JP3888102B2 - 配向膜、配向膜の形成方法、液晶装置、並びに投射型表示装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、配向膜、配向膜の形成方法、液晶装置、並びに投射型表示装置に係り、特に、耐久性に優れた配向膜に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶プロジェクタ等の投射型表示装置に搭載される光変調手段や、携帯電話等に搭載される直視型表示装置として用いられる液晶装置は、液晶層を挟持して対向配置され、液晶層に電圧を印加するための電極を具備する一対の基板を主体として構成されており、液晶装置を構成する一対の基板の液晶層側最表面には、各々、電圧無印加時における液晶分子の配列を制御する配向膜が形成されている。そして、電圧無印加時、電圧印加時における液晶分子の配列を光学的に識別することにより表示を行うことが可能な構成になっている。
【０００３】
従来、配向膜としては、ポリイミド等からなる有機膜の表面を、布等により所定の方向にラビングしたものが、液晶配向制御機能に優れることから広く用いられている。なお、本明細書において、「電圧無印加時」、「電圧印加時」とは、それぞれ「液晶層への印加電圧が液晶のしきい値電圧未満である時」、「液晶層への印加電圧が液晶のしきい値電圧以上である時」を意味しているものとする。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、光束密度が２〜１０ｌｍ／ｍｍ²程度の光強度の強い光が照射される投射型表示装置に搭載する場合には、配向膜が光や熱により次第に分解され、長期使用後に、電圧無印加時の液晶分子を所望のプレチルト角に配列することができないなど、液晶配向制御機能が低下し、表示品質が低下することがあった。この問題は特に、有機膜として、光や熱により分解されやすいイミド結合を有するポリイミド膜を用いる場合に顕著であった。なお、投射型表示装置に搭載する場合、液晶装置は５０〜７０℃程度の温度に曝されることが知られている。
【０００５】
そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、耐久性に優れた配向膜及びその形成方法、耐久性に優れた配向膜を備えた液晶装置、並びに該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。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の配向膜は、液晶分子の配向を制御する配向膜において、表面に配向制御層を有する有機膜と、該有機膜の前記配向制御層上に、該配向制御層の表面配向に沿って形成され、前記有機膜よりも光及び熱に対する安定性に優れた有機蒸着膜とを具備してなることを特徴とする。なお、本明細書において、「有機蒸着膜」とは、有機材料を蒸着することにより形成された膜のことを意味する。また、「光安定性に優れる」とは、液晶パネルに入射する可視光によって分解されにくいことを意味し、「熱安定性に優れる」とは、液晶装置を投射型表示装置に搭載した時の最高温度である７０℃程度以下で分解されにくいことを意味する。
【０００７】
従来の有機膜からなる配向膜では、配向膜全体が液晶分子の配向を制御するのではなく、ラビング処理等の配向処理を行った表面のみが液晶分子の配向を制御する配向制御層として機能するが、本発明では、表面に配向制御層を有する有機膜の配向制御層上に、有機膜よりも光及び熱に対する安定性に優れた有機蒸着膜を形成して配向膜を構成している。このように、配向制御層上に、有機膜よりも光及び熱に対する安定性に優れた有機蒸着膜を形成することにより、有機膜（配向制御層）を有機蒸着膜により保護することができ、配向膜の光や熱による分解を抑制することができる。
【０００８】
また、本発明者は、配向制御層上に、配向制御層の表面配向に沿って有機蒸着膜を形成することにより、配向制御層と同等以上の液晶配向制御機能を有する有機蒸着膜を形成することができることを見出した。すなわち、配向制御層上に、配向制御層の表面配向に沿って有機蒸着膜を形成することにより、有機蒸着膜の表面配向機能を配向制御層の表面配向機能と略等しくすることができるので、有機蒸着膜を構成する有機分子と液晶分子との分子間相互作用によって、配向制御層と同等以上の液晶配向制御機能を発現することができることを見出した。
【０００９】
したがって、本発明によれば、従来の配向膜と同等以上の液晶配向制御機能を有すると共に、光や熱に対する安定性に優れ、液晶配向制御機能を長期に渡って維持することができ、耐久性に優れた配向膜を提供することができる。
【００１０】
また、本発明者は、ポリイミドからなる従来の配向膜では、イミド結合が、液晶パネルに入射する可視光のうち、４００〜４５０ｎｍ程度の短波長光を吸収しやすく、この短波長光を吸収して分解されることを見出した。したがって、有機膜よりも光安定性に優れた有機蒸着膜を得るためには、有機膜よりも、波長４００〜４５０ｎｍの光吸収の少ない材料により有機蒸着膜を構成すれば良い。
【００１１】
また、有機蒸着膜を配向制御層の表面配向に沿って形成するには、有機材料を配向制御層の表面配向に沿って蒸着させることが必要であるが、本発明者は、イオン化蒸着法を採用することにより、蒸着条件を制御しやすく、有機材料を配向制御層の表面配向に沿って蒸着させることができることを見出した。したがって、前記有機蒸着膜はイオン化蒸着法により形成されたものであることが好ましい。
【００１２】
このように、イオン化蒸着法を採用する場合には、蒸着材料として揮発性を有する有機高分子を用い、有機高分子を直接配向制御層上に蒸着して有機蒸着膜を形成することができる。
また、イオン化蒸着法を採用する場合には、蒸着材料としてモノマーを用いることも可能である。このように蒸着材料としてモノマーを用いる場合には、配向制御層上に蒸着されたモノマーの重合反応が進行してポリマー化するため、有機蒸着膜を形成することができる。
【００１３】
さらに、本発明者は、モノマーとして配向性を有する配向性モノマーを用いることにより、モノマーが配向制御層の表面配向に沿って配向しながら蒸着してポリマー化するので、蒸着材料として、揮発性を有する有機高分子を用いる場合に比較して、より配向制御層の表面配向に沿って有機蒸着膜を形成することができ、形成される有機蒸着層を構成する有機高分子の配向性を高くすることができるので、有機蒸着膜を構成する有機高分子と液晶分子との分子間相互作用をより高くすることができ、液晶配向制御機能により優れた有機蒸着膜を形成することができることを見出した。
【００１４】
なお、イオン化蒸着法以外の方法でモノマーを蒸着しても配向制御層上で重合反応が進行しないが、イオン化蒸着法を採用した場合には、モノマーをイオン化して蒸着するため、配向制御層上に蒸着されるモノマーの活性が高く、自然に重合反応が進行する。
【００１５】
したがって、前記有機蒸着膜としては、蒸着材料として、揮発性を有する有機高分子若しくは配向性モノマーを用いて形成されたものが好適であるが、特に、配向性モノマーを用いて形成されたものであることが好ましい。また、配向性モノマーとしては下記一般式（１）、（２）、（３）のいずれかで表される１種若しくは複数種の化合物を例示することができる。
【００１６】
【化７】

