JP2009237010A - 液晶パネル - Google Patents

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Shinichiro Tanaka
慎一郎 田中
Hiroshi Wakaichi
博 若一
Yasuhiro Nakanishi
康裕 中西
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Abstract

【課題】スペーサの数を増やさずに、液晶の環境温度に追随し、所定の機械的強度を有し
、過度な圧力が掛かっても塑性変形しないスペーサを備えた液晶パネルを提供する。
【解決手段】液晶パネル1は、一対の第1、第2の基板2,14の何れか一方の基板にシ
ール材が塗布され、何れか一方の基板2,14に柱状スペーサ20A、20Bが形成され
、柱状スペーサ20A、20Bの先端部が他の基板面に接触し、シール材で囲まれた空間
内に液晶24を封入して形成され、柱状スペーサ20A、20Bは、所定形状の柱状部2
0aと、柱状部20aの頂部20から立設された柱状部20aより細い所定形状の首部
20bとを有し、柱状部20aと首部20bとの境界部分に肩段部20sを形成して、柱
状部20aの底部20を一方の基板に固定し、首部20bの頂部20を他の基板に接
触させて両基板2,14を貼り合せた。
【選択図】図2

Description

本発明は、液晶パネルに係り、詳しくは柱状スペーサを改良した液晶パネルに関するも
のである。
近年、パーソナルコンピュータ、携帯電話機やその他の携帯情報端末などの電子機器は
その表示装置として、液晶パネルが多く使用されている。この液晶パネルは、互いに対向
する面にそれぞれ所定の電極パターンなどが形成された2枚の第1、第2基板を用いて、
これらの第1、第2基板にシール材を塗布して両基板間に所定大きさの空間を形成するよ
うに貼り合せて、シール材の一部に設けた液晶注入口から空間内に液晶を注入した後に、
この注入口を封止材で封止した構成となっている。
この液晶パネルは、また第1、第2基板間を所定の間隔、すなわちセルギャップを保持
するために両基板間にスペーサが介在されている。これまでのスペーサは、樹脂を球形状
に加工したビーズ型のものが使用されていたが、このような球状スペーサを使用すると、
散布時に被散布面に均一に散布されずに一部に偏在することがあり、またパネル開口率が
減少してしまう恐れがあるので、この球状スペーサに代えて柱状スペーサが使用されるよ
うになってきている(例えば、下記特許文献1、2参照)。
例えば、下記特許文献1に開示された液晶パネルは、対向基板に柱状のスペーサを立設
させて、TFT基板との貼り合せ時に、このTFT基板に設けた薄膜トランジスタ(TF
T)にスペーサの先端部を接触させて、両基板間のギャップを一定に保持するようにした
ものである。
また、下記特許文献2に開示された液晶パネルは、サブピクセル内に一対の柱状スペー
サを配設したものである。
図6は下記特許文献2に開示された液晶パネルを示し、図6AはTFT基板を対向基板
に設けた柱状スペーサとともに示した平面図、図6Bは液晶パネルのゲートバスラインを
通る一部断面図である。以下、図6を参照して、下記特許文献2に開示された液晶パネル
を説明する。
この液晶パネル30は、TFT基板31と、CF基板36と、これらの基板間に挿入さ
れた液晶41とを有している。TFT基板31は、ゲートバスライン(以下、ゲートライ
ンという)32、データバスライン(以下、データラインという)33、TFT34およ
び画素電極35を含む積層構造を有している。CF基板36は、カラーフィルタ37と共
通電極38とを有し、また対向するTFT基板31に向かって延びる複数の第1、第2の
柱状スペーサ39、40を備えている。第1の柱状スペーサ39はゲートライン32とデ
ータライン33との交差部に相当する位置に配置されており、第2の柱状スペーサ40は
、ゲートライン32の一部に相当する位置に配置されている。これらの第1、第2の柱状
スペーサ39、40は、同じ高さで両基板を貼り合せたときに、第1の柱状スペーサ39
はゲートライン32とデータライン33との交差部と接触し、第2の柱状スペーサ40は
TFT基板31との間で隙間が空くように配置されている。
これらの柱状スペーサ39、40のうち、第1の柱状スペーサ39は、液晶41の熱膨
張および熱収縮に追随し、第2の柱状スペーサ40は、基板に局部的に大きな力が掛かっ
