Жидкокристаллическое устройство формирования изображения

Жидкокристаллическое устройство формирования изображения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

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