JP3289370B2 - カラー液晶表示装置 - Google Patents

カラー液晶表示装置

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JP3289370B2
JP3289370B2 JP05250993A JP5250993A JP3289370B2 JP 3289370 B2 JP3289370 B2 JP 3289370B2 JP 05250993 A JP05250993 A JP 05250993A JP 5250993 A JP5250993 A JP 5250993A JP 3289370 B2 JP3289370 B2 JP 3289370B2
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2203/00Function characteristic
    • G02F2203/34Colour display without the use of colour mosaic filters

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  • Liquid Crystal (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はカラー液晶表示装置に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】電卓や電子手帳等の小型電子機器に用い
られる液晶表示装置として、着色した表示が得られるカ
ラー液晶表示装置がある。
【0003】図8は従来のカラー液晶表示装置の断面図
であり、この液晶表示装置は、カラーフィルタを備えた
液晶セル10と、この液晶セル10をはさんで配置され
た一対の偏光板21,22とからなっている。
【0004】上記液晶セル10は、透明電極13,14
を形成しその上に配向膜15,16を形成した上下一対
の透明基板11,12を枠状のシール材18を介して接
合し、この両基板11,12間の前記シール材18で囲
まれた領域に液晶19を封入したもので、この液晶セル
10の一方の基板、例えば図において下基板12には、
表示を着色するためのカラーフィルタ17が設けられて
いる。なお、このカラーフィルタ17は基板12上に形
成されており、この基板12側の透明電極14は前記カ
ラーフィルタ17を覆う保護膜(図示せず)の上に形成
されている。
【0005】また、この液晶セル10は、TN(ツイス
テッド・ネマティック)型のものであり、液晶19の分
子19aは、両基板11,12側での配向方向を上記配
向膜15,16によって規制され、両基板11,12間
においてほぼ90°のツイスト角でツイスト配向されて
いる。
【0006】図9は、上記液晶表示装置における液晶セ
ル10の液晶分子配向方向と、一対の偏光板21,22
の透過軸とを示す平面図であり、図において11aは液
晶セル10の上基板11側の液晶分子配向方向、12a
は液晶セル10の下基板12側の液晶分子配向方向、2
1aは上偏光板21の透過軸、22aは下偏光板22の
透過軸を示している。
【0007】この図8のように、液晶セル10の両基板
11,12側の液晶分子配向方向11a,12aは、基
準線(図では水平線)Oに対し互いに逆方向に45°ず
つ傾いた方向にあり、液晶分子19aは、そのツイスト
方向を図に矢印Tで示したように、下基板12側から上
基板11側に向かってほぼ90°のツイスト角でツイス
ト配向している。
【0008】また、上記一対の偏光板21,22は、そ
の透過軸21a,22aを互いにほぼ平行にして配置さ
れており、これら偏光板21,22の透過軸21a,2
2aは、上記基準線Oに対して同方向に45°ずつ傾い
た方向(液晶セル10の上基板11側の液晶分子配向方
向11aとほぼ平行な方向)にある。
【0009】なお、上記液晶表示装置には反射型のもの
と透過型のものとがあり、反射型の液晶表示装置では、
図8に示したように、その裏面(下偏光板22の下面)
に反射板23を配置している。
【0010】上記液晶表示装置は、その液晶セル10の
