CN1106585C - 液晶显示装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

液晶显示装置包括第一、第二基板；及插于第一与第二基板之间的液晶层，液晶层内有液晶分子。第一基板包括面向液晶层的第一电极。第二基板包括面向液晶层的第二电极。第一、第二电极和液晶层被第一及第二电极加给电压的区域限定显示单元的象素区。象素区包括多个子象素区，每个子象素区中的液晶分子以轴对称方式排列。至少第一和第二电极之一包括规则地排布于象素区内的多个开口。至少第一和第二电极之一有多个开口，这些开口包括多个多边形的子电极区。

Description

液晶显示装置及其制造方法
本发明涉及一种监视器，如用于计算机、文字处理器、车载导航系统及电视接收机等的液晶显示装置及其制造方法。
如今，TN(扭曲向列型)液晶显示装置(下称“LCD装置”)已获得广泛的应用。在TN-LCD装置中，通过沿互不相同的方向研磨处置上下准直层，使液晶分子在未加电压状态下处于扭曲排列形式。TN-LCD装置存在灰度标反向现象及显示质量明显与视角有关的问题。
为了解决这些问题，提出一种具有负介电各向异性和竖向排列方式的液晶材料。在未加电压的情况下，竖向排列方式提供暗显示。使用具有负折射率各向异性的相位片，可在非常大的视角范围内得到令人满意的暗显示。这种相位片的使用基本上补偿由液晶层所引起的双折射，在未加电压的情况下，其中所述液晶层中的液晶分子是竖向排列的。按照这种方式，在较宽的视角范围内实现高对比度显示。不过，竖向排列方式存在灰度标反向现象的问题，这种现象是沿着与在加给电压的情况下使液晶分子倾斜的方向相同的方向观察到的。
日本未审公开特开平6-301036揭示一种在反电极区域中心处有一开口的LCD装置，此区相应于象素电极。这样的结构会在象素电极与关于所述结构的表面倾斜的反电极之间造成电场，而该电场关于没有如此结构的表面垂直。因此，当把电压加于竖向排列方式中时，液晶分子按轴对称方式倾斜。与其中液晶分子沿一个方向倾斜的LCD装置相比，显示质量关于这种LCD装置视角的相关性是在全方位各个方向为均匀的。于是，上述出版物揭示的LCD装置给出十分令人满意的视角特性。
日本未审公开特开平8-341590揭示一种LCD装置，它围绕象素区或隔开的象素区有突起，还有一个准直固定层。这种结构限定其中的液晶分子按轴对称方式排列之液晶区的位置和尺寸，并使所述液晶分子的轴对称排列稳定。
然而，日本未审公开特开平6-301036中揭示的结构使得它难于在整个象素区内产生关于电极表面均匀倾斜的电场。因此，部分象素区内的液晶分子以延迟的方式响应所加的电压，这引起图象分不开的现象。
日本未审公开特开平8-341590揭示的结构需要突起，以便在基板上形成保护或类似的结构。这将增加制造步骤并提高成本。
本发明的一个方面提供一种液晶显示装置，它包括：第一基板；第二基板；以及插于所述第一基板与第二基板之间的液晶层，该液晶层内有液晶分子。所述第一基板包括面向所述液晶层的第一电极。第二基板包括面向所述液晶层的第二电极。第一电极、第二电极和液晶层被第一电极及第二电极加给电压的区域限定一个象素区，这是一个显示单元。所述象素区包括多个子象素区，每个子象素区中的液晶分子以轴对称方式排列。至少第一电极和第二电极之一包括规则地排布于象素区内的多个开口。至少第一电极和第二电极之一有多个开口，这些开口包括多个多边形的子电极区，每个子电极区至少在其拐角处，或者沿着并重叠其侧边至少有多个开口中的一部分。由所述多个子电极区限定多个子象素电极。
按照本发明的一种具体实施例，第一电极包括多个排成矩阵形式的象素电极，多个象素电极中的每一个都通过转换装置与扫描线和信号线相连。第二电极是面向所述多个象素电极的反电极。多个象素电极中的每一个都至少有所述多个子电极区中之一。
按照本发明的一种具体实施例，所述多个子电极区中的至少两个是彼此相同的多边形，并共用一个公用侧边。
按照本发明的一种具体实施例，每个多边形都为旋转对称的，并且液晶分子以关于所述多边形旋转对称轴为轴对称方式排列。
按照本发明的一种具体实施例，所述多个子电极区中的至少两个是共用公用侧边的多边形，并且开口离开象素电极至少2μm。
按照本发明的一种具体实施例，所述多边形是彼此相同的。
按照本发明的一种具体实施例，每个多边形都为旋转对称的，并且液晶分子以关于所述多边形旋转对称轴为轴对称方式排列。
按照本发明的一种具体实施例，所述液晶层由具有负介电各向异性的液晶材料形成，并且液晶材料的液晶分子在未加电压的情况下基本上关于第一基板和第二基板表面为垂直地排列。
按照本发明的一种具体实施例，至少所述第一基板和第二基板之一在象素区外边包括柱状突起，用以控制所述液晶层的厚度。
按照本发明的一种具体实施例，所述液晶层包括手性掺杂物，并且液晶分子具有约为液晶层厚度4倍的螺旋节距。
按照本发明的一种具体实施例，所述液晶显示装置还包括一对插有所述第一基板和第二基板的偏振器，和至少一个具有负折射率各向异性的单轴相位片。
按照本发明的一种具体实施例，所述液晶显示装置还包括一对插有所述第一基板和第二基板的偏振器，和至少一个具有正折射率各向异性的单轴相位片。
按照本发明的一种具体实施例，所述液晶显示装置还包括一对插有所述第一基板和第二基板的偏振器，和至少一个二轴相位片，该二轴相位片至少在第一基板与比起第二基板更靠近第一基板的偏振器之间和第二基板与比起第一基板更靠近第二基板的偏振器之间其中之一处。
按照本发明的一种具体实施例，所述多个子电极区中的至少两个是共用公用侧边的多边形，并且至少一个子电极区处的至少一个侧边与象素电极的至少一个边缘相符。
按照本发明的一种具体实施例，所述多边形是彼此相同的。
按照本发明的一种具体实施例，每个多边形均为旋转对称的，并且液晶分子以关于所述多边形旋转对称轴为轴对称方式排列。
按照本发明的一种具体实施例，所述液晶层由具有负介电各向异性的液晶材料形成，并且液晶材料的液晶分子在未加电压的情况下基本上关于第一基板和第二基板表面为垂直地排列。
按照本发明的一种具体实施例，至少所述第一基板和第二基板之一在象素区外边包括柱状突起，用以控制所述液晶层的厚度。
按照本发明的一种具体实施例，所述液晶层包括手性掺杂物，并且液晶分子具有约为液晶层厚度4倍的螺旋节距。
按照本发明的一种具体实施例，所述液晶显示装置还包括一对插有所述第一基板和第二基板的偏振器，和至少一个具有负折射率各向异性的单轴相位片，该单轴相位片至少在第一基板与比起第二基板更靠近第一基板的偏振器之间和第二基板与比起第一基板更靠近第二基板的偏振器之间其中之一处。
按照本发明的一种具体实施例，所述液晶显示装置还包括一对插有所述第一基板和第二基板的偏振器，和至少一个具有正折射率各向异性的单轴相位片，该单轴相位片至少在第一基板与比起第二基板更靠近第一基板的偏振器之间和第二基板与比起第一基板更靠近第二基板的偏振器之间的其中之一处。
