JP2001305542A - 液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示装置

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JP2001305542A
JP2001305542A JP2000126347A JP2000126347A JP2001305542A JP 2001305542 A JP2001305542 A JP 2001305542A JP 2000126347 A JP2000126347 A JP 2000126347A JP 2000126347 A JP2000126347 A JP 2000126347A JP 2001305542 A JP2001305542 A JP 2001305542A
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Kiyoteru Kuroki
清輝 黒木
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Abstract

(57)【要約】 【課題】透過時にて従来の透過率を維持した上で、さら
に反射時にて反射率を向上させ、反射型および透過型の
両機能を満足し得る程度にまで高めた半透過型液晶表示
装置を提供する 【解決手段】液晶パネル2においてガラス基板8上に透
明電極10と配向膜12とを順次形成し、ガラス基板9
の外面に高屈折率層であるTiO2層と低屈折率層であ
るSiO2層とを交互に順次積層した半透過膜13を形
成し、内面にカラーフィルタ14とオーバーコート層1
6と透明電極17と配向膜18とを形成した液晶表示装
置1であって、半透過膜13は半透過膜を高屈折率層と
低屈折率層とを交互に重ね合わせた積層型にしたこと
で、各波長における透過率と反射率の和が100%にな
り、反射型および透過型の両機能を満足し得る程度にま
で高めることができた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半透過膜を設けた半
透過型の液晶表示装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、液晶表示装置は小型もしくは中型
の携帯情報端末やノートパソコンの他に、大型かつ高精
細のモニターにまで使用されている。さらに携帯情報端
末においては、屋外・屋内の双方に使用できるSTN型
の半透過型液晶表示装置が開発されている。
【0003】この半透過型液晶表示装置によれば、太陽
光、蛍光灯などの外部照明によって反射型の装置として
用いる場合と、バックライトを内部照明として装着した
透過型の装置として用いる場合があり、双方の機能を併
せもたせるために、半透過膜を使用する技術が提示され
ている(特開昭61−260202号および特開平8−
292413号参照)。
【0004】通常、このような半透過膜はフィルムや、
アルミニウムやクロム、銀パラジウム銅合金などの金属
薄膜でもって構成し、反射型として使用する場合、半透
過膜は反射膜となし、透過型として使用する場合に透過
膜となす。
【0005】また、アクティブマトリックス型半透過型
液晶表示装置についても提案され(特開平7−3189
29号参照)、これに使用する半透過膜では、アルミニ
ウムやアルミニウム系合金などの金属薄膜の他に、IT
O膜等の透明導電膜と金属膜との積層膜も記載されてい
る。
【0006】さらに光透過用ホールを設けた反射膜を半
透過膜として使用した半透過型液晶表示装置も提案され
ている(特許第2878231号参照)。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
アルミニウムやクロム、銀パラジウム合金などの金属薄
膜などからなる半透過膜は、光透過性と光反射性の双方
を十分に満足し得る程度の特性をもっていないという課
題がある。以下、この課題を述べる。
【0008】アルミニウムやクロム、銀パラジウム合金
などの金属薄膜には、それ自体に光吸収性があり、これ
に起因する劣化要因を図13と図14により説明する。
【0009】図13はアルミニウム薄膜における透過
率、反射率ならびに吸収率を各波長にて示すものであ
り、同様に銀パラジウム合金の薄膜についても図14に
