JP2006091195A - カラムスペーサ - Google Patents

Abstract

【課題】 使用時にバックライトによる発生する熱によって液晶が加熱されて膨張した場合であっても、重力不良による色ムラが発生することがなく、液晶の温度変化に伴う膨張又は収縮に対する追従性に優れ、耐久性に優れた液晶表示素子とすることができるカラムスペーサ、及び、該カラムスペーサを用いてなる液晶表示素子を提供する。
【解決手段】 液晶表示素子に用いられるカラムスペーサであって、２５〜１００℃の温度範囲における線膨張係数が１×１０^−４〜５×１０^−４／℃あるカラムスペーサ。
【選択図】 なし

Description

本発明は、使用時にバックライトによる発生する熱によって液晶が加熱されて膨張した場合であっても、重力不良による色ムラが発生することがなく、耐久性に優れた液晶表示素子を得ることができるカラムスペーサ、及び、該カラムスペーサを用いてなる液晶表示素子に関する。

一般に、液晶表示素子は、２枚のガラス基板の間隙を一定に維持するためのスペーサを具備し、これらの他に透明電極や偏光板及び液晶物質を配向させる配向層等から構成されている。現在スペーサとしては、主に粒子径が数μｍ程度の微粒子スペーサが用いられている。しかし、従来の液晶表示素子の製造方法では、ガラス基板上に微粒子スペーサをランダムに散布していたことから、画素部内に微粒子スペーサが配置されてしまうことがあった。画素部内に微粒子スペーサがあると、スペーサ周辺の液晶配向の乱れから光が漏れて画像のコントラストが低下したりする等、画像品質を低下させることがあるという問題がある。これに対して、微粒子スペーサが画素部に配置されないような微粒子スペーサの配置方法が種々検討されているが、いずれも操作が煩雑であり実用性に乏しいものであった。

また、近年、液晶表示素子の生産性を上げるために、ワンドロップフィル法（Ｏｎｅ Ｄｒｏｐ Ｆｉｌｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ：ＯＤＦ法）が提案されている。この方法は、ガラス基板の液晶封入面上に、所定量の液晶を滴下し、もう一方の液晶パネル用基板を真空下で所定のセルギャップを維持できる状態で対峙させ、貼り合わせることにより液晶表示素子を製造する方法である。この方法によれば、従来の方法に比べて液晶表示素子が大面積化し、セルギャップが狭小化しても、液晶の封入が容易であることから、今後はＯＤＦ法が液晶表示素子の製造方法の主流になると考えられる。
しかし、ＯＤＦ法において微粒子スペーサを用いると、液晶の滴下時、又は、対向基板の貼り合わせ時に散布した微粒子スペーサが液晶の流動とともに流されて、基板上における微粒子スペーサの分布が不均一となる問題が生じる。微粒子スペーサの分布が不均一になると、液晶セルのセルギャップにバラツキが生じ、液晶表示に色ムラが発生してしまうという問題があった。

これに対して、従来の微粒子スペーサに代って、液晶基板上にフォトリソグラフの手法によってセルギャップを均一保持するための凸型パターンを形成したカラムスペーサが提案され、実用化されるようになってきている（例えば、特許文献１、特許文献２等）。
このようなカラムスペーサを用いれば、画素部内にスペーサが配置されてしまう問題や、ＯＤＦ法においてスペーサムラが生じてしまう問題を解決することができる。

しかしながら、カラムスペーサを用いてＯＤＦ法により製造した大型液晶表示素子においては、表示装置の使用中に液晶セル内の液晶が下方へ流動することにより、表示パネルの上半面と下半面において色ムラが生じる「重力不良」と呼ばれる欠陥が発生することがあり、大きな問題となっていた。この「重力不良」の現象は、バックライトより発生する熱によって液晶セル内の液晶が膨張してセルギャップを押し広げ、その際にカラムスペーサから基板が浮き上がってしまい、このスペーサによって保持されなくなった体積分の液晶が重力によって下方への流動することにより生じると考えられる。

