Устройство жидкокристаллического дисплея

Устройство жидкокристаллического дисплея

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Настоящее изобретение относится к устройствам жидкокристаллического дисплея (ЖКД) и, в частности, относится к устройствам ЖКД VA (вертикального выравнивания), включающим в себя пластины круговой поляризации.

Уровень техники

Устройства ЖКД широко используются в качестве устройств отображения для различных устройств обработки данных, например компьютеров и телевизоров. В частности, приобретают популярность TFT устройства ЖКД (далее также именуемые “TFT-ЖКД”), и ожидается расширение рынка TFT-ЖКД. Такая ситуация обуславливает потребность в значительном повышении качества изображения.

Хотя настоящее описание использует TFT-ЖКД в порядке примера, настоящее изобретение применимо, помимо TFT-ЖКД, к обычным ЖКД, например ЖКД с пассивной матрицей и ЖКД с адресацией плазменной панелью.

Наиболее широко используемая в настоящее время мода в TFT-ЖКД - это мода, в которой жидкий кристалл, имеющий положительную оптическую анизотропию, горизонтально выровнен между параллельными подложками, а именно TN мода. В устройстве ЖКД на основе TN направление выравнивания молекул ЖК, соседствующих с одной подложкой, поворачивается на 90° относительно направления выравнивания молекул ЖК, соседствующих с другой подложкой. Такие устройства ЖКД на основе TN в настоящее время производятся с низкими затратами, и их изготовление хорошо отработано в промышленности, хотя маловероятно, что удастся повысить их контрастность.

Кроме того, известны устройства ЖКД, имеющие другую моду, в которой жидкий кристалл, имеющий отрицательную оптическую анизотропию, выровнен вертикально к параллельным подложкам, а именно устройства ЖКД на основе VA. В устройствах ЖКД на основе VA молекулы ЖК выровнены почти вертикально к поверхностям подложек, когда напряжение не подается. Здесь жидкокристаллическая (ЖК) ячейка вряд ли демонстрирует двулучепреломление и оптическое вращение, и при прохождении света через ЖК ячейку его состояние поляризации вряд ли изменяется. Таким образом, в случае конфигурации, в которой ЖК ячейка расположена между двумя поляризаторами (линейные поляризаторы), оси поглощения которых ортогональны друг другу (также именуемыми перекрещенными поляризаторами Николя), можно отображать почти совершенно черный экран, когда напряжение не подается. При подаче напряжения молекулы ЖК выстраиваются почти параллельно подложкам, и ЖК ячейка демонстрирует большое двулучепреломление, и устройство ЖКД отображает белый экран. Таким образом, такое устройство ЖКД на основе VA легко достигает очень высокой контрастности.

Устройства ЖКД на основе VA демонстрируют асимметричные характеристики угла обзора, когда все молекулы ЖК выровнены в одном и том же направлении при наличии приложенного напряжения. Ввиду этого в настоящее время широко используются, например, устройства ЖКД на основе MVA (многодоменного VA), одна из разновидностей устройств ЖКД на основе VA. Согласно устройствам ЖКД на основе MVA молекулы ЖК выравниваются в нескольких направлениях посредством структурно-модифицированного пиксельного электрода или элемента контроля выравнивания, например выступа, сформированного на пикселе. Устройства ЖКД на основе MVA изначально разработаны так, что осевой азимут поляризатора образует угол 45° относительно азимута выравнивания молекул ЖК при наличии приложенного напряжения для максимизации коэффициента пропускания в состоянии отображения белого. Причина в том, что коэффициент пропускания светового пучка, проходящего через среду двойного лучепреломления, расположенную между перекрещенными поляризаторами Николя, пропорционален sin²(2α), где α (в радианах) - угол, образованный осью поляризатора и медленной осью среды двойного лучепреломления. В типичных устройствах ЖКД на основе MVA молекулы ЖК могут выравниваться по отдельности в четырех доменах, или на азимутах 45°, 135°, 225° и 315°. Также в четырехдоменных устройствах ЖКД на основе VA молекулы ЖК часто выравниваются в виде текстуры Шлиерена или в нежелательных направлениях вблизи границы домена или вблизи элемента контроля выравнивания. Это один из факторов, обуславливающих потерю коэффициента пропускания.

