JPH03215831A - 液晶表示素子 - Google Patents

液晶表示素子

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JPH03215831A
JPH03215831A JP1152590A JP1152590A JPH03215831A JP H03215831 A JPH03215831 A JP H03215831A JP 1152590 A JP1152590 A JP 1152590A JP 1152590 A JP1152590 A JP 1152590A JP H03215831 A JPH03215831 A JP H03215831A
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Yasuyuki Takiguchi
康之 滝口
Akihiko Kanemoto
金本 明彦
Haruo Iimura
治雄 飯村
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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〕 本発明は液晶表示素子に関し、特に、電界制御複屈折効
果を利用したD A P (Deformatj.on
  ofVertically  Aligned  
Phass)型液晶表示素子を改良して成る液晶表示素
子に関する。
〔従来の技術〕
液晶表示素子としては、T N (Twisted N
ematic)型液晶表示素子が良く知られているが、
このTN型液晶表示素子は白黒表示であり構成が単純で
あるため、時計や電卓の表示部を中心に広く使われてい
る。しかしながら、TN型液晶表示素子を光シャッター
として用いる場合には、旋光分散のために完全な黒が得
られず、このため、カラーフィルターと組み合わせてカ
ラー液晶表示素子を作製した場合に、十分な色再現性が
得られないという問題がある。また、電圧透過率特性の
しきい値特性の急峻性が悪いため、時分割駆動特性が悪
く、大容量表示が困難であるという問題がある。
これに対し、多色表示が可能な液晶表示素子として、液
晶の電界制御複屈折効果を利用し、電圧を印加すること
によって液晶層の複屈折の大きさを変化させて光変調を
行うタイプのDAP型液晶表示素子が知られている。こ
のDAP型液晶表示素子は、古くから知られた表示方式
の表示素子であり、完全な光シャッター効果が得られる
という優れた特徴を有しており、液晶セルの条件設定に
よっては白黒表示も複屈折色を用いた多色表示も可能で
あるという特徴を有している。
以下、DAP型液晶表示素子の構成,原理について第5
図を参照して説明する。
第5図はDAP型液晶表示素子の基本構成を示す断面図
である。同図に示すように、透朗電極12,22を有す
るガラスやプラスチック等の一対の透光性基板11. 
21の間に、負の誘電率異方性を有する液晶組成物から
なる液晶層3が形成され、その外周をスペーサー兼用の
シール14. 24によって密封してDAP型液晶表示
素子の液晶セルが形成される。この液晶セルの上記基板
11. 21と透明電極12,22の液晶と接する側に
は液晶を基板に対して垂直に配向させるような配向膜1
5, 25が形成されている。また、液晶セルの外側に
はセルを挾むように一対の偏光板16. 26が設けら
れており、液晶セルと一対の偏光板とでDAP型液晶表
示素子が構成される。
このような構成からなるDAP型液晶表示素子では、電
圧無印加時には液晶は基板11. 21に対して垂直に
配向し、このとき液晶による複屈折は生ぜず,上下の偏
光板16. 26の偏光軸が直交している場合、黒表示
が得られる。また、上下の透明電極間12. 22に電
圧を印加すると、液晶分子は第6図(b)に示すように
基板11. 21に対して傾き、傾きの方向が偏光板1
6. 26の透過軸または吸収軸と平行または直交以外
の場合には複屈折を生じ、光を透過する。この透過光の
分光スペクトルはレターデーションに対応し、液晶層3
の厚さ、液晶の複屈折、印加電圧を調整することによっ
て、白または着色表示を行わせることが可能である。
このように、DAP型液晶表示素子は、大容量表示が可
