JP5007770B2 - 液晶表示素子および液晶表示素子の製造方法 - Google Patents
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上記光配向膜の構成材料が、光異性化反応を生じることにより上記光配向膜に異方性を付与する光異性化反応性化合物を含む光異性化型の材料であり、かつ、上記光配向膜の構成材料が、上記液晶層を挟んで互いに異なる組成であることを特徴とする液晶表示素子を提供する。
上記液晶層が、上記基板間に上記強誘電性液晶と上記重合性モノマーとを含む液晶層形成用組成物を封入する液晶封入工程と、
上記強誘電性液晶をカイラルスメクチックC相の状態とする液晶配向工程と、
上記強誘電性液晶がカイラルスメクチックC相の状態で上記重合性モノマーを重合する重合工程と、により形成されることを特徴とする液晶表示素子の製造方法を提供する。
まず、本発明の液晶表示素子について説明する。本発明の液晶表示素子は、2枚の基板間に強誘電性液晶と重合性モノマーの重合物とを含む液晶層が狭持され、上記基板の対向面上にそれぞれ電極と光配向膜とが順次形成された液晶表示素子であって、
上記光配向膜の構成材料が、光異性化反応を生じることにより上記光配向膜に異方性を付与する光異性化反応性化合物を含む光異性化型の材料であり、かつ、上記光配向膜の構成材料が、上記液晶層を挟んで互いに異なる組成であることを特徴とするものである。
(1)光配向膜
光配向膜は、後述する光配向膜の構成材料をコートした基板に偏光を制御した光を照射し、光励異性化反応を生じさせて得られた膜に異方性を付与することによりその膜上の液晶分子を配向させるものである。
本発明に用いられる液晶層は、強誘電性液晶と重合性モノマーの重合物とを含み、上記光配向膜により狭持させることにより構成されている。
上記液晶層に用いる強誘電性液晶は、カイラルスメクチックC相(SmC*)を発現するものであれば特に限定されるものではないが、強誘電性液晶の相系列が、コレステリック相(Ch)−カイラルスメクチックC相(SmC*)と相変化し、スメクチックA相(SmA)を経由しない材料であることが好ましい。
ここで、「単安定性を示す」とは、電圧無印加時の強誘電性液晶の状態がひとつの状態で安定化している状態をいう。具体的に説明すると、図6に例示するように、強誘電性液晶Aは層法線zに対しチルト角±θだけ傾く二つの状態間をコーン上に動作することができるが、電圧無印加時に強誘電性液晶Aが上記コーン上のいずれかひとつの状態で安定化している状態をいう。
上記液晶層に含まれる重合性モノマーの重合物は、液晶層中における上記強誘電性液晶の配列を安定化させる機能を有するものである。
上記重合性モノマーの重合物に用いられる重合性モノマーとしては、重合反応により重合物を生じる化合物であれば特に限定されない。このような重合性モノマーとしては、加熱処理により重合反応を生じる熱硬化性樹脂モノマー、および活性放射線の照射により重合反応を生じる活性放射線硬化性樹脂モノマーを挙げることができる。なかでも本発明においては活性放射線硬化性樹脂モノマーを用いることが好ましい。熱硬化性樹脂モノマーは重合反応を生じさせるために加温処理をすることが必要であるため、このような加温処理により上記強誘電性液晶の規則的な配列が損なわれたり、相転移が誘起されてしまう恐れがある。一方、活性放射線硬化性樹脂モノマーではこのような恐れが無く、重合反応が生じることによって強誘電性液晶の配列が害されることが少ないからである。
本発明に用いられる重合性モノマーの重合物は、単一の重合性モノマーの重合物であっても良く、また2以上の異なる重合性モノマーの重合物であっても良い。2以上の異なる重合性モノマーの重合物とする場合は、例えば、上記紫外線硬化性液晶モノマーと他の紫外線硬化性樹脂モノマーとの重合物を例示することができる。
ここで、液晶層中における重合性モノマーの重合物の存在量は、液晶層中の単分子液晶を溶剤で洗い流した後、残存する重合性モノマーの重合物の重量を電子天秤で測量することによって求めた残存量と、上記液晶層の総質量とから算出することができる。
