JP3208271B2

JP3208271B2 - 液晶表示素子

Info

Publication number: JP3208271B2
Application number: JP01604095A
Authority: JP
Inventors: 博嗣福谷; 彰洋堀田; 修一上辺; 浩大西
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1994-03-18
Filing date: 1995-02-02
Publication date: 2001-09-10
Anticipated expiration: 2016-09-10
Also published as: CN1049506C; JPH07306413A; KR950027462A; US5594572A; CN1117145A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示素子に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示素子は、一定の間隔に隔てられ
た２枚の基板と、この一対の基板の間隙に封入された液
晶とから構成されている。２枚の基板の間隙（以下、ギ
ャップと称する）は、良好な表示品位の液晶表示素子を
得るために均一であることが望ましい。また、液晶表示
素子は、ギャップむらがないことが望ましい。ギャップ
むらは、押圧により基板が部分的に歪むことによって生
じたり、高温時に液晶の膨張により基板に歪みが生じた
りすることに起因している。

【０００３】そこで、均一なギャップを得るために、球
状のギャップ保持材を基板間に散在させることが一般的
に行なわれている。

【０００４】液晶表示素子のギャップ均一性を向上する
方法として、周辺部のシール材の厚みより液晶パネル内
のギャップ保持材であるスペーサの径が小さくなるよう
にし、液晶表示素子内部を負圧状態にする技術が開示さ
れている（特公昭５９−１８６８５号公報）。しかしな
がら、この液晶表示素子内部を負圧にする方法は、素子
を低温下に放置した場合に、液晶中にほぼ真空の気泡が
発生しやすい。これは素子内部を負圧にしているため、
低温による液晶の体積減少に基板と内部の容積変化とが
追随しにくいからである。

【０００５】この低温時の気泡発生を防止するために、
剛性粒体とエポキシ基を含む重合体粒子とを混合使用す
る方法が特開平１−９６６２６号公報に開示されてい
る。

【０００６】また、高温時のギャップむらや、押圧によ
るギャップむらを防止する方法としては、ガラスファイ
バーと、ガラスファイバーより大きいプラスチックビー
ズとを使用する方法が特開昭６３−６５２７号公報に開
示されている。また、他の方法として、熱融着性を示さ
ない硬質のギャップ保持材と、硬質ギャップ保持材の粒
径の２倍以下の平均粒径を有し熱融着性を示す軟質のギ
ャップ保持材とを混合使用する方法が特開昭６２−１５
０２２４号公報に開示されている。

【０００７】上記に示したような粒径分布幅の広い従来
のギャップ保持材を使用したときには、液晶表示素子内
でギャップ保持に寄与する上下の基板に接触している保
持材量が少なく、基板はある程度自由にたわむことがで
きる。従って、液晶表示素子の輸送時や取扱い時、パソ
コン等の製品に組み込まれた後での取扱い時に、過度の
衝撃が加わった場合、加わった衝撃を基板のたわみで吸
収することができる。

【０００８】その結果、衝撃でギャップむらが発生し、
液晶表示素子の品位を落とすということがほとんどな
い。また、粒径分布幅が広いために、液晶表示素子に初
期から発生しているギャップむらがあり、衝撃によって
ギャップむらが発生しても目立ちにくい。

【０００９】しかしながら、上記のガラスファイバーと
プラスチックビーズとの混合使用、硬質ギャップ保持材
と熱融着性を示す軟質ギャップ保持材との混合使用、剛
性粒体とエポキシ基を含む接着性重合体粒子との混合使
用においては、以下の点が明示されていない。即ち、低
硬度ギャップ保持材と高硬度ギャップ保持材との粒径差
及び混合比率や、高硬度ギャップ保持材及び低硬度ギャ
ップ保持材の硬度、ギャップ保持材の粒径精度が明示さ
れていない。

【００１０】更に、高硬度ギャップ保持材と低硬度ギャ
ップ保持材との最適な組合せは不明である。これらの点
は、ギャップ均一性の向上や、高温、衝撃時のギャップ
保持特性に大きく影響する重要な因子である。例えば、
低硬度のギャップ保持材の硬度が小さすぎると、高温時
や衝撃時のギャップ保持に効果を発しない。

【００１１】ところで、近年液晶表示素子を用いた液晶
パネルの大面積化、軽量化要求による基板の薄板化及び
パネル特性の高コントラスト化により、液晶表示素子の
ギャップ精度に対する要求が一段と高まっている。従来
では、樹脂系のギャップ保持材としては、粒径精度を示
すＣＶ値が６％程度のものが一般的に使用されていた。
従って、ギャップ精度の要求に対応するのが困難な状況
にあった。