能であり、しかも、白黒表示や、セル条件の設定によっ
てはカラーフィルターを用いずに多色表示が可能である
という特徴を有している。
しかしながら、このD A. P型液晶表示素子には視
野角が狭いという欠点がある。すなわち、上述ー3 の液晶層は光学的には一軸結晶とみなされるため、視野
角によって複屈折が大きく変化する。このため、電圧無
印加時またはしきい値電圧以下の実効値電圧印加時に、
正面から見て黒色が得られても斜めからみた場合には光
抜けが生じてしまう。
そこで、DAP型液晶表示素子の上述の欠点を改善する
ため、光学的に負の一軸性高分子フィルムを複屈折層と
してDAP型液晶セルに積層し、視角依存性を改善する
方法が提案されている(特開昭62−210423号公
報)。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところで、DAP型液晶表示素子において均質な表示を
得るためには、電圧印加時の液晶の傾く方向を制御する
必要がある。そのために、電圧無印加時の液晶分子の配
向を完全な垂直配向でなく、第6図(a)に示すように
垂直方向からθ゜傾けた配向制御を行う必要がある。こ
のティルト角θ゜が小さい場合には、電圧印加時の液晶
の傾く方向が一様でなくなり、リバースティルトと呼ば
れる配向欠陥によって表示むらを生じ、コントラスト−
4− が低下するという問題が起こる。また、プレティルト角
θ゜を大きくすると上記配向欠陥は生じないが、視野角
が狭くなり、表示性能が損なわれてしまうという問題が
ある。そこで、好ましいとされるティルト角θ゜は1°
から3″であり、電圧印加によって第6図(b)のよう
に液晶分子はプレティルトの方向に傾斜する。
ところが、前記公報記載の方法ではプレティルトが無く
、液晶が完全に垂直に配向している場合には確かに有効
であるが、液晶分子がプレティルトを持つ場合、または
視認位置で最もコントラストが得られるように電圧を印
加して液晶にティルト角を持たせた場合には、適正な補
償条件が得られず、視野角が狭くなったりコントラスト
が低下するという問題がある。また,前記公報記載の方
法では、さらに以下の問題があり、良い特性のものは得
られなかった。
l)延伸フィルムではフィルム面内に複屈折を生じ易く
、そのため視角補償できる方向が限られてしまう。
2)公報記載のポリマーでは、非常に特殊な成形を行う
必要があるため、均質なフイルムを作製するのが困難で
あり、生産性が低い。
本発明は上述の問題を解決するためになされたものであ
って、表示特性の視角依存性が著しく小さく、コントラ
ストが高く、視認位置が素子の正面からずれた場合でも
コントラストが高く、しかも生産性の高い、DAP型の
液晶表示素子を提供することを目的とする。
〔課題を解決するための手段及び作用〕上記目的を達成
するため、本発明では、電極を有する一対の基板と、該
基板間に封入され電圧無印加時に基板に対して傾斜垂直
配向した液晶層とを有する液晶セルと、該液晶セルを外
側から挾むように配置された一対の偏光板と、一方側の
偏光板と上記液晶セルとの間に設けられ、らせんピッチ
と屈折率の積が400nm以下であるコレステリツク液
晶層若しくは配向固定化されたコレステリツク液晶性高
分子層とから構成される液晶表示素子において、上記コ
レステリック液晶層若しくはコレステリック液晶性高分
子層のらせん構造のらせん軸が液晶分子の傾斜方向と同
じ方向に傾斜していることを特徴とする。
以下、本発明による液晶表示素子の構成及び作用につい
て図面を参照して詳細に説明する。
第1図に本発明による液晶表示素子の第1の構成例を示
す。
第1図に示すように、本発明の液晶表示素子では、透明
電極12. 22を有するガラスやプラスチックなどの
一対の透光性基板11. 21の間に、負の誘電率異方
性を有するネマティック液晶組成物からなる液晶層3を
形成し、スペーサー兼用の外周シール14. 24によ
って上記液晶層3を密封して液晶セル4が形成される。
上記基板11.,21と透明電極12. 22の液晶と
接する側には液晶を基板に対して傾斜垂直配向させるよ
うな配向膜15, 25が形成されている。また、上記
液晶セル4の外側には一対の偏光板16, 26が液晶
セルを挾むように配置されている。
上記偏光板16. 26の一方側と上記液晶セル4の間