按照本发明的一种具体实施例，所述液晶显示装置还包括一对插有所述第一基板和第二基板的偏振器，和至少一个二轴相位片，该二轴相位片至少在第一基板与比起第二基板更靠近第一基板的偏振器之间和第二基板与比起第一基板更靠近第二基板的偏振器之间的其中之一处。
按照本发明的一种具体实施例，在液晶层与第一电极和第二电极中的至少一个之间，至少在第一基板与第二基板之一处有一个准直固定层，用以控制液晶分子的轴对称排列。
按照本发明的一种具体实施例，第一电极包括多个排成矩阵形式的象素电极，多个象素电极中的每一个都通过转换装置与扫描线和信号线相连。第二电极是面向所述多个象素电极的反电极。多个象素电极中的每一个都至少有所述多个子电极区中之一。
按照本发明的一种具体实施例，所述多个子电极区中的至少两个是彼此相同的多边形，并共用公用侧边。
按照本发明的一种具体实施例，每个多边形都为旋转对称的，并且液晶分子以关于所述多边形旋转对称轴为轴对称方式排列。
按照本发明的一种具体实施例，至少所述第一基板和第二基板之一在象素区外边包括柱状突起，用以控制所述液晶层的厚度。
按照本发明的一种具体实施例，所述液晶层由具有负介电各向异性的液晶材料形成，并且液晶材料的液晶分子在未加电压的情况下基本上关于第一基板和第二基板表面为垂直地排列。
按照本发明的一种具体实施例，所述液晶显示装置还包括一对插有所述第一基板和第二基板的偏振器，和至少一个具有负折射率各向异性的单轴相位片。
按照本发明的一种具体实施例，所述液晶显示装置还包括一对插有所述第一基板和第二基板的偏振器，和至少一个具有正折射率各向异性的单轴相位片。
按照本发明的一种具体实施例，所述液晶显示装置还包括一对插有所述第一基板和第二基板的偏振器，和至少一个二轴相位片，该二轴相位片至少在第一基板与比起第二基板更靠近第一基板的偏振器之间和第二基板与比起第一基板更靠近第二基板的偏振器之间的其中之一处。
按照本发明的一种具体实施例，所述液晶层包括手性掺杂物，并且液晶分子具有约为液晶层厚度4倍的螺线形节距。
按照本发明的一种具体实施例，至少第一电极和第二电极之一具有多个规则布置的凹入部分。
按照本发明的一种具体实施例，至少所述第一基板和第二基板之一包括柱状突起，用以控制所述液晶层的厚度。
按照本发明的一种具体实施例，所述液晶层由具有负介电各向异性的液晶材料形成，并且液晶材料的液晶分子在未加电压的情况下基本上关于第一基板和第二基板表面为垂直地排列。
按照本发明的一种具体实施例，所述液晶显示装置还包括一对插有所述第一基板和第二基板的偏振器，和至少一个具有负折射率各向异性的单轴相位片，该单轴相位片至少在第一基板与比起第二基板更靠近第一基板的偏振器之间和第二基板与比起第一基板更靠近第二基板的偏振器之间的其中之一处。
按照本发明的一种具体实施例，所述液晶显示装置还包括一对插有所述第一基板和第二基板的偏振器，和至少一个具有正折射率各向异性的单轴相位片，该单轴相位片至少在第一基板与比起第二基板更靠近第一基板的偏振器之间和第二基板与比起第一基板更靠近第二基板的偏振器之间的其中之一处。
按照本发明的一种具体实施例，所述液晶显示装置还包括一对插有所述第一基板和第二基板的偏振器，和至少一个二轴相位片，该二轴相位片至少在第一基板与比起第二基板更靠近第一基板的偏振器之间和第二基板与比起第一基板更靠近第二基板的偏振器之间的其中之一处。
按照本发明的一种具体实施例，所述液晶层包括手性掺杂物，并且液晶分子具有约为液晶层厚度4倍的螺旋节距。
本发明的另一方面给出一种制作液晶显示装置的方法，所述液晶显示装置包括第一基板、第二基板和插于第一基板及第二基板之间并由具有液晶分子的液晶材料制成的液晶层，其中第一基板包括面向所述液晶层的第一电极；第二基板包括面向所述液晶层的第二电极；第一电极、第二电极和液晶层被第一电极及第二电极加给电压的区域限定一个象素区，该象素区是一个显示单元；所述象素区包括多个子象素区，每个子象素区中的液晶分子以轴对称方式排列；所述制作方法包括以下步骤：至少在第一电极和第二电极之一形成规则地排布于象素区内的多个开口，使得至少第一电极和第二电极之一有多个开口，这些开口包括多个多边形的子电极区，每个子电极区在其至少一个拐角处和沿着并重叠其侧边有多个开口中的一部分；将可光固化的树脂与液晶材料的混合物注入第一基板与第二基板间的缝隙；在给该混合物加以电压的情况下用光照射该混合物，使得可光固化树脂凝固，形成准直固定层。
在本发明的LCD显示装置中，用于将电压加给液晶层的电极在象素区内有一开口(此区域不作电极用)，这是一个显示单元。由于在开口处不产生电场，所以开口周围的电场关于与电极表面正交的方向倾斜。例如，具有负介电各向异性的液晶分子排列成使得它们的纵轴与所述电场垂直。因此，由于该斜交的电场之故，液晶分子以围绕着开口沿径向(即轴对称)方式排列。于是，由于液晶分子的折射率各向异性所引起的本LCD装置关于视角的显示质量在全方位方向上都是均匀的。
在至少于拐角处或者沿着并重叠其侧边有开口的多边形子电极区的实施例中，每个象素区的多个子象素区域内的液晶分子以轴对称方式排列。在多边形子电极区彼此相同的实施例中，各多边形子电极区限定的子象素区以高度对称的方式排布。因此，使视角特性的均匀性得到提高。在每个多边形具有旋转对称性(n-重对称)的实施例中，使所述视角特性进一步得到提高。
在象素区内的电极具有凹入部分的实施例中，上述凹入部分的液晶分子关于竖向准直层的区域垂直排列，所述区域与所述凹入部分一致地凹下。换句话说，上述凹入部分的液晶分子以关于该凹入部分的中心轴轴对称的方式倾斜。在所述凹入部分处于两个相邻开口间的中间位置的实施例中，用于轴对称排列的轴与所述凹入部分的中心轴相符。因此，用于轴对称排列的中心轴的位置是固定的和稳定的。
在所述开口离开象素电极的边缘至少2μm的实施例中，防止因扫描线和信号线(总线)所产生的横向电场而使液晶分子的排列变得不稳定，所述扫描线和信号线是为与靠近象素电极边缘的有源装置连接而提供的。
在至少一个子电极区的至少一个侧边与象素电极的至少一个边缘相符的实施例中，抑制了在象素电极边缘处产生旋错。
在将准直固定层设置在液晶层与至少为第一基板或第二基板之间的实施例中，液晶分子的排列是稳定的，这给出亮显示。
于是，这里描述的本发明可为LCD装置提供如下优点，使其具有良好的视角特性，而且不产生图象分不开的现象，同时还给出制造此种显示的方法。
通过参照附图阅读并理解以下的详细描述，将使本发明的这些以及其它优点对于熟悉本领域的人变得愈加清晰。
图1A是本发明第一实施例LCD装置的断面图，表示未加电压时的状态；
图1B是图1A所示LCD装置的断面图，表示加给电压时的状态；
图2是图1A所示LCD装置的有源矩阵基板的顶视图；
图3是用正交偏振状态下的偏振光显微镜观察图1A所示LCD装置的示意图，所述LCD装置被加以电压，用以灰度标显示；
图4A、4B和4C为有源矩阵基板的顶视图，表示第一实施例中几种可供选择的象素电极开口布置；
