Устройство жидкокристаллического дисплея

Авторы патента:


Устройство жидкокристаллического дисплея
Устройство жидкокристаллического дисплея
Устройство жидкокристаллического дисплея
Устройство жидкокристаллического дисплея
Устройство жидкокристаллического дисплея
Устройство жидкокристаллического дисплея
Устройство жидкокристаллического дисплея
Устройство жидкокристаллического дисплея
Устройство жидкокристаллического дисплея
Устройство жидкокристаллического дисплея
Устройство жидкокристаллического дисплея
Устройство жидкокристаллического дисплея
Устройство жидкокристаллического дисплея
Устройство жидкокристаллического дисплея
Устройство жидкокристаллического дисплея
Устройство жидкокристаллического дисплея
Устройство жидкокристаллического дисплея
Устройство жидкокристаллического дисплея
Устройство жидкокристаллического дисплея
Устройство жидкокристаллического дисплея
Устройство жидкокристаллического дисплея
Устройство жидкокристаллического дисплея
Устройство жидкокристаллического дисплея
Устройство жидкокристаллического дисплея
Устройство жидкокристаллического дисплея
Устройство жидкокристаллического дисплея
Устройство жидкокристаллического дисплея

 

G02F1/13363 - Устройства или приспособления для управления интенсивностью, цветом, фазой, поляризацией или направлением света, исходящего от независимого источника, например для переключения, стробирования или модуляции; нелинейная оптика (термометры с использованием изменения цвета или прозрачности G01K 11/12; с использованием изменения параметров флуоресценцией G01K 11/32; световоды G02B 6/00; оптические устройства или приспособления с использованием подвижных или деформируемых элементов для управления светом от независимого источника G02B 26/00; управление светом вообще G05D 25/00; системы визуальной сигнализации G08B 5/00; устройства для индикации меняющейся информации путем выбора или комбинации отдельных элементов G09F 9/00; схемы и устройства управления для приборов

Владельцы патента RU 2473942:

ШАРП КАБУСИКИ КАЙСЯ (JP)

Устройство включает в себя первый поляризатор; первый двулучепреломляющий слой (II) (nx<ny≤nz); первую четвертьволновую пластину; жидкокристаллическую ячейку; вторую четвертьволновую пластину; второй двулучепреломляющий слой (II) и второй поляризатор, а также по меньшей мере один двулучепреломляющий слой (III). Первая четвертьволновая пластина имеет ось наименьшей скорости распространения света в плоскости, образующую угол около 45° с осью поглощения первого поляризатора. Вторая четвертьволновая пластина имеет ось наименьшей скорости распространения света в плоскости, по существу ортогональную оси наименьшей скорости распространения света в плоскости первой четвертьволновой пластины. Второй поляризатор имеет ось поглощения, по существу ортогональную оси поглощения первого поляризатора. Технический результат - повышение контрастности в широком диапазоне углов обзора. 5 з.п. ф-лы, 21 ил., 5 табл.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к устройствам жидкокристаллического дисплея (ЖКД, LCD), а более точно, относится к включающим в себя пластину круговой поляризации устройствам LCD VA (с выравниванием по вертикали).

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Устройства LCD широко используются в качестве устройств формирования изображения для различных устройств обработки данных, таких как компьютеры и телевизоры. В частности, устройства LCD на TFT (тонкопленочных транзисторах) (в дальнейшем, также указываемые ссылкой как «TFT-LCD» становятся популярными, и ожидается расширение рынка TFT-LCD). Такая ситуация создает потребность в значительно улучшенном качестве изображения. Хотя настоящее описание применяет TFT-LCD в качестве примера, настоящее изобретение может быть применимым к обычным LCD, таким как LCD с пассивной матрицей и LCD с плазменным адресом, в дополнение к TFT-LCD.

Наиболее широко используемым режимом в TFT-LCD в настоящее время является режим, при котором жидкие кристаллы, имеющие положительную диэлектрическую анизотропию, горизонтально выровнены между параллельными подложками, а именно, режим TN (скрученный нематический). В устройстве LCD TN, направление выравнивания молекул ЖК (жидких кристаллов, LC), прилегающих к одной подложке, скручено на 90° по отношению к таковому у молекул ЖК, прилегающих к другой подложке. Такие устройства LCD TN сейчас производятся с низкой себестоимостью и были развиты с точки зрения промышленности, наряду с тем, что они менее вероятно должны достигать более высокой степени контрастности.

В дополнение, известны устройства LCD, имеющие другой режим, в котором жидкие кристаллы, имеющие отрицательную диэлектрическую анизотропию, выровнены вертикально по отношению к параллельным подложкам, а именно, устройства LCD VA. В устройствах LCD VA, молекулы ЖК выровнены по существу вертикально к поверхностям подложек, когда не приложено никакое напряжение. Поэтому, жидкокристаллическая (ЖК, LC) ячейка почти не проявляет двойное лучепреломление и оптическое вращение, и свет проходит через ЖК-ячейку наряду с почти отсутствующим изменением ее состояния поляризации. Таким образом, в случае компоновки, такой что ЖК-ячейка вставлена между двумя поляризаторами (линейными поляризаторами), оси поглощения которых ортогональны друг другу (в дальнейшем, также указываемыми ссылкой как поляризаторы поперечной призмы Николя), можно отображать почти идеально черный экран, когда не приложено никакого напряжения. Когда приложено напряжение не ниже, чем пороговое напряжение (в дальнейшем, указываемое ссылкой просто как «при наличии приложенного напряжения»), молекулы ЖК делаются по существу параллельными подложкам, ЖК-ячейки проявляют большое двойное лучепреломление, и устройство LCD отображает белый экран. Таким образом, такое устройство LCD VA легко достигает очень высокой степени контрастности.

Устройства LCD VA проявляют асимметричные характеристики угла обзора, когда молекулы ЖК все выровнены в одном и том же направлении при наличии приложенного напряжения. Ввиду этого, например, устройство LCD MVA (с многодоменным VA), которое является одной из разновидностей устройств LCD VA, в настоящее время является широко используемым. Согласно устройству LCD MVA, молекулы ЖК в каждом пикселе выравниваются в многочисленных направлениях структурно модифицированным электродом пикселя или элементом управления выравниванием, таким как выступ, сформированный в пикселе.

Устройство LCD MVA сконструировано таким образом, что осевой азимут поляризатора создает угол 45° с азимутом выравнивания молекул ЖК при наличии приложенного напряжения, для того чтобы довести до максимума коэффициент пропускания в состоянии белого отображения. Это происходит потому, что коэффициент пропускания пучка света, проходящего через двулучепреломляющую среду, помещенную между поляризаторами поперечной призмы Николя, пропорционален sin2(2α), где α (единица измерения: рад) определен в качестве угла, созданного осью поляризатора и осью наименьшей скорости распространения света двулучепреломляющей среды. В типичном устройстве LCD MVA, молекулы ЖК выравниваются отдельно в четырех доменах, или на азимутах 45°, 135°, 225° и 315°. К тому же, в четырехдоменных устройствах LCD VA, молекулы ЖК часто выравниваются по шлирен-схеме или в нежелательных направлениях почти на границе домена или около элемента управления выравниванием. Это является одним из факторов, вызывающих потерю коэффициента пропускания.

Для того чтобы решить эти проблемы, например, в Патентном документе 1, раскрыты включающие в себя пластины круговой поляризации устройства LCD VA. Согласно устройству LCD, коэффициент пропускания пучка света, проходящего через двулучепреломляющую среду, помещенную между пластиной правой круговой поляризации и пластиной левой круговой поляризации, ортогональными друг другу, независим от угла, созданного осью поляризатора и осью наименьшей скорости распространения света двулучепреломляющей среды. Поэтому, требуемый коэффициент пропускания может обеспечиваться до тех пор, пока выравнивание молекул ЖК может регулироваться, даже в случае азимута выравнивания вне 45°, 135°, 225° и 315°. Соответственно, конический выступ может быть расположен в центре пикселя, тем самым, выравнивая молекулы ЖК на каждом азимуте, или, в качестве альтернативы, молекулы ЖК, например, могут выравниваться на произвольных азимутах без какого бы то ни было регулирования азимута выравнивания. В настоящем описании, режим VA, включающий в себя использование пластины круговой поляризации, указывается ссылкой как режим CPVA или режим CP. В дополнение, режим VA, включающий в себя использование пластины линейной поляризации, указывается ссылкой как режим LPVA или режим LP. Как общеизвестно, пластина круговой поляризации типично состоит из комбинации пластины линейной поляризации и четвертьволновой пластины.

Циркулярно (круговой) поляризованный пучок света изменяет свое правое или левое направление при отражении на зеркале или тому подобном, а значит, когда он проникает в пластину левой круговой поляризации, расположенную на зеркале, пучок света, который был преобразован в поляризованный по кругу с левым вращением пучок света пластиной поляризации, преобразуется в поляризованный по кругу с правым вращением пучок света, будучи отраженным зеркалом. Поляризованный по кругу с правым вращением пучок света не может распространяться через пластину левой круговой поляризации. Таким образом, известно, что пластины круговой поляризации должны иметь функцию просветления. Функция просветления пластин круговой поляризации предоставляет возможность предотвращения излишнего отражения, когда устройства отображения обозреваются в ярких условиях эксплуатации, таких как на открытом воздухе. Поэтому, известно, что пластина круговой поляризации должна иметь эффект улучшения степени контрастности устройств отображения, таких как устройства LCD VA в ярких условиях эксплуатации. Считается, что «излишнее отражение», главным образом, должно возникать вследствие прозрачных электродов или металлической проводки TFT-элементов внутри устройств формирования изображения. Если возникает это излишнее отражение, даже в устройстве формирования изображения, которое может отображать почти идеальный черный экран в темных условиях эксплуатации, степень контрастности понижается, так как количество света на черном экране увеличивается при наблюдении в ярких условиях эксплуатации.

Как упомянуто выше, в режиме CPVA, где используется пластина круговой поляризации, может быть получен эффект улучшения коэффициента пропускания и эффект предотвращения излишнего отражения, но обычные устройства LCD CPVA имеют низкую степень контрастности и не проявляют достаточных характеристик угла обзора, когда обозреваются с косоугольных направлений. В этом моменте, устройства LCD CPVA имеют простор для улучшения. Ввиду этого, были предложены технологии, привлекающие использование двулучепреломляющих слоев (пленок замедления) для улучшения характеристик угла обзора. Например, Патентный документ 1 раскрывает следующий способ (A); Патентный документ 2 раскрывает следующий способ (B); Патентный документ 3 раскрывает следующий способ (C); Патентный документ 4 раскрывает следующий способ (D); и Непатентный документ 1 раскрывает следующий способ (E).

(A) Использование двух четвертьволновых пластин, удовлетворяющих соотношению nx>ny>nz.

(B) Использование комбинации двух четвертьволновых пластин, удовлетворяющих соотношению nx>ny>nz, и одного или двух двулучепреломляющих слоев (II), удовлетворяющих соотношению nx<ny≤nz.

(C) Использование комбинации двух четвертьволновых пластин, удовлетворяющих соотношению nx>nz>ny, и двулучепреломляющего слоя, удовлетворяющего соотношению nx=ny>nz.

(D) Использование комбинации одной или двух полуволновых пластин, удовлетворяющих соотношению nx>nz>ny, в дополнение к конфигурации (C).

(E) Использование комбинации двух одноосных четвертьволновых пластин (так называемых пластин A, удовлетворяющих соотношению nx>ny=nz), двулучепреломляющего слоя, удовлетворяющего соотношению nx=ny>nz, и двулучепреломляющего слоя, удовлетворяющего соотношению nx>nz>ny.

[Патентный документ 1]

Публикация № 2002-40428 не прошедшей экспертизу патентной заявки Японии

[Патентный документ 2]

Публикация № 2009-37049 не прошедшей экспертизу патентной заявки Японии

[Патентный документ 3]

Публикация № 2003-207782 не прошедшей экспертизу патентной заявки Японии

[Патентный документ 4]

Публикация № 2003-186017 не прошедшей экспертизу патентной заявки Японии

[Непатентный документ 1]

Жибинг Ге и шестеро других, «Круговые поляризаторы широкого обзора для мобильных жидкокристаллических дисплеев» («Wide-View Circular Polarizers for Mobile Liquid Crystal Displays»), IDRC08, 2008, стр. 266-268.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В результате исследований изобретателя, было обнаружено, что способы (A), (B) и (C) по-прежнему имеют простор для улучшения характеристик угла обзора. В дополнение, способы (C), (D) и (E) включают в себя двуосные пленки замедления, удовлетворяющие соотношению nx>nz>ny (0<Nz<1), которые дорогостоящи и трудны для изготовления. В этом месте, по-прежнему есть простор для улучшения способов с (C) по (E).

Настоящий изобретатель производил различные исследования для решения вышеупомянутых проблем. Настоящий изобретатель обратил внимание на условия замедления двулучепреломляющих слоев, расположенных между парой поляризаторов (первым и вторым поляризаторами), расположенных в поперечной призме Николя. Затем, изобретатель обнаружил, что ортогональность между первым и вторым поляризаторами в косоугольных направлениях может сохраняться наряду с тем, что ортогональность между ними поддерживается на фронтальном направлении, когда двулучепреломляющий слой (I), удовлетворяющий соотношению nx>ny≥nz (удовлетворяющий Nz≥1,0), и двулучепреломляющий слой (II), удовлетворяющий соотношению nx<ny≤nz (удовлетворяющий Nz≤0,0), надлежащим образом размещены между первым и вторым поляризаторами. Затем, изобретатель предлагает следующий способ (F). Кроме того, изобретатель также обнаружил, что, в отличие от двуосной пленки замедления, удовлетворяющей соотношению nx>nz>ny (0<Nz<1), двулучепреломляющие слои (I) и (II) легко могут изготавливаться посредством использования материалов с надлежащим внутренним двулучепреломлением.

Это было раскрыто в заявке № 2008-099526 на патент Японии.

(F) Использование комбинации двух четвертьволновых пластин, двулучепреломляющего слоя (III), удовлетворяющего соотношению nx=ny>nz, двулучепреломляющего слоя (I), удовлетворяющего соотношению nx>ny≥nz, и двулучепреломляющего слоя (II), удовлетворяющего соотношению nx<ny≤nz.

Однако, в результате исследований изобретателя, было обнаружено, что в способе (F) характеристики угла обзора улучшаются установкой коэффициентов Nz (параметра, показывающего двухосность) двух четвертьволновых пластин в оптимальные значения. Однако было обнаружено, что характеристики угла обзора по-прежнему имеют простор для улучшения, когда используются две обобщенные двуосные четвертьволновые пластины, удовлетворяющие соотношению nx>ny≥nz (Nz≥1.0).

