JP2018151543A - 液晶装置および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】少ない工程数で画素電極での反射を抑制することのでき、かつ、画素電極の縁に発生する段差を低くすることができる液晶装置、および電子機器を提供すること。【解決手段】液晶装置１００は、複数の画素電極９および第１配向膜１６が設けられた第１基板１０と、共通電極２１および第２配向膜２５が設けられた第２基板２０と、第１基板１０と第２基板２０との間に設けられた液晶層５０とを有している。第１配向膜１６および第２配向膜２６は、第１柱状無機構造物５１０からなる第１構造物層５１と、第１構造物層５１に対して液晶層５０側に積層されて液晶層５０と接する第２構造物層５２とを備えている。第２構造物層５２は、イオンアシスト法により形成された斜方蒸着膜からなる。このため、第２構造物層５２の単位体積内における表面積は、第１構造物層５１の単位体積内における表面積より狭いので、無機配向膜と液晶層５０との接触面積が狭い。【選択図】図４

Description

本発明は、基板に無機配向膜を形成した液晶装置、および当該液晶装置を備えた電子機器に関するものである。

液晶装置は、一方面側に複数の画素電極および配向膜が設けられた第１基板と、第１基板に対向する一方面側に共通電極および第２配向膜が設けられた第２基板と、第１基板と第２基板との間に設けられた液晶層とを有しており、プロジェクター等の投射型表示装置の光変調手段（ライトバルブ）として多用されている。液晶装置において、第１配向膜および第２配向膜の耐熱性を向上するために、シリコン酸化物等の無機材料を斜方蒸着等により形成することが提案されており、この場合、配向膜は、基板面に対する法線方向から斜めに傾いた柱状無機構造物（カラム）からなる構造物層として形成される。

一方、無機配向膜を形成するにあたって、第１斜方蒸着膜の表面に、第１斜方蒸着膜より密の第２斜方蒸着膜を形成することによって、無機配向膜の表面での異分子の吸着を抑制しつつ、無機配向膜全体の屈折率を単層構造の場合と同等とすることが提案されている（特許文献１参照）。

特開２０１０−７８９９７号公報

しかしながら、無機配向膜をシリコン酸化膜によって構成した場合、Ｓｉ原子の未結合手（ダングリングボンド）や、Ｓｉ原子同士が結合したダイマー構造（Ｓｉ−Ｓｉ結合）が存在し、かかるＳｉ原子の未結合手は、液晶中や雰囲気中の水分等との反応によって、シラノール基（−Ｓｉ−ＯＨ）により終端されやすい。かかるシラノール基は、反応性が高いため、強い光が照射されると、シラノール基と液晶材料との間で光化学反応が発生しやすい。このような光化学反応が繰り返されると、無機配向膜による液晶分子の配向規制力が低下し、液晶装置の表示性能が除々に低下する。かかる問題については、特許文献１に記載の構成のように、第１斜方蒸着膜の表面に、第１斜方蒸着膜より密の第２斜方蒸着膜を形成しただけでは解消することが困難である。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、無機配向膜と液晶層との反応を抑制することのできる液晶装置、および電子機器を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明に係る液晶装置は、一方面側に複数の画素電極および第１配向膜が設けられた第１基板と、前記第１基板に対向する一方面側に共通電極および第２配向膜が設けられた第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に設けられた液晶層と、を有し、前記第１配向膜および前記第２配向膜のうち、少なくとも一方の配向膜は、第１柱状無機構造物からなる第１構造物層と、前記第１層に対して前記液晶層側に積層されて前記液晶層と接し、前記第１基板の基板面に対する法線方向から斜めに傾いた第２柱状無機構造物からなる第２構造物層と、を備え、前記第２構造物層の単位体積内における表面積が、前記第１構造物層の単位体積内における表面積より狭いことを特徴とする。

本発明では、第１配向膜および第２配向膜のうち、少なくとも一方の配向膜は、第１柱状無機構造物からなる第１構造物層と、前記第１構造物層に対して液晶層側に積層された第２構造物層とを有しており、第２構造物層が液晶層と接している。ここで、第２構造物層の単位体積内における表面積が、第１構造物層の単位体積内における表面積より狭いため、第１構造物層単独で無機配向膜を形成した場合より、無機配向膜と液晶層との接触面積が狭い。このため、本発明によれば、無機配向膜と液晶層との光化学反応が発生しにくい。また、無機配向膜では、第２構造物層に対して液晶層とは反対側に第１構造物層が設けられているため、第１構造物層は、第２構造物層の下地として機能する。従って、第２構造物層に膜欠損が発生しにくい。このため、第１配向膜および第２配向膜が対称性をもって形成される。それ故、極性反転駆動を行った際の電位ずれを低減することができるので、フリッカー等の発生を抑制することができる。

本発明において、前記第２柱状無機構造物は、前記第１柱状無機構造物より太い態様を採用することができる。かかる態様によれば、無機配向膜と液晶層との接触面積が狭い。このため、無機配向膜と液晶層との光化学反応が発生しにくい。

