CN100388098C - 液晶显示器 - Google Patents

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Abstract

公开一种液晶显示器，其能够抑制设置在两个TFT基板之间的间隔物所造成的液晶分子排列紊乱。在液晶显示器中，设置在两个TFT基板之间的间隔物能够沿着指定方向，排列间隔物附近的液晶分子。

Description

液晶显示器
相关申请的交叉参考
本专利申请以2004年5月24日提交的日本在先专利申请No.2004-153923为基础，其全部内容在此被并入作为参考。
技术领域
本发明大体上涉及一种液晶显示器，特别地涉及一种在垂直(homeotropic)排列模式下工作的液晶显示器。
背景技术
由于液晶显示器具有低功耗并且可紧凑地制造，故而广泛地被用于各种便携式信息处理装置中，比如膝上型电脑或蜂窝式电话。另一方面，迄今为止，液晶显示器的性能已被显著地改善，最新的液晶显示器具有如此之高的响应速度和对比率，从而它们可用于桌上型电脑或工作站中，以替代传统的CRT(阴极射线管)显示器。
在相关的现有技术中，通常将工作于常时亮态(normally-white)模式下的TN(扭曲向列)型液晶用于实际的液晶显示器中。在这种TN模式液晶显示器中，液晶分子在液晶层平面中的排列方向随施加于液晶层上的驱动电压信号而变化，并且通过控制液晶分子排列方向的变化来接通或切断透射光。
然而，这种TN模式液晶显示器在对比率方面是受限制的。该限制可归因于TN模式液晶显示器的工作原理。此外，对于TN模式液晶显示器来说，难以提供例如桌上型显示器所需要的宽视角。
本发明的发明人曾提出一种所谓的垂直排列液晶显示器，也就是这样的一种液晶显示器，其中当未施加驱动电压信号时(即未驱动状态)，液晶分子沿着与液晶层基本垂直的方向排列。
图1A和图1B是示出由本发明的发明人所提出的垂直排列液晶显示器10(也称为MVA(多域垂直排列)液晶显示器)工作原理的示意性透视图。特别地，图1A示出了未驱动状态(即，驱动电压未施加到液晶显示器10)下的液晶显示器10，图1B示出了驱动状态(即，驱动电压施加到液晶显示器10)下的液晶显示器10。
如图1A所示，液晶层12被插入于玻璃基板11A和玻璃基板11B之间。玻璃基板11A、11B和液晶层12组成一液晶面板。
尽管未示出，但是分子配向膜(alignment films)被分别设置在玻璃基板11A和玻璃基板11B上。由于分子配向膜的缘故，当未施加驱动电压信号(即，未驱动状态)时，液晶层12中的液晶分子沿着与液晶层12基本垂直的方向排列。在该状态下，入射到液晶显示器的光束的偏振面在液晶层12中基本不旋转。因此，在如图1所示的未驱动状态下，如果偏光器和检偏器以正交尼科尔棱镜结构设置在液晶面板之上和之下，穿过偏光器并入射到液晶层12上的光束会被检偏器阻挡。
另一方面，在图1B所示的驱动状态下，液晶分子由于施加的电场而倾斜，并且入射到液晶层12的光束的偏振面在液晶层12中旋转。由此，允许穿过偏光器并入射到液晶层12上的光束穿过检偏器。
在液晶显示器10中，在从未驱动状态转换到驱动状态期间，为了调整液晶分子的倾斜方向，以改善液晶面板的响应速度，凸出图案(projectingpattern)13A、13B相互平行设置在玻璃基板11A和玻璃基板11B上。通过提供凸出图案13A、13B，提高了液晶显示器10的响应速度，同时，在液晶层中不同域包含液晶分子的不同倾斜方向，结果液晶显示器10的视角变宽了。
图2A和图2B是示出相关现有技术的垂直排列液晶显示器20的工作原理的示意图，该液晶显示器是由本发明的发明人提出的。
在日本待审公开专利申请No.2002-107730中，本发明的发明人提出了一种垂直排列液晶显示器20，如图2A和图2B所示，其中带形图案24被相互平行设置，带形图案24在液晶层22中形成周期性变化的电场，由于该电场，液晶分子22A沿着带形图案24延伸的方向而预倾斜。
此外，在日本待审公开专利申请No.2002-107730中，本发明的发明人还提出了一种垂直排列液晶显示器40，其对应于上述垂直排列液晶显示器10和垂直排列液晶显示器20的组合。
如图2A所示，基本上，液晶显示器20包括玻璃基板21A和玻璃基板21B，其间插入有液晶层22。电极层23A和23B分别设置在玻璃基板21A和21B上。
此外，精细结构图案(fine structure patterns)24设置在电极层23A的表面上，以更改在电极层23A和23B之间产生的电场模式。在玻璃基板21A上，分子配向膜25MA形成在电极层23A的表面上，以覆盖精细结构图案24。在玻璃基板21B上，形成分子配向膜25MB，以覆盖电极层23B。
分子配向膜25MA、25MB与液晶层22接触，当在电极层23 A和电极层23B之间未施加电场(即未驱动状态)时，液晶层22中的液晶分子22A沿着与液晶层22基本垂直的方向排列。
具有第一光学吸收轴并用作偏光器的偏振膜26A设置在玻璃基板21A的下主表面上，同时，具有垂直于第一光学吸收轴的第二光学吸收轴并用作另一偏光器的偏振膜26B设置在玻璃基板21B的上主表面上。
在图2A所示的实例中，精细结构图案24是在电极层23A上相互平行设置的导电的或绝缘的精细凸出图案，但是精细结构图案24还可具有其它结构，只要它能够局部更改液晶层22中的电场即可。
