ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к жидкокристаллическим (LCD) устройствам формирования изображения, а конкретнее относится к жидкокристаллическим устройствам формирования изображения (LCD) с пластиной с круговой поляризацией, включающим VA (вертикальная ориентация).
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Устройства LCD широко используются в качестве устройств формирования изображения для различных устройств обработки данных, например компьютеров и телевизоров. В частности, становятся популярными устройства LCD на TFT (в дальнейшем также называемые TFT-LCD), и предполагается рост 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 применимо к обычным LCD, например LCD с пассивной матрицей и LCD с плазменной адресацией, в дополнение к TFT-LCD.
Наиболее широко используемым режимом в TFT-LCD в настоящее время является режим, в котором жидкий кристалл, обладающий положительной анизотропией диэлектрических свойств, ориентируется горизонтально между параллельными подложками, а именно режим TN (скрученный нематик). В устройстве LCD на основе TN направление ориентации ЖК-молекул рядом с одной подложкой закручивается на 90° к таковому у ЖК-молекул рядом с другой подложкой. Такие устройства LCD на основе TN выпускаются сейчас по низкой стоимости и достигли зрелости в промышленных масштабах, хотя они с меньшей вероятностью достигают высокого коэффициента контрастности.
К тому же существуют известные устройства LCD, имеющие другой режим, в котором жидкий кристалл, обладающий отрицательной анизотропией диэлектрических свойств, ориентируется вертикально к параллельным подложкам, а именно устройства LCD с VA. В устройствах LCD с VA ЖК-молекулы ориентируются почти вертикально к поверхностям подложек, когда не подается напряжение. Здесь жидкокристаллическая (ЖК) ячейка почти не проявляет двойное лучепреломление и оптическое вращение, и свет проходит через ЖК-ячейку, почти не изменяясь при этом в своем состоянии поляризации. Таким образом, в случае такого расположения, что ЖК-ячейка помещается между двумя поляризаторами (линейными поляризаторами), оси поглощения которых ортогональны друг другу (в дальнейшем также называемыми кросс-никольными поляризаторами), можно отобразить почти совершенно черный экран, когда не подается напряжение. Когда подается напряжение не ниже порогового напряжения (в дальнейшем просто называется "наличие приложенного напряжения"), ЖК-молекулы ориентируются почти параллельно подложкам, ЖК-ячейка проявляет значительное двойное лучепреломление, и устройство LCD показывает белый экран. Таким образом, такое устройство LCD с VA без труда добивается очень высокого коэффициента контрастности.
Устройства LCD с VA демонстрируют характеристики асимметричного угла обзора, когда ЖК-молекулы все ориентированы в одном направлении при наличии приложенного напряжения. В связи с этим, например, сейчас широко используются устройства LCD с MVA (вертикальная многодоменная ориентация), которые являются одним видом устройств LCD с VA. В соответствии с устройствами LCD с MVA, ЖК-молекулы в каждом пикселе ориентируются в нескольких направлениях с помощью структурно-измененного электрода пикселя или элемента управления ориентацией, например выступа, сформированного в пикселе.
Устройства LCD с MVA спроектированы таким образом, что осевой азимут поляризатора образует угол в 45° относительно азимута ориентации ЖК-молекул при наличии приложенного напряжения, чтобы максимизировать коэффициент пропускания в состоянии показа белого. Причина в том, что коэффициент пропускания светового луча, проходящего через двулучепреломляющую среду, помещенную между кросс-никольными поляризаторами, пропорционален sin2 (2α), где α (единица - радиан) - угол, образованный осью поляризатора и осью наименьшей скорости распространения света в двулучепреломляющей среде. В типичных устройствах LCD с MVA ЖК-молекулы ориентируются поодиночке в четырех доменах или с азимутами в 45°, 135°, 225° и 315°. Также в устройствах LCD с VA с четырьмя доменами ЖК-молекулы часто ориентируются в шлирен-конфигурации или в нежелательных направлениях почти на границе домена или рядом с элементом управления ориентацией. Это является одним фактором, вызывающим ослабление коэффициента пропускания.
В связи с этими обстоятельствами предоставляются, например, устройства LCD с пластиной с круговой поляризацией, включающие VA, которые раскрыты в Патентном документе 1. Согласно устройству LCD, коэффициент пропускания светового луча, проходящего через двулучепреломляющую среду, помещенную между пластиной с правой круговой поляризацией и пластиной с левой круговой поляризацией, ортогональными друг другу, не зависит от угла, образованного осью поляризатора и осью наименьшей скорости распространения света в двулучепреломляющей среде. Поэтому нужный коэффициент пропускания может обеспечиваться при условии, что можно управлять ориентацией ЖК-молекул, даже если азимут ориентации не равен 45°, 135°, 225° и 315°. Соответственно, конический выступ может располагаться в центре пикселя, посредством этого ориентируя ЖК-молекулы с каждым азимутом, или в качестве альтернативы ЖК-молекулы могут ориентироваться, например, с произвольными азимутами без какого-либо управления азимутом ориентации. В настоящем описании устройства LCD с VA, включающие пластины с круговой поляризацией, называются устройствам LCD с CPVA или устройствами LCD с CP. К тому же устройства LCD с VA, включающие пластины с линейной поляризацией, называются устройствами LCD с LPVA или устройствами LCD с LP. Как известно, пластина с круговой поляризацией обычно состоит из сочетания пластины с линейной поляризацией или четвертьволновой пластины.
Световой луч с круговой поляризацией переключает свою направленность при отражении на зеркало и т.п. и поэтому когда он входит в пластину с левой круговой поляризацией, расположенной на зеркале, световой луч, который преобразован в световой луч с левой круговой поляризацией с помощью поляризационной пластины, преобразуется в световой луч с правой круговой поляризацией путем отражения зеркалом. Световой луч с правой круговой поляризацией не может пройти пластину с левой круговой поляризацией. Таким образом, пластины с круговой поляризацией известны как обладающие антибликовой функцией. Антибликовая функция пластин с круговой поляризацией делает возможным предотвращение ненужного отражения, когда устройства формирования изображения «смотрят» в ярких окружениях, например, на улице. Поэтому пластина с круговой поляризацией известна как имеющая эффект повышения коэффициента контрастности в устройствах формирования изображения, например устройствах LCD с VA в ярких окружениях. "Ненужное отражение" считается возникающим преимущественно из-за прозрачных электродов или металлической проводки в элементах TFT внутри устройств формирования изображения. Если возникает это ненужное отражение, даже в устройстве формирования изображения, которое может отображать почти полностью черный экран в темных окружениях, коэффициент контрастности снижается, потому что количество света в черном экране увеличивается при наблюдении в ярких окружениях.
Как упоминалось выше, в устройствах LCD с CPVA можно получить эффект повышения коэффициента пропускания и эффект предупреждения ненужного отражения, но распространенные устройства LCD с CPVA обладают низким коэффициентом контрастности и не могут продемонстрировать достаточных характеристик угла обзора, если смотреть с косых направлений. В этом вопросе у устройств LCD с CPVA есть простор для развития. В связи с этим предложены технологии, касающиеся использования двулучепреломляющих слоев (замедляющих пленок) для улучшения характеристик угла обзора. Например, Патентный документ 1 раскрывает следующий способ (А); Патентный документ 2 раскрывает следующий способ (В); Патентный документ 3 раскрывает следующий способ (С); и Непатентный документ 1 раскрывает следующий способ (D).
(A) Использование двух четвертьволновых пластин, удовлетворяющих nx>ny>nz
(В) Комбинированное использование двух четвертьволновых пластин, удовлетворяющих nx>nz>ny, и двулучепреломляющего слоя (III), удовлетворяющего nx=ny>nz
(С) Комбинированное использование одной или двух полуволновых пластин, удовлетворяющих nx>nz>ny, в дополнение к конфигурации (В)
(D) Комбинированное использование двух одноосных четвертьволновых пластин (так называемых A-пластин, удовлетворяющих nx>ny=nz), двулучепреломляющего слоя (III), удовлетворяющего nx=ny>nz, и двулучепреломляющего слоя, удовлетворяющего nx>nz>ny.
[Патентный документ 1]
Публикация не прошедшей экспертизу заявки Японии № 2002-40428
[Патентный документ 2]
Публикация не прошедшей экспертизу заявки Японии № 2003-207782
[Патентный документ 3]
Публикация не прошедшей экспертизу заявки Японии № 2003-186017
[Непатентный документ 1]
Zhibing Ge и др., "Wide-View Circular Polarizers for Mobile Liquid Crystal Displays", IDRC08, 2008, стр. 266-268.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В результате исследований автора изобретения было обнаружено, что способы (А) и (В) по-прежнему обладают простором для развития в характеристиках угла обзора. К тому же способы (В), (С) и (D) касаются использования двухосных замедляющих пленок, удовлетворяющих nx>nz>ny (0<Nz<1), которые являются дорогими и сложными в производстве. В этом вопросе по-прежнему есть простор для развития в способах с (В) по (D).
Автор изобретения провел различные исследования для решения вышеупомянутых проблем. Автор изобретения заметил замедляющие условия у двулучепреломляющих слоев, расположенных между парой поляризаторов (первым и вторым поляризаторами), расположенными в кросс-никольной ориентации. Затем автор изобретения обнаружил, что можно поддерживать ортогональность между первым и вторым поляризаторами в наклонных направлениях, тогда как ортогональность между ними в направлении вперед поддерживается, когда двулучепреломляющий слой (I), удовлетворяющий nx>ny≥nz (удовлетворяющий Nz≥1,0), и двулучепреломляющий слой (II), удовлетворяющий nx<ny≤nz (удовлетворяющий Nz≤0,0), располагаются должным образом между первым и вторым поляризаторами. В таком случае автор изобретения предлагает следующий способ (Е). Более того, автор изобретения также обнаружил, что в отличие от двухосной замедляющей пленки, удовлетворяющей nx>nz>ny (0<Nz<1), для создания двулучепреломляющих слоев (I) и (II) беспрепятственно используются материалы с подходящим собственным двойным лучепреломлением. Это раскрывалось в Заявке на патент Японии № 2008-099526.
(Е) Комбинированное использование двух четвертьволновых пластин, двулучепреломляющего слоя (III), удовлетворяющего nx=ny>nz, двулучепреломляющего слоя (I), удовлетворяющего nx>ny≥nz, и двулучепреломляющего слоя (II), удовлетворяющего nx<ny≤nz.
Однако в результате исследований автора изобретения обнаружилось, что способ (Е) по-прежнему недостаточен в экономической эффективности, потому что предпочтительно использование пяти или более двулучепреломляющих слоев (замедляющих пленок). Дополнительно в способе (Е) характеристики угла обзора улучшаются путем установки в оптимальные значения коэффициентов Nz (параметр, показывающий двухосность) у двух четвертьволновых пластин. Однако обнаружилось, что характеристики угла обзора по-прежнему имеют простор для развития, когда используются две обобщенные двухосные четвертьволновые пластины, удовлетворяющие nx>ny≥nz (Nz≥1,0).
Настоящее изобретение разрабатывается с учетом вышеупомянутых ситуаций. Цель настоящего изобретения - предоставить устройство LCD, которое обладает более высоким коэффициентом контрастности при большом угле обзора и которое может быть легко изготовлено с низкой стоимостью.
Автор изобретения провел различные исследования в отношении устройств LCD, которые обладают высокими коэффициентами контрастности при большом диапазоне углов обзора и которые могут быть легко изготовлены с низкой стоимостью, и заметил замедляющие условия у двулучепреломляющих слоев, расположенных между парой поляризаторов (первым и вторым поляризаторами), расположенными в кросс-никольной ориентации. Затем авторы изобретения обнаружили, что рассеяние светового потока в черном состоянии уменьшается, и высокий коэффициент контрастности может обеспечиваться при большом диапазоне углов обзора, когда обобщенные двухосные четвертьволновые пластины, удовлетворяющие nx>ny≥nz (в этом документе двулучепреломляющий слой, удовлетворяющий nx>ny≥nz, задается в качестве двулучепреломляющего слоя (I)), используются в качестве двух четвертьволновых пластин (первой и второй четвертьволновых пластин), и их коэффициенты Nz регулируются до почти одинаковых, и еще двулучепреломляющий слой, удовлетворяющий nx<ny≤nz (в этом документе двулучепреломляющий слой, удовлетворяющий nx<ny≤nz, задается в качестве двулучепреломляющего слоя (II)), располагается между второй четвертьволновой пластиной и вторым поляризатором. Более того, автор изобретения также обнаружил, что в отличие от двухосной замедляющей пленки, удовлетворяющей nx>nz>ny (0<Nz<1), для создания двулучепреломляющих слоев (I) и (II) беспрепятственно используются материалы с подходящим собственным двойным лучепреломлением. Таким образом, авторы изобретения нашли решение вышеупомянутых проблем и пришли к настоящему изобретению.
Настоящее изобретение является жидкокристаллическим устройством формирования изображения, включающим в следующем порядке:
первый поляризатор;
первый двулучепреломляющий слой (I);
жидкокристаллическую ячейку, включающую жидкокристаллический слой, помещенный между парой подложек, обращенных друг к другу,
второй двулучепреломляющий слой (I);
двулучепреломляющий слой (II); и
второй поляризатор,
причем каждый из первого и второго двулучепреломляющих слоев (I) удовлетворяют nx>ny≥nz, имеют замедление в плоскости, равное λ/4, и имеют по существу одинаковый коэффициент Nz,
причем двулучепреломляющий слой (II) удовлетворяет nx<ny≤nz, где
первый двулучепреломляющий слой (I) имеет ось наименьшей скорости распространения света в плоскости, образующую угол около 45° с осью поглощения у первого поляризатора;
второй двулучепреломляющий слой (I) имеет ось наименьшей скорости распространения света в плоскости, по существу ортогональную оси наименьшей скорости распространения света в плоскости у первого двулучепреломляющего слоя (I);
второй поляризатор имеет ось поглощения, практически ортогональную оси поглощения первого поляризатора;
двулучепреломляющий слой (II) имеет ось наибольшей скорости распространения света в плоскости, по существу ортогональную оси поглощения второго поляризатора; и
ЖК-ячейка показывает черный экран путем ориентации жидкокристаллических молекул в жидкокристаллическом слое практически вертикально поверхности подложки.
