JP2010026274A - 液晶表示素子、プロジェクタ及び液晶表示素子用基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】凸部を有する表面に、斜め蒸着により無機材料からなる無機配向膜を形成すると、凸部の影となる部分に液晶分子の配列方向が異なるドメインが発生して、表示のむらの発生やコントラストが低下するなどの原因となった。
【解決手段】凸部６を有する基板表面に、無機材料を斜め方向から蒸着形成した第１無機配向膜７と、上記斜め方向と平面視反対方向の斜め方向から蒸着形成した第２無機配向膜８とを設けて、上記第１無機配向膜７が蒸着形成された方向の凸部６の側壁Ｗ１に接する基板表面の近接領域Ｒ１を、液晶層４と接するように露出させて、上記ドメインの発生を抑制した。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示素子、プロジェクタ及び液晶表示素子用基板の製造方法に関し、特に、無機配向膜を形成した基板を用いた液晶表示素子及びその製造方法に関する。

液晶表示素子は、内面に電極が形成された２枚の基板と、その２枚の基板の間隙に挟持された液晶層、液晶層の分子配向の変化を視覚化するための偏光板から構成されている。液晶表示素子は、内面に形成された電極に電圧を印加することにより、液晶分子の配向方向を変化させる。液晶分子の配向方向が変化すると、液晶層を透過する偏光光線の偏光軸が変化し、この変化の状態を２枚の偏光板により視覚化して表示を行う。

２枚の基板の内面には、液晶層の分子配向を規制するための配向膜が形成されている。通常、配向膜はポリイミド樹脂等の有機配向膜や、シリコン酸化膜を斜方蒸着した無機配向膜が使用される。特に、液晶表示素子が強い光や高温に晒されるプロジェクタ等の投影型画像表示装置においては、配向膜の劣化、これに伴う液晶分子配向の乱れ、ドメインの発生等の観点から、無機配向膜の使用が検討されてきている。

図８は、液晶表示素子を構成する一対の基板のうちの下基板５１の模式的な縦断面図である。下基板５１の液晶層５４の側の表面には凸部５６が形成されている。凸部５６は、例えば電極配線、また、内部にＭＯＳトランジスタや薄膜トランジスタが形成される領域、或いは、図示しない上基板との間の間隔を規定するためのスペーサである。液晶層５４を構成する液晶分子は負の誘電異方性を有している。下基板５１の表面には、電極膜５２が形成されている。電極膜５２の上には、基板面に対して垂直方向から無機材料を蒸着した第１無機配向膜５７と、基板面に対して左斜め方向５９から斜方蒸着した第２無機配向膜５８が形成されている。第１無機配向膜５７は、液晶層５４を構成する液晶分子５５を基板面に対して垂直方向に配向させるために設けている。第２無機配向膜５８は、液晶分子５５の基板面に対する配向方向を、垂直方向からわずかにずれたプレチルト角を持つようにするために設けてある。

基板表面に対して液晶分子５５にわずかなプレチルト角を設けるのは、次の理由による。負の誘電異方性を有する液晶層５４は、液晶分子５５の長軸方向の誘電率よりも、短軸方向の誘電率が大きい。この液晶分子５５を、電界無印加時には基板面に対して垂直方向を向くように配向させ、電界印加により水平方向に倒れるようにする。しかし、プレチルト角を有しない、即ち、基板面に対して液晶分子５５が垂直に配向している場合は、液晶層５４に電界を印加したときに液晶分子５５の倒れる方向が一様にならない。即ち、電界印加により左側に倒れる領域や右側に倒れる領域が発生する。すると、液晶層５４を通過する偏光光線の複屈折率に差が生じて光の透過率に差が生じ、表示むらやコントラストむらが発生し、あるいはコントラスト自体が低下する。このような不具合を防止するために、液晶分子５５に予めプレチルト角を設けて、電界印加時に液晶分子が倒れる方向を一様化している。

特許文献１には、基板の液晶層側表面に凸部が形成されている場合の斜め蒸着法について記載されている。特許文献１においては、斜め蒸着の際に凸部の影となる領域に液晶分子の配向むらが生じるのを防止するために、この影となる凸部の側壁面の傾斜を緩和させて、無機配向膜がこの傾斜面に形成されるようにしている。また、特許文献２においては、基板の液晶層側表面に凹部からなる溝が形成されている場合に、溝により液晶分子の配向方向が乱れることを防止するために、溝を微粒子により埋めた後に、無機材料を斜め蒸着して無機配向膜を形成することが記載されている。
特開２００７−１７８６９９号公報 特開２００２−２６８０６７号公報

図８に示す液晶表示素子用の下基板５１では、凸部５６の右側側壁に接する基板表面は、斜め左上方向から無機材料を斜方蒸着する際の影となり、第２無機配向膜５８が堆積されない、或いは均一に堆積することができない。そのため、当該影となる領域Ａにおいては、第１無機配向膜５７が液晶層５４と接することになり、液晶分子５５にその下地膜である第１無機配向膜５７の配向規制力が及ぶ。その結果、当該領域Ａにおける液晶分子５５のプレチルト角は、法線方向、即ちほぼ０°となる。この状態で電極膜５２に電圧を印加すると、領域Ａの液晶分子５５は他の領域の液晶層５４とは異なる方向に倒れ、液晶分子５５の配列方向が異なるドメインが形成される。このドメインでは液晶分子５５の配列方向が他の領域とは異なるために、液晶層５４を通過する光の複屈折率も他の領域とは相違することになり、透過率のむらやコントラストの低下が生じた。