【００１２】しかし、樹脂からなる球状のギャップ保持
材は、近年粒径精度の高いもの、例えば特表平６−５０
３１８０号公報に示されたものが得られてきている。上
記公報では、粒径精度の高いギャップ保持材を単独で用
いて、液晶表示素子を作成した場合が開示されている。
このギャップ保持材は樹脂であるために、液晶表示素子
を低温にしたとき、液晶の体積減に対応できる程度は歪
み、液晶表示素子の容積も減少することができる。従っ
て、無機材料からなるギャップ保持材を使用する際に見
られるような真空気泡が発生することがなく、ギャップ
の均一性を向上することが可能となっている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記特
表平６−５０３１８０号公報に示されたような１０％圧
縮弾性率が２１４〜６００ｋｇ／ｍｍ²で、粒径精度
（ＣＶ値）が４％以下である粒径精度の高い樹脂のギャ
ップ保持材を用いることで、ギャップ精度を向上するこ
とが可能となったが、上記ギャップ保持材は粒径精度が
高いために、一対の基板間に散在されたギャップ保持材
のほとんどが上下の基板間のギャップ保持に寄与し、一
対の基板は強固に保持されることになる。そのため、基
板のたわみに対する自由度が、従来の粒径分布幅がやや
広い樹脂のギャップ保持材を使用した液晶表示素子に比
べ小さくなってしまう。

【００１４】基板のたわむ自由度が小さくなると、液晶
表示素子の表示品位は著しく低下する。その理由を例え
ば、液晶表示素子を高温にし、特に素子を垂直に保持し
た場合について述べる。この場合、液晶材料の熱膨張に
よる体積増が基板の熱膨張による容積増よりも大きくな
り、余分な液晶量が生じるので、この容積分を基板のた
わみで吸収することができない。従って、基板下部に液
晶の溜まり部分が生じ、ギャップむらが発生するので、
液晶表示素子の表示品位が低下する。

【００１５】即ち、高粒径精度のギャップ保持材を単独
で用い、ギャップの均一化をはかると、上記理由によ
り、衝撃時には図５に示すような渦巻き状のギャップむ
らが発生するという問題点を有している。また、ギャッ
プの均一性が高いので、衝撃によってわずかのギャップ
むらが発生しても視覚的に認識しやすく目立つために、
液晶表示素子の品位を落とすという問題点も有してい
る。

【００１６】本発明の目的は、高粒径精度のギャップ保
持材を用い、液晶表示素子のギャップ均一性と、高温状
態及び衝撃によるギャップむらの発生防止、低温での真
空気泡の発生防止とを両立する液晶表示素子を提供する
ことにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１記載の
液晶表示素子は、上記課題を解決するために、対向配置
された一対の基板の間隙に液晶が封入された液晶表示素
子において、上記間隙を保持するための間隙保持材とし
て、球状で１０％圧縮弾性率が３００〜６００ｋｇ／ｍ
ｍ ² の範囲で硬度が互いに異なり、粒径精度が４％以下
である少なくとも２種の粒子が液晶と共に封入され、か
つ、これら粒子は、高硬度の粒子の平均粒径に対する低
硬度の粒子の平均粒径の比率が１．００８〜１．０３で
あり、低硬度の粒子の１０％圧縮弾性率に対する高硬度
の粒子の１０％圧縮弾性率の比率が１．１４〜１．３７
であり、上記低硬度粒子に対する高硬度粒子の個数比が
２であることを特徴としている。

【００１８】

【００１９】

【００２０】

【００２１】

【００２２】

【作用】請求項１の構成によれば、基板の間隙は液晶内
に含まれる少なくとも２種の球状の粒子によって均一に
保持される。これらの粒子は共に粒径精度が４％以下で
あるために、基板の支持点数の増加によって間隙の均一
性が向上する。また、硬度が異なる少なくとも２種の粒
子によって、液晶表示素子に温度変化や衝撃が加わった
場合において、対応することができる。

【００２３】また、上記の構成によれば、液晶表示素子
を高温状態に放置した場合、低硬度で粒径の大きな粒子
が、液晶材料の熱膨張による体積増を粒子の変形回復に
よる間隙の厚みの増加で吸収するため、過剰な液晶の溜
まりによるむらが生じない。また、液晶表示素子を低温
下に放置した場合にも、高硬度の粒子により間隙の厚さ
を均一に保ちながら、低硬度粒子の変形により液晶の体
積減に応じて基板がたわむので、真空気泡の発生が防止
できる。

【００２４】更に、上記液晶表示素子に衝撃を加えた場
合、低硬度粒子が基板のたわみに追随して変形回復する
ことにより衝撃を吸収するので、渦巻き状の表示素子の
歪み、すなわちギャップむらを生じることがない。