Ввиду этих обстоятельств предусмотрены устройства ЖКД на основе VA, включающие в себя пластины круговой поляризации, например, согласно патентным документам 1-3. Согласно устройствам ЖКД коэффициент пропускания светового пучка, проходящего через среду двойного лучепреломления, расположенную между пластиной правой круговой поляризации и пластиной левой круговой поляризации, ортогональные друг другу, не зависит от угла, образованного осью поляризатора и медленной осью среды двойного лучепреломления. Поэтому нужный коэффициент пропускания можно фиксировать при условии, что угол наклона молекул ЖК можно регулировать, даже если азимут выравнивания не равен 45°, 135°, 225° и 315°. Соответственно, конический выступ может располагаться в центре пикселя, таким образом, например, выравнивание молекул ЖК при каждом азимуте или, альтернативно, молекулы ЖК можно наклонять при случайных азимутах без какой-либо регулировки азимута выравнивания. В настоящем описании устройства ЖКД на основе VA, включающие в себя пластины круговой поляризации, именуются устройствами ЖКД на основе CPVA или устройствами ЖКД на основе CP. Кроме того, устройства ЖКД на основе VA, включающие в себя пластины линейной поляризации, именуются устройствами ЖКД на основе LPVA или устройствами ЖКД на основе LP. Общеизвестно, что пластина круговой поляризации обычно образована комбинацией пластины линейной поляризации и четвертьволновой пластинки.

Обычные устройства ЖКД на основе CPVA имеют низкую контрастность при наблюдении в наклонных направлениях и могут не демонстрировать достаточных характеристик угла обзора. При этом устройства ЖКД на основе CPVA допускают усовершенствование. Ввиду этого были предложены технологии, предусматривающие использование пленок задержки для улучшения характеристик угла обзора. Например, в патентных документах 1, 2 и 3 раскрыты следующие способы (A), (B) и (C), соответственно:

(A) использование двух четвертьволновых пластинок, удовлетворяющих условию nx>ny>nz;

(B) использование комбинации четвертьволновой пластинки, удовлетворяющей условию nx>nz>ny, и пленки задержки (так называемой пластины отрицательного C), удовлетворяющей условию nx=ny>nz;

(C) использование одной или двух полуволновых пластинок, удовлетворяющих условию nx>nz>ny дополнительно к конфигурации (B).

Патентный документ 1

Японская публикация Kokai №2002-40428.

Патентный документ 2

Японская публикация Kokai №2003-207782.

Патентный документ 3

Японская публикация Kokai №2003-186017.

Описание изобретения

В результате исследований, проведенных авторами изобретения, выяснилось, что способы (A) и (B) позволяют повысить характеристики угла обзора. Кроме того, способы (B) и (C) предусматривают использование двуосных пленок задержки nx>nz>ny (0<Nz<1), изготовление которых требует больших денежных и трудовых затрат. При этом остается возможность усовершенствования способов (B) и (C).

Настоящее изобретение сделано исходя из вышеописанных соображений. Задачей настоящего изобретения является обеспечение устройства ЖКД, которое имеет более высокую контрастность в широком угле обзора и которое можно легко производить с низкими затратами.

Авторы изобретения провели различные исследования над устройствами ЖКД, которые имеют более высокую контрастность в широком угле обзора и которые можно легко производить с низкими затратами, и выявили условия задержки слоев двойного лучепреломления, расположенных между двумя поляризаторами (первым и вторым поляризаторами), расположенными по схеме перекрещенных поляризаторов Николя. Затем авторы изобретения обнаружили, что можно поддерживать ортогональность между первым и вторым поляризаторами в наклонных направлениях, одновременно поддерживая ортогональность между ними во фронтальном направлении, когда первый слой двойного лучепреломления, удовлетворяющий условию Nz>0,9, предпочтительно Nz≥100 (удовлетворяющий условию nx>ny≥nz), и второй слой двойного лучепреломления, удовлетворяющий условию Nz<0,1, предпочтительно Nz≤0,0 (удовлетворяющий условию nx<ny≤nz), надлежащим образом расположены между первым и вторым поляризаторами. Авторы изобретения также обнаружили, что, в отличие от двуосной пленки задержки, удовлетворяющей условию nx>nz>ny (0<Nz<1), материалы с надлежащим собственным двулучепреломлением используются для простого создания первого и второго слоев двойного лучепреломления. Таким образом, авторы изобретения нашли решение вышеописанных проблем и пришли к настоящему изобретению.

