JP3068736B2 - 液晶表示装置 - Google Patents
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Description
チック液晶の双安定性を利用した液晶表示装置に関す
る。
は、液晶に対して印加された電気信号を光情報に変換す
る方式によりDS(dynamic scattering)方式、TN
(twistednematic)方式、ECB(electrically contr
olled birefringence)方式、PC(phase change)方
式、記憶形方式、GH(guest-host)方式、SSF(su
rfacestabirized ferro-electric)方式等が考えられて
いる。
ソコン、テレビ等の商品において表示装置として用いら
れている方式は、主にネマチック液晶を用いたTN方式
とその改良型のSTN(super twisted nematic)方式で
ある。これらの方式はともに片安定であり、電界無印加
状態で液晶分子が基板と平行かつ一方向に配列するよう
配向処理されており、この配向を安定に行わせるため、
ガラス基板と配向処理層との間に絶縁物層を設ける事に
関する特許は既に公開されている(特開昭51−124
941)。また、配向処理として電極を含む基板上を覆
った絶縁性無機薄膜の上に斜方蒸着を行うことに関する
特許も公開されている(特開昭57−112714)。
安定液晶表示装置においては、ジョルジュ.デュランに
よって、ネマチック液晶を用いた双安定液晶表示装置が
2種類提唱されている。1つはカイラルイオンを駆動ト
ルクに用いるもので(国際公開番号WO 91/11747 号)、
右巻き、左巻き両方のカイラルイオンを液晶に混合し、
電圧によってイオン分布に片寄りをつくりだし、これを
駆動トルクとするものである。この方式は強誘電性液晶
素子表面安定化(SSFLCD:Surface Stabilized F
erro-electric Liquid Crystal Display)と同様にパル
ス電界の印加によって、基板面に平行に液晶分子をスイ
ッチングさせることが可能となる。しかしこの方式は不
純物であるイオンを駆動に用いるため、信頼性の面で本
質的に大きな問題が残る。
いるもので、これは配向膜としてSiO斜め蒸着膜を用
い、膜条件を適当に選べば、ネマチック液晶が2つの方
向に安定配向を示すことを利用するものである(国際公
開番号WO92/00546)。この方式は配向歪によるフレクソ
分極を駆動トルクとするため、不純物等の問題も生じず
高い信頼性が見込まれる。この方式もSSFLCDと同
様にパルス電界の印加によって、基板面に平行に液晶分
子をスイッチングさせることが可能となり、その応答速
度は100μsec程度で、液晶分子が基板面に平行にス
イッチングするため視角依存性もない。またネマチック
液晶を用いるためSSFLCDの様に配向制御の問題も
なく、動作温度範囲も十分広くとることができる。本発
明は後者の方式に属するものである。
れている(91年SID予稿集 pp606〜607, Appl.Phy
s.Lett.60(9),2 March 1992 pp1085〜1086)フレクソ分
極によるネマチック双安定表示装置の構成は図1に示さ
れるようなものである。図1中1a,1bはガラス基板、6は
液晶層、2a,2bは透明電極、4a,4bSiO配向膜、5a,5b
はスペーサである。SiO配向膜の蒸着角は基板法線よ
り74°、膜厚は30オングストロームとし、スペーサ
の直径は1〜3μm程度とする。このような条件で液晶
分子の配向方向は図2に示すように、基板面からθ°テ
ィルトして、またその基板面に投影した方向がSiO蒸
着方向からα°及び−α°傾いた方向A及びBで双安定
となる。加えてセル厚が1〜3μmと十分薄くすると液
晶分子はSiO蒸着方向と垂直かつ基板面に平行な方向
Cの配向も安定となる。
定し得る方向を示している。上下基板の配向処理方向は
上下基板のSiO蒸着方向が反平行(アンチパラレル)
から45°ねじって構成されている。液晶材料は液晶単
体で上下基板間で22.5°ねじるようカイラル材を添
加したものを用いる。なお、ねじれ方向は図3に示す上
下基板間のSiO蒸着方向のねじれと反対方向とする。
び’〜’は各基板表面での分子の取り得る安定方向
を示している。この様にSiO蒸着方向を反平行(アン
チパラレル)から45°だけ回転させた構造をとり、上
記の条件の液晶材料を注入すると、カイラル材の効果で
安定に存在できる配向が制限され、液晶分子は−
’、−’の2つの組み合わせが安定となる。
における−’、bは−’の配向に対応してい
る。ここで使用する液晶の分子形状が楔型なら、スプレ
イの配向歪によってフレクソ分極が生じる。図中の矢印
のはフレクソ分極の向きを示している。ここでaとbで
はフレクソ分極の垂直成分が反対方向を向いている。し
たがってパルス電界を印加してフレクソ分極の垂直成分
を反転させることによって、a,b2つの状態を双安定
スイッチングすることができる。
ように基板上にSiO配向膜を直接形成すると、基板の
ガラス表面部分と基板上に形成した透明電極部分との段
差のために、ガラス表面上と透明電極上とでは双安定の
配向状態が異なってしまう。また、SiO配向膜の膜厚
が薄いため、ガラス表面あるいは透明電極表面の影響を
受けてしまい、安定な双安定状態にならないことが多
く、特に透明電極上の凹凸による影響を大きくうける。
また、電界を印加する前の配向状態1と電界を印加した
後、さらに電界を切った時の配向状態2のうち、安定な
配向状態はそのどちらかに片寄るため、双安定なスイッ
チングができない。先のジョルジュ・ジョランの報告に
おいても、1mmの大きさの液晶ドメインでスイッチン
グしたと記載されており、表示画面全体の双安定なスイ
ッチングは実現していない。従って、大面積にわたって
一様な配向状態を得るのは難しい。また、セル厚が1.
