УСТРОЙСТВО ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ДИСПЛЕЯ
LIQUID CRYSTAL DISPLAY

Область техники
Настоящее изобретение относится к устройствам жидкокристаллического дисплея (ЖКД) и, в частности, относится к устройствам ЖКД VA (вертикального выравнивания), включающим в себя пластины круговой поляризации.
Уровень техники
Устройства ЖКД широко используются в качестве устройств отображения для различных устройств обработки данных, например компьютеров и телевизоров. В частности, приобретают популярность TFT устройства ЖКД (далее также именуемые “TFT-ЖКД”), и ожидается расширение рынка TFT-ЖКД. Такая ситуация обуславливает потребность в значительном повышении качества изображения.
Хотя настоящее описание использует TFT-ЖКД в порядке примера, настоящее изобретение применимо, помимо TFT-ЖКД, к обычным ЖКД, например ЖКД с пассивной матрицей и ЖКД с адресацией плазменной панелью.
Наиболее широко используемая в настоящее время мода в TFT-ЖКД - это мода, в которой жидкий кристалл, имеющий положительную оптическую анизотропию, горизонтально выровнен между параллельными подложками, а именно TN мода. В устройстве ЖКД на основе TN направление выравнивания молекул ЖК, соседствующих с одной подложкой, поворачивается на 90° относительно направления выравнивания молекул ЖК, соседствующих с другой подложкой. Такие устройства ЖКД на основе TN в настоящее время производятся с низкими затратами, и их изготовление хорошо отработано в промышленности, хотя маловероятно, что удастся повысить их контрастность.
Кроме того, известны устройства ЖКД, имеющие другую моду, в которой жидкий кристалл, имеющий отрицательную оптическую анизотропию, выровнен вертикально к параллельным подложкам, а именно устройства ЖКД на основе VA. В устройствах ЖКД на основе VA молекулы ЖК выровнены почти вертикально к поверхностям подложек, когда напряжение не подается. Здесь жидкокристаллическая (ЖК) ячейка вряд ли демонстрирует двулучепреломление и оптическое вращение, и при прохождении света через ЖК ячейку его состояние поляризации вряд ли изменяется. Таким образом, в случае конфигурации, в которой ЖК ячейка расположена между двумя поляризаторами (линейные поляризаторы), оси поглощения которых ортогональны друг другу (также именуемыми перекрещенными поляризаторами Николя), можно отображать почти совершенно черный экран, когда напряжение не подается. При подаче напряжения молекулы ЖК выстраиваются почти параллельно подложкам, и ЖК ячейка демонстрирует большое двулучепреломление, и устройство ЖКД отображает белый экран. Таким образом, такое устройство ЖКД на основе VA легко достигает очень высокой контрастности.
2
Устройства ЖКД на основе VA демонстрируют асимметричные характеристики угла обзора, когда все молекулы ЖК выровнены в одном и том же направлении при наличии приложенного напряжения. Ввиду этого в настоящее время широко используются, например, устройства ЖКД на основе MVA (многодоменного VA), одна из разновидностей устройств ЖКД на основе VA. Согласно устройствам ЖКД на основе MVA молекулы ЖК выравниваются в нескольких направлениях посредством структурно-модифицированного пиксельного электрода или элемента контроля выравнивания, например выступа, сформированного на пикселе. Устройства ЖКД на основе MVA изначально разработаны так, что осевой азимут поляризатора образует угол 45° относительно азимута выравнивания молекул ЖК при наличии приложенного напряжения для максимизации коэффициента пропускания в состоянии отображения белого. Причина в том, что коэффициент пропускания светового пучка, проходящего через среду двойного лучепреломления, расположенную между перекрещенными поляризаторами Николя, пропорционален sin(2α), где α (в радианах) - угол, образованный осью поляризатора и медленной осью среды двойного лучепреломления. В типичных устройствах ЖКД на основе MVA молекулы ЖК могут выравниваться по отдельности в четырех доменах, или на азимутах 45°, 135°, 225° и 315°. Также в четырехдоменных устройствах ЖКД на основе VA молекулы ЖК часто выравниваются в виде текстуры Шлиерена или в нежелательных направлениях вблизи границы домена или вблизи элемента контроля выравнивания. Это один из факторов, обуславливающих потерю коэффициента пропускания.
Ввиду этих обстоятельств предусмотрены устройства ЖКД на основе VA, включающие в себя пластины круговой поляризации, например, согласно патентным документам 1-3. Согласно устройствам ЖКД коэффициент пропускания светового пучка, проходящего через среду двойного лучепреломления, расположенную между пластиной правой круговой поляризации и пластиной левой круговой поляризации, ортогональные друг другу, не зависит от угла, образованного осью поляризатора и медленной осью среды двойного лучепреломления. Поэтому нужный коэффициент пропускания можно фиксировать при условии, что угол наклона молекул ЖК можно регулировать, даже если азимут выравнивания не равен 45°, 135°, 225° и 315°. Соответственно, конический выступ может располагаться в центре пикселя, таким образом, например, выравнивание молекул ЖК при каждом азимуте или, альтернативно, молекулы ЖК можно наклонять при случайных азимутах без какой-либо регулировки азимута выравнивания. В настоящем описании устройства ЖКД на основе VA, включающие в себя пластины круговой поляризации, именуются устройствами ЖКД на основе CPVA или устройствами ЖКД на основе CP. Кроме того, устройства ЖКД на основе VA, включающие в себя пластины линейной поляризации, именуются устройствами ЖКД на основе LPVA или устройствами ЖКД на основе LP. Общеизвестно, что пластина круговой поляризации обычно образована комбинацией пластины линейной поляризации и четвертьволновой пластинки.
Обычные устройства ЖКД на основе CPVA имеют низкую контрастность при наблюдении в наклонных направлениях и могут не демонстрировать достаточных характеристик угла обзора. При этом устройства ЖКД на основе CPVA допускают усовершенствование. Ввиду этого были предложены технологии, предусматривающие использование пленок задержки для улучшения характеристик угла обзора. Например, в патентных документах 1, 2 и 3 раскрыты следующие способы (A), (B) и (C), соответственно:
(A) использование двух четвертьволновых пластинок, удовлетворяющих условию nx>ny>nz;
(B) использование комбинации четвертьволновой пластинки, удовлетворяющей условию nx>nz>ny, и пленки задержки (так называемой пластины отрицательного C), удовлетворяющей условию nx=ny>nz;
(C) использование одной или двух полуволновых пластинок, удовлетворяющих условию nx>nz>ny дополнительно к конфигурации (B).
Патентный документ 1
Японская публикация Kokai №2002-40428.
Патентный документ 2
Японская публикация Kokai №2003-207782.
Патентный документ 3
Японская публикация Kokai №2003-186017.
Описание изобретения
В результате исследований, проведенных авторами изобретения, выяснилось, что способы (A) и (B) позволяют повысить характеристики угла обзора. Кроме того, способы (B) и (C) предусматривают использование двуосных пленок задержки nx>nz>ny (0<Nz<1), изготовление которых требует больших денежных и трудовых затрат. При этом остается возможность усовершенствования способов (B) и (C).
Настоящее изобретение сделано исходя из вышеописанных соображений. Задачей настоящего изобретения является обеспечение устройства ЖКД, которое имеет более высокую контрастность в широком угле обзора и которое можно легко производить с низкими затратами.
Авторы изобретения провели различные исследования над устройствами ЖКД, которые имеют более высокую контрастность в широком угле обзора и которые можно легко производить с низкими затратами, и выявили условия задержки слоев двойного лучепреломления, расположенных между двумя поляризаторами (первым и вторым поляризаторами), расположенными по схеме перекрещенных поляризаторов Николя. Затем авторы изобретения обнаружили, что можно поддерживать ортогональность между первым и вторым поляризаторами в наклонных направлениях, одновременно поддерживая ортогональность между ними во фронтальном направлении, когда первый слой двойного лучепреломления, удовлетворяющий условию Nz>0,9, предпочтительно Nz≥100 (удовлетворяющий условию nx>ny≥nz), и второй слой двойного лучепреломления, удовлетворяющий условию Nz<0,1, предпочтительно Nz≤0,0 (удовлетворяющий условию nx<ny≤nz), надлежащим образом расположены между первым и вторым поляризаторами. Авторы изобретения также обнаружили, что, в отличие от двуосной пленки задержки, удовлетворяющей условию nx>nz>ny (0<Nz<1), материалы с надлежащим собственным двулучепреломлением используются для простого создания первого и второго слоев двойного лучепреломления. Таким образом, авторы изобретения нашли решение вышеописанных проблем и пришли к настоящему изобретению.
Настоящее изобретение относится к устройству жидкокристаллического дисплея, включающему в себя, в указанном порядке:
первый поляризатор;
первый слой двойного лучепреломления;
первую четвертьволновую пластинку;
жидкокристаллическую ячейку;
вторую четвертьволновую пластинку;
второй слой двойного лучепреломления и
второй поляризатор, ось поглощения которого ортогональна оси поглощения первого поляризатора,
причем первый слой двойного лучепреломления удовлетворяет условию Nz>0,9 и имеет медленную ось, лежащую в плоскости, ортогональную к оси поглощения первого поляризатора;
первая четвертьволновая пластинка имеет медленную ось, лежащую в плоскости, образующую угол около 45° с осью поглощения первого поляризатора;
жидкокристаллическая ячейка отображает черный экран за счет выравнивания молекул жидкого кристалла в жидкокристаллической ячейке вертикально к поверхности подложки;
вторая четвертьволновая пластинка имеет медленную ось, лежащую в плоскости, ортогональную к медленной оси, лежащей в плоскости, первой четвертьволновой пластинки и
второй слой двойного лучепреломления удовлетворяет условию Nz<0,1 и имеет медленную ось, лежащую в плоскости, параллельную оси поглощения второго поляризатора.
Ниже приведено подробное описание настоящего изобретения.
Устройство ЖКД, отвечающее настоящему изобретению, включает в себя, в указанном порядке, первый поляризатор, первый слой двойного лучепреломления, первую четвертьволновую пластинку, ЖК ячейку, вторую четвертьволновую пластинку, второй слой двойного лучепреломления и второй поляризатор, ось поглощения которого ортогональна оси поглощения первого поляризатора. Здесь термин “поляризатор” представляет элемент, преобразующий естественный свет в линейно поляризованный свет и также именуемый поляризационной пластиной или поляризационной пленкой. Обычно в качестве поляризатора можно использовать пленку из PVA (поливинилового спирта), на котором поглощен и выровнен дихроичный анизотропный материал, например йодный комплекс. Обычно защитная пленка, например пленка из триацетилцеллюлозы (TAC), наслаивается на соответствующие стороны пленки PVA для повышения механической прочности, влагостойкости, термостойкости и т.п., и полученная ламинированная пленка используется на практике. Если не указано обратное, термин “поляризатор” здесь означает элемент, имеющий только поляризационную функцию, не включающий в себя защитные пленки. Первый и второй поляризаторы устроены так, что один из них образует поляризатор (задний поляризатор), а другой образует анализатор (передний поляризатор). Устройство ЖКД, отвечающее настоящему изобретению, может включать в себя, в указанном порядке, первый поляризатор, первый слой двойного лучепреломления, первую четвертьволновую пластинку, ЖК ячейку, вторую четвертьволновую пластинку, второй слой двойного лучепреломления и второй поляризатор, имеющий ось поглощения, ортогональную к оси поглощения первого поляризатора, когда поверхность подложки ЖК ячейки наблюдается в плоскости. Предпочтительно, ось поглощения первого поляризатора образует угол 90° с осью поглощения второго поляризатора, когда поверхность подложки ЖК ячейки наблюдается в плоскости, чтобы устройство ЖКД могло отображать, по существу, полностью черный экран для обеспечения высокой контрастности во фронтальном направлении. Однако угол может слегка отклоняться от 90° при условии, что угол обзора компенсируется, без снижения контрастности во фронтальном направлении. В частности, преимущественные результаты настоящего изобретения могут проявляться в достаточной степени, когда ось поглощения первого поляризатора и ось поглощения второго поляризатора образуют угол в пределах 90°±1° (от 89° до 91°), когда поверхность подложки ЖК ячейки наблюдается в плоскости. В устройстве ЖКД, отвечающем настоящему изобретению, соответствующие компоненты (первый поляризатор, первый слой двойного лучепреломления, первая четвертьволновая пластинка, ЖК ячейка, вторая четвертьволновая пластинка, второй слой двойного лучепреломления, второй поляризатор, и т.п.) могут быть просто уложены один на другой, но, предпочтительно, прочно уложенные один на другой во избежание нарушения выравнивания их оптических осей. Способ укладки не имеет особых ограничений, и можно применять надлежащие способы, например, использовать адгезив, когезив и т.п. с высокой прозрачностью. Сорт адгезива, когезива и т.п. не имеет особых ограничений, но предпочтительны материалы, не демонстрирующие, по существу, никакой оптической анизотропии. Адгезив, когезив и т.п. предпочтительно отверждать или высушивать без высокотемпературных процессов и также предпочтительно отверждать или высушивать в короткий период времени, чтобы не изменять оптические характеристики пластин круговой поляризации.
ЖК ячейка, в общем случае, включает в себя пару подложек и слой ЖК между ними. ЖК ячейка, отвечающая настоящему изобретению, находится в моде VA (вертикального выравнивания), когда черный экран отображается за счет выравнивания молекул ЖК в ЖК ячейке вертикально к поверхности подложки. Мода VA включает в себя моду MVA (многодоменного VA), моду CPA (непрерывного вихревого выравнивания), моду PVA (шаблонированного VA), моду BVA (вертикального выравнивания со смещением), моду обратного TN и т.п. Таким образом, ЖК ячейка, отвечающая настоящему изобретению, может не обладать возможностью выравнивать молекулы ЖК строго вертикально к поверхности подложки и может обладать возможностью выравнивать молекулы ЖК, по существу, вертикально к ней или придавать молекулам ЖК угол предварительного наклона. ЖК ячейка может обладать возможностью выравнивать молекулы ЖК вертикально к поверхности подложки в отсутствие приложенного напряжения.
