JPS61219933A - 液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示装置

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JPS61219933A
JPS61219933A JP60061169A JP6116985A JPS61219933A JP S61219933 A JPS61219933 A JP S61219933A JP 60061169 A JP60061169 A JP 60061169A JP 6116985 A JP6116985 A JP 6116985A JP S61219933 A JPS61219933 A JP S61219933A
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JP
Japan
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liquid crystal
axis
substrate
degrees
orientation
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JP60061169A
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Yasushi Suzuki
康 鈴木
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Citizen Watch Co Ltd
Original Assignee
Citizen Watch Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、液晶表示装置に関し、特に視野角特性の改良
に関するものである。
〔従来の技術〕
近年、液晶表示装置をOA機器のディスプレイとして使
用することが検討されており、これに伴って液晶セルの
大型化と多分割化が益々要求されるようKなった。現在
、広(使用されているツィステッド・ネマチック形液晶
表示装置(以下TNセルと略記する)は、CRT等に比
べてコントラスト及び視野角特性が劣るものである。さ
らに前述のごと<OA機器用として大型化すると、表示
面に対する視線方向が広がるため一層視野角特性の狭さ
が問題となり、更に多分割化によって表示駆動デユーテ
ィが低下することに伴うコントラストの悪化が重なって
、一層表示品位を悪いものとしていた。
上記の如くTNセルを用いた液晶表示装置に於いては、
大型化に伴りて視野角特性とコントラスト特性の2つの
特性が問題となっ【おり、これらの特性はいずれも、液
晶物質によってほぼ決定されることが知られている。即
ち視野角特祥を改良するためKは、複屈折Δnの小さな
液晶物質が求められるが、逆にコントラストの向上につ
いては、Δnが大きいことが必要であり、両特性を同時
に満足するような液晶物質は現在の所存在しない。
そこで現在製品化されている液晶表示装置は、コントラ
スト特性の方を優先させてΔnの大きい液晶物質を選定
し、最適コントラストを与える視野角を使用頻度の高い
方向だけに限定しているのが実状である。
例れば、現在市販されている使用頻度の高い液晶材料の
一例としては、高コントラスト用としてΔn二Q、13
〜0.15、視野角範囲10a〜35°、コントラスト
比が8のものが、又広視野角用としてはΔn=o、os
 〜0.10.視野角範囲10°〜40°、コントラス
ト比6のものがあるが、多分割大型表示装置にはもっば
ら高コントラスト用の液晶材料が用いられている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかるにOA機器用のディスプレイとしては、その使用
状況として縦型や横型のものがあるが、特に縦型のもの
に大型液晶表示装置を使用した場合には、その表示面を
正面方向より見ろことになるため前述した液晶表示装置
特有の視野角特性の悪さが問題となる。すなわち高コン
トラスト用液晶材料を用いた多分割液晶表示装置の場合
、その最適コントラストを与える視野角特性は表示面の
法線方向から優先方向に対して10°−35°の範囲で
あり、したがって表示面を正面方向から見た場合には表