【００１７】
【化８】

【００１８】
【化９】

【００１９】
上記一般式（１）、（２）、（３）で表される化合物はいずれも棒状の分子構造を有し、それ自身が液晶相を有する液晶性モノマーまたは液晶分子に類似した性質を有するモノマーである。したがって、配向制御層上にイオン化蒸着法によりこれらのモノマーを蒸着すると、配向制御層の表面配向に沿って液晶分子が並ぶように、モノマーが配向制御層の表面配向に沿って配向しながら蒸着する。また、上記一般式（１）、（２）、（３）で表される化合物は、アクリレート系又はメタクリレート系のモノマーであるため重合反応性にも優れており、配向制御層上にイオン化蒸着法によりこれらのモノマーを蒸着すると、モノマーが自然に重合してポリマー化する。
【００２０】
以上の本発明の配向膜は、以下の本発明の配向膜の形成方法により形成することができる。
本発明の配向膜の形成方法は、液晶分子の配向を制御する配向膜の形成方法において、表面に配向制御層を有する有機膜を形成する有機膜形成工程と、前記有機膜の前記配向制御層上に、該配向制御層の表面配向に沿って、前記有機膜よりも光及び熱に対する安定性に優れた有機蒸着膜を形成する有機蒸着膜形成工程とを有することを特徴とする。
【００２１】
また、前記有機蒸着膜形成工程において、前記有機蒸着膜をイオン化蒸着法により形成することが好ましい。
また、前記有機蒸着膜形成工程において、蒸着材料として揮発性を有する有機高分子、若しくは配向性モノマーを用いて、前記有機蒸着膜を形成することができる。また、蒸着材料として配向性モノマーを用いる場合には、配向性モノマーとして、下記一般式（１）、（２）、（３）のいずれかで表される１種若しくは複数種の化合物を用いることが好適である。
【００２２】
【化１０】

