JP2006195033A

JP2006195033A - 液晶装置、電子機器、および液晶装置の製造方法

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Publication number: JP2006195033A
Application number: JP2005004841A
Authority: JP
Inventors: Tsuyoshi Maeda; 強前田
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2005-01-12
Filing date: 2005-01-12
Publication date: 2006-07-27

Abstract

【課題】配向能力が高く、配向安定性及び信頼性に優れた配向膜を形成することのできる液晶装置、それを用いた電子機器、および液晶装置の製造方法を提供すること。
【解決手段】対向配置された一対の基板１０、２０の間に液晶を保持した液晶装置の製造方法において、基板１０、２０の表面に無機配向膜を形成する無機配向膜形成工程では、基板表面に金属膜Ｍ１を形成した後、金属膜Ｍ１の表面に多数条の溝Ｍ１０を形成する。しかる後に、金属膜Ｍ１に陽極酸化を施して、表面で複数の微細孔が開口する多孔質陽極酸化膜を配向膜１２、２２として形成する。
【選択図】図５

Description

本発明は、一対の基板の間に液晶を保持してなる液晶装置、この液晶装置を備えた電子機器、および当該液晶装置の製造方法に関するものである。さらに詳しくは、液晶装置における液晶の配向制御技術に関するものである。

一般に、液晶プロジェクタなどの投射型表示装置のライトバルブや携帯電話等の表示装置として用いられる液晶装置には、液晶を保持する基板の最表面に、液晶分子の配列を制御するための配向膜が形成されている。かかる配向膜としては、従来、ポリイミド等の有機膜をラビング処理したものが広く使用されている。しかしながら、このような有機配向膜は配向力に優れる反面、熱や光に弱く、長期間の使用によって、その配向力が次第に低下してしまうという問題点があった。例えば、投射型表示装置では、光束密度が２〜１０（ｌｍ／ｍｍ²）程度の高強度の光がライトバルブに照射されるため、有機配向膜は光源からの光や熱によって次第に分解されてしまい、液晶分子を所望のプレチルト角に配列できなくなる場合がある。

そこで、前記配向膜として無機配向膜を用い、この無機配向膜の形状効果によって液晶を配向させる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１に開示の技術では、斜方蒸着法により基板に対して斜めに配列した柱状構造物を形成する方法が開示されている。このような無機配向膜は、ポリイミド等の有機配向膜に比べて耐光性や耐溶剤性に優れており、液晶装置の信頼性を向上させることが可能である。
特開昭５７−１１２７１４号公報

しかしながら、特許文献１に開示の無機配向膜は、それを形成する工程で真空プロセスを用いるため、製造装置が大掛かりなものになってしまう。また、アクティブマトリクス型の液晶装置の電極面に配向膜を形成する場合、スイッチング素子の形成位置に対応して電極表面に段差部が形成されており、かかる段差部においては、斜方蒸着方向からみて影となる部分が発生する場合があり、所定の配向膜を形成できないという不具合が発生しやすい。このような不具合は、配向膜としての信頼性低下につながり、例えば液晶装置を表示装置として用いた場合、表示不良を生じさせる原因となるため、好ましくない。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、配向能力が高く、配向安定性および信頼性に優れた無機配向膜を備えた液晶装置、この液晶装置を備えた電子機器、および液晶装置の製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明では、対向配置された一対の基板の間に液晶を保持した液晶装置において、前記一対の基板のうち、少なくとも一方の基板の表面には、表面に多数条の溝が形成されているとともに、表面に多数の微細孔が開口する多孔質酸化膜からなる無機配向膜が形成され、前記液晶は、所定のプレチルト角をもって前記一対の基板の間で配向していることを特徴とする。

本発明において、無機配向膜の表面では多数の微細孔が開口しており、形状配向膜としての特性を発揮する。すなわち、液晶は、微細孔の内周面に沿って確実に配向され、高い配向能力を実現することができる。また、無機配向膜の表面には多数条の溝が形成されているため、その表面形状の影響も受ける結果、液晶は、所定のプレチルト角をもって配向するので、リバースチルトドメインなどの配向欠陥を防止することができる。さらに、配向膜は無機材料からなるため、ポリイミド等の有機配向膜に比べて耐光性や耐溶剤性に優れており、強い光が照射されても劣化することがない。

本発明において、前記多数条の溝は、例えば、いずれも同一方向に延びている。

本発明において、前記多孔質酸化膜は、多孔質陽極酸化膜から容易に形成することができる。すなわち、本発明を適用した液晶装置を製造する際、前記一対の基板のうち、少なくとも一方の基板の表面に無機配向膜を形成する無機配向膜形成工程では、少なくとも、前記一方の基板の表面に金属膜を形成する金属膜形成工程と、前記金属膜の表面に多数条の溝を形成する溝形成工程と、前記多数条の溝が形成された前記金属膜に陽極酸化を施して、表面で複数の微細孔が開口する多孔質陽極酸化膜を前記無機配向膜として形成する陽極酸化工程とを行うことを特徴とする。このような陽極酸化法を用いれば、基板に対して略垂直に延びた複数の微細孔が２次元配列された酸化膜を形成することがき、かつ、複数の微細孔が形成された酸化膜を形成することができる、このような酸化膜からなる配向膜は、液晶を概ね一方向、すなわち、初期状態（電圧無印加状態）において基板面に垂直に配向させることができる。また、配向膜を形成する際、真空装置を必要とせず、製造装置の構成を簡素化、小型化できる。また、陽極酸化法の場合には、斜方蒸着法と違って、表面に凹凸が存在する場合でも蒸着方向からみて影になる部分で配向ムラが生じるようなおそれもない。しかも、陽極酸化法を用いた場合には、前記微細孔のピッチ、サイズ、形状、深さ等を陽極酸化の条件によって調節することができる。一般に、金属膜を陽極酸化した場合、その陽極酸化の条件を変えることによって緻密で欠陥のない膜から多孔質な膜まで様々な膜を形成することができる。例えば大きな電流で短時間陽極酸化を行なった場合には、多数の微細孔がランダムに開口した多孔質膜が形成され、逆に小さな電流で長時間陽極酸化を行なった場合には、緻密で欠陥のない膜が形成される。また、その中間の条件をとった場合には、多数の微細孔が規則的に配列した２次元配列構造を有する多孔質膜が形成されるようになる。それ故、これらの陽極酸化条件を制御するだけで、最適な配向膜を容易に形成することができ、配向状態の安定化を図ることができる。

