JP2001188236A - Liquid crystal spacer and method of producing the same - Google Patents

Liquid crystal spacer and method of producing the same

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JP2001188236A
JP2001188236A JP37576199A JP37576199A JP2001188236A JP 2001188236 A JP2001188236 A JP 2001188236A JP 37576199 A JP37576199 A JP 37576199A JP 37576199 A JP37576199 A JP 37576199A JP 2001188236 A JP2001188236 A JP 2001188236A
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silica
liquid crystal
resin
spherical silica
crystal spacer
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Yoshinori Yamada
芳範 山田
Fuminori Kasuga
文則 春日
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Toagosei Co Ltd
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Toagosei Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a liquid crystal spacer having high adhesion strength with a coating resin layer, hardly causing the peeling of the coating resin layer and having high mechanical strength. SOLUTION: The liquid crystal spacer consists of spherical silica particles having 1 to 20 μm average particle diameter, <=1.5 geometric standard deviation σof the grain size distribution expressed by a formula σ=(D1/D2)0.5, wherein D1 is the particle diameter at 84 cumulative wt.% and D2 is the particle diameter at 16 cumulative wt.%, and >=6 μmol/g silanol groups.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は液晶表示装置の液晶
の厚みを制御するスペーサー粒子として好適な粒子及び
その製造方法に関する物である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to particles suitable as spacer particles for controlling the thickness of a liquid crystal of a liquid crystal display device and a method for producing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】通常、液晶表示パネルにおいては、液晶
材料を2枚の基板の間隙に封入して用いられるが、この
2枚の基板の間隔はμmオーダーで均一に保つ必要があ
り、従来からシリカまたは硬質プラスチック等を均一な
大きさの球状に成型した粒子、あるいは微粉砕したグラ
スファイバー等がスペーサーとして使用されてきた。し
かし、これらのスペーサーは液晶を圧縮する方向、即ち
2枚の基板の外からの圧縮力に対しては間隙を保つのに
効果があるが、基板との接着性を持っていないため液晶
を膨張させる方向、即ち基板の内側からの力には弱く、
大画面の液晶表示パネルにあっては全体のたわみやひず
みに対する補強効果がなく、また、外部からの衝撃や超
音波洗浄に伴ってスペーサーが移動して液晶画面内で偏
ってしまったり、移動の際に硬いスペーサーが液晶基板
に形成された配向膜や保護膜、カラーフィルターや電気
素子などを傷つけてしまうなどの問題があった。
2. Description of the Related Art In a liquid crystal display panel, a liquid crystal material is usually sealed in a gap between two substrates. However, the interval between the two substrates must be kept uniform on the order of μm. Particles of silica, hard plastic, or the like formed into spherical particles of a uniform size or finely ground glass fibers have been used as spacers. However, these spacers are effective in maintaining a gap in the direction of compressing the liquid crystal, that is, the compressive force from the outside of the two substrates, but expand the liquid crystal because they do not have adhesiveness to the substrates. Direction, that is, weak against the force from the inside of the substrate,
Large screen LCD panels do not have the effect of reinforcing the overall flexure or distortion, and the spacers move due to external shocks or ultrasonic cleaning, causing them to be biased in the LCD screen or to move. In this case, there is a problem that the hard spacer may damage an alignment film, a protective film, a color filter, an electric element, and the like formed on the liquid crystal substrate.

【0003】これらの問題に対する対策として、シリカ
スペーサーの表面に樹脂層を設け、液晶基板への傷つけ
を防止し、あるいは対向する液晶基板を点接着により接
着して補強する事が提案された。しかし、異種材料であ
るシリカと接着層の接着強度は低く、樹脂層がシリカか
ら剥離して液晶物質を損傷する恐れがあった。そこで、
焼成シリカ粒子をビニル系シランカップリング剤によっ
て表面処理することによって樹脂との密着力を上げる方
法が特開平9−101528に開示されている。しか
し、焼成シリカにはカップリング剤と化学結合を形成で
きるシラノール基がほとんどないため、加えたカップリ
ング剤は樹脂層の中で互いに架橋するのみでシリカとの
界面の密着力を上げる効果には乏しい。また、焼成シリ
カの表面を酸あるいはアルカリ処理したり、アルキルシ
リケートによる皮膜処理によってシリカゲル皮膜を作っ
たりしてシリカ表面にシラノール基を持たせる試みもあ
ったが、焼成シリカの表面は酸アルカリ処理で溶解はす
るが安定なシラノール基は生成せず。表面にシリカ皮膜
をつけたところで、化学結合は生成しないため簡単に剥
がれてしまった。一方で、一般にシリカゲルと呼ばれる
未焼成シリカではカップリング剤と化学結合し得るシラ
ノール基を多数もっているが、シリカゲル自体が非常に
割れやすいために液晶スペーサーとしては使用できない
事が同公報にも記載されている。
As a countermeasure against these problems, it has been proposed to provide a resin layer on the surface of the silica spacer to prevent the liquid crystal substrate from being damaged, or to reinforce the opposing liquid crystal substrate by bonding by point bonding. However, the adhesive strength between the silica and the adhesive layer, which are different kinds of materials, is low, and the resin layer may peel off from the silica and damage the liquid crystal material. Therefore,
Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-101528 discloses a method of increasing the adhesion to a resin by subjecting a calcined silica particle to a surface treatment with a vinyl silane coupling agent. However, since the calcined silica has few silanol groups capable of forming a chemical bond with the coupling agent, the added coupling agent only crosslinks with each other in the resin layer and has an effect of increasing the adhesion at the interface with the silica. poor. Attempts have been made to treat the surface of the baked silica with an acid or alkali, or to form a silica gel coating by coating with an alkyl silicate to provide silanol groups on the silica surface. Dissolves but does not produce stable silanol groups. When a silica coating was applied to the surface, it was easily peeled off because no chemical bond was formed. On the other hand, unfired silica, which is generally called silica gel, has a large number of silanol groups that can be chemically bonded to a coupling agent.However, it is also described in the publication that silica gel itself cannot be used as a liquid crystal spacer because the silica gel itself is very easily broken. ing.

