專利名稱：液晶顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及液晶顯示裝置，特別是涉及適合在移動(dòng)信息終端(例如PDA)、移動(dòng)電話、車載用液晶顯示器、數(shù)碼相機(jī)、個(gè)人計(jì)算機(jī)、娛樂機(jī)器、電視機(jī)等中使用的液晶顯示裝置。
背景技術(shù)：
近年來液晶顯示裝置具有薄且消費(fèi)電力少的特點(diǎn)，它在筆記本個(gè)人計(jì)算機(jī)、移動(dòng)電話、電子雜記本等信息設(shè)備，或具有液晶監(jiān)視器的照相機(jī)一體型錄相機(jī)(VTR)等中廣泛得到應(yīng)用。
作為可以實(shí)現(xiàn)高對(duì)比度和廣視野角的顯示模式，利用垂直取向型液晶層的垂直取向模式引人注目。通常，垂直取向型液晶層使用垂直取向膜和介電各向異性為負(fù)的液晶材料制成。
例如，在專利文獻(xiàn)1中，公開了一種視角特性得到改善的液晶顯示裝置。該視角特性是通過在通過液晶層與像素電極相對(duì)的對(duì)向電極上設(shè)置的開口部的周邊上產(chǎn)生傾斜的電場(chǎng)，使在以開口部?jī)?nèi)處于垂直取向狀態(tài)的液晶分子為中心的周圍的液晶分子傾斜取向而得以改善的。
然而，在專利文獻(xiàn)1所述的結(jié)構(gòu)中，在像素內(nèi)的全部區(qū)域形成傾斜的電場(chǎng)困難，結(jié)果，在像素內(nèi)產(chǎn)生液晶分子對(duì)電壓的響應(yīng)滯后的區(qū)域，產(chǎn)生出現(xiàn)余象現(xiàn)象的問題。
為了解決這個(gè)問題，專利文獻(xiàn)2公開了一種液晶顯示裝置，它通過在像素電極或?qū)ο螂姌O上設(shè)置規(guī)則配置的開口部，在像素內(nèi)具有呈現(xiàn)放射狀傾斜取向的多個(gè)液晶區(qū)域(domain)。
另外，在專利文獻(xiàn)3中提出了一種通過在像素內(nèi)規(guī)則設(shè)置多個(gè)凸部，使以凸部為中心出現(xiàn)的放射狀傾斜取向的液晶區(qū)域的取向狀態(tài)穩(wěn)定的技術(shù)。另外，在該文獻(xiàn)中，說明了可通過與凸部產(chǎn)生的取向限制力一起，利用設(shè)置在電極上的開口部產(chǎn)生的傾斜電場(chǎng)，限制液晶分子的取向，從而可改善顯示特性的方法。
另一方面，近年來提出了在屋外或屋內(nèi)都可以有高品質(zhì)的顯示的液晶顯示裝置(例如，專利文獻(xiàn)4和專利文獻(xiàn)5)。這種液晶顯示裝置稱為半透過型液晶顯示裝置，它具有在像素內(nèi)，利用反射模式進(jìn)行顯示的反射區(qū)域和利用透過模式進(jìn)行顯示的透過區(qū)域。
現(xiàn)在市場(chǎng)上出售的半透過型液晶顯示裝置利用ECB模式或TN模式等。但在上述專利文獻(xiàn)3中，公開了不但在透過型液晶顯示裝置，而且在半透過型液晶顯示裝置中使用垂直取向模式的結(jié)構(gòu)。另外，在專利文獻(xiàn)6中提出了在垂直取向型液晶層的半透過型液晶顯示裝置中控制液晶取向(多軸取向)的技術(shù)。該技術(shù)通過形成為了使透過區(qū)域的液晶層的厚度為反射區(qū)域的液晶層厚度的2倍而設(shè)置的絕緣層的凹部，來控制液晶的取向。還說明了凹部作成正八角形，通過液晶層，在與凹部相對(duì)的位置上形成突起(凸部)或切口(電極開口部)的結(jié)構(gòu)(例如，參照專利文獻(xiàn)6的圖4和圖16)。
在專利文獻(xiàn)3和專利文獻(xiàn)7中，還說明了在基板上形成凸部，實(shí)現(xiàn)液晶區(qū)域內(nèi)的液晶分子呈放射狀傾斜取向的技術(shù)。還說明了在加電壓狀態(tài)下，這些凸部利用設(shè)在一塊基板上的取向限制結(jié)構(gòu)，和另一塊基板上設(shè)置的液晶層的凸部的效果，使放射狀傾斜取向穩(wěn)定。
日本特開平6-301036號(hào)公報(bào)[專利文獻(xiàn)2]日本特開2000-47217號(hào)公報(bào)[專利文獻(xiàn)3]日本特開2003-167253號(hào)公報(bào)[專利文獻(xiàn)4]日本專利第2955277號(hào)公報(bào)[專利文獻(xiàn)5]美國專利第6195140號(hào)說明書[專利文獻(xiàn)6]日本特開2002-350853號(hào)公報(bào)[專利文獻(xiàn)7]日本特開2003-315803號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2或?qū)＠墨I(xiàn)3中所述的技術(shù)是在像素內(nèi)設(shè)置凸部或開口部，形成多個(gè)液晶區(qū)域(即，像素分割)，增強(qiáng)對(duì)液晶分子的取向限制力。但通過本發(fā)明者的研究發(fā)現(xiàn)，為了得到足夠的取向限制力，在液晶層的兩側(cè)(相互相對(duì)的一對(duì)基板的液晶層側(cè))，也必需形成凸部或開口部等的取向控制結(jié)構(gòu)，制造工序復(fù)雜。另外，當(dāng)在像素內(nèi)設(shè)置取向限制結(jié)構(gòu)時(shí)，會(huì)使像素的實(shí)效開口率降低，由于從像素內(nèi)的凸部的周邊光泄漏的發(fā)生，對(duì)比度比降低。在基板兩側(cè)上設(shè)置取向限制結(jié)構(gòu)的情況下，由于受基板的對(duì)準(zhǔn)余量的影響，實(shí)效開口率的降低和/或?qū)Ρ榷缺鹊慕档透@著。
另外，在專利文獻(xiàn)6所述的技術(shù)中，為了控制多軸取向，必需要在設(shè)置的凹部的相反側(cè)配置凸部或電極開口部，產(chǎn)生與上述現(xiàn)有技術(shù)同樣的問題。
另外，在上述專利文獻(xiàn)2、3、6和7中所述的技術(shù)中，存在即使在兩側(cè)基板上設(shè)置取向限制結(jié)構(gòu)，中間色調(diào)(gray scale)顯示的響應(yīng)速度慢，和/或當(dāng)壓緊面板時(shí)產(chǎn)生的余象消去要化費(fèi)時(shí)間的問題。特別是，作為移動(dòng)用途的液晶顯示裝置利用上困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是考慮上述問題而提出的，其目的是要提供一種液晶顯示裝置，它可在像素內(nèi)具有多個(gè)放射狀傾斜取向區(qū)域，利用只在單側(cè)基板上設(shè)置放射狀傾斜取向的取向控制結(jié)構(gòu)的比較簡(jiǎn)便的結(jié)構(gòu)，很好地使液晶的取向穩(wěn)定，得到與先前同等以上的顯示品質(zhì)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的，是提供一種可使液晶的取向穩(wěn)定，中間色調(diào)顯示(gray scale display)響應(yīng)時(shí)間比現(xiàn)有的液晶顯示裝置短，或面板壓緊時(shí)產(chǎn)生的余象消除的時(shí)間短的液晶顯示裝置。
(解決問題所用的方法)本發(fā)明的第一方面的液晶顯示裝置的特征為，它具有第一基板、與上述第一基板相對(duì)設(shè)置的第二基板、和設(shè)在上述第一基板和上述第二基板之間的垂直取向型液晶層；具有多個(gè)像素，該多個(gè)像素分別包含在上述第一基板上形成的第一電極、在上述第二基板上形成的第二電極、和在上述第一電極和上述第二電極之間設(shè)置的上述液晶層；具有規(guī)則地配置在上述第一電極的上述液晶層上的壁結(jié)構(gòu)體；當(dāng)至少施加規(guī)定的電壓時(shí)，上述液晶層在實(shí)質(zhì)上由上述壁結(jié)構(gòu)體包圍的區(qū)域內(nèi)，形成呈放射狀傾斜取向狀態(tài)的至少一個(gè)液晶區(qū)域。
在該實(shí)施例中，上述第一電極具有在規(guī)定位置形成的多個(gè)開口部或切口部；上述壁結(jié)構(gòu)體包含在上述多個(gè)開口部或切口部?jī)?nèi)形成的第一壁部分。
在該實(shí)施例中，上述多個(gè)開口部或切口部分別包含矩形部分，上述壁結(jié)構(gòu)體包含與上述矩形部分平行設(shè)置的上述第一壁部分。
在該實(shí)施例中，上述多個(gè)開口部或切口部分別包含矩形部分，上述壁結(jié)構(gòu)體包含從上述第一壁部分延伸的第二壁部分。
在該實(shí)施例中，上述第一壁部分的寬度WW，相對(duì)于設(shè)置有該第一壁部分的開口部或切口部的寬度EW，滿足0.4EW＜WW＜0.8EW的關(guān)系。
在該實(shí)施例中，上述第一電極包含規(guī)定透過區(qū)域的透過電極，上述多個(gè)開口部或切口部的寬度EW，相對(duì)于上述透過區(qū)域的上述液晶層的厚度dt，滿足1.8dt＜EW＜2.5dt的關(guān)系。
在該實(shí)施例中，上述壁結(jié)構(gòu)體包含設(shè)在包圍上述第一電極的區(qū)域中的第三壁部分。
在該實(shí)施例中，它還具有設(shè)在上述第二基板的上述液晶層側(cè)的介電結(jié)構(gòu)體。
在該實(shí)施例中，上述介電結(jié)構(gòu)體配置在上述至少一個(gè)液晶區(qū)域的大致中心處。
在該實(shí)施例中，上述介電結(jié)構(gòu)體配置在實(shí)質(zhì)上由上述壁結(jié)構(gòu)體包圍的區(qū)域內(nèi)的大致中心處。
在該實(shí)施例中，令實(shí)質(zhì)上由上述壁結(jié)構(gòu)體包圍的上述區(qū)域的面積為Sd，配置在上述區(qū)域的大致中心處的上述介電結(jié)構(gòu)體的底面面積為Sb，則當(dāng)Sa＝(Sb/Sd)×100時(shí)，滿足2≤Sa≤25的關(guān)系。
在該實(shí)施例中，上述壁結(jié)構(gòu)體和上述介電結(jié)構(gòu)體的至少一部分配置在遮光區(qū)域中。
在該實(shí)施例中，上述液晶層具有厚度不同的多個(gè)區(qū)域。
在該實(shí)施例中，上述第一電極包含規(guī)定透過區(qū)域的透明電極，和規(guī)定反射區(qū)域的反射電極；上述透過區(qū)域內(nèi)的上述液晶層的厚度dt比上述反射區(qū)域的上述液晶層的厚度dr大。
在該實(shí)施例中，上述開口部或切口部包含設(shè)置在上述透過區(qū)域和上述反射區(qū)域之間的開口部或切口部。
在該實(shí)施例中，上述壁結(jié)構(gòu)體的高度WH，相對(duì)于上述透過區(qū)域內(nèi)的上述液晶層的厚度dt，滿足0.25dt＜WH＜0.4dt的關(guān)系。
在該實(shí)施例中，上述第一基板和上述第二基板中的至少一個(gè)具有規(guī)定上述液晶層厚度的支承體。
在該實(shí)施例中，上述第一基板還具有分別與上述多個(gè)像素對(duì)應(yīng)設(shè)置的有源元件，上述第一電極是設(shè)在上述多個(gè)像素的每一個(gè)上、與上述有源元件連接的像素電極。
在該實(shí)施例中，它還具有通過上述第一基板和上述第二基板互相相對(duì)配置的一對(duì)偏光板，在上述第一基板和/或上述第二基板與上述一對(duì)偏光板之間，還具有至少一個(gè)雙軸性光學(xué)各向異性媒體層。
在該實(shí)施例中，它還具有通過上述第一基板和上述第二基板互相相對(duì)配置的一對(duì)偏光板，在上述第一基板和/或上述第二基板與上述一對(duì)偏光板之間，還具有至少一個(gè)單軸性光學(xué)各向異性媒體層。
本發(fā)明第二方向的液晶顯示裝置的特征為，具有第一基板、與上述第一基板相對(duì)設(shè)置的第二基板、和設(shè)在上述第一基板和上述第二基板之間的垂直取向型液晶層；具有多個(gè)像素，該多個(gè)像素分別包含在上述第一基板上形成的第一電極、在上述第二基板上形成的第二電極、和在上述第一電極和上述第二電極之間設(shè)置的上述液晶層；上述第一電極具有在規(guī)定位置上形成的至少二個(gè)開口部和至少一個(gè)切口部；當(dāng)至少施加規(guī)定的電壓時(shí)，上述液晶層分別形成呈放射狀傾斜取向的至少二個(gè)液晶區(qū)域，上述至少二個(gè)液晶區(qū)域的放射狀傾斜取向的中心軸，分別在上述至少二個(gè)開口部或其附近形成。
在該實(shí)施例中，在上述多個(gè)像素的間隙中具有遮光區(qū)域，在上述遮光區(qū)域的上述第一基板上的上述液晶層上，具有規(guī)則地配置的壁結(jié)構(gòu)體。
在該實(shí)施例中，在上述多個(gè)像素的間隙中有遮光區(qū)域，在上述遮光區(qū)域形成規(guī)定上述液晶層的厚度的支承體。
在該實(shí)施例中，上述第一電極包含規(guī)定透過區(qū)域的透明電極，和規(guī)定反射區(qū)域的反射電極；上述透過區(qū)域內(nèi)的上述液晶層的厚度dt和上述反射區(qū)域內(nèi)的上述液晶層的厚度dr滿足0.3dt＜dr＜0.7dt的關(guān)系。
在該實(shí)施例中，上述至少二個(gè)液晶區(qū)域內(nèi)的至少一個(gè)液晶區(qū)域，在上述透過區(qū)域中形成；上述至少一個(gè)切口部包含多個(gè)切口部，這些切口部以和在上述透過區(qū)域中形成的上述至少一個(gè)液晶區(qū)域的中心軸對(duì)應(yīng)的開口部為中心、點(diǎn)對(duì)稱地配置。
在該實(shí)施例中，在上述第二基板的上述反射區(qū)域中，有選擇地設(shè)置透明的介電層。
在該實(shí)施例中，上述透明介電層具有散射光的功能。
在該實(shí)施例中，還具有設(shè)在上述第二基板上的濾色器層，上述反射區(qū)域的上述濾色器層的光學(xué)濃度，比上述透過區(qū)域的上述濾色器層的小。所謂光學(xué)濃度是表示濾色器層特征的特性值，如果濾色器層的厚度減小，則可減少光學(xué)濃度。
在該實(shí)施例中，還具有通過上述第一基板和上述第二基板互相相對(duì)配置的一對(duì)偏光板，在上述第一基板和/或上述第二基板與上述一對(duì)偏光板之間，還具有至少一個(gè)雙軸性光學(xué)各向異性媒體層。