5μm〜3.0μmと薄いため、電界を印加すると上下
基板の短絡が生じてしまう。本発明は、上述のような問
題点を解決するもので、その目的とするところは、電界
を印加する前の配向状態1と電界を印加した後、さらに
電界を切った時の配向状態2のどちらの配向状態におい
ても、表示面全体に亘って一様な双安定状態を有するネ
マチック液晶を用いた液晶表示素子を提供するところに
ある。
状の電極及び配向膜がこの順に形成された一対の基板が
略平行になるよう対向して配置され、該基板間に液晶が
介在されて液晶セルが形成され、前記電極に選択的に電
圧が印加されることによって液晶の光軸を切替えるスイ
ッチング手段を有し、前記基板間にネマチック液晶を封
入した双安定性液晶表示装置において、前記透明電極と
基板法線に対して斜め配向させたSiOからなる配向膜
との間に、膜厚500Å〜3000ÅのSiO2からな
る絶縁膜が設けられてなることを特徴とする液晶表示装
置が提供される。
板が用いられ、通常ガラス基板が使れる。この絶縁性基
板にはそれぞれInO3,SnO2,ITO(Indium Tin Ox
ide)などの導電性薄膜からなる所定のパターンの透明電
極が形成される。その上に、絶縁膜が形成される。この
絶縁膜は例えば、SiO2,SiNx,Al2O3などの無
機系薄膜、ポリイミド、フォトレジスト樹脂、高分子液
晶など有機系薄膜などを用いることができる。絶縁膜が
無機系薄膜の場合には蒸着法、スパッタ法、CVD(Ch
emical Vapor Deposition)法、あるいは溶液塗布法など
によって形成できる。特にEB(Electron Beam)蒸着法
で形成すると良い。また、絶縁膜が有機系薄膜の場合に
は有機物質を溶かした溶液またはその前駆体溶液を用い
て、スピンナー塗布法、浸せき塗布法、スクリーン印刷
法、ロール塗布法などで塗布し、所定の硬化条件(加
熱、光照射など)で硬化させ形成する方法、あるいは蒸
着法、スパッタ法、CVD法などで形成したり、LB
(Langumuir-Blodgett)法などで形成することもでき
る。
法、斜方蒸着法などがあるが、大画面の液晶表示装置の
量産化の場合にはラビング法が有利である。ラビング法
の場合、絶縁膜を形成した後、ラビング処理を施すわけ
であるが、パラレルラビング法(一対の基板の両方にラ
ビング処理を施しラビング方向が同一になるように貼り
合わせる方法)、アンチパラレルラビング法(一対の基
板の両方にラビング処理を施しラビング方向が逆になる
ように貼り合わせる方法)、片ラビング法(一対の基板
の片方にのみラビング処理を施す方法)がある。
とが好ましい。さらに0.02〜0.5μmが最も好ま
しい。この厚さが0.01μmより薄いと、ガラス表面
あるいは透明電極表面の影響をうけ好ましくない。また
この厚さが1μmより厚いと、ガラス表面部分との段差
の原因となり好ましくない。また、絶縁膜の厚さは、透
明電極の厚さより0.5倍から3倍の厚さであることが
好ましい。厚さが0.5倍以下だと透明電極上の凹凸に
よる影響を受けやすく、配向制御が困難であり、3倍以
上だと駆動電圧を上げなければならない。また、電荷が
絶縁膜内に蓄積し、逆電界が発生してしまう。
膜には無機系の層を用いる場合と有機系の層を用いる場
合とがある。無機系の配向膜を用いる場合、酸化ケイ素
の斜め蒸着が良好である。また、回転蒸着などの方法を
用いることもできる。有機系の配向膜を用いる場合、ナ
イロン、ポリビニルアルコール、ポリイミド等を用いる
ことができ、通常この上をラビングして配向処理され
る。また、高分子液晶、LB膜を用いて配向させたり、
磁場による配向、スペーサエッジ法による配向処理など
も可能である。また、SiO2,SiNxなどを蒸着し、
その上をラビングして配向処理する方法も可能である。
らの液晶分子の傾き角と定義されるが、ポリイミド系等
の配向膜をラビング処理あるいは酸化珪素を斜め蒸着し
た後、これを垂直配向剤N,Nーオクタデシルー3ーア
ミノプロピルトリメソオキシリル クロリド(N,N−
octadecyl−3−aminopropyltr
imethoxysilyl chrolide:DM
OAP)によって処理することによって変更できる。ラ