【0004】[0004]

【本発明が解決しようとする課題】液晶基板の間隔を保
つための液晶スペーサーに使用されている従来のシリカ
は、樹脂層との密着性が十分でなく、たとえシランカッ
プリング剤を併用したとしても焼成シリカにはシラノー
ル基がほとんどなかったため、密着性が十分に向上しな
かった。
The conventional silica used as a liquid crystal spacer for maintaining the distance between liquid crystal substrates has insufficient adhesion to a resin layer, and is not suitable for use with a silane coupling agent. Also, since the calcined silica had almost no silanol groups, the adhesion was not sufficiently improved.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明者等は前記課題を
解決するため鋭意検討した結果、シラノール基量が6μ
mol/g以上残るように精密な温度管理下で熱処理を加え
たシリカ、またはそれをシランカップリング剤で処理し
たものは樹脂層との密着性がきわめて高くなり、液晶ス
ペーサーとして好ましく使用できることを見出した。
The present inventors have conducted intensive studies to solve the above-mentioned problems, and as a result, the amount of silanol groups was 6 μm.
We found that silica that had been heat-treated under precise temperature control so that it remained at mol / g or more, or that which had been treated with a silane coupling agent, had extremely high adhesion to the resin layer and could be used preferably as a liquid crystal spacer. Was.

【0006】従来の液晶用の球状シリカスペーサーの製
造技術においては、スチーバ法と呼ばれる湿式法の1種
により、アルコール中でアルコキシシランの加水分解を
行って粒径の揃った球状シリカが合成されるのが普通で
あるが、この方法で生成するのは多孔質で吸水性に富
み、強度のないシリカゲルであって電子材料には不向き
なため、1200℃以上の高温で焼成するのが常識とされて
いる。これがいわゆる焼成シリカである。スチーバ法に
限らず一般に湿式法によって生成したシリカゲルはシラ
ノール基に富んでいるが、1200℃での焼成によってシラ
ノール基は数ppm以下になるまで焼結が進むため、い
わゆる焼成シリカではシランカップリング剤との反応に
よって直接化学結合が生じる事はほとんど期待できなか
った。これに対して、本発明者等は球状シリカの機械的
強度は向上させつつ、シラノール基の減少を抑えること
により、一定量のシラノール基をもつ球状シリカの製造
方法を見出し、樹脂層の密着性を向上させた液晶スペー
サーの発明を完成した。即ち、本発明は、平均粒子径が
1〜20μmの球状であり、下式で表わされる粒度分布
の幾何標準偏差σが1.5以下であり、なおかつシラノ
ール基を6μmol/g以上有する球状シリカからなる液晶
スペーサーである。
In a conventional manufacturing technique of a spherical silica spacer for a liquid crystal, spherical silica having a uniform particle size is synthesized by hydrolyzing alkoxysilane in alcohol by one kind of a wet method called a steeper method. However, it is common knowledge that this method produces porous, highly water-absorbing, low-strength silica gel, which is not suitable for electronic materials. ing. This is what is called calcined silica. Silica gel generated by the wet method is generally rich in silanol groups, not limited to the steamer method.Since sintering of silanol groups progresses to several ppm or less by firing at 1200 ° C., so-called silane coupling agent is used for so-called calcined silica. It could hardly be expected that a chemical bond would be produced directly by the reaction with. On the other hand, the present inventors have found a method for producing spherical silica having a certain amount of silanol groups by suppressing the decrease in silanol groups while improving the mechanical strength of the spherical silica, and the adhesiveness of the resin layer has been found. The invention of a liquid crystal spacer in which the above was improved was completed. That is, the present invention is a spherical silica having an average particle diameter of 1 to 20 μm, a geometric standard deviation σ of a particle size distribution represented by the following formula of 1.5 or less, and having a silanol group of 6 μmol / g or more. Liquid crystal spacer.

【0007】[0007]

【数2】σ=(D1/D20.51:累積84重量%の時の粒径 D2:累積16重量%の時の粒径## EQU2 ## σ = (D 1 / D 2 ) 0.5 D 1 : Particle size at a cumulative weight of 84% by weight D 2 : Particle size at a cumulative value of 16% by weight

