JP2003161950A - 液晶表示装置の製造方法及びスペーサ散布装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 散布液におけるスペーサの高分散性を確保
し、散布ボックス壁面へのスペーサの付着を防止して、
スペーサを凝集させることなく均一に基板上に配置する
ことができ、更に絶縁破壊や粉塵爆発に対する安全性を
飛躍的に向上させることができる液晶表示装置の製造方
法及びその方法に用いられるスペーサ散布装置を提供す
る。 【解決手段】 少なくとも、長鎖アルキル基を有する化
合物が表面に結合しているスペーサを、散布ノズルに電
圧を印加する静電霧化法を用いて湿式散布方式により基
板上に散布する工程を有する液晶表示装置の製造方法で
あって、前記散布ノズルに印加する電圧は、前記スペー
サを無帯電化する正又は負の電圧である液晶表示装置の
製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、散布液におけるス
ペーサの高分散性を確保し、散布ボックス壁面へのスペ
ーサの付着を防止して、スペーサを凝集させることなく
均一に基板上に配置することができ、更に絶縁破壊や粉
塵爆発に対する安全性を飛躍的に向上させることができ
る液晶表示装置の製造方法及びその方法に用いられるス
ペーサ散布装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置において液晶層は、２枚の
基板間に液晶を注入することで形成される。上記液晶層
の厚みは、液晶表示装置の表示特性に大きな影響を与え
る重要な要素であり、均一であることが要求される。こ
の液晶層の厚みの均一性を制御するために、液晶表示装
置では一般に２枚の基板間の間隔（セルギャップ）をス
ペーサにより調整している。すなわち、一方の面にスペ
ーサを単粒子状に均一に配置した平坦な基板に対し、ス
ペーサを配置していない別の基板を貼り合わせることに
よって、セルギャップは均一に形成される。

【０００３】近年、需要の伸びているスーパーツイステ
ッドネマチック（ＳＴＮ）型液晶表示装置では、液晶と
スペーサとの界面で液晶分子の配向が変則的になる異常
配向が起こりやすい。このような異常配向が起こると、
液晶表示装置を点灯させたときにスペーサの周囲で、光
り抜けと呼ばれるバックライトからの光が透過する現象
が生じ、液晶表示装置のコントラストを低下させる。特
に液晶表示装置の画面に強い衝撃を与えると、異常配向
が生じ、その後消えることはない。上記異常配向は、強
い衝撃が与えられることにより、スペーサ表面と液晶と
が激しく振動した結果、液晶とスペーサとの界面におい
て、液晶分子がスペーサの表面の親水性部分に吸着し、
液晶の配向が通常とは異なるものになることで生じると
考えられている。このような異常配向を防止する方法と
しては、特開平９−１１３９１５号公報において、表面
に長鎖アルキル基を有する化合物が結合してなるスペー
サを用いることが開示されている。

【０００４】スペーサを基板上に配置する方法として
は、アルコール系の溶媒にスペーサを分散させた散布液
をスプレー等により基板上に滴下する湿式散布方式が広
く使用されている。しかしながら、この湿式散布方式で
は、スペーサ自身の帯電特性や液中における摩擦の繰り
返し等によりスペーサ表面が帯電するためにスペーサの
凝集が発生しやすいという問題があった。特にスペーサ
表面に長鎖アルキル基を有する化合物が結合している
と、スペーサ表面の親水性が低く散布液中での分散性に
劣るため、スペーサの凝集が発生しやすい。

【０００５】スペーサの帯電による凝集を改善する方法
としては、散布ノズルに高電圧を印加して散布液中のス
ペーサの表面電荷を正又は負に単極性化し、スペーサ同
士の反発力により凝集を低減する静電霧化法が、特開平
３−１５８８２７号公報や特開平２０００−３０５０９
０号公報に開示されている。

