JPH0980232A - 光学異方素子の製造方法および液晶表示素子 - Google Patents

光学異方素子の製造方法および液晶表示素子

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JPH0980232A
JPH0980232A JP7239422A JP23942295A JPH0980232A JP H0980232 A JPH0980232 A JP H0980232A JP 7239422 A JP7239422 A JP 7239422A JP 23942295 A JP23942295 A JP 23942295A JP H0980232 A JPH0980232 A JP H0980232A
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liquid crystal
thin film
crystal polymer
optical
polymer
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JP7239422A
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Ken Kawada
憲 河田
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Fuji Photo Film Co Ltd
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2413/00Indexing scheme related to G02F1/13363, i.e. to birefringent elements, e.g. for optical compensation, characterised by the number, position, orientation or value of the compensation plates
    • G02F2413/10Indexing scheme related to G02F1/13363, i.e. to birefringent elements, e.g. for optical compensation, characterised by the number, position, orientation or value of the compensation plates with refractive index ellipsoid inclined, or tilted, relative to the LC-layer surface O plate

Abstract

(57)【要約】 【課題】 多様な光学特性を発現でき、実用的耐久性が
付与でき、簡便でかつ安価な光学異方素子の製造方法を
提供する。 【解決手段】 液晶高分子薄膜の両面に剪断力差を付与
することによって薄膜に変形を与える異周速圧延工程を
含むことを特徴とする光学異方素子の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は光学異方素子の製造
方法及びそれを用いた液晶表示素子に関し、特にコレス
テリック液晶高分子薄膜に異周速圧延処理を施した材料
に関する。
【0002】
【従来の技術】日本語ワードプロセッサやデスクトップ
パソコン等のOA機器の表示装置の主流であるCRT
は、薄型軽量、低消費電力という大きな利点をもった液
晶表示素子に変換されてきている。現在普及している液
晶表示素子(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
示方法としては、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は、液晶分子
配列のねじれ角が90゜以上ねじれたもので、急峻な電
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ックス状の電極構造
で時分割挙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)、階調表示が困難という
欠点を持ち、能動素子を用いた液晶表示素子(TFT−
LCDやMIM−LCDなど)の表示性能を越えるまで
には到らない。
【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型液晶表示素子)が用いられている。この表示
方式は、応答速度が速く(数十ミリ秒)、容易に白黒表
示が得られ、高い表示コントラストを示すことから他の
方式のLCD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ため、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角特性上の問題点があり、CR
Tの表示性能を越えるまでには到らない。
【0005】特開平4−229828号、特開平4−2
58923号公報などに見られるように、一対の偏光板
とTN型液晶セルの間に、位相差フィルムを配置するこ
とによって視野角を拡大しようとする方法が提案されて
