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JPH10339877A - 液晶配向膜とその製造方法およびそれを用いた液晶表示装置とその製造方法 - Google Patents

液晶配向膜とその製造方法およびそれを用いた液晶表示装置とその製造方法

Info

Publication number
JPH10339877A
JPH10339877A JP14827597A JP14827597A JPH10339877A JP H10339877 A JPH10339877 A JP H10339877A JP 14827597 A JP14827597 A JP 14827597A JP 14827597 A JP14827597 A JP 14827597A JP H10339877 A JPH10339877 A JP H10339877A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
group
liquid crystal
substrate
alignment film
film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP14827597A
Other languages
English (en)
Inventor
Kazufumi Ogawa
小川　　一文
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP14827597A priority Critical patent/JPH10339877A/ja
Priority to CN98801052A priority patent/CN1234877A/zh
Priority to PCT/JP1998/002254 priority patent/WO1998054617A1/ja
Priority to KR1019997000662A priority patent/KR20000029598A/ko
Priority to TW087107943A priority patent/TW459157B/zh
Publication of JPH10339877A publication Critical patent/JPH10339877A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】あらかじめ所望の電極を形成した基板表面に形
成された単分子膜状の被膜であり、前記被膜を構成する
分子が炭素鎖またはシロキサン結合鎖を含み、前記炭素
鎖またはシロキサン結合鎖の末端または一部に被膜の表
面エネルギーを制御する官能基を少なくとも一つ含んで
いる被膜を作製した後、ラビングすることにより、均一
で薄く、注入される液晶のプレチルト角度を制御でき、
且つ液晶を任意の方向に配向させ得る機能を有する配向
膜を提供する。 【解決手段】CH3(CH2)14SiCl3とNC(CH2)14SiCl3の組成
を好ましくは10:1〜1:50で変えると、臨界表面エネルギ
ーは17mN/mから26mN/mに変化し、それぞれプレチルト角
は86゜から33゜の範囲で任意に制御できる。この状態の
基板を２種類用い、ラビング方向5とほぼ直交する方向
に偏光方向13が向くように偏光板6を基板に重ねてセッ
トし、超高圧水銀灯の365nm(ｉ線)の光7を900mJ照射す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、液晶配向膜とその
製造方法およびそれを用いた液晶表示装置とその製造方
法に関するものである。さらに詳しくは、テレビジョン
（ＴＶ）画像やコンピュータ画像等を表示する液晶を用
いた平面表示パネルに用いる液晶配向膜およびその製造
方法およびそれを用いた液晶表示装置とその製造方法に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、カラー液晶表示パネルは、マトリ
ックス状に配置された対向電極を形成した２つの基板の
間にポリビニルアルコールやポリイミド樹脂溶液をスピ
ナー等で回転塗布して形成しラビングした液晶配向膜を
介して液晶を封入した装置が一般的であった。
【０００３】例えば、予め第１のガラス基板上に画素電
極を持った薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）アレイを形成し
たものと、第２のガラス基板上に複数個の赤青緑のカラ
ーフィルターが形成されさらにその上に共通透明電極が
形されたもの、それぞれの電極面にポリビニルアルコー
ルやポリイミド溶液をスピナーを用いて塗布して被膜形
成した後、ラビングを行なって液晶配向膜を形成し、ス
ペーサーを介して任意のギャップで対向するように接着
組み立てた後、液晶（ツイストネマチック（ＴＮ）等）
を注入しパネル構造を形成した後、パネルの裏表に偏光
板を設置し、裏面よりバックライトを照射しながら、Ｔ
ＦＴを動作させカラー画像を表示するデバイスが知られ
ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
配向膜の作成は、ポリビニルアルコールやポリイミド樹
脂を有機溶媒に溶解させ回転塗布機などを用いて塗膜形
成した後、フェルト布等を用いてラビングを行なう方法
が用いられていたため、膜厚を全面にわたり均一にする
のは難しく、また厚さを薄くするのには限界があり、液
晶表示素子を作成し使用時表示むらがでたり、表示焼き
付きがでたり、駆動電圧が高くなる等大きな問題があっ
た。
【０００５】本発明は、前記従来の問題を解決するた
め、液晶表示パネルにおいて使用される配向膜であり、
厚みはナノメータレベルできわめて薄く、液晶の配向方
向はラビングにより制御され、液晶のプレチルト角度は
配向膜の臨界表面エネルギーを制御することにより制御
された液晶用配向膜を高能率で均一性よく提供できる方
法およびそれを用いた表示素子を製造する方法を提供す
ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明では、あらかじめ所望の電極を形成した基板
表面に形成された単分子膜状の被膜であり、前記被膜を
構成する分子が炭素鎖またはシロキサン結合鎖を含み、
前記炭素鎖またはシロキサン結合鎖の末端あるいは一部
に被膜の表面エネルギーを制御する官能基を少なくとも
一つ含んでいる単分子膜状の被膜を作製した後、ラビン
グすることにより、従来のものに比べて格段に均一で薄
く、注入される液晶のプレチルト角度を制御でき、且つ
液晶を任意の方向に配向させ得る機能を有する新規な配
向膜を提供する。
【０００７】このとき、被膜を構成する分子として臨界
表面エネルギーの異なる複数種のシリコン系界面活性剤
を混合して用い、固定された被膜が所望の臨界表面エネ
ルギー値になるよう組成を制御すると注入された液晶の
プレチルト角を任意に制御する上で都合がよい。
【０００８】また、単分子膜の表面エネルギーを制御す
る官能基として、３フッ化炭素基（−ＣＦ3）、メチル
基（−ＣＨ3）、ビニル基（−ＣＨ＝ＣＨ2）、アリル基
（−ＣＨ＝ＣＨ−）、アセチレン基（炭素−炭素の３重
結合）、フェニル基（−Ｃ6Ｈ5）、フェニレン基（−Ｃ
6Ｈ4−）、ハロゲン原子、アルコキシ基（−ＯＲ；Ｒは
アルキル基を表す、とくに炭素数１〜３の範囲のアルキ
ル基が好ましい。）、シアノ基（−ＣＮ）、アミノ基
（−ＮＨ2）、水酸基（−ＯＨ）、カルボニル基（＝Ｃ
Ｏ）、カルボキシ基（−ＣＯＯ−）及びカルボキシル基
（−ＣＯＯＨ）から選ばれる少なくとも一つの有機基を
用いると臨界表面エネルギーの制御を容易に行える。
【０００９】さらに、被膜を構成する分子の末端にＳｉ
を含ませておくことにより、基板表面への分子の固定が
きわめて容易になる。さらにまた、被膜の臨界表面エネ
ルギーを１５ｍＮ／ｍ〜５６ｍＮ／ｍの間で所望の値に
制御しておくことにより、注入する液晶のプレチルト角
を０〜９０度の範囲で任意に制御できる。
【００１０】一方、このような配向膜は、電極を形成し
た基板を、炭素鎖またはシロキサン結合鎖を含み且つ前
記炭素鎖またはシロキサン結合鎖の末端あるいは一部に
被膜の表面エネルギーを制御する官能基を少なくとも一
つ含んでいるシラン系界面活性剤を用いて作製した化学
吸着液に接触させ前記吸着液中の界面活性剤分子と基板
表面とを化学反応させ前記界面活性剤分子を基板表面に
一端で結合固定する工程と、表面をラビングする工程を
行うことにより製造できる。
【００１１】また、界面活性剤として直鎖状炭素鎖また
はシロキサン結合鎖とクロロシリル基、またはアルコキ
シシラン基またはイソシアネートシラン基を含むシラン
系の界面活性剤を用いると単分子膜状の被膜を製造する
上で都合がよい。
【００１２】さらに、界面活性剤として臨界表面エネル
ギーの異なる複数種のシリコン系界面活性剤を混合して
用いれば、被膜の臨界表面エネルギーをより細かく制御
でき、液晶のプレチルト角度を精度良く制御する上で都
合がよい。
【００１３】さらにまた、炭素鎖またはシロキサン結合
鎖の末端または主鎖内、あるいは側鎖に３フッ化炭素基
（−ＣＦ3）、メチル基（−ＣＨ3）、ビニル基（−ＣＨ
＝ＣＨ2）、アリル基（−ＣＨ＝ＣＨ−）、アセチレン
基（炭素−炭素の３重結合）、フェニル基（−Ｃ
6Ｈ5）、フェニレン基（−Ｃ6Ｈ4−）、ハロゲン原子、
アルコキシ基（−ＯＲ；Ｒはアルキル基を表す、とくに
炭素数１〜３の範囲のアルキル基が好ましい。）、シア
ノ基（−ＣＮ）、アミノ基（−ＮＨ2）、水酸基（−Ｏ
Ｈ）、カルボニル基（＝ＣＯ）、カルボキシ基（−ＣＯ
Ｏ−）及びカルボキシル基（−ＣＯＯＨ）から選ばれる
少なくとも一つの有機基を組み込むことで被膜の臨界表
面エネルギーをより細かく制御できる。
【００１４】また、界面活性剤分子を基板表面に一端で
結合固定する工程の後に、有機溶剤で洗浄して、さらに
所望の方向に基板を立てて液切りを行い、液切り方向に
前記固定された分子を予備配向させる工程を行うこと
で、注入した液晶の配向方向をより均一に制御できる。
【００１５】また、単分子膜を任意の方向にラビングし
て前記配向された分子を所望の方向に配向させた後、偏
光板にパターン状のマスクを重ねて露光する工程を行
い、同一面内の配向膜内でパターン状の配向方向の異な
る部分を複数箇所設けることで、デバイスの表示性能を
