JP2007155989A - 液晶装置、液晶装置の製造方法、及び投射型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水分の浸入を良好に防止することで液晶層の劣化を防止し、長寿命化を図った、液晶装置、該液晶装置の製造方法、及び前記液晶装置を備えた投射型表示装置を提供する
【解決手段】対向して配置された一対の基板１０，２０間に液晶層５０が挟持されてなる液晶装置である。一対の基板間１０，２０は、液晶層５０を囲む枠状部８０上のシール部により貼り合わされていて、シール部は、一対の基板１０，２０のうち少なくとも一方の基板２０の内面側に形成された枠状部８０と、枠状部８０に対向する側の基板１０の接触面とが表面活性化処理後、直接接合されたことにより形成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、液晶装置、液晶装置の製造方法、及び投射型表示装置に関する。

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、一対の基板間に液晶が封止されて構成されている。また、一対の基板の内面側には液晶に電圧を印加する電極が形成され、これら電極の内面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。

ところで、液晶プロジェクタに用いられる液晶装置としては、例えば無機材料からなる配向膜を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、一般的に、液晶装置は樹脂等のシール材によって一対の基板間が貼り合わされていて、該シール材によって囲まれた領域に液晶層を保持した構造となっている（例えば、特許文献２，３参照）。
特開平５−２０３９５８号公報 特開２００４−５３８１５号公報 特開昭６２−１４４１４２号公報

しかしながら、上述したようにシール材を介して基板間を接合する場合、シール材と各基板との界面から水分が基板間に入り込むおそれがあり、十分な防湿性を備えているとは言えなかった。また、例えばＳｉＯ_２（無機材料）からなる配向膜は、吸湿性が高く水分を付着しやすく、基板間に浸入した水分を吸湿することで、配向膜表面での液晶への配向不良を起こし、表示品質が低下するおそれがある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、防湿性に優れ、吸湿に起因する表示品質の低下を防止した、液晶装置、該液晶装置の製造方法、及び前記液晶装置を備えた投射型表示装置を提供することを目的とする。

本発明の液晶装置は、対向して配置された一対の基板間に液晶層が挟持されてなる液晶装置において、前記一対の基板間は、前記液晶層を囲む枠状部上のシール部により貼り合わされていて、該シール部は、前記一対の基板のうち少なくとも一方の基板の内面側に形成された前記枠状部と、該枠状部に対向する側の基板の接触面とが表面活性化処理後、直接接合されたことにより形成されたことを特徴とする。

本発明の液晶装置によれば、液晶層を囲む枠状部と該枠状部に対向する基板とが表面活性処理後、直接接合されているので、基板間を接続するに際しシール材を用いていた従来の構成に比べて、防湿性が高くなる。よって、液晶層中に外部の水分が浸入するのを良好に防止し、水分による表示品質の低下が防止されたものとなる。

また、上記液晶装置においては、前記枠状部は、基板の内面側に一体に形成されてなるのが好ましい。
このようにすれば、枠状部が基板の内面側に一体に形成されているので、枠状部と基板との間に界面が形成されることがなく、外部からの水分の浸入をより良好に防止した、防湿性の高い液晶装置となる。

また、上記液晶装置においては、前記一対の基板における前記液晶層側には配向膜がそれぞれ設けられていて、該配向膜は無機材料からなるのが好ましい。
このようにすれば、例えばＳｉＯ_２からなる無機配向膜は吸湿性が高く、付着した水分によって配向不良を引き起こすといった不具合が生じるおそれがあるが、本発明を採用すれば、上述したように水分の浸入を良好に防止しているので、上述した不具合が防止された信頼性の高い液晶装置となる。
また、配向膜が無機材料から形成されているので、耐光性、及び耐熱性を備えた液晶装置となり、この液晶装置を、例えばプロジェクタの光変調装置として好適に採用することができる。

また、上記液晶装置によれば、前記一対の基板は、駆動素子が形成されてなる第１の基板と第２の基板とからなり、前記枠状部は、前記第２の基板側に形成されているのが好ましい。
このようにすれば、第２の基板に前記枠状部を一体に形成する場合、第２の基板には駆動素子が形成されていないので、駆動素子の位置や大きさ等によって基板加工が制限されることがなく、したがって加工をより容易に行うことができる。