【０００６】しかしながら、これらの方法でも長時間散
布を行うと、散布ボックスの壁面にスペーサが電気誘導
されて付着し、付着したスペーサが液滴の合着の繰り返
しにより壁面において凝集することがある。特にスペー
サ表面に長鎖アルキル基を有する化合物が結合している
と、スペーサ表面のＴｇが低く粘着性が高くなるため、
一旦散布ボックスの壁面にスペーサが付着すると容易に
剥離せずに凝集が進む。壁面で凝集したスペーサ塊が基
板上に落下すると、基板上へのスペーサの散布量が経時
的に変動し、スペーサを基板上に均一に配置することが
できなくなるという問題があった。また、散布ノズルに
高電圧を印加することで絶縁破壊や粉塵爆発を生じる危
険性があり、大規模な安全対策を講じる必要があるとい
う問題があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記現状に
鑑み、散布液におけるスペーサの高分散性を確保し、散
布ボックス壁面へのスペーサの付着を防止して、スペー
サを凝集させることなく均一に基板上に配置することが
でき、更に絶縁破壊や粉塵爆発に対する安全性を飛躍的
に向上させることができる液晶表示装置の製造方法及び
その方法に用いられるスペーサ散布装置を提供すること
を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、少なくとも、
長鎖アルキル基を有する化合物が表面に結合しているス
ペーサを、散布ノズルに電圧を印加する静電霧化法を用
いて湿式散布方式により基板上に散布する工程を有する
液晶表示装置の製造方法であって、前記散布ノズルに印
加する電圧は、前記スペーサを無帯電化する正又は負の
電圧である液晶表示装置の製造方法である。以下に本発
明を詳述する。

【０００９】本発明の液晶表示装置の製造方法は、少な
くとも、長鎖アルキル基を有する化合物が表面に結合し
ているスペーサを基板上に散布する工程を有するもので
ある。

【００１０】上記スペーサとしては、例えば、基材粒子
の表面の少なくとも１部に長鎖アルキル基を有する化合
物が結合しているものが用いられる。上記基材粒子とし
ては特に限定されず、例えば、有機系材料、無機系材料
等からなるものを用いることができる。上記有機系材料
としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポ
リメチルペンテン、ポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオ
ロエチレン、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレー
ト、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド、ポリイ
ミド、ポリスルホン、ポリフェニレンオキシド、ポリア
セタール等の線状又は架橋性高分子重合体；エポキシ樹
脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン
樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジビニルベンゼン重合
体、ジビニルベンゼン／スチレン共重合体、ジビニルベ
ンゼン／（メタ）アクリル酸エステル共重合体、ジアリ
ルフタレート重合体、トリアリルイソシアヌレート重合
体等の架橋構造を有する樹脂等が挙げられる。上記無機
系材料としては、例えば、ケイ酸ガラス、ホウケイ酸ガ
ラス、鉛ガラス、ソーダ石灰ガラス、アルミナ、アルミ
ナシリケートガラス等が挙げられる。なお、上記基材粒
子は必要に応じて着色されていてもよい。着色剤として
は、例えば、カーボンブラック、分散染料、酸性染料、
塩基性染料、金属酸化物等が挙げられる。

【００１１】上記長鎖アルキル基としては特に限定され
ず、直鎖状であっても、分鎖状であってもよく、例え
ば、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、
オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデ
シル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル
基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル
基、ノナデシル基、エイコシル基、ヘニコサン基、ドコ
サン基等が挙げられる。上記長鎖アルキル基を有する化
合物としては、上記長鎖アルキル基を含み、スペーサの
表面に結合できるものであれば、特に限定されない。

【００１２】上記スペーサの表面に長鎖アルキル基を有
する化合物を結合させる方法としては、例えば、長鎖ア
ルキル基を有する重合体で基材粒子の表面を被覆する方
法、基材粒子表面にラジカル連鎖移動可能な官能基を導
入し、これを基点にして長鎖アルキル基を有する重合単
量体をグラフト重合する方法、基材粒子の表面を構成す
る物質が水酸基等の活性水素を持つ官能基を有する場合
には、基材粒子の表面に長鎖アルキル基を有するアルデ
ヒド、イソシアネート、酸クロライド、シランカップリ
ング剤等を反応させる方法等が挙げられる。