より向上できる。
【００１６】さらにまた、界面活性剤として直鎖状炭素
鎖またはシロキサン結合鎖とクロロシリル基またはイソ
シアネートシラン基を含むシラン系の界面活性剤を用
い、洗浄有機溶媒として水を含まない非水系の有機溶媒
を用いることで、より欠陥の少ない単分子膜状の液晶配
向膜を提供できる。
【００１７】このとき、非水系の有機溶媒として、アル
キル基、フッ化炭素基または塩化炭素基またはシロキサ
ン基を含む溶媒を用いると液切りに都合がよい。界面活
性剤分子を一端で固定する工程の前に、多数のＳｉＯＨ
基を含む被膜を形成する工程を行い、この膜を介して単
分子膜状の被膜を形成、ラビングすることで、より密度
の高い単分子膜状の液晶配向膜を提供できる。
【００１８】さらに、炭素鎖またはシロキサン結合鎖を
含み、前記炭素鎖またはシロキサン結合鎖の末端あるい
は一部に被膜の表面エネルギーを制御する官能基を少な
くとも一つ含んでいる分子で構成された単分子膜状の被
膜がラビングされ、液晶用の配向膜として２つの対向さ
せる電極の形成された基板表面の少なくとも一方の基板
の電極側表面に直接または他の被膜を介して間接に形成
されており、液晶が前記２つの対向する電極に前記配向
膜を介して挟まれている液晶表示装置を作製することに
より、厚みはナノメータレベルできわめて薄く、液晶の
配向方向はラビングにより制御され、液晶のプレチルト
角度は配向膜の臨界表面エネルギーを制御することによ
り制御された液晶用配向膜を有する液晶表示装置を提供
できる。
【００１９】なお、対向させる２つの電極の形成された
基板表面にそれぞれ前記被膜を配向膜として形成してお
くとよりコントラストの高い液晶表示装置を提供でき
る。また、基板表面の被膜にパターン状の配向方向の異
なる部分を複数箇所作り込んでおくと表示視野角を大幅
に改良できて好都合である。
【００２０】さらに、対向する電極が片方の基板表面に
それぞれ形成されている面内スイッチ（ＩＰＳ）タイプ
の表示素子にも有効に利用可能である。
【００２１】一方、このような表示素子の製造には、あ
らかじめマトリックス状に載置された第１の電極群を有
する第１の基板を直接または任意の薄膜を形成した後、
炭素鎖またはシロキサン結合鎖を含み、前記炭素鎖また
はシロキサン結合鎖の末端あるいは一部に被膜の表面エ
ネルギーを制御する官能基を少なくとも一つ含んでいる
シラン系界面活性剤を用いて作製した化学吸着液に接触
させ前記吸着液中の界面活性剤分子と基板表面とを化学
反応させ前記界面活性剤分子を基板表面に一端で結合固
定する工程と、有機溶剤で洗浄後さらに所望の方向に基
板を立てて液切りを行い液切り方向に前記固定された分
子を予備配向させる工程と、表面をラビングする工程
と、前記第１の電極群を有する第１の基板と第２の基
板、または第２の電極叉は電極群を有する第２の基板
を、電極面を内側にして所定の間隙を保ちつつ位置合わ
せして接着固定する工程と、前記第１と第２の基板の間
に所定の液晶を注入する工程を用いると表示特性に優れ
た液晶表示装置を効率よく製造できる。
【００２２】さらに、ラビングして前記結合された界面
活性剤分子の向きを所望の傾きを有した状態で特定の方
向に揃える工程の後、偏光板にパターン状のマスクを重
ねて露光する工程を行うことより、同一面内の配向膜内
でパターン状の配向方向の異なる部分を複数箇所設ける
と、マルチドメイン配向した液晶表示装置を効率よく提
供できる。
【００２３】
【発明の実施の形態】本発明では、少なくとも、電極を
形成した基板を、炭素鎖またはシロキサン結合鎖を含
み、前記炭素鎖またはシロキサン結合鎖の末端あるいは
一部に被膜の表面エネルギーを制御する官能基を少なく
とも一つ含んでいるシラン系界面活性剤を用いて作製し
た化学吸着液に接触させ前記吸着液中の界面活性剤分子
と基板表面とを化学反応させ前記界面活性剤分子を基板
表面に一端で結合固定する工程と表面をラビングする工
程とを用いて、所望の電極を形成した基板表面に形成さ
れた単分子膜状の被膜であり、且つ前記被膜を構成する
分子が炭素鎖またはシロキサン結合鎖を含み、前記炭素
鎖またはシロキサン結合鎖の末端あるいは一部に被膜の
表面エネルギーを制御する官能基を少なくとも一つ含ん
でおり、かつラビング方向に沿って液晶の配向規制力を
有する液晶配向膜を提供する。
【００２４】また，あらかじめマトリックス状に載置さ
れた第１の電極群を有する第１の基板を直接または任意
の薄膜を形成した後、炭素鎖またはシロキサン結合鎖を
含み、前記炭素鎖またはシロキサン結合鎖の末端あるい
は一部に被膜の表面エネルギーを制御する官能基を少な
くとも一つ含んでいるシラン系界面活性剤を用いて作製
した化学吸着液に接触させ前記吸着液中の界面活性剤分
子と基板表面とを化学反応させ前記界面活性剤分子を基
板表面に一端で結合固定する工程と、有機溶剤で洗浄後
さらに所望の方向に基板を立てて液切りを行い液切り方
向に前記固定された分子を予備配向させる工程と、任意
の方向にラビングを行いさらに配向を制御する工程と、
前記第１の電極群を有する第１の基板と第２の基板、ま
たは第２の電極叉は電極群を有する第２の基板を、電極
面を内側にして所定の間隙を保ちつつ位置合わせして接
着固定する工程と、前記第１と第２の基板の間に所定の
液晶を注入する工程とを用いて、 炭素鎖またはシロキ
サン結合鎖 を含み、前記炭素鎖またはシロキサン結合
鎖の末端あるいは一部に被膜の表面エネルギーを制御す
る官能基を少なくとも一つ含んでいる分子で構成された
被膜が、液晶用の配向膜として２つの対向させる電極の
形成された基板表面の少なくとも一方の基板の電極側表
面に直接または他の被膜を介して間接に形成されてお
り、且つ液晶が前記２つの対向する電極に前記配向膜を
介して挟まれている液晶表示装置を提供できる。
【００２５】
【実施例】以下実施例を用いて本発明をさらに具体的に
説明する。 （実施例１）表面に透明電極の形成されたガラス基板１
（表面に水酸基を多数含む）を準備し、あらかじめよく
洗浄脱脂する。次に、末端に被膜の表面エネルギーを制
御する官能基を一つ組み込んだ直鎖状炭化水素基及びＳ
ｉを含むシラン系界面活性剤（以下、化学吸着物質ある
いは化学吸着化合物ともいう）、ＣＨ3（ＣＨ2）14Ｓｉ
Ｃｌ3とＮＣ（ＣＨ2）14ＳｉＣｌ3（モル比で１：１に
混合して用いた）を用い、１重量％程度の濃度で非水系
の溶媒に溶かして化学吸着溶液を調整した。非水系溶媒
としては、良く脱水したヘキサデカンを用いた。このよ
うにして調製された溶液を吸着溶液２とし、この吸着溶
液２の中に、乾燥雰囲気中（相対湿度３０％以下）で前
記基板１を１時間程度浸漬（塗布しても良い）した（図
１）。その後、液から引き上げて、良く脱水した水を含
まない非水系の溶媒であるｎ−ヘキサン３で洗浄した
後、基板を所望の方向に立てた状態で洗浄液より引き上
げて液切りし水分を含む空気中に暴露した（図２）。前
記の一連の工程で、前記クロロシラン系界面活性剤のＳ
ｉＣｌ基と前記基板表面の水酸基とで脱塩酸反応が生
じ、下記式（化１および２）の結合が生成された。さら
に、空気中の水分と反応して式（化３及び４）の結合が
生成された。なお、このとき吸着された分子の炭素鎖は
液切り方向にある程度配向していた。
【００２６】
【化１】
【００２７】
【化２】
【００２８】
【化３】
【００２９】
【化４】
【００３０】次に、レーヨン布をセットしたラビング装
置を用いて押し込み０．３ｍｍで５ｍ／分の条件で引き
上げ方向に対して４５度となるようラビングを行った。
以上の処理により、前記クロロシラン系界面活性剤が反
応してなる化学吸着単分子膜４が基板表面の水酸基が含
まれていた部分にシロキサンの共有結合を介して化学結
合した状態で結合され、結合された分子がラビング方向
５に沿って配向して約１.３ｎｍの膜厚で形成された
（図３）。なお、このとき化学吸着膜の臨界表面エネル
ギーは約２５ｍＮ／ｍであった。
【００３１】さらに、この状態の基板２枚を用い、化学
吸着膜が向かい合うように組み合わせて、ラビング方向
がアンチパラレルになるようにセットし２０ミクロンギ
ヤップの液晶セルを組み立て、ネマチック液晶（ＺＬＩ
４７９２；メルク社製）を注入して配向状態を確認する
と、注入した液晶分子がラビング方向５に沿って、すな
わち化学吸着された分子に沿って基板に対して約プレチ
ルト角６１゜で配向していた（図３）。
【００３２】このとき、ＣＨ3（ＣＨ2）14ＳｉＣｌ3と
ＮＣ（ＣＨ2）14ＳｉＣｌ3の組成を１：０〜０：１（好
ましくは１０：１〜１：５０）で変えると、臨界表面エ
ネルギーは１７ｍＮ／ｍから２６ｍＮ／ｍに変化し、そ
れぞれプレチルト角は８６゜から３３゜の範囲で任意に
制御できた。さらに、化学吸着化合物としてフッ素を含
む界面活性剤、例えば、ＣＦ3（ＣＦ2）5（ＣＨ2）2Ｓ
ｉＣｌ3を添加して行くと臨界表面エネルギーは１５ｍ
Ｎ／ｍまで小さくできた。この場合は、液晶のプレチル
ト角はほぼ９０度であったが、電圧を印加して駆動して
みると、きわめて均一な配向変化を示した。
【００３３】なお、膜を選択的に形成したい場合には、
印刷機を用いて所望のパターンで基板表面１に吸着液２
を印刷する方法が利用できた。
【００３４】以上のように、この実施例では、得られる
膜表面の臨界表面エネルギーが異なり、且つ炭素鎖長が
−（ＣＨ2）14−と同じ長さのシラン系界面活性剤を用
いたが、炭素鎖長の長さが異なる（例えば、−（Ｃ
Ｈ2）n−；ｎは１から３０の範囲の整数）界面活性剤を
混合して用いても、臨界表面エネルギーが同じなら配向
方向はラビング方向で制御でき、プレチルト角度は単分
子膜の臨界表面エネルギーで同様に制御できた。
【００３５】さらに、この状態の基板を２種類用い、ラ
ビング方向５とほぼ直交する方向に偏光方向１３が向く
ように偏光板（ＨＮＰ´Ｂ）６（ポラロイド社製）を基
板に重ねてセットし、５００Ｗの超高圧水銀灯の３６５
ｎｍ（ｉ線）の光７（偏光膜透過後３．６ｍＷ／ｃ
ｍ2）を用いて９００ｍＪ照射した（図４）。
【００３６】その後、前記化学吸着単分子膜４’中の直
鎖状炭素鎖の配向方向を調べると臨界表面エネルギーと
チルト角は変わらなかったが配向方向８は偏光方向１３
とほぼ平行方向に変化し、しかも配向ばらつきも予備配
向時より改善されていた（図５〜６）。図中、９は透明
電極を表わす。なお、このとき照射部の吸着分子の配向
方向を一方向に揃えるためには、ラビング方向と完全に
９０゜で交差するのではなく、多少、好ましくは数度以
