JPH11147074A - 化学吸着単分子膜の製造方法 - Google Patents
化学吸着単分子膜の製造方法Info
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- JPH11147074A JPH11147074A JP31723097A JP31723097A JPH11147074A JP H11147074 A JPH11147074 A JP H11147074A JP 31723097 A JP31723097 A JP 31723097A JP 31723097 A JP31723097 A JP 31723097A JP H11147074 A JPH11147074 A JP H11147074A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】非水系の有機溶媒とシラン系界面活性剤を含む
化学吸着液を基材表面に塗布し、有機溶媒を蒸発濃縮さ
せつつ吸着液中の界面活性剤分子と基板表面とを化学反
応させて分子を基板表面に一端で結合固定し、有機溶媒
を蒸発させた後基板表面に残った未反応の界面活性剤を
洗浄除去することにより、ナノメータレベルの厚さの均
一な化学吸着単分子膜を短時間で高能率に形成する。 【解決手段】ＣＦ3（ＣＦ2）7（ＣＨ2）2ＳｉＣｌ3を１
重量％の濃度で非水系の溶媒(ヘキサメチルシリコーン
(ｂｐ．１００℃)に溶かして化学吸着溶液とし、この中
に表面に透明電極の形成されたガラス基板１を浸漬し、
液から引き上げて、シリコーン溶媒を蒸発させ、基板表
面の化学吸着物質濃度が１００％になるまで濃縮し、ク
ロロホルムを用いて洗浄した後洗浄液より引き上げて液
切りし、次いで水分を含む空気中に暴露し、化学吸着単
分子膜４を形成する。
化学吸着液を基材表面に塗布し、有機溶媒を蒸発濃縮さ
せつつ吸着液中の界面活性剤分子と基板表面とを化学反
応させて分子を基板表面に一端で結合固定し、有機溶媒
を蒸発させた後基板表面に残った未反応の界面活性剤を
洗浄除去することにより、ナノメータレベルの厚さの均
一な化学吸着単分子膜を短時間で高能率に形成する。 【解決手段】ＣＦ3（ＣＦ2）7（ＣＨ2）2ＳｉＣｌ3を１
重量％の濃度で非水系の溶媒(ヘキサメチルシリコーン
(ｂｐ．１００℃)に溶かして化学吸着溶液とし、この中
に表面に透明電極の形成されたガラス基板１を浸漬し、
液から引き上げて、シリコーン溶媒を蒸発させ、基板表
面の化学吸着物質濃度が１００％になるまで濃縮し、ク
ロロホルムを用いて洗浄した後洗浄液より引き上げて液
切りし、次いで水分を含む空気中に暴露し、化学吸着単
分子膜４を形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、化学吸着単分子膜
の製造方法に関するものである。さらに詳しくは、フッ
素系防汚性単分子膜、液晶用配向膜、偏光膜、位相差
膜、分子素子用導電膜など、分子レベルで用いる薄膜材
料である化学吸着単分子膜の製造方法に関するものであ
る
の製造方法に関するものである。さらに詳しくは、フッ
素系防汚性単分子膜、液晶用配向膜、偏光膜、位相差
膜、分子素子用導電膜など、分子レベルで用いる薄膜材
料である化学吸着単分子膜の製造方法に関するものであ
る
【０００２】
【従来の技術】 従来、化学吸着単分子膜の製造方法
は、化学吸着液に基材を浸漬し、前記化学吸着液中で基
材表面と化学吸着液の接触界面において、すなわち溶媒
中の化学吸着物質と基材表面間において所定の時間化学
反応させる方法が一般的に用いられてきた。
は、化学吸着液に基材を浸漬し、前記化学吸着液中で基
材表面と化学吸着液の接触界面において、すなわち溶媒
中の化学吸着物質と基材表面間において所定の時間化学
反応させる方法が一般的に用いられてきた。
【０００３】例えば、あらかじめ直鎖状炭化水素基及び
Ｓｉを含むシラン系界面活性剤（以下、化学吸着物質あ
るいは化学吸着化合物ともいう）を用い、１重量％程度
の濃度で非水系の溶媒に溶かして化学吸着溶液を調整し
ておき、この化学吸着液に基材を浸漬し、前記化学吸着
液中で所定の時間化学吸着反応させた後化学吸着液から
基材を取り出し、表面に付着した余分の化学吸着液を非
水系の有機溶媒で洗浄除去する方法が用いられたきた。
Ｓｉを含むシラン系界面活性剤（以下、化学吸着物質あ
るいは化学吸着化合物ともいう）を用い、１重量％程度
の濃度で非水系の溶媒に溶かして化学吸着溶液を調整し
ておき、この化学吸着液に基材を浸漬し、前記化学吸着
液中で所定の時間化学吸着反応させた後化学吸着液から
基材を取り出し、表面に付着した余分の化学吸着液を非
水系の有機溶媒で洗浄除去する方法が用いられたきた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
化学吸着単分子膜の作成方法では、１重量％程度の濃度
で室温で行う場合、反応が飽和するまでおよそ２時間程
度を必要とし極めて効率が悪かった。そこで、この反応
時間を短縮する方法として、化学吸着液の濃度を上げる
方法、あるいは化学吸着中の温度を上げる方法が試みら
れてきた。ところが、加熱する方法では、せいぜい５０
〜６０℃程度が限界であり、この程度の加熱では高々１
０〜２０％程度しか反応時間を短縮できなかった。ま
た、それ以上加熱して化学吸着を行うと、吸着反応中溶
媒が蒸発してしまったり、化学吸着された単分子膜の配
向が悪くなるなどの問題があった。一方、濃度を上げる
方法では、高価な化学吸着物質を無駄にすることになり
効率が悪かった。また、作成された化学吸着液の安定性
の面でも不都合であった。
化学吸着単分子膜の作成方法では、１重量％程度の濃度
で室温で行う場合、反応が飽和するまでおよそ２時間程
度を必要とし極めて効率が悪かった。そこで、この反応
時間を短縮する方法として、化学吸着液の濃度を上げる
方法、あるいは化学吸着中の温度を上げる方法が試みら
れてきた。ところが、加熱する方法では、せいぜい５０
〜６０℃程度が限界であり、この程度の加熱では高々１
０〜２０％程度しか反応時間を短縮できなかった。ま
た、それ以上加熱して化学吸着を行うと、吸着反応中溶
媒が蒸発してしまったり、化学吸着された単分子膜の配
向が悪くなるなどの問題があった。一方、濃度を上げる
方法では、高価な化学吸着物質を無駄にすることになり
効率が悪かった。また、作成された化学吸着液の安定性
の面でも不都合であった。
【０００５】本発明は、前記従来の問題を解決するた
め、厚みはナノメータレベルできわめて薄く、均一な化
学吸着単分子膜を短時間、高能率に製造できる方法を提
供することを目的とする。
め、厚みはナノメータレベルできわめて薄く、均一な化
学吸着単分子膜を短時間、高能率に製造できる方法を提
供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明では、平坦な基材や凸凹な基材表面に単分子
膜を形成する手段として、乾燥雰囲気中で非水系の有機
溶媒とシラン系界面活性剤を用いて調製した化学吸着液
を基材表面に塗布する工程と、前記有機溶媒を蒸発濃縮
させつつ前記吸着液中の界面活性剤分子と基板表面とを
化学反応させ前記界面活性剤分子を基板表面に一端で結
合固定する工程と、前記有機溶媒の蒸発が終了した後非
水系の有機溶媒を用い基板表面に残った未反応の界面活
性剤を洗浄除去する工程とを含む化学吸着単分子膜の製
造方法を提供する。また、平坦な基材表面に一次配向し
た単分子膜を形成する手段として、少なくとも、乾燥雰
囲気中で非水系の有機溶媒とシラン系界面活性剤を用い
て調製した化学吸着液を平坦な基板表面に塗布する工程
と、前記有機溶媒を蒸発濃縮させつつ前記吸着液中の界
面活性剤分子と基板表面とを化学反応させ前記界面活性
剤分子を基板表面に一端で結合固定する工程と、非水系
の有機溶媒を用い基板表面に残った未反応の界面活性剤
