DE69831354T2

DE69831354T2 - Verfahren zur herstellung von flüssigkristallanzeigen, unter verwendung eines chemisorptionsfilms

Info

Publication number: DE69831354T2
Application number: DE69831354T
Authority: DE
Inventors: Kazufumi Ogawa; Tadashi Ohtake; Takaiki Osaka-shi Nomura
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 1997-11-18
Filing date: 1998-11-16
Publication date: 2006-06-29
Anticipated expiration: 2018-11-17
Also published as: EP1040876A4; CN1202919C; CN1279628A; EP1040876B1; EP1040876A1; KR20010032171A; WO1999025487A1; DE69831354D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung.
Monomolekulare dünne Filme (die auch als „monomolekulare Chemisorptionsfilme" bezeichnet werden) sind herkömmlicherweise nach Verfahren hergestellt worden, bei denen man ein Grundmaterial über einen vorbestimmten Zeitraum in eine ein nichtwäßriges organisches Lösungsmittel und ein Adsorbat in verhältnismäßig geringer Konzentration enthaltende Chemisorptionslösung eintaucht und danach die nicht adsorbierten Moleküle von der Oberfläche des Grundmaterials abwäscht. Da bei derartigen herkömmlichen Verfahren die Chemisorptionslösung das Adsorbat in geringer Konzentration enthält, wird das Adsorbat nicht übermäßig an der Oberfläche des Grundmaterials adsorbiert. Daher sind einheitliche monomolekulare Filme leicht erhältlich. Da außerdem die Adsorbatverluste beim Waschen gering sind, kann das Adsorbat effizient verwendet werden, was zu einer hohen Produktionskosteneffizienz führt.
Bei derartigen herkömmlichen Verfahren dauert es jedoch lange, bis das Adsorbat mit dem Grundmaterial reagiert hat. Daher muß das Grundmaterial lange in die Lösung eingetaucht werden, was zu geringer Produktionseffizienz führt. So muß man beispielsweise dann, wenn die Chemisorptionslösung ein auf Silan basierendes Tensid (ein Adsorbat) mit einer Gruppe mit linearer Kohlenwasserstoffkette und Si in einer Konzentration von 1 Gew.-% enthält, das Grundmaterial ungefähr zwei Stunden lang in die Lösung eintauchen.
Angesichts eines derartigen Nachteils bei den herkömmlichen Verfahren sind verschiedene Versuche zur Verbesserung der Produktionseffizienz unternommen worden, bei denen aber bisher noch kein einfaches und effizientes Verfahren erreicht werden konnte. So kann man beispielsweise durch Erhitzen der Chemisorptionslösung die Reaktivität verbessern und damit die Eintauchzeit für das Grundmaterial in bestimmtem Maße ver kürzen. Beim Erhitzen der Chemisorptionslösung ist jedoch unvorteilhaft, daß das Lösungsmittel bei der Eintauchreaktion verdampft oder siedet und eine Zersetzung oder Nebenreaktion der Adsorbatmoleküle verursacht wird, so daß es schwierig ist, gute einheitliche monomolekulare Chemisorptionsfilme herzustellen. Außerdem wird durch Erhitzen der Lösung die Menge an verdampfendem Lösungsmittel erhöht, so daß Überlegungen hinsichtlich der Bereitstellung spezieller explosionsgeschützter Einrichtungen erforderlich sind. Wegen derartiger Nachteile ist es im allgemeinen nicht wünschenswert, die Chemisorptionslösung auf eine Temperatur von mehr als 80°C zu erhitzen, aber durch Erhitzen der Lösung auf eine derartige Temperatur wird die Reaktionszeit nur um etwa 10–20% verkürzt.
Andererseits kann man die Eintauchzeit für das Grundmaterial dadurch verkürzen, daß man die Adsorbatkonzentration in der Lösung erhöht. Bei der Erhöhung der Adsorbatkonzentration ist jedoch nachteilig, daß das Adsorbat übermäßig an der Substratoberfläche angelagert wird, was zu Schwierigkeiten bei der Ausbildung einheitlicher monomolekularer Filme und schlechter Nutzungseffizienz des Adsorbats führt.
Angesichts der obigen und anderer Nachteile im Stand der Technik besteht eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Bildung von monomolekularen Chemisorptionsfilmen mit hervorragender Einheitlichkeit und Molekülorientierung, die für Flüssigkristallorientierungsschichten verwendet werden können. Genauer gesagt besteht eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Bildung von extrem dünnen monomonekularen Filmen mit einer picke im Nanometerbereich innerhalb kurzer Produktionszeit.
Eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Bildung derartiger monomolekularer Filme, die die Orientierung von Flüssigkristallmolekülen in einer vorbestimmten Richtung steuern können (beispielsweise Flüssigkristallorientierungsschichten).
Eine dritte Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung von Flüssigkristallanzeigevorrichtungen unter Verwendung derartiger Flüssigkristallorientierungsschichten.
Zur Lösung der obigen und anderer Aufgaben stellt die vorliegende Erfindung das folgende Verfahren bereit:
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung gemäß der in dem beigefügten Anspruch 1 angegebenen Definition, bei dem man mindestens auf einer Oberfläche eines ersten Substrats mit mehreren in einer Matrix ausgebildeteten Elektroden eine Lösungsschicht bildet, indem man mit der Oberfläche des Substrats in einer trockenen Atmosphäre eine Chemisorptionslösung in Berührung bringt, weiche ein auf Silan basierendes Tensid und ein nichtwäßriges organisches Lösungsmittel enthält; das organische Lösungsmittel in der Lösungsschicht in einer trockenen Atmosphäre verdampft, wobei Moleküle des auf Silan basierenden Tensids auf der Oberfläche des Substrats chemisorbiert werden; die Substratoberfläche mit chemisorbierten Molekülen des auf Silan basierenden Tensids zur Entfernung von nicht adsorbierten Molekülen des auf Silan basierenden Tensids von der Substratoberfläche mit einer ein nichtwäßriges organisches Lösungsmittel enthaltenden Waschlösung wäscht; nach dem Waschen chemisorbierte Moleküle auf der Substratoberfläche in einer vorbestimmten Richtung vororientiert, indem man das Substrat in einer trockenen Atmosphäre in einer vorbestimmten Richtung herauszieht, wodurch das Lösungsmittel auf der Substratoberfläche ablaufgetrocknet wird und die auf dem Substrat chemisorbierten Moleküle vororientiert werden; die chemisorbierten Moleküle durch Bestrahlung der vororientierten chemisorbierten Moleküle mit polarisiertem Licht in einer vorbestimmten Richtung reorientiert und eine Flüssigkristallzelle zusammenbaut, indem man gegenüber dem ersten Substrat mit einer durch den Reorientierungsschritt gebildeten Orientierungsschicht ein zweites Substrat mit einer Gegenelektrode mit einer vorbestimmten Locke so anordnet, daß jede der Substratoberflächen mit den Elektrodenflächen nach innen bereitgestellt wird; dadurch gekennzeichnet, daß man die Reorientierung so durchführt, daß unter Verwendung eines Polarisators und einer darauf gelegten strukturierten Maske das polarisierte Licht mehrmals auf jedes Pixel mit mehreren Mikroabschnitten so aufgestrahlt wird, daß jeweils das in verschiedenen Richtungen portionierte polarisierte Licht entsprechend auf einen der mehreren Mikroabschnitte aufgebracht wird, wobei man eine Orientierungs schicht erhält, in der jeder der mehreren Mikroabschnitte eine andere Reorientierungsrichtung aufweist.
Bei dem oben beschriebenen Verfahren wird die Chemisorptionslösung in einer zur Bildung der Lösungsschicht aus der Chemisorptionslösung ausreichenden, aber nicht übermäßigen Menge auf das Grundmaterial aufgebracht, wonach die Chemisorptionslösung auf der Oberfläche des Grundmaterials aufkonzentriert wird. Durch Anwendung dieses Verfahrens läuft die Chemisorptionsreaktion in bemerkenswert effizienter Weise ab. Demgemäß kann innerhalb kurzer Zeit ein monomolekularer dünner Film gebildet werden.
Nun wird im folgenden die technische Bedeutung der oben beschriebenen Konstitution der Erfindung erklärt. Idealerweise sind in einem monomolekularen Chemisorptionsfilm auf der Oberfläche eines Grundmaterials die Adsorbatmoleküle an einem Ende der Moleküle an die Oberfläche des Grundmaterials gebunden und entlang der Oberfläche des Grundmaterials monoschichtartig angeordnet. Zur Ausbildung eines derartigen idealen Chemisorptionsfilms müssen die chemischen Adsorbatmoleküle ausreichend, aber nicht übermäßig an alle möglichen Positionen auf der Oberfläche, an denen Moleküle adsorbiert werden können, gebunden werden. Hierzu sollte die Konzentration der Chemisorptionslösung vorzugsweise so niedrig eingestellt werden, daß die Adsorbatmoleküle sich frei bewegen können. Bei zu geringer Konzentration der Lösung nimmt die Adsorption der Moleküle an allen möglichen Positionen eine lange Zeit in Anspruch, so daß die Produktionseffizienz schlecht ist. Trotzdem kann man unter Anwendung des oben beschriebenen Verfahrens die Adsorptionsreaktion selbst im Fall einer geringen Konzentration der Lösung innerhalb kurzer Zeit vervollständigen, da die Lösung nach dem Auftragen auf das Grundmaterial aufkonzentriert wird. Außerdem ist die Affinität der Lösung zum Grundmaterial wegen der geringen Anfangskonzentration der Lösung gut, und auf dem Grundmaterial kann eine dünne, einheitliche Überzugsschicht (Lösungsschicht) gebildet werden. Infolgedessen wird eine übermäßige Verwendung der Chemisorptionslösung eliminiert, und es werden leicht einheitliche dünne Filme gebildet. Des weiteren nimmt die Konzentration der Adsorbatmoleküle auf dem Grundmaterial der Verdampfung des Lösungsmittels entsprechend allmählich zu, was zu einer glatten Chemisorptionsreaktion führt. Folglich ist es im Vergleich mit dem Fall einer Lösung mit hoher Anfangskonzentration möglich, einen Chemisorptionsfilm höherer Qualität zu bilden, wobei weniger nicht adsorbierte Moleküle auf dem Grundmaterial verbleiben und die Dichte der adsorbierten Moleküle höher ist. Bei eigenen Versuchen unter Anwendung des oben beschriebenen Verfahrens wurde die Reaktionszeit auf ungefähr 1 bis 11 Minuten verkürzt, wohingegen bei herkömmlichen Verfahren (Eintauchreaktionsverfahren) die Zeit ungefähr 1 bis 2 Stunden betrug.
Bei dem oben beschriebenen Verfahren kann es sich um ein Verfahren handeln, bei dem man eine Chemisorptionsreaktion durch Verdampfen des organischen Lösungsmittels in der Lösungsschicht beschleunigt; nach dem Verdampfen des organischen Lösungsmittels in der Lösungsschicht zur Vervollständigung der Chemisorptionsreaktion über einen vorbestimmten Zeitraum altert und die Oberfläche des Grundmaterials zur Entfernung von auf der Oberfläche des Grundmaterials verbliebenem nicht adsorbiertem Tensid mit einem nichtwäßrigen organischen Lösungsmittel wäscht.
