JP2000122081A - 反射型液晶表示装置 - Google Patents
反射型液晶表示装置Info
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Abstract
て反射型液晶表示装置では、スペーサーと凹凸拡散層の
凹凸面の相互作用や表示特性への影響が従来の液晶表示
装置とは全く異なるため、表示品位を損なわないセルギ
ャップ制御技術の検討が必要となっていた。 【解決手段】 凹凸拡散層3は、凸部の頂点の間隔が6
μmから20μmで、凸部の頂点の高さがランダムに配
置されており、凸部の頂点と凹部の底点との差の平均は
約0.5μmに規定されている。スペーサー5の基板2
への散布は細管気流型スペーサー散布方式で行い、30
0個/mm2の散布密度で直径3μmの球状粒子のスペ
ーサー5を散布した。
Description
反射型液晶表示装置に関する。
A機器、ビデオカメラなどAV機器の小型化、軽量化が
進み携帯情報機器、携帯AV機器の実用化が進んでい
る。そこに搭載される表示装置として、より小型軽量で
低消費電力化の要求が高まり、反射型液晶表示装置の開
発が盛んに行われている。従来の反射型液晶表示装置
は、偏光のリターデーションによる色変化を利用したマ
ルチカラー表示であるのに対し、現在開発中のものは、
フルカラー表示にも対応できる色づきのないペーパーホ
ワイト表示が可能な表示品位の高いものである。
としては、一般に反射率の高い金属薄膜が使用されてい
る。しかし、反射手段だけでは、入射光が反射されるも
のの、顔や周囲が映り込みペーパーホワイト表示できな
い。そこで、反射光を拡散させる拡散層を併用すること
で、ペーパーホワイト表示が可能となった。この拡散層
の設置方法には、基板の内側(液晶層側)に設置する
方法と、基板の外側に設置する方法との2種類ある。
の方法は、拡散層が基板の内側に設置させるため、製
造方法がに比べて困難であるが、拡散層が液晶層に接
しているため表示のぼやけが低減され、精細でコントラ
ストの高い表示が可能である。
対側の面に貼り付けるという設置方法であるため簡単に
設置できるが、ガラス等の基板の厚さを通過してから光
が拡散されるので、表示が滲んだようになって、コント
ラストの高い表示が不可能であった。このため、の方
法が、採用されることが多かったが、凹凸拡散層を設置
する場合、セルギャップ不良の問題が発生した。セルギ
ャップ制御の大きな要因としてスペーサーの散布密度が
考えられる。特開平6−281941号公報では、スペ
ーサーの散布密度を201個/mm2以上800個/m
m2とすることでセルギャップを均一に保持するという
技術が開示されている。
は、液晶層のセルギャップを保持するためスペーサーが
両側基板の間に存在している。
から照射された光は、一枚目の偏光板で特定の偏光成分
のみが透過される。液晶材料中を透過する間、偏光成分
はリターデーションの変化を受け、二枚目の偏光板を透
過した光によって表示を行う。即ち、透過型液晶表示装
置内に入射された光は常に直線的に進行することにな
る。そのため、表示装置内で液晶材料の代わりに散布ス
ペーサーが局所的に多く存在しすぎる(凝集)と、光抜
けが生じたり、あるいは光が必要以上に遮断されたりす
ることになる。透過型液晶表示装置では、スペーサーの
凝集は以上のような表示品位を下げる原因となる。
えた反射型液晶表示装置の場合、パネル表面(フロント
ライトもしくは自然光)から照射された光は、偏光板で
特定の偏光成分のみが透過される。液晶材料中を透過す
る間、偏光成分はリターデーション変化を受け、凹凸形
状を有するアルミ反射板によって拡散反射される。拡散
反射された光は再び液晶材料中でリターデーション変化
を受けた後、偏光板を通過した光によって表示を行う。
反射型液晶表示装置内に入射された光は、反射板上でラ
ンダムに反射するため、スペーサーの凝集によって散布
スペーサーが局所的に多く存在したとしても、透過型液
晶表示装置に比べて光ぬけや光遮断状態の違いが確認さ
れにくい。
形成された反射型液晶表示装置では、図3に示すように
スペーサー5は、凹凸拡散層3の凸部と基板1との間に
散布される場合と、凹凸拡散層3の凹部と基板1の間に
散布される場合があり、凹凸拡散層3の凹部と基板1の
間に散布されるスペーサー5は浮いた状態となり、基板