いる。上記特許公報で提案された位相差フィルムは、液
晶セルに対して、垂直な方向に位相差がほぼゼロのもの
であり、真正面からはなんら光学的な作用を及ぼさず、
傾けたときに位相差が発現し、液晶セルで発現する位相
差を補償しようというものである。しかし、これらの方
法によってもLCDの視野角はまだ不十分であり、更な
る改良が望まれている。特に、車載用や、CRTの代替
として考えた場合には、現状の視野角では全く対応でき
ないのが現状である。
【0006】また、特開平4−366808号、特開平
4−366809号公報では、光学軸が傾いたカイラル
ネマティック液晶を含む液晶セルを位相差フィルムとし
て用いて視野角を改良しているが、2層液晶方式となり
コストが高く、非常に重いものになっている。さらに特
開平5−80323号公報に、液晶セルに対して、光軸
が傾斜している位相差フィルムを用いる方法が提案され
ているが、一軸性のポリカーボネートを斜めにスライス
して用いているため、大面積の位相差フィルムを、低コ
ストで得難いという問題点があった。
【0007】さらに、特開平6−265728号公報に
光異性化物質を用いて光軸が傾斜している位相差フィル
ムを用いる方法が記載されている。この方法によれば、
広い視野角特性を有し、軽量で、かつ低コストの液晶表
示素子が実現できる。しかし、この方法の欠点として該
位相差フィルムの熱・光に対する安定性が十分でないと
いう問題点があった。
【0008】特開平5−215921号公報において
は、一対の配向処理された基板に硬化時に液晶性を示す
棒状化合物を挟持した形態の複屈折板によりLCDの光
学補償をする案が提示されているが、この案では従来か
ら提案されているいわゆるダブルセル型の補償板と何等
変わることがなく、大変なコストアップになり、事実上
大量生産には向かない。さらに棒状化合物を使用する限
りは、後に述べる光学的理由によりその複屈折板ではT
N型LCDの全方位の視野角改善は不可能である。
【0009】また、特開平3−9326号、及び特開平
3−291601号公報においては、配向膜が設置され
たフィルム状基板に高分子液晶を塗布することによりL
CD用の光学補償板とする案が記載されているが、この
方法では分子を斜めに配向させることは不可能であるた
め、やはりTN型LCDの全方位の視野角改善は不可能
である。
【0010】そこで、本発明者は、特願平6−1189
63号明細書によりディスコティック液晶化合物を配向
膜により配向させると、 その薄膜の光軸が斜めに傾斜
し、光学補償シートとして有用であることを示したが、
液晶表示素子は、自動車のダッシュボードの計器表示板
やカーナビゲーション用液晶テレビとして用いられるよ
うになってきており、高い熱的耐久性が要求されてお
り、ガラス転移温度の高い高分子液晶はその点で好まし
い。
【0011】異周速圧延によれば、容易に光軸の傾斜が
可能であり、その製造方法に関しては、特開昭56−3
0809号、特開平4−113301号公報に開示され
ているが、具体的ではなく、特開平6−222213号
公報にはポリカーボネート薄膜に関してのみ具体的に開
示されており、液晶高分子に関する技術は開示されてい
ない。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】液晶セルは、冒頭にも
述べたような複屈折モードや旋光モードで分類される
が、TN、STN型だけでなく種々の方式があり、少な
くともその数だけの光学補償素子が存在し、また液晶セ
ルだけでなくそれ以外の光学変調素子として種々の光学
特性を有する光学異方素子が求められており、それと同
時にこれら光学異方素子には、実用的耐久性と簡便で安
価な製造方法が求められている。
【0013】液晶高分子は、一般的にガラス転移点が高
く、液晶形成温度での配向状態を室温で保持させ易く耐
久性を賦与することが比較的容易である。また液晶高分
子は配向膜上では液晶形成温度で比較的容易に一軸性の
配向状態を実現できる。唯、その光軸を膜面に対し、傾
斜させることは容易ではない。
【0014】
【課題を解決するための手段】しかし、この薄膜の両面
に剪断力差を付与することによって変形を与える異周速
圧延工程を施すことによって、液晶高分子を用いた光学
異方素子は種々の光学特性と実用的耐久性及び簡便で安
価な製造方法を可能にし、視認性に優れた液晶表示素子
の提供を可能にした。
【0015】即ち、本発明は、(1)液晶高分子薄膜の
両面に剪断力差を付与することによって薄膜に変形を与
える異周速圧延工程を含むことを特徴とする光学異方素
子の製造方法、(2)液晶高分子薄膜がコレステリック
液晶高分子薄膜であることを特徴とする上記(1)の光
学異方素子の製造方法、(3)液晶高分子薄膜が主鎖型
のコレステリック液晶高分子薄膜であることを特徴とす
る上記(2)の光学異方素子の製造方法、(4)液晶高
分子薄膜が配向膜上で光学的異方性を発現させた液晶薄
膜であることを特徴とする上記(1)乃至(3)に記載
の光学異方素子の製造方法、(5)液晶セルとその両側
に偏光膜を有す液晶表示素子において、上記(1)乃至
(4)に記載された製造方法によって得られた光学異方
素子を少なくとも一層用いることを特徴とする液晶表示
素子、によって達成された。
【0016】
【発明の実施の形態】本発明の液晶高分子とは、N.
