JP2008134627A - スペーサ粒子分散液、液晶表示装置の製造方法及び液晶表示装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】スペーサ粒子と溶剤とを含有し、インクジェット装置を用いて基板上の任意の位置に前記スペーサ粒子を配置する際に用いられるスペーサ粒子分散液であって、前記スペーサ粒子の表面電位が−3mV以上であるスペーサ粒子分散液。
【選択図】なし
Description
また、透明基板201及び202は、その外表面に偏光板210、211がそれぞれ配置されており、それぞれの外周縁近傍においてシール材212を介して接合されている。
更に、TFT液晶表示装置においては、基板上にTFT素子が配置されているが、このTFT素子上にスペーサ粒子が配置されたときに、基板に圧力が加わると、素子が破損することがあった。
スペーサ粒子を非画素領域、すなわち特定の位置のみに配置する方法として、例えば、特許文献1には、スペーサを配置させる部分にマスクの開口部を合致させた後、マスクを通してスペーサを散布する方法が示されている。また、例えば、特許文献2には、感光体に静電的にスペーサを吸着させた後、透明基板にスペーサを転写する方法が示されている。
更に、特許文献3には、基板上の画素電極に電圧を印加し、帯電させたスペーサを散布することで、静電的斥力によってスペーサを特定の位置に配置する液晶表示装置の製造方法が示されている。
しかしながら、これらの方法によれば、スペーサがランダムに散布され画素領域にも配置されることになり、スペーサの光抜け等で表示品位が悪化することとなる。このような問題が起こらないようにするためにスペーサの表面のアミノ基以外の官能基は、長鎖アルキル基等の疎水性の官能基が主成分となっているが、このようなスペーサはインクジェット方式において、特定の位置に配置するために必要な親水性の高い溶剤混合物には分散しないという問題があった。
以下、本発明を詳述する。
上記スペーサ粒子は、その表面電位が−3mV以上である。このようなスペーサ粒子を含有する本発明のスペーサ粒子分散液は、後述するインクジェット装置を用いて吐出すると、スペーサ粒子がインクジェット装置内で凝集したり装置内部の接液部に付着したりすることを防止することができる。これは、後述するように、本発明のスペーサ粒子分散液を吐出するインクジェット装置の接液部材としては金属が使用されることが多く、正電位の表面電位を持つことが多くなるため、上記スペーサ粒子の表面電位が−3mV以上であると、上記スペーサ粒子がインクジェット装置の接液部材と電気的に反発し付着することがなく、吐出が不安定になる問題が発生することがなくなるものである。なお、上記スペーサ粒子の表面電位は、僅かに負電位の場合もあるが、実際にはスペーサ粒子の表面電位が僅かに負電位であっても大きく逆(負)帯電していなければ付着を防止することができる。
上記非アニオン性親水基の含有量としては特に限定されないが、好ましい範囲は0.1〜80重量%、より好ましい範囲は0.1〜50重量%、更に好ましい範囲は0.3〜10重量%である。
上記弱アニオン性親水基を有する重合性単量体を用いることにより、スペーサ粒子分散液においてインク溶剤中へのスペーサ粒子の分散性を向上させることができる。
上記非アニオン性親水基を有する重合性単量体の含有量のより好ましい範囲は0.1〜50重量%、更に好ましい範囲は0.3〜10重量%である。また、上記弱アニオン性親水基を有する重合性単量体の含有量のより好ましい範囲は50〜99.9重量%である。
上記非アニオン性親水基を有する重合性単量体の含有量のより好ましい範囲は0.1〜50重量%、更に好ましい範囲は0.3〜10重量%である。
上記弱アニオン性親水基を有する重合性単量体の含有量のより好ましい範囲は30〜99.5重量%、更に好ましい範囲は50〜99.5重量%である。
上記疎水性官能基を有する重合性単量体の含有量のより好ましい範囲は5〜30重量%である。
含有量をこのような範囲にすることにより、特に疎水性の高い配向膜に対する固着力がより高くなる(スペーサに表面処理を行う方法で、スペーサの表面にグラフト重合を行う場合は、1重量%未満でも(すなわち親水性官能基がほとんどでも)かなりの固着力となるが、疎水基が入るとより強くなるという意味である)。