Die Reaktion (Chemisorptionsreaktion) bei dem oben beschriebenen Verfahren wird allmählich beschleunigt, bis die Konzentration des Tensids in der Lösungsschicht 100% erreicht, wonach die Alterung weiterlaufen gelassen wird. Gemäß diesem Verfahren ergänzen die Beschleunigung der Chemisorptionsreaktion durch das Aufkonzentrieren und die Alterung einander, und die Chemisorptionsreaktion kann glatt und schnell ablaufen. Bei dem oben beschriebenen Alterungsschritt hat die Konzentration der Tensidmoleküle bereits 100% erreicht, und die Reaktivität der Lösung ist hoch geworden. Daher kann die Chemisorptionsreaktion auch in dem Fall weiterlaufen, daß die Adsorptionsreaktion noch nicht vollständig ist, wenn das Verdampfen des Lösungsmittels beendet ist. Demgemäß wird die Chemisorptionsreaktion auf bemerkenswert effiziente Weise durchgeführt.
Darüber hinaus braucht man durch Anwendung des oben beschriebenen Verfahrens dann, wenn die Adsorbatmoleküle eine geringe Reaktivität aufweisen oder das Lösungsmittel schnell verdampft, lediglich die Alterungszeit zu verlängern, so daß die Verkürzung der Reaktionszeit unabhängig von den Eigenschaften der Adsorbate oder der Lösungsmittel erzielt werden kann, ohne die Qualität der dünnen Filme zu beeinträchtigen.
Des weiteren umfaßt das oben beschriebene Verfahren den Schritt des Waschens der auf der Oberfläche des Grundmaterials verbliebenen nicht adsorbierten Moleküle zur Entfernung der Moleküle von der Oberfläche nach dem Alterungsschritt; dieser Schritt dient zur Bildung eines einheitlichen monomolekularen dünnen Films. Der Waschschritt hat folgende technische Bedeutung. Zur Bildung eines einheitlichen monomolekularen Chemisorptionsfilms müssen die Adsorbatmoleküle ausreichend, aber nicht übermäßig an alle möglichen Positionen (im allgemeinen hydrophile Gruppen) auf der Oberfläche des Grundmaterials chemisch gebunden werden. Es ist jedoch schwierig, die Zahl der Adsorbatmoleküle in der Lösungsschicht der Zahl der möglichen Positionen (aktiven Stellen) auf der Oberfläche des Grundmaterials, an denen die Moleküle adsorbiert werden können, anzugleichen. Daher muß die Zahl der auf die Oberfläche des Grundmaterials aufzubringenden Adsorbatmoleküle wie Tensidmoleküle größer sein als die Zahl der möglichen Positionen, an denen die Moleküle chemisch adsorbiert werden können. Somit verbleiben nach Vervollständigung der Chemisorptionsreaktion nicht adsorbierte Moleküle auf der Oberfläche des Grundmaterials. Die nicht adsorbierten Moleküle inhibieren die Bildung monomolekularer Chemisorptionsfilme, indem sie sich beispielsweise an die Chemisorptionsfilme anlagern. Durch Waschen der Oberfläche des Grundmaterials nach der Alterung können die Moleküle, die nicht an der Oberfläche adsorbiert sind, d.h. die nicht adsorbierten Moleküle, entfernt werden, wodurch ein hochwertiger monomolekularer Chemisorptionsfilm gebildet werden kann, in dem adsorbierte Moleküle entlang der Oberfläche des Substrats monoschichtartig angeordnet sind.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann es sich bei der trockenen Atmosphäre um eine Atmosphäre mit einer relativen Feuchte von 30% oder weniger handeln.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das auf Silan basierende Tensid, das an der Oberfläche des Grundmaterials adsorbiert werden kann, für die erfindungsgemäßen Bildungsverfahren verwendet, und ein derartiges auf Silan basierendes Tensid hat die Eigenschaft, daß es mit Wasser reagiert. Daher reagiert das auf Silan basierende Tensid bei Durchführung der oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren in einer Atmosphäre mit hoher Feuchte mit der Feuchtigkeit in der Atmosphäre, beeinträchtigt die Reaktivität mit dem Grundmaterial und verursacht eine Trübung des Chemisorptionsfilms. Durch Verwendung der Atmosphäre mit einer relativen Feuchte von 30% oder weniger kann die Adsorptionsreaktion ohne ein derartiges Problem ablaufen.
Als Beispiele für die Atmosphäre mit einer relativen Feuchte von 30% oder weniger sei eine Luftatmosphäre mit einer relativen Feuchte von 30% oder weniger genannt. Des weiteren kann ein Inertgas mit einer relativen Feuchte von 30% oder weniger verwendet werden. Ferner können zur Herstellung dieser Atmosphären Heiz-, Dekompressions- und Gebläseeinrichtungen verwendet werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren handelt es sich bei der Chemisorptionslösung vorzugsweise um ein nichtwäßriges organisches Lösungsmittel mit einem Siedepunkt von 100 bis 250°C.
Da das organische Lösungsmittel mit einem Siedepunkt von 100 bis 250°C eine geeignete Verdampfungsrate bei Raumtemperatur (25°C) aufweist, ist ein derartiges Lösungsmittel bei der Durchführung der Beschleunigung der Chemisorption durch Aufkonzentrieren der Lösung bei Raumtemperatur (25°C) wünschenswert. Mit anderen Worten wird durch Verwendung des organischen Lösungsmittels mit dem oben beschriebenen Siedepunkt die Verkürzung der Reaktionszeit erreicht, und gleichzeitig können hochwertige Chemisorptionsfilme gebildet werden.
Das nichtwäßrige organische Lösungsmittel in der Chemisorptionslösung und das im Waschschritt bei den oben beschriebenen Verfahren verwendete nichtwäßrige organische Lösungsmittel können jeweils eine funktionelle Gruppe aus der Gruppe bestehend aus einer Alkylgruppe, einer Fluorkohlenstoffgruppe, einer Chlorkohlenstoffgruppe und einer Siloxangruppe aufweisen.
Das oben beschriebene organische Lösungsmittel mit den funktionellen Gruppen ist sehr gut zum Lösen der auf Silan basierenden Tenside geeignet und absorbiert außerdem wenig Wasser und kann leicht dehydratisiert werden. Demgemäß ist ein derartiges organisches Lösungsmittel als Lösungsmittel für das Adsorbat wünschenswert und kann zweckmäßigerweise für ein Lösungsmittel zum Abwaschen der nicht adsorbierten Moleküle verwendet werden.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem organischen Lösungsmittel mit einer Siloxangruppe bei dem oben beschriebenen Verfahren um ein auf Silikon basierendes Lösungsmittel. Das auf Silikon basierende Lösungsmittel absorbiert wenig Wasser, und das in dem Lösungsmittel enthaltende Wasser läßt sich leicht entfernen. Überdies weist das auf Silikon basierende Lösungsmittel eine hervorragende Colöslichkeit mit dem auf Silan basierenden Tensid auf. Demgemäß kann eine Adsorptionsreaktion glatt ablaufen und der hochwertige Chemisorptionsfilm gebildet werden.
Bei dem Tensid gemäß dem oben beschriebenen Verfahren kann es sich um eine Mischung von mehreren Tensiden mit jeweils voneinander verschiedener kritischer Oberflächenenergie handeln.
Bei Verwendung einer derartigen Mischung mehrerer Tenside ergibt sich ein derartiger Chemisorptionsfilm, daß die Moleküle jeder Art von Tensiden an dem Grundmaterial in gemischtem Zustand adsorbiert werden, und in dem erhaltenen Film liegen beide Arten der adsorbierten Moleküle gemischt vor. Daher kann man die Eigenschaften des Chemisorptionsfilms, wie Wasserabweisungsvermögen und Ölabweisungsvermögen, durch Einstellung der Kombinationen der kritischen Oberflächenenergien der Tenside und Variation der Mischverhältnisse der Tenside genau steuern, und im Fall der Verwendung des Chemisorptionsfilms als Flüssigkristallorientierungsschicht kann die Orientierungssteuerungsleistung für Flüssigkristallmoleküle nach Belieben eingestellt werden. Außerdem weisen die erfindungsgemäßen Chemisorptionsverfahren die oben beschriebenen vorteilhaften Effekte auf, da es auch im Fall der Verwendung einer derartigen mehrkomponentigen Chemisorptionslösung die Schritte einer Beschleunigungsreaktion und einer Alterung umfaßt.
Bei dem Tensid bei den oben beschriebenen Verfahren kann es sich um ein auf Silan basierendes Tensid mit einer linearen Kohlenstoffkette oder einer linearen Siloxankette und mindestens einer Silylgruppe aus der Gruppe bestehend aus einer Chlorsilylgruppe, einer Alkoxysilylgruppe und einer Isocyanatosilylgruppe handeln.
Diese auf Silan basierenden Tenside zeichnen sich durch eine hervorragende Reaktivität gegenüber dem Grundmaterial aus. Bei den erfindungsgemäßen Chemisorptionsverfahren ergeben sich die oben beschriebenen vorteilhaften Effekte auch im Fall der Verwendung dieser auf Silan basierenden Tenside.
Die Kohlenstoffkette oder Siloxankette bei dem oben beschriebenen Verfahren kann so beschaffen sein, daß ein Ende oder ein Teil davon durch mindestens eine organische Gruppe aus der Gruppe bestehend aus einer Kohlenstofftrifluoridgruppe (-CF₃), einer Methylgruppe (-CH₃), einer Vinylgruppe (-CH=CH₂), einer Allylgruppe (-CH=CH-), einer Acetylengruppe (-C≡C-), einer Phenylgruppe (-C₆H₅), einer Arylgruppe (-C₆H₄-), einem Halogenatom, einer Alkoxygruppe (-OR, worin R für eine Alkylgruppe steht), einer Cyanogruppe (-CN), einer Aminogruppe (-NH₂), einer Hydroxylgruppe (-OH), einer Carbonylgruppe (=CO), einer Carboxygruppe (-COO-) und einer Carboxylgruppe (-COOH) substituiert ist.
Das auf Silan basierende Tensid mit den oben beschriebenen organischen Gruppen zeichnet sich durch eine hervorragende Steuerung der Orientierung der Adsorbatmoleküle aus und eignet sich besonders gut zur Bildung einer Flüssigkristallorientierungsschicht.
Im folgenden wird das Verfahren zur Bildung einer Flüssigkristallorientierungsschicht gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Erfindung stellt auch ein Verfahren zur Bildung einer Flüssigkristallorientierungsschicht mit einem Chemisorptionsfilm, in dem Moleküle eines Tensids auf einer Oberfläche eines Substrats, auf dem eine Elektrode vorgesehen ist, chemisorbiert sind, bei dem man mindestens auf einer Oberfläche des Substrats eine Lösungsschicht bildet, indem man mit der Oberfläche des Substrats eine Chemisorptionslösung in Berührung bringt, welche das auf Silan basierende Tensid und ein nichtwäßriges organisches Lösungsmittel enthält; Moleküle des Tensids auf der Oberfläche des Substrats chemisorbiert, indem man das in der Lösungsschicht enthaltene organische Lösungsmittel in der trockenen Atmosphäre verdampft; und die Oberfläche des Substrats zur Entfernung von auf der Substratoberfläche verbliebenen nicht abreagierten Molekülen des Tensids mit einem nichtwäßrigen organischen Lösungsmittel wäscht.
Bei dem oben beschriebenen Verfahren zur Bildung einer Flüssigkristallorientierungsschicht kann der Chemisorptionsschritt die Schritte der Beschleunigung einer Chemisorptionsreaktion durch Verdampfen des organischen Lösungsmittels und Aufkonzentrieren eines auf Silan basierenden Tensids in der Lösungsschicht und der Alterung über einen vorbestimmten Zeitraum zur Vervollständigung der Chemisorptionsreaktion nach dem Verdampfen des organischen Lösungsmittels umfassen.