【００１３】上記スペーサの形状としては２枚の基板間
に挟み込まれた際に、一定の間隔を維持することができ
るものであれば特に限定されず、例えば、真球形状、楕
円球形状、円柱形状等が挙げられる。上記スペーサが真
球形状である場合には、その粒子径の好ましい下限は
０．１μｍ、上限は１００μｍである。より好ましい下
限は１μｍ、上限は３０μｍである。上記スペーサが楕
円球形状である場合には、その短直径の好ましい下限は
０．１μｍ、上限は１００μｍである。より好ましい下
限は１μｍ、上限は３０μｍである。更に、長径の短径
に対する比の好ましい下限は１、上限は１０である。よ
り好ましい上限は５である。上記スペーサが円柱形状で
ある場合には、その上下底面の直径の好ましい下限は
０．１μｍ、上限は１００μｍであり、より好ましい下
限は１μｍ、上限は３０μｍである。更に、円柱高さの
上記直径に対する比の好ましい下限は１、上限は１０で
あり、より好ましい上限は５である。

【００１４】本発明においては、湿式散布方式によりス
ペーサの散布を行う。湿式散布方式によりスペーサの散
布を行うには、まず、スペーサを溶媒に分散させて散布
液を調製する。上記溶媒としては、安定的に静電霧化が
行える比誘電率を有し、かつ、分散後に速やかに蒸発す
る性質を有するものであれば特に限定されず、例えば、
メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロ
パノール、１−ブタノール、２−ブタノール、イソブタ
ノール、ｔ−ブタノール、１−ペンタノール、２−ペン
タノール、３−ペンタノール、２−メチル−１−ブタノ
ール、イソアミルアルコール等のアルコール類；テトラ
ヒドロフラン、ジオキサン、トリオキサン等のエーテル
類；ギ酸メチル、ギ酸エチル、ギ酸プロピル、酢酸メチ
ル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル等のエステ
ル類；アセトン、メチルエチルケトン、２−ペンタノ
ン、３−ペンタノン、ブチルメチルケトン等のケトン
類；純水、アセトニトリル、トルエン、キシレン等が挙
げられる。上記溶媒は単独で用いてもよく、２種以上が
併用されてもよい。比誘電率の好ましい下限は１０
^−１０Ω^−１・ｍ^−１、上限は１０^−５Ω^−１・ｍ^−１
である。

【００１５】これらのなかでも、安全性、毒性、刺激
性、臭気等の点で取扱いが容易なことから、アルコール
類と純水との混合溶媒が好ましく、水に対するアルコー
ルの体積比として、その混合比の好ましい下限は５体積
％、上限は９５体積％である。より好ましい下限は２０
体積％、上限は７０体積％である。

【００１６】上記溶媒に分散させるスペーサの割合は特
に限定されないが、例えば、溶媒１００ｍＬに対するス
ペーサの配合量の好ましい下限は０．１ｇ、上限は３０
ｇである。スペーサの配合量が０．１ｇ未満であると、
散布する際に散布効率が低下することがあり、３０ｇを
超えると、分散溶媒の流動性が低下することがある。

【００１７】上記散布液の調製方法としては、例えば、
溶媒にスペーサを配合した後、攪拌機により混合する方
法、超音波により分散させる方法、両者を同時に行って
分散を促進させる方法等が挙げられる。

