JPH1031233A - 反射型ゲストホスト液晶表示装置の製造方法 - Google Patents

反射型ゲストホスト液晶表示装置の製造方法

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JPH1031233A
JPH1031233A JP20425396A JP20425396A JPH1031233A JP H1031233 A JPH1031233 A JP H1031233A JP 20425396 A JP20425396 A JP 20425396A JP 20425396 A JP20425396 A JP 20425396A JP H1031233 A JPH1031233 A JP H1031233A
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quarter
wave plate
liquid crystal
plate layer
guest
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JP20425396A
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Inventor
Hideo Kataoka
秀雄 片岡
Masaki Munakata
昌樹 宗像
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 反射型ゲストホスト液晶表示装置のパネル内
に集積形成される四分の一波長板層のパタニングを安定
化する。 【解決手段】 先ず、一方の基板1の上に薄膜トランジ
スタ2及び光反射層10を形成する。これらの上に一軸
配向した高分子液晶からなる四分の一波長板層13を形
成すると共にその表面を処理して親和性を改善する。四
分の一波長板層13の親和性を改善した表面に密着して
感光膜30を塗工した後露光及び現像を行なって所定の
形状にパタニングする。パタニングされた感光膜30を
マスクとして四分の一波長板層13をエッチングして薄
膜トランジスタ2のドレイン電極9に通じるコンタクト
ホール14を開口すると共に不要となった感光膜30を
除去する。四分の一波長板層13の上に画素電極15を
形成しコンタクトホール14を介して対応する薄膜トラ
ンジスタ2のドレイン電極9に接続する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は反射型ゲストホスト
液晶表示装置の製造方法に関する。詳しくは、反射型ゲ
ストホスト液晶表示装置に偏光変換素子として内蔵され
る四分の一波長板層の形成方法に関する。さらに詳しく
は、一軸配向した高分子液晶からなる四分の一波長板層
のパタニング方法に関する。
【0002】
【従来の技術】偏光変換素子として四分の一波長板層を
内蔵した反射型ゲストホスト液晶表示装置が知られてお
り、例えば特開平6−222351号公報に開示されて
いる。図5に示す様に、この反射型ゲストホスト液晶表
示装置101は上下一対の基板102及び103を用い
て組立られている。これらの基板102及び103は例
えばガラスや石英あるいはプラスチック等の絶縁性を有
する材料で構成されている。少なくとも入射側に位置す
る上方の基板102は透明なものを用いる。一対の基板
102及び103の間にはゲストホスト液晶104が介
在している。このゲストホスト液晶104はネマティッ
ク液晶分子104aを主体とし二色性色素105を含有
したものである。二色性色素105はその分子の長軸に
略平行な遷移双極子モーメントを有するp型色素であ
る。上側の基板102の内表面102aには図示しない
が、例えばMIM等の二端子素子又はTFT等の三端子
素子で実現されるスイッチング素子と、ITO等の透明
導電膜からなる画素電極106とが集積形成されてい
る。スイッチング素子と画素電極107とが形成された
上側の基板102の内表面102aにはさらにポリイミ
ド樹脂等からなる配向層107が形成されている。この
配向層107はラビング処理を施されており液晶分子1
04aを水平配向させている。一方、下側の基板103
の内表面103aには光反射層108と四分の一波長板
層109とがこの順に形成されている。四分の一波長板
