液晶装置、投影显示装置以及液晶装置的基片的制造方法

专利名称：液晶装置、投影显示装置以及液晶装置的基片的制造方法
技术领域：
本发明涉及液晶装置、投影显示装置和用于液晶装置的基片的制造方法。具体地说，本发明涉及用作液晶投影机光源的合乎要求的液晶装置的结构，以及液晶装置的基片的制造方法。
背景技术：
投影液晶显示装置，如液晶投影机有三屏型，即采用对应于三原色红(R)、绿(G)和蓝(B)的三个液晶屏，以及单屏型，即采用一个液晶屏和色彩生成装置。对于作为这种投影液晶显示装置的部件的液晶光源，通常采用有源矩阵型液晶屏。
再者，液晶屏包括，例如有源矩阵型液晶光源和设置在所述有源矩阵型液晶光源前面和后面的偏振板。图18是显示这种传统液晶光源结构的实例的截面图。
这样设计液晶光源，使得液晶被封装在两个透明基片之间，如图18所示。液晶光阀设置薄膜晶体管(下文称为TFT)阵列基片10和设置成面对该TFT阵列基片的对面基片20。
在TFT阵列基片10上，这样设置许多扫描线3a和许多数据线6a、使得它们交叉成格栅状。对应于扫描线3a和数据线6a的交叉点，设置有像素开关TFT 30。扫描线3a隔着绝缘薄膜层2交叉覆盖于TFT 30的半导体层1a上，在半导体层1a的交叉区形成沟道区1a′。交叉于扫描线3a之上的数据线6a通过接触孔5与半导体层1a的源区1d电气连接。再者，在数据线6a的上层、扫描线3a和数据线6a所包围的区域形成像素电极9a。像素电极9a通过接触孔8与半导体层1a的漏区1e电气连接。在像素电极9a上形成经过用抛光处理的方法进行排列层处理的排列层16。排列层16是由聚酰亚胺的有机层构成的。
在这种TFT阵列基片10中，较之其上设置像素电极9a的区域，其中TFT 30是非像素区的区域的厚度、形成扫描线3a的区域的厚度以及形成数据线6a的区域的厚度往往很大，这是因为其中形成了用于这些区域的绝缘层4和7以及布线层；因此在排列层16的表面形成间隙部分。该间隙在形成TFT 30的区域和形成像素电极9a的区域之间尤其大。再者，如果在TFT 30之下形成第一遮蔽层11a，以屏蔽电容线3b和TFT 30来达到较高质量的显示，那么所述间隙部分往往成为实际可见物。
根据在获得液晶投影机更佳的细度和亮度的前提下减小液晶光源的尺寸的要求，最近趋向于要求有更精细布置的像素。但是，例如，如果像素间距精细到20μm，则因为在其中设置有由有机层(如聚酰亚胺)构成的排列层的液晶光阀的情况下排列层的底层上间隙部分的原因，会存在无法对排列层进行有效抛光处理的区域；因此，液晶的旋错(disclination)有时在附近发生显示质量下降。如果使像素间距更精细，则这种问题就更加明显。
再者，已经增加入射到光阀上的光源强度，以获得更明亮的液晶投影机。因此，有机层(如聚酰亚胺)所制成的排列层会因光和热而劣化，排列层的排列均匀度降低。由此，液晶分子的方向性就会丧失均匀度，显示对比度降低，有时最终导致低劣的显示质量。出现这种问题的原因是聚酰亚胺制成的有机层吸收一定量的波长为400至450nm的可见光，排列层因吸收光而劣化，液晶的方向在排列层的劣化区域附近丧失排列均匀度，由此导致显示质量降低。
为了解决这种问题，已经提供这样的光源，其中排列层以无机材料(如氧化硅)的斜向蒸镀得到的层取代有机层(如聚酰亚胺)而制成，在此方式中，液晶分子因无机斜向蒸镀层的表面成形效应而以单一方向排列。无机斜向蒸镀层制成的排列层可以通过以单一方向将无机材料真空蒸镀到以某个角度固定的基片上而制成，所述某个角度具体为与基片倾斜10到30度的方向，从而在基片上生成以预定角度布置的无机材料的柱状结构，这种方法被称为斜向蒸镀法。以此方法得到的排列层较之有机材料(如聚酰亚胺)制成的排列层，因其无机层的构造而具有很多优点，例如良好的耐光和耐热性，液晶光阀的耐用性也较好，即使使像素间距更为精细，也不会出现有机层(如聚酰亚胺制成的)的情况下见到的因不正确的抛光处理而导致的丧失排列均匀度的情况。
但是，相对于优点(如耐光和耐热)，无机层制成的排列层有如下缺点例如液晶的排列均匀度较有机层制成的排列层弱。相应地，在采用无机排列层的液晶装置中，如果出现任何因素导致液晶排列均匀度丧失，则容易出现旋错(disclination)；从而导致劣质显示。具体地说，当形成开关元件，如TFT、信号线，如数据线和扫描线以及有源矩阵基片上的像素电极时，形成液晶光阀的有源矩阵基片的表面变得不规则。这种表面不规则性的情况会在斜向蒸镀过程中在基片上产生阴影；从而有时可能在排列层上产生缺陷部位。在排列层上有这种缺陷的情况下，有机层可能能够通过其自身足够的排列均匀度来弥补该缺陷。但是，无机蒸镀层的排列均匀度很弱，以致于可能导致旋错。由于这种倾向，会出现劣质的显示，如在排列方向不同的区域会有光线不足的情况，并且由于对比度低而降低显示质量。
作为一种减少旋错的解决方案，有一种称为预斜置法的方法，其中在未施加电压之前，使液晶分子预先设置为倾斜于基片表面。一般，随着预倾角增加，可以渐进地减少旋错。但是，如果在排列均匀度原本较弱的无机排列层的情况下增加预倾角，基片之间的液晶的螺旋结构则会变得不稳定。由此，会因为存在反向的扭转域，即液晶的扭转方向局部性地相反的区域而导致低劣的显示。
设置在采用其表面存在间隙部分的底层上形成的、由无机斜向蒸镀层制成的排列层的液晶装置中也会出现这种问题。
上述问题不限于采用3端型元件(如TFT元件)的有源矩阵型液晶装置的情况下，而且它也是只要在液晶装置中采用无机排列层的，采用2端型元件(如薄膜二极管，下文称为TFD)的有源矩阵型液晶装置和无源矩阵型液晶装置中的常见问题。

发明内容
本发明是为了解决上述问题而设计的，本发明的目的在于将采用排列均匀度较差的无机排列层的液晶装置中液晶的劣质排列减少到最少，并提供一种可以防止因劣质排列所导致的劣质显示和低对比度的液晶装置，还提供一种采用上述液晶装置而具有较高显示质量的投影显示装置。
本发明的目的还在于提供一种液晶装置，采用它即使像素单元精细到20μm或更小，也不会在排列层的底层的间隙部分附近产生无机材料的劣质蒸镀区域，以便防止因无机材料的劣质蒸镀区域而导致因排列层的不规则而出现液晶的劣质排列，以及减少劣质显示的情况。这种液晶装置的基片的制造方法是本发明的另一个目的。
为了实现上述目的，本发明的液晶装置具有如下特征在一对彼此相对的基片(20)之间设置液晶层(50)，在所述基片对的液晶层一侧的表面上设置无机排列层(36，42)，所述液晶层的液晶分子(50a)的平均预倾角θ为5度≤θ≤20度，所述液晶层的液晶分子(50a)的扭转角度φ、液晶盒间隙d以及所述液晶层的液晶分子的螺距P满足关系式1(0.6/360)φ＜d/P＜(1.4/360)φ。
再者，本发明的液晶装置具有如下特征在一对彼此相对的基片(20)之间设置液晶层(50)，在所述基片对的液晶层一侧的表面上设置无机排列层(36，42)，所述液晶层的液晶分子50a的平均预倾角为θ＞20度，所述液晶层的液晶分子(50a)的扭转角、液晶盒间隙d以及所述液晶层的液晶分子的螺距P满足关系式2(0.8/360)＜d/P＜(1.6/360)。
为了避免采用无机排列层的液晶装置中无机排列层的弱排列均匀度所导致的劣质排列，本发明人经各种试验和研究考察了所述液晶材料的特性，如“螺距”，他们发现在这种液晶装置中可以防止劣质排列通过将液晶装置的液晶盒间隙和液晶层的螺距之间的比率设置在预定的范围值内来使用无机排列层。由此，可以实现液晶装置不再有因旋错和对比度降低所导致的劣质显示特征，如光线不足。此处所述的螺距是，在未给定排列均匀性情况下液晶层中液晶分子的主轴单向旋转360度所对应的液晶层的长度。下面根据试验结果说明确定液晶盒间隙d和螺距P之间的比率d/P的范围的原因。
根据来自本发明发明人的试验的数据，如上所述，可以将液晶盒间隙d和螺距P之间的比率d/P归纳为两个不同的公式，例如上述的依据液晶层中液晶分子的两个不同平均预倾角θ范围，如5度≤θ≤20度和θ＞20度的关系式1和关系式2。在无机排列层的情况下，当形成该排列层时，对应于一种因素(如基片的表面形状)构成排列层的柱状结构有时变得不平整，尤其是在斜向蒸镀法中。因此，根据这种情况，此处采用短语，如“平均预倾角”，因为，可以预料，随基片上的位置而定、斜置角度将有所不同，最好可以根据被确定为整个基片的平均预倾角的斜置角度来选择关系式1和关系式2。
为了控制无机排列层的斜置角度，可以采用不同方法。通常，利用以下形成排列层的方法，可以相对容易地获得5度≤θ≤20度的斜置角度将无机材料单向地蒸镀到基片上来形成无机蒸镀层，而第二次在真空条件下从不同角度将无机材料蒸镀在基片内，在所述无机蒸镀层上形成另一个无机蒸镀层，。为了说明排列层的结构，由两层斜向蒸镀层构成的无机材料柱状结构的倾斜方向，只要是基片平面内方位角不同的排列层，就可以实现一种预倾角，如5度≤θ≤20度，所述斜向蒸镀层具有无机材料的、在一个方向倾斜的柱状结构、用于形成两个斜向蒸镀层。
再者，较之上述进行二次的蒸镀方法，如果排列层是通过蒸镀一次形成的，则可以相对容易地获得预倾角，如θ＞20度。为了说明排列层的结构，只要排列层是由单向倾斜的无机材料形成的斜向蒸镀层的柱状结构构成的，就可以实现预倾角，如θ＞20度。
用于无机排列层的特定材料，可以采用氧化硅(SiO)、氧化钛(TiO2)、氟化镁(MgF)，最常用的是SiO。
本发明的投影显示装置配备本发明的任何液晶装置，本发明的投影显示装置具有如下特征它包括光源、调制从所述光源发出的光线的液晶装置以及将由所述液晶装置调制的光线放大并将所述光线投射到投影屏幕上的放大投影光学系统。
根据该结构，利用本发明的液晶装置，可以实现具有高质量显示的投影显示装置，而没有因液晶的劣质排列引起的低对比度。
再者，本发明的发明人进行了各种试验并对试验结果进行了评估，可以防止因无机斜向蒸镀层所形成的排列层的底层的间隙部分中或附近产生的无机材料的蒸镀缺陷区域而导致出现劣质排列层的情况。其原因是在排列层的底层的表面上的间隙部分所遮挡的区域进行蒸镀几乎是不可能的；因此当形成多个布线层和多个绝缘层的元件基片以某个角度固定，然后利用无机材料的单向蒸镀形成排列层时该区域会成为蒸镀缺陷区域。
