JP2006309129A - シール構造、シール方法、液晶装置、その製造方法およびプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】水分の浸入を防止することが可能な、液晶装置６０を提供する。
【解決手段】一対の基板１０，２０間の周縁部に第１シール材１９が配設され、その中央部に液晶層５０が封止された液晶装置６０の製造方法であって、基板１０，２０に形成された無機配向膜１６，２２の表面における第１シール材１９の外側に、水硬性材料からなる第２シール材８０が配設されている構成とした。その第２シール材８０は、金属アルコキシドを主成分とする材料で構成されていることが望ましい。
【選択図】図６

Description

本発明は、シール構造、シール方法、液晶装置、その製造方法およびプロジェクタに関するものである。

液晶プロジェクタ等の投射型表示装置の光変調手段として用いられる液晶装置は、一対の基板間の周縁部にシール材が配設され、その中央部に液晶層が封止されて構成されている。その一対の基板の内側には液晶層に電圧を印加する電極が形成され、その電極の内側には非選択電圧印加時において液晶分子の配向を制御する配向膜が形成されている。そして、非選択電圧印加時と選択電圧印加時との液晶分子の配向変化に基づいて光源光が変調され、画像光が作製される構成となっている。

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。ラビング処理とは、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。その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、非選択電圧印加時の液晶分子を所定方向に配向させることができるようになっている。また側鎖アルキル基により、液晶分子にプレティルトを与えることができるようになっている。

しかしながら、このような有機配向膜を備えた液晶装置をプロジェクタの光変調手段として採用した場合には、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るおそれがある。そして長期間の使用後には、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おそれがある。

そこで、耐光性および耐熱性に優れた無機材料からなる配向膜の採用が検討されている。この無機配向膜の製造方法として、イオンビームスパッタ法や斜方蒸着法等が提案されている（例えば、特許文献１参照）。これらの方法は、基板に対して所定の入射角度で無機材料の粒子を連続入射させ、無機材料の柱状構造体を形成して無機配向膜を構成するものである。液晶装置ではこの柱状構造体に沿って液晶分子が配向するので、この無機配向膜により液晶分子に対する配向規制およびプレティルトの付与が可能となっている。
特開昭５７−１５７２１４号公報

ところで、一対の基板間に液晶層を封止するためには、無機配向膜の表面にシール材を配設する必要がある。しかしながら、柱状構造体からなる無機配向膜は多孔質であるため、シール材と無機配向膜との界面に大きな隙間が形成されるおそれがある。この隙間を通って、液晶装置の外部から液晶層に水分や不純物等が浸入した場合には、主に液晶装置における液晶分子の配向制御機能が阻害される。その結果、液晶プロジェクタの信頼性を低下させることになる。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、水分や不純物等が浸入する可能性を低減することが可能なシール構造、シール方法、液晶装置およびその製造方法の提供を目的とする。また、信頼性に優れたプロジェクタの提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明のシール構造は、多孔質層の表面に第１シール材を配設してシールを行う構造であって、前記多孔質層の表面に、水硬性を有する第２シール材が配設されていることを特徴とする。
この構成によれば、第２シール材によって水分を吸収することが可能になる。したがって、シール材と多孔質層との界面や多孔質層の内部を通って水分が侵入する可能性を低減することができる。

一方、本発明の液晶装置は、一対の基板間に第１シール材が配設されて液晶層が封止された液晶装置であって、前記一対の基板間における前記液晶層の周囲に、水硬性を有する第２シール材が配設されていることを特徴とする。
この構成によれば、液晶装置の外部から液晶層に浸入する水分を、第２シール材によって吸収することが可能になる。したがって、液晶層に水分が侵入する可能性を低減することができる。

また前記基板の内面には、多孔質の配向膜が形成されていることが望ましい。
この構成によれば、シール材と配向膜との界面や配向膜の内部を通って液晶層に水分が侵入する可能性を低減することができる。

また前記第２シール材は、前記第１シール材の外側に配設されていることが望ましい。
この構成によれば、第２シール材が外部に露出するので、第２シール材を確実に硬化させることができる。また液晶層には第１シール材が接触するので、液晶装置の信頼性を低下させることがない。

また前記第２シール材は、金属アルコキシドを主成分とする材料で構成されていることが望ましい。
この構成によれば、水分を吸収して硬化する水硬性材料を構成することができる。

一方、本発明の液晶装置の製造方法は、一対の基板間に第１シール材が配設されて液晶層が封止された液晶装置の製造方法であって、前記第１シール材により貼り合わされた前記一対の基板の側面から、前記一対の基板間の周縁部に水硬性材料を塗布して、第２シール材を配設することを特徴とする。
この構成によれば、一対の基板間の周縁部に第２シール材を配設することが可能になり、液晶層に水分が侵入する可能性を低減することができる。
一方、本発明のシール方法は、多孔質層の表面にシール材を配設してシールを行う方法であって、前記多孔質層における前記シール材の配設領域に、前記シール材との親和性を向上させる処理を施すことを特徴とする。
この構成によれば、多孔質層に対してシール材を充填することが可能になる。したがって、シール材と多孔質層との界面や多孔質層の内部を通って水分等が浸入する可能性を低減することができる。

