JPH10268315A - 反射型液晶表示パネル及びそれを用いた投写型液晶表示装置 - Google Patents

反射型液晶表示パネル及びそれを用いた投写型液晶表示装置

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JPH10268315A
JPH10268315A JP9088911A JP8891197A JPH10268315A JP H10268315 A JPH10268315 A JP H10268315A JP 9088911 A JP9088911 A JP 9088911A JP 8891197 A JP8891197 A JP 8891197A JP H10268315 A JPH10268315 A JP H10268315A
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JP
Japan
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crystal display
display panel
substrate
light
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JP9088911A
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Takaaki Tanaka
孝昭 田中
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Seiko Epson Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 コントラスト比を向上できる反射型液晶表示
パネルを提供すること。 【解決手段】 アクティブマトリクス基板10と対向基
板100との間に、誘電異方性が負となる液晶分子から
成る液晶層200を有する。アクティブマトリクス基板
10には、各々の画素毎に、光反射性画素電極46とそ
れに接続されたTFT24とが形成される。アクティブ
マトリクス基板10が液晶と接する面には、液晶分子を
該アクティブマトリクス基板10に対して垂直に立たせ
る、ラビング処理されない第1の配向膜50が形成され
る。対向基板100には、各々の画素電極46と対向す
る透明電極106が形成される。対向基板100が液晶
と接する面には、液晶分子を該対向基板100に対して
垂直に立たせる配向膜を、液晶分子が所定のプレチルト
角を有するようにラビング処理して成る第2の配向膜1
08が形成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、液晶分子の複屈折
を印加される電界により制御する電界制御複屈折(EC
B:Electorically Controlle
d Birefringence)効果を利用した反射
型液晶表示パネルおよびそれを用いた投写型液晶表示装
置に関する。
【0002】
【背景技術及び発明が解決しようとする課題】液晶表示
パネルとして、透過型と反射型とが知られている。本発
明者は透過型液晶表示パネルを用いた時と比較して、反
射型液晶表示パネルを用いた時には、表示画面上のコン
トラスト比が低下する事実に着目した。透過型液晶表示
パネルと反射型液晶表示パネルとの構造上の差異は、ア
クティブマトリクス基板側に形成される画素電極が、透
明電極であるか光反射性電極であるかの相違にすぎな
い。
【0003】表示動作上の相違としては、透過型液晶表
示パネルでは、液晶層を1回だけ光が通過するのに対し
て、反射型液晶表示パネルでは、入射時と反射時とで液
晶層を2回通過する点が相違している。
【0004】ここで、液晶にしきい値以上の電圧を印加
すると、その電界方向と直交する方向に液晶分子が傾く
が、その傾きの方向付けをするために、2枚の基板が液
晶と接する各面に形成した配向膜をラビング処理してい
る。このラビング処理により、無電界状態にて液晶分子
は基板に対してプレチルト角を持つ。本発明者は、この
プレチルト角を持つ液晶分子から成る液晶層を1回通過
するか2回通過するかの動作上の相違により、反射型液
晶表示パネルではコントラスト比が低下することを見い
だした。
【0005】そこで、本発明の目的は、反射型液晶表示
パネルでのコントラスト比を向上させることにある。
