JP5076478B2 - 液晶装置、並びにこれを備えた電子機器及びプロジェクタ - Google Patents

液晶装置、並びにこれを備えた電子機器及びプロジェクタ Download PDF

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Description

本発明は、例えば、液晶を通過する光の位相差を補償する光学補償機能を備える液晶装置、並びに、これを備えた電子機器及びプロジェクタに関する。
この種の液晶装置を備えるプロジェクタには、例えば、液晶パネルの入射側及び出射側に夫々配置された第1及び第2偏光板と、第1偏光板と液晶パネルとの間、又は第2偏光板と液晶パネルとの間に配置された光学異方性素子からなる位相差手段とを備える液晶プロジェクタ装置がある。該液晶プロジェクタ装置における位相差手段は、液晶パネルにおける液晶分子の配向方向に応じて光学異方性素子を傾斜させている(特許文献1参照)。
或いは、透過型液晶パネルと検光子との間(即ち、透過型液晶パネルの出射側)に、該透過型液晶パネルに斜めに入射した光が液晶分子を通過した際のプレティルト角による位相ずれを補償する光学素子を配置した液晶プロジェクタ装置がある(特許文献2参照)。
特開2006−11298号公報 特開2001−343623号公報
しかしながら、上述の従来技術によれば、液晶パネルから独立した別の部品によって光の位相差を補償する機能を付加しているので、液晶パネルとは別に、部品を配置するための空間を確保する必要がある。このため、光学エンジンの小型化が困難であり、且つレイアウトの自由度が阻害されてしまうという技術的問題点がある。
また、液晶分子の配向方向に応じて、例えば光学素子を傾斜させているので、配向方向によっては、光学素子を傾斜させる機構が複雑になったり、組立工程において追加的な調整が必要になったりする可能性があるという技術的問題点がある。
本発明は、例えば、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、簡便に液晶を通過する光に生じる位相差を補償することができ、小型化に適した液晶装置、並びにこれを備えた電子機器及びプロジェクタを提供することを課題とする。
本発明の液晶装置は、上記問題を解決するために、配向膜を備えた一対の基板と、該一対の基板間に挟持された液晶と、前記液晶を通過する光を補償する光学補償層が表面に形成された支持基板と、前記一対の基板を固定する第1のフックと、前記支持基板を前記一対の基板から離間するとともに前記一対の基板に対して傾くように固定する第2のフックと、を含むケースと、を備えている。
本発明の第3の液晶装置によれば、支持基板は、一対の基板に対向配置されており、その一の表面に光学補償層が形成されている。ここに、本発明に係る「支持基板」とは、専用の支持基板であってもよいし、防塵ガラス、カバーガラス、デフォーカスガラス、放熱ガラス等の機能を兼ねていてもよい。
ケースは、一対の基板を支持基板と共に収容し、支持基板の光学補償層が形成される表面が、例えば液晶のプレティルトに応じた所定角度だけ傾くように収容する。ここに、本発明に係る「ケース」とは、既存の2ピース型のものでよく、その支持基板を保持する部位を左右や上下非対称に形成することによって、支持基板を所定角度だけ傾くように保持することができる。
本発明では特に、支持基板の表面は、傾くように収容されている。よって、この表面を、光学補償層における想定屈折率楕円体の長軸方向と液晶のプレティルトの軸方向が交わるように傾ければ、主に配向膜付近におけるプレティルトが与えられた液晶の配向状態に起因する光の位相差を解消することが可能となる。
支持基板は、一対の基板の両側(即ち、光の入射側及び出射側)に、設けてもよく、その場合、一対の基板の両側に、光学補償層を設けることも可能である。或いは、支持基板における一の表面だけでなく、他の表面にも他の光学補償層を形成してもよい。その場合、支持基板が平板であれば、他の表面は一の表面と同じように傾くことになる。尚、光学補償層と支持基板とは一体形成されてもよい。即ち、光学補償層本体の機械的強度が高ければ、光学補償層から独立した支持基板の存在は不要である。
以上の結果、本発明の第3の液晶装置によれば、液晶を通過する光に生じる位相差を、光学補償層により補償することができる。加えて、光学補償層が液晶装置に一体的に設けられているため、各種電子機器に配置する場合に、別途位相差板等を配置する空間を確保したり、配置作業時間を設けたりする必要がない。
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(但し、その各種態様を含む)を備える。