【００１８】本発明においては、湿式散布方式によりス
ペーサの散布を行う際に、散布ノズルに電圧を印加する
静電散布法を用いる。なお、本明細書において、散布ノ
ズルとは、スペーサを分散した散布液と霧化させるため
のガスとが接触する部分から液滴となって噴霧されるノ
ズル先端までの部分を意味する。上記散布ノズルは、
鉄、アルミニウム、ＳＵＳ等の金属製、又は、導電性物
質で被覆されているものであることが好ましく、例え
ば、市販の金属スプレーガン、霧化ノズル、静電ハンド
ガン等を用いることができる。

【００１９】上記スペーサを散布する際に散布ノズルに
印加する電圧は、上記スペーサを無帯電化する正又は負
の電圧である。上記電圧は、スペーサの帯電量を打ち消
すような、逆極性からなるものであり、スペーサが負に
帯電していれば、正の電圧が印加され、スペーサが正に
帯電していれば、負の電圧が印加される。上記無帯電化
により、散布時におけるスペーサ同士の凝集及び散布ボ
ックスの壁面への電気誘導が抑制され、基板上でのスペ
ーサ凝集不良を大幅に低減できる。

【００２０】上記無帯電化は、散布ノズルにのみ電圧を
印加することにより行われることが好ましい。上記散布
ノズルに印加される電圧の絶対値の好ましい下限は０．
７５ｋＶ、上限は１．７５ｋＶである。０．７５ｋＶ未
満であると、スペーサを充分に無帯電化することができ
ないことがある。１．７５ｋＶを超えると、長時間の散
布により、スペーサが散布ボックス壁面に電気誘導され
て著しく付着することがある。正又は負の０．７５〜
１．７５ｋＶの電圧は、静電霧化法において散布ノズル
に印加する電圧としては非常に微弱な電圧であり、散布
ノズルのヘッド部に絶縁キャップ等をつけるような簡便
な方法で絶縁破壊の防止ができ、粉塵爆発に対する安全
性が高い。

【００２１】上記スペーサを基板上に散布する際の好ま
しい散布密度の下限は１０個／ｍｍ^２、上限は１０００
個／ｍｍ^２である。１０個／ｍｍ^２未満であると、セル
ギャップが均一にならないことがあり、１０００個／ｍ
ｍ^２を超えると、スペーサの存在により液晶表示装置の
コントラストが低下することがある。より好ましい下限
は５０個／ｍｍ^２であり、上限は５００個／ｍｍ^２であ
る。

【００２２】本発明の液晶表示素子の製造方法を実施す
るには、例えば、散布ノズルに電圧を印加する静電霧化
法を用いて湿式散布方式によりスペーサを基板上に散布
するスペーサ散布装置であって、散布ノズルのみに絶対
値が０．７５〜１．７５ｋＶである正又は負の電圧を印
加することができる電源ユニットを有するスペーサ散布
装置を用いることができる。このようなスペーサ散布装
置もまた、本発明の１つである。

【００２３】図１は、本発明で用いるスペーサ散布装置
の１実施形態を模式的に示す概略図である。図１に示す
ように、散布ノズル２には、高圧トランス４からの配線
が接続され、上方からスペーサが分散している散布液が
流入するように構成されている。散布液の散布は、散布
ノズル２先端を開放すると同時に、上方から流入する散
布液が窒素ガスにて吸引されて霧化し、基板６を覆う形
状の散布ボックス５内に噴霧されることによって行うこ
とができる。散布液の無帯電化は、高圧トランス４から
電圧が散布ノズル２に印加され、下方に存在する対極と
なる基板６がアースされていることにより、基板６と散
布ノズル２との間に電圧がかかり、液滴中のスペーサの
表面電荷を中和することによって行うことができる。