、より具体的には、液晶セル4の図中上側の基板21と
図中上側の偏光板26の間には、コレステリック液晶層
37が設けられており、このコレステリック液晶層37
は一対の基板31. 41の間に形成されている。尚、
符号34, 44はスペーサー兼用の外周シールである
。また、液晶セル4側の基板31は省略することもでき
る。上記コレステリック液晶層37においては、コレス
テリックらせん構造のらせん軸は、第2図に示すように
、液晶層3の液晶分子の傾斜方向と同じ方向に傾斜して
いる。
上記のように配向したコレステリック液晶層37は、ら
せん軸方向に進む光に対しては略等方性とみなせ、らせ
ん軸方向の屈折率のほうがらせん軸に直交する方向の屈
折率より小さいという特徴がある。したがって、第1図
に示すように、従来のDAP型液晶セル4と偏光板26
の間にコレステリック液晶層37を配置することにより
、液晶表示素子の表示特性の視角依存性を著しく低減さ
せることができる。
尚、本発明こ用いられるコレステリック液晶層が上述の
ような優れた特性を発揮するためには、コレステリック
らせん構造のピッチが可視光の波長程度(400〜80
0nm)よりも小さいことが必要であり、これとまった
く同様に、らせん構造による選択反射(または透過)に
よって着色するのを防ぐためには、液晶の屈折率とピッ
チの積が400nmより小さいことが必要である。
さらに、本発明では、上記コレステリック液晶のらせん
ピッチを動作セルの液晶分子の傾斜している方向に傾斜
させることに特徴を有する。
前述のように、DAP型液晶表示素子においては、均質
な表示を得るために電圧無印加時の配向を完全な垂直配
向ではなく、先の第6図(a)に示したように垂直方向
から0。(この角度をプレティルト角と称する)傾けた
配向制御を行う。一般にはこのプレティルト角は1゜か
ら3°である。
本発明では、例えばコレステリック液晶のらせん軸を第
2図に示すようにDAP型液晶セルのプレティルト角と
同じθ。たけ傾ける。DAP型液晶表示素子では、液晶
のティルトした方向から観察したときに最も高いコント
ラストが得られるが、この様にコレステリック液晶を配
向させることにより、コントラストをまったく損なうこ
となく、かつ理想的な補償条件を実現することができる
また、従来、視野角の問題から採用されていなかった3
度以上のプレティルト角の場合においても視角補償を行
うことが可能である。
ここで、第3図は本発明によるコレステリック液晶補償
板のらせん軸の傾け方の別の例を示したものであり、時
分割駆動時の視野角を改善するものである。時分割駆動
時には、動作側のDAP型液晶セルの液晶分子は、非選
択点であっても非選択電圧の印加を受け、液晶のティル
ト角はプレティルト角より大きくなる。この角度は電圧
値によって大きく異なるが、おおむね3゜から20゜の
間である。この例では、非選択電圧印加時のティルト角
θとコレステリック液晶補償板のらせん軸の傾き角を一
致させることにより、コントラストをまったく損なうこ
となく、且つ理想的な補償条件を実現することができる
また、表示素子に対して観察者の視認方向が決まってい
るような場合(例えば自動車の計器盤など)には、らせ
ん軸を視認方向に向け、DAP液晶セルの印加電圧また
はプレティルト角を調整することによって、最適な視野
角と高いコントラストを得ることができる。
尚、コレステリック液晶のらせん軸の傾き角を制御する
には、従来の、ネマティック液晶に用いられている方法
を用いることができる。例えば、ポリイミド、ポリアミ
ドなどの高分子被膜を基板上に形成してラビングする方
法、SiOの斜め蒸着法、SiOを斜めに蒸着した後、
垂直配向剤で処理する方法、などを例示することができ
る。第3図に示すように、これらの方法によって基板界
面にφなる液晶分子の傾き角を与えることにより、らせ
ん軸にはおおよそψ(ψ=90゜一φ)なる傾き角を与
えることができる。この傾き角の好ましい範囲は、前述
のように用いられ方によって異なるが、おおよそ1゜か
ら300の範囲が好ましい。
次に、第4図に本発明による液晶表示素子の第11− 2の構成例を示す。
第4図に示す液晶表示素子において、液晶セル4の構成
は第1図に示した第1の構成例と同じである。本例では
、前述の補償板として配向固定化されたコレステリンク
