JP2001013503A - 液晶表示素子の作製方法 - Google Patents

液晶表示素子の作製方法

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JP2001013503A
JP2001013503A JP18138299A JP18138299A JP2001013503A JP 2001013503 A JP2001013503 A JP 2001013503A JP 18138299 A JP18138299 A JP 18138299A JP 18138299 A JP18138299 A JP 18138299A JP 2001013503 A JP2001013503 A JP 2001013503A
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polyimide
stage
rubbing
substrate
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Toshiyasu Eguchi
稔康 江口
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Victor Company of Japan Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 画像表示ムラのない液晶表示素子の作製方法
を提供する。 【解決手段】 配向膜6、8の形成の際、基板2及び透
明基板10上にワニス11を塗布後、熱処理を行ってポ
リイミド13を形成し、ローラー18と、ステージ17
とからなる装置14を用いて、ローラー18に布19を
巻回し、ステージ17上にポリイミド13を上方に向け
て基板2又は透明基板10を載置した後、ローラー18
を基板2、10に接触させ、ローラー18を回転させる
一方、ステージ17を稼動させて、布19でポリイミド
13を擦って行ない、ローラー18の回転数M、布19
の厚さとローラー18半径を加算した半径R、布19が
ポリイミド13と面接触する部分の長さL、ステージ1
7の移動速度V、ステージ17の始点から終点まで移動
する稼動回数Nとする時、擦り量NL(2πRM/V)
を3000〜100000mmの範囲にする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示素子の作
製方法に関し、特にこの液晶表示素子の配向膜の形成方
法に係わる。
【0002】
【従来の技術】最近、液晶表示素子を用いた液晶表示装
置の開発が盛んに行われている。この液晶表示素子は、
投射型液晶表示装置やヘッドマウントディスプレイ、携
帯情報端末及びカメラのビューファインダ等に用いられ
るミニチュアディスプレイ等の直視型液晶ディスプレイ
に広く利用される。このような液晶表示素子について図
3を用いて説明する。図3に示すように、液晶表示素子
1は、シリコン基板2上に形成されたアクティブマトリ
クス駆動回路3と、このアクティブマトリクス駆動回路
3によって選択的に制御駆動される画素電極4をマトリ
クス状に規則的に配列せしめた画素電極層5と、配向膜
6と、液晶層7と、配向膜8及び透明電極9を備えた透
明ガラス板10とを順次積層した構成を有している。
【0003】ここで、液晶層7には、負の誘電率異方性
を有するネマティック液晶が用いられ、このネマティッ
ク液晶の中で、特に、長い電荷保持時間を有するフッ素
系液晶化合物が用いられている。このネマチック液晶
は、初期状態(電圧を印加しない状態)でその液晶分子
の長軸がシリコン基板2及び透明ガラス板10の表面に
対して垂直あるいは垂直から僅かな傾きをもつホメオト
ロピック配向を有している。このネマチック液晶の光変
調率は、液晶分子の長軸がシリコン基板2及び透明ガラ
ス板10の表面に対する法線となす角を大きくすること
によって、大きくすることができる。
【0004】一般に、液晶分子の配向制御は液晶層7に
入射する光の波面の方向に対して最もリタデーションが
大きくなる45°方向が選択される。なお、液晶層7の
リタデーションは液晶層7の屈折率異方性とその厚さの
