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JP2002214646A - 液晶表示素子 - Google Patents

液晶表示素子

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Publication number
JP2002214646A
JP2002214646A JP2001010321A JP2001010321A JP2002214646A JP 2002214646 A JP2002214646 A JP 2002214646A JP 2001010321 A JP2001010321 A JP 2001010321A JP 2001010321 A JP2001010321 A JP 2001010321A JP 2002214646 A JP2002214646 A JP 2002214646A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
liquid crystal
alignment film
substrate
unevenness
tilt
Prior art date
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Abandoned
Application number
JP2001010321A
Other languages
English (en)
Inventor
Nobuko Fukuoka
暢子 福岡
Takeshi Yamamoto
武志 山本
Norihiro Yoshida
典弘 吉田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2001010321A priority Critical patent/JP2002214646A/ja
Publication of JP2002214646A publication Critical patent/JP2002214646A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ハイブリッド・アラインド・ネマティック型
表示モードの液晶表示素子において、電極基板上に形成
される構造物が有する電極基板面内の凹凸の段差により
液晶分子の配向が乱れ、配向不良による表示不良を生じ
るのを防止して、表示品位を向上する。 【解決手段】 誘電率異方性が正極性(Δε>0)のp
型液晶組成物14を用いる液晶表示素子10の、凹凸の
段差がより大きいTFT基板11側に垂直配向膜20を
成膜し、凹凸の段差が小さい対向基板12側に7.5°
のプレチルト角のチルト配向膜24を成膜する。これに
より、より大きい凹凸の段差が形成されるにもかかわら
ず、TFT基板11の垂直配向膜20上では、電圧印加
時においても液晶分子14aがほとんど動かず、配向の
乱れを防止出来る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示素子に係
り、特にハイブリッド・アラインド・ネマティック型表
示モードの液晶表示素子にて高い表示品位を得る液晶表
示素子に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、画像表示用や光スイッチなどに利
用される液晶表示素子は、薄型、軽量を特長として携帯
用デバイスに幅広く普及されている。この携帯用デバイ
スに使用される液晶表示素子としては、従来よりツイス
テッド・ネマティック型(以下TN型と略称する。)表
示モードの液晶表示素子が多用されている。そしてこの
TN型表示モードの液晶表示素子を用いた場合、例えば
バックライト付きの10インチサイズの携帯デバイスで
あると、一般に約2.5Wの消費電力を要していた。
【0003】他方、携帯用デバイスにあっては、低消費
電力化が進められ、液晶表示素子においても低消費電力
化が強く求められている。この液晶表示素子の低消費電
力化技術のひとつとして、一方の電極基板側に垂直配向
膜を成膜する一方、対向する電極基板側にチルト配向膜
を成膜して、液晶組成物中の液晶分子のプレチルト角を
