JP2780942B2 - 液晶表示素子及びその製造方法 - Google Patents

液晶表示素子及びその製造方法

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JP2780942B2 JP6327561A JP32756194A JP2780942B2 JP 2780942 B2 JP2780942 B2 JP 2780942B2 JP 6327561 A JP6327561 A JP 6327561A JP 32756194 A JP32756194 A JP 32756194A JP 2780942 B2 JP2780942 B2 JP 2780942B2
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潔 安藤
貴 杉山
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百英 張
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は液晶表示素子の製造方法
に関し、特にマルチドメイン構造を持った液晶セルの配
向制御技術に関する。
【0002】
【従来の技術】液晶表示ディスプレイ等に使用される液
晶表示装置いわゆる液晶セルは、液晶の特定な分子配列
を電界等の外部からの作用によって別の異なる分子配列
に状態変化させて、その間の光学的特性の変化を視覚的
な変化として表示に利用している。液晶分子をある特定
の配列状態にするために液晶をはさむガラス基板の表面
には配向処理を行うのが普通である。
【0003】従来のツイストネマティック(TN)型液
晶セルなどでは、配向処理として、液晶を挟むガラス基
板全体をラビング布で一方向に擦るいわゆるラビング法
が採用されている。
【0004】例えば、綿布のようなラビング布を表面に
巻いたラビングローラを基板の配向膜に触れさせつつそ
れを回転させながら基板面上を一定方向に移動すると配
向膜面全体に均一な一方向のに配向処理ができる。
【0005】図6は従来の技術により均一配向した液晶
セル40を示す。図6において、上側のガラス基板41
の表面にITO電極42が形成され、その上から配向膜
43が塗布され矢印Aで示す方向にラビングされてい
る。下側のガラス基板44の表面にITO電極45ある
いはTFTのような駆動素子等(図示せず。)が形成さ
れ、その上から配向膜46が塗布され矢印Bで示す方向
にラビングされている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】均一配向にした液晶セ
ル40では、液晶分子47の配向方向が例えば一方の基
板上ですべて同一方向に配向した状態となる。この状態
で電極42、45間に電圧を印加した場合に、すべての
液晶分子47が同一方向に立ち上がるために、観測者が
画面を見る方向によって液晶分子の立ち具合(角度)が
異なる。そのために表示が見やすい角度が特定の角度範
囲に制限されるという視角依存性が生じて表示品位を損
なうという問題がある。
【0007】たとえば、従来のツイストネマティック型
液晶表示セル(TN─LCD)の視角特性を表す等コン
トラスト曲線を測定すると、コントラストの高い視角領
域は特定の角度領域に偏っている。したがって、このよ
うな液晶セルはある方向からは見えやすく、別の方向か
らは見えにくいといった視角依存性を持つことになる。
【0008】このような視角依存性をもつ液晶セルを表
示装置として利用した場合には、表示画面に対してある
角度ではコントラストが極端に低下し、甚だしい場合に
は表示の明暗が反転してしまう。
【0009】本発明の目的は、配向方向の異なる微小ド
メインを複数個有するマルチドメイン構造の液晶セルに
おいて、均一な視角特性が確実に得られ、広視角化が可
能な液晶表示素子の製造方法を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明による液晶表示素
子は、ラビング方向に対し、液晶分子を相互に異なる所
定方向に配向する第1及び第2の配向剤を、前記第1の
配向剤もしくは前記第2の配向剤のいずれか一方の配向
剤が基板面全面を覆い、他方の配向剤が前記一方の配向
剤上に分散配置されて前記一方の配向剤を部分的に覆
い、前記第1の配向剤と前記第2の配向剤の露出部が、
表面に均一に分布するように基板上にそれぞれ均等に分
散配置した配向膜を有する。
【0011】尚、前記第1及び第2の配向剤として、ラ
ビング方向にに対し液晶分子を平行方向に配向する配向
剤と、ラビング方向に対し液晶分子を直交方向に配向す
る配向剤を用いるとよい。
【0012】また、本発明による液晶表示素子の製造方
法は、ラビング方向に対して液晶分子が所定方向に配向
する第1の配向剤と液晶分子が前記所定方向と直交する
