JP2002107727A - 半透過型液晶表示装置 - Google Patents

半透過型液晶表示装置

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JP2002107727A
JP2002107727A JP2000301111A JP2000301111A JP2002107727A JP 2002107727 A JP2002107727 A JP 2002107727A JP 2000301111 A JP2000301111 A JP 2000301111A JP 2000301111 A JP2000301111 A JP 2000301111A JP 2002107727 A JP2002107727 A JP 2002107727A
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JP
Japan
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liquid crystal
plate
axis
phase difference
retardation
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Pending
Application number
JP2000301111A
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English (en)
Inventor
Toshihiko Suzuki
俊彦 鈴木
Kiyoshi Tamai
喜芳 玉井
Yuji Hayata
祐二 早田
Yoshinori Hirai
良典 平井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kyocera Display Corp
AGC Inc
Original Assignee
Asahi Glass Co Ltd
Kyocera Display Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半透過型液晶表示装置において、反射時の視
認性と透過時の視認性のバランスを良好とする。 【解決手段】 観察面側から、第1偏光板31、第1お
よび第2位相差板32,33、半透過反射層を有する液
晶パネル20および円偏光光源40をこの順序で配置
し、液晶層23の中心における液晶分子軸を基準として
右回りで、第1偏光板31の吸収軸の軸角θ1を60〜
80゜もしくは150〜170゜、第1位相差板32の
位相差軸の軸角θ2を−40〜20゜、第2位相差板3
3の位相差軸の軸角θ3を0〜60゜、液晶層23の観
察面側の配向方向から反観察面側の配向方向に至る液晶
分子のねじれ角φ1を−270〜−200゜、液晶層2
3のΔn1・d1を650〜850nm、第1位相差板
32のΔn2・d2を380〜600nm、第2位相差
板32のΔn2・d2を100〜170nmとする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半透過型液晶表示装
置に関し、さらに詳しく言えば、反射時・透過時の双方
において、明るく良好なコントラストを得るための技術
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】液晶表示素子は光シャッタとしての機能
を有し発光素子でないため、表示にあたっては外光を必
要とする。その外光を観察面側から入射するのが反射型
で、反観察面側(裏面側)から人工的な光源(バックラ
イト)により入射するのが透過型である。
【0003】半透過型液晶表示素子は、機能的に反射型
と透過型の中間に位置し、周辺が明るい場合には反射型
として用いられ、暗い所ではバックライトを点灯させて
表示を照らす。そのため、半透過型液晶表示素子は、ハ
ーフミラーとして作用する半透過反射層を備えており、
多くの場合、半透過反射層は液晶パネルの内面に設けら
れている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】半透過型液晶表示素子
において、反射特性は半透過反射層よりも裏面側のリア
側部材とは独立な関係にあり、半透過反射層よりも表示
観察面側のフロント側部材のみによって決定される。こ
