JP3778245B2 - 液晶表示装置及び電子機器 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶表示装置に係り、特に、反射型表示と透過型表示とを選択して表示することのできるいわゆる半透過反射型の液晶表示装置に関する。更には、その液晶表示装置を備えた電子機器に関する。
【0002】
【背景技術】
従来、反射型液晶装置は消費電力が小さいために携帯機器や装置の付属的表示部などに多用されているが、外光を利用して表示を視認可能にしているため、暗い場所では表示を読みとることができないという問題点があった。このため、明るい場所では通常の反射型液晶装置と同様に外光を利用するが、暗い場所では内部の光源により表示を視認可能にした形式の液晶装置が提案されている。これは、特開昭57−049271号公報などに記載されているように、液晶セルの観察側と反対側の外面に偏光板、半透過反射板、バックライトを順次配置した構成をしている。この液晶装置では、周囲が明るい場合には外光を取り入れて半透過反射板にて反射された光を利用して反射型表示を行い、周囲が暗くなるとバックライトを点灯して半透過反射板を透過させた光により表示を視認可能とした透過型表示を行う。
【0003】
ところが,このような構成にすると、液晶セルと半透過反射板の間に偏光板があるため、表示が暗くなってしまうという欠点がある。
【0004】
本発明者らは、上記の問題を解決するために、背面側パネル基板の内面側にライン状の半透過反射膜を形成し、外面側に偏光板、バックライトを順次配置した液晶表示装置を開発した(PCT/JP99/00311)。この液晶表示装置においては、周囲が明るい場合には外光を取り入れて半透過反射膜にて反射された光を利用して反射型表示を行い、周囲が暗くなるとバックライトを点灯して偏光板と半透過反射板を透過させた光により表示を視認可能とした透過型表示を行う。このような構成にすると、液晶セルと半透過反射板の間に偏光板がないため、前述した液晶装置よりも明るい反射型表示が得られる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、背面側パネル基板の内面側に半透過反射膜を形成した液晶表示装置にあっては、開口部がライン形状であるため、バックライトからの出射が光の回折現象のため効率よく液晶層に入射できず、十分な明るさの透過型表示が行えなかった。
【0006】
【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。
【0007】
本発明の第1の液晶表示装置は、透過型表示と反射型表示を行う液晶表示装置であって、一対の基板間に挟持された液晶層と、前記液晶層に向けて光を出射する照明装置と、前記液晶層と前記照明装置との間に配置され、アルミニウムまたは反射性の導電部材からなる膜と、前記膜が配置されず、長手方向と短手方向とを備えた形状であり、かつ、前記透過型表示の際に光が透過する領域と、前記照明装置と前記膜との間に位置し、前記膜側の面が一次元方向に山形の形状をなすプリズム構造を有するプリズムシートを有し、前記プリズムシートは、前記山形の形状によって形成される稜線方向に直交する方向と、前記長手方向とのなす角度が−30°以上+30°以下となるように配置されていることを特徴とする。
【0008】
本発明の第1の液晶表示装置によれば、アルミニウムまたは反射性の導電部材からなる膜であって、前記膜が配置されず、長手方向と短手方向とを備えた形状であり、かつ、前記透過型表示の際に光が透過する領域を有する膜の、前記領域を透過した照明装置からの光を利用して透過型の表示を行う。その際、 照明装置から出射した光は、プリズムシートに入射する。プリズムシートは、前記膜側の面が一次元方向に山形の形状をなしており、照明装置からの光のうちその山形形状によって形成される稜線方向と直交する方向からの光を比較的狭角度にして液晶素子に向けて出射する。本発明者の実験によれば、その稜線方向と開口部の長手方向とがずれている限りにおいて透過型表示を明るくする効果が得られ、そして、その稜線方向と開口部の長手方向とが直交する場合において透過型表示が最も明るくなることが確認されてはいるが、その稜線方向に直交する方向とライン開口部の長手方向とのなす角度を−30°以上30°以下にすれば商品として十分差別化できる程度に明るい透過型表示が得られ、−10°以上10°以下にすることによってほとんど稜線方向と開口部の長手方向とが直交する場合と変わらない最高の明るさが得られることが確認されている。