徐々に変化させる分子配列を利用して画像表示を行う、
ハイブリッド・アラインド・ネマティック型(以下HA
N型と略称する。)表示モードの液晶表示素子の実用化
が進められている。このHAN型表示モードは、電圧印
加特性においてTN型表示モードのようなしきい値がな
いため、液晶の低電圧駆動に効果的であるという特性を
有する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
のHAN型表示モードの液晶表示素子にあっては、電極
基板上の信号線や走査線、トランジスタなどの画素電極
駆動素子あるいは、カラーフィルタ層等の構造物によ
り、通常電極基板面内に凹凸の段差を生じており、この
電極基板面内の凹凸の段差により液晶組成物中の液晶分
子が影響を受け、液晶分子の配向が乱れ、所望の配向状
態を得られず、配向不良による表示不良を起こすという
問題が発生していた。
【0005】そこで本発明は上記課題を除去するもので
あり、液晶表示素子の低消費電力化の実現を図るHAN
型表示モードの液晶表示素子において、構造上電極基板
面に形成される凹凸の段差にかかわらず、この凹凸の段
差を原因とする、液晶組成物の配向不良を防止して、よ
り均一な配向を実現し、表示品位の高い液晶表示素子を
提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、少なくともい
ずれか一方に電極を有してなり、対向配置される一対の
基板と、この一対の基板のいずれか一方であって表面の
凹凸の段差がより大きい一方の基板に成膜され略垂直配
向機能を有する垂直配向膜と、この垂直配向膜が形成さ
れる前記一方の基板に対向する他方の基板に成膜されチ
ルト配向機能を有するチルト配向膜と、前記垂直配向膜
及び前記チルト配向膜とを対向するよう対向配置してな
る前記一対の基板の間隙に封入される正極性の誘電率異
方性を有する液晶組成物とを設けるものである。
【0007】又本発明は、少なくともいずれか一方に電
極を有してなり、対向配置される一対の基板と、この一
対の基板のいずれか一方であって表面の凹凸の段差がよ
り大きい一方の基板に成膜されチルト配向機能を有する
チルト配向膜と、このチルト配向膜が形成される前記一
方の基板に対向する他方の基板に成膜され略垂直配向機
能を有する垂直配向膜と、前記チルト配向膜及び前記垂
直配向膜とを対向するよう対向配置してなる前記一対の
基板の間隙に封入される負極性の誘電率異方性を有する
液晶組成物とを設けるものである。
【0008】上記構成により本発明は、HAN型表示モ
ードの液晶表示素子に用いる電極基板上の垂直配向膜と
チルト配向膜の配置を、液晶組成物の誘電率異方性の極
性に応じて特定することにより、電極基板面内に形成さ
れる凹凸の段差にかかわらず、液晶分子は配向を乱され
る事無くほぼ均一な配向を保持出来、配向不良による表
示不良を防止して、表示品位の良い、信頼性の高い液晶
表示素子を得るものである。
【0009】
【発明の実施の形態】先ず本発明の原理について述べ
る。HAN型表示モードでは、液晶組成物の材料として
誘電率異方性が正極性(Δε>0)であるp型液晶を用
いる場合と、誘電率異方性が負極性(Δε<0)である
n型液晶を用いる場合がある。p型液晶の場合は垂直配
向膜上で垂直に配向した液晶分子は、電圧を印加しても
ほとんど動かず、チルト配向膜上で0〜10°のプレチ
ルト角に配向した液晶分子は、電圧印加に応じて、それ
以上のチルト角に変化する特性が有る。
【0010】一方n型液晶の場合は、チルト配向膜上で
0〜10°のプレチルト角に配向した液晶分子は、電圧
を印加してもほとんど動かず、垂直配向膜上で垂直に配
向した液晶分子は、電圧印加に応じてチルト方向に変化
するという特性が有る。
【0011】上記p型液晶及びn型液晶のそれぞれの特
性から、p型液晶であれば電極基板面内に形成される凹
凸の段差がより大きい電極基板側に垂直配向膜を形成
し、またn型液晶であれば凹凸の段差がより大きい電極
基板側にチルト配向膜を形成すれば、それぞれの液晶分
子は、電圧印加時に、凹凸段差のより大きい電極基板側
にてほとんど動かないので、凹凸段差により配向を乱さ
れる事が無く、配向を均一に保持出来るという原理を有