特開２００１−９１９５４号公報 特開２００１−１５９７０７号公報

本発明は、上記現状に鑑み、使用時にバックライトによる発生する熱によって液晶が加熱されて膨張した場合であっても、重力不良による色ムラが発生することがなく、耐久性に優れた液晶表示素子を得ることができるカラムスペーサ、及び、該カラムスペーサを用いてなる液晶表示素子を提供することを目的とする。

本発明は、液晶表示素子に用いられるカラムスペーサであって、２５〜１００℃の温度範囲における線膨張係数が１×１０^−４〜５×１０^−４／℃あるカラムスペーサである。
以下に本発明を詳述する。

本発明者らは、鋭意検討の結果、カラムスペーサの線膨張係数を液晶表示素子に使用する液晶の線膨張係数に近い所定の範囲内となるようにすることで、「重力不良」による色ムラが生じることのない液晶表示素子とすることができることを見出し、本発明を完成させた。
これは、従来、液晶表示素子に使用されていた液晶は、２５〜１００℃の温度範囲における線膨張係数が７×１０^−４／℃程度であるのに対し、カラムスペーサは、２５〜１００℃の温度範囲における線膨張係数が６×１０^−５／℃程度と小さく、両者の線膨張係数には大きな差があったため、液晶がバックライトより発生する熱によって加熱されて膨張した場合に、カラムスペーサが追随して膨張するとことができず、その結果、カラムスペーサから基板が浮き上がって「重力不良」が生じていたものと考えられる。これに対して、カラムスペーサの線膨張係数を液晶の線膨張係数に近い所定の範囲内とすることで、バックライトより発生する熱によって液晶が加熱されて膨張した場合に、カラムスペーサが液晶の膨張に追随して膨張するため、カラムスペーサから基板が浮き上がることがなく「重力不良」による色ムラが生じることがないものと考えられる。即ち、本発明のカラムスペーサは、液晶の温度変化に伴う膨張又は収縮に追随して膨張又は収縮するため、液晶表示素子の使用中にカラムスペーサから基板が浮き上がり、これらの間に隙間が形成されることがない。

本発明のカラムスペーサは、２５〜１００℃の温度範囲における線膨張係数の下限が１×１０^−４／℃であり、上限が５×１０^−４／℃である。１×１０^−４／℃未満であると、液晶表示素子に使用する液晶の線膨張係数との差が大きくなり、本発明のカラムスペーサが、液晶が加熱又は冷却されることによる膨張又は収縮に対する追従性が不充分になり、重力不良による色ムラが生じてしまう。５×１０^−４／℃を超えるのは、樹脂組成物を用いてなるカラムスペーサとしては、非現実的である。好ましい下限は２×１０^−４／℃、好ましい上限は４×１０^−４／℃である。

本明細書において、上記線膨張係数は、カラムスペーサを２５〜１００℃の温度範囲内で加熱、冷却した際のカラムスペーサの高さの変化を原子間力顕微鏡により測定することにより求められる、カラムスペーサの高さ方向における線膨張係数である。
具体的には、例えば、厚さ０．７ｍｍのＩＴＯ付きガラス基板のＩＴＯ面上に、２０μｍ角の開口を有するマスクを使用して、高さ約４μｍのカラムスペーサを形成し、加熱・冷却が可能なステージ上で基板の表面温度を２５〜１００℃に制御しながら原子間力顕微鏡により、基板面とカラムスペーサの上面との段差を測定することで得られる。昇温過程において、基板の表面温度が２５℃、４０℃、６０℃、８０℃及び１００℃の各温度でのカラムスペーサの高さを測定し、更に、降温過程において、基板の表面温度が８０℃、６０℃、４０℃及び２５℃の各温度でのカラムスペーサの高さを再び測定し、全測定点の近似直線の温度に対する傾きからカラムスペーサの高さ方向における線膨張係数を求めた。
また、本発明のカラムスペーサの線膨張係数の温度範囲を２５〜１００℃としたのは、液晶表示素子を日常的に使用する際の温度範囲、即ち、常温からバックライトからの熱によって加熱される場合を考慮したものである。