また、上記液晶装置によれば、前記枠状部は、前記一対の基板間にてセルギャップに対応する高さとなっているのが好ましい。
このようにすれば、前記枠状部がセルギャップに対応する高さとなっているので、枠状部により正確なギャップ精度を確保した状態で基板間を貼り合わせることが可能となる。

本発明の液晶装置の製造方法は、対向して配置された一対の基板間に液晶層が挟持されてなる液晶装置の製造方法において、前記一対の基板のうちの少なくとも一方の基板の基板材料を用意し、該基板材料に前記液晶層を囲む枠状部を設ける工程と、該枠状部、及び該枠状部に対向する側の基板の接触面に表面活性化処理を施して、それぞれの表面を活性化させる工程と、前記枠状部に囲まれた領域に前記液晶層を設ける工程と、表面活性化処理が施された前記枠状部及び前記接触面を直接接合させる工程と、を備えたことを特徴とする。

本発明の液晶装置の製造方法によれば、表面活性化処理により表面を活性化することで液晶層を囲む枠状部と該枠状部に対向する基板とが直接接合することにより、基板間を接合している。このような構成により、基板間を接続する際にシール材を用いていた従来の構成に比べ、高い防湿性を有し、基板間への水分の浸入に起因する表示品質の低下が防止された液晶装置を提供できる。

また、上記液晶装置の製造方法によれば、前記表面活性化処理において、イオンビーム照射を用いるのが好ましい。
このようにすれば、例えば、常温、真空の条件において基板及び枠状部の表面を活性化できるので、基板接合時に熱膨張係数の違いを考慮する必要がなくなり、異なる材料からなる基板間を接合する場合にも好適に採用できるので、結果として基板材料の選択幅が拡がる。

また、上記液晶装置の製造方法によれば、前記表面活性化処理において、プラズマ処理を用いているのが好ましい。
このようにすれば、プラズマを基板上に照射して基板表面を活性化した後に、大気中で前記基板の貼り付け工程を行うことができる。

本発明の投射型表示装置は、上記の液晶装置、又は上記の液晶装置の製造方法により得られた液晶装置を備えたことを特徴とする。

本発明の投射型表示装置によれば、上述したように、防湿性が高く、表示品質の低下が防止された液晶装置を備えているので、この投射型表示装置自体も信頼性の高いものとなる。

以下、図面を参照して本発明を詳しく説明する。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。
（第１実施形態）
まず、本発明の液晶装置の第１実施形態について説明する。なお、この第１実施形態では、本発明の液晶装置を、駆動素子（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に適用している。

本実施形態の液晶装置は、対向して配置された一対基板間に液晶層が挟持されて構成されたものである。また、前記一対の基板としては、駆動素子が形成されてなる第１の基板と第２の基板とから構成されている。
図１は、本実施形態の液晶装置を構成する第１の基板及び第２の基板の概略構成を示す平面図であり、図１（ａ）は第１の基板としての素子基板の概略構成を示し、図１（ｂ）は第２の基板としての対向基板の概略構成を示す図である。また、図２は、液晶装置の概略構成を示す側断面図である。なお、図１、及び図２中の符号６０は、本実施形態の液晶装置である。

図２に示すように、液晶装置６０は、素子基板１０と対向基板２０とが枠状部８０上のシール部により貼り合わされている。シール部は、後述するように対向基板の内面側（液晶層側）に形成された枠状部８０と、該枠状部８０に対向する側の素子基板の接触面とが表面活性化処理後、直接接合されたことにより形成されたものである。また、前記枠状部８０は液晶層５０を囲むようにして形成されていて、液晶装置６０は前記枠状部８０によって基板１０，２０間に液晶層５０を封入したものとなっている。

具体的に、前記素子基板１０の中央には、図１（ａ）に示したように、後述する画素電極等を有した画像作製領域１０１が形成されている。この画像作製領域１０１の外側は、前記枠状部８０が当接される接触面（図１（ａ）中、２点鎖線で示される領域）となっている。すなわち、本実施形態では、前記接触面にシール部が構成され、該シール部により素子基板１０及び対向基板２０の間を接合している。そして、前記シール部は矩形の素子基板１０の三辺において、その外周縁に沿って該外周縁部に配設され、残りの一辺において、外周縁より所定距離内側に配設されている。この所定距離内側に配設された部分の中央部には、対向基板２０側に設けられた枠状部８０と共に液晶注入用の注入口部８１が形成されている。なお、この注入口部８１は、図示しないものの、後述する液晶注入工程の後、従来の樹脂からなる封口材や、ゾルゲルガラスからなる無機封口材によって基板間に液晶層５０を封止している。