图3是示出相关现有技术的垂直排列液晶显示器20另一实例的工作原理的示意图。
如图3所示，精细结构图案24还可以是在电极层23A中相互平行的精细凹陷图案，比如多个切割块(cutout)。在图3中，对于与图2A和图2B中相同的元件，使用相同的附图标记，并且省略重复的描述。
如图2A所示，如果精细结构图案24包括在电极层23A上的凸出图案，优选地，精细结构图案24由一种透明材料形成，从而入射到液晶显示器的光束能够穿过精细结构图案24。
回到图2B，图2B示出了液晶显示器20的驱动状态，即，在电极层23A和23B之间施加驱动电压，以改变在玻璃基板21A上的液晶分子22A的排列方向。
如图2B所示，在液晶显示器20的驱动状态下，由于被精细结构图案24局部更改的电场的影响，液晶分子22A被排列为朝着精细结构图案24延伸的方向倾斜。
在液晶显示器20中，当在电极层23A和23B之间施加驱动电压，并且在液晶分子层22中形成驱动电场时，由于在图1A和图1B所示液晶显示器10中，液晶分子的倾斜不得不从凸出图案13A、13B附近的区域扩散到其它区域，但是这在图2B所示的液晶显示器20中是不需要的，所以，由于响应被精细结构图案24更改的电场，每个液晶分子22A都朝着精细结构图案24延伸的方向倾斜，液晶显示器20的响应速度与图1A和图1B所示的液晶显示器10相比有极大地改进。
除了上述优点以外，从图2B中还可发现，在液晶显示器20中，在驱动状态下，液晶分子22A的排列方向基本上被限制到精细结构图案24的延伸方向，因此，即使在倾斜的液晶分子22A之间存在相互影响时，每个液晶分子22A的扭转角度也不发生变化，这造成高对比率和高质量的显示。
当在电极层23A和23B之间施加驱动电压时，精细结构图案24在液晶层22中形成电场，该电场在沿着精细结构图案24延伸方向的第一方向上是均匀的，而在与第一方向相垂直的第二方向上是周期性变化的。
图4是图3中基板21A的平面图，其示出了相关现有技术的液晶显示器的结构实例。在图4中，对于与图3中所示相同的元件，使用相同的附图标记。
如图4所示，在基板21A上，薄膜晶体管(TFT)21T形成在扫描电极22S和数据电极22D之间的交叉点处，其中扫描电极22S和数据电极22D形成在像素电极23A之下，并且像素电极23A与TFT 21T连接。基板21A也被称为TFT基板。
在像素电极23A上，精细结构图案24被图案化成以间隔24G相互平行。在像素电极23A上，与图1A和图1B中的结构13A相对应的大间隙25A以锯齿形方式被图案化。由此，图4中的像素区域被划分成上域区域和下域区域，在上域区域和下域区域中的液晶分子的倾斜方向是相互垂直的。
在图4中，抗蚀膜结构25B以锯齿形方式形成在面向基板21A的基板21B上。结构25B与图1A和图1B中的凸出结构13B相对应。
在图4所示的结构中，由于精细结构图案24和带形图案24之间的间隙24G，液晶分子的倾斜方向基本上被调节为沿着间隙24G的延伸方向。此外，预倾斜角由结构25A和25B限定。因此，该结构表现出高响应速度。
在图4所示的结构中，在上域区域和下域区域之间，辅助电容(auxiliarycapacitance)Cs由电极图案23C产生。
下面所列举的是公开的、与本发明有关的技术的参考文献：
日本待审公开专利申请No.2002-107730；
日本待审公开专利申请No.2002-287158；
日本待审公开专利申请No.2002-305086；以及
日本专利公报No.3456896。
图5是相关现有技术的液晶显示器的TFT基板21A另一实例的平面图，其具有图4中所示的结构。在图5中，对于与图3和图4中的元件相同的元件，使用相同的附图标记。
如图5所示，如图4所示的多个结构分别与红(R)、绿(G)和蓝(B)色相对应，设置在面向TFT基板21A的TFT基板21B上，如图5所示，滤色器被设置为与TFT基板21A上的结构相对应。
结构25B(其中之一在图5中由“BB”表示)被设置为穿过其上形成有精细结构图案24的像素电极23A的拐角。结构25A，即形成在像素电极23A中的切割块，如图5中“AA”所示，在像素电极23A的边缘处弯曲。
图6A和图6B是示出图5所示液晶显示器中的结构25A、25B和液晶分子22A(特别是像素电极23A边缘处的液晶分子22A)的排列之间的关系的简图。
如上所述，结构25A和25B具有引起液晶分子22A预倾斜的功能。然而，在像素电极23A的边缘处，由于像素电极23A的边缘效应和结构25A、25B的效应之间的相互影响，液晶分子22A的排列被打乱了。
然而，如图6A所示，当结构25A的弯曲点在像素电极23A的边缘处时，或者如图6B所示，当结构25B穿过像素电极23A的拐角时，约束液晶分子22A排列的结构25A或25B的效应基本上与约束液晶分子22A排列的像素电极23A的边缘效应一致，在这样的区域中，也就是像素电极23A边缘或拐角附近，液晶分子22A的排列未被打乱。
从图6A和6B继续的图7A和图7B，是示出在图5所示液晶显示器中结构25A、25B和液晶分子22A(特别是像素电极23A边缘处的液品分子22A)的排列之间的关系的简图。