一方、本発明の液晶装置の製造方法は、一対の基板間にシール材が配設されて液晶層が封止された液晶装置の製造方法であって、前記基板における前記シール材の配設領域に、前記シール材との親和性を向上させる処理を施すことを特徴とする。
この構成によれば、基板に対してシール材を充填することが可能になる。したがって、水分等が液晶層に浸入する可能性を低減することができる。

また前記処理は、前記シール材の配設領域のみに対して行うことが望ましい。
この構成によれば、シール材の配設領域のみが活性化されるので、それ以外の領域に吸湿性が付与されることはない。

また前記処理は、前記基板上に形成された多孔質の配向膜に対して行うことが望ましい。
この構成によれば、多孔質の配向膜にシール材を充填することが可能になる。したがって、シール材と配向膜との界面や配向膜の内部を通って水分等が浸入する可能性を低減することができる。

また前記処理は、光を照射して行うことが望ましい。
また前記処理は、プラズマ処理であってもよい。
また前記処理は、表面改質剤を被覆して行ってもよい。
これらの構成によれば、シール材との親和性を向上させることができる。

一方、本発明の液晶装置は、上述した液晶装置の製造方法を使用して製造したことを特徴とする。
この構成によれば、水分等が液晶層に浸入する可能性の少ない液晶装置を提供することができる。

一方、本発明のプロジェクタは、上述した液晶装置を光変調手段として備えたことを特徴とする。
この構成によれば、液晶層に水分等が浸入する可能性の少ない液晶装置を備えているので、液晶装置の各種機能を維持することが可能になり、信頼性に優れたプロジェクタを提供することができる。

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。なお本明細書では、液晶装置の各構成部材における液晶層側を内側と呼び、その反対側を外側と呼ぶことにする。また、「非選択電圧印加時」および「選択電圧印加時」とは、それぞれ「液晶層への印加電圧が液晶のしきい値電圧近傍である時」および「液晶層への印加電圧が液晶のしきい値電圧に比べて十分高い時」を意味しているものとする。

（第１実施形態）
最初に、本発明の第１実施形態について説明する。
図６に示すように、第１実施形態に係る液晶装置は、一対の基板１０，２０間の周縁部に第１シール材１９が配設され、その中央部に液晶層５０が封止された液晶装置６０であって、基板１０，２０の間における第１シール材１９の外側に、水硬性材料からなる第２シール材８０が配設されているものである。なお本実施形態では、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。

（液晶装置）
図１は、液晶装置のＴＦＴアレイ基板の平面図である。ＴＦＴアレイ基板１０の中央には画像作製領域１０１が形成されている。その画像作製領域１０１の周縁部に第１シール材１９が配設されて、画像作製領域１０１に液晶層（不図示）が封止されている。この液晶層は基板上に液晶を直接塗布して形成されたものであり、第１シール材１９には液晶の注入口が設けられていない。その第１シール材１９の外側には、本実施形態の特徴的部分である第２シール材８０が配設されている。その第２シール材の外側には、後述する走査線に走査信号を供給する走査線駆動素子１１０と、後述するデータ線に画像信号を供給するデータ線駆動素子１２０とが実装されている。その駆動素子１１０，１２０から、ＴＦＴアレイ基板１０の端部の接続端子７９にかけて、配線７６が引き廻されている。

一方、ＴＦＴアレイ基板１０に貼り合わされる対向基板（不図示）には、共通電極２１が形成されている。この共通電極２１は画像作製領域１０１のほぼ全域に形成され、共通電極２１の四隅には基板間導通部７０が設けられている。その基板間導通部７０から接続端子７９にかけて、配線７８が引き廻されている。
そして、外部から入力された各種信号が、接続端子７９を介して画像作製領域１０１に供給されることにより、液晶装置が駆動されるようになっている。

（等価回路）
図２は、液晶装置の等価回路図である。透過型液晶装置の画像作製領域を構成すべくマトリクス状に配置された複数のドットには、それぞれ画素電極９が形成されている。また、その画素電極９の側方には、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が形成されている。このＴＦＴ素子３０のソースにはデータ線６ａが接続されている。各データ線６ａには、上述したデータ線駆動素子から画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎが供給されるようになっている。

また、ＴＦＴ素子３０のゲートには走査線３ａが接続されている。走査線３ａには、上述した走査線駆動素子から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。一方、ＴＦＴ素子３０のドレインには画素電極９が接続されている。そして、走査線３ａから供給された走査信号Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｍにより、スイッチング素子であるＴＦＴ素子３０を一定期間だけオンにすると、データ線６ａから供給された画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎが、画素電極９を介して各ドットの液晶に所定のタイミングで書き込まれるようになっている。

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、保持された画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎがリークするのを防止するため、画素電極９と容量線３ｂとの間に蓄積容量１７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状態が変化する。これにより、液晶に入射した光源光が変調されて、画像光が作製されるようになっている。

（平面構造）
図３は、液晶装置の平面構造の説明図である。本実施形態の液晶装置では、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ている。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の形成された矩形領域がドットであり、マトリクス状に配置されたドットごとに表示を行うことが可能な構造になっている。

