JP2008256956A - 光学補償板、並びに液晶装置及び電子機器 - Google Patents

光学補償板、並びに液晶装置及び電子機器 Download PDF

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JP2008256956A JP2007099092A JP2007099092A JP2008256956A JP 2008256956 A JP2008256956 A JP 2008256956A JP 2007099092 A JP2007099092 A JP 2007099092A JP 2007099092 A JP2007099092 A JP 2007099092A JP 2008256956 A JP2008256956 A JP 2008256956A
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Takafumi Koike
啓文 小池
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Abstract

【課題】例えば液晶装置等に用いられる光学補償板において、効果的にコントラストを改
善する。
【解決手段】光学補償板(100)は、例えばガラス基板等の透明な支持基板(110)
と、その支持基板上に設けられており、入射する光に生じているリターデーション等を補
償する補償層(120)とを備える。補償層は、負の光学異方性を有する分子構造を持つ
材料が延伸されてなる。この延伸によって、補償層における分子は所定方向に配列されて
いる。
【選択図】図3

Description

本発明は、例えば光の位相差等の補償をする光学補償板、並びに該光学補償板を備えた
液晶装置及び液晶プロジェクタ等の電子機器の技術分野に関する。
この種の光学補償板として、例えば液晶層と偏光板との間に設けられ、光が液晶層を通
過する際に生じたリターデーション(位相差)等を補償するものがある。このような補償
を行うことにより、例えば黒表示の際の偏光板における光漏れ等が抑制され、コントラス
トを改善することが可能とされている。
例えば、特許文献1では、正の一軸性の光学異方性を有する補償層によって、液晶層の
複屈折量の変化を補償するという技術が開示されている。
特開平11−133408号公報
しかしながら、上述したような、正の光学異方性を持つ光学補償板では、例えば正の光
学異方性を持つ液晶層によって発生するリターデーション対して、効率的な光学補償が行
えないという技術的問題点がある。
本発明は、例えば上述した問題点に鑑みなされたものであり、効果的なコントラストの
改善を可能とする光学補償板、並びに該光学補償板を備えた液晶装置及び電子機器を提供
することを課題とする。
本発明の光学補償板は上記課題を解決するために、透明な支持基板と、前記支持基板上
に設けられており、負の光学異方性を有する分子構造を持つ材料が延伸されることにより
、前記分子が所定方向に配列されてなる補償層とを備える。
本発明に係る光学補償板によれば、透明な支持基板上に補償層が設けられており、補償
層は、負の光学異方性を有する分子構造を持つ材料が延伸されることにより、分子が所定
方向に配列されている。尚、本発明における「支持基板」は、典型的にはガラス基板であ
り、光学補償板専用の基板であってもよいし、例えば光学補償板が配置される液晶装置等
に備えられた既存のガラス基板等を用いてもよい。
本発明の光学補償板は、例えば画像を表示する液晶装置等において、液晶パネルを通過
する際に発生するリターデーション(特に、複屈折性の液晶を通過する場合に顕著に発生
する位相差)を補償する。ここで、液晶パネルの液晶分子は、典型的に正の光学異方性を
持つため、液晶パネルでは正のリターデーションが発生する。これに対し、負の光学異方
性を持つ光学補償板で補償すれば、正のリターデーションを打ち消すような補償をするこ
とが可能となる。即ち、背景技術にある如き正の光学異方性を持つ光学補償板を用いる場
合と比較して、非常に効率よく補償を行うことが可能となる。
また、上述した光学補償板は、例えばアクリル系樹脂やスチレン系樹脂等の負の光学異
方性を持つフィルムを延伸すれば実現可能であるので、その製造が非常に簡単であり、コ
ストも比較的低い。
以上説明したように、本発明に係る光学補償板によれば、負の光学異方性を持つ補償層