積として表わされる。
【0005】次に、液晶表示素子1の作製方法について
説明する。予め、シリコン基板2上に形成された画素電
極層5及び透明ガラス板10上に形成された透明電極9
に斜方蒸着法によりSiO2を蒸着して、それぞれ配向
膜6、8を形成する。更に、所定の間隙を有して、配向
膜6と配向膜8とを対向配置し、この間隙に液晶層7を
注入後、封止して図3に示す液晶表示素子1を作製す
る。
【0006】配向膜6、8は、斜方蒸着法の代わりにラ
ビング処理により形成することもできる。以下に、ラビ
ング処理について説明する。まず、シリコン基板2上に
形成された画素電極層5表面及び透明ガラス板10上に
形成された透明電極9表面にポリイミドワニスを塗布す
る。次に、このポリイミドワニスの熱処理を行って、イ
ミド化反応を促進させてポリイミドを形成し、このポリ
イミドをラビング布で擦るラビング処理を行って配向膜
6、8を得る。
【0007】次に、この液晶表示素子1の作用を説明す
る。画像信号電圧が液晶層7に印加された状態で、読み
出し光を透明ガラス板10側から入射させると、この読
み出し光は、画像信号電圧に応じて液晶層7で光変調さ
れた後、画素電極層5によって反射され、再び液晶層7
で光変調されて透明ガラス板10から画像情報光として
出射する。この透明ガラス板10から放出された画像情
報光を図示しないスクリーン上に投射することによって
画像表示を行うことができる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、液晶表
示素子1の配向膜6、8の形成方法には以下の問題を生
じていた。配向膜6、8を斜方蒸着法により形成する場
合、シリコン基板2又は透明ガラス板10の形状が大き
いと、斜方角のバラツキを生じる。このため、配向膜
6、8の成膜方向にバラツキを生じるので、液晶層7の
液晶分子の配向乱れを生じ、画像表示ムラを生じてい
た。また、SiO2の形成を図示しない真空装置内で行
うため、このSiO2を蒸着するたびに前記真空装置内
を真空にする必要があるので、生産性を低下させてい
た。
【0009】また、前記したラビング処理を用いる方法
では、液晶分子の長軸のシリコン基板2及び透明ガラス
板10に対する傾きを均一に発現することが難しいた
め、画像表示ムラを生じていた。更に、ポリイミドワニ
スが疎水性であるので、シリコン基板2上に形成された
画素電極層5及び透明ガラス板10上に形成された透明
電極9への塗布が難しく、印刷ムラが発生しやすかっ
た。このため、液晶層7の不均一な配向による画像表示
ムラを生じていた。そこで、本発明は、上記問題に鑑み
てなされたものであり、生産性を低下させずに、画像表
示ムラのない液晶表示素子の作製方法を提供することを
目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示素子の
作製方法の第1の発明は、少なくとも、基板及び透明基
板上にそれぞれポリイミドワニスを塗布後、熱処理を行
ってポリイミドを形成し、次にこのポリイミドのラビン
グ処理を行って前記基板上に第1配向膜を、前記透明基
板上に第2配向膜を形成し、引き続いて所定の間隙を有
して前記第1配向膜と前記第2配向膜とを対向配置し、
この間隙に負の誘電率異方性を有するネマチック液晶か
らなり、かつ前記ネマチック液晶中の液晶分子の長軸が
前記基板及び透明基板の表面に対して垂直から僅かな傾
きを有するホメオトロピック配向を有する液晶層を注入
して得られる液晶表示素子の作製方法において、前記ラ
ビング処理は、上下動できる回転ローラーと、稼動可能
なステージとからなる装置を用いて、前記回転ローラー
にラビング布を巻回し、前記ステージ上に前記ポリイミ
ドを上方に向けて前記基板又は前記透明基板を載置した
後、前記回転ローラーを前記基板又は前記透明基板に接
触させ、次に前記回転ローラーを回転させる一方、前記
ステージを前記回転ローラーと接する接線方向に往復運
動させながら行い、かつ前記ローラーの回転数をM(回
/s)、前記ラビング布の厚さと前記回転ローラー半径
を加算した半径をR(mm)、前記ラビング布がポリイ
ミドと面接触する部分の長さをL(mm)、前記ステー