本発明に用いられる液晶層には、本発明の目的を損なわない範囲で他の化合物を含んでも良い。このような他の化合物としては、未反応の重合性モノマー、反応開始剤、および反応禁止剤等を挙げることができる。
上記晶層の厚みは、1.2μm〜3.0μmの範囲内であるのが好ましく、より好ましくは1.3μm〜2.5μm、さらに好ましくは1.4μm〜2.0μmの範囲内である。液晶層の厚みが薄すぎるとコントラストが低下するおそれがあり、逆に液晶層の厚みが厚すぎると強誘電性液晶が配向しにくくなる可能性があるからである。
液晶層の形成方法としては、一般に液晶セルの作製方法として用いられる方法を使用することができる。例えば、後述する「B.液晶表示素子の製造方法」の項において記載する方法により形成することができる。
本発明に用いる基板は、一般に液晶表示素子の基板として用いられるものであれば特に限定されるものではなく、例えばガラス板、プラスチック板などが好ましく挙げられる。上記基板の表面粗さ(RSM値)は、10nm以下であることが好ましく、より好ましくは3nm以下、さらに好ましくは1nm以下の範囲内である。なお、本発明において上記表面粗さは、原子間力顕微鏡(AFM:ATOMIC FORCE MICROSCOPE)により測定することができる。
本発明に用いる電極は、一般に液晶表示素子の電極として用いられているものであれば特に限定されるものではないが、少なくとも一方が透明導電体で形成されることが好ましい。透明導電体材料としては、酸化インジウム、酸化錫、酸化インジウム錫(ITO)等が好ましく挙げられる。本発明の液晶表示素子を、TFTを用いたアクティブマトリックス方式の液晶表示素子とする場合には、上下の電極のうち一方を上記透明導電体で形成される全面共通電極とし、他方をx電極とy電極をマトリックス状に配列し、x電極とy電極で囲まれた部分にTFT素子および画素電極を配置する。この場合に、画素電極、TFT素子、x電極およびy電極により形成される電極層の凹凸部の差は、0.2μm以下であることが好ましい。電極層の凹凸部の差が0.2μmを超えると、配向乱れを生じやすいからである。
本発明に用いる偏光板は、光の波動のうち特定方向のみを透過させるものであれば特に限定されるものではなく、一般に液晶表示素子の偏光板として用いられているものを使用することができる。
本発明の液晶表示素子は、カラーフィルター方式またはフィールドシーケンシャルカラー方式を採用することによりカラー液晶表示素子として用いることができる。本発明の液晶表示素子を用いたカラー液晶表示素子は、ダブルドメイン等の配向欠陥を生じることなく強誘電性液晶を配向させることができるので、視野角が広く、高速応答性を有し、高精細なカラー表示を実現することができる。
本発明の液晶表示素子は、液晶表示素子の製造方法として一般に用いられる方法により製造することができ、例えば、後述する「B.液晶表示素子の製造方法」の項に記載する方法により製造することができる。
次に、本発明の液晶表示素子の製造方法について説明する。本発明の液晶表示素子の製造方法は、2枚の基板間に強誘電性液晶と重合性モノマーの重合物とを含む液晶層が狭持され、上記基板の対向面上にそれぞれ電極と光配向膜とが順次形成された構成を有し、上記光配向膜の構成材料が、光異性化反応を生じることにより上記光配向膜に異方性を付与する光異性化反応性化合物を含む光異性化型の材料であり、かつ、上記光配向膜の構成材料が、上記液晶層を挟んで互いに異なる組成である液晶表示素子の製造方法であって、
上記液晶層が、上記基板間に上記強誘電性液晶と上記重合性モノマーとを含む液晶層形成用組成物を封入する液晶封入工程と、
上記強誘電性液晶をカイラルスメクチックC相の状態とする液晶配向工程と、
上記強誘電性液晶がカイラルスメクチックC相の状態で上記重合性モノマーを重合する重合工程と、により形成されることを特徴とするものである。
