JP2006030843A

JP2006030843A - 液晶装置、電子機器

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Publication number: JP2006030843A
Application number: JP2004212710A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Tsuchiya; 豊土屋
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2004-07-21
Filing date: 2004-07-21
Publication date: 2006-02-02
Anticipated expiration: 2024-07-21
Also published as: JP4631334B2

Abstract

【課題】液晶分子に対する配向性能が高く、好ましくは耐久性及び信頼性にも優れる液晶装置を提供する。
【解決手段】本発明の液晶装置は、互いに対向して配置された一対の基板間に液晶層５０が挟持された液晶装置であって、少なくとも一方の基板の前記液晶層５０側に、液晶分子５１を配向可能な配向層４０が設けられており、前記配向層４０は、複数の空孔４０ａを有する本体部４４と、その本体部４４の表面の少なくとも一部に前記液晶分子５１を配向可能で且つ疎水性を有してなる疎水層４３とを具備してなることを特徴とする。
【選択図】図５

Description

本発明は、液晶装置、並びに電子機器に関する。

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手段や、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においては、液晶層を挟持する基板の液晶層側最表面に、電圧無印加時における液晶分子の配列を制御するための配向膜が形成されており、電圧無印加時、電圧印加時における液晶分子の配列変化に基づいて表示が行われる構成となっている。

従来、上記のような配向膜としては、ポリイミド等からなる有機膜の表面を、布等により所定の方向にラビングしたものが、液晶配向能力（液晶配向制御機能）に優れることから広く用いられている。しかしながら、例えば光束密度が２〜１０（ｌｍ／ｍｍ^２）程度の光強度の高い光が照射される投射型表示装置等に搭載する場合には、配向膜が光や熱により次第に分解され、長期使用後に、電圧無印加時の液晶分子を所望のプレチルト角に配列することができないなど、液晶配向制御機能が低下し、表示品質が低下することがあった。

そこで、このような問題を解決するために、配向膜として酸化珪素などの無機材料からなる無機配向膜を用い、この無機配向膜の表面形状効果により液晶分子を配向させる液晶装置が提案されている。この無機配向膜は、基板をある角度で固定して一方向から無機材料を蒸着させ、基板に対して所定の角度で配列した柱状構造物を成長させる斜方蒸着法により形成される。このようにして形成した無機配向膜は、ポリイミド等の有機膜から構成したものに比して耐光性や耐熱性に優れており、液晶装置の耐久性を向上させることが可能である。

また液晶装置に用いられる配向膜としては、上記ポリイミド配向膜や酸化珪素配向膜に限られず、例えば特許文献１では、アルミニウム膜の表面を陽極酸化処理して酸化アルミニウム多孔質膜を形成し、さらに係る多孔質膜の表面にラビング処理を施した配向膜が開示されている。
特許第２７６４９９７号公報

しかしながら、酸化珪素などの材料からなる配向膜は吸湿性があるため、水分が液晶装置内に浸入し、液晶配向能力の劣化を引き起こす惧れがある。そして、特に多孔質膜にて配向膜を構成した場合には表面積が大きくなるため、吸湿性の影響は顕著となり得る。また、このような無機配向膜はポリイミド膜に比して耐光性、耐熱性に優れるものの、配向能力自体はポリイミド膜よりも劣るものである。さらに、当該配向膜の表面では、該配向膜と液晶との間で反応が生じてしまう惧れもある。このような不具合は、配向膜としての信頼性低下（配向不良発生等）に繋がる一因となり得るものであって、例えば液晶装置を表示装置として用いた場合、表示不良等を生じさせる原因となる場合がある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、液晶分子に対する配向性能が高く、好ましくは耐久性及び信頼性にも優れる液晶装置、及びこれを備えた電子機器を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の液晶装置は、互いに対向して配置された一対の基板間に液晶層が挟持された液晶装置であって、少なくとも一方の基板の前記液晶層側に、液晶分子を配向可能な配向層が設けられており、前記配向層は、多孔性の表面を有し、その表面の少なくとも一部に前記液晶分子を配向可能で且つ疎水性を有してなる疎水層を具備してなることを特徴とする。