上ずらす必要がある。この場合、最大、ラビング方向と
平行になるように偏光方向１３を合わせても良い。もし
万一完全に９０゜に交差させれば、個々の分子が２方向
に向いてしまう場合がある。
【００３７】ここで、選択的に配向方向を変えたい場合
には、あらかじめ全面ラビングを行った後、偏光板にパ
ターン状のマスクを重ねて８００〜１２００ｍＪのエネ
ルギーで３６５ｎｍの波長の紫外線を照射すると、照射
された部分のみ配向方向が変化し同一面内の配向膜内で
パターン状に配向方向の異なる部分、すなわち、ラビン
グ方向５と偏光方向１３にそれぞれ沿って液晶が配向す
る部分を複数箇所設けることができた。さらに、所望の
マスクを偏光板に重ねて同様の条件で露光する工程を複
数回行うと、きわめて容易にパターン状に複数の配向方
向の異なる単分子膜状の液晶配向膜を作製できた。すな
わち、一つの絵素がマルチドメイン配向された液晶表示
装置を提供できた。
【００３８】本実施例では、洗浄用の水を含まない溶媒
として、アルキル基を含む炭化水素系のｎ−ヘキサンを
用いたが、これ以外にも、水を含まず界面活性剤を溶か
す溶媒ならどのような溶媒でも使用可能である。たとえ
ばこれ以外にも、フッ化炭素基、塩化炭素基またはシロ
キサン基を含む溶媒、例えば、フレオン１１３やクロロ
ホルムやヘキサメチルジシロキサン等をそれぞれ用いる
ことができた。
【００３９】（実施例２）実施例１に於て、炭素鎖やシ
ロキサン結合鎖を含む界面活性剤分子の化学吸着を行う
工程の前に、クロロシリル基を複数個含む化合物を溶か
して作製した吸着溶液を作り、ドライ雰囲気中で浸漬し
た。すると、基板表面に含まれた水酸基とクロロシリル
基を複数個含む化合物のクロロシリル基が脱塩酸反応し
た。その後、さらに水と反応させると残ったクロロシリ
ル基が水酸基に変化して、表面にＳｉＯＨ結合、すなわ
ち水酸基を多数含む化学吸着膜が形成された。
【００４０】たとえば、クロル基を複数個含むシリル化
合物としてＳｉＣｌ4 を用いｎ−オクタンに溶かして吸
着液を作製し、乾燥雰囲気中で基板を浸漬すれば、表面
にはーＯＨ基が含まれているので、界面で脱塩酸反応が
生じ下記式（化５）及び／または（化６）が形成され、
クロロシラン分子１１が−ＳｉＯ−結合を介して基板表
面に固定される。
【００４１】
【化５】
【００４２】
【化６】
【００４３】その後、非水系の溶媒例えばクロロホルム
で洗浄すると、基板と反応していない余分のＳｉＣｌ4
分子は除去される（図７）。さらに空気中に取りだし水
と反応させると、表面に下記式（化７）及び／または
（化８）で示される多数のＳｉＯＨ結合を含むシロキサ
ン単分子吸着膜１２が得られた（図８）。
【００４４】
【化７】
【００４５】
【化８】
【００４６】なお、このとき非水系の溶媒例えばクロロ
ホルムで洗浄する工程を省けば、表面に多数のＳｉＯＨ
結合を含むポリシロキサン化学吸着膜が形成された。な
お、このときできたシロキサン単分子膜１２は基板とは
−ＳｉＯ−の化学結合を介して完全に結合されているの
で剥がれることが無い。また、得られた単分子膜は表面
にＳｉＯＨ結合を数多く持つ。特に−ＯＨ基は、当初の
約２〜３倍程度の数が生成された。この状態での処理部
は、極めて親水性が高かった。そこで、この状態で、実
施例１と同様の界面活性剤を用い化学吸着工程を行う
と、図１と同様の界面活性剤が反応してなる炭素鎖を含
む化学吸着単分子膜が前記シロキサン単分子膜１２を介
してシロキサンの共有結合で化学結合した状態で約１．
５ｎｍの膜厚で形成された。このとき、界面活性剤の吸
着前の基材表面の吸着サイト（この場合はＯＨ基）は、
実施例１に比べて約２〜３倍程度と多いため、実施例１
の場合に比べより吸着分子密度を大きくできた。また、
処理部は親油性となった。
【００４７】次に、この状態の基板を用い、引き上げ方
向とほぼ直交する方向にラビング方向が向くようにラビ
ングをおこなった。その後、前記化学吸着単分子膜中の
直鎖状炭素鎖の配向方向を調べると実施例１に比べチル
ト角は８６゜と多少大きくなっていたが配向方向はラビ
ング方向とほぼ平行に変化し、しかも配向ばらつきも改
善されていた。なお、このときの臨界表面エネルギーは
２８ｍＮ／ｍであった。
【００４８】そこでこの状態の基板２枚を用い、化学吸
着膜が向かい合うように組み合わせて、配向方向がアン
チパラレルになるようにして２０ミクロンギヤップの液
晶セルを組み立て、ネマチック液晶（ＺＬＩ４７９２；
メルク社製）を注入して配向状態を確認すると、注入し
た液晶分子が化学吸着された分子に沿って基板に対して
プレチルト角約４６゜で配向することが確認できた。
【００４９】なお、クロル基を複数個含むシリル化合物
として、前記ＳｉＣｌ4 以外に、例えば、Ｃｌ−（Ｓｉ
Ｃｌ2Ｏ）2−ＳｉＣｌ3、またはＳｉＨＣｌ3、ＳｉＨ2
Ｃｌ2、さらに、Ｃｌ−（ＳｉＣｌ2Ｏ）n−ＳｉＣｌ
3（ｎは整数）が利用できた。
【００５０】（実施例３）実施例１に於て、化学吸着物
質としてＣＨ3（ＣＨ2）14ＳｉＣｌ3とＮＣ（ＣＨ3）2
（ＣＨ2）14ＳｉＣｌ3の代わりに、ＣｌＳｉ（ＣＨ3）2
ＯＳｉ（ＣＨ3）2ＯＳｉ（ＣＨ3）2ＯＳｉ（ＣＨ3）2Ｃ
ｌとＣＨ3（ＣＨ2）14ＳｉＣｌ3を１：０〜０：１の間
で混合して用いた場合、臨界表面エネルギーは混合比に
応じて３５ｍＮ／ｍから２１ｍＮ／ｍの範囲で制御でき
た。さらに、セルを組立同様の液晶を注入するとプレチ
ルト角は５度から８９度の範囲で制御できた。
【００５１】なお、直鎖状のシロキサン結合鎖を含んだ
ＣｌＳｉ（ＣＨ3）2ＯＳｉ（ＣＨ3）2ＯＳｉ（ＣＨ3）2
ＯＳｉ（ＣＨ3）2Ｃｌと直鎖状の炭化水素鎖を含んだＣ
Ｈ3（ＣＨ2）14ＳｉＣｌ3を所望の比率で混合して用い
て被膜を作製すると、表面に下記式（化９）および（化
１０）で示される分子を混合比率に応じて含む化学吸着
単分子膜が得られた。
【００５２】
【化９】
【００５３】
【化１０】
【００５４】（実施例４）実施例１に於て、化学吸着物
質としてＣＨ3（ＣＨ2）14ＳｉＣｌ3とＮＣ（ＣＨ3）2
（ＣＨ2）14ＳｉＣｌ3の代わりに、ＨＯＯＣ（ＣＨ2）
16Ｓｉ（ＯＣＨ3） 3とＢｒ（ＣＨ2）8Ｓｉ（ＯＣＨ3）3
を１：０〜０：１の間で混合して用い、化学吸着時に１
００℃で２時間還流した。この場合には、臨界表面エネ
ルギーは混合比に応じて５６ｍＮ／ｍから３１ｍＮ／ｍ
の範囲で制御できた。さらに、セルを組立後同様の液晶
を注入すると、液晶の配向方向はラビング方向で制御さ
れ、プレチルト角は０度から２７度の範囲で制御でき
た。
【００５５】（実施例５）実施例１に於て、化学吸着物
質としてＣＨ3（ＣＨ2）14ＳｉＣｌ3とＮＣ（ＣＨ3）2
（ＣＨ2）14ＳｉＣｌ3の代わりに、ＣＨ3ＣＨ2Ｃ*ＨＣ
Ｈ3ＣＨ2ＯＣＯ（ＣＨ2）10ＳｉＣｌ3（ただし、Ｃ*は
不整炭素）とＣＨ3ＳｉＣｌ3とを１：０〜１：２０の間
で混合して用い同様の配向膜を作製した。この場合に
は、臨界表面エネルギーは混合比に応じて３６ｍＮ／ｍ
から４１ｍＮ／ｍの範囲で制御できた。さらに、セルを
組立後同様の液晶を注入すると、液晶の配向方向はラビ
ング方向で制御され、プレチルト角は３度から０．１度
の範囲で制御できた。
【００５６】（実施例６）次に、上記液晶配向膜を用い
て実際に液晶表示デバイスを製造しようとする場合の製
造プロセスについて図９を用いて説明する。
【００５７】まず、図９に示すように、マトリックス状
に載置された第１の電極群２１とこの電極を駆動するト
ランジスター群２２を有する第１の基板２３上、および
第１の電極群と対向するように載置したカラーフィルタ
ー群２４と第２の電極２５を有する第２の基板２６上
に、実施例５と同様の手順にしたがって、調製した化学
吸着液を塗布し、臨界表面エネルギーが３６ｍＮ／ｍの
化学吸着単分子膜を作製した。
【００５８】その後、実施例１と同様の条件で電極パタ
ーンと平行になるようにラビングを行った。その結果、
実施例５と同様に電極パターンに沿って直鎖状の炭化水
素基が再配向した臨界表面エネルギーが３７ｍＮ／ｍの
液晶配向膜２７が作製できた。次に、前記第１と第２の
基板２３、２６を電極が対向するように位置合わせして
スペーサー２８と接着剤２９でおよそ５ミクロンのギャ
ップで固定した。その後、前記第１と第２の基板に前記
ＴＮ液晶３０を注入した後、偏光板３１、３２を組み合
わせて表示素子を完成した。このとき注入された液晶の
プレチルト角は３度であった。
【００５９】この様なデバイスは、バックライト３３を
全面に照射しながら、ビデオ信号を用いて各々のトラン
ジスタを駆動することで矢印Ａの方向に映像を表示でき
た。 （実施例７）実施例６におけるラビング工程後、実施例
１と同様に前記偏光板に各々の画素を市松状に４分割す
るパターン状のマスクを重ねて露光する工程を１回行う
と、同一画素内でパターン状に配向方向の異なる部分を
４箇所設けることができた。そして、この配向膜を形成
した基板を用いると液晶表示装置の視野角を大幅に改善
できた。
【００６０】なお、上記実施例１では、露光に用いる光
として超高圧水銀灯のｉ線である３６５ｎｍの光を用い
たが、膜物質の光の吸収度合いに応じて４３６ｎｍ、４
０５ｎｍ、２５４ｎｍやＫｒＦエキシマレーザーで得ら
れる２４８ｎｍの光を用いることも可能である。特に、
２４８ｎｍや２５４ｎｍの光は大部分の物質に吸収され
易いためエネルギー配向効率が高い。
【００６１】また、直鎖状炭化水素基またはシロキサン
結合鎖とクロロシリル基、またはアルコキシシリル基ま
たはイソシアネートシリル基を含むシラン系の界面活性
剤として、分子端にシアノ基と他の一端にクロロシリル
基を含んだクロロシラン系界面活性剤とメチル基とクロ
ロシリル基を含んだクロロシラン系界面活性剤を混合し
て用いた、すなわち表面エネルギーの異なる膜となる２
種のクロロシラン系界面活性剤を混合して用いた例を示
したが、本願発明ではこれらに限定されるものではな
く、表面エネルギーの異なる各種界面活性剤を組み合わ
せて、各種表面エネルギーの異なる配向膜を作製でき
た。例えば、以下に示したような炭化水素基の末端に３
フッ化炭素基（−ＣＦ3）、メチル基（−ＣＨ3）、ビニ
ル基（−ＣＨ＝ＣＨ2）、アリル基（−ＣＨ＝ＣＨ
−）、アセチレン基（炭素−炭素の３重結合）、フェニ
ル基（−Ｃ6Ｈ5）、アリール基（−Ｃ6Ｈ4−）、ハロゲ
ン原子、アルコキシ基（−ＯＲ；Ｒはアルキル基を表
す、とくに炭素数１〜３の範囲のアルキル基が好まし
い。）、シアノ基（−ＣＮ）、アミノ基（−ＮＨ2）、
