JPH11258611A

JPH11258611A - 液晶配向膜の製造方法およびそれを用いた液晶表示装置の製造方法

Info

Publication number: JPH11258611A
Application number: JP10060203A
Authority: JP
Inventors: Kazufumi Ogawa; 一文小川; Yukio Nomura; 幸生野村; Tadashi Otake; 忠大竹
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-03-11
Filing date: 1998-03-11
Publication date: 1999-09-24

Abstract

(57)【要約】【課題】ラビングすることなく均一性に優れた液晶配
向膜を製造する。【解決手段】電極を備えた基板１を準備し、この電極
側表面に炭素鎖またはシロキサン結合鎖を含むシラン系
界面活性剤を接触させて前記両者を化学反応させること
により前記界面活性剤分子の一端を前記基板１表面に結
合させて単分子膜状被膜を形成し、前記基板１を所定の
方向に向けた状態で有機溶媒４蒸気で蒸気洗浄し、この
際に前記基板表面に結露した有機溶媒４１の流れにより
前記単分子膜状被膜を構成する前記基板表面に固定され
た分子を配向させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶配向膜の製造
方法およびそれを用いた液晶表示装置の製造方法に関す
る。さらに詳しくは、テレビジョン（ＴＶ）画像やコン
ピュータ画像等を表示する液晶を用いた平面表示パネル
に用いる液晶配向膜の製造方法およびそれを用いた液晶
表示装置の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、カラー液晶表示パネルとしては、
マトリックス状に配置された対向電極を有する２つの基
板の間に、ポリビニルアルコールやポリイミド溶液をス
ピナー等で回転塗布して形成した液晶配向膜を介して液
晶を封入した装置が一般的であった。

【０００３】前記装置としては、以下に示すようにして
作製されるデバイスが一般的に知られている。例えば、
予め、第１のガラス基板上に画素電極を有する薄膜トラ
ンジスタ（ＴＦＴ）アレイが形成されたものと、第２の
ガラス基板上に複数個の赤青緑のカラーフィルターと共
通透明電極とがこの順序で積層形成されたものとを準備
する。そして、それぞれの電極側表面にポリビニルアル
コールやポリイミド溶液をスピナーを用いて塗布して被
膜を形成した後、ラビングを行なって液晶配向膜を形成
する。前記両基板をスペーサーを介して任意のギャップ
で対面させたのち接着固定し、前記両基板間に液晶（ツ
イストネマチック（ＴＮ）液晶等）を注入し表示パネル
を作製する。そして、前記パネルの裏表に偏光板を設置
し、裏面よりバックライトを照射しながら、ＴＦＴを作
動させることによりカラー画像を表示させることができ
る。

【０００４】従来の液晶配向膜の製造方法では、ポリビ
ニルアルコールやポリイミドの有機溶媒溶液を回転塗布
後、形成した被膜に対しフェルト布等を用いてラビング
を行なう方法（いわゆるラビング法）が用いられてい
た。しかし、この方法には、表面段差部や大面積パネル
（例えば１４インチディスプレイ）において、得られる
液晶配向膜の均一性が悪いという問題がある。また、ラ
ビングを行うため、ＴＦＴに欠陥を生じたり、ラビング
することにより発生するゴミが表示欠陥を生じる原因に
もなっている。さらに、このようなラビング法は、画素
内で液晶の配向方向が異なる部分を複数個有する、いわ
ゆるマルチドメイン型液晶表示装置を製造するには不都
合であった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明の目的
は、ラビングを行うことなく均一性がよい液晶配向膜を
製造することができる製造方法およびそれを用いた液晶
表示装置の製造方法を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の液晶配向膜の製造方法は、電極を備えた基
板を準備し、この電極側表面に炭素鎖またはシロキサン
結合鎖を含むシラン系界面活性剤を接触させて前記両者
を化学反応させることにより前記界面活性剤分子の一端
を前記基板表面に結合固定させて単分子膜状被膜を形成
する第１の工程と、前記基板を所定の方向に向けた状態
で有機溶媒蒸気で蒸気洗浄し、この際に前記基板表面に
結露した有機溶媒の流れにより前記単分子膜状被膜を構
成する結合固定された分子を一次配向させる第２の工程
とを含む。

【０００７】このように、本発明の製造方法では、ラビ
ングを行わずに単分子膜状被膜を構成する分子を配向さ
せる。このため、本発明の製造方法により得られる液晶
配向膜は、均一性がよく、またラビングを用いないので
ＴＦＴの欠陥および表示欠陥が生じることもない。ま
た、本発明の製造方法は、マルチドメイン型液晶表示装
置の製造にも適用できる。

【０００８】本発明の液晶配向膜の製造方法において、
シラン系界面活性剤として感光性基を有するシラン系界
面活性剤を使用し、前記第１の工程および第２の工程に
加え、前記固定された分子が一次配向した単分子膜状被
膜に光照射を行い前記感光性基相互を重合または架橋し
て前記配向状態を固定する第３の工程を含むことが好ま
しい。

【０００９】前記第３の工程において、偏光を単分子膜
状被膜に照射することにより、配向した前記分子を二次
配向させるとともに、感光性基相互を重合または架橋し
て前記二次配向状態を固定することが好ましい。これに
より、さらに配向安定性に優れた液晶配向膜を得ること
ができる。

