JPH07199174A - 液晶表示素子 - Google Patents
液晶表示素子Info
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- JPH07199174A JPH07199174A JP5337236A JP33723693A JPH07199174A JP H07199174 A JPH07199174 A JP H07199174A JP 5337236 A JP5337236 A JP 5337236A JP 33723693 A JP33723693 A JP 33723693A JP H07199174 A JPH07199174 A JP H07199174A
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Abstract
の変化のない液晶表示素子を得る。 【構成】メソゲン基を側鎖に有する高分子のフィルムか
らなる光学位相差板4を液晶表示セル3の少なくとも一
方の面側に配置する。光学位相差板4は側鎖の運動によ
る転移点が−50℃〜90℃の間にあるものである。
Description
晶表示素子に関し、さらに詳しくはSTN(スーパーツ
イステッドネマチック)型液晶表示素子の色補償板とし
て好適な高分子光学位相差フィルムを用いた液晶表示素
子に関する。
ナルコンピューター、ワードプロセッサー、データ端末
等の表示として液晶表示装置が多く採用されている。こ
れらの多くは大容量表示が行え、視角の広いSTNモー
ドを主に使用している。しかしSTNモードは複屈折効
果を利用するため着色表示となってしまう欠点があっ
た。
色付きを補償して白黒表示を行う高分子フイルム補償型
液晶表示素子が提案された。補償用の高分子フィルムは
特定の高分子成分を含み、延伸、配向を行うことによ
り、屈折率異方性が生じるようにされたものである。
異方性Δnをもつ高分子成分は、液晶表示装置に用いら
れる液晶にくらべて複屈折の温度変化が著しく小さい。
この特性の違いにより高温もしくは低温において補償性
能が落ち、表示素子のコントラストや透過率、視角特性
の低下及び背景色変化を起こす欠点がある。
表示を行う液晶表示装置は、光学位相差フィルムの高分
子成分と液晶表示装置中の液晶とのΔnの温度特性の違
いにより、液晶表示素子と光学位相差フィルムのΔn・
dの温度変化が異なるため、温度によりコントラスト比
や透過率、視角特性の低下および背景色変化を起こす問
題点があった。
学位相差板と液晶表示素子の複屈折の温度変化を一致さ
せて、広い温度領域で実質的な温度補償が可能な液晶表
示装置を提供することを一つの目的とする。
た温度特性を有させることにより、広範囲の温度でより
表示品位の高い液晶表示装置を提供することを目的とす
る。
定な温度領域が広く、広範な温度条件で実用的な液晶表
示装置を提供することを目的とする。
実用的な光学位相差板を提供することにより、実用価値
を高めた液晶表示装置を提供することを目的とする。
を解決すべくなされたものであり、フィルム補償型液晶
表示装置において色付きを補償して白黒表示を行わせる
フィルム光学位相板のもつリタデーション(Δn・d)
の温度変化を液晶表示素子中の液晶組成物と同等の温度
特性をもつ側鎖型高分子液晶フィルムを用いて高低温に
おいて良好な表示を得ることを特徴とする液晶表示素子
を提供するものである。
子のフィルムからなる光学位相差板であって、側鎖の運
動による転移点(以下、副転移点という)が−50℃〜90
℃の間にあるものを液晶表示セルの少なくとも一方の面
側に配置したとことを特徴とする液晶表示素子を提供す
るものである。
する。
ーパーツイステッドネマチック液晶表示素子が用いられ
る。
れた一対の透明電極基板間に旋光性物質を含有した誘電
異方性が正のネマチック液晶を挟持し、両電極間での液