如图7A所示，当结构25A的弯曲点不在像素电极23A的边缘处时，或者如图7B所示，当结构25B不穿过像素电极23A的拐角时，约束液晶分子22A排列的结构25A或25B的效应与约束液晶分子22A排列的像素电极23A的边缘效应并不一致，结果液晶分子22A的排列被很大程度地打乱，这导致如图7A和图7B所示的黑斑。
可见，如果形成图6A和图6B所示的设置则是理想的。然而在实践中，结构25A和25B的节距(pitches)是根据液晶显示器的响应速度和透射率来限定的，难以在实际的液晶显示器中实现结构25A和25B的理想设置。
在相关现有技术的液晶显示器中，间隔物(spacer)，比如具有指定直径的硅珠，被用来将液晶层厚度(即液晶晶元厚度)保持为预设值。
另一方面，近来提出一种液晶面板结构，该结构在制造时可以不含分布这些间隔物的步骤，这消除了由间隔物的不均匀分布密度所造成的不均匀显示的问题。
例如，日本待审公开专利申请No.11-242211公开了一种在第一基板和第二基板之间延伸的柱状间隔物。可通过首先在第一基板或第二基板上沉积抗蚀膜或聚酰亚胺膜，然后使抗蚀膜或聚酰亚胺膜形成预定厚度的图案，来形成这样的柱状间隔物，由此在期望位置获得期望形状的柱状间隔物。
与图1A和图1B中的凸出图案13A、13B相似，由有机膜形成的这种间隔物具有约束在液晶层中液晶分子排列的功能。由于这种柱状间隔物的排列约束功能，例如在日本待审公开专利申请No.2002-287158中提出一种多域结构，其中上述柱状间隔物被设置在像素电极的中心处，并且每个像素以柱状间隔物作为中心而被划分成多个扇形区域。
另一方面，由于液晶层无法分布在设置有柱状间隔物的区域中，这样的区域无法用于显示。因此，优选地，柱状间隔物不设置在像素区域中。例如，在上述日本待审公开专利申请No.11-242211中，多个柱状间隔物在像素区域周围对称设置，并且在像素区域中形成所期望的对称域结构。
当柱状间隔物被设置在如图4或图5所示的具有TFT基板的液晶显示器中时，由于柱状间隔物具有约束液晶分子排列的功能，可能会出现与参照图7A和7B所述的相同问题。
图8是示出相关现有技术的液晶显示器30A的结构实例的平面图，其通过在具有TFT基板21A的液晶显示器30A中设置柱状间隔物P来获得。在图8中，对于与如图4中所示的元件相同的元件，使用相同的附图标记。
如图8所示，柱状间隔物P形成在电极图案23C上，电极图案23C横过对应于结构25A的像素电极21A的中央部分，换而言之，柱状间隔物P形成在液晶显示器30A的可见区域以外。然而，如图8所示，尽管希望液晶分子22A的排列方向与精细结构24的延伸方向平行，但在实践中由于柱状间隔物P的存在，在间隔物P附近的液晶分子22A的排列方向变得与精细结构24的带形图案的延伸方向大略垂直。
在这种情形下，即使柱状间隔物形成在液晶显示器30A的可见区域以外，仍会造成显示区域上的黑斑，并且可被观看者识别。而且，在图8所示结构中，除了如图7A和图7B所示液晶分子22A的排列紊乱以外，柱状间隔物P还会导致液晶分子22A排列的额外紊乱。
发明内容
本发明大体的目的是解决相关现有技术的一个或多个问题。
本发明特别的目的是提供一种能够抑制由两个基板之间设置的间隔物所造成的液晶分子的排列紊乱。
根据本发明的第一方案，提供一种液晶显示器，包括：一第一基板；一第二基板，其面向该第一基板；一液晶层，其由液晶分子形成，并且保持在该第一基板和该第二基板之间，所述液晶分子在未驱动状态下被排列为基本垂直于该第一基板和该第二基板，并且在驱动状态下被排列为沿着与该第一基板和该第二基板基本平行的平面中的第一方向，所述未驱动状态对应于在该液晶层上未施加驱动电场的状态，所述驱动状态对应于在该液晶层上施加驱动电场的状态；多个像素区域，其形成在该液晶层中；一图案化结构，其设置在该第一基板和该第二基板的至少一个上，沿着垂直于该第一方向的第二方向延伸，并能够在该驱动状态下将所述液晶分子排列为沿着该第一方向，所述图案化结构包括一第一排列控制图案和一第二排列控制图案中的至少一个，该第一排列控制图案形成在该第一基板上，并沿着该第二方向延伸，该第二排列控制图案形成在该第二基板上，并沿着该第二方向延伸；以及一间隔物，其设置在该第一基板和该第二基板之间，以将该第一基板和该第二基板之间的间隙保持为常数，所述间隔物被设置为覆盖所述像素区域之一的至少一部分，并且所述间隔物与所述第一排列控制图案以及所述第二排列控制图案分开给定的距离，所述间隔物能够与所述第一排列控制图案和所述第二排列控制图案协作，将该间隔物附近的所述液晶分子排列为基本沿着该第一方向。
根据本发明，在垂直排列模式液晶显示器中，其中由于该第一基板和该第二基板上分别形成的该第一排列控制图案和该第二排列控制图案，液晶分子被排列为沿着该第一方向，因为在该第一基板和该第二基板之间设置的该间隔物能够将该间隔物附近的所述液晶分子排列成基本上沿着该第一方向，所以抑制了在该间隔物附近的所述液晶分子的排列紊乱，而且，即使当该第一排列控制图案和该第二排列控制图案的布局不理想时，仍可减少所述液晶分子的排列紊乱，并且改善该液晶显示器的透射率。