在該實(shí)施例中，它還具有通過上述第一基板和上述第二基板互相相對(duì)配置的一對(duì)偏光板，在上述第一基板和/或上述第二基板與上述一對(duì)偏光板之間，還具有至少一個(gè)單軸性光學(xué)各向異性媒體層。
發(fā)明的效果本發(fā)明的第一方面的液晶顯示裝置，在形成有第一電極(例如像素電極)的第一基板的液晶層上設(shè)有壁結(jié)構(gòu)體，利用該壁結(jié)構(gòu)體的傾斜側(cè)面的錨定作用(取向限制力)，可規(guī)定由電場(chǎng)引起的垂直取向型液晶層的液晶分子傾斜方向。結(jié)果，當(dāng)施加上至少是規(guī)定電壓(閾值以上電壓)時(shí)，在實(shí)質(zhì)上由壁結(jié)構(gòu)體包圍的區(qū)域中呈放射狀傾斜取向的液晶區(qū)域可穩(wěn)定地形成，因此，不需要在與第一基板相對(duì)的第二基板的液晶層上設(shè)置電極開口部或切口部或凸部等取向限制結(jié)構(gòu)，可以比先前簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)使液晶取向足夠穩(wěn)定，從而可得到和先前同等以上的顯示品質(zhì)。
另外，由于在第一電極上設(shè)置開口部或切口部，在該開口部?jī)?nèi)形成壁結(jié)構(gòu)體，當(dāng)加電壓時(shí)，由在開口部或切口部周邊形成的傾斜電場(chǎng)引起的取向限制力，與由壁結(jié)構(gòu)體引起的取向限制力一起，規(guī)定液晶分子的傾斜方向，因此可使放射狀傾斜取向更穩(wěn)定。另外，當(dāng)電壓低時(shí)，由傾斜電場(chǎng)產(chǎn)生的取向限制力變?nèi)?，而由于由壁?gòu)結(jié)構(gòu)體產(chǎn)生的取向限制力與電壓沒有關(guān)系，因?yàn)樵谥虚g色調(diào)顯示狀態(tài)下，可以發(fā)揮取向限制力，穩(wěn)定地規(guī)定液晶分子的傾斜方向。結(jié)果，可改善中間色調(diào)顯示的顯示品質(zhì)。
另外，通過在形成第二電極(例如對(duì)向電極)的第二基板的液晶層的規(guī)定位置上，設(shè)置介電結(jié)構(gòu)體(凸部)，可使放射狀傾斜取向進(jìn)一步穩(wěn)定，改善中間色調(diào)顯示的響應(yīng)特性，對(duì)于壓緊面板使產(chǎn)生的余象的改善效果大。
本發(fā)明第二方面的液晶顯示裝置，在第一電極(例如像素電極)上設(shè)置的開口部可起固定放射狀傾斜取向中心軸的位置的作用，并且切口部可起規(guī)定由電場(chǎng)產(chǎn)生的放射狀傾斜取向區(qū)域內(nèi)的液晶分子傾倒的方向的作用。換句話說，切口部設(shè)置在放射狀傾斜取向區(qū)域的邊界附近，規(guī)定電場(chǎng)引起的液晶分子的傾倒方向，形成放射狀傾斜取向區(qū)域。結(jié)果，不需要在與形成第一電極的基板(第一基板)相對(duì)的基板(第二基板)的液晶層上，設(shè)置電極開口部或切口部或凸部等取向限制結(jié)構(gòu)，可用比先前簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，使液晶取向足夠穩(wěn)定，得到與先前同等以上的顯示品質(zhì)。另外，在遮光區(qū)域內(nèi)的第一基板的液晶層上設(shè)置壁結(jié)構(gòu)體，可以不犧牲顯示品質(zhì)，而使液晶取向穩(wěn)定。
在半透過型液晶顯示裝置中使用的情況下，當(dāng)采用在第二基板上設(shè)置用于控制液晶層厚度的透明介電層時(shí)，通過使用該透明介電層作為光散射層(光擴(kuò)散層)，可以簡(jiǎn)化液晶顯示裝置的結(jié)構(gòu)。例如不需要在反射電極的表面上設(shè)置凹凸等。


圖1為說明本發(fā)明的第一方面的實(shí)施例的液晶顯示裝置的動(dòng)作原理的概略圖，(a)表示沒有加電壓時(shí)，(b)表示加電壓時(shí)的情況。
圖2為說明本發(fā)明的第一方面的實(shí)施例的液晶顯示裝置的動(dòng)作原理的概略圖，它是表示加電壓時(shí)的液晶分子的取向狀態(tài)的平面圖；圖3(a)-(c)為說明本發(fā)明的第一方面的實(shí)施例的液晶顯示裝置的切口部13(或開口部14)和壁結(jié)構(gòu)體15的優(yōu)選結(jié)構(gòu)的圖；圖4為表示本發(fā)明第一方面的實(shí)施例的液晶顯示裝置的結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子的示意圖；圖5為示意性地表示本發(fā)明的第一方面的實(shí)施例的透過型液晶顯示裝置100的一個(gè)像素結(jié)構(gòu)的圖；(a)為平面圖，(b)為沿(a)中的5B-5B’線的截面圖；圖6為示意性地表示本發(fā)明的第一方面的實(shí)施例的半透過型液晶顯示裝置200的一個(gè)像素結(jié)構(gòu)的圖；(a)為平面圖，(b)為沿著(a)中的6B-6B’線的截面圖；圖7(a)為表示試作例1-7的像素電極的切口部和壁結(jié)構(gòu)體的配置的平面圖；(b)為表示試作例8的像素電極的切口部和壁結(jié)構(gòu)體的配置的平面圖；圖8為試作例1的電壓-透過率特性圖；圖9為試作例1的等對(duì)比度特性圖；圖10為試作例8的電壓-反射/透過率特性圖；圖11為說明本發(fā)明的第一方面的另一個(gè)實(shí)施例的液晶顯示裝置的液晶分子的取向狀態(tài)的圖；(a)為表示沒有加電壓時(shí)，(b)為表示加電壓時(shí)的情況；圖12為示意性地表示本發(fā)明的第一方面的另一個(gè)實(shí)施例的液晶顯示裝置的像素內(nèi)的液晶分子的取向的圖；(a)表示沒有加電壓時(shí)，(b)表示加電壓后，(c)表示加電壓后經(jīng)過足夠時(shí)間的狀態(tài)；圖13為示意性表示本發(fā)明的第一方面的另一個(gè)實(shí)施例的半透過型液晶顯示裝置200’的一個(gè)像素的結(jié)構(gòu)的圖；(a)為平面圖，(b)為沿著(a)中的13B-13B’線的截面圖；圖14為示意性地表示本發(fā)明的實(shí)施例的透過型液晶顯示裝置300的一個(gè)像素的結(jié)構(gòu)的圖；(a)為平面圖，(b)為沿著(a)中的14B-14B’線的截面圖；圖15為示意性地表示本發(fā)明的實(shí)施例的半透過型液晶顯示裝置400的一個(gè)像素的結(jié)構(gòu)的圖；(a)為平面圖，(b)為沿著(a)中的15B-15B’線的截面圖；圖16為半透過型液晶顯示裝置400的有源矩陣基板410a的平面圖；圖17為半透過型液晶顯示裝置400的有源矩陣基板410a的截面圖；圖18為說明本發(fā)明的實(shí)施例的液晶顯示裝置的動(dòng)作原理的概略圖；(a)表示沒有加電壓時(shí)，(b)表示加電壓時(shí)情況；
圖19為表示本發(fā)明的實(shí)施例的液晶顯示裝置的透過區(qū)域和反射區(qū)域的電壓-反射率(透過率)與液晶層的厚度的依存性的圖；符號(hào)說明1透明基板(TFT基板)；2柵極信號(hào)線；3源極信號(hào)線；4 TFT；5漏電極；6像素電極；7透明電極；8反射電極；9柵極絕緣膜；10柵極電極；11源極和漏極電極(n+-Si層)；12S半導(dǎo)體層；12c溝道保護(hù)層；13切口部；14開口部；15壁結(jié)構(gòu)體；17透明基板(對(duì)向(CF)基板)；19對(duì)向電極；20液晶層；21液晶分子；12，32取向膜；25介電結(jié)構(gòu)體(凸部)；50液晶面板；40，43-偏光板；41，44 1/4波長(zhǎng)板；42，45光學(xué)各向異性為負(fù)的相位差板(NR板)；100透過型液晶顯示裝置；110a有源矩陣基板；110b對(duì)向基板(濾色器基板)；111；像素電極；113切口部；115壁結(jié)構(gòu)體；130濾色器層；131對(duì)向電極；133支承體；200，200’-半透過型液晶顯示裝置；210a-有源矩陣基板；210b-對(duì)向基板(濾色器基板)；211-像素電極；213-切口部；215壁結(jié)構(gòu)體；230濾色器層；231對(duì)向電極；232遮光層(黑矩陣)；233支承體；234透明介電層(反射部臺(tái)階差)。
具體實(shí)施例方式
以下，參照附圖，說明本發(fā)明的實(shí)施例的液晶顯示裝置的結(jié)構(gòu)。
首先說明本發(fā)明第一方面的液晶顯示裝置的結(jié)構(gòu)。
參照?qǐng)D1和圖2，說明在本發(fā)明的第一方面的實(shí)施例的液晶顯示裝置中，形成放射狀傾斜取向的機(jī)理。
圖1為說明設(shè)置在像素電極6上的開口部14和壁結(jié)構(gòu)體15產(chǎn)生的取向限制力的作用的圖；(a)為示意性地表示不加電壓時(shí)，(b)為加電壓時(shí)的液晶分子的取向狀態(tài)。圖1(b)所示的狀態(tài)為表示中間色調(diào)的狀態(tài)。圖2為從基板法線方向看的中間色調(diào)顯示狀態(tài)的液晶分子的取向狀態(tài)的圖(平面圖)圖1所示的液晶顯示裝置，在透明基板1上按這個(gè)順序具有有開口部14的像素電極6，和取向膜12。在另一個(gè)透明基板17上，按這個(gè)順序形成對(duì)向電極19和取向膜32，放置在二個(gè)基板之間的液晶層20包含具有負(fù)的介電各向異性的液晶分子21。
如圖1(a)所示，在不加電壓時(shí)，液晶分子21由垂直取向膜12和32的取向限制力作用，相對(duì)于基板表面大致垂直地取向。典型情況是，垂直取向膜12以覆蓋壁狀態(tài)結(jié)構(gòu)體15的方式形成，在壁狀結(jié)構(gòu)體15的傾斜的側(cè)面附近，液晶分子21大致垂直地在側(cè)面上取向，但為了簡(jiǎn)單起見，圖中省略。又如圖2所示，設(shè)置構(gòu)成十字那樣的配置成矩形部分的4個(gè)開口部14；壁結(jié)構(gòu)體15在開口部14內(nèi)與矩形部分平行地設(shè)置，由壁結(jié)構(gòu)體產(chǎn)生的取向限制內(nèi)的方向(液晶分子傾斜方向)與由開口部14產(chǎn)生的傾斜電場(chǎng)引起的取向限制力的方向匹配。
如圖1(b)所示，當(dāng)加電壓時(shí)，由于介電各向異性為負(fù)的液晶分子21的分子長(zhǎng)軸與電力線垂直，因此，通過在開口部14的周邊形成的傾斜電場(chǎng)，可以規(guī)定液晶分子21的傾倒方向。如圖2所示，當(dāng)設(shè)置十字的開口部14和壁結(jié)構(gòu)體15時(shí)，在實(shí)質(zhì)上被開口部14和壁結(jié)構(gòu)體15包圍的區(qū)域中，形成放射狀傾斜取向的液晶區(qū)域。在該放射狀傾斜取向區(qū)域內(nèi)，由于液晶導(dǎo)向偶極子(director)在全方位取向(基板面內(nèi)的方位)，因此視野角特性好。這里，放射狀傾斜取向與軸對(duì)稱取向是同義的，指的是液晶分子在放射狀傾向取向的中心(軸對(duì)稱取向的中心軸)的周圍，不形成向錯(cuò)線(disclination line)的連續(xù)的取向，將液晶分子的長(zhǎng)軸取向成放射狀(radial)，同心圓狀(tangential)、渦卷狀的狀態(tài)。在所有的場(chǎng)合下，液晶分子的長(zhǎng)軸具有從取向中心成放射狀傾斜的成分(與傾斜電場(chǎng)平行的成分)。
現(xiàn)在來說明與壁結(jié)構(gòu)體15一起，設(shè)置開口部14的例子。即使省略開口部14，由于壁結(jié)構(gòu)體15的傾斜側(cè)面上的錨定作用(取向限制力)，垂直取向型液晶層的液晶分子的傾斜方向由電場(chǎng)限定。結(jié)果，當(dāng)加上閾值以上的電壓時(shí)，在實(shí)質(zhì)上被壁結(jié)構(gòu)體15包圍的區(qū)域中，可以穩(wěn)定地形成呈放射狀傾斜取向的液晶區(qū)域。如例子所示，當(dāng)與壁結(jié)構(gòu)體15一起，設(shè)置開口部14時(shí)，在加電壓時(shí)，由在開口部或切口部的周邊形成的傾斜電場(chǎng)產(chǎn)生的取向限制力，與由壁結(jié)構(gòu)體產(chǎn)生的取向限制力一起，規(guī)定液晶分子的傾斜方向，因此可以進(jìn)一步使放射狀傾斜取向穩(wěn)定。另外，當(dāng)電壓低時(shí)由傾斜電場(chǎng)產(chǎn)生的取向限制力弱，而由壁結(jié)構(gòu)體產(chǎn)生的取向限制力不依賴于電壓，因此，即使在中間色調(diào)顯示狀態(tài)下，也能發(fā)揮取向限制力，從而穩(wěn)定地規(guī)定液晶分子的傾斜方向，結(jié)果，可以改善中間色調(diào)顯示的顯示品質(zhì)。
所謂壁結(jié)構(gòu)體15或開口部14“實(shí)質(zhì)上包圍的區(qū)域”是連續(xù)地將取向限制力作用在該區(qū)域內(nèi)的液晶分子上，形成一個(gè)液晶區(qū)域即可，而不必要完全包圍。即如圖2所示，相鄰的壁結(jié)構(gòu)體15或開口部14之間斷開，在其中形成一個(gè)液晶區(qū)域也可以。
另外，這里說明了在開口部14的周圍形成的傾斜電場(chǎng)的作用，但即使在像素電極6的邊緣部分上形成的切口部(例如參照?qǐng)D3的切口部13)的附近，也同樣形成傾斜電場(chǎng)，該電場(chǎng)規(guī)定液晶分子21的傾斜方向。
其次，參照?qǐng)D3(a)-(c)，說明切口部13(或開口部14)和壁結(jié)構(gòu)體15的配置。圖3(a)和(b)為表示在像素電極6的中心附近，設(shè)置一對(duì)矩形的切口部13時(shí)的壁結(jié)構(gòu)體15的配置例子的平面圖。這里所示的切口部13即使為在像素電極6內(nèi)設(shè)置的開口部14也同樣。
如上所述，由于當(dāng)加電壓時(shí)，不需要用壁結(jié)構(gòu)體15包圍形成呈放射狀傾斜取向的液晶區(qū)域(稱形成一個(gè)液晶區(qū)域的區(qū)域?yàn)椤白酉袼亍?的全部周圍，因此，如圖3(a)右側(cè)所示，可以僅在切口部13(或開口部14內(nèi))內(nèi)形成壁結(jié)構(gòu)體15。又如圖3(a)左側(cè)所示，可使壁結(jié)構(gòu)體15延伸，與在切口部13內(nèi)形成的壁結(jié)構(gòu)體15連接。即當(dāng)從基板法線方向看時(shí)，壁結(jié)構(gòu)體15如虛線狀所示那樣設(shè)置也可以，如實(shí)線所示那樣設(shè)置也可以。
