JP2001100207A - 液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示装置

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JP2001100207A
JP2001100207A JP2000250051A JP2000250051A JP2001100207A JP 2001100207 A JP2001100207 A JP 2001100207A JP 2000250051 A JP2000250051 A JP 2000250051A JP 2000250051 A JP2000250051 A JP 2000250051A JP 2001100207 A JP2001100207 A JP 2001100207A
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liquid crystal
sheet
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crystal display
optical compensation
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JP2000250051A
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Hiroyuki Mori
裕行 森
Taku Nakamura
卓 中村
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Fujifilm Holdings Corp
Original Assignee
Fuji Photo Film Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 正面コントラストを低下させずに、表示コン
トラスト及び表示色の視野角特性が改善され、広い視野
角で階調反転現象が発生しない液晶表示装置を提供す
る。 【解決手段】 少なくとも一方に電極を有し、互いに平
行な関係にある一対の透明基板の間に強誘電性液晶(ま
たは反強誘電性液晶)が封入されてなる液晶セル、及び
液晶セルの少なくとも一方の側に設けられた偏光板から
なる液晶表示装置において、液晶セルと少なくとも一方
の偏光板との間に光学補償シートを備え、光学補償シー
トが光学的に負の一軸性を有し、そして光学補償シート
の光軸が該シート面に対して平行であるように配置す
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、表示コントラスト
及び表示色の視野角特性が改善された液晶表示装置に関
する。
【0002】
【従来の技術】日本語ワードプロセッサやディスクトッ
プパソコン等のOA機器の表示装置の主流であるCRT
(cathode-ray tube)は、薄型軽量、低消費電力という大
きな利点をもった液晶表示装置に置き換わってきてい
る。しかしながら、液晶表示装置は、表示性能、特にそ
の視野角特性において、CRTに比べて劣っている。現
在普及している液晶表示装置(以下LCDと称す)の多
くは、ねじれネマティック液晶を用いている。このよう
な液晶を用いた表示方式としては、複屈折モードと旋光
モードとの2つの方式に大別できる。
【0003】複屈折モードを用いたLCDでは、液晶分
子配列がねじれ角90°を超えるねじれたもので、急崚
な電気光学特性をもつ為、能動素子(薄膜トランジスタ
やダイオード)が無くても単純なマトリクス状の電極構
造でも時分割駆動により大容量の表示が得られる。しか
し、応答速度が遅く(数百ミリ秒)、また諧調表示が困
難という欠点を持ち、このため能動素子を用いた下記の
旋光モードに従う液晶表示装置(TFT−LCDやMI
M−LCDなど)の表示性能を越えるまでにはいたらな
い。
【0004】TFT−LCDやMIM−LCDには、液
晶分子の配列状態が90°ねじれた旋光モードの表示方
式(TN型液晶表示装置)が用いられている。TN型液
晶表示装置は、一対の透明電極を有する基板と、その基
板間に封入されたネマティック液晶からなる液晶セルと
その両側に配置された偏光板から構成される。この旋光
モードの表示方式は、応答速度が数十ミリ秒程度であ
り、高い表示コントラストを示すことから他の方式のL
CDと比較して最も有力な方式である。しかし、ねじれ
ネマティック液晶を用いている為に、表示方式の原理
上、見る方向によって表示色や表示コントラストが変化
するといった視野角特性上の問題があり、CRTの表示
性能を越えるまでにはいたらない。
【0005】上記視野角特性を改善する(視野角を拡大
する)ため、位相差膜(光学補償シート)を偏光板とT
N型液晶セルとの間に設置することが提案され、これま
で種々の光学補償シートが提案されている。光学補償シ
ートの設置は、ある程度視野角の拡大をもたらしたが、
これまでのところCRTの代替となるほどの広い視野角
は実現困難である。
【0006】最近になって、本質的に視野角の拡大が可
能な自己補償型液晶セルが提案された(例、特開平7−
84254号公報、及び米国特許第5410422号明
細書)。上記液晶セルは、ベンド配向可能な液晶を有
し、液晶の分子長軸の方向が、基板間の液晶層の液晶の
分子長軸の方向が、液晶層の中心線に関して対称の自己
補償型セルである。このようなセルは本質的に拡大した
視野角を示す。更に、第42回春の応用物理学会予稿集
(29a−SZC−20、1995年)に見られるよう
に、この考え方を反射型LCDに応用したHANモード
(Hybrid-aligned-nematic mode) 液晶セルが提案されて
いる。即ち、このHANモード液晶セルは、上記ベンド
配向の自己補償型セルの液晶層の上側を利用している。
上記自己補償型液晶セルにより、視野角の拡大をもたら
すが、CRTの代替となるほどの広い視野角を実現する
ことはできない。本出願人は、このような自己補償型液
