JP2009139497A - 配向膜の製造方法および製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液晶表示素子に用いる配向膜の作製において、大面積基板を用いた場合でも、蒸着距離を大きくすることなく、配向の均一性を確保可能な配向膜の製造方法を提供する。
【解決手段】無機物から成る配向膜の製造方法であって、斜方蒸着法により基板上に無機物の薄膜を形成する工程を有し、前記基板上の異なる成膜領域に、異なる成膜速度で無機物を蒸着する配向膜の製造方法。前記基板と、基板上の成膜領域を制限するための開口部を有する防着部材との相対的位置関係を連続的に変化させることによって基板上の成膜領域を連続的に変化させて、前記基板上の異なる成膜領域に、異なる成膜速度で無機物を蒸着することが好ましい。
【選択図】図３

Description

本発明は、配向膜の製造方法および製造装置に関し、特に配向膜に好適な無機物からなる蒸着薄膜を比較的大面積の基板上に形成するための配向膜の製造方法および製造装置に関する。

ＰＣモニタ、薄型テレビ、プロジェクター等に用いられる液晶表示素子は、近年その使用目的に応じた多様な進化を遂げている。液晶表示素子は、その用途によって、使用する液晶、配向膜、電極、基板等は多種多様であるが、基本的な構造は画素電極および対向電極、配向膜が形成された一対の基板間に、液晶組成物を導入した構成であり、これはどの液晶表示素子でも共通の構成である。その中で、配向膜は液晶分子の配列を一定方向に規制する機能を有している。液晶分子の配向は、液晶素子が光スイッチング機能を有するために必須であり、またそれ故に配向膜の特性は液晶表示素子の表示特性に大きく影響する。

配向膜にはポリイミドに代表される有機配向膜が広く用いられている。しかし高輝度プロジェクターの様な高強度光下環境で用いられる液晶表示素子では、配向膜の光劣化が問題となっている。この問題は、有機配向膜に代わり無機配向膜を採用することにより解決される。

無機配向膜は、一般的には斜方蒸着法と呼ばれる蒸着法を用いて形成する。これは基板法線と基板中心−蒸着源を結ぶ線分が、ある一定の角度を保った状態で蒸着を行う方法で、この角度を一般に蒸着角度と呼ぶ。無機配向膜の材質は一般的には酸化物、特に酸化ケイ素（ＳｉＯ_ｘ：ｘ＝１から２）がよく用いられ、抵抗加熱法や電子ビーム照射によりボートまたは坩堝内の酸化物を蒸発させることにより基板上に無機配向膜を形成する。以下、無機配向膜の材質がＳｉＯ_ｘの場合について説明する。斜方蒸着法を用いることで、斜め方向に成長した、微細なＳｉＯ_ｘから成る柱状構造（カラム構造）を有する斜方蒸着膜が形成される。ＳｉＯ_ｘカラム構造を有する斜方蒸着膜の表面は、蒸着角、蒸着方向に対応した形状異方性を有しており、それらに起因して液晶が一方向に配向すると考えられている。

斜方蒸着法により形成した無機配向膜は、その蒸着角度により液晶配向の様子が異なる。特にプレチルト角と呼ばれる、配向膜表面に対する液晶分子の傾斜角を蒸着角度により制御することができる。プレチルト角は表示品質に大きく影響するパラメータである。特に、コントラスト低下の原因となるディスクリネーションラインの発生を抑制するため、液晶素子はある程度のプレチルト角を有していることが望ましい。

プレチルト角を制御するためには、通常の斜方蒸着法において蒸着角度を適切に設定すれば良く、誘電異方性が正負どちらの液晶材料を用いた場合においても、蒸着角度とプレチルト角との間には良い相関関係が確認されている。しかしこのことは言い換えると蒸着角度が少しでも異なるとプレチルト角はその変化に追随して変化し、斜方蒸着時の基板面内での蒸着角度分布を敏感に反映するといった問題を生じる。特に大面積基板上への斜方蒸着を行う際には問題となる。この問題の解決案としては、単純に蒸着距離を大きくすることが考えられるが、大面積の基板になればそれに伴い蒸着距離を十分大きくする必要があり、結果装置の大型化を招くまた、斜方蒸着中に開口面積が異なるスリットを用いることで配向膜形成時の蒸着角度ムラや膜厚ムラを低減させる方法（特許文献１参照）や、予め使用するサイズに基板を切断しておき、各基板が蒸着源に対して全て同じ蒸着角を有するように基板を配置する方法（特許文献２参照）等が提案されている。
特開２００３−１２９２２５号公報 特開平１１−１６０７１１号公報