れに対して、透過特性はフロント側部材とリア側部材の
双方に依存する。
【0005】同一駆動条件で、反射および透過の両特性
を良好に保つには、反射および透過での黒の補償状態を
高いレベル(低輝度/高無彩色性)で揃える必要があ
る。すなわち、フロント側(表示観察面側)から入った
光が反射層で示す偏光状態と、リア側光源(バックライ
ト)から出た光が半透過層で示す偏光状態をほぼ同じに
する必要がある。
【0006】反射状態で理想的な黒を得るには、反射層
で全可視領域において円偏光とすればよいのであるが、
このようにすると透過状態において良好な白表示を得る
ことができない。これは、液晶の屈折率異方性Δnおよ
び液晶層の厚みdの積であるリターデーション値が小さ
いために起こる問題である。しかしながら、リターデー
ション値を単純に大きくしてしまうと、黒の補償の低
下、白の着色、視野角度依存性の増大などの種々の弊害
が生ずるおそれがある。
【0007】本発明は、このような課題を解決するため
になされたもので、その目的は、半透過型液晶表示装置
において、反射時・透過時の両方の表示モードでほぼ同
じ偏光状態が得られ、反射時の視認性と透過時の視認性
のバランスを良好とすることができる半透過型液晶表示
装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、内面に半透過反射層を有する液晶パネル
と、上記液晶パネルの観察面側に配置された第1偏光
板、第1位相差板および第2位相差板と、上記液晶パネ
ルの裏面側(反観察面側)に配置された円偏光光源とを
含む半透過型液晶表示装置において、液晶パネル内の液
晶層の中心における液晶分子軸を基準として右回りで、
上記第1偏光板の吸収軸の軸角をθ1、上記第1位相差
板の位相差軸の軸角をθ2、上記第2位相差板の軸角を
θ3、上記液晶層の観察面側の配向方向から同液晶層の
反観察面側の配向方向に至る液晶分子のねじれ角をφ1
とし、上記液晶層のリターデーション値をΔn1・d
1、上記第1位相差板のリターデーション値をΔn2・
d2、上記第2位相差板のリターデーション値をΔn3
・d3(Δn1〜Δn3は590nmの光波長で測定し
た屈折率異方性、d1〜d3は厚み)として、上記θ1
が60〜80゜もしくは150〜170゜、上記θ2が
−40〜20゜、上記θ3が0〜60゜、上記φ1が−
270〜−200゜、上記Δn1・d1が650〜85
0nm、上記Δn2・d2が380〜600nm、であ
ることを特徴としている。
【0009】また、本発明において、上記円偏光光源に
は、所定の例えばLEDなどの光源と第3位相差板およ
び第2偏光板とが含まれるが、上記液晶パネル内の液晶
層の中心における液晶分子軸を基準として右回りで、上
記第3位相差板の位相差軸の軸角をθ4、上記第2偏光
板の吸収軸の軸角をθ5とし、上記第3位相差板のリタ
ーデーション値をΔn4・d4(Δn4は590nmの
光波長で測定した屈折率異方性、d4は厚み)として、
上記θ4が10〜40゜、上記θ5が55〜80゜もし
くは145〜170゜、上記Δn4・d4が100〜1
70nm、であることが、上記目的を達成する上で好ま
しく採用される。
【0010】すなわち、本発明では、反射状態では若干
円偏光からずれた状態の黒表示とし、これに併せてリア
側構成部材でも適当に円偏光からずらされた偏光状態と
することにより、良好な黒表示と白表示とを実現するよ
うにしている。
【0011】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態について
説明する。図1に模式的に示されているように、この半
透過型液晶表示装置10は、基本的な構成として、液晶
パネル20と、この液晶パネル20の観察面側(図1に
おいて上側)に配置されたフロント側構成部材30と、
液晶パネル20の裏面側(図1において下側)にリア側
構成部材として配置された円偏光光源40とを備えてい
る。
【0012】図2の拡大断面図に示されているように、
液晶パネル20は、一対の透明電極基板21,22と、
これら両基板21,22間に挟持された液晶層23とを
含み、この実施形態においては、裏面側の透明電極基板
22の内面に微細な凹凸からなる拡散層221が形成さ
れ、その上に半透過反射層222が設けられている。
【0013】拡散層221は任意的構成要素であるが、