このような液晶装置によると、配向層の表面に形成された孔の形状に沿って液晶分子を配向規制することができるとともに、その表面の少なくとも一部に形成された疎水層の有する配向性能によっても液晶分子を配向規制することができる。そして、疎水層が、当該配向層内部への水分の浸入を防止ないし抑制し、当該配向層内部を構成する材料の種類に拘らず安定な配向規制を実現でき、しかも液晶分子と当該配向層内部との間で反応が生じてしまう等の不具合も生じ難いものとなる。また、本発明に係る配向層は、耐光性に劣るポリイミド等の材料を用いなくとも形成することができ、無機配向膜のように均一に形成するのが困難な斜方蒸着法を用いる必要もないため、耐光性に優れるとともに、面内で均一な膜厚に形成することが可能である。したがって、上記構成により、液晶分子に対する配向性能が高い配向層を備え、しかも耐久性及び信頼性に優れた液晶装置を提供することが可能となるのである。

また、上記課題を解決するために、本発明の液晶装置は、互いに対向して配置された一対の基板間に液晶層が挟持された液晶装置であって、少なくとも一方の基板の前記液晶層側に、液晶分子を配向可能な配向層が設けられており、前記配向層は、複数の空孔を有する本体部と、その本体部の表面の少なくとも一部に前記液晶分子を配向可能で且つ疎水性を有してなる疎水層とを具備してなることを特徴とする。

このような液晶装置によると、本体部の空孔の形状に沿って液晶分子を配向規制することができるとともに、その本体部の表面に形成された疎水層の有する配向性能によっても液晶分子を配向規制することができる。そして、本体部の表面の疎水層が、当該配向層への水分の浸入を防止ないし抑制し、本体部の材料に拘らず安定な配向規制を実現でき、しかも液晶分子と本体部との間で反応が生じてしまう等の不具合も生じ難いものとなる。また、本発明に係る配向層は、耐光性に劣るポリイミド等の材料を用いなくとも形成することができ、無機配向膜のように均一に形成するのが困難な斜方蒸着法を用いる必要もないため、耐光性に優れるとともに、面内で均一に形成することが可能である。したがって、上記本発明の構成により、液晶分子に対する配向性能が高い配向層を備え、しかも耐久性及び信頼性に優れた液晶装置を提供することが可能となるのである。

前記疎水層は、前記液晶分子を当該疎水層の層表面に対して垂直方向に配向可能に構成されているものとすることができる。このような疎水層は垂直配向膜として機能するものであって、自身の層表面に対して液晶分子を垂直方向に配向規制でき、前記本体部の最表面、及び／又は本体部の空孔底面に当該疎水層を配設することで、空孔の形状に沿った液晶分子の配向規制力を一層高めることができるようになる。

また、前記疎水層は、前記本体部の空孔の内部に沿って形成されているものとすることができる。この場合、本体部の保護効果、つまり水分の浸入を防止する効果或いは液晶と本体部が反応することを防止する効果が一層高まることとなる。なお、前記疎水層としては、少なくとも前記本体部よりも疎水性が高い材料にて構成することが好ましい。

一方、前記本体部の空孔は、前記基板面の法線方向に沿って該基板上に概ね直立してなるものとすることができる。この場合、空孔の直立方向に沿って、つまり基板に対して垂直方向に液晶分子を配向規制することができ、したがって当該配向層を備える液晶装置としては誘電異方性が負の液晶を用いたものが好適となる。

また、前記本体部の空孔の内部形状が、略円柱状とされているものとすることができる。この場合、該円柱形状に沿って優れた配向性が得られ、且つ上記形状とすることで比較的容易に空孔を形成できるという製造工程上のメリットも得られる。さらに、前記本体部の空孔が、前記基板に対して傾斜して形成されているものとすることもでき、この場合、液晶分子を基板に対して傾斜した状態で配向させることができ、これにより、電圧印加時の液晶分子の傾倒方向を制御することができる。従って、これらの構成によれば、表示のムラが生じにくい、表示品質に優れる液晶装置を提供することができる。

なお、本発明の液晶装置において、前記空孔の開口径を５ｎｍ以上１００ｎｍ以下とすることができる。開口径が５ｎｍ未満では、空孔を形成するのが困難になり、生産性の低下を招く場合がある。一方、１００ｎｍを超える開口径では、液晶分子の配向性が低下する場合がある。

また、本発明の液晶装置において、前記空孔のピッチを５ｎｍ以上２５０ｎｍ以下とすることができる。ピッチが５ｎｍ未満では、空孔を形成するのが困難になり、生産性の低下を招く場合がある。一方、２５０ｎｍを超えるピッチでは、空孔間の距離が大きすぎて液晶分子の配向性が低下する場合がある。