Bei den oben beschriebenen Verfahren kann man nach dem Waschen den Schritt der Vororientierung der adsorbierten Moleküle auf der Substratoberfläche in einer vorbestimmten Richtung vorsehen, indem man das Substrat in einer trockenen Atmosphäre in einer vorbestimmten Richtung herauszieht, wodurch das Lösungsmittel auf der Substratoberfläche ablaufgetrocknet wird.
Bei dem oben beschriebene Verfahren ist der Schritt der Reorientierung der adsorbierten Moleküle in einer vorbestimmten Richtung durch Bestrahlung der Substratoberfläche mit polarisiertem Licht vorgesehen.
Die Schritte der Bildung einer Lösungsschicht, der Chemisorption und des Waschens gemäß obiger Beschreibung sind im Grunde die gleichen wie bei Verfahren zur Bildung eines monomolekularen Chemisorptionsfilms gemäß obiger Beschreibung, außer daß als Grundmaterial das Substrat mit einer darauf ausgebildeten Elektrode verwendet wird. Demgemäß werden die insbesondere bei der Bildung einer Flüssigkristallorientierungsschicht notwendigen Schritte nachstehend beschrieben.
Bei dem oben beschriebenen Verfahren ist nach dem Waschschritt der Schritt der Vororientierung von Adsorbatmolekülen durch Herausziehen des Substrats in einer vorbestimmten Richtung, wodurch das Lösungsmittel auf der Substratoberfläche ablaufgetrocknet wird, vorgesehen. Gemäß einem derartigen Verfahren kann der vororientierte Film effizient gebildet werden, da das Ablauftrocknen der an dem Substrat anhaftenden Waschlösung auch als Vororientierungsbehandlung der Adsorbatmoleküle dient. Als nächstes wird nachstehend die technische Bedeutung des Ablauftrocknens beschrieben. Beim Trocknen des waschlösungsnassen Substrats in stehendem Zustand in der trockenen Atmosphäre bewegt sich das obere Ende der nassen Oberfläche allmählich nach unten (in Richtung der Schwerkraft), und die Trocknung läuft vom oberen Ende der nassen Oberfläche in Abwärtsrichtung ab. Bei eigenen Untersuchungen des obigen Chemisorptionsfilms wurde gefunden, daß die an dem Substrat adsorbierten Moleküle in der Richtung der Ablauftrocknung ausgerichtet sind. Die oben beschriebenen Verfahren basieren auf diesen Befunden. Die Orientierung nach einem Ablauftrocknungsverfahren wird in der Beschreibung als Vororientierung bezeichnet. Der vororientierte Film kann für eine Flüssigkristallorientierungsschicht verwendet werden, da der vororientierte Film auch die Flüssigkristallmoleküle in einer vorbestimmten Richtung ausrichten kann. Der vororientierte Film hat jedoch im Vergleich mit der nachstehend beschriebenen reorientierten Schicht (dem Chemisorptionsfilm nach Bestrahlung mit polarisiertem Licht) eine unzureichende Stabilität gegenüber äußeren Beanspruchungen, wie Wärme und Reibung.
Angesichts der obigen Probleme wird bei dem oben beschriebenen Verfahren der Schritt der Reorientierung durch Bestrahlung des vororientierten Films (des Chemisorptionsfilms nach der Vororientierung) mit polarisiertem Licht hinzugefügt. Der Schritt der Reorientierung nach der Vororientierung macht den Orientierungszustand des Chemisorptionsfilms stabiler, erhöht die Beständigkeit gegenüber äußeren Beanspruchungen, wie Wärme und Reibung, und verbessert ferner die Oberflächenverankerungskraft über den Flüssigkristallmolekülen. Der Schritt der Reorientierung nach der Vororientierung ist vorgesehen, da die adsorbierten Moleküle durch Bestrahlung mit derartigem polarisiertem Licht, wie UV-Strahlen, nach der Vororientierung einheitlich und effizient in einer vorbestimmten Richtung reorientiert werden können. Insbesondere im Fall der Verwendung des Tensids mit einer photoreaktiven Gruppe kann man die adsorbierten Moleküle durch Bestrahlung mit polarisiertem Licht miteinander vernetzen oder polymerisieren, wodurch eine noch größere Oberflächenverankerungskraft über dem Flüssigkristall auf dem Chemisorptionsfilm erhältlich ist.
Es wird darauf hingewiesen, daß die Polarisationsrichtung des polarisierten Lichts bei der Reorientierung vorzugsweise mit der Ablauftrocknungsrichtung nicht in rechtem Winkel, sondern mindestens in einem gegenüber 90° etwas verschobenen und vorzugsweise um einige Grad gegenüber 90°C verschobenen Winkel gekreuzt ist. Der Grund hierfür besteht darin, daß bei Kreuzung in einem Winkel von 90° die Möglichkeit besteht, daß die adsorbieren Moleküle mit gleicher Wahrscheinlichkeit in zwei Richtungen orientiert werden. Außerdem wird bei Bestrahlung des vororientierten Films mit polarisiertem Licht mit zur Ablauftrocknungsrichtung paralleler Polarisationsrichtung die Neigungsrichtung der adsorbierten Moleküle identisch mit der Vernetzungsrichtung, wodurch die Richtungen der adsorbierten Moleküle einheitlicher werden und der resultierende reorientierte Film eine hervorragendere Oberflächenverankerungskraft gegenüber den Flüssigkristallmolekülen aufweist.
Bei dem Tensid bei dem oben beschriebenen Verfahren zur Bildung der Flüssigkristallorientierungsschicht kann es sich um eine Mischung aus mehreren Tensiden mit jeweils voneinander verschiedener kritischer Oberflächenenergie handeln.
Bei dem Tensid bei dem oben beschriebenen Verfahren kann es sich um ein auf Silan basierendes Tensid mit einer linearen Kohlenstoffkette oder einer linearen Siloxankette und mindestens einer Silylgruppe aus der Gruppe bestehend aus einer Chlorsilylgruppe, einer Alkoxysilylgruppe und einer Isocyanatosilylgruppe handeln.
Die Kohlenstoffkette oder Siloxankette bei den oben beschriebenen Verfahren kann so beschaffen sein, daß ein Ende oder ein Teil davon durch mindestens eine organische Gruppe aus der Gruppe bestehend aus einer Kohlenstofftrifluoridgruppe (-CF₃), einer Methylgruppe (-CH₃), einer Vinylgruppe (-CH=CH₂), einer Allylgruppe (-CH=CH-), einer Acetylengruppe (-C≡C-), einer Phenylgruppe (-C₆H₅), einer Arylgruppe (-C₆H₄-), einem Halogenatom, einer Alkoxygruppe (-OR, worin R für eine Alkylgruppe steht), einer Cyanogruppe (-CN), einer Aminogruppe (-NH₂), einer Hydroxylgruppe (-OH), einer Carbonylgruppe (=CO), einer Carboxygruppe (-COO-) und einer Carboxylgruppe (-COOH) substituiert ist.
Bei den oben beschriebenen Verfahren kann es sich bei der trockenen Atmosphäre um eine Atmosphäre mit einer relativen Feuchte von 30% oder weniger handeln.
Bei dem oben beschriebenen Verfahren kann die Chemisorptionslösung ein nichtwäßriges Lösungsmittel mit einem Siedepunkt von 100 bis 250°C enthalten.
Bei dem oben beschriebenen Verfahren können das nichtwäßrige organische Lösungsmittel in der Chemisorptionslösung und das im Waschschritt verwendete nichtwäßrige organische Lösungsmittel jeweils eine funktionelle Gruppe aus der Gruppe bestehend aus einer Alkylgruppe, einer Fluorkohlenstoffgruppe, einer Chlorkohlenstoffgruppe und einer Siloxangruppe aufweisen.
Bei den oben beschriebenen Verfahren kann es sich bei dem organischen Lösungsmittel mit einer Siloxangruppe um ein auf Silikon basierendes Lösungsmittel handeln.
Bei den oben beschriebenen Verfahren kann die Chemisorptionslösung beim Schritt der Bildung einer Lösungsschicht durch Offsetdruck, Siebdruck oder Walzenbeschichtung auf die Substratoberfläche aufgebracht werden. Die Chemisorptionslösung kann eine Lösungsviskosität von 1 bis 50.000 cSt aufweisen. Als Lösungsmittel zur Einstellung der Lösungsviskosität der Chemisorptionslösung kann man ein Silikon verwenden.
Bei dem oben beschriebende Verfahren zur Bildung einer Flüssigkristallorientierungsschicht kann man ferner vor dem Schritt der Bildung der Lösungsschicht eine Unterschicht bilden, wobei man: auf der Substratoberfläche direkt eine andere Lösungsschicht bildet, indem man mit der Substratoberfläche eine andere Lösung in Berührung bringt, wobei in der anderen Lösung ein chemisches Adsorbat mit mehreren Chlorsilylgruppen in einem Lösungsmittel gelöst ist; danach das Lösungsmittel in der Schicht aus der anderen Lösung in einer trockenen Atmosphäre verdampft, wobei in dem chemischen Adsorbat in der Schicht aus der anderen Lösung auf der Substratoberfläche Siloxanbindungen gebildet werden; danach die Substratoberfläche zur Entfernung von nicht adsorbierten Molekülen von der Substratoberfläche wäscht und die Substratoberfläche feuchter Luft aussetzt, so daß OH-Gruppen an Chlorsilylgruppen in den Molekülen des Adsorbats addiert werden.
Der oben beschriebene Schritt der Bildung der Unterschicht ähnelt dem obigen Verfahren zur Bildung eines Chemisorptionsfilms gemäß der vorliegenden Erfindung, bei dem die Beschleunigung der Chemisorptionsreaktion durch Aufkonzentrieren und die Alterung vorgesehen sind, wodurch die Unterschicht innerhalb einer bemerkenswert kurzen Zeit gebildet werden kann. Als bei dem Schritt der Bildung einer Unterschicht verwendetes Adsorbat kann man ein chemisches Adsorbat mit mehreren Chlorsilylgruppen verwenden. Das chemische Adsorbat mit mehreren Chlorsilylgruppen kann leicht auf dem Substrat chemisorbiert werden, und bei Einwirkung einer Feuchtigkeit enthaltenden Atmosphäre auf die adsorbierten Moleküle werden in der Chemisorptionslösung enthaltene nicht umgesetzte Chlorsilylgruppen durch Dehydrochlorierungsreaktion mit Wasser in Moleküle mit mehreren OH-Gruppen umgewandelt. Da diese OH-Gruppen als aktive Stellen wirken, an die die Moleküle des auf Silan basierenden Tensids gebunden werden können, können die Moleküle des Tensids über die Unterschicht in hoher Dichte an die Oberfläche des Substrats gebunden werden. Es wird darauf hingewiesen, daß die Dichte der adsorbierten Moleküle um so höher ist, je mehr OH-Gruppen (aktive Wasserstoffatome) auf der Substratoberfläche vorliegen, und infolgedessen eine Flüssigkristallorientierungsschicht mit hervorragender Oberflächenverankerungskraft gegenüber den Flüssigkristallmolekülen und hervorragender Dauerhaftigkeit erhältlich ist.