根据本发明的第二方案，提供一种液晶显示器，包括：一第一基板；一第二基板，其面向该第一基板；一液晶层，其由液晶分子形成，并且保持在该第一基板和该第二基板之间，所述液晶分子在未驱动状态下被排列为基本垂直于该第一基板和该第二基板，并且在驱动状态下被排列为沿着与该第一基板和该第二基板基本平行的平面中的第一方向，所述未驱动状态对应于在该液晶层上未施加驱动电场的状态，所述驱动状态对应于在该液晶层上施加驱动电场的状态；多个像素区域，其形成在该液晶层中；一图案化结构，其设置在该第一基板和该第二基板的至少一个上，沿着垂直于该第一方向的第二方向延伸，并且能够在该驱动状态下将所述液晶分子排列为沿着该第一方向，所述图案化结构包括一第一排列控制图案和一第二排列控制图案中的至少一个，该第一排列控制图案形成在该第一基板上，并沿着该第二方向延伸，该第二排列控制图案形成在该第二基板上，并沿着该第二方向延伸；以及一间隔物，其设置在该第一基板和该第二基板之间，以将该第一基板和该第二基板之间的间隙保持为常数，所述间隔物被设置为覆盖所述像素区域之一的至少一部分，并且所述间隔物与所述第一排列控制图案以及所述第二排列控制图案分开给定的距离，所述间隔物与所述第一排列控制图案和所述第二排列控制图案协作，在三个侧面上被该第二排列控制图案围绕。
根据本发明，在垂直排列模式液晶显示器中，其中由于该第一基板和该第二基板上分别形成的该第一排列控制图案和该第二排列控制图案，液晶分子被排列为沿着该第一方向，因为在该第一基板和第二基板之间设置的该间隔物在三个侧面上被该第二排列控制图案包围，所以在该间隔物附近改善了该第二排列控制图案控制所述液晶分子排列的能力，这有助于抑制由该间隔物所造成的所述液晶分子的排列紊乱。
根据本发明的第三方案，提供一种液晶显示器，包括：一第一基板；一第二基板，其面向该第一基板；一液晶层，其由液晶分子形成，并且保持在该第一基板和该第二基板之间，所述液晶分子在未驱动状态下被排列为基本垂直于该第一基板和该第二基板，并且在驱动状态下被排列为沿着与该第一基板和该第二基板基本平行的平面中的第一方向，所述未驱动状态对应于在该液晶层上未施加驱动电场的状态，所述驱动状态对应于在该液晶层上施加驱动电场的状态；多个像素区域，其形成在该液晶层中；一图案化结构，其设置在该第一基板和该第二基板的至少一个上，并且沿着垂直于该第一方向的第二方向延伸，能够在该驱动状态下将所述液晶分子排列为沿着该第一方向，所述图案化结构包括一第一排列控制图案和一第二排列控制图案中的至少一个，该第一排列控制图案形成在该第一基板上，并沿着该第二方向延伸，该第二排列控制图案形成在该第二基板上，并沿着该第二方向延伸；以及一间隔物，其设置在该第一基板和该第二基板之间，以将该第一基板和该第二基板之间的间隙保持为常数，所述间隔物被设置在所述像素区域以外，并被分开一定距离，从而该间隔物不会改变在所述像素区域中的所述液晶分子的排列，在所述第一基板和该第二基板之间设置另一间隔物，位于栅极总线上的一间隔物不与另一基板接触，而另一间隔物与另一基板接触。
根据本发明，在垂直排列模式液晶显示器中，其中由于该第一基板和该第二基板上分别形成的该第一排列控制图案和该第二排列控制图案，液晶分子被排列为沿着该第一方向，因为该间隔物被设置在所述像素区域以外，并且被分开一定距离，从而该间隔物不改变在所述像素区域中的所述液晶分子的排列，抑制了由该间隔物所造成的所述液晶分子的排列紊乱。
从参照附图而给出的优选实施例的下述具体描述，本发明的这些和其它目的、特征和优点将变得更为明显。
附图说明
图1A和图1B是示出相关现有技术的垂直排列液晶显示器实例的工作原理的示意性透视图；
图2A和图2B是示出相关现有技术的垂直排列液晶显示器另一实例的工作原理的示意图；
图3是示出相关现有技术的垂直排列液晶显示器又一实施例的工作原理的示意图；
图4是相关现有技术的液晶显示器中TFT基板实例的平面图；
图5是相关现有技术的液晶显示器中TFT基板另一实例的平面图；
图6A和图6B是示出液晶显示器中TFT结构和液晶分子排列之间关系的简图；
图7A和图7B是从图6A和6B继续的，其示出液晶显示器中TFT结构和液晶分子排列之间关系的简图；
图8是示出相关现有技术的液晶显示器的结构实例的平面图，该结构是通过在如图4所示具有TFT基板的液晶显示器中设置柱状间隔物P而获得的；
图9是示出根据本发明第一实施例的液晶显示器40的结构实例的示意性透视图；
图10A是图9中液晶显示器40的一部分的放大图；
图10B是图9中液晶显示器40的一部分的放大剖面图；
图11是示出根据本发明第一实施例的液晶显示器40的像素电极34的结构的平面图；
图12是示出根据本发明第二实施例的液晶显示器50的结构的平面图；
图13是示出根据本发明第三实施例的液晶显示器60的结构的平面图；
图14是示出根据本发明第四实施例的液晶显示器70的结构的平面图；
图15是示出根据本发明第五实施例的液晶显示器80的结构的平面图；
图16是示出根据本发明第六实施例的液晶显示器90的结构的平面图；
图17是示出根据本发明第七实施例的液晶显示器100的结构的平面图；以及
图18A至18C是示出根据本发明第八实施例的液晶显示器110的结构的平面图和剖面图。
具体实施方式
下面将参照附图说明本发明的优选实施例。
第一实施例
图9是根据本发明第一实施例的液晶显示器40的结构实例的示意性透视图。
图10A是图9中液晶显示器40的一部分的放大图。
图10B是图9中液晶显示器40的一部分的放大剖面图。
