JP2002080512A

JP2002080512A - 有機薄膜とその製造方法、ならびに液晶配向膜及びそれを用いた液晶表示装置とその製造方法

Info

Publication number: JP2002080512A
Application number: JP2000270159A
Authority: JP
Inventors: Naoko Takebe; 尚子武部; Tadashi Otake; 忠大竹; Yukio Nomura; 幸生野村; Kazufumi Ogawa; 小川　　一文; Tsuyoshi Kamimura; 強上村
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-09-06
Filing date: 2000-09-06
Publication date: 2002-03-19
Anticipated expiration: 2020-09-06
Also published as: JP3614353B2

Abstract

(57)【要約】【課題】一定の膜厚を有し、光の透過性に優れ、色度
に相違を生じず、しかも配向規制力に優れた高品質な有
機薄膜とその製造方法、液晶配向膜とそれを用いた液晶
表示装置、およびその製造方法を提供する。【解決手段】有機薄膜であって、基板の表面に形成さ
れた薄膜であって、薄膜を構成する分子の一部が、基板
表面に化学吸着し、前記基板表面に化学吸着している分
子に、基板表面に吸着していない分子が結合してなるも
のである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、有機薄膜とその製
造方法、ならびに液晶配向膜及びそれを用いた液晶表示
装置とその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】材料表面に目的とする機能性分子を薄膜
として分子の構造や配向を整えて修飾し、機能性材料と
しての活用が試みられている。とくに、有機薄膜は、有
機分子の光反応性を利用して、液晶配向膜として使用さ
れている。液晶分子の配向性は、有機薄膜の表面状態の
影響を受ける。このため、均一な表面状態を得るため、
単分子膜あるいは単分子累積膜が使用されている。

【０００３】基板表面に化学吸着物質を化学吸着させた
均一な単分子膜を作るためには、基板表面に存在する反
応基と化学吸着物質分子との反応が十分に行われること
が必要である。このため、接触させる化学吸着物質を溶
解した吸着溶液の濃度を大きくして、基板表面に存在す
る反応基に対して化学吸着物質分子の数が大過剰となる
ようにして、基板表面に接触させている。光官能基を有
する化合物を用いて作られる有機薄膜および液晶配向膜
は、このように被膜を形成した後、基板表面に存在し、
基板表面に吸着していない化学吸着物質を洗浄剤で洗浄
・除去した後に、基板表面に紫外光を照射して得られ
る。

【０００４】しかし、このように露光前に洗浄する方法
では、露光後に膜に付着した無機物や有機物が除去され
ない。また、露光により重合しなかった基板に未吸着で
配向に寄与しない化学吸着物質を取り除くことができ
ず、配向に悪影響を与える。

【０００５】一方、基板表面に存在する反応基に対して
化学吸着物質分子の数が大過剰となるようにして薄膜を
形成した後、露光して洗浄を行うと、基板表面に吸着し
ていない分子間でも架橋結合するため、均一な表面状態
を有する膜ができず、光の透過性や色度に相違を生ずる
恐れがある。また、基板表面に吸着していない分子が基
板表面近傍に多く存在するため、基板表面に化学吸着し
ている分子間では露光量が不足するため、十分に架橋結
合できず、薄膜の配向規制力が低下する恐れがある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題を
解決するためになされたものであり、その目的は、一定
の膜厚を有し、光の透過性に優れ、色度に相違を生じ
ず、しかも配向規制力に優れた高品質な有機薄膜とその
製造方法、液晶配向膜とそれを用いた液晶表示装置、お
よびその製造方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本願発明者らは、上記課
題を解決すべく、鋭意検討した結果、以下の発明を見出
し、本発明を完成した。

【０００８】請求項１に記載の発明は、有機薄膜であっ
て、基板の表面に形成された薄膜であって、薄膜を構成
する分子の一部が、基板表面に化学吸着し、前記基板表
面に化学吸着している分子に、基板表面に直接吸着して
いない分子が結合してなるものである。

【０００９】この有機薄膜は、基板表面に化学吸着して
いる分子がさらに他の分子との結合基を有しており、こ
の結合基を介して基板表面に未吸着の他の分子と結合し
ているものである。すなわち、本発明の有機薄膜は、単
分子膜ではない。しかし、本発明の有機薄膜は、膜を構
成する分子の数が単位体積あたりで多いので、膜密度が
大きくなり、均一な表面状態を有する有機薄膜を得るこ
とができる。また、すべての分子が化学結合しているの
で、機械的強度や耐久性に優れる有機薄膜を得ることが
できる。

【００１０】なお、化学吸着物質分子における未吸着分
子との結合基の位置は、特に制限されない。具体的に
は、基板との結合基と同一の部位にあっても、その他の
部位にあってもよい。上記結合基が、基板表面に化学吸
着している分子の最表面にある場合を除けば、基板表面
に化学吸着している分子同士は、他の分子が入り込める
だけの隙間をもって化学吸着している必要がある。他の
分子が、基板表面に化学吸着している分子と結合できな
いからである。

【００１１】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の有機薄膜であって、前記薄膜が、前記未吸着の分子
に、さらに複数の未吸着分子が結合して構成されるもの
である。

【００１２】本発明の有機薄膜は前記未吸着の分子にさ
らに複数の未吸着分子が結合しているので、結合してい
る未吸着分子の数を制御することにより、膜厚の制御を
容易にすることができる。また、これらの未吸着分子
は、化学結合しているので、機械的強度や耐久性に優れ
る有機薄膜を得ることができる。

【００１３】請求項３に記載の有機薄膜は、請求項１ま
たは２に記載の有機薄膜であって、前記基板表面に化学
吸着している分子が、基板表面に存在する反応基の最大
数よりも少ない数で、化学吸着しているものである。