本発明において、前記溝形成工程では、前記金属膜の表面を布で擦れば、同一方向に延びた多数条の溝を形成することができる。また、多数の微細孔は、一定のピッチで規則的に配列されることが望ましい。こうすることで、均一な配向が得られるようになる。

本発明において、多孔質陽極酸化膜としては、アルミニウム（Ａｌ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、タングステン（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）等のいわゆるバルブ金属と呼ばれるものや、その合金の陽極酸化膜を用いることができるが、これらの金属の中でも、アルミニウムは前記のような微細孔を形成しやすい。前記多孔質陽極酸化膜として、アルミニウム膜あるいはアルミニウム合金膜の多孔質陽極酸化膜を用いる場合、前記金属膜形成工程において、前記金属膜として、アルミニウム膜あるいはアルミニウム合金膜を形成し、前記陽極酸化工程では、アルミニウム膜あるいはアルミニウム合金膜に対して、例えば、シュウ酸などの有機酸、リン酸、硫酸、あるいはクロム酸などの無機酸を配合した酸性電解液中で陽極酸化を行えばよい。

本発明において、前記多孔質酸化膜の下層側に液晶駆動電極が形成され、当該液晶駆動電極の上層に前記多孔質酸化膜が積層されている構成を採用できる。

本発明において、前記多孔質酸化膜の下層側では、液晶駆動電極の上層に絶縁膜が積層され、当該絶縁膜の上層に前記多孔質酸化膜が積層されている構成を採用してもよい。このように構成すると、陽極酸化を行った際、液晶駆動電極に腐食などが発生することを防止することができる。また、このような構成は、絶縁膜の下層側に互いに分離した液晶駆動電極が構成されている場合に効果的である。すなわち、互いに分離した液晶駆動電極の上層に絶縁膜が形成され、この絶縁膜の上層に多孔質酸化膜が形成されている場合には、多孔質酸化膜を多孔質陽極酸化膜で構成しようとした際、陽極酸化される金属の一部が残っているときでも、液晶駆動電極同士が短絡することがない。

本発明において、前記多孔質酸化膜の下層側には、当該多孔質酸化膜を構成する金属の層が残されている構成を採用することができる。すなわち、金属層の表面のみに陽極酸化を施して多孔質酸化膜の下層側に金属層を残してもよい。このように構成すると、金属層を液晶駆動電極あるいは反射層として用いることができる。

本発明において、前記一対の基板の双方に対して前記無機配向膜が形成されている構成を採用することができる。一対の基板の双方において配向膜を無機配向膜とすることにより、液晶装置の信頼性をより高めることができる。

また、前記一対の基板のうち、前記一方の基板のみに前記無機配向膜が形成され、他方の基板に有機配向膜が形成されている構成を採用してもよい。一方の基板には無機配向膜を形成する一方、他方の基板には、配向能力に優れた有機配向膜を構成すれば、液晶充填後の初期の配向状態（例えば液晶注入直後の配向状態）を安定させることができる。その理由は以下の通りである。形状効果によって液晶を配向させる形状配向膜では、液晶は準安定な配向状態をとり易く、液晶充填直後の配向状態は不安定になり易い。このため、液晶が最も安定な配向状態に遷移できるように、前述の形状効果による配向力の他に、これをアシストするような何らかの配向力を付与することが望ましい。一方、ポリイミド等の有機配向膜では、液晶の配向は有機配向膜と液晶との分子間力によって強固に規制されるため、前述の形状配向膜に比べて安定配向への遷移が確実に行なわれ、遷移するまでの時間も短い。このため、本形態のように他方の基板側を有機配向膜とすれば、有機配向膜の配向規制力を液晶層を介して間接的に一方の基板側に伝えることができ、その結果、無機配向膜近傍の液晶の配向状態を最も安定な状態に短時間で確実に遷移させることが可能になる。

本発明において、前記液晶は、例えば、ネマチック液晶である。

本発明を適用した液晶装置は、各種の電子機器に適用できる。例えば、光源部と、該光源部から出射された光を前記液晶装置に導く導光系と、前記液晶装置で光変調した光を拡大投射する拡大投射光学系とを有する投射型表示装置に用いることができる。投射型表示装置では、ライトバルブとして用いた液晶装置に高強度の光が照射されるが、本発明を適用して液晶装置によれば、かかる高強度の光が照射されても配向膜が劣化することがない。また、本発明を適用した液晶装置は、携帯電話機やモバイルコンピュータなどといった電子機器に用いてもよい。このような電子機器は、屋外で使用されることが多いが、本発明を適用して液晶装置によれば、かかる使用環境下で太陽光を受けても配向膜が劣化することがない。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。なお、以下で参照する各図面では、各構成要素を見易くするために各部の大きさや厚さを適宜異ならせている。

