JPS62127714A - 液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示装置

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JPS62127714A
JPS62127714A JP26708185A JP26708185A JPS62127714A JP S62127714 A JPS62127714 A JP S62127714A JP 26708185 A JP26708185 A JP 26708185A JP 26708185 A JP26708185 A JP 26708185A JP S62127714 A JPS62127714 A JP S62127714A
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和夫 荒井
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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、特に時分3り特性に優
れたツイストネマティックタイプ(以下、rTNタイプ
」という。)の液晶表示装置に関す〔技術の背景〕 液晶表示装置は、消費電力が小さいこと、製造コストが
低いこと、軽量および薄型化が可能であること、などの
利点を有することから、現在′rNタイプを中心に広く
普及している。
TNタイプの液晶表示装置は、2枚の電極基板の間に正
の誘電異方性を有するネマティック液晶を封入して構成
され、通常、液晶分子が連続的に90°ねしれた状態と
されている。
しかし、このねじれ角が90°のタイプ(以下、「90
°ねしれタイプ」という。)の液晶表示装置においては
、印加電圧の変化に対する透過光(あるいは反射光)の
強度変化が緩やかなため、動作マージン(最低選択点電
圧と最高非選択点電圧の比)が小さくなり、したがって
時分Jljl動駆動時いて時分割次数を大きくすると、
コントラストが低く鮮明な映像を得ることが困珪であり
、また視野角もせまいという問題を有する。たとえば、
A4版サイズの液晶表示装置においては、デューティ比
が1 /200以上であることが実用上好ましいとされ
ているが、実用化されている液晶表示装置においては、
デユーティ比が1/100程度で、そのコントラスI・
比(選択時と非選択時の輝度比)が3程度と低いもので
ある。
ごのような90’ ねしれタイプの液晶表示装置の問題
点を解決する技術として、特開昭60−107020号
公報において、液晶分子のねじれ角が180°〜360
°であり、かつ少なくとも一方の電極基板に配向する液
晶分子における光軸の電極基板に対する傾斜角度が5°
より大きい液晶表示装置が開示されている。この液晶表
示装置によれば、たとえば1/100のデユーティ比で
駆動する場合に19.6という高コントラスト比を実現
させることが可能であるとされている。
しかし、この液晶表示装置においては、双安定効果に対
して充分な配慮がなされておらず、液晶表示装置を高デ
ユーテイ比において駆動させる場合に表示応答速度が小
さいという問題を有する。
すなわち、液晶セルにおいては、通常、印加電圧の上昇
時と下降時の通過光の強度変化が異なる、いわゆるヒス
テリシス現象が生じ、これによる双安定効果によって時
分割駆動時の動作電圧範囲かが狭められたり、あるいは
オン・オフの応答速度が遅くなるなどの問題を生ずる。
また、これらの結果として、わずかなセル厚の不均一性
や温度変化により、表示不良を生しやすくなる。このた
め、できるだけ双安定効果を抑制することが必要となる
C発明が解決しようとする問題点〕 本発明は、上述した従来技術の存する問題点、(1) 
90°ねじれタイプの液晶表示装置においては、動作マ
ージンが小さく、時分割駆動時において時分割次数を大
きくすると、コントラストが低く鮮明な映像を得ること
が困難であること、(2)特開昭60−107020号
公報に開示された液晶表示装置においては、特に表示応
答速度が小さいこと、 などを解決し、双安定効果を抑制し、高次の時分割駆動
方式においても、コントラストが大きくかつ表示応答速
度が大きい液晶表示装置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〕
上記問題点は、各々配向層を有する一対の基板間に液晶
組成物を配してなる液晶表示装置において、 (a)前記一対の基板間に配される液晶組成物における
液晶分子のねじれ角の大きさが、180 ’以上360
°以下であり、かつ (b)液晶分子の自発ねしれピッチPsと、配向層によ
り液晶分子の配列が強制的に規制されたときの液晶分子
の規制ねしれピッチPsとの間に、以下の関係式 %式% が成立することを特徴とする液晶表示装置によって解決
される。
本発明の概要を第1図を参照しながら説明する。
第1図は、液晶表示装置の要部を分解して示す説明図で