示パターンの認識が著しく困難となり、この傾向は分割
数の増加に伴って増長されることは前述の通りである。
したがって大型液晶表示装置をOA機器用のデ、fスプ
レィとして使用するためには、表示面九対する視線方向
が広くなることに対する対策として表示装置全体として
の視野角特性を改善する必要があり、更に縦型ディスプ
レイとして使用するための対策として最適コントラスト
を与える視野角範囲を表示面の法線方向から0°を含む
範囲に移動させること、すなわち表示面の正面方向を最
適コントラスト方向とすることが必要となる。
そして現在、この正面方向を最適コントラスト方向とす
るために次の2種類の方法が提案されている。
第1の方法は、液晶表示装置への印加電圧を高くするこ
とによって強制的に正面方向を最適コントラスト方向と
するものであるが、この方法を用いた場合には、全体的
に黒ずんだ表示状態になるとともに、その最適コントラ
ストを与える視野角範囲が通常使用の10°〜35°の
場合に比して著しく狭くなるという表示上の欠点があり
、更に印加電圧を高(したことによる消費電流の増加や
、液晶セルの劣化等、装置構成上の問題点がある。
又第2の方法は、液晶表示装置の視野角範囲は従来のま
まとし、表示面の上部忙フレネルレンズ壓のプリズムを
重ねて配設することKより前記表示面の視野角範囲から
得られる最適コントラストの表示パターンをプリズムに
よって正面方向に導出するものであるが、この方法はフ
レネルレンズと液晶セルの電極パターンとの位置が正確
に合致していないと、表示光の散乱やノイズ光の混入に
よって表示図型の乱れやコントラストの著しい低下を生
ずることになり、この正確な位置合わせは極めて困難で
あるため現状では実用レベルには程遠いものである。
本発明は以上のような問題点を解消させ、全体的に視野
角特性を改善するとともに、正面方向を最適コントラス
ト方向とする多分割大型液晶セルを提供することを目的
とする。
〔問題点を解決するための手段〕
上記問題点を解決するための本発明に於ける構成は、各
々、略直交する配向処理を施した上下透明基板間にネマ
チック液晶を封入した液晶セルの上下に2枚の偏光板を
、各々の吸収軸を略並行にして配置し、かつ前記液晶セ
ルの上基板と上偏光板間に前記上基板に施された配向に
よって決定される液晶分子の配向軸と35〜45度の範
囲をなす方向に光学的弾性軸を有する如く、位相差板を
配設し、更に下基板と下偏光板間に、前記下基板に施さ
れた配向によって決定される液晶分子の配向軸に対して
一10〜O度の範囲内に光学的弾性軸を有する如く位相
差板を配設したことを特徴とする。
〔実施例〕
以下図面にもとづき、本発明の詳細な説明する。
(第1実施例) 第3図は、本発明による反射型液晶表示セルの断面図と
基板間における液晶分子の配向を示している”。図中A
は上基板であり、ポリイミド膜等の配向膜2を備えた透
明ガラス基板1により構成されている。Bは下基板であ
り、やはりポリイミド膜等の配向膜3を備えた透明ガラ
ス基板4により構成されている。
前記上基板Aは分子が紙面に対して平行に配向するよう
に、又、下基板Bは、分子が紙面に対1−て垂直に配向
するような処理がラビングにより、各々施されている。
5は前記上基板Aおよび下基板Bの間に注入された液晶
物質を示し、その分子は図に示した如く、各基板は対し
て±2〜5度の範囲内で平行配向し、かつ、下基板B直
上の分子の長軸方向と1基板A直下の分子の長軸方向と
は、±10度の範囲内でほぼ直交して(・る。
6および7はそれぞれ下基板Bの下側および上基板Aの
上側に配設される下偏光板および上偏光板を表している
8は下偏光板6の下に配設された反射板を、9は上偏光
板7と上基板への間に配設された第1位相差板、また1
0は下偏光板6と下基板Bの間に配設された第2位相差
板を示す。
上記構成は本発明における反射型液晶表示装置を示すも
のであるが、本発明を透過型として使用する場合には、
前記反射板8が不必要となることは明白である。
次に、第3図に示す本発明液晶セルの具体的構成を説明
する。
上基板人および下基板8間のギャップは9μm、表示部
がI X 1 cmのテストパターンを使用し、配向膜
2.6は、ポリイミドを膜厚900Aで塗布した後、ラ
ビング処理を行い、そのラビング角度は略90度とした
使用液晶は複屈折Δn=0.15の高コントラスト液晶
を用いた。
また第1および第2位相差板9.10としては、厚さ4