シール部の外側には、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。また、前記注入口部８１の外側に位置する素子基板１０の外周縁部には、多数の外部入力端子７０が配設されている。これら外部入力端子７０には配線７１が接続されており、これら配線７１は、前記データ線駆動素子１２０に接続されている。また、走査線駆動素子１１０には、図示しない配線により外部入力端子７０に接続されている。
また、前記画素作製領域１０１に設けられた画素電極に電圧を印加するための配線が接続されていて、該配線はシール部を横切ることなく前記注入口部８１を通ってシール部によって囲まれた画素作製領域１０１の外側まで引き回されている。

そして、この注入口部８１を形成した側には、基板１０、２０間を導通させるための第１導通端子７２が複数（例えば二つ）形成されている。これら第１導通端子７２は、接続配線７３を介して前記データ線駆動素子１２０に導通し、このデータ線駆動素子１２０を介して前記外部入力端子７０と電気的に接続したものとなっている。

一方、図１（ｂ）に示したように対向基板２０には、前記画像作製領域１０１と対応する領域に共通電極２１が形成され、さらにブラックマトリクス（図示せず）が形成されている。そして、この共通電極２１の外側には前記枠状部８０が配設されている。該枠状部８０は、具体的には石英からなる基板本体２０Ａの一方の面がエッチングによってパターニングされたことにより、基板面より突出し、かつ、図１（ｂ）に示したように注入口部８１以外において枠状に連続して形成されたもので、その幅（シール幅）が５００μｍ程度に形成されたものである。ここで、この枠状部８０は、上述したように対向基板２０に一体に形成されたものである。そして、前記枠状部８０の上面が素子基板１０との接触面において上述したシール部を構成している。

また、液晶注入用の注入口部８１を形成した側には、基板１０、２０間を導通させるための第２導通端子７４が複数（例えば二つ）形成されている。これら第２導通端子７４は、素子基板１０側の前記第１導通端子７２にそれぞれ接続し、これによって基板１０、２０間を導通させるためのもので、図示しない接続配線によって前記共通電極２１されていて、この接続配線は前記シール部を横切ることなく、前記注入口部８１を通って共通電極２１に接続されたものとなっている。

（シール構造）
図３は、本実施形態に係るシール部の構造（以下、シール構造とも呼ぶ）の説明図であり、図１（ａ）、（ｂ）のＢ−Ｂ線矢視におけるシール構造の側断面図である。上述したように、シール部は対向基板２０の内面側にて該対向基板２０における基板本体２０Ａと一体に形成された枠状部８０と、該枠状部８０に対向する素子基板１０の接触面とが表面活性化処理後、直接接合されたことにより一対の基板間を接合するシール構造をなしている。

詳細については後述するが、枠状部８０の上面８０ａが素子基板１０の基板本体１０Ａに突き合わされ、これらの間の接触面がそれぞれ表面活性化処理を施された後に、直接接合することで素子基板１０と対向基板２０とを固着したものである。なお、直接接合とは、表面活性化処理によって生じた接触面での分子間の共有結合による接着を意味している。
すなわち、素子基板１０と対向基板２０とは、これらの内面間が接合され、枠状部８０の上面８０ａと素子基板１０の基板本体１０Ａの接触面との間の接触部が分子間で共有結合され接着したことにより、一体に貼り合わされたものとなっている。
この枠状部８０は、その高さが、素子基板１０と対向基板２０との間のセルギャップ（本実施形態では、３μｍ程度）に一致するように形成されていて、枠状部８０が素子基板１０に当接することで基板１０，２０間を所望のギャップ精度で貼り合わせている。

（等価回路）
図４は、液晶装置６０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、該画素電極９への通電制御を行うための駆動素子である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、前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、前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と前記共通電極２１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５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、素子基板上に、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、本実施形態では高温ポリシリコン膜からなる半導体層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６は、液晶装置６０の断面構造を説明するための要部側断面図であり、図４のＡ−Ａ’線における矢視側断面図である。図６に示すように、本実施形態の液晶装置６０は、素子基板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。素子基板１０は、ガラスや石英等の透光性材料（本実施形態では石英）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（本実施形態では石英）の透光性材料からなる基板本体（基板材料）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。また、図示は省略するが、対向基板２０には前記枠状部８０を備えていて、該枠状部８０により液晶層５０を囲むことにより、基板１０，２０間に液晶層５０を挟持している。

