JP2008070424A - 液晶表示装置 - Google Patents

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彰 勝呂
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Abstract

【課題】低消費電力でかつ視認性の高い表示装置を提供することを目的とする。
【解決手段】一対の基板間に液晶を挟持した液晶パネル40と、外光の光を視認側に反射する反射層52と、液晶パネルの背後に配置された外部光源55とを備えた液晶表示装置50であって、外部光源55は、液晶パネル40の表示領域41における一部の領域53のみを照射するように配置されることを特徴とする。また一部の領域53を除く他の表示領域では、外光の光を視認側に反射して行う反射表示のみを行うことを特徴とする。
【選択図】図1

Description

本発明は、液晶表示装置に関するものであり、特に液晶の二つの安定状態によるメモリ性効果を利用することで低電圧動作を可能とし、さらに強調表示を実現するにあたり容易な回路構成で視認性を向上させた液晶表示装置に関する。
最近注目されている電子書籍や電子新聞などにおいて、表示画面を頻繁に切り替えないような携帯情報端末の表示装置として、メモリ性を有する液晶が注目されている。メモリ性を有するということは、すなわち電圧が無印加時においても表示状態を維持することができる。このような特性を利用し、強誘電性液晶などのメモリ性液晶を用いた表示パネルにおいて、表示内容を変更する必要がある部分にのみ走査電極の駆動を行い、表示内容を変更する必要が無い部分については走査電極の駆動を行わないようにするといった制御方法が提案されている(例えば、特許文献1)。
また、視認性を高めるために液晶パネルの背面にELやLEDなどの外部光源を用いた場合、外部光源での消費電力の削減を図るために液晶パネルの画素に印加する書き込み信号と同期して各画素に対応する部分の発光部を部分的に制御可能とした外部光源について提案されている(例えば、特許文献2)。
特開平2−131286号公報 特開昭62−35325号公報
しかしながら、さらなる低消費電力を実現し、かつ視認性を向上させる方法に関する提案はされていなかった。そこで、本発明は、視認性を向上させるために外部光源を用いた場合においても低消費電力化が実現できる液晶表示装置を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し目的を達成するために本発明は以下の構成を採用する。一対の基板間に液晶を挟持した液晶パネルと、外光の光を視認側に反射する反射層と、液晶パネルの背後に配置された外部光源とを備えた液晶表示装置であって、外部光源は液晶パネルの表示領域における一部の領域のみを照射するように配置されることを特徴とする。また、一部の領域を除く他の表示領域では、反射表示のみを行うことを特徴とする。
また、外部光源は導光板と光源とで構成され、導光板の大きさは一部の領域に対応する大きさであることを特徴とする。
また、液晶は少なくとも二つの安定状態を持つメモリ性液晶であることを特徴とする。また、反射層は、外部光源からの光を透過することが可能な半透過反射層であることを特徴とする。また、反射層は、それぞれ直交する第1透過軸と第1反射軸とを有し、第1透過軸に平行な振動面を有する直線偏光を透過し、かつ第1反射軸に平行な振動面を有する直線偏光を反射する特性を有する反射型偏光板であることを特徴とする。
また、液晶パネルは一部の領域の表示を点滅表示とすることを特徴とする。また、液晶パネルは、一部の領域の表示のみを駆動する部分駆動を行うことを特徴とする。さらに、人が近づくのを検知する検出部を備え、検出部が近づく人を感知したときに、点滅表示あ
るいは部分駆動を行うことを特徴とする。
発明によれば、背面に外部光源を配置したメモリ性液晶表示装置において、外部光源による著しい消費電力の増加がなく、視認性の高い表示媒体を提供することが可能となる。
