JPH09160021A - 液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示装置

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JPH09160021A
JPH09160021A JP7321394A JP32139495A JPH09160021A JP H09160021 A JPH09160021 A JP H09160021A JP 7321394 A JP7321394 A JP 7321394A JP 32139495 A JP32139495 A JP 32139495A JP H09160021 A JPH09160021 A JP H09160021A
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JP
Japan
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liquid crystal
crystal display
display device
retardation film
voltage
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JP7321394A
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English (en)
Inventor
Shoichi Ishihara
將市 石原
Hiroshi Kubota
浩史 久保田
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、捻れネマティック型液晶表示素子
に関するもので、低電圧駆動可能な液晶表示素子を提供
する。 【解決手段】 位相差dΔnが0.50μm以上であ
り、光拡散板を有するTN型液晶表示素子、あるいは捻
れ位相差フィルム又は一軸性位相差フィルムを積層した
TN型液晶表示素子、あるいは、液晶の捻れ角が92゜
〜100゜、液晶のカイラルピッチが80μm以上、液
晶のプレチルト角が3゜以下であるTN型液晶表示素子
であるため、NI点が高く、粘度の低い液晶材料を用い
ながらも3V駆動可能な低電圧液晶表示素子を達成出来
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、消費電力の少ない
液晶表示装置に関するものである。さらに詳しくは、駆
動電圧振幅の小さな液晶表示装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】液晶表示素子は、薄型で軽量、かつ低消
費電力のディスプレイ素子であり、テレビやビデオなど
の画像表示装置や、ワープロ、パソコンなどのOA機器
に広く用いられている。
【0003】特に、最近では、携帯型ノートパソコンや
ビデオカメラ、PHS、PDA用途向けに、低消費電力
化が強く要請されている。
【0004】この低消費電力化は、低電圧駆動ICの開
発と相俟って、低価格化、EMIの低減、機器の小型化
にもつながり、種々の方策が検討されてきている。
【0005】低消費電力化の手法には、(イ)バックライ
トの効率アップ(ランプ効率または導光性の向上な
ど)、(ロ)パネル透過率の向上(偏光板・カラーフィル
タの光透過率向上、画素開口率の向上など)、(ハ)駆動
・回路系の改善による低消費電力化、(ニ)パネル光学設
計及び液晶材料改良による駆動電圧振幅低減などがあ
る。
【0006】改善効果としては、バックライトの効率ア
ップ、駆動・回路系の改善による効果が大きいが、低価
格化、EMIの低減の観点から液晶層駆動電圧振幅の低
減も不可欠である。
【0007】上記駆動電圧振幅の低減の方法としては、
一般には液晶材料の低閾値電圧化が有効な方法であり種
々の液晶材料が提案されているが、誘電率異方性Δεが
大きくなり液晶粘性が増大するため、液晶相のNI点を
高く保ったままで高速応答化を図ることは容易ではな
い。
【0008】一方、液晶層の捻れ角を大きくするにつれ
て液晶パネルの電圧−透過率特性が急峻になり、駆動電
圧振幅が低減することは知られているが、充分なコント
ラストを確保することは容易ではない。
