JP2954801B2 - 液晶表示パネル用スペーサー - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示パネル用スペ
ーサーに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、電気光学パネルにおいては、２
枚の透明電極基板の間に、均一な直径分布を持つスペー
サーを挟み、基板のギャップを一定に保ち、液晶層の厚
さを一定に保持して透過偏光を制御する。こうしたスペ
ーサーとしては、ガラスファイバーチップ、シリカ製微
粒子、合成樹脂製微粒子が知られている。

【０００３】電気光学パネルにおいては、電圧の有無に
よって液晶の分子配向を制御し、透過光を旋光させ、パ
ネルの外表面に貼付した偏光フィルターを組み合わせて
透過光量を制御する。例えば、ツイステッド・ネマチッ
ク液晶表示装置では、２枚の直線偏光板と偏光軸が平行
になるように配置した場合、電圧無印加で液晶は９０°
の旋光性を示し、電圧印加時にはこの旋光性が解除され
る。したがって、電圧印加時に明状態となり、電圧をオ
フにすると暗状態になる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の暗状態の部分で
は、できる限り光の透過を防止し、これにより明暗のコ
ントラストを大きくする必要がある。ところが、従来の
スペーサー、即ち、ガラスファイバーチップ、シリカ製
微粒子、合成樹脂微粒子は、透明かつ非旋光性である。
そして、スペーサーの存在する部分には当然液晶は存在
しないため、暗状態の場合もスペーサーを光が透過す
る。このため、暗状態の場合もかなりの光が透過するた
め、画像の明暗のコントラストが低下していた。

【０００５】この問題を解決する技術として、黒色に着
色された遮光性スペーサーを検討した。しかし、これら
はいずれも液晶表示パネル用スペーサーとして欠点が多
い。

【０００６】例えば、クロム、ニッケル、ウランなどの
酸化物を無機ガラスに添加して黒色化したスペーサーが
あるが、本用途では無機ガラスは硬度が高すぎるので、
二枚の透明電極付きガラス板を傷付けることがあり、ま
たガラス板を圧縮することでギャップを調節することも
困難である。

【０００７】また、合成樹脂微小粒子の場合は、架橋高
分子であるため、黒色染料は浸透せず、染色が困難であ
る。また、本発明者は、モノマー中に染料を混合し、重
合させることも検討した。しかし、一般に染料分子はア
ミノ基を有するため、一般の酸化系重合開始剤とレドッ
クス系を組んで急速に分解する。このため重合反応が起
こらなかったり、変色するという問題がある。また、一
部の分散染料の場合は、アゾ系重合開始剤を用いて、上
記の重合反応によって黒色のスペーサーを得ることがで
きる。しかし、スペーサーをガラス板に散布する際に、
黒色染料が有機溶媒中に抽出されたり、黒色染料が液晶
中に抽出され、未だ充分な黒色スペーサーは得られてい
ない。

【０００８】また、合成樹脂微粒子中に黒色顔料を添加
することも考えられる。しかし、黒色顔料のカーボンブ
ラックやチタンブラックなどは導電性があるので、電極
間の絶縁性が要求される電気光学パネル用スペーサーと
しては不適当である。

【０００９】本発明の課題は、液晶表示パネルの暗状態
の部分で光の透過を防止できるスペーサーを提供するこ
とであり、また、無機ガラスより硬度が低く、製造が容
易であり、色素が有機溶媒や液晶中に抽出されることが
ない、液晶表示パネル用スペーサーを提供することであ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、絶縁性の白色
系無機粉体を遮光性成分として含有する合成樹脂製微小
粒子からなることを特徴とする、液晶表示パネル用スペ
ーサーに係るものである。

【００１１】

【作用】前述したように、電気光学パネル用のスペーサ
ーにおいては、光を吸収する黒色の染料、黒色顔料につ
いての検討は行われていた。これに対し、本発明者は、
特に透過光型液晶表示パネルの場合には、白色・不透明
のスペーサーであっても充分な遮光性が得られることを
見出し、本発明を完成した。これは、電気光学パネル用
スペーサーに遮光性を付与するには黒色の染料、顔料が
必要であるという常識を覆すものである。

【００１２】そして、重要なこととして、白色系顔料の
多くは絶縁性であり、液晶表示パネル用のスペーサーと
して問題なく使用できる。この点が、カーボンブラック
等の黒色顔料では解決できないものである。

【００１３】この結果、液晶表示パネルの液晶層の厚み
を規制するスペーサーとして本発明のスペーサーを使用
することにより、透明なスペーサーを用いる従来の液晶
表示パネルにくらべて、透過光に対する表示模様のコン
トラストが向上し、鮮明な画像が得られるようになっ
た。

