JPS62286021A

JPS62286021A - 有機分子配向膜の製造方法

Info

Publication number: JPS62286021A
Application number: JP12896486A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Sahara; 寿彦作原; Masaji Shigeno; 雅次繁野; Eisuke Tomita; 冨田　英介
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 1986-06-03
Filing date: 1986-06-03
Publication date: 1987-12-11

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野〕本発明は基板上に有機物質の高度に分子配向した膜を製
造する方法に関しており、薄膜成分からなる電気的、電
気化学的または光学ｎｅ］素子、特に液晶表示素子に関
するものである。

〔発明の概要〕

本発明は、基板上に有機物質の高度に分子配向した膜を
製造する方法に関している。この方法は、基板を一般式
ＹＲ５ｉＸ３で表される有機ケイ素化合物で被覆する。

これは、有機ケイ素化合物を溶剤に溶解し、基板上にス
プレーにより噴霧添加するかもしくは、基板を浸漬する
ごとにより基板上に被覆する。このように処理した基板
上に、有機分子配向膜を形成する。有機分子配向ｌＩり
を形成する方法は、有機物質を適当な有機溶媒たとえば
ヘンゼン、クロｌ：Ｉポルムなどに溶解し、水面上に展
開する。ここで使用される有機物質は適当な親水性、ｉ
水性を分子内に有することにより、親水、疎水の両特性
を有すべきであろう。本明細書における親水性は水を引
きイＪｌ′Ｊる性質を意味する。典型的には親水性基と
しては、−ＣＯＯ１１、ＯＩ＋、Ｎｉ＋２、ＣＮ。

ＳＯ，＋＋、面゛３、和’２（Ｒ’はアルキルまたはア
リール）、ＰＯ２および一３ＯＣＨａがある。また、本
明細書における疎水性とは水に反撥する性質を意味し、
典型的な疎水性基としては、炭化水素鎖があり、このも
のは普通線状アルキル基であるが、分岐アルキルもしく
は綿状ポリアセチＩ／ン鎖、あるいは、芳香族環であっ
てもよい。アルキル基は異原子基例えばＯ，、ＮＩｌ、
、５ＸＳＯ□基を有していてもよい。水面上に展開した
有機物質に表面圧を加えることにより、分子配向した有
機薄膜を水溶液−気体界面−トに形成する。この方法は
ラングミュア−ブロジェット法として公知の手法である
。本発明は、ごの分子配向した有機薄膜を基板上に移し
取るに際＝３− し、従来基板の処理方法により移し取りがうまくいかな
かったものが、有機ケイ素化合物で被覆した基板を用い
ることにより、界面上の分子配向をそのまま維持し、し
かも膜の欠落がなく、均一無欠陥の有機配向膜が形成さ
れる。しかも、基板と有機配向膜の中間に位置する有機
シラン化合物は、有機材料、無機材料ともに親和性を有
するため、機械的、化学的に強度な有機分子配向膜とな
る。

本発明は種々の異なる応用素子の製造に用いられること
ができる。例えば、薄膜トランジスターを製造する方法
が提供される。薄膜トランジスターの基本原理はゲート
電極によって、ソース電極とトレイン電極との間の電流
を制御することである。

ここでは欠陥のない絶縁体層が非常に重要な問題であり
、本発明による有機分子配向膜は、品質特性に向上をも
たらす。また、ガラス基板上に透明導電膜が形成された
基板に本発明の有機分子配向１１９をもらいるごとがで
きる。このような有機分子配向膜は液晶配向膜として用
いられ、ラビングなしで液晶分子の配向制御が可能であ
る。しかも、分子次元での配向制御が可能であるため超
微細なパターンやカイラルスメクテイソク液晶等の高度
な機能を有する液晶配向膜をも可能となる。

〔従来の技術〕

高度の分子配向を有する有機分子配向１１０としては、
ラングミュア−プロジェツト膜が知られている。また液
晶配向膜としては、ポリイミド等の有機高分子を塗布し
てラビングする方法や酸化ケイ素等を斜方蒸着する方法
が用いられてきた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ラングミュアーブロジェット膜においては、基板の表面
状態により、基板−トへの４＝１着に再限性がないかあ
るいは、部分的に欠陥が生じる、または、水溶液−気体
界面上に作製した分子配向をそのまま基板」−に移しと
れないといった問題が生している。

また、液晶配向膜としては、斜方蒸着膜は使用する液晶
によって配向性に差が生じ、視角特性もやや劣り、真空
蒸着機を用いることから製造上の簡略化が困難である。

また、ラビングを用いる方法では、液晶配向膜表面の傷
、膜厚の不均一、膜の剥離、駆動電極の破壊等による配
向不良、表示品位の低下といった問題が生じている。

そこで本発明は、従来の問題点を解決するため、ラング
ミュア−プロジェット膜を、基板上に再限性良くしかも
無欠陥均一に、しかも水溶液−気体界面上に作製した分
子配向をそのまま基板上でも維持可能とし、機械的、化
学的安定性も向上させることを目的としたものである。