液晶性高分子57を用いる。
このコレステリック液晶性高分子57は、ガラスやプラ
スチックなどの透光性基板51上に形成されており、液
晶セル4と一方側の偏光板16または26(図示の例で
は上側の偏光板26)との間に設けられている。尚、基
板5lは省略して液晶セル4側の基板21上にコレステ
リック液晶性高分子膜を直接設けることもできる。また
、第1の構成例と同様に、一対の基板でコレステリック
液晶性高分子膜を挾持することも可能である。さて、上
記配向固定化されたコレステリック液晶性高分子層57
においては、コレステリックらせん構造のらせん軸は、
液晶セル4側の液晶層3の液晶分子の傾斜方向と同じ方
向に傾斜している。
上記配向固定化されたコレステリック液晶性高分子は、
サーモトロピックな液晶性を示す高分子ー12ー 化合物を、コレステリック液晶を呈する温度で配向させ
た後、ガラス転移点以下の温度に冷却して得られ、液晶
相でのコレステリックねじれ配向が同相においても保持
されたものである。また、リオトロピック性の液晶性高
分子の濃度溶液から溶媒を留去しても作製可能である。
このコレステリック液晶性高分子は、光学的には前述の
低分子コレステリック液晶とまったく同様な特性を示す
ため、一般のDAP型液晶表示素子の液晶セルに積層す
ることにより、表示素子の表示特性の視角依存性をきわ
めて効果的に低減することができる。また、本発明によ
る液晶表示素子では、配向固定化されたコレステリック
液晶性高分子のらせんピッチを動作セルの液晶分子の傾
斜している方向に傾斜させているため、前述の低分子コ
レステリック液晶の場合と同様に、動作させるDAP液
品セル4にプレテイルト角がある場合や、視野角の問題
から採用されていなかった3度以上のプレテイルト角の
場合においても視角補償を行うことが可能である。また
,時分割卵動時の視角補償がより完全に行えるため、高
コントラストで視野角の広い液晶表示素子が得られる。
また、液晶表示素子に対して観察者の視認方向が決まっ
ているような場合(例えば自動車の計器盤など)にも、
同様に最適な視野角と高いコントラスト・を得ることが
できる。
また、これらに加えて、配向固定化された液晶性高分子
57はそれ自体で高い自己保持性を有するため、本例の
ように単一基板51上に形成することが可能で、そのた
め、素子構成を簡略化できるという特徴を持つ。また、
この配向固定化された液晶性高分子57を用いた補償板
は、全て固体で構成されているため環境変化や外力にも
強く、高い信頼性を有する。さらに、補償板の性能がほ
とんど温度変化しないという特徴も有する。
尚、コレステリック液晶性高分子のらせん軸の傾き角を
制御するには、従来の、ネマテイツク液晶に用いられて
いる方法を用いることができる。
例えば、ポリイミド、ポリアミドなどの高分子被膜を基
板上に形成してラビングする方法、SiO15一 の斜め蒸着法、SiOを斜めに蒸着した後、垂直配向剤
で処理する方法、などを例示することができる。そして
、これらの方法で処理した基板上にコレステリック液晶
性高分子膜を塗布し、液晶状態で配向させた後、配向固
定化を前述の方法で行う。さて、第3図に示した第1の
構成例による配向処理の場合と同様に、これらの方法に
よって基板界面にφなる液晶分子の傾き角を与えること
により、らせん軸にはおおよそψ(ψ=90゜−φ)な
る傾き角を与えることができる。この傾き角の好ましい
範囲は、前述のように用いられ方によって異なるが、お
およそ1゜から30’の範囲が好ましい。
尚、本発明の液晶表示素子において、液晶セル4の上下
に配設される偏光板16. 26の透過軸は、隣接する
基板11. 12上での液晶分子のプレティルトの方向
(液晶分子の配向方向の基板への投影方向)とおおむね
306から60゜の角度を成すように設けることが好ま
しい。
〔実 施 例〕
16ー 次に、本発明による液晶表示素子の具体的な実施例につ
いて説明する。
実施例1. 先ず、以下のようにして動作セルを作製する。
I T O (Indium Tin Oxide)か
らなる透明電極を有する2枚のガラス基板を用意し、夫
々の基板に、スリーエム社製の垂直配向剤FC805を
スピンコートし、焼成した後、綿布によりラビング処理
する。上記処理後、両基板を配向膜面が対向するように