以下図面を参照して、本発明に係る液晶表示装置について説明する。液晶材料としては、電圧を印加しなくても特定の状態を保持し続ける特性を有するメモリ性液晶を採用した。メモリ性液晶とは、複数の光学的な状態を有し、例えば強誘電性液晶やコレステリック液晶が該当する。
本実施形態では、メモリ性液晶として、強誘電性液晶を用いたので、以下強誘電性液晶パネルを例に説明する。
図2に、本発明に係る強誘電性液晶パネル40の断面図を示す。図2に示すように、強誘電性液晶パネル40は、第1の透明ガラス基板44a、第2の透明ガラス基板44b、第1の透明ガラス基板44a上に設けられた走査電極43a、第2の透明ガラス基板44b上に設けられた信号電極43b、走査電極43a上に塗布されかつラビング処理された高分子配向膜42a、信号電極43b上に塗布されかつラビング処理された高分子配向膜42b、シール部材45、第1及び第2の透明ガラス基板44a及び44bの間に挟持されシール部材45によって封入された液晶46から構成した。
図2では、便宜上5本の走査電極43aを示したが、本実施の形態では、透明導電膜パターンにより構成した120本の走査電極43aを強誘電性液晶パネル40の全体に渡って配置した。図2には明記されていないが、本実施の形態では、透明導電膜パターンにより構成した120本の信号電極43bを走査電極43aと直交するように強誘電性液晶パネル40の全体に渡って配置した。走査電極43aと信号電極43bが交差する各点が強誘電性液晶パネル40の各画素に相当する。液晶46は第1及び第2の透明ガラス基板44a及び44bの間に約1.7μmの厚さで挟持した。
図1は、強誘電性液晶パネル40を組み込んだ本実施の形態における液晶表示装置50を示す分解図である。図1において、液晶表示装置50は、強誘電性液晶パネル40の前面に偏光板51(偏光板の透過軸の方向56とする)を配置し、強誘電性液晶パネル40の背後に反射型偏光板52(反射型偏光板の透過軸の方向57とする)を配置し、反射型偏光板52の外側には光吸収層54及び外部光源55を配置した。
強誘電性液晶パネル40の点線で示した領域が表示領域41である。外部光源55は表示領域41の一部の領域53に対応する位置にのみ配置されている。よって、表示領域41のうち、一部の領域53が透過表示を行うことが可能な領域である。
外部光源55としては、一部の領域53にLEDなどの発光素子を配置しても良いし、光源と導光板とを配置してもよい。その場合、導光板の大きさは一部の領域53に対応する大きさにすることが望ましい。
強誘電性液晶分子は、電解等の外部からの影響に応じ、円錐(液晶コーン)の側面に沿って安定した2箇所の位置の何れかの位置を取る。強誘電性液晶を用いた液晶表示装置では、強誘電性液晶に印加する電圧の極性に応じて、強誘電性液晶分子が前述した安定した2箇所の何れか一方に位置するように制御する。2箇所の安定した位置の一方を第1の強誘電状態と称し、その分子方向を矢印として第1の強誘電状態の分子方向58で示した。
また、他方を第2の強誘電状態と称し、その分子方向を矢印として第2の強誘電状態の分子方向59とした。
ここで、第2の強誘電状態の分子方向59における強誘電性液晶の分子の長軸方向を透過軸の方向56及び透過軸の方向57と一致するように配置した。第1の強誘電状態の分子方向58は強誘電性液晶の分子の長軸方向を液晶コーンに沿った他の位置とした。
反射型偏光板52は、ポリエステル樹脂等の多層フィルムから構成され、それぞれ直交する透過軸と反射軸を有し、透過軸に平行な振動面を有する直線偏光を透過し、かつ反射軸に平行な振動面を有する直線偏光を反射する機能を有する。また、反射型偏光板52は、強誘電性液晶パネル40の背後全面に対向するように配置した。
液晶表示装置50は、印加電圧の極性を変化させて、強誘電性液晶分子が第1の強誘電状態の分子方向58に転移させた(強誘電性液晶の分子の長軸方向が、偏光板51の透過軸の方向56及び反射型偏光板52の透過軸の方向57の何れとも一致しない)場合、液晶分子の長軸方向が透過軸の方向56に対してある角度を持って傾くため、強誘電性液晶パネル40に入射した偏光板51の透過軸の方向56と平行な振動面を有する光は、強誘電性液晶の複屈折性によって、反射型偏光板52の透過軸の方向57とほぼ垂直な振動面を有するようになり反射型偏光板52によって反射される。従って、第1の強誘電状態の分子方向58において、白が表示され、反射表示を行うことができる。