まず本発明における液晶封入工程について説明する。本発明における液晶封入工程は電極と光配向膜とが順次形成された2枚の基板間に上記強誘電性液晶と上記重合性モノマーとを含む液晶層形成用組成物を封入する工程である。
次に、本発明における液晶配向工程について説明する。本発明における液晶配向工程は、上記基板間に封入された液晶層形成用組成物中の強誘電性液晶をカイラルスメクチックC相の状態とする工程である。本工程において上記強誘電性液晶をカイラルスメクチックC相の状態とする方法としては特に限定されないが、通常、上記液晶封入工程前または後に強誘電性液晶をカイラルスメクチックC相からネマチック相への転移温度以上に加温し、封入された強誘電性液晶を冷却することによりカイラルスメクチックC相とする方法が用いられる。
次に、本発明における重合工程について説明する。本発明における重合工程は、上記強誘電性液晶がカイラルスメクチックC相の状態で上記重合性モノマーを重合する工程である。本工程において上記重合性モノマーを重合する方法は、重合性モノマーの種類に応じて任意に決定すればよく、例えば、重合性モノマーとして紫外線硬化性樹脂モノマーを用いた場合は、紫外線照射により重合させることができる。
このような重合性モノマーの重合は、液晶層に電圧を印加した状態で行っても良く、電圧を印加しない状態で行っても良いが、本工程においては液晶層に電圧を印加しない状態で行うことが好ましい。
N−メチル−2−ピロリジノンと2−n−ブトキシエタノール(50:50w%)に溶解した1質量%の化合物1の溶液と、N−メチル−2−ピロリジノンと、2−n−ブトキシエタノール(50:50w%)に溶解した1質量%の化合物5の溶液をそれぞれITOでコーティングされた2枚のガラス基板に回転数4000rpmで30秒間スピンコーティングした。オーブンで100℃、1分間乾燥させた後、偏光紫外線を25℃で1000mJ/cm2露光した。さらに、化合物5の溶液をスピンコーティングしたものについては、露光後、窒素雰囲気下150℃で1時間加熱した。片方の基板に1.5μmのスペーサーを散布し、もう片方の基板にシール材をシールディスペンサーで塗布した。その後、基板を偏光紫外線照射方向と平行の状態に組み立て、熱圧着を行った。液晶は「2301」(AZエレクトロニックマテリアルズ社製)にUCL001(大日本インキ化学工業社製)を5質量%混合した物を用い、注入口上部に液晶を付着しオーブンを用いて、ネマチック相−等方相転移温度より10℃〜20℃高い温度で注入を行い、ゆっくりと常温に戻し、非偏光紫外線を1000mJ照射したところ、配向欠陥のないモノドメイン相が得られた。
N−メチル−2−ピロリジノンと2−n−ブトキシエタノール(50:50w%)に溶解した1質量%の化合物1の溶液をITOでコーティングされた2枚のガラス基板に回転数4000rpmで30秒間スピンコーティングした。その後、実施例1と同様にして乾燥した後、露光処理した。さらに、上記に示した方法でセルを組み、液晶を注入し、露光したところモノドメイン相は得られず、ダブルドメインやジグザグ欠陥、ヘアピン欠陥などの配向欠陥が発生した。
N−メチル−2−ピロリジノンと2−n−ブトキシエタノール(50:50w%)に溶解した1質量%の化合物5の溶液をITOでコーティングされた2枚のガラス基板に回転数4000rpmで30秒間スピンコーティングした。その後、実施例1と同様にして乾燥した後、露光処理し、露光後、窒素雰囲気下150℃で1時間加熱した。さらに上記に示した方法でセルを組み、液晶を注入し、露光したところモノドメイン相は得られず、ダブルドメインやジグザグ欠陥、ヘアピン欠陥などの配向欠陥が発生した。