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。

（断面構造）
図４は、液晶装置の断面構造の説明図であり、図３のＡ−Ａ’線における側面断面図である。図４に示すように、本実施形態の液晶装置６０は、ＴＦＴアレイ基板１０と、これに対向配置された対向基板２０と、これらの間に挟持された液晶層５０とを主体として構成されている。ＴＦＴアレイ基板１０は、ガラスや石英等の透光性材料からなる基板本体１０Ａ、およびその内側に形成されたＴＦＴ素子３０や画素電極９、配向膜１６などを主体として構成されている。一方の対向基板２０は、ガラスや石英等の透光性材料からなる基板本体２０Ａ、およびその内側に形成された共通電極２１や配向膜２２などを主体として構成されている。

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。このＴＦＴ素子３０はＬＤＤ（Lightly Doped Drain）構造を採用しているため、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。

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が形成されて、チャネル領域１ａ’との対向部分が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、そのデータ線６ａが高濃度ソース領域１ｄ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、その画素電極９が高濃度ドレイン領域１ｅに接続されている。さらに、画素電極９を覆うように無機配向膜１６が形成され、非選択電圧印加時における液晶分子の配向を規制しうるようになっている。

なお、本実施形態では、半導体層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が形成され、その表面に容量線３ｂが配置されて第２蓄積容量電極が形成されている。これらにより、上述した蓄積容量１７が構成されている。
また、ＴＦＴ素子３０の形成領域に対応する基板本体１０Ａ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、液晶装置に入射した光が、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に侵入することを防止するものである。

一方、対向基板２０における基板本体２０Ａ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、液晶装置に入射した光が半導体層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等に侵入するのを防止するものであり、平面視において半導体層１ａと重なる領域に設けられている。また対向基板２０の表面には、ほぼ全面にわたってＩＴＯ等の導電体からなる共通電極２１が形成されている。さらに、共通電極２１の表面には無機配向膜２２が形成され、非選択電圧印加時における液晶分子の配向を規制しうるようになっている。

そして、ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０との間には、ネマチック液晶等からなる液晶層５０が挟持されている。このネマチック液晶分子は、正の誘電率異方性を有するものであり、非選択電圧印加時には基板に沿って水平配向し、選択電圧印加時には電界方向に沿って垂直配向する。またネマチック液晶分子は、正の屈折率異方性を有するものであり、その複屈折と液晶層厚との積（リタデーション）Δｎｄは、例えば約０．４０μｍ（６０℃）となっている。なお、ＴＦＴアレイ基板１０の配向膜１６による配向規制方向と、対向基板２０の配向膜２２による配向規制方向とは、約９０°ねじれた状態に設定されている。これにより、本実施形態の液晶装置６０は、ツイステッドネマチックモードで動作するようになっている。

また両基板１０，２０の外側には、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）にヨウ素をドープした材料等からなる偏光板１８，２８が配置されている。なお各偏光板１８，２８は、サファイヤガラスや水晶等の高熱伝導率材料からなる支持基板上に装着して、液晶装置６０から離間配置することが望ましい。各偏光板１８，２８は、その吸収軸方向の直線偏光を吸収し、透過軸方向の直線偏光を透過する機能を有する。ＴＦＴアレイ基板１０側の偏光板１８は、その透過軸が配向膜１６の配向規制方向と略一致するように配置され、対向基板２０側の偏光板２８は、その透過軸が配向膜２２の配向規制方向と略一致するように配置されている。

液晶装置６０は、対向基板２０を光源側に向けて配置される。その光源光のうち偏光板２８の透過軸と一致する直線偏光のみが偏光板２８を透過して液晶装置６０に入射する。非選択電圧印加時の液晶装置６０では、基板に対して水平配向した液晶分子が液晶層５０の厚さ方向に約９０°ねじれたらせん状に積層配置されている。そのため、液晶装置６０に入射した直線偏光は、約９０°旋光されて液晶装置６０から出射する。この直線偏光は、偏光板１８の透過軸と一致するため、偏光板１８を透過する。したがって、非選択電圧印加時の液晶装置６０では白表示が行われるようになっている（ノーマリーホワイトモード）。

また、選択電圧印加時の液晶装置６０では、液晶分子が基板に対して垂直配向している。そのため、液晶装置６０に入射した直線偏光は、旋光されることなく液晶装置６０から出射する。この直線偏光は、偏光板１８の透過軸と直交するため、偏光板１８を透過しない。したがって、選択電圧印加時の液晶装置６０では黒表示が行われるようになっている。

（無機配向膜）
上述したように、両基板１０，２０の内側には無機配向膜１６，２２が形成されている。以下にはＴＦＴアレイ基板１０の無機配向膜１６について説明するが、対向基板２０の無機配向膜２２も同様の構成となっている。
無機配向膜１６は、ＳｉＯ_２やＳｉＯ等のシリコン酸化物、またはＡｌ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、ＭｇＯやＩＴＯ等の金属酸化物等により、厚さ０．０２〜０．３μｍ（好ましくは、０．０２〜０．０８μｍ）程度に形成されている。無機配向膜１６の製造には、イオンビームスパッタ法やマグネトロンスパッタ法等のスパッタ法、蒸着法、ゾルゲル法、自己組織化法などを利用することが可能である。以下には、イオンビームスパッタ法による無機配向膜１６の製造方法について説明する。

