ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ ДИСПЛЕЙНОЕ УСТРОЙСТВО
LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к жидкокристаллическим дисплейным устройствам, которые содержат оптический элемент, который может быть изготовлен с малыми потерями и эффективно использован при низкой стоимости, и имеют превосходные свойства изображения. Более конкретно, настоящее изобретение относится к дисплейным панелям с твист-нематическими жидкими кристаллами, в которых использована система поляризационных пластин с универсальной фазовой пластиной, обеспечивающая, во-первых, увеличение эффективности использования площади элемента, во-вторых, управление обратным процессом в полутонах и, в-третьих, улучшение степени контрастности и угла обзора.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Жидкокристаллические дисплейные устройства нашли применение в различных областях за счет таких конструктивных особенностей, как малый вес, малая толщина и малое потребление мощности. Твист-нематический режим относится к режимам дисплея, которые до настоящего времени наиболее широко использовались в жидкокристаллических панелях.
Как правило, в таких дисплейных панелях с твист-нематическими жидкими кристаллами в качестве жидкокристаллического слоя между двумя подложками расположен нематический жидкий кристалл, обладающий положительной диэлектрической анизотропией. Если напряжение, приложенное между верхней и нижней подложками, меньше порогового напряжения, жидкокристаллические молекулы ориентированы по существу параллельно поверхностям подложек и повернуты от одной из подложек к другой из подложек приблизительно на угол 90°.
В случае использования сдвоенных поляризационных пластин на соответствующих внешних сторонах верхней и нижней подложек (на ближней к смотрящему стороне и противоположной стороне, соответственно) в скрещенных призмах Николя, на жидкокристаллической панели возникает белое изображение при приложении напряжения, величина которого меньше величины порогового напряжения (включая случай, когда напряжение не приложено). С другой стороны, при приложении между верхней и нижней подложками напряжения, величина которого больше или равна пороговому напряжению, жидкокристаллические молекулы ориентированы по существу вертикально относительно подложек, а их повернутые ориентации компенсированы. Благодаря этому может быть получено черное изображение (белое изображение в нормальном режиме).
Для дисплейных панелей с твист-нематическими жидкими кристаллами разработана относительно дешевая технология производства, которая позволяет изготавливать их в промышленном масштабе. Однако задача получения изотропных свойств изображения до настоящего времени не решена. В частности, при реализации известного способа, согласно которому используют поляризационную пластину без фазовой пластины, коэффициент контрастности уменьшается при наведении электрического поля, что приводит к ухудшению качества изображения в результате обратной градации полутонов.
Для улучшения вышеописанной обратной градации в диспленой панели с твист-нематическими жидкими кристаллами используют известный способ, согласно которому при обеспечении оптических свойств жидкокристаллической панели в качестве нормального направления угла обзора принимают так называемое направление на 12 часов расположенной перед смотрящим жидкокристаллической панели (направление вверх, если поверхность дисплея рассматривать в качестве циферблата).
Согласно указанной конфигурации (i) берут подложку, отшлифованную под углом +45°, в качестве верхней подложки (на ближней к смотрящему стороне), (ii) берут подложку, отшлифованную под углом +315°, в качестве нижней подложки, и (iii) размещают между верхней и нижней подложками левовращающийся жидкокристаллический слой, причем в качестве направления против часовой стрелки принято направление вперед во вращающейся системе координат, в которой направление вправо (так называемое направление на 3 часа) составляет угол 0° относительно экрана жидкокристаллической панели.
Кроме того, для получения максимального коэффициента пропускания дисплейной панели с твист-нематическими жидкими кристаллами в режиме белого изображения (i) каждая из осей поглощения верхней и нижней поляризационных пластин должна проходить параллельно относительно направления шлифовки верхней или нижней подложки, или (ii) каждая из осей поглощения должна проходить перпендикулярно направлению шлифовки верхней или нижней подложки.
Известны способы получения высокого коэффициента контрастности в вышеописанной дисплейной панели с твист-нематическими жидкими кристаллами, формирующей белое изображение в нормальном режиме.
В японской патентной заявке №7-120746 А (с датой публикации 12.05.1995) раскрыто жидкокристаллическое дисплейное устройство, в котором улучшены угол обзора и обратная градация дисплейной панели с твист-нематическими жидкими кристаллами (см. схему, приведенную на фиг.17).
Жидкокристаллическая панель 100 содержит верхнюю подложку 20а; нижнюю подложку 20b и две поляризационные пластины: верхнюю поляризационную пластину 40а и нижнюю поляризационную пластину 40b, которые расположены на соответствующих внешних сторонах подложек 20а и 20b таким образом, что оси поглощения 40α и 40β соответствующих пластин 40а и 40b расположены под углом приблизительно 45° к соответствующим направлениям 60а и 60b шлифовки подложек 20а и 20b. Кроме того, двухосные фазовые пластины 50а и 50b расположены соответственно между подложкой 20а и пластиной 40а, а также между подложкой 20b и пластиной 40b.
Пластины 50а, 50b имеют соответствующие плоскостные медленные оси 50α и 50β, каждая из которых проходит в плоскости соответствующей одной из пластин 50а и 50b. Ось 50α проходит параллельно оси 40α пластины 40а, а ось 50β проходит перпендикулярно оси 40β пластины 40b. Оси 50α и 50β соответствующих пластин 50а и 50b проходят по существу параллельно друг другу.
В частности, один из признаков, раскрытых в заявке №7-120746 А, состоит в том, что оси 50α и 50β соответствующих пластин 50а и 50b, расположенных на подложках 20а и 20b, проходят по существу параллельно друг другу.
С другой стороны, в японской патентной заявке №2006-285220 (с датой публикации 19.10.2006) раскрыт способ уменьшения обратной градации полутонов дисплейной панели с твист-нематическими жидкими кристаллами и получения высокой контрастности. Согласно этому способу поляризационные пластины, расположенные на соответствующих верхней и нижней подложках жидкокристаллической панели, имеют соответствующие оси поглощения, которые проходят перпендикулярно друг другу и каждая из которых расположена под углом приблизительно 45° относительно направления, заданного в ходе процесса ориентации, (направления шлифовки) на поверхности соответствующей верхней или нижней подложки. Кроме того, предложен способ, согласно которому для управления обратной градацией и дальнейшего улучшения угла обзора используют (i) пленку, компенсирующую угол обзора (пленку с широким углом обзора, изготовленную компанией Фуджи Фото Фильм Ко., Лтд.), содержащую дискотическую жидкокристаллическую фазу, или (ii) одноосную фазовую пластину. Использование таких оптических пленок способствует значительному повышению качества изображения.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ЗАДАЧА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Однако известные способы, позволяющие при низкой стоимости просто увеличить угол обзора дисплейного устройства с твист-нематическими жидкими кристаллами и ограничить снижение контрастности при наведении электрического поля, имеют различные недостатки,
Ниже со ссылкой на фиг.18 приведено описание принципа работы дисплея с твист-нематическими жидкими кристаллами. Если напряжение не приложено или его величина меньше величины порогового напряжения, жидкокристаллические молекулы 30 на поверхностях раздела верхней и нижней подложек 20а и 20b ориентированы вдоль направлений 60а и 60b шлифовки подложек 20а и 20b, которые пересекаются под углом приблизительно 90°. Это позволяет обеспечить повернутую ориентацию жидкокристаллических молекул, при которой они повернуты на угол приблизительно 90° в направлении толщины ячейки (см. фиг.18(а)).
Вышеуказанная жидкокристаллическая панель далее именуется жидкокристаллической панелью 100. Панель 100 содержит две поляризационные пластины 40а и 40b, расположенные на внешних сторонах соответствующих верхней и нижней подложек 20а и 20b, которые расположены на ближней к смотрящему стороне и противоположной стороне таким образом, что оси 40α и 40β соответствующих пластин 40а и 40b расположены в скрещенных призмах Николя. При попадании света на жидкокристаллический слой через пластину 40b свет становится линейно поляризованным, распространяется в жидкокристаллическом слое вдоль ориентации молекул в зависимости от оптического вращения молекул 30 и проходит сквозь пластину 40а на ближней к смотрящему стороне. Это позволяет сформировать белое изображение на панели 100.
С другой стороны, при приложении между верхней и нижней подложками 20а и 20b напряжения, величина которого больше или равна величине порогового напряжения жидкокристаллического слоя, количество пропускаемого света уменьшается из-за компенсации повернутых ориентации вследствие диэлектрической анизотропии молекул 30. Кроме того, при приложении напряжения, величина которого больше или равна величине напряжения насыщения, молекулы 30 ориентированы по существу в вертикальном направлении относительно поверхностей подложек в центре жидкокристаллического слоя (см. фиг.18.(b)). Это приводит к потере свойств оптического вращения. Вследствие этого оптический элемент линейно поляризованного света, проходящий через пластину 40b, поглощается пластиной 40а, расположенной на стороне излучения. Это приводит к формированию черного изображения на панели 100.
Каждая из жидкокристаллических молекул жидкокристаллической панели обладает стержнеобразной структурой и анизотропным показателем преломления, изменяющимся в направлении главной оси и направлении малой оси молекулы. Это вызывает двупреломление поляризованного света и изменение свойств угла обзора за счет изменения угла двупреломления в зависимости от того, под каким углом и в каком направлении смотреть на молекулы. Если направление главной оси определено как направление оси Z ортогональной системы координат XYZ, то направления малых осей определены как направления осей Х и Y.
Как правило, жидкокристаллическая молекула имеет положительный одноосный показатель преломления, причем показатель преломления в направлении главной оси превышает показатели преломления в направлениях двух малых осей. Если на жидкокристаллическую молекулу смотреть в направлении главной оси, двупреломление по существу равно 0. Если на жидкокристаллическую молекулу смотреть с боковой стороны, двупреломление принимает максимальное значение.
В жидкокристаллическом дисплейном устройстве ориентация жидкокристаллической молекулы изменяется в зависимости от интенсивности приложенного напряжения или направления, в котором смотрят на жидкокристаллическую панель, что приводит к изменению видимого двупреломления. Это ухудшает качество изображения в известной жидкокристаллической панели. Такое ухудшение качества изображения может быть связано, например, с уменьшением контрастности в режиме черного изображения, обратной градацией полутонов или уменьшением угла обзора в наклонном направлении.