晶セルに好適な光学補償シートを有する液晶表示装置を
すでに出願している(特願平8−322321号)。
【0007】前記のTN型液晶表示装置及び自己補償型
液晶表示装置は、基板に垂直に電界を印加することによ
り表示が行なわれる。電界の無印加、印加により、液晶
の分子長軸が基板に略平行、そして略垂直と変化するこ
とにより、即ち基板に垂直な面での液晶の分子長軸の方
向の変化により表示が行なわれる。このため、表示画面
を見る方向により、液晶の層のレターデーションが大き
く変化することになり、表示色や表示コントラストが大
きく変化する。電界の印加方向が、上記のように基板に
垂直ではなく、基板にほぼ平行に行なう表示方式が提案
されている(特開平7−261152号公報、及びAS
IADISPLAY’95(The Institute of Televis
ion Engineers of Japan & The Society for Informati
on Display発行、577〜580頁、707〜710
頁))。このような基板にほぼ平行に電界を印加するこ
とによる表示方式は、IPS(In−Plane Sw
itching)モードと呼ばれる。
【0008】例えば、ASIA DISPLAY’95
(577頁)に、IPSモードが下記のように説明され
ている。図1を参照しながら説明する。図1(A)に電
界無印加時におけるIPSモードに従う液晶表示装置の
液晶及び光の状態が、そして図1(B)に電界印加時に
おける同じ液晶表示装置の液晶及び光の状態が示されて
いる。図1(A)において、ネマティック液晶分子16
が、電極14を有する基板13に平行にホモジニアス配
向している。電極を持たない基板17にも同様に平行に
配向している。図示されている基板の範囲は画素単位分
に相当する。液晶は、基板面上に上記配向状態に保持さ
れて、電界の付与(電圧の付与で形成される)に応答す
る。ホモジニアス配向した液晶分子の光軸(長軸)方向
は、偏光板12の偏光軸とほぼ平行である。偏光板1
2、19は、それらの透過軸が垂直となるように配置さ
れる。このような配置により光11は液晶の層を通過し
ても偏光されないため、偏光板19を通過することがで
きず、電界無印加で暗(黒)状態を表示することにな
る。図1(B)において、基板面に平行な電界15を、
基板に平行に液晶の層に印加していくと、液晶分子の長
軸(光軸)が偏光板12の偏光軸からずれるようにな
る。その結果、光に、液晶中で異常光線と常光線との速
度の差によるレタデーションが発生して(即ち偏光され
て)、その光が偏光板19の偏光軸を通過できるように
なり、透過光量は徐々に増加する。この透過光量の増大
により、電界印加で明(白)状態を表示することができ
る。18は液晶の層を通過した光の偏光状態を表わす。
そして液晶分子の光軸(長軸)の偏光軸とのズレが45
度の時、最大の透過光量をもたらす。また、強誘電性液
晶または反強誘電性液晶が封入されてなる液晶セルを用
いた液晶表示装置については、’93液晶ディスプレイ
産業年鑑、54〜63頁、シーエムシー出版(199
2);液晶ディスプレイの最先端、256〜275頁、
株式会社シグマ出版(1996);液晶入門、238〜
241頁、株式会社幸書房(1992);液晶デバイス
ハンドブック、358〜367頁、日刊工業新聞社(1
990)に記載がある。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】上記液晶表示装置で
は、基板に対し垂直方向への液晶分子の傾斜はほとんど
発生しないため、視野角特性は一段と改善されている。
しかしながら、本発明者の検討によれば、このような液
晶表示装置であっても、特定の斜め方向から見た場合
に、階調反転の現象あるいは着色が生じ、その方向では
視野角が小さくなることが明らかとなった。従って、液
晶表示装置をCRTの代替とするためには、この点を改
善する必要があることが明らかとなった。本発明は、正
面コントラストを低下させずに、表示コントラスト及び
表示色の視野角特性が改善され、広い視野角で階調反転
現象が発生しない液晶表示装置を提供するものである。
特に、本発明は、CRTと代替えが可能な視野角特性に
優れた液晶表示装置を提供するものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、少なくとも一
方に電極を有し、互いに平行な関係にある一対の透明基
板の間に強誘電性液晶(または反強誘電性液晶)が封入
されてなる液晶セル、及び液晶セルの少なくとも一方の
側に設けられた偏光板からなる液晶表示装置において、
液晶セルと少なくとも一方の偏光板との間に光学補償シ
ートが備えられており、そして該光学補償シートが、光
学的に負の一軸性を有しかつその光軸が該シート面に対
して平行であることを特徴とする液晶表示装置にある。
【0011】上記本発明の液晶表示装置の好ましい態様
は下記のとおりである。 1)光学補償シートが、下記の条件(1)及び(2): 20≦(nx −ny )×d≦1000 ・・・(1) 0≦|(nx −nz )×d|≦200 ・・・(2) (但し、nx 及びny はシートの面内の主屈折率を表わ
し(nx 及びny は互いに垂直の関係にある)、nz は
シートの法線方向の主屈折率を表わし、そしてdはシー
トのnm換算の厚さを表わす)を満足する。 2)光学補償シートが、負の固有複屈折を有するポリマ
ーからなる。 3)光学補償シートが、スチレン系ポリマーのフィルム
である。 4)偏光板が液晶セルの両側に設けられている。 5)液晶表示装置が、ノーマリーブラックモードで駆動
する。
【0012】
【発明の実施の形態】本発明の液晶表示装置(LCD)
は、少なくとも一方に電極を有する一対の透明基板の間
に液晶が封入されてなる液晶セルで、そして液晶として
強誘電性液晶(または反強誘電性液晶)が封入されてな
る液晶セルと、この液晶セルの少なくとも一方の側に偏
光板を備え、更に液晶セルと偏光板の間に光学補償シー
トが設けられた基本構成を有している。上記の基本構成
を有する液晶表示装置としては、前述の図1のIPSモ