Устройство ЖКД, отвечающее настоящему изобретению, включает в себя первый слой двойного лучепреломления, первую четвертьволновую пластинку, вторую четвертьволновую пластинку и второй слой двойного лучепреломления между первым и вторым поляризаторами. Термин “слой двойного лучепреломления” представляет здесь слой, имеющий оптическую анизотропию, который также можно именовать пленкой задержки, пластинкой задержки, оптически анизотропным слоем, средой двойного лучепреломления и т.п. Термин “четвертьволновая пластинка” представляет здесь оптически анизотропный слой, дающий задержку около 1/4 длины волны (в точности 137,5 нм, но больше 115 нм и меньше 160 нм), по меньшей мере, световому пучку на длине волны 550 нм, и также именуемый пленкой задержки λ/4 или пластинкой задержки λ/4.
Устройство ЖКД, отвечающее настоящему изобретению, отображает черный экран согласно следующему механизму. Световой пучок, вошедший в первый поляризатор с нормального направления (фронтального направления), преобразуется в линейно поляризованный световой пучок первым поляризатором и проходит через первый слой двойного лучепреломления, сохраняя свое состояние поляризации. Затем, при прохождении через первую четвертьволновую пластинку, линейно поляризованный световой пучок преобразуется в световой пучок, поляризованный по кругу, и проходит через ЖК ячейку, сохраняя свое состояние поляризации. Затем, при прохождении через вторую четвертьволновую пластинку, световой пучок, поляризованный по кругу, снова преобразуется в линейно поляризованный световой пучок и проходит через второй слой двойного лучепреломления, сохраняя свое состояние поляризации, и, наконец, линейно поляризованный световой пучок блокируется вторым поляризатором. Таким образом, первый и второй слои двойного лучепреломления не призваны давать задержку падающему световому пучку с нормального направления.
В наклонных направлениях угол, образованный осями поглощения первого и второго поляризаторов, заметно отличается от соответствующего угла во фронтальном направлении. Эта заметная разница в угле компенсируется величинами задержки первого и второго слоев двойного лучепреломления. В частности, первый и второй слои двойного лучепреломления призваны давать задержку только световому пучку, падающему с наклонных направлений, таким образом, компенсируя характеристики угла обзора.
Как отмечено выше, первый и второй слои двойного лучепреломления, отвечающие настоящему изобретению, допускают, что можно обеспечить ортогональность между первым и вторым поляризаторами в наклонных направлениях, одновременно поддерживая ее во фронтальном направлении. В результате, можно обеспечить устройство ЖКД с повышенной контрастностью в наклонных направлениях и очень хорошими характеристиками угла обзора.
Устройство ЖКД, отвечающее настоящему изобретению, не имеет особых ограничений, при условии, что оно включает в себя первый поляризатор, первый слой двойного лучепреломления, первую четвертьволновую пластинку, ЖК ячейку, вторую четвертьволновую пластинку, второй слой двойного лучепреломления и второй поляризатор в качестве компонентов и может включать или не включать в себя другие компоненты.
Вышеупомянутый принцип отображения в настоящем изобретении можно обеспечить при наличии следующих соответствующих компонентов настоящего изобретения.
Первый слой двойного лучепреломления удовлетворяет условию Nz>0,9 и имеет медленную ось, лежащую в плоскости, ортогональную к оси поглощения первого поляризатора. Термин “коэффициент Nz” задается как Nz=(nx-nz)/(nx-ny), где главный показатель преломления слоя двойного лучепреломления (включающего в себя ЖК ячейку или четвертьволновую пластинку) в направлении, лежащем в плоскости, равен nx и ny (nx>ny), и его главный показатель преломления в направлении, не лежащем в плоскости (в направлении толщины), равен nz. Длина волны для измерений главного показателя преломления, задержки и других оптических характеристик здесь равна 550 нм, если не указано обратное.
В случае, когда слои двойного лучепреломления имеют одинаковый коэффициент Nz, различие в средних показателях преломления (nx+ny+nz)/3 слоев двойного лучепреломления приводит к различию в эффективной величине задержки слоев двойного лучепреломления для света, падающего с наклонных направлений, вследствие углов преломления. Таким образом, принцип конструкции усложняется. Во избежание этой проблемы средний показатель преломления каждого слоя двойного лучепреломления стандартизуется здесь до 1,5 для вычисления коэффициента Nz, если не указано обратное. Для слоя двойного лучепреломления, имеющего фактический средний показатель преломления, не равный 1,5, значение преобразуется исходя из того, что средний показатель преломления равен 1,5. Упомянутая ниже задержка Rxz стандартизуется таким же образом.
Когда первый слой двойного лучепреломления имеет коэффициент Nz менее 1,0, он удовлетворяет условию nx>nz>ny, что может затруднять его создание. В противоположность этому, в общем случае, слои двойного лучепреломления, удовлетворяющие условию 1,0≤Nz, можно легко производить общепринятыми способами (например, путем одноосного поперечного растяжения или двуосного поперечного и продольного растяжения). Однако при производстве слоев двойного лучепреломления, удовлетворяющих условию 1,0≤Nz, иногда приготавливаются слои двойного лучепреломления с Nz = около 0,9. Таким образом, можно легко приготавливать первый слой двойного лучепреломления, удовлетворяющий условию Nz>0,9. Более предпочтительно, чтобы первый слой двойного лучепреломления удовлетворял условию 1,1≤Nz≤4,0. Первый слой двойного лучепреломления, удовлетворяющий условию 1,1≤Nz≤4,0, легче создавать, потому что его можно создавать путем обычного одноосного поперечного растяжения или двуосного поперечного и продольного растяжения и, обычно, с использованием материалов с положительным собственным двулучепреломлением. Ввиду этого первый слой двойного лучепреломления, предпочтительно, включает в себя материал с положительным собственным двулучепреломлением. Когда материал с положительным собственным двулучепреломлением используется для приготовления первого слоя двойного лучепреломления, удовлетворяющего условию 1,1≤Nz≤4,0, посредством вышеупомянутого растяжения, медленную ось, лежащую в плоскости, можно ориентировать под углом 90° по отношению (ортогонально) к продольному направлению рулонированной пленки задержки, и, таким образом, межрулонную обработку можно использовать для присоединения первого слоя двойного лучепреломления к первому поляризатору. При этом также предпочтительно, чтобы материал с положительным собственным двулучепреломлением использовался для создания первого слоя двойного лучепреломления, удовлетворяющего условию 1,1≤Nz≤4,0. Поляризационные пленки, которые являются пленками из PVA, на которых поглощен и выровнен дихроичный анизотропный материал, например йодный комплекс, обычно являются рулонированным поляризатором, ось поглощения которого параллельна его продольному направлению, и их можно присоединять к первому слою двойного лучепреломления таким образом, чтобы медленная ось, лежащая в плоскости, первого слоя двойного лучепреломления образовывала угол 90° по отношению (ортогонально) к оси поглощения первого поляризатора, путем межрулонной обработки. Первый слой двойного лучепреломления может удовлетворять условию Nz>0,9 и может иметь медленную ось, лежащую в плоскости, ортогональную к оси поглощения первого поляризатора, когда поверхность подложки ЖК ячейки наблюдается в плоскости.
Второй слой двойного лучепреломления удовлетворяет условию Nz<0,1 и имеет медленную ось, лежащую в плоскости, параллельную оси поглощения второго поляризатора. Когда второй слой двойного лучепреломления имеет коэффициент Nz больше 0,0, он удовлетворяет условию nx>nz>ny, что может затруднять его создание. В противоположность этому, в общем случае, слои двойного лучепреломления, удовлетворяющие условию Nz≤0,0, можно легко производить общепринятыми способами (например, путем одноосного поперечного растяжения или двуосного поперечного и продольного растяжения). Однако при производстве слоев двойного лучепреломления, удовлетворяющих условию Nz≤0,0, иногда приготавливаются слои двойного лучепреломления с Nz = около 0,1. Таким образом, можно легко приготавливать второй слой двойного лучепреломления, удовлетворяющий условию Nz<0,1. Более предпочтительно, чтобы второй слой двойного лучепреломления удовлетворял условию -3,0≤Nz≤-0,1. Второй слой двойного лучепреломления, удовлетворяющий условию -3,0≤Nz≤-0,1, легче создавать, потому что его можно создавать путем обычного двуосного поперечного и продольного растяжения и, обычно, с использованием материалов с отрицательным собственным двулучепреломлением. Ввиду этого второй слой двойного лучепреломления, предпочтительно, включает в себя материал с отрицательным собственным двулучепреломлением. Когда материал с отрицательным собственным двулучепреломлением используется для приготовления, второй слой двойного лучепреломления, удовлетворяющий условию -3,0≤Nz≤-1,0, посредством вышеупомянутого растяжения, медленную ось, лежащую в плоскости, можно ориентировать под углом 0° по отношению (параллельно) к продольному направлению рулонированной пленки задержки, и, таким образом, межрулонную обработку можно использовать для присоединения второго слоя двойного лучепреломления ко второму поляризатору. При этом также предпочтительно, чтобы материал с отрицательным собственным двулучепреломлением использовался для создания второго слоя двойного лучепреломления, удовлетворяющего условию -3,0≤Nz≤-1,0. Второй слой двойного лучепреломления может удовлетворять условию Nz<0,1 и может иметь медленную ось, лежащую в плоскости, параллельную оси поглощения второго поляризатора, когда поверхность подложки ЖК ячейки наблюдается в плоскости.
Для достижения более высокой контрастности в широком диапазоне углов обзора (компенсация угла обзора) без снижения контрастности во фронтальном направлении, как отмечено выше, медленная ось, лежащая в плоскости, первого слоя двойного лучепреломления и ось поглощения первого поляризатора, в основном, должны образовывать угол 90°, и медленная ось, лежащая в плоскости, второго слоя двойного лучепреломления и ось поглощения второго поляризатора, в основном, должны образовывать угол 0°. Причина этому следующая.
Для поддержания контрастности во фронтальном направлении необходимо (1) деактивировать слой двойного лучепреломления во фронтальном направлении. Для компенсации угла обзора необходимо (2) активировать слой двойного лучепреломления в наклонных направлениях.
Для выполнения условия (1) слои двойного лучепреломления и поляризаторы должны удовлетворять любому из следующих осевых соотношений: (a) оптическая ось поляризатора 1 и оптическая ось слоя двойного лучепреломления 2 параллельны при наблюдении с фронтального направления (фиг.1(a)); и (b) оптическая ось поляризатора 1 и оптическая ось слоя двойного лучепреломления 2 ортогональны при наблюдении с фронтального направления (фиг.2(a)).
Термин “оптическая ось” здесь не означает оптическую ось строго в том смысле, который используется в кристаллической оптике, и задается следующим образом. Исходя из того, что вычисляется среднее значение трех главных показателей преломления слоя двойного лучепреломления и затем вычисляется разность между каждым главным показателем преломления и средним значением, главная ось, которая соответствует главному показателю преломления, имеющему максимальную по абсолютной величине разность, называется здесь “оптической осью”. Таким образом, оптически двуосный слой двойного лучепреломления имеет не две, а одну “оптическую ось”. Как было упомянуто здесь, “оптическая ось” двуосного слоя двойного лучепреломления соответствует оптической оси согласно традиционному определению, когда он оптически приближается к одноосному слою двойного лучепреломления.
Для выполнения условия (2) оси должны удовлетворять не соотношению (a), а соотношению (b). Причина этому следующая.
Когда свет падает на многослойную структуру поляризаторов 1 и слоев двойного лучепреломления 2 с наклонного направления, слой двойного лучепреломления 2, по существу, не вносит никакого вклада в наклонном направлении в случае, когда ось эффективного пропускания поляризатора 1 при наблюдении с наклонного направления параллельна одному из направлений колебаний в двух собственных модах колебаний слоя двойного лучепреломления 2 (направлению колебаний вектора электрической индукции D) света, падающего с наклонного направления. Таким образом, для активации слоя двойного лучепреломления 2 в наклонном направлении ось эффективного пропускания поляризатора 1 при наблюдении с наклонного направления не должна быть ни параллельна, ни перпендикулярна направлению колебаний в собственных модах поляризации слоя двойного лучепреломления.
В случае, когда оптическая ось поляризатора 1 и оптическая ось слоя двойного лучепреломления 2 параллельны, согласно условию (a), ось эффективного пропускания поляризатора 1 параллельна одному направлению колебаний в двух собственных модах колебаний слоя двойного лучепреломления 2 при наблюдении с любого направления, как показано на фиг.1(b). Таким образом, слой двойного лучепреломления 2 деактивируется. Напротив, в случае, когда оптическая ось поляризатора 1 и оптическая ось слоя двойного лучепреломления 2 ортогональны согласно условию (b), ось эффективного пропускания поляризатора 1 ни параллельна, ни ортогональна направлению колебаний в собственных модах поляризации слоя двойного лучепреломления 2 при наблюдении с наклонных направлений, как показано на фиг.2(b). Таким образом, слой двойного лучепреломления 2 активируется.
Поляризатор в настоящем изобретении, предпочтительно, включает в себя пленку PVA, на которой поглощен и выровнен дихроичный анизотропный материал, например йодный комплекс, и называется поляризатором О-типа. В данном случае “поляризатор О-типа” поглощает свет, колеблющийся в определенном направлении в плоскости элемента (заданном как ось поглощения), и пропускает свет, колеблющийся в направлении, ортогональном к оси поглощения в плоскости элемента (заданном как ось пропускания), и свет, колеблющийся в нормальном направлении элемента. Таким образом, поляризатор О-типа имеет одну ось поглощения и две оси пропускания, и оптическая ось поляризатора О-типа ориентирована вдоль оси поглощения.