また、本発明の液晶装置において、前記空孔の深さを５ｎｍ以上２００ｎｍ以下とすることができる。深さが５ｎｍ未満では、配向規制力が低下して液晶分子の配向性が悪くなる場合がある。また２００ｎｍを超える深さとすると、液晶層と電極層との平均距離が大きくなるために、駆動電圧が高くなる場合がある。

また、本発明の液晶装置において、前記空孔の密集度（ピッチ／開口径）を１以上２．５以下とすることができる。空孔の密集度が１未満の場合、空孔同士が重なり合って実質的な空孔の開口径が大きくなるため、配向性が低下する惧れがある。また、密集度が２．５を超えると、空孔間の距離が大きくなって配向性が低下する場合がある。

また、本発明の液晶装置は、前記空孔のアスペクト比（深さ／開口径）を１以上４０以下とすることができる。空孔のアスペクト比が１未満の場合、液晶の配向性が低下する場合がある。また４０を超えるアスペクト比の空孔を形成すると電極層と液晶層との平均距離が大きく、駆動電圧が高くなる場合がある。

さらに、本発明の液晶装置は、前記液晶層を構成する液晶分子のうち、少なくとも前記基板に隣接して配置された液晶分子が、当該基板に対して略垂直に配向されている構成とすることが好ましい。また、前記液晶層が、負の誘電異方性を有する液晶からなる構成とすることが好ましい。本発明に係る配向層は、特に垂直配向モードの液晶装置に好適なものである。

また、本発明の液晶装置は、前記空孔に液晶が満たされている構成とすることが好ましい。このような構成とすることで、上記空孔による配向規制力が効果的に液晶分子に対して作用するようになる。また電極層と液晶層との距離が小さくなるので、電圧の印加による液晶層の駆動がより円滑に行えるようになる。

次に、本発明の電子機器は、先の本発明の液晶装置を備えたことを特徴としている。係る構成によれば、液晶分子の配向規制を確実に行うことができ、また水分等の混入による表示不良が生じにくく、且つ駆動電圧も低く抑えることができる信頼性、及び消費電力に優れた液晶装置を、光変調手段ないし画像表示手段として備えた電子機器を提供することができる。

このような電子機器としては、上記液晶装置を光変調手段として備え、該光変調手段により変調された光を投射する投射手段として備えた投射型表示装置、或いは上記液晶装置を直視型の表示部として備えた機器等を例示できる。
つまり「電子機器」には限定は無いが、例えば、テレビ受像機、カーナビゲーション装置、ＰＯＳ，パーソナルコンピュータ、ヘッドマウントディスプレイ、リア型またはフロント型のプロジェクタ、表示機能付きファックス装置、電子案内板、輸送車両等のインフォメーションパネル、ゲーム装置、工作機械の操作盤、電子ブック、およびデジタルカメラや携帯型ＴＶ、ＤＳＰ装置、ＰＤＡ、電子手帳、携帯電話、ビデオカメラ等の携帯機器等なども含まれることは言うまでもない。

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。

（液晶装置）
以下に示す本実施形態の液晶装置は、スイッチング素子としてＴＦＴ（薄膜トランジスタ）素子を用い、誘電異方性が負の液晶を用いたアクティブマトリクス型の垂直配向モードの透過型液晶装置である。また、本実施形態の液晶装置は、液晶層と接して設けられた配向膜（配向層）の構成が特徴的となっている。

図１は本実施形態の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おけるスイッチング素子、信号線等の等価回路図である。図２はデータ線、走査線、画素電極等が形成されたＴＦＴアレイ基板の相隣接する複数の画素群の構造を示す平面図である。図３は本実施形態の透過型液晶装置の構造を示す断面図であって、図２のＡ−Ａ’線断面図である。図４は本実施形態の透過型液晶装置に備えられた配向膜を拡大して示す平面図及び断面図である。なお、各図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならせてある。

本実施形態の透過型液晶装置において、図１に示すように、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、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がそれぞれ形成されており、画像信号を供給するためのデータ線６ａが当該ＴＦＴ素子３０のソースに電気的に接続されている。データ線６ａに書き込む画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、この順に線順次に供給されるか、或いは相隣接する複数のデータ線６ａに対してグループ毎に供給される。

また、走査線３ａがＴＦＴ素子３０のゲートに電気的に接続されており、複数の走査線３ａに対して走査信号Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｍが所定のタイミングでパルス的に線順次で印加される。また、画素電極９はＴＦＴ素子３０のドレインに電気的に接続されており、スイッチング素子であるＴＦＴ素子３０を一定期間だけオンすることにより、データ線６ａから供給される画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎを所定のタイミングで書き込む。

