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JP2008203676A - 液晶表示装置 - Google Patents

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JP2008203676A
JP2008203676A JP2007041452A JP2007041452A JP2008203676A JP 2008203676 A JP2008203676 A JP 2008203676A JP 2007041452 A JP2007041452 A JP 2007041452A JP 2007041452 A JP2007041452 A JP 2007041452A JP 2008203676 A JP2008203676 A JP 2008203676A
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Tatsuya Yada
竜也 矢田
Manabu Watabe
学 渡部
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Abstract

【課題】画素電極と共通電極とが絶縁膜を介して積層された液晶表示装置について良好な表示品位を得ることである。
【解決手段】液晶表示装置10は複数の画素20を含んでいる。各画素20は、一対の基板の一方の基板に設けられ、絶縁膜を介して積層された画素電極160と共通電極140と、画素電極160および共通電極140よりも液晶層側に配置された配向膜と、画素電極160と共通電極140との間の液晶層を介した液晶容量に接続された回路容量と、を有している。画素電極160と共通電極140とのいずれかは、液晶層側に配置され配向膜のラビング方向と略平行なスリット部を有するくし歯状電極で構成されている。回路容量は、スリット部の開放端側から閉鎖端側へ向けて配向膜がラビングされた画素20と、閉鎖端側から開放端側へ向けてラビングされた画素20とで、互いに容量値が異なる。
【選択図】図2

Description

本発明は、液晶表示装置に係り、特に画素電極と共通電極とが絶縁膜を介して積層された構成を有する液晶表示装置に関する。
FFS(Fringe Field Switching)方式の液晶表示装置では、液晶の配向を制御する画素電極と共通電極との両方が同じ基板に設けられており、この2つの電極は絶縁膜を介して積層されている。当該電極のうちで上側の電極すなわち液晶層側の電極にはスリット部が設けられている。スリット部の長手方向(長辺方向)と略平行にラビング処理がなされ、上記電極間の電圧がオフ電圧の場合、液晶分子はスリット部の長手方向と略平行に配向する(初期配向状態)。オフ電圧よりも高い電圧を上記電極間に印加した場合、当該電極間にはスリット部を通って電界が生じる。この電界はスリット部の長辺に対して垂直な方向に発生し、液晶分子は当該電界方向に沿うように基板に平行な面内で回転する。液晶分子の回転角を制御することによって、透過光量が制御される。
特開平11−202356号公報 特開2003−57670号公報
スリット部が設けられる上電極の形状として、くし歯形状がある。
種々の評価により、くし歯状電極の場合、スリット部の開放端側から閉鎖端側へ向かってラビングされた画素と、スリット部の閉鎖端側から開放端側へ向かってラビングされた画素とは、配向膜のラビング状態が異なり、液晶分子の傾斜方向が異なることが分かった。
液晶分子の配向状態が異なると、透過効率に相違が生じるので、上記2種類の画素に輝度差が生じる。また、液晶分子の配向状態が異なると、液晶容量に相違が生じるので、共通電極の最適電位に相違が生じ、これによっても輝度差が生じる。その結果、表示品位が低下してしまう。
また、例えば長時間通電によって直流成分が蓄積して焼付きが発生する場合があるが、液晶分子の配向状態が異なると焼付きの発生程度に相違が生じる。このため、例えば上記2種類の画素が表示ラインごとに交互に配置された構成では、隣接する表示ラインで焼付き差が生じて表示品位が低下してしまう。
本発明の目的は、画素電極と共通電極とが絶縁膜を介して積層された構成を有する液晶表示装置であって良好な表示品位を得ることが可能な液晶表示装置を提供することである。