其次，參照?qǐng)D3(b)和(c)，說明在矩形的切口部13(或開口部14)內(nèi)，與它平行地設(shè)置壁結(jié)構(gòu)體15時(shí)的優(yōu)選結(jié)構(gòu)。
當(dāng)取矩形切口部13的寬度為EW(圖3(b))，壁結(jié)構(gòu)體15的寬度為WW時(shí)，優(yōu)選構(gòu)成為滿足0.6EW＜WW＜0.9EW的關(guān)系。當(dāng)0.6EW＞W(wǎng)W時(shí)，壁結(jié)構(gòu)體15的取向限制力對(duì)電極區(qū)域的液晶區(qū)域的影響小，很難使像素電極區(qū)域的液晶區(qū)域穩(wěn)定。相反，當(dāng)WW＞0.9EW時(shí)，制造過程的對(duì)準(zhǔn)誤差使得會(huì)產(chǎn)生壁結(jié)構(gòu)體15不能配置在切口部13內(nèi)的情況(誤對(duì)準(zhǔn))。由于在壁結(jié)構(gòu)體15的側(cè)面附近的液晶分子，從垂直取向發(fā)生傾斜，因此在黑顯示的狀態(tài)下，產(chǎn)生光泄漏，不為優(yōu)選。
另外，相對(duì)于透過區(qū)域的液晶層厚度dt，優(yōu)選使切口部寬度EW為1.8dt＜EW＜2.5dt。通過由于施加電壓產(chǎn)生的傾斜電場(chǎng)的作用，為了使每一個(gè)像素都有穩(wěn)定的取向，應(yīng)相對(duì)于液晶層厚度dt，增大切口部寬度EW，可使每一像素的取向狀態(tài)不連續(xù)，造成在不存在電極層的區(qū)域中的等電位線嚴(yán)重變形。
當(dāng)過于增大切口部13(或開口部14)時(shí)寬度EW時(shí)，像素內(nèi)顯示部分變小，而在施加電壓時(shí)，顯示狀態(tài)發(fā)生變化的區(qū)域減少，因此不為優(yōu)選。另外，當(dāng)減小液晶層厚度dt時(shí)，電場(chǎng)即單位V/μW增大，每單位厚度的電場(chǎng)變化量變大，可得到與增大切口部寬度EW情況實(shí)質(zhì)上相同的效果。即在一定的單元厚度(液晶層的厚度)下，為了在每一個(gè)像素中形成良好的放射狀傾斜取向區(qū)域，而且盡可能增大有效開口率(實(shí)質(zhì)上為對(duì)顯示有用的面積與像素面積的比例)，切口部寬度EW和透過區(qū)域的液晶層厚度dt優(yōu)選為1.8dt＜EW＜2.5dt。當(dāng)1,8dt＞EW時(shí)，每單位厚度的電場(chǎng)減弱，在像素中液晶的放射狀傾斜取向不穩(wěn)定，在多個(gè)像素之間，放射狀傾斜取向的中心位置有偏差。相反，當(dāng)EW＞2.5dt時(shí)，對(duì)于適當(dāng)?shù)囊壕雍穸?，切口?3(或開口部14)過大，結(jié)果，有效開口率降低，也不為優(yōu)選。
另外，壁結(jié)構(gòu)體15的高度WH，相對(duì)于液晶層的透過區(qū)域的厚度dt，優(yōu)選為0.25dt＜WH＜0.4dt。當(dāng)WH＜0.25dt時(shí)，壁結(jié)構(gòu)體15的取向限制力變?nèi)?，得不到穩(wěn)定的取向狀態(tài)。相反，在WH＞0.4dt的情況下，當(dāng)將液晶材料注入基板(有源矩陣基板)1和基板(對(duì)向基板)17之間時(shí)，在像素電極上規(guī)則地配置的壁結(jié)構(gòu)體15成為液晶注入的障礙，注入費(fèi)時(shí)間，或者，產(chǎn)生注入不完全的區(qū)域可能性高。特別是，在半透過型液晶顯示裝置的情況下，由于光學(xué)的最優(yōu)設(shè)計(jì)，反射區(qū)域的液晶層厚度dr(參見圖4)設(shè)定大約為透過區(qū)域厚度dt的大致一半，因此有可能液晶材料幾乎不能注入。因此0.25dt＜WH＜0.4dt為優(yōu)選。
在上述的例子中，表示了與切口部13和/或開口部14對(duì)應(yīng)，設(shè)置壁結(jié)構(gòu)體15的結(jié)構(gòu)，但不是僅限于此，如圖3(b)所示，在包圍像素電極6的區(qū)域中，設(shè)置壁結(jié)構(gòu)體15也可以。在像素電極6的周邊區(qū)域上，形成TFT或柵極信號(hào)布線，源極信號(hào)布線等，或者，在對(duì)向基板上形成黑矩陣，因此，成為對(duì)顯示沒有幫助的遮光區(qū)域。因此，在該區(qū)域形成的壁結(jié)構(gòu)體15，對(duì)顯示沒有不好影響。
另外，形成壁結(jié)構(gòu)體15，使它實(shí)質(zhì)上包圍形成各個(gè)液晶區(qū)域的區(qū)域(子像素)也可以。當(dāng)每個(gè)子像素上不形成壁結(jié)構(gòu)體15時(shí)，在電壓低的情況下，切口部13或開口部14的取向限制力不足夠大，不能穩(wěn)定地維持液晶區(qū)域的放射狀傾斜取向中心的位置，在多個(gè)像素之間存在偏差。特別是，在半透過型液晶顯示裝置中，優(yōu)選至少在透過區(qū)域和反射區(qū)域之間設(shè)置開口部或切口部；另外，不這樣或與其一起，形成壁結(jié)構(gòu)體15為優(yōu)選。在透過區(qū)域和反射區(qū)域之間不形成壁結(jié)構(gòu)體15的情況下，當(dāng)加的電壓低時(shí)，形成壁結(jié)構(gòu)體15的區(qū)域側(cè)的取向限制力比其他區(qū)域強(qiáng)，放射狀傾斜取向中心的位置會(huì)偏離透過區(qū)域或反射區(qū)域的子像素區(qū)域的中心。
其次，參照?qǐng)D4說明本發(fā)明第一方面的實(shí)施例的液晶顯示裝置的具體的結(jié)構(gòu)例子。
圖4所示的液晶顯示裝置具有背燈；半透過型液晶面板50；通過半透過型液晶面板50，互相相對(duì)設(shè)置的一對(duì)偏光板40和43；設(shè)在偏光板40和43與液晶面板50之間的1/4波長(zhǎng)板41和44；和設(shè)在1/4波長(zhǎng)板41和44與液晶面板50之間的光學(xué)各向異性為負(fù)的相位差板42和45。液晶面板50在透明基板(有源矩陣基板)1和透明基板(對(duì)向基板)17之間有垂直取向型液晶層20。作為液晶面板50可以使用具有與后面參照?qǐng)D6說明的液晶顯示裝置200相同的結(jié)構(gòu)的液晶面板。
以下簡(jiǎn)單說明圖4所示的液晶顯示裝置的顯示動(dòng)作。
在反射模式顯示中，從上側(cè)來的入射光，通過偏光板43成為直線偏光。當(dāng)該直線偏光入射在1/4波長(zhǎng)板44上，使偏光板43的透過軸和1/4波長(zhǎng)板44的滯相軸成45°角時(shí)，變成圓偏光，透過在基板17上形成的濾色器層(沒有示出)。另外，相對(duì)于從法線方向入射的光，使用不產(chǎn)生相位差的相位差板45。
當(dāng)不加電壓時(shí)，由于液晶層20中的液晶分子在基板面上大致為垂直地取向，入射光以相位差大致為0透過，由下側(cè)基板1上形成的反射電極反射。反射的圓偏光再次在液晶層20中通過，通過濾色器層，再次以圓偏光通過光學(xué)各向異性為負(fù)的相位差板45，經(jīng)過1/4波長(zhǎng)板44，變換成與最初入射透過偏光板43時(shí)的偏光方向垂直的偏光方向的直線偏光，到達(dá)偏光板43。因此光不透過偏光板43，成為黑顯示。
另一方面，當(dāng)加電壓時(shí)，液晶層20中的液晶分子，從與基板面垂直的方向向水平該傾斜，因此，入射的圓偏光，由液晶層20的雙折射變成橢圓偏光，被在下側(cè)基板1上形成的反射電極反射。反射的光的偏光狀態(tài)進(jìn)一步因液晶層20發(fā)生變化，再次通過在液晶層20、通過濾色器層、再次通過光學(xué)各向異性為負(fù)的相位差板45，作為橢圓偏光入射至1/4波長(zhǎng)板44，因此，到達(dá)偏光板43時(shí)，透過偏光板43而不成為與入射時(shí)的偏光方向垂直的直線偏光。即，通過調(diào)節(jié)所加電壓，可以控制液晶分子的傾斜程度，調(diào)整可以透過偏光板43的反射光量，可以進(jìn)行灰度等級(jí)顯示。
另外，在透過模式的顯示中，上下二塊偏光板43和偏光板40的透過軸配置成分別垂直，從光源射出的光由偏光板40變成直線偏光。當(dāng)該直線偏光入射至以使得偏光板40的透過軸和1/4波長(zhǎng)板41的滯相軸成45°的發(fā)生配置的1/4波長(zhǎng)板41時(shí)，變成圓偏光，再經(jīng)過光學(xué)各向異性為負(fù)的相位差板42，入射到下側(cè)的基板1的透過區(qū)域A。這里，可使用相對(duì)從法線方向入射的光，不產(chǎn)生相位差的相位差板42。
當(dāng)不加電壓時(shí)，由于液晶層20中的液晶分子的取向?yàn)榇笾屡c基板面垂直，因此，入射光在相位差大約為0時(shí)透過，以圓偏光狀態(tài)入射在下側(cè)基板1上，再在圓偏光狀態(tài)下，經(jīng)過液晶層20和上側(cè)的基板17，透過上側(cè)的光學(xué)各向異性為負(fù)的相位差板45，到達(dá)1/4波長(zhǎng)板44。這樣，通過以使下側(cè)的1/4波長(zhǎng)板41和上側(cè)的1/4波長(zhǎng)板44的滯相軸互相正交的方式配置，透過來的光通過上側(cè)的1/4波長(zhǎng)板44消除下側(cè)的1/4波長(zhǎng)板41生成的相位差，回到原來的直線偏光。透過上側(cè)的1/4波長(zhǎng)板44的光成為與偏光板40的透過軸(偏光軸)平行的直線偏光，通過偏光板40和與透過軸正交的偏光板43吸收，成為黑顯示。
另一方面，當(dāng)加電壓時(shí)，由于液晶層20中的液晶分子21，從與基板面垂直的方向，向水平方向傾斜，入射到液晶顯示裝置的入射圓偏光，經(jīng)液晶層20雙折射，成為橢圓偏光，并通過上側(cè)的CF基板17和上側(cè)的光學(xué)各向異性為負(fù)的相位差板45與1/4波長(zhǎng)板44，作為橢圓偏光。然后，到達(dá)偏光板43。由此，不成為與入射時(shí)的偏光成分垂直的直線偏光。因此，通過偏光板43，光可透過。即，通過調(diào)節(jié)所加電壓，可以控制液晶分子的傾斜方向，調(diào)制透過光可透過偏光板43的光量，可以進(jìn)行灰度等級(jí)顯示。
光學(xué)各向異性為負(fù)的相位差板，可將液晶分子在垂直取向狀態(tài)下的視野角變化時(shí)的相位差的變化量抑止至最小，可以抑止在廣視野角側(cè)觀察時(shí)的黑色的浮動(dòng)。另外，也可使用將光學(xué)各向異性為負(fù)的相位差板與1/4波長(zhǎng)板作成一體的雙軸性相位差板，取代負(fù)的相位差板與1/4波長(zhǎng)板的組合。
如本發(fā)明那樣，在不加電壓時(shí)，進(jìn)行黑顯示，在加電壓時(shí)，在放射狀傾斜取向區(qū)域中進(jìn)行成為白顯示的正常黑色模式的情況下，通過在液晶顯示裝置(液晶面板)的上下位置一對(duì)1/4波長(zhǎng)板，可以消除偏光板引起的消光模式，改善亮度。另外，在使上下的偏光板的透過軸互相垂直配置，在放射狀傾斜取向區(qū)域中進(jìn)行正常的黑色模式的情況下，原理上可以實(shí)現(xiàn)與配置在正交尼科爾晶上的一對(duì)偏光板同程度的黑色顯示，因此可實(shí)現(xiàn)極高的對(duì)比度比，同時(shí)可以達(dá)到在全方位的取向中引導(dǎo)的廣視野角特性。
(透過型液晶顯示裝置)首先參照?qǐng)D5說明本發(fā)明第一方面的實(shí)施例的透過型液晶顯示裝置100的結(jié)構(gòu)。圖5為示意性地表示透過型液晶顯示裝置100的一個(gè)像素的結(jié)構(gòu)的圖；(a)為平面圖，(b)為沿著圖5(a)中的5B-5B’線的截面圖。
液晶顯示裝置100具有透明基板(例如玻璃基板)110a，與透明基板110a相對(duì)設(shè)置的透明基板110b，和設(shè)在透明基板110a與110b之間的垂直取向型液晶層120。在與基板110a和110b上的液晶層120連接的面上，設(shè)置垂直取向膜(圖中沒有示出)。當(dāng)不加電壓時(shí)，液晶層120的液晶分子在垂直取向膜的表面上大致垂直地取向。液晶層120包含介電各向異性為負(fù)的向列的液晶材料。根據(jù)需要還可以含有手(征)性物質(zhì)。
液晶顯示裝置100具有透明基板110a上形成的像素電極111；和在透明基板110b上形成的對(duì)向電極131。設(shè)在像素電極111和對(duì)向電極131之間的液晶層120規(guī)定像素。另外，像素電極111和對(duì)向電極131都是用透明導(dǎo)電層(例如ITO層)形成的。典型是，在透明基板110b的液晶層120側(cè)上，形成與像素對(duì)應(yīng)而設(shè)的濾色器130(將多個(gè)濾色器綜合，將全體稱為濾色器層130)、和在相鄰的濾色器130之間(即相鄰的像素之間)設(shè)置的黑矩陣(遮光層)132；在它們上可形成對(duì)向電極131；也可在對(duì)向電極131上(液晶層120側(cè))形成濾色器層130和黑矩陣132。
像素電極111具有在規(guī)定位置上形成的二個(gè)切口部113。另外，在透明基板110a的液晶層120上設(shè)置壁結(jié)構(gòu)體115。壁結(jié)構(gòu)體115包含包圍像素電極111設(shè)置的壁部分，和在矩形切口部113內(nèi)，與它平行設(shè)置的壁部分，和進(jìn)一步以連結(jié)這些結(jié)構(gòu)的方式延伸的壁部分。
當(dāng)將規(guī)定電壓加在該液晶層上時(shí)，在用壁結(jié)構(gòu)體115包圍的區(qū)域內(nèi)，分別形成呈放射狀傾斜取向的二個(gè)液晶區(qū)域。這里例示的壁結(jié)構(gòu)體115是作為連續(xù)的壁設(shè)置的，但不是僅限于此，隔斷成多個(gè)壁也可以。由于該壁結(jié)構(gòu)體115的作用為規(guī)定液晶區(qū)域的邊界，因此優(yōu)選具有某一定長(zhǎng)度。例如，在由多個(gè)壁構(gòu)成壁結(jié)構(gòu)體的情況下，優(yōu)選是各個(gè)壁的長(zhǎng)度，比相鄰的壁之間的長(zhǎng)度長(zhǎng)。
