JPH10186376A - 液晶表示素子用スペーサ及びそれを用いた液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 異常配向がなく、かつ、湿式散布性が良好な
液晶表示素子用スペーサ及びその製造方法、並びに、表
示品質の良好な液晶表示素子を提供する。 【解決手段】 微粒子の表面に、液晶と接触させた状態
でオルソスコープ観察を行ったときに光が透過しない化
合物が被覆されている及びこの液晶表示素子用スペーサ
が用いられてなる液晶表示素子。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、良好な表示品質を
有する液晶表示素子が得られる液晶表示素子用スペー
サ、及びそれを用いた液晶表示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示素子は、パソコン、携帯型電子
機器等に広く用いられている。液晶表示素子は、貼り合
わされた２枚の透明電極基板の間に液晶が注入されるこ
とにより製造される。この透明電極基板間の間隙を一定
に保持するために、一般に、スペーサが用いられる。

【０００３】このような液晶表示素子において、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り、表
示品質を低下させるおそれがあることは以前より知られ
ていた。特に、近年盛んに用いられているスーパーツイ
ステッドネマチック液晶（ＳＴＮ液晶）を用いた液晶表
示素子においては、このような液晶の異常配向現象が起
こりやすい。

【０００４】このような異常配向が起こると、スペーサ
の周囲に光抜けと呼ばれる白い領域が出現する。初期の
状態から光抜けが起きている場合には、液晶表示画面の
コントラストが低下し、表示品質を低下させる。初期の
状態では光抜けが起きていないが、電気的ショックや機
械的衝撃が加わったときに液晶表示画面内で部分的に、
例えば、年輪状等に光抜けが起きた場合には、表示品質
不良となる。光抜けの現象は、ＳＴＮ液晶で通常用いら
れるノーマリーブラックモードでは液晶とスペーサとの
界面において液晶の配向がスペーサ表面（電界方向）に
対して水平方向に固定されるために生じるものである。

【０００５】光抜けを防止するためには、スペーサ周り
の液晶を垂直配向させることが有効であり、そのため
に、スペーサの表面を疎水性にする方法が知られてい
る。特開平６−１１７１９号公報には、エチレン性不飽
和基を有する単量体を重合体させて得られるプラスチッ
ク微球体であって、二個以上のエチレン性不飽和基を有
する単量体を構成成分とするプラスチック微球体の表面
に、一般式ＲＳｉＸ ₃ （式中、Ｒは、炭素数１〜２１の
アルキル基を表し、Ｘは、ハロゲン原子又は炭素数１〜
４のアルコキシル基を表す。）で表される有機シラン化
合物によって被膜を形成して得られる液晶表示素子用ス
ペーサにより、液晶の異常配向を防止する技術が開示さ
れている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このスペーサ
は、有機シラン化合物による被膜が均一に形成されない
ことがあり、被膜が不良であると光抜け防止効果が不充
分であり、また、疎水性が強すぎると、湿式散布性が悪
くなる等の問題があり、スペーサとして要求される性能
を完全には満たすことができなかった。さらに、固体表
面における液晶の配向は、両者の表面張力の大小関係で
決定されるといわれていたが、発明者の検討の結果によ
ると、必ずしもそのような関係は見られなかった。

【０００７】本発明は上記の課題を解決し、異常配向が
なく、かつ、湿式散布性が良好な液晶表示素子用スペー
サ及びそれを用いた表示品質の良好な液晶表示素子を提
供することを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示素子用
スペーサは、微粒子の表面に、液晶と接触させた状態で
オルソスコープ観察を行ったときに光が透過しない化合
物が被覆されているものである。

【０００９】本発明において上記オルソスコープ観察を
行うには、２枚の直交偏光子（板）間に、内側を有機シ
ラン化合物で処理した２枚のスライドガラスを挟み込
み、該２枚のスライドガラス間に液晶を挟んで貼り合わ
せ、一方の偏光子の外側から光を照射し、他方の偏光子
から光が透過するか否かを評価する。この際、光が透過
しないものについては、液晶が光の照射方向に対して垂
直に配向し、光が透過するものについては、液晶が光の
照射方向に対して水平またはランダムに配向していると
判断できる。なお、直交偏光子に代えて偏光顕微鏡を使
用してもよい。

