JP2004045784A - 液晶パネルおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】無機材料の斜方蒸着による配向膜を用いたＴＮモードの液晶パネルにおいて、これに適するプレチルト角を得る。
【解決手段】配向膜が形成された一対の基板Ｗ間に液晶層を封止してなる液晶パネルにおいて、その配向膜が、無機材料の斜方蒸着膜からなると共に、第１の蒸着膜４ａ上に第２の蒸着膜４ｂを積層してなるもので、各蒸着分子４の配向方向が略垂直となるように積層されている。このうち、第１の蒸着膜４ａは、蒸着分子４の配向方向に対して液晶分子６が垂直に配向される膜で、例えば基板Ｗ表面の法線Ｌｖに対して６０°程度の角度（蒸着角度θ１）から蒸着分子４を供給する斜方蒸着によって得られる。また第２の蒸着膜４ｂは、蒸着分子４の配向方向に対して液晶分子６が平行に配向される膜で、基板Ｗ表面の法線Ｌｖに対して８５°程度の角度（蒸着角度θ２）からから蒸着分子４を供給する斜方蒸着によって得られる。
【選択図】　　　　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶パネルおよびその製造方法に関し、特には投射型の表示装置（液晶プロジェクタ装置）の液晶ライトバルブとして好適に用いられる液晶パネルおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置、さらには液晶プロジェクタ装置の液晶ライトバルブとして用いられる液晶パネルは、配向膜が設けられた一対の基板間に液晶層が封止された構成となっている。この液晶パネルの製造において配向膜を形成する場合には、ポリイミドまたはポリアミドのような樹脂膜にラビング処理を施している。
【０００３】
ところが、ラビング処理においては、樹脂膜（配向膜）の表面にキズが生じたり、ゴミが付着したり、また処理ムラが生じ易い等の問題があった。また、樹脂からなる配向膜は光照射によって劣化し易いと言う問題もあった。特に、液晶プロジェクタ装置においては、液晶ライトバルブ（液晶パネル）に対して光源から強い光（投射光）が照射されることになるが、この投射光は増加する傾向にあり、樹脂からなる配向膜が劣化して気泡が生じるなどの問題も発生していた。
【０００４】
そこで、酸化シリコン等の無機材料によって配向膜を得る方法が提案され、実施されている。この方法では、酸化シリコン等の無機材料の蒸気を、基板の法線に対して所定の斜め方向から供給することにより、当該基板の表面において一方向に蒸着分子（無機材料分子）を揃えた配向膜を得る、いわゆる斜方蒸着法である。このような斜方蒸着によって得た配向膜は、ラビングレスであるため、ゴミの付着やキズの発生、さらには配向のムラがなく、また無機材料を用いることで、光照射による膜質の劣化も無視できる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような斜方蒸着法によって得られた配向膜を、ＴＮモードの液晶パネルに用いた場合、次のような課題が生じていた。
すなわち、液晶パネルを駆動させる場合、電圧印加時における液晶分子の立ち上がり方向を揃えるためには、液晶分子を予め基板から所定の角度（プレチルト角）で傾けておく必要がある。
【０００６】
そして、ＴＮモードの液晶パネルの場合、このプレチルト角は５°〜１２°程度の範囲が適しており、ラビング処理された配向膜を用いた場合のプレチルト角は２°〜７°程度になる。ところが、酸化シリコンの斜方蒸着によって得た配向膜では、蒸着角度にもよるが、プレチルト角が２０°から３０°と高すぎたり、また０°と全く角度が付かない場合もある。このため、無機材料の斜方蒸着による配向膜を用いたＴＮモードの液晶パネルにおいては、電圧印加時における液晶分子の立ち上がり方向を十分に揃えることができず、したがって電圧印加時に表示欠陥が発生すると言った問題が生じていた。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