する。
【0012】これに対して、p型液晶であるにもかかわ
らず凹凸の段差のより大きい電極基板側にチルト配向膜
を形成し、またn型液晶であるにもかかわらず凹凸の段
差のより大きい電極基板側に垂直配向膜を形成すると、
電圧印加時に液晶分子が立ち上がる際にそれぞれ基板上
の凹凸に影響を受けて配向が不均一となり、表示不良を
発生するという原理を有する。
【0013】次に上記原理に基づき本発明を図1に示す
第1の実施の形態を参照して説明する。図1は、TFT
基板11及び対向基板12をスペーサ(図示せず)を介
して対向配置し、シール剤13にて周囲を接着して成る
間隙に液晶分子14aからなる誘電率異方性が正極性
(Δε>0)であるp型の液晶組成物14を封入し、更
にTFT基板11に偏光板11aを貼り付け、対向基板
12に位相差板付き偏光板12aを貼り付けてなる、H
AN型表示モードの液晶表示素子10を示す概略断面図
である。尚、図1の液晶表示素子10の断面図中には、
液晶組成物14に電圧を印加しない場合と、電圧を印加
した場合の液晶分子14aの配向変化をそれぞれ、点線
で囲う領域Eと領域Fに同時に示す。
【0014】TFT基板11は、ガラス基板16上に液
晶駆動用の薄膜トランジスタ(以下TFTと略称す
る。)素子17と、インジウム錫酸化物(以下ITOと
略称する。)からなりマトリクス状にパターン形成され
る画素電極18を有し、更にこれらTFT素子17と画
素電極18の上にSE−1211(日産化学工業(株)
社製)を塗布してなる垂直配向膜20を有している。こ
のTFT基板11面内の凹凸の段差の最大値は、TFT
素子17の頂点と画素電極18表面間の高低差である約
1μmである。
【0015】対向基板12は、ガラス基板21上に周囲
に額縁層22aを有するR(赤)、G(緑)、B(青)
のカラーフィルタ層22とITOからなるコモン電極2
3を有し、更にコモン電極23上にAL−3046(J
SR(株)製ポリイミド)を塗布して原材料膜とし、プ
レチルト角7.5°のチルト配向膜24を有している。
この対向基板面12内の凹凸の段差の最大値は、カラー
フィルタ層22の成膜精度上生じるR(赤)、G
(緑)、B(青)各色毎の表面の高低差である約0.4
μmである。従って、TFT基板11面内の凹凸の段差
の方が、対向基板12面内の凹凸の段差より大きい。
【0016】この事から、液晶表示素子10にあって
は、凹凸の段差がより大きく、液晶分子14aへの影響
がより大きいTFT基板11側に垂直配向膜20を成膜
する一方、凹凸の段差が小さい対向基板12側にチルト
配向膜24を成膜している。
【0017】次に液晶表示素子10の製造方法について
述べる。TFT基板11は、通常のフォトリソグラフィ
工程を繰り返してガラス基板16上にTFT素子17及
び画素電極18を形成する。このTFT素子17及び画
素電極18上にSE−1211(日産化学工業(株)社
製)を滴下し、スピンコートにより垂直配向膜20を成
膜する。
【0018】一方、対向基板12は、ガラス基板21上
にフォトリソグラフィ工程を繰り返してR(赤)、G
(緑)、B(青)のカラーフィルタ層22及びコモン電
極23を形成する。このコモン電極23上にAL−30
46(JSR(株)製ポリイミド)を滴下し、スピンコ
ートによりチルト配向膜24を成膜する。更にチルト配
向膜24に、所定の紫外線、例えば非偏光であってピー
ク波長365nmの紫外線を照射し、更にラビング処理
をして、プレチルト角7.5°のチルト配向機能を付与
する配向処理を実施する。
【0019】この後対向基板12上にシール剤13とト
ランスファ剤(図示せず)を印刷塗布する一方、TFT
基板11にスペーサ(図示せず)を散布した後、TFT
基板11及び対向基板12を、垂直配向膜20及びチル
ト配向膜24が対向する様貼り合わせ、シール剤13を
加熱硬化して液晶セルを形成する。更に液晶セルの間隙
にp型の液晶組成物14であるZLI−1565(Δε
>0)(E.メルク社製)を封入後、TFT基板11に
偏光板11aを貼り付け、対向基板12に位相差板付き
偏光板12aを貼り付けて液晶表示素子10を完成す
る。
【0020】この様にしてなるHAN型表示モードの液
