JPH05134244A - 液晶表示素子 - Google Patents

液晶表示素子

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JPH05134244A
JPH05134244A JP3258148A JP25814891A JPH05134244A JP H05134244 A JPH05134244 A JP H05134244A JP 3258148 A JP3258148 A JP 3258148A JP 25814891 A JP25814891 A JP 25814891A JP H05134244 A JPH05134244 A JP H05134244A
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JP
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liquid crystal
polymer liquid
film
lcd
substrate
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JP3258148A
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Inventor
Seizo Sugawara
清三 菅原
Yoshihiko Ishidaka
良彦 石高
Hiroshi Yamagami
浩 山上
Masahiko Yamaguchi
雅彦 山口
Mitsuru Kano
満 鹿野
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Alps Alpine Co Ltd
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Alps Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 位相差板の取扱いに起因する作業効率の悪
さ、表示品質の悪さを払拭ができる液晶表示素子を提供
することを目的とする。 【構成】 基板1上に、凹凸形状を有する下地層7を形
成し、その上に高分子液晶膜8を形成したことを特徴と
する液晶表示素子。

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(以下、
LCDと略称する。)、特に色調を調整する必要がある
LCDに関する。
【0002】
【従来の技術】従来のスーパーツイスティドネマティッ
ク(以下、STNと略称する。)型LCDは図12に示
すような構造であった。
【0003】このLCDの基板1上にはインジウム、ス
ズ酸化物(以下、ITOと略称する。)からなる膜によ
り透明電極6が形成されている。この透明電極6の上に
は、ラビング処理された酸化シリコンやポリイミド等の
高分子膜が配向膜5として形成されている。そして配向
膜5が形成された二枚の基板1に挟まれた空間には表示
用液晶層2が設けられている。そして二枚ある基板1の
一方の基板1上には位相差板3が設けられ、その上に偏
光板4が位置している。他方残りの基板1上には、偏光
板4のみが設けられている。前記位相差板3は、LCD
を正面から見たときの黄色や黄緑等の着色の解消を目的
として設けられるものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】この様な従来のLCD
にあっては、前述したように基板1の一方に位相差板3
を設けなければならず、作業効果の低下を招いていた。
前記従来のLCDではこの位相差板3が微かでも折り曲
げられると、その部分の常光と異常光に対する屈折率の
差が変わってしまい一枚の位相差板3の中でこの屈折率
の差が一定でなくなってしまう。この為前記従来のLC
Dでは、位相差板3に起因するLCDの表示品質の低下
を生じる問題があった。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明のLCDは前記課
題を解決するためになされたもので、基板上に、凹凸形
状を有する下地層を形成し、その上に高分子液晶からな
る膜(以下、高分子液晶膜と略称する。)を形成するこ
とにより前記課題の解決を図った。