图5A、5B和5C为有源矩阵基板的顶视图，表示第一实施例中几种可供选择的象素电极开口布置；
图6是本发明第二实施例中LCD装置的有源矩阵基板的顶视图；
图7是沿图6中VII-VII线所取有源矩阵基板的断面图；
图8是用正交偏振状态下的偏振光显微镜观察第二实施例中LCD装置的示意图，所述LCD装置被加以电压，用以灰度标显示；
图9A、9B和9C为有源矩阵基板的顶视图，表示第二实施例中几种可供选择的象素电极开口布置；
图10A、10B和10C为有源矩阵基板的顶视图，表示第二实施例中几种可供选择的象素电极开口布置；
图11是本发明第三实施例中LCD装置的有源矩阵基板的顶视图；
图12A、12B和12C为有源矩阵基板的顶视图，表示第三实施例中几种可供选择的象素电极开口布置；
图13A、13B和13C为有源矩阵基板的顶视图，表示第三实施例中几种可供选择的象素电极开口布置；
图14A是本发明第四实施例中LCD装置的有源矩阵基板的断面图，表示未加电压时的状态；
图14B是图14A所示LCD装置的断面图，表示加给电压时的状态；
图15是图14A所示LCD装置的有源矩阵基板的顶视图；
图16是用正交偏振状态下的偏振光显微镜观察图14A所示LCD装置的示意图，所述LCD装置被加以电压，用以灰度标显示；
图17A、17B和17C为有源矩阵基板的顶视图，表示第四实施例中几种可供选择的象素电极开口布置；
图18A、18B和18C为有源矩阵基板的顶视图，表示第四实施例中几种可供选择的象素电极开口布置；
图19A是本发明第五实施例中LCD装置的有源矩阵基板的断面图，表示未加电压时的状态；
图19B是图19A所示LCD装置的断面图，表示加给电压时的状态；
图20A和20B每一个都是用正交偏振状态下的偏振光显微镜观察LCD装置的示意图，表示受塑料珠干扰的液晶分子的轴对称排列；
图21A、21B、21C和21D每一个都是本发明第六实施例中有源矩阵基板的顶视图，每个基板都包括一个柱状突起；
图22A和22B每一个都是是用正交偏振状态下的偏振光显微镜观察第六实施例LCD装置的示意图，所述LCD装置被加以电压，用以灰度标显示；
图23A和23B每一个都是是用正交偏振状态下的偏振光显微镜观察第七实施例LCD装置的示意图，所述LCD装置被加以电压，用以灰度标显示；
图24A和24B每一个都是本发明第八实施例LCD装置包括一个或多个相位片的断面图；
图25A是表示包括处于暗显示状态的图24B所示LCD装置的光透射率与视角依赖关系的曲线；
图25B是表示在视角为60°情况下光透射率与相位片滞后间的关系曲线；
图26A和26B每一个都是第八实施例LCD装置包括一个或多个相位片的断面图；
图27A是表示包括处于暗显示状态的图26B所示LCD装置的光透射率与视角依赖关系的曲线；
图27B是表示在视角为60°情况下光透射率与相位片滞后间的关系曲线；
图28A、28B和28C每一个都是第八实施例LCD装置包括一个或多个相位片的断面图。
以下通过参照附图所示实施例的方法描述本发明。在以下各例中将描述透射LCD装置，但本发明并不仅限于这种LCD装置。(实施例1)
以下描述本发明第一实施例的LCD装置100。图1A和1B是LCD装置100的断面示意图。图1A表示未加电压的情况，而图1B表示加给电压的情况。图1A和1B表示LCD装置100的一个象素区。除非另有说明，将按考虑一个象素区给出下面的描述。
LCD装置100包括有源矩阵基板20、反基板(滤色基板)30和插于有源矩阵基板20与反基板30之间的液晶层40。有源矩阵基板20包括透明基板21、绝缘层22、象素电极24和准直层26。绝缘层22、象素电极24和准直层26依此顺序设在基板21的表面21a上，表面21a面向液晶层40。有源矩阵基板20包括有源器件(通常为TFT)和供给象素电极24电压的导线，为了简化，图1A和1B中均未示出它们。反基板30包括透明基板31、滤色层32、反电极34和准直层36。滤色层32、反电极34和准直层36依此顺序设在基板31的表面31a上，表面31a面向液晶层40。本例中的准直层26和36为垂直准直层，液晶层由呈负介电性材料的液晶材料制成。
象素电极24有多个开口24a，本例中它们为圆形的。毋庸赘言，这多个开口24a均不起电极的作用。正如后面将要详述的，所述多个开口24a限定一个多边形的子电极区50，此区在其拐角处或者沿着并重叠其侧边有开口24a。因各开口24a的作用，使由子电极区50限定的子象素区60内的液晶分子40a按轴对称方式排列。
在如图1A所示未将电压加给液晶层40的情况下，由准直层的准直力使液晶分子40a垂直于垂直准直层26和36的表面26a和36a排列。本说明书中关于“第一基板表面”和“第二基板表面”的说法指的是与表面26a平行的方向。在如图1B所示将电压加给液晶层40的情况下，具有负介电各向异性的液晶分子40a排列成使其纵轴关于电力线E垂直。在开口24a附近，电力线E关于基板21和31的表面21a和31a(基本上平行于垂直准直层26和36的表面26a和36s)倾斜。因此，开口24a附近的液晶分子40a呈放射状围绕每个开口24a排列。离开口24a越远的液晶分子40a比起离开口24a越近的液晶分子40a关于垂直于表面21a和31a的直线倾斜的角越大。因此，子象素区60内的液晶分子40a按轴对称方式排列。
图2是图1A和1B所示LCD装置100之象素区的有源矩阵基板20的顶视图。图1A和1B示出沿图2中的I-I′线所取的断面。
如图2所示，有源矩阵基板20包括用以控制加给象素电极24电压的TFT70、用于给TFT70的栅极提供扫描信号的栅极线(扫描线)72、用于给TFT70的源极提供数据信号的源极线(信号线)74，以及具有有如象素电极24同样电位的存储电容公用线76。本例中采用所谓Cs公用结构，其中该结构利用存储电容公用线76形成存储电容。另外，可以采用所谓Cs栅极结构，其中该结构利用栅极线72形成存储电容，或者可以省去存储电容的形式。
如上所述，象素电极24有多个开口24a。下面将参照图2详细描述开口24a。如图2所示，开口24a限定子电极区50a、50b和50c(每一个都对应于图1A和1B中的子电极区50)。子电极区50a、50b和50c在其各拐角处有开口24a。更详细地说，子电极区50a、50b和50c均为由每两个彼此最为靠近的开口24a的中心连线限定的多边形。本例中的子电极区50a、50b和50c为四边形。子电极区50c附近的象素电极24a截去部分(图2中的下左部分)形成一个开口。子电极区50a和50c为正方形，其中心处有四重对称轴，它们互相并合。子电极区50b为矩形，其中心处有二重对称轴。子电极区50b各与子电极区50a和50c共用一个侧边。
可按此如下述方式(指的是与图1A和1B有关的参考标号)制作第一实施例中的LCD装置100。除了象素电极24是用造成的图2中所示的各开口24a的图形形成的以外，可按制作有源矩阵基板所用的公知方法制作有源矩阵基板20。于是，可以在不增加制作步骤数目的情况下制作有源矩阵基板20。反电极30也可用公知的方法制作。象素电极24和反电极34由比如厚度约为50nm的ITO(氧化铟锡)制成。
