JPH08190081A - カラー液晶表示素子 - Google Patents

カラー液晶表示素子

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JPH08190081A
JPH08190081A JP7018780A JP1878095A JPH08190081A JP H08190081 A JPH08190081 A JP H08190081A JP 7018780 A JP7018780 A JP 7018780A JP 1878095 A JP1878095 A JP 1878095A JP H08190081 A JPH08190081 A JP H08190081A
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liquid crystal
retardation
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retardation plate
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JP7018780A
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Hidehiko Shidara
英彦 設楽
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Casio Computer Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 視野角が広く、明瞭なカラー画像を表示で
き、応答速度が速い液晶表示素子を提供することであ
る。 【構成】 液晶セルのΔn・dを1210nm±50n
mとする。液晶セルと上偏光板23の間に、リタデーシ
ョンが1300nm±30nmと1150nm±30n
mの2枚の2軸性位相差板21、22を配置する。上配
向膜17の配向処理方向と、下配向膜18の配向処理方
向の交差角を250°とし、液晶のツイスト角を250
°とする。下配向膜18の配向処理方向に対し、上偏光
板23の透過軸を50°、下偏光板24の透過軸を45
°、位相差板21の延伸軸を25°、位相差板22の延
伸軸を15°、それぞれ傾けて配置する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、印加電圧を制御する
ことにより液晶の複屈折を制御してカラー画像を表示す
るカラー液晶表示素子に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のカラー液晶表示素子は、カラーフ
ィルタを用いて着色光を得るものであり、光の透過率が
低く、表示が暗いという問題を持っている。このため、
消費電力の大きいバックライトを用いた透過型で用いら
れることがほとんどであり、液晶表示素子が持つ低消費
電力及び軽量薄型という優れた特徴を生かせない。
【0003】また、液晶に電界を印加して液晶素子の配
列を変形して、その際に生じる複屈折性の変化を利用し
てカラー画像を表示する複屈折制御方式のカラー液晶表
示素子が知られている。
【0004】しかし、従来の複屈折制御方式のカラー液
晶表示素子は、その複屈折性による着色効果を利用する
ため、液晶パネルのΔn・dと位相差板のリタデーショ
ンとを大きくしなければ、十分な色変化が得られない。
その結果、視野角が狭くなってしまうという欠点を持っ
ている。また、大きいΔn・dを得るために、液晶パネ
ルのセルギャップdを大きくすると、応答速度が遅くな
ってしまう。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】この発明は上記実状に
鑑みてなされたもので、明るく、大きな色変化が得ら
れ、視野角が広く、且つ、応答速度が速いカラー液晶表
示素子を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の第1の観点に係るカラー液晶表示素子
は、対向して配置された第1と第2の基板と、前記第1
と第2の基板の対向面にそれぞれ形成された第1と第2
の電極と、前記第1の電極と前記第1の基板上に形成さ
れ、第1の配向方向に配向処理が施された第1の配向膜
と、前記第2の電極と前記第2の基板上に形成され、第