Термин "поляризатор" в этом документе представляет элемент, который преобразует естественный свет в линейно поляризованный свет, и является синонимом поляризационной пластины или поляризационной пленки. Термин "двулучепреломляющий слой" в этом документе представляет слой, обладающий анизотропией оптических свойств, и является синонимом замедляющей пленки, замедляющей пластины, оптически анизотропного слоя, двулучепреломляющей среды и т.п. Термин "двулучепреломляющий слой" в этом документе представляет слой, одна из величин нижеупомянутого замедления в плоскости R и величин нижеупомянутого замедления в направлении толщины Rth которого равна 10 нм или больше, предпочтительно 20 нм или больше. Термин "двулучепреломляющий слой (I)" в этом документе представляет слой, удовлетворяющий nx>ny≥nz. Термин "двулучепреломляющий слой (II)" в этом документе представляет слой, удовлетворяющий nx<ny≤nz. "nx" и "ny" каждое представляют основной показатель преломления двулучепреломляющего слоя (включающего ЖК-ячейку или четвертьволновую пластину) в плоскостном направлении для светового луча 550 нм. "nz" представляет основной показатель преломления в поперечном направлении для светового луча 550 нм.
Термин "замедление в плоскости R" в этом документе представляет замедление в плоскости (единица - нм), заданное с помощью R=|nx-ny|×d, где основные показатели преломления двулучепреломляющего слоя (включающего ЖК-ячейку или четвертьволновую пластину) в плоскостном направлении равны nx и ny; а его основной показатель преломления в поперечном направлении (в направлении толщины) равен nz, и толщина двулучепреломляющего слоя задается как d. Термин "замедление в направлении толщины Rth" в этом документе представляет поперечное (направление толщины) замедление (единица - нм), заданное с помощью Rth=(nz-(nx+ny)/2)×d. Термин "четвертьволновая пластина" в этом документе представляет оптически анизотропный слой, дающий замедление около 1/4 длины волны (ровно 137,5 нм, но больше 115 нм и меньше 160 нм) по меньшей мере световому лучу в 550 нм, и является синонимом замедляющей пленки λ/4 или замедляющей пластины λ/4.
Термин "ось наименьшей скорости распространения света (ось наибольшей скорости распространения света) в плоскости" в этом документе представляет направление (направление по x-оси или y-оси) диэлектрической оси, соответствующей основному показателю преломления ns (nf), где больший из основных показателей преломления в плоскости nx и ny переопределяется как ns, а меньший как nf. Термин "коэффициент Nz" представляет параметр, показывающий степень двухосности у двулучепреломляющего слоя, заданную с помощью Nz=(ns-nz)/(ns-nf). Длина волны для измерений основного показателя преломления, замедления и похожих оптических характеристик в этом документе равна 550 нм, пока не оговорено иное. Даже в случае двулучепреломляющих слоев, имеющих каждый одинаковый коэффициент Nz, разница в средних показателях преломления (nx+ny+nz)/3 у двулучепреломляющих слоев приводит к разнице в эффективных замедлениях двулучепреломляющих слоев для падающего света из наклонных направлений из-за преломляющих углов. Таким образом, принцип разработки становится усложненным. Чтобы избежать этой проблемы, средний показатель преломления у каждого двулучепреломляющего слоя в этом документе нормируется до 1,5 для вычисления коэффициента Nz, пока не оговорено иное. Для двулучепреломляющего слоя, имеющего фактический средний показатель преломления, не равный 1,5, значение преобразуется при условии, что средний показатель преломления равен 1,5. Нижеупомянутое замедление в направлении толщины Rth также нормируется аналогичным образом.
В этом описании, когда первый двулучепреломляющий слой (I) и второй двулучепреломляющий слой (I) имеют по существу одинаковый коэффициент Nz, разница в коэффициенте Nz меньше 1,0, предпочтительно меньше 0,05. Дополнительно, когда первый двулучепреломляющий слой (I) имеет ось наименьшей скорости распространения света в плоскости, образующую угол примерно в 45° с осью поглощения у первого поляризатора, то угол составляет от 40° до 50°, в частности предпочтительно 45°. Даже если относительный угол, образованный осью наименьшей скорости распространения света в плоскости у первого двулучепреломляющего слоя (I) и осью поглощения первого поляризатора, не равен точно 45°, то эффект предупреждения рассеяния светового потока в нормальном направлении поверхности подложки может быть получен в достаточной мере, потому что ось наименьшей скорости распространения света в плоскости у первого двулучепреломляющего слоя (I) ортогональна таковой у второго двулучепреломляющего слоя (I). Более того, отмеченные эффекты в борьбе с отражением или в повышении коэффициента пропускания могут достигаться, когда вышеупомянутый относительный угол равен 45°. Когда второй двулучепреломляющий слой (I) имеет ось наименьшей скорости распространения света в плоскости, по существу ортогональную оси наименьшей скорости распространения света в плоскости у первого двулучепреломляющего слоя (I), тогда угол, образованный двумя осями наименьшей скорости распространения света в плоскости, составляет от 88° до 92°, предпочтительно 90°. Когда второй поляризатор имеет ось поглощения, по существу ортогональную оси поглощения первого поляризатора, тогда угол, образованный двумя осями поглощения, составляется от 88° до 92°, предпочтительно 90°. Когда двулучепреломляющий слой (II) имеет ось наибольшей скорости распространения света в плоскости, по существу ортогональную оси поглощения второго поляризатора, тогда угол, образованный двумя осями, составляется от 88° до 92°, предпочтительно 90°.
Устройство LCD из настоящего изобретение может включать или не включать в себя другие компоненты, поскольку оно по существу включает в себя первый поляризатор, первый двулучепреломляющий слой (I), ЖК-ячейку, второй двулучепреломляющий слой (I), двулучепреломляющий слой (II) и второй поляризатор. Чтобы обеспечить нижеупомянутое преобразование состояния поляризации светового луча, используемого для отображения, в соответствии с настоящим изобретением, предпочтительные варианты осуществления включают в себя вариант, в котором устройство LCD не включает в себя двулучепреломляющий слой между первым и вторым поляризаторами, помимо первого поляризатора, первого двулучепреломляющего слоя (I), ЖК-ячейки, первого двулучепреломляющего слоя (II), двулучепреломляющего слоя (II) и второго поляризатора. Чтобы снизить себестоимость путем уменьшения количества двулучепреломляющих слоев, которые нужно использовать в устройстве LCD, предпочтительные варианты осуществления включают в себя вариант, в котором устройство LCD не включает в себя двулучепреломляющую среду между первым и вторым поляризаторами, помимо первого поляризатора, первого двулучепреломляющего слоя (I), ЖК-ячейки, второго двулучепреломляющего слоя (I), двулучепреломляющего слоя (II) и второго поляризатора. Однако устройство LCD может включать в себя двулучепреломляющую среду помимо первого поляризатора, первого двулучепреломляющего слоя (I), ЖК-ячейки, второго двулучепреломляющего слоя (I), двулучепреломляющего слоя (II) и второго поляризатора. Например, устройство LCD может включать в себя полуволновую пластину, имеющую замедление в плоскости λ/2 для регулировки разброса длины волны в двулучепреломляющем слое и т.п.
К тому же автор изобретения обнаружил, что показатель предотвращения абсолютно черного экрана меняется в зависимости от азимута, и также обнаружил, что компенсация замедления для нескольких азимутов может достигаться путем расположения двулучепреломляющего слоя, удовлетворяющего nx=ny>nz (в этом документе "двулучепреломляющий слой, удовлетворяющий nx=ny>nz", задается в качестве двулучепреломляющего слоя (III)), между первой и второй четвертьволновыми пластинами. В варианте осуществления, где устройство LCD включает в себя двулучепреломляющий слой (III), во-первых, регулируется замедление двулучепреломляющего слоя (III), посредством этого оптимизируя условия для компенсации замедления при азимуте в 0°, и во-вторых, второй двулучепреломляющий слой располагается для демонстрации надлежащего замедления, посредством этого оптимизируя условия для компенсации замедления при азимуте в 45° без изменения оптимальных условий для компенсации замедления при азимуте в 0°. В результате рассеяние светового потока в черном состоянии в наклонном направлении наблюдения можно предотвратить при большем азимуте, при помощи чего устройство LCD может демонстрировать более высокий коэффициент контрастности в направлениях угла обзора с большим азимутом и полярным углом. Дополнительно, в отличие от двухосной замедляющей пленки, удовлетворяющей nx>nz>ny (0<Nz<1), для создания двулучепреломляющего слоя (III) беспрепятственно используются материалы с подходящим собственным двойным лучепреломлением. Термин "азимут" в этом документе означает направление в плоскости, параллельной поверхности подложки у ЖК-ячейки, и представляется углом от 0° до 360°. Термин "полярный угол" в этом документе означает угол наклона относительно нормального направления поверхности подложки у ЖК-ячейки.
Устройство LCD из настоящего изобретения может иметь вариант осуществления, где устройство дополнительно включает в себя по меньшей мере один двулучепреломляющий слой (III), удовлетворяющий nx≈ny≥nz, между первым двулучепреломляющим слоем (I) и жидкокристаллической ячейкой и/или между жидкокристаллической ячейкой и вторым двулучепреломляющим слоем (I). Двулучепреломляющий слой (III) может предпочтительно применяться, когда коэффициенты Nz первого и второго двулучепреломляющих слоев (I) меньше 2,00 каждый. Двулучепреломляющий слой (III) предпочтительно располагается рядом с ЖК-ячейкой. Фраза "расположенный рядом с" в этом документе означает, что никакой двулучепреломляющей среды не располагается между ЖК-ячейкой и двулучепреломляющим слоем (III). В одном варианте осуществления, например, изотропная пленка может располагаться между двулучепреломляющим слоем (III) и ЖК-ячейкой. Если располагается множество двулучепреломляющих слоев (III), то по меньшей мере один из двулучепреломляющих слоев (III) располагается рядом с ЖК-ячейкой, и соответствующие двулучепреломляющие слои (III) располагаются рядом друг с другом.
nx≈ny в двулучепреломляющем слое (III) равен, другими словами, |nx-ny|≈0, и представляет конкретно случай, где замедление в плоскости R=|nx-ny|×d меньше 20 нм, предпочтительно меньше 10 нм. Двулучепреломляющий слой (III) может обладать многослойной или однослойной структурой. Независимо от количества слоев, составляющих двулучепреломляющий слой (III), характеристики пропускающей яркости устройства LCD полностью одинаковы в принципе, если только двулучепреломляющий слой (III) располагается внутри (со стороны ЖК-ячейки) первой и второй четвертьволновых пластин, и общее замедление в направлении толщины у двулучепреломляющего слоя (III) является постоянным. В принципе, нет никаких проблем, чтобы предположить устройство LCD, включающее двулучепреломляющий слой (III), имеющий нулевое замедление в направлении толщины, даже когда оно фактически не включает в себя никакого двулучепреломляющего слоя (III). Соответственно, в этом описании настоящее изобретение просто упоминается со ссылкой исключительно на устройство LCD, включающее один двулучепреломляющий слой (III) между второй четвертьволновой пластиной и ЖК-ячейкой, пока не указано иное.
Как правило, в качестве поляризатора может применяться пленка PVA (поливиниловый спирт) с дихроичным анизотропным материалом, например йодным комплексом, адсорбированным и выровненным на ней. Обычно защитная пленка, например пленка из триацетилцеллюлозы (TAC), наносится на соответствующие стороны пленки PVA, чтобы обеспечить механическую прочность, влагостойкость, термостойкость и т.п., и результирующая ламинированная пленка используется на практике. Пока не указано иное, термин "поляризатор" в этом документе означает элемент только с функцией поляризации, не включающий защитные пленки. Первый и второй поляризаторы спроектированы таким образом, что один образует поляризатор (поляризатор обратной стороны), а другой образует анализатор (поляризатор стороны наблюдения), и независимо от того, что из поляризатора и анализатора образует первый или второй поляризатор, характеристики пропускающей яркости устройства LCD в принципе совсем не изменяются. Пока не указано иное, настоящее изобретение просто упоминается со ссылкой исключительно на устройство LCD, включающее первый поляризатор в качестве поляризатора.
ЖК-ячейка включает в себя пару подложек и жидкокристаллический слой между ними. ЖК-ячейка из настоящего изобретения находится в режиме VA (вертикальная ориентация), где черный экран отображается путем ориентирования ЖК-молекул в ЖК-ячейке по существу вертикально плоскости подложки. Режим VA включает в себя режим MVA (многодоменная VA), режим CPA (непрерывная вращающаяся ориентация), режим PVA (шаблонная VA), режим BVA (несимметричная вертикальная ориентация) и обратного TN, режим IPS-VA (планарная коммутация с VA) и т.п. Когда ЖК-молекулы ориентируются по существу вертикально к плоскости подложки, средний угол наклона ЖК-молекул составляет 80° или более.
Устройство LCD из настоящего изобретения включает в себя между первым и вторым поляризаторами, первый двулучепреломляющий слой (I), имеющий замедление в плоскости λ/4 (первая четвертьволновая пластина), и второй двулучепреломляющий слой (I), имеющий замедление в плоскости λ/4 (вторая четвертьволновая пластина), и двулучепреломляющий слой (II). В настоящем изобретении, как упоминалось выше, устройство LCD дополнительно может включать в себя двулучепреломляющий слой (III) между первым и вторым поляризаторами. Например, сочетание второй четвертьволновой пластины и второго двулучепреломляющего слоя, сочетание второй четвертьволновой пластины и двулучепреломляющего слоя (III) и сочетание первой четвертьволновой пластины и двулучепреломляющего слоя (III) являются предпочтительными в многослойном комплексе, состоящем из этих слоев, без связующего вещества между ними. Такой многослойный комплекс может быть изготовлен путем скрепления пленок, подготовленных путем совместной экструзии и т.п., со связывающим веществом, или путем образования одного двулучепреломляющего слоя, составляющего многослойный комплекс, из полимерной пленки, и покрытия или переноса на него другого двулучепреломляющего слоя, включающего жидкокристаллический материал или нежидкокристаллический материал. Последний способ, включающий покрытие или перенос, предпочтительно применяется, когда двулучепреломляющий слой (III), который часто образуется путем покрытия некристаллического материала, например полиимида, или жидкокристаллического материала, например холестерического жидкого кристалла, укладывается на вторую четвертьволновую пластину или первую четвертьволновую пластину.
Световой луч, который проник в первый поляризатор с фронтального направления, преобразуется в линейно-поляризованный световой луч с помощью первого поляризатора, а затем проходит через первую четвертьволновую пластину, посредством этого преобразуясь в световой луч с круговой поляризацией, и проходит через ЖК-ячейку и двулучепреломляющий слой (III), сохраняя свое состояние поляризации. Затем при прохождении через вторую четвертьволновую пластину, ортогональную первой четвертьволновой пластине, световой луч с круговой поляризацией снова преобразуется в линейно-поляризованный световой луч, аналогично преобразованию сразу после прохождения через первый поляризатор, и проходит через двулучепреломляющий слой (II), сохраняя свое состояние поляризации, и в конечном счете линейно-поляризованный световой луч блокируется вторым поляризатором, ортогональным первому поляризатору. Таким образом, двулучепреломляющие слои (II) и (III) не предназначаются для замедления падающего светового луча с фронтального направления.