N−メチル−2−ピロリジノンと2−n−ブトキシエタノール(50:50w%)に溶解した1質量%の化合物2の溶液と、N−メチル−2−ピロリジノンと、2−n−ブトキシエタノール(50:50w%)に溶解した1質量%の化合物5の溶液をそれぞれITOでコーティングされた2枚のガラス基板に回転数4000rpmで30秒間スピンコーティングした。オーブンで100℃、1分間乾燥させた後、偏光紫外線を25℃で1000mJ/cm2露光した。さらに、化合物5の溶液をスピンコーティングしたものについては、露光後、窒素雰囲気下150℃で1時間加熱した。片方の基板に1.5μmのスペーサーを散布し、もう片方の基板にシール材をシールディスペンサーで塗布した。その後、基板を偏光紫外線照射方向と平行の状態に組み立て、熱圧着を行った。液晶は「2301」(AZエレクトロニックマテリアルズ社製)にUCL001(大日本インキ化学工業社製) を5質量%混合した物を用い、注入口上部に液晶を付着しオーブンを用いて、ネマチック相−等方相転移温度より10℃〜20℃高い温度で注入を行い、ゆっくりと常温に戻し、非偏光紫外線を1000mJ照射したところ、配向欠陥のないモノドメイン相が得られた。
N−メチル−2−ピロリジノンと2−n−ブトキシエタノール(50:50w%)に溶解した1質量%の化合物3の溶液と、N−メチル−2−ピロリジノンと、2−n−ブトキシエタノール(50:50w%)に溶解した1質量%の化合物5の溶液をそれぞれITOでコーティングされた2枚のガラス基板に回転数4000rpmで30秒間スピンコーティングした。オーブンで100℃、1分間乾燥させた後、偏光紫外線を25℃で1000mJ/cm2露光した。さらに、露光後、窒素雰囲気下150℃で1時間加熱した。片方の基板に1.5μmのスペーサーを散布し、もう片方の基板にシール材をシールディスペンサーで塗布した。その後、基板を偏光紫外線照射方向と平行の状態に組み立て、熱圧着を行った。液晶は「2301」(AZエレクトロニックマテリアルズ社製)にUCL001(大日本インキ化学工業社製) を5質量%混合した物を用い、注入口上部に液晶を付着しオーブンを用いて、ネマチック相−等方相転移温度より10℃〜20℃高い温度で注入を行い、ゆっくりと常温に戻し、非偏光紫外線を1000mJ照射したところ、配向欠陥のないモノドメイン相が得られた。
N−メチル−2−ピロリジノンと2−n−ブトキシエタノール(50:50w%)に溶解した1質量%の化合物4の溶液と、N−メチル−2−ピロリジノンと、2−n−ブトキシエタノール(50:50w%)に溶解した1質量%の化合物5の溶液をそれぞれITOでコーティングされた2枚のガラス基板に回転数4000rpmで30秒間スピンコーティングした。オーブンで100℃、1分間乾燥させた後、偏光紫外線を25℃で1000mJ/cm2露光した。さらに、露光後、窒素雰囲気下150℃で1時間加熱した。片方の基板に1.5μmのスペーサーを散布し、もう片方の基板にシール材をシールディスペンサーで塗布した。その後、基板を偏光紫外線照射方向と平行の状態に組み立て、熱圧着を行った。液晶は「2301」(AZエレクトロニックマテリアルズ社製)にUCL001(大日本インキ化学工業社製) を5質量%混合した物を用い、注入口上部に液晶を付着しオーブンを用いて、ネマチック相−等方相転移温度より10℃〜20℃高い温度で注入を行い、ゆっくりと常温に戻し、非偏光紫外線を1000mJ照射したところ、配向欠陥のないモノドメイン相が得られた。
N−メチル−2−ピロリジノンと2−n−ブトキシエタノール(50:50w%)に溶解した1質量%の化合物1の溶液と、N−メチル−2−ピロリジノンと、2−n−ブトキシエタノール(50:50w%)に溶解した1質量%の化合物5の溶液をそれぞれITOでコーティングされた2枚のガラス基板に回転数4000rpmで30秒間スピンコーティングした。オーブンで100℃、1分間乾燥させた後、偏光紫外線を25℃で1000mJ/cm2露光した。さらに、化合物5の溶液をスピンコーティングしたものについては、露光後、窒素雰囲気下150℃で1時間加熱した。片方の基板に1.5μmのスペーサーを散布し、もう片方の基板にシール材をシールディスペンサーで塗布した。その後、基板を偏光紫外線照射方向と平行の状態に組み立て、熱圧着を行った。液晶は「2301」(AZエレクトロニックマテリアルズ社製)にUCL001(大日本インキ化学工業社製)を5質量%混合した物を用い、注入口上部に液晶を付着しオーブンを用いて、ネマチック相−等方相転移温度より10℃〜20℃高い温度で注入を行い、ゆっくりと常温に戻し、非偏光紫外線を1000mJ照射したところ、配向欠陥のないモノドメイン相が得られた。