また、特許文献１に記載のように、凸部の側壁面を斜方蒸着の蒸着角度よりも大きな角度、すなわち傾斜面を緩く形成するためには、凸部に特殊な加工を施す必要があり、加工方法が複雑になった。また、基板表面からの高さの高い凸部を形成しようとすると、凸部の基板面に占める面積が増大し、表示に寄与可能な開口率が低下した。

本発明は上記課題を解決するために以下の手段を講じた。

請求項１の発明においては、互いに対向する一対の基板と前記一対の基板間に挟持された液晶層を備えており、少なくとも一方の前記基板の前記液晶層の側の表面には、前記表面から突出する凸部と、無機材料を前記表面に対して斜め方向から蒸着形成した第１無機配向膜と、無機材料を前記斜め方向と平面視反対方向の斜め方向から蒸着形成して、前記第１無機配向膜の上に積層された第２無機配向膜と、が設けられており、前記凸部の側壁に接する前記表面の近接領域のうち、前記第１無機配向膜が蒸着形成された方向の側壁の近接領域は、前記第１無機配向膜が露出して前記液晶層と接する液晶表示素子とした。

請求項２の発明においては、互いに対向する一対の基板と前記一対の基板間に挟持された液晶層を備えており、少なくとも一方の前記基板の前記液晶層の側の表面には、前記表面から突出する凸部と、前記表面の法線に対して傾斜する柱状構造を有する第１無機配向膜と、前記法線を基準にして前記第１無機配向膜の柱状構造の傾斜方向とは逆方向に傾斜する柱状構造を有し、前記第１無機配向膜の上に積層された第２無機配向膜と、が設けられており、前記凸部の対となる両側壁に接する前記表面の近接領域のうち、一方の側壁の側の近接領域は、前記第１無機配向膜が露出して前記液晶層と接し、他方の側壁の側の近接領域は、前記第２無機配向膜が前記液晶層と接する液晶表示素子とした。

請求項３の発明においては、前記第１無機配向膜は、前記第２無機配向膜よりも前記法線に対する柱状構造の傾斜角が大きいことを特徴とする請求項２に記載の液晶表示素子とした。

請求項４の発明においては、前記第１無機配向膜の表面又は表面近傍における前記液晶層を構成する液晶分子のプレチルト角と、前記第２無機配向膜の表面又は表面近傍における前記液晶層を構成する液晶分子のプレチルト角とは、略同一であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の液晶表示素子とした。

請求項５の発明においては、前記凸部は、前記一対の基板の間隔を規定するスペーサであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の液晶表示素子とした。

請求項６の発明においては、光源と、請求項１〜５のいずれか１項に記載した液晶表示素子と、投射レンズとを含むプロジェクタとした。

請求項７の発明においては、基板の表面に平坦面から突出する凸部を形成する工程と、前記基板の表面に、前記表面に対して斜め方向から無機材料を蒸着して第１無機配向膜を形成する工程と、前記基板の表面に、平面視前記斜め方向と反対の斜め方向から無機材料を蒸着して第２無機配向膜を形成する工程と、を含む液晶表示素子用基板の製造方法とした。

液晶表示素子を構成する少なくとも一方の基板の液晶層側の表面には、基板表面から突出する凸部と、無機材料を斜め蒸着した第１無機配向膜と、その斜め蒸着方向と平面視反対方向から斜め蒸着して、液晶層に接する第２無機配向膜とが設けられている。そして、凸部の側壁に接する基板表面の近接領域のうち、第１無機配向膜が蒸着された方向の側の近接領域は、第１無機配向膜が露出して液晶層と接するようにした。これにより、凸部側壁に接する基板表面の近接領域のうち、第１無機配向膜の斜め蒸着方向の近接領域において、液晶分子のプレチルト角（基板表面の法線に対する液晶分子の傾き角）は第１無機配向膜により規制される。その結果、液晶分子の配列方向が異なるようなドメインの発生を低減させて、表示むらやコントラストむらを低減させることができる。

以下、本発明について図面を用いて具体的に説明する。

図１は、本発明に係る液晶表示素子１の基本的な構成を説明するための説明図である。図１（ａ）は、液晶表示素子１の模式的な部分断面図であり、図１（ｂ）は、下基板２の表面を説明するための模式的な部分断面図を表す。

図１（ａ）に示すように、液晶表示素子１は下基板２及び上基板３の間に液晶層４が挟持されている。下基板２の液晶層４側の表面には凸部６が形成され、この凸部６と下基板２の表面には第１無機配向膜及び第２無機配向膜が積層した無機配向膜Ｓが形成されている。上基板３の液晶層４側の表面には配向膜Ｓ’が形成されている。液晶層４の液晶分子５は、下基板２の表面に形成された無機配向膜Ｓと上基板３の表面に形成された配向膜Ｓ’の配向規制力により、その長軸方向を基板面に対して概ね垂直な方向に一様に配向している。下基板２の液晶層４側の表面と無機配向膜Ｓとの間には図示しない電極が形成され、上基板３の液晶層４側の表面と配向膜Ｓ’との間にも図示しない電極が形成されている。この電極に電圧を与えて液晶層４に電界を印加し、上下基板２、３の間隙部の液晶分子配向を変化させる。液晶分子配向が変化すると、液晶層４を通過する光の偏光方向、あるいは複屈折率が変化する。この変化を偏光板により可視化して、表示動作を行う。