【００２３】
【化１１】

【００２４】
【化１２】

【００２５】
以上の本発明の配向膜の形成方法によれば、耐久性に優れた本発明の配向膜を形成することができる。
【００２６】
また、上述の本発明の配向膜を備えることにより、以下の本発明の液晶装置を提供することができる。
本発明の液晶装置は、液晶層を挟持して対向配置された一対の基板のうち、少なくとも一方の基板の前記液晶層側最表面に、上記本発明の配向膜を備えたことを特徴とする。本発明の液晶装置は、従来の配向膜と同等以上の液晶配向制御機能を有すると共に、光や熱に対する安定性に優れ、液晶配向制御機能を長期に渡って維持することができ、耐久性に優れた本発明の配向膜を備えたものであるので、従来と同等以上の表示品質を長期に渡って維持することができ、耐久性に優れたものとなる。
【００２７】
また、本発明の液晶装置を備えることにより、以下の本発明の投射型表示装置を提供することができる。
本発明の投射型表示装置は、光源と、前記光源からの光を変調する本発明の液晶装置からなる光変調手段と、前記光変調手段により変調された光を投射する投射手段とを備えたことを特徴とする。本発明の投射型表示装置は、本発明の液晶装置を備えたものであるので、従来と同等以上の表示品質を長期に渡って維持することができ、耐久性に優れたものとなる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る実施形態の液晶装置の構造について詳述する。
本実施形態の液晶装置は、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透過型液晶装置である。また、本実施形態の液晶装置は、本発明の配向膜を備えたものであり、配向膜の構造が特に特徴的なものとなっている。
【００２９】
以下、図１〜図４に基づいて、本実施形態の透過型液晶装置の構造について説明する。図１は本実施形態の透過型液晶装置の画像表示領域を構成するマトリクス状に配置された複数の画素におけるスイッチング素子、信号線等の等価回路図である。図２はデータ線、走査線、画素電極等が形成されたＴＦＴアレイ基板の相隣接する複数の画素群の構造を示す平面図である。図３は本実施形態の透過型液晶装置の構造を示す断面図であって、図２のＡ−Ａ’線断面図である。図４は本実施形態の透過型液晶装置に備えられた配向膜を拡大して示す部分断面図である。なお、図３においては、図示上側が光入射側、図示下側が視認側（観察者側）である場合について図示している。また、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。
【００３０】
本実施形態の透過型液晶装置において、図１に示すように、画像表示領域を構成するマトリクス状に配置された複数の画素には、画素電極９と当該画素電極９を制御するためのスイッチング素子であるＴＦＴ素子３０がそれぞれ形成されており、画像信号が供給されるデータ線６ａが当該ＴＦＴ素子３０のソースに電気的に接続されている。データ線６ａに書き込む画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、この順に線順次に供給されるか、あるいは相隣接する複数のデータ線６ａに対してグループ毎に供給される。
【００３１】
また、走査線３ａがＴＦＴ素子３０のゲートに電気的に接続されており、複数の走査線３ａに対して走査信号Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｍが所定のタイミングでパルス的に線順次で印加される。また、画素電極９はＴＦＴ素子３０のドレインに電気的に接続されており、スイッチング素子であるＴＦＴ素子３０を一定期間だけオンすることにより、データ線６ａから供給される画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎを所定のタイミングで書き込む。
【００３２】
画素電極９を介して液晶に書き込まれた所定レベルの画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、後述する共通電極との間で一定期間保持される。液晶は、印加される電圧レベルにより分子集合の配向や秩序が変化することにより、光を変調し、階調表示を可能にする。ここで、保持された画像信号がリークすることを防止するために、画素電極９と共通電極との間に形成される液晶容量と並列に蓄積容量７０が付加されている。
【００３３】
（平面構造）
次に、図２に基づいて、本実施形態の透過型液晶装置の平面構造について説明する。
図２に示すように、ＴＦＴアレイ基板上に、インジウム錫酸化物（以下、「ＩＴＯ」と略す。）等の透明導電性材料からなる矩形状の画素電極９（点線部９Ａにより輪郭を示す）が複数、マトリクス状に設けられており、画素電極９の縦横の境界に各々沿ってデータ線６ａ、走査線３ａ及び容量線３ｂが設けられている。本実施形態において、各画素電極９及び各画素電極９を囲むように配設されたデータ線６ａ、走査線３ａ、容量線３ｂ等が形成された領域が画素であり、マトリクス状に配置された各画素毎に表示を行うことが可能な構造になっている。
【００３４】
データ線６ａは、ＴＦＴ素子３０を構成する例えばポリシリコン膜からなる半導体層１ａのうち、後述のソース領域にコンタクトホール５を介して電気的に接続されており、画素電極９は、半導体層１ａのうち、後述のドレイン領域にコンタクトホール８を介して電気的に接続されている。また、半導体層１ａのうち、後述のチャネル領域（図中左上がりの斜線の領域）に対向するように走査線３ａが配置されており、走査線３ａはチャネル領域に対向する部分でゲート電極として機能する。
【００３５】
容量線３ｂは、走査線３ａに沿って略直線状に伸びる本線部（すなわち、平面的に見て、走査線３ａに沿って形成された第１領域）と、データ線６ａと交差する箇所からデータ線６ａに沿って前段側（図中上向き）に突出した突出部（すなわち、平面的に見て、データ線６ａに沿って延設された第２領域）とを有する。そして、図２中、右上がりの斜線で示した領域には、複数の第１遮光膜１１ａが設けられている。
【００３６】
より具体的には、第１遮光膜１１ａは、各々、半導体層１ａのチャネル領域を含むＴＦＴ素子３０をＴＦＴアレイ基板側から見て覆う位置に設けられており、さらに、容量線３ｂの本線部に対向して走査線３ａに沿って直線状に伸びる本線部と、データ線６ａと交差する箇所からデータ線６ａに沿って隣接する後段側（すなわち、図中下向き）に突出した突出部とを有する。第１遮光膜１１ａの各段（画素行）における下向きの突出部の先端は、データ線６ａ下において次段における容量線３ｂの上向きの突出部の先端と重なっている。この重なった箇所には、第１遮光膜１１ａと容量線３ｂとを相互に電気的に接続するコンタクトホール１３が設けられている。すなわち、本実施形態では、第１遮光膜１１ａは、コンタクトホール１３により前段あるいは後段の容量線３ｂに電気的に接続されている。
【００３７】
（断面構造）
次に、図３に基づいて、本実施形態の透過型液晶装置の断面構造について説明する。
図３に示すように、本実施形態の透過型液晶装置においては、ＴＦＴアレイ基板１０と、これに対向配置される対向基板２０との間に液晶層５０が挟持されている。ＴＦＴアレイ基板１０は、石英等の透光性材料からなる基板本体１０Ａとその液晶層５０側表面に形成された画素電極９、ＴＦＴ素子３０、配向膜４０を主体として構成されており、対向基板２０はガラスや石英等の透光性材料からなる基板本体２０Ａとその液晶層５０側表面に形成された共通電極２１と配向膜６０とを主体として構成されている。
【００３８】
より詳細には、ＴＦＴアレイ基板１０において、基板本体１０Ａの液晶層５０側表面には画素電極９が設けられ、各画素電極９に隣接する位置に、各画素電極９をスイッチング制御する画素スイッチング用ＴＦＴ素子３０が設けられている。
画素スイッチング用ＴＦＴ素子３０は、ＬＤＤ（Lightly Doped Drain）構造を有しており、走査線３ａ、当該走査線３ａからの電界によりチャネルが形成される半導体層１ａのチャネル領域１ａ’、走査線３ａと半導体層１ａとを絶縁するゲート絶縁膜２、データ線６ａ、半導体層１ａの低濃度ソース領域１ｂ及び低濃度ドレイン領域１ｃ、半導体層１ａの高濃度ソース領域１ｄ及び高濃度ドレイン領域１ｅを備えている。
【００３９】
また、上記走査線３ａ上、ゲート絶縁膜２上を含む基板本体１０Ａ上には、高濃度ソース領域１ｄへ通じるコンタクトホール５、及び高濃度ドレイン領域１ｅへ通じるコンタクトホール８が開孔した第２層間絶縁膜４が形成されている。つまり、データ線６ａは、第２層間絶縁膜４を貫通するコンタクトホール５を介して高濃度ソース領域１ｄに電気的に接続されている。さらに、データ線６ａ上及び第２層間絶縁膜４上には、高濃度ドレイン領域１ｅへ通じるコンタクトホール８が開孔した第３層間絶縁膜７が形成されている。つまり、高濃度ドレイン領域１ｅは、第２層間絶縁膜４及び第３層間絶縁膜７を貫通するコンタクトホール８を介して画素電極９に電気的に接続されている。
【００４０】
また、本実施形態では、ゲート絶縁膜２を走査線３ａに対向する位置から延設して誘電体膜として用い、半導体膜１ａを延設して第１蓄積容量電極１ｆとし、更にこれらに対向する容量線３ｂの一部を第２蓄積容量電極とすることにより、蓄積容量７０が構成されている。
【００４１】