Согласно заявке №7-120746 А, двухосные фазовые пластины 50а и 50b расположены соответственно рядом с пластинами 40а и 40b. Пластина 50а имеет ось 50α, которая проходит по существу параллельно оси 40α, a пластина 50b имеет ось 50β, которая по существу перпендикулярна оси 40β. Оси 50α и 50β по существу параллельны друг другу. Таким способом сформирована панель 100. Как описано далее, такая конструкция обладает недостатками в отношении оптических характеристик, а также не позволяет достаточно уменьшить стоимость материалов и элементов.
x
у
z
Термин «плоскостная медленная ось» относится к оси, которая совпадает с одной из осей кристалла, образованной в среде с двупреломлением, например в растягивающейся фазовой пластине, и проходит в плоскости, в которой скорость проходящего в среде света является относительно малой. В частности, на фиг.19(а) показана схема классификации многоосных растягивающихся фазовых пластин. Если направление, в котором показатель преломления в плоскости каждой из фазовых пластин принимает максимальное значение, принято за ось X, направление, перпендикулярное оси X, принято за ось Y, а направление толщины каждой из фазовых пластин принято за ось Z, то показатели преломления, зависящие от направлений, называют основными показателями преломления n, n и n при 25°С, соответствующими оси X, оси Y и оси Z.
x
у
z
На Фиг.19(b) показан эллипсоид показателей преломления, иллюстрирующий количественное соотношение основных показателей преломления n, n и n двухосной фазовой пластины. Такую двухосную фазовую пластину, как правило, изготавливают способом двухосного растяжения с формированием медленной оси, вдоль которой показатель преломления возрастает в направлении двухосного растяжения.
Согласно способу, раскрытому в японской пантентной заявке №7-120746 А, если в качестве пластин 40а и 40b использованы поляризационные пластины, каждая из которых снабжена двухосной фазовой пластиной, то взаимное расположение оси 50α и оси 40α пластины 40а отлично от взаимого расположения оси 50β и оси 40β пластины 40b (см. фиг.17). Таким образом, для изготовления поляризационных пластин, снабженных соответствующими двухосными фазовыми пластинами, необходимо использовать элементы, обработанные посредством различных технологических процессов. Это приводит к увеличению операций процесса производства, вследствие чего уменьшение стоимости путем эффективного использования элементов является невозможным.
Согласно способу, раскрытому в японской пантентной заявке №7-120746 А, взаимное расположение осей 40α, отлично от взаимного расположения осей 40β, на соответствующих верхней и нижний сторонах панели 100. Таким образом, улучшение свойств правого и левого углов обзора с обеспечением достаточной симметрии может быть затруднительным. Необходимость улучшения свойств правого и левого углов обзора панели 100 с обеспечением достаточной симметрии возникает в тех случаях, когда смотрящие смотрят на один экран справа и слева.
Кроме того, при улучшении качества изображения диспленой панели с твист-нематическими жидкими кристаллами способом, раскрытым в японской пантентной заявке №2006-285220, на поляризационную пластину должна быть уложена оптическая пленка специального назначения. Это приводит к увеличению толщины слоя элементов и, следовательно, к увеличению их стоимости.
Далее, в известной дисплейной панели с твист-нематическими жидкими кристаллами две поляризационные пластины, размещаемые на жидкокристаллической панели, должны быть вырезаны из пленочного рулона поляризационных пластин после поворота указанного рулона на углы +45° и +135° относительно направления его растяжения. Очевидно, что это приводит к возникновению угловой погрешности в поляризационных пластинах.
Кроме того, в процессе производства (в процессе вырезания) известной поляризационной пластины некоторые участки листообразной пленки поляризационной пластины не используют, поскольку в процессе вырезания пленку поворачивают, например, на угол +45° (см. фиг.20). Таким образом, общая площадь пленочного рулона поляризационных пластин использована менее эффективно. В результате достаточное уменьшение стоимости элементов является невозможным.
Настоящее изобретение направлено на устранение различных очевидных недостатков диспленой панели с твист-нематическими жидкими кристаллами. Задачей изобретения является создание жидкокристаллического дисплейного устройства, в котором посредством более простого способа и с малыми затратами улучшен угол обзора и уменьшена контрастность при управлении наведенным электрическим полем.
РЕШЕНИЕ ПОСТАВЛЕННОЙ ЗАДАЧИ
Жидкокристаллическое дисплейное устройство по настоящему изобретению представляет собой дисплейную панель с твист-нематическими жидкими кристаллами, в которой верхняя сторона жидкокристаллического дисплейного устройства расположена на стороне смотрящего и в которой по порядку расположены первая поляризационная пластина, жидкокристаллическая ячейка и вторая поляризационная пластина. Кроме того, по меньшей мере между одной из первой и второй поляризационных пластин и соответствующей подложкой расположена по меньшей мере одна заранее изготовленная двухосная фазовая пластина. Для улучшения таких свойств жидкокристаллической панели, как яркость, степень контрастности и угол обзора, каждая из осей поглощения поляризационных пластин и плоскостная медленная ось по меньшей мере одной двухосной фазовой пластины проходят в соответствии с направлением шлифовки соответствующей подложки. Кроме того, учтены также такие оптические свойства, как разница фаз в жидкокристаллической панели. Таким образом могут быть решены различные упомянутые выше проблемы.
В частности, задача настоящего изобретения состоит в устранении указанных недостатков за счет дальнейшего улучшения и оптимизации взаимного расположения осей поглощения поляризационных пластин и плоскостных медленных осей двухосных фазовых пластин согласно японской пантентной заявке №7-120746 А.
Согласно способу по японской пантентной заявке №7-120746 А, поляризационная пластина и двухосная фазовая пластина, расположенные на стороне смотрящего, имеют соответственно ось поглощения и плоскостную медленную ось, которые проходят параллельно друг другу. Такое расположение не позволяет улучшить угол обзора с обеспечением достаточной симметрии.
Для эффективного улучшения угла обзора без уменьшения степени контрастности и угла обзора жидкокристаллической панели в направлении вперед очень важно расположить плоскостную медленную ось двухосной фазовой пластины приблизительно под углом 90° (под прямым углом) к оси поглощения поляризационной пластины.
Это связано с тем, что следующие два условия должны быть выполнены одновременно. Первое условие (1) заключается в том, что двупреломление двухосной фазовой пластины не происходит в направлении вперед, а степень контрастности в этом направлении не уменьшается. Второе условие (2) состоит в том, что двупреломление двухосной фазовой пластины эффективно в наклонном направлении, что обеспечивает компенсацию угла обзора.
Для выполнения первого условия (1) плоскостная медленная ось двухосной фазовой пластины и ось поглощения поляризационной пластины должны быть расположены относительно друг друга в любой из следующих конфигураций (1-1) и (1-2):
Если смотреть на пластины в направлении вперед, ось поглощения и плоскостная медленная ось параллельны друг другу (как видно из Фиг.6 (а), ось а(о) поглощения и плоскостная медленная ось е1(о) параллельны друг другу);
Если смотреть на пластины в направлении вперед, ось поглощения и плоскостная медленная ось перпендикулярны друг другу (как видно из Фиг.7(а), ось а(о) поглощения и плоскостная медленная ось е1(о) перпендикулярны друг другу).
Кроме того, для выполнения второго условия (2) необходимо удовлетворять конфигурации (1-2). Это связано с тем, что при попадании света, падающего в наклонном направлении, на уложенную в стопу пластину, содержащую поляризационную пластину и двухосную фазовую пластину, двупреломление двухосной фазовой пластины в наклонном направлении по существу незначительно, если ось (t) эффективного пропускания поляризационной пластины, на которую смотрят в наклонном направлении, проходит параллельно одному из направлений колебания двух форм собственных колебаний двухосной фазовой пластины относительно света, падающего в наклонном направлении. Для эффективного двупреломления в наклонном направлении ось эффективного пропускания поляризационной пластины, на которую смотрят в наклонном направлении, не должна проходить параллельно или перпендикулярно ни одному из направлений колебания собственных форм поляризации двухосной фазовой пластины.
Если ось поглощения поляризационной пластины параллельна плоскостной медленной оси двухосной фазовой пластины, как в случае конфигурации (1-1), то ось эффективного пропускания поляризационной пластины, на которую смотрят в любом из направлений, параллельна одному из направлений колебания двух собственных форм колебаний двухосной фазовой пластины (см. Фиг.6(b)), ввиду чего двупреломление становится неэффективным.
С другой стороны, если ось поглощения поляризационной пластины перпендикулярна плоскостной медленной оси двухосной фазовой пластины, как в конфигурации (1-2), то ось эффективного пропускания поляризационной пластины, на которую смотрят в наклонном направлении, визуально не кажется параллельной или перпендикулярной направлениям колебания собственных форм поляризации двухосной фазовой пластины (см. Фиг.7(b)), благодаря чему двупреломление становится эффективным.
По перечисленным выше причинам, для улучшения степени контрастности и угла обзора с обеспечением оптимального баланса чрезвычайно важно использовать расположение, при котором ось поглощения поляризационной пластины и плоскостная медленная ось двухосной фазовой пластины перпендикулярны друг другу.
Согласно настоящему изобретению, в качестве поляризационной пластины использован так называемый поляризатор О-типа (с обычным показателем преломления света), в котором анизотропный материал, например дихроичный йодный комплекс, ориентирован в направлении поглощения на пленке на основе поливинилового спирта. Поляризатор О-типа поглощает свет, колеблющийся в определенном направлении (определяемом как ось поглощения) в плоскости элемента поляризатора, и обеспечивает возможность проникновения света, колеблющегося в направлении, перпендикулярном оси поглощения в плоскости элемента и определяемом как ось пропускания, и света, колеблющегося в направлении нормали к элементу. Таким образом, поляризатор О-типа представляет собой поляризатор, который имеет одну ось поглощения и две оси пропускания. Оптическая ось поляризатора О-типа направлена по оси поглощения.