再者，经过各种试验和对试验结果进行评估之后，本发明的发明人发现当在基片上形成的无机斜向蒸镀层所构成的无机排列层的底层在基片的表面上有间隙部分时，最好改变斜向蒸镀的方位角方向所述斜向蒸镀的方向至少沿着基片表面内的表面，并且最好进行两次或更多次斜向蒸镀。具体地说，本发明人发现一种方法，例如通过将无机材料单向地斜向蒸镀到其表面形成具有间隙部分的底层的基片上来形成第一无机斜向蒸镀层，然后在第一无机斜向蒸镀层上且靠近所述间隙部分的区域形成第二无机斜向蒸镀层，具体方式为从基片的平面内方位角方向至少不同于第一斜向蒸镀层的形成步骤中无机材料的斜向蒸镀方向的方向斜向蒸镀无机材料。根据此方法，第一和第二无机斜向蒸镀层由斜无机材料的柱状结构构成。形成第一无机斜向蒸镀层的无机材料的柱状结构的倾斜方向和形成第二无机斜向蒸镀层的无机材料的柱状结构的倾斜方向是不同的，因为沿着基片表面内的方向的方位角方向是不同的。在其中形成具有这样的第一和第二无机斜向蒸镀层的无机排列层的液晶装置中，上述问题得以解决。
此外，在利用SiO制成的斜向蒸镀层形成液晶屏面的排列层的情况下，从M.R.Johnson和P.A.Penz.在《IEEE Trans.Electron.Devices，Vol.ED-24(7)，805(1977)》中所公开的内容得知进行二次斜向蒸镀的方法。但是，此公开的液晶装置是单矩阵型直接观看的液晶屏。该液晶装置不如用于本发明的液晶投影机中的投影光源的液晶装置小，而且该液晶装置不是像素电极的像素间距精细到20μm且排列层的底层因扫描线和数据线而有间隙部分的有源矩阵型液晶屏。
再者，在上述常规技术中进行两次斜向蒸镀的目的在于在单矩阵型直接观看的液晶屏中使液晶分子的预倾角小于20度。因此，在无机排列层的底层表面上的间隙很大的情况下，以先前方式并不能够防止在靠近间隙部分区域的无机材料的缺陷蒸镀区域的出现。
为了实现上述目的，在本发明的液晶装置中，在彼此相对的一对基片之间设置液晶层；在所述基片对的液晶层一侧的表面上设置无机排列层；以及所述无机排列层中至少一层的底层具有间隙部分。此外，具有间隙部分的所述底层上的无机排列层包括第一无机斜向蒸镀层和形成在所述第一无机斜向蒸镀层上且靠近所述间隙部分的区域的第二无机斜向蒸镀层。第一和第二无机斜向蒸镀层由无机材料的倾斜柱状结构构成。形成第一和第二斜向蒸镀层的无机材料的柱状结构的倾斜方向的方位角方向在所述基片的平面内是不同的。
根据具有这种结构的液晶装置，形成在具有上述间隙部分的底层上的无机排列层包括由倾斜无机材料的柱状结构构成的第一无机斜向蒸镀层和第二无机斜向蒸镀层，且第二无机斜向蒸镀层的无机材料的柱状结构的倾斜方向至少在方位角方向上不同于第一无机斜向蒸镀层的柱状结构的倾斜方向。再者，因为第二无机斜向蒸镀层形成在靠近上述间隙部分的区域，所以即使形成精细到20μm或更小的像素间距，也可以减少在靠近上述间隙部分的区域上无机材料不均匀蒸镀或欠蒸镀的出现。相应地，即使像素间距精细到20μm或更小，在底层表面上具有间隙部分的底层上形成的无机排列层也可以免于缺陷，可以防止因缺陷排列层而导致液晶的有缺陷的排列，并可以防止有缺陷的显示的出现，如降低对比度。即使像素间距精细到15μm或更小，也可以获得这样的效果。
再者，在本发明的液晶装置中，在彼此相对的一对基片之间设置液晶层，以矩阵的形式设置许多像素电极，在所述两个基片的任何其中之一上设置驱动所述许多像素电极的许多开关装置、分别与所述许多开关装置连接的许多数据线和许多扫描线。在另一个基片上设置对面电极，分别在所述两个基片的液晶一侧的表面上设置无机排列层，而在其一侧设置了开关装置的所述无机排列层中至少一层的底层在其表面上具有间隙部分。形成在具有间隙部分的底层上的无机排列层包括第一无机斜向蒸镀层和形成在所述第一无机斜向蒸镀层上且靠近所述间隙部分的区域上的第二无机斜向蒸镀层。第一和第二无机斜向蒸镀层由无机材料的倾斜柱状结构构成。构成第一和第二斜向蒸镀层的无机材料柱状结构的倾斜方向的方位角方向沿着基片的内部平面方向是不同的。
在这种液晶装置中，形成在具有上述间隙部分的底层上的无机排列层包括由倾斜无机材料的柱状结构构成的第一无机斜向蒸镀层和第二无机斜向蒸镀层，且所述第二无机斜向蒸镀层的无机材料的柱状结构的倾斜方向至少在方位角方向上不同于第一无机斜向蒸镀层的柱状结构的倾斜方向。此外，因为所述第二无机斜向蒸镀层形成于靠近上述间隙部分的区域，所以可以减少靠近上述间隙部分的区域的无机材料的不均匀蒸镀和欠蒸镀的出现。相应地，即使像素间距精细到20μm或更小，形成于底层表面上具有间隙部分的底层上的无机排列层可以免于缺陷，可以防止因有缺陷的排列层所导致的液晶的有缺陷的排列，并可以防止有缺陷的显示的出现，例如降低对比度。即使像素间距精细到15μm，也可以获得这样的效果。
此外，在本发明中，基片上的其上设置开关装置以构成像素的元件是扫描线(栅)和数据线，这些开关装置连接到这些线、像素电极以及辅助电容(存储电容)等。在其上设置对面电极的基片上，像素的构成部分是遮蔽层(黑色矩阵)、对面电极等。例如像素间距是像素电极的间距等。
再者，在利用本发明的任何结构的液晶装置中，形成上述第一无机斜向蒸镀层的无机材料的柱状结构的倾斜方向和形成上述第二无机斜向蒸镀层的无机材料的柱状结构的倾斜方向在方位角方向上可以相差90度。在普通有源矩阵型液晶装置的情况下，数据线和扫描线以几乎正交的方式(例如以矩阵形式)交叉，通过从方位角方向相差90度的方向进行二次蒸镀可以将排列层紧固地设置于靠近彼此交叉的间隙部分的区域。
再者，在利用本发明的任何结构的液晶装置中，第一无机斜向蒸镀层的厚度最好为5nm至16nm，而第二无机斜向蒸镀层的厚度最好为10nm至40nm。
如果第一无机斜向蒸镀层的厚度小于5nm，则不会为液晶分子安排预倾角，这种情况可能导致旋错。如果该厚度大于16nm，则利用第二无机斜向蒸镀层应该达到的效果可能无法充分达到；因此液晶分子的预倾角变得大于20度。
如果第二无机斜向蒸镀层的厚度小于10nm，则该第二无机斜向蒸镀层的柱状结构填充构成第一无机斜向蒸镀层的无机材料的柱状结构的间隙的效果就不充分，因此，液晶分子的预倾角度变得大于20度。如果第二无机斜向蒸镀层的厚度大于40nm，则构成第一无机斜向蒸镀层的无机材料的柱状结构的间隙被填充；因此对于液晶分子不设置预先斜置角度，从而在排列上没有预斜置。
再者，在利用本发明的任何结构的液晶装置中，上述液晶层的液晶的平均预倾角最好为5至15度。
再者，在利用本发明的任何结构的液晶装置中，可以将氧化硅制成的斜向蒸镀层用作上述无机排列层。
在通过将无机材料斜向蒸镀到形成在基片上具有间隙部分的底层上以构成无机排列层来制造液晶装置的基片的方法中，制造本发明的液晶装置的基片的方法的特征在于包括第一斜向蒸镀步骤，将无机材料单向斜向蒸镀到在基片的表面上形成的具有间隙部分的底层之上以形成第一无机斜向蒸镀层；第二斜向蒸镀步骤，将无机材料从至少与所述第一斜向蒸镀步骤中的斜向蒸镀方向不同的所述基片内的方位角方向进行斜向蒸镀以便在靠近所述间隙部分的区域和所述第一无机斜向蒸镀层上形成第二斜向蒸镀层。
根据这种液晶装置的基片制造方法，安排了第一和第二斜向蒸镀步骤，在第一斜向蒸镀步骤中的无机材料的斜向蒸镀方向和第二斜向蒸镀步骤中的无机材料的斜向蒸镀方向至少在沿着基片的内表面方向的方位角方向上是不同的。因此，即使存在第一斜向蒸镀步骤中无机材料未真空淀积的区域，在第二斜向蒸镀步骤中也可以将无机材料真空淀积于所述区域。在第一斜向蒸镀步骤中，靠近间隙部分的区域可能位于阴影中；因此可能存在未形成第一无机斜向蒸镀层的区域。在第二斜向蒸镀步骤中，通过以与第一斜向蒸镀步骤中所采用的方位角方向不同的方位角方向执行无机材料的斜向蒸镀，可以将无机材料蒸镀到因第一斜向蒸镀步骤中间隙部分所导致的阴影而未形成无机斜向蒸镀层的区域，从而形成第二无机斜向蒸镀层。再者，在此第二斜向蒸镀步骤中，第二无机斜向蒸镀层不仅形成于靠近间隙部分的区域，而且形成于间隙部分至少两侧的第一无机斜向蒸镀层上。根据具有这种结构的液晶装置的基片的制造方法，可以制造可为具有本发明的任何结构的液晶装置提供的液晶装置的基片。
再者，在具有本发明的上述结构的液晶装置的基片的制造方法中，最好形成第一无机斜向蒸镀层，最好在第一无机斜向蒸镀层上及靠近间隙部分的区域形成第二无机斜向蒸镀层；从而，第一斜向蒸镀步骤中无机材料的斜向蒸镀的方向和第二斜向蒸镀步骤中无机材料的斜向蒸镀的方向最好在方位角方向上相差大约或准确地相差90度。在普通有源矩阵型液晶装置的情况下，数据线和扫描线在矩阵中几乎垂直交叉；因此，可以通过从不同方位角方向进行两次蒸镀，来可靠地在靠近彼此交叉的各个间隙的区域形成排列层。
再者，在具有本发明的任何结构的液晶装置的基片的制造方法中，第一斜向蒸镀的无机材料与该基片所成的淀积角度最好为5度至10度，而第二斜向蒸镀的无机材料与该基片所成的淀积角度最好为25度至30度。
如果第一斜向蒸镀中斜向蒸镀方向与基片所成的淀积角度小于5度，则所形成的柱状结构的密度太低；从而液晶分子的排列方向变得不稳定，沿基片的内平面方向的平面内的排列均匀性丧失。
如果斜向蒸镀方向与基片所成的淀积角度大于10度，则所形成的柱状结构的密度变高，几乎无法获得以第二无机斜向蒸镀层的柱状结构填充第一无机斜向蒸镀层的柱状结构的间隙的效果；因此，当制造采用这种基片的液晶装置时，液晶分子的排列没有预斜置的区域扩大。
如果第二斜向蒸镀步骤中的斜向蒸镀方向与基片所成的淀积角度小于25度，则几乎无法获得以第二无机斜向蒸镀层的柱状结构填充第一无机斜向蒸镀层的柱状结构的间隙的效果。如果斜向蒸镀与基片所成的淀积角度大于30度，则丧失所形成的层中的各向异性；从而，丧失排列液晶分子的功能。
再者，在具有本发明的任何结构的液晶装置的基片的制造方法中，在第一或第二斜向蒸镀步骤的任一步骤中，最好根据形成在所述底层的表面上的间隙部分的结构和布局选择斜向蒸镀方向，因为可以在无机材料的斜向蒸镀时增强通过进行两次斜向蒸镀来分别形成无机斜向蒸镀层的效果。例如，在底层的表面存在高间隙部分和低间隙部分的情况下，在第一斜向蒸镀步骤中，无机材料的斜向蒸镀最好从低间隙部分的方向进行，而在第二斜向蒸镀步骤中，无机材料的斜向蒸镀最好从这样的方向进行、使得沿基片的内平面方向的方位角方向至少不同于第一斜向蒸镀步骤中无机材料的斜向蒸镀方向。如上所述，第一斜向蒸镀步骤以窄角度在基片的表面上实施，而第二斜向蒸镀步骤以宽角度在基片的表面上实施。在此情况下，第一斜向蒸镀步骤中成为阴影的遮蔽部分，如没有无机层的区域变小；从而，更可靠地形成排列层。
再者，第二无机斜向蒸镀应该根据上述方法的原因可从如下内容理解。
如图16所示，在布线9c形成在基片10d的表面上、而氧化硅(SiO)的斜向蒸镀从单向的方向S在基片10d的表面上实施的条件下，研究了氧化硅的蒸镀角θ、布线9c与基片10a的表面的间隙高度ΔZ、因间隙的遮蔽而未形成无机斜向蒸镀层的无排列层区域的宽度ΔL之间的关系。上述研究的结果如图17所示。斜向蒸镀方向S是与布线9c垂直的方向。