なかでも、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミドが好適である。
多官能単量体としては、例えば、ジビニルベンゼン、1,6−ヘキサンジオールジ(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、テトラメチロールメタントリ(メタ)アクリレート、テトラメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、ジアリルフタレート及びその異性体、トリアリルイソシアヌレート及びその誘導体、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート及びその誘導体、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(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、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート等のポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート等のポリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリテトラメチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、1,3−ブチレングリコールジ(メタ)アクリレート、2,2−ビス[4−(メタクリロキシエトキシ)フェニル]プロパンジ(メタ)アクリレート等の2,2−ビス[4−(メタクリロキシポリエトキシ)フェニル]プロパンジ(メタ)アクリレート、2,2−水添ビス[4−(アクリロキシポリエトキシ)フェニル]プロパンジ(メタ)アクリレート、2,2−ビス[4−(アクリロキシエトキシポリプロポキシ)フェニル]プロパンジ(メタ)アクリレート等が挙げられる。これら多官能単量体は単独で用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。
なかでも、イソブチル(メタ)アクリレート、メチル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート等が好適である。
上述したように、上記スペーサ粒子の原材料としては、その表面電位が−3mV以上となるものであれば特に限定されず、シリカ等の無機系粒子であってもよく、有機高分子等の有機系粒子であってもよい。なかでも、液晶表示装置の基板上に形成されている配向膜を傷つけない程度の適度な硬度を有し、熱膨張や熱収縮による厚みの変化に追随しやすく、更にセル内部でスペーサ粒子が移動し難いことから、有機系粒子が好ましく使用され、例えば、上記重合性単量体混合物を重合させることにより得ることができる。
K値(N/mm2)=(3/21/2)・F・S−3/2・R−1/2
F:基材粒子の10%圧縮変形における荷重値(N)
S:基材粒子の10%圧縮変形における圧縮変位(mm)
R:基材粒子の半径(mm)
上述したように、上記スペーサ粒子を上記重合性単量体混合物を用いて表面処理する(表面処理層を形成する)場合には、例えば、スペーサ粒子の表面に表面処理層を物理的に付着及び/又は化学的に結合することが考えられる。上記表面処理層は、スペーサ粒子を均一に被覆するものであってもよいし、部分的に被覆するものであってもよい。
本発明において、帯電処理を行う場合は、得られるスペーサ粒子が、そのスペーサ粒子を分散した本発明のスペーサ粒子分散液を吐出するインクジェット装置の接液部材が持つ表面電位と、実質的に反対電荷でない表面電位も持つように、少なくとも反対電位になることを促進しないように帯電処理を行う。
なお、上記帯電可能な処理とは、本発明のスペーサ粒子分散液中でもスペーサ粒子が上述した範囲の表面電位を持つように処理することである。このスペーサ粒子の電位(電荷)は、ゼータ電位測定器等の既存の測定器を用いて、既存の測定方法によって測定される。