2の配向方向に配向処理が施された第2の配向膜と、前
記第1と第2の配向膜の間に封止され、その分子が前記
第1と第2の配向膜の配向処理に従って230°〜27
0°ツイストして配向され、その光学異方性Δnと厚さ
dとの積Δn・dが1160nm〜1330nm(望ま
しくは、1210nm±50nm又は1280nm±5
0nm)、厚さdが6100nm〜6500nmの値を
有する液晶と、前記第1の基板の外側に配置され、その
透過軸を第2の配向処理方向に対し40°〜60°で交
差させて配置された第1の偏光板と、前記第2の基板の
外側に配置され、その透過軸を前記第2の配向処理方向
に対し35°〜55°で交差させて配置された第2の偏
光板と、前記第1の基板と前記第1の偏光板の間に配置
され、その延伸軸を前記第2の配向処理方向に対し15
°〜35°で交差させて配置され、1270nm〜13
80nm(望ましくは、1300nm±30nm又は1
350nm±30nm)のリタデーションを有する2軸
性の第1の位相差板と、前記第1の基板と前記第1の位
相差板の間に配置され、その延伸軸を前記第2の配向処
理方向に対し5°〜25°で交差させて配置され、11
20〜1230nm(望ましくは、1150nm±30
nm又は1200nm±30nm)のリタデーションを
有する2軸性の第2の位相差板と、より構成されること
を特徴とする。
【0007】また、この発明の第2の観点に係るカラー
液晶表示素子は、1270〜1380nm(望ましく
は、1300nm±30nm又は1350nm±30n
m)のリタデーションを有する2軸性の第1の位相差板
と、前記第1の位相差板と積層され、1120〜123
0nm(望ましくは、1150nm±30nm又は12
00nm±30nm)のリタデーションを有する2軸性
の第2の位相差板と、前記第2の位相差板に対向して配
置された基板と、前記第2の位相差板と前記基板の対向
面にそれぞれ形成された第1と第2の電極と、前記第1
の電極と前記第2の位相差板上に形成され、第1の配向
方向に配向処理が施された第1の配向膜と、前記第2の
電極と前記基板上に形成され、第2の配向方向に配向処
理が施された第2の配向膜と、前記第1と第2の配向膜
の間に封止され、その分子が前記第1と第2の配向膜の
配向処理に従って230°〜270°ツイストして配向
され、その光学異方性Δnと厚さdの積Δn・dが11
60nm〜1330nm(望ましくは、1210nm±
50nm又は1280nm±50nm)、厚さdが61
00nm〜6500nmの値を有する液晶と、前記第1
の位相差板の外側に配置され、その透過軸を第2の配向
処理方向に対し40°〜60°で交差させて配置された
第1の偏光板と、前記基板の外側に配置され、その透過
軸を前記第2の配向処理方向に対し35°〜55°で交
差させて配置された第2の偏光板と、を備え、前記第1
の位相差板は、その延伸軸を前記第2の配向処理方向に
対し15°〜35°で交差させて配置され、前記第2の
位相差板は、その延伸軸を前記第2の配向処理方向に対
し5°〜25°で交差させて配置されている、ことを特
徴とする。
【0008】
【作用】この発明の第1及び第2の観点に係る液晶表示
素子によれば、図3及び図4に例示する色度図に示すよ
うに、色純度の高い色を表示できる。また、従来の複屈
折制御方式のカラー液晶表示素子と比較して、位相差板
のリタデーションと液晶パネルのΔn・dとを小さい値
に設定したので、視野角が広くなる。また、厚さ方向に
も位相差を有する光学的に2軸性の位相差板を2枚使用
しているので、光が液晶層を垂直に透過したときと斜め
に透過したときとの位相差が位相差板を透過することに
より補償され、視野角が広くなる。また、液晶層の厚さ
dが6300nm±200nmと小さいため、高速応答
表示が可能となる。
【0009】この発明の第2の観点に係る液晶表示素子
によれば、第2位相差板に直接電極や配向膜を形成し、
基板を1枚のみとしているので、基板の厚さ分だけ液晶
表示素子が小型、軽量化できる。また、部品点数が少な
くなるため構造が簡単な安価な液晶表示素子が実現でき
る。
【0010】
【実施例】以下、この発明の実施例に係る複屈折制御方
式のカラー液晶表示素子を図面を参照して説明する。 (第1実施例)まず、この発明の第1実施例に係る単純
マトリクス駆動方式の反射型カラー液晶表示素子の構成
を図1及び図2を参照して説明する。
【0011】図1はこの実施例のカラー液晶表示素子1