ここでは、反射型偏光板52を強誘電性液晶パネル40の背後全面に配置し、また反射型偏光板52は外部光源からの光を透過することが可能な半透過反射層あることから、強誘電性液晶パネル40は表示領域41の全面で反射表示が可能である。さらに、外部光源55は一部の領域53にのみ配置されているので、一部の領域53は反射表示と透過表示との両方が可能となる。
液晶表示装置50は、強誘電性液晶パネル40で外部光源55が配置されている一部の領域53で、印加電圧の極性を変化させて、強誘電性液晶分子が第2の強誘電状態の分子方向59に転移させた(強誘電性液晶の分子の長軸方向が、偏光板51の透過軸の方向56及び反射型偏光板52の透過軸の方向57と一致する)場合、液晶分子の長軸方向が透過軸の方向56に対して並行となるため、外部光源55から強誘電性液晶パネル40に入射した偏光板51における透過軸の方向56と平行な振動面を有する光は、反射型偏光板52の透過軸の方向57を通過し強誘電性液晶を透過し、外部光源55の発光色となって、視認側で認識される。従って、外部光源55の発光色が赤色の時は、第2の強誘電状態の分子方向59において、赤が表示される。
液晶表示装置50は、強誘電性液晶パネル40で外部光源55が配置されている領域以外で、印加電圧の極性を変化させて、強誘電性液晶分子が第2の強誘電状態の分子方向59に転移させた(強誘電性液晶の分子の長軸方向が、偏光板51の透過軸の方向56及び反射型偏光板52の透過軸の方向57と一致する)場合、液晶分子の長軸方向が透過軸56に対して並行となるため、強誘電性液晶パネル40に入射した偏光板51の透過軸56と平行な振動面を有する光は、強誘電性液晶と反射型偏光板52の透過軸57とを透過し黒色の光吸収層54で光が吸収される。従って、第2の強誘電状態の分子方向59において、黒が表示される。
図3に本実施の形態における液晶表示装置の概略ブロック構成図を示す。液晶表示装置は、強誘電性液晶パネル40、各走査電極43aに電圧波形を印加するための走査電極駆動回路71、各信号電極43bに電圧波形を印加するための信号電極駆動回路72、強誘電性液晶パネル40の背後にある外部光源55を制御する外部光源制御回路73、液晶表
示装置全体を制御する制御部74、各種データを一時的に保管するRAM75、文字表示のためのフォントデータやプログラムを記憶するROM76を有する。
また、液晶表示装置は、人が近づいたときに表示を変化させることができるように、電波送信部77により微弱な電波を発信し、人の動きによる反射波を受信する電波受信部78、受信した反射波を検知する検出部79も有する。
電源回路70は、チャージポンプ式やスイッチングレギュレータ式などにより各ブロック回路に必要な電源を生成し、電源として乾電池や光発電素子(太陽電池など)及び2次電池などを有する。
検出部79により液晶表示装置に人が近づいたことを検出すると制御部74は所定の信号を走査電極駆動回路71、信号電極駆動回路72、外部光源制御回路73に出力する。これらの回路により部分的に強誘電性液晶パネル40の表示内容を変更する部分駆動を行い、さらに外部光源55を点灯させることで、視認性の高い表示媒体が得られる。表示内容を変更する際に、同じ内容の表示を点滅表示としても同様の効果が得られる。