層109は一軸配向した高分子液晶からなる。又、この
四分の一波長板層109の表面には対向電極110と配
向層111とがこの順に形成されている。配向層111
は上側の基板102に形成された配向層107と同様に
ポリイミド樹脂等で構成されており、その表面はラビン
グ処理が施されている。
【0003】反射型ゲストホスト液晶表示装置101を
用いて白黒表示を行なう場合の動作を簡潔に説明する。
電圧無印加状態では、液晶分子104aは上下一対の配
向層107及び111のラビング方向に沿って水平配向
している。これに応じて、二色性色素105も同様に水
平配向する。上側の基板102から入射した光がゲスト
ホスト液晶104を通過すると、入射光のうち二色性色
素105の分子の長軸方向と平行な振動面を持つ成分が
二色性色素105によって吸収される。又、二色性色素
105の分子の長軸方向に対して垂直な振動面を持つ他
の成分はゲストホスト液晶104を通過し、下側の基板
103の内表面103aに形成された四分の一波長板層
109で円偏光とされ、光反射層108で反射する。こ
の時、反射光の偏光が逆回りとなり、再び四分の一波長
板層109を通過し、二色性色素105の分子の長軸方
向に対して平行な振動面を持つ光となる。この光は二色
性色素105によって吸収されるので黒色表示となる。
一方、電圧印加時には液晶分子104aは電界方向に沿
って垂直配向する。二色性色素105も同様に配向す
る。上側の基板102側から入射した光は二色性色素1
05によって吸収されずにゲストホスト液晶104を通
過し、四分の一波長板層109で偏光されずに光反射層
108で反射する。反射光は再び四分の一波長板層10
9を通過しゲストホスト液晶104で吸収されずに出射
する。従って白色表示となる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】図5に示した従来構造
では、画素電極106及びこれを駆動するスイッチング
素子が入射側の基板102に形成されている一方、四分
の一波長板層109は反射側の基板103に形成されて
いる。しかしながら、スイッチング素子を入射側の基板
に形成するとその分画素開口率が犠牲になる為明るい表
示画面が得られない。そこで、スイッチング素子及び画
素電極を反射側の基板に形成する事が考えられる。この
場合、基板に集積形成されるスイッチング素子と対応す
る画素電極とを互いに電気接続する為、両者の間に介在
する四分の一波長板層をパタニングしてコンタクトホー
ルを開口する必要がある。パタニングは通常フォトリソ
グラフィー及びエッチングを用いて行なわれる。この
為、四分の一波長板層の上に感光膜(フォトレジスト)を
塗工する必要がある。通常のフォトレジストは感光剤を
酢酸ブチル等の有機溶媒に溶解した溶液を用いてこれを
スピンコート等により塗工している。しかしながら、四
分の一波長板層は一軸配向した高分子液晶からなり、有
機溶剤に対して溶解もしくは膨潤する惧れがあり耐溶剤
性が問題になる。そこで、水溶性のフォトレジストを用
いて四分の一波長板層をパタニングする事が考えられ
る。しかしながら、水溶性のフォトレジストは四分の一
波長板層に対する密着性が悪い為フォトリソグラフィー
における現像の段階で剥離し、精度よく四分の一波長板
層にコンタクトホールを開口する事が困難であった。
【0005】
【課題を解決するための手段】上述した従来の技術の課
題を解決する為に以下の手段を講じた。即ち本発明によ
れば反射型ゲストホスト液晶表示装置は以下の工程によ
り製造される。先ず一方の基板の上にスイッチング素子
を集積形成する第1工程を行なう。次に、該基板の上に
光反射層を形成する第2工程を行なう。続く第3工程
で、該スイッチング素子及び該反射層の上に一軸配向し
た高分子液晶からなる四分の一波長板層を形成する。第
4工程で、該四分の一波長板層の表面を処理してその親
和性を改善する。第5工程で、該四分の一波長板層の親
和性を改善した表面に密着して感光膜(フォトレジス
ト)を塗工した後露光及び現像(フォトリソグラフィ
ー)を行なって所定の形状にパタニングする。この後第
6工程を行ない、パタニングされた感光膜をマスクとし
て該四分の一波長板層をエッチングして該スイッチング
素子に通じるコンタクトホールを開口すると共に不要と
なった感光膜を除去する。さらに第7工程を行ない、該