また、ＴＦＴアレイ基板１０の基板本体１０Ａの液晶層５０側表面において、各画素スイッチング用ＴＦＴ素子３０が形成された領域には、ＴＦＴアレイ基板１０を透過し、ＴＦＴアレイ基板１０の図示下面（ＴＦＴアレイ基板１０と空気との界面）で反射されて、液晶層５０側に戻る戻り光が、少なくとも半導体層１ａのチャネル領域１ａ’及び低濃度ソース、ドレイン領域（ＬＤＤ領域）１ｂ、１ｃに入射することを防止するための第１遮光膜１１ａが設けられている。また、第１遮光膜１１ａと画素スイッチング用ＴＦＴ素子３０との間には、画素スイッチング用ＴＦＴ素子３０を構成する半導体層１ａを第１遮光膜１１ａから電気的に絶縁するための第１層間絶縁膜１２が形成されている。また、図２に示したように、ＴＦＴアレイ基板１０に第１遮光膜１１ａを設けるのに加えて、コンタクトホール１３を介して第１遮光膜１１ａは、前段あるいは後段の容量線３ｂに電気的に接続するように構成されている。
【００４２】
また、ＴＦＴアレイ基板１０の液晶層５０側最表面、すなわち、画素電極９及び第３層間絶縁膜７上には、電圧無印加時における液晶層５０内の液晶分子の配向を制御する配向膜４０が形成されている。
【００４３】
他方、対向基板２０には、基板本体２０Ａの液晶層５０側表面であって、データ線６ａ、走査線３ａ、画素スイッチング用ＴＦＴ素子３０の形成領域に対向する領域、すなわち各画素部の開口領域以外の領域に、入射光が画素スイッチング用ＴＦＴ素子３０の半導体層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に侵入することを防止するための第２遮光膜２３が設けられている。さらに、第２遮光膜２３が形成された基板本体２０Ａの液晶層５０側には、そのほぼ全面に渡って、ＩＴＯ等からなる共通電極２１が形成され、その液晶層５０側には、電圧無印加時における液晶層５０内の液晶分子の配向を制御する配向膜６０が形成されている。
【００４４】
（配向膜）
上述したように、本実施形態においては、配向膜４０、６０の構造が特に特徴的なものとなっている。以下、図４に基づいて、配向膜４０、６０の構造及びその形成方法について説明する。なお、図４は、配向膜４０（６０）を拡大して示す部分断面図であり、図示上側が液晶層５０に接する側である。また、図示するように、本実施形態では、ＴＦＴアレイ基板１０側の配向膜４０と対向基板２０側の配向膜６０とは同一の構造を有するものとなっている。
【００４５】
図４に示すように、配向膜４０（６０）は、ポリイミド等からなり、液晶層５０側表面に配向制御層４２を有する有機膜４１と、該有機膜４１の配向制御層４２上に形成された有機蒸着膜４３とを具備して構成されている。配向制御層４２は、有機膜４１の表面にラビング処理、光配向処理等の配向処理を施すことにより形成された層であり、液晶配向制御機能を有する層である。なお、図面上は、有機膜４１において、配向制御層４２とそれ以外の部分とが明確に分離されているように図示しているが、実際は、配向制御層４２とそれ以外の部分との境界は曖昧である。
【００４６】
ここで、ラビング処理とは、有機膜４１の表面を布等により所定の方向にラビング（擦る）する処理のことである。また、光配向処理とは、紫外線から所定の方向に振動する偏光のみを取り出して、有機膜４１表面に対して所定の方向から照射することにより、紫外線が照射された部分のみが分解されることを利用して、配向制御層４２を形成する処理、あるいは、有機膜４１の表面に、光重合性を有する官能基を持つ高分子薄膜を形成し、紫外線から所定の方向に振動する偏光のみを取り出して、高分子薄膜に対して所定の方向から照射することにより、紫外線が照射された方向のみが重合することを利用して、配向制御層４２を形成する処理のことである。
【００４７】
本実施形態では、配向制御層４２の表面配向に沿って、有機蒸着膜４３が形成され、有機蒸着膜４３の表面配向状態と配向制御層４２の表面配向状態とは略等しいものとなっている。そして、有機蒸着膜４３は、有機蒸着膜４３を構成する有機分子と液晶分子との分子間相互作用によって、配向制御層４２と同等以上の液晶配向制御機能を有するものとなっている。
【００４８】
また、有機蒸着膜４３は、ポリイミド等からなる有機膜４１よりも、光及び熱に対する安定性に優れた材料により構成されており、４００〜４５０ｎｍの波長の光吸収率が少ない材料、すなわち、４００〜４５０ｎｍの波長の光吸収率が高いイミド結合、アミド結合等を有しない材料により構成されている。
【００４９】
配向膜４０（６０）は、配向制御層４２が未形成の有機膜４１の表面に、ラビング処理、光配向処理等の配向処理を施して、配向制御層４２を形成した後、配向制御層４２の表面配向に沿って有機材料を蒸着することにより、有機蒸着膜４３を形成することにより得られる。
また、本実施形態において、有機蒸着膜４３はイオン化蒸着法により形成されたものである。以下、図５に、イオン化蒸着装置の構造を模式的に示し、この図に基づいて、イオン化蒸着法について簡単に説明する。
イオン化蒸着装置１００には、真空ポンプに接続され、内部を減圧状態（真空状態）とすることができる蒸着室１０１が備えられており、この蒸着室１０１内の下方に、蒸着材料２０１を入れる蒸着材料容器１０２が備えられていると共に、上方に、蒸着を行う面を下側に向けて被蒸着基板２００を設置することができるように構成されている。
【００５０】
蒸着材料容器１０２内の蒸着材料２０１は加熱されて蒸発（揮発）し、蒸発した蒸着材料２０１は図示上方に導かれ、イオン化部１０３を通過する際にイオン化される。また、イオン化部１０３と被蒸着基板２００との間には電界がかけられており、イオン化された蒸着材料２０１は電界により加速されて被蒸着基板２００に蒸着されるように構成されている。なお、イオン化部１０３では、蒸着材料２０１に電圧を印加することにより、蒸着材料２０１をイオン化することができるようになっている。
【００５１】
すなわち、イオン化蒸着法は、蒸着材料２０１を蒸発させた後、イオン化し、イオン化された蒸着材料２０１を加速させて、被蒸着基板２００に蒸着する方法である。この方法によれば、イオン化部１０３でのイオン化条件や、イオン化された蒸着材料２０１の加速条件を制御することにより、蒸着材料２０１の被蒸着基板２００への蒸着を制御することができるため、他の蒸着法に比較して、蒸着材料２０１の被蒸着基板２００への蒸着条件を制御しやすい。このように、イオン化蒸着法では、蒸着条件を制御しやすいため、配向制御層４２の表面配向に沿って有機蒸着膜４３を形成することが可能となる。
【００５２】
イオン化蒸着法を採用する場合には、蒸着材料として、揮発性を有する有機高分子若しくは配向性モノマーを用いることができる。
蒸着材料として揮発性を有する有機高分子を用いる場合には、蒸着材料である有機高分子を蒸発させた後、イオン化し、イオン化された有機高分子を直接配向制御層４２上に蒸着して、有機蒸着膜４３を形成することができる。
【００５３】
これに対して、蒸着材料として配向性モノマーを用いる場合には、蒸着材料である配向性モノマーを蒸発させた後、イオン化し、イオン化されたモノマーを配向制御層４２に蒸着するが、イオン化されたモノマーは活性が高いので、配向制御層４２上に蒸着されたモノマーの重合反応が自然に進行してポリマー化することを利用して有機蒸着膜４３を形成することができる。
【００５４】
また、蒸着材料として、揮発性を有する有機高分子、配向性モノマーのいずれを用いても、イオン化蒸着法によれば、蒸着条件を制御しやすいため、配向制御層４２の表面配向に沿って有機蒸着膜４３を形成することができるが、特に、蒸着材料として配向性モノマーを用いることが、以下の理由により好ましい。
【００５５】
すなわち、蒸着材料として配向性モノマーを用いる場合には、配向性モノマーが配向制御層４２の表面配向に沿って配向しながら蒸着してポリマー化するので、蒸着材料として、揮発性を有する有機高分子を用いる場合に比較して、より配向制御層４２の表面配向に沿って有機蒸着膜４３を形成することができ、形成される有機蒸着層４３を構成する有機高分子の配向性を高くすることができるので、有機蒸着膜４３を構成する有機高分子と液晶分子との分子間相互作用をより高くすることができ、液晶配向制御機能により優れた有機蒸着膜４３を形成することができる。なお、イオン化蒸着法以外の方法でモノマーを蒸着しても配向制御層４２上でモノマーの重合反応は進行しないため、かかる効果は得られない。
【００５６】
また、蒸着材料として有機高分子を用いる場合には、有機高分子の分子量が大きくなると揮発しないため、形成される有機蒸着膜４３を構成する高分子の分子量は、数千程度が限界となっている。これに対して、蒸着材料として配向性モノマーを用いる場合には、配向制御層４２上で重合させるため、形成される有機蒸着膜４３を構成する高分子の高分子量化が可能である。高分子は分子量が大きくなる程、光や熱に対して安定になるので、蒸着材料として配向性モノマーを用いることにより、光や熱に対する安定性により優れた有機蒸着膜４３を形成することができるという効果も得られる。
【００５７】
ここで、用いる蒸着材料について具体的に説明する。
蒸着材料として有機高分子を用いる場合には、揮発性を有すると共に、有機膜４１よりも光及び熱に対する安定性に優れた材料を選択すれば良く、これらの条件を満たすものとしては、ポリスチレン、ポリエチレンや、ポリテトラフルオロエチレン（以下、「ＰＴＦＥ」と略す。）等のフッ素系高分子を例示することができる。特に、フッ素系高分子はガラス転移点（Ｔｇ）が高く、光や熱に対する安定性に優れるため、好適である。
【００５８】
配向性モノマーとしては、下記一般式（１）、（２）、（３）のいずれかで表される１種若しくは複数種の化合物を例示することができる。
【化１３】

