JPH11194351A - 液晶表示素子用スペーサの遮光性評価方法、遮光性液晶表示素子用スペーサ及び液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 遮光性を定量的、かつ、容易に評価すること
ができ、コントラストの不良や、画像の欠陥につながる
スペーサを予め見いだすことのできる液晶セル用スペー
サの遮光性評価方法を提供し、これに基づいて、少量の
着色剤により着色された低い光線透過率を示す遮光性ス
ペーサ、及び、それを用いた液晶パネルを提供する。 【解決手段】 液晶セル用スペーサとして用いられる着
色微粒子の光線透過率を、個別の微粒子毎に測定するこ
とを特徴とする液晶セル用スペーサの遮光性評価方法、
これを用いた遮光性スペーサ及び液晶パネル。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示素子用ス
ペーサに用いられる着色微粒子の遮光性評価方法並びに
遮光性液晶表示素子用スペーサ及びそれを用いた液晶表
示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示素子は、パソコン、携帯型電子
機器等に広く使用されており、その性能向上のために、
画像の表示コントラストを更に高くすることが望まれて
いる。そのため、二枚の電極付き透明基板を電極が対向
するように配置し、両基板の間に液晶を封入した液晶表
示素子の、液晶に接する側の基板全面に、画像の表示コ
ントラストの低下を防止するための着色スペーサを散在
させたものが使用されている。

【０００３】このような高コントラストの液晶表示素子
に用いられる着色スペーサに関しては、有機着色微粒
子、無機着色微粒子等の多種類の着色微粒子が提案され
ている。

【０００４】しかしながら、これらの方法では、いずれ
も、着色微粒子としての性能を定量的に評価する手段が
欠けている等の工業的に解決しなければならない問題が
あった。特に、着色微粒子を液晶表示素子用の遮光性液
晶表示素子用スペーサとして使用する場合には、遮光性
を定量的に評価できることが望まれている。

【０００５】そこで、特公平７−８２１７２号公報に
は、ＪＩＳ Ｚ ８７０１で定められる色のＸＹＺ系
で、色の明るさに相当するＹ値が１０％以下であり、粒
子径が０．１〜１０μｍである表示装置用黒色スペーサ
粒子が開示されている。

【０００６】しかしながら、この技術では、明るさを限
定する黒色スペーサ粒子は、白色系粒子を熱処理するこ
とにより黒色化した粒子に限定されている。また、この
技術では、黒色化度を表すパラメーターとしてＪＩＳ
Ｚ ８７０１で定められているＹ値を用いているが、こ
のＹ値は、物体の明度又は暗度を表す尺度としては、光
線透過率等の尺度と比較してあまり一般的ではない。

【０００７】さらに、このＹ値は、円柱セル内に入れた
粒子群全体として評価しているので、仮に白や透明に近
いスペーサが存在しても、全体の粒子群として上記Ｙ値
を満足していれば良しとされるので、部分的に着色され
ていない粒子が存在すると、実際に液晶表示素子として
使用された場合には、コントラストの不良や、画像の欠
陥につながる。

【０００８】ところで、このような着色スペーサとして
は、有機着色微粒子、無機着色微粒子等の着色微粒子か
らなるものが提案されている。これら従来の着色微粒子
は、無機顔料や被覆していないカーボン等の着色剤によ
り着色された架橋高分子からなる。しかしながら、この
ような着色微粒子の１個、１個を詳細に調べると、中に
はほとんど着色されていない白抜け微粒子と称される微
粒子が存在していた。

【０００９】このような白抜け微粒子の発生を防止する
ためには、着色剤を多量に用いなければならないが、着
色剤を多量に用いると、スペーサにとって重要な特性で
ある機械強度が低下するという問題があった。すなわ
ち、無機顔料や被覆していないカーボン等の着色剤は、
スペーサの基材である架橋高分子中に分散した状態で存
在するため、構造中に着色剤が大量に存在するスペーサ
は、上下方向に圧力がかかると、変形し、更には破壊さ
れてしまう。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記に鑑
み、遮光性を定量的、かつ、容易に評価することがで
き、コントラストの不良や、画像の欠陥につながるスペ
ーサを予め見いだすことのできる液晶表示素子用スペー
サの遮光性評価方法を提供し、これに基づいて、少量の
着色剤により着色された低い光線透過率を示す遮光性液
晶表示素子用スペーサ、及び、それを用いた液晶表示装
置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示素子用
スペーサの遮光性評価方法は、液晶表示素子用スペーサ
として用いられる着色微粒子の光線透過率を、個別の微
粒子毎に測定するものである。