1の構成を示す断面図、図2はカラー液晶表示素子11
の各光学軸の配置を示す平面図である。図1において、
液晶セル12は液晶分子のツイスト角が250°±20
°(望ましくは、±10°)と大きいツイステッドネマ
ティック型セルである。液晶セル12は、第1のガラス
基板13と第2のガラス基板14とが液晶層を封入する
微細間隙(数μm間隔)を隔てて対向配置されて構成さ
れている。第1と第2のガラス基板13、14の対向面
には、ITO(インジウムとスズの酸化物)等の透明導
電材料からなる複数の走査電極15と複数の信号電極1
6とが交差した状態でそれぞれ配設されている。
【0012】配向膜17、18は、第1と第2のガラス
基板13、14と、その内面に配設された走査電極15
及び信号電極16の表面に設けられ、液晶分子の配向方
向を規制するためのものである。配向膜17、18の表
面には、その表面を布でこするラビング法等の配向処理
が施されており、近接する液晶分子の長軸方向をその配
向処理方向に沿わせる。シール材19は、第1と第2の
ガラス基板13、14の間の周辺部に配設され、第1と
第2のガラス基板13と14の間を所定間隔に保持する
とともに、その領域に液晶を封止するものである。
【0013】液晶層20は、カイラル液晶が添加された
ネマティック液晶等から構成され、配向膜17、18の
配向規制力に従って、液晶分子が250°±20°(望
ましくは、±10°)のツイスト角でねじれ配向した状
態となっている。液晶の屈折率異方性Δnは0.193
±0.015に設定され、液晶層20の層厚dは630
0nm±200nmに設定され、光学異方性Δnと層厚
dの積Δn・dは1160nm〜1330nm(望まし
くは、1210nm±50nm又は1280nm±50
nm)に設定されている。
【0014】第1の位相差板21は、その平面上の延伸
軸方向(最大屈折率方向)の屈折率をnx,平面上で延
伸軸に直交する方向の屈折率をny,厚さ方向の屈折率
をnzとした場合に、nx>nz>nyの関係を満た
し、厚み方向にも位相差を有する2軸性の位相差板であ
る。第1の位相差板21は、その屈折率異方性Δn=n
x−nyと厚さdの積Δn・dで表されるリタデーショ
ンが1270nm〜1380nm(望ましくは、130
0nm±30nm又は1350nm±30nm)、Nz
値が0.3〜0.7(望ましくは、0.6±0.1)の
ものである。なお、Nz値は次のように定義される。 Nz=(nx−nz)/(nx−ny)
【0015】第2の位相差板22も2軸性の位相差板で
あり、そのΔn・dが1120nm〜1230nm(望
ましくは、1150nm±30nm又は1200nm±
30nm)、Nz値が0.3〜0.7(望ましくは、
0.6±0.1)のものである。上偏光板23と下偏光
板24は、入射光のうち、吸収軸方向の偏光成分を遮断
(吸収)し、それと直交する偏光成分を透過させるもの
である。
【0016】反射板25は、下偏光板24の下面に設け
られ、上偏光板23から入射し、液晶セル12と下偏光
板24を透過した光を液晶セル12側に反射するもので
ある。
【0017】図2(A)〜(E)は、液晶セル12の配
向処理方向と第1と第2の位相差板21、22の光学軸
と偏光板23、24の透過軸の組み合わせを、各構成要
素毎の平面図で模式的に示した図である。なお、図2
(D)中の一点鎖線Sは表示面の左右方向に沿う基準線
であり、説明の便宜上設けたものである。
【0018】図2(D)に示すように、液晶セル12の
下配向膜18に施された配向処理の方向18aは、基準
線Sに対して35°±10°傾いており、下配向膜18
近傍の液晶分子はこの配向処理方向18aに沿って配列
する。液晶セル12の上配向膜17に施された配向処理
の方向17aは、下配向膜18の配向処理方向18aを
基準として、70°±10°で交差する方向に設定され
ており、上配向膜17近傍の液晶分子はこの配向処理方
向17aに沿って配列する。これにより、液晶分子は、
第2のガラス基板14側から第1のガラス基板13側に
向かって時計回り方向に250°±20°(望ましくは
±10°)ツイストした配向状態となる。
【0019】図2(A)に示すように、上偏光板23の
透過軸23aは、下配向膜18の配向処理方向18aに
対して50°±10°(基準線Sに対して85°±10
°)で交差するように設定されている。図2(B)に示
すように、第1の位相差板21の延伸軸(平面上で屈折
