JPS62215232A - 液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示装置

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JPS62215232A
JPS62215232A JP5770286A JP5770286A JPS62215232A JP S62215232 A JPS62215232 A JP S62215232A JP 5770286 A JP5770286 A JP 5770286A JP 5770286 A JP5770286 A JP 5770286A JP S62215232 A JPS62215232 A JP S62215232A
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JP
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liquid crystal
crystal molecules
substrates
display device
angle
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JP5770286A
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Kazuo Asano
和夫 浅野
Kazuo Arai
和夫 荒井
Shinichi Nishi
眞一 西
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Konica Minolta Inc
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Publication date
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    • 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
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/137Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering
    • G02F1/139Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering based on orientation effects in which the liquid crystal remains transparent
    • G02F1/1396Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering based on orientation effects in which the liquid crystal remains transparent the liquid crystal being selectively controlled between a twisted state and a non-twisted state, e.g. TN-LC cell
    • G02F1/1397Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering based on orientation effects in which the liquid crystal remains transparent the liquid crystal being selectively controlled between a twisted state and a non-twisted state, e.g. TN-LC cell the twist being substantially higher than 90°, e.g. STN-, SBE-, OMI-LC cells

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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、特に時分割特性に優れ
たツイストネマティックタイプ(以下、rTNクイブ」
という。)の液晶表示装置に関する。
〔従来の技術〕
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、カラー
化が容易であること等の利点を有することから、現在T
Nタイプを中心に用途が拡大している。
TNタイプの液晶表示装置は、電極基板の表面上に配向
処理した二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°ねじれた状態とされている。
このねじれ角が90’のタイプ(以下、r90’ねじれ
タイプ」という。)の液晶表示装置は生産が簡単で大量
生産向きであり、また、応答速度が速い利点がある。し
かし、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、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り、また視野角も狭いという問
題点を有する。例えば、A4版サイズの液晶表示装置に
おいては、デユーティ比が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
、そのコントラスト比(選択時と非選択時の輝度比)が
3程度と低いものである。
この種の90°ねじ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
子のダイレクタの電極基板に対する傾斜角度(以下プレ
ティルトと言う)が、56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ぼ印加電圧に対する透過光の強
度変化が急峻なため、例えば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遅
いためスクロール、カーソル移動、画面切り換え時の表
示むらがあるという問題点を有する。すなわち、この液
晶セルにおいては、通常、印加電圧の上昇時と下降時の
透過光の強度変化が異なる、いわゆるヒステリシス現象
が生し、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
答速度が遅くなる等の問題を生ずる。
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制御することが必要となる
〔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有する問題点、(1)9
0°ねじれタイプの液晶表示装置においては、印加電圧
に対する透過光の強度変化が緩やかなので1/100デ
ユーテイ比が限界で、ディスプレイの大型化が難しいこ
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、表示応答速度が遅いこと
、および構成によっては、大きな双安定性が現れるため
、急峻なV−I(印加電圧に対する透過光の強度変化)
特性を生かせないこと等を解決し、双安定効果を制御し
、高次の時分割駆動方式(1/100デユ一テイ比以上
)においても、コントラストが大きくかつ表示応答速度
が速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)液晶分子の自発ねじれピッチP8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Pcとの間に、以下の関係式 %式% が成立し、かつ (C)前記一対の基板表面と該表面に接する液晶分子の
ダイレクタ方向がなす角が、共に106以上25°以下