ある。第1図において、■および2は配向層(図示せず
)を有する基板、9および1oは偏光素子、Cは液晶層
を表す。
本発明においては、液晶分子のねじれ角αの大きさは、
180°以上360°以下、好ましくは24o。
以上300°以下とすべきである。本発明において、ね
しれ角αが180°より小さいと、印加電圧に対する透
過光の強度変化が緩やかで、高次の時分υ1駆動時に十
分なコントラストが得られなくなり、ねじれ角αが36
0°より大きいと、オン・オフの切替時に液晶分子の配
向の乱れを生じゃすくなり、表示品質が低下したり、ま
た、大きな双安定効果によりオン・オフの応答速度が遅
くなる。
かかるねしれ角αは、基板1および2における液晶分子
の配向方向を規定するための配向処理の方向、液晶層C
を構成するネマティック液晶あるいはこれに添加される
旋光性物質の種類、量などによって規定することができ
る。
なお、第1図において、βは、偏光素子9の偏光軸方向
と、基板1の表面に接する液晶分子のダイレクタ方向す
なわち液晶分子の分子長軸が優先的に配向している方向
(ただし、液晶分子が基板表面とゼロでないプレティル
ト角を有しているときは、そのダイレクタ方向の基板表
面への射影方向)とのなす角度(以下、「ずれ角」とい
う)であり、Tは、偏光素子10の偏光軸方向と、基板
2の表面に接する液晶分子のダイレクタ方向とのなすず
れ角である。
また、本発明においては、液晶分子の自発ねしれピッチ
Psと、配向層により液晶分子の配列が強制的に規制さ
れたときの液晶分子の規制ねじれピッチPsとの間に、
以下の関係式(a)0< (Pc −Ps ) /Pc
 <0.3−(a)が成立する。
ここにおいて、自発ねしれピッチPsとは、通常のふマ
チイック液晶に旋光性物質等を添加することにより、液
晶中に生ずる液晶分子の自然のねじれにおけるピッチを
いう。具体的には、第2図に示すように、支持板11お
よび21の相対する表面に配向層6および7をそれぞれ
形成してなる基板1および2をくさび状に配置して液晶
セルを構成し、このセル内に液晶組成物を封入し、この
ときセル面に生ずるしま模様(l/2ピツチごとのディ
スクリ不−ンヨンライン)の間隔rとセルI!¥(液晶
NCの厚さ)dとセル長lとを測定することにより、下
記式によって求めることができる。
自発ねじれピッチP s = ’l d r /βなお
、第2図において、8はスペーサ、9およびlOは偏光
素子であり、また、配向層6および7には互いにそれぞ
れ平行方向の配向処理がなされている。
また、規制ねじれピッチPsとは、第1図において、液
晶層Cの厚さdと、基板1および2の配向層の配向処理
方向によって規定されるねしれ角αとにより、下記式に
よって規定される。
規制ねじれピッチPs = (360°/α)xd以上
の構成を有する液晶表示装置においては、以下に詳細に
述べる理由により、液晶表示装置の双安定効果を抑制す
ることができる。その結果、動作マージンを大きくする
ことができ、高い次数の時分割駆動の場合にもコントラ
ストおよび表示応答速度の点で優れた特性を得ることが
できる。
すなわち、本発明は、式(a)におけるパラメータ(P
c  P=)/Pcが双安定効果を示すパラメータBと
特定の相関関係にあることが判明したことから、この知
見に基づいて完成されたものである。以下、この点を明
らかにするために行った実験例について述べる。
第3図は式(a)におけるパラメータ(Pc −Ps)
/Pcと双安定効果を示すパラメータBとの相関関係を
示すグラフであり、よこ軸はパラメータ(pc −ps
 ) /pc 、たて軸は双安定効果を示すパラメータ
Bを表す。ここにおいて、双安定効果を示すパラメータ
Bは、第4図に示すように、第1図に示すタイプの液晶
セルにおいて、印加電圧を上昇させるときにセルの透過
光量が相対的に50%となる時点の印加電圧を■。1、
印加電圧を下降させるときにセルの透過光量が相対的に
50%となる時点の印加電圧をv nollsとすると
、下記式によって表される。
パラメータB = (Vup  Voows) / V
up−ΔV/VIIF 実験においては、3種のファクターを個別に変化させ(
実験例1〜実験例3)、それぞれの条件下において、パ
ラメータ(Pc  Ps、)/PcとパラメータBとの
値を求めた。
実験例1 液晶組成物に添加する旋光性物質rS−811J(メル
ク社製)の添加量を0.6〜1.3重量%の範囲で変化
させ、液晶分子の自発ねしれピッチP。
を変えて実験を行った。このとき、他の条件はつぎのよ
うである。
液晶: rZ L I −2295J  (メルク社製
)液晶分子のねじれ角α;270゜ 液晶層Cの厚さdニアμm 配向層: SiOによる斜め蒸着法を用いて配向処理し
たもの(蒸着角度7°) 上記実験の結果は、第3図中において、記号○で示す。
実験例2 配向層の配向処理方向の相対的な角度を変化させ、液晶
分子のねじれ角αを180〜360°の範囲で変えて実
験を行った。このとき、他の条件はつぎのようである。
