JP5723673B2 - 反射型液晶表示装置 - Google Patents

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本発明の実施形態は、液晶表示装置に関する。
液晶表示装置等の平面表示装置は、軽量、薄型、低消費電力などの特徴を生かして、OA機器、情報端末、時計、テレビなどの各種分野で利用されている。
液晶表示装置の表示方式には液晶分子の配向による複数のモードがあり、TN(Twisted Nematic)モードや、ネマチック液晶を用いたOCB(Optically Compensated Bend)方式、VAN(Vertically Aligned Nematic)方式、HAN(Hybrid Aligned Nematic)方式、π配列方式、スメクチック液晶を用いた界面安定型強誘電性液晶(SSFLC:Surface-Stabilized Ferroelectric Liquid Crystal)方式、反強誘電性液晶(AFLC:Anti-Ferroelectric Liquid Crystal)方式等も提案されている。
また、液晶表示装置は利用する光源により透過型と反射型とに分類される。透過型の液晶表示装置とは、表示部の背面に配置されたバックライトと呼ばれる照明装置を備える。ユーザは透過型液晶表示装置の表示部を透過した光を視認する。反射型の液晶表示装置とは、液晶層の背面に配置された反射層を備え、入射外光の反射光を光源とする。ユーザは、反射型液晶表示装置の表示部に入射し反射層で反射された光を視認する。
近年では、携帯電話やPDA(personal digital assistant)などの携帯情報端末機器への関心が高まり、透過型に比べて消費電力が小さく、軽薄で携帯性に勝った反射型表示装置の要求が高まっている。
特開2010−96974号公報
反射型液晶表示装置の特性指標の一つは反射率である。特に、カラー表示タイプの反射型液晶表示装置では高い反射率を実現することが要求される。なぜなら、例えば3色(RGB)のサブピクセルで1つの絵素を表示するカラーフィルタ方式を用いた場合、着色層において各波長の光が吸収されてしまい、原理的に表示に利用できる光が約1/3に減少するからである。
この問題を解決する方法の1つとして、3色のサブピクセルに着色層を設けない無色の画素(W画素)を加え、赤色(R)画素、緑色(G)画素、青色(B)画素、無着色(W)画素の4種類のサブピクセルで一絵素の表示を行うカラーフィルタ構成(RGBW−CF)が提案されている。この方式では、例えば4種類のサブピクセルの面積を等しくした場合、光の利用効率を原理的に約1/2に向上させることができ、より高い反射率を実現することが可能となる。
また、カラー表示タイプの反射型液晶表示装置は、色ずれ(混色)を改善することも望まれている。カラー表示タイプの反射型液晶表示装置ではカラーフィルタ層と反射層との間に距離が存在するため、必ずしも入射光と反射光とが同じ着色層を通過するとは限らず、所望の色からずれた色味となり色純度も低下する。
このような色ずれは反射層とカラーフィルタ層との間の距離が大きくなると大きくなる為、反射側基板の背面に反射層を設けた構成、或いは入射光側基板の外側にカラーフィルタ層を設けた構成で特に大きくなる。また、サブピクセル間に遮光エリアを設けることで色ずれを低減させることは可能であるが、その場合は開口率が下がる為、反射率が低下し暗い表示となる可能性があった。
本発明は上記事情を鑑みてなされたものであって、明るく良好な表示品位を有するカラー表示タイプの表示装置を提供することを可能とするものである。
実施形態によれば、
対向して配置された一対の基板と、マトリクス状に配置された複数のサブピクセルを含む表示部と、を備え、前記表示部は、複数の絵素を備え、前記複数の絵素はそれぞれ、無色画素と、赤色画素と、緑色画素と、青色画素とのサブピクセルを備え、第1方向に沿って前記赤色画素、前記緑色画素、前記青色画素の単一色がそれぞれ配置され、前記第1方向と略直交する第2方向に並ぶ前記絵素において、一の絵素が有する前記無色画素と、他の一の絵素が有する前記無色画素とは、前記赤色画素、前記緑色画素、前記青色画素の配列に対して互いに180°異なる位置に配置されている表示装置が提供される。