を洗浄除去し、さらに所望の方向に基板を立てて洗浄液
を液切りし、液切り方向に前記固定された分子を予備配
向させる工程を含む化学吸着単分子膜の製造方法を提供
する。
め、本発明では、平坦な基材や凸凹な基材表面に単分子
膜を形成する手段として、乾燥雰囲気中で非水系の有機
溶媒とシラン系界面活性剤を用いて調製した化学吸着液
を基材表面に塗布する工程と、前記有機溶媒を蒸発濃縮
させつつ前記吸着液中の界面活性剤分子と基板表面とを
化学反応させ前記界面活性剤分子を基板表面に一端で結
合固定する工程と、前記有機溶媒の蒸発が終了した後非
水系の有機溶媒を用い基板表面に残った未反応の界面活
性剤を洗浄除去する工程とを含む化学吸着単分子膜の製
造方法を提供する。また、平坦な基材表面に一次配向し
た単分子膜を形成する手段として、少なくとも、乾燥雰
囲気中で非水系の有機溶媒とシラン系界面活性剤を用い
て調製した化学吸着液を平坦な基板表面に塗布する工程
と、前記有機溶媒を蒸発濃縮させつつ前記吸着液中の界
面活性剤分子と基板表面とを化学反応させ前記界面活性
剤分子を基板表面に一端で結合固定する工程と、非水系
の有機溶媒を用い基板表面に残った未反応の界面活性剤
を洗浄除去し、さらに所望の方向に基板を立てて洗浄液
を液切りし、液切り方向に前記固定された分子を予備配
向させる工程を含む化学吸着単分子膜の製造方法を提供
する。
【０００７】このとき、有機溶媒を蒸発させた後、さら
に所定時間反応させた後に非水系の有機溶媒を用い基材
表面に残った未反応の界面活性剤を洗浄除去する工程を
行うとさらに完璧に化学吸着単分子膜を形成できる。
に所定時間反応させた後に非水系の有機溶媒を用い基材
表面に残った未反応の界面活性剤を洗浄除去する工程を
行うとさらに完璧に化学吸着単分子膜を形成できる。
【０００８】また、乾燥雰囲気として相対湿度３０％以
下の雰囲気を用いると、白濁がないより完璧な化学吸着
単分子膜を製造する上で都合がよい。さらに、界面活性
剤として直鎖状炭素鎖またはシロキサン結合鎖とクロロ
シリル基またはアルコキシシラン基またはイソシアネー
トシラン基を含むシラン系の界面活性剤を用いると活性
度が高いので反応時間を短縮する上で都合がよい。
下の雰囲気を用いると、白濁がないより完璧な化学吸着
単分子膜を製造する上で都合がよい。さらに、界面活性
剤として直鎖状炭素鎖またはシロキサン結合鎖とクロロ
シリル基またはアルコキシシラン基またはイソシアネー
トシラン基を含むシラン系の界面活性剤を用いると活性
度が高いので反応時間を短縮する上で都合がよい。
【０００９】さらにまた、炭素鎖またはシロキサン結合
鎖の末端または一部が、３フッ化炭素基（−ＣＦ3）、
メチル基（−ＣＨ3）、ビニル基（−ＣＨ＝ＣＨ2）、ア
リル基（−ＣＨ＝ＣＨ−）、アセチレン基（炭素−炭素
の３重結合）、フェニル基（−Ｃ6Ｈ5）、アリール基
（−Ｃ6Ｈ4−）、ハロゲン原子、アルコキシ基（−Ｏ
Ｒ；Ｒはアルキル基を表し、炭素数１〜３の範囲が好ま
しい。）、シアノ基（−ＣＮ）、アミノ基（−Ｎ
Ｈ2）、水酸基（−ＯＨ）、カルボニル基（＝ＣＯ）、
カルボキシ基（−ＣＯＯ−）及びカルボキシル基（−Ｃ
ＯＯＨ）から選ばれる少なくとも一つの有機基で置換さ
れていると、いろいろな表面エネルギーをもつ化学吸着
単分子膜を作成できて好都合である。
鎖の末端または一部が、３フッ化炭素基（−ＣＦ3）、
メチル基（−ＣＨ3）、ビニル基（−ＣＨ＝ＣＨ2）、ア
リル基（−ＣＨ＝ＣＨ−）、アセチレン基（炭素−炭素
の３重結合）、フェニル基（−Ｃ6Ｈ5）、アリール基
（−Ｃ6Ｈ4−）、ハロゲン原子、アルコキシ基（−Ｏ
Ｒ；Ｒはアルキル基を表し、炭素数１〜３の範囲が好ま
しい。）、シアノ基（−ＣＮ）、アミノ基（−Ｎ
Ｈ2）、水酸基（−ＯＨ）、カルボニル基（＝ＣＯ）、
カルボキシ基（−ＣＯＯ−）及びカルボキシル基（−Ｃ
ＯＯＨ）から選ばれる少なくとも一つの有機基で置換さ
れていると、いろいろな表面エネルギーをもつ化学吸着
単分子膜を作成できて好都合である。
【００１０】さらにまた、界面活性剤として複数種のシ
リコン系界面活性剤を混合して用いると、表面が分子レ
ベルで凸凹な単分子膜を製造でき、新たな機能を発現す
る上で都合がよい。
リコン系界面活性剤を混合して用いると、表面が分子レ
ベルで凸凹な単分子膜を製造でき、新たな機能を発現す
る上で都合がよい。
【００１１】一方、化学吸着物質に感光性基を組み込
み、吸着・洗浄後、または液切り予備配向後、さらに偏
光板を介して露光する工程を行うと、化学吸着された分
子は偏光方向に沿って配向され且つ重合されるので、分
子が配向固定された化学吸着単分子膜を製造方法する上
で都合がよい。
み、吸着・洗浄後、または液切り予備配向後、さらに偏
光板を介して露光する工程を行うと、化学吸着された分
子は偏光方向に沿って配向され且つ重合されるので、分
子が配向固定された化学吸着単分子膜を製造方法する上
で都合がよい。
【００１２】また、非水系の有機溶媒として、アルキル
基、ふっ化炭素基または塩化炭素基またはシロキサン基
を含む溶媒を用いると含水率を大幅に少なくできて、化
学吸着物質をより有効に使用できて都合がよい。
基、ふっ化炭素基または塩化炭素基またはシロキサン基
を含む溶媒を用いると含水率を大幅に少なくできて、化
学吸着物質をより有効に使用できて都合がよい。
【００１３】さらに、シロキサン基を含む溶媒としてシ
リコーン系の溶媒を用いると蒸発残査がほとんど無いの
でより効率的に反応を進行できる。さらにまた、非水系
の有機溶媒として、沸点が１００〜２５０℃のものを用
いると、塗布時および塗布後の溶媒蒸発時間を短時間で
且つ制御する上で都合がよい。
リコーン系の溶媒を用いると蒸発残査がほとんど無いの
でより効率的に反応を進行できる。さらにまた、非水系
の有機溶媒として、沸点が１００〜２５０℃のものを用
いると、塗布時および塗布後の溶媒蒸発時間を短時間で
且つ制御する上で都合がよい。
【００１４】また、化学吸着液を塗布する工程におい
て、オフセット印刷、スクリーン印刷、またはロールコ
ート法を用いると、必要以上に化学吸着液を使用しない
のでより効率よく被膜を形成できる。
て、オフセット印刷、スクリーン印刷、またはロールコ
ート法を用いると、必要以上に化学吸着液を使用しない
のでより効率よく被膜を形成できる。
【００１５】また、化学吸着液を塗布する工程におい
て、オフセット印刷、スクリーン印刷、またはロールコ
ート法を行う際、化学吸着液の粘度を１〜５００００ｃ
Ｓｔに制御しておくと、塗布後の溶媒蒸発時間を短くで
き、且つ液垂れを防ぐことができて都合がよい。さらに
また、化学吸着液の粘度制御にシリコーンを用いると、
分子量の調節のみで粘度を制御できて都合がよい。
て、オフセット印刷、スクリーン印刷、またはロールコ
ート法を行う際、化学吸着液の粘度を１〜５００００ｃ
Ｓｔに制御しておくと、塗布後の溶媒蒸発時間を短くで
き、且つ液垂れを防ぐことができて都合がよい。さらに
また、化学吸着液の粘度制御にシリコーンを用いると、
分子量の調節のみで粘度を制御できて都合がよい。
【００１６】
【発明実施の形態】本発明では、化学吸着単分子膜の効
率よい製造方法として、乾燥雰囲気中で非水系の有機溶
媒とシラン系界面活性剤を用いて調製した化学吸着液を
基材表面に塗布する工程と、前記有機溶媒を蒸発濃縮さ
せつつ前記吸着液中の界面活性剤分子と基板表面とを脱
塩化水素反応、脱アルコール反応等の脱離反応を伴う化
学反応をさせ、前記界面活性剤分子を基板表面に一端で
結合固定する工程と、前記有機溶媒が蒸発後非水系の有
機溶媒を用い基板表面に残った未反応の界面活性剤を洗
浄除去する工程とを含む。
率よい製造方法として、乾燥雰囲気中で非水系の有機溶
媒とシラン系界面活性剤を用いて調製した化学吸着液を
基材表面に塗布する工程と、前記有機溶媒を蒸発濃縮さ
せつつ前記吸着液中の界面活性剤分子と基板表面とを脱