【００１４】また、合成樹脂製微小粒子中に無機粉体が
混合されているので、合成樹脂のみからなる従来のスペ
ーサーにくらべて圧縮弾性率が向上する。この結果、同
じ粒子径、標準偏差の透明な合成樹脂製スペーサーにく
らべ、二枚の透明電極間のギャップが均一になり、液晶
表示パネルにおいて良く発生していた色ムラが見られな
くなった。

【００１５】更に、無機粉体の比重は合成樹脂の比重よ
りも大きいので、透明な合成樹脂製スペーサーにくら
べ、本発明のスペーサーの方が見かけ比重が大きい。こ
のため、ストークスの原理を利用した沈降法によるスペ
ーサーの分級操作が容易となり、従来製造が困難であっ
た、粒径１〜３μｍの粒径が小さい均一微粒子でも製造
できるようになった。

【００１６】本発明で用いる白色系無機粉体は、絶縁体
であり、好ましくは１０¹²〜１０¹⁶Ωｃｍの体積固有抵
抗を持つと共に非磁性体である。具体的には酸化亜鉛、
硫酸バリウム、炭酸カルシウム、硫酸カルシウム、酸化
アルミニウム、酸化ケイ素、ルチル型二酸化チタン、ア
ナターゼ型二酸化チタンの粉体が好ましい。このうち、
ルチル型二酸化チタン粉体、アナターゼ型二酸化チタン
粉体が、屈折率が高く、かつ平均粒子径が０．１〜０．
３μｍ程度であるため、光の遮蔽性能が大きく、好まし
い。

【００１７】本発明のスペーサーを製造するには、スペ
ーサーの粒子径にくらべて充分に微細な粒子径を持つ白
色系無機粉体をモノマー中に分散させ、このモノマーを
水系に分散させて重合させ、得られた粒子を、必要に応
じて分級する。

【００１８】白色系無機粉体の添加量は、合成樹脂製微
小粒子の全体を１００容積％としたとき、１〜６０容積
％とすることが好ましく、５〜５０容積％とすることが
更に好ましい。これが１容積％未満であると、遮光性が
不充分である。また、微小粒子中に高比重の無機粉体が
均一に分布しにくくなるので、微小粒子のみかけ比重な
いし嵩比重が粒子ごとにバラつく。このため分級操作を
行っても、均一な粒子径の微小粒子が得られにくくな
る。

【００１９】白色系無機粉体の添加量が６０容積％を超
えると、粉体の種類によって異なるが、特に針状結晶形
の場合は、モノマーと無機粉体との混合物の非ニュート
ニアン粘性が著しく増大し、微小粒子の製造が困難にな
る。

【００２０】特に、ルチル型又はアナターゼ型二酸化チ
タンを用いる場合は、遮光性能が高いので、１〜４０容
積％で充分大きな遮光性が得られ、５〜４０容積％とす
ると更に好ましい。

【００２１】白色系無機粉体を、モノマーに混合する前
に、チタネート系カップリッグ剤、シラン系カップリン
グ剤で表面処理することが好ましい。ただし、この無機
粉体に対して親和性の高いモノマーが存在する場合は、
あえて表面処理する必要はない。

【００２２】合成樹脂製微小粒子の原料としては、一種
又は二種以上のビニル系モノマーが好ましい。このビニ
ル系モノマーとしては、ビニル基を１分子内に２個以上
有する多官能モノマーを一種以上用いることが好まし
い。

【００２３】即ち、液晶表示パネル用スペーサーは、液
晶表示パネルが使用される温度条件下では、液晶の低温
での収縮、高温での膨脹により、２枚のガラス基板のス
ペーサーに対する圧縮力が変化する。従って、本スペー
サーは、弾性復元性が必要であるので、微小粒子を構成
する合成樹脂を架橋させる必要がある。この意味で、上
記のモノマー全体を１００重量部としたとき、架橋性で
ある上記の多官能モノマーの含有量は５重量部以上とす
ることが好ましく、１００重量部としてもよい。

【００２４】こうした多官能モノマーとしては、エチレ
ンジ（メタ）アクリレート、プロピレンジ（メタ）アク
リレート類、ブチレンジ（メタ）アクリレート類、ヘキ
シレンジ（メタ）アクリレート類、ポリエチレングリコ
ールジ（メタ）アクリレート類、ポリプロピレングリコ
ールジ（メタ）アクリレート類、トリメチロールプロパ
ントリ（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、ペンタエリスリトールトリ
（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、ジペンタエリスリトールペンタ
（メタ）アクリレート、グリセロールジ（メタ）アクリ
レート、グリセロールトリ（メタ）アクリレート、アル
リル（メタ）アクリレート、メタアルリル（メタ）アク
リレート、トリアルリル（イソ）シアヌレート、トリア
ルリルトリメライト、ジビニルベンゼン類、ジ（メタ）
アルリルフタレート類、ジ（メタ）アクリロイルオキシ
エチルフタレート、ビニルフェニル（メタ）アリルエー
テル、ジ（メタ）アルリルアクリルアミド等がある。