四分の一波長板層の上に画素電極を形成し該コンタクト
ホールを介して対応するスイッチング素子に接続する。
さらに第8工程を行ない、少なくとも対向電極が形成さ
れた他方の基板を所定の間隙を介して該一方の基板に接
合する。最後に第9工程を行ない二色性色素を添加した
ゲストホスト液晶を間隙に注入して反射型ゲストホスト
液晶表示装置を完成する。
【0006】好ましくは、前記第4工程は、該四分の一
波長板層の表面にカップリング剤をコーティングして表
面改質を行う。あるいは、前記第4工程は該四分の一波
長板層の表面に酸素プラズマを照射して表面改質を行な
うものであってもよい。又、前記第5工程は該四分の一
波長板層を構成する高分子液晶を溶解しない水溶性の感
光膜を用い純水で現像を行なう。さらに、前記第6工程
は、酸素プラズマを照射して該四分の一波長板層のエッ
チング及び感光膜の除去を同時に行なう。
【0007】本発明によれば、反射型ゲストホスト液晶
表示装置においてパネル内に一軸配向した高分子液晶か
らなる四分の一波長板層を形成すると共に、その上に画
素電極を形成している。四分の一波長板層の上に位置す
る画素電極と四分の一波長板層の下に位置するスイッチ
ング素子とを互いに接続する為、四分の一波長板層にコ
ンタクトホールを開口するパタニングを行なう。この
際、四分の一波長板層の表面処理を予め行ないその親和
性を高める事で、パタニングの際における感光膜(フォ
トレジスト)の剥離を抑えている。これにより、精度よ
くコンタクトホールを開口する事ができる。表面処理と
しては四分の一波長板層の表面にカップリング剤をコー
ティングして表面改質を行なう方法と、四分の一波長板
層の表面に酸素プラズマを照射して表面改質を行なう方
法(ライトアッシング)とがある。これにより、四分の
一波長板層に対する水溶性フォトレジストの密着性を高
める事ができ、一軸配向した高分子液晶にダメージを与
える事なくパタニングを行なう事が可能になる。
【0008】
【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の最良
な実施形態を詳細に説明する。図1は本発明にかかる反
射型ゲストホスト液晶表示装置の製造方法を示す工程図
である。先ず(A)に示す様に、一方の基板1の上にス
イッチング素子を集積形成する。本実施形態ではスイッ
チング素子としてボトムゲート構造の薄膜トランジスタ
2を集積形成している。具体的には、ガラス又は石英等
からなる絶縁性基板1の表面に高融点金属等からなるゲ
ート電極3をパタニング形成する。その上にCVD等で
シリコン酸化物又はシリコン窒化物を堆積しゲート絶縁
膜4を形成する。この上に多結晶シリコン等からなる半
導体薄膜5をCVD等で成膜し、薄膜トランジスタ2の
素子領域に合わせて島状にパタニングする。その上にシ
リコン酸化物等からなるストッパ6をゲート電極2と整
合させてパタニング形成する。このストッパ6をマスク
としてイオンドーピング又はイオンインプランテーショ
ンにより不純物を半導体薄膜5に注入し、薄膜トランジ
スタ2を形成する。この薄膜トランジスタ2をPSG又
はシリコン酸化物等からなる層間絶縁膜7で被覆する。
層間絶縁膜7にコンタクトホールを開口した後、その上
にアルミニウム等をスパッタリングで堆積し所定の形状
にパタニングしてソース電極8及びドレイン電極9に加
工する。
【0009】この時同時に層間絶縁膜7の上に光反射層
10を形成する。光反射層10は凹凸が形成された樹脂
膜10aとその表面に成膜されたアルミニウム等の金属
膜10bとからなる。樹脂膜10aはフォトリソグラフ
ィーにより凹凸がパタニングされた感光性樹脂膜であ
る。感光性樹脂膜10aはフォトレジストからなり層間
絶縁膜7の表面に全面的に塗布される。これを所定のマ
スクを介して露光処理し例えば円柱状にパタニング加工
する。次いで加熱してリフローを施せば凹凸形状が安定
的に形成できる。この様にして形成された凹凸形状の表
面に所望の膜厚で良好な光反射率を有するアルミニウム
等の金属膜10bを形成する。なお、この金属膜10b
はソース電極8及びドレイン電極9と同層の材料で構成
できる。この時、金属膜10bはドレイン電極9と同電
位に接続される。凹凸の深さ寸法を数μmに設定すれ
ば、良好な光散乱特性が得られ光反射層10は白色を呈
する。
【0010】次に(B)に示す様に、薄膜トランジスタ