【0006】
【作用】基板上に、凹凸形状を有する下地層を形成し、
その上に高分子液晶膜を形成したので、下地層の上に形
成された高分子液晶膜を等方性液体まで加熱して、更に
徐々にネマティック相まで除冷すると、前記膜の高分子
液晶の低分子液晶基成分が下地層の凹凸形状の凹部(ま
たは凸部)の延びる方向に沿って配向する。高分子液晶
膜の低分子液晶基成分は一方向に配向するため、この膜
を通過した光は位相差を生じる。その位相差は高分子液
晶膜の膜厚によって制御できる。
【0007】
【実施例】以下、図面を参照して本発明のLCDを詳し
く説明する。なお前記従来例と同一構成部分には、同一
符号を付して説明を簡略化する。
【0008】(実施例1)図1は本実施例の白黒方式の
STN型LCDを示すものである。
【0009】このLCDの一方の基板1上にはITOか
らなる透明電極6が形成されている。この透明電極6の
上には耐熱性に優れた高分子であるポリイミド等からな
る下地層7が形成されている。
【0010】この下地層7の表面は凹凸形状を有してい
る。この凹凸のピッチは0.02μm〜2μmで形成さ
れている。
【0011】前記凹凸形状に表面が形成されている下地
層7の上には、高分子液晶膜8が形成されている。この
膜に使用されている高分子液晶は図5に示すように側鎖
に低分子液晶基成分10をもっているか、図9に示すよ
うに主鎖に低分子液晶基成分10をもつ高分子液晶であ
る。この高分子液晶膜8は、高分子液晶とヘキサフルオ
ロイソプロピルアルコールとを3:97割合で混合した
液を下地層7上にスピンコートすることによって形成さ
れたもので、この高分子液晶膜8の表面には下地層7の
凹凸形状が反映されている。
【0012】この実施例のLCDにおいては、基板1上
に、凹凸形状を有する下地層7を形成し、その上に高分
子液晶膜8を形成したので、下地層7の上に形成された
高分子液晶膜8を等方性液体まで加熱して、更に徐々に
ネマティック相まで除冷すると、高分子液晶膜8をなす
高分子液晶の低分子液晶基成分が下地層7の凹凸形状の
凹部(または凸部)の延びる方向に沿って配向する。
【0013】このように高分子液晶の低分子液晶基成分
が一方向に配向していると、この高分子液晶膜8を通過
する光は位相差を生じる。この位相差は高分子液晶膜8
の膜厚によって制御可能である。つまり、高分子液晶膜
8は従来のSTN型のLCDに設けられていた位相差板
3と同一の機能を果たす。従って本実施例のLCDにお
いては、高分子液晶膜8が位相差板3の機能を果たすの
で、位相差板3が不要となった。
【0014】また、高分子液晶膜8の表面には下地層7
の凹凸形状が反映した凹凸形状となっている為、表示用
液晶層2が配向される。この為、この高分子液晶膜8は
表示用液晶層2の配向膜としての機能も合せもったもの
となる。
【0015】また従来、位相差板3を基板1上に張り付
ける工程で位相差板3が微かに折り曲げられて常光と異
常光に対する屈折率の差が不均一になることがあり、こ
の結果LCDの表示品質に悪影響を及ぼすことがあった
が、本実施例のLCDにおいては、基板1の表面に高分
子液晶膜を含有する液体を塗布することによって位相差
板3の役目を果たす高分子液晶膜8を形成できるもの
で、前記のようなトラブルを避けることができた。
【0016】なお、上記下地層7の凹凸形状は、ルーリ
ングエンジンを使用し形成することもできるが、ホログ
ラフィ技術とイオンビームエッチング技術とを用いても
形成できる。更に、ルーリングエンジンを用いて、表面
に上記下地層7の凹凸形状と対称な形状を形成したマス
ターを作成し、このマスターで下地層7をスタンプし
て、下地層7の表面に凹凸を形成してもよい。あるい
は、ルーリングエンジンを用いて、下地層7の表面の凹
凸と同一の形状が形成されているグレーティングを製作
し、このグレーティングの上に金属めっきしその後この
金属めっきを剥して、これをマスターとして使用しても
よい。
【0017】(実施例2)本実施例が実施例1と異なる
点は、図2に示した様に、高分子液晶膜8上に、従来配
向膜として使用していたポリイミド等の素材を塗布する
ことによって保護膜9を形成した点である。この保護膜
9の表面にも下地層7の凹凸形状が反映されている。高
分子液晶膜8の上に保護膜9が形成されているので、本