しかし、特許文献１の方法では、基板上での膜厚は均一化できるが、蒸着角度は均一化できず、したがって基板面内でプレチルト角の分布を生じるという課題がある。
また、特許文献２の方法においては、原理的に各基板の方位角方向、極角方向の蒸着角が等しくなるため、各基板を用いて作製した液晶素子も同じプレチルト角を有すると考えられる。しかし、基板を切断して成膜装置に配置し、蒸着を行うという方法は生産性・歩留まりを著しく低下させる。

本発明者は、上記課題解決の為に鋭意検討を行った。その結果、斜方蒸着膜の成膜速度とプレチルト角には相関関係があることを確認し、更に斜方蒸着時の成膜速度によりカラム密集度が変化し、この変化に追随してプレチルト角が変化することを見出した。上記知見より、基板面内でのプレチルト角、液晶配向の均一性を確保するためには配向膜の成膜速度を基板上の領域に応じて変化させることが必要であるとの認識に至った。

本発明は、前記課題を鑑み、また前記知見を元に鋭意検討した結果なされたものである。本発明は、大面積基板、例えば直径が２０ｃｍ以上の基板を用いた場合でも、蒸着距離を大きくすることなく、配向の均一性を確保可能な配向膜の製造方法および製造装置を提供するものである。

上記の課題を解決する配向膜の製造方法は、斜方蒸着法により基板上に無機物の薄膜を形成する、無機物から成る配向膜の製造方法であって、前記基板上の異なる成膜領域に、異なる成膜速度で無機物を蒸着することを特徴とする。

上記の課題を解決する配向膜の製造装置は、斜方蒸着法を用いて基板上に無機物から成る配向膜を形成する装置であって、真空排気装置を備えた真空チャンバーと、該真空チャンバー内に設けられ、蒸発速度を制御可能な蒸着源と、基板を蒸着方向に対して傾斜させて保持する基板保持機構と、該蒸着源と該基板保持機構との間に設けられ、基板上での蒸着位置を制限する開口部を有する防着部材と、該防着部材と基板との相対位置を変化させる手段と、該相対位置関係の変化に合わせて前記蒸着源の蒸発速度を変化させる蒸発速度制御手段とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、比較的大面積基板を用い、かつ蒸着距離が比較的小さい場合においても、蒸着基板面内全面に渡り、所望のプレチルト角を均一に発現する無機配向膜を、容易にかつ高歩留まりで形成することできる。また、本発明の配向膜の製造方法を用いることにより、従来の斜方蒸着膜製造装置と比較して蒸着距離を小さくすることが可能となり、製造装置を小型化でき、製造コストを低減できる。

また、本発明によれば、これらの製造方法および製造装置を用いることで、所望のプレチルト角に設定された、高品質な表示を可能にする液晶表示素子、またその液晶表示素子を用いた投射型表示装置等の表示装置を提供することができる。

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明に係る配向膜の製造方法は、斜方蒸着法により基板上に無機物の薄膜を形成する、無機物から成る配向膜の製造方法であって、前記基板上の異なる成膜領域に、異なる成膜速度で無機物を蒸着することを特徴とする。

前記無機物を蒸着源から蒸発し、防着部材の開口部を通して基板上に蒸着することが好ましい。
前記基板と、基板上の成膜領域を制限するための開口部を有する防着部材との相対的位置関係を連続的に変化させることによって基板上の成膜領域を連続的に変化させて、前記基板上の異なる成膜領域に、異なる成膜速度で無機物を蒸着することが好ましい。

前記基板と、基板上の成膜領域を制限するための開口部を有する防着部材との相対的位置関係を連続的に変化させる方法が、固定した基板に対して、開口部を有する防着部材を移動させる方法であることが好ましい。