【００２５】また、高硬度粒子の平均粒径に対する低硬
度粒子の平均粒径の比率が１よりも小さい場合は、高温
下で液晶表示素子を垂直に立て放置したとき、液晶溜ま
りによるギャップむらを生じたり、液晶表示素子に衝撃
を加えたとき、渦巻き状のギャップむらが発生し、比率
が１．０５よりも大きい場合は、ギャップの均一性が劣
化する。しかしながら、上記構成では、高硬度粒子の平
均粒径に対する低硬度粒子の平均粒径の比率が１〜１．
０５であるので、高温時及び衝撃時におけるギャップむ
らの発生や、ギャップの均一性の劣化もない。

【００２６】また、低硬度粒子に対する高硬度粒子の個
数比が４よりも大きい場合、上記と同様に高温時及び衝
撃時にギャップむらが発生し、低硬度粒子に対する高硬
度粒子の個数比が１よりも小さい場合はギャップの均一
性が劣化する。特に低硬度粒子の個数：高硬度粒子の個
数が１：２であることが好ましい。

【００２７】

【００２８】

【００２９】

【００３０】

【実施例】本発明の実施例を図１ないし図４を用いて説
明すると以下の通りである。

【００３１】本発明の液晶表示素子９は、例えば図１に
示すように、一対のガラス基板１・１とそれによって形
成される間隙（ギャップ）に液晶７が封入された構成を
有している。

【００３２】上記ガラス基板１・１のギャップ側には、
それぞれ透明電極２・２が対向するように配置されてい
る。更に透明電極２・２上には、それぞれ配向膜３・３
が設けられている。一方、ガラス基板１・１の外側面に
は、それぞれ偏光板８・８が設けられている。

【００３３】また、ガラス基板１・１のギャップ側の周
辺部はシール材４によってシールされ、上記液晶７が封
入されている。液晶７と共に、ギャップ内にギャップ保
持材としての高硬度の粒子である高硬度ビーズ５…、及
び低硬度の粒子である低硬度ビーズ６…が封入されてい
る。これらは、ガラス基板１・１のギャップを所定の厚
みに保持するためのものである。

【００３４】上記使用されるビーズは、その粒径精度を
示すＣＶ値が４％以下、好ましくは３％以下のものが用
いられる。この場合、上下の基板に接触する有効な粒子
数が多く、そのためギャップの均一性や、外部からの衝
撃等を変形により吸収するクッション性に有効に作用す
る。尚、ＣＶ値は、（粒子径の標準偏差／平均粒子径）
×１００（％）で求められる。

【００３５】更に、ビーズは、以下の条件を満たす樹脂
ビーズを使用する。まず、１０％圧縮弾性率が３００〜
６００ｋｇ／ｍｍ²であるものを使用する。なお、１０
％圧縮弾性率とは、粒子径が圧縮により１０％変形した
ときの弾性率であり、次の式で表される。

【００３６】

【数１】

【００３７】１０％圧縮弾性率は、粒子１個についてそ
の中心方向へ荷重をかけ、粒子が１０％変位したときの
荷重、つまり圧縮力Ｆと圧縮変形量Ｓを測定し、上式か
ら計算して求められる。このとき、測定には、微小圧縮
試験機（島津製作所製）を使用した。

【００３８】１０％圧縮弾性率が３００ｋｇ／ｍｍ²よ
り小さい場合は、ビーズの変形が不均一となりギャップ
むらが非常に大きくなる。また、６００ｋｇ／ｍｍ²を
超えるものは入手困難である。従って、高硬度ビーズ及
び低硬度ビーズは、１０％圧縮弾性率が３００〜６００
ｋｇ／ｍｍ²を満たすものを使用する。

【００３９】これにより、高硬度ビーズでギャップの均
一性を達成し、低硬度ビーズがギャップ内で高硬度ビー
ズより大きく変形することでクッションの役割を果た
し、液晶パネル基板のたわみに対する自由度を確保する
ことにより、高温あるいは衝撃に対しギャップむらの発
生を防止する。

【００４０】次に、高硬度ビーズと低硬度ビーズとの硬
度比、即ち、低硬度ビーズの圧縮弾性率に対する高硬度
ビーズの圧縮弾性率の比率（高硬度ビーズ圧縮弾性率／
低硬度ビーズ圧縮弾性率）が、以下に示す値を満たすよ
う両ビーズを選定し、混合使用する。圧縮弾性率の比率
は、１．１４〜１４．３の範囲が好ましく、１．１４〜
２の範囲が更に好ましい。

【００４１】例えば、１０％圧縮弾性率が３５０ｋｇ／
ｍｍ²の低硬度ビーズと１０％圧縮弾性率が４００ｋｇ
／ｍｍ²の高硬度ビーズとを組み合わせた場合、圧縮弾
性率の比率は４００／３５０＝１．１４となる。