、且つラビング方向が反平行となるようにスペーサーを
介して張り合わせる。そして、両基板の空隙に誘電率異
方性が負であるチッソ社製の液晶組成物EN37を注入
し、鄭動用DAP型液晶セルを作製した。この液晶セル
の液晶層の厚さは7.5μmである。また、プレティル
ト角はθ。
=2゜であった。
尚、この液晶セルの上下にニュートラルグレの一対の直
線偏光板を互いの偏光軸が直交し、且つラビング方向と
45゜の角度を成すように配置すれば、通常のDAP型
液晶表示素子が構成される。
次に、以下のようにして補償用セルを作製する。
配向剤として日立化成社製のPIQを用い、これをガラ
ス基板にスピンコートし、300℃で焼成した後、綿布
でラビング処理を施す。もう一枚の基板にも同様の処理
を施し、両基板を配向膜面が対向するように、且つラビ
ング方向が反平行となるようにスペーサーを介して張り
合わせる。そして、両基板間の空隙に、室温におけるピ
ッチと屈折率の積が350nmであるコレステリック液
晶(BDH社製TM736とCB15の混合液晶)を注
入し、補償用セルを作製した。この補償用セルのコレス
テリック液晶層の厚さは10μmである。また、液晶分
子のプレティルト角はψ=2゜であった。
次に、上述のようにして作製された動作セルと補償セル
を重ね合わせ、この両セルを挾持するように上下にニュ
ートラルグレーの一対の直線偏光板を互いの偏光軸が直
交し、且つ動作セルのラビング方向と45゜の角度を成
すように配置して液晶表示素子を作製した。
尚、両セルの隣合う基板上でのラビング方向は反平行と
し、これによって動作セルのプレテイルトの方向とコレ
ステリック液晶のらせん軸の傾き方向を一致させた。
このようにして作製された液晶表示素子は、電圧無印加
時には黒色であり、2.8vの電圧印加によって無色と
なった。電圧印加時の視野角を補償セルの無い素子と比
較したところ、本実施例の液晶表示素子の方が、色、明
るさ変化ともに少なく、本実施例の液晶表示素子が優れ
た表示性能を有していることが確認された。また、3v
のスタティック駆動及び1/ 64 dutyの時分割
駆動においても補償セルの無い素子と比較して優れた表
示性能を有していることを確認した。
実施例2. 先ず、動作セルとしてプレティルト角が1゜である他は
実施例1と同様の液晶セルを作製した。
次に、補償用セルには、液晶分子のプレテイルト角がψ
=5゜である補償用セルを、配向剤として日立化成社製
のLQ1800を用いることにより実施例1と同様に作
製し、両者を実施例1と同様に積層した後、一対の偏光
板を配設し、液晶表示素子を作製した。
この液晶表示素子を、1/64 dutyの時分割駆動
を行い、非選択点に2.5vの実効値電圧が印加される
条件で補償用セルの無い素子と比較したところ、本実施
例の液晶表示素子の方が、色、明るさ変化ともに少なく
、本実施例の液晶表示素子が優れた表示性能を有してい
ることが確認された。
実施例3. 先ず、動作セルとしてプレテイルト角が1゜である他は
実施例1と同様の液晶セルを作製した。
次に、補償用セルには、液晶分子のプレテイルト角がψ
=15°であるセルを、配向処理にSi○の斜め蒸着法
を用いることにより実施例1と同様に作製し、両者を実
施例1と同様に積層した後、一対の偏光板を配設し、液
晶表示素子を作製した。
この液晶表示素子を、1/64 dutyの時分割駆動
を行い、基板法線から15゜の方向から観察し、コント
ラストが最大となるように印加電圧を調整した。この条
件で補償用セルの無い素子と比較した−19− ところ、本実施例の液晶表示素子は、観察方向を中心と
して広い視野角を有していたが、これに対し、補償用セ
ルの無い場合には、観察方向には十分なコントラストが
得られなかった。
実施例4. 先ず、動作セルとしてプレテイルト角が1゜である他は
実施例1と同様の液晶セルを作製した。
次に、ガラス基板上に配向膜として日立化成社製のLQ
1800を設け、綿布でラビング処理を施した後、基板
をホットプレートで約300℃に加熱しながらラビング
面上に下記の構造式で示される液晶性高分子を載せ、 一(−0−Ph−Ph−OCO− (CH2)lI−C
 (0) )。、。
− (−0−Ph−Ph−OCO−CH2−CH (C
H3 )− (CH2 )2 −C (0) 0 . 