2及び光反射層10の凹凸を埋める様に平坦化層11を
形成する。この平坦化層11はアクリル樹脂等透明な有
機物を用いる事が好ましい。この上に下地配向層12を
形成する。この下地配向層12を所定の方向に沿ってラ
ビング処理する。この際、下地配向層12は平らな平坦
化層11の表面に形成されている為ラビング処理が安定
に行なえる。この上にラビング方向に沿って一軸配向し
た高分子液晶からなる四分の一波長板層13を形成す
る。具体的には、下地配向層12の上に高分子液晶材料
を塗布する。この高分子液晶は例えば安息香酸エルテル
系のメソゲンをペンダントとした側鎖型の高分子液晶で
ある。この高分子液晶をシクロヘキサンとメチルエチル
ケトンを8対2の割合で混合した溶液に溶解させる。こ
の溶液を例えば1000rpm の回転速度でスピンコート
し、下地配向層12の上に高分子液晶を成膜する。この
後基板加熱を行ない、一旦高分子液晶を光学的に等方性
状態まで加熱する。続いて加熱温度を徐々に降下しネマ
ティック相を経て室温状態まで戻す。ネマティック相に
おいて高分子液晶は下地配向層12のラビング方向に沿
って配列し、所望の一軸配向性が得られる。この一軸配
向状態は基板1を室温に戻す事により固定される。この
様なアニール処理により、高分子液晶材料に含まれる液
晶分子は一軸配向し、所望の四分の一波長板層13が得
られる。
【0011】続いて(C)に示す様に、四分の一波長板
層13の表面を処理してその親和性を改善する。例えば
四分の一波長板層13の表面にシランカップリング剤を
コーティングして表面改質を行なう。あるいは四分の一
波長板層13の表面に酸素プラズマを照射して表面改質
を行なう。後者の方法はライトアッシングと呼ばれる。
続いて、四分の一波長板層13の親和性を改善した表面
に密着して感光膜30を塗工した後露光現像を行なって
所定の形状にパタニングする。具体的には、四分の一波
長板層13を構成する高分子液晶を溶解しない水溶性の
感光膜30を用い純水で現像を行なう。四分の一波長板
層13の表面は予め改質されているので水溶性の感光膜
30を用いても十分な密着性を得る事ができる。例え
ば、水溶性の感光膜30としてポリビニルアルコール
(PVA)の水溶液(0.1〜5wt%)をスピンコート
する。この時水溶液にPVAの光架橋反応を起させる為
例えば重クロム酸アンモンを微量添加しておく。次に所
望のマスク(図示せず)を用いて水銀ランプあるいはキ
セノンランプで露光処理を行なう。この後水洗処理を施
すと露光されなかった感光膜30の部分が水に溶解し、
パターン化されたPVAのポリマーからなるマスクが形
成される。なお、水溶性の感光膜30としては上述した
ものに変えてPVAに四級のアンモニウム塩(SBQ)
を加えた材料を用いてもよい。PVA−SBQは現像性
に優れている。この様にしてパタニングされた感光膜3
0をマスクとして四分の一波長板層13をエッチングし
て薄膜トランジスタ2に通じるコンタクトホール14を
開口すると共に不要となった感光膜30を除去する。な
お、本実施形態では四分の一波長板層13及び下地配向
層12と平坦化層11を貫通してコンタクトホール14
を設けている。これによりコンタクトホール14は薄膜
トランジスタ2のドレイン電極9と連通する事になる。
なお、このエッチングでは酸素プラズマを照射して四分
の一波長板層13のエッチング及び感光膜30の除去を
同時に行なう事も可能である。
【0012】最後に(D)に示す様に、四分の一波長板
層13の上に画素電極15を形成し、コンタクトホール
14を介して対応する薄膜トランジスタ2のドレイン電
極9に電気接続する。具体的には、ITO等の透明導電
膜をスパッタリングで堆積した後所定の形状にパタニン
グして画素電極15に加工する。この画素電極15を被
覆する様に配向層16を成膜する。この後、少なくとも
対向電極が形成された他方の基板を所定の間隙を介して
一方の基板1に接合し、該間隙に二色性色素を添加した
ゲストホスト液晶を注入すると反射型ゲストホスト液晶
表示装置の完成となる。
【0013】図2に完成状態の反射型ゲストホスト液晶
表示装置を示す。図示する様に、入射側の基板17と反
射側の基板1との間にゲストホスト液晶18が保持され
ている。このゲストホスト液晶18はネマティック液晶
分子19を主成分としこれに二色性色素20を添加した