通过印刷给包括基板21、绝缘层22和象素电极24的叠层涂敷垂直准直层26。通过印刷给包括基板31、滤色层32和反电极34的叠层涂敷垂直准直层36。垂直准直层26和36由聚酰亚胺基材料(如日本合成橡胶有限公司的JALS-204)制成。另外，垂直准直层26和36可由各种其它材料制成，它们使得液晶分子关于垂直准直层26和36的表面26a和36a垂直排列。这样的材料包括比如十八烷基乙氧基硅烷和卵磷脂。于是，有源矩阵20和反基板30被制成。
然后，使直径约为4.5μm的塑料珠分布在垂直准直层26上。在反基板30上，通过屏幕印刷沿显示区域的周缘形成封口部分，这是由含有玻璃纤维的环氧树脂形成的。通过加热，使有源矩阵基板20和反基板30结合在一起，并使之固化。继而，采用真空注入法，将具有负介电各向异性(Δε＝-4.0，Δn＝0.08)的液晶材料注入有源矩阵基板20与反基板30之间的缝隙。以此方式完成LCD装置100。
本例中的象素电极24有开口24a。另外，反电极34可有开口。通过在象素区内提供的电极上形成多个开口达到本发明的效果，这是一个显示单元。在显示电极24上形成开口24a的优点在于，通过给导电膜绘制图形形成显示电极的步骤形成开口24a，而且不增加制作的步骤。
图3表示用正交偏振状态下的偏振光显微镜观察图2所示LCD装置100的一个象素区(图3中表示为100a)的顶视图。在图3中，LCD装置100被加以电压，用于灰度标显示。象素区100a包括子象素区60a、60b和60c，它们分别由图2中的子电极区50a、50b和50c所限定。与TFT70、栅极线72、源极线74(图2)以及类似的挡光部分(或对应于黑矩阵的部分)相应的部分象素区100a被观察到是暗的(图3中被画以阴影线)。开口24a也被观察到是暗的。存储电容公用线76由透明材料制成。本例中的象素区节距的长边约为300μm，象素区节距的短边约为100μm，每个开口24a的直径约为10μm。
正如从图3可以清楚看到的那样，子象素区60a、60b和60c被观察到具有正交消光图样，显示出液晶分子以轴对称方式排列。在呈正方形的子象素区60a和60c中，观察到具有四重对称轴的消光图样。在呈矩形的子象素区60b中，观察到具有二重对称轴的消光图样。在围绕子象素区60a、60b和60c的周缘区域60d中，观察到与每个子象素区类似的消光图样。这种现象显示出在周缘区域60d中液晶分子以轴对称方式排列。换句话说，在周缘区域60d中，液晶分子基本上在各开口24a周围呈放射状排列。这是由于因开口24a产生之斜交电场而倾斜的液晶分子40a的排列传递到周缘区域60d中的液晶分子所造成的。
在这样的LCD装置100中，多个象素区的每个作为一个整体都有多个子区域，子区域中的液晶分子40a(图1A和1B)均以轴对称方式排列。因此，LCD装置100的视角特性就不会根据观察方向的方位角改变，因而本LCD装置100具有较高的视角特性。在未将电压加于液晶层40(图1A和1B)的情况下，基本上所有液晶分子都关于玻璃基板21和31的表面21a和31a垂直，因而给出满意的暗显示。当加给电压时，给出满意的亮显示，响应时间约为20ms。当加给灰度标显示电压时，不会干扰液晶分子的轴对称排列。响应时间足够短，而且不会显现图象分不开的现象。所述轴对称排列是十分稳定的，并且在重复操作试验中无不良排列产生。
本例中的子电极区50a、50b和50c为四边形。各子电极区并不需要是四边形的，而可为在其拐角处或者沿着并重叠其侧边有开口的多边形。子电极区可为三角形的，不过最好是有四个或更多拐角的多边形，为的是提供均匀的关于视角特性的方位角依赖关系。正方形比矩形更具优点，因为正方形有较高的旋转对称性，因而比矩形提供更为均匀的视角特性。
图4A、4B和4C表示第一实施例中象素电极24的子电极区50可供选择的不同布置。图4A、4B和4C中的子电极区50均为四边形。图5A、5B和5C也表示第一实施例中象素电极24的子电极区可供选择的不同布置。图5A、5B和5C中的子电极区50为具有5个或更多个拐角的多边形。
图5A中的每个六角形子电极区51在其拐角处都有开口24a。图5B中的每个六角形子电极区在其拐角处及其中心处都有开口24a，使得液晶分子以在三角形子电极区52中轴对称的方式排列。图5C中的每个八角形子电极区53沿着其侧边都有矩形开口24a。开口24a并不需要是圆形的或矩形的，而可为任何形状。子电极区(还有子象素区)最好有较高的旋转对称性(即尽可能接近圆形)，它们最好是等边多边形。最好使多个子电极区(还有子象素区)被布置成具有旋转对称性。于是，最好是以规则的方式将其布置成相同的等边多边形。
每个子电极区(还有子象素区)的侧边可为约20μm至约50μm，为的是按轴对称方式稳定地排列液晶分子。当开口24a为圆形时，直径最好为约5μm至约20μm。当开口数量过大时，会使LCD装置100的数值孔径减小。开口24a的数量和结构(子电极和象素区的形状)需要被适当地确定，既要考虑为使用LCD装置100所需的视角又要考虑所需的亮度。
(实施例2)
以下将参照图6和7描述本发明第二实施例的LCD装置。本实施例中的象素电极具有开口，还有如后面将要详细描述的凹入部分。图6是第二实施例LCD装置的有源矩阵基板80的顶视图。图6表示该LCD装置的一个象素区。除非另有说明，以下的描述将在考虑一个象素区的同时给出。
如图6所示，有源矩阵基板80包括象素电极24。该象素电极24具有开口24a和凹入部分24b。除凹入部分24b外，第二实施例LCD装置个结构基本上与第一实施例中LCD装置100的结构相同。与先前关于图1A、1B、2和3讨论相同的元件给以相同的参考标号，并将省略对它们的描述。凹入部分24b可以反电极的方式形成，代替象素电极24。
图7是沿图6中VII-VII′线所取的有源矩阵基板80断面图。设置于基板21上的绝缘层22有凹入部分。设置于绝缘层22上的象素电极24因此也有凹入部分24b。凹入部分24b的深度比如约为5μm，直径比如约为10μm。象素电极24中形成的开口24a的直径比如约为10μm。垂直准直层26设置于象素电极24上。
当未加电压时，凹入部分24b上方的液晶分子40a垂直于垂直准直层26的表面26a排列。当加给电压时，凹入部分24b上方的液晶分子40a以关于图7中的虚线表示之凹入部分24b的中心轴40b轴对称的方式倾斜排列。如图7所示，关于所述中心轴40b倾斜的方向与因开口24a周围之斜交电场引起的液晶分子40a倾斜方向相反。具体地说，在凹入部分24b附近，每一个液晶分子40a倾斜，使得较为靠近凹入部分24b之中心轴40b的一端高于(即离象素电极24较远)较为远离凹入部分24b之中心轴40b的另一端。相比之下，在开口24a附近，每一个液晶分子40a倾斜，使得较为靠近开口24a之中心轴40c的一端低于(即比较靠近离象素电极24)较为远离开口24a之中心轴40c的另一端。因此，在两相邻开口24a之间的中间部分形成的凹入部分24b使开口24a周围液晶分子的轴对称排列稳定。换句话说，子象素区60中的液晶分子40a围绕凹入部分24b的中心轴40b稳定地以轴对称方式排列。