また、対向して配置された一対の基板と、マトリクス状に配置された複数のサブピクセルを含む表示部と、を備え、前記表示部は、複数の絵素を備え、前記複数の絵素はそれぞれ、無色画素と、赤色画素と、緑色画素と、青色画素とのサブピクセルを備え、前記絵素において、前記赤色画素、前記緑色画素、前記青色画素は、第1方向に沿って配置され、前記無色画素は、前記赤色画素、前記緑色画素、前記青色画素の内中央に位置するサブピクセルに接して、前記第1方向と略直交する第2方向に沿って配置されている表示装置が提供される。
実施形態の液晶表示装置の一構成例を概略的に示す図である。 実施形態の液晶表示装置の断面の一例を示す図である。 実施形態の液晶表示装置のカラーフィルタの一構成例を説明するための図である。 比較例の液晶表示装置のカラーフィルタの一構成例を説明するための図である。 比較例の液晶表示装置のカラーフィルタの一構成例を説明するための図である。
以下、実施形態に係る液晶表示装置ついて、図面を参照して説明する。
図1に本実施形態に係る液晶表示装置の一構成例を概略的に示す。図2には本実施形態の液晶表示装置の断面の一例を示す。本実施形態の液晶表示装置は、アレイ基板100と、アレイ基板100と対向して配置された対向基板200と、アレイ基板100と対向基板200との間に挟持された液晶層LQと、マトリクス状に配置された複数のサブピクセルSPXを含む表示部DYPと、を備えている。
本実施形態に係る液晶表示装置では、複数のサブピクセルSPXは、赤色画素、緑色画素、青色画素、および、無色画素の4種類のサブピクセルを含む。4種類のサブピクセルにより1つの絵素PXが形成される。
アレイ基板100は、透明絶縁性基板であるガラス基板1と、各サブピクセルSPXに配置された画素電極PEと、画素電極PEが配列する行方向(第2方向DY)に沿って延びる複数の走査線Yと、画素電極PEが配列する列方向(第1方向DX)に沿って延びる複数の信号線Xと、走査線Yと信号線Xとの交差する位置近傍に配置された画素スイッチSWと、画素スイッチSWと画素電極PEとの間に配置された絶縁層L1と、走査線駆動回路YDと、信号線駆動回路XDと、拡散反射層102と、を備えている。
画素電極PEは、例えばITO(Indium Tin Oxide)やIZO(Indium Zinc Oxide)等の透明導電性材料により形成されている。
画素スイッチSWは、スイッチング素子として薄膜トランジスタを備えている。薄膜トランジスタは、半導体層(図示せず)として、アモルファスシリコンあるいはポリシリコンを備えている。薄膜トランジスタのゲート電極は対応する走査線Yと電気的に接続されている(あるいは一体に形成されている)。薄膜トランジスタのソース電極は対応する信号線Xと電気的に接続されている(あるいは一体に形成されている)。薄膜トランジスタのドレイン電極は、絶縁層L1に設けられたコンタクトホール(図示せず)において対応する画素電極PEと電気的に接続されている(あるいは一体に形成されている)。
走査線駆動回路YDは、表示部DYPの周囲を囲む額縁領域110に配置されている。走査線駆動回路YDは、複数の走査線Yへ順次駆動信号を印加して、走査線Yと電気的に接続された画素スイッチSWのゲート電極へ駆動信号を供給する。画素スイッチSWのゲート電極へ駆動信号が印加されると、画素スイッチSWのソース電極とドレイン電極との間が導通する。
信号線駆動回路XDは、表示部DYPの周囲を囲む額縁領域110に配置されている。信号線駆動回路XDは、複数の信号線Xへ対応する映像信号を印加する。信号線Xへ印加された映像信号は、ソース電極とドレイン電極とが導通した画素スイッチSWを介して対応する画素電極PEへ供給される。
拡散反射層102は、ガラス基板1の外側(液晶層LQと反対側)の主面上に配置されている。拡散反射層102は、例えば、ガラス基板1と対向する面に凹凸が形成され、ガラス基板1を透過した光を拡散するとともに、ガラス基板1に反射する。
なお、本実施形態では、色ずれ(混色)が生じやすい背面拡散反射層構成を採用している。背面拡散反射層構造は液晶モードの限定が少なく、且つ、比較的安価で容易にカラー表示タイプの液晶表示装置を構成することができる。
上記の他にも、反射板の構成としてはガラス基板1の液晶層LQ側に拡散反射層を配置してもよい。また、拡散反射層ではなく鏡面反射板を採用してもよい。鏡面反射板を採用する場合には、鏡面反射板よりも光が入射する側に配置される少なくとも1つの拡散層を別途設ければよい。
額縁領域110は、対向基板200の端部よりも、表示部DYPから離れる方向に延びている。額縁領域110には、外部信号源と接続される接続部(図示せず)が設けられている。接続部を介して外部信号源から供給される映像信号および制御信号は、信号線駆動回路XD、走査線駆動回路YD、および、共通電極駆動回路と接続部との間を電気的に接続する各種配線により信号線駆動回路XD、走査線駆動回路YDおよび共通電極駆動回路へ供給される。