【００１４】上記のように、基板表面に化学吸着してい
る分子間に、他の分子が入り込めるだけの隙間があれ
ば、化学吸着している分子に他の分子が結合できる。し
かし、基板表面上に存在する反応基の数が多い場合、化
学吸着物質分子がすべての反応基と吸着すると、基板表
面に化学吸着している分子間に他の分子が入り込めるだ
けの隙間がない場合を生じ、他の分子と結合できない。
この場合に、前記基板表面に化学吸着している分子が、
基板表面に存在する反応基の最大数よりも少ない数で、
化学吸着していれば、他の分子が入り込めるだけの隙間
を生ずるので、他の分子と結合でき、本発明の有機薄膜
が得られる。

【００１５】請求項４に記載の発明は、請求項１から３
のいずれかに記載の有機薄膜であって、前記薄膜を構成
する各分子が感光性基を有しており、隣接する感光性基
間で、前記感光性基同士が相互に架橋結合することによ
り、前記有機薄膜は架橋構造をなしているものである。

【００１６】この構成によると、前記薄膜を構成する各
分子が感光性基を有しているので、光照射することによ
りこの感光性基同士が相互に架橋結合する。すなわち、
得られる有機薄膜は、基板表面に化学吸着している分子
同士だけでなく、基板表面に化学吸着している分子と基
板表面に吸着していない分子間、および基板表面に吸着
していない分子同士で架橋結合しているものである。こ
の結果、安定した架橋構造が得られ、配向規制力に優れ
た有機薄膜を得ることができる。

【００１７】請求項５に記載の発明は、請求項１から４
のいずれかに記載の発明であって、前記薄膜は、複数分
子が結合して単層を形成する非単分子膜であり、その膜
厚が、０．５ｎｍ以上、２５ｎｍ未満であるものであ
る。

【００１８】本発明の有機薄膜は、複数分子が結合して
単層を形成する非単分子膜である。単分子膜ではない
が、単層中に複数分子が含まれているので、単位体積あ
たりに存在する分子数が多くなるため、配向規制力に優
れた有機薄膜が得られる。また、その膜厚が、０．５ｎ
ｍ以上、２５ｎｍ未満であるので、透明性に優れた有機
薄膜が得られる。

【００１９】請求項６に記載の発明は、有機薄膜の製造
方法であって、感光性基を有する化学吸着物質を溶解し
た吸着溶液であって、吸着溶液を基板に接触させる操作
により化学吸着物質を基板表面に化学吸着させることの
できる最大分子数の２倍以上の分子数を有するものを、
乾燥雰囲気下で、基板表面に接触させ、吸着溶液中の化
学吸着物質分子を基板面に化学吸着させた後に、前記基
板を湿潤雰囲気下に置くことで、吸着した前記化学吸着
物質分子に基板表面に吸着していない未吸着分子を結合
させ、該未吸着分子に更に他の未吸着分子を順次結合さ
せて薄膜を形成する薄膜形成工程と、前記薄膜に光を照
射し、吸着分子に異方性を付与するとともに、前記感光
性基が光反応して薄膜構成分子同士を特定方向に架橋結
合させる架橋結合工程とを、備えることを特徴とする。

【００２０】従来、化学吸着法により、単分子膜を作る
場合には、基板表面に存在する反応基と化学吸着物質分
子との接触回数を増加させるため、反応基に対する化学
吸着物質分子が大過剰（例えば、化学吸着物質を基板表
面に化学吸着させることのできる最大分子数の２０倍以
上の分子数）となるように、高濃度の吸着溶液を使用し
てきた。このため、基板上に付着した吸着溶液中に未吸
着分子の数が多く、この状態で、湿潤雰囲気下におく
と、吸着分子と未吸着分子との反応が急激に進み、膜厚
が厚く、所によっては凹凸の大きな膜が形成されるた
め、透明で均一な表面状態の単分子膜が得られない。一
方、本発明の方法によれば、感光性基を有する化学吸着
物質を溶解した吸着溶液の濃度は、通常単分子膜を作る
場合に比べて低濃度（例えば、化学吸着物質を基板表面
に化学吸着させることのできる最大分子数の２倍以上の
分子数）で接触させる。基板上に付着した吸着溶液中に
存在する未吸着分子の数は少ない。この状態で、前記基
板を湿潤雰囲気下に置くと、もともと吸着溶液の濃度が
薄いために分子間の反応が急激に進んだとしても、膜厚
が薄く、膜の凹凸も小さくなり、複数分子が結合して単
層を形成する透明で均一な表面状態の非単分子膜を製造
できる。

【００２１】ここで、化学吸着物質を基板表面に化学吸
着させることのできる最大分子数の２倍以上の分子数か
らなる化学吸着物質を基板表面に付与することのできる
ものとしたのは、以下の理由による。すなわち、化学吸
着物質を基板表面に化学吸着させることのできる最大分
子数の２倍以上の分子数になるように基板表面に付与で
きれば、基板表面に単分子膜ではないがある程度の密度
で分子が化学吸着することができる。また、基板表面に
存在する未吸着分子は、前記化学吸着分子と結合できる
程度存在する。この結果、化学吸着した化学吸着物質分
子と未吸着の分子とが結合して均一な表面形状の薄膜を
形成できる。一方、これより化学吸着物質の分子数が少
ないと、基板表面に存在する反応基と化学吸着物質分子
との接触回数が不十分となり、低密度の化学吸着物質分
子しか基板に吸着されない。また、基板表面に存在する
未吸着分子も、十分に存在していない。この結果、化学
吸着した化学吸着物質分子と未吸着の分子とが結合して
均一な表面形状の薄膜を形成できない。