次に図4、図5、図6を用いて、強誘電性液晶パネル40の各画素の駆動波形の一例を説明する。先ず、強誘電性液晶の電気光学効果について説明する。図4は強誘電性液晶の透過率と電圧の特性図である。前述の通り、強誘電性液晶は2つの安定状態を持ち、その2つの安定状態はある閾値を超えた電圧を印加することによって状態が切り替わり、印加電圧の極性によって第1の強誘電状態(ON状態)あるいは第2の強誘電状態(OFF状態)を選択することができる。すなわち初期(電圧無印加)時には、第1あるいは第2の強誘電状態で安定して存在するが、電圧がV1を超えてV2まで印加されると、第1の強誘電状態になる。その状態から印加電圧を徐々に下げても第1の強誘電状態を維持する。さらに電圧をV3からV4を超えて印加することで液晶分子は第2の強誘電状態に切り替わる。その状態から印加電圧を徐々に上げても第2の強誘電状態を維持する。この特性図で明らかなように強誘電性液晶を用いた液晶ディスプレイは、電圧が無印加時すなわち消費電力がゼロの時においても、その透過率、つまり表示状態を維持(メモリ性)できる。
図5は強誘電性液晶をマトリクス型の画素(例えば3×3)に形成したときの液晶パネルの電極配置を示した平面図である。図5に示すようなマトリクス型の液晶パネルは、通常、時分割駆動方法によって表示を行っている。すなわち、走査電極群TP1〜TP3を1ライン毎に例えばTP1、TP2、・・・へと、走査電極駆動回路(図示せず)から走査側電圧波形として電圧が順次印加され、それに同期した信号側電圧波形が、同様に信号電極駆動回路(図示せず)から信号電極群SG1〜SG3へと並列に印加される。なお、信号側電圧は画素に表示される内容に応じた信号波形が出力する。
このとき、強誘電性液晶パネルの外側に配置した一対の偏光板の透過軸方向は前述した図1の分子方向58と分子方向59になるように配置する。
次に図6を用いて強誘電性液晶パネルの1行1列の画素Pix(1,1)を先ず第1の安定状態、次に第2の安定状態とする駆動方法について説明する。図6は、図3における強誘電性液晶パネル40を駆動するために走査電極駆動回路71から出力する走査側電圧波形TP1と信号電極駆動回路72から出力する信号側電圧波形SG1、及び画素に印加する合成電圧波形TS(1,1)と強誘電性液晶の透過率曲線TV(1,1)を示したものである。横軸は全て時間であり、縦軸は各電圧波形に関しては電圧、透過率曲線に関しては透過率を示したものである。
第一のフィールド期間F1において、リセット期間RS1は、全ての走査電極TP1
〜TP3に走査側電圧波形TP1で示すようなリセット電圧±VSの双極性パルスが印加される。同時に、全ての信号電極に信号側電圧波形SG1で示すような信号電圧±VDの双極性パルスが印加される。これにより、リセット期間RS1の後半部では、リセット電圧と信号電圧の差分の電圧−(VS+VD)が全ての画素に印加され、全ての画素は、図4の閾値電圧V4を超え、第二の強誘電状態となる。
選択期間SE1では、走査電極TP1に選択電圧±VSの双極性パルスが印加され、信号電極SG1に信号電圧±VDの双極性パルスが印加される。これにより、選択期間SE1の後半部では、選択電圧と信号電圧の差分の電圧+(VS+VD)が画素Pix(1,1)に印加され、図4の閾値電圧V2を超え、第一の強誘電状態となる。
保持期間NSE1では、走査電極TP1に電圧ゼロが印加され、信号電極SG1に表示内容に応じた信号電圧±VDの双極性パルスが印加される。図中四角で示したパルスは、+VD、−VDによって構成される任意のパルス列である。例えば、一方の表示内容では、リセット電圧と同様に、+VD、−VDの順に印加され、他方の表示内容では、−VD、+VDの順に印加される。合成電圧波形TS(1,1)で示す通り、保持期間NSE1では、信号側電圧波形SG1がそのまま反映され、±VDの電圧がPix(1,1)に印加されるが図4の閾値電圧V3を超えないので、選択期間SE1で決定された安定状態を維持する。
第二のフィールド期間F2において、リセット期間RS2は、全ての走査電極TP1〜TP3に走査側電圧波形TP1で示すようなリセット電圧±VSの双極性パルスが印加される。同時に、全ての信号電極に信号側電圧波形SG1で示すような信号電圧±VDの双極性パルスが印加される。これにより、リセット期間RS2の後半部では、リセット電圧と信号電圧の差分の電圧−(VS+VD)が全ての画素に印加され、全ての画素は、図4の閾値電圧V4を超え、第二の強誘電状態となる。