【００１２】本発明において上記着色微粒子を分散媒に
分散した分散液に可視光線を照射し、光線透過率を個別
の微粒子毎に測定し、その平均値とバラツキにより液晶
表示素子用スペーサの遮光性を評価することが好まし
い。

【００１３】さらに、本発明においては着色微粒子を分
散媒に分散した分散液、及び、複数の可視光線透過率既
知のフィルターに可視光線を照射し、その際の透過光を
イメージセンサーにより検知して画像に変換処理し、可
視光線透過率既知のフィルターよりの透過光に基づい
て、着色微粒子の光線透過率を、個別の微粒子毎に測定
することが好ましい。本発明において使用される着色微
粒子は、有機着色微粒子であってもよいし、無機着色微
粒子であってもよい。

【００１４】上記有機着色微粒子としては、重合体着色
微粒子が好ましく、例えば、着色剤の存在下で重合性単
量体を重合させてなるもの等が挙げられる。上記重合の
方法としては特に限定されないが、本発明においては、
上記重合性単量体に、着色剤を分散させることにより得
られる組成物を、重合開始剤の存在下に、水系媒体中で
懸濁重合させることが好ましい。

【００１５】上記重合性単量体としては特に限定され
ず、例えば、スチレン、α−メチルスチレン、ｐ−メト
キシスチレン、ｔ−ブチルスチレン、クロルスチレン等
のスチレン系単量体；アクリル酸メチル、アクリル酸エ
チル、アクリル酸ブチル、アクリル酸ステアリル、アク
リル酸２−エチルヘキシル等のアクリル酸系単量体；メ
タクリル酸メチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル
酸ブチル、メタクリル酸ステアリル、メタクリル酸２−
エチルヘキシル、メタクリル酸ドデシル等のメタクリル
酸系単量体；ブタジエン、イソプレン等のジエン系単量
体；エチレン、塩化ビニル、アクリロニトリル、アクリ
ルアミド、メタクリルアミド、ビニルピリジン、Ｎ−ビ
ニルピロリドン、Ｎ−ヒドロキシアクリルアミド、２−
ビニル−２−オキサゾリン、２−イソプロペニル−２−
オキサゾリン、酢酸ビニル、Ｎ−メチロールアクリルア
ミド、ジメチルアミノエチルアクリレート、グリシジル
メタクリレート、アリルグリシジルエーテル、無水マレ
イン酸、モノメチルフマレート等が挙げられる。これら
の種類、組み合わせ等は特に限定されないが、得られる
重合体着色微粒子とバインダー又は展色材との相溶性が
高くなるように選択することが好ましい。上記懸濁重合
においては、上記重合性単量体とともに適宜の架橋性化
合物を使用してもよい。

【００１６】上記着色剤としては特に限定されず、例え
ば、水又は有機溶剤に不溶又は難溶の無機及び有機の微
粉末状の顔料；染料等が挙げられる。上記顔料としては
特に限定されず、例えば、シリカ、炭酸カルシウム、ア
ルミナ、ガラス、タルク、カオリン、ベントナイト、二
酸化チタン、硫化亜鉛、亜鉛華、酸化アンチモン、水酸
化アルミニウム、ベンガラ、酸化クロム、ニッケル、ク
ロム、炭酸バリウム、鉄、酸化銅、酸化すず；ファーネ
スブラック、チャンネルブラック、アセチレンブラッ
ク、サーマルブラック、ランプブラック等のカーボンブ
ラック等の無機顔料等が挙げられる。