対向基板200は、透明絶縁性基板であるガラス基板2と、複数の画素電極PEと対向する共通電極CEと、カラーフィルタ層CFと、を備えている。
共通電極CEは、例えばITOやIZO等の透明導電性材料により形成されている。共通電極CEには、図示しない共通電極駆動回路から共通電圧が印加され、画素電極PEと対向電極CEとの電位差により、液晶層LQの液晶分子LQAの配向状態が制御される。
カラーフィルタ層CFは、赤色の主波長の光を透過する赤色カラーフィルタCFRと、緑色の主波長の光を透過する緑色カラーフィルタCFGと、青色の主波長の光を透過する青色カラーフィルタCFBと、無着色部CFWと、を備えている。
赤色カラーフィルタCFRは、赤色の顔料を含む樹脂材料により形成され、赤色画素に配置される。緑色カラーフィルタCFGは、緑色の顔料を含む樹脂材料により形成され、緑色画素に配置される。青色カラーフィルタCFBは、青色の顔料を含む樹脂材料により形成され、青色画素に配置される。無着色部CFWは無色画素に配置される。なお、無着色部CFWは、着色されていない樹脂材料により形成された無着色カラーフィルタであってもよく、カラーフィルタ層CFの開口であってもよい。図2には無着色部CFWとして無着色カラーフィルタを示している。
本実施形態では1つの絵素PXは凸形状である。走査線Yが延びる方向DYにおいて隣り合う絵素PXにおいて、方向DYおよび方向DXに対して対象となるように、4種類のサブピクセルSPXが配置されている。
図3に、カラーフィルタ層CFの一構成例を示す。カラーフィルタCFは凸形状に並んで配置された無着色部CFWと複数色のカラーフィルタCFR、CFG、CFBとを1単位とし、無着色部CFWと複数色のカラーフィルタCFR、CFG、CFBとの単位がさらにマトリクス状に配置されている。
カラーフィルタ層CFは、第1方向DXに沿って複数色のカラーフィルタCFR、CFG、CFBの単一色が配置され、方向DYに並ぶ無着色部CFWと複数色のカラーフィルタCFR、CFG、CFBとの単位において、無着色部CFWと複数色のカラーフィルタCFR、CFG、CFBとのそれぞれは互いに180°回転した位置に配置されている。
なお、図3では、各絵素PXの外形を説明のために太線で囲んでいるが、各絵素PX内のカラーフィルタ間と絵素PX間との間隔は略等しく、説明のために記載したものであってカラーフィルタCFの構成を特定するものではない。図4および図5についても同様である。
赤色カラーフィルタCFRと青色カラーフィルタCFBとは、それぞれ信号線Xが延びる方向DXに並ぶ画素電極PEと対向するように、方向DXに延びて配置されている。緑色カラーフィルタCFGと無着色部CFWとは、信号線Xが延びる方向DXに並ぶ画素電極PEと対向するように交互に配置されている。緑色カラーフィルタCFGと無着色部CFWとは、それぞれが画素電極PEと対向している。
アレイ基板100の画素電極PE上と、対向基板200の共通電極CE上には互いに対向する一対の垂直配向膜(図示せず)が配置されている。
アレイ基板100と対向基板200とは、表示部DYPを囲むように配置されたシール剤SLにより、所定の間隙をおいて固定されている。
液晶層LQは、2色性の黒色色素LQBとカイラル材料が添加された液晶材料からなる。本実施形態では、ツイスト型GH(Guest-Host)液晶モードの液晶表示装置を採用している。GH液晶モードの液晶表示装置は、偏光板が不要であるため、拡散反射層102から反射される光の高い反射率を実現することが可能である。
上記の液晶表示装置を製造方法について説明する。
まず、成膜とパターニングとを繰り返してガラス基板1上にスイッチング素子、信号線X、走査線Y、絶縁層L1、画素電極PE、および、アレイ基板100の各種配線を形成する。その後、ガラス基板1の背面(液晶層LQからより離れた方の主面)に拡散反射層102を形成する。
対向基板200のガラス基板2上には、赤色の顔料を分散させた紫外線硬化型アクリル樹脂レジストをスピンナーにて全面塗布し、赤色カラーフィルタCFR部分に光が照射されるようなフォトマスクを介して光照射および現像し、赤色カラーフィルタCFRを形成する。
緑色の顔料を分散させた紫外線硬化型アクリル樹脂レジストをスピンナーにて全面塗布し、緑色カラーフィルタCFG部分に光が照射されるようなフォトマスクを介して光照射および現像し、緑色カラーフィルタCFGを形成する。