率が最も大きくなる軸)21aは、下配向膜18の配向
処理方向18aに対して25°±10°(基準線Sに対
して10°±10°)で交差するように設定されてい
る。
【0020】図2(C)に示すように、第2の位相差板
22の延伸軸22aは、下配向膜18の配向処理方向1
8aに対して15°±10°(基準線Sに対して50°
±10°)で交差するように設定されている。図2
(E)に示すように、下偏光板24の透過軸24aは、
下配向膜18の配向処理方向18aに対して45°±1
0°(基準線Sに対して80°±10°)で交差するよ
うに設定されている。
【0021】次に、上記構成のカラー液晶表示素子の着
色原理について説明する。図1の上方からカラー液晶表
示素子11に入射する光は、上偏光板23を透過するこ
とにより直線偏光となり、さらに、第1と第2の位相差
板21、22を透過する過程で、第1と第2の位相差板
21、22の延伸軸21a、22aの位置等の光学的配
置条件とリタデーション値に応じた複屈折作用を受けて
波長毎に偏光状態が異なる楕円偏光となる。これらの波
長毎の楕円偏光は、液晶セル12を通る過程で、液晶セ
ル12の光学的配置条件とリタデーション値に応じた複
屈折作用を受けて、さらにその偏光状態が変化する。第
1と第2の位相差板21、22及び液晶セル12による
複屈折作用を受けた偏光状態が各々異なる各波長毎の楕
円偏光が下偏光板24に入射すると、下偏光板24の透
過軸24aに一致する偏光成分の光が下偏光板24を透
過する。
【0022】下偏光板24を透過した光は、反射板25
で反射され、上述した光経路と逆の経路でカラー液晶表
示素子11の上面側に出射し、この出射光の波長毎の分
光強度に応じた表示色が得られる。
【0023】第1と第2の位相差板21、22のリタデ
ーションは、屈折率異方性Δnと厚さdとの積Δn・d
により定まり、液晶セル12のリタデーションは、液晶
分子の配向状態により定まる。従って、液晶セル12に
印加する電圧値を変えて液晶分子の配向状態を変化させ
ることにより、液晶セル12のリタデーションを変化さ
せて、液晶セル12における複屈折作用を変化させ、表
示色の色相及び輝度を変化させることができる。
【0024】このような着色原理により、この実施例の
カラー液晶表示素子では、液晶層20への印加電圧(実
効電圧)の上昇に伴って、表示色が白→黒→青→黄緑→
ピンクと変化し、三彩色と白・黒が表示可能となり、実
用上十分なカラー画像が表示できる。
【0025】この実施例の液晶表示素子によれば、第1
の位相差板のリタデーションを1270〜1380n
m、第2の位相差板のリタデーションを1120〜12
30nm、液晶パネル12のΔn・dを1160nm〜
1330nmという小さい値に設定したので、視野角が
広くなる。また、厚さ方向にも位相差を有する光学的に
2軸性の位相差板21、22を2枚使用しているので、
光が液晶層20を垂直に透過したときと斜めに透過した
ときとの位相差が位相差板21、22を透過することに
より補償され、視野角がより広くなる。また、液晶層2
0の厚さdが6300nm±200nmと、従来のモノ
クロSTN液晶表示素子と同一レベルに小さいため、高
速応答表示が可能となる。
【0026】具体例 第1実施例の具体例として、配向膜17、18の配向処
理方向17a,18a、位相差板21、22の延伸軸2
1a,22a、及び偏光板23、24の透過軸23a,
24aの配置角度を図2(A)〜(E)に示す各角度の
中心角度に設定し、液晶層20のΔnを0.193、厚
さdを6300nmに設定し、液晶セルのΔn・dを1
216nmとし、第1の位相差板21のリタデーション
を1300nm、第2の位相差板のリタデーションを1
150nmとしたカラー液晶表示素子を作成し、走査電
極15と信号電極16に供給する信号を制御して、スタ
ティック駆動した。この場合の印加電圧と表示色の関係
は表1の通りである。また、表示色の色度変化は図3に
示すCIE色度図の通りである。
【0027】
【表1】
【0028】表1及び図3に示すように、この構成によ
れば、表示色の色純度が高く、且つ、白黒と3彩色が表
示できる。
【0029】また、上記実施例について、液晶セルのΔ
n・dを1280nmとし、第1の位相差板21のリタ
デーションを1350nm、第2の位相差板22を12
00nmとしたカラー液晶表示素子を作成し、走査電極
15と信号電極16に供給する信号を制御して、スタテ