本発明に係る液晶表示装置は、一対の基板に挟持された液晶層を備える液晶表示装置であって、複数の画素を備え、各画素は、前記一対の基板の一方の基板に設けられ、絶縁膜を介して積層された画素電極と共通電極と、前記画素電極および前記共通電極よりも液晶層側に配置された配向膜と、前記画素電極と前記共通電極との間の液晶層を介した液晶容量に接続された回路容量と、を有し、前記画素電極と前記共通電極とのいずれかは、前記液晶層側に配置され前記配向膜のラビング方向と略平行なスリット部を有するくし歯状電極で構成され、前記回路容量は、前記スリット部の開放端側から閉鎖端側へ向けて前記配向膜がラビングされた前記画素と、前記閉鎖端側から前記開放端側へ向けてラビングされた前記画素とで、互いに容量値が異なることを特徴とする。上記構成によれば、スリット部の開放端側からラビングされた画素と閉鎖端側からラビングされた画素との液晶容量の相違を、回路容量で補償することが可能である。このため、上記2種類の画素で画素電極の電位を補償することができる。したがって、輝度差や焼付けの発生程度の差を抑制して、良好な表示品位が得られる。
また、前記回路容量は、前記回路容量は、前記画素電極と前記絶縁膜と前記共通電極との積層構造によって形成された保持容量を含み、前記保持容量は、前記回路容量の容量値が異なる前記画素で互いに容量値が異なることが好ましい。上記構成によれば、回路容量の容量値を調整することができる。
また、前記くし歯状電極は、前記回路容量の容量値が異なる前記画素で互いに面積が異なることが好ましい。上記構成によれば、回路容量の容量値を調整することができる。
また、前記回路容量は、前記画素電極と配線との間にスイッチング素子を介して形成された容量を含み、前記スイッチング素子を介した前記容量は、前記回路容量の容量値が異なる前記画素で互いに容量値が異なることが好ましい。上記構成によれば、回路容量の容量値を調整することができる。
また、前記スイッチング素子は、前記回路容量の容量値の異なる前記画素で、互いに素子サイズが異なることが好ましい。上記構成によれば、回路容量の容量値を調整することができる。
また、前記一対の基板の他方の基板に、前記画素電極に対向して開口部が設けられた遮光膜をさらに備え、前記遮光膜の前記開口部は、前記回路容量の容量値の異なる前記画素で互いに面積が異なることが好ましい。上記構成によれば、スリット部の開放端側からラビングされた画素と閉鎖端側からラビングされた画素との輝度差を抑制可能である。したがって、良好な表示品位が得られる。
図1に本発明の実施の形態に係る液晶表示装置10の表示領域の一部についての断面図を示す。また、図2および図3に液晶表示装置10の表示領域の一部についての平面図を示す。図1は図2および図3中の1−1線における断面図に相当し、図3は図2中の一点鎖線で囲んだ部分3の拡大図に相当する。図2および図3では図1中に図示した要素の一部を省略している。
液晶表示装置10は、対向配置された2枚の支持基板110,210と、当該2枚の支持基板110,210間に挟持された液晶層300とを含んでいる。支持基板110,210は、例えばガラス板等の透光性基板で構成可能である。液晶層300の厚さは、セルギャップに対応し、例えば2〜4μmである。
液晶表示装置10は、支持基板110の液晶層300側に、ゲートライン120と、データライン122と、スイッチング素子124と、絶縁膜130と、共通電極140と、絶縁膜150と、画素電極160と、配向膜170とを含んでいる。
ここでは、画素20がデルタ配列されている場合、換言すれば各画素20にそれぞれ設けられた画素電極160がデルタ配列されている場合を例示する。なお、図面の煩雑化を避けるため、図2では4個の画素20について太い破線で例示し、図3では2つの画素電極160のみ図示している。デルタ配列の場合、画素20は、表示画面における各行では等ピッチで配列され、隣接する行で互いに半ピッチずれている。なお、画素20を表示画面における各列で等ピッチに配列し隣接する列で互いに半ピッチずらすことによって、デルタ配列を構成することも可能である。
ゲートライン120はそれぞれ、隣接する画素電極160の間を通って行方向に延伸している。データライン122はそれぞれ、隣接する画素電極160の間を通って列方向に延伸している。画素電極160がデルタ配列されているので、ゲートライン120は行方向に直線状に延伸し、データライン122は局所的に屈曲を繰り返しながら全体として列方向に延伸している。ゲートライン120とデータライン122とは互いに平面視上、交差しているが、ゲートライン120とデータライン122とは絶縁膜130によって互いに絶縁されている。