前記基板と、基板上の成膜領域を制限するための開口部を有する防着部材との相対的位置関係を連続的に変化させる方法が、固定した開口部を有する防着部材に対して、基板を移動させる方法であることが好ましい。
前記基板上の異なる成膜領域を、異なる成膜速度で蒸着する方法が、蒸着源に投入する電力を変化させる方法であることが好ましい。

本発明に係る配向膜の製造装置は、斜方蒸着法を用いて基板上に無機物から成る配向膜を形成する装置であって、真空排気装置を備えた真空チャンバーと、該真空チャンバー内に設けられ、蒸発速度（単位時間あたりの蒸発量）を制御可能な蒸着源と、基板を蒸着方向に対して傾斜させて保持する基板保持機構と、該蒸着源と該基板保持機構との間に設けられ、基板上での蒸着位置を制限する開口部を有する防着部材と、該防着部材と基板との相対位置を変化させる手段と、該相対位置関係の変化に合わせて前記蒸着源の蒸発速度を変化させる蒸発速度制御手段とを備えることを特徴とする。

前記開口部を有する防着部材と基板との相対位置関係を連続的に変化させるための手段が、固定した基板に対して、開口部を有する防着部材を移動させる手段であることが好ましい。

前記開口部を有する防着部材と基板との相対位置関係を連続的に変化させるための手段が、固定した開口部を有する防着部材に対して、基板を移動させる手段であることが好ましい。

＜配向膜の製造方法について＞
次に、図を用いて本発明の配向膜の製造方法について説明する。
図１に、一般的な斜方蒸着を行う場合の装置構成の一例を示す。蒸着源１１から出射する蒸着粒子流は、ある蒸着角に設定した基板１２へと到達し、斜方蒸着膜を形成する。その際の基板面内の各点での極角方向の蒸着角は異なる。詳述すると、蒸着源１１から出射した蒸着粒子流は基板中心では蒸着角Ａ１５、基板上部では蒸着角Ｂ１６、基板下部では蒸着角Ｃ１７の角度を有して入射する。これらの蒸着角の違いは、プレチルト角の違いとなって現れ、液晶表示素子を作製した際の表示特性の違いとなる。

ここで、液晶のプレチルト角について図６を用いて説明する。配向膜６３が形成されたガラス基板６４を対向させて張り合わせ、その間に液晶分子６２から成る液晶を導入した液晶表示素子において、基板法線に対する液晶分子６２の傾斜の平均値をプレチルト角θｐと呼ぶ。プレチルト角はクリスタルローテーション法、磁場スレッショルド法、コノスコープ観察等の測定法・観察法により定量評価可能である。

膜密度は膜の屈折率測定や分光エリプソメトリー等の測定により決定した。成膜速度とプレチルト角との関係を調べたところ、図８に示すような結果を得た。ここでの蒸着角度は図１に示す蒸着角Ａ１５であり、プレチルト角測定のために用いた液晶セルは、蒸着角Ａ１５を測定した点を含む領域から取り出した基板を用いて作製した。膜厚は全て同じにしてある。図８より、成膜速度を高くするほどプレチルト角が小さくなることが分かる。また、図８は蒸着角度が７０°の場合における成膜速度とプレチルト角の関係であるが、その他の蒸着角度の場合においても同様の傾向が確認されている。

蒸着源から蒸発する粒子の単位立体角あたりの蒸発量は蒸発方向によらず均一であるとみなせる。基板面内で，蒸着源から遠く蒸着角度が大きいところでは基板の単位面積に単位時間あたりに到着する粒子の量が少ないうえ、カラムがまばらにしか成長しない。カラムの密集度はプレティルト角に強く関係するので，カラムの密集度を基板内で均一にしなければならない。

図８の結果は，成膜速度を上げるとカラム密集度が高くなることを示唆している。すなわち、同じ膜厚の膜でも，単位時間あたりに基板に到達する粒子の量が増えると、密集したカラムができると推測される。
したがって，基板内の蒸着角度の違いによるカラム密集度の不均一を，成膜速度を調節して均一にすることができる。蒸着角度が大きくなる領域では、蒸着角度増大に起因するカラム密集度の低下を、成膜速度を高くすることで補償し、その結果液晶配向に際して均一なプレティルト角を与える膜が形成できる。