図５（ａ）は、イオンビームスパッタ装置の模式図である。このイオンビームスパッタ装置Ｓ１００は、真空チャンバＳ３およびその内部圧力を制御する排気ポンプＳ４と、その真空チャンバＳ３内で基板１０を固定する基板ホルダーＳ５と、その基板に向けてスパッタ粒子を放出するターゲットＳ２と、そのターゲットに向けてイオンビームを照射するイオン源Ｓ１とを備えている。そのイオン源Ｓ１にはガス供給源Ｓ１３が接続され、またイオン源Ｓ１の内部にはフィラメントＳ１１および引き出し電極Ｓ１２が設けられている。

このイオンビームスパッタ装置を用いた無機配向膜の形成は、以下の手順で行う。まず、真空チャンバＳ３内の基板ホルダーＳ５に基板１０を固定し、排気ポンプＳ４により真空チャンバＳ３の内部を減圧する。次に、ガス供給源Ｓ１３からイオン源Ｓ１内にアルゴンガス等の希ガスを供給し、フィラメントＳ１１に電圧を印加して熱電子を発生させる。すると、発生した熱電子が導入された希ガスと衝突してイオン源Ｓ１にプラズマが発生する。次に、引き出し電極Ｓ１２にイオン加速電圧を印加して、プラズマにより発生したイオンを加速する。これにより、イオン源Ｓ１からイオンビームが照射される。イオンビームが照射されたターゲットＳ２は、無機配向膜の形成材料からなるスパッタ粒子を基板１０に向けて放出する。このスパッタ粒子が基板１０に堆積して、基板１０上に無機配向膜が形成される。

なお真空チャンバＳ３内の圧力は、５×１０−１Ｐａ以下とするのが好ましく、５×１０−２Ｐａ以下とするのがより好ましい。この圧力が高すぎると、照射されたスパッタ粒子の直進性が低下するからである。また基板１０の温度は、１５０℃以下とするのが好ましく、１００℃以下とするのがより好ましく、５０〜８０℃とするのがさらに好ましい。このように基板１０を比較的低温に保持することにより、基板１０に付着したスパッタ粒子が最初に付着した位置から移動する現象（マイグレーション）を抑制することができる。さらに引き出し電極Ｓ１２に印加するイオン加速電圧は、４００〜３０００Ｖとするのが好ましく、８００〜２０００Ｖとするのがより好ましい。イオン加速電圧が低すぎるとスパッタレートが低下し、イオン加速電圧が高すぎると均一な膜が形成されないからである。

図５（ｂ）は、無機配向膜が形成された基板の側面断面図である。基板１０に対して略一定の入射角度でスパッタ粒子が連続入射すると、スパッタ粒子が斜め柱状に堆積して、無機材料の柱状構造体１６ａが形成される。この柱状構造体１６ａが基板１０の表面に無数に形成されて、無機配向膜１６が構成されている。なお図５（ａ）に示すターゲットＳ２と基板１０との角度を調整して、基板１０に対してスパッタ粒子を所定の入射角度で入射させることにより、図５（ｂ）に示す柱状構造体１６ａに所定の傾斜角度を付与することができる。そして液晶装置では柱状構造体１６ａに沿って液晶分子が配向するので、この無機配向膜１６により非選択電圧印加時の液晶分子を所定方向に配向規制することができる。また液晶分子にプレティルトを付与することができる。

なお、予め無機配向膜の下地膜表面に複数の傾斜面を形成しておき、その表面に上記スパッタ法で無機配向膜を形成して、前記複数の傾斜面の形状が無機配向膜の表面に伝達されている構成としてもよい。また上記スパッタ法で無機配向膜を形成した後に、所定角度でイオンビームを入射させるイオンミリングを行って、無機配向膜の表面に所定の方向性を有する凹部を形成してもよい。また予め無機配向膜の下地膜表面にイオンミリングを行っておき、次に上記スパッタ法で無機配向膜を形成し、さらにその表面に再度イオンミリングを行って、無機配向膜の表面に凹部を形成してもよい。いずれの場合にも、液晶分子に対して所望のプレティルト角を確実に付与することが可能な無機配向膜を提供することができる。

（シール構造）
図６は本実施形態に係るシール構造の説明図であり、図１のＢ−Ｂ線における側面断面図である。なお図１に示すように、ＴＦＴアレイ基板１０の周縁部に第１シール材１９が配設されて、その中央部に液晶層が封止されている。

図６（ｃ）に示すように、一対の基板１０，２０の内側には、上述した無機配向膜１６，２２が形成されている。その無機配向膜１６，２２の間における液晶層５０の周囲には、第１シール材１９が配設されている。この第１シール材１９は、エポキシ等の熱硬化性樹脂に硬化剤を混合した材料や、さらにアクリル等の紫外線硬化性樹脂を混合した材料で構成されている。また第１シール材１９には、所定の液晶層厚（セルギャップ）を実現するため、球形のギャップ材１９ａが分散されている。