図１（ｂ）を用いて、下基板２の液晶層４側の表面状態について、具体的に説明する。下基板２の液晶層４側の表面には、右上斜め方向Ｄ１から無機材料を蒸着形成した第１無機配向膜７が形成されている。第１無機配向膜７は、凸部６の上面と右上斜め方向Ｄ１の側に面している右側の側面Ｗ１、及びこの側面Ｗ１に接する基板表面の右側の近接領域Ｒ１にも形成されている。一方、第１無機配向膜７は、凸部６の右上斜め方向Ｄ１の影になる左側の側面Ｗ２と、この側面Ｗ２に接する基板表面の左側の近接領域Ｒ２には形成されない。凸部６の影となるからである。

更に、左上斜め方向Ｄ２から無機材料を蒸着形成した第２無機配向膜８が第１無機配向膜７の上に形成されている。第２無機配向膜８は、凸部６の上面に形成された第１無機配向膜７の上と左上斜め方向Ｄ２の側に面している左側の側面Ｗ２、及びこの側面Ｗ２に接する基板表面の左側の近接領域Ｒ２にも形成されている。一方、第２無機配向膜８は、凸部６の左上斜め方向Ｄ２の陰になる右側の側面Ｗ１と、この側面Ｗ１に接する基板表面の右側の近接領域Ｒ１には形成されていない。

ここで、第１無機配向膜７及び第２無機配向膜８は蒸着方向に傾斜する柱状構造を有している。より具体的には、第１無機配向膜７の柱状構造は、概ね蒸着方向である右上斜め方向Ｄ１に向いている。第１無機配向膜７の上に積層された第２無機配向膜８の柱状構造は、蒸着方向である左上斜め方向Ｄ２に向いている。つまり、第１無機配向膜７の柱状構造の傾斜方向と、第２無機配向膜８の柱状構造の傾斜方向とは、基板表面の法線を基準として互いに逆方向を向いている。

以上の２層の無機配向膜Ｓにおいて、下基板２の液晶層４側の表面の大部分は第２無機配向膜８が露出しており、液晶層４を構成する液晶分子５の基板表面における配向は、第２無機配向膜８により規制される。一方、凸部６の右側の側面Ｗ１に接する右側の近接領域Ｒ１においては、第１無機配向膜７が露出している。従って、この右側の近接領域Ｒ１における液晶分子５の配向は、第１無機配向膜７により規制される。

例えば、負の誘電異方性を持つ液晶層４を使用し、無機材料としてシリコン酸化膜を使用した場合には、第２無機配向膜８の上の液晶分子５は所定のプレチルト角を有して略垂直方向に配向する。また、第１無機配向膜７の上の液晶分子５も平面視同じ方向であってほぼ同じプレチルト角をもって略垂直方向に配向する。そのために、第１無機配向膜７が露出する近接領域Ｒ１における液晶分子５の配向方向と、その他の領域の第２無機配向膜８に接する液晶分子５の配向方向とは略同じになる。その結果、液晶層４に電界を印加して液晶分子の配向方向を変化させても、液晶分子の配向が不ぞろいとなるドメインの発生を抑制することができ、表示むらやコントラストむら、更に、光の抜けによるコントラストの低下を低減することができる。

図２は、本発明の液晶表示素子１に形成する無機配向膜の、蒸着角度と液晶分子のプレチルト角の関係の一例を表す。図２（ａ）は、無機材料の蒸着角度θと液晶分子のプレチルト角φとの関係を表す。図２（ａ）の横軸は蒸着角度θ（°）を表し、図２（ｂ）に示すように、無機材料の蒸着方向Ｄと基板表面の法線ｎとのなす角度である。図２（ａ）の縦軸は基板表面における液晶分子のプレチルト角φ（°）を表し、図２（ｃ）に示すように、液晶分子５の長軸方向の基板表面の法線ｎとのなす角度である。ここで、無機材料としてシリコン酸化物を用い真空度８×１０^−３Ｐａで斜め蒸着した。プレチルト角は、負の誘電異方性を有する液晶材料を使用して測定した。

図２（ａ）に示すように、領域Ｙ１においては、蒸着角度θを３５°〜５０°へ増加させるに従い、プレチルト角φは略１．５°〜６°に上昇した。即ち、蒸着角度θとプレチルト角φとは比例関係にある。また、斜め蒸着した無機配向膜Ｓは、概ねその蒸着方向Ｄの方向に柱状構造が形成され、蒸着角度θが大きくなるに従い、基板面の法線に対する柱状構造の傾斜角も大きくなる。領域Ｙ１の挿入図に示すように、液晶分子５の長軸方向は、この柱状構造の傾く方向に傾いている。これに対して、蒸着角度θが略５３°以上となる領域Ｙ２においては、柱状構造の傾斜角は大きくなるが、液晶分子５の傾く方向は反転する。即ち、蒸着角度θを５５°〜６０°へ増加させると、プレチルト角φは略６．４°〜２．５°に減少する。これは、無機配向膜Ｓの柱状構造は、蒸着角度θを５３°以上とした場合でも概ね蒸着方向Ｄの方向により大きな傾斜角をもって傾斜するが、液晶分子５は、領域Ｙ２の挿入図に示すように、柱状構造の傾く方向と交叉する方向に配向するためである。つまり、蒸着角度θ＝５３°を境に、無機配向膜Ｓの柱状構造に対する液晶分子５の配向方向は、柱状構造の傾斜方向からこれに交叉する方向へ遷移する。