Настоящее изобретение выполнено с учетом вышеупомянутых ситуаций. Цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить устройство LCD, которое может легко изготавливаться и имеет более высокую степень контрастности в широком диапазоне углов обзора.

Настоящие изобретатели произвели различные исследования над устройствами CPVA-LCD, которые могут легко изготавливаться и имеют высокую степень контрастности в широком диапазоне углов обзора, и тогда отметили условия замедления двулучепреломляющих слоев, расположенных между парой поляризаторов (первым и вторым поляризатором), размещенных в поперечной призме Николя. Затем, изобретатели обнаружили, что просачивание света в черном состоянии уменьшается, и может обеспечиваться высокая степень контраста в широком диапазоне углов обзора, когда используются обобщенные двуосные четвертьволновые пластины, удовлетворяющие соотношению nx>ny≥nz (в материалах настоящей заявки, «двулучепреломляющий слой, удовлетворяющий соотношению nx>ny≥nz», определен в качестве двулучепреломляющего слоя (I)), используются в качестве двух четвертьволновых пластин, необходимых для режима CPVA (первой и второй четвертьволновых пластин), и их коэффициенты Nz настраиваются, чтобы быть по существу равными друг другу, и, кроме того, двулучепреломляющий слой, удовлетворяющий соотношению nx<ny≤nz (в материалах настоящей заявки, «двулучепреломляющий слой, удовлетворяющий соотношению nx<ny≤nz», определен в качестве двулучепреломляющего слоя (II)), расположен между первой четвертьволновой пластиной и первым поляризатором и между второй четвертьволновой пластиной и вторым поляризатором. Кроме того, изобретатель также обнаружил, что, в отличие от двуосной пленки замедления, удовлетворяющей соотношению nx>nz>ny (0<Nz<1), двулучепреломляющие слои (I) и (II) легко могут изготавливаться посредством использования материалов с надлежащим внутренним двулучепреломлением.

В дополнение, изобретатели обнаружили, что показатель предотвращения полностью черного экрана меняется в зависимости от азимута, и также обнаружили, что компенсация замедления для многочисленных азимутов может достигаться расположением двулучепреломляющего слоя, удовлетворяющего соотношению nx=ny>nz (в материалах настоящей заявки, «двулучепреломляющий слой, удовлетворяющий соотношению nx=ny>nz» определен в качестве двулучепреломляющего слоя (III)) между первой и второй четвертьволновыми пластинами. Более точно, изобретатели обнаружили следующее. Для достижения компенсации замедления для многочисленных азимутов, во-первых, настраивается замедление двулучепреломляющего слоя (III), тем самым, оптимизируя условия для компенсации замедления на азимуте 0°, и во-вторых, первый и второй двулучепреломляющие слои (II) расположены, чтобы проявлять надлежащее замедление, тем самым, оптимизируя условия для компенсации замедления на азимуте 45° без изменения оптимальных условий для компенсации замедления на азимуте 0°. Когда замедление настраивается благодаря этим процедурам, просачивание света в черном состоянии в косоугольных направлениях обзора может предотвращаться в более широком азимуте, в силу чего устройство LCD может проявлять более высокую степень контрастности в широком диапазоне углов обзора в показателях как азимутального, так и полярного угла. Кроме того, в отличие от двуосной пленки замедления, удовлетворяющей соотношению nx>nz>ny (0<Nz<1), двулучепреломляющий слой (III) легко может изготавливаться посредством использования материалов с надлежащим внутренним двулучепреломлением. Термин «азимут» в материалах настоящей заявки означает направление в плоскости, параллельной поверхности подложки ЖК-ячейки, и представляется посредством от 0° до 360°. Термин «полярный угол» в материалах настоящей заявки означает угол наклона относительно перпендикулярного направления поверхности подложки ЖК-ячейки и представляется посредством от 0° до 90°.

Таким образом, настоящий изобретатель превосходно решил вышеупомянутые проблемы, ведущие к обеспечению настоящего изобретения.

То есть, настоящим изобретением является устройство жидкокристаллического дисплея, включающее в себя в следующем порядке:

первый поляризатор;

первый двулучепреломляющий слой (II);

первый двулучепреломляющий слой (I), имеющий замедление в плоскости, настроенное на λ/4;

жидкокристаллическую ячейку, включающую в себя пару подложек, являющихся обращенными друг к другу, и жидкокристаллический слой, вставленный между ними;

второй двулучепреломляющий слой (I), имеющий коэффициент Nz, по существу равный таковому у первого двулучепреломляющего слоя (I), и замедление в плоскости, настроенное на λ/4;

второй двулучепреломляющий слой (II), имеющий коэффициент Nz и замедление в плоскости, которые по существу равны коэффициенту Nz и замедлению в плоскости первого двулучепреломляющего слоя (II), соответственно; и

второй поляризатор, при условии, что двулучепреломляющие слои (I) определены в качестве двулучепреломляющего слоя, удовлетворяющего соотношению nx>ny≥nz; двулучепреломляющие слои (II) определены в качестве двулучепреломляющего слоя, удовлетворяющего соотношению nx<ny≤nz; и двулучепреломляющий слой (III) определен в качестве двулучепреломляющего слоя, удовлетворяющего соотношению nx≈ny≥nz,

при этом,

устройство включает в себя по меньшей мере один двулучепреломляющий слой (III), расположенный по меньшей мере одним из: между первым двулучепреломляющим слоем (I) и жидкокристаллической ячейкой; и между жидкокристаллической ячейкой и вторым двулучепреломляющим слоем (I),

первый двулучепреломляющий слой (I) имеет ось наименьшей скорости распространения света в плоскости, образующую угол около 45° с осью поглощения первого поляризатора,

второй двулучепреломляющий слой (I) имеет ось наименьшей скорости распространения света в плоскости, по существу ортогональную оси наименьшей скорости распространения света в плоскости первого двулучепреломляющего слоя (I),

второй поляризатор имеет ось поглощения, по существу ортогональную оси поглощения первого поляризатора,

первый двулучепреломляющий слой (II) имеет ось наибольшей скорости распространения света в плоскости, по существу ортогональную оси поглощения первого поляризатора;

второй двулучепреломляющий слой (II) имеет ось наибольшей скорости распространения света в плоскости, по существу ортогональную оси поглощения второго поляризатора; и

устройство отображает черный экран, выравнивая молекулы жидкого кристалла в жидкокристаллическом слое по существу вертикально по отношению к поверхности подложки.

Термин «поляризатор» в материалах настоящей заявки представляет элемент, который преобразует естественный свет в линейно поляризованный свет и является синонимом с пластиной поляризации или поляризующей пленкой.

Термин «двулучепреломляющий слой» в материалах настоящей заявки представляет слой, имеющий оптическую анизотропию и является синонимом с пленкой замедления, замедляющей пластиной, оптически анизотропным слоем, двулучепреломляющей средой и тому подобным. Термин «двулучепреломляющий слой» в материалах настоящей заявки представляет слой одной величины упомянутого ниже замедления R в плоскости, и величина упомянутого ниже замедления Rth в направлении толщины которого имеет значение 10 нм или большее, предпочтительно, 20 нм или большее. Термин «двулучепреломляющий слой (I)» в материалах настоящей заявки представляет двулучепреломляющий слой, удовлетворяющий соотношению nx>ny≥nz. Термин «двулучепреломляющий слой (II)» в материалах настоящей заявки представляет двулучепреломляющий слой, удовлетворяющий соотношению nx<ny≤nz. «nx» и «ny» каждый предоставляет главный показатель преломления двулучепреломляющего слоя в направлении в плоскости для пучка света на длине волны 550 нм. При этом «nz» представляет его главный показатель преломления в поперечном направлении (в направлении толщины) для пучка света на длине волны 550 нм.

Термин «замедление R в плоскости» в материалах настоящей заявки представляет замедление в плоскости (единица измерения: нм), определенное посредством R=|nx-ny|×d, где главные показатели преломления двулучепреломляющего слоя (в том числе, ЖК-ячейки или четвертьволновой пластины) в направлении в плоскости определены в качестве nx и ny; а его главный показатель преломления в поперечном направлении (в направлении толщины) определен в качестве nz, и толщина двулучепреломляющего слоя определена в качестве d. Термин «замедление Rth в направлении толщины» в материалах настоящей заявки представляет поперечное (в направлении толщины) замедление (единица измерения: нм) посредством Rth=(nz-(nx+ny)/2)×d. Термин «четвертьволновая пластина» в материалах настоящей заявки представляет оптически анизотропный двулучепреломляющий слой, который замедляет фазу по меньшей мере пучка света на длине волны 550 нм на приблизительно 1/4 длины волны (точно, 137,5 нм, но больше чем 115 нм и меньше чем 160 нм) и является синонимом с пленкой замедления λ/4 или замедляющей пластиной λ/4.

Термин «ось наименьшей скорости распространения света (ось наибольшей скорости распространения света) в плоскости» в материалах настоящей заявки представляет направление (направление оси x или оси y) диэлектрической оси, соответствующей главному показателю ns (nf) преломления, где большие главные показатели nx и ny преломления переопределены в качестве ns, а меньшие - в качестве nf. Термин «коэффициент Nz» представляет параметр, показывающий степень двухосности двулучепреломляющего слоя, определенного согласно Nz=(ns-nz)/(ns-nf). Длина волны для измерений главного показателя преломления, замедления и подобных оптических характеристик в материалах настоящей заявки имеет значение 550 нм, если не упомянуто иное. Даже в случае двулучепреломляющих слоев, имеющих одинаковый коэффициент Nz, разница в среднем показателе преломления (nx+ny+nz)/3 двулучепреломляющих слоев служит причиной разницы в действующих замедлениях двулучепреломляющих слоев в отношении падающего света с косоугольных направлений вследствие углов преломления. Таким образом, принцип конструирования становится сложным. Для того чтобы избежать этой проблемы, средний показатель преломления каждого двулучепреломляющего слоя в материалах настоящей заявки стандартизирован в 1,5 для расчета коэффициента Nz, если не упомянуто иное. Что касается двулучепреломляющего слоя, имеющего действующий средний показатель преломления не 1,5, значение преобразуется при условии, что средний показатель преломления имеет значение 1,5. Упомянутое ниже замедление Rth в направлении толщины также стандартизовано таким же образом.

В этом описании, когда первый двулучепреломляющий слой (I) имеет коэффициент Nz, по существу равный таковому у второго двулучепреломляющего слоя (I), разница в коэффициенте Nz является меньшей чем 0,1, предпочтительно, меньшей чем 0,05; когда первый двулучепреломляющий слой (II) имеет коэффициент Nz, по существу равный таковому у второго двулучепреломляющего слоя (II), разница в коэффициенте Nz является меньшей чем 0,1, предпочтительно, меньшей чем 0,05; а когда первый двулучепреломляющий слой (II) имеет замедление в плоскости, по существу равное таковому у второго двулучепреломляющего слоя (II), разница замедления в плоскости является меньшей чем 20 нм, предпочтительно, меньшей чем 10 нм.

Когда первый двулучепреломляющий слой (I) имеет ось наименьшей скорости распространения света в плоскости, образующую угол около 45° с осью поглощения первого поляризатора, угол имеет значение от 40° до 50°, особенно предпочтительно, 45°. Даже если относительный угол, созданный осью наименьшей скорости распространения света в плоскости первого двулучепреломляющего слоя (I) и осью поглощения первого поляризатора, не является точно 45°, эффект предотвращения утечки света в перпендикулярном направлении лицевой поверхности подложки может быть получен в достаточной мере, так как ось наименьшей скорости распространения света в плоскости первого двулучепреломляющего слоя (I) ортогональна таковой у второго двулучепреломляющего слоя (I). Кроме того, заметные результаты улучшения в просветлении или в пропускной способности могут быть получены, когда вышеупомянутый относительный угол имеет значение 45°. Когда второй двулучепреломляющий слой (I) имеет ось наименьшей скорости распространения света в плоскости, по существу ортогональную оси наименьшей скорости распространения света в плоскости первого двулучепреломляющего слоя (I), угол, созданный двумя осями наименьшей скорости распространения света в плоскости, имеет значение от 88° до 92°, особенно предпочтительно 90°. Когда второй поляризатор имеет ось поглощения, по существу ортогональную оси поглощения первого поляризатора, угол, созданный двумя осями поглощения, имеет значение от 88° до 92°, особенно предпочтительно 90°. Когда первый двулучепреломляющий слой (II) имеет ось наибольшей скорости распространения света в плоскости, по существу ортогональную оси поглощения первого поляризатора, угол, созданный двумя осями, имеет значение от 88° до 92°, особенно предпочтительно, 90°. Когда второй двулучепреломляющий слой (II) имеет ось наибольшей скорости распространения света в плоскости, по существу ортогональную оси поглощения второго поляризатора, угол, созданный двумя осями, имеет значение от 88° до 92°, особенно предпочтительно, 90°.

Устройство LCD по настоящему изобретению может содержать или может не содержать другие компоненты до тех пор, пока оно по существу включает в себя первый поляризатор, первый двулучепреломляющий слой (II), первый двулучепреломляющий слой (I), ЖК-ячейку, второй двулучепреломляющий слой (I), второй двулучепреломляющий слой (II), второй поляризатор и двулучепреломляющий слой (III). Для того чтобы непременно достичь вышеупомянутого преобразования состояния поляризации пучка света, используемого для отображения, согласно настоящему изобретению, предпочтительные варианты осуществления включают в себя один, в котором устройство LCD не включает в себя двулучепреломляющий слой между первым и вторым поляризаторами, иной чем первый двулучепреломляющий слой (II), первый двулучепреломляющий слой (I), ЖК-ячейка, второй двулучепреломляющий слой (I), второй двулучепреломляющий слой (II) и двулучепереломляющий слой (III). Для снижения затрат на производство уменьшением количества двулучепреломляющих слоев, которые должны использоваться в устройстве LCD, более предпочтительные варианты осуществления включают в себя один, в котором устройство LCD не включает в себя двулучепреломляющую среду в устройстве жидкокристаллического дисплея, иную чем первый поляризатор, первый двулучепреломляющий слой (II), первый двулучепреломляющий слой (I), ЖК-ячейка, второй двулучепреломляющий слой (I), второй двулучепреломляющий слой (II), второй поляризатор и двулучепреломляющий слой (III). Однако устройство LCD может включать в себя любую двулучепреломляющую среду, иную чем первый поляризатор, первый двулучепреломляющий слой (II), первый двулучепреломляющий слой (I), ЖК-ячейка, второй двулучепреломляющий слой (I), второй двулучепреломляющий слой (II), второй поляризатор и двулучепреломляющий слой (III). Например, устройство LCD может включать в себя полуволновую пластину, имеющую замедление λ/2 в плоскости для настройки дисперсии длин волн двулучепреломляющего слоя, и тому подобного.