A.Plate著、Liquid−Crystal P
olymers、Plenum Press、NewY
ork(1993年出版)、松本正一・角田市良 共
著、液晶の基礎と応用 第9章「高分子液晶マテリア
ル」(1991年、工業調査会発行)、日本化学会編、
季刊化学総説第22巻「液晶の化学」第11章(199
4年刊 学会出版センター)等の著書に記載の高分子化
合物であり、その内でもサーモトロピック液晶高分子が
用いられる。
【0017】コレステリック液晶高分子は、コレステリ
ック液晶モノマーの重合物やネマティック液晶の分子末
端にカイラル基をもつカイラルネマティック液晶の重合
物、あるいはネマティック液晶高分子にカイラルドーパ
ントを添加したもの等であるが、具体的には、EP 0
628847号明細書、特開平6−347742号公報
に記載された主鎖型コレステリック液晶高分子化合物が
好ましく用いられる。
【0018】次に、ポリマーの構造について説明する。
まず、用いられる液晶高分子の種類は特に限定されず、
ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエ
ステルイミドなどの主鎖型液晶ポリマー、あるいはポリ
アクリレート、ポリメタアクリレート、ポリマロネー
ト、ポリシロキサンなどの側鎖型液晶ポリマーなどを例
示することができる。
【0019】なかでも合成の容易さ、配向性、ガラス転
移点などの面からポリエステルが好ましい。かかるポリ
エステルの構成単位としては、特に限定されないが、好
適な例としては、(a)ジカルボン酸類より誘導される
単位(以下、ジカルボン酸単位とよぶ)、(b)ジオー
ル類より誘導される単位(以下、ジオール単位とよ
ぶ)、(c)一つの単位中にカルボキシル基と水酸基を
同時にもつオキシカルボン酸類より誘導される単位(以
下オキシカルボン酸単位とよぶ)等が挙げられる。構成
単位として不斉炭素をもつ化合物(光学活性なもの、も
しくはラセミ体)から誘導される単位も用いることがで
き、光学活性な単位を含むポリマーのほとんどは液晶相
としてカイラルネマチック相(ねじれネマチック相、コ
レステリック相)を示すことになる。一方、光学活性単
位を含まないものは液晶相としてネマチック相を示す。
ポリエステルの構造としては、(a)+(b)型、
(a)+(b)+(c)型、(c)単独型がある。
【0020】(a)のジカルボン酸単位としては、例え
【0021】
【化1】
【0022】(Xは水素、塩素、臭素等のハロゲン、炭
素数1〜4のアルキル基(例えば、メチル基、エチル
基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、t−ブチ
ル基等が挙げられる)もしくはアルコキシ基(例えば、
メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基等
が挙げられる)またはフェニル基を示す。k0は0〜2
である、以下同様)、
【0023】
【化2】
【0024】
【化3】
【0025】
【化4】
【0026】等が挙げられる。(*印は光学活性炭素を
示す、以下同様)(b)のジオール単位としては、例え
【0027】
【化5】
【0028】
【化6】
【0029】等が挙げられる。(c)のオキシカルボン
酸単位としては、例えば
【0030】
【化7】
【0031】等が挙げられる。より具体的には、
【0032】
【化8】
【0033】の構造単位から構成されるポリマー(式
中、k、l、mは単に組成割合(モル)を示すものであ
り、k=l+m、l/m=80/20〜20/80、好
ましくは75/25〜25/75である)
【0034】
【化9】
【0035】の構造単位から構成されるポリマー(式
中、k、l、mは単に組成割合(モル)を示すものであ
り、k=l+m、l/m=80/20〜20/80、好
ましくは75/25〜25/75である)
【0036】
【化10】
【0037】の構造単位から構成されるポリマー(式
中、k、l、mは単に組成割合(モル)を示すものであ