本発明のスペーサ粒子分散液は、溶剤を含有する。
上記溶剤としては特に限定されないが、インクジェット装置のノズルから吐出される温度において液体である各種溶剤であることが好ましい。なかでも、水溶性又は親水性の溶剤が好ましい。本発明のスペーサ粒子分散液の溶剤として疎水性の強い溶剤を用いると、ノズルを構成する部材を溶剤が侵したり、部材を接着している接着剤の一部が溶剤に溶解したりすることがある。
また、上記沸点が150℃以上である溶剤の含有量のより好ましい範囲は40〜90重量%である。
具体的には、上記溶剤は、沸点が150℃以上である溶剤、水、及び、沸点が150℃未満の溶剤を含有し、上記沸点が150℃以上である溶剤の含有量が30〜96重量%、上記水及び上記沸点が150℃未満の溶剤の含有量が4〜70重量%であることが好ましい。
また、上記溶剤は、上記沸点が150℃以上である溶剤の含有量が40〜70重量%であることがより好ましい。
また、上記溶剤は、水の含有量が0〜60重量%であることがより好ましく、5〜40重量%であることが更に好ましい。
また、上記溶剤は、上記沸点が150℃未満の溶剤の含有量が2〜40重量%であることがより好ましく、5〜20重量%であることが更に好ましい。
本発明のスペーサ粒子分散液中のスペーサ粒子の固形分濃度の好ましい下限は0.01重量%、好ましい上限は10重量%である。0.01重量%未満であると、吐出された液滴中にスペーサ粒子が含まれないことがあり、10重量%を超えると、インクジェット装置のノズルが目詰まりしやすくなり、また吐出された液滴中に含まれるスペーサ粒子の数が多すぎて、乾燥過程でスペーサ粒子が移動し難くなる。より好ましい下限は0.2重量%、より好ましい上限は7重量%である。なお、本発明のスペーサ粒子分散液中のスペーサ粒子の固形分濃度は、基板上に配置されるスペーサ粒子の配置個数により適宜設定される。
こうすれば、ノズルオリフィス先端で、すなわちメニスカスから溶剤が蒸発した際、スペーサ粒子がノズルオリフィス中で凝集し、吐出しがたくなったり、あるいは、何らかの原因でノズルプレート面に付着した液滴中のスペーサがノズルプレート面に強固に付着し除去しがたくなり、吐出の直進性を損なうなどの問題が発生しにくくなるといった効果もある。
本発明のスペーサ粒子分散液は、保存時(20℃)における粘度が、3mPa・sより大きく、20mPa・s未満であることが好ましい。3mPa・s以下であると、本発明のスペーサ粒子分散液中に分散されているスペーサ粒子が経時に沈降しやすくなるし、低粘度で吐出しにくいヘッドでは、冷却機構をつけて粘度を上げようとしても吐出可能な粘度にならない等の問題が発生する。20mPa・s以上であると、インクジェット装置を用いて吐出する際に、ヘッドを加温し、粘度を下げることのできない種類のヘッドでは吐出できなくなったり、吐出量を制御し難くなったりすることが起こるし、更に吐出性を改善するためにスペーサ粒子分散液を過剰に加温しなければならないことがある。
なお、加温できるヘッドを使用する場合、上記粘度の好ましい上限は100mPa・sである。これは加温できるにせよ、粘度を下げようとあまりに高温にしすぎると、スペーサ粒子分散液やヘッドが劣化するため、60℃程度までしか加温できないためである。なお、より好ましくは、60℃程度の加温で20mPa・s未満である。
すなわちスペーサ粒子分散液の保管時の粘度は、加温冷却等による吐出時の粘度制御をする、あるいは、粘度制御をしない、いずれの場合もヘッドで吐出できる粘度の範囲で、できるだけ高い方が、沈降防止の観点から好ましい。
なお、表面張力は、白金板を使用するウイルヘルミー法や、シリンジから滴下される液滴形状を測定する懸垂液滴法(ペンダントドロップ法)や、最大泡圧法で測定できるが、本発明ではウイルヘルミー法により測定を行った。
本発明では、本発明の効果を阻害しない範囲で、スペーサ粒子分散液中に接着性を付与するための接着成分(接着剤)が添加されていてもよい。また、スペーサ粒子の分散性を高めたり、表面張力や粘度等の物理的な特性を制御して吐出精度を高めたり、乾燥時のスペーサ粒子の移動性能を高めるために、各種の界面活性剤、粘性調整剤などがスペーサ粒子分散液に添加されていてもよい。