Кроме того, двулучепреломляющий слой (III) предпочтительно расположен прилегающим к ЖК-ячейке. Фраза «расположен прилегающим к» в материалах настоящей заявки означает, что никакая двулучепреломляющая среда не расположена между двулучепреломляющим слоем (III) и ЖК-ячейкой. В одном из вариантов осуществления, например, изотропная пленка может быть расположена между двулучепреломляющим слоем (III) и ЖК-ячейкой. Если размещено множество двулучепреломляющих слоев (III), по меньшей мере один из двулучепреломляющих слоев (III) расположен прилегающим к ЖК-ячейке, а соответственные двулучепреломляющие слои (III) размещены прилегающими друг к другу.

nx≈ny в двулучепреломляющем слое (III), другими словами, |nx-ny|≈0, а более точно, представляет случай, где замедление в плоскости, R=|nx-ny|×d, является меньшим чем 20 нм, предпочтительно, меньшим чем 10 нм. Двулучепреломляющий слой (III) может иметь многослойную или однослойную структуру. Независимо от количества слоев, составляющих двулучепреломляющий слой (III), характеристики интенсивности работающего на пропускание света устройства LCD, в принципе, полностью идентичны до тех пор, пока двулучепреломляющий слой (III) расположен на внутренней стороне (стороне ЖК-ячейки) первой и второй четвертьволновых пластин, а сумма замедлений в направлении толщины двулучепреломляющих слоев (III) постоянна. Соответственно, в этом описании, настоящее изобретение просто приводится со ссылкой только на устройство LCD, включающее в себя один двулучепреломляющий слой (III) между второй четвертьволновой пластиной и ЖК-ячейкой, если не указано иного.

Типично, пленка из PVA (поливинилового спирта) с дихроичным анизотропным материалом, таким как йодный комплекс, адсорбированным и выровненным на ней, может применяться в качестве поляризатора. Обычно, защитная пленка, такая как пленка из триацетил-целлюлозы (TAC), ламинирована на соответственных сторонах пленки из PVA для обеспечения механической прочности, влагостойкости, теплостойкости и тому подобного, и получающаяся в результате ламинированная пленка используется на практике. Если не указано иное, термин «поляризатор» в материалах настоящей заявки означает элемент только с функцией поляризации, не включая защитные пленки. Первый и второй поляризаторы сконструированы таким образом, что один составляет поляризатор (поляризатор задней стороны), а другой составляет анализатор (поляризатор стороны обзора), и независимо от того, какой что составляет, характеристики интенсивности работающего на пропускание света устройства LCD, в принципе, совсем не изменяются. Если не указано иное, настоящее изобретение просто приведено со ссылкой только на устройство LCD, включающее в себя первый поляризатор в качестве поляризатора.

ЖК-ячейка включает в себя пару подложек, и ЖК-слой, вставленный между ними. ЖК-ячейка по настоящему изобретению находится в режиме VA (вертикального выравнивания), где черный экран отображается выравниванием молекул ЖК в ЖК-слое по существу вертикально по отношению к поверхности подложки. Режим VA включает в себя режим MVA (многодоменного VA), режим CPA (непрерывного цевочного выравнивания), режим PVA (фигурного VA), режим BVA (смещенного вертикального выравнивания), режим RTN (обратного TN), режим IPS-VA (VA с переключением в плоскости) и тому подобное. Когда молекулы ЖК выровнены по существу вертикально к поверхности подложки, средний угол предварительного наклона молекул ЖК имеет значение 80° или больше.

Устройство LCD по настоящему изобретению включает в себя, между первым и вторым поляризаторами, первый двулученаправленный слой (I), имеющий замедление в плоскости, настроенное на λ/4 (первую четвертьволновую пластину), и второй двулучепреломляющий слой (I), имеющий замедление в плоскости, настроенное на λ/4 (вторую четвертьволновую пластину), а также первый и второй двулучепреломляющие слои (II). В настоящем изобретении, как упомянуто выше, устройство LSD дополнительно включает в себя двулучепреломляющий слой (III) между первым и вторым поляризаторами. Например, комбинация второй четвертьволновой пластины и второго двулучепреломляющего слоя (II), комбинация второй четвертьволновой пластины и двулучепреломляющего слоя (III), комбинация первой четвертьволновой пластины и первого двулучепреломляющего слоя (II) и комбинация первой четвертьволновой пластины и двулучепреломляющего слоя (III) каждая является многослойным телом, состоящим из этих слоев, без связующего вещества между ними. Такое многослойное тело может подготавливаться соединением пленок, приготовленных выдавливанием мультипрофиля, и тому подобным, связующим веществом, или формированием одного двулучепреломляющего слоя, составляющего многослойное тело, из полимерной пленки, а вслед за этим, покрытием или нанесением другого двулучепреломляющего слоя, включающего в себя жидкокристаллический материал или нежидкокристаллический материал. Последний способ, который включает в себя покрытие или нанесение, предпочтительно применяется, когда двулучепреломляющий слой (III), который часто формируется покрытием некристаллического материала, такого как полиамид, или жидкокристаллического материала, такого как холестерический жидкий кристалл, укладывается стопой на вторую четвертьволновую пластину или первую четвертьволновую пластину.

Пучок света, который проник в первый поляризатор с фронтального направления, преобразуется в линейно поляризованный пучок света первым поляризатором, а затем, проходит через первый двулучепреломляющий слой (II) наряду с сохранением своего состояния поляризации, а затем, преобразуется в циркулярно поляризованный пучок света первой четвертьволновой пластиной, и затем, проходит через ЖК-ячейку и двулучепреломляющий слой (III) наряду с сохранением своего состояния поляризации. Затем, при прохождении через вторую четвертьволновую пластину, ортогональную первой четвертьволновой пластине, циркулярно поляризованный пучок света вновь преобразуется в линейно поляризованный пучок света подобно таковому прямо после прохождения через первый поляризатор и проходит через второй двулучепреломляющий слой (II) наряду с сохранением своего состояния поляризации, и, в заключение, линейно поляризованный пучок света блокируется вторым поляризатором, ортогональным первому поляризатору. Таким образом, двулучепреломляющие слои (II) и (III) не предусмотрены для того, чтобы преобразовывать состояние поляризации пучка света, падающего с фронтального направления.

Вышеприведенное описание ссылается на достижение черного отображения благодаря прослеживанию изменения состояния поляризации на выходе соответственных слоев, и должно быть интуитивно понятно так же, как следующее. Более точно, устройство LCD по настоящему изобретению, включающее в себя поляризаторы поперечной призмы Николя, может отображать идеальный черный экран на фронтальном направлении, вследствие следующих оптических компенсаций с (1) по (4): (1) первая и вторая четвертьволновые пластины расположены, чтобы быть ортогональными друг другу, между первым и вторым поляризаторами, и их замедления идентичны (λ/4), а значит, замедление может быть устранено. Таким образом, первая и вторая четвертьволновые пластины не задействованы; (2) из двулучепреломляющих слоев (II), расположенных между первым и вторым поляризаторами, первый двулучепреломляющий слой (II) имеет ось наибольшей скорости распространения света, ортогональную оси поглощения первого поляризатора, а второй двулучепреломляющий слой (II) имеет ось наибольшей скорости распространения света, ортогональную оси поглощения второго поляризатора. Таким образом, каждый из первого и второго двулучепреломляющих слоев (II) не задействован; (3) двулучепреломляющий слой (III) и ЖК-ячейка, расположенные между первым и вторым поляризаторами, каждые имеют замедление, равное нулю на фронтальном направлении, а значит, они по существу не задействованы; и (4) первый и второй поляризаторы расположены, чтобы быть ортогональными друг другу, так называемые поляризаторы поперечной призмы Николя.

Устройство LCD по настоящему изобретению может не отображать идеальный черный экран в косоугольном направлении, так как пучок света, падающий с косоугольного направления на первый поляризатор, не блокируется вторым поляризатором вследствие следующих трех причин, при условии, что не задано никакого преобразования состояния поляризации, которое может быть приписано двулучепреломляющим слоям (II) и (III). Более точно, двулучепреломляющие слои (II) и (III) не предусмотрены для того, чтобы производить преобразование состояния поляризации только в отношении пучка света, падающего с косоугольного направления, тем самым, компенсируя характеристики угла обзора.

Как упомянуто выше, двулучепреломляющие слои (II) и (III) по настоящему изобретению могут отображать превосходный черный экран также в косоугольном направлении наряду с сохранением превосходного черного состояния на фронтальном направлении. Поэтому, устройство LCD может показывать более высокую степень контрастности в косоугольном направлении для обеспечения превосходных характеристик угла обзора.

Ниже приведены три причины, почему компенсация угла обзора обеспечивается преобразованием состояния поляризации пучка света, падающего с косоугольного направления, двулучепреломляющими слоями (II) и (III). Это упомянуто со ссылкой на устройство 100 LCD CPVA, имеющее простейшую конфигурацию, как показано на фиг. 1, на которой первый поляризатор 110 (азимут оси поглощения 90°), первая четвертьволновая пластина 120 (азимут оси наименьшей скорости распространения света 135°), ЖК-ячейка 130 VA, вторая четвертьволновая пластина 140 (азимут оси наименьшей скорости распространения света 45°), второй поляризатор 150 (азимут оси поглощения 0°), и без двулучепреломляющих слоев (II) и (III). На фиг. 1, стрелка, показанная на каждом из первого и второго поляризаторов 110 и 150, представляет азимут его оси поглощения, а стрелка, показанная на каждой из первой и второй четвертьволновых пластин 120 и 140, представляет азимут ее оси наименьшей скорости распространения света. Эллиптическое тело, проиллюстрированное в ЖК-ячейке 130 VA, показывает форму эллиптического тела с показателем преломления ячейки 130.

Во-первых, что касается черного экрана в прямом направлении, пучок света, который проник в первый поляризатор 110 с фронтального направления, преобразуется в линейно поляризованный пучок света первым поляризатором 110, а затем, дополнительно преобразуется в циркулярно поляризованный пучок света первой четвертьволновой пластиной 120, а затем проходит через ЖК-ячейку 130 наряду с сохранением его состояния поляризации. Затем, при прохождении через вторую четвертьволновую пластину 140, ортогональную первой четвертьволновой пластине 120, циркулярно поляризованный пучок света вновь преобразуется в тот же самый линейно поляризованный пучок света, как прямо на выходе первого поляризатора 110, и, в заключение, линейно поляризованный пучок света блокируется вторым поляризатором 150, который ортогонален первому поляризатору 110. Таким образом, отображается превосходный черный экран. Другими словами, устройство 100 LCD может отображать идеальный черный экран во фронтальном направлении, так как (1) первая и вторая четвертьволновые пластины 120 и 140 расположены, чтобы быть ортогональными друг другу, между первым и вторым поляризаторами 110 и 150, и их замедления идентичны (λ/4), а значит, замедление может быть исключено. Таким образом, первая и вторая четвертьволновые пластины являются не работающими; (2) ЖК-ячейка 130, расположенная между первым и вторым поляризаторами 110 и 150, имеет замедление ноль на фронтальном направлении, а значит, она по существу не задействована; и (3) первый и второй поляризаторы 110 и 150 расположены, чтобы быть ортогональными друг другу, так называемыми поляризаторами поперечной призмы Николя.

Затем, что касается черного экрана в косоугольном направлении, идеальный черный экран не может отображаться вследствие следующих факторов с (1) по (3), осуществляющих вклад в сокращение угла обзора в косоугольных направлениях:

(1) первая и вторая четвертьволновые пластины 120 и 140 не ортогональны друг другу или имеют разные замедления. Таким образом, первая и вторая четвертьволновые пластины 120 и 140 задействованы;

(2) ЖК-ячейка 130 не имеет замедления ноль и, таким образом, не является незадействованной; и

(3) первый и второй поляризаторы 110 и 150 расположены, чтобы быть ортогональными друг другу, а значит, не присутствуют поляризаторы поперечной призмы Николя.

Вышеприведенные факторы с (1) по (3) более подробно упомянуты ниже, со ссылкой на фиг. 2. Хотя, во фронтальном направлении (нормальном направлении, перпендикулярном к поверхности подложки) ось 121 наименьшей скорости распространения света первой четвертьволновой пластины 120 и ось 141 наименьшей скорости распространения света второй четвертьволновой пластины 140 ортогональны друг другу, как схематически показано на фиг. 2(a), они не ортогональны друг другу в косоугольном направлении с азимутом 0°. Таким образом, замедление не подавляется, а значит, первая и вторая четвертьволновые пластины 120 и 140 не являются незадействованными. Кроме того, на фронтальном направлении, ось 121 наименьшей скорости распространения света первой четвертьволновой пластины 120 и ось 141 наименьшей скорости распространения света второй четвертьволновой пластины 140 ортогональны друг другу, как схематически показано на фиг. 2(b), и, между тем, в косоугольном направлении с азимутом 45°, они ортогональны друг другу, но замедления первой и второй четвертьволновых пластин 120 и 140 не одинаковы. Таким образом, замедление не нейтрализуется. Это происходит потому, что замедление определяется согласно двулучепреломление (разность показателей преломления) × толщину, а действующее двулучепреломление является разным между на фронтальном направлении и в косоугольном направлении, а кроме того, меняется в зависимости от азимута. По той же причине, замедление ЖК-ячейки 130 VA является нулевым на фронтальном направлении, но ненулевым на любом косоугольном направлении. Только на фронтальном направлении, оба из действующего двулучепреломления и замедления являются нулевыми. Как схематически показано на фиг. 2(c), хотя на фронтальном направлении ось 111 поглощения первого поляризатора 110 и ось 151 поглощения второго поляризатора 150 ортогональны друг другу, они не ортогональны друг другу в косоугольном направлении с азимутом 45°.

Как упомянуто выше, устройство 100 LCD CPVA, имеющее простейшую конфигурацию, может не отображать идеальный черный экран в косоугольных направлениях вследствие трех факторов с (1) по (3). Наоборот, устранение этих факторов, то есть, оптическая компенсация, предоставляет возможность отображения лучшего черного экрана в косоугольных направлениях. Вышеупомянутые технологии с (A) по (E) для улучшения угла обзора фактически влекут за собой оптическую компенсацию факторов. В дополнение, факторы (1) и (2) обычно наблюдаются вместе. Соответственно, оптические компенсации для соответственных факторов (1) и (2) могут выполняться не раздельно, а вместе.