段差状の凸部が形成された基板表面に無機材料を斜め蒸着して無機配向膜を形成する場合に、蒸着されない影の近接領域が生成されることは、避けることができない。この近接領域は、下地表面が露出して液晶分子の配向が下地表面の影響を受けることになる。本発明は、特定の蒸着角度θを境にして液晶分子５の傾く方向が反転し、かつ、反転した２つの領域Ｙ１、Ｙ２においてプレチルト角φがほぼ等しくなる、という性質を利用するものである。この性質を利用すれば、段差状の凸部の影となる近接領域にも、他の領域と同じプレチルト角を実現することができる。本発明は、この知見に基づいてなされた。

垂直配向の液晶層を利用する場合に、液晶分子のプレチルト角φを、通常、１°〜６°の範囲に設定する。この範囲よりもプレチルト角を小さくすると、液晶に電界印加時に液晶分子の倒れる角度が定まらず、表示にむらが発生しやすい。また、この範囲よりもプレチルト角を大きくすると、漏れ光が増大してコントラストが低下する。

図２（ａ）のグラフから、蒸着角度θを略３５°〜５０°の場合と、蒸着角度θを略５７°〜６０°の場合とのいずれの場合にも、プレチルト角φは１°〜６°の範囲内となる。そして、領域Ｙ２におけるプレチルト角φは、法線方向を中心にして領域Ｙ１におけるプレチルト角φとは反対の方向に倒れている。このことは、凸部６の一方の側壁側から領域Ｙ１の条件で斜方蒸着を行い、他方の側壁側から領域Ｙ２の条件で斜方蒸着を行うことにより、いずれの側壁に近接する近接領域においても液晶分子５のプレチルト角φをほぼ同じ方向に揃えることができることを意味する。

第１無機配向膜７と第２無機配向膜８の蒸着角度θは、夫々のプレチルト角φが概ね一致するように設定することが好ましい。即ち、第１無機配向膜７の蒸着角度θを略５７°とする場合には、第２無機配向膜８の蒸着角度θを略５０°に設定する。以下同様に、第１無機配向膜７の蒸着角度θを略５８°とする場合には、第２無機配向膜８の蒸着角度θを略４８°に、第１無機配向膜７の蒸着角度θを略６０°とする場合には、第２無機配向膜８の蒸着角度θを略４０°に夫々設定する。これにより、凸部６の側壁Ｗ１、Ｗ２に接する両側の近接領域Ｒ１、Ｒ２における液晶分子５のプレチルト角φを一致させることができる。

また、凸部６の高さが高い場合でも、凸部の両側壁Ｗ１、Ｗ２に接する近接領域Ｒ１、Ｒ２の液晶分子５を一様に配向させることができる。従って、液晶表示素子を構成する２枚の基板の間隙を規定するためのスペーサを一方の基板の液晶層４側に形成する場合においても、凸部近傍の液晶分子５を一様に配向させることができるので、配向方向が異なるドメインの発生を防止することができる。

なお、図２（ａ）において、横軸を蒸着角度θとしたが、これに代えて、無機配向膜の柱状構造の傾き角θ’に置き換えることができる。蒸着角度θと柱状構造の傾き角θ’は一致しないが一定の関係を有している。即ち、蒸着角度θが大きいほど、柱状構造の傾き角θ’は大きくなる。つまり、図２（ａ）の領域Ｙ１においては、柱状構造の傾き角θ’が大きくなるほど、その表面に接する液晶分子５のプレチルト角φは大きくなる。また、領域Ｙ２においては、柱状構造の傾き角θ’が更に大きくなるほど、プレチルト角φは小さくなる。

以上の説明において、液晶表示素子１として、ＴＮ型液晶表示素子、ＳＴＮ型液晶表示素子とすることができる。また、下基板２の内表面の画素ごとにＴＦＴ形成した液晶表示素子、下基板２としてシリコン単結晶基板を用い、画素ごとにＭＯＳトランジスタを形成した反射型液晶表示素子等とすることができる。また、斜め方向から蒸着形成した無機配向膜、或いは柱状構造を有する無機配向膜を、下基板の内面とともに上基板の内面に形成することができる。また、無機材料としてシリコン酸化膜の他にアルミニュウム酸化物、チタン酸化物、フッ化マグネシウム等の酸化物やフッ化物を使用することができる。

以下、本発明に係る液晶表示素子１の実施形態を、図面を用いて具体的に説明する。

（実施形態１）
図３は、本発明の液晶表示素子１に形成する無機配向膜の、蒸着角度と液晶分子のプレチルト角の関係を表し、特に、図２において示した無機配向膜の蒸着条件等を変えた場合を表す。横軸は蒸着角度θ（°）を表し、縦軸は基板表面における液晶分子のプレチルト角φ（°）を表す。無機配向膜としてシリコン酸化物を用い、負の誘電異方性を有する液晶材料を使用してプレチルト角φを測定した。