青色の顔料を分散させた紫外線硬化型アクリル樹脂レジストをスピンナーにて全面塗布し、青色カラーフィルタCFB部分に光が照射されるようなフォトマスクを介して光照射および現像し、青色カラーフィルタCFBを形成する。
また、顔料を含まない紫外線硬化型アクリル樹脂レジストをスピンナーにて全面塗布し、無着色カラーフィルタ部分に光が照射されるようなフォトマスクを介して光照射および現像し、無着色カラーフィルタを形成する。なお、無着色部CFWがカラーフィルタ層CFの開口である場合には、この工程は省略される。
上記のように形成したカラーフィルタ層CF上に、電極材料を成膜して共通電極CEを形成する。
その後、ガラス基板1およびガラス基板2の上層に垂直配向膜を塗布してアレイ基板100と対向基板200とを形成する。続いて、電気的な信頼性を有するシール剤SLを用いて、上記のように形成したアレイ基板100と対向基板200とを、例えばスペーサを配置することにより一定の間隔を保持して貼り合せる。
続いて、シール剤SLの一部を開口して形成された注入口から、アレイ基板100と対向基板200との間の空間へ、2色性の黒色色素11とカイラル材料が添加された液晶材料を充填して液晶層LQを形成した。その後、注入口を紫外線硬化樹脂で封止して液晶表示装置を作製した。
次に、第1比較例の液晶表示装置につて説明する。なお、以下の説明において上記実施形態の液晶表示装置と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
第1比較例の液晶表示装置では、1つの絵素PXは、2行2列のマトリクス状に配置された4種類のサブピクセルを備えている。本比較例の液晶表示装置は、カラーフィルタ層CFの構成が上記実施形態の液晶表示装置と異なっている。
図4に、第1比較例の液晶表示装置のカラーフィルタ層CFの一構成例を示す。カラーフィルタCFは2行2列に配列する無着色部CFWと複数色のカラーフィルタCFR、CFG、CFBとを1単位とし、無着色部CFWと複数色のカラーフィルタCFR、CFG、CFBとの単位がさらにマトリクス状に配置されている。
本比較例に係る液晶表示装置では、赤色カラーフィルタCFRと無着色部CFWとが、信号線Xが延びる方向DXに並ぶ画素電極PEと交互に対向するように配置され、緑色カラーフィルタCFGと青色カラーフィルタCFBとが、信号線Xが延びる方向DXに並ぶ画素電極PEと交互に対向するように配置されている。
また、赤色カラーフィルタCFRと緑色カラーフィルタCFGとが、走査線Yが延びる方向DYに並ぶ画素電極PEと交互に対向するように配置され、無着色部CFWと青色カラーフィルタCFBとが、走査線Yが延びる方向DYに並ぶ画素電極PEと交互に対向するように配置されている。上記の構成以外は上述の実施形態の液晶表示装置と同様である。
上述の実施形態の液晶表示装置と、第1比較例の液晶表示装置との表示特性を評価したところ、第1比較例の液晶表示装置は実施形態の液晶表示装置と比べて、色純度が低く、くすんだ表示特性となった。
これは、実施形態の液晶表示装置では、方向DXにおいて、異なる色のカラーフィルタが並んでいないため、色ずれが発生することが抑制されるためである。例えば携帯情報端末機器では走査線Yに垂直な方向DXに視認角度を調節することが主であるため、方向DXにおける色ずれの発生を回避することにより、効果的に表示品位の劣化を回避することが可能となる。
次に、第2比較例の液晶表示装置につて説明する。第2比較例の液晶表示装置では、1つの絵素PXは、走査線Yが延びる方向に並んで配置された4種類のサブピクセルを備えている。本比較例の液晶表示装置は、カラーフィルタ層CFの構成が上記実施形態の液晶表示装置と異なっている。
図5に、第2比較例の液晶表示装置のカラーフィルタ層CFの一構成例を示す。本比較例に係る液晶表示装置では、赤色カラーフィルタCFR、緑色カラーフィルタCFG、青色カラーフィルタCFB、および、無着色部CFWは、それぞれ信号線Xが延びる方向DXに並ぶ画素電極PEの列と対向するように延びている。また、赤色カラーフィルタCFR、緑色カラーフィルタCFG、青色カラーフィルタCFB、および、無着色部CFWが、走査線Yが延びる方向DXに並ぶ画素電極PEと対向するようにストライプ状に並んで配置されている。上記の構成以外は上述の実施形態の液晶表示装置と同様である。
上述の実施形態の液晶表示装置と、第2比較例の液晶表示装置との表示特性を評価したところ、第2比較例の液晶表示装置では色純度は実施形態の液晶表示装置と同等であるが、反射率が低く暗い表示特性を示した。