選択期間SE2では、走査電極TP1に選択電圧±VSの双極性パルスが印加され、信号電極SG1に信号電圧±VDの双極性パルスが印加される。これにより、選択期間SE2の後半部では、選択電圧と信号電圧の差分の電圧+(VS−VD)が画素Pix(1,1)に印加されるが図4の閾値電圧V1を超えないので、リセット期間RS2で決定された安定状態を維持する。
保持期間NSE2では、走査電極TP1に電圧ゼロが印加され、信号電極SG1に表示内容に応じた信号電圧±VDの双極性パルスが印加される。図中四角で示したパルスは、+VD、−VDによって構成される任意のパルス列である。例えば、一方の表示内容では、リセット電圧と同様に、+VD、−VDの順に印加され、他方の表示内容では、−VD、+VDの順に印加される。合成電圧波形TS(1,1)で示す通り、保持期間NSE2では、信号側電圧波形SG1がそのまま反映され、±VDの電圧がPix(1,1)に印加されるが図4の閾値電圧V1を超えないので、リセット期間RS2で決定された安定状態を維持する。
図7に、本実施の形態における強誘電性液晶表示装置を棚札に用いた例を示す。図7(a)は、外部光源55が消灯しているときに、駆動回路により所望のデータを与え、強誘電性液晶分子を第1の強誘電状態の分子方向58とすることで、反射表示を行い、背景が白表示となる。また強誘電性液晶分子を第2の強誘電状態の分子方向59とすることで、光吸収層が認識され、文字として黒表示を行っている。これらの表示は頻繁に書き換える必要がないので、一旦電圧が印加された後は、電圧を印加せず、強誘電性液晶のメモリ性が維持され、電圧無印加で表示が維持されている。
図7(b)は、外部光源55が点灯しているときに、駆動回路により一部の領域53にのみ駆動を行い、所望のデータを与える。詳細には、走査電極駆動回路71からは、一部の領域53に相当する走査電極に走査側電圧波形を印加し、領域53以外には走査側電圧波形を印加しない。信号電極駆動回路72からは、一部の領域53に相当する信号電極に信号側電圧波形を印加し、一部の領域53以外には信号側電圧波形を印加しない。これにより、一部の領域53のみを部分駆動することができる。よって、一部の領域53における文字部の強誘電性液晶分子を第2の強誘電状態の分子方向59に転移させることができ、一部の領域53の文字列が外部光源55で発光する色となる。
例えば、赤色の発光を外部光源55を用いた場合には、一部の領域53のみが赤色の発光が行われ、他の領域では、前述したように白地に黒色の表示が行われることになり、一部の領域53のみが際立って目立つ表示が行われる。
ここで、一部の領域53における文字部の強誘電性液晶分子を第2の強誘電状態の分子方向59と第1の強誘電状態の分子方向58とを交互に転移させると、点滅表示を行うことができ、このように、図7(a)、(b)の表示を繰り返すことで、さらに視認性の高い液晶表示装置が実現できる。
図7のような部分的な切り替え表示は、フレーム周波数を遅くすることができ、また、外部光源の点灯領域も狭いために、消費電力の著しい増加はない。また、強誘電性液晶パネル40の点滅表示に同期して、外部光源55も点滅発光させることで、より消費電力を少なくすることが可能である。
また、人間の接近に伴い、このような部分駆動や点滅表示を開始するようにすれば、人が近づいたときのみに電力が消費されることになるので、さらなる低消費電力化が実現できる。
本実施形態では、液晶に強誘電性液晶を用いたが、メモリ性のないその他の液晶を用いても構わない。また、反射層に反射型偏光板を用いたが、反射層に反射機能があれば、その材質はいかなるものでも構わない。また、本実施形態では反射層を液晶パネルの外側に配置したが、液晶パネルの中に内在させても構わない。
本実施形態では、液晶パネルの背後全面に反射層を配置したが、一部の領域53にのみ反射層を除いて開口を形成するような構造でも構わない。また、本実施形態では、一部の領域53では、透過表示と反射表示との両方を表示したが、透過表示のみしか行われなくても構わない。