【００５９】
【化１４】

【００６０】
【化１５】

【００６１】
上記一般式（１）、（２）、（３）で表される化合物はいずれも棒状の分子構造を有し、それ自身が液晶相を有する液晶性モノマー、あるいは液晶分子に類似した性質を有するモノマーである。したがって、配向制御層４２上にイオン化蒸着法によりこれらのモノマーを蒸着すると、配向制御層４２の表面配向に沿って液晶分子が並ぶように、モノマーが配向制御層４２の表面配向に沿って配向しながら蒸着してポリマー化し、液晶配向制御機能に優れた有機蒸着膜４３を形成することができる。
【００６２】
また、上記一般式（１）、（２）、（３）で表される化合物はアクリレート系又はメタクリレート系のモノマーであるため、重合反応性にも優れており、配向制御層４２上にイオン化蒸着法によりこれらのモノマーを蒸着すると、モノマーが自然に重合してポリマー化する。
【００６３】
上記一般式（１）で表される化合物としては、具体的には、表１又は表２に示す化合物Ｍ１〜Ｍ２５が挙げられる。上記一般式（２）で表される化合物としては、具体的には、表３又は表５に示す化合物Ｍ２６〜Ｍ３３、Ｍ３８〜Ｍ４５が挙げられる。上記一般式（３）で表される化合物としては、具体的には、表４又は表６に示す化合物Ｍ３４〜Ｍ３７、Ｍ４６〜Ｍ５１が挙げられる。
【００６４】
【表１】