上記接着剤は、本発明のスペーサ粒子分散液中に溶解していてもよいし、分散していてもよい。上記接着剤が分散している場合、その分散径は、スペーサ粒子の粒径の10%以下であることが好ましい。
次に、本発明のスペーサ粒子分散液を基板上に吐出するときに用いるインクジェット装置について説明する。
このようなインクジェット装置を用いて上述した本発明のスペーサ粒子分散液を吐出することで、例えば、本発明のスペーサ粒子分散液を用いることで、画素領域と非画素領域とを有し、対向された第1、第2の基板を有する液晶表示装置を好適に製造することができる。
上記インクジェット装置及び本発明のスペーサ粒子分散液を用いて、画素領域と非画素領域とを有し、対向された第1、第2の基板を有する液晶表示装置を製造する方法としては特に限定されないが、例えば、インクジェット装置のノズルから、本発明のスペーサ粒子分散液を、上記第1の基板上に吐出し、上記第1の基板上の非画素領域に対応する領域にスペーサ粒子を配置する工程と、スペーサ粒子が配置された上記第1の基板を、スペーサ粒子を介して対向するように上記第2の基板に重ね合わせる工程と、重ね合わせられた上記第1及び第2の基板間に液晶を注入する、若しくは、上記第1及び第2の基板を重ね合わせる工程の前に上記第1の基板又は第2の基板上に液晶を配置する工程とを備える方法が挙げられる。
このような液晶表示装置の製造方法もまた、本発明の1つである。
上記スペーサ粒子は、ブラックマットリックス等の非画素領域に対応する領域、又は、配線等の非画素領域に対応する領域に配置されれば、配置される部分及び配置パターンは特に限定されない。しかしながら、スペーサ粒子が画素領域にはみ出すのを防止するために、例えば、基板の非画素領域に対応する領域が格子状に形成されている場合には、格子状の非画素領域に対応する領域の縦横交差する格子点を狙ってスペーサ粒子分散液を吐出することがより好ましい。
また、1つの箇所におけるスペーサ粒子の配置個数は、上記の散布密度と配置箇所(配置間隔)によって適宜設定され得るが、一般的には0〜70個程度であることが好ましく、更に好ましくは2〜40個である。
ジビニルベンゼン15重量部と、イソオクチルアクリレート5重量部と、重合開始剤として過酸化ベンゾイル1.3重量部とを、セパラブルフラスコ中で均一に混合した。
次に、ポリビニルアルコール(商品名「クラレポバールGL−03」、クラレ社製)の3%水溶液20重量部と、ドデシル硫酸ナトリウム0.5重量部とを、セパラブルフラスコ中に投入し充分攪拌した。しかる後、イオン交換水140重量部をさらに添加した。この溶液を攪拌しながら窒素気流下、80℃で15時間反応させた。得られた粒子を熱水及びアセトンを用いて洗浄した後、分級操作を行い、平均粒子径が3.0μm、CV値が3.0%であるスペーサ粒子Sを得た。また、この粒子の表面電位は−20mVであった。
(スペーサ粒子A1)
ジメチルスルホキシド(DMSO)20重量部と、ヒドロキシメチルメタクリレート19.8重量部と、N,N−ジメチルアミノエチルアクリレート0.2重量部との混合物中に、得られたスペーサ粒子5重量部を投入し、ソニケータを用いて均一に分散させた。しかる後、反応系に窒素ガスを導入し、40℃で2時間撹拌を続けた。次に、1Nの硝酸水溶液で調製した0.1mol/Lの硝酸第2セリウムアンモニウム溶液1重量部を添加し、5時間反応させた。反応終了後、1μmのメンブランフィルタを用いて、スペーサ粒子と反応液とを濾別した。このスペーサ粒子をエタノール及びアセトンにて充分洗浄し、真空乾燥器にて減圧乾燥を行い、スペーサ粒子A1を得た。なお、この際表面に結合した表面処理層の厚みは100nmであった。また、表面電位は+2mVであった。
ジメチルスルホキシド(DMSO)20重量部と、ヒドロキシメチルメタクリレート19重量部と、N,N−ジエチルアミノエチルアクリレート1重量部との混合物中に、得られたスペーサ粒子5重量部を投入し、ソニケータを用いて均一に分散させた。しかる後、反応系に窒素ガスを導入し、40℃で2時間撹拌を続けた。次に、1Nの硝酸水溶液で調製した0.1mol/Lの硝酸第2セリウムアンモニウム溶液1重量部を添加し、5時間反応させた。反応終了後、1μmのメンブランフィルタを用いて、スペーサ粒子と反応液とを濾別した。このスペーサ粒子をエタノール及びアセトンにて充分洗浄し、真空乾燥器にて減圧乾燥を行い、スペーサ粒子A2を得た。なお、この際表面に結合した表面処理層の厚みは80nmであった。また:表面電位は+30mVであった。