両基板11,12の電極13,14間に電圧を印加して
表示駆動されるもので、裏面に反射板23を配置した液
晶表示装置では、外部からの光が上偏光板21により直
線偏光されて液晶セル10にその上面から入射する。
【0011】そして、液晶セル10に入射した直線偏光
は、液晶層を通り、さらにカラーフィルタ17を通って
液晶セル10の下面側に出射するが、その場合、カラー
フィルタ17の色に対応する波長の光はカラーフィルタ
17を透過するが、他の波長の光はカラーフィルタ17
で吸収されるため、出射光がカラーフィルタ17の色に
着色された光となる。
【0012】また、液晶セル10の電極13,14間に
ON電圧が印加されていない状態では、液晶分子19a
がツイスト配向状態にあり、液晶セル10を通る光が液
晶19による偏光作用を受けて、液晶層を通過し終った
ときに液晶セル10に入射した直線偏光とほぼ直交する
方向の直線偏光になるため、このときは、液晶セル10
の下面側に出射した直線偏光が下偏光板22で遮断(吸
収)されて、表示が暗(黒)状態になる。
【0013】一方、液晶セル10の電極13,14間に
ON電圧を印加すると、液晶分子19aが基板11,1
2面に対してほぼ垂直に立上り配向し、液晶19による
偏光作用はほとんどなくなるため、液晶セル10に入射
した直線偏光がそのまま液晶セル10の下面側に出射す
る。そして、このときは、液晶セル10の下面側に出射
した直線偏光が下偏光板22を透過して反射板23で反
射され、上述した光経路と逆の経路で表示装置の上面側
に出射して、表示がカラーフィルタ17により着色され
た色の明表示になる。
【0014】なお、裏面に反射板を備えていない透過型
液晶表示装置では、その裏面側から光を入射させ、表面
側への光の出射を液晶セルへの電圧印加により制御して
表示するが、その表示動作は基本的に、上述した反射型
の液晶表示装置の動作と同じである。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のカラー液晶表示装置は、カラーフィルタ17を用い
て表示を着色するものであるため、透過率が低く、した
がって、画面全体が暗くなってしまうという問題をもっ
ていた。
【0016】本発明は、カラーフィルタを用いずに表示
を着色することができ、しかも背景部を明るくして画面
全体の明るさを向上させることができるカラー液晶表示
装置を提供することにある。
【0017】
【課題を解決するための手段】本発明のカラー液晶表示
装置は、透明電極を形成した一対の透明基板間に液晶を
封入しその分子を両基板間においてほぼ90゜のツイス
ト角でツイスト配向させた液晶セルと、この液晶セルを
はさんで配置された一対の偏光板と、前記液晶セルと一
方の偏光板と間に配置された位相板とからなり、前記一
対の偏光板は、一方の偏光板、位相板および前記液晶セ
ルを透過して楕円偏光に偏光状態を変えて他方の偏光板
に入射する光のうち、前記液晶セルの偏光作用に応じた
波長帯域の着色光を透過させるために、その透過軸を前
記位相板の光学軸に対して所定角度斜めにずらして配置
されていることを特徴とするものである。本発明におい
て、上記偏光板の透過軸と位相板の光学軸とのずれ角
は、45±5゜であるのが望ましい。
【0018】
【作用】このカラー液晶表示装置は、上記位相板の偏光
作用を利用して表示を着色するとともに、この位相板と
上記液晶セルとの両方の偏光作用を利用して表示色とは
異なる色の背景色を出すようにしたものであり、一方の
偏光板を通って位相板に入射した直線偏光は、この位相
板を通る過程で位相板の偏光作用により楕円偏光となる
ため、この楕円偏光のうち、他方の偏光板を透過する偏
光成分の波長光だけがこの偏光板を透過して着色光にな
る。
【0019】そして、上記液晶表示装置においては、一
方の偏光板を通って入射した光が、位相板と液晶セルと
を通るため、液晶セルの両基板の電極間にON電圧を印
加していない状態(液晶分子がツイスト配向している状
態)では、透過光が液晶セルの液晶による偏光作用も受
け、他方の偏光板を透過した光が、位相板の偏光作用に
よる着色光とは異なった色の光になる。
【0020】一方、上記液晶セルの電極間にON電圧を