【００６５】
【表２】

【００６６】
【表３】

【００６７】
【表４】

【００６８】
【表５】

【００６９】
【表６】

【００７０】
上述したように、本実施形態では、配向膜４０、６０を、表面に配向制御層４２を有する有機膜４１と、配向制御層４２上に、配向制御層４２の表面配向に沿って形成され、有機膜４１よりも光及び熱に対する安定性に優れた有機蒸着膜４３とから構成した。
【００７１】
このように配向制御層４２上に、有機膜４１よりも光及び熱に対する安定性に優れた有機蒸着膜４３を形成することにより、有機膜４１を有機蒸着膜４３により保護することができ、配向膜４０、６０の光や熱による分解を抑制することができる。また、配向制御層４２上に、配向制御層４２の表面配向に沿って有機蒸着膜４３を形成する構成としたので、有機蒸着膜４３の表面配向状態を配向制御層４２の表面配向状態と略等しくすることができるので、有機蒸着膜４３を構成する有機分子と液晶分子との分子間相互作用によって、配向制御層４２と同等以上の液晶配向制御機能を有する有機蒸着膜４３を形成することができる。
【００７２】
したがって、本実施形態の液晶装置に備えられた配向膜４０、６０は、従来の配向膜と同等以上の液晶配向制御機能を有すると共に、光や熱に対する安定性に優れ、液晶配向制御機能を長期に渡って維持することができ、耐久性に優れている。また、配向膜４０、６０を備えた本実施形態の液晶装置は、液晶分子を長期に渡って良好に制御することができるので、従来と同等以上の表示品質を長期に渡って維持することができ、耐久性に優れたものとなる。
【００７３】
なお、有機蒸着膜４３の膜厚は、１０〜１００ｎｍであることが好ましい。有機蒸着膜４３の膜厚が１０ｎｍ未満では、有機蒸着膜４３が部分的に剥離するなどして、配向制御層４２を保護する効果が低減する恐れがあるため、好ましくない。また、有機蒸着膜４３の膜厚が１００ｎｍを超えると、液晶層５０と電極（画素電極９、共通電極２１）との距離が増し、液晶層５０の駆動電圧が増大するため、好ましくない。
【００７４】
また、本実施形態では、ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０の双方の配向膜４０、６０を上述の構成としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、少なくとも一方の基板の配向膜を上述の構成とすることにより、従来よりも耐久性に優れた液晶装置を提供することができる。但し、双方の基板の配向膜を上述の構成とすることにより、より耐久性に優れた液晶装置を提供することができることは言うまでもない。
【００７５】
また、本実施形態では、有機蒸着膜４３を形成する方法としてイオン化蒸着法を採用したので、表面に配向制御層４２を有する有機膜４１と、配向制御層４２上に、配向制御層４２の表面配向に沿って形成された有機蒸着膜４３とからなる配向膜４０、６０を簡易に、かつ安定して形成することができる。
但し、本発明はイオン化蒸着法により有機蒸着膜４３を形成する場合に限定されるものではなく、蒸着条件の制御は難しくなるが、その他の蒸着法を用いて有機蒸着膜４３を形成しても良い。
【００７６】
また、本実施形態では、ＴＦＴ素子を用いたアクティブマトリクス型液晶装置についてのみ説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＴＦＤ（Thin-Film Diode）素子を用いたアクティブマトリクス型液晶装置やパッシブマトリクス型液晶装置等にも適用可能である。また、本実施形態では、透過型液晶装置についてのみ説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、反射型や半透過反射型の液晶装置にも適用可能である。このように、本発明は、いかなる構造の液晶装置にも適用することができる。
【００７７】
［投射型表示装置］
上記実施形態の液晶装置を光変調手段として備えた投射型表示装置の構成について、図６を参照して説明する。
図６は、上記実施形態の液晶装置を３個用意し、それぞれＲＧＢ用の液晶ライトバルブ９６２Ｒ、９６２Ｇ、９６２Ｂとして用いた投射型表示装置１１００の光学系の概略構成図である。
【００７８】
本例の投射型表示装置の光学系には、光源装置９２０と、均一照明光学系９２３が採用されている。そして、投射型表示装置は、この均一照明光学系９２３から出射される光束Ｗを赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）に分離する色分離手段としての色分離光学系９２４と、各色光束Ｒ、Ｇ、Ｂを変調する変調手段としての３つのライトバルブ９２５Ｒ、９２５Ｇ、９２５Ｂと、変調された後の色光束を再合成する色合成手段としての色合成プリズム９１０と、合成された光束を投射面１００の表面に拡大投射する投射手段としての投射レンズユニット９０６を備えている。また、青色光束Ｂを対応するライトバルブ９２５Ｂに導く導光系９２７をも備えている。
【００７９】
均一照明光学系９２３は、２つのレンズ板９２１、９２２と反射ミラー９３１を備えており、反射ミラー９３１を挟んで２つのレンズ板９２１、９２２が直交する状態に配置されている。均一照明光学系９２３の２つのレンズ板９２１、９２２は、それぞれマトリクス状に配置された複数の矩形レンズを備えている。光源装置９２０から出射された光束は、第１のレンズ板９２１の矩形レンズによって複数の部分光束に分割される。そして、これらの部分光束は、第２のレンズ板９２２の矩形レンズによって３つのライトバルブ９２５Ｒ、９２５Ｇ、９２５Ｂ付近で重畳される。従って、均一照明光学系９２３を用いることにより、光源装置９２０が出射光束の断面内で不均一な照度分布を有している場合でも、３つのライトバルブ９２５Ｒ、９２５Ｇ、９２５Ｂを均一な照明光で照明することが可能となる。
【００８０】
各色分離光学系９２４は、青緑反射ダイクロイックミラー９４１と、緑反射ダイクロイックミラー９４２と、反射ミラー９４３から構成される。まず、青緑反射ダイクロイックミラー９４１において、光束Ｗに含まれている青色光束Ｂおよび緑色光束Ｇが直角に反射され、緑反射ダイクロイックミラー９４２の側に向かう。赤色光束Ｒはこのミラー９４１を通過して、後方の反射ミラー９４３で直角に反射されて、赤色光束Ｒの出射部９４４からプリズムユニット９１０の側に出射される。
【００８１】
次に、緑反射ダイクロイックミラー９４２において、青緑反射ダイクロイックミラー９４１において反射された青色、緑色光束Ｂ、Ｇのうち、緑色光束Ｇのみが直角に反射されて、緑色光束Ｇの出射部９４５から色合成光学系の側に出射される。
緑反射ダイクロイックミラー９４２を通過した青色光束Ｂは、青色光束Ｂの出射部９４６から導光系９２７の側に出射される。本例では、均一照明光学素子の光束Ｗの出射部から、色分離光学系９２４における各色光束の出射部９４４、９４５、９４６までの距離がほぼ等しくなるように設定されている。
色分離光学系９２４の赤色、緑色光束Ｒ、Ｇの出射部９４４、９４５の出射側には、それぞれ集光レンズ９５１、９５２が配置されている。したがって、各出射部から出射した赤色、緑色光束Ｒ、Ｇは、これらの集光レンズ９５１、９５２に入射して平行化される。
【００８２】