ィック駆動した。この場合の印加電圧と表示色の関係は
表2の通りである。また、表示色の色度変化は図4に示
すCIE色度図の通りである。
【0030】
【表2】
【0031】表2及び図4に示すように、この構成によ
れば、表示色の色純度が高く、且つ、白黒と3彩色が表
示できる。
【0032】(第2実施例)図5は、第2実施例のカラ
ー液晶表示素子11の構成を示す断面図である。この実
施例のカラー液晶表示素子11は、基板を1枚とした点
を特徴としている。即ち、この実施例では、第1のガラ
ス基板13を除去し、第2の位相差板22に電極15と
配向膜17を直接形成し、第2の位相差板22と第2の
基板14との間に液晶層20を封入した点を特徴とす
る。この場合、液晶セル12は第2の位相差板22と第
2の基板14とシール材19から構成される。その他の
構成は、第1実施例のカラー液晶表示素子の構成と同一
である。
【0033】一般に、偏光板の厚さは約100μm、位
相差板の厚さは約100μm、ガラス基板の厚さは10
00μm,液晶層の厚さは約10μm、透明電極の厚さ
は1μm以下であり、ガラス基板を1枚除去することに
より、液晶表示素子の厚さを約40%低減することがで
きる。従って、液晶表示素子を、小型化、軽量化でき、
さらに、部品点数を少なくすることにより、構造を簡単
にし、安価に製造可能となる。
【0034】第1実施例及び第2実施例を参照して説明
したように、この発明のカラー液晶表示素子によれば、
液晶の印加電圧を制御して、表示色を制御し、任意のカ
ラー画像を表示できる。また、視野角が大きくなり、さ
らに、高速応答表示が可能となる。
【0035】なお、この発明は上記実施例に限定され
ず、種々の変形及び応用が可能である。例えば、上記実
施例では、単純マトリクス方式のカラー液晶表示素子を
例にこの発明を説明したが、この発明は、例えば、TF
T(薄膜トランジスタ)等をアクティブ素子として用い
たアクティブマトリクス方式のカラー液晶表示素子に適
用してもよい。
【0036】上記実施例では、反射板25を下偏光板2
4側に有する反射型のカラー液晶表示素子について説明
したが、反射板25を上偏光板23側に配置しても同様
の効果を得ることができる。また、上記実施例では、反
射板25を備えた反射型のカラー液晶表示素子について
説明したが、この発明は透過型のカラー液晶表示素子に
も適用可能である。
【0037】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、白黒と色純度の高い三彩色を表示でき、視野角が大
きく、且つ、応答速度の速いカラー液晶表示素子を提供
することができる。また、基板を1枚とすることによ
り、カラー液晶表示素子を小型軽量化することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1実施例に係るカラー液晶表示素
子の断面図である。
【図2】第1実施例に係るカラー液晶表示素子における
液晶分子の配向方向と、偏光板の透過軸の方向と、位相
差板の延伸軸の位置関係を示す平面図である。
【図3】第1実施例に係るカラー液晶表示素子の色度図
の一例を示す図である。
【図4】第1実施例に係るカラー液晶表示素子の色度図
の一例を示す図である。
【図5】この発明の第2実施例に係るカラー液晶表示素
子の断面図である。
【符号の説明】
11・・・カラー液晶表示素子、12・・・液晶セル、13・・
・第1のガラス基板、14・・・第2のガラス基板、15・・
・走査電極、16・・・信号電極、17・・・配向膜、18・・・
配向膜、19・・・シール材、20・・・液晶層、21・・・第
1の位相差板、22・・・第2の位相差板、23・・・上偏光
板、24・・・下偏光板、25・・・反射板

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】対向して配置された第1と第2の基板と、 前記第1と第2の基板の対向面にそれぞれ形成された第
    1と第2の電極と、 前記第1の電極と前記第1の基板上に形成され、第1の
    配向方向に配向処理が施された第1の配向膜と、 前記第2の電極と前記第2の基板上に形成され、第2の
    配向方向に配向処理が施された第2の配向膜と、 前記第1と第2の配向膜の間に封止され、その分子が前
    記第1と第2の配向膜の配向処理に従って230°〜2
    70°ツイストして配向され、その光学異方性Δnと厚