【0006】本発明の他の目的は、反射型液晶表示パネ
ルをライトバルブとして用いながらも、スクリーンに投
影される画像のコントラスト比を向上することができる
投写型液晶表示装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明に係る反
射型液晶表示パネルは、各々の画素毎に、光反射性画素
電極とそれに接続されたスイッチング素子とが形成され
たアクティブマトリクス基板と、各々の前記画素電極と
対向する透明電極が形成された透明な対向基板と、前記
アクティブマトリクス基板と前記対向基板との間に封入
された誘電異方性が負となる液晶と、前記液晶の分子を
前記アクティブマトリクス基板に対して垂直に立たせ
る、ラビング処理されない第1の配向膜と、前記液晶の
分子を前記対向基板に対して垂直に立たせる配向膜を、
前記液晶分子が所定のプレチルト角を有するようにラビ
ング処理して成る第2の配向膜と、を有することを特徴
とする。
【0008】請求項1の発明によれば、アクティブマト
リクス基板側の第1の配向膜はラビング処理されていな
いので、そのアクティブマトリクス基板側の液晶分子
は、液晶のしきい値未満の電界が印加された状態では、
該基板に対してその長軸が垂直となるように配列され
る。対向基板側の第2の配向膜のみがラビング処理され
ているので、その対向基板側の液晶分子は、液晶のしき
い値未満の電界が印加された状態では、該基板に対して
その長軸が所定のプレチルト角を持つように傾斜して配
列される。
【0009】ここで、基板に対して垂直に入射する光
は、プレチルト角を持つ液晶分子のみにより複屈折効果
が生じ、垂直状態の液晶分子によっては複屈折効果は生
じない。
【0010】本発明では、対向基板側の液晶分子のみが
プレチルト角を持つので、セルギャップ方向にて縦列に
配列された液晶分子の平均傾斜角度は小さくなり、液晶
のしきい値未満の電界が印加された状態での複屈折効果
の影響も少なく、光が液晶層を2回通過しても、トータ
ルの複屈折効果を少なくできる。このため、液晶のしき
い値未満の電界が印加された例えばオフ駆動時に、複屈
折効果に起因した光漏れを低減でき、オン、オフ時の明
暗の差が大きくなってコントラスト比を大きくできる。
【0011】さらに、アクティブマトリクス基板側の第
1の配向膜はラビング処理されないので、画素電極上で
の反射時に光散乱が少なくなり、これによってもコント
ラスト比の向上が期待できる。
【0012】また、アクティブマトリクス基板側の第1
の配向膜がラビング処理されないと、ラビング処理時に
発生する静電気に起因した素子の静電破壊をも防止でき
る。
【0013】請求項2の発明は、請求項1において、前
記対向基板側の前記液晶分子のプレチルト角は、前記対
向基板に対して85゜以上であることを特徴とする。
【0014】プレチルト角を持つ液晶分子によって生ず
るオフ時の複屈折効果は、プレチルト角が90゜に近ず
くほど少なく、コントラスト比を高くできるからであ
る。
【0015】請求項3の発明は、請求項1又は2に記載
の反射型液晶表示パネルを、ライドバルブとして用いた
投写型液晶表示装置を定義している。本発明の液晶表示
パネルは、投写型液晶表示装置以外の他の液晶表示装置
にも使用できるが、反射型液晶表示パネルへの入射光と
して、自然光でなく光源光を用いることができる投写型
液晶表示装置とすると、より鮮明でかつコントラスト比
の高い画像を表示できる。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。図1は、液晶表示パネル
の断面図であり、図2はアクティブマトリクス基板10
の概略平面図である。この液晶表示パネルは、図1に示
すように、アクティブマトリクス基板10と対向基板1
00との間に、液晶を封入して構成される液晶層200
を有している。
【0017】アクティブマトリクス基板10は、図2に
示すように、透明な例えばガラス基板12上に、駆動回
路領域14A,14Bと、液晶表示領域16とを有す
る。液晶表示領域16は、複数の走査信号線20と、こ
れと直交する複数のデータ信号線22とを有する。これ
らの線20,22が交差する各交点付近には、薄膜半導
体(TFT)スイッチ24がそれぞれ形成される。この
TFTスイッチ24のゲートが走査信号線20に接続さ
れ、ソースがデータ信号線22に接続され、ドレインが
後述する画素電極46に接続される。なお、この画素電
