が形成され、
   前記各凸部は、平面視において概略長方形状に形成され、長辺側の側面視において概略鋸歯形状に形成され、前記長辺を前記液晶分子の配向方向に一致させて形成されるとともに、
   前記各凸部の平面視における山側短辺の角部に、面取りまたは丸み付けが施されていることを特徴とする液晶装置。
2. 前記各凸部の平面視における裾野側短辺の角部に、面取りまたは丸み付けが施されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶装置。
3. 前記凸部は、前記電極の形成領域に選択的に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶装置。
4. 前記各凸部の平面視における山側短辺は、
   前記配向方向に直交する方向において隣接する凸部の、平面視における山側短辺に対して、
   前記配向方向に距離を置いて配置されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の液晶装置。
5. 前記各凸部の前記側面視における緩斜面の前記配向方向に沿った長さは、０．５μｍ以上であって２．５μｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の液晶装置。
6. 前記配向方向に直交する方向における前記各凸部の断面は、概略長方形状に形成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の液晶装置。
7. 前記各凸部の高さは、０．１μｍ以上であって０．２μｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の液晶装置。
8. 前記配向方向において隣接する前記各凸部相互の間隔は、０．５μｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の液晶装置。
9. 前記配向方向に直交する方向において隣接する前記各凸部相互の間隔は、１．０μｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の液晶装置。
10. 前記配向方向に直交する方向において隣接する前記各凸部は、相互に間隔を置いて配置されていることを特徴とする請求項９に記載の液晶装置。
11. 前記各凸部の前記側面視における緩斜面の仰角は、前記液晶分子のプレティルト角と同等の角度に形成されていることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載の液晶装置。
12. 前記配向方向に直交する方向に沿った前記各凸部の幅は、０．２μｍ以上であって０．５μｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれかに記載の液晶装置。
13. 対向配置された一対の基板に挟持される液晶層と、少なくとも一方の基板と前記液晶層との間に配置された電極と、前記電極と前記液晶層との間に配置され、前記液晶層の液晶分子を配向させる配向膜とを備えた液晶装置の製造方法であって、
    少なくとも一方の前記基板の表層に複数の突起を形成する工程と、
    前記複数の突起が形成された前記基板上に前記配向膜を形成することにより、前記配向膜の表面に複数の凸部を形成する工程と、を含んでなり、
    前記各凸部は、平面視において概略長方形状に形成されてなり、長辺側の側面視において概略鋸歯形状に形成され、前記長辺を前記液晶分子の配向方向に一致させて形成されるとともに、前記各凸部の平面視における山側短辺の角部に、面取りまたは丸み付けが施されてなることを特徴とする液晶装置の製造方法。
14. 請求項１ないし１２のいずれかに記載の液晶装置を備えたことを特徴とする電子機器。

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