    さdとの積Δn・dが1160nm〜1330nm、厚
    さdが6100nm〜6500nmの値を有する液晶
    と、 前記第1の基板の外側に配置され、その透過軸を第2の
    配向処理方向に対し40°〜60°で交差させて配置さ
    れた第1の偏光板と、 前記第2の基板の外側に配置され、その透過軸を前記第
    2の配向処理方向に対し35°〜55°で交差させて配
    置された第2の偏光板と、 前記第1の基板と前記第1の偏光板の間に配置され、そ
    の延伸軸を前記第2の配向処理方向に対し15°〜35
    °で交差させて配置され、1270〜1380nmのリ
    タデーションを有する2軸性の第1の位相差板と、 前記第1の基板と前記第1の位相差板の間に配置され、
    その延伸軸を前記第2の配向処理方向に対し5°〜25
    °で交差させて配置され、1120〜1230nmのリ
    タデーションを有する2軸性の第2の位相差板と、 より構成されることを特徴とするカラー液晶表示素子。
  2. 【請求項2】1270〜1380nmのリタデーション
    を有する2軸性の第1の位相差板と、 前記第1の位相差板と積層され、1120〜1230n
    mのリタデーションを有する2軸性の第2の位相差板
    と、 前記第2の位相差板に対向して配置された基板と、 前記第2の位相差板と前記基板の対向面にそれぞれ形成
    された第1と第2の電極と、 前記第1の電極と前記第2の位相差板上に形成され、第
    1の配向方向に配向処理が施された第1の配向膜と、 前記第2の電極と前記基板上に形成され、第2の配向方
    向に配向処理が施された第2の配向膜と、 前記第1と第2の配向膜の間に封止され、その分子が前
    記第1と第2の配向膜の配向処理に従って230°〜2
    70°ツイストして配向され、その光学異方性Δnと厚
    さdの積Δn・dが1160nm〜1330nm、厚さ
    dが6100nm〜6500nmの値を有する液晶と、 前記第1の位相差板の外側に配置され、その透過軸を第
    2の配向処理方向に対し40°〜60°で交差させて配
    置された第1の偏光板と、 前記基板の外側に配置され、その透過軸を前記第2の配
    向処理方向に対し35°〜55°で交差させて配置され
    た第2の偏光板と、 を備え、 前記第1の位相差板は、その延伸軸を前記第2の配向処
    理方向に対し15°〜35°で交差させて配置され、 前記第2の位相差板は、その延伸軸を前記第2の配向処
    理方向に対し5°〜25°で交差させて配置されてい
    る、 ことを特徴とするカラー液晶表示素子。
  3. 【請求項3】前記液晶は、Δn・dが1210nm±5
    0nm、 前記第1の位相差板のリタデーションは、1300nm
    ±30nm、 前記第2の位相差板のリタデーションは、1150nm
    ±30nm、 であることを特徴とする請求項1又は2に記載のカラー
    液晶表示素子。
  4. 【請求項4】前記液晶は、Δn・dが1280nm±5
    0nm、 前記第1の位相差板のリタデーションは、1350nm
    ±30nm、 前記第2の位相差板のリタデーションは、1200nm
    ±30nm、 であることを特徴とする請求項1又は2に記載のカラー
    液晶表示素子。
  5. 【請求項5】前記第1と第2の偏光板の内の一方の外側
    に反射板を備え、反射型であることを特徴とする請求項
    1、2、3又は4に記載のカラー液晶表示素子。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5838408A (en) * 1994-10-26 1998-11-17 Seiko Epson Corporation Liquid crystal device and electronic equipment using the same
KR100436703B1 (ko) * 1996-12-17 2004-09-18 삼성에스디아이 주식회사 Ips 모드를 가지는 액정표시소자
KR100486799B1 (ko) * 1997-04-24 2005-06-16 산요덴키가부시키가이샤 반사형액정표시장치

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