【００１０】本発明の液晶配向膜の製造方法において、
前記パターン状の偏光照射を２回以上行うことにより、
マルチドメイン液晶配向膜を製造することが可能とな
る。

【００１１】本発明の液晶配向膜の製造方法において、
シラン系界面活性剤として、クロロシリル基、アルコキ
シシラン基およびイソシアネートシラン基からなる群か
ら選択される少なくとも一つの基を含むシラン系界面活
性剤を用いることが好ましい。このようなシラン系界面
活性剤は、反応性が高いため、液晶配向膜の製造時間を
短縮することが可能となる。

【００１２】前記シラン系界面活性剤が有する感光性基
としては、シンナモイル基、カルコン基、メタクリロイ
ロ基およびジアセチレン基からなる群から選択される少
なくとも一つの感光性基を用いることが好ましい。

【００１３】本発明の液晶配向膜の製造方法において、
シラン系界面活性剤として、複数種類のシラン系界面活
性剤を混合して用いることにより、液晶のプレチルト角
度が制御可能な液晶配向膜を製造できる。

【００１４】例えば、前記シラン系界面活性剤として、
長さが異なる複数種類のシラン系界面活性剤を混合して
用い、この混合物において相対的に短いシラン系界面活
性剤分子の長さを変化させることにより、前記混合物の
なかで最も長いシラン系界面活性剤よりなる分子の基板
に対する傾きを一定の角度に制御することにより、液晶
のプレチルト角度が制御可能な液晶配向膜を製造でき
る。

【００１５】なお、前記相対的に短いシラン系界面活性
剤分子とは、前記混合物において、これに含まれるシラ
ン系界面活性剤分子相互を比較した時に短いものをい
う。

【００１６】また、前記シラン系界面活性剤分子を混合
物する際に、前記複数種類のシラン系界面活性剤の混合
比を変えることにより前記混合物の中で最も長い界面活
性剤よりなる分子の基板に対する傾きを一定の角度に制
御することにより、液晶のプレチルト角度が制御可能な
液晶配向膜を製造できる。

【００１７】本発明の液晶配向膜の製造方法において、
シラン系界面活性剤として、直鎖状炭素鎖およびシロキ
サン結合鎖の少なくとも一つの分子鎖と、クロロシリル
基、アルコキシリル基およびイソシアネートシリル基か
らなる群から選択される少なくとも一つの官能基とを含
むシラン系界面活性剤を用い、蒸気洗浄に使用する有機
溶媒として、水を含まない非水系有機溶媒を用いること
が好ましい。これにより、得られる液晶配向膜の表面欠
陥を防止することが可能となる。

【００１８】本発明の製造方法に使用するシラン系界面
活性剤として、炭素鎖またはシロキサン結合鎖と、前記
炭素鎖またはシロキサン結合鎖の末端若しくは一部に、
トリフルオロエチレン基、メチル基、ビニル基、アリル
基、エチニル基、フェニル基、アリール基、ハロゲン
基、アルコキシ基、シアノ基、アミノ基、水酸基、カル
ボニル基、エステル基およびオキシカルボニル基からな
る群から選択される少なくとも一つの官能基が含まれて
いるシラン系界面活性剤を用いることが好ましい。この
ようなシラン系界面活性剤を使用することにより、得ら
れる液晶配向膜の表面エネルギーを制御することがで
き、すなわち、液晶のプレチルト角度が制御可能な液晶
配向膜を製造できる。

【００１９】前記非水系有機溶媒としては、アルキル
基、フッ化炭素基、塩化炭素基およびシロキサン基から
なる群から選択される少なくとも一つの基を含む溶媒を
用いることが好ましい。このような非水系有機溶媒の使
用により、得られる液晶配向膜の表面欠陥をより一層防
止できるからである。

【００２０】本発明の液晶配向膜の製造方法において、
前記基板として、少なくとも電極表面にＳｉＯ基を有す
る被膜が形成された基板を用い、前記被膜を介して単分
子膜状被膜を形成することが好ましい。これにより、配
向規制力がさらに優れる液晶配向膜を製造することが可
能となる。

【００２１】つぎに、本発明の液晶表示装置の製造方法
は、電極がマトリックス状に配置された第１の電極群を
備えた第１の基板を準備し、この電極群側表面に炭素鎖
またはシロキサン結合鎖を含むシラン系界面活性剤を接
触させて前記両者を化学反応させることにより前記界面
活性剤分子の一端を前記基板表面に結合させて単分子膜
状被膜を形成する第１の工程と、前記基板を所定の方向
に向けた状態で有機溶媒蒸気で蒸気洗浄し、この際に前
記基板表面に結露した有機溶媒の流れにより前記単分子
膜状被膜を構成する固定された分子を配向させる第２の
工程と、前記第１の基板および第２の基板を、前記電極
群側表面を内側にしかつ所定の間隙を保った状態で位置
合わせをして対向させ、この状態で前記両基板の間に液
晶組成物を注入する第３の工程とを含む。

【００２２】前述と同様の理由により、前記第１の工程
において、少なくとも第１の基板の電極群表面に、Ｓｉ
Ｏ基を含む被膜を形成し、この被膜を介して前記電極群
表面上に液晶配向膜となる単分子膜状被膜を形成するこ
とが好ましい。

【００２３】また、前記第３の工程において、第２の基
板が、第２の電極または電極群を有し、この電極または
電極群を内側にした状態で第１の基板および第２の基板
を対向させてもよい。