Термин "оптическая ось" двупреломляющего слоя обозначает главную ось, соответствующую основному показателю преломления, наибольшее абсолютное значение которого отлично от среднего значения трех основных показателей преломления двупреломляющего слоя (на Фиг.19(b), оптическая ось представляет собой ось X).
x
y
z
y
z
y
z
Кроме того, в случае наличия двухосной фазовой пластины с двупреломлением n>n≥n и при выполнении n=n двупреломление эквивалентно одноосному двупреломлению, а плоскостная медленная ось совпадает с оптической осью. При выполнении n>n оптическая ось также параллельна плоскостной медленной оси.
x
y
z
Согласно настоящему изобретению, поляризационная пластина расположена на двухосной фазовой пластине, имеющей двупреломление n>n≥n, таким образом, что плоскостная медленная ось двухосной фазовой пластины проходит приблизительно под углом 90° к оси поглощения поляризационной пластины. Это позволяет повысить степень контрастности и угол обзора в направлении впереди жидкокристаллической панели.
Настоящее изобретение позволяет устранить различные недостатки, например рассеяние света, уменьшение степени контрастности и ухудшение свойств угла обзора, которые возникают в обычном дисплейном устройстве с нематическими жидкими кристаллами вследствие двупреломления в режиме черного изображения при приложении напряжения. Изобретателями было установлено, что вышеупомянутые недостатки могут быть устранены за счет оснащения дисплейного устройства с нематическими жидкими кристаллами двухосной фазовой пластиной, широко используемой в известных дисплейных устройствах с вертикальным выравниванием, для улучшения качества изображения в режиме черного изображения. Таким образом, было создано настоящее изобретение.
Ниже приведено описание основных признаков настоящего изобретения. Жидкокристаллическое дисплейное устройство по настоящему изобретению содержит: первую подложку, расположенную на стороне смотрящего, и вторую подложку; жидкокристаллический слой, который расположен между первой и второй подложками и в качестве которого использован слой твист-нематических жидких кристаллов, угол скручивания которых в направлении толщины между первой и второй подложками составляет по существу 90°; первую и вторую поляризационные пластины, расположенные на внешних сторонах соответствующих первой и второй подложек и имеющие соответствующие перпендикулярные друг другу оси поглощения; и двухосную фазовую пластину, которая расположена между первой и второй поляризационными пластинами и содержит первую и вторую двухосные фазовые пластины, расположенные соответственно на первой и второй поляризационных пластинах таким образом, что плоскостные медленные оси по существу перпендикулярны друг другу; причем ось поглощения первой поляризационной пластины проходит по существу под углом 90° к плоскостной медленной оси первой двухосной фазовой пластины, а ось поглощения второй поляризационной пластины проходит по существу под углом 90° к плоскостной медленной оси второй двухосной фазовой пластины.
Предложенная конфигурация позволяет просто и с малыми затратами устранить известные недостатки качества изображения дисплейной панели с твист-нематическими жидкими кристаллами, например возникновение обратной градации в полутонах и недостаточно симметричные углы обзора.
Согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения, дисплейная панель с твист-нематическими жидкими кристаллами содержит двухосную фазовую пластину, которая расположена по меньшей мере между первой подложкой и первой поляризационной пластиной или между второй подложкой и второй поляризационной пластиной; причем плоскостная медленная ось двухосной фазовой пластины проходит по существу под углом 90° к оси поглощения соответствующей первой или второй поляризационной пластины, на которой расположена двухосная фазовая пластина.
В данном варианте конструкции известная поляризационная пластина с двухосной фазовой пластиной, которая предназначена для использования в жидкокристаллическом телевизионном устройстве и других приложениях, и универсальная линейная поляризационная пластина могут быть использованы совместно. Такая конструкция позволяет при малых затратах повысить качество изображения дисплейной панели с твист-нематическими жидкими кристаллами за счет использования оптического элемента, изготавляемого и распространяемого как универсальное изделие.
В частности, при размещении двухосной фазовой пластины только на внешней стороне второй подложки, противоположной смотрящему, может быть сформирована жидкокристаллическая панель с твист-нематическими жидкими кристаллами, в которой обеспечена требуемая обратная градация полутонов, а углы обзора абсолютно симметричны. Таким образом, может быть сформировано жидкокристаллическое дисплейное устройство, в котором качество изображения улучшено благодаря простой конфигурации.
Настоящее изобретение позволяет увеличить угол обзора по сравнению со случаем, когда двухосная фазовая пластина не использована.
Кроме того, согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения (i) двухосная фазовая пластина расположена между внешней стороной по меньшей мере одной из подложек и поляризационной пластиной, предназначенной для соответствующей подложки, таким образом, что плоскостная медленная ось двухосной фазовой пластины и ось поглощения смежной поляризационной пластины образуют угол приблизительно 90°; (ii) ось поглощения первой поляризационной пластины проходит по существу под углом 45° к направлению шлифовки первой подложки; а ось поглощения второй поляризационной пластины проходит по существу под углом 45° к направлению шлифовки второй подложки.
Согласно этой конфигурации поляризационные пластины, на которые уложены двухосные фазовые пластины и которые имеют одинаковые технические характеристики, могут быть расположены на соответствующих внешних сторонах верхней и нижней подложек жидкокристаллической панели. Это обеспечивает возможность реализации способа улучшения степени контрастности и угла обзора дисплейного устройства с твист-нематическими жидкими кристаллами. Согласно этой конфигурации группа верхней и нижней поляризационных пластин с соответствующими фазовыми пластинами, размеры которых соответствуют внешней форме жидкокристаллической панели, может быть вырезана из рулона поляризационных пластин с аналогичными техническими характеристиками, полученного укладыванием пленки заранее заданной фазовой пластины на пленку поляризационной пластины. Это позволяет сократить материальные затраты.
Благодаря этой конфигурации может быть устранен недостаток, связанный с вырезанием из рулона исходных поляризационных пластин, одновременно с повышением эффективности использования площади пленки, а также повышением качества изображения. Это свойство обеспечивает большое преимущество данного варианта конструкции.
В известном дисплейном устройстве с твист-нематическими жидкими кристаллами и углом обзора на 12 часов (широкий угол обзора соответствует направлению вверх относительно передней лицевой поверхности жидкокристаллической панели) процесс вырезания выполняют после поворота пленки поляризационной пластины в направлениях под углами +45° и +135°, причем направление против часовой стрелки выбрано за направление вперед во вращающейся системе координат, в которой за направление координатной оси под углом 0° принято направление вправо (направление на 3 часа) экрана. При вырезании возникает угловая погрешность. Кроме того, при размещении поляризационных пластин на жидкокристаллическую панель угловая погрешность возникает между поляризационными пластинами вследствие ошибки при позиционировании и т.д. Такие ошибки приводят к уменьшению степени контрастности изображения.
С другой стороны, согласно настоящему изобретению, направление лицевой поверхности вырезанной кромки рулона поляризационных пластин может соответствовать направлению лицевой поверхности кромки подложки в жидкокристаллической панели, имеющей прямоугольную внешнюю форму. В целом, это позволяет предотвратить возникновение угловой погрешности при вырезании верхней и нижней поляризационных пластин.
Направление лицевой поверхности вырезанной кромки рулона поляризационных пластин может быть выбрано в соответствии с направлением лицевой поверхности кромки подложки, поскольку направление длины поясообразной пленки рулона исходных поляризационных пластин соответствует направлению оси поглощения. Благодаря этому может быть улучшена эффективность использования площади по сравнению со случаем, когда вырезание осуществляют на рулоне пленки, который повернут в направлениях под углами +45 и +135° относительно направления растягивания. Это позволяет значительно сократить материальные затраты.
Кроме того, в жидкокристаллическом дисплейном устройстве, в котором между второй подложкой и второй поляризационной пластиной расположена двухосная фазовая пластина, может быть улучшено свойство симметричности угла обзора в правом и левом направлениях по сравнению со случаем, когда двухосная фазовая пластина расположена только на стороне первой подложки, которая является верхней стороной жидкокристаллической панели.
0
th
Качество изображения может быть также повышено в том случае, когда двухосная фазовая пластина по настоящему изобретению имеет (i) плоскостную разность R фаз в пределах от 45 до 65 нм, которая определена приведенной ниже формулой 1, и (ii) нормальную разность фаз R в направлении толщины в пределах от 115 до 135 нм, которая определена приведенной ниже формулой 2.
x
у
z
где x и у - продольные направления двухосной фазовой пластины, которые перпендикулярны друг другу; z - направление толщины двухосной фазовой пластины; n, n и n - основные показатели преломления при 25°С для соответствующих направлений x, у, и z; a d (нм) - толщина двухосной фазовой пластины.
0
th
Причина состоит в том, что обратная градация полутонов имеет тенденцию возникать в том случае, когда плоскостная разность R и нормальная разность R в направлении толщины выходят за пределы упомянутых выше соответствующих диапазонов. В частности, в том случае, когда разность фаз выходит за пределы установленного диапазона, рассеяние светового потока проявляет может увеличиваться при отображения черного цвета. Это приводит к изменению градации в более узком диапазоне.
Кроме того, если жидкокристаллический слой, используемый в жидкокристаллическом дисплейном устройстве по настоящему изобретению, имеет разность фаз в диапазоне от 400 до 470 нм при 25°С и длине волны 550 нм, то это позволяет значительно улучшить относительный коэффициент пропускания и такие характеристики изображения, как воспроизведение цветов и оттенков в жидкокристаллическом дисплейном устройстве, благодаря чему может быть получено относительно хорошее изображение без ухудшения яркости и появления изменения цветового тона.
ТЕХНИЧЕСКИЙ РЕЗУЛЬТАТ
Как рассмотрено выше, жидкокристаллическое дисплейное устройство согласно настоящему изобретению представляет собой панель с твист-нематическими жидкими кристаллами, содержащую первую поляризационную пластину, жидкокристаллическую ячейку и вторую поляризационную пластину, которые расположены в указанном порядке со стороны смотрящего. Кроме того, по меньшей мере между первой или второй поляризационными пластинами и соответствующей подложкой расположена по меньшей мере одна заранее заданная двухосная фазовая пластина. Для улучшения таких свойств жидкокристаллической панели, как яркость (пропускающая способность), степень контрастности и угол обзора, каждая оптическая ось пленочных элементов задана с учетом расположения относительно направления шлифовки соответствующей подложки.
Такая простая и малозатратная конструкция позволяет устранить известные недостатки качества изображения панели с твист-нематическими жидкими кристаллами, такие как обратная градация полутонов и несимметричность углов обзора.