Вышеприведенное описание относится к случаю, где черный экран отображается путем отслеживания изменения состояния поляризации на выходе соответствующих слоев, и его можно интуитивно понимать следующим образом. В частности, устройство LCD из настоящего изобретения, включающее кросс-никольные поляризаторы, может отображать полностью черный экран во фронтальном направлении благодаря следующим оптическим компенсациям с (1) по (4):
(1) первая и вторая четвертьволновые пластины располагаются, чтобы быть ортогональными друг другу, между первым и вторым поляризаторами, и их замедления одинаковы (λ/4), и поэтому замедление можно отменить. Таким образом, первая и вторая четвертьволновые пластины отключаются; (2) двулучепреломляющий слой (II), расположенный между первым и вторым поляризаторами, имеет ось наибольшей скорости распространения света, ортогональную оси поглощения второго поляризатора. Таким образом, двулучепреломляющий слой (II) по существу отключается; (3) двулучепреломляющий слой (III) и ЖК-ячейка, расположенные между первым и вторым поляризаторами, имеют нулевое замедление во фронтальном направлении, и поэтому они практически не работают; и (4) первый и второй поляризаторы располагаются, чтобы быть ортогональными друг другу, так называемые кросс-никольные поляризаторы.
Устройство LCD из настоящего изобретения не может отображать полностью черный экран в наклонном направлении, потому что световой луч, падающий с наклонного направления на первый поляризатор, не блокируется вторым поляризатором по следующим трем причинам, при условии, что не задается никакого преобразования состояния поляризации, приписываемого двулучепреломляющим слоям (II) и (III). В частности, двулучепреломляющие слои (II) и (III) предназначаются для проведения преобразования состояния поляризации только для светового луча, падающего с наклонного направления, посредством этого компенсируя характеристики угла обзора.
Как упоминалось выше, двулучепреломляющие слои (II) и (III) из настоящего изобретения могут отображать отличный черный экран также в наклонном направлении наряду с сохранением отличного черного состояния во фронтальном направлении. Поэтому устройство LCD может демонстрировать коэффициент контрастности в наклонном направлении, чтобы обеспечивать отличные характеристики угла обзора.
Нижеупомянутое раскрывает три причины, по которым компенсация угла обзора обеспечивается путем преобразования состояния светового луча, падающего с наклонного направления, с помощью двулучепреломляющих слоев (II) и (III). Это упоминается со ссылкой на устройство 100 LCD с CPVA, включающее, как показано на фиг.1, первый поляризатор 110 (азимут оси поглощения 90°), первую четвертьволновую пластину 120 (азимут оси наименьшей скорости распространения света 135°), ЖК-ячейку 130 с VA, вторую четвертьволновую пластину 140 (азимут оси наименьшей скорости распространения света 45°), второй поляризатор 150 (азимут оси поглощения 0°), и не включающее двулучепреломляющие слои (II) и (III). На фиг.1 стрелка, показанная в каждом из первого и второго поляризаторов 110 и 150, представляет азимут их оси поглощения, а стрелка, показанная в каждой из первой и второй четвертьволновых пластин 120 и 140, представляет азимут их оси наименьшей скорости распространения света. Эллиптический объект, проиллюстрированный в ЖК-ячейке 130 с VA, показывает форму эллиптического объекта показателя преломления в ячейке 130.
Прежде всего, относительно черного экрана во фронтальном направлении, световой луч, который вошел в первый поляризатор 110 с фронтального направления, преобразуется в линейно-поляризованный световой луч с помощью первого поляризатора 110, а затем дополнительно преобразуется в свет с круговой поляризацией с помощью первой четвертьволновой пластины 120, и затем проходит через ЖК-ячейку 130, сохраняя свое состояние поляризации. Затем при прохождении через вторую четвертьволновую пластину 140, ортогональную первой четвертьволновой пластине 120, световой луч с круговой поляризацией обратно преобразуется в такой же линейно-поляризованный световой луч, как на выходе первого поляризатора 110, и в конечном счете линейно-поляризованный световой луч блокируется вторым поляризатором 150. Таким образом, отображается отличный черный экран. Другими словами, устройство 100 LCD может отображать полностью черный экран во фронтальном направлении, так как (1) первая и вторая четвертьволновые пластины 120 и 140 располагаются, чтобы быть ортогональными друг другу, между первым и вторым поляризаторами 110 и 150, и их замедления одинаковы (λ/4), и поэтому замедление можно отменить. Таким образом, первая и вторая четвертьволновые пластины отключаются; (2) ЖК-ячейка 130, расположенная между первым и вторым поляризаторами 110 и 150, обладает нулевым замедлением во фронтальном направлении, и поэтому практически не работает; и (3) первый и второй поляризаторы 110 и 150 располагаются, чтобы быть ортогональными друг другу, так называемые кросс-никольные поляризаторы.
Тогда по отношению к черному экрану в наклонном направлении полностью безупречный черный экран нельзя отобразить из-за следующих факторов с (1) по (3), способствующих сокращению угла обзора:
(1) первая и вторая четвертьволновые пластины 120 и 140 не ортогональны друг другу или обладают разными замедлениями. Таким образом, первая и вторая четвертьволновые пластины 120 и 140 задействованы;
(2) ЖК-ячейка 130 не обладает нулевым замедлением и поэтому не отключается; и
(3) первый и второй поляризаторы 110 и 150 не располагаются ортогональными друг другу и поэтому кросс-никольные поляризаторы отсутствуют.
Факторы (1)-(3) упоминаются более подробно ниже со ссылкой на фиг.2. Хотя во фронтальном направлении (нормальном направлении к поверхности подложки) ось 121 наименьшей скорости распространения света у первой четвертьволновой пластины 120 и ось 141 наименьшей скорости распространения света у второй четвертьволновой пластины 140 ортогональны друг другу, как схематически показано на фиг.2(а), они не ортогональны друг другу в наклонном направлении с азимутом в 0°. Соответственно, замедление не отменяется и поэтому первая и вторая четвертьволновые пластины 120 и 140 не отключаются. Дополнительно во фронтальном направлении ось 121 наименьшей скорости распространения света у первой четвертьволновой пластины 120 и ось 141 наименьшей скорости распространения света у второй четвертьволновой пластины 140 ортогональны друг другу, как схематически показано на фиг.2(b), и в то же время в наклонном направлении с азимутом в 45° они ортогональны друг другу, но замедления у первой и второй четвертьволновых пластин 120 и 140 не одинаковы. Таким образом, замедление не отменяется. Причина в том, что замедление определяется путем двойного лучепреломления (разность показателя преломления) × толщину, и эффективное двойное лучепреломление отличается между фронтальным направлением и наклонным направлением, и дополнительно меняется в зависимости от азимута. По той же причине замедление ЖК-ячейки 130 с VA равно нулю во фронтальном направлении, но не равно нулю в любом наклонном направлении. Только во фронтальном направлении эффективное двойное лучепреломление и замедление равны нулю. Как схематически показано на фиг.2(с), хотя во фронтальном направлении ось 111 поглощения у первого поляризатора 110 и ось 151 поглощения у второго поляризатора 150 ортогональны друг другу, они не ортогональны друг другу в наклонном направлении с азимутом в 45°.
Как упоминалось выше, устройство 100 LCD с CPVA, имеющее самую простую конфигурацию, не может отображать безупречный черный экран в наклонных направлениях из-за трех факторов (1)-(3). Наоборот, устранение этих факторов, то есть предоставление оптической компенсации допускает отображение черного экрана в наклонных направлениях. Вышеупомянутые технологии с (А) по (Е) для увеличения угла обзора фактически включают в себя оптическую компенсацию для факторов. К тому же факторы (1) и (2) обычно наблюдаются вместе. Соответственно, оптические компенсации для соответствующих факторов (1) и (2) могут выполняться не в отдельности, а вместе.
Устройство LCD с CPVA проектируется таким образом, чтобы предоставлять оптические компенсации для факторов (1)-(3) одновременно на основе следующего принципа разработки. В частности, устройство проектируется таким образом, чтобы обобщенная двухосная четвертьволновая пластина (двулучепреломляющий слой (I)), удовлетворяющая nx>ny≥nz, использовалась в качестве первой и второй четвертьволновых пластин, и их коэффициенты Nz регулируются до почти одинаковых, и двулучепреломляющий слой (двулучепреломляющий слой (II)), удовлетворяющий nx<ny≤nz, располагается между второй четвертьволновой пластиной и вторым поляризатором, и дополнительно при необходимости двулучепреломляющий слой (двулучепреломляющий слой (III)), удовлетворяющий nx=ny>nz, располагается между первой и второй четвертьволновыми пластинами.
Нижеследующее будет ссылаться на принцип разработки двулучепреломляющих слоев из настоящего изобретения. Автор изобретения провел различные исследования в отношении простых и эффективных оптических компенсаций для вышеупомянутых факторов и заметил разницу в потребностях оптической компенсации в зависимости от азимута. Затем автор изобретения обнаружил, как показано в следующей Таблице 1, что оптическая компенсация поляризаторов для фактора (3) не нужна, и что для оптической компенсации хватает только оптической компенсации четвертьволновых пластин для фактора (1) и ЖК-ячейки для фактора (2).
В результате автор изобретения обнаружил, что факторы (1) и (2) в наклонном направлении просмотра с азимутом 0° одновременно и эффективно устраняются путем оптимизации Nz-коэффициентов Nzq у первой и второй четвертьволновых пластин и замедления в направлении толщины Rlc у ЖК-ячейки на основе представления состояния поляризации на сфере Пуанкаре и компьютерного моделирования, и дополнительно, при необходимости, путем расположения двулучепреломляющего слоя (III), удовлетворяющего nx=ny>nz, между первой и второй четвертьволновыми пластинами и оптимизации его замедления в направлении толщины R3. В этом описании первый этап подразумевает этот процесс, где Nz-коэффициенты Nzq у первой и второй четвертьволновых пластин, замедление в направлении толщины Rlc у ЖК-ячейки, замедление в направлении толщины R3 у двулучепреломляющего слоя (III) оптимизируются для оптической компенсации при азимуте в 0°.
Автор изобретения также обнаружил, что факторы (1), (2) и (3) одновременно и эффективно устраняются в наклонном направлении с азимутом в 45°, после первого этапа, путем расположения двулучепреломляющего слоя (II), удовлетворяющего nx<ny≤nz, между второй четвертьволновой пластиной и вторым поляризатором, чтобы получить ось наибольшей скорости распространения света в плоскости, практически ортогональную оси поглощения у второго поляризатора, и путем оптимизации Nz-коэффициента Nz2 и замедления в плоскости R2 у двулучепреломляющего слоя (II). В этом описании второй этап подразумевает этот процесс, следующий за первым этапом, где Nz-коэффициент Nz2 и замедление в плоскости R2 у двулучепреломляющего слоя (II) оптимизируются для оптической компенсации при азимуте 45°.
Ось наибольшей скорости распространения света в плоскости у двулучепреломляющего слоя (II), который дополнительно располагается на втором этапе, по существу ортогональна оси поглощения соседнего второго поляризатора, и поэтому оптические характеристики при азимуте оси поглощения второго поляризатора, то есть в направлении с азимутом в 0°, совсем не изменяются. Таким образом, оптическая компенсация в настоящем изобретении отличается тем, что оптимальное состояние, достигнутое на первом этапе, также может сохраняться после второго этапа. Этот способ оптической компенсации, где первый и второй этапы полностью независимы друг от друга, упрощает исполнение двулучепреломляющих слоев.
Нижеследующее будет ссылаться на подробности принципа оптической компенсации в каждом из первого и второго этапов со ссылкой на сферу Пуанкаре. Сфера Пуанкаре широко известна в кристаллооптике как удобный подход для отслеживания состояния поляризации света, распространяющегося через двулучепреломляющий слой (например, см. "Kessyo Kogaku" под авторством Takasaki Hiroshi, опубликованную Morikita Publishing Co., Ltd., 1975, стр. 146-163).
На сфере Пуанкаре правополяризованное состояние изображается на верхней полусфере; левополяризованное состояние - на нижней полусфере, линейно поляризованное состояние - на экваторе; состояния с левой и правой круговой поляризацией находятся на верхнем и нижнем полюсах соответственно. Между двумя состояниями поляризации, симметричными относительно начала координат сферы, углы эллиптичности одинаковы по величине, но противоположны в полярности. Это показывает, что два состояния поляризации находятся в ортогональном состоянии поляризации.
Эффекты, относимые к двулучепреломляющему слою, показаны на сфере Пуанкаре следующим образом. Точка, показывающая состояние поляризации светового луча до распространения через двулучепреломляющий слой, поворачивается в направлении против часовой стрелки на угол, определенный с помощью (2π) × (замедление)/(длина волны) (единица: радиан), вокруг оси наименьшей скорости распространения света (а именно точка, показывающая меньшее из двух собственных векторов колебания двулучепреломляющего слоя) (это то же самое, когда точка поворачивается в направлении по часовой стрелке вокруг оси наибольшей скорости распространения света).
Центр вращения и угол поворота в наклонном направлении просмотра определяются по оси наименьшей скорости распространения света (или оси наибольшей скорости распространения света) и замедлению в угле обзора. Хотя и не объясняется подробно, но они могут вычисляться, например, путем определения направления колебания в собственном векторе колебания и волнового вектора в двулучепреломляющем слое из уравнения Френеля для нормального падения. Ось наименьшей скорости распространения света в наклонных направлениях просмотра зависит от угла обзора, коэффициента Nz и замедления в плоскости R (или замедления в направлении толщины Rth).
(Принцип компенсации на первом этапе)
Сначала приводится состояние поляризации, когда устройство 100 LCD с CPVA на фиг.1 рассматривается с фронтального направления. Фиг.3 - изображение, показывающее изменения в состоянии поляризации светового луча, исходящего из задней подсветки (не показана на фиг.1, но расположена ниже первого поляризатора) при этом условии, изображенные на плоскости S1-S2 сферы Пуанкаре. Точки на фиг.3 показывают соответствующие состояния поляризации на выходе соответствующих поляризаторов 110 и 150, соответствующих двулучепреломляющих слоев 120 и 140 и ЖК-ячейки 130. Точки, показывающие соответствующие состояния поляризации, фактически находятся на сфере Пуанкаре, но проецируются на плоскость S1-S2. Точка, показывающая состояние поляризации, показана с помощью "
", а точка, показывающая ось наименьшей (наибольшей) скорости распространения света у двулучепреломляющего слоя, показана с помощью "
".