拡散層221は、偏光解消機能がきわめて少なく、か
つ、半値幅が18〜30゜となるような拡散性を有して
いることが好ましい。このような拡散層221は、例え
ばガラス基板をケミカルエッチングしたり、感光性樹脂
をフォトリソ法で表面を粗面化することにより得ること
ができる。
【0014】半透過反射層222は、例えばAl、Al
合金、Ag合金、屈折率の大きなTiOおよび屈折率の
小さなSiOなどの薄膜から形成され、各膜の厚みを
調整して色を調整する。一例として、透過率T;15〜
30%、色味;0.270≦x≦0.285,0.28
0≦y≦0.300(x,yは色度座標の値)のような
範囲に調整する。なお場合によっては、半透過反射層2
22は裏面側の透明電極基板22の外面に設けられても
よい。
【0015】また、上記拡散層221を用いずに半透過
反射層222を形成する場合には、第1偏光板31と半
透過反射層222との間に拡散層を設けることが好まし
い。この拡散層としては、後方散乱/偏光解消がきわめ
て少なく、かつ、ヘイズ値が70〜85である拡散層、
もしくは偏光解消がきわめて少なく、かつ、半値幅が1
8〜30゜なる拡散性を有する拡散層が好ましい。
【0016】フロント側構成部材30は、第1偏光板3
1と、第1位相差板32および第2位相差板33の2枚
の位相差板を備えている。配列順序は観察面側から第1
偏光板31、第1位相差板32、第2位相差板33の順
である。位相差板32,33には、ポリカーボネートや
ポリサルホンなどの高分子フィルムを一軸延伸してなる
フィルムが用いられてよい。
【0017】また、第1偏光板31の表面に反射防止層
を設けると、強い外光下に置いても視認性が向上するの
で好ましい。この反射防止層は反射率が1.5%以下で
あることが好ましく、特には1%以下がよい。また、こ
の反射防止層の表面に微細な凹凸を設けて外光を多方向
に散乱させ、外光の反射光が直接観察されないような防
眩機能を持たせてもよい。
【0018】リア側構成部材としての円偏光光源40
は、光源41と、この光源41上に配置された第2偏光
板42およびその上に配置された第3位相差板(λ/4
板)43とから構成されている。光源41には、無機も
しくは有機LEDや蛍光管などが用いられるが、発光ス
ペクトルを調整して例えば、輝度;600cd/m
上、色味;0.295≦x≦0.382,0.315≦
y≦0.406のような範囲の光源に調整することが好
ましい。
【0019】また、カラーフィルタとして、R,G,B
の3色を有するマイクロカラーフィルタを用いてもよ
い。その際、透過率は従来の透過型に使用されているも
のより大きくするとともに、R,G,Bの色度を調整す
ることにより、曇天日の昼光のようなブロードなスペク
トル分布をもつ光源下でホワイトバランスを、0.29
0≦x≦0.310,0.290≦y≦0.310とな
るように調整することが好ましい。
【0020】次に、図3を参照して、各光学系の軸配置
について説明する。なお、軸角は液晶パネル20内の液
晶層23の中心における液晶分子軸を基準線(図示鎖
線)とし、これに対して右回りを正数の値としている。
【0021】まず、図3(a)に示すように、第1偏光
板31の軸角をθ1とすると、θ1は60〜80゜もし
くは150〜170゜で、好ましくは64〜76゜もし
くは154〜166゜に設定される。
【0022】図3(b)に示すように、第1位相差板3
2の位相差軸の軸角をθ2とすると、θ2は−40〜2
0゜、好ましくは−20〜10゜に設定される。また、
第1位相差板32の屈折率異方性(測定光波長590n
m、以下同じ)Δn2と厚みd2の積であるリターデー
ション値Δn2・d2は、380〜600nm、好まし
くは425〜510nmに設定される。
【0023】図3(c)に示すように、第2位相差板3
3の位相差軸の軸角をθ3とすると、θ3は0〜60
゜、好ましくは15〜45゜に設定される。また、第2
位相差板33の屈折率異方性Δn3と厚みd3の積であ
るリターデーション値Δn3・d3は、100〜170
nm、好ましくは120〜145nmに設定される。
【0024】続いて、図3(d)に示すように、液晶層
23の観察面側の配向方向から反観察面側の配向方向に
至る液晶分子のねじれ角をφ1とすると、φ1は−27
0〜−200゜、好ましくは−250〜−230゜に設
定される。また、液晶の屈折率異方性Δn1と液晶層の
