JP2003330043A - 液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示装置

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JP2003330043A JP2002135423A JP2002135423A JP2003330043A JP 2003330043 A JP2003330043 A JP 2003330043A JP 2002135423 A JP2002135423 A JP 2002135423A JP 2002135423 A JP2002135423 A JP 2002135423A JP 2003330043 A JP2003330043 A JP 2003330043A
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Yuzo Hisatake
Yasushi Kawada
Akio Murayama
Kisako Ninomiya
Takashi Yamaguchi
Norihiro Yoshida
雄三 久武
希佐子 二ノ宮
典弘 吉田
剛史 山口
靖 川田
一之 春原
昭夫 村山
奈津子 藤山
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Abstract

(57)【要約】 【課題】MVAモードを採用した場合であっても、アレ
イ基板および対向基板間の位置合わせで高い精度を必要
とせずに輝度(または透過率)分布特性を制御すること
を可能にする。 【解決手段】液晶表示装置は画素電極8を含むアレイ基
板と、画素電極8に対向する共通電極を含む対向基板
と、これら基板間に挟持される液晶層とを備える。アレ
イ基板は電圧の印加に伴って各基板に略平行な様々な方
向のそれぞれにおいて交互に並べた複数の強電場域およ
び複数の弱電場域のストライプからなる電場の揺らぎを
画素電極8および共通電極間の液晶層の画素領域に生成
することにより液晶分子のチルト方向を制御して画素領
域を液晶分子のチルト方向の異なる複数のドメインに分
割するチルト制御部を含む。特に、強電場域の幅W1
よび弱電場域の幅W2の各々は少なくとも2つのドメイ
ン間で異なる。

Description

【発明の詳細な説明】

【0001】

【発明の属する技術分野】本発明は、各画素領域が複数
のドメインに分割される液晶表示装置に関する。

【0002】

【従来の技術】液晶表示装置は、薄型、軽量、低消費電
力である等の様々な特徴を有しており、OA機器、情報
端末、時計、およびテレビ等の様々な用途に応用されて
いる。特に、薄膜トランジスタ(以下、TFTという)
を有する液晶表示装置は、その高い応答性から、携帯テ
レビやコンピュータなどのように多量の情報を表示する
モニタとして用いられている。

【0003】近年、情報量の増加に伴い、画像の高精細
化や表示速度の高速化に対する要求が高まっている。こ
れら要求のうち画像の高精細化は、例えば、上述したT
FTを含むアレイ構造を微細化することによって実現さ
れている。

【0004】一方、表示速度の高速化に関しては、従来
の表示モードの代わりに、ネマチック液晶を用いたOC
Bモード、VAN(Vertical Aligned Nematic)モー
ド、HANモード、およびπ配列モードや、スメクチッ
ク液晶を用いた界面安定型強誘電性液晶モードおよび反
強誘電性液晶モードを採用することが検討されている。

【0005】これら表示モードのうち、VANモードで
は、従来のTN(Twisted Nematic)モードよりも速い
応答速度を得ることができ、しかも、垂直配向のため静
電気破壊などの不良を発生させるラビング処理が不要で
ある。なかでも、マルチドメイン型VANモード(以
下、MVAモードという)は、視野角の補償設計が比較
的容易なことから特に注目を集めている。

【0006】しかしながら、従来は、MVAモードを採
用した液晶表示装置において、アレイ基板だけでなく、
対向基板に対しても畝状の誘電突起を形成するかあるい
は対向基板上の共通電極にスリットなどを設けていた。
そのため、アレイ基板と対向基板との位置合わせを極め
て高い精度で行わなければならず、その結果、コストの
上昇や信頼性の低下を生じてしまう。

【0007】また、近年では、TNモードの液晶表示装
置の製造において、アレイ基板にカラーフィルタ層を形
成する技術が実用化され始めている。この技術による
と、アレイ基板と対向基板とを貼り合わせてセルを形成
する際に、カラーフィルタ層を構成する各色領域と画素
電極とを位置合わせする必要がない。従って、このよう
な技術をMVAモードの液晶表示装置の製造にも適用す
ることが望まれるが、従来のMVAモードの液晶表示装
置では、アレイ基板と対向基板とを貼り合わせてセルを
形成する際に、畝状誘電突起やスリットのような構造体
に対応してアレイ基板および対向基板間の位置合わせを
行う必要がある。そのため、従来のMVAモードの液晶
表示装置では、アレイ基板にカラーフィルタ層を形成し
たとしても、TNモードの液晶表示装置で得られる利益
を享受することはできなかった。

【0008】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題点
に鑑みてなされたものであり、MVAモードを採用した
場合であっても、アレイ基板および対向基板間の位置合
わせにおいて高い精度を必要とせずに輝度(または透過
率)分布特性を制御することが可能な液晶表示装置を提
供することを目的とする。

【0009】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、少なく
とも1つの画素電極を含むアレイ基板と、画素電極に対
向する共通電極を含む対向基板と、アレイ基板および対
向基板間に挟持され、各基板に対して略垂直に配向され
る液晶分子を含み、液晶分子配列が画素電極および共通
電極間の電圧により制御される液晶層とを備え、アレイ
基板はさらに電圧の印加に伴って各基板に略平行な様々
な方向のそれぞれにおいて交互に並べた複数の強電場域
および複数の弱電場域のストライプからなる電場の揺ら
ぎを画素電極および共通電極間の液晶層の画素領域に生
成することにより液晶分子のチルト方向を制御して画素
領域を液晶分子のチルト方向の異なる複数のドメインに
分割するチルト制御部を含み、強電場域の幅W1および
弱電場域の幅W2の各々は少なくとも2つのドメイン間
で異なる液晶表示装置が提供される。