ジメチルスルホキシド(DMSO)20重量部と、ヒドロキシメチルメタクリレート0.5重量部と、ポリエチレングリコールメタクリレート(分子量800)19.5重量部との混合物中に、得られたスペーサ粒子5重量部を投入し、ソニケータを用いて均一に分散させた。しかる後、反応系に窒素ガスを導入し、40℃で2時間撹拌を続けた。次に、1Nの硝酸水溶液で調製した0.1mol/Lの硝酸第2セリウムアンモニウム溶液2重量部を添加し、5時間反応させた。反応終了後、1μmのメンブランフィルタを用いて、スペーサ粒子と反応液とを濾別した。このスペーサ粒子をエタノール及びアセトンにて充分洗浄し、真空乾燥器にて減圧乾燥を行い、スペーサ粒子B1を得た。なお、この際表面に結合した表面処理層の厚みは120nmであった。また、表面電位は−1mVであった。
スペーサ粒子5重量部を、ジメチルスルホキシド(DMSO)20重量部と、ヒドロキシメチルメタクリレート15重量部と、メタクリル酸4重量部と、ラウリルアクリレート1重量部との混合物中に投入し、超音波機を用いて均一に分散させた。しかる後、スペーサ粒子A1と同様にして、スペーサ粒子B2を得た。なお、この際表面に結合した表面処理層の厚みは90nmであった。また、表面電位は−40mVであった。
また、粒子A4B5及びA5B5は、スペーサ粒子SにかえてB5を用いて上述した方法と同様にしてスペーサ粒子を合成した。
得られたスペーサ粒子を所定の粒子濃度になるように必要量をとり、下記表2〜3に示す組成の溶剤中にゆっくり添加し、超音波機を用いて充分撹拌し分散させた。しかる後、10μmの目開きのステンレスメッシュを用いて濾過し、凝集物を除去することによりスペーサ粒子分散液を得た。
なお、実施例及び比較例に用いた溶剤の沸点、表面張力、粘度、比重ならびにスペーサ粒子分散液の表面張力、粘度、比重を測定し表2〜3に示した。
また、スペーサ粒子分散液のステンレスプレートに対する付着、分散状態の変化を下記の方法にて評価したが、その結果も表2〜3に示した。
液晶テストパネル用の基板であるカラーフィルタ基板51と、カラーフィルタ基板51の対向基板である段差が設けられたTFTアレイモデル基板61A、61Bとを用意した。
図7(a)に、カラーフィルタ基板51に用いるブラックマトリックスが設けられたガラス基板を拡大して部分切欠平面図で示す。図7(b)に、カラーフィルタ基板51の一部を拡大して部分切欠正面断面図で示す。
PI2:商品名「サンエバーSE150」,日産化学社製、表面張力(γ):39mN/m
PI3:商品名「サンエバーSE1211」,日産化学社製、表面張力(γ):26mN/m
図8(a)に、TFTアレイモデル基板に用いる段差が設けられたガラス基板を拡大して部分切欠平面図で示す。図8(b)に、TFTアレイモデル基板の一部を拡大して部分切欠正面図で示す。
インクジェットのヘッドとしては、ピエゾ方式のヘッドを用いた。ノズルの口径は40μmで、インク室の接液部が、ガラスセラミックの材料により構成され、共通流路、内部フィルタ、注入口、排出口がSUS316材料により構成されたヘッドを用いた。また、ノズル面はフッ素系の撥水加工が施されているものを用いた。また、供給・配管系においては、チューブにはPTFE製のものを用い、外部フィルタ(ヘッド外の配管途中でヘッドの注入こうの直前に設置するフィルタ、SU316糸による綾畳織のフィルタを使用;1450メッシュ(0.04mm)/165メッシュ(0.07mm))はSUS製のもの、容器は超高分子量PE樹脂製のものを用いた。
スペーサ粒子分散液をTFTアレイモデル基板61A、61Bのいずれか一方の基板にスペーサ粒子を配置する工程に移行した。
インクジェット装置のインク室、共通インク室にスペーサ粒子分散液を導入した後、インクジェット装置のノズルからスペーサ粒子分散液約1mLを排出した後に、スペーサ粒子をすぐに吐出した場合(初期)と、1時間吐出後再導入を行い、インクジェット装置のノズルからスペーサ粒子分散液約1mLを排出した後に、スペーサ粒子の配置を再度吐出した場合(再導入後)とについて、試験を行った。