Состояние поляризации светового луча сразу на выходе первого поляризатора 110 изображается с помощью P0 на сфере Пуанкаре, и P0 соответствует E, показывающей состояние поляризации, в котором второй поляризатор 150 может поглощать, то есть положение затухания (азимут оси поглощения) второго поляризатора 150. Затем когда световой луч проходит через первую четвертьволновую пластину 120, P0 перемещается в P1 путем поворота на определенный угол вокруг оси наименьшей скорости распространения света у первой четвертьволновой пластины 120, изображенной с помощью Q1 на сфере Пуанкаре. Вращение происходит в направлении против часовой стрелки, когда начало координат O наблюдается из Q1.
Постепенно световой луч проходит через ЖК-ячейку 130 с VA, но не меняется в своем состоянии поляризации, потому что ячейка 130 обладает нулевым замедлением во фронтальном направлении. В конечном счете световой луч проходит через вторую четвертьволновую пластину 140, и P1 перемещается в P2 путем поворота на определенный угол вокруг оси наименьшей скорости распространения света у второй четвертьволновой пластины 140, изображенной с помощью Q2. Эта точка P2 соответствует положению затухания E у второго поляризатора 150. Таким образом устройство 100 LCD из фиг.1 может блокировать световой луч из задней подсветки, чтобы отобразить отличный черный экран, если смотреть с фронтального направления.
Нижеследующее будет ссылаться на состояние поляризации, когда устройство 100 LCD с CPVA из фиг.1 рассматривается из направления с азимутом оси поглощения в 0° у второго поляризатора 150 и направления, наклоненного на угол 60° от нормального направления (в дальнейшем также называемого полярным углом в 60°). Фиг.4 - изображение, показывающее изменения в состоянии поляризации светового луча, исходящего из задней подсветки при этом условии, изображенные на плоскости S1-S2 сферы Пуанкаре. Точки на фиг.4 показывают соответствующие состояния поляризации на выходе соответствующих поляризаторов 110 и 150, соответствующих двулучепреломляющих слоев 120 и 140 и ЖК-ячейки 130.
Состояние поляризации светового луча сразу на выходе первого поляризатора 110 изображается с помощью P0 на сфере Пуанкаре, и P0 соответствует E, показывающей состояние поляризации, в котором второй поляризатор 150 может поглощать, то есть положение затухания (азимут оси поглощения) второго поляризатора 150. Затем когда световой луч проходит через первую четвертьволновую пластину 120, P0 перемещается в P1 путем поворота на определенный угол вокруг оси наименьшей скорости распространения света у первой четвертьволновой пластины 120, изображенной с помощью Q1 на сфере Пуанкаре. Вращение происходит в направлении против часовой стрелки, когда начало координат O наблюдается из Q1.
Постепенно световой луч проходит через ЖК-ячейку 130 с VA, и P1 достигает P2 путем поворота на определенный угол вокруг оси наименьшей скорости распространения света у ЖК-ячейки 130, изображенной с помощью L на сфере Пуанкаре. Вращение происходит в направлении против часовой стрелки, когда начало координат O наблюдается из L. В конечном счете световой луч проходит через вторую четвертьволновую пластину 140, и P2 перемещается в P3 путем поворота на определенный угол вокруг оси наименьшей скорости распространения света у второй четвертьволновой пластины 140, изображенной с помощью Q2. Эта точка P3 не соответствует положению затухания E у второго поляризатора 150. Таким образом, устройство 100 LCD из фиг.1 не может блокировать световой луч от задней подсветки, если смотреть из направления с азимутом в 0° и полярным углом в 60°.
Положения с P1 по P3 на фиг.3 и 4 зависят от Nz-коэффициентов Nzq у первой и второй четвертьволновых пластин 120 и 140 и замедления в направлении толщины Rlc у ЖК-ячейки 130. Фиг.3 и 4 в качестве примера показывают вариант осуществления, где выполняются Nzq=1,6 и Rlc=320 нм. Для простого показа преобразования состояния поляризации положения соответствующих точек показываются приблизительно и могут быть не точными. Для простоты иллюстрации не показаны стрелки, показывающие траекторию от P1 к P3. Замедление Rlc у ЖК-ячейки 130 с VA обычно составляет около 320 нм, и обычно регулируется до значения, колеблющегося от 270 нм до 400 нм. Например, замедление Rlc больше 320 нм необходимо, чтобы увеличить коэффициент пропускания. Nz-коэффициент Nzq у каждой из первой и второй четвертьволновых пластин обычно регулируется до значения, колеблющегося от 1,0 до 2,9. Например в случае, где ЖК-ячейка с VA имеет замедление Rlc около 400 нм и не располагается двулучепреломляющий слой (III), предпочтительно используются четвертьволновые пластины, удовлетворяющие Nzq=2,9.
Нижеследующее будет ссылаться на устройство 200 LCD с CPVA, включающее двулучепреломляющий слой (III), как показано на фиг.5, и имеющее многослойную структуру, состоящую из первого поляризатора 210 (азимутальный угол оси поглощения в 90°), первой четвертьволновой пластины 220 (азимутальный угол оси наименьшей скорости распространения света в 135°), ЖК-ячейки 230 с VA, двулучепреломляющего слоя 235 (III), второй четвертьволновой пластины 240 (азимутальный угол оси наименьшей скорости распространения света в 45°) и второго поляризатора 250 (азимутальный угол оси поглощения в 0°). На фиг.5 стрелка, показанная в каждом из первого и второго поляризаторов 210 и 250, представляет азимут их оси поглощения, а стрелка, показанная в каждой из первой и второй четвертьволновых пластин 220 и 240, представляет азимут их оси наименьшей скорости распространения света. Эллиптические объекты в ЖК-ячейке 230 с VA и двулучепреломляющем слое (III) 235 показывают форму их соответствующих эллиптических объектов показателя преломления.
Сначала приводится состояние поляризации, когда устройство 200 LCD с CPVA на фиг.5 рассматривается с фронтального направления. Фиг.6 - изображение, показывающее изменения в состоянии поляризации светового луча, исходящего из задней подсветки (не показана на фиг.5, но расположена ниже первого поляризатора 210), при этом условии, изображенные на плоскости S1-S2 сферы Пуанкаре. Точки на фиг.6 показывают соответствующие состояния поляризации на выходе соответствующих поляризаторов 210 и 250, соответствующих двулучепреломляющих слоев 220 и 240 и ЖК-ячейки 230.
Состояние поляризации светового луча сразу на выходе первого поляризатора 210 изображается с помощью P0 на сфере Пуанкаре, и P0 соответствует E, показывающей состояние поляризации, в котором второй поляризатор 250 может поглощать, то есть положение затухания (азимут оси поглощения) второго поляризатора 250. Затем когда световой луч проходит через первую четвертьволновую пластину 220, P0 перемещается в P1 путем поворота на определенный угол вокруг оси наименьшей скорости распространения света у первой четвертьволновой пластины 220, изображенной с помощью Q1 на сфере Пуанкаре. Вращение происходит в направлении против часовой стрелки, когда начало координат O наблюдается из Q1.
Постепенно световой луч проходит через ЖК-ячейку 230 с VA и двулучепреломляющий слой (III) 235, но не меняется в своем состоянии поляризации, потому что ячейка 230 и двулучепреломляющий слой (III) 235 обладают нулевым замедлением во фронтальном направлении. В конечном счете световой луч проходит через вторую четвертьволновую пластину 240, и P1 перемещается в P2 путем поворота на определенный угол вокруг оси наименьшей скорости распространения света у второй четвертьволновой пластины 240, изображенной с помощью Q2. Эта точка P2 соответствует положению затухания E у второго поляризатора 250. Таким образом устройство 200 LCD из фиг.5 может блокировать световой луч из задней подсветки, чтобы отобразить отличный черный экран, если смотреть с фронтального направления, как в устройстве 100 LCD на фиг.1.
Нижеследующее будет ссылаться на состояние поляризации, когда устройство 200 LCD с CPVA из фиг.5 рассматривается из направления с азимутом оси поглощения в 0° у второго поляризатора 210 и с полярным углом 60° от нормального направления. Фиг.7 - изображение, показывающее изменения в состоянии поляризации светового луча, исходящего из задней подсветки при этом условии, изображенные на плоскости S1-S2 сферы Пуанкаре. Точки на фиг.7 показывают соответствующие состояния поляризации на выходе соответствующих поляризаторов 210 и 250, соответствующих двулучепреломляющих слоев 220 и 240 и ЖК-ячейки 230.
Состояние поляризации светового луча на выходе первого поляризатора 210 изображается с помощью P0 на сфере Пуанкаре, и P0 соответствует положению затухания (азимуту оси поглощения) второго поляризатора 250. Затем когда световой луч проходит через первую четвертьволновую пластину 220, P0 достигает P1 путем поворота на определенный угол вокруг оси наименьшей скорости распространения света у первой четвертьволновой пластины 220, изображенной с помощью Q1 на сфере Пуанкаре. Вращение происходит в направлении против часовой стрелки, когда начало координат O наблюдается из Q1.
Постепенно световой луч проходит через ЖК-ячейку 230 с VA, и P1 достигает P2 путем поворота на определенный угол вокруг оси наименьшей скорости распространения света у ЖК-ячейки 230, изображенной с помощью L на сфере Пуанкаре. Вращение происходит в направлении против часовой стрелки, когда начало координат O наблюдается из L. Затем световой луч проходит через двулучепреломляющий слой (III) 235, и P1 достигает P3 путем поворота на определенный угол вокруг оси наименьшей скорости распространения света у двулучепреломляющего слоя (III) 235, изображенной с помощью R3 на сфере Пуанкаре. Вращение происходит в направлении против часовой стрелки, когда начало координат O наблюдается из R3. В конечном счете световой луч проходит через вторую четвертьволновую пластину 240, и P3 перемещается в P4 путем поворота на определенный угол вокруг оси наименьшей скорости распространения света у второй четвертьволновой пластины 240, изображенной с помощью Q2. Эта точка P4 соответствует положению затухания E у второго поляризатора 250. Таким образом, устройство 200 LCD из фиг.5 не может блокировать световой луч от задней подсветки, если смотреть из направления с азимутальным углом в 0° и полярным углом в 60°, как в наблюдении из фронтального направления.
Положения с P1 по P4 на фиг.6 и 7 зависят от Nz-коэффициентов Nzq у первой и второй четвертьволновых пластин 220 и 240 и замедления в направлении толщины Rlc у ЖК-ячейки 230. Фиг.6 и 7 в качестве примера показывают вариант осуществления, где выполняются Nzq=1,6, Rlc=320 нм и R3=-129 нм. Для простого показа преобразования состояния поляризации положения соответствующих точек показываются приблизительно и могут быть не точными. Для простоты иллюстрации не показаны стрелки, показывающие траекторию от P1 к P4.
В результате исследований автор изобретения обнаружил, что оптимальное значение замедления R3 у двулучепреломляющего слоя 235 (III) меняется в соответствии с Nz-коэффициентам Nzq у каждой из первой и второй четвертьволновых пластин 220 и 240. Фиг.8 и 9 - изображения, показывающие изменения в состоянии поляризации, когда устройство 200 LCD круговой поляризации с VA на фиг.5 рассматривается из направления с азимутом оси поглощения в 0° у второго поляризатора 250 и полярным углом 60°, изображенные на плоскости S1-S2 сферы Пуанкаре. Фиг.8 показывает вариант осуществления, где выполняются Nzq=2,0, Rlc=320 нм и R3=-61 нм. Фиг.9 показывает вариант осуществления, где выполняются Nzq=2,35, Rlc=320 нм и R3=0 нм.
Как показано на фиг.7, 8 и 9, чем больше становится Nz-коэффициент Nzq у каждой из первой и второй четвертьволновых пластин 220 и 240, тем симметричнее по отношению к оси S1 становятся точка P1, показывающая состояние поляризации сразу на выходе первой четвертьволновой пластины 220, и точка P2, показывающая состояние поляризации сразу на выходе ЖК-ячейки 230 с VA. В результате становится меньше величина перехода P2-P3, необходимая для соответствия P4 и E друг другу, а именно величина необходимого замедления R3 у двулучепреломляющего слоя (III) 235. Как упоминалось выше, замедление Rlc у ЖК-ячейки 230 с VA регулируется до значения, колеблющегося от 270 нм до 400 нм, и поэтому, если Nz-коэффициент Nzq у каждой из первой и второй четвертьволновых пластин 220 и 240 больше 2,00, то необходимое замедление R3 у двулучепреломляющего слоя (III) 235 практически равно нулю. То есть не нужен никакой двулучепреломляющий слой (III) 235. Когда замедление Rlc равно 320 нм, что является значением замедления в типичной ЖК-ячейке с VA, и когда выполняется Nzq=2,35, тогда необходимое замедление R3 у двулучепреломляющего слоя (III) практически равно нулю.
Таблица 2 и фиг.10 показывают соотношение между Nz-коэффициентами Nzq у каждой из первой и второй четвертьволновых пластин 220 и 240 и оптимальным замедлением в направлении толщины R3 у двулучепреломляющего слоя (III) 235 на основе результатов, определенных с помощью компьютерного моделирования. На диаграмме сферы Пуанкаре на фиг. 7-9 преобразование поляризации из P1 в P3 иллюстрируется отдельно как преобразование P1 в P2, относимое к замедлению в направлении толщины Rlc у ЖК-ячейки 230 с VA, и преобразование P2 в P3, относимое к замедлению в направлении толщины R3 у двулучепреломляющего слоя (III) 235. Однако эти два преобразования совпадают в центре вращения, но противоположны в направлении вращения. Направление вращения определяется знаком плюс и минус у замедления в направлении толщины. Угол поворота определяется по величине замедления в направлении толщины. Соответственно, вышеупомянутые два преобразования могут рассматриваться как прямое преобразование P1 в P3, относимое к "общему замедлению в направлении толщины Rlc+R3" у "ЖК-ячейка 230 с VA + двулучепреломляющий слой (III) 235". Другими словами, два LCD, имеющие одинаковое значение Rlc+R3, имеют одинаковые оптические характеристики независимо от замедления в направлении толщины Rlc у ЖК-ячейки 230 с VA. Таблица 2 показывает оптимальные значения Rlc+R3, вычисленные с помощью компьютерного моделирования. Как показано в Таблице 2 и на фиг.10, относительно соотношения между Nzq и оптимальным Rlc+R3 следующая формула (А) дает достаточно близкое приближенное значение в случае 1,0≤Nz≤2,9:
Rlc+R3=169 нм × Nzq - 81 нм (A).