本発明に係る電子機器によれば、上述した本発明に係る液晶装置を具備してなるので、液晶を通過する光に生じる位相差を補償することができ、高コントラストを実現することが可能である。加えて、液晶装置の厚みを小さくすることができるので小型化に適する。この結果、高品質な画像表示を行うと共に小型化に適した、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。
本発明のプロジェクタは、上記課題を解決するために、上述した本発明の液晶装置(但し、その各種態様を含む)を備える。
本発明に係るプロジェクタは、上述した本発明に係る液晶装置を具備してなるので、液晶を通過する光に生じる位相差を補償することができ、高コントラストを実現することが可能である。加えて、液晶装置の厚みを小さくすることができるので小型化に適する。
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よう。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、以下で参照する各図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材ごとに縮尺を異ならしめてある。
<第1実施形態>
本発明の液晶装置に係る第1実施形態を、図1乃至4を参照して説明する。
先ず、図1及び図2を参照して本実施形態に係る液晶装置の構成について説明する。図1は、本実施形態に係る液晶装置の全体構成を示す平面図であり、図2は、図1のH−H´線断面図である。
図1及び図2において、本実施形態に係る液晶装置1では、本発明に係る「一対の基板」の一例としてのTFTアレイ基板10及び対向基板20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からなり、対向基板20は、例えば、石英基板、ガラス基板等の透明基板からなる。TFTアレイ基板10及び対向基板20間に液晶層50が封入されており、TFTアレイ基板10と対向基板20とは、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。
図1において、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。画像表示領域10aの周辺に位置する周辺領域のうち、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辺に沿ったシール領域の内側に、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10a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10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。
また、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。更に、外部回路接続端子102と、データ線駆動回路101、走査線駆動回路104、上下導通端子106等とを電気的に接続するための引回配線90が形成されている。
図2において、TFTアレイ基板10上には、駆動素子である画素スイッチング用のTFTや走査線、データ線等の配線が作り込まれた積層構造が形成されている。画像表示領域10aには、画素スイッチング用TFTや走査線、データ線等の配線の上層に画素電極9aがマトリクス状に設けられている。画素電極9a上には、配向膜16が形成されている。他方、対向基板20におけるTFTアレイ基板10との対向面上に、遮光膜23が形成されている。遮光膜23上に、ITO等の透明材料からなる対向電極21が複数の画素電極9aと対向してベタ状に形成されている。対向電極21上には配向膜22が形成されている。また、液晶層50は、誘電率異方性が負である液晶分子を含んで構成されている。従って、液晶装置1は、垂直配向(VA)モードで液晶分子の配向が制御される液晶装置である。尚、本発明に係る液晶装置は、誘電率異方性が負である液晶分子を有する液晶装置に限定されるものではなく、例えば、一種又は数種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16及び22間で、所定の配向状態をとる液晶装置であってもよい。
光学補償層201は、対向基板20の表面に配置されている。光学補償層201は、例えば、ポリカーボネイト、ポリビニールアルコール、ポリアリレート、ポリサルフォン、ポリオレフィン等の延伸フィルムからなり、その厚みは、例えば30nmである。尚、光学補償層201は、液晶ポリマー、無機蒸着膜、結晶板等により形成されていてもよい。防塵基板301は、光学補償層201を対向基板20の表面の反対側から密閉している。