【００２２】化学吸着物質を基板表面に化学吸着させる
ことのできる最大分子数の上限としては、該最大分子数
の１０倍程度であればよい。分子数がこの程度までの化
学吸着物質を基板表面に化学吸着させると、透明で均一
な表面状態の非単分子膜が得られる。

【００２３】なお、前記化学吸着物質を基板表面に化学
吸着させることのできる最大分子数は、個別具体的に、
使用する基板に使用する化学吸着物質を実際に吸着させ
て、最大吸着分子数を求めればよい。例えば、基板表面
上に単分子膜を作り、その赤外吸収スペクトルを解析す
るなどの公知の方法により、基板表面に化学吸着させる
ことのできる最大分子数が決定できる。

【００２４】前記薄膜形成工程で形成された薄膜に光を
照射することにより、吸着分子に異方性を付与されると
ともに、前記感光性基が光反応して薄膜構成分子同士が
特定方向に架橋結合され、立体的に安定した有機薄膜が
得られる。

【００２５】請求項７に記載の発明は、請求項６に記載
の有機薄膜の製造方法であって、前記感光性基を有する
化学吸着物質を溶解した吸着溶液の濃度が、０．５重量
％以下であるものである。

【００２６】上記のように、本発明の方法によれば、感
光性基を有する化学吸着物質を溶解した吸着溶液の濃度
は、通常単分子膜を作る場合に比べて低濃度で接触させ
る。具体的には、使用する化学吸着物質の分子量により
異なるが、従来の吸着溶液の濃度（約１重量％〜約２重
量％程度）より薄くする必要がある。０．５重量％以下
の濃度で、吸着溶液を基板表面に接触させることで、複
数分子が結合して単層を形成する非単分子膜を製造でき
る。

【００２７】請求項８に記載の発明は、請求項６または
７に記載の有機薄膜の製造方法であって、前記化学吸着
物質として、下記一般式（１）で表される官能基群から
選ばれる１種の官能基を有する分子を含むものを使用す
るものである。

【化２】（式中、Ａはケイ素、ゲルマニウム、スズ、チタン及び
ジルコニウムから選ばれる１種の原子を表しており、Ｘ
はハロゲン、アルコキシ基及びイソシアネート基から選
ばれる１種の官能基を表している。）

【００２８】この方法によれば、上記一般式（１）で表
される官能基群から選ばれる１種の官能基と、基板上に
存在する活性水素を有する官能基との間で共有結合させ
ることにより、分子を基板上に化学吸着させることがで
きる。具体的には、基板上にヒドロキシル基（ＯＨ基）
が存在する場合、このＯＨ基と−ＡＸ基との間でＨＸの
脱離反応が生じる。これにより、吸着分子は、−Ａ−Ｏ
−結合を介して基板上に化学吸着する。この結果、吸着
分子を基板上に強固に結合固定させることができ、密着
性及び耐剥離性などに優れた有機薄膜を製造できる。

【００２９】請求項９に記載の発明は、請求項６から８
のいずれかに記載の有機薄膜の製造方法であって、前記
照射する光が、紫外線偏光光である、ものである。

【００３０】この方法によれば、偏光光を照射すること
で、偏光方向と平行な薄膜を構成する分子（吸着分子）
の光官能性の原子−原子結合部分に光エネルギーを作用
させて、該部分の化学反応を励起させることにより、薄
膜構成分子を相互に架橋反応させ、一方向の規制力を付
与する。この結果、薄膜に熱安定性を付与できる。

【００３１】請求項１０に記載の発明は、請求項６から
９のいずれかに記載の有機薄膜の製造方法であって、前
記架橋結合工程後に、前記基板表面に付着した遊離の未
吸着分子を、洗浄剤を用いて洗浄して除去する洗浄工程
を付加したことを特徴とする。

【００３２】本発明の有機薄膜は薄膜を形成した後にさ
らに架橋結合しているので、構造的に安定した薄膜が得
られている。したがって、前記基板表面に付着した遊離
の未吸着分子を洗浄剤を用いて洗浄しても、形成された
薄膜が剥がれ落ちることはなく、効果的に洗浄できる。
また、遊離の未吸着分子を除去できるので、均一な表面
状態の薄膜が得られる。

【００３３】請求項１１に記載の発明は、請求項１から
５のいずれかに記載の有機薄膜を用いた液晶配向膜であ
る。

【００３４】上記のように請求項１から５のいずれかに
記載の有機薄膜を用いると、機械的強度、耐久性、配向
規制力、透明性に優れた液晶配向膜を提供できる。

【００３５】請求項１２に記載の発明は、少なくとも、
対向する一対の基板と、前記一対の基板のうち少なくと
も表示電極を有する基板の表面に形成された請求項１１
に記載の液晶配向膜と、前記対向する一対の基板間に封
入された液晶とを備える液晶表示装置である。

【００３６】本発明に係る液晶配向膜を液晶表示装置に
用いると、配向規制力、コントラストに優れた液晶表示
装置を提供できる。

【００３７】請求項１３に記載の発明は、液晶表示装置
の製造方法であって、感光性基を有する化学吸着物質を
溶解した吸着溶液であって、吸着溶液を基板に接触させ
る操作により化学吸着物質分子を基板表面に化学吸着さ
せることのできる最大分子数の２倍以上の分子数を有す
るものを、乾燥雰囲気下で、基板表面に接触させ、吸着
溶液中の化学吸着物質分子を基板面に化学吸着させた後
に、前記基板を湿潤雰囲気下に置くことで、吸着した前
記化学吸着物質分子に基板表面に吸着していない未吸着
分子を結合させ、該未吸着分子に更に他の未吸着分子を
順次結合させて薄膜を形成する薄膜形成工程と、前記薄
膜に光を照射し、吸着分子に異方性を付与するととも
に、前記感光性基が光反応して薄膜構成分子同士を特定
方向に架橋結合させる架橋結合工程と、前記液晶配向膜
付き基板と、少なくとも対向電極を有する対向基板と
を、表示電極の形成された面を内側にして所定のセルギ
ャップを設けて重ね合わせた後、量基板の間に液晶を配
置する液晶セル形成工程と、を少なくとも備えるもので
ある。

