JP2004077687A - 液晶装置及び電子機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】配向膜の経時劣化が小さく、長期間使用した場合においてもコントラストの低下が小さく、水平方向の軸配向性が高く、表示品質に優れた液晶装置、及びそれを用いた電子機器を提供することを目的とする。
【解決手段】液晶装置を用いた液晶ライトバルブであり、対向配置された一対の基板と、これらの基板により挟持される液晶層と、前記基板それぞれに形成された電極と、これらの電極の表面に形成された配向膜とを備え、基板本体１０Ａの表面１５には、複数の溝１６、１６、…が互いに平行に形成され、これらの溝１６、１６、…には、液晶の軸配向方向Ａｘに沿って周期的に変化しかつ軸配向方向Ａｘに沿う断面形状が鋸歯状の凹凸１０ａが形成され、溝１６の開口１６ａと凹凸１０ａの各頂部１８との間には段差Ｇが設けられていることを特徴とする。
【選択図】 図４
【解決手段】液晶装置を用いた液晶ライトバルブであり、対向配置された一対の基板と、これらの基板により挟持される液晶層と、前記基板それぞれに形成された電極と、これらの電極の表面に形成された配向膜とを備え、基板本体１０Ａの表面１５には、複数の溝１６、１６、…が互いに平行に形成され、これらの溝１６、１６、…には、液晶の軸配向方向Ａｘに沿って周期的に変化しかつ軸配向方向Ａｘに沿う断面形状が鋸歯状の凹凸１０ａが形成され、溝１６の開口１６ａと凹凸１０ａの各頂部１８との間には段差Ｇが設けられていることを特徴とする。
【選択図】 図４
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶装置及び電子機器に係り、特に、配向膜の経時劣化が小さく、長期間使用した場合においてもコントラストの低下が小さく、しかも、水平方向の軸配向性を高めることで、表示品質を改善することが可能な液晶装置、及びこの液晶装置を備えた電子機器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前記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、電圧印加時それぞれ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】
配向膜としては、一般にポリイミドなどの高分子膜の表面にラビング処理が施されたものが好適に用いられており、かかる構造の配向膜を用いることにより、配向性高分子と液晶分子との分子相互作用により電界無印加時における液晶分子の配向状態を規制することが可能な構造になっている。
これらの液晶装置においては、表示面の信頼性の向上を目的として、ガラス基板上にマグネシウム化合物からなるパッシベーション膜（被覆膜）を形成し、このパッシベーション膜上にＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ：インジウム錫酸化物）からなる電極を形成した構造が提案されている（例えば、特開昭６１−１２８２２５号公報等参照）。
【０００４】
一方、液晶を配向させるために、配向膜そのものの形状を制御した構造として、基板上に、光硬化性樹脂あるいは感光性樹脂等の高分子膜により構成された断面形状が鋸歯状の配向制御層を設けた構造のものが提案されている（特開平１−２３８６１９号公報、特開平９−１５２６１２号公報、特開２０００−１５５３１８号公報等参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ポリイミドなどの高分子膜を配向膜とした液晶装置を、例えば、液晶プロジェクター用の液晶ライトバルブに適用した場合、長時間使用すると、光及び熱によりポリイミドなどの高分子膜が劣化し、その結果、表示面の品質が低下し、信頼性が低下するという問題点があった。
また、上記の液晶ライトバルブにおいては、配向膜の下側に液晶を駆動するための透明電極としてＩＴＯを用いた場合、このＩＴＯ電極より析出したインジウム（Ｉｎ）や錫（Ｓｎ）が液晶層に溶出すると、液晶ライトバルブの電気的特性が変化し、その結果、表示面の品質が低下し、信頼性が低下するという問題点があった。
【０００６】
また、ガラス基板上にパッシベーション膜を形成した構造では、ガラス基板中に含まれるナトリウム等の金属元素の拡散を防止する効果はあるものの、ＩＴＯ電極より析出したＩｎやＳｎが液晶層に溶出するのを防止することはできない。
また、光硬化性樹脂、あるいは感光性樹脂などの高分子膜を鋸歯状の配向制御層とした液晶装置を、例えば、液晶プロジェクター用の液晶ライトバルブに適用した場合、長時間使用すると、光及び熱により光硬化性樹脂あるいは感光性樹脂などの高分子膜が劣化し、その結果、表示面の品質が低下し、信頼性が低下するという問題点があった。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、配向膜の経時劣化が小さく、長期間使用した場合においてもコントラストの低下が小さく、しかも、水平方向の軸配向性を高めることで、表示品質を改善する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、この液晶装置を備えることにより、水平方向の軸配向性が高く、表示品質に優れ、信頼性が向上した電子機器を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、配向膜の経時劣化が小さい液晶装置として、既に、基板本体の画素領域上の表面に断面形状が鋸歯状の凹凸を形成した構成の液晶装置を提案した（特願２００２−１２４１００）。なお、この出願は、公開前の出願であり、特許法上の従来の技術には該当しない。
【０００９】
図１４は、本発明者等が提案した液晶装置の基板本体を示す斜視図、図１５は液晶装置の画素領域を示す断面図であり、この基板本体１０Ａの液晶層５０側の表面１５には、液晶の軸配向方向Ａｘに沿って周期的に変化する所定の幅Ｗを有する断面形状が鋸歯状の凹凸１０ａが、所定の間隔ｄをあけて複数列形成され、この鋸歯状の凹凸１０ａ上には、第１層間絶縁膜１２、第２層間絶縁膜４、第３層間絶縁膜７、画素電極９、配向膜４１が順次積層され、この配向膜４１の表面４１ｂは、基板本体１０Ａの表面と同一形状とされている。
すなわち、この配向膜４１の画素領域上の表面は、液晶の軸配向方向（図１５中左右方向）に沿って鋸歯状に周期的に変化する断面形状が鋸歯状の凹凸４１ａとされ、この鋸歯状の凹凸４１ａは、上記の鋸歯状の凹凸１０ａと全く同様に、所定の間隔ｄをあけて複数列形成されている。
【００１０】
この配向膜４１は、鋸歯状の凹凸４１ａによりＴＮ液晶４９の配向方向及びプレチルト角を制御するのはもちろんのこと、マグネシウム化合物を含有したことにより、この配向膜４１の下側に設けられている画素電極９からの不純物やＩｎ、Ｓｎ等の金属元素の液晶層５０への拡散を防止している。このように、Ｉｎ、Ｓｎ等の金属元素の液晶層５０への拡散を防止することで、長時間使用した場合においても液晶層５０の機能が劣化するおそれがなく、高い信頼性を保持することができる。
【００１１】
他方、基板本体１０Ａの対向基板となる基板本体２０Ａの液晶層５０側の表面には、断面形状が鋸歯状の凹凸２０ａが、上記の鋸歯状の凹凸４１ａと直交するようにその面上の一方向（図面に垂直な方向）に沿って周期的に形成され、この鋸歯状の凹凸２０ａは、図面に垂直な複数の溝６２により所定の幅とされている。この鋸歯状の凹凸２０ａ上には、共通電極２１、配向膜６１が順次積層され、この配向膜６１の表面は、基板本体２０Ａの表面と同一形状とされている。
すなわち、この配向膜６１の表面は、その面上の一方向（図面に垂直な方向）に沿って周期的に変化する断面形状が鋸歯状（三角形状）の凹凸６１ａとされ、この鋸歯状の凹凸６１ａは、上記の鋸歯状の凹凸２０ａと全く同様に、図面に垂直な複数の溝６２により、所定の幅とされている。
【００１２】
この配向膜６１は、上記の配向膜４１と全く同様に、鋸歯状の凹凸６１ａによりＴＮ液晶４９の配向方向及びプレチルト角を制御するのはもちろんのこと、マグネシウム化合物を含有したことにより、この配向膜６１の下側に設けられている共通電極２１からの不純物やＩｎ、Ｓｎ等の金属元素の液晶層５０への拡散を防止している。このように、Ｉｎ、Ｓｎ等の金属元素の液晶層５０への拡散を防止することで、長時間使用した場合においても液晶層５０の機能が劣化するおそれがなく、高い信頼性を保持することができる。
【００１３】
ところで、本発明者等が提案した液晶装置においては、配向膜４１の画素領域上の表面に、液晶の軸配向方向Ａｘに沿って周期的に変化する断面形状が鋸歯状の凹凸４１ａを複数列形成し、この配向膜４１に対向する配向膜６１の表面に、周期的に変化する断面形状が鋸歯状の凹凸６１ａを複数列形成した構成としたことにより、プレティルトを発現することはできるが、凹凸１０ａの部分の側面積が狭いので液晶の軸配向性が弱くなるという問題点があった。
【００１４】
本発明者は、これらの問題点を解決すべく、一方向に沿って周期的に形成された液晶層の配向方向を制御するための凹凸と、この凹凸が形成された溝や突条との間に段差を設けることにより、側面積を確保することができ、したがって、液晶の水平方向の軸配向性を高めることができ、表示品質を改善することができることを知見し、本発明を完成するに至った。
【００１５】
本発明の液晶装置は、対向配置された一対の基板と、この一対の基板により挟持される液晶層と、前記一対の基板それぞれの前記液晶層側表面に形成され前記液晶層に電圧を印加するための電極と、これらの電極それぞれの前記液晶層側表面に形成され前記液晶層の液晶分子を配向させる配向膜とを備え、前記配向膜の表面には、複数の溝が互いに平行に形成され、これらの溝には、前記液晶層の配向方向を制御するための凹凸が当該溝の延在する方向に沿って周期的に形成され、前記溝の開口と前記凹凸の各頂部との間には段差が設けられていることを特徴とする。
【００１６】
この液晶装置では、配向膜の表面に複数の溝を互いに平行に形成し、これらの溝に、液晶層の配向方向を制御するための凹凸を当該溝の延在する方向に沿って周期的に形成し、前記溝の開口と前記凹凸の各頂部との間に段差を設けたことにより、前記溝の側面積が確保され、液晶の水平方向の軸配向性が高まる。これにより、表示品質を改善することが可能になり、信頼性が向上する。
【００１７】
この液晶装置は、さらに、隣接する前記溝の間が突条とされ、これらの突条には、前記液晶層の配向方向を制御するための凹凸が当該突条の延在する方向に沿って周期的に形成され、前記突条の底部と前記凹凸の各底部との間には段差が設けられていることを特徴とする。
