JP2002098956A - 液晶装置および電子機器 - Google Patents

液晶装置および電子機器

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JP2002098956A
JP2002098956A JP2000292523A JP2000292523A JP2002098956A JP 2002098956 A JP2002098956 A JP 2002098956A JP 2000292523 A JP2000292523 A JP 2000292523A JP 2000292523 A JP2000292523 A JP 2000292523A JP 2002098956 A JP2002098956 A JP 2002098956A
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Tsuyoshi Maeda
強 前田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 有機ELバックライト照明光の利用効率を高
め、明るい液晶表示を得ることを目的とする。 【解決手段】 一対の透明基板間に挟持された液晶層を
備えた液晶パネルと、透明支持基板に形成された有機エ
レクトロルミネッセンス層を備えた照明装置からなる液
晶装置において、液晶パネルと照明装置を屈折率が透明
支持基板の屈折率と概ね同じかまたは大きい材料で接着
した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、有機エレクトロル
ミネッセンス層を有する照明装置を用いた液晶装置、お
よび電子機器に関する。
【0002】
【従来の技術】液晶表示装置は、表示に寄与する光によ
って、反射型、透過型、および半透過反射型に大別する
ことができる。このうち、反射型の液晶表示装置は、液
晶パネルの表示面から入射される外光を液晶パネル裏面
の反射板または液晶パネル内の反射板を用いて反射する
ことによって反射光を得て、これを用いて画像表示を行
うものである。一方、透過型の液晶表示装置は、液晶パ
ネルの背後にバックライトと呼ばれる照明装置を設け、
そこから照射される照射光を用いて画像表示を行うもの
である。さらに、半透過反射型の液晶表示装置にあって
は、外光の光量が十分な場合には反射光を用いて画像表
示を行う一方、外光の光量が十分でない場合にはバック
ライトからの照射光を用いて画像表示を行うものであ
る。
【0003】バックライトの光源としては、点光源であ
るLEDや線光源である陰極管の他、有機エレクトロル
ミネッセンス(以下、有機ELと略す。)を用いた面発
光体が知られている。
【0004】LEDや陰極管は点光源または線光源であ
るため、これらの光は導光板によって液晶パネルの背面
に導かれ、液晶パネルに照射されることになるが、光量
にムラがあるといった欠点があった。一方、有機EL素
子は面光源であるため、そのような欠点がなく、一様な
照射光が得られるといった利点がある。
【0005】また、EL素子としては、有機EL素子の
他に無機EL素子が知られているが、後者は50ボルト
から200ボルト程度の交流電圧で駆動する必要がある
ため、インバータ等の交流電源装置を用意する必要があ
るが、有機EL素子は直流電圧で駆動することができる
といった利点がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、有機EL素
子を照明装置として用いる場合、有機EL層で発光後に
支持基板内で全反射を繰り返し、有機EL素子外部に出
射しない光の割合は数十%にも及んでしまう。このた
め、明るい画像を表示させることができなかったり、あ
るいは、所望の明るさを得るためにバックライトで大電
力を消費してしまうといった問題があった。
【0007】本発明は、このように事情に鑑みてなされ
たもので、その目的とするところは、有機EL素子の透
明支持基板内で全反射を繰り返す光を有効に利用した液
晶装置、および電子機器を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明が講じた手段は、以下の通りである。
【0009】本発明による液晶装置は、一対の透明基板
間に挟持された液晶層を備えた液晶パネルと、透明支持