印加すると、この液晶セルの液晶分子が基板面に対して
立上り配向し、それにともなって液晶セルの液晶による
偏光作用が小さくなるため、液晶セルにON電圧を印加
したときは、液晶セルによる変色効果は得られなくな
り、他方の偏光板を透過した光が、上述した位相板の偏
光作用のみによる着色光になる。
【0021】したがって、本発明のカラー液晶表示装置
によれば、従来の液晶表示装置のようにカラーフィルタ
を用いずに表示を着色することができるし、また、背景
部が、位相板の着色効果による着色光から上記液晶セル
による変色効果によって他の色に変色した色光で表示さ
れるため、背景部を明るくして画面全体の明るさを向上
させることができる。
【0022】
【実施例】以下、本発明の第1の実施例を図1〜図6を
参照して説明する。図1はカラー液晶表示装置の断面図
である。
【0023】このカラー液晶表示装置は、液晶セル30
をはさんで一対の偏光板41、42を配置するととも
に、前記液晶セル30と一方の偏光板(この実施例では
上偏光板)41との間に、位相板40を配置して構成さ
れている。なお、この実施例の液晶表示装置は反射型の
ものであり、その裏面(下偏光板42の下面)には反射
板43が配置されている。
【0024】上記液晶セル30はTN型のものである。
すなわち、この液晶セル30は、透明電極33,34を
形成しその上に配向膜35,36を形成した上下一対の
透明基板31,32を枠状のシール材37を介して接合
し、この両基板31,32間の前記シール材37で囲ま
れた領域に液晶38を封入したもので、この液晶38の
分子38aは、両基板31,32間においてほぼ90°
のツイスト角でツイスト配列されている。
【0025】そして、上記位相板40は、その光学軸
(進相軸または遅相軸)を、上記液晶セル30の両基板
31,32側における液晶分子配向方向に対し所定角度
斜めにずらした状態で配置されており、上記一対の偏光
板41,42はそれぞれ、その透過軸を上記位相板40
の光学軸に対して所定角度斜めにずらした状態で配置さ
れている。
【0026】すなわち、図2は、上記液晶表示装置にお
ける液晶セル30の液晶分子配向方向と、位相板40の
光学軸と、一対の偏光板41,42の透過軸とを示す平
面図であり、図において、31aは液晶セル30の上基
板31側の液晶分子配向方向、32aは下基板32側の
液晶分子配向方向を示している。
【0027】この図2のように、上記液晶セル30の両
基板31,32側の液晶分子配向方向31a,32a
は、基準線(図では水平線)Oに対し互いに逆方向に4
5°ずつ傾いた方向にあり、この液晶セル30の液晶3
8の分子38aは、そのツイスト方向を図に矢印Tで示
したように、下基板32側から上基板31側に向かって
ほぼ90°のツイスト角でツイスト配列している。
【0028】また、図2において、40aは位相板40
の光学軸であり、ここでは進相軸を示している。41a
は上偏光板41の透過軸、42aは下偏光板22の透過
軸である。
【0029】そして、この実施例では、上記位相板40
の進相軸40aを上記基準線Oに合わせており、したが
って、この位相板40の進相軸40aと液晶セル30の
位相板隣接基板(上両基板)31側の液晶分子配向方向
31aとは互いに45°ずれている。
【0030】また、この実施例では、両偏光板41,4
2の透過軸41a,42aを互いにほぼ平行にするとと
もに、これら偏光板41,42の透過軸41a,42a
を、上記位相板40の進相軸40aに対して45°斜め
方向にずらしている。
【0031】上記カラー液晶表示装置は、液晶セル30
の両基板31,32の電極33,34間に電圧を印加し
て表示駆動されるもので、表示色は位相板40の偏光作
用によって得られ、また背景色は、位相板40と液晶セ
ル30との両方の偏光作用によって得られる。
【0032】まず、上記位相板40による着色効果につ
いて説明すると、外部からの光(自然光または照明光源
からの光)は、上偏光板41により直線偏光されて、こ
の上偏光板41の透過軸41aに対し進相軸40aが4
5°ずれている位相板40に入射し、この位相板40を
通る過程で、位相板40のリタデーションRe の値に応