Ein Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann folgendermaßen aufgebaut sein. Da das Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung die oben beschriebenen Verfahren zur Bildung der Flüssigkristallorientierungsschicht einschließt, werden die bereits bei den oben beschriebenen Verfahren zur Bildung der Flüssigkristallorientierungsschicht beschriebenen Einzelheiten hier der Kürze halber nicht wiederholt.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung bereit, bei dem man mindestens auf einer Oberfläche eines ersten Substrats mit mehreren in einer Matrix ausgebildeteten Elektroden eine Lösungsschicht bildet, indem man mit der Oberfläche des Substrats in einer trockenen Atmosphäre eine Chemisorptionslösung in Berührung bringt, welche ein auf Silan basierendes Tensid und ein nichtwäßriges organisches Lösungsmittel enthält; das organische Lösungsmittel in der Lösungsschicht in einer trockenen Atmosphäre verdampft, wobei Moleküle des auf Silan basierenden Tensids auf der Oberfläche des Substrats chemisorbiert werden; die Substratoberfläche mit chemisorbierten Molekülen des auf Silan basierenden Tensids zur Entfernung von nicht adsorbierten Molekülen des auf Silan basierenden Tensids von der Substratoberfläche mit einer ein nichtwäßriges organisches Lösungsmittel enthaltenden Waschlösung wäscht; nach dem Waschen chemisorbierte Moleküle auf der Substratoberfläche in einer vorbestimmten Richtung vororientiert, indem man das Substrat in einer trockenen Atmosphäre in einer vorbestimmten Richtung herauszieht, wodurch das Lösungsmittel auf der Substratoberfläche ablaufgetrocknet wird und die auf dem Substrat chemisorbierten Moleküle vororientiert werden; die chemisorbierten Moleküle durch Bestrahlung der vororientierten chemisorbierten Moleküle mit polarisiertem Licht in einer vorbestimmten Richtung reorientiert und eine Flüssigkristallzelle zusammenbaut, indem man gegenüber dem ersten Substrat mit einer durch den Reorientierungsschritt gebildeten Orientierungsschicht ein zweites Substrat mit einer Gegenelektrode mit einer vorbestimmten Lücke so anordnet, daß jede der Substratoberflächen mit den Elektrodenflächen nach innen bereitgestellt wird.
Bei dem oben beschriebenen Verfahren wird die Reorientierung bei dem Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung so durchgeführt, daß unter Verwendung eines Polarisators und einer darauf gelegten strukturierten Maske das polarisierte Licht mehrmals auf jedes Pixel mit mehreren Mikroabschnitten so aufgestrahlt wird, daß jeweils das in verschiedenen Richtungen portionierte polarisierte Licht entsprechend auf einen der mehreren Mikroabschnitte aufgebracht wird, wobei man eine Orientierungsschicht erhält, in der jeder der mehreren Mikroabschnitte eine andere Reorientierungsrichtung aufweist.
Durch Anwendung dieses Verfahrens kann man die Reorientierungsrichtung bei jedem der Mikroabschnitte steuern und eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung vom Multidomänentyp realisieren.
Es wird darauf hingewiesen, daß nach den Schritten der Bildung einer Lösungsschicht, der Chemisorption, des Waschens und der Vororientierung die in den obigen Verfahren zur Bildung einer Flüssigkristallorientierungsschicht beschriebenen Verfahren angewandt werden können.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Ansicht, die ein Beispiel für das Verfahren zum Aufbringen der Chemisorptionslösung auf das Grundmaterial zeigt.
2 ist eine Ansicht, die ein Beispiel für das Verfahren des Waschens der Oberfläche des Grundmaterials, auf dem der Chemisorptionsfilm gebildet wird, zeigt.
3 ist eine auf ein molekulares Niveau vergrößerte schematische Querschnittsansicht des gemäß Beispiel 1 gebildeten Chemisorptionsfilms.
4 ist eine auf ein molekulares Niveau vergrößerte schematische Querschnittsansicht des Chemisorptionsfilms nach Vororientierung gemäß Beispiel 2.
5 ist eine schematische Ansicht der Beschreibung des Reorientierungsschritts durch Bestrahlung der Substratoberfläche mit polarisiertem Licht.
6 ist eine schematische Ansicht, die die Oberfläche des Substrats nach Bestrahlung mit dem polarisierten Licht zeigt.
7 ist eine auf ein molekulares Niveau vergrößerte schematische Querschnittsansicht des Chemisorptionsfilms nach Reorientierung gemäß Beispiel 2.
8 ist eine auf ein molekulares Niveau vergrößerte schematische Querschnittsansicht des Chemisorptionsfilms vor der Einwirkung einer Feuchtigkeit enthaltenden Atmosphäre bei der Bildung einer Unterschicht gemäß Beispiel 3.
9 ist eine auf ein molekulares Niveau vergrößerte schematische Querschnittsansicht des Chemisorptionsfilms nach der Einwirkung einer Feuchtigkeit enthaltenden Atmosphäre bei der Bildung einer Unterschicht gemäß Beispiel 3.
10 ist eine schematische Querschnittsansicht der Flüssigkristallanzeigevorrichtung gemäß Beispiel 6.
NÄHERE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die Erfindung wird nun anhand von bevorzugten Ausführungsformen näher erläutert. Es wird hier darauf hingewiesen, daß der Unterschied zwischen den Verfahren zur Bildung eines monomolekularen Chemisorptionsfilms und den Verfahren zur Bildung einer Flüssigkristallorientierungsschicht gemäß der vorliegenden Erfindung darin besteht, daß erstere nicht unbedingt eine Orientierungsbehandlung erfordern, wohingegen letztere eine Orientierungsbehandlung erfordern. Die Verfahren zur Bildung eines monomolekularen Chemisorptionsfilms können jedoch die Orientierungsbehandlung einschließen, was belegt, daß die beiden Verfahren sich nicht wesentlich voneinander unterscheiden. Demgemäß werden in der nachstehenden Beschreibung Beispiele aufgeführt, die sich neben den Verfahren zur Bildung eines monomolekularen Chemisorptionsfilms gemäß der vorliegenden Erfindung auf die Verfahren zur Bildung einer Flüssigkristallorientierungsschicht und die Herstellung einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung beziehen. Es wird hier auch darauf hingewiesen, daß der Begriff „Grundmaterial" bei den Verfahren zur Bildung eines monomolekularen Chemisorptionsfilms insoweit Materialien jeglicher Form einschließen soll, als der monomolekulare Chemisorptionsfilm auf einer Oberfläche davon gebildet werden kann. Der Begriff „Substrat" soll dagegen Materialien mit einer für Flüssigkristallanzeigen geeigneten Form (im allgemeinen flacher plattenartiger Form) bedeuten.
BEISPIEL 1
Bezugnehmend auf die 1 bis 3 wird nun das erfindungsgemäße Beispiel 1 nachstehend beschrieben.
Zunächst wurde ein Glassubstrat 1 hergestellt und die Oberfläche des Substrats ausreichend gewaschen und entfettet. Das Glassubstrat 1 wies an seiner Oberfläche eine Vielzahl von Hydroxylgruppen auf.
Als chemisches Adsorbat wurde ein auf Silan basierendes Tensid hergestellt. Das auf Silan basierende Tensid enthielt eine Trichlorsilangruppe und eine Gruppe mit einer linearen Kohlenwasserstoffkette mit einer an einem Ende eingebauten funktionellen Gruppe (CF₃-) zur Verringerung der Oberflächenenergie des Films. Das auf Silan basierende Tensid wird durch die chemische Formel CF₃(CF₂)₇(CH₂)₂SiCl₃ wiedergegeben.
Für ein nichtwäßriges organisches Lösungsmittel wurde ein dehydratisiertes Hexamethyldisiloxan (Siedepunkt 100°C) hergestellt. In dem dehydratisierten Hexamethyldisiloxan wurde das obige Tensid in einer Konzentration von 1 Gew.-% gelöst, was eine Chemisorptionslösung 2 ergab.
Als nächstes wurde das Substrat 1 in einer trockenen Atmosphäre mit einer relativen Feuchte von 30% oder weniger wie in 1 gezeigt in die Chemisorptionslösung 2 eingetaucht und nach ungefähr 1 Minute wieder herausgenommen. Danach hatte sich auf der Oberfläche des Substrats 1 eine Lösungsschicht aus der Chemisorptionslösung gebildet.
Danach wurde das Substrat zum Verdampfen des Hexamethyldisiloxans in der Lösungsschicht in der Atmosphäre mit einer Temperatur von 25°C ruhig hingestellt, und das Tensid in der Lösungsschicht wurde auf eine Konzentration von 100% aufkonzentriert (wobei die Chemisorptionsreaktion durch das Aufkonzentrieren beschleunigt wurde). Es dauerte etwa 1 Minute, bis die Konzentration des Tensids in der Atmosphäre 100% erreichte. Die Dicke der wie bei der Herstellung angefallenen Lösungsschicht betrug ungefähr 5 μm.
Nach dem Verdampfen des Hexamethyldisiloxans wurde das Substrat 1 in der obigen Atmosphäre noch 10 Minuten ruhig stehen gelassen (Alterung). So wurde ein Substrat erhalten, in dem Moleküle des Tensids an der Oberfläche chemisorbiert waren.
Nach diesen Behandlungen wurde das chemisorptionsbehandelte Substrat 1 zum Abwaschen von nicht adsorbierten Molekülen auf der Substratoberfläche in wasserfreies Chloroform 3 (Waschlösungsmittel) getaucht. Danach wurde das Substrat 1 wie in 2 gezeigt nach oben gezogen und aus dem Chloroform 3 entnommen, wonach das Chloroform auf dem Substrat in einer trockenen Atmosphäre mit einer relativen Feuchte von 30% oder weniger und bei einer Temperatur von ungefähr 25°C ablaufgetrocknet wurde, indem das Substrat so in stehendem Zustand belassen wurde, daß eine Substratauszugsrichtung (die durch den Pfeil 5 in 2 angezeigte Richtung) eine Aufwärtsrichtung in stehendem Zustand war (Vororientierungsbehandlung). In diesem Fall ergibt sich eine Ablauftrocknungsrichtung in der durch den Pfeil 5' in 2 angezeigten Richtung.
Danach wurde eine Luftatmosphäre mit einer relativen Feuchte von 65% (eine Feuchtigkeit enthaltende Luftatmosphäre) auf das Substrat 1 einwirken gelassen, und Chlorsilangruppen in den auf der monomolekularen Schicht verbliebenen Molekülen wurden mit Wasser umgesetzt. Was die Feuchtigkeit enthaltende Luftatmosphäre anbetrifft, so erwies sich die Luft mit einer relativen Feuchte von 50% als bevorzugt.
Durch die oben beschriebenen Behandlungen wurde ein Chemisorptionsfilm 4 gebildet, in dem die durch die chemische Formel CF₃(CF₂)₇(CH₂)₂SiCl₃ wiedergegebenen Moleküle des auf Chlorsilan basierenden Tensids über eine Siloxanbindung (-SiO-) an Hydroxylgruppen an der Substratoberfläche gebunden waren und die adsorbierten Moleküle in einer vorbestimmten Richtung (Ablauftrocknungsrichtung) vororientiert waren.
Die Filmdicke des Chemisorptionsfilms 4 betrug ungefähr 1 nm, und der Wasserkontaktwinkel des Films betrug ungefähr 120°. Die kritische Oberflächenenergie betrug gemäß der Messung nach der Zisman-Plot-Methode unter Verwendung von Kontaktwinkeln ungefähr 10 mN/m. Ferner wurde die Abziehfestigkeit des Chemisorptionsfilms 4 gemäß der JIS-Gitterschnittmethode untersucht, wobei als Ergebnis bestätigt wurde, daß kein Film abgezogen wurde. Es wurde auch durch FTIR-Messung (FTIR Fourier-Transform-Infrarotspektroskopie) bestätigt, daß Kohlenstoffketten der adsorbierten Moleküle in der Ablauftrocknungsrichtung (Pfeil 5' in 3) orientiert waren.