これは、上述の実施形態の液晶表示装置では、第2比較例の液晶表示装置と比較して配線領域を少なくすることができるため、反射率が向上したことによるものである。
上記のように、本実施形態によれば、第1比較例の液晶表示装置に比べて色純度が向上し、且つ、第2比較例の液晶表示装置に比べて明るい表示特性を有する液晶表示装置を提供することが可能である。
すなわち、本実施形態によれば、明るく良好な表示品位を有するカラー表示タイプの反射型液晶表示装置を提供することができる。
なお、無色画素は、最も視感度が高く明るい緑色画素と隣接させるのが望ましい。これにより、カラータイプの反射型液晶表示装置においてより明るく鮮やかな表示を得ることが可能である。
また、上述の実施形態では、効果が大きい表示モードであるツイスト型GH液晶モードを採用したが、液晶モードはツイスト型GH液晶モードに限定されない。
また、上述の実施形態では、ガラス基板2の液晶層LQ側の主面にカラーフィルタ層CFを配置していたが、カラーフィルタ層CFはガラス基板2の外側(液晶層LQと反対側)の主面に配置されてもよい。その場合、カラーフィルタ層CFと反射層102との距離がより大きくなるため、色ずれが発生しやすくなるが、本実施形態を適用することにより効果的に色純度を向上させることができる。したがって、この場合でも上述の実施形態の液晶表示装置と同様の効果を得ることができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
LQ…液晶層、SPX…サブピクセル、DYP…表示部、PE…画素電極、Y…走査線、X…信号線、SW…画素スイッチ、CE…共通電極、CF…カラーフィルタ層、CFR…赤色カラーフィルタ、CFG…緑色カラーフィルタ、CFB…青色カラーフィルタ、CFW…無着色部、DX…方向(第1方向)、DY…方向(第2方向)、SL…シール剤、100…アレイ基板、102…拡散反射層。

Claims (6)

  1. 対向して配置された一対の基板と、
    マトリクス状に配置された複数のサブピクセルを含む表示部と、
    反射層と、
    前記反射層から離間し、赤色カラーフィルタ、緑色カラーフィルタ、青色カラーフィルタを備えたカラーフィルタ層と、を備え、
    前記表示部は、複数の絵素を備え、
    前記複数の絵素はそれぞれ、無色画素と、前記赤色カラーフィルタを備えた赤色画素と、前記緑色カラーフィルタを備えた緑色画素と、前記青色カラーフィルタを備えた青色画素とのサブピクセルを備え、
    第1方向に沿って前記赤色画素、前記緑色画素、前記青色画素の単一色がそれぞれ配置され、
    前記第1方向と略直交する第2方向に並ぶ前記絵素において、一の絵素が有する前記無色画素と、他の一の絵素が有する前記無色画素とは、前記赤色画素、前記緑色画素、前記青色画素の配列に対して互いに180°異なる位置に配置されている反射型液晶表示装置。
  2. 対向して配置された一対の基板と、
    マトリクス状に配置された複数のサブピクセルを含む表示部と、
    反射層と、
    前記反射層から離間し、赤色カラーフィルタ、緑色カラーフィルタ、青色カラーフィルタを備えたカラーフィルタ層と、を備え、
    前記表示部は、複数の絵素を備え、
    前記複数の絵素はそれぞれ、無色画素と、前記赤色カラーフィルタを備えた赤色画素と、前記緑色カラーフィルタを備えた緑色画素と、前記青色カラーフィルタを備えた青色画素とのサブピクセルを備え、
    前記絵素において、前記赤色画素、前記緑色画素、前記青色画素は、第1方向に沿って配置され、前記無色画素は、前記赤色画素、前記緑色画素、前記青色画素の内中央に位置するサブピクセルに接して、前記第1方向と略直交する第2方向に沿って配置され、前記第2方向に沿って前記赤色画素、前記緑色画素、前記青色画素の単一色がそれぞれ配置されている反射型液晶表示装置。
  3. 前記反射層は、前記一対の基板の一方の外側設けられている、請求項1又は請求項2記載の反射型液晶表示装置。
  4. 前記第方向に沿って、前記緑色画素と前記無色画素とが交互に並んで配置されている、請求項記載の反射型液晶表示装置。
  5. 前記表示部は、2色性の黒色色素とカイラル材料とが添加された液晶材料からなる液晶層を有する、請求項3に記載の反射型液晶表示装置。
  6. 前記第2方向に沿って、前記緑色画素と前記無色画素とが交互に並んで配置されている、請求項2記載の反射型液晶表示装置。
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