ードで使用される装置を適切に設計変更すれば良い。本
発明の液晶表示装置では、図1の液晶表示装置に更に光
学補償シートを備え、液晶として強誘電性液晶(または
反強誘電性液晶)を使用している。IPSモードの液晶
表示装置の構成の一例を、図2を参照しながら説明す
る。尚、図1の液晶は電界に対してほぼ垂直に配向して
いるが、下記図2の液晶は液晶は電界に対してほぼ平行
に配向している。これは、液晶の有する誘電率異方性の
相違による。図2の(a)及び(b)に、IPSモード
で使用される液晶表示装置の電圧無印加状態での液晶分
子の配向状態を示し、それぞれ断面図と平面図である。
また図2の(c)及び(d)には、上記と同じ液晶表示
装置の電圧印加状態での液晶分子の配向状態を示し、そ
れぞれ断面図と平面図である。但し、これらの図は、1
画素に相当する程度の極めて小さい面積の領域を示して
いる。
【0013】図2(a)において、透明基板23a上
に、一対の帯状の電極25,27が設けられ、これらの
電極と透明基板上に保護絶縁膜24aが形成され、一
方、透明基板23aの反対側の表面には光学補償シート
22a及び偏光板21aがこの順で設けられている。対
向する透明基板23b上には、保護絶縁膜24bが形成
され、その反対側の表面には光学補償シート22b及び
偏光板21bがこの順で設けられている。そしてこれら
の透明基板の間隙には液晶分子26aからなる液晶(一
般に誘電率異方性が正の液晶)が注入されている。図2
(b)は、図2の(a)を上から見た時の平面図(上側
の基板積層体は除かれてある)で、液晶分子26aと電
極25,27のみ描かれている。28の矢印は、電極上
に設けられた配向膜(図示せず)のラビング方向を示
し、液晶分子26aの長軸はこの方向に沿ってホモジニ
アス配向している。30の直交した矢印は、偏光板21
a,21bのそれぞれの透過軸の方向を示す。偏光板2
1aの透過軸の方向は、28の矢印の方向(ラビング方
向、かつ液晶の長軸方向)と平行で、偏光板21bの透
過軸の方向は、28の矢印の方向と垂直の関係にある。
従って、偏光板21aから導入された光は、液晶により
偏光されずにそのまま進み、偏光板21bで完全に遮断
され、暗表示を示すことになる。
【0014】図2(c)に示すように電極間に電圧が印
加された場合、電界29aが生じ、この電界に沿って液
晶分子が配向する。26bは配向した液晶分子が示され
ており、電圧の付与によりその長軸の方向が基板と平行
な面内で変化していることがわかる。図2(d)は、図
2の(c)を上から見た時の平面図で、液晶分子26b
と電界の方向29bが示されている。従って、偏光板2
1aから導入された光は、液晶により偏光され、偏光板
21bでは導入された光のかなりの割合が透過し、明表
示を示すことができる。図2に示すように、初期(例、
電圧無印加時)の液晶の配向状態が、ホモジニアス配向
の液晶セルを用いた場合、2枚の偏光板の透過軸30
は、ほぼ直交していることが好ましい。初期の液晶の配
向状態が、90度のねじれを形成している場合、2枚の
偏光板の透過軸30は、ほぼ平行であることが好まし
い。図2(c)では、液晶分子は電界に沿って配向した
が、液晶の種類によっては(例、誘電率異方性の相違に
より)、電界に対して垂直になるなどの異なった挙動を
示すので、電極の配置等は、一般に液晶の種類に合わせ
て設計される。本発明では、光学補償シートは二枚の偏
光板の間に配置されることが好ましい。また光学補償シ
ートは一枚用いても二枚以上用いても良い。一枚または
二枚用いることが好ましく、二枚用いる場合は、図2に
示すように、液晶セルをはさむように配置することが好
ましい。また、光学補償シートは、その光軸(ny の方
向)が、液晶セルの液晶分子の配向方向とほぼ平行でと
なるように配置することが好ましい。
【0015】上記図2で示されるIPSモードによる表
示方式は、面内でスイッチングを行なわれるため、見る
角度による液晶層でのレターデーションの変化が小さ
く、視野角が極めて広がったものとなる。しかしなが
ら、本発明者の検討によれば、上記図2で示される液晶
表示装置において、光学補償シートを備えてない場合、
特定の斜め方向から見た場合に、階調反転の現象が生
じ、その方向では視野角が小さくなることが分かった。
そして、これは電圧変化に変化に伴うレターデーション
の変化が一様でなくなる方向が存在するためであること
も分かった。また、上記IPSモードでは通常複屈折モ
ードが利用されるが、この電圧変化に伴うレターデーシ
ョンの一様でない変化のために、着色が生じるとの問題
も発生する。またIPSモードでは、旋光性モードを利
用してもよい。その場合、基板表面の配向膜のラビング
方向を上下基板で変化させること等により、液晶の分子
長軸の平面方向(基板と平行な面内)を、厚さの増加と
共に変化させることにより、ねじれさせれば良い。
【0016】上記問題を特定の光学特性を有する光学補
償シート(22a,22b)を使用することにより解消
できる。次にその光学補償シートについて説明する。I
PSモードでは、通常ネマティック液晶が使用される
が、このネマティック液晶の分子は光学的に正の一軸性
を有する。図2(a)、(b)に示されているように、
この液晶分子は、(電圧無印加で)基板に平行にホモジ
ニアス配向している。この液晶分子の主屈折率と本発明
で使用される光学補償シートの主屈折率との関係を、図
3に示す。液晶層32を構成する正の一軸性を有する液
晶分子の屈折率楕円体34、及び液晶層32の上に設け
られた光学補償シート31の屈折率楕円体33が示され
ている。液晶分子の屈折率楕円体34は、nx ≒nz <
ny の関係を満たしている(nx 、ny は基板と平行な
面内の主屈折率、nz は厚さ方向の主屈折率)。一方、
光学補償シートの屈折率楕円体33は、nx ≒nz >n
y の関係を満たしている(即ち、光学的に負の一軸性
で、光軸がシート面と平行あるいはほぼ平行である)。
図3より、液晶層32をあらゆる角度から通過した全て
の光は、光学補償シート31により補償されることが分
かる。従って、レターデーションの生ずる特定方向から