1と基板2の貼り合わせ工程後の液晶注入工程で、液晶
の注入口側から基板の周辺部に向かってスペーサー5が
移動する場合があり、表示面の周辺部でスペーサー5の
凝集が起り、表示面の周辺部と中心部でセルギャップ差
が発生し表示不良として視認されることになる。その一
例として、表示面の周辺部と中心部とのセルギャップ差
による表示ムラが発生した場合を図9に示す。
射型液晶表示装置に用いられる凹凸拡散層3が形成され
ていないため、図4に示すように基板1と基板2の対向
する面は平面に近い構造となっている。従って、凹凸拡
散層3を有する反射型液晶表示装置の液晶注入時に発生
していたスペーサーの移動が少なく、スペーサーの凝集
によるセルギャップの変化は少ない。
表示装置と凹凸拡散層を有する反射型液晶表示装置で
は、同じ散布密度でスペーサーを散布してもスペーサー
凝集発生のメカニズムやそれによる表示品位への影響が
全く異なる。
い表示装置では、特開平6−281941号公報に示す
ようにスペーサーの分散密度が記載されているが、凹凸
拡散層が液晶層に接して基板に形成された反射型液晶表
示装置では、スペーサーと凹凸拡散層の凹凸面の相互作
用や表示特性への影響が従来の液晶表示装置とは全く異
なるため、表示品位を損なわないスペーサーの散布量は
不明であった。このため、コントラストの高いペーパー
ホワイト表示ができる反射型液晶表示装置のセルギャッ
プ制御技術の検討が必要となっていた。そこで、本発明
は、凹凸拡散層が基板の内側にある反射型液晶表示装置
において、スペーサーの散布密度を最適化することで、
セルギャップを均一し、表示不良のない反射型液晶表示
装置を実現することを目的としている。
一対の基板と、該一対の基板間に介在された液晶層と、
一方の基板の内面に形成された凹凸拡散層と、該液晶層
の厚みを調整するためのスペーサを備えた反射型液晶表
示装置において、前記スペーサーは200個/mm2以
上400個/mm2以下の散布密度で配置されているこ
とを特徴とする。
球状粒子であり、前記凹凸拡散層は、凸部分の頂点と凹
部分の底点との差の平均値がスペーサーの粒径の1/1
0以上1/3以下で、隣り合う凸部分の頂点の間隔の平
均値がスペーサーの粒径の等倍以上10倍以下であるこ
とを特徴とする。
は、前記液晶層に電圧を印加する反射電極であることを
特徴とする。
る。請求項1記載の発明ではスペーサーの散布密度を2
00個/mm2以上400個/mm2以下にしたのは、こ
の範囲内にすると、設計されたセルギャップが表示領域
で実現され、表示不良のない均一な表示ができるからで
ある。スペーサーの液晶表示装置内での散布密度の下限
を200個/mm2としたのは、200個/mm2より少
なくすると、スペーサーの大半がガラス基板上の凹部分
に落ち込み、設計されたセルギャップよりも薄くなり、
表示特性が異なってくるからである。
晶表示装置の表示特性を示した図6から図8を参照しな
がら説明する。図6は反射型液晶表示装置のセルギャッ
プを変化させた場合の彩度の変化を、図7はセルギャッ
プを変化させた場合の色度の変化を、図8はセルギャッ
プを変化させた場合の色度の変化をそれぞれ表してい
る。いずれも、液晶の屈折率異方性(Δn)を0.0
8、セルギャップ3μmのとき、色調と明るさが最適に
なるよう設計され、リターデーション変化に基づく光学
特性の変化をセルギャップに換算して表現している。し
たがって、設計値のリターデーションが同じになるよ
う、Δnとセルギャップを調整すれば、セルギャップが
3μm以外の場合についても同様な現象が起こる。図6
と図7において、設計値からセルギャップが小さくなる
方向にずれると、リターデーションも小さくなるため、
青色の着色が起こる。この時の色調の変化は、セルギャ
ップが大きくなる方向にずれたときよりも小さい。しか
し、図8からわかるように、セルギャップが小さい方向
にずれると、明るさが低下してくる。明るさが低下する
分と、視認性の点で着色現象を感じやすくなる。
布密度の上限を400個/mm2としたのは、400個
/mm2を超えると、上下基板を支えるのに寄与するペ
ーサー以外の過剰(余剰)スペーサーが、液晶注入時に
移動し、セルギャップを設計値よりも厚くし、色斑が発
生し好ましくない。
セルギャップが大きくなると、リターデーションも大き
くなるため、黄色の着色が起こる。この時の色調の変化
は、セルギャップが小さくなる方向にずれたときよりも