【００１０】本発明において微粒子の表面に被覆されて
いる化合物は、炭素数が３〜２１であるアルキル基を有
する有機シラン化合物であって、上記有機シラン化合物
を被覆した後の、被覆後のＳｉ原子含有量が０．００１
〜１．０重量％であることが好ましい。

【００１１】上記微粒子としては特に限定されず、有機
物からなるものであってもよいし、無機物からなるもの
であってもよく、これらは無色透明であってもよいし、
適切な方法により着色されたものであってもよい。

【００１２】上記有機物からなる微粒子としては特に限
定されず、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メ
ラミン樹脂、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−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、ベンゾグアナミン樹脂等の架橋性樹脂等からなるも
の等が挙げられる。なかでも、メラミン樹脂、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−アクリル酸エステル共重合体、
ジアリルフタレート等からなるものが好ましい。

【００１３】上記無機物からなる微粒子としては特に限
定されず、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
ケート等からなるもの等が挙げられる。なかでも、ケイ
酸ガラス、ホウケイ酸ガラス等からなるものが好まし
い。

【００１４】上記着色された微粒子としては、例えば、
上記有機物からなる微粒子が、カーボンブラック、分散
染料、酸性染料、塩基性染料、金属酸化物等により処理
されたもの；上記無機物からなる微粒子の表面に有機物
の膜が形成され、高温で分解又は炭化されて着色された
もの等が挙げられる。なお、微粒子を形成する材質自体
が色を有している場合には、着色せずにそのまま用いら
れてもよい。

【００１５】本発明において微粒子の表面に被覆されて
いる化合物（以下、単に「被覆化合物」という）として
は、炭素数が３〜２１のアルキル基を有する有機シラン
化合物、直鎖アルキルを有する（メタ）アクリレート、
ポリイミド及びその中間体などがあげられる。

【００１６】本発明の液晶表示素子用スペーサは、上記
微粒子の表面に被覆されている化合物が、炭素数が３〜
２１であるアルキル基を有する有機シラン化合物であっ
て、上記有機シラン化合物を被覆した後の、被覆後のＳ
ｉ原子含有量が０．００１〜１．０重量％であることが
好ましい。

【００１７】被覆化合物としてアルキル基を有する有機
シラン化合物を使用する場合、アルキル基の炭素数が少
なすぎても多すぎても、良好な被膜が得られにくく、光
抜け防止効果が不充分となる傾向があるので、３〜２１
が好ましい。

【００１８】上記としては、炭素数が３〜２１であるア
ルキル基を有する有機シラン化合物としては、例えば、
プロピルトリメトキシシラン、プロピルトリエトキシシ
ラン、プロピルトリプロポキシシラン、プロピルトリブ
トキシシラン、ブチルトリメトキシシラン、ブチルトリ
エトキシシラン、ブチルトリプロポキシシラン、ブチル
トリブトキシシラン、ペンチルトリメトキシシラン、ペ
ンチルトリエトキシシラン、ペンチルトリプロポキシシ
ラン、ペンチルトリブトキシシラン、ヘキシルトリメト
キシシラン、ヘキシルトリエトキシシラン、ヘキシルト
リプロポキシシラン、ヘキシルトリブトキシシラン等の
トリアルコキシル化アルキルシラン；プロピルトリクロ
ロシラン、ブチルトリクロロシラン、ペンチルトリクロ
ロシラン、ヘキシルトリクロロシラン、オクチルトリク
ロロシラン、オクチルトリクロロシラン等のトリハロゲ
ン化アルキルシラン等が挙げられる。

【００１９】上記有機シラン化合物を被覆した後の、被
覆後のＳｉ原子含有量は０．００１〜１．０重量％であ
ることが好ましく、より好ましくは、０．０１〜１．０
重量％、更に好ましくは、０．０５〜０．５重量％であ
る。０．００１重量％未満であると、光抜け防止効果が
少なくなり、１．０重量％を超えると、湿式散布性が悪
くなり、また、良好な粒子が得られない場合があるから
である。