入射した光も、光学補償シート31により補償される。
即ち、電圧無印加における黒表示を、どのように斜めか
ら見ても、光洩れが無く、非常に広い、CRTに匹敵す
る視野角特性を得ることができる。
【0017】上記液晶層の液晶分子は、図2に示されて
いるように基板面に対してホモジニアス配向している。
しかしながら、液晶分子の基板と平行な面における長軸
方向が、厚さの変化と共に変化して、ねじれていてもよ
い。この場合、液晶の表示モードは、一般に複屈折モー
ドではなく旋光性モードとなる。このような液晶の配向
に対しては、光学補償シートも厚さの変化と共に液晶と
は逆の方向に光軸がねじれているものを使用することが
好ましい。このような光学補償シートは、例えば、ねじ
れに合わせて、光軸方向の異なる光学補償シートを複数
積層することにより得られる。以上のIPSモードの液
晶セルを用いた液晶表示装置と同様に、強誘電性液晶ま
たは反強誘電性液晶が封入されてなる液晶セルを用いた
液晶表示装置においても、光学補償シートを設ける効果
が得られる。本発明で使用される光学補償シートは、光
学的に負の一軸性で、シート面と平行な面に光軸を有す
るものである。しかしながら、光軸は基板に完全に平行
でなくても良く、基板面から20度以内であれば傾いて
も、本発明の効果を得ることができる。
【0018】上記説明は、ノーマリーブラックモードに
ついて行なったが、本発明の液晶表示装置は、ノーマリ
ーホワイトモード(2枚の偏光板の偏光軸の配置の組み
合わせを変えれば設定できる)でも使用することができ
る。どのモードの場合でも、黒表示を補償するように光
学補償シートの光軸を設定することが好ましい。
【0019】本発明で使用される光学補償シートは、光
学的に負の一軸性で、光軸が基板と平行な面にあること
を特徴としている。光学補償シートは、STN−LCD
の着色防止のために特に広く使用されている。本発明で
使用される光学補償シートはこのようなSTN−LCD
用の光学補償シートとは明確に異なる。即ち、STN−
LCD用の光学補償シートは、通常、正の複屈折性を有
するポリカーボネートフィルムであり、このようなフィ
ルムは一般にnx >nz >ny の関係を満足するもので
あり、本発明で使用される光学補償シートとは明確に異
なる。
【0020】本発明で使用される光学補償シートは、光
学的に負の一軸性で、シート面と平行に光軸を有する。
シートの面内の主屈折率をnx 及びny (nx >ny の
条件下で)とし、シートの法線方向(厚み方向)の主屈
折率をnz とし、そしてシートのnm換算の厚さをdと
した時、下記の条件(1)及び(2)を満足することが
好ましい。 20≦(nx −ny )×d≦1000 ・・・(1) 0≦|(nx −nz )×d|≦200 ・・・(2) 条件(1)は更に下記の条件(3)、特に条件(4)を
満足することが好ましい。 50≦(nx −ny )×d≦800 ・・・(3) 80≦(nx −ny )×d≦500 ・・・(4) また条件(2)は更に下記の条件(5)、特に条件
(6)を満足することが好ましい。 0≦|(nx −nz )×d|≦100 ・・・(5) 0≦|(nx −nz )×d|≦50 ・・・(6)
【0021】上記光学補償シートの作成に使用される材
料については特に制限はない。種々のポリマー及び種々
の液晶化合物を使用することができる。またそれぞれ二
種以上使用しても良いし、ポリマー及び液晶化合物を併
用してもよい。固有複屈折が負のポリマー、あるいは負
の複屈折を有する液晶性ディスコティック化合物が好ま
しい。固有複屈折が負のポリマーとしては、スチレン系
ポリマーを挙げることができる。スチレン系ポリマー
は、スチレンあるいはスチレン誘導体の単独重合体;ス
チレンあるいはスチレン誘導体と他のモノマーとの共重
合体;スチレンあるいはスチレン誘導体と他のモノマー
から得られるグラフト共重合体;及びこれらのポリマー
の混合物に大別することができる。
【0022】スチレンあるいはその誘導体の単独重合体
の例としては、スチレン、α−メチルスチレン、o−メ
チルスチレン、p−メチルスチレン、p−クロロスチレ
ン、o−ニトロスチレン、p−アミノスチレン、p−カ
ルボキシルスチレン、p−フェニルスチレン及び2,5
−ジクロロスチレンの単独重合体を挙げることができ
る。スチレンあるいはスチレン誘導体と他のモノマーと
の共重合体の例としては、スチレン/アクリロニトリル
共重合体、スチレン/メタクリロニトリル共重合体、ス
チレン/メタクリル酸メチル共重合体、スチレン/メタ
クリル酸エチル共重合体、スチレン/α−クロロアクリ
ロニトリル共重合体、スチレン/アクリル酸メチル共重
合体、スチレン/アクリル酸エチル共重合体、スチレン
/アクリル酸ブチル共重合体、スチレン/アクリル酸共
重合体、スチレン/メタクリル酸共重合体、スチレン/
ブタジエン共重合体、スチレン/イソプレン共重合体、
スチレン/無水マレイン酸共重合体、スチレン/イタコ
ン酸共重合体、スチレン/ビニルカルバゾール共重合
体、スチレン/N−フェニルアクリルアミド共重合体、
スチレン/ビニルピリジン共重合体、スチレン/ビニル
ナフタレン共重合体、α−メチルスチレン/アクリロニ
トリル共重合体、α−メチルスチレン/メタクリロニト
リル共重合体、α−メチルスチレン/酢酸ビニル共重合
体、スチレン/α−メチルスチレン/アクリロニトリル
共重合体、スチレン/α−メチルスチレン/メチルメタ
クリレート共重合体、及びスチレン/スチレン誘導体共
重合体を挙げることができる。
【0023】グラフト共重合体の例としては、下記のも
の(p−1〜p−17)を挙げることができる。ただ
し、(A)に幹ポリマー(ブロック共重合体でも良
い)、(B)に枝部分(グラフト部分)を示す。また下
記の量比は重量比を表わす。 [p−1]:(A1)/(B1)=10/90 (A1)スチレン/ブタジエン共重合体(20/80) (B1)スチレン/アクリロニトリル/α−メチルスチ