画素電極160と近接のデータライン122との間にはスイッチング素子124が接続されている。ここではスイッチング素子124としてMOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタを例示するが、例えばダイオード等を用いることも可能である。トランジスタ124は半導体層124aを有しており、半導体層124aに形成されたドレイン領域およびソース領域がデータライン122および画素電極160にそれぞれ接続されている。なお、ドレイン領域とソース領域とを逆に形成することも可能である。半導体層124aは、不図示のゲート絶縁膜を介してゲートライン120と積層され、ゲートライン120と交差している。ゲートライン120のうちで半導体層124aと交差する部分がトランジスタ124のゲート電極を構成している。これにより、画素電極160には、データライン122からトランジスタ124を介して、その画素電極160に対応する画素20の表示データ電位が供給される。なお、各ゲートライン120には複数の画素電極160が接続されており、また、各データライン122には複数の画素電極160が接続されている。
図3では、半導体層124aがU字型をしており、当該U字型の2本の腕部を横切ってゲートライン120が延伸している場合を例示している。この場合、トランジスタ124は、直列接続された2つのトランジスタで構成される。
共通電極140は、絶縁膜130上に配置されている。共通電極140は、例えばITO(Indium Tin Oxide)等の透光性導電膜で構成可能である。共通電極140によって各画素20に共通の電位が供給される。ここでは、共通電極140が、全ての画素20にわたって配置された導電膜で構成される場合を例示するが、例えば、共通電極140を画素20ごとに分割し、これら複数の分割電極を配線で接続してもよい。また、例えば、全画素20を複数のグループに分け、当該グループごとに共通電極140を分割配置することも可能である。
画素電極160は、絶縁膜150を介して共通電極140上に積層されている。画素電極160は、例えばITO等の透光性導電膜で構成可能である。
画素電極160は、1本の幹部(または背部)161と、複数の枝部(または歯部)162とを含んでいる。枝部162は、スリット部(または溝部)163を挟んで配列されており、スリット部163とともにライン・アンド・スペースのパターンを構成している。なお、枝部162とスリット部163の数は図示の例示に限られるものではない。複数の枝部162は、一端において、幹部161で繋がれている。すなわち、画素電極160は、くし歯形状をしている。なお、枝部162の幅は例えば2.5〜3.5μmであり、枝部162間の間隔すなわちスリット部163の幅は例えば4.0〜5.0μmである。なお、画素電極160の輪郭線の角部(コーナー部)は、角張っていてもよいし、丸まった形状でもよい。
ここでは、枝部162およびスリット部163がゲートライン120と平行に延伸する場合を例示する。なお、説明のため、この形態を図2および図3に図示した態様に合わせて「横スリット型」と呼ぶことにする。
画素電極160は、各行ではスリット部163の開放端を同じ側に向けて配置され、かつ、隣接する行ではスリット部163の開放端を互いに逆向きにして配置されている。この配列形態によれば、画素開口率を行ごとに同一のデザインにするうえでレイアウトが効率が高い。
共通電極140は画素電極160のスリット部163だけでなく幹部161および枝部162にも対向しており、両電極140,160は絶縁膜150を介して保持容量を構成している。
配向膜170は、画素電極160を覆って積層されている。配向膜170の液晶層300に接する表面は、枝部162およびスリット部163の長手方向に略平行に、例えば当該長手方向に対して約5°〜10°傾いた方向にラビングされている。図2等にはラビング方向Rの一例を矢印によって模式的に図示している。
液晶表示装置10は、支持基板110の液晶層300とは反対側に不図示の偏光板を含んでいる。
液晶表示装置10は、支持基板210の液晶層300側に、遮光膜220と、カラーフィルタ230とを含んでいる。遮光膜220は、例えば黒色顔料を含有した各種樹脂で構成可能である。遮光膜220には画素20ごとに、画素電極160に対向して開口部220aが形成されている。各開口部220aには、その画素20の表示色に応じた色相のカラーフィルタ230が配置されている。図1では遮光膜220およびカラーフィルタ230が支持基板210上に配置されている場合を例示している。