素子基板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の表面に高温ポリシリコン膜からなる半導体層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、前述した蓄積容量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、素子基板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、素子基板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。素子基板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では白表示がなさ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では黒表示がなされるようになっている。

両基板１０、２０の内側には配向膜１６、２２が形成されている。これら配向膜１６、２２は、特に限定されないものの、本実施形態では無機材料からなる配向膜（無機配向膜）を用いており、耐光性、及び耐熱性に優れたものとなっている。すなわち、本実施形態において配向膜１６、２２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０．０１〜０．３μｍ（好ましくは、０．０１〜０．０５μｍ）程度に形成されている。無機配向膜１６、２２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、自己組織化法などが採用可能であり、中でも蒸着法が好適に採用される。

ここで、上記の無機材料からなる配向膜１６，２２は、水分を含む雰囲気の下において、その表面にヒドロキシル基（例えばシラノール基：−Ｓｉ−ＯＨ）が形成される。そして、ヒドロキシル基は水和性（水分との親和性）が高いため、配向膜１６，２２の表面に水分が付着しやすくなるおそれがある。配向膜の表面に水分が付着すると配向膜が劣化することで配向特性が変化し、配向不良を引き起こし、表示品質を低下させるおそれがある。

本実施形態における液晶装置６０は、後述する製造方法によって、前記枠状部８０と素子基板１０との接触面とが表面活性化処理後、直接接合されたシール部により素子基板１０と対向基板２０との間を接合しているので、従来のシール材を用いて基板間を接合していた場合と比べ、基板とシール材との界面からの水分の浸入が良好に防止されてものとなる。よって、配向膜１６，２２に水分が付着することがないので水分による配向膜の配向不良を防止し、結果として安定した表示品質を備えたものとなっている。

（液晶装置の製造方法）
次に、液晶装置の製造方法の一実施形態として、前記液晶装置６０を製造する工程について説明する。
まず、石英からなる基板本体２０Ａを用意し対向基板２０を形成する。
具体的には、対向基板２０を形成するための基板本体２０Ａに対し、前記枠状部８０を形成する。具体的には、フォトリソグラフィ法を用いて前記枠状部を形成する領域に対してレジストマスクを形成し、続いて該レジストマスクを介して基板本体２０Ａをエッチングによりパターニングする。その後、レジストマスクを除去することにより、図１に示すように枠状部８０が一体に形成された対向基板２０が形成される。なお、本実施形態における枠状部８０は、上述したように、液晶層を注入するための注入口部８１を備えたものとなっている。

ここで、レジストマスクの形成については、一般的な露光・現像法を用いてもよいが、特にインクジェット法等の液滴吐出法を用いて行うことで、材料などの無駄を少なくしてより効率的に行うようにしてもよい。なお、このパターニングでは、枠状部８０の高さを、素子基板１０と対向基板２０との間のセルギャップにほぼ一致させるようにして行う。具体的には、枠状部８０の高さが３μｍ程度となるように形成する。そして、前記枠状部８０によって囲まれた領域に、この枠状部８０の内部に共通電極２１やブラックマトリクス（図示せず）を形成し、さらに第２の導通端子７４とこれに接続する接続配線（図示せず）を注入口部８１を通るようにして配設している。このようにして、対向基板２０が形成される。

なお、素子基板１０の内面側（液晶層５０側）には、無機材料から成る前記配向膜１６，２２を形成している。このような配向膜１６，２２を形成するに際しては、例えばイオンビームスパッタ法を採用する場合、予めその下地膜表面に複数の傾斜面を形成しておき、その表面に前記スパッタ法で配向膜を形成することにより、前記複数の傾斜面の形状を配向膜の表面に反映させるようにしてもよい。また、前記スパッタ法で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、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、次に前記スパッタ法で配向膜を形成し、さらにその表面に再度イオンミリングを行って、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配向膜を提供することができる。