画素電極９を介して液晶に書き込まれた所定レベルの画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、後述する共通電極２１（図３参照）との間で一定期間保持される。液晶は、印加される電圧レベルにより分子集合の配向や秩序が変化し、該変化に基づいて当該液晶層を透過する光を変調して階調表示を可能にする。ここで、保持された画像信号がリークするのを防止するために、画素電極９と共通電極２１（図３参照）との間に形成される液晶容量と並列に蓄積容量７０が付加されている。

次に、図２に基づいて、本実施形態の透過型液晶装置の画素構造について説明する。図２に示すように、ＴＦＴアレイ基板１０（図３参照）上に、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）等の透明導電性材料からなる矩形状の画素電極９（点線部９ａにより輪郭を示す）がマトリクス状に配列形成されており、画素電極９の縦横の境界に各々沿ってデータ線６ａ、走査線３ａ及び容量線３ｂが設けられている。本実施形態において、各画素電極９及び各画素電極９を囲むように配設されたデータ線６ａ、走査線３ａ、容量線３ｂ等が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毎に表示を行うことが可能な構造になっている。

データ線６ａは、ＴＦＴ素子３０を構成する例えばポリシリコン膜からなる半導体層１ａのうち、後述のソース領域にコンタクトホール５を介して電気的に接続されており、画素電極９は、半導体層１ａのうち、後述のドレイン領域にコンタクトホール８を介して電気的に接続されている。また、半導体層１ａのうち、後述のチャネル領域（図中左上がりの斜線の領域）に対向するように走査線３ａが配置されており、走査線３ａはチャネル領域に対向する部分でゲート電極として機能する。

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と交差する箇所からデータ線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）とを有する。そして、図２中、右上がりの斜線で示した領域には、複数の第１遮光膜１１ａが設けられている。

次に、図３に基づいて、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。図３に示すように、本実施形態の透過型液晶装置においては、ＴＦＴアレイ基板１０と、これに対向配置される対向基板２０との間に誘電異方性が負の液晶からなる垂直配向モードの液晶層５０が挟持されている。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、その液晶層５０側表面に形成されたＴＦＴ素子３０と、画素電極９及び配向膜４０とを主体として構成されており、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、その液晶層５０側表面に形成された共通電極２１と、配向膜６０とを主体として構成されている。

ＴＦＴアレイ基板１０において、基板本体１０Ａの液晶層５０側表面には画素電極９が設けられ、各画素電極９に隣接する位置に、各画素電極９をスイッチング制御する画素スイッチング用ＴＦＴ素子３０が設けられている。画素スイッチング用ＴＦＴ素子３０は、ＬＤＤ（Lightly Doped Drain）構造を有しており、走査線３ａ、当該走査線３ａからの電界によりチャネルが形成される半導体層１ａのチャネル領域１ａ’、走査線３ａと半導体層１ａとを絶縁するゲート絶縁膜２、データ線６ａ、半導体層１ａの低濃度ソース領域１ｂ及び低濃度ドレイン領域１ｃ、半導体層１ａの高濃度ソース領域１ｄ及び高濃度ドレイン領域１ｅを備えている。

また、上記走査線３ａ上、ゲート絶縁膜２上を含む基板本体１０Ａ上には、高濃度ソース領域１ｄへ通じるコンタクトホール５、及び高濃度ドレイン領域１ｅへ通じるコンタクトホール８が開孔した第２層間絶縁膜４が形成されている。つまり、データ線６ａは、第２層間絶縁膜４を貫通するコンタクトホール５を介して高濃度ソース領域１ｄに電気的に接続されている。さらに、データ線６ａ上及び第２層間絶縁膜４上には、高濃度ドレイン領域１ｅへ通じるコンタクトホール８が開孔した第３層間絶縁膜７が形成されている。つまり、高濃度ドレイン領域１ｅは、第２層間絶縁膜４及び第３層間絶縁膜７を貫通するコンタクトホール８を介して画素電極９に電気的に接続されている。

また、本実施形態では、ゲート絶縁膜２を走査線３ａに対向する位置から延設して誘電体膜として用い、半導体膜１ａを延設して第１蓄積容量電極１ｆとし、更にこれらに対向する容量線３ｂの一部を第２蓄積容量電極とすることにより、蓄積容量７０が構成されている。