Устройство LCD CPVA по настоящему изобретению сконструировано таким образом, чтобы обеспечивать оптические компенсации для факторов с (1) по (3) одновременно, на основании следующего принципа конструирования. Более точно, устройство сконструировано таким образом, что, во-первых, обобщенная двухосная четвертьволновая пластина (двулучепреломляющий слой (I)), удовлетворяющий соотношению nx>ny≥nz, используется в качестве первой и второй четвертьволновых пластин, и их коэффициенты Nz настроены, чтобы быть по существу равными друг другу, а во-вторых, двулучепреломляющий слой (двулучепреломляющий слой (II)), удовлетворяющий соотношению nx<ny≤nz, расположен между первой четвертьволновой пластиной и первым поляризатором, и между второй четвертьволновой пластиной и вторым поляризатором, и в-третьих, двулучепреломляющий слой (двулучепреломляющий слой (III)), удовлетворяющий соотношению nx=ny>nz, расположен между первой и второй четвертьволновыми пластинами.

Последующее будет ссылаться на принцип конструирования двулучепреломляющих слоев по настоящему изобретению. Настоящий изобретатель производил различные исследования по простым и эффективным оптическим компенсациям для вышеупомянутых факторов и отметил, что фактор, нуждающийся в оптической компенсации, зависит от азимута. Затем, изобретатель обнаружил, что, как показано в следующей таблице 1, оптическая компенсация поляризаторов для фактора (3) необязательна на азимуте 0°, и что только оптическая компенсация четвертьволновых пластин для фактора (1) и таковая у ЖК-ячейки для фактора (2) достаточны для оптической компенсации.

[Таблица 1]
Азимут Необходимость оптической компенсации
(1) Первая четвертьволновая пластина (2) ЖК-ячейка (3) Поляризатор
нужна нужна не нужна
45° нужна нужна нужна

Как результат, изобретатель обнаружил, что факторы (1) и (2) в косоугольном направлении обзора с азимутом 0° одновременно и эффективно устраняются оптимизацией коэффициентов Nzq у Nz первой и второй четвертьволновых пластин и замедления Rlc в направлении толщины ЖК-ячейки на основании представления состояния поляризации на сфере Пункаре и компьютерного имитационного моделирования, а кроме того, размещением двулучепреломляющего слоя (III), удовлетворяющего соотношению nx=ny>nz между первой и второй четвертьволновыми пластинами, и оптимизацией его замедления R3 в направлении толщины. В этом описании, 1-й этап предполагает эту последовательность операций, где коэффициенты Nzq у Nz первой и второй четвертьволновых пластин, замедление Rlc в направлении толщины ЖК-ячейки и замедление R3 в направлении толщины двулучепреломляющего слоя (III) оптимизируются для оптической компенсации на азимуте 0°, как упомянуто выше.

Изобретатель также обнаружил, что факторы (1), (2) и (3) одновременно и эффективно устраняются в косоугольном направлении с азимутом 45°, после 1-го этапа, посредством размещения первого двулучепреломляющего слоя (II), удовлетворяющего соотношению nx<ny<nz между первой четвертьволновой пластиной и первым поляризатором, чтобы имел ось наибольшей скорости распространения света в плоскости, по существу ортогональную оси поглощения первого поляризатора, и размещения второго двулучепреломляющего слоя (II), удовлетворяющего соотношению nx<ny≤nz между второй четвертьволновой пластиной и вторым поляризатором, чтобы имел ось наибольшей скорости распространения света в плоскости, по существу ортогональную оси поглощения второго поляризатора, а также оптимизации коэффициента Nz2 у Nz и замедления R2 в плоскости первого и второго двулучепреломляющих слоев (II). В этом описании, 2-й этап предполагает эту последовательность операций, следующую за 1-м этапом, где коэффициент Nz2 у Nz и замедление R2 в плоскости двулучепреломляющих слоев (II) оптимизируются для оптической компенсации на азимуте 45°.

Первый и второй двулучепреломляющие слои (II), которые дополнительно размещены на 2-м этапе, расположены из условия, чтобы их оси наибольшей скорости распространения света в плоскости были по существу ортогональны осям поглощения первого и второго поляризаторов, соответственно, которые являются прилегающими, соответственно, к первому и второму двулучепреломляющим слоям (II). Поэтому, оптические характеристики в направлении с азимутом 0° совсем не меняются. Таким образом, оптическая компенсация по настоящему изобретению отличается тем, что оптимальное состояние, достигнутое на 1-м этапе, может сохраняться даже после 2-го этапа. Этот способ оптической компенсации, где 1-й и 2-й этапы полностью независимы друг от друга, упрощает конструкцию двулучепреломляющих слоев.

Последующее будет упоминать подробности принципа оптической компенсации на каждом из 1-го и 2-го этапов со ссылкой на сферу Пункаре. Сфера Пункаре широко известна в кристаллооптике в качестве полезного подхода для отслеживания состояния поляризации света, распространяющегося через двулучепреломляющий слой (например, смотрите «Kessyo Kogaku», написанное Такасаки Хироши, опубликованное корпорацией Morikita Publishing, ЗАО, 1975, стр. со 146 по 163).

На сфере Пункаре, правополяризованное состояние представлено на верхней полусфере; левополяризованное состояние на нижней полусфере, линейно поляризованное состояние на экваторе; право- и левополяризованное по кругу состояния находятся на верхнем и нижнем полюсах, соответственно. Между двумя состояниями поляризации, симметричными относительно начала координат сферы, углы эллиптичности одинаковы по величине, но противоположны по полярности. Это показывает, что два состояния поляризации находятся в состоянии ортогональной поляризации.

Эффекты, приписываемые двулучепреломляющему слою, показаны на сфере Пункаре, как изложено ниже. Точка, показывающая состояние поляризации пучка света перед распространением через двулучепреломляющий слой, поворачивается в направлении против часовой стрелки на угол, определенный согласно (2π) × (замедление)/(длина волны) (единица измерения: радиан), вокруг оси наименьшей скорости распространения света (более точно, точка, показывающая более медленную из двух собственных мод колебания двулучепреломляющего слоя) (это то же самое, когда точка поворачивается в направлении по часовой стрелке вокруг оси наибольшей скорости распространения света).

Центр поворота и угол поворота в косоугольном направлении обзора определяются осью наименьшей скорости распространения света (или осью наибольшей скорости распространения света) и замедлением на угле обзора. Хотя подробно не поясняется, таковые, например, могут быть рассчитаны посредством определения направления колебаний на собственной моде колебаний и волнового вектора в двулучепреломляющем слое из уравнения Френеля для нормального падения. Ось наименьшей скорости распространения света в косоугольных направлениях обзора зависит от угла обзора и коэффициента Nz. Замедление на косоугольных направлениях обзора зависит от угла обзора, коэффициента Nz и замедления R в плоскости (или замедления Rth направления толщины).

(Принцип компенсации на 1-м этапе)

Прежде всего, упомянуто состояние поляризации, когда устройство 100 LCD CPVA на фиг. 1 наблюдается с фронтального направления. Фиг. 3 - вид, показывающий изменения состояния поляризации пучка света, испущенного из задней подсветки (не показанной на фиг. 1, но расположенной под первым поляризатором), при этом условии, представленного на плоскости S1-S2 сферы Пункаре. Точки на фиг. 3 показывают соответственные состояния поляризации на выходе соответственных поляризаторов 110 и 150, соответственных двулучепреломляющих слоев 120 и 140 и ЖК-ячейки 130. Точки, показывающие соответственные состояния поляризации, фактически находятся на сфере Пункаре, но спроецированы на плоскость S1-S2. Точка, показывающая состояние поляризации, показана посредством «Q», а точка, показывающая ось наименьшей (наибольшей) скорости распространения света двулучепреломляющего слоя, показана посредством «X».

Состояние поляризации пучка света непосредственно на выходе первого поляризатора 110 представлено P0 на сфере Пункаре, и P0 соответствует E, показывающему состояние поляризации, в котором второй поляризатор 150 может осуществлять поглощение, то есть, положению гашения (азимуту оси поглощения) второго поляризатора 150. Затем, когда пучок света проходит через первую четвертьволновую пластину 120, P0 перемещается в P1 посредством поворота на определенный угол вокруг оси наименьшей скорости распространения света первой четвертьволновой пластины 120, представленной Q1 на сфере Пункаре. Поворот происходит в направлении против часовой стрелки, когда начало координат (центр сферы Пункаре) наблюдается из Q1.

Последовательно, пучок света проходит через ЖК-ячейку 130 VA, но не изменяется по своему состоянию поляризации, так как ячейка 130 имеет замедление ноль на фронтальном направлении. В заключение, пучок света проходит через вторую четвертьволновую пластину 140, и P1 перемещается в P2 посредством поворота на определенный угол вокруг оси наименьшей скорости распространения света второй четвертьволновой пластины 140, представленной Q2. Эта P2 соответствует положению E гашения второго поляризатора 150. Таким образом, устройство 100 LCD по фиг. 1 может блокировать пучок света от подсветки для отображения идеального черного экрана, когда наблюдается с фронтального направления.

Последующее будет ссылаться на состояние поляризации, когда устройство 100 LCD CPVA по фиг. 1 наблюдается с направления с азимутом 0° оси поглощения второго поляризатора 150 и направления, отклоненного на угол 60° от нормального направления (в дальнейшем, также указываемый ссылкой как полярный угол 60°). Фиг. 4 - вид, показывающий изменения состояния поляризации пучка света, испущенного из задней подсветки при этом условии, представленном на плоскости S1-S2 сферы Пункаре. Точки на фиг. 4 показывают соответственные состояния поляризации на выходе соответственных поляризаторов 110 и 150, соответственных двулучепреломляющих слоев 120 и 140 и ЖК-ячейки 130.

Состояние поляризации пучка света непосредственно на выходе первого поляризатора 110 представлено P0 на сфере Пункаре, и P0 соответствует E, показывающему состояние поляризации, в котором второй поляризатор 150 может осуществлять поглощение, то есть, положению гашения (азимуту оси поглощения) второго поляризатора 150. Затем, когда пучок света проходит через первую четвертьволновую пластину 120, P0 перемещается в P1 посредством поворота на определенный угол вокруг оси наименьшей скорости распространения света первой четвертьволновой пластины 120, представленной Q1 на сфере Пункаре. Поворот происходит в направлении против часовой стрелки, когда начало координат наблюдается из Q1.

Последовательно, пучок света проходит через ЖК-ячейку 130 VA, и P1 достигает P2 посредством поворота на определенный угол вокруг оси наименьшей скорости распространения света ЖК-ячейки 130, представленной L на сфере Пункаре. Поворот происходит в направлении против часовой стрелки, когда начало координат наблюдается из L. В заключение, пучок света проходит через вторую четвертьволновую пластину 140, и P2 перемещается в P3 посредством поворота на определенный угол вокруг оси наименьшей скорости распространения света второй четвертьволновой пластины 140, представленной Q2. Эта P3 не соответствует положению E гашения второго поляризатора 150. Таким образом, устройство 100 LCD по фиг. 1 не может блокировать пучок света от подсветки, когда наблюдается с направления с азимутом 0° и полярным углом 60°.

Положения с P1 по P3 на фиг. 3 и 4 зависят от коэффициентов Nzq у Nz первой и второй четвертьволновых пластин 120 и 140 и замедления Rlc в направлении толщины ЖК-ячейки 130. Фиг. 3 и 4 показывают, в качестве примера, вариант осуществления, где удовлетворены Nzq=1,6 и Rlc=320 нм. Для простого показа преобразования состояния поляризации, положения соответственных точек показаны приблизительно и могут не быть абсолютно точными. Для облегчения иллюстрации, стрелки, показывающие годограф преобразования P1-P3, не показаны. Замедление Rlc ЖК-ячейки 130 VA типично имеет значение около 320 нм и обычно настраивается на значение, находящееся в диапазоне от 270 нм до 400 нм. Например, замедлению Rlc требуется быть большим чем 320 нм, для того чтобы повышать коэффициент пропускания. Коэффициент Nzq у Nz каждого из первой и второй четвертьволновых пластин 120 и 140 обычно настраивается на значение, находящееся в диапазоне от 1,0 до 2,9.

Последующее будет ссылаться на устройство 200 LCD CPVA, включающее в себя двулучепреломляющий слой (III), как показанный на фиг. 5, в котором первый поляризатор 210 (азимут оси поглощения 90°), первая четвертьволновая пластина 220 (азимут оси наименьшей скорости распространения света 135°), ЖК-ячейка 230 VA, двулучепреломляющий слой (III) 235, вторая четвертьволновая пластина 240 (азимут оси наименьшей скорости распространения света 45°) и второй поляризатор 250 (азимут оси поглощения 0°) уложены в стопу в этом порядке. На фиг. 5, стрелка, показанная на каждом из первого и второго поляризаторов 210 и 250, представляет азимут его оси поглощения, а стрелка, показанная на каждой из первой и второй четвертьволновых пластин 220 и 240, представляет азимут ее оси наименьшей скорости распространения света. Эллиптические тела в ЖК-ячейке 230 VA и двулучепреломляющий слой (III) 235 показывают форму их соответственных эллиптических тел с показателем преломления.

Прежде всего, упомянуто состояние поляризации, когда устройство 200 LCD CPVA на фиг. 5 наблюдается с фронтального направления. Фиг. 6 - вид, показывающий изменения состояния поляризации пучка света, испущенного из задней подсветки (не показанной на фиг. 5, но расположенной под первым поляризатором 210), при этих условиях, представленного на плоскости S1-S2 сферы Пункаре. Точки на фиг. 6 показывают соответственные состояния поляризации на выходе соответственных поляризаторов 210 и 250, соответственных двулучепреломляющих слоев 220 и 240 и ЖК-ячейки 230.

Состояние поляризации пучка света непосредственно на выходе первого поляризатора 210 представлено P0 на сфере Пункаре, и P0 соответствует E, показывающему состояние поляризации, в котором второй поляризатор 250 может осуществлять поглощение, то есть, положению гашения (азимуту оси поглощения) второго поляризатора 250. В таком случае, когда пучок света проходит через первую четвертьволновую пластину 220, P0 перемещается в P1 посредством поворота на определенный угол вокруг оси наименьшей скорости распространения света первой четвертьволновой пластины 220, представленной Q1 на сфере Пункаре. Поворот происходит в направлении против часовой стрелки, когда начало координат наблюдается из Q1.

Последовательно, пучок света проходит через ЖК-ячейку 230 VA и двулучепреломляющий слой (III) 235, но не изменяется по своему состоянию поляризации, так как каждые из ячейки 230 и двулучепреломляющего слоя (III) 235 имеют замедление ноль на фронтальном направлении. В заключение, пучок света проходит через вторую четвертьволновую пластину 240, и P1 перемещается в P2 посредством поворота на определенный угол вокруг оси наименьшей скорости распространения света второй четвертьволновой пластины 240, представленной Q2. Эта P2 соответствует положению E гашения второго поляризатора 250. Таким образом, устройство 200 LCD по фиг. 5 может блокировать пучок света от задней подсветки для отображения идеального черного экрана, когда наблюдается с фронтального направления, как в устройстве 100 LCD на фиг. 1.