液晶表示装置10は、カラーフィルタ230を覆って積層された不図示のオーバーコート層と配向膜240とを含んでいる。配向膜240の液晶層300に接する表面は所定方向にラビングされている。また、液晶表示装置10は、支持基板210の液晶層300とは反対側に不図示の偏光板を含んでいる。
共通電極140と画素電極160との間の電圧がオフ電圧の場合、電極140,160付近の液晶分子は、ラビング方向Rに配向している(初期配向状態)。オフ電圧よりも高い電圧を電極140,160間に印加すると、電極140,160間にスリット部163を通って電界が発生する。この電界に沿うように、液晶分子は支持基板110に平行な平面内で回転する。すなわち、液晶(分子)が駆動される。液晶分子の回転角を制御することによって、透過光量が制御される。共通電極140と画素電極160とは、各画素20において電極対を構成し、上記電界を各画素20において発生する。
なお、例えば上記2つの配向膜170,240のラビング方向と上記2つの偏光板の偏光軸方向との関係によって、液晶表示装置10をノーマリ・ブラック(Normaly Black)型とノーマリ・ホワイト(Normaly White)型とのいずれにも設計可能である。ここでは、液晶表示装置10がノーマリ・ブラック型の場合を例示する。
上記では画素20がデルタ配列されている場合を例示したが(図2参照)、画素20をストライプ配列等の他配列にすることも可能である。
種々の評価により、スリット部163の開放端側から閉鎖端側(換言すれば幹部161側)へ向かってラビングされた画素20と、スリット部163の閉鎖端側から開放端側へ向かってラビングされた画素20とは、配向膜170のラビング状態が異なり、液晶分子の傾斜方向が異なることが分かった。
液晶分子の配向状態が異なると、透過効率に相違が生じ、上記2種類の画素20に輝度差が生じる。すなわち、スリット部163の開放端側からラビングされた画素20の方が、輝度が低いことが分かった。このため、液晶表示装置10では、輝度の高い画素20における遮光膜220の開口部220aの面積を小さく設定し、両画素20の輝度差を抑制している。
また、液晶分子の配向状態が異なると、上記2種類の画素20では、画素電極160と共通電極140との間に液晶層300を介して形成された液晶容量CLCに容量値の相違が生じる。液晶容量CLCの相違も、上記2種類の画素20での輝度差を招く。この点を、以下に説明する。
図4に画素20の等価回路図を示し、図5に画素20の駆動波形図の一例を示す。なお、図3の構成ではトランジスタ124は直列接続された2つのトランジスタで構成されるが、図4ではトランジスタ124を1つのトランジスタで図示している。
図4に示すように、画素20には、液晶容量CLCの他に、液晶容量CLCに接続された回路容量Cを含んでいる。ここでは、回路容量Cが、保持容量Cと、トランジスタ124による容量CTRとを含む場合を例示する。保持容量Cは、画素電極160と共通電極140との間に絶縁膜150を介して形成される。容量CTRは、画素電極160とゲートライン120との間にトランジスタ124を介して形成される寄生容量である。液晶容量CLCと保持容量Cと容量CTRとは画素電極160を介して互いに接続されている。
図5には、ゲートライン120の電位Vと、データライン122の電位Vと、共通電極140の電位VCOMと、画素電極160の電位Vとの変化を図示している。図5中の電位Vはデータライン122の電位Vの中心電位である。
ゲートライン120の電位Vの変化によってトランジスタ124がオン状態になると、画素電極160の電位Vはデータライン122の電位Vに等しくなる。その後、トランジスタ124がオフ状態になると、データライン122から書き込まれた信号は、液晶容量CLCおよび保持容量Cによって保持される。また、トランジスタ124がオフ状態になると、容量CLC,C,CTRの容量カップリングによって、画素電極160の電位Vは電圧ΔVだけシフトする。
この電圧シフトは、データライン122の電位Vの極性に関係なく、画素電極160の電位Vを電圧ΔVだけ低下させる。このため、一般に、共通電極140の電位VCOMは、データライン122の電位Vの中心電位Vに対して電圧ΔVだけ小さく設定される。
シフト電圧ΔVの大きさは、ゲートライン120の電位Vの振幅をΔVとして、
ΔV=ΔV×{CTR/(CLC+C+CTR)} ・・・(1)
で表される。
ここで、上記のように液晶容量CLCの容量値が異なると、シフト電圧ΔVの大きさは異なる。このため、上記2種類の画素20で、共通電極140の電位VCOMの設定すべき値が異なってしまう。この場合、一方の種類の画素20に合わせて電位VCOMを設定すると、上記2種類の画素20で輝度差が生じる。