Настоящее изобретение относится к устройству жидкокристаллического дисплея, включающему в себя, в указанном порядке:

первый поляризатор;

первый слой двойного лучепреломления;

первую четвертьволновую пластинку;

жидкокристаллическую ячейку;

вторую четвертьволновую пластинку;

второй слой двойного лучепреломления и

второй поляризатор, ось поглощения которого ортогональна оси поглощения первого поляризатора,

причем первый слой двойного лучепреломления удовлетворяет условию Nz>0,9 и имеет медленную ось, лежащую в плоскости, ортогональную к оси поглощения первого поляризатора;

первая четвертьволновая пластинка имеет медленную ось, лежащую в плоскости, образующую угол около 45° с осью поглощения первого поляризатора;

жидкокристаллическая ячейка отображает черный экран за счет выравнивания молекул жидкого кристалла в жидкокристаллической ячейке вертикально к поверхности подложки;

вторая четвертьволновая пластинка имеет медленную ось, лежащую в плоскости, ортогональную к медленной оси, лежащей в плоскости, первой четвертьволновой пластинки и

второй слой двойного лучепреломления удовлетворяет условию Nz<0,1 и имеет медленную ось, лежащую в плоскости, параллельную оси поглощения второго поляризатора.

Ниже приведено подробное описание настоящего изобретения.

Устройство ЖКД, отвечающее настоящему изобретению, включает в себя, в указанном порядке, первый поляризатор, первый слой двойного лучепреломления, первую четвертьволновую пластинку, ЖК ячейку, вторую четвертьволновую пластинку, второй слой двойного лучепреломления и второй поляризатор, ось поглощения которого ортогональна оси поглощения первого поляризатора. Здесь термин “поляризатор” представляет элемент, преобразующий естественный свет в линейно поляризованный свет и также именуемый поляризационной пластиной или поляризационной пленкой. Обычно в качестве поляризатора можно использовать пленку из PVA (поливинилового спирта), на котором поглощен и выровнен дихроичный анизотропный материал, например йодный комплекс. Обычно защитная пленка, например пленка из триацетилцеллюлозы (TAC), наслаивается на соответствующие стороны пленки PVA для повышения механической прочности, влагостойкости, термостойкости и т.п., и полученная ламинированная пленка используется на практике. Если не указано обратное, термин “поляризатор” здесь означает элемент, имеющий только поляризационную функцию, не включающий в себя защитные пленки. Первый и второй поляризаторы устроены так, что один из них образует поляризатор (задний поляризатор), а другой образует анализатор (передний поляризатор). Устройство ЖКД, отвечающее настоящему изобретению, может включать в себя, в указанном порядке, первый поляризатор, первый слой двойного лучепреломления, первую четвертьволновую пластинку, ЖК ячейку, вторую четвертьволновую пластинку, второй слой двойного лучепреломления и второй поляризатор, имеющий ось поглощения, ортогональную к оси поглощения первого поляризатора, когда поверхность подложки ЖК ячейки наблюдается в плоскости. Предпочтительно, ось поглощения первого поляризатора образует угол 90° с осью поглощения второго поляризатора, когда поверхность подложки ЖК ячейки наблюдается в плоскости, чтобы устройство ЖКД могло отображать, по существу, полностью черный экран для обеспечения высокой контрастности во фронтальном направлении. Однако угол может слегка отклоняться от 90° при условии, что угол обзора компенсируется, без снижения контрастности во фронтальном направлении. В частности, преимущественные результаты настоящего изобретения могут проявляться в достаточной степени, когда ось поглощения первого поляризатора и ось поглощения второго поляризатора образуют угол в пределах 90°±1° (от 89° до 91°), когда поверхность подложки ЖК ячейки наблюдается в плоскости. В устройстве ЖКД, отвечающем настоящему изобретению, соответствующие компоненты (первый поляризатор, первый слой двойного лучепреломления, первая четвертьволновая пластинка, ЖК ячейка, вторая четвертьволновая пластинка, второй слой двойного лучепреломления, второй поляризатор, и т.п.) могут быть просто уложены один на другой, но, предпочтительно, прочно уложенные один на другой во избежание нарушения выравнивания их оптических осей. Способ укладки не имеет особых ограничений, и можно применять надлежащие способы, например, использовать адгезив, когезив и т.п. с высокой прозрачностью. Сорт адгезива, когезива и т.п. не имеет особых ограничений, но предпочтительны материалы, не демонстрирующие, по существу, никакой оптической анизотропии. Адгезив, когезив и т.п. предпочтительно отверждать или высушивать без высокотемпературных процессов и также предпочтительно отверждать или высушивать в короткий период времени, чтобы не изменять оптические характеристики пластин круговой поляризации.