【００２５】合成樹脂製微小粒子の原料中には、上記の
多官能モノマーと共重合しうる単官能モノマーを加えて
よい。この例としては、メチル（メタ）アクリレート、
フェニル（メタ）アクリレート、シクロヘキシル（メ
タ）アクリレート、スチレン、ビニルトルエン、α−メ
チルスチレン、（メタ）アクリロニトリル、マレイン酸
ジメチル、フマル酸ジメチル、マレイン酸、フマル酸、
（メタ）アクリル酸、イタコン酸等を挙げることができ
る。

【００２６】合成樹脂製微小粒子を製造する工程におけ
る重合開始剤としては、分解後の重合開始ラジカル種が
油溶性であることが好ましい。重合開始剤を例示する
と、過酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイル、キュメンヒ
ドロペルオキシド、ｔ−ブチルヒドロペルオキシド、ジ
−ｔ−ブチルペルオキシド、メチルエチルケトンペルオ
キシド等の過酸化物がある。

【００２７】これらの有機過酸化物は、ジメチルアニリ
ン、トリエタノールアミン、トリエチレングリコールジ
アミン等のアミン類、亜硫酸ソーダ、次亜硫酸ソーダ、
アセトアルデヒド、ブドウ糖、アスコルビン酸等の還元
性物質とのレドックス重合開始系を組ませてもよい。こ
の場合には、鉄、ニッケル、コバルト、銅等の遷移金属
イオンを介してもよく、介さなくてもよい。また、アゾ
ビスイソブチロニトリル、アゾビスバレロニトリルなど
のアゾ系重合開始剤は、油溶性であり、使用することが
できる。

【００２８】真球状の微小粒子を製造するためには、水
系懸濁重合を行うことが好ましい。即ち、前記のモノマ
ー中に白色系無機粉体を混合し、充分均一に分散させ、
次いで重合開始剤、水及び懸濁安定剤を添加、混合し、
充分な剪断力をかけて水中に液滴粒子を分散させ、次い
で加熱して重合させる。

【００２９】懸濁安定剤としては、ポリビニルアルコー
ル、部分ケン化ポリビニルアルコール、ポリ（メタ）ア
クリル酸塩、ポリ（メタ）アクリルアミド、部分ケン化
ポリ（メタ）アクリルアミド、カルボキシメチルセルロ
ース、メチルセルロース、エチルセルロース等の水溶性
高分子、リン酸カルシウム類、炭酸カルシウム等の無機
塩粉体等がある。

【００３０】また、上記の懸濁安定剤に乳化安定剤を混
合して用いてもよい。または、少量の乳化剤を単独で用
いてもよい。

【００３１】これら乳化剤を例示すると、ラウリン酸ソ
ーダ、オレイン酸ソーダ等の高級脂肪酸塩類、ラウリル
硫酸ソーダ等のアルキル硫酸塩類、ドデシルベンゼンス
ルホン酸ソーダ等のアルキルベンゼンスルホン酸塩類等
のアニオン系界面活性剤がある。また、オクタエチレン
グリコールノニルフェニルエーテル等のポリエチレング
リコールアルキルフェニルエーテル類、ヘキサデカエチ
レングリコールラウリルエーテル等のポリエチレングリ
コールモノアルキルエーテル類等のノニオン系界面活性
剤がある。

【００３２】懸濁重合で得られる微小粒子は、一般に粒
子系が一定でないため、分級操作を行う必要がある。分
級方法としては、孔径の互いに異なる二種のマイクロメ
ッシュ又は均一径のメンブレンフィルターによるふるい
分け、水流又は空気流中でのストークスの法則を利用し
た分級など、公知の方法を採用できる。

【００３３】また、シリカ又はガラス製の均一孔メンブ
レンを用い、この膜の一方から、上記のモノマー、白色
系無機粉体、重合開始剤等の油性混合物を加圧し、懸濁
安定剤や乳化剤などを含む水溶液の方へと油性混合物の
液滴を押し出す方法がある。これにより、重合前の液滴
の粒子径を均一にする。こうして得られた水系懸濁液を
加熱し、モノマーを重合させ、粒子径が均一な微小粒子
を得る。

【００３４】上記のような方法によって得た、均一粒子
径の微小粒子を，水やアルコール等の適当な溶剤で洗浄
し、濾過、遠心分離、沈澱等によって分別し、乾燥し、
製品としてのスペーサーを得る。