晶分子のねじれ角を 160〜 300°とすればよい。これ
は、 160°未満では急峻な透過率変化が必要とされる高
デューティでの時分割駆動をした際のコントラスト比の
向上が少なく、逆に 300°を超えるとヒステリシスや光
を散乱するドメインを生じ易いためである。また、液晶
層の△n・dが特に 0.4〜 1.5μmとされるのが好まし
い。干渉色の補償層を付加して、白黒表示とした場合、
△n・dが 0.4μm未満では、オン時の透過率が低く、
青味がかった表示色になりやすく、また 1.5μmを超え
るとオン時の色相が黄色から赤色を呈し、白黒表示とな
りにくいからである。特に、表示色の無彩色化が厳しく
要求される用途では、△n・dは 0.5〜 1.0μmとされ
ることが好ましい。
は以下のようになる。プラスチック、ガラス等の基板の
表面に、所望のパターンでパターニングされたITO
(In2O3-SnO2)、SnO2等の透明電極が設けられて電極付
きの基板とされる。電極層は、表示に対応してパターニ
ングされていてもよいし、共通電極として用いられる場
合などにはベタ電極とされてもよい。電極層の形成方法
としては、特にこれに限るものではないが、層厚を均一
にする見地からは、蒸着法、スパッタ法等が好ましく用
いられる。
極の上もしくは下にSiO2、TiO2等の絶縁膜、位相差膜、
偏光膜、反射膜、光導電膜等が形成されていてもよい。
の基板に 640本のストライプ状の電極が形成され、他方
の基板には、これに直交するように 400本のストライプ
状の電極が形成され、 640× 400ドットのような表示が
なされる。さらにこの 640本のストライプ状の電極を夫
々3本一組として1920本のストライプ状の電極とし、R
GBのカラーフィルターを配置してフルカラーで 640×
400ドットの表示をすることもできる。
グされたポリイミド、ポリアミド等の膜や、斜め蒸着さ
れたSiO 等の膜からなる配向制御膜が形成される。表示
モードによっては垂直配向剤を塗布する必要のある場合
もある。2枚の上記基板が準備されて、前記した液晶層
を挟持するようにされる。
短絡防止のためにTiO2、SiO2、Al2O3等の
絶縁膜を設けたり、透明電極にAl、Cr、Ti等の低
抵抗のリード電極を併設したり、カラーフィルターを電
極の上もしくは下に積層してもよい。
に偏光板を配置する。この偏光板自体もセルを構成する
基板の外側に配置することが一般的であるが、性能が許
せば、基板自体を偏光板で構成したり、基板と電極との
間に偏光層として設けてもよい。
であり、その応用範囲が広い。なお、透過型で使用する
場合には裏側に光源を配置することが好ましい。もちろ
ん、光源にも導光体やカラーフィルターを併用してもよ
い。さらに、透過型で使用する場合、画素以外の背景部
分を印刷等による遮光膜で覆うこともできる。また、遮
光膜を用いるとともに、表示したくない部分に選択電圧
を印加するように、逆の駆動をすることもできる。
併用することも可能である。このカラーフィルターは、
セル内面に形成することにより、視角によるズレを生じ
なく、より精密なカラー表示が可能となる。具体的に
は、電極の下側に形成されてもよいし、電極の上側に形
成されてもよい。また、色を補正するためのカラーフィ
ルターや、カラー偏光板を併用したり、液晶中に色素を
添加したり、あるいは特定の波長分布を有する照明を用
いたりしてもよい。
電極に電圧を印加するための駆動手段を接続し、駆動を
行う。
わない範囲内で、通常のスーパーツイステッドネマチッ
ク液晶表示素子で使用されている種々の技術が適用可能
である。
断面図を示す。図において1,2は一対の偏光板、3は
電圧印加により具体的に表示を行うスーパーツイステッ
ドネマチックタイプの液晶セルである。この液晶セルに
好適に用いられる液晶としては、光学位相差フィルムと
のΔn・dの温度特性を同一にするためTc (透明点)
