JPH11119222A - 液晶表示素子用配向膜の製造方法および液晶表示素子 - Google Patents

液晶表示素子用配向膜の製造方法および液晶表示素子

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JPH11119222A
JPH11119222A JP28054097A JP28054097A JPH11119222A JP H11119222 A JPH11119222 A JP H11119222A JP 28054097 A JP28054097 A JP 28054097A JP 28054097 A JP28054097 A JP 28054097A JP H11119222 A JPH11119222 A JP H11119222A
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liquid crystal
alignment film
crystal molecules
substrate
crystal display
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JP28054097A
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Hitoshi Sugiyama
仁 杉山
Kiichiro Mukai
喜一郎 向井
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Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 紫外線照射により配向膜を酸化させることな
く配向処理する液晶表示素子用配向膜の製造方法を提供
し、かつ、この配向膜を用いた、フリッカーおよび焼付
きが発生せず、視野角の特性が均一で向上された液晶表
示素子を提供することを目的とする。 【解決手段】 基板上に配向膜を形成する工程、前記配
向膜全面をラビング処理する工程、および、無酸素環境
下で前記配向膜の一部に紫外線を照射する工程とを含む
ことを特徴とする液晶表示素子用配向膜の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示素子用配
向膜の製造方法および液晶表示素子に係り、より具体的
には、紫外線照射により配向膜を酸化させずに配向処理
する配向膜の製造方法および液晶表示素子に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】液晶表示素子は、対向する透明なアレイ
基板およびカラーフィルター基板の間に液晶分子が封入
された構造をなしている。アレイ基板上には透明電極で
ある画素電極および配向膜が形成され、カラーフィルタ
ー基板上には透明電極である共通電極および配向膜が形
成されている。
【0003】前記配向膜にはラビング処理などの配向処
理が施されている。その結果、前記配向膜と接触する前
記液晶分子は、わずかなプレティルト角(立上がり角)
をなして傾斜しながら各基板上で同一方向に配向してい
る。
【0004】前記画素電極と共通電極との間に電圧が印
加されると、前記液晶分子は傾斜を大きくして基板と垂
直な方向に立上がり、電圧の印加を止めると元の状態に
復帰する。従って、電圧印加のON、OFFにより、2
枚の基板間を透過する光の透過量が増大または減少し、
液晶表示素子は明または暗のコントラストを形成する。
【0005】前記液晶表示素子の視野角特性を向上させ
るために、前記画素電極は2つの領域に分割され、各領
域の対向する基板上に形成された配向膜にはそれぞれ異
なる配向処理が施されている。つまり、画素電極の一方
の領域においては、アレイ基板側の配向膜と接触する液
晶分子は低プレティルト角をなし、カラーフィルター基
板側の配向膜と接触する液晶分子は高プレティルト角を
なすように、それぞれの配向膜に配向処理が施されてい
る。他方の領域においては、アレイ基板側の配向膜と接
触する液晶分子は高プレティルト角をなし、カラーフィ
ルター基板側の配向膜と接触する液晶分子は低プレティ
ルト角をなすように、それぞれの配向膜に配向処理が施
されている。その結果、透明電極に電圧を印加した時
に、一方の領域においては液晶分子はカラーフィルター
基板側からアレイ基板側に向かって立上がり、他方の領
域においては液晶分子はアレイ基板側からカラーフィル
ター基板側に向かって立上がる。このようにして、透明
電極に電圧を印加した時に、液晶分子は2つの領域で上
下逆方向に立上がる。その結果、正反対の視野角特性が