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】以下本発明を詳細に説明する。本
発明の液晶スペーサー用シリカは、湿式法によって合成
されたシリカゲルを精密な温度管理下に一定温度で焼成
する事によって製造される。湿式法によるシリカゲルの
製造方法の例としては以下の方法があり、いずれの方法
も公知である。具体的には水ガラスや珪酸ナトリウムな
どのアルカリ金属ケイ酸塩の水溶液を硫酸、硝酸、リン
酸、塩酸等の無機酸や、硫酸アンモニウム、硝酸アンモ
ニウム、リン酸アンモニウム、塩化アンモニウム等の無
機酸のアンモニウム塩水溶液で中和する方法や、メチル
シリケート、エチルシリケート、イソプロピルシリケー
ト等のアルキルシリケートを塩酸や酢酸等の酸やアンモ
ニア水等の塩基の存在下で水により加水分解する方法で
製造できる。しかし液晶のスペーサーとしてに用いる場
合は、銅配線の腐食を引き起こすナトリウムや、液晶物
質に悪影響を与える恐れのある不純物の含有量が少ない
アルキルシリケートを原料にする方が好ましい。金属ケ
イ酸塩の水溶液を原料とした場合でも、シリカゲルのく
り返し洗浄や、原料溶液をイオン交換などにより精製す
ることによりできあがったシリカの中の不純物を少なく
することはできる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail. The silica for a liquid crystal spacer of the present invention is manufactured by firing silica gel synthesized by a wet method at a constant temperature under precise temperature control. Examples of the method for producing silica gel by a wet method include the following methods, and all methods are known. Specifically, an aqueous solution of an alkali metal silicate such as water glass or sodium silicate is mixed with an inorganic acid such as sulfuric acid, nitric acid, phosphoric acid, or hydrochloric acid, or an ammonium salt of an inorganic acid such as ammonium sulfate, ammonium nitrate, ammonium phosphate, or ammonium chloride. It can be produced by a method of neutralizing with an aqueous solution, or a method of hydrolyzing an alkyl silicate such as methyl silicate, ethyl silicate or isopropyl silicate with water in the presence of an acid such as hydrochloric acid or acetic acid or a base such as aqueous ammonia. However, when it is used as a liquid crystal spacer, it is preferable to use sodium silicate, which causes corrosion of copper wiring, or an alkyl silicate, which has a low content of impurities that may adversely affect the liquid crystal material, as a raw material. Even when an aqueous solution of a metal silicate is used as a raw material, impurities in the silica that has been formed can be reduced by repeatedly washing silica gel or purifying the raw material solution by ion exchange or the like.

【0009】液晶スペーサーの形状としては、2枚の液
晶基板の間隙をμmオーダーで一定に保つという目的か
ら、異方性のない真球状が好ましく、粒度分布も狭い分
布に集中したシャープな分布形態をもつ方が好ましい。
より具体的には下式で表わされる粒度分布の幾何標準偏
差σが1.5以下である物が好ましく用いられる。
The shape of the liquid crystal spacer is preferably a true spherical shape without anisotropy in order to keep the gap between the two liquid crystal substrates constant in the order of μm, and a sharp distribution form having a narrow particle size distribution. It is preferred to have
More specifically, those having a geometric standard deviation σ of the particle size distribution represented by the following formula of 1.5 or less are preferably used.

【0010】[0010]

【数3】σ=(D1/D20.51:累積84重量%の時の粒径 D2:累積16重量%の時の粒径Σ = (D 1 / D 2 ) 0.5 D 1 : Particle size at a cumulative weight of 84% by weight D 2 : Particle size at a cumulative value of 16% by weight

【0011】このような形状と粒度をもつシリカ粒子の
製造方法としては、スチーバ法の他にエマルジョン法と
呼ばれる方法も好ましく用いられる。エマルジョン法
は、油中水型、水中油型、油中油型等のエマルジョンの
液中粒子形状を利用して、例えば油中水型の場合、水粒
子の中でシリカゲルが生成するような条件でゾルゲル反
応を起こす事により、球状のシリカゲルを得る方法であ
る。
As a method for producing silica particles having such a shape and particle size, a method called an emulsion method is preferably used in addition to the steiba method. The emulsion method utilizes the particle shape in liquid of an emulsion such as a water-in-oil type, an oil-in-water type, and an oil-in-oil type, for example, in the case of a water-in-oil type, under conditions such that silica gel is formed in water particles. This is a method of obtaining spherical silica gel by causing a sol-gel reaction.

【0012】湿式法の他には、乾式法と呼ばれるシリカ
の製造法も知られている。例えば天然あるいは合成の塊
状シリカを粉砕し、火炎中などで高温にさらして角を溶
融して準球状にした溶融シリカや、塩化ケイ素やアルキ
ルシリケート、金属珪素等の珪素源を高温で反応させる
方法などがある。これらを総称して乾式法シリカと呼ぶ
が、いずれの方法も高温のプロセスである事が共通して
おり、湿式法と異なって得られたシリカは非孔質であっ
てシリカ内部の不純分が外部に出て来難いという特長が
ある反面、シラノール基が残っていないため、たとえシ
ランカップリング剤を併用したとしてもシリカとシラン
カップリング剤との反応がほとんど起きず、界面の密着
力が向上しないという欠点があった。
In addition to the wet method, a method of producing silica called a dry method is also known. For example, a method in which a natural or synthetic bulk silica is pulverized and exposed to a high temperature in a flame or the like to melt a corner to form a quasi-spherical fused silica, or to react a silicon source such as silicon chloride, alkyl silicate or metallic silicon at a high temperature. and so on. These are collectively referred to as dry process silica, but all methods are common in that they are high-temperature processes, and the silica obtained in contrast to the wet process is nonporous, and impurities within the silica are reduced. It has the advantage that it does not easily come out, but the silanol group does not remain, so even if a silane coupling agent is used in combination, there is almost no reaction between silica and the silane coupling agent, improving the adhesion at the interface. There was a disadvantage that it did not.