Чтобы предоставить ЖК-дисплей с высоким коэффициентом контрастности при большом угле обзора, замедление Rlc+R3, которое является суммой замедления в направлении толщины Rlc в черном состоянии ЖК-ячейки 230 с VA (в отсутствии приложенного напряжения к ЖК-слою) и замедления в направлении толщины R3 у двулучепреломляющего слоя (III) 235, предпочтительнее всего является оптимальным значением, показанным в Таблице 2 и на фиг.10. Однако значение может немного отклоняться от оптимального значения, пока коэффициент контрастности в наклонных направлениях не уменьшится значительно. Для достаточных полезных результатов изобретения предпочтительно, чтобы замедление Rlc+R3 находилось в пределах оптимального значения ±30 нм.
(Принцип компенсации на втором этапе)
Нижеупомянутое является случаем, где устройство 200 LCD из фиг.5 после первого этапа рассматривается из направления с азимутальным углом (в дальнейшем также называемым "азимутальным углом в 45°"), делящим пополам азимутальный угол оси поглощения в 90° у первого поляризатора 210 и азимутальный угол оси поглощения в 0° у второго поляризатора 230, и направления, наклоненного на 60°. Как упоминалось выше, в устройстве 200 LCD оптическая компенсация при азимутальном угле в 0° достигнута путем определения оптимальных значений каждого из замедления в направлении толщины R3 у двулучепреломляющего слоя (III) 235 и замедления в направлении толщины Rlc у ЖК-ячейки 230 в соответствии с Nz-коэффициентом Nzq у каждой из первой и второй четвертьволновых фазовых пластинок 220 и 240. Фиг.11 - изображение, показывающее изменения в состоянии поляризации светового луча, исходящего из задней подсветки при этом условии, изображенные на плоскости S1-S2 сферы Пуанкаре. Точки на фиг.11 показывают соответствующие состояния поляризации на выходе соответствующих поляризаторов 210 и 250, соответствующих двулучепреломляющих слоев 220 и 240 и ЖК-ячейки 230.
Состояние поляризации сразу на выходе первого поляризатора 210 изображается с помощью P0 на сфере Пуанкаре, которое не соответствует состоянию поляризации, в котором второй поляризатор 250 может поглощать, то есть положению затухания (азимуту оси поглощения) второго поляризатора 250. Это показывает, что оптическая компенсация необходима, когда устройство 200 LCD рассматривается из наклонного направления с азимутальным углом в 45°, потому что в этом наклонном направлении первый и второй поляризаторы 210 и 250 не ортогональны друг другу. Когда световой луч проходит через первую четвертьволновую пластину 220, P0 перемещается в P1 путем поворота на определенный угол вокруг оси наименьшей скорости распространения света у первой четвертьволновой пластины 220, изображенной с помощью Q1 на сфере Пуанкаре. Вращение происходит в направлении против часовой стрелки, когда начало координат O наблюдается из Q1.
Постепенно световой луч проходит через ЖК-ячейку 230 с VA, и P1 перемещается в P2 путем поворота на определенный угол вокруг оси наименьшей скорости распространения света у ЖК-ячейки 230, изображенной с помощью L на сфере Пуанкаре. Это вращение происходит в направлении против часовой стрелки, когда начало координат O наблюдается из L. Затем световой луч проходит через двулучепреломляющий слой (III), и P2 достигает P3 путем поворота на определенный угол вокруг оси наименьшей скорости распространения света у двулучепреломляющего слоя (III) 235, изображенной с помощью R3 на сфере Пуанкаре. Вращение происходит в направлении против часовой стрелки, когда начало координат O наблюдается из R3. В конечном счете световой луч проходит через вторую четвертьволновую пластину 240, и P3 перемещается в P4 путем поворота на определенный угол вокруг оси наименьшей скорости распространения света у второй четвертьволновой пластины 240, изображенной с помощью Q2. Эта точка P4 не соответствует положению затухания E у второго поляризатора 250. Таким образом, устройство 200 LCD из фиг.5 не может блокировать световой луч от задней подсветки, если смотреть из наклонного направления с азимутальным углом в 45° и полярным углом в 60°. В частности, оптическая компенсация не получается, когда устройство 200 LCD, только что прошедшее первый этап, рассматривается из наклонного направления с азимутальным углом в 45°.
Положения с P1 по P4 на фиг.11 зависят от Nz-коэффициента Nzq у каждой из первой и второй четвертьволновых пластин 220 и 240, замедления в направлении толщины Rlc у ЖК-ячейки 230 и замедления в направлении толщины R3 у двулучепреломляющего слоя (III) 235. Фиг.11 в качестве примера показывает вариант осуществления, где выполняются Nzq=1,6, Rlc=320 нм и R3=-129 нм. Для простого показа преобразования состояния поляризации положения соответствующих точек показываются приблизительно и могут быть не точными. Для простоты иллюстрации не показаны стрелки, показывающие траекторию от P1 к P4.
Нижеследующее будет ссылаться на устройство 300 LCD с CPVA, включающее двулучепреломляющий слой (II), как показано на фиг.12, и имеющее многослойную структуру, состоящую из первого поляризатора 310 (азимутальный угол оси поглощения в 90°), первой четвертьволновой пластины 320 (азимутальный угол оси наименьшей скорости распространения света в 135°), ЖК-ячейки 330 с VA, двулучепреломляющего слоя 335 (III), второй четвертьволновой пластины 340 (азимутальный угол оси наименьшей скорости распространения света в 45°), двулучепреломляющего слоя (II) 345 (азимутальный угол оси наибольшей скорости распространения света в 90°) и второго поляризатора 350 (азимутальный угол оси поглощения в 0°). К конфигурации, показанной на фиг.5, добавляется двулучепреломляющий слой (II) для оптической компенсации при азимутальном угле в 45°. На фиг.12 стрелка, показанная в каждом из первого и второго поляризаторов 310 и 350, представляет азимут их оси поглощения; стрелка, показанная в каждой из первой и второй четвертьволновых пластин 320 и 340, представляет азимут их оси наименьшей скорости распространения света; и стрелка, показанная в двулучепреломляющем слое (II) 345, представляет азимут его оси наибольшей скорости распространения света. Эллиптические объекты в ЖК-ячейке 330 с VA и двулучепреломляющем слое (III) 335 показывают форму их соответствующих эллиптических объектов показателя преломления.
Сначала приводится состояние поляризации, когда устройство 300 LCD с CPVA на фиг.12 рассматривается с фронтального направления. Фиг.13 - изображение, показывающее изменения в состоянии поляризации светового луча, исходящего из задней подсветки (не показана на фиг.12, но расположена ниже первого поляризатора 310), изображенные на плоскости S1-S2 сферы Пуанкаре. Точки на фиг. 13 показывают соответствующие состояния поляризации на выходе соответствующих поляризаторов 310 и 350, соответствующих двулучепреломляющих слоев 320 и 340 и ЖК-ячейки 330.
Состояние поляризации светового луча сразу на выходе первого поляризатора 310 изображается с помощью P0 на сфере Пуанкаре, и P0 соответствует E, показывающей состояние поляризации, в котором второй поляризатор 350 может поглощать, то есть положение затухания (азимут оси поглощения) второго поляризатора 350. Затем, когда световой луч проходит через первую четвертьволновую пластину 320, P0 перемещается в P1 путем поворота на определенный угол вокруг оси наименьшей скорости распространения света у первой четвертьволновой пластины 320, изображенной с помощью Q1 на сфере Пуанкаре. Вращение происходит в направлении против часовой стрелки, когда начало координат O наблюдается из Q1.
Постепенно световой луч проходит через ЖК-ячейку 330 с VA и двулучепреломляющий слой (III) 335, но не меняется в своем состоянии поляризации, потому что ячейка 330 и двулучепреломляющий слой (III) 335 обладают нулевым замедлением во фронтальном направлении. Затем световой луч проходит через вторую четвертьволновую пластину 340, и P1 достигает P2 путем поворота на определенный угол вокруг оси наименьшей скорости распространения света у второй четвертьволновой пластины 340, изображенной с помощью Q2. В конечном счете световой луч проходит через двулучепреломляющий слой (II) 345, но его состояние поляризации, изображенное с помощью P2, не изменяется даже после поворота на определенный угол вокруг оси наибольшей скорости распространения света у двулучепреломляющего слоя (II) 345, изображенной с помощью R2 на сфере Пуанкаре. Эта точка P2 соответствует положению затухания E у второго поляризатора 350. Таким образом устройство 300 LCD из фиг.12 может блокировать световой луч из задней подсветки, чтобы отобразить отличный черный экран, если смотреть с фронтального направления, как в устройстве 100 LCD из фиг.1.
Далее приводится состояние поляризации, когда устройство 200 LCD с CPVA на фиг. 12 рассматривается из наклонного направления с азимутальным углом в 45° и полярным углом в 60°. Фиг.14 - изображение, показывающее изменения в состоянии поляризации светового луча, исходящего из задней подсветки при этом условии, изображенные на плоскости S1-S2 сферы Пуанкаре. Точки на фиг.14 показывают соответствующие состояния поляризации на выходе соответствующих поляризаторов 310 и 350, соответствующих двулучепреломляющих слоев 320 и 340 и ЖК-ячейки 330.
Состояние поляризации светового луча сразу на выходе первого поляризатора 310 изображается с помощью P0 на сфере Пуанкаре, и P0 не соответствует E, показывающей состояние поляризации, в котором второй поляризатор 350 может поглощать, то есть положение затухания (азимут оси поглощения) второго поляризатора 350. Затем когда световой луч проходит через первую четвертьволновую пластину 320, P0 достигает P1 путем поворота на определенный угол вокруг оси наименьшей скорости распространения света у первой четвертьволновой пластины 320, изображенной с помощью Q1 на сфере Пуанкаре. Вращение происходит в направлении против часовой стрелки, когда начало координат O наблюдается из Q1.
Постепенно световой луч проходит через ЖК-ячейку 330 с VA, и P1 перемещается в P2 путем поворота на определенный угол относительно оси наименьшей скорости распространения света у ЖК-ячейки 330, изображенной с помощью L на сфере Пуанкаре. Вращение происходит в направлении против часовой стрелки, когда начало координат O наблюдается из L. Затем световой луч проходит через двулучепреломляющий слой (III) 335, и P2 достигает P3 путем поворота на определенный угол вокруг оси наименьшей скорости распространения света у двулучепреломляющего слоя (III) 335, изображенной с помощью R3 на сфере Пуанкаре. Вращение происходит в направлении против часовой стрелки, когда начало координат O наблюдается из R3. Затем световой луч проходит через вторую четвертьволновую пластину 340, и P3 достигает P4 путем поворота на определенный угол относительно оси наименьшей скорости распространения света у второй четвертьволновой пластины 340, изображенной с помощью Q2. В конечном счете световой луч проходит через двулучепреломляющий слой (II) 345, и P4 достигает P5 путем поворота на определенный угол вокруг оси наибольшей скорости распространения света у двулучепреломляющего слоя (II) 345, изображенной с помощью R2 на сфере Пуанкаре. Вращение происходит в направлении по часовой стрелке, когда начало координат O наблюдается из R2. Эта точка P5 соответствует положению затухания E у второго поляризатора 350. Таким образом, устройство 300 LCD из фиг.12 может блокировать световой луч от задней подсветки, если смотреть из наклонного направления с азимутальным углом в 45° и полярным углом в 60°, аналогично фронтальному направлению.
В заключение приведенное является случаем, где устройство 300 LCD с CPVA из фиг.12 рассматривается из наклонного направления с азимутальным углом 0° и полярным углом 60°. Фиг.15 - изображение, показывающее изменения в состоянии поляризации светового луча, исходящего из задней подсветки при этом условии, изображенные на плоскости S1-S2 сферы Пуанкаре. Точки на фиг.15 показывают соответствующие состояния поляризации на выходе соответствующих поляризаторов 310 и 350, двулучепреломляющих слоев 320 и 340 и ЖК-ячейки 330.
Состояние поляризации светового луча сразу на выходе первого поляризатора 310 изображается с помощью P0 на сфере Пуанкаре, и P0 соответствует E, показывающей состояние поляризации, в котором второй поляризатор 350 может поглощать, то есть положение затухания (азимут оси поглощения) второго поляризатора 350. Затем когда световой луч проходит через первую четвертьволновую пластину 320, P0 достигает P1 путем поворота на определенный угол вокруг оси наименьшей скорости распространения света у первой четвертьволновой пластины 320, изображенной с помощью Q1 на сфере Пуанкаре. Вращение происходит в направлении против часовой стрелки, когда начало координат O наблюдается из Q1.
Постепенно световой луч проходит через ЖК-ячейку 330 с VA, и P1 достигает P2 путем поворота на определенный угол вокруг оси наименьшей скорости распространения света у ЖК-ячейки 330, изображенной с помощью L на сфере Пуанкаре. Вращение происходит в направлении против часовой стрелки, когда начало координат O наблюдается из L. Затем световой луч проходит через двулучепреломляющий слой (III) 335, и P2 достигает P3 путем поворота на определенный угол относительно оси наименьшей скорости распространения света у двулучепреломляющего слоя (III) 335, изображенной с помощью R3 на сфере Пуанкаре. Затем световой луч проходит через вторую четвертьволновую пластину 340, и P3 достигает P4 путем поворота на определенный угол вокруг оси наименьшей скорости распространения света у второй четвертьволновой пластины 340, изображенной с помощью Q2. В конечном счете световой луч проходит через двулучепреломляющий слой (II) 345, но состояние поляризации, изображенное с помощью P4, не изменяется даже после поворота на определенный угол вокруг оси наибольшей скорости распространения света у двулучепреломляющего слоя (II) 345, изображенной с помощью R2 на сфере Пуанкаре. Эта точка P4 соответствует положению затухания E у второго поляризатора 350. Таким образом, устройство 300 LCD из фиг. 12 может блокировать световой луч от задней подсветки, чтобы отобразить отличный черный экран, если смотреть из наклонного направления с азимутальным углом в 0° и полярным углом в 60°, аналогично фронтальному направлению.
Таким образом, устройство 300 LCD на фиг.12, прошедшее второй этап, может блокировать световой луч из задней подсветки в каждом из фронтального направления и наклонного направления с соответствующими азимутами в 0° и 45°.