厚みd1の積であるリターデーション値Δn1・d1
は、650〜850nm、好ましくは750〜800n
mに設定される。
【0025】図3(e)に示すように、第3位相差板4
3の位相差軸の軸角をθ4とすると、θ4は10〜40
゜、好ましくは15〜30゜に設定される。また、第3
位相差板43のリターデーション値Δn4・d4は、1
00〜170nm、好ましくは120〜145nmに設
定される。
【0026】図3(f)に示すように、第2偏光板42
の吸収軸の軸角をθ5とすると、θ5は55〜80゜も
しくは145〜170゜で、好ましくは60゜〜70゜
もしく150〜165゜に設定される。
【0027】
【実施例】《実施例1》θ1=74゜,θ2=1゜,θ
3=26゜,θ4=25゜,θ5=70゜,φ1=−2
40゜,Δn1・d1=760nm,Δn2・d2=4
91nm,Δn3・d3=135nm,Δn4・d4=
135nmとし、 半透過反射特性として透過率T;26.4%(0.27
4,0.280)、光源特性として775.7cd/m
(0.350,0.351)、CF(カラーフィル
タ)ホワイトバランスとして(0.300,0.30
6)、拡散層特性としてヘイズ=78、を組み合わせた
ところ、 反射特性として、 白;23.8%(0.309,0.323)、 黒;2.33%(0.225,0.170)、 赤;8.00%(0.366,0.252)、 緑;12.9%(0.288,0.342)、 青;6.94%(0.197,0.229)、 透過特性として、 白;20.8cd/m(0.306,0.319)、 黒;1.49cd/m(0.238,0.183)、 赤;6.59cd/m(0.346,0.268)、 緑;10.2cd/m(0.298,0.336)、 青;6.40cd/m(0.244,0.251)、 となり、反射時・透過時のいずれにおいても明るく、良
好な視認性が得られた。
【0028】《実施例2》θ1=68゜,θ2=−7
゜,θ3=22゜,θ4=25゜,θ5=70゜,φ1
=−240゜,Δn1・d1=760nm,Δn2・d
2=450nm,Δn3・d3=135nm,Δn4・
d4=135nmとし、 半透過反射特性として透過率T;26.4%(0.27
4,0.280)、光源特性として626.3cd/m
(0.354,0.374)、CF(カラーフィル
タ)ホワイトバランスとして(0.300,0.30
6)、拡散層特性としてヘイズ=78、を組み合わせた
ところ、 反射特性として、 白;22.9%(0.317,0.334)、 黒;2.16%(0.197,0.141)、 赤;8.46%(0.333,0.225)、 緑;13.5%(0.270,0.309)、 青;6.92%(0.188,0.208)、 透過特性として、 白;10.7cd/m(0.306,0.340)、 黒;0.68cd/m(0.263,0.245)、 赤;3.21cd/m(0.339,0.282)、 緑;5.26cd/m(0.286,0.353)、 青;3.26cd/m(0.207,0.256)、 となり、反射時・透過時のいずれにおいても明るく、良
好な視認性が得られた。
【0029】《実施例3》θ1=68゜,θ2=−10
゜,θ3=20゜,θ4=25゜,θ5=70゜,φ1
=−240゜,Δn1・d1=760nm,Δn2・d
2=450nm,Δn3・d3=135nm,Δn4・
d4=135nmとし、 半透過反射特性として透過率T;26.4%(0.27
4,0.280)、光源特性として626.3cd/m
(0.354,0.374)、CF(カラーフィル
タ)ホワイトバランスとして(0.300,0.30
6)、拡散層特性としてヘイズ=78、を組み合わせた
ところ、 反射特性として、 白;23.5%(0.318,0.333)、 黒;2.35%(0.203,0.142)、 赤;8.27%(0.347,0.230)、 緑;13.7%(0.277,0.322)、 青;6.75%(0.189,0.209)、 透過特性として、 白;10.3cd/m(0.317,0.351)、 黒;0.55cd/m(0.282,0.271)、 赤;3.03cd/m(0.358,0.298)、 緑;4.99cd/m(0.297,0.370)、 青;3.02cd/m(0.212,0.270)、 となり、反射時・透過時のいずれにおいても明るく、良
好な視認性が得られた。
【0030】〈比較例1〉θ1=65゜,θ2=−5