【0013】湿式法シリカは湿式のプロセスを経るた
め、合成したシリカは通常スラリーとして得られる 、
このスラリーからシリカを分離、乾燥、焼成等の工程を
行うことで不純物の少ない球状シリカを製造できる。分
離、乾燥については例えばスラリーをろ過した後、アル
コールやアセトン等、合成に使用した有機溶媒を溶解す
る溶剤で繰り返し洗浄し、1000℃未満で数時間加熱する
方法等がある。高温での焼成により有機分は分解される
ため、分離洗浄を省くことも可能である。分離、乾燥等
のプロセスは工業的に数多くの方法が行われており、こ
れらのいずれの方法でも好ましく用いる事ができる。
Since wet-process silica goes through a wet process, the synthesized silica is usually obtained as a slurry.
By performing steps such as separation, drying, and calcination of silica from the slurry, spherical silica with few impurities can be produced. For separation and drying, for example, there is a method of filtering a slurry, repeatedly washing with a solvent that dissolves the organic solvent used in the synthesis, such as alcohol or acetone, and heating at less than 1000 ° C. for several hours. Since organic components are decomposed by firing at a high temperature, separation and washing can be omitted. Many processes are industrially performed for processes such as separation and drying, and any of these processes can be preferably used.

【0014】湿式法により合成したシリカには多量のシ
ラノール基が存在する事は公知であるが、これを焼成す
る時、シラノール基同士が脱水縮合する事によりシラノ
ール基量が減少すると共に、架橋が生じるためにシリカ
自体の強度が上がることが古くから言われている。この
焼成の温度を精密にコントロールする事によって、十分
なシリカの強度と、シランカップリング剤と反応して界
面の密着力を上げるのに十分なシラノール基量とを同時
に実現するのが本発明における球状シリカである。
It is known that silica synthesized by a wet method has a large amount of silanol groups. However, when the silica is calcined, the silanol groups are dehydrated and condensed. It has long been said that the strength of the silica itself increases due to the occurrence. In the present invention, by precisely controlling the firing temperature, sufficient silica strength and a sufficient amount of silanol groups to react with the silane coupling agent and increase the adhesion of the interface are simultaneously realized. It is spherical silica.

【0015】6μmol/g以上のシラノール基を残す焼成
の方法としては、1050℃以下の温度で温度コントロール
を精密に行って一定時間焼成する方法と、それより高い
温度で短時間の熱処理を行う方法があり、いずれも好ま
しく用いる事ができるが、高温短時間の方法は、シラノ
ール基量への熱処理時間の影響が大きく、工業的プロセ
スを考えた場合、一定量の粉体内部での温度の不均一が
生じたり、滞留した粉体の焼結が進みすぎる等の問題が
起き易いため、1050℃以下の温度で焼成を行った方が好
ましい。
As a method of firing to leave silanol groups of 6 μmol / g or more, a method of performing temperature control precisely at a temperature of 1050 ° C. or less and firing for a fixed time, and a method of performing a heat treatment at a higher temperature for a short time Both methods can be preferably used.However, in the method of high temperature and short time, the effect of the heat treatment time on the amount of silanol groups is large, and when an industrial process is considered, the temperature inside a certain amount of powder is not sufficient. Since problems such as uniformity and excessive sintering of the retained powder are likely to occur, it is preferable to perform firing at a temperature of 1050 ° C. or lower.

【0016】焼成に用いる装置に関しては1050℃未満の
温度を維持できる装置であれば形状大きさは問わず、ま
た熱源は電気によるジュール熱、石油やガス等の燃焼熱
でも構わない。具体的にはロ−タリーキルンやシャトル
炉等の装置が用いられる。これらの炉には何らかの温度
制御方法が備えられている事が好ましい。
Regarding the apparatus used for firing, any apparatus may be used as long as it can maintain a temperature of less than 1050 ° C., and the heat source may be Joule heat by electricity or combustion heat of oil or gas. Specifically, a device such as a rotary kiln or a shuttle furnace is used. These furnaces are preferably provided with some temperature control method.

【0017】好ましい焼成条件としては、最低限のシリ
カの強度を得るために焼成温度が300℃以上である事が
好ましく、6μmol/g以上のシラノール基を残すために
は1050℃以下である事が好ましい。さらに好ましくは70
0℃以上1000℃以下の範囲である。また、該温度での焼
成時間としては、一定量の粉体内部まで均一な温度に達
するために10分以上である事が好ましく、また経済的
な理由から24時間以下である。さらに好ましくは1時
間以上8時間以下である。該温度に達するまでの昇温速
度はあまり急激では応力割れなどを引き起こす場合があ
り、一方あまり遅いと経済的でないため、1℃/分以上
100℃/分以下、さらには5℃/分以上20℃/分以
下が好ましい。降温の方は0.1℃/分以上40℃/分
以内であればよい。昇降温は必ずしも連続一様である必
要はなく、段階的な温度変化も可能であり、この場合は
上記昇降温速度以外でも好ましく実施できる。
The preferable calcination conditions are that the calcination temperature is 300 ° C. or higher in order to obtain the minimum strength of silica, and 1050 ° C. or lower in order to leave silanol groups of 6 μmol / g or more. preferable. More preferably 70
It is in the range of 0 ° C or more and 1000 ° C or less. The firing time at this temperature is preferably 10 minutes or more in order to reach a uniform temperature to the inside of a certain amount of powder, and is 24 hours or less for economic reasons. More preferably, it is 1 hour or more and 8 hours or less. If the rate of temperature rise until reaching this temperature is too rapid, stress cracking may be caused. On the other hand, if it is too slow, it is not economical, so 1 ° C./min to 100 ° C./min, and further 5 ° C./min to 20 ° C. C./min or less is preferred. The temperature may be lowered from 0.1 ° C./min to 40 ° C./min. The temperature rise and fall are not necessarily required to be continuous and uniform, and a stepwise change in temperature is also possible. In this case, the temperature rise and fall can be carried out preferably at a rate other than the above temperature rise and fall rates.