を備えることにより、効率的な光学補償を行うことが可能となる。従って、画像等を表示
する際のコントラストを効果的に改善することが可能である。
本発明の光学補償板の一態様では、前記材料は、少なくとも2軸方向に延伸されている
この態様によれば、補償層は、負の光学異方性を有する分子構造を持つ材料が少なくと
も2軸方向に延伸されている。このため、補償層における分子は少なくとも二つの方向に
配列される。
ここで仮に、補償層における分子が一つの方向にしか配列されていないとすると、例え
ば液晶パネル等に垂直に入射した光に発生するリターデーションは補償可能であるが、斜
めに入射した光に発生するリターデーションに対しては十分な補償効果が得られないとい
うおそれがある。
しかるに本発明では特に、補償層における分子は少なくとも二つの方向に配列されるた
め、上述した液晶パネル等に斜めに入射した光に発生するリターデーション等であっても
、効果的に光学補償を行うことが可能である。即ち、様々な角度から入射する光に対して
、夫々適切に光学補償を行うことが可能である。従って、入射する光に多少の角度分布が
存在するような場合であっても、確実にコントラストを改善することが可能である。
本発明の光学補償板の他の態様では、当該光学補償板は、正の光学異方性を有する複屈
折性の液晶からなる液晶層を備える反射型液晶パネル用の光学補償を行うために用いられ
る。
この態様によれば、光学補償板は、例えば液晶パネルから出射した光が入射する位置に
配置され、液晶パネルを通過した際に発生したリターデーションを補償する。
ここで本態様では特に、液晶パネルは複屈折性の液晶からなる液晶層を備える反射型液
晶パネルであるので、液晶パネルに入射した光には複屈折によりリターデーションが顕著
に生じる。本態様では、このリターデーションを生じた光が入射する位置に光学補償板を
配置することにより、適切な光学補償を行うことができる。即ち、複屈折性の液晶を用い
る場合における欠点を、好適に補うことが可能となる。
更に、液晶パネルの液晶層は、正の光学異方性を有するため、光に生じるリターデーシ
ョンは正のリターデーションである。これに対し、本態様では負の光学異方性を持つ光学
補償板によって補償するため、効率的な光学補償を行うことが可能である。
以上説明したように、本態様に係る光学補償板によれば、正の光学異方性を有する複屈
折性の液晶パネルを通過した光に対して、より適切な光学補償が行える。従って、効果的
にコントラストを改善することが可能である。
本発明の液晶装置は上記課題を解決するために、一対の基板と、該一対の基板間に挟持
された複屈折性の液晶からなる液晶層と、該液晶層から見て前記一対の基板の外側に配置
される偏光板と、前記液晶層と前記偏光板との間に配置される、上述した本発明の光学補
償板とを備える。
本発明に係る液晶装置によれば、一対の基板に挟持された複屈折性の液晶からなる液晶
層と、偏光板とが備えられており、それらの間に上述した光学補償板が配置されている。
液晶装置の動作時には、光が液晶層に入射することで変調されるが、液晶層が複屈折性の
液晶からなるため、光には複屈折によってリターデーションが顕著に生じる。
ここで仮に、光学補償板が配置されていないとすると、例えば液晶層により黒表示を行
うものとして変調された光が偏光板に入射した際に、リターデーションに起因した光漏れ
を起こしてしまうというおそれがある。
しかるに本発明では特に、光学補償板によって、液晶層で生じたリターデーションを補
償するため、上述したような黒表示の際の光漏れ等を抑制し、黒色を鮮明に表示すること
が可能となる。従って、コントラストが改善される。
更に、光学補償板が負の光学異方性を持っているため、例えば液晶層が正の光学異方性
を持つ液晶である場合に、効率的なリターデーションの補償を行うことができる。
以上説明したように、本発明に係る液晶装置によれば、負の光学異方性を持つ光学補償
板を備えることにより、効率的な光学補償を行うことが可能となる。従って、画像等を表
示する際のコントラストを効果的に改善することが可能である。
本発明の液晶装置の一態様では、前記光学補償板は、前記補償層の光学軸が前記液晶層
における液晶分子の光学軸と同じ向きになるように配置される。
この態様によれば、液晶層における液晶分子の光学軸と、補償層の光学軸とが相互に同
じ向きになるように、光学補償板が配置される。尚、ここでの「同じ向き」とは、上述し