水酸基（−ＯＨ）、カルボニル基（＝ＣＯ）、カルボキ
シ基（−ＣＯＯ−）及びカルボキシル基（−ＣＯＯＨ）
から選ばれる少なくとも一つの有機基、あるいは光学活
性を有する炭化水素基で置換されたクロロシラン系界面
活性剤が使用できた。
【００６２】なお、Ｈａ（ＣＨ2）nＳｉＣｌ3 （Ｈａは
塩素、臭素、ヨウ素、ふっ素等のハロゲン原子を表し、
ｎは整数で１〜２４が好ましい。）で示されるクロロシ
ラン系界面活性剤も使用できる。さらに下記の一般式で
示される化合物も使用できる。
【００６３】(1) CH3(CH2)nSiCl3 （ｎは整数で０〜２
４が好ましい。） (2) CH3(CH2)pSi(CH3)2(CH2)qSiCl3（ｐ，ｑは整数で０
〜１０が好ましい。） (3) CH3COO(CH2)mSiCl3（ｍは整数で７〜２４が好まし
い。） (4) C6H6(CH2)nSiCl3（ｎは整数で０〜２４が好まし
い。） (5) CN(CH2)nSiCl3（ｎは整数で０〜２４が好まし
い。） (6) Cl3Si(CH2)nSiCl3（ｎは整数で３〜２４が好まし
い。） (7) Cl3Si(CH2)2(CF2)n(CH2)2SiCl3（ｎは整数で１〜１
０が好ましい。）
【００６４】さらにクロロシラン系界面活性剤以外に、
以下に示したようなアルコキシシリル基またはイソシア
ネートシリル基を含むシラン系の界面活性剤が使用でき
た。 (8) Ha(CH2)nSi(OCH3)3（Ｈａは塩素、臭素、ヨウ素、
ふっ素等のハロゲン原子を表し、ｎは整数で１〜２４が
好ましい。） (9) CH3(CH2)nSi(NCO)3（ｎは整数で０〜２４が好まし
い。） (10) CH3(CH2)pSi(CH3)2(CH2)qSi(OCH3)3（ｐ，ｑは整
数で０〜１０が好ましい。） (11) HOOC(CH2)mSi(OCH3)3（ｍは整数で７〜２４が好ま
しい。） (12) H2N(CH2)mSi(OCH3)3（ｍは整数で７〜２４が好ま
しい。） (13) C6H6(CH2)nSi(NCO)3（ｎは整数で０〜２４が好ま
しい。） (14) CN(CH2)nSi(OC2H5)3（ｎは整数で０〜２４が好ま
しい。）
【００６５】より具体的には下記の化合物も使用でき
る。 (1) Br(CH2)8SiCl3 (2) CH2=CH(CH2)17SiCl3 (3) CH3(CH2)8-CO-(CH2)10SiCl3 (4) CH3(CH2)5-COO-(CH2)10SiCl3 (5) CH3(CH2)8-Si(CH3)2-(CH2)10SiCl3 (6) CH3(CH2)17SiCl3 (7) CH3(CH2)5Si(CH3)2(CH2)8SiCl3 (8) CH3COO(CH2)14SiCl3 (9) C6H6(CH2)8SiCl3 (10) CN(CH2)14SiCl3 (11) Cl3Si(CH2)8SiCl3 (12) Cl3Si(CH2)2(CF2)4(CH2)2SiCl3 (13) Cl3Si(CH2)2(CF2)6(CH2)2SiCl3 (14) CF3CF2(CF2)7(CH2)2SiCl3 (15) (CF3)2CHO(CH2)15Si(CH3)2Cl (16) CF3CF2(CH2)2Si(CH3)2(CH2)15SiCl3 (17) CF3(CF2)4(CH2)2Si(CH3)2(CH2)9SiCl3 (18) CF3(CF2)7(CH2)2Si(CH3)2(CH2)9SiCl3 (19) CF3COO(CH2)15SiCH3Cl2 (20) CF3(CF2)5(CH2)2SiCl3 (21) CH3CH2CHC*H3CH2OCO(CH2)10SiCl3 (Ｃ*は光学活性
の不整炭素を示す。) (22) CH3CH2CHC*H3CH2OCOC6H6OCO6H6O(CH2)5SiCl3 (23) 下記式（化１１）で示される化合物
【００６６】
【化１１】
【００６７】(24) 下記式（化１２）で示される化合物
【００６８】
【化１２】
【００６９】
【００７０】また、シロキサン結合鎖とクロロシリル
基、またはアルコキシシラン基またはイソシアネートシ
ラン基を含む以下のものが使用できた。この場合も、高
度に配向した膜が得られた。 (25) ClSi(CH3)2OSi(CH3)2OSi(CH3)2OSi(CH3)2Cl (26) Cl3SiOSi(CH3)2OSi(CH3)2OSi(CH3)2OSi(CH3)2OSiC
l3
【００７１】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、電
極を形成した基板を、炭素鎖またはシロキサン結合鎖を
含み、前記炭素鎖またはシロキサン結合鎖の末端あるい
は一部に被膜の表面エネルギーを制御する官能基を少な
くとも一つ含んでいるシラン系界面活性剤を用いて作製
した化学吸着液に接触させ、前記吸着液中の界面活性剤
分子と基板表面とを化学反応させ前記界面活性剤分子を
基板表面に一端で結合固定する工程と、ラビング工程を
用いることにより、従来のものに比べて格段に均一で薄
く、注入される液晶の配向方向はラビング方向で制御さ
れ、プレチルト角度は単分子膜の表面エネルギーで制御
された新規な配向膜を提供できる効果がある。
【００７２】また、ラビング工程後に、偏光板にパター
ン状のマスクを重ねて露光する工程を複数回行うと、同
一面内の配向膜内でパターン状の配向方向のみ異なる部
分を複数箇所設けることができ、従来のようなラビング
では難しかった個々の画素の配向が複数種に分割された
マルチドメインの液晶表示装置を効率良く合理的に作製
できる。
【００７３】さらにまた、このような配向膜は、基板表
面に共有結合を介して強固に結合されているため、極め
て高信頼な液晶表示装置を提供できる。
【００７４】なお、吸着形成された配向膜は、特定の表
面エネルギーを有する液晶例えばネマティック液晶や強
誘電液晶を結合組み込むことも可能なため、配向方向お
よびチルト角の制御のみならず配向規制力の大きな配向
膜を効率良く合理的に作製できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例１における単分子膜状の液晶
配向膜作製に用いる化学吸着工程を説明するための断面
概念図。
【図２】 本発明の実施例１の単分子膜状の液晶配向膜
作製の洗浄工程を説明するための断面概念図。
【図３】 本発明の実施例１の溶媒洗浄後の単分子膜状
の液晶配向膜内の分子配向状態を説明するために断面を
分子レベルまで拡大した概念図。
【図４】 本発明の実施例１の光露光により吸着された
分子を再配向させるために用いた露光工程の概念図。
【図５】 本発明の実施例１の光配向後の単分子膜状の
液晶配向膜内の分子配向状態を説明するための概念図。
【図６】 本発明の実施例１の光配向後の化学吸着単分
子膜の分子配向状態を説明するために断面を分子レベル
まで拡大した概念図。
【図７】 本発明の実施例２におけるクロロシラン単分
子膜の形成された状態（空気中の水分との反応前）を説
明するために分子レベルまで拡大した断面概念図。
【図８】 本発明の実施例２におけるシロキサン単分子
膜の形成された状態を説明するために分子レベルまで拡
大した断面概念図。
【図９】 本発明の実施例３において液晶表示装置製造
を説明するための断面概念図。
【符号の説明】
１ 基板 ２ 化学吸着液 ３ 洗浄用非水系溶媒 ４ １次配向された化学吸着単分子膜 ４´ 再配向された化学吸着単分子膜 ５ ラビング方向 ６ 偏光膜 ７ 照射光 ８ 再配向方向 ９ 透明電極 １１ クロロシラン分子 １２ シロキサン単分子膜 １３ 偏光方向 ２１ 第１の電極群 ２２ トランジスタ群 ２３ 第１の基板 ２４ カラーフィルター群 ２５ 第２の電極 ２６ 第２の基板 ２７ 液晶配向膜 ２８ スペーサー ２９ 接着剤 ３０ 液晶 ３１，３２ 偏光板 ３３ バックライト
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１０年５月２８日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】 液晶配向膜とその製造方法およびそれ
を用いた液晶表示装置とその製造方法
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、液晶配向膜とその
製造方法およびそれを用いた液晶表示装置とその製造方
法に関するものである。さらに詳しくは、テレビジョン
（ＴＶ）画像やコンピュータ画像等を表示する液晶を用
いた平面表示パネルに用いる液晶配向膜およびその製造
方法およびそれを用いた液晶表示装置とその製造方法に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、カラー液晶表示パネルは、マトリ
ックス状に配置された対向電極を形成した２つの基板の
間にポリビニルアルコールやポリイミド樹脂溶液をスピ
ナー等で回転塗布して形成しラビングした液晶配向膜を
介して液晶を封入した装置が一般的であった。
【０００３】例えば、予め第１のガラス基板上に画素電
極を持った薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）アレイを形成し
たものと、第２のガラス基板上に複数個の赤青緑のカラ
ーフィルターが形成されさらにその上に共通透明電極が
形されたもの、それぞれの電極面にポリビニルアルコー
ルやポリイミド溶液をスピナーを用いて塗布して被膜形
成した後、ラビングを行なって液晶配向膜を形成し、ス
ペーサーを介して任意のギャップで対向するように接着
組み立てた後、液晶（ツイストネマチック（ＴＮ）等）
を注入しパネル構造を形成した後、パネルの裏表に偏光
板を設置し、裏面よりバックライトを照射しながら、Ｔ
ＦＴを動作させカラー画像を表示するデバイスが知られ
ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
配向膜の作成は、ポリビニルアルコールやポリイミド樹
脂を有機溶媒に溶解させ回転塗布機などを用いて塗膜形
成した後、フェルト布等を用いてラビングを行なう方法
が用いられていたため、膜厚を全面にわたり均一にする
のは難しく、また厚さを薄くするのには限界があり、液
晶表示素子を作成し使用時表示むらがでたり、表示焼き
付きがでたり、駆動電圧が高くなる等大きな問題があっ
た。
【０００５】本発明は、前記従来の問題を解決するた