Последующее будет ссылаться на состояние поляризации, когда устройство 200 LCD CPVA по фиг. 5 наблюдается с направления с азимутом 0° оси поглощения второго поляризатора 210 и полярным углом 60°. Фиг. 7 - вид, показывающий изменения состояния поляризации пучка света, испущенного из задней подсветки при этом условии, представленного на плоскости S1-S2 сферы Пункаре. Точки на фиг. 7 показывают соответственные состояния поляризации на выходе соответственных поляризаторов 210 и 250, соответственных двулучепреломляющих слоев 220 и 240 и ЖК-ячейки 230.

Состояние поляризации пучка света непосредственно на выходе первого поляризатора 210 представлено P0 на сфере Пункаре, и P0 соответствует E, показывающему состояние поляризации, в котором второй поляризатор 250 может осуществлять поглощение, то есть, положению гашения (азимуту оси поглощения) второго поляризатора 250. Затем, когда пучок света проходит через первую четвертьволновую пластину 220, P0 достигает P1 посредством поворота на определенный угол вокруг оси наименьшей скорости распространения света первой четвертьволновой пластины 220, представленной Q1 на сфере Пункаре. Поворот происходит в направлении против часовой стрелки, когда начало координат наблюдается из Q1.

Последовательно, пучок света проходит через ЖК-ячейку 230 VA, и P1 достигает P2 посредством поворота на определенный угол вокруг оси наименьшей скорости распространения света ЖК-ячейки 230, представленной L на сфере Пункаре. Поворот происходит в направлении против часовой стрелки, когда начало координат наблюдается из L. Затем, пучок света проходит через двулучепреломляющий слой (III) 235, и P2 достигает P3 посредством поворота на определенный угол вокруг оси наименьшей скорости распространения света двулучепреломляющего слоя (III) 235, представленного R3 на сфере Пункаре. Поворот происходит в направлении против часовой стрелки, когда начало координат наблюдается из R3. В заключение, пучок света проходит через вторую четвертьволновую пластину 240, и P3 перемещается в P4 посредством поворота на определенный угол вокруг оси наименьшей скорости распространения света второй четвертьволновой пластины 240, представленной Q2. Эта P4 соответствует положению E гашения второго поляризатора 250. Таким образом, устройство 200 LCD по фиг. 5 может блокировать пучок света от подсветки, когда наблюдается с направления с азимутом 0° и полярным углом 60°, как при обзоре с фронтального направления.

Положения с P1 по P4 на фиг. 6 и 7 зависят от коэффициентов Nzq у Nz первой и второй четвертьволновых пластин 220 и 240, замедления Rlc в направлении толщины ЖК-ячейки 230 и замедления R3 в направлении толщины двулучепреломляющего слоя (III) 235. Фиг. 6 и 7 показывают, в качестве примера, вариант осуществления, где удовлетворены Nzq=1,6, Rlc=320 нм и R3=-129 нм. Для простого показа преобразования состояния поляризации, положения соответственных точек показаны приблизительно и могут не быть абсолютно точными. Для облегчения иллюстрации, стрелки, показывающие годограф преобразования P1-P4, не показаны.

В результате исследований, изобретатель обнаружил, что оптимальное значение R3 замедления двулучепреломляющего слоя (III) 235 меняется согласно коэффициенту Nzq у Nz каждой из первой и второй четвертьволновых пластин 220 и 240. Фиг. 8 и 9 - виды, каждый из которых показывает изменения состояния поляризации, когда устройство 200 LCD CPVA на фиг. 5 наблюдается с направления с азимутом 0° оси поглощения второго поляризатора 250 и полярным углом 60°, представленного на плоскости S1-S2 сферы Пункаре. Фиг. 8 показывает вариант осуществления, где удовлетворены Nzq=2,0, Rlc=320 нм и R3=-61 нм. Фиг. 9 показывает вариант осуществления, где удовлетворены Nzq=2,35, Rlc=320 нм и R3=0 нм.

Как показано на фиг. 7, 8 и 9, чем больше становится коэффициент Nzq у Nz каждой из первой и второй четвертьволновых пластин 220 и 240, тем более симметричными, по отношению к оси S1, становятся P1, показывающая состояние поляризации непосредственно на выходе первой четвертьволновой пластины 220, и P2, показывающая состояние поляризации непосредственно на выходе ЖК-ячейки 230 VA.

В результате, величина преобразования P2-P3, требуемая, чтобы P4 и E соответствовали друг другу, более точно, величина требуемого замедления R3 двулучепреломляющего слоя (III) 235 становится меньшей. Как упомянуто выше, замедление Rlc ЖК-ячейки 230 VA настраивается на значение, находящееся в диапазоне от 270 нм до 400 нм, а значит, когда коэффициент Nzq у Nz каждой из первой и второй четвертьволновых пластин 220 и 240 имеет значение 2,00 или меньшее, есть большая необходимость размещать двулучепреломляющий слой (III).

Таблица 2 и фиг. 10 показывают зависимость между коэффициентом Nzq у Nz каждой из первой и второй четвертьволновых пластин 220 и 240 и оптимальным замедлением R3 в направлении толщины двулучепреломляющего слоя (III) 235, на основании результатов, определенных посредством компьютерного имитационного моделирования. На схеме сферы Пункаре по фиг. с 7 по 9, преобразование поляризации из P1 в P3 проиллюстрировано отдельно в преобразовании из P1 в P2, приписываемом замедлению Rlc в направлении толщины ЖК-ячейки 230 VA и в преобразовании из P2 в P3, приписываемом замедлению R3 в направлении толщины двулучепреломляющего слоя (III) 235. Однако, эти два преобразования идентичны по центру поворота, только противоположны по направлению поворота. Направление поворота определяется знаком плюс и минус замедления в направлении толщины. Угол поворота определяется величиной замедления в направлении толщины. Соответственно, вышеупомянутые два преобразования могут рассматриваться в качестве прямого преобразования из P1 в P3, приписываемого «совокупному замедлению Rlc+R3 в направлении толщины» «ЖК-ячейки 230 VA+двулучепреломляющего слоя (III) 235». Другими словами, независимо от замедления Rlc в направлении толщины ЖК-ячейки 230 VA, оптические характеристики идентичны среди устройств LCD, чьи Rlc+R3 одинаковы. Таблица 2 показывает оптимальные значения Rlc+R3, рассчитанные посредством компьютерного имитационного моделирования. Как показано в таблице 2 и на фиг. 10, что касается зависимости между Nzq и оптимальным Rlc+R3, следующая формула (A) дает достаточно близкое приближенное значение в случае 1,0≤Nzq≤2,9. Сплошная линия на фиг. 10 представляет следующую формулу (A).

Rlc+R3=169 нм × Nzq-81 нм(A)

Для того чтобы снабдить ЖК-дисплей высокой степенью контрастности при широком угле обзора, замедление Rlc+R3, которое является суммой замедления Rlc в направлении толщины в черном состоянии (в отсутствие приложенного напряжения к ЖК-слою) ЖК-ячейки 230 VA и замедления R3 в направлении толщины двулучепреломляющего слоя (III) 235, наиболее предпочтительно является оптимальным значением, показанным в таблице 2 и на фиг. 10. Однако значение может слегка отклоняться от оптимального значения, если степень контрастности в косоугольных направлениях не является значительно уменьшенной. Для достаточных полезных результатов изобретения, предпочтительно, чтобы замедление Rlc+R3 было в пределах оптимального значения ±30 нм.

[Таблица 2]
Nzq R2+R3 (нм)
1,00 88
1,10 105
1,20 122
1,30 140
1,40 157
1,50 174
1,60 191
1,70 208
2,00 259
2,30 309
2,40 325
2,50 342
2,90 406

(Принцип компенсации на 2-м этапе)

Ниже упомянут случай, где устройство 200 LCD по фиг. 5 после 1-го этапа наблюдается с направления с азимутом (в дальнейшем, также указываемым ссылкой как «азимут 45°»), делящим пополам азимут оси поглощения 90° первого поляризатора 210 и азимут оси поглощения 0° второго поляризатора 250, и направлением, наклоненным на 60°. Как упомянуто выше, на 1-м этапе, устройство 200 LCD добивается оптической компенсации на азимуте 0° посредством определения оптимальных значений каждого из замедления Rlc в направлении толщины ЖК-ячейки 230 и замедления R3 в направлении толщины двулучепреломляющего слоя (III) 235 в соответствии с коэффициентом Nzq у Nz каждого из первого и второго замедлителей 220 и 240 на λ/4. Фиг. 11 - вид, показывающий изменения состояния поляризации пучка света, испущенного из задней подсветки при этом условии, представленного на плоскости S1-S2 сферы Пункаре. Точки на фиг. 11 показывают соответственные состояния поляризации на выходе соответственных поляризаторов 210 и 250, соответственных двулучепреломляющих слоев 220 и 240 и ЖК-ячейки 230.

Состояние поляризации пучка света непосредственно на выходе первого поляризатора 210 представлено P0 на сфере Пункаре, и P0 не соответствует E, показывающему состояние поляризации, в котором второй поляризатор 250 может осуществлять поглощение, то есть, положению гашения (азимуту оси поглощения) второго поляризатора 250. Это означает, что оптическая компенсация требуется в косоугольном направлении с азимутом 45°, так как в этом направлении первый и второй поляризаторы 210 и 250 не ортогональны друг другу. Когда пучок света проходит через первую четвертьволновую пластину 220, P0 перемещается в P1 посредством поворота на определенный угол вокруг оси наименьшей скорости распространения света первой четвертьволновой пластины 220, представленной Q1 на сфере Пункаре. Поворот происходит в направлении против часовой стрелки, когда начало координат наблюдается из Q1.

Последовательно, пучок света проходит через ЖК-ячейку 230 VA, и P1 перемещается в P2 посредством поворота на определенный угол вокруг оси наименьшей скорости распространения света ЖК-ячейки 230, представленной L на сфере Пункаре. Этот поворот происходит в направлении против часовой стрелки, когда начало координат наблюдается из L. Затем, пучок света проходит через двулучепреломляющий слой (III) 235, и P2 достигает P3 посредством поворота на определенный угол вокруг оси наименьшей скорости распространения света двулучепреломляющего слоя (III) 235, представленного R3 на сфере Пункаре. Поворот происходит в направлении против часовой стрелки, когда начало координат наблюдается из R3. В заключение, пучок света проходит через вторую четвертьволновую пластину 240, и P3 перемещается в P4 посредством поворота на определенный угол вокруг оси наименьшей скорости распространения света второй четвертьволновой пластины 240, представленной Q2. Эта P4 не соответствует положению E гашения второго поляризатора 250. Таким образом, устройство 200 LCD по фиг. 5 не может блокировать пучок света от задней подсветки, когда наблюдается с косоугольного направления с азимутом 45° и полярным углом 60°. Более точно, оптическая компенсация не достигается, когда устройство 200 LCD, только что подвергнувшееся 1-му этапу, наблюдается с косоугольного направления с азимутом 45°.

Положения с P1 по P4 на фиг. 11 зависят от коэффициента Nzq у Nz каждой из первой и второй четвертьволновых пластин 220 и 240, замедления Rlc в направлении толщины ЖК-ячейки 230 и замедления R3 в направлении толщины двулучепреломляющего слоя (III) 235. Фиг. 11 показывает, в качестве примера, вариант осуществления, где удовлетворены Nzq=1,6, Rlc=320 нм и R3=-129 нм. Для простого показа преобразования состояния поляризации, положения соответственных точек показаны приблизительно и могут не быть абсолютно точными. Для облегчения иллюстрации, стрелки, показывающие годограф преобразования P1-P4, не показаны.

Последующее будет ссылаться на устройство 300 LCD CPVA, включающее в себя двулучепреломляющие слои (II), как показано на фиг. 12, в котором первый поляризатор 310 (азимут оси поглощения 90°), первый двулучепреломляющий слой (II) 315 (азимут оси наибольшей скорости распространения света 0°), первая четвертьволновая пластина 320 (азимут оси наименьшей скорости распространения света 135°), ЖК-ячейка 330 VA, двулучепреломляющий слой (III) 335, вторая четвертьволновая пластина 340 (азимут оси наименьшей скорости распространения света 45°), второй двулучепреломляющий слой (II) 345 (азимут оси наибольшей скорости распространения света 90°) и второй поляризатор 350 (азимут оси поглощения 0°) уложены стопой в этом порядке. Для конфигурации, показанной на фиг. 5, первый и второй двулучепреломляющие слои (II) добавлены для оптической компенсации на азимуте 45°. На фиг. 12, стрелка, показанная на каждом из первого и второго поляризаторов 310 и 350, представляет азимут его оси поглощения; стрелка, показанная на каждой из первой и второй четвертьволновых пластин 320 и 340, представляет азимут ее оси наименьшей скорости распространения света; и стрелка, показанная в первом и втором двулучепреломляющих слоях (II) 315 и 345, представляет азимут их оси наибольшей скорости распространения света. Эллиптические тела в ЖК-ячейке 330 VA и двулучепреломляющий слой (III) 335 показывают форму их соответственных эллиптических тел с показателем преломления.

Прежде всего, упомянуто состояние поляризации, когда устройство 300 LCD CPVA на фиг. 12 наблюдается с фронтального направления. Фиг. 13 - вид, показывающий изменения состояния поляризации пучка света, испущенного из задней подсветки (не показанной на фиг. 12, но расположенной под первым поляризатором 310), представленного на плоскости S1-S2 сферы Пункаре. Точки на фиг. 13 показывают соответственные состояния поляризации на выходе соответственных поляризаторов 310 и 350, соответственных двулучепреломляющих слоев 315, 320, 340 и 345 и ЖК-ячейки 330.

Состояние поляризации пучка света непосредственно на выходе первого поляризатора 310 представлено P0 на сфере Пункаре, и P0 соответствует E, показывающему состояние поляризации, в котором второй поляризатор 350 может осуществлять поглощение, то есть, положению гашения (азимуту оси поглощения) второго поляризатора 350. Последовательно, пучок света проходит через первый двулучепреломляющий слой (II) 315, но его состояние поляризации, представленное P0, не изменяется даже после поворота на определенный угол вокруг оси наибольшей скорости распространения света первого двулучепреломляющего слоя (II) 315, представленного R2-1 на сфере Пункаре. Затем, когда пучок света проходит через первую четвертьволновую пластину 320, P0 перемещается в P1 посредством поворота на определенный угол вокруг оси наименьшей скорости распространения света первой четвертьволновой пластины 320, представленной Q1 на сфере Пункаре. Поворот происходит в направлении против часовой стрелки, когда начало координат наблюдается из Q1.