【0018】焼成後のシリカのシラノール基量は、赤外
線吸光分光法等の測定装置や中和滴定法、シランカップ
リング剤との反応量等から測定できる。具体的には、例
えば赤外線吸光分光器や近赤外吸光分光器、核磁気共鳴
分析装置などによってシリカに含まれるシラノール基の
吸収・共鳴を測定したり、滴定指示薬あるいは電位差滴
定電極を用いた酸塩基滴定、シランカップリング剤を溶
解したベンゼン等の非極性溶媒にシリカを分散し、ガス
クロ等によってシランカップリング剤の濃度変化から定
量するなどの方法であり、いずれも好ましく用いる事が
できる。該測定方法によって、焼成後のシリカのシラノ
ール基量を確かめる事ができる他、焼成プロセス中のシ
リカを取り出して測定を行い、目的とするシラノール基
量に達した時点で焼成を止めるなどの工程管理に使用す
ることもできる。
The amount of the silanol group of the calcined silica can be measured from a measuring device such as infrared absorption spectroscopy, a neutralization titration method, a reaction amount with a silane coupling agent, and the like. Specifically, for example, the absorption / resonance of silanol groups contained in silica is measured by an infrared absorption spectrometer, a near infrared absorption spectrometer, a nuclear magnetic resonance analyzer, or the like, or an acid using a titration indicator or a potentiometric electrode is used. Base titration, a method in which silica is dispersed in a non-polar solvent such as benzene in which a silane coupling agent is dissolved, and the amount is determined from a change in the concentration of the silane coupling agent by gas chromatography or the like, and any method can be preferably used. By this measuring method, the amount of silanol groups of the fired silica can be confirmed, and the silica during the firing process is taken out and measured, and when the target amount of silanol groups is reached, the process management such as stopping the firing is performed. It can also be used for

【0019】こうして得られる球状シリカの好ましいシ
ラノール基の量としては、シラノール基が樹脂自体とあ
るいはシランカップリング剤と反応して化学結合をもた
らし、界面の密着力を高めるので多い方が好ましく、そ
の値は6μmol/g以上である。一方であまりシラノール
基の密度が高くなると、たとえ樹脂やシランカップリン
グ剤と反応させても反応しきれないシラノール基が残
り、樹脂組成物自体の吸湿性が高くなったりするため電
子材料としては好ましくない場合がある。好ましいシラ
ノール基量の値は6μmol/g以上5mmol/g以下、さらに
好ましくは10μmol/g以上1mmol/g以下である。
The preferable amount of the silanol group in the spherical silica thus obtained is preferably large because the silanol group reacts with the resin itself or with the silane coupling agent to form a chemical bond and enhance the adhesiveness of the interface. The value is at least 6 μmol / g. On the other hand, if the density of the silanol group is too high, silanol groups that cannot be completely reacted even if reacted with a resin or a silane coupling agent remain, and the hygroscopicity of the resin composition itself increases, which is preferable as an electronic material. May not be. The preferable value of the amount of the silanol group is from 6 μmol / g to 5 mmol / g, more preferably from 10 μmol / g to 1 mmol / g.

【0020】該球状シリカのシラノール基は、それ自体
ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂などの樹脂と反応する
事ができる他、シランカップリング剤などの界面改質剤
と反応して界面の密着力を高める事ができる。シランカ
ップリング剤を用いる場合は公知のものが使用できる。
例えばシリカにエポキシ樹脂系の樹脂層を設けたい場合
は、シランカップリング剤の官能基はエポキシ系、アミ
ノ系、クロロプロピル系、メルカプト系が好ましく、特
にエポキシ系、アミノ系が好ましい。また、ポリオレフ
ィン系の樹脂にはビニル系など、好ましいシランカップ
リング剤の選択は公知の方法が適用できる。また、シラ
ンカップリング剤以外でもシラノール基を持ったシリコ
ーンとの縮合反応により直接シリコーン被覆を設けたり
するなどの方法も行う事ができる。
The silanol group of the spherical silica itself can react with a resin such as a polyester resin or an epoxy resin, and also reacts with an interface modifier such as a silane coupling agent to increase the adhesion at the interface. Can be. When a silane coupling agent is used, known ones can be used.
For example, when it is desired to provide an epoxy resin-based resin layer on silica, the functional group of the silane coupling agent is preferably an epoxy-based, amino-based, chloropropyl-based, or mercapto-based, and particularly preferably an epoxy-based or amino-based. In addition, a known method can be used for selecting a preferable silane coupling agent such as a vinyl resin for the polyolefin resin. In addition to the silane coupling agent, a method of directly providing a silicone coating by a condensation reaction with a silicone having a silanol group can also be performed.