実施例では実施例1で得られる作用効果に加えて高分子
液晶膜8と表示用液晶層2との反応を、この保護膜9に
よって防ぐことができる。従って本実施例のLCDでは
保護膜9によって、高分子液晶膜8の性能を長時間保持
できるという効果が得られた。
【0018】(実施例3)本実施例は、図3に示した様
に、透明電極6が高分子液晶膜8と保護膜9との間に形
成されている点が実施例2と異なる。従って本実施例で
は、位相差板の折れ曲がりに起因する前記トラブルを防
ぐことが可能となる上に透明電極6が表示用液晶層2の
直近に位置する為、駆動電圧が有効に表示用液晶層2に
作用し、安定な動作特性が得られるという特有の効果を
有する。
【0019】(実施例4)図4は本実施例のLCDを示
す断面図である。以下このLCDの構成を説明する。
【0020】ガラスからなる基板1上にはITOからな
る透明電極6が形成されている。その上には下地層7が
形成されている。この下地層7の素材には、耐熱性に優
れた高分子であるポリイミド(A1−1054日本ゴム
社製)を使用してある。
【0021】下地層7の表面は凹凸形状を有している。
この凹凸は、下地層7を繊維で一方向にこするラビング
処理によって形成された略Sin波形状であり、ピッチ
は(約0.03μmから約2μm)に形成されている。
【0022】前記処理により形成された下地層7上には
二色性色素を添加した高分子液晶からなる膜12を塗布
してある。
【0023】この膜に使用されている高分子液晶は、化
1で示されるポリメタクリル酸系の高分子液晶である。
【0024】
【化1】
【0025】このものは、図5に示すように、側鎖に低
分子液晶基成分10をもつ高分子液晶である。又二色性
色素には、黄色色素G232(日本感光社製)、赤色色
素LSR405(三菱化成社製)、青色色素LSB(三
菱化成社製)を1:1:1の割合で混合したものを用い
ている。高分子液晶と上記二色性色素との混合割合は、
二色性色素:高分子液晶が1:100〜10:100で
ある。
【0026】二色性色素の混合割合が前記範囲より低い
と、偏光作用を受けずに透過する光量が増してしまい偏
光板としての機能が不充分となる。逆に二色性色素の混
合割合が前記範囲よりも高いと、透過光量が減少すると
同時に高分子液晶ひいては二色性色素の配向度合が少な
くなり、結果として前記同様、偏光板としての機能が不
充分となる。
【0027】二色性色素中の各色素の混合割合や高分子
液晶と二色性色素との混合割合は、使用する表示用液晶
層2やLCDの光を透過する表示部分の全構成部材を透
過してきた光の強度スペクトルが平坦になるように設定
されている。
【0028】二色性色素を添加した高分子液晶からなる
膜12は、以下の工程より形成されたものである。上述
した二色性色素を添加した高分子液晶とヘキサフルオロ
イソプロピルアルコールとを3:97の割合で混合した
溶液を500rpmで10秒、続いて3000rpmで
30秒スピンコートすることにより下地層7上に塗布す
る。その後150℃で1時間放置乾燥する。充分乾燥し
た後、高分子液晶が等方相になる温度、本実施例では化
1からなる高分子液晶を使用しているため135℃以
上、に加熱する。すると高分子液晶の低分子液晶基成分
10の部分がある程度の自由度をもてるようになり、下
地層7の表面に形成されている凹凸形状の凹部に入り込
み配向する。高分子液晶の低分子液晶基成分10が配向
したら、その配向状態を崩す事なく冷却する。望ましく
は除冷がよい。
【0029】上記工程により製造された二枚の基板1
は、ある一定の間隔を保つようにしながらシール剤13
によって組み合わされ、その間に表示用液晶層2が形成
されている。
【0030】この実施例のLCDでは、基板1上に凹凸
形状を有する下地層7が形成されその上に二色性色素を
添加した高分子液晶からなる膜12が塗布されているの
で、実施例1〜3に示した作用効果に加えて、高分子液
晶の低分子液晶基成分10が下地層7の凹部分に配向
し、これにともない二色性色素の分子が同一方向に並ぶ
ため、二色性色素が添加された高分子液晶からなる膜1
2は、位相差板としての機能に加えて偏光板の機能をも
有するものとなる。下地層7の凹凸は、基板1の端面を
基準として形成することができるので、結果として偏光
軸の方向は基板1の端面を基準として決定することがで