また、従来の液晶配向膜の問題点を解決するため、均一
無欠陥かつ良好な配向特性を有し、製造工程が簡単であ
る液晶配向膜を得ることを目的としたものである。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決するために、本発明は一般式％式％（ただしＹは有機材料に親和性のある有機官能基、等で
あり、Ｒはアルキルグループ、Ｘは無機材料に親和性ま
たは反応性のある加水分解基、例えば、０Ｃｔｌａ、　
　ＯＣ２＋１５である。）で表される有機シラン化合物
で被覆し、有機物質の極めて薄い層を水溶液表面上に形
成し、上記有機ケイ素化合物で被覆した基板をその層に
くぐらせることにより、有機物質の膜を基板の表面上に
付着させる。これにより、基板、有機シラン化合物、有
機分子配向膜という多層構造をもつ、均−無欠陥膜が形
成される。

また、表示素子として用いることで、液晶配向膜として
の機能を果たす。

〔作用〕

上記のように形成された有機分子配向膜は、均一無欠陥
しかも機械的、化学的安定性が向上し、しかも、水溶液
−気体界面」二に作製した分子配向をそのまま基板上で
も維持している有機薄膜となる。

また、薄膜成分からなる電気的、電気化学的または光学
的素子、特に液晶表示素子においては、高度に分子配向
した有機薄膜を液晶配向膜として用いるため、ラビング
なしで良好に液晶分子を配向させることができた。さら
に真空装置等も必要なく、製造が簡略化することができ
た。

（実施例〕以下にこの発明の実施例を図面にもとづいて説明する。

実施例１第１図に本発明により作製した有機分子配向膜を示す。

有機シラン化合物としてＣｔｈ（ＣＩｌｚ）　＋７３ｉ
Ｃ１３を用いた。この物質を水溶液にし、基板としてア
ルミ板を用いて表面にスプレーにより噴霧添加する。

こうすると、有機シラン化合物はアルミ板表面のＯＨ基
と縮合反応を起こしシロキサン結合を形成する形となり
、最終的に第２図に示す構造をとる。

このように表面を被覆したアルミ基板は、完全に均一な
疎水性基板となる。

次にその基板上に有機分子配向膜を以」二のような操作
で行った。有機物質としては、アラキン酸を用い、ベン
ゼンにて１　ｘｌｏ−３Ｍｉ液を作製した。

第３図に示した装置の水槽８に水を満たし、バリア７を
固定する。水槽の右端に移動バリア６を設置し、前記ベ
ンゼン溶液を３００μｌ、バリア７と移動バリア６の間
の水面上に滴下する。ベンゼンが展開剤として働き、水
面上にアラキン酸が広がる。表面圧針８で表面圧をみな
がら移動バリアを徐々に移動し、一定の表面圧とする。

有機シラン化合物を被覆したアルミ基板５を水面に垂直
に上下させ、水面上の膜を基板に付着させる。このよう
にして形成した有機薄膜は、アラキン酸分子が高度に分
子配向した膜であり、基板、有機シラン化合物、有機分
子配向膜という多層構造をもつ、均−無欠陥膜であった
。

実施例２基板としてガラスを用い、有機ケイ素化合物として、Ｃ
Ｉｌ□−ＣＨ−（Ｃ１ｌ□Ｌ？　　ＳｉＣβ３、水面」
二に形成する有機分子配向膜としてステアリン酸を用い
、実施例１と同様の操作で有機分子配向膜を作製した。

有機ケイ素化合物として、ＣＨ２＝　ＣＪＩ　−（Ｃ１
＋□）１゜−３ｉＣ７！ｚを用いることで、その上に被
覆される有機物質との、結合性を高めることができた。

実施例３基板としてガラスを用い、有機ケイ素化合物と水面上に
形成する有機分子配向膜としてステアリン酸を用い、実
施例１と同様の操作で有機分子配Ｃｌ１ｚＯ（ＣＩ＋２
）　ａ　　Ｓｉ　（ＯＣＩ＋３）　３を用いると、−０
Ｃ１＋３は無機表面とオキサン結合を作り易く、また機
分子配向膜と基板とを強固に接合させる役割を果たし、
均一無欠陥な有機分子配向膜を形成することができた。

実施例４有機シラン化合物とし７ＮＴｏ−（Ｃｔｌｚ）＋３（Ｏ
Ｃｘｌｌｓ）＋を用い、実施例１と同様の操作でガラス
基板に被覆した。次にその基板上に有機分子配向膜とし
てアラキン酸を用い、実施例１と同様の操作で基板上に
付着させた。その際、表面圧を２５ｍＮ／ｍとした。

この表面圧では、アラキン酸分子は水面」−に単分子と
して形成され、基板を水面上から１往復させることで、
単分子層を２層基板に付着することができた。

実施例５実施例４と同様の物質を用い、同様の操作を行った。今
度は基板の往復回数を４回とし、８層の単分子層を付着
することができた。

実施例６基板としてガラスを用い、有機ケイ素化合物とい、水面
」二に形成する有機分子配向膜として、ｃ５旧１Ｏ−Ｏ
−◎−ＣＮとアラギン酸との１：１のモル比の混合物を
用いた。この混合物のヘンゼン溶液を水面上に展開し、
１２ｍＮ／ｍの表面圧で基板−ヒに付着した。