【００３５】本発明のスペーサーは、透明基板の表面
に、乾燥状態でそのまま散布することができ、窒素又は
エアーをブローしながら散布することができるし、静電
散布法で散布することもできる。水／アルコール系媒体
やフロン／アルコール系媒体にスペーサーを分散させた
状態で、分散液をスプレーし、媒体を乾燥させて分散さ
せることもできる。散布量は、１０〜３００個／ｍｍ²
とすると、充分にスペーサーとしての効果が得られる
し、外観上も支障がない。

【００３６】なお、本発明のスペーサーにおいては、合
成樹脂製微小粒子の表面に、ホットメルト型接着剤を単
にコーティングしたり、ホットメルト型接着剤をグラフ
ト共重合させることもできる。

【００３７】

【実施例】次に本発明をより具体的に実施例により説明
するが、本発明が、これらに限定されるものではない。

【００３８】（実施例１）チタンカップリング剤で表面
処理したルチル型二酸化チタン粉体１００重量部と、ジ
ビニルベンゼン１００重量部とをボールミル中で充分混
練した後、過酸化ベンゾイル２重量部を加えて溶解さ
せ、混練した。次に、１リットルのセパラブルフラスコ
に、上記のルチル型二酸化チタン−ジビニルベンゼン混
合物１５０ｇと、５重量％のポリビニルアルコールを含
有する水４５０ｇとを入れ、この液を攪拌しながら、窒
素雰囲気下に８０℃で８時間懸濁重合させた。

【００３９】次にデカンテーションによって水洗し、水
ひ分級によって微小粒子を得た。この微小粒子の平均粒
子径は６．７μｍであり、粒子径の標準偏差は０．４７
μｍであり、二酸化チタンの量は１６．５容積％であっ
た。これを、洗浄、乾燥し、液晶表示パネル用の遮光性
スペーサーを製造した。これを、ガラス板上にドライ散
布し、６００倍の透過型顕微鏡で観察すると、スペーサ
ーはすべて暗く見えた。

【００４０】（実施例２）実施例１と同様にして、液晶
表示パネル用の遮光性スペーサーを製造した。ただし、
実施例１において、ルチル型二酸化チタン粉体１００重
量部に代えて、チタンカップリング剤で処理したアナタ
ーゼ型二酸化チタン粉末２５重量部を用いた。得られた
遮光性スペーサーの平均粒子径は９．１μｍであり、粒
子径の標準偏差は０．６０μｍであり、二酸化チタンの
量は約７容積％であった。これを、ガラス板上にドライ
散布し、６００倍の透過型顕微鏡で観察すると、スペー
サーはすべて暗く見えた。

【００４１】（実施例３）実施例１と同様にして、液晶
表示パネル用の遮光性スペーサーを製造した。ただし、
実施例１において、ジビニルベンゼン１００重量部に代
えて、スチレン２５重量部及びトリメチロールプロパン
トリメタアクリレート２５重量部を用いた。得られた遮
光性スペーサーの平均粒子径は７．３μｍであり、粒子
径の標準偏差は０．４５μｍであり、二酸化チタンの量
は約４０容積％であった。これを、ガラス板上にドライ
散布し、６００倍の透過型顕微鏡で観察すると、スペー
サーはすべて暗く見えた。

【００４２】

【発明の効果】液晶表示パネルの液晶層の厚みを規制す
るスペーサーとして本発明のスペーサーを使用すること
により、透明なスペーサーを用いる従来の液晶表示パネ
ルにくらべて、透過光に対する表示模様のコントラスト
が向上し、鮮明な画像が得られるようになった。

【００４３】また、本発明のスペーサー中に含有させた
白色系無機粉体は、絶縁性であり、液晶表示パネル用の
スペーサーとして問題なく使用できる。この点が、カー
ボンブラック等の黒色顔料では解決できないものであ
る。

【００４４】また、合成樹脂製微小粒子中に無機粉体が
混合されているので、合成樹脂のみからなる従来のスペ
ーサーにくらべて圧縮弾性率が向上する。この結果、同
じ粒子径、標準偏差の透明な合成樹脂製スペーサーにく
らべ、二枚の透明電極間のギャップが均一になり、液晶
表示パネルにおいて良く発生していた色ムラが見られな
くなった。

【００４５】更に、無機粉体の比重は合成樹脂の比重よ
りも大きいので、透明な合成樹脂スペーサーにくらべ、
本発明のスペーサーの方がみかけ比重が大きい。このた
め、ストークスの原理を利用した沈降法によるスペーサ
ーの分級操作が容易となり、従来製造が困難であった、
粒径１〜３μｍ程度の粒径が小さい均一微粒子でも製造
できるようになった。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−42212（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−59926（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−200227（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−31822（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−154427（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02F 1/1339 500

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁性の白色系無機粉体を遮光性成分と
   して含有する合成樹脂製微小粒子からなることを特徴と
   する、液晶表示パネル用スペーサー。