なお、スペーサ粒子分散液を導入しノズルからスペーサ液を排出した直後のノズルプレート面に付着したスペーサ粒子分散液の大液滴は、シリコン弾性ゴムでできたゴムべらを用い拭き取った。この際、液滴飛翔状態も下記の方法にて測定した。
いずれか一方の基板にスペーサ粒子が配置されたカラーフィルタ基板51と、TFTアレイモデル基板61A又はTFTアレイモデル基板61Bとを、周辺シール剤を用いて貼り合わせた。貼り合わせた後、シール剤を150℃で1時間加熱し、硬化させてセルギャップがスペーサ粒子の粒子径となるように空セルを作製した。しかる後、貼り合わされた2枚の基板間に真空注入法により液晶を充填し、封口剤で注入口封止して液晶表示装置を作製した。
下記の項目について評価を行った。結果を表2〜3に示す。
スペーサ粒子分散液にステンレスプレート(SUS316)を水平方向に寝かした状態で1時間浸漬した。その後スペーサを含まないスペーサ粒子分散液を構成する溶剤混合物に10回以上上下させながら浸漬を繰り返し過剰なスペーサ粒子分散液を除去した。なお、上記の溶剤混合物はスペーサ粒子がある程度の濃度に達する前に適宜新鮮なものに交換した。また超音波は照射せず、浸漬も緩やかにおこなった。最後に観察する前の乾燥を容易に行うためにイソプロパノールに1回浸漬し、その後風乾した。風乾後、200倍の倍率の反射型顕微鏡によりその表面にスペーサが付着しているかどうかを、5視野に付き、観察し、付着の度合いを下記の基準で判定した。なお、1視野は約0.5mm2である。
○:1視野内に付着したスペーサが存在しない。
△:1視野内に付着したスペーサが平均で5個以内。
×:1視野内に付着したスペーサが平均で5個を超える。
スペーサ粒子分散液を、それを構成する同じ組成の混合溶剤にて0.1wt%になるように希釈する。これをスライドガラス上に滴下し直ちにカバーグラスをかけ、透過型顕微鏡にて400倍の倍率でスペーサの分散状態を5視野に付き観察し、分散性の度合いを下記の基準で判定した。
また、同様にして0.05wt%に希釈したスペーサ粒子分散液1g程度を、45℃にて真空乾燥機を利用し減圧乾燥することで約50%の重量にまで濃縮する。濃縮したスペーサ粒子分散液に超音波を1分程度照射し、照射後1分程度放置した後の、スペーサの分散状態を同様にして観察し、分散性の度合いを下記の基準で判定した。なお、この濃縮したスペーサ粒子分散液の分散性にて、乾燥過程で最後まで残存する溶剤に対する分散性とした。
○:1視野内に2個以上が凝集したスペーサ凝集塊が平均で1個以内、かつ、4個以上の凝集塊がない
△:1視野内に2個以上が凝集したスペーサ凝集塊が平均で1個〜10個、かつ、4個以上の凝集塊がない
×:1視野内に2個以上が凝集したスペーサ凝集塊が平均で10個を超える、あるいは4個以上の凝集塊がある
スペーサ粒子分散液をインクジェットヘッドから基板に吐出する前に、別途、ヘッドからスペーサ粒子分散液の液滴が吐出されている状態を観察し、飛行軌跡の直進性や、未吐出ノズルの有無などを調べることで吐出の安定性の評価を行った。飛翔状態の観察は、ヘッドの駆動周波数に同期した周波数で(あるいは分周された周波数(駆動周波数/整数)で)、若干の遅延時間(例60μ秒)を付加した時間に同期させ、発光し、閃光時間の短いストロボを光源として、スペーサ粒子分散液がヘッドから吐出されている状態を、焦点距離の長い拡大カメラ(テレセントリックレンズをつけたCCDカメラ)で撮影することによって行った。吐出の安定性は下記の基準で判定した。
◎:未吐出ノズル、ならびに飛行曲がりが起こっているノズルが無い。
○:未吐出ノズルはないが、飛行曲がりが起こっているノズルが5%以下。
△:未吐出ノズルが5%以下、飛行曲がりが起こっているノズルが10%以下。
×:未吐出ノズルが5%を超える。
スペーサ粒子を基板に固着させた後に、スペーサ粒子が配置されている部分において、1mm2あたりに散布されているスペーサ粒子の個数を観測し、散布密度とした。
1配置箇所あたりに凝集しているスペーサ粒子の個数の平均値を、1mm2の範囲内で計測し、平均スペーサ粒子数とした。