【００４２】さらに、高硬度ビーズとして、樹脂ビーズ
で最も高硬度であるビーズ（１０％圧縮弾性率約６００
ｋｇ／ｍｍ²）を使用し、低硬度ビーズとして、使用可
能な範囲で最低硬度であるビーズ（１０％圧縮弾性率約
３００ｋｇ／ｍｍ²）を使用した場合、その比率は６０
０／３００＝２となる。

【００４３】また、高硬度ビーズとして、上記樹脂ビー
ズ以外に、ＳｉＯ₂等からなる無機ビーズを用いてもよ
い。高硬度ビーズとして、ＳｉＯ₂ビーズ（１０％圧縮
弾性率約５０００ｋｇ／ｍｍ²）を使用し、低硬度ビー
ズとして、１０％圧縮弾性率が３５０ｋｇ／ｍｍ²の上
記ビーズを使用した場合、その比率は５０００／３５０
＝１４．３となる。

【００４４】以上のように、高硬度ビーズと低硬度ビー
ズとの圧縮弾性率の比率の最小値は、後述の実施例より
１．１４であり、その圧縮弾性率の比率の最大値は、高
硬度ビーズとして無機ビーズを使用した場合の実施例で
ある１４．３である。したがって、上記圧縮弾性率の比
率の範囲は、１．１４〜１４．３となる。

【００４５】しかし、無機ビーズは公知のとおり、硬す
ぎるために配向膜等へ傷を付けやすい等の課題がある。
したがって、さらに好ましい高硬度ビーズと低硬度ビー
ズの組み合わせは、樹脂ビーズ同士の組み合わせとな
る。樹脂ビーズの場合の圧縮弾性率の比率の最小値は前
記のとおり１．１４であり、比率が２のときが最大の組
み合わせとなることから、圧縮弾性率の比率のさらに好
ましい範囲を１．１４〜２とした。

【００４６】ところで、上記の高硬度及び低硬度ビーズ
の粒径は、低硬度ビーズの粒径が高硬度ビーズの粒径よ
り小さい場合、クッション性が十分得られない。また、
高硬度ビーズに対し低硬度ビーズの粒径が大きすぎる
と、低硬度ビーズがギャップの均一性に影響するため
に、ギャップの均一性が悪くなる。従って、（低硬度ビ
ーズ平均粒径／高硬度ビーズ平均粒径）をΔｄとする
と、Δｄ＝１〜１．０５、好ましくは１．００３〜１．
０３であることが効果的である。

【００４７】また、高硬度及び低硬度ビーズの混合比率
は、低硬度ビーズが多すぎると粒径が大きいためにギャ
ップ均一性が悪くなり、高硬度ビーズが多すぎるとクッ
ション性が悪くなり高温でのギャップ均一性に劣る。ま
た、無機ビーズを用いた場合は低温での真空気泡問題を
生じやすい。従って、高硬度ビーズ：低硬度ビーズ＝
１：１〜４：１（個数比）の範囲であることが効果的で
ある。このとき、両ビーズが同一材料系の場合は個数比
の代わりに重量比でもよい。

【００４８】本実施例では低硬度ビーズとして、１０％
圧縮弾性率が３００〜３７０ｋｇ／ｍｍ²のジビニルベ
ンゼン系ポリマーを主成分とし、粒径分布のＣＶ値が３
％以下である樹脂からなるビーズ（花王製商品名：ル
ナパールＬＣ）を使用した。

【００４９】一方、高硬度ビーズとしては、１０％圧縮
弾性率が３７０〜６００ｋｇ／ｍｍ²のジビニルベンゼ
ン系ポリマーを主成分とし、粒径分布のＣＶ値が３％以
下であるビーズ（花王製商品名：ルナパールＬＣＨ）
を使用した。また、無機ビーズとしては、ＳｉＯ₂を主
成分とし、ＣＶ値が１．５％以下であるビーズ（触媒化
成工業製商品名：真絲球ＳＷ）を使用した。

【００５０】ところで、液晶表示素子の生産工程等で素
子に静電気が加わった時に、粒子の周囲に液晶の異常な
配向部が発生することがある。また、高温状態で長時間
液晶表示素子を通電した場合に、粒子を核とした液晶配
向状態の異常が発生することがある。これらの異常配向
のために、それを修正するための工程を要したり、製品
の良品率が下がるという不具合がある。

【００５１】そこで、湿式散布溶液（純水＋アルコー
ル）中でのゼータ電位が、極性がマイナスで、その絶対
値が２５ｍＶ以上となるように、粒子の材料を選んだ
り、あるいは、粒子の表面に改質等を加えてもよい。
尚、ゼータ電位の測定には、大塚電子製レーザゼータ電
位計ＬＥＺＡ−６００を使用した。

【００５２】このように、その表面極性をコントロール
した粒子を使用することにより、上記の液晶の異常な配
向状態が防止でき、液晶表示素子の生産性及び表示品位
を向上することができる。