以上のような課題を解決するための本発明の液晶パネルは、配向膜が形成された一対の基板間に液晶層を封止してなる液晶パネルにおいて、その配向膜が、無機材料の斜方蒸着膜からなると共に、第１の蒸着膜上に第２の蒸着膜を積層してなるもので、各蒸着分子の配向方向が略垂直となるように積層されている。このうち、第１の蒸着膜は、蒸着分子の配向方向に対して液晶分子が垂直に配向される膜であり、例えば基板表面の法線に対して６０°程度の角度（蒸着角度）から蒸着分子を供給する斜方蒸着によって得られる。また第２の蒸着膜は、蒸着分子の配向方向に対して液晶分子が平行に配向される膜であり、基板表面の法線に対して８５°程度の角度（蒸着角度）からから蒸着分子を供給する斜方蒸着によって得られる。
【０００８】
また本発明は、このような構成の液晶パネルの製造方法でもあり、斜方蒸着により、第１の蒸着膜を基板上に形成する第１工程と、この第１の蒸着膜上に第２の蒸着膜を形成する第２工程とを行う。特に第２工程では、第１工程の斜方蒸着に対して、基板表面への蒸着分子の供給方向を９０°程度ずらす。
【０００９】
このような構成の液晶パネルおよび製造方法では、蒸着分子に対する液晶分子の配向状態が９０°異なる第１の蒸着膜と第２の蒸着膜とを、それぞれの蒸着分子の配向方向が略垂直となるように積層して配向膜としており、このような配向膜においては、第１の蒸着膜の膜厚に対して第２の蒸着膜の膜厚を調整することで、液晶分子のプレチルト角に所望の角度が得られることが確認された。図１にはその一例として、第１の蒸着膜（蒸着角度６０°）を膜厚４０ｎｍ程度で形成した場合の、第２の蒸着膜（蒸着角度８５°）の膜厚と液晶分子のプレチルト角との相関図を示す。この図１に示すように、液晶分子のプレチルト角は、第２の蒸着膜の膜厚に比例しており、例えばＴＮモードの液晶パネルに適しているとされるプレチルト角は５°〜１２°程度を得るには、第２の蒸着膜の膜厚を０．１ｎｍ〜０．５ｎｍ程度に設定すれば良いことがわかる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の液晶パネルおよびその製造方法の実施の形態を詳細に説明する。ここでは、ＴＮモードの液晶パネルを得る場合を例示し、製造方法の実施形態から順に説明を行う。
【００１１】
先ず、一対のガラスからなる基板を用意する。そして、一方の基板の一主面側に、薄膜トランジスタおよびこれに接続された信号線、走査線および画素電極を形成し、これをＴＦＴ基板とする。また、他方の基板の一主面側には、共通電極を形成しこれを対向基板とする。尚、画素電極および共通電極は、透明電極であることとする。
【００１２】
次に、これらの基板の一主面側、すなわちＴＦＴ基板および対向基板における電極形成面側に、斜方蒸着によって酸化シリコン（ＳｉＯ_２，ＳｉＯ_ｘ）のような無機材料からなる配向膜を形成する。この斜方蒸着においては、図２に示すように、基板Ｗの一主面側に対し、蒸着源１から蒸発させた無機材料２の蒸気を斜め方向から供給する。この際、基板Ｗの一主面の法線Ｌｖに対して、無機材料の蒸気の入射角度（蒸着角度）を所定の蒸着角度θ１，θ２に保った２段階の斜方蒸着を行う。
【００１３】
すなわち、第１段階（第１工程）の斜方蒸着においては、図３（１）に示すように、基板Ｗ上における蒸着分子４の配向方向（斜方蒸着カラムの配向方向）に対して、後に説明する液晶分子６が垂直に配向されるような蒸着膜が形成されるように、つまり蒸着分子４の長軸に沿って液晶分子６の長軸が配向するような蒸着膜が形成されるように、第１の蒸着角度θ１からの斜方蒸着を行う。この第１の蒸着角度θ１は、上記のような蒸着膜が形成されれば、特に限定されることはないが、６０°程度であることとする。第１の蒸着角度θ１が６０°程度であれば、蒸着膜厚に依存せずに上述した特性の蒸着膜が得られる。そして、この斜方蒸着により、膜厚１０ｎｍ〜３２０ｎｍの範囲、例えば膜厚４０ｎｍの第１の蒸着膜４ａを形成する。
【００１４】