また、ＴＦＴアレイ基板１０の基板本体１０Ａの液晶層５０側表面において、各画素スイッチング用ＴＦＴ素子３０が形成された領域には、ＴＦＴアレイ基板１０を透過し、ＴＦＴアレイ基板１０の図示下面（ＴＦＴアレイ基板１０と空気との界面）で反射されて、液晶層５０側への戻り光が、少なくとも半導体層１ａのチャネル領域１ａ’及び低濃度ソース、ドレイン領域１ｂ、１ｃに入射することを防止するための第１遮光膜１１ａが設けられている。また、第１遮光膜１１ａと画素スイッチング用ＴＦＴ素子３０との間には、画素スイッチング用ＴＦＴ素子３０を構成する半導体層１ａを第１遮光膜１１ａから電気的に絶縁するための第１層間絶縁膜１２が形成されている。さらに、図２に示したように、ＴＦＴアレイ基板１０に第１遮光膜１１ａを設けるのに加えて、コンタクトホール１３を介して第１遮光膜１１ａが、前段或いは後段の容量線３ｂに電気的に接続するように構成されている。

また、ＴＦＴアレイ基板１０の液晶層５０側最表面、すなわち、画素電極９及び第３層間絶縁膜７上には、電圧無印加時における液晶層５０内の液晶分子の配向を制御する配向膜（配向層）４０が形成されている。この配向膜４０は、液晶分子を当該膜面に対して垂直方向に配向させる機能を有している。

他方、対向基板２０には、基板本体２０Ａの液晶層５０側表面であって、データ線６ａ、走査線３ａ、画素スイッチング用ＴＦＴ素子３０の形成領域に対向する領域、すなわち各画素部の開口領域以外の領域に、入射光が画素スイッチング用ＴＦＴ素子３０の半導体層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ための第２遮光膜２３が設けられている。さらに、第２遮光膜２３が形成された基板本体２０Ａの液晶層５０側には、その略全面に亙って、ＩＴＯ等からなる共通電極２１が形成され、その液晶層５０側には、電圧無印加時における液晶層５０内の液晶分子の配向を制御する配向膜（配向層）６０が形成されている。

上述したように、本実施形態においては、配向膜（配向層）４０、６０の構造が特徴的なものとなっている。以下、図４及び図５に基づいて、配向膜４０の構造及びその作用について説明する。図４（ａ）は、配向膜４０を拡大して示す部分平面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）に示すＢ−Ｂ’線に沿う部分断面図である。図５は、配向膜４０による液晶分子の配向制御作用を説明するための部分断面模式図である。なお、本実施形態では、ＴＦＴアレイ基板１０側の配向膜４０と対向基板２０側の配向膜６０とは同一の構造を有するものであるため、以下、配向膜４０について主に説明する。

図４（ａ）に示すように、本実施形態に係る配向膜４０は、平面視円形状の空孔４０ａが所定のピッチｐで格子状に配列された構成を備えており、この空孔４０ａは、図４（ｂ）に示すように、配向膜４０を略垂直に貫通して形成されている。従って、空孔４０ａが設けられた領域において、画素電極９は液晶層５０に対して露出されており、液晶層５０の液晶は空孔４０ａ内に充たされている。

本実施形態の場合、配向膜４０は、図５に示したように、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３（特に陽極酸化アルミナ）等の絶縁材料から構成されるとともに複数の空孔を有するポーラス構造体４４と、該ポーラス構造体４４の表面を覆い且つポーラス構造体４４よりも疎水性の高い材料（水との接触角の大きい材料）からなる疎水層４３とを含んで構成されている。疎水層４３は、例えば長鎖アルキル基（例えば炭素数５〜２０程度、本実施形態ではｎ−デシル基）を含む化合物にて構成されている。また、疎水層４３は、液晶分子を配向規制する機能を有しており、具体的には長鎖アルキル基に沿って液晶分子を垂直配向させる機能を有している。なお、ポーラス構造体４４及び疎水層４３は、ともに光透過性の高い材料により形成されており、空孔４０ａの底部にも、画素電極９の表層を覆うように疎水層４３が形成されている。

配向膜４０が有する空孔４０ａは略円柱形状を有しており、その長さ方向が電極９の表面に対して概ね直立してなるように配設されている。本実施形態において、図４に示す空孔４０ａ及びその配列の各寸法は、配向膜４０表面における開口径φが約５０ｎｍ、ピッチｐが約６０ｎｍ、深さｄが約１２０ｎｍとされている。従って、配向膜４０表面における空孔４０ａの密集度（ピッチｐ／開口径φ）は、約１．２、空孔４０ａの配向膜４０厚さ方向におけるアスペクト比（深さｄ／開口径φ）は、約２．４である。