きる。そして、従来表示むらの発生原因であった偏光板
のカッティング工程が不要となる。従ってこのLCDで
は、素子毎の偏光軸のばらつきが小さくなり表示むらの
少ないものとなる。
【0031】又、本実施例のLCDは凹凸形状の下地層
7の上に二色性色素が添加された高分子液晶からなる膜
12を形成したものなので、二色性色素が添加された高
分子液晶からなる膜12の表面には凹凸形状が生じる。
この二色性色素が添加された高分子液晶からなる膜12
の凹凸形状には表示用液晶分子が入り込み配向するの
で、二色性色素が添加された高分子液晶からなる膜12
が配向膜の機能をもつことになる。従って、このLCD
では下地層7の凹凸形状によって、表示用液晶層2の分
子の配向方向が決定されると共に、更に偏光軸も決定さ
れる事になり、表示用液晶層2の配向軸と二色性色素が
添加された高分子液晶からなる膜12の偏光軸とが自ず
と一致する。よって、このLCDはねじれネマティック
用(TN用)として好適なものとなる。
【0032】(実施例5)図6は、本実施例のLCDを
示すものである。このLCDでは、下地層7に凹凸が、
形成されている。下地層7の素材には、耐熱性に優れた
ポリエーテルスルフォン(4100G三井東圧社製)を
使用している。又、この凹凸形状は前記高分子からなる
下地層7が耐えうる温度である180〜250℃の範囲
に下地層7及びスタンプ型を加熱し下地層7を軟化させ
ながら、10〜50kg/cm2の圧力で下地層7をス
タンプ型で押すことにより形成されたもので、凹部が5
nm以上の深さに形成されている。5nmより浅いと後
に下地層7の上に形成される膜12の表面に凹凸形状が
形成されない為である。
【0033】この下地層7上には二色性色素を添加した
高分子液晶からなる膜12を塗布してある。この膜12
に使用されている高分子液晶は、実施例4で用いたもの
と同一のものを用いた。二色性色素には、黄色色素G2
32(日本感光社製)、赤色色素LSR405(三菱化
成社製)、青色色素LSB(三菱化成社製)を0.5:
1:0.5の割合で混合したものを用いた。そして高分
子液晶と二色性色素が混合されている割合は、二色性色
素:高分子液晶=2:100である。これらは前記実施
例4に示した混合割合の条件を満たす様に設定されてい
る。
【0034】前記二色性色素を添加した高分子液晶から
なる膜12の下地層7上への塗布は、実施例4と同様に
行われた。
【0035】二色性色素が添加された高分子液晶からな
る膜12の上には保護膜9が形成されている。この保護
膜9は従来配向膜として使用していたポリイミド等の素
材によって形成されている。
【0036】この実施例のLCDに於いては、実施例4
のLCDと同等の作用効果を得られる他、二色性色素が
添加された高分子液晶からなる膜12の上に保護膜9が
形成されているので、前記保護膜9によって二色性色素
が添加された高分子液晶からなる膜12から二色性色素
が表示用液晶層2中へ流失するのを防ぐ。よってこのL
CDにおいては、偏光機能をもつ二色性色素が添加され
た高分子液晶からなる膜12の性能を長時間保持できる
という効果が得られた。
【0037】なお、本実施例に於いて下地層7の凹凸形
状は、ルーリングエンジンを用いて凹凸形状が作成され
たスタンプ型、あるいは上記凹凸形状を有するグレーテ
ィングへ電鋳を行って作成したスタンプ型を用いて形成
しても良いし、ホログラフィ技術とイオンビーム照射に
よって形成することもできる。
【0038】(実施例6)本実施例のLCDが実施例5
のLCDと異なる点は、下地層7の形成およびその表面
の凹凸形状を、酸化シリコンを斜方蒸着することにより
形成した点である。この実施例のLCDにおいても実施
例5のLCDと同様の作用効果が得られた。
【0039】(実施例7)本実施例のLCDが実施例4
と異なる点は図7に示したように、透明電極6を二色性
色素を添加した高分子液晶からなる膜12と保護膜9と
の間に形成した点である。この実施例のLCDにおいて
も実施例4と同様の作用効果に加え、透明電極6が表示
用液晶層2の直近に位置するため、駆動電圧が有効に表
示用液晶層2作用し、安定な動作特性が得られるという
特有の効果を有する。
【0040】(実施例8)図8は、本実施例のLCDを
示すもので、前記実施例と同一構成部分には、同一符号