この液晶装置では、前記突条の側面積が確保され、液晶の水平方向の軸配向性がさらに高まる。これにより、表示品質をさらに改善することが可能になり、信頼性が益々向上する。
【００１８】
本発明の他の液晶装置は、対向配置された一対の基板と、この一対の基板により挟持される液晶層と、前記一対の基板それぞれの前記液晶層側表面に形成され前記液晶層に電圧を印加するための電極と、これらの電極それぞれの前記液晶層側表面に形成され前記液晶層の液晶分子を配向させる配向膜とを備え、前記配向膜の表面には、複数の突条が互いに平行に形成され、これらの突条には、前記液晶層の配向方向を制御するための凹凸が当該突条の延在する方向に沿って周期的に形成され、前記突条の底部と前記凹凸の各底部との間には段差が設けられていることを特徴とする。
【００１９】
この液晶装置では、配向膜の表面に、複数の突条を互いに平行に形成し、これらの突条に、前記液晶層の配向方向を制御するための凹凸を当該突条の延在する方向に沿って周期的に形成し、前記突条の底部と前記凹凸の各底部との間に段差を設けたことにより、前記突条の側面積が確保され、液晶の水平方向の軸配向性が高まる。これにより、表示品質を改善することが可能になり、信頼性が向上する。
【００２０】
また、本発明の液晶装置では、前記段差は、３０〜５００ｎｍであることが好ましい。これにより、側面積が確保され、表示品質を損なうことがない程度に、液晶の水平方向の軸配向性を充分に確保することが出来る。
前記段差を介して溝側に形成された前記電極と、前記段差を介して突条側に形成された前記電極とは、接触していることが好ましい。これにより、導通性能を高め、信号の減衰や抵抗発熱を防止することで、表示品質を高めることが出来る。
前記電極の厚みは、前記段差以上であることが好ましい。これにより、段差を介して溝側に形成された前記電極と、前記段差を介して突条側に形成された前記電極とが接触するので、導通性能を高め、信号の減衰や抵抗発熱を防止することで、表示品質を高めることが出来る。
【００２１】
前記凹凸は、前記延在する方向に沿う断面形状が概三角形状であることが好ましい。これにより液晶の配向性を乱すことなく、プレティルトを与えることができる。
前記基板の表面には、前記凹凸に対応する凹凸が形成されていることとしてもよい。これにより液晶の配向性を乱すことなく、プレティルトを与えることができる。
前記電極は、前記液晶層に露出されるとともに、その表面に前記凹凸が形成されていることとしてもよい。これにより、パッシベーション膜を配置しないので、製造プロセスを簡略化することができる。
【００２２】
本発明の電子機器は、本発明の液晶装置を備えたことを特徴とする。
本発明の電子機器では、本発明の液晶装置を備えたことにより、水平方向の軸配向性が高く、表示品質に優れ、信頼性が向上した電子機器が提供可能になる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明に係る実施形態について詳細に説明する。なお、各実施形態においては、図面を参照しながら説明するが、各図において、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。
【００２４】
［第１実施形態］
図１〜図６に基づいて、スイッチング素子としてＴＦＴ（Ｔｈｉｎ−Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）素子を用いた、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用いた液晶ライトバルブを例として、本発明に係る第１実施形態の液晶装置の構造について詳述する。
【００２５】
図１は本実施形態の液晶ライトバルブ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、信号線等を示す等価回路図である。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は本実施形態の液晶ライトバルブの構造を示す断面図であって、図２のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。
図４は本実施形態の液晶ライトバルブの画素領域の構造を示す斜視図である。図５は本実施形態の液晶ライトバルブの画素領域の構造を示す断面図である。図６は本実施形態の液晶ライトバルブの画素領域の配向膜の寸法例を示す模式図である。
【００２６】
この液晶ライトバルブは、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、この画素電極９を制御するためのスイッチング素子であるＴＦＴ素子３０と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に供給される画像信号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。
【００２７】
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、このＴＦＴ素子３０を一定期間だけオン状態とすることにより、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ようになっている。
【００２８】
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。この液晶は、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１７が付加されている。
【００２９】
（平面構造）
次に、本実施形態の液晶ライトバルブの平面構造について図２に基づき説明する。
この液晶ライトバルブは、ＴＦＴアレイ基板上に、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ：インジウム錫酸化物）等の透明導電性材料からなる矩形状の画素電極９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。ここでは、画素電極９の輪郭を点線９Ａで示している。
本実施形態においては、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画素毎に表示を行うことが可能な構造になっている。
【００３０】
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、この走査線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構成になっている。
【００３１】
容量線３ｂは、走査線３ａに沿って略直線状に伸びる本線部（平面視、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（平面視、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。
【００３２】
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（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。
【００３３】
（断面構造）
次に、本実施形態の液晶ライトバルブの断面構造について図３に基づき説明する。
この液晶ライトバルブは、ＴＦＴアレイ基板１０と、この基板１０に対向配置される対向基板２０と、これらの基板１０、２０の間に挟持されるＴＮ液晶からなる液晶層５０とにより構成されている。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、マグネシウム化合物を含有してなる配向膜４１と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及びマグネシウム化合物を含有してなる配向膜６１とを主体として構成されている。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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１７が構成されている。
【００３７】
また、ＴＦＴアレイ基板１０の基板本体１０Ａの液晶層５０側表面の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、このＴＦＴアレイ基板１０の下面、すなわちＴＦＴアレイ基板１０と空気との界面にて反射されて液晶層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。
【００３８】
また、図２に示すように、ＴＦＴアレイ基板１０に第１遮光膜１１ａを設けるのに加えて、この第１遮光膜１１ａは、前段あるいは後段の容量線３ｂにコンタクトホール１３を介して電気的に接続するように構成されている。
また、図３に示すように、ＴＦＴアレイ基板１０の基板本体１０Ａの液晶層５０側の最表面には、画素電極９、及び該画素電極９が形成されていない領域の第３層間絶縁膜７を覆うように、電圧無印加時における液晶層５０内の液晶分子の配向方向及びプレチルト角を制御するためのマグネシウム化合物を含有してなる配向膜４１が形成されている。
【００３９】
この基板本体１０Ａの画素領域上においては、図４に示すように、その表面１５に、幅Ｗ、深さＤの溝１６が複数、所定の間隔ｄをおいて互いに平行に形成され、これらの溝１６、１６、…それぞれの間に存在する上方に突出した断面矩形状の長尺の領域がストライプ（突条）１７とされている。
これらの溝１６、１６、…それぞれには、所定の幅Ｗを有し、液晶の軸配向方向Ａｘに沿って周期的に変化しかつ軸配向方向Ａｘに沿う断面形状が鋸歯状（三角形状）の凹凸１０ａが形成され、溝１６の開口１６ａと、凹凸１０ａの各頂部１８との間には段差Ｇが設けられている。
【００４０】
この鋸歯状の凹凸１０ａ上及びストライプ１７上には、図５に示すように、第１層間絶縁膜１２、第２層間絶縁膜４、第３層間絶縁膜７、画素電極９、マグネシウム化合物を含有する配向膜４１が順次積層され、この凹凸１０ａ上に形成された配向膜４１の表面４１ｂは、この凹凸１０ａと同一形状とされている。
すなわち、この配向膜４１の画素領域上の表面４１ｂは、液晶の軸配向方向（図中左右方向）に沿って周期的に変化しかつ軸配向方向に沿う断面形状が鋸歯状の凹凸４１ａとされ、この鋸歯状の凹凸４１ａは、上記の鋸歯状の凹凸１０ａと全く同様に、所定の間隔ｄをあけて複数列形成されている。
【００４１】