て示す。これら各図における横軸は波長(単位:nm)
であり、縦軸は〇印にて示すような透過率(単位:
%)、●印にて示すような反射率(単位:%)、+印に
て示すような吸収率(単位:%)である。
【0010】図13から明らかなとおり、アルミニウム
金属の薄膜による光吸収に起因して、波長が長くなるに
したがって、透過率が低下するが、その半面、反射率が
増大している。
【0011】図14においても、銀パラジウム合金の薄
膜による光吸収に起因して、波長が長くなるにしたがっ
て、透過率が低下するが、その半面、反射率が増大して
いる。
【0012】したがって、特開昭61−260202号
に提示されたように、フィルムを用いたモノクロ方式の
半透過型液晶表示装置であれば、反射型と透過型の双方
に効果をもたらすのであるが、カラーフィルターを設け
た半透過型液晶表示装置に適用すると、その光透過率が
1/3に低下し、表示が暗くなり、視認できなかった。
【0013】また、特許2878231号にて提案され
たような光透過用ホール付の反射膜を使用した半透過型
液晶表示装置によれば、上述した金属薄膜などの半透過
膜における光吸収という課題が、ある程度まで解消され
たが、いまだ十分に満足し得る程度の特性が得られず、
さらに光利用効率の高い半透過型液晶表示装置が求めら
れていた。
【0014】したがって本発明は上記事情に鑑みて完成
されたものであり、その目的は反射型および透過型の両
機能を満足し得る程度にまで高めたり、あるいは透過型
もしくは反射型において高い性能を得るための設計に応
じられるようにした高性能な半透過型液晶表示装置を提
供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示装置
は、透明電極と配向層とを順次積層してなる2つの透明
基板間にネマチック型液晶を介在した液晶パネルの一方
の透明基板の外面もしくは内面に半透過膜を形成し、一
方の透明基板の外側にバックライトを配設した装置構成
であって、上記半透過膜は高屈折率層と低屈折率層とを
交互に積層して、液晶パネルの透過光をバックライトの
光波長分布における波長域内に、その反射光を波長域外
に設定せしめたことを特徴とする。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、本発明の液晶表示装置を図
1と図2により、本発明の他の液晶表示装置を図3によ
り説明する。また、図4と図5は半透過膜の層構成を示
す。例1 図1は液晶表示装置1の断面図であり、図2は液晶表示
装置1の液晶パネル2の要部拡大断面図である。
【0017】図1において、液晶パネル2の一方主面上
にポリカーボネイトなどからなる位相差板3とヨウ素系
の偏光板4とを順次積み重ね、他方主面上にポリカーボ
ネイトなどからなる位相差板5とヨウ素系の偏光板6と
を順次積み重ねる。これらはアクリル系の材料からなる
粘着材を用いて貼り付ける。さらに偏光板6上にバック
ライト7を配設している。
【0018】液晶パネル2において、8、9はそれぞれ
前記透明基板であるセグメント側のガラス基板およびコ
モン側のガラス基板であって、ガラス基板8上には多数
平行に配列したITOからなる透明電極10と、SiO
2からなる絶縁層11と、一定方向にラビングしたポリ
イミド樹脂からなる配向膜12とを順次形成している。
【0019】また、ガラス基板9の外面に半透過膜13
を形成し、内面にカラーフィルタ14とブラックマトリ
ックス15とを形成している。カラーフィルタ14は画
素ごとに配し、各カラーフィルタ14間にクロム金属も
しくは感光性レジストのブラックマトリックス15とを
形成している。
【0020】半透過膜13は光透過性と光反射性の双方
の特性を具備しており、しかも、2枚の偏光板の間に挟
んだ時に位相差を生じないようにする。また、半透過膜
13は鏡面性であっても、散乱性を有していてもよい。
図4に示すようにガラス基板9の上に高屈折率層である
TiO2層と低屈折率層であるSiO2層とを交互に順次
積層した積層構造にしている(図中に示す数値は各層の
厚みをあらわす)。これによって、ガラス基板9を通し
て入射した光の一部は高屈折率層(TiO2層)にて反
射され、その高屈折率層を透過した光は低屈折率層(S
iO2層)にて反射され、そして、これら反射光が干渉
され、反射性能が著しく高められ、いわゆる増反射が生
じる。