本発明において、第２柱状無機構造物は、前記液晶層側の端部が半球状になっている態様を採用することができる。かかる態様によれば、第２柱状無機構造物の液晶層側の端部が角ばっている場合と比較して、無機配向膜と液晶層との接触面積が狭い。このため、無機配向膜と液晶層との光化学反応が発生しにくい。

本発明において、前記第２構造物層は、前記第１構造物層より、単位体積内における表面粗さが小さい態様を採用することができる。かかる態様によれば、無機配向膜と液晶層との接触面積が狭い。このため、無機配向膜と液晶層との光化学反応が発生しにくい。

本発明において、前記液晶層側からみたとき、前記第２柱状無機構造物間の隙間が前記第１柱状無機構造物間の隙間より狭い態様を採用することができる。かかる態様によれば、無機配向膜と液晶層との接触面積が狭い。このため、無機配向膜と液晶層との光化学反応が発生しにくい。本発明において、前記第２構造物層では、前記第２柱状無機構造物間の隙間が占める割合が３％未満である態様を採用することができる。

本発明において、前記第２構造物層の密度は、前記第１構造物層の密度の１．２１倍から１．３９倍である態様を採用することができる。

本発明において、前記第２構造物層は、前記第１構造物層より厚い態様を採用することができる。第１構造物層は、第２構造物層の下地として機能するので、第１構造物層については薄くし、第２構造物層については、適正な厚さにして液晶層の配向等に適した構造とした場合でも、無機配向膜全体としての厚さが過度に厚くならない。それ故、画素電極と共通電極との間に印加される電圧によって液晶層を適正に駆動することができる。

本発明において、前記第１柱状無機構造物は、前記第２柱状無機構造物より前記法線方向からの傾き角が小さい態様を採用することができる。かかる態様によれば、第１構造物層は、第２構造物層の下地として効果的に機能する。

本発明において、前記第２構造物層のグレインサイズが５ｎｍから７０ｎｍである態様を採用することができる。

本発明において、前記第１配向膜および前記第２配向膜の双方が前記第１構造物層と前記第２構造物層とを備えている態様を採用することができる。

本発明において、前記第２構造物層の前記液晶層側の面に有機シラン化合物層が積層されている態様を採用することができる。かかる態様によれば、無機配向膜と液晶層との光化学反応が発生しにくい。

本発明を適用した液晶装置は、直視型表示装置や投射型表示装置等の各種電子機器に用いることができる。電子機器が投射型表示装置である場合、投射型表示装置は、前記液晶装置に供給される光を出射する光源部と、前記液晶装置によって変調された光を投射する投射光学系と、を有している。

本発明に実施形態１に係る液晶装置の構成例を示す平面図である。 図１に示す液晶装置のＨ−Ｈ′断面図である。 図１に示す液晶装置の画素の具体的構成例を模式的に示す断面図である。 図１に示す液晶装置の第１配向膜および第２配向膜を拡大して示す説明図である。 図４に示す第１構造物層の断面を拡大して示す説明図である。 図５に示す第１構造物層の表面を拡大して示す電子顕微鏡写真である。 図４に示す第２構造物層の断面を拡大して示す説明図である。 図５に示す第２構造物層の表面を拡大して示す電子顕微鏡写真である。 本形態の実施形態に係る液晶装置の第１配向膜および第２配向膜を拡大して示す説明図である。 図９に示す有機シラン化合物層の説明図である。 本発明を適用した液晶装置を用いた投射型表示装置（電子機器）の説明図である。

図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の説明で参照する図においては、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しめてある。また、第１基板に形成される層を説明する際、上層側あるいは表面側とは第１基板の基板本体が位置する側とは反対側（対向基板および電気光学層が位置する側）を意味し、下層側とは第１基板の基板本体が位置する側を意味する。第２基板に形成される層を説明する際、上層側あるいは表面側とは対向基板の基板本体が位置する側とは反対側（第１基板および電気光学層が位置する側）を意味し、下層側とは第２基板の基板本体が位置する側を意味する。

［実施形態１］
（液晶装置１００の全体構成）
図１および図２に示す液晶装置１００は液晶パネル１００ｐを有している。液晶装置１００では、第１基板１０（素子基板）と第２基板２０（対向基板）とが所定の隙間を介してシール材１０７によって貼り合わされており、シール材１０７は第２基板２０の外縁に沿うように枠状に設けられている。シール材１０７は、光硬化樹脂や熱硬化性樹脂等からなる接着剤であり、両基板間の距離を所定値とするためのグラスファイバー、あるいはガラスビーズ等のギャップ材１０７ａが配合されている。液晶パネル１００ｐにおいて、第１基板１０と第２基板２０との間のうち、シール材１０７によって囲まれた領域内には、液晶層等からなる液晶層５０が設けられている。シール材１０７には、液晶注入口として利用される途切れ部分１０７ｃが形成されており、かかる途切れ部分１０７ｃは、液晶材料の注入後、封止材１０８によって塞がれている。なお、液晶材料を滴下法で封入する場合は、途切れ部分１０７ｃは形成されない。