1つの画素電極内で平均化されるため、視野角特性が向
上する。
【0006】上述のように、1つの画素電極内で異なる
プレティルト角からなる2つの液晶分子領域を有してい
る液晶表示素子を形成する液晶表示素子用配向膜の製造
方法としては、特開平05−210099号公報で示さ
れた配向処理方法を用いる液晶表示素子用配向膜の製造
方法が知られている。つまり、アレイ基板およびカラー
フィルター基板上にポリイミドからなる配向膜を形成し
た後、配向膜全面を一定方向にラビング処理し、次に、
配向膜に紫外線を部分的に照射する。紫外線が照射され
た配向膜はポリイミドが分解するため、照射されない配
向膜よりも液晶分子のプレティルト角が低下する。両基
板を対向させて配置する際、各基板の紫外線照射された
配向膜と、紫外線照射されない配向膜とが、画素電極上
で対向するように配置する。その結果、前述のように、
1つの画素電極内で異なるプレティルト角からなる2つ
の液晶分子領域を有している液晶表示素子が形成され
る。
【0007】しかしながら、この方法においては、分解
したポリイミドが容易に酸素と結合するため、紫外線を
照射した際に配向膜が酸化するという問題があった。そ
の結果、形成された液晶表示素子には以下のような問題
が生じていた。
【0008】(1)透明電極に交流電圧を印加して液晶
分子を配向させる際、酸化した配向膜に電荷が蓄積して
配向膜が帯電するため、交流電圧とは別に一定の電圧が
液晶に常時印加される。その結果、液晶に印加される電
圧の合計は交流の正と負の場合で異なることになるた
め、フリッカ−(コントラストのちらつき)が発生す
る。
【0009】(2)配向膜の帯電が著しくなると、透明
電極へ印加する電圧を切っても液晶分子が配向したまま
となり、焼付き(コントラストの残存)が発生する。 (3)紫外線照射による酸化状態が基板内でばらつくた
め、プレティルト角の低下も基板内でばらつく。その結
果、視野角の特性が基板内で不均一となる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、紫外
線照射により配向膜を酸化させることなく配向処理する
液晶表示素子用配向膜の製造方法を提供し、かつ、この
配向膜を用いた、フリッカーおよび焼付きが発生せず、
視野角の特性が均一に向上された液晶表示素子を提供す
るものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明においては、基板上に配向膜を形成し、配向
膜全面をラビング処理した後、酸素を実質的に含まない
環境(以下、無酸素環境という)下で配向膜の一部に紫
外線を照射することで配向処理を行い、液晶表示素子用
配向膜を製造することとした。
【0012】すなわち、本発明によれば、基板上に配向
膜を形成する工程、前記配向膜全面を一定方向にラビン
グ処理する工程、および、無酸素環境下で前記配向膜の
一部に紫外線を照射する工程とを含むことを特徴とする
液晶表示素子用配向膜の製造方法が提供される。
【0013】また、本発明によれば、前記無酸素環境
は、無酸素ガス雰囲気で構成されていることを特徴とす
る前記液晶表示素子用配向膜の製造方法が提供される。
また、本発明によれば、前記無酸素環境は、前記配向膜
に酸素遮断膜を形成することにより構成されていること
を特徴とする前記液晶表示素子用配向膜の製造方法が提
供される。
【0014】また、本発明によれば、対向する第1基板
および第2基板と、第1基板上に形成された第1配向膜
および第2基板上に形成された第2配向膜と、前記第1
配向膜および第2配向膜の間に挿入される液晶分子とを
具備し、第1配向膜に接する前記液晶分子と第2配向膜
に接する前記液晶分子とは同一方向に配向され、前記液
晶分子は第1領域の液晶分子と第2領域の液晶分子とに
分割され、第1領域の液晶分子が第1配向膜となすプレ
ティルト角は、第1領域の液晶分子が第2配向膜となす
プレティルト角よりも小さく、第2領域の液晶分子が第
2配向膜となすプレティルト角は、第2領域の液晶分子
が第1配向膜となすプレティルト角よりも小さい液晶表
示素子において、第1配向膜および第2配向膜は一定方
向にラビング処理されており、第1領域の液晶分子と接
する第1配向膜および第2領域の液晶分子と接する第2
配向膜は、前記配向膜全面が一定方向にラビング処理さ
れた後に、それぞれ無酸素環境下で紫外線を照射するこ
とにより配向処理されていることを特徴とする液晶表示
素子が提供される。
【0015】
【発明の実施の形態】本発明に係る液晶表示素子の形成
方法を以下に説明する。まず、アレイ基板およびカラー