【００２４】本発明の液晶表示装置の製造方法におい
て、第１の基板および第２の基板は、通常、スペーサー
を介して対面させ、前記両基板を接着固定する。

【００２５】本発明の液晶表示装置の製造方法におい
て、第１の工程において、シラン系界面活性剤として、
感光性基を有するシラン系界面活性剤を用い、第２の工
程において、単分子膜状被膜を構成する固定された分子
を一次配向させた後、前記単分子膜状被膜に光照射を行
い前記感光性基相互を重合または架橋して前記配向状態
を固定することが好ましい。

【００２６】前記第２の工程において、偏光を単分子膜
状被膜に照射することにより、配向したシラン系界面活
性剤分子を二次配向させるとともに、感光性基相互の架
橋により前記シラン系界面活性剤分子相互を重合して前
記二次配向状態を固定する工程を含むことが好ましい。
これにより、配向特性がさらに優れた液晶表示装置を製
造できる。

【００２７】前記偏光照射工程において、パターン状の
偏光照射を２回以上行うことにより、単分子膜状被膜を
構成する固定された分子を、個々の画素内で複数箇所パ
ターン状に配向方向が異なるように重合させることが好
ましい。これにより、表示特性が優れたマルチドメイン
型液晶表示装置が製造できる。

【００２８】本発明の液晶表示装置において、液晶が９
０°ねじれ配向するように単分子膜状被膜を形成するこ
とが好ましい。これにより、表示特性に優れるツイスト
ネマティック（ＴＮ）型液晶表示装置を製造できる。

【００２９】本発明の液晶表示装置の製造方法におい
て、第１の基板として、対向する電極が片方の基板表面
に形成されているインプレーンスイッチング（ＩＰＳ）
型薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）アレイ基板を用いること
により、表示視野特性に優れるＩＰＳ型液晶表示装置を
製造できる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施形態につい
て説明する。

【００３１】（実施形態１）以下に示すようにして、液
晶配向膜を作製した。すなわち、まず、表面に透明（酸
化インジウム、ＩＴＯ）電極が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
洗浄脱脂した後、ＩＴＯ電極を覆うように２×１０^-3to
rrで全面にＳｉＯ₂をスパッタリングして約１００ｎｍ
の膜厚のにＳｉＯ₂被膜を形成した。

【００３２】一方、感光性基、直鎖状炭素鎖（炭化水素
基等でよい）及びＳｉを含むシラン系界面活性剤（以下
「化学吸着剤」ともいう）を１重量％程度の濃度で良く
脱水した非水系溶媒（ヘキサデカン等）に溶かして化学
吸着溶液を調製した。前記シラン系界面活性剤として
は、下記の一般式（１）で表される物質を使用した。前
記シラン系界面活性剤において、下記の一般式（２）で
表わされる部分が、感光性基（カルコン基）である。

【００３３】

【化１】

【００３４】

【化２】

【００３５】次に、図１に示すように、前記化学吸着溶
液２の中に、乾燥雰囲気中（相対湿度３０％以下）で前
記基板１を１．５時間程度浸漬した。なお、前記化学吸
着液２は基板１に塗布しても良い。その後、化学吸着液
２から基板１を取り出し、非水系溶媒（クロロホルム）
ですすぎ洗いした。

【００３６】そして、図２に示すように、前記基板１
を、蓋３１の中央部から吊り下げ具３２によりほぼ垂直
方向に吊り下げた状態で蒸気洗浄槽３に入れた。この時
の洗浄液４としては、非水系有機溶媒であるクロロホル
ムを使用した。この蒸気洗浄槽３内部において、洗浄液
が蒸発し、その蒸気が基板１表面に結露した。同図にお
いて４１は結露した洗浄液（有機溶媒）を表わす。そし
て、前記結露した洗浄液は、矢印７で示すように、矢印
６で示す吊り下げ方向とは逆方向（下方向）に流れた。
この蒸気洗浄は、約２０分間行った。また、前記蒸気洗
浄に使用したクロロホルムは、６２〜６７℃に加温し
た。なお、本発明において、蒸気洗浄に用いる有機溶媒
の温度は、特に制限しないが、蒸気の発生が良いという
理由から、好ましくは、その沸点以上の温度である。

【００３７】前記蒸気洗浄終了後、基板１を水分を含む
空気中に暴露した。この結果、図３に示すように、前記
界面活性剤が基板と反応して単分子膜状被膜５が約１．
８ｎｍの膜厚で形成された。同図において、５ｂは反応
固定されたシラン系界面活性剤分子、５ａは感光性基を
それぞれ示し、その他、同一部分には、図１および図２
と同一符号を付している。なお、前記単分子膜状被膜の
膜厚は、通常、１〜３ｎｍである。

【００３８】前記基板１表面について、フーリエ変換赤
外分光法（ＦＴＩＲ）分析を行った結果、前記シラン系
界面活性剤分子の一端は、水酸基とクロロシリル基との
脱塩酸反応により化学結合して基板１表面に固定されて
おり（以下、その一端が結合固定された前記シラン系界
面活性剤分子を「結合固定された分子」ともいう）、か
つ蒸気洗浄時の基板つり下げ方向６と反対方向、すなわ
ち基板１表面に結露した有機溶媒の流れる方向に配向し
ていた。