め、液晶表示パネルにおいて使用される配向膜であり、
厚みはナノメータレベルできわめて薄く、液晶の配向方
向はラビングにより制御され、液晶のプレチルト角度は
配向膜の臨界表面エネルギーを制御することにより制御
された液晶用配向膜を高能率で均一性よく提供できる方
法およびそれを用いた表示素子を製造する方法を提供す
ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明では、あらかじめ所望の電極を形成した基板
表面に形成された単分子膜状の被膜であり、前記被膜を
構成する分子が炭素鎖またはシロキサン結合鎖を含み、
前記炭素鎖またはシロキサン結合鎖の末端あるいは一部
に被膜の表面エネルギーを制御する官能基を少なくとも
一つ含んでいる単分子膜状の被膜を作製した後、ラビン
グすることにより、従来のものに比べて格段に均一で薄
く、注入される液晶のプレチルト角度を制御でき、且つ
液晶を任意の方向に配向させ得る機能を有する新規な配
向膜を提供する。
【０００７】このとき、被膜を構成する分子として臨界
表面エネルギーの異なる複数種のシリコン系界面活性剤
を混合して用い、固定された被膜が所望の臨界表面エネ
ルギー値になるよう組成を制御すると注入された液晶の
プレチルト角を任意に制御する上で都合がよい。
【０００８】また、単分子膜の表面エネルギーを制御す
る官能基として、３フッ化炭素基（−ＣＦ3）、メチル
基（−ＣＨ3）、ビニル基（−ＣＨ＝ＣＨ2）、アリル基
（−ＣＨ＝ＣＨ−）、アセチレン基（炭素−炭素の３重
結合）、フェニル基（−Ｃ6Ｈ5）、フェニレン基（−Ｃ
6Ｈ4−）、ハロゲン原子、アルコキシ基（−ＯＲ；Ｒは
アルキル基を表す、とくに炭素数１〜３の範囲のアルキ
ル基が好ましい。）、シアノ基（−ＣＮ）、アミノ基
（−ＮＨ2）、水酸基（−ＯＨ）、カルボニル基（＝Ｃ
Ｏ）、カルボキシ基（−ＣＯＯ−）及びカルボキシル基
（−ＣＯＯＨ）から選ばれる少なくとも一つの有機基を
用いると臨界表面エネルギーの制御を容易に行える。
【０００９】さらに、被膜を構成する分子の末端にＳｉ
を含ませておくことにより、基板表面への分子の固定が
きわめて容易になる。さらにまた、被膜の臨界表面エネ
ルギーを１５ｍＮ／ｍ〜５６ｍＮ／ｍの間で所望の値に
制御しておくことにより、注入する液晶のプレチルト角
を０〜９０度の範囲で任意に制御できる。
【００１０】一方、このような配向膜は、電極を形成し
た基板を、炭素鎖またはシロキサン結合鎖を含み且つ前
記炭素鎖またはシロキサン結合鎖の末端あるいは一部に
被膜の表面エネルギーを制御する官能基を少なくとも一
つ含んでいるシラン系界面活性剤を用いて作製した化学
吸着液に接触させ前記吸着液中の界面活性剤分子と基板
表面とを化学反応させ前記界面活性剤分子を基板表面に
一端で結合固定する工程と、表面をラビングする工程を
行うことにより製造できる。
【００１１】また、界面活性剤として直鎖状炭素鎖また
はシロキサン結合鎖とクロロシリル基、またはアルコキ
シシリル基またはイソシアネートシリル基を含むシラン
系の界面活性剤を用いると単分子膜状の被膜を製造する
上で都合がよい。
【００１２】さらに、界面活性剤として臨界表面エネル
ギーの異なる複数種のシリコン系界面活性剤を混合して
用いれば、被膜の臨界表面エネルギーをより細かく制御
でき、液晶のプレチルト角度を精度良く制御する上で都
合がよい。
【００１３】さらにまた、炭素鎖またはシロキサン結合
鎖の末端または主鎖内、あるいは側鎖に３フッ化炭素基
（−ＣＦ3）、メチル基（−ＣＨ3）、ビニル基（−ＣＨ
＝ＣＨ2）、アリル基（−ＣＨ＝ＣＨ−）、アセチレン
基（炭素−炭素の３重結合）、フェニル基（−Ｃ
6Ｈ5）、フェニレン基（−Ｃ6Ｈ4−）、ハロゲン原子、
アルコキシ基（−ＯＲ；Ｒはアルキル基を表す、とくに
炭素数１〜３の範囲のアルキル基が好ましい。）、シア
ノ基（−ＣＮ）、アミノ基（−ＮＨ2）、水酸基（−Ｏ
Ｈ）、カルボニル基（＝ＣＯ）、カルボキシ基（−ＣＯ
Ｏ−）及びカルボキシル基（−ＣＯＯＨ）から選ばれる
少なくとも一つの有機基を組み込むことで被膜の臨界表
面エネルギーをより細かく制御できる。
【００１４】また、界面活性剤分子を基板表面に一端で
結合固定する工程の後に、有機溶剤で洗浄して、さらに
所望の方向に基板を立てて液切りを行い、液切り方向に
前記固定された分子を予備配向させる工程を行うこと
で、注入した液晶の配向方向をより均一に制御できる。
【００１５】また、単分子膜を任意の方向にラビングし
て前記配向された分子を所望の方向に配向させた後、偏
光板にパターン状のマスクを重ねて露光する工程を行
い、同一面内の配向膜内でパターン状の配向方向の異な
る部分を複数箇所設けることで、デバイスの表示性能を
より向上できる。
【００１６】さらにまた、界面活性剤として直鎖状炭素
鎖またはシロキサン結合鎖とクロロシリル基またはイソ
シアネートシリル基を含むシラン系の界面活性剤を用
い、洗浄有機溶媒として水を含まない非水系の有機溶媒
を用いることで、より欠陥の少ない単分子膜状の液晶配
向膜を提供できる。
【００１７】このとき、非水系の有機溶媒として、アル
キル基、フッ化炭素基または塩化炭素基またはシロキサ
ン基を含む溶媒を用いると液切りに都合がよい。界面活
性剤分子を一端で固定する工程の前に、多数のＳｉＯＨ
基を含む被膜を形成する工程を行い、この膜を介して単
分子膜状の被膜を形成、ラビングすることで、より密度
の高い単分子膜状の液晶配向膜を提供できる。
【００１８】さらに、炭素鎖またはシロキサン結合鎖を
含み、前記炭素鎖またはシロキサン結合鎖の末端あるい
は一部に被膜の表面エネルギーを制御する官能基を少な
くとも一つ含んでいる分子で構成された単分子膜状の被
膜がラビングされ、液晶用の配向膜として２つの対向さ
せる電極の形成された基板表面の少なくとも一方の基板
の電極側表面に直接または他の被膜を介して間接に形成
されており、液晶が前記２つの対向する電極に前記配向
膜を介して挟まれている液晶表示装置を作製することに
より、厚みはナノメータレベルできわめて薄く、液晶の
配向方向はラビングにより制御され、液晶のプレチルト
角度は配向膜の臨界表面エネルギーを制御することによ
り制御された液晶用配向膜を有する液晶表示装置を提供
できる。
【００１９】なお、対向させる２つの電極の形成された
基板表面にそれぞれ前記被膜を配向膜として形成してお
くとよりコントラストの高い液晶表示装置を提供でき
る。また、基板表面の被膜にパターン状の配向方向の異
なる部分を複数箇所作り込んでおくと表示視野角を大幅
に改良できて好都合である。
【００２０】さらに、対向する電極が片方の基板表面に
それぞれ形成されている面内スイッチ（ＩＰＳ）タイプ
の表示素子にも有効に利用可能である。
【００２１】一方、このような表示素子の製造には、あ
らかじめマトリックス状に載置された第１の電極群を有
する第１の基板を直接または任意の薄膜を形成した後、
炭素鎖またはシロキサン結合鎖を含み、前記炭素鎖また
はシロキサン結合鎖の末端あるいは一部に被膜の表面エ
ネルギーを制御する官能基を少なくとも一つ含んでいる
シラン系界面活性剤を用いて作製した化学吸着液に接触
させ前記吸着液中の界面活性剤分子と基板表面とを化学
反応させ前記界面活性剤分子を基板表面に一端で結合固
定する工程と、有機溶剤で洗浄後さらに所望の方向に基
板を立てて液切りを行い液切り方向に前記固定された分
子を予備配向させる工程と、表面をラビングする工程
と、前記第１の電極群を有する第１の基板と第２の基
板、または第２の電極叉は電極群を有する第２の基板
を、電極面を内側にして所定の間隙を保ちつつ位置合わ
せして接着固定する工程と、前記第１と第２の基板の間
に所定の液晶を注入する工程を用いると表示特性に優れ
た液晶表示装置を効率よく製造できる。
【００２２】さらに、ラビングして前記結合された界面
活性剤分子の向きを所望の傾きを有した状態で特定の方
向に揃える工程の後、偏光板にパターン状のマスクを重
ねて露光する工程を行うことより、同一面内の配向膜内
でパターン状の配向方向の異なる部分を複数箇所設ける
と、マルチドメイン配向した液晶表示装置を効率よく提
供できる。
【００２３】
【発明の実施の形態】本発明では、少なくとも、電極を
形成した基板を、炭素鎖またはシロキサン結合鎖を含
み、前記炭素鎖またはシロキサン結合鎖の末端あるいは
一部に被膜の表面エネルギーを制御する官能基を少なく
とも一つ含んでいるシラン系界面活性剤を用いて作製し
た化学吸着液に接触させ前記吸着液中の界面活性剤分子
と基板表面とを化学反応させ前記界面活性剤分子を基板
表面に一端で結合固定する工程と表面をラビングする工
程とを用いて、所望の電極を形成した基板表面に形成さ
れた単分子膜状の被膜であり、且つ前記被膜を構成する
分子が炭素鎖またはシロキサン結合鎖を含み、前記炭素
鎖またはシロキサン結合鎖の末端あるいは一部に被膜の
表面エネルギーを制御する官能基を少なくとも一つ含ん
でおり、かつラビング方向に沿って液晶の配向規制力を
有する液晶配向膜を提供する。
【００２４】また，あらかじめマトリックス状に載置さ
れた第１の電極群を有する第１の基板を直接または任意
の薄膜を形成した後、炭素鎖またはシロキサン結合鎖を
含み、前記炭素鎖またはシロキサン結合鎖の末端あるい
は一部に被膜の表面エネルギーを制御する官能基を少な
くとも一つ含んでいるシラン系界面活性剤を用いて作製
した化学吸着液に接触させ前記吸着液中の界面活性剤分
子と基板表面とを化学反応させ前記界面活性剤分子を基
板表面に一端で結合固定する工程と、有機溶剤で洗浄後
さらに所望の方向に基板を立てて液切りを行い液切り方
向に前記固定された分子を予備配向させる工程と、任意
の方向にラビングを行いさらに配向を制御する工程と、
前記第１の電極群を有する第１の基板と第２の基板、ま
たは第２の電極叉は電極群を有する第２の基板を、電極
面を内側にして所定の間隙を保ちつつ位置合わせして接
着固定する工程と、前記第１と第２の基板の間に所定の
液晶を注入する工程とを用いて、 炭素鎖またはシロキ
サン結合鎖 を含み、前記炭素鎖またはシロキサン結合
鎖の末端あるいは一部に被膜の表面エネルギーを制御す
る官能基を少なくとも一つ含んでいる分子で構成された
被膜が、液晶用の配向膜として２つの対向させる電極の
形成された基板表面の少なくとも一方の基板の電極側表
面に直接または他の被膜を介して間接に形成されてお
り、且つ液晶が前記２つの対向する電極に前記配向膜を