【００２４】上記スペーサ散布装置では、散布液の調製
は、図２にその断面を示す、内周に分散板８を有するビ
ーカー７内にて攪拌することにより行うことができる。
内周に分散板８を有することで、ビーカー７内で乱流が
生じ、散布液のスペーサ濃度等をより均一にすることが
できる。散布液の散布ノズル２への供給は、供給用の流
路１を通じて、マグネットポンプにて散布液を低圧循環
させることにより行うことができる。更に、ある一定の
タイミングで高圧循環による供給用の流路１のクリーニ
ングを行い、沈降したスペーサ及び高濃度状態になった
散布液を再度ビーカー内に戻し、再分散できることが好
ましい。また、散布ノズル２の上方で、針状の弁を高速
で上下動させて液滴に振動を与えることにより、スペー
サ同士の液滴内での凝集を低減でき、更に散布液の循環
量が変動しても安定した吐出が可能となる。散布ボック
ス５と散布ノズル２とは絶縁破壊を起こさない程度に間
隔を開けるか、セラミックや非導電性樹脂等で絶縁して
おくことが好ましい。また、この散布ボックス５自体の
温度を調整することにより、散布ボックス５内の温度を
任意に調整し、散布液の乾燥を制御できるようにしても
よい。

【００２５】

【実施例】以下に実施例を掲げて本発明を更に詳しく説
明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるもの
ではない。

【００２６】（実験例１） （１）スペーサの作製 粒子径６．７μｍのスペーサ用の基材粒子（積水化学工
業社製、ミクロパールＫＢＳ−５０６７９−ＲＸ）５重
量部を、イオン交換水９５重量部とヒドロキシエチルメ
タクリレート１０重量部とからなる水溶液に投入し、ソ
ニーケータにより分散させた後、均一に攪拌を行った。
次にこの系に窒素ガスを導入し、３０℃にて３時間攪拌
を続けた後、１Ｎの硝酸水溶液により調製した０．１モ
ル／Ｌの硝酸第二セリウムアンモニウム溶液を添加し、
５時間反応させた。重合反応終了後、反応液を取り出
し、３μｍのメンブレンフィルターにて、粒子と反応液
とを濾別した。この粒子をエタノール及びアセトンにて
充分洗浄し、真空乾燥機により減圧乾燥を行った。更
に、得られた粒子１０重量部を、トルエン６０重量部と
トリエチルアミン１重量部とからなる溶液に投入し、ソ
ニーケータにより充分に分散させた後、均一に攪拌を行
った。次いでステアリル酸クロライド４重量部をトルエ
ン１０重量部に溶かした液を系に滴下し、続いてこの系
を８０℃に昇温し、攪拌しながら５時間反応させた。重
合反応終了後、反応液を取り出し、３μｍのメンブレン
フィルターにて粒子と反応液とを濾別した。得られた粒
子をトルエンとメタノールにて充分に洗浄し、真空乾燥
機により減圧濾過を行い、液晶表示装置用のスペーサと
した。

【００２７】（２）散布液の調製 イソプロピルアルコール：水＝１：１の混合液中に、上
記スペーサを２重量％となるように加え、これを超音波
により分散し、散布液とした。

【００２８】（３）スペーサの散布 スペーサの散布は、図１に示したスペーサ散布装置を用
いて行った。上記スペーサ散布装置は、散布ボックス５
と、導電性の材質からなりリークしないように絶縁キャ
ップ３で固定されている散布ノズル２を有し、高圧トラ
ンス４により散布ノズル２にのみ−２〜＋５ｋＶの電圧
を印加し、基板６上にスペーサを散布した。散布は各電
圧において、それぞれ１００回ずつ行った。即ち、それ
ぞれの電圧において１００枚の基板にスペーサを散布し
た。

【００２９】（４）評価 基板６上でのスペーサの単粒子率、散布ノズル２及び散
布ボックス５へのスペーサの付着度により、スペーサの
分散性を評価した。評価基準を以下に示す。 ＜スペーサの単粒子率＞ ○：９０％以上 △：８５％以上〜９０％未満 ×：８５％未満 ＜散布ノズル及び散布ボックスへのスペーサの付着度＞ ○：ほとんど付着が見られなかった △：若干の付着が見られた ×：はっきりと付着が見られた 結果を表１に示した。