なお、ここでカラム密集度とは、配向膜を構成する酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）の柱状構造体（ＳｉＯｘカラム）と、複数のＳｉＯｘカラム間に存在する空隙の割合を表す。これらは空隙の存在がない場合のＳｉＯｘの屈折率を基準（即ち膜密度１００％）として、どの程度屈折率が低下したかで見積もることができ、上述のように分光エリプソメトリー等の測定法により測定可能である。

斜方蒸着膜の成膜速度を蒸着中に変化させる方法は、カラム密集度に変化を与え、結果的に基板上のプレチルト角が均一と成るような方法であればどのような方法でもよく、その方法に特に制限はない。その中で、蒸着源に投入する電力を成膜中に制御する方法や、蒸着源と基板間に設置された開閉可能なシャッター等を用いて成膜速度を制御する方法を用いることが、簡便に成膜速度を制御でき、好ましい方法であるといえる。

蒸着源は、基板に斜方蒸着膜を形成可能なものであれば特に制限はないが、斜方蒸着膜の構造異方性を発現しやすい方法として、電子ビーム蒸着法、抵抗加熱法等が挙げられ、これらの方法を用いることが好ましい。

蒸着する物質は、酸化物、例えば二酸化ケイ素（ＳｉＯ_ｘ）、一酸化珪素（ＳｉＯ）等の酸化ケイ素（ＳｉＯ_ｘ：ｘ＝１から２程度）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）、酸化コバルト（Ｃｏ_３Ｏ_４）、酸化鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｆｅ_３Ｏ_４）等やフッ化物、例えばフッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）等、が好ましい。特に二酸化珪素（ＳｉＯ_２）、一酸化珪素（ＳｉＯ）等の酸化ケイ素（ＳｉＯ_ｘ）で有ることが望ましい。これらの材料は蒸着法によって容易にカラム構造を形成でき、また前記エネルギー付与方法によるカラム密集度の制御が比較的容易であるからである。

次に、スリット等の開口部を有する防着部材を移動させることで、成膜領域を選択する方法について説明する。
図２に示す、基板と蒸着源との間に、スリット２２を有する、移動可能な防着部材２１を設置する。そしてこれを図３に示すような方向に移動させることにより、成膜領域を選択する。その際、成膜領域Ａ３１、成膜領域Ｂ３２、成膜領域Ｃ３３の順に移動させると、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す領域に成膜される。このときに成膜領域Ａ３１、Ｂ３２、Ｃ３３に成膜する際の成膜速度をそれぞれ変えることで、基板上各領域でのカラム密集度を等しくすることができる。即ち、図４（ａ）の時には成膜速度を高くして密集度を高め、図４（ｂ）、（ｃ）のように防着部材２１を移動させるに従い、各成膜領域で密集度が等しくなるように成膜速度を徐々に低下させる。また、この時に配向膜の膜厚が等しくなるよう、防着部材２１の移動速度を制御する。

また、図５に示すように、基板の移動により成膜領域を選択することも可能である。この場合には、各成膜領域で蒸着角は等しくなるが、蒸着距離の違いに起因して成膜速度に差が生じる。特に蒸着源１１と基板１２の距離が近接している場合においては、成膜領域による蒸着距離の差が顕著に現れる。成膜速度は蒸着距離の２乗に反比例して小さくなるため、図５（ａ）に示す場合の実際の成膜速度は、図５（ｃ）に示す場合と比較して小さくなる。この蒸着距離に起因する成膜速度の差によって膜密度に差が生じ、プレチルト角に差異が生じる原因となる。この蒸着距離に起因する成膜速度差も、本発明の方法によって補償することが可能となる。即ち、図５（ａ）の位置の時には成膜速度を高く設定し、図５（ｂ）、図５（ｃ）の位置に基板が移動するに従い成膜速度を低下させることで蒸着距離に起因する成膜速度差を補償し、成膜速度を各成膜領域で均一にすることができる。