このように平行化された赤色、緑色光束Ｒ、Ｇは、ライトバルブ９２５Ｒ、９２５Ｇに入射して変調され、各色光に対応した画像情報が付加される。すなわち、これらの液晶装置は、図示を省略している駆動手段によって画像情報に応じてスイッチング制御されて、これにより、ここを通過する各色光の変調が行われる。一方、青色光束Ｂは、導光系９２７を介して対応するライトバルブ９２５Ｂに導かれ、ここにおいて、同様に画像情報に応じて変調が施される。尚、本例のライトバルブ９２５Ｒ、９２５Ｇ、９２５Ｂは、それぞれさらに入射側偏光手段９６０Ｒ、９６０Ｇ、９６０Ｂと、出射側偏光手段９６１Ｒ、９６１Ｇ、９６１Ｂと、これらの間に配置された液晶装置９６２Ｒ、９６２Ｇ、９６２Ｂとからなる液晶ライトバルブである。
【００８３】
導光系９２７は、青色光束Ｂの出射部９４６の出射側に配置した集光レンズ９５４と、入射側反射ミラー９７１と、出射側反射ミラー９７２と、これらの反射ミラーの間に配置した中間レンズ９７３と、ライトバルブ９２５Ｂの手前側に配置した集光レンズ９５３とから構成されている。集光レンズ９４６から出射された青色光束Ｂは、導光系９２７を介して液晶装置９６２Ｂに導かれて変調される。各色光束の光路長、すなわち、光束Ｗの出射部から各液晶装置９６２Ｒ、９６２Ｇ、９６２Ｂまでの距離は青色光束Ｂが最も長くなり、したがって、青色光束の光量損失が最も多くなる。しかし、導光系９２７を介在させることにより、光量損失を抑制することができる。
【００８４】
各ライトバルブ９２５Ｒ、９２５Ｇ、９２５Ｂを通って変調された各色光束Ｒ、Ｇ、Ｂは、色合成プリズム９１０に入射され、ここで合成される。そして、この色合成プリズム９１０によって合成された光が投射レンズユニット９０６を介して所定の位置にある投射面１００の表面に拡大投射されるようになっている。上記構造を有する投射型表示装置１１００は、上記の実施形態の液晶装置を備えたものであるので、従来と同等以上の表示品質を長期に渡って維持することができ、耐久性に優れたものとなる。
【００８５】
【実施例】
次に、本発明に係る実施例、及び従来例について説明する。
（実施例１）
可溶性ポリイミドを溶剤に溶解してポリイミド溶液を調製し、このポリイミド溶液を、電極やＴＦＴ素子等の配向膜以外の必要な要素を形成したガラス基板上にスピンコート法により塗布し、８０℃で１０分間仮焼成し、溶剤を揮発させた後、１８０℃で１時間本焼成し、約５０ｎｍの膜厚のポリイミド膜を形成した。このポリイミド膜の表面に、ラビング密度を４５０としてラビング処理を施し、配向制御層を形成した。配向制御層を形成したポリイミド膜の表面に、蒸着材料としてＰＴＦＥを用いて、イオン化蒸着法により蒸着を行い、約１０ｎｍの膜厚の有機蒸着膜（ＰＴＦＥ膜）を形成した。
以上のようにして、ＴＦＴアレイ基板と対向基板とを作製し、これらをセルギャップ５μｍとして貼着した後、基板間にフッ素系の液晶を注入して封止し、液晶パネルを作製した。さらに、液晶パネルの光入射側、光出射側の外表面に各々偏光子を貼着し、本発明のアクティブマトリクス型の透過型液晶装置を作製した。なお、ＴＦＴアレイ基板と対向基板は、配向膜の配向方向が互いに直交するように貼着し、ＴＮ（Twisted Nematic）モードの液晶装置を作製した。
【００８６】
（実施例２）
電極やＴＦＴ素子等の配向膜以外の必要な要素を形成したガラス基板上に、実施例１と同様にして、表面に配向制御層を有するポリイミド膜を形成した。さらに、配向制御層を形成したポリイミド膜の表面に、蒸着材料として、表３に示した配向性モノマーＭ２６（ビフェニル−４−イルメタクリレート）を用いて、イオン化蒸着法により蒸着を行い、約１０ｎｍの膜厚の有機蒸着膜（ポリビフェニル−４−イルメタクリレート膜）を形成した。
以上のようにして、ＴＦＴアレイ基板と対向基板とを作製し、実施例１と同様にして、ＴＮモードのアクティブマトリクス型の透過型液晶装置を作製した。
【００８７】
（従来例）
表面に配向制御層を有するポリイミド膜上に有機蒸着膜を形成しなかった以外は、実施例１と同様にして、ＴＮモードのアクティブマトリクス型の透過型液晶装置を作製した。
【００８８】
（耐久性試験）
以下のようにして、各実施例、従来例において、得られた液晶装置の耐久性試験を行った。
液晶層への印加電圧が液晶のしきい値電圧未満の時、液晶分子は配向膜の表面配向に従って小さいプレチルト角で配列し、液晶層への印加電圧が液晶のしきい値電圧を超えると、液晶分子は電界方向に沿うように配列を変化させる。そして、液晶分子の配列によって、液晶層を透過した後の光の偏光方向が変わるので、光出射側の偏光子を通過する光量が変化する。つまり、液晶装置においては、印加電圧（Ｖ）と光透過率（Ｔ）との間には所定の関係がある。
各実施例、従来例において得られた液晶装置を７０℃の温度下で、１０ｌｍ／ｍｍ²の光束密度の可視光を照射した時の、印加電圧（Ｖ）と光透過率（Ｔ）との間の関係、すなわちＶ／Ｔ曲線を経時的に測定し、印加電圧が低い時の光透過率が大きく変動し、Ｖ／Ｔ曲線が大きく変動するまでの耐久時間を測定した。なお、印加電圧が低い時の光透過率が大きく変動するということは、配向膜の液晶配向制御機能が低下し、印加電圧が低い時の液晶分子のプレチルト角が大きくなったことを意味する。
【００８９】
（評価結果）
実施例１、２において得られた液晶装置の耐久時間は、従来例において得られた液晶装置の耐久時間に比較して、各々３倍、２倍であり、本発明によれば、配向制御層を有する有機膜上に有機蒸着膜を形成することによって、配向膜の耐久性を大幅に向上できることが判明した。また、実施例１、２において得られた液晶装置の表示特性は、従来例において得られた液晶装置とほぼ同等であり、形成した有機蒸着膜の液晶配向制御機能は配向制御層とほぼ同等であることが判明した。
【００９０】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、液晶配向制御機能を長期に渡って維持することができ、耐久性に優れた配向膜及びその形成方法を提供することができる。また、本発明の配向膜を備えることにより、耐久性に優れた液晶装置を提供することができる。また、本発明の液晶装置を備えることにより、耐久性に優れた投射型表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明に係る実施形態の透過型液晶装置の画像表示領域を構成するマトリクス状に配置された複数の画素におけるスイッチング素子、信号線等の等価回路図である。
【図２】 図２は、本発明に係る実施形態の透過型液晶装置のＴＦＴアレイ基板の相隣接する複数の画素群の構造を示す平面図である。
【図３】 図３は、本発明に係る実施形態の透過型液晶装置の構造を示す断面図である。
【図４】 図４は、本発明に係る実施形態の透過型液晶装置に備えられた配向膜の構造を示す拡大断面図である。
【図５】 図５は、イオン化蒸着装置の構造を模式的に示す図である。
【図６】 図６は、上記実施形態の液晶装置を備えた投射型表示装置の一例を示す図である。
【符号の説明】
１０…ＴＦＴアレイ基板
２０…対向基板
１０Ａ、２０Ａ…基板本体
１ａ…半導体層
１１ａ…第１遮光膜
２３…第２遮光膜
１２…第１層間絶縁膜
４…第２層間絶縁膜
７…第３層間絶縁膜
３０…画素スイッチング用ＴＦＴ素子
９…画素電極
２１…共通電極
６ａ…データ線
３ａ…走査線
５０…液晶層
４０、６０…配向膜
４１…有機膜
４２…配向制御層
４３…有機蒸着膜