液晶: rZ L l−2293」(メルク社5り旋光
性物質: I’ S −811J (0,974重1%
、メルク社製) 液晶層Cの厚さdエフμm 配向層: SiOによる斜め蒸着法を用いて配向処理し
たもの(蒸着角度7゛) 北記実験の結果は、第3図中において、記号×で示す。
実験例3 液晶層Cの厚さdを5〜9μmの範囲で変化させて実験
を行った。このとき、他の条件はつぎのようである。
液晶:  rzt、 l−2293J  (メルク社製
)旋光性物質: rS −811J (0,974重量
%、メルク社製) 液晶分子のねじれ角α:270゜ 配向層: SiOによる斜め蒸着法を用いて配向処理し
たもの(蒸着角度7°) 上記実験の結果は、第3図中において、記号へて示す。
第3図の結果から明らかなように、パラメータ(Pc 
  Ps)/Pc とパラメータB(Δ■/V LIF
)との間にはほぼ比例関係があり、パラメータ(pc−
p、)/PCの値が増加するに従ってパラメータBの値
は直線的に減少する傾向がある。
この現象は、液晶セルにおける種々の条件を変えたとき
にも同様である。
TNタイプの液晶表示装置においては、双安定効果を示
す前記パラメータBは、実用上−0,03〜0.03の
範囲にあることが好ましい。第3図の結果から、パラメ
ータBとして好ましい値を得るためには、パラメータ(
pc−Ps)/PCの値は一〇、1〜0.3の範囲にあ
ることが好ましいことが判明した。
実験例4 実験例1〜実験例3において用いたと同様な液晶セルの
一部について、それぞれ表示応答特性を求めた。その結
果を第5図に表す。
第5図において、よこ軸はパラメータ(pc−Ps)/
Pc、たて軸は表示応答特性を表すパラメータCであっ
て、1/100デユーテイ比での時分割駆動時における
オン・オフ時の表示応答時間をそれぞれt。Hおよびt
 6FFとすると、次式で表される。
パラメータc= ((tos+ tOFF >/2)−
’パラメータCの値が大きいほど、オン・オフ表示応答
時間が短く、表示応答特性が優れていることになる。
第5図の結果より明らかなように、パラメータ(Pc 
 −P−)/Pcの値がOより大きい場合にパラメータ
Cの値が大きくなり、したがって良好な表示応答特性が
得られることが判明した。
以上の実験例1〜実験例4の結果より、本発明において
は、パラメータ(Pc−Ps)/pcの値は、0より太
きく0.3より小さいことが実用上必要とされる。
また、本発明においては、液晶11cの屈折率異方性Δ
nと液晶層Cの厚さdとの積Δn−dは、コントラスト
、明るさなどの点より、0.4以上1.5以下、特に0
.8以上1.2以下であることが好ましい。
さらにまた、本発明においては、液晶分子のねじれ状態
を安定にし、異なるねじれ角を有する液晶分子の配列部
分が生じないようにするために、液晶層Cの厚さdと自
発ねじれピッチPsとの間に、以下の関係式が成立する
ことが好ましい。
〔(α/360) −0,25) < d / P 。
〈〔(α/360) +0.25) また、本発明においては、基板表面におけるl佼晶分子
の配向方向は基板表面に対してほぼ平行であることが好
ましく、この場合プレティルト角は40°以下であるこ
とが好ましい。基板の配向処理としては、Sin、 M
gO,MgF、などを用いて斜め基若する方法、イミド
系、アミド系、ポリビニルアルコール系、フェノキシ系
等の高分子物質の被膜の表面を綿布、ビニロン布、テト
ロン布、脱脂綿等によって擦り、基板の表面に一定方向
の導を形成するラビング法、あるいは基板の表面にカル
ボン酸クロム錯体、有機ンラン化合物などを塗布あるい
はプラズマ重合法等で被着し、化学的吸着により液晶分
子を基板に配向させる方法、その他を用いることができ
る。
また、本発明においては、偏光素子9およびlOの偏光
軸方向と基板lおよび2の表面に接する液晶分子のダイ
レクタ方向とがそれぞれなすずれ角βおよびTが、以下
の関係式を満たすように設定されることが好ましい。
β+γ=±90°±20°あるいは β+γ=0° ±20゜ 本発明において液晶層Cを構成する液晶組成物としては
、 シクロへキノルカルポン酸エステル系化合物(X:R(
炭素数が1〜18のアルキル基、以ビフェニル系化合物 フェニルシクロヘキサン系化合物 ピリミジン系化合物 アゾ系−アゾキシ系化合物 安息香酸エステル系化合物 等のネマティック液晶あるいはこれらの混合物から成る
。液晶組成物には、必要に応じてスメクテイノク液晶成
分、コレステリック液晶成分などを含有していてもよい
前記旋光性物質としては、一般にはカイラルネマテイン
ク液晶と呼ばれる、たとえば下記一般式で示される光学
活性基を末端基として有するエステル系、ビフェニル系
、フェニルンクロヘキサン系またはアゾ系等のネマティ
ック液晶を用いるこきができる。
R2Rz R,−C”−C,lH,、−1R,−C”−CI、R2
,−0−Rs            R。
(R+、Rz、Ra  :アルキル基または水素原子で
あり、R,、R,、およびR1は互いに異なる)旋光性