液晶パネル１００ｐにおいて、第１基板１０および第２基板２０はいずれも四角形であり、液晶パネル１００ｐの略中央には、表示領域１０ａが四角形の領域として設けられている。かかる形状に対応して、シール材１０７も略四角形に設けられ、表示領域１０ａの外側は、四角枠状の外周領域１０ｃになっている。

第１基板１０において、外周領域１０ｃ（表示領域１０ａより外周側の四角枠状領域）のうち、第１基板１０が第２基板２０から張り出している側では、第１基板１０の一辺に沿ってデータ線駆動回路１０１および複数の端子１０２が形成されており、この一辺に隣接する他の辺に沿って走査線駆動回路１０４が形成されている。端子１０２は、シール材１０７より外周側に設けられている。端子１０２には、フレキシブル配線基板（図示せず）が接続されており、第１基板１０には、フレキシブル配線基板を介して各種電位や各種信号が入力される。本実施形態において、データ線駆動回路１０１および走査線駆動回路１０４は一部がシール材１０７と平面視で重なっている。

第１基板１０は、石英基板やガラス基板等の透光性の基板本体１０ｗを有しており、第１基板１０（基板本体１０ｗ）の一方面１０ｓおよび他方面１０ｔのうち、第２基板２０と対向する一方面１０ｓの側には、表示領域１０ａに複数の画素スイッチング素子、および複数の画素スイッチング素子の各々に電気的に接続する画素電極９ａがマトリクス状に形成されている。画素電極９ａの上層側には第１配向膜１６が形成されている。また、第１基板１０の一方面１０ｓの側において、表示領域１０ａより外側の外周領域１０ｃのうち、表示領域１０ａとシール材１０７とに挟まれた四角枠状の周辺領域には、画素電極９ａと同時形成されたダミー画素電極９ｂが形成されている。

第２基板２０は、石英基板やガラス基板等の透光性の基板本体２０ｗを有しており、第２基板２０（基板本体２０ｗ）の一方面２０ｓおよび他方面２０ｔのうち、第１基板１０と対向する一方面２０ｓの側には共通電極２１が形成されている。共通電極２１は、第２基板２０の略全面あるいは複数の帯状電極として複数の画素１００ａに跨って包含した領域として形成されている。本実施形態において、共通電極２１は、第２基板２０の略全面に形成されている。

第２基板２０の一方面２０ｓの側には、共通電極２１の下層側に遮光層２９が形成され、共通電極２１の液晶層５０側の表面には第２配向膜２６が積層されている。また、遮光層２９と共通電極２１との間には透光性の平坦化膜２２が形成されている。遮光層２９は、表示領域１０ａの外周縁に沿って延在する額縁部分２９ａとして形成されている。遮光層２９は、隣り合う画素電極９ａにより挟まれた画素間領域１０ｆに重なるブラックマトリクス部（図示せず）を含んで形成されてもよい。額縁部分２９ａはダミー画素電極９ｂと平面的に重なる位置に形成されている。

第１配向膜１６および第２配向膜２６は、後述するように、シリコン酸化膜（ＳｉＯ_Ｘ（ｘ≦２））、チタン酸化膜（ＴｉＯ_２）、マグネシウム酸化膜（ＭｇＯ）、アルミニウム酸化膜（Ａｌ_２Ｏ_３等）の蒸着膜からなる無機配向膜であり、カラムと称せられる柱状無機構造物からなる。本形態において、第１配向膜１６および第２配向膜２６は、少なくとも液晶層５０と接する面側に位置する柱状無機構造物が、第１基板１０および第２基板２０に対する法線方向から斜めに傾いている。従って、第１配向膜１６および第２配向膜２６は、液晶層５０に用いた負の誘電異方性を備えたネマチック液晶分子を第１基板１０および第２基板２０に対して斜め傾斜配向させ、液晶分子にプレチルトを付している。このようにして、液晶装置１００は、ノーマリブラックのＶＡモードの液晶装置として構成されている。

液晶パネル１００ｐにおいて、シール材１０７より外側には、第２基板２０の一方面２０ｓの側の４つの角部分に基板間導通用電極部２４ｔが形成されており、第１基板１０の一方面１０ｓの側には、第２基板２０の４つの角部分（基板間導通用電極部２４ｔ）と対向する位置に基板間導通用電極部６ｔが形成されている。基板間導通用電極部６ｔは、共通電位Ｖcomが印加された定電位配線６ｓに導通しており、定電位配線６ｓは、端子１０２のうち、共通電位印加用の端子１０２ａに導通している。基板間導通用電極部６ｔと基板間導通用電極部２４ｔとの間には、導電粒子を含んだ基板間導通材１０９が配置されており、第２基板２０の共通電極２１は、基板間導通用電極部６ｔ、基板間導通材１０９および基板間導通用電極部２４ｔを介して、第１基板１０側に電気的に接続されている。このため、共通電極２１は、第１基板１０の側から共通電位Ｖcomが印加されている。