【００３８】上記の方法によると、表示性能に優れた信
頼性の高い液晶表示装置を、容易に製造できる。

【００３９】

【発明の実施の形態】本発明に係る有機薄膜は、薄膜を
構成する分子の一部が、基板表面に化学吸着し、前記基
板表面に化学吸着している分子に、基板表面に吸着して
いない分子が結合してなる。

【００４０】薄膜を構成する分子は、分子中に基板と化
学結合する官能基を有する分子である。このような分子
を用いると、化学結合により強固に結合できるので、密
着性、耐剥離性に優れた有機薄膜を提供できる。さら
に、この薄膜を構成する分子は、他の分子と化学結合す
る官能基を有している必要がある。前記基板表面に化学
吸着している分子に、基板表面に直接吸着していない分
子が結合する必要があるからである。

【００４１】好ましい薄膜を構成する分子としては、例
えば、下記一般式（１）で表される官能基群から選ばれ
る１種の官能基を有する分子が挙げられる。

【００４２】

【化３】（式中、Ａはケイ素、ゲルマニウム、スズ、チタン及び
ジルコニウムから選ばれる１種の原子を表しており、Ｘ
はハロゲン、アルコキシ基及びイソシアネート基から選
ばれる１種の官能基を表している。）なお、ハロゲンとしては、フッ素Ｆ、塩素Ｃｌ、臭素Ｂ
ｒ、ヨウ素Ｉなどが挙げられるが、基材との反応性の点
では、Ｃｌが好ましい。

【００４３】このＸが、基材表面の例えばヒドロキシル
基（ＯＨ基）などの活性水素を有する基と反応して、Ｈ
Ｘの脱離反応を生じ、分子が基材表面に化学吸着する。
また、上記一般式（１）で表される官能基群から選ばれ
る１種の官能基を有する分子は、Ｘ基を少なくとも２つ
有していることが好ましい。基板表面への化学吸着に関
与していないＸ基を他の分子との結合に用いることがで
きるからである。なお、Ａに結合しているＸ以外の結合
基が他の分子との反応基を有していてもよい。

【００４４】また、上記基材表面に存在する活性水素を
有する官能基としては、水素を供与できる官能基であれ
ば、特に制限されず、上記水酸基の他に、カルボキシル
基、アミノ基、チオール基、スルフィン酸基、スルホン
酸基などが挙げられる。さらに、上記官能基の活性水素
が、それぞれアルカリ金属又はアルカリ土類金属で置換
された官能基であってもよい。基材表面に活性水素を有
する官能基が存在しないか、存在していても少ない場合
は、基材表面に活性水素を有する官能基を付与する処理
をすればよい。この処理は、例えばコロナ放電処理、Ｕ
Ｖ／オゾン処理、酸素プラズマ処理、過マンガン酸カリ
ウム溶液等の化合物酸化剤処理などの公知の方法で行
う。

【００４５】本発明の有機薄膜は、前記活性水素を有す
る基板上に直接吸着させるだけでなく、他の物質層を介
して間接的に吸着させることもできる。このような他の
物質層としては、特に限定されるものではないが、好ま
しくは表面にＯＨ基、ＣＯＯＨ基、ＮＨ基、ＮＨ₂基、
ＳＨ基等の親水性基を有する層である。他の物質層とし
ては、具体的には、ＳｉＯ₂層、ＴｉＯ₂層などが挙げら
れる。

【００４６】上記一般式（１）で表される官能基群から
選ばれる１種の官能基を有する分子において、Ａに結合
しているＸ以外の官能基は、特に制限されず、有機薄膜
の使用目的に応じて適宜選択できる。例えば、炭素数１
〜３０の直鎖状炭化水素基、芳香族炭化水素基、直鎖状
シロキサン結合基などが挙げられる。

【００４７】ただし、本発明に用いる化学吸着物質は、
感光性基を有している必要がある。

【００４８】上記Ａに結合しているＸ以外の官能基がさ
らに感光性基としての機能を有するためには、例えば上
記直鎖状炭化水素基または直鎖状シロキサン結合基の末
端又は一部に、あるいは芳香族炭化水素基の置換基に、
炭素−炭素二重結合基、炭素−炭素三重結合基、３フッ
化炭素基（−ＣＦ₃）、フェニル基（−Ｃ₆Ｈ₅）、アリ
ール基（−Ｃ₆Ｈ₄−）、ハロゲン原子（Ｆ、Ｃｌ、Ｂ
ｒ、Ｉ）、アルコキシ基（−ＯＲ、但しＲは、アルキル
基を表す）、シアノ基（−ＣＮ）、アミノ基（−Ｎ
Ｈ₂）、イミノ基（＝ＮＨ）、ヒドロキシル基（−Ｏ
Ｈ）、カルボニル基（＝ＣＯ）、エステル基（−ＣＯＯ
−）、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）、アルデヒド基
（−ＣＨＯ）およびチオール基（−ＳＨ）からなる群よ
り選ばれる少なくとも一つの有機基を有していればよ
い。