【００３９】なお、下記の化学式（３）は、前記の一連
の工程での基板１表面における前記シラン系界面活性剤
のＳｉＣｌ₃基と前記基板表面の水酸基との脱塩酸反応
により生じた化学結合を示す。また、下記の化学式
（４）は、基板１表面に結合した前記シラン系界面活性
剤分子が、空気中の水分と反応した後の状態を示す。下
記の一般式（３）および（４）において、Ｘは基板を示
し、後述の化学式（５）も同様である。

【００４０】

【化３】

【００４１】

【化４】

【００４２】次に、このようにして得られた２枚の基板
１を、それぞれの化学吸着膜（液晶配向膜）５が内側に
位置するように対向させ、それぞれの露光部分がアンチ
パラレル配向するように２０μｍギャップの液晶セルを
組み立て、前記両基板の間隙にネマチック液晶（ＺＬＩ
４７９２，メルク社製）を注入した。そして、前記液晶
の配向状態を確認した結果、多少ディスクリネーション
は発生していたが、注入した液晶分子は、液晶配向膜５
の構成分子に沿って基板に対しておよそプレチルト角１
゜で基板表面に結露した有機溶媒の流れる方向７に配向
していた。

【００４３】なお、前記液晶配向膜５を、ＦＴＩＲによ
り分析した結果、炭化水素鎖の配向異方性が確認でき、
さらに前記炭化水素鎖の配向方向と液晶の配向方向がほ
ぼ一致することが確認された。

【００４４】以上のように、この実施形態では、垂直に
吊り下げた状態で基板を蒸気洗浄することで、基板表面
に形成した単分子膜状被膜の構成分子の配向方向を、基
板表面に結露した有機溶媒の流れによって制御できた。
また、このようにして作製した単分子膜状被膜は、液晶
配向膜として機能することも確認できた。

【００４５】なお、この実施形態では、前記一般式
（１）で表わされるシラン系界面活性剤（感光性基を含
む）を用いたが、一般式ＣＨ₃（ＣＨ₂）₁₇ＳｉＣｌ₃で
表わされるシラン系界面活性剤のような感光性基を含ま
ない化学吸着剤を用いてもよい。このようなシラン系界
面活性剤を用い液晶セルを作製した結果、注入された液
晶のプレチルト角度は前記と異なるが、同様の配向方向
を示すことを確認した。また、この実施形態では、蒸気
洗浄の有機溶媒に非水系のクロロホルムを用いたが、本
発明はこれに限定されない。非水系溶媒であるクロロホ
ルムでのすすぎ洗いを十分行えば、エタノールなどの親
水性有機溶媒を用いて蒸気洗浄しても前述と同様の結果
が得られた。

【００４６】（実施形態２）この実施形態は、液晶配向
膜の配向性および耐熱性の向上を図るため、光照射処理
を行った例である。すなわち、まず、実施形態１と同様
にして単分子状被膜５の形成と配向処理（蒸気洗浄処
理）を行った後、図４に示すように、偏光板（ポラロイ
ド社製ＨＮＰ’Ｂ）８を用い、偏光方向９が基板のつり
下げ方向６とほぼ平行（この実施形態においては、つり
下げ方向に対して４°ずらして合わせたが、完全に平行
に合わせてもよい。）になるように重ね合わせて、超高
圧水銀灯を用い３６５ｎｍの紫外光（ＵＶ光）１０を１
００ｍＪ／ｃｍ²になるよう照射した。同図中１１は透
明電極を表わし、その他の部分については、図１から図
３と同一部分には同一符号を付している。

【００４７】以上のような処理を行った液晶配向膜につ
いてＦＴＩＲにより分析した結果、図５に示すように、
偏光されたＵＶ光で照射された部分の化学吸着膜（液晶
配向膜）において、その構成分子が偏光方向９に再配向
されると共に、感光性基５ａが重合または架橋して前記
分子相互が固定されたことが確認できた。同図におい
て、図１から図４と同一部分には同一符号を付してい
る。また、下記の化学式（５）にシラン系界面活性剤分
子相互の重合または架橋を示す。この式において、Ｙお
よびＺは、隣接する他のシラン系界面活性剤分子を示
す。

【００４８】

【化５】

【００４９】次に、この基板２枚を、それぞれの化学吸
着膜（液晶配向膜）が内側に位置する状態で対面させ、
それぞれの露光部分がアンチパラレル配向するように２
０μｍギャップの液晶セルを組み立てた後、前記両基板
の間隙に、ネマチック液晶（ＺＬＩ４７９２、メルク社
製）を注入した。そして、前記液晶分子の配向状態を確
認した結果、注入した液晶分子が液晶配向膜の構成分子
に沿ってそれぞれ基板に対しておよそプレチルト角１゜
で偏光方向に配向していた。また、この結果は、ＦＴＩ
Ｒによる分析結果ともよく一致した。なお、この場合に
は、光照射前２００℃程度であった耐熱配向安定性が２
５０℃程度まで向上した。この理由は、被膜を構成する
分子が光照射により重合架橋されたためと考えられた。

【００５０】以上のように、この実施形態において、そ
の構成分子が予備配向した単分子膜状被膜に偏光照射す
ることで、前記構成分子の配向方向を、偏光方向に制御
でき、さらに偏光照射することで、液晶配向膜の耐熱性
も向上できた。

【００５１】なお、偏光に代えて非偏光の光を全面照射
した場合には、単分子膜状被膜を構成する分子の配向方
向は、蒸気洗浄時の基板のつり下げ方向と反対方向のま
まであり、前記単分子膜状被膜の耐熱性は２４０℃程度
であった。また、この単分子膜状被膜を用いて液晶セル
を組み立てた結果、つり下げ方向に液晶が配向してい
た。しかしながら、配向性能は偏光照射したものに比べ
るとやや劣っていた。