本実施形態の液晶装置１００は透過型液晶装置である。従って、画素電極９ａおよび共通電極２１は、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜やＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）膜等の透光性導電膜により形成されている。かかる液晶装置１００（透過型液晶装置）では、第２基板２０の側から入射した光Ｌが第１基板１０から出射される間に変調されて画像を表示する。なお、共通電極２１を透光性導電膜により形成し、画素電極９ａを反射性電極とすれば、液晶装置１００は反射型液晶装置として構成される。かかる液晶装置１００（反射型液晶装置）では、第２基板２０の側から入射した光が第１基板１０の画素電極９ａで反射して再び、第２基板２０の側から出射される間に変調されて画像を表示する。

液晶装置１００は、モバイルコンピューター、携帯電話機等といった電子機器のカラー表示装置として用いることができ、この場合、第１基板１０あるいは第２基板２０には、カラーフィルター（図示せず）が形成される。また、液晶装置１００は、後述する投射型表示装置（液晶プロジェクター）において、ＲＧＢ用のライトバルブとして用いることができる。この場合、ＲＧＢ用の各液晶装置１００の各々には、例えば、ＲＧＢ色分解用のダイクロイックミラーを介して分解された各色の光が投射光として各々入射されることになるので、カラーフィルターは形成されない。

（画素１００ａの具体的構成）
図３は、図１に示す液晶装置１００の画素１００ａの具体的構成例を模式的に示す断面図である。図３に示すように、第１基板１０の一方面１０ｓ側には、導電性ポリシリコン膜、金属シリサイド膜、金属膜あるいは金属化合物膜等の導電膜からなる下層側の走査線３ａが形成されている。本実施形態において、走査線３ａは、タングステンシリサイド（ＷＳｉ）等の遮光膜からなる。走査線３ａの上層側には、透光性の絶縁膜１１が形成されており、かかる絶縁膜１１の表面側に、半導体層３０ａを備えた画素スイッチング素子３０が形成されている。本実施形態において、絶縁膜１１はシリコン酸化膜等からなる。

画素スイッチング素子３０は、半導体層３０ａと、半導体層３０ａと交差するゲート電極３０ｇとを備えており、半導体層３０ａとゲート電極３０ｇとの間に透光性のゲート絶縁層３０ｂを有している。半導体層３０ａは、ポリシリコン膜（多結晶シリコン膜）等によって構成されている。ゲート絶縁層３０ｂは、半導体層３０ａを熱酸化したシリコン酸化膜からなるゲート絶縁層と減圧ＣＶＤ法等により形成されたシリコン酸化膜からなる第２ゲート絶縁層との２層構造からなる。ゲート電極３０ｇは、ゲート絶縁層３０ｂおよび絶縁膜１１を貫通するコンタクトホール（図示せず）を介して電気的に接続されている。

ゲート電極３０ｇの上層側には、シリコン酸化膜等からなる透光性の層間絶縁膜１２、１３、１４が順に形成されており、層間絶縁膜１２、１３、１４の間等を利用して、保持容量（図示せず）が構成されている。層間絶縁膜１２と層間絶縁膜１３との間には、データ線６ａおよびドレイン電極６ｂが形成されており、層間絶縁膜１３と層間絶縁膜１４との間に中継電極７ａが形成されている。データ線６ａは、層間絶縁膜１２およびゲート絶縁層３０ｂを貫通するコンタクトホール１２ａを介して半導体層３０ａのソース領域に電気的に接続している。ドレイン電極６ｂは、層間絶縁膜１２およびゲート絶縁層３０ｂを貫通するコンタクトホール１２ｂを介して半導体層３０ａのドレイン領域に電気的に接続している。中継電極７ａは、層間絶縁膜１３を貫通するコンタクトホール１３ａを介してドレイン電極６ｂに電気的に接続している。層間絶縁膜１４は、表面が平坦面になっており、層間絶縁膜１４の表面側（液晶層５０の側の面側）には画素電極９ａが形成されている。画素電極９ａは、層間絶縁膜１４を貫通するコンタクトホール１４ａを介して中継電極７ａに導通している。従って、画素電極９ａは、中継電極７ａおよびドレイン電極６ｂを介して画素スイッチング素子３０のドレイン領域に電気的に接続している。

（第１配向膜１６および第２配向膜２６の構成）
図４は、図１に示す液晶装置１００の第１配向膜１６および第２配向膜２６を拡大して示す説明図である。図５は、図４に示す第１構造物層５１の断面を拡大して示す説明図である。図６は、図５に示す第１構造物層５１の表面を拡大して示す電子顕微鏡写真である。図７は、図４に示す第２構造物層５２の断面を拡大して示す説明図である。図８は、図５に示す第２構造物層５２の表面を拡大して示す電子顕微鏡写真である。

図４に示すように、第１配向膜１６は多層構造を有しており、本実施形態において、第１配向膜１６は、第１層１６１と、第１層１６１に対して液晶層５０側に積層された第２層１６２とを有する２層構造を備えている。第２配向膜２６も、第１配向膜１６と同様、多層構造を有しており、本実施形態において、第２配向膜２６は、第１層２６１と、第１層２６１に対して液晶層５０側に積層された第２層２６２とを有する２層構造を備えている。