Nun wird das oben beschriebene Verfahren unter Bezugnahme auf die chemischen Formeln 1 und 2 näher erläutert. In der vorliegenden Beschreibung wird ein durch Verdampfen von Lösungsmittel herbeigeführter Chemisorptionsreaktionsprozeß als Beschleunigung der Chemisorptionsreaktion durch Aufkonzentrieren bezeichnet, und ein Prozeß, bei dem man die Reaktion weiterlaufen läßt, indem man ein Substrat nach Beendigung des Verdampfens des Lösungsmittels über einen vorbestimmten Zeitraum in eine trockene Atmosphäre stellt, wird als Alterung bezeichnet.
Bei diesen beiden Reaktionsprozessen werden Moleküle des Tensids in der Chemisorptionslösung über eine Siloxanbindung an hydrophile Gruppen (aktiven Wasserstoff) an der Substratoberfläche gebunden (siehe nachstehende chemische Formel 1). Bei der Beschleunigung der Chemisorptionsreaktion durch Aufkonzentrieren wird die Adsorptionslösung allmählich auf dem Substrat aufkonzentriert. Infolgedessen werden die Hydroxylgruppen an der Oberfläche des Substrats und die Tensidmoleküle glatt gebunden, und die Chemisorptionsreaktion wurde beschleunigt. Die Alterung hat dagegen die technische Bedeutung der Gewährleistung einer ausreichenden Zeit für die Reaktion zwischen dem Tensid und den Hydroxylgruppen an der Oberfläche des Substrats. Bei der Alterung verbleiben nur die Tensidmoleküle auf dem Substrat (d.h. die Konzentration des Tensids beträgt 100%), so daß die Chemisorptionsreaktion beschleunigt werden kann und die Tensidmoleküle glatt an den nicht abreagierten Stellen auf dem Substrat adsorbiert werden können. Demgemäß konnte bei dem Verfahren gemäß Beispiel 1, in dem die Chemisorptionsreaktion durch das Aufkonzentrieren und die Alterung beschleunigt wurde, die Chemisorptionszeit bemerkenswert verkürzt werden.
Im Gegensatz dazu ist bei herkömmlicherweise angewandten Eintauchreaktionsverfahren, bei denen das Substrat in eine Chemisorptionslösung mit geringer Konzentration eingetaucht wird, eine längere Reaktionszeit, wie einige Stunden, erforderlich, da die Dichte der adsorbierten Moleküle an der Substratoberfläche gering ist und das Lösungsmittel zwischen der Substratoberfläche und den adsorbierten Molekülen vorliegt. Selbst bei Verwendung einer Lösung mit hoher Konzentration in der Anfangsstufe ergeben sich weitere Nachteile, so daß Hydroxylgruppen an der Substratoberfläche und die Tensidmoleküle nicht glatt verbunden werden und die Nutzungseffizienz des Adsorbats verringert wird.
Zur Bildung eines defektfreien einheitlichen Chemisorptionsfilms sollte die Menge der aufzubringenden Tensidmoleküle idealerweise so groß sein, daß weder zu viele noch zu wenige der Tensidmoleküle chemisch an hydrophile Gruppen an der Substratoberfläche gebunden werden. Da es jedoch schwierig ist, die Zahl der Tensidmoleküle in der Lösungsschicht der Zahl der aktiven Wasserstoff enthaltenden Gruppen an der Substratoberfläche anzugleichen, muß auf die Substratoberfläche eine Lösung mit einem geringen Überschuß an Tensidmolekülen aufgebracht werden. Dadurch ergeben sich zu einem Zeitpunkt, an dem die Chemisorptionsreaktion vollständig ist, auf der Substratoberfläche verbleibende Tensidmoleküle, die nicht mit dem Substrat reagieren können (nicht adsorbierte Moleküle). Somit wird in Beispiel 1 das Substrat in der Stufe, in der die Chemisorptionsreaktion vervollständigt wird, mit einer Waschlösung gewaschen. Durch Waschen des Substrats werden die auf dem. Substrat verbliebenen nicht adsorbierten Moleküle entfernt, wodurch die Bildung eines monomolekularen Films, in dem weitgehend adsorbierte Moleküle alleine in einer monomolekularen Schicht angeordnet sind, ermöglicht wird. Des weiteren wird in Beispiel 1 die an der Substratoberfläche haftende Waschlösung ablaufgetrocknet, indem man das Substrat in einer vorbestimmten Richtung hinstellt, wodurch die adsorbierten Moleküle in einer Ablauftrocknungsrichtung (der durch den Pfeil 5' angezeigten Richtung) orientiert werden.
Danach wird eine Behandlung durchgeführt, bei der die adsorbierten Moleküle Feuchtigkeit ausgesetzt werden. Es wird angenommen, daß durch diese Behandlung SiCl-Gruppen in den adsorbierten Molekülen eine Dehydrochlorierungsreaktion mit Wasser eingehen und die adsorbierten Moleküle dadurch über eine Siloxanbindung miteinander verbunden werden, wie in der folgenden chemischen Formel 2 und in 3 gezeigt.
[Chemische Formel 1]
[Chemische Formel 2]
Bei dem oben beschriebenen Verfahren gemäß Beispiel 1 wurde die für die Chemisorptionsreaktion benötigte Zeit auf 12 Minuten verkürzt (einschließlich der Zeit für das Eintauchen des Substrats zum Aufbringen der Lösung), was bemerkenswert kürzer war als bei herkömmlichen Eintauchreaktionsverfahren, bei denen für die Reaktion 1 bis 2 Stunden nötig sind.
BEISPIEL 2
Ein Glassubstrat (an dessen Oberfläche viele Hydroxylgruppen vorlagen) mit einer transparenten Elektrode aus beispielsweise ITO (Indiumzinnoxid) auf einer Oberfläche davon wurde hergestellt, und die Oberfläche wurde ausreichend gewaschen und entfettet. Unterdessen wurden zwei Tenside hergestellt, um einen zweikomponentigen Chemisorptionsfilm herzustellen. Ein auf Silan basierendes Tensid mit einer Trichlorsilangruppe und einer Gruppe mit einer linearen Kohlenwasserstoffkette mit einer an einem Ende eingebauten funktionellen Gruppe (CH₃-) zur Steuerung der Oberflächenenergie des Films, das durch die chemische Formel CH₃(CH₂)₁₄SiCl₃ wiedergegeben wird, und ein anderes auf Silan basierendes Tensid mit eingebauter photoreaktiver Gruppe (C₆H₅CH=CHCOC₆H₄-: Chalkonylgruppe), das durch die chemische Formel C₆H₅CH=CHCOC₆H₄O(CH₂)₆SiCl₃ wiedergegeben wird, wurden in einem Molverhältnis von 1:1 vermischt. Die beiden so hergestellten Tenside wurden in einer Konzentration von 1 Gew.-% in dehydratisiertem Hexamethyldisiloxan (Siedepunkt 100°C) gelöst, und es wurde eine zweikomponentige Chemisorptionslösung hergestellt.
Als nächstes wurde in Analogie zu Beispiel 1 auf dem Substrat eine Lösungsschicht aus der obigen zweikomponentigen Chemisorptionslösung gebildet, indem das Substrat 1 Minute in die zweikomponentige Chemisorptionslösung eingetaucht und danach nach oben gezogen und aus der Lösung entnommen wurde. Danach wurde das als Lösungsmittel dienende Silikon aus der Lösungsschicht abgedampft (Beschleunigung der Chemisorptionsreaktion durch Aufkonzentrieren). Ferner wurde das Substrat nach vollständigem Verdampfen des Silikons (ungefähr nach 1 Minute) 5 Minuten stehen gelassen, um die Chemisorptionsreaktion ablaufen zu lassen (Alterung). Danach wurde das Substrat zum Abwaschen nicht adsorbierter Moleküle in einen mit dehydratisiertem n-Hexan gefüllten Behälter eingetaucht und dann nach oben aus dem Behälter herausgezogen. Das Substrat wurde ablaufgetrocknet, indem das Substrat so in stehendem Zustand belassen wurde, daß eine Substratauszugsrichtung eine Aufwärtsrichtung in stehendem Zustand war. Diese Behandlungen wurden in einer trockenen Atmosphäre mit einer relativen Feuchte von 30% oder weniger und bei einer Temperatur von 25°C durchgeführt.
Danach wurde die Substratoberfläche einer Feuchtigkeit enthaltenden Luftatmosphäre ausgesetzt, so daß nicht umgesetzte SiCl-Gruppen mit Wasser reagieren. So wurde ein Chemisorptionsfilm 14 (vororientierter Film) hergestellt, in dem zwei Arten von Tensidmolekülen monoschichtartig an dem Substrat chemisorbiert waren.
Die Orientierung der adsorbierten Moleküle in diesem Chemisorptionsfilm 14 wurde wie in obigem Beispiel 1 untersucht. Dabei ergab sich, daß die adsorbierten Moleküle in einer der Auszugsrichtung entgegengesetzten Richtung vororientiert waren, d.h. entlang der Richtung der Ablauftrocknung (siehe 4). Die Filmdicke betrug ungefähr 1,7 nm. Die kritische Oberflächenenergie des Chemisorptionsfilms betrug ungefähr 28 mN/m.
Zusätzlich wurde unter Verwendung von zwei Substraten mit jeweils einem nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellten vororientierten Film eine Flüssigkristalltestzelle hergestellt. In der Testzelle waren die Vororientierungsrichtungen für die Substrate zueinander antiparallel, und die Schichtdicke (Zellenlücke) betrug 20 μm. Ein nematischer Flüssigkristall (ZLI4792 von Merck & Co., Inc.) wurde in die Zelle gefüllt, wonach mit sichtbaren Strahlen und Polarisatoren der Orientierungszustand der Flüssigkristallmoleküle in der Zelle untersucht wurde. Infolgedessen wurde bestätigt, daß die Flüssigkristallmoleküle in der Vororientierungsrichtung (der Richtung der Ablauftrocknung) im vororientierten Film (dem der Vororientierungsbehandlung unterworfenen Chemisorptionsfilm) bei einem Pretiltwinkel von ungefähr 4° gegenüber dem Substrat orientiert waren.
In der vorhergehenden Reihe von Prozessen sind die chemischen Reaktionen des Tensids dem obigen Beispiel 1 analog. Im einzelnen werden bei der Reaktion zwischen der Substratoberfläche und dem Tensid die in den folgenden chemischen Formeln 3 und 4 gezeigten Bindungen anfänglich in einem Verhältnis von ungefähr 1:1 gebildet. Dann werden nach Waschen mit dem Lösungsmittel durch Einwirkenlassen einer Feuchtigkeit enthaltenden Luftatmosphäre auf das Substrat die in den folgenden chemischen Formeln 5 und 6 gezeigten Bindungen gebildet.
In Beispiel 2 sowie in obigem Beispiel 1 wurde das Chemisorptionsreaktionsverfahren mit Beschleunigung der Chemisorptionsreaktion durch Aufkonzentrieren und Alterung angewandt, und die Chemisorptionsreaktionszeit, die in der Regel 1 bis 2 Stunden dauert, wurde bemerkenswerterweise auf 7 Minuten verkürzt.
[Chemische Formel 3]
[Chemische Formel 4]
[Chemische Formel 5]
[Chemische Formel 6]
[Reorientierungsprozeß]
Nach der obigen Behandlung wurde der vororientierte Film einer Reorientierungsbehandlung unterworfen. Anhand der 5 und 6 wird der Reorientierungsbehandlungsprozeß nachstehend näher erläutert. Ein Polarisator 6 (HNP'B von POLAROID) wurde über das mit dem vororientierten Film versehene Substrat gelegt, und die Substratoberfläche wurde mit einem Ultraviolettstrahl mit einer Wellenlänge von 365 nm (i-Linie) bei einer Intensität von 400 mJ/cm² so bestrahlt, daß die Polarisationsrichtung 13 und die Ablauftrocknungsrichtung 5' einen Winkel von 87° bzw. 93° bildeten. Als Lichtquelle 7 zur Erzeugung der polarisierten Ultraviolettstrahlen diente eine Quecksilberdampf-Höchstdrucklampe mit einer Leistung von 500 W (3,6 mW/cm² nach Durchgang durch den Polarisator).