Согласно указанной конструкции, по меньшей мере одна универсальная поляризационная пластина с двухосной фазовой пластиной расположена на одной из соответствующих внешних сторон обоих подложек панели с твист-нематическими жидкими кристаллами таким образом, что расположение каждой заданной оптической оси выбрано в соответствии с направлением шлифовки в жидкокристаллической панели. Это позволяет устранить упомянутые выше недостатки свойств изображения, а также значительно повысить эффективность использования площади при вырезании поляризационной пластины с двухосной фазовой пластиной из рулона поляризационных пластин.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На Фиг.1 показано перспективное изображение, которое схематично иллюстрирует пример конструкции жидкокристаллического дисплейного устройства по настоящему изобретению: (а) иллюстрирует случай, когда на верхней и нижней сторонах жидкокристаллической панели расположены двухосные фазовые пластины; (b) иллюстрирует случай, когда двухосная фазовая пластина расположена только на нижней стороне жидкокристаллической панели; а (с) иллюстрирует случай, когда двухосная фазовая пластина расположена только на верхней стороне жидкокристаллической панели.
На Фиг.2 представлено изображение, поясняющее взаимное расположение осей поглощения, плоскостных медленных осей и направлений шлифовки в жидкокристаллическом дисплейном устройстве по настоящему изобретению. На Фиг. (а)-(с) показаны различные модификации.
На Фиг.3 показан общий вид, иллюстрирующий улучшение оптической характеристики при использовании системы по настоящему изобретению, в которой поляризационная пластина снабжена двухосной фазовой пластиной.
На Фиг.4 представлен график, который иллюстрирует соотношение между разностью фаз жидкокристаллического слоя и относительным коэффициентом пропускания (в направлении вперед) в режиме белого изображения жидкокристаллического дисплейного устройства по настоящему изобретению.
Фиг.5 иллюстрирует соотношение между разностью фаз жидкокристаллического слоя и насыщенностью черного цвета (u' и v' цветностные координаты), рассчитанное по заданным азимутальным и полярным углам жидкокристаллического дисплейного устройства по настоящему изобретению: (а) иллюстрирует изменение координаты u'; а (b) иллюстрирует изменение координаты v'.
Фиг.6 поясняет взаимное расположение оси поглощения поляризационной пластины и плоскостной медленной оси двухосной фазовой пластины в случае, когда эти оси параллельны: (а) иллюстрирует видимое взаимное расположение, когда смотрящий смотрит в направлении вперед; а (b) иллюстрирует видимое взаимное расположение, когда смотрящий смотрит в наклонном направлении.
Фиг.7 поясняет взаимное расположение между осью поглощения поляризационной пластины и плоскостной медленной осью двухосной фазовой пластины в случае, когда ось поглощения проходит под прямым углом к плоскостной медленной оси: (а) иллюстрирует видимое взаимное расположение, когда смотрящий смотрит в направлении вперед; а (b) иллюстрирует видимое взаимное расположение, когда смотрящий смотрит в наклонном направлении.
На Фиг.8 показано перспективное изображение, которое схематично иллюстрирует пример конструкции жидкокристаллического дисплейного устройства по настоящему изобретению.
На Фиг.9 показано перспективное изображение конструкции известного дисплейного устройства с твист-нематическими жидкими кристаллами, приведенное в виде сравнительного примера: (а) иллюстрирует конструкцию по Сравнительному Примеру 1; а (b) иллюстрирует конструкцию по Сравнительному Примеру 2.
Фиг.10 иллюстрирует соотношение между углом обзора и контрастностью, в каждом из примеров конструкции, показанных на Фиг.1(а-с). Фиг.2(а-с) и в сравнительных примерах, представленных на Фиг.9(а) и (b) и Фиг.17.
На Фиг.11 показан график, иллюстрирующий зависимость относительного коэффициента пропускания от азимутального и полярного углов для каждого оттенка, применительно к примерам вариантов конструкции, изображенным на Фиг.1(а)-(с).
На Фиг.12 показан график, иллюстрирующий зависимость относительного коэффициента пропускания от азимутального и полярного углов для каждого оттенка, применительно к примерам вариантов конструкции, изображенным на Фиг.2(а)-(с).
На Фиг.13 показан график, иллюстрирующий зависимость относительного коэффициента пропускания от азимутального и полярного углов от для каждого оттенка, применительно к примерам вариантов конструкции, изображенным на Фиг.9(а)-(b) и Фиг.17.
На Фиг.14 приведен график, иллюстрирующий характеристику насыщенности черного цвета и отличие (расстояние между цветами) от прямой (частотной) характеристики насыщенности черного цвета каждого из примеров конструкции, показанных на Фиг.1(а)-(с), и сравнительных примеров, показанных на Фиг.9(а) и (b) и Фиг.17.
На Фиг.15 представлен график, иллюстрирующий характеристику насыщенности черного цвета и отличие (расстояние между цветами) от прямой (частотной) характеристики насыщенности черного цвета каждого из примеров конструкции, показанных на Фиг.2(а)-(с).
На Фиг.16 приведен график зависимости относительного коэффициента пропускания от полярного угла в случае изменения плоскостной разности фаз и нормальной разности фаз двухосной фазовой пластины.
Фиг.17 схематично иллюстрирует пример варианта конструкции обычного жидкокристаллического дисплейного устройства по настоящему изобретению, рассмотренного в сравнительном примере 3.
Фиг.18 иллюстрирует принцип работы обычного дисплея с нематическими жидкими кристаллами: (а) иллюстрирует режим работы при отсутствии приложенного напряжения; а (b) иллюстрирует режим работы при приложении напряжения.
Фиг.19 наглядно поясняет изменение показателя преломления при многоосном растяжении фазовой пластины: (а) показывает классификацию фазовых пластин в зависимости от многоосного растяжения; а (b) схематично иллюстрирует эллипсоид показателей преломления двухосной фазовой пластины из материала с отрицательным показателем преломления.
На Фиг.20 показан схематичный чертеж, иллюстрирующий способ вырезания при изготовлении поляризационных пластин.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Ниже рассмотрен вариант конструкции по настоящему изобретению со ссылкой на чертежи. Для наглядности на этих чертежах показаны только главные элементы, необходимые для описания настоящего изобретения.
x
у
z
В настоящем описании термин "двухосная фазовая пластина" обозначает пленку, оптическая анизотропия которой обеспечена, например, путем растягивания, при котором полимерная цепь ориентирована в плоскости пленки. В частности, двухосная фазовая пластина представляет собой оптический элемент, в котором все основные показатели преломления по существу отличны друг от друга в предположениях, что (i) толщина фазовой пластины равна d (нм), (ii) главными осями эллипсоида показателей преломления являются оси Х и Y, которые перпендикулярны друг другу и расположены в одной плоскости, и ось Z, которая проходит в направлении толщины, a (iii) основные показатели преломления соответствующих главных осей обозначены как n, n и n.
Согласно настоящему изобретению, предпочтительно использовать элемент, созданный на основе базовой конструкции, аналогичной конструкции, используемой при изготовлении элементов, например двухосной фазовой пластины, которые широко применяются в таких устройствах, как жидкокристаллические дисплейные устройства с вертикальным выравниванием, для компенсации остаточной разности фаз жидкокристаллических молекул на граничной поверхности подложки. Это позволяет повысить характеристики изображения, например изменение цвета, возникающее в наклонном направлении, и симметричность угла обзора в дисплейном устройстве с твист-нематическими жидкими кристаллами. Кроме того, в жидкокристаллическом дисплейном устройстве с вертикальным выравниванием и в дисплейном устройстве с твист-нематическими жидкими кристаллами могут быть использованы одинаковые элементы. Это позволяет увеличить эффективность использования элементов и, следовательно, обеспечивает значительное снижение их стоимости.
Как правило, в жидкокристаллическом дисплейном устройстве с вертикальным выравниванием использован способ оптической компенсации, особенно в режиме черного изображения, позволяющий дополнительно улучшить степень контрастности и угол обзора. Основная задача этого способа состоит в устранении двух следующих недостатков: во-первых, уменьшение контрастности, ввиду того что жидкокристаллическая ячейка с вертикальным выравниванием обладает двупреломлением; и, во-вторых, ухудшение угла обзора вследствие того, что излучаемый свет рассеивается в наклонном направлении между верхней и нижней поляризационными пластинами, соответствующие оси поглощения которых перпендикулярны друг другу.
x
y
z
x
y
z
Для устранения первого недостатка можно выполнять оптическую компенсацию жидкокристаллического слоя, в котором стержнеобразные жидкокристаллические молекулы ориентированы по существу перпендикулярно верхней и нижней подложкам в режиме черного изображения, путем использования так называемой отрицательной С-образной пластины, в которой основные показатели преломления n, n и n эллипсоида показателей преломления удовлетворяют условию n≈n>n.
x
y
z
Для устранения второго недостатка можно улучшить угол обзора жидкокристаллической панели за счет использования двух поляризационных пластин, на каждую из которых уложена так называемая А-образная пластина (n>n≈n), плоскостная медленная ось которой проходит в направлении растягивания пленки, и соответствующие оси поглощения которых проходят перпендикулярно друг другу.
Фазовая пластина, на которую уложены одноосные фазовые пластины, например отрицательная С-образная пластина и А-образная пластина, обеспечивает эффективную оптическую компенсацию и увеличение угла обзора жидкокристаллического дисплейного устройства с вертикальным выравниванием. Однако в случае использования одноосных фазовых пластин имеют место два следующих недостатка. Один из них состоит в том, что для эффективного изготовления поляризационной пластины, обладающей требуемыми оптическими свойствами, плоскостная медленная ось А-образной пластины (направление растягивания фазовой пластины) должна быть перпендикулярна направлению разматывания рулона пленки в процессе производства поляризационной пластины. Это приводит к снижению производительности пленки. Другой недостаток состоит в том, что неудовлетворительное качество изображения жидкокристаллической панели и другие дефекты возникают вследствие тепловых колебаний поляризационной пластины с фазовой пластиной, имеющих место при укладывании в стопу одноосных фазовых пластин с различными оптическими свойствами.
x
y
z
Благодаря усовершенствованию известных способов производства, например двухосного растягивания полимерной пленки, двухосная фазовая пластина (n>n>n), обладающая свойствами отрицательной С-образной пластины и А-образной пластины, нашла широкое применение.