第１層１６１、２６１は各々、無機材料を蒸着した複数の第１柱状無機構造物５１０（第１カラム）を備えた第１構造物層５１からなる。第２層１６２、２６２は各々、無機材料を蒸着した複数の第２柱状無機構造物５２０（第２カラム）を備えた第２構造物層５２からなる。第１構造物層５１は、第１柱状無機構造物５１０が第１基板１０の基板面１０ｓに対する法線方向を向いた構造、あるいが法線方向に対して斜めに傾いた構造を有している。第２構造物層５２は、斜方蒸着により形成されていることから、第２柱状無機構造物５２０は、第１基板１０の基板面１０ｓに対する法線方向から斜めに傾いた構造を有している。

蒸着法としては、真空蒸着法、イオンプレーティング法、プラズマアシスト法、イオンアシスト法、分子線蒸着法等により行うことができ、本実施形態では、後述するように、第１構造物層５１については通常の真空蒸着法により形成し、第２構造物層５２については、イオンアシスト法を利用した蒸着法により形成する。通常の真空蒸着法においては蒸着分子の持つエネルギーが小さいため、基板上へは堆積のみで再配列による緻密化は得られにくい。これに対して、イオンアシスト法では、イオン銃を成膜装置のチャンバー内に設けておき、成膜中にイオン銃からイオンを照射し、分子となってゆっくり浮遊している材料を加速させて、基板（第１基板１０および第２基板２０）に叩きつける。このため、基板の加熱温度が低くても密着力を確保できるとともに、膜を構成する分子の密度をより詰まったものとすることができる。それ故、イオンアシスト法によれば、膜表面の均質化や、厚み方向の緻密化を実現することができる。また、イオンアシスト法では、蒸着時の開始圧力、蒸着時の圧力、加速電圧、加速電流、アシストガス（イオン化ガス）の流量および混合比等の蒸着条件を種々変えることによって、形成される蒸着膜の形状や物性を制御することができる。

本実施形態では、まず、第１配向膜１６の第１層１６１（第１構造物層５１）を、通常の蒸着法によって形成した後、第１配向膜１６の第２層１６２（第２構造物層５２）をイオンアシスト法により形成し、その後、熱処理を行って第１配向膜１６を形成する。また、第２配向膜２６の第１層２６１（第１構造物層５１）を、通常の蒸着法によって形成した後、第２配向膜２６の第２層２６２（第２構造物層５２）をイオンアシスト法により形成し、その後、熱処理を行って第２配向膜２６を形成する。

イオンアシスト法による成膜条件は、例えば、以下の通りである。但し、以下の条件は、あくまで一例であって、本発明を実施するにあたって、加速電流比、蒸着温度、熱処理温度、加熱や熱処理の有無等、下記の条件に限定されない。
蒸着源：ＳｉＯ_２
アシストガス：Ｏ_２
ニュートラライザーガス：Ａｒ
イオン加速電圧：１０００Ｖ
イオン加速電流：１０００ｍＡ
ニュートラライザー電流：１５００ｍＡ
蒸着開始圧力：５．０Ｅ−４Ｐａ
蒸着圧力：１．０Ｅ−２Ｐａ
蒸着仰角（蒸着角度）：４５°
蒸着温度：２００℃
蒸着膜厚：７５ｎｍ
熱処理温度：２５０℃
加速電圧に対する加速電流比：１倍

第１構造物層５１の構成は、図５および図６に示す通りであり、液晶層５０側からみたとき、第１柱状無機構造物５１０の各間に大きな隙間が空いている。従って、第１構造物層５１の密度は２．１ｇ／ｃｍ^３未満である。また、第１柱状無機構造物５１０の先端部（液晶層５０側の端部）は角ばっている。なお、図６に示すように、第１構造物層５１には欠陥５１１が存在する。

第２構造物層５２の構成は、図７および図８に示す通りであり、液晶層５０側からみたとき、第２柱状無機構造物５２０の各間には狭い隙間しか存在しない。例えば、第２構造物層５２では、第２柱状無機構造物５２０間の隙間が占める割合が３％未満であり、かかる条件を満たせば、第２構造物層５２の密度を十分高くできるとともに、第２構造物層５２の単位体積内における表面積を十分狭くすることができる。また、第２柱状無機構造物５２０は、第１柱状無機構造物５１０より太い。従って、第２構造物層５２の密度は、２．１ｇ／ｃｍ^３以上であり、第２構造物層５２の密度は、第１構造物層５１の密度より高い。例えば、第１構造物層５１の密度は、１．８ｇ／ｃｍ^３から１．９ｇ／ｃｍ^３であるのに対して、第２構造物層５２の密度は、２．３ｇ／ｃｍ^３から２．５ｇ／ｃｍ^３である。従って、第２構造物層５２の密度は、第１構造物層５１の密度の１．２１倍から１．３９倍である。また、第２柱状無機構造物５２０の先端部（液晶層５０側の端部）は半球状になっている。このため、第２構造物層５２の単位体積内における表面積は、第１構造物層５１の単位体積内における表面積より狭い。また、第２構造物層５２は、第１構造物層５１より、単位体積内における表面粗さが小さい。また、第２構造物層５２のグレインサイズが５ｎｍから７０ｎｍである。なお、第２構造物層５２では、第１構造物層５１が下地として形成されるため、図６に示すような欠陥が発生しにくい。