【0021】上記カラーフィルタ14は顔料分散方式、
すなわちあらかじめ顔料により調合された感光性レジス
トを基板上に塗布し、フォトリソグラフィにより形成し
ている。図中のR、G、Bの各表示はそれぞれ赤、緑、
青に着色したカラーフィルタ14である。
【0022】その上にアクリル系樹脂からなるオーバー
コート層16と、ITOからなる透明電極17とを形成
している。この透明電極17は上記透明電極10と直交
している。しかも、透明電極17上に一定方向にラビン
グしたポリイミド樹脂からなる配向膜18を形成してい
る。
【0023】上記のように形成した各ガラス基板8、9
をたとえば200〜270°の角度でツイストされたカ
イラルネマチック液晶からなる液晶層19を介してシー
ル部材20により貼り合わせる。さらに両ガラス基板
8、9間には液晶層19の厚みを一定にするためにスペ
ーサ21を多数個配している。なお、本例の液晶パネル
2では絶縁層11、オーバーコート層16を設けている
が、それを設けなくてもよい。
【0024】かくして上記構成の液晶表示装置1を反射
型として用いた場合には、太陽光、蛍光灯などの外部照
明による照射光は偏光板4と位相差板3と液晶パネル2
とを順次通過し、さらに半透過膜13でもって反射さ
れ、その反射光が増反射効果により高められ、そして、
液晶パネル2を通過し、位相差板3と偏光板4とを通過
し、高い輝度が得られる。
【0025】また、液晶表示装置1を透過型として用い
た場合には、バックライト7の照射光が偏光板6と位相
差板5と半透過膜13とを順次通過し、液晶パネル2を
通って位相差板3と偏光板4とを順次通過し、これによ
って偏光板6を通過した光は位相差板5で偏光状態を変
え、その結果、反射型にて使用したパネルを、そのまま
の条件で透過型にも使用することができ、反射型もしく
は透過型のいずれの場合でも安定した鮮明な色表示がで
きた。
【0026】なお、特開平7−318929号に記載さ
れた液晶表示装置には、実施例がアクティブマトリック
ス型であり、さらに単純マトリックス型にも適用できる
ことが記載されているが、一方側だけに位相差板を配設
した構造であり、このような構造の場合には、両方のパ
ネル面に位相差板を配設していないことで、位相差の補
償が取れなくなり、透過状態の補償条件を決定できなく
なり、その結果、明瞭な表示が得られなかった。例2 例1の液晶表示装置1では、ガラス基板1の外側面には
半透過膜13を形成したが、これに代えて図3に示す液
晶表示装置22については、ガラス基板9の内側面に半
透過膜23を形成したものである。この半透過膜23に
ついても図4に示すように高屈折率層と低屈折率層とを
交互に順次積層した積層構造である。
【0027】上記構成の液晶表示装置22を反射型とし
て用いた場合には、太陽光、蛍光灯などの外部照明によ
る照射光は偏光板4と位相差板3などを通過して、透明
電極10、配向膜12、液晶層19、配向膜18、透明
電極17、カラーフィルタ14を通過し、半透過膜23
でもって反射され、その反射光が増反射効果により高め
られ、輝度がさらに高くなる。
【0028】また、透過型として用いた場合には、バッ
クライト7の照射光が偏光板6と位相差板5と半透過膜
23とを順次通過し、カラーフィルタ14、透明電極1
7、配向膜18、液晶層19、配向膜12、透明電極1
0、ガラス基板8、位相差板3と偏光板4とを順次通過
し、偏光板6を通過した光が位相差板5にて偏光状態を
変え、これにより、上記の反射型にて使用したパネル
を、そのままの条件で透過型にも使用することができ、
反射型もしくは透過型のいずれの場合でも安定した鮮明
な色表示ができた。
【0029】しかも、このようにガラス基板9の内面上
に半透過膜23を形成すると、反射型に使用した場合に
ガラス基板9を通過しなくなり、これにより、ガラス基
板9の屈折率に起因する入射光と反射光の間に差が生じ
なくなり、双方の光による二重に見える現象がなくなっ
た。
【0030】なお、本例ではガラス基板9の内側面に半
透過膜23を形成したが、これに代えてガラス基板8の
内側面に半透過膜23を形成し、バックライトをガラス
基板8の外側に配設してもよい。 〔半透過膜13と半透過膜23の各構成〕半透過膜13
と半透過膜23をなす各層はつぎのとおりである。高屈
折率層と低屈折率層との積層構造は、図5に示すとおり
であるが、その間にて屈折率差があれば、どのように材