極46と、対向基板100に形成された共通電極106
との間に、液晶層200が配置され、画素電極46と共
通電極106との差電圧が各画素の液晶層200に印加
される。
【0018】このアクティブマトリクス基板10上に
は、低温ポリシリコン形成方法を利用して、チャネル層
がポリシリコンのTFTスイッチ24が形成されてい
る。図1に示すように、ガラス基板12上にはSiO2
膜30が形成されている。このSiO2膜30上に形成
されたアモルファスシリコン層にレーザ光を照射して、
SiO2膜30上にポリシリコン層が形成される。その
後のフォトリソグラフィ工程の実施により、図1に示す
アイランド状のポリシリコン層32が形成される。その
上にゲート酸化膜34、ゲート36が形成され、このゲ
ート36を用いたセルフアラインにてポリシリコン層3
2に不純物を導入することで、ソース32A、ドレイン
32Bが形成される。さらに、第1層間絶縁膜38の形
成後、配線層40,42を形成する。そして、第2層間
絶縁膜44を形成した後に、画素電極46を形成する。
ここで、図2に示すTFTスイッチ24は、ソース32
A,ドレイン32B、その間のチャネル層32C、ゲー
ト絶縁膜34およびゲート36にて構成される。また、
図2に示す走査信号線20は、図1の配線層40を一方
向に延在形成することで形成され、図2に示すデータ信
号線22は、図1のゲート36を配線層40の延在方向
と直交する方向に延在させることで形成される。
【0019】なお、本実施の形態では、反射型の液晶表
示パネルを構成するために、画素電極46は例えばAl
にて代表される金属などの光反射性の材料にて形成され
る。
【0020】このアクティブマトリクス基板10の表面
には、液晶分子を垂直に配向させる垂直配向膜(第1の
配向膜)50が形成される。そして、この垂直配向膜5
0はラビング処理されない。
【0021】なお、本実施例では、ガラス基板上にTF
Tなどを形成したが、基板はガラス基板に限られるもの
ではなく、例えばシリコン基板を用いることも可能であ
る。
【0022】次に対向基板100について説明すると、
図1に示すように、ガラス基板101の下面に、例えば
ITOから成る透明電極(共通電極)106が形成され
ている。この共通電極106上に、上述した垂直配向層
50と同じ材料から成る垂直配向層(第2の配向膜)1
08が形成され、この垂直配向層108は液晶分子にプ
レチルト角を与えるためにラビング処理されている。
【0023】次に、図3,図4を参照して、液晶層20
0について説明する。図3、図4は共に液晶層200の
縦断面を模式的に示したもので、図3は液晶層200に
印加される電界E=0のとき(例えばオフ状態で表示上
は黒となるとき)の液晶分子202の配列を示してい
る。図4は電界E>Vthのとき(例えばオン状態で表
示上は白となるとき)の液晶分子202の配列を示して
いる。
【0024】図3に示すように、オフ状態にあっては、
対向基板100側の液晶分子202は、上述したラビン
グ処理により、該対向基板100に対する初期の傾斜角
度θpがプレチルト角として設定される。このプレチル
ト角θpは、85゜以上、好ましくは89゜以上であ
る。このプレチルト角θpは、液晶層200の両端に電
圧を印加した際に液晶分子202が倒れる方向の方向付
けをするためのものである。このプレチルト角θpは、
後述する理由により90゜に近いほど好ましい。
【0025】図3に示すように、オフ状態にあっては、
アクティブマトリクス基板10側の液晶分子202は、
該基板10に対して垂直に立った状態となっている。
【0026】このオフ状態にあっては、液晶層200に
入射された光は、原理的には偏光方向がねじれることな
く、画素電極46に到達する。さらに、画素電極46に
て反射された反射光は、再度液晶層200を通って出射
されるが、このときにも原理的には偏光方向がねじれる
ことなく出射される。この偏光状態が変わらない出射光
は、例えば後述する偏光ビームスプリッタによりスクリ
ーンに導かれることが無く、表示画面上では黒となる。
【0027】図4に示すように、液晶層200の両端に
液晶のしきい値電圧Vth以上の電圧が印加されると、
基板10,100に対して垂直状態であった液晶分子2
02が倒されることになる。そして、液晶層200に入
射される入射光の偏光方向が例えば45゜ねじられる。
さらにその入射光が画素電極46にて反射され、その反