如果在遮光區(qū)域中形成用于規(guī)定液晶層120厚度(也稱為單元間隙)的支承體133，則由于沒有降低顯示品質(zhì)而優(yōu)選。支承體133可利用感光性樹脂，通過光刻工序形成。支承體133可以在透明基板110a和110b的任何一個(gè)上形成，如例子所示，不是僅限于設(shè)在設(shè)置有遮光區(qū)域中的壁結(jié)構(gòu)體115上的情況。當(dāng)在壁結(jié)構(gòu)體115上形成支承體133時(shí)，壁結(jié)構(gòu)體115的高度與支承體133的高度之和設(shè)定為液晶層120厚度。在支承體133設(shè)在不形成壁結(jié)構(gòu)體115的區(qū)域中的情況下，支承體133的高度設(shè)置為液晶層120的厚度。
在透明基板110a的液晶層120上可設(shè)置TFT等有源元件和與TFT連接的柵極布線與源極布線等電路元件(圖中都未示出)。另外，將透明基板110a，在透明基板110a上形成的電路元件和上述像素電極113，壁結(jié)構(gòu)體115，支承體133和取向膜等集合，成為有源矩陣基板。另一方面，將透明基板110b，在透明基板110b上形成的濾色器層130，黑矩陣132，對(duì)向電極131和取向膜等集合，成為對(duì)向基板或?yàn)V色器基板。
另外，在上述說明中省略了，液晶顯示裝置100還具有通過透明基板110a和110b互相相對(duì)配置的一對(duì)偏光板。典型的是一對(duì)偏光板配置為使透過軸互相垂直。又如上所述，可以設(shè)置雙軸性光學(xué)各向異性媒體層或單軸性光學(xué)各向異性媒體層。
(半透過型液晶顯示裝置)
其次，參照?qǐng)D6說明本發(fā)明第一方面的實(shí)施例的半透過型液晶顯示裝置200的結(jié)構(gòu)。
圖6為示意性地表示本發(fā)明的第一方面的實(shí)施例的半透過型液晶顯示裝置200的一個(gè)像素的結(jié)構(gòu)的圖；(a)為平面圖，(b)為沿著圖6(a)中的6B-6B’的截面圖。
液晶顯示裝置200具有透明基板(例如玻璃基板)210a、與透明基板210a相對(duì)設(shè)置的透明基板210b、和設(shè)在透明基板210a與210b之間的垂直取向型液晶層220。在與基板210a和210b上的液晶層220連接的面上，設(shè)置垂直取向膜(圖中沒有示出)。當(dāng)不加電壓時(shí)，液晶層220的液晶分子在相對(duì)垂直取向膜的表面大致垂直地取向。液晶層220包含介電各向異性為負(fù)的向列的液晶材料。根據(jù)需要還可以含有手(征)性物質(zhì)。
液晶顯示裝置200具有透明基板210a上形成的像素電極211；和在透明基板210b上形成的對(duì)向電極231。設(shè)在像素電極211和對(duì)向電極231之間的液晶層220規(guī)定像素。如后所述，在透明基板210a上形成TFT等電路元件。將透明基板210a和在其上形成的結(jié)構(gòu)元件集合，即成為有源矩陣基板210a。
典型結(jié)構(gòu)是，在透明基板210b的液晶層220上，形成與像素對(duì)應(yīng)而設(shè)的濾色器230(將多個(gè)濾色器集合，將全體稱為濾色器層230)、和在相鄰的濾色器230之間(即相鄰的像素之間)設(shè)置的黑矩陣(遮光層)232。在它們之上形成對(duì)向電極231，但也可在對(duì)向電極231上(液晶層220側(cè))形成濾色器層230和黑矩陣232。將透明基板210b和在其上形成的結(jié)構(gòu)元件整體稱為對(duì)向基板(濾色器基板)210b。
像素電極211具有由透明導(dǎo)層(例如ITO層)形成的透明電極211a，和由金屬層(例如Al層，含Al的合金層，和含有其中任何一個(gè)的層疊膜)形成的反射電極211b。結(jié)果，像素包含由透明電極211a規(guī)定的透過區(qū)域A，和由反射電極211b規(guī)定的反射區(qū)域B。透過區(qū)域A進(jìn)行透過模式下的顯示，反射區(qū)域B進(jìn)行反射模式下的顯示。
像素電極211具有規(guī)定位置上形成的切口部213。另外，在透明基板210a的液晶層220上設(shè)置壁結(jié)構(gòu)體215；壁結(jié)構(gòu)體215包含包圍像素電極211而設(shè)置的壁部分；和在矩形的切口部213內(nèi)，與它平行設(shè)置的壁部分；與以連接它們的方式延伸的壁部分。
當(dāng)將規(guī)定的電壓加在該液晶層上時(shí)，在由壁結(jié)構(gòu)體215包圍的區(qū)域內(nèi)，分別形成放射狀傾斜取向的三個(gè)液晶區(qū)域。這里例示的壁結(jié)構(gòu)體215作為連續(xù)的壁設(shè)置，但不是僅限于此；分隔成多個(gè)壁也可以。由于該壁結(jié)構(gòu)體215的作用是規(guī)定液晶區(qū)域的邊界，優(yōu)選具有一定的長(zhǎng)度。例如，在由多個(gè)壁構(gòu)成的壁結(jié)構(gòu)體的情況下，單個(gè)壁的長(zhǎng)度優(yōu)選比相鄰的壁之間的長(zhǎng)度要長(zhǎng)。
在圖6中，表示在透過區(qū)域A中形成二個(gè)液晶區(qū)域，在反射區(qū)域B中形成一個(gè)液晶區(qū)域的例子，但不是僅限于此。另外，各個(gè)液晶區(qū)域作成大致的正方形，從視野角特性和取向穩(wěn)定性的觀點(diǎn)來看優(yōu)選。
液晶顯示裝置200具有壁結(jié)構(gòu)體215，它在設(shè)在相鄰的像素之間的遮光區(qū)域的透明基板210a上。這里例示的壁結(jié)構(gòu)體215設(shè)置為包圍像素的連續(xù)的壁，但不是僅限于此，分隔成多個(gè)壁也可以。該壁結(jié)構(gòu)體215的作用為規(guī)定在液晶區(qū)域的像素的外延部分附近形成的邊界。因此優(yōu)選具有一定長(zhǎng)度。例如，在由多個(gè)壁構(gòu)成壁結(jié)構(gòu)體215的情況下，優(yōu)選各個(gè)壁的長(zhǎng)度比相鄰壁之間的長(zhǎng)度長(zhǎng)。
如果在遮光區(qū)域中形成用于規(guī)定液晶層220厚度(也稱為單元間隙)的支承體233，則由于沒有降低顯示品質(zhì)而優(yōu)選。支承體233可利用感光性樹脂，通過光刻工序形成。支承體233可以在透明基板210a和210b的任何一個(gè)上形成，如例子所示，不是僅限于設(shè)置在設(shè)在遮光區(qū)域中的壁結(jié)構(gòu)體215上的情況。當(dāng)在壁結(jié)構(gòu)體215上形成支承體233時(shí)，壁結(jié)構(gòu)體215的高度與支承體233的高度之和設(shè)定為液晶層220厚度。在支承體233設(shè)在不形成壁結(jié)構(gòu)體215的區(qū)域中的情況下，支承體233的高度設(shè)定為液晶層220的厚度。
其次，說明在可以進(jìn)行透過模式顯示和反射模式顯示二者的半透過型液晶顯示裝置200中的特有的優(yōu)選結(jié)構(gòu)。
在透過模式顯示中，顯示用的光只一次通過液晶層200，而在反射模式顯示中，顯示用的光二次通過液晶層220。因此，如圖6(b)示意性地所示，優(yōu)選透過區(qū)域A的液晶層220的厚度dt約為反射區(qū)域B的液晶層220的厚度dr的二倍。通過這樣設(shè)定，液晶層220給與兩種顯示模式的光的阻滯大致相等。dt＝0.5dr為優(yōu)選，但在0.3dt＜dr＜0.7dt范圍內(nèi)，利用兩種顯示模式，可以在兩顯示模式下實(shí)現(xiàn)良好的顯示。根據(jù)用途不同，也可以為dt＝dr。
在液晶顯示裝置200中，為了使反射區(qū)域B的液晶層220的厚度比透過區(qū)域A的液晶層的厚度小，可以只在玻璃基板210b的反射區(qū)域B上設(shè)置透明的介電層234。另外，如圖所示，優(yōu)選對(duì)向電極231覆蓋透明介電層234(即在液晶層220側(cè))。這樣，當(dāng)采用在對(duì)向基板210b上沒置透明介電層234的結(jié)構(gòu)時(shí)，在反射電極211b下面使用絕緣膜等，可以不需要設(shè)置臺(tái)階差，因此有源矩陣基板210a的制造簡(jiǎn)單。另外，當(dāng)將反射電極211b設(shè)置在用于為了調(diào)整液晶層220的厚度而設(shè)置臺(tái)階差的絕緣膜上時(shí)，通過覆蓋絕緣膜的斜面(錐度部分)的反射電極遮住用于透過顯示的光；或者由形成于絕緣膜的斜面上的反射電極反射的光，在內(nèi)部反復(fù)地反射，產(chǎn)生反射顯示時(shí)不能有效利用的問題。采用上述結(jié)構(gòu)，可以抑制這些問題的發(fā)生，改善光的利用效率。
另外，當(dāng)采用具有使光在該透明介電層234上散射的功能(擴(kuò)散反射功能)的結(jié)構(gòu)時(shí)，即使不將擴(kuò)散反射功能賦與反射電極211b，也可實(shí)現(xiàn)接近紙白色的良好的白顯示。即使不將光散射功能賦與透明介電層234，通過將反射電極211b的表面作成凹凸形狀也可實(shí)現(xiàn)接近紙白色的白色顯示。但凹凸形狀有時(shí)也可使放射狀傾斜取向的中心位置不穩(wěn)定。與此相對(duì)，如果采用具有帶有光散射功能的透明介電層234和平坦的表面的反射電極211b，利用在反射電極211b上設(shè)置的開口部214，可以更可靠地使中心位置穩(wěn)定，這是一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)為了將擴(kuò)散反射功能賦與反射電極211b，而在其表面上設(shè)置凹凸時(shí)，優(yōu)選凹凸形狀作成連續(xù)的波狀，以便不產(chǎn)生干涉色，并使放射狀傾斜取向中心穩(wěn)定。
另外，在透過模式下，顯示用的光僅一次通過濾色器層230，而在反射模式顯示中，顯示用的光二次通過濾色器層230。因此，當(dāng)作為濾色器層230，使用在透過區(qū)域A和反射區(qū)域B中相同的光學(xué)濃度的濾色器層時(shí)，反射模式的色純度和/或亮度降低。為了抑制這個(gè)問題的發(fā)生，優(yōu)選使反射區(qū)域的濾色器層的光學(xué)濃度比透過區(qū)域的濾色器層小。所謂光學(xué)濃度為賦與濾色器層特征的特性值。如果減少濾色器層的厚度，則可以減小光學(xué)濃度。或者，在濾色器層的厚度保持原狀時(shí)，降低添加的色素濃度，也可以減小光學(xué)濃度。
以下，具體地說明試作的液晶顯示裝置的顯示特性。
(試作例1)在形成信號(hào)線和TFT(薄膜晶體管)的有源矩陣基板上，設(shè)置如圖7(a)所示的像素電極(ITO層透明電極)6和壁結(jié)構(gòu)體15。這時(shí)，切口部寬度13的寬度為8μm，壁結(jié)構(gòu)體15的寬度為6μm。在與壁結(jié)構(gòu)體15不同的地方，形成規(guī)定單元(cell)厚度的支承體。該支承體的高度為4.0μm。
在以上這樣制造的有源矩陣基板和濾色器層，以及形成電極層的對(duì)向基板(濾色器基板)上涂布垂直取向劑，通過燒結(jié)，在基板上形成垂直取向?qū)印⒂性淳仃嚮搴蛯?duì)向基板貼合，注入具有負(fù)的介電常數(shù)各向異性的液晶材料(Δn＝0.101，Δε＝-5.0)，密封后制作液晶顯示裝置。接著，在這個(gè)液晶顯示裝置的結(jié)構(gòu)基板的兩個(gè)表面上配置光學(xué)濾光器，得到液晶顯示裝置。
本試作例的液晶顯示裝置的結(jié)構(gòu)，按從上面開始的順序，作成偏光板(觀察側(cè))、1/4波長(zhǎng)板(相位差板1)，光學(xué)各向異性為負(fù)的相位差板(相位差板2(NR板))，液晶層(上側(cè)為濾色器基板，下側(cè)為有源矩陣基板)，光學(xué)各個(gè)異性為負(fù)的相位差板(相位差板3(NR板))，1/4波長(zhǎng)板(位相差板4)，偏光板(背燈側(cè))的層疊結(jié)構(gòu)。另外，在液晶層的上下1/4波長(zhǎng)板(相位差板1和相位差板4)處，使相互的滯相軸垂直正交，使各個(gè)相位差為140nm(可視光(560nm)的1/4)。
光學(xué)各向異性為負(fù)的相位差板(相位差板2和相位差板3)在與光軸(與薄膜表面垂直)和薄膜面平行的方向上的相位差作成135nm。另外，在二塊偏光板(觀察側(cè)和背燈側(cè))中，與透過軸垂直配置。
將驅(qū)動(dòng)信號(hào)加在液晶顯示裝置上(將4V加在液晶層上)評(píng)價(jià)顯示特性。試作例1具有圖8所示的良好的電壓一透過率特性。在透過顯示下的視角對(duì)比度特性結(jié)果如圖9所示。透過顯示下的視野角特性表示出大致為全方位對(duì)稱的特性，CR＞10(粗線區(qū)域)區(qū)域?yàn)椤?0°而良好，在正面的透過對(duì)比度高達(dá)300∶1以上。關(guān)于中間色調(diào)的響應(yīng)速度，在8個(gè)灰度等級(jí)水平中，6→7灰度等級(jí)(接近黑色的低電壓)響應(yīng)時(shí)間為20msee，與沒有壁結(jié)構(gòu)體的情況比較，具有高速響應(yīng)特性。
(試作例2)
在有源矩陣基板上形成具有與試作例1同樣形狀的切口部13的像素電極6。然后，如圖所示，在ITO電極上形成壁結(jié)構(gòu)體。這時(shí)，切口部13的寬度為6μm，壁結(jié)構(gòu)體的寬度為3μm。規(guī)定單元間隙的支承體的高度為3.0μm。以后的工序與試作例1同樣進(jìn)行來制造液晶顯示裝置。本試作例的液晶顯示裝置在全方位具有良好的視野角特性和高的對(duì)比度特性。
(試作例3)在形成有與試作例1同樣的像素電極6和壁結(jié)構(gòu)體15的有源矩陣基板上，在與壁結(jié)構(gòu)體15不同的地方(遮光區(qū)域)上，形成規(guī)定單元厚度的支承體。該支承體的高度為4.5μm。以后的工序，與試作例1同樣進(jìn)行來制造液晶顯示裝置。