た本願独自の効果が顕著に奏される範囲に相当する±5度以内であればよいものとする。
即ち、ここでの同じ向きとは、実質的に同じ向きとよぶこともできる。また、ここにいう
同じ向きから多少外れていても、本願独自の効果は相応に奏される。
このように液晶層における液晶分子の光学軸と、補償層の光学軸とを相互に同じ向きと
することで、液晶層において発生したリターデーションを、光学補償板によって確実に補
償することが可能となる。従って、確実にコントラストを改善することが可能である。
本発明の液晶装置の他の態様では、前記光学補償板は、前記補償層における前記光学異
方性の量が、前記液晶層による黒表示の際に発生するリターデーション量と同じ量になる
ように設定されている。
この態様によれば、補償層における光学異方性の量が、液晶層による黒表示の際に発生
するリターデーション量と同じ量になるように設定されている。尚、補償層における光学
異方性の量は、例えば補償層の延伸の量や厚み等によって設定される。また、ここでの「
同じ量」とは厳密に同一の値を指すものではなく、次に詳述するように本願独自の効果が
顕著に奏される範囲に相当する、±10%以内であればよいものとする。即ち、ここでの
同じ量とは、実質的に同じ量とよぶこともできる。また、ここにいう同じ量から多少外れ
ていても、次に説明する本願独自の効果は相応に奏される。
黒表示の際に発生するリターデーション量と、補償層における光学異方性が同じ量であ
れば、光学補償板によって、液晶層で発生したリターデーションを殆ど或いは全く無くす
ように補償できる。即ち、光学補償板において、より効率的な光学補償を行うことができ
る。よって、液晶層を通過した光が入射する偏光板における光漏れを、より効果的に抑制
することが可能となる。従って、本態様では、より高いコントラスト改善効果を得ること
が可能である。
本発明の電子機器は上記課題を解決するために、上述した本発明の液晶装置を具備して
なる。
本発明の電子機器によれば、上述した本発明に係る液晶装置を具備してなるので、コン
トラストの高い投射型表示装置、テレビ、携帯電話、電子手帳、ワードプロセッサ、ビュ
ーファインダ型又はモニタ直視型のビデオテープレコーダ、ワークステーション、テレビ
電話、POS端末、タッチパネルなどの各種電子機器を実現できる。また、本発明の電子
機器として、例えば電子ペーパなどの電気泳動装置、電子放出装置(Field Emission Dis
play及びConduction Electron-Emitter Display)、これら電気泳動装置、電子放出装置
を用いた表示装置を実現することも可能である。
本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための最良の形態から明らかにされ
る。
以下では、本発明の実施形態について図を参照しつつ説明する。
<光学補償板>
先ず、本実施形態に係る光学補償板について図1及び図2を参照して説明する。ここに
図1は光学補償板の全体構成を示す斜視図であり、図2は、補償層における分子配列を示
す断面図である。
図1において、本実施形態に係る光学補償板100は、透明基板110と、補償層12
0とを備えて構成されている。
透明基板110は、例えばガラス基板であり、補償層を支持する支持部材として機能す
る。透明基板110の材質は、ガラスに限られず、透明な石英、サファイヤ、プラスチッ
ク等であってもよい。
補償層120は、例えばアクリル系やスチレン系の樹脂からなる薄膜或いはフィルムで
あり、負の光学異方性を有している。尚、上述した材料の他にも、分子配列がらせん状で
あり、軸に対して膨らんでいるようなものであれば材料として用いることが可能である。
光は光学補償板100に対して、例えば図中の矢印P1方向(即ち、Y方向)に入射され
る。
図2(a)において、補償層120中の分子121及び122は、そろばん玉状の形を
している。また、補償層120は二軸延伸されており、分子121及び122は夫々異な
る光学軸を持つように配列される。光の入射方向から見ると、分子121及び122は図
2(b)のように配列されている。即ち、分子121はX方向に扁平につぶされた円盤状
の形をしており、分子122はY方向に扁平につぶされた円盤状の形をしている。このよ
うに、延伸によって分子の配列を設定できるため、補償層120の製造は比較的簡単に行