物質の具体例としては、たとえば以下に示す構造の化合
物を用いることができる。
Cbll++ 岑 −0C112CIl  CzHs C11゜ Q       CH。
Hi CH。
〔実施例] 以下、本発明の実施例を図面を参照しながら詳細に説明
する。
第6図は、本発明の実施例を示す説明用断面図である。
第6図に示す液晶表示装置においては、2枚の基板1お
よび2が姉間した状態で対向して配置され、基板1は、
支持板11の内側の表面に電極層4および配向層6を形
成して構成され、また基板2は支持板21の内側の表面
に電極層5および配向層7を形成して構成されている。
さらに両基板1および2の間の空間はシール部3によっ
てシールされ、セルが構成されている。セルの内部には
、スペーサ8が分布した状態で配置されるとともに液晶
組成物が充填され、液晶1cが形成されている。また、
基板1および2の外側の表面には、それぞれ前方偏光素
子9および後方偏光素子lOが形成されている。図中に
おいて、13は後方偏光素子10の外側の表面に形成さ
れた反射板である。なお、透過タイプの液晶表示装置に
おいては、反射板13を用いな(ともよい。
前記支持板11および21を構成する材料としては、ソ
ーダガラス、ホウケイ酸ガラス、石英などのガラス、l
軸延伸ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルサル
フォン、ポリビニルアルコールなどのプラス千ツク、ア
ルミニウム、ステンレススチールなどの金属を用いるこ
とができる。
前記電極層4および5は、たとえば厚さ1.1mmの支
持板11および21の表面に平行に離間して配置された
たとえば厚さ1000人のITO(スズとインジウムの
酸化物)よりなる透明電極EおよびE′ より構成され
、一方の電極層4を構成する透明電極Eと他方の電極層
5を構成する透明電極E・はそれぞれが相互に直角をな
すよう配置され、これによって、たとえば0.3mm 
X 0.3mmの画素からなるマトリックス形表示の電
極構造が構成されている。
前記配向層6および7は、SiOによる斜め蒸着法によ
って形成されたたとえば厚さ500人の薄着膜(茎着角
度:支持板11および21に対してそれぞれ7゛)より
構成されている。
前記液晶層Cを構成する液晶組成物は、ネマティック液
晶r Z L I −2295J  (メルク社製)に
、旋光性物質(カイラルネマティック液晶>  rs−
811J(メルク社製)を1.10重量%添加したもの
である。
なお、基板1および2には、必要に応じてさらに誘電体
層、アルカリイオン移動防止層、反射防止層、偏光層、
反射層などを設けることができる。
前記前方偏光素子9は、rF−1205DUJ  (日
東電工υ増製)によって構成され、その偏光軸方向が、
配向層6の表面に接する液晶分子のダイレクタ方向に対
して40°のずれ角βを存するように配置されている。
同様に、後方偏光素子10および反射板13は、I’ 
F −3205MJ  (日東電工(構製)によって構
成され、後方偏光素子1oの偏光軸方向が、配向層7の
表面に接する液晶分子のダイレクタ方向に対して50’
 のずれ角γを有するように配置されている。
なお、スペーサ8としては、グラスファイバーrPF−
70SJ  (日本電気硝子■製)を、シール部3を構
成するシール材としては、ストラクトボンドrXN−5
A−CJ  (三井東圧化学■製)を用いた。
以上の構成の液晶表示装置においては、セル厚(液晶層
Cの厚さd)は7.0 μm、’((l品分子のねじれ
角αは前方から左回り(反時計回り)に260°、自発
ねじれピッチPsは8.5μm、規制ねじれピッチPs
は9.7 μm、パラメータ (Pc −ps )/p
c は0.12であった。
また、この液晶表示装置においては、双安定効果を示す
パラメータBの値はほぼOと小さく、11500デユ一
テイ比以上の高い次数の時分割駆動が可能であった。こ
の液晶表示装置を、1 /100デユーティ比で時分割
駆動方式により作動させ、そのコントラスト比およびオ
ン・オフ表示応答時間を求めた。
その結果、波長400〜700nmの可視光領域におけ
るコントラスト比、すなわち選択状態(暗)における反
射光の輝度と非選択状態(明)における反射光の輝度と
の比は、1:13以上と良好なものであり、コントラス
トの優れた鮮明な映像が得られた。また、オン・オフ応
答時間は300m秒以下と短く、表示応答特性が優れて
いることがrJ′&認された。
比較例1 次に、比較のために、液晶組成物としてヱマティノク液
晶r Z L I −2295J  (メルク社製)に
、旋光性物質(カイラルネマティック液晶)[S−81
1J(メルク社製)を0.802重世%添加したものを
用いたほかは、前記実施例と同様にして液晶表示装置を
構成した。
以上の構成の液晶表示装置においては、セル厚く液晶1
cの厚さd)は7.0μm、液晶分子のねじれ角αは前
方から左回り(反時計回り)に270゛、自発ねじれピ
ッチPsは11.6μm、規制ねしれピッチPsは9.