塩化水素反応、脱アルコール反応等の脱離反応を伴う化
学反応をさせ、前記界面活性剤分子を基板表面に一端で
結合固定する工程と、前記有機溶媒が蒸発後非水系の有
機溶媒を用い基板表面に残った未反応の界面活性剤を洗
浄除去する工程とを含む。
【００１７】また、乾燥雰囲気中で非水系の有機溶媒と
シラン系界面活性剤を用いて調製した化学吸着液を平坦
な基板表面に塗布する工程と、前記有機溶媒を蒸発濃縮
させつつ前記吸着液中の界面活性剤分子と基板表面とを
脱塩化水素反応、脱アルコール反応等の脱離反応を伴う
化学反応をさせ前記界面活性剤分子を基板表面に一端で
結合固定する工程と、非水系の有機溶媒を用い基板表面
に残った未反応の界面活性剤を洗浄除去し、さらに所望
の方向に基板を立てて洗浄液を液切りし、液切り方向に
前記固定された分子を予備配向させる工程を含む化学吸
着単分子膜の製造方法を提供する。
シラン系界面活性剤を用いて調製した化学吸着液を平坦
な基板表面に塗布する工程と、前記有機溶媒を蒸発濃縮
させつつ前記吸着液中の界面活性剤分子と基板表面とを
脱塩化水素反応、脱アルコール反応等の脱離反応を伴う
化学反応をさせ前記界面活性剤分子を基板表面に一端で
結合固定する工程と、非水系の有機溶媒を用い基板表面
に残った未反応の界面活性剤を洗浄除去し、さらに所望
の方向に基板を立てて洗浄液を液切りし、液切り方向に
前記固定された分子を予備配向させる工程を含む化学吸
着単分子膜の製造方法を提供する。
【００１８】
【実施例】以下実施例を用いて本発明をさらに具体的に
説明する。 （実施例１）表面に透明電極の形成されたガラス基板１
（表面に水酸基を多数含む）を準備し、あらかじめよく
洗浄脱脂した。一方、末端に被膜の表面エネルギーを小
さくする官能基（−ＣＦ3等）を一つ組み込んだ直鎖状
炭化水素基及びＳｉを含むシラン系界面活性剤（以下、
化学吸着物質あるいは化学吸着化合物ともいう）、ＣＦ
3（ＣＦ2）7（ＣＨ2）2ＳｉＣｌ3を用い、１重量％の濃
度で非水系の溶媒に溶かして化学吸着溶液を調製してお
いた。このとき、非水系溶媒（水を含まない溶媒）とし
ては、良く脱水したヘキサメチルシリコーン（ｂｐ．１
００℃、これ以外に、沸点が２５０℃程度までの非水系
有機溶媒なら、多少蒸発時間が長くはなるが実用上、何
ら問題なく使用可能であった。）を用いた。このように
して調製された溶液を吸着溶液２とし、乾燥雰囲気中
（相対湿度３０％以下）で、この吸着溶液２の中に前記
基板１を１分間程度浸漬（コーター等で塗布しても良
い）した（図１）。その後、液から引き上げて、同雰囲
気中でシリコーン溶媒を蒸発させ、基板表面の化学吸着
物質濃度が１００％になるまで濃縮し、その後さらに１
０分間反応させた。すなわち、前記化学吸着物質のみか
らなる被膜を前記基板表面に５μｍ膜厚程度に形成し化
学吸着剤と基板表面の反応を加速させた。その後、さら
に同様の乾燥雰囲気中で良く脱水した水を含まない非水
系の溶媒であるクロロホルム３を用いて洗浄した後洗浄
液より引き上げて液切りし、次いで水分を含む空気中に
暴露した（図２）。５は洗浄液からの引き上げ方向を示
す。
説明する。 （実施例１）表面に透明電極の形成されたガラス基板１
（表面に水酸基を多数含む）を準備し、あらかじめよく
洗浄脱脂した。一方、末端に被膜の表面エネルギーを小
さくする官能基（−ＣＦ3等）を一つ組み込んだ直鎖状
炭化水素基及びＳｉを含むシラン系界面活性剤（以下、
化学吸着物質あるいは化学吸着化合物ともいう）、ＣＦ
3（ＣＦ2）7（ＣＨ2）2ＳｉＣｌ3を用い、１重量％の濃
度で非水系の溶媒に溶かして化学吸着溶液を調製してお
いた。このとき、非水系溶媒（水を含まない溶媒）とし
ては、良く脱水したヘキサメチルシリコーン（ｂｐ．１
００℃、これ以外に、沸点が２５０℃程度までの非水系
有機溶媒なら、多少蒸発時間が長くはなるが実用上、何
ら問題なく使用可能であった。）を用いた。このように
して調製された溶液を吸着溶液２とし、乾燥雰囲気中
（相対湿度３０％以下）で、この吸着溶液２の中に前記
基板１を１分間程度浸漬（コーター等で塗布しても良
い）した（図１）。その後、液から引き上げて、同雰囲
気中でシリコーン溶媒を蒸発させ、基板表面の化学吸着
物質濃度が１００％になるまで濃縮し、その後さらに１
０分間反応させた。すなわち、前記化学吸着物質のみか
らなる被膜を前記基板表面に５μｍ膜厚程度に形成し化
学吸着剤と基板表面の反応を加速させた。その後、さら
に同様の乾燥雰囲気中で良く脱水した水を含まない非水
系の溶媒であるクロロホルム３を用いて洗浄した後洗浄
液より引き上げて液切りし、次いで水分を含む空気中に
暴露した（図２）。５は洗浄液からの引き上げ方向を示
す。
【００１９】以上の処理により、前記クロロシラン系界
面活性剤が反応してなる化学吸着単分子膜４が基板表面
の水酸基が含まれていた部分にシロキサンの共有結合を
介して化学結合した状態で約１ｎｍの膜厚で形成され
た。なお、このとき化学吸着膜の臨界表面エネルギー
は、ジスマンプロットを用いて測定すると約１０ｍＮ／
ｍであった。また、水に対する接触角度は１２０度程度
有り、防汚性に優れた化学吸着単分子膜が得られた。
面活性剤が反応してなる化学吸着単分子膜４が基板表面
の水酸基が含まれていた部分にシロキサンの共有結合を
介して化学結合した状態で約１ｎｍの膜厚で形成され
た。なお、このとき化学吸着膜の臨界表面エネルギー
は、ジスマンプロットを用いて測定すると約１０ｍＮ／
ｍであった。また、水に対する接触角度は１２０度程度
有り、防汚性に優れた化学吸着単分子膜が得られた。
【００２０】ちなみに、基板表面と界面活性剤との反応
においては、はじめに下記式（化１）の結合が生成さ
れ、さらに、溶媒洗浄後一般空気中に取り出すと、空気
中の水分と反応して式（化２）の結合が生成されたもの
と考えられた。なお、このとき吸着された分子の炭素鎖
はＦＴＩＲで分析すると液切り方向（洗浄液からの引き
上げ方向５と反対の方向）にある程度傾斜して配向して
いた（図３）。
においては、はじめに下記式（化１）の結合が生成さ
れ、さらに、溶媒洗浄後一般空気中に取り出すと、空気
中の水分と反応して式（化２）の結合が生成されたもの
と考えられた。なお、このとき吸着された分子の炭素鎖
はＦＴＩＲで分析すると液切り方向（洗浄液からの引き
上げ方向５と反対の方向）にある程度傾斜して配向して
いた（図３）。
【００２１】
【化１】
【００２２】
【化２】
【００２３】さらにまた、対剥離強度も碁盤目試験で確
認したが全く剥離しなかった。前記の一連の化学吸着単
分子膜形成工程において、溶媒蒸発後には前記クロロシ
ラン系界面活性剤が１００％に濃縮された状態で基板表
面に塗布されたことになり、その状態でクロロシラン系
界面活性剤のＳｉＣｌ基と前記基板表面の水酸基とで脱
塩酸反応が生じるので、通常１〜２時間必要とする吸着
時間が、１１分間と極めて短時間に短縮できた。
認したが全く剥離しなかった。前記の一連の化学吸着単
分子膜形成工程において、溶媒蒸発後には前記クロロシ
ラン系界面活性剤が１００％に濃縮された状態で基板表
面に塗布されたことになり、その状態でクロロシラン系
界面活性剤のＳｉＣｌ基と前記基板表面の水酸基とで脱
塩酸反応が生じるので、通常１〜２時間必要とする吸着
時間が、１１分間と極めて短時間に短縮できた。
【００２４】（実施例２）表面に透明電極の形成された
ガラス基板（表面に水酸基を多数含む）を準備し、あら
かじめよく洗浄脱脂した。一方、末端に被膜の表面エネ
ルギーを制御する官能基を一つ組み込んだ直鎖状炭化水
素基及びＳｉを含むシラン系界面活性剤（以下、化学吸
着物質あるいは化学吸着化合物ともいう）、ＣＨ3（Ｃ
Ｈ2）14ＳｉＣｌ3と感光基を組み込んだシラン系界面活
性剤、Ｃ6Ｈ5ＣＨ＝ＣＨＣＯＣ6Ｈ4Ｏ（ＣＨ2）6ＳｉＣ
ｌ3（モル比で１：１に混合して用いた）を用い、１重
量％の濃度で非水系の溶媒に溶かして化学吸着溶液を調