料でもって構成してもよいが、たとえば高屈折率層の屈
折率の範囲は2.0〜2.8がよく、TiO2、ZrO2
などで構成するとよい。これに対する低屈折率層の屈
折率の範囲は1.3〜1.6がよく、たとえばSi
2、AlF3、CaF2、MgF2などで構成するとよ
い。
【0031】ガラス基板9にはアンダーコート層として
SiO2が形成されていてもよい。すなわち、このよう
なSiO2が形成されている場合には、そのSiO2上に
高屈折率層と低屈折率層とを順次積層した構造にすれば
よい。
【0032】高屈折率層の厚み範囲は2.5〜200n
m、低屈折率層の厚み範囲は2.5〜200nmにする
ことで、前述した増反射がもっとも顕著になる。さらに
半透過膜13や半透過膜23の厚み範囲を5〜1200
nmにすることで、この増反射が顕著になる。
【0033】また、各半透過膜13、23については、
各層を合計したことで2〜20層からなる積層構造にす
ればよく、このような積層構造の場合には、積層数を変
えることで、反射率や透過率を所要とおりに設定するこ
とができ、そして、その設計が容易になることで、製造
歩留りが向上し、生産コストが低減できた。
【0034】上記のような積層構造によれば、高屈折率
層と低屈折率層とを交互に重ね合わせた積層型の半透過
膜にしたことで、その積層にて吸収されるような要因が
なくなり、そのために反射率の波長依存性と透過率の波
長依存性は双方の間にて対称形になり、よって、各波長
における透過率と反射率の和は100%になる。
【0035】しかも、反射率と透過率の比およびその波
長特性は各層の膜厚を調節することで、所要とおりに達
成される。
【0036】かくして例1の液晶表示装置1や例2の液
晶表示装置22においては、半透過膜を高屈折率層と低
屈折率層とを交互に重ね合わせた積層型にしたことで、
各波長における透過率と反射率の和が100%になり、
これにより、反射型および透過型の両機能を満足し得る
程度にまで高めることができた。
【0037】また、かかる半透過膜の各層の膜厚を調節
することで、透過型もしくは反射型において高い性能を
得られるように、所要とおりの設計ができた。例3 本例においては、各液晶表示装置1、22に対し、さら
に液晶パネル2の主面(ガラス基板8)と位相差板3と
の間の前記光散乱性の板状体を形成する。この光散乱性
の板状体にはたとえば大日本印刷(株)製のIDS(Int
ernal Diffusing Sheet)の光散乱膜があり、樹脂中にビ
ーズ等を含有させたものである。その他に平板の表面に
光散乱性の凹凸を設けてもよい。
【0038】このような光散乱膜を液晶パネル2と位相
差板3との間に設けることで、反射型として用いた場
合、半透過膜13、23でもって反射された反射光は光
散乱膜でもって正反射方向以外の方向にも散乱され、こ
れによって画像表示の視野角が大きくなり、画像表示の
認識領域が広くなった。さらには、この光散乱膜は後述
する第1位相差フィルムと第2位相差フィルムとの間に
設けてもよい。好適な設計条件 つぎに例1〜例3に示す各液晶表示装置に対する最適な
設計条件を示す。
【0039】図6は各部材の貼付方向を示す。なお、各
々の角度は、表示面から見て基準方向から左回り(反時
計回り)への角度である。
【0040】基準方向として、液晶パネル2の液晶層の
両面ラビング方向の平均値を用いて、液晶層19のツイ
スト角を250±15°に、液晶層19の光路差△nd
を850±50nmにした場合に、偏光板4の吸収軸を
100±10°にするとよい。さらに位相差板3を偏光
板4側に配した第1位相差フィルム3aと、ガラス基板
側に配した第2位相差フィルム3bでもって構成すると
よく、そして、第1位相差フィルム3aの光路差△nd
を580±20nmにして、基準方向に対し延伸軸を1
70±10°、第2位相差フィルム3bの光路差△nd
を690±20nmにして、基準方向に対し延伸軸を5
5±10°、位相差フィルム5の光路差△ndを140
±20nmにして、基準方向に対し延伸軸を0±10
°、偏光板6の吸収軸を基準方向に対し135±10°
にするとよい。 (実施例1)本例では、前記バックライト7として冷陰
極管を用いて、さらに図4に示すようなピーク透過率7
0%の積層構造の半透過膜を作成した。
【0041】同図の半透過膜は、ガラス基板9の上に高