の比較的高い液晶がよく、Tc =80℃〜 130℃の液晶が
よい。
板(光学位相差フィルム)を示している。5,6は液晶
層を挟持するガラス基板、7,8基板内面に形成された
ITO(In2O3-SnO2)、SnO2等の透明電極、9、10は
ポリイミド、ポリアミド等の膜をラビングしたり、SiO
等を斜め蒸着したりして形成した配向制御膜、11、1
2は透明電極と配向制御膜との間に基板間短絡防止のた
めに必要により設けられるTiO2、SiO2、Al2O3 等の絶縁
膜、13はこれら2枚のガラス基板5,6の周辺をシー
ルするためのシール剤、14は液晶層を示している。
ルム光学位相差板にポリカーボネートの様な主鎖に剛直
な分子をもつ主鎖型型高分子を使用していたため液晶表
示素子中の液晶とフィルム光学位相板の成分である高分
子とのΔnの温度特性の違いより、高温においてΔn・
dの変化量の違いを生じ、コントラスト比の低下等が起
こる欠点があった。
て、その光学特性の温度変化について検討した結果、高
分子フィルムの光学特性温度変化は、そのフィルムにお
ける、側鎖の運動もしくは主鎖の局所的な運動による転
移点(以下、副転移点という)の存在に密接に関係して
いることを見出した。すなわち、副転移点を−50℃〜90
℃の間にもつ高分子フィルムは、温度にたいする複屈折
の変化が大きく、液晶表示素子中の液晶組成物と同等の
温度特性をもつようになるということである。
ついて、横軸に温度、縦軸に自由エネルギーをとって、
温度変化に対する自由エネルギー変化の様子を示したも
のである。この図から、温度が変化するにつれて、自由
エネルギーが特異的に変化し、変曲点を形成する点が存
在することがわかる。このような変曲点は、温度の低い
ものから順に、主鎖に直接結合した基の回転などによる
もの、側鎖自由回転によるもの、主鎖の局所的な運動な
どによるものであることが知られており、これらは副転
移点と呼ばれる。さらに温度が上がると、主鎖のミクロ
ブラウン運動によって自由エネルギーが特異的に変化す
る点(ガラス転移点:Tg )が生じ、高分子はゴム状、
皮革状等になり、最終的には流動化する。
する点の存在は、温度にたいする光学特性、特に、複屈
折の変化に大きく影響する。つまり、複屈折の変化は、
主に高分子の構造上の変化によるものであるため、比較
的低温で複屈折が変化するような高分子化合物は、比較
的低温で高分子の構造上の変化を起こすようなものであ
り、即ち、前述の自由エネルギーの変曲点をもつ。
移点をもつような高分子化合物から位相差フィルムを選
択することにより、低温で複屈折の変化が大きく、液晶
層の複屈折変化とほぼ同等の温度変化を有するような位
相差フィルムを得ることができる。
ムとして側鎖にメソゲン基を有する側鎖型高分子液晶フ
ィルムを採用した。側鎖型高分子液晶フィルムは流動性
がなくそれ自身がフィルムを形成するためガラスのよう
な支持体で保持する必要がない、また壊れないなどの特
徴がある。
に用いられる高分子材料は主鎖として、熱可塑性樹脂、
熱硬化樹脂、光硬化樹脂など透明で耐光性のよい樹脂が
選択される。熱可塑性樹脂を用いることにより、成型が
しやすい光学位相差板を得ることができる。例えば、ポ
リプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、アクリ
ル樹脂等の樹脂である。
紫外線等のエネルギー線硬化型の樹脂があり、さらには
アクリル系の樹脂がある。このような樹脂を用いること
により透明な基板を通して樹脂を硬化、フィルム化する
ことができる。好適な樹脂としてはアクリル樹脂、ポリ
エチレン樹脂、ポリシロキササン樹脂、ポリイミド樹
脂、ポリアミド樹脂ポリカーボネイト樹脂、ポリプロピ
レン樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリメタクリレ
