JPH08334738A - カラー液晶表示素子とそれを用いた電子機器 - Google Patents

カラー液晶表示素子とそれを用いた電子機器

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JPH08334738A
JPH08334738A JP7161552A JP16155295A JPH08334738A JP H08334738 A JPH08334738 A JP H08334738A JP 7161552 A JP7161552 A JP 7161552A JP 16155295 A JP16155295 A JP 16155295A JP H08334738 A JPH08334738 A JP H08334738A
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color
polarizing plate
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substrate
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JP7161552A
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Hidehiko Shidara
英彦 設楽
Toshiharu Nishino
利晴 西野
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Casio Computer Co Ltd
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Casio Computer Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 使用者が好みに応じて表示色を簡単に変更す
ることができるカラー液晶表示素子を提供することであ
る。 【構成】 カラー液晶表示素子は、液晶セル12と、液
晶セルに封入された液晶20と、液晶セル12を挟んで
配置された偏光板23、24と、反射板25とを備え
る。偏光板24と反射板25はプラスチック基板26に
固定され、フック27の操作により、回動する。偏光板
24を回動することにより、液晶20の印加電圧を変更
することなく、使用者の好みにより、表示色を変更でき
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し、特に、偏光板を回動することに
より、印加電圧を変化させることなく表示色を変更する
ことが可能な液晶表示素子とその応用機器に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の小型電子式計算機、ディジタル腕
時計等の携帯型小型電子機器の表示素子はTN白黒液晶
表示素子を用いて構成されたものがほとんどであり、表
現力が乏しいという問題がある。また、カラーフィルタ
を用いたカラー液晶表示素子では、カラーフィルタの光
透過率が低く、バックライト付きの透過型にしなければ
ならない。このため、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。また、表示
色がカラーフィルタの色により定まり、使用者が任意に
表示色を変更して使用することができないという問題も
ある。
【0003】低消費電力で明るいカラー液晶表示素子と
して、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。しかし、この方式のカラー液晶表示素子で
は、表示できる色が印加電圧に応じて定まり、使用者が
任意に表示色を変更して使用することができないという
問題もある。印加電圧を制御することにより、表示色を
制御することも可能であるが、表示色の変更が大変困難
であり、回路構成等が複雑となる。
【0004】
【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、使用者が表示色を簡単に変更す
ることができるカラー液晶表示素子及びそれを用いた電
子機器を提供することを目的とする。
【0005】
【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、液晶セルと、前記液晶セルに封入された液晶と、前
記液晶セルの少なくとも一面側に配置された偏光板と、
前記偏光板を回動させる回動手段と、を備え、前記液晶
に印加する電圧を変化させて液晶の複屈折性を変化させ
て表示色を制御すると共に前記回動手段により前記偏光
板を回動することにより表示色を変更することが可能な
ことを特徴とする。
【0006】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、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た液
晶と、前記第1の基板の外側に配置された第1の偏光板
と、前記第2の基板の外側に配置された第2の偏光板
と、前記第2の偏光板を回動させる回動手段と、を備
え、前記第1と第2の電極の間に印加する電圧を制御す
ることにより前記液晶の配向状態を変化させて、液晶の
複屈折性を制御することにより表示色を制御すると共に
前記回動手段により偏光板を回動することにより表示色
を変更可能としたことを特徴とする。
【0007】さらに、この発明の第3の観点に係るカラ
ー液晶表示素子は、位相差板と、前記位相差板に対向し
て配置されたガラス基板と、前記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
間に封止された液晶と、前記第1の位相差板の外側に配
置された第1の偏光板と、前記基板の外側に配置された