フィルター基板上に配向膜を形成した後、この配向膜を
配向処理する。つまり、透明なアレイ基板上にTFT素
子および画素電極を形成し、ポリイミドからなる配向膜
を形成した後、この配向膜全面を一定方向にラビング処
理する。その後、無酸素環境下において、アレイ基板上
の配向膜の一部に紫外線を照射してポリイミドを分解す
る。カラーフィルターが形成された透明なカラーフィル
ター基板上にもポリイミドからなる配向膜を形成し、ラ
ビング処理した後、同様に無酸素環境下において紫外線
照射して配向処理する。
【0016】本発明においては、上述のように、無酸素
環境下にて配向膜に紫外線を照射するため、配向膜を形
成するポリイミドを酸化させることなく分解して配向膜
を製造することができる。
【0017】上記無酸素環境は、真空または酸素を実質
的に含まない無酸素ガス雰囲気により構成する、または
配向膜上へ酸素遮断膜を形成することにより構成するこ
とができる。無酸素ガス雰囲気は、乾燥窒素ガス、また
はアルゴンガス等の不活性ガスにより形成する。酸素遮
断膜は、PVA(ポリビニルアルコール)などにより形
成することができる。PVA膜の厚みとしては、酸素遮
断が十分に行われる程度に厚く、かつ紫外線を吸収しな
い程度に薄いことが好ましい。このような厚みとして
は、0.5〜1.0μmであることが好ましい。PVA
膜の厚みが0.5μm以下であると酸素遮断が十分でな
く、また1.0μm以上であると照射された紫外線を吸
収する。PVA膜は、紫外線照射後、水または温水によ
り容易に剥離・除去することができる。温水の温度とし
ては、70〜100℃であることが好ましい。なお、P
VA膜の剥離・除去は水よりも温水で行うことが好まし
い。その理由は、温水のほうがPVA膜の剥離時間が早
く、剥離性が良いからである。PVAは、紫外線照射
後、水または温水により容易に剥離することができるの
で配向膜へのダメージが少ない。
【0018】次に、上述のようにして配向処理された配
向膜を有するアレイ基板およびカラーフィルター基板
を、両基板上の配向膜のラビング方向を同じにして、一
定の隙間を持たせて張り合わせる。その際、各基板上の
紫外線照射された配向膜と紫外線照射されない配向膜と
を、画素電極上で対向させることにより、画素電極を配
向膜の状態が異なる2つの領域に分割する。つまり、一
方の領域においては、アレイ基板側の配向膜は紫外線照
射されており、カラーフィルター基板側の液晶分子は紫
外線照射されていないように配置する。また、他方の領
域においては、アレイ基板側の配向膜は紫外線照射され
ておらず、カラーフィルター基板側の配向膜は紫外線照
射されているように配置する。
【0019】張り合わせた2つの基板の間に液晶分子を
封入することにより、液晶表示素子を完成する。上述の
液晶表示素子の形成方法の一例として、紫外線照射中の
無酸素環境を、乾燥窒素ガスからなる無酸素ガス雰囲気
により構成する場合の形成方法を説明するための断面図
を図1に示す。
【0020】(1)配向膜を有するアレイ基板を作成す
る。つまり、図1(a)に示すように、ガラス基板から
なるアレイ基板1上に、TFT素子(図示せず)および
前記TFT素子に接続されたITO膜からなる画素電極
2を形成する。ポリイミドからなるアレイ側配向膜3、
前記TFT素子(図示せず)および画素電極2を覆うよ
うに、印刷式あるいはスピンコート式で形成する。アレ
イ側配向膜3の厚みは、たとえば80〜150nmであ
ることが好ましい。その後、アレイ側配向膜3を2回に
分けて焼成する。焼成温度は、1回目が80〜100
℃、2回目が180〜240℃であることが好ましい。
【0021】(2)アレイ側配向膜3をラビングする。
つまり、図1(b)に示すように、回転させたラビング
ロール4でアレイ側配向膜3上を一定方向に擦ることに
より、ポリイミド分子を並べる。この処理により、アレ
イ側配向膜3に接触する液晶分子のプレティルト角度を
4〜6度にする。
【0022】(3)乾燥窒素ガス5を流しながら、アレ
イ側配向膜3に紫外線6を照射する。つまり、図1
(c)に示すように、画素電極2の半分を覆う所定のパ
ターンを有するマスク7を介して、アレイ側配向膜3上
に光量約300mJ/cm2 の紫外線6を照射してポリ
イミドを分解する。その結果、紫外線6を照射されたア
レイ側配向膜3に接触する液晶分子のプレティルト角度
を、1度以下にする。
【0023】以上の(2)および(3)の処理により、
アレイ側配向膜3を、1度以下の低いプレティルト角に
液晶分子を配向する配向膜3aと、4〜6度の高いプレ
ティルト角に液晶分子を配向する配向膜3bとに分割す
る。