ジの移動速度をV(mm/s)、前記ステージが始点か
ら終点まで移動する稼動回数をN(回)とする時、擦り
量NL(2πRM/V)が3000mm乃至10000
0mmの範囲であることを特徴とする。第2の発明とし
て、請求項1記載の液晶表示素子の作製方法において、
前記ステージの稼動回数Nは、5回乃至100回の範囲
であることを特徴とする。第3の発明として、請求項1
記載の液晶表示素子の作製方法において、前記ラビング
布が前記基板又は前記透明基板に押し込み量をDとする
時、前記押し込み量Dは、0.2mm乃至1.0mmの
範囲であることを特徴とする。第4の発明として、請求
項1記載の液晶表示素子の作製方法において、前記ロー
ラーの回転数M(回/s)は、1回/s乃至10回/s
未満の範囲であることを特徴とする。第5の発明とし
て、請求項1記載の液晶表示素子の作製方法において、
前記ステージの移動速度V(mm/s)は、1mm/s
乃至40mm/s未満の範囲であることを特徴とする。
第6の発明として、請求項1記載の液晶表示素子の作製
方法において、前記ポリイミドワニスは、少なくともブ
チルセルゾルブ、N―メチルピロリドン、ポリアミック
酸を主成分とするポリイミドからなり、前記ブチルセル
ゾルブは前記N―メチルピロリドンよりも重量比割合が
多いことを特徴とする。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の液晶表示素子の作
製方法について、図1及び図2を用いて説明する。従来
技術と同一構成には同一符号を付し、その説明を省略す
る。図1は、本発明の液晶表示素子の作製方法の製造工
程を示す図である。図2は、ラビング装置を示す概略図
である。 (ポリイミドワニス塗布及び熱処理工程)予めアクティ
ブマトリクス駆動回路3と画素電極層5が形成されたシ
リコン基板2と透明電極9が形成された透明ガラス板1
0を用意する。この後、図1(A)に示すように、フレ
キソ印刷法やグラビア印刷法により、酸無水物とポリア
ミック酸とを反応させて作製したポリイミドワニス11
(例えば、SE―1211 日産化学工業(株)製)を
シリコン基板2上に形成された画素電極層5表面及び透
明ガラス板10上に形成された透明電極9表面に塗布す
る。次に、図1(B)に示すように、ポリイミドワニス
11が塗布されたシリコン基板2及び透明ガラス板10
をホットプレート12上で80℃、180秒間加熱して
ポリイミドワニス11中の溶媒を蒸発させる。引き続
き、図1(C)に示すように、これを図示しないオーブ
ン中に入れ、180℃、2時間の熱処理を行って、イミ
ド化反応を促進させてポリイミド13を形成する。
【0012】この際、ポリイミドワニス11の組成が、
ブチルセルゾルブ50重量%、N―メチルピロリドン重
量45%、ポリアミック酸を主成分とするポリイミド重
量5%であるといったように、ブチルセルゾルブがN―
メチルピロリドンよりも重量比で多い場合には、ポリイ
ミド13の印刷ムラの発生は大幅に低減する。
【0013】(ラビング処理工程)まずは、ラビング処
理を説明する前にラビング装置について説明する。図2
は、ラビング装置を示す概略図である。図2に示すよう
にラビング装置14は、固定台15と、この固定台15
上に固定されたレール16と、このレール16上を稼動
するステージ17と、このステージ17上方に設けら
れ、上下動でき、かつ回転自在な回転ローラー18とか
らなる。ここで、回転ローラー18の半径R0は、65
mmである。
【0014】次に、このラビング装置14を用いたラビ
ング処理について説明する。まず、ラビング装置14の
回転ローラー18にラビング布19を巻回して固定す
る。このラビング布19の材料はナイロン、ポリエステ
ル及び綿等であり、この厚さは4mmである。次に、ス
テージ17上にポリイミド13が塗布されたシリコン基
板2をポリイミド13側が上方を向くようにして固定す
る。このラビング布19をポリイミド13が塗布された
シリコン基板2に面接触するように回転ローラー18を
下方に移動する。この状態で、回転ローラー18を回転
させると共にレール16上でステージ17を始点から終
