JP2012220523A - 液晶装置及びプロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】耐湿性の向上を図ると共に、液晶層や無機配向膜の汚染を防ぐことが可能な液晶装置を提供する。
【解決手段】一対の基板１５，２５間に液晶層３０を挟持する液晶装置１（１００）において、一対の基板１５，２５の液晶層３０と対向する側の面に、それぞれ液晶層３０の液晶分子の配向方向を制御する無機配向膜が設けられ、液晶層３０の周囲を囲む第１のシール材５０と、この第１のシール材５０の周囲を囲む第２のシール材５１により一対の基板１５，２５が貼り合わされると共に、第２のシール材５１が水（湿気）硬化性の開始剤を含む。
【選択図】図３

Description

本発明は、液晶装置、並びにそのような液晶装置を備えたプロジェクターに関する。

近年、プロジェクターに用いられる液晶表示装置（液晶装置）では、その高輝度化に伴って、光による配向膜の劣化が問題となっている。このため、ポリイミド等の有機材料に比べて、耐光性や耐熱性に優れた無機配向膜が採用されるようになってきている。

無機配向膜としては、斜方蒸着法や、指向性スパッタ法、シロキサン骨格を持つ塗布型無機材料などを用いたものが提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。その中でもプロジェクター用途の液晶表示装置には、斜方蒸着法が一般的に用いられている。

このようなプロジェクター用途の液晶表示装置では、液晶モードとして垂直配向モードが用いられている。この垂直配向モードの液晶表示装置では、電界無印加時に液晶分子に所定のプレチルト角を与える一方、電圧印加時に液晶分子を傾斜配向させて複屈折性を得るようにしている。

ところで、ＳｉＯ_２等の高極性な材料を用いた無機配向膜では、その表面に多数の−ＯＨ基が存在するために吸湿し易く、このような無機配向膜を用いたプロジェクター用途の液晶表示装置では、耐湿性に大きな課題がある。

このような課題に対して、下記特許文献１には、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において、一対の基板間における液晶層の周囲に、金属アルコキシドを主成分とする材料で構成され水分（湿気）を吸収して硬化する第２シール材を配設し、この第２シール材によって水分を吸収し、液晶層に水分が侵入する可能性を低減する技術が開示されている。

特許第４２０１００２号公報

ところで、液晶表示装置において、シミやムラといった表示品位の低下を抑制するためには、シール材に必要な特性として、その内側にある液晶や無機配向膜を極力汚染しないことが求められる。

しかしながら、上述した金属アルコキシドを主成分とするシール材を用いた場合には、耐湿性の向上は可能であるものの、一方の基板上に枠状に形成されたシール材の内側に液晶を滴下した後、このシール材を介して他方の基板を貼り合わせるといった製造プロセスを用いる場合には、シール材からの揮発成分によって配向膜の表面が汚染される懸念があり、更なる改善が求められる。

本発明は、このような事情に鑑みて提案されたものであり、耐湿性の向上を図ると共に、液晶層や無機配向膜の汚染を防ぐことが可能な液晶装置を提供することを目的とする。また、本発明は、このような液晶表示装置を備えることによって、良好な表示特性と高い信頼性とを兼ね備えたプロジェクターを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る液晶装置は、一対の基板間に液晶層を挟持する液晶装置において、一対の基板の液晶層と対向する側の面に、それぞれ液晶層の液晶分子の配向方向を制御する無機配向膜が設けられ、液晶層の周囲を囲む第１のシール材と、この第１のシール材の外側に設けられた第２のシール材により一対の基板が貼り合わされると共に、第２のシール材が水（湿気）硬化性の開始剤を含むことを特徴とする。
以上のように、この液晶装置では、第２のシール材が水（湿気）硬化性の開始剤を含むことで、この水（湿気）硬化性の開始剤により第２のシール材の硬化が促進されるため、水分や不純物等の内部への侵入を防ぐことが可能である。また、第２のシール材として第１のシール材で使用されている低汚染性の材料を用いることができるため、液晶層や無機配向膜の汚染を防ぐことが可能である。

また、上記水硬性の開始剤は、ケチミン化合物であることが好ましい。
これにより、第２のシール材の硬化を促進しつつ、水分や不純物等の内部への侵入を防ぐことが可能である。