На Фиг.3 показан общий вид, иллюстрирующий возможность улучшения оптической характеристики при использовании поляризационной пластины с двухосной фазовой пластиной по настоящему изобретению. В обычном дисплейном устройстве с твист-нематическими жидкими кристаллами жидкокристаллические молекулы в центре жидкокристаллического слоя ориентированы по существу вертикально относительно подложек в режиме черного изображения при приложении напряжения (см. Фиг.3(d)). Это приводит к потере свойства оптического вращения в режиме белого цвета (см. Фиг.3(с)). Жидкокристаллические молекулы ориентированы в режиме черного изображения в дисплейном устройстве с твист-нематическими жидкими кристаллами. Это аналогично режиму черного изображения при отсутствии напряжения в дисплее с вертикальным выравниванием, как показано на Фиг.3(е).
Из сравнения Фиг.3(а) и (b) очевидно, что изменение ориентации жидкокристаллических молекул в режиме черного изображения дисплея с твист-нематическими жидкими кристаллами обуславливает сходство с формой эллипсоида показателей преломления в режиме черного изображения дисплея с вертикальным выравниванием, если смотреть непосредственно сверху. В целом для устранения недостатков, связанных с углом обзора, даже в дисплейном устройстве с твист-нематическими жидкими кристаллами можно использовать двухосную фазовую пластину, широко применяемую в жидкокристаллическом дисплейном устройстве с вертикальным выравниванием ввиду конфигурации, обеспечивающей компенсацию остаточной разности фаз жидкокристаллических молекул на граничной поверхности подложки.
В поляризационной пластине с двухосной фазовой пластиной по настоящему изобретению угол, под которым плоскостная медленная ось двухосной фазовой пластины расположена относительно оси поглощения поляризационной пластины, задан равным приблизительно 90°. Это позволяет уменьшить рассеяние света в наклонном направлении в режиме черного изображения жидкокристаллической панели.
В случае использования в жидкокристаллическом дисплейном устройстве с твист-нематическими жидкими кристаллами поляризационной пластины, которая имеет общие технические характеристики с поляризационной пластиной с двухосной фазовой пластиной, используемой в дисплее с вертикальным выравниванием, степень контрастности при рассмотрении жидкокристаллической панели в наклонном направлении может быть значительно повышена за счет задания угла между плоскостной медленной осью двухосной фазовой пластины и осью поглощения поляризационной пластины равным приблизительно 90°.
Кроме того, если двухосные фазовые пластины расположены на внешних поверхностях соответствующих верхней и нижней подложек согласно настоящему изобретению таким образом, что их плоскостные медленные оси по существу перпендикулярны друг другу, можно вырезать поляризационные пластины с соответствующими двухосными фазовыми пластинами аналогичной конструкции таким образом, что форма каждой из поляризационных пластин идентична форме жидкокристаллической панели.
Согласно настоящему изобретению, две поляризационные пластины с соответствующими двухосными фазовыми пластинами могут быть получены из одного рулона поляризационных пластин. Это позволяет уменьшить количество материала, не используемого в процессе изготовления поляризационной пластины, и, следовательно, значительно повысить эффективность использования рулона поляризационных пластин. В результате, могут быть дополнительно уменьшены материальные затраты.
Ниже приведено описание жидкокристаллического дисплейного устройства по настоящему изобретению, на внешних сторонах верхней и нижней подложек которого расположены двухосные фазовые пластины.
,
На Фиг.1 (а) показан один из частных вариантов реализации жидкокристаллического дисплейного устройства 1 которое содержит верхнюю и нижнюю двухосные фазовые пластины.
Устройство 1 по настоящему изобретению содержит поляризационные пластины с расположенными смежно относительно них соответствующими фазовыми пластинами. В поляризационных пластинах плоскостная медленная ось 5α двухосной фазовой пластины 5а проходит под углом приблизительно 90° к оси поглощения 4α поляризационной пластины 4а, а плоскостная медленная ось 5β двухосной фазовой пластины 5b проходит под углом приблизительно 90° к оси поглощения 4β поляризационной пластины 4b. Оси 5α, 5β обозначены пунктирными двухсторонними стрелками, а оси 4α, 4β обозначены сплошными двухсторонними стрелками.
Кроме того, поляризационная пластина 4а и пластина 5а расположены на верхней (внешней) стороне жидкокристаллической панели 100, которая содержит первую и вторую подложки 2а, 2b, между которыми расположен жидкокристаллический слой 10 с молекулами 3 нематического жидкого кристалла. Поляризационная пластина 4b и пластина 5b расположены на нижней поверхности (внешней стороне) жидкокристаллической панели 100. Оси 5α, 5β пластин 5а и 5b по существу перпендикулярны друг другу.
На первой подложке 2а, которую также именуют цветофильтровой подложкой, расположены цветной фильтр, черная матрица и общий электрод. На второй подложке 2b, которую также именуют подложкой тонкопленочного транзистора, расположены такие элементы, как пиксельный электрод и тонкопленочный транзистор, выполняющий функцию переключающего элемента, предусмотренные для каждой совокупности пикселов.
Направление 6а шлифовки (обозначено пунктирной односторонней стрелкой) первой подложки 2а установлено под углом приблизительно 45° к оси поглощения 4α поляризационной пластины 4а первой подложки 2а. Направление шлифовки 6b (обозначено пунктирной односторонней стрелкой) второй подложки 2b установлено под углом приблизительно 45° к оси поглощения 4β поляризационной пластины 4b второй подложки 2b. Таким образом сформировано устройство 1.
В частности, для дисплейного устройства с твист-нематическими жидкими кристаллами направления осей 4α и 4β соответствующих пластин 4а и 4b, которые должны быть присоединены к верхней и нижней поверхностям панели 100, предпочтительно заданы под углом приблизительно 45° к направлениям 6а и 6b соответственно.
Это связано с тем, что дисплейное устройство с твист-нематическими жидкими кристаллами по настоящему изобретению должно обеспечивать (1) угол обзора на 12 часов (направление широкого угла обзора представляет собой направление вверх относительно передней лицевой поверхности жидкокристаллической панели), (2) направления шлифовки верхней подложки (сторона смотрящего) и нижней подложки под углами +45 и +135°, соответственно, причем направление против часовой стрелки принято за направление вперед во вращающейся системе координат, в которой ориентация вправо (так называемое направление на 3 часа) относительно экрана жидкокристаллической панели составляет 0°, и (3) расположение осей поглощения соответствующих поляризационных пленок под углами 0 и 90°.
В этой конструкции отсутствует необходимость вырезания верхней и нижней поляризационных пластин с соответствующими двухосными фазовыми пластинами после поворота рулона поляризационных пластин на углы +45 и +135° относительно направления растягивания рулона поляризационных пластин. Это способствует повышению эффективности за счет ограничения уменьшения степени контрастности, вызываемого взаимным смещением осей соответствующих верхней и нижней поляризационных пластин.
Согласно настоящему изобретению, две поляризационные пластины с соответствующими двухосными фазовыми пластинами могут быть вырезаны из одного рулона поляризационных пластин. Это позволяет уменьшить количество материала, не используемого в процессе изготовления поляризационной пластины, и, следовательно, значительно повысить эффективность использования рулона поляризационных пластин. В результате эффект сокращения материальных затрат материалов создает дополнительное преимущество настоящего изобретения.
0
th
Кроме того, двухосная фазовая пластина по настоящему изобретению предпочтительно имеет (i) плоскостную разность R фаз в пределах от 45 до 65 нм, которая определена приведенной ниже формулой 1, и (ii) нормальную разность R фаз в направлении толщины в пределах от 115 до 135 нм, которая определена приведенной ниже формулой 2.
x
y
z
где x и у - направления в плоскости двухосной фазовой пластины, которые перпендикулярны друг другу; z - направление толщины двухосной фазовой пластины; n, n и n - основные показатели преломления при 25°С для соответствующих направлений x, у, и z; a d (нм) - толщина двухосной фазовой пластины.
0
th
0
th
Это связано с тем, что обратная градация полутонов имеет тенденцию возникать в том случае, когда разность R и нормальная разность R находятся в упомянутых выше соответствующих диапазонах. В частности, если разности фаз R и R выходят за пределы установленных диапазонов, количество рассеянного света может увеличиваться при отображении черного цвета. Благодаря этому обратная градация имеет место в более узком диапазоне углов обзора.
Это основано на результатах анализа с помощью оптического моделирования, как рассмотрено ниже в Примере 2.
В жидкокристаллическом дисплейном устройстве согласно настоящему изобретению жидкокристаллический слой предпочтительно имеет разность фаз в диапазоне от 400 до 470 нм при температуре 25°С и длине волны 550 нм. Это связано с такими свойствами, как относительный коэффициент пропускания, цветовоспроизведение и цветовой тон.
Таким образом, жидкокристаллический слой предпочтительно имеет разность фаз в диапазоне от 400 до 540 нм в соответствии с относительным коэффициентом пропускания передней лицевой поверхности жидкокристаллической панели в режиме белого изображения (см. Фиг.4). Более предпочтительно, разность фаз находится в диапазоне от 425 до 530 нм, при котором относительный коэффициент пропускания составляет 10% от максимального относительного коэффициента пропускания.
Если разность фаз превышает 470 нм, то, во-первых, белое изображение может желтеть даже в той области, в которой коэффициент пропускания является высоким с точки зрения оттенка жидкокристаллической панели, а, во-вторых, изменение насыщенности черного цвета (изменение координат цветности u' и v') может быть значительным (см. Фиг.5(а) и (b)). Это может вызывать ухудшение качества изображения. Точки, нанесенные в каждом из диапазонов изменения, показывают насыщенность черного цвета на передней лицевой поверхности (направление, соответствующее азимутальному углу 0°, и направление, соответствующее полярному углу 0°).
Кроме того, диапазон изменения насыщенности черного цвета может увеличиваться даже в той области, где разность фаз жидкокристаллического слоя составляет 350 нм, т.е. менее 400 нм (см. Фиг.5(а)).
Как описано ниже, изменение насыщенности черного цвета определено путем изменения разности фаз жидкокристаллического слоя относительно диапазона изменения насыщенности черного цвета, что имеет место при последовательном воспроизведении изображения жидкокристаллической панели при изменении азимутального и полярного углов.