屈折率層であるTiO2層と低屈折率層であるSiO2
とを交互に順次積層した12層の積層構造である。図中
の数値は各層の厚みを示す。
【0042】このような半透過膜における光透過率の波
長依存性は図7に示すとおりである。また、図12にて
光反射率の波長依存性を示す。
【0043】図7と図12において、横軸は透過光の波
長であり(単位:nm)、縦軸は透過率(%)もしくは
反射率(%)を示す。
【0044】これらの図から明らかなとおり、本例では
425±30nm、530±30nm、615±30n
m程度の波長領域において透過光のピークもしくは反射
光のピークがある(以下、この半透過膜を3波長半透過
膜と称する)。
【0045】つぎにバックライト7の発光の波長域を図
8に示す。横軸は、その波長であり、縦軸は輝度を示
す。
【0046】そして、図7に示す3波長半透過膜の光透
過率の波長分布と、図8に示すバックライトの発光波長
分布とを対比するに、双方の各ピークはほぼ一致してい
る。
【0047】すなわち、本発明の3波長半透過膜はバッ
クライト発光波長域においては反射板と光透過用のホー
ルを30:70の比率にした半透過ホール液晶表示装置
と同程度にまでロスなく光を透過している。しかも、バ
ックライトにおける非発光波長域については光が透過し
ないこともわかる。
【0048】したがって、上記構成のように半透過膜を
設けた各液晶表示装置1、22によれば、バックライト
の発光波長域の半透過膜の光透過率が同じ場合に、3波
長半透過膜を設けた半透過型液晶表示装置の透過率は、
フラットな波長依存性を有する半透過膜を形成した従来
の半透過型液晶表示装置と同等になる。
【0049】参考までに、フラットな波長依存性をもつ
半透過膜における透過率特性と反射率特性を図9と図1
0に示す。ちなみに、図12の破線にて示す反射率30
%のラインは図10に示すフラットな反射率特性を示
す。
【0050】図9は透過重視タイプ(反射率:透過率=
30:70)の液晶表示装置における半透過反射板の透
過時の波長特性を示す。また、図10は反射時の波長特
性を示す。
【0051】つぎに太陽光や蛍光灯などを使用して、反
射光にて白色光となる場合を説明する。図11は太陽光
の波長分布を示し、横軸は波長であり、その単位はnm
である。縦軸は各波長ごとの比エネルギーを示す。同図
から明らかなとおり、可視光域においてほぼピークのな
い連続スペクトルである。
【0052】そして、図12に示すように半透過膜の反
射時によれば、各波長の反射率分布においてハッチング
した領域が利用できる。
【0053】すなわち、従来の図9に示す半透過型液晶
表示装置において透過時に図8に示す冷陰極管非発光波
長域になっていた部分(図12のハッチング領域)を3
波長半透過型液晶表示装置では反射成分として利用でき
るようになる。つまり、光透過ホールを設けた従来の液
晶表示装置にて利用されていなかった波長域の光成分を
反射時に利用することができる。
【0054】図12で詳しく説明すると、たとえば63
0〜700nmの波長域においてフラットな波長依存性
を有する従来の半透過型液晶表示装置は破線で示される
30%程度の反射率しか有していない。また、透過時に
おいては図8に示すように冷陰極管が発光していない波
長領域であるので、半透過膜が図9に示す透過率をもっ
ていても実際には透過時のパネル輝度に影響しない。し
かし、本発明の3波長半透過膜を有する半透過型液晶表
示装置は、図12に示す破線で示される30%の反射率
に加え、630〜700nm波長域のハッチング領域部
分も反射時に利用できるようになり、反射時のパネル表
示が明るくなる。そして、透過時のパネル輝度は従来の
半透過型液晶表示装置と同等になる。 (実施例2)本発明の3波長半透過膜を使用した半透過
型液晶表示装置(光散乱膜を設けない各液晶表示装置
1、22)において、反射時および透過時の輝度を測定
したところ、表1に示すような結果が得られた。
【0055】従来の光透過ホールを形成した半透過型液
晶表示装置にて、透過率+反射率を1.00として、そ
の相対値でもってあらわした。
【0056】輝度の測定にはミノルタ製CS−100を
使用し、透過型の場合には一定輝度を有する同一のバッ
クライトを使用し、反射型の場合には同一光源を液晶パ
ネルに対し一定の角度で照射することで、それぞれの輝
度を液晶パネルの法線方向で測定した。
【0057】