一方、素子基板１０を形成するに際し、前記対向基板２０と同様に石英からなる基板本体１０Ａを用意し、前記画像作製領域１０１を構成する各構成要素（ＴＦＴ素子、絶縁膜等）を従来と同様の公知の方法により形成する。そして、対向基板２０側に設けられた枠状部８０との接触面（図１（ａ）参照）、すなわちシール部が形成される領域に重ならない位置に各駆動素子１１０，１２０と外部入力端子７０とを形成し、該駆動素子１１０，１２０と外部入力端子７０との間を接続する配線７１、さらに第１の導電端子７２とこれに接続する接続配線７３を公知の方法、例えばフォトリソグラフィ法及びエッチング、又はインクジェット法等を用いてそれぞれ形成する。このとき、画素作製領域１０１における画素電極に接続する、図示しない配線が注入口部８１を通るようにして配設される。このようにして、素子基板１０を形成している。なお、素子基板１０の内面側（液晶層５０側）には、前記配向膜１６，２２が形成されている。

次いで、素子基板１０と対向基板２０とを貼り合わせる工程を行う。このとき、一般に大気中では基板等の表面は酸素により酸化膜や吸着した水及び有機物分子（汚染物）により覆われた状態となっていて、このような表面層に覆われた表面を接触、接合させても十分な結合力を得ることは難しい。そこで、本発明では前記対向基板２０に設けられた枠状部８０、及び該枠状部８０に対向する側の基板、すなわち素子基板１０の接触面（シール部の形成領域）に表面活性化処理を用いて前記表面層を除去し、それぞれの表面を活性化する処理を行う。ここで、表面が活性化された状態とは、基板の表面が周囲の気体分子と反応しやすくなっていることを意味している。
具体的に本実施形態では、表面活性化処理として、イオンビーム照射を用いることで前記表面層を除去し、接触面を表面処理することにより、表面の原子を化学結合しやすい活性な状態にしている。

ここで、本実施形態で行われるイオンビーム照射を用いた表面活性化処理について説明する。本実施形態ではイオンビーム装置を用いている。図７は、本実施形態で用いられるイオンビーム装置ＳＳの概略構成を示す図である。
イオンビーム装置ＳＳは、図７に示すように、接合チャンバＳＳ１内にイオンビーム源ＳＳ２を備えていて、該接合チャンバＳＳ１には真空ポンプが接続され、前記接合チャンバＳＳ１内を真空雰囲気にすることが可能となっている。
なお、イオンビームによってスパッタエッチングされた基板の表面は、周囲の気体分子と反応しやすい状態（表面活性化状態）となるため、表面活性化処理後の基板１０，２０間の位置決め及び接合工程を真空雰囲気中の上記接合チャンバＳＳ１内で行っている。また、このとき使用されるイオンビームとしては、例えばアルゴン等の不活性ガスを用いている。

まず、表面活性化処理を施す対向基板２０及び素子基板１０を洗浄、乾燥した後、上記接合チャンバＳＳ１内にセットし真空ポンプによって排気し、接合チャンバＳＳ１内を真空状態とする。このとき、前記接合チャンバＳＳ１内は常温となっている。
具体的には、例えば２×１０^−６Ｐａ程度まで接合チャンバＳＳ１内を真空排気した後、アルゴンビームにより枠状部８０、及び素子基板１０側の枠状部形成領域をそれぞれスパッタエッチングする。ここで、上記ビームとして、基板の表面に対する入射角約２５°、エネルギー約１．４ｋｅＶのアルゴンビームを６０秒程度照射した。
このようにしてスパッタエッチングされた表面は、結合手を持った原子が露出し、他の原子との結合力が大きくなった活性化状態となる。このように表面が活性化された状態のもとで、前記枠状部８０と素子基板１０との接触面とが直接接合すると、接合面には分子間が共有結合することで素子基板１０と対向基板２０との間を強固に接合するシール部が構成される。

ここで、上記のイオンビーム装置ＳＳを用いた表面活性化処理では、常温、真空下で基板１０，２０間を接合できるので、基板接合時に両基板を構成している材料の熱膨張係数の違いによって基板を接合する位置精度等が低下することがない。また、熱処理を行うことなく基板１０，２０間を良好に接合できるので、熱による基板１０，２０へのダメージを防止できる。なお、本実施形態では素子基板１０、及び対向基板２０とも石英から構成されているものの、上記イオンビーム装置ＳＳを用いることで異なる材料からなる基板間も精度よく接合することができ、結果として接合する基板材料として採用できる選択の幅が拡がる。