この配向膜４１は、溝１６と段差Ｇとを設けたことによりＴＮ液晶４９の配向方向を、及び鋸歯状の凹凸１０ａによりプレチルト角を制御するのはもちろんのこと、マグネシウム化合物を含有したことにより、この配向膜４１の下側に設けられている画素電極９からの不純物やＩｎ、Ｓｎ等の金属元素の液晶層５０への拡散を防止している。このように、Ｉｎ、Ｓｎ等の金属元素の液晶層５０への拡散を防止することで、長時間使用した場合においても液晶層５０の機能が劣化するおそれがなく、高い信頼性を保持することができる。
【００４２】
他方、対向基板２０においては、基板本体２０Ａの画素領域上の表面に、図５に示すように、液晶の軸配向方向（図面に垂直な方向）に沿って周期的に変化しかつ軸配向方向に沿う断面形状が鋸歯状（三角形状）の凹凸２０ａが形成され、この鋸歯状の凹凸２０ａは、図面に垂直な複数の溝６２により所定の幅Ｗとされている。この鋸歯状の凹凸２０ａ上には、共通電極２１、配向膜６１が順次積層され、この配向膜６１の表面６１ｂは、基板本体２０Ａの表面と同一形状とされている。
【００４３】
すなわち、この配向膜６１の表面は、その面上の一方向（図面に垂直な方向）に沿って周期的に変化する断面形状が鋸歯状（三角形状）の凹凸６１ａとされ、この鋸歯状の凹凸６１ａは、上記の鋸歯状の凹凸２０ａと全く同様に、図面に垂直な複数の溝６２により所定の幅Ｗとされている。
【００４４】
この配向膜６１は、上記の配向膜４１と同様、溝６２と段差Ｇとを設けたことによりＴＮ液晶４９の配向方向を、及び鋸歯状の凹凸１０ａによりプレチルト角を制御するのはもちろんのこと、マグネシウム化合物を含有したことにより、この配向膜６１の下側に設けられている共通電極２１からの不純物やＩｎ、Ｓｎ等の金属元素の液晶層５０への拡散を防止している。このように、Ｉｎ、Ｓｎ等の金属元素の液晶層５０への拡散を防止することで、長時間使用した場合においても液晶層５０の機能が劣化するおそれがなく、高い信頼性を保持することができる。
【００４５】
上記の配向膜４１、６１を構成するマグネシウム化合物としては、例えば、マグネシウム酸化物またはマグネシウム塩が好ましい。前記マグネシウム酸化物としては、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）が好ましく、また、前記マグネシウム塩としては、ＭｇＦ２（フッ化マグネシウム）が好ましい。
【００４６】
ここで、段差Ｇ等の寸法について説明する。
段差Ｇは、３０〜５００ｎｍが好ましく、さらに好ましくは１００〜２５０ｎｍである。
ここで、段差Ｇを３０〜５００ｎｍと限定した理由は、３０ｎｍより小さいと溝の側面積が確保されないために液晶の水平方向の軸配向性が弱まってしまい、表示品質を損なってしまうことと、５００ｎｍより大きいと 凹凸によるリターデーションの差がセルギャップに反映して表示品質が損なわれてしまうことによる。これにより、表示品質を損なうことがない程度に、液晶の水平方向の軸配向性を充分に確保することが出来る。
【００４７】
画素電極９及び共通電極２１の厚みは、段差Ｇ以上とされており、例えば、段差Ｇが２００ｎｍの場合、画素電極９及び共通電極２１の厚みは、２００ｎｍもしくはそれ以上である。
上記の画素電極９及び共通電極２１の厚みの好ましい範囲は、３０〜５００ｎｍであり、特に好ましくは１００〜２５０ｎｍ程度である。
その理由は、電極の膜厚が段差Ｇよりも小さくなると、抵抗が大きくなるために電極として不適当であるからである。これにより、導通性能を高め、信号の減衰や抵抗発熱を防止することで、表示品質を高めることが出来る。
この画素電極９は、凹凸１０ａ上に形成されたものと、ストライプ１７上に形成されたものとは、接触しており、この接触部分の厚みは、例えば、画素電極９の膜厚の１／２程度とされている。
【００４８】
また、配向膜４１、６１の膜厚は、５０〜５００ｎｍが好ましく、特に好ましくは２５０ｎｍ程度である。
その理由は、配向膜４１、６１の膜厚が５０ｎｍ未満であると、電極（画素電極９あるいは共通電極２１）からの不純物やＩｎ、Ｓｎ等の金属元素の液晶層５０への拡散の防止効果が不十分で配向膜４１、６１の劣化を防止することができないおそれがあるからであり、また、膜厚が５００ｎｍを越えると、液晶層５０と電極（画素電極９あるいは共通電極２１）との距離が増大し、液晶層５０を駆動するための電圧が高くなるからである。
【００４９】
上記の配向膜４１、６１の鋸歯状の凹凸４１ａ、６１ａの寸法は、概略、図６に示すように、高さＨが３０〜５００ｎｍ、平行溝ピッチＰが１０〜１５００ｎｍ、幅Ｗが５〜７５０ｎｍ、鋸歯の垂直方向に対する角度αが２〜８８°（鋸歯の水平方向の長さＳ＝Ｈ／（ｔａｎ（９０°−α））となる）であることが好ましい。
【００５０】
（製造方法）
次に、上記構造の液晶ライトバルブの製造方法を例として、本発明に係る実施形態の液晶装置の製造方法について説明する。
まず、例えば、レーザビーム加工法等により、基板本体１０Ａの表面に溝１６及び鋸歯状の凹凸１０ａを形成する。この場合、段差Ｇが３０〜５００ｎｍの範囲になるように、溝１６の深さＤ及び鋸歯状の凹凸１０ａの高さＨを設定する。
【００５１】
次いで、この鋸歯状の凹凸１０ａ上に、例えば、ＭＯＣＶＤ法等によりＳｉＯ２からなる第１層間絶縁膜１２、第２層間絶縁膜４、第３層間絶縁膜７を順次形成し、この第３層間絶縁膜７上に、例えば、蒸着法やスパッタ法等によりＩＴＯ等の画素電極９を段差Ｇ以上の膜厚に形成し、この表面に、例えば、ＥＢ（電子ビーム）真空蒸着法、イオンプレーティング法等により空隙のない緻密な配向膜４１を５０〜５００ｎｍの膜厚に形成する。
以上のようにして、必要な要素が形成されたＴＦＴアレイ基板１０を製造することができる。
【００５２】
一方、上記の基板本体１０Ａと全く同様にして、基板本体２０Ａの表面に鋸歯状の凹凸２０ａを形成し、この鋸歯状の凹凸２０ａ上に、共通電極２１及び配向膜６１を順次積層することにより、必要な要素が形成された対向基板１０を製造することができる。必要に応じて共通電極の基板１０Ａ側に配線部遮光のためのブラックマトリクスを配置しても良い。
なお、配向膜６１の形成方法は、ＴＦＴアレイ基板１０の配向膜４１の形成方法と全く同様であるので、説明は省略する。
【００５３】
次いで、ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０のうち一方の基板の周縁部にシール材を塗布し、このシール材を介して配向膜４１、６１それぞれの延在する方向が互いに直交するように、ＴＦＴアレイ基板１０及び対向基板２０をセルギャップ、例えば約３μｍで、しかもこれら基板１０、２０の配向を９０°ずらして貼り合わせ、液晶セルを作製する。
次いで、この液晶セル内に液晶注入孔からＴＮ液晶を注入し、その後、この液晶注入孔を封止材により封止する。
【００５４】
本実施形態の液晶ライトバルブによれば、基板本体１０Ａの画素領域上の表面１５に、複数の溝１６を所定の間隔ｄをおいて互いに平行に形成し、これらの溝１６、１６、…に、液晶の軸配向方向Ａｘに沿って周期的に変化しかつ軸配向方向Ａｘに沿う断面形状が鋸歯状の凹凸１０ａを形成し、溝１６の開口１６ａと、凹凸１０ａの各頂部１８との間に段差Ｇを設けたので、溝１６の側面積を確保することができ、ＴＮ液晶４９の水平方向の軸配向性を高めることができる。したがって、表示品質を改善することができ、ライトバルブとしての信頼性を向上させることができる。
【００５５】
［第２実施形態］
図７は、本発明に係る第２実施形態の液晶ライトバルブの画素領域の構造を示す断面図である。
この液晶ライトバルブは、第１実施形態の配向膜４１、６１を取り除き、液晶層５０に露出する画素電極９の表面９ｂを凹凸１０ａと同一形状の凹凸９ａとし、同様に共通電極２１の表面２１ｂを凹凸２０ａと同一形状の凹凸２１ａとしたものであり、その他の点については第１実施形態の液晶ライトバルブと全く同様である。
【００５６】
このように、画素電極９からの不純物やＩｎ、Ｓｎ等の金属元素の液晶層５０への拡散がそれ程問題とならないような場合には、配向膜４１、６１を取り除くこともできる。
本実施形態の液晶ライトバルブでは、配向膜４１、６１は無いものの、画素電極９の表面９ｂが凹凸１０ａと同一形状の凹凸９ａとされ、同様に共通電極２１の表面２１ｂが凹凸２０ａと同一形状の凹凸２１ａとされているので、許容の範囲で液晶の水平方向の軸配向性を確保することができる。
また、配向膜４１、６１を形成する工程が不要となるので、製造工程を簡略化することができ、製造コストの低減を図ることができる。
【００５７】
［第３実施形態］
図８は、本発明に係る第３実施形態の液晶ライトバルブの画素領域の構造を示す断面図である。
この液晶ライトバルブは、凹凸１０ａ上に形成された画素電極９と、ストライプ１７上に形成された画素電極９との間に、例えば、１層以上の膜厚に相当する段差を設けることにより、これらの画素電極９、９同士が接触しないようにしたものであり、その他の点については第１実施形態の液晶ライトバルブと全く同様である。
【００５８】
このように、電極材料の抵抗が充分に低く、信号の劣化や発熱の問題がない場合には、上記のような構造をとることも出来る。これにより電極材料を節約し、また工程時間を短縮することができる。
この液晶ライトバルブにおいても、ＴＮ液晶４９の水平方向の軸配向性を高めることができ、表示品質を改善することができ、ライトバルブとしての信頼性を向上させることができる。
【００５９】
［第４実施形態］
図９は、本発明に係る第４実施形態の液晶ライトバルブのＴＦＴアレイ基板の構造を示す斜視図、図１０は本実施形態の液晶ライトバルブの画素領域の構造を示す断面図、図１１は本実施形態の液晶ライトバルブの画素領域の配向膜の寸法例を示す模式図である。
【００６０】
この液晶ライトバルブは、基板本体１０Ａの画素領域上の表面１５に、幅Ｗ、高さｈ（＝段差Ｇ）のストライプ（突条）２５を複数、所定の間隔ｄをおいて互いに平行に形成し、これらストライプ２５、２５、…それぞれの上面に、液晶の軸配向方向Ａｘに沿って周期的に変化しかつ軸配向方向Ａｘに沿う断面形状が鋸歯状（概三角形状）の凹凸１０ａを形成したものであり、その他の点については第１実施形態の液晶ライトバルブと全く同様である。
【００６１】
ここで、ストライプ２５の高さｈ、すなわち段差Ｇは、第１実施形態の段差Ｇと同様、３０〜５００ｎｍが好ましく、さらに好ましくは１００〜２５０ｎｍである。
上記の配向膜４１、６１の鋸歯状の凹凸４１ａ、６１ａの寸法は、概略、図６に示すように、高さＨが３０〜５００ｎｍ、平行溝ピッチＰが１０〜１５００ｎｍ、幅Ｗが５〜７５０ｎｍ、鋸歯の垂直方向に対する角度αが２〜８８°（鋸歯の水平方向の長さＳ＝Ｈ／（ｔａｎ（９０°−α））となる）であることが好ましい。
【００６２】