＜配向膜の製造装置について＞
本発明の配向膜の製造装置は、真空チャンバーと、真空チャンバー内を排気する真空ポンプ等の真空排気装置、真空チャンバー内で基板を任意の角度に傾斜させて保持するための基板保持機構、蒸着源、基板上への成膜領域を制限し、かつ成膜領域を選択する機構と、成膜領域に対応して成膜速度を変化させる機構、から構成される。以下、各々について説明する。

真空チャンバーと真空排気装置は、プロセス中の成膜圧力を適切な圧力に制御可能であれば特に制限はなく、本発明の配向膜の製造方法を実施可能であるならば、どのような物を用いてもよい。

基板保持機構は、基板を真空チャンバー内で保持し、かつ蒸着角度の設定を行うための機構である。また、場合により蒸着時にチャンバー内で移動させ、かつ後述の開口部を有する防着部材と組み合わせて用いることにより基板内での成膜領域を選択するための機能も付加される。

蒸着源は蒸着原料を蒸発させ基板へ蒸着粒子を飛来させるために使用し、電子ビーム蒸着（ＥＢ）、抵抗加熱蒸着等の蒸着源を用いることができる。蒸着源に導入する蒸着原料は、成膜した配向膜が適切な液晶配向を発現するならば特に制限はないが、酸化ケイ素（ＳｉＯ_ｘ）、特に二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）が液晶表示素子に求められる性能の観点から、好ましい材料である。

基板上への成膜領域を制限し、かつ成膜領域を選択する機構は、具体的には下記の部材、機構より構成される。
基板保持機構を移動させずに成膜を行う場合、開口部を有する、移動可能な防着部材を用いることで成膜領域を制限、かつ選択することが可能となる。開口部形状は、防着部材の移動により基板上全面に蒸着可能であるならば、その形状、サイズは特に制限はない。しかし、長方形形状で、かつ長辺が防着部材移動方向に対して直交し、かつ短辺が長辺にたいして十分に短いような形状の開口部を用いることで、より精密なカラム密集度制御や膜厚制御を行うことが可能となる。

また、開口部を有する防着部材を移動させずに成膜を行う場合には、上述の基板保持機構を移動させることで成膜領域を制限、かつ選択することが可能となる。この際にも防着部材の開口部は上記の様な形状であれば効果的なカラム密集度制御、膜厚制御を行うことができる。

成膜領域に対応して成膜速度を変化させる機構は、真空チャンバー内に成膜速度のモニタ可能な装置を配置し、上記防着部材または基板保持機構の移動にあわせて設定した成膜速度になるよう、蒸着源への電力投入量や、蒸着源上に設置されたシャッター等の遮蔽部材の開閉を制御する機構である。成膜速度のモニタには、水晶振動子等を用いた膜厚モニタ等を用いると良い。

また、成膜速度の制御方法は、所望の成膜速度に設定可能であるならばどのような方法で制御してもよいが、蒸着源への電力投入量による制御や、シャッターの開閉時間による制御が、成膜速度モニタからのフィードバックを行いやすいため、比較的好ましい方法であるといえる。

以下、実施例を用いてさらに詳しく本実施の形態を説明するが、本発明は実施例に記述されたものに限定されるわけではない。
実施例１
本実施例は、基板上の異なる成膜領域を、異なる成膜速度にて蒸着して無機配向膜を形成し、液晶表示素子を作製した例を示す。具体的には、基板上の一部を成膜速度２ｎｍ／ｓで蒸着を行い、その他の部分を成膜速度０．５ｎｍ／ｓにて蒸着を行うことで、一つの基板上でプレチルト角の異なる領域を有する液晶表示素子を作製した例である。

本実施例では、直径が２００ｍｍのシリコンウェハーとＩＴＯ／ガラス基板を用いる。シリコンウェハーには電極となるアルミニウム薄膜と、液晶素子を駆動するためのトランジスタ回路が形成されている。また、本実施例では電子ビーム蒸着法にて基板上にＳｉＯ_２を成膜する。蒸着源と基板中心との距離を１００ｃｍ、蒸着角度を７０°に設定し、基板位置、蒸着角度は成膜中固定する。