次いで、第２段階（第２工程）の斜方蒸着においては、図３（２）に示すように、基板Ｗ上における蒸着分子４の配向方向に対して、上記液晶分子６が平行に配向されるような蒸着膜が形成されるように、つまり蒸着分子４の長軸と垂直に液晶分子６の長軸が配向するような蒸着膜が形成されるように、第２の蒸着角度θ２からの斜方蒸着を行う。この第２の蒸着角度θ２は、上記のような蒸着膜が得られれば特に限定されることはないが、８５°程度であることとする。第２の蒸着角度θ２が８５°程度であれば、第１の蒸着角度θ１＝６０°で形成した第１の蒸着膜４ａ上に積層形成した場合に、膜厚の調整することで、後述するように広範囲のプレチルト角が得られる。そして、この斜方蒸着により第２の蒸着膜４ｂを形成する。この第２の蒸着膜の膜厚は、第１の蒸着膜の膜厚によって適宜選択された範囲に設定されることとし、一例としてここでは、ＴＮモードの液晶パネルの作製を目的としているため、第１の蒸着膜の膜厚が４０ｎｍである場合、膜厚０．１ｎｍ〜０．５ｎｍ程度の範囲の膜厚に設定されることとする。尚、以上の図３（１），（２）においては、蒸着分子４が単層として各蒸着膜４ａ，４ｂを示したが、実際には各蒸着膜４ａ，４ｂの蒸着分子４は積層状態であることは言うまでもない。
【００１５】
ここで、図４に示すように、第２の蒸着角度θ２での第２段階の斜方蒸着は、第１の蒸着角度θ１での第１段階の斜方蒸着に対し、基板Ｗ表面への蒸着分子の供給方向を９０°程度ずらした方向から行うこととする。つまり、先の図２に示した斜方蒸着において、第１の蒸着角度θ１での第１段階の斜方蒸着が終了した後、基板Ｗをその面内において９０°回転させた状態で、蒸着角度を第２の蒸着角度θ２に設定して行われることとなる。
【００１６】
以上の２段階の斜方蒸着の具体的な一例としては、蒸着源１となる「るつぼ」内に蒸着原料となる無機材料２としてＳｉＯ_２（純度９９．９％）の粉末を投入する。そして、対角９０インチの基板Ｗの中央部と蒸着源１との距離を６００ｎｍ程度に設定した状態で、上述した第１段階（第２段階）の蒸着角度および方向に基板を設置する。この状態で、蒸着室内を８．５×１０Ｐａ以下に保つ。そして、電子ビームの照射により無機材料２を加熱し、蒸着源１の上方に配置された基板Ｗに蒸着分子を拡散供給し、第１の蒸着膜および第２の蒸着膜を形成する。尚、これらの斜方蒸着において、次に説明するシール剤が設けられる基板Ｗの表面位置には、蒸着膜が形成されないようなマスクを配置しておくこととする。また、このような２段階の斜方蒸着終了後には、脱ガスおよび膜質を安定化させるために、２００℃で１時間のアニール処理を施す。
【００１７】
以上のようにして、２枚の基板Ｗ上に２層構造の配向膜を形成した後、図５に示すように、これらの基板Ｗ、すなわちＴＦＴ基板Ｗ１と対向基板Ｗ２を用いて液晶パネルを組み立てる。
【００１８】
この際先ず、ＴＦＴ基板Ｗ１における画素電極７および上述の配向膜１０の形成面側、または対向基板Ｗ２における共通電極９および上述の配向膜１０の形成面側に、スペーサを散布すると共にその周囲にシール剤を土手状に形成する（図示省略）。その後、これらのＴＦＴ基板Ｗ１と対向基板Ｗ２とを、配向膜１０を対向させた状態で配置する。この際、ＴＦＴ基板Ｗ１と対応基板Ｗ２における配向膜１０の配向方向を、９０°ずらした状態にする。
【００１９】
このような状態で、シール剤の開口部からＴＦＴ基板Ｗ１と対向基板Ｗ２との間に液晶分子６を含む液晶層１１を充填する。この際、ＴＦＴ基板Ｗ１と対向基板Ｗ２との間に狭持されたスペーサによって保持される液晶層１１の厚みｄと、液晶層１３の複屈折率Δｎとの積（Δｎ×ｄ）が、使用温度において所定値となるように、液晶層１１およびスペーサを選択することとする。例えば、ＴＮモードの液晶パネルの作製を目的とした場合、Δｎ×ｄ＝０．３５〜０．５０となるように液晶層１１およびスペーサを選択することで、基板Ｗ１，Ｗ２の配向膜１０間において９０°連続的に液晶分子６がねじれた透過率が最大となる液晶パネルが得られる。具体的な一例としては、液晶層１１の厚みｄをｄ＝２μｍ〜４μｍとし、複屈折率Δｎ＝０．１３６６、Δε＝１０．４の液晶層１３を用いることとする。尚、シール剤にも、厚みｄを制御するためのファイバー（３．２μｍ径）を含有させても良い。
【００２０】
以上の後、シール剤の開口部を塞ぎ、ＴＮモードの液晶パネル１５を完成させる。このようにして得られた液晶パネル１５は、その配向膜１０が、次のような特徴的な積層構造となっている。すなわち、配向膜１０は、図３（１）に示したように、蒸着分子４の配向方向に対して液晶分子６が垂直に配向される第１の蒸着膜４ａと、図３（２）に示したように、蒸着分子４の配向方向に対して液晶分子６が平行に配向される第２の蒸着膜４ｂとで構成され、各蒸着分子４の配向方向が略９０°を成すように、第１の蒸着膜４ａ上に第２の蒸着膜４ｂが積層された構成となっている。