5 zeigt schematisch einen Zustand der Bestrahlung mit polarisiertem Licht, und 6 zeigt schematisch einen Zustand der Substratoberfläche nach der Bestrahlung mit dem polarisierten Licht. 7 zeigt schematisch eine auf ein molekulares Niveau vergrößerte Querschnittsansicht eines Chemisorptionsfilms 14' (reorientierter Film) nach der Bestrahlung mit dem polarisierten Licht.
Die 5 bis 7 reflektieren die Ergebnisse der FTIR-Spektroskopie und die Ergebnisse der Tests mit den Testzellen, in denen die monomolekularen Filme analog Beispiel 1 gebildet wurden. Durch die wie in Beispiel 1 durchgeführte FTIR-Spektroskopie wurde bestätigt, daß zwei Arten von adsorbierten Molekülen gemäß den chemischen Formeln 5 und 6 gemischt an der Substratoberfläche chemisorbiert waren und die adsorbierten Moleküle mit den photoreaktiven Gruppen (C₆H₅CH=CHCOC₆H₄-) an C=C-Doppelbindungen miteinander verbunden oder polymerisiert waren (siehe chemische Formel 7 und 7). Es wurde außerdem bestätigt, daß die adsorbierten Moleküle gemäß der chemischen Formel 5 durch die Bestrahlungsbehandlung mit den Ultraviolettstrahlen keine photochemische Reaktion eingingen. Außerdem wurde in der Testzelle beobachtet, daß die Flüssigkristallmoleküle entlang der Polarisationsrichtung des Lichts orientiert waren, der Pretiltwinkel ungefähr 4° betrug und die Disklination der Flüssigkristallmoleküle kleiner war als im vororientierten Film. Die Werte für die Oberflächenspannung, die kritische Oberflächenenergie und die Filmdicke waren die gleichen wie für den vororientierten Film, woraus hervorgeht, daß die Ultraviolettstrahlung keinen Einfluß auf die Werte hatte.
Es wird darauf hingewiesen, daß in den 4 bis 7 die Bezugszahl 14 den der Vororientierungsbehandlung unterworfenen Chemisorptionsfilm bezeichnet, die Zahl 14' die Gruppen adsorbierter Moleküle nach der Vororientierungsbehandlung bezeichnet, die Zahl 15 das Substrat bezeichnet, die Zahl 6 den Polarisator bezeichnet, die Zahl 7 die Bestrahlungsstrahlen bezeichnet, die Zahl 9 die transparente Elektrode bezeichnet, die Zahl 14'' den reorientierten Chemisorptionsfilm (reorientierten Film, Flüssigkristallorientierungsschicht) bezeichnet und die Zahl 8 die Reorientierungsrichtung bezeichnet.
[Chemische Formel 7]
BEISPIEL 3
In Beispiel 3 wurde ein monomolekularer Chemisorptionsfilm so gebildet, daß auf der Substratoberfläche eine Unterschicht gebildet wurde, um die Zahl der OH-Gruppen an der Substratoberfläche zu erhöhen. Danach wurden die Tensidmoleküle darauf chemisorbiert. Die Prozesse werden nachfolgend im einzelnen beschrieben.
Für eine Silylverbindung mit mehreren Chlorgruppen wurde eine Verbindung der chemischen Formel Cl₃SiOSiCl₃ hergestellt und dann zur Herstellung einer Lösung zur Bildung der Unterschicht in einer Konzentration von 1 Gew.-% in dehydratisiertem Toluol gelöst. Die Verfahrensweise und das Prinzip zur Bildung der Unterschicht sind die gleichen wie in Beispiel 1. Zunächst wurde das Substrat in einer trockenen Atmosphäre mit einer relativen Feuchte von 30% oder weniger 1 Minute in die oben beschriebene Lösung zur Bildung einer Unterschicht eingetaucht und dann aus der Lösung herausgezogen, wonach das Toluol in der Atmosphäre 5 Minuten verdampft wurde, um die Chemisorptionsreaktion durch das Aufkonzentrieren zu beschleunigen. Danach wurde das Substrat 5 Minuten gealtert. Bei den Prozessen dieser Reaktionen wurde Cl₃SiOSiCl₃ an Hydroxylgruppen (-OH) an der Substratoberfläche gebunden, wie in 8 gezeigt.
Danach wurde die Substratoberfläche mit dehydratisiertem Chloroform gewaschen und einer Feuchtigkeit enthaltenden Luftatmosphäre ausgesetzt. Dadurch reagieren nicht umgesetzte -SiCl-Gruppen in einer Dehydrochlorierungsreaktion mit Wasser, wobei nicht umgesetztes Cl durch OH ersetzt wird, so daß sich eine Unterschicht mit einer Vielzahl von Hydroxylgruppen bildet. 9 zeigt eine auf ein molekulares Niveau vergrößerte schematische Ansicht der Unterschicht. Es ist darauf hinzuweisen, daß man bei Verwendung von Cl₃SiOSiCl₃ die Zahl der Hydroxylgruppen an der Substratoberfläche auf mehr als das Doppelte der Zahl in der Ausgangsstufe erhöhen kann. Außerdem ist diese Unterschicht bemerkenswert dünn, da es sich dabei um einen monomolekularen Film handelt. Demgemäß erhöht die Unterschicht die Dicke des Substrats nicht und löst sich auch nicht vom Substrat ab, da die Schicht über eine Siloxanbindung sicher an das Substrat gebunden ist.
Unter Verwendung der Chemisorptionslösung gemäß Beispiel 2 und des Substrats mit der Unterschicht darauf wurde ein Chemisorptionsfilm hergestellt. Der erhaltene Chemisorptionsfilm (Filmdicke 1,8 nm) wies eine hohe Dichte der adsorbierten Moleküle und hervorragendes Ölabweisungsvermögen auf.
Unter Verwendung des Substrats mit dem Chemisorptionsfilm darauf wurde der Orientierungszustand der Flüssigkristallmoleküle in Analogie zu Beispiel 2 nach der Testzellenmethode untersucht. Dabei ergab sich, daß die Flüssigkristallmoleküle entlang der Vororientierungsrichtung orientiert waren, wobei der Pretiltwinkel gegenüber dem Substrat ungefähr 5° betrug.
In Beispiel 3 wurde die Beschleunigung der Chemisorptionsreaktion durch das Aufkonzentrieren und die Alterung zur Bildung der Unterschicht eingesetzt. Daher war die zur Bildung der Unterschicht benötigte Zeit bemerkenswert kurz (11 Minuten). Man beachte, daß die Reaktion mit dem Substrat bei Verwendung von herkömmlichen Eintauchreaktionsverfahren und Cl₃SiOSiCl₃ zur Bildung der Unterschicht ungefähr 1 bis 2 Stunden dauert.
Es ist darauf hinzuweisen, daß Substanzen zur Bildung der Unterschicht nicht auf die obigen Substanzen beschränkt sind. Andere verwendbare Beispiele sind verschiedene Verbindungen mit funktionellen Gruppen, die mit der Substratoberfläche zu verbinden sind, wie Silylhalogenidgruppen, Isocyanatosilylgruppen und Alkoxysilylgruppen. Von diesen Beispielen sind Silylverbindungen mit mehreren Chlorgruppen im Hinblick auf Substratbindungseigenschaften, Dauerhaftigkeit und Handhabbarkeit usw. vorzuziehen. Ein Beispiel für derartige Silylverbindungen ist neben dem oben gezeigten Cl₃SiOSiCl₃ Cl-(SiCl₂O)_n-SiCl₃ (worin n für eine ganze Zahl steht, vorzugsweise im Bereich von 0 bis 3).
BEISPIEL 4
Als Tensid wurden unter Verwendung einer Verbindung A mit der chemischen Formel ClSi(CH₃)₂OSi(CH₃)₂OSi(CH₃)₂OSi(CH₃)₂Cl und einer Verbindung B mit der chemischen Formel C₆H₅CH=CHCOC₆H₄O(CH₂)₆SiCl₃ fünf verschiedene Arten von Tensidmischungen hergestellt. Die Tensidmischungen wiesen die folgenden Mischverhältnisse auf: Komponente A alleine (100:0), drei Arten von Zweikomponentenmischungen der Komponenten A und B (80:20, 50:50, 20:80) und Komponente B alleine (0:100). Danach wurden mit den fünf Arten von Tensiden in Analogie zu Beispiel 2 fünf Arten von reorientierten Filmen (Flüssigkristallorientierungsschichten) hergestellt. Dann wurden in Analogie zu Beispiel 2 die kritischen Oberflächenenergien und die Pretiltwinkel gemessen, um den Einfluß der Mischverhältnisse der Mischungen auf die kritischen Oberflächenenergien und die Pretiltwinkel zu beurteilen.
Die Meßergebnisse sind nachstehend in Tabelle 1 aufgeführt. Aus Tabelle 1 ist ersichtlich, daß durch Einstellung der Mischverhältnisse der Komponente A und der Komponente B die kritischen Oberflächenenergien der reorientierten Filme (Flüssigkristallorientierungsschichten) im Bereich von 23 mN/m bis 37 mN/m gesteuert werden können und die Pretiltwinkel im Bereich von 2 bis 87° gesteuert werden können.
TABELLE 1
BEISPIEL 5
Als Tensid wurden unter Verwendung einer Verbindung C mit der chemischen Formel CH₃CH₂C*HCH₃CH₂OCO(CH₂)₁₀SiCl₃ (C*: asymmetrisches Kohlenstoffatom) und der obigen Verbindung B mit der chemischen Formel C₆H₅CH=CHCOC₆H₄O(CH₂)₆SiCl₃ drei verschiedene Arten von Tensidmischungen hergestellt. Die drei Arten von Tensidmischungen wiesen die folgenden Mischverhältnisse auf: Verbindung C alleine (100:0), zwei Arten von Zweikomponentenmischungen der Verbindungen C und B (80:20 und 20:80). Dann wurden in Analogie zu Beispiel 2 drei Arten von verschiedenen reorientierten Filmen (Flüssigkristallorientierungsschichten) hergestellt, jedoch unter Verwendung der oben beschriebenen drei Arten von Tensidmischungen, wonach die gleiche Beurteilung wie in Beispiel 4 vorgenommen wurde.
Das Ergebnis der Messung ist nachstehend in Tabelle 2 aufgeführt. Tabelle 2 zeigt auch die kritische Oberflächenenergie und andere Werte von Verbindung B alleine, die in vorstehendem Beispiel 4 gemessen wurden.
Aus Tabelle 2 ist ersichtlich, daß durch Einstellung der Mischverhältnisse der Komponente A und der Komponente B die kritischen Oberflächenenergien der reorientierten Filme (Flüssigkristallorientierungschichten) im Bereich von 21 mN/m bis 37 mN/m gesteuert werden könnten und die Pretiltwinkel im Bereich von 2 bis 90° gesteuert werden können.
TABELLE 2
Die Ergebnisse in den Beispielen 4 und 5 zeigen, daß die erfindungsgemäßen Verfahren effizient zur effizienten Herstellung von verschiedenen Flüssigkristallorientierungsschichten mit verschiedenen kritischen Oberflächenenergien und Pretiltwinkeln angewandt werden können.