り、k=l+m、l/m=80/20〜20/80、好
ましくは75/25〜25/75である)
【0038】
【化11】
【0039】の構造単位から構成されるポリマー(式
中、k、l、m、nは単に組成割合(モル)を示すもの
であり、k=l+m+n、l/m=80/20〜20/
80、好ましくは75/25〜25/75、l/n=8
0/20〜20/80、好ましくは75/25〜25/
75である)
【0040】
【化12】
【0041】の構造単位から構成されるポリマー(式
中、k、l、m、nは単に組成割合(モル)を示すもの
であり、k+l=m+n、k/l=80/20〜20/
80、好ましくは75/25〜25/75、m/n=8
0/20〜20/80、好ましくは75/25〜25/
75である)
【0042】
【化13】
【0043】の構造単位から構成されるポリマー(式
中、k、l、mは単に組成割合(モル)を示すものであ
り、k=l+m、l/m=80/20〜20/80、好
ましくは75/25〜25/75である)
【0044】
【化14】
【0045】の構造単位から構成されるポリマー(式
中、k、l、mは単に組成割合(モル)を示すものであ
り、k/l=80/20〜20/80、好ましくは75
/25〜25/75であり、l/m=80/20〜20
/80、好ましくは75/25〜25/75である)
【0046】
【化15】
【0047】の構造単位から構成されるポリマー(式
中、k、l、m、nは単に組成割合(モル)を示すもの
であり、k+l=m+n、k/l=80/20〜20/
80、好ましくは75/25〜25/75、m/n=8
0/20〜20/80、好ましくは75/25〜25/
75であり、pは2〜12である)
【0048】
【化16】
【0049】の構造単位から構成されるポリマー(式
中、k、l、mは単に組成割合(モル)を示すものであ
り、k+l=m、k/l=80/20〜20/80、好
ましくは75/25〜25/75であり、pは2〜12
である)等が挙げられる。カイラルネマティック相を発
現させる光学活性物質は、光学活性を有する化合物であ
れば低分子化合物、高分子化合物のいずれも使用できる
が、ベースとなる液晶高分子との相溶性の観点から光学
活性な液晶性化合物であることが好ましく、具体的には
次のような化合物を例示することができる。
【0050】
【化17】
【0051】
【化18】
【0052】また光学活性化合物として、他に光学活性
な高分子をあげることができる。分子内に光学活性な基
を有する高分子であればいずれも使用することができる
が、ベースポリマーとの相溶性の観点から液晶性をしめ
す高分子であることが望ましい。例として光学活性な基
を有する液晶性の高分子としてポリアクリレート、ポリ
メタクリレート、ポリマロネート、ポリシロキサン、ポ
リエステル、ポリアミド、ポリエステルアミド、ポリカ
ーボネート、ポリペプチド、セルロースなどを挙げるこ
とができる。なかでもベースとなるネマティック液晶高
分子との相溶性から、芳香族主体の光学活性なポリエス
テルが好ましい。具体的には次のような高分子を例示す
ることができる。
【0053】
【化19】
【0054】の構造単位から形成される高分子、
【0055】
【化20】
【0056】の構造単位から形成される高分子、
【0057】
【化21】
【0058】(n=2〜12)の構造単位から構成され
る高分子、
【0059】
【化22】
【0060】の構造単位から形成される高分子、
【0061】
【化23】
【0062】の構造単位から形成される高分子、
【0063】
【化24】
【0064】の構造単位から形成される高分子、
【0065】
【化25】
【0066】の構造単位から形成される高分子、
【0067】
【化26】
【0068】の構造単位から形成される高分子、
【0069】
【化27】
【0070】の構造単位から形成される高分子、
【0071】
【化28】
【0072】の構造単位から形成される高分子、
【0073】
【化29】