6 −(phはフェニレン基) この液晶性高分子が溶融したところでブレードで延ばし
基板面に塗布した。その後、約250℃に降温させてコ
レステリック相とし、約30分間温度を保持した。次に
この試料を室温に急冷し、配向固定化された液晶性高分
子からなる補償板を作製し−20− た。
この補償板のコレステリックピッチは約360n mで
あり、液晶性高分子のらせん軸は約5°法線から傾いて
いることを選択反射スペクトルの視角依存性から確認し
た。
次に、動作セルと上記補償板を実施例1と同様に積層し
た後、上下に一対の偏光板を配設し、液晶表示素子を作
製した。
この液晶表示素子を、1/64 dutyの時分割駆動
を行い、非選択点に2.5vの実効値電圧が印加される
条件で補償用セルの無い素子と比較したところ、本実施
例の液晶表示素子の方が、色、明るさ変化ともに少なく
、本実施例の液晶表示素子が優れた表示性能を有してい
ることが確認された。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、DAP型液晶表
示素子の偏光板と液晶セルとの間に、らせん軸が液晶セ
ルのプレティルト方向に傾いたコレステリック液晶層若
しくは配向固定化されたコレステリック液晶性高分子層
を設けたことにより、DAP型液晶表示素子の表示特性
の視角依存性を効果的に低減して、広視野角でコントラ
ストの高い液晶表示素子を提供することができる。
また、本発明によれば、上記らせん軸を液晶セルのプレ
ティルトの方向に傾けた結果、DAP型液晶セルの液晶
にプレティルト角がある場合や、視認位置が素子の正面
からずれた場合、時分割駆動する場合でも、コントラス
トが高く、広視角な液晶表示素子を提供することができ
る。
さらにまた、本発明の液晶表示素子において、配向固定
化されたコレステリック液晶性高分子を補償板として用
いた場合には、補償板を単一基板上に形成することが可
能で、そのため、素子構成を簡略化できるという特徴を
持つ。またコレステリック液晶性高分子を用いた補償板
は全て固体であるため、環境変化や外力にも強く、高い
信頼性を有する。さらに、補償板性能がほとんど温度変
化しないという特徴も有し、工業的にきわめて価値の高
いものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による液晶表示素子の第1の構成例を示
す断面図、第2図、第3図は第1図に示す構成の液晶表
示素子の液晶層及びコレステリック液晶層の液晶分子の
配向状態の説明図、第4図は本発明による液晶表示素子
の第2の構成例を示す断面図、第5図はDAP型液晶表
示素子の基本構成の一例を示す断面図、第6図は第5図
に示す構成の液晶表示素子の液晶分子の配向状態の説明
図である。 3・・・・液晶層、4・・・・液晶セル、1.1,21
,31,41.51・・・・透光性基板、12.22・
・・・透明電極、15.25・・・・配向膜、16.2
6・・・・偏光板、37・・・・コレステリック液晶層
、57・・・・コレステリック液晶性高分子層。 (a) (47) θff θn

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 電極を有する一対の基板と、該基板間に封入され電圧無
    印加時に基板に対して傾斜垂直配向した液晶層とを有す
    る液晶セルと、該液晶セルを外側から挾むように配置さ
    れた一対の偏光板と、一方側の偏光板と上記液晶セルと
    の間に設けられ、らせんピッチと屈折率の積が400n
    m以下であるコレステリック液晶層若しくは配向固定化
    されたコレステリック液晶性高分子層とから構成される
    液晶表示素子において、上記コレステリック液晶層若し
    くはコレステリック液晶性高分子層のらせん構造のらせ
    ん軸が液晶分子の傾斜方向と同じ方向に傾斜しているこ
    とを特徴とする液晶表示素子。
JP1152590A 1990-01-19 1990-01-19 液晶表示素子 Expired - Fee Related JP2813222B2 (ja)

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