【0009】
尚、本発明による効果は、照明装置から出射した光が前記領域を透過しようとする際に生じる不要な回折現象を、プリズムシートの稜線方向に直交する方向と、前記領域の長手方向との関係を本発明のように設定することによって極力抑えられるため得られると推測できる。
【0010】
本発明の第2の液晶装置は、基板間に液晶層を挟持を有する液晶素子と、前記液晶素子に向けて光を出射する照明装置とを備えており、前記液晶層と前記照明装置との間には長手方向と短手方向とを備えた形状の開口部を設けた半透過反射膜が配置されている液晶表示装置であって、前記照明装置と前記半透過反射膜との間に位置し、前記半透過反射膜側の面が一次元方向に山形の形状をなすプリズム構造を有するプリズムシートを有し、前記プリズムシートは、前記山形の形状によって形成される稜線方向に直交する方向と、前記長手方向とのなす角度が−30°以上+30°以下となるように配置されていることを特徴とする。
【0011】
本発明の第2の液晶表示装置によれば、半透過反射膜の前記開口部を透過した照明装置からの光を利用して透過型の表示を行う。その際、照明装置から出射した光はプリズムシートに入射する。プリズムシートは、前記半透過反射膜側の面が一次元方向に山形の形状をなしており、照明装置からの光のうちその山形形状によって形成される稜線方向と直交する方向からの光を比較的狭角度にして液晶素子に向けて出射する。本発明者の実験によれば、その稜線方向と開口部の長手方向とがずれている限りにおいて透過型表示を明るくする効果が得られ、そして、その稜線方向と開口部の長手方向とが直交する場合において透過型表示が最も明るくなることが確認されてはいるが、その稜線方向に直交する方向とライン開口部の長手方向とのなす角度を−30°以上30°以下にすれば商品として十分差別化できる程度に明るい透過型表示が得られ、−10°以上10°以下にすることによってほとんど稜線方向と開口部の長手方向とが直交する場合と変わらない最高の明るさが得られることが確認されている。
【0012】
尚、本発明による効果は、照明装置から出射した光が前記開口部を透過しようとする際に生じる不要な回折現象を、プリズムシートの稜線方向と、前記開口部の長手方向との関係を本発明のように設定することによって極力抑えられるため得られると推測できる。
【0013】
また、このプリズムシートをもう1枚使用し、それぞれの稜線方向ずらして重ね配置すればより透過型表示が明るくなる。その場合にあっては、それ稜線方向が直交するように2枚のプリズムシートを重ね配置すれは好ましく、さらには、液晶素子に近い側のプリズムシートを、その稜線方向と開口部の長手方向とが直交ように配置すると最も明るい透過型表示が得られることがわかっている。
【0014】
なお、このようなプリズムシートは、米国3M社からBEF−90(商品名)として発売されており、一般に入手可能である。
【0015】
また、第1及び第2の液晶装置の一の態様にあっては、前記膜または前記半透過反射膜は前記液晶層を駆動するための信号が供給される電極を兼ねていることを特徴とする。
【0016】
本態様にあっては、前記膜または前記半透過反射膜が外光を反射する機能と液晶層に電圧を印加する機能の両方を有するので、前記膜または前記半透過反射膜と電極とを別途形成する構成に比べて、装置構成上、製造工程上或いは設計上も有利であり、低コスト化が可能になる。
【0017】
また、第1及び第2の液晶装置の他の態様にあっては、前記膜上または前記半透過反射膜上には透明電極が設けられており、該透明電極には前記液晶層を駆動するための信号が供給されることを特徴とする。
【0018】
本態様にあっては、前記膜または前記半透過反射膜とは別途に透明電極を設けており、その透明電極と上基板に設けた透明電極との間に印加する電圧によって液晶層を駆動する。本態様によれば前記膜または前記半透過反射膜と透明電極との間に電圧を印加して液晶を駆動する場合に比べてフリッカが少なくなるという効果がある。なぜならば、前記膜または前記半透過反射膜と透明電極とではイオン化傾向が異なるため、電極間に極性差が生じるからである。この場合にあっては、前記膜または前記半透過反射膜あるいは前記膜または前記半透過反射膜と透明電極との間に、アクリル樹脂、酸化珪素、酸化チタン、酸化ジルコニウム等の層間絶縁膜を配置してもよい。
【0019】