晶表示素子10のTFT基板11側にて、p型の液晶組
成物14は、電圧印加前は領域Eに示すように液晶分子
14aは垂直配向膜20上で垂直に配向しチルト配向膜
24上では7.5°のプレチルト角にチルト配向してい
る。この後TFT基板11、対向基板12間に電圧を印
加すると、領域Fに示すように、液晶分子14aは垂直
配向膜20上ではほとんど動かずに垂直配向を保持しチ
ルト配向膜24上ではより大きいプレチルト角にチルト
配向する。
【0021】従って液晶組成物14は、 TFT基板1
1の凹凸の段差にかかわらず、電圧印加時に凹凸の段差
部分で液晶分子14aの配向の乱れを生じる事が無く全
面にわたりほぼ均一の配向を得られ、配向の乱れによる
表示不良が見られず、良好な表示画像を得られた。
【0022】この様に構成すれば、HAN型表示モード
の液晶表示素子10にて、p型の液晶組成物14を用い
る場合に、面内の凹凸の段差がより大きいTFT基板1
1側に垂直配向膜20を成膜して、凹凸の段差部分の液
晶分子14aの配向方向を平面部分と同様に常に一定の
垂直方向に保持し、全面にわたり均一な配向を得ること
により、凹凸の段差による配向の乱れを原因とする配向
不良による表示不良を防止して、高い表示品位を得られ
る。
【0023】次に本発明を図2に示す第2の実施の形態
を参照して説明する。この第2の実施の形態は、第1の
実施の形態において、誘電率異方性が負極性(Δε<
0)の液晶組成物を用い、TFT基板11側にチルト配
向膜を成膜し、対向基板12側に垂直配向膜を成膜する
ものである。尚、第1の実施の形態と同一部分について
は同一符号を付しその説明を省略する。
【0024】本実施の形態のHAN型表示モードの液晶
表示素子30は、TFT基板11及び対向基板12の間
隙に液晶分子31aからなる誘電率異方性が負極性(Δ
ε<0)であるn型の液晶組成物31を封入して成って
いる。尚、図2の液晶表示素子30の断面図中には、液
晶組成物31に電圧を印加しない場合と、電圧を印加し
た場合の液晶分子31aの配向変化をそれぞれ、点線で
囲う領域Hと領域Jに同時に示す。
【0025】TFT基板11は、ガラス基板16上のT
FT素子17と、画素電極18の上にAL−3046
(JSR(株)製ポリイミド)を塗布後、紫外線照射及
びラビング処理を行い、プレチルト角7.5°のチルト
配向機能を付与してなるチルト配向膜32を成膜され
る。対向基板12は、ガラス基板21上のコモン電極2
3上にSE−1211(日産化学工業(株)社製)を塗
布してなる垂直配向膜33を成膜される。
【0026】このTFT基板11及び対向基板12を、
チルト配向膜32及び垂直配向膜33を対向する様対向
配置して液晶セルを形成し、その間隙にn型の液晶組成
物31であるMJ95785(Δε<0)(E.メルク
社製)を封入する。更にTFT基板11に偏光板11a
を貼り付け、対向基板12に位相差板付き偏光板12a
を貼り付けて液晶表示素子30を完成する。
【0027】この様にしてなるHAN型表示モードの液
晶表示素子30のTFT基板11側にて、n型の液晶組
成物31は、電圧印加前は領域Hに示すように液晶分子
31aはチルト配向膜32上で7.5°のプレチルト角
にチルト配向し、垂直配向膜33上では垂直に配向して
いる。この後TFT基板11、対向基板12間に電圧を
印加すると、領域Jに示すように、液晶分子21aはチ
ルト配向膜32上ではほとんど動かずに7.5°のプレ
チルト角にチルト配向を保持し垂直配向膜33上ではプ
レチルト角を有する様チルト配向する。
【0028】従って液晶組成物31は、TFT基板11
の凹凸の段差にかかわらず、電圧印加時に凹凸の段差部
分で液晶分子31aの配向の乱れを生じる事が無く全面
にわたりほぼ均一の配向を得られ、配向の乱れによる表
示不良が見られず、良好な表示画像を得られた。
【0029】この様に構成すれば、HAN型表示モード
の液晶表示素子30にて、n型の液晶組成物31を用い
る場合に、面内の凹凸の段差がより大きいTFT基板1
1側にチルト配向膜32を成膜して、凹凸の段差部分の
液晶分子31aの配向方向を平面部分と同様に常に一定
の7.5°のプレチルト角に保持し、全面にわたり均一
な配向を得ることにより、凹凸の段差による配向の乱れ