（液晶装置の構成例）
図１は、画素スイッチング素子としてＴＦＴを用いたアクティブマトリクス型液晶装置の電気的構成を示すブロック図である。図２は、このタイプの液晶装置を対向基板側からみたときの平面図である。図３（ａ）、（ｂ）は、図２のＨ−Ｈ′線で切断した様子を模式的に示す断面図、および複数の画素の断面構成を模式的に示す断面図である。

本発明は、アクティブマトリクス型あるいはパッシブマトリクス型のいずれの液晶装置に適用でき、かつ、アクティブマトリクス型の液晶装置としては、画素スイッチング素子として、ＴＦＴ（ＴｈｉｎＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ；三端子素子）、またはＴＦＤ（ＴｈｉｎＦｉｌｍＤｉｏｄｅ；二端子素子）のいずれを用いたものを用いることができる。そこで、代表的な液晶装置として、画素スイッチング素子としてＴＦＴを用いたアクティブマトリクス型の液晶装置の概略構成を説明しておく。

図１に示すアクティブマトリクス型の液晶装置１００では、後述する素子基板上で、互いに交差する複数のデータ線２９０と、複数の走査線２９１とが交差する部分に対応して多数の画素１１０がマトリクス状に配置されている。複数の画素１１０の各々には、画素電極２５０、および画素電極２５０を制御するための画素スイッチング用のＴＦＴ２４０が形成されており、画素信号を供給するデータ線２９０が当該ＴＦＴ２４０のソースに電気的に接続されている。また、各画素１１０には、画素電極２５０と、後述する対向基板の対向電極との間に液晶容量が形成されている。画素電極２５０は、ＴＦＴ２４０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ＴＦＴ２４０を一定期間だけそのオン状態とすることにより、データ線２９０から供給される画素信号を各画素１１０に所定のタイミングで書き込む。このようにして画素電極２５０を介して液晶容量に書き込まれた所定レベルの画素信号は、画素電極２５０と対向基板の対向電極との間で一定期間保持される。なお、保持された画素信号がリークするのを防ぐことを目的に、液晶容量と並列に蓄積容量２７０が付加されている。この蓄積容量２７０によって、画素電極２５０の電圧は、例えば、ソース電圧が印加された時間よりも３桁も長い時間だけ保持される。これにより、電荷の保持特性は改善され、コントラスト比の高い表示を行うことのできる液晶装置２００が実現できる。なお、蓄積容量２７０については、本形態のように、容量線２９２との間に形成する場合の他、前段の走査線２９１との間に形成する場合もある。

このような液晶装置１００は、具体的には、図２および図３（ａ）、（ｂ）に示すように、ＩＴＯ膜（透明導電膜）などからなる多数の画素電極２５０がマトリクス状に配置された素子基板２００と、同じくＩＴＯ膜（透明導電膜）などからなる対向電極３５０が形成された対向基板３００と、これらの基板２００、３００の間に封入、保持されている液晶１３０とから概略構成されている。素子基板２００および対向基板３００は、いずれも石英基板やガラス基板などから構成されている。素子基板２００では、画素電極２５０の上層側に配向膜２８０が形成され、対向基板３００では、対向電極２５０の上層側に配向膜２８０が形成されている。なお、対向基板３００において、素子基板２００の画素電極２５０の境界領域に対向する領域には、ブラックマトリクスと称せられる遮光膜３２０が形成されている。

このように構成した素子基板２００と対向基板３００とは、対向基板３００の外周縁に沿って形成されたギャップ材含有のシール材１６０によって所定の間隙を介して貼り合わされている。また、素子基板２００と対向基板３００との間では、シール材１６０によって液晶封入領域が区画形成され、この内側に液晶１３０が封入されている。ここで、液晶１３０は、配向膜２８０、３８０からの配向規制力を受けて所定の状態に配向している。

対向基板３００は、素子基板２００よりも小さく、対向基板３００と素子基板２００は、素子基板２００の外周縁が対向基板３００からはみ出た状態に貼り合わされている。素子基板２００に形成された駆動回路（走査線駆動回路１４１やデータ線駆動回路１４２）や入出力端子１９０は、対向基板３００から露出した状態にある。ここで、シール材１６０は部分的に途切れて、液晶注入口１７０が構成されており、液晶注入口１７０から素子基板２００と対向基板３００の間に液晶１３０を注入した後、液晶注入口１７０は封止材１６５で塞がれる。なお、対向基板３００にはシール材１６０の内側において画像表示領域１２０を見切りするための表示見切り用の遮光膜１５０が形成されている。また、対向基板３００のコーナー部のいずれにも、素子基板２００と対向基板３００との間で基板間導通を図るための上下導通材１９０が形成されている。

このように構成した液晶装置において、透過型の場合には、画素電極２５０および対向電極３５０の双方が透明電極で構成される。従って、例えば、矢印Ｌ１１で示すように、対向基板３００の側から入射したバックライト装置（図示せず）からの光は、素子基板２００の側に透過していく途中で、画素１１０毎に液晶１３０によって光変調され、所定の画像を表示する。また、矢印Ｌ１２で示すように、素子基板２００の側からバックライト装置からの光を入射させて、対向基板３００の側から出射することもできる。

これに対して、反射型の場合には、素子基板２００および対向基板３００のうちの一方側に反射層（図示せず）を設ける一方、他方側については光透過性を確保する。従って、例えば、矢印Ｌ１３で示すように、対向基板３００の側から入射した外光は、素子基板２００の側で反射して再び対向基板３００の側から出射していく途中で、画素１１０毎に液晶によって光変調され、所定の画像を表示する。この場合、素子基板２００の側に反射層を形成することになる。また、矢印Ｌ１４で示すように、素子基板２００の側から入射した外光を対向基板３００の側で反射して再び素子基板２００の側から出射することもできる。このような場合、反射層が形成される基板は透明基板である必要はない。