第2の偏光板と、前記第1と第2の偏光板の少なくとも
一方の偏光板を回動させる回動手段と、を備え、前記第
1と第2の電極の間に印加する電圧を制御することによ
り前記液晶の配向状態を変化させて、液晶の複屈折性を
制御することにより表示色を制御すると共に前記回動手
段により偏光板を回動することにより表示色を変更可能
としたことを特徴とする。
【0008】
【作用】この発明の第1〜第3の観点にかかる液晶表示
素子によれば、液晶に印加する電圧に応じて液晶の配向
が変化して、その複屈折性が変化し、表示色が変化す
る。従って、カラーフィルタを用いずに、印加電圧を制
御することにより、データを任意の色で表示することが
できる。しかも、回動手段による偏光板の回動に応じて
表示色が変化するので、印加電圧を変化させることな
く、使用者が表示色を簡単に変更して使用することがで
きる。
【0009】また、この発明の第3の観点に係る液晶表
示素子によれば、第2の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、構造が簡単で安価な液晶表示素子
が実現できる。
【0010】上記構成の液晶表示素子を使用することに
より、表示色を任意に変更することができる電子機器を
提供できる。
【0011】
【実施例】以下、本発明の実施例に係るカラー液晶表示
素子及びその応用機器を、単純マトリクス駆動方式の反
射型カラー液晶表示素子とそれを用いた腕時計を例に説
明する。
【0012】(第1実施例)図1はこの発明の第1実施
例のカラー液晶表示素子11の構成を示す断面図、図2
は電極構造を示す平面図、図3は図1に示す液晶表示素
子を腕時計内に配置した状態を示す図、図4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。
【0013】図1において、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とがシール材19
を介し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セ
グメント電極15と複数のコモン電極16とが、表示パ
ターンに対応して形成されている。この実施例では、時
刻等の時計情報を表示するために、セグメント電極15
とコモン電極16とは、図2に示すように、「AM」と
「PM」の別及び時刻を表示するように形成されてい
る。
【0014】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セグメント電
極15及びコモン電極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、ラビング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1
3、14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。
【0015】液晶層20は、例えば、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1
7、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。液晶は、例えば、屈折率異
方性Δnが0.175±0.015、層厚dが8800
nm±200nmに設定されている。
【0016】第1の位相差板(位相差フィルム)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n
y,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光
学的に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=nx−nyと厚さdの積Δ
n・dで表されるリタデーションが1270nm〜13
80nm、Nz値が0.3〜0.7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)
【0017】第2の位相差板(位相差フィルム)22も
光学的に2軸性の位相差板であり、そのΔn・dが11
20nm〜1230nm、Nz値が0.3〜0.7のも
のである。
【0018】上偏光板(偏光フィルム)23と下偏光板
(偏光フィルム)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。
【0019】反射板(反射膜)25は、例えば、下偏光
板24の下面にアルミニウム等を蒸着することにより形
成されており、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。下偏光板24と反射板25は他の部材と
は別個にプラスチック基板26に固定されている。プラ
スチック基板26にはフック27が形成されており、フ
ック27の操作により、90°回動可能に形成されてい
る。プラスチック基板26の回動により、下偏光板24
と反射板25も回動する。
【0020】上記構成のカラー液晶表示素子11は、図
3(A)、(B)に示すように、リストバンド32を備
えた腕時計本体(ケース)31内に配置されている。液
晶セル12と第1と第2の位相差板21、22と上偏光
板23は腕時計本体31に固定されている。フック27
は腕時計本体31の側面から突出しており、フック27
を操作することにより、プラスチック基板26と下偏光
板24と反射板25とが回動する。腕時計本体31内に
は、さらに、計時回路、液晶表示素子の駆動回路、電池
などの時計装置部33が配置されている。
【0021】図4(A)〜(F)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4
(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。