整しておいた。このとき、非水系溶媒（水を含まない溶
媒）としては、良く脱水したオクタメチルシリコーン
（ｂｐ．１００℃、これ以外に、沸点が２５０℃程度ま
での非水系有機溶媒なら、多少蒸発時間が長くはなるが
実用上、何ら問題なく使用可能であった。）を用いた。
このようにして調製された溶液を吸着溶液とし、乾燥雰
囲気中（相対湿度３０％以下）で、この吸着溶液２の中
に前記基板を１分間程度浸漬（塗布しても良い）した。
ガラス基板（表面に水酸基を多数含む）を準備し、あら
かじめよく洗浄脱脂した。一方、末端に被膜の表面エネ
ルギーを制御する官能基を一つ組み込んだ直鎖状炭化水
素基及びＳｉを含むシラン系界面活性剤（以下、化学吸
着物質あるいは化学吸着化合物ともいう）、ＣＨ3（Ｃ
Ｈ2）14ＳｉＣｌ3と感光基を組み込んだシラン系界面活
性剤、Ｃ6Ｈ5ＣＨ＝ＣＨＣＯＣ6Ｈ4Ｏ（ＣＨ2）6ＳｉＣ
ｌ3（モル比で１：１に混合して用いた）を用い、１重
量％の濃度で非水系の溶媒に溶かして化学吸着溶液を調
整しておいた。このとき、非水系溶媒（水を含まない溶
媒）としては、良く脱水したオクタメチルシリコーン
（ｂｐ．１００℃、これ以外に、沸点が２５０℃程度ま
での非水系有機溶媒なら、多少蒸発時間が長くはなるが
実用上、何ら問題なく使用可能であった。）を用いた。
このようにして調製された溶液を吸着溶液とし、乾燥雰
囲気中（相対湿度３０％以下）で、この吸着溶液２の中
に前記基板を１分間程度浸漬（塗布しても良い）した。
【００２５】その後、液から引き上げて、同雰囲気中で
シリコーン溶媒を蒸発させ、基板表面の化学吸着物質濃
度が１００％になるまで濃縮し、その後さらに５分間反
応させた。すなわち、前記化学吸着物質のみからなる被
膜を前記基板表面に形成し化学吸着剤と基板表面の反応
を加速させた。その後、さらに同様の乾燥雰囲気中で良
く脱水した水を含まない非水系の溶媒であるｎ−ヘキサ
ンを用いて洗浄した後、基板を所望の方向に立てた状態
で洗浄液より引き上げて液切りした後、水分を含む空気
中に暴露した。
シリコーン溶媒を蒸発させ、基板表面の化学吸着物質濃
度が１００％になるまで濃縮し、その後さらに５分間反
応させた。すなわち、前記化学吸着物質のみからなる被
膜を前記基板表面に形成し化学吸着剤と基板表面の反応
を加速させた。その後、さらに同様の乾燥雰囲気中で良
く脱水した水を含まない非水系の溶媒であるｎ−ヘキサ
ンを用いて洗浄した後、基板を所望の方向に立てた状態
で洗浄液より引き上げて液切りした後、水分を含む空気
中に暴露した。
【００２６】以上の処理により、前記混合クロロシラン
系界面活性剤が反応してなる化学吸着単分子膜４’が基
板表面の水酸基が含まれていた部分にシロキサンの共有
結合を介して化学結合した状態で結合され、結合された
分子が引き上げ方向５と反対方向、すなわち液切り方向
に沿って配向して約１．７ｎｍの膜厚で形成された。な
お、このとき化学吸着膜の臨界表面エネルギーは約２８
ｍＮ／ｍであった。
系界面活性剤が反応してなる化学吸着単分子膜４’が基
板表面の水酸基が含まれていた部分にシロキサンの共有
結合を介して化学結合した状態で結合され、結合された
分子が引き上げ方向５と反対方向、すなわち液切り方向
に沿って配向して約１．７ｎｍの膜厚で形成された。な
お、このとき化学吸着膜の臨界表面エネルギーは約２８
ｍＮ／ｍであった。
【００２７】そこで、この状態の基板２枚を用い、化学
吸着膜が向かい合うように組み合わせて、配向方向がア
ンチパラレルになるようにセットし２０ミクロンギヤッ
プの液晶セルを組み立て、ネマチック液晶（ＺＬＩ４７
９２；メルク社製）を注入して配向状態を確認すると、
注入した液晶分子が洗浄液の液切り方向に向かって、基
板に対して約プレチルト角４゜で配向していた。ちなみ
に、基板表面と界面活性剤との反応においては、はじめ
に下記式（化３および４）の結合がほぼ１：１の比で生
成され、さらに、溶媒洗浄後一般空気中に取り出すと、
空気中の水分と反応して式（化５及び６）の結合が生成
されたものと考えられた。なお、このとき吸着された分
子の炭素鎖はＦＴＩＲで分析すると液切り方向にある程
度傾斜して配向していた（図４）。
吸着膜が向かい合うように組み合わせて、配向方向がア
ンチパラレルになるようにセットし２０ミクロンギヤッ
プの液晶セルを組み立て、ネマチック液晶（ＺＬＩ４７
９２；メルク社製）を注入して配向状態を確認すると、
注入した液晶分子が洗浄液の液切り方向に向かって、基
板に対して約プレチルト角４゜で配向していた。ちなみ
に、基板表面と界面活性剤との反応においては、はじめ
に下記式（化３および４）の結合がほぼ１：１の比で生
成され、さらに、溶媒洗浄後一般空気中に取り出すと、
空気中の水分と反応して式（化５及び６）の結合が生成
されたものと考えられた。なお、このとき吸着された分
子の炭素鎖はＦＴＩＲで分析すると液切り方向にある程
度傾斜して配向していた（図４）。
【００２８】
【化３】
【００２９】
【化４】
【００３０】
【化５】
【００３１】
【化６】
【００３２】前記の一連の化学吸着単分子膜形成工程に
おいて、溶媒蒸発後には前記クロロシラン系界面活性剤
が１００％に濃縮された状態で基板表面に塗布されたこ
とになり、その状態でクロロシラン系界面活性剤のＳｉ
Ｃｌ基と前記基板表面の水酸基とで脱塩酸反応が生じる
ので、通常１〜２時間必要とする吸着時間が、６分間と
極めて短時間に短縮できた。
おいて、溶媒蒸発後には前記クロロシラン系界面活性剤
が１００％に濃縮された状態で基板表面に塗布されたこ
とになり、その状態でクロロシラン系界面活性剤のＳｉ
Ｃｌ基と前記基板表面の水酸基とで脱塩酸反応が生じる
ので、通常１〜２時間必要とする吸着時間が、６分間と
極めて短時間に短縮できた。
【００３３】次に、この状態の基板を２個用意し、さら
にそれぞれの引き上げ方向と直行する方向から３度ずら
せて、即ち引き上げ方向と８７度で交差する方向に偏光
方向１３が向くように偏光板６（ＨＮＰ´Ｂ：ポラロイ
ド社製）を基板に重ねてセットし、５００Ｗの超高圧水
銀灯の３６５ｎｍ（ｉ線）の光７（偏光膜透過後３．６
ｍＷ／ｃｍ2）を用いて４００ｍＪ照射した（図５）。
照射後の偏光板６を除いた化学吸着単分子膜を図６に示
す。図６中、８は膜分子の再配向方向を示す。以上の処
理により、ＦＴＩＲ分析によると化学吸着単分子膜内の
化５で示される分子は変化しないが、化６示される感光
性基（Ｃ6Ｈ5ＣＨ＝ＣＨＣＯＣ6Ｈ4−）は、３６５ｎｍ
（ｉ線）の光に感光性を示すので、光重合して化７に示
したような構造となった。図５〜６中、９は透明電極を
表わす。また膜分子の構造を図７に示す。図７中、４”
は再配向された感光性基が重合された化学吸着単分子膜
を示す。
にそれぞれの引き上げ方向と直行する方向から３度ずら
せて、即ち引き上げ方向と８７度で交差する方向に偏光
方向１３が向くように偏光板６（ＨＮＰ´Ｂ：ポラロイ
ド社製）を基板に重ねてセットし、５００Ｗの超高圧水
銀灯の３６５ｎｍ（ｉ線）の光７（偏光膜透過後３．６
ｍＷ／ｃｍ2）を用いて４００ｍＪ照射した（図５）。
照射後の偏光板６を除いた化学吸着単分子膜を図６に示
す。図６中、８は膜分子の再配向方向を示す。以上の処
理により、ＦＴＩＲ分析によると化学吸着単分子膜内の
化５で示される分子は変化しないが、化６示される感光
性基（Ｃ6Ｈ5ＣＨ＝ＣＨＣＯＣ6Ｈ4−）は、３６５ｎｍ
（ｉ線）の光に感光性を示すので、光重合して化７に示
したような構造となった。図５〜６中、９は透明電極を
表わす。また膜分子の構造を図７に示す。図７中、４”
は再配向された感光性基が重合された化学吸着単分子膜
を示す。
【００３４】
【化７】
【００３５】さらに、この状態の基板２枚を用い、図７
の化学吸着膜４”が向かい合うように組み合わせて、配
向方向がアンチパラレルになるようにセットし２０ミク
ロンギヤップの液晶セルを組み立て、ネマチック液晶