Положения с P1 по P5 на фиг.13, 14 и 15 зависят от Nz-коэффициента Nzq у каждой из первой и второй четвертьволновых пластин 320 и 340, замедления в направлении толщины Rlc у ЖК-ячейки 330, замедления в направлении толщины R3 у двулучепреломляющего слоя (III) 335 и Nz-коэффициента Nz2 и замедления R2 у двулучепреломляющего слоя (II) 345. Фиг.13, 14 и 15 в качестве примера показывают вариант осуществления, где выполняются Nzq=1,6, Rlc=320 нм, R3=-129 нм, Nz2=-0,30 и R2=118 нм. Для простого показа преобразования состояния поляризации положения соответствующих точек показываются приблизительно и могут быть не точными. Для простоты иллюстрации не показаны стрелки, показывающие траекторию от P1 к P5.
Исследования автора изобретения установили, что оптимальные значения каждого из Nz-коэффициента Nz2 и замедления R2 у двулучепреломляющего слоя (II) 345 меняются в зависимости от Nz-коэффициента Nzq у каждой из первой и второй четвертьволновых пластин 320 и 340. Фиг.16 и 17 - изображения, показывающие изменения в состоянии поляризации, когда устройство 300 LCD с CPVA на фиг.12 рассматривается из наклонного направления с азимутом оси поглощения в 45° у второго поляризатора 350 и полярным углом 60°, изображенные на плоскости S1-S2 сферы Пуанкаре. Фиг.16 показывает вариант осуществления, где выполняются Nzq=2,0, Rlc=320 нм, R3=-61 нм, Nz2=-1,00 и R2=94 нм. Фиг. 17 показывает вариант осуществления, где выполняются Nzq=2,35, Rlc=320 нм, R3=0 нм, Nz2=-1,80 и R2=90 нм.
Как показано на фиг.15, 16 и 17, чем больше Nz-коэффициент Nzq у первой и второй четвертьволновых пластин 320 и 340, тем больше расстояние от E, показывающей положение затухания P4, показывающей состояние поляризации непосредственно перед прохождением через двулучепреломляющий слой 345. Поэтому для того чтобы P4 соответствовала E, радиус поворота в преобразовании P4-P5 должен быть больше. В результате исследований автора изобретения двухосность двулучепреломляющего слоя (II) 345 должна быть больше для увеличения радиуса поворота.
Таблица 3 и фиг.18 и 19 показывают соотношение между Nz-коэффициентами Nzq у первой и второй четвертьволновых пластин 320 и 340 и оптимальными значениями каждого из Nz-коэффициента Nz2 и замедления в плоскости R2 у двулучепреломляющего слоя (II) 345 на основе результатов, определенных с помощью компьютерного моделирования. Как показано в Таблице 3 и на фиг.18 и 19, соотношение между Nz2 и R2 обычно не простое, но в случае 1,0 ≤ Nz ≤ 2,9 следующие формулы (В) и (С) дают достаточно хорошее приближение к Nz2 и R2 соответственно, которые показаны линиями (сплошными линиями) на фиг.18 и 19:
Nz2=-0,63 ×Nzq2 + 0,56 ×Nzq + 0,40 (B),
R2=43 нм ×Nzq2 - 266 нм ×Nzq + 370 нм (C).
Значения Nz2 и R2 у двулучепреломляющего слоя (II) 345 предпочтительнее всего являются оптимальными значениями, показанными в Таблице 3 и на фиг.18 и 19 соответственно, чтобы предоставить ЖК-дисплей с высоким коэффициентом контрастности при большом диапазоне угла обзора. Однако значения могут немного отклоняться от соответствующих оптимальных значений, пока коэффициент контрастности в наклонных направлениях не уменьшится значительно. Для достаточных полезных результатов изобретения Nz-коэффициент Nz2 предпочтительно находится в пределах оптимального значения ±0,35. Замедление в плоскости R2 предпочтительно находится в пределах оптимального значения ± 30 нм.
Как показано в Таблице 3 и на фиг.18, в случае Nzq < 1,40 оптимальное значение Nz2 находится в диапазоне 0 < Nz2 < 1. Двулучепреломляющий слой, имеющий коэффициент Nz, удовлетворяющий этому диапазону, является двухосной замедляющей пленкой, удовлетворяющей nx > nz > ny. Соответственно, такой слой не соответствует второму двулучепреломляющему слою (II) и является дорогой пленкой, которую сложнее произвести, чем двулучепреломляющий слой (II). При этом обстоятельстве автор изобретения провел различные исследования в отношении простого и рентабельного способа предоставления ЖК-дисплея с высоким коэффициентом контрастности при большом диапазоне угла обзора в случае Nzq < 1,40. В результате в случае Nzq < 1,40 использование двулучепреломляющего слоя (II), удовлетворяющего Nz2=0 и R2=138 нм, вместо двулучепреломляющего слоя, удовлетворяющего оптимальным значениям Nz2 и R2, показанным в Таблице 3 и на фиг.18 и 19, вносит вклад в достаточные полезные результаты настоящего изобретения. Например, в каждом из случаев Nzq=1,00, 1,10, 1,20 и 1,30 вычисленное оптимальное значение R2 равно 138 нм, когда Nz2=0, независимо от значения Nzq. Чтобы полностью показать полезные результаты настоящего изобретения, предпочтительно, чтобы выполнялись -0,35 ≤ Nz2 ≤ 0 и 108 нм ≤ R2 ≤ 168 нм (в пределах оптимального значения 138 нм ± 30 нм).
РЕЗУЛЬТАТ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Устройство LCD из настоящего изобретения обладает высоким коэффициентом контрастности в большом диапазоне угла обзора и может быть легко произведено с низкой стоимостью. Такое устройство LCD из настоящего изобретения предпочтительно может использоваться в устройствах формирования изображения, например наружных сигнализационных устройствах формирования изображения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 - разбитый на части вид в перспективе, показывающий конфигурацию устройства LCD с CPVA, имеющего самую простую конфигурацию, не включающую двулучепреломляющие слои (II) и (III).
Фиг.2(а) - схематичный вид, показывающий оси наименьшей скорости распространения света у каждой из первой и второй четвертьволновых пластин, которые ортогональны друг другу во фронтальном направлении, если смотреть во фронтальном направлении (верхний чертеж); и также является схематичным чертежом, показывающим это при просмотре в наклонном направлении с азимутальным углом в 0° (нижний чертеж).
Фиг.2(b) - схематичный вид, показывающий оси наименьшей скорости распространения света у каждой из первой и второй четвертьволновых пластин, которые ортогональны друг другу во фронтальном направлении, если смотреть во фронтальном направлении (верхний чертеж); и также является схематичным чертежом при просмотре в наклонном направлении с азимутальным углом в 45° (нижний чертеж).
Фиг.2(с) - схематичный вид, показывающий оси поглощения у каждой из первой и второй четвертьволновых пластин, которые ортогональны друг другу во фронтальном направлении, если смотреть во фронтальном направлении (верхний чертеж); и является схематичным чертежом, показывающим это при просмотре в наклонном направлении с азимутальным углом в 45° (нижний чертеж).
Фиг.3 - вид, показывающий изменения в состоянии поляризации проходного светового луча на выходе соответствующих элементов в случае, где устройство LCD с CPVA на фиг.1 рассматривается во фронтальном направлении, изображенные на плоскости S1-S2 сферы Пуанкаре.
Фиг.4 - вид, показывающий изменения в состоянии поляризации проходного светового луча на выходе соответствующих элементов в случае, где устройство LCD с CPVA на фиг.1 рассматривается в наклонном направлении с азимутальным углом 0° и полярным углом 60°, изображенные на плоскости S1-S2 сферы Пуанкаре.
Фиг.5 - разбитый на части вид в перспективе, показывающий конфигурацию устройства LCD с CPVA, включающего двулучепреломляющий слой (III).
Фиг.6 - вид, показывающий изменения в состоянии поляризации проходного светового луча на выходе соответствующих элементов в случае, где устройство LCD с CPVA на фиг.5 (Nzq=1,6, Rlc=320 нм, R3=-129 нм) рассматривается из фронтального направления, изображенные на плоскости S1-S2 сферы Пуанкаре.
Фиг.7 - вид, показывающий изменения в состоянии поляризации проходного светового луча на выходе соответствующих элементов в случае, где устройство LCD с CPVA на фиг.5 (Nzq=1,6, Rlc=320 нм, R3=-129 нм) рассматривается из наклонного направления с азимутальным углом 0° и полярным углом 60°, изображенные на плоскости S1-S2 сферы Пуанкаре.
Фиг.8 - вид, показывающий изменения в состоянии поляризации проходного светового луча на выходе соответствующих элементов в случае, где устройство LCD с CPVA на фиг.5 (Nzq=2,0, Rlc=320 нм, R3=-61 нм) рассматривается из наклонного направления с азимутальным углом 0° и полярным углом 60°, изображенные на плоскости S1-S2 сферы Пуанкаре.
Фиг.9 - вид, показывающий изменения в состоянии поляризации проходного светового луча на выходе соответствующих элементов в случае, где устройство LCD с CPVA на фиг.5 (Nzq=2,35, Rlc=320 нм, R3=-61 нм) рассматривается из наклонного направления с азимутальным углом 0° и полярным углом 60°, изображенные на плоскости S1-S2 сферы Пуанкаре.
Фиг.10 - график, показывающий соотношение между Nz-коэффициентом Nzq у каждой из первой и второй четвертьволновых пластин и оптимальным замедлением в направлении толщины R3 у двулучепреломляющего слоя (III) в устройстве LCD с CPVA на фиг.5.
Фиг.11 - вид, показывающий изменения в состоянии поляризации проходного светового луча на выходе соответствующих элементов в случае, где устройство LCD с CPVA на фиг.5 рассматривается из наклонного направления с азимутальным углом 45° и полярным углом 60°, изображенные на плоскости S1-S2 сферы Пуанкаре.
Фиг.12 - разнесенный на части вид в перспективе, показывающий устройство LCD с CPVA, включающее двулучепреломляющие слои (II) и (III).
Фиг.13 - вид, показывающий изменения в состоянии поляризации проходного светового луча на выходе соответствующих элементов в случае, где устройство LCD с CPVA на фиг.12 (Nzq=1,6, Rlc=320 нм, R3=-129 нм, Nz2=-0,30, R2=118 нм) рассматривается из фронтального направления, изображенные на плоскости S1-S2 сферы Пуанкаре.
Фиг.14 - вид, показывающий изменения в состоянии поляризации проходного светового луча на выходе соответствующих элементов в случае, где устройство LCD с CPVA на фиг.12 (Nzq=1,6, Rlc=320 нм, R3=-129 нм, Nz2=-0,30, R2=118 нм) рассматривается из наклонного направления с азимутальным углом 45° и полярным углом 60°, изображенные на плоскости S1-S2 сферы Пуанкаре.
Фиг.15 - вид, показывающий изменения в состоянии поляризации проходного светового луча на выходе соответствующих элементов в случае, где устройство LCD с CPVA на фиг.12 (Nzq=1,6, Rlc=320 нм, R3=-129 нм, Nz2=-0,30, R2=118 нм) рассматривается из наклонного направления с азимутальным углом 0° и полярным углом 60°, изображенные на плоскости S1-S2 сферы Пуанкаре.
Фиг.16 - вид, показывающий изменения в состоянии поляризации проходного светового луча на выходе соответствующих элементов в случае, где устройство LCD с CPVA на фиг. 12 (Nzq=2,0, Rlc=320 нм, R3=-61 нм, Nz2=-1,00, R2=94 нм) рассматривается из наклонного направления с азимутальным углом 45° и полярным углом 60°, изображенные на плоскости S1-S2 сферы Пуанкаре.
Фиг.17 - вид, показывающий изменения в состоянии поляризации проходного светового луча на выходе соответствующих элементов в случае, где устройство LCD с CPVA на фиг.12 (Nzq=2,35, Rlc=320 нм, R3=-0 нм, Nz2=-1,80, R2=90 нм) рассматривается из наклонного направления с азимутальным углом 45° и полярным углом 60°, изображенные на плоскости S1-S2 сферы Пуанкаре.
Фиг.18 - график, показывающий соотношение между Nz-коэффициентом Nzq у каждой из первой и второй четвертьволновых пластин и оптимальным замедлением в плоскости R2 у двулучепреломляющего слоя (II).
Фиг.19 - график, показывающий соотношение между Nz-коэффициентом Nzq у каждой из первой и второй четвертьволновых пластин и оптимальным замедлением в плоскости R2 у двулучепреломляющего слоя (II).
Фиг.20 - разбитый на части вид в перспективе, показывающий конфигурацию устройства LCD с CPVA, включающего двулучепреломляющий слой (II).
Фиг.21(а) - увеличенный вид, схематически показывающий поперечное сечение микрорельефной пленки.
Фиг.21(b) - пояснительный вид, показывающий изменение в показателе преломления на границе раздела между микрорельефной пленкой и воздухом.
Фиг.22 - разбитый на части вид в перспективе, показывающий конфигурацию устройства LCD с CPVA на фиг.12, с которой дополнительно предоставляется микрорельефная пленка.
ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
(Двулучепреломляющий слой)
По отношению к двулучепреломляющим слоям, используемым в настоящем изобретении, их материалы и оптические характеристики специально не ограничиваются. Примеры материалов включают в себя тонкие пластины, выполненные из неорганических материалов, растянутые полимерные пленки и материалы, в которых ориентация жидкокристаллических молекул неизменна. Способ для формирования двулучепреломляющих слоев специально не ограничивается. Полимерные пленки могут быть образованы с помощью опускания в растворитель, экструзии расплава и т.п. В качестве альтернативы может применяться совместная экструзия для одновременного образования множества двулучепреломляющих слоев. Полимерные пленки могут растягиваться или не растягиваться до тех пор, пока могут проявляться нужные замедления. Способ растяжения специально не ограничивается. Полимерные пленки могут растягиваться при растяжении между валиками, сжиматься и растягиваться между валиками, одноосно растягиваться в поперечном направлении с помощью ширильной рамы, растягиваться в наклонном направлении или двуосно растягиваться в продольном и поперечном направлениях. В качестве альтернативы полимерные пленки могут растягиваться под влиянием сжимающей силы термоусадочной пленки. В частности, четвертьволновая пластина предпочтительно производится путем растяжения полимерной пленки в направлении, наклонном к направлению подачи рулонной пленки, потому что эта четвертьволновая пластина укладывается на поляризатор, чтобы образовать относительный угол около 45° с поляризатором, чтобы работать в качестве кругового поляризатора. Когда используются, например, жидкокристаллические материалы, то жидкокристаллические молекулы наносятся на пленочную основу с поверхностью, обработанной для ориентации, и посредством этого обеспечивается постоянная ориентация жидкокристаллических молекул. Пленочная основа может не снабжаться обработкой для ориентации, либо покрытие может быть отделено от пленочной основы после закрепления ориентации, чтобы перенести ее на другую пленку при условии, что проявляются нужные замедления. В качестве альтернативы ориентация ЖК-молекул может быть непостоянной. Такие же способы, как при использовании жидкокристаллических материалов, могут применяться, когда используются некристаллические материалы. Нижеследующее более подробно будет описывать двулучепреломляющие слои, классифицированные по типам.