本発明のカラムスペーサは、２５℃における１５％圧縮時の弾性係数の好ましい下限は０．２ＧＰａ、好ましい上限は１．０ＧＰａである。０．２ＧＰａ未満であると、軟らかすぎてセルギャップの保持が困難となることがあり、１．０ＧＰａを超えると、硬すぎて基板貼り合わせ時にカラーフィルター層に突入してしまったり、回復に必要な充分な弾性変形が得られなかったりすることがある。より好ましい下限は０．３ＧＰａ、より好ましい上限は０．９ＧＰａであり、更に好ましい下限は０．５ＧＰａ、更に好ましい上限は０．７ＧＰａである。

また、本発明のカラムスペーサは、２５℃において１５％圧縮変形したときの回復率の下限が７０％であることが好ましい。７０％未満であると、得られた液晶表示素子の基板間におけるカラムスペーサが回復しようとする力が弱すぎて、充分な重力不良抑制効果が得られないことがある。より好ましい下限は８０％である。回復率の上限については特に限定されない。
なお、本発明のカラムスペーサの回復率は、以下の方法により測定することができる。

なお、本明細書において「１５％圧縮」とは、カラムスペーサの高さの変形率が１５％となるように圧縮することを意味する。
また、カラムスペーサの弾性係数及び回復率は、以下の方法による圧縮試験により測定したものである。

即ち、まず、基板上に形成したカラムスペーサを１０ｍＮ／ｓの荷重印加速度で圧縮し、初期高さＨ_０の８５％に相当する高さになるまで圧縮する。ここで１０ｍＮの荷重を印加した際のカラムスペーサ高さをＨ_１、Ｈ_０の８５％に相当するカラムスペーサ高さをＨ_２、Ｈ_２に達した時点での荷重をＦとする。次いで、この荷重Ｆを５秒間保持し、定荷重での変形を与えた後、１０ｍＮ／秒の荷重印加速度で負荷を取り除き弾性回復によるカラムスペーサ高さの回復変形を測定する。この間の圧縮変形が最大となった時点のカラムスペーサ高さをＨ_３とし、カラムスペーサの変形を回復する過程における１０ｍＮの荷重印可時のカラムスペーサ高さをＨ_４とする。弾性計数及び回復率は、下記式（１）及び下記式（２）により算出することができる。

弾性係数Ｅ＝Ｆ／（Ｄ×Ｓ） （１）
回復率Ｒ＝（Ｈ_４−Ｈ_３）／（Ｈ_１−Ｈ_３）×１００ （２）
なお、式（１）中、Ｆは荷重（Ｎ）を表し、Ｄはカラムスペーサの高さの変形率を表し、Ｓはカラムスペーサの断面積（ｍ^２）を表す。

このような本発明のカラムスペーサは、カプロラクトン変性された３官能以上の（メタ）アクリレート化合物、アルカリ可溶カルボキシル基含有高分子化合物、及び、光反応開始剤を含有する硬化性樹脂組成物からなることが好ましい。このような硬化性樹脂組成物からなることにより、本発明のカラムスペーサは、上述した圧縮特性を備えたものとなる。なお、本明細書においてカプロラクトン変性とは、（メタ）アクリレート化合物のアルコール由来部位と（メタ）アクリロイルオキシ基との間に、カプロラクトンの開環体又は開環重合体が導入されることを意味し、また、カプロラクトン変性体とは、このようなカプロラクトン変性が施された化合物を意味する。

３官能以上の（メタ）アクリレート化合物をカプロラクトン変性する具体的な方法としては特に限定されず、例えば、触媒の存在下に高温でアルコールとカプロラクトンとを反応
させ、カプロラクトン変性アルコールを合成した後に、このカプロラクトン変性アルコールと（メタ）アクリル酸とを酸性触媒の存在下脱水溶媒を使用してエステル化反応させる方法や、（メタ）アクリル酸とカプロラクトンとを反応させ、カプロラクトン変性（メタ）アクリル酸を合成した後に、アルコールとエステル化反応させる方法等が挙げられる。なお、本明細書において、（メタ）アクリレート化合物とは、アクリレート化合物及びメタクリレート化合物を意味する。