ЖК ячейка, в общем случае, включает в себя пару подложек и слой ЖК между ними. ЖК ячейка, отвечающая настоящему изобретению, находится в моде VA (вертикального выравнивания), когда черный экран отображается за счет выравнивания молекул ЖК в ЖК ячейке вертикально к поверхности подложки. Мода VA включает в себя моду MVA (многодоменного VA), моду CPA (непрерывного вихревого выравнивания), моду PVA (шаблонированного VA), моду BVA (вертикального выравнивания со смещением), моду обратного TN и т.п. Таким образом, ЖК ячейка, отвечающая настоящему изобретению, может не обладать возможностью выравнивать молекулы ЖК строго вертикально к поверхности подложки и может обладать возможностью выравнивать молекулы ЖК, по существу, вертикально к ней или придавать молекулам ЖК угол предварительного наклона. ЖК ячейка может обладать возможностью выравнивать молекулы ЖК вертикально к поверхности подложки в отсутствие приложенного напряжения.

Устройство ЖКД, отвечающее настоящему изобретению, включает в себя первый слой двойного лучепреломления, первую четвертьволновую пластинку, вторую четвертьволновую пластинку и второй слой двойного лучепреломления между первым и вторым поляризаторами. Термин “слой двойного лучепреломления” представляет здесь слой, имеющий оптическую анизотропию, который также можно именовать пленкой задержки, пластинкой задержки, оптически анизотропным слоем, средой двойного лучепреломления и т.п. Термин “четвертьволновая пластинка” представляет здесь оптически анизотропный слой, дающий задержку около 1/4 длины волны (в точности 137,5 нм, но больше 115 нм и меньше 160 нм), по меньшей мере, световому пучку на длине волны 550 нм, и также именуемый пленкой задержки λ/4 или пластинкой задержки λ/4.

Устройство ЖКД, отвечающее настоящему изобретению, отображает черный экран согласно следующему механизму. Световой пучок, вошедший в первый поляризатор с нормального направления (фронтального направления), преобразуется в линейно поляризованный световой пучок первым поляризатором и проходит через первый слой двойного лучепреломления, сохраняя свое состояние поляризации. Затем, при прохождении через первую четвертьволновую пластинку, линейно поляризованный световой пучок преобразуется в световой пучок, поляризованный по кругу, и проходит через ЖК ячейку, сохраняя свое состояние поляризации. Затем, при прохождении через вторую четвертьволновую пластинку, световой пучок, поляризованный по кругу, снова преобразуется в линейно поляризованный световой пучок и проходит через второй слой двойного лучепреломления, сохраняя свое состояние поляризации, и, наконец, линейно поляризованный световой пучок блокируется вторым поляризатором. Таким образом, первый и второй слои двойного лучепреломления не призваны давать задержку падающему световому пучку с нормального направления.

В наклонных направлениях угол, образованный осями поглощения первого и второго поляризаторов, заметно отличается от соответствующего угла во фронтальном направлении. Эта заметная разница в угле компенсируется величинами задержки первого и второго слоев двойного лучепреломления. В частности, первый и второй слои двойного лучепреломления призваны давать задержку только световому пучку, падающему с наклонных направлений, таким образом, компенсируя характеристики угла обзора.

Как отмечено выше, первый и второй слои двойного лучепреломления, отвечающие настоящему изобретению, допускают, что можно обеспечить ортогональность между первым и вторым поляризаторами в наклонных направлениях, одновременно поддерживая ее во фронтальном направлении. В результате, можно обеспечить устройство ЖКД с повышенной контрастностью в наклонных направлениях и очень хорошими характеристиками угла обзора.

Устройство ЖКД, отвечающее настоящему изобретению, не имеет особых ограничений, при условии, что оно включает в себя первый поляризатор, первый слой двойного лучепреломления, первую четвертьволновую пластинку, ЖК ячейку, вторую четвертьволновую пластинку, второй слой двойного лучепреломления и второй поляризатор в качестве компонентов и может включать или не включать в себя другие компоненты.

Вышеупомянутый принцип отображения в настоящем изобретении можно обеспечить при наличии следующих соответствующих компонентов настоящего изобретения.