0μm、レターデーション200±20mμの透明シー
トを使用し、偏光板6.7は、単体透過率43%厚さ1
20μmのものを使用した。
なお上記第1および第2位相差板9.10の最適レター
デーションを求めるにあたり、その値を50mμならs
ooomμまで変化させ、その表示特性を測定した結果
、最適値はnを整数とすると (200±2Q)Xn で表わされることを確認した。しかし一般セルに適用し
ようとする時の最適位相差は何も上式で与えられる範囲
に限定されるぺぎではない。なぜならば最適位相差自体
筒1および第1位相差板?、10の内側の上基板Aと下
基板Bの距離dと液晶物質の複屈折Δnの積で定義され
るレターデーションR,,eDと相関をもっており、一
義的には決定されないからである。
第、1図は第3図のセル構成において、各要素間で具備
すべき各種光学軸の相対的な配置を示す展開図である。
下基板BVc配設された配向膜3についてまず着目する
。前記配向膜6の直上の液晶分子5は、配向膜3に施さ
れた配向処理により、矢印で示された方向に強制的に配
向させられる。光学的に正の一軸性物質である液晶にお
い【は、分子の長軸方向が、光学的には光学弾性軸のう
ちのZ′軸に対応するので、矢印方向が光学的ICZ’
軸と一致することになる。
一方上基板Aに配設された配向膜2における配向処理は
、前記下基板B上の配向膜6と±10度の範囲内で直交
するようになされており、配向膜2のZ′軸は当然、配
向膜6のZ′軸と±10度の範囲内で直交するようにな
る。
下偏光板6は、矢印で示しである吸収軸を上基板AのZ
′軸の方位と±20度の範囲内で平行に配設されており
、又、上偏光板7の吸収軸は上基板AのZ′軸とやはり
±20度の範囲内で平行になるよ5に配設されている。
下偏光板6と下基板B間に挿入される第2位相差板10
のZ′軸は、配向膜3と上偏光板7の吸収軸で与えられ
る角度を±10度の範囲で二等分する方向である。一方
、上偏光板7と上基板人間に挿入される第1位相差板9
のZ′軸は、配向膜2のラビング方向と±10度の範囲
内で平行である。
第4図は1本発明の液晶セルを、上基板Aを基準として
、各要素間でのZ′軸および吸収軸の相互関係を示す。
すなわち、矢印mで示した方向は、配向膜2の配向方向
(ラビング方向)と上偏光板7の吸収軸方向および下偏
光板6の吸収軸方向の3方向に対応する。
一方、矢印0の方向は、配向膜6の配向方向と第1位相
差板9のZ′軸方向の2方向に対応している。
さらに矢印nの示した方向は前記第2位相差板10のZ
′軸方向であり、この矢印nの方向は、前記矢印mおよ
び矢印Oの角度を±10度の範囲で二等分する。
次に、第1図および第4図に示す光学軸の配置にもとづ
いた本発明の液晶セルの基本的動作を説明する。すなわ
ち、前記第1位相差板9及び第2位相差板10をのぞく
と構成要素としては、従来のTN型液晶セルと同一であ
るが、異なる部分は、従来の液晶セルが、上偏光板7と
下偏光板6の吸収軸方向な略直交させていたのに対し、
本発明では、2枚の偏光板の吸収軸を略平行に配置した
ことである。
すなわち、従来の液晶セルが、ポジタイプに構成されて
いたのに対し、本発明の液晶セルは、一度ネガタイブに
構成したのち、第1位相差板9および第2位相差板10
によってポジタイプに再構成したものである。
次に、従来性われているTN液晶セルの視角依存性の評
価について、まず第5図にもとづいて説明を行い、その
基準に従いながら、本発明の液晶セルの特徴点をのべる
ことにする。
第5図it、本発明者が実際、実験で用いたTNセルに
ついて測定した透過光強度比−印加電圧曲線(以下T−
V曲線と書く。)を示す。今θを、セルの法線方向から
優先視野角方向に測定した角度とし、一方T−V曲線中
、θ=O110・・・・・・40度において透過光強度
90%を与える時の電圧をそれぞれ■。、■、・・・・
・・■、とした時、voとV、の差すなわち(vO−■
4)が視野角依存性を表す尺度βとなり、このβが小さ
いほど良いセルとなる。それは以下の理由による。
一般的に、最適化バイアス法により、17Nデユーテイ
、l / aバイアス駆動の場合のONセグメントおよ
びOFFセグメントに印加される電圧Von、Vott
は、駆動電圧を■。とすると、(1)式および(2)式
によって表わされる。
この式よりわかるように、Nが大きくなるにつれ、Vo