【００４９】これらの有機基は、単独でもよいが、複数
の有機基が結合した形態で、上記直鎖状炭化水素基また
は直鎖状シロキサン結合基の末端又は一部を構成してい
ても、あるいは芳香族炭化水素基の置換基を構成してい
てもよい。具体的には、カルコン基、シンナモイル基、
メタクリル基などが挙げられる。

【００５０】以下に、本発明に係る有機薄膜の製造方法
について、図１を参照しながら、詳述する。まず、非水
系溶媒に、感光性基を有する化学吸着物質、例えば、下
記一般式（１）で表される官能基を有する化学吸着物質
を溶解した吸着溶液を調整する（吸着溶液調整工程、Ｓ
１）。

【００５１】

【化４】（式中、Ａはケイ素、ゲルマニウム、スズ、チタン及び
ジルコニウムから選ばれる１種の原子を表しており、Ｘ
はハロゲン、アルコキシ基及びイソシアネート基から選
ばれる１種の官能基を表している。）なお、この吸着溶液の調整は、相対湿度３５％以下の乾
燥雰囲気下で行うことが好ましい。

【００５２】吸着溶液の濃度は、基板表面に存在する反
応基の最大数より２倍以上多い化学吸着物質分子数を有
するものを用いる。具体的には、使用する化学吸着物質
により異なり、その濃度は、適宜選択できるが、通常
０．５重量％以下、例えば０．１重量％程度である。

【００５３】使用する非水性有機溶媒としては、具体的
にはヘキサデカン、オクタンなどの鎖状脂肪族炭化水
素、ビシクロヘキシルなどの環状炭化水素、トルエン、
キシレン、ベンゼンなどの芳香族炭化水素、クロロホル
ム、トリクレンなどの有機ハロゲン化物、ジメチルシリ
コーン、ヘキサメチルジシロキサンなどのシロキサンな
どが挙げられる。これらの非水性有機溶媒は、単独で
も、二種以上混合して使用してもよい。

【００５４】次に、上記吸着溶液作製工程にて作製した
吸着溶液を、有機溶剤等で予めよく洗浄した基材に接触
させた後、溶媒を除去すると、上記一般式（１）で表さ
れる化学吸着物質が基材表面に化学吸着して固定され
る。より詳しくは、上記一般式（１）で表される官能基
を有する化学吸着物質分子と上記基材表面に多数存在す
る活性水素を有する官能基（例えば、水酸基）との間で
縮合反応が起こり、ＨＸが脱離する（下記化学反応式
（２））。

【００５５】

【化５】この縮合反応の結果、ＨＸが脱離して前記一般式（１）
で表される官能基を有する分子群が基板１表面に吸着す
る。なお、上記脱脂は、吸着溶液の基板１表面に対する
付着性能を向上させるために行うものであり、その他に
も従来公知の方法で表面処理を行ってもよい。

【００５６】上記工程は、乾燥雰囲気中（例えば、相対
湿度３５％以下）で行われ、図２に示すような薄膜が基
板表面に形成される。より詳細には、吸着溶液中の化学
吸着物質分子の一部が基板１表面の反応基と結合し、さ
らにこの基板に吸着した吸着分子２の上に未吸着分子３
が付着した、あるいは基板１に吸着した吸着分子２間に
未吸着分子３が入り込んだ形で薄膜が形成されている。

【００５７】次に、前記基板を湿潤雰囲気下（例えば大
気中）に置くと、上記一般式（１）で表される官能基を
有する化学吸着物質分子と水分子との間で反応が起こ
り、上記一般式（１）で表される官能基を有する化学吸
着物質分子にＯＨ基が導入される。このＯＨ基が導入さ
れた分子と上記一般式（１）で表される官能基を有する
化学吸着物質分子との間で、ＨＸが脱離して、両者は結
合する（下記化学反応式（３））。

【００５８】

【化６】この反応は、吸着した前記化学吸着物質分子に基板表面
に吸着していない未吸着分子との間でも、該未吸着分子
と更に他の未吸着分子との間でも起こり、基板表面に薄
膜が形成される（薄膜形成工程、Ｓ２）。すなわち、前
記基板を湿潤雰囲気下に置くことで、上記薄膜は、図３
に示すような薄膜４となる。この状態では、基板１表面
に形成された薄膜４に未吸着分子３が付着している。上
記薄膜４の膜厚は特に制限されず、薄膜を使用する目的
に応じて、膜厚を決定すればよい。例えばこの有機薄膜
を液晶配向膜に用いる場合には、吸着分子からなる単分
子膜が２層から２５層に積層した程度の厚みであればよ
い。

【００５９】基板表面に化学吸着物質を接触させる方法
としては、特に制限はなく、公知の方法が適用される。
具体的には、吸着溶液を基材表面にスプレーする方法、
乾燥雰囲気下に吸着溶液と基板とを置き、気化した化学
吸着物質を基板表面に付着させる気相吸着法、吸着溶液
中に基板を一定時間浸漬し、その後乾燥雰囲気で乾燥さ
せるディップ法、吸着溶液をスピナーによって基板表面
に塗布するスピナー法、吸着溶液を印刷機によって基板
表面に塗布する印刷法、吸着溶液をスリットコーターを
用いて基板表面に塗布するスリットコーター法などが挙
げられる。

【００６０】続いて、上記基板上に形成された有機薄膜
に光を照射することにより、吸着分子に異方性を付与す
るとともに、上記感光性基が光反応して吸着分子相互を
架橋させる架橋処理工程を行う（架橋処理工程、Ｓ
３）。