レン(60/20/20) [p−2]:(A1)/(B1)=5/95 [p−3]:(A1)/(B2)=10/90 (B2)スチレン/アクリロニトリル(80/20) [p−4]:(A1)/(B2)=7/93 [p−5]:(A2)/(B3)=12.5/87.5 (A2)スチレン/ブタジエン共重合体(50/50) (B3)スチレン/アクリロニトリル(75/25) [p−6]:(A2)/(B4)=15/85 (B4)スチレン/アクリロニトリル/α−メチルスチ
レン(60/30/10) [p−7]:(A2)/(B4)=10/90 [p−8]:(A2)/(B3)=10/90 [p−9]:(A3)/(B5)=5/95 (A3)ポリブタジエン (B5)スチレン/アクリロニトリル(70/30) [p−10]:(A3)/(B6)=10/90 (B6)スチレン/アクリロニトリル/メタクリロニト
リル(75/15/10) [p−11]:(A2)/(B7)=12/88 (B7)スチレン [p−12]:(A4)/(B8)=10/90 (A4)スチレン/ブタジエン共重合体(23/77) (B8)スチレン/メチルメタクリレート/アクリロニ
トリル(70/10/20) [p−13]:(A5)/(B9)=10/90 (A5)ポリイソプレン (B9)スチレン/t−ブチルスチレン(70/30) [p−14]:(A6)/(B2)=10/90 (A6)アクリロニトリル/ブタジエン共重合体(50
/50) [p−15]:(A7)/(B1)=12/88 (A7)アクリロニトリル/ブタジエン共重合体(25
/75) [p−16]:(A8)/(B10)=10/90 (A8)アクリル酸エチル/ブタジエン共重合体(50
/50) (B10)スチレン/メチルメタクリレート(80/2
0) [p−17]:(A9)/(B11)=15/85 (A9)アクリル酸エチル/スチレン/ブタジエン共重
合体(40/30/30) (B11)スチレン/メタクリロニトリル(75/2
5)
【0024】スチレン系ポリマーとしては、スチレン/
ブタジエン共重合体に、スチレン、アクリロニトリル及
びα−メチルスチレンからなる群の少なくとも一種をグ
ラフト重合させたグラフト共重合体が好ましい。スチレ
ン系ポリマーについては、特開平4−97322号公報
及び特開平6−67169号公報に記載されている。光
学的に負の一軸性で、基板と平行に光軸を有する本発明
の光学補償シートは、例えば上記スチレン系ポリマー等
の固有複屈折が負のポリマーを一軸延伸することにより
得ることができる。
【0025】また、本発明の光学補償シートは、前記液
晶性ディスコティック化合物を用いても得ることができ
る。即ち、トリアセチルセルロース等の透明支持体上に
垂直配向膜を設け、その上に液晶性ディスコティック化
合物を含む塗布液を塗布乾燥してディスコティック化合
物層を形成し、次いでこの層を加熱して液晶相(例、デ
ィスコティック液晶相)を形成することにより、得られ
る。液晶性ディスコティック化合物の光軸が円盤面に垂
直の方向にあることから、光軸を液晶層の面内に変える
ため、即ち円盤面が支持体表面に垂直となるように上記
配向膜上に設けられる。しかしながら、円盤面を90度
まで起こすことは困難な場合が多く、前記ディスコティ
ック化合物層の上にも、別に作製された配向膜を有する
支持体の垂直配向膜面を圧着させて、この状態で加熱す
ることにより、ほぼ90度まで円盤面を起こすことが容
易となり、好ましい。上記ディスコティック化合物は、
重合性の官能基を有し、液晶層を形成させた後紫外線の
照射等により架橋(重合)させてもよい。重合した場合
は一般に液晶性を失う。また、本発明の光学補償シート
は、液晶性高分子を用いて作製してもよい。
【0026】液晶表示装置においては、液晶セル内の液
晶に対して基板に平行又は略平行に電圧を印加する必要
がある。そのために、例えば画素毎に二個の電極を同一
基板上に設けた、櫛歯状電極を用いることが一般的であ
る。また、二個の電極を別の基板上に斜めに設けても良
いが、同一基板上に設けることが好ましい。また、基板
上にTFT(薄層トランジスター)やダイオード素子を
設けてもよい。図4に、本発明で好ましく利用すること
ができるTFT付き画素の電極(櫛歯状電極)の配置を
示す。コモン電極41、画素電極42、そしてTFTを
構成する信号電極43及び走査電極44から電極が構成
されている。この電極部分が、通常一画素を構成する。
IPSモードでは画素の周囲に電極があるため、必ずし
も電極を透明にしなくてもよい。
【0027】またIPSモードでない、二枚の基板にそ
れぞれ対向電極を設けた液晶セルにおいては、液晶が遮
蔽されているため、外部の電界の影響を受けることは少
なかった。しかし、電極が基板面に平行に配置されたI
PSモードの液晶セルでは、液晶が遮蔽されていないた
め、外部の電界の影響を受けて、液晶の配向状態が変化
し、透過光の強度が変化することがある。従ってIPS
モードの液晶セルには、液晶層を外部の電場から遮蔽す
るための保護絶縁膜を設けることが好ましい。これによ
り電極は遮蔽電極となる。
【0028】上記IPSモードで使用することができる
液晶セルの液晶材料としては、液晶セルの基板面に平
行、あるいはほぼ平行に配向するものであればどのよう
な液晶でも使用することができる。一般にネマティック
液晶が使用される。使用される液晶の誘電率異方性(Δ
ε)は正でも負でも良い。液晶セル中での液晶は基板面
に平行にホモジニアス配向していることが好ましいが、
前述のようにツイスト配向していても良い。このような
配向状態は、例えば基板表面の配向膜のラビング方向に
より制御することができる。 上記IPSモードの液晶
セルのギャップdc と液晶の屈折率異方性Δnc は、無
彩色において透過率最大とするために、dc ・Δnc を
0.1〜1.0μmの範囲を満足するように決定するこ
とが一般的で、0.2〜0.5μmの範囲とするのが好
ましく、特に0.2〜0.4μmの範囲とするのが好ま
しい。
【0029】本発明の液晶表示装置は、強誘電液晶及び
反強誘電液晶を用いた液晶セルを利用する。上記IPS
モードの液晶セルについての説明は、強誘電液晶及び反
強誘電液晶を用いた液晶セルについても応用できる。ま