在從廣視野角觀察本試作例的面板的情況下，在像素上觀察到粗糙。在偏光顯微鏡下，用正交尼科耳觀察看見粗糙的地方，其放射狀傾斜取向中心，在各個(gè)像素中從像素中心偏離。從這里可看出，切口部寬度相對(duì)于液晶層的厚度過大為優(yōu)選。
(試作例4)形成與試作例1同樣的像素電極6和壁結(jié)構(gòu)體15。這時(shí)，切口部13的寬度為6μm，壁結(jié)構(gòu)體15的寬度為1μm，規(guī)定單元間隙的支承體的高度為3.0μm。以后的工序與試作例1同樣進(jìn)行來制造液晶顯示裝置。
在從廣視野角觀察本試作例的面板的情況下，在像素上看得見粗糙。在偏光顯微鏡下，用正交尼科耳觀察看得見粗糙地方，其放射狀傾斜取向中心在各像素中從像素中心偏離。從這里看出，壁結(jié)構(gòu)體的寬度比切口部寬度極端小不為優(yōu)選。
(試作例5)在形成有與試作例1同樣的像素電極6的有源矩陣基板上形成寬度為8μm的壁結(jié)構(gòu)體15。然后，經(jīng)過與試作例1同樣的工序，制造液晶顯示裝置。
在觀察本試作例的液晶顯示裝置時(shí)，在黑顯示中感覺黑色浮動(dòng)。在偏光顯微鏡下觀察像素，發(fā)現(xiàn)壁結(jié)構(gòu)體在透過區(qū)域周邊上存在，產(chǎn)生光泄漏。從這里可看出，壁結(jié)構(gòu)體的寬度比切口部寬度大不為優(yōu)選。
(試作例6)在形成有與試作例1同樣的像素電極6的有源矩陣基板上，形成壁結(jié)構(gòu)體。這時(shí)，切口部13的寬度為8μm，壁結(jié)構(gòu)體的寬度為5μm。在該有源矩陣基板上，在與壁結(jié)構(gòu)體不同的地方，形成規(guī)定單元間隙的支承體。該支承體的高度為2.5μm。以后，經(jīng)過與試作例1同樣的工序，制造液晶顯示裝置。
在本試作例的液晶顯示裝置中，由于基于電壓信號(hào)變化的阻滯變化小，液晶層的透過率低，因此顯示比較暗。從這里可看出，透過區(qū)域的液晶層厚度比切口部13的寬度小不為優(yōu)選。
(試作例7)在有源矩陣基板上形成具有與試作例1同樣形狀的切口部13的像素電極6。不形成壁結(jié)構(gòu)體，而在該有源矩陣基板上，與壁結(jié)構(gòu)體不同的地方，形成規(guī)定單元間隙的支承體。該支承體高度為3.6μm。以后，經(jīng)過與試作例1同樣的工序，制造液晶顯示裝置。
評(píng)價(jià)該液晶顯示裝置的8個(gè)灰度等級(jí)水平中的中間色調(diào)(6→7灰度等級(jí))的響應(yīng)時(shí)間，顯示大約120msee的非常慢的響應(yīng)特性。這表示，在由切口部引起的黑顯示的限制力小的情況下，液晶分子取向穩(wěn)定需要時(shí)間。
(試作例8)在有源矩陣基板上，形成如圖7(b)所示的透明電極(ITO圖形)和反射電極(A1圖形)，分別作為透過區(qū)域和反射區(qū)域。在電極上形成壁結(jié)構(gòu)體。這時(shí)，切口部13的寬度為8μm，壁結(jié)構(gòu)體15的寬度為6μm。在顯示外區(qū)域形成單元間隙厚度設(shè)定用的支承體。該支承體的高度為3.6μm。
在形成濾色器層作為該有源矩陣基板的對(duì)向基板后，在反射區(qū)域中形成大約1.8μm厚的臺(tái)階差，在該基板上形成ITO電極層，制造對(duì)向基板(濾色器基板)。
在所得到的有源矩陣基板和對(duì)向基板上涂布垂直取向劑，接著在180℃下，燒結(jié)1.5小時(shí)，在基板上形成垂直取向?qū)?。將這些基板貼合，注入具有負(fù)的介電常數(shù)各向異性的液晶材料，通過密封，制造液晶顯示裝置。這時(shí)，通過在濾色器基板上形成的臺(tái)階差1.8μm，和單元間隙調(diào)整用的支承體3.6μm，透過區(qū)域的液晶層的厚度為3.6μm，反射區(qū)域的液晶層的厚度為1.8μm。以后，與試作例1同樣，根據(jù)光學(xué)薄膜的設(shè)定，將薄膜貼在液晶顯示裝置上制造液晶顯示裝置。透過顯示的特性具有與試作例1大致相同的良好的顯示特性。另外，作為反射顯示的特性，以標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)散板作為基準(zhǔn)，大約為8.5％(開口率100％的換算值)，對(duì)比度比為20?？傻玫綀D10所示的良好的電壓-反射率特性。
表1集合表示改變上述全部試作例的切口部13的寬度，壁結(jié)構(gòu)體的寬度，透過區(qū)域的液晶層厚度的數(shù)值時(shí)，顯示是否良好。
(表1) 如上所述，根據(jù)本發(fā)明的第一方面的實(shí)施例，單側(cè)基板(例如有源矩陣基板)上形成取向控制用的電極切口部和具有傾斜的側(cè)面的壁結(jié)構(gòu)體，由此，可以制造在全方位視野角特性好，具有高對(duì)比度特性的液晶顯示裝置。
其次，說明本發(fā)明的第一方面的其他實(shí)施例的液晶顯示裝置。
以下說明的實(shí)施例的液晶顯示裝置，在設(shè)置有壁結(jié)構(gòu)件的基板(第一基板，例如有源矩陣基板)和反對(duì)側(cè)基板(第二基板，例如對(duì)向(CF)基板)上還具有介電結(jié)構(gòu)體(凸部)這點(diǎn)上，與先前實(shí)施例的液晶顯示裝置不同。在以下的說明中，與先前實(shí)施例的液晶顯示裝置共同的結(jié)構(gòu)元件，用相同的符號(hào)表示，省略其說明。
先前的實(shí)施例的液晶顯示裝置，利用在單側(cè)的基板上設(shè)有取向控制結(jié)構(gòu)(壁結(jié)構(gòu)體，電極開口部和/或電極切口部)的單純的結(jié)構(gòu)，使液晶層的放射狀傾斜取向穩(wěn)定；而在本實(shí)施例的液晶顯示裝置中，將介電結(jié)構(gòu)體配置在由設(shè)置于單側(cè)基板上的壁結(jié)構(gòu)體實(shí)質(zhì)上包圍的區(qū)域內(nèi)的另一基板上，利用通過液晶層從互相相對(duì)的上下基板限制液晶分子的取向，這樣使放射狀傾斜取向更加穩(wěn)定。結(jié)果，壓緊面板時(shí)的復(fù)原力增大，難以產(chǎn)生取向混亂，或者，即使產(chǎn)生取向混亂，但在短時(shí)間內(nèi)就回復(fù)。另外也可增大中間色調(diào)顯示狀態(tài)的響應(yīng)時(shí)間的縮短效果。
現(xiàn)參照?qǐng)D11和圖12來說明本實(shí)施例的液晶顯示裝置的液晶分子的取向狀態(tài)。
圖11(a)和(b)與先前實(shí)施例的液晶顯示裝置的圖1(a)和(b)對(duì)應(yīng)，圖11(a)示意性地表示不加電壓，圖11(b)為加電壓時(shí)的液晶分子的取向狀態(tài)。
參照?qǐng)D1(a)和(b)來說明。利用設(shè)置在像素電極6上的開口部14生成的傾斜的電場(chǎng)和由設(shè)置在開口部14內(nèi)的壁結(jié)構(gòu)體15的傾斜側(cè)面產(chǎn)生的取向限制力(錨定效果)，形成在由開口部14和壁結(jié)構(gòu)體15實(shí)質(zhì)上包圍的區(qū)域(子像素)中呈放射狀傾斜取向的液晶區(qū)域。本實(shí)施例的液晶顯示裝置，在上側(cè)基板17的液晶層20的子像素的大致中心處，還具有介電結(jié)構(gòu)體25。該介電結(jié)構(gòu)體25的傾斜側(cè)面的取向限制力(錨定效果)，使液晶分子21的放射狀傾斜取向更穩(wěn)定。另外，如圖11中簡(jiǎn)略地所示，垂直取向膜32覆蓋該介電結(jié)構(gòu)體25。
從圖11(b)可以看出，在第二基板(對(duì)向基板)17的液晶層20上設(shè)置的介電結(jié)構(gòu)體25的傾斜側(cè)面而產(chǎn)生的取向限制力，和在第一基板(有源矩陣基板)上設(shè)置的取向限制結(jié)構(gòu)(壁結(jié)構(gòu)體和電極開口部等)產(chǎn)生的取向限制力發(fā)生作用使液晶分子21在相同的方向上取向，因此，子像素內(nèi)的液晶分子的放射狀傾斜取向更穩(wěn)定。另外，由于放射狀傾斜取向以在子像素的大致中心處設(shè)置的介電結(jié)構(gòu)體25為中心形成，因此，放射狀傾斜取向的中心固定在該介電結(jié)構(gòu)體25的附近。
這時(shí)，當(dāng)加電場(chǎng)時(shí)，介電各向異性為負(fù)的液晶分子與電場(chǎng)方向垂直地(液晶分子的長(zhǎng)軸與基板表面平行)傾倒，優(yōu)選是如圖11(b)中箭頭那樣，相對(duì)于介電結(jié)構(gòu)體25的傾斜側(cè)面倒向外側(cè)。若向與此相反的方向傾倒，則會(huì)發(fā)生向錯(cuò)線(disclination line)。
這樣，主要由設(shè)置在第一基板上的取向限制結(jié)構(gòu)(壁結(jié)構(gòu)體和電極開口部等)限制子像素的周邊的液晶分子的取向方向，而設(shè)置在第二基板上的取向限制結(jié)構(gòu)(介電結(jié)構(gòu)體)則限制子像素的大致中心部的液晶分子的取向，這樣，中間色調(diào)顯示的響應(yīng)時(shí)間可縮短；或者，當(dāng)壓緊面板時(shí)可縮短產(chǎn)生的余象消失為止的時(shí)間?，F(xiàn)參照?qǐng)D12(a)～(c)來說明其理由。
圖12(a)～(c)為示意性地表示本實(shí)施例的液晶顯示裝置的子像素內(nèi)的液晶分子的取向的圖，(a)為表示不加電壓時(shí)，(b)為表示加電壓后，(c)為表示加電壓后經(jīng)過足夠長(zhǎng)時(shí)間的狀態(tài)。在圖12中沒有表示設(shè)置在子像素周圍的取向限制結(jié)構(gòu)(包圍子像素的壁結(jié)構(gòu)體和電極開口部等)。
如圖12(a)所示，在不加電壓的狀態(tài)下，液晶分子21的取向大致與基板表面垂直。但是圖中忽視了介質(zhì)結(jié)構(gòu)體25的傾斜側(cè)面附近的液晶分子，為了與傾斜側(cè)面垂直地取向而傾斜(預(yù)傾斜)。
當(dāng)加電壓時(shí)，如圖12(b)所示，從接受設(shè)在子像素周圍的取向限制的取向限制力的子像素周圍的液晶分子，和接受介電結(jié)構(gòu)體25的取向限制力的中心附近的液晶分子，開始傾斜。
以后，隨著時(shí)間的經(jīng)過，設(shè)在子像素周圍的取向限制結(jié)構(gòu)和介電結(jié)構(gòu)體25之間存在的液晶分子連續(xù)地取向。
這樣，通過將介電結(jié)構(gòu)體25設(shè)在子像素的大致中心，從介電結(jié)構(gòu)體25附近和子像素周邊的取向限制結(jié)構(gòu)雙方進(jìn)行液晶分子的取向限制，由此，可得到縮短中間色調(diào)顯示狀態(tài)的響應(yīng)時(shí)間和對(duì)板的擠壓的復(fù)原力增大的效果。
(介電結(jié)構(gòu)體)介電結(jié)構(gòu)體優(yōu)選在與實(shí)質(zhì)上由壁結(jié)構(gòu)體包圍的各個(gè)區(qū)域內(nèi)的規(guī)定位置即各個(gè)區(qū)域的大致中心的位置的相對(duì)的基板的液晶層上形成。這里，所謂實(shí)質(zhì)上被壁結(jié)構(gòu)體包圍是指通過規(guī)則地配置像素的顯示區(qū)域，利用形成圖形的壁結(jié)構(gòu)體(連續(xù)的臺(tái)階差結(jié)構(gòu)物或不連續(xù)的臺(tái)階差結(jié)構(gòu)物)，根據(jù)需要，進(jìn)行分割包圍。在本發(fā)明中，在各個(gè)細(xì)分的區(qū)域內(nèi)，利用壁結(jié)構(gòu)體和介電結(jié)構(gòu)體等的取向限制結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的作用，液晶區(qū)域采呈放射狀傾斜取向。
介質(zhì)結(jié)構(gòu)體優(yōu)選配置在實(shí)質(zhì)上被壁結(jié)構(gòu)體包圍的子像素的大致中心。當(dāng)令介電結(jié)構(gòu)體的底面積Sb對(duì)于子像素(液晶區(qū)域)的面積Sd的比率的百分?jǐn)?shù)為Sa(％)時(shí)，優(yōu)選Sa的值滿足2≤Sa≤25的關(guān)系。當(dāng)Sa的值比上述范圍小時(shí)，得不到足夠的穩(wěn)定液晶分子取向狀態(tài)的作用。另一方面，當(dāng)Sa值在比上述范圍大時(shí)，配置在像素內(nèi)的介電結(jié)構(gòu)體占據(jù)的面積比率過大，實(shí)效開口率顯著減小，導(dǎo)致顯示亮度降低。另外，在介電結(jié)構(gòu)體的傾斜部分(側(cè)面)附近，使相對(duì)于偏光板的偏光軸在傾斜的方向取向的液晶分子通過的偏光具有相位差，因此結(jié)果引起光泄漏，對(duì)比度比降低。由此，介電結(jié)構(gòu)體的大小優(yōu)選在上述范圍內(nèi)。
另外，為了防止在介電結(jié)構(gòu)體附近的光泄漏，根據(jù)需要可以在基板210b上設(shè)置遮光層。遮光層可用眾所周知的方法，在遮光性的金屬膜或具有遮光功能的絕緣膜(例如黑色樹脂膜)上形成圖形而形成。通過設(shè)置遮光層，可以抑制對(duì)比度比的降低。此外，該遮光層可設(shè)置在與介電結(jié)構(gòu)體對(duì)向的位置的有源矩陣基板上。
介電結(jié)構(gòu)體的截面形狀(與基板表面平行的表面內(nèi)的截面形狀)，優(yōu)選與像素或子像素的形狀一致。例如，對(duì)于矩形的像素(或子像素)，優(yōu)選為矩形或正方形或其角上有曲面的形狀、或者為圓形或橢圓形。特別是，在截面形狀中含有曲面的情況下，因?yàn)榻殡娊Y(jié)構(gòu)體周圍的液晶分子容易連續(xù)地呈放射狀傾斜取向，可以抑制向錯(cuò)的產(chǎn)生。
其次，圖13中表示設(shè)置有介電結(jié)構(gòu)體的半透過型液晶顯示裝置的例子。圖13(a)表示平面圖，圖13(b)表示沿著圖13(a)中的13B-13′線的截面圖。
圖13所示的半透過型液晶顯示裝置200′相當(dāng)于在圖6所示的先前實(shí)施例的半透過型液晶顯示裝置200上的三個(gè)子像素的各自大致中心處，分別設(shè)置介電結(jié)構(gòu)體(凸部)225。但是，間隙設(shè)在像素電極211和壁結(jié)構(gòu)215之間，并且壁結(jié)構(gòu)體215僅設(shè)在像素電極211的周邊和切口部213內(nèi)，而不設(shè)在像素電極211上。通過省略像素電極211上的壁結(jié)構(gòu)215，可以抑止開口率的減小和/或光泄漏。