グラフαは、真空蒸着装置αにより真空度８×１０^−３Ｐａにおいてシリコン酸化物を斜め蒸着したときの結果であり、図２に示したグラフと同じである。グラフβは、真空蒸着装置βにより真空度９．５×１０^−３Ｐａにおいてシリコン酸化物を斜め蒸着したときの結果である。グラフγは、真空蒸着装置γにより真空度５．６×１０^−３Ｐａにおいてシリコン酸化物を斜め蒸着したときの結果である。グラフαは図２において既に説明した。グラフβは、蒸着角度θが４０°から増加するにつれてプレチルト角φが増加し、蒸着角度θが概ね５９°でプレチルト角φが略４．５°の最大となる。更に蒸着角度θが増加すると、無機配向膜に対して液晶分子の配向方向が遷移し、プレチルト角φは減少する。グラフγにおいては、蒸着角度θが３５°から増加するにつれてプレチルト角φが増加し、蒸着角度θが概ね４７°においてプレチルト角φが略５．６°の最大となる。更に蒸着角度θが増加すると、液晶分子の配向方向が遷移してプレチルト角φは減少する。

従って、液晶分子のプレチルト角を１°から６°の範囲に一様に揃えるための蒸着角度は以下のようになる。グラフαにおいては、プレチルト角が最大となる蒸着角度をθｃとして、第１無機配向膜７の蒸着角度は概ね（θｃ＋４°）〜（θｃ＋７°）の範囲であり、第２無機配向膜８の蒸着角度は概ね（θｃ−１８°）〜（θｃ−７°）の範囲である。グラフβにおいては、第１無機配向膜７の蒸着角度は概ねθｃ〜（θｃ＋６°）の範囲であり、第２無機配向膜８の蒸着角度は概ね（θｃ−１０°）〜θｃの範囲である。グラフγにおいては、第１無機配向膜７の蒸着角度は概ねθｃ〜（θｃ＋９°）の範囲であり、第２無機配向膜８の蒸着角度は概ね（θｃ−１２°）〜θｃの範囲である。

このように、蒸着装置や蒸着条件を変えても、最大プレチルト角が存在し、この最大プレチルト角において液晶分子配向の遷移が発生する。そのため、斜め蒸着の際に影が発生するような凸部が表面に形成される場合でも、影が発生する方向から更に斜め蒸着することにより、凸部の両側壁に接する基板表面の近接領域において液晶分子を同一方向に揃えることができる。この場合に、プレチルト角φが最大となる蒸着角度をθｃとして、第１無機配向膜７は蒸着角度が概ねθｃ〜（θｃ＋１０°）の範囲で、第２無機配向膜８は第１無機配向膜７と平面視反対方向の蒸着角度が概ね（θｃ−１８°）〜θｃの範囲で斜め蒸着すればよい。

（実施形態２）
図４は、本発明の実施形態２に係る液晶表示素子１の模式的な部分断面図である。本実施形態２においては、凸部６を一対の基板間の間隙の距離を規定するスペーサとして構成した場合を表している。同一の部分又は同一の機能を有する部分には同一の符号を付している。

図４において、液晶層４は透明なガラス等からなる下基板２と透明なガラス等からなる上基板３との間に挟持されている。下基板２の液晶層４側の表面には、スペーサとして機能する絶縁体からなる凸部６が形成されている。従って、凸部６により基板間の距離が規定されている。下基板２の液晶層４側の表面には、互いに離間した複数の画素電極１１が形成されている。凸部６の下基板２側の表面には図示しないＴＦＴ及び配線が形成されている。各ＴＦＴは、夫々対応する画素電極１１に電気的に接続されており、各画素電極１１に供給する表示信号を制御する。

画素電極１１及び凸部６の表面には、右斜め方向から蒸着形成された第１無機配向膜７と、左斜め方向から蒸着形成された第２無機配向膜８が形成されている。第１無機配向膜７は、右斜め方向から蒸着されているために、凸部６の左側の側壁と、この凸部６に接し、凸部６の影となる基板表面には形成されていない。同様に、第２無機配向膜８は、左斜め方向から蒸着形成されているために、凸部６の右側の側壁と、この凸部６に接し、凸部６の影となる基板表面には形成されていない。その結果、下基板２の液晶層４側表面及び凸部６の大部分は第２無機配向膜８が露出し、凸部６の右側の側壁及びこの側壁に接する基板表面の近接領域は第１無機配向膜７が露出し、液晶層４と接している。

第１無機配向膜７及び第２無機配向膜８は、シリコン酸化膜の斜方蒸着により１０ｎｍ〜５００ｎｍの厚さに堆積した。プレチルト角φが最大となる蒸着角度をθｃとして、第１無機配向膜７は蒸着角度が概ねθｃ〜（θｃ＋１０°）の範囲で、第２無機配向膜８は第１無機配向膜７と平面視反対方向の蒸着角度が概ね（θｃ−１８°）〜θｃの範囲で斜め蒸着した。

このように斜め蒸着により形成された第１無機配向膜７及び第２無機配向膜８は柱状構造を有している。第１無機配向膜７は、蒸着方向である右斜め上方向に向けて傾斜する柱状構造を有しており、第２無機配向膜８は、蒸着方向である左斜め上方向に向けて傾斜する柱状構造を有している。第１無機配向膜７の柱状構造は、第２無機配向膜８の柱状構造のよりも、基板表面の法線からの傾斜角が大きい。