С точки зрения обзора, предпочтительно, если оптимальный диапазон разности фаз жидкокристаллического слоя составляет от 400 до 470 нм.
Ниже со ссылкой на Фиг.1(b) и (с) рассмотрен еще один частный вариант реализации настоящего изобретения, в котором каждое из жидкокристаллических дисплейных устройств 1А и 1В имеет одну двухосную фазовую пластину 5, расположенную только на верхней или нижней подложке 2а, 2b.
Жидкокристаллическое дисплейное устройство 1А согласно настоящему изобретению содержит поляризационную пластину с фазовой пластиной, причем двухосная фазовая пластина 5 и поляризационная пластина 4 смежны друг с другом (см. Фиг.1(b)). Аналогично рассмотренной выше конструкции, в поляризационной пластине с фазовой пластиной плоскостная медленная ось 5γ (обозначенная двухсторонней пунктирной стрелкой) двухосной фазовой пластины 5 проходит под углом приблизительно 90° к оси поглощения 4β (обозначенной сплошной двухсторонней стрелкой) нижней поляризационной пластины 4b (см. Фиг.1(b)). Поляризационная пластина с фазовой пластиной расположена на нижней поверхности (внешней стороне) второй подложки 2b.
Кроме того, поляризационная пластина 4а расположена на верхней (внешней) стороне первой подложки 2а таким образом, что направление 6а шлифовки первой подложки 2а установлено под углом приблизительно 45° к оси 4α поглощения поляризационной пластины 4а первой подложки 2а. Далее, направление 6b шлифовки второй подложки 2b установлено под углом приблизительно 45° к оси 4β поглощения поляризационной пластины 4b второй подложки 2b.
С другой стороны, в жидкокристаллическом дисплейном устройстве 1В согласно настоящему изобретению поляризационная пластина с фазовой пластиной, содержащая верхнюю поляризационную пластину 4а и двухосную фазовую пластину 5, расположена на верхней (внешней) стороне первой подложки 2а таким образом, что плоскостная медленная ось 5γ (обозначенная двухсторонней пунктирной стрелкой) двухосной фазовой пластины 5 проходит под углом приблизительно 90° к оси 4α (обозначенной сплошной двухсторонней стрелкой) верхней поляризационной пластины 4а (см. Фиг.1 (с)). Кроме того, поляризационная пластина 4b расположена на нижней поверхности (внешней стороне) второй подложки 2b.
Как и в конструкции устройства 1А, направления 6а и 6b заданы под углом приблизительно 45° к соответствующим осям 4α и 4β.
Разность фаз двухосной фазовой пластины и оптимальный диапазон разности фаз жидкокристаллического слоя также применимы к настоящему варианту реализации изобретения по той же причине, что и в случае, когда поляризационные пластины с соответствующими двухосными фазовыми пластинами расположены соответственно на верхней и нижней подложках. Согласно настоящему варианту реализации изобретения, в некоторых случаях эффективно размещать двухосную фазовую пластину 5 только на внешней стороне второй подложки 2b. Смотрящий находится на верхней стороне, а вторая подложка 2b находится на нижней стороне, т.е. на стороне, противоположной верхней стороне, где находится смотрящий. Это связано с двумя причинами, которые будут рассмотрены далее.
Первая причина состоит в том, что симметричность правого и левого углов обзора может быть улучшена в большей степени, чем в случае, когда двухосная фазовая пластина 5 расположена только на верхней подложке. Вторая причина состоит в том, что в случае прикрепления на этапе обработки еще одной новой поляризационной пластины с фазовой пластиной для устранения недостатков, возникащих в процессе производства жидкокристаллической панели, необходимо заменить уложенную в стопу поляризационную пластину (т.е. поляризационную пластину с фазовой пластиной, на которой расположен противоотражающий слой), изготовленную путем выполнения большего количества этапов, поскольку на передней поверхности поляризационной пластины, расположенной на верхней стороне жидкокристаллической панели (на стороне смотрящего), часто формируют противоотражающий слой. Это чрезвычайно невыгодно с точки зрения затрат.
По этим причинам, расположение двухосной фазовой пластины 5 только на нижней подложке 2b является более эффективным, чем расположение двухосной фазовой пластины 5 только на верхней подложке 2а.
Ниже приведено более подробное разъяснение со ссылкой на конкретные примеры. Однако настоящее изобретение не ограничено лишь этими конкретными примерами.
Пример 1
Ниже рассмотрен вариант конструкции по настоящему изобретению со ссылкой на Фиг.8.
Жидкокристаллическая панель 100А содержит первую подложку (цветофильтровую подложку) 100а и вторую подложку (подложку тонкопленочного транзистора) 100b, между которыми расположен жидкокристаллический слой 120. Первая подложка 100а выполнена прозрачной (например, в виде стеклянной подложки), а вторая подложка 100b содержит прозрачную подложку 110b. Между прозрачной подложкой 110а и прозрачной подложкой 110b, обращенными друг к другу, расположен жидкокристаллический слой 120. На первую поверхность прозрачной подложки 110а и вторую поверхность прозрачной подложки 110b осаждены соответственно первый и второй жидкокристаллические выравнивающие слои (не показаны). Первая и вторая поверхности контактируют с жидкокристаллическим слоем 120. Первый и второй жидкокристаллические выравнивающие слои имеют соответствующие поверхности, которые обращены друг к другу и проверены известным способом в отношении выровненности в заданных направлениях 115а и 115b шлифовки (в направлениях, обозначенных соответствующими пунктирными стрелками).
Пока напряжение не приложено (пока приложено напряжение, величина которого меньше величины порогового напряжения), жидкокристаллические молекулы 114 в жидкокристаллическом слое 120 одинаково ориентированы с предварительно заданным углом наклона по существу параллельно поверхностям жидкокристаллических выравнивающих пленок. В режиме обычного белого изображения жидкокристаллический слой 120 содержит нематический жидкокристаллический материал, который имеет положительную диэлектрическую анизотропию и, кроме того, при необходимости содержит хиральное вещество.
Вторая подложка 100b содержит (i) активный матричный компонент, например тонкопленочный транзисторный элемент 116, который расположен на прозрачной подложке 110b, (ii) элементы схемы (не показаны), например затворную шину и шину истока, которые соединены с элементом 116, и (iii) пиксельный электрод, который соединен с элементом 116. На прозрачной подложке 110а расположен противоэлектрод. В такой конструкции пиксел определен жидкокристаллическим слоем 120, расположенным между пиксельным электродом и противоэлектродом. Электрод пиксела и противоэлектрод выполнены из прозрачного проводящего слоя (например, слоя оксида индия и олова).
В типичной конструкции предусмотрены цветные фильтры 130 для соответствующего пиксела; между любыми двумя соседними цветными фильтрами 130 на стороне прозрачной подложки 110а, обращенной к слою 120, расположена черная матрица (светоэкранирующий слой); а на цветных фильтрах 130 и черной матрице предусмотрен противоэлектрод. Однако настоящий вариант реализации изобретения этим не ограничен. Цветные фильтры 130 и черная матрица могут быть также расположены на противоэлектроде (противоэлектрод расположен на стороне прозрачной подложки 110а, которая обращена к слою 120). Все цветные фильтры 130 и черную матрицу именуют цветофильтровым слоем.
Направление 115а шлифовки прозрачной подложки 110а и направление 115b шлифовки прозрачной подложки 110b пересекаются под заданным углом. Нематический жидкокристаллический материал изолирован между прозрачными подложками 110а и 110b с использованием, например, элемента, управляющего толщиной ячеек (не показан), или изолирующего элемента (не показан).
В дисплейном устройстве 150 с твист-нематическими по настоящему изобретению две заранее заданные поляризационные пластины 112а и 112b расположены на соответствующих верхней и нижней внешних сторонах панели 100А. Кроме того, две двухосные фазовые пластины 113а и 113b расположены на соответствующих верхней и нижней внешних сторонах панели 100А. Поляризационные пластины 112а и 112b расположены таким образом, что их оси поглощения перпендикулярны друг другу.
Направления 115а и 115b, оси поглощения соответствующих поляризационных пластин 112а и 112b и продольные оси соответствующих двухосных фазовых пластин 113а и 113b расположены так, как описано выше.
Пример 2
В настоящем примере взаимные расположения направлений шлифовки подложек, осей поглощения поляризационных пластин и плоскостных медленных осей двухосных фазовых пластин сравнивают и определяют путем их изменения методом оптического моделирования в соответствии со свойствами контрастности, угла обзора, зависимостью коэффициента пропускания от азимутального и полярного углов для каждого цветового тона и изменением насыщенности черного цвета.
Ниже описано изменение взаимных расположений при оптическом моделировании. Приведенные ниже примеры конструкции 1-6 основаны на взаимных расположениях согласно настоящему изобретению, а в сравнительных примерах 1-3 взаимные расположения не использованы.
Рассмотренные ниже углы определены в предположении, что направление против часовой стрелки принято за направление вперед во вращающейся системе координат, в которой ориентация вправо (так называемое направление на 3 часа) экрана жидкокристаллической панели составляет 0°. Направления шлифовки верхней и нижней подложек в примерах 1-6 и сравнительных примерах 1 и 2 одинаковы. В частности, в примерах 1-6 и сравнительных примерах 1 и 2 направление шлифовки верхней подложки задано под углом +45°, а направление шлифовки нижней подложки задано под углом +315°.
Конструкционный пример 1
На Фиг.1(а) показаны взаимные расположения согласно конструкционному примеру 1. В примере 1 взаимные расположения осей поглощения 4α и 4β, направлений шлифовки 6а и 6b и продольных осей 5α и 5β описаны в порядке по степени близости к стороне смотрящего:
ось 4α расположена параллельно линии под углом 0° и линии под углом +180°;
ось 5α расположена параллельно линии под углом +90° и линии под углом +270°;
направление 6а ориентировано в направлении +45°;
направление 6b ориентировано в направлении +315°;
ось 5β проходит параллельно линии под углом 0° и линии под углом +180°;
ось 4β расположена параллельно линии под углом +90° и линии под углом +270°.