N−メチル−2−ピロリジノンと2−n−ブトキシエタノール(50:50w%)に溶解した1質量%の化合物1の溶液と、N−メチル−2−ピロリジノンと、2−n−ブトキシエタノール(50:50w%)に溶解した1質量%の化合物5の溶液をそれぞれITOでコーティングされた2枚のガラス基板に回転数4000rpmで30秒間スピンコーティングした。オーブンで100℃、1分間乾燥させた後、偏光紫外線を25℃で1000mJ/cm2露光した。さらに、化合物5の溶液をスピンコーティングしたものについては、露光後、窒素雰囲気下150℃で1時間加熱した。片方の基板に1.5μmのスペーサーを散布し、もう片方の基板にシール材をシールディスペンサーで塗布した。その後、基板を偏光紫外線照射方向と平行の状態に組み立て、熱圧着を行った。液晶は「2301」(AZエレクトロニックマテリアルズ社製)にUCL001(大日本インキ化学工業社製)を5質量%混合した物を用い、注入口上部に液晶を付着しオーブンを用いて、ネマチック相−等方相転移温度より10℃〜20℃高い温度で注入を行い、ゆっくりと常温に戻し、非偏光紫外線を1000mJ照射したところ、配向欠陥のないモノドメイン相が得られた。
2a、2b … 光配向膜
3a … 共通電極
3b … x電極
3c … y電極
3d … 画素電極
4a、4b … 基板
5a、5b … 偏光板
7 … TFT素子
A … 強誘電性液晶分子
Claims (5)
- 2枚の基板間に強誘電性液晶と重合性モノマーの重合物とを含む液晶層が狭持され、前記基板の対向面上にそれぞれ電極と光配向膜とが順次形成された液晶表示素子であって、
前記光配向膜の構成材料が、光異性化反応を生じることにより前記光配向膜に異方性を付与する光異性化反応性化合物を含む光異性化型の材料であり、かつ、前記光配向膜の構成材料が、前記液晶層を挟んで互いに異なる組成であり、
前記光異性化反応性化合物が、分子内にアゾベンゼン骨格を有する化合物であり、
一方の前記光配向膜に用いられる前記光異性化反応性化合物が、前記アゾベンゼン骨格以外に芳香族炭化水素基を有し、下記化合物5であり、他方の前記光配向膜に用いられる前記光異性化反応性化合物が、前記アゾベンゼン骨格以外に芳香族炭化水素基を有さず、下記化合物1〜4のいずれかであり、
前記光配向膜が、前記アゾベンゼン骨格のトランス体を含み、液晶分子を水平配向させる光配向膜であり、
前記強誘電性液晶が、単安定性を示し、相系列にスメクチックA相を持たないものであることを特徴とする液晶表示素子。
- 前記重合性モノマーの重合物を構成する重合性モノマーが紫外線硬化性液晶モノマーであることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示素子。
- 薄膜トランジスタを用いたアクティブマトリックス方式により駆動させるものであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の液晶表示素子。
- フィールドシーケンシャルカラー方式により駆動させるものであることを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれかの請求項に記載の液晶表示素子。
- 請求項1または請求項2に記載の液晶表示素子の製造方法であって、
前記液晶層が、前記基板間に前記強誘電性液晶と前記重合性モノマーとを含む液晶層形成用組成物を封入する液晶封入工程と、
前記強誘電性液晶をカイラルスメクチックC相の状態とする液晶配向工程と、
前記強誘電性液晶がカイラルスメクチックC相の状態で前記重合性モノマーを重合する重合工程と、により形成されることを特徴とする液晶表示素子の製造方法。
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