【００５３】なお、粒径分布の小さい粒子の使用によ
り、パネル内でギャップ保持にかかわる粒子数が増える
ため、従来の表示素子に比べ粒子の分布個数を減らすこ
とが可能となり、特にネガタイプの液晶表示素子におい
ては、粒子部での光抜けを減らし、液晶表示素子の品位
とコントラスト特性を改善することができる。その結
果、生産プロセスの変更なしに高品位、高信頼性の液晶
表示素子を得ることができる。

【００５４】〔実施例１〕２枚のガラス基板にそれぞれ所定の形状の透明電極及び
配向膜を形成し、配向処理を行なうと共に、片側の基板
にエポキシ系のシール材によるシール枠を印刷した。

【００５５】低硬度ビーズは、ルナパールＬＣ６１０
（平均粒径６．１０μｍ、ＣＶ値３％、１０％圧縮弾性
率３５０ｋｇ／ｍｍ²）を使用し、高硬度ビーズは、ル
ナパールＬＣＨ６００（平均粒径６．００μｍ、ＣＶ値
３％、１０％圧縮弾性率４２０ｋｇ／ｍｍ²）を使用し
た。両ビーズの重量比は１：１とした。

【００５６】次に、アルコールを添加した純水溶液中に
超音波を用いて両ビーズを分散させ、湿式の保持材散布
液を作製した。そして、湿式法にて片側基板上に両ビー
ズの分布密度が７０〜１６０個／１ｍｍφとなるよう散
布した。その後、基板を重ね合わせ、全面を均一に加圧
しながら１５０℃で１時間焼成し、液晶パネルを得た。
以後、所定の工程で液晶パネルを完成させた。

【００５７】上記液晶パネルのギャップの面内均一性を
測定したところ、ギャップばらつき幅は±０．０２μｍ
程度であった。これは、従来の約１／３であり、ギャッ
プの均一性が改善されていることを確認した。また、こ
の液晶表示素子を６０℃の恒温槽に垂直に立て２４時間
放置後に評価したところ、液晶の溜まりによるギャップ
むらのないことを確認した。

【００５８】更に、このパネルをモジュールに組み込
み、可変周波数振動（１０〜５７Ｈｚ／０．０７５ｍ
ｍ、５８〜５００Ｈｚ／１Ｇ掃引時間１１分、２ｈ／±
（Ｘ，Ｙ，Ｚ））及び衝撃（４９０ｍ／ｓ²、１１ｍｓ
ｅｃ、１回／±（Ｘ，Ｙ，Ｚ））評価を行なったこと
ろ、渦巻き状のギャップむらの発生がないことを確認し
た。その結果を表１に示す。

【００５９】〔実施例２〕低硬度ビーズは実施例１と同じものを使用し、高硬度ビ
ーズはルナパールＬＣＨ６０５（平均粒径６．０５μ
ｍ、ＣＶ値３％、１０％圧縮弾性率４８０ｋｇ／ｍ
ｍ²）を使用した。実施例１と同様の方法にて液晶パネ
ルを完成させた。得られたパネルのギャップの面内均一
性は、実施例１と同様、ギャップばらつき幅が±０．０
２μｍ程度であった。また、高温放置、振動、衝撃試験
も実施例１と同様の結果となった。その結果を表１に示
す。

【００６０】〔実施例３〕低硬度ビーズは実施例１と同じものを使用し、高硬度ビ
ーズはルナパールＬＣＨ５９５（平均粒径５．９５μ
ｍ、ＣＶ値３％、１０％圧縮弾性率が４００・４２０・
４４０・４６０ｋｇ／ｍｍ²の４種類）を使用した。そ
れぞれ高硬度ビーズと低硬度ビーズとの重量比が２：１
となるよう秤量した。その後、実施例１と同様にして４
種類の散布液を作製し、実施例１と同じ方法にて４種類
の液晶パネルを完成させた。

【００６１】得られた４種類の液晶パネルのギャップの
面内ばらつき幅は、いずれも±０．０２μｍ程度であっ
た。また、高温放置、振動、衝撃試験も良好な結果を得
た。その結果を表１に示す。

【００６２】

【表１】

【００６３】表１より、圧縮弾性率が高く粒径のやや小
さい高硬度ビーズと、それよりやや圧縮弾性率が低く且
つ粒径の大きな低硬度ビーズとを混合使用することによ
り、ギャップの均一性と、衝撃及び高温時のギャップむ
らの防止とを図ることができることがわかる。