以上のように、本発明にかかる液晶表示装置は、携帯情報端末の表示媒体に有用であり、特に電子棚札などの低消費電力でかつ視認性の高い必要がある端末に適している。また、画面書き換えが頻繁に行なわれていないので、画面ちらつきのない良好な表示が実現できる。
本発明の液晶表示装置の表示部の構成例を示す概念図である。 本発明の液晶パネルの構成を示す断面図である。 本発明のメモリ性液晶表示装置のブロック構成図である。 強誘電性液晶における印加電圧と透過率との関係を示す特性図である。 液晶パネルをマトリクス型の画素に形成したときの電極配置を示した平面図である。 本発明のメモリ性液晶における駆動波形と光学応答と関係を示す特性図である。 本発明の液晶表示装置の表示例である。
符号の説明
TP1 1行目の走査電極波形
SG1 1列目の信号電極波形
TS(1,1) 1行1列の画素に印加する合成電圧波形
TV(1,1) 1行1列の画素の透過率特性波形
40 強誘電性液晶パネル
42a、42b 配向膜
43a 走査電極
43b 信号電極
44a、44b ガラス基板
45 シール剤
46 液晶
50 液晶表示装置
51 偏光板
52 反射型偏光板
53 一部の領域
54 光吸収層
55 外部光源
56、57 偏光板の透過軸の方向
58、59 強誘電状態の分子方向
70 電源回路
71 走査電極駆動回路
72 信号電極駆動回路
73 外部光源制御回路
74 制御部
75 RAM
76 ROM
77 電波送信部
78 電波受信部
79 検出部

Claims (10)

  1. 一対の基板間に液晶を挟持した液晶パネルと、外光の光を視認側に反射する反射層と、前記液晶パネルの背後に配置された外部光源とを備えた液晶表示装置であって、
    前記外部光源は、前記液晶パネルの表示領域における一部の領域のみを照射するように配置されることを特徴とする液晶表示装置。
  2. 前記一部の領域を除く他の表示領域では、外光の光を視認側に反射して行う反射表示のみを行うことを特徴とする液晶表示装置。
  3. 前記外部光源は導光板と光源とで構成され、前記導光板の大きさは前記一部の領域に対応する大きさであることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
  4. 前記液晶は少なくとも二つの安定状態を持つメモリ性液晶であることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
  5. 前記反射層は、前記外部光源からの光を透過することが可能な半透過反射層であることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
  6. 前記反射層は、それぞれ直交する第1透過軸と第1反射軸とを有し、前記第1透過軸に平行な振動面を有する直線偏光を透過し、かつ前記第1反射軸に平行な振動面を有する直線偏光を反射する特性を有する反射型偏光板であることを特徴とする請求項5に記載の液晶表示装置。
  7. 前記液晶パネルは、前記一部の領域の表示を点滅表示とすることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
  8. 前記液晶パネルは、前記一部の領域の表示のみを駆動する部分駆動を行うことを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
  9. さらに、人が近づくのを検知する検出部を備え、該検出部が近づく人を感知したときに、前記点滅表示を行うことを特徴とする請求項7に記載の液晶表示装置。
  10. さらに、人が近づくのを検知する検出部を備え、該検出部が近づく人を感知したときに、前記部分駆動を行うことを特徴とする請求項8に記載の液晶表示装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2012057113A1 (ja) * 2010-10-29 2012-05-03 株式会社オプトエレクトロニクス 情報表示装置及び情報表示システム

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