える。尚、補償層120の異方性の量は、例えば延伸の量や、層の厚みによって設定する
ことが可能である。
光学補償板の補償効果については、以下の液晶装置の説明において詳細に説明する。
<液晶装置>
次に、上述した光学補償板が用いられた液晶装置について、図3から図6を参照して説
明する。
先ず、本実施形態に係る液晶装置に用いられる液晶パネルの全体構成について図3及び
図4を参照して説明する。ここに図3は、本実施形態に係る液晶装置の構成を示す平面図
であり、図4は、図3のH−H´線断面図である。尚、本実施形態では、駆動回路内蔵型
のTFT(Thin Film Transistor)アクティブマトリクス駆動方式の液晶パネルを例にと
る。
図3及び図4において、本実施形態に係る液晶装置では、本発明の「一対の基板」の一
例であるTFTアレイ基板10と対向基板20とが対向配置されている。TFTアレイ基
板10は、例えば石英基板、ガラス基板、シリコン基板等の透明基板である。対向基板2
0も、TFTアレイ基板10と同様に、透明基板である。TFTアレイ基板10と対向基
板20との間に液晶層50が封入されている。TFTアレイ基板10と対向基板20とは
、複数の画素電極が設けられた画像表示領域10aの周囲に位置するシール領域に設けら
れたシール材52により相互に接着されている。
シール材52は、両基板を貼り合わせるための、例えば紫外線硬化樹脂、熱硬化樹脂等
からなり、製造プロセスにおいてTFTアレイ基板10上に塗布された後、紫外線照射、
加熱等により硬化させられたものである。シール材52中には、TFTアレイ基板10と
対向基板20との間隔(即ち、基板間ギャップ)を所定値とするためのグラスファイバ或
いはガラスビーズ等のギャップ材が散布されている。
シール材52が配置されたシール領域の内側に並行して、画像表示領域10aの額縁領
域を規定する遮光性の額縁遮光膜53が、対向基板20側に設けられている。但し、この
ような額縁遮光膜53の一部又は全部は、TFTアレイ基板10側に内蔵遮光膜として設
けられてもよい。
周辺領域のうち、シール材52が配置されたシール領域の外側に位置する領域には、デ
ータ線駆動回路101及び外部回路接続端子102がTFTアレイ基板10の一辺に沿っ
て設けられている。走査線駆動回路104は、この一辺に隣接する2辺に沿い、且つ、額
縁遮光膜53に覆われるようにして設けられている。更に、このように画像表示領域10
aの両側に設けられた二つの走査線駆動回路104間をつなぐため、TFTアレイ基板1
0の残る一辺に沿い、且つ、額縁遮光膜53に覆われるようにして複数の配線105が設
けられている。
TFTアレイ基板10上には、対向基板20の4つのコーナー部に対向する領域に、両
基板間を上下導通材107で接続するための上下導通端子106が配置されている。これ
らにより、TFTアレイ基板10と対向基板20との間で電気的な導通をとることができ
る。
図4において、TFTアレイ基板10上には、画素スイッチング用のTFTや走査線、
データ線等の配線が形成された後の画素電極9a上に、配向膜が形成されている。画素電
極9aは、ITO(Indium Tin Oxide)膜などの透明導電膜からなり、配向膜は、ポリイ
ミド膜などの有機膜からなる。他方、対向基板20上には、格子状又はストライプ状の遮
光膜23が形成された後に、その全面に亘って対向電極21が設けられており、更には最
上層部分に配向膜が形成されている。対向電極21は、ITO膜などの透明導電膜からな
り、配向膜は、ポリイミド膜などの有機膜からなる。このように構成され、画素電極9a
と対向電極21とが対面するように配置されたTFTアレイ基板10と対向基板20との
間には、液晶層50が形成されている。液晶層50は、例えば一種又は数種類のネマティ
ック液晶を混合した液晶からなり、これら一対の配向膜間で所定の配向状態をとる。
本実施形態においては特に、液晶層50は正の光学異方性を持つ複屈折性の液晶からな
る。また、ここでは図示していないが、図4中におけるTFTアレイ基板10上における
画素電極9aの下層側に、又は図4中におけるTFTアレイ基板10の下側に、反射層が
設けられており、反射型液晶パネルとして機能する。或いは、画素電極9aをアルミニウ
ム等の反射材料から構成するか、又は画素電極9aを構成するITO膜の下地として反射
層を積層することによって、反射型液晶パネルとして機能する。