また無機配向膜１６，２２の間における液晶層５０の周囲であって、第１シール材１９の外側には、第２シール材８０が配設されている。その第２シール材８０は、水分を吸収して硬化する水硬性材料で構成されている。その水硬性材料として、ケイ素を含む金属アルコキシドを主成分とするものを採用することが望ましい。すなわち、図７（ａ）の化学式で表されるポリジアルコキシシロキサンや図７（ｂ）のポリジメトキシシロキサン、図７（ｃ）のテトラアルコキシシランなどの有機ケイ素化合物を主剤として採用する。なお水硬性材料には、主剤のほかに架橋剤および硬化触媒が配合され、必要に応じて顔料や骨材なども配合される。具体的な水硬性材料として、株式会社日興製のテリオスコートＮＰ−３６０ＱＤを採用することができる。これは、含有ケイ素成分が９０重量％以上のシリカ溶液であり、常温で硬質の非晶質のガラス膜を形成するコーティング材である。

一例として、テトラアルコキシシラン（Ｓｉ（ＯＲ）_４）を主剤として採用し、ハロゲン（Ｘ）を硬化触媒として採用した場合の硬化機構について説明する。
Ｓｉ（ＯＲ）_４＋ＢＸ_４−＋２Ｈ_２Ｏ → ＳｉＸ_４−＋４ＲＯＨ＋Ｂ３＋ ・・（１）
ＳｉＸ_４−＋２Ｈ_２Ｏ → Ｓｉ（ＯＨ）_４＋４Ｘ− ・・（２）
Ｓｉ（ＯＨ）_４ → ＳｉＯ_２＋２Ｈ_２Ｏ ・・（３）
（１）式に示すようにＢＸ_４−イオンが極めて容易にＳｉと置換してＳｉＸ_４−イオンとなり、（２）式に示す加水分解反応および（３）式に示す脱水縮合反応が促進される。その結果、常温で硬化してガラス（ＳｉＯ_２）が生成される。ここで、（１）式および（２）式で消費される水（Ｈ_２Ｏ）は、（３）式で生成される水よりも多くなっている。したがって、この材料は水分を吸収して硬化することになる。

次に、本実施形態に係る液晶装置の製造方法につき、図６を用いて説明する。
まず図６（ａ）に示すように、基板１０に形成された無機配向膜１６の表面に第１シール材１９を塗布する。

次に図６（ｂ）に示すように、第１シール材１９の内側に液晶を塗布して液晶層５０を形成する。この液晶の塗布は、インクジェット法等を用いて行うことが可能である。次にＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０とを貼り合わせ、第１シール材１９を硬化させる。第１シール材１９は熱硬化性樹脂および／または紫外線硬化性樹脂で構成されているので、加熱処理および／または紫外線照射処理を行って第１シール材１９を硬化させる。これによりＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０との相対位置が固定されるとともに、第１シール材１９に分散させたギャップ材１９ａにより所定の液晶層厚が実現される。なお第１シール材に液晶注入口を設けておき、両基板を貼り合わせた後に液晶を注入してもよい。

次に図６（ｃ）に示すように、第１シール材１９の外側に第２シール材８０を配設する。具体的には、第１シール材１９により貼り合わされた一対の基板１０，２０の側面から、両基板１０，２０の隙間に対して、ディスペンサ等を用いて水硬性材料を塗布する。両基板１０，２０の間隔は数μｍ程度であるから、塗布された水硬性材料は毛細管現象により両基板１０，２０の隙間に充填される。この水硬性材料が水分を吸収して常温で硬化することにより、両基板１０，２０の間の周縁部に第２シール材８０が配設される。なお第２シール材８０を低粘度の状態で塗布して、無機配向膜１６の柱状構造体１６ａの隙間に第２シール材８０を充填させることが望ましい。またＴＦＴアレイ基板１０の表面に第１シール材１９とともに第２シール材８０を塗布してから対向基板２０を貼り合わせてもよい。また塗布された水硬性材料に乾燥処理を施して硬化させてもよい。
以上により、本実施形態に係る液晶装置が完成する。

ところで、図５（ｂ）に示すように柱状構造体１６ａで構成された無機配向膜１６は多孔質であるため、第１シール材１９と基板１０との間に隙間が形成されるおそれがあり、特に第１シール材１９と無機配向膜１６との界面には大きな隙間が形成されるおそれがある。これらの隙間を通って、液晶装置の外部から水分や不純物等が液晶層に浸入するおそれがある。水分や不純物等が液晶層に浸入すると、液晶装置の各種機能が阻害されることになり、特に分極構造を持つ液晶中に分極性分子である水が浸入すると液晶の配向不良が発生することになる。

これに対して、本実施形態のシール構造では、一対の基板間における液晶層の周囲に、水硬性を有する第２シール材が配設されている構成とした。この構成によれば、液晶装置の外部から液晶層に浸入する水分を、第２シール材によって吸収することが可能になる。したがって、液晶層の内部に水分が侵入する可能性を低減することが可能になる。これにより、液晶装置の各種機能を維持することが可能になり、特に分極構造を持つ液晶中に分極性分子である水が浸入して液晶の配向不良が発生するのを防止することができる。したがって、この液晶装置を光変調手段に採用した液晶プロジェクタの信頼性を向上させることができる。