ビング処理条件においては、ラビング処理時の布の種
類、毛足のあたる長さ、ローラーの回転数を変化させる
ことにより、プレティルト角を変更できる。さらに、蒸
着処理条件においては酸化珪素の蒸着角度と厚膜によっ
て制御できる。
と他方の基板上の配向膜とのそれぞれの配向方向が互に
異なるよう、ことに0〜90度となるように配置するの
が好ましい。さらに、この角度は15〜60度が好まし
い。具体的にはSiO斜め蒸着膜を配向膜とし、上下基
板におけるSiO蒸着方向が平行(パラレル)から90
°ねじれ方向以内、好ましくは約45°としたものであ
る(図6参照)。
系、アゾ系、アゾキシ系、安息香酸エステル系、ビフェ
ニル系、ターフェニル系、シクロヘキシルカルボ酸エス
テル系、フェニルシクロヘキサン系、ピリミジン系およ
びジオキサン系の液晶とそれらの混合物である多成分液
晶が挙げられる。具体的な市販の混合液晶としては、メ
ルク社製のZシリーズ(Z−1625,Z−1565,
Z−1780,Z−1800,Z−1840,Z−18
25)5CB、BDH社製のEシリーズ(E−7,E−
37,E−31LV,E−80,E−44)、ロシュ社
製のRシリーズ(R−200,R−623,R−70
1,R−619,R−627C)、チッソ社製のLシリ
ーズ(L−GR46,L−9106,L−EN24,L
−P23NN23)および大日本インキ社製のDシリー
ズ(D−601T,D−X01A,D−800)などが
挙げられる。さらに、これら液晶を適宜混合して用いて
もよい。
化合物)を添加される。それによって、液晶相のらせん
ピッチを調整する。具体的なカイラル剤はコレステリル
ブロマイド、コレステリル−n−ヘキシルエーテル、コ
レステリルベンゾエート、コレステリル−n−ヘキシル
ヘプタノエート、コレステリルヌナノエート、4−[4
−(2−メチルブチル)フェニル]ベンゼン酸4’−シ
アノフェニルエステル、t−4−(2−メチルブチル)
シクロヘキシルカルボキシル酸シアノビフェニルエステ
ル、4−n−ヘキシルオキシベンゼン酸4’−(2−ブ
トキシカルボニル)フェニルエステル、4−(4−メチ
ルブチル)−4’−シアノ−p−ターフェニル、N−
(4−エトキシベンジリデン)−4−(2−メチルブチ
ル)アニリン、4−(2−メチルブチル)ベンゼン酸
4’−n−ヘキシルオキシフェニルエステル、4−n−
ヘプトキシ−4’−(2−メチルブチルオキシカルボニ
ル)ビフェニル、4−(2−メチルブチル)−4’−カ
ルボニルフェニル、4−[4−(2−メチルブチル)フ
ェニル]ベンゼン酸4’ブチルフェニルエステルなどが
挙げられる。市販品としてはS−811(メルク社製)
が挙げられる。
化合物を適宜混合してもよい。この化合物は必ずしも液
晶相を示す必要はなく、(a)作製する組成物の液晶相
の温度範囲を調整するための化合物、(b)強誘電性液
晶相において大きな自発分極を示すか、または誘起する
光学活性化合物、などが挙げられる。
で注入口を封止して液晶セルとされる。さらに、この液
晶セルの上下に偏光軸をほぼ直交させた偏光板を配置さ
せ、偏光板の一方の偏光軸をセルの液晶のどちらか一方
の光軸にほぼ一致させて液晶表示装置とすることができ
る。
図である。ガラス基板1a,1b上に1000オングス
トロームの厚さの透明電極(2a,2b)を形成する。
その基板上に、絶縁膜3a,3bとしてSiO2 を蒸着
により配向させ、1000オングストロームの膜厚で形
成する。その上にSiO(4a,4b)を斜方蒸着し、
配向膜を形成する。なお、条件は蒸着角度は基板法線か
ら74°、膜厚は70オングストロームである。これら
の上下の基板を蒸着方向アンチパラレルから45°ねじ
って貼り合わせる。セル厚は、1.5μmとした。でき
あがったセルにネマチック液晶(ホスト液晶5CBメル
ク社製にカイラル材S−811メルク社製を0.36w
t%混合したもの)を注入した。この結果、均一で安定
な配向状態が得られた。以上の手順で作成したパネル
に、パルス電界を印加したときに安定した双安定性を示
し、コントラストは20対1であった。
000オングストロームの厚さの透明電極を形成する。
その基板上に絶縁膜としてSiO2 を蒸着により100