【００２０】本発明の液晶表示素子用スペーサを製造す
るには、例えば、微粒子の表面に被覆されるべき化合物
を適当な溶剤に溶解し、その溶液に微粒子を浸漬して加
温し、濾過後加熱乾燥させて、微粒子の表面に上記化合
物の被膜を形成する方法等を用いることができる。

【００２１】上記微粒子の表面に被覆されるべき化合物
を溶解させる溶剤としては、上記化合物を溶解でき、か
つ、上記化合物と反応しないものであることが好まし
く、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族
系溶剤；ヘキサン、ヘプタン、ノナン、デカン等の脂肪
族系溶剤；アルコール；アルコールと水との混合溶剤等
が挙げられる。特に、上記化合物がアルコキシル基を有
するシラン化合物である場合、ハロゲン原子を有する場
合に比べて反応性が低いので、溶剤として、例えば、メ
タノール、エタノール、プロパノール、ブタノール等の
アルコールと水との混合溶剤を用いることが好ましい。

【００２２】上記微粒子を上記化合物溶液に浸漬した後
の乾燥温度は、１０〜２５０℃が好ましい。１０℃未満
であると、乾燥に時間がかかり、２５０℃を超えると、
スペーサが熱により劣化する場合がある。より好ましく
は、６０〜１８０℃である。このときの加熱時間は、３
０分〜１０時間が好ましい。３０分未満であると、乾燥
が充分でなく、１０時間を超えると、スペーサが熱によ
り劣化する場合がある。より好ましくは、１〜３時間で
ある。

【００２３】本発明においては、上記微粒子とその表面
に形成される有機シラン化合物の薄膜との接着性を上げ
るため、及び、比較的薄い有機シラン化合物の薄膜を微
粒子の表面に均一に形成するために、微粒子と有機シラ
ン化合物の被膜との間にチタン酸化物層が設けられても
よい。

【００２４】本発明の液晶表示素子用スペーサの形状と
しては特に限定されず、例えば、真球状、楕円球状、円
柱状等が挙げられる。本発明の液晶表示素子用スペーサ
が真球状である場合、直径は、０．１〜１００μｍが好
ましい。０．１μｍ未満であると、液晶セルのギャップ
精度が低下することがあり、１００μｍを超えると、液
晶セルのギャップを出しにくいことがある。より好まし
くは、１〜３０μｍである。

【００２５】上記液晶表示素子用スペーサが楕円球状で
ある場合、短直径は、０．１〜１００μｍが好ましい。
０．１μｍ未満であると、液晶セルのギャップ精度が低
下し、１００μｍを超えると、液晶セルのギャップを出
しにくいことがある。より好ましくは、１〜１００μｍ
である。また、長直径と短直径との比〔（長直径）／
（短直径）〕は、１．０５／１〜１０／１が好ましい。
１．０５／１未満であると、長直径と短直径とが同程度
となり、ギャップ精度が低下することがあり、１０／１
を超えると、スペーサが折れ易くなる。より好ましく
は、１．０５／１〜５／１である。

【００２６】上記液晶表示素子用スペーサが円柱状であ
る場合、上下底面の直径は、０．５〜２００μｍが好ま
しい。０．５μｍ未満であると、液晶セルのギャップ精
度が低下することがあり、２００μｍを超えると、液晶
セルのギャップを出せないことがある。より好ましく
は、３〜１００μｍである。円柱の高さと直径との比
〔（高さ）／（直径）〕は、１／１〜５０／１が好まし
い。１／１未満であると、高さと直径とが同程度とな
り、ギャップ精度が低下することがあり、５０／１を超
えると、スペーサが折れ易くなる。より好ましくは、１
／１〜１０／１である。

【００２７】本発明の液晶表示素子は、本発明の液晶表
示素子用スペーサが用いられてなる液晶表示素子であ
る。本発明の液晶表示素子は、例えば、図１に示される
もの等であり、例えば、以下のようにして作製される。

【００２８】パターニングされた透明導電膜１２上に、
例えば、ポリイミド膜からなる配向膜１３を形成する。
次に、一方の基板上の配向膜１３上に、液晶表示素子用
スペーサ２を散布する。