また、第2の液晶表示装置に用いる半透過反射膜は反射性の部材であればなんでも構わないが、高い反射率を実現するためには、Al(アルミニウム)、Ag(銀)、Cr(クロム)等を用いるとよい。尚、半透過反射膜或いは半透過反射膜を電極として用いる場合にあっては、導電性の材料によって半透過反射膜を形成しなければならないことはいうまでもない。
【0020】
また、第1及び第2の液晶表示装置に用いる前記膜または前記半透過反射膜に凹凸を形成すれば、半透過反射膜によって反射される光を散乱光とすることができる。反射層が鏡面であると、反射型の表示に鏡面状になるため見る角度によっては暗い表示になってしまうので、前記膜または前記半透過反射膜を凹凸形状にすることは有効である。尚、液晶素子の前面側に前方方向への出射光を散乱させる前方散乱板を配置しても散乱光による表示が可能となり、この場合にあっては、反射型表示だけでなく透過型の表示も散乱光による表示となる。
【0021】
本発明の電子機器は、第1又は第2の液晶表示装置をその表示部として含み、前記照明装置のON/OFFを操作する入力部を備えることを特徴とする。
【0022】
本発明の電子機器によれば、周囲の明るさによって照明装置のON/OFFを入力部によって制御できるので、使用者が透過型表示と、反射型表示のいずれかを任意に選択できる電子機器が実現する。また、第1又は第2の液晶装置を表示部として利用しているため、透過型の表示が明るい液晶表示装置が実現する。
【0023】
【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液晶表示装置の詳細を、図面に基づいて説明する。
【0024】
図1は本発明に係る液晶装置の構造を示す概略縦断面図である。この液晶表示装置は基本的に単純マトリクス型の液晶表示装置に関するものであるが、同様の構成によりアクティブマトリクス型の装置や他のセグメント型の装置、その他の液晶表示装置にも適用することは可能である。
【0025】
この実施形態では、2枚の透明基板101,102の間に液晶層103が枠状のシール材104によって封止された液晶素子が形成されている。液晶層103は、所定のツイスト角を持つネマチック液晶で構成されている。上側の透明基板101の内面上にはカラーフィルタ109が形成され、このカラーフィルタ109には、R(赤)、G(緑)、B(青)の3色の着色層が所定パターンで配列されている。カラーフィルタの表面上には透明な保護膜110が被覆されており、この保護膜110の表面上に複数のライン状の透明電極111がITO(インジウム・チタン・オキサイド)などにより形成されている。透明電極111の表面上にはポリイミドによる配向膜112が形成され、その液晶層側の面にはラビング処理が施されている。
【0026】
一方、下側の透明基板102の内面側には、上記カラーフィルタ109の着色層毎に、アルミニウムを主成分として含む半透過反射膜114が形成されている。半透過反射膜114には、図2(a)に示すように、照明装置から出射された光を液晶層103内に透過可能なようにライン状の開口部203が形成されている。半透過反射膜114は液晶層103を駆動するための信号が供給される電極を兼ねており、液晶層103は、基板101に設けられた透明電極111と半透過反射膜114との間に印加される電圧によって駆動される。尚、半透過反射膜は、アルミニウムに限定されることなく、反射性の導電部材、例えば銀やクロムでも代用可能である。
【0027】
半透過反射膜114上には、透明電極111の表面上と同様にポリイミドによる配向膜113が形成され、その液晶層側の面にはラビング処理が施されている。
【0028】
上側透明基板101の外面上には偏光板105が配置され、偏光板105と透明基板101との間に位相差板106が配置されている。また、液晶素子の下側には、透明基板102の背後に位相差板108が配置され、この位相差板108の背後に偏光板107が配置されている。
【0029】
そして、偏光板107の下側には、白色光を発する蛍光管と、この蛍光管に沿った入射端面を備えた導光板115とを有するバックライトが配置されている。導光板115は裏面全体に散乱用の粗面が形成され、或いは散乱用の印刷層が形成されたアクリル樹脂板などの透明体であり、光源である蛍光管の光を端面にて受けて、図の上面からほぼ均一な光を放出するようになっている。
【0030】
尚、バックライトは蛍光管の代用として、LED(発光ダイオード)やEL(エレクトロルミネセンス)などを用いてもよい。
【0031】