たときに塑性変形を阻止する働きをしている。すなわち、第1の柱状スペーサ39はゲー
トライン32とデータライン33との交差部と接触しているが、第2の柱状スペーサ40
はTFT基板31との間に間隔が空いている。したがって、例えばCF基板36に局部的
な大きな力が掛かったとしても、最初は第1の柱状スペーサ39が圧縮されるが、やがて
第2の柱状スペーサ40がTFT基板31と接触し、第2の柱状スペーサ40が大きな力
の大部分を受けもつようになる。そのため、第1の柱状スペーサ39が過度に変形して塑
性変形するのが防止される。
この液晶パネル30は、第1、第2の柱状スペーサ39、40をサブピクセル内に異な
る2つの配置パターンで設置して、この2つの配置パターンで基板間に段差を設け、この
段差を利用して2段クッション作用により、液晶41の熱膨張或いは収縮、また基板間に
加わる圧力に対応できるようになっている。
特開2001−27762号公報(段落〔0023〕、〔0024〕、図3) 特開2003−156750号公報(段落〔0020〕〜〔0027〕、図3)
上記特許文献1に開示された液晶パネルは、従来技術のビーズ型スペーサに代えて柱状
スペーサを使用しているので、ビーズ型スペーサが抱える課題、例えば、パネル開口率の
減少および散布時に発生するビーズ型スペーサの偏在などを解消することができる。しか
しながら、この柱状スペーサは、CF基板からアレイ基板に向かって、断面視で頂点が鋭
角な三角形状をなしているので、両基板に大きな力が掛かると、柱状スペーサが潰れてし
まい両基板間の所定のギャップを保持できなくなる恐れがある。これに対して、上記特許
文献2に開示された液晶パネルは、柱状スペーサをサブピクセル内に異なる2つの配置パ
ターンで設置して、基板間に生じる段差で2段クッション作用が働くようにして、熱膨張
および収縮並びに機械的な圧力に対応できるようになっている。しかしながら、上記特許
文献2に開示された液晶パネルは、それぞれのサブピクセル内に異なる2つの配置パター
ンで2本の柱状スペーサを配置しなければならないので、各柱状スペーサに対してそれぞ
れ遮光手段が必要になるとともに、柱状スペーサを形成する工数が増えるなどの課題が潜
在している。
近年の液晶パネルは、小型化、高精細化の傾向にあり、これに伴って個々の画素領域が
極小化されて、この極小化された画素領域にスペーサの密度を高めて配設するのが極めて
困難になってきている。すなわち、近年、携帯端末などに使用される液晶パネルは、小型
化に加えて高解像度、高輝度、低消費電力が要求されていることから、パネルの開口率が
高くなっており、スペーサを配置する場所(非開口部)が不足している。このため、上記
特許文献2に開示された液晶パネルのように、スペーサの本数を増やすことができなくな
ってきている。
そこで、本発明は、このような従来技術の課題を解決するためになされたもので、本発
明の目的は、スペーサの本数を増大させることなく、液晶の環境温度に追随ししかも所定
の機械的強度を有し、過度な圧力が掛かっても塑性変形しないスペーサを備えた液晶パネ
ルを提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明の液晶パネルは、マトリクス状に配設された第1、
第2配線が交差する箇所にアクティブ素子を設けた第1の基板と、前記第1の基板と対向
配置する第2の基板とを有し、前記第1、第2の基板のいずれか一方の基板にシール材が
塗布され、前記第1、第2の何れか一方の基板に柱状スペーサが形成され、前記柱状スペ
ーサの先端部が他の基板面に接触し、前記シール材で囲まれた領域に形成された空間内に
液晶が封入された液晶パネルにおいて、前記柱状スペーサは、所定の高さおよび太さの柱
状部と、前記柱状部の頂部から立設された前記柱状部より細い所定高さの首部とを有し、
前記柱状部と前記首部との境界部分に肩段部を形成して、前記柱状部の底部を前記一方の
基板に固定し、前記首部の頂部を前記他の基板に接触させて両基板を貼り合せたことを特
徴とする。
上記液晶パネルによれば、柱状スペーサは、第1、第2の基板間にあって、柱状部の底
部が一方の基板に固定され、首部の頂部が他の基板に接触しているので、第1、第2の基
板間に均一なギャップが保持される。したがって、液晶パネルの使用中に、パネル内の液
晶が熱膨張或いは熱収縮しても、柱状スペーサの首部がこの熱膨張或いは熱収縮に追随し
て伸縮するので、第1、第2の基板間のギャップが均一に保持される。また、液晶パネル