また、上記３官能以上の（メタ）アクリレート化合物をカプロラクトン変性させる際の変性度としては特に限定されないが、ベースとなる３官能以上の（メタ）アクリレート化合物の官能基数をｎとした場合、３官能以上の（メタ）アクリレート化合物１モルに対して、好ましい下限が０．５ｎモル、好ましい上限が５ｎモル、より好ましい下限がｎモル、より好ましい上限が３ｎモルでカプロラクトンを導入し変性することが好ましい。カプロラクトンの変性量が０．５ｎモル未満であると、カラムスペーサの柔軟性が不充分となることがあり、５ｎモルを超えると、露光時の反応性が低下し、スペーサのパターニングが困難となることがある。
更に、上記カプロラクトン変性された３官能以上の（メタ）アクリレート化合物に加えて、反応性等を調整するためにカプロラクトン変性されていない３官能以上の（メタ）アクリレート化合物を、柔軟性を損なわない範囲で併用してもよい。

上記カプロラクトン変性された３官能以上の（メタ）アクリレート化合物としては特に限定されないが、３官能では、例えば、ペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、トリメチロールエタン（メタ）アクリレートジ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート等のカプロラクトン変性体が好適であり、４官能以上では、ペンタエリスリトールテトラ（メタ）アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトール（メタ）テトラアクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレート等のカプロラクトン変性体が好適である。これらのカプロラクトン変性された３官能以上の（メタ）アクリレート化合物は単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
上記カプロラクトン変性された３官能以上の（メタ）アクリレート化合物は、上述の方法により（メタ）アクリレート化合物をカプロラクトン変性して用いてもよいし、日本化薬社製の「ＫＡＹＡＲＡＤ ＤＰＣＡ−１２０」（カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート）、新中村化学工業社製の「ＮＫエステル ＡＤ−ＴＭＰ−４ＣＬ」（カプロラクトン変性ジトリメチロールプロパンテトラアクリレート）等の市販品を用いてもよい。

上記アルカリ可溶カルボキシル基含有高分子化合物としては特に限定されず、例えば、カルボキシル基含有単官能不飽和化合物と不飽和２重結合を有する単官能化合物とを共重合した共重合体（以下、単に共重合体ともいう）等が挙げられる。

上記カルボキシル基含有単官能不飽和化合物としては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸等が挙げられる。
上記不飽和２重結合を有する単官能化合物としては、例えば、（メタ）アクリル酸メチル、（メタ）アクリル酸エチル、（メタ）アクリル酸プロピル、（メタ）アクリル酸ブチル、（メタ）アクリル酸２−エチルヘキシル、（メタ）アクリル酸ヒドロキシエチル等の（メタ）アクリル酸エステル系単量体、スチレン、α−メチルスチレン、ｐ−メチルスチレン、ｐ−クロロスチレン等の芳香族ビニル系単量体；アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のシアン化ビニル化合物；無水マレイン酸等の不飽和ジカルボン酸無水物；フェニルマレイミド、ベンジルマレイミド、ナフチルマレイミド、ｏ−クロロフェニルマレイミド等の芳香族置換マレイミド；メチルマレイミド、エチルマレイミド、プロピルマレイミ
ド、イソプロピルマレイミド等のアルキル置換マレイミド等が挙げられる。

上記共重合体において、カルボキシル基含有単官能不飽和化合物に起因する成分の比の好ましい下限は１０重量％、好ましい上限は４０重量％である。１０重量％未満であると、アルカリ可溶性を付与することが困難であり、４０重量％を超えると、現像時の膨潤が著しくパターンの形成が困難となることがある。より好ましい下限は１５重量％、より好ましい上限は３０重量％である。

上記共重合体の重量平均分子量としては、アルカリ現像可能であれば特に限定されないが、好ましい下限は５０００、好ましい上限は１０万であり、より好ましい下限は８０００、より好ましい上限は３万である。