大きく、視認性の点でも着色現象を認識しやすい。
ば、スペーサーのほとんどが凹部に落ち込んで、その分
表示領域全体のセルギャップが薄くなり、散布密度が大
きくなりすぎれば、基板から圧力を受けない凹部に落ち
込んだ過剰スペーサーが大量に発生し、主として液晶注
入時に移動して凝集をおこし、セルギャップを厚くす
る。セルギャップ不良による表示不良は、上記の偏光モ
ードの例では、着色現象や明るさの不良として観察され
たけれども、モードが異なった(例えば吸収モード)、
あるいは液晶の配向状態などが異なった反射型液晶表示
装置では、それ以外に、暗時の暗さ、応答速度、閾値、
配向状態などの不良として認識されることもある。
ーの大きさと凹凸拡散層の凹凸形状が上記関係にある
と、スペーサーと凹凸形状とが整合し、相互作用が顕著
になるので、スペーサーの分散効率が大きく向上する。
加えて、凹凸形状が液晶の配向状態に与える悪影響も小
さく、さらに、反射型液晶表示装置の反射光として、効
率良い拡散光が得られるため、たとえ局所的なスペーサ
ーの凝集が存在したとしても、配向異常として認識する
ことはできず、明るく良好なペーパーホワイト表示をす
ることができる。
射電極の役割を兼ね備えているため、生産上の工程数を
下げることができ、コスト削減となる。
液晶表示装置を示す断面図である。図1に示すように、
基板1として厚み0.7mmの導電性膜付きのガラスを
用い、基板1にシール材4を印刷している。アルミ反射
板からなる凹凸拡散層3を備えた基板2にスペーサー5
を散布した。凹凸拡散層3は基板1側から入射する光を
拡散させて反射するものであり、凹凸拡散層3は、隣り
合う凸部の頂点の間隔の平均値が12μmで、凸部の頂
点の高さがランダムに配置されており、凸部の頂点と凹
部の底点との差の平均は約0.5μmに規定されてい
る。スペーサー5の基板2への散布は細管気流型スペー
サー散布方式で行い、300個/mm2の散布密度で直
径3μmの球状粒子のスペーサー5を散布した。細管気
流型スペーサー散布方式は、細い金属配管内を高圧ガス
で長時間ブローする際に、配管壁とP.B(プラスチッ
クビーズの散布スペーサー)の間で衝突帯電を起こし、
同一電荷を得たP.B同士が反発することによって分散
効率を向上させる方式である。
て貼り合わせ、基板1と基板2との間にΔn=0.08
の液晶6を注入して反射型液晶表示装置を作成した。本
実施形態の反射型液晶表示装置を基板1の外側に偏光板
とフロントライトを設けて表示特性を観察したが、表示
特性ムラは発生しなかった。
晶表示装置に散布された直径3μmの球状スペーサーの
散布密度を変化させた場合に、パネル面内のセルギャッ
プムラによる表示不良が発生するかを観測した。基板1
の外側に偏光板を配置し、偏光板にフロントライトの光
を照射して表示面内の表示特性のムラを目視により観察
した。セルギャップムラの発生する場所では液晶の配向
が他と異なる為、着色状態の違う状態(色斑)として観
察される。スペーサーの散布密度が200個/mm2以
上400個/mm2以下の範囲において色斑はほとんど
無かったのに対し、500個/mm2あたりから、パネ
ル周囲部に色斑の発生が観察された。
て測定した結果を図5に示す。本実施例の反射型液晶表
示装置では、凹凸拡散層である反射板が液晶層に電圧を
印加する反射電極であるため、通常絵素部は光を通過し
ない。このため、絵素部間のの微少領域に光を通過させ
ることで測定を行った。図5では横軸にスペーサーの散
布量、縦軸にセルギャップを示している。パネル中央部
のセルギャップは実線で示しており、パネル周辺部のセ
ルギャップは点線で示している。図5に示すようにパネ
ルの中央部のセルギャップはスペーサーの散布量200
個/mm2付近で飽和し、それ以上の散布では約3μm
で一定している。すなわち、散布量が200個/mm2
より少ない場合は、図2に示すように凹凸部の凹部にス
ペーサーが落ち込んで、セルギャップが設計値よりも小
さくなる。また、スペーサーの散布が多くなりすぎる
と、図3に示すようにスペーサーの凝集が発生し、パネ
ル周辺部のセルギャップは厚くなる。特に、パネル中央
部のセルギャップとの差は、散布量が500個/mm2
を越えると大きくなっており、色斑の発生原因になって
いた。パネル周囲部に発生した色斑領域のセルギャップ
を調べたところ、パネル中央部分に比べ、およそ0.5