如图17所示，在不考虑斜向蒸镀角S的情况下，未形成无机斜向蒸镀层的无排列层的区域的宽度ΔL随间隙的高度ΔZ而增加。因此，从上述结果可知，可以通过在第一斜向蒸镀步骤中从低间隙部分的方向进行无机材料的斜向蒸镀来减小未形成无机斜向蒸镀层的无排列层的区域的宽度ΔL；由此，可以在第一斜向蒸镀步骤中尽可能大地形成排列层，而减少应该在第二斜向蒸镀步骤中弥补的区域。
再者，在具有本发明的任何结构的液晶装置的基片的制造方法中，在第一斜向蒸镀步骤中形成的无机斜向蒸镀层的厚度最好为5nm至16nm，而在第二斜向蒸镀步骤中形成的无机斜向蒸镀层的厚度最好为10nm至40nm。
如果第一无机斜向蒸镀层的厚度小于5nm，则不对无机分子设置预倾角，这种情况可能导致旋错。如果第一无机斜向蒸镀层的厚度大于16nm，则无法充分获得应该通过第二无机斜向蒸镀层获得的效果；由此，液晶分子的预倾角变得大于20度。
如果第二无机斜向蒸镀层的厚度小于10nm，则第二无机斜向蒸镀层的柱状结构填充组成第一无机斜向蒸镀层的无机材料的柱状结构的间隙的效果不充分；由此，液晶分子的预倾角变得大于20度。如果第二无机斜向蒸镀层的厚度大于40nm，则组成第一无机斜向蒸镀层的无机材料的柱状结构的间隙被填充；由此，不对液晶分子设置预倾角，因此排列中无预斜置。
再者，在具有本发明的任何结构的液晶装置的基片的制造方法中，最好可以采用氧化硅作为上述无机材料。
本发明的投影显示装置配备有本发明的任何一种液晶装置，本发明的投影显示装置具有如下特征它包括光源、调制从该光源发射的光线的液晶装置、以及将由该液晶装置调制的光放大并投射到投影屏面上的放大投影光学系统。
根据具有本发明的这种结构的投影显示装置，利用本发明的任何一种液晶装置，可以实现具有高显示质量而没有因液晶的劣质排列所导致的低对比度的投影显示装置。


图1是说明构成本发明的第一和第三实施例中液晶装置的图像显示区的矩阵中许多像素中设置的各种元件和布线的相似电路。
图2是显示液晶装置的TFT阵列基片上彼此相邻的许多像素组的平面图。
图3是沿图2的线A-A′的截面图。
图4是沿图2的线C-C′的截面图。
图5是显示液晶装置的第一斜向蒸镀层和沿斜向蒸镀方向SA闭合的区域的截面图。
图6是显示靠近液晶装置的间隙部分的区域中的第二斜向蒸镀层和沿斜向蒸镀方向SB闭合的区域的截面图。
图7是说明TFT阵列基片所在的一侧的斜向蒸镀方向的示意图。
图8是说明形成对面基片的一侧的斜向蒸镀方向的示意图。
图9是说明从对面基片一侧观看各个实施例的液晶装置的TFT阵列基片和形成在所述基片上的各种元件的平面图。
图10是沿图9的直线H-H′的截面图。
图11是说明采用液晶装置的电子装置的样品显示装置的投影的示意图。
图12至图15说明根据制造方法的各个步骤的液晶装置的制造工艺步骤。
图16是解释氧化硅的蒸镀角θ、间隙的高度ΔZ和未形成无机斜向蒸镀层的非排列层区域的宽度ΔL之间的关系的示意图。
图17是说明氧化硅的蒸镀角θ、间隙的高度ΔZ和未形成无机斜向蒸镀层的非排列层区域的宽度ΔL之间的关系的图表。
图18是说明传统的液晶装置的实例的截面图。
图19是显示靠近传统的液晶装置的基片的间隙部分的区域的示意图，在该区域上形成由无机倾斜真空蒸镀层构成的排列层。
具体实施例方式
第一实施例下面将参考图1至8解释本发明的第一实施例中液晶装置的结构。本发明的这个实施例中的液晶装置是用作投影液晶显示装置的光阀的有源矩阵型液晶装置的实例。
图1是说明构成液晶装置的图像显示区的矩阵中许多像素中设置的各种元件和布线的等效电路。图2是显示其上形成数据线、扫描线和像素电极的TFT上彼此相邻的许多像素组的平面图。图3是沿图2的线A-A′的截面图，而图4是沿图2的线C-C′的截面图。
在图3和图4中，为了使各层和各个元件在附图中可看到的目的，基于各层和各个元件，缩小的比例是不同的。再者，在图3中，各个液晶层的液晶的排列情况仅以双点线61所包围的区域形式进行图示；因此该图中忽略了其余区域的液晶分子的排列情况。
如图1所示，在以矩阵的形式形成的并构成本实施例的液晶装置的像素显示区域的许多像素上，以矩阵的形式形成许多像素电极9a和用于控制像素9a的像素开关的许多TFT 30，提供图像信号的数据线6a与TFT 30的源区电气连接。
可以按照线路的次序提供将写入数据线6a的像素信号S1、S2至Sn，还可以经由彼此相邻的数据线6a组成的每个组提供像素信号5。再者，扫描线3a与TFT 30的栅极电气连接，根据扫描线3a按照路线次序在预定的定时以脉冲形式施加扫描信号G1、G2至Gm。像素电极9a与像素开关TFT 30的漏区电气连接，仅在预定的时段以预定的定时通过断开作为开关元件的TFT 30来写入从数据线6a提供的图像信号S1、S2至Sn。通过像素电极9a以预定电平写入的图像信号S1、S2至Sn在预定的时段被保留在形成于对面基片上的对面电极之间。对面电极和对面基片在稍后作详细的解释。此处，存储电容70与形成于像素电极9a和对面电极之间的液晶电容相加，以防止所保留的图像信号泄露。关于形成存储电容70的方法，设置电容线3b，后者是用于形成半导体层之间的电容的布线。不设置电容线3b的话，也可以在像素电极9a和位于前一级的扫描线3a之间形成电容。
接下来，根据图2，详细解释本实施例的液晶装置的TFT阵列基片的像素区(图像显示区)内的平面结构。
如图2所示，在液晶装置的TFT阵列基片上，以矩阵形式设置许多透明像素电极9a，像素电极的外形如虚线9a′表示。沿像素电极9a的水平边界和垂直边界设置数据线6a、扫描线3a和电容线3b。数据线6a通过接触孔5与多晶硅制成的任何一个半导体层1a的(下面将描述)源区电气连接，而像素电极9a通过接触孔8与所述各半导体层1a中任何一个的漏区电气连接。假定像素电极的间距为20μm或更小，最好假定像素电极的间距为15μm或更小。再者，这样设置扫描线3a，使其面对半导体1a中图2的角透视图中所示的沟道区(稍后解释)；因此扫描线3a本身作为栅电极。
电容线3b具有沿扫描线3a几乎成直线地延伸的主线部分(换言之，平面图中沿扫描线3a形成的第一区域)和从与数据线6a的交点沿数据线6a凸出到前一级(图2中向上的方向)一侧的凸出部分(换言之，平面图中沿数据线6a延伸的第二区域)。此外，在图2的角透视图所示的区域中，设置许多第一遮蔽层111。更具体地说，第一遮蔽层111设置在从设置TFT阵列基片的一侧看的、覆盖包括像素区中半导体层1a的沟道区的TFT的位置。再者，第一遮蔽层111具有沿扫描线3a成直线延伸以便面对电容线3b的主线部分的主线部分，和从与数据线6a的交点沿数据线6a凸出到下一级(图2中向下的方向)一侧的凸出部分。第一遮蔽层111的每一级(每个像素线)的向下凸出部分的末端与下一级的电容线3b的向上凸出部分的末端重叠于数据线6a之下。在此重叠点上，设置分别与第一遮蔽层111和电容线3b电气连接的接触孔13。即，在本实施例中，第一遮蔽层111通过接触空13与前一级或后一级的电容线3b电气连接。
接下来，关于横截面结构，如图3所示，本实施例的液晶装置具有一对透明基片，设置作为基片的一侧的TFT阵列基片和作为另一侧基片以便设置成面对TFT阵列基片10的对面基片。在TFT阵列基片10上，作为一个实例，设置透明导电层(如氧化铟锡，下文称为ITO)构成的像素电极9a，以及在TFT阵列基片10上与各个像素电极9a相邻的位置设置用于控制各个像素电极9a的开关的TFT 30。TFT 30具有LDD(轻掺杂漏)结构，TFT阵列基片10配备有扫描线3a、在其上借助来自扫描线3a的电场形成沟道的半导体层1a的沟道区1a′、将扫描线3a与半导体层1a绝缘的绝缘层2、数据线6a、半导体层1a的低密度源区半导体层1a的低密度漏区1c、半导体层1a的高密度源区1d以及半导体层1a的高密度漏区1e。
再者，在扫描线3a和包括绝缘层2的TFT阵列基片10上，形成第二绝缘层4，其上分别形成与高密度源区1d连通的接触孔5和与高密度漏区1e连通的接触孔8。即，数据线6a通过贯穿第二绝缘层4的接触孔5与高密度源区1a电气连接。此外，在数据线6a和第二绝缘层4上，形成第三绝缘层7，其上形成与高密度漏区连通的接触孔8。即，高密度漏区1e通过贯穿第二绝缘层4和第三绝缘层7的接触孔8与像素电极9a电气连接。第三绝缘层7和像素电极9a是稍后提及的无机排列层36的底层，该底层的表面具有扫描线3a和电容线3b所造成的间隙部分80。在像素间距为15μm等条件下，在该底层表面上形成的间隙部分80的高度Z为200μm到600μm。
再者，存储电容70以如下方式构成，即作为栅绝缘层的绝缘层2从对面位置向由扫描线3a的一部分构成的栅电极延伸，以便作为电介质层，将半导体层1a延伸以便成为第一存储电容电极1f，此外，使电容线3a朝向存储电容电极1f的部分成为第二存储电容电极。更具体地说，半导体层1a的高密度漏区1e在数据线6a和扫描线3a之下延伸，半导体层1a的高密度漏区1e还设置成面向经过绝缘层2沿数据线6a和扫描线3a延伸的电容线3b；从而，形成第一蓄能电极1f。
此外，在存储电容70中，从图2和图3可知，通过将作为第三存储电容电极的第一遮蔽层111设置于作为第二存储电容电极的电容线3b的相对侧，使之经第一绝缘层12朝向第一存储电容电极1f，来增加第一遮蔽层111的存储电容。图3的右手侧所示的存储电容70支持以上的说明。
同样在对应于TFT阵列基片10的表面上的各个像素开关TFT 30的位置上，设置由金属层M1和隔离层B1构成的第一遮蔽层111。在第一遮蔽层111和TFT 30之间，设置由高度绝缘玻璃、氧化硅和氮化硅构成的第一绝缘层12。此外，第一绝缘层12形成于TFT阵列基片10的整个表面，并且为了解决第一遮蔽层111晶格的间隙，对第一绝缘层12的表面打磨并进行平化处理。
同样如图2和图3所示，除了在TFT阵列基片10上设置第一遮蔽层111外，还将第一遮蔽层111通过接触孔13与前后一级的电容线3b电气连接。相应地，较之将各个第一遮蔽层111与后一级的电容线电气连接的情况，无需增加这样的区域上的间隙，所述区域是形成电容线3b和第一遮蔽层111以沿像素区的开口部分的边缘覆盖数据线6a的区域之外的区域。如果沿像素部分的开口部分的边缘的间隙很小，则随着该间隙而产生的液晶的旋错(劣质排列)会减少，从而可以打开像素部分的开口部分(mouth opening section)。