ものである。なお、基板17の内表面には対向電極21
及び配向層22がこの順で形成されている。ゲストホス
ト液晶18は上下の配向層22及び16により保持され
ており、本実施例ではネマティック液晶分子19は垂直
配向している。但し、本発明はこれに限られるものでは
なく、図5に示した従来例と同様に水平配向を採用して
もよい。なお、二色性色素20も液晶分子19に倣って
垂直配向している。従って、電圧無印加状態では白色表
示となり、電圧印加状態では黒色表示となる。本発明に
よれば四分の一波長板層13を精度よくパタニングでき
コンタクトホール14を開口する事が可能になる。この
為、四分の一波長板層13の上に画素電極15を形成す
る事が可能となり、コンタクトホール14を介して画素
電極15を下方の薄膜トランジスタ2に電気接続でき
る。この構造ではゲストホスト液晶18に対して画素電
極15及び対向電極21間で直接電界を印加する事が可
能となり動作特性が向上する共に、両電極15,21の
間に配向層及びゲストホスト液晶のほか何ら絶縁体層が
介在しない事になり分極等の悪影響がない。
【0014】図3を参照して、本発明の要部となる四分
の一波長板層のパタニングプロセスを詳細に説明する。
先ず、(A)に示す様に、基板51の上に一軸配向した高
分子液晶からなる四分の一波長板層52を形成する。な
お、本実施例では理解を容易にする為基板51の上に直
接四分の一波長板層52を形成する工程を表わしている
が、図1の(C)に示した工程に容易に応用可能な事は明
かである。次に(B)に示す様に四分の一波長板層52
の上にフォトレジスト53を塗工する。本実施例ではフ
ォトレジスト53として水溶性のPVA又はPVA−S
BQを用いている。通常の有機溶媒を用いたフォトレジ
ストを使用すると、酢酸ブチル等有機溶媒の影響を受け
て四分の一波長板層52を構成する高分子液晶の一軸配
向性がダメージを受ける。但し、PVAやPVA−SB
Q等の水溶性フォトレジストは四分の一波長板層52に
対する密着性が悪い。そこで、本発明では四分の一波長
板層52の表面を予め処理して水溶性フォトレジスト5
3に対する親和力を高めている。次に(C)に示す様に、
所定のマスクMを用いて露光処理を行ないフォトレジス
ト53を感光させる。このフォトレジスト53はポジ型
であり、露光された部分が硬化すると共に露光されなか
った部分53aが未硬化の状態で残される。続いて
(D)に示す様に、純水を用いて現像処理を行ない、フ
ォトレジスト53のうち未硬化の部分53aを洗い流
す。この時、フォトレジスト53と四分の一波長板層5
2とは互いに密着している為硬化した部分が未硬化の部
分と同時に洗い流される事はない。最後(E)に示す様
に、現像処理されたフォトレジスト53をマスクとして
エッチングを行なう事により、四分の一波長板層52を
精度よくパタニングする事ができる。この場合ドライエ
ッチングを採用する事ができる。例えば、酸素プラズマ
を照射して四分の一波長板層52をパタニングする。こ
の時、フォトレジストと四分の一波長板層のエッチング
レートに応じて四分の一波長板層に対するフォトレジス
トの厚みを予め制御しておく事で、四分の一波長板層5
2のエッチング及びフォトレジストの灰化除去を同時に
行なう事が可能である。
【0015】最後に図4は四分の一波長板層52に対す
る表面処理を具体的に表わしている。表面処理にはカッ
プリング剤コーティングとライトアッシングの2種類が
採用可能である。カップリング剤コーティングでは、例
えば一般的なシランカップリング剤(例えばシランを1
%程度アルコールに溶解した液体)をスピンコートし、
90〜100℃の温度で1時間程度ベーキングする。シ
ランカップリング剤としては二価〜三価のものを用いる
と効果が強い。この表面処理によって四分の一波長板層
52の表面に水酸基(OH)が形成され、PVAやPV
A−SBQと良好な親和性を示す。一方、ライトアッシ
ングでは酸素プラズマを用いて表面処理を行なう。酸素
プラズマを1分程度照射すれば四分の一波長板層の表面
が薄く灰化(酸化)され、PVAやPVA−SBQとの
親和性が増す。
【0016】
【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、四
分の一波長板層の表面を処理してその親和性を改善した