〜0.6μm厚くなっている。
特性の関係について以下に説明する。
めに、図6にセルギャップと彩度の関係を示し、図7に
色度座標を示した。色の違いとして認識されない領域
は、視認性の実験から、彩度では6以下、色度では、x
≦0.33、y≦0.36の領域であるとされている。
セルギャップが3.4μmを超えるような場合色斑とし
てはっきりと観察されることがわかった。
れるように、セルギャップが2.8〜3.7μmのとき
に明るさが一定になる。
を散布させた場合、青色の着色を考慮すればセルギャッ
プを2.9〜3.4μmにすることにより良好な表示特
性が得られる。よって、図5に示すように、スペーサー
の散布密度を200個/mm2以上400個/mm2以下
の範囲に設定することによりセルギャップのばらつきを
低減させることができるので、表示不良も発生しない。
サーを散布させた場合について述べたけれども、反射型
液晶表示装置に使用される球状スペーサーの直径と凹凸
拡散層3の凹凸との関係が、凸部の頂点と凹部の底点と
差の平均値がスペーサーの粒径の1/10以上1/3以
下で、隣り合う凸部分の頂点の間隔の平均値がスペーサ
ーの粒径の等倍以上10倍以下であれば、直径が2〜1
0μmのスペーサーについて、スペーサーと凹凸形状の
相互作用は同じであるため、散布密度を200個/mm
2以上400個/mm2以下の範囲とすることで、同様の
作用効果が得られる。
割を兼ね備えているため、生産上の工程数を下げること
ができ、コスト削減となるが、別途液晶に電圧を印加す
るための電極を設けてもよく、例えば、下側基板に反射
手段を形成し上側基板に凹凸拡散層を設置しても良い。
また、下側基板に反射手段を形成し、その上に凹凸拡散
層を形成しても良い。
る反射型液晶表示装置の平面図であり、図11は、A−
A断面による断面構成図である。図10と図11に示す
ように、下側基板2には、薄膜トランジスタ24が形成
されており、層間絶縁膜である散乱層19を介して、反
射電極10が、ソースバス配線とゲートバス配線の一部
と重なるようにして形成され、これらに対向する透明電
極41とカラーフィルタ40と、これらを支持する基板
1と、これら両基板1、2によって挟持される液晶6
と、基板1の上方(液晶6と対向しない面側)に配置さ
れる位相差板42と、偏光板43とを有する構成となっ
ている。
絶縁性の基板2上には、ゲート配線12から分岐したゲ
ート電極12aとしてのTa、絶縁層13としてのSi
Nx、半導体層14としてのa−Si、n型半導体層1
5としてのn型a−Si、エッチストッパ16としての
SiNx、ソースバス配線17から分岐されたソース電
極17aとしてのTi、ドレイン電極18としてのTi
などにより薄膜トランジスタ24が構成されており、こ
の薄膜トランジスタ24はスイッチング素子としての機
能を有している。
て基板1上全面には、感光性樹脂からなる散乱層19が
形成されている。この散乱層19の反射電極10が形成
される領域には、薄膜トランジスタ24上の領域および
ドレイン電極18上に構成されるコンタクトホール11
の領域を除いて、複数の凹凸が不規則に形成されてい
る。そして、散乱層19上の絵素領域には、アルミニウ
ム、銀などからなる反射電極10が形成され、反射電極
10はコンタクトホール11においてドレイン電極18
と接続されている。
し、液晶層6に入射してくる光を拡散反射することがで
き、明るい表示が可能となっている。
が形成されており、また、カラーフィルタ40上の全面
には、ITOなどからなる透明電極41が形成されてい
る。
る反射型液晶表示装置の製造工程を示したプロセス断面
図であり、特に凹凸形状を有する反射電極10を形成す
る工程を説明するものである。
子としての薄膜トランジスタ24が形成された絶縁性の
基板1上の一方側表面に、ポジ型の感光性樹脂19(製
品名:OFPR−800:東京応化社製)を1〜5μm
の厚さに塗布する。本実施の形態2では3μmで成膜し
た。次に、図13に示すようなフォトマスク21を配置
して40mjで第1の露光を行った。このときのフォト
マスク21のパターンは、図13に示すように、薄膜ト
ランジスタ24に対応する部分31を完全に遮光し、ま
たコンタクトホール部11に対応する部分32を完全な
透過部とし、それ以外にも円形の遮光部33を配置した
構成となっている。なお、この円形透過部33は、直径