【００６１】照射する光としては、紫外線直線偏光光を
用いることが好ましい。直線偏光光を得る方法として
は、吸収型の偏光板を介して得る方法、偏向ビームスプ
リッターなどの非吸収型の偏向分離素子を介して得る方
法など、公知の方法が用いられる。

【００６２】露光時の温度としては、特に制限はない
が、通常、室温付近から１００℃前後の温度である。

【００６３】照射する偏光紫外線は、３００〜４００ｎ
ｍ付近に波長分布を有するものであればよい。照射量
は、例えば３６５ｎｍで概ね５０〜３０００ｍＪ／ｃｍ
²であればよい。また、照射する偏光光と基板とのなす
角は、０〜９０°、好ましくは、４５〜９０°である。

【００６４】以上、光を用いた配向について説明した
が、本発明は、これに限定されるものでなく、ラビング
法を用いて、配向してもよい。

【００６５】さらに、この有機薄膜表面に付着した未吸
着の分子を洗浄して除去する洗浄工程を行ってもよい
（洗浄工程、Ｓ４）。図３の有機薄膜４表面に付着した
未吸着分子３が除去できるので、膜厚の制御された有機
薄膜を得ることができる。

【００６６】上記洗浄工程で、使用できる洗浄剤として
は、特に制限はなく、従来公知の洗浄剤が使用できる。
好ましい洗浄剤としては、洗浄工程終了後、洗浄剤の除
去が容易な点で、クロロホルム、アルキレングリコール
類（例えば、ポリエチレングリコールを含むエチレング
リコール類、プロピレングリコール類、ブチレングリコ
ール類）、アルコキシアルコール類（例えば、エトキシ
エタノールなど）、ケトン類（例えば、アセトン、メチ
ルエチルケトン、ジエチルケトン、メチルイソブチルケ
トン、アセチルアセトンなど）、複素環式化合物（例え
ば、Ｎ−メチル−２−ピロリドンなど）などが挙げられ
る。これらの洗浄剤は、単独でも、２種以上組み合わせ
ても使用できる。

【００６７】上記洗浄剤として、含水率が１％未満のも
のを用いることが好ましい。含水率が上記数値範囲を超
えると、未吸着分子のＡＸ基が洗浄剤に含まれる水と反
応して架橋構造を形成するからである。この、洗浄工程
は、乾燥雰囲気中で行う必要がある。単分子膜上に累積
膜が形成された被膜を洗浄する場合、未吸着分子や吸着
分子のＡＸ基が水と反応して架橋構造を形成することを
防ぐためである。

【００６８】上記基板としては、ガラス、金属、金属酸
化物、セラミックス、プラスチック、木材、石材、紙お
よび布等からなるいずれか１種の材料に適用できる。ま
た、液晶配向膜の基板としては、電極は基板の片面に形
成されていても良いし、両面に形成されていてもよい。
電極の材質としては、アルミニウムやＩＴＯなどの公知
の材質のものが使用できる。電極形状は、ストレート線
状のものやくの字に屈曲したもの、ＴＦＴの配線形状な
ど、どのような形状であってもよい。

【００６９】上記のようにして有機薄膜が形成された基
板を液晶表示装置に用いる場合は、例えば、以下のよう
にする。電極を有する基板に、上記のようにして有機薄
膜（配向膜）を設ける（第１の基板）。別途電極を有す
る基板（配向膜を有していても有していなくてもよい）
を用意する（第２の基板）。この２つの基板を、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、基板
の周縁を接着固定した後、第１の基板と第２の基板の間
に、例えばネマチック液晶を注入し、液晶セルとする。
この液晶セルに定法に従って偏光板およびバックライト
を配置して、本発明の液晶表示装置を作成する。

【００７０】

【実施例】以下に、本発明の好適な実施例を例示的に詳
しく説明する。但し、この実施例に記載されている構成
要素の材質や製造条件等は、特に限定的な記載がない限
りは、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のもの
ではなく、単なる例示に過ぎない。

【００７１】（実施例１）キシレンとシリコーンオイル
９６Ｌ（信越化学（株）製、沸点約１００℃）を１：１
００で混合した液に、一般式（１）で表される官能群か
ら選ばれる１種の官能基を有する分子としてＣ₆Ｈ₅−Ｃ
Ｈ＝ＣＨ−ＣＯ−Ｃ₆Ｈ₄−Ｏ−（ＣＨ₂）₂−Ｓｉ−Ｏ−
Ｓｉ（ＣＨ₃）₃を約０．１重量％となるように溶解させ
た（吸着溶液Ａ）。

【００７２】次に、基板として、ガラスにＩＴＯ電極が
付いた液晶セル用基板を準備した。次に、キセノンのエ
キシマランプを用いて、相対湿度６５％の空気中で、基
板とランプ間の距離を２ｍｍ離して、約５０秒間照射
し、クリーニングを行った。ランプ直下の波長１７２ｎ
ｍの照度は、３２ｍＷ／ｃｍ²であり、本実施例のよう
に２ｍｍ離すと、照度は２０ｍＷ／ｃｍ²であった。

【００７３】この基板を純水流水下に約１分間放置した
後、引き上げ、エアガンで水滴を完全に除去し、乾燥さ
せて、基板を清浄処理した。

【００７４】次に、相対湿度３０％の乾燥雰囲気で、上
記吸着溶液Ａに、上記ガラス基板を約１分間浸漬させ、
その後基板を引き上げて乾燥させた。

【００７５】上記ガラス基板を、洗浄を行わずに、相対
湿度６５％の空気中に、約５分置くことで、ガラス基板
上に薄膜を形成した。

【００７６】次に、上記ガラス基板に、偏光板（ポラロ
イド社ＨＮＰ'Ｂ）を重ね、５００Ｗの高圧水銀灯を用
い、波長３６５ｎｍの紫外光を１２００ｍＪ／ｃｍ²照
射した。