た本発明の液晶表示装置は、直視型でも、投射型でも利
用することができ、また光変調素子としても使用するこ
とができる。
【0030】
【実施例】[参考例1] (1−1)IPSモード液晶セル1の作製 一枚のガラス基板上に、隣接する電極間の距離が20μ
mとなるように、図4に示す櫛歯状電極を配設し、その
上にポリイミド膜を配向膜として設け、ラビング処理を
行なった。ラビング処理は、図5に示すように行なっ
た。即ち、櫛歯状電極を構成する電極51、54の方向
とx軸が直交するように配置した時、ラビング方向53
とx軸となす角が88度となるように、ラビング処理を
行なった。52は偏光板の透過軸(及び光学補償シート
の光軸方向)、そして55は偏光板の透過軸である。別
に用意した一枚のガラス基板の一方の表面にポリイミド
膜を設け、ラビング処理を行なって配向膜とした。二枚
のガラス基板を、配向膜同士が対向するように、かつ基
板の間隔(ギャップ;dc )が3.9μmで、二枚のガ
ラス基板のラビング方向が平行となるようにして重ねて
貼り合わせ、次いで屈折率異方性(Δnc )が0.07
2及び誘電率異方性(Δε)が正の4.5であるネマテ
ィック液晶組成物を封入した。dc ・Δnc の値は、2
81nmであった。
【0031】(1−2)IPSモード液晶セル2の作製 一枚のガラス基板上に、隣接する電極間の距離が20μ
mとなるように、図4に示す櫛歯状電極を配設し、その
上にポリイミド膜を配向膜として設け、ラビング処理を
行なった。ラビング処理は、図6に示すように行なっ
た。即ち、櫛歯状電極の電極61、64の方向とx軸が
直交した時、ラビング方向62とx軸となす角が90度
となるように、ラビング処理を行なった。63は二枚の
偏光板の透過軸である。別に用意した一枚のガラス基板
の一方の表面にポリイミド膜を配向膜として設け、ラビ
ング処理を行なった(ラビング方向63)。二枚のガラ
ス基板を、配向膜同士が対向するように、かつ基板の間
隔(ギャップ;dc )が6.5μmで、二枚のガラス基
板のラビング方向が直交するよう(即ちネマティック液
晶が右ねじれとなるように)にして重ねて貼り合わせ、
屈折率異方性(Δnc )が0.072及び誘電率異方性
(Δε)が正の4.5であるネマテック液晶組成物を封
入した。dc ・Δnc の値は、468nmであった。
【0032】(1−3)IPSモード液晶セル3の作製 一枚のガラス基板上に、隣接する電極間の距離が20μ
mとなるように、図4に示す櫛歯状電極を配設し、その
上にポリイミド膜を配向膜として設け、ラビング処理を
行なった。即ち、電極の方向とx軸が直交した時、ラビ
ング方向とx軸となす角を15度となるように、ラビン
グ処理を行なった。別に用意した一枚のガラス基板の一
方の表面にポリイミド膜を配向膜として設け、ラビング
処理を行なった。二枚のガラス基板を、配向膜同士が対
向するように、かつ基板の間隔(ギャップ;dc )が
6.3μmで、二枚のガラス基板のラビング方向が平行
となるになるようにして重ねて貼り合わせ、屈折率異方
性(Δnc )が0.0437及び誘電率異方性(Δε)
が負の−4.8である液晶組成物(ZLI−2806,
メルク社製)を封入した。dc ・Δnc の値は、275
nmであった。
【0033】(2−1)光学補償シート1の作製 下記の(A)の共重合体10重量部に、下記(B)のモ
ノマー混合物90重量部をグラフト重合させたスチレン
系ポリマー170gを二塩化メチレン830gに溶解さ
せた。 (A)スチレン/ブタジエン共重合体(重量比:20/
80) (B)スチレン/アクリロニトリル/α−メチルスチレ
ン(重量比:60/20/20) この溶液を乾燥後の膜厚が70μmとなるようにガラス
板上に流延し、5分間室温で放置した後、45℃の温風
で20分間乾燥させ、得られたフィルム(膜)をガラス
板から剥した。このフィルムを矩形の枠に張り付け、7
0℃で1時間乾燥させた。更に110℃で15時間乾燥
させた後、115℃の条件で引張試験機(ストログラフ
R2、(株)東洋精機製)で、1.9倍の倍率で一軸延
伸を行なった。上記のようにして、スチレン系ポリマー
の一軸延伸フィルム(光学補償シート1)を作製した。
(株)島津製作所製エリプソメーター(AEP−10
0)を用いて得られたフィルムのレターデーションを測
定した。即ち、前記条件(1)の(nx −ny )×dは
122nmであり、条件(2)の|(nx −nz )×d
|は0nmであった。また、シートの光軸はフィルム面
に平行な方向にあった(即ちフィルム面内にあった)。
【0034】(2−2)光学補償シート2の作製 表面にゼラチン層(厚さ:0.1μm)が塗設されたト
リアセチルセルロースフィルム(厚さ:100μm、富
士写真フィルム(株)製)のゼラチン層上に、SiOを
斜方蒸着することによりSiO配向膜を形成した。この
配向膜上に、下記のディスコティック液晶(化合物
(1))をメチルエチルケトンに溶解した塗布液(10
重量%溶液)を、スピンコート法(2000rpm)に
より塗布し、乾燥させ、ディスコティック液晶層を形成
させた。
【0035】
【化1】
【0036】ディスコティック液晶層を形成していない
以外は上記と同様にして作製されたSiO配向膜を有す
るトリアセチルセルロースフィルムを用意し、このフィ
ルムを前記ディスコティック液晶層上に、このフィルム
の配向膜とディスコティック液晶層とが接触するように
重ね合わせた。得られた積層体を180℃に加熱した
後、室温まで冷却し、後で重ね合わせたSiO配向膜を
有するトリアセチルセルロースフィルムを剥し取り、配
向したディスコティック液晶層(膜厚:1.5μm)を
有するトリアセチルセルロースフィルムを作製した。上
記のようにして得られたディスコティック液晶層を有す
るトリアセチルセルロースフィルム(光学補償シート
2)を、(株)島津製作所製エリプソメーター(AEP
−100)を用いてそのレターデーションを測定した。
即ち、前記条件(1)の(nx −ny )×dは80nm
であり条件(2)の|(nx −nz )×d|は7nmで
あった。また、シートの光軸はフィルム面に平行な方向