このように、本実施形態では、第２構造物層５２の密度は、第１構造物層５１の密度より高く、第２柱状無機構造物５２０の先端部（液晶層５０側の端部）は半球状になっている。このため、第２構造物層５２の単位体積内における表面積は、第１構造物層５１の単位体積内における表面積より狭い。このため、無機配向膜と液晶層５０との接触面積が狭い。従って、無機配向膜の表面のシラノール基と液晶層５０との光化学反応が発生しにくい。それ故、液晶装置１００の信頼性を向上することができる。

また、無機配向膜では、第２構造物層５２に対して液晶層５０とは反対側に第１構造物層５１が設けられており、第１構造物層５１は、第２構造物層５２の下地として機能する。従って、第２構造物層５２に膜欠損が発生しにくい。このため、第１配向膜１６および第２配向膜２６が対称性をもって形成される。従って、極性反転駆動を行った際の電位ずれを低減することができるので、フリッカー等の発生を抑制することができる。

（評価結果１）
第１配向膜１６および第２配向膜２６の第１構造物層５１および第２構造物層５２の構成を種々変えた場合の評価結果を説明する。まず、第１構造物層５１および第２構造物層５２を形成した際の測定結果を表１に示す。

２０ｎｍの第１構造物層５１を形成した結果、第１構造物層５１の膜密度、隙間が占める割合、および単位平面積（１μｍ×１μｍ）内における表面粗さＲａは各々、１．９ｇ／ｃｍ^３、３．６％、４．３ｎｍである。

これに対して、５０ｎｍの第２構造物層５２を形成した結果、第２構造物層５２の膜密度、隙間が占める割合、および単位平面積（１μｍ×１μｍ）内における表面粗さＲａは各々、２．３ｇ／ｃｍ^３、０．８％、１．１ｎｍである。

従って、第１構造物層５１に第２構造物層５２を積層すると、無機配向膜と液晶層５０との接触面積が狭くなる。それ故、無機配向膜の表面のシラノール基と液晶層５０との光化学反応が発生しにくいので、液晶装置１００の信頼性を向上することができる。

（評価結果２）
次に、以下の無機配向膜を用いて液晶装置１００を製造した場合の電気的特性および信頼性を評価した結果を表２に示す。表２には、評価結果が悪いものに「×」を付し、良いものに「○」を付し、中間のものに「△」を付してある。
試料１：７０ｎｍの第２構造物層５２単独
試料２：１０ｎｍの第１構造物層５１と６０ｎｍの第２構造物層５２との積層構造
試料３：２０ｎｍの第１構造物層５１と５０ｎｍの第２構造物層５２との積層構造
試料４：３０ｎｍの第１構造物層５１と４０ｎｍの第２構造物層５２との積層構造
試料５：４０ｎｍの第１構造物層５１と３０ｎｍの第２構造物層５２との積層構造

なお、イオン密度（Ion Density）および保持率(Voltage Holding Ratio)は、表示不良を引き起こす要因を評価する項目であり、液晶装置１００に三角波を印加し、その電流応答波形を測定した、液晶装置１００に反転分極電流が発生するとき、反転分極電流の波形のピークを積分することで、試料の自発分極（イオン密度）を測定することができる。保持率（電圧保持率）とは、画素スイッチング素子に液晶容量及び保持容量が並列に接続された画素を行列状に配列したアクティブマトリクス回路において、保持容量に充電された電荷の１フレームにおける保持率である。電圧保持率が低下すると液晶層５０に所定の電圧がかからなくなり、駆動電圧の上昇、消費電力の増加、コントラストの低下、信頼性の低下、表示ムラの発生、変色の発生の原因になる。また、信頼性は、短波長光（青色光）を長期間照射した際の輝度低下を測定した。

表２に示す結果のうち、試料４と試料５の結果等から、第２構造物層５２は、第１構造物層５１より厚いことが好ましいといえる。また、第２構造物層５２が第１構造物層５１より厚い場合でも、第１構造物層５１については２０ｎｍ以上が好ましいといえる。

（評価結果３）
次に、第２構造物層５２については、第２柱状無機構造物５２０が第１基板１０の基板面になす角度を４５°とし、第１構造物層５１については、厚さを２０ｎｍにして、第１柱状無機構造物５１０が第１基板１０の基板面になす角度（傾斜角度）を０°、２０°、４０°、６０°に変化させた場合の膜密度、電気的特性（イオン密度および電圧保持率）、および信頼性を評価した。その結果を表３に示す。