Первый слой двойного лучепреломления удовлетворяет условию Nz>0,9 и имеет медленную ось, лежащую в плоскости, ортогональную к оси поглощения первого поляризатора. Термин “коэффициент Nz” задается как Nz=(nx-nz)/(nx-ny), где главный показатель преломления слоя двойного лучепреломления (включающего в себя ЖК ячейку или четвертьволновую пластинку) в направлении, лежащем в плоскости, равен nx и ny (nx>ny), и его главный показатель преломления в направлении, не лежащем в плоскости (в направлении толщины), равен nz. Длина волны для измерений главного показателя преломления, задержки и других оптических характеристик здесь равна 550 нм, если не указано обратное.

В случае, когда слои двойного лучепреломления имеют одинаковый коэффициент Nz, различие в средних показателях преломления (nx+ny+nz)/3 слоев двойного лучепреломления приводит к различию в эффективной величине задержки слоев двойного лучепреломления для света, падающего с наклонных направлений, вследствие углов преломления. Таким образом, принцип конструкции усложняется. Во избежание этой проблемы средний показатель преломления каждого слоя двойного лучепреломления стандартизуется здесь до 1,5 для вычисления коэффициента Nz, если не указано обратное. Для слоя двойного лучепреломления, имеющего фактический средний показатель преломления, не равный 1,5, значение преобразуется исходя из того, что средний показатель преломления равен 1,5. Упомянутая ниже задержка Rxz стандартизуется таким же образом.

Когда первый слой двойного лучепреломления имеет коэффициент Nz менее 1,0, он удовлетворяет условию nx>nz>ny, что может затруднять его создание. В противоположность этому, в общем случае, слои двойного лучепреломления, удовлетворяющие условию 1,0≤Nz, можно легко производить общепринятыми способами (например, путем одноосного поперечного растяжения или двуосного поперечного и продольного растяжения). Однако при производстве слоев двойного лучепреломления, удовлетворяющих условию 1,0≤Nz, иногда приготавливаются слои двойного лучепреломления с Nz = около 0,9. Таким образом, можно легко приготавливать первый слой двойного лучепреломления, удовлетворяющий условию Nz>0,9. Более предпочтительно, чтобы первый слой двойного лучепреломления удовлетворял условию 1,1≤Nz≤4,0. Первый слой двойного лучепреломления, удовлетворяющий условию 1,1≤Nz≤4,0, легче создавать, потому что его можно создавать путем обычного одноосного поперечного растяжения или двуосного поперечного и продольного растяжения и, обычно, с использованием материалов с положительным собственным двулучепреломлением. Ввиду этого первый слой двойного лучепреломления, предпочтительно, включает в себя материал с положительным собственным двулучепреломлением. Когда материал с положительным собственным двулучепреломлением используется для приготовления первого слоя двойного лучепреломления, удовлетворяющего условию 1,1≤Nz≤4,0, посредством вышеупомянутого растяжения, медленную ось, лежащую в плоскости, можно ориентировать под углом 90° по отношению (ортогонально) к продольному направлению рулонированной пленки задержки, и, таким образом, межрулонную обработку можно использовать для присоединения первого слоя двойного лучепреломления к первому поляризатору. При этом также предпочтительно, чтобы материал с положительным собственным двулучепреломлением использовался для создания первого слоя двойного лучепреломления, удовлетворяющего условию 1,1≤Nz≤4,0. Поляризационные пленки, которые являются пленками из PVA, на которых поглощен и выровнен дихроичный анизотропный материал, например йодный комплекс, обычно являются рулонированным поляризатором, ось поглощения которого параллельна его продольному направлению, и их можно присоединять к первому слою двойного лучепреломления таким образом, чтобы медленная ось, лежащая в плоскости, первого слоя двойного лучепреломления образовывала угол 90° по отношению (ортогонально) к оси поглощения первого поляризатора, путем межрулонной обработки. Первый слой двойного лучепреломления может удовлетворять условию Nz>0,9 и может иметь медленную ось, лежащую в плоскости, ортогональную к оси поглощения первого поляризатора, когда поверхность подложки ЖК ячейки наблюдается в плоскости.