さらに、半透過反射型の液晶装置の場合、素子基板２００および対向基板３００のうちの一方側に、光透過性を部分的に備えた部分反射層（図示せず）を設ける一方、他方側については光透過性を確保する。この半透過反射型の液晶装置では、矢印Ｌ１１、Ｌ１２で示した透過モードでの表示、および矢印Ｌ１３、１４で示した反射モードでの表示の双方が可能である。

なお、液晶装置１００を用いて直視型のカラー表示装置を構成する場合には、各画素１１０に所定のカラーフィルタを形成する。これに対して、液晶装置１００をカラーの投射型表示装置のライトバルブとして用いる場合には、一般に各ライトバルブに所定の色光を入射させて色光毎に光変調した後、合成して投射する。従って、液晶装置１００自身にはカラーフィルタが形成されていない。

［第１の実施の形態］
（画素の構成）
図４は、本発明の第１の実施の形態に係る液晶装置の画素の基本構成を示す説明図である。以下、本発明の各実施の形態を説明するが、いずれのタイプの液晶装置においても、各画素の基本的な構成は、図４に示すように表される。すなわち、液晶装置１は、対向する一対の基板１０、２０の間に液晶層３０を挟持した構成を有し、下基板１０の内面側（液晶層側）には下電極１１と配向膜１２とが順次形成され、上基板２０の内面側には上電極２１と配向膜２２とが順次形成された構成を有している。ここで、図１〜図３を参照して説明したアクティブマトリクス型液晶装置の場合、下基板１０および上基板２０のうちの一方の基板が、ＴＦＴや画素電極が形成された素子基板に相当し、他方の基板が、対向電極が形成された対向基板に相当する。また、下電極１１および上電極２１のうちの一方が画素電極２５０に相当し、他方が対向電極３５０に相当する。さらに、配向膜１２、２２のうちの一方が配向膜２８０に相当し、他方が配向膜３８０に相当する。このような構成は、液晶装置１が透過型および反射型のいずれの場合も同様である。

本形態の液晶装置１において、配向膜１２、２２は、表面に多数条の微細な溝が形成されているとともに、表面に多数の微細孔が開口している多孔質のアルミナ陽極酸化膜からなる無機配向膜として構成されている。

（製造方法）
かかる配向膜１２、２２の詳細な構成を、図５〜図７を参照しながら、その製造方法とともに説明する。図５（ａ）、（ｂ）は、図４に示す液晶装置の配向膜形成工程で行う溝形成工程の説明図である。図６（ａ）、（ｂ）は、図４に示す液晶装置の配向膜形成工程で行う陽極酸化工程の説明図である。図７（ａ）、（ｂ）は、本形態に係る方法で形成した配向膜によって液晶が所定のプレチルト角をもって配向する様子を示す説明図、および図４に示す溝形成工程での条件とプレチルト角との関係を示すグラフである。

本形態ではまず、図５（ａ）に示すように、画素電極２５０や対向電極３５０などの液晶駆動電極を下電極１１あるいは上電極２１として下基板１０および上基板２０に形成した後、金属膜形成工程において、下基板１０および上基板２０の全面に陽極酸化可能な金属膜Ｍ１を形成する。金属膜Ｍ１としては、アルミニウム（Ａｌ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、タングステン（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）などのいわゆるバルブ金属と呼ばれるものやその合金を使用することができるが、アルミニウムまたはその合金が好ましい。本形態においては、金属膜Ｍ１として、例えば純度９９．９９％のアルミニウムをスパッタ等により下基板１０および上基板２０に２００ｎｍ程度堆積させた膜を用いる。

次に、溝形成工程において、レーヨンなどの繊維５１をロール面に備えたローラ５０を回転させながら、ローラ面で金属膜Ｍ１の表面を擦るような状態のまま、ローラ５０を矢印Ｂで示す方向に移動させる。その結果、図５（ｂ）に示すように、金属膜Ｍ１の表面に多数条の微細な溝Ｍ１０が形成される。このようにして形成した多数の溝Ｍ１０は、いずれも同一方向（ローラの移動方向／矢印Ｂで示す方向）に延びている。

次に、アセトン等で金属膜Ｍ１の表面に脱脂処理を行なった後、図６（ａ）に示すように、陽極酸化工程において、所定の電解液Ｅを用いて金属膜Ｍ１を陽極酸化する。電解液Ｅとしては、シュウ酸、リン酸、硫酸、クロム酸等の弱酸性の電解液が好適であり、本例では、０．３Ｍ（ｍｏｌ／ｌ）の硫酸水溶液を用いる。いずれの場合も、電解液Ｅとしては、金属膜Ｍ１に対する皮膜形成能力と皮膜溶解能力を備えたものが用いられる。

陽極酸化は、例えば以下の条件
電解液Ｅの液温：２０℃
印加電圧：直流３０Ｖ
陰極Ｍ２：白金（Ｐｔ）
陽極酸化時間：１時間
で行う。その際、金属膜Ｍ１に対する給電は、金属膜Ｍ１に直接、給電してもよいが、上電極１１あるいは下電極２１が対向電極３５０（図３参照）のように全面に形成された電極の場合、対向電極３５０を介して金属膜Ｍ１に給電してもよい。また、上電極１１あるいは下電極２１が画素電極２５０（図３参照）のように独立している電極の場合でも、画素スイッチング用ＴＦＴ２４０をオン状態にし、画素電極２５０を介して金属膜Ｍ１に給電してもよい。