基板に形成された有機エレクトロルミネッセンス層を備
えた照明装置からなる液晶装置において、前記液晶パネ
ルと前記照明装置を屈折率が前記透明支持基板の屈折率
と概ね同じかまたは大きい材料で接着したことを特徴と
する。
【0010】本発明によれば、有機エレクトロルミネッ
センス層で発光した光のうち、透明支持基板内で全反射
を繰り返す光を透明支持基板外へ取り出すことができ、
明るく光の利用効率が高い液晶装置を実現することがで
きる。これは、屈折率が大きい媒体から小さい媒体へ光
が進行するときに見られる全反射現象をなくすことがで
きるためである。
【0011】また更に、本発明による液晶装置は、一対
の透明基板間に挟持された液晶層を備えた液晶パネル
と、透明支持基板に形成された有機エレクトロルミネッ
センス層を備えた照明装置からなる液晶装置において、
前記液晶パネルと前記照明装置を屈折率が1.5以上の
材料で接着したことを特徴とする。
【0012】本発明によれば、有機エレクトロルミネッ
センス層で発光した光のうち、透明支持基板内で全反射
を繰り返す光を透明支持基板外へ取り出すことができ、
明るく光の利用効率が高い液晶装置を実現することがで
きる。これは、屈折率が大きい媒体から小さい媒体へ光
が進行するときに見られる全反射現象をなくすことがで
きるためである。透明支持基板には、ガラスやプラスチ
ック板などが用いられることが多い。これらの屈折率は
概ね1.5であるので、液晶パネルと照明装置の間に挿
入する材料の屈折率は1.5以上が望ましい。
【0013】また、透明支持基板にガラスを用いた場合
は、可視光域で吸収がほとんどなく透明であるととも
に、容易に有機EL層を形成することができる。
【0014】本発明による液晶装置は、前記液晶パネル
と前記照明装置の間の材料がゲル状であることを特徴と
する。
【0015】本発明によれば、液晶パネルと照明装置の
間の材料がゲル状であるので、容易に液晶パネルと照明
装置に密着配置することができる。また、ゲル状材料は
弾力性もあるので、外からの衝撃に強い液晶装置を実現
することができる。
【0016】本発明による液晶装置は、前記液晶パネル
が前記照明装置側の面に偏光板と半透過反射板を順次有
することを特徴とする。
【0017】本発明によれば、透明支持基板から液晶パ
ネルと照明装置の間の材料に進入し、全反射を繰り返す
光を効率よく液晶装置側に取り出すことができるので、
透過表示の明るい半透過反射型液晶装置を実現すること
ができる。
【0018】本発明による液晶装置は、前記液晶パネル
が前記照明装置側の面に反射偏光板を有することを特徴
とする。
【0019】本発明によれば、透明支持基板から液晶パ
ネルと照明装置の間の材料に進入し、全反射を繰り返す
光を反射偏光板の機能(従来の偏光板はある偏光を透
過、これと直交する偏光は吸収する。一方、反射偏光板
はある偏光を透過、これと直交する偏光は反射する。こ
のため、光の再利用が可能となる。)によって、効率よ
く液晶装置側に取り出すことができる。透過表示の明る
い半透過反射型液晶装置を実現することができる。
【0020】本発明による液晶装置は、前記液晶パネル
が前記一対の基板間に散乱層を有することを特徴とす
る。
【0021】本発明によれば、透明支持基板から液晶パ
ネルと照明装置の間の材料に進入し、さらに液晶パネル
の基板内で全反射を繰り返す光を散乱層によって液晶装
置外(観察者側)に取り出すことができる。
【0022】本発明による液晶装置は、前記液晶パネル
が前記照明装置と異なる側の面に散乱層を有することを
特徴とする。
【0023】本発明によれば、透明支持基板から液晶パ
ネルと照明装置の間の材料に進入し、さらに液晶パネル
内で全反射を繰り返す光を散乱層によって液晶装置外
(観察者側)に取り出すことができる。
【0024】本発明による電子機器は、請求項1から請
求項9のいずれかに記載の液晶装置を搭載したことを特
徴とする。
【0025】本発明によれば、明るく光の利用効率が高
い透過表示を実現する液晶装置を搭載した視認性が高い
電子機器を実現することができる。また、バックライト
の利用効率が高いので、バックライトに供給する電力を
抑えることができ、バッテリー寿命の長い電子機器を実
現することができる。
【0026】
【発明の実施の形態】次に、添付図面を参照して本発明
に係る実施形態について説明する。
【0027】[第1の実施の形態]図1は、第1の実施の