如图9所示，液晶显示器40是有源矩阵液晶显示器，包括TFT玻璃基板31A和面向TFT玻璃基板31A的TFT玻璃基板31B。TFT玻璃基板31A承载多个薄膜晶体管(TFT)和与多个TFT相配合的一透明像素电极，其对应于如图3和图4中所示电极层23A。TFT玻璃基板31B承载TFT玻璃基板31A上所形成的电极，其对应于电极层23B。插入到基板31A和基板31B之间的液晶层31被密封件31C密封。
在图9、图10A和图10B所示的液晶显示器40中，通过经过相应的TFT选择性驱动透明像素电极，在对应于所选像素电极的液晶层31的一部分中，可选择地改变液晶分子的排列。偏光器31a和检偏器31b以正交尼科尔棱镜结构被设置在玻璃基板31A和玻璃基板31B的外部。尽管未示出，但是分子配向膜被设置在玻璃基板31A和玻璃基板31B的各内侧面上，与液晶层31接触。这些分子配向膜对应于图4中的分子配向膜25MA和25MB，在电极层23A和电极层23B之间未施加电场时(即，未驱动状态)，具有将在液晶层31中的液晶分子的排列方向约束为与包含液晶层31的平面基本垂直的功能。
如图10A所示，在液晶显示器40中设置有：多个焊盘电极(pad electrode)33A，其提供扫描信号到玻璃基板31A；多个扫描电极33，其分别设置在焊盘电极33A之后；多个焊盘电极32A，其接收视频信号；以及多个信号电极32，其分别设置在焊盘电极32A之后。扫描电极33的延伸方向基本垂直于信号电极32的延伸方向。如图10A所示，薄膜晶体管(TFT)31T被设置在扫描电极33和信号电极32之间的交叉点处。
在玻璃基板31A上，由ITO等形成的透明像素电极34对应于TFT 31T设置。像素电极34之一通过扫描信号选择，该扫描信号来自与该像素电极34之一对应的、同TFT 31T相关的扫描电极33之一，并且来自相应信号电极32的视频信号驱动所选的ITO像素电极34工作。
液晶层31可利用由Merck有限公司提供的、具有介电常数的负各向异性(negative anisotropy)的液晶来制造。前述分子配向膜可通过利用JSR公司提供的垂直配向膜来制造。典型地，如图10B所示的间隔物被用来组装玻璃基板31A和玻璃基板31B，从而液晶层31的厚度被保持为大约4μm。
在液晶显示器40中，在未驱动状态下，也就是，当驱动电压未施加于透明像素电极34时，液晶分子被排列为基本垂直于液晶层31的平面，由于偏光器31a和检偏器31b，液晶显示器40处于黑显示状态下。在驱动状态下，也就是，当驱动电压施加于透明像素电极34时，液晶分子被排列为基本平行于液晶层31，液晶显示器40处于白显示状态下。
如图10B所示，还用作TFT 31T栅电极的扫描电极33在玻璃基板31A上延伸，并且在玻璃基板31A上沉积栅极绝缘膜33a，以覆盖扫描电极33。同样，尽管未示出，但是在栅极绝缘膜33a上沉积有层间绝缘膜33b，以覆盖构成TFT 31T的非晶硅层或多晶硅层，并且在层间绝缘膜33b上设置信号电极32。此外，在层间绝缘膜33b上沉积另一层间绝缘膜33c，以覆盖信号电极32。透明像素电极34形成在层间绝缘膜33c上，并且通过未示出的通孔而连接到TFT 31T。而且，在层间绝缘膜33c上形成对应于图4中分子配向膜25MA的分子配向膜，以覆盖透明像素电极34。
在液晶显示器40中，对应于图1A和图1B中结构13A的切割块34A以锯齿形方式形成在透明像素电极34的一部分中。应当注意，结构13A和13B能够被基板11A或11B中形成的凹陷图案(depress pattern)所替代。
另一方面，在玻璃基板31B上，黑光罩(black mask)(BM)被形成为对应于TFT 31T，红(R)、绿(G)和蓝(B)滤色器31F被设置为对应于透明像素电极34。
对应图2A中电极层23B的电极36被均匀形成在滤色器31F上，并且对应图4中的结构25B的凸出图案38和柱状间隔物39通过沉积抗蚀图案而形成在电极36上。凸出图案38和柱状间隔物39被对应于图2A中的分子配向膜25MA的分子配向膜37所覆盖。凸出图案38和柱状间隔物39具有平滑的倾斜表面和凸出末端。
柱状间隔物39比凸出图案38更高，例如，它被制造为具有对应于液晶晶元厚度的4μm高度。柱状间隔物39的末端通过分子配向膜35和37与透明像素电极34接触，由此限定液晶层31的厚度。为了形成凸出图案38和柱状间隔物39，例如抗蚀膜可通过例如旋涂在玻璃基板31B上而被沉积为期望厚度，并在被图案化之后，抗蚀膜以不同膜厚度被加热和固化两次。这样，可很容易地制造凸出图案38和柱状间隔物39。例如，凸出图案38可利用正性抗蚀剂形成，前述凹陷图案可利用负性抗蚀剂形成。
图11是示出根据本发明第一实施例的液晶显示器40的像素电极34的结构的平面图。
如图11所示，凸出图案38和切割块34A被形成为以锯齿形方式相互平行地在像素电极34上延伸。像素电极34被电极图案31C划分成上域区域和下域区域，该电极图案31C穿过中央部分沿水平方向延伸，并产生辅助电容Cs。电极图案31C对应于图4中的电极图案23C。因此，凸出图案38和切割块34A在第一域和第二域中均平行于一确定的方向(必要时称为“第一方向”)延伸，但是上域中的第一方向与下域中的第一方向垂直交叉。因此，上域中的液晶分子的排列垂直于下域中的液晶分子的排列，这减少了光学显示器对方位角或极角的依赖。