このような陽極酸化処理を行なうと、金属膜Ｍ１の表面では、アルミニウムの酸化と、皮膜溶解とが起こり、金属膜Ｍ１は、図６（ｂ）に示すように、ナノメートルスケールの小さな孔（ナノホール）が規則的に配列した酸化アルミニウムからなる多孔質の陽極酸化膜４０（多孔質酸化膜）が形成されていく。これは、酸化によってアルミニウム膜の体積が増加し、これによって生じた膜中のストレスを緩和するように、前記孔が自己組織的に再配列されることによる。そして更に陽極酸化を進めていくと、前記孔は孔径を広げながら下層側に延びていき、最終的に、金属膜Ｍ１を貫通したナノホールアレイが形成される。ここで、多孔質陽極酸化膜１２は、セルと呼ばれる一定サイズの円柱状のアルミナ層Ｃが細密充填した構造からなる。各セルＣの中心には均一な径の微細孔（ポア）Ｐが開口しており、この微細孔Ｐが膜面に垂直に配向して配列するという特異な幾何学構造となっている。各微細孔Ｐのピッチ（即ち、セルＣのサイズ）、サイズ、深さ、下地のアルミニウムの残存率は、電解液Ｅの濃度、温度、陽極酸化時の電圧、電流密度、時間を変えることによって制御することができる。また、適切な条件を選択することで、これらの微細孔Ｐが、形状、サイズ、深さ等において均一で、且つこれらが長距離にわたって一定のピッチで規則配列したホールアレイ構造を形成することが可能である。このような構造を作ることで、均一な配向が得られるようになる。

なお、本例では、長時間（例えば１時間）の陽極酸化を行なうことによって、下地のアルミニウム（金属膜Ｍ１）全体を多孔質陽極酸化膜４０とした。こうすることによって、可視光が透過可能になる。

本形態では、このようにして形成した多孔質陽極酸化膜４０を下基板１０の配向膜１２、および上基板２０の配向膜２２として利用する。そして、配向膜１２、２２を形成した後は、下基板１０と上基板２０とを貼り合わせて空セルを作製し、この空セルの中に誘電異方性が正の液晶３０を充填（例えば真空注入）する。以上により、液晶装置１が製造される。

このように構成した液晶装置１において、配向膜１２、２２は、表面に多数条の溝Ｍ１０が形成されているとともに、表面に多数の微細孔が開口している。これらの配向膜１２、２２は、形状効果（膜面に形成された構造物と対象物との相互作用）によって配向制御を行なう形状配向膜の一種であって、図７（ａ）に示すように、酸化膜表面に形成された溝Ｍ１０および微細孔Ｐ（図示せず）によって、配向膜近傍の液晶分子Ｌの配向状態を規定している。すなわち、微細孔Ｐは、液晶分子Ｌを吸着することによって、液晶分子Ｌを、例えば、その孔の内壁に沿う方向（基板面に垂直な方向）に配向させる。

その際、液晶分子Ｌは、溝Ｍ１０の影響を受けて所定のプレチルト角をもって配向する。例えば、図５（ａ）に示す溝形成工程を行う際の繊維５１の接触長Ａｍｍ（溝Ｍ１０の深さに対応する）と、プレチルト角θｐとの関係は、図７（ｂ）に示すように表される。図７（ｂ）に示すように、繊維５１の接触長Ａが０ｍｍの場合、すなわち、溝Ｍ１０を形成しない場合、液晶分子Ｌは、基板面に略垂直であり、プレチルト角θｐが９０°である。これに対して、繊維５１を金属膜Ｍ１に接触させると、その接触長Ａ（溝Ｍ１０の深さ）に応じたプレチルト角θｐが得られ、繊維５１の金属膜Ｍ１への接触長Ａが長いほど、すなわち溝Ｍ１０が深いほど、液晶分子Ｌが基板面に向けて倒れ、プレチルト角θｐが小さくなっていくことが分かる。

このような垂直配向型の配向膜１２、２２を形成した場合には、液晶層３０として誘電異方性が正のネマチック液晶を用いることで、電圧による液晶分子Ｌの配向制御が可能になる。すなわち、本形態の液晶装置１では、液晶層３０を構成する液晶分子Ｌは、両電極１１、２１に電圧が印加されていない状態（非選択状態、初期配向状態）では、配向膜１２、２２の配向規制力によって基板１０、２０に対して所定のプレチルト角θｐ分だけ、倒れた方向に配向している一方、両電極１１、２１間に電圧が印加される（選択状態とされる）と、基板１０、２０に略垂直になる。よって、この液晶装置１を、偏光方向をクロスした２枚の偏光板で挟み込めば、非選択状態において白表示、選択状態において黒表示を実現することができる。しかも、本形態では、両電極１１、２１に電圧が印加されていない状態（非選択状態、初期配向状態）において、液晶分子Ｌは、予め基板１０、２０に対して所定のプレチルト角θｐ分だけ傾いているため、選択状態において液晶分子Ｌはいずれも一斉に基板面に垂直な方向に向くため、リバースチルトドメインなどといった配向欠陥が発生しない。

また、本実施形態では、配向膜１２、２２が無機材料からなるため、ポリイミド等の有機配向膜に比べて耐光性や耐溶剤性に優れており、後述する電子機器に搭載した際、強い光が照射されても劣化することがない。

さらに、本形態では、無機材料からなる配向膜１２、２２を形成するにあたって、陽極酸化法を用いたため、基板に対して略垂直に延びた複数の微細孔が２次元配列された酸化膜を形成することがきる、このような酸化膜からなる配向膜は、液晶分子Ｌを概ね一方向、すなわち、初期状態（電圧無印加状態）において垂直に配向させることができる。また、配向膜１２、２２を形成する際、真空装置を必要とせず、製造装置の構成を簡素化、小型化できる。また、陽極酸化法の場合には、斜方蒸着法と違って、表面に凹凸が存在する場合でも蒸着方向からみて影になる部分で配向ムラが生じるようなおそれもない。