次いで、貼り合わされた基板１０，２０間に設けらた液晶注入用の注入口部８１から従来と液晶層５０を注入する。前記注入口部８１から液晶層５０を注入した後、注入口部８１を従来の樹脂からなる封口材や、ゾルゲルガラスからなる無機封口材によって封止する。このとき、素子基板１０と対向基板２０とを貼り合わせる際に、素子基板１０側に設けられた第１導通端子７２と対向基板２０側に設けられた第２導通端子７４とを接続させることにより、素子基板１０と対向基板２０との間で導通した状態としている。

このようにして形成されるシール構造を備えた本実施形態の液晶装置６０にあっては、表面活性化処理により表面を活性化することで液晶層５０を囲む枠状部８０と該枠状部８０に対向する素子基板１０とが直接接合することで基板１０，２０間が接合されている。よって、従来のシール材を用いて基板間を接合した構成に比べ、水分の外部から浸入を防止できる。よって、水分の浸入に起因する配向膜１６，２２の表面での液晶層５０への配向規制力の変化を防止し、これにより生じる液晶装置の表示品質の低下を防止できる。

また、枠状部８０がセルギャップに対応する高さとなるように形成されているので、この枠状部８０によってセルギャップが規定されるようになり、したがってギャップ材を不要にすることができる。また、基板１０，２０間を接合するに際し、有機材料からなるシール材を用いることが無いので、シール材の構成成分が液晶層５０に溶出して液晶層５０が劣化することがない。さらに、従来のように樹脂等からなるシール材を用いて基板１０，２０間を貼り合わせた場合、基板貼り合わせ時にシール材が潰れることによりシール材と基板との界面に生じる接着面が拡がっていたが、本発明では対向基板２０に形成された枠状部８０と素子基板１０とをシール部によって接合しているので、枠状部８０の幅がシール幅となって素子基板１０上のシール領域（シール部）の幅を小さくでき、スペースの有効利用が可能となって素子基板１０をより小型化できる。

（他の表面活性化処理）
また、表面活性化処理としては上述したイオンビーム照射の代わりに、プラズマ処理を用いてもよい。
この表面活性化処理として、表面波を伝播させることによりプラズマを生成させる表面波プラズマ（ＳＷＰ）ダウンフロー処理と反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）処理とを行っている。上記の平面波プラズマを発生される装置としては、図８に示す表面波プラズマ装置ＩＳが用いられる。
図８に示すように、表面波プラズマ装置ＩＳは、導波管ＩＳ２から図示しない導入窓を介してチャンバーＩＳ１内にマイクロ波を導入し、チャンバーＩＳ１内に挿入された気体分子を、マイクロ波によって電離・解離させてプラズマを生成する。そして、生成されたプラズマの誘電率がマイクロ波の持つ所定値より大きくなると、マイクロ波がプラズマ中に入り込めなくなって表面波が発生する。この、表面波プラズマは、上記導入窓の付近にしか生成されないので、ダウンフローを効率よく生成することができる。
このような表面波プラズマ装置ＩＳによって、イオンの様なエネルギーの強い荷電粒子を用いることなくエネルギーの低い粒子（例えば、ラジカル等）が多く存在するプラズマ下流域で処理する表面波プラズマダウンフロー処理を行うことができ、基板へのダメージを軽減できる。

このとき、表面処理する基板を保持しているステージＩＳ３には温度調整機構（図示せず）が設けられていて、該温度調整機構によりステージＩＳ３の温度を適宜調整し、基板を１５０℃程度に加熱した状態で行っている。なお、本表面活性化処理では、上記表面波プラズマダウンフロー処理に加え、上述したように反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）処理も行っている。

次いで、両基板１０，２０間を貼り合わせる。このとき、表面活性処理された前記枠状部８０及び素子基板１０の接触面とを大気中で直接接合することによりシール部を形成することができる。なお、基板接合時は、１２０〜１３０℃の温度まで基板１０，２０をそれぞれ加熱した状態の基で行っている。よって、プラズマ処理による表面活性化処理を行うことで、上述したイオンビーム装置による表面活性化処理と同様に基板１０，２０間を強固に接合できる。
なお、基板１０，２０間を接合する方法としては、これらの方法に限定されることはなく、例えば何らかの手段により接触面をそれぞれ活性化することにより、接触面において共有結合する方法を用いるようにしてもよい。