を符して説明を簡略化する。
【0041】このLCDは、ガラスからなる基板1上に
下地層7と二色性色素が添加された高分子液晶からなる
膜12と透明電極6と配向層11とが形成されたもので
ある。
【0042】下地層7は、耐熱性に優れたポリイミド
(AL−1054日本合成ゴム社製)からなるものであ
る。この下地層7は、凹凸形状を有している。この凹凸
形状は実施例1に示した方法と同様の方法で形成されて
いる。
【0043】この下地層7上には二色性色素を添加した
高分子液晶からなる膜12が塗布されている。この膜1
2に使用されている高分子液晶は、化2で示されるポリ
エステル系の高分子液晶である。
【0044】
【化2】
【0045】このものは、図9に示すように、主鎖に低
分子液晶基成分10をもつ高分子液晶である。二色性色
素にはヨウ素を使用した。そして高分子液晶と二色性色
素の混合割合は、二色性色素にはヨウ素を使用した。そ
して高分子液晶と二色性色素の混合割合は、二色性色
素:高分子液晶=4:100である。これらの混合割合
も実施例5に示した混合割合の条件を満たす様に設定さ
れている。
【0046】二色性色素を添加した高分子液晶からなる
膜12は、実施例4とほぼ同じ条件で形成されたもので
ある。但し本実施例では化2からなる高分子液晶を使用
しているため143℃以上に加熱することにより高分子
液晶の配向処理を行った。
【0047】二色性色素が添加された高分子液晶からな
る膜12の上には透明電極6が形成されている。この透
明電極6の上面は平らに形成されている。
【0048】この実施例のLCDに於いては、透明電極
6の上面を平らに形成し、この上に改めて配向層11を
形成したので偏光軸の方向と配向軸の方向を変えること
ができる。従ってこのLCDは、超捻れネマティック型
(STN型)の液晶素子に適したものとなる。
【0049】このLCDに於いても偏光軸の方向を配向
軸方向に対して正確に定めることができる。すなわち下
地層7の凹凸形状は、基板1の端面を基準に形成するこ
とができる。そしてこの下地層7の凹凸形状の方向にし
たがって二色性色素が添加された高分子液晶からなる膜
12の二色性色素分子は配向するので、基板1の端面を
基準にして偏光軸を決定できる。他方配向層11の凹凸
形状も同様に基板1の端面を基準にして形成できるの
で、配向軸も基板1の端面を基準にして決定することが
できる。このように配向軸も偏光軸も共に基板1の端面
を基準にして決定できるので、このLCDは、実施例4
と同様の作用効果が得られた。
【0050】(実施例9)図10は本実施例のLCDを
示す断面図である。このLCDが前記実施例4と異なる
点は、スイッチング素子として薄膜トランジスタ15が
設けられた点とこの薄膜トランジスタ15の上方に画素
電極14が設けられた点である。
【0051】本実施例のLCDでは、基板1上に薄膜ト
ランジスタ15が形成されている。その上にはレベリン
グ層18が形成されている。このレベリング層18の上
部には、画素電極14が形成されている。この画素電極
14と薄膜トランジスタ15のソース電極17とはレベ
リング層18のコンタクトホール16を介して接続され
ている。そして上記画素電極14の上には凹凸形状を有
する下地層7が形成され、その上には二色性色素を添加
した高分子液晶からなる膜12が形成されている。
【0052】本実施例のLCDに於いては、実施例4と
同様の効果を得られる他以下に示す効果が得られた。従
来の薄膜トランジスタ液晶素子は、図13に示すように
薄膜トランジスタ15と画素電極14とが同一面に設け
られていたので、高密度にするほど画素電極14の面積
が小さくなり画面の荒いものとなっていたが、本実施例
のLCDに於いては画素電極14が薄膜トランジスタ1
5の上方に設けられているため、画素数を多くし高密度
化にしても画面に占める画素面積を減らす必要がなく表
示品質の低下を避けることができる。以上示した実施例
4〜9はいずれも偏光機能を有する膜12が二枚の基板
1の対向する内面側に形成されているために、二枚の偏
光板の機能を有する膜12の間隔が大幅に狭くなり、表
示の視認性(視角依存性)が著しく向上する。
【0053】(実施例10)本実施例のLCDが実施例
8と異なる点は、図11に示したように、下地層7と二
色性色素が添加された高分子液晶からなる膜12とが対