尚、ここでは図示しないが、TFTアレイ基板10上には、データ線駆動回路101、走査線駆動回路104の他に、データ線駆動回路101により駆動されることで引回配線90上の画像信号をサンプリングしてデータ線に供給するサンプリング回路、製造途中や出荷時の当該液晶装置の品質、欠陥等を検査するための検査回路、検査用パターン等が形成されていてもよい。
ここで、図3を参照して、液晶のプレティルトと光学補償層201が配置されている対向基板20の表面20aの傾きとの関係について説明を加える。図3は、液晶のプレティルトと光学補償層の傾斜の関係を示す概念図である。尚、以降の図においては、図1及び図2で示した、液晶装置1の詳細な部材については適宜省略し、直接関連のある部材のみを示す。
図3(a)において、液晶層50における液晶分子501は、非駆動時において、配向膜16によりTFTアレイ基板10の面内で所定方位に、該面内から、本発明の「第1角度」の一例としての角度αのプレティルト角を有して配向されている。対向基板20における液晶層50に対向する側と反対側の表面20aは、第1方位に、角度αに応じた所定角度βだけ傾くように形成されている。従って、表面20aに配置されている光学補償層201も所定角度βだけ傾いている。尚、図3(a)では、説明の便宜上、角度αおよび角度βを実際より大きくなるように図示している。
液晶層50を通過する光に生じる位相差を補償するためには、光学補償層201における想定屈折率楕円体2011の長軸方向と液晶分子501のプレティルトの軸方向とが相互になす角は、角度θをなしている。この角度θが90度に近づくように、即ち、想定屈折率楕円体2011の長軸方向とプレティルトの軸方向が直交する側に、表面20aが傾くように形成する。好ましくは角度θが90度になるように表面20aを傾斜させる。
具体的には例えば、光学補償層201が、図3(b)に示すような、棒状の分子構造(例えば、Aプレート)を有する有機化合物2012を含んでなる場合、有機化合物2012の長軸方向と液晶分子501のプレティルトの軸方向とが相互になす角θが90度に近づくように表面20aを傾斜させる。
或いは、光学補償層201が、図3(c)に示すような、円盤状の分子構造(例えば、Cプレート)を有する有機化合物2013を含んでなる場合、有機化合物2013における円盤の中心を通り円盤面に垂直な軸の方向が、液晶分子501のプレティルトの軸方向に沿うように表面20aを傾斜させる。
尚、本願発明者の研究によれば、一般に、円盤状の分子構造を有する有機化合物を含む光学補償層を用いることが望ましいことが判明している。
表面20aの傾斜方向を、液晶装置1上で平面的に見て、TFTアレイ基板10の辺に沿うようにすることによって、例えば、該基板の対角の方位に沿うようにした場合に比べて、図4における距離h、即ち面20aを傾斜させたことによる液晶装置1の厚みの増加分を小さくすることができる。
言い換えれば、配向膜が液晶分子501に与えるプレティルトの第1方位を、画像表示領域10aにおけるデータ線の延在方向に沿う方位、又は走査線の延在方向に沿う方位にすることによって、即ち、TFTアレイ基板10の縦辺又は横辺に沿う方位にすることによって、液晶装置1の厚みの増加を抑制することができる。ここに図4は、本実施形態に係る液晶装置の斜視図である。
以上のように、本実施形態によれば、別途光学補償機能を有する部品又は装置を用いることなく、液晶を通過する光に生じる位相差を補償することができ、且つ、液晶装置の厚みの増加を抑制することにより、小型化に適することが可能となる。
(変形例)
次に、図5を参照しながら対向基板20の変形例を説明する。図5は、図2と同趣旨の、第1実施形態の変形例に係る液晶装置の断面図である。図5において、対向基板20における液晶層50に対向する側と反対側の表面20aの一部のみ、例えば画像表示領域10aに対応する部分のみが、液晶層50におけるプレティルトの軸方向に応じて傾くように形成されている。これにより、液晶装置の厚みをより小さくすることが可能となる。
<第2実施形態>
本発明の液晶装置に係る第2実施形態を、図6を参照して説明する。第2実施形態では、光学補償層が配置されている位置が異なる以外は、第1実施形態と同様である。よって、第2実施形態について、第1実施形態と重複する説明を省略する。図6は、図2と同趣旨の、本実施形態に係る液晶装置の断面図である。
図6において、対向基板20における液晶層50に対向する側の表面20bは、液晶層50におけるプレティルトの軸方向に応じて傾くように形成されている。光学補償層201は、表面20b上に配置されている。光学補償層201の液晶層50に対向する側には、オーバーコート層400が配置されており、該オーバーコート層400における液晶層50に対向する表面は、TFTアレイ基板10における液晶層50に対向する表面に沿うように形成されている。
<第3実施形態>