ート樹脂等であり、特に好適な樹脂としてはアクリル樹
脂である。特に光照射によって重合硬化するアクリルモ
ノマーもしくはオリゴマーから形成されるものが作製し
やすく、好ましい。
ため主鎖骨格または側鎖には架橋反応を起こす構造があ
ることが望ましい。すなわち、−OOC−CH=CH−
Ph(ここで、Phはフェニル基を示す)等の基を、主
鎖骨格や側鎖に有するものである。また、架橋剤を添加
することにより架橋反応が起こる構造でもよい。このよ
うな構造としては、−OH、−COOH、−CONH、
化1のような構造を主鎖骨格や側鎖に有するものがあ
り、架橋剤としてはイソシアネート、チアネート、金属
酸化物、NH2 −R−NH2 (Rはアルキレン基)等が
ある。また架橋剤として、多官能のアクリルモノマーを
用いてもよい。
100〜200℃の間にあることが好ましい。ガラス転
移点が高すぎると、フィルムの延伸などの成型がしにく
くなるおそれがあり、ガラス転移点が低いと、液晶パネ
ルの使用温度範囲でフィルムの変形などが生じるおそれ
がある。
のが好ましい。剛直なポリマーでは主鎖の転移点が高く
なりすぎるからである。主鎖を柔軟とするためには、主
鎖にベンゼン環やシクロヘキサン環などの環構造をもた
ないことが好ましい。具体的には、ポリエチレンやアク
リル等の樹脂で環構造をもたないものである。
後、延伸を行うことで側鎖に結合した液晶分子を配向さ
せΔn・dをもたせることができる。また、光学位相差
板フィルムを直接ラビングするか配向膜をつけラビング
して側鎖の液晶分子を配向させてもよい。
メソゲン基のガラス転移点以上に加熱し磁場や電場によ
り配向させたり、側鎖の液晶分子自身の配向力を利用し
フィルムを側鎖のガラス転移点以上の高温に放置するこ
とにより側鎖液晶分子を配向させて複屈折性をもたせて
もよい。このような方法によれば、キャスト法、押し出
し成型法などによってフィルムを成型するのと同時にフ
ィルムに複屈折性を付与できるメリットがある。さら
に、重合前のモノマーの段階でラビングしたり、電場、
磁場等を印加することにより配向させた状態で光、熱、
反応開始剤による重合を行い側鎖を配向させ複屈折性を
もたせてもよい。
は、絶対値が0.01以上、特に好ましくは、0.1以
上であることが好ましい。理由は、液晶表示パネル内の
液晶と同一のΔn・dとすることにより液晶表示パネル
内の液晶とフィルムの波長分散の影響による補償状態の
低下を防ぐことができるからである。
率異方性よりも大きいことが好ましい。主鎖が大きな屈
折率異方性をもつと、側鎖の屈折率異方性の影響力が小
さくなり、フィルム全体としてのΔn・dの温度変化が
小さくなるおそれがあるためである。
は一般式Iに示される、ビフェニル系、エステル系、ア
ゾベンゼン系、などであり、特に、化2に示されるよう
な側鎖をもつものが好ましい。好適にはシアノビフェニ
ルなどである。また、強誘電液晶分子を側鎖として導入
してもよい。
液晶性側鎖を2種類以上含む共重合ポリマーでもよい。
ーを有することが好ましい。メソゲン基が、温度に応じ
て動きやすくなるので、副転移点を下げ、実質的に温度
補償ができて使用可能な温度範囲を下げることができる
からである。スペーサーとしては、アルキル鎖、−CO
O−(CH2 )n −O−(n=2〜11)、−(CH
2 )n −0−(n=2〜11)、CONH−(CH2 )
n −COO−(n=2〜10)等であり、好適には−C
OO−(CH2 )n −O−(n=6)を用いるのが好ま
しい。スぺーサーの長さ、すなわち、スぺーサーの鎖を
形成する炭素数は、5〜10であることが好ましい。主
鎖と側鎖メソゲン基の間が短すぎると側鎖の温度による
運動が妨げられ、フィルムのΔn・dの温度変化が起き
にくくなるためである。特に好ましい長さは6〜8であ
る。
および、側鎖に屈折率の異方性分子をもつ高分子フィル