じた偏光作用を受けて楕円偏光となる。
【0033】そして、位相板40を出射した楕円偏光が
そのまま液晶セル30を透過して下偏光板42に入射す
ると、この楕円偏光のうち、下偏光板42を透過する偏
光成分の波長光だけが下偏光板42を透過するため、下
偏光板42を通った光(直線偏光)が着色光になる。
【0034】次に、上記液晶セル30による変色効果に
ついて説明すると、この液晶表示装置においては、上偏
光板41を通って入射した光が、上記位相板40と液晶
セル30とを通るため、液晶セル30の両基板31,3
2の電極33,34間にON電圧を印加していない状態
(液晶分子38aがツイスト配向している状態)では、
透過光が液晶セル30の液晶38による偏光作用も受け
る。
【0035】すなわち、上記位相板40の進相軸40a
と液晶セル30の位相板隣接基板(上両基板)31側の
液晶分子配向方向31aとは互いに45°ずれているた
め、上記位相板40を通る過程でこの位相板40の偏光
作用により楕円偏光となった光は、液晶セル30の液晶
層を通る過程でさらに偏光状態を変えられる。
【0036】このため、液晶セル30にON電圧を印加
していない状態では、下偏光板42を透過した光が、位
相板40の偏光作用による着色光とは異なった色の光に
なり、その色が背景色となる。なお、この背景色は、上
記位相板40のリタデーションRe と、液晶セル30の
Δnd(液晶38の複屈折位相差Δnと液晶層厚dとの
積)とによって決まる。
【0037】一方、上記液晶セル30の電極33,34
間にON電圧を印加すると、この液晶セル30の液晶分
子38aが基板31,32面に対して立上り配向し、そ
れにともなって液晶セル30の液晶38による偏光作用
が小さくなるため、液晶セル30にON電圧を印加した
ときは、液晶セル30による偏光作用はなくなる。
【0038】すなわち、液晶セル30のΔndは、液晶
38の複屈折位相差Δnと液晶層厚dとの積であるが、
液晶の複屈折位相差Δnは、電圧の印加により液晶分子
38aが立上り配向するのにともなって小さくなり、液
晶分子38aが垂直に立上り配向したとき“0”となる
ため、液晶セル30のΔndの値は最終的にΔnd=0
となる。
【0039】そして、液晶セル30にΔn=0となるO
N電圧を印加したときは、液晶38による偏光作用が
“0”となるため、位相板40を出射した楕円偏光がそ
のまま液晶セル30を透過して下偏光板42に入射し、
この下偏光板42を透過した光が、位相板40の偏光作
用のみによる着色光になり、その色が表示色になる。
【0040】なお、下偏光板42を通った光は、反射板
43で反射されて、上述した光経路と逆の経路で表示装
置の上面側に出射し、上述した背景色と表示色とで表示
パターンが表示される。
【0041】したがって、上記カラー液晶表示装置によ
れば、従来の液晶表示装置のようにカラーフィルタを用
いずに表示を着色することができるし、また、背景部
が、位相板40の着色効果による着色光から液晶セル3
0による変色効果によって他の色に変色した色光で表示
されるため、背景部を明るくして画面全体の明るさを向
上させることができる。
【0042】すなわち、上記カラー液晶表示装置におけ
る表示の光強度Iを、液晶セル30に電圧を印加してい
ないときと、液晶セル30に電圧を印加したときとにつ
いて求めると、液晶セル30に電圧を印加していないと
きの光強度(背景色の光強度)Iは、
【0043】
【数1】 となる。また、液晶セル30にΔn=0となる電圧を印
加したときの表示色の光強度Iは、
【0044】
【数2】 となる。
【0045】そして、上記液晶表示装置の表示色は位相
板40のリタデーションRe の値に応じた色となり、ま
た背景色は、位相板40のリタデーションRe と液晶セ
ル30のΔndとの両方の値に応じた色となるが、上記
(1)式および (2)式における光強度Iは透過光の波長λ
によって変化し、いくつかの波長の光に対して高い強度
となる。
【0046】したがって、位相板40のリタセーション
Re と液晶セル30のΔndは、上記 (1)式および (2)
式における光強度Iが十分高い値になり、しかも色純度
の高い色光が得られる値に選べばよい。