゜,θ3=25゜,θ4=0゜,θ5=45゜,φ1=
−240゜,Δn1・d1=600nm,Δn2・d2
=355nm,Δn3・d3=140nm,Δn4・d
4=135nmとし、 半透過反射特性として透過率T;26.4%(0.27
4,0.280)、光源特性として626.3cd/m
(0.354,0.374)、CF(カラーフィル
タ)ホワイトバランスとして(0.300,0.30
6)、拡散層特性としてヘイズ=78、を組み合わせた
ところ、 反射特性として、 白;17.1%(0.263,0.277)、 黒;1.80%(0.212,0.111)、 赤;6.02%(0.342,0.200)、 緑;9.71%(0.264,0.290)、 青;5.22%(0.173,0.177)、 透過特性として、 白;11.9cd/m(0.260,0.273)、 黒;0.92cd/m(0.225,0.124)、 赤;3.97cd/m(0.322,0.216)、 緑;6.14cd/m(0.274,0.284)、 青;3.85cd/m(0.200,0.199)、 となり、白の特性がきわめて悪く反射/透過ともに青く
着色し、かつ、反射率/透過輝度も上記実施例1にくら
べて30%程度減少し、実用上問題ありとされた。
【0031】〈比較例2〉θ1=62゜,θ2=134
゜,θ3=178゜,θ4=25゜,θ5=70゜,φ
1=−240゜,Δn1・d1=850nm,Δn2・
d2=675nm,Δn3・d3=175nm,Δn4
・d4=135nmとし、 半透過反射特性として透過率T;26.4%(0.27
4,0.280)、光源特性として626.3cd/m
(0.354,0.374)、CF(カラーフィル
タ)ホワイトバランスとして(0.300,0.30
6)、拡散層特性としてヘイズ=78、を組み合わせた
ところ、 反射特性として、 白;23.1%(0.301,0.315)、 黒;3.35%(0.326,0.159)、 赤;7.95%(0.431,0.241)、 緑;12.8%(0.353,0.331)、 青;6.90%(0.262,0.218)、 透過特性として、 白;20.2cd/m(0.298,0.311)、 黒;1.50cd/m(0.339,0.172)、 赤;6.55cd/m(0.411,0.257)、 緑;10.1cd/m(0.363,0.325)、 青;6.36cd/m(0.289,0.240)、 となり、一応測定上では特性は良好である。しかしなが
ら、実際の液晶モジュールを評価した場合、特性の角度
依存性が大きい。すなわち、光の入射角や観察方向が変
化した場合の特性変化が大きく、視野角も狭いため実用
上問題ありとされた。
【0032】〈比較例3〉θ1=66゜,θ2=136
゜,θ3=178゜,θ4=5゜,θ5=50゜,φ1
=−240゜,Δn1・d1=760nm,Δn2・d
2=604nm,Δn3・d3=175nm,Δn4・
d4=135nmとし、 半透過反射特性として透過率T;26.4%(0.27
4,0.280)、光源特性として626.3cd/m
(0.354,0.374)、CF(カラーフィル
タ)ホワイトバランスとして(0.300,0.30
6)、拡散層特性としてヘイズ=78、を組み合わせた
ところ、 反射特性として、 白;22.1%(0.300,0.314)、 黒;1.92%(0.259,0.129)、 赤;6.87%(0.386,0.226)、 緑;11.1%(0.308,0.316)、 青;5.96%(0.217,0.203)、 透過特性として、 白;19.3cd/m(0.297,0.310)、 黒;1.23cd/m(0.272,0.142)、 赤;5.66cd/m(0.366,0.242)、 緑;8.76cd/m(0.318,0.310)、 青;5.50cd/m(0.244,0.225)、 となり、上記比較例2と同じく、一応測定上では特性は
良好である。しかしながら、実際の液晶モジュールを評
価した場合、やはり光の入射角や観察方向が変化した場
合の特性変化が大きく、視野角も狭いため実用上問題あ
りとされた。
【0033】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
半透過型液晶表示装置において、反射特性および透過特
性を満足できるような液晶リターデーションを用い、こ
れに適する光学系を採用するとともに、光源(輝度/色
味)、半透過反射層(透過率/透過色、反射率/反射