回到图6，凹入部分24b还形成于子电极区50a、50b和50c周围的周缘区域50d的对称位置。于是，使子电极区周围的周缘区域的液晶分子40a的轴对称排列被稳定在对称轴的位置。
正如从上面的描述所能清楚看到的那样，凹入部分24b和开口24a一起限定了各个子象素区。因此，最好将凹入部分24b安排得使所要形成的多边形与开口24a形成的多边形相同。凹入部分24b可以有代替圆形的任何形状。
可以按类似于第一实施例所描述的方式制作第二实施例的LCD装置。例如可以通过溅射等方法形成厚度约为10μm的氧化硅膜，然后再用具有与凹入部分相应之开口的掩膜进行蚀刻，制成具有凹入部分的绝缘层22。于是，形成于绝缘层22上的象素电极24具有凹入部分24b。可以利用掩膜开口的形状和尺寸、绝缘层22的厚度和蚀刻的量调节凹入部分24b的形状、尺寸及深度。凹入部分24b的直径最好与开口24a相类似，约为5μm到约为20μm。
图8表示用正交偏振状态下的偏振光显微镜观察第二实施例LCD装置的一个象素区(图8中表示为100b)的顶视图。图8中的LCD装置被加以电压，用于灰度标显示。象素区100b包括分别由图6中子电极区50a、50b和50c限定的子象素区60a、60b和60c。与TFT70、栅极线72、源极线74(图2)等挡光元件对应的部分象素区100b(或与黑矩阵对应的部分)被观察到是暗的(图8中被画以阴影线)。开口24a也被观察到是暗的。存储电容公用线76由金属材料制成。本例中象素区节距的较长侧边约为300μm，象素区节距的较短侧边约为100μm，每个开口24a的直径约为10μm。
在这样的LCD装置中，多个象素区的每个作为一个整体都有多个子区域，子区域中的液晶分子40a(图7)均以轴对称方式排列。对称轴由凹入部分24b(图6)控制和固定。对称轴还与凹入部分24b配合。因此，本LCD装置具有较高的视角特性。响应时间足够短，并且不会显现图象分不开现象。所述轴对称排列是十分稳定的，并且在重复操作试验中不会产生不良的排列。
本实施例中的子电极区50a、50b和50c是四边形的，各子电极区不必为四边形。与图4A、4B、4C中所示的开口24a相结合，可以分别形成图9A、9B、9C中所示的凹入部分24b。与图5A、5B、5C中所示的开口24a相结合，可以分别形成图10A、10B、10C中所示的凹入部分24b。凹入部分24b起固定和稳定轴对称中心的作用。因此，最好在两个相邻开口24a间的中间部分形成每个凹入部分24b。此外，最好使凹入部分24b形成与开口24a所形成的多边形相同的多边形。最好使周缘区50d(图6)中的凹入部分24b被安排得形成与子电极区50中的凹入部分24b所形成的多边形相同的多边形。
当形成凹入部分24b时，为了稳定液晶分子的轴对称排列，子象素区60的侧边可为约50μm到100μm。可以既考虑视角又考虑LCD装置使用时所需的亮度来适当地确定凹入部分24b的形状和数量。(第三实施例)
以下将描述本发明第三实施例的LCD装置。图11是第三实施例中LCD装置的有源矩阵基板320的顶视图。图11表示此LCD装置的一个象素区。除非另有说明，下面的描述将与一个象素区有关。在有源矩阵基板320中，从象素电极24的边缘24c到最靠近该边缘24c的开口324a的距离d，以及从边缘24d(也是最靠近该边缘24d的)到开口324a的距离d′均为大约5μm。除了这一点，第三实施例的LCD装置基本上与第一实施例的LCD装置100相同。与前面关于图1A、1B、2和3描述相同的元件有相同的参考标号，并将省略对它们的描述。
距离d和d′并不限于大约5μm，而最好是大约2μm或更大。距离d和d′是大约2μm至10μm尤好。当距离d和d′小于大约2μm时，由于位于成矩阵形布置的多个象素电极24附近的扫描线或信号线(总线)之故，液晶分子的轴对称排列要受到横向(水平)电场的干扰。当距离d和d′大于大约10μm时，对显示起作用的象素电极24面积过分减小，因而LCD装置的光透射率迅速过于降低。
可按轴对称方式将第三实施例的LCD装置制成第一实施例所描述的那样。
当用正交偏振状态下的偏振光显微镜观察被加以用于灰度标显示之电压的第三实施例LCD装置的一个象素区时，液晶分子被观察处于类似于第一实施例中所描述的状态。
在这样的LCD装置中，每一个象素区中作为一个整体都有多个子区域，这些区域中的液晶分子均以轴对称方式排列。因此，本LCD装置具有较高的视角特性。响应时间足够短，并且不显现图象分不开的现象。所述轴对称排列是十分稳定的，并且在重复操作试验中无不良排列产生。
本实施例中的子电极区50a、50b和50c是四边形的。各子电极区并不需要是四边形的，而可为在其拐角处或者沿着并重叠其侧边有开口的多边形。
图12A、12B和12C表示第三实施例中象素电极24的子电极区50几种可供选择的布置。图12A、12B和12C中的子电极区50为多边形的。图13A、13B和13C表示第三实施例中象素电极24的子电极区50另几种可供选择的布置。图13A、13B和13C中的子电极区为具有5个或更多个拐角的多边形。
图13A中，每一个六角形的子电极区51在其拐角处都有开口324a。图13B中，每一个六角形的子电极区在其拐角处及中心处都有开口324a，使得三角形子电极区52中的液晶分子以轴对称方式排列。图13C中，每一个八角形的子电极区53沿其侧边都有成矩形的开口324a。所述各开口324a并不需要是圆形的或矩形的，而可为任何形状。子电极区(还有子象素区)最好都有较高的旋转对称性(即尽可能地接近圆形)，它们最好是等边多边形。最好使多个子电极区(还有子象素区)被布置成具有旋转对称性。于是，最好是以规则的方式将其布置成相同的等边多边形。
每个子电极区(及子象素区)的侧边可为约20μm至约50μm，为的是按轴对称方式稳定地排列液晶分子。如上所述，边缘24c与最为靠近边缘24c的开口324a间的距离d和边缘24c与(也是最为靠近边缘24c的)开口324a间的距离d′每一个都最好为大约2μm或更多；大约2μm至大约10μm尤好。当开口324a为圆形时，其直径最好为约5μm至约20μm。当开口的数目过多时，使LCD装置的数值孔径减小。开口324a的数目和结构(子电极区和子象素区的形状)需要被适当地确定，既要考虑为使用LCD装置所需的视角又要考虑所需的亮度。
在第三实施例的LCD装置中，可使每个象素区中规则排布的凹入部分至少形成于所述象素电极或反电极之一处，即如第二实施例中的LCD装置那样。
(实施例4)
