JP3895164B2

JP3895164B2 - 液晶表示装置の製造方法

Info

Publication number: JP3895164B2
Application number: JP2001364249A
Authority: JP
Inventors: 茂野村; 徹高橋; 純史太田; 敏幸吉水; 博嗣福谷; 佳英小山; 小林　　芳樹; 雅彦安川
Original assignee: Sharp Corp; Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sharp Corp; Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 2001-11-29
Filing date: 2001-11-29
Publication date: 2007-03-22
Anticipated expiration: 2021-11-29
Also published as: JP2003161950A

Description

【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２０００−３０５０９０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３０ｇ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／ｍｍ^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

Claims

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。
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。