【００２９】その後、上記基板に対向する基板の周囲
に、シール剤１４を用いて周辺部に接着層を形成し、ス
ペーサを散布した方の基板と貼り合わせ、更に、液晶３
をこれら基板間に注入することにより、液晶セルを形成
する。形成した液晶セルに配線を設けることにより液晶
表示素子１を得る。

【００３０】上記液晶表示素子用スペーサ２の散布密度
としては、１０〜１０００個／ｍｍ ² が好ましい。１０
個／ｍｍ² 未満であると、液晶セルのギャップが出なく
なることがあり、１０００個／ｍｍ² を超えると、スペ
ーサのためにコントラストが低下することがある。

【００３１】

【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。

【００３２】実施例１〜８及び比較例１〜３ 表１、２に示した処理量（有機系微粒子に対する重量
比）になるように有機シラン化合物をトルエンに溶解
し、これに有機系微粒子（ミクロパールＳＰＮ−２０
６、平均粒子径６．０μｍ、標準偏差０．２４μｍ、積
水フアインケミカル社製）１００ｇを浸漬させ、５５℃
の水浴中で攪拌しながら１時間加温した。これを濾過
後、１８０℃の乾燥器中で、２時間、真空で加熱するこ
とにより、有機シラン化合物による被膜を微粒子の表面
に形成させた。

【００３３】液晶表示素子の作製 一対の透明ガラス板（５０ｍｍ×５０ｍｍ）の一面に、
ＣＶＤ法によりＳｉＯ ₂ 膜を蒸着し、更に、ＳｉＯ₂ 膜
上に透明電極基板ＩＴＯをスパッタリングにより全面に
形成した。更に、エッチングによりパターニングを行っ
た。上記一対の透明ガラス板のＩＴＯ膜上に、スピンコ
ート法によりポリイミド中間体（ＳＥ−１５０、日産化
学社製）を形成し、２５０℃にて３０分焼成することに
よりポリイミド配向膜を形成した。この後、上下の基板
を貼り合わせたときに上下の液晶が２４０度の角度とな
る方向にラビング処理を行った。

【００３４】この透明基板の一方に、得られた液晶表示
用スペーサを水／イソプロパノール＝７０／３０の混合
溶液１リットルに３０ｇの割合で添加して分散液を得
て、得られた分散液を１２０個／ｍｍ² の密度になるよ
うにこの透明基板の一方に散布後加熱乾燥し、他方に、
周辺シール剤（主剤ＳＥ４５００、硬化剤Ｔ、ＨＡＶＥ
Ｎ ＣＨＥＭＩＣＡＬ社製）をスクリーン印刷法にて印
刷し、周辺にシール剤を形成し両者を貼り合わせた後、
１６０℃にて９０分硬化させて空セルを作製した。この
ときのギャップは６．１μｍであった。このようにして
得られた空セルに、カイラル化合物を含有する液晶（Ｚ
ＬＩ−２２９３、メルク社製）を注入することにより液
晶セルを作製し、更に、９５℃にて３０分間熱処理し
て、液晶表示素子を得た。

【００３５】実施例９ 有機系微粒子（ミクロパールＳＰＮ−２０６、平均粒子
径６．０μｍ、標準偏差０．２４μｍ、積水フアインケ
ミカル社製）１００ｇを酢酸エチル５００ｍリットルに
分散させた分散液に、ステアリルメタクリレート１０
ｇ、過酸化ベンゾイル０．５ｇを投入し、８０〜９０℃
で６時間反応させた。これを濾過後、９０℃の乾燥器中
で、２時間、真空で加熱することにより、ステアリルメ
タクリレートによる被膜を微粒子の表面に形成させた。

【００３６】実施例１０ ポリイミド（ＳＥ−７５１１Ｌ、日産化学社製）６％Ｎ
−メチルピロリドン／ブチルセルソルブ溶液１６７ｍリ
ットルに、有機系微粒子（ミクロパールＳＰＮ−２０
６、平均粒子径６．０μｍ、標準偏差０．２４μｍ、積
水フアインケミカル社製）１００ｇを分散させ、２５〜
９０℃で１時間反応させた。これを濾過後、９０℃の乾
燥器中で、２時間、真空で加熱することにより、ポリイ
ミドによる被膜を微粒子の表面に形成させた。