另一方面，在对面基片20，TFT阵列基片10上的数据线6a、扫描线3a以及面对形成像素开关TFT 30的区域的区域，换言之，各个像素部分的开口部分之外的区域上，设置第二遮蔽层23。此外，在包括第二遮蔽层23的对面基片20上，在其整个表面上设置对面电极21(公用电极)。对面电极21由透明导电层(如ITO层等)以及TFT阵列基片10的像素电极9a构成。因为第二遮蔽层23的原因，来自设置对面基片20一侧的入射光无法进入像素开关TFT 30的半导体层1a的沟道层1a′、低密度源区1b和低密度漏区1c。
再者，在本实施例的情况下，通过无机材料的斜向蒸镀而形成的无机排列层36设置在表面具有间隙部分80的底层上，例如其上形成TFT阵列基片的像素开关TFT 30、数据线6a和扫描线3a的区域的第三绝缘层7，例如像素电极9a。更具体地说，该间隙部分80是由形成于电容线3b上的像素电极9a的凸出部分81和靠近该凸出部分81的像素电极9的凹进部分82构成的。无机斜向蒸镀层36包括第一无机斜向蒸镀层36a和第二无机斜向蒸镀层36b。
第一无机斜向蒸镀层36a在第一斜向蒸镀步骤中形成，具体为以某个角度固定其上形成第一遮蔽层111、第一绝缘层12、TFT 30、第二绝缘层4、第三绝缘层7以及像素电极9a的TFT阵列基片10，进行诸如氧化硅的无机材料的单向斜向蒸镀，然后生长以预定角度设置在该基片上的无机材料的柱状结构。此外，图2和图4中的参考符号SA表示在第一斜向蒸镀步骤中形成第一无机斜向蒸镀层36时的斜向蒸镀无机材料的方向。此斜向蒸镀方向SA与扫描线3a和电容线3b垂直，在图2中是向上的方向。再者，斜向蒸镀方向SA最好为，TFT阵列基片10的淀积角度θ1为5度至10度，如图7所示。
在区域80b形成第一无机斜向蒸镀层36a，其中靠近间隙部分80、因间隙部分80而成为阴影的区域80a被排除在外。在靠近间隙部分80的区域80a的一小部分上形成第一无机斜向蒸镀层36a。这是因为，如果以上述斜向蒸镀方向SA进行无机材料的斜向蒸镀，几乎无法完成无机材料的蒸镀，在沿凸出部分81的斜向蒸镀方向SA一侧，靠近间隙部分80(如斜坡区域)的区域80a及其附近成为间隙部分80的阴影。
如图2和图7所示，第二无机斜向蒸镀层36b是在第二斜向蒸镀步骤形成的，例如采用以下方法从方向SB进行无机材料的斜向蒸镀，该方向在沿基片的内平面方向方位角方向θ上不同于上述第一斜向蒸镀步骤的斜向蒸镀方向SA，然后生长与基片成预定角度成行布置的柱状结构。该斜向蒸镀方向SB沿着扫描线3a和电容线3b方向，并且斜向蒸镀方向SB处于图2中从右向左的方向。斜向蒸镀方向SB与斜向蒸镀方向SA之间的方位角方向最好相差90度。再者，如图7所示，由TFT阵列基片10构成的淀积角度θ2最好为25度至30度。
在靠近上述间隙部分80的、未形成上述第一无机斜向蒸镀层36a的区域80a上形成第二无机斜向蒸镀层36b。在第二斜向蒸镀步骤中，可能出现对蒸镀的遮蔽，这取决于底层表面的间隙部分80的形状和布局；因此可能不会在第一无机斜向蒸镀层36a的整个表面上形成第二无机斜向蒸镀层36b。即，如果第二无机斜向蒸镀层36b至少形成在靠近上述间隙部分80的区域80a以及间隙部分80两侧的第一无机斜向蒸镀层36a上，这就足够。相应地，无机斜向蒸镀层36实际是各区域的混合，例如，只形成第一无机斜向蒸镀层36a的区域、在第一无机斜向蒸镀层36a上形成第二无机斜向蒸镀层36b的区域以及只形成第二无机斜向蒸镀层36b的区域。
图5显示只形成本实施例的液晶装置的第一无机斜向蒸镀层36a的区域，该图是沿斜向蒸镀方向SA靠近此处的截面图。图6显示在靠近本实施例的液晶装置的间隙部分80的区域80a上形成第一无机斜向蒸镀层36a的区域，该图是沿斜向蒸镀方向SB靠近此处的截面图。此外，在这些图中省略了第二无机斜向蒸镀层36b形成在第一无机斜向蒸镀层36a上的区域。如图5所示，第一无机斜向蒸镀层36a的倾斜无机材料的柱状结构设置得很稀疏，相邻柱状结构之间有空隙37。另一方面，在图6中，第二无机斜向蒸镀层36b的倾斜无机材料的柱状结构设置得稠密，在液晶层50一侧的表面形成槽38。再者，第二无机斜向蒸镀层36b至少设置在间隙部分80两侧的第一无机斜向蒸镀层36a上，此区域的结构如同以第二无机斜向蒸镀层36b的柱状结构填充图5中所示的柱状结构之间的空隙37。在形成第一无机斜向蒸镀层36a的无机材料的柱状结构的倾斜方向和形成第二无机斜向蒸镀层36b的无机材料的柱状结构的倾斜方向之间，至少沿上述基片的内平面方向的方位角方向θ是不同的，其差值最好为90度。
第一无机斜向蒸镀层36a的厚度应该为5nm至16nm，最好为8nm至10nm。如果第一无机斜向蒸镀层36a的厚度小于5nm，则不向液晶分子50a提供预倾角θ；由此，这种情况可能导致旋错。如果第一无机斜向蒸镀层36a的厚度大于16nm，则第二无机斜向蒸镀层36b的效果就不充分；因此，液晶分子50a的预倾角θ变为20度或更大。
再者，第二无机斜向蒸镀层36b的厚度最好为10nm至40nm。如果第二无机斜向蒸镀层36b的厚度小于10nm，则会降低第二无机斜向蒸镀层36b的柱状结构填充形成第一无机斜向蒸镀层36a的无机材料的柱状结构的空隙37的效果；因此，液晶分子50a的预倾角θ变得大于20度。
如果第二无机斜向蒸镀层36b的厚度大于40nm，则形成第一无机斜向蒸镀层36a的无机材料的柱状结构的空隙37被填充；因此，不向液晶分子50a提供预倾角θ，这种排列情况导致无预倾角。因此，无机排列层36的平均厚度为16nm至22nm等。
另一方面，也在对面基片20的对面电极21上的设置TFT阵列基片一侧面向无机排列层36的位置形成具有与TFT阵列基片10相似形式的无机排列层42。此无机排列层42是通过两次斜向蒸镀形成的，具体为以某个角度固定形成第二遮蔽层23和对面电极21的对面基片20，单向地进行无机材料(如氧化硅)的蒸镀，然后从不同的方向在该基片上进行第二次斜向蒸镀，以便在基片上生长排列方向不同的柱状结构。
在图2和图4中，参考符号SC和SD是形成对面基片20一侧的无机排列层42时的无机材料的斜向蒸镀方向。如图8所示，斜向蒸镀方向SC与对面基片20之间的角度θ3为5度至10度，斜向蒸镀方向SD与对面基片20之间的角度θ4为25度至30度。对面基片20的表面上的间隙部分的高度较之TFT阵列基片10的情况小；因此，不会出现进行无机材料的斜向蒸镀时间隙部分所导致的阴影，从而不会产生缺陷蒸镀区域。因此，从这一点来看，对比于TFT阵列基片的无机排列层36，无机材料的斜向蒸镀无需进行两次。但是，在本实施例中，为了将预倾角设置在5度至20度之内，在对面基片20上进行两次斜向蒸镀，以便形成无机排列层42。在TFT阵列基片和对面基片20中，设置像素电极9a，以便使之朝向对面基片21。这样，在这些基片10和20以及稍后说明的屏蔽材料51(参考图13和图14)所包围的空间中，封装电介质各向异性为正的液晶；从而形成液晶层50。在未从像素电极9a施加电场(未施加电压状态)的情况下，通过无机排列层36和42的操作，液晶层50的排列进入预定的状态。此外，在此规范中，“施加电压状态”表示对液晶层施加的电压是液晶的阈值电压值或更低，而“未施加电压状态”表示施加于液晶层的电压为液晶的阈值电压值或更高。
当如图5所示未施加电场(未施加电压状态)时，靠近形成第一无机斜向蒸镀层36a的区域的液晶分子50a的主轴被排列为朝向包括沿斜向蒸镀方向SA的表面，预倾角θP为25度至45度。液晶分子50a的这种排列是由于第一无机斜向蒸镀层36a的液晶层50的表面形状效应，倾斜柱状结构中的第一无机斜向蒸镀层36a具有间隙37所致，如上所述。
在如图6所示的未施加电压情况下，靠近其中形成第二无机斜向蒸镀层36b的间隙部分80的区域的液晶分子50a的主轴被排列为朝向包括沿斜向蒸镀方向SB的表面，这种排列是平行的，例如预倾角θP几乎为0度。液晶分子50a的这种排列是由于第二无机斜向蒸镀层36b的结构使得通过在形成液晶层50的表面形成倾斜无机材料的柱状结构的稠密排列而获得槽结构38所致，如前所述，还有因为第二无机斜向蒸镀层36b的液晶层50具有表面形状效应。再者，靠近在第一无机斜向蒸镀层36a上(至少间隙80的两侧的部分)形成第二无机斜向蒸镀层36b的区域的液晶分子50a具有在靠近第一无机斜向蒸镀层36a的液晶分子50a的预倾角与靠近第二无机斜向蒸镀层36b的液晶分子50a的预倾角之间的预倾角。液晶分子50a的预倾角取决于第一无机斜向蒸镀层36a和第二无机斜向蒸镀层36b的厚度之比。出现液晶分子50a的这种排列，是因为第二无机斜向蒸镀层36b形成于第一无机斜向蒸镀层36a之上的区域的结构使得在图5所示的柱状结构之间的间隙37被第二无机斜向蒸镀层36b的柱状结构填充，还因为这种结构的液晶层50具有表面形状效应。
根据排列层的上述结构，本实施例的液晶层50的液晶分子50a的平均预倾角θP设置在5度至20度之间。实际上，液晶分子50a的平均预倾角θP可以通过调整一些因素，例如第一无机斜向蒸镀层36a与第二无机斜向蒸镀层36b的厚度比，斜向蒸镀角θP和θ2之类的来控制。此外，在φ为液晶层50的液晶分子的扭转角，d为液晶盒间隙的情况下，用于液晶层50的液晶材料的螺距P被设置为满足关系式(0.6/360)φ＜d/P＜(1.4/360)φ。关系式R1更具体地说，在本实施例的情况下，对于通常情况下作为有源矩阵型液晶装置的显示方法，采用TN方式，液晶层50的扭转角φ为90度。关于各个基片的无机排列层36和42的排列方向，在TFT阵列基片10一侧，液晶分子沿图5所示的第一斜向蒸镀步骤的蒸镀角SA的方向排列，而在对面基片20上液晶分子沿蒸镀角SC的方向排列、扭转角变为90度。因此，如果液晶盒间隙d为3μm，则关系式1可以表示为8.6(μm)＜P＜20(μm)。关系式R1′因此，本实施例的液晶装置可以通过选择其螺距P满足上述关系式R1′的液晶的材料来实现。螺距P可以通过调整加到液晶材料最好是各种液晶材料中的手性络合物(chiral complex)的量来控制。
在本实施例的液晶装置中，液晶层50的液晶分子50a的平均预倾角θP在5度至20度之间。通过将d/P的值设置为液晶装置的液晶盒间隙d与液晶层50的螺距P之间的比，以满足上述关系式R1，可以有效地防止采用无机排列层的传统液晶装置先前所引起的旋错。再者，液晶装置可以免于劣质排列，如旋错所导致的光泄露；从而可以实现具有良好对比度的液晶装置。再者，无机排列层36和42是无机斜向蒸镀层；因此较之有机层(如聚酰亚胺等)的情况，可以获得较好的耐光和耐热性；因此这种无机排列层可适用于液晶光阀。