下面描述本发明第四实施例的LCD装置400。图14A和14B是LCD装置400的断面示意图。图14A表示未加电压的状态，而图14B表示加给电压的状态。图14A和14B表示LCD装置400的一个象素电极。除非另有说明，下面的描述将与一个象素区有关。如图14A和14B所示，LCD装置400包括有源矩阵基板420、反基板30和插于其间的液晶层40。
在LCD装置400中，在象素电极24内(即图15中子电极区50a的右下角)，并且还沿着并重叠象素电极24的侧边或者在其拐角处(即子电极区50a的左下角、左上角和右上角)形成本例中为圆形的开口424a。除这一点外，LCD装置400基本上与LCD装置100有相同的结构。与前面关于图1A、1B、2和3描述相同的元件有相同的参考标号，并将省略对它们的描述。
当如图14A所示那样不给液晶层40加以电压时，液晶分子40a因准直力而垂直于垂直准直层26和36的表面26a和36a排列。当如图14B所示那样给液晶层40加以电压时，具有负介电各向异性的液晶分子40a排列成使它们的纵轴关于电力线E垂直。在开口424a附近，电力线E关于基板21和31的表面21a和31a倾斜(基本上平行于垂直准直层26和36的表面26a和36a)。因此，开口424a附近的液晶分子40a在各开口24a周围呈放射状排列。离开口424a较远的液晶分子40a比起较为靠近开口424a的液晶分子40a来，以更大的角度关于垂直于表面21a和31a的直线倾斜。于是，子象素区60中的液晶分子40a以轴对称方式排列。
图15是图14A和图14B所示LCD装置400之象素区的有源矩阵基板420的顶视图。图14A和图14B示出沿图15的XIV-XIV′线所取的断面。
如上所述，象素电极24具有多个开口424a。现在参照图15详细描述开口424a。如图15所示，在象素电极24中(即图15中子电极区50a的左下角)并沿着且重叠象素电极24的边缘或在其拐角处(即子电极区50a的左下角、左上角和右上角)形成开口424a。开口424a限定子电极区50a至50i(本例中为9个区)。子电极区50a至50i在其拐角处有开口424a。子电极区50a、50b、50c和50d为正方形，在其拐角处有四重对称轴，并且彼此相同。子电极区50e和50f为矩形，在其中心处有二重对称轴。子电极区50e与子电极区50c、50f和50g中的每一个共用一个侧边。子电极区50f与子电极区50d、50e和50h中的每一个共用一个侧边。
图15中象素电极24的4个边缘与子电极区50a至50i中的每一个的一个侧边相符。这样的布置基本上避免了旋错，这种旋错是由子电极区的侧边与象素电极边缘之间的距离在象素电极边缘附近引起的。理由是如图14B所示那样，液晶分子40a的倾斜方向按箭号A的方向(即从中心到象素电极24的边缘)连续改变。
可按类似与第一实施例中的方式制作第四实施例中的JCD装置400。
图16表示用正交偏振状态下的偏振光显微镜观察图15所示LCD装置400的一个象素区(图16中表示为400a)的顶视图。图16中的LCD装置400被加给灰度标显示用的电压。象素区400a包括分别由图15中的子电极区50a到50i限定的子显示区60a到60i。与TFT70、栅极线72、源极线74(图15)等挡光元件对应的部分象素区400a(或与黑矩阵对应的部分)被观察到是暗的(图16中被画以阴影线)。开口424a也被观察到是暗的。存储电容公用线76由透明材料制成。本例中象素区节距的较长侧边约为300μm，象素区节距的较短侧边约为100μm，每个开口424a的直径约为10μm。
正如从图16清楚地看到的那样，子象素区60a到60i被观察到具有正交消光图样，这表明液晶分子是按轴对称方式排列的。在由正方形子电极区50a到50d限定的子象素区60a到60d中(图15)，观察到具有四重对称轴的消光图样。在由矩形子电极区50e到50f限定的子象素区60e到60f中(图15)，观察到具有二重对称轴的消光图样。
在这样的LCD装置400中，多个象素区中的每个作为一个整体都有多个子区域，这些区域中的液晶分子40a(图14A和14B)均以轴对称方式排列。因此，本LCD装置400具有较高的视角特性。响应时间足够短，并且不会显现图象分不开现象。所述轴对称排列是十分稳定的，并且在重复操作试验中不会产生不良的排列。
本实施例中的子电极区50a到50i为四边形的。各子电极区并不需要是四边形的，而可为在其拐角处或者沿着并重叠其侧边有开口的多边形。子电极区可为三角形的，不过最好是具有四个或更多拐角的多边形，为的是防止视角特性关于方位角的依赖性。由于正方形比矩形具有更高的旋转对称性，并因此而能提供更为均匀的视角特性，所以，正方形比矩形更具优点。
图17A、17B和17C表示第四实施例中象素电极24之子电极区50几种可供选择的布置。图17A、17B和17C中的子电极区50为四边形的。图18A、18B和18C表示第四实施例中象素电极24之子电极区的另几种可供选择的布置。图18A、18B和18C中的子电极区为有五个或更多拐角的多边形。
图18A中，每个六角形的子电极区51在其拐角处均有开口424a。图18B中，每个六角形区域在其拐角及中心处均有开口424a，使得液晶分子在三角形的子电极区52内按轴对称方式排列。图18C中，每个八角形的子电极区53沿其侧边都有呈矩形的开口424a。所述各开口424a并不需要是圆形的或矩形的，而可为任何形状。子电极区(还有子象素区)最好都有较高的旋转对称性(即尽可能地接近圆形)，它们最好是等边多边形。最好使多个子电极区(还有子象素区)被布置成具有旋转对称性。于是，最好是以规则的方式将其布置成相同的等边多边形。在其它的情况下，均可得到本例的效果，其中至少一个子电极区的至少一个侧边与象素电极24的至少一个边缘相符。
在第四实施例的LCD装置400中，至少可在象素电极24或反电极34之一内形成凹入部分，它们规则地布置于每个象素区中，就如同第二实施例中的LCD装置400那样。
第三实施例中的LCD装置内象素电极中的开口都远离象素电极的边缘。第四实施例中的LCD装置内，子电极区的侧边与象素电极的边缘相符。可以根据LCD装置的使用恰当地选择各开口关于象素电极边缘的布置。(实施例5)
恰如以下所详细描述的那样，本发明第五实施例的LCD装置500至少在与液晶层40接触的第一和第二基板之一内包括准直固定层。
图19A和19B是LCD装置500的断面示意图。图19A表示未加电压时的状态，图19B表示加给电压时的状态。图19A和19B表示LCD装置500的一个象素区。除非另有说明，将按考虑一个象素区给出下面的描述。