【００６４】〔比較例１〕上記３つの実施例との比較として、以下の実験を行っ
た。それぞれ１０％圧縮弾性率が３５０，３８０，４２
０，４４０，４８０ｋｇ／ｍｍ²であるビーズを単一で
用い、それ以外は、実施例１と同様の方法により、４種
の液晶パネルを作製した。そのギャップの均一性、高温
及び衝撃時のギャップむらレベルを測定した。その結果
を表２に示す。

【００６５】

【表２】

【００６６】表２より、単一粒径且つ単一硬度のビーズ
を用いた場合では、圧縮弾性率を上げることによって、
衝撃によるギャップむらは改善されるが、高温でのギャ
ップむらは逆に劣化する。従って、両者を改善する例の
ないことがわかる。

【００６７】一方、表１に示すように硬度及び粒径の異
なるビーズを混合することで、目的とするギャップ均一
性と、衝撃及び高温によるギャップむらレベルとが改善
されることがわかる。

【００６８】〔実施例４〕低硬度ビーズは実施例１と同じものを使用し、高硬度ビ
ーズはルナパールＬＣＨ６０８（平均粒径６．０８μ
ｍ、ＣＶ値３％、１０％圧縮弾性率４２０ｋｇ／ｍ
ｍ²）を使用した。高硬度ビーズと低硬度ビーズとを重
量比で２：１となるよう秤量した。その後、実施例１と
同様にして散布液を作製し液晶パネルを完成した。得ら
れたパネルのギャップの面内ばらつき幅は±０．０２μ
ｍ程度であり、高温放置、振動、衝撃試験も実施例１と
同様の結果を得た。

【００６９】〔実施例５〕実施例１と同じ高硬度及び低硬度ビーズを使用し、同様
に秤量した。高圧Ａｉｒあるいは電荷を与えて分散させ
る乾式の保持材散布機を用いて、一方のビーズを所定量
秤量後、基板に散布し、更に他方のビーズを同一量秤量
後、前記一方のビーズを散布済みの基板に散布した。
尚、ビーズの分布量は実施例１と同様である。この基板
を用いて実施例１と同様の方法にて液晶パネルを作製し
た。ギャップの均一性、高温放置、振動、衝撃試験を行
なった結果、実施例１と同様の結果を得た。

【００７０】〔実施例６〕低硬度ビーズは実施例１と同じビーズを使用し、高硬度
ビーズとしては無機ビーズ（粒径６．００μｍ）を使用
した。実施例５と同じ乾式の散布機を用いて２種のビー
ズを散布した。このとき、低硬度ビーズと無機ビーズと
の比率は個数比で１：１となるよう比重より必要量を求
めた。尚、ビーズの分布量は、低温での真空気泡観点よ
り３０〜７０個／１ｍｍφ（無機ビーズの分布量で１５
〜３５個／１ｍｍφ）とした。この基板を用いて実施例
１と同様の方法にて液晶パネルを作製した。ギャップの
均一性、高温放置、振動、衝撃試験を行なった結果、実
施例１と同様の結果を得た。結果を表１に併せて示し
た。

【００７１】〔比較例２〕実施例６で用いた無機ビーズのみを用いる他は、実施例
１と同様の方法により、液晶表示素子を作成し、そのギ
ャップ均一性、高温及び衝撃時のギャップむらレベルを
測定した。結果を表２に併せて示した。表２より、圧縮
弾性率が高く、粒径精度に優れる無機ビーズの単一使用
は、高温でのギャップむらが非常に悪いことがわかる。

【００７２】本実施例のように材料系の異なるビーズを
混合使用する場合は、湿式散布では比重差が分布個数比
のばらつきになりやすいので、乾式散布の方が適してい
ると考えられる。

【００７３】〔比較例３〕実施例１と同様の低硬度ビーズと高硬度ビーズとを使用
し、実施例１と同じ方法で散布液を作製し、液晶パネル
を作製した。但し、高硬度ビーズ：低硬度ビーズの混合
比率は１：２とした。

【００７４】このパネルは、ギャップの面内均一性は実
施例１と同等であった。しかし、６０℃の恒温槽にパネ
ルを垂直にして２４時間放置すると、パネル下部に液晶
の溜まりによるギャップむらが生じた。また、実施例１
と同じ衝撃試験にて、渦巻き状のギャップむらが生じ
た。

【００７５】これは、高硬度ビーズがギャップ保持に寄
与せずギャップを保持するのが低硬度ビーズとなり、ま
たギャップを支えている低硬度ビーズの分布量が多いた
め個々のビーズのパネル内での変形量が小さくなり、パ
ネルのたわむ自由度が小さくなったことが原因と考えら
れる。

【００７６】〔比較例４〕低硬度ビーズは実施例１と同じビーズ（粒径６．１０μ
ｍ）を使用し、高硬度ビーズはルナパールＬＣＨ６１５
（粒径６．１５μｍ、ＣＶ値３％、１０％圧縮弾性率４
２０ｋｇ／ｍｍ²）を使用した。実施例１と同様に、混
合比率を１：１として散布液を作製し、液晶パネルを完
成させた。