方向に配向する第2の配向剤とが実質的に均一に分散し
た配向膜を表面に形成した基板を用意する工程と、前記
配向膜を塗布した基板の表面を一定方向にラビングする
工程と、前記ラビングした基板と、積極的配向処理をし
ない基板とを所定間隔dを保って対向配置してセルを形
成する工程と、前記セルの前記基板間にカイラルピッチ
がpとするとd/pが0以上0.75以下となる条件を
満たすネマティック液晶材料を注入する工程とを有す
る。
【0013】
【作用】ラビング方向に対し互いに異なる所定方向に配
向する複数の配向剤が分散配置されているので、液晶分
子はこの配向膜により、複数の異なる配向方向に均等に
分散配向される。
【0014】2種の互いに直交する方向に配向する配向
剤を有する場合は、互いに直交する方向に配向された液
晶分子が均等に分散配向される。液晶セル印加時の液晶
分子の立ち上がり方向は、配向方向とプレチルト角に依
存している為、プレチルト角を有する場合には二方向よ
り、プレチルト角を有しない場合は、四方向より、基板
全面にそれぞれ均一に液晶分子が立ち上がる。
【0015】
【実施例】本出願人による特許出願である特願平5−2
10320号および特願平5−53639号では、液晶
分子が特定方向に配向した微小領域即ちドメインを多数
形成し、ドメインの配向方向がランダムに形成された液
晶セルの構造を提案している。本発明の液晶セルも、こ
れらの先願に開示した液晶セルと同様、配向方向の異な
る微小ドメインを複数個有するマルチドメイン構造を持
つ。
【0016】以下、図1から図5を参照して本発明の実
施例による液晶表示素子の製造方法について説明する。
まず、ラビング方向と平行な方向に液晶分子を配向する
一般的なポリイミド材料と、ラビング方向と直交する方
向に液晶分子を配向するようなポリスチレン材料あるい
は、ある種のポリイミドを均等に混合した配向剤を用意
する。ラビング方向に対し液晶分子を直角に配向する配
向剤の分子構造や配向理論は、明らかではないが、例え
ば前記ある種のポリイミドとしては、現在サンプル出荷
されている日本合成ゴム社製のJALS−428等があ
る。
【0017】二つの異なる配向剤を混合し、サラダドレ
ッシングのように一方の材料が微小滴状態で他方の材料
の溶液中に均一に分散している状態とする。図1(A)
において、この混合配向剤を印刷、スピンコート等によ
りITO電極2が形成されたガラス基板1の表面に塗布
して配向膜3とする。配向膜3にはラビング方向と平行
に配向する配向剤と、ラビング方向と直角に配向する配
向剤とがそれぞれ均一に分布することになる。
【0018】次に、図1(B)において、ラビングロー
ラ5を配向膜3の上で回転させながら、矢印4方向に移
動させてラビング処理をする。その結果、図2に示すよ
うなラビング方向4と平行に配向する領域と、ラビング
方向4と直角に配向する領域とが配向膜上に均一に分布
することになる。
【0019】さらに、もう一つのガラス基板6を用意
し、その基板6上にITO電極7やTFTのような駆動
素子を形成し、さらにその上から絶縁膜(配向膜)8を
形成する。絶縁膜8は配向処理を行わない。
【0020】この後の図1(C)、図1(D)に示す工
程は、例えば本出願人による特願平5−210320号
もしくは、特願平5−53639号に開示したプロセス
をそのまま利用することができる。
【0021】前者は、所定の基板間隔に配置したセルに
おいて、液晶材料を等方相からネマティック液晶相に転
移することにより、配向させる方法を開示している。こ
の方法を用いる場合は、まず基板1と基板6とを対向配
置して所定のギャップ間隔dになるように調整して張り
合わせた空セル10に、カイラルピッチがpであるカイ
ラルネマティック液晶材料9を液晶のN−I(N:ネマ
ティック、I:アイソトロピック)相転移点以上の温度
に保ちながら(ヒータ11で加熱)アイソトロピック相
で注入してセルを封止する。その後、N−I相転移点以
下まで徐々に温度を下げて液晶分子をマルチドメイン状
態で配向させる。なお、セルのギャップpと液晶のカイ
ラルピッチpとはd/pが0以上0.75以下となる条
件を満たすようにする。尚、90°ツイスト配向する液
晶表示素子を形成する場合には、d/p=0.25にな
るように調整する。
【0022】その結果、図1(D)で示すような隣接す
る液晶分子が互いに直交するように配向したセルができ
る。また、後者の特願平6−53639号は、基板1と
基板6とを対向配置して所定のギャップ間隔dになるよ
うに調整して張り合わせた空セル10に、ネマティック
液晶相で液晶材料を注入し、注入後のセルに熱エネルギ
等を与えて一旦等方相とし、さらにセルを冷却して液晶
分子を再配向させてマルチドメイン構造のセルを得る液
晶表示素子の製造方法を開示している。
【0023】この方法を利用する場合は、空セル10に