BEISPIEL 6
In Beispiel 6 wird ein Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung unter Anwendung der Beschleunigung der Chemisorptionsreaktion durch das Aufkonzentrieren näher erläutert.
Zunächst wird der Aufbau der Flüssigkristallanzeigevorrichtung unter Bezugnahme auf 10 beschrieben. 10 zeigt schematisch den Aufbau der Flüssigkristallanzeigevorrichtung in Querschnittsansicht. In 10 bezeichnet die Bezugszahl 20 ein erstes Substrat, die Zahl 21 bezeichnet eine Gruppe von auf dem ersten Substrat in einem Matrixarray ausgebildeten ersten Elektroden, die Zahl 22 bezeichnet eine Transistorgruppe zum Treiben der Gruppe von ersten Elektroden 21, und die Zahl 23 bezeichnet eine erste Flüssigkristallorientierungsschicht über der Gruppe von ersten Elektroden. Die Bezugszahl 24 bezeichnet ein zweites Substrat, die Zahl 25 bezeichnet eine Gruppe von Farbfiltern, die Zahl 26 bezeichnet eine der Gruppe von ersten Elektroden 21 gegenüberliegende Gruppe von zweiten Elektroden (gemeinsamen Elektroden), die Zahl 27 bezeichnet eine zweite Flüssigkristallorientierungsschicht über der Gruppe von zweiten Elektroden, die Zahl 28 bezeichnet eine Flüssigkristallschicht, die Zahl 29 bezeichnet einen Abstandhalter, die Zahl 30 bezeichnet ein Klebeteil, die Zahlen 31 und 32 bezeichnen einen Polarisator und die Zahl 33 bezeichnet eine Hintergrundbeleuchtung.
Es werden die Hauptelemente bei der Herstellung der Flüssigkristallanzeigevorrichtung beschrieben. In der Flüssigkristallanzeigevorrichtung wurden die Flüssigkristallorientierungsschichten (reorientierten Filme) 23, 27 auf dem ersten Substrat 20 mit der Gruppe von ersten Elektroden 21 und der Gruppe von Transistoren 22 bzw. auf dem zweiten Substrat 26 mit der Gruppe von Farbfiltern 24 und den gemeinsamen Elektroden 16 gebildet. Die Herstellungsbedingungen für diese Flüssigkristallorientierungsschichten entsprachen denen von Beispiel 2, jedoch mit der Abwandlung, daß die zweikomponentige Chemisorptionslösung, in der das auf Silan basierende Tensid mit der chemischen Formel CH₃(CH₂)₁₄SiCl₃ und das auf Silan basierende Tensid mit der chemischen Formel C₆H₅CH=CHCOC₆H₄O(CH₂)₆SiCl₃, die beide auch in Beispiel 2 verwendet wurden, in einem Molverhältnis von 1:4 vermischt wurden. Die kritische Oberflächenenergie der Orientierungsschicht nach der Reorientierungsbehandlung betrug 34 mN/m (35 mN/m nach der Vororientierungsbehandlung).
Nun wird das Verfahren zum Aufbau der Flüssigkristallanzeigevorrichtung beschrieben. Die Substrate 20 und 24 mit den wie oben hergestellten Orientierungsschichten darauf wurden so gegenübergestellt, daß die Orientierungsrichtungen in den beiden Orientierungsschichten zueinander senkrecht standen, wonach die Abstandhalter 28 zwischen den Substraten angeordnet wurden, was eine Zellenlücke von ungefähr 5 μm ergab, und die Substrate mit einem Klebstoff (Klebeteil 29) zu einer Zelle verbunden wurden. Danach wurde ein nematischer Flüssigkristall (ZLI7492 von Merck & Co., Inc.) in die Zelle injiziert, und die Polarisatoren 31 und 32 wurden außerhalb der Substrate 20 und 24 in gekreuzten Nicols angeordnet. So wurde eine im verdrillt-nematischen Modus mit einer Vedrillung von 90° arbeitende Flüssigkristallanzeigevorrichtung hergestellt. In dieser Vorrichtung betrug der Pretiltwinkel der Flüssigkristallmoleküle 4°.
Die Flüssigkristallanzeigevorrichtung wurde mit der Hintergrundbeleuchtung 30 vollflächig bestrahlt und durch Videosignale getrieben, wodurch bestätigt wurde, daß in Richtung des Pfeils A klare Bilder angezeigt wurden.
Es wird darauf hingewiesen, daß die anderen Bedingungen als das Verfahren zur Bildung der Flüssigkristallorientierungsschichten, beispielsweise das Verfahren zur Bildung der Transistoren und der Elektroden, keinen besonderen Beschränkungen unterliegen und für die Herstellung verschiedene bekannte Verfahren angewandt werden können.
BEISPIEL 7
Eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung wurde in Analogie zu obigem Beispiel 6 hergestellt, jedoch unter Verwendung einer Flüssigkristallorientierungsschicht vom Multidomänenorientierungstyp. Der Prozeß wird nachfolgend im einzelnen beschrieben. Bei dem Verfahren zur Bildung des Chemisorptionsfilms gemäß Beispiel 2 wurde eine Maske mit einem solchen Lichtausblendmuster hergestellt, daß polarisiertes Licht nur auf jeweils eine von vier Gruppen der aufgeteilten Bereiche, in denen ein einzelnes Pixel in vier schachbrettmusterartige Bereiche aufgeteilt ist, aufgebracht wird. Danach wurde die Maske über einen Polarisator gelegt, so daß jeweils bei der Ultraviolettbestrahlung die zu bestrahlende Gruppe des aufgeteilten Bereichs anders wird, wodurch die vier Bereiche jeweils mit einem Ultraviolettstrahl mit einer anderen Polarisationsrichtung bestrahlt wurden. So wurde durch viermalige Bestrahlung mit den Ultraviolettstrahlen eine Flüssigkristallorientierungsschicht vom Multidomänenorientierungstyp hergestellt, in der ein einzelnes Pixel vier Bereiche mit jeweils voneinander verschiedener Orientierungsrichtung umfaßt. Die vier aufgeteilten Bereiche waten in einem einem einzelnen Pixel entsprechenden Abschnitt schachbrettmusterartig angeordnet.
Unter Verwendung eines Substrats mit der so gebildeten Flüssigkristallorientierungsschicht darauf wurde eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung gemäß Beispiel 7 in Analogie zu Beispiel 6 hergestellt, jedoch unter Bereitstellung der so gebildeten Flüssigkristallorientierungsschicht. Die so hergestellte Flüssigkristallanzeigevorrichtung wurde in Analogie zu Beispiel 6 getrieben, wodurch bestätigt wurde, daß der Betrachtungswinkel bemerkenswert verbessert wurde.
Ergänzende Bemerkungen

(1) Die Beschleunigung der Chemisorptionsreaktion durch das Aufkonzentrieren und die Alterung und die Vororientierung der Tensidmoleküle durch die Ablauftrocknungsbehandlung und die Reaktion zur Bildung der Unterschicht sollten vorzugsweise bei einer Temperatur von 5 bis 80°C durchgeführt werden. Das hat folgenden Grund. Bei einer Temperatur von weniger als 5°C sind die Reaktivität zwischen den Tensidmolekülen und dem Substrat und die Verdampfungsgeschwindigkeit des Lösungsmittels verringert, wodurch es viel länger dauert, bis die Reaktionen vollständig sind. Bei einer Temperatur von mehr als 80°C verdampft dagegen das Lösungsmittel zu schnell, und die Viskosität der Lösung nimmt zu bald zu, und dadurch wird die Bildung einheitlicher Filme schwierig, und es ergeben sich auch solche Nachteile, daß das Lösungsmittel zum Sieden gebracht wird und das Tensid sich möglicherweise zersetzt. Was die Temperatur für die Ablauftrocknung angeht, so ist der gleiche Temperaturbereich bevorzugt, da bei einer Temperatur von weniger als 5°C die Vororientierung viel länger dauert, wohingegen bei einer Temperatur von mehr als 80°C die Waschlösung vollständig verdampft, bevor die Vororientierung ausreichend wird.
(2) Wenngleich in den vorhergehenden Beispielen Hexamethyldisiloxan (Beispiel 1), Octamethylsilikon (Beispiele 2 und 4 bis 7) und Toluol (Beispiel 3) als das nichtwäßrige organische Lösungsmittel zum Verdünnen des Tensids beschrieben werden, ist das Lösungsmittel zum Verdünnen nicht darauf beschränkt. Bevorzugte Beispiele für das Lösungsmittel zum Verdünnen sind nichtwäßrige organische Lösungsmittel, in denen Tenside löslich sind, mit einem Siedepunkt von 100 bis 250°C. Die Lösungsmittel mit einem derartigen Siedepunkt eignen Sich zur Beschleunigung der Chemisorptionsreaktion durch das Aufkonzentrieren. Besonders bevorzugt sind außerdem nichtwäßrige organische Lösungsmittel mit Alkylgruppen, Fluorkohlenstoffgruppen, Chlorkohlenstoffgruppen und Siloxangruppen, da derartige Lösungsmittel mit auf Silan basierenden Tensiden hervorragend verträglich sind.
(3) Das obige Lösungsmittel zum Verdünnen kann auch als Lösungsmittel zum Waschen verwendet werden. Bevorzugt sind nichtwäßrige organische Lösungsmittel mit Alkylgruppen, einer Fluorkohlenstoffgruppe, einer Chlorkohlenstoffgruppe und einer Siloxangruppe, da derartige Lösungsmittel die nicht adsorbierten Tenside effizient entfernen können. Es wird darauf hingewiesen, daß das Lösungsmittel zum Waschen einen Siedepunkt von weniger als 100°C aufweisen kann.
(4) Wenngleich in den vorhergehenden Beispielen eine Technik, in der das Substrat in die Chemisorptionslösung eingetaucht und danach wieder herausgezogen wird, als ein Verfahren zum Aufbringen der Chemisorptionslösung auf die Substratoberfläche beschrieben wird, ist das Aufbringungsverfahren nicht darauf beschränkt. So kann man beispielsweise Offsetdruck, Siebdruck oder Walzenbeschichtung anwenden, und derartige Verfahren sind insofern vorzuziehen, als eine geeignete Menge der Chemisorptionslösung einheitlich aufgetragen werden kann.
(5) Wenngleich in den vorhergehenden Beispielen die durch Bestrahlung mit polarisiertem Licht durchgeführte Reorientierung beschrieben wird, kann die Reorientierung auch durch Reiben mit Hilfe einer Reibwalze anstelle der Verwendung von polarisiertem Licht durchgeführt werden. Man kann auch die Vororientierung mit der Reibwalze durchführen.
(6) In den vorhergehenden Beispielen wurde die Chemisorptionsreaktion in einer trockenen Atmosphäre mit einer relativen Feuchte von 30% oder weniger durchgeführt. Bei Durchführung der Chemisorptionsreaktion in einer trockenen Atmosphäre mit einer relativen Feuchte von 35% oder mehr wurde in den gebildeten Filmen Trübung verursacht, welche sich durch Waschen mit der Waschlösung nicht entfernen ließ.
(7) Wenngleich in den vorhergehenden Beispielen als Tensid das auf Silan basierende Tensid mit linearen Kohlenstoffketten oder linearen Siloxanketten und Chlorsilylgruppen eingesetzt wird, sind die im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendbaren Tenside nicht darauf beschränkt. So wurde beispielsweise bestätigt, daß ein Tensid mit Alkoxysilylgruppen oder Isocyanatosilylgruppen verwendet werden kann, wenngleich die Reaktionsgeschwindigkeit etwas verringert ist.