【0021】該球状シリカとシランカップリング剤等の
処理方法は、樹脂及びシリカを混合する時にシランカッ
プリング剤を同時に添加・混合するインテグラルブレン
ド法や、樹脂との混合前に予めシリカを処理をする前処
理法などがあるが任意の方法を選択することができる。
カップリング処理の効果を得やすくするためには前処理
法の方が好ましい。処理量はシラノール基と当量以上で
あれば良いが、過剰に添加すると凝集の可能性があるた
め、シラノール基と当量の1〜5倍、好ましくは1〜3
倍が良い。
The method of treating the spherical silica and the silane coupling agent includes an integral blending method in which the silane coupling agent is simultaneously added and mixed when the resin and the silica are mixed, and a method in which the silica is preliminarily treated before mixing with the resin. However, an arbitrary method can be selected.
In order to easily obtain the effect of the coupling treatment, the pretreatment method is more preferable. The treatment amount may be equal to or more than the equivalent of the silanol group, but if added in excess, aggregation may occur.
Good times.

【0022】本発明に用いる被覆樹脂は、エポキシ樹
脂、ナイロン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリオレフィン
樹脂、シリコーン樹脂など、一般的に使用できるものな
ら何でも良く、液晶用途でよく用いられるエポキシ樹
脂、ナイロン樹脂、シリコーン樹脂などが好ましい。こ
れらの樹脂層を復層構造にしたり、混合して用いる事も
差し支えない。例えばエポキシ樹脂では硬化剤、硬化促
進剤、難燃剤、低応力剤、ワックス類、ステアリン酸な
どの脂肪酸及びその金属塩、カーボンブラック等の顔
料、染料、酸化防止剤、イオン捕捉剤、その他の添加剤
が配合する事もできる。これらの添加剤の配合量は、本
発明の効果を妨げない範囲で通常量とする事ができる。
他の樹脂系についても様々な混合物と共に用いられる
が、その組成と条件は通常の方法に従い特に限定しな
い。
The coating resin used in the present invention may be any resin that can be generally used, such as an epoxy resin, a nylon resin, a polyester resin, a polyolefin resin, and a silicone resin. Resins and the like are preferred. These resin layers may have a multilayer structure or may be used as a mixture. For example, for epoxy resins, curing agents, curing accelerators, flame retardants, low stress agents, waxes, fatty acids such as stearic acid and their metal salts, pigments such as carbon black, dyes, antioxidants, ion scavengers, and other additives An agent can be blended. The amount of these additives can be a usual amount as long as the effects of the present invention are not impaired.
Other resin systems are used together with various mixtures, but the composition and conditions are not particularly limited according to a usual method.

【0023】球状シリカに樹脂層を設けて用いる場合、
その厚さは10nm以上30μm以下、より好ましくは5
0nm以上5μm以下である。もちろん樹脂層無しで用い
る事も可能であるが、樹脂層を設けて、対向する液晶基
板の点接着に用いる場合などは、あまり薄いと樹脂層の
接着力が十分発揮できず、逆に厚すぎるものは被覆後の
粒子の変形率が高くなり、液晶基板の間隙を設計値通り
に固定できなくなってしまうために好ましくない。しか
し、粒径が問題にならないような特殊な用途に用いられ
る場合はこの限りではなく、用途に合った樹脂層厚で使
用できる。
In the case of using a spherical silica provided with a resin layer,
The thickness is 10 nm or more and 30 μm or less, more preferably 5 nm or less.
It is not less than 0 nm and not more than 5 μm. Of course, it is possible to use it without a resin layer.However, when a resin layer is provided and used for point bonding between opposing liquid crystal substrates, if it is too thin, the adhesive strength of the resin layer cannot be sufficiently exhibited, and conversely, it is too thick However, it is not preferable because the deformation rate of the coated particles becomes high and the gap between the liquid crystal substrates cannot be fixed as designed. However, this is not the case when it is used for special applications where the particle size does not matter, and the resin layer can be used with a resin layer thickness suitable for the application.

【0024】球状シリカの外側を樹脂層で覆う方法とし
ては、シリカの表面に樹脂微粉末や溶剤で希釈した樹脂
等を付着させてから、粒子同士が凝集しないように樹脂
分を溶融成膜させたり、シリカ表面のシラノール基に、
あるいはシラノール基と反応させたシランカップリング
剤等に樹脂をグラフトさせたりする方法等も使用でき
る。シリカの表面に樹脂微粉末を吸着させ、溶融成膜さ
せる方法としては、ヘンシェルミキサー、スーパーミキ
サー、らいかい器、リボンミキサー、タンブラー、振動
乾燥器、気流乾燥器、スプレードライなどの通常の方法
が使用できる。
As a method of covering the outside of the spherical silica with a resin layer, a resin fine powder or a resin diluted with a solvent is adhered to the surface of the silica, and then the resin is melted and formed into a film so that the particles do not aggregate. Or silanol groups on the silica surface,
Alternatively, a method of grafting a resin to a silane coupling agent or the like reacted with a silanol group or the like can also be used. As a method of adsorbing the resin fine powder on the surface of silica and forming a melt film, a normal method such as a Henschel mixer, a super mixer, a raii device, a ribbon mixer, a tumbler, a vibration dryer, a flash dryer, and a spray dryer is used. Can be used.