【００３０】

【表１】

【００３１】表１に示したように、−１．７５〜−１．
００ｋＶの範囲でほぼ無帯電化することができ、良好な
結果が得られた。−１．２５ｋＶ印加したときに、散布
５０回後及び散布１００回後共に単粒子率が高く、散布
ノズル、散布ボックスへのスペーサの付着度も低い、最
も良好な結果が得られた。正の電圧を印加した場合、散
布初期（散布５０回後まで）では、印加電圧が＋１ｋＶ
以上で単粒子率が良好であった。しかしながら、１００
回散布時では、印加電圧が＋１．５ｋＶ以上で散布ボッ
クスの壁面へのスペーサの付着量が増加し、単粒子率が
低下した。特に＋５ｋＶ印加した場合、散布ボックスの
全面に著しくスペーサが付着した。長時間散布し続けた
ことで、散布ボックス内で浮遊していたスペーサが散布
ボックスの壁面に電気誘導され、壁面でスペーサが凝集
したためと考えられる。負の電圧を印加した場合、正の
電圧を印加した場合と傾向は類似していたが、スペーサ
の表面が正に帯電していたため、より良好な結果であっ
た。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、散布液におけるスペー
サの高分散性を確保し、散布ボックス壁面へのスペーサ
の付着を防止して、スペーサを凝集させることなく均一
に基板上に配置することができ、更に絶縁破壊や粉塵爆
発に対する安全性を飛躍的に向上させることができる液
晶表示装置の製造方法及びその方法に用いられるスペー
サ散布装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のスペーサ散布装置を模式的に示した図
である。

【図２】ビーカー７の底面に平行な面における断面を示
す図である。

【符号の説明】

１ 散布液供給用の流路 ２ 散布ノズル ３ 絶縁キャップ ４ 高圧トランス ５ 散布ボックス ６ 基板 ７ ビーカー ８ 分散板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野村 茂 滋賀県甲賀郡水口町泉1259 積水化学工業 株式会社内 (72)発明者 高橋 徹 滋賀県甲賀郡水口町泉1259 積水化学工業 株式会社内 (72)発明者 太田 純史 大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ 株式会社内 (72)発明者 吉水 敏幸 大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ 株式会社内 (72)発明者 福谷 博嗣 大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ 株式会社内 (72)発明者 小山 佳英 大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ 株式会社内 (72)発明者 小林 芳樹 埼玉県入間市豊岡２丁目７番29号 (72)発明者 安川 雅彦 長野県岡谷市神明町３−21−８ Ｆターム(参考） 2H089 LA07 NA09 NA11 NA60 QA12 QA14 QA16 4D075 AA09 DA06 DB13 DC24 EA02 EB01 EB05 EB13 EB15 EB18 EB22 EB31 EB32 EB33 EB35 EB38 EB39 4F034 AA01 BA36 CA11

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも、長鎖アルキル基を有する化
   合物が表面に結合しているスペーサを、散布ノズルに電
   圧を印加する静電霧化法を用いて湿式散布方式により基
   板上に散布する工程を有する液晶表示装置の製造方法で
   あって、前記散布ノズルに印加する電圧は、前記スペー
   サを無帯電化する正又は負の電圧であることを特徴とす
   る液晶表示装置の製造方法。
2. 【請求項２】 絶対値が０．７５〜１．７５ｋＶで、ス
   ペーサの帯電とは逆極性であり、スペーサの帯電量を打
   ち消す正又は負の電圧を、散布ノズルのみに印加するこ
   とを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置の製造方
   法。
3. 【請求項３】 散布ノズルに電圧を印加する静電霧化法
   を用いて湿式散布方式によりスペーサを基板上に散布す
   るスペーサ散布装置であって、前記散布ノズルのみに絶
   対値が０．７５〜１．７５ｋＶである正又は負の電圧を
   印加することができる電源ユニットを有することを特徴
   とするスペーサ散布装置。