（ＺＬＩ４７９２；メルク社製）を注入して配向状態を
確認すると、注入した液晶分子が偏光方向に沿って、基
板に対して約プレチルト角４゜で配向していた。
の化学吸着膜４”が向かい合うように組み合わせて、配
向方向がアンチパラレルになるようにセットし２０ミク
ロンギヤップの液晶セルを組み立て、ネマチック液晶
（ＺＬＩ４７９２；メルク社製）を注入して配向状態を
確認すると、注入した液晶分子が偏光方向に沿って、基
板に対して約プレチルト角４゜で配向していた。
【００３６】ちなみに、前記化学吸着単分子膜４’中の
直鎖状炭素鎖の配向方向をＦＴＩＲを用いて分析すると
臨界表面エネルギーとチルト角は変わらなかったが配向
方向８は偏光方向１３とほぼ平行方向に変化し、しかも
配向ばらつきも、引き上げによる液切り予備配向時より
改善されていた。
直鎖状炭素鎖の配向方向をＦＴＩＲを用いて分析すると
臨界表面エネルギーとチルト角は変わらなかったが配向
方向８は偏光方向１３とほぼ平行方向に変化し、しかも
配向ばらつきも、引き上げによる液切り予備配向時より
改善されていた。
【００３７】なお、このとき照射部の吸着分子の配向方
向を一方向に揃えるためには、液切り方向と完全に９０
゜で交差するのではなく、多少、好ましくは数度以上ず
らせる必要がある。もし万一、完全に９０゜に交差させ
れば、個々の分子が２方向に向いてしまう場合がある。
なお、洗浄液液切り方向と平行になるように偏光方向１
３を合わせると、さらに配向規制力の優れた単分子膜が
得られた。
向を一方向に揃えるためには、液切り方向と完全に９０
゜で交差するのではなく、多少、好ましくは数度以上ず
らせる必要がある。もし万一、完全に９０゜に交差させ
れば、個々の分子が２方向に向いてしまう場合がある。
なお、洗浄液液切り方向と平行になるように偏光方向１
３を合わせると、さらに配向規制力の優れた単分子膜が
得られた。
【００３８】また、基板表面で選択的に配向方向を変え
たい場合には、あらかじめ引き上げ液切りを行った後、
偏光板にパターン状のマスクを重ねて２００〜５００ｍ
Ｊのエネルギーで３６５ｎｍの波長の紫外線を照射する
と、照射された部分のみ配向方向が変化し同一面内の配
向膜内でパターン状に配向方向の異なる部分、すなわ
ち、引き上げ液切り方向５と偏光方向１３にそれぞれ沿
って液晶が配向する部分を複数箇所設けることができ
た。
たい場合には、あらかじめ引き上げ液切りを行った後、
偏光板にパターン状のマスクを重ねて２００〜５００ｍ
Ｊのエネルギーで３６５ｎｍの波長の紫外線を照射する
と、照射された部分のみ配向方向が変化し同一面内の配
向膜内でパターン状に配向方向の異なる部分、すなわ
ち、引き上げ液切り方向５と偏光方向１３にそれぞれ沿
って液晶が配向する部分を複数箇所設けることができ
た。
【００３９】なお、乾燥雰囲気として相対湿度３５％以
上の雰囲気を用いた場合には、洗浄しても基板表面に白
く被膜が残り簡単には除去できなかった。また、界面活
性剤として直鎖状炭素鎖またはシロキサン結合鎖とクロ
ロシリル基を含むシラン系の界面活性剤を用いたが、ア
ルコキシシラン基またはイソシアネートシラン基を含む
界面活性剤も反応速度はやや遅くなるが、利用できた。
上の雰囲気を用いた場合には、洗浄しても基板表面に白
く被膜が残り簡単には除去できなかった。また、界面活
性剤として直鎖状炭素鎖またはシロキサン結合鎖とクロ
ロシリル基を含むシラン系の界面活性剤を用いたが、ア
ルコキシシラン基またはイソシアネートシラン基を含む
界面活性剤も反応速度はやや遅くなるが、利用できた。
【００４０】さらにまた、界面活性剤として臨界表面エ
ネルギーの異なる複数種のシリコン系界面活性剤、例え
ば炭素鎖またはシロキサン結合鎖の末端または一部が、
３フッ化炭素基（−ＣＦ3）、メチル基（−ＣＨ3）、ビ
ニル基（−ＣＨ＝ＣＨ2）、アリル基（−ＣＨ＝ＣＨ
−）、アセチレン基（炭素−炭素の３重結合）、フェニ
ル基（−Ｃ6Ｈ5）、アリール基（−Ｃ6Ｈ4−）、ハロゲ
ン原子、アルコキシ基（−ＯＲ；Ｒはアルキル基を表
し、炭素数１〜３の範囲が好ましい。）、シアノ基（−
ＣＮ）、アミノ基（−ＮＨ2）、水酸基（−ＯＨ）、カ
ルボニル基（＝ＣＯ）、カルボキシ基（−ＣＯＯ−）及
びカルボキシル基（−ＣＯＯＨ）から選ばれる少なくと
も一つの有機基で置換されている界面活性剤を用いると
臨界表面エネルギーを１０〜５５ｄｙｎ／ｃｍの範囲で
極めて簡単に制御できた。
ネルギーの異なる複数種のシリコン系界面活性剤、例え
ば炭素鎖またはシロキサン結合鎖の末端または一部が、
３フッ化炭素基（−ＣＦ3）、メチル基（−ＣＨ3）、ビ
ニル基（−ＣＨ＝ＣＨ2）、アリル基（−ＣＨ＝ＣＨ
−）、アセチレン基（炭素−炭素の３重結合）、フェニ
ル基（−Ｃ6Ｈ5）、アリール基（−Ｃ6Ｈ4−）、ハロゲ
ン原子、アルコキシ基（−ＯＲ；Ｒはアルキル基を表
し、炭素数１〜３の範囲が好ましい。）、シアノ基（−
ＣＮ）、アミノ基（−ＮＨ2）、水酸基（−ＯＨ）、カ
ルボニル基（＝ＣＯ）、カルボキシ基（−ＣＯＯ−）及
びカルボキシル基（−ＣＯＯＨ）から選ばれる少なくと
も一つの有機基で置換されている界面活性剤を用いると
臨界表面エネルギーを１０〜５５ｄｙｎ／ｃｍの範囲で
極めて簡単に制御できた。
【００４１】また、非水系の有機溶媒として、アルキル
基、ふっ化炭素基または塩化炭素基またはシロキサン基
を含む溶媒を用いると未反応の界面活性剤を効率よく除
去できた。
基、ふっ化炭素基または塩化炭素基またはシロキサン基
を含む溶媒を用いると未反応の界面活性剤を効率よく除
去できた。
【００４２】このとき、ＣＨ3（ＣＨ2）14ＳｉＣｌ3と
Ｃ6Ｈ5ＣＨ＝ＣＨＣＯＣ6Ｈ4Ｏ（ＣＨ2）6ＳｉＣｌ3の
組成を１：０〜０：１（好ましくは５０：１〜１：５
０）で変えると、臨界表面エネルギーは２４ｍＮ／ｍか
ら３５ｍＮ／ｍに変化し、それぞれプレチルト角は８６
゜から３゜の範囲で任意に制御できた。さらに、ＣＨ3
（ＣＨ2）14ＳｉＣｌ3の代わりに化学吸着化合物として
フッ素を含む界面活性剤、例えば、ＣＦ3（ＣＦ2）
7（ＣＨ2）2ＳｉＣｌ3を添加して行くと臨界表面エネル
ギーは１４ｍＮ／ｍまで小さくできた。２０重量％添加
の場合は、液晶のプレチルト角はほぼ９０度であった
が、電圧を印加して駆動してみると、きわめて均一な配
向変化を示した。
Ｃ6Ｈ5ＣＨ＝ＣＨＣＯＣ6Ｈ4Ｏ（ＣＨ2）6ＳｉＣｌ3の
組成を１：０〜０：１（好ましくは５０：１〜１：５
０）で変えると、臨界表面エネルギーは２４ｍＮ／ｍか
ら３５ｍＮ／ｍに変化し、それぞれプレチルト角は８６
゜から３゜の範囲で任意に制御できた。さらに、ＣＨ3
（ＣＨ2）14ＳｉＣｌ3の代わりに化学吸着化合物として
フッ素を含む界面活性剤、例えば、ＣＦ3（ＣＦ2）
7（ＣＨ2）2ＳｉＣｌ3を添加して行くと臨界表面エネル
ギーは１４ｍＮ／ｍまで小さくできた。２０重量％添加
の場合は、液晶のプレチルト角はほぼ９０度であった
が、電圧を印加して駆動してみると、きわめて均一な配
向変化を示した。
【００４３】なお、膜を基板表面に選択的に形成したい
場合には、オフセット印刷、スクリーン印刷、またはロ
ールコート法を用いて所望のパターンで基板表面１に吸
着液２を塗布する方法が利用できた。
場合には、オフセット印刷、スクリーン印刷、またはロ
ールコート法を用いて所望のパターンで基板表面１に吸
着液２を塗布する方法が利用できた。
【００４４】以上のように、実施例１では、炭素鎖長が
−（ＣＨ2）14−のシラン系界面活性剤と−（ＣＨ2）6
−で感光性基を有するシラン系界面活性剤とを混合して
用いたが、炭素鎖長の長さが異なる（例えば、−（ＣＨ
2）n−；ｎは１から２５の範囲の整数）界面活性剤を混
合して用いても、配向方向は偏光方向で制御でき、プレ
チルト角度は単分子膜の臨界表面エネルギーで同様に制
御できた。また炭化水素鎖の代わりにシロキサン結合鎖
（−（ＳｉＯ）n−；ｎは１から１５の範囲の整数）を