後、その上に密着して感光膜を塗工する。感光膜を露光
現像して所定の形状にパタニングする。パタニングされ
た感光膜をマスクとして四分の一波長板層をエッチング
し下方のスイッチング素子に通じるコンタクトホールを
開口する事ができる。この様にすれば四分の一波長板層
に対して精度よくコンタクトホールを形成する事が可能
になる為、上方の画素電極と下方のスイッチング素子を
電気接続できる。従って、画素電極とゲストホスト液晶
との間には配向層を除いて誘電体層が介在しなくなる為
パネル内における誘電分極が抑えられ、表示の焼付け等
を防ぐ事が可能になる。又、十分に高い電界をゲストホ
スト液晶に印加できるので表示が高コントラスト化す
る。さらに、四分の一波長板層をパタニングしてもダメ
ージを与える事がない為高信頼性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる反射型ゲストホスト液晶表示装
置の製造方法を示す工程図である。
【図2】本発明に従って製造された反射型ゲストホスト
液晶表示装置の完成状態を示す断面図である。
【図3】本発明にかかる反射型ゲストホスト液晶表示装
置製造方法の要部をなす四分の一波長板層のパタニング
を示す工程図である。
【図4】四分の一波長板層の表面処理を示す工程図であ
る。
【図5】従来の反射型ゲストホスト液晶表示装置の一例
を示す断面図である。
【符号の説明】
1…基板、2…薄膜トランジスタ、8…ソース電極、9
…ドレイン電極、10…光反射層、11…平坦化層、1
2…下地配向層、13…四分の一波長板層、14…コン
タクトホール、15…画素電極、16…配向層、17…
基板、18…ゲストホスト液晶、19…液晶分子、20
…二色性色素、21…対向電極、22…配向層

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一方の基板の上にスイッチング素子を集
    積形成する第1工程と、 該基板の上に光反射層を形成する第2工程と、 該スイッチング素子及び該光反射層の上方に一軸配向し
    た高分子液晶からなる四分の一波長板層を形成する第3
    工程と、 該四分の一波長板層の表面を処理してその親和性を改善
    する第4工程と、 該四分の一波長板層の親和性を改善した表面に密着して
    感光膜を塗工した後露光及び現像を行なって所定の形状
    にパタニングする第5工程と、 パタニングされた感光膜をマスクとして該四分の一波長
    板層をエッチングして該スイッチング素子に通じるコン
    タクトホールを開口すると共に不要となった感光膜を除
    去する第6工程と、 該四分の一波長板層の上に画素電極を形成し該コンタク
    トホールを介して対応するスイッチング素子に接続する
    第7工程と、 少なくとも対向電極が形成された他方の基板を所定の間
    隙を介して該一方の基板に接合する第8工程と、 二色性色素を添加したゲストホスト液晶を該間隙に注入
    する第9工程とを行なう反射型ゲストホスト液晶表示装
    置の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記第4工程は、該四分の一波長板層の
    表面にカップリング剤をコーティングして表面改質を行
    なう事を特徴とする請求項1記載の反射型ゲストホスト
    液晶表示装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記第4工程は、該四分の一波長板層の
    表面に酸素プラズマを照射して表面改質を行なう事を特
    徴とする請求項1記載の反射型ゲストホスト液晶表示装
    置の製造方法。
  4. 【請求項4】 前記第5工程は、該四分の一波長板層を
    構成する高分子液晶を溶解しない水溶性の感光膜を用い
    ると共に純水で現像を行なう事を特徴とする請求項1記
    載の反射型ゲストホスト液晶表示装置装置の製造方法。
  5. 【請求項5】 前記第6工程は、酸素プラズマを照射し
    て該四分の一波長板層のエッチング及び感光膜の除去を
    同時に行なう事を特徴とする請求項1記載の反射型ゲス
    トホスト液晶表示装置の製造方法。
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