Claims (5)

1. 液晶分子の配向を制御する配向膜において、
   表面に配向制御層を有する有機膜と、
   該有機膜の前記配向制御層上に、該配向制御層の表面配向に沿って形成され、前記有機膜よりも光及び熱に対する安定性に優れた有機蒸着膜とを具備してなり、
   前記有機蒸着膜がイオン化蒸着法により形成されるとともに、蒸着材料として配向性モノマーを用いて形成され、
   前記配向性モノマーが下記一般式（３）で表される１種若しくは複数種の化合物であることを特徴とする配向膜。
   

   
2. 前記有機蒸着膜が、前記有機膜よりも、波長４００〜４５０ｎｍの光吸収が少ないことを特徴とする請求項１に記載の配向膜。
3. 液晶分子の配向を制御する配向膜の形成方法において、
   表面に配向制御層を有する有機膜を形成する有機膜形成工程と、
   前記有機膜の前記配向制御層上に、該配向制御層の表面配向に沿って、前記有機膜よりも光及び熱に対する安定性に優れた有機蒸着膜を形成する有機蒸着膜形成工程とを有し、 前記有機蒸着膜形成工程において、前記有機蒸着膜をイオン化蒸着法により形成するとともに、蒸着材料として配向性モノマーを用い、
   前記配向性モノマーが下記一般式（３）で表される１種若しくは複数種の化合物であることを特徴とする配向膜の形成方法。
   

   
4. 液晶層を挟持して対向配置された一対の基板のうち、少なくとも一方の基板の前記液晶層側最表面に、請求項１または請求項２に記載の配向膜を備えたことを特徴とする液晶装置。
5. 光源と、前記光源からの光を変調する請求項４に記載の液晶装置からなる光変調手段と、前記光変調手段により変調された光を投射する投射手段とを備えたことを特徴とする投射型表示装置。

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