ムは、屈折率異方性Δn、と高分子フィルムの厚さdの
積Δn・dが200 〜1000nmである。2枚用いる場合
は、特に好適にはΔn・d=405 nm程度となる。
ング法、水面展開法等、押し出し成型法などがあるが、
光硬化性樹脂を主鎖とする場合は、光重合法によりフィ
ルムの作成を行うことが好ましい。
を透明フィルムで挟むロールトゥーロール法により厚み
を均一化した後、紫外線を照射することにより硬化を行
う。なお、この樹脂の未硬化混合物には、フィルムの厚
さを一定するためのスペーサーとしてセラミック粒子、
プラスチック粒子、ガラス繊維などを添加してもよい。
特にスペーサーとして好適に用いられるものとしてはガ
ラス繊維のものである。プラスチック粒子等のスーぺー
サーに比べフィルムの厚さを一定に保ちやすく散布量も
少なくてすむメリットがあるからである。
頼性よく複屈折の補償が行える理由については次のよう
に考えられる。
学位相差フィルムのΔn・dの温度変化の違う欠点を解
決すべく、色付きを補償して白黒表示を行わせる光学位
相差フィルムを、高分子側鎖に液晶分子を導入した側鎖
型高分子液晶フィルムとすることで、液晶表示素子中の
Δn・dの温度特性と同様のΔnの温度特性をもつ光学
位相差フィルムとできる。このようにして、高低温時に
おいて液晶表示素子と光学位相差フィルムのリタデーシ
ョンの差が変わらずコントラスト比や背景色の変化を防
ぐことが可能になる。特に、光学位相差フィルムのリタ
デーションの温度変化率が25℃〜80℃の間で80〜95%で
あることが精密な温度補償の観点では、好ましい。
いることができる。こうすることにより、1)フィルム
1枚タイプより2枚以上使用した方が光学補償性能が良
くなる、2)他の信頼性の高いフィルムと組み合わせる
ことにより高い信頼性が得られる、などのメリットがあ
る。
たITO透明電極をストライプ状にパターニングし、転
写法によりSiO2による短絡防止用の絶縁膜を形成し、ポ
リイミドのオーバーコートをスピンコートし、これをラ
ビングして配向制御膜を形成した基板を作成した。第2
の基板として、ガラス基板状に設けられたITO透明電
極を第1の基板と直交するようにストライプ状にパター
ニングしSiO2の絶縁膜を形成し、ポリイミドのオーバー
コートをし、これを第1の基板のラビング方向と交差角
60°となるようにラビングして配向制御膜を形成した基
板を作成した。
した液晶セルを形成し、この液晶セル内に誘電異方性が
正のネマティック液晶を注入して 240°捻れの左らせん
の液晶層となるようにし、注入口を封止した。この実施
例の液晶層のΔn・dは25℃で 860nm(光の波長: 5
90nm)であった。
現した図である。1,2は1対の偏光板、3は液晶セ
ル、4は一軸性の複屈折板(光学位相差フィルム)であ
る。
の偏光板の偏光軸方向、光学位相差フィルムの光軸方向
および液晶層上側の液晶分子の長軸方向、並びに下側の
偏光板の偏光軸方向および液晶層の下側の液晶分子の長
軸方向の相対位置を示した平面図である。
軸方向からみた上側の偏光板の偏光軸22の方向を反時
計回りに計ったものをθ1 、液晶層の上側の液晶分子2
1の長軸方向からみた光学位相差フィルムの光軸方向2
3を反時計回りに計ったものをθ2 、液晶層の下側の液
晶分子の24の長軸方向からみた下側の偏光板の偏光軸
25の方向を時計回りに計ったものをθ3 液晶層の下側
の液晶分子の24の長軸方向からみた下側の光学位相差
フィルムの光軸方向26の方向を時計回りに計ったもの
をθ4 とする。実施例では、θ1 、θ2 、θ3 、θ4 は
それぞれ 125°、 280°、25°、 100°としている。
晶フィルムを使った。側鎖型高分子液晶は、化3に示し
た液晶性分子を含んだアクリル酸エステルに光反応開始
剤ベンゾインメチルエーテルを2%加え溶液状態とし
た。また高分子複合体の厚さを一定とするため直径が6.