Первый слой двойного лучепреломления, удовлетворяющий условию Nz=1,0, выступает в качестве одноосного слоя двойного лучепреломления, и его быстрая ось, лежащая в плоскости, выступает в качестве оптической оси. Здесь в случае, когда первый слой двойного лучепреломления удовлетворяет условию Nz>1,0 или 1,0>Nz>0,9, его оптическая ось параллельна медленной оси, лежащей в плоскости. Таким образом, медленная ось, лежащая в плоскости, первого слоя двойного лучепреломления и ось поглощения первого поляризатора, предпочтительно, образуют угол 90°, когда поверхность подложки ЖК ячейки наблюдается в плоскости. Угол может слегка отклоняться от 90° при условии, что угол обзора компенсируется без снижения контрастности во фронтальном направлении. В частности, преимущественные результаты настоящего изобретения могут проявляться в достаточной степени, когда медленная ось, лежащая в плоскости, первого слоя двойного лучепреломления и ось поглощения первого поляризатора образуют угол в пределах 90°±1° (от 89° до 91°), когда поверхность подложки ЖК ячейки наблюдается в плоскости.
Второй слой двойного лучепреломления, удовлетворяющий условию Nz=0,0, выступает в качестве одноосного слоя двойного лучепреломления, и его ось, ортогональная к медленной оси, лежащей в плоскости (быстрая ось, лежащая в плоскости), выступает в качестве оптической оси. Здесь в случае, когда второй слой двойного лучепреломления удовлетворяет условию Nz<0,0 или 0,0<Nz<0,1, его оптическая ось параллельна быстрой оси, лежащей в плоскости. Таким образом, медленная ось, лежащая в плоскости, второго слоя двойного лучепреломления и ось поглощения второго поляризатора, в основном, должны образовывать угол 0°. Угол может слегка отклоняться от 0° при условии, что угол обзора компенсируется без снижения контрастности во фронтальном направлении. В частности, преимущественные результаты настоящего изобретения могут проявляться в достаточной степени, когда медленная ось, лежащая в плоскости, второго слоя двойного лучепреломления и ось поглощения второго поляризатора образуют угол в пределах 0°±1° (от -1° до 1°), когда поверхность подложки ЖК ячейки наблюдается в плоскости.
Первая четвертьволновая пластинка имеет медленную ось, лежащую в плоскости, образующую угол около 45° с осью поглощения первого поляризатора, и вторая четвертьволновая пластинка имеет медленную ось, лежащую в плоскости, ортогональную к медленной оси, лежащей в плоскости, первой четвертьволновой пластинки. Первый и второй поляризаторы располагаются так, что их оси поглощения ортогональны друг другу (по схеме перекрещенных поляризаторов Николя), другими словами, вторая четвертьволновая пластинка имеет медленную ось, лежащую в плоскости, образующую угол около 45° с осью поглощения второго поляризатора. Благодаря такому взаимному расположению первой и второй четвертьволновых пластинок комбинация первого поляризатора и первой четвертьволновой пластинки и комбинация второго поляризатора и второй четвертьволновой пластинки имеют такие конструкции, что одна комбинация выступает в качестве пластины левой круговой поляризации, а другая выступает в качестве пластины правой круговой поляризации. В результате может отображаться белый экран с высоким коэффициентом пропускания. Медленные оси, лежащие в плоскости, первой и второй четвертьволновых пластинок ортогональны друг другу, и поэтому, при отображении черного экрана, величины задержки первой и второй четвертьволновых пластинок ликвидируются, и двулучепреломление вряд ли можно наблюдать, по меньшей мере, во фронтальном направлении. Поэтому, во фронтальном направлении, можно отображать почти полностью черный экран для обеспечения высокой контрастности. Как отмечено выше, для отображения белого экрана с высоким коэффициентом пропускания и почти полностью черного экрана, наиболее предпочтительно, чтобы медленные оси, лежащие в плоскости, первой и второй четвертьволновых пластинок образовывали угол 45° (+45° или -45°) с осями поглощения первого и второго поляризаторов, соответственно, но угол может слегка отклоняться от 45°, без снижения контрастности во фронтальном направлении. В частности, преимущественные результаты настоящего изобретения могут быть в достаточной степени получены, когда угол медленной оси, лежащей в плоскости, первой четвертьволновой пластинки с осью поглощения первого поляризатора и угол медленной оси, лежащей в плоскости, второй четвертьволновой пластинки с осью поглощения второго поляризатора, когда поверхность подложки ЖК ячейки наблюдается в плоскости, составляют в пределах 45°±2° (от 43° до 47°). Аналогично, преимущественные результаты настоящего изобретения могут быть в достаточной степени получены, когда угол медленной оси, лежащей в плоскости, первой четвертьволновой пластинки с медленной осью, лежащей в плоскости, второй четвертьволновой пластинки, когда поверхность подложки ЖК ячейки наблюдается в плоскости, составляют в пределах 90°±1° (от 89° до 91°).
Ниже подробно рассмотрены предпочтительные варианты осуществления устройства ЖКД, отвечающего настоящему изобретению.
Предпочтительные варианты осуществления устройства ЖКД классифицируются следующим образом согласно различию между степенями двуосности первого и второго слоев двойного лучепреломления. В случае, когда он выступает в качестве одноосного слоя двойного лучепреломления, первый слой двойного лучепреломления удовлетворяет условию Nz=1, и второй слой двойного лучепреломления удовлетворяет условию Nz=0. Таким образом, двуосный параметр ΔNz1 первого слоя двойного лучепреломления задается как |Nz-1|, и двуосный параметр ΔNz2 второго слоя двойного лучепреломления задается как |Nz|. Здесь первый слой двойного лучепреломления удовлетворяет условию Nz>0,9, и второй слой двойного лучепреломления удовлетворяет условию Nz<0,1. Таким образом, устройство ЖКД удовлетворяет условию ΔNz1≥0 и ΔNz2≥0. В этом случае предпочтительные варианты осуществления устройства ЖКД включают в себя (a) вариант осуществления, удовлетворяющий условию ΔNz1=ΔNz2, (b) вариант осуществления, удовлетворяющий условию ΔNz1<ΔNz2, и (c) вариант осуществления, удовлетворяющий условию ΔNz1>ΔNz2. Здесь “ΔNz1=ΔNz2” означает, что разность между ΔNz1 и ΔNz2 меньше 0,2.
Согласно варианту осуществления (a) первый и второй слои двойного лучепреломления имеют одинаковую степень двуосности. Согласно этому варианту осуществления можно обеспечить ЖК дисплеи с более симметричными характеристиками угла обзора и более высокой контрастностью в широком диапазоне углов обзора.
Фиг.3 и Таблица 1 демонстрируют соотношение между ΔNz1 первого слоя двойного лучепреломления и оптимальный Rxy в случае, когда выполняется ΔNz1=ΔNz2 (на фигуре “” представляет первый слой двойного лучепреломления и “” представляет второй слой двойного лучепреломления). Оптимальный Rxy - это значение, показанное, когда обеспечивается наивысшая контрастность, при наблюдении устройства ЖКД с направления биссектрисы угла, образованного осями поглощения первого и второго поляризаторов. Здесь “Rxy” - это задержка в плоскости (в нм), заданная как Rxy=(nx-ny)×d, где главный показатель преломления слоя двойного лучепреломления (включающего в себя ЖК ячейку или четвертьволновую пластинку) в направлении, лежащем в плоскости, равен nx и ny (nx≥ny); его главный показатель преломления в направлении, не лежащем в плоскости (в направлении толщины), равен nz; и толщина слоя двойного лучепреломления равна d. Термин “медленная ось, лежащая в плоскости, слоя двойного лучепреломления” представляет здесь направление главной диэлектрической оси (направление оси x), соответствующей главному показателю преломления nx. Упомянутый ниже Rxz - это задержка вне плоскости (в направлении толщины) (в нм), заданная как Rxz=(nx-nz)×d, где главный показатель преломления слоя двойного лучепреломления (включающего в себя ЖК ячейку или четвертьволновую пластинку) в направлении, лежащем в плоскости, равен nx и ny (nx≥ny); его главный показатель преломления в направлении, не лежащем в плоскости (в направлении толщины), равен nz; и толщина слоя двойного лучепреломления равна d. Упомянутая ниже задержка Rlc ЖК ячейки задается как |Rxz|. Длина волны для измерений главного показателя преломления, задержки и других оптических характеристик здесь равна 550 нм, если не указано обратное.
Значения Rxy первого и второго слоев двойного лучепреломления, наиболее предпочтительно, являются оптимальными значениями, показанными в фиг.3 и Таблице 1, соответственно, для обеспечения ЖК дисплея с высокой контрастностью в широком диапазоне углов обзора. Однако значения могут слегка отклоняться от соответствующих оптимальных значений без снижения контрастности в наклонных направлениях. Для достаточных преимущественных результатов изобретения предпочтительно, чтобы значения Rxy были равны оптимальным значениям ± 15 нм.
Как показано на фиг.3 и в Таблице 1, соотношение между ΔNz1 первого слоя двойного лучепреломления и оптимальным Rxy обычно выражается не просто, но в случае 2,0≤Nz≤4,0 (1,0≤ΔNz1≤3,0), следующая формула (1) дает достаточно хорошее приближенное значение, которое изображено линией (сплошной линией) на фиг.3.
Rxy=(72-9,6×ΔNz1) (1)
Фиг.3 и Таблица 1 показывают, что в случае 2,0≤Nz≤4,0 (1,0≤ΔNz1≤3,0), значения Rxy первого и второго слоев двойного лучепреломления составляют, предпочтительно, от 45 до 64 нм.
Таблица 1
Первый слой двойного лучепреломления Nz
ΔNz1
Второй слой двойного лучепреломления Nz
ΔNz2
Первый слой двойного лучепреломления Rxy
Второй слой двойного лучепреломления Rxy
1,0
0,0
0,0
0,0
92
92
1,1
0,1
-0,1
0,1
87
87
1,2
0,2
-0,2
0,2
83
83
1,3
0,3
-0,3
0,3
80
80
1,4
0,4
-0,4
0,4
77
77
1,5
0,5
-0,5
0,5
74
74
2,0
1,0
-1,0
1,0
64
64
2,2
1,2
-1,2
1,2
61
61
2,3
1,3
-1,3
1,3
60
60
2,8
1,8
-1,8
1,8
54
54
3,0
2,0
-2,0
2,0
53
53
3,3
2,3
-2,3
2,3
50
50
3,5
2,5
-2,5
2,5
48
48
4,0
3,0
-3,0
3,0
45
45
Согласно варианту осуществления (b) первый слой двойного лучепреломления имеет относительно низкий двуосный параметр и второй слой двойного лучепреломления имеет относительно высокий двуосный параметр. В этом варианте осуществления первый слой двойного лучепреломления требует более низкой задержки Rxy по сравнению с вариантом осуществления (a). Таким образом, можно обеспечить ЖК дисплей с более высокой контрастностью в широком диапазоне углов обзора, даже если первый слой двойного лучепреломления включает в себя материал, который с меньшей вероятностью демонстрирует задержку.
Фиг.4 и Таблица 2 демонстрируют соотношение между ΔNz2 и оптимальным Rxy в случае, когда выполняются ΔNz1=0 и ΔNz2>0 (на фигуре “” представляет первый слой двойного лучепреломления и “” представляет второй слой двойного лучепреломления). Оптимальный Rxy - это значение, показанное, когда обеспечивается наивысшая контрастность, при наблюдении устройства ЖКД с направления биссектрисы угла, образованного осями поглощения первого и второго поляризаторов. Значения Rxy первого и второго слоев двойного лучепреломления, наиболее предпочтительно, являются оптимальными значениями, показанными на фиг.4 и в Таблице 2, соответственно, для обеспечения ЖК дисплея с высокой контрастностью в широком диапазоне углов обзора. Однако значения могут слегка отклоняться от соответствующих оптимальных значений без снижения контрастности в наклонных направлениях. Для достаточных преимущественных результатов изобретения предпочтительно, чтобы значения Rxy были равны оптимальным значениям ±15 нм. Настоящее изобретение удовлетворяет условию, но без ограничения, ΔNz1=0 (Nz=1,0), и, в общем случае, ΔNz1≥0 (Nz>0,9). Чем ближе значение ΔNz1 к значению ΔNz2, тем ближе изобретение к варианту осуществления (a) (ΔNz1=ΔNz2). Таким образом, согласно варианту осуществления (b), оптимальный Rxy для каждого из ΔNz1 и ΔNz2 предположительно принимает значение между оптимальным Rxy, полученным из Таблицы 1, и оптимальным Rxy, полученным из Таблицы 2.
Таблица 2
Первый слой двойного лучепреломления Nz
ΔNz1
Второй слой двойного лучепреломления Nz
ΔNz2
Первый слой двойного лучепреломления Rxy
Второй слой двойного лучепреломления Rxy
1,0
0,0
0,0
0,0
92
92
1,1
0,1
0,0
0,0
83
96
1,2
0,2
0,0
0,0
75
100
1,3
0,3
0,0
0,0
70
103
1,4
0,4
0,0
0,0
64
106
1,5
0,5
0,0
0,0
60
108
2,0
1,0
0,0
0,0
45
116
2,2
1,2
0,0
0,0
40
118
2,3
1,3
0,0
0,0
39
119
2,8
1,8
0,0
0,0
32
123
3,0
2,0
0,0
0,0
29
124
3,3
2,3
0,0
0,0
27
125
3,5
2,5
0,0
0,0
25
126
4,0
3,0
0,0
0,0
22
127
Согласно варианту осуществления (c) первый слой двойного лучепреломления имеет относительно высокий двуосный параметр и второй слой двойного лучепреломления имеет относительно низкий двуосный параметр. В этом варианте осуществления второй слой двойного лучепреломления требует более низкой задержки Rxy по сравнению с вариантом осуществления (a). Таким образом, можно обеспечить ЖК дисплей с более высокой контрастностью в широком диапазоне углов обзора, даже если второй слой двойного лучепреломления включает в себя материал, который с меньшей вероятностью демонстрирует задержку.