【００７７】このパネルは、ギャップの面内均一性は実
施例１と同等であった。しかし、６０℃の恒温槽にパネ
ルを垂直にして２４時間放置すると、パネル下部に液晶
の溜まりによるギャップむらが生じた。また、実施例１
と同じ衝撃試験により渦巻き状のギャップむらが生じ
た。

【００７８】これは、高硬度ビーズの粒径が低硬度ビー
ズの粒径より大きいために、パネルのギャップを保持す
るのが高硬度ビーズとなる。従って、パネルにクッショ
ン性を与えることのできる変形量の大きい低硬度ビーズ
がパネルに寄与できないためと考えられる。

【００７９】〔比較例５〕低硬度ビーズは実施例１と同じビーズ（ルナパールＬＣ
６１０）を使用し、高硬度ビーズは、ルナパールＬＣＨ
５７０（平均粒径５．７０μｍ、ＣＶ値３％、１０％圧
縮弾性率４２０ｋｇ／ｍｍ²）を使用した。実施例１と
同様に、混合比率を１：１として散布液を作製し、液晶
パネルを完成させた。

【００８０】このパネルは、ギャップの面内均一性がギ
ャップばらつき幅で±０．０５μｍ程度であった。これ
は、従来のＣＶ値が６％程度のビーズを使用した場合と
大差がなく、改善効果が得られなかった。つまり、ビー
ズの粒径差が大きすぎると、個々の粒径精度が高くても
全体として従来品と同様の粒径精度となるため、良い結
果が得られないことがわかる。

【００８１】〔比較例６〕実施例１と同じ低硬度ビーズと高硬度ビーズとを用い、
実施例１と同様の方法により、液晶パネルを完成させ
た。但し、混合比率は１：９とした。

【００８２】このパネルは、ギャップの面内均一性は実
施例１と同等であった。しかし、６０℃の恒温槽にパネ
ルを垂直にして２４時間放置すると、パネル下部に液晶
の溜まりによるギャップむらが生じた。

【００８３】これは、パネルにクッション性を与えるこ
とのできる変形量の大きい低硬度ビーズの分布比率が少
なすぎ、十分なクッション性が発現しなかったためと考
えられる。

【００８４】〔実施例７〕低硬度ビーズはルナパールＬＣ６１０を使用し、高硬度
ビーズはルナパールＬＣＨ６００を使用した。高硬度ビ
ーズ：低硬度ビーズの混合比率を０：１，１：２，１：
１，２：１，４：１，９：１（ビーズ全体に対する高硬
度ビーズの混合比率として、０％，３３％，５０％，６
６％，８０％，９０％）と変えて液晶パネルを作製し
た。

【００８５】得られたパネルの高温（６０°Ｃ、２４時
間放置後）及び衝撃試験後のギャップむらレベルを各１
０パネル評価した結果を表３に示し、図２に図示する。

【００８６】

【表３】

【００８７】本表及び図より、高硬度ビーズの混合比率
が約４５％未満及び８５％を超える範囲（図の折れ線
と、良品レベル（Ｂランク以上）との交点より）では、
ギャップむらが不良レベルとなることがわかる。なお、
低硬度ビーズと高硬度ビーズとの粒径の比率及び１０％
圧縮弾性率の比率の組み合わせにより、最適な混合比率
はある程度変化する事が予想されることから、ギャップ
むらレベルが不良とならない高硬度ビーズ：低硬度ビー
ズの混合比率は、本実施例で良品レベルが得られた１：
１〜４：１（５０〜８０％）の範囲が実使用可能である
と考えられる。

【００８８】〔実施例８〕低硬度ビーズは実施例１と同様のルナパールＬＣ６１０
を用い、高硬度ビーズは１０％圧縮弾性率が４２０ｋｇ
／ｍｍ²、ＣＶ値が３％で、平均粒径を６．１０，６．
００，５．９０，５．８０，５．７０，５．６０μｍと
変えたルナパールＬＣＨを使用した。低硬度ビーズと高
硬度ビーズとの混合比率は１：１とし、実施例１と同様
の方法で液晶パネルを作製した。それぞれのパネルのギ
ャップ均一性を測定した結果を図３に示す。

【００８９】図３より、低硬度ビーズと高硬度ビーズと
の粒径差が０．３μｍより大きくなると、均一性は従来
の液晶パネルと同様の±０．０６μｍ程度となることが
わかる。従って、高硬度ビーズの粒径は６．１０〜５．
８０μｍとし、高硬度ビーズと低硬度ビーズとの粒径
差、すなわち、低硬度ビーズ平均粒径／高硬度ビーズ平
１粒径Δｄ＝１〜１．０５とするのがよいことがわか
る。