この液晶ライトバルブにおいても、ＴＮ液晶４９の水平方向の軸配向性を高めることができ、表示品質を改善することができ、ライトバルブとしての信頼性を向上させることができる。
【００６３】
なお、上記の各実施形態においては、基板本体１０Ａの表面に、軸配向方向Ａｘに沿う断面形状が鋸歯状の凹凸１０ａを形成し、この鋸歯状の凹凸１０ａ上に第１層間絶縁膜１２等を順次積層した構成としたが、この凹凸１０ａの断面形状は一例にすぎず、例えば、鈍角三角形状としてもよい。
【００６４】
また、基板本体１０Ａの表面に鋸歯状の凹凸１０ａを形成する替わりに、基板本体１０Ａの平坦な表面に第１層間絶縁膜１２等を順次積層する際に、これら第１層間絶縁膜１２〜第３層間絶縁膜７のいずれか１層の表面に鋸歯状の凹凸１０ａを形成してもよい。特に最表面の第３層間絶縁膜７に形成することにより、凹凸形状をより忠実に画素電極９面に再現することができるので、液晶の配向制御性が高まる。
同様に、上記の各実施形態においては、基板本体２０Ａの表面に鋸歯状の凹凸２０ａを形成し、この鋸歯状の凹凸２０ａ上に、共通電極２１、配向膜６１を順次積層した構成としたが、基板本体２０Ａの平坦な表面に共通電極２１を成膜し、この共通電極２１の表面に鋸歯状の凹凸２０ａを形成し、その後鋸歯状の凹凸２０ａ上に配向膜６１を積層した構成としてもよい。
【００６５】
また、上記の各実施形態においては、溝１６またはストライプ２５に、液晶の軸配向方向Ａｘに沿って周期的に変化しかつ軸配向方向Ａｘに沿う断面形状が鋸歯状の凹凸１０ａを形成したが、溝１６及びストライプ２５の双方に凹凸１０ａを形成してもよい。この場合、例えば、溝１６の開口１６ａと凹凸１０ａの各頂部との間に段差Ｇを設け、ストライプ２５の高さｈを段差Ｇとすればよい。
【００６６】
また、本実施形態においては、ＴＮモードの液晶ライトバルブ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、本発明は、ＥＣＢモード、垂直配向モード、ＳＴＮ（Ｓｕｐｅｒ Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、強誘電モード、反強誘電モードなど、電圧無印加時の液晶分子の配向状態がいかなる液晶装置にも適用することができる。
本発明を、垂直配向モードの液晶装置に適用する場合には、液晶層を、液晶分子の短軸方向が長軸方向に比較して分極しやすい、負の誘電率異方性を有する液晶により構成すれば良い。この場合には、電圧無印加時に、液晶層内の液晶分子が配向膜によって制御され、所定の方向に配列するのに対し、電圧印加時には、液晶層内の液晶分子が、その長軸方向を一対の基板間に発生する縦電界の方向に対して略垂直平行方向に向けて配列するため、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し、表示を行うことができる。
【００６７】
また、上記の各実施形態においては、ＴＦＴ素子を用いたアクティブマトリクス型の液晶ライトバルブについてのみ説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、ＴＦＤ（Ｔｈｉｎ−Ｆｉｌｍ Ｄｉｏｄｅ）素子に代表される２端子型素子を用いたアクティブマトリクス型液晶ライトバルブ等にも適用可能である。
【００６８】
また、上記の各実施形態においては、透過型液晶ライトバルブを取り上げて説明したが、本発明は、溝、またはストライプ、あるいはこれら双方に段差を設けた構成であればよく、上記の各実施形態に限定されるものではない。例えば、透過型液晶ライトバルブ以外の反射型、あるいは半透過型の液晶ライトバルブにも適用可能であり、いかなる構造の液晶装置にも適用することができる。
【００６９】
［電子機器］
次に、本発明の上記第１〜第４実施形態の液晶ライトバルブに用いられた液晶装置のいずれかを備えた電子機器の具体例について説明する。
図１２は、上記第１〜第４実施形態の液晶ライトバルブに用いられた液晶装置のいずれかを光変調装置として用いた投射型表示装置の要部を示す概略構成図である。図１２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は投射レンズ、８３１、８３２、８３３は入射側の偏光板、８３４、８３５、８３６は出射側の偏光板である。
【００７０】
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、赤色光用液晶光変調装置８２２に入射される。
【００７１】
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、緑色光用液晶光変調装置８２３に入射される。一方、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、長い光路による光損失を防ぐため、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青色光用液晶光変調装置８２４に入射される。
【００７２】
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、投射光学系である投射レンズ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。
【００７３】
また、図１３（ａ）は、携帯電話の一例を示す斜視図である。図１３（ａ）において、５００は携帯電話本体を示し、５０１は上記第１〜第４実施形態の液晶装置のいずれかを備えた液晶表示部を示している。
図１３（ｂ）は、ワープロ、パソコンなどの携帯型情報処理装置の一例を示す斜視図である。図１３（ｂ）において、６００は情報処理装置、６０１はキーボードなどの入力部、６０３は情報処理本体、６０２は上記第１〜第４実施形態の液晶装置のいずれかを備えた液晶表示部を示している。
図１３（ｃ）は、腕時計型電子機器の一例を示す斜視図である。図１３（ｃ）において、７００は時計本体を示し、７０１は上記第１〜第４実施形態の液晶装置のいずれかを備えた液晶表示部を示している。
【００７４】
図１２、図１３（ａ）〜（ｃ）に示す電子機器は、上記実施形態の液晶装置を備えたものであるので、液晶の水平方向の軸配向性を高めることができ、表示品質を改善することができ、信頼性を向上させることができる。
また、本発明は、特に、強い光源を用いる図１３に示す電子機器において有効である。
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【００７５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の液晶装置によれば、配向膜の表面に複数の溝を互いに平行に形成し、これらの溝に、液晶層の配向方向を制御するための凹凸を当該溝の延在する方向に沿って周期的に形成し、前記溝の開口と前記凹凸の各頂部との間に段差を設けたので、前記溝の側面積を確保することができ、液晶の水平方向の軸配向性を高めることができる。したがって、表示品質を改善することができ、信頼性を向上させることができる。
【００７６】
本発明の他の液晶装置によれば、配向膜の表面に、複数の突条を互いに平行に形成し、これらの突条に、前記液晶層の配向方向を制御するための凹凸を当該突条の延在する方向に沿って周期的に形成し、前記突条の底部と前記凹凸の各底部との間に段差を設けたので、前記突条の側面積を確保することができ、液晶の水平方向の軸配向性を高めることができる。したがって、表示品質を改善することができ、信頼性を向上させることができる。
【００７７】
また、本発明の電子機器によれば、本発明の液晶装置を備えたので、液晶の水平方向の軸配向性を高めることができ、したがって、表示品質を改善することができ、信頼性に優れた電子機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１実施形態の液晶ライトバルブの画像表示領域を示す等価回路図である。
【図２】本発明に係る第１実施形態の液晶ライトバルブの複数の画素群の構造を示す平面図である。
【図３】本発明に係る第１実施形態の液晶ライトバルブのＴＦＴ領域の構造を示す断面図である。
【図４】本発明に係る第１実施形態の液晶ライトバルブの画素領域の構造を示す斜視図である。
【図５】本発明に係る第１実施形態の液晶ライトバルブの画素領域の構造を示す断面図である。
【図６】本発明に係る第１実施形態の液晶ライトバルブの画素領域の配向膜の寸法例を示す模式図である。
【図７】本発明に係る第２実施形態の液晶ライトバルブの画素領域の構造を示す断面図である。
【図８】本発明に係る第３実施形態の液晶ライトバルブの画素領域の構造を示す断面図である。
【図９】本発明に係る第４実施形態の液晶ライトバルブの画素領域の構造を示す斜視図である。
【図１０】本発明に係る第４実施形態の液晶ライトバルブの画素領域の構造を示す断面図である。
【図１１】本発明に係る第４実施形態の液晶ライトバルブの画素領域の配向膜の寸法例を示す模式図である。
【図１２】本発明に係る第１〜第４実施形態の液晶装置のいずれかを光変調装置として用いた投射型表示装置の要部を示す構成図である。
【図１３】本発明の第１〜第４実施形態の透過型の液晶装置のいずれかを備えた電子機器を示す斜視図であり、図１３（ａ）は携帯電話の一例を示す斜視図、図１３（ｂ）は携帯型情報処理装置の一例を示す斜視図、図１３（ｃ）は腕時計型電子機器の一例を示す斜視図である。
【図１４】本発明者等が提案した液晶装置の基板本体の構造を示す斜視図である。
【図１５】本発明者等が提案した液晶装置の画素領域の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１０…ＴＦＴアレイ基板
１０Ａ…基板本体
１０ａ…凹凸
１５…表面
１６…溝
１６ａ…開口
１８…頂部
２０…対向基板
２０Ａ…基板本体
２０ａ…凹凸
９…画素電極
２１…共通電極
２５…ストライプ
４１、６１…配向膜
４１ａ、６１ａ…凹凸
４１ｂ、６１ｂ…表面
４９…ＴＮ液晶
５０…液晶層
Ｇ…段差
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶装置及び電子機器に係り、特に、配向膜の経時劣化が小さく、長期間使用した場合においてもコントラストの低下が小さく、しかも、水平方向の軸配向性を高めることで、表示品質を改善することが可能な液晶装置、及びこの液晶装置を備えた電子機器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前記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、電圧印加時それぞれ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】