Последовательно, пучок света проходит через ЖК-ячейку 330 VA и двулучепреломляющий слой (III) 335, но не изменяется по своему состоянию поляризации, так как каждые из ячейки 330 и двулучепреломляющего слоя (III) 335 имеют замедление ноль на фронтальном направлении. Затем, пучок света проходит через вторую четвертьволновую пластину 340, и P1 перемещается в P2 посредством поворота на определенный угол вокруг оси наименьшей скорости распространения света второй четвертьволновой пластины 340, представленной Q2. В заключение, пучок света проходит через второй двулучепреломляющий слой (II) 345, но его состояние поляризации, представленное P2, не изменяется даже после поворота на определенный угол вокруг оси наибольшей скорости распространения света второго двулучепреломляющего слоя (II) 345, представленного R2-2 на сфере Пункаре. Эта P2 соответствует положению E гашения второго поляризатора 350. Таким образом, устройство 300 LCD по фиг. 12 может блокировать пучок света от подсветки для отображения идеального черного экрана, когда наблюдается с фронтального направления, как в устройстве 100 LCD по фиг. 1.

Последующее будет ссылаться на состояние поляризации, когда устройство 300 LCD CPVA по фиг. 12 наблюдается с направления с азимутом 45° и полярным углом 60°. Фиг. 14 - вид, показывающий изменения состояния поляризации пучка света, испущенного из задней подсветки при этом условии, представленного на плоскости S1-S2 сферы Пункаре. Точки на фиг. 14 показывают соответственные состояния поляризации на выходе соответственных поляризаторов 310 и 350, соответственных двулучепреломляющих слоев 315, 320, 340 и 345 и ЖК-ячейки 330.

Состояние поляризации пучка света непосредственно на выходе первого поляризатора 310 представлено P0 на сфере Пункаре, и P0 не соответствует E, показывающему состояние поляризации, в котором второй поляризатор 350 может осуществлять поглощение, то есть, положению гашения (азимуту оси поглощения) второго поляризатора 350. Последовательно, пучок света проходит через первый двулучепреломляющий слой (II) 315, P0 перемещается в P1 посредством поворота на определенный угол вокруг оси наибольшей скорости распространения света первого двулучепреломляющего слоя (II) 315, представленного R2-1 на сфере Пункаре. Затем, когда пучок света проходит через первую четвертьволновую пластину 320, P1 перемещается в P2 посредством поворота на определенный угол вокруг оси наименьшей скорости распространения света первой четвертьволновой пластины 320, представленной Q1 на сфере Пункаре. Поворот происходит в направлении против часовой стрелки, когда начало координат наблюдается из Q1.

Последовательно, пучок света проходит через ЖК-ячейку 330 VA, и P2 перемещается в P3 посредством поворота на определенный угол вокруг оси наименьшей скорости распространения света ЖК-ячейки 330, представленной L на сфере Пункаре. Этот поворот происходит в направлении против часовой стрелки, когда начало координат наблюдается из L. Затем, пучок света проходит через двулучепреломляющий слой (III) 335, и P3 достигает P4 посредством поворота на определенный угол вокруг оси наименьшей скорости распространения света двулучепреломляющего слоя (III) 335, представленного R3 на сфере Пункаре. Поворот происходит в направлении против часовой стрелки, когда начало координат наблюдается из R3. Последовательно, пучок света проходит через вторую четвертьволновую пластину 340, и P4 достигает P5 посредством поворота на определенный угол вокруг оси наименьшей скорости распространения света второй четвертьволновой пластины 340, представленной Q2. В заключение, пучок света проходит через второй двулучепреломляющий слой (II) 345, и P5 перемещается в P6 посредством поворота на определенный угол вокруг оси наибольшей скорости распространения света второго двулучепреломляющего слоя (II) 345, представленного R2-2 на сфере Пункаре. Поворот происходит в направлении по часовой стрелке, когда начало координат наблюдается из R2-2. Эта P6 соответствует положению E гашения второго поляризатора 350. Таким образом, устройство 300 LCD по фиг. 12 может блокировать пучок света от задней подсветки, когда наблюдается с косоугольного направления с азимутом 45° и полярным углом 60° так же, как на фронтальном направлении.

В заключение, упомянут случай, где устройство 300 LCD CPVA по фиг. 12 наблюдается с косоугольного направления с азимутом 0° и полярным углом 60°. Фиг. 15 - вид, показывающий изменения состояния поляризации пучка света, испущенного из задней подсветки при этом условии, представленного на плоскости S1-S2 сферы Пункаре. Точки на фиг. 15 показывают соответственные состояния поляризации на выходе соответственных поляризаторов 310 и 350, соответственных двулучепреломляющих слоев 315, 320, 340 и 345 и ЖК-ячейки 330.

Состояние поляризации пучка света непосредственно на выходе первого поляризатора 310 представлено P0 на сфере Пункаре, и P0 соответствует E, показывающему состояние поляризации, в котором второй поляризатор 350 может осуществлять поглощение, то есть, положению гашения (азимуту оси поглощения) второго поляризатора 350. Последовательно, пучок света проходит через первый двулучепреломляющий слой (II) 315, но его состояние поляризации, представленное P0, не изменяется даже после поворота на определенный угол вокруг оси наибольшей скорости распространения света первого двулучепреломляющего слоя (II) 315, представленного R2-1 на сфере Пункаре. Затем, когда пучок света проходит через первую четвертьволновую пластину 320, P0 достигает P1 посредством поворота на определенный угол вокруг оси наименьшей скорости распространения света первой четвертьволновой пластины 320, представленной Q1 на сфере Пункаре. Поворот происходит в направлении против часовой стрелки, когда начало координат наблюдается из Q1.

Последовательно, пучок света проходит через ЖК-ячейку 330 VA, и P1 достигает P2 посредством поворота на определенный угол вокруг оси наименьшей скорости распространения света ЖК-ячейки 330, представленной L на сфере Пункаре. Поворот происходит в направлении против часовой стрелки, когда начало координат наблюдается из L. Затем, пучок света проходит через двулучепреломляющий слой (III) 335, и P2 достигает P3 посредством поворота на определенный угол вокруг оси наименьшей скорости распространения света двулучепреломляющего слоя (III) 335, представленного R3 на сфере Пункаре. Поворот происходит в направлении против часовой стрелки, когда начало координат наблюдается из R3. Затем, пучок света проходит через вторую четвертьволновую пластину 340, и P3 достигает P4 посредством поворота на определенный угол вокруг оси наименьшей скорости распространения света второй четвертьволновой пластины 340, представленной Q2. В заключение, пучок света проходит через второй двулучепреломляющий слой (II) 345, но состояние поляризации, представленное P4, не изменяется даже после поворота на определенный угол вокруг оси наибольшей скорости распространения света второго двулучепреломляющего слоя (II) 345, представленного R2-2 на сфере Пункаре. Эта P4 соответствует положению E гашения второго поляризатора 350. Таким образом, устройство 300 LCD по фиг. 12 может блокировать пучок света от задней подсветки для отображения идеального черного экрана, когда наблюдается с косоугольного направления с азимутом 0° и полярным углом 60° так же, как на фронтальном направлении.

Таким образом, устройство 300 LCD на фиг. 12, претерпевшее 2-й этап, может блокировать пучок света от задней подсветки для отображения идеального черного экрана в каждом из фронтального направления, косоугольного направления с азимутом 0° и косоугольного направления с азимутом 45°.

Положения с P1 по P6 на фиг. 13, 14 и 15 зависят от коэффициента Nzq у Nz каждой из первой и второй четвертьволновых пластин 320 и 340, замедления Rlc в направлении толщины ЖК-ячейки 330, замедления R3 в направлении толщины двулучепреломляющего слоя (III) 335 и коэффициента Nz2 у Nz, и замедления R2 в плоскости каждого из первого и второго двулучепреломляющих слоев (II) 315 и 345. Фиг. 13, 14 и 15 показывают, в качестве примера, вариант осуществления, где удовлетворены Nzq=2,0, Rlc=320 нм, R3=-61 нм, Nz2=-0,05 и R2=89 нм. Для простого показа преобразования состояния поляризации, положения соответственных точек показаны приблизительно и могут не быть абсолютно точными. Для облегчения иллюстрации, стрелки, показывающие годограф преобразования P1-P6, не показаны.

Исследования изобретателя показали, что коэффициент Nz2 у Nz и замедление R2, которые являются оптимальными для каждого из первого и второго двулучепреломляющих слоев (II) 315 и 345, меняются в зависимости от коэффициента Nzq у Nz каждой из первой и второй четвертьволновых пластин 320 и 340. Фиг. 16 - вид, показывающий изменения состояния поляризации, когда устройство 300 LCD CPVA на фиг. 12 наблюдается с косоугольного направления с азимутом 45° оси поглощения второго поляризатора 350 и полярным углом 60°, представленного на плоскости S1-S2 сферы Пункаре. Фиг. 16 показывает вариант осуществления, где удовлетворены Nzq=2,35, Rlc=320 нм, R3=0 нм, Nz2=-0,37 и R2=73 нм.

Таблица 3 и фиг. 17 и 18 показывают зависимость между коэффициентами Nzq у Nz первой и второй четвертьволновых пластин 320 и 340 и оптимальными значениями коэффициента Nz2 у Nz и замедлением R2 в плоскости каждого из первого и второго двулучепреломляющих слоев (II) 315 и 345, на основании результатов, определенных посредством компьютерного имитационного моделирования. Как показано в таблице 3 и на фиг. 17 и 18, зависимость между Nzq и оптимальным Nz2 и R2 типично не является простой, но, в случае 1,0≤Nzq≤2,9, следующие (B) и (C) дают достаточно близкое приближение к Nz2 и R2, соответственно, которые показаны сплошными линиями на фиг. 17 и 18.

Nz2=-0,87×Nzq2+2,15×Nzq-0,76(B)

R2=25 нм×Nzq2-159 нм × Nzq+311 нм(C)

Значения Nz2 и R2 первого и второго двулучепреломляющих слоев (II) 315 и 345 наиболее предпочтительно являются оптимальными значениями, показанными в таблице 3 и на фиг. 17 и 18, соответственно, для того чтобы обеспечивать ЖК-дисплей высокой степенью контрастности в широком диапазоне углов обзора. Однако значения могут слегка отличаться от соответственных оптимальных значений, если степень контрастности в косоугольных направлениях не является значительно уменьшенной. Для достаточных полезных результатов изобретения, коэффициент Nz2 у Nz предпочтительно находится в пределах оптимального значения ±0,45. Замедление R2 в плоскости предпочтительно находится в пределах оптимального значения ±40 нм.

Как показано в таблице 3 и на фиг. 17, в случае Nzq<2,00, оптимальное значение Nz2 находится в диапазоне 0<Nz2<1. Двулучепреломляющим слоем, имеющим коэффициент Nz, удовлетворяющий этому диапазону, является двуосная пленка замедления, удовлетворяющая nx>nz>ny. Соответственно, такой слой не соответствует двулучепреломляющему слою (II) и является дорогостоящей пленкой, которая труднее для изготовления, чем двулучепреломляющий слой (II). Ввиду этого, настоящий изобретатель произвел различные исследования над простым и экономически эффективным способом подготовки ЖК-дисплея с высокой степенью контрастности в широком диапазоне углов обзора, в случае Nzq<2,00. Как результат, в случае Nzq<2,00, использование двулучепреломляющих слоев (II), удовлетворяющих Nz2=0, вместо двулучепреломляющего слоя, удовлетворяющего оптимальным значениям Nz2 и R2, показанным в таблице 3 и на фиг. 17 и 18, дает возможность действенных улучшений характеристик угла обзора, поскольку не используется двухосная пленка замедления, удовлетворяющая nx>nz>ny (0<Nz<1). Оптимальное R2, соответствующее каждому Nzq, показано в качестве R2' в таблице 3 и на фиг. 19. Для того чтобы в достаточной мере продемонстрировать полезные результаты настоящего изобретения, предпочтительно, чтобы были удовлетворены -0,45≤Nz2≤0 и 5 нм≤R2'≤133 нм (в пределах оптимального значения ±40 нм).

[Таблица 3]
Nzq Nz2 R2 (нм) R2' (нм)
1,0 0,65 180 45
1,1 0,60 162 53
1,2 0,60 158 60
1,3 0,55 147 65
1,4 0,50 138 71
1,5 0,40 123 75
1,6 0,35 118 80
1,7 0,25 108 84
2,0 -0,05 89 93
2,3 -0,40 77
2,4 -0,55 73
2,5 -0,70 69
2,6 -0,80 68
2,7 -1,00 64
2,8 -1,40 59
2,9 -2,45 49

Соответственные варианты осуществления, упомянутые выше, могут надлежащим образом применяться в любой комбинации, не выходя из сущности и объема изобретения.

РЕЗУЛЬТАТ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Устройство LCD по настоящему изобретению может легко изготавливаться и имеет более высокую степень контрастности в широком диапазоне углов обзора. Такое устройство LCD по настоящему изобретению предпочтительно может использоваться в устройствах формирования изображения, таких как наружные дисплеи идентификационных комплектов фирм.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 - изображение в перспективе в разобранном виде, показывающее конфигурацию устройства LCD CPVA, имеющего наипростейшую конфигурацию, не включающую в себя двулучепреломляющие слои (II) и (III).

Фиг. 2(a) - схематический вид, показывающий оси наименьшей скорости распространения света первой и второй четвертьволновых пластин, которые ортогональны друг другу на фронтальном направлении, когда обозреваются во фронтальном направлении (верхний вид); и также схематический вид, показывающий таковые, когда обозревается в косоугольном направлении с азимутом 0° (нижний вид).

Фиг. 2(b) - схематический вид, показывающий оси наименьшей скорости распространения света первой и второй четвертьволновых пластин, которые ортогональны друг другу на фронтальном направлении, когда обозреваются во фронтальном направлении (верхний вид); и также схематический вид, показывающий таковые, когда обозревается в косоугольном направлении с азимутом 45° (нижний вид).

Фиг. 2(c) - схематический вид, показывающий оси замедления первого и второго поляризаторов, которые ортогональны друг другу на фронтальном направлении, когда обозреваются во фронтальном направлении (верхний вид); и также схематический вид, показывающий таковые, когда обозревается в косоугольном направлении с азимутом 45° (нижний вид).

Фиг. 3 - вид, показывающий изменения состояния поляризации пропускаемого пучка света на выходе соответственных элементов в случае, где устройство LCD CPVA на фиг. 1 обозревается во фронтальном направлении, представленного на плоскости S1-S2 сферы Пункаре.

Фиг. 4 - вид, показывающий изменения состояния поляризации пропускаемого пучка света на выходе соответственных элементов в случае, где устройство LCD CPVA на фиг. 1 обозревается в косоугольном направлении с азимутом 0° и полярным углом 60°, представленного на плоскости S1-S2 сферы Пункаре.

Фиг. 5 - вид в перспективе в разобранном виде, показывающий конфигурацию устройства LCD CPVA, включающего в себя двулучепреломляющий слой (III).