組み込んでも同様の配向制御が可能であった。
−（ＣＨ2）14−のシラン系界面活性剤と−（ＣＨ2）6
−で感光性基を有するシラン系界面活性剤とを混合して
用いたが、炭素鎖長の長さが異なる（例えば、−（ＣＨ
2）n−；ｎは１から２５の範囲の整数）界面活性剤を混
合して用いても、配向方向は偏光方向で制御でき、プレ
チルト角度は単分子膜の臨界表面エネルギーで同様に制
御できた。また炭化水素鎖の代わりにシロキサン結合鎖
（−（ＳｉＯ）n−；ｎは１から１５の範囲の整数）を
組み込んでも同様の配向制御が可能であった。
【００４５】なお、上記実施例２では、露光に用いる光
として超高圧水銀灯のｉ線である３６５ｎｍの光を用い
たが、膜物質の光の吸収度合いに応じて４３６ｎｍ、４
０５ｎｍ、２５４ｎｍやＫｒＦエキシマレーザーで得ら
れる２４８ｎｍの光を用いることも可能である。特に、
２４８ｎｍや２５４ｎｍの光は大部分の物質に吸収され
易いためエネルギー配向効率が高い。
として超高圧水銀灯のｉ線である３６５ｎｍの光を用い
たが、膜物質の光の吸収度合いに応じて４３６ｎｍ、４
０５ｎｍ、２５４ｎｍやＫｒＦエキシマレーザーで得ら
れる２４８ｎｍの光を用いることも可能である。特に、
２４８ｎｍや２５４ｎｍの光は大部分の物質に吸収され
易いためエネルギー配向効率が高い。
【００４６】（実施例３）実施例１に於て、炭素鎖やシ
ロキサン結合鎖を含む界面活性剤分子の化学吸着を行う
工程の前に、ドライ雰囲気中（相対湿度３０％以下）で
クロロシリル基を複数個含む化合物を溶かして作製した
吸着溶液を作り、基板表面に塗布し乾燥した。すると、
吸着溶媒が蒸発しクロロシリル基を複数個含む化合物は
濃縮され、ついにはクロロシリル基を複数個含む化合物
の皮膜が形成された。このとき、基板表面に含まれた水
酸基とクロロシリル基を複数個含む化合物のクロロシリ
ル基が急速に脱塩酸反応する。その後、さらに水分をほ
とんど含まない非水系の有機溶媒で洗浄し、空気中に取
り出すと、基板表面に残ったクロロシリル基が空気中の
水分と反応して、表面にＳｉＯＨ結合、すなわち水酸基
を多数含む無機シロキサンから成る化学吸着単分子膜が
形成された。
ロキサン結合鎖を含む界面活性剤分子の化学吸着を行う
工程の前に、ドライ雰囲気中（相対湿度３０％以下）で
クロロシリル基を複数個含む化合物を溶かして作製した
吸着溶液を作り、基板表面に塗布し乾燥した。すると、
吸着溶媒が蒸発しクロロシリル基を複数個含む化合物は
濃縮され、ついにはクロロシリル基を複数個含む化合物
の皮膜が形成された。このとき、基板表面に含まれた水
酸基とクロロシリル基を複数個含む化合物のクロロシリ
ル基が急速に脱塩酸反応する。その後、さらに水分をほ
とんど含まない非水系の有機溶媒で洗浄し、空気中に取
り出すと、基板表面に残ったクロロシリル基が空気中の
水分と反応して、表面にＳｉＯＨ結合、すなわち水酸基
を多数含む無機シロキサンから成る化学吸着単分子膜が
形成された。
【００４７】たとえば、クロル基を複数個含むシリル化
合物としてＣｌ3ＳｉＯＳｉＣｌ3を用い脱水したトルエ
ンに１重量％溶かして吸着液を作製し、乾燥雰囲気中で
基板を１分程度浸漬し、さらに引き上げて同雰囲気中で
５分間程度かけて乾燥しトルエンを蒸発させてからさら
に５分反応させた後よく脱水したクロロホルムで洗浄す
ると、基材表面には−ＯＨ基が多少とも含まれているの
で、界面で脱塩酸反応が生じ図８に示したような単分子
膜状の被膜１１が、−ＳｉＯ−結合を介して基板表面に
形成された。その後さらに空気中に取り出し、空気中の
水分と反応させると図９に示したような表面に水酸基
（−ＯＨ）を多数含む単分子膜状のシロキサン被膜１２
が−ＳｉＯ−結合を介して基板表面に形成された。
合物としてＣｌ3ＳｉＯＳｉＣｌ3を用い脱水したトルエ
ンに１重量％溶かして吸着液を作製し、乾燥雰囲気中で
基板を１分程度浸漬し、さらに引き上げて同雰囲気中で
５分間程度かけて乾燥しトルエンを蒸発させてからさら
に５分反応させた後よく脱水したクロロホルムで洗浄す
ると、基材表面には−ＯＨ基が多少とも含まれているの
で、界面で脱塩酸反応が生じ図８に示したような単分子
膜状の被膜１１が、−ＳｉＯ−結合を介して基板表面に
形成された。その後さらに空気中に取り出し、空気中の
水分と反応させると図９に示したような表面に水酸基
（−ＯＨ）を多数含む単分子膜状のシロキサン被膜１２
が−ＳｉＯ−結合を介して基板表面に形成された。
【００４８】前記の一連の化学吸着単分子膜形成工程に
おいて、溶媒蒸発後には前記クロル基を複数個含むシリ
ル化合物が１００％に濃縮された状態で基板表面に塗布
されたことになり、その状態でクロロシラン系界面活性
剤のＳｉＣｌ基と前記基板表面の水酸基とで脱塩酸反応
が生じるので、通常１〜２時間必要とする化学吸着時間
が、１１分間と極めて短時間に短縮できた。
おいて、溶媒蒸発後には前記クロル基を複数個含むシリ
ル化合物が１００％に濃縮された状態で基板表面に塗布
されたことになり、その状態でクロロシラン系界面活性
剤のＳｉＣｌ基と前記基板表面の水酸基とで脱塩酸反応
が生じるので、通常１〜２時間必要とする化学吸着時間
が、１１分間と極めて短時間に短縮できた。
【００４９】なお、このときできたシロキサン単分子膜
１２は基板とは−ＳｉＯ−の化学結合を介して完全に結
合されているので剥がれることが無い。また、得られた
単分子膜は表面にＳｉＯＨ結合を数多く持つ。特に−Ｏ
Ｈ基は、当初の約２〜３倍程度の数が生成された。この
状態での処理部は、極めて親水性が高かった。
１２は基板とは−ＳｉＯ−の化学結合を介して完全に結
合されているので剥がれることが無い。また、得られた
単分子膜は表面にＳｉＯＨ結合を数多く持つ。特に−Ｏ
Ｈ基は、当初の約２〜３倍程度の数が生成された。この
状態での処理部は、極めて親水性が高かった。
【００５０】そこで、この状態で、実施例１と同様の界
面活性剤を用い化学吸着工程を行うと、図１の４と同
様、ＣＦ3（ＣＦ2）7（ＣＨ2）2ＳｉＣｌ3界面活性剤が
反応してなる炭素鎖を含む化学吸着単分子膜が前記シロ
キサン単分子膜１２を介してシロキサンの共有結合で化
学結合した状態で約１．８ｎｍの膜厚で形成された。こ
のとき、界面活性剤の吸着前の基材表面の吸着サイト
（この場合はＯＨ基）は、実施例１に比べて約２〜３倍
程度と多いため、実施例１の場合に比べより吸着分子密
度を大きくできた。また、処理部は極めて撥油性が高か
った。
面活性剤を用い化学吸着工程を行うと、図１の４と同
様、ＣＦ3（ＣＦ2）7（ＣＨ2）2ＳｉＣｌ3界面活性剤が
反応してなる炭素鎖を含む化学吸着単分子膜が前記シロ
キサン単分子膜１２を介してシロキサンの共有結合で化
学結合した状態で約１．８ｎｍの膜厚で形成された。こ
のとき、界面活性剤の吸着前の基材表面の吸着サイト
（この場合はＯＨ基）は、実施例１に比べて約２〜３倍
程度と多いため、実施例１の場合に比べより吸着分子密
度を大きくできた。また、処理部は極めて撥油性が高か
った。
【００５１】なお、クロル基を複数個含むシリル化合物
として、前記Ｃｌ3ＳｉＯＳｉＣｌ3以外にＣｌ−（Ｓｉ
Ｃｌ2Ｏ）n−ＳｉＣｌ3（ｎは整数。ただし０，１〜３
が扱いよかった。）が利用できた。
として、前記Ｃｌ3ＳｉＯＳｉＣｌ3以外にＣｌ−（Ｓｉ
Ｃｌ2Ｏ）n−ＳｉＣｌ3（ｎは整数。ただし０，１〜３
が扱いよかった。）が利用できた。
【００５２】（実施例４）実施例２に於て、化学吸着物
質としてＣＨ3（ＣＨ2）14ＳｉＣｌ3の代わりに、Ｃｌ
Ｓｉ（ＣＨ3）2ＯＳｉ（ＣＨ3）2ＯＳｉ（ＣＨ3）2ＯＳ
ｉ（ＣＨ3）2Ｃｌを１：０〜０：１の間で混合して用い
た場合、臨界表面エネルギーは混合比に応じて３７ｍＮ
／ｍから２３ｍＮ／ｍの範囲で制御できた。
質としてＣＨ3（ＣＨ2）14ＳｉＣｌ3の代わりに、Ｃｌ
Ｓｉ（ＣＨ3）2ＯＳｉ（ＣＨ3）2ＯＳｉ（ＣＨ3）2ＯＳ