【0025】[0025]

【実施例】以下に実施例によって、本発明を具体的に説
明する。 [実施例1]200L反応器にキシレン90kg、乳化
剤(SPAN−80)0.8kg、純水30kgおよ
び、塩酸0.1kgを仕込み、液温を45℃に保持して
100rpmで攪拌しつつテトラメトキシシランオリゴマ
ー27kgを60分かけて供給した。その後、45℃で2時
間保持した後、110℃まで加温した。そして、反応液を
ろ別し、シャトル炉に入れて3℃/分で600℃まで昇
温し、600℃±20℃で4時間保持した後、4℃/分
で常温に戻して白色粉末を得た。粉末を走査型電子顕微
鏡で観察したところそれぞれ独立した真球状であった。
The present invention will be specifically described below with reference to examples. Example 1 A 200 L reactor was charged with 90 kg of xylene, 0.8 kg of an emulsifier (SPAN-80), 30 kg of pure water and 0.1 kg of hydrochloric acid, and tetramethoxy was added while stirring at 100 rpm while maintaining the liquid temperature at 45 ° C. 27 kg of the silane oligomer was supplied over 60 minutes. Thereafter, the temperature was maintained at 45 ° C. for 2 hours, and then heated to 110 ° C. Then, the reaction solution is filtered, put into a shuttle furnace, heated to 600 ° C. at 3 ° C./min, kept at 600 ° C. ± 20 ° C. for 4 hours, and then returned to room temperature at 4 ° C./min to remove the white powder. Obtained. Observation of the powder with a scanning electron microscope revealed that each powder had an independent true spherical shape.

【0026】この粉末を純水に分散してレーザー回折式
粒度分布計によって粒度分布を測定した所、平均粒径は
5.7μmでσは1.37であり、赤外吸光分光計(F
T−NIR)により拡散反射法によってシラノール基量
を測定した所、1.4mmol/gであった。粒子強度は微小
圧縮試験機を用いて圧縮破壊荷重を求め、日本工業会誌
81巻、10号、1024頁(1965)に記載されて
いる次式により粒子強度(St)に置き換えた数値であ
る。
When this powder was dispersed in pure water and the particle size distribution was measured by a laser diffraction type particle size distribution analyzer, the average particle size was 5.7 μm and σ was 1.37.
When the amount of the silanol group was measured by T-NIR (diffuse reflection method), it was 1.4 mmol / g. The particle strength is a numerical value obtained by calculating the compressive breaking load using a micro-compression tester and substituting the particle strength (St) by the following equation described in the Japan Industrial Association, Vol. 81, No. 10, page 1024 (1965).

【0027】[0027]

【数4】 式 粒子強度St(MPa)=27.4P/πd2 P:圧縮破壊荷重(N) d:粒径(mm)Equation 4] Particle strength St (MPa) = 27.4P / πd 2 P: compression breaking load (N) d: particle size (mm)

【0028】次にこの粉末をヘンシェルミキサーに入
れ、常温で攪拌しつつシラノール基と当量の3−メタク
リロキシプロピルトリメトキシシランを投入して20分
間攪拌した後、0.2μm粒径のメチルメタクリレート樹脂
粉末を球状シリカ100に対して5重量部加え、攪拌し
てシリカ表面に吸着させた後、攪拌しながらミキサーの
内温を140℃まで上げて樹脂を溶融成膜させ、シリカ
の外層に厚さ0.1μmの樹脂層を形成させた。
Next, this powder was put into a Henschel mixer, and 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane equivalent to a silanol group was added thereto while stirring at room temperature, followed by stirring for 20 minutes, and then a methyl methacrylate resin powder having a particle size of 0.2 μm was obtained. Was added to the silica surface by stirring, and the resin was melt-film-formed by increasing the internal temperature of the mixer to 140 ° C. while stirring, and the outer layer of silica was coated with a thickness of 0%. A 1 μm resin layer was formed.

【0029】[実施例2]焼成温度を980℃とした以
外は実施例1と同じ方法でシリカを製造した。このシリ
カのシラノール基量、平均粒径等の値を表1に示す。さ
らに実施例1と同じ方法でシリカの外層に厚さ0.1μ
mの樹脂層を形成させ、樹脂被覆シリカを製造した。
Example 2 Silica was produced in the same manner as in Example 1 except that the firing temperature was 980 ° C. Table 1 shows values of the silanol group amount, the average particle size and the like of the silica. Further, in the same manner as in Example 1, the outer layer of silica was
A resin layer of m was formed to produce resin-coated silica.

【0030】[比較例1]焼成温度を200℃とした以
外は実施例1と同じ方法でシリカを製造した。このシリ
カのシラノール基量、平均粒径およびσ値を表1に示
す。強度が低すぎるため、このシリカは液晶用スペーサ
ーには適さない事がわかったので、以降の評価からは除
いた。
Comparative Example 1 Silica was produced in the same manner as in Example 1 except that the sintering temperature was 200 ° C. Table 1 shows the amount of silanol groups, the average particle size, and the σ value of this silica. Since it was found that the silica was not suitable for a liquid crystal spacer because the strength was too low, it was excluded from subsequent evaluations.