本発明の液晶装置に係る第3実施形態を、図7及び図8を参照して説明する。第3実施形態では、配向膜により与えられる液晶分子のプレティルトの方向が異なる以外は、第1実施形態と同様である。よって、第3実施形態について、第1実施形態と重複する説明を省略する。図7は、図2と同趣旨の、本実施形態に係る液晶装置の断面図である。図7(a)は、図1におけるH−H´線断面図であり、図7(b)は、I−I´線断面図である。図8(a)は、本実施形態に係る液晶装置の斜視図であり、図8(b)は、光学補償層の傾斜方向と液晶の明視方向との関係を示す概念図である。
本実施形態に係る液晶装置4における配向膜16及び22は、液晶層50の液晶分子に対して、基板に平行な面内において対角の方位に、所定角度立ち上がるプレティルトを与える。このため、液晶装置4において、対向基板20の液晶層50に対向する側と反対側の表面20aは、図8(a)に示すように、対角の方位に、プレティルトに応じた角度だけ傾斜しており、その傾斜方向は矢印201aで示す方向である。このような液晶装置4のH−H´線断面及びI−I´線断面は、夫々、図7(a)及び(b)に示すようになる。尚、図8(a)において、説明の便宜上、防塵基板301を省略している。
VA型液晶の場合、液晶の明視方向Lは、液晶分子のプレティルトの軸方向に沿う方向である。従って、図8(b)に示すように、液晶装置4上で平面的に見て、表面20aの傾斜方向、即ち矢印201aの方向は、明視方向Lに沿った方向になる。
<第4実施形態>
本発明の液晶装置に係る第4実施形態を、図9及び図10を参照して説明する。第4実施形態では、液晶層における液晶分子の配向状態が異なり、それに伴い2層の光学補償層を備えている以外は、第1実施形態と同様である。よって、第4実施形態について、第1実施形態と重複する説明を省略する。図9は、配向膜のラビング方向を示す概念図である。図10は、図2と同趣旨の、本実施形態に係る液晶装置の断面図である。図10(a)は、図1におけるH−H´線断面図であり、図10(b)は、I−I´線断面図である。
本実施形態の液晶装置5の液晶層50における液晶分子は、TN配向されており、プレティルトを与える配向膜16及び22のラビング方向は、夫々、例えば図9に示すように矢印161及び221の方向である。従って、図9に示すように、配向膜16及び22により付与されたプレティルトに起因する光の位相差を夫々補償するために、液晶装置5は、2層の光学補償層201及び202を備えている。
尚、図9において、矢印161及び221の方向は、ラビング方向であるので「方向」として称しているが、基板に平行な面内における「方位」に相当している。即ち、本発明に係る「第1方位」に合わせて、これらのラビング方向を矢印161及び221の「方位」と称してもよい。
図10(a)において、TFTアレイ基板10の表面10bは、配向膜16により与えられるプレティルトに応じて傾くように形成されている。表面10bに配置されている光学補償層202は、配向膜16により付与されたプレティルトに起因する光の位相差を補償する。図10(b)において、対向基板20の表面20aは、配向膜22により与えられるプレティルトに応じて傾くように形成されている。表面20aに配置されている光学補償層201は、配向膜22により付与されたプレティルトに起因する光の位相差を補償する。
防塵基板301は、光学補償層201を対向基板20の表面20aの反対側から密閉し、防塵基板302は、光学補償層202をTFTアレイ基板10の表面10bの反対側から密閉している。
尚、TFTアレイ基板10の表面10b及び対向基板20の表面20aのうち一方のみを配向膜16及び22のうち一方が与えるプレティルトのみに応じて傾斜させてもよい。
<第5実施形態>
本発明の液晶装置に係る第5実施形態を、図11を参照して説明する。第5実施形態では、光学補償層が板状光学部材の一の表面に形成されている以外は、第1実施形態と同様である。よって、第5実施形態について、第1実施形態と重複する説明を省略する。図11は、図2と同趣旨の、本実施形態に係る液晶装置の断面図である。
図11において、板状光学部材601は、TFTアレイ基板10及び対向基板20に対向配置されている。板状光学部材601の一の表面601aには光学補償層202が形成されている。該表面601aは、例えば、配向膜16が与えるプレティルトに応じて所定角度だけ傾くように形成されている。防塵基板303は、光学補償層203を対向基板20の表面の反対側から密閉している。
<第6実施形態>
本発明の液晶装置に係る第6実施形態を、図12を参照して説明する。第6実施形態では、光学補償層が支持基板の一の表面に形成され、該支持基板がケースに収容されている以外は、第1実施形態と同様である。よって、第6実施形態について、第1実施形態と重複する説明を省略する。図12は、図2と同趣旨の、本実施形態に係る液晶装置の断面図である。