在图11所示的结构中，每个柱状间隔物39与扫描电极(栅极总线)33上的透明像素电极34的上端和下端部分地重叠。由于这样的结构，在透明像素电极34的拐角附近，液晶分子受到透明像素电极34的边缘、切割块34A和柱状间隔物39的相互作用。然而，如图11所示，柱状间隔物39被设置为面向凸出图案38，切割块34A介于其间，柱状间隔物39从切割块34A后侧增强了切割块34A的相互作用，液晶分子被倾斜为基本垂直于切割块34A的延伸方向。
在该状态下，如果透明像素电极34通过TFT 31T驱动，则在透明像素电极34拐角处，液晶分子快速向与切割块34A延伸方向基本垂直的方向倾斜。由此，可以实现能够在驱动状态下以高透射率进行高速显示的液晶显示器。
根据本发明人的实验结果，发现由于图11所示的结构，透射率与图8所示的结构相比改善了6％。每个像素可利用显微镜来观察，在柱状间隔物39附近未看到异常区域。
第二实施例
图12是示出根据本发明第二实施例的液晶显示器50的结构的平面图。在图12中，对于与前述元件相同的元件，使用相同的附图标记，并且省略重复的描述。
如图12所示，凸出图案38和切割块34A被形成为以锯齿形方式相互平行地在像素电极34上延伸。在第二实施例中，切割块图案34A仅形成在像素电极34的中央部分处，但是未设置在中央部分以外，具体来说，未设置在凸出图案38的外部。由于这样的设置，凸出图案38对液晶分子22A的排列所施加的约束直至像素电极34的外边缘都有效地相等。
在第二实施例中，类似地，柱状间隔物39也形成在扫描电极33上，但是如果柱状间隔物39也被设置为与透明像素电极34部分地重叠，如图11所示，由于在柱状间隔物39和透明像素电极34之间没有任何切割块34A，所以柱状间隔物39也将调节液晶分子22A的排列，这产生与凸出图案38的排列调节效果相冲突的效果，造成液晶分子22A的排列紊乱。
为了避免这个问题，如图12所示，柱状间隔物39与透明像素电极34以距离Px分开。
实验结果表明，当距离Px被设定为大约6μm时，驱动状态下的透射率与图8所示的结构相比提高了3％。这意味着通过将柱状间隔物39与透明像素电极34分开距离Px，例如将距离Px设定为约6μm，柱状间隔物39的排列调节效果基本上变得可忽略不计。
除了上述特征之外，图12所示的结构与图11所示的基本相同。此外，为了说明设置在像素区域外部的柱状间隔物39，柱状间隔物39的尺寸在图12中或多或少有所减少，并因此，在图12中示出了图11中凸出图案38外部的设置。
第三实施例
图13是示出根据本发明第三实施例的液晶显示器60的结构的平面图。在图13中，对于与前述元件相同的元件，使用相同的附图标记，并且省略重复的描述。
如图13所示，在本实施例中，除了图11或图12所示的结构之外，柱状间隔物39被这样设置，即在产生辅助电容Cs的电极图案31C上，切割块图案34A形成在彼此相对的两个凸出图案38之间，并且柱状间隔物39的边缘与切割块图案34A相平行。
在图13的结构中，在柱状间隔物39和凸出图案38之间，柱状间隔物39、凸出图案38和切割块图案34A相互协作，以将液晶分子的排列方向调节为与切割块34A的延伸方向基本垂直。因此，当驱动电压施加于透明像素电极34时，液晶分子快速向透明像素电极34和切割块34A的延伸方向倾斜，以改变像素的透射率。
如上所述，在本实施例中，当切割块图案34A介于其间时，柱状间隔物39提供与凸出图案38相同的效果，以有效调节液晶分子的排列。在本实施例中，优选将柱状间隔物39的边缘和切割块图案34A之间的距离设定为与凸出图案38和切割块图案34A之间的距离基本相同。
在本实施例中，尽管柱状间隔物39形成在透明像素电极34的像素区域之内，但是更大部分的柱状间隔物39设置在总线电极31C上，这能够在确保用于实现柱状间隔物功能的足够大的区域的同时，使得由于柱状间隔物39的存在所造成的透射率降低最小。
第四实施例
图14是示出根据本发明第四实施例的液晶显示器70的结构的平面图。在图14中，对于与图13中的元件相同的元件，使用相同的附图标记，并且省略重复的描述。
如图14所示，在本实施例中，与图11或图12中的结构相似，凸出图案38以“L”形状形成在L形切割块图案34A的内侧上，此外，柱状间隔物39设置在L形凸出图案38的内侧上。
在图14所示的结构中，柱状间隔物39对液晶分子22A的排列调节效果与凸出图案38对外侧的排列调节效果相冲突，然而如图14所示，柱状间隔物39被设置为在三个侧面上被凸出图案38围绕，以减少柱状间隔物39对液晶分子22A的影响。
利用图14中所示结构，获得了与通过利用图1 2所示结构而获得的光透射率相似的光透射率。
第五实施例
图15是示出根据本发明第五实施例的液晶显示器80的结构的平面图。在图15中，对于与前述元件相同的元件，使用相同的附图标记，并且省略重复的描述。
在本实施例中，如图15所示，在图13所示的结构中，凸出图案38被柱状间隔物39替代。因此，在本实施例中，柱状间隔物39并非孤立的图案，而是连续的图案。
利用图15所示的结构，也就是通过用柱状间隔物39替代凸出图案38，可以基本实现液晶分子22A的理想排列。
第六实施例
图16是示出根据本发明第六实施例的液晶显示器90的结构的平面图。在图16中，对于与前述元件相同的元件，使用相同的附图标记，并且省略重复的描述。