LCD装置500包括有源矩阵基板520、反基板(滤色基板)530和插于有源矩阵基板520与反基板530之间的液晶层40。有源矩阵基板520包括透明基板21、绝缘层22、象素电极24、准直层26和准直固定层41a。绝缘层22、象素电极24、准直层26和准直固定层41a依此顺序设在基板21的表面21a上，表面21a面向液晶层40。反基板530包括透明基板31、滤色层32、反电极34、准直层36和准直固定层41b。滤色层32、反电极34、准直层36和准直固定层41b依此顺序设在基板31的表面31a上，表面31a面向液晶层40。除准直固定层41a和41b外，LCD装置500基本上与LCD装置100的结构相同。与先前关于图1A、1B、2和3讨论相同的元件给以相同的参考标号，并将省略对它们的描述。
象素电极24有多个开口24a，有如图2所示的那样。所述多个开口24a限定一个多边形的子电极区50，在该区的拐角处或者沿着并重叠其侧边处有开口24a。因开口24a的作用，由子电极区50限定之子象素区60中的液晶分子40a以轴对称方式排列。可按图4A至4C、5A至5C、11、12A至12C、13A至13C、15、17A至17C以及18A至18C所示那样布置开口24a。
当如图19A所示那样不给液晶层40加以电压时，因准直层的准直力作用，液晶分子40a垂直于垂直准直层26和36的表面26a和36a排列。当如图19B所示那样给液晶层40加以电压时，具有负介电各向异性之液晶分子40a排列成使其纵轴关于电力线E垂直。在开口24a附近，电力线E关于基板21和31的表面21a和31a(基本上平行于垂直准直层26和36的表面26a和36a)倾斜。因此，开口24a附近的液晶分子40a呈放射状围绕每个开口24a排列。离开口24a越远的液晶分子40a比起离开口24a越近的液晶分子40a关于垂直于表面21a和31a的直线倾斜的角越大。因此，子象素区60内的液晶分子40a按轴对称方式排列。准直固定层41a和41b均匀且稳定地保持在给LCD装置500加以电压情况下所引起的子象素区60中液晶分子轴对称排列的预倾斜。在不加给电压情况下，准直固定层41a和41b也保持所述的预倾斜。即使在断开电源之后，准直固定层41a和41b也保持轴对称排列。
可按下述方式制作第五实施例的LCD装置500。除使用拟被形成之图2所示开口24a引起的图样形成象素电极24外，可用制作有源矩阵基板所用的公知的方法制作有源矩阵基板520。于是，可以不增加制作步骤数目而制成有源矩阵基板520。反基板30也可由已知方法制造。象素电极24和反电极34由比如厚度约为5nm的ITO(氧化铟锡)制成。
通过印刷给包括基板21、绝缘层22和象素电极24的叠层涂敷垂直准直层26。通过印刷给包括基板31、滤色层32和反电极34的叠层涂敷垂直准直层36。垂直准直层26和36由聚酰亚胺基材料(如日本合成橡胶有限公司的JALS-204)制成。另外，垂直准直层26和36可由各种其它材料制成，它们使得液晶分子关于垂直准直层26和36的表面26a和36a垂直排列。这样的材料包括比如十八烷基乙氧基硅烷和卵磷脂。
然后，使直径约为4.5μm的塑料珠分布在垂直准直层26上。在垂直准直层36上，通过扫描印刷沿显示区域的周缘形成封口部分，这是由含有玻璃纤维的环氧树脂形成的。通过加热，使所述叠层结合在一起，并使之固化。继而，采用真空注入法，将液晶材料、可光固化的树脂(重量的0.3％)与光引发剂(重量的0.1％)的混合物注入有源矩阵基板520与反基板530之间的缝隙，从而形成液晶层40。所述液晶材料具有负介电各向异性(Δ＝-4.0，Δn＝0.08)。所述可光固化的树脂可由下面的化学式表示。所述光引发剂可为比如Irgacure651(Ciba-Geigy公司制造)。
当把比如5v电压加于象素电极24与反电极34之间时，已使其垂直于垂直准直层26和36的表面26a和36a排列的液晶分子40a朝向平行于所述表面26a和36a(即垂直于电场)的方向倾斜。于是，液晶分子40a关于每个开口24a的中心轴以轴对称方式排列。
当在室温(25℃)条件下用紫外线(6mw/cm2，365nm)照射液晶层40约10分钟，同时将比阈值电压高大约0.3v的大约2.2v电压加在象素电极24与反电极34之间的情况下，所述混合物中的可光固化树脂被固化。于是，形成准直固定层41a和41b。从而完成LCD装置500。所述阈值电压是这样的电压，在该电压下光透射率处在LCD装置之电压-光透射率曲线中的10％。
准直固定层41a和41b限定所述轴对称排列的预倾斜及排列方向。在紫外照射期间所加的电压最好比所述阈值电压高大约为0.2v-0.5v，高大约为0.3v-0.4v尤好。当电压相对于所述阈值电压过低时，由准直固定层41a和41b产生的准直力不足够大。当电压过高时，所述排列极为固定，从而造成图象分不开等现象。通过在加给适当电压的同时形成准直固定层41a和41b，可以快速地重现液晶分子40a的轴对称排列。
为使液晶分子40a稳定，这种结构无需在液晶层40中提供突起部分。所以，不会增加制作步骤数或制作成本，或者不使数值孔径减小。
在这样的LCD装置500中，多个象素区的每个作为一个整体都有多个子区域，子区域中的液晶分子40a均以轴对称方式排列。因此，本LCD装置100具有较高的视角特性。响应时间足够短，并且不会显现图象分不开的现象。所述轴对称排列是十分稳定的，并且在重复操作试验中无不良排列产生。本实施例中，将准直固定层41a和41b设置于有源矩阵基板520和反基板530上。可将准直固定层设在二基板的任何一个中。(实施例6)
在第一至第五实施例中，由塑料珠形成控制液晶层40厚度的间隔，它们分布在有源矩阵基板上。图20A表示在开口24a远离象素电极边缘时象素区100c中液晶分子的排列。图20B表示在开口424a沿着并重叠象素电极边缘时象素区400c中液晶分子的排列。当塑料珠92存在于象素区100c或400c中时，至少一个子象素区(图20A中的60a到60c，图20B中的60a到60i)中液晶分子的轴对称排列可能会不尽人意地受到干扰。为了避免因塑料珠92引起的排列方面的干扰，本发明第六实施例的LCD装置包括一个由设在象素区中一个位置的聚合物形成的柱状突起，其中该柱状突起不影响显示。
图21A至21D以举例的方式表示第六实施例中LCD装置的有源矩阵基板。图21A和21B中的开口24a远离象素电极24的边缘。图21C和21D中的开口424a沿着并重叠象素电极24的边缘。如图21A至21D所示，设有柱状突起94。
图21A和21C中所示的柱状突起94按比如以下的方式形成。
以与第一实施例相同的方式形成有源矩阵基板。在该有源矩阵基板上，加上厚度约为4μm的可光固化的树脂(如东京Ohka Kogyo有限公司的OMR83)。采用曝光和显影处置所述可光固化的树脂，在象素区的周围区域所提供的直线上局部形成柱状突起94的形状。
在由遮光材料，如金属材料形成存储电容公用线76的情况下，可如图21B和21D所示那样，使柱状突起94设置于存储电容公用线76的上方。
图22A是图21A或21B所示包含有源矩阵基板之LCD装置的象素区100d的顶视图，其中开口24a远离象素电极的边缘。图22B是图21C或21D所示包含有源矩阵基板之LCD装置的象素区400d的顶视图，其中开口424a沿着并重叠象素电极的边缘。图22A和22B中所示的样式是在给LCD装置加以灰度标显示电压的情况下由偏振显微镜得到的。