を原因とする配向不良による表示不良を防止して、高い
表示品位を得られる。
【0030】一方これに対して、図3を参照して、(比
較例1)について述べる。この(比較例1)は、第1の
実施の形態におけるp型の液晶組成物14をn型の液晶
組成物に変えたものである。即ち、垂直配向膜20が成
膜されるTFT基板11及びチルト配向膜24が成膜さ
れる対向基板12を対向してなる液晶セルの間隙にn型
の液晶組成物41であるMJ95785(Δε<0)
(E.メルク社製)を封入後、TFT基板11に偏光板
11aを貼り付け、対向基板12に位相差板付き偏光板
12aを貼り付けてHAN型表示モードの液晶表示素子
40を完成する。
【0031】この様にしてなる、HAN型表示モードの
液晶表示素子40の、TFT素子17と、画素電極18
との凹凸の段差部分にて、n型の液晶組成物41は、電
圧印加前は、領域Kに示すように、液晶分子41aは垂
直配向膜20上でほぼ垂直に配向し、チルト配向膜24
上では7.5°のプレチルト角にチルト配向している。
【0032】この後TFT基板11、対向基板12間に
電圧を印加すると、領域Lに示すように、液晶分子41
aはチルト配向膜24上ではほとんど動かずに7.5°
のプレチルト角にチルト配向を保持するものの、垂直配
向膜20上では凹凸の段差部分の影響を受けて、配向方
向が例えば逆方向に乱れてしまい、この配向不良によ
り、表示品位が著しく劣ってしまった。
【0033】次に第2の実施の形態におけるn型の液晶
組成物31をp型の液晶組成物に変えた(比較例2)を
図4を参照して述べる。この(比較例2)は、チルト配
向膜32が成膜されるTFT基板11及び垂直配向膜3
3が成膜される対向基板12を対向してなる液晶セルの
間隙にp型の液晶組成物51であるZLI−1565
(Δε>0)(E.メルク社製)を封入後、TFT基板
11に偏光板11aを貼り付け、対向基板12に位相差
板付き偏光板12aを貼り付けてHAN型表示モードの
液晶表示素子50を完成する。
【0034】この様にしてなる、HAN型表示モードの
液晶表示素子50の、TFT素子17と、画素電極18
との凹凸の段差部分にて、p型の液晶組成物51は、電
圧印加前に、領域Mに示すように、液晶分子51aは垂
直配向膜33上でほぼ垂直に配向するものの、チルト配
向膜32上では凹凸段差部部の影響により既にチルト配
向方向が、逆方向になる等の配向不良を生じている。
【0035】更にこの後TFT基板11、対向基板12
間に電圧を印加すると、領域Nに示すように、液晶分子
51aは垂直配向膜33上ではほとんど動かずに垂直に
配向を保持するものの、チルト配向膜32上では凹凸の
段差部分の影響を受けて、配向方向が逆方向のままプレ
チルト角がおおきくなり、更に乱れてしまい、この配向
不良により、表示品位が著しく劣ってしまった。
【0036】尚本発明は上記実施の形態に限られるもの
で無く、その趣旨を変えない範囲での変更は可能であっ
て、例えば、垂直配向膜とチルト配向膜に用いる原材料
は限定されないし、p型あるいはn型の液晶組成物の材
料も任意である。又チルト配向膜のプレチルト角度も任
意であるが、液晶分子の良好な配向を得るには0〜10
°のプレチルト角を有する事がより好ましい。
【0037】更に基板の構造も任意であり、TFT基板
側にカラーフィルタ層を設ける等しても良いし、スペー
サも、TFT基板あるいは対向基板のいずれかに柱状ス
ペーサを設ける等しても良い。尚基板面内に柱状スペー
サが形成される場合は、この柱状スペーサが、基板面内
にて最大の突出部分となるが、この柱状スペーサ部分で
は、対向配置される基板との間隙に液晶組成物が介在さ
れておらず、画像表示に寄与する液晶組成物が積層され
ない事から、基板面内の凹凸の段差を考慮する時の突出
部分と見なさない。即ち対向配置される基板面内のそれ
ぞれの凹凸の段差の大小を比較する場合は、柱状スペー
サを除いた範囲内での基板面内の構造物の凹凸の段差を
採用する。
【0038】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、低
消費電力化の実現を図るHAN型表示モードの液晶表示
素子において、基板面内の凹凸の段差がより大きい基板