介して挟まれている液晶表示装置を提供できる。
【００２５】
【実施例】以下実施例を用いて本発明をさらに具体的に
説明する。 （実施例１）表面に透明電極の形成されたガラス基板１
（表面に水酸基を多数含む）を準備し、あらかじめよく
洗浄脱脂する。次に、末端に被膜の表面エネルギーを制
御する官能基を一つ組み込んだ直鎖状炭化水素基及びＳ
ｉを含むシラン系界面活性剤（以下、化学吸着物質ある
いは化学吸着化合物ともいう）、ＣＨ3（ＣＨ2）14Ｓｉ
Ｃｌ3とＮＣ（ＣＨ2）14ＳｉＣｌ3（モル比で１：１に
混合して用いた）を用い、１重量％程度の濃度で非水系
の溶媒に溶かして化学吸着溶液を調整した。非水系溶媒
としては、良く脱水したヘキサデカンを用いた。このよ
うにして調製された溶液を吸着溶液２とし、この吸着溶
液２の中に、乾燥雰囲気中（相対湿度３０％以下）で前
記基板１を１時間程度浸漬（塗布しても良い）した（図
１）。その後、液から引き上げて、良く脱水した水を含
まない非水系の溶媒であるｎ−ヘキサン３で洗浄した
後、基板を所望の方向に立てた状態で洗浄液より引き上
げて液切りし水分を含む空気中に暴露した（図２）。前
記の一連の工程で、前記クロロシラン系界面活性剤のＳ
ｉＣｌ基と前記基板表面の水酸基とで脱塩酸反応が生
じ、下記式（化１および２）の結合が生成された。さら
に、空気中の水分と反応して式（化３及び４）の結合が
生成された。なお、このとき吸着された分子の炭素鎖は
液切り方向にある程度配向していた。
【００２６】
【化１】
【００２７】
【化２】
【００２８】
【化３】
【００２９】
【化４】
【００３０】次に、レーヨン布をセットしたラビング装
置を用いて押し込み０．３ｍｍで５ｍ／分の条件で引き
上げ方向に対して４５度となるようラビングを行った。
以上の処理により、前記クロロシラン系界面活性剤が反
応してなる化学吸着単分子膜４が基板表面の水酸基が含
まれていた部分にシロキサンの共有結合を介して化学結
合した状態で結合され、結合された分子がラビング方向
５に沿って配向して約１.３ｎｍの膜厚で形成された
（図３）。なお、このとき化学吸着膜の臨界表面エネル
ギーは約２５ｍＮ／ｍであった。
【００３１】さらに、この状態の基板２枚を用い、化学
吸着膜が向かい合うように組み合わせて、ラビング方向
がアンチパラレルになるようにセットし２０ミクロンギ
ヤップの液晶セルを組み立て、ネマチック液晶（ＺＬＩ
４７９２；メルク社製）を注入して配向状態を確認する
と、注入した液晶分子がラビング方向５に沿って、すな
わち化学吸着された分子に沿って基板に対して約プレチ
ルト角６１゜で配向していた（図３）。
【００３２】このとき、ＣＨ3（ＣＨ2）14ＳｉＣｌ3と
ＮＣ（ＣＨ2）14ＳｉＣｌ3の組成を１：０〜０：１（好
ましくは１０：１〜１：５０）で変えると、臨界表面エ
ネルギーは１７ｍＮ／ｍから２６ｍＮ／ｍに変化し、そ
れぞれプレチルト角は８６゜から３３゜の範囲で任意に
制御できた。さらに、化学吸着化合物としてフッ素を含
む界面活性剤、例えば、ＣＦ3（ＣＦ2）5（ＣＨ2）2Ｓ
ｉＣｌ3を添加して行くと臨界表面エネルギーは１５ｍ
Ｎ／ｍまで小さくできた。この場合は、液晶のプレチル
ト角はほぼ９０度であったが、電圧を印加して駆動して
みると、きわめて均一な配向変化を示した。
【００３３】なお、膜を選択的に形成したい場合には、
印刷機を用いて所望のパターンで基板表面１に吸着液２
を印刷する方法が利用できた。
【００３４】以上のように、この実施例では、得られる
膜表面の臨界表面エネルギーが異なり、且つ炭素鎖長が
−（ＣＨ2）14−と同じ長さのシラン系界面活性剤を用
いたが、炭素鎖長の長さが異なる（例えば、−（Ｃ
Ｈ2）n−；ｎは１から３０の範囲の整数）界面活性剤を
混合して用いても、臨界表面エネルギーが同じなら配向
方向はラビング方向で制御でき、プレチルト角度は単分
子膜の臨界表面エネルギーで同様に制御できた。
【００３５】さらに、この状態の基板を２種類用い、ラ
ビング方向５とほぼ直交する方向に偏光方向１３が向く
ように偏光板（ＨＮＰ´Ｂ）６（ポラロイド社製）を基
板に重ねてセットし、５００Ｗの超高圧水銀灯の３６５
ｎｍ（ｉ線）の光７（偏光膜透過後３．６ｍＷ／ｃ
ｍ2）を用いて９００ｍＪ照射した（図４）。
【００３６】その後、前記化学吸着単分子膜４’中の直
鎖状炭素鎖の配向方向を調べると臨界表面エネルギーと
チルト角は変わらなかったが配向方向８は偏光方向１３
とほぼ平行方向に変化し、しかも配向ばらつきも予備配
向時より改善されていた（図５〜６）。図中、９は透明
電極を表わす。なお、このとき照射部の吸着分子の配向
方向を一方向に揃えるためには、ラビング方向と完全に
９０゜で交差するのではなく、多少、好ましくは数度以
上ずらす必要がある。この場合、最大、ラビング方向と
平行になるように偏光方向１３を合わせても良い。もし
万一完全に９０゜に交差させれば、個々の分子が２方向
に向いてしまう場合がある。
【００３７】ここで、選択的に配向方向を変えたい場合
には、あらかじめ全面ラビングを行った後、偏光板にパ
ターン状のマスクを重ねて８００〜１２００ｍＪのエネ
ルギーで３６５ｎｍの波長の紫外線を照射すると、照射
された部分のみ配向方向が変化し同一面内の配向膜内で
パターン状に配向方向の異なる部分、すなわち、ラビン
グ方向５と偏光方向１３にそれぞれ沿って液晶が配向す
る部分を複数箇所設けることができた。さらに、所望の
マスクを偏光板に重ねて同様の条件で露光する工程を複
数回行うと、きわめて容易にパターン状に複数の配向方
向の異なる単分子膜状の液晶配向膜を作製できた。すな
わち、一つの絵素がマルチドメイン配向された液晶表示
装置を提供できた。
【００３８】本実施例では、洗浄用の水を含まない溶媒
として、アルキル基を含む炭化水素系のｎ−ヘキサンを
用いたが、これ以外にも、水を含まず界面活性剤を溶か
す溶媒ならどのような溶媒でも使用可能である。たとえ
ばこれ以外にも、フッ化炭素基、塩化炭素基またはシロ
キサン基を含む溶媒、例えば、フレオン１１３やクロロ
ホルムやヘキサメチルジシロキサン等をそれぞれ用いる
ことができた。
【００３９】（実施例２）実施例１に於て、炭素鎖やシ
ロキサン結合鎖を含む界面活性剤分子の化学吸着を行う
工程の前に、クロロシリル基を複数個含む化合物を溶か
して作製した吸着溶液を作り、ドライ雰囲気中で浸漬し
た。すると、基板表面に含まれた水酸基とクロロシリル
基を複数個含む化合物のクロロシリル基が脱塩酸反応し
た。その後、さらに水と反応させると残ったクロロシリ
ル基が水酸基に変化して、表面にＳｉＯＨ結合、すなわ
ち水酸基を多数含む化学吸着膜が形成された。
【００４０】たとえば、クロル基を複数個含むシリル化
合物としてＳｉＣｌ4 を用いｎ−オクタンに溶かして吸
着液を作製し、乾燥雰囲気中で基板を浸漬すれば、表面
にはーＯＨ基が含まれているので、界面で脱塩酸反応が
生じ下記式（化５）及び／または（化６）が形成され、
クロロシラン分子１１が−ＳｉＯ−結合を介して基板表
面に固定される。
【００４１】
【化５】
【００４２】
【化６】
【００４３】その後、非水系の溶媒例えばクロロホルム
で洗浄すると、基板と反応していない余分のＳｉＣｌ4
分子は除去される（図７）。さらに空気中に取りだし水
と反応させると、表面に下記式（化７）及び／または
（化８）で示される多数のＳｉＯＨ結合を含むシロキサ
ン単分子吸着膜１２が得られた（図８）。
【００４４】
【化７】
【００４５】
【化８】
【００４６】なお、このとき非水系の溶媒例えばクロロ
ホルムで洗浄する工程を省けば、表面に多数のＳｉＯＨ
結合を含むポリシロキサン化学吸着膜が形成された。な
お、このときできたシロキサン単分子膜１２は基板とは
−ＳｉＯ−の化学結合を介して完全に結合されているの
で剥がれることが無い。また、得られた単分子膜は表面
にＳｉＯＨ結合を数多く持つ。特に−ＯＨ基は、当初の
約２〜３倍程度の数が生成された。この状態での処理部
は、極めて親水性が高かった。そこで、この状態で、実
施例１と同様の界面活性剤を用い化学吸着工程を行う
と、図１と同様の界面活性剤が反応してなる炭素鎖を含
む化学吸着単分子膜が前記シロキサン単分子膜１２を介
してシロキサンの共有結合で化学結合した状態で約１．
５ｎｍの膜厚で形成された。このとき、界面活性剤の吸
着前の基材表面の吸着サイト（この場合はＯＨ基）は、
実施例１に比べて約２〜３倍程度と多いため、実施例１
の場合に比べより吸着分子密度を大きくできた。また、
処理部は親油性となった。
【００４７】次に、この状態の基板を用い、引き上げ方
向とほぼ直交する方向にラビング方向が向くようにラビ
ングをおこなった。その後、前記化学吸着単分子膜中の
直鎖状炭素鎖の配向方向を調べると実施例１に比べチル
ト角は８６゜と多少大きくなっていたが配向方向はラビ
ング方向とほぼ平行に変化し、しかも配向ばらつきも改
善されていた。なお、このときの臨界表面エネルギーは
２８ｍＮ／ｍであった。
【００４８】そこでこの状態の基板２枚を用い、化学吸
着膜が向かい合うように組み合わせて、配向方向がアン
チパラレルになるようにして２０ミクロンギヤップの液
晶セルを組み立て、ネマチック液晶（ＺＬＩ４７９２；
メルク社製）を注入して配向状態を確認すると、注入し
た液晶分子が化学吸着された分子に沿って基板に対して
プレチルト角約４６゜で配向することが確認できた。
【００４９】なお、クロル基を複数個含むシリル化合物
として、前記ＳｉＣｌ4 以外に、例えば、Ｃｌ−（Ｓｉ
Ｃｌ2Ｏ）2−ＳｉＣｌ3、またはＳｉＨＣｌ3、ＳｉＨ2
Ｃｌ2、さらに、Ｃｌ−（ＳｉＣｌ2Ｏ）n−ＳｉＣｌ
3（ｎは整数）が利用できた。
【００５０】（実施例３）実施例１に於て、化学吸着物
質としてＣＨ3（ＣＨ2）14ＳｉＣｌ3とＮＣ（ＣＨ3）2
（ＣＨ2）14ＳｉＣｌ3の代わりに、ＣｌＳｉ（ＣＨ3）2
ＯＳｉ（ＣＨ3）2ＯＳｉ（ＣＨ3）2ＯＳｉ（ＣＨ3）2Ｃ
ｌとＣＨ3（ＣＨ2）14ＳｉＣｌ3を１：０〜０：１の間
で混合して用いた場合、臨界表面エネルギーは混合比に
応じて３５ｍＮ／ｍから２１ｍＮ／ｍの範囲で制御でき
た。さらに、セルを組立同様の液晶を注入するとプレチ
ルト角は５度から８９度の範囲で制御できた。
【００５１】なお、直鎖状のシロキサン結合鎖を含んだ
ＣｌＳｉ（ＣＨ3）2ＯＳｉ（ＣＨ3）2ＯＳｉ（ＣＨ3）2
ＯＳｉ（ＣＨ3）2Ｃｌと直鎖状の炭化水素鎖を含んだＣ
Ｈ3（ＣＨ2）14ＳｉＣｌ3を所望の比率で混合して用い
て被膜を作製すると、表面に下記式（化９）および（化