上記カルボキシル基含有単官能不飽和化合物と不飽和２重結合を有する単官能化合物とを共重合する方法としては特に限定されず、例えば、ラジカル重合開始剤及び必要に応じて分子量調節剤を用いて、塊状重合、溶液重合、懸濁重合、分散重合、乳化重合等の従来公知の方法により重合する方法が挙げられる。なかでも、溶液重合が好適である。

溶液重合法により上記共重合体を製造する場合の溶媒としては特に限定されず、例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール、グリコール等の脂肪族アルコール類；セロソルブ、ブチルセロソルブ等のセロソルブ類；カルビトール、ブチルカルビトール等のカルビトール類；酢酸セロソルブ、酢酸カルビトール、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等のエステル類；ジエチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類；テトラヒドロフラン等の環状エーテル、シクロヘキサノン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類；ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド等の極性を有する有機溶剤等を用いることができる。
また、懸濁重合、分散重合、乳化重合等の非水系の分散重合により上記共重合体を製造する場合の媒体としては特に限定されず、例えば、ベンゼン、トルエン、ヘキサン、シクロヘキサン等の液状の炭化水素や、その他の非極性の有機溶剤等を用いることができる。

上記共重合体を製造する場合に用いるラジカル重合開始剤としては特に限定されず、例えば、過酸化物、アゾ開始剤等の従来公知のラジカル重合開始剤を用いることができる。重合開始剤の使用量としては、例えば、全単量体成分１００重量部に対して好ましい下限は０．００１重量部、好ましい上限は５．０重量部であり、より好ましい下限は０．５重量部、より好ましい上限は３．０重量部である。

上記分子量調節剤としては、例えば、α−メチルスチレンダイマー、メルカプタン系の連鎖移動剤等を用いることができる。なかでも、炭素数８以上の長鎖アルキルメルカプタンが、臭気や着色の少なさの点で好ましい。

上記硬化性樹脂組成物における上記カプロラクトン変性された３官能以上の（メタ）アクリレート化合物とアルカリ可溶カルボキシル基含有高分子化合物との配合比としては特に限定されないが、上記アルカリ可溶カルボキシル基含有高分子化合物１００重量部に対する上記カプロラクトン変性された３官能以上の（メタ）アクリレート化合物の配合量の好ましい下限は２５重量部、好ましい上限は９００重量部である。２５重量部未満であると、充分に光硬化せずにフォトリソグラフィーによりパターンを形成することができないことがあり、９００重量部を超えると、アルカリ現像液への溶解性が不足し、現像性が不充分となることがある。好ましい下限は５０重量部、好ましい上限は５００重量部である。

上記光反応開始剤としては特に限定されず、例えば、ベンゾイン、ベンゾフェノン、ベンジル、チオキサントン及びこれらの誘導体等の従来公知の光反応開始剤を用いることがで
きる。具体的には、例えば、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル、ミヒラーケトン、（４−（メチルフェニルチオ）フェニル）フェイルメタノン、２，２−ジメトキシ−１，２−ジフェニルエタン−１−オン、１−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン、２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニル−プロパン−１−オン、１−（４−（２−ヒドロキシエトキシ）−フェニル）−２−ヒドロキシ−２−メチル−１−プロパン−１−オン、２−メチル−１（４−メチルチオ）フェニル）−２−モルフォリノプロパン−１−オン、２−ベンジル−２−ジメチルアミノ−１−（４−モルフォリノフェニル）−ブタノン−１、ビス（２，４，６−トリメチルベンゾイル）−フェニルフォスフィンオキサイド、ビス（２，６−ジメトキシベンゾイル）−２，４，４−トリメチル−ペンチルフォスフィンオキサイド、２，４，６−トリメチルベンゾイル−ジフェニル−フォスフィンオキサイド、２，４−ジエチルチオキサントン、２−クロロチオキサントン等が挙げられる。これらの光反応開始剤は単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

上記硬化性樹脂組成物における上記光重合開始剤の配合量としては、上記カプロラクトン変性された３官能以上の（メタ）アクリレート化合物１００重量部に対して好ましい下限が０．０１重量部、好ましい上限が５０重量部である。０．０１重量部未満であると、光硬化しないことがあり、５０重量部を超えると、フォトリソグラフィーにおいてアルカリ現像できないことがある。より好ましい下限は０．０５重量部、より好ましい上限は２０重量部である。