製造時などにおいて、基板に局部的な大きな力が掛かって、柱状スペーサの首部が潰れた
としても直ぐに首部基の肩段部が基板に突き当たって、それ以上の潰れが阻止されるので
、第1、第2の基板間に所定のギャップが保持される。すなわち、この柱状スペーサは、
首部と肩段部とで2段クッションの作用を有することになる。その結果、従来技術のよう
に一対の柱状スペーサをペアにして異なる2つの配置パターンで形成することなく、熱的
影響および機械的圧力に対応することが可能になる。また、1つの柱状スペーサが2段ク
ッション作用を有するので、従来のように2本の柱状スペーサをペアにしてそれぞれ遮光
するのに比べて、遮光面積を減少させることも可能になる。
また、上記液晶パネルにおいて、前記柱状スペーサは、前記第1の基板の前記アクティ
ブ素子と重なる位置に配設されていると好ましい。
上記好ましい態様によれば、柱状スペーサの配置に自由度が増すので、柱状スペーサの
配設設計が容易になる。
また、上記液晶パネルにおいて、前記柱状スペーサは、前記第1の基板の前記第1、第
2の配線のいずれか一方の配線と重なる位置に配設されていると好ましい。
上記好ましい態様によれば、柱状スペーサの配置に自由度が増すので、柱状スペーサの
配設設計が容易になる。
また、上記液晶パネルにおいて、前記第2の基板にはカラーフィルタ層を設け、前記柱
状スペーサは前記カラーフィルタ層で使用する材料と同一の材料からなる層を積層するこ
とにより形成すると好ましい。
上記好ましい態様によれば、カラーフィルタ基板を製造する際に、柱状スペーサを特別
な材料を用いることなく、カラーフィルタ層を形成する色材ですることなく簡単に作成で
きる。
また、上記液晶パネルにおいて、前記肩段部は、複数の階段状に形成されていると好ま
しい。
上記好ましい態様によれば、階段状に肩段部が形成されることにより基板に圧力が掛か
ったときには肩段部を段階的に基板に当接させることが可能になるので、過度な圧力が掛
かっても塑性変形しない柱状スペーサを提供できる。
以下、図面を参照して本発明の最良の実施形態を説明する。但し、以下に示す実施形態
は、本発明の技術思想を具体化するための液晶パネルを例示するものであって、本発明を
この液晶パネルに特定することを意図するものではなく、特許請求の範囲に含まれるその
他の実施形態のものも等しく適応し得るものである。
図1は本発明の液晶パネルのTFTアレイ基板の表示画素の一部を示した平面図である
。図1には説明の便宜上、カラーフィルタ基板に配置するスペーサを点線で示した。図2
は図1のTFT基板にカラーフィルタを貼り合せた状態でII―II線で切断した拡大断面図
である。図3は図1のIII―III線の拡大断面図である。図4Aは柱状スペーサの斜視図、
図4Bは図4AのIVB―IVB線の断面図である。図5は柱状スペーサの変形例を示した断
面図ある。
液晶パネル1は、図1及び図2に示すように、マトリクス状に配設したゲート配線4と
ソース配線6とが交差する箇所にアクティブ素子としての電界効果型薄膜トランジスタ(
以下、TFTという)7を設けたTFTアレイ基板(以下、アレイ基板という)2と、こ
のアレイ基板2と対向配置するカラーフィルタを有するカラーフィルタ基板(以下、CF
基板という)14とを備えている。CF基板14には、柱状スペーサ20A、20Bを配
置位置をそれぞれ異ならせて立設して、これらの柱状スペーサ20A、20Bをアレイ基
板2とCF基板14との間に介在させて貼合わせて、両基板2、14間に空間Sを形成し
て、この空間S内に液晶24を封入した構成を有している。以下、具体的な構成を説明す
る。
図1において、アレイ基板2は、ガラス基板3の上にゲート配線4とソース配線6とを
所定の間隔をあけて互いにマトリクス状に配設して、このマトリクス状に配設したゲート
配線4とソース配線6とで囲んだ領域が表示画素Pとなっている。それぞれの表示画素P
には、TFT7が配設されている。
このアレイ基板2は、ガラス基板3上にゲート配線4が形成され、その上にゲート絶縁
膜5を介し、その上に半導体層7aが形成されている。この半導体層7aは、ゲート電極
Gの真上のゲート絶縁膜5上に設けられ、ソース電極8およびドレイン電極9が接続され
ている。また、ドレイン電極9は画素電極10に接続されている。そして、これらの半導
体層7a、ソース電極8およびドレイン電極9などは保護絶縁膜11で覆われている。こ
の保護絶縁膜11の上には、配向膜12が形成されている。そして、上述したゲート電極
G、半導体層7a、ソース電極8及びドレイン電極9により、TFT7が形成されている