【0047】次の[表1]は、上記液晶表示装置の表示
モード例を示しており、図3〜図6は、[表1]に示し
たR1 ,G1 ,B1-1 ,B1-2 の各モードの表示装置の
CIE色度図である。なお、各モードの表示装置は、い
ずれも、液晶セル30のΔndを400nmとし、位相
板40のリタセーションRe の値を変えたものであり、
位相板40の進相軸40aと液晶セル30の位相板隣接
基板(上両基板)31側の液晶分子配向方向31aとの
ずれ角は45°、両偏光板41,42の透過軸41a,
42aは互いに平行、これら偏光板41,42の透過軸
41a,42aと位相板40の進相軸40aとのずれ角
は45°である。
【0048】
【表1】
【0049】なお、[表1]および図3〜図6には示し
ていないが、液晶セル30に電圧を印加すると、その電
圧を上げて行くのにともなって透過光の色が背景色から
変化して行き、最終的(印加電圧がΔn=0となる電圧
になったとき)に、[表1]および図3〜図6には示し
た表示色になる。
【0050】上記[表1]および図3〜図6のように、
R1 ,G1 ,B1-1 ,B1-2 の各モードの表示装置は、
いずれも、その表示色と背景色とが互いに補色関係もし
くはそれに近い色差をもった色であり、したがって高い
色コントラストの表示が得られる。
【0051】なお、上記実施例では、一対の偏光板4
1,42を、その透過軸41a,42aを互いにほぼ平
行にして配置したが、この偏光板41,42は、その透
過軸41a,42aを互いにほぼ直交させて配置しても
よく、その場合も、上記実施例と同様な表示を得ること
ができる。
【0052】すなわち、図7は、本発明の第2の実施例
を示す、液晶セル30の両基板31,32側における液
晶分子配向方向31a,32aと、位相板40の光学軸
(進相軸)40aと、一対の偏光板41,42の透過軸
41a,42aとを示す平面図であり、この実施例で
は、両偏光板41,42の透過軸41a,42aを互い
に直交させている。なお、他の構成は上述した第1の実
施例と同じである。
【0053】この実施例においては、両偏光板41,4
2の透過軸41a,42aを互いに直交させているた
め、液晶セル30に電圧を印加していないときの表示の
光強度(背景色の光強度)Iは、
【0054】
【数3】 となる。また、液晶セル30にΔn=0となる電圧を印
加したときの表示色の光強度Iは、第1の実施例と同様
に、
【0055】
【数4】 となる。
【0056】そして、この実施例においても、液晶表示
装置の表示色は位相板40のリタデーションRe の値に
応じた色となり、また背景色は、位相板40のリタデー
ションRe と液晶セル30のΔndとの両方の値に応じ
た色となるが、上記 (3)式および (4)式における光強度
Iは透過光の波長λによって変化し、いくつかの波長の
光に対して高い強度となる。
【0057】したがって、位相板40のリタセーション
Re と液晶セル30のΔndは、上記 (3)式および (4)
式における光強度Iが十分高い値になり、しかも色純度
の高い色光が得られる値に選べばよい。
【0058】次の[表2]は、この実施例による液晶表
示装置の表示モード例を示している。なお、各モードの
表示装置は、いずれも、液晶セル30のΔndを400
nmとし、位相板40のリタセーションRe の値を変え
たものであり、位相板40の進相軸40aと液晶セル3
0の位相板隣接基板(上両基板)31側の液晶分子配向
方向31aとのずれ角は45°、両偏光板41,42の
透過軸41a,42aは互いに直交、これら偏光板4
1,42の透過軸41a,42aと位相板40の進相軸
40aとのずれ角は45°である。
【0059】
【表2】
【0060】上記[表2]のように、R2 ,G2 ,B2-
1 ,B2-2 の各モードの表示装置は、いずれも、その表
示色と背景色とが互いに補色関係もしくはそれに近い色
差をもった色であり、したがって高い色コントラストの
表示が得られる。
【0061】なお、上記各実施例では、位相板40の進
相軸40aと液晶セル30の位相板隣接基板(上両基
板)31側の液晶分子配向方向31aとのずれ角と、偏