射光が再度液晶層200を通過するときに、反射光の偏
光方向がさらに45゜ねじられる。結果として、偏光方
向が90゜ねじられた光が出射され、これが後述する偏
光ビームスプリッタによりスクリーンに導かれて、表示
画面上では白となる。
【0028】次に、上述の表示原理を、液晶分子202
の複屈折を印加される電界により制御する電界制御複屈
折(ECB)効果に基づき説明すると共に、上述の構造
の反射型液晶表示パネルにてコントラストが向上する理
由について説明する。
【0029】液晶分子202の長軸に対して直角方向に
振動する光は常光線と呼ばれ、常光線に対する屈折率を
noと表される。一方、液晶分子202の長軸に対して
平行に振動する光は異常光線と呼ばれ、異常光線に対す
る屈折率をneと表される。
【0030】屈折率異方性(または複屈折)Δnは、n
eとnoとの差で表される。ここで、液晶分子202の
長軸方向に沿って入射した光は、常光線に相当する屈折
特性を示し、複屈折は生じない。液晶層200にしきい
値Vth以上の電圧を印加すると、その電界方向と直角
の方向に液晶分子202が傾き、複屈折が生ずる。すな
わち、常光線に対する屈折率noと異常光線に対する屈
折率neが相違するため、入射光線はそれぞれ常光線と
異常光線とに分かれて液晶層202を進行することにな
る。
【0031】本実施の形態では、屈折率異方性Δn=n
e−noが正となる液晶を使用している。また、液晶分
子202の長軸方向の誘電率はεeと表され、その長軸
方向と直交する方向の誘電率はεoと表され、誘電率異
方性Δεは、Δε=εe−εoとして表される。本実施
の形態では、誘電率異方性Δεが負となる液晶を用いて
いる。
【0032】ここで、図5に示すように、液晶分子20
2が基板放線Lに対して角度θで倒れた場合であって、
この場合に偏光方向が90゜ずれる条件を求める。
【0033】図6は、図5に示すオン、オフ状態の液晶
分子を一方の基板に投影した状態を拡大して示す投影図
である。
【0034】図6において、X方向,Y方向に振動する
光に対する液晶分子202の屈折率を、それぞれnx,
nyとすると、 nx=no−ne(ただし、nxは液晶への印加電圧に
よって変わる図5の角度θに依存して変化する) ny=no となる。
【0035】また、入射光の波長をλoとし、X方向,
Y方向に振動する光の波長をλx,λyとすると、 λx=λo/nx λy=λo/ny となる。
【0036】図5の角度θを用いると、 nx−ny=(ne−no)sinθ と表される。ここで、x方向に振動する光と、y方向に
振動する光の位相差がπ(=180゜)の整数倍となっ
て、入射光の偏光方向を90°回転するためには、基板
10,100間のセルギャップをdとすると、 位相差=(nx−ny)d=(m+1/2)λo ただし、m=0,1,2…となる。よって、上記式を満
足するように、液晶材料、セルギャップなどを選択すれ
ば、液晶のオン、オフ駆動が可能となる。
【0037】図7は、この液晶表示パネルを反射型ライ
トバルブとして用い、投写光強度を測定する装置の概略
説明図である。なお、図7において、偏光面が直交する
関係にある光をそれぞれP波、S波としている。
【0038】光源300から出射されたある偏光面を持
つP波は、偏光ビームスプリッタ302を直進して反射
型液晶表示パネル304に入射される。このパネル30
4のある画素がオフ状態のときには、複屈折が生じない
ため、P波の偏光面は回転されず、その偏光面を保った
ままの反射光がパネル304より出射される。このP波
の反射光は偏光ビームスプリッタ302を再度直進する
ため、投影レンズ306を介して光検出器308に向か
うことはない。従って、後述するプレチルト角θpに基
づく光漏れを除いて、光検出器308にて投写光強度は
検出されることなない。
【0039】一方、パネル304のある画素がオン状態
のときには、P波が液晶層200を2回通過する際に、
それぞれ複屈折効果を生じて、その偏光面は90°回転
される。したがって、P波の偏光面が90°回転された
S波が、パネル304より出射される。このS波の反射
光は偏光ビームスプリッタ302にて屈曲され、投影レ
ンズ306を介して光検出器308に向かうことにな
る。従って、光検出器308にて投写光強度が検出され
ることになる。
【0040】次に、オフ状態にて光検出器308にて検
出される光強度について説明する。
【0041】図3に示すオフ状態にあっては、対向基板