【0010】この液晶表示装置では、チルト制御部が画
素電極と一緒にアレイ基板側に設けられる。このような
チルト制御部は画素電極の欠落部、画素電極上の誘電体
層、および画素電極上の配線のような構造体としてアレ
イ基板の製造プロセスに組み込むことができるため、こ
のチルト制御部を対向基板側に配置する場合のように高
い精度でアレイ基板および対向基板間の位置合せを行う
必要がない。さらに、強電場域の幅W1および弱電場域
の幅W2の各々は少なくとも2つのドメイン間で異な
る。これにより、画素領域を電圧−透過率特性の違う2
以上の領域で構成して輝度(または透過率)分布特性を
制御することが可能となる。

【0011】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態に係る液
晶表示装置について添付図面を参照して説明する。

【0012】図1はこの液晶表示装置1の外観を示し、
図2は液晶表示装置の回路構造を概略的に示し、図3は
液晶表示装置の部分的断面構造を示し、図4は液晶表示
装置のアレイ基板の部分的断面構造をさらに詳細に示
す。この液晶表示装置はMVAモードで動作するもの
で、アレイ基板2、対向基板3、およびアレイ基板2と
対向基板3との間に挟持される液晶層4を備える。アレ
イ基板2および対向基板3には、偏光板5が液晶層4と
は反対側において貼り付けられる。液晶層4は誘電率異
方性が負であるネマチック液晶を含む液晶材料からな
り、アレイ基板2および対向基板3間において周辺シー
ル材6により取り囲まれる。アレイ基板2および対向基
板3はこの周辺シール材6によって貼り合わされること
により液晶層4と一体化する。アレイ基板2と対向基板
3との間隔はスペーサSPによって一定に維持される。

【0013】アレイ基板2は、ガラス板等の光透過性絶
縁基板7、マトリクス状に配置され各々液晶分子Lqの
配列を制御する電場を液晶層4に印加する複数の画素電
極8、これら画素電極8の行に沿って配置される複数の
走査線Y(Y1〜Ym)、各々対応行の画素電極8を横
切るように配置される複数の補助容量線CL、これら画
素電極8の列に沿って配置される複数の信号線X(X1
〜Xn)、各々対応走査線Yおよび対応信号線Xの交差
位置近傍に配置される複数のスイッチング素子9、複数
の走査線Yを駆動する走査線駆動回路10、および複数
の信号線Xを駆動する信号線駆動回路11を含む。複数
の補助容量線CLは共通電極駆動回路VCOMによって基
準電位に設定される。

【0014】絶縁基板7はアンダーコート表面7Aを有
し、複数のスイッチング素子9、複数の画素電極8、並
びに信号線X、走査線Y、補助容量線CLのような配線
が絶縁してこのアンダーコート表面7Aの上方において
積層される。これらの配線はアルミニウム、モリブデ
ン、および銅などからなる。複数の画素電極8はITO
のような透明導電材料からなり、例えばスパッタリング
法などにより透明導電材料の薄膜を形成した後、フォト
リソグラフィ技術およびエッチング技術を用いてその薄
膜をパターニングすることにより形成される。この画素
電極8は電圧無印加状態で液晶層4の液晶分子Lqをア
レイ基板2平面に対して略垂直に配向する垂直配向膜1
2により覆われる。この垂直配向膜12はポリイミドな
どの透明樹脂の薄膜で構成され、ラビング処理せずに垂
直配向性が付与されている。各スイッチング素子9はア
ンダーコート表面7A上に形成されゲート絶縁膜13に
より覆われる例えばアモルファスシリコンやポリシリコ
ンの半導体層M、この半導体層M上にゲート絶縁膜13
を介して形成され層間絶縁膜14で覆われるゲート電極
9G、並びにゲート絶縁膜13および層間絶縁膜14に
形成されるコンタクトホールを介して半導体層Mに接続
されたソースおよびドレイン電極9S,9Dを持つ薄膜
トランジスタである。スイッチング素子9の電極9S,
9D,9Gはアルミニウム、モリブデン、クロム、銅、
およびタンタル等の金属材料で構成される。ソース電極
9Sは対応画素電極8に接続され、ドレイン電極9Dは
対応信号線Xに接続され、ゲート電極9Gは対応走査線
Yに接続される。スイッチング素子9および層間絶縁膜
14はカラーフィルタ層CFで覆われ、画素電極8はこ
のカラーフィルタ層CF上に形成される。カラーフィル
タ層CFは各列の画素電極8に沿ったストライプとして
形成される青色の着色層CF_B、緑色の着色層CF_
G、および赤色の着色層CF_Rにより構成される。画
素電極8はカラーフィルタCFに形成されるコンタクト
ホールHを介してスイッチング素子8のソース電極9S
に接続される。補助容量線CLはゲート電極9Gと一緒
にゲート絶縁膜13上に形成される。画素電極8はカラ
ーフィルタ層CFおよび層間絶縁膜14に形成されるコ
ンタクトホールHを介してコンタクト電極CEに接続さ
れる。このコンタクト電極CEは補助容量線CEに形成
される開口を貫通してスイッチング素子8の半導体層M
と一緒に形成される半導体層M’にコンタクトする。補
助容量線CLは、コンタクト電極CE、半導体層M’、
および画素電極8に容量結合して補助容量SCを構成す
る。