Фиг. 6 - вид, показывающий изменения состояния поляризации пропускаемого пучка света на выходе соответственных элементов в случае, где устройство LCD CPVA на фиг. 5 (Nzq=1,6, Rlc=320 нм, R3=-129 нм) обозревается с фронтального направления, представленного на плоскости S1-S2 сферы Пункаре.

Фиг. 7 - вид, показывающий изменения состояния поляризации пропускаемого пучка света на выходе соответственных элементов в случае, где устройство LCD CPVA на фиг. 5 (Nzq=1,6, Rlc=320 нм, R3=-129 нм) обозревается с косоугольного направления с азимутом 0° и полярным углом 60°, представленного на плоскости S1-S2 сферы Пункаре.

Фиг. 8 - вид, показывающий изменения состояния поляризации пропускаемого пучка света на выходе соответственных элементов в случае, где устройство LCD CPVA на фиг. 5 (Nzq=2,0, Rlc=320 нм, R3=-61 нм) обозревается с косоугольного направления с азимутом 0° и полярным углом 60°, представленного на плоскости S1-S2 сферы Пункаре.

Фиг. 9 - вид, показывающий изменения состояния поляризации пропускаемого пучка света на выходе соответственных элементов в случае, где устройство LCD CPVA на фиг. 5 (Nzq=2,35, Rlc=320 нм, R3=-61 нм) обозревается с косоугольного направления с азимутом 0° и полярным углом 60°, представленного на плоскости S1-S2 сферы Пункаре.

Фиг. 10 - график, показывающий зависимость между коэффициентом Nzq у Nz каждой из первой и второй четвертьволновых пластин и оптимальным ослаблением R3 в направлении толщины двулучепреломляющего слоя (III) в устройстве LCD CPVA на фиг. 5.

Фиг. 11 - вид, показывающий изменения состояния поляризации пропускаемого пучка света на выходе соответственных элементов в случае, где устройство LCD CPVA на фиг. 5 обозревается с косоугольного направления с азимутом 45° и полярным углом 60°, представленного на плоскости S1-S2 сферы Пункаре.

Фиг. 12 - вид в перспективе в разобранном виде, показывающий устройство LCD CPVA, включающее в себя двулучепреломляющие слои (II) и (III).

Фиг. 13 - вид, показывающий изменения состояния поляризации пропускаемого пучка света на выходе соответственных элементов в случае, где устройство LCD CPVA на фиг. 12 (Nzq=1,6, Rlc=320 нм, R3=-129 нм, Nz2=-0,30, R2=118 нм) обозревается с фронтального направления, представленного на плоскости S1-S2 сферы Пункаре.

Фиг. 14 - вид, показывающий изменения состояния поляризации пропускаемого пучка света на выходе соответственных элементов в случае, где устройство LCD CPVA на фиг. 12 (Nzq=1,6, Rlc=320 нм, R3=-129 нм, Nz2=-0,30, R2=118 нм) обозревается с косоугольного направления с азимутом 45° и полярным углом 60°, представленного на плоскости S1-S2 сферы Пункаре.

Фиг. 15 - вид, показывающий изменения состояния поляризации пропускаемого пучка света на выходе соответственных элементов в случае, где устройство LCD CPVA на фиг. 12 (Nzq=1,6, Rlc=320 нм, R3=-129 нм, Nz2=-0,30, R2=118 нм) обозревается с косоугольного направления с азимутом 0° и полярным углом 60°, представленного на плоскости S1-S2 сферы Пункаре.

Фиг. 16 - вид, показывающий изменения состояния поляризации пропускаемого пучка света на выходе соответственных элементов в случае, где устройство LCD CPVA на фиг. 12 (Nzq=2,35, Rlc=320 нм, R3=0 нм, Nz2=-0,37, R2=73 нм) обозревается с косоугольного направления с азимутом 45° и полярным углом 60°, представленного на плоскости S1-S2 сферы Пункаре.

Фиг. 17 - график, показывающий зависимость между коэффициентом Nzq у Nz каждой из первой и второй четвертьволновых пластин и оптимальным коэффициентом Nz2 у Nz каждого из первого и второго двулучепреломляющих слоев (II) в устройстве LCD CPVA на фиг. 12.

Фиг. 18 - график, показывающий зависимость между коэффициентом Nzq у Nz каждой из первой и второй четвертьволновых пластин и оптимальным ослаблением R2 в плоскости каждого из первого и второго двулучепреломляющих слоев (II) в устройстве LCD CPVA на фиг. 12.

Фиг. 19 - график, показывающий зависимость между коэффициентом Nzq у Nz каждой из первой и второй четвертьволновых пластин и оптимальным ослаблением R2 в плоскости первого и второго двулучепреломляющих слоев (II) в устройстве LCD CPVA на фиг. 12, когда двулучепреломляющий слой (II) Nz2=0 используется в случае Nzq<2,00.

Фиг. 20(a) - увеличенный вид, схематически показывающий поперечное сечение микрорельефной пленки.

Фиг. 20(b) - пояснительный вид, показывающий изменение показателя преломления на границе раздела между микрорельефной пленкой и воздухом.

Фиг. 21 - вид в перспективе в разобранном виде, показывающий конфигурацию устройства LCD CPVA на фиг. 12, с которым дополнительно предусмотрена микрорельефная пленка.

НАИЛУЧШИЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

(Двулучепреломляющий слой)

Что касается двулучепреломляющих слоев, используемых в настоящем изобретении, материалы и их оптические характеристики особенно не ограничены. Примеры материалов включают в себя тонкие пластины, изготовленные из неорганических материалов, растянутых полимерных пленок, и таковые, в которых зафиксировано выравнивание молекул жидких кристаллов. Способ для формирования двулучепреломляющих слоев особенно не ограничен. Полимерные пленки могут формироваться растворительной отливкой, литьевым прессованием и тому подобным. В качестве альтернативы, выдавливание мультипрофиля может применяться для формирования множества двулучепреломляющих слоев за раз. Полимерные пленки могут быть или могут не быть растянутыми до тех пор, пока могут проявляться требуемые замедления. Способ растягивания особенно не ограничен. Полимерные пленки могут растягиваться под натяжением между валиками, сжиматься и растягиваться между валиками, одноосно растягиваться в поперечном направлении шпанрамой, растягиваться в косоугольном направлении, или растягиваться двухосным образом в продольном и поперечном направлениях. В качестве альтернативы, полимерные пленки могут растягиваться под влиянием сократительной способности термоусадочной пленки. Особенно для четвертьволновой пластины, предпочтительно применяется косоугольное растягивание, при котором материал для четвертьволновой пластины растягивается в направлении, наклонном к направлению подачи рулонной пленки, так как четвертьволновая пластина уложена стопой на поляризатор, с тем чтобы формировать относительный угол около 45° с поляризатором для служения в качестве кругового поляризатора. Когда жидкокристаллический материал используется для формирования двулучепреломляющих слоев, например, жидкокристаллический материал накладывается на пленочную основу снабженной поверхностью, подлежащей обработке выравнивания и в силу этого, фиксируя выравнивание жидкокристаллического материала. Пленочная основа может не быть обеспечена обработке выравнивания, или покрытие может быть отделено от пленочной основы после фиксации выравнивания, чтобы переноситься на другую пленку, до тех пор, пока проявляются требуемые замедления. В качестве альтернативы, выравнивание ЖК-материалов может не быть фиксированным. Такие способы, как при использовании жидкокристаллических материалов, могут применяться, когда некристаллические материалы используются для формирования двулучепреломляющих слоев. Последующее будет более подробно описывать двулучепреломляющие слои, классифицированные по типам.

(Двулучепреломляющий слой (I): первая и вторая четвертьволновые пластины)

В качестве двулучепреломляющего слоя (I), например, могут надлежащим образом использоваться материалы, сформированные растягиванием пленки, содержащей в себе компонент с положительным внутренним двулучепреломлением. Примеры компонента с положительным внутренним двулучепреломлением включают в себя поликарбонат, полисульфон, полиэфирный сульфон, полиэтилен-терефталат, полиэтилен, поливиниловый спирт, норборнен, триацетил-целлюлозу и диэтил-целлюлозу.

(Двулучепреломляющий слой (II))

Двулучепреломляющий слой (II), например, может включать в себя материал, сформированный растягиванием пленки, содержащей в себе компонент с отрицательным внутренним двулучепреломлением, и таковой, сформированный растягиванием пленки, содержащей в себе компонент с положительным внутренним двулучепреломлением, под влиянием сократительной способности термоусадочной пленки. Для упрощения способа изготовления, сформированный растягиванием пленки, содержащей в себе компонент с отрицательным внутренним двулучепреломлением, предпочтителен. Примеры компонента с отрицательным внутренним двулучепреломлением включают в себя полимерные составы, содержащие в себе акриловый полимер и стиреновый полимер, полистерен, поливинил-нафталин, поливинил-бифенил, поливинил-пиридин, полиметил-метакрилат, полиметил-акрилат, N-замещенный малеминдный сополимер, содержащий флюореновую основу поликарбонат и триацетил-целлюлозу (более точно, с небольшой степенью ацетилирования). Ввиду оптических характеристик, производительности и теплостойкости, полимерные составы, содержащие в себе акриловый полимер, стиреновый полимер, особенно предпочтительны в качестве компонента с отрицательным внутренним двулучепреломлением. Например, публикация № 2008-146003 не прошедшей экспертизу патентной заявки Японии раскрывает способ изготовления пленки, содержащей в себе такой полимерный состав.

(Двулучепреломляющий слой (III))

Двулучепреломляющий слой (III) может включать в себя материал, сформированный растягиванием в продольном и поперечном направлениях пленки, содержащей в себе компонент с положительным внутренним двулучепреломлением, покрытой жидкокристаллическим составом, например, холестерическим (хиральным нематическим) жидким кристаллом и дискотическим жидким кристаллом, и покрытой нежидкокристаллическим составом, включающим в себе полиимид, полиамид, и тому подобное.

(Поляризатор)

Поляризаторы могут включать в себя пленку поливинилового спирта (PVA) с дихроическим анизотропным материалом, таким как йодный комплекс, адсорбированным и выровненным на ней.

(ЖК-ячейка)

ЖК-ячейка не особенно ограничена до тех пор, пока она может отображать черный экран посредством выравнивания молекул ЖК в ЖК-ячейке вертикально по отношению к поверхности подложки, и, например, могут применяться ЖК-ячейки VA. Примеры ЖК-ячеек VA включают в себя ячейки MVA, CPA, PVA, BVA, RTN и IPS-VA. Примеры системы возбуждения ЖК-ячейки включают в себя системы TFT (системы с активной матрицей), системы с пассивной матрицей и системы плазменной адресации. ЖК-ячейка, например, имеет конфигурацию, в которой ЖК-слой расположен между парой подложек, каждая из которых снабжена электродами, и отображение обеспечивается прикладыванием напряжения между электродами.

(Способ для измерения R, Rth, коэффициента Nz, nx, ny и nz)

R, Rth, коэффициент Nz, nx, ny и nz измерялись поляриметром с замедлителем двойного вращения (Axo-scan, корпорация Axometrics). Замедление R в плоскости измерялось с нормального направления двулучепреломляющего слоя. Главные показатели преломления nx, ny и nz, коэффициент Rth и Nz замедления в направлении толщины рассчитывались посредством аппроксимации кривой известным эллипсоидом показателей преломления. Для расчета, замедления двулучепреломляющего слоя измерялись с нормального направления и направлений, каждое из которых с полярным углом от -50° до 50° от нормального направления. Азимуты наклонов каждый был сделан ортогональным оси наименьшей скорости распространения света в плоскости, nx, ny, nz, Rxz и Nz зависят от среднего показателя преломления=(nx+ny+nz)/3, который задан в качестве условия для расчета аппроксимации кривой. Здесь, средний показатель преломления каждого двулучепреломляющего слоя был установлен в 1,5. Даже в случае двулучепреломляющего слоя, имеющего реальный средний показатель преломления не 1,5, средний показатель преломления превращался в 1,5.

(Способ для измерения зависимости контрастности устройства LCD от угла обзора)

Зависимость контрастности от угла обзора измерялась устройством измерения угла обзора (EZContrast 160, ELDIM). Источником света была задняя подсветка, установленная на ЖК-ТВ (LC37-GH1, корпорация SHARP). Яркости при отображении белого экрана и черного экрана измерялись в косоугольном направлении с азимутом 45° и полярным углом 60°. Их отношение рассматривалось в качестве CR (45, 60). Яркости при отображении белого экрана и черного экрана измерялись в косоугольном направлении с азимутом 0° и полярным углом 60°. Их отношение рассматривалось в качестве CR (0, 60).

Настоящее изобретение более подробно приведено со ссылкой на варианты осуществления, но не ограничено ими.

Устройствами LCD в вариантах осуществления с 1 по 4 по настоящему изобретению является устройство 300 LCD CPVA, в котором, как показано на фиг. 12, первый поляризатор 310, первый двулучепреломляющий слой 315 (II), первая четвертьволновая пластина 320 (двулучепреломляющий слой (I)), ЖК-ячейка 330 VA, двулучепреломляющий слой 335 (III), вторая четвертьволновая пластина 340, второй двулучепреломляющий слой 345 (II) и второй поляризатор 350 уложены в стопу в этом порядке. На фиг. 12, стрелка на каждом из первого и второго поляризаторов 310 и 350 показывает азимут их оси поглощения; стрелка на каждой из первой и второй четвертьволновых пластин 320 и 340 показывает азимут их оси наименьшей скорости распространения света; стрелка на каждом из первого и второго двулучепреломляющего слоя 315 и 345 (II) показывает азимут его оси наибольшей скорости распространения света; а эллиптическое тело в ЖК-ячейке 330 VA и двулучепреломляющем слое 335 (III) показывает форму эллиптического тела с показателем преломления.

Устройством LCD сравнительного варианта 1 осуществления является устройство LCD VA, в котором первый поляризатор, пленка TAC, первая четвертьволновая пластина (двулучепреломляющий слой (I)), ЖК-ячейка VA, вторая четвертьволновая пластина, пленка TAC и второй поляризатор уложены в стопу в этом порядке. Устройством LCD сравнительного варианта 2 осуществления является устройство LCD VA, в котором первый поляризатор, пленка TAC, первая четвертьволновая пластина (двулучепреломляющий слой (I)), ЖК-ячейка VA, двулучепреломляющий слой (III), вторая четвертьволновая пластина, пленка TAC и второй поляризатор уложены в стопу в этом порядке.