また、上記第２のシール材は、エポキシ樹脂からなることが好ましい。
これにより、液晶層や無機配向膜の汚染を防ぎつつ、第１のシール材と共に一対の基板を貼り合わせることが可能である。

また、上記第２のシール材は、光硬化剤を含むものであってもよい。
この場合、光の照射によって第２のシール材の硬化を促進することができる。

また、上記第２のシール材は、熱硬化剤を含むものであってもよい。
この場合、熱を加えることによって第２のシール材の硬化を促進することができる。

また、上記液晶層が、第１及び第２のシール材の一部を開放する注入口から液晶を注入した後、この注入口を封止材で封止することで形成される場合において、耐湿性の向上を図ると共に、液晶層や無機配向膜の汚染を防ぐことが可能である。

また、上記液晶層が、一対の基板の何れか一方の対向面の周縁部を取り囲む第１のシール材の内側に液晶を滴下した後、これら一対の基板を第１及び第２のシール材を介して貼り合わせることで形成される場合において、耐湿性の向上を図ると共に、液晶層や無機配向膜の汚染を防ぐことが可能である。

また、上記無機配向膜は、Ｓｉ、Ｏを構成元素として含む多孔質膜からなることが好ましい。
この場合、耐熱性及び耐光性に優れた液晶装置として、プロジェクター用途に最適な液晶装置を提供することが可能である。

また、本発明に係るプロジェクターは、上記液晶装置を備えることを特徴とする。
この構成によれば、良好な表示特性と高い信頼性とを兼ね備えたプロジェクターを提供することができる。

透過型の液晶装置の一例を模式的に示す断面図である。 反射型の液晶装置の一例を模式的に示す断面図である。 第１及び第２のシール材で封止された液晶装置の一例であって、（ａ）はその平面図、（ｂ）はそのＸ_１−Ｘ_１’断面図である。 第１及び第２のシール材で封止された液晶装置の他例であって、（ａ）はその平面図、（ｂ）はそのＸ_２−Ｘ_２’断面図である。 プロジェクターの構成を示す模式図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、以下の各図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならせてある。

（液晶装置）
図１は、透過型の液晶装置１の構造を模式的に示した断面図である。
この液晶装置１は、図１に示すように、素子基板（一方の基板）１０と、これに対向配置された対向基板（他方の基板）２５との間に、誘電率異方性が負の液晶材料からなる液晶層３０が挟持されており、初期配向状態が垂直配向となっている。

素子基板１５は、基材部１１と、基材部１１の一方面側に第１の無機配向膜１２とを備えている。このうち、基材部１１は、ガラス等の透光性材料からなる基板本体１０を主体として構成されており、この基板本体１０の内面には、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）等の透明導電性材料からなる画素電極９が形成されている。また、基板本体１０の外面には、偏光板４１が配置されている。一方、第１の無機配向膜１２は、液晶層３０に接しながら液晶分子３０ａに所定方向へのプレチルト角を付与している。

また、素子基板１５は、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、画像信号が供給されるデータ線、走査線（いずれも図示略）等を備えている。また、データ線や走査線は、遮光膜としての機能を有することもある。

対向基板２５は、基材部２３と、この基材部２３の一方面側に第２の無機配向膜２２とを備えている。このうち、基材部２３は、ガラス等の透光性材料からなる基板本体２０を主体として構成されており、この基板本体２０の内面にはＩＴＯ等の透明導電性材料からなる共通電極２１が形成されている。また、基板本体２０の外面には、偏光板４２が配置されている。共通電極２１は、基板本体２０上に全面ベタ状に形成されている。また、対向基板２５は、カラーフィルタや遮光膜を備えている。一方、第２の無機配向膜２２は、液晶層３０に接しながら液晶分子３０ａに所定方向へのプレチルト角を付与している。

液晶層３０は、第１の無機配向膜１２及び第２の無機配向膜２２によって液晶分子３０ａの初期配向状態（電圧無印加時の配向状態）が垂直配向を呈している。

偏光板４１，４２は、その偏光軸が液晶の方位角（基準０°）に対して略４５°及び略１３５°の角度をなしており、互いの偏光軸が略直交（クロスニコル）している。

図２は、反射型の液晶装置１００の構造を模式的に示した断面図である。
この反射型の液晶装置１００と、上記透過型の液晶装置１との違いは、画素電極が反射電極となる点及び無機配向膜の下層がパッシベーション膜である点である。なお、以下の説明では、上記液晶装置１と同等の構成及び部材については、同一の符号を付すものとする。