点まで移動させ、ステージ17が終点まで到達した後、
回転ローラー18を上方に移動し、ポリイミド13が塗
布されたシリコン基板2から回転ローラー18を切り離
し、ポリイミド13上をラビング布19で擦る1回の工
程を終了する。次に、図1(D)に示すように、ステー
ジ17を始点に戻し、再び回転ローラー18を下方に移
動し、このラビング布19をポリイミド13が塗布され
たシリコン基板2に面接触させ前記したと同様な工程の
繰り返しを行って、配向膜6を形成する。更に、シリコ
ン基板2の代わりにポリイミド13が塗布された透明ガ
ラス板10をステージ17上に固定し、上記と同様な操
作を行って、配向膜8を形成する。
【0015】(貼り合わせ工程)この後、所定の間隙を
有して配向膜6と配向膜8とを対向配置し、この間隙に
液晶層7を注入して図3に示す液晶表示素子1を得る。
【0016】ここで、前記した液晶表示素子1の作製方
法における画像表示ムラを生じないラビング処理条件に
ついて説明する。まず始めに、ポリイミド13に対する
ラビング布19の擦り量をNL(2πRM/V)と表わ
す時、この擦り量を変化させて、ポリイミド13のラビ
ング処理を行って配向膜6、8を形成した後、作製され
た液晶表示素子1の画像表示ムラについて調べた。ここ
で、回転ローラー18の回転数をM(r/s)、ラビン
グ布19の厚さと回転ローラー18半径R0を加算した
半径をR(mm)、ラビング布19がポリイミド13と
面接触する部分の長さをL(mm)、ステージ17の移
動速度をV(mm/s)、ステージ17の始点から終点
まで移動する稼動回数をN(回)とする。
【0017】この結果、擦り量NL(2πRM/V)が
3000mm以上では画像表示ムラの発生がなかった。
実用的には、擦り量NL(2πRM/V)が10000
0mm以上では処理時間が大幅に増し、生産性が低下す
るため、生産性を考慮すると、擦り量NL(2πRM/
V)は3000mm乃至100000mmの範囲が良
い。一方、擦り量NL(2πRM/V)が3000mm
未満では、液晶層7の液晶分子のプレチルト角のバラツ
キが大きく画像表示ムラが発生した。以上のように、擦
り量NL(2πRM/V)が、3000mm乃至100
000mmの範囲でポリイミド13をラビング処理して
配向膜6、8を形成すれば、生産性を低下させることな
く、画像表示ムラの発生のない液晶表示素子1を得るこ
とができる。
【0018】次に、前記した擦り量NL(2πRM/
V)が3000mm乃至100000mmの範囲となる
ように回転ローラー18の回転数M(回/s)、ステー
ジ17の移動速度V(mm/s)及びラビング布19が
ポリイミド13と面接触する部分の長さをL(mm)を
一定とした場合、ステージ17の始点から終点まで移動
する稼動回数をN(回)を変化させて、ポリイミド13
のラビング処理を行って配向膜6、8を形成した後、作
製された液晶表示素子1の画像表示ムラについて調べ
た。この結果、稼動回数N(回)が5回以上では画像表
示ムラの発生がなかったが、5回未満では、画像表示ム
ラが発生した。稼動回数N(回)は、100回以上では
処理時間が大幅に増し、生産性を低下させるだけでなく
ポリイミド13が剥離してしまうといった不具合を生じ
るため、稼動回数N(回)は、5回乃至100回未満の
範囲がよい。以上のように、ポリイミド13を稼動回数
N(回)が5回乃至100回未満の範囲でラビング処理
して配向膜6、8を形成すれば、生産性を低下させるこ
となく、画像表示ムラの発生のない液晶表示素子1を得
ることができる。
【0019】次に、前記した擦り量NL(2πRM/
V)が3000mm乃至100000mmの範囲となる
ように回転ローラー18の回転数M(回/s)、ステー
ジ17の移動速度V(mm/s)及びラビング布19が
ポリイミド13と面接触する部分の長さをL(mm)を
一定とした場合、ラビング布19がシリコン基板2や透
明ガラス板10に押し込まれる押し込み量をD(mm)
とし、この押し込み量D(mm)を変化させて、ポリイ
ミド13のラビング処理を行って配向膜6、8を形成し
た後、作製された液晶表示素子1の画像表示ムラについ
て調べた。ここで、押し込み量D(mm)とは、ラビン