Фиг.5 и Таблица 3 демонстрируют соотношение между ΔNz1 и оптимальным Rxy в случае, когда выполняются ΔNz2=0 и ΔNz1>0 (на фигуре “” представляет первый слой двойного лучепреломления и “” представляет второй слой двойного лучепреломления). Оптимальный Rxy - это значение, показанное, когда обеспечивается наивысшая контрастность, при наблюдении устройства ЖКД с направления биссектрисы угла, образованного осями поглощения первого и второго поляризаторов. Значения Rxy первого и второго слоев двойного лучепреломления, наиболее предпочтительно, являются оптимальными значениями, показанными на фиг.5 и в Таблице 3, соответственно, для обеспечения ЖК дисплея с высокой контрастностью в широком диапазоне углов обзора. Однако значения могут слегка отклоняться от соответствующих оптимальных значений без снижения контрастности в наклонных направлениях. Для достаточных преимущественных результатов изобретения предпочтительно, чтобы значения Rxy были равны оптимальным значениям ±15 нм. Настоящее изобретение удовлетворяет условию, но без ограничения, ΔNz2=0 (Nz=0,0), и, в общем случае, ΔNz2≥0 (Nz<0,1). Чем ближе значение ΔNz2 к значению ΔNz1, тем ближе изобретение к варианту осуществления (a) (ΔNz1=ΔNz2). Таким образом, согласно варианту осуществления (c), оптимальный Rxy для каждого из ΔNz1 и ΔNz2 предположительно принимает значение между оптимальным Rxy, полученным из Таблицы 1, и оптимальным Rxy, полученным из Таблицы 3.
Таблица 3
Первый слой двойного лучепреломления Nz
ΔNz1
Второй слой двойного лучепреломления Nz
ΔNz2
Первый слой двойного лучепреломления Rxy
Второй слой двойного лучепреломления Rxy
1,0
0,0
0,0
0,0
92
92
1,0
0,0
-0,1
0,1
96
83
1,0
0,0
-0,2
0,2
100
75
1,0
0,0
-0,3
0,3
103
70
1,0
0,0
-0,4
0,4
106
64
1,0
0,0
-0,5
0,5
108
60
1,0
0,0
-1,0
1,0
116
45
1,0
0,0
-1,2
1,2
118
40
1,0
0,0
-1,3
1,3
119
39
1,0
0,0
-1,8
1,8
123
32
1,0
0,0
-2,0
2,0
124
29
1,0
0,0
-2,3
2,3
125
27
1,0
0,0
-2,5
2,5
126
25
1,0
0,0
-3,0
3,0
127
22
Предпочтительно, чтобы двуосный параметр ΔNz1 первого слоя двойного лучепреломления был, по существу, равен двуосному параметру ΔNz2 второго слоя двойного лучепреломления, чтобы ортогональность между первым и вторым поляризаторами хорошо поддерживалась также в наклонных направлениях и можно было обеспечить более высокую контрастность в широком диапазоне углов обзора, хотя предпочтительные варианты осуществления устройства ЖКД, отвечающего настоящему изобретению, были описаны со ссылкой на варианты осуществления (a)-(c), классифицированные согласно различию между степенями двуосности первого и второго слоев двойного лучепреломления. В связи с этим ортогональность между первым и вторым поляризаторами можно хорошо поддерживать также в наклонных направлениях, и, таким образом, можно обеспечить устройства ЖКД с более симметричными характеристиками угла обзора и более высокой контрастностью в широком диапазоне углов обзора. С этих точек зрения более предпочтительно, чтобы выполнялось |ΔNz1-ΔNz2|≤0,4, и еще более предпочтительно, чтобы выполнялось |ΔNz1-ΔNz2|≤0,2, и особенно предпочтительно, чтобы выполнялось |ΔNz1-ΔNz2|≤0,1.
Первый слой двойного лучепреломления, предпочтительно, удовлетворяет условию 2,0≤Nz≤4,0, более предпочтительно, 2,3≤Nz≤3,3. В связи с этим устройства ЖКД с более высокой контрастностью в широком диапазоне углов обзора можно создавать с низкими затратами. Причина этого описана ниже.
В устройствах ЖКД на основе VA, включающих в себя пластину линейной поляризации (далее именуемых устройствами ЖКД на основе LPVA), также до сих пор предлагалась оптическая компенсация, предусматривающая использование пленок задержки для более высокой контрастности в широком угле обзора. На практике использовались устройства ЖКД на основе LPVA, включающие в себя две двуосные пленки задержки для оптической компенсации. Коэффициенты Nz и заданные значения Rxy двуосных пленок задержки зависят от задержки ЖК ячейки, или Rlc=|Rxy|, но в случае Rlc = от 290 до 370 нм, которая равна задержке типичной ЖК ячейки на основе VA, выполняются 2,3≤Nz≤3,3 и 50 нм≤Rxy≤60 нм, и это соответствует первому слою двойного лучепреломления согласно варианту осуществления (a). В частности, когда, согласно настоящему изобретению, условия задержки первого и второго слоев двойного лучепреломления регулируются в таком диапазоне обеспечения высокой контрастности в широком угле обзора, и такие же условия задержки, как в вышеупомянутой двуосной пленке задержки, практически используемой в устройствах ЖКД на основе LPVA, можно применять к первому слою двойного лучепреломления, это предпочтительно применительно к использованию элементов, общих для ЖКД на основе CPVA и ЖКД на основе LPVA и снижению затрат. Вышеупомянутая двуосная пленка задержки широко используется в больших телевизорах, и поэтому может быть легко доступной с низкими затратами. В результате исследований авторов изобретения было обнаружено, что использование двуосной пленки задержки, удовлетворяющей тем же условиям задержки, что и первый слой двойного лучепреломления, отвечающий настоящему изобретению, позволяет добиться высокой контрастности в широком угле обзора. Этот принцип раскрыт ниже со ссылкой на сферу Пуанкаре.
Сфера Пуанкаре широко известна в оптике кристаллов как полезный подход для отслеживания состояния поляризации светового пучка, распространяющегося через слой двойного лучепреломления (например, см. “Kessyo Kogaku”, написанную Takasaki Hiroshi, опубликованную Morikita Publishing Co., Ltd., 1975, стр.146-163). На сфере Пуанкаре состояние правосторонней поляризации представлено на верхней полусфере; состояние левосторонней поляризации - на нижней полусфере, состояние линейной поляризации - на экваторе; состояния правой и левой круговой поляризации - на верхнем и нижнем полюсах, соответственно. Между двумя состояниями поляризации, симметричными относительно центра сферы, углы эллиптичности равны по абсолютному значению, но противоположны по знаку. Это показывает, что два состояния поляризации находятся в ортогональном состоянии поляризации. Эффекты, характерные для слоя двойного лучепреломления, показаны на сфере Пуанкаре следующим образом. Точка, демонстрирующая состояние поляризации светового пучка до распространения через слой двойного лучепреломления, поворачивается в направлении против часовой стрелки на угол, равный (2π)×(задержка)/(длина волны) (в радианах), вокруг медленной оси (в частности, точка, демонстрирующая состояние поляризации более медленной из двух собственных мод колебаний слоя двойного лучепреломления) (это то же самое, когда точка поворачивается в направлении по часовой стрелке вокруг быстрой оси). Центр поворота и угол поворота в наклонном направлении наблюдения определяются медленной осью и задержкой под углом обзора. Хотя это не объясняется подробно, их можно вычислить, например, определив направление колебаний в собственной моде колебаний и волновой вектор в слое двойного лучепреломления из уравнения Френеля для нормального падения. Медленная ось в наклонном направлении наблюдения зависит от угла обзора и коэффициента Nz, заданного как (nx-nz)/(nx-ny), или определенных выше двуосных параметров ΔNz1 и ΔNz2. Задержка в наклонном направлении наблюдения зависит от угла обзора, двуосных параметров ΔNz1 и ΔNz2 и величин задержки Rxy и Rxz.
Рассмотрим состояние поляризации светового пучка, распространяющегося через устройство ЖКД на основе LPVA, где оптическая компенсация обеспечивается двумя двуосными пленками задержки. Устройство ЖКД на основе LPVA имеет, согласно фиг.6, многослойную структуру, состоящую из первого поляризатора 11 (азимут оси поглощения 90°), первой двуосной пленки задержки r1 (азимут медленной оси 0°), ЖК ячейки на основе VA 31, второй двуосной пленки задержки r2 (азимут медленной оси 90°) и второго поляризатора (азимут оси поглощения 0°). Устройство ЖКД, показанное на фиг.6, наблюдается с направления с азимутальным углом (далее также именуемым азимутальным углом 45°), делящим пополам угол, образованный азимутом оси поглощения 90° первого поляризатора 11 и азимутом оси поглощения 0° второго поляризатора 12, и направления, отклоненного от нормального направления на 60° (далее также именуемого углом наклона 60°). Состояние поляризации светового пучка, выходящего из устройства подсветки (не показано, располагается под первым поляризатором 11) на выходе первого поляризатора 11, представляется как P0 на сфере Пуанкаре, и P0 не соответствует E, демонстрирующей состояние поляризации, которое второй поляризатор 12 может поглощать, т.е. позиции тушения (азимуту оси поглощения) второго поляризатора 12. Это представлено на плоскости S1-S2 сферы Пуанкаре на фиг.7(a) и представлено на ее плоскости S1-S3 на фиг.7(b). Точки, демонстрирующие соответствующие состояния поляризации, фактически находятся на сфере Пуанкаре, но проецируются на плоскости S1-S2 и S1-S3, соответственно.
P0 и E, находящиеся на оси S2, когда устройство ЖКД наблюдается во фронтальном направлении (не показано), не перекрываются друг с другом в наклонном направлении с азимутальным углом 45° и углом наклона 60°. Исходя из того, что устройство ЖКД исключает ЖК ячейку на основе VA 31 и первую и вторую двуосные пленки задержки r1 и r2, утечка света будет происходить в наклонном направлении. На практике, однако, устройство ЖКД включает в себя ЖК ячейку на основе VA 31 и первую и вторую двуосные пленки задержки r1 и r2, и поэтому световой пучок, проходящий через первую двуосную пленку задержки r1, изменяет свое состояние поляризации. Таким образом, P0 поворачивается на определенный угол вокруг медленной оси первой двуосной пленки задержки r1, представленной как R1 на сфере Пуанкаре, для достижения P1. В этом случае вращение происходит в направлении против часовой стрелки, когда начало координат O наблюдается с R1. Затем световой пучок проходит через ЖК ячейку на основе VA 31, и, таким образом, P1 поворачивается на определенный угол вокруг медленной оси ЖК ячейки, представленной как LC на сфере Пуанкаре, для достижения P2. В этом случае вращение происходит в направлении против часовой стрелки, когда начало координат O наблюдается с LC. P2 располагается на южном полушарии сферы Пуанкаре, и поэтому P2 и стрелка, демонстрирующей траекторию к P2, показаны пунктирной линией на фиг.7(a). Наконец, световой пучок проходит через вторую двуосную пленку задержки r2, и, таким образом, P2 поворачивается на определенный угол вокруг медленной оси второй двулучепреломляющей пленки задержки r2, представленной как R2 (медленная ось) на сфере Пуанкаре, чтобы, в конце концов, достичь P3. P3 соответствует E. В этом случае вращение происходит в направлении против часовой стрелки, когда начало координат O наблюдается с R2. На фиг.7(b), где состояние поляризации представлено на плоскости S1-S3, преобразование из P2 в P3 показано как вращение по часовой стрелке вокруг быстрой оси второй двуосной пленки задержки r2, представленной как R2 (быстрая ось) на сфере Пуанкаре. Таким образом, устройство ЖКД, показанное на фиг.6, может блокировать световой пучок от устройства подсветки также при наблюдении с направления с азимутальным углом 45° и углом наклона 60°, по аналогии с наблюдением во фронтальном направлении. В частности, согласно устройству ЖКД на фиг.6, состояние поляризации, представленное как P0 на сфере Пуанкаре, окончательно преобразуется в представленное как E, через P1 и P2, с использованием трех сред двойного лучепреломления, т.е. первой двуосной пленки задержки r1, ЖК ячейки на основе VA 31 и второй двуосной пленки задержки r2.