この液晶装置１００は、図２に示すように、素子基板（一方の基板）１０と、これに対向配置された対向基板（他方の基板）２５との間に、誘電率異方性が負の液晶材料からなる液晶層３０が挟持されており、初期配向状態が垂直配向となっている。また、この液晶装置１００は、スイッチング素子としてＴＦＴ（Thin-Film Transistor）素子を用いたアクティブマトリクス型の反射型液晶装置である。

素子基板１５は、基材部１１１と、基材部１１の一方面側に第１の無機配向膜１２とを備えている。このうち、基材部１１１は、基板本体１０を主体として構成され、基板本体１０の内面には、ＡｌやＡｇ等の反射性の高い導電性材料からなる反射電極９０が形成されている。この反射電極９０は、上記画素電極９として機能するものである。

反射電極９０上には、シリコン酸化物としての酸化シリコン（ＳｉＯｘ）からなるパッシベーション膜１１２が、例えば真空蒸着法やスパッタ法（ＤＣスパッタ）などのＰＶＤ法又はＣＶＤ法により形成されている。なお、パッシベーション膜１１２の形成材料としては、シリコン窒化物としての窒化シリコン（ＳｉＮｘ）や、アルミニウム酸化物としての酸化アルミニウム（ＡｌｘＯｙ）を用いることもできる（ｘ、ｙは正の整数）。

一方、第１の無機配向膜１２は、このパッシベーション膜１１２上に形成されて、液晶層３０に接しながら液晶分子３０ａに所定方向へのプレチルト角を付与している。

また、素子基板１５は、反射電極９０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、画像信号が供給されるデータ線、走査線（いずれも図示略）等を備えている。また、データ線や走査線は、遮光膜としての機能を有することもある。

対向基板２５は、基材部１２３と、この基材部１２３の一方面側に第２の無機配向膜２２とを備えている。このうち、基材部１２３は、基板本体２０を主体として構成され、基板本体２０の内面には、ＩＴＯ等の透明導電性材料からなる共通電極１２１が形成されている。共通電極１２１上には、例えばＣＶＤ法によりパッシベーション膜１２２が形成されている。このパッシベーション膜１２２は、上記パッシベーション膜１１２と同一の材料から構成されている。また、基板本体２０の外面には、偏光板４２が配置されている。共通電極２１は、基板本体２０上に全面ベタ状に形成されている。また、対向基板２５は、カラーフィルタや遮光膜を備えている。

一方、第２の無機配向膜２２は、液晶層３０に接しながら液晶分子３０ａに所定方向へのプレチルト角を付与している。

液晶層３０は、第１の無機配向膜１２及び第２の無機配向膜２２によって、液晶分子３０ａの初期配向状態（電圧無印加時の配向状態）が垂直配向を呈している。

偏光板４１，４２は、その偏光軸が液晶の方位角（基準０°）に対して略４５°及び略１３５°の角度をなしており、互いの偏光軸が略直交（クロスニコル）している。

ところで、上記第１及び第２の無機配向膜１２，２２には、図１及び図２に示すように、Ｓｉ、Ｏを構成元素として含む多孔質無機膜が用いられている。具体的に、多孔質無機膜には、耐光性や耐熱性に優れた酸化シリコン（ＳｉＯｘ）膜を用いることができる。ここで、酸化シリコンとは、ＳｉＯ_２及びＳｉＯの何れか１種類以上の材料を含む無機材料である。なお、多孔質無機膜には、ＳｉＯｘ膜の他にも、ＳｉＯＮ膜やＳｉＮ膜などを用いることができる。

また、多孔質無機膜の形成方法としては、いわゆるゾル・ゲル法を用いることができる。具体的には、例えばシリコンアルコキシド、界面活性剤、アルコール等を含むゾル溶液を調製し、このゾル溶液をスピンコート法等を用いて基材部１１，２３上に塗布し、ゲル状の薄膜を形成する。そして、この薄膜をプリキュアした後、焼成により硬化させることによって、多孔質無機膜を形成することができる。また、プリキュア又は焼成後に紫外線(ＵＶ)を照射することによって、ポーラス構造の鋳型の役目となっている界面活性剤を効率良く除去することができる。