グ布19がシリコン基板2や透明ガラス板10に押し付
けられて押しつぶされる厚さである。押し込み量Dは、
ラビング布19が硬い剛体とすると、このラビング布1
9がシリコン基板2中に食い込んだ量に相当するので、
図2中では、押し込み量Dを食い込んだ量として表わし
ている。
【0020】この結果、押し込み量D(mm)が0.2
mm乃至1.0mm未満の範囲では、画像表示ムラの発
生がなかったが、0.2mm以下では、画像表示ムラが
発生した。押し込み量D(mm)が1.0mm以上で
は、ラビング布19がシリコン基板2や透明ガラス板1
0を強く押し付けた状態で、ポリイミド13上を摺動す
るので、ポリイミド13に傷を生じたり、剥離を生じた
りといった問題を生じた。なお、押し込み量D(mm)
が0.2mmの時、ラビング布19がポリイミド13と
面接触する部分の長さLは10mmである。本発明の実
施形態では、ラビング布19がポリイミド13と面接触
する部分の長さLは13mmの時、再現性の良好な結果
を得た。以上のように、押し込み量D(mm)が0.2
mm乃至1.0mm未満の範囲でラビング処理して配向
膜6、8を形成すれば、画像表示ムラの発生のない液晶
表示素子1を得ることができる。
【0021】次に、前記した擦り量NL(2πRM/
V)が3000mm乃至100000mmの範囲となる
ように回転ローラー18の回転数M(回/s)、ステー
ジ17の移動速度V(mm/s)及びラビング布19が
ポリイミド13と面接触する部分の長さをL(mm)を
一定とした場合、回転ローラー18の回転数M(回/
s)を変化させて、ポリイミド13のラビング処理を行
って配向膜6、8を形成した後、作製された液晶表示素
子1の画像表示ムラについて調べた。この結果、回転ロ
ーラー18の回転数M(回/s)が1回/s以上10回
/s未満の範囲では画像表示ムラの発生がなかったが、
10回/s以上では、画像表示ムラが発生した。回転ロ
ーラー18の回転数M(回/s)が10回/s以上で
は、ポリイミド13が剥離してしまうといった不具合を
生じた。以上のように、ポリイミド13を回転ローラー
18の回転数M(回/s)が1回/s乃至10回/s未
満の範囲でラビング処理して配向膜6、8を形成すれ
ば、画像表示ムラの発生のない液晶表示素子1を得るこ
とができる。
【0022】次に、前記した擦り量NL(2πRM/
V)が3000mm乃至100000mmの範囲となる
ように回転ローラー18の回転数M(回/s)、ステー
ジ17の移動速度V(mm/s)及びラビング布19が
ポリイミド13と面接触する部分の長さをL(mm)を
一定とした場合、ステージ17の移動速度V(mm/
s)を変化させて、ポリイミド13のラビング処理を行
って配向膜6、8を形成した後、作製された液晶表示素
子1の画像表示ムラについて調べた。この結果、ステー
ジ17の移動速度V(mm/s)が1mm/s乃至40
mm/s未満の範囲では、画像表示ムラが発生しなかっ
たが、40mm/s以上では、画像表示ムラが発生し
た。また、ステージ17の移動速度V(mm/s)が4
0mm/s以上では、ポリイミド13が剥離してしまう
といった不具合を生じた。以上のように、ポリイミド1
3をステージ17の移動速度V(mm/s)が1mm/
s乃至40mm/s未満の範囲でラビング処理して配向
膜6、8を形成すれば、画像表示ムラの発生のない液晶
表示素子1を得ることができる。更に、ポリイミドワニ
ス11の組成が、ブチルセルゾルブ50重量%、N―メ
チルピロリドン重量45%、ポリアミック酸を主成分と
するポリイミド重量5%であり、かつブチルセルゾルブ
がN―メチルピロリドンよりも重量比で多いので、ポリ
イミド13の印刷ムラの発生が大幅に低減できる。
【0023】
【発明の効果】本発明の液晶表示素子の作製方法の請求
項1乃至5の構成によれば、生産性を低下させることな
く、画像表示ムラの発生のない液晶表示素子を得ること
ができる。請求項6の構成によれば、ポリイミドの印刷
ムラの発生が大幅に低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の液晶表示素子の作製方法を示す工程図
である。
【図2】本発明の液晶表示素子の作製方法に用いられる