CF基板14は、ガラス基板15の上にアレイ基板2のゲート配線4、ソース配線6、
およびTFT7を覆うようにブラックマトリクス16がマトリクス状に形成されている。
また、このブラックマトリクス16に囲まれた領域には所定色からなるカラーフィルタ1
7が形成されている。このカラーフィルタ17の上には、絶縁保護膜18および共通電極
19が順に積層されている。この共通電極19上には、アレイ基板2に向けて立設するよ
うに、それぞれ異なる位置に柱状スペーサ20A、20Bが形成されている(図2及び図
3参照)。これらの柱状スペーサ20A、20Bは、配設する場所が異なるのみで同じ形
状となっている。
柱状スペーサ20は、図4A及び図4Bに示すように、所定の高さおよび太さの柱状部
20aと、この柱状部20aの頂部に立設された柱状部20aより細い所定高さの首部2
0bとを有し、これらの柱状部20aと首部20bとの間の境界部分に肩段部20sが形
成された構成となっている。
この柱状スペーサ20は、柱状部20aの基底面20がCF基板14側に固定されて
おり、両基板2、14の貼り合わせ時には首部20bの頂部20をアレイ基板2側に接
触させる。すなわち、この柱状スペーサ20は、アレイ基板2とCF基板14との間にあ
って、柱状部20aの底部20を一方のCF基板14に固定し、首部20bの頂部20
を他のアレイ基板2に接触されるので、両基板2、14間のセルギャップが均一に保持
される。
この柱状スペーサ20は、CF基板14の共通電極19面からアレイ基板2に向かって
突出させて形成される。すなわち、各柱状スペーサ20A、20Bのうち、一方の柱状ス
ペーサ20AはTFT7と対向する位置に配設され、他の柱状スペーサ20Bはゲート配
線4と対向する位置に配設される(図1〜図3参照)。
両柱状スペーサ20A、20Bは、共通電極19上に感光性樹脂、例えばアクリル系透
明感光材料が所望の厚膜に塗布されて、所定のマスクを使用して露光および現像並びに熱
処理などを行って所定の形状に形成される。また、この柱状スペーサ20A、20Bは、
CF基板14上に形成するので、このCF基板14に設けるカラーフィルタ層と同一の材
料を使用、例えば、赤色、青色、緑色のうち、いずれか2つの色層を選択して重ねる方式
で形成してもよい。
なお、この柱状スペーサ20A、20Bは図4に図示した形状に限定されない。具体的
に言えば、例えば、図5Aに示すように、頂部および肩段部に所定のRを付けたものや、
図5B〜図5Dに示すような山型形状のものにしてもよい。これらの形状により、柱状部
および首部に掛かる圧力などの調節が可能になる。さらに、図示しないが、肩段部を複数
段で構成される階段状にしてもよい。このように階段状に肩段部を形成することにより、
基板に圧力が掛かったときに肩段部を段階的に基板に当接させることが可能になる。
また、この実施形態では、柱状スペーサ20A、20BをCF基板14側に設けたが、
アレイ基板2側に設けてもよい。このように柱状スペーサ20A、20Bの配設が変更可
能であれば、その配設設計が容易になる。
このCF基板14は、それぞれ柱状スペーサ20A、20Bを形成した後に、アレイ基
板2と対向する表面および各柱状スペーサ20A、20Bの外面を含めて配向膜21が塗
布されて、この配向膜21は所定方向にラビング処理される。その後、アレイ基板2は、
その表示領域の周囲にシール材(図示省略)を塗布して、CF基板14と貼り合わせされ
る。この貼り合せ時に、一方の柱状スペーサ20Aは、図2に示すように、首部20bの
頂部20をTFT7の頂部に設けた配向膜12と接触させ、また、他方の柱状スペーサ
20Bは、図3に示すように、首部20bの頂部20を、ゲート配線4を間にゲート絶
縁膜5を介して覆う保護絶縁膜11に接触させて、これらの基板2、14間に所定大きさ
の空間Sが形成されるようにして貼り合せる。両基板2、14を貼り合わせた後に、空間
S内に不図示の注入口から液晶24が注入される。その後、ガラス基板3、15の外表面
に入射光を偏光する偏光板13、23を配置して液晶パネル1の組立が完了する。
組立てられた液晶パネル1は、CF基板14側に設けた各柱状スペーサ20A、20B
のそれぞれの頂部20、20がTFT7およびゲート配線4を覆う保護絶縁膜11に
接触した状態で固定される。この固定状態で、液晶パネル1の使用中に液晶24が熱膨張
或いは熱収縮すると各柱状スペーサ20A、20Bの首部20b、20bがこの熱膨張或
