Устройство жидкокристаллического дисплея

Устройство жидкокристаллического дисплея

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

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

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

[Патентный документ 1]

Публикация № 2002-40428 не прошедшей экспертизу патентной заявки Японии

[Патентный документ 2]

Публикация № 2009-37049 не прошедшей экспертизу патентной заявки Японии

[Патентный документ 3]

Публикация № 2003-207782 не прошедшей экспертизу патентной заявки Японии

[Патентный документ 4]

Публикация № 2003-186017 не прошедшей экспертизу патентной заявки Японии

[Непатентный документ 1]

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

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

первый поляризатор;

первый двулучепреломляющий слой (II);

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

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

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

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

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

при этом,

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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