【0009】また、液晶層中に高分子材料、あるいは微
粒子を分散させた材料系を用いることにより前記電圧−
透過率特性を急峻にする試み(例えば、特開平7−56
145)も為されているが、信頼性課題が存在する。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】以上示してきたよう
に、液晶表示素子の駆動電圧振幅を低減する方法につい
ては、液晶−高分子複合体を用いる方法を始めとして複
数の取り組みが並行して進められているが、効果が大き
く、画像品質・パネル信頼性を損なうことの少ない方法
はまだ提案されていない。
【0011】本発明は、閾値電圧が高い液晶材料を用
い、低電圧で駆動でき、パネル信頼性が高い液晶表示装
置の提供を目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】内面に透明電極を有する
二枚の透光性基板間に液晶層を挟持してなる捻れネマテ
ィック型(以下、TN型と称する)液晶表示素子におい
て、前記液晶層の層厚dと屈折率異方性Δnとの積dΔ
nが0.50μm以上であるとともに、前記液晶表示素
子の観察者側に少なくとも1枚の光拡散板を含む液晶表
示装置、あるいはTN型液晶表示素子と位相差フィルム
とを含む液晶表示素子において、前記位相差フィルムの
一方の側の表面層の主軸方位と、他方の側の表面層の主
軸方位とが直交配置をしており、前記主軸方位が、一方
の側から他方の側に向けて液晶層の捻れ方向とは逆方向
に連続的に捻れており、前記主軸方位が、前記位相差フ
ィルム表面層ではフィルム表面に略平行であり、前記位
相差フィルム中央部ではフィルム表面に略垂直であり、
隣接する前記液晶表示素子の液晶分子配向方位と前記位
相差フィルムの主軸方位とが直交していることを特徴と
する液晶表示装置を用いる。
【0013】また、TN型液晶表示素子と一軸性位相差
フィルムとを含む液晶表示素子において、前記一軸性位
相差フィルムの主軸方位が、前記一軸性位相差フィルム
法線に対して1゜〜10゜傾斜しており、前記液晶表示
素子の主視角方位と直交していることを特徴とする液晶
表示装置、あるいは液晶の捻れ角が92゜〜100゜、
液晶のカイラルピッチが80μm以上、液晶のプレチル
ト角が3゜以下であるTN型液晶表示装置を用いる。
【0014】
【発明の実施の形態】TN型液晶表示素子における電圧
−透過率特性は、液晶層の位相差dΔnに大きく依存す
る。図1は、異なる位相差を有する液晶表示素子の電圧
−透過率特性を表したものである。
【0015】電圧印加により液晶層が動き出す電圧(い
わゆるフレデリックスの閾値電圧)はほぼ同じであるた
め、表示素子透過率を規格化した場合、電圧無印加時の
液晶層の位相差が大きければ大きいほど、見かけ上、電
圧−透過率特性は急峻になる。
【0016】第1の発明は、この効果を利用したもので
ある。しかしながら、一般に液晶層の位相差が大きくな
ると、表示素子の視角特性が低下することが知られてい
る。これに対して本発明は、出射光側に拡散板を配設
し、液晶表示素子の視角依存性を解消したものである。
【0017】第2の発明は、電圧−透過率特性における
高電圧側での透過率変化の急峻化を目的としたものであ
る。印加電圧が光学的閾値電圧から光学的飽和電圧程度
の大きさの場合には、印加電圧に応じて表示素子透過率
も変化していくが、印加電圧が光学的飽和電圧を越える
と、印加電圧に対する表示素子の透過率変化は急激に小
さくなる(図1参照)。
【0018】これは、配向膜表面近傍の液晶層が、配向
膜の束縛により充分その捻れ構造が解けないためと考え
られる。
【0019】本発明は、この黒表示領域での液晶表示素
子の残留位相差を、捻れ位相差フィルムにより補償する
ことにより、高電圧領域での電圧−透過率特性のなまり
を低減させたものである。
【0020】高電圧印加時の液晶層の分子配向状態と捻
れ方向が逆の位相差フィルムを用いることにより、前記
残留位相差を補償することが出来る。
【0021】また、第3の発明は、前記残留位相差を一
軸性フィルムで補償したものである。
【0022】一方、液晶表示素子の電圧−透過率特性の
急峻性を上げるには、液晶捻れ角を増大させれば良いこ
とは知られているが、コントラスト低下、着色等の問題