Конструкционный пример 2
На Фиг.1(b) показаны взаимные расположения согласно конструкционному примеру 2. В примере 2 взаимные расположения осей 4α и 4β, направлений 6а и 6b и оси 5γ описаны в порядке по степени близости к стороне смотрящего:
ось 4α расположена параллельно линии под углом 0° и линии под углом +180°;
направление 6а ориентировано в направлении +45°;
направление 6b ориентировано в направлении +315°;
ось 5γ расположена параллельно линии под углом 0° и линии под углом +180°;
ось 4β расположена параллельно линии под углом +90° и линии под углом +270°.
Конструкционный пример 3
На Фиг.1(с) показаны взаимные расположения согласно конструкционному примеру 3. В примере 3 взаимные расположения осей 4α и 4β, направлений 6а и 6b и оси 5γ описаны в порядке по степени близости к стороне смотрящего:
ось 4α расположена параллельно линии 0° и линии +180°;
ось 5γ расположена параллельно линии под углом +90° и линии под углом +270°;
направление 6а ориентировано в направлении +45°;
направление 6b ориентировано в направлении +315°;
ось 4β расположена параллельно линии под углом +90° и линии под углом +270°.
Конструкционный пример 4
На Фиг.2(а) показаны взаимные расположения согласно конструкционному примеру 4. В примере 4 относительные расположения осей 4α и 4β и осей 5α и 5β получены путем поворота на угол +45° взаимных расположений согласно примеру 1. В примере 4 взаимные расположения описаны в порядке по степени близости к стороне смотрящего:
ось 4α расположена параллельно линии под углом +45° и линии под углом +225°;
ось 5α расположена параллельно линии под углом +135° и линии под углом +315°;
направление 6а ориентировано в направлении +45°;
направление 6b ориентировано в направлении +315°;
ось 5β расположена параллельно линии под углом +45° и линии под углом +225°;
ось 4β расположена параллельно линии под углом +135° и линии под углом +315°.
Конструкционный пример 5
На Фиг.2(b) показаны взаимные расположения согласно конструкционному примеру 5. В примере 5 относительные расположения осей 4α и 4β и осей 5α и 5β получены путем поворота на угол +45° взаимных расположений согласно примеру 3. В примере 5 взаимные расположения описаны в порядке по степени близости к стороне смотрящего:
ось поглощения 4α расположена параллельно линии под углом +45° и линии под углом +225°;
ось 5γ расположена параллельно линии под углом +135° и линии под углом +315°;
направление 6а ориентировано в направлении под углом +45°;
направление 6b ориентировано в направлении +315°;
ось 4β расположена параллельно линии под углом +135° и линии под углом +315°.
Конструкционный пример 6
На Фиг.2(с) показаны взаимные расположения согласно конструкционному примеру 6. В примере 6 относительные расположения осей 4α и 4β и осей 5α и 5β получены путем поворота на угол +45° взаимных расположений согласно примеру 2. В примере 6 взаимные расположения описаны в порядке по степени близости к стороне смотрящего:
ось 4α расположена параллельно линии под углом +45° и линии под углом +225°;
направление 6а ориентировано в направлении +45°;
направление 6b ориентировано в направлении +315°;
ось 5γ расположена параллельно линии под углом +45° и линии под углом +225°;
ось 4β расположена параллельно линии под углом +135° и линии под углом +315°.
Сравнительный пример 1
На Фиг.9 (а) показана конструкция согласно сравнительному примеру 1. Сравнительный пример 1 относится к известному жидкокристаллическому дисплейному устройству с белым изображением в нормальном режиме, в котором отсутствует фазовая пластина. Взаимные расположения осей 4α и 4β и направлений 6а и 6b согласно сравнительному примеру 1 описаны ниже в порядке степени близости к стороне смотрящего:
ось 4α расположена параллельно линии под углом 0° и линии под углом +180°;
направление 6а ориентировано в направлении +45°;
направление 6b ориентировано в направлении +315°;
ось 4β расположена параллельно линии под углом +90° и линии под углом +270°.
Сравнительный пример 2
На Фиг.9 (b) показана конструкция согласно сравнительному примеру 2. Конструкция по Сравнительному Примеру 2 может быть получена путем вращения поляризационных пластин 4а и 4b по Сравнительному Примеру 1 на угол +45°. Взаимные расположения осей 4α и 4β и направлений 6а и 6b согласно сравнительному примеру 2 описаны ниже в порядке степени близости к стороне смотрящего:
ось 4α расположена параллельно линии под углом +45° и линии под углом +225°;
направление 6а ориентировано в направлении под углом +45°;
направление 6b ориентировано в направлении под углом +315°;
ось 4β расположена параллельно линии под углом +135° и линии под углом +315°.
Сравнительный Пример 3
Сравнительный Пример 3 относится к конструкции, раскрытой в японской патентной заявке №7-120746 А и показанной на Фиг.17. Взаимные расположения осей 40α и 40β поглощения, направлений 60а и 60b шлифовки и плоскостных медленных осей 50α и 50β согласно сравнительному примеру 3 описаны ниже в порядке степени близости к стороне смотрящего:
ось 40α расположена параллельно линии под углом 0° и линии под углом +180°;
ось 50α расположена параллельно линии под углом 0° и линии под углом +180°;
направление 60а ориентировано в направлении +45°;
направление 60b ориентировано в направлении +315°;
плоскостная медленная ось 50β расположена параллельно линии под углом 0° и линии под углом +180°;
ось 40β расположена параллельно линии под углом +90° и линии под углом +270°.
Ниже приведены результаты анализа, полученные при оптическом моделировании соответствующих примеров.
Конструкционные примеры 1-6 и сравнительные примеры 1-3 были сравнены друг с другом и оценены методом оптического моделирования в соответствии с такими свойствам, как контрастность и угол обзора; зависимость коэффициента пропускания от азимутального и полярного углов для каждого цветового тона; и изменение насыщенности черного цвета.
о
е
n
Оптические моделирования были выполнены с использованием моделирующей программы для проектирования жидкокристаллического дисплейного устройства (название продукта: LCD Master; разработана компанией SHINTECH, INC.). Был проведен оптический анализ жидкокристаллического слоя при следующих условиях: отсутствие хирального материала; длина волны 550 нм; температура 25°С; показатель преломления обыкновенного луча (n) 1,481637; показатель преломления странного луча (n) 1,580477; анизотропия (Δ) показателя преломления 0.09884; предварительный угол наклона 3°; и толщина ячейки 4,6 мкм.
65
Оптические характеристики были рассчитаны в диапазоне длин волн от 380 нм до 780 нм (представляющем собой видимую область спектра) при использовании в качестве источника света стандартного источника D подсветки. Кроме того, оптический анализ был проведен на основании поведения директора молекул в случае, когда в соответствии с условиями оптического расчета к жидкокристаллическому слою в режиме белого изображения было приложено напряжение 0 В, а к жидкокристаллическому слою в режиме черного изображения напряжение 5 В. Директоры молекул получены путем равномерного деления жидкокристаллического слоя на 30 слоев.
Расчет был проведен на основе результатов оптического анализа при условии, что (i) азимутальные углы заданы через каждые 15° в направлении против часовой стрелки, начиная с направления ориентации вправо (направление на 3 часа), которое принято за опорное направление под углом 0°, а (ii) полярные углы заданы через каждые 10°, начиная от 0°, т.е. вертикальной отметки, соответствующей Северному полюсу Земли.
Для оптического расчета контрастности и угла обзора, а также зависимости коэффициента пропускания от азимутального и полярного углов для каждого цветового тона было последовательно задано несколько напряжений градации в диапазоне от напряжения белого изображения (высокий тон) до напряжения черного изображения (низкий тон) с определением поведения директоров молекул при приложении к жидкокристаллическому слою напряжения полутонового изображения. В частности, напряжения градации были заданы следующим образом: 0 В для цветового тона (1); 1.9 В для цветового тона (2); 2.1 В для цветового тона (3); 2.3 В для цветового тона (4); 2.5 В для цветового тона (5); и 5 В для цветового тона (6).
Зависимость от азимутального угла была определена в виде зависимости относительного коэффициента пропускания от полярного угла, полученной в случае направления под углом 0°, направления под углом 45° и направления под углом 90°. Как описано выше, относительный коэффициент пропускания был определен как относительное значение при обеспечении яркости в отсутствии поляризационной пластины, т.е. при условии, что яркость в воздухе равна 1.
Как видно из Фиг.11-13, зависимость коэффициента пропускания от азимутального и полярного углов для каждого цветового тона представлена в виде кривых в координатах полярного угла и коэффициента пропускания, на каждой из которых зависимость от азимутального и полярного углов показана в двумерном виде в виде круговых вырезов в направлении, включающем заданный азимутальный угол. В этом случае полярный угол принимает положительное значение справа от оси 0° и отрицательное значение слева от оси 0°. Кроме того, на Фиг.10 показаны кривые с одинаковой контрастностью (круговые диаграммы), каждая из которых иллюстрирует контрастность и угол обзора. На каждой кривой с одинаковой контрастностью диапазон, в котором контрастность больше или равна 10, показан сплошной линией.
На каждом из верхних графиков (Фиг.14 и 15) показана насыщенность черного цвета жидкокристаллического дисплейного устройства, соответствующего конкретному конструкционному примеру или сравнительному примеру, а на каждом из нижних графиков (Фиг.14 и 15) показано отклонение насыщенности черного цвета (расстояние между цветами) от насыщенности черного цвета при рассмотрении в направлении вперед.
Цветовая характеристика жидкокристаллического дисплейного устройства, например насыщенность черного цвета, была определена с использованием цветовой координатной системы u', v', которая основана на равномерной цветовой диаграмме (цветовой диаграмме CIE1960USC), установленной Международной Комиссией по освещению. На Фиг.14 и 15 приведены графики, каждый из которых иллюстрирует насыщенность черного цвета (значение u', v') в центре экрана дисплея при считывании с него изображения с помощью моделирующей программы, когда значения азимутального и полярного углов, полученные при приложении напряжения черного изображения (тон (6): 5 В), последовательно меняются в зависимости от рассмотренных выше условий. Кроме того, изменение насыщенности черного цвета представлено в виде показателя отличия (расстояние между цветами) в сравнении с насыщенностью черного цвета на передней лицевой поверхности экрана дисплея. Каждый из азимутального и полярного углов на передней лицевой поверхности экрана дисплея равен 0°.