【0015】対向基板3は、ガラス板等の光透過性絶縁
基板15、複数の画素電極8に対向するように絶縁基板
15上に形成される共通電極16、およびこの共通電極
16を覆って形成され電圧無印加状態で液晶層4の液晶
分子Lqを対向基板3平面に対して略垂直に配向する垂
直配向膜12を含む。これら共通電極16および配向膜
12は、画素電極8および配向膜12と同様の材料から
なる。ここで、共通電極16は複数の画素電極8に対向
した平坦な連続膜として形成され、アレイ基板2の補助
容量線CLと共に共通電極駆動回路VCOMにより基準電
位に設定される。

【0016】上述の液晶表示装置では、アレイ基板2が
さらに電圧印加に伴って各基板2,3に略平行な様々な
方向のそれぞれにおいて強電場域および弱電場域を交互
に並べた電場の揺らぎを画素電極8および共通電極16
間の液晶層4からなる画素領域に生成することにより液
晶分子Lqのチルト方向を制御して画素領域を液晶分子
Lqのチルト方向の異なる複数のドメインに分割するチ
ルト制御部を含む。

【0017】図5はこのチルト制御部の基本構造を示
す。チルト制御部は画素電極8に対して強電場域および
弱電場域の異方性分布を規定するドメイン分割パターン
を有し、このドメイン分割パターンは画素電極8の周縁
側および中央側に両端を持つように伸びた複数の強電場
域に対して画素電極8の周縁側および中央側に両端を持
つように伸びた複数の弱電場域をそれぞれ隣接させるよ
うに画素電極8からの電場の強度を変化させる構造体を
有する。ここでは、構造体が画素電極8の欠落部として
形成される複数のスリットSLからなる。これらスリッ
トSLは画素電極8に含まれる4つの区画8a〜8dの
各々で例えば略平行に一定のピッチで並べられる。これ
らスリットSLは区画8aおよび8dで一方向に伸び、
区画8bおよび8cで一方向に交差する他方向に伸びて
いる。これにより、画素領域は液晶分子Lqのチルト方
向が互いに異なる4つのドメインに分割される。ここ
で、強電場域の幅W1および弱電場域の幅W2の各々は例
えば区画8a,8cに対応する2つのドメインで5μm
に設定し区画8b,8dに対応するドメインで7μmに
設定される。

【0018】ここで、図5に示す構造のチルト制御部に
よる液晶分子Lqの配向変化について概略的に説明す
る。図6の(a)および(c)は液晶分子Lqの配向状
態をアレイ基板2および対向基板3の基板平面に平行な
平面で示し、図6の(b)および(d)は液晶分子Lq
の配向状態を基板平面に垂直な断面で示す。尚、液晶分
子Lqの周辺構造は簡略化して示されている。

【0019】画素電極8および共通電極16間に電圧を
印加しない場合、配向膜12は誘電率異方性が負の液晶
分子Lqを垂直配向させるように作用する。すなわち、
液晶分子Lqの長軸は配向膜12の膜面に対してほぼ垂
直になる。

【0020】画素電極8および共通電極16間に比較的
低い第1電圧を印加すると、画素電極8からの漏れ電場
がスリットSLの近傍に生じ、これにより電気力線が図
6(b)に示すように傾く。

【0021】画素電極8および共通電極16間の印加電
圧は、電気力線に垂直な方向に液晶分子Lqを配向させ
る電場を生成する。従って、液晶分子Lqは、一対の配
向膜12および電場の作用によって、図6の(a)に示
すように配向しようとする。

【0022】しかしながら、液晶分子Lqの配向状態は
図6の(a)に示すように一対のスリットSL間で画素
電極8の幅方向に隣接していることにより互いに干渉す
る。このため、液晶分子Lqは、図6の(a)に示す矢
印A1の向きまたは矢印A2の向きにチルト方向を変化
させて、より安定な配向状態をとろうとする。

【0023】ここで、図6の(a)に示すように、スリ
ットSL間画素電極8上およびその近傍領域の液晶分子
LqがスリットSLに沿った方向において対称的な(あ
るいは、等方的な)配向状態であるとする。この場合、
液晶分子Lqのチルト方向が矢印A1の向きに変化する
確率と、矢印A2の向きに変化する確率とが等しくな
る。

【0024】これに対し、図6の(c)に示すように、
スリットSL間画素電極8上およびその近傍の液晶分子
LqがこれらスリットSLに沿った方向において非対称
な(あるいは、異方的な)配向状態である場合、スリッ
トSL間画素電極8の両端間で電気力線が非対称とな
り、同様に、スリットSLの両端間でも電気力線が非対
称になる。そのため、液晶分子Lqが矢印A2の向きに
配向した配向状態は、液晶分子Lqが矢印A1で示す向
きに配向した配向状態に比べてより安定となる。その結
果、液晶分子Lqの平均的なチルト方向(ディレクタ)
は、図6の(c)に示す矢印A2の向きとなる。