次に、本実施形態に係る液晶装置全体の構成及び動作について図5及び図6を参照して
説明する。ここに図5は液晶装置の全体構成を示す側面図であり、図6は、液晶装置の変
形例を示す側面図である。尚、図5及び図6における液晶パネルでは、説明の便宜上、図
3及び図4に図示したような詳細な部材を適宜省略して図示してある。
図5において、本実施形態に係る液晶装置は、ECB(Electrically Controlled Bire
fringence:電界制御複屈折)方式の反射型液晶装置であり、TFTアレイ基板10、対
向基板20、液晶層50及び反射層400からなる液晶パネルと、偏光板300と、透明
基板110及び補償層120からなる光学補償板100とを備えて構成されている。
本実施形態に係る液晶装置の動作時には、先ず偏光板300に光が入射する。偏光板3
00においては、入射した光の偏光方向が所定の方向に統一される。続いて光は、補償層
120に入射されるが、この時点ではリターデーションが生じていないため補償は行われ
ない。そして、光は対向基板20を通過し、液晶層50に入射する。液晶層50に入射し
た光は複屈折により変調される。
因みに液晶層50では、電界を制御することにより液晶分子の傾きが変化させられ、そ
れに伴い液晶層50の複屈折性が変化する。これにより、例えばカラーフィルタ等を用い
なくとも様々な色を表示させることが可能となる。
液晶層50を通過した光は、反射層400により反射され、再び液晶層50及び対向基
板20を通り、液晶パネルから出射される。
液晶パネルから出射した光は、再び補償層120に入射する。ここで、補償層120に
入射した光には、液晶層50における複屈折により、正のリターデーションが生じている
。このようなリターデーションは、例えば黒表示を行う際には、偏光板300における光
漏れの原因となり、コントラストの低下を招いてしまうおそれがある。即ち、黒表示をす
るための光にはリターデーションが無い方がよい。
補償層120は、負の光学異方性を持つため、液晶層50で生じた正のリターデーショ
ンを効果的に補償することが可能である。このため、光学補償板100を通過した光は、
偏光板300に入射する前にリターデーションが殆ど或いは全く無い状態とされる。よっ
て、偏光板300における光漏れを防止し、黒色を鮮明に表示することが可能となる。従
って、コントラストは改善される。尚、補償層120の異方性の量は、液晶層50で黒表
示をする際に生ずるリターデーション量と同じになるように設定することで、より高い効
果を得ることが可能である。
また、本実施形態においては、補償層120は二軸延伸されており、2つの異なる光学
軸を持つので(図2参照)、様々な角度から入射する光に対して光学補償を行える。即ち
、液晶パネルに対し斜めに入射するような光であったとしても、リターデーションを補償
することが可能である。これにより、例えば角度分布のある光学系においても、上述した
コントラスト改善の効果を確実に得ることが可能となる。尚、いずれか一方の光学軸を液
晶パネルの液晶分子の光学軸と同じ方向とすることで、液晶パネルからの光を確実に補償
することができる。
図6において、光学補償板100の支持基板110に、対向基板20を用いることも可
能である。即ち、透明基板110を設けずに、補償層120を対向基板20に貼り付ける
ことで、光学補償板として機能させることが可能である。また、貼り付ける基板は対向基
板20に限られず、液晶層50と偏光板300との間にある透明な基板であれば、補償層
120の支持部材として用いることが可能である。
上述したように、補償層120を液晶装置における既存の基板に貼り付けて構成するこ
とで、透明基板110を設けなくてよい分コストの削減及び省スペース化が可能となる。
以上説明したように、本実施形態に係る液晶装置では、液晶層50において発生するリ
ターデーションを効率的に補償し、効果的にコントラストを改善することが可能となる。
尚、ここでは反射型の液晶パネルを用いた液晶装置について説明したが、例えば透過型の
液晶パネルを用いた液晶装置においても、本実施形態の光学補償板の補償効果を得ること
が可能である。
<電子機器>
次に、上述した液晶装置をライトバルブとして用いたプロジェクタについて説明する。
図7は、プロジェクタの構成例を示す平面図である。
図7に示されるように、プロジェクタ1100内部には、ハロゲンランプ等の白色光源