0オングストロームの膜厚で形成した後に同一方向にラ
ビングする。その上にSiOを斜方蒸着し、配向膜を形
成する。なお、条件は蒸着角度は基板法線から74°、
膜厚は70オングストロームである。これらの上下の基
板を蒸着方向アンチパラレルから45°ねじって貼り合
わせる。セル厚は、1.5μmとした。できあがったセ
ルにネマチック液晶(ホスト液晶5CBにカイラル材S
−811を0.36wt%混合したもの)を注入した。
この結果、双安定性に片寄りがなく、均一で安定な配向
状態が得られた。
000オングストロームの厚さの透明電極を形成した。
その基板上に絶縁膜として東京応化製のOCD(OCD P-
59310)をスピンナーにより基板に塗布し配向させた後、
350℃で焼成する事より形成した。その上にSiOを
斜方蒸着し、配向膜を形成する。なお、条件は蒸着角度
は基板法線から74°、膜厚は70オングストロームで
ある。これらの上下の基板を蒸着方向パラレルから45
°ねじって貼り合わせる。セル厚は、1.5μmとし
た。できあがったセルにネマチック液晶(ホスト液晶5
CBにカイラル材S−811を0.36wt%混合した
もの)を注入した。この結果、双安定性に片寄りがな
く、均一で安定な配向状態が得られた。
000オングストロームの厚さの透明電極を形成する。
その基板上に、絶縁膜としてSiO2 を蒸着により配向
させ、1000オングストロームの膜厚で形成した。そ
の上にSiOを斜方蒸着し、配向膜を形成した。なお、
条件は蒸着角度は基板法線から74°、膜厚は70オン
グストロームである。これらの上下の基板を蒸着方向パ
ラレルから45°ねじって貼り合わせる(図6)。セル
厚は、1.5μmとした。できあがったセルにネマチッ
ク液晶(ホスト液晶5CBにカイラル材S−811を
0.36wt%混合したもの)を注入した。この結果、
均一で安定な配向状態が得られた。以上の手順で作成し
たパネルに、パルス電界を印加したときに安定して双安
定性を示しコントラストは20対1であった。
000オングストロームの厚さの透明電極を形成する。
その基板上に、下地膜としてSiO2 を蒸着により50
0オングストロームの膜厚で形成した。その上にSiO
を斜方蒸着し、配向膜を形成した。なお、条件は蒸着角
度は基板法線から74°、膜厚は70オングストローム
である。これらの上下の基板を蒸着方向アンチパラレル
から45°ねじって貼り合わせる。セル厚は、1.5μ
mとした。できあがったセルにネマチック液晶(ホスト
液晶5CBにカイラル材S−811を0.36wt%混
合したもの)を注入した。この結果、均一で安定な配向
状態が得られた。以上の手順で作成したパネルに、パル
ス電界を20vol.印加したときに安定して双安定性を示し
コントラストは20対1であった。
000オングストロームの厚さの透明電極を形成する。
その基板上に、下地膜としてSiO2 を蒸着により30
00オングストロームの膜厚で形成した。その上にSi
Oを斜方蒸着し、配向膜を形成した。なお、条件は蒸着
角度は基板法線から74°、膜厚は70オングストロー
ムである。これらの上下の基板を蒸着方向パラレルから
45°ねじって貼り合わせる。セル厚は、1.5μmと
した。できあがったセルにネマチック液晶(ホスト液晶
5CBにカイラル材S−811を0.36wt%混合し
たもの)を注入した。この結果、双安定性に片寄りがな
く、均一で安定な配向状態が得られた。
000オングストロームの厚さの透明電極を形成する。
その基板上に、下地膜としてSiO2 を蒸着により30
0オングストロームの膜厚で形成した。その上にSiO
を斜方蒸着し、配向膜を形成した。なお、条件は蒸着角
度は基板法線から74°、膜厚は70オングストローム
である。これらの上下の基板を蒸着方向パラレルから4
5°ねじって貼り合わせる。セル厚は、1.5μmとし
た。できあがったセルにネマチック液晶(ホスト液晶5
CBにカイラル材S−811を0.36wt%混合した
もの)を注入した。配向状態を評価すると、透明電極上
での配向状態が不安定で、電圧を印加すると双安定状態
を示さず、しばらくすると上下基板の短絡を生じた。
000オングストロームの厚さの透明電極を形成する。