形態に係る液晶装置の構造を示す概略縦断面図である。
この図に示されるように、この液晶装置は、有機EL層
を有するバックライト10と半透過型の液晶パネル10
0Aとを備えている。
【0028】まず、バックライト10は、透明支持基板
11の下面に透明電極12、有機EL層13および反射
電極14が順次形成され、さらに、これらの構造を覆う
ように保護部材16を備えて構成されている。透明支持
基板11にはガラスやプラスチックなどが用いられ、ま
た、透明電極12としてはITO(Indium Tin Oxide)
や酸化スズなどが用いられる。これにより、有機EL層
13が発光すると、その光が透明電極12および透明支
持基板11を介して液晶パネル100Aに照射されるこ
とになる。また、反射電極14は、電極と反射板を兼用
するものであり、例えば、インジウム、アルミニウム、
マグネシウム−銀合金、アルミニウム−リチウム合金等
の金属を真空蒸着して形成される。この反射電極14に
よって、有機EL層13が反射電極14に向けて発した
光は反射され、液晶パネル100Aに導かれることにな
る。また、有機EL層13は有機発光物質を含んでお
り、その構造は、単層構造または、正孔注入層や電子注
入層を有する多層構造となっている。多層構造を取る場
合には、発光層、正孔注入層、電子注入層の各有機層
を、真空蒸着やスピンコーティングにより1000オン
グストローム程度の厚さの均一な薄膜で形成すればよ
い。
【0029】次に、液晶パネル100Aは、上側基板2
0と下側基板40との間に液晶層30を挟持した構造を
とっている。上側基板20は、ガラス基板21の上面に
位相差板22と第1偏光板23とを順次形成する一方、
ガラス基板21の下面(液晶層30を挟持する側の内
面)に透明電極24を形成して構成されている。また、
下側基板40は、ガラス基板41の上面(液晶層30を
挟持する側の内面)に透明電極42を形成するととも
に、その下面に第2偏光板43と半透過反射板44を備
えて構成されている。
【0030】さて、バックライト10から半透過反射板
44と第2偏光板43とを透過して液晶層30に導入さ
れた偏光101は、液晶層30で変調されたのち所定の
偏光となり第1偏光板23によって透過あるいは吸収さ
れ、画像の表示に寄与する。これに対して、透明支持基
板11内で全反射を繰り返す光103は画像表示には全
く寄与しない。また、半透過反射板44によって反射さ
れた光はバックライト10に戻り、反射電極14によっ
て反射され再びバックライト10から出射される。
【0031】液晶パネル100Aと透明支持基板11の
間に屈折率が約1.8の透明なゲル状物質11aを配置
したので、ゲル状物質がないときに透明支持基板11内
で全反射を繰り返した光103は、半透過反射板44に
到達するようになる。半透過反射板44に到達した光1
02は、その一部が液晶パネル側に導入される。したが
って、バックライト10から照射される光の利用効率を
高めるには、液晶パネル100Aと透明支持基板11の
間に透明支持基板(本実施形態の場合はガラス、屈折率
は約1.5)の屈折率より大きい透明なゲル状物質11
aを挿入することが望ましい。
【0032】なお、屈折率1.8のシリコーンを主材と
するゲル状物質11aを挿入すると、挿入前に比べて、
透過表示時の明るさが約20%上昇した。
【0033】[第2の実施の形態]次に、第2の実施の形
態に係る液晶装置について説明する。この液晶装置は、
第1の実施の形態で説明した液晶パネル100Aの替わ
りに液晶パネル100Bを用いる点を除いて、同様に構
成されている。
【0034】図2は、第2の実施の形態に係る液晶装置
の構造を示す概略縦断面図である。液晶パネル100B
は、上側基板20と下側基板40との間に液晶層30を
挟持した構造をなし、下側基板40は、ガラス基板41
の上面(液晶層30を挟持する側の内面)に透明電極4
2を形成するとともに、その下面に散乱層45、反射偏
光板46を備えて構成されている。
【0035】通常の偏光板は一方向に振動する光のみ透
過させ、他の方向に振動する光を吸収する性質を持つ。
これに対して、本実施の形態で用いる反射偏光板46
は、一方向に振動する光のみ透過させ、他の方向に振動
する光を反射する性質を持つ。
【0036】反射偏光板46としては、例えば、特表平
9−506985号公報に開示されているもの(商品