本實(shí)施例的液晶顯示裝置200′比先前實(shí)施例的液晶顯示裝置200的放射狀傾斜取向的穩(wěn)定性高，壓緊板面時(shí)形成的取向紊亂被消除所需的時(shí)間短，而且，中間色調(diào)顯示的響應(yīng)特性好。
以下舉例說明試作例9～13的評(píng)價(jià)結(jié)果。試作例9～13基本上用與上述試作例1同樣的方法制造。
這里，取子像素的大小為55μm×60μm(Sd＝3300μm2)，在與各個(gè)子像素的大致中心對(duì)應(yīng)的第二基板210b上的位置，形成介電結(jié)構(gòu)體225。介電結(jié)構(gòu)體225利用透明的感光性樹脂，用光刻法處理制成。
介電結(jié)構(gòu)體225的底面積Sb在試作例9中為78μm2(底面直徑為10μm的圓錐臺(tái)形)，在試作例10中為845μm2(底面直徑為32.8μm2的圓錐臺(tái)形)，試作例11中為480μm2(具有20μm×24μm的帶曲面的矩形底面的四方錐臺(tái)形)，試作例12中為64μm2(底面直徑為9μm的圓錐臺(tái)形)，試作例13中為908μm2(底面直徑為34μm的圓錐臺(tái)形)。這些液晶顯示裝置與試作例1同樣，在該液晶顯示裝置的結(jié)構(gòu)基板的兩個(gè)表面上配置光學(xué)薄膜，得到液晶顯示裝置。光學(xué)薄膜的結(jié)構(gòu)與試作例1相同。
將驅(qū)動(dòng)信號(hào)加在各個(gè)液晶顯示裝置上(加4V到液晶層上)，評(píng)價(jià)顯示特性。關(guān)于顯示特性是評(píng)價(jià)加4V電壓時(shí)的正面對(duì)比度(CR)值，和在1kgf/cm2壓力下擠壓板的耐擠壓性(消除余象為止的時(shí)間)。
關(guān)于中間色調(diào)顯示狀態(tài)的響應(yīng)時(shí)間是評(píng)價(jià)在8個(gè)灰度等級(jí)水平中，從灰度等級(jí)6至灰度等級(jí)7(接近黑顯示的低電壓電平)的響應(yīng)所需的時(shí)間，正面對(duì)比度值的設(shè)計(jì)值為300，下限允許值為270。耐擠壓性評(píng)價(jià)是評(píng)價(jià)加壓后的取向復(fù)原力，在1分鐘內(nèi)消除不良取向(識(shí)別不出來)時(shí)為○，1分鐘以上5分鐘以內(nèi)消除不良取向?yàn)椤?允許下限)，經(jīng)過10分鐘以上后還有取向紊亂殘留時(shí)為×。
評(píng)價(jià)結(jié)果表示在表2中。
(表2)

從表2的結(jié)果可看出，通過設(shè)置介電結(jié)構(gòu)體，中間色調(diào)響應(yīng)時(shí)間縮短，耐擠壓性提高。另外，從試作例12的結(jié)果可看出，當(dāng)Sa不足2％時(shí)，設(shè)置介電結(jié)構(gòu)體的效果不能充分發(fā)揮。另外，從試作例13的結(jié)果可看出，當(dāng)Sa超過25％時(shí)，中間色調(diào)響應(yīng)的時(shí)間縮短，耐擠壓性提高，但正面對(duì)比度降低，不為優(yōu)選。綜合這些，優(yōu)選是介電結(jié)構(gòu)體滿足2≤Sa≤25的關(guān)系。當(dāng)然根據(jù)用途，與優(yōu)選的特性相適應(yīng)，可以改變Sa的范圍。
另外，在與試作例11同樣結(jié)構(gòu)的面板中，為了防止從介電結(jié)構(gòu)體附近的光泄漏，配置遮光層?？纱_認(rèn)正面對(duì)比度比可上升至380。另外，在此，在第二基板210b上的位置上形成介電結(jié)構(gòu)體225之前的形成黑矩陣(遮光層)232的工序中，在形成介電結(jié)構(gòu)體225的位置上形成比介電結(jié)構(gòu)體225的底面更大的面積的遮光層。
這樣，通過配置介電結(jié)構(gòu)體25，可以大大改善上述作用導(dǎo)致的放射狀傾斜取向的穩(wěn)定性，縮短中間色調(diào)顯示狀態(tài)的響應(yīng)時(shí)間和提高對(duì)面板擠壓的復(fù)元力。
其次，說明本發(fā)明的第二方面的實(shí)施例的液晶顯示裝置的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的第二方面的液晶顯示裝置是設(shè)置在第一電極(例如像素電極)上的開口部有固定放射狀傾斜取向的中心軸位置的作用，切口部規(guī)定由電場(chǎng)使在傾斜取向區(qū)域內(nèi)的液晶分子傾倒方向的作用。在第一方面的實(shí)施例的液晶顯示裝置中，通過實(shí)質(zhì)上包圍液晶區(qū)域的周圍的壁結(jié)構(gòu)體，使液晶區(qū)域內(nèi)的液晶分子成放射狀傾斜取向；在第二方面的液晶顯示裝置中，利用配置在液晶區(qū)域大致中心的開口部形成放射狀傾斜取向。在第二方面的實(shí)施例的液晶顯示裝置中，壁結(jié)構(gòu)體可與切口部并用。
(透過型液晶顯示裝置)首先，參照?qǐng)D14，說明本發(fā)明的第二方面的實(shí)施例的透過型液晶顯示裝置300的結(jié)構(gòu)。圖14為示意性地表示透過型液晶顯示裝置300的一個(gè)像素的結(jié)構(gòu)的圖，(a)為平面圖，(b)為沿著圖14(a)的14B-14B′線的截面圖。
液晶顯示裝置300具有透明基板(例如玻璃基板)310a，與透明基板310a相對(duì)設(shè)置的透明基板310b，設(shè)在透明基板310a和310b之間的垂直取向型的液晶層320。在與基板310a和310b上的液晶層320連接的面上，設(shè)置垂直取向膜(圖中沒有示出)。當(dāng)不加電壓時(shí)，液晶層320的液晶分子的取向?yàn)榇笾孪鄬?duì)垂直取向膜的表面垂直。液晶層320包含介電各向異性為負(fù)的向列的液晶材料。根據(jù)需要還可以含有手(征)性物質(zhì)。
液晶顯示裝置300具有透明基板310a上形成的像素電極311；和在透明基板310b上形成的對(duì)向電極331。設(shè)在像素電極311和對(duì)向電極331之間的液晶層320規(guī)定像素。另外，像素電極311和對(duì)向電極331都是用透明導(dǎo)電層(例如ITO層)形成的。典型結(jié)構(gòu)是，在透明基板310b的液晶層320上，形成在與像素對(duì)應(yīng)而設(shè)的濾色器330(將多個(gè)濾色器綜合，將全體稱為濾色器層330)、和相鄰的濾色器330之間設(shè)置的黑矩陣(遮光層)332；在它們之上形成對(duì)向電極331；也可在對(duì)向電極331上(液晶層320)形成濾色器層330和黑矩陣332。
像素電極311具有在規(guī)定位置上形成的、二個(gè)開口部314和4個(gè)切口部313。當(dāng)將規(guī)定電壓加在該液晶層上時(shí)，分別形成呈放射狀傾斜取向的二個(gè)液晶區(qū)域，這些液晶區(qū)域的放射狀傾斜取向中心軸在開口部314內(nèi)或其附近形成。如后所述，設(shè)置在像素電極311上的開口部314可起固定放射狀傾斜取向中心軸位置的作用。切口部313設(shè)置在放射狀傾斜取向區(qū)域邊界附近，規(guī)定由電場(chǎng)引起的液晶分子的傾倒方向，起形成放射狀取向區(qū)域的作用。在開口部314和切口部313的周邊上，由加在像素電極311和對(duì)向電極313之間的電壓形成傾斜電場(chǎng)。該傾斜電場(chǎng)可規(guī)定液晶分子傾斜方向，結(jié)果可起如上所述的作用。另外，切口部313具有4個(gè)切口部313，它們是以和在像素(這里全部是透過區(qū)域)上形成的液晶區(qū)域的中心軸對(duì)應(yīng)的開口部(圖14中的右側(cè)的開口部)314為中心，點(diǎn)對(duì)稱地配置。
通過設(shè)置這樣的切口部313，可以規(guī)定加電壓時(shí)液晶分子的傾倒方向，形成二個(gè)液晶區(qū)域。在圖14中，不在像素電極311的左側(cè)設(shè)置切口部的理由是，由于通過在位于圖中示出的像素電極311的左側(cè)的像素電極(圖中沒有示出)的右端設(shè)置的切口部，可得到同樣的作用，因此省略了在像素電極311的左端，降低像素有效開口率的切口部。另外，由于由后述的壁結(jié)構(gòu)體315可得到取向限制力，即使不在像素電極311的左端設(shè)置切口部，除了與設(shè)置切口部的情況同樣地可形成穩(wěn)定的液晶區(qū)域以外，還可得到提高有效開口率的效果。
這里形成了4個(gè)切口部313，但也可以在相鄰的液晶區(qū)域之間至少設(shè)置一個(gè)切口部，例如，在像素中心設(shè)置一個(gè)細(xì)長(zhǎng)的切口部，其他省略也可以。
為了固定放射狀傾斜取向區(qū)域的中心軸而設(shè)置的開口部314的形狀，優(yōu)選為圓形，但不是僅限于此。為了發(fā)揮全方位大致相等的取向限制力，優(yōu)選是四邊形以上的多邊形，正多邊形為優(yōu)選。規(guī)定由電場(chǎng)引起的放射狀傾斜取向區(qū)域內(nèi)的液晶分子傾倒方向的切口部313的形狀，設(shè)定成相對(duì)于相鄰的放射傾斜取向，可發(fā)揮大致相等的取向限制力，優(yōu)選為四邊形。
液晶顯示裝置300具有在相鄰的像素之間有遮光區(qū)域，在該遮光區(qū)域內(nèi)的透明基板310上的壁結(jié)構(gòu)體315。遮光區(qū)域?yàn)橛稍谕该骰?10a上的像素電極311的周迦區(qū)域上形成的例如TFT或柵極信號(hào)布線，源極信號(hào)布線，或在透明基板310b上形成的黑矩陣所遮光的區(qū)域。該區(qū)域?qū)︼@示沒有幫助。因此，在遮光區(qū)域上形成的壁結(jié)構(gòu)體315對(duì)顯示沒有壞影響。
這里所例示的壁結(jié)構(gòu)體315作為包圍像素地連續(xù)的壁而設(shè)置，但不是僅限于此，隔斷成多個(gè)壁也可以。該壁結(jié)構(gòu)體315可以起規(guī)定在液晶區(qū)域的像素的外延部分附近形成的邊界的作用，因此優(yōu)選具有一定的長(zhǎng)度。在用多個(gè)壁構(gòu)成壁結(jié)構(gòu)體的情況下，優(yōu)選各個(gè)壁的長(zhǎng)度比相鄰的壁之間的長(zhǎng)度長(zhǎng)。
如果在遮光區(qū)域(由黑矩陣332規(guī)定的區(qū)域)上形成規(guī)定液晶層320的厚度(也稱為單元間隙)的支承體333，則不會(huì)降低顯示的品質(zhì)，為優(yōu)選。支承體333可在透明基板310a和310b的任何一個(gè)上形成，并不局限于如例示那樣，設(shè)置在設(shè)在遮光區(qū)域上的壁結(jié)構(gòu)體315上。當(dāng)在壁結(jié)構(gòu)體315上形成支承體333時(shí)，壁結(jié)構(gòu)體315的高度和支承體333的高度之和設(shè)定為液晶層320的厚度。在不形成壁結(jié)構(gòu)體3 15的區(qū)域上設(shè)置支承體333時(shí)，支承體333的高度被設(shè)定為液晶層320的厚度。支承體333可利用例如感光性樹脂，使用光刻工序形成。
在該液晶顯示裝置300中，當(dāng)將規(guī)定電壓(閾值電壓以上的電壓)加在像素電極311和對(duì)向電極331上時(shí)，在二個(gè)開口部314內(nèi)或其附近，各自形成中心軸穩(wěn)定的二個(gè)放射狀傾斜取向，設(shè)置在像素電極311長(zhǎng)度方向的中心的二個(gè)切口部，規(guī)定由電場(chǎng)引起的相鄰的二個(gè)液晶區(qū)域內(nèi)的液晶分子傾倒的方向，而設(shè)置在壁結(jié)構(gòu)體315和像素電極311的角落部的切口部313，規(guī)定由電場(chǎng)引起的液晶區(qū)域的像素外延部分附近的液晶分子的傾倒方向。開口部314和切口部313，還有壁結(jié)構(gòu)體315產(chǎn)生的取向限制力協(xié)同作用，使液晶區(qū)域的取向穩(wěn)定。
在透明基板310a的液晶層320側(cè)上，設(shè)置TFT等有源元件和與TFT連接的柵極布線和源極布線等電路元件(圖中都沒有表示)。將透明基板310a，在透明基板310a上形成的電路元件和上述像素電極311，壁結(jié)構(gòu)體315，支承體333及取向膜等集合，稱為有源矩陣基板。另一方面，將透明基板310b和在透明基板310b上形成的濾色器層330，黑矩陣332，對(duì)向電極331和取向膜等集合，稱為對(duì)向基板或?yàn)V色器基板。
另外，上述說明中省略了，液晶顯示裝置300還具有通過透明基板310a和310b互相相對(duì)配置的一對(duì)偏光板。曲型的是，一對(duì)偏光板的透過軸互相垂直正交。如后所述，也可設(shè)置雙軸性光學(xué)各向?qū)悦襟w層或單軸性光學(xué)各向異性膜體層。
(半透過型液晶顯示裝置)其次，參照?qǐng)D15說明本發(fā)明第二方面的實(shí)施例的半透過型液晶顯示裝置400的結(jié)構(gòu)。
圖15為示意性地表示本發(fā)明的第二方面的實(shí)施例的透過型液晶顯示裝置400的一個(gè)像素的結(jié)構(gòu)的圖，(a)為平面圖，(b)為沿圖15(a)中的15B-15B′線的截面圖。
液晶顯示裝置400具有透明基板(例如玻璃基板)410a，與透明基板410a相對(duì)設(shè)置的透明基板410b，和設(shè)在透明基板410a與410b之間的垂直取向型液晶層420。在與基板410a和410b上的液晶層420連接的面上，設(shè)置垂直取向膜(圖中沒有示出)。當(dāng)不加電壓時(shí)，液晶層420的液晶分子相對(duì)垂直取向膜的表面大致垂直地取向。液晶層420包含介電各向異性為負(fù)的向列的液晶材料，根據(jù)需要還可以含有手(征)性物質(zhì)。
液晶顯示裝置400具有透明基板410a上形成的像素電極411；和在透明基板410b上形成的對(duì)向電極431。設(shè)在像素電極411和對(duì)向電極431之間的液晶層420規(guī)定像素。如后所述，在透明基板410a上形成TFT等電路元件。將透明基板410a和在其上形成的結(jié)構(gòu)元件集合，稱為有源矩陣基板410a。