第二实施例下面解释本发明的第二实施例。
本实施例的液晶装置的基本结构与第一实施例的液晶装置的相同。不同之处在于各个基片上的无机排列层和用于液晶的材料。因此，在本实施例中，仅解释这些不同点。
在第一实施例中，TFT阵列基片10上的无机排列层36和对面基片20上的无机排列层42是两次斜向蒸镀时形成的倾斜方向不同的柱状结构。相反，在本实施例中，无机排列层36和42是通过一次斜向蒸镀形成的其倾斜方向为一个方向的柱状结构。即，在用于解释第一实施例的图2中，在TFT阵列基片10一侧上，显然，当形成无机排列层36时液晶分子的主轴方向沿无机斜向蒸镀方向SA排列。再者，在对面基片20一侧上，显然，当形成无机排列层42时液晶分子的主轴方向沿无机斜向蒸镀方向SC排列。
根据排列层的上述结构，在本实施例的情况下，液晶层50的液晶分子50a的平均预倾角θP被设置在20度或更大。实际上，液晶分子50a的平均预倾角θP可以通过调整斜向蒸镀角来控制。此外，在φ为液晶层50的液晶分子的扭转角，d为液晶盒间隙的情况下，用于液晶层50的液晶材料的螺距P被设置为满足如下关系式2(0.8/360)φ＜d/P＜(1.6/360)φ。
关系式2更具体地说，类似于第一实施例的情况，在扭转角φ为90度以及液晶盒间隙d为3μm的情况下，关系式2可以表示为关系式2′
7.5(μm)＜P＜15(μm)。
关系式2′因此，本实施例的液晶装置可以通过选择其螺距P满足上述关系式2′的液晶材料来实现。螺距P可以通过调整加到液晶材料(最好是各种液晶材料中)的手性络合物(chiral complex)的量来控制。
在本实施例的液晶装置中，液晶层50的液晶分子50a的平均预倾角θP为20度或更大。通过将d/P的值设置为液晶装置的液晶盒间隙d与液晶层50的螺距P之间的比、以便满足上述关系式2，可以有效地防止采用无机排列层的传统液晶装置中引起的旋错。再者，液晶装置可以免于劣质排列，例如旋错所导致的光泄露；从而可以实现具有良好对比度的液晶装置。因此，可以获得类似于第一实施例的效果，即较之有机层(如聚酰亚胺等)的情况，可以获得较好的耐光和耐热性；因此可以实现优选作为液晶光阀的液晶装置。
在上述实施例中，虽然该解释是针对将本发明应用于采用三端型元件(如TFT元件)的有源矩阵型液晶装置的情况的，但是本发明还可以应用于采用二端型元件(如TFD元件)的有源矩阵型液晶装置，以及应用于无源矩阵型液晶装置。再者，本发明可以应用于任何类型的液晶装置，而不管它是属于透射型、反射型或半透射反射型。
对于TFT元件，可以采用多晶硅制成的硅半导体或单晶硅制成的半导体层。在形成单晶硅制成的半导体层的情况下，可以采用以下方法采用键合法，以SOI(绝缘体基外延硅)的方式将单晶基片键合到支撑基片上，然后使单晶基片成为薄膜。
液晶装置的整体结构接下来，参考图9和图10解释液晶装置的整体结构。图9是从对面基片20一侧观看的TFT阵列基片10和形成于其上的各个元件的平面图。
图10是沿图9中的线H-H′的截面图，显示对面基片20。在图9和图10中，略去无机排列层36和42。
在图9中，在TFT阵列基片10上，沿TFT阵列基片10的边缘设置屏蔽材料52，并且以边框的形式设置第三遮蔽层53，后者采用与第二遮蔽层23相同或不同的材料制成、设置在屏蔽材料52的内侧并与之平行。在屏蔽材料51的外侧区域中，沿TFT阵列基片的一个构件设置数据线驱动电路101和外部电路连接端子102，并且沿与TFT阵列基片的一个底部构件接触的TFT阵列基片的两个垂直构件设置扫描线驱动电路104。再者，在TFT阵列基片10的其余构件上，设置用于连接设置在图像显示区域两侧的扫描线驱动电路104的许多布线105。
再者，至少在对面基片20的一个角部，设置用于TFT阵列基片10和对面基片20之间的导电目的的导电构件106。因此，如图10所示，具有与图9所示的连接构件52的外形几乎相同的对面基片20通过连接构件52固定在TFT阵列基片10上。
在参考图1至图10解释的各个实施例中的液晶装置的TFT阵列基片10上，设置有检查电路等，用于在制造过程中或在交付使用时检查液晶装置的质量。再者，不是在TFT阵列基片10上设置数据线驱动电路101和扫描线驱动电路104，而是将数据线驱动电路101与扫描线驱动电路104通过设置在TFT阵列基片周围的各向异性薄膜在电气上和机械上连接到安装在例如TAB(带式自动键合)基片上的驱动大规模集成电路(LSI)。再者，在对面基片20的投射光入射到的一侧以及从TFT阵列基片10发出的发射光线从其发出的一侧，以预定方向设置有偏振光薄膜、相差薄膜、偏振光装置等，这是根据如下操作方式进行的例如TN(扭曲向列)方式、VA(垂直排列)方式、PDLC(聚合物弥散液晶)方式，还根据常白方式或常黑方式等方式。
上面解释的实施例中的液晶装置可以应用于，例如彩色液晶投影机(投影显示装置)。在此情况下，采用三个液晶装置作为R、G和B的光阀，借助用于分散R、G和B色的分光镜分散的各色光作为投影光分别入射到各个光阀。相应地，在各个实施例中，对面基片20上不设置滤光片。但是，因此可以在对面基片20上设置RGB色滤光片和投影层，使它们朝向其上未设置第二遮蔽层的像素电极9a的预定区域。由此，本实施例中的液晶装置可以应用于彩色液晶装置，例如非液晶投影机的直接观看型彩色液晶电视和反射型彩色液晶电视。
电子装置作为采用本发明实施例的液晶装置的电子装置的一个实例，参考图11解释投影显示装置的结构。在图11中的投影显示装置1100中，准备了上述实施例的三个液晶装置，这样构成投影液晶装置的光学系统，使得各个液晶装置用作对应于例如R、G和B颜色的液晶装置962R、962G和962B。在本发明的投影显示装置的光学系统中，采用光源装置920和均匀照明光学系统923。此外，投影显示装置包括光分离光学系统924，作为将从该均匀照明光学系统923发出的光束W分离为各色，如红(R)、绿(G)和蓝(B)的装置；三个灯泡925R、925G和925B，作为调制各色光束(如R、G和B)的调制装置；色彩合成棱镜910，作为将调制后的各色光束再合成的色彩合成装置；投影镜头装置906，作为放大并在投影平面100上投影合成的光束的投影装置。该投影显示装置还设置光导光学系统927，用于将蓝色光束B导入光阀925B。
均匀照明光学系统923配备两个透镜板921和922，以及一个反射镜931。两个透镜板921和922被设置为彼此垂直，反射镜931设在透镜板921和922的之间。均匀照明光学系统923的两透镜板921和923分别设置许多以矩阵形式设置的矩形透镜。从光源装置920发出的光束被分离成部分光束。这些分离的光束通过第二透镜板922的矩形透镜叠加在三个光阀925R、925G和925B附近。相应地，利用均匀照明光学系统923，即使光源装置920的照明强度在所发射的光束的截面上是不均匀的，也可以用均匀的光照亮三个光阀925R、925G和925B。
各个彩色分离光学系统924包括蓝色和绿色反射分光镜941、绿色反射分光镜942和反射镜943。首先，在蓝色和绿色反射分光镜941中，光束W中的蓝色光束B和绿色光束G被垂直地反射，并发射到绿色反射分光镜942的一侧。红色光束R通过此反射镜941，在设置在蓝色和绿色发射分光镜941之后的反射镜943处被垂直反射，然后从红色光束R的发射部分944发射到色彩合成棱镜910。
接下来，在绿色反射分光镜942中，蓝色和绿色反射分光镜941处反射的蓝色光束B和绿色光束G中仅绿色光束G被垂直反射，然后它从绿色光束G的发射部分945发射到色彩合成光学系统的一侧。通过绿色反射分光镜942的蓝色光束B从蓝色光束B的发射部分946被发射到光导光学系统927的一侧。本实例中，在色彩分离光学系统中，均匀照明光学元件的光束W的发射部分与各色发射部分944、945和946之间的距离设置得几乎相等。
在色彩分离光学系统924的红色光束R和绿色光束G发射部分944和945中，分别设置聚光透镜951和952。相应地，使得从各发射部分发射的红色光束R和绿色光束G进入这些聚光透镜951和952，并使之是平行的。
使平行的红色光束R和绿色光束G入射到光阀925R和925G，进行调制，然后添加对应于各色光的图像信息。即，根据图像信息在这些液晶装置上通过驱动装置(附图中未显示)执行开关控制。由此，完成通过其中的各色光的调制。另一方面，蓝色光束B通过光导光学系统927被导入对应的光阀925B，在此处以类似的方式执行根据图像信息的调制。此外，光阀925R、925G和925B分别还包括入射端偏振器960R、960G和960B，发射端偏振器961R、961G和961B，以及设置在上述偏振器之间的液晶装置962R、962G和962B。
光导光学系统927包括设置在蓝色光束B的发射部分946的发射端上的聚光透镜954、入射端反射镜971、发射端反射镜972、设置在这些反射镜之间的中间透镜973、以及设置在光阀925B前端的光导透镜953。从光导透镜954发射来的蓝色光束B通过光导光学系统927被导入液晶装置962B，然后进行调制。有关各色光束的光路长度，即有关光束W的发射部分与各个液晶装置962R、962G和962B之间的距离，蓝色光束B的光路最长。因此，蓝色光束B损失最多的光。但是，通过光导光学系统927的介入，可以限制光的损失。
通过各个光阀925R、925G和925B并经过调制的各色光束R、G和B入射到色彩合成棱镜910，在此进行组合。色彩合成棱镜910合成的光被放大并通过发射透镜装置906投射到设置在预定位置的投影平面100的表面上。
参考图1至图10解释本实例的液晶装置962R、9620和962B。利用上述实施例的液晶装置，可以实现无劣质显示和劣质对比度，属于高质量投影显示装置的液晶装置。
第三实施例的液晶装置的结构第三实施例的液晶装置的结构与第一实施例的液晶装置的结构相同；因此，省略了重复的解释。
如图3所示，在对应于TFT阵列基片10的表面上的各个像素开关TFT 30的位置上设置有第一遮蔽层111。第一遮蔽层111包括设置在TFT阵列基片10上的金属层M1和设置在金属层M1上的隔离层B1。
隔离层B1由金属或其中不含氧原子的金属化合物制成，该金属或金属化合物的熔点很高。更具体地说，隔离层B1由氮化合物、硅化合物、钨化合物、钨和硅中的任何一种制成。
同样，金属层M1也是由具有阻光趋势和高熔点的金属或金属化合物制成。如果金属层M1与SiO2制成的绝缘层起化学反应而变成氧化物，则金属层M1就由阻光趋势劣化的金属或金属化合物制成。