から大幅な液晶捻れ角の増大は不可能である。
【0023】第4の発明は、液晶捻れ角の増大による電
圧−透過率特性の急峻化と、液晶表示素子駆動における
閾値電圧の低減による急峻化とを組み合わせたものであ
る。
【0024】カイラルピッチの増加あるいはプレチルト
角の低減は、それぞれ高電圧領域および低電圧領域での
急峻化をもたらし、何れも駆動電圧振幅の低減につなが
るものである。
【0025】以下に実施の態様を図面を用いて詳細に説
明する。以下の実施例において、駆動電圧振幅ΔVは最
大光透過率を100%、最小光透過率を0%と規格化し
た電圧−透過率曲線において、光透過率1%の駆動電圧
V1から光透過率99%の駆動電圧V99を引いた値で
もって定義した。
【0026】本実施例では、実験の便宜上、透明電極を
有する2枚のガラス基板間に液晶を挟持した評価セルに
てΔV評価を行ったが、アクティブマトリクス型液晶表
示素子において充分なコントラストを得るためには、I
C出力ばらつき等の駆動電圧裕度を考慮に入れると、評
価セルでのΔV<2.0Vが望ましい。
【0027】(実施例1)図2は本発明の第1の液晶表
示素子の構成図である。透明電極を有する2枚のガラス
基板22、26上に、日本合成ゴム(株)製ポリイミド
配向膜塗料AL−1057(4.0wt.%、γ−ブチ
ロラクトン溶液)をスピンコート法にて塗布し、200
℃、30分の硬化条件にて硬化させた。
【0028】その後、主視角方向がパネル下方になるよ
うに、図3の如く、捻れ角ω=90゜でラビング32、
34を施した後、このラビング処理を施した2枚のガラ
ス基板22、26を、ガラススペーサー24であるミク
ロパール(積水ファインケミカル(株)製)を用いて種
々の間隔に貼り合わせた。
【0029】次に、カイラル材料としてコレステリルノ
ナノエートを0.25wt.%添加したメルク社製液晶
MLC9000−100/MLC9100−000等量
混合物(NI点=91℃、Δn=0.0995)を、真
空注入法を用いてガラス基板間に注入し、液晶層厚の異
なる種々の液晶パネル29を作成した。
【0030】その後、図3に示すように、偏光板21、
27をお互いの偏光軸が直交するように液晶パネル29
に貼合し、更に観察者側の偏光板21上に光拡散板20
を置き、それぞれの液晶層厚dの異なる液晶表示素子A
〜Eを作成した。
【0031】次に、常法に従い、本発明の液晶表示素子
の電圧−透過率特性を30Hz矩形波を印加しながら測
定した。
【0032】(表1)に20℃における各液晶表示素子
の位相差dΔnと閾値電圧、飽和電圧、および駆動電圧
振幅ΔVを示す。
【0033】
【表1】
【0034】(表1)より明らかなように、本発明液晶
表示素子D、Eは液晶材料の誘電率異方性Δεを大きく
することなく低電圧駆動が可能であり、NI点が高く、
粘度の低い液晶材料を用いることが出来、その実用的価
値は極めて高い。
【0035】また、本発明は観察者側に光拡散板を配置
しているため、高dΔnにもかかわらず優れた視角特性
が観測された。
【0036】dΔnを大きくするにつれて駆動電圧振幅
は小さくなるが、位相差dΔnが0.6μmを越えると
液晶表示素子輝度の低下が大きくなるため、実用的な位
相差としては0.5μm〜0.6μmが好ましい。
【0037】本実施例では測定の便宜上、単純マトリク
ス型液晶表示素子を用いたが、基板上に多数のアクティ
ブ素子を配置したアクティブマトリクス型液晶表示素子
でも良いことは言うまでもない。
【0038】また、液晶パネルに垂直に光が入射するよ
う、入射光側にプリズムシート等の導光板を設けても良
い。
【0039】(実施例2)図4は本発明の第2の液晶表
示素子の構成図である。透明電極を有する2枚のガラス
基板42、46上に、日本合成ゴム(株)製ポリイミド
配向膜塗料AL−1057(4.0wt.%、γ−ブチ
ロラクトン溶液)をスピンコート法にて塗布し、200
℃、30分の硬化条件にて硬化させた。
【0040】その後、主視角方向がパネル下方になるよ
うに、図5の如く、ω=90゜の捻れ角でラビングを施
した後、このラビング処理を施した2枚のガラス基板4
2、46を、ガラススペーサー44であるミクロパール
(積水ファインケミカル(株)製)を用いて5μmの間
隔に貼り合わせた。