【００２１】
以上の製造方法およびこれによって得られた液晶パネルでは、上述した構成の配向膜を備えており、このような配向膜においては、第１の蒸着膜４ａの膜厚に対して第２の蒸着膜４ｂの膜厚を調整することで、液晶分子６のプレチルト角に所望の角度が得られる。
【００２２】
すなわち、先の図１に一例として示したように、第１の蒸着膜（蒸着角度６０°）を膜厚４０ｎｍ程度で形成した場合の、第２の蒸着膜（蒸着角度８５°）の膜厚と液晶分子のプレチルト角との関係から、上述した本構成の配向膜では、液晶分子のプレチルト角は、第２の蒸着膜４ｂの膜厚に比例するようになり、例えばＴＮモードの液晶パネルに適しているとされるプレチルト角（５°〜１２°程度）を得るには、第２の蒸着膜の膜厚を０．１ｎｍ〜０．５ｎｍ程度に設定すれば良いことがわかる。これにより、電圧印加時の立ち上がり方向を右旋回または左旋回に揃えることができる。
【００２３】
したがって、上述した実施形態のようにして得られた液晶パネルにおいては、光照射による劣化のない無機材料からなる配向膜を有しながらも、この配向膜を構成する２層の蒸着膜の膜厚の設定によって、例えば上述したようなＴＮモードに適するプレチルト角を得ることができるのである。
この結果、長期信頼性に優れ、電圧印加時における表示欠陥の出現が抑えられ、応答速度の速いＴＮモードの液晶パネルを得ることが可能になる。
【００２４】
また、図６には、以上の実施形態のようにして得た配向膜の分光透過率▲１▼を示した。また比較として、従来の有機材料からなる配向膜の分光透過率▲２▼を合わせて示した。この図に示すように、本構成の配向膜は、有機材料からなる配向膜と同程度、特に波長４６０ｎｍ付近および５６０ｎｍ付近の光に対しては有機材料からなる配向膜よりも良好な分光透過率が得られ、液晶パネルに用いた場合の光損失が充分に抑えられることが確認された。尚、本構成の配向膜の分光透過率は、第１の蒸着膜単層の分光透過率と同程度であった。
【００２５】
このような液晶パネル１５は、光照射による配向膜の劣化がないため、液晶プロジェクタ装置の液晶ライトバルブとして好適に用いられる。図７には、液晶パネル１５を液晶ライトバルブとして用いた液晶プロジェクタの構成を示す。
【００２６】
この液晶プロジェクタ２０には、光源２１を備えており、光源２１からの光の出射方向には、第１の全反射ミラー２２、第１のダイクロイックミラー２３、第２の全反射ミラー２４が順に配置されている。そして、第１のダイクロイックミラー２３による光の反射方向には、第２のダイクロイックミラー２５、さらに第３の全反射ミラー２６、第４の全反射ミラー２７が順に配置されている。
【００２７】
そして、第２の全反射ミラー２４による光の反射方向にＲ（赤色）用の液晶ライトバルブ１５Ｒが、第２のダイクロイックミラー２５による光の反射方向にはＧ（緑色）用の液晶ライトバルブ１５Ｇが、第４の全反射ミラー２７による光の反射方向にはＢ（青色）用の液晶ライトバルブ１５Ｂが、それぞれ配置されている。これらの液晶ライトバルブ１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂは、２枚直交する偏向板で狭持された状態で配置されている。
【００２８】
また、各々の液晶ライトバルブ１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂに囲まれる領域には、ダイクロイックプリズム２８が配置されている。そして、このダイクロイックプリズム２８の光出射方向には投射レンズ２９が配置されて液晶プロジェクタ装置２０が構成されている。
【００２９】
このような構成の液晶プロジェクタ装置２０においては、光源２１から出射された光が、各ミラー２２〜２７で反射されて液晶ライトバルブ１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂに入射し、これらを透過したＲ，Ｇ，Ｂの光がダイクロイックプリズム２８に入射して一つの光学画像を生成し、投射レンズ２９で拡大されてスクリーン（図示省略）に投影される。