その基板上に、下地膜としてSiO2 を蒸着により50
00オングストロームの膜厚で形成した。その上にSi
Oを斜方蒸着し、配向膜を形成した。なお、条件は蒸着
角度は基板法線から74°、膜厚は70オングストロー
ムである。これらの上下の基板を蒸着方向パラレルから
45°ねじって貼り合わせる。セル厚は、1.5μmと
した。できあがったセルにネマチック液晶(ホスト液晶
5CBにカイラル材S−811を0.36wt%混合し
たもの)を注入した。配向状態は比較的安定な状態を示
したが、パルス電界を20vol.印加したときにはスイッチ
ングせず、30vol.印加したときに一部分のみスイッチン
グした。
00オングストローム(一定)にして、実施例として絶
縁膜厚さを750、1000、1500、2000、2
500オングストロームと変化させ、比較例として絶縁
膜厚さが400オングストロームにしたときの表示装置
を作成し、液晶配向状態を評価した。これをまとめて、
絶縁膜厚さが300〜5000オングストロームの範囲
に変化したときの、ネマチック液晶の配向状態を評価し
た結果を表1に示す。表から明らかなように、絶縁膜厚
さが500〜3000オングストロームのとき、液晶の
配向状態は安定し、スイッチングも安定していることが
分る。
は東京応化製のOCD(OCD P-59310)を使用したが、本
発明は均一で双安定な配向が得られるよう基板全体が均
一な絶縁膜で覆われていればよく、絶縁膜として二酸化
珪素、酸化チタン、酸化アルミニウム、ポリイミド等を
用いてもよい。また、絶縁膜の形成手段としては、スパ
ッタリング、蒸着、CVD、スピンナーによる塗布など
いずれの方法も可能であり、何ら本実施例に限定される
ものではない。絶縁膜の厚さは0.02〜0.5μm、
好ましくは0.05〜0.2μmの範囲に設定すること
ができる。
面積の液晶素子装置を作製することができる。これは従
来の液晶装置に較べて大面積にわたって、液晶が一様な
配向状態を示し、透明電極表面の凹凸による影響を受け
ず、安定な双安定性なスイッチングを行うことができ
た。
面図を示す模式図である。
ある。
図である。
である。
ある。
Claims (3)
- 【請求項1】 所定形状の電極及び配向膜がこの順に形
成された一対の基板が略平行になるよう対向して配置さ
れ、該基板間に液晶が介在されて液晶セルが形成され、
前記電極に選択的に電圧が印加されることによって液晶
の光軸を切替えるスイッチング手段を有し、前記基板間
にネマチック液晶を封入した双安定性液晶表示装置にお
いて、 前記透明電極と基板法線に対して斜め配向させたSiO
からなる配向膜との間に、膜厚500Å〜3000Åの
SiO2からなる絶縁膜が設けられてなることを特徴と
する液晶表示装置。 - 【請求項2】 絶縁膜が配向処理されてなる請求項1に
記載の液晶表示装置。 - 【請求項3】絶縁膜の厚さが電極の0.5〜3.0倍の
厚さである請求項1又は2に記載の液晶表示装置。
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Applications Claiming Priority (3)
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JP32084892 | 1992-11-30 | ||
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH06214225A JPH06214225A (ja) | 1994-08-05 |
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Families Citing this family (1)
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---|---|---|---|---|
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1993
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