n / Voffの値は小さくなり、N=64、a =
 9で1.134、N=100、a=11で1、106
程度となる。このため、通常の多分割駆動においては、
最も使用頻度の高い視野角、例えばθ=20度の透過光
強度比90%を与えるV。
1: Voffを設定し、Von / Voffの比に
より決定されるVonを設定する方法をとる。今、例と
してVonが丁度鳩に相当したとすると、θ=20度で
のVo t を印加時とVon印加時の透過光強度比は
、それぞれ90%、30%であり、コントラスト比を透
過光強度比の逆数と定義すれば、θ=20度でのOFF
コントラストお゛よびONコントラストは1.11.3
.33となる。さらにONコントラストとOFFコント
ラストの比をとると3となり、視認可能な状態を与える
時のコントラスト比3を満足することになる。
ところがこのVott%Vanをθ=O度の時にあては
めてみることKする。θ=0度でのYon、Vott印
加時の透過光強度比はそれぞれ105%、90%で、そ
れぞれのコントラストは0.95.1.11、コントラ
スト比は0.86となり、正面コントラスト不足忙よる
視認性不足の現象を呈する。
一方θ=40度について考えてみる。Vott、Von
の電圧印加時の透過光強度比は50%・10%、コント
ラストは2.10、コントラスト比は5となるが、OF
Fセグメントでのコントラストが2となり、クロストー
クがはっきりと視認されてしまい、実用上はなはだしい
不都合が生じてしまう。
上記の如くβの値の大きいセルにおいては視野角特性を
損う結果となるため、セルのβを下げることが必要とな
る。このためにはΔnの小さい液晶材料を選定すること
が考えられるが、一方、液晶材料としてΔnの小さいも
のを選定した場合、セル全体のコントラスト比が上らず
、従来のセル構造のもとで、コントラストと視野角依存
性の両立は非常にむずかしいものとなっている。
以上の概念に従って、従来の液晶セルと本発明の液晶セ
ルの視野角特性について、本発明者の実験データに基づ
き説明する。
第6図は、第3図に示す本発明の液晶セルから、第1位
相差板9および第2位相差板10をのぞき、他の構成要
素は同一のものを使用し、さらに上偏光板7と下偏光板
6の吸収軸をほぼ直交させた通常のTNセルを用いた時
のT−V曲線を示すものであり、第7図は、第3図に示
す本発明の液晶セルにおけるT−V曲線を示すものであ
る。
第6図における■。、■4はそれぞれ1.60 。
1.25 Vテア’)、 /ハ0.35 Vスナbチ3
50mVである。
一方、第7図に示す本発明の液晶セルにおけるVo、V
、は、1.50.1.45V、βは50mvであり、従
来のセルのβ(350mV)と本発明の液晶セルのβ(
50mV)を比較すると、309mVの差が生じており
、第1および第2位相差板9.10の挿入により、この
分だけ視野角特性が改善され【いることがわかる。この
こと&マ。
液晶セル駆動におけるデー−ティ数Nとノくイアス値a
で設定されるVon、Vott電圧を印加した際の最適
コントラストを与える領域をθ=0度、すなわち正面側
に近ずける効果をもつものであり(この理由を第8図に
従って考察する。
第8図は第6図および第7図の、θ=10度、20度、
40度におけるT−V曲線をそれぞれうつしとったもの
であり、破線が第6図に示す従来のTNセル、実線が第
7図に示す本発明の液晶セルのものであり、図中Vot
tは従来のTNNシル■1、またVoaは■1に一致さ
せである。この値は100〜120分割セルのVort
、Vonの設定として十分合理性を有するものである。
いまP、 、P、を従来のTNセルにおける視野角θが
、それぞれ10度、20度での透過光強度比90%を示
す点とし、Voffの電圧である1、38■を印加した
とする。この時θ=40度でのOFFセグメントの示す
透過光強度比はP、で示される点、即ち40%となる。
ところが本発明の液晶セルにおいて同一透過光強度比を
示す点P。
Kおける電圧は1.69Vでありβの減少により300
 m V以上も上昇している。
従来のTNセルにおけるVoa /V o t tの比
はv+ /vt = 1.07であるからこの比を本発
明の液晶セルに適用し、6240度の透過光強度比を与
える電圧なVotrと定義しなおし、Vonを計算する
とVan = 1.07 X 1.69 = 1.81