【００５２】この実施形態において、上記シラン系界面
活性剤のクロロシリル基の代わりに、アルコキシシリル
基及びイソシアネートシリル基からなる群から選択され
る少なくとも一つの基を組み込んだシラン系界面活性剤
を用いても同様の結果が得られた。

【００５３】この実施形態において、感光性波長領域は
異なるが、化学吸着剤（シラン系界面活性剤）として、
前記カルコン基に代えてシンナモイル基、メタクリロイ
ロ基、またはジアセチレン基を組み込んだシラン系界面
活性剤も同様に利用できた。

【００５４】この実施形態において、単分子膜状被膜の
構成分子を蒸気洗浄により配向させた後、画素内を複数
個に分割するパターン状の偏光照射を複数回行うことに
より、マルチドメイン液晶配向膜が製造できた。

【００５５】この実施形態において、シラン系界面活性
剤として、下記の一般式（６）で表わされる直鎖状炭素
鎖の代わりに下記の一般式（７）で表わされるシロキサ
ン結合鎖を含むシラン系界面活性剤を用いても、同様に
液晶配向膜を製造できた。なお、前記一般式（６）およ
び（７）において、ｎは正の整数であり、また、Ｍｅは
メチル基である。

【００５６】

【化６】

【００５７】

【化７】

【００５８】この実施形態において、非水系有機溶媒と
して、アルキル基、フッ化炭素基、塩化炭素基及および
シロキサン基からなる群から選択される少なくとも一つ
の基を含む溶媒を用いることにより、シラン系界面活性
剤を失活させることなく単分子膜状被膜を作製できた。

【００５９】（実施形態３）化学吸着剤（シラン系界面
活性剤）として、上記一般式（１）で表わされるシラン
系界面活性剤（Ａ）と、一般式ＣＨ₃（ＣＨ₂）₁₇ＳｉＣ
ｌ₃で表わされるシラン系界面活性剤（Ｂ）とを混合し
て用いた。この重量合混比は、Ａ：Ｂ＝１：０．１およ
びＡ：Ｂ＝１：０．２の２種類である。これ以外は、実
施形態例１と同様にして液晶セルを作製し、同様の評価
を行った。その結果、重量混合比が１：０．１のもので
は、プレチルト角は１．５°を示した。また、重量混合
比が１：０．２のものでは、２．１°を示した。

【００６０】このように、単分子膜状被膜の形成に長さ
の異なる複数種類のシラン系界面活性剤を混合して用
い、前記分子の混合物において、少なくとも一種類の分
子中に感光性基を含ませておけば、単分子膜状被膜形成
後において、前記感光性基の重合または架橋により前記
分子の配向方向を所望の方向に固定しても、前記単分子
膜状被膜が液晶配向膜としての機能を持つことが確認で
きた。さらに、その組成（混合比）を変えることで注入
する液晶のプレチルト角度を任意に制御できた。また、
炭素鎖の代わりにシロキサン結合鎖を組み込んだシラン
系界面活性剤を用いても、液晶分子のプレチルト角は異
なったが、同様の液晶配向膜が得られた。

【００６１】また、クロロシラン系界面活性剤のクロロ
シリル基の代わりに、アルコキシシラン基及びイソシア
ネートシラン基の少なくとも一つの基を含むシラン系界
面活性剤を用いても、ほぼ同様の液晶配向膜が得られ
た。

【００６２】そして、前記炭素鎖またはシロキサン結合
鎖の末端若しくは一部に、トリフルオロエチレン基、メ
チル基、ビニル基、アリル基、エチニル基、フェニル
基、アリール基、ハロゲン基、アルコキシ基、シアノ
基、アミノ基、水酸基、カルボニル基、エステル基及び
カルボキシル基からなる群から選択される少なくとも一
つの基を含んだシラン系界面活性剤を用いることによ
り、得られる液晶配向膜の臨界表面エネルギ−を制御で
き、それにより注入した液晶のプレチルト角度を制御で
きた。

【００６３】（実施形態４）シラン系界面活性剤とし
て、上記一般式（１）で表わされるシラン系界面活性剤
（Ａ）と一般式ＣＨ₃（ＣＨ₂）₁₇ＳｉＣｌ₃で表わされ
るシラン系界面活性剤（Ｃ）との第１の混合物、および
上記一般式（１）で表わされるシラン系界面活性剤
（Ａ）と一般式ＣＨ₃（ＣＨ₂）₁₃ＳｉＣｌ₃で表わされ
るシラン系界面活性剤（Ｄ）との第二の混合物を用い
た。前記２つの混合物のそれぞれの重量混合比は、Ａ：
Ｃ＝Ａ：Ｄ＝１：０．１である。これ以外は、実施形態
３と同様にして液晶セルを作製し、同様の評価を行っ
た。前記第一の混合物を用いた場合の液晶のプレチルト
角は１．１°であり、前記第二の混合物を用いた場合の
液晶プレチルト角は０．８°であった。このように、シ
ラン系界面活性剤混合物の組成（混合比）を変えずに、
シラン系界面活性剤分子の長さを変えることでも、液晶
のプレチルト角度を任意に制御できた。