ｉ（ＣＨ3）2Ｃｌを１：０〜０：１の間で混合して用い
た場合、臨界表面エネルギーは混合比に応じて３７ｍＮ
／ｍから２３ｍＮ／ｍの範囲で制御できた。
【００５３】（実施例５）実施例２に於て、化学吸着物
質としてＣＨ3（ＣＨ2）14ＳｉＣｌ3の代わりに、ＣＨ3
ＣＨ2Ｃ*ＨＣＨ3ＣＨ2ＯＣＯ（ＣＨ2）10ＳｉＣｌ3（た
だし、Ｃ*は不整炭素）を１：０〜１：２０の間で混合
して用い同様の配向膜を作製した。この場合には、臨界
表面エネルギーは混合比に応じて３１ｍＮ／ｍから４１
ｍＮ／ｍの範囲で制御できた。
質としてＣＨ3（ＣＨ2）14ＳｉＣｌ3の代わりに、ＣＨ3
ＣＨ2Ｃ*ＨＣＨ3ＣＨ2ＯＣＯ（ＣＨ2）10ＳｉＣｌ3（た
だし、Ｃ*は不整炭素）を１：０〜１：２０の間で混合
して用い同様の配向膜を作製した。この場合には、臨界
表面エネルギーは混合比に応じて３１ｍＮ／ｍから４１
ｍＮ／ｍの範囲で制御できた。
【００５４】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、厚
みはナノメータレベルできわめて薄く、膜厚均一性に優
れた化学吸着単分子膜を極めて短時間で、高効率に形成
できる効果がある。
みはナノメータレベルできわめて薄く、膜厚均一性に優
れた化学吸着単分子膜を極めて短時間で、高効率に形成
できる効果がある。
【図１】 本発明の実施例１における単分子膜作製に用
いる化学吸着工程を説明するための断面概念図。
いる化学吸着工程を説明するための断面概念図。
【図２】 同、単分子膜作製の洗浄工程を説明するため
の断面概念図。
の断面概念図。
【図３】 同、溶媒洗浄後のフッ素系単分子膜内の分子
配向状態を説明するために断面を分子レベルまで拡大し
た概念図。
配向状態を説明するために断面を分子レベルまで拡大し
た概念図。
【図４】 本発明の実施例２における感光性基を組み込
んだ単分子膜内の分子配向状態を説明するために断面を
分子レベルまで拡大した概念図。
んだ単分子膜内の分子配向状態を説明するために断面を
分子レベルまで拡大した概念図。
【図５】 同、光露光により吸着された分子を再配向さ
せるために用いた露光工程の概念図。
せるために用いた露光工程の概念図。
【図６】 同、光配向後の単分子膜内の分子配向状態を
説明するための概念図。
説明するための概念図。
【図７】 同、光配向後の化学吸着単分子膜の分子配向
状態を説明するために断面を分子レベルまで拡大した概
念図。
状態を説明するために断面を分子レベルまで拡大した概
念図。
【図８】 本発明の実施例３におけるクロロシラン単分
子膜の形成された状態（空気中の水分との反応前）を説
明するために分子レベルまで拡大した断面概念図。
子膜の形成された状態（空気中の水分との反応前）を説
明するために分子レベルまで拡大した断面概念図。
【図９】 本発明の実施例３におけるシロキサン単分子
膜の形成された状態を説明するために分子レベルまで拡
大した断面概念図。
膜の形成された状態を説明するために分子レベルまで拡
大した断面概念図。
１ 基板 ２ 化学吸着液 ３ 洗浄用非水系溶媒 ４ フッ素系化学吸着単分子膜 ４’ １次配向された感光性基を有する化学吸着単分子
膜 ４” 再配向された感光性基が重合された化学吸着単分
子膜 ５ 洗浄液からの引き上げ方向 ６ 偏光板 ７ 照射光 ８ 再配向方向 ９ 透明電極 １１ 単分子膜状のクロロシラン被膜 １２ 単分子膜状のシロキサン被膜 １３ 偏光方向
膜 ４” 再配向された感光性基が重合された化学吸着単分
子膜 ５ 洗浄液からの引き上げ方向 ６ 偏光板 ７ 照射光 ８ 再配向方向 ９ 透明電極 １１ 単分子膜状のクロロシラン被膜 １２ 単分子膜状のシロキサン被膜 １３ 偏光方向
Claims (15)
- 【請求項１】 乾燥雰囲気中で非水系の有機溶媒とシラ
ン系界面活性剤を用いて調製した化学吸着液を基材表面
に塗布し、前記有機溶媒を蒸発濃縮させつつ前記吸着液
中の界面活性剤分子と基板表面とを化学反応させ前記界
面活性剤分子を基板表面に一端で結合固定し、前記有機
溶媒を蒸発させた後有機溶媒を用い基板表面に残った未
反応の界面活性剤を洗浄除去する工程とを含むことを特
徴とする化学吸着単分子膜の製造方法。 - 【請求項２】 有機溶媒を蒸発させた後、さらに所定時
間反応させた後に非水系の有機溶媒を用い基材表面に残
った未反応の界面活性剤を洗浄除去する工程を行う請求
項１に記載の化学吸着単分子膜の製造方法。 - 【請求項３】 乾燥雰囲気中で非水系の有機溶媒とシラ
ン系界面活性剤を用いて調製した化学吸着液を基板表面
に塗布し、前記有機溶媒を蒸発濃縮させつつ前記吸着液
中の界面活性剤分子と基板表面とを化学反応させ前記界
面活性剤分子を基板表面に一端で結合固定し、前記有機
溶媒を蒸発させた後非水系の有機溶媒を用い基板表面に
残った未反応の界面活性剤を洗浄除去し、さらに所望の
方向に基板を立てて洗浄液を液切りし、液切り方向に前
記固定された分子を予備配向させ、化学的に固定された
分子が一定方向に一次配向した化学吸着単分子膜を得る
工程を含むことを特徴とする化学吸着単分子膜の製造方
法。 - 【請求項４】 有機溶媒を蒸発させた後、さらに所定時
間反応させた後に非水系の有機溶媒を用い基材表面に残
った未反応の界面活性剤を洗浄除去する請求項３に記載
の化学吸着単分子膜の製造方法。 - 【請求項５】 乾燥雰囲気として相対湿度３０％以下の
雰囲気を用いた請求項１〜４のいずれか１項に記載の化
学吸着単分子膜の製造方法。 - 【請求項６】 界面活性剤として直鎖状炭素鎖またはシ
ロキサン結合鎖とクロロシリル基またはアルコキシシラ
ン基またはイソシアネートシラン基を含むシラン系の界
面活性剤を用いた請求項１〜５のいずれか１項に記載の
化学吸着単分子膜の製造方法。 - 【請求項７】 炭素鎖またはシロキサン結合鎖の末端ま
たは一部が、３フッ化炭素基（−ＣＦ3）、メチル基
（−ＣＨ3）、ビニル基（−ＣＨ＝ＣＨ2）、アリル基
（−ＣＨ＝ＣＨ−）、アセチレン基（炭素−炭素の３重
結合）、フェニル基（−Ｃ6Ｈ5）、アリール基（−Ｃ6
Ｈ4−）、ハロゲン原子、アルコキシ基（−ＯＲ；Ｒは
アルキル基を表す）、シアノ基（−ＣＮ）、アミノ基
（−ＮＨ2）、水酸基（−ＯＨ）、カルボニル基（＝Ｃ
Ｏ）、カルボキシ基（−ＣＯＯ−）及びカルボキシル基
（−ＣＯＯＨ）から選ばれる少なくとも一つの有機基で
置換されている請求項１〜６のいずれか１項に記載の化
学吸着単分子膜の製造方法。 - 【請求項８】 界面活性剤として複数種のシリコン系界
面活性剤を混合して用いる請求項１〜７のいずれか１項
に記載の化学吸着単分子膜の製造方法。 - 【請求項９】 洗浄後、または液切り予備配向後、さら
に偏光板を介して露光する工程を行う請求項１〜８のい
ずれか１項に記載の化学吸着単分子膜の製造方法。 - 【請求項１０】 非水系の有機溶媒として、アルキル
基、ふっ化炭素基または塩化炭素基またはシロキサン基
を含む溶媒を用いた請求項１〜９のいずれか１項に記載
の化学吸着単分子膜の製造方法。 - 【請求項１１】 シロキサン基を含む溶媒としてシリコ
ーン系の溶媒を用いた請求項１０に記載の化学吸着単分
子膜の製造方法。 - 【請求項１２】 非水系の有機溶媒として、沸点が１０
０〜２５０℃の物質を用いた請求項１０に記載の化学吸
着単分子膜の製造方法。 - 【請求項１３】 化学吸着液を塗布する工程において、
オフセット印刷、スクリーン印刷、またはロールコート
法を用いた請求項１〜１２のいずれか１項に記載の化学
吸着単分子膜の製造方法 - 【請求項１４】 化学吸着液を塗布する工程において、
オフセット印刷、スクリーン印刷、またはロールコート
法を行う際、化学吸着液の粘度を１〜５００００ｃＳｔ
に制御した請求項１３に記載の化学吸着単分子膜の製造
方法 - 【請求項１５】 化学吸着液の粘度制御にシリコーンを
添加した請求項１４に記載の化学吸着単分子膜の製造方
法