であ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10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、
250°以上450°以下とする。本発明において、ね
じれ角αが250°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、高次の時分割駆動時に十分
なコントラストが得られなくなり、ねじれ角αが450
°より大きいとオン・オフの切り換え時に液晶分子の配
向のみだれを生しやすくなり、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。
かかるねじれ角αば、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j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、液晶分子の自発ねじれピッチ
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Pcとの間に、
以下の関係式 %式%() が成立する。本発明において、(PC−Ps)/Pcが
0以上のときには印加電圧に対する透過光の強度変化が
緩やかである。
ここにおいて、自発ねじれピッチPsとは、通常のネマ
ティ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ンチを
いう。具体的には、第2図に示すように、支持体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(1/2ピ、チごとのディ
スクリネーションライン)の間隔rとセル厚(液晶層C
の厚さ)dとセル長i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Ps=2dr/j! なお、第2図において、8はスペーサ、9および10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Pc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じれ角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Pc−(360°/α)xd更に、本
発明においては、一対の基板表面と該表面に接する液晶
分子のダイレクタ方向がなす角(プレティルト角)が共
に10°以上25°以下である。本発明において、プレ
ティルト角がlθ。
未満では、印加電圧に対する透過光の強度変化が緩やか
で、高次の時分割駆動時に十分なコントラストが得られ
ない。さらに、プレティルI・角が25°より大きいと
双安定効果が大きくなり、応答速度が遅くなる。
以」二の構成を有する液晶表示装置においては、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1〜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。
また、本発明においては、液晶層Cの屈折率異方性Δn
と液晶層Cの厚さdとの積Δn−dば、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−J−,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、異なるねし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
発ねしれピッチ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/Ps〈〔(α/3
60)  +0. 30)また、本発明においては、基
板表面における液晶分子の配向はホモジニアス配向であ
り、この場合プレティルト角は100以上256以下で
ある。
基板の配向処理としては、Sin、 MgO,MgFz
などを用いて斜め蒸着する方法、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、ビニロン、テトロン、ナイロン、レ
ーヨン等からなる布、植毛布、綿状布等によって擦り、
基板の表面に一定方向の溝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、有機シラン化
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10の偏光
軸方向と基板1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+T−±09±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
、 シクロへキシルカルボン酸エステル系化合物ビフェニル
系化合物 ピリミジン系化合物 安息香酸エステル系化合物 ら成る。液晶組成物には、必要に応じてスメクテインク
液晶成分、コレステリック液晶成分などを含有してもよ
い。
前記旋光性物質としては、一般にはカイラルネマティッ
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
、フェニルシ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とができる。
R+   C”  CIIHz、1−1R1−C” −
C,1H2rl−〇−1(R1,R2,R3:アルキル
基または水素原子であり、R+ 、 RzおよびR3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。
ネ 一0CH2−C1l−CzHs C[13 〔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4図は、本発明の実施例を示す説明用断面図である。
第4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が離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、液晶層Cが形成されている。また、
基板l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10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を用いなくてもよい。
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、1
軸延伸ポリエチレンテレフタレート、ホリエーテルサル
フォン、ポリビニルアルコールなどのプラスチック、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 、1 mm
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TTO(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
X0.3mm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人の蒸着膜(蒸着角
度:支持板11および21に対してそれぞれ206)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rZLT−2293j  (メルク社製)に、旋光性
物質(カイネルネマティック液晶)rs−811J (
メルク社製)を0.89重量%添加したものであり、ね
じれ方向の弾性定数k22と曲がり方向の弾性定数に3
3の比、k33/k22は2.5であった。
なお、基板1および2には、必要に応してさらに誘電体