Второй слой двойного лучепреломления удовлетворяет условию Nz<0,1 и имеет медленную ось, лежащую в плоскости, параллельную оси поглощения второго поляризатора. Когда второй слой двойного лучепреломления имеет коэффициент Nz больше 0,0, он удовлетворяет условию nx>nz>ny, что может затруднять его создание. В противоположность этому, в общем случае, слои двойного лучепреломления, удовлетворяющие условию Nz≤0,0, можно легко производить общепринятыми способами (например, путем одноосного поперечного растяжения или двуосного поперечного и продольного растяжения). Однако при производстве слоев двойного лучепреломления, удовлетворяющих условию Nz≤0,0, иногда приготавливаются слои двойного лучепреломления с Nz = около 0,1. Таким образом, можно легко приготавливать второй слой двойного лучепреломления, удовлетворяющий условию Nz<0,1. Более предпочтительно, чтобы второй слой двойного лучепреломления удовлетворял условию -3,0≤Nz≤-0,1. Второй слой двойного лучепреломления, удовлетворяющий условию -3,0≤Nz≤-0,1, легче создавать, потому что его можно создавать путем обычного двуосного поперечного и продольного растяжения и, обычно, с использованием материалов с отрицательным собственным двулучепреломлением. Ввиду этого второй слой двойного лучепреломления, предпочтительно, включает в себя материал с отрицательным собственным двулучепреломлением. Когда материал с отрицательным собственным двулучепреломлением используется для приготовления, второй слой двойного лучепреломления, удовлетворяющий условию -3,0≤Nz≤-1,0, посредством вышеупомянутого растяжения, медленную ось, лежащую в плоскости, можно ориентировать под углом 0° по отношению (параллельно) к продольному направлению рулонированной пленки задержки, и, таким образом, межрулонную обработку можно использовать для присоединения второго слоя двойного лучепреломления ко второму поляризатору. При этом также предпочтительно, чтобы материал с отрицательным собственным двулучепреломлением использовался для создания второго слоя двойного лучепреломления, удовлетворяющего условию -3,0≤Nz≤-1,0. Второй слой двойного лучепреломления может удовлетворять условию Nz<0,1 и может иметь медленную ось, лежащую в плоскости, параллельную оси поглощения второго поляризатора, когда поверхность подложки ЖК ячейки наблюдается в плоскости.

Для достижения более высокой контрастности в широком диапазоне углов обзора (компенсация угла обзора) без снижения контрастности во фронтальном направлении, как отмечено выше, медленная ось, лежащая в плоскости, первого слоя двойного лучепреломления и ось поглощения первого поляризатора, в основном, должны образовывать угол 90°, и медленная ось, лежащая в плоскости, второго слоя двойного лучепреломления и ось поглощения второго поляризатора, в основном, должны образовывать угол 0°. Причина этому следующая.

Для поддержания контрастности во фронтальном направлении необходимо (1) деактивировать слой двойного лучепреломления во фронтальном направлении. Для компенсации угла обзора необходимо (2) активировать слой двойного лучепреломления в наклонных направлениях.

Для выполнения условия (1) слои двойного лучепреломления и поляризаторы должны удовлетворять любому из следующих осевых соотношений: (a) оптическая ось поляризатора 1 и оптическая ось слоя двойного лучепреломления 2 параллельны при наблюдении с фронтального направления (фиг.1(a)); и (b) оптическая ось поляризатора 1 и оптическая ось слоя двойного лучепреломления 2 ортогональны при наблюдении с фронтального направления (фиг.2(a)).

Термин “оптическая ось” здесь не означает оптическую ось строго в том смысле, который используется в кристаллической оптике, и задается следующим образом. Исходя из того, что вычисляется среднее значение трех главных показателей преломления слоя двойного лучепреломления и затем вычисляется разность между каждым главным показателем преломления и средним значением, главная ось, которая соответствует главному показателю преломления, имеющему максимальную по абсолютной величине разность, называется здесь “оптической осью”. Таким образом, оптически двуосный слой двойного лучепреломления имеет не две, а одну “оптическую ось”. Как было упомянуто здесь, “оптическая ось” двуосного слоя двойного лучепреломления соответствует оптической оси согласно традиционному определению, когда он оптически приближается к одноосному слою двойного лучепреломления.

Для выполнения условия (2) оси должны удовлетворять не соотношению (a), а соотношению (b). Причина этому следующая.

Когда свет падает на многослойную структуру поляризаторов 1 и слоев двойного лучепреломления 2 с наклонного направления, слой двойного лучепреломления 2, по существу, не вносит никакого вклада в наклонном направлении в случае, когда ось эффективного пропускания поляризатора 1 при наблюдении с наклонного направления параллельна одному из направлений колебаний в двух собственных модах колебаний слоя двойного лучепреломления 2 (направлению колебаний вектора электрической индукции D) света, падающего с наклонного направления. Таким образом, для активации слоя двойного лучепреломления 2 в наклонном направлении ось эффективного пропускания поляризатора 1 при наблюдении с наклонного направления не должна быть ни параллельна, ни перпендикулярна направлению колебаний в собственных модах поляризации слоя двойного лучепреломления.