次に、基板の中央部の領域のみに蒸着を行うため、基板上に蒸着マスクを設置する。
次に蒸着源の電源をＯｎにし、成膜速度を設定する。成膜速度は膜厚モニタでモニタリングしており、フィードバック制御により成膜速度を制御可能である。膜厚モニタはスリット等により蒸着粒子流が遮蔽されない位置に設置されており、蒸着源が作動している間は常に成膜速度をモニタリングしている。膜厚モニタは、前記条件に加えて蒸着距離１００ｃｍ、蒸着角が０°となるよう配置されている。
次に、成膜を開始する。このとき蒸着角度を６５°、成膜速度を２ｎｍ／ｓとし、膜厚が１００ｎｍとなるように蒸着を行う。

上記成膜終了後、基板の中央部領域以外の領域、即ち未成膜部分にのみ成膜を行うための蒸着マスクを設置する。
次に、蒸着角度６５°で、成膜速度が０．５ｎｍ／ｓとし、膜厚が１００ｎｍとなるように蒸着を行う。

上記方法で作製した基板を、その蒸着位置が対応するようにセル組みを行い、プレチルト角の測定を行った。その結果、セル中央部、即ち成膜速度２ｎｍ／ｓで蒸着した部分のプレチルト角は９．６°であり、セル中央部以外、即ち成膜レート０．５ｎｍ／ｓで蒸着した部分のプレチルト角は１２．８°であった。

このように、成膜領域によって成膜速度を変えて無機配向膜を作製することにより、異なるプレチルト角を有する領域を同一基板面内に作り出すことが可能となる。

実施例２
本実施例は、移動可能なスリットを用い、かつ成膜速度を適宜変化させながら無機配向膜を作製し、該無機配向膜を用いて液晶表示素子を作製した例である。

本実施例では、直径が２００ｍｍのシリコンウェハーとＩＴＯ／ガラス基板を用いる。シリコンウェハーには電極となるアルミニウム薄膜と、液晶素子を駆動するためのトランジスタ回路が形成されている。また、本実施例では電子ビーム蒸着法にて基板上にＳｉＯ_２を成膜する。蒸着源と基板中心との距離を１００ｃｍ、蒸着角度を７０°に設定し、基板位置、蒸着角度は成膜中固定する。

次に、成膜領域を制限するためのスリットを、基板と蒸着源の間に設置する。スリットは成膜中に初期位置から終了位置まで移動させる。スリットの初期位置・終了位置は蒸着粒子流が基板に到達しない位置であり、スリットが初期位置から終了位置まで移動する間にスリットを介して基板各領域に連続的に蒸着が行われ、最終的には基板全面に蒸着する。

次に蒸着源の電源をＯｎにし、成膜速度を設定する。成膜速度は膜厚モニタでモニタリングしており、フィードバック制御により成膜速度を制御可能である。膜厚モニタはスリット等により蒸着粒子流が遮蔽されない位置に設置されており、蒸着源が作動している間は常に成膜速度をモニタリングしている。膜厚モニタは、前記条件に加えて蒸着距離１００ｃｍ、蒸着角が０°となるよう配置されている。

初期成膜速度を２ｎｍ／ｓに設定した後、スリットの移動を開始し、基板上への成膜を開始する。スリットは成膜領域が基板上部、中部、下部と移動する方向に移動させる。ここでの基板上部とは、基板を傾斜して配置した際の、蒸着源からの距離が基板中央よりも遠い領域のことであり、基板下部はその反対の領域である。

成膜領域が基板上部の時、膜厚モニタ上での成膜速度が２ｎｍ／ｓとなり、基板中央部の時には１ｎｍ／ｓ、基板下部の時には０．５ｎｍ／ｓ、となるように連続的に成膜速度を変化させる。スリットの移動は、蒸着膜厚が基板全面に渡り略均一となるようにその移動速度を制御している。具体的には基板上部への蒸着の際には移動速度が大きく、基板中部・下部に成膜領域が移動するにつれて移動速度が小さくなる様な移動速度の制御を行っている。

上記の手順により、Ｓｉ基板上に無機配向膜を形成する。また、同様の手順で、直径２００ｍｍ（８インチ）のＩＴＯ薄膜付ガラス基板上にも無機配向膜を形成する。
光学顕微鏡による観察において、ムラ等は確認されず、各基板上で配向膜が均一に形成されていることを確認できる。