【００１７】上記染料としては特に限定されず、例え
ば、ブリリアントカーミンＢＳ、レーキカーミンＦＢ、
ブリリアントファーストスカーレット、レーキレッド４
Ｒ、パーマネントレッドＲ、ファーストレッドＦＧＲ、
トルイジンマロン、ビスアゾイエロー、ファーストイエ
ローＧ、ビスアゾオレンジ、バルカンオレンジ、ピラゾ
ロンレッド等のアゾ系又は縮合アゾ系；フタロシアニン
ブルー、ファーストスカイブルー、フタロシアニングリ
ーン等のフタロシアニン系；イエローレーキ、ローズレ
ーキ、バイオレッドレーキ、ブルーレーキ、グリーンレ
ーキ等の染色レーキ系；オクサジン系；キノフタロン系
等が挙げられる。

【００１８】上記着色剤の添加量は、重合体着色微粒子
中の着色剤の含有濃度が、０．５〜３０重量％となるよ
うに設定されることが好ましい。０．５重量％未満であ
ると、重合体着色微粒子が淡色となり、濃色ではなくな
るため、得られる重合体着色微粒子を遮光性液晶表示素
子用スペーサとして使用する場合、液晶表示素子の画像
濃度のコントラストを向上させる目的が達成しにくくな
る。また、３０重量％を超えると、着色微粒子の機械的
強度が低下し、僅かな荷重がかかるだけで重合体着色微
粒子が圧壊することになり、遮光性液晶表示素子用スペ
ーサとしての実用性に問題が生じることがある。より好
ましくは、１〜２０重量％である。

【００１９】上記重合性単量体に、上記着色剤を均一に
分散させるには、例えば、ボールミル、ビーズミル、サ
ンドミル、アトライター、サンドグラインダー、ナノマ
イザー等を使用することができる。上記重合性単量体
に、上記着色剤を分散させることにより得られる組成物
には、所望により、上記着色剤の分散性を向上させるた
めに、分散剤を添加してもよい。

【００２０】次に、上記組成物を、重合開始剤の存在
下、水系媒体中で懸濁重合させ、重合体着色微粒子を得
る。上記重合開始剤としては、通常の懸濁重合で使用さ
れるもの、即ち、水系媒体に不溶で、上記重合性単量体
に可溶なものが使用される。

【００２１】次に、上記組成物を、上記重合開始剤、及
び、必要に応じて、上記分散剤を添加した上記水系媒体
中において、微粒子状に懸濁し、粒径が所定の範囲にな
るように攪拌する。ついで、２０〜１００℃に加温し
て、重合を開始する。重合終了後、濾過、遠心分離等の
任意の分離手段を用いて、目的とする重合体着色微粒子
を得ることができる。上記組成物を微粒子状に懸濁させ
るには、例えば、ホモジナイザー等を使用することがで
きる。

【００２２】本発明において、上記重合体着色微粒子
は、予め調製された高分子重合体微粒子を着色する方法
によっても得ることができる。上記予め調製された高分
子重合体微粒子を着色する方法としては特に限定され
ず、例えば、以下の方法等が挙げられる。

【００２３】（ａ）重合体微粒子を酸で処理し、ついで
これを着色する方法（特開平１−１４４４２９号公
報）； （ｂ）エチレン性不飽和スルフォン酸又はその塩を重合
して得られる水溶性重合体微粒子を、塩基性染料を用い
て染色する方法（特公平４−２７２４２号公報）； （ｃ）アミノ樹脂の重合体微粒子を、溶剤の存在下に高
温で酸性染料で着色する方法（特開平３−３５１６３９
号公報）；

【００２４】本発明においては、上記着色微粒子として
無機着色微粒子を使用することができる。上記無機着色
微粒子の製造方法としては特に限定されず、例えば、以
下の方法等が挙げられる。 （１）アルコキシシランとエチレン性不飽和基を有する
珪素化合物とを共に加水分解させてシリカ微粒子を得
て、ついで、該シリカ微粒子を酸で処理し、その後、該
シリカ微粒子を染色する着色シリカ微粒子の製造方法； （２）アルコキシシランとエポキシ基を有する珪素化合
物とを共に加水分解させてシリカ微粒子を得て、その
後、該シリカ微粒子を染色する着色シリカ微粒子の製造
方法等。