しかも、陽極酸化法を用いた場合には、微細孔Ｐのピッチ、サイズ、形状、深さ等を陽極酸化の条件によって調節することができる。一般に、金属膜Ｍ１を陽極酸化した場合、その陽極酸化の条件を変えることによって緻密で欠陥のない膜から多孔質な膜まで様々な膜を形成することができる。例えば大きな電流で短時間陽極酸化を行なった場合には、多数の微細孔Ｐがランダムに開口した多孔質膜が形成され、逆に小さな電流で長時間陽極酸化を行なった場合には、緻密で欠陥のない膜が形成される。また、その中間の条件をとった場合には、多数の微細孔Ｐが規則的に配列した２次元配列構造を有する多孔質膜が形成されるようになる。それ故、これらの陽極酸化条件を制御するだけで、最適な配向膜を容易に形成することができ、配向状態の安定化を図ることができる。しかも、微細孔Ｐの径については、陽極酸化の条件によって、数ｎｍ〜数百ｎｍの範囲で制御できる。

なお、本実施形態においては、溝Ｍ１０を形成するにあたって、繊維５１で擦る方法を採用したが、このような方法に限らず、金属膜Ｍ１の表面にレジストパターンを形成した後、金属膜Ｍ１の表面をエッチングしてもよい。また、本実施形態では、陽極酸化膜１２に高度に規則的な２次元配列構造を形成したが、この配列構造は必ずしも膜面全体にわたって完全に規則的である必要はない。例えば、前述のような微細孔Ｐがその配列状態を維持したまま不規則な位置にまばらに形成されるようなものであってもよい。また、各微細孔Ｐは膜面に完全に垂直でなくてもよく、全体としてそれらの延在方向に方向性を持っていればよい。

また、溝Ｍ１０を形成するにあたっては、繊維５１で擦る方法の他、金属膜Ｍ１の表面にレジストパターンを形成した後、金属膜Ｍ１の表面をエッチングしてもよい。

［第２の実施の形態］
図８は、本発明の第２の実施の形態に係る液晶装置の画素の基本構成を示す説明図である。なお、本実施形態において、前記第１の実施の形態と共通の部材または部位については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。

図８に示すように、本実施形態において前記第１の実施形態と異なる点は、電極と配向膜との間に前記電極を保護するための絶縁保護膜を配置した点のみである。すなわち、前記第１の実施形態では、ＩＴＯ等の液晶駆動電極（下電極１１、上電極２１）の表面に直接、金属膜Ｍ１を形成したが、本実施形態では、金属膜Ｍ１を形成する前に、下電極１１および上電極２１の表面に電解液Ｅ（本例では０．５Ｍのシュウ酸）に対して耐食性を有する絶縁保護膜１３、２３を形成している。従って、金属膜Ｍ１に対する給電は、金属膜Ｍ１に直接、給電することになる。このような構成は、液晶装置１が透過型および反射型のいずれの場合も適用可能である。その他の構成は、第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。

このように本形態では、絶縁保護膜１３、２３を形成してから陽極酸化を行うため、下地の電極１１、２１が電解液Ｅによって腐食されるのを防止することができる。よって、本実施形態の液晶装置１によれば、液晶装置１の歩留まりや信頼性を向上させることができる。

また、絶縁保護膜１３、２３は、ＳｉＯ_２等の無機絶縁膜によって構成されている。このため、図３に示す画素電極２５０の上層側に形成した金属膜Ｍ１を陽極酸化した際、金属膜Ｍ１の一部が酸化されずに残ったとしても、これによって画素電極２５０間に短絡が生じることはない。なお、画素スイッチング素子として、ＴＦＤを用いた液晶装置において、帯状に形成される対向電極においても、本実施形態を適用すれば、対向電極同士の短絡を防止できる。

［第３の実施の形態］
図９は、本発明の第３の実施の形態に係る液晶装置の画素の基本構成を示す説明図である。なお、本実施形態に係る液晶装置は反射型であるが、前記第１の実施の形態と共通の部材または部位については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。

図９に示すように、本実施形態において前記第１の実施形態と異なる点は、まず、下基板１０において、下電極１１′については、高反射率の金属膜からなる反射電極として構成し、かつ、この金属膜の表面を、第１の実施形態と同様、陽極酸化して多孔質陽極酸化膜からなる配向膜１２を形成した点にある。次に、上基板２０側の配向膜２２′については、ポリイミド等の有機配向膜とした点である。

このように構成すると、液晶駆動電極や反射層を別途、形成する必要がないので、工程数を削減できる。

また、上基板２０側の配向膜２２については、配向能力に優れる有機配向膜としたため、液晶充填後の初期の配向状態（例えば液晶注入直後の配向状態）を安定させることができる。すなわち、無機配向膜からなる配向膜１２のように形状効果によって液晶分子Ｌを配向させる形状配向膜では、液晶分子Ｌは準安定な配向状態をとり易く、液晶充填直後の配向状態は不安定になり易い。このため、液晶分子Ｌが最も安定な配向状態に遷移できるように、前述の形状効果による配向力の他に、これをアシストするような何らかの配向力を付与することが望ましい。一方、ポリイミド等の有機配向膜では、液晶分子Ｌの配向は有機配向膜と液晶分子Ｌとの分子間力によって強固に規制されるため、前述の無機配向膜１２に比べて安定配向への遷移が確実に行なわれ、遷移するまでの時間も短い。このため、本実施形態のように上基板２０の配向膜２２′を有機配向膜とすることで、その有機配向膜の配向規制力を液晶層３０を介して間接的に下基板１０側に伝えることができ、この結果、配向膜１２近傍の液晶分子Ｌの配向状態を最も安定な状態に短時間で確実に遷移させることが可能になる。それ故、本実施形態によれば、液晶装置１の配向安定性や信頼性を更に高めることができる。