が5〜10μm、隣り合う中心間隔が8〜20μmとな
るようにランダムに配置した。そして、このようなフォ
トマスク21と薄膜トランジスタ24が形成された基板
2とは、図13に示すように位置合わせを行った後に露
光を行った。
すように、別のフォトマスク20を配置して240mj
で第2の露光を行った。このときのフォトマスクのパタ
ーンは、コンタクトホール部11に対応する部分のみを
完全な透過部とし、それ以外の領域は遮光部とした構成
となっている。
性樹脂9をTMAH(テトラメチルアンモニウムハイド
ロオキサイド:東京応化工業社製)により現像すること
で、第1の露光により光を照射された領域の感光性樹脂
19は、現像によって完全に除去されずに初期膜厚から
50〜90%膜減りした状態となり、また、第2の露光
により光を照射されたコンタクトホール部11の領域の
感光性樹脂19は完全に除去され、基板2上にはコンタ
クトホール部11のみ穴が開いているとともに、不規則
な円形の凹凸を有する感光性樹脂19が形成される。そ
して、この基板2上の凹凸を200℃で60分間の加熱
処理を行うことにより、熱だれ現象によって膜減りした
領域が変形し、角がとれて滑らかな形状の凹凸が形成さ
れる。
が形成された感光性樹脂19上に反射電極10としての
Al薄膜をスパッタリング法によって2000Å程度の
膜厚に形成し、1つの薄膜トランジスタ24に対して1
つの反射電極10が対応するようにパターニングを行
う。
ール11を介して薄膜トランジスタ24のドレイン電極
18と接続されており、感光性樹脂19に形成された凹
凸に沿って形成されることになるため、この反射電極1
0もまた表示に寄与する表面に感光性樹脂の凹凸に応じ
た不規則な円形の凹凸を有することになる。
程によって、なだらかで高密度の凹凸形状を有する反射
電極10を形成することができ、平坦部を減少させ正反
射成分の少ない理想的な反射板を作成することが可能と
なっている。
形状の反射電極とが形成された基板が完成した。これ以
後の、カラーフィルタ40が形成された対向基板との貼
りあわせ、スペーサーの散布、液晶の注入の工程は、上
述と同じ方法で行った。さらに、位相差板42、偏光板
43を基板の外側に設置して反射型液晶表示装置を完成
させた。
た反射画素電極の下地膜として凹凸散乱層を構成した場
合であっても、スペーサーと凹凸の相互作用の作用効果
にはかわりなく、スペーサーの分散密度を本発明の範囲
に設定することで、より高い表示品位が実現される。
の発生を防ぐことができる。
ーの大きさと凹凸拡散層の凹凸形状の相互作用が顕著に
なるので、分散効率が大きく向上する。加えて、液晶層
の配向に悪影響を与える事なく、反射型液晶表示装置の
反射光として、効率良い拡散光が得られるため、たとえ
局所的なスペーサーの凝集が存在したとしても、配向異
常として認識することはできず、表示品位を良好に保つ
ことができる。
が電極の役割を兼ね備えているため、生産上の工数を下
げることができ、コスト削減となる。
図を示す図である。
の断面図を示す図である。
断面図を示す図である。
ギャップを回転検光子法によって測定した結果を示す図
である。
よる表示不良を示す図である。
表示装置の平面図である。
る。
表示装置の製造工程を示したプロセス断面図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 一対の基板と、該一対の基板間に介在さ
れた液晶層と、一方の基板の内面に形成された凹凸拡散
層と、該液晶層の厚みを調整するためのスペーサを備え
た反射型液晶表示装置において、 前記スペーサーは200個/mm2以上400個/mm2
以下の散布密度で配置されていることを特徴とする反射
型液晶表示装置。 - 【請求項2】 前記スペーサーは球状粒子であり、前記
凹凸拡散層は、凸部分の頂点と凹部分の底点との差の平
均値がスペーサーの粒径の1/10以上1/3以下で、
隣り合う凸部分の頂点の間隔の平均値がスペーサーの粒
径の等倍以上10倍以下であることを特徴とする請求項
1記載の反射型液晶表示装置。 - 【請求項3】 前記凹凸拡散層は、前記液晶層に電圧を
印加する反射電極が形成されていることを特徴とする請
求項1又は請求項2に記載の反射型液晶表示装置。
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