にあった。
【0037】(2−3)光学補償シート3の作製 表面にゼラチン層(厚さ:0.1μm)が塗設されたト
リアセチルセルロースフィルム(厚さ:100μm、富
士写真フィルム(株)製)のゼラチン層上に、SiOを
斜方蒸着することによりSiO配向膜を形成した。この
配向膜上に、下記のディスコティック液晶(化合物
(2))1.8g及び光重合開始剤(イルガキュア90
7、チバガイギー(株)製)0.06gをメチルエチル
ケトン13.2gに溶解した塗布液を、スピンコート法
(2000rpm)により塗布し、乾燥させ、次いで1
80℃まで加熱し、この温度を保持して高圧水銀灯を用
いて1分間紫外線を照射し、室温まで放冷して、硬化デ
ィスコティック液晶層1(膜厚:1.7μm)を形成し
た。
【0038】
【化2】
【0039】硬化ディスコティック液晶層1の表面を、
SiO配向膜の蒸着方向と22.5度の角度の方向にラ
ビングし、その上に上記と同様にして硬化ディスコティ
ック液晶層2を形成した。そして、この硬化ディスコテ
ィック液晶層2の表面を、硬化ディスコティック液晶層
1のラビング方向と22.5度の角度の方向にラビング
し、その上に上記と同様にして硬化ディスコティック液
晶層3を形成した。更に、硬化ディスコティック液晶層
3を形成する操作を2回繰り返すことにより、硬化ディ
スコティック液晶層4及び5を形成し、合計5層の硬化
ディスコティック液晶層を形成した。上記積層体からト
リアセチルセルロースフィルムを剥し取り、5層の硬化
ディスコティック液晶層からなる光学補償シート3を得
た。全ての硬化ディスコティック液晶層は、光軸を面内
に有し、隣接する層の間で光軸が22.5度ずれて、5
層の液晶層の光軸は左回りとなっていた。(株)島津製
作所製エリプソメーター(AEP−100)を用いてそ
のレターデーションを測定した。即ち、前記条件(1)
の(nx −ny )×dは各層94nmで、合計で470
nmであった。そして条件(2)の|(nx −nz )×
d|は5nmであった。また、シートの光軸はフィルム
面に平行な方向にあった。
【0040】前記で作製したIPSモード液晶セル1の
一方に、前記で作製した光学補償シート1を貼り付け、
更に、光学補償シート1上及びIPSモード液晶セル1
のもう一方の側に偏光板を、クロスニコルの配置で貼り
付け、液晶表示装置を作製した。上記液晶表示装置で
は、偏光板の一方をその透過軸とx軸(図5)とが80
度となるように、もう一方をその透過軸とx軸とが−1
0度となるように配置した。また、光学補償シートはそ
の光軸がx軸と80度となるように、透過軸とx軸とが
80度の偏光板と液晶セルとの間に配置した。この液晶
表示装置に対して、55Hz矩形波で電圧を印加した。
光の透過率が最大になる電圧をオン電圧、透過率が最小
になる電圧をオフ電圧として設定した。階調特性の視野
角依存性が最も大きい方向(本実施例の場合、図5のx
軸に対して−45度の方向から135度の方向)におけ
る8階調(グラフの8本の線で表される)の各階調の特
性(透過率の視野角依存性)を大塚電子(株)製のLC
D−5000を用いて測定した。その結果を図7に示
す。
【0041】[実施例1]強誘電性液晶を封入した液晶
セルの両側に、参考例1で作製した光学補償シート2を
貼り付け、更にその両側に偏光板を、クロスニコルの配
置で貼り付け、液晶表示装置を作製した。上記液晶表示
装置では、偏光板の一方をその透過軸と液晶セルのラビ
ング方向とが45度となるように、もう一方をその透過
軸と液晶セルのラビング方向とが−45度となるように
配置した。また、光学補償シートは両方とも、その光軸
が液晶セルのラビング方向と180度となるように配置
した。この液晶表示装置に対して、プラス、マイナスの
DC電圧を短時間印加した。実即ち、液晶セルのラビン
グ方向に対して−90度の方向から90度の方向におけ
る8階調(グラフの8本の線で表される)の各階調の特
性(透過率の視野角依存性)を大塚電子(株)製のLC
D−5000を用いて測定した。その結果を図8に示
す。
【0042】[比較例1]参考例1で作製したIPSモ
ード液晶セル1の両側に偏光板を、クロスニコルの配置
で貼り付け、液晶表示装置を作製した。光学補償シート
を用いなかった。上記液晶表示装置では、参考例1と同
様に、偏光板の一方をその透過軸とx軸とが80度とな
るように、もう一方をその透過軸とx軸とが−10度と
なるように配置した。参考例1と同様にして図5のx軸
に対して−45度の方向から135度の方向における8
階調の各階調の特性(透過率の視野角依存性)を大塚電
子(株)製のLCD−5000を用いて測定した。その
結果を図9に示す。
【0043】[実施例2]反強誘電性液晶を封入した液
晶セルの一方に、参考例1で作製した光学補償シート1
を貼り付け、更に、光学補償シート1上及び液晶セルの
もう一方の側に偏光板を、クロスニコルの配置で貼り付
け、液晶表示装置を作製した。上記液晶表示装置では、
図6に示すように、偏光板の一方をその透過軸と液晶セ
ルのラビング方向とが0度となるように、もう一方をそ
の透過軸と液晶セルのラビング方向とが90度となるよ
うに配置した。また光学補償シート1は、光軸が液晶セ
ルのラビング方向と平行となるように配置した。参考例
1と同様にして液晶セルのラビング方向に対して−90
度の方向から90度の方向の範囲における8階調の各階
調の特性(透過率の視野角依存性)を大塚電子(株)製
のLCD−5000を用いて測定した。その結果を図1
0に示す。
【0044】[比較例2]参考例1で作製したIPSモ
ード液晶セル2の両側に偏光板を、平行に貼り付け、液
晶表示装置を作製した。光学補償シートを用いなかっ
た。上記液晶表示装置では、偏光板は、両方とも透過軸
とx軸とが0度となるように配置した。参考例1と同様
にして図6のx軸に対して−45度の方向から135度
の方向における8階調の各階調の特性(透過率の視野角
依存性)を大塚電子(株)製のLCD−5000を用い
て測定した。その結果を図11に示す。
【0045】[参考例2]参考例1で作製したIPSモ