(8) Beispiel 2 beschreibt eine Mischung des auf Silan basierenden Tensids mit einer Kohlenstoffkettenlänge von -(CH₂)₁₄- und des auf Silan basierenden Tensids mit einer photoreaktiven Gruppe mit einer Kohlenstoffkettenlänge von -(CH₂)₆-. Die Kohlenstoffkettenlängen sind jedoch nicht darauf beschränkt. So wurde beispielsweise bei Verwendung von zwei oder mehr Arten von Tensiden mit unterschiedlicher Kohlenstoffkettenlänge von -(CH₂)_n- (worin n für eine ganze Zahl von 1 bis 25 steht) weitgehend das gleiche Ergebnis wie in Beispiel 1 erhalten. Das heißt, daß derartige Tenside auch durch Ablauftrocknung vororientiert und durch Bestrahlung mit polarisiertem Licht reorientiert werden können. Außerdem kann man auch ein Tensid verwenden, in dem Kohlenwasserstoffketten durch lineare Siloxanketten -(SiO)_n- (worin n für eine ganze Zahl von 1 bis 15 steht) ersetzt sind.
(9) In Beispiel 2 wurde die kritische Oberflächenenergie durch Variation des Molverhältnisses beim Mischen von CH₃(CH₂)₁₄SiCl₃ und C₆H₅CH=CHCOC₆H₄O(CH₂)₆SiCl₃ im Bereich von 1:0 bis 0:1 im Bereich von 24 bis 37 mN/m verändert und der Pretiltwinkel der Flüssigkristallmoleküle im Bereich von 87 bis 2° gesteuert.
(10) Außerdem konnte bei Zusatz eines fluorhaltigen Tensids, beispielsweise CF₃(CF₂)₇(CH₂)₂SiCl₃ als Chemisorptionsverbindung anstelle des obigen CH₃(CH₂)₁₄SiCl₃ die kritische Oberflächenenergie auf 14 mN/m gesenkt werden. Bei Zugabe mit einer Rate von 20 Gew.-% betrug der Pretiltwinkel des Flüssigkristalls ungefähr 90°. Unter Verwendung einer derartigen Orientierungsschicht wurde eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung hergestellt, und es wurde bestätigt, daß ein schneller und einheitlicher Orientierungsübergang der Flüssigkristalle erzielt wurde.
(11) In Beispiel 2 usw. wird als Lichtquelle für das polarisierte Licht die i-Linie in einer Quecksilber-Höchstdrucklampe mit einer Wellenlänge von 365 nm verwendet, aber die Lichtquelle ist nicht auf Ultraviolettstrahlen mit einer derartigen Wellenlänge beschränkt, sondern es kann sich um andere Lichtstrahlen mit Wellenlängen, die für die Lichtabsorptionseigenschaft der adsorbierten Moleküle geeignet sind, handeln. So kann man beispielsweise Lichtstrahlen mit einer Wellenlänge von 436 nm, 405 nm oder 254 nm oder Licht mit einer Wellenlänge von 248 nm von einem KrF-Excimerlaser verwenden. Insbesondere sind Lichtstrahlen mit einer Wellenlänge von 248 nm oder 254 nm bevorzugt, da sie im allgemeinen von den meisten Substanzen leicht absorbiert werden und daher eine hohe Energieeffizienz aufweisen.
(12) Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können verschiedene auf Silan basierende Tenside mit verschiedenen kritischen Oberflächenenergien verwendet werden. Beispiele für derartige Tenside sind Tenside, bei denen ein Ende oder ein Teil der Kohlenwasserstoffketten oder Siloxanketten durch eine organische Gruppe aus der Gruppe bestehend aus einer Kohlenstofftrifluoridgruppe (-CF₃), einer Methylgruppe (-CH₃), einer Vinylgruppe (-CH=CH₂), einer Allylgruppe (-CH=CH-), einer Acetylengruppe (-C≡C-), einer Phenylgruppe (-C₆H₅), einer Arylgruppe (-C₆H₄-), einem Halogenatom, einer Alkoxygruppe (-OR, worin R für eine Alkylgruppe mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen steht), einer Cyanogruppe (-CN), einer Aminogruppe (-NH₂), einer Hydroxylgruppe (-OH), einer Carbonylgruppe (=CO), einer Carboxygruppe (-COO-) und einer Carboxylgruppe (-COOH) substituiert ist. Es wurde bestätigt, daß man durch Verwendung derartiger Tenside die kritische Oberflächenenergie des Chemisorptionsfilms leicht im Bereich von 10 bis 55 dyn/cm steuern kann.

GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
Gemäß den obigen Ausführungen kann man erfindungsgemäß mit hoher Produktionseffizienz monomolekulare Filme herstellen, die für die Überzugsfilme zur Umbildung einer Oberfläche eines Grundmaterials und für Orientierungsschichten zur Steuerung der Orientierung von Flüssigkristallmolekülen verwendar sind. Außerdem kann man erfindungsgemäß mit hoher Produktionseffizienz Flüssigkristallanzeigevorrichtungen vom Multidomänenorientierungstyp herstellen. Daher ist die vorliegende Erfindung in der Technik bemerkenswert nützlich.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung, bei dem man mindestens: auf einer Oberfläche eines ersten Substrats mit mehreren in einer Matrix ausgebildeten Elektroden eine Lösungsschicht bildet, indem man mit der Oberfläche des Substrats in einer trockenen Atmosphäre eine Chemisorptionslösung in Berührung bringt, welche ein auf Silan basierendes Tensid und ein nichtwäßriges organisches Lösungsmittel enthält; das organische Lösungsmittel in der Lösungsschicht in einer trockenen Atmosphäre mit einer relativen Feuchte RF ≤ 30% verdampft, wobei Moleküle des auf Silan basierenden Tensids auf der Oberfläche des Substrats chemisorbiert werden; nach dem Verdampfen des organischen Lösungsmittels in der Lösungsschicht zur Vervollständigung der Chemisorptionsreaktion über einen vorbestimmten Zeitraum altert; die Substratoberfläche mit chemisorbierten Molekülen des auf Silan basierenden Tensids zur Entfernung von nicht adsorbierten Molekülen des auf Silan basierenden Tensids von der Substratoberfläche mit einer ein nichtwäßriges organisches Lösungsmittel enthaltenden Waschlösung wäscht; nach dem Waschen chemisorbierte Moleküle auf der Substratoberfläche in einer vorbestimmten Richtung vororientiert, indem man das Substrat in einer trockenen Atmosphäre in einer vorbestimmten Richtung herauszieht, wodurch das Lösungsmittel auf der Substratoberfläche ablaufgetrocknet wird und die auf dem Substrat chemisorbierten Moleküle vororientiert werden; die chemisorbierten Moleküle durch Bestrahlung der vororientierten chemisorbierten Moleküle mit polarisiertem Licht in einer vorbestimmten Richtung reorientiert und eine Flüssigkristallzelle zusammenbaut, indem man gegenüber dem ersten Substrat mit einer durch den Reorientierungsschritt gebildeten Orientierungsschicht ein zweites Substrat mit einer Gegenelektrode mit einer vorbestimmten Lücke so anordnet, daß jede der Substratoberflächen mit den Elektrodenflächen nach innen bereitgestellt wird; dadurch gekennzeichnet, daß man die Reorientierung so durchführt, daß unter Verwendung eines Polarisators und einer darauf gelegten strukturierten Maske das polarisierte Licht mehrmals auf jedes Pixel mit mehreren Mikroabschnitten so aufgestrahlt wird, daß jeweils das in verschiedenen Richtungen portionierte polarisierte Licht entsprechend auf einen der mehreren Mikroabschnitte aufgebracht wird, wobei man eine Orientierungsschicht erhält, in der jeder der mehreren Mikroabschnitte eine andere Reorientierungsrichtung aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem man beim Chemisorptionsschritt: eine Chemisorptionsreaktion durch Verdampfen des organischen Lösungsmittels in der Lösungsschicht beschleunigt und nach dem Verdampfen des organischen Lösungsmittels in der Lösungsschicht zur Vervollständigung der Chemisorptionsreaktion über einen vorbestimmten Zeitraum altert.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem: die trockene Atmosphäre eine relative Feuchte von 30% oder weniger aufweist und man den Vororientierungsschritt in einer Atmosphäre mit einer relativen Feuchte von 30% oder weniger durchführt.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem man beim Schritt der Bildung einer Lösungsschicht die Chemisorptionslösung durch Offsetdruck, Siebdruck oder Walzenbeschichtung auf die Substratoberfläche aufbringt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Chemisorptionslösung eine Lösungsviskosität von 1 bis 50.000 cSt aufweist.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem man als Lösungsmittel zur Einstellung der Lösungsviskosität der Chemisorptionslösung ein Silikon verwendet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem man ferner vor dem Schritt der Bildung der Lösungsschicht eine Unterschicht bildet, wobei man: auf der Substratoberfläche direkt eine andere Lösungsschicht bildet, indem man mit der Substratoberfläche eine andere Lösung in Berührung bringt, wobei in der anderen Lösung ein chemisches Adsorbat mit mehreren Chlorsilylgruppen in einem Lösungsmittel gelöst ist; danach das Lösungsmittel in der Schicht aus der anderen Lösung in einer trockenen Atmosphäre verdampft, wobei in dem chemischen Adsorbat in der Schicht aus der anderen Lösung auf der Substratoberfläche Siloxanbindungen gebildet werden; danach die Substratoberfläche zur Entfernung von nicht adsorbierten Molekülen von der Substratoberfläche wäscht und die Substratoberfläche feuchter Luft aussetzt, so daß OH-Gruppen an Chlorsilylgruppen in den Molekülen des Adsorbats addiert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das nichtwäßrige organische Lösungsmittel in der Chemisorptionslösung einen Siedepunkt von 100 bis 250°C aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das in der Chemisorptionslösung verwendete nichtwäßrige organische Lösungsmittel und das im Waschschritt verwendete nichtwäßrige organische Lösungsmittel eine funktionelle Gruppe aus der Gruppe bestehend aus einer Alkylgruppe, einer Fluorkohlenstoffgruppe, einer Chlorkohlenstoffgruppe und einer Siloxangruppe aufweist.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem es sich bei dem nichtwäßrigen organischen Lösungsmittel mit einer Siloxangruppe um ein auf Silikon basierendes Lösungsmittel handelt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem es sich bei dem auf Silan basierenden Tensid um eine Mischung von mehreren auf Silan basierenden Tensiden mit jeweils voneinander verschiedener kritischer Oberflächenenergie handelt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem es sich bei dem auf Silan basierenden Tensid um ein auf Silan basierendes Tensid mit einer linearen Kohlenstoffkette oder einer linearen Siloxankette und mindestens einer Silylgruppe aus der Gruppe bestehend aus einer Chlorsilylgruppe, einer Alkoxysilylgruppe und einer Isocyanatosilylgruppe handelt.
Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung nach Anspruch 12, bei dem die Kohlenstoffkette oder Siloxankette so beschaffen ist, daß ein Ende oder ein Teil davon durch mindestens eine organische Gruppe aus der Gruppe bestehend aus einer Kohlenstofftrifluoridgruppe (-CF₃), einer Methylgruppe (-CH₃), einer Vinylgruppe (-CH=CH₂), einer Allylgruppe (-CH=CH-), einer Acetylengruppe (-C≡C-), einer Phenylgruppe (-C₆H₅), einer Arylgruppe (-C₆H₄-), einem Halogenatom, einer Alkoxygruppe (-OR, worin R für eine Alkylgruppe steht), einer Cyanogruppe (-CN), einer Aminogruppe (-NH₂), einer Hydroxylgruppe (-OH), einer Carbonylgruppe (=CO), einer Carboxygruppe (-COO-) und einer Carboxylgruppe (-COOH) substituiert ist.