上記硬化性樹脂組成物は、酸素による反応障害を軽減するために反応助剤を含有してもよい。このような反応助剤と水素引き抜き型の光反応開始剤とを併用することにより光照射したときの硬化速度を向上させることができる。
上記反応助剤としては、ｎ−ブチルアミン、ジ−ｎ−ブチルアミン、トリエチルアミン、トリエチレンテトラミン、ｐ−ジメチルアミノ安息香酸エチル、ｐ−ジメチルアミノ安息香酸イソアミル等のアミン系；トリ−ｎ−ブチルホスフィン等のホスフィン系；ｓ−ベンジルイソチウロニウム−ｐ−トルエンスルフィネート等のスルホン酸のもの等を用いることができる。これらの反応助剤は単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。

上記硬化性樹脂組成物は、更に、ブロックイソシアネート基を２つ以上有する化合物を含有してもよい。上記ブロックイソシアネート基を２つ以上有する化合物は熱架橋剤として働き、上記硬化性樹脂組成物に熱硬化性を付与することができる。
上記ブロックイソシアネート基を２つ以上有する化合物としては特に限定されず、例えば、トリレンジイソシアネート、４，４−ジフェニルメタンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、メチレンビス（４−シクロヘキシルイソシアネート）、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、及び、これらのオリゴマーからなる多官能イソシアネートを、活性メチレン系、オキシム系、ラクタム系、アルコ−ル系等のブロック剤化合物によりブロック化することにより得られるものが挙げられる。これらのブロックイソシアネート基を２つ以上有する化合物は単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。
このようなブロックイソシアネート基を２つ以上有する熱架橋剤のうち市販されているものとしては、例えば、デュラネート１７Ｂ−６０ＰＸ、デュラネートＥ−４０２−Ｂ８０Ｔ（以上、旭化成ケミカルズ社製）等が挙げられる。

上記硬化性樹脂組成物における上記ブロックイソシアネート基を２つ以上有する化合物の配合量としては、上記アルカリ可溶カルボキシル基含有高分子化合物１００重量部に対して好ましい下限が０．０１重量部、好ましい上限が５０重量部である。０．０１重量部未満であると、充分に熱硬化しないことがあり、５０重量部を超えると、得られる硬化物の架橋度が高くなりすぎて上述の弾性特性を満たさないことがある。より好ましい下限は０
．０５重量部、より好ましい上限は２０重量部である。

上記硬化性樹脂組成物は、粘度を調整するために希釈剤により希釈してもよい。上記希釈剤としては、上記硬化性樹脂組物との相溶性、塗工方法、乾燥時の膜均一性、乾燥効率等を考慮して選択すればよく特に限定されないが、上記硬化性樹脂組成物をスピンコーター、スリットコーターを用いて塗工する場合には、例えば、メチルセルソルブ、エチルセルソルブ、エチルセルソルブアセテート、ジエチレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、イソプロピルアルコール等の有機溶媒が好適である。これらの希釈剤は単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

上記硬化性樹脂組成物は、必要に応じて、基板との密着性を向上するためのシランカップリング剤等の従来公知の添加剤を含有してもよい。

このような硬化性樹脂組成物からなる本発明のカラムスペーサを製造する方法としては特に限定されず、例えば、以下に挙げる方法が挙げられる。
即ち、まず、上記カプロラクトン変性された３官能以上の（メタ）アクリレート化合物、アルカリ可溶カルボキシル基含有高分子化合物、光反応開始剤、ブロックイソシアネート基を２つ以上有する化合物、及び、必要に応じて使用する希釈剤等を従来公知の方法により混合して上記硬化性樹脂組成物を調製する。

次に、調製した硬化性樹脂組成物を所定の厚さになるように基板上に塗工して被膜を形成させる。塗工の方法としては特に限定されず、例えば、スピンコート、スリットコート、スプレーコート、ディップコート、バーコート等の従来公知の塗工法を用いることができる。