Наименование материала, угол оси, замедление R в плоскости, замедление Rth или Rlc в направлении толщины и коэффициент Nz поляризаторов, двулучепреломляющих слоев и ЖК-ячейки соответственных вариантов осуществления являются такими, как показанные в последующих таблице 4 (варианты с 1 по 4 осуществления) и таблице 5 (сравнительные варианты 1 и 2 осуществления). В таблицах ось каждого из двулучепреломляющих слоев определена азимутальным углом оси наименьшей скорости распространения света в плоскости, а ось каждого из поляризаторов определена азимутальным углом оси поглощения. Что касается двулучепреломляющего слоя (II), важна компоновка оси наибольшей скорости распространения света в плоскости, и в таблицах ось двулучепреломляющего слоя (II) определена азимутальным углом оси наименьшей скорости распространения света в плоскости, как в других двулучепреломляющих слоях. Ось наибольшей скорости распространения света в плоскости двулучепреломляющего слоя (II) ортогональна оси наименьшей скорости распространения света в плоскости двулучепреломляющего слоя (II). В таблицах наименование материалов соответственных двулучепреломляющих слоев указано посредством следующих аббревиатур.

NB: норбонен

TAC: триацетил-целлюлоза

A: полимерный состав, содержащий в себе акриловый полимер и стиреновый полимер

(Результаты оценки)

Зависимость степени контрастности от угла обзора устройства LCD определялась в каждом варианте осуществления, и CR (0, 60) и CR (45, 60) показаны в таблицах 4 и 5.

Устройство LCD в каждом из вариантов с 1 по 4 осуществления согласно настоящему изобретению имело CR (0, 60) и CR (45, 60), которые гораздо больше, чем в устройстве LCD в каждом из сравнительных вариантов 1 и 2 осуществления. Даже при визуальной оценке, устройства LCD по вариантам с 1 по 4 осуществления каждое имело степень контрастности при угле обзора, которая гораздо лучше по отношению к таковой в устройствах LCD по сравнительным вариантам 1 и 2.

Устройство LCD в каждом из вариантов осуществления включает в себя пластину круговой поляризации, состоящую из пластины линейной поляризации (второго поляризатора) и четвертьволновой пластины на каждой стороне ЖК-ячейки, для обеспечения отображения в режиме CPVA. Режим CPVA эффективен в улучшении степени контрастности, так как эффекты просветления могут быть получены в дополнение к эффектам улучшения коэффициента пропускания. Согласно просветлению в режиме CPVA, пластины круговой поляризации замедляют пучок света, некогда проникший в устройство LCD, а затем, отражаемый внутри устройства, то есть, отраженный пучок света, посредством внутреннего отражения, из существующего устройства LCD. Соответственно, в режиме CPVA, пучки света, отраженные на черной матрице, линиях, электродах и тому подобном, в ЖК-ячейке, почти не выходят из устройств LCD и, в частности, в ярких условиях эксплуатации, может предотвращаться уменьшение степени контрастности устройств LCD.

Примеры отраженных пучков света, вызывающих снижение степени контрастности устройств LCD в ярких условиях эксплуатации, включают в себя пучок света, который был отражен на поверхности устройства LCD без проникновения в устройство, то есть, отраженный пучок света от поверхностного отражения, в дополнение к отраженному свету от внутреннего отражения. Согласно устройству LCD CPVA, величина отраженного пучка света от поверхностного отражения оказывает большое влияние на видимость дисплейного экрана, так как отраженный пучок света от внутреннего отражения подавляется. Соответственно, посредством снабжения устройства LCD CPVA мерой для уменьшения света, отраженного поверхностным отражением, устройство может обеспечивать очень высокую степень контрастности в ярких условиях эксплуатации, а наблюдатель может осознавать заметное улучшение качеств отображения.

Просветляющая пленка для подавления поверхностного отражения включает в себя таковую, имеющую многослойную структуру, состоящую из пленок с разными показателями преломления, и имеющую поверхность, на которой сформированы мелкие выступы и выемки. Более точно, «пленка микрорельефной технологии или микрорельефная пленка», которая является одной из разновидностей последней, имеет поверхность, на которой сформировано много выступов, меньших, чем длина волны (от 380 нм до 780 нм) видимого пучка света, и вследствие этой структуры, могут демонстрироваться превосходные результаты подавления поверхностного отражения. Как показано на фиг. 20(a), пучок света, проникающий в микрорельефную пленку, достигает участка 362 материала основы через мелкие выступы 361, сформированные на поверхности, а значит, область, где существуют как выступы, так и воздух между воздухом и участком материала основы (область A-B на фиг. 20(a)), рассматривается в качестве области с показателем преломления, промежуточным между таковым у материала, составляющего пленку (около 1,5, если полимер составляет пленку), и у воздуха (1,0). Более точно, как показано на фиг. 20(b), показатель преломления в этой области непрерывно и постепенно увеличивается с изменением соотношения объемов между выступом и воздухом, в пределах расстояния, более короткого, чем длина волны видимого пучка света, от показателя преломления воздуха в контакте с поверхностью пленки до показателя преломления материала для пленки. Как результат, пучок света, падающий на микрорельефную пленку, не различает границу раздела воздух-пленка в качестве границы раздела двух сред с разными показателями преломления, и отражение пучка света на границе раздела может значительно уменьшаться. Согласно микрорельефным пленкам, например, поверхностная отражательная способность видимого пучка света может уменьшаться до приблизительно 0,15%.

Микрорельефные пленки расположены между двумя средами с разными показателями преломления для уменьшения отражательной способности пучка света на границе раздела между ними, но в конфигурации по фиг. 12, внутреннее отражение, происходящее на внутренней стороне второго поляризатора 350, может подавляться пластиной круговой поляризации, состоящей из второго поляризатора 350 и второй четвертьволновой пластины 340. Соответственно, когда конфигурация на фиг. 12 снабжена микрорельефной пленкой, пленка расположена на лицевой стороне отображения второго поляризатора 350, подобно микрорельефной пленке 360 на фиг. 21. Когда размещены элементы, такие как защитная пластина, а значит, существуют многочисленные границы раздела на лицевой стороне отображения второго поляризатора 350, микрорельефная пленка может быть размещена на каждой границе раздела и предпочтительно располагается по меньшей мере на поверхности устройства LCD, которая открыта или подлежит воздействию извне (наружу).

Специфичные примеры микрорельефной пленки включают в себя полимерную пленку, имеющую поверхность, на которой сформированы многочисленные выступы, каждый имеет по существу коническую форму с высотой около 200 нм, с расстоянием между вершинами конусов, имеющим значение около 200 нм.

Технология наноотпечатка может применяться для изготовления микрорельефной пленки. Более точно, может применяться технология переноса выступов и выемок нанометрового размера (от 1 до 1000 нм) поверхности литьевой формы на полимерный материал, покрытый поверх подложки. Для отверждения полимерного материала в технологии наноотпечатка, могут применяться тепловой наноотпечаток, (ультрафиолетовый, UV) УФ-наноотпечаток и тому подобное. Например, согласно УФ-наноотпечатку, литьевая форма прижимается к УФ отверждаемой полимерной пленке, сформированной на прозрачной подложке, и пленка облучается УФ-светом, тем самым, создавая тонкую пленку со структурой микрорельефной технологии в инверсном профиле литьевой формы на прозрачной подложке.

Последовательность операций накатки за накаткой лучше, чем групповая последовательность операций, когда технология наноотпечатка используется для изготовления большого количества тонких пленок со структурой микрорельефной технологии по низкой себестоимости. Посредством использования последовательности операций накатки за накаткой, тонкие пленки со структурой микрорельефной технологии могут непрерывно изготавливаться с помощью литьевого валика. Такой литьевой валик включает в себя таковой, имеющий наноразмерные выемки, сформированные на полированной наружной периферийной поверхности конической или цилиндрической алюминиевой трубы посредством анодирования. Согласно анодированию, наноразмерные выемки могут быть сформированы в произвольном размещении и при почти равномерном распределении, и бесшовные структуры микрорельефной технологии, предпочтительные для непрерывного изготовления, могут формироваться на поверхности литьевого валика.

Соответственные конфигурации в вышеупомянутых вариантах осуществления могут надлежащим образом применяться в комбинации, не выходя из сущности и объема изобретения.

По настоящей заявке испрашивается приоритет по патентной заявке №2009-127933, поданной в Японии, 27 мая 2009 года, по Парижской конвенции по защите промышленной собственности и средствам обеспечения федерального закона в обозначенном штате, полное содержание которой настоящим включено в состав посредством ссылки.

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ ПО НОМЕРАМ

100: Устройство LCD CPVA

110: Первый поляризатор

111: Ось поглощения первого поляризатора

120: Первая четвертьволновая пластина

121: Ось наименьшей скорости распространения света первой четвертьволновой пластины

130: ЖК-ячейка VA

140: Вторая четвертьволновая пластина

141: Ось наименьшей скорости распространения света второй четвертьволновой пластины

150: Второй поляризатор

151: Ось поглощения второго поляризатора

200: Устройство LCD CPVA

210: Первый поляризатор

220: Первая четвертьволновая пластина

230: ЖК-ячейка VA

235: Двулучепреломляющий слой (III)

240: Вторая четвертьволновая пластина

250: Второй поляризатор

300: Устройство LCD CPVA

310: Первый поляризатор

315: Первый двулучепреломляющий слой (II)

320: Первая четвертьволновая пластина

330: ЖК-ячейка VA

335: Двулучепреломляющий слой (III)

340: Вторая четвертьволновая пластина

345: Второй двулучепреломляющий слой (II)

350: Второй поляризатор

360: Микрорельефная пленка

361: Выступ

1. Устройство жидкокристаллического дисплея, содержащее в следующем порядке:
первый поляризатор;
первый двулучепреломляющий слой (II);
первый двулучепреломляющий слой (I), имеющий замедление в плоскости, настроенное на λ/4;
жидкокристаллическую ячейку, включающую в себя пару подложек, обращенных друг к другу, и жидкокристаллический слой, вставленный между ними;
второй двулучепреломляющий слой (I), имеющий коэффициент Nz, по существу, равный таковому у первого двулучепреломляющего слоя (I), и замедление в плоскости, настроенное на λ/4;
второй двулучепреломляющий слой (II), имеющий коэффициент Nz и замедление в плоскости, которые, по существу, равны коэффициенту Nz и замедлению в плоскости первого двулучепреломляющего слоя (II) соответственно; и
второй поляризатор, при условии, что двулучепреломляющие слои (I) определены в качестве двулучепреломляющего слоя, удовлетворяющего соотношению nx>ny≥nz; двулучепреломляющие слои (II) определены в качестве двулучепреломляющего слоя, удовлетворяющего соотношению nx<ny≤nz; и двулучепреломляющий слой (III) определен в качестве двулучепреломляющего слоя, удовлетворяющего соотношению nx≈ny≥nz, при этом
устройство содержит по меньшей мере один двулучепреломляющий слой (III), расположенный по меньшей мере одним из: между первым двулучепреломляющим слоем (I) и жидкокристаллической ячейкой; и между жидкокристаллической ячейкой и вторым двулучепреломляющим слоем (I),
первый двулучепреломляющий слой (I) имеет ось наименьшей скорости распространения света в плоскости, образующую угол около 45° с осью поглощения первого поляризатора,
второй двулучепреломляющий слой (I) имеет ось наименьшей скорости распространения света в плоскости, по существу, ортогональную оси наименьшей скорости распространения света в плоскости первого двулучепреломляющего слоя (I),
второй поляризатор имеет ось поглощения, по существу, ортогональную оси поглощения первого поляризатора,
первый двулучепреломляющий слой (II) имеет ось наибольшей скорости распространения света в плоскости, по существу, ортогональную оси поглощения первого поляризатора;
второй двулучепреломляющий слой (II) имеет ось наибольшей скорости распространения света в плоскости, по существу, ортогональную оси поглощения второго поляризатора; и
устройство отображает черный экран, выравнивая молекулы жидкого кристалла в жидкокристаллическом слое, по существу, вертикально по отношению к поверхности подложки.

2. Устройство жидкокристаллического дисплея по п.1,
при этом устройство жидкокристаллического дисплея удовлетворяет следующим формулам с (1) по (3):



где коэффициент Nz каждого из первого и второго двулучепреломляющих слоев (I) определен в качестве Nzq;
замедление в направлении толщины жидкокристаллической ячейки в состоянии черного экрана определено в качестве Rlc;
сумма замедлений в направлении толщины по меньшей мере одного двулучепреломляющего слоя (III), расположенного между первым двулучепреломляющим слоем (I) и вторым двулучепреломляющим слоем (I), определена в качестве R3.

3. Устройство жидкокристаллического дисплея по п.2,
при этом устройство жидкокристаллического дисплея удовлетворяет следующим формулам с (4) по (7):




где коэффициент Nz каждого из первого и второго двулучепреломляющих слоев (II) определен в качестве Nz2; и
замедление в плоскости каждого из первого и второго двулучепреломляющих слоев (II) определено в качестве R2.

4. Устройство жидкокристаллического дисплея по любому одному из пп.1-3,
при этом устройство жидкокристаллического дисплея удовлетворяет 2,00≤Nzq, где коэффициент Nz каждого из первого и второго двулучепреломляющих слоев (I) определен в качестве Nzq.

5. Устройство жидкокристаллического дисплея по п.1,
при этом устройство жидкокристаллического дисплея удовлетворяет Nzq<2,00, -0,45≤Nz2≤0 и 5 нм≤R2≤133 нм, где коэффициент Nz каждого из первого и второго двулучепреломляющих слоев (I) определен в качестве Nzq; коэффициент Nz каждого из первого и второго двулучепреломляющих слоев (II) определен в качестве Nz2; и замедление в плоскости каждого из первого и второго двулучепреломляющих слоев (II) определено в качестве R2.

6. Устройство жидкокристаллического дисплея по п.1,
при этом устройство жидкокристаллического дисплея дополнительно содержит просветляющую пленку, которая имеет поверхность, на которой сформированы выступы, меньшие, чем длина волны пучка видимого света.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройству подсветки, устройству отображения и телевизионному приемнику. .

Изобретение относится к устройствам для исследования источников света оптическими методами и может быть использовано для определения качества спектра электрических ламп.

Изобретение относится к осветительному устройству, устройству отображения и телевизионному приемнику. .

Изобретение относится к области электротехники. .

Изобретение относится к системам освещения (окружающего освещения). .

Изобретение относится к системе задней подсветки и к дисплейному устройству

Изобретение относится к области электротехники

Изобретение относится к устройству освещения, включающему в себя множество плоских источников света, устройству отображения и телевизионному приемнику

Изобретение относится к устройствам освещения и, в частности, к устройству освещения, снабженному световодной пластиной, а также к устройству дисплея, снабженному таким устройством освещения

Изобретение относится к подсветке с использованием светоизлучающих диодов бокового излучения

Изобретение относится к осветительному прибору и к поверхностному источнику света, каждый из которых используется для задней подсветки жидкокристаллического дисплея, и к жидкокристаллическому дисплею с поверхностным источником света
Наверх