向する二枚の基板1の外面側に透明電極6と配向層11
とが基板1の内面側に形成されている点である。この実
施例のLCDにおいても実施例8同様の作用効果が得ら
れた。
【0054】以上説明したように実施例4〜10に示し
たLCDは、基板上に凹凸形状を有する下地層を形成
し、その上に二色性色素を添加した高分子液晶からなる
膜を形成したものなので、高分子液晶の低分子液晶基成
分が下地層の凹部に入り込み配向し、これにともない二
色性色素の分子が同一方向に並ぶ。これにより二色性色
素が添加された高分子液晶からなる膜は偏光板の機能を
有するものとなる。そして、本発明のLCDは製造時、
従来色むらの発生の原因であった偏光板のカッティング
工程が不要となる。しかも下地層7の凹凸は、基板1の
端面を基準として形成することができるので、結果とし
て偏光軸の方向は基板1の端面を基準として決定するこ
とができる。従って、実施例1〜3に示した作用効果の
他に基板の端面を基準にして素子毎にバラ付く事なく偏
光軸を形成でき、表示むらの少ないLCDを実現するこ
とができる。
【0055】
【発明の効果】本発明のLCDにおいては、基板上に、
凹凸形状を有する下地層を形成し、その上に高分子液晶
膜を形成したので、下地層の上に形成された高分子液晶
膜を等方性液体まで加熱して、更に徐々にネマティック
相まで除冷すると、高分子液晶膜の低分子液晶基成分が
下地層の凹凸形状に沿って配向する。このように高分子
液晶膜の低分子液晶基成分が一方向に配向するので、こ
の膜を通過した光は、位相差を生じる。この位相差は高
分子液晶膜の膜厚によって制御可能である。このように
本発明のLCDにおいては、高分子液晶膜にSTN型の
LCDに着色の解消を目的として設けられている位相差
板としての機能を付与することができ、位相差板を基板
上に設ける必要がなくなった。従って本発明のLCDで
は、生産効率を向上させることができた。さらに、前述
したように、本発明のLCDでは、基板表面に高分子液
晶を含有する液体を塗布することにより高分子液晶膜を
形成できるので、従来問題であった位相差板を基板上に
設けるとき微かに折り目が付くということがなくなり、
これに起因する常光と異常光に対する屈折率の差の不均
一という問題を避けることができた。従って本発明のL
CDは、表示品質の良好なものとなった。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1のLCDを示す断面図。
【図2】実施例2のLCDを示す断面図。
【図3】実施例3のLCDを示す断面図。
【図4】実施例4のLCDを示す断面図。
【図5】化1からなる高分子液晶を示す模式図。
【図6】実施例5,6のLCDを示す断面図。
【図7】実施例7のLCDを示す断面図。
【図8】実施例8のLCDを示す断面図。
【図9】化2からなる高分子液晶を示す模式図。
【図10】実施例9のLCDを示す断面図。
【図11】実施例10のLCDを示す断面図。
【図12】従来のSTN型LCDを示す断面図。
【図13】従来の薄膜トランジスタを備えたLCDを示
す模式図。
【符号の説明】
1 基板 2 表示用液晶層 4 偏光板 5 配向膜 6 透明電極 7 下地層 8 高分子液晶膜 9 保護膜 10 低分子液晶基成分 11 配向層 12 二色性色素を添加した高分子液晶からなる膜 13 シール剤 14 画素電極 15 薄膜トランジスタ 16 コンタクトホール 17 ソース電極 18 レベリング層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山口 雅彦 東京都大田区雪谷大塚町1番7号 アルプ ス電気株式会社内 (72)発明者 鹿野 満 東京都大田区雪谷大塚町1番7号 アルプ ス電気株式会社内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上に、凹凸形状を有する下地層を形
    成し、その上に高分子液晶からなる膜を形成したことを
    特徴とする液晶表示素子。
JP3258148A 1991-04-24 1991-10-04 液晶表示素子 Withdrawn JPH05134244A (ja)

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