【0024】(4)配向膜を有するカラーフィルター基
板を作成する。つまり、上述の(1)〜(3)と同様な
方法により、紫外線照射されて1度以下の低いプレティ
ルト角に液晶分子を配向する配向膜と、紫外線照射され
ずに4〜6度の高いプレティルト角に液晶分子を配向す
る配向膜に分割された、カラーフィルター側配向膜を形
成する。
【0025】(5)アレイ基板1と前記カラーフィルタ
ー基板とを、両基板上の配向膜のラビング方向を同じに
して、各基板の紫外線照射された配向膜と紫外線照射さ
れない配向膜とが、画素電極上で対向するようにして張
り合わせる。そして両基板の隙間に液晶分子を封入する
ことにより、液晶表示素子を完成する。
【0026】前述の液晶表示素子の形成方法の他の例と
して、紫外線照射中の無酸素環境を、PVAからなる酸
素遮断膜を配向膜上へ形成することにより構成する場合
の形成方法を説明するための断面図を図2に示す。
【0027】(1)図2(a)に示すように、アレイ基
板1の上に画素電極2を形成し、さらにその上にアレイ
側配向膜3を形成する。これは、図1(a)に示した方
法と同様の方法にて行う。
【0028】(2)図2(b)に示すように、アレイ側
配向膜3をラビングする。これは、図1(b)に示した
方法と同様の方法にて行う。 (3)図2(c)に示すように、酸素遮断膜であるPV
A膜8を、アレイ側配向膜3の全面にスピンコート法な
どにより形成する。次に、PVA膜8を焼成する。焼成
温度は、70〜90℃であることが好ましい。
【0029】(4)PVA膜8の上から紫外線6を照射
する。つまり、図2(d)に示すように、図1(c)で
示した条件と同様の条件にて紫外線6を照射することに
より、画素電極2上の半分のアレイ側配向膜3のポリイ
ミドを分解する。以上の処理により、アレイ側配向膜3
を、1度以下の低いプレティルト角に液晶分子を配向す
る配向膜3aと、4〜6度の高いプレティルト角に液晶
分子を配向する配向膜3bに分割する。
【0030】(5)PVA膜8を水もしくは温水で剥離
・除去する。 (6)配向膜を有するカラーフィルター基板を作成す
る。つまり、上述の(1)〜(5)と同様な方法によ
り、紫外線照射されて1度以下の低いプレティルト角に
液晶分子を配向する配向膜と、紫外線照射されずに4〜
6度の高いプレティルト角に液晶分子を配向する配向膜
に分割されたカラーフィルター側配向膜を形成する。
【0031】(7)アレイ基板1と前記カラーフィルタ
ー基板とを、図1で行った説明と同様に張り合わせ、両
基板の隙間に液晶分子を封入することにより、液晶表示
素子を完成する。
【0032】上述のようにして形成された、本発明に係
る液晶表示素子の断面図を、図3に示す。液晶表示素子
は、対向するアレイ基板1およびカラーフィルター基板
9の間に液晶分子10が封入された構造をなす。
【0033】ガラスからなるアレイ基板1上には、TF
T素子(図示せず)および前記TFT素子に接続された
ITO膜からなる画素電極2が形成され、その上に、前
記TFT素子および画素電極2を覆うようにポリイミド
からなるアレイ側配向膜3が形成されている。
【0034】ガラスからなるカラーフィルター基板9上
には、画素電極2に対応したカラーフィルター(図示せ
ず)が形成され、その上に、ITO膜からなる共通電極
11が形成され、さらにその上に、ポリイミドからなる
カラーフィルター側配向膜12が形成されている。
【0035】アレイ側配向膜3と接触する液晶分子10
とカラーフィルター側配向膜12と接触する液晶分子1
0とは同一方向に配向されている。画素電極2は2つの
領域A、Bに分割されている。領域Aにおいては、液晶
分子10aはアレイ側配向膜3aと例えば1度以下の低
プレティルト角をなして接触し、カラーフィルター側配
向膜12aとは例えば4〜6度の高プレティルト角をな
して接触している。領域Bにおいては、液晶分子10b
は、アレイ側配向膜3bと例えば4〜6度の高プレティ
ルト角をなして接触し、カラーフィルター側配向膜12
bとは例えば1度以下の低プレティルト角をなして接触
している。
【0036】画素電極2および共通電極11に電圧を印
加すると、前述したように、領域Aの液晶分子10aと
領域Bの液晶分子10bとは上下逆方向に立上がる。そ
の結果、正反対の視野角特性が1つの画素電極内で平均
化されるため、向上した視野角特性が得られる。
【0037】アレイ側配向膜3およびカラーフィルター
側配向膜12は、それぞれアレイ基板1およびカラーフ
ィルター基板9上に形成された配向膜の全面を、同一方
向にラビング処理することにより配向処理されている。
その結果、両配向膜と接触する液晶分子10は同一方向