液滴が乾燥した後のスペーサ粒子の配置状態を下記の基準で判定した。
○:スペーサ粒子の大部分が非画素領域に対応する領域にあった。
△:スペーサ粒子の一部が非画素領域に対応する領域からはみだしていた。
×:スペーサ粒子の多くが非画素領域に対応する領域からはみだしていた。
(集合性評価)
液滴が乾燥した後のスペーサ粒子の寄り集まり状態を以下の基準で判定した。
○:よく寄り集まっている(図14)
△:部分的に集まっている(図15)
×:集まっていない(図16)
×c:集まっていない(但し、液滴周辺部に円周状に並ぶ)(図17)
液晶表示装置の表示画質を観察し、下記の基準で判定した。
○:表示領域中にスペーサ粒子が殆ど認められず、スペーサ粒子に起因する光抜けがなかった。また、スペーサが配置されていない列があることによる帯状のギャップ不良によるムラ(スジムラ)がなかった。
△:スペーサが配置されていない列があることによる帯状のギャップ不良によるムラ(スジムラ)はないものの、表示領域中にスペーサ粒子がわずかに認められ、スペーサ粒子に起因する光抜けがわずかにあった。
×:スペーサが配置されていない列があることによる帯状のギャップ不良によるムラ(スジムラ)があり、また表示領域中にスペーサ粒子が認められ、スペーサ粒子に起因する光抜けがあった。
スペーサ粒子が配置されたTFTアレイ基板に対し、エアーガンにて風を当てる前後での1.0mm2の範囲のスペーサ粒子数を計測し、残存したスペーサ粒子の割合を求め、下記の基準で判定した。
なお、この際のエアーブロー条件としては、エアーブロー圧5kg/cm2、ノズル口径2mm、垂直距離5mm、時間15秒の条件を用いた。なお、エアーブロー圧を7kg/cm2にあげた評価も行った。
○:残存率が99%以上
△:残存率が90〜99%未満
×:残存率が90%未満
実施例5,6では、沸点が150℃以上で表面張力が30mN/m以上の溶剤を使用していると、その他の溶剤が、100℃未満でなくても表面張力の低い溶剤を使用しているのでスペーサをより集めることができる。特に実施例6では表面張力が28mN/m未満なので良好である。
実施例13、14では、アミンを減らすように、表面処理を変えても、正電荷であるので、SUSプレートに付着しなかった。実施例14は、さらに溶剤にグリセリンが入っているので、より撥水しない配向膜上でもスペーサが寄り集まっている。
実施例15〜20、23,28では、表面電位が、−3〜0mVの間になっているので、正電位に比べ、接液部材へやや付着するようになっているが、それほどひどくなくきちんと吐出できている。
実施例16〜20,24〜27では、表面に疎水基があるので、固着力が更に良くなっている。
実施例18、19(疎水基が21.5wt%)では、低表面張力(沸点が100℃未満で表面張力が28mN/m未満)の溶剤としてのIPAが15部(実施例18)だと、分散性があまり良くなく、何とか吐出できる状態であったが、IPAが20部(実施例19) とし、表面張力を下げると、分散性が良くなり、吐出がより安定した。
実施例20(疎水基が54.2wt%)では、IPAを25部にすると、なんとか分散でき、吐出できた。
実施例21〜22、24〜27は、表面の電位が正電位なのでSUSプレートに付着しなかった。
実施例24〜27は、表面に疎水基が入っているので、固着力も良くなっている。一方、乾燥後期の分散性が悪くなり、スペーサは集合しないが、付着性に問題なく(SUSプレートに付着せず)精度良く安定に吐出できるので、スペーサの着弾位置はBM(遮光部)の範囲内に収まり、画質は良かった。
なお、この結果によると以下のことがわかった。
分散性 (初期)は、液滴飛翔状態、すなわち着弾精度(スペーサ配置精度)に関係している。ただし、あまりひどくなければ(△程度なら)、フィルターで除去できるので吐出可能であった。
また、分散性 (乾燥後期)は、スペーサの集合性に関係しており、分散性が良くなく、スペーサの疎水性が高い(疎水基が多くついたもの)は集まりにくかった。SUSプレート付着性は、経時での吐出性に影響しており、1時間後の液滴飛翔状態に影響していた(1時間後の着弾精度(スペーサ配置精度)に関係していた)。付着するものは、徐々にフィルタが詰まっていき、1時間後の吐出性が悪くなっていった。