 Vとなる。視野角θ=10度で印加電圧1.81Vの
時の透過光強度比を与える点を図中P、で示すと、それ
は45%を示している。
このことは6240度での透過光強度比40%を与える
電圧にVo t tを設定しておき、視線をθ=10度
に転じた時、従来のTNセルではONセグメントの透過
光強度比がP1点に示す如く90%でするのに対し、本
発明の液晶セルのそれは25点で示す如く43%までお
ちることを意味する。我々がコントラストを認識すると
きの基準はあくまでセルの背景即ちOFFセグメントの
黒化度との対比であることを考えると、この例でみた如
く、θ=10度での透過光強度比の90%から43%へ
の変化は、そのまま正面コントラストの増加を意味し、
最適コントラストを与える視野角の正面方向への移行現
象に相当することがわかる。そしてこのことは、あたか
も、7レネルレンズを用いた優先視野角の正面方向への
移行の効果に対応していることがわかる。
一方、βの減少は同時に最適視野角の高角度側への拡大
の効果もあわせもつ。
今、従来のTNセルのθ=40度におけるVottの透
過光強度比はP1点で示す如く40%であるが、−力木
発明の液晶セルのそれは図中P6で示した如く95%に
まで上昇している。これはVonを中心に考えた場合、
本発明の液晶セルにおいて、Vottの電圧を印加した
時、透過光強度比40%を与えるθは、少なくとも40
度よりは大きいことがわかり最適視野角が高角度側へ拡
大する効果のあることがわかる。
前節までの説明は@4図忙おいて、mと00角度として
90度、mとnの角度として45度に相当するものであ
った。本発明者は更に、第1位相差板9および第2位相
差板100角度を意識的にずらずことにより、本発明セ
ルの特性を改善できる知見を得るに至りた。
第10図は、第4図と同様に5本発明セルを、上基板A
を基準とした時の各要素間で具備すべきZ′軸の方向お
よび偏光板の吸収軸の相互関係を示す。
第10図において第4図と異なるところは、第1位相差
板9および第2位相差板10が第4図で示された位置よ
り、それぞれ、±91、±ψ、だけ回転していることで
ある。今、角度を測定する方向として、時計回りを正、
反時計回りを負とし、第1位相差板90回転景を91、
第2位相差板10のそれをψ、と定義する。
第11図に、ψ、とψ、を独立に回転さした時の本発明
セルのrの変化を示す。rは第7図のθ=O°の曲線に
おける透過光90%の電圧と50%の電圧との比で、マ
トリックス特性の良さをあられし、1に近い程良い。第
11図は第1位相差板9を負の方向へ、第2位相差板1
0?正の方向へ回転させることにより、r値は向上し、
最高値としてr=1.03という従来の7’ = 1.
1程度の値に比し、おどろくべき数値を得るに至ってい
る。
この図は、第1および第2位相差板9.10を、特定の
方向K、さらに回転させることKより、r値が限りなく
改善される可能性を示しているが、回転量はある有限な
値以上であってはならないことが判明した。この理由を
第12図に従って述べることとする。
第12図は、第1位相差板9および第2位相差板100
種々の回転量のくみ合わせに対するβの変化を示す。こ
の図は、第1位相差板90回転量ψ3.および第2位相
差板100回転量ψ、について、それぞれ独立にβの最
少値を与える値が存在することを示し、その特定の回転
角度より、多(ても少なくてもβ値は増加することがわ
かる。
通常のTNセルのβ値が0.4Vであることを考えると
、この0.4Vよりもβの少なくなる回転角度範囲は、
第1位相差板9については、−10度〜6度の範囲、一
方第2位相差板10のそれについテfi、−10度〜+
10度の範囲であり、この範囲が改善効果の顕著な回転
角度範囲とみることが出来る。
以上のべた如く、r特性改善に有効な、ψ、およびψ、
の回転角度範囲は ψ1≦o、−io≦ψ、≦0 ・・・・・・・・・・・
・・・・(31一方β特性改善に有効なψ、およびψ2
の回転角度範囲は ・−10≦ψ、≦6 、−10≦ψ、≦10・・・(4
)で表わされ、r特性とβ特性を同時に満足する角度範
囲としては 一10≦91≦O、−10≦ψ2≦0・・−・・・(5
)という、(5)式で表わされる範囲となる。
以上みた如く、本発明の液晶セル構造をとることにより
、大型多分割駆動時の正面コントラストの改良と視野角
特性の飛躍的な改善が容易に実現されることがわかる。