このため、液晶表示装置10では、保持容量Cの容量値とトランジスタ124による容量CTRの容量値との一方または両方を調整することによって、換言すれば回路容量Cの容量値を調整することによって、液晶容量CLCの容量値の相違を補償している。これにより、画素電極160の電位Vを補償し、上記2種類の画素20で輝度差を抑制している。
種々の評価によれば、スリット部163の開放端側からラビングされた画素20の方が、液晶容量CLCの容量値が低いことが分かった。
このため、例えば、液晶容量CLCの容量値が高い方の画素20の保持容量Cの容量値を、液晶容量CLCの容量値の差分だけ低減することによって、シフト電圧ΔVの大きさを同等にすることができる(式(1)参照)。保持容量Cの容量値の低減は、例えば画素電極160の面積を低減することによって可能である。電極面積低減は例えば、図6の平面図に示すように幹部161の角部を削除することによって可能である。また、図7の平面図に示すように、幹部161と最も外側の2本の枝部162との幅を狭くすることによっても、電極面積を低減可能である。なお、図7中の一点鎖線は、幅を狭くする前の輪郭、すなわちもう一方の種類の画素20の画素電極160の輪郭を示している。
図7では幹部161と最も外側の2本の枝部162との全てを幅狭にする場合を例示しているが、保持容量Cの低減量に応じて上記3部分161,162,162の一部のみを幅狭にしてもよい。ここで、最も外側を除く他の枝部162の幅を調整することも可能である。しかし、一般に、枝部162およびスリット部163の各幅は配向制御上、換言すれば透過効率上、最適化が図られるので、最も外側の2本の枝部162を調整する方が調整容易である。
なお、図6および図7におけるくし歯形状の向きは例示である。すなわち、図6および図7は、図示した向きの画素電極160を有する画素20と、上記の液晶容量CLCの高い方の画素20とが、一致することを示すものではない。
同様に、トランジスタ124による容量CTRの容量値を調整することによって、液晶容量CLCの差分を補償してシフト電圧ΔVの大きさを同等にすることも可能である(式(1)参照)。容量CTRの容量値の調整はトランジスタ124の素子サイズを調整することによって、例えば半導体層124aの幅を調整してゲートライン120との交差部分(すなわちゲート電極)の面積を調整することによって可能である。
また、例えば、上記2種類の画素20の両方についてシフト電圧ΔV自体を小さくすることによって、上記2種類の画素20に生じる電圧ΔVの差を縮小することができる。シフト電圧ΔVの削減は、例えばトランジスタ124による容量CTRの容量値を低減することによって可能である(式(1)参照)。
ここで、上記2種類の画素20で画素電極160の電位Vが補償されることによって、液晶層300に印加される電圧が上記2種類の画素20で同等になる。このため、焼付きの発生程度の差も抑制される。したがって、例えば焼付きの強弱が行単位で交互に観察され表示品位が低下することが抑制される。
上記のように、液晶表示装置10によれば、スリット部163の開放端側からラビングされた画素20と閉鎖端側からラビングされた画素20との輝度差、焼付きの程度差を抑制して、良好な表示品位を得ることができる。なお、遮光膜220の開口部220aの面積調整と、画素電極160の電位Vの補償とは、それぞれ行うことも可能であるが、両方を組み合わせることによって効率的に輝度差を抑制することができる。
上記では画素電極160が横スリット型の場合を例示した。これに対して、枝部162およびスリット部163をデータライン122に平行に延伸させることも可能である。なお、この形態を「縦スリット型」と呼ぶことにする。縦スリット型においても、画素電極160を覆う配向膜170は、枝部162およびスリット部163の長手方向に略平行にラビング処理される。このため、縦スリット型の画素電極160は、例えば、各列ではスリット部163の開放端を同じ側に向けて配置され、かつ、隣接する列ではスリット部163の開放端を互いに逆向きにして配置される。
また、枝部162およびスリット部163をゲートライン120またはデータライン122に対して傾いた方向に延伸させることも可能である。この場合、その傾斜角が小さいとき、例えば10°以下のときは、実質的に縦スリット型または横スリット型と同一視することが可能である。