Теперь рассмотрим случай, когда вместо ЖК ячейки на основе VA 31 и второй двуосной пленки задержки r2 на сфере Пуанкаре располагается двуосная пленка задержки r2', имеющая медленную ось, представленную как R2'. В этом случае P1 поворачивается вокруг медленной оси двуосной пленки задержки r2', представленной как R2' на сфере Пуанкаре, не в направлении по часовой стрелке, а в направлении против часовой стрелки, когда начало координат O наблюдается с R2'. Поэтому P2' после преобразования можно привести в соответствие с E, когда выбрана правильная задержка Rxy. Исследования авторов изобретения показали, что медленную ось можно представить как R2' на сфере Пуанкаре в наклонном направлении наблюдения с азимутальным углом 45° и углом наклона 60°, разместив второй слой двойного лучепреломления, удовлетворяющий условию Nz<0,1, так, чтобы его медленная ось, лежащая в плоскости, образовывала угол 0° с осью поглощения второго поляризатора 12. Полная конфигурация в этом случае показана на фиг.8. В частности, многослойное тело, показанное на фиг.8, состоит из первого поляризатора 11 (азимут оси поглощения 90°), первой двуосной пленки задержки r1 (азимут медленной оси 0°), второй двуосной пленки задержки r2' (азимут медленной оси 0°) и второго поляризатора 12 (азимут оси поглощения 0°). Благодаря использованию двух сред двойного лучепреломления, т.е. первой двуосной пленки задержки r1 и второй двуосной пленки задержки r2', состояние поляризации, представленное как P0 на сфере Пуанкаре, окончательно преобразуется в представленное как E, через P1. В этом состоит принципиальная причина, по которой устройство ЖКД, отвечающее настоящему изобретению, может хорошо поддерживать ортогональность между первым и вторым поляризаторами даже в наклонном направлении. Это проецируется на плоскость S1-S2 на сфере Пуанкаре на фиг.9(a) и проецируется на плоскость S1-S3 на фиг.9(b). Таким образом, такие же условия задержки, как в вышеупомянутой двуосной пленке задержки, практически используемой в ЖКД на основе LPVA, можно использовать для первого слоя двойного лучепреломления, отвечающего настоящему изобретению. Кроме того, чтобы P2', демонстрирующая конечное состояние поляризации, соответствовала E, более предпочтительно, чтобы двуосный параметр ΔNz1 первого слоя двойного лучепреломления был, по существу, равен двуосному параметру ΔNz2 второго слоя двойного лучепреломления, благодаря чему R2' и R1 оказываются симметричны относительно оси S2 сферы Пуанкаре. Дело в том, что расстояние от R1 и оси S2 зависит от ΔNz1 и расстояние между R2' и осью S2 зависит от ΔNz2, и, кроме того, эти расстояния одинаковы, когда выполняется ΔNz1=ΔNz2. Чтобы P2', демонстрирующая конечное состояние поляризации, соответствовала E, предпочтительно, чтобы задержка Rxy второго слоя двойного лучепреломления была, по существу, такая же, как у первого слоя двойного лучепреломления.
Вышеприведенное описание относится к случаю, когда более высокую контрастность в широком диапазоне углов обзора можно обеспечить согласно варианту осуществления, где отсутствует какая-либо среда двойного лучепреломления между первым слоем двойного лучепреломления (соответствующим вышеупомянутой первой двуосной пленке задержки r1) и вторым слоем двойного лучепреломления (соответствующим вышеупомянутой второй двуосной пленке задержки r2'). На практике, однако, устройство ЖКД, отвечающее настоящему изобретению, включает в себя первую четвертьволновую пластинку, ЖК ячейку и вторую четвертьволновую пластинку между первым и вторым слоями двойного лучепреломления. Также и в этом случае можно получить те же эффекты, что и в случае в отсутствие расположения каких-либо сред двойного лучепреломления, когда в наклонных направлениях влияния двулучепреломления, свойственные этим средам двойного лучепреломления, можно минимизировать.
С этих точек зрения предпочтительно надлежащим образом регулировать коэффициенты Nz первой и второй четвертьволновых пластинок в устройстве ЖКД, отвечающем настоящему изобретению. Кроме того, предпочтительно, чтобы устройство ЖКД дополнительно включало в себя третий слой двойного лучепреломления, удовлетворяющий условию Rxy≤10 нм и Rxz>0 нм, между первой четвертьволновой пластинкой и жидкокристаллической ячейкой и/или между жидкокристаллической ячейкой и второй четвертьволновой пластинкой. В связи с этим влияния двулучепреломления, присущие ЖК слою и первой и второй четвертьволновым пластинкам, можно минимизировать в наклонных направлениях. В результате можно обеспечить устройство ЖКД с более высокой контрастностью в широком диапазоне углов обзора. Когда задержка Rxy третьего слоя двойного лучепреломления больше 10 нм, контрастность во фронтальном направлении может снижаться. Для эффективного достижения преимущественных результатов настоящего изобретения предпочтительно, чтобы третий слой двойного лучепреломления располагался рядом с ЖК ячейкой. Выражение “расположенный рядом с” означает здесь, что никакой среды двойного лучепреломления не располагается между ЖК ячейкой и третьим слоем двойного лучепреломления. В одном варианте осуществления, например, между третьим слоем двойного лучепреломления и ЖК ячейкой может располагаться изотропная пленка.
Оптимальный Rxz третьего слоя двойного лучепреломления (сумма значений Rxz при наличии двух или более третьих слоев двойного лучепреломления) выражается следующей формулой (2) и зависит от Nzq1, Nzq2 и Rlc, где коэффициент Nz первой четвертьволновой пластинки задается как Nzq1; коэффициент Nz второй четвертьволновой пластинки задается как Nzq2 и задержка Rlc ЖК ячейки задается как |Rxz|. Когда значение (Nzq1+Nzq2) велико, оптимальный Rxz может быть равен нулю, и это означает, что никакой третий слой двойного лучепреломления не требуется.
Rxz=Rlc-137,5×(Nzq1+Nzq2-1) (2).
Наиболее предпочтительно, чтобы задержка Rxz третьего слоя двойного лучепреломления принимала оптимальное значение, удовлетворяющее вышеприведенной формуле (2), ввиду обеспечения устройства ЖКД с более высокой контрастностью в широком диапазоне углов обзора. Однако задержка Rxz может слегка отклоняться от оптимального значения без снижения контрастности в наклонном направлении. Задержка Rxz, предпочтительно, равна оптимальному значению ±50 нм ввиду получения достаточных преимущественных результатов настоящего изобретения. Оптимальная задержка Rxz вычисляется следующим образом.
Ниже рассмотрен случай, когда устройство ЖКД, имеющее описанную ниже конфигурацию, наблюдается в направлении с азимутальным углом 45° и углом наклона 60°. Устройство ЖКД имеет, согласно фиг.10, многослойную структуру, состоящую из первого поляризатора 11 (азимут оси поглощения 90°), первого слоя двойного лучепреломления r1 (азимут медленной оси 0°), первой четвертьволновой пластинки q1 (азимут медленной оси 135°), ЖК ячейки на основе VA 31, третьего слоя двойного лучепреломления r3, второй четвертьволновой пластинки q2 (азимут медленной оси 45°), второго слоя двойного лучепреломления r2 (азимут медленной оси 0°) и второго поляризатора 12 (азимут оси поглощения 0°). При наблюдении в наклонном направлении положение на сфере Пуанкаре медленной оси Q1 первой четвертьволновой пластинки q1, медленной оси LC ЖК ячейки на основе VA 31, медленной оси R3 третьего слоя двойного лучепреломления r3, медленной оси Q2 второй четвертьволновой пластинки q2 удовлетворяет соотношению, показанному на фиг.11. Когда изменения состояния поляризации на выходе соответствующих сред двойного лучепреломления рассматриваются как вращение и преобразование точек на сфере Пуанкаре, демонстрирующих состояние поляризации, преобразования, приписываемые соответствующим средам двойного лучепреломления, имеют один и тот же центр поворота, но отличаются друг от друга направлением вращение и углом поворота. Соответствующие углы поворота пропорциональны эффективной величине задержки первой четвертьволновой пластинки q1, ЖК ячейки на основе VA 31, третьего слоя двойного лучепреломления r3 и второй четвертьволновой пластинки q2 в вышеупомянутом наклонном направлении наблюдения. Их соответствующие эффективные величины задержки фактически выражаются следующими формулами (3)-(6):
Γq1 (45, 60)=140+56,1×(Nzq1-0,5)
(3)
Γlc (45, 60)=0,408×Rlc
(4)
Γr3 (45, 60)=0,408×Rxz
(5)
Γq2 (45, 60)=140-56,0×(Nzq2-0,5)
(6)
где эффективная задержка первой четвертьволновой пластинки q1 в наклонном направлении наблюдения задается как Γq1 (45, 60), эффективная задержка ЖК ячейки на основе VA 31 в наклонном направлении наблюдения - как Γlc (45, 60), эффективная задержка третьего слоя двойного лучепреломления r3 в наклонном направлении наблюдения - как Γr3 (45, 60), эффективная задержка второй четвертьволновой пластинки q2 в наклонном направлении наблюдения - как Γq2 (45, 60). Для упрощения расчетов предполагается, что третий слой двойного лучепреломления r3 удовлетворяет условию Rxy=0 нм.
Предполагается, что устройство ЖКД подчиняется следующей формуле (7).
+ Γq1 (45, 60) Γlc-(45, 60)+Γr3 (45, 60)-Γq2 (45, 60)=0
(7)
В этом случае световой пучок, излучаемый из устройства подсветки (не показано, располагается под первым поляризатором 11), проходит последовательно через первый поляризатор 11 и первый слой двойного лучепреломления r1 и затем преобразуется в состояние поляризации, представленное как P1 на сфере Пуанкаре, в представленное как P2 после прохождения через первую четвертьволновую пластинку q1, в представленное как P3 после прохождения через ЖК ячейку на основе VA 31, в представленное как P4 после прохождения через третий слой двойного лучепреломления r3 и, наконец, в представленное как P5 после прохождения через вторую четвертьволновую пластинку q2. P5, демонстрирующая конечное состояние поляризации, соответствует P1, и конечное состояние поляризации не полностью изменяется от того, которое было до падения на первую четвертьволновую пластинку q1. Это показывает, что при наблюдении, по меньшей мере, в наклонном направлении с азимутальным углом 45° и углом наклона 60°, устройство ЖКД, показанное на фиг.10, оптически эквивалентно многослойному телу на фиг.8 для обеспечения более высокой контрастности. Таким образом, определяется оптимальная задержка Rxz третьего слоя двойного лучепреломления. В частности, формулы (3)-(6) подставляются в формулу (7) для вывода формулы (2). Позиции P2-P5 на фиг.11 зависят от Rlc, Nzq1 и Nzq2, и на фиг.11 показан, в порядке примера, вариант осуществления, где выполняются Rlc=320 нм и Nzq1=Nzq2=1,0. Просто демонстрируя преобразование состояния поляризации, позиции соответствующих точек показаны приблизительно и могут не быть точными. Для упрощения иллюстрации стрелки, демонстрирующие переход от P2 к P5, не показаны.
Ниже будет рассмотрен случай, когда устройство ЖКД наблюдается в наклонном направлении с азимутальным углом 0° и углом наклона 60°. В наклонном направлении позиционное соотношение на сфере Пуанкаре между медленной осью Q1 первой четвертьволновой пластинки q1, медленной осью LC ЖК ячейки на основе VA 31, медленной осью R3 третьего слоя двойного лучепреломления r3 и медленной осью Q2 второй четвертьволновой пластинки q2 показано на фиг.12. В отличие от наклонного направления с азимутальным углом 45° и углом наклона 60°, в наклонном направлении с азимутальным углом 0° и углом наклона 60°, позиции Q1 и Q2 зависят от Nzq1 и Nzq2. На фиг.12 показан, в порядке примера, вариант осуществления, где выполняется Nzq1=Nzq2=1,0. Центр поворота преобразования, приписываемого ЖК ячейке на основе VA 31, и преобразования, приписываемого третьему слою двойного лучепреломления r3, совпадают, но отличаются от центра поворота преобразования, приписываемого первой четвертьволновой пластинке q1, и преобразования, приписываемого второй четвертьволновой пластинке q2. В этом случае световой пучок, излучаемый из устройства подсветки, проходит последовательно через первый поляризатор 11 и первый слой двойного лучепреломления r1 и преобразуется в состояние поляризации, представленное как P1 на сфере Пуанкаре (P1 соответствует P0, поскольку первый слой двойного лучепреломления r1 не оказывает влияния в наклонном направлении с азимутальным углом 0° и углом наклона 60°), и затем в представленное как P2 после прохождения через первую четвертьволновую пластинку q1, в представленное как P3 после прохождения через ЖК ячейку на основе VA 31, в представленное как P4 после прохождения через третий слой двойного лучепреломления r3 и в представленное как P5 после прохождения через вторую четвертьволновую пластинку q2. P5, демонстрирующая конечное состояние поляризации, не всегда соответствует P1. В частности, устройство ЖКД, показанное на фиг.10, не обязательно оптически эквивалентно многослойному телу на фиг.8 и может не обеспечивать достаточно высокую контрастность в наклонном направлении с азимутальным углом 0° и углом наклона 60°. На фиг.12 позиции P2-P5 зависят от Rlc, Nzq1 и Nzq2. На фиг.12 показан, в порядке примера, вариант осуществления, где выполняются Rlc=320 нм, Nzq1=Nzq2=1,0. Просто демонстрируя преобразование состояния поляризации, позиции соответствующих точек показаны приблизительно и могут не быть точными.
Для обеспечения устройства ЖКД, которое может демонстрировать более высокую контрастность также в наклонном направлении с азимутальным углом 0° и углом наклона 60° для достижения более высокой контрастности в широком диапазоне углов обзора, первая и вторая четвертьволновые пластинки предпочтительно удовлетворяют условию 0,8≤Nzq1+Nzq2≤1,2 и, более предпочтительно, 0,9≤Nzq1+Nzq2≤1,1, и еще более предпочтительно, Nzq1+Nzq2=1,0. Причина этого рассмотрена ниже.