【００２５】本発明においては、上記着色微粒子の平均
粒径が０．１〜５０００μｍであることが好ましい。
０．１μｍ未満であると、凝集しやすく実用性を欠き、
５０００μｍを超えると、使用されることはまれであ
る。より好ましくは、０．５〜１０００μｍ、更に好ま
しくは、１〜１００μｍ、最も好ましくは、２〜２０μ
ｍである。

【００２６】本発明においては、上記着色微粒子の粒径
の変動係数が５０％以下であることが好ましい。５０％
を超えると、粒径分布が広くなりすぎ、液晶表示素子用
スペーサとしての性能が低下することがある。より好ま
しくは、２０％以下、更に好ましくは、１０％以下、最
も好ましくは、５％以下である。

【００２７】上記着色微粒子は、液晶表示素子用スペー
サ、特に遮光性液晶表示素子用スペーサとして好適に用
いることができる。

【００２８】本発明において使用される分散媒体として
は、着色微粒子を溶解せず、略均一に分散させるもので
あれば特に限定されず、例えば、イソプロピルアルコー
ル、水及びこれらの混合物等が挙げられる。

【００２９】本発明において使用される可視光線透過率
既知のフィルターとしては、分光特性が定められた標準
試料として、可視光線（波長４００〜８００ｎｍ）全体
に渡り光線透過率が略一定のものであれば特に限定され
ず、例えば（東芝硝子社製、商品名「東芝色ガラスフィ
ルター」）等が挙げられる。

【００３０】本発明において平均値とは、標本平均をさ
す。

【００３１】本発明において「バラツキ」とは、通常、
標本標準偏差が使用されるが、代用値として、標本分散
や標本範囲（Ｒａ）等を使用してもよい。

【００３２】本発明において使用されるイメージセンサ
ーとは、ＣＣＤに代表されるような影像検知デバイスで
あって、例えば、ＣＣＤ、ＢＢＤ等が挙げられる。

【００３３】本発明の液晶表示素子用スペーサの遮光性
評価方法は、液晶表示素子用スペーサとして用いられる
着色微粒子の光線透過率を、個別の微粒子毎に測定する
ものであり、上記光線透過率は、物体の明度又は暗度を
表す尺度として一般に使用されている。このため、光線
透過率の数値を見るだけで、物体の明度又は暗度をただ
ちに理解することができる。

【００３４】さらに、上記着色微粒子の明るさ又は暗
さ、即ち、遮光性は、上記個別の微粒子毎の光線透過率
から評価しているので、従来技術で着色微粒子の明度又
は暗度を表していたＪＩＳ Ｚ ８７０１で定められて
いるＹ値を求める場合と比較して、着色微粒子自体の遮
光性能をより容易に評価することができ、かつ、定量的
に評価することができる。

【００３５】本発明２は、本発明の液晶表示素子用スペ
ーサの遮光性評価方法を用いて光線透過率を測定した場
合に、当該光線透過率が、５〜４０％である遮光性液晶
表示素子用スペーサである。また、当該光線透過率の変
動係数は、２０％以下であることが好ましい。

【００３６】遮光性液晶表示素子用スペーサにおいて
は、充分な機械的強度と遮光度とを得るための適正な光
線透過率は５〜４０％である。５％未満であると着色剤
を大量に加える必要が生じて充分な圧縮強度を得ること
ができず、光線透過率が４０％を超えると、遮光性が充
分ではなく液晶表示装置として充分なコントラストを確
保することができない。本発明２の遮光性液晶表示素子
用スペーサを用いてなる液晶表示装置もまた、本発明の
一つである。

【００３７】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態をその手順の
例をもってさらに詳しく説明する。

【００３８】画像解析ソフト（画像中の特徴的な幾何
学パターンの抽出をし、寸法、形状、輝度、及びこれら
を組み合わせたパラメーターの測定を行う）を具備した
パーソナルコンピューターに、ＣＣＤカメラを具備した
顕微鏡（倍率１０〜４００倍）を接続した。

【００３９】上記解析ソフトが表示する画像は、ｎ×ｍ
の格子状に並んだ画素により表現された。この場合にお
いてｎ、ｍの値は小さすぎると得られる画像の解像度が
悪くなるので３００以上が好ましい。この画素の持つ輝
度値をそれぞれ、ｎ、ｍの関数として、例えば２５６階
調で表現した（例えば０階調を黒、２５５階調を白と表
現した）。