3 μm1パラメータ(PC−Ps)/ P cは−0
,25であった。
また、この液晶表示装置においては、双安定効果を示す
パラメータBの値は0.04と太き(,1/200デ工
−テイ比以上の高い次数の時分割駆動が困難であった。
また、この液晶表示装置を、実施例と同様にして1 /
100デエーティ比で時分割駆動方式により作動させ、
そのコントラスト比およびオン・オフ表示応答時間を求
めたところ、コントラスト比は1:11と大きいが、オ
ン・オフ応答時間は数十秒のオーダと長く、実用に供し
得なかった。
比較例2 次に、比較のために、液晶組成物としてネマティック液
晶rZLI−2293J  (メルク社製)に、旋光性
物質(カイラルネマティック液晶)[S−811J(メ
ルク社製)を0.98重量%添加したものを用いたほか
は、前記実施例と同様にして液晶表示装置を構成した。
以上の構成の液晶表示装置においては、セル厚(液晶層
Cの厚さd)は7.0μm、液晶分子のねじれ角αは前
方から左回り(反時計回り)に260°、自発ねじれピ
ッチPsは9.7 μm、規制ねじれピッチPc は9
,7 μm1パラメータ (PC−Ps)/pcは0で
あった。
また、この液晶表示装置においては、双安定効果を示す
パラメータBの値は0.01と小さいが、実施例1と同
様にして1 /100デユーティ比で時分割駆動方式に
より作動させ、そのコントラスト比およびオン・オフ表
示応答時間を求めたところ、コントラスト比はl:12
、オン・オフ表示応答時間は約600m秒と長く、前記
実施例の場合に比して劣っていることが確認された。
〔発明の効果〕
本発明によれば、双安定効果を抑制し、高次の時分割駆
動方式においても、コントラストが大きくかつ表示応答
速度が大きい液晶表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の概要を示す説明図、第2図は、自発
ねじれピッチPsを特定するための説明図、第3図は、
パラメータ(pc−p、)/pcと双安定効果を示すバ
ラメークB(ΔV/VUP)との関係を表すグラフ、第
4図は、パラメータBを特定するための説明図、第5図
は、パラメータ(Pc−PS)/Pcと表示応答特性を
示すパラメータCC(tos+ torF) / 2)
 −’との関係を表すグラフ、第6図は、本発明の実施
例を示す説明用断面図である。 1.2・・・基4Fi、     11.21・・・支
詩板3・・・シール部     4.5・・・電極層6
.7・・・配向層    C・・・液晶層9・・・前方
偏光素子   10・・・後方偏光素子13・・・反射
板 乍IM 1.0 学2m

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)各々配向層を有する一対の基板間に液晶組成物を配
    してなる液晶表示装置において、 (a)前記一対の基板間に配される液晶組成物における
    液晶分子のねじれ角の大きさが、180°以上360°
    以下であり、かつ (b)液晶分子の自発ねじれピッチP_sと、配向層に
    より液晶分子の配列が強制的に規制されたときの液晶分
    子の規制ねじれピッチP_cとの間に、以下の関係式 0<(P_c−P_s)/P_c<0.3 が成立することを特徴とする液晶表示装置。
JP26708185A 1985-11-29 1985-11-29 液晶表示装置 Granted JPS62127714A (ja)

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JP26708185A JPS62127714A (ja) 1985-11-29 1985-11-29 液晶表示装置
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