В случае выполнения Nzq1+Nzq2=1,0 медленная ось Q1 первой четвертьволновой пластинки q1 и медленная ось Q2 второй четвертьволновой пластинки q2 на сфере Пуанкаре всегда симметричны относительно начала координат O независимо от направления наблюдения. Кроме того, в наклонном направлении с любым азимутом Φ и углом наклона 60° эффективная задержка Γq1 (Φ, 60) первой четвертьволновой пластинки q1 и эффективная задержка Γq2 (Φ, 60) второй четвертьволновой пластинки q2 почти одинаковы. На основании формулы (2), для более высокой контрастности в наклонном направлении с азимутальным углом 45° и углом наклона 60°, оптимальная задержка Rxz третьего слоя двойного лучепреломления равна Rlc, когда выполняется Nzq1+Nzq2=1,0. Соответственно, когда устройство ЖКД, удовлетворяющее условию Nzq1+Nzq2=1,0, наблюдается с направления с азимутальным углом 0° и углом наклона 60°, позиционное соотношение на сфере Пуанкаре между медленной осью Q1 первой четвертьволновой пластинки q1, медленной осью LC ЖК ячейки на основе VA 31, медленной осью R3 третьего слоя двойного лучепреломления r3 и медленной осью Q2 второй четвертьволновой пластинки q2 показано на фиг.13. Позиции Q1 и Q2 зависят от Nzq1 и Nzq2. На фиг.13 показан, в порядке примера, вариант осуществления, где выполняются Nzq1=1,0 и Nzq2=0,0. Преобразование, приписываемое ЖК ячейке на основе VA 31 и приписываемое слою двойного лучепреломления r3, имеют один и тот же центр поворота и одинаковое абсолютное значение угла поворота, но углы поворота отличаются полярностью. Преобразование, приписываемое первой четвертьволновой пластинке q1 и приписываемое второй четвертьволновой пластинке q2, имеют один и тот же центр поворота и одинаковое абсолютное значение угла поворота, но углы поворота отличаются полярностью. В этом случае световой пучок, излучаемый из устройства подсветки, проходит последовательно через первый поляризатор 11 и первый слой двойного лучепреломления r1 и преобразуется в состояние поляризации, представленное как P1 на сфере Пуанкаре (P1 соответствует P0, поскольку первый слой двойного лучепреломления r1 не оказывает влияния в наклонном направлении с азимутальным углом 0° и углом наклона 60°), и затем в представленное как P2 после прохождения через первую четвертьволновую пластинку q1, в представленное как P3 после прохождения через ЖК ячейку на основе VA 31, в представленное как P4 после прохождения через третий слой двойного лучепреломления r3 и в представленное как P5 после прохождения через вторую четвертьволновую пластинку q2. P5, демонстрирующая конечное состояние поляризации, соответствует P1, и это показывает, что конечное состояние поляризации не полностью изменяется от того, которое было до падения на первую четвертьволновую пластинку q1. Таким образом, устройство ЖКД, удовлетворяющее условию Nzq1+Nzq2=1,0, оптически эквивалентно многослойному телу на фиг.8, демонстрируя более высокую контрастность при наблюдении в наклонном направлении с азимутальным углом 0° и углом наклона 60°. На фиг.13 позиции P2-P5 зависят от Rlc, Nzq1 и Nzq2. На фиг.13 показан, в порядке примера, вариант осуществления, где выполняются Rlc=320 нм, Nzq1=1,0, Nzq2=0,0. Просто демонстрируя преобразование состояния поляризации, позиции соответствующих точек показаны приблизительно и могут не быть точными.
В настоящем изобретении первый слой двойного лучепреломления располагается на одной стороне ЖК ячейки и второй слой двойного лучепреломления - на другой ее стороне. Согласно этой конфигурации, первый слой двойного лучепреломления может защищать первый поляризатор и второй слой двойного лучепреломления может защищать второй поляризатор. Это избавляет от необходимости в обеспечении пленки TAC, изотропной пленки и т.п. для защиты поляризаторов, что позволяет производить тонкопрофильное и экономичное устройство ЖКД. Использование четвертьволновой пластинки также в качестве защитной пленки для поляризатора приводит к производственной проблеме, не позволяющей использовать межрулонную обработку, поскольку ось поглощения поляризатора должна образовывать угол 45° с медленной осью, лежащей в плоскости, четвертьволновой пластинки.
Когда первый и второй слои двойного лучепреломления располагаются только на одной стороне ЖК ячейки, первый или второй слой двойного лучепреломления необходимо растягивать в его продольном направлении, таким образом, ориентируя его ось в продольном направлении рулона во время межрулонной обработки для присоединения поляризатора и первого и второго слоев двойного лучепреломления. В этом случае трудно эффективно использовать слои двойного лучепреломления, которые широко используются в больших телевизорах.
Результаты изобретения
Устройство ЖКД, отвечающее настоящему изобретению, имеет высокую контрастность в широком диапазоне углов обзора, и его можно легко производить с низкими затратами, поскольку оно включает в себя первый слой двойного лучепреломления, удовлетворяющий условию Nz>0,9, и второй слой двойного лучепреломления, удовлетворяющий условию Nz<0,1. Такое устройство ЖКД, отвечающее настоящему изобретению, предпочтительно использовать в устройствах отображения, например телевизорах и мобильных устройствах.
Предпочтительные варианты осуществления
Слой двойного лучепреломления
Что касается слоев двойного лучепреломления, используемых в настоящем изобретении, их материалы и оптические характеристики не имеют особых ограничений. Примеры материалов включают в себя тонкие пластины, выполненные из неорганических материалов, растянутые полимерные пленки и материалы с фиксированным выравниванием молекул жидкого кристалла.
Способ формирования слоев двойного лучепреломления не имеет особых ограничений. Полимерные пленки можно формировать путем литья растворителя, экструзии расплава и т.п. Альтернативно, можно использовать коэкструдирование для одновременного формирования совокупности слоев двойного лучепреломления. Полимерные пленки можно растягивать или не растягивать при условии обеспечения нужных величин задержки. Способ растяжения не имеет особых ограничений. Полимерные пленки можно растягивать путем натяжения между валками, сжимать и растягивать между валками, одноосно растягивать в поперечном направлении с помощью ширильной рамы или двуосно растягивать в продольном и поперечном направлениях. Альтернативно, полимерные пленки можно растягивать особым образом под влиянием силы сжатия термоусадочной пленки. При использовании жидкокристаллических материалов, например, жидкокристаллические материалы наносятся на пленку-основу с поверхностью, снабженной обработкой выравнивания, и, таким образом, выравнивание жидкокристаллических материалов фиксируется. Пленку-основу можно не снабжать обработкой выравнивания или покрытие можно отделять от пленки-основы после фиксации выравнивания для переноса на другую пленку при условии обеспечения нужных величин задержки. Альтернативно, выравнивание ЖК материалов можно не фиксировать. Те же способы, которые используются для жидкокристаллических материалов, можно использовать при использовании некристаллических материалов. Ниже приведено более подробное описание слоев двойного лучепреломления, классифицированных по типам.
Первый слой двойного лучепреломления
Первый слой двойного лучепреломления может включать в себя материал, сформированный путем растяжения пленки, содержащей компонент с положительным собственным двулучепреломлением. Первый слой двойного лучепреломления может состоять из двух или более слоев двойного лучепреломления, уложенных один на другой, но, предпочтительно, состоит из одного слоя (одной пленки) ввиду простоты и экономичности производства. Примеры компонента с положительным собственным двулучепреломлением включают в себя поликарбонат, полисульфон, полиэфирсульфон, полиэтилен-терефталат, полиэтилен, поливиниловый спирт, норборнен, триацетилцеллюлозу и диатилцеллюлозу.
Второй слой двойного лучепреломления
Второй слой двойного лучепреломления может включать в себя материал, сформированный путем растяжения пленки, содержащей компонент с отрицательным собственным двулучепреломлением или сформированный путем растяжения пленки, содержащей компонент с положительным собственным двулучепреломлением, под влиянием силы сжатия термоусадочной пленки. Для упрощения способа производства предпочтителен материал, сформированный путем растяжения пленки, содержащей компонент с отрицательным собственным двулучепреломлением. Второй слой двойного лучепреломления может состоять из двух или более слоев двойного лучепреломления, уложенных один на другой, но, предпочтительно, состоит из одного слоя (одной пленки) ввиду простоты и экономичности производства. Примеры компонента с отрицательным собственным двулучепреломлением включают в себя полистирол, поливинил-нафталин, поливинил-бифенил, поливинил-пиридин, полиметил-метакрилат, полиметил-акрилат, N-замещенный сополимер имида малеиновой кислоты, поликарбонат, содержащий фторный склет, триацетилцеллюлозу (в частности, с малой степенью ацетилирования).
Третий слой двойного лучепреломления
Третий слой двойного лучепреломления может включать в себя материал, сформированный путем растяжения пленки, содержащей компонент с положительным собственным двулучепреломлением, материал, покрытый жидкокристаллическим составом, например холестерическим (хиральным нематическим) жидким кристаллом и дискотическим жидким кристаллом, и материал, покрытый нежидкокристаллическим составом, включающим в себя полимер, например полиимид и полиамид. Третий слой двойного лучепреломления может состоять из двух или более слоев двойного лучепреломления, уложенных один на другой, но, предпочтительно, состоит из одного слоя (одной пленки) ввиду простоты и экономичности производства.
Первая и вторая четвертьволновые пластинки
Те же материалы, что и в слоях двойного лучепреломления с первого по третий, можно надлежащим образом использовать для первой и второй четвертьволновых пластинок. Первая и вторая четвертьволновые пластинки могут состоять из двух или более слоев двойного лучепреломления, уложенных один на другой, но, предпочтительно, состоят из одного слоя (одной пленки) ввиду простоты и экономичности производства.
Поляризатор
Поляризаторы могут включать в себя пленку из поливинилового спирта (PVA), на которой поглощен и выровнен дихроичный анизотропный материал, например йодный комплекс.
ЖК ячейка
ЖК ячейка не имеет особых ограничений при условии, что она может отображать черный экран за счет выравнивания молекулы ЖК в ЖК ячейке вертикально к поверхности подложки, и можно использовать, например, ЖК ячейки на основе VA. Примеры ЖК ячеек на основе VA включают в себя ЖК ячейки на основе MVA, CPA, PVA, BVA и обратного TN. Примеры системы возбуждения ЖК ячейки включают в себя систему TFT (систему активной матрицы), систему пассивной матрицы и систему адресации плазменной панелью. ЖК ячейка имеет конфигурацию, например, в которой ЖК располагаются между двумя подложками, каждая из которых снабжена электродами, и отображение обеспечивается путем подачи напряжения между электродами.
Способ измерения Rxy, Rxz, Nz, nx, ny и nz
Rxy, Rxz, Nz, nx, ny и nz измеряли с помощью поляриметра на основе фазовой пластинки двойного вращения (Axo-scan, Axometrics, Inc.). Rxy измеряли с нормального направления слоя двойного лучепреломления. Rxz, Nz, nx, ny и nz вычисляли путем аппроксимации кривой эллипсоидом с известным индексом. Для вычисления величины задержки слоя двойного лучепреломления измеряли с нормального направления, причем каждое направление имело угол наклона от -50° до 50° от нормального направления. Каждый азимут наклона был установлен ортогонально к медленной оси, лежащей в плоскости. Rxz, Nz, nx, ny и nz зависят от среднего показателя преломления = (nx+ny+nz)/3, что задано как условие для вычисления аппроксимации кривой. Здесь средний показатель преломления каждого слоя двойного лучепреломления был задан равным 1,5. Даже в случае слоя двойного лучепреломления, имеющего фактический средний показатель преломления, отличный от 1,5, средний показатель преломления преобразовывали к 1,5.
Способ измерения зависимости контрастности от угла обзора устройства ЖКД
Зависимость контрастности от угла обзора измеряли с помощью устройства измерения угла обзора (EZContrast 160, ELDIM). Источником света служило устройство подсветки, установленное на ЖК телевизоре (LC37-GH1, SHARP Corp.). Значения яркости при отображении белого экрана и черного экрана измеряли в наклонном направлении с азимутальным углом 45° и углом наклона 60°. Их отношение обозначается CR (45, 60). Значения яркости при отображении белого экрана и черного экрана измеряли в наклонном направлении с азимутальным углом 0° и углом наклона 60°. Их отношение обозначается CR (0, 60).
Настоящее изобретение рассмотрено более подробно со ссылкой на варианты осуществления, но без ограничения этими вариантами осуществления.
Вариант осуществления 1
На фиг.14 показан вид в перспективе, демонстрирующий конструкцию устройства ЖКД согласно варианту осуществления 1.
Согласно фиг.14, устройство ЖКД, согласно варианту осуществления 1 настоящего изобретения представляет собой устройство ЖКД на основе VA, изготовленное путем укладки в стопку пленки TAC 101, первого поляризатора 111, первого слоя двойного лучепреломления 151, первой четвертьволновой пластинки 181, ЖК ячейки на основе VA 131, третьего слоя двойного лучепреломления 171, второй четвертьволновой пластинки 182, второго слоя двойного лучепреломления 161, второго поляризатора 112 и пленки TAC 102 в указанном порядке.
Оптические характеристики и осевые конфигурации пленок двойного лучепреломления 151, 161 и 171, четвертьволновых пластинок 181 и 182, поляризаторов 111 и 112 и ЖК ячейки 131 согласно настоящему варианту осуществления представлены в Таблице 4.
В Таблице 4 не указаны оптические характеристики пленок TAC 101 и 102, расположенных снаружи поляризаторов 111 и 112 (сторона, более близкая к ЖК ячейке, определяется как внутренняя, и сторона, более удаленная от нее, определяется как наружная), поскольку наружные пленки TAC 101 и 102 не оказывают влияния на оптические характеристики устройства ЖКД, если только они являются прозрачными пленками. То же самое применимо к нижеследующим вариантам осуществления, сравнительным вариантам осуществления и опорным вариантам осуществления. В каждой таблице ось каждого из слоев двойного лучепреломления 151, 161 и 171 и каждой из четвертьволновых пластинок 181 и 182 задается азимутальным углом медленной оси, лежащей в плоскости, и ось каждого из поляризаторов 111, 112 задается азимутальным углом оси поглощения. В каждой таблице наименование материала каждого из слоев двойного лучепреломления 151, 161 и 171 указано посредством следующих аббревиатур.
NB: норборнен;
PC: поликарбонат;
PMMA: полиметил-метакрилат;
НМ: N-замещенный сополимер имида малеиновой кислоты;
ChLC: холестерический жидкий кристалл;
PI: полиимид;
TAC: триацетилцеллюлоза;
Z: изотропная пленка.
Варианты осуществления 2 и 3
Устройства ЖКД согласно вариантам осуществления 2 и 3 настоящего изобретения почти идентичны устройству ЖКД согласно варианту осуществления 1 за исключением того, что величины задержки Rxy и коэффициенты Nz первого и второго слоев двойного лучепреломления 151 и 161 изменены. В Таблице 4 представлены оптические характеристики и осевые конфигурации пленок двойного лучепреломления 151, 161 и 171, четвертьволновых пластинок 181 и 182, поляризаторов 111 и 112 и ЖК ячейки 131 согласно настоящим вариантам осуществления.