ここで、直径２００ｍｍ（８インチ）基板上でのプレチルト角の均一性を確認するため、直径２００ｍｍ（８インチ）のＩＴＯガラス基板２枚上に同様の方法で蒸着薄膜を形成した後、プレチルト測定用の液晶セルを作製する。測定用基板の作製は、２枚のＩＴＯガラスの、図７に示す基板の各点から測定用基板を切り出し、２枚の基板の同じ位置から切り出した基板を蒸着方向が反平行になるよう張り合わせ、その基板間にＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード用の液晶混合物であるＭＬＣ−６６０８（メルク社製）を注入して液晶セルを作製する。図７に示す基板の各点におけるプレチルト角を測定すると、以下の表１の結果となり、各基板位置でのプレチルト角の均一性が確認できる。

次に、Ｓｉ基板、ＩＴＯガラス基板を切り出し、Ｓｉ基板上に、粒径３μｍのシリカスペーサー入りシール剤を塗布し、無機配向膜が反平行（アンチパラレル）の構成となるように重ね合わせたのちに上記液晶組成物を注入、液晶配向処理を行い、セルギャップ３μｍの液晶表示素子を作製する。以上の工程を行うことで、直径２００ｍｍ（８インチ）Ｓｉ基板および直径２００ｍｍ（８インチ）ＩＴＯガラス基板から複数個の液晶表示素子を作製する。

各液晶表示素子の電圧−反射率特性（Ｖ−Ｒ特性）は、各素子ともに同様な特性が得られ、各素子が同じプレチルト角を有していることが確認できる。
上記液晶素子素子を用いて投射型表示装置を作製する。この装置を用いて生成した映像をスクリーンに投射すると、表示ムラのない良好な表示が得られることが確認できる。いずれの基板位置から作製した液晶表示素子を用いても、同様の良好な表示品質が得られる。

比較例１
比較例として、成膜速度を１ｎｍ／ｓに固定して無機配向膜を作製した以外は実施例２と同様の作製方法で作製した液晶表示素子のプレチルト角の分布を表２に示す。

実施例２に記載の成膜速度制御を行わないと、基板面内の蒸着方向に沿って、プレチルト角のムラが発生する。
また、実施例２と同様の方法で液晶表示素子を作製すると、測定点Ａ付近の基板を用いた素子と測定点Ｅ付近の基板を用いた素子では、Ｖ−Ｒ特性が異なっており、プレチルト角の違いが表示特性に影響していることが確認できる。

実施例３
本実施例は、スリットを有する防着部材を固定し、傾斜基板を移動させながら成膜を行う場合において、実施例２の場合と同様に成膜速度を適宜変化させながら無機配向膜の形成を行い、該無機配向膜を用いて液晶表示素子を作製した例である。

基板は実施例２と同様の基板を用いる。
次に長方形形状のスリットを有した防着部材を蒸着源、基板搬送機構との間にセットする。スリット長辺の長さは２０ｃｍであり、短辺は２ｃｍである。次に基板搬送機構を初期位置にセットする。基板搬送機構は、基板を傾斜させたまま基板移動を行う機構で、本実施例においては図５に示すように、スリット長辺に対して直交する方向に基板を移動させる。また、このときの基板傾斜角度は７０°である。

次に基板搬送機構を移動させて成膜を開始する。実施例２の場合と同様の方法で成膜速度を制御し、基板上部に蒸着する場合には成膜速度を１．５ｎｍ／ｓ、基板中央部では１ｎｍ／ｓ、基板下部では０．７ｎｍ／ｓで蒸着し、基盤搬送機構が終了位置まで移動することで成膜を終了する。

上記方法で作製した無機配向膜のプレチルト角を実施例２と同様の方法で測定すると、実施例２と同様、基板上の各点において比較的均一なプレチルト角が得られ、本実施例の成膜方法を用いることでプレチルト角が基板各点で均一な無機配向膜が得られることが分かる。

また実施例２と同様の方法で液晶表示素子を作製し、その特性を評価したところ実施例２と同様に、各素子とも同様の特性であることが確認できる。
また、上記液晶素子を用いて投射型表示装置を作製する。この装置を用いて生成した映像をスクリーンに投射すると、表示ムラのない良好な表示が得られることが確認できる。いずれの基板位置から作製した液晶表示素子を用いても、同様の良好な表示品質が得られる。