そして、図５に示すように、このような微細な空孔４０ａが配向膜４０を貫通して複数設けられていることで、配向膜４０と接する液晶層５０の液晶分子５１が空孔４０ａの長さ方向（配向膜４０の厚さ方向）に沿って配向され、その結果、液晶層５０全体として液晶分子５１がＴＦＴアレイ基板１０及び対向基板２０に対して略垂直（詳しくは基板面法線に対して０°〜５°（例えば約２．５°）傾いている）に配向されている。

このように、本実施形態の液晶装置では、画素電極９上に、複数の空孔４０ａを有する配向膜４０が形成されていることで、当該空孔４０ａの形状に沿って良好な液晶分子の配向規制が可能となる。また、空孔４０ａを形成すべく設けられたポーラス構造体４４を保護する疎水層４３が形成されているため、ポーラス構造体４４の材料選択の幅が広がり、例えば本実施形態のように若干吸水性の高い材料にてポーラス構造体４４を構成した場合にも、当該構造体４４への水分の吸着を防止ないし抑制することが可能となる。その結果、本実施形態の液晶装置の信頼性が高まることとなる。また、ポーラス構造体４４が反応性の高い材料にて構成されている場合にも、該構造体４４と液晶分子との間で反応が生じることを疎水層４３により防止ないし抑制することが可能となる。さらに、本実施形態では、画素電極９上に疎水層４３が形成されているため、画素電極９と液晶分子が反応することも防止ないし抑制されることとなる。

上記ポーラス構造体４４は、例えばフォトリソグラフィ技術を用いたパターニングにより形成することができる。フォトリソグラフィ技術を用いる場合、構造体４４の空孔部分を選択除去する方法として、エッチング法、或いは電子ビーム照射を用いることができる。また、疎水層４３はシランカップリング処理により形成することができ、具体的にはｎ−デシルトリエトキシシランを構造体４４に対してカップリング処理することで形成している。

なお、本実施形態では、略同一寸法の多数の空孔４０ａが、平面視格子状に同一ピッチで配列形成された配向膜４０について説明したが、複数の空孔４０ａはそれぞれ必ずしも同一寸法に形成しなくてもよい。また、空孔４０ａの平面的な配列も格子状に限定されない。すなわち、配向膜４０には、互いに寸法が異なる複数の空孔４０ａが形成されていてもよく、配向膜４０表面において、空孔４０ａが略ランダムに配置されていても、ピッチをずらして配置されていても構わない。その一方で、空孔４０が極端に微細な場合や、大きすぎる場合には、生産性の低下を生じたり、十分な配向規制力が得られないといった惧れがある。そこで、空孔４０ａの各寸法の好ましい範囲を以下に示す。

空孔４０ａの配向膜４０表面における開口径φは、５ｎｍ〜１００ｎｍとすることが好ましい。開口径φが５ｎｍ未満では、空孔４０ａを形成するのが困難になり、生産性の低下を招く場合がある。また開口径φが１００ｎｍを超える場合は、液晶分子の配向性が低下する場合がある。空孔４０ａ形成時の生産性と、配向性とを考慮すると、より好ましい開口径φとしては、５０ｎｍ±５ｎｍである。

次に、空孔４０ａのピッチｐは、５ｎｍ〜２５０ｎｍとすることが好ましい。ピッチｐが５ｎｍ未満では、空孔４０ａを形成するのが困難になり、生産性の低下を招く場合がある。また２５０ｎｍを超えるピッチでは、空孔４０ａ間の距離が大きすぎて液晶分子の配向性が低下する場合がある。空孔４０ａ形成時の生産性と、配向性とを考慮すると、より好ましいピッチｐとしては、６０ｎｍ±６ｎｍである。

次に、空孔４０ａの深さｄは、５ｎｍ〜２００ｎｍとすることが好ましい。深さｄが５ｎｍ未満では、配向規制力が低下して液晶分子の配向性が悪くなる場合がある。また２００ｎｍを超える深さとすると、液晶層５０と画素電極９との平均距離が大きく、駆動電圧が高くなる場合がある。空孔４０ａによる配向性と、駆動電圧の上昇とを考慮すると、より好ましい深さｄとしては、１２０ｎｍ±１２ｎｍである。