配向膜としては、一般にポリイミドなどの高分子膜の表面にラビング処理が施されたものが好適に用いられており、かかる構造の配向膜を用いることにより、配向性高分子と液晶分子との分子相互作用により電界無印加時における液晶分子の配向状態を規制することが可能な構造になっている。
これらの液晶装置においては、表示面の信頼性の向上を目的として、ガラス基板上にマグネシウム化合物からなるパッシベーション膜（被覆膜）を形成し、このパッシベーション膜上にＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ：インジウム錫酸化物）からなる電極を形成した構造が提案されている（例えば、特開昭６１−１２８２２５号公報等参照）。
【０００４】
一方、液晶を配向させるために、配向膜そのものの形状を制御した構造として、基板上に、光硬化性樹脂あるいは感光性樹脂等の高分子膜により構成された断面形状が鋸歯状の配向制御層を設けた構造のものが提案されている（特開平１−２３８６１９号公報、特開平９−１５２６１２号公報、特開２０００−１５５３１８号公報等参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ポリイミドなどの高分子膜を配向膜とした液晶装置を、例えば、液晶プロジェクター用の液晶ライトバルブに適用した場合、長時間使用すると、光及び熱によりポリイミドなどの高分子膜が劣化し、その結果、表示面の品質が低下し、信頼性が低下するという問題点があった。
また、上記の液晶ライトバルブにおいては、配向膜の下側に液晶を駆動するための透明電極としてＩＴＯを用いた場合、このＩＴＯ電極より析出したインジウム（Ｉｎ）や錫（Ｓｎ）が液晶層に溶出すると、液晶ライトバルブの電気的特性が変化し、その結果、表示面の品質が低下し、信頼性が低下するという問題点があった。
【０００６】
また、ガラス基板上にパッシベーション膜を形成した構造では、ガラス基板中に含まれるナトリウム等の金属元素の拡散を防止する効果はあるものの、ＩＴＯ電極より析出したＩｎやＳｎが液晶層に溶出するのを防止することはできない。
また、光硬化性樹脂、あるいは感光性樹脂などの高分子膜を鋸歯状の配向制御層とした液晶装置を、例えば、液晶プロジェクター用の液晶ライトバルブに適用した場合、長時間使用すると、光及び熱により光硬化性樹脂あるいは感光性樹脂などの高分子膜が劣化し、その結果、表示面の品質が低下し、信頼性が低下するという問題点があった。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、配向膜の経時劣化が小さく、長期間使用した場合においてもコントラストの低下が小さく、しかも、水平方向の軸配向性を高めることで、表示品質を改善する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、この液晶装置を備えることにより、水平方向の軸配向性が高く、表示品質に優れ、信頼性が向上した電子機器を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、配向膜の経時劣化が小さい液晶装置として、既に、基板本体の画素領域上の表面に断面形状が鋸歯状の凹凸を形成した構成の液晶装置を提案した（特願２００２−１２４１００）。なお、この出願は、公開前の出願であり、特許法上の従来の技術には該当しない。
【０００９】
図１４は、本発明者等が提案した液晶装置の基板本体を示す斜視図、図１５は液晶装置の画素領域を示す断面図であり、この基板本体１０Ａの液晶層５０側の表面１５には、液晶の軸配向方向Ａｘに沿って周期的に変化する所定の幅Ｗを有する断面形状が鋸歯状の凹凸１０ａが、所定の間隔ｄをあけて複数列形成され、この鋸歯状の凹凸１０ａ上には、第１層間絶縁膜１２、第２層間絶縁膜４、第３層間絶縁膜７、画素電極９、配向膜４１が順次積層され、この配向膜４１の表面４１ｂは、基板本体１０Ａの表面と同一形状とされている。
すなわち、この配向膜４１の画素領域上の表面は、液晶の軸配向方向（図１５中左右方向）に沿って鋸歯状に周期的に変化する断面形状が鋸歯状の凹凸４１ａとされ、この鋸歯状の凹凸４１ａは、上記の鋸歯状の凹凸１０ａと全く同様に、所定の間隔ｄをあけて複数列形成されている。
【００１０】
この配向膜４１は、鋸歯状の凹凸４１ａによりＴＮ液晶４９の配向方向及びプレチルト角を制御するのはもちろんのこと、マグネシウム化合物を含有したことにより、この配向膜４１の下側に設けられている画素電極９からの不純物やＩｎ、Ｓｎ等の金属元素の液晶層５０への拡散を防止している。このように、Ｉｎ、Ｓｎ等の金属元素の液晶層５０への拡散を防止することで、長時間使用した場合においても液晶層５０の機能が劣化するおそれがなく、高い信頼性を保持することができる。
【００１１】
他方、基板本体１０Ａの対向基板となる基板本体２０Ａの液晶層５０側の表面には、断面形状が鋸歯状の凹凸２０ａが、上記の鋸歯状の凹凸４１ａと直交するようにその面上の一方向（図面に垂直な方向）に沿って周期的に形成され、この鋸歯状の凹凸２０ａは、図面に垂直な複数の溝６２により所定の幅とされている。この鋸歯状の凹凸２０ａ上には、共通電極２１、配向膜６１が順次積層され、この配向膜６１の表面は、基板本体２０Ａの表面と同一形状とされている。
すなわち、この配向膜６１の表面は、その面上の一方向（図面に垂直な方向）に沿って周期的に変化する断面形状が鋸歯状（三角形状）の凹凸６１ａとされ、この鋸歯状の凹凸６１ａは、上記の鋸歯状の凹凸２０ａと全く同様に、図面に垂直な複数の溝６２により、所定の幅とされている。
【００１２】
この配向膜６１は、上記の配向膜４１と全く同様に、鋸歯状の凹凸６１ａによりＴＮ液晶４９の配向方向及びプレチルト角を制御するのはもちろんのこと、マグネシウム化合物を含有したことにより、この配向膜６１の下側に設けられている共通電極２１からの不純物やＩｎ、Ｓｎ等の金属元素の液晶層５０への拡散を防止している。このように、Ｉｎ、Ｓｎ等の金属元素の液晶層５０への拡散を防止することで、長時間使用した場合においても液晶層５０の機能が劣化するおそれがなく、高い信頼性を保持することができる。
【００１３】
ところで、本発明者等が提案した液晶装置においては、配向膜４１の画素領域上の表面に、液晶の軸配向方向Ａｘに沿って周期的に変化する断面形状が鋸歯状の凹凸４１ａを複数列形成し、この配向膜４１に対向する配向膜６１の表面に、周期的に変化する断面形状が鋸歯状の凹凸６１ａを複数列形成した構成としたことにより、プレティルトを発現することはできるが、凹凸１０ａの部分の側面積が狭いので液晶の軸配向性が弱くなるという問題点があった。
【００１４】
本発明者は、これらの問題点を解決すべく、一方向に沿って周期的に形成された液晶層の配向方向を制御するための凹凸と、この凹凸が形成された溝や突条との間に段差を設けることにより、側面積を確保することができ、したがって、液晶の水平方向の軸配向性を高めることができ、表示品質を改善することができることを知見し、本発明を完成するに至った。
【００１５】
本発明の液晶装置は、対向配置された一対の基板と、この一対の基板により挟持される液晶層と、前記一対の基板それぞれの前記液晶層側表面に形成され前記液晶層に電圧を印加するための電極と、これらの電極それぞれの前記液晶層側表面に形成され前記液晶層の液晶分子を配向させる配向膜とを備え、前記配向膜の表面には、複数の溝が互いに平行に形成され、これらの溝には、前記液晶層の配向方向を制御するための凹凸が当該溝の延在する方向に沿って周期的に形成され、前記溝の開口と前記凹凸の各頂部との間には段差が設けられていることを特徴とする。
【００１６】
この液晶装置では、配向膜の表面に複数の溝を互いに平行に形成し、これらの溝に、液晶層の配向方向を制御するための凹凸を当該溝の延在する方向に沿って周期的に形成し、前記溝の開口と前記凹凸の各頂部との間に段差を設けたことにより、前記溝の側面積が確保され、液晶の水平方向の軸配向性が高まる。これにより、表示品質を改善することが可能になり、信頼性が向上する。
【００１７】
この液晶装置は、さらに、隣接する前記溝の間が突条とされ、これらの突条には、前記液晶層の配向方向を制御するための凹凸が当該突条の延在する方向に沿って周期的に形成され、前記突条の底部と前記凹凸の各底部との間には段差が設けられていることを特徴とする。
この液晶装置では、前記突条の側面積が確保され、液晶の水平方向の軸配向性がさらに高まる。これにより、表示品質をさらに改善することが可能になり、信頼性が益々向上する。
【００１８】
本発明の他の液晶装置は、対向配置された一対の基板と、この一対の基板により挟持される液晶層と、前記一対の基板それぞれの前記液晶層側表面に形成され前記液晶層に電圧を印加するための電極と、これらの電極それぞれの前記液晶層側表面に形成され前記液晶層の液晶分子を配向させる配向膜とを備え、前記配向膜の表面には、複数の突条が互いに平行に形成され、これらの突条には、前記液晶層の配向方向を制御するための凹凸が当該突条の延在する方向に沿って周期的に形成され、前記突条の底部と前記凹凸の各底部との間には段差が設けられていることを特徴とする。
【００１９】
この液晶装置では、配向膜の表面に、複数の突条を互いに平行に形成し、これらの突条に、前記液晶層の配向方向を制御するための凹凸を当該突条の延在する方向に沿って周期的に形成し、前記突条の底部と前記凹凸の各底部との間に段差を設けたことにより、前記突条の側面積が確保され、液晶の水平方向の軸配向性が高まる。これにより、表示品質を改善することが可能になり、信頼性が向上する。
【００２０】
また、本発明の液晶装置では、前記段差は、３０〜５００ｎｍであることが好ましい。これにより、側面積が確保され、表示品質を損なうことがない程度に、液晶の水平方向の軸配向性を充分に確保することが出来る。
前記段差を介して溝側に形成された前記電極と、前記段差を介して突条側に形成された前記電極とは、接触していることが好ましい。これにより、導通性能を高め、信号の減衰や抵抗発熱を防止することで、表示品質を高めることが出来る。
前記電極の厚みは、前記段差以上であることが好ましい。これにより、段差を介して溝側に形成された前記電極と、前記段差を介して突条側に形成された前記電極とが接触するので、導通性能を高め、信号の減衰や抵抗発熱を防止することで、表示品質を高めることが出来る。
【００２１】
前記凹凸は、前記延在する方向に沿う断面形状が概三角形状であることが好ましい。これにより液晶の配向性を乱すことなく、プレティルトを与えることができる。