Вариант осуществления 4
Устройство ЖКД согласно варианту осуществления 4 настоящего изобретения почти идентично устройству ЖКД согласно варианту осуществления 1 за исключением того, что коэффициенты Nz первой и второй четвертьволновых пластинок 181 и 182 изменены. В Таблице 4 представлены оптические характеристики и осевые конфигурации пленок двойного лучепреломления 151, 161 и 171, четвертьволновых пластинок 181 и 182, поляризаторов 111 и 112 и ЖК ячейки 131 согласно настоящему варианту осуществления.
Вариант осуществления 5
Устройство ЖКД согласно варианту осуществления 5 настоящего изобретения почти идентично устройству ЖКД согласно варианту осуществления 1 за исключением того, что материал второго слоя двойного лучепреломления 161 изменен. В Таблице 4 представлены оптические характеристики и осевые конфигурации пленок двойного лучепреломления 151, 161 и 171, четвертьволновых пластинок 181 и 182, поляризаторов 111 и 112 и ЖК ячейки 131 согласно настоящему варианту осуществления.
Варианты осуществления 6 и 7
Устройства ЖКД согласно вариантам осуществления 6 и 7 настоящего изобретения почти идентичны устройству ЖКД согласно варианту осуществления 1 за исключением того, что материал третьего слоя двойного лучепреломления 171 изменен. В Таблице 4 представлены оптические характеристики и осевые конфигурации пленок двойного лучепреломления 151, 161 и 171, четвертьволновых пластинок 181 и 182, поляризаторов 111 и 112 и ЖК ячейки 131 согласно настоящим вариантам осуществления.
Вариант осуществления 8
На фиг.15 показан вид в перспективе, демонстрирующий конструкцию устройства ЖКД согласно варианту осуществления 8.
Устройство ЖКД согласно варианту осуществления 8 настоящего изобретения почти идентично устройству ЖКД согласно варианту осуществления 1 за исключением того, что величины задержки Rxz и коэффициенты Nz первой и второй четвертьволновых пластинок 181 и 182 изменены на отрицательные значения и что третий слой двойного лучепреломления 171 не используется. В Таблице 5 представлены оптические характеристики и осевые конфигурации пленок двойного лучепреломления 151 и 161, четвертьволновых пластинок 181 и 182, поляризаторов 111 и 112 и ЖК ячейки 131 согласно настоящему варианту осуществления.
Вариант осуществления 9
Устройство ЖКД согласно варианту осуществления 9 настоящего изобретения почти идентично устройству ЖКД согласно варианту осуществления 1 за исключением того, что задержка Rxz и коэффициент Nz второй четвертьволновой пластинки 182 изменены и что задержка Rxz третьего слоя двойного лучепреломления 171 изменена. В Таблице 6 представлены оптические характеристики и осевые конфигурации пленок двойного лучепреломления 151, 161 и 171, четвертьволновых пластинок 181 и 182, поляризаторов 111 и 112 и ЖК ячейки 131 согласно настоящему варианту осуществления.
Устройство ЖКД согласно варианту осуществления 10 настоящего изобретения почти идентично устройству ЖКД согласно варианту осуществления 9 за исключением того, что материалы второго слоя двойного лучепреломления 161 и второй четвертьволновой пластинки 182 изменены. В Таблице 6 представлены оптические характеристики и осевые конфигурации пленок двойного лучепреломления 151, 161 и 171, четвертьволновых пластинок 181 и 182, поляризаторов 111 и 112 и ЖК ячейки 131 согласно настоящему варианту осуществления.
Вариант осуществления 11
Устройство ЖКД согласно варианту осуществления 11 настоящего изобретения почти идентично устройству ЖКД согласно варианту осуществления 9 за исключением того, что материал третьего слоя двойного лучепреломления 171 изменен. В Таблице 6 представлены оптические характеристики и осевые конфигурации пленок двойного лучепреломления 151, 161 и 171, четвертьволновых пластинок 181 и 182, поляризаторов 111 и 112 и ЖК ячейки 131 согласно настоящему варианту осуществления.
Вариант осуществления 12
На фиг.16 показан вид в перспективе, демонстрирующий конструкцию устройства ЖКД согласно варианту осуществления 12.
Устройство ЖКД согласно варианту осуществления 12 почти идентично устройству ЖКД согласно варианту осуществления 7 за исключением того, что вместо третьего слоя двойного лучепреломления 171 используются два третьих слоя двойного лучепреломления 172 и 173, между которыми располагается ЖК ячейка. В Таблице 7 представлены оптические характеристики и осевые конфигурации пленок двойного лучепреломления 151, 161, 172 и 173, четвертьволновых пластинок 181 и 182, поляризаторов 111 и 112 и ЖК ячейки 131 согласно настоящему варианту осуществления.
Вариант осуществления 13
На фиг.17 показан вид в перспективе, демонстрирующий конструкцию устройства ЖКД согласно варианту осуществления 13.
Устройство ЖКД согласно варианту осуществления 13 почти идентично устройству ЖКД согласно варианту осуществления 11 за исключением того, что вместо третьего слоя двойного лучепреломления 171 используются два третьих слоя двойного лучепреломления 174 и 175, между которыми располагается ЖК ячейка. В Таблице 7 представлены оптические характеристики и осевые конфигурации пленок двойного лучепреломления 151, 161, 174 и 175, четвертьволновых пластинок 181 и 182, поляризаторов 111 и 112, и ЖК ячейки 131 согласно настоящему варианту осуществления.
Сравнительный вариант осуществления 1
На фиг.18 показан вид в перспективе, демонстрирующий конструкцию устройства ЖКД согласно сравнительному варианту осуществления 1.
Согласно фиг.18, устройство ЖКД согласно сравнительному варианту осуществления 1 представляет собой устройство ЖКД на основе VA, изготовленное путем укладки в стопку пленки TAC 103, первого поляризатора 113, пленки TAC 105, первой четвертьволновой пластинки 183, ЖК ячейки на основе VA 132, второй четвертьволновой пластинки 184, пленки TAC 106, второго поляризатора 114 и пленки TAC 104 в указанном порядке. В Таблице 8 представлены оптические характеристики и осевые конфигурации пленок TAC 105 и 106, четвертьволновых пластинок 183 и 184, поляризаторов 113 и 114 и ЖК ячейки 132 согласно настоящему сравнительному варианту осуществления. Четвертьволновые пластинки 183 и 184 согласно настоящему сравнительному варианту осуществления удовлетворяют условию nx>ny>nz. В устройстве ЖКД согласно настоящему сравнительному варианту осуществления симметричные характеристики угла обзора в горизонтальном направлении не были получены, когда азимут оси поглощения первого поляризатора 113 был установлен равным 90°, и поэтому он был переустановлен равным 70°. Предположительно, эта асимметрия характеристик угла обзора обусловлена тем, что среда двойного лучепреломления между первым и вторым поляризаторами 113 и 114 имеет круговое двулучепреломление (оптическое вращение), сильно зависящее от угла обзора.
Сравнительный вариант осуществления 2
На фиг.19 показан вид в перспективе, демонстрирующий конструкцию устройства ЖКД согласно сравнительному варианту осуществления 2.
Согласно фиг.19, устройство ЖКД согласно сравнительному варианту осуществления 2 представляет собой устройство ЖКД на основе VA, изготовленное путем укладки в стопку пленки TAC 103, первого поляризатора 115, пленки TAC 105, первой четвертьволновой пластинки 185, ЖК ячейки на основе VA 132, третьего слоя двойного лучепреломления 176, второй четвертьволновой пластинки 186, пленки TAC 106, второго поляризатора 116 и пленки TAC 104 в указанном порядке. В Таблице 8 представлены оптические характеристики и осевые конфигурации пленок TAC 105 и 106, четвертьволновых пластинок 185 и 186, поляризаторов 115 и 116 и ЖК ячейки 132 согласно настоящему сравнительному варианту осуществления. Четвертьволновые пластинки 185 и 186 согласно настоящему сравнительному варианту осуществления удовлетворяют условию nx>nz>ny.
Сравнительный вариант осуществления 3
На фиг.20 показан вид в перспективе, демонстрирующий конструкцию устройства ЖКД согласно сравнительному варианту осуществления 3.
Согласно фиг.20, устройство ЖКД согласно сравнительному варианту осуществления 3 представляет собой устройство ЖКД на основе VA, изготовленное путем укладки в стопку пленки TAC 103, первого поляризатора 115, изотропной пленки 191, полуволновой пластинки (HWP) 201, первой четвертьволновой пластинки 187, ЖК ячейки на основе VA 132, третьего слоя двойного лучепреломления 177, второй четвертьволновой пластинки 188, изотропной пленки 192, второго поляризатора 116 и пленки TAC 104 в указанном порядке. В Таблице 8 представлены оптические характеристики и осевые конфигурации третьего слоя двойного лучепреломления 177, полуволновой пластинки 201, четвертьволновых пластинок 187 и 188, поляризаторов 115 и 116 и ЖК ячейки 132 согласно настоящему сравнительному варианту осуществления. Четвертьволновые пластинки 187 и 188 и полуволновая пластинка 201 согласно настоящему сравнительному варианту осуществления удовлетворяют условию nx>nz>ny.
Сравнительный вариант осуществления 4
На фиг.21 показан вид в перспективе, демонстрирующий конструкцию устройства ЖКД согласно сравнительному варианту осуществления 4.
Согласно фиг.21, устройство ЖКД согласно сравнительному варианту осуществления 4 представляет собой устройство ЖКД на основе VA, изготовленное путем укладки в стопку пленки TAC 107, первого поляризатора 117, первой двуосной пленки задержки r4, ЖК ячейки на основе VA 133, второй двуосной пленки задержки r5, второго поляризатора 118 и пленки TAC 108 в указанном порядке. В Таблице 9 представлены оптические характеристики и осевые конфигурации двуосных пленок задержки r4 и r5, поляризаторов 117 и 118 и ЖК ячейки 133. Устройство ЖКД согласно настоящему сравнительному варианту осуществления представляет собой устройство ЖКД на основе LPVA.
Сравнительные варианты осуществления 5 и 6
Устройства ЖКД согласно сравнительным вариантам осуществления 5 и 6 почти идентичны устройству ЖКД согласно сравнительному варианту осуществления 4 за исключением того, что величины задержки Rxy и коэффициенты Nz двуосных пленок задержки r4 и r5 и задержка Rlc ЖК ячейки изменены. В Таблице 9 представлены оптические характеристики и осевые конфигурации двуосных пленок задержки r4 и r5, поляризаторов 117 и 118 и ЖК ячейки 133 согласно настоящему варианту осуществления.
Результаты оценивания
Устройства ЖКД в соответствующих вариантах осуществления и сравнительных вариантах осуществления были определены для зависимости контрастности от угла обзора, и CR (45, 60) и CR (0, 60) представлены в Таблицах 4-9.
Устройство ЖКД согласно каждому из вариантов осуществления 1-13 настоящего изобретения имело CR (45, 60) выше, чем в каждом из сравнительных вариантов осуществления 1 и 2. Даже при визуальной оценке устройство ЖКД согласно каждому из вариантов осуществления 1-13 имело зависимость контрастности от угла обзора ниже, чем согласно каждому из сравнительных вариантов осуществления 1 и 2. Устройство ЖКД согласно сравнительному варианту осуществления 3 также имело более низкую зависимость контрастности от угла обзора, но включало в себя три двуосные пленки задержки, удовлетворяющие условию nx>nz>ny, которые трудно создавать. Кроме того, устройства ЖКД согласно сравнительным вариантам осуществления 4-6 имели более низкую зависимость контрастности от угла обзора, но имели яркость на белом экране более низкую, чем согласно каждому из вариантов осуществления 1-13, примерно на 15%, поскольку они являлись устройствами ЖКД на основе LPVA.