【００６４】（実施形態５）シラン系界面活性剤とし
て、上記一般式（１）で表わされるシラン系界面活性剤
（Ａ）と、一般式ＣＦ₃（ＣＦ₂）₇（ＣＨ₂）₂ＳｉＣｌ₃
で表わされるシラン系界面活性剤（Ｅ）を、重量混合比
Ａ：Ｅ＝０．２：１で混合して用いた他は、実施形態３
と同様にして液晶セルを作製し、同様の評価を行った。
その結果、液晶のプレチルト角は８９°を示した。この
ように、フッ素原子を組み込んだシラン系界面活性剤を
用いることにより、垂直（ホメオトロピック）配向する
液晶配向膜を容易に製造できた。

【００６５】（実施形態６）実施形態１において、Ｓｉ
Ｏ₂被膜を形成する代わりに、多数のＳｉＣｌ基を含む
無機シラン系化学吸着剤でＩＴＯ電極付きガラス基板表
面を処理した。

【００６６】前記無機シラン系化学吸着剤の処理は、一
般式ＳｉＣｌ₄で表わされる吸着剤を３重量％程度の濃
度で良く脱水した非水系溶媒（ヘキサデカン）に溶かし
て化学吸着溶液を調製し、乾燥雰囲気（湿度５％）中で
前記化学吸着液に１０分間基板を浸漬することにより行
った。この処理において、基板のガラス表面及びＩＴＯ
電極表面では、多少とも水酸基（−ＯＨ）が含まれてい
るので、図６で示すように、基板１表面上に単分子膜状
の被膜１２が形成された。その後、よく脱水したシクロ
ヘキサンで基板を洗浄し余分の前記吸着剤（ＳｉＣ
ｌ₄）を除去した後、水と反応させると、図７に示すよ
うに、基板１のガラス表面及びＩＴＯ電極表面共に水酸
基を多数含むシロキサン単分子膜１３が形成された。

【００６７】その後、実施形態１と同様の操作を行い、
液晶配向膜を形成した。この液晶配向膜についてＦＴＩ
Ｒ分析を行った結果、実施形態１と同様の液晶配向膜が
基板表面全体に渡り均一に形成されていることが確認で
きた。

【００６８】なお、無機シラン系化学吸着剤処理工程を
省略した場合、基板のガラス表面では前記同様の単分子
膜状被膜が得られ、液晶もきれいな配向を示したが、Ｉ
ＴＯ電極表面では、単分子膜状被膜の分子密度が低く、
液晶の配向欠陥が多数生じ、前記液晶配向膜は、実用に
耐え得るものではなかった。この原因は、ＩＴＯ電極表
面には、ガラス表面に比べ水酸基が少ないからと考えら
れる。

【００６９】前記無機シラン系化学吸着剤の処理におい
て、一般式ＳｉＣｌ₄で表わされる吸着剤の代わりに、
一般式Ｃｌ（ＳｉＣｌ₂Ｏ）nＳｉＣｌ₃（ｎは１〜３の
整数）で表される物質を用いるとＩＴＯ表面に水酸基を
増やす効果がより大きいことが確かめられた。また、こ
の物質は、沸点が一般式ＳｉＣｌ₄で表わされる吸着剤
に比べて高いので、より扱いやすかった。

【００７０】（実施形態７）この実施形態は、前記液晶
配向膜を用いた液晶表示装置の製造例である。

【００７１】まず、図８に示すように、電極２６をマト
リックス状に配置した第１の電極群と前記電極２６を駆
動するトランジスター２５を有する第１の基板１４上
に、ＳｉＯ₂被膜を形成し、この被膜上に、実施形態１
および２と同様にして単分子膜状被膜（未配向処理）を
形成した。

【００７２】そして、ゲートベースライン方向に基板を
立てた状態で非水系有機溶媒であるクロロホルムを用い
て蒸気洗浄することにより、つり下げ方向と反対方向に
前記単分子膜状被膜の構成分子を予備配向させた。つい
で、偏光板ＨＮＰ´Ｂ（ポラロイド社製）を用い、前記
配向方向と偏光方向がほぼ平行になるようにして、垂直
方向から５００Ｗの超高圧水銀灯を用いて３６５ｎｍ
（ｉ線）の波長の光（偏光板通過後３．６ｍＪ／ｃ
ｍ²）で４５秒照射して液晶配向膜１８を作製した。

【００７３】一方、同様の方法で、アンチパラレル配向
するように配向制御した液晶配向膜１８１を、カラーフ
ィルター群１５（Ｇ、Ｂ、Ｒはそれぞれ、緑、青、赤の
カラーフィルターを示す）および第２の電極１６を有す
る第２基板１７表面上に形成した。

【００７４】つぎに、前記第１の基板１４と第２の基板
１７とを、それぞの電極が対向するようにして位置合わ
せし、スペーサー１９と接着剤２０で、およそ５μｍの
ギャップで固定した。そして、前記両基板１４、１７の
間に前記ネマチック液晶２１を注入した後、偏光板２
２、２３を組み合わせて液晶表示装置を作製した。この
とき注入された液晶のプレチルト角は、ほぼ１°であっ
た。

【００７５】この液晶表示装置は、バックライト２４を
全面に照射しながら、ビデオ信号を用いて各々のトラン
ジスタ２５を駆動することで矢印Ａの方向に映像を表示
できた。