また、上記空孔４０ａの各部の寸法に加え、空孔４０ａのアスペクト比（深さｄ／開口径φ）は、１〜４０とすることが好ましく、空孔４０ａの平面的な密集度（ピッチｐ／開口径φ）は、１〜２．５とすることが好ましい。空孔４０ａのアスペクト比が１未満の場合、液晶の配向性が低下する場合がある。また４０を超えるアスペクト比の空孔４０ａを形成すると画素電極９と液晶層５０との平均距離が大きく、駆動電圧が高くなる場合がある。アスペクト比のより好ましい範囲としては、上記開口径φ及び深さｄの範囲から、２．４±０．２４程度である。また、空孔４０ａの密集度が１未満の場合、空孔４０ａ同士が重なり合って実質的な空孔４０ａの開口径が大きくなるため、配向性が低下する惧れがある。また、密集度が２．５を超えると、空孔４０ａ間の距離が大きくなって配向性が低下する場合がある。この密集度のより好ましい範囲としては、上記開口径φ及びピッチｐの範囲から、１．２±０．１２程度である。

なお、本実施形態では、配向膜４０のポーラス構造体４４を絶縁材料にて構成するものとしているが、例えばＩＴＯ等の透光性の導電材料にて構成することもできる。この場合は、疎水層４３が対向側の電極との間のショートを防止することとなる。

次に、上記実施形態の液晶装置に具備される配向膜４０の変形例について図６〜図８を参照して説明する。
まず、図６は、第１変形例の配向膜（配向層）の部分断面構成を示す図であって、上記実施形態の図４（ｂ）に対応する図である。図６に示すように、第１変形例では、配向膜４０を貫通して形成された空孔４０ａが、配向膜４０の層厚方向（図示上下方向）に対して傾斜して形成されている。つまり、配向膜４０の空孔４０ａが基板１０，２０の面に対して傾斜して形成されている。なお、このような傾斜構成は、例えば画素電極９上にベタ状に形成したＳｉＯ_２膜に対して斜めエッチング（或いはスパッタ）を施すことで得ることができる。

このような配向膜においては、図示右方向に傾いて空孔４０ａが形成されているので、液晶層５０の液晶分子５１も、空孔４０ａの長さ方向に沿って傾斜して配向される。従って、係る構成によれば、液晶分子５１にプレチルトを付与したのと同様の状態を実現することができ、電圧印加時に空孔４０ａの傾斜方向側へ液晶分子５１は倒れるようになる。これにより、ドット領域内で傾倒方向の異なる領域（ドメイン）が複数形成されるのを防止することができ、これらの領域境界のディスクリネーションに起因する表示むら等を効果的に防止することができる。

次に、図７は、第２変形例の配向膜（配向層）の部分断面構成を示す図であって、上記実施形態の図５に対応する図である。図５に示した例では、ポーラス構造体４４の全表面に疎水層４３が形成されているが、本第２変形例では、図７に示すようにポーラス構造体４４の最表面のみ、つまり空孔４０ａの外部のみに疎水層４３が形成されている。この場合、ポーラス構造体４４への水分浸入防止効果及び液晶分子との接触防止効果は低減するが、空孔４０ａの壁面からの配向規制力低下が抑えられるため、当該配向膜４０の垂直配向能が高まることとなる。

次に、図８は、第３変形例の配向膜（配向層）の部分断面構成を示す図であって、上記実施形態の図５に対応する図である。図５に示した例では、ポーラス構造体４４の全表面に疎水層４３が形成されているが、本第３変形例では、図８に示すようにポーラス構造体４４の最表面と、空孔４０ａの孔底部とに疎水層４３が形成され、空孔４０ａの壁面には疎水層４３が形成されていない。この場合、第２変形例と比較して、空孔４０ａの孔底部からも液晶分子の垂直配向規制力が及ぶため、該第２変形例よりも当該配向膜４０の垂直配向能が高まることとなる。

（電子機器）
次に、本発明の電子機器の一実施形態として、上記実施形態の液晶装置を光変調手段として備えた投射型表示装置の構成について、図面を参照して説明する。図９は、上記実施形態の液晶装置を光変調装置として用いた投射型表示装置の要部を示す概略構成図である。この図において、５１０は光源、５１３、５１４はダイクロイックミラー、５１５、５１６、５１７は反射ミラー、５１８は入射レンズ、５１９はリレーレンズ、５２０は出射レンズ、５２２、５２３、５２４は液晶光変調装置、５２５はクロスダイクロイックプリズム、５２６は投射レンズを示す。