名:DBFF、3M社製)を用いることができる。図4
に反射偏光板46を多層構造フィルムで構成したものを
示す。この反射偏光板46は、重合体を延伸形成した2
種類のフィルムを積層してなり、例えば、図に示すA層
46aとしてポリエチレンナフタレート等の結晶性ナフ
タレンジカルボン酸ポリエステルを用い、B層46bと
してナフタレンジカルボン酸とテレフタル酸又はアイソ
タル酸のコポリエステルを用いることができる。
【0037】A層46aのX軸方向の屈折率(nAX)と
Y軸方向の屈折率(nAY)は互いに異なる。一方、B層
46bのX軸方向の屈折率(nBX)とY軸方向の屈折率
(nB Y)とはほぼ等しくなるように設定している。ま
た、A層46aのY軸方向の屈折率(nAY)とB層46
bのY軸方向の屈折率(nBY)とはほぼ等しくなるよう
に設定されている。つまり、これをまとめると、
(nAX)≠(nAY)、(nBX)≒(nBY)≒(nAY)と
なる。
【0038】従って、多層構造フィルムに入射した光の
うちY軸方向の直線偏光(実施例においてはP偏光)の
光は、各積層間に屈折率の差が実質的に無い状態である
ため、この多層構造フィルムを、その偏光軸のまま透過
する。
【0039】一方、A層46aのZ軸方向の層厚を
A、B層46bのZ軸方向の膜厚をtBとし、入射光の
波長をλとしたとき、tA・nAX+tB・nBX≒λ/2…
(1)となるように設定することによって、波長λの光
のうちX軸方向の直線偏光(実施例においてはS偏光)
の光は、隣接するA層とB層の界面にて、X軸方向の偏
光の光として反射されることになる。
【0040】A層46aとB層46bの層厚tA B
種々変化させ、それを積層し、全可視光の波長の広範囲
にわたって上記(1)式が成立するようにして、透過波
長帯域を広げれば、X軸方向の直線偏光(S偏光)の白色
光を反射することができる。尚、多層構造フィルムは、
厚みの異なる層を順次積層させて形成するようにしても
良いし、互いに厚みの等しい層が数層積層された積層体
を複数積層することによって形成するようにしても良
い。また、符号≒で示した式は、完全に等しい屈折率と
できるのであれば、その方が好ましい。また、以上多層
構造フィルムによる反射偏光板の偏光精度が低い場合
は、複数の反射偏光板を光軸上に配置し、複数枚構成の
反射偏光板を構成して偏光精度を向上させてもよい。
【0041】さらに、反射偏光板46としては、特開平
10−319235号公報に開示されているようにコレ
ステリック液晶フィルムと1/4波長板から構成される
もの(商品名:PCF、日東電工株式会社製)を使用し
てもよい。
【0042】このように一方向に振動する光のみを透過
させ他の方向に振動する光を反射する反射偏光板46を
透過型の液晶装置に用いると、バックライト10からの
照射光が反射偏光板46に至ったときに、偏光軸に沿っ
た光のみを透過させ、他の軸の光を反射することにな
る。すなわち、通常の偏光板では吸収されてしまう光が
反射され、この反射光がバックライト10の反射電極1
4で再び反射されて液晶パネル100Bに再度導入され
る。
【0043】また、液晶パネル100Bと透明支持基板
11の間にアクリル樹脂11bを配置したので、アクリ
ル樹脂がないときに透明支持基板11内で全反射を繰り
返していた光103は、反射偏光板46に到達するよう
になる。反射偏光板46を透過した光102は、散乱層
45で散乱され、液晶パネル側に導入される。したがっ
て、バックライト10から照射される光の利用効率を高
めるには、液晶パネル100Bと透明支持基板11の間
に透明支持基板(本実施形態の場合はガラス、屈折率は
約1.5)の屈折率より大きいアクリル樹脂11bを挿
入することが望ましい。
【0044】反射偏光板46とアクリル樹脂11bを用
いることで、飛躍的にバックライト10の光利用効率を
高めることができることを確認した。
【0045】[第3の実施の形態]図3は、第3の実施の
形態に係る液晶装置の構造を示す概略縦断面図である。
この図に示されるように、この液晶装置は、有機EL層
を有するバックライト10と液晶パネル100Cとを備
えている。
【0046】まず、バックライト10は、透明支持基板
11の下面に透明電極12、有機EL層13および反射
電極14が順次形成され、さらに、これらの構造を覆う
ように保護部材16を備えて構成されている。透明支持