【００７６】この実施形態において、光照射時に偏光を
照射して、単分子膜状被膜を構成する基板表面に固定さ
れた分子の再配向（二次配向）と配向方向の固定を行っ
たが、超高圧水銀灯の光を偏光しないでそのまま照射し
た場合は、前記配向方向は、蒸気洗浄時のつり下げ方向
と反対方向のままで光反応により重合固定された。この
結果、配向耐熱性は向上したが、偏光照射したものに比
べてややディスクリネーションが、多かった。

【００７７】また、この実施形態において、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４３６ｎ
ｍ、４０５ｎｍ、２５４ｎｍの光や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
った。特に、２４８ｎｍや２５４ｎｍの光は大部分の物
質に吸収され易いため配向効率が高い。

【００７８】また、シラン系界面活性剤として、特定の
表面エネルギーを有するネマティック液晶構造や強誘電
液晶構造を組み込んだシラン系界面活性剤を用いること
により、得られる液晶配向膜の配向規制力を高めること
も可能であった。

【００７９】この実施形態において、液晶が９０°ねじ
れ配向するように液晶配向膜を作製することによりＴＮ
型液晶表示装置を製造できた。なお、偏光照射の工程に
おいて、マスクを用い個々の画素内で複数箇所パターン
状に分割して、偏光方向を変えて露光すると、マルチド
メイン液晶表示装置を製造できた。

【００８０】また、この実施形態において、ＩＰＳ型Ｔ
ＦＴアレイ基板を第１の基板として用いることにより、
ＩＰＳ型液晶表示装置を製造できた。さらに、この実施
形態において、第１の基板としてＩＰＳ型ＴＦＴアレイ
基板を用い、第２の基板表面の液晶配向膜と、前記ＩＰ
Ｓ型ＴＦＴアレイ基板の液晶配向膜とを、それぞれの配
向方向が互いに反平行（アンチパラレル）となるように
形成することにより、視野角特性の広いＩＰＳ型液晶表
示装置を作製できた。

【００８１】

【発明の効果】以上のように、本発明の液晶配向膜の製
造方法によれば、従来のようなラビングを行わなくとも
配向規制力が高い高性能な液晶配向膜を容易に製造でき
る。また、このような高性能の液晶配向膜を用いること
で、従来のようなラビング工程で発生していた欠陥の生
じる機会がなくなり、また所望のチルト角が得られ、歩
留まりが高く極めて低コストで高い信頼性の液晶表示装
置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例において、基板を化学吸着
液に浸漬した状態を示す断面図である。