10側の液晶分子202がプレチルト角だけ傾いてい
る。従って、このプレチルト角を持つ液晶分子202で
の複屈折によって、P波の偏光面はわずかに回転される
ことになる。反射型液晶表示パネル304の場合、光は
液晶層200を2回通過するため、入射時と反射時にそ
れぞれ、プレチルト角を持つ液晶分子202によりP波
の偏光面が回転されることになる。これにより、わずか
であるがパネル304よりS波の成分が出射され、それ
が偏光ビームスプリッタ302、投影レンズ306を介
して光検出器30に入射されることになる。
【0042】ところで、本発明のようにアクティブマト
リクス基板10の配向膜50をラビング処理せずに、そ
の付近の液晶分子202を垂直状態としておくと、アク
ティブマトリクス基板10側の液晶分子202はプレチ
ルト角θpをもたず、ここでの偏光面の回転(位相差)
は生じない。従って、オフ時に光検出器308にて検出
される光強度は、基板10,100側の配向層50,1
08を共にラビング処理したものと比較して、小さくす
ることができる。
【0043】これにより、オフ時とオン時の明暗の差が
大きくなり、コントラストを大きくとることができる。
【0044】ここで、図4の角度θの補角をθ’とする
と、その液晶分子202により生ずる位相差Rは、 R=d×Δncosθ’ で表される。
【0045】傾斜角θ’を持つ液晶分子202にて生ず
る位相差の総和が、オフ時に液晶表示パネルより出射さ
れるS波成分の発生に影響するが、本実施の形態では基
板10側にラビング処理を施さずに、基板10側の液晶
分子202はプレチルト角を有しないので、縦列方向の
液晶分子の平均傾斜角度を小さくできる。この結果、オ
フ時の液晶分子202の傾斜角度に起因したS波成分の
発生を低減し、コントラストを向上できる。
【0046】なお、位相差Rを少なくするには、上述の
位相差Rの式から、θ’の補角である角度θと対応する
プレチルト角θpを90°に近ずければよいことが分か
る。
【0047】図8は、上述した液晶表示パネルを3枚用
いたプロジェクタの概略説明図である。図8において、
光源402および反射鏡404から成る光源装置400
から出射された光は、偏光手段である偏光ビームスプリ
ッタプリズム410にて各偏光成分毎に屈曲され、ダイ
クロイックプリズム420に導かれる。ダイクロイック
プリズム420は、その入射光を偏光成分毎に、直進、
左屈折、右屈折の3方向に分配する。この3方向には、
ライトバルブとして用いられる上述した構成の3枚の液
晶表示パネル430,440,450が配置されてい
る。
【0048】各々の液晶表示パネル430,440,4
50からの反射光は、ダイクロイックプリズム420を
介して偏光ビームスプリッタプリズム410に入射され
る。図7にて説明した反射光のP波成分は、偏光ビーム
スプリッタプリズム410にて直角に屈曲されて光源装
置400に戻される。図7にて説明した反射光のS波成
分は、偏光ビームスプリッタプリズム410を直進し
て、投写レンズ460を介してスクリーン470に導か
れる。このようにして、スクリーン470上にカラー画
像が投写される。
【0049】このとき、本発明によれば各々の液晶表示
パネル430,440,450の画素がオフ駆動された
ときに、上述した通りS波成分の光が出射されることが
低減するので、スクリーン470上に投射されるカラー
画像のコントラストを向上することができる。
【0050】なお、本発明が適用されるアクティブマト
リクス型液晶表示パネルとしては、必ずしもポリシリコ
ンTFTを用いたものに限らず、アモルファスシリコン
TFTを用いても良く、これらの3端子型スイッチング
素子を用いる代わりに、MIM(金属−絶縁−金属)な
どにて代表される2端子素子を用いることもできる。
【実施例】液晶層200の液晶材料として、E.Mer
ck製のZLI−4318を用いた。この液晶は、屈折
率異方性Δn=0.1243、誘電率異方性Δε=−
2.0である。基板10,100に形成される配向膜5
0,108として、日産化学工業(株)製のSE−75
11Lを用いた。そして、配向膜108のみをラビング
処理した。また、基板10,100間のセルギャップd
=4.0μmとした。
【0051】ここで、図9に示す投写光強度が10%の
ときの液晶への印加電圧をV10=3.39Vとし、投写
光強度が90%のときの液晶への印加電圧をV90=4.