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31723097A JP4108164B2 (ja) | 1997-11-18 | 1997-11-18 | 化学吸着単分子膜の製造方法 |
| CNB988112620A CN1202919C (zh) | 1997-11-18 | 1998-11-16 | 单分子层状的化学吸附膜的制造方法和使用化学吸附膜的液晶取向膜的制造方法、以及液晶显示装置的制造方法 |
| DE69831354T DE69831354T2 (de) | 1997-11-18 | 1998-11-16 | Verfahren zur herstellung von flüssigkristallanzeigen, unter verwendung eines chemisorptionsfilms |
| PCT/JP1998/005144 WO1999025487A1 (fr) | 1997-11-18 | 1998-11-16 | Procede de production d'un film monomoleculaire de chimisorption, procedes de production de films d'alignement de cristaux liquides et ecrans d'affichage comprenant le film de chimisorption |
| KR1020007005358A KR20010032171A (ko) | 1997-11-18 | 1998-11-16 | 단분자층형상의 화학흡착막의 제조방법 및 화학흡착막을사용한 액정배향막의 제조방법 및 액정표시장치의 제조방법 |
| EP98953059A EP1040876B1 (en) | 1997-11-18 | 1998-11-16 | Process for the production of liquid crystal displays by using a chemisorption film |
| US09/554,722 US6517401B1 (en) | 1997-11-18 | 1998-11-16 | Process for the production of monomolecular chemisorption film, and processes for the production of liquid crystal alignment films and liquid crystal displays by using the chemisorption film |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31723097A JP4108164B2 (ja) | 1997-11-18 | 1997-11-18 | 化学吸着単分子膜の製造方法 |
Publications (2)
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|---|---|
| JPH11147074A true JPH11147074A (ja) | 1999-06-02 |
| JP4108164B2 JP4108164B2 (ja) | 2008-06-25 |
Family
ID=18085936
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31723097A Expired - Lifetime JP4108164B2 (ja) | 1997-11-18 | 1997-11-18 | 化学吸着単分子膜の製造方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005177655A (ja) * | 2003-12-22 | 2005-07-07 | Kazufumi Ogawa | 防汚性宝飾製品とその製造方法 |
| JP2006008420A (ja) * | 2004-06-22 | 2006-01-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 基体とその製造方法およびそれを用いた調理機器、調理容器 |
| JPWO2004091810A1 (ja) * | 2003-04-15 | 2006-07-06 | 日本曹達株式会社 | 有機薄膜製造方法 |
| WO2008016029A1 (fr) * | 2006-07-31 | 2008-02-07 | Nippon Soda Co., Ltd. | procédé de fabrication d'une couche mince organique par l'utilisation d'un procédé d'amélioration des propriétés physiques du film |
| WO2009013904A1 (ja) * | 2007-07-24 | 2009-01-29 | Nippon Soda Co., Ltd. | 有機薄膜の基材への作製方法 |
-
1997
- 1997-11-18 JP JP31723097A patent/JP4108164B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (14)
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| JP2009090288A (ja) * | 2003-04-15 | 2009-04-30 | Nippon Soda Co Ltd | 有機薄膜の製造方法 |
| US8197906B2 (en) | 2003-04-15 | 2012-06-12 | Nippon Soda Co., Ltd. | Method for producing organic thin film |
| EP2140945A2 (en) | 2003-04-15 | 2010-01-06 | Nippon Soda Co., Ltd. | Method for producing organic thin film |
| US7776403B2 (en) | 2003-04-15 | 2010-08-17 | Nippon Soda Co., Ltd. | Method for producing organic thin film |
| EP2275211A1 (en) | 2003-04-15 | 2011-01-19 | Nippon Soda Co., Ltd. | Method for producing organic thin film |
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| WO2008016029A1 (fr) * | 2006-07-31 | 2008-02-07 | Nippon Soda Co., Ltd. | procédé de fabrication d'une couche mince organique par l'utilisation d'un procédé d'amélioration des propriétés physiques du film |
| CN101495246A (zh) * | 2006-07-31 | 2009-07-29 | 日本曹达株式会社 | 使用膜物性改善处理方法制成的有机薄膜的制造方法 |
| JP5275799B2 (ja) * | 2006-07-31 | 2013-08-28 | 日本曹達株式会社 | 膜物性改善処理方法を用いてなる有機薄膜の製造方法 |
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