【図２】前記実施例において、単分子膜状被膜の蒸気
洗浄工程を示す断面図である。

【図３】前記実施例において、基板表面の単分子膜状
被膜の構成分子の配向状態を示す模式図である。

【図４】本発明のその他の実施例において、光配向工
程を示す模式図である。

【図５】前記実施例において、基板表面の単分子膜状
被膜の構成分子の配向状態を示す模式図である。

【図６】本発明のさらにその他の実施例において、基
板表面を無機シラン系化学吸着剤で処理した状態を示す
模式図である。

【図７】前記実施例において、基板上にシロキサン単
分子膜が形成された状態を示す模式図である。

【図８】本発明のさらにその他の実施例において製造
された液晶表示装置の構成を示す断面図である。

【符号の説明】

１基板３蒸気洗浄槽４有機洗浄液６吊り下げ方向７結露した有機洗浄液が流れる方向３１蓋３２吊り下げ具４１結露した有機洗浄液

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＧ０２Ｆ 1/136 Ｇ０２Ｆ 1/136

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電極を備えた基板を準備し、少なくとも
この電極側表面に炭素鎖またはシロキサン結合鎖を含む
シラン系界面活性剤を接触させて前記両者を化学反応さ
せることにより前記界面活性剤分子の一端を前記基板表
面に結合固定させて単分子膜状被膜を形成する第１の工
程と、前記基板を所定の方向に向けた状態で有機溶媒蒸
気で蒸気洗浄し、この際に前記基板表面に結露した有機
溶媒の流れにより前記単分子膜状被膜を構成する結合固
定された分子を一次配向させる第２の工程とを含むこと
を特徴とする液晶配向膜の製造方法。
【請求項２】シラン系界面活性剤として感光性基を有
するシラン系界面活性剤を使用し、第１の工程および第
２の工程に加え、前記結合固定された分子が一次配向し
た単分子膜状被膜に光照射を行い前記感光性基相互を重
合または架橋して前記配向状態を固定する第３の工程を
含む請求項１記載の液晶配向膜の製造方法。
【請求項３】第３の工程において、偏光を単分子膜状
被膜に照射することにより、固定されかつ配向した分子
を二次配向させるとともに、感光性基相互を重合または
架橋して前記二次配向状態を固定する請求項２記載の液
晶配向膜の製造方法。
【請求項４】請求項３記載の製造方法において、パタ
ーン状の偏光照射を２回以上行うマルチドメイン液晶配
向膜の製造方法。
【請求項５】シラン系界面活性剤として、クロロシリ
ル基、アルコキシシラン基およびイソシアネートシラン
基からなる群から選択される少なくとも一つの官能基を
含むシラン系界面活性剤を用いる請求項１〜４のいずれ
か一項に記載の液晶配向膜の製造方法。
【請求項６】感光性基が、シンナモイル基、カルコン
基、メタクリロイロ基およびジアセチレン基からなる群
から選択される少なくとも一つの感光性基である請求項
２〜５のいずれか一項に記載の液晶配向膜の製造方法。
【請求項７】シラン系界面活性剤として、複数種類の
シラン系界面活性剤を混合して用いる請求項１〜６のい
ずれか一項に記載の液晶配向膜の製造方法。
【請求項８】シラン系界面活性剤として、長さが異な
る複数種類のシラン系界面活性剤を混合して用い、この
混合物において相対的に短いシラン系界面活性剤分子の
長さを変化させることにより、前記混合物のなかで最も
長いシラン系界面活性剤よりなる分子の基板に対する傾
きを一定の角度に制御する請求項７記載の液晶配向膜の
製造方法。
【請求項９】シラン系界面活性剤として、長さが異な
る複数種類のシラン系界面活性剤を混合して用い、前記
複数種類のシラン系界面活性剤の混合比を変えることに
より前記混合物の中で最も長い界面活性剤よりなる分子
の基板に対する傾きを一定の角度に制御する請求項７記
載の液晶配向膜の製造方法。
【請求項１０】シラン系界面活性剤として、直鎖状炭
素鎖およびシロキサン結合鎖の少なくとも一つの分子鎖
と、クロロシリル基、アルコキシリル基およびイソシア
ネートシリル基からなる群から選択される少なくとも一
つの官能基とを含むシラン系界面活性剤を用い、蒸気洗
浄に使用する有機溶媒として、水を含まない非水系有機
溶媒を用いる請求項１〜９のいずれか一項に記載の液晶
配向膜の製造方法。
【請求項１１】シラン系界面活性剤として、炭素鎖ま
たはシロキサン結合鎖と、前記炭素鎖またはシロキサン
結合鎖の末端若しくは一部に、トリフルオロエチレン
基、メチル基、ビニル基、アリル基、エチニル基、フェ
ニル基、アリール基、ハロゲン基、アルコキシ基、シア
ノ基、アミノ基、水酸基、カルボニル基、エステル基お
よびオキシカルボニル基からなる群から選択される少な
くとも一つの官能基とが含まれているシラン系界面活性
剤を用いる請求項１〜１０のいずれか一項に記載の液晶
配向膜の製造方法。
【請求項１２】非水系有機溶媒として、アルキル基、
フッ化炭素基、塩化炭素基およびシロキサン基からなる
群から選択される少なくとも一つの官能基を含む溶媒を
用いる請求項１１記載の液晶配向膜の製造方法。
【請求項１３】基板として、少なくとも電極表面にＳ
ｉＯ基を有する被膜が形成された基板を用い、前記被膜
を介して単分子膜状被膜を形成する請求項１〜１２のい
ずれか一項に記載の液晶配向膜の製造方法。
【請求項１４】電極がマトリックス状に配置された第
１の電極群を備えた第１の基板を準備し、この電極群側
表面に炭素鎖またはシロキサン結合鎖を含むシラン系界
面活性剤を接触させて前記両者を化学反応させることに
より前記界面活性剤分子の一端を前記基板表面に結合固
定させて単分子膜状被膜を形成する第１の工程と、前記
基板を所定の方向に向けた状態で有機溶媒蒸気で蒸気洗
浄し、この際に前記基板表面に結露した有機溶媒の流れ
により前記単分子膜状被膜を構成する結合固定された分
子を配向させる第２の工程と、前記第１の基板および第
２の基板を、前記電極群側表面を内側にしかつ所定の間
隙を保った状態で位置合わせをして対向させ、この状態
で前記両基板の間に液晶組成物を注入する第３の工程と
を含むことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【請求項１５】第１の工程において、少なくとも第１
の基板の電極群表面に、ＳｉＯ基を含む被膜を形成し、
この被膜を介して前記電極群表面上に液晶配向膜となる
単分子膜状被膜を形成する請求項１４記載の液晶表示装
置の製造方法。
【請求項１６】第３の工程において、第２の基板が、
第２の電極または電極群を有し、この電極または電極群
を内側にした状態で第１の基板および第２の基板を対向
させる請求項１４または１５記載の液晶表示装置の製造
方法。
【請求項１７】第１の工程において、シラン系界面活
性剤として、感光性基を有するシラン系界面活性剤を用
い、第２の工程において、単分子膜状被膜を構成する固
定された分子を一次配向させた後、前記単分子膜状被膜
に光照射を行い前記感光性基相互を重合または架橋して
前記一次配向状態を固定する請求項１４〜１６のいずれ
か一項に記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項１８】第２の工程において、偏光を単分子膜
状被膜に照射することにより、配向したシラン系界面活
性剤分子を二次配向させるとともに、感光性基相互を重
合または架橋して前記二次配向状態を固定する工程を含
む請求項１７記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項１９】請求項１８記載の製造方法において、
パターン状の偏光照射を２回以上行うことにより、単分
子膜状被膜を構成する固定された分子を、個々の画素内
で複数箇所パターン状に配向方向が異なるように重合さ
せるマルチドメイン型液晶表示装置の製造方法。
【請求項２０】請求項１４〜１９のいずれか一項に記
載の製造方法において、液晶が９０°ねじれ配向するよ
うに単分子膜状被膜を形成するツイストネマティック
（ＴＮ）型液晶表示装置の製造方法。
【請求項２１】請求項１４、１５、１７、１８または
１９に記載の製造方法において、第１の基板として、対
向する電極が片方の基板表面に形成されているインプレ
ーンスイッチング（ＩＰＳ）型薄膜トランジスタ（ＴＦ
Ｔ）アレイ基板を用いるＩＰＳ型液晶表示装置の製造方
法。