2…第1の基板
2A…透明基板
3…第2の基板
3A…透明基板
4…ブラックマトリックス
5…カラーフィルタ
6…オーバーコート層
7…ITO透明電極
8…配向膜
9…配線
10…ITO透明電極
11…配向膜
11a…隆起部分
21…メニスカス
22…スペーサ粒子
23…スペーサ粒子分散液
31…スペーサ粒子
32…凸部
33…凹部
51…カラーフィルタ基板
52…透明基板
53…ブラックマトリックス
54…カラーフィルタ
55…オーバーコート層
56…ITO透明電極
57…配向膜
61…TFTアレイモデル基板
62…透明基板
63…段差
64…ITO透明電極
65…配向膜
100…ヘッド
101…インク室
102…インク室
103…吐出面
104…ノズル孔
105…温度制御手段
106…ピエゾ素子
Claims (9)
- スペーサ粒子と溶剤とを含有し、インクジェット装置を用いて基板上の任意の位置に前記スペーサ粒子を配置する際に用いられるスペーサ粒子分散液であって、前記スペーサ粒子の表面電位が−3mV以上であることを特徴とするスペーサ粒子分散液。
- スペーサ粒子の少なくとも表面は、非アニオン性親水基を有することを特徴とする請求項1記載のスペーサ粒子分散液。
- スペーサ粒子の少なくとも表面は、非アニオン性親水基を有する重合性単量体、及び、弱アニオン性親水基を有する重合性単量体を含有する重合性単量体混合物を重合してなるものであり、前記非アニオン性親水基を有する重合性単量体の含有量は0.1〜70重量%、前記弱アニオン性親水基を有する重合性単量体の含有量は30〜99.9重量%であることを特徴とする請求項1又は2記載のスペーサ粒子分散液。
- スペーサ粒子の少なくとも表面は、非アニオン性親水基を有する重合性単量体、弱アニオン性親水基を有する重合性単量体、及び、疎水性官能基を有する重合性単量体を含有する重合性単量体混合物を重合してなるものであり、前記非アニオン性親水基を有する重合性単量体の含有量は0.1〜70重量%、前記弱アニオン性親水基を有する重合性単量体の含有量は25〜99.5重量%、前記疎水性官能基を有する重合性単量体の含有量は1〜50重量%であることを特徴とする請求項1又は2記載のスペーサ粒子分散液。
- 非アニオン性親水基を有する重合性単量体は、アミノ基、アミド基及びエーテル基からなる群より選択される官能基を少なくとも1種有することを特徴とする請求項1、2、3又は4記載のスペーサ粒子分散液。
- 溶剤の30〜96重量%は、沸点が150℃以上である溶剤であることを特徴とする請求項1、2、3、4又は5記載のスペーサ粒子分散液。
- 溶剤は、沸点が150℃以上である溶剤、水、及び、沸点が150℃未満の溶剤を含有し、前記沸点が150℃以上である溶剤の含有量が30〜96重量%、前記水及び前記沸点が150℃未満の溶剤の含有量が4〜70重量%であることを特徴とする請求項1、2、3、4、5又は6記載のスペーサ粒子分散液。
- 画素領域と非画素領域とを有し、対向された第1、第2の基板を有する液晶表示装置の製造方法であって、
インクジェット装置のノズルから、請求項1、2、3、4、5、6又は7記載のスペーサ粒子分散液を、前記第1の基板上に吐出し、前記第1の基板上の非画素領域に対応する領域にスペーサ粒子を配置する工程と、
スペーサ粒子が配置された前記第1の基板を、スペーサ粒子を介して対向するように前記第2の基板に重ね合わせる工程と、
重ね合わせられた前記第1及び第2の基板間に液晶を注入する、若しくは、前記第1及び第2の基板を重ね合わせる工程の前に前記第1の基板又は第2の基板上に液晶を配置する工程とを備える
ことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。 - 請求項8記載の液晶表示装置の製造方法により得られることを特徴とする液晶表示装置。
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- 2007-10-26 JP JP2007279188A patent/JP2008134627A/ja active Pending
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