表３に示す結果から分かるように、第１構造物層５１については傾斜角度を６０°にすると、膜密度が１．８ｇ／ｃｍ^３まで低下し、下地としての機能が低下する。このため、第１構造物層５１については傾斜角度を６０°未満、例えば、４５°以下にして、第１構造物層５１の膜密度を１．８ｇ／ｃｍ^３とすることが好ましい。

（他の実施形態１の評価結果）
上記実施形態では、無機配向膜が第１構造物層５１と第２構造物層５２の２層構造であったが、表４に示すように、第１構造物層５１と第２構造物層５２との間に第３構造物層および第４構造物層を積層した構成を採用してもよい。ここで、第３構造物層および第４構造物層はいずれも、上記実施形態で説明した第２構造物層５２と同様、イオンアシスト法を用いて斜方蒸着した層であり、その際の加速電圧を５００Ｖ、７５０Ｖに変えた層である。表４から分かるように、本実施形態でも、膜密度、電気的特性（イオン密度および電圧保持率）、および信頼性を評価したが、電気的特性および信頼性は良好な結果であった。

［実施形態２］
図９は、本形態の実施の形態２に係る液晶装置１００の第１配向膜１６および第２配向膜２６を拡大して示す説明図である。図１０は、図９に示す有機シラン化合物層の説明図である。なお、本形態の基本的な構成は、実施の形態１と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付して図示し、それらの説明を省略する。

図９に示すように、本実施の形態でも、実施形態１と同様、第１配向膜１６および第２配向膜２６は、第１構造物層５１に対して液晶層５０の側に第２構造物層５２が積層されている。第２構造物層５２は、シリコン酸化膜等の斜方蒸着膜からなる。本実施形態では、第２構造物層５２の液晶層５０側の面に有機シラン化合物層５５が積層されている。このため、第２構造物層５２を形成した効果に加えて、さらに無機配向膜の表面のシラノール基と液晶層５０との光化学反応が発生しにくいので、液晶装置１００の信頼性を向上することができる。

より具体的には、配向膜１６、２６の表面では、図１０の上段に示すように、Ｓｉ原子の未結合手（ダングリングボンド）や、Ｓｉ原子同士が結合したダイマー構造（Ｓｉ−Ｓｉ結合）が存在し、かかるＳｉ原子の未結合手は、液晶中や雰囲気中の水分等との反応によって、シラノール基（−Ｓｉ−ＯＨ）により終端されやすい。ここで、シラノール基は、反応性が高い。しかる本実施の形態では、図１０の下段に示すように、第１配向膜１６および第２配向膜２６の表面を有機シロキサン（デシルトリメトキシシラン）等のシランカップリング剤により水酸基（−ＯＨ）部分に有機シラン化合物層５５を結合させてある。従って、無機配向膜の表面のシラノール基と液晶層５０との光化学反応を効果的に抑制することができる。

シランカップリング剤は、加水分解によってシラノール（Ｓｉ−ＯＨ）を生成した後、シラノール同士が徐々に縮合してシロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）を生成し、有機シラン化合物層５５を形成する。また、シランカップリング剤は、無機酸化物表面とも類似のメカニズムで反応し、無機酸化物表面と強固な共有結合を生成する。かかるシランカップリング剤としては、ｎ−ヘキシルトリメトキシシラン、ｎ−ヘキシルトリエトキシシラン、シクロヘキシルメチルジメトキシシラン、ｎ−オクチルトリエトキシシラン、ｎ−デシルトリメトキシシラン等を例示することができる。本形態では、シランカップリング剤として、ｎ−デシルトリメトキシシランが用いられており、ｎ−デシルトリメトキシシランは疎水性官能基としてｎ−デシル基を有している。また、シランカップリング剤は、フッ素原子を有していてもよい。

［他の実施形態］
本発明が適用される液晶装置１００はＶＡモードの液晶装置に限定されない。例えば、液晶装置１００がＴＮ（Twisted Nematic）モードやＯＣＢ（Optically Compensated Bend）モードの液晶装置である場合に本発明を適用してもよい。

［電子機器への搭載例］
上述した実施形態に係る液晶装置１００を用いた電子機器について説明する。ここでは、本発明に係る電子機器として、投射型表示装置（液晶プロジェクター）を例に説明する。図１１は、本発明を適用した液晶装置１００を用いた投射型表示装置（電子機器）の説明図である。

図１１に示す投射型表示装置２１００においては、上述した透過型の液晶装置１００がライトバルブとして用いられている。投射型表示装置２１００には、ハロゲンランプ等の白色光源を有するランプユニット２１０２（光源部）が設けられている。ランプユニット２１０２から出射された投射光は、内部に配置された３枚のミラー２１０６および２枚のダイクロイックミラー２１０８によってＲ（赤）色、Ｇ（緑）色、Ｂ（青）色の３原色に分離される。分離された投射光は、各原色に対応するライトバルブ１００Ｒ、１００Ｇおよび１００Ｂに各々導かれる。なお、Ｂ色の光は、他のＲ色やＧ色と比較すると光路が長いので、その損失を防ぐために、入射レンズ２１２２、リレーレンズ２１２３および出射レンズ２１２４を有するリレーレンズ系２１２１を介して導かれる。