典型結(jié)構(gòu)是，在透明基板410b的液晶層420上，形成在與像素對(duì)應(yīng)設(shè)置的濾色器430(將多個(gè)濾色器綜合，將全體稱為濾色器層430)、和相鄰的濾色器430之間設(shè)置的黑矩陣(遮光層)432。在它們上形成對(duì)向電極431，但也可在對(duì)向電極431上(液晶層420)形成濾色器層430和黑矩陣432。將透明基板410b和在其上形成的結(jié)構(gòu)元件集合，成為對(duì)向基板(濾色器基板)410b。
像素電極411具有由透明導(dǎo)電層(例如ITO層)形成的透明電極411a，和由金屬層(例如Al層，含Al的合金層，和含有其中任何一個(gè)的層疊膜)形成的反射電極411b。結(jié)果，像素包含由透明電極411a規(guī)定的透過區(qū)域A，和由反射電極411b規(guī)定的反射區(qū)域B。透過區(qū)域A進(jìn)行透過模式下的顯示，反射區(qū)域B進(jìn)行反射模式下的顯示。
像素電極411具有在規(guī)定位置上形成的、三個(gè)開口部414和4個(gè)切口部413。當(dāng)將規(guī)定電壓加在該液晶層上時(shí)，形成分別呈放射狀傾斜取向的三個(gè)液晶區(qū)域，這些液晶區(qū)域的各自的放射狀傾斜取向中心軸在開口部414內(nèi)或其附近形成。如后所述，設(shè)置在像素電極411上的開口部414可起固定放射狀傾斜取向中心軸位置的作用。切口部413起規(guī)定由電場(chǎng)引起的放射狀傾斜取向的區(qū)域內(nèi)的液晶分子傾斜方向的作用。在開口部414和切口部413的周邊上，由加在像素電極411和對(duì)向電極413之間的電壓形成傾斜電場(chǎng)。該傾斜電場(chǎng)可規(guī)定液晶分子傾斜方向，結(jié)果可起如上所述的作用。另外，切口部413具有4個(gè)切口部413，它們是以在像素的透過區(qū)域A中形成的液晶區(qū)域的中心軸對(duì)應(yīng)的開口部(圖14中的右側(cè)的開口部)414為中心，點(diǎn)對(duì)稱地配置。通過設(shè)置這樣的切口部413，可以規(guī)定加電壓時(shí)液晶分子的傾倒方向，形成三個(gè)液晶區(qū)域。關(guān)于開口部414和切口部413的配置及其優(yōu)選的形狀，與如上述的透過型液晶顯示裝置300的情況同樣。圖15中表示在透過區(qū)域A中形成二個(gè)液晶區(qū)域，在反射區(qū)域B中形成一個(gè)液晶區(qū)域的例子，但不是僅限于此。各個(gè)液晶區(qū)域大致為正方形，從視野角特性和取向穩(wěn)定性的觀點(diǎn)來看優(yōu)選。
液晶顯示裝置400在相鄰的像素之間有遮光區(qū)域，在該遮光區(qū)域的透明基板410a上具有壁結(jié)構(gòu)體415。遮光區(qū)域?qū)︼@示沒有幫助，因此，在遮光區(qū)域上形成的壁結(jié)構(gòu)體415對(duì)顯示沒有壞影響。這里例示的壁結(jié)構(gòu)體415設(shè)置為包圍像素的連續(xù)的壁，但不是僅限于此，分隔成多個(gè)壁也可以。該壁結(jié)構(gòu)體415的作用為規(guī)定在液晶區(qū)域的像素的外延部分附近形成的邊界，因此優(yōu)選具有一定長(zhǎng)度。例如，在由多個(gè)壁構(gòu)成壁結(jié)構(gòu)體415的情況下，優(yōu)選各個(gè)壁的長(zhǎng)度比相鄰壁之間的長(zhǎng)度長(zhǎng)。
如果在遮光區(qū)域中形成用于規(guī)定液晶層420厚度(也稱為單元間隙)的支承體433(這里，通過黑矩陣432規(guī)定的區(qū)域)，則由于沒有降低顯示品質(zhì)而優(yōu)選。支承體433可以在透明基板410a和410b的任何一個(gè)上形成，如例子所示，不是僅限于設(shè)置在設(shè)在遮光區(qū)域中的壁結(jié)構(gòu)體415上的情況。當(dāng)在壁結(jié)構(gòu)體415上形成支承體433時(shí)，壁結(jié)構(gòu)體415的高度與支承體433的高度之和被設(shè)定為液晶層420的厚度。在支承體433設(shè)在不形成壁結(jié)構(gòu)體415的區(qū)域中的情況下，支承體433的高度被設(shè)定為液晶層420的厚度。
在該液晶顯示裝置400中，當(dāng)給電極411和對(duì)向電極431施加規(guī)定電壓(閾值以上電壓)時(shí)，在三個(gè)開口部414內(nèi)或其附近形成穩(wěn)定各個(gè)中心軸的三個(gè)放射狀傾斜取向，規(guī)定由電場(chǎng)引起的設(shè)置在像素電極411的四個(gè)切口部413鄰接的三個(gè)區(qū)域內(nèi)的液晶分子傾斜方向，從而穩(wěn)定壁結(jié)構(gòu)體415形成于液晶區(qū)域的像素的外延部分附近的邊界。
其次，說明在可以進(jìn)行透過模式顯示和反射模式顯示二者的半透過型液晶顯示裝置400中的特有的優(yōu)選結(jié)構(gòu)。
在透過模式顯示中，顯示用的光只一次通過液晶層420，而在反射模式顯示中，顯示用的光二次通過液晶層420。因此，如圖15(b)示意性地所示，優(yōu)選透過區(qū)域A的液晶層420的厚度dt約為反射區(qū)域B的液晶層420的厚度dr的二倍。通過這樣設(shè)定，液晶層420給與兩種顯示模式的光的阻滯大致相等。dt＝0.5dr為優(yōu)選，但在0.3dt＜dr＜0.7dt范圍內(nèi)，可以在兩顯示模式下實(shí)現(xiàn)良好的顯示。根據(jù)用途不同，也可以為dt＝dr。
在液晶顯示裝置400中，由于反射區(qū)域B的液晶層420的厚度比透過區(qū)域A的液晶層厚度小，因此可以只在玻璃基板410b的反射區(qū)域B上設(shè)置透明的介電層434。當(dāng)采用這種結(jié)構(gòu)時(shí)，由于在反射電極411b下面使用絕緣膜等，因此不需要設(shè)置臺(tái)階差，使有源矩陣基板410a的制造簡(jiǎn)單，這是優(yōu)點(diǎn)。另外，當(dāng)在用于設(shè)置用于調(diào)整液晶層420的厚度的臺(tái)階差的絕緣膜上設(shè)置反射電極411b時(shí)，由覆蓋絕緣膜斜面(錐度部分)的反射電極遮住透過顯示用的光；或者由在絕緣膜斜面上形成的反射電極所反射的光反復(fù)地進(jìn)行內(nèi)部反射，因此產(chǎn)生在反射顯示時(shí)不能有效利用的問題。采用上述結(jié)構(gòu)，可以抑制這些問題，改善光的利用效率。
另外，當(dāng)使用具有在透明介電層434上使光散射的功能(擴(kuò)散反射功能)的結(jié)構(gòu)時(shí)，即使不將擴(kuò)散反射功能賦與反射電極411b，也可實(shí)現(xiàn)接近良好的紙白色的白顯示。監(jiān)視不賦與透明介電層434光散射功能，通過將反射電極411b的表面作成凹凸形狀，也可以實(shí)現(xiàn)接近紙白色的白顯示。但凹凸形狀可使放射狀傾斜取向的中心軸的位置不穩(wěn)定。與此相對(duì)，使用帶有光散射功能的透明介電層434和具有平坦表面的反射電極411b，利用在反射電極411b上設(shè)置的開口部414，可以可靠地使中心軸位置穩(wěn)定。另外，在為了使反射電極411b具有擴(kuò)散反射功能而在其表面上設(shè)置凹凸的情況下，優(yōu)選凹凸形狀為連續(xù)的波狀，以便不產(chǎn)生涉色，并且使放射狀傾斜取向的中心軸穩(wěn)定。
另外，在透過橫式中，顯示用的光只一次通過濾色器層430，而在反射顯示橫式中，顯示用的光二次通過電濾色器層430。因此，當(dāng)作為濾色器層430，使用與透過區(qū)域A和反射區(qū)域B相同的光學(xué)濃度的濾色器層時(shí)，反射模式的色純度和/或亮度降低。為了抑制這個(gè)問題的產(chǎn)生，優(yōu)選使反射區(qū)域的濾色器層的光學(xué)濃度比透過區(qū)域的濾色器層小。所謂光學(xué)濃度為賦與濾色器層特征的特性值，如果濾色器層的厚度小，則光學(xué)濃度可以減少，或者，濾色器層的厚度不變，降低添加的色素的濃度，可以減小光學(xué)濃度。
其次，參照?qǐng)D16和圖17，說明在半透過型液晶顯示裝置中使用的有源矩陣基板的結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子。圖16為有源矩陣基板的部分放大圖，圖17為沿圖16中的X-X′線的截面圖。圖16和圖17所示的有源矩陣基板具有在透過區(qū)域A中形成一個(gè)液晶區(qū)域的結(jié)構(gòu)(即開口部414和切口部413的數(shù)目少)，這是與圖15所示的有源矩陣基板410不同的，其他結(jié)構(gòu)相同。
圖16和圖17所示的有源矩陣基板具有由玻璃基板構(gòu)成的透明基板1，在透明基板1上互相垂直地設(shè)置柵極信號(hào)線2和源極信號(hào)線3。在這些信號(hào)布線2和3的交叉部分附近，設(shè)置TFT4，TFT4的漏極5與像素電極6連接。
像素電極6具有ITO等透明導(dǎo)電層構(gòu)成的透明電極7，和由Al等制成的反射電極8。透明電極7規(guī)定透過區(qū)域A，反射電極8規(guī)定反射區(qū)域B，在像素電極6的規(guī)定區(qū)域中設(shè)置控制上述放射狀傾斜取向區(qū)域的取向的切口部13和開口部14。
像素電極6通過柵極絕緣膜9重疊在下一段的柵極信號(hào)線上，形成輔助容量。另外，TFT4具有柵極絕緣膜9，半導(dǎo)體層12s，溝道保護(hù)層12c和n+_Si層11(源極/漏極)層疊在從柵極信號(hào)線2分支出來的柵極10的上部的結(jié)構(gòu)。
這里表示底部柵極型TFT結(jié)構(gòu)例，但不是僅限于此，也可以采用頂部柵極型TFT。
如上所述，具有圖15所示結(jié)構(gòu)的液晶顯示裝置400，與液晶顯示裝置300同樣，為只在單側(cè)基板上設(shè)有放射狀傾斜取向的取向控制結(jié)構(gòu)(在像素電極411上設(shè)置的開口部214，切口部213和壁結(jié)構(gòu)215)的比較簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，具有使液晶取向足夠穩(wěn)定的效果。通過如上所述這樣構(gòu)成透明介電層434和/或?yàn)V色器層430，可以提高透過模式和反射模式下的顯示亮度和色純度。
(工作原理)參照?qǐng)D18，說明具有垂直取向型液晶層的本發(fā)明第二方面的實(shí)施例的液晶顯示裝置具有好的廣視野角特性的理由。
圖18為說明在像素電極6上設(shè)置的開口部14產(chǎn)生的取向限制力作用的圖，(a)為示意地表示不加電壓時(shí)，(b)為加電壓時(shí)的液晶分子的取向狀態(tài)。圖18(b)所示的狀態(tài)表示中間色調(diào)狀態(tài)。
圖18所示的液晶顯示裝置在透明基板1上按順序具有絕緣膜層16，有開口部14的像素電極6、和取向膜12。在另一透明基板17上按順序形成濾色器層18，對(duì)向電極19和取向膜32。在兩塊基板之間放置的液晶層20包含具有負(fù)的介電各向異性的液晶分子21。
如圖18(a)所示，在不加電壓時(shí)，液晶分子21由垂直取向膜12和32的取向限制力作用，在基板表面上大致垂直取向。
另一方面，如圖18(b)所示，當(dāng)加電壓時(shí)，由于介電各向異性為負(fù)的液晶分子21的分子長(zhǎng)軸相對(duì)電力線垂直，所以利用在開口部14的周邊形成的傾斜電場(chǎng)的作用，規(guī)定液晶分子21傾倒的方向。因此，形成以開口部14為中心的放射狀傾斜取向(軸對(duì)稱狀取向)。由于在這種放射狀傾斜取向區(qū)域內(nèi)，液晶導(dǎo)向偶極子在全方位(基板面內(nèi)的方位)上取向，因此視野角特性好。
現(xiàn)在，說明在開口部14周邊形成的傾斜電場(chǎng)的作用。即使在像素電極6的邊緣部形成的切口部附近，也同樣形成傾斜的電場(chǎng)，規(guī)定了因電場(chǎng)作用引起的液晶分子21的傾倒方向。另外，壁結(jié)構(gòu)體中側(cè)面(壁面)的取向限制力也規(guī)定液晶分子21的傾斜方向。典型的是，由于形-成垂直取向膜，覆蓋壁結(jié)構(gòu)體，液晶分子受到相對(duì)于壁面垂直取向的限制力。
本發(fā)明第二方面的實(shí)施例的液晶顯示裝置，與第一方面的實(shí)施例的液晶顯示裝置同樣，如圖4所示那樣構(gòu)成。
關(guān)于透過區(qū)域的液晶層厚度dt和反射區(qū)域的液晶層厚度dr的關(guān)系，如圖19中透過區(qū)域和反射區(qū)域的電壓—反射率(透過率)與液晶厚度的依存性所示，滿足0.3dt＜dr＜0.7dt的條件為優(yōu)選，0.4dt＜dr＜0.6dt在范圍更優(yōu)選。在比下限值低的反射區(qū)域的液晶層厚度下，小于等于最大反射率的50％，得不到足夠大的反射率。另一方面，在反射區(qū)域的液晶層厚度dr比上限值大的情況下，在電壓—反射率特性中，在驅(qū)動(dòng)電壓與透過顯示時(shí)不同時(shí)，存在反射率為最大的極大值，同時(shí)在透過顯示下的最優(yōu)的白顯示電壓下，相對(duì)反射率降低的傾向大，小于等于最大反射率的50％，因此，也得不到大的反射率。然而，因?yàn)樵诜瓷鋮^(qū)域B中，液晶層的光路長(zhǎng)度為透過區(qū)域的2倍，因此，在進(jìn)行與透過區(qū)域A相同的設(shè)計(jì)時(shí)，液晶材料的光學(xué)雙折射各向異性(Δn)和面板的單元厚度設(shè)計(jì)極為重要。
以下，表示本發(fā)明的第2個(gè)方面的實(shí)施例的半透過型液晶顯示裝置的具體的特性。
在此，制造具有圖4所示結(jié)構(gòu)的液晶顯示裝置。在液晶單元50中，采用與圖15所示的液晶顯示裝置400同樣結(jié)構(gòu)的液晶單元。但是，采用透明介電層434沒有光散射功能的結(jié)構(gòu)，形成在反射電極411b的下層部表面上設(shè)置凹凸?fàn)畹倪B續(xù)形狀的樹脂層，調(diào)整反射顯示時(shí)的擴(kuò)散反射特性。