バックライトと偏光板との間には集光手段としてのプリズムシート116が配置されている。このプリズムシートは透光性の部材により形成されており、図3(a)及び(b)に示すように、下面が平坦に、上面が山形形状をなすプリズム形状をしている。このプリズムシートは、その下面から入射した光のうち図中のBB方向に対してある角度で入射した光を、回折させ入射角より小さな角度で上面から出射させる機能を有する。すなわちBB方向に対して角度を持って入射した光を集光して出射させる。 プリズムシート116は、そのBB方向が、開口部の長手方向SSに概ね一致するように配置されており、すなわち山形形状によって形成される稜線が半透過反射膜のライン状開口部203の長手方向SSと概ね直交している。このようにプリズムシートと、開口部との位置関係を設定すると、不要な光の回折現象が半透過反射膜の開口部で生じないため明るい透過型表示が実現する。
【0032】
表1は、BBとSSとのなす角θを変化させたときの透過率の変化を示している。この表によれば、BBとSSとの角θが小さくなる程透過率が向上していることがわかる。本発明者の目視評価によれば、θを−30°以上30°以下にすれば商品として十分差別化できる程度に明るい透過型表示が得られ、−10°以上10°以下にすることによってほとんどθを0°(BBとSSを平行)とする場合と変わらない明るさが得られることが確認されている。
【0033】
【表1】
【0034】
次に、この液晶表示装置の表示作用を説明する。
【0035】
(1)反射型表示偏光板105、位相差板106をそれぞれ透過した外光は、カラーフィルタ109、液晶層103を通過後、半透過反射膜114によって反射され、再び偏光板105から出射される。このとき、液晶層103への印加される電圧によって液晶層の偏光作用が変化するため、明状態と暗状態、及びその中間の明るさが制御される。
【0036】
(2)透過型表示
バックライトからの光は、プリズムシートによって集光された後、偏光板107及び位相差板108によって所定の偏光となり、半透過反射膜114に設けられた開口部203から液晶層103に導入される
ここで、液晶層103に導入された光は、液晶層103において、半透過反射膜114と透明電極111との間に印加される電圧に応じて変調される。それから、カラーフィルタ109を通過後、位相差板106を透過する。このとき、液晶層103への印加電圧に応じて、偏光板105を透過(明状態)する状態と吸収(暗状態)する状態、及びその中間の状態(明るさ)を制御することができる。
【0037】
本例においては、単純マトリクス型の液晶表示装置について説明したが、もちろん、半透過反射膜が、TFD素子に代表される2端子素子や、TFT素子に代表されるTFT素子に接続されたアクティブマトリクス型の液晶表示装置でも本発明の技術思想を応用することは可能である。
【0038】
図2(b)は、本実施例における半透過反射膜をTFT素子に接続する場合の例を示している。図2(b)において、204はデータ線、205はゲート線、206が半透過反射膜を示している。半透過反射膜206は、アルミニウム等の導電性材料によって形成されており液晶を駆動する信号が供給されるとともに、ライン状の開口部208が設けられている。本例のように、半透過反射膜をアクティブ素子に接続して構成した液晶表示装置にあっても、プリズムシートのBB方向と、ライン状の開口部の長手方向SSに概ね一致するように配置すれば、不要な光の回折現象が半透過反射膜の開口部で生じないため明るい透過型表示が実現する。尚、表1に示したBBとSSとのなす角θと透過率との関係も概ね同様であり、したがって、θを−30°以上30°以下にすれば商品として十分差別化できる程度に明るい透過型表示が得られ、−10°以上10°以下にすることによってほとんどθを0°(BBとSSを平行)とする場合と変わらない明るさが得られることも同様である。
【0039】
また、本例においては、半透過反射膜114は液晶層114を駆動するための電極を兼ねていたが、半透過反射膜上には透明電極を別途設け、、その透明電極に液晶層を駆動するための信号を供給してもよい。
【0040】
(電子機器の例)
本発明の電子機器の例を図5に3つ示す。
【0041】
本発明の液晶装置は、様々な環境下で用いられ、しかも低消費電力が必要とされる携帯機器に適している。
【0042】
図5(a)は携帯電話であり、本体の前面上方部に表示部が設けられる。表示部には、上述してきた本発明の液晶表示装置が搭載されている。また、本体部分には、照明装置(バックライト)のON/OFFを制御するための操作部が設けられている。