また本実施形態のシール構造では、第１シール材の外側に第２シール材が配設されている構成とした。この構成によれば、第２シール材が外部に露出するので、第２シール材を確実に硬化させることができる。また液晶層には従来と同様に第１シール材が接触するので、シール材の影響により液晶層が劣化して液晶装置の信頼性を低下させることがない。なお、これらの観点に照らして問題がなければ、第１シール材の内側に第２シール材を配設してもよい。

上述した本実施形態のシール構造は、第１シール材に期待される様々なシール機能のうち、水分の遮断機能を第２シール材によって補完するものである。その水分の遮断機能を増強するため、第３シール材を付加してもよい。また第１シール材に期待される他の機能を補完するため、第３シール材を付加してもよい。これら各シール材は、諸条件が許す限りどのような順序で配設してもよい。
一方、第１シール材が備えるシール機能や信頼性等を第２シール材でも満足することができる場合には、第１シール材に代えて第２シール材のみを配設することも可能である。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
図９に示すように、第２実施形態に係る液晶装置の製造方法は、一対の基板１０，２０間の周縁部にシール材１９が配設され、その中央部に液晶層５０が封止された液晶装置６０の製造方法であって、基板１０，２０に形成された無機配向膜１６，２２の表面におけるシール材１９の配設領域に、シール材１９との親和性を向上させる表面処理を施すものである。なお第１実施形態と同様の構成となる部分については、その詳細な説明を省略する。

（液晶装置）
図８は、液晶装置のＴＦＴアレイ基板の平面図である。ＴＦＴアレイ基板１０の中央には画像作製領域１０１が形成されている。その画像作製領域１０１の周縁部にシール材１９が配設されて、画像作製領域１０１に液晶層（不図示）が封止されている。この液晶層は基板上に液晶を直接塗布して形成されたものであり、シール材１９には液晶層の注入口が設けられていない。そのシール材１９の外側には、後述する走査線に走査信号を供給する走査線駆動素子１１０と、後述するデータ線に画像信号を供給するデータ線駆動素子１２０とが実装されている。その駆動素子１１０，１２０から、ＴＦＴアレイ基板１０の端部の接続端子７９にかけて、配線７６が引き廻されている。

一方、ＴＦＴアレイ基板１０に貼り合わされる対向基板（不図示）には、共通電極２１が形成されている。この共通電極２１は画像作製領域１０１のほぼ全域に形成され、共通電極２１の四隅には基板間導通部７０が設けられている。その基板間導通部７０から接続端子７９にかけて、配線７８が引き廻されている。
そして、外部から入力された各種信号が、接続端子７９を介して画像作製領域１０１に供給されることにより、液晶装置が駆動されるようになっている。

（液晶装置の製造方法）
図９は本実施形態に係るシール方法の説明図であり、図８のＢ−Ｂ線における側面断面図である。なお図８に示すように、ＴＦＴアレイ基板１０の周縁部にシール材１９が配設されて、その中央部に液晶層が封止されている。
本実施形態では、図９（ａ）に示すように基板１０におけるシール材の配設領域に表面処理を施し、図９（ｂ）に示すようにシール材１９を配設し、図９（ｃ）に示すように対向基板２０を貼り合わせて、液晶装置６０を形成する。

まず図９（ａ）に示すように、基板１０に対して表面処理を施す。上述したように、基板１０の表面には無機配向膜１６が形成されているので、その無機配向膜１６に対して表面処理を施す。ここで、シール材の配設領域のみに表面処理を施すことが望ましい。特に液晶層の形成領域には表面処理が及ばないようにする。そのため、シール材の配設領域以外の領域にマスク９０を配置して表面処理を施す。そのマスク９０として、フォトレジストやハードマスク等を利用することが可能である。このように、シール材の配設領域のみに表面処理を施すことにより、シール材の配設領域以外の領域が活性化されて吸湿性が付与されるのを防止することができる。特に、液晶層の形成領域に吸湿性が付与されるのを防止することにより、液晶層に水分や不純物等が浸入する可能性を低減することができる。

上述した表面処理は、光を照射して行うことが望ましい。具体的には、紫外線ランプ等を用いて紫外線を照射することが望ましい。この紫外線が、基板１０の表面に付着した有機物等を分解・除去することにより、基板１０に形成された無機配向膜１６の表面が活性化される。その結果、無機配向膜１６とシール材との親和性を向上させることができる。なお紫外線に代えて、または紫外線とともに、電子線やレーザ等を照射してもよい。

また表面処理として、プラズマ処理を行ってもよい。その処理条件は、例えば酸素ガスを用いた場合、プラズマパワーが５０〜１０００Ｗ、酸素ガスの流量が５０〜１００ｍｌ／ｍｉｎ、プラズマ放電電極に対する基板の搬送速度が０．５〜１０ｍｍ／ｓｅｃ、基板の温度が７０〜９０℃である。酸素ガスをプラズマ化することにより酸素イオンや酸素ラジカル等の励起活性種が形成され、その励起活性種が基板１０の表面に付着した有機物等を分解・除去することにより無機配向膜１６の表面が活性化される。その結果、無機配向膜１６とシール材との親和性を向上させることができる。なお酸素ガスに代えて、Ａｒガス、Ｎ２ガスなど不活性なガスで処理してもよい。また、プラズマ処理は、真空中であっても大気圧中であってもかまわない。または酸素プラズマによって生成されるオゾンガス等を用いてもよい。