真空注入法によりカイラルネマティック液晶材料9(フ
ッソ混合系、N−I転移点98°C)を室温(25°
C)でネマティック相状態で注入する。この場合も、9
0°ツイストの配向を形成するには、液晶材料9はセル
ギャップをdとし、液晶のカイラルピッチをpすると、
d/p=0.25となるようにカイラル剤を含ませて調
整する。尚、先の場合と同様に、d/pが0以上0.7
5以下の条件を満たすように調整してもよい。
【0024】液晶材料9をセル10内に完全に充填した
後、セル10の液晶注入口(図示せず。)を封止する。
但し、この状態では配向処理を施していない絶縁膜8上
に注入時の流動配向による流動パターンが残ってしま
う。
【0025】そこで、この後セル10をヒータのような
加熱装置11で加熱する。加熱は、例えば150°Cで
2時間行う。加熱温度は液晶の熱分解温度未満とし、少
なくとも配向処理されていない側の配向膜とこの膜上の
液晶分子との結合力より大きい熱エネルギを与えるよう
な温度を選択する。この加熱で界面の液晶分子は配向膜
界面との物理的あるいは化学的結合から解かれメモリ効
果によるポリイミド膜上の流動パターンを消失できる。
また、ここで加熱温度が液晶のN−I転移点以上である
ために、液晶材料9は図1(C)のように等方性状態と
なる。
【0026】その後、セル10を徐々に冷却して液晶材
料9を等方性から液晶相に相転移させて配向し配向方向
が直交するマルチドメインを形成する。(図1(D)) 後者のネマティック相状態での注入例においては、メモ
リ効果をなくすためにセルを加熱して液晶分子と界面と
の結合状態を解いたが、この熱エネルギを与える方法以
外に、電界や磁界を付与する方法や、非常に強い光を液
晶材料に照射したり、超音波振動をセルに加えたりする
ことによっても同じような効果が得られるであろう。
【0027】以上の方法によって得たセルは図2で示す
ように、ドメインの液晶分子は、ラビング方向(矢印
イ)と平行な方向ロと、直角な方向ハとが交互に配置す
るよう配向する。矢印ロと、矢印ハの先端はプレチルト
が発生する方向を示す。プレチルト角が生じる場合に
は、液晶分子はすべてプレチルト角の方向に立ち上がる
ために、配向方向は実質的にロとハの直交する2方向と
なる。
【0028】配向膜の厚みを100Å以下とした場合、
あるいはプレチルト角が1°以下の低プレチルト用の配
向剤を選択した場合は、プレチルトは殆ど発生しない。
この場合は、電圧が印加されたとき液晶分子の長軸方向
の一端とその反対の他端の二つの方向にそれぞれ半々の
確率で立ち上がる。従って、同じ配向方向でも立ち上が
り方向がロの方向とロと180°反対の方向、並びにハ
の方向とハと180°反対の方向の計4方向となる。
【0029】図3は、プレチルトが発生しない場合のド
メイン12の様子を示す。図3中の矢印は、電圧印加時
における液晶分子の立ち上がり方向を示す。互いに直交
する4方向(矢印)に配向する液晶分子が均等に存在す
るために、視角特性はより等方的になるので広視野角の
液晶表示素子が製造できる。
【0030】次に、異なる配向剤を基板に塗布する別の
実施例を図4を参照して説明する。図4(A)におい
て、ITO電極(図示せず。)が形成されたガラス基板
1の表面にラビング方向と平行に配向する配向剤20を
印刷、スピンコート等で全面塗布して下地層を形成す
る。
【0031】次に、図4(B)において、ラビング方向
と直角の方向に配向する配向剤21をスプレーにより塗
布する。このとき、配向剤21が微粒子として配向剤2
0の下地面上に均一に分散して、配向剤20が露出して
いる領域と配向剤21の領域とがそれぞれ均等に分布す
るように配慮する。さらに両者の専有面積がほぼ等しく
なるようにすることが好ましい。
【0032】このようにして作成した基板1を使用し
て、図1で説明した方法と同様な方法で液晶セルを製造
すると図3と同様の配向構造のドメインが得られ、広視
野角の液晶表示素子が製造できる。なお、下地として最
初に基板1に塗布する配向剤を直角配向の配向剤21と
し、その上から平行配向の配向剤20をスプレーしても
よい。
【0033】さらに、別の実施例を図5に示す。図5
は、基板1の上に下地層としての配向剤20を印刷、ス
ピンコート等で基板全面に塗布し、その上に微小な開口
部25を多数等間隔で均等にあけたマスク30を配置
し、そのマスク30の上からもう一つの配向剤21を塗
布する方法を示す。この方法でも図4(A),図4
(B)で示した例と同様な効果が得られる。2種の配向
剤の塗布順序は逆でもよい。またパターン印刷法により
2種類の配向剤20、21を基板1に塗布してもよい。
【0034】以上説明した実施例では、ラビング方向と
平行に配向する配向剤と直角に配向する配向剤との組み
合わせを使用したが、本発明はそれに限るものではな