光板41,42の透過軸41a,42aと位相板40の
進相軸40aとのずれ角を、それぞれ45°としたが、
これらのずれ角は、45°に限らず、任意に選ぶことが
できる。ただし、位相板40による着色効果を十分に得
るには、少なくとも偏光板41,42の透過軸41a,
42aと位相板40の進相軸40aとのずれ角を、45
±5°とするのが望ましい。
【0062】また、上記各実施例では、偏光板41,4
2の透過軸41a,42aを、位相板40の進相軸40
aに対して45°ずらしているが、偏光板41,42の
透過軸41a,42aは、位相板40の遅相軸に対して
ずらしてもよく、その場合も上記各実施例と同様な効果
が得られる。
【0063】さらに、上記実施例では、位相板40を液
晶セル30と上偏光板41との間に配置したが、前記位
相板40は液晶セル30と下偏光板42との間に配置し
てもよい。また、位相板は1枚に限らず、複数枚用いて
もよく、その場合は、複数枚の位相板のトータルのリタ
デーション値に応じた表示色が得られる。なお、複数枚
の位相板を用いる場合は、これら位相板を液晶セル30
の上下に分配して配置してもよい。また、本発明は、反
射型に限らず、透過型の液晶表示装置にも適用すること
ができる。
【0064】
【発明の効果】本発明のカラー液晶表示装置は、液晶分
子をほぼ90°のツイスト角でツイスト配向させた液晶
セルと一方の偏光板との間に位相板を配置された位相板
し、かつ、一対の偏光板の透過軸を、前記位相板の光学
軸に対して所定角度斜めにずらしたものであるから、カ
ラーフィルタを用いずに表示を着色することができ、し
かも背景部を明るくして画面全体の明るさを向上させる
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示すカラー液晶表示装
置の断面図。
【図2】本発明の第1の実施例による液晶セルの液晶分
子配向方向と位相板の進相軸と一対の偏光板の透過軸と
を示す平面図。
【図3】[表1]に示したR1 モードの表示装置のCI
E色度図。
【図4】[表1]に示したG1 モードの表示装置のCI
E色度図。
【図5】[表1]に示したB1-1 モードの表示装置のC
IE色度図。
【図6】[表1]に示したB1-2 モードの表示装置のC
IE色度図。
【図7】本発明の第2の実施例による液晶セルの液晶分
子配向方向と位相板の進相軸と一対の偏光板の透過軸と
を示す平面図。
【図8】従来のカラー液晶表示装置の断面図。
【図9】従来の液晶表示装置における液晶セルの液晶分
子配向方向と一対の偏光板の透過軸とを示す平面図。
【符号の説明】
30…液晶セル 31,32…透明基板 31a,32a…液晶分子配向方向 33,34…透明電極 35,36…配向膜 38…液晶 38a…液晶分子 40…位相板 40a…進相軸 41,42…偏光板 41a,42a…透過軸 43…反射板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02F 1/139 G02F 1/1335 G02F 1/13363

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】透明電極を形成した一対の透明基板間に液
    晶を封入しその分子を両基板間においてほぼ90゜のツ
    イスト角でツイスト配向させた液晶セルと、この液晶セ
    ルをはさんで配置された一対の偏光板と、前記液晶セル
    と一方の偏光板と間に配置された位相板とからなり、
    記一対の偏光板は、一方の偏光板、位相板および前記液
    晶セルを透過して楕円偏光に偏光状態を変えて他方の偏
    光板に入射する光のうち、前記液晶セルの偏光作用に応
    じた波長帯域の着色光を透過させるために、その透過軸
    を前記位相板の光学軸に対して所定角度斜めにずらし
    配置されていることを特徴とするカラー液晶表示装置。
  2. 【請求項2】偏光板の透過軸と位相板の光学軸とのずれ
    角は45±5°であることを特徴とする請求項1に記載
    のカラー液晶表示装置。
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