に配向される。
【0038】アレイ側配向膜3およびカラーフィルター
側配向膜12のうち、液晶分子が低プレティルト角で接
触している部分の配向膜3a、12bは、前記ラビング
処理の後に無酸素環境下で紫外線を照射することにより
配向処理されている。紫外線照射によりポリイミドが分
解するため、配向膜3a、12bは、紫外線照射されな
い配向膜3b、12aよりも液晶分子のプレティルト角
が低下している。
【0039】紫外線照射は無酸素環境下で行われている
ため、分解したポリイミドは酸素と結合しておらず、ア
レイ側の配向膜3aおよびカラーフィルター側の配向膜
12bはどちらも酸化していない。その結果、画素電極
2および共通電極11に交流電圧を印加して液晶分子1
0を配向させる際に、配向膜3a、12bに電荷が蓄積
することはなく配向膜3a、12bは帯電しない。その
ため、液晶分子10に印加される電圧は交流電圧のみと
なり、印加電圧の合計は交流の正と負の場合で同じとな
るため、フリッカ−が発生しない。また、配向膜3a、
12bは帯電しないため、画素電極2および共通電極1
1へ印加する電圧を切れば液晶分子10は配向せず、従
って焼付きは発生しない。さらに、紫外線照射によるプ
レティルト角の低下はアレイ基板1およびカラーフィル
ター基板9内で均一であるため、視野角の特性も基板内
で均一に向上している。
【0040】
【発明の効果】以上、詳述したように、本発明において
は、紫外線照射により配向膜を酸化させることなく配向
処理する液晶表示素子用配向膜の製造方法を提供し、か
つ、この配向膜を用いた、フリッカーおよび焼付きが発
生せず、視野角の特性が均一に向上された液晶表示素子
を提供することができる。その結果、大型の液晶ディス
プレイやフルカラーの液晶ディスプレイの性能を向上さ
せる等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る液晶表示素子の製造方法の一例を
示す断面図。
【図2】本発明に係る液晶表示素子の製造方法の他の例
を示す断面図。
【図3】本発明に係る液晶表示素子を示す断面図。
【符号の説明】
1…アレイ基板、 2…画素電極、 3、3a、3b…アレイ基板側配向膜、 4…ラビングロール、 5…乾燥窒素ガス、 6…紫外線、 7…マスク、 8…PVA膜、 9…カラーフィルター側基板、 10、10a、10b…液晶、 11…共通電極、 12、12a、12b…カラーフィルター側配向膜。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上に配向膜を形成する工程、前記配
    向膜全面を一定方向にラビング処理する工程、および、
    無酸素環境下で前記配向膜の一部に紫外線を照射する工
    程とを含むことを特徴とする液晶表示素子用配向膜の製
    造方法。
  2. 【請求項2】 前記無酸素環境は無酸素ガス雰囲気によ
    り構成されていることを特徴とする請求項1記載の液晶
    表示素子用配向膜の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記無酸素環境は前記配向膜上に酸素遮
    断膜を形成することにより構成されていることを特徴と
    する請求項1記載の液晶表示素子用配向膜の製造方法。
  4. 【請求項4】 対向する第1基板および第2基板と、第
    1基板上に形成された第1配向膜および第2基板上に形
    成された第2配向膜と、前記第1配向膜および第2配向
    膜の間に挿入された液晶分子とを具備し、 第1配向膜に接する前記液晶分子と第2配向膜に接する
    前記液晶分子とは同一方向に配向され、 前記液晶分子は第1領域の液晶分子と第2領域の液晶分
    子とに分割され、 第1領域の液晶分子が第1配向膜となすプレティルト角
    は、第1領域の液晶分子が第2配向膜となすプレティル
    ト角よりも小さく、 第2領域の液晶分子が第2配向膜となすプレティルト角
    は、第2領域の液晶分子が第1配向膜となすプレティル
    ト角よりも小さい液晶表示素子において、 第1配向膜および第2配向膜は一定方向にラビング処理
    されており、 第1領域の液晶分子と接する第1配向膜および第2領域
    の液晶分子と接する第2配向膜は、前記配向膜全面が一
    定方向にラビング処理された後に、それぞれ無酸素環境
    下で紫外線を照射することにより配向処理されているこ
    とを特徴とする液晶表示素子。
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