い。たとえば、ラビング方向に対してある角度で配向す
る配向剤と、その配向方向と90°異なる配向方向を与
える配向剤との組み合わせでもよい。2つの配向方向
は、異なれば直交しなくてもよい。また、二種類の配向
剤だけでなく、ラビング方向に対する配向角が互いに異
なる数種類の配向剤を混合して塗布するか、または別々
に塗布してもよい。
【0035】また、ラビング方法はラビングローラ以外
の方法でも可能である。さらに、配向剤としてポリイミ
ドとポリスチレンを用いた場合だけでなく、それ以外の
材料においても本発明は有効である。
【0036】本発明は説明した実施例のものに限るもの
ではなく、以上の開示に基づいて当業者であれば様々な
改良や変更が可能であることは言うまでもない。
【0037】
【発明の効果】本発明に従い、ラビング方向に対して互
いに配向方向が互いに直角な第1の配向剤と第2の配向
剤が基板表面に均一に分布すると、多数のドメイン間で
液晶分子の配向方向が互いに直交するように配向され
る。プレチルト角を有する場合は、電圧印加時におい
て、互いに異なる二方向の液晶分子の立ち上がり方向
を、またプレチルト角を有さない場合は、90°づつ異
なる四方向の液晶分子の立ち上がり方向を基板面に均等
に発生させることができる。したがって、セル全体とし
て均一な視角特性が得られ広い視野角の液晶表示素子が
製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例による液晶表示セルの製造工程
を説明する断面図である。
【図2】本発明の実施例による液晶表示セルの配向状態
を示す平面図である。
【図3】本発明の実施例により製造した液晶セルのマル
チドメインの配向状態を示す平面図である。
【図4】本発明の他の実施例による液晶表示装置の製造
工程の一部を示す概略図である。
【図5】本発明のさらに他の実施例による液晶表示装置
の製造工程の一部を示す断面図である。
【図6】従来の技術による液晶セルの断面図である。
【符号の説明】
1、6 ガラス基板 2、7 ITO電極 3 配向膜 4 ラビング方向 5 ラビングローラ 8 絶縁膜(配向処理しない配向膜) 9 液晶材料 10 液晶セル 20、21 配向剤 30 マスク
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 張 百英 神奈川県横浜市青葉区荏田西1−3−1 スタンレー電気株式会社内 (56)参考文献 特開 平1−304424(JP,A) 特開 昭56−66826(JP,A) 特開 平8−15705(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G02F 1/1337 - 1/1337 530

Claims (21)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ラビング方向に対し、液晶分子を相互に
    異なる所定方向に配向する第1及び第2の配向剤を、前
    記第1の配向剤もしくは前記第2の配向剤のいずれか一
    方の配向剤が基板面全面を覆い、他方の配向剤が前記一
    方の配向剤上に分散配置されて前記一方の配向剤を部分
    的に覆い、前記第1の配向剤と前記第2の配向剤の露出
    部が表面に均一に分布するように基板上にそれぞれ均等
    に分散配置した配向膜を有する液晶表示素子。
  2. 【請求項2】 前記第1の配向剤が、液晶分子をラビン
    グ方向に対して所定方向に配向させ、前記第2の配向剤
    が、液晶分子を前記所定方向に対し直交方向に配向させ
    ること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】 前記ラビング方向に対する前記所定方向
    が、平行方向もしくは直交方向であることを特徴とする
    請求項2に記載の液晶表示素子。
  4. 【請求項4】 積極的配向処理された基板と、積極的配
    向処理されない基板とからなる一対の基板を有する請求
    項1から3のいずれかに記載の液晶表示素子。
  5. 【請求項5】 ラビング方向に対して液晶分子を所定方
    向に配向する第1の配向剤と液晶分子を前記所定方向と
    直交する方向に配向する第2の配向剤とが実質的に均一
    に分散した配向膜を表面に形成した基板を用意する工程
    と、 前記配向膜を塗布した基板の表面を一定方向にラビング
    する工程と、 前記ラビングした基板と、積極的配向処理をしない基板
    とを所定間隔dを保って対向配置してセルを形成する工
    程と、 前記セルの前記基板間にカイラルピッチがpとすると、
    d/pが0以上0.75以下の条件を満たすネマティッ
    ク液晶材料を注入する工程とを有する液晶表示素子の製
    造方法。