【0025】第1電圧よりも高い第2電圧を画素電極8
および共通電極16間に印加すると、一対の配向膜12
が液晶分子Lqを垂直配向させようとする作用に対し
て、電場が液晶分子Lqをその電気力線に垂直な方向に
配向させようとする作用がより大きくなる。従って、液
晶分子Lqは、水平配向に近づくようにチルト角を変化
させる。

【0026】ここで、第2電圧を画素電極8および共通
電極16間に印加した場合でも、第1電圧を画素電極8
および共通電極16間に印加した場合と同様に、液晶分
子Lqが矢印A2の向きに配向した配向状態は、液晶分
子Lqが矢印A1で示す向きに配向した配向状態に比べ
てより安定である。そのため、画素電極8および共通電
極16間の印加電圧を第1および第2電圧間で変化させ
た場合、液晶分子LqのディレクタはスリットSLの配
列方向に垂直な面内で変化することとなる。すなわち、
画素電極8および共通電極16間の印加電圧を第1およ
び第2電圧間で変化させた場合、液晶分子Lqは、その
平均的なチルト方向をスリットSLの配列方向に垂直な
面内に維持したままチルト角を変化させる。

【0027】従って、画素電極8の区画8a〜8d間で
互いに異なる長手方向を持つように複数のスリットSL
を形成することにより、液晶分子Lqのチルト方向を図
5に示すように維持したまま、そのチルト角を変化させ
ることができる。すなわち、アレイ基板2に設けた構造
体だけで、1つの画素領域内に液晶分子Lqのチルト方
向が互いに異なる4つのドメインを形成することができ
る。また、本実施形態では、液晶分子Lqの平均的なチ
ルト方向をスリットSLの配列方向に垂直な面内に維持
したままチルト角を変化させることができるため、より
速い応答速度を実現することができるのに加え、配向不
良が発生し難く、良好な配向分割が可能である。

【0028】本実施形態では、このように、画素領域内
に電場の揺らぎを形成すると共にこの電場の強さを変化
させて液晶層4の光学特性を制御することにより表示を
行う。ところで、上述したような制御を行う場合、液晶
層4において画素電極8の近傍にスリットSLの近傍よ
りも強い電場が生成される。そのため、画素電極8の近
傍では、スリットSLの近傍に比べて、液晶分子Lqは
より大きく倒れる。すなわち、液晶層4において画素電
極8の近傍とスリットSLの近傍とでは、液晶分子Lq
の平均的なチルト角は互いに異なる。このようなチルト
角の違いは、光学的な違いとして観察可能である。

【0029】上述したように、アレイ基板2は電圧の印
加に伴って各基板2,3に略平行な様々な方向のそれぞ
れにおいて交互に並べた複数の強電場域および複数の弱
電場域のストライプからなる電場の揺らぎを画素電極8
および共通電極16間の液晶層4の画素領域に生成する
ことにより液晶分子Lqのチルト方向を制御して画素領
域を液晶分子のチルト方向の異なる複数のドメインに分
割するチルト制御部を含む。この場合、ドメイン分割パ
ターンは画素電極8の周縁側および中央側に両端を持つ
ように伸びた複数の強電場域に対して画素電極8の周縁
側および中央側に両端を持つように伸びた複数の弱電場
域をそれぞれ隣接させるように画素電極8からの電場の
強度を変化させる構造体を有する。図5に示す複数のス
リットSLは画素電極8からの電場の強度を減衰させる
構造体として利用される。これらスリットSLを利用し
た場合、比較的高い自由度で設計を行うことが可能であ
る。さらに、強電場域の幅W1および弱電場域の幅W2
各々は区画8a〜8dのうちの少なくとも2つに対応す
るドメイン間で異なる。これにより、画素領域を電圧−
透過率特性の違う2以上の領域で構成して輝度(または
透過率)分布特性を制御することが可能となる。

【0030】ちなみに、電場の揺らぎはスリットSL以
外の構造体によっても生じさせることができる。これに
ついては、図7を参照して説明する。

【0031】図7はチルト制御部の基本構造の他の変形
例を概略的に示す。この変形例では、図7の(a)に示
すように、複数の誘電体層21が図5に示す複数のスリ
ットSLの代わりにこれらスリットSLと同様のパター
ンで画素電極8上に形成される。この場合、アクリル系
樹脂、エポキシ系樹脂、ノボラック系樹脂などのように
誘電体層21の誘電率が液晶材料の誘電率よりも低けれ
ば、液晶層4において誘電体層21の近傍に電場の強さ
がより弱い弱電場域を生成することができる。従って、
複数のスリットSLを形成した場合と同様の効果を得る
ことができる。

【0032】また、図5に示す複数のスリットSLの代
わりに、図7の(b)に示すように、複数の配線23が
透明絶縁体層22を介して画素電極8上に形成されても
よい。配線23は、例えば、信号線、ゲート線、補助容
量配線などであり、複数のスリットSLと同様のパター
ンで配列している。この場合、液晶層4において配線2
3の近傍に電場の強さがより強い強電場域を生成するこ
とができる。従って、この場合も、複数のスリットSL
を形成した場合と同様の効果を得ることができる。

【0033】尚、液晶表示装置1が透過型である場合、
誘電体層21および配線23の材料は、透過率の観点か
ら、透明な材料であることが好ましい。また、液晶表示
装置1が反射型である場合、誘電体層21および配線2
3の材料として、透明な材料に加え、金属材料のように
不透明な材料を用いてもよい。