次いで、得られた被膜上に、所定のパターンが形成されたマスクを介して、紫外線等の活性光線を照射する。これにより、光照射部においては、上記硬化性樹脂組成物中に含まれるカプロラクトン変性された３官能以上の（メタ）アクリレート化合物と光反応開始剤とが反応して光硬化する。これをアルカリ現像すれば、基板上に光硬化した上記硬化性樹脂組成物からなる所定のパターンの本発明のカラムスペーサを製造することができる。
なお、上記硬化性樹脂組成物がブロックイソシアネート基を２つ以上有する化合物を含有する場合には、更に加熱することにより、含有されるアルカリ可溶カルボキシル基含有高分子化合物とブロックイソシアネート基を２つ以上有する化合物とが反応する。

本発明のカラムスペーサの高さをセルギャップより若干高くなるように設計して、ＯＤＦ法等の従来公知の方法により製造することにより、重力不良による色ムラが生じることのない液晶表示素子が得られる。
本発明のカラムスペーサを用いてなる液晶表示素子もまた、本発明の１つである。

本発明によれば、使用時にバックライトによる発生する熱によって液晶が加熱されて膨張した場合であっても、重力不良による色ムラが発生することがなく、耐久性に優れた液晶表示素子を得ることができるカラムスペーサ、及び、該カラムスペーサを用いてなる液晶表示素子を提供することができる。

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。

（実施例１）
（１）アルカリ可溶カルボキシル基含有高分子化合物の重合
３Ｌ容のセパラブルフラスコに、溶媒としてジエチレングリコールジメチルエーテル（ＤＭＤＧ）６０重量部を仕込み、窒素雰囲気下にて９０℃に昇温した後、メタクリル酸メチル１０重量部、メタクリル酸８重量部、メタクリル酸ｎ−ブチル１２重量部、メタクリル酸ヒドロキシエチル１０重量部、アゾビスバレロニトリル０．４重量部、及び、ｎ−ドデシルメルカプタン０．８重量部を３時間かけて連続的に滴下した。その後、９０℃にて３０分間保持した後、温度を１０５℃に昇温し、３時間重合を継続し、アルカリ可溶カルボキシル基含有高分子化合物を得た。
得られたアルカリ可溶カルボキシル基含有高分子化合物をサンプリングし、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー（ＧＰＣ）にて分子量を測定したところ、重量平均分子量（Ｍｗ）は約２００００であった。

（２）硬化性樹脂組成物の調製
得られたアルカリ可溶カルボキシル基含有高分子化合物１００重量部、カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート（日本化薬社製、ＫＡＹＡＲＡＤ ＤＰＣＡ−１２０）８０重量部、光反応開始剤１（チバスペシャリティケミカルズ社製、イルガキュアー９０７）１０重量部、光重合開始剤２（日本化薬社製、ＤＥＴＸ−Ｓ）１０重量部、熱架橋剤（旭化成ケミカルズ社製、デュラネート１７Ｂ−６０ＰＸ）８重量部、及び、溶剤としてジエチレングリコールジメチルエーテル６０重量部を混合してカラムスペーサ用硬化性樹脂組成物を調製した。

（３）カラムスペーサの作製
透明導電膜が形成されたガラス基板上に得られたカラムスペーサ用硬化性樹脂組成物をスピンコートにより塗布し、８０℃、３分間乾燥して塗膜を得た。得られた塗膜に、３０μｍ角のドットパターンマスクを介して２００ｍＪ／ｃｍ^２のし紫外線を照射した後、０．０４％ＫＯＨ溶液により６０秒間現像し、純水にて３０秒間洗浄してカラムスペーサのパターンを形成した。２２０℃、１時間のベーキング処理を行った後、カラムスペーサの断面積は３０μｍ×３０μｍ（９００μｍ^２）、高さは４．５μｍであった。