采用眾所周知的取向膜材料，利用公知的方法，形成垂直取向膜。在進(jìn)行磨擦處理。作為液晶材料，使用介電常數(shù)各向異性為負(fù)的液晶材料(Δn0.1，Δε-4.5)。透過區(qū)域的液晶層厚度dt為4μm，反射區(qū)域的液晶層厚度dr為2.2μm(dr＝0.55dt)。
本實(shí)施例的液晶顯示裝置的結(jié)構(gòu)為按從上面開始的順序，為偏光板(觀察側(cè))，1/4波長(zhǎng)板(相位差板1)，光學(xué)各向異性為負(fù)的相位差板(相位差板2(NR板))，液晶層(上側(cè)濾色器基板，下側(cè)有源矩陣基板)，光學(xué)各向異性為負(fù)的相位差板(相位差板3(NR板))，1/4波長(zhǎng)板(相位差板4)，偏光板(背燈側(cè))的層疊結(jié)構(gòu)。在液晶層上下的1/4波長(zhǎng)板(相位差板1和相位差板4)處，滯相軸互相垂直，各個(gè)相位差為140nm。光學(xué)各向異性為負(fù)的相位差板(相位差板2和相位差板3)的各部的相位差為135nm。在二塊偏光板(觀察側(cè)，背燈側(cè))處，透過軸垂直配置。
將驅(qū)動(dòng)信號(hào)加在液晶顯示裝置上(加4V至液晶層上)，評(píng)價(jià)其顯示特性。
在透過顯示下的視角對(duì)比度特性結(jié)果與圖9同樣，表示了在透過顯示時(shí)的視野角特性大致為全方位的對(duì)稱的特性，在CR＞10的區(qū)域，為±80°，非常良好，在正面透過對(duì)比度為300∶1以上，非常高。
另一方面，反射顯示的特性利用分光比色計(jì)(Minolta公司制的CM2002)評(píng)價(jià)，以標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)散板為基準(zhǔn)，大約為8.5％(開口率100％的換算值)；反射顯示的對(duì)比度值為21，比先前的液晶顯示裝置有高的對(duì)比度。
與此相對(duì)，在圖15所示的液晶顯示裝置中，制造不形成開口部，切口部和壁結(jié)構(gòu)的液晶單元，利用水平取向膜，制造ECB模式的均勻取向的液晶面板。作為液晶材料使用介電常數(shù)各向異性為正的液晶材料(Δn0.07，Δε8.5)，透過區(qū)域的液晶層厚度dt為4.3μm，反射區(qū)域的液晶層厚度dr為2.3μm(dr＝0.53dt)。
得到在該液晶面板的兩個(gè)表面上配置由包含偏光板，1/4波長(zhǎng)板等的相位差板的多個(gè)光學(xué)層形成的光學(xué)薄膜的液晶顯示裝置。
將驅(qū)動(dòng)信號(hào)加在該液晶顯示裝置上(對(duì)液晶層施加4V)，根據(jù)與上述相同的評(píng)價(jià)方法，評(píng)價(jià)顯示特性。
透過顯示下的視野角特性為CR＞10區(qū)域±30°，灰色等極逆轉(zhuǎn)顯著。另外，透過對(duì)比度為140∶1。另一方面，反射顯示的特性為，以標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)散擴(kuò)散板為基準(zhǔn)，大約為9.3％(開口率100％的換算值)，反射顯示的對(duì)比度值為8，顯示圖象與上述本發(fā)明實(shí)施例的液晶顯示裝置比較為白色污點(diǎn)低的對(duì)比度。
這樣，本發(fā)明第二方面的實(shí)施例的液晶顯示裝置與先前的均勻取向的液晶顯示裝置和先前公知的技術(shù)比較，通過在透過顯示和反射顯示中使用垂直取向模式，可得到在透過和反射二種顯示中良好的對(duì)比度。另外，由于只在單側(cè)基板(例示為有源矩陣基板)上配置液晶區(qū)域取向控制因子，可以限制在無磨擦工序中，加電壓時(shí)液晶分子的傾倒方向，可以規(guī)則和穩(wěn)定地形成在像素內(nèi)的放射狀傾斜配向液晶區(qū)域，實(shí)現(xiàn)全方位的廣視野角特性。
產(chǎn)業(yè)上利用的可能性如上所述，本發(fā)明的液晶顯示裝置，可利用比較簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的顯示品質(zhì)。本發(fā)明在透過型液晶顯示裝置和半透過型(透過和反射兩用)型液晶顯示裝置中可以適用。特別是，半透過型液晶顯示裝置可以很好地做為移動(dòng)電話等移動(dòng)設(shè)備的顯示裝置來加以利用。
權(quán)利要求
1.一種液晶顯示裝置，其特征為，具有第一基板、與所述第一基板相對(duì)設(shè)置的第二基板、和設(shè)在所述第一基板和所述第二基板之間的垂直取向型液晶層；具有多個(gè)像素，該多個(gè)像素分別包含在所述第一基板上形成的第一電極、在所述第二基板上形成的第二電極、和在所述第一電極和所述第二電極之間設(shè)置的所述液晶層；具有規(guī)則地配置在所述第一電極的所述液晶層側(cè)上的壁結(jié)構(gòu)體；當(dāng)至少施加規(guī)定的電壓時(shí)，所述液晶層在實(shí)質(zhì)上由所述壁結(jié)構(gòu)體包圍的區(qū)域內(nèi)，形成呈放射狀傾斜取向狀態(tài)的至少一個(gè)液晶區(qū)域。
2.如權(quán)利要求1所述的液晶顯示裝置，其特征為，所述第一電極具有在規(guī)定位置形成的多個(gè)開口部或切口部；所述壁結(jié)構(gòu)體包含在所述多個(gè)開口部或切口部?jī)?nèi)形成的第一壁部分。
3.如權(quán)利要求2所述的液晶顯示裝置，其特征為，所述多個(gè)開口部或切口部分別包含矩形部分，所述壁結(jié)構(gòu)體包含與所述矩形部分平行設(shè)置的所述第一壁部分。
4.如權(quán)利要求2所述的液晶顯示裝置，其特征為，所述多個(gè)開口部或切口部分別包含矩形部分，所述壁結(jié)構(gòu)體包含從所述第一壁部分延伸的第二壁部分。
5.如權(quán)利要求2所述的液晶顯示裝置，其特征為，所述第一壁部分的寬度WW，相對(duì)于設(shè)置有該第一壁部分的開口部或切口部的寬度EW，滿足0.4EW＜WW＜0.8EW的關(guān)系。
6.如權(quán)利要求2所述的液晶顯示裝置，其特征為，所述第一電極包含規(guī)定透過區(qū)域的透過電極，所述多個(gè)開口部或切口部的寬度EW，相對(duì)于所述透過區(qū)域的所述液晶層的厚度dt，滿足1.8dt＜EW＜2.5dt的關(guān)系。
7.如權(quán)利要求2所述的液晶顯示裝置，其特征為，所述壁結(jié)構(gòu)體包含設(shè)在包圍所述第一電極的區(qū)域中的第三壁部分。
8.如權(quán)利要求1所述的液晶顯示裝置，其特征為，還具有設(shè)在所述第二基板的所述液晶層側(cè)上的介電結(jié)構(gòu)體。
9.如權(quán)利要求8所述的液晶顯示裝置，其特征為，所述介電結(jié)構(gòu)體配置在所述至少一個(gè)液晶區(qū)域的大致中心處。
10.如權(quán)利要求8所述的液晶顯示裝置，其特征為，所述介電結(jié)構(gòu)體配置在實(shí)質(zhì)上由所述壁結(jié)構(gòu)體包圍的區(qū)域內(nèi)的大致中心處。
11.如權(quán)利要求8所述的液晶顯示裝置，其特征為，令實(shí)質(zhì)上由所述壁結(jié)構(gòu)體包圍的所述區(qū)域的面積為Sd，配置在所述區(qū)域的大致中心處的所述介電結(jié)構(gòu)體的底面面積為Sb，則當(dāng)Sa＝(Sb/Sd)×100時(shí)，滿足2≤Sa≤25的關(guān)系。
12.如權(quán)利要求8所述的液晶顯示裝置，其特征為，所述壁結(jié)構(gòu)體和所述介電結(jié)構(gòu)體的至少一部分配置在遮光區(qū)域中。
13.如權(quán)利要求2所述的液晶顯示裝置，其特征為，所述液晶層具有厚度不同的多個(gè)區(qū)域。
14.如權(quán)利要求2～13中任一項(xiàng)所述的液晶顯示裝置，其特征為，所述第一電極包含規(guī)定透過區(qū)域的透明電極，和規(guī)定反射區(qū)域的反射電極；所述透過區(qū)域內(nèi)的所述液晶層的厚度dt比所述反射區(qū)域的所述液晶層的厚度dr大。
15.如權(quán)利要求14所述的液晶顯示裝置，其特征為，所述開口部或切口部包含設(shè)置在所述透過區(qū)域和所述反射區(qū)域之間的開口部或切口部。
16.如權(quán)利要求14所述的液晶顯示裝置，其特征為，所述壁結(jié)構(gòu)體的高度WH相對(duì)于所述透過區(qū)域內(nèi)的所述液晶層的厚度dt，滿足0.25dt＜WH＜0.4dt的關(guān)系。
17.如權(quán)利要求1所述的液晶顯示裝置，其特征為，所述第一基板和所述第二基板中的至少一個(gè)具有規(guī)定所述液晶層厚度的支承體。
18.如權(quán)利要求1所述的液晶顯示裝置，其特征為，所述第一基板還具有分別與所述多個(gè)像素對(duì)應(yīng)設(shè)置的有源元件，所述第一電極是設(shè)在所述多個(gè)像素的每一個(gè)上，與所述有源元件連接的像素電極。
19.如權(quán)利要求1所述的液晶顯示裝置，其特征為，具有通過所述第一基板和所述第二基板互相相對(duì)配置的一對(duì)偏光板，在所述第一基板和/或所述第二基板與所述一對(duì)偏光板之間，還具有至少一個(gè)雙軸性光學(xué)各向異性媒體層。
20.如權(quán)利要求1所述的液晶顯示裝置，其特征為，還具有通過所述第一基板和所述第二基板互相相對(duì)配置的一對(duì)偏光板，在所述第一基板和/或所述第二基板與所述一對(duì)偏光板之間，還具有至少一個(gè)單軸性光學(xué)各向異性媒體層。
21.一種液晶顯示裝置一種液晶顯示裝置，具有第一基板、與所述第一基板相對(duì)設(shè)置的第二基板、和設(shè)在所述第一基板和所述第二基板之間的垂直取向型液晶層；具有多個(gè)像素，該多個(gè)像素分別包含在所述第一基板上形成的第一電極、在所述第二基板上形成的第二電極、和在所述第一電極和所述第二電極之間設(shè)置的所述液晶層；所述第一電極具有在規(guī)定位置上形成的至少二個(gè)開口部和至少一個(gè)切口部；當(dāng)至少施加規(guī)定的電壓時(shí)，所述液晶層分別形成呈放射狀傾斜取向的至少二個(gè)液晶區(qū)域，所述至少二個(gè)液晶區(qū)域的放射狀傾斜取向的中心軸，分別形成于所述至少二個(gè)開口部?jī)?nèi)或其附近。
22.如權(quán)利要求21所述的液晶顯示裝置，其特征為，在所述多個(gè)像素的間隙中具有遮光區(qū)域，在所述遮光區(qū)域的所述第一基板上的所述液晶層側(cè)上，具有規(guī)則地配置的壁結(jié)構(gòu)體。
23.如權(quán)利要求21所述的液晶顯示裝置，其特征為，在所述多個(gè)像素的間隙中有遮光區(qū)域，在所述遮光區(qū)域形成規(guī)定所述液晶層的厚度的支承體。
24.如權(quán)利要求21所述的液晶顯示裝置，其特征為，所述第一電極包含規(guī)定透過區(qū)域的透明電極，和規(guī)定反射區(qū)域的反射電極；所述透過區(qū)域內(nèi)的所述液晶層的厚度dt和所述反射區(qū)域內(nèi)的所述液晶層的厚度dr滿足0.3dt＜dr＜0.7dt的關(guān)系。
25.如權(quán)利要求24所述的液晶顯示裝置，其特征為，所述至少二個(gè)液晶區(qū)域內(nèi)的至少一個(gè)液晶區(qū)域，在所述透過區(qū)域中形成；所述至少一個(gè)切口部包含多個(gè)切口部，這些切口部以和在所述透過區(qū)域中形成的所述至少一個(gè)液晶區(qū)域的中心軸對(duì)應(yīng)的開口部為中心、點(diǎn)對(duì)稱地配置。
26.如權(quán)利要求24所述的液晶顯示裝置，其特征為，在所述第二基板的所述反射區(qū)域中，有選擇地設(shè)置透明介電層。
27.如權(quán)利要求26所述的液晶顯示裝置，其特征為，所述透明介電層具有散射光的功能。
28.如權(quán)利要求24所述的液晶顯示裝置，其特征為，還具有設(shè)在所述第二基板上的濾色器層，所述反射區(qū)域的所述濾色器層的光學(xué)濃度，比所述透過區(qū)域的所述濾色器層的小。
29.如權(quán)利要求21所述的液晶顯示裝置，其特征為，還具有通過所述第一基板和所述第二基板互相相對(duì)配置的一對(duì)偏光板，在所述第一基板和/或所述第二基板與所述一對(duì)偏光板之間，還具有至少一個(gè)雙軸性光學(xué)各向異性媒體層。
30.如權(quán)利要求21所述的液晶顯示裝置，其特征為，還具有通過所述第一基板和所述第二基板互相相對(duì)配置的一對(duì)偏光板，在所述第一基板和/或所述第二基板與所述一對(duì)偏光板之間，還具有至少一個(gè)單軸性光學(xué)各向異性媒體層。
全文摘要
本發(fā)明提供液晶顯示裝置，在像素內(nèi)具有多個(gè)放射狀傾斜取向的區(qū)域，利用只在單側(cè)基板上設(shè)置放射狀傾斜取向的取向控制結(jié)構(gòu)的比較簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，可使液晶的取向穩(wěn)定，得到與現(xiàn)有的同等以上的顯示品質(zhì)。該裝置具有第一基板、與第一基板相對(duì)設(shè)置的第二基板、設(shè)在第一基板和第二基板間的垂直取向型液晶層；還具有分別具有第一基板上形成的第一電極，第二基板上形成的第二電極，和第一電極和第二電極間設(shè)置的液晶層的多個(gè)像素。還具有第一電極的液晶層上規(guī)則地配置的壁結(jié)構(gòu)體。當(dāng)至少加規(guī)定電壓時(shí)，在實(shí)質(zhì)上被壁結(jié)構(gòu)體包圍的區(qū)域內(nèi)，液晶層形成呈放射狀傾斜取向狀態(tài)的至少一個(gè)液晶區(qū)域。
文檔編號(hào)G02F1/136GK1603892SQ20041001175
公開日2005年4月6日 申請(qǐng)日期2004年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月29日
發(fā)明者久米康仁, 長(zhǎng)江伸和, 玉井和彥, 大西憲明, 岡本隆章 申請(qǐng)人:夏普株式會(huì)社