【0074】の構造単位から形成される高分子である。
液晶高分子の配向膜としては、岡野光治・小林駿介共
著、「液晶−応用編」第2章(1985年培風館発行)
に記載された種々の界面処理法が利用される。金属斜方
蒸着膜としてSiO斜方蒸着膜が、また有機配向膜とし
てはラビングされたポリイミド膜が代表的なものであ
り、その他ラビングした変性ポバールやラビングしたシ
リル化剤で処理したガラス基板またはラビングしたゼラ
チン膜などが用いられる。しかし、ラビングする代わり
にポリビニルアルコールの薄膜を4〜5倍に延伸した
り、特別に上記の保護膜を設けないで直接ガラス基板を
ラビングする、グレーティングなどの方法も用いること
ができる。
【0075】製膜工程に関しては、適当な支持体上に形
成した後、そのまま異周速圧延工程に用いる方法と一旦
その支持体から剥離し液晶高分子薄膜だけを異周速圧延
工程に用いる方法の2通りがあるが、いずれも適宜用い
られる。
【0076】異周速圧延工程に関しては、特開平6−2
22213に記載の方法を用いることができる。すなわ
ち、図1に示すように、周速V1、周速V2に差がある
かまたは逆方向に回転する2つのロール1,2間に光透
過性を有する液晶高分子薄膜Fを挟み込んで、二重矢印
で示した方向に引き出し、その両面に剪断力差を付与し
て薄膜F内に変形を与え、主屈折率の方向を薄膜Fの面
から傾斜させることにより、コレステリック液晶高分子
を用いた場合には負の一軸性を示し光学軸が薄膜面の法
線方向から傾いた光学異方素子を製造することができ
る。
【0077】得られた光学異方素子は、特開平6−21
4116号、特開平6−222213号、特開平7−1
04128号公報等に記載された液晶表示素子に用いる
ことができる。
【0078】
【実施例】以下に実施例を述べるが、本発明はこれらに
限定されるものではない。 実施例1 98ミリモルのテレフタル酸、2ミリモルの(S)−3
−メチルアジピン酸、50ミリモルのハイドロキノンジ
アセテート、50ミリモルのt−ブチルカテコールジア
セテートを混合し、酢酸ナトリウムを触媒として窒素雰
囲気下、280℃で2時間、300℃で2時間加熱し、
下記構造の高分子を合成した。これをテトラクロロエタ
ンに溶解し、メタノールに再沈させて精製した。ガラス
転移点は107℃であった。
【0079】
【化30】
【0080】これを110℃に加熱したテトラクロロエ
タン溶液とし、ラビングしたポリイミドコート化ガラス
基板上に流延し、乾燥後、さらに220℃で15分加熱
したのち室温で剥離し、厚さ20ミクロンの液晶高分子
薄膜(フィルム1)を得た。これを図1に示す周速の異
なるロールR4、R5に挟み込んで通過させた(フィル
ム2)。ロールR4、R5は内部にヒーターを内臓し、
ロール表面に温度センサーが取り付けられており、温度
センサーからの情報をそのヒーターにフィードバック
し、PID制御によって±1℃の精度で温度コントロー
ルしている。
【0081】また、70℃、90%の条件で20日間放
置したフィルム2をフィルム3とした。
【0082】図1の装置における薄膜の成形条件は以下
の通りである。 R4、R5の周速 : 2.2m/min. 1.9m/min. R4、R5の表面温度 : 140℃ R4、R5に挟まれた薄膜に加わる力 : 1300kg 〈光学特性の測定〉上記のフィルム1、2及び3につい
て(株)島津製作所製エリプソメーターAEP−100
を透過モードで使用し、レタデーション値の斜め入射角
度依存性を求めた。また、幅方向の屈折率、フィルムの
厚さは各々アッベの屈折率計、マイクロメーターで測定
した。これらの測定値から、薄膜の三軸方向の屈折率及
び主屈折率軸の傾斜角を計算により求めた。図2に計算
で求めた三軸屈折率の関係を示す。ここで、最も小さい
屈折率をn1、幅方向の屈折率をn2、これらn1、n
2と直交するもう一つの主屈折率をn3、n1が薄膜法
線方向から傾いた角度をβとした。結果を表1に示す。
【0083】
【表1】
【0084】上表から、光軸がほとんど傾斜していない