【0041】次に、左捻れカイラル材としてコレステリ
ルノナノエートを0.26wt.%含有するチッソ
(株)製液晶MT−5076LA(NI点=92℃、Δ
n=0.083)を、真空注入法を用いてガラス基板間
に注入し、液晶パネル49を作成した。
【0042】その後、図5に示されるように隣接する位
相差フィルムの主軸と液晶パネルのラビング方向(配向
容易軸)とが直交するように、位相差フィルム41を配
置し、さらに偏光板40、47をお互いの偏光軸が直交
するように液晶パネル49に貼合し液晶表示素子Fを作
成した。
【0043】位相差フィルム41は、フィルムの一方の
表面での主軸方向と他方の表面での主軸方向とが90゜
の角度をなしており、この軸方位は、一方の表面から他
方の表面に向けて連続的に右廻りに90゜捻れており、
フィルム中央部での主軸はフィルム表面に対してほぼ垂
直となっている。またフィルムの位相差は、波長545
nmの光に対して60nmであった。
【0044】次に、実施例1と同様の方法にて閾値電
圧、飽和電圧、及び駆動電圧振幅を測定したところ、閾
値電圧は1.24V、飽和電圧は2.15V、駆動電圧
振幅ΔVは1.85Vであった。
【0045】一方、比較例として位相差フィルムを含ま
ないこと以外は実施例2と全く同様の液晶表示素子Gを
作成した。実施例1と同様の方法にて閾値電圧、飽和電
圧、及び駆動電圧振幅を測定したところ、閾値電圧は
1.33V、飽和電圧は2.40V、駆動電圧振幅ΔV
は2.20Vであった。
【0046】本発明液晶表示素子Fで用いた位相差フィ
ルム41は、電圧印加時の液晶パネル49での残留位相
差を補償する働きを有しており、液晶パネル49の電圧
−透過率特性を急峻にする効果がある。
【0047】本発明液晶表示装置は、閾値電圧の比較的
高い液晶材料を用いながらも、3V駆動を可能にせしめ
るものであり、高NI点を有する液晶材料を使うことが
でき、その実用的価値は大きい。
【0048】また、本実施例2で用いた位相差フィルム
は、高分子液晶と光硬化性樹脂との混合物を透光性基板
間に挟持し、高温・高電界下で配向させながら光硬化さ
せることにより作成した。
【0049】(実施例3)図6は本発明の第3の液晶表
示素子の構成図である。透明電極を有する2枚のガラス
基板62、66上に、日本合成ゴム(株)製ポリイミド
配向膜塗料AL−1057(4.0wt.%、γ−ブチ
ロラクトン溶液)をスピンコート法にて塗布し、200
℃、30分の硬化条件にて硬化させた。
【0050】その後、主視角方向がパネル下方になるよ
うに、図7の如く、ω=90゜の捻れ角でラビングを施
した後、このラビング処理を施した2枚のガラス基板6
2、66を、ガラススペーサー64であるミクロパール
(積水ファインケミカル(株)製)を用いて5μmの間
隔に貼り合わせた。
【0051】次に、カイラル材としてコレステリルノナ
ノエートを0.25wt.%含有したチッソ(株)製液
晶MT−5076LA(NI点=92℃、Δn=0.0
83)を、真空注入法を用いてガラス基板間に注入し、
液晶パネル69を作成した。
【0052】その後、図7に示されるように、位相差フ
ィルムの主軸と液晶パネルの主視角方向とが直交するよ
うに、位相差フィルム61を配置し、さらに偏光板6
0、67をお互いの偏光軸が直交するように液晶パネル
69に貼合し液晶表示素子Hを作成した。
【0053】位相差フィルム61の主軸方位は、フィル
ム法線に対して3゜傾斜しており、その位相差は波長5
45nmの光に対して45nmであった。
【0054】次に、実施例1と同様の方法にて閾値電
圧、飽和電圧、及び駆動電圧振幅を測定したところ、閾
値電圧は1.28V、飽和電圧は2.17V、駆動電圧
振幅ΔVは1.90Vであった。
【0055】本発明液晶表示素子Hで用いた位相差フィ
ルム61は、電圧印加時の液晶パネル69での残留位相
差を補償する働きを有しており、液晶パネル69の電圧
−透過率特性を急峻にする効果がある。
【0056】本実施例で用いた位相差フィルムの主軸方
位は、位相差フィルム法線に対して3゜の傾斜をなして
いるが、1゜〜10゜の角度であれば適格である。即
ち、1゜未満の場合には効果が認められず、10゜を越
えるとコントラストの低下、及び着色による画像品質の
低下が問題となってくる。