0 μmのガラス繊維のスペーサーを約0.2 重量%加え
た。この溶液を100μmのポリエチレンテレフタレー
トフィルムに挟みロールトゥーロール法により厚みを均
一化した後、紫外線を照射し硬化させた。その後そのフ
ィルムを120℃でフィルムを側鎖のダイレクターが一
定方向を向くように延伸を行った。側鎖液晶分子のダイ
レクターの向いている方向(延伸方向)を上記の光軸と
した。この時のΔn・dは25℃で405nmであっ
た。これを液晶セルの両側に配置して、液晶表示装置を
作成した。
常のポリカーボネートとし、θ1 、θ2 、θ3 、θ4 は
それぞれ 125°、 100°、25°、 100°とした液晶表示
素子を比較例として作成した。
ィー1/15バイアスで、駆動して、コントラスト比および
背景色変化を調べた結果が表1である。
なされていることがわかる。
置の欠点であった高温時におけるコントラスト比の低下
や背景色の変化などを解消して広い温度範囲でコントラ
スト比の低下や背景色の変化のない液晶表示素子が得ら
れるという優れた効果を有する。また、この他に高温時
での視角特性などにも効果があると思われる。
面図。
び下側の液晶分子の長軸方向、偏光板の偏光軸方向およ
び光学位相差フィルム位相板の光軸方向の相対位置を示
した平面図。
ためのグラフ。
Claims (5)
- 【請求項1】メソゲン基を側鎖に有する高分子のフィル
ムからなる光学位相差板であって、側鎖の運動による転
移点が−50℃〜90℃の間にあるものを液晶表示セルの少
なくとも一方の面側に配置したとことを特徴とする液晶
表示素子。 - 【請求項2】光学位相差板を形成する高分子の主鎖のガ
ラス転移点が90℃以上であることを特徴とする請求項1
記載の液晶表示素子。 - 【請求項3】光学位相差板を形成する高分子の側鎖は、
主鎖よりも屈折率異方性が大きいことを特徴とする請求
項1または2記載の液晶表示素子。 - 【請求項4】光学位相差板を形成する高分子の主鎖は環
構造を含まないものであることを特徴とする請求項1〜
3いずれか1項記載の液晶表示素子。 - 【請求項5】光学位相差板を2枚〜5枚重ねて用いるこ
とを特徴とする請求項1〜4いずれか1項記載の液晶表
示素子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP33723693A JP3474615B2 (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 液晶表示素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP33723693A JP3474615B2 (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 液晶表示素子 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07199174A true JPH07199174A (ja) | 1995-08-04 |
JP3474615B2 JP3474615B2 (ja) | 2003-12-08 |
Family
ID=18306733
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP33723693A Expired - Fee Related JP3474615B2 (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 液晶表示素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3474615B2 (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08278406A (ja) * | 1995-04-10 | 1996-10-22 | Sumitomo Chem Co Ltd | 光学異方体フィルムとその製造方法および液晶表示装置 |
JPH08278410A (ja) * | 1995-04-10 | 1996-10-22 | Sumitomo Chem Co Ltd | 光学異方体フィルムとその製造方法および液晶表示装置 |
JP2000155217A (ja) * | 1998-09-17 | 2000-06-06 | Sumitomo Chem Co Ltd | 光学異方体フィルムとその製造方法、液晶表示装置、共重合ネマティック高分子液晶およびメソゲン基 |
JP2005134521A (ja) * | 2003-10-29 | 2005-05-26 | Nippon Kayaku Co Ltd | 光学素子 |
JP2015018582A (ja) * | 2014-10-28 | 2015-01-29 | 株式会社ジャパンディスプレイ | 表示装置および電子機器 |
-
1993
- 1993-12-28 JP JP33723693A patent/JP3474615B2/ja not_active Expired - Fee Related
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JP2015018582A (ja) * | 2014-10-28 | 2015-01-29 | 株式会社ジャパンディスプレイ | 表示装置および電子機器 |
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---|---|
JP3474615B2 (ja) | 2003-12-08 |
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