在本实施例中，如图16所示，原本设置在像素电极34拐角处的凸出图案38被间隔物图案39A替代，该间隔物图案39A具有与面向其它现有凸出图案38的切割块图案34A的延伸方向相平行的边缘。此外，在中央部分处的辅助电容总线31C上，具有圆形横截面的间隔物图案39B设置在L形切割块图案34A内侧上，换而言之，间隔物图案39B被设置为面向L形凸出图案38，切割块图案34A介于其间。
在本实施例中，通过将间隔物图案39A设置在像素电极34拐角处，并且使间隔物图案39A的边缘与面向间隔物图案39A的切割块图案34A的延伸方向相平行，使得在像素电极34拐角处的液晶分子22A的排列被调节为垂直于间隔物图案39A的边缘，这抑制了显示缺陷的出现。
通过将间隔物图案39B设置在L形切割块图案34A内侧上，可发现即使在该区域中也可获得液晶分子22A的期望排列。关于间隔物图案39B，尽管认为间隔物图案39B可优选为如图1 3所示的三角形间隔物图案，但是在图16所示的本实施例中，间隔物图案39B并不限于图13所示的三角形间隔物图案。
在本实施例中，通过将间隔物图案39A设置在像素电极34的拐角处，或者通过将间隔物图案39A设置为具有三角形的横截面，能够稳定地支撑TFT玻璃基板31A和TFT玻璃基板31B。
第七实施例
图17是示出根据本发明第七实施例的液晶显示器100的结构的平面图。在图17中，对于与前述元件相同的元件，使用相同的附图标记，并且省略重复的描述。
在本实施例中，如图17所示，间隔物图案39A对应于图11中柱状间隔物39和图16中间隔物图案39A特征的组合，也就是，图16中的间隔物图案39A具有与切割块图案34A的延伸方向相平行的边缘。
也就是在本实施例中，间隔物图案39A从像素区域外部起遍布很大的区域，并且覆盖像素电极34的一部分，并由此，TFT玻璃基板31A和TFT玻璃基板31B被间隔物图案39A稳定地支撑。在这种情形下，由于间隔物图案39A具有与面向自己的切割块图案34A的延伸方向相平行的边缘，所以液晶分子22A的排列被调节为与切割块图案34A的延伸方向相垂直，这减少了在像素区域中的液晶分子22A的排列紊乱。从而，液晶显示器100在驱动状态下具有良好的透射率。
第八实施例
图18A至18C是示出根据本发明第八实施例的液晶显示器110的结构的平面图和剖面图。在图18A至18C中，对于与前述元件相同的元件，使用相同的附图标记，并且省略重复的描述。
如图18A至18C所示，本实施例中的间隔物图案39A和39B对应于图14中柱状间隔物39和图12中柱状间隔物39的组合。
如图14所示的柱状间隔物39A(其在本实施例中充当主间隔物图案)和如图12所示的柱状间隔物39B(其在本实施例中充当次间隔物图案)通过将沉积在TFT玻璃基板31B上的相同抗蚀膜图案化来获得，并具有相同的高度。
然而，主间隔物39A设置在玻璃基板31B上的像素区域中，以面向TFT玻璃基板31A的一部分，该TFT玻璃基板31A含有像素电极34、中间电极41、Cs电极31C和层间绝缘膜42的层叠结构，并且如图18B所示，柱状间隔物39A的末端与玻璃基板31A接触。另一方面，如图18C所示，次间隔物39B设置在玻璃基板31B上的像素区域中，以面向TFT玻璃基板31A的一部分，该TFT玻璃基板31A含有扫描电极33和层间绝缘膜42。由此，对应于像素电极34和中间电极41的厚度，在次间隔物39B和玻璃基板31A之间例如有约等于0.2μm的间隙G。
在图18B和图18C中，分子配向膜和其它元件的说明被省略。
因为在次间隔物39B和玻璃基板31A之间有间隙G，所以当外力施加于液晶显示器110中的玻璃基板31A和玻璃基板31B时，液晶面板是可弯曲的，这能够防止柱状间隔物的永久变形或者防止对柱状间隔物的其它损坏。
即使在上面的结构中，柱状间隔物39A对液晶分子22A所施加的排列调节效果可通过形成凸出图案38以在三个侧面上围绕柱状间隔物39A来消除，从而液晶分子22A的排列可通过凸出图案38和切割块图案34A来调节。此外，通过将次柱状间隔物39B与透明像素电极34分开距离Px，次间隔物39B基本上不会造成液晶分子22A的排列紊乱。
此外，在上文第一至第八实施例中，与图4中所示的精细结构图案24相对应的精细图案可在垂直于切割块34A的同时设置在透明像素电极34上。
尽管参照出于说明目的而选择的具体实施例在上文中描述了本发明，但显而易见的是，本发明并不限于这些实施例，只要不脱离本发明的基本构思和范围，本领域技术人员能够对其进行许多修改。

Claims (16)

1.一种液晶显示器，包括：
一第一基板；
一第二基板，其面向该第一基板；
一液晶层，其由液晶分子形成，并且保持在该第一基板和该第二基板之间，所述液晶分子在未驱动状态下被排列为基本垂直于该第一基板和该第二基板，并且在驱动状态下被排列为沿着与该第一基板和该第二基板基本平行的平面中的第一方向，所述未驱动状态对应于在该液晶层上未施加驱动电场的状态，所述驱动状态对应于在该液晶层上施加驱动电场的状态；
多个像素区域，其形成在该液晶层中；