再者，在第一遮蔽层111和许多像素开关TFT 30之间，设置有第一绝缘层12。设置第一绝缘层12是为了使构成像素开关TFT 30的半导体层1a与第一遮蔽层111电气绝缘。再者，第一绝缘层12设置在TFT阵列基片10的整个表面上，第一绝缘层12的表面被抛光，以便使第一遮蔽层111的晶格的间隙等于零，并对第一绝缘层12的表面执行平化处理。
第一绝缘层12由例如高绝缘性玻璃、氧化硅层、氮化硅层等构成。利用此第一绝缘层12，可以作为一种预防措施以防止第一遮蔽层111污染像素开关TFT 30。
在本实施例中，这样构成存储电容70，使得栅绝缘层2从面向扫描线3a的位置延伸，而栅绝缘层2用作电介质，半导体层1a被延伸而成为第一存储电容电极1f，使电容线3b朝向上述栅绝缘层2和半导体层1a的部分成为第二存储电容电极。
更具体地说，半导体层1a的高密度漏区1e在数据线6a和扫描线3a之下延伸，半导体层1a的高密度漏区1e也设置为朝向经过绝缘层2沿数据线6a和扫描线3a延伸的电容线3b；从而，半导体层1a的高密度漏区1e被设置作为第一存储电容电极(半导体层)1f。具体地说，作为存储电容70的电介质的绝缘层2是通过高温下氧化在单晶层上形成的TFT 30的栅绝缘层2。因此，绝缘层2可以制造为薄且抗高压的绝缘层，存储电容70的电容在相对小的区域可以很大。
此外，可以从图2和图3理解，使存储电容70具有这样的结构，即，这样设置作为第三存储电容电极的第一遮蔽层111，以便在作为第二存储电容电极的电容线3b的相对侧、经第一绝缘层12朝向第一存储电容电极1f(参考图3的右手边的存储电容70)；由此，存储电容得以增加。即，本实施例的结构是双存储电容结构，其中存储电容设置在第一存储动态电极1f的两侧；由此，存储电容得以增加。
上述第一遮蔽层111(和与第一遮蔽层111电气连接的电容线3b)与恒定电源电气连接，第一遮蔽层111和电容线3b的电势是恒定的。相应地，第一遮蔽层111的电势的波动不会负面地劣化影响设置为朝向第一遮蔽层111的像素开关TFT 30。再者，电容线3b可以合适地作为存储电容70的第二存储电容电极。在此情况下，对于恒定电源，可以安装供应外围电路(如驱动液晶装置的扫描线驱动电路和数据线驱动电路)的负电源、恒定电源(如正电源)、接地电源以及供应对面电极21的恒定电源。以此方式利用外围电路的电源，可以使第一遮蔽层111和电容线3b的电势恒定，而无需设置专用电势布线和辅助输入端。
再者，如上所述，在第一遮蔽层111上，在从几乎直线地延伸的干线部分凸出的凸出部分上开有接触孔13。此处，在接触孔13的开口区域，众所周知，由于种种原因，如来自边缘的应力的散失，在靠近边缘的区域较少产生裂纹。
再者，如上所述，第一遮蔽层111设置在像素开关TFT 30之下；因此可以有效地防止返回的光至少入射到半导体层1a的沟道区域1a′和轻掺杂(LDD)区域1b和1c。
此外，在本实施例中，设置在前一级的相邻像素或后一级的相邻像素的电容线3b与第一遮蔽层111连接；因此，用于向第一遮蔽层111提供恒定电势的最高级或最低级上的像素的电容线3b是必需的。对于这种情况，最好设置一片额外的对应于垂直像素的电容线3b。
第二遮蔽层23具有例如黑矩阵的功能，用于提高对比度和防止色彩混淆。
无机排列层42的厚度为5nm至16nm。
液晶分子50a的平均预倾角θP应该为5度至15度，且最好为12度至14度。液晶分子50a的预倾角θP可以通过控制第一无机斜向蒸镀层36a与第二无机斜向蒸镀层36b的厚度之比，以及诸如斜向蒸镀角θ1与θ2等因素来调整。使液晶层50的液晶分子50a处于这样的状态，使得当施加电压时其排列可以被改变，且通过以光学方式区分排列可以显示这种状态。
屏蔽材料52是由光可固化(curable)树脂或热可固化(curable)树脂制成的键合剂。在屏蔽材料52中，混合有用于以预定值设定两个基片之间的距离的定距件，如玻璃纤维或玻璃珠。
在本实施例的液晶装置中，设置在具有间隙部分80的底层上的无机排列层36包括由倾斜无机材料的柱状结构构成的第一无机斜向蒸镀层36a，第二无机斜向蒸镀层36b，其中第二无机斜向蒸镀层36b的无机材料的柱状结构的倾斜方向从方位角方向上看与第一无机斜向蒸镀层36a的柱状结构的倾斜方向不同。此外，第二无机斜向蒸镀层36b设置在靠近间隙部分80的区域80a；因此可以减少靠近间隙部分80的区域80a上无机材料的蒸镀的不均匀度以及缺陷蒸镀区域的出现。相应地，即使像素间距变为20μm或更小，在底层的表面上具有间隙部分的底层上设置的无机排列层中也可以不会有缺陷，可以防止因排列层的异常情况而导致液晶的劣质排列，可以防止劣质质量显示的出现，例如降低的对比度。即使像素间距精细到15μm或更小，也可以获得这种效果。
再者，无机排列层36和42是由无机斜向蒸镀层制成的；因此耐光性和耐热性比有机材料(如聚酰亚胺)的排列层好，可以获得更耐用的液晶装置。
关于第三实施例的液晶装置的结构，像素电极9a和高密度漏区域1e可以通过与数据线6a相同的铝层或与扫描线3b相同的多晶硅层来电气连接。
虽然像素开关TFT 30最好以LDD结构构成，但是杂质离子不注入低密度源区1b和低密度栅区1c的补偿(off-set)结构也是可行的，还有TFT可以属于自对准型，其中，利用栅电极作为掩模，杂质离子以高密度注入，以便以自对准方式形成高密度源区和高密度漏区。
再者，虽然在本实施例中像素开关TFT 30的扫描线3a的局部构成的栅电极的结构是单栅结构，其中在源漏区仅设置一个栅电极，但是此处设置多于两个的栅电极也是可行的。在此情况下，应该对各个栅电极施加相同的信号。通过使TFT成为双栅、三栅或更多栅极，可以防止沟道与源漏区的连接点处漏电流，并可以减小断开电源时电流的流动。在补偿结构的LDD结构中，可以有至少一个栅电极。
再者，半导体层并不局限于由多晶硅制成，还可以采用单晶硅。对于单晶硅，最好采用SOI(绝缘体基外延硅)结构，即在绝缘层上设置薄层的单晶层。
具体地说，如果绝缘层2是通过高温下氧化而形成在多晶硅层上的像素开关TFT 30的栅绝缘层，那么，作为存储电容70的电介质的绝缘层2可以是很薄的且抗高压，存储电容70的电容可以在相对小的区域上很大。
第三实施例的液晶装置的制造工艺过程接下来，参考图7、图8和图12至图15解释第三实施例的液晶装置的制造工艺过程。图12和图13显示各个步骤中的TFT阵列基片10的各层，图14和图15是步骤示意图，显示对应于沿图2的线A-A′所截取的横截面的，类似于图3的各个步骤中对面基片20的各层。
如图12所示，在所述制备过程中，在石英基片和硬玻璃制成的TFT阵列基片10上形成以下部分由金属层M1和隔离层B1构成的第一遮蔽层111、第一绝缘层12、接触孔13、半导体层1a、沟道区1a′、低密度源区1b、低密度漏区1c、高密度源区1d、高密度漏区1e、第一存储电容电极1f、绝缘层2，扫描线3a、电容线3b、第二绝缘层4、数据线6a、第三绝缘层7、接触孔8以及像素电极9a。
在其上设置有像素电极9a等的TFT阵列基片的表面上(稍后提及的无机排列层36的底层的表面上)形成间隙部分80。
接下来，如图7所示，执行第一无机蒸镀步骤，其中，通过在TFT阵列基片10的表面(它具有图5所示的TFT阵列基片10表面上的间隙部分80)上进行无机材料的单向斜向蒸镀，来形成第一无机斜向蒸镀层36a，使得第一无机斜向蒸镀层36a的厚度为5nm至16nm。在第一无机斜向蒸镀步骤中，在蒸镀的阴影处、即在靠近间隙部分80的区域80a未形成第一无机斜向蒸镀层36a。在除了靠近间隙部分80的区域80a之外的区域80b上形成第一无机斜向蒸镀层36a。
图7显示从向上的方向看(从排列层的底层的表面一侧看)的其上形成有像素电极9等的TFT阵列基片10，图中省略了像素电极9a、接触孔8、以及第三绝缘层7。此斜向蒸镀方向SA与扫描线3a和电容线3b的方向垂直，斜向蒸镀方向SA是图2中从下向上的方向。这种斜向蒸镀方向SA的设置是为了减小这样的区域，即，当以图2的平面图的从下向上的方向进行斜向蒸镀时因间隙部分80所致阴影而未形成无机斜向蒸镀层的区域，图2中靠近线B-B′的底层的表面上的间隙部分的间隙比靠近线C-C′的底层的表面上的间隙部分的间隙大。
再者，最好以这样的方式设置斜向蒸镀方向SA，即，由TFT阵列基片(30，60，70)形成的蒸镀角θ1为5度至10度，如图7所示。如果第一斜向蒸镀步骤中无机材料的蒸镀角θ1小于5度，则形成的柱状结构的密度变得太低；因此液晶分子50a的排列情况变得不稳定，且在沿着基片的内平面方向的平面内排列方向变得很不均匀。如果蒸镀角θ1大于10度，则要形成的柱状结构的密度变得太高；因此，几乎无法达到第一无机斜向蒸镀层36a的柱状结构之间的空隙37被第二无机斜向蒸镀层36b的柱状结构填充的效果。结果，如果利用这种基片制造液晶装置，则其中液晶分子的排列没有预斜置的区域变得很大。
接下来，如图7所示，以这样的方式进行第二斜向蒸镀步骤，即，这样进行无机材料的斜向蒸镀，使得至少第一斜向蒸镀步骤中的无机材料的斜向蒸镀方向SA在沿基片的内平面方向的方位角方向φ方面不同于斜向蒸镀方向SB，并且，以这样的方式形成第二无机斜向蒸镀层36b，使得在图6所示的第一无机斜向蒸镀层36a上、靠近间隙部分80的未形成第一无机斜向蒸镀层36a的区域80a中，第二无机斜向蒸镀层36b的厚度为10nm至40nm。
此斜向蒸镀方向SB沿着扫描线3a和电容线3b的方向，也即图2中从右手侧向左手侧的方向。通过设置这样的方位角方向φ、使得斜向蒸镀方向SA的方位角方向与斜向蒸镀方向SB的方位角方向不同，第一无机斜向蒸镀层36a顺利地形成在除了靠近间隙部分80的区域80a之外的区域80b上，而第二无机斜向蒸镀层36b可以顺利地形成在第一无机斜向蒸镀层36a上以及未形成第一无机斜向蒸镀层36a的靠近间隙部分80的区域80a上。
再者，在斜向蒸镀方向SB上，TFT阵列基片10构成的蒸镀角θ2最好为25度至30度，如图7所示。
如果第二斜向蒸镀步骤中斜向蒸镀方向SB的蒸镀角θ2小于25度，则几乎无法达到第一无机斜向蒸镀层36a的柱状结构之间的空隙37被第二无机斜向蒸镀层36b的柱状结构填充的效果。如果蒸镀角θ2大于30度，则要形成的层的表面的各向异性变得不够，并丧失用于排列液晶分子的功能。
通过第一无机斜向蒸镀步骤和第二无机斜向蒸镀步骤，可以获得其上设置无机排列层36的TFT阵列基片，如图13所示。