【0034】上述のようなチルト制御部の基本構造で
は、液晶層4において強電場域の幅W 1と弱電場域の幅
2との和W12は20μm以下であることが好ましい。
通常、和W12が20μm以下であれば、液晶分子Lqの
配向を上述したように制御することができ、十分な透過
率を実現することができる。また、和W12は6μm以上
であることが好ましい。一般に、和W12が6μm以上で
あれば、液晶層4において強電場域と弱電場域とを生じ
させる構造体を十分に高い精度で形成することができる
のに加え、上述した液晶配向を安定に生じさせることが
できる。

【0035】尚、和W12は、スリットSL間の画素電極
8の幅とスリットSLの幅との和、誘電体層21間の画
素電極8の幅と誘電体層21の幅との和、画素電極8上
に設けた配線23の幅と配線23間の画素電極8の幅と
の和、第3電圧印加時にチルト角がより大きな領域の幅
とより小さな領域の幅との和、第3電圧印加時に透過率
がより高い領域の幅とより低い領域の幅との和などとほ
ぼ等しい。従って、これら幅も20μm以下であること
および6μm以上であることが好ましい。

【0036】チルト制御部の基本構造において、幅W1
および幅W2は、それぞれ、8μm以下であることが好
ましい。また、幅W1および幅W2は、それぞれ、4μm
以上であることが好ましい。この範囲においては、応答
速度および透過率に関して実用上十分な性能を期待する
ことができる。

【0037】尚、幅W1と幅W2とは、スリットSL間の
画素電極8の幅とスリットSLの幅、画素電極8上の誘
電体層21に挟まれた領域の幅と誘電体層21の幅、画
素電極8上に設けた配線23の幅と配線23間の画素電
極8の幅、第3電圧印加時にチルト角がより大きな領域
の幅とより小さな領域の幅、第3電圧印加時に透過率が
より高い領域の幅とより低い領域の幅などに対応してい
る。従って、これら幅も8μm以下で4μm以上である
ことが好ましい。

【0038】チルト制御部の基本構造において、液晶層
4において強電場域の長さおよび弱電場域の長さは、そ
れぞれ、幅W1および幅W2よりも長ければよいが、それ
らの和である幅W12に対して2倍以上であることが好ま
しい。この場合、より多くの液晶分子Lqをそれら電場
域の長さ方向に配向させることができる。

【0039】チルト制御部の基本構造は各画素電極8の
全体的なアスペクト比によっては最適でない場合があ
る。例えばカラー表示を行う場合に、赤、緑、および青
用の3画素を組み合わせてカラー画素を構成することに
なる。具体的には、アスペクト比1:1のカラー画素を
得るために画素電極8のアスペクト比(幅W:長さL)
が1:3に設定される。このような場合には、チルト制
御部を図8の(a)に示すような構造にせずに、例えば
図8の(b)または(c)に示すように画素電極8を例
えば3個の副電極部8Sに区分しこれら副電極部8Sに
対してそれぞれ強電場域および弱電場域の異方性分布を
規定する3つドメイン分割パターンを有することが好ま
しい。これら副電極部8Sはブリッジ電極BRにより相
互接続される。各ドメイン分割パターンは対応副電極部
8Sの周縁側および中央側に両端を持つように伸びた複
数の強電場域に対して対応副電極部8Sの周縁側および
中央側に両端を持つように伸びた複数の弱電場域をそれ
ぞれ隣接させるように対応副電極部8Sからの電場の強
さを変化させる構造体を含むことになる。この構造体は
図8の(b)において副電極部8Sの欠落部として形成
される複数のスリットSLで構成され、図8の(c)に
おいて副電極部8S上に形成される複数の誘電体層21
で構成される。

【0040】これらのドメイン分割パターンを利用する
と、3個の副電極部8Sにそれぞれ対応した強電場域お
よび弱電場域の異方性分布を独立に設定し、図8の
(a)に示すような単一のドメイン分割パターンを用い
る場合よりも適切にドメイン分割を行うことができる。
ここでは、これらドメイン分割パターンが3個の副電極
部8Sのうちの少なくとも2つに対する強電場域および
弱電場域の異方性分布間に規則的な違いを持たせるよう
に構成される。この場合、各ドメイン分割パターンは対
応副電極部8Sの周縁側および中央側に両端を持つよう
に伸びた複数の強電場域に対して対応副電極部8Sの周
縁側および中央側に両端を持つように伸びた複数の弱電
場域をそれぞれ隣接させると共に強電場域の幅W1と弱
電場域の幅W2との和W12を6μmから20μmの範囲
に設定して対応副電極部8Sからの電場の強さを変化さ
せるスリットSLのような構造体を含み、規則的な違い
が強電場域の幅W1および弱電場域の幅W2として設定さ
れる。これにより、電圧−透過率特性の違う2以上の領
域で画素領域を構成でき、この結果として輝度(または
透過率)分布特性を制御することが可能となる。