上基板３の液晶層４側の表面には、インジウム・スズ酸化物や亜鉛酸化物などからなる透明電極１３と、その上の上配向膜１２が積層形成されている。上配向膜１２は、第２無機配向膜８と同様に、シリコン酸化膜の斜方蒸着により形成した。上配向膜１２として、無機配向膜に代えて、ポリイミド等からなる有機配向膜を使用することができる。下基板２の外面、及び、上基板３の外面には夫々偏光板１４及び上偏光板１５が設けられている。

液晶層４は、負の誘電異方性を有している。画素電極１１と透明電極１３との間に電界が印加されないときは、液晶層４の液晶分子は、基板表面の法線に対して１°〜６°のプレチルト角を備えている。画素電極１１と透明電極１３との間に電界が印加されると、液晶層４の液晶分子は、基板面方向に倒れる。この場合に、凸部６の両側壁に接する基板表面の両近接領域において、液晶分子５の配向が揃っている。これにより、電界印加時のドメイン発生を防止することができる。

なお、凸部６として、シリコン酸化物やシリコン窒化物等の絶縁物を形成することができるとともに、絶縁物により被覆された金属等からなる導電体を使用することができる。第１無機配向膜７及び第２無機配向膜８として、シリコン酸化膜に代えてアルミニュウム酸化物、チタン酸化物、フッ化マグネシウム等の酸化物やフッ化物を使用することができる。画素電極１１として、インジウム・スズ酸化物や亜鉛酸化物に変えてアルミニュウムやＡｇ等の金属膜を使用して、反射型の液晶表示素子１とすることができる。この場合は、下基板２の外面に偏光板１４を設ける必要がない。また、凸部６と下基板２との間に形成したＴＦＴは、アモルファスシリコンやポリシリコンからなるＴＦＴとすることができる。また、凸部６は、必ずしもＴＦＴの上に形成する必要はなく、その他の領域、例えば画素電極１１の領域に形成してもよいし、上基板３の液晶層４側の表面に形成してもよい。この場合は、上基板３の上配向膜１２が、第１無機配向膜７及び第２無機配向膜８から構成されることになる。

（実施形態３）
図５は、本発明の他の実施形態３に係る液晶表示素子１の模式的な断面図である。本実施形態３においては、下基板２’としてシリコン基板を用いた反射型の液晶表示素子１である。同一の部分又は同一の機能を有する部分には同一の符号を付している。

図５において、下基板２’とガラス等からなる上基板３との間に液晶層４が挟持されている。下基板２’の液晶層４側の表面には、凸部６’が形成されている。凸部６’と下基板２’の境界領域にはＭＯＳトランジスタ１６やコンデンサーが形成されている。凸部６’の表面、及び、凸部６’間の下基板２’表面には、図示しない画素電極が形成されている。下基板２’の表面には、右斜め上方向から斜め蒸着された第１無機配向膜７が形成されている。その上に、左斜め上方向から斜め蒸着された第２無機配向膜８が形成されている。第２無機配向膜８は左斜め方向から蒸着されているために、その影となる領域である凸部６’の右側側壁と、この側壁に接する下基板２’表面の近接領域は、第１無機配向膜７が露出している。その結果、下基板２’の液晶層４側表面及び凸部６’の大部分は第２無機配向膜８が露出し、凸部６’の右側の側壁及びこの側壁に接する基板表面の近接領域は第１無機配向膜７が露出し、液晶層４と接している。

第１無機配向膜７及び第２無機配向膜８は、シリコン酸化膜の斜方蒸着により１０ｎｍ〜５００ｎｍの厚さに堆積した。プレチルト角φが最大となる蒸着角度をθｃとして、第１無機配向膜７は蒸着角度が概ねθｃ〜（θｃ＋１０°）の範囲で、第２無機配向膜８は第１無機配向膜７と平面視反対方向の蒸着角度が概ね（θｃ−１８°）〜θｃの範囲で斜め蒸着した。また、第１無機配向膜７及び第２無機配向膜８は柱状構造を有している。第１無機配向膜７は、蒸着方向である右斜め上方向に向けて傾斜する柱状構造を有しており、第２無機配向膜８は、蒸着方向である左斜め上方向に向けて傾斜する柱状構造を有している。第１無機配向膜７の柱状構造の傾斜角は、第２無機配向膜８の柱状構造よりも、基板表面の法線からの傾斜角が大きい。

上基板３の液晶層４側の表面には、インジウム・スズ酸化物や亜鉛酸化物などからなる透明電極１３と、その上の上配向膜１２が積層形成されている。上配向膜１２は、第２無機配向膜８と同様に、シリコン酸化膜の斜方蒸着により形成した。上配向膜１２として、無機配向膜に代えて、ポリイミド等からなる有機配向膜を使用することができる。上基板３の外面には上偏光板１５が設けられている。

液晶層４は、負の誘電異方性を有している。画素電極１１と透明電極１３との間に電界が印加されないときは、液晶層４の液晶分子５は、基板表面の法線に対して１°〜６°のプレチルト角を備えている。図示しない画素電極１１と透明電極１３との間に電界が印加されると、液晶層４の液晶分子５は、基板面方向に倒れる。この場合に、凸部６’の両側壁に接する基板表面の両近接領域において、液晶分子５の配向が揃っている。これにより、電界印加時のドメイン発生を防止することができる。