図12において、支持基板602は、TFTアレイ基板10及び対向基板20に対向配置されている。支持基板602の一の表面602aには光学補償層204が形成されている。ケース700は、TFTアレイ基板10及び対向基板20を支持基板602と共に収容する。フック701により、TFTアレイ基板10及び対向基板20は、ケース700内に固定され、フック702により、支持基板602は、ケース700内に固定される。
本実施形態によれば、既存の液晶装置であっても、ケースを交換しさえすれば、光学補償層を一体的に設けることが可能となる。
<電子機器>
次に、図13を参照しながら、上述した液晶装置を電子機器の一例であるプロジェクタを適用した場合を説明する。上述した液晶装置は、プロジェクタのライトバルブとして用いられている。図13は、プロジェクタの構成例を示す平面図である。図13に示すように、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および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および1110Gに入射される。
液晶パネル1110R、1110Bおよび1110Gの構成は、上述した液晶装置と同等の構成を有しており、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およびBの光が90度に屈折する一方、Gの光が直進する。したがって、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および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および1110Gには、ダイクロイックミラー1108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13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、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、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。
尚、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液晶装置、並びにこれを備えた電子機器及びプロジェクタもまた、本発明の技術的範囲に含まれるものである。
第1実施形態に係る液晶装置を各構成要素と共に対向基板側から見た平面図である。 図1のH−H´線断面図である。 第1実施形態に係る液晶装置における液晶のプレティルトと光学補償層の傾斜の関係を示す概念図である。 第1実施形態に係る液晶装置の斜視図である。 第1実施形態に係る液晶装置の変形例のH−H´線断面図である。 第2実施形態に係る液晶装置のH−H´線断面図である。 第3実施形態に係る液晶装置の(a)H−H´線断面図、及び(b)I−I´線断面図である。 第3実施形態に係る液晶装置の(a)斜視図、及び(b)光学補償層の傾斜方向と液晶の明視方向との関係を示す概念図である。 第4実施形態に係る液晶装置における配向膜のラビング方向を示す概念図である。 第4実施形態に係る液晶装置の(a)H−H´線断面図、及び(b)I−I´線断面図である。 第5実施形態に係る液晶装置の断面図である。 第6実施形態に係る液晶装置の断面図である。 本実施形態に係る液晶装置を備えたプロジェクタの構成を示す平面図である。
符号の説明
1…液晶装置、9a…画素電極、10…TFTアレイ基板、10a…画像表示領域、16,22…配向膜、20…対向基板、21…対向電極、23…遮光膜、50…液晶層、52…シール材、53…額縁遮光膜、90…引回配線、101…データ線駆動回路、102…外部回路接続端子、104…走査線駆動回路、106…上下導通端子、107…上下導通材

Claims (3)

  1. 配向膜を備えた一対の基板と、
    該一対の基板間に挟持された液晶と、
    前記液晶を通過する光を補償する光学補償層が表面に形成された支持基板と、
    前記一対の基板を固定する第1のフックと、前記支持基板を前記一対の基板から離間するとともに前記一対の基板に対して傾くように固定する第2のフックと、を含むケースと、
    を備えていることを特徴とする液晶装置。
  2. 前記光学補償層は、前記支持基板の前記液晶と反対側の面に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の液晶装置
  3. 請求項1又は2に記載の液晶装置を備えることを特徴とする電子機器。
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