【表1】
【0058】輝度については、比較例の透過型および反
射型をそれぞれ1.00として、相対値でもってあらわ
した。
【0059】表1に示す結果から明らかなとおり、透過
重視タイプおよび反射重視タイプの双方とも、透過率は
従来の同じ性能を維持しながらも、反射率を著しく向上
させている。
【0060】また、光散乱膜を設けた各液晶表示装置
1、22に対し、同様に透過型と反射型とに使用して、
それぞれの輝度を測定しても表1とほぼ同じ結果が得ら
れととも、光散乱膜を設けたことで、光散乱膜を設けな
い各液晶表示装置1、22ない各液晶表示装置1、22
たことを確認した。なお、本発明は上記実施形態例に限
定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内
で種々の変更や改善などは何ら差し支えない。たとえ
ば、上記の実施形態においては、STN型単純マトリッ
クスタイプのカラー液晶表示装置でもって説明している
が、そのほかにモノクロのSTN型単純マトリックスタ
イプの液晶表示装置であっても、あるいはTN型単純マ
トリックスタイプの液晶表示装置やTN型アクティブマ
トリックスタイプなどのツイストネマチック型液晶表示
装置、双安定型単純マトリックスタイプのモノクロ、カ
ラー液晶表示装置であっても同様な作用効果が得られ
る。
【0061】
【発明の効果】以上のとおり、本発明の液晶表示装置に
よれば、透明電極と配向層とを順次積層してなる2つの
透明基板間にネマチック型液晶を介在した液晶パネルの
一方の透明基板の外面もしくは内面に半透過膜を形成
し、一方の透明基板の外側にバックライトを配設した装
置構成において、上記半透過膜は高屈折率層と低屈折率
層とを交互に積層して、液晶パネルの透過光をバックラ
イトの光波長分布における波長域内に、その反射光を波
長域外に設定せしめたこと、透過時にて従来の透過率を
維持した上で、さらに反射時にて反射率を向上させ、そ
の結果、反射型および透過型の両機能を満足し得る程度
にまで高めたり、あるいは透過型もしくは反射型におい
て高い性能を得るための設計に応じられるようにした高
性能な半透過型液晶表示装置が提供できた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の液晶表示装置の断面概略図である。
【図2】本発明の液晶表示装置の要部拡大断面図であ
る。
【図3】本発明の他の液晶表示装置の要部拡大断面図で
ある。
【図4】半透過膜の断面概略図である。
【図5】半透過膜の断面概略図である。
【図6】本発明の液晶表示装置に対する最適な設計条件
を示す説明図である。
【図7】3波長半透過膜における透過率の波長依存性を
示す線図である。
【図8】バックライトの発光波長域を示す線図である。
【図9】フラットな波長依存性をもつ半透過膜における
透過率特性を示す線図である。
【図10】フラットな波長依存性をもつ半透過膜におけ
る反射率特性を示す線図である。
【図11】太陽光の波長分布を示す線図である。
【図12】3波長半透過膜における反射率の波長依存性
を示す線図である。
【図13】アルミニウム薄膜の波長依存性を示す線図で
ある。
【図14】銀パラジウム銅合金薄膜の波長依存性を示す
線図である。
【符号の説明】
1 液晶表示装置 2 液晶パネル 3 位相差板 4、6 偏光板 5 位相差板 7 バックライト 8 ガラス基板 9 ガラス基板 10 透明電極 12 配向膜 13 半透過膜 14 カラーフィルタ 17 透明電極 18 配向膜 19 液晶層 22 液晶表示装置 23 半透過膜

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】透明電極と配向層とを順次積層してなる2
    つの透明基板間にネマチック型液晶を介在した液晶パネ
    ルの一方の透明基板の外面もしくは内面に半透過膜を形
    成し、該一方の透明基板の外側にバックライトを配設し
    た液晶表示装置であって、前記半透過膜は高屈折率層と
    低屈折率層とを交互に積層して、液晶パネルの透過光を
    バックライトの光波長分布における波長域内に、その反
    射光を該波長域外に設定せしめたことを特徴とする液晶
    表示装置。
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