層、アルカリイオン移動防止層、反躬防B 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■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406のずれ角βを有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、r F 
−3205MJ  (日東電工■製)によって構成され
、後方偏光素子10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  (日本電気硝子例製)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−Cl  (三井東圧化学側製)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、7μm、液晶分子のねしれ角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、9.8μm。
規制ねしれピッチP。は、9.33μm、パラメータ(
Pc  Ps)/Pcは、−0,05であった。また、
プレディル1〜角は各基板ともに17゜である。
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0と小さく、1/200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
こで双安定効果を示すパラメータBは、第3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VLIF、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■、。□とすると、下記式によって表される
パラメータB −(VLIP  VnowN) / V
LIF−ΔV/VIIF また、急峻性Vso/V+oは1.02と小さい。
ここで、急峻性とは光透過度が50%減少するときの電
圧をV2Oとすると、電圧に対する光透過度1 日 の変化の急峻性を表す値V5゜/ V r oを言う。
この液晶表示装置を、1/100デユーテイ比で時分割
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、15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
ことが確認きれた。
比較例1 次に、比較のため配向層6および7は、厚さ500人の
ポリエーテルアミド「Hし−1100」(日立化成工業
(株)製)よりなる塗膜の表面にレーヨンスェードによ
ってラビング処理を施して形成した。
また、液晶組成物は実施例と同一のものを用い、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7μm、液晶分子のねじれ角αは、前方
から左回り(反時計回り)に2706、自発ねじれピッ
チPsは、9.8μm、規制ねじれピッチPcは、9.
33μm、パラメータ(Pc  Ps)/Pcは、−0
,05であった。
また、プレティルト角は各基板共に2°である。
また、この液晶表示装置においては急峻性V50/ V
 r oは1.2以上と大きく急峻性に劣り、1/20
0デユーテイ比駆動のときのコントラストは2と小さく
、高次の時分割駆動が難しく、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。
比較例2 同様に比較のため配向層6および7は、実施例と同様に
SlOによる斜め蒸着法によって形成された蒸着角度5
°のものを用いた。
また、液晶組成物は実施例と同一の物を用い、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7μm、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°、自発ねしれピ
ッチPsは、9.8μm、規制ねしれピッチ■〕。は、
9.33μm、パラメータ(pc −PS )/pcは
、−0,05であった。
プレティルト角は各基板ともに35°である。
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0.03であり、急峻性は1.02
と優れるが、実施例1と同様にして1/100デユーテ
イ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]・ラスト比は15以上、オン・オフ表示応答時間は
数十秒程度と長く、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、印加電圧に対する透過光変化の急峻性
が鋭く、かつ双安定効果を制御し、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
が速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Bを特定するための説明図、第4図は、本発
明の実施例を示す説明用断面図である。 1.2・・・基板     11.21・・・支持板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 第3図 第呼図 手続補正書 昭和61年 4月23日 特許庁長官  宇  賀  道  部  殿2、発明の
名称 液晶表示装置 3、補正をする者 事件との関係  特許出願人 連絡先 〒191  東京都日野市さくら町1番地小西六写真工
業株式会社 (電話0425−83−1521)特許部 4、補正の対象 (1)明細書特許請求の範囲を次のように訂正する。 [2、特許請求の範囲 1)各々配向層を有する一対の基板間にねじれ方向の弾
性定数k22と曲がり方向の弾性定数に33との間に ka3/k33/k22≧2・ 5 なる関係が成立する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、2506以上450°
以下であり、かつ (by液晶分子の自発ねじれピッチ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
の規制ねじれピンチPcとの間に、以下の関係式 %式% が成立し、かつ (C)前記一対の基板表面と該表面に接する液晶分子の
ダイレクタ方向がなす角が、共に10’以上25°以下
であることを特徴とする液晶表示装置。」 (2)明細書第5頁20行「間に液晶」を、[間にねじ
れ方向の弾性定数k22と曲がり方向の弾性定数に33
との間に に33/k22≧2.5 なる関係が成立する液晶」に訂正する。 (3)同第6頁3〜4行「180°以上360°」を「
250°以上450°」に訂正する。 以上

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ねじれ方向の弾
    性定数k_2_2と曲がり方向の弾性定数k_3_3と
    の間に k_3_3/k_2_2≧2.5 なる関係が成立する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、250°以上450°
    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 (P_c−P_s)/P_c<0 が成立し、かつ (c)前記一対の基板表面と該表面に接する液晶分子の
    ダイレクタ方向がなす角が、共に10°以う25°以下
    であることを特徴とする液晶表示装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01280722A (ja) * 1988-05-07 1989-11-10 Konica Corp 液晶表示装置

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JPH01280722A (ja) * 1988-05-07 1989-11-10 Konica Corp 液晶表示装置

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