投射型表示装置２１００において、液晶装置１００を含む液晶装置がＲ色、Ｇ色、Ｂ色の各々に対応して３組設けられている。ライトバルブ１００Ｒ、１００Ｇおよび１００Ｂの構成は、上述した透過型の液晶装置１００と同様である。ライトバルブ１００Ｒ、１００Ｇ、１００Ｂによって変調された光は各々、ダイクロイックプリズム２１１２に３方向から入射する。そして、ダイクロイックプリズム２１１２において、Ｒ色およびＢ色の光は９０度に反射し、Ｇ色の光は透過する。したがって、各原色の画像が合成された後、スクリーン２１２０には、投射レンズ群２１１４（投射光学系）によってカラー画像が投射される。

（他の投射型表示装置）
なお、投射型表示装置については、光源部として、各色の光を出射するＬＥＤ光源等を用い、かかるＬＥＤ光源から出射された色光を各々、別の液晶装置に供給するように構成してもよい。

（他の電子機器）
本発明を適用した液晶装置１００を備えた電子機器は、上記実施形態の投射型表示装置２１００に限定されない。例えば、投射型のＨＵＤ（ヘッドアップディスプレイ）や直視型のＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）、パーソナルコンピューター、デジタルスチルカメラ、液晶テレビ等の電子機器に用いてもよい。

９ａ…画素電極、１０…第１基板、１０ａ…表示領域、１６…第１配向膜、２０…第２基板、２１…共通電極、２６…第２配向膜、３０…画素スイッチング素子、５０…液晶層、５１…第１構造物層、５１０…第１柱状無機構造物、５２…第２構造物層、５２０…第２柱状無機構造物、５５…有機シラン化合物層、１００…液晶装置、１００Ｂ，１００Ｇ，１００Ｒ…ライトバルブ、２１００…投射型表示装置、２１０２…ランプユニット（光源部）、２１１４…投射レンズ群（投射レンズ系）。

Claims (13)

1. 一方面側に複数の画素電極および第１配向膜が設けられた第１基板と、
   前記第１基板に対向する一方面側に共通電極および第２配向膜が設けられた第２基板と、
   前記第１基板と前記第２基板との間に設けられた液晶層と、
   を有し、
   前記第１配向膜および前記第２配向膜のうち、少なくとも一方の配向膜は、第１柱状無機構造物からなる第１構造物層と、前記第１構造物層に対して前記液晶層側に積層されて前記液晶層と接し、前記第１基板の基板面に対する法線方向から斜めに傾いた第２柱状無機構造物からなる第２構造物層と、を備え、
   前記第２構造物層の単位体積内における表面積が、前記第１構造物層の単位体積内における表面積より狭いことを特徴とする液晶装置。
2. 請求項１に記載の液晶装置において、
   前記第２柱状無機構造物は、前記第１柱状無機構造物より太いことを特徴とする液晶装置。
3. 請求項１または２に記載の液晶装置において、
   前記第２柱状無機構造物は、前記液晶層側の端部が半球状になっていることを特徴とする液晶装置。
4. 請求項１から３までの何れか一項に記載の液晶装置において、
   前記第２構造物層は、前記第１構造物層より、単位平面積内における表面粗さが小さいことを特徴とする液晶装置。
5. 請求項１から４までの何れか一項に記載の液晶装置において、
   前記液晶層側からみたとき、前記第２柱状無機構造物間の隙間が前記第１柱状無機構造物間の隙間より狭いことを特徴とする液晶装置。
6. 請求項４に記載の液晶装置において、
   前記第２構造物層では、前記第２柱状無機構造物間の隙間が占める割合が３％未満であることを特徴とする液晶装置。
7. 請求項１から６までの何れか一項に記載の液晶装置において、
   前記第２構造物層の密度は、前記第１構造物層の密度の１．２１倍から１．３９倍であることを特徴とする液晶装置。
8. 請求項１から７の何れか一項に記載の液晶装置において、
   前記第２構造物層は、前記第１構造物層より厚いことを特徴とする液晶装置。
9. 請求項１から８までの何れか一項に記載の液晶装置において、
   前記第１柱状無機構造物は、前記第２柱状無機構造物より前記法線方向からの傾き角が小さいことを特徴とする液晶装置。
10. 請求項１から９までの何れか一項に記載の液晶装置において、
    前記第２構造物層のグレインサイズが５ｎｍから７０ｎｍであることを特徴とする液晶装置。
11. 請求項１から１０までの何れか一項に記載の液晶装置において、
    前記第１配向膜および前記第２配向膜の双方が前記第１構造物層と前記第２構造物層とを備えていることを特徴とする液晶装置。
12. 請求項１から１１までの何れか一項に記載の液晶装置において、
    前記第２構造物層の前記液晶層側の面に有機シラン化合物層が積層されていることを特徴とする液晶装置。
13. 請求項１から１２までの何れか一項に記載の液晶装置を備えていることを特徴とする電子機器。