Таблица 4
Оптические компоненты
Мате-риал
Угол [°]
Задержка [нм]
Коэффи-циент Nz
Результаты оценивания
Rxy
Rxz или Rlc
CR(45, 60)
CR(0, 60)
Вариант осу-ществления 1
Второй поляризатор
0
55
60
Второй слой двойного лучепреломления
PMMA
0
55
-100
-1,8
Вторая четвертьволно-вая пластинка
NB
45
138
139
1,0
Третий слой двойного лучепреломления
NB
2
230
Жидкокристаллическая ячейка на основе VA
320
Первая четвертьволновая пластинка
NB
135
138
139
1,0
Первый слой двойного лучепреломления
NB
0
55
154
2,8
Первый поляризатор
90
Вариант осу-ществления 2
Второй поляризатор
0
57
61
Второй слой двойного лучепреломления
PMMA
0
55
-75
-1,4
Вторая четвертьволновая пластинка
NB
45
138
139
1,0
Третий слой двойного лучепреломления
NB
2
230
Жидкокристаллическая ячейка на основе VA
320
Первая четвертьволновая пластинка
NB
135
138
139
1,0
Первый слой двойного лучепреломления
NB
0
55
132
2,4
Первый поляризатор
90
Вариант осу-ществления 3
Второй поляризатор
0
57
62
Второй слой двойного лучепреломления
PMMA
0
80
-26
-0,3
Вторая четвертьволновая пластинка
NB
45
138
139
1,0
Третий слой двойного лучепреломления
NB
2
230
Жидкокристаллическая ячейка на основе VA
320
Первая четвертьволновая пластинка
NB
135
138
139
1,0
Первый слой двойного лучепреломления
NB
0
80
106
1,3
Первый поляризатор
90
Вариант осу-ществления 4
Второй поляризатор
0
55
53
Второй слой двойного лучепреломления
PMMA
0
55
-100
-1,8
Вторая четвертьволновая пластинка
NB
45
138
185
1,3
Третий слой двойного лучепреломления
NB
1
100
Жидкокристаллическая ячейка на основе VA
320
Первая четвертьволновая пластинка
NB
135
138
185
1,3
Первый слой двойного лучепреломления
NB
0
55
154
2,8
Первый поляризатор
90
Вариант осу-ществления 5
Второй поляризатор
0
58
61
Второй слой двойного лучепреломления
НМ
0
55
-98
-1,8
Вторая четвертьволновая пластинка
NB
45
138
139
1,0
Третий слой двойного лучепреломления
NB
2
230
Жидкокристал-лическая ячейка на основе VA
320
Первая четвертьволновая пластинка
NB
135
138
139
1,0
Первый слой двойного лучепреломления
NB
0
55
154
2,8
Первый поляризатор
90
Вариант осу-ществления 6
Второй поляризатор
0
60
62
Второй слой двойного лучепреломления
PMMA
0
55
-100
-1,8
Вторая четвертьволновая пластинка
NB
45
138
139
1,0
Третий слой двойного лучепреломления
ChLC
0
229
Жидкокристаллическая ячейка на основе VA
320
Первая четвертьволновая пластинка
NB
135
138
139
1,0
Первый слой двойного лучепреломления
NB
0
55
154
2,8
Первый поляризатор
90
Вариант осу-ществления 7
Второй поляризатор
0
60
63
Второй слой двойного лучепреломления
PMMA
0
55
-100
-1,8
Вторая четвертьволновая пластинка
NB
45
138
139
1,0
Третий слой двойного лучепреломления
PI
0
230
Жидкокристаллическая ячейка на основе VA
320
Первая четвертьволновая пластинка
NB
135
138
139
1,0
Первый слой двойного лучепреломления
NB
0
55
154
2,8
Первый поляризатор
90
Таблица 5
Оптические компоненты
Материал
Угол [°]
Задержка [нм]
Коэффи-циент Nz
Результаты оценивания
Rxy
Rxz или Rlc
CR (45, 60)
CR(0, 60)
Вариант осу-ществления 8
Второй поляризатор
0
53
25
Второй слой двойного лучепреломления
PMMA
0
55
-100
-1,8
Вторая четвертьволновая пластинка
NB
45
138
221
1,6
Жидкокристаллическая ячейка на основе VA
320
Первая четвертьволновая пластинка
NB
13,5
138
221
1,6
Первый слой двойного лучепреломления
NB
0
55
154
2,8
Первый поляризатор
90
Таблица 6
Оптические компоненты
Мате-риал
Угол [°]
Задержка [нм]
Коэффициент Nz
Результаты оценивания
Rxy
Rxz или Rlc
CR (45, 60)
CR(0, 60)
Вариант осу-ществления 9
Второй поляризатор
0
65
170
Второй слой двойного лучепреломления
PMMA
0
55
-100
-1,8
Вторая четвертьволновая пластинка
PMMA
45
138
-8
-0,1
Третий слой двойного лучепреломления
NB
2
318
Жидкокристаллическая ячейка на основе VA
320
Первая четвертьволновая пластинка
NB
135
138
139
1,0
Первый слой двойного лучепреломления
NB
0
55
154
2,8
Первый поляризатор
90
Вариант осу-щест-вления 10
Второй поляризатор
0
66
168
Второй слой двойного лучепреломления
НМ
0
55
-98
-1,8
Вторая четвертьволновая пластинка
НМ
45
138
-8
-0,1
Третий слой двойного лучепреломления
NB
2
318
Жидкокристаллическая ячейка на основе VA
320
Первая четвертьволновая пластинка
NB
135
138
139
1,0
Первый слой двойного лучепреломления
NB
0
55
154
2,8
Первый поляризатор
90
Вариант осуществления 11
Второй поляризатор
0
66
172
Второй слой двойного лучепреломления
PMMA
0
55
-100
-1,8
Вторая четвертьволновая пластинка
PMMA
45
138
-8
-0,1
Третий слой двойного лучепреломления
PI
0
322
Жидкокристаллическая ячейка на основе VA
320
Первая четвертьволновая пластинка
NB
135
138
139
1,0
Первый слой двойного лучепреломления
NB
0
55
154
2,8
Первый поляризатор
90
Таблица 7
Оптические компоненты
Мате-риал
Угол [°]
Задержка [нм]
Коэффициент Nz
Результаты оценивания
Rxy
Rxz или Rlc
CR (45, 60)
CR(0, 60)
Вариант осу-щест-вления 12
Второй поляризатор
0
61
65
Второй слой двойного лучепреломления
PMMA
0
55
-100
-1,8
Вторая четвертьволновая пластинка
NB
45
138
139
1,0
Третий слой двойного лучепреломления
PI
0
115
Жидкокристаллическая ячейка на основе VA
320
Третий слой двойного лучепреломления
PI
0
115
Первая четвертьволновая пластинка
NB
135
138
139
1,0
Первый слой двойного лучепреломления
NB
0
55
154
2,8
Первый поляризатор
90
Вариант осуществления 13
Второй поляризатор
0
66
172
Второй слой двойного лучепреломления
PMMA
0
55
-100
-1,8
Вторая четвертьволновая пластинка
PMMA
45
138
-8
-0,1
Третий слой двойного лучепреломления
PI
0
160
Жидкокристаллическая ячейка на основе VA
320
Третий слой двойного лучепреломления
PI
0
160
Первая четвертьволновая пластинка
NB
135
138
139
1,0
Первый слой двойного лучепреломления
NB
0
55
154
2,8
Первый поляризатор
90
Таблица 8
Оптические компоненты
Мате-риал
Угол [°]
Задержка [нм]
Коэффициент Nz
Результаты оценивания
Rxy
Rxz или Rlc
CR (45, 60)
CR(0, 60)
Сравни-тельный вариант осу-ществления 1
Второй поляризатор
-20
5
40
TAC
TAC
1
32
Вторая четвертьволновая пластинка
NB
25
138
216
1,6
Жидкокристаллическая ячейка на основе VA
320
Первая четвертьволновая пластинка
NB
115
138
216
1,6
TAC
TAC
1
32
Первый поляризатор
70
Сравни-тельный вариант осу-ществления 2
Второй поляризатор
0
15
140
TAC
TAC
1
32
Вторая четвертьволно-вая пластинка
PMMA
45
138
-8
-0,1
Третий слой двойного лучепреломле-ния
NB
2
318
Жидкокристал-лическая ячейка на основе VA
320
Первая четвертьволно-вая пластинка
NB
135
138
139
1,0
TAC
TAC
1
32
Первый поляризатор
90
Сравни-тельный вариант осу-ществления 3
Второй поляризатор
0
70
177
Изотропная пленка
Z
Вторая четвертьволновая пластинка
PMMA
45
138
70
0,5
Третий слой двойного лучепреломления
NB
2
318
Жидкокристаллическая ячейка на основе VA
320
Первая четвертьволновая пластинка
NB
135
138
70
0,5
HWP
0
275
138
0,5
Изотропная пленка
Z
Первый поляризатор
90
Таблица 9
Оптические компоненты
Мате-риал
Угол [°]
Задержка [нм]
Коэффи-циент Nz
Результаты оценивания
Rxy
Rxz или Rlc
CR (45, 60)
CR(0, 60)
Сравни-тельный вариант осу-щест-вления 4
Второй поляризатор
0
81
272
Вторая двуосная пленка задержки
NB
90
55
152
2,8
Жидкокристаллическая ячейка на основе VA
320
Первая двуосная пленка задержки
NB
0
55
152
2,8
Первый поляризатор
90
Сравни-тельный вариант осу-ществления 5
Второй поляризатор
0
78
270
Вторая двуосная пленка задержки
NB
90
61
120
2,0
Жидкокристаллическая ячейка на основе VA
290
Первая двуосная пленка задержки
NB
0
61
120
2,0
Первый поляризатор
90
Сравни-тельный вариант осу-ществления 6
Второй поляризатор
0
78
265
Вторая двуосная пленка задержки
NB
90
50
198
4,0
Жидкокристаллическая ячейка на основе VA
370
Первая двуосная пленка задержки
NB
0
50
198
4,0
Первый поляризатор
90
Данная заявка притязает на приоритет патентной публикации №2008-99526, поданной в Японии 7 апреля 2008 г. согласно Парижской конвенции положениям национального закона в указанном государстве, содержание которой в полном объеме включено сюда в порядке ссылки.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - схема, демонстрирующая осевое соотношение между слоем двойного лучепреломления и поляризатором, когда слой двойного лучепреломления и поляризатор располагаются так, что их оптические оси параллельны друг другу при наблюдении во фронтальном направлении;
фиг.1(a) - вид с фронтального направления и
фиг.1(b) - вид с наклонного направления.
Фиг.2 - схема, демонстрирующая осевое соотношение между слоем двойного лучепреломления и поляризатором, когда слой двойного лучепреломления и поляризатор располагаются так, что их оптические оси ортогональны друг другу при наблюдении во фронтальном направлении;
фиг.2(a) - вид с фронтального направления и
фиг.2(b) - вид с наклонного направления.
Фиг.3 - график, демонстрирующий соотношение между ΔNz1 первого слоя двойного лучепреломления и оптимальным Rxy в случае ΔNz1=ΔNz2. “” представляет первый слой двойного лучепреломления и “” представляет второй слой двойного лучепреломления.
Фиг.4 - график, демонстрирующий соотношение между ΔNz2 и оптимальным Rxy в случае ΔNz1=0 и ΔNz2>0. “” представляет первый слой двойного лучепреломления и “” представляет второй слой двойного лучепреломления.
Фиг.5 - график, демонстрирующий соотношение между ΔNz1 и оптимальным Rxy в случае ΔNz2=0 и ΔNz1>0. “” представляет первый слой двойного лучепреломления и “” представляет второй слой двойного лучепреломления.
Фиг.6 - схема, демонстрирующая устройство ЖКД на основе VA с линейной поляризацией, включающее в себя две двуосные пленки задержки для оптической компенсации.
Фиг.7 - диаграмма в виде сферы Пуанкаре, демонстрирующая изменения состояния поляризации светового пучка, распространяющегося через устройство ЖКД, показанное на фиг.6;
фиг.7(a) - схема, демонстрирующая состояния поляризации в проекции на плоскость S1-S2;
фиг.7(b) - схема, демонстрирующая состояния поляризации в проекции на плоскость S1-S3.
Фиг.8 - схема, демонстрирующая многослойное тело, где ортогональность между первым и вторым поляризаторами оптически компенсируется с использованием двух двуосных пленок задержки при наблюдении в направлении с азимутальным углом 45° и углом наклона 60°.
Фиг.9 - диаграмма в виде сферы Пуанкаре, демонстрирующая изменения состояния поляризации светового пучка, распространяющегося через многослойное тело, показанное на фиг.8;
фиг.9(a) - схема, демонстрирующая состояния поляризации в проекции на плоскость S1-S2;
фиг.9(b) - схема, демонстрирующая состояния поляризации в проекции на плоскость S1-S3.
Фиг.10 - схема, демонстрирующая конструкцию устройства ЖКД согласно одному примеру настоящего изобретения.
Фиг.11 - схема, где изменения состояния поляризации светового пучка, распространяющегося через устройство ЖКД (Rlc=320 нм, Nzq1=Nzq2=1,0) на фиг.10, при наблюдении с направления с азимутальным углом 45° и углом наклона 60° проецируются на плоскость S1-S2 сферы Пуанкаре.
Фиг.12 - схема, где изменения состояния поляризации светового пучка, распространяющегося через устройство ЖКД (Rlc=320 нм, Nzq1=Nzq2=1,0) на фиг.10, при наблюдении с направления с азимутальным углом 0° и углом наклона 60° проецируются на плоскость S1-S2 сферы Пуанкаре.
Фиг.13 схема, где изменения состояния поляризации светового пучка, распространяющегося через устройство ЖКД (Rlc=320 нм, Nzq1=1,0, Nzq2=0,0) на фиг.10, при наблюдении с направления с азимутальным углом 0° и углом наклона 60° проецируются на плоскость S1-S2 сферы Пуанкаре.
Фиг.14 - схема, демонстрирующая конструкцию устройства ЖКД согласно варианту осуществления 1.
Фиг.15 - схема, демонстрирующая конструкцию устройства ЖКД согласно варианту осуществления 8.
Фиг.16 - схема, демонстрирующая конструкцию устройства ЖКД согласно варианту осуществления 12.
Фиг.17 - схема, демонстрирующая конструкцию устройства ЖКД согласно варианту осуществления 13.
Фиг.18 - схема, демонстрирующая конструкцию устройства ЖКД согласно сравнительному варианту осуществления 1.
Фиг.19 - схема, демонстрирующая конструкцию устройства ЖКД согласно сравнительному варианту осуществления 2.
Фиг.20 - схема, демонстрирующая конструкцию устройства ЖКД согласно сравнительному варианту осуществления 3.
Фиг.21 - схема, демонстрирующая конструкцию устройства ЖКД согласно сравнительному варианту осуществления 4.
Перечень условных обозначений
1: Поляризатор
2: Слой двойного лучепреломления
11, 111, 113, 115, 117: Первый поляризатор
12, 112, 114, 116, 118: Второй поляризатор
31, 131, 132, 133: ЖК ячейка на основе VA
101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108: пленка TAC
151: Первый слой двойного лучепреломления
161: Второй слой двойного лучепреломления
171, 172, 173, 174, 175, 176, 177: Третий слой двойного лучепреломления
181, 183, 185, 187, q1: Первая четвертьволновая пластинка
182, 184, 186, 188, q2: Вторая четвертьволновая пластинка
191, 192: Изотропная пленка
201: Полуволновая пластинка
r1, r4: Первая двуосная пленка задержки
r2, r2', r5: Вторая двуосная пленка задержки
r3: Третий слой двойного лучепреломления