前記基板の表面には、前記凹凸に対応する凹凸が形成されていることとしてもよい。これにより液晶の配向性を乱すことなく、プレティルトを与えることができる。
前記電極は、前記液晶層に露出されるとともに、その表面に前記凹凸が形成されていることとしてもよい。これにより、パッシベーション膜を配置しないので、製造プロセスを簡略化することができる。
【００２２】
本発明の電子機器は、本発明の液晶装置を備えたことを特徴とする。
本発明の電子機器では、本発明の液晶装置を備えたことにより、水平方向の軸配向性が高く、表示品質に優れ、信頼性が向上した電子機器が提供可能になる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明に係る実施形態について詳細に説明する。なお、各実施形態においては、図面を参照しながら説明するが、各図において、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。
【００２４】
［第１実施形態］
図１〜図６に基づいて、スイッチング素子としてＴＦＴ（Ｔｈｉｎ−Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）素子を用いた、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用いた液晶ライトバルブを例として、本発明に係る第１実施形態の液晶装置の構造について詳述する。
【００２５】
図１は本実施形態の液晶ライトバルブ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、信号線等を示す等価回路図である。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は本実施形態の液晶ライトバルブの構造を示す断面図であって、図２のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。
図４は本実施形態の液晶ライトバルブの画素領域の構造を示す斜視図である。図５は本実施形態の液晶ライトバルブの画素領域の構造を示す断面図である。図６は本実施形態の液晶ライトバルブの画素領域の配向膜の寸法例を示す模式図である。
【００２６】
この液晶ライトバルブは、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、この画素電極９を制御するためのスイッチング素子であるＴＦＴ素子３０と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に供給される画像信号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。
【００２７】
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、このＴＦＴ素子３０を一定期間だけオン状態とすることにより、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ようになっている。
【００２８】
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。この液晶は、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１７が付加されている。
【００２９】
（平面構造）
次に、本実施形態の液晶ライトバルブの平面構造について図２に基づき説明する。
この液晶ライトバルブは、ＴＦＴアレイ基板上に、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ：インジウム錫酸化物）等の透明導電性材料からなる矩形状の画素電極９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。ここでは、画素電極９の輪郭を点線９Ａで示している。
本実施形態においては、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画素毎に表示を行うことが可能な構造になっている。
【００３０】
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、この走査線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構成になっている。
【００３１】
容量線３ｂは、走査線３ａに沿って略直線状に伸びる本線部（平面視、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（平面視、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。
【００３２】
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（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。
【００３３】
（断面構造）
次に、本実施形態の液晶ライトバルブの断面構造について図３に基づき説明する。
この液晶ライトバルブは、ＴＦＴアレイ基板１０と、この基板１０に対向配置される対向基板２０と、これらの基板１０、２０の間に挟持されるＴＮ液晶からなる液晶層５０とにより構成されている。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、マグネシウム化合物を含有してなる配向膜４１と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及びマグネシウム化合物を含有してなる配向膜６１とを主体として構成されている。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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１７が構成されている。
【００３７】
また、ＴＦＴアレイ基板１０の基板本体１０Ａの液晶層５０側表面の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、このＴＦＴアレイ基板１０の下面、すなわちＴＦＴアレイ基板１０と空気との界面にて反射されて液晶層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。
【００３８】
また、図２に示すように、ＴＦＴアレイ基板１０に第１遮光膜１１ａを設けるのに加えて、この第１遮光膜１１ａは、前段あるいは後段の容量線３ｂにコンタクトホール１３を介して電気的に接続するように構成されている。
また、図３に示すように、ＴＦＴアレイ基板１０の基板本体１０Ａの液晶層５０側の最表面には、画素電極９、及び該画素電極９が形成されていない領域の第３層間絶縁膜７を覆うように、電圧無印加時における液晶層５０内の液晶分子の配向方向及びプレチルト角を制御するためのマグネシウム化合物を含有してなる配向膜４１が形成されている。
【００３９】
この基板本体１０Ａの画素領域上においては、図４に示すように、その表面１５に、幅Ｗ、深さＤの溝１６が複数、所定の間隔ｄをおいて互いに平行に形成され、これらの溝１６、１６、…それぞれの間に存在する上方に突出した断面矩形状の長尺の領域がストライプ（突条）１７とされている。
これらの溝１６、１６、…それぞれには、所定の幅Ｗを有し、液晶の軸配向方向Ａｘに沿って周期的に変化しかつ軸配向方向Ａｘに沿う断面形状が鋸歯状（三角形状）の凹凸１０ａが形成され、溝１６の開口１６ａと、凹凸１０ａの各頂部１８との間には段差Ｇが設けられている。
【００４０】
この鋸歯状の凹凸１０ａ上及びストライプ１７上には、図５に示すように、第１層間絶縁膜１２、第２層間絶縁膜４、第３層間絶縁膜７、画素電極９、マグネシウム化合物を含有する配向膜４１が順次積層され、この凹凸１０ａ上に形成された配向膜４１の表面４１ｂは、この凹凸１０ａと同一形状とされている。
すなわち、この配向膜４１の画素領域上の表面４１ｂは、液晶の軸配向方向（図中左右方向）に沿って周期的に変化しかつ軸配向方向に沿う断面形状が鋸歯状の凹凸４１ａとされ、この鋸歯状の凹凸４１ａは、上記の鋸歯状の凹凸１０ａと全く同様に、所定の間隔ｄをあけて複数列形成されている。
【００４１】
この配向膜４１は、溝１６と段差Ｇとを設けたことによりＴＮ液晶４９の配向方向を、及び鋸歯状の凹凸１０ａによりプレチルト角を制御するのはもちろんのこと、マグネシウム化合物を含有したことにより、この配向膜４１の下側に設けられている画素電極９からの不純物やＩｎ、Ｓｎ等の金属元素の液晶層５０への拡散を防止している。このように、Ｉｎ、Ｓｎ等の金属元素の液晶層５０への拡散を防止することで、長時間使用した場合においても液晶層５０の機能が劣化するおそれがなく、高い信頼性を保持することができる。
【００４２】
他方、対向基板２０においては、基板本体２０Ａの画素領域上の表面に、図５に示すように、液晶の軸配向方向（図面に垂直な方向）に沿って周期的に変化しかつ軸配向方向に沿う断面形状が鋸歯状（三角形状）の凹凸２０ａが形成され、この鋸歯状の凹凸２０ａは、図面に垂直な複数の溝６２により所定の幅Ｗとされている。この鋸歯状の凹凸２０ａ上には、共通電極２１、配向膜６１が順次積層され、この配向膜６１の表面６１ｂは、基板本体２０Ａの表面と同一形状とされている。
【００４３】
すなわち、この配向膜６１の表面は、その面上の一方向（図面に垂直な方向）に沿って周期的に変化する断面形状が鋸歯状（三角形状）の凹凸６１ａとされ、この鋸歯状の凹凸６１ａは、上記の鋸歯状の凹凸２０ａと全く同様に、図面に垂直な複数の溝６２により所定の幅Ｗとされている。
【００４４】
この配向膜６１は、上記の配向膜４１と同様、溝６２と段差Ｇとを設けたことによりＴＮ液晶４９の配向方向を、及び鋸歯状の凹凸１０ａによりプレチルト角を制御するのはもちろんのこと、マグネシウム化合物を含有したことにより、この配向膜６１の下側に設けられている共通電極２１からの不純物やＩｎ、Ｓｎ等の金属元素の液晶層５０への拡散を防止している。このように、Ｉｎ、Ｓｎ等の金属元素の液晶層５０への拡散を防止することで、長時間使用した場合においても液晶層５０の機能が劣化するおそれがなく、高い信頼性を保持することができる。
【００４５】
上記の配向膜４１、６１を構成するマグネシウム化合物としては、例えば、マグネシウム酸化物またはマグネシウム塩が好ましい。前記マグネシウム酸化物としては、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）が好ましく、また、前記マグネシウム塩としては、ＭｇＦ２（フッ化マグネシウム）が好ましい。