另一方面，以这样的方式形成对面基片20，即，首先准备玻璃基片等，利用例如铬金属在作为边框的第二遮蔽层23和第三遮蔽层53上进行溅射处理，(稍后参考图13和图14解释)，然后进行光刻步骤和蚀刻步骤。这些遮蔽层可以由金属材料，例如铬(Cr)、镍(Ni)和铝(Al)，以及由树脂材料、诸如通过在光刻剂上喷射碳和钛制成的树脂黑来形成。
然后，以如下方式形成对面电极21，即，通过进行溅射处理在对面基片20的整个表面上形成一层由ITO制成的透明导电层，厚度为50至200nm，如图14所示。
接下来，如图8所示，以如下方式进行斜向蒸镀以某个角度固定其上形成了第二遮蔽层23和对面电极21等的对面基片20，从方向SC进行无机材料(如氧化硅)的单向蒸镀，以及生长以相对于基片的预定角度排列的柱状结构。
此外，图8显示从顶面一侧看(排列层的底层的表面侧)的其上形成对面电极等的对面基片20，图中省略了对面电极21。
在图8中，参考符号SC是在对面基片20的一侧上形成无机排列层42时无机材料的斜向蒸镀方向。斜向蒸镀方向SC与对面基片20之间所成的角度θ3为5度至10度，如图8所示。
由此，可以获得如图15所示的其上形成无机排列层42的具有对面电极21的对面基片20。
此处，斜向蒸镀方向SC与形成第一无机排列层36a时的斜向蒸镀方向SA相差180度。
因此，以如下方式形成空屏幕以这样的方式设置TFT阵列基片10和对面基片20(其中各层以上述方式形成)，即，各个斜向蒸镀方向彼此相反，换言之，TFT阵列基片10和对面基片20的排列方向与以预定角度排列的柱状结构的排列方向相反，然后借助屏蔽材料52将这些基片键合、使得液晶盒的厚度为4nm。将液晶，例如正氟(positive fluorine)液晶封装在该屏幕中；从而可以获得本实施例的液晶装置。
在本实施例中，在对面基片10上依次设置第二遮蔽层23、对面电极21和排列层42；因此可以获得无需高电压来驱动液晶的优点。除这种设置方式外，以对面电极21、第二遮蔽层23以及排列层42的次序设置也是可行的。在此情况下，可以在一次操作中构成第二遮蔽层23和排列层42的图案；因此，可以获得更为简化的制造工艺的优点。
根据本实施例的液晶装置的基片的制造方法，提出第一和第二斜向蒸镀步骤，第一斜向蒸镀步骤的无机材料的斜向蒸镀方向SA和第二斜向蒸镀步骤的无机材料的斜向蒸镀方向SB在沿基片内平面方向上的方位角方向φ是不同的。因此，在第二斜向蒸镀步骤中，可以在第一斜向蒸镀步骤中未能形成无机斜向蒸镀层的区域形成无机斜向蒸镀层。虽然，在第一斜向蒸镀步骤中，在靠近间隙部分80的区域80a之外的区域80b上形成第一无机斜向蒸镀层36a，但是靠近间隙部分80的区域80a位于间隙部分80的阴影中；因此，产生未形成第一无机斜向蒸镀层36a的区域。但是，通过在无机材料的蒸镀时改变无机材料的斜向蒸镀方向SB的方位角方向以便使它不同于无机材料的斜向蒸镀方向SA的方位角方向，可以将第二无机斜向蒸镀层36b形成在第一斜向蒸镀步骤中因间隙部分80所导致的阴影而未能形成无机斜向蒸镀层的区域80a上。再者，在第二斜向蒸镀步骤中，还可以将第二无机斜向蒸镀层36b至少形成在位于间隙部分80的两侧的第一无机斜向蒸镀层36a上。
根据具有这种结构的液晶装置的基片的制造方法，可以制造适用于本实施例的液晶装置的基片。
此外，在本实施例的液晶装置和用于液晶装置的基片的制造方法中，所作解释是针对如下情况的，本发明适用于采用通常TFT元件所表示的三端元件的有源矩阵型液晶装置，以及适用于用于液晶装置的该基片的制造方法。本发明还可以适用于采用通常TFD元件表示的二端元件的有源矩阵型液晶装置，该种液晶装置的基片的制造方法，无源矩阵型液晶装置以及用于该种液晶装置的基片的制造方法。再者，本发明不只可适用于透明型液晶装置，而且也适用于反射型液晶装置。
此外，在本实施例的用于液晶装置的基片的制造方法中，所作解释是针对如下情况的，在第一和第二斜向蒸镀步骤中形成TFT阵列基片10一侧的无机排列层36，换言之，利用改变方位角方向进行二次蒸镀的方法。即使对面基片20一侧上的无机排列层42的底层的表面的间隙部分的高度很高，在第一和第二斜向蒸镀步骤中也可以设置无机排列层36，换言之，利用改变方位角方向进行二次蒸镀的方法。例如，利用斜向蒸镀步骤来形成无机排列层36，其中，以某个角度固定其上形成有对面电极21等的对面基片20，从方向SC单向地进行无机材料(如氧化硅)的蒸镀，生长以相对于基片20的预定角度排列的柱状结构。从而，可以利用斜向蒸镀步骤来形成无机排列层36，其中从方向SD进行无机材料的斜向蒸镀(所述方向SD沿基片20的内平面方向的方位角方向不同于斜向蒸镀方向SC的方位角方向)，最好从方位角方向之差几乎是90度的方向进行无机材料的斜向蒸镀，然后生长以相对于基片的预定角度排列的柱状结构。在此情况下，斜向蒸镀方向SC的蒸镀角θ3最好为5度至10度，斜向蒸镀方向SD的蒸镀角θ4最好为25至30度。
再者，在本实施例中，所作的解释是针对如下的情况的，本发明适用于将无机排列层形成在具有间隙部分并且形成在TFT阵列基片上的底层上。但是，本发明可以适用于如下情况布线层等嵌入元件侧的基片中，因接触孔等的原因在无机排列层中底层的平化和平滑表面上有凹陷区域(间隙部分)。
液晶装置的整体结构第三实施例的液晶装置的整体结构与第一和第二实施例的液晶装置的整体结构相同，它的解释省略重复的部分。
扫描线驱动电路104可以仅仅在一侧，除非提供给扫描线3a的扫描信号的延迟是一个问题。
再者，数据线驱动电路101可以设置在沿图像显示区构件的图像显示区的两侧。例如，单数编号的数据线6a可以从沿图像显示区的一个构件设置的数据线驱动电路提供图像信号，偶数编号的数据线6a可以沿图像显示区的相对构件设置的数据线驱动电路提供图像信号。通过以梳形方式驱动数据线6a，可以扩大数据线驱动电路所占据的区域；因此，更为复杂的电路成为可能。
此外，可以用角珠形式(corner bead)在第三遮蔽层53之下设置预充电电路，以便使之不可见。
此外，可以设置微型透镜，以便对应于对面基片20上的各个像素。由此，提高了入射光的聚光效率；从而可以实现明亮的液晶装置。再者，可以通过堆叠折射率不同的干涉层和利用光干涉，以便在对面基片20上形成用于产生RGB色的分色滤光片。按照内置分色滤光片的对面基片，可以实现更明亮的液晶装置。
再者，在各个实施例中，虽然设置在各个像素中的开关元件是以正参差型多晶硅、共面型多晶硅为例来解释的，但是本实施例在其他类型的TFT，如反转参差型TFT和非晶硅TFT中也是有效的。
电子装置第三实施例的电子装置的结构与第一和第二实施例的电子装置的结构相同。
当将液晶装置用于投影型显示装置的光阀时，入射光的强度较将液晶装置用于直接观看型液晶装置的情况高。因此，如果排列层是由有机排列层(如聚酰亚胺)制成的，则会明显和容易出现排列层的劣化。另一方面，在本实施例的电子装置中，排列层由无机斜向蒸镀层(如氧化硅等制成的)构成，实现了减少因劣化排列层所导致的劣质显示的出现的液晶装置962R、962G和962B。因此，即使该装置使用很长时间，也可以实现高显示质量的投影型显示装置。再者，在各个实施例的液晶装置962R、962G和962B中，当如上所述在具有间隙部分80的底层上形成无机排列层36时，在蒸镀无机材料容易的区域(靠近间隙部分80的区域80a之外的区域80b)和容易出现无机材料蒸镀的缺陷区域的靠近间隙部分80的区域80a，分别进行无机材料的蒸镀。因此，在靠近间隙部分80的区域之外的区域80b上形成上述第一无机斜向蒸镀层36a，而在靠近间隙部分80的区域80a上形成第二无机斜向蒸镀层36b。因此，没有含缺陷蒸镀的区域，例如无机材料的不均匀蒸镀或在靠近间隙部分80的区域80a出现未蒸镀的情况。
试验实例本发明的液晶装置的发明人完成了试验，以演示液晶装置的液晶盒间隙d和液晶层的螺距P的比值d/P与限制缺陷排列的有效性之间的关系。试验的结果如下所示。
试验实例1已制造出具有由两层无机斜向蒸镀层构成的排列层的上述第一实施例的液晶装置。在液晶盒间隙d被设置为3μm，液晶层的扭转角φ被设置为90度时，通过控制蒸镀条件使预倾角θ改变为各种值。通过调整添加到液晶原料的手性络合物的量，将液晶的螺距P的值改变为30，15，10，7.5(μm)。在预倾角θ为8度的条件下，通过视觉观察在实际投影型显示装置的显示屏上检测到缺陷排列的存在。结果如表1所示。
表1

在表1中，“显示条件”中的″A″表示像素中产生扭转角为90度或更小的区域的情况。″O″表示正确的排列。″B″表示像素中产生发生过度扭转角、例如270度的区域的情况。
关于上述试验，所示的上述试验结果是在预倾角被设置为8度的情况下的典型实例。但是，在排列层由两层无机斜向蒸镀层构成且预倾角相应地不同的情况下获得与表1的情况下几乎相同的结果。即，从表1中，可知在将平均预倾角θ设置为5度至20度，液晶装置的液晶盒间隙d与液晶层的螺距P的比率d/P设置为0.15＜d/P＜0.35，或最好为0.2＜d/P＜0.3的情况下可以防止缺陷排列。虽然在扭转角φ为90度的情况下上述结果是有效的，但是也发现液晶装置的液晶盒间隙d与液晶层的螺距P的比率d/P趋向于与液晶装置的扭转角φ成比例。因此，借助利用液晶层的扭转角φ的更普遍的公式，发现如果满足关系，例如(0.3/360)φ＜d/P＜(1.4/360)，则可以限制缺陷排列。
试验实例2已制造出具有由单层无机斜向蒸镀层构成的排列层的上述第二实施例的液晶装置。在液晶盒间隙d被设置为3μm，液晶层的扭转角φ被设置为90度时，通过控制蒸镀条件使预倾角θ改变为各种值。通过调整添加到液晶的原料的手性络合物的量，将液晶的螺距P的值改变为20，12，8.6，6.7(μm)。在预倾角θ为27度的条件下，通过视觉观察在实际投影型显示装置的显示屏上检测到缺陷排列的存在。结果如表2所示。
表2


在表2中，“显示条件”中的″A″表示像素中产生扭转角为90度或更小的区域的情况。″O″表示正确的排列。″C″表示反向扭转域的出现。″B″表示像素中产生发生过度扭转角、例如270度的区域的情况。
关于上述试验，所示的上述试验结果是在预倾角被设置为27度情况下的典型实例。但是，在排列层由单层无机斜向蒸镀层构成且预倾角相应地不同的情况下获得与表2的情况下几乎相同的结果。即，从表2中，可知在将平均预倾角θ设置为20度或更大，液晶装置的液晶盒间隙d与液晶层的螺距P的比率d/P设置为0.20＜d/P＜0.40，或最好为0.25＜d/P＜0.35的情况下可以防止缺陷排列。再者，还发现液晶装置的液晶盒间隙d与液晶层的螺距P的比率d/P趋向于与液晶装置的扭转角φ成比例。因此，借助利用液晶层的扭转角φ的更普遍的公式，发现如果满足关系，如(0.8/360)φ＜d/P＜(1.6/360)，则可以限制缺陷排列。