【００４０】標準試料である可視光線透過率既知のフ
ィルターを数枚用意し、その内の一枚をプレパラート上
に載置し、顕微鏡を介してＣＣＤカメラにより検知して
画像に変換処理し、上記画像解析ソフトを具備したパー
ソナルコンピューターに画像を転送した。

【００４１】以上の操作を各フィルターについて行
い、検量線を作成した。この検量線は、使用するＣＣＤ
カメラ、解析ソフトにより異なるが、線型近似、２次近
似、高次近似、指数近似、対数近似、内挿法、外挿法な
どを適宜使用して得られる。

【００４２】次に、測定対象の液晶表示素子用スペー
サを分散媒に分散し、プレパラート上に滴下した。この
際、分散媒が蒸発しないように、カバー硝子を分散液上
に載置した。

【００４３】この試料に可視光線を照射し、顕微鏡を
介してＣＣＤカメラにより検知して画像に変換処理し、
上記画像解析ソフトを具備したパーソナルコンピュータ
ーに画像を転送した。この画像から、スペーサの微粒子
が独立して（重ならずに）表示されている画面を選定し
た。

【００４４】上記画面にスペーサが独立してｆ個存在
するとき、それらの画像の平均輝度値Ｃ₁ 〜Ｃ_f を算出
し、その値からスペーサ全部の標本平均値及び標準偏差
を求めた。

【００４５】上記輝度値の標本平均値及び標準偏差か
ら、で作成した検量線でもってスペーサの可視光線透
過率に換算した。

【００４６】

【実施例】以下に、本発明を実施例もってさらに詳しく
説明する。

【００４７】プレパラート上に可視光線透過率１３％の
フィルター（東芝硝子社製；商品名「東芝色ガラスフィ
ルターＮＤ−１３」）を載置して可視光線を照射し、透
過光を、ＣＣＤカメラ（オリンパス社製；型式「ＣＳ５
２０ＭＤ」）を具備した顕微鏡（オリンパス社製；型式
「ＢＸ−６０」）により検知して画像に変換処理し、上
記画像解析ソフト（王子計測機器社；商品名「ドットア
ナライザーＤＡ−５０００Ｓ」）を具備したパーソナル
コンピューター（Ｄｅｌｌ社製；型式「ＧＸＭＴ５２０
０」）に画像を転送した。

【００４８】転送された画像は、５１２×４７５の格子
状に並んだ画素により表現され、この画素の持つ輝度値
は、平均１０８階調であった。同様にして可視光線透過
率２５％のフィルター（東芝硝子社製；商品名「東芝色
ガラスフィルターＮＤ−２５」）について測定したとこ
ろ、輝度値は、平均１６７階調であった。

【００４９】次に、液晶表示素子用スペーサ（積水フア
インケミカル社製、品番「ＢＢＳ−６０６２−Ｐ」）１
ｇを、イソプロピルアルコール１５ｃｃと水１５ｃｃか
らなる分散媒に分散し、この分散液をプレパラート上に
滴下し、カバー硝子を分散液上に載置した。

【００５０】上記試料を可視光線透過率既知のフィルタ
ーで測定したと同様に、顕微鏡の倍率を２００に設定
し、パーソナルコンピューターに転送された画像から、
スペーサの微粒子が重ならずに表示されている画面を選
定したところ、２０個のスペーサの微粒子の画像が確認
された。得られた画像から、各スペーサの微粒子毎の階
調の平均値を求めたところ、最大１６５．１階調、最小
１５４．０階調であり、２０個のスペーサの標本平均値
を求めたところ、１５９．４階調、標準偏差３．９階調
であった。

【００５１】上記輝度値の標本平均値及び標本標準偏差
から、可視光線透過率１３％及び２５％のフィルターで
測定した結果に基づいて内挿法により可視光線透過率に
換算したところ、標本平均値２３．５％、標本標準偏差
０．８％であった。