【0022】図4(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。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。
【0023】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
ストした超ねじれ配向状態となる。
【0024】図4(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4(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。
【0025】図4(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。
【0026】下偏光板24は、前述のように、フック2
7の操作に応じて90°回動可能に形成されており、下
偏光板24の透過軸24aは、図4(E)に示すように
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°)で交差する位
置と、図4(F)に示すように下配向膜18の配向処理
方向18aに対して45°±10°(基準線Sに対して
10°±10°)で交差する位置との間を回動する。
【0027】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。
【0028】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。
【0029】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、この出射光の分光強度が
ピークを示す波長の表示色が得られる。
【0030】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の
セグメント電極15とコモン電極16の間に印加する電
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。
【0031】また、下偏光板24の配置を回転すること
により、液晶セル12を通過した光のうち、下偏光板2
4の透過軸を透過し、反射板25で反射される光の波長
分布が変化する。このため、上偏光板23から出射する
光の波長分布も下偏光板24の位置に応じて変化する。
従って、表示色が下偏光板24の位置の変化に応じて変
化する。
【0032】下偏光板24を図4(E)に示す位置に配
置し、セグメント電極15とコモン電極16との間に電
圧を印加しスタティック駆動した場合のCIE色度図を
図5(A)に、印加電圧と表示色の関係を図5(B)に
示す。図示するように、表示色は、印加電圧の上昇に伴
って白→黒→青→黄緑→ピンクと変化する。
【0033】また、下偏光板24を図4(F)に示す位
置に配置し、セグメント電極15とコモン電極16との
間に電圧を印加しスタティック駆動した場合のCIE色
度図を図6(A)に、印加電圧と表示色の関係を図6
(B)に示す。図示するように、表示色は、印加電圧の
上昇に伴って黒→白→赤→青→緑と変化する。
【0034】このように、下偏光板24の位置に応じて
印加電圧に対する表示色が異なったものとなる。
【0035】そこで、この実施例の腕時計では、通常時
は、下偏光板24を図4(E)に示すように配置して、
図2(A)に示すように、背景を白で、AM又はPMを
表示するセグメント電極15とコモン電極16との間に
2.15Vを印加して青で、時間と分(10時34分)
を2.0Vを印加して時刻を黒で、時間と分の区切記号
を2.4Vを印加してピンクで、それぞれ表示してい
る。一方、使用者がフック27を操作して、下偏光板2
4を図4(F)に示す位置に回動すると、印加電圧を変
更することなく、図2(B)に示すように、背景が黒
で、AM又はPMの別が赤で、時間と分(10時34
分)が白で、区切記号が緑で、それぞれ、表示される。
【0036】このように、この実施例の腕時計は、使用
者自らがフック27を操作して、好みに応じて、表示色
を変更して時刻等を表示させることができる。しかも、
電圧調整機能を腕時計に持たせる必要が無く、構造が簡
単で、製造も容易である。
【0037】(第2実施例)図7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、第2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にセグメント
電極15と配向膜17を直接形成し、第2の位相差板2
2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、実施例1実施例のカラー液晶表示素子
の構成と同一である。
【0038】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、第2実施例によれば、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。こ
のため、このカラー液晶表示素子を用いることにより電
子機器の小型化・軽量化が促進される。
【0039】なお、この発明は上記第1及び第2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、下偏光板24を回動可能に構成し
たが、上偏光板23を回動可能としてもよい。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。さらに、偏光板2
3又は24の回動角度は90°に限られず、0°〜18
0°の間で任意に変更可能である。また、段階的に位置
を変更できるようにしてもよい。
【0040】偏光板を回動するための手段の構成は任意