【0043】
携帯電話は、屋内屋外を問わずあらゆる環境で利用される。特に自動車内で利用されることが多いが、夜間の車内は大変暗い。従って携帯電話に利用される表示装置は、消費電力が低い反射型表示をメインに、必要に応じて補助光を利用した透過型表示ができる半透過反射型液晶装置が望ましい。本発明の液晶装置は、透過型表示がより明るく、コントラスト比が高い。
【0044】
図5(b)はウォッチであり、本体の中央に表示部が設けられる。表示部には、上述してきた本発明の液晶表示装置が搭載されている。また、本体部分には、照明装置(バックライト)のON/OFFを制御するための操作部が設けられている。
【0045】
図5(c)は電子手帳に代表される携帯情報機器であり、本体の上側に表示部が設けられる。表示部には、上述してきた本発明の液晶表示装置が搭載されている。また、本体部分のキーボードには、照明装置(バックライト)のON/OFFを制御するた操作部が設けられている。尚、文字入力等に用いるキーをこの照明装置(バックライト)のON/OFF制御するソフトスイッチとして割り付けても構わない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る液晶表示装置の概略断面図である。
【図2】半透過反射膜に設ける開口部の例を示す図であり、(a)は単純マトリクス型、(b)はアクティブマトリクス型の液晶表示装置の例を示す図である。
【図3】プリズムシートを示す図であり、(a)はそのBB方向断面図、(b)は斜視図である。
【図4】半透過反射膜に設ける開口部SSと、プリズムシートの集光方向BBとのなす角θを示す図である。
【図5】本発明の電子機器の例であり、(a)は携帯電話、(b)は時計、(c)は小型情報機器を示す。
【符号の説明】
101、102…透明基板
103…液晶層
104…シール材
105、107…偏光板
106…位相差板
109…カラーフィルタ
110…保護膜
111…透明電極
112、113… 配向膜
114…半透過反射膜
115… 照明装置(バックライト)
116… プリズムシート
201…上側基板内面の透明電極
202、207…半透過反射膜
203、208…開口部
204…データ線
205…ゲート線
206…TFT素子
AA…プリズムシート集光方向に垂直な方向
BB…プリズムシート集光方向
SS…開口部長手方向
Claims (5)
- 透過型表示と反射型表示を行う液晶表示装置であって、
一対の基板間に挟持された液晶層と、
前記液晶層に向けて光を出射する照明装置と、
前記液晶層と前記照明装置との間に配置され、アルミニウムまたは反射性の導電部材からなる膜と、
前記膜が配置されず、長手方向と短手方向とを備えた形状であり、かつ、前記透過型表示の際に光が透過する領域と、
前記照明装置と前記膜との間に位置し、前記膜側の面が一次元方向に山形の形状をなすプリズム構造を有するプリズムシートを有し、
前記プリズムシートは、前記山形の形状によって形成される稜線方向に直交する方向と、前記長手方向とのなす角度が−30°以上+30°以下となるように配置されていることを特徴とする液晶表示装置。 - 基板間に液晶層を挟持を有する液晶素子と、前記液晶素子に向けて光を出射する照明装置とを備えており、前記液晶層と前記照明装置との間には長手方向と短手方向とを備えた形状の開口部を設けた半透過反射膜が配置されている液晶表示装置であって、
前記照明装置と前記半透過反射膜との間に位置し、前記半透過反射膜側の面が一次元方向に山形の形状をなすプリズム構造を有するプリズムシートを有し、
前記プリズムシートは、前記山形の形状によって形成される稜線方向に直交する方向と、前記長手方向とのなす角度が−30°以上+30°以下となるように配置されていることを特徴とする液晶表示装置。 - 請求項1または2に記載の液晶表示装置であって、
前記膜または前記半透過反射膜は前記液晶層を駆動するための信号が供給される電極を兼ねていることを特徴とする液晶表示装置。 - 請求項1または2に記載の液晶表示装置であって、
前記膜上または前記半透過反射膜上には透明電極が設けられており、該透明電極には前記液晶層を駆動するための信号が供給されることを特徴とする液晶表示装置。 - 請求項1乃至4のいずれか1項に記載の液晶表示装置をその表示部として含み、前記照明装置のON/OFFを操作する入力部を備えることを特徴とする電子機器。
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