［電子機器への搭載例１］
次に、第１の実施形態および第２の実施形態に係る液晶装置を備えた電子機器について説明する。ここでは、一例として、液晶装置をライトバルブ（光変調手段）として備えた透過型の投射型表示装置について説明する。

図１０は、本例の投射型表示装置の一例である３板式のカラー液晶プロジェクタの概略構成を示す図である。この図に示す投射型表示装置５００において、５１０は光源部、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は透過型液晶ライトバルブ、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。

光源部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、光源部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、第１および第２の実施形態に係る液晶装置１を備えた赤色光用液晶ライトバルブ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、第１および第２の実施形態に係る液晶装置１を備えた緑色光用液晶ライトバルブ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第１および第２の実施形態に係る液晶装置１を備えた青色光用液晶ライトバルブ５２４に入射される。赤色光用液晶ライトバルブ５２２、緑色光用液晶ライトバルブ５２３、青色光用液晶ライトバルブ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５２２ａ、５２３ａ、５２４ａで直線偏光となった光は液晶ライトバルブ５２２、５２３、５２４により変調された後、出射側偏光板５２２ａ、５２３ａ、５２４ａを通過するが、その際、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。

各液晶ライトバルブ５２２、５２３、５２４、入射側偏光板５２２ａ、５２３ａ、５２４ａ、および出射側偏光板５２２ａ、５２３ａ、５２４ａ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、拡大投射光学系である投射レンズ５２６によってスクリーン５２７上に投射され、画像が拡大されて表示される。

本例の投射型表示装置５００は、前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。本例では、従来、ポリイミド有機膜を配向膜に用いた場合に２０００時間であった寿命を１００００時間以上にすることができた。

なお、本例では赤色光用、緑色光用、青色光用の各液晶ライトバルブに前記実施形態の液晶装置を用いたが、必ずしも全ての液晶ライトバルブに本発明が適用される必要はなく、少なくともいずれかの液晶ライトバルブに適用すれば、耐久性の向上を図ることができる。この場合、特に光のエネルギーが高い青色光用の液晶ライトバルブに適用するのが効果的である。

［電子機器への搭載例２］
次に、第３の実施の形態に係る液晶装置を備えた電子機器について説明する。ここでは、一例として、液晶装置をライトバルブ（光変調手段）として備えた反射型の投射型表示装置について説明する。

図１１は、本例の投射型表示装置の一例である３板式のカラー液晶プロジェクタの概略構成を示す図である。図１１に示す投射型表示装置７００は、システム光軸Ｌに沿って配置した光源部７１０、インテグレータレンズ７２０、偏光変換素子７３０から概略構成される偏光照明装置７００、この偏光照明装置７００から出射されたＳ偏光光束をＳ偏光光束反射面７４１により反射させる偏光ビームスプリッタ７４０、偏光ビームスプリッタ７４０のＳ偏光光束反射面７４１から反射された光のうち、青色光（Ｂ）の成分を分離するダイクロックミラー７４２、分離された青色光（Ｂ）を変調する反射型液晶ライトバルブ７４５Ｂ、青色光が分離された後の光束のうち、赤色光（Ｒ）の成分を反射させて分離するダイクロックミラー７４３、分離された赤色光（Ｒ）を変調する反射型液晶ライトバルブ７４５Ｒ、ダイクロックミラー７４３を通過する残りの光の緑色光（Ｇ）を変調する反射型液晶ライトバルブ７４５Ｇ、３つの反射型液晶ライトバルブ７４５Ｒ、７４５Ｇ、７４５Ｂにて変調された光をダイクロックミラー７４３、７４２、偏光ビームスプリッタ７４０にて合成し、この合成光をスクリーン７６０に投射する投射レンズからなる拡大投射光学系７５０から構成されている。前記３つの反射型液晶ライトバルブ７４５Ｒ、７４５Ｇ、７４５Ｂには、それぞれ前述の実施形態で説明した液晶装置が用いられている。

光源部７１０から出射されたランダムな偏光光束は、インテグレータレンズ７２０により複数の中間光束に分割された後、第２のインテグレータレンズを光入射側に有する偏光変換素子７２０により偏光光束がほぼ揃った一種類の偏光光束（Ｓ偏光光束）に変換されてから偏光ビームスプリッタ７４０に至るようになっている。偏光変換素子７３０から出射されたＳ偏光光束は、偏光ビームスプリッタ７４０のＳ偏光光束反射面７４１によって反射され、反射された光束のうち、青色光（Ｂ）の光束がダイクロックミラー７４２の青色光反射層にて反射され、反射型液晶ライトバルブ７４５Ｂによって変調される。また、ダイクロックミラー７４２の青色光反射層を透過した光束のうち、赤色光（Ｒ）の光束はダイクロックミラー７４３の赤色光反射層にて反射され、反射型液晶ライトバルブ７４５Ｒによって変調される。一方、ダイクロックミラー７４３の赤色光反射層を透過した緑色光（Ｇ）の光束は反射型液晶ライトバルブ７４５Ｇにより変調される。以上のようにして反射型液晶ライトバルブ７４５Ｒ、７４５Ｇ、７４５Ｂによって色光の変調がなされる。これらの液晶パネルの画素から反射された色光のうち、Ｓ偏光成分はＳ偏光を反射する偏光ビームスプリッタ７４０を通過せず、Ｐ偏光成分は通過する。この偏光ビームスプリッタ７４０を透過した光により画像が形成される。