第１及び第２の無機配向膜１２，２２は、この多孔質無機膜の表面にイオンビームを基板面に対して斜め方向から照射する異方性エッチングによって処理された表面部１２ａ，２２ａを有している。第１及び第２の無機配向膜１２，２２は、このエッチング処理が施された表面部１２ａ，２２ａの形状によって、上記液晶層３０の液晶分子３０ａにプレチルト角（基板本体１０，２０の法線方向に対する角度）を付与し、液晶分子３０ａを駆動させる際の傾斜方向を規定している。すなわち、多孔質無機膜の表面形状を変化させ、配向膜としての機能を発現させることによって、上記液晶層３０の液晶分子３０ａを所定の方向にプレチルトを与えて垂直配向させている。

一方、このようなＳｉＯ_２等の高極性な材料を用いた第１及び第２の無機配向膜１２，２２では、その表面に多数の−ＯＨ基が存在するために吸湿し易く、このような無機配向膜１２，２２を用いたプロジェクター用途の液晶装置１，１００では、耐湿性に大きな課題がある。

そこで、本発明では、図３及び図４に示すように、液晶層３０の周囲を囲む第１のシール材５０と、この第１のシール材５０の周囲を囲む第２のシール材５１により素子基板１５及び対向基板２５を貼り合わせる二重シールド構造とし、第１のシール材５０の外側にある第２のシール材５１に水（湿気）硬化性の開始剤を含むものを用いた。

具体的に、上記液晶装置１，１００は、図３に示すように、互いに対向配置された素子基板１５と対向基板２５との間の周縁部が平面視で略矩形枠状を為す第１のシール材５０と、この第１のシール材５０の周囲を囲むように平面視で略矩形枠状を為す第２のシール材５１とにより封止されると共に、これら第１及び第２のシール材５０，５１を介して素子基板１５と対向基板２５とが貼り合わされた構造を有している。

また、液晶層３０は、これら第１及び第２のシール材５０，５１の一部を開放する注入口５２から液晶を注入した後、この注入口５２を封止材（図示せず。）で封止することによって、第１のシール材５０の内側にセルギャップに応じた厚みで形成されている。

一方、液晶層３０は、図４に示すように、素子基板１５と対向基板２５との何れか一方の対向面の周縁部を取り囲む第１のシール材５０の内側に液晶を滴下した後、これら素子基板１５と対向基板２５とを第１及び第２のシール材５０，５１を介して貼り合わせることで、第１のシール材５０の内側にセルギャップに応じた厚みで形成することも可能である。

上記水硬性の開始剤は、下記式（１）に示すようなケチミン化合物であることが好ましく、上記第２のシール材５１は、上記第１のシール材５０と同様のエポキシ樹脂からなることが好ましい。

ここで、ケチミン化合物をエポキシ樹脂の開始剤として用いる硬化反応は、下記式（２），（３）で表すことができる。

すなわち、ケチミン化合物が水分を吸収すると、上記式（２）の逆反応によりポリアミン発生し、上記式（３）の反応により硬化が進行する。

これにより、第２のシール材５１の硬化を促進しつつ、水分や不純物等の内部への侵入を防ぐことが可能である。また、液晶層３０や無機配向膜１２，２２の汚染を防ぎつつ、上記第１のシール材５０と共に素子基板１５及び対向基板２５をを貼り合わせることが可能である。

また、上記第１及び第２のシール材５０，５１は、光硬化剤を含むものであってもよい。この場合、光の照射によって第１及び第２のシール材５０，５１の硬化を促進することができる。また、上記第１及び第２のシール材５０，５１は、熱硬化剤を含むものであってもよい。この場合、熱を加えることによって第１及び第２のシール材５０，５１の硬化を促進することができる。

以上のように、本発明では、上記第２のシール材５１が水（湿気）硬化性の開始剤を含むことで、この水（湿気）硬化性の開始剤により第２のシール材５１の硬化が促進されるため、水分や不純物等の内部への侵入を防ぐことが可能である。また、第２のシール材５１として第１のシール材５０で使用されている低汚染性の材料を用いることができるため、上記液晶層３０や上記無機配向膜１２，２２の汚染を防ぐことが可能である。