本発明は、斜方蒸着法等の成膜法により形成される無機配向膜を用いた液晶表示素子に利用可能であり、また該液晶表示素子を用いた表示装置、例えばプロジェクター等の投射型表示装置、液晶モニタ、液晶テレビ等に利用可能である。

斜方蒸着法により配向膜を作成する際の装置構成の概略図である。 本発明の配向膜の製造方法に用いる装置の概略図である。 本発明の配向膜の製造方法の一例を示す概略図である。 本発明の配向膜の製造方法の説明に用いる、成膜領域を示す概略図である。 本発明の配向膜の製造方法の一例を示す概略図である。 液晶表示素子におけるプレチルト角を説明するための概略図である。 本発明の実施例における測定点を説明するための概略図である。 成膜速度とプレチルト角の関係を示すグラフである。

符号の説明

１１ 蒸着源
１２、７２ 基板
１３ 基板搬送機構
１４ 基板法線
１５ 蒸着角Ａ
１６ 蒸着角Ｂ
１７ 蒸着角Ｃ
１８ 蒸着距離
２１ 防着部材
２２ スリット
３１、４１、５１ 成膜領域Ａ
３２、４２、５２ 成膜領域Ｂ
３３、４３、５３ 成膜領域Ｃ
６１ プレチルト角θｐ
６２ 液晶分子
６３ 配向膜
６４ ガラス基板
７１ 斜方蒸着方向
７３ 測定点Ａ
７４ 測定点Ｂ
７５ 測定点Ｃ
７６ 測定点Ｄ
７７ 測定点Ｅ

Claims (9)

1. 斜方蒸着法により基板上に無機物の薄膜を形成する、無機物から成る配向膜の製造方法であって、前記基板上の異なる成膜領域に、異なる成膜速度で無機物を蒸着することを特徴とする配向膜の製造方法。
2. 前記無機物を蒸着源から蒸発し、防着部材の開口部を通して基板上に蒸着する請求項１に記載の配向膜の製造方法。
3. 前記基板と、基板上の成膜領域を制限するための開口部を有する防着部材との相対的位置関係を連続的に変化させることによって基板上の成膜領域を連続的に変化させて、前記基板上の異なる成膜領域に、異なる成膜速度で無機物を蒸着する請求項１または２に記載の配向膜の製造方法。
4. 前記基板と、基板上の成膜領域を制限するための開口部を有する防着部材との相対的位置関係を連続的に変化させる方法が、固定した基板に対して、開口部を有する防着部材を移動させる方法である請求項３に記載の配向膜の製造方法。
5. 前記基板と、基板上の成膜領域を制限するための開口部を有する防着部材との相対的位置関係を連続的に変化させる方法が、固定した開口部を有する防着部材に対して、基板を移動させる方法である請求項３に記載の配向膜の製造方法。
6. 前記基板上の異なる成膜領域を、異なる成膜速度で蒸着する方法が、蒸着源に投入する電力を変化させる方法である請求項１乃至５のいずれかの項に記載の配向膜の製造方法。
7. 斜方蒸着法を用いて基板上に無機物から成る配向膜を形成する装置であって、真空排気装置を備えた真空チャンバーと、該真空チャンバー内に設けられ、蒸発速度を制御可能な蒸着源と、基板を蒸着方向に対して傾斜させて保持する基板保持機構と、該蒸着源と該基板保持機構との間に設けられ、基板上での蒸着位置を制限する開口部を有する防着部材と、該防着部材と基板との相対位置を変化させる手段と、該相対位置関係の変化に合わせて前記蒸着源の蒸発速度を変化させる蒸発速度制御手段とを備えることを特徴とする配向膜の製造装置。
8. 前記開口部を有する防着部材と基板との相対位置関係を変化させる手段が、固定した基板に対して、開口部を有する防着部材を移動させる手段である請求項７に記載の配向膜の製造装置。
9. 前記開口部を有する防着部材と基板との相対位置関係を変化させる手段が、固定した開口部を有する防着部材に対して、基板を移動させる手段である請求項７に記載の配向膜の製造装置。

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