また表面処理として、ＨＭＤＳ（ヘキサメチルジシラザン；（ＣＨ_３）_３ＳｉＮＨＳｉ（ＣＨ_３）_３）処理を採用してもよい。具体的には、容器内に充満させたＨＭＤＳの蒸気に基板１０を晒すことにより、無機配向膜１６の表面にＨＭＤＳを塗布する。その結果、無機配向膜１６とシール材との親和性を向上させることができる。

また表面処理として、表面改質剤を塗布または気相成膜してもよい。表面改質剤として、無機配向膜１６の表面のシラノール基（Ｓｉ−Ｏ−Ｈ）と結合して単分子膜を形成するものを採用する。具体的には、クロロシランやアミノシラン、アルコキシシラン、シラザン等のシランカップリング剤を採用すればよい。また、デシルアルコールやオクタデシルアルコール（炭素鎖の長いもの）、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）等のアルコール類を採用してもよい。また、疎水性基を有する界面活性剤類を採用してもよい。いずれの場合にも、無機配向膜１６の表面の水酸基を疎水基に置換して、無機配向膜１６の表面を改質することができるので、樹脂材料等からなるシール材との親和性を向上させることができる。
以上のように無機配向膜１６の表面処理が終了したら、マスク９０を除去する。

次に図９（ｂ）に示すように、表面処理が施された無機配向膜１６の表面に、シール材１９を塗布する。シール材１９として、エポキシ等の熱硬化性樹脂に硬化剤を混合したものや、さらにアクリル等の紫外線硬化性樹脂を混合したものを採用することができる。なお対向基板との導通を確保するための導電性粒子をシール材１９に分散させてもよい。このシール材１９は、ディスペンサ等を用いて基板１０の周縁部に塗布する。

ところで、図５（ｂ）に示す無機配向膜１６は、無機材料からなる柱状構造体１６ａで構成されているので、樹脂材料等からなるシール材１９との親和性に乏しい。そのため、無機配向膜１６とシール材１９との界面に大きな隙間が形成されるおそれがある。また無機配向膜１６の柱状構造体１６ａの隙間にシール材１９を充填するのは困難である。その結果、液晶装置の外部からこれらの隙間を通って、水分や不純物等が液晶層に浸入するおそれがある。

これに対して、図９（ｂ）に示す本実施形態では、無機配向膜１６に表面処理を施してシール材１９との親和性を向上させている。そのため、塗布されたシール材１９は無機配向膜１６の表面に濡れ広がり、また無機配向膜１６の柱状構造体１６ａの隙間に充填される。その結果、無機配向膜１６とシール材１９との界面や、無機配向膜１６の柱状構造体１６ａの隙間などから、液晶層の内部に水分や不純物等が侵入する可能性を低減することができる。
なお、加熱等によりシール材１９の粘度を低下させた状態でシール材１９を塗布することが望ましい。これにより、無機配向膜１６の柱状構造体１６ａの隙間に対して確実にシール材を充填させることができる。

その後、図９（ｃ）に示すように、シール材１９の内側に液晶を塗布する。液晶の塗布は、インクジェット法等を用いて行うことが可能である。次に、ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０とを位置合わせし、両基板を貼り合わせて、シール材１９を硬化させる。なお、対向基板２０におけるシール材１９の配設領域にも、予め前記表面処理を施しておくことが望ましい。
以上により、本実施形態に係る液晶装置が完成する。

以上に詳述したように、本実施形態のシール方法によれば、液晶層の内部に水分や不純物等が侵入する可能性を低減することが可能になる。これにより、液晶装置の各種機能を維持することが可能になり、特に分極構造を持つ液晶中に分極性分子である水が浸入して液晶の配向不良が発生するのを防止することができる。したがって、この液晶装置を光変調手段に採用した液晶プロジェクタの信頼性を向上させることができる。

なお以上には、液晶層の形成領域だけでなく基板の表面全体に無機配向膜を形成する場合について説明したが、液晶層の形成領域のみに無機配向膜を形成しシール材の配設領域には無機配向膜を形成しない場合もある。すなわち、シール材の配設領域にＩＴＯ等の透明導電膜を露出させ、シール材に分散させた導電性粒子を透明導電膜上に配置して、基板間の導通を確保する場合である。この場合でも、ＩＴＯ等をスパッタ法で形成すれば、透明導電膜が柱状構造体で構成されることになる。したがって、透明導電膜とシール材との界面に大きな隙間が形成されるおそれがある。そこで、シール材の配設領域に無機配向膜を形成しない場合でも、本実施形態に係る液晶装置の製造方法を適用することが望ましい。これにより、透明導電膜とシール材との界面に大きな隙間が形成されるのを防止することが可能になり、液晶層の内部に水分や不純物等が侵入する可能性を低減することができるからである。