【００７７】次に、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（関東
化学社製、蛍光分析用、含水率０．０３％）中で、浸漬
攪拌による洗浄で、１０分間洗浄を行い、基板を引き上
げて空気中で乾燥し、単層の非単分子膜を作った。な
お、このとき、液切り方向は、露光方向と平行にした。
エリプソメトリー法を用いて、配向膜の膜厚を測定した
ところ、６．５ｎｍであり、この膜厚は明らかに非単分
子膜、すなわち累積状膜の膜厚であった（偏光膜の屈折
率を１．４５と仮定）。

【００７８】次に上記で作成した有機薄膜（液晶配向
膜）付き基板と対向基板とを配向膜面を対向させ、かつ
それぞれの液切り方向がアンチパラレル配向するように
して、スペーサーを介在させて、セルギャップが２０μ
ｍの間隔で重ね合わせ、ネマチック液晶（メルク社製、
ＺＬＩ４７９２）を注入してして、液晶セルを作成し
た。

【００７９】この液晶セルにおける液晶分子の配向方向
を２枚の偏光板を用いて調べたところ、液晶分子が液切
り方向に沿って配向していることが確認された。配向状
態を目視観察したところ、配向の均一性に優れていた。
偏光顕微鏡を用いて観察したところ、ディスクリネーシ
ョンは、観察されなかった。また、配向の白時と黒時の
吸光度の比（コントラスト）を測定したところ３６０と
なった。

【００８０】（実施例２）キシレンとシリコーンオイル
９６Ｌ（信越化学（株）製、沸点約１００℃）を１：１
００で混合した液に、一般式（１）で表される官能群か
ら選ばれる１種の官能基を有する分子としてＣ₆Ｈ₅−Ｃ
Ｈ＝ＣＨ−ＣＯ−Ｃ₆Ｈ₄−Ｏ−（ＣＨ₂）₂−Ｓｉ−Ｏ−
Ｓｉ（ＣＨ₃）₃を約０．３重量％となるように溶解させ
た（吸着溶液Ｂ）。

【００８１】この吸着溶液Ｂを用いた以外は、実施例１
と同様にして単層の非単分子膜を作成した。なお、エリ
プソメトリー法を用いて、配向膜の膜厚を測定したとこ
ろ、１７．４ｎｍであり、この膜厚は明らかに非単分子
膜の膜厚であった（配向膜の屈折率を１．４５と仮
定）。この有機薄膜を用いて、実施例１と同様にして、
液晶セルを作成した。

【００８２】この液晶セルにおける液晶分子の配向方向
を２枚の偏光板を用いて調べたところ、液晶分子が液切
り方向に沿って配向していることが確認された。配向状
態を目視観察したところ、配向の均一性に優れていた。
偏光顕微鏡を用いて観察したところ、ディスクリネーシ
ョンは、観察されなかった。また、配向の白時と黒時の
吸光度の比（コントラスト）を測定したところ３５５と
なった。本実施例の有機薄膜は、実施例１の有機薄膜よ
り膜厚は約３倍厚くなっているが、実施例１の有機薄膜
とほぼ同じコントラストであった。

【００８３】（比較例１）キシレンとシリコーンオイル
９６Ｌ（信越化学（株）製、沸点約１００℃）を１：１
００で混合した液に、一般式（１）で表される官能群か
ら選ばれる１種の官能基を有する分子としてＣ₆Ｈ₅−Ｃ
Ｈ＝ＣＨ−ＣＯ−Ｃ₆Ｈ₄−Ｏ−（ＣＨ₂）₂−Ｓｉ−Ｏ−
Ｓｉ（ＣＨ₃）₃を約１重量％となるように溶解した（吸
着溶液Ｃ）。

【００８４】この吸着溶液Ｃを用いて、実施例１と同様
にガラス基板上に薄膜を形成した後、まず実施例１の条
件で洗浄を行い、その後に実施例１の条件で露光して比
較例１の単分子膜の有機薄膜を作成した。なお、エリプ
ソメトリー法を用いて、配向膜の膜厚を測定したとこ
ろ、１．２ｎｍであり、この膜厚は明らかに単分子膜の
膜厚であった（配向膜の屈折率を１．４５と仮定）。こ
の有機薄膜を用いて、実施例１と同様にして、液晶セル
を作成した。

【００８５】この液晶セルにおける液晶分子の配向方向
を２枚の偏光板を用いて調べたところ、液晶分子が液切
り方向に沿って配向していることが確認された。配向状
態を目視観察したところ、配向の均一性に優れていた。
偏光顕微鏡を用いて観察したところ、ディスクリネーシ
ョンは、観察されなかった。また、配向の白時と黒時の
吸光度の比（コントラスト）を測定したところ３２０と
なった。

【００８６】以上の結果から、本発明の実施例で得られ
た有機薄膜のほうが、コントラストが高く、配向性に優
れていた。これは、本発明の実施例の有機薄膜のほう
が、明らかに膜厚が厚く、膜構成分子数が多いため、す
なわち膜の単位体積当たりに感光性基が多く存在するた
めであると考えられた。

【００８７】

【発明の効果】以上で説明したように、本発明による
と、非単分子膜であっても、均一な表面状態を有する有
機薄膜を提供できる。また、本発明によると、基板表面
に化学吸着している分子に基板表面に直接吸着していな
い分子が結合し、さらに複数の未吸着分子が結合してい
るので、この結合している複数の未吸着分子の数を制御
することにより、膜厚の制御が容易である。さらに、本
発明によると、安定した架橋構造が得られるので、配向
規制力に優れる。