光源５１０はメタルハライド等のランプ５１１とランプの光を反射するリフレクタ５１２とからなる。青色光、緑色光反射のダイクロイックミラー５１３は、光源５１０からの光束のうちの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５１７で反射されて、上記実施形態の液晶装置を備えた赤色光用液晶光変調装置５２２に入射される。一方、ダイクロイックミラー５１３で反射された色光のうち緑色光は緑色光反射のダイクロイックミラー５１４によって反射され、上記実施形態の液晶装置を備えた緑色光用液晶光変調装置５２３に入射される。なお、青色光は第２のダイクロイックミラー５１４も透過する。青色光に対しては、光路長が緑色光、赤色光と異なるのを補償するために、入射レンズ５１８、リレーレンズ５１９、出射レンズ５２０を含むリレーレンズ系からなる導光手段５２１が設けられ、これを介して青色光が上記実施形態の液晶装置を備えた青色光用液晶光変調装置５２４に入射される。赤色光用液晶光変調装置５２２、緑色光用液晶光変調装置５２３、青色光用液晶光変調装置５２４の前後にはそれぞれ入射側偏光板５２２ａ、５２３ａ、５２４ａと出射側偏光板５２２ｂ、５２３ｂ、５２４ｂが設置されている。入射側偏光板で直線偏光となった光は液晶光変調装置により変調された後、出射側偏光板を通過するが、この時決められた振動方向の光しか透過できないため調光が可能となる。

各光変調装置と２枚の偏光板により調光された３つの色光はクロスダイクロイックプリズム５２５に入射する。このプリズムは４つの直角プリズムが貼り合わされ、その内面に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十字状に形成されている。これらの誘電体多層膜によって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、投写光学系である投写レンズ５２６によってスクリーン５２７上に投写され、画像が拡大されて表示される。

上記構造を有する投射型表示装置は、上記実施形態の液晶装置を備えたものであるので、量産性に優れ、液晶層を構成する液晶分子に対する配向規制力が高く、さらに光や熱に対する耐久性に優れた、高信頼性の表示装置である。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の技術範囲は上記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種々の変更を加えることが可能である。例えば、上記実施の形態では透過型の液晶装置について示しているが、本発明の構成を反射型、又は半透過反射型の液晶装置にも適用することができる。また、この場合、電子機器としては直視型表示部を備えた携帯電話やパーソナルコンピュータのディスプレイ等を例示することができる。

本発明の一実施形態の液晶装置における配線等の等価回路図。図１の液晶装置の画素構造を示す平面図。図１の液晶装置についてその要部の構造を示す断面図。図１の液晶装置に備えられた配向膜の部分平面図及び部分断面図。図４に示す配向膜による液晶分子の配向状態を示す説明図。第１変形例の配向膜の構成を示す部分断面図。第２変形例の配向膜の構成を示す部分断面図。第３変形例の配向膜の構成を示す部分断面図。本発明に係る投射型表示装置についての一例を示す図。

符号の説明

９…画素電極（電極層）、１０…ＴＦＴアレイ基板、２０…対向基板、２１…共通電極（電極層）、４０，６０…配向膜（配向層）、４０ａ…空孔、４３…疎水層、４４…ポーラス構造体（本体部）、５０…液晶層

Claims

互いに対向して配置された一対の基板間に液晶層が挟持された液晶装置であって、
少なくとも一方の基板の前記液晶層側に、液晶分子を配向可能な配向層が設けられており、
前記配向層は、複数の空孔を有する本体部と、その本体部の表面の少なくとも一部に前記液晶分子を配向可能で且つ疎水性を有してなる疎水層とを具備してなることを特徴とする液晶装置。
前記疎水層は、前記液晶分子を当該疎水層の層表面に対して垂直方向に配向可能に構成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。
前記疎水層は、前記本体部の空孔の内部に沿って形成されてなることを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶装置。
前記疎水層は、前記本体部よりも疎水性が高いことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の液晶装置。
前記本体部の空孔は、前記基板面の法線方向に沿って該基板上に概ね直立してなることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の液晶装置。
前記本体部の空孔の内部形状が、略円柱状と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１項に記載の液晶装置。
前記本体部の空孔が、前記基板に対して傾斜して形成されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の液晶装置。
前記液晶層が、誘電異方性が負の液晶にて構成されてなることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の液晶装置。
互いに対向して配置された一対の基板間に液晶層が挟持された液晶装置であって、
少なくとも一方の基板の前記液晶層側に、液晶分子を配向可能な配向層が設けられており、
前記配向層は、多孔性の表面を有し、その表面の少なくとも一部に前記液晶分子を配向可能で且つ疎水性を有してなる疎水層を具備してなることを特徴とする液晶装置。
請求項１ないし９のいずれか１項に記載の液晶装置を備えることを特徴とする電子機器。