１０）で示される分子を混合比率に応じて含む化学吸着
単分子膜が得られた。
【００５２】
【化９】
【００５３】
【化１０】
【００５４】（実施例４）実施例１に於て、化学吸着物
質としてＣＨ3（ＣＨ2）14ＳｉＣｌ3とＮＣ（ＣＨ3）2
（ＣＨ2）14ＳｉＣｌ3の代わりに、ＨＯＯＣ（ＣＨ2）
16Ｓｉ（ＯＣＨ3） 3とＢｒ（ＣＨ2）8Ｓｉ（ＯＣＨ3）3
を１：０〜０：１の間で混合して用い、化学吸着時に１
００℃で２時間還流した。この場合には、臨界表面エネ
ルギーは混合比に応じて５６ｍＮ／ｍから３１ｍＮ／ｍ
の範囲で制御できた。さらに、セルを組立後同様の液晶
を注入すると、液晶の配向方向はラビング方向で制御さ
れ、プレチルト角は０度から２７度の範囲で制御でき
た。
【００５５】（実施例５）実施例１に於て、化学吸着物
質としてＣＨ3（ＣＨ2）14ＳｉＣｌ3とＮＣ（ＣＨ3）2
（ＣＨ2）14ＳｉＣｌ3の代わりに、ＣＨ3ＣＨ2Ｃ*ＨＣ
Ｈ3ＣＨ2ＯＣＯ（ＣＨ2）10ＳｉＣｌ3（ただし、Ｃ*は
不斉炭素）とＣＨ3ＳｉＣｌ3とを１：０〜１：２０の間
で混合して用い同様の配向膜を作製した。この場合に
は、臨界表面エネルギーは混合比に応じて３６ｍＮ／ｍ
から４１ｍＮ／ｍの範囲で制御できた。さらに、セルを
組立後同様の液晶を注入すると、液晶の配向方向はラビ
ング方向で制御され、プレチルト角は３度から０．１度
の範囲で制御できた。
【００５６】（実施例６）次に、上記液晶配向膜を用い
て実際に液晶表示デバイスを製造しようとする場合の製
造プロセスについて図９を用いて説明する。
【００５７】まず、図９に示すように、マトリックス状
に載置された第１の電極群２１とこの電極を駆動するト
ランジスター群２２を有する第１の基板２３上、および
第１の電極群と対向するように載置したカラーフィルタ
ー群２４と第２の電極２５を有する第２の基板２６上
に、実施例５と同様の手順にしたがって、調製した化学
吸着液を塗布し、臨界表面エネルギーが３６ｍＮ／ｍの
化学吸着単分子膜を作製した。
【００５８】その後、実施例１と同様の条件で電極パタ
ーンと平行になるようにラビングを行った。その結果、
実施例５と同様に電極パターンに沿って直鎖状の炭化水
素基が再配向した臨界表面エネルギーが３７ｍＮ／ｍの
液晶配向膜２７が作製できた。次に、前記第１と第２の
基板２３、２６を電極が対向するように位置合わせして
スペーサー２８と接着剤２９でおよそ５ミクロンのギャ
ップで固定した。その後、前記第１と第２の基板に前記
ＴＮ液晶３０を注入した後、偏光板３１、３２を組み合
わせて表示素子を完成した。このとき注入された液晶の
プレチルト角は３度であった。
【００５９】この様なデバイスは、バックライト３３を
全面に照射しながら、ビデオ信号を用いて各々のトラン
ジスタを駆動することで矢印Ａの方向に映像を表示でき
た。 （実施例７）実施例６におけるラビング工程後、実施例
１と同様に前記偏光板に各々の画素を市松状に４分割す
るパターン状のマスクを重ねて露光する工程を１回行う
と、同一画素内でパターン状に配向方向の異なる部分を
４箇所設けることができた。そして、この配向膜を形成
した基板を用いると液晶表示装置の視野角を大幅に改善
できた。
【００６０】なお、上記実施例１では、露光に用いる光
として超高圧水銀灯のｉ線である３６５ｎｍの光を用い
たが、膜物質の光の吸収度合いに応じて４３６ｎｍ、４
０５ｎｍ、２５４ｎｍやＫｒＦエキシマレーザーで得ら
れる２４８ｎｍの光を用いることも可能である。特に、
２４８ｎｍや２５４ｎｍの光は大部分の物質に吸収され
易いためエネルギー配向効率が高い。
【００６１】また、直鎖状炭化水素基またはシロキサン
結合鎖とクロロシリル基、またはアルコキシシリル基ま
たはイソシアネートシリル基を含むシラン系の界面活性
剤として、分子端にシアノ基と他の一端にクロロシリル
基を含んだクロロシラン系界面活性剤とメチル基とクロ
ロシリル基を含んだクロロシラン系界面活性剤を混合し
て用いた、すなわち表面エネルギーの異なる膜となる２
種のクロロシラン系界面活性剤を混合して用いた例を示
したが、本願発明ではこれらに限定されるものではな
く、表面エネルギーの異なる各種界面活性剤を組み合わ
せて、各種表面エネルギーの異なる配向膜を作製でき
た。例えば、以下に示したような炭化水素基の末端に３
フッ化炭素基（−ＣＦ3）、メチル基（−ＣＨ3）、ビニ
ル基（−ＣＨ＝ＣＨ2）、アリル基（−ＣＨ＝ＣＨ
−）、アセチレン基（炭素−炭素の３重結合）、フェニ
ル基（−Ｃ6Ｈ5）、フェニレン基（−Ｃ6Ｈ4−）、ハロ
ゲン原子、アルコキシ基（−ＯＲ；Ｒはアルキル基を表
す、とくに炭素数１〜３の範囲のアルキル基が好まし
い。）、シアノ基（−ＣＮ）、アミノ基（−ＮＨ2）、
水酸基（−ＯＨ）、カルボニル基（＝ＣＯ）、カルボキ
シ基（−ＣＯＯ−）及びカルボキシル基（−ＣＯＯＨ）
から選ばれる少なくとも一つの有機基、あるいは光学活
性を有する炭化水素基で置換されたクロロシラン系界面
活性剤が使用できた。
【００６２】なお、Ｈａ（ＣＨ2）nＳｉＣｌ3 （Ｈａは
塩素、臭素、ヨウ素、ふっ素等のハロゲン原子を表し、
ｎは整数で１〜２４が好ましい。）で示されるクロロシ
ラン系界面活性剤も使用できる。さらに下記の一般式で
示される化合物も使用できる。
【００６３】(1) CH3(CH2)nSiCl3 （ｎは整数で０〜２
４が好ましい。） (2) CH3(CH2)pSi(CH3)2(CH2)qSiCl3（ｐ，ｑは整数で０
〜１０が好ましい。） (3) CH3COO(CH2)mSiCl3（ｍは整数で７〜２４が好まし
い。） (4) C6H 5 (CH2)nSiCl3（ｎは整数で０〜２４が好まし
い。） (5) CN(CH2)nSiCl3（ｎは整数で０〜２４が好まし
い。） (6) Cl3Si(CH2)nSiCl3（ｎは整数で３〜２４が好まし
い。） (7) Cl3Si(CH2)2(CF2)n(CH2)2SiCl3（ｎは整数で１〜１
０が好ましい。）
【００６４】さらにクロロシラン系界面活性剤以外に、
以下に示したようなアルコキシシリル基またはイソシア
ネートシリル基を含むシラン系の界面活性剤が使用でき
た。 (8) Ha(CH2)nSi(OCH3)3（Ｈａは塩素、臭素、ヨウ素、
ふっ素等のハロゲン原子を表し、ｎは整数で１〜２４が
好ましい。） (9) CH3(CH2)nSi(NCO)3（ｎは整数で０〜２４が好まし
い。） (10) CH3(CH2)pSi(CH3)2(CH2)qSi(OCH3)3（ｐ，ｑは整
数で０〜１０が好ましい。） (11) HOOC(CH2)mSi(OCH3)3（ｍは整数で７〜２４が好ま
しい。） (12) H2N(CH2)mSi(OCH3)3（ｍは整数で７〜２４が好ま
しい。） (13) C6H 5 (CH2)nSi(NCO)3（ｎは整数で０〜２４が好ま
しい。） (14) CN(CH2)nSi(OC2H5)3（ｎは整数で０〜２４が好ま
しい。）
【００６５】より具体的には下記の化合物も使用でき
る。 (1) Br(CH2)8SiCl3 (2) CH2=CH(CH2)17SiCl3 (3) CH3(CH2)8-CO-(CH2)10SiCl3 (4) CH3(CH2)5-COO-(CH2)10SiCl3 (5) CH3(CH2)8-Si(CH3)2-(CH2)10SiCl3 (6) CH3(CH2)17SiCl3 (7) CH3(CH2)5Si(CH3)2(CH2)8SiCl3 (8) CH3COO(CH2)14SiCl3 (9) C6H 5 (CH2)8SiCl3 (10) CN(CH2)14SiCl3 (11) Cl3Si(CH2)8SiCl3 (12) Cl3Si(CH2)2(CF2)4(CH2)2SiCl3 (13) Cl3Si(CH2)2(CF2)6(CH2)2SiCl3 (14) CF3CF2(CF2)7(CH2)2SiCl3 (15) (CF3)2CHO(CH2)15Si(CH3)2Cl (16) CF3CF2(CH2)2Si(CH3)2(CH2)15SiCl3 (17) CF3(CF2)4(CH2)2Si(CH3)2(CH2)9SiCl3 (18) CF3(CF2)7(CH2)2Si(CH3)2(CH2)9SiCl3 (19) CF3COO(CH2)15SiCH3Cl2 (20) CF3(CF2)5(CH2)2SiCl3 (21) CH3CH 2C*HCH3CH2OCO(CH2)10SiCl3 (Ｃ*は光学活性
の不斉炭素を示す。) (22) CH3CH 2C*HCH3CH2OCOC6H 4 OCOC6H4 O(CH2)5SiCl3 (23) 下記式（化１１）で示される化合物
【００６６】
【化１１】
【００６７】(24) 下記式（化１２）で示される化合物
【００６８】
【化１２】
【００６９】また、シロキサン結合鎖とクロロシリル
基、またはアルコキシシリル基またはイソシアネートシ
リル基を含む以下のものが使用できた。この場合も、高
度に配向した膜が得られた。 (25) ClSi(CH3)2OSi(CH3)2OSi(CH3)2OSi(CH3)2Cl (26) Cl3SiOSi(CH3)2OSi(CH3)2OSi(CH3)2OSi(CH3)2OSiC
l3
【００７０】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、電
極を形成した基板を、炭素鎖またはシロキサン結合鎖を
含み、前記炭素鎖またはシロキサン結合鎖の末端あるい
は一部に被膜の表面エネルギーを制御する官能基を少な
くとも一つ含んでいるシラン系界面活性剤を用いて作製
した化学吸着液に接触させ、前記吸着液中の界面活性剤
分子と基板表面とを化学反応させ前記界面活性剤分子を
基板表面に一端で結合固定する工程と、ラビング工程を
用いることにより、従来のものに比べて格段に均一で薄
く、注入される液晶の配向方向はラビング方向で制御さ
れ、プレチルト角度は単分子膜の表面エネルギーで制御
された新規な配向膜を提供できる効果がある。
【００７１】また、ラビング工程後に、偏光板にパター
ン状のマスクを重ねて露光する工程を複数回行うと、同
一面内の配向膜内でパターン状の配向方向のみ異なる部
分を複数箇所設けることができ、従来のようなラビング
では難しかった個々の画素の配向が複数種に分割された
マルチドメインの液晶表示装置を効率良く合理的に作製
できる。
【００７２】さらにまた、このような配向膜は、基板表
面に共有結合を介して強固に結合されているため、極め
て高信頼な液晶表示装置を提供できる。