试验实例3本发明的液晶装置的发明人还完成了证明本发明的液晶装置的有效性的试验。试验的结果如下所示。
当通过单向从方向SA进行氧化硅(SiO)的斜向蒸镀来形成第一无机斜向蒸镀层，以便使该层在其表面具有间隙部分并且形成TFT元件和像素电极等的TFT阵列基片的表面上的厚度为10nm时(如第三实施例所述)，SiO的蒸镀角θ1(蒸镀方向与基片所成的角度)在2.5度至15度的范围内改变。接下来，当通过从方位角方向φ不同于上述斜向蒸镀方向SA的方位角的方向SB进行氧化硅(SiO)的斜向蒸镀来设置第二无机斜向蒸镀层，以使该层的厚度为10nm，并设置TFT元件和像素电极等时(如第三实施例所述)，SiO的蒸镀角θ2(蒸镀方向与基片所成的角度)在25度至30度的范围内改变。此斜向蒸镀方向SA与图2中的扫描线3a和电容线3b垂直，斜向蒸镀方向SA设置为来自图2的平面图的底端的方向。再者，斜向蒸镀方向SB沿着图2中的扫描线3a和电容线3b，斜向蒸镀方向SB设置为来自图2的平面图的右手侧的方向。斜向蒸镀方向SB与斜向蒸镀方向SA的方位角方向彼此相差90度。
另一方面，通过从一个方向SC在其上形成有黑矩阵(遮蔽层)和对面电极的对面基片的表面上进行氧化硅(SiO)的单向斜向蒸镀(如第三实施例所述)，以便使其厚度为10nm来形成无机斜向蒸镀层。此处，斜向蒸镀方向SC的蒸镀角(蒸镀方向与基片所成的角度)θ3被设置为5度。
接下来，通过以下方法制造各种类型的液晶装置在成为其上形成上述无机斜向蒸镀层一个基片的液晶层一侧的表面上采用密封印刷(seal-printing)方法形成密封部分，同时让用于注入液晶的入口处在未密封状态；通过将TFT阵列基片和对面基片键合在一起来制造液晶屏；从所述入口将氟正液晶注入到屏中，然后以密封件将该入口闭合。
试验以此方式制造的各种液晶装置的液晶的排列情况。结果如表3所示。
表3

在表3中，○表示没有未蒸镀氧化硅的缺陷蒸镀区域的排列情况和没有因排列层的异常情况而导致的液晶分子的劣质排列的排列情况。再者，×表示有来蒸镀氧化硅的缺陷蒸镀区域的排列情况和有因排列层的异常情况而导致的液晶分子的劣质排列的排列情况。从表3的结果可知，当形成第一无机斜向蒸度层时蒸镀角(第一蒸镀角)设置为2.5度或15度时(不在5度至10度范围内的角度)，即使蒸镀角(第二蒸镀角)处于任何角度，排列情况都会变得无序。当形成第一无机斜向蒸度层时蒸镀角(第二蒸镀角)设置为25度或30度时(不在25度至30度范围内的角度)，即使第一无机斜向蒸镀角(第一蒸镀角)处于任何角度，排列情况都会变得无序。
相反，在形成第一无机斜向蒸镀层时蒸镀角(第一蒸镀角)设置为5度至10度，同时形成第二无机斜向蒸镀层时第二蒸镀角(第二蒸镀角)设置为25度至30度的液晶装置中，排列情况变得有次序；因此可知该排列情况是良好的。
试验实例4当通过从方向SA单向进行氧化硅(SiO)的斜向蒸镀来形成第一无机斜向蒸镀层时，在TFT阵列基片的表面上(其表面具有间隙部分并形成TFT元件和像素电极等)，使该层的厚度从2.5nm至20nm变化(如第三实施例所示)。接下来，当通过从方位角方向φ不同于上述斜向蒸镀方向SA的方位角的方向SB进行氧化硅(SiO)的斜向蒸镀来形成第二无机斜向蒸镀层时，使该层的厚度从8nm至45nm变化。此斜向蒸镀方向SA与图2中的扫描线3a和电容线3b垂直，斜向蒸镀方向SA设置为来自图2的平面图的底端的方向。该SiO的蒸镀角(蒸镀方向与基片所成的角度)θ1被设置为25度。再者，斜向蒸镀方向SB沿着图2中的扫描线3a和电容线3b，斜向蒸镀方向SB设置为来自图2的平面图的右手侧的方向。再者，该SiO的蒸镀角(蒸镀方向与基片所成的角度)θ2被设置为25度。此处，斜向蒸镀方向SB与斜向蒸镀方向SA的方位角方向彼此相差90度。
另一方面，通过从一个方向SC单向在其上形成有黑矩阵(遮蔽层)和对面电极的对面基片的表面上进行氧化硅(SiO)的斜向蒸镀(如第三实施例所述)，以便使该层的厚度为10nm来形成无机斜向蒸镀层。此处，斜向蒸镀方向SC的蒸镀角(蒸镀方向与基片所成的角度)θ3被设置为5度。
接下来，采用以下方法来制造各种类型的液晶装置在成为形成上述无机斜向蒸镀层的一个基片的液晶层一侧的表面上通过密封印刷形成密封部分，同时让用于注入液晶的入口处于未密封状态；通过将TFT阵列基片和对面基片键合在一起来制造液晶屏；从所述入口将氟正液晶注入到屏中，然后以密封件将该入口闭合。
试验以此方式制造的各种液晶装置的液晶的排列情况。结果如表4所示。
表4

在表4中，″L″表示液晶的平均预倾角小于3度，由于是低预斜置，所以当作缺陷。″S″表示液晶的平均预倾角大于20度，由于是高预斜置，所以当作缺陷。○表示没有液晶无序排列的排列情况，平均预倾角为5度至15度，当作良好排列。×表示有液晶分子无序排列的排列情况。
从图4可知，当形成第一无机斜向蒸镀层时，该层的厚度设置为2.5nm或20nm(不在5nm至16nm的范围内)时，液晶分子的预斜置很低或很高，或者液晶分子的排列方向变得无序，即使第二无机斜向蒸镀层的厚度为任何值，该排列情况也是劣质的。当形成第二无机斜向蒸镀层时，该层的厚度设置为8nm或45nm(不在10nm至40nm的范围内)时，液晶分子的预斜置很低或很高，或者液晶分子的排列方向变得无序，即使第一无机斜向蒸镀层的厚度为任何值，该排列情况也是劣质的。
相反，在形成第一无机斜向蒸镀层时蒸镀角(第一蒸镀角)设置为5度至16度，同时形成第二无机斜向蒸镀层时第二蒸镀角(第二蒸镀角)设置为10度至40度的液晶装置中，排列情况变得有次序；因此可知，由于平均预倾角在5度至10度的范围内的原因，所述排列情况是良好的。
如上面的详细解释，根据本发明的液晶装置，通过优化液晶装置的液晶盒间隙d与液晶层的螺距P之间的比d/P，可以有效地防止采用无机排列层的传统液晶装置中出现的旋错；因此可以实现没有因旋错所导致的缺陷显示(如光泄露)且具有良好的对比度的液晶装置。再者，较之具有有机层(如聚酰亚胺等)制成的有机排列层的液晶装置，可以实现在耐光和耐热性方面性能良好且优选作为液晶光阀的液晶装置。
再者，根据本发明的液晶装置，在具有间隙部分的底层上形成的无机排列层由如下部分构成具有倾斜的无机材料柱状结构的第一无机斜向蒸镀层和第二无机斜向蒸镀层，其中第二无机斜向蒸镀层的无机材料柱状结构的倾斜方向的方位角方向与第一无机斜向蒸镀层的柱状结构的倾斜方向的方位角方向不同。再者，因为在靠近上述间隙部分的区域形成上述第二无机斜向蒸镀层，所以可以减少出现无机材料的不均匀蒸镀的缺陷蒸镀区域和靠近上述间隙部分的未进行蒸镀的区域。相应地，即使像素间距精细到20μm或更小，在表面上具有间隙部分的底层上形成的无机排列层中也不会有异常情况，可以防止因排列层的异常情况而导致液晶的劣质排列，可以防止劣质显示的出现，如降低的对比度的出现。即使像素间距精细到15μm或更小，也可以获得这种效果。
相应地，通过采用本液晶装置，可以实现具有高显示质量的投影型显示装置。
权利要求
1.一种液晶装置，它包括设置在一对彼此相对的基片(20)之间的液晶层(50)；设置在所述基片对的液晶层一侧的表面上且具有间隙部分(80)的无机排列层(36，42)，所述无机排列层(36，42)包括第一无机斜向蒸镀层(36a)和形成于所述第一无机斜向蒸镀层(36a)上且靠近间隙部分(80)的区域的第二无机斜向蒸镀层(36b)；所述无机排列层(36，42)中至少一个的具有间隙部分(80)的底层；其中所述第一和所述第二无机斜向蒸镀层(36a，36b)由无机材料的倾斜柱状结构构成；以及构成所述第一和所述第二斜向蒸镀层的无机材料的柱状结构的倾斜方向的方位角方向在所述基片的平面内不同。
2.一种液晶装置，它包括设置在一对彼此相对的基片(20)之间的液晶层(50)；设置在所述基片对的任何一个上的以矩阵形式布置的多个像素电极、驱动所述多个像素电极的多个开关装置、分别连接到所述多个开关装置的多个数据线(6a)和多个扫描线(3a)；设置在所述另一个基片上的对面电极；分别设置在所述基片对的液晶层一侧的表面上的无机排列层(36，42)；无机排列层中至少任一个的底层，所述至少任一个无机排列层的一侧上设置有所述开关装置，所述底层的表面上具有间隙部分(80)；形成在具有所述间隙部分(80)的所述底层上的无机排列层(36，42)，后者包括第一无机斜向蒸镀层(36a)和设置在所述第一无机斜向蒸镀层(36a)上且靠近间隙部分(80)的区域的第二无机斜向蒸镀层(36b)；所述第一和所述第二无机斜向蒸镀层(36a，36b)包括无机材料的倾斜柱状结构；构成所述第一和所述第二斜向蒸镀层的无机材料的柱状结构的倾斜方向的方位角方向在所述基片的平面内不同。
3.如权利要求1或2所述的液晶装置，其特征在于构成所述第一和所述第二斜向蒸镀层(36a，36b)的无机材料的柱状结构的倾斜方向的方位角方向相差大约90度。
4.如权利要求1或2所述的液晶装置，其特征在于所述第一无机斜向蒸镀层(36A)的厚度在5nm至16nm的范围内，而所述第二无机斜向蒸镀层(36b)的厚度在10nm至40nm的范围内。
5.如权利要求1或2所述的液晶装置，其特征在于所述液晶层的液晶分子的预倾角在5至15度的范围内。
6.如权利要求1或2所述的液晶装置，其特征在于所述无机排列层(36，42)是氧化硅制成的斜向蒸镀层。
7.一种配备有权利要求1或2的液晶装置的投影显示装置，它包括用于发射光线的光源；所述液晶装置，用于调制从所述光源发出的光线；以及放大投影光学系统，它将由所述液晶装置调制的光线放大并将所述光线投射在投影屏面上。
全文摘要
一种液晶装置具有设置在一对基片的液晶层一侧的表面上的无机排列层(36，42)，当液晶层的液晶分子(50a)的平均预倾角θ的范围是5度≤θ≤20度时，该液晶层的液晶分子(50a)的扭转角φ、液晶盒间隙d以及液晶层的液晶分子的螺距P满足关系(0.6/360)φ＜d/P＜(1.4/360)φ，当液晶层的液晶分子(50a)的平均预倾角θ的范围是θ＞20度时，该液晶层的液晶分子(50a)的扭转角φ、液晶盒间隙d以及液晶层的液晶分子的螺距P满足关系(0.8/360)φ＜d/P＜(1.6/360)φ。
文档编号G02F1/1337GK1605906SQ20041008984
公开日2005年4月13日 申请日期2002年3月13日 优先权日2001年3月15日
发明者田中孝昭, 山崎泰志 申请人:精工爱普生株式会社