【0031】[比較例2]焼成温度を1200℃とした
以外は実施例1と同じ方法でシリカを製造した。このシ
リカのシラノール基量、平均粒径およびσ値を表1に示
す。シラノール基量は検出されなかったので得られたシ
リカに処理するシランカップリング剤量を1.4mmol/g
とした他は実施例1と同じ方法で厚さ0.1μmのメチ
ルメタクリレート樹脂層を形成した。
Comparative Example 2 Silica was produced in the same manner as in Example 1 except that the sintering temperature was 1200 ° C. Table 1 shows the amount of silanol groups, the average particle size, and the σ value of this silica. Since the amount of the silanol group was not detected, the amount of the silane coupling agent to be treated on the obtained silica was 1.4 mmol / g.
A methyl methacrylate resin layer having a thickness of 0.1 μm was formed in the same manner as in Example 1 except for the above.

【0032】[0032]

【表1】 [Table 1]

【0033】[イミド基板に対する固着性能]A、B、
Dの各粒子0.1gをフロン5gに分散させ、超音波分
散10分後、0.29MPaのエアー圧で液晶用イミド基
板に散布した。基板を180℃×10分の条件で焼成
し、窒素ガス圧0.29MPaによるエアーブロー方式と
粘着テープ剥離の2種類によりシリカビーズ残存率測定
で付着性を評価した。その結果は表2,3に示した。
[Fixing performance on imide substrate] A, B,
0.1 g of each particle of D was dispersed in 5 g of Freon, and after 10 minutes of ultrasonic dispersion, the particles were sprayed on a liquid crystal imide substrate at an air pressure of 0.29 MPa. The substrate was baked under the condition of 180 ° C. × 10 minutes, and the adhesion was evaluated by measuring the residual ratio of silica beads by two methods, an air blow method using a nitrogen gas pressure of 0.29 MPa and a pressure-sensitive adhesive tape peeling method. The results are shown in Tables 2 and 3.

【0034】[0034]

【表2】 [Table 2]

【0035】[0035]

【表3】 [Table 3]

【0036】比較例に比べて実施例の付着性は高かっ
た。
The adhesion of the example was higher than that of the comparative example.

【0037】粘着テープ剥離試験後の液晶用イミド基板
の表面を顕微鏡で観察した所、実施例1及び2の樹脂被
覆シリカ粒子を用いたものでは、基板上に剥離した粒子
の跡と思われる痕跡はなかったが、比較例の方ではシリ
カの樹脂被覆層が剥がれ落ちたものと思われるかけらが
基板上に多数残っていた。このことはシリカ粒子と被覆
樹脂との界面の密着力が異なることを示しており、本発
明の液晶スペーサを用いると、界面の密着力が向上する
ことを示している。
When the surface of the imide substrate for liquid crystal after the pressure-sensitive adhesive tape peeling test was observed with a microscope, it was found that the resin-coated silica particles of Examples 1 and 2 were considered to be traces of particles peeled off on the substrate. However, in the case of the comparative example, a large number of fragments remaining on the substrate, which seemed to have caused the silica resin coating layer to peel off, remained. This indicates that the adhesion at the interface between the silica particles and the coating resin is different, and that the use of the liquid crystal spacer of the present invention improves the adhesion at the interface.

【0038】[0038]

【発明の効果】本発明における球状シリカは、真球状で
粒径が揃っているため、液晶用スペーサーとして好適に
用いられ、尚且つ被覆樹脂層との密着力が高いため被覆
樹脂層の剥離が起き難く、機械的強度が高い点が優れて
いる。
The spherical silica according to the present invention is perfectly spherical and has a uniform particle size, so that it is suitably used as a spacer for liquid crystal. In addition, since the adhesive force with the coating resin layer is high, the coating resin layer can be peeled off. It is excellent in that it hardly occurs and has high mechanical strength.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】平均粒子径が1〜20μmの球状であり、
下式で表わされる粒度分布の幾何標準偏差σが1.5以
下であり、なおかつシラノール基を6μmol/g以上有す
る球状シリカからなる液晶スペーサー。 【数1】σ=(D1/D20.51:累積84重量%の時の粒径 D2:累積16重量%の時の粒径
(1) a spherical particle having an average particle diameter of 1 to 20 μm;
A liquid crystal spacer comprising spherical silica having a geometric standard deviation σ of a particle size distribution represented by the following formula of 1.5 or less and having a silanol group of 6 μmol / g or more. Σ = (D 1 / D 2 ) 0.5 D 1 : Particle size at a cumulative weight of 84% by weight D 2 : Particle size at a cumulative value of 16% by weight
【請求項2】請求項1記載の球状シリカにシランカップ
リング剤による表面処理を施した後、球状シリカの表面
に樹脂層を設けることを特徴とする液晶スペーサ。
2. A liquid crystal spacer, wherein the spherical silica according to claim 1 is subjected to a surface treatment with a silane coupling agent, and then a resin layer is provided on the surface of the spherical silica.
【請求項3】球状シリカからなる液晶スペーサーを製造
するに際して、湿式法で得られた球状シリカを300℃以
上1050℃未満で焼成して前記球状シリカのシラノール基
を6μmol/g以上5mmol/g以下とすることを特徴とする液
晶スペーサーの製造方法。
3. A method for producing a liquid crystal spacer comprising spherical silica, wherein the spherical silica obtained by a wet method is calcined at 300 ° C. or more and less than 1050 ° C. to reduce the silanol groups of the spherical silica to 6 μmol / g or more and 5 mmol / g or less. A method for producing a liquid crystal spacer.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007290904A (en) * 2006-04-25 2007-11-08 Nippon Electric Glass Co Ltd Silica particle
KR101405652B1 (en) * 2011-11-25 2014-06-10 엘지이노텍 주식회사 Optical member, display device and method of fabricating optical member

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