したがって、本発明によれば、耐湿性の向上を図ると共に、液晶層３０や無機配向膜１２，２２の汚染を防ぐことが可能な液晶装置１，１００を得ることが可能である。特に、耐熱性及び耐光性に優れた液晶装置１，１００として、プロジェクター用途に最適な液晶装置を提供することができる。

（プロジェクター）
次に、上記透過型の液晶装置１を光変調手段として備えたプロジェクター（投射型表示装置）の構成について、図５を参照して説明する。図５は、液晶装置１を光変調装置として用いたプロジェクターの要部を示す概略構成図である。図５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は液晶光変調装置、８２５はクロスダイクロイックプリズム、８２６は投写レンズを示す。

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。青色光、緑色光反射のダイクロイックミラー８１３は、光源８１０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８１７で反射されて、上述の本発明の一例たる液晶装置１を備えた赤色光用液晶光変調装置８２２に入射される。

一方、ダイクロイックミラー８１３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８１４によって反射され、上述の本発明の一例たる液晶装置１を備えた緑色光用液晶光変調装置８２３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８１４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８１８、リレーレンズ８１９、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、これを介して青色光が上述の本発明の一例たる液晶装置１を備えた青色光用液晶光変調装置８２４に入射される。

なお、本発明の液晶装置１は、シリコン酸化物等の無機材料から構成された配向膜を備えているので、プロジェクター用途として要求される耐光性及び耐熱性を備えたものとなっている。したがって、赤色、緑色、青色光用液晶光変調装置８２２、８２３、８２４は、信頼性の高い表示を行うことが可能となっている。

各光変調装置により変調された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、投写光学系である投写レンズ８２６によってスクリーン８２７上に投写され、画像が拡大されて表示される。

上記構造を有するプロジェクターは、上述の本発明の一例たる液晶装置１を備えたものであるので、耐湿性の向上を図ると共に、液晶層や無機配向膜の汚染を防ぐことが可能なため、高強度の光照射を行なっても無機配向膜の光劣化は従来ほど大きくは進行しない。したがって、長期間にわたって品質に優れた且つ安定した表示を行うことができる。

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。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。例えば、画素電極９及び共通電極２１として、ＩＴＯに代えてＩＺＯ（インジウム亜鉛酸化物）を用いるようにしてもよい。

また、本発明における液晶装置は、プロジェクターの光変調手段に好適に用いられるものの、これに限らず、例えば、電子ブック、パーソナルコンピュータ、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又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、ページャ、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機器等々の画像表示手段としても用いることができ、何れにおいても信頼性が高く表示品質に優れた電子機器を提供することができる。

１,１００…液晶装置 １５…素子基板 ２５…対向基板 １１，２３…基材部 １２…第１の無機配向膜 ２２…第２の無機配向膜 ３０…液晶層、３０ａ…液晶分子 １１１，１２３…基材部 １１２，１２１…パッシベーション膜 ５０…第１のシール材 ５１…第２のシール材 ５２…注入口

Claims (9)

1. 一対の基板間に液晶層を挟持する液晶装置において、
   前記一対の基板の前記液晶層と対向する側の面に、それぞれ前記液晶層の液晶分子の配向方向を制御する無機配向膜が設けられ、
   前記液晶層の周囲を囲む第１のシール材と、この第１のシール材の外側に設けられた第２のシール材により前記一対の基板が貼り合わされると共に、
   前記第２のシール材が水硬化性の開始剤を含むことを特徴とする液晶装置。
2. 前記水硬性の開始剤がケチミン化合物であることを特徴とする請求項１に記載の液晶装置。
3. 前記第２のシール材がエポキシ樹脂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. 前記第２のシール材が光硬化剤を含むことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の液晶装置。
5. 前記第２のシール材が熱硬化剤を含むことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の液晶装置。
6. 前記液晶層は、前記第１及び第２のシール材の一部を開放する注入口から液晶を注入した後、この注入口を封止材で封止することで形成されていることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の液晶装置。
7. 前記液晶層は、前記一対の基板の何れか一方の対向面の周縁部を取り囲む前記第１のシール材の内側に液晶を滴下した後、これら一対の基板を前記第１及び第２のシール材を介して貼り合わせることで形成されていることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の液晶装置。
8. 前記無機配向膜は、Ｓｉ、Ｏを構成元素として含む多孔質膜からなることを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の液晶装置。
9. 請求項１〜８の何れか一項に記載の液晶装置を備えるプロジェクター。

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