В случае, когда оптическая ось поляризатора 1 и оптическая ось слоя двойного лучепреломления 2 параллельны, согласно условию (a), ось эффективного пропускания поляризатора 1 параллельна одному направлению колебаний в двух собственных модах колебаний слоя двойного лучепреломления 2 при наблюдении с любого направления, как показано на фиг.1(b). Таким образом, слой двойного лучепреломления 2 деактивируется. Напротив, в случае, когда оптическая ось поляризатора 1 и оптическая ось слоя двойного лучепреломления 2 ортогональны согласно условию (b), ось эффективного пропускания поляризатора 1 ни параллельна, ни ортогональна направлению колебаний в собственных модах поляризации слоя двойного лучепреломления 2 при наблюдении с наклонных направлений, как показано на фиг.2(b). Таким образом, слой двойного лучепреломления 2 активируется.

Поляризатор в настоящем изобретении, предпочтительно, включает в себя пленку PVA, на которой поглощен и выровнен дихроичный анизотропный материал, например йодный комплекс, и называется поляризатором О-типа. В данном случае “поляризатор О-типа” поглощает свет, колеблющийся в определенном направлении в плоскости элемента (заданном как ось поглощения), и пропускает свет, колеблющийся в направлении, ортогональном к оси поглощения в плоскости элемента (заданном как ось пропускания), и свет, колеблющийся в нормальном направлении элемента. Таким образом, поляризатор О-типа имеет одну ось поглощения и две оси пропускания, и оптическая ось поляризатора О-типа ориентирована вдоль оси поглощения.

Первый слой двойного лучепреломления, удовлетворяющий условию Nz=1,0, выступает в качестве одноосного слоя двойного лучепреломления, и его быстрая ось, лежащая в плоскости, выступает в качестве оптической оси. Здесь в случае, когда первый слой двойного лучепреломления удовлетворяет условию Nz>1,0 или 1,0>Nz>0,9, его оптическая ось параллельна медленной оси, лежащей в плоскости. Таким образом, медленная ось, лежащая в плоскости, первого слоя двойного лучепреломления и ось поглощения первого поляризатора, предпочтительно, образуют угол 90°, когда поверхность подложки ЖК ячейки наблюдается в плоскости. Угол может слегка отклоняться от 90° при условии, что угол обзора компенсируется без снижения контрастности во фронтальном направлении. В частности, преимущественные результаты настоящего изобретения могут проявляться в достаточной степени, когда медленная ось, лежащая в плоскости, первого слоя двойного лучепреломления и ось поглощения первого поляризатора образуют угол в пределах 90°±1° (от 89° до 91°), когда поверхность подложки ЖК ячейки наблюдается в плоскости.

Второй слой двойного лучепреломления, удовлетворяющий условию Nz=0,0, выступает в качестве одноосного слоя двойного лучепреломления, и его ось, ортогональная к медленной оси, лежащей в плоскости (быстрая ось, лежащая в плоскости), выступает в качестве оптической оси. Здесь в случае, когда второй слой двойного лучепреломления удовлетворяет условию Nz<0,0 или 0,0<Nz<0,1, его оптическая ось параллельна быстрой оси, лежащей в плоскости. Таким образом, медленная ось, лежащая в плоскости, второго слоя двойного лучепреломления и ось поглощения второго поляризатора, в основном, должны образовывать угол 0°. Угол может слегка отклоняться от 0° при условии, что угол обзора компенсируется без снижения контрастности во фронтальном направлении. В частности, преимущественные результаты настоящего изобретения могут проявляться в достаточной степени, когда медленная ось, лежащая в плоскости, второго слоя двойного лучепреломления и ось поглощения второго поляризатора образуют угол в пределах 0°±1° (от -1° до 1°), когда поверхность подложки ЖК ячейки наблюдается в плоскости.