【0041】本実施形態では、強電場域および弱電場域
が図6の(c)に示すようにスリットSL間画素電極8
の長手方向において非対称となるよう配向状態を得るよ
うに液晶層4に生成されるが、図6の(a)に示すよう
にスリットSL間画素電極8の長手方向において対称な
配向状態を得るようにしてもよい。但し、前者の方が応
答速度などの点で有利である。本実施形態では、誘電率
異方性が負のネマチック液晶を垂直配向させたVANモ
ードを採用したが、誘電率異方性が正のネマチック液晶
を用いることも可能である。特に、高いコントラストが
望まれる場合は、VANモードを採用し且つノーマリブ
ラックとすることにより、例えば、400:1以上の高
いコントラストと高透過率設計による明るい画面設計と
が可能である。

【0042】本実施形態において、見かけ上、液晶の光
学応答を速めるために、偏光板5の光透過容易軸あるい
は光吸収軸と強電場域と弱電場域との配列方向とが為す
角度を45゜から所定の角度θだけずらしてもよい。こ
の角度θは、視野角などに応じて設定することもできる
が、応答時間を短縮するには22.5゜とすることが最
も効果的である。

【0043】本実施形態では、第3電圧印加時に画素領
域をドメイン分割するチルト制御部をアレイ基板2のみ
に設けたが、アレイ基板2および対向基板3の双方に設
けてもよい。但し、前者の場合、アレイ基板2と対向基
板3とを貼り合わせてセルを形成する際にアライメント
マークなどを利用した高精度な位置合わせが不要とな
る。

【0044】また、本実施形態では、カラーフィルタ層
CFをアレイ基板2に設けた構造(COA:color filt
er on array)を採用したが、カラーフィルタ層CFは
対向基板3に設けてもよい。但し、前者の場合、アレイ
基板2と対向基板3とを貼り合わせてセルを形成する際
にアライメントマークなどを利用した高精度な位置合わ
せが不要となる。

【0045】以下、本発明の液晶表示装置の製造例につ
いて説明する。 (製造例1)本製造例では、以下に説明する方法により
液晶表示装置1を製造した。ここでは、画素電極8は図
8の(a)に示す形状に形成した。

【0046】まず、通常の薄膜トランジスタ形成プロセ
スと同様に成膜とパターニングとを繰返し、ガラス板で
ある光透過性絶縁基板7の一主表面上に走査線Yおよび
信号線等の配線並びにスイッチング素子8の薄膜トラン
ジスタを形成した。次に、薄膜トランジスタを形成した
絶縁基板7の表面側に常法により光透過性絶縁膜である
カラーフィルタ層CFを形成した。

【0047】次いで、カラーフィルタ層CFを形成した
絶縁基板7の表面側に所定パターンのマスクを介してI
TOをスパッタリングした。その後、このITO膜上に
レジストパターンを形成し、このレジストパターンをマ
スクとして用いてITO膜の露出部をエッチングした。
以上のようにして、図8の(a)に示すように画素電極
8を形成した。尚、ここでは、スリットSLの幅および
スリットSL間画素電極8の幅はいずれも5μmとし
た。

【0048】その後、画素電極8を形成した絶縁基板7
の表面の全面に熱硬化性樹脂を塗布し、この塗膜を焼成
することにより、垂直配向性を示す厚さ70nmの配向
膜12を形成した。アレイ基板2は上述のようにして製
作される。

【0049】次に、別途用意したガラス板からなる光透
過性絶縁基板15の一主表面上に、共通電極16とし
て、スパッタリング法を用いてITO膜を形成した。続
いて、この共通電極16の全面に、アレイ基板2に関し
て説明したのと同様の方法により配向膜12を形成し
た。以上のようにして、対向基板3を製作した。

【0050】次いで、液晶材料を注入するための注入口
を残してアレイ基板2と対向基板3の周縁部に周辺シー
ル材6となる接着剤を塗布し、それぞれの配向膜12を
内側にしてアレイ基板2と対向基板3を貼り合わせるこ
とにより液晶注入空間(液晶セル)を形成した。尚、こ
の液晶セルのセルギャップは、アレイ基板2に設けられ
対向基板3に接触する長さ4μmの柱状スペーサSPに
より一定に維持した。また、アレイ基板2および対向基
板3を貼り合わせる際、これらアレイ基板2および対向
基板3間の位置合わせはそれらの端面を揃えることによ
り行い、アライメントマークなどを利用する高精度な位
置合わせは行わなかった。

【0051】次いで、この液晶セル内に誘電率異方性が
負である液晶材料を通常の方法により注入して液晶層4
を形成した。次いで、液晶注入口を紫外線硬化樹脂で封
止し、液晶セルの両面に偏光板5を貼り付けることによ
り液晶表示装置1を得た。

【0052】尚、この液晶表示装置1は、例えば、画素
電極8および共通電極16間の印加電圧を約1Vから約
5Vまでの間で変化させることにより駆動され得る。

【0053】次に、以上のようにして作製した液晶表示
装置1を、画素電極8と共通電極16との間に4Vの電
圧を印加した状態で観察した。その結果、画素電極8の
形状に対応した透過率分布が見られた。

【0054】(製造例2)画素電極8を図8の(b)に
示す形状とし、スリットSLの幅およびスリットSL間
の画素電極8の幅をいずれも4μmとしたこと以外は製
造例1で説明したのと同様の方法により液晶表示装置1
を製作した。尚、この液晶表示装置1は、例えば、画素
電極8と共通電極16との間に印加する電圧を約1Vと
約4Vとの間で変化させることにより駆動され得る。