側の配向膜を、液晶組成物の誘電率異方性の極性に応じ
て、誘電率異方性が正極性の場合は凹凸の段差がより大
きい基板側に垂直配向膜を成膜する一方、誘電率異方性
が負極性の場合は凹凸の段差がより大きい基板側にチル
ト配向膜を成膜している。従って、凹凸の段差がより大
きいにもかかわらず、電圧印加時においても凹凸の段差
がより大きい基板側の液晶分子の配向がほとんど動かな
いので、液晶組成物は均一な配向を保持出来、凹凸の段
差による配向の乱れを原因とする配向不良による表示不
良を防止し、低消費電力でありながら、良好な表示品位
を有する液晶表示素子を得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態における液晶表示素
子を示す概略説明図である。
【図2】本発明の第2の実施の形態における液晶表示素
子を示す概略説明図である。
【図3】(比較例1)の液晶表示素子を示す概略説明図
である。
【図4】(比較例2)の液晶表示素子を示す概略説明図
である。
【符号の説明】
10…液晶表示素子 11…TFT基板 11a…偏光板 12…対向基板 12a…位相差板付き偏光板 13…シール剤 14…液晶組成物 14a…液晶分子 16…ガラス基板 17…TFT素子 18…画素電極 20…垂直配向膜 21…ガラス基板 22…カラーフィルタ層 23…コモン電極 24…チルト配向膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 典弘 埼玉県深谷市幡羅町一丁目9番2号 株式 会社東芝深谷工場内 Fターム(参考) 2H088 FA02 GA02 HA03 HA08 HA18 JA12 KA26 MA01 MA18 MA20 2H090 HC05 HD14 LA02 LA04 LA09 LA15 MA01 MA03 MA11

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくともいずれか一方に電極を有して
    なり、対向配置される一対の基板と、 この一対の基板のいずれか一方であって表面の凹凸の段
    差がより大きい一方の基板に成膜され略垂直配向機能を
    有する垂直配向膜と、 この垂直配向膜が形成される前記一方の基板に対向する
    他方の基板に成膜されチルト配向機能を有するチルト配
    向膜と、 前記垂直配向膜及び前記チルト配向膜とを対向するよう
    対向配置してなる前記一対の基板の間隙に封入される正
    極性の誘電率異方性を有する液晶組成物とを具備するこ
    とを特徴とする液晶表示素子。
  2. 【請求項2】 前記基板表面の前記凹凸の段差は、前記
    基板表面であって、画像表示に寄与する前記液晶組成物
    が積層される範囲内で比較する事を特徴とする請求項1
    に記載の液晶表示素子。
  3. 【請求項3】 前記チルト配向膜のプレチルト角を0〜
    10°とすることを特徴とする請求項1に記載の液晶表
    示素子。
  4. 【請求項4】 少なくともいずれか一方に電極を有して
    なり、対向配置される一対の基板と、 この一対の基板のいずれか一方であって表面の凹凸の段
    差がより大きい一方の基板に成膜されチルト配向機能を
    有するチルト配向膜と、 このチルト配向膜が形成される前記一方の基板に対向す
    る他方の基板に成膜され略垂直配向機能を有する垂直配
    向膜と、 前記チルト配向膜及び前記垂直配向膜とを対向するよう
    対向配置してなる前記一対の基板の間隙に封入される負
    極性の誘電率異方性を有する液晶組成物とを具備するこ
    とを特徴とする液晶表示素子。
  5. 【請求項5】 前記基板表面の前記凹凸の段差は、前記
    基板表面であって、画像表示に寄与する前記液晶組成物
    が積層される範囲内で比較する事を特徴とする請求項4
    に記載の液晶表示素子。
  6. 【請求項6】 前記チルト配向膜のプレチルト角を0〜
    10°とすることを特徴とする請求項4に記載の液晶表
    示素子。
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