(Двулучепреломляющий слой (I): Первая и вторая четвертьволновые пластины)
Двулучепреломляющий слой (I) может включать в себя материал, образованный путем растяжения пленки, содержащий компонент с положительным собственным двойным лучепреломлением. Примеры компонента с положительным собственным двойным лучепреломлением включают в себя поликарбонат, полисульфон, полиэфирсульфон, полиэтилентерефталат, полиэтилен, поливиниловый спирт, норборнен, триацетилцеллюлозу и диацетилцеллюлозу.
(Двулучепреломляющий слой (II))
Двулучепреломляющий слой (II) может включать в себя материал, образованный путем растяжения пленки, содержащей компонент с отрицательным собственным двойным лучепреломлением, или материал, образованный путем растяжения пленки, содержащей компонент с положительным собственным двойным лучепреломлением, под влиянием сжимающей силы термоусадочной пленки. Для упрощения способа производства предпочтителен материал, образованный путем растяжения пленки, содержащей компонент с отрицательным собственным двойным лучепреломлением. Примеры компонента с отрицательным собственным двойным лучепреломлением включают в себя полистирол, поливиниловый нафталин, поливиниловый дифенил, поливиниловый пиридин, полиметилметакрилат, полиметилакрилат, N-замещенный малеимидный сополимер, поликарбонат, содержащий флуореновую основу, и триацетилцеллюлозу (в частности, с малой степенью ацетилирования). В связи с оптическими характеристиками, продуктивностью и термостойкостью в качестве компонента с отрицательным собственным двойным лучепреломлением особенно предпочтительна смоляная композиция, содержащая акриловую смолу и стироловую смолу. Например, публикация не прошедшей экспертизу заявки Японии № 2008-146003 раскрывает способ производства пленки, содержащей такую смоляную композицию.
(Двулучепреломляющий слой (III))
Двулучепреломляющий слой (III) может включать в себя материал, образованный путем растяжения в продольном и поперечном направлениях пленки, содержащей компонент с положительным собственным двойным лучепреломлением, покрытый жидкокристаллическим составом, например холестерическим (хиральный нематик) жидким кристаллом и дисковидным жидким кристаллом, и покрытый нежидкокристаллическим составом, включающим полимер, например полиимид и полиамид.
(Поляризатор)
Поляризаторы могут включать в себя пленку из поливинилового спирта (PVA) с дихроичным анизотропным материалом, например йодным комплексом, адсорбированным и выровненным на ней.
(ЖК-ячейка)
ЖК-ячейка специально не ограничивается при условии, что она может отображать черный экран путем ориентации ЖК-молекул в ЖК-ячейке вертикально к поверхности подложки, и могут применяться, например, ЖК-ячейки с VA. Примеры ЖК-ячеек с VA включают в себя MVA, CPA, PVA, BVA, ЖК-ячейки с обратным TN и IPS-VA (планарная коммутация с VA). Примеры управляющей системы ЖК-ячейки включают в себя систему TFT (систему с активной матрицей), систему с пассивной матрицей и систему с плазменной адресацией. ЖК-ячейка, например, имеет конфигурацию, в которой ЖК располагаются между парой подложек, снабженных электродами, и изображение обеспечивается путем подачи напряжения между электродами.
(Способ для измерения R, Rth, коэффициента Nz, nx, ny и nz)
R, Rth, коэффициент Nz, nx, ny, и nz измерялись с помощью поляриметра (Axo-scan, Axometrics, Inc.). Замедление в плоскости R измерялось из нормального направления двулучепреломляющего слоя. Основные показатели преломления nx, ny и nz, замедление в направлении толщины Rth и коэффициент Nz вычислялись путем аппроксимации кривой с известным эллипсоидом показателей преломления. Для вычисления замедления у двулучепреломляющего слоя измерялись из нормального направления и направлений с полярным углом от -50° до 50° от нормального направления. Азимуты наклонов были установлены ортогональными к оси наименьшей скорости распространения света в плоскости. Rth, Nz, nx, ny и nz зависят от среднего показателя преломления = (nx+ny+nz)/3, который задается в виде условия для вычисления аппроксимации кривой. Здесь средний показатель преломления каждого двулучепреломляющего слоя устанавливался в 1,5. Даже в случае двулучепреломляющего слоя, имеющего фактический средний показатель преломления, не равный 1,5, средний показатель преломления преобразовывался в 1,5.
(Способ для измерения зависимости угла обзора от контраста устройства LCD)
Зависимость угла обзора от контраста измерялась с помощью устройства измерения угла обзора (EZContrast 160, ELDIM). Источником света была задняя подсветка, смонтированная на ЖК-телевизоре (LC37-GH1, SHARP Corp.). Яркости при отображении белого экрана и черного экрана измерялись в наклонном направлении с азимутальным углом в 45° и полярным углом в 60°. Их отношение рассматривалось как CR (45, 60). Яркости при отображении белого экрана и черного экрана измерялись в наклонном направлении с азимутальным углом в 0° и полярным углом в 60°. Их отношение рассматривалось как CR (0, 60).
Настоящее изобретение приводится в более подробных вариантах осуществления, но не ограничивается этими вариантами осуществления.
Устройства LCD в вариантах осуществления с 1 по 13 и справочных вариантах осуществления с 1 по 22 в настоящем изобретении являются устройством 300 LCD с CPVA, имеющим многослойную структуру, включающую, как показано на фиг. 12, первый поляризатор 310, первую четвертьволновую пластину 320 (двулучепреломляющий слой (I)), ЖК-ячейку 330 с VA, двулучепреломляющий слой (III) 335, вторую четвертьволновую пластину 340, двулучепреломляющий слой (II) 345, двулучепреломляющий слой (III) 335, вторую четвертьволновую пластину 340, двулучепреломляющий слой (II) 345 и второй поляризатор 350, уложенные в этом порядке.
Устройства LCD в вариантах осуществления с 14 по 18 и справочных вариантах осуществления с 23 по 52 являются устройством 400 LCD с CPVA, имеющим многослойную структуру, включающую, как показано на фиг.20, первый поляризатор 410, первую четвертьволновую пластину 420 (двулучепреломляющий слой (I)), ЖК-ячейку 430 с VA, вторую четвертьволновую пластину 440, двулучепреломляющий слой (II) 445 и второй поляризатор 450, уложенные в этом порядке. В частности, показанное на фиг.20 устройство 400 LCD отличается от устройства на фиг.12 в том, что не включается двулучепреломляющий слой (III). На фиг.20 стрелка в каждом из первого и второго поляризаторов 410 и 450 показывает азимут их оси поглощения; стрелка в каждой из первой и второй четвертьволновых пластин 420 и 440 показывает азимут их оси наименьшей скорости распространения света; стрелка в двулучепреломляющем слое (II) 445 показывает азимут его оси наибольшей скорости распространения света; и эллиптический объект в ЖК-ячейке 430 с VA показывает форму эллиптического объекта показателя преломления.
Устройство LCD из сравнительного варианта 1 осуществления является устройством LCD с VA, включающим первый поляризатор, пленку TAC, первую четвертьволновую пластину (двулучепреломляющий слой (I)), ЖК-ячейку с VA, вторую четвертьволновую пластину, пленку TAC и второй поляризатор, уложенные в этом порядке. Устройство LCD из сравнительного варианта 2 осуществления является устройством LCD с VA, включающим первый поляризатор, пленку TAC, первую четвертьволновую пластину (двулучепреломляющий слой (I)), ЖК-ячейку с VA, двулучепреломляющий слой (III), четвертьволновую пластину (II), пленку TAC и второй поляризатор, уложенные в этом порядке.
Название материала, осевой угол, замедление в плоскости R, замедление в направлении толщины Rth или Rlc и коэффициент Nz поляризаторов, двулучепреломляющих слоев и ЖК-ячейки из соответствующих вариантов осуществления показаны в следующей Таблице 4 (варианты осуществления с 1 по 8), Таблице 5 (варианты осуществления с 9 по 13), Таблице 6 (варианты осуществления с 14 по 18), Таблице 7 (справочные варианты осуществления с 1 по 8), Таблице 8 (справочные варианты осуществления с 9 по 14), Таблице 9 (справочные варианты осуществления с 15 по 22), Таблице 10 (справочные варианты осуществления с 23 по 32), Таблице 11 (справочные варианты осуществления с 33 по 42), Таблице 12 (справочные варианты осуществления с 43 по 52) и Таблице 13 (сравнительные варианты 1 и 2 осуществления). В таблицах ось каждого из двулучепреломляющих слоев задается азимутальным углом оси наименьшей скорости распространения света в плоскости, а ось каждого из поляризаторов задается азимутальным углом оси поглощения. По отношению к двулучепреломляющему слою (II) важно исполнение оси наибольшей скорости распространения света в плоскости, и в таблицах ось двулучепреломляющего слоя (II) задается азимутальным углом оси наименьшей скорости распространения света в плоскости, как и в других двулучепреломляющих слоях. Ось наибольшей скорости распространения света в плоскости у двулучепреломляющего слоя (II) ортогональна оси наименьшей скорости распространения света в плоскости у двулучепреломляющего слоя (II). В таблицах название материалов соответствующих двулучепреломляющих слоев указывается посредством следующих сокращений:
NB: норборнен
ChLC: холестерический жидкий кристалл
Pl: полиимид
TAC: триацетилцеллюлоза
A: смоляная композиция, содержащая акриловую смолу и стироловую смолу.
(Результаты оценки)
Зависимость угла обзора от контраста устройства LCD определялась в каждом варианте осуществления, и CR (45, 60) и CRΔ (45, 60) показаны в Таблицах 4-13.
Устройство LCD в каждом из вариантов осуществления с 1 по 18, в соответствии с настоящим изобретением, имело CR (0, 60) и CR (45, 60) гораздо выше, чем в каждом из сравнительных вариантов 1 и 2 осуществления. Даже при визуальной оценке устройства LCD из вариантов осуществления с 1 по 18 имели коэффициент контрастности, менее зависящий от угла обзора, чем таковой у устройств LCD в сравнительных вариантах 1 и 2 осуществления, и имели гораздо лучшие характеристики коэффициента контрастности/угла обзора, чем в сравнительных вариантах 1 и 2 осуществления.
Устройства LCD из справочных вариантов осуществления с 9 по 22 и с 33 по 52 имели CR (0, 69) и CR (45, 60) выше, особенно CR (45, 60) - гораздо выше, чем в каждом из сравнительных вариантов 1 и 2 осуществления. Даже при визуальной оценке устройства LCD из справочных вариантов осуществления с 9 по 22 и с 33 по 52 имели коэффициент контрастности, менее зависящий от угла обзора, чем таковой у устройств LCD в сравнительных вариантах 1 и 2 осуществления.
Nz
(45,60)
3 осуществления
Nz
[°]
Nz
(45,60)
оценки
(45,60)
вариант 3 осуществления
вариант 4 осуществления
четвертьволновая пластина
вариант 5 осуще-ствления
вариант 8 осуществления
вариант 9 осуществления
[°]
(45,60)
вариант 24 осуществления
вариант 33 осуществления
Устройство LCD в каждом из вариантов осуществления и справочных вариантов осуществления включает в себя пластину круговой поляризации, состоящую из пластины линейной поляризации (поляризатора) и четвертьволновой пластины на каждой стороне ЖК-ячейки, чтобы обеспечивать отображение в режиме CPVA. Устройства с CPVA эффективны в повышении коэффициента контрастности, потому что антибликовые эффекты могут быть получены в дополнение к эффектам повышения коэффициента пропускания. В соответствии с противодействием отражению в устройствах LCD с CPVA, пластины круговой поляризации препятствуют выходу из устройства LCD светового луча, как только он вошел в устройство LCD и затем отражается внутри устройства, то есть отраженного светового луча в результате внутреннего отражения. Соответственно, в устройствах LCD с CPVA световые лучи, отраженные на черную матрицу, линии, электроды и т.п. в ЖК-ячейке, почти не покидают устройства LCD, и особенно в ярких окружениях можно предотвратить уменьшение коэффициента контрастности устройств LCD.
Примеры отраженных световых лучей, вызывающих уменьшение коэффициента контрастности устройств LCD в ярких окружениях, включают в себя световой луч, который отражен на поверхности устройства LCD без входа в устройство, то есть отраженный световой луч в результате отражения от поверхности, в дополнение к отраженному свету в результате внутреннего отражения. В соответствии с устройством LCD с CPVA, величина отраженного светового луча в результате поверхностного отражения обладает большим влиянием на обзорность экрана дисплея, потому что подавляется отраженный световой луч в результате внутреннего отражения. Соответственно, снабжая устройство LCD с CPVA средством для уменьшения отраженного света в результате поверхностного отражения, устройство может обеспечить очень высокий коэффициент контрастности в ярких окружениях, и наблюдатель может получить заметное улучшение в качествах отображения.
Антибликовая пленка для подавления поверхностного отражения включает в себя пленку, имеющую многослойную структуру, состоящую из пленок с разными показателями преломления, и пленку, имеющую поверхность, на которой образуются мелкие выступы. В частности, "микрорельефная пленка", которая является одним видом последней пленки, имеет поверхность, на которой образуется много выступов меньше длины волны (от 380 нм до 780 нм) видимого светового луча, и благодаря этой структуре могут проявляться прекрасные эффекты подавления поверхностного отражения. Как показано на фиг.21(а), световой луч, входящий в микрорельефную пленку, достигает участка 362 основы через мелкие выступы 361, образующие поверхность пленки, и поэтому область, где существуют одновременно выступы и воздух между воздухом и участком 362 (область А-В на фиг.21(а)), рассматривается как область с показателем преломления, промежуточным между показателем преломления материала, образующего пленку (около 1,5, если смола образует пленку), и показателем преломления воздуха (1,0). В частности, показатель преломления в этой области непрерывно и постепенно увеличивается на значение короче длины волны видимого светового луча от показателя преломления воздуха, соприкасающегося с поверхностью пленки, до показателя преломления материала для пленки. В результате световой луч, падающий на микрорельефную пленку, не распознает границу раздела воздух - пленка как границу двух сред с разными показателями преломления, и отражение светового луча на границе раздела может быть значительно уменьшено. В соответствии с микрорельефными пленками, например, отражательная способность поверхности у видимого светового луча может быть сведена примерно к 0,15%.