基板11にはガラスやプラスチックなどが用いられ、ま
た、透明電極12としてはITO(Indium Tin Oxide)
や酸化スズなどが用いられる。これにより、有機EL層
13が発光すると、その光が透明電極12および透明支
持基板11を介して液晶パネル100Cに照射されるこ
とになる。また、反射電極14は、電極と反射板を兼用
するものであり、例えば、インジウム、アルミニウム、
マグネシウム−銀合金、アルミニウム−リチウム合金等
の金属を真空蒸着して形成される。この反射電極14に
よって、有機EL層13が反射電極14に向けて発した
光は反射され、液晶パネル100Cに導かれることにな
る。また、有機EL層13は有機発光物質を含んでお
り、その構造は、単層構造または、正孔注入層や電子注
入層を有する多層構造となっている。多層構造を取る場
合には、発光層、正孔注入層、電子注入層の各有機層
を、真空蒸着やスピンコーティングにより1000オン
グストローム程度の厚さの均一な薄膜で形成すればよ
い。
【0047】次に、液晶パネル100Cは、上側基板2
0と下側基板40との間に液晶層30を挟持した構造を
とっている。上側基板20は、ガラス基板21の上面に
位相差板22と第1偏光板23とを順次形成する一方、
ガラス基板21の下面(液晶層30を挟持する側の内
面)に透明電極24を形成して構成されている。また、
下側基板40は、ガラス基板41の上面(液晶層30を
挟持する側の内面)に透明電極42及び散乱層48を形
成するとともに、その下面に第2偏光板47を形成して
なる。
【0048】さて、バックライト10から第2偏光板4
7とを透過して液晶層30に導入された偏光101は、
液晶層30で変調されたのち所定の偏光となり第1偏光
板23によって透過あるいは吸収され、画像の表示に寄
与する。これに対して、透明支持基板11内で全反射を
繰り返す光103は画像表示には全く寄与しない。
【0049】液晶パネル100Cと透明支持基板11の
間にアクリル粘着樹脂11cを配置したので、アクリル
粘着樹脂11cがないときに透明支持基板11内で全反
射を繰り返していた光103は、液晶パネル110Cに
導入されるようになる。液晶パネル100Cに導入され
る光102は、散乱層48で散乱され、液晶層30へと
到達する。したがって、バックライト10から照射され
る光の利用効率を高めるには、液晶パネル100Cと透
明支持基板11の間に透明支持基板(本実施形態の場合
はガラス、屈折率は約1.5)の屈折率より大きい透明
なアクリル粘着樹脂11cを挿入することが望ましい。
【0050】なお、アクリル粘着樹脂11cを挿入する
と、挿入前に比べて、透過表示時の明るさが約30%上
昇した。
【0051】本実施の形態では、液晶パネル100Cに
導入された光102を液晶パネル内の散乱層48で散乱
させ、観察側に出射させたが、上側基板20の液晶層と
は異なる側(観察者側)に散乱層を形成しても良い。
【0052】[応用例]次に、上述した第1乃至第3の実
施の形態で説明した液晶装置の応用例について説明す
る。
【0053】<モバイル型コンピュータ>まず、上述し
た液晶装置を、モバイル型のパーソナルコンピュータに
適用した例について説明する。図5(a)は、このパー
ソナルコンピュータの構成を示す斜視図である。図にお
いて、コンピュータは、キーボードを備えた本体部と、
液晶表示ユニットとから構成されている。この液晶表示
ユニットは、先に述べた液晶装置によって構成されてい
る。特に、第1または第2の実施の形態で説明した半透
過反射型を適用する場合には、外光の光量が多い屋外で
使用する場合には、バックライトへの給電を停止する一
方、屋内の暗い場所で使用する場合には、バックライト
へ給電して明るい画像を表示させることができる。上述
したようにバックライトは光の利用効率が大幅に改善さ
れているので、モバイル型コンピュータの消費電力を削
減することができる。
【0054】<携帯電話>さらに、上述した液晶装置
を、携帯電話に適用した例について説明する。図5
(b)は、この携帯電話の構成を示す斜視図である。図
において、携帯電話は、複数の操作ボタンとともに、液
晶装置を備えるものである。
【0055】この液晶装置は、少ない消費電力で明るい
画面を表示することができるから、携帯電話の連続使用
時間を延ばすことができる。
【0056】なお、図5(a)、図5(b)を参照して