47Vとした。β=V90/V10=1.318である。
【0052】このとき、コントラスト比は700〜80
0であった。これは、基板10側の配向層50での光散
乱が少ないことに加えて、オフ時の光の位相差が少ない
ことに起因している。
【0053】比較例として、上記実施例と同一の部材を
用い、基板10,100側の配向層50,108を共に
ラビング処理し、コントラスト比を測定してみた。この
ときは、300〜400のコントラスト比しか得られな
かった。これは、基板10側の配向層50での光散乱が
多いことに加えて、オフ時の光の位相差も大きいことに
起因していると考えられる。
【0054】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の液晶表示パネルの一例を示す概略断面
図である。
【図2】図1に示す液晶表示パネルのアクティブマトリ
クス基板の概略平面図である。
【図3】オフ時の液晶分子の配列状態を示す概略説明図
である
【図4】オン時の液晶分子の配列状態を示す概略説明図
である。
【図5】オン、オフ時の液晶分子の状態を示す概略説明
図である。
【図6】図5の液晶分子を一方の基板に投影した状態を
拡大して示す概略説明図である。
【図7】図1の液晶表示パネルを反射型ライトバルブと
して用いた投写光強度測定装置の概略説明図である。
【図8】図1の液晶表示パネルをR,G,Bの反射型ラ
イトバルブとして用いたプロジェクタの概略説明図であ
る。
【図9】液晶への印加電圧と投写光強度との関係を示す
特性図である。
【符号の説明】
10 アクティブマトリクス基板 12 ガラス基板 14A,14B 駆動回路領域 16 液晶表示領域 20 走査信号線 22 データ信号線 24 TFTスイッチ 30 SiO2膜 32 ポリシリコン層 32A ソース 32B ドレイン 32C チャネル層 34 ゲート絶縁膜 36 ゲート 38 第1層間絶縁膜 40,42 配線層 44 第2層間絶縁膜 46 画素電極 50 垂直配向膜(第1の配向膜) 100 対向基板 101 ガラス基板 106 共通電極 108 垂直配向膜(第2の配向膜) 200 液晶層 202 液晶分子 300 光源 302 偏光ビームスプリッタ 304 液晶表示パネル 306 投影レンズ 308 投写光検出器 400 光源装置 410 偏光ビームスプリッタプリズム 420 ダイクロイックプリズム 430,440,450 液晶表示パネル 460 投影レンズ 470 スクリーン

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 各々の画素毎に、光反射性画素電極とそ
    れに接続されたスイッチング素子とが形成されたアクテ
    ィブマトリクス基板と、 各々の前記画素電極と対向する透明電極が形成された透
    明な対向基板と、 前記アクティブマトリクス基板と前記対向基板との間に
    封入された誘電異方性が負となる液晶と、 前記液晶の分子を前記アクティブマトリクス基板に対し
    て垂直に立たせる、ラビング処理されない第1の配向膜
    と、 前記液晶の分子を前記対向基板に対して垂直に立たせる
    配向膜を、前記液晶分子が所定のプレチルト角を有する
    ようにラビング処理して成る第2の配向膜と、 を有することを特徴とする反射型液晶表示パネル。
  2. 【請求項2】 請求項1において、 前記対向基板側の前記液晶分子のプレチルト角は、前記
    対向基板に対して85゜以上であることを特徴とする反
    射型液晶表示パネル。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2に記載の反射型液晶表示
    パネルと、前記反射型液晶表示パネルに所定の偏光面を
    持つ光を入射させる偏光手段と、を有することを特徴と
    する投写型液晶表示装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20000007096A (ko) * 1999-11-25 2000-02-07 서대식 피디티-브이에이 모드 액정표시장치기술
KR20030039401A (ko) * 2001-11-13 2003-05-22 엘지전선 주식회사 광배향을 이용한 엘코스 액정디스플레이 장치 및 그제조방법
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