【0055】次に、以上のようにして作製した液晶表示
装置1を、画素電極8と共通電極16との間に3.5V
の電圧を印加した状態で観察した。その結果、画素電極
8の形状に対応した透過率分布が見られた。

【0056】(製造例3)図8の(c)に示すように幅
方向に並ぶ一対のスリットSL’でそれぞれ分離される
3個の副電極部8Sを持つ画素電極8を形成し、これら
副電極部8S上に誘電体層21を設けたこと以外は製造
例1で説明したのと同様の方法により液晶表示装置1を
製作した。尚、ここでは、誘電体層21の幅は4μmと
し、誘電体層21の厚さは液晶層4において誘電体層2
1の近傍で電場の強さが十分に弱められるように1.4
μmとした。また、これらスリットSL’は、誘電体層
21による配向制御効果を向上させるために設けられて
いる。ここでは、一対のスリットSL’が画素電極8の
欠落部として形成され、これらスリットSL間の画素電
極8の一部をブリッジ電極BRとして残す。

【0057】以上のようにして製造された液晶表示装置
1は、例えば、画素電極8および共通電極16間の印加
電圧を約1Vから約4Vまでの間で変化させることによ
り駆動され得る。3.5Vの電圧を画素電極8および共
通電極16間に印加して液晶表示装置1を状態で観察す
ると、その結果として画素電極8の形状に対応した透過
率分布が見られた。

【0058】次に、製造例1から製造例3に係る液晶表
示装置1について、透過率および応答時間を測定した。
その結果を以下の表に示す。

【0059】

【表1】

【0060】上記表から明らかなように、製造例1から
製造例3に係る液晶表示装置1では、アレイ基板2およ
び対向基板3を貼り合わせる際に高精度な位置合わせを
行わなかったのにも拘らず、透過率が高く、配向分割均
一性が良好であり、応答時間も短い。すなわち、製造例
1から製造例3によると、アレイ基板2および対向基板
3を高精度に位置合わせすることなくMVAモードの液
晶表示装置を製造することができた。

【0061】(製造例4)また、図9に示すドメイン分
割パターンA,B,Cが製造例1で詳述した処理で画素
電極8の欠落部として形成された液晶表示装置を製造し
た。この場合、画素電極8は図8の(b)と同様に3個
の副電極8Sで構成されるが、ドメイン分割パターン
A,B,Cはこれら副電極8Sに対する強電場域の幅W
1および弱電場域の幅W2を図10に示す形式1,形式
2,または形式3に設定する。このような液晶表示装置
の視角依存性について、3個の副電極8Sの並ぶ方向を
縦軸とし、これに直角な方向を横軸として同一のバック
ライトを用いて測定したところ、輝度の視角依存性が副
電極8S毎の強電場域の幅W1および弱電場域の幅W2
違いに対応して決定されることが確認された。

【0062】図11は観察者の視点を横軸に沿って左右
に移動させた場合に得られる左右角度に対する視角依存
性の結果を示し、図12は観察者の視点を縦軸に沿って
上下に移動させた場合の上下角度に対して得られた結果
を示す。すなわち、強電場域の幅W1および弱電場域の
幅W2をドメイン分割パターンA,B,Cにより5μ
m,5μm,5μmという形式1に設定すると、輝度は
正面で高いものの斜め方向で著しく低下する。次に、強
電場域の幅W1および弱電場域の幅W2をドメイン分割パ
ターンA,B,Cにより7μm,5μm,5μmという
形式2に設定すると、輝度が斜め方向で著しく低下しな
くなる。さらに、強電場域の幅W1および弱電場域の幅W
2をドメイン分割パターンA,B,Cにより7μm,7
μm,5μmという形式3に設定すると、輝度は斜め方
向で著しく低下しないものの正面で低下する。従って、
2種以上の強電場域の幅W1および弱電場域の幅W2を1
画素領域に設定することにより視角依存性のような輝度
(または透過率)分布特性を制御することか可能であ
る。尚、ここでは、強電場域の幅W1および弱電場域の
幅W2が3個の副電極8Sの各々について得られる4つ
のドメイン内で共通となっているが、これらドメイン間
で図5と同様に異なってもよい。

【0063】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、画素領域
がアレイ基板のチルト制御部によりドメイン分割され、
強電場域の幅W1および弱電場域の幅W2の各々が少なく
とも2つのドメイン間で異なる。これにより、画素領域
を電圧−透過率特性の違う2以上の領域で構成して輝度
(または透過率)分布特性を制御することが可能とな
る。従って、MVAモードを採用した場合であっても、
アレイ基板および対向基板間の位置合わせにおいて高い
精度を必要とせずに輝度(または透過率)分布特性を制
御することが可能な液晶表示装置を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図1】本発明の一実施形態に係る液晶表示装置の外観
を示す斜視図である。