Первая четвертьволновая пластинка имеет медленную ось, лежащую в плоскости, образующую угол около 45° с осью поглощения первого поляризатора, и вторая четвертьволновая пластинка имеет медленную ось, лежащую в плоскости, ортогональную к медленной оси, лежащей в плоскости, первой четвертьволновой пластинки. Первый и второй поляризаторы располагаются так, что их оси поглощения ортогональны друг другу (по схеме перекрещенных поляризаторов Николя), другими словами, вторая четвертьволновая пластинка имеет медленную ось, лежащую в плоскости, образующую угол около 45° с осью поглощения второго поляризатора. Благодаря такому взаимному расположению первой и второй четвертьволновых пластинок комбинация первого поляризатора и первой четвертьволновой пластинки и комбинация второго поляризатора и второй четвертьволновой пластинки имеют такие конструкции, что одна комбинация выступает в качестве пластины левой круговой поляризации, а другая выступает в качестве пластины правой круговой поляризации. В результате может отображаться белый экран с высоким коэффициентом пропускания. Медленные оси, лежащие в плоскости, первой и второй четвертьволновых пластинок ортогональны друг другу, и поэтому, при отображении черного экрана, величины задержки первой и второй четвертьволновых пластинок ликвидируются, и двулучепреломление вряд ли можно наблюдать, по меньшей мере, во фронтальном направлении. Поэтому, во фронтальном направлении, можно отображать почти полностью черный экран для обеспечения высокой контрастности. Как отмечено выше, для отображения белого экрана с высоким коэффициентом пропускания и почти полностью черного экрана, наиболее предпочтительно, чтобы медленные оси, лежащие в плоскости, первой и второй четвертьволновых пластинок образовывали угол 45° (+45° или -45°) с осями поглощения первого и второго поляризаторов, соответственно, но угол может слегка отклоняться от 45°, без снижения контрастности во фронтальном направлении. В частности, преимущественные результаты настоящего изобретения могут быть в достаточной степени получены, когда угол медленной оси, лежащей в плоскости, первой четвертьволновой пластинки с осью поглощения первого поляризатора и угол медленной оси, лежащей в плоскости, второй четвертьволновой пластинки с осью поглощения второго поляризатора, когда поверхность подложки ЖК ячейки наблюдается в плоскости, составляют в пределах 45°±2° (от 43° до 47°). Аналогично, преимущественные результаты настоящего изобретения могут быть в достаточной степени получены, когда угол медленной оси, лежащей в плоскости, первой четвертьволновой пластинки с медленной осью, лежащей в плоскости, второй четвертьволновой пластинки, когда поверхность подложки ЖК ячейки наблюдается в плоскости, составляют в пределах 90°±1° (от 89° до 91°).

Ниже подробно рассмотрены предпочтительные варианты осуществления устройства ЖКД, отвечающего настоящему изобретению.

Предпочтительные варианты осуществления устройства ЖКД классифицируются следующим образом согласно различию между степенями двуосности первого и второго слоев двойного лучепреломления. В случае, когда он выступает в качестве одноосного слоя двойного лучепреломления, первый слой двойного лучепреломления удовлетворяет условию Nz=1, и второй слой двойного лучепреломления удовлетворяет условию Nz=0. Таким образом, двуосный параметр ΔNz1 первого слоя двойного лучепреломления задается как |Nz-1|, и двуосный параметр ΔNz2 второго слоя двойного лучепреломления задается как |Nz|. Здесь первый слой двойного лучепреломления удовлетворяет условию Nz>0,9, и второй слой двойного лучепреломления удовлетворяет условию Nz<0,1. Таким образом, устройство ЖКД удовлетворяет условию ΔNz1≥0 и ΔNz2≥0. В этом случае предпочтительные варианты осуществления устройства ЖКД включают в себя (a) вариант осуществления, удовлетворяющий условию ΔNz1=ΔNz2, (b) вариант осуществления, удовлетворяющий условию ΔNz1<ΔNz2, и (c) вариант осуществления, удовлетворяющий условию ΔNz1>ΔNz2. Здесь “ΔNz1=ΔNz2” означает, что разность между ΔNz1 и ΔNz2 меньше 0,2.

Согласно варианту осуществления (a) первый и второй слои двойного лучепреломления имеют одинаковую степень двуосности. Согласно этому варианту осуществления можно обеспечить ЖК дисплеи с более симметричными характеристиками угла обзора и более высокой контрастностью в широком диапазоне углов обзора.

Фиг.3 и Таблица 1 демонстрируют соотношение между ΔNz1 первого слоя двойного лучепреломления и оптимальный Rxy в случае, когда выполняется ΔNz1=ΔNz2 (на фигуре “” представляет первый слой двойного лучепреломления и “” представляет второй слой двойного лучепреломления). Оптимальный Rxy - это значение, показанное, когда обеспечивается наивысшая конт