また、上記では画素電極160が共通電極140よりも液晶層300側に配置された場合すなわち画素電極160が上電極となる場合を例示したが、共通電極140を上電極にすることも可能である。この場合、共通電極140がくし歯形状に構成される。
本発明の実施の形態に係る液晶表示装置の断面図である。 本発明の実施の形態に係る液晶表示装置の平面図である。 本発明の実施の形態に係る液晶表示装置の平面図である。 本発明の実施の形態に係る液晶表示装置の画素の等価回路図である。 本発明の実施の形態に係る液晶表示装置を説明するための駆動波形図である。 本発明の実施の形態に係る液晶表示装置のくし歯状電極の一例の平面図である。 本発明の実施の形態に係る液晶表示装置のくし歯状電極の他の一例の平面図である。
符号の説明
10 液晶表示装置、20 画素、110,210 基板、124 スイッチング素子、140 共通電極、150 絶縁膜、160 画素電極、163 スリット部、170 配向膜、220 遮光膜、220a 開口部、300 液晶層、C 回路容量、CLC 液晶容量、C 保持容量、CTR 容量、R ラビング方向。

Claims (6)

  1. 一対の基板に挟持された液晶層を備える液晶表示装置であって、
    複数の画素を備え、
    各画素は、
    前記一対の基板の一方の基板に設けられ、絶縁膜を介して積層された画素電極と共通電極と、
    前記画素電極および前記共通電極よりも液晶層側に配置された配向膜と、
    前記画素電極と前記共通電極との間の液晶層を介した液晶容量に接続された回路容量と、
    を有し、
    前記画素電極と前記共通電極とのいずれかは、前記液晶層側に配置され前記配向膜のラビング方向と略平行なスリット部を有するくし歯状電極で構成され、
    前記回路容量は、前記スリット部の開放端側から閉鎖端側へ向けて前記配向膜がラビングされた前記画素と、前記閉鎖端側から前記開放端側へ向けてラビングされた前記画素とで、互いに容量値が異なることを特徴とする液晶表示装置。
  2. 請求項1に記載の液晶表示装置であって、
    前記回路容量は、前記画素電極と前記絶縁膜と前記共通電極との積層構造によって形成された保持容量を含み、
    前記保持容量は、前記回路容量の容量値が異なる前記画素で互いに容量値が異なることを特徴とする液晶表示装置。
  3. 請求項1または請求項2に記載の液晶表示装置であって、
    前記くし歯状電極は、前記回路容量の容量値が異なる前記画素で互いに面積が異なることを特徴とする液晶表示装置。
  4. 請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の液晶表示装置であって、
    前記回路容量は、前記画素電極と配線との間にスイッチング素子を介して形成された容量を含み、
    前記スイッチング素子を介した前記容量は、前記回路容量の容量値が異なる前記画素で互いに容量値が異なることを特徴とする液晶表示装置。
  5. 請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の液晶表示装置であって、
    前記スイッチング素子は、前記回路容量の容量値の異なる前記画素で、互いに素子サイズが異なることを特徴とする液晶表示装置。
  6. 請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の液晶表示装置であって、
    前記一対の基板の他方の基板に、前記画素電極に対向して開口部が設けられた遮光膜をさらに備え、
    前記遮光膜の前記開口部は、前記回路容量の容量値の異なる前記画素で互いに面積が異なることを特徴とする液晶表示装置。
JP2007041452A 2007-02-21 2007-02-21 液晶表示装置 Withdrawn JP2008203676A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2011257596A (ja) * 2010-06-09 2011-12-22 Seiko Epson Corp 電気泳動表示装置および電子機器
US10133210B2 (en) 2014-03-17 2018-11-20 Ricoh Company, Limited Nozzle receiver, powder container, and image forming apparatus

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