Путем сравнения конструкционных примеров 1-3 и сравнительного примера 2 можно определить, как наличие двухосной фазовой пластины влияет на характеристику полярный угол - коэффициент пропускания, показанную на Фиг.11 и 13. В частности, в обычном дисплейном устройстве с твист-нематическими жидкими кристаллами, которое не содержит двухосной фазовой пластины, возникают области (см. области, обведенные пунктирными линиями), где характеристики полярный угол - коэффициент пропускания в значительной мере накладываются друг на друга для двух или более цветовых тонов.
Для сравнения, в жидкокристаллическом дисплейном устройстве по настоящему изобретению, в котором предусмотрена двухосная фазовая пластина в соответствии с заданными установками оптической оси, области, где характеристики полярный угол - коэффициент пропускания накладываются друг на друга, отсутствуют. Таким образом, подтверждено значительное улучшение обратной градации полутонов.
Сравнивая кривые с одинаковой контрастностью, приведенные в конструкционном примере 1 и сравнительном примере 3 (Фиг.10), можно определить, как взаимное расположение плоскостной медленной оси двухосной фазовой пластины и оси поглощения поляризационной пластины влияет на угол обзора. Было подтверждено, что если ось поглощения и плоскостная медленная ось на верхней стороне жидкокристаллической панели перпендикулярны друг другу, и ось поглощения и плоскостная медленная ось на нижней стороне жидкокристаллической панели перпендикулярны друг другу (см. Фиг.1(а)), то симметричность, в частности, в направлении справа налево, может быть значительно улучшена по сравнению со случаем, когда ось поглощения и плоскостная медленная ось на нижней стороне жидкокристаллической панели перпендикулярны друг другу, а ось поглощения и плоскостная медленная ось на верхней стороне жидкокристаллической панели параллельны друг другу (см. Фиг.17). Это показывает, что можно значительно улучшить симметричность углов обзора справа и слева.
Сравнение конструкционных примеров 1-6 и сравнительного примера 3 сточки зрения насыщенности черного цвета, а также изменения насыщенности черного цвета, проиллюстрированных на Фиг.14 и 15, показало, что при расположении двухосных фазовых пластин на верхней и нижней сторонах согласно заданной конструкции по настоящему изобретению может быть получена превосходная насыщенность черного цвета и уменьшено изменение насыщенности черного цвета без ухудшения симметричности угла обзора. Это, в частности, видно из конструкционных примеров 1 и 4.
Сравнивая характеристики полярный угол - коэффициент пропускания и/или кривые с одинаковой контрастностью в конструкционном примере 1 или сравнительном примере 1, в которых ось поглощения поляризационной пластины проходит под углом 45° к направлению шлифовки, и в Сравнительном Примере 2, в котором ось поглощения поляризационной пластины проходит под углом 0 или 90° (см. Фиг.10, 11, и 13), можно установить эффекты, возникающие в устройстве по настоящему изобретению, в котором ось поглощения поляризационной пластины проходит под углом 45° к направлению шлифовки соответствующей подложки.
Таким образом, можно значительно улучшить обратную градацию полутонов изображения, а следовательно, и качество изображения в конструкции согласно настоящему изобретению, в которой ось поглощения поляризационной пластины проходит под углом 45° к направлению шлифовки, по сравнению с обычным дисплейным устройством с твист-нематическими жидкими кристаллами, в котором ось поглощения поляризационной пластины параллельна (угол 0°), либо перпендикулярна (угол 90°) направлению шлифовки.
При сравнении конструкционного примера 1 и сравнительного примера 1, в котором каждая из осей поглощения соответствующих поляризационных пластин и соответствующее направление шлифовки образуют угол 45°, выявлено, что симметричность полутонового изображения в наклонном направлении (например, направлении под азимутальным углом 45°) лучше в конструкционном примере 1, в котором двухосные фазовые пластины размещены на основании заданного расположения оптических осей, чем в сравнительном примере 1 (см. Фиг.11), а характеристика черного изображения, например изменение насыщенности черного цвета, также лучше в конструкционном примере 1, чем в сравнительном примере 1 (см. Фиг.14). Таким образом, конструкционный пример 1 согласно настоящему изобретению позволяет улучшить черное изображение, а также получить устойчивое высококонтрастное изображение.
С другой стороны, при сравнении сравнительного примера 2, в котором описано известное дисплейное устройство с твист-нематическими жидкими кристаллами, с конструкционными примерами 4, 5 и 6 согласно настоящему изобретению, в которых по меньшей мере одна двухосная фазовая пластина размещена на основе заданного расположения оптических осей, было установлено, что области, для которых характеристики полярный угол - коэффициент пропускания в значительной степени накладываются друг на друга по меньшей мере для двух цветовых тонов, менее значительны в конструкционных примерах 4, 5 и 6 (см. области, ограниченные пунктирными эллипсами на Фиг.12 и 13). Это показывает, что в конструкциях согласно примерам 4, 5, и 6 может быть увеличен угол обзора.
Конструкционный пример 4, в котором двухосные фазовые пластины расположены на соответствующих верхней и нижней сторонах, показал возможность получения более широкого диапазона угла обзора с сохранением симметричности равноконтрастной кривой по сравнению с равноконтрастной кривой согласно сравнительному примеру 2, изображенной на Фиг.10. По указанным выше причинам, конструкции согласно настоящему изобретению способствуют более значительному улучшению качества изображения.
Результаты показали, что конструкция согласно настоящему изобретению, в которой двухосные фазовые пластины расположены на соответствующих верхней и нижней сторонах, позволяет значительно ограничить изменение насыщенности черного изображения в зависимости от направлений угла обзора по сравнению с известным дисплейным устройством с твист-нематическими жидкими кристаллами и уровнем техники. Таким образом, может быть уменьшено резкое изменение уровня черного, возникающее в зависимости от направлений угла обзора, и ограничено уменьшение степени контрастности.
В частности, конструкционный пример 1 относится к наиболее предпочтительному варианту реализации настоящего изобретения с точки зрения результатов, относящихся к таким свойствам, как угол обзора (улучшение обратной градации полутонов, равноконтрастность и симметричность), а также изменение насыщенности черного цвета и расстояние между цветами.
0
th
0
th
Наконец, подтверждено наиболее предпочтительное условие, относящееся к разности фаз двухосной фазовой пластины по настоящему изобретению. Разность R двухосной фазовой пластины, расположенной на верхней и нижней подложках, и нормальная разность R в направлении толщины были определены путем изменения значений R и R в диапазонах от 20 до 150 и от 80 до 200 нм соответственно в виде характеристики полярный угол - относительный коэффициент пропускания при азимутальном угле +45°. Результаты расчета показаны на Фиг.16.
0
th
x
у
z
Разность R и нормальная разность R определены следующим образом с использованием основных показателей преломления n, n и n двухосной фазовой пластины и толщины d (нм) двухосной фазовой пластины.
0
x
у
R=(n-n)-d
th
x
у
z
R={(n+n)/2-n}·d
0
th
Результаты, приведенные на Фиг.16, показывают, что характеристики полярный угол - коэффициент пропускания по меньшей мере для двух тонов в значительной мере накладываются друг на друга (см. области, ограниченные пунктирными линиями), а изменения градации возникают в случаях, когда значения R/R составляют 20/80 нм и 150/200 нм.
0
th
0
th
Эти результаты также показывают, что в случае, когда разность фаз R лежит в диапазоне от 45 до 65 нм, а нормальная разность фаз R лежит в диапазоне от 115 до 135 нм, изменения градации не возникает, а угол обзора становится оптимальным. С другой стороны, выход значений разности фаз R и нормальной разности фаз R за пределы указанных выше диапазонов способствует возникновению изменения градации и ухудшению угла обзора.
В жидкокристаллическом дисплейном устройстве по настоящему изобретению, в котором двухосные фазовые пластины расположены на основе заданного расположения оптических осей, могут быть значительно улучшены характеристики изображения, например симметричность угла обзора. Кроме того, доказано, что конструкция по настоящему изобретению значительно снижает неравномерность насыщенности черного цвета, которая влияет на контрастность.
Кроме того, согласно настоящему изобретению поляризационная пластина с двухосной фазовой пластиной, используемая в жидкокристаллическом дисплейном устройстве с вертикальным выравниванием для улучшения качества его изображения, может быть также использована в дисплейном устройстве с твист-нематическими жидкими кристаллами, что позволяет уменьшить количество неиспользуемого материала. Это позволяет значительно улучшить эффективность использования площади поляризационной пластины, а следовательно, дополнительно уменьшить материальные затраты.
Настоящее изобретение не ограничено приведенными выше вариантами реализации, и для специалистов могут быть очевидны различные другие варианты реализации в пределах объема изобретения. Объем изобретения включает варианты реализации, основанные на сочетании технических средств согласно различным раскрытым вариантам реализации настоящего изобретения.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ
Настоящее изобретение может быть использовано в качестве жидкокристаллического дисплейного устройства, которое может быть надежно изготовлено при малых затратах. В частности, настоящее изобретение может быть широко использовано в качестве (i) жидкокристаллических дисплейных устройствах малого/среднего размера, например мобильных телефонах, карманных персональных компьютерах и портативных игровых приставках, либо (ii) в дешевых универсальных жидкокристаллических дисплейных устройствах для использования в персональном компьютере и т.д.
ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
1: Жидкокристаллическое дисплейное устройство
1А: Жидкокристаллическое дисплейное устройство
1В: Жидкокристаллическое дисплейное устройство
2а: Первая подложка
2b: Вторая подложка
3: Жидкокристаллическая молекула
4а: Поляризационная пластина (первая поляризационная пластина)
4b: Поляризационная пластина (вторая поляризационная пластина)
5а: Двухосная фазовая пластина
5b: Двухосная фазовая пластина
6а и 6b: Направление шлифовки
4α и 4β: Оси поглощения
5α, 5β и 5γ: Плоскостная медленная ось
10: Жидкокристаллический слой
100: Жидкокристаллическая панель
100А: Жидкокристаллическая панель
100а: Первая подложка
100b: Вторая подложка
112а и 112b: Поляризационная пластина
113а и 113b: Двухосная фазовая пластина
114: Жидкокристаллическая молекула
115а и 115b: Направление шлифовки
150: Жидкокристаллическое дисплейное устройство
а(о): Ось поглощения поляризационной пластины
е1(о): Плоскостная медленная ось