【００７３】なお、吸着形成された配向膜は、特定の表
面エネルギーを有する液晶例えばネマティック液晶や強
誘電液晶を結合組み込むことも可能なため、配向方向お
よびチルト角の制御のみならず配向規制力の大きな配向
膜を効率良く合理的に作製できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例１における単分子膜状の液晶
配向膜作製に用いる化学吸着工程を説明するための断面
概念図。
【図２】 本発明の実施例１の単分子膜状の液晶配向膜
作製の洗浄工程を説明するための断面概念図。
【図３】 本発明の実施例１の溶媒洗浄後の単分子膜状
の液晶配向膜内の分子配向状態を説明するために断面を
分子レベルまで拡大した概念図。
【図４】 本発明の実施例１の光露光により吸着された
分子を再配向させるために用いた露光工程の概念図。
【図５】 本発明の実施例１の光配向後の単分子膜状の
液晶配向膜内の分子配向状態を説明するための概念図。
【図６】 本発明の実施例１の光配向後の化学吸着単分
子膜の分子配向状態を説明するために断面を分子レベル
まで拡大した概念図。
【図７】 本発明の実施例２におけるクロロシラン単分
子膜の形成された状態（空気中の水分との反応前）を説
明するために分子レベルまで拡大した断面概念図。
【図８】 本発明の実施例２におけるシロキサン単分子
膜の形成された状態を説明するために分子レベルまで拡
大した断面概念図。
【図９】 本発明の実施例３において液晶表示装置製造
を説明するための断面概念図。
【符号の説明】 １ 基板 ２ 化学吸着液 ３ 洗浄用非水系溶媒 ４ １次配向された化学吸着単分子膜 ４´ 再配向された化学吸着単分子膜 ５ ラビング方向 ６ 偏光膜 ７ 照射光 ８ 再配向方向 ９ 透明電極 １１ クロロシラン分子 １２ シロキサン単分子膜 １３ 偏光方向 ２１ 第１の電極群 ２２ トランジスタ群 ２３ 第１の基板 ２４ カラーフィルター群 ２５ 第２の電極 ２６ 第２の基板 ２７ 液晶配向膜 ２８ スペーサー ２９ 接着剤 ３０ 液晶 ３１，３２ 偏光板 ３３ バックライト
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図９
【補正方法】変更
【補正内容】
【図９】

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 所望の電極を形成した基板表面に形成さ
    れた単分子膜状の被膜であり、前記被膜の表面がラビン
    グされている液晶配向膜。
  2. 【請求項２】 被膜を構成する分子が炭素鎖またはシロ
    キサン結合鎖を含み、前記炭素鎖またはシロキサン結合
    鎖の末端あるいは一部に被膜の表面エネルギーを制御す
    る官能基を少なくとも一つ含んでいる請求項１に記載の
    液晶配向膜。
  3. 【請求項３】 被膜を構成する分子として臨界表面エネ
    ルギーの異なる複数種のシラン系界面活性剤を混合して
    用い、固定された被膜が所望の臨界表面エネルギー値を
    示すように制御されている請求項１またはに記載の液晶
    配向膜。
  4. 【請求項４】 表面エネルギーを制御する官能基が、３
    フッ化炭素基(−ＣＦ3）、メチル基（−ＣＨ3）、ビニ
    ル基（−ＣＨ＝ＣＨ2）、アリル基（−ＣＨ＝ＣＨ
    −）、アセチレン基（炭素−炭素の３重結合）、フェニ
    ル基（−Ｃ6Ｈ5）、フェニレン基（−Ｃ6Ｈ4−）、ハロ
    ゲン原子、アルコキシ基（−ＯＲ；Ｒはアルキル基を表
    す）、シアノ基（−ＣＮ）、アミノ基（−ＮＨ2）、水
    酸基（−ＯＨ）、カルボニル基（＝ＣＯ）、カルボキシ
    基（−ＣＯＯ−）及びカルボキシル基（−ＣＯＯＨ）か
    ら選ばれる少なくとも一つの有機基である請求項２また
    は３に記載の液晶配向膜。
  5. 【請求項５】 被膜を構成する分子の末端にＳｉを含ん
    でいる請求項１〜４のいずれかに記載の液晶配向膜。
  6. 【請求項６】 電極を形成した基板を、炭素鎖またはシ
    ロキサン結合鎖を含み前記炭素鎖またはシロキサン結合
    鎖の末端あるいは一部に被膜の表面エネルギーを制御す
    る官能基を少なくとも一つ含んでいるシラン系界面活性
    剤を用いて作製した化学吸着液に接触させ前記吸着液中
    の界面活性剤分子と基板表面とを化学反応させ前記界面
    活性剤分子を基板表面に一端で結合固定する工程と、表
    面をラビングする工程を含むことを特徴とする単分子膜
    状の液晶配向膜の製造方法。
  7. 【請求項７】 界面活性剤として直鎖状炭素鎖またはシ
    ロキサン結合鎖とクロロシリル基またはアルコキシシラ
    ン基またはイソシアネートシラン基を含むシラン系の界
    面活性剤を用いた請求項６に記載の単分子膜状の液晶配
    向膜の製造方法。
  8. 【請求項８】 界面活性剤として臨界表面エネルギーの
    異なる複数種のシリコン系界面活性剤を混合して用いる
    請求項６または７に記載の単分子膜状の液晶配向膜の製
    造方法。
  9. 【請求項９】 炭素鎖またはシロキサン結合鎖の末端ま
    たは一部に３フッ化炭素基（−ＣＦ3）、メチル基（−
    ＣＨ3）、ビニル基（−ＣＨ＝ＣＨ2）、アリル基（−Ｃ
    Ｈ＝ＣＨ−）、アセチレン基（炭素−炭素の３重結
    合）、フェニル基（−Ｃ6Ｈ5）、フェニレン基（−Ｃ6
    Ｈ4−）、ハロゲン原子、アルコキシ基（−ＯＲ；Ｒは
    アルキル基を表す）、シアノ基（−ＣＮ）、アミノ基
    （−ＮＨ2）、水酸基（−ＯＨ）、カルボニル基（＝Ｃ
    Ｏ）、カルボキシ基（−ＣＯＯ−）及びカルボキシル基
    （−ＣＯＯＨ）から選ばれる少なくとも一つの有機基で
    ある請求項６〜８のいずれかに記載の単分子膜状の液晶
    配向膜の製造方法。
  10. 【請求項１０】 界面活性剤分子を基板表面に一端で結
    合固定する工程の後に、有機溶剤で洗浄して、さらに所
    望の方向に基板を立てて液切りを行い、液切り方向に前
    記固定された分子を予備配向させ、その後にラビングを
    行う請求項６〜９のいずれかに記載の単分子膜状の液晶
    配向膜の製造方法。
  11. 【請求項１１】 単分子膜を任意の方向にラビングして
    前記配向された分子を所望の方向に配向させた後、偏光
    板にパターン状のマスクを重ねて露光する工程を行い、
    同一面内の配向膜内でパターン状の配向方向の異なる部
    分を複数箇所設けた請求項６〜１０のいずれかに記載の
    単分子膜状の液晶配向膜の製造方法。
  12. 【請求項１２】 界面活性剤として直鎖状炭素鎖または
    シロキサン結合鎖とクロロシリル基またはイソシアネー
    トシラン基を含むシラン系の界面活性剤を用い、洗浄有
    機溶媒として水を含まない非水系の有機溶媒を用いた請
    求項６〜１１のいずれかに記載の単分子膜状の液晶配向
    膜の製造方法。
  13. 【請求項１３】 非水系の有機溶媒として、アルキル
    基、ふっ化炭素基または塩化炭素基またはシロキサン基
    を含む溶媒を用いた請求項１２に記載の単分子膜状の液
    晶配向膜の製造方法。
  14. 【請求項１４】 界面活性剤分子を一端で固定する工程
    の前に、多数のＳｉＯ基を含む被膜を形成する工程を行
    い、この膜を介して単分子膜状の被膜を形成した後ラビ
    ングする請求項６〜１３のいずれかに記載の単分子膜状
    の液晶配向膜の製造方法。
  15. 【請求項１５】 炭素鎖またはシロキサン結合鎖を含
    み、前記炭素鎖またはシロキサン結合鎖の末端あるいは
    一部に被膜の表面エネルギーを制御する官能基を少なく
    とも一つ含んでいる分子で構成された単分子膜状の被膜
    がラビングされ、液晶用の配向膜として２つの対向させ
    る電極の形成された基板表面の少なくとも一方の基板の
    電極側表面に直接または他の被膜を介して間接に形成さ
    れており、液晶が前記２つの対向する電極に前記配向膜
    を介して挟まれていることを特徴とする液晶表示装置。
  16. 【請求項１６】 対向させる２つの電極の形成された基
    板表面にそれぞれ前記被膜が配向膜として形成されてい
    る請求項１５に記載の液晶表示装置。
  17. 【請求項１７】 基板表面の被膜がパターン状の配向方
    向の異なる部分を複数箇所含んでいる請求項１５または
    １６に記載の液晶表示装置。
  18. 【請求項１８】 対向する電極が片方の基板表面に形成
    されている請求項１５に記載の液晶表示装置。
  19. 【請求項１９】 あらかじめマトリックス状に載置され
    た第１の電極群を有する第１の基板を直接または任意の
    薄膜を形成した後、炭素鎖またはシロキサン結合鎖を含
    み前記炭素鎖またはシロキサン結合鎖の末端あるいは一
    部に被膜の表面エネルギーを制御する官能基を少なくと
    も一つ含んでいるシラン系界面活性剤を用いて作製した
    化学吸着液に接触させ前記吸着液中の界面活性剤分子と
    基板表面とを化学反応させ前記界面活性剤分子を基板表
    面に一端で結合固定する工程と、有機溶剤で洗浄後さら
    に所望の方向に基板を立てて液切りを行い液切り方向に
    前記固定された分子を予備配向させる工程と、表面をラ
    ビングする工程と、前記第１の電極群を有する第１の基
    板と第２の基板、または第２の電極叉は電極群を有する
    第２の基板を、電極面を内側にして所定の間隙を保ちつ
    つ位置合わせして接着固定する工程と、前記第１と第２
    の基板の間に所定の液晶を注入する工程を含むことを特
    徴とした液晶表示装置の製造方法。
  20. 【請求項２０】ラビングして前記結合された界面活性剤
    分子の向きを所望の傾きを有した状態で特定の方向に揃
    える工程の後、偏光板にパターン状のマスクを重ねて露
    光する工程を行い、同一面内の配向膜内でパターン状の
    配向方向の異なる部分を複数箇所設けた請求項１９に記
    載の液晶表示装置の製造方法。
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