（第２実施形態）
次に、本発明の液晶装置の第２実施形態について説明する。本実施形態は、シール部の構成、およびシール構造の形成方法の点において前記第１実施形態と異なっている。具体的に本実施形態では、図９（ａ）に示すように枠状部１８０がＴＦＴ素子基板１０の内面側に設けられていて、かつ該枠状部１８０に液晶注入用の注入口部を設けていない。なお、第２実施形態中では、前記第１実施形態と同一の構成については、同一の符号を付して説明している。

本実施形態のシール部は、素子基板１０側に形成された枠状部１８０と、該枠状部１８０に対向する対向基板２０の接触面（図９（ｂ）中２点鎖線で示す領域）とが表面活性化処理後、直接接合して形成されている。以下に、本実施形態のシール構造（シール部の構造）を、その製造方法に基づいて説明する。

（シール構造の形成）
このようなシール構造を形成するには、まず、石英からなる基板本体１０Ａを用意し、該基板本体１０Ａに枠状部１８０を形成する。以下に、枠状部１８０を形成する工程について説明する。
はじめに、図１０（ａ）に示すように、基板本体１０Ａ上に公知の方法によりＴＦＴ素子、画素作製領域に含まれる画素電極を形成し、該画素電極に接続することで電圧を印加するためのＩＴＯからなる配線９０を形成する。その後、図１０（ｂ）に示すように、ＳｉＯ_２からなる酸化膜２８０を前記配線９０上に成膜した後、例えばＣＭＰ（機械的化学的研磨）により前記酸化膜２８０上を平坦化する。そして、平坦化された酸化膜２８０における画素作製領域の周辺部以外を公知のフォトリソグラフィ法及びエッチングを用いることにより除去する。例えば、図１０（ｃ）に示すように、画素作製領域の周辺部以外の酸化膜２８０上の領域（同図中破線で示される領域）のみを開口させるようにして、レジスト層２９０を開口し、エッチングを行う。
このような工程により、図１０（ｄ）に示すように、平面視した状態で、素子基板１０上には、酸化膜２８０からなる枠状の枠状部１８０が形成される。なお、この枠状部１８０には前記実施形態と異なり液晶注入用の注入口が形成されていない。また、このとき、図９に示した外部入力端子７０と駆動素子とを接続する配線７１、および第１の導電端子７２とこれに接続する接続配線７３についてもそれぞれ形成しておく。また、本実施形態における枠状部１８０についても、その高さが３μｍ程度となっていて、素子基板１０と対向基板２０との間のセルギャップに対応したものとなっている。これにより、この枠状部１８０によってセルギャップが規定されるようになり、したがってギャップ材を不要にすることができる。

一方、対向基板２０についても、共通電極２１やブラックマトリクス（図示せず）を公知の方法により予め基板本体２０Ａに形成しておき、さらに基板を接合した際に前記第１の導通端子７２に接続されることにより、基板１０，２０間を導通させる第２の導通端子７４を形成する。このとき、図示しないが、前記第２の導通端子７４と共通電極２１との間を接続する配線を形成している。なお、この配線は、素子基板１０に形成された枠状部１８０との接触面、すなわちシール部に露出させることがないように、例えば基板本体２０Ａの内面に埋め込まれることで前記シール部を横切ることがないように構成されている。

続いて、素子基板１０と対向基板２０との貼り付け工程を行う。基板１０，２０間を貼り合わせるに際し、前記第１の実施形態と同様に、枠状部１８０及び該枠状部１８０に対向する対向基板２０の接触面に表面活性化処理を施して、それぞれの表面を活性化させる。この表面活性化処理としては、イオンビーム処理を用いてもよいしプラズマ処理を用いてもよいが、本実施形態ではイオンビーム処理を採用することがより好ましい。この理由としては、イオンビーム処理の場合には、上述したように常温下で表面を活性化し、基板１０，２０間を直接接合することができるので、液晶層に熱によるダメージを与えることなく、より信頼性の高い基板接合が可能となるからである。