【００４６】
ここで、段差Ｇ等の寸法について説明する。
段差Ｇは、３０〜５００ｎｍが好ましく、さらに好ましくは１００〜２５０ｎｍである。
ここで、段差Ｇを３０〜５００ｎｍと限定した理由は、３０ｎｍより小さいと溝の側面積が確保されないために液晶の水平方向の軸配向性が弱まってしまい、表示品質を損なってしまうことと、５００ｎｍより大きいと 凹凸によるリターデーションの差がセルギャップに反映して表示品質が損なわれてしまうことによる。これにより、表示品質を損なうことがない程度に、液晶の水平方向の軸配向性を充分に確保することが出来る。
【００４７】
画素電極９及び共通電極２１の厚みは、段差Ｇ以上とされており、例えば、段差Ｇが２００ｎｍの場合、画素電極９及び共通電極２１の厚みは、２００ｎｍもしくはそれ以上である。
上記の画素電極９及び共通電極２１の厚みの好ましい範囲は、３０〜５００ｎｍであり、特に好ましくは１００〜２５０ｎｍ程度である。
その理由は、電極の膜厚が段差Ｇよりも小さくなると、抵抗が大きくなるために電極として不適当であるからである。これにより、導通性能を高め、信号の減衰や抵抗発熱を防止することで、表示品質を高めることが出来る。
この画素電極９は、凹凸１０ａ上に形成されたものと、ストライプ１７上に形成されたものとは、接触しており、この接触部分の厚みは、例えば、画素電極９の膜厚の１／２程度とされている。
【００４８】
また、配向膜４１、６１の膜厚は、５０〜５００ｎｍが好ましく、特に好ましくは２５０ｎｍ程度である。
その理由は、配向膜４１、６１の膜厚が５０ｎｍ未満であると、電極（画素電極９あるいは共通電極２１）からの不純物やＩｎ、Ｓｎ等の金属元素の液晶層５０への拡散の防止効果が不十分で配向膜４１、６１の劣化を防止することができないおそれがあるからであり、また、膜厚が５００ｎｍを越えると、液晶層５０と電極（画素電極９あるいは共通電極２１）との距離が増大し、液晶層５０を駆動するための電圧が高くなるからである。
【００４９】
上記の配向膜４１、６１の鋸歯状の凹凸４１ａ、６１ａの寸法は、概略、図６に示すように、高さＨが３０〜５００ｎｍ、平行溝ピッチＰが１０〜１５００ｎｍ、幅Ｗが５〜７５０ｎｍ、鋸歯の垂直方向に対する角度αが２〜８８°（鋸歯の水平方向の長さＳ＝Ｈ／（ｔａｎ（９０°−α））となる）であることが好ましい。
【００５０】
（製造方法）
次に、上記構造の液晶ライトバルブの製造方法を例として、本発明に係る実施形態の液晶装置の製造方法について説明する。
まず、例えば、レーザビーム加工法等により、基板本体１０Ａの表面に溝１６及び鋸歯状の凹凸１０ａを形成する。この場合、段差Ｇが３０〜５００ｎｍの範囲になるように、溝１６の深さＤ及び鋸歯状の凹凸１０ａの高さＨを設定する。
【００５１】
次いで、この鋸歯状の凹凸１０ａ上に、例えば、ＭＯＣＶＤ法等によりＳｉＯ２からなる第１層間絶縁膜１２、第２層間絶縁膜４、第３層間絶縁膜７を順次形成し、この第３層間絶縁膜７上に、例えば、蒸着法やスパッタ法等によりＩＴＯ等の画素電極９を段差Ｇ以上の膜厚に形成し、この表面に、例えば、ＥＢ（電子ビーム）真空蒸着法、イオンプレーティング法等により空隙のない緻密な配向膜４１を５０〜５００ｎｍの膜厚に形成する。
以上のようにして、必要な要素が形成されたＴＦＴアレイ基板１０を製造することができる。
【００５２】
一方、上記の基板本体１０Ａと全く同様にして、基板本体２０Ａの表面に鋸歯状の凹凸２０ａを形成し、この鋸歯状の凹凸２０ａ上に、共通電極２１及び配向膜６１を順次積層することにより、必要な要素が形成された対向基板１０を製造することができる。必要に応じて共通電極の基板１０Ａ側に配線部遮光のためのブラックマトリクスを配置しても良い。
なお、配向膜６１の形成方法は、ＴＦＴアレイ基板１０の配向膜４１の形成方法と全く同様であるので、説明は省略する。
【００５３】
次いで、ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０のうち一方の基板の周縁部にシール材を塗布し、このシール材を介して配向膜４１、６１それぞれの延在する方向が互いに直交するように、ＴＦＴアレイ基板１０及び対向基板２０をセルギャップ、例えば約３μｍで、しかもこれら基板１０、２０の配向を９０°ずらして貼り合わせ、液晶セルを作製する。
次いで、この液晶セル内に液晶注入孔からＴＮ液晶を注入し、その後、この液晶注入孔を封止材により封止する。
【００５４】
本実施形態の液晶ライトバルブによれば、基板本体１０Ａの画素領域上の表面１５に、複数の溝１６を所定の間隔ｄをおいて互いに平行に形成し、これらの溝１６、１６、…に、液晶の軸配向方向Ａｘに沿って周期的に変化しかつ軸配向方向Ａｘに沿う断面形状が鋸歯状の凹凸１０ａを形成し、溝１６の開口１６ａと、凹凸１０ａの各頂部１８との間に段差Ｇを設けたので、溝１６の側面積を確保することができ、ＴＮ液晶４９の水平方向の軸配向性を高めることができる。したがって、表示品質を改善することができ、ライトバルブとしての信頼性を向上させることができる。
【００５５】
［第２実施形態］
図７は、本発明に係る第２実施形態の液晶ライトバルブの画素領域の構造を示す断面図である。
この液晶ライトバルブは、第１実施形態の配向膜４１、６１を取り除き、液晶層５０に露出する画素電極９の表面９ｂを凹凸１０ａと同一形状の凹凸９ａとし、同様に共通電極２１の表面２１ｂを凹凸２０ａと同一形状の凹凸２１ａとしたものであり、その他の点については第１実施形態の液晶ライトバルブと全く同様である。
【００５６】
このように、画素電極９からの不純物やＩｎ、Ｓｎ等の金属元素の液晶層５０への拡散がそれ程問題とならないような場合には、配向膜４１、６１を取り除くこともできる。
本実施形態の液晶ライトバルブでは、配向膜４１、６１は無いものの、画素電極９の表面９ｂが凹凸１０ａと同一形状の凹凸９ａとされ、同様に共通電極２１の表面２１ｂが凹凸２０ａと同一形状の凹凸２１ａとされているので、許容の範囲で液晶の水平方向の軸配向性を確保することができる。
また、配向膜４１、６１を形成する工程が不要となるので、製造工程を簡略化することができ、製造コストの低減を図ることができる。
【００５７】
［第３実施形態］
図８は、本発明に係る第３実施形態の液晶ライトバルブの画素領域の構造を示す断面図である。
この液晶ライトバルブは、凹凸１０ａ上に形成された画素電極９と、ストライプ１７上に形成された画素電極９との間に、例えば、１層以上の膜厚に相当する段差を設けることにより、これらの画素電極９、９同士が接触しないようにしたものであり、その他の点については第１実施形態の液晶ライトバルブと全く同様である。
【００５８】
このように、電極材料の抵抗が充分に低く、信号の劣化や発熱の問題がない場合には、上記のような構造をとることも出来る。これにより電極材料を節約し、また工程時間を短縮することができる。
この液晶ライトバルブにおいても、ＴＮ液晶４９の水平方向の軸配向性を高めることができ、表示品質を改善することができ、ライトバルブとしての信頼性を向上させることができる。
【００５９】
［第４実施形態］
図９は、本発明に係る第４実施形態の液晶ライトバルブのＴＦＴアレイ基板の構造を示す斜視図、図１０は本実施形態の液晶ライトバルブの画素領域の構造を示す断面図、図１１は本実施形態の液晶ライトバルブの画素領域の配向膜の寸法例を示す模式図である。
【００６０】
この液晶ライトバルブは、基板本体１０Ａの画素領域上の表面１５に、幅Ｗ、高さｈ（＝段差Ｇ）のストライプ（突条）２５を複数、所定の間隔ｄをおいて互いに平行に形成し、これらストライプ２５、２５、…それぞれの上面に、液晶の軸配向方向Ａｘに沿って周期的に変化しかつ軸配向方向Ａｘに沿う断面形状が鋸歯状（概三角形状）の凹凸１０ａを形成したものであり、その他の点については第１実施形態の液晶ライトバルブと全く同様である。
【００６１】
ここで、ストライプ２５の高さｈ、すなわち段差Ｇは、第１実施形態の段差Ｇと同様、３０〜５００ｎｍが好ましく、さらに好ましくは１００〜２５０ｎｍである。
上記の配向膜４１、６１の鋸歯状の凹凸４１ａ、６１ａの寸法は、概略、図６に示すように、高さＨが３０〜５００ｎｍ、平行溝ピッチＰが１０〜１５００ｎｍ、幅Ｗが５〜７５０ｎｍ、鋸歯の垂直方向に対する角度αが２〜８８°（鋸歯の水平方向の長さＳ＝Ｈ／（ｔａｎ（９０°−α））となる）であることが好ましい。
【００６２】
この液晶ライトバルブにおいても、ＴＮ液晶４９の水平方向の軸配向性を高めることができ、表示品質を改善することができ、ライトバルブとしての信頼性を向上させることができる。
【００６３】
なお、上記の各実施形態においては、基板本体１０Ａの表面に、軸配向方向Ａｘに沿う断面形状が鋸歯状の凹凸１０ａを形成し、この鋸歯状の凹凸１０ａ上に第１層間絶縁膜１２等を順次積層した構成としたが、この凹凸１０ａの断面形状は一例にすぎず、例えば、鈍角三角形状としてもよい。
【００６４】
また、基板本体１０Ａの表面に鋸歯状の凹凸１０ａを形成する替わりに、基板本体１０Ａの平坦な表面に第１層間絶縁膜１２等を順次積層する際に、これら第１層間絶縁膜１２〜第３層間絶縁膜７のいずれか１層の表面に鋸歯状の凹凸１０ａを形成してもよい。特に最表面の第３層間絶縁膜７に形成することにより、凹凸形状をより忠実に画素電極９面に再現することができるので、液晶の配向制御性が高まる。
同様に、上記の各実施形態においては、基板本体２０Ａの表面に鋸歯状の凹凸２０ａを形成し、この鋸歯状の凹凸２０ａ上に、共通電極２１、配向膜６１を順次積層した構成としたが、基板本体２０Ａの平坦な表面に共通電極２１を成膜し、この共通電極２１の表面に鋸歯状の凹凸２０ａを形成し、その後鋸歯状の凹凸２０ａ上に配向膜６１を積層した構成としてもよい。
【００６５】
また、上記の各実施形態においては、溝１６またはストライプ２５に、液晶の軸配向方向Ａｘに沿って周期的に変化しかつ軸配向方向Ａｘに沿う断面形状が鋸歯状の凹凸１０ａを形成したが、溝１６及びストライプ２５の双方に凹凸１０ａを形成してもよい。この場合、例えば、溝１６の開口１６ａと凹凸１０ａの各頂部との間に段差Ｇを設け、ストライプ２５の高さｈを段差Ｇとすればよい。
【００６６】
また、本実施形態においては、ＴＮモードの液晶ライトバルブ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、本発明は、ＥＣＢモード、垂直配向モード、ＳＴＮ（Ｓｕｐｅｒ Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、強誘電モード、反強誘電モードなど、電圧無印加時の液晶分子の配向状態がいかなる液晶装置にも適用することができる。