説明した電子機器の他にも、液晶テレビや、ビューファ
インダ型、モニタ直視型のビデオテープレコーダ、カー
ナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、ワー
ドプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、PO
S端末、タッチパネルを備えた電子機器等にも上述した
液晶装置を適用可能なのは言うまでもない。
【0057】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、有
機EL素子の透明支持基板内で全反射を繰り返す光を有
効に利用できるので、明るい液晶表示が可能となるとと
もにその消費電力を大幅に削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施の形態に係る液晶装置の
構造を示す概略縦断面図である。
【図2】 第2の実施の形態に係る液晶装置の構造を示
す概略縦断面図である。
【図3】 第3の実施の形態に係る液晶装置の構造を示
す概略縦断面図である。
【図4】 同装置に用いる反射偏光板の斜視図である。
【図5】 (a)電子機器の一例たるパーソナルコンピ
ュータの構成を示す斜視図である。(b)電子機器の一
例たる携帯電話の構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
100A,100B,100C……液晶パネル 10……有機ELバックライト 20……上側基板 30……液晶層 40……下側基板 11、21、41……ガラス基板 22……位相差板 23……第1偏光板 24、42……透明電極 43、47……第2偏光板 44……半透過反射板 12……透明電極(第1電極) 13……有機EL層(有機エレクトロルミネッセンス
層) 14……反射電極(第2電極) 16……保護部材 45、48……散乱層 46……反射型偏光板 101……液晶パネルに導入される光 102……本発明により、液晶パネルに導入される光 103……全反射を繰り返す光 11a……ゲル状物質 11b……アクリル樹脂 11c……アクリル粘着樹脂

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一対の透明基板間に挟持された液晶層を
    備えた液晶パネルと、透明支持基板に形成された有機エ
    レクトロルミネッセンス層を備えた照明装置からなる液
    晶装置において、 前記液晶パネルと前記照明装置を屈折率が前記透明支持
    基板の屈折率と概ね同じかまたは大きい材料で接着した
    ことを特徴とする液晶装置。
  2. 【請求項2】 一対の透明基板間に挟持された液晶層を
    備えた液晶パネルと、透明支持基板に形成された有機エ
    レクトロルミネッセンス層を備えた照明装置からなる液
    晶装置において、 前記液晶パネルと前記照明装置を屈折率が1.5以上の
    材料で接着したことを特徴とする液晶装置。
  3. 【請求項3】 前記透明支持基板はガラスであることを
    特徴とする請求項1または請求項2に記載の液晶装置。
  4. 【請求項4】 前記液晶パネルと前記照明装置の間の材
    料がゲル状であることを特徴とする請求項1から請求項
    3のいずれかに記載の液晶装置。
  5. 【請求項5】 前記液晶パネルは前記照明装置側の面に
    偏光板と半透過反射板を順次有することを特徴とする請
    求項1から請求項4のいずれかに記載の液晶装置。
  6. 【請求項6】 前記液晶パネルは前記照明装置側の面に
    反射偏光板を有することを特徴とする請求項1から請求
    項4のいずれかに記載の液晶装置。
  7. 【請求項7】 前記液晶パネルは前記一対の基板間に散
    乱層を有することを特徴とする請求項1から請求項4の
    いずれかに記載の液晶装置。
  8. 【請求項8】 前記液晶パネルは前記照明装置と異なる
    側の面に散乱層を有することを特徴とする請求項1から
    請求項4のいずれかに記載の液晶装置。
  9. 【請求項9】 請求項1から請求項8のいずれかに記載
    の液晶装置を搭載したことを特徴とする電子機器。
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