（実施形態４）
図６は、本発明の実施形態４に係る液晶表示素子用の基板の製造方法を説明するための説明図である。図６（ａ）は、液晶表示素子１用の下基板２に凸部６を形成した状態を表す模式的な断面図であり、図６（ｂ）及び図６（ｃ）は、真空蒸着装置２０を表す模式図である。

図６（ａ）に示すように、下基板２の表面には種々の理由により凸部６が形成される。例えば実施形態２に示されるように、上下基板間のスペーサとして機能させるために凸部６を積極的に形成する場合がある。この場合は、下基板２上に画素電極１１やＴＦＴを形成する際に又は形成した後に、ＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法によりシリコン酸化膜等の絶縁膜を堆積し、フォトリソグラフィ及びエッチング工程を通して凸部６に加工する。また、画素電極１１やＴＦＴを形成した後にガラス材料を塗布し、固化した後にフォトリソグラフィ及びエッチング工程を通して凸部６を形成することができる。或いは、画素電極１１やＴＦＴを形成した後に、基板表面の所定箇所にガラス材料を印刷し固化して凸部６を形成することができる。また、下基板２上にＴＦＴやＭＯＳトランジスタと配線電極を形成する場合に、この配線電極やＴＦＴが凸部６を構成する場合がある。この種の凸部は、半導体層、電極膜、絶縁膜、保護膜等からなる多層構造を有している。

図６（ｂ）は、第１無機配向膜７を蒸着する状態を模式的に表している。真空蒸着装置２０は、チャンバー２１、チャンバー２１に設置された蒸着源２２、シャッター２３、下基板２を装着する図示しないホルダー等が構成されている。また、チャンバー２１外には、チャンバー２１内を排気して真空にする図示しない排気装置が取り付けられている。

下基板２を図示しないホルダーに設置する。設置の際には、下基板２表面の法線ｎに対し、蒸着源２２から無機材料が飛来する方向Ｄ１の傾斜角をθ１に設定する。角度θ１は、５５°〜６０°とする。次に、チャンバー２１内を所定の真空に排気し、無機酸化物、例えばシリコン酸化物を充填した蒸着源２２を抵抗又は電子ビームにより加熱する。次に、シャッター２３を開状態とする。無機材料は、法線ｎに対して角度θ１方向から蒸着され、第１無機配向膜が形成される。第１無機配向膜は、１０ｎｍ〜５００ｎｍの厚さに形成する。所定時間経過後にシャッター２３を閉状態とする。

図６（ｃ）は、第２無機配向膜８を蒸着する状態を模式的に表している。チャンバー２１内の真空状態を維持して、下基板２を回転して、基板表面の法線ｎに対して無機材料が飛来する方向Ｄ２の傾斜角をθ２に設定する。θ２は、３５°〜５０°とする。次にシャッター２３を開状態にする。無機材料は、法線ｎに対して角度θ２方向から蒸着され、第２無機配向膜が形成される。第２無機配向膜は、１０ｎｍ〜５００ｎｍの厚さに形成する。所定時間経過後にシャッター２３を閉状態とする。

このように形成した第１無機配向膜は柱状構造を備えており、この柱状構造の傾斜角は、法線ｎに対して角度θ１よりも大きくなる。同様に、第２無機配向膜も柱状構造を備えており、この柱状構造の傾斜角は、法線ｎに対して角度θ２よりも大きく、かつ、第１無機配向膜の柱状構造の傾斜角よりも小さくなる。その結果、第２無機配向膜の蒸着により凸部６の影となる近接領域は、第１無機配向膜が露出する。これにより、凸部６の両側壁近傍の近接領域における液晶分子のプレチルト角を均一な方向に揃えることが可能となる。

なお、上記製造方法では、第１及び第２無機配向膜を同一のチャンバー２１内において蒸着した。これに代えて、２つのチャンバーをロードロック方式により連続的に構成し、真空を破ることなく第１チャンバーで第１無機配向膜を蒸着し、第２チャンバーで第２無機配向膜を形成するようにしてもよい。これにより、サイクルタイムの短縮を図ることができる。また、以上の説明において、蒸着又は斜方蒸着という文言を使用したが、これは抵抗加熱や電子ビームにより無機材料を蒸発させて堆積させる場合の他に、スパッタリングによりターゲット材料から物理的に無機材料を飛散させる場合も含む。スパッタリングによる堆積では、無機材料の飛散する方向を揃えるためにマスク等を設置すればよい。

（実施形態５）
図７は、本発明の実施形態５に係る液晶表示素子を用いたプロジェクタ３０を表す模式的なブロック図である。本実施形態５においては、例えば、実施形態２において説明した液晶表示素子１の、画素電極１１を光反射型の導電薄膜とし、上下偏光板１５、１４を除去した、反射型の液晶表示素子４０を使用する。また、実施形態３において説明した反射型の液晶表示素子１の、上偏光板１５を除去した液晶表示素子４０を使用する。従って、液晶表示素子４０の構成については、実施形態２又は実施形態３と同様なので、説明を省略する。