実施例７ｎ−１ｎＰ基板９を充分に清浄にし、Ａｕによりソース
電極およびドレイン電極を形成し、その基板−にに実施
例６に示したように、有機ケイ素化合物、有機分子配向
膜を形成し、次いで、Ａｕのゲート電−１１〜極をマスクを通して形成した。このようにして形成した
電界効果型トランジスターは、良好な特性を示した。

実施例８ガラス基板上に酸化スズを含む酸化インジウム膜を形成
し、透明導電膜とした。この基板」−に実施例６に示し
た操作により、有機ケイ素化合物、有機分子配向膜を形
成した。

実施例９実施例８で作製した基板を２枚はりあわせ、第５図に示
す液晶表示素子を作製した。このようにして作製した液
晶表示素子はラビングなしで、液晶を分子を配向させ、
配向不良がない表示品位が高く、しかも超微細なパター
ン表示においても、分子次元での配向制御となっている
ため、良好な液晶表示素子とすることができた。

（発明の効果）本発明は以」二述べたように、基板上に有機物質の高度
に分子配向した膜を製造する方法として、有機ケイ素化
合物で被覆した上に、ラングミュア一ブロジェット法に
より有機分子配向膜を形成する。この２層構造により、
従来ラングミュア−プロジェット法で生じていた、基板
上の付着での再限性不良や欠陥あるいは、分子配向の乱
れを克服することができ、高度に分子配向した膜を作製
することができる。このようにして作製した有機分子配
向膜を薄膜トランジスターに用いる（第４図）と、欠陥
のない絶縁体層を形成することができ、品質向上をもた
らす。また液晶配向膜としても用いることができ、ラビ
ングなしで液晶分子の配向制御が可能であるため、超微
細なパターンや、カイラルスメクテインク液晶等の高度
な機能を有する液晶配向膜をも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、有機分子配向膜の断面図、第２図は、有機シ
ラン化合物の基板との結合模式図、第３図は、ラングミ
ュア−プロジェット膜作製装着を示す斜視図、第４図は
、薄膜トランジスター断面図である。１．５・・・基板２・・・有機シラン化合物３・・・有機分子配向膜４・・・表面圧針６・・・移動バリヤー７・・・バリヤー８・・・水槽９・・・ｎ　−ＩｎＰ２０’・・・ソース電極１１・・・ドレイン電極１２・・・ゲート電極以上出願人　セイコー電子工業株式会社＝１５− 第１図有機・フラン化合物力基板との粘り項式図第２図フレフ゛ミュ了−７′ロゾユット斤舜イ乍製峡置の魁ａ
旧第３図薄膜トランシ”ヌターｆ）断面図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）基板上に有機物質が高度の分子配向した膜を製造
する方法において、基板上に一般式ＹＲＳｉＸ＿３で表される有機ケイ素化合物（ただしＹは有機材料に親
和性のある有機官能基であり、Ｒはアルキルグループ、
Ｘは無機材料に親和性または反応性のある加水分解基）
で被覆し、有機物質の極めて薄い層を水溶液表面上に形
成し、上記有機ケイ素化合物で被覆した基板をその層に
くぐらせることにより、有機物質の膜を基板の表面上に
付着させることを特徴とする有機分子配向膜の製造方法
。
（２）前記特許請求の範囲第１項に示したＹが、ＣＨ＿
２＝ＣＨ−、▲数式、化学式、表等があります▼、ＮＨ
＿２−、ＨＳ−であることを特徴とする有機分子配向膜
の製造方法。
（３）前記特許請求の範囲第１項にしめしたＸが、−Ｏ
ＣＨ＿３、−ＯＣ＿２Ｈ＿５であることを特徴とする特
許請求の範囲第１項あるいは第２項記載の有機分子配向
膜の製造方法。
（４）水溶液上に形成する有機物質の層が単分子層であ
ることを特徴とする特許請求の範囲第１〜３項いずれか
１つの項の有機分子配向膜の製造方法。
（５）基板を繰り返して層にくぐらせることにより多層
膜を基板表面上に累積することを特徴とする特許請求の
範囲第１〜４項のいずれか１つの項の有機分子配向膜の
製造方法。
（６）水溶液表面上に形成する有機物質が、親水性、疎
水性をもつことを特徴とする特許請求の範囲第１〜５項
のいずれか１つの項の有機分子配向膜の製造方法。
（７）基板が電極物質であることを特徴とする特許請求
の範囲第１〜６項のいずれか１つの項の有機分子配向膜
の製造方法。
（８）基板が透明な絶縁基板上に透明導電膜を形成した
ものであることを特徴とする特許請求の範囲第７項記載
の有機分子配向膜の製造方法。
（９）液晶表示素子に用いることを特徴とする特許請求
の範囲第８項記載の有機分子配向膜の製造方法。