（４）液晶表示素子の製造
得られたカラムスペーサが形成されたガラス基板上に、シール剤（積水化学工業社製）を長方形の枠を描く様にディスペンサーで塗布した。続いて、液晶（チッソ社製、ＪＣ−５００４ＬＡ）の微小滴をガラス基板の枠内全面に滴下塗布し、すぐに他方のガラス基板を重ねあわせてシール部に高圧水銀ランプを用い紫外線を５０ｍＷ／ｃｍ^２で６０秒照射した。その後、液晶アニールを１２０℃にて１時間行い熱硬化させ、液晶表示素子を作製した。

（実施例２）
実施例１で得られたアルカリ可溶カルボキシル基含有高分子化合物１００重量部、カプロラクトン変性ジトリメチロールプロパンテトラアクリレート（新中村化学工業社製、ＮＫエステル ＡＤ−ＴＭＰ−４ＣＬ）８０重量部、光反応開始剤（チバスペシャリティケミカルズ社製、イルガキュアー３６９）１５重量部、熱架橋剤（旭化成ケミカルズ社製、デュラネートＥ−４０２−Ｂ８０Ｔ）８重量部、及び、溶剤としてジエチレングリコールジメチルエーテル６０重量部を混合して硬化性樹脂組成物を調製した。
得られた硬化性樹脂組成物を用いた以外は実施例１と同様の方法により、カラムスペーサ及び液晶表示素子を得た。

（比較例１）
実施例１で得られたアルカリ可溶カルボキシル基含有高分子化合物１００重量部、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート（共栄社化学社製、ＤＰＥ−６Ａ）８０重量部、光
反応開始剤（チバスペシャリティケミカルズ社製、イルガキュアー３６９）１５重量部、熱架橋剤（旭化成ケミカルズ社製、デュラネートＥ−４０２−Ｂ８０Ｔ）８重量部、及び、溶剤としてジエチレングリコールジメチルエーテル６０重量部を混合して硬化性樹脂組成物を調製した。
得られた硬化性樹脂組成物を用いた以外は実施例１と同様の方法により、カラムスペーサ及び液晶表示素子を得た。

（評価）
実施例１、２及び比較例１で得られたカラムスペーサ及び液晶表示素子について以下の方法により評価を行った。
結果を表１に示した。

（１）カラムスペーサの評価
実施例１、２及び比較例１で得られたカラムスペーサが形成されたガラス基板を、加熱・冷却が可能なステージ上に載置し、２５℃から１００℃までの昇温過程において、ガラス基板の表面温度が２５℃、４０℃、６０℃、８０℃及び１００℃の各温度でのカラムスペーサの高さを原子間力顕微鏡で測定し、更に、１００℃から２５℃までの降温過程において、ガラス基板の表面温度が８０℃、６０℃、４０℃及び２５℃の各温度でのカラムスペーサの高さを再び測定し、全測定点の近似直線の温度に対する傾きからカラムスペーサの高さ方向における線膨張係数を求めた。

（２）液晶表示素子の評価
液晶表示素子を点灯表示し、セルギャップの均一性を表示画面を目視にて観察して、以下の基準により評価した。
また、液晶表示素子を垂直に立てた状態で、６０℃の条件下にて２日間放置した。放置後、目視により表示画像を観察し、重力不良の発生について以下の基準により評価した。
セルギャップの評価
〇：均一
×：色ムラあり
重力不良の評価
〇：均一
×：色ムラあり

本発明によれば、使用時にバックライトによる発生する熱によって液晶が加熱されて膨張した場合であっても、重力不良による色ムラが発生することがなく、耐久性に優れた液晶表示素子を得ることができるカラムスペーサ、及び、該カラムスペーサを用いてなる液晶表示素子を提供できる。

Claims (3)

1. 液晶表示素子に用いられるカラムスペーサであって、２５〜１００℃の温度範囲における線膨張係数が１×１０^−４〜５×１０^−４／℃あることを特徴とするカラムスペーサ。
2. カプロラクトン変性された３官能以上の（メタ）アクリレート化合物、アルカリ可溶カルボキシル基含有高分子化合物、及び、光反応開始剤を含有する硬化性樹脂組成物からなることを特徴とする請求項１記載のカラムスペーサ。
3. 請求項１又は２記載のカラムスペーサを用いてなることを特徴とする液晶表示素子。