一图案化结构，其设置在该第一基板和该第二基板的至少一个上，沿着垂直于该第一方向的第二方向延伸，并且能够在该驱动状态下将所述液晶分子排列为沿着该第一方向，所述图案化结构包括一第一排列控制图案和一第二排列控制图案中的至少一个，该第一排列控制图案形成在该第一基板上，并沿着该第二方向延伸，该第二排列控制图案形成在该第二基板上，并沿着该第二方向延伸；以及
一间隔物，其设置在该第一基板和该第二基板之间，以将该第一基板和该第二基板之间的间隙保持为常数，所述间隔物被设置为覆盖所述像素区域之一的至少一部分，并且所述间隔物与所述第一排列控制图案以及所述第二排列控制图案分开给定的距离，所述间隔物能够与所述第一排列控制图案和所述第二排列控制图案协作，将该间隔物附近的所述液晶分子排列为基本沿着该第一方向。
2.如权利要求1所述的液晶显示器，其中：在每个所述像素区域中，该间隔物被设置在该第二基板上，并且从法线方向上观察，该第一排列控制图案被设置在该间隔物和该第二排列控制图案之间。
3.如权利要求1所述的液晶显示器，其中：该间隔物和最靠近该间隔物设置的排列控制图案之间的距离与该第一排列控制图案和最靠近该第一排列控制图案设置的该第二二排列控制图案之间的距离是相同的。
4.如权利要求1所述的液晶显示器，其中：该间隔物形成一排列控制图案，该排列控制图案具有一沿着该第二方向延伸的倾斜侧。
5.如权利要求1所述的液晶显示器，其中：该间隔物形成一在该像素区域中延伸的连续图案。
6.如权利要求1所述的液晶显示器，其中：该间隔物形成一在该像素区域中的孤立图案。
7.如权利要求1所述的液晶显示器，其中：该间隔物形成在该第二基板上，并且该间隔物的末端是一与该第一基板接触的凸出图案。
8.如权利要求2所述的液晶显示器，其中：
该第一排列控制图案包括形成在该第一基板上的一凹陷图案；以及
该第二排列控制图案包括形成在该第二基板上的一凸出图案。
9.如权利要求8所述的液晶显示器，其中：该凹陷图案包括形成在该第一基板上的一像素电极中的一切割块图案。
10.如权利要求1所述的液晶显示器，其中：在该第一基板和该第二基板之间设置另一间隔物。
11.如权利要求10所述的液晶显示器，其中：该另一间隔物设置在该第一基板和该第二基板中的一个上，并且不触及该第一基板和该第二基板中的另一个。
12.如权利要求11所述的液晶显示器，其中：
位于栅极总线(33)上的一间隔物不与另一基板接触，而另一间隔物与另一基板接触。
13.如权利要求1所述的液晶显示器，其中：
每个所述像素电极都包括一第一域区域和一第二域区域；以及
该第一域区域中的该第一方向与该第二域区域中的该第一方向垂直交叉。
14.如权利要求1所述的液晶显示器，其中：在各像素区域中的该第一基板上形成薄膜晶体管。
15.一种液晶显示器，包括：
一第一基板；
一第二基板，其面向该第一基板；
一液晶层，其由液晶分子形成，并且保持在该第一基板和该第二基板之间，所述液晶分子在未驱动状态下被排列为基本垂直于该第一基板和该第二基板，并且在驱动状态下被排列为沿着与该第一基板和该第二基板基本平行的平面中的第一方向，所述未驱动状态对应于在该液晶层上未施加驱动电场的状态，所述驱动状态对应于在该液晶层上施加驱动电场的状态；
多个像素区域，其形成在该液晶层中；
一图案化结构，其设置在该第一基板和该第二基板的至少一个上，沿着垂直于该第一方向的第二方向延伸，并且能够在该驱动状态下将所述液晶分子排列为沿着该第一方向，所述图案化结构包括一第一排列控制图案和一第二排列控制图案中的至少一个，该第一排列控制图案形成在该第一基板上，并沿着该第二方向延伸，该第二排列控制图案形成在该第二基板上，并沿着该第二方向延伸；以及
一间隔物，其设置在该第一基板和该第二基板之间，以将该第一基板和该第二基板之间的间隙保持为常数，所述间隔物被设置为覆盖所述像素区域之一的至少一部分，并且所述间隔物与所述第一排列控制图案以及所述第二排列控制图案分开给定的距离，所述间隔物与所述第一排列控制图案和所述第二排列控制图案协作，在三个侧面上被该第二排列控制图案围绕。
16.一种液晶显示器，包括：
一第一基板；
一第二基板，其面向该第一基板；
一液晶层，其由液晶分子形成，并且保持在该第一基板和该第二基板之间，所述液晶分子在未驱动状态下被排列为基本垂直于该第一基板和该第二基板，并且在驱动状态下被排列为沿着与该第一基板和该第二基板基本平行的平面中的第一方向，所述未驱动状态对应于在该液晶层上未施加驱动电场的状态，所述驱动状态对应于在该液晶层上施加驱动电场的状态；
多个像素区域，其形成在该液晶层中；
一图案化结构，其设置在该第一基板和该第二基板的至少一个上，沿着垂直于该第一方向的第二方向延伸，并且能够在该驱动状态下将所述液晶分子排列为沿着该第一方向，所述图案化结构包括一第一排列控制图案和一第二排列控制图案中的至少一个，该第一排列控制图案形成在该第一基板上，并沿着该第二方向延伸，该第二排列控制图案形成在该第二基板上，并沿着该第二方向延伸；以及
一间隔物，其设置在该第一基板和该第二基板之间，以将该第一基板和该第二基板之间的间隙保持为常数，所述间隔物被设置在所述像素区域以外，并且被分开一定距离，从而该间隔物不会改变在所述像素区域中的所述液晶分子的排列，
在所述第一基板和该第二基板之间设置另一间隔物，位于栅极总线(33)上的一间隔物不与另一基板接触，而另一间隔物与另一基板接触。
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