本例の投射型表示装置は、前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。

［その他の電子機器への搭載例］
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。例えば、前記各実施の形態の液晶装置は、前述した投射型表示装置に限らず、種々の電子機器に搭載することができる。このような電子機器としては、例えば、図１２（ａ）に示す携帯電話１０００、図１２（ｂ）に示すページャ１１００、図１２（ｃ）に示すモバイルコンピュータ１２００を挙げることができ、本発明を適用した液晶装置１は、これらの電子機器に表示部１００１、１１０１、１２０１として搭載される。このような電子機器は、屋外で使用されることが多いが、本発明を適用して液晶装置を用いれば、かかる使用環境下で太陽光を受けても配向膜が劣化することがない。

また、本発明を適用した液晶装置１は、その他にも、ディジタルスチルカメラ、液晶テレビ、ビューファインダ型あるいはモニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、タッチパネルを備えた電子機器などに対して表示装置として搭載される。

また、上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

画素スイッチング素子としてＴＦＴを用いたアクティブマトリクス型液晶装置の電気的構成を示すブロック図である。図１に示す液晶装置を対向基板側からみたときの平面図である。（ａ）、（ｂ）は、図２のＨ−Ｈ′線で切断した様子を模式的に示す断面図、および複数の画素の断面構成を模式的に示す断面図である。本発明の第１の実施の形態に係る液晶装置の画素の基本構成を示す説明図である。（ａ）、（ｂ）は、図４に示す液晶装置の配向膜形成工程で行う溝形成工程の説明図である。（ａ）、（ｂ）は、図４に示す液晶装置の配向膜形成工程で行う陽極酸化工程の説明図である。（ａ）、（ｂ）は、本発明に係る方法で形成した配向膜によって液晶が所定のプレチルト角をもって配向する様子を示す説明図、および図４に示す溝形成工程での条件とプレチルト角との関係を示すグラフである。本発明の第２の実施の形態に係る液晶装置の画素の基本構成を示す説明図である本発明の第３の実施の形態に係る液晶装置の画素の基本構成を示す説明図である。本発明を適用した透過型の液晶装置を用いたカラー液晶プロジェクタの概略構成を示す図である本発明を適用した反射型の液晶装置を用いたカラー液晶プロジェクタの概略構成を示す図である。（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明を適用した液晶装置を搭載した電子機器の説明図である。

符号の説明

１液晶装置、１０下基板、１１下電極、１２、２２配向膜、２０上基板、２１上電極、３０液晶層、Ｃセル、Ｌ液晶分子、Ｍ１金属膜、Ｍ１０溝、Ｐ微細孔

Claims

対向配置された一対の基板の間に液晶を保持した液晶装置において、
前記一対の基板のうち、少なくとも一方の基板の表面には、表面に多数条の溝が形成されているとともに、表面に多数の微細孔が開口する多孔質酸化膜からなる無機配向膜が形成され、
前記液晶は、所定のプレチルト角をもって前記一対の基板の間で配向していることを特徴とする液晶装置。
請求項１において、前記多数条の溝は、いずれも同一方向に延びていることを特徴とする液晶装置。
請求項１または２において、前記多孔質酸化膜は、多孔質陽極酸化膜からなることを特徴とする液晶装置。
請求項３において、前記多孔質陽極酸化膜は、アルミニウム膜あるいはアルミニウム合金膜の多孔質陽極酸化膜からなることを特徴とする液晶装置。
請求項３または４において、前記多孔質酸化膜の下層側に液晶駆動電極が形成され、当該液晶駆動電極の上層に前記多孔質酸化膜が積層されていることを特徴とする液晶装置。
請求項３または４において、前記多孔質酸化膜の下層側では、液晶駆動電極の上層に絶縁膜が積層され、当該絶縁膜の上層に前記多孔質酸化膜が積層されていることを特徴とする液晶装置。
請求項３または４において、前記多孔質酸化膜の下層側には、当該多孔質酸化膜を構成する金属の層が残されていることを特徴とする液晶装置。
請求項１ないし７のいずれかにおいて、前記一対の基板の双方に対して前記無機配向膜が形成されていることを特徴とする液晶装置の製造方法。
請求項１ないし７のいずれかにおいて、前記一対の基板のうち、前記一方の基板のみに前記無機配向膜が形成され、他方の基板に有機配向膜が形成されていることを特徴とする液晶装置。
請求項１ないし９のいずれかにおいて、前記液晶は、ネマチック液晶であることを特徴とする液晶装置。
請求項１ないし１０のいずれかに記載の液晶装置を備えていることを特徴とする電子機器。
請求項１１において、光源部と、該光源部から出射された光を前記液晶装置に導く導光系と、前記液晶装置で光変調した光を拡大投射する拡大投射光学系とを有することを特徴とする電子機器。
対向配置された一対の基板の間に液晶を保持した液晶装置の製造方法において、
前記一対の基板のうち、少なくとも一方の基板の表面に無機配向膜を形成する無機配向膜形成工程では、少なくとも、前記一方の基板の表面に金属膜を形成する金属膜形成工程と、前記金属膜の表面に多数条の溝を形成する溝形成工程と、前記多数条の溝が形成された前記金属膜に陽極酸化を施して、表面で複数の微細孔が開口する多孔質陽極酸化膜を前記無機配向膜として形成する陽極酸化工程とを行うことを特徴とする液晶装置の製造方法。
請求項１３において、前記溝形成工程では、前記金属膜の表面を布で擦ることを特徴とする液晶装置の製造方法。
請求項１３または１４において、前記金属膜は、アルミニウム膜あるいはアルミニウム合金膜からなり、前記陽極酸化工程では、酸性電解液中で陽極酸化を行うことを特徴とする液晶装置の製造方法。