プロジェクタ３０は、光源３１と、赤色Ｒ、緑色Ｇ、青色Ｂに分離するダイクロイックミラー３２〜３４と、偏光ビームスプリッタ３５と、ＲＧＢごとに設置された３枚の液晶表示素子４０と、合成プリズム３６と、投影レンズ３７から構成されている。光源３１は、ＲＧＢの波長光を含むハロゲンランプ、水銀ランプ、キセノンランプ、又はＬＥＤ等から構成される。光源３１の光は、ダイクロイックミラー３２によりＲＧとＢとに分離され、ＲＧに分離された光はダイクロイックミラー３３により更にＲとＧに分離される。Ｒに分離された光は、偏光ビームスプリッタ３５Ｒにより偏光光に変換されて液晶表示素子４０Ｒに照射される。Ｇに分離された光は、偏光ビームスプリッタ３５Ｇにより偏光光に変換されて液晶表示素子４０Ｇに照射される。Ｂに分離された光は、ダイクロイックミラー３４又は反射面により反射され、偏光ビームスプリッタ３５Ｂにより偏光光に変換されて、液晶表示素子４０Ｂに照射される。

各液晶表示素子４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂは、ＲＧＢの各画像信号に応じて入射光の偏光方向を変調して、夫々対応する偏光ビームスプリッタ３５Ｒ、３５Ｇ、３５Ｂに変調光を反射する。各偏光ビームスプリッタ３５Ｒ、３５Ｇ、３５Ｂは、夫々の液晶表示素子４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂから入射した変調光を可視化して合成プリズム３６の対応面に射出する。合成プリズム３６は、各色の変調光を合成して投影レンズ３７に向けて射出し、スクリーン３８に投影像が投影される。これにより、液晶層にドメインの発生を防止し、明るさのむらやコントラストの低下を防止した応答速度の速い投影像を投影することができる。

なお、上記実施形態５においては、液晶表示素子４０として反射型の液晶表示素子４０を使用したが、これに限定されない。各偏光ビームスプリッタ３５Ｒ、３５Ｇ、３５Ｂの反射方向を合成プリズム側に反転させ、各偏光ビームスプリッタ３５Ｒ、３５Ｇ、３５Ｂと合成プリズム３６との間に透過型の液晶表示素子４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂを設置してもよい。この場合は、各液晶表示素子４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂと合成プリズム３６との間に偏光板を設置する。

本発明の液晶表示素子を説明するための説明図である。 本発明に係る無機配向膜の、蒸着角度と液晶分子のプレチルト角の関係を表すグラフである。 本発明に係る無機配向膜の、蒸着角度と液晶分子のプレチルト角の関係を表すグラフである。 本発明の実施形態に係る液晶表示素子の模式的な部分断面図である。 本発明の実施形態に係る液晶表示素子の模式的な部分断面図である。 本発明の実施形態に係る液晶表示素子用の基板の製造方法を説明するための説明図である。 本発明の実施形態に係るプロジェクタの模式的なブロック図である。 従来公知の液晶表示素子を構成する基板の模式的な縦断面図である。

符号の説明

１ 液晶表示素子
２ 下基板
３ 上基板
４ 液晶層
５ 液晶分子
６ 凸部
７ 第１無機配向膜
８ 第２無機配向膜
Ｒ１、Ｒ２ 近接領域
２０ 真空蒸着装置
３０ プロジェクタ

Claims (7)

1. 互いに対向する一対の基板と前記一対の基板間に挟持された液晶層を備えており、
   少なくとも一方の前記基板の前記液晶層の側の表面には、前記表面から突出する凸部と、無機材料を前記表面に対して斜め方向から蒸着形成した第１無機配向膜と、無機材料を前記斜め方向と平面視反対方向の斜め方向から蒸着形成して、前記第１無機配向膜の上に積層された第２無機配向膜と、が設けられており、
   前記凸部の側壁に接する前記表面の近接領域のうち、前記第１無機配向膜が蒸着形成された方向の側壁の近接領域は、前記第１無機配向膜が露出して前記液晶層と接する液晶表示素子。
2. 互いに対向する一対の基板と前記一対の基板間に挟持された液晶層を備えており、
   少なくとも一方の前記基板の前記液晶層の側の表面には、前記表面から突出する凸部と、前記表面の法線に対して傾斜する柱状構造を有する第１無機配向膜と、前記法線を基準にして前記第１無機配向膜の柱状構造の傾斜方向とは逆方向に傾斜する柱状構造を有し、前記第１無機配向膜の上に積層された第２無機配向膜と、が設けられており、
   前記凸部の対となる両側壁に接する前記表面の近接領域のうち、一方の側壁の側の近接領域は、前記第１無機配向膜が露出して前記液晶層と接し、他方の側壁の側の近接領域は、前記第２無機配向膜が前記液晶層と接する液晶表示素子。
3. 前記第１無機配向膜は、前記第２無機配向膜よりも前記法線に対する柱状構造の傾斜角が大きいことを特徴とする請求項２に記載の液晶表示素子。
4. 前記第１無機配向膜の表面又は表面近傍における前記液晶層を構成する液晶分子のプレチルト角と、前記第２無機配向膜の表面又は表面近傍における前記液晶層を構成する液晶分子のプレチルト角とは、略同一であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
5. 前記凸部は、前記一対の基板の間隔を規定するスペーサであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
6. 光源と、請求項１〜５のいずれか１項に記載した液晶表示素子と、投射レンズとを含むプロジェクタ。
7. 基板の表面に平坦面から突出する凸部を形成する工程と、
   前記基板の表面に、前記表面に対して斜め方向から無機材料を蒸着して第１無機配向膜を形成する工程と、
   前記基板の表面に、平面視前記斜め方向と反対の斜め方向から無機材料を蒸着して第２無機配向膜を形成する工程と、を含む液晶表示素子用基板の製造方法。

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