【0057】本発明液晶表示装置は閾値電圧の比較的高
い液晶材料を用いながらも、3V駆動を可能にせしめる
ものであり、高NI点を有する液晶材料を使うことがで
き、その実用的価値は大きい。
【0058】また、本実施例3で用いた位相差フィルム
は、高分子液晶と光硬化性樹脂との混合物を透光性基板
間に挟持し、高温・高電界下で配向させながら光硬化さ
せることにより作成した。
【0059】(実施例4)図8は本発明の第4の発明で
ある液晶表示装置の構成図である。液晶パネル89は実
施例1と同様に、以下の方法にて作成した。透明電極を
有する2枚のガラス基板82、86上に、種々の配向膜
塗料をスピンコート法にて塗布し、200℃、30分の
硬化条件にて硬化させた。
【0060】その後、主視角方向がパネル下方になるよ
うに、図9の如く、捻れ角ω=92度でラビング92、
94を施した後、このラビング処理を施した2枚のガラ
ス基板82、86を、ガラススペーサー84であるミク
ロパール(積水ファインケミカル(株)製)を用いて5
μmの間隔に貼り合わせた。
【0061】次に、カイラル材コレステリルノナノエー
トの添加割合を変え、カイラルピッチを変化させたメル
ク社製液晶MLC9000−000を、真空注入法を用
いてガラス基板間に注入し、液晶パネル89を作成し
た。
【0062】その後、図9に示すように、偏光板81、
87をお互いの偏光軸が直交するように液晶パネル89
の前後に貼合し、液晶表示素子I〜Xを作成した。
【0063】(表2)に作成した液晶表示素子I〜Xの
プレチルト角と注入液晶のカイラルピッチの関係を示
す。
【0064】
【表2】
【0065】次に、実施例1と同様の方法にて各液晶表
示素子の駆動電圧振幅ΔVを測定した。結果を(表3)
に示す。
【0066】
【表3】
【0067】(表3)からも明らかなように、プレチル
ト角が3゜以下であり、カイラルピッチが80μm以上
の本発明の液晶表示素子は、駆動電圧振幅ΔVが2.0
V以下であり、低消費電力液晶表示素子実現には極めて
有用である。
【0068】(実施例5)実施例4と同様にして液晶捻
れ角の異なる液晶パネルを以下の方法にて作成した。パ
ネル構成は図8と同一である。まず、透明電極を有する
2枚のガラス基板82、86上に、日産化学工業(株)
製ポリイミド配向膜塗料RN−707(4.0wt.
%、NMP溶液)をスピンコート法にて塗布し、200
℃、30分の硬化条件にて硬化させた。
【0069】その後、主視角方向がパネル下方になるよ
うに、種々の液晶捻れ角ωでラビングを施した後、この
ラビング処理を施した2枚のガラス基板82、86を、
ガラススペーサー84であるミクロパール(積水ファイ
ンケミカル(株)製)を用いて5μmの間隔に貼り合わ
せた。
【0070】次に、左捻れカイラル材としてコレステリ
ルノナノエートを用い、カイラルピッチが90μmとな
るように調製したチッソ(株)製液晶MT−5071L
Aを真空注入法を用いてガラス基板間に注入し、液晶パ
ネル89を作成した。
【0071】その後、図9に示すように、お互いの偏光
軸が直交するように偏光板81、87を液晶パネル89
の前後に貼合し、液晶表示素子α、β、γを作成した。
【0072】その後、実施例1と同様の方法にて閾値電
圧、飽和電圧、駆動電圧振幅を測定した。結果を(表
4)に示す。
【0073】
【表4】
【0074】また、別途作成したホモジニアス液晶セル
により、液晶材料のプレチルト角を測定したところ3゜
であった。
【0075】実施例4及び実施例5より明らかなよう
に、本発明液晶表示素子は駆動電圧振幅の小さい液晶表
示素子を提供するものであり、その実用的価値は大き
い。
【0076】プレチルト角が3゜以下の時、カイラルピ
ッチが120μmを越える場合や、液晶捻れ角が100
゜を越える場合には、逆ツイストドメインが発生しやす
くなるため実用的ではない。
【0077】
【発明の効果】本発明液晶表示素子は、比較的閾値電圧
の高い液晶材料を用いながらも3V駆動可能な液晶表示
素子を提供するものであり、NI点が高く、粘度の低い
液晶材料を用いた低電圧液晶表示素子を提供することが
可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】TN型液晶表示素子における電圧−透過率特性