(第2実施例) 本発明の第2実施例を第2図、および第4図に従って説
明する。
第2図は、前記第1図と同じ本発明の液晶セルの各要素
面で具備すべき光学軸の相対的配置を示す展開図であり
、第1図と異なる部分としては、前記配向膜2および3
の配向方向をそのままにして、上偏光板7および下偏光
板6の吸収軸と第1位相差板9のZ′とを同時に90度
回転させたものである。
この結果第4図に示す各光学軸の方向は、矢印mが配向
膜2の配向方向と第1位相差板9のZ′軸方向の2方向
に対応し、矢印0は配向膜3の配向方向と下偏光板6お
よび上偏光板7の吸収軸方向の3方向に対応し、さらに
矢印nは第2位相差板10のZ′軸方向に対応し、前記
矢印m、および矢印0によって形成される角度を±lO
度の範囲にて三等分する。
第9図に、第2図の構成を有する本発明の液晶セルにお
いて、ψ、=0.ψ、=0のときのT −■曲線を示す
。第7図の特性と比較して、■。からv4の値が約3Q
mV上昇しているが、視角特性の良否を示すパラメータ
ーβの減少傾向は変わらず、第7図と同様の効果を示す
ことがわかる。
さらに、他の実施例としては、第1図および第2図に示
す液晶セルにおいて、上偏光板7および下偏光板6の吸
収軸をそれぞれ、上基板Aおよび下基板Bに平行な面内
で略90度同時に回転させ同時にψ1、ψ、も回転させ
る構造も考えられる。
この構造圧ついてもT−V曲線を測定したが、やはり第
7図、第9図、第11図、第12図と同様な視野角改善
効果を示すことを確認した。
〔発明の効果〕
上記のごと(本発明に於いては、従来のTNセルの上下
偏光板の吸収軸を直交から並行に変えるとともK、前記
上下偏光板間に2枚の薄い位相差板を配設するだけの簡
単な構成にて、大型多分割液晶セルの正面コントラスト
の改良と視野角特性の飛躍的改善を行うことが可能とあ
るものであり、しかも従来の駆動回路がそのまま使用出
来るとともK、構造的にも従来と同等の大きさとなり、
さらにコスト的にも僅かなアップで済むので、液晶表示
装置をOA機器のディスプレイとして使用する上で極め
て高い効果を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図は1本発明セル構成における光学軸の相
対配置図、第3図は、本発明セルの断面図、第4図、第
10図は上基板Aを基準とした本第7図、! 9 図ハ
本発明七ルノT −V 曲t” g s6・・・・・・
下偏光板、 7・・・・・・上偏光板、 9・・・・・・第1位相差板、 10・・・・・・第2位相差板。 ji1図 第2図 第3図 第4図 遠遇灯1罠(’/、) 達」1丸Hシ隻氏(°ん) 送通!!:、張友罠(’/、) 038888色 色 第10図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 各々、略直交する配向処理を施した上下透明基板間にネ
    マチック液晶を封入した液晶セルの上下に2枚の偏光板
    を、各々の吸収軸と略並行にして配置し、かつ前記液晶
    セルの上基板と上偏光板間に前記上基板に施された配向
    によって決定される液晶分子の配向軸と35〜45度を
    なす方向に光学的弾性軸を有する如く、位相差板を配設
    し、更に下基板と下偏光板間に、前記下基板に施された
    配向によって決定される液晶分子の配向軸と−10〜0
    度をなす方向に光学的弾性軸を有する如く位相差板を配
    設したことを特徴とする液晶表示装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH027018A (ja) * 1988-06-27 1990-01-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd 表示装置
JPH0266517A (ja) * 1988-09-01 1990-03-06 Matsushita Electric Ind Co Ltd 表示装置
JPH0282219A (ja) * 1988-09-20 1990-03-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd 表示装置

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