  6. 【請求項6】 前記ラビング方向に対する前記所定方向
    が、平行方向もしくは直交方向である請求項5に記載の
    液晶表示素子の製造方法。
  7. 【請求項7】 前記基板を用意する工程が、前記第1の
    配向剤と、前記第2の配向剤とを混合した材料を配向膜
    として前記基板表面に塗布する工程を含む請求項6に記
    載の液晶表示素子の製造方法。
  8. 【請求項8】 前記基板を用意する工程が、前記第1の
    配向剤と前記第2の配向剤のいずれか一方を基板の表面
    に塗布して下地層を形成する工程と、他方の配向剤を前
    記下地層を部分的に覆うように分散配置して塗布する工
    程とを含み、前記第1と第2の配向剤とを実質的に均一
    に表面に分布させる請求項6に記載の液晶表示素子の製
    造方法。
  9. 【請求項9】 前記他方の配向剤を前記下地層を部分的
    に覆うように分散配置して塗布する工程が、前記他方の
    配向剤を前記下地層の上に散布して前記第1と第2の配
    向剤とが実質的に均一に表面に分布させる請求項8に記
    載の液晶表示素子の製造方法。
  10. 【請求項10】 前記他方の配向剤を前記下地層を部分
    的に覆うように分散配置して塗布する工程が、開口部を
    多数設けたマスクで前記下地層表面を覆い、該マスクの
    上から前記他方の配向剤を前記下地層の上に塗布して前
    記第1と第2の配向剤を実質的に均一に表面に分布させ
    る請求項8に記載の液晶表示素子の製造方法。
  11. 【請求項11】 前記マスクが、実質的に前記開口部と
    非開口部とが交互に配置されたパターンを有する請求項
    10に記載の液晶表示素子の製造方法。
  12. 【請求項12】 前記配向膜を塗布した基板の表面上で
    前記第1の配向剤が塗布された領域の総面積と前記第2
    の配向剤が塗布された領域の総面積とが実質的に等しい
    請求項5から11のいずれかに記載の液晶表示素子の製
    造方法。
  13. 【請求項13】 前記ラビング方向に対して液晶分子が
    平行に配向する領域と、直角に配向する領域における前
    記液晶分子のプレティルト角がいずれも実質的に0°で
    ある請求項5から12のいずれかに記載の液晶表示素子
    の製造方法。
  14. 【請求項14】 前記液晶材料を注入する工程が、前記
    液晶材料を等方相の状態で液晶セルに注入するものであ
    る請求項5から13のいずれかに記載の液晶表示素子の
    製造方法。
  15. 【請求項15】 前記液晶材料を注入する工程が、前記
    液晶材料を加熱して前記液晶材料を等方相の状態にする
    工程と、等方相の状態にした液晶材料を液晶セルに注入
    する工程と、さらに前記液晶セルを徐々に冷却して液晶
    分子を配向させる工程を有する請求項14に記載の液晶
    表示素子の製造方法。
  16. 【請求項16】 前記液晶材料がカイラルネマティック
    液晶もしくはネマティック液晶を含み、前記液晶材料の
    加熱温度が前記カイラルネマティック液晶の相転移温度
    以上である請求項15に記載の液晶表示素子の製造方
    法。
  17. 【請求項17】 前記液晶材料を注入する工程が、前記
    液晶材料をネマテッィク液晶相の状態で液晶セルに注入
    する工程と、さらに前記液晶材料と前記配向膜との界面
    における液晶分子と前記基板表面との結合を解き、液晶
    分子の自由な運動を可能とするエネルギを与える工程
    と、前記液晶分子を配向させる工程とを有する請求項5
    から13のいずれかに記載の液晶表示素子の製造方法。
  18. 【請求項18】 前記液晶分子の自由な運動を可能にす
    るエネルギを与える工程が、前記液晶材料を前記液晶分
    子の熱分解温度以下の温度範囲で加熱するものである請
    求項17に記載の液晶表示素子の製造方法。
  19. 【請求項19】 前記液晶分子の自由な運動を可能とす
    るエネルギを与える工程が、前記液晶材料に電界あるい
    は磁界を付与するものである請求項17に記載の液晶表
    示素子の製造方法。
  20. 【請求項20】 前記液晶分子の自由な運動を可能とす
    るエネルギを与える工程が、前記液晶材料に光を照射す
    るものである請求項17に記載の液晶表示素子の製造方
    法。
  21. 【請求項21】 前記液晶分子の自由な運動を可能とす
    るエネルギを与える工程が、前記液晶材料に超音波振動
    を加えることである請求項17に記載の液晶表示素子の
    製造方法。
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