色)を調整することにより、明るく視感度の高い白表示
および暗く無彩色性の高い黒を同時に満たす特性が得ら
れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半透過型液晶表示装置の実施形態を示
した模式図。
【図2】上記半透過型液晶表示装置に組み込まれている
液晶パネルを摘示した模式的拡大断面図。
【図3】上記半透過型液晶表示装置に組み込まれている
各光学系の軸配置を示した説明図。
【符号の説明】
10 半透過型液晶表示装置 20 液晶パネル 21,22 透明電極基板 221 拡散層 222 半透過反射層 23 液晶層 30 フロント側構成部材 31 第1偏光板 32 第1位相差板 33 第2位相差板 40 円偏光光源 41 光源 42 第2偏光板 43 第3位相差板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G02F 1/1335 520 G02F 1/1335 520 1/13357 530 (72)発明者 玉井 喜芳 神奈川県横浜市神奈川区羽沢町1150番地 旭硝子株式会社内 (72)発明者 早田 祐二 東京都荒川区東日暮里5丁目7番18号 オ プトレックス株式会社内 (72)発明者 平井 良典 東京都荒川区東日暮里5丁目7番18号 オ プトレックス株式会社内 Fターム(参考) 2H042 BA04 BA15 BA20 DA02 DA04 DA08 DB02 DB07 2H049 BA02 BA06 BB03 BB42 BB51 BB63 BB65 BC14 BC22 2H091 FA02Y FA08X FA08Z FA11X FA11Z FA15Z FA41Z GA01 KA02 LA17

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内面に半透過反射層を有する液晶パネル
    と、上記液晶パネルの観察面側に配置された第1偏光
    板、第1位相差板および第2位相差板と、上記液晶パネ
    ルの裏面側(反観察面側)に配置された円偏光光源とを
    含む半透過型液晶表示装置において、 液晶パネル内の液晶層の中心における液晶分子軸を基準
    として右回りで、上記第1偏光板の吸収軸の軸角をθ
    1、上記第1位相差板の位相差軸の軸角をθ2、上記第
    2位相差板の軸角をθ3、上記液晶層の観察面側の配向
    方向から同液晶層の反観察面側の配向方向に至る液晶分
    子のねじれ角をφ1とし、上記液晶層のリターデーショ
    ン値をΔn1・d1、上記第1位相差板のリターデーシ
    ョン値をΔn2・d2、上記第2位相差板のリターデー
    ション値をΔn3・d3(Δn1〜Δn3は590nm
    の光波長で測定した屈折率異方性、d1〜d3は厚み)
    として、 上記θ1が60〜80゜もしくは150〜170゜、 上記θ2が−40〜20゜、 上記θ3が0〜60゜、 上記φ1が−270〜−200゜、 上記Δn1・d1が650〜850nm、 上記Δn2・d2が380〜600nm、であることを
    特徴とする半透過型液晶表示装置。
  2. 【請求項2】 上記円偏光光源には、所定の光源と第3
    位相差板および第2偏光板とが含まれ、上記液晶パネル
    内の液晶層の中心における液晶分子軸を基準として右回
    りで、上記第3位相差板の位相差軸の軸角をθ4、上記
    第2偏光板の吸収軸の軸角をθ5とし、上記第3位相差
    板のリターデーション値をΔn4・d4(Δn4は59
    0nmの光波長で測定した屈折率異方性、d4は厚み)
    として、 上記θ4が10〜40゜、 上記θ5が55〜80゜もしくは145〜170゜、 上記Δn4・d4が100〜170nm、である請求項
    1に記載の半透過型液晶表示装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO1999040480A1 (fr) * 1998-02-04 1999-08-12 Seiko Epson Corporation Afficheur a cristaux liquides et dispositif electronique

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