ード液晶セル3の一方に、前記で作製した光学補償シー
ト1を貼り付け、更に、光学補償シート1上及びIPS
モード液晶セル1のもう一方の側に偏光板を、クロスニ
コルの配置で貼り付け、液晶表示装置を作製した。上記
液晶表示装置では、偏光板の一方をその透過軸とx軸
(図5)とが20度となるように、もう一方をその透過
軸とx軸とが−70度となるように配置した。また、光
学補償シートはその光軸がx軸と20度となるように、
透過軸とx軸とが20度の偏光板と液晶セルとの間に配
置した。この液晶表示装置に対して、参考例1と同様に
して55Hz矩形波で電圧を印加した。即ち、x軸に対
して−45度の方向から135度の方向における8階調
の各階調の特性(透過率の視野角依存性)を大塚電子
(株)製のLCD−5000を用いて測定した。その結
果を図12に示す。
【0046】実施例1、2、参考例1、2で得られた液
晶表示装置は、広い視野角で透過率が高く、8階調の各
階調とも表示が良好で、高いコントラストを示した。一
方、比較例1で得られた液晶表示装置は、高い透過率が
高く、8階調の各階調とも良好な表示は、狭い視野角で
しか得られなかった。比較例2の液晶表示装置は、黒表
示が狭い視野角でしか得られなかった。
【0047】
【発明の効果】本発明の液晶表示装置は、正面コントラ
ストを低下させずに、表示コントラスト及び表示色の視
野角特性が改善され、広い視野角で階調反転現象が発生
することがない。従って、このような視野角特性の優れ
た液晶表示装置はCRTとの代替えも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】液晶表示の原理を説明するための概略図であ
る。
【図2】液晶表示装置の構成の一例を示す概略図であ
る。
【図3】液晶セルの光学補償を行なう原理を示す模式図
である。
【図4】液晶表示装置の電極の構成の一例を示す概略図
である。
【図5】液晶表示装置の、偏光板の透過軸、光学補償シ
ートの光軸及び液晶セルの配向膜のラビング方向の関係
の一例を示す図である。
【図6】液晶表示装置の、偏光板の透過軸および光学補
償シートの光軸の関係の一例を示す図である。
【図7】参考例1の階調特性を示すグラフである。
【図8】実施例1の階調特性を示すグラフである。
【図9】比較例1の階調特性を示すグラフである。
【図10】実施例2の階調特性を示すグラフである。
【図11】比較例2の階調特性を示すグラフである。
【図12】参考例2の階調特性を示すグラフである。
【符号の説明】
11 光 12、19 偏光板 13、17 基板 14 電極 15 電界 16 ネマテック液晶分子 18 液晶の層を通過した光の偏光状態 21a、21b 偏光板 22a、22b 光学補償シート 23a、23b 透明基板 24a、24b 保護絶縁膜 25、27 線状の電極 26a、26b 液晶分子 28 矢印 29a、29b 電界 30 直交した矢印 31 光学補償シート 32 液晶層 33 光学補償シートの屈折率楕円体 34 液晶分子の屈折率楕円体 41 コモン電極 42 画素電極 43 信号電極 44 走査電極 51、54 電極 52 偏光板の透過軸(及び光学補償シートの光軸方
向) 53 ラビング方向 55 偏光板の透過軸 61、64 電極 62 ラビング方向(偏光板の透過軸) 63 ラビング方向

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも一方に電極を有し、互いに平
    行な関係にある一対の透明基板の間に強誘電性液晶が封
    入されてなる液晶セル、及び液晶セルの少なくとも一方
    の側に設けられた偏光板からなる液晶表示装置におい
    て、 液晶セルと少なくとも一方の偏光板との間に光学補償シ
    ートが備えられており、そして該光学補償シートが、光
    学的に負の一軸性を有しかつその光軸が該シート面に対
    して平行であることを特徴とする液晶表示装置。
  2. 【請求項2】 光学補償シートが、下記の条件(1)及
    び(2): 20≦(nx −ny )×d≦1000 ・・・(1) 0≦|(nx −nz )×d|≦200 ・・・(2) (但し、nx 及びny はシートの面内の主屈折率を表わ
    し、nz はシートの法線方向の主屈折率を表わし、そし
    てdはシートのnm換算の厚さを表わす)を満足する請
    求項1に記載の液晶表示装置。
  3. 【請求項3】 光学補償シートが、負の固有複屈折を有
    するポリマーからなる請求項1に記載の液晶表示装置。
  4. 【請求項4】 光学補償シートが、スチレン系ポリマー
    のフィルムである請求項1に記載の液晶表示装置。
  5. 【請求項5】 少なくとも一方に電極を有し、互いに平
    行な関係にある一対の透明基板の間に反強誘電性液晶が
    封入されてなる液晶セル、及び液晶セルの少なくとも一
    方の側に設けられた偏光板からなる液晶表示装置におい
    て、 液晶セルと少なくとも一方の偏光板との間に光学補償シ
    ートが備えられており、そして該光学補償シートが、光
    学的に負の一軸性を有しかつその光軸が該シート面に対
    して平行であることを特徴とする液晶表示装置。
  6. 【請求項6】 光学補償シートが、下記の条件(1)及
    び(2): 20≦(nx −ny )×d≦1000 ・・・(1) 0≦|(nx −nz )×d|≦200 ・・・(2) (但し、nx 及びny はシートの面内の主屈折率を表わ
    し、nz はシートの法線方向の主屈折率を表わし、そし
    てdはシートのnm換算の厚さを表わす)を満足する請
    求項5に記載の液晶表示装置。
  7. 【請求項7】 光学補償シートが、負の固有複屈折を有
    するポリマーからなる請求項5に記載の液晶表示装置。
  8. 【請求項8】 光学補償シートが、スチレン系ポリマー
    のフィルムである請求項5に記載の液晶表示装置。
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