【００３７】比較例４ ポリビニルアルコール（重合度２０００、ケン化度６８
％）を３重量％になるように水に溶解し、実施例１と同
様の処理を１回行って液晶表示素子用スペーサを得、こ
の液晶表示素子用スペーサを用いて実施例１と同様にし
て液晶表示素子を作製した。

【００３８】実施例１〜９、比較例１〜４で得られた液
晶表示素子用スペーサ、並びに液晶表示素子を以下の評
価に供し、結果を表１に示した。

【００３９】評価方法 （１）スペーサ中のＳｉ原子含有量 得られたスペーサ中のＳｉ原子含有量を、誘導結合プラ
ズマ（ＩＣＰ）発光分析装置により定量した。

【００４０】（２）オルソスコープ観察 ２枚の直交偏光子（板）間に、有機シラン化合物トルエ
ン溶液（３重量％）で内側を処理した２枚のスライドガ
ラスを挟み込み、該２枚のスライドガラス間に液晶（Ｚ
ＬＩ−２２９３、メルク社製）を挟んで貼り合わせ、一
方の偏光子の外側から光を照射し、他方の偏光子から光
が透過するか否かを評価した。光が透過したものについ
ては、「透過」、光が透過しなかったものについては、
「不透過」と記した。

【００４１】（３）光抜け性（初期） 得られた液晶表示素子に、上記液晶のしきい値電圧であ
る２．０Ｖの交流電圧を印加した後、散布した全スペー
サのうち、光抜けしているスペーサの割合（％）で評価
した。

【００４２】（４）光抜け性（高電圧負荷後） 得られた液晶表示素子に、８０Ｖの交流電圧を１０秒間
印加した後、２．０Ｖの交流電圧を引火して、散布した
全スペーサのうち、光抜けしているスペーサの割合
（％）で評価した。

【００４３】（５）湿式散布性 実施例１、２、比較例１、２の液晶表示素子の作製の
際、ポリイミド配向膜を配置、ラビング処理した状態の
透明基板に、得られた液晶表示素子用スペーサを湿式散
布し、透明基板上の３６ヶ所（１ヶ所約６ｍｍ² ）につ
き、スペーサが５個以上凝集した塊を数え、１ヶ所当た
りの平均の塊の数をＸａとした。Ｘａが０．５未満であ
れば良好、Ｘａが０．５以上であれば不良として、湿式
散布性を評価した。

【００４４】

【表１】

【００４５】

【発明の効果】本発明の液晶表示素子用スペーサは、上
述の通りであるので、液晶表示素子に用いられたときに
異常配向がほとんどなく、光抜け防止が良好であり、湿
式散布性が良好である。本発明の液晶表示素子用スペー
サを用いてなる液晶表示素子は、異常配向（光抜け）が
ほとんどなく、液晶表示品質が良好である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶表示素子の要部の断面図である。

【符号の説明】

１ 液晶表示素子 ２ 液晶 ３ 液晶表示素子用スペーサ １２ 透明導電膜 １３ 配向膜 １４ シール剤

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 落合 富士子 滋賀県甲賀郡水口町泉1259 積水フアイン ケミカル株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 微粒子の表面に、液晶と接触させた状態
   でオルソスコープ観察を行ったときに光が透過しない化
   合物が被覆されていることを特徴とする液晶表示素子用
   スペーサ。
2. 【請求項２】 上記微粒子の表面に被覆されている化合
   物が、炭素数が３〜２１であるアルキル基を有する有機
   シラン化合物であって、上記有機シラン化合物を被覆し
   た後の、被覆後のＳｉ原子含有量が０．００１〜１．０
   重量％であることを特徴とする請求項１記載の液晶表示
   素子用スペーサ。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の液晶表示素子用ス
   ペーサが用いられてなることを特徴とする液晶表示素
   子。