ここで、本実施形態においては、前記枠状部１８０に液晶注入用の注入口を設けていないことから、前記枠状部１８０によって囲まる領域に液晶層５０を配置した後、基板１０，２０間を貼り合わせるようにしている。このような工程により、封入口の無い枠状部１８０から構成されたシール部によって基板１０，２０間に液晶層５０を封入することができる。

本実施形態の液晶装置によれば、上記第１実施形態の液晶装置６０と同様の効果に加え、枠状部１８０が液晶注入口を備えない、いわゆる封入口レスの液晶装置となっているので、外部からの水分の浸入がより良好に防止された防湿性の高いものとなる。
なお、本発明は前記実施形態に限定されることなく、本発明の要旨を逸脱しない限り種々の変更が可能である。例えば、前記第１実施形態では、枠状部８０を対向基板２０（基板本体２０Ａ）側のみに形成したが、素子基板１０側にも枠状部を形成し、対向基板２０側の枠状部と素子基板１０側の枠状部とを合わることで、本発明における枠状部とし、これらの接触面でシール部を構成してもよい。

また、前記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できる。さらに、前記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できる。また、前記実施形態では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できる。

（プロジェクタ）
次に、本発明の投射型表示装置の一実施形態であるプロジェクタについて、図１１を用いて説明する。図９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、前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。

前述したプロジェクタは、前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。上記各実施形態の液晶装置６０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、基板１０，２０間が防湿性の高い上記シール部により接合され、水分の浸入による配向規制力の変化に起因する表示品質の低下が防止された液晶装置を備えているので、プロジェクタ自体の信頼性が向上する。
なお、本実施形態では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。

（ａ）は素子基板の平面図、（ｂ）は対向基板の平面図である。 液晶装置の概略構成を示す側断面図である。 シール構造を説明する図である。 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。 イオンビーム装置の概略構成図である。 プラズマ処理装置の概略構成図である。 （ａ），（ｂ）は、第２実施形態の素子基板及び対向基板の平面図である。 素子基板の製造工程説明図である。 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…素子基板（第１の基板）、１０Ａ…基板本体（基板材料）、１６…配向膜、２０…対向基板（第２の基板）、２０Ａ…基板本体（基板材料）、２２…配向膜、５０…液晶層、６０…液晶装置、８０…枠状部

Claims (9)

1. 対向して配置された一対の基板間に液晶層が挟持されてなる液晶装置において、
   前記一対の基板間は、前記液晶層を囲む枠状部上のシール部により貼り合わされていて、
   該シール部は、前記一対の基板のうち少なくとも一方の基板の内面側に形成された前記枠状部と、該枠状部に対向する側の基板の接触面とが表面活性化処理後、直接接合されたことにより形成されたことを特徴とする液晶装置。
2. 前記枠状部は、基板の内面側に一体に形成されてなることを特徴とする請求項１に記載の液晶装置。
3. 前記一対の基板における前記液晶層側には配向膜がそれぞれ設けられていて、該配向膜は無機材料から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。
4. 前記一対の基板は、駆動素子が形成されてなる第１の基板と第２の基板とからなり、前記枠状部は、前記第２の基板側に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の液晶装置の製造方法。
5. 前記枠状部は、前記一対の基板間にてセルギャップに対応する高さとなっていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の液晶装置。
6. 対向して配置された一対の基板間に液晶層が挟持されてなる液晶装置の製造方法において、
   前記一対の基板のうちの少なくとも一方の基板の基板材料を用意し、該基板材料に前記液晶層を囲む枠状部を設ける工程と、
   該枠状部、及び該枠状部に対向する側の基板の接触面に表面活性化処理を施して、それぞれの表面を活性化させる工程と、
   前記枠状部に囲まれた領域に前記液晶層を設ける工程と、
   表面活性化処理が施された前記枠状部及び前記接触面を直接接合させる工程と、
   を備えたことを特徴とする液晶装置の製造方法。
7. 前記表面活性化処理において、イオンビーム照射を用いることを特徴とする請求項５に記載の液晶装置の製造方法。
8. 前記表面活性化処理において、プラズマ処理を用いていることを特徴とする請求項５に記載の液晶装置の製造方法。
9. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の液晶装置、又は請求項６〜８のいずれか一項に記載の液晶装置の製造方法により得られた液晶装置を備えたことを特徴とする投射型表示装置。
   
   
   

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