であり、所定の回転軸を中心に偏光板を回転させてもよ
く、偏光板をスライドさせながら回転させてもよく、偏
光板の光学軸の配置を実質的に変更できるならば、任意
の構成を採用できる。反射板25を使用する場合には、
下偏光板24を除去することも可能である。この場合、
上偏光板23を回動可能可能とする。
【0041】上記実施例では、表示パターンに対応して
電極を配置するセグメント表示方式のカラー液晶表示素
子を例に本願発明を説明したが、この発明はドットマト
リクスタイプの液晶表示素子にも同様に適用可能であ
る。また、例えば、TFT(薄膜トランジスタ)等をス
イッチング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。位相差板を配
置するか否か、位相差板の枚数などは任意である。さら
に、配向処理方向、偏光板の透過軸、位相差板の光学軸
などの配置は、図4に示す例に限定されず、任意に変形
及び応用が可能である。
【0042】また、応用機器も、腕時計に限らず、小型
電子式計算機等の各種電子機器の表示パネル等に広く利
用可能である。
【0043】
【発明の効果】以上説明したように、この発明の液晶表
示素子によれば、印加電圧を変化させることなく、偏光
板の配置を変更して、表示色を変更することができる。
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の電極構
造及び表示色を説明するための平面図であり、(A)は
下偏光板24を図4(E)に示す位置に配置した場合の
表示、(B)は下偏光板24を図4(F)に示す位置に
配置した場合の表示をそれぞれ示す図である。
【図3】(A)と(B)は、第1実施例に係るカラー液
晶表示素子を内蔵した腕時計の平面図及び断面図であ
る。
【図4】(A)〜(F)は、第1実施例に係るカラー液
晶表示素子における配向膜の配向処理の方向と、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5】(A)と(B)は、下偏光板24を図4(E)
に示す位置に配置した場合のCIE色度図と、印加電圧
と表示色の関係をそれぞれ示す図である。
【図6】(A)と(B)は、下偏光板24を図4(F)
に示す位置に配置した場合のCIE色度図と、印加電圧
と表示色の関係をそれぞれ示す図である。
【図7】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、1
5・・・ セグメント電極、16・・・ コモン電極、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、26・・・プラスチック基板、27・・・フック、3
1・・・腕時計本体(ケース)、32・・・リストバンド、3
3・・・時計回路部

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】液晶セルと、前記液晶セルに封入された液
    晶と、前記液晶セルの少なくとも一面側に配置された偏
    光板と、前記偏光板を回動させる回動手段と、を備え、 前記液晶に印加する電圧を変化させて液晶の複屈折性を
    変化させて表示色を制御すると共に前記回動手段により
    前記偏光板を回動することにより表示色を変更すること
    が可能なカラー液晶表示素子。
  2. 【請求項2】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た液晶と、 前記第1の基板の外側に配置された第1の偏光板と、 前記第2の基板の外側に配置された第2の偏光板と、 前記第1と第2の偏光板の少なくとも一方の偏光板を回
    動させる回動手段と、を備え、 前記第1と第2の電極の間に印加する電圧を制御するこ
    とにより前記液晶の配向状態を変化させて、液晶の複屈
    折性を制御することにより表示色を制御すると共に前記
    回動手段により偏光板を回動することにより表示色を変
    更することが可能なカラー液晶表示素子。
  3. 【請求項3】位相差板と、 前記位相差板に対向して配置されたガラス基板と、 前記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た液晶と、 前記第1の位相差板の外側に配置された第1の偏光板
    と、 前記基板の外側に配置された第2の偏光板と、 前記第1と第2の偏光板の少なくとも一方の偏光板を回
    動させる回動手段と、を備え、 前記第1と第2の電極の間に印加する電圧を制御するこ
    とにより前記液晶の配向状態を変化させて、液晶の複屈
    折性を制御することにより表示色を制御すると共に前記
    回動手段により偏光板を回動することにより表示色を変
    更することが可能なカラー液晶表示素子。
  4. 【請求項4】前記第1と第2の電極は表示パターンに対
    応して配置されており、 前記回動手段による前記偏光板の回動により、所定の表
    示パターン毎に表示色が変化することを特徴とする請求
    項2又は3に記載のカラー液晶表示素子。
  5. 【請求項5】請求項1乃至4のいずれか1つに記載のカ
    ラー液晶表示素子をケース内に表示素子として備えてい
    ることを特徴とする電子機器。
  6. 【請求項6】腕時計を構成することを特徴とする請求項
    5に記載の電子機器。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6639645B2 (en) * 2000-02-23 2003-10-28 Sharp Kabushiki Kaisha Warp resistant liquid crystal display device

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