【００９０】また、低硬度ビーズと高硬度ビーズとの粒
径差が０の場合は、粒径差があるときに比べ、当然パネ
ル内での低硬度ビーズの変形量が小さくなるので、高温
及び衝撃によるギャップむら特性が劣化することが予想
される。

【００９１】従って、高硬度ビーズの粒径は、実施例４
の６．０８μｍから本図のギャップばらつき幅が±０．
０２μｍとなる５．９０μｍの範囲、すなわち、Δｄ＝
１．００３〜１．０３の範囲とするのがさらに望まし
い。

【００９２】〔実施例９〕粒径分布のＣＶ値がそれぞれ、３％，４％，５％及び６
％（従来品）の４種のビーズを用いて、実施例１と同様
の方法で液晶パネルを作製した。得られたパネルのギャ
ップの面内均一性を図４に示す。図４より、ＣＶ値が４
％以下のビーズを用いることにより、ギャップばらつき
幅を従来の１／３とすることができることがわかる。

【００９３】

【発明の効果】本発明の請求項１に係る液晶表示素子
は、以上のように、間隙を保持するための間隙保持材と
して、球状で１０％圧縮弾性率が３００〜６００ｋｇ／
ｍｍ ² の範囲で硬度が互いに異なり、粒径精度が４％以
下である少なくとも２種の粒子が液晶と共に封入され、
かつ、これら粒子は、高硬度の粒子の平均粒径に対する
低硬度の粒子の平均粒径の比率が１．００８〜１．０３
であり、低硬度の粒子の１０％圧縮弾性率に対する高硬
度の粒子の１０％圧縮弾性率の比率が１．１４〜１．３
７であり、上記低硬度粒子に対する高硬度粒子の個数比
が２である構成である。

【００９４】

【００９５】

【００９６】それゆえ、高粒径精度の粒子によりギャッ
プ均一性が向上でき、また、硬度が互いに異なる粒子に
より、ギャップ均一性を保ちながら、表示素子を高温状
態に保った際に生じるギャップむらや、過度の衝撃が加
わった場合に生じるギャップむらを防止することができ
る。その結果、少なくとも２種の粒子を混合するという
簡便な方法で、ギャップの均一性を向上させると共に、
ギャップむらのない高品位の表示素子が得られるという
効果を奏する。

【００９７】さらに、低温状態下での真空気泡の発生を
防ぐことができ、また、粒径分布の小さい粒子の使用に
より、パネル内でギャップ保持にかかわる粒子数が増え
るため、従来の表示素子に比べ粒子の分布個数を減らす
ことが可能となり、特にネガタイプの液晶表示素子にお
いては、粒子部での光抜けを減らし、液晶表示素子の品
位とコントラスト特性を改善することができる。その結
果、生産プロセスの変更なしに高品位、高信頼性の液晶
表示素子を得ることができる。

【００９８】

【００９９】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶表示素子の構成を示す縦断面図で
ある。

【図２】液晶表示素子における低硬度ビーズ及び高硬度
ビーズの混合比率と、高温及び衝撃試験によるギャップ
むらレベルとの関係を示すグラフである。

【図３】液晶表示素子における低硬度ビーズ及び高硬度
ビーズの粒径差と、ギャップ均一性との関係を示すグラ
フである。

【図４】液晶表示素子における粒径精度と、ギャップ均
一性との関係を示すグラフである。

【図５】液晶表示素子に過度の衝撃を加えた場合に発生
する渦巻き状のギャップむらを示す説明図である。

【符号の説明】

１ガラス基板５高硬度ビーズ（高硬度粒子）６低硬度ビーズ（低硬度粒子）７液晶９液晶表示素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者上辺修一大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (72)発明者大西浩大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (56)参考文献特開昭62−150224（ＪＰ，Ａ) 特開平１−96626（ＪＰ，Ａ) 特開平２−96119（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−6527（ＪＰ，Ａ) 特開平６−148651（ＪＰ，Ａ) 特表平６−503180（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】対向配置された一対の基板の間隙に液晶
が封入された液晶表示素子において、上記間隙を保持するための間隙保持材として、球状で１
０％圧縮弾性率が３００〜６００ｋｇ／ｍｍ ² の範囲で
硬度が互いに異なり、粒径精度が４％以下である少なく
とも２種の粒子が液晶と共に封入され、かつ、これら粒
子は、高硬度の粒子の平均粒径に対する低硬度の粒子の
平均粒径の比率が１．００８〜１．０３であり、低硬度
の粒子の１０％圧縮弾性率に対する高硬度の粒子の１０
％圧縮弾性率の比率が１．１４〜１．３７であり、上記
低硬度粒子に対する高硬度粒子の個数比が２であること
を特徴とする液晶表示素子。