【図2】図1に示す液晶表示装置の回路構造を概略的に
示す図である。

【図3】図2に示す液晶表示装置の部分的断面構造を示
す図である。

【図4】図3に示すアレイ基板の部分的断面構造をさら
に詳細に示す図である。

【図5】図2に示す液晶表示装置のチルト制御部の基本
構造を示す平面図である。

【図6】図5に示す液晶分子の配向状態を基板平面に平
行な平面および基板平面に垂直な断面において示す図で
ある。

【図7】図5に示すチルト制御部の基本構造の他の変形
例を概略的に示す断面図である。

【図8】図5に示すチルト制御部の基本構造を画素電極
のアスペクト比に適合させた構成例を示す平面図であ
る。

【図9】図8に示す3つの副電極に対する強電場域の幅
および弱電場域の幅を所定形式に設定する3つのドメイ
ン分割パターンを示す平面図である。

【図10】図9に示す3つのドメイン分割パターンによ
り設定される幅の組み合わせを示す図である。

【図11】図9に示す3つのドメイン分割パターンによ
り図10に示す幅の組み合わせに設定した液晶表示装置
において観察者の視点を横軸に沿って左右に移動させた
場合に得られる左右角度に対する視角依存性の結果を示
すグラフである。

【図12】図9に示す3つのドメイン分割パターンによ
り図10に示す幅の組み合わせに設定した液晶表示装置
において観察者の視点を横軸に沿って左右に移動させた
場合に得られる左右角度に対する視角依存性の結果を示
すグラフである。

【符号の説明】

1…液晶表示装置 2…アレイ基板 3…対向基板 4…液晶層 5…偏光板 7…光透過性絶縁基板 8…画素電極 8a〜8d…区画 9…スイッチング素子 12…配向膜 15…光透過性絶縁基板 16…共通電極 21…誘電体層 22…透明絶縁体層 23…配線 SL…スリット Lq…液晶分子 CF…カラーフィルタ層 CF_B,CF_G,CF_R…着色層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 春原 一之 埼玉県深谷市幡羅町一丁目9番地2 株式 会社東芝深谷工場内 (72)発明者 久武 雄三 埼玉県深谷市幡羅町一丁目9番地2 株式 会社東芝深谷工場内 (72)発明者 川田 靖 埼玉県深谷市幡羅町一丁目9番地2 株式 会社東芝深谷工場内 (72)発明者 山口 剛史 埼玉県深谷市幡羅町一丁目9番地2 株式 会社東芝深谷工場内 (72)発明者 二ノ宮 希佐子 埼玉県深谷市幡羅町一丁目9番地2 株式 会社東芝深谷工場内 (72)発明者 藤山 奈津子 埼玉県深谷市幡羅町一丁目9番地2 株式 会社東芝深谷工場内 Fターム(参考) 2H090 KA04 LA04 LA15 MA01 MA07 MA13 2H092 GA14 HA04 JA25 JA29 JA46 JB05 JB13 JB23 JB32 JB51 JB56 KA04 KA05 KA12 KA18 KA22 MA05 MA08 MA12 MA35 NA04 NA25 PA08

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも1つの画素電極を含むアレイ
    基板と、前記画素電極に対向する共通電極を含む対向基
    板と、前記アレイ基板および対向基板間に挟持され、各
    基板に対して略垂直に配向される液晶分子を含み、液晶
    分子配列が前記画素電極および前記共通電極間の電圧に
    より制御される液晶層とを備え、前記アレイ基板はさら
    に前記電圧の印加に伴って各基板に略平行な様々な方向
    のそれぞれにおいて交互に並べた複数の強電場域および
    複数の弱電場域のストライプからなる電場の揺らぎを前
    記画素電極および共通電極間の液晶層の画素領域に生成
    することにより液晶分子のチルト方向を制御して前記画
    素領域を液晶分子のチルト方向の異なる複数のドメイン
    に分割するチルト制御部を含み、前記強電場域の幅W1
    および弱電場域の幅W2の各々は少なくとも2つのドメ
    イン間で異なることを特徴とする液晶表示装置。
  2. 【請求項2】前記チルト制御部は前記画素電極を複数の
    副電極部に区分しこれら副電極部に対応して得られる複
    数の副画素領域の各々を複数のドメインに分割するよう
    に構成され、前記強電場域の幅W1および弱電場域の幅
    2の各々は少なくとも2つの副画素領域のドメイン間
    で異なることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装
    置。
  3. 【請求項3】 前記チルト制御部は前記強電場域の幅W
    1と前記弱電場域の幅W2との和W12を6μmから20μ
    mの範囲に設定する構造体を含むことを特徴とする請求
    項1に記載の液晶表示装置。
  4. 【請求項4】 前記構造体は前記複数の強電場域が一端
    において相互に連結されるように配置されることを特徴
    とする請求項3に記載の液晶表示装置。
  5. 【請求項5】 前記構造体は前記複数の弱電場域が一端
    において相互に連結されるように配置されることを特徴
    とする請求項3に記載の液晶表示装置。
  6. 【請求項6】 前記構造体は前記複数の強電場域が一端
    において相互に連結され、さらに前記複数の弱電場域が
    前記複数の強電場域の一端とは逆側の一端において相互
    に連結されるように配置されることを特徴とする請求項
    3に記載の液晶表示装置。
  7. 【請求項7】 前記チルト制御部は前記画素電極の欠落
    部、前記画素電極上の誘電体層、および前記画素電極上
    の配線のうちの少なくとも1つを含むことを特徴とする
    請求項1に記載の液晶表示装置。
  8. 【請求項8】 前記液晶層は誘電率異方性が負の液晶材
    料を含有することを特徴とする請求項1に記載の液晶表
    示装置。
  9. 【請求項9】 前記画素電極および前記共通電極をそれ
    ぞれ覆う一対の垂直配向膜をさらに備えることを特徴と
    する請求項1に記載の液晶表示装置。
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