本発明を、垂直配向モードの液晶装置に適用する場合には、液晶層を、液晶分子の短軸方向が長軸方向に比較して分極しやすい、負の誘電率異方性を有する液晶により構成すれば良い。この場合には、電圧無印加時に、液晶層内の液晶分子が配向膜によって制御され、所定の方向に配列するのに対し、電圧印加時には、液晶層内の液晶分子が、その長軸方向を一対の基板間に発生する縦電界の方向に対して略垂直平行方向に向けて配列するため、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し、表示を行うことができる。
【００６７】
また、上記の各実施形態においては、ＴＦＴ素子を用いたアクティブマトリクス型の液晶ライトバルブについてのみ説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、ＴＦＤ（Ｔｈｉｎ−Ｆｉｌｍ Ｄｉｏｄｅ）素子に代表される２端子型素子を用いたアクティブマトリクス型液晶ライトバルブ等にも適用可能である。
【００６８】
また、上記の各実施形態においては、透過型液晶ライトバルブを取り上げて説明したが、本発明は、溝、またはストライプ、あるいはこれら双方に段差を設けた構成であればよく、上記の各実施形態に限定されるものではない。例えば、透過型液晶ライトバルブ以外の反射型、あるいは半透過型の液晶ライトバルブにも適用可能であり、いかなる構造の液晶装置にも適用することができる。
【００６９】
［電子機器］
次に、本発明の上記第１〜第４実施形態の液晶ライトバルブに用いられた液晶装置のいずれかを備えた電子機器の具体例について説明する。
図１２は、上記第１〜第４実施形態の液晶ライトバルブに用いられた液晶装置のいずれかを光変調装置として用いた投射型表示装置の要部を示す概略構成図である。図１２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は投射レンズ、８３１、８３２、８３３は入射側の偏光板、８３４、８３５、８３６は出射側の偏光板である。
【００７０】
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、赤色光用液晶光変調装置８２２に入射される。
【００７１】
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、緑色光用液晶光変調装置８２３に入射される。一方、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、長い光路による光損失を防ぐため、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青色光用液晶光変調装置８２４に入射される。
【００７２】
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、投射光学系である投射レンズ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。
【００７３】
また、図１３（ａ）は、携帯電話の一例を示す斜視図である。図１３（ａ）において、５００は携帯電話本体を示し、５０１は上記第１〜第４実施形態の液晶装置のいずれかを備えた液晶表示部を示している。
図１３（ｂ）は、ワープロ、パソコンなどの携帯型情報処理装置の一例を示す斜視図である。図１３（ｂ）において、６００は情報処理装置、６０１はキーボードなどの入力部、６０３は情報処理本体、６０２は上記第１〜第４実施形態の液晶装置のいずれかを備えた液晶表示部を示している。
図１３（ｃ）は、腕時計型電子機器の一例を示す斜視図である。図１３（ｃ）において、７００は時計本体を示し、７０１は上記第１〜第４実施形態の液晶装置のいずれかを備えた液晶表示部を示している。
【００７４】
図１２、図１３（ａ）〜（ｃ）に示す電子機器は、上記実施形態の液晶装置を備えたものであるので、液晶の水平方向の軸配向性を高めることができ、表示品質を改善することができ、信頼性を向上させることができる。
また、本発明は、特に、強い光源を用いる図１３に示す電子機器において有効である。
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【００７５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の液晶装置によれば、配向膜の表面に複数の溝を互いに平行に形成し、これらの溝に、液晶層の配向方向を制御するための凹凸を当該溝の延在する方向に沿って周期的に形成し、前記溝の開口と前記凹凸の各頂部との間に段差を設けたので、前記溝の側面積を確保することができ、液晶の水平方向の軸配向性を高めることができる。したがって、表示品質を改善することができ、信頼性を向上させることができる。
【００７６】
本発明の他の液晶装置によれば、配向膜の表面に、複数の突条を互いに平行に形成し、これらの突条に、前記液晶層の配向方向を制御するための凹凸を当該突条の延在する方向に沿って周期的に形成し、前記突条の底部と前記凹凸の各底部との間に段差を設けたので、前記突条の側面積を確保することができ、液晶の水平方向の軸配向性を高めることができる。したがって、表示品質を改善することができ、信頼性を向上させることができる。
【００７７】
また、本発明の電子機器によれば、本発明の液晶装置を備えたので、液晶の水平方向の軸配向性を高めることができ、したがって、表示品質を改善することができ、信頼性に優れた電子機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１実施形態の液晶ライトバルブの画像表示領域を示す等価回路図である。
【図２】本発明に係る第１実施形態の液晶ライトバルブの複数の画素群の構造を示す平面図である。
【図３】本発明に係る第１実施形態の液晶ライトバルブのＴＦＴ領域の構造を示す断面図である。
【図４】本発明に係る第１実施形態の液晶ライトバルブの画素領域の構造を示す斜視図である。
【図５】本発明に係る第１実施形態の液晶ライトバルブの画素領域の構造を示す断面図である。
【図６】本発明に係る第１実施形態の液晶ライトバルブの画素領域の配向膜の寸法例を示す模式図である。
【図７】本発明に係る第２実施形態の液晶ライトバルブの画素領域の構造を示す断面図である。
【図８】本発明に係る第３実施形態の液晶ライトバルブの画素領域の構造を示す断面図である。
【図９】本発明に係る第４実施形態の液晶ライトバルブの画素領域の構造を示す斜視図である。
【図１０】本発明に係る第４実施形態の液晶ライトバルブの画素領域の構造を示す断面図である。
【図１１】本発明に係る第４実施形態の液晶ライトバルブの画素領域の配向膜の寸法例を示す模式図である。
【図１２】本発明に係る第１〜第４実施形態の液晶装置のいずれかを光変調装置として用いた投射型表示装置の要部を示す構成図である。
【図１３】本発明の第１〜第４実施形態の透過型の液晶装置のいずれかを備えた電子機器を示す斜視図であり、図１３（ａ）は携帯電話の一例を示す斜視図、図１３（ｂ）は携帯型情報処理装置の一例を示す斜視図、図１３（ｃ）は腕時計型電子機器の一例を示す斜視図である。
【図１４】本発明者等が提案した液晶装置の基板本体の構造を示す斜視図である。
【図１５】本発明者等が提案した液晶装置の画素領域の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１０…ＴＦＴアレイ基板
１０Ａ…基板本体
１０ａ…凹凸
１５…表面
１６…溝
１６ａ…開口
１８…頂部
２０…対向基板
２０Ａ…基板本体
２０ａ…凹凸
９…画素電極
２１…共通電極
２５…ストライプ
４１、６１…配向膜
４１ａ、６１ａ…凹凸
４１ｂ、６１ｂ…表面
４９…ＴＮ液晶
５０…液晶層
Ｇ…段差
Claims (10)
- 対向配置された一対の基板と、この一対の基板により挟持される液晶層と、前記一対の基板それぞれの前記液晶層側表面に形成され前記液晶層に電圧を印加するための電極と、これらの電極それぞれの前記液晶層側表面に形成され前記液晶層の液晶分子を配向させる配向膜とを備え、
前記配向膜の表面には、複数の溝が互いに平行に形成され、これらの溝には、前記液晶層の配向方向を制御するための凹凸が当該溝の延在する方向に沿って周期的に形成され、前記溝の開口と前記凹凸の各頂部との間には段差が設けられていることを特徴とする液晶装置。 - 隣接する前記溝の間が突条とされ、これらの突条には、前記液晶層の配向方向を制御するための凹凸が当該突条の延在する方向に沿って周期的に形成され、前記突条の底部と前記凹凸の各底部との間には段差が設けられていることを特徴とする請求項１記載の液晶装置。
- 対向配置された一対の基板と、この一対の基板により挟持される液晶層と、前記一対の基板それぞれの前記液晶層側表面に形成され前記液晶層に電圧を印加するための電極と、これらの電極それぞれの前記液晶層側表面に形成され前記液晶層の液晶分子を配向させる配向膜とを備え、
前記配向膜の表面には、複数の突条が互いに平行に形成され、これらの突条には、前記液晶層の配向方向を制御するための凹凸が当該突条の延在する方向に沿って周期的に形成され、前記突条の底部と前記凹凸の各底部との間には段差が設けられていることを特徴とする液晶装置。 - 前記段差は、３０〜５００ｎｍであることを特徴とする請求項１、２または３記載の液晶装置。
- 前記段差を介して溝側に形成された前記電極と、前記段差を介して突条側に形成された前記電極とは、接触していることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項記載の液晶装置。
- 前記電極の厚みは、前記段差以上であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項記載の液晶装置。
- 前記凹凸は、前記延在する方向に沿う断面形状が概三角形状であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項記載の液晶装置。
- 前記基板の表面には、前記凹凸に対応する凹凸が形成されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項記載の液晶装置。
- 前記電極は、前記液晶層に露出されるとともに、その表面に前記凹凸が形成されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項記載の液晶装置。
- 請求項１ないし９のいずれか１項記載の液晶装置を備えたことを特徴とする電子機器。
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