【００８８】また、本発明の製造方法によると、均一な
表面状態を有する、膜厚が制御され、安定した架橋構造
の有機薄膜を効率良く製造できる。

【００８９】さらに、本発明の有機薄膜を液晶配向膜に
用いると、視野角特性に優れる液晶表示装置が提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る有機薄膜の製造工程
を示すフローチャートである。

【図２】化学吸着分子が基板に吸着した状態を模式的に
示す断面図である。

【図３】基板に吸着した化学吸着分子が基板に未吸着の
分子と結合した状態を模式的に示す断面図である。

【符号の説明】

１基板２吸着分子３未吸着分子４薄膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者野村幸生大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者小川一文大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者上村強大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 2H090 HB13Y HC01 HC05 LA02 4J011 AC04 CA01 CC04 CC10 QA07 UA01 UA02 VA05 WA01 5G435 AA00 AA17 BB12 EE25 FF05 FF12 HH02 HH20 KK05 KK10 LL00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板の表面に形成された薄膜であって、薄膜を構成する分子の一部が、基板表面に化学吸着し、前記基板表面に化学吸着している分子に、基板表面に直
接吸着していない分子が結合してなる有機薄膜。
【請求項２】前記薄膜が、前記未吸着の分子に、さら
に複数の未吸着分子が結合して構成されるものである請
求項１に記載の有機薄膜。
【請求項３】前記基板表面に化学吸着している分子
が、基板表面に存在する反応基の最大数よりも少ない数
で、化学吸着している請求項１または２に記載の有機薄
膜。
【請求項４】前記薄膜を構成する各分子が感光性基を
有しており、隣接する感光性基間で、前記感光性基同士
が相互に架橋結合することにより、前記有機薄膜は架橋
構造をなしている請求項１から３のいずれかに記載の有
機薄膜。
【請求項５】前記薄膜は、複数分子が結合して単層を
形成する非単分子膜であり、その膜厚が、０．５ｎｍ以
上、２５ｎｍ未満である請求項１から４のいずれかに記
載の発明。
【請求項６】感光性基を有する化学吸着物質を溶解し
た吸着溶液であって、吸着溶液を基板に接触させる操作
により化学吸着物質を基板表面に化学吸着させることの
できる最大分子数の２倍以上の分子数を有するものを、
乾燥雰囲気下で、基板表面に接触させ、吸着溶液中の化
学吸着物質分子を基板面に化学吸着させた後に、前記基
板を湿潤雰囲気下に置くことで、吸着した前記化学吸着
物質分子に基板表面に吸着していない未吸着分子を結合
させ、該未吸着分子に更に他の未吸着分子を順次結合さ
せて薄膜を形成する薄膜形成工程と、前記薄膜に光を照射し、吸着分子に異方性を付与すると
ともに、前記感光性基が光反応して薄膜構成分子同士を
特定方向に架橋結合させる架橋結合工程とを、備えることを特徴とする有機薄膜の製造方法。
【請求項７】前記感光性基を有する化学吸着物質を溶
解した吸着溶液の濃度が、０．５重量％以下である、請
求項６に記載の有機薄膜の製造方法。
【請求項８】前記化学吸着物質として、下記一般式
（１）で表される官能基群から選ばれる１種の官能基を
有する分子を含むものを使用する、請求項６または７に
記載の有機薄膜の製造方法。【化１】（式中、Ａはケイ素、ゲルマニウム、スズ、チタン及び
ジルコニウムから選ばれる１種の原子を表しており、Ｘ
はハロゲン、アルコキシ基及びイソシアネート基から選
ばれる１種の官能基を表している。）
【請求項９】前記照射する光が、紫外線偏光光であ
る、請求項６から８のいずれかに記載の有機薄膜の製造
方法。
【請求項１０】前記架橋結合工程後に、前記基板表
面に付着した遊離の未吸着分子を、洗浄剤を用いて洗浄
して除去する洗浄工程を付加したことを特徴とする、請
求項６から９のいずれかに記載の有機薄膜の製造方法。
【請求項１１】請求項１から５のいずれかに記載の有
機薄膜を用いた液晶配向膜。
【請求項１２】少なくとも、対向する一対の基板と、
前記一対の基板のうち少なくとも表示電極を有する基板
の表面に形成された液晶配向膜と、前記対向する一対の
基板間に封入された液晶とを備える液晶表示装置であっ
て、前記液晶配向膜が、請求項１１に記載の液晶配向膜であ
ることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１３】感光性基を有する化学吸着物質を溶解
した吸着溶液であって、吸着溶液を基板に接触させる操
作により化学吸着物質分子を基板表面に化学吸着させる
ことのできる最大分子数の２倍以上の分子数を有するも
のを、乾燥雰囲気下で、基板表面に接触させ、吸着溶液
中の化学吸着物質分子を基板面に化学吸着させた後に、
前記基板を湿潤雰囲気下に置くことで、吸着した前記化
学吸着物質分子に基板表面に吸着していない未吸着分子
を結合させ、該未吸着分子に更に他の未吸着分子を順次
結合させて薄膜を形成する薄膜形成工程と、前記薄膜に光を照射し、吸着分子に異方性を付与すると
ともに、前記感光性基が光反応して薄膜構成分子同士を
特定方向に架橋結合させる架橋結合工程と、前記液晶配向膜付き基板と、少なくとも対向電極を有す
る対向基板とを、表示電極の形成された面を内側にして
所定のセルギャップを設けて重ね合わせた後、量基板の
間に液晶を配置する液晶セル形成工程と、を少なくとも備える液晶表示装置の製造方法。