からなるランプユニット1102が設けられている。このランプユニット1102から射
出された投射光は、ライトガイド1104内に配置された4枚のミラー1106及び2枚
のダイクロイックミラー1108によってRGBの3原色に分離され、各原色に対応する
ライトバルブとしての液晶パネル1110R、1110B及び1110Gに入射される。
液晶パネル1110R、1110B及び1110Gの構成は、上述した液晶装置と同等
であり、画像信号処理回路から供給されるR、G、Bの原色信号でそれぞれ駆動されるも
のである。そして、これらの液晶パネルによって変調された光は、ダイクロイックプリズ
ム1112に3方向から入射される。このダイクロイックプリズム1112においては、
R及びBの光が90度に屈折する一方、Gの光が直進する。従って、各色の画像が合成さ
れる結果、投射レンズ1114を介して、スクリーン等にカラー画像が投写されることと
なる。
ここで、各液晶パネル1110R、1110B及び1110Gによる表示像について着
目すると、液晶パネル1110Gによる表示像は、液晶パネル1110R、1110Bに
よる表示像に対して左右反転することが必要となる。
尚、液晶パネル1110R、1110B及び1110Gには、ダイクロイックミラー1
108によって、R、G、Bの各原色に対応する光が入射するので、カラーフィルタを設
ける必要はない。
尚、図7を参照して説明した電子機器の他にも、モバイル型のパーソナルコンピュータ
や、携帯電話、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、POS端末、タッチパネルを備えた装置等が挙げられる。そし
て、これらの各種電子機器に適用可能なのは言うまでもない。
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から
読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更
を伴う光学補償板及び液晶装置、並びに電子機器もまた本発明の技術的範囲に含まれるも
のである。
光学補償板の全体構成を示す斜視図である。 補償層における分子配列を示す断面図である。 液晶装置における液晶パネルの構成を示す平面図である。 図3のH−H´線断面図である。 液晶装置の全体構成を示す側面図である。 液晶装置の変形例を示す側面図である。 液晶装置を適用した電子機器の一例たるプロジェクタの構成を示す平面図である。
符号の説明
10…TFTアレイ基板、20…対向基板、50…液晶層、100…光学補償板、11
0…透明基板、120…補償層、300…偏光板、400…反射層

Claims (7)

  1. 透明な支持基板と、
    前記支持基板上に設けられており、負の光学異方性を有する分子構造を持つ材料が延伸
    されることにより、前記分子が所定方向に配列されてなる補償層と
    を備えることを特徴とする光学補償板。
  2. 前記材料は、少なくとも2軸方向に延伸されていることを特徴とする請求項1に記載の
    光学補償板。
  3. 当該光学補償板は、正の光学異方性を有する複屈折性の液晶からなる液晶層を備える反
    射型液晶パネル用の光学補償を行うために用いられる
    ことを特徴とする請求項1又は2に記載の光学補償板。
  4. 一対の基板と、
    該一対の基板間に挟持された複屈折性の液晶からなる液晶層と、
    該液晶層から見て前記一対の基板の外側に配置される偏光板と、
    前記液晶層と前記偏光板との間に配置される、請求項1から3のいずれか一項に記載の
    光学補償板と
    を備えることを特徴とする液晶装置。
  5. 前記光学補償板は、前記補償層の光学軸が前記液晶層における液晶分子の光学軸と同じ
    向きになるように配置されることを特徴とする請求項4に記載の液晶装置。
  6. 前記光学補償板は、前記補償層における前記光学異方性の量が、前記液晶層による黒表
    示の際に発生するリターデーション量と同じ量になるように設定されていることを特徴と
    する請求項4又は5に記載の液晶装置。
  7. 請求項4から6のいずれか一項に記載の液晶装置を具備してなることを特徴とする電子
    機器。
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