【００３０】
このため、液晶ライトバルブ１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂには、光源２１からの強い光（投射光）が照射されるが、これらのこの液晶ライトバルブ１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂに上述した構成のＴＮモードの液晶パネル１５を用いることで、この光照射による配向膜の劣化が抑えられ、長期信頼性にすぐれた液晶プロジェクタ装置２０を構成することができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の液晶パネルおよびその製造方法によれば、光照射による劣化のない無機材料からなる配向膜を有しながらも、この配向膜を構成する２層の蒸着膜の膜厚の設定によって、例えばＴＮモードに適するプレチルト角を有する液晶パネルを得ることが可能になる。この結果、長期信頼性に優れ、電圧印加時においての表示欠陥の出現がなく応答速度の速い液晶パネルを得ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第２の蒸着膜（蒸着角度８５°）の膜厚と液晶分子のプレチルト角との相関図である。
【図２】基板Ｗに対する斜方蒸着を説明するための図である。
【図３】各斜方蒸着で形成された第１および第２の蒸着膜においての、蒸着分子に対する液晶分子の配向状態を説明する図である。
【図４】第１段階の斜方蒸着と第２段階の斜方蒸着との関係を説明する図である。
【図５】実施形態の液晶パネルの構成を説明する断面図である。
【図６】実施形態で形成した配向膜の分光透過率図である。
【図７】実施形態の液晶パネルを液晶ライトバルブとして用いた液晶プロジェクタの構成図である。
【符号の説明】
２…無機材料、４…蒸着分子、４ａ…第１の蒸着膜、４ｂ…第２の蒸着膜、６…液晶分子、１０…配向膜、１１…液晶層、１５…液晶パネル、Ｌｖ…法線、Ｗ…基板、Ｗ１…ＴＦＴ基板、Ｗ２…対向基板、θ１，θ２…蒸着角度

Claims (4)

1. 表面に配向膜が形成された一対の基板間に液晶層を封止してなる液晶パネルにおいて、
   前記配向膜は、
   無機材料の斜方蒸着膜からなり、
   蒸着分子の配向方向に対して前記液晶層を構成する液晶分子が垂直に配向される第１の蒸着膜と、蒸着分子の配向方向に対して前記液晶層を構成する液晶分子が平行に配向される第２の蒸着膜とで構成され、
   前記各蒸着分子の配向方向が略垂直となるように、前記第１の蒸着膜上に前記第２の蒸着膜を積層してなる
   ことを特徴とする液晶パネル。
2. 請求項１記載の液晶パネルにおいて、
   前記第１の蒸着膜は、前記基板表面の法線に対して６０°程度の角度から蒸着分子を供給する斜方蒸着によって得られ、
   前記第２の蒸着膜は、前記基板表面の法線に対して８５°程度の角度から蒸着分子を供給する斜方蒸着によって得られた
   ことを特徴とする液晶パネル。
3. 表面に配向膜が形成された一対の基板間に液晶層を封止してなる液晶パネルの製造方法であって、
   斜方蒸着により、蒸着分子の配向方向に対して前記液晶層を構成する液晶分子が垂直に配向される第１の蒸着膜を基板上に形成する第１工程と、
   前記第１工程の斜方蒸着に対して前記基板表面への蒸着分子の供給方向を９０°程度ずらした斜方蒸着により、蒸着分子の配向方向に対して前記液晶層を構成する液晶分子が平行に配向される第２の蒸着膜を前記第１の蒸着膜上に形成する工程とを行い、
   前記第１の蒸着膜上に第２の蒸着膜を積層してなる配向膜を得る
   ことを特徴とする液晶パネルの製造方法。
4. 請求項３記載の液晶パネルの製造方法において、
   前記第１工程では、前記基板表面の法線に対して６０°程度の角度から蒸着分子を供給する斜方蒸着を行い、
   前記第２工程では、前記基板表面の法線に対して８５°程度の角度から蒸着分子を供給する斜方蒸着を行う
   ことを特徴とする液晶パネルの製造方法。

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