（プロジェクタ）
次に、本発明のプロジェクタにつき、図１０を用いて説明する。図１０は、プロジェクタの要部を示す概略構成図である。このプロジェクタは、上述した各実施形態に係る液晶装置を光変調手段として備えたものである。

図１０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は本発明の液晶装置からなる光変調手段、８２５はクロスダイクロイックプリズム、８２６は投射レンズである。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。

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、赤色光用光変調手段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、緑色光用光変調手段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、青色光が青色光用光変調手段８２４に入射される。

各光変調手段８２２，８２３，８２４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上に投影され、画像が拡大されて表示される。

上述したプロジェクタは、上記各実施形態の液晶装置を光変調手段として備えている。各実施形態の液晶装置は、耐光性および耐熱性に優れた無機配向膜を備えているので、光源から照射される強い光や熱により配向膜が劣化することはない。また、シール材と無機配向膜との界面や無機配向膜の内部に形成される隙間を通って水分等が液晶層に浸入する可能性を低減することができる。したがって、液晶装置における液晶分子の配向制御機能を維持することが可能になり、信頼性に優れたプロジェクタを提供することができる。

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。例えば、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備えた液晶装置に本発明を適用することも可能である。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、反射型液晶装置に本発明を適用することも可能である。また、実施形態ではＴＮ（Twisted Nematic）モードで機能する液晶装置を例にして説明したが、ＶＡ（Vertical Alignment）モードで機能する液晶装置に本発明を適用することも可能である。また、実施形態では３板式の投射型表示装置（プロジェクタ）を例にして説明したが、単板式の投射型表示装置や直視型表示装置に本発明を適用することも可能である。

また、本発明の液晶装置を、プロジェクタ以外の電子機器に適用することも可能である。その具体例として、携帯電話を挙げることができる。この携帯電話は、上述した各実施形態またはその変形例に係る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、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。

第１実施形態に係る液晶装置のＴＦＴアレイ基板の平面図である。 液晶装置の等価回路図である。 液晶装置の平面構造の説明図である。 液晶装置の断面構造の説明図である。 （ａ）はイオンビームスパッタ装置の模式図であり、（ｂ）は無機配向膜が形成された基板の側面断面図である。 第１実施形態に係るシール構造の説明図である。 有機ケイ素化合物の化学式である。 第２実施形態に係る液晶装置のＴＦＴアレイ基板の平面図である。 第２実施形態に係るシール方法の説明図である。 プロジェクタの要部を示す概略構成図である。

符号の説明

１０‥基板 １６‥無機配向膜 １９‥第１シール材 ２０‥基板 ２２‥無機配向膜 ５０‥液晶層 ６０‥液晶装置 ８０‥第２シール材

Claims (15)

1. 多孔質層の表面に第１シール材を配設してシールを行う構造であって、
   前記多孔質層の表面に、水硬性を有する第２シール材が配設されていることを特徴とするシール構造。
2. 一対の基板間に第１シール材が配設されて液晶層が封止された液晶装置であって、
   前記一対の基板間における前記液晶層の周囲に、水硬性を有する第２シール材が配設されていることを特徴とする液晶装置。
3. 前記基板の内面には、多孔質の配向膜が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の液晶装置。
4. 前記第２シール材は、前記第１シール材の外側に配設されていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の液晶装置。
5. 前記第２シール材は、金属アルコキシドを主成分とする材料で構成されていることを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載の液晶装置。
6. 一対の基板間に第１シール材が配設されて液晶層が封止された液晶装置の製造方法であって、
   前記第１シール材により貼り合わされた前記一対の基板の側面から、前記一対の基板間の周縁部に水硬性材料を塗布して、第２シール材を配設することを特徴とする液晶装置の製造方法。
7. 多孔質層の表面にシール材を配設してシールを行う方法であって、
   前記多孔質層における前記シール材の配設領域に、前記シール材との親和性を向上させる処理を施すことを特徴とするシール方法。
8. 一対の基板間にシール材が配設されて液晶層が封止された液晶装置の製造方法であって、
   前記基板における前記シール材の配設領域に、前記シール材との親和性を向上させる処理を施すことを特徴とする液晶装置の製造方法。
9. 前記処理は、前記シール材の配設領域のみに対して行うことを特徴とする請求項８に記載の液晶装置の製造方法。
10. 前記処理は、前記基板上に形成された多孔質の配向膜に対して行うことを特徴とする請求項８または請求項９に記載の液晶装置の製造方法。
11. 前記処理は、光を照射して行うことを特徴とする請求項８ないし請求項１０のいずれか１項に記載の液晶装置の製造方法。
12. 前記処理は、プラズマ処理であることを特徴とする請求項８ないし請求項１０のいずれか１項に記載の液晶装置の製造方法。
13. 前記処理は、表面改質剤を被覆して行うことを特徴とする請求項８ないし請求項１０のいずれか１項に記載の液晶装置の製造方法。
14. 請求項８ないし請求項１３のいずれか１項に記載の液晶装置の製造方法を使用して製造したことを特徴とする液晶装置。
15. 請求項２ないし請求項５のいずれか１項または請求項１４に記載の液晶装置を光変調手段として備えたことを特徴とするプロジェクタ。

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