【００５２】実施例１ ジビニルベンゼン４７重量部と、テトラメチロールメタ
ンテトラアクリレート４８重量部とを混合し、更に被覆
カーボン５重量部を重合開始剤として、２，２′−アゾ
ビスイソブチロニトリル４重量部を加えて、サンドミル
にて３０分間分散した。このようにして調製した着色液
１００ｇを、１Ｌの丸底セパラブルフラスコにて、攪拌
下２％ポリビニルアルコール水溶液４００ｇにて滴下し
た。更に攪拌を行い、中心の粒径が６μｍになったとこ
ろで窒素を還流しながら昇温し、８５℃にて５時間反応
して着色微粒子を得た。得られた微粒子を分級し、平均
粒径６．００μｍであって変動係数３％の着色スペーサ
１０ｇを得た。得られたスペーサの光線透過率と圧縮破
壊強度とを測定した。結果を表１に示した。

【００５３】圧縮破壊強度の測定方法 温度が２０±１℃に調整された部屋に置かれた粉体圧縮
試験機（ＰＣＴ−２００、島津製作所社製）を用いて、
加重２０ｇｆにて速度０．２７ｇｆ／ＳＥＣで粉体の破
壊強度を測定し、これを圧縮破壊強度とした。

【００５４】比較例１ 被覆カーボン５重量部を加える代わりに、カーボン５重
量部を加えたこと以外は実施例１と同様にして着色微粒
子を得、同様に試験した。 実施例２ 被覆カーボン５重量部を加える代わりに、カーボン１５
重量部を加えたこと以外は実施例１と同様にして着色微
粒子を得、同様に試験した。 実施例３ 被覆カーボン５重量部を加える代わりに、カーボン１５
重量部、アントラキノンレッド２重量部、フタロシアニ
ンブルー２重量部、及び、フタロシアニングリーン２重
量部を加えたこと以外は実施例１と同様にして着色微粒
子を得、同様に試験した。

【００５５】

【表１】

【００５６】

【発明の効果】本発明の液晶表示素子用スペーサの遮光
性評価方法は、上述の如き構成とされているから、スペ
ーサの遮光性を定量的、かつ、容易に評価することがで
きるので、上記スペーサを使用した液晶表示素子におけ
るコントラストの不良や、画像の欠陥につながるスペー
サを予め見いだすことができる。また、本発明の遮光性
液晶表示素子用スペーサは、充分の圧縮破壊強度を有し
ているので、良好なスペーサとして用いることができ、
これを用いた液晶表示装置は、機械的精度が良好であ
る。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液晶表示素子用スペーサとして用いられ
   る着色微粒子の光線透過率を、個別の微粒子毎に測定す
   ることを特徴とする液晶表示素子用スペーサの遮光性評
   価方法。
2. 【請求項２】 着色微粒子を分散媒に分散した分散液に
   可視光線を照射し、光線透過率を個別の微粒子毎に測定
   し、その平均値とバラツキにより液晶表示素子用スペー
   サの遮光性を評価す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の遮光性評価方法。
3. 【請求項３】 着色微粒子を分散媒に分散した分散液、
   及び、複数の可視光線透過率既知のフィルターに可視光
   線を照射し、その際の透過光をイメージセンサーにより
   検知して画像に変換処理し、可視光線透過率既知のフィ
   ルターよりの透過光に基づいて、着色微粒子の光線透過
   率を、個別の微粒子毎に測定することを特徴とする請求
   項１又は２記載の液晶表示素子用スペーサの遮光性評価
   方法。
4. 【請求項４】 被覆カーボンにより着色された着色微粒
   子からなる遮光性液晶表示素子用スペーサであって、光
   線透過率が、５〜４０％であることを特徴とする遮光性
   液晶表示素子用スペーサ。
5. 【請求項５】 光線透過率が、請求項１、２又は３記載
   の液晶表示素子用スペーサの遮光性評価方法により測定
   されて得られる値であることを特徴とする請求項４記載
   の液晶表示素子用スペーサ。
6. 【請求項６】 光線透過率の変動係数は、２０％以下で
   あることを特徴とする請求項４又は５記載の遮光性液晶
   表示素子用スペーサ。
7. 【請求項７】 請求項４、５又は６記載の遮光性液晶表
   示素子用スペーサを用いてなることを特徴とする液晶表
   示装置。