ラビング装置の概略図である。
【図3】一般的な液晶表示素子を示す図である。
【符号の説明】
1…液晶表示素子、2…シリコン基板(基板)、3…ア
クティブマトリクス駆動回路、4…画素電極、5…画素
電極層、6…配向膜(第1配向膜)、8…配向膜(第2
配向膜)、7…液晶層(光変調層)、9…透明電極、1
0…透明ガラス板(透明基板)、11…ポリイミドワニ
ス、12…ホットプレート、13…ポリイミド、14…
ラビング装置、15…固定台、16…レール、17…ス
テージ、18…回転ローラー、19…ラビング布

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】少なくとも、基板及び透明基板上にそれぞ
    れポリイミドワニスを塗布後、熱処理を行ってポリイミ
    ドを形成し、次にこのポリイミドのラビング処理を行っ
    て前記基板上に第1配向膜を、前記透明基板上に第2配
    向膜を形成し、引き続いて所定の間隙を有して前記第1
    配向膜と前記第2配向膜とを対向配置し、この間隙に負
    の誘電率異方性を有するネマチック液晶からなり、かつ
    前記ネマチック液晶中の液晶分子の長軸が前記基板及び
    透明基板の表面に対して垂直から僅かな傾きを有するホ
    メオトロピック配向を有する液晶層を注入して得られる
    液晶表示素子の作製方法において、 前記ラビング処理は、稼動可能なステージと、このステ
    ージ上方に配置された上下動できる回転ローラーとから
    なる装置を用いて、前記回転ローラーにラビング布を巻
    回し、前記ステージ上に前記ポリイミドを上方に向けて
    前記基板又は前記透明基板を載置した後、前記回転ロー
    ラーを下方に移動し、前記基板又は前記透明基板に接触
    させ、次に前記回転ローラーを回転させる一方、前記ス
    テージを前記回転ローラーと接する接線方向に稼動させ
    て、前記回転ローラーに巻回されたラビング布で前記ポ
    リイミドを擦って行い、かつ前記回転ローラーの回転数
    をM(回/s)、前記ラビング布の厚さと前記回転ロー
    ラー半径を加算した半径をR(mm)、前記ラビング布
    がポリイミドと面接触する部分の長さをL(mm)、前
    記ステージの移動速度をV(mm/s)、前記ステージ
    が始点から終点まで移動する稼動回数をNとする時、擦
    り量NL(2πRM/V)が3000mm乃至1000
    00mmの範囲であることを特徴とする液晶表示素子の
    作製方法。
  2. 【請求項2】前記ステージの稼動回数Nは、5回乃至1
    00回の範囲であることを特徴とする請求項1記載の液
    晶表示素子の作製方法。
  3. 【請求項3】前記ラビング布が前記基板又は前記透明基
    板に押し込み量をDとする時、前記押し込み量Dは、
    0.2mm乃至1.0mmの範囲であることを特徴とす
    る請求項1記載の液晶表示素子の作製方法。
  4. 【請求項4】前記ローラーの回転数M(回/s)は、1
    回/s乃至10回/s未満の範囲であることを特徴とす
    る請求項1記載の液晶表示素子の作製方法。
  5. 【請求項5】前記ステージの移動速度V(mm/s)
    は、1mm/s乃至40mm/s未満の範囲であること
    を特徴とする請求項1記載の液晶表示素子の作製方法。
  6. 【請求項6】前記ポリイミドワニスは、少なくともブチ
    ルセルゾルブ、N―メチルピロリドン、ポリアミック酸
    を主成分とするポリイミドからなり、前記ブチルセルゾ
    ルブは前記N―メチルピロリドンよりも重量比割合が多
    いことを特徴とする請求項1記載の液晶表示素子の作製
    方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102809850A (zh) * 2012-08-13 2012-12-05 北京京东方光电科技有限公司 一种取向膜摩擦方法

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