と位相差dΔnの関係を説明するための図
【図2】本発明液晶表示素子の第1の構成例を示すため
の図
【図3】本発明液晶表示素子における偏光板の偏光軸
と、配向膜ラビング方向との関係を説明するための図
【図4】本発明液晶表示素子の第2の構成例を示すため
の図
【図5】本発明液晶表示素子における偏光板の偏光軸
と、配向膜ラビング方向と、位相差フィルム主軸方向と
の関係を説明するための図
【図6】本発明液晶表示素子の第3の構成例を示すため
の図
【図7】本発明液晶表示素子における偏光板の偏光軸
と、配向膜ラビング方向と、位相差フィルム主軸方向と
の関係を説明するための図
【図8】本発明液晶表示素子の第4の構成例を示すため
の図
【図9】本発明液晶表示素子における偏光板の偏光軸
と、配向膜ラビング方向との関係を説明するための図
【符号の説明】
10 dΔn=0.58μmの時の電圧−透過率特性 11 dΔn=0.47μmの時の電圧−透過率特性 12 dΔn=0.58μmの液晶表示素子の駆動電圧
振幅 13 dΔn=0.47μmの液晶表示素子の駆動電圧
振幅 20 光拡散板 21、27、40、47、60、67、81、87 偏
光板 22、26、42、46、62、66、82、86 ガ
ラス基板 23、25、43、45、63、65、83、85 配
向膜 24、44、64、84 スペーサー 28、48、68、88 液晶 29、49、69、89 液晶パネル 31、51、71、91 上側基板偏光板の偏光軸方向 32、52、72、92 上側基板のラビング方向 33、53、73、93 下側基板偏光板の偏光軸方向 34、54、74、94 下側基板のラビング方向 35、55、75、95 液晶捻れ角 41、61 位相差フィルム 56、57、77 位相差フィルムの主軸方向 76 主視角方向

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】内面に透明電極を有する二枚の透光性基板
    間に液晶層を挟持してなる捻れネマティック型液晶表示
    素子において、前記液晶層の層厚dと屈折率異方性Δn
    との積dΔnが0.50μm以上であるとともに、前記
    液晶表示素子の観察者側に少なくとも1枚の光拡散板を
    含む液晶表示装置。
  2. 【請求項2】捻れネマティック型液晶表示素子と位相差
    フィルムとを含む液晶表示素子において、前記位相差フ
    ィルムの一方の側の表面層の主軸方位と他方の側の表面
    層の主軸方位が直交配置をしており、前記主軸方位が一
    方の側から他方の側に向けて液晶層の捻れ方向とは逆方
    向に連続的に捻れており、前記主軸方位が前記位相差フ
    ィルム表面層ではフィルム表面に略平行であり、前記位
    相差フィルム中央部ではフィルム表面に略垂直であり、
    隣接する前記液晶表示素子の液晶分子配向方位と前記位
    相差フィルムの主軸方位とが直交していることを特徴と
    する液晶表示装置。
  3. 【請求項3】捻れネマティック型液晶表示素子と一軸性
    位相差フィルムとを含む液晶表示素子において、前記一
    軸性位相差フィルムの主軸方位が、前記一軸性位相差フ
    ィルム法線に対して1゜〜10゜傾斜し、前記液晶表示
    素子の主視角方位と直交していることを特徴とする液晶
    表示装置。
  4. 【請求項4】液晶の捻れ角が92゜〜100゜、液晶の
    カイラルピッチが80μm以上、液晶のプレチルト角が
    3゜以下である捻れネマティック型液晶表示素子を含む
    液晶表示装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100500690B1 (ko) * 2002-01-18 2005-07-12 비오이 하이디스 테크놀로지 주식회사 San 모드 액정표시소자

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KR100500690B1 (ko) * 2002-01-18 2005-07-12 비오이 하이디스 테크놀로지 주식회사 San 모드 액정표시소자

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