液晶高分子薄膜を、異周速圧延法によって容易に光軸が
傾斜した負の一軸性薄膜に変換できることが分かる。ま
た、強制条件でも光学特性は変化しないことがわかっ
た。 実施例2 〈視角特性の評価〉図3に示す光学異方素子RFとし
て、実施例1のフィルム2をTN液晶セルCEに用いた
場合について、液晶セルCEに30Hz矩形波の電圧を
印加して、0V/5Vのコントラストの視角特性を大塚
電子(株)製LCD−5000によって測定した。コン
トラスト10以上の範囲を視野角と定義し、上下左右の
視野角特性の評価結果を表2に示す。この際、TN液晶
セルCEは、偏光板Aの側のラビング軸をX軸に対して
X−Y平面内で45゜となるように、また、偏光板Bの
側のラビング軸をX軸に対して135゜となるように配
置し、偏光板Aの偏光軸PAをX軸に対し45゜、偏光
板Bの偏光軸PBをX軸に対し135゜に配置した。こ
こで使用した液晶セルのレタデーション値は220nm
で、ねじれ角は90゜である。
【0085】
【表2】
【0086】以上の結果から、異周速圧延処理を施した
液晶高分子薄膜により、液晶表示素子の視野角を拡大で
きる有益な光学異方素子が実現できることがわかった。
【0087】
【発明の効果】薄膜の両面に剪断力差を付与することに
よって変形を与える異周速圧延工程を施すことによっ
て、液晶高分子を用いた光学異方素子は種々の光学特性
と実用的耐久性及び簡便で安価な製造方法を可能にし、
視認性に優れた液晶表示装置の提供を可能にした。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明により剪断力差を付与するための配置と
光学軸が傾くメカニズムを説明するための図である。
【図2】三軸屈折率の関係を示すための図である。
【図3】本発明によって製造された光学異方素子を用い
た液晶表示素子の構成の一例を説明するための図であ
る。
【符号の説明】
CE :液晶セル A,B :偏光板 PA,PB :偏光軸 L0 :自然光 L1,L2,L3:偏光光 LC :電圧印加時の液晶分子 PS :光の進路 RF :光学異方素子

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 液晶高分子薄膜の両面に剪断力差を付与
    することによって薄膜に変形を与える異周速圧延工程を
    含むことを特徴とする光学異方素子の製造方法。
  2. 【請求項2】 液晶高分子薄膜がコレステリック液晶高
    分子薄膜であることを特徴とする請求項1に記載の光学
    異方素子の製造方法。
  3. 【請求項3】 液晶高分子薄膜が主鎖型のコレステリッ
    ク液晶高分子薄膜であることを特徴とする請求項1に記
    載の光学異方素子の製造方法。
  4. 【請求項4】 液晶高分子薄膜が液晶高分子薄膜の配向
    膜上で光学的異方性を発現させた液晶薄膜であることを
    特徴とする請求項1乃至請求項3に記載の光学異方素子
    の製造方法。
  5. 【請求項5】 液晶セルとその両側に偏光膜を有する液
    晶表示素子において、請求項1乃至請求項4に記載され
    た製造方法によって得られた光学異方素子を少なくとも
    一層用いることを特徴とする液晶表示素子。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO1999026093A1 (en) * 1997-11-18 1999-05-27 Nippon Mitsubishi Oil Corporation Optical film
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JP2010139661A (ja) * 2008-12-10 2010-06-24 Fujifilm Corp 偏光板の製造方法、偏光板、および液晶表示装置
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