いは熱収縮に追随して伸縮することで両基板2、14間のセルギャップが均一に保持され
る。また、液晶パネル製造時などにおいて、基板に局部的に過度な大きな力が掛かって、
柱状スペーサ20A、20Bの首部20b、20bが潰れたとしても、直ぐに首部20b
、20bの基部に位置する肩段部20s、20sが基板に突き当たって、それ以上の潰れ
が阻止されるので所定のセルギャップは保持される。
したがって、この柱状スペーサ20A、20Bは、首部20b、20bと肩段部20s
、20sとで2段クッションの作用を有することになり、その結果、従来技術のように一
対の柱状スペーサをペアにして異なる2つの配置パターンで形成することなく、熱的影響
および機械的圧力に対応することが可能になる。また、1つの柱状スペーサで2段クッシ
ョン作用を有するので、従来のように2本のスペーサをペアにしてそれぞれ遮光するのに
比べて、遮光面積を減少させることも可能になる。
この実施形態の液晶パネル1では、各柱状スペーサ20A、20Bのうち、一方の柱状
スペーサ20AはTFT7と対向する位置に配設し、他の柱状スペーサ20Bはゲート配
線4と対向する位置に配設したが、このように配置位置を異ならせることなく、いずれか
一方の位置のみに配設するようにしてもよい。特にTFT7と対抗する位置にだけ配設し
ておけば、もともとTFT7によって遮光されるので、ゲート配線と対抗する位置に配設
するよりも表示画素の開口率に与える影響を抑えることができる。
本発明の液晶パネルのTFTアレイ基板の表示画素の一部を示した平面図である。 図1のTFTアレイ基板にカラーフィルタを貼り合せた状態でII―II線で切断した拡大断面図である。 図1のIII―III線の拡大断面図である。 図4Aは柱状スペーサの斜視図、図4Bは図4AのIVB―IVB線の断面図である。 柱状スペーサの変形例を示した断面図ある。 従来技術の液晶パネルを示し、図6AはTFT基板を対向基板に設けた柱状スペーサとともに示した平面図、図6Bは液晶パネルのゲートバスラインを通る一部断面図である。
符号の説明
1:液晶パネル 2:TFTアレイ基板(第1の基板) 3:ガラス基板 4:ゲート配
線 5:ゲート絶縁膜 6:薄膜トランジスタ(TFT) 7a:半導体層 8:ソース
電極 9:ドレイン電極 10:画素電極 11:保護絶縁膜 12:液晶配向膜 13
:偏光板 14:カラーフィルタ基板(第2の基板) 15:ガラス基板 16:ブラッ
クマトリクス 17:カラーフィルタ 18:保護絶縁膜 19:共通電極 20A 2
0B:柱状スペーサ 20a:柱状部 20b:首部 20s:肩段部 23:偏光板
24:液晶 P:表示画素 S:空間

Claims (5)

  1. マトリクス状に配設された第1、第2配線が交差する箇所にアクティブ素子を設けた第
    1の基板と、前記第1の基板と対向配置する第2の基板とを有し、
    前記第1、第2の基板のいずれか一方の基板にシール材が塗布され、
    前記第1、第2のいずれか一方の基板に柱状スペーサが形成され、前記柱状スペーサの
    先端部が他の基板面に接触し、前記シール材で囲まれた領域に形成された空間内に液晶が
    封入された液晶パネルにおいて、
    前記柱状スペーサは、所定の高さおよび太さの柱状部と、前記柱状部の頂部から立設さ
    れた前記柱状部より細い所定高さの首部とを有し、前記柱状部と前記首部との境界部分に
    肩段部を形成して、前記柱状部の底部を前記一方の基板に固定し、前記首部の頂部を前記
    他の基板に接触させて両基板を貼り合せたことを特徴とする液晶パネル。
  2. 前記柱状スペーサは、前記第1の基板の前記アクティブ素子と重なる位置に配設されて
    いることを特徴とする請求項1に記載の液晶パネル。
  3. 前記柱状スペーサは、前記第1の基板の前記第1、第2の配線のいずれか一方の配線と
    重なる位置に配設されていることを特徴とする請求項1に記載の液晶パネル。
  4. 前記第2基板にはカラーフィルタ層を設け、前記柱状スペーサは前記カラーフィルタ層
    で使用する材料と同一の材料からなる層を積層することにより形成したことを特徴とする
    請求項3に記載の液晶パネル。
  5. 前記肩段部は、複数の階段状に形成されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれ
    かに記載の液晶パネル。
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