Микрорельефные пленки располагаются между двумя средами с разными показателями преломления для уменьшения отражательной способности светового луча на границе раздела между ними, но в конфигурации на фиг.12 внутреннее отражение, возникающее на внутренней стороне второго поляризатора 350, можно подавить с помощью пластины круговой поляризации, состоящей из второго поляризатора 350 и второй четвертьволновой пластины 340. Соответственно, когда конфигурация на фиг.12 снабжается микрорельефной пленкой, пленка располагается на внешней стороне второго поляризатора 350 в виде микрорельефной пленки 360, показанной на фиг.22. Когда устройство LCD включает в себя элементы, например защитные пластины, и существует несколько границ разделов на внешней стороне второго поляризатора 350, то микрорельефная пленка может располагаться на каждой границе раздела, а предпочтительно располагаться по меньшей мере на верхней поверхности устройства LCD.
Микрорельефная пленка, в частности, включает в себя пленку на основе смолы, имеющую поверхность, на которой образуются выступы, имеющие каждый практически коническую форму с высотой около 200 нм, с расстоянием между вершинами конусов около 200 нм.
Технология нанопечати может применяться для производства микрорельефной пленки. В частности, может применяться технология придания выступов и углублений нанометрового размера (от 1 мкм до 100 мкм) в формовочной поверхности на смоляном материале, нанесенном на подложку. Для отверждения смоляного материала в технологии нанопечати могут применяться термическая нанопечать, ультрафиолетовая нанопечать и т.п. Например, в соответствии с ультрафиолетовой нанопечатью форма прижимается к УФ-отверждаемой пленке на основе смолы, образованной на прозрачной подложке, и пленка облучается ультрафиолетовым светом, посредством этого создавая тонкую пленку с наноструктурами в обратном виде формы на прозрачной подложке.
Рулонный процесс лучше группового процесса, когда технологии нано-печати используется для создания большого количества тонких пленок с микрорельефной структурой с низкой стоимостью. Используя рулонный процесс, тонкие пленки с микрорельефной структурой могут производиться непрерывно с помощью формовочного ролика. Такой формовочный ролик включает в себя ролик, имеющий наноразмерные углубления, образованные на полированной поверхности наружной окружности конической или цилиндрической алюминиевой трубки с помощью анодирования. В соответствии с анодированием наноразмерные углубления могут быть образованы со случайным размещением и с равномерным распределением, и на поверхности формовочного ролика могут быть образованы прозрачные структуры (микрорельефные структуры), предпочтительные для непрерывного производства.
Настоящая заявка притязает на приоритет заявки на патент № 2009-015927, зарегистрированной в Японии 27 января 2009 по Парижской конвенции об охране промышленной собственности и положениям федерального закона в обозначенном штате, полное содержимое которой настоящим включается в этот документ путем отсылки.
ОБЪЯСНЕНИЕ СИМВОЛОВ
100: Устройство LCD с CPVA
110: Первый поляризатор
111: Ось поглощения первого поляризатора
120: Первая четвертьволновая пластина
121: Ось наименьшей скорости распространения света у первой четвертьволновой пластины
130: ЖК-ячейка с VA
140: Вторая четвертьволновая пластина
141: Ось наименьшей скорости распространения света у второй четвертьволновой пластины
150: Второй поляризатор
151: Ось поглощения второго поляризатора
200: Устройство LCD с CPVA
210: Первый поляризатор
220: Первая четвертьволновая пластина
230: ЖК-ячейка с VA
235: Двулучепреломляющий слой (III)
240: Вторая четвертьволновая пластина
250: Второй поляризатор
300: Устройство LCD с CPVA
310: Первый поляризатор
320: Первая четвертьволновая пластина
330: ЖК-ячейка с VA
335: Двулучепреломляющий слой (III)
340: Вторая четвертьволновая пластина
345: Двулучепреломляющий слой (II)
350: Второй поляризатор
400: Устройство LCD с CPVA
410: Первый поляризатор
420: Первая четвертьволновая пластина
430: ЖК-ячейка с VA
440: Вторая четвертьволновая пластина
445: Двулучепреломляющий слой (II)
450: Второй поляризатор.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ | 2009 |
|
RU2445664C1 |
| УСТРОЙСТВО ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ДИСПЛЕЯ | 2010 |
|
RU2473942C1 |
| УСТРОЙСТВО ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ДИСПЛЕЯ | 2008 |
|
RU2444034C1 |
| ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ ДИСПЛЕЙНОЕ УСТРОЙСТВО | 2008 |
|
RU2456651C2 |
| ПОЛЯРИЗАТОР | 1998 |
|
RU2143128C1 |
| ПОЛЯРИЗАТОР | 1998 |
|
RU2143125C1 |
| ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ ИНДИКАТОРНЫЙ ЭЛЕМЕНТ | 1998 |
|
RU2140663C1 |
| СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОФОКУСИРОВКИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АДАПТИВНОЙ ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ ОПТИКИ | 2008 |
|
RU2507552C2 |
| СПОСОБ КОМПЕНСАЦИИ ДИСПЕРСИИ СОСТОЯНИЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ СВЕТА И БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКИЙ МОДУЛЯТОР НА ОСНОВЕ ХИРАЛЬНЫХ ЖИДКИХ КРИСТАЛЛОВ | 2012 |
|
RU2522768C2 |
| ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ ИНДИКАТОРНЫЙ ЭЛЕМЕНТ | 1996 |
|
RU2120651C1 |
Изобретение предоставляет жидкокристаллическое устройство формирования изображения. Устройство включает в следующем порядке: первый поляризатор; первую четвертьволновую пластину (nx>ny≥nz); жидкокристаллическую ячейку; вторую четвертьволновую пластину, имеющую по существу такой же коэффициент Nz, как у первой четвертьволновой пластины; двулучепреломляющий слой (II) (nx<ny≤nz); второй поляризатор, двулучепреломляющий слой (III) между первым двулучепреломляющим слоем (I) и жидкокристаллической ячейкой и/или между жидкокристаллической ячейкой и вторым двулучепреломляющим слоем (I). ЖК-ячейка отображает черный экран путем ориентации жидкокристаллических молекул в жидкокристаллическом слое по существу вертикально поверхности подложки. Технический результат - устройство обладает более высоким коэффициентом контрастности при большом угле обзора и может быть легко изготовлено с низкой стоимостью. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 22 ил., 13 табл.
1. Жидкокристаллическое устройство формирования изображения, содержащее в следующем порядке:
первый поляризатор;
первый двулучепреломляющий слой (I);
жидкокристаллическую ячейку, включающую жидкокристаллический слой, помещенный между парой подложек, обращенных друг к другу, второй двулучепреломляющий слой (I);
двулучепреломляющий слой (II)
второй поляризатор и
по меньшей мере один двулучепреломляющий слой (III) между первым двулучепреломляющим слоем (I) и жидкокристаллической ячейкой и/или между жидкокристаллической ячейкой и вторым двулучепреломляющим слоем (I);
причем каждый из первого и второго двулучепреломляющих слоев (I) удовлетворяют nx>ny≥nz, имеют замедление в плоскости, равное λ/4, и имеют, по существу, одинаковый коэффициент Nz,
причем двулучепреломляющий слой (II) удовлетворяет nx<ny≤nz,
двулучепреломляющий слой (III) удовлетворяет nx≈ny≥nz,
где
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;
двулучепреломляющий слой (II) имеет ось наибольшей скорости распространения света в плоскости, по существу, ортогональную оси поглощения второго поляризатора;
жидкокристаллическое устройство формирования изображения отображает черный экран путем ориентации жидкокристаллических молекул в жидкокристаллическом слое, по существу, вертикально поверхности подложки, и
жидкокристаллическое устройство формирования изображения удовлетворяет нижеследующим формулам с (1) по (3):
где коэффициент Nz каждого из первого и второго двулучепреломляющих слоев (I) задается как Nzq;
замедление в направлении толщины жидкокристаллической ячейки в черном состоянии задается в виде Rlc;
сумма замедления в направлении толщины по меньшей мере у одного двулучепреломляющего слоя (III), расположенного между первым двулучепреломляющим слоем (I) и вторым двулучепреломляющим слоем (I), задается в виде R3.
2. Жидкокристаллическое устройство формирования изображения по п.1, в котором жидкокристаллическое устройство формирования изображения удовлетворяет нижеследующим формулам с (4) по (7):
где коэффициент Nz двулучепреломляющего слоя (II) задается в виде Nz2;
и
замедление в плоскости двулучепреломляющего слоя (II) задается в виде R2.
3. Жидкокристаллическое устройство формирования изображения по п.2, в котором жидкокристаллическое устройство формирования изображения удовлетворяет 1,40≤Nzq.
4. Жидкокристаллическое устройство формирования изображения по п.1, в котором жидкокристаллическое устройство формирования изображения удовлетворяет Nzq<2,00.
5. Жидкокристаллическое устройство формирования изображения по п.1, в котором жидкокристаллическое устройство формирования изображения удовлетворяет:
Nzq<1,40;
-0,35≤Nz2≤0; и
108 нм ≤ R2 ≤ 168 нм,
где коэффициент Nz двулучепреломляющего слоя (II) задается в виде Nz2;
и
замедление в плоскости двулучепреломляющего слоя (II) задается в виде R2.
6. Жидкокристаллическое устройство формирования изображения, содержащее в следующем порядке:
первый поляризатор;
первый двулучепреломляющий слой (I);
жидкокристаллическую ячейку, включающую жидкокристаллический слой, помещенный между парой подложек, обращенных друг к другу,
второй двулучепреломляющий слой (I);
двулучепреломляющий слой (II) и
второй поляризатор, и
при этом в устройстве формирования изображения отсутствует двулучепреломляющий слой (III), который удовлетворяет nx≈ny≥nz,
между первым двулучепреломляющим слоем (I) и жидкокристаллической ячейкой и между жидкокристаллической ячейкой и вторым двулучепреломляющим слоем (I),
причем каждый из первого и второго двулучепреломляющих слоев (I) удовлетворяют nx>ny≥nz, имеют замедление в плоскости, равное λ/4, и имеют, по существу, одинаковый коэффициент Nz,
причем двулучепреломляющий слой (II) удовлетворяет nx<ny≤nz,
где
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;
двулучепреломляющий слой (II) имеет ось наибольшей скорости распространения света в плоскости, по существу, ортогональную оси поглощения второго поляризатора;
жидкокристаллическое устройство формирования изображения отображает черный экран путем ориентации жидкокристаллических молекул в жидкокристаллическом слое, по существу, вертикально поверхности подложки, и
жидкокристаллическое устройство формирования изображения удовлетворяет нижеследующим формулам с (1), (8) и (9):
где коэффициент Nz каждого из первого и второго двулучепреломляющих слоев (I) задается как Nzq;
замедление в направлении толщины жидкокристаллической ячейки в черном состоянии задается в виде Rlc.
7. Жидкокристаллическое устройство формирования изображения по п.6, в котором жидкокристаллическое устройство формирования изображения удовлетворяет нижеследующим формулам с (4) по (7):
где коэффициент Nz двулучепреломляющего слоя (II) задается в виде Nz2;
и
замедление в плоскости двулучепреломляющего слоя (II) задается в виде R2.
8. Жидкокристаллическое устройство формирования изображения по п.7, в котором жидкокристаллическое устройство формирования изображения удовлетворяет 1,40≤Nzq.
9. Жидкокристаллическое устройство формирования изображения по п.6, в котором жидкокристаллическое устройство формирования изображения удовлетворяет:
Nzq<1,40;
-0,35≤Nz2≤0; и
108 нм ≤ R2 ≤ 168 нм,
где коэффициент Nz двулучепреломляющего слоя (II) задается в виде Nz2;
и
замедление в плоскости двулучепреломляющего слоя (II) задается в виде R2.
10. Жидкокристаллическое устройство формирования изображения по п.6, в котором жидкокристаллическое устройство формирования изображения удовлетворяет 2,00≤Nzq.
11. Жидкокристаллическое устройство формирования изображения, содержащее в следующем порядке:
первый поляризатор;
первый двулучепреломляющий слой (I);
жидкокристаллическую ячейку, включающую жидкокристаллический слой, помещенный между парой подложек, обращенных друг к другу, второй двулучепреломляющий слой (I);
двулучепреломляющий слой (II) и второй поляризатор, и
при этом в устройстве формирования изображения отсутствует двулучепреломляющий слой (III), который удовлетворяет nx≈ny≥nz,
между первым двулучепреломляющим слоем (I) и жидкокристаллической ячейкой и между жидкокристаллической ячейкой и вторым двулучепреломляющим слоем (I),
причем каждый из первого и второго двулучепреломляющих слоев (I) удовлетворяют nx>ny≥nz, имеют замедление в плоскости, равное λ/4, и имеют, по существу, одинаковый коэффициент Nz,
причем двулучепреломляющий слой (II) удовлетворяет nx<ny≤nz, где
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;
двулучепреломляющий слой (II) имеет ось наибольшей скорости распространения света в плоскости, по существу, ортогональную оси поглощения второго поляризатора;
жидкокристаллическое устройство формирования изображения отображает черный экран путем ориентации жидкокристаллических молекул в жидкокристаллическом слое, по существу, вертикально поверхности подложки, и
жидкокристаллическое устройство формирования изображения удовлетворяет 2,00≤Nzq, где Nz коэффициенты каждого из первого и второго двулучепреломляющих слоев (I) задаются как Nzq.
12. Жидкокристаллическое устройство формирования изображения по любому одному из пп.1-11, дополнительно содержащее микрорельефную пленку, расположенную на внешней стороне устройства формирования изображения на втором поляризаторе, причем микрорельефная пленка имеет поверхность с большим количеством выступов на ней, при этом каждый из указанных выступов является меньше длины волны видимого светового луча.
| Пломбировальные щипцы | 1923 |
|
SU2006A1 |
| Станок для изготовления деревянных ниточных катушек из цилиндрических, снабженных осевым отверстием, заготовок | 1923 |
|
SU2008A1 |
| JP 2003186017 A, 03.07.2003 | |||
| ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКАЯ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ДИСПЛЕЙНАЯ ЯЧЕЙКА | 1995 |
|
RU2092883C1 |