如图22A和22B所示，开口24a和424a附近的液晶分子是在每个开口24a或424a周围呈放射状排列的。离开口24a或424a越远的液晶分子比起离开口24a或424a越近的液晶分子关于垂直于垂直准直层表面的直线倾斜的角越大。因此，象素区100d或400d中多个子象素区内的每个的液晶分子都按轴对称方式排列。
因此，第六实施例的LCD装置具有较高的视角特性。响应时间足够短，并且不会显现图象分不开的现象。不会显现出在象素区包含塑料珠情况下所引起的液晶分子轴对称排列方面的干扰。使液晶层厚度的均匀性得以提高，从而提高了显示的质量。(实施例7)
在第一至第六实施例中，液晶层40是由具有负介电各向异性的向列相液晶材料形成的。在本发明的第七实施例中，将手性掺杂物(如Merck&Co.，Inc.制造的S811)加到这种液晶材料中，使液晶层40中的手性节距约为18μm。换句话说，由于下述原因，加入手性掺杂物使得液晶分子具有约为90°的扭曲角，也即螺旋节距约为4倍相格厚度。在液晶分子的扭曲角为大约90°的情况下，当加以电场时，用于白色显示的光的利用率及色彩平衡为最佳，有如常规扭曲向列型LCD装置一样。在手性掺杂物的量过少的情况下，当加以电场时，可能使液晶分子的扭曲取向不尽人意地不稳定。在手性掺杂物的量过大的情况下，当未加电压时，可能使液晶分子的垂直准直不尽人意地不稳定。
除去加入手性掺杂物以外，第七实施例的LCD装置具有与第一实施例LCD装置100基本相同的结构，并可用类似的方法制作。
图23A是第七实施例LCD装置之象素区100e的顶视图，其中开口24a远离象素电极的边缘。图23B是第七实施例另一LCD装置之象素区400e的顶视图，其中开口424a沿着并重叠象素电极的边缘。图23A和23B的样式是在所述LCD装置被加以用于灰度显示的电压时由偏振显微镜得到的。
如图23A和23B所示，开口24a和424a附近的液晶分子是在每个开口24a或424a周围呈放射状排列的。离开口24a或424a越远的液晶分子比起离开口24a或424a越近的液晶分子关于垂直于垂直准直层表面的直线倾斜的角越大。因而，象素区100e或400e中多个子象素区内的每个的液晶分子都按轴对称方式排列。
因此，第七实施例的LCD装置具有较高的视角特性。响应时间足够短，并且不会显现图象分不开的现象。与LCD装置100比较，那当中的液晶层40不含有手性掺杂物，本第七实施例给出具有较小暗场的较亮图象。即使象素电极24有大量的开口或有大尺寸开口，光的透射率也不会降低。(实施例8)
在本发明的第八实施例中，将描述再包括一个用于进一步拓宽视角范围的适当相位片的LCD装置。
如图24A所示，LCD装置600包括一对偏振器602a和602b，另有第一基板620、第二基板630和插在所述基板620和630之间的液晶层640。第一基板620、第二基板630和液晶层640可有第一至第七实施例中所述的任何结构。偏振器602a更靠近显示平面，而偏振器602b更靠近后照光。偏振器602b吸收光的方向为x方向。在显示平面内垂直于x方向的方向是y方向。垂直于显示平面的方向为z方向。
在图24A所示的LCD装置600中，第二基板630与偏振器602a之间设有相位片604a。其中相位片604a的折射率为(nx，ny，nz)，相位片604a具有nx＝ny＞nz的关系。
通过将相位片604a的滞后设定为是液晶层640滞后的大约1/2到3/2，使LCD装置600的视角特性得到改善。所述相位片604a的滞后＝相位片604a的膜厚(dp)×{(nx+ny))/2-nz}。所述液晶层640的滞后＝液晶层640的厚度×(ne-no)。通过在第一基板620与偏振器602b之间设置相位片604b，可得到类似的效果。“ne”表示非常光线的折射率，而“no”表示寻常光线的折射率。
图24B所示的LCD装置650中，相位片604a设在第二基板630与偏振器602a之间，而相位片604b设在第一基板620与偏振器602b之间。这里各相位片604a和604b的折射率均为(nx，ny，nz)，每个相位片604a和604b都具有nx＝ny＞nz的关系。
通过将相位片604a和604b的总滞后设定为是液晶层640滞后的大约1/2到3/2，使LCD装置650的视角特性得到改善。
图25A为表示在包含相位片604a和604b之LCD装置650(图24B)的暗显示状态下光透射率关于视角依赖关系的曲线。液晶层的滞后为360nm(液晶层厚：4.5nm，ne＝1.55，no＝1.47)。相位片604a和604b的总滞后是变化的。图25A的水平轴(视角θ)表示关于偏振轴成45°角(即关于垂直于显示平面方向的角度)方向的视角。图25A的纵轴(透射率)表示以空气的光透射率为1的归一化值。图25B示出关于滞后绘制的透射率值。所述透射率值是在视角为60°时得到的。
恰如从图25A所能清楚看到的，在不设置相位片时(滞后：0nm)，在偏离偏振轴45°的方向上，随着视角θ的增大，光透射率增大(即光泄漏)。因而得不到令人满意的暗显示状态。在设置相位片604a(和/或604b)并将其滞后{dp×(nx+ny)/2-nz}设定在适当值时，如图25B所示，所述光透射率减小。特别是在θ＝60°的情况下，当相位片604a和604b的总滞后是大约180nm(液晶层滞后的1/2)到大约540nm(液晶层滞后的3/2)时，使所述光透射率的增大减少到在不设置相位片时所得光透射率增大的一半或更小。
如上所述，在不设相位片时，当像上面描述的那样沿着垂直于显示平面方向观察时，未加电压的暗显示状态是令人满意的。然而，沿着关于所述垂直方向为倾斜的方向，由液晶层所产生的相位差造成光泄漏，并因此而引起暗显示变坏。图24A和24B中所示的相位片或各相位片补偿这种相位差，因而，将能在较宽的视角范围内给出令人满意的暗显示状态。换句话说，可在较宽的视角范围内得到高对比度的图象。
图26A表示包含设在第二基板630与偏振器602a之间的相位片606a的LCD装置700。图26B表示包含设在第二基板630与偏振器602a之间的相位片606a和的设在第一基板620与偏振器602b之间的相位片606b的LCD装置750。每个相位片606a和606b都具有nx＝ny＞nz的关系。通过将相位片606a和606b的总滞后设定为液晶层640滞后的大约1/10到7/10，使LCD装置750的视角特性得到改善。每个相位片606a和606b的滞后均为dp×{nx-(ny+nz)/2}。所述相位片或各相位片的提供改善了在沿方位方向观察时所述暗显示状态，所述方位方向偏离偏振器602a和602b的光吸收轴45°。
图27A是表示在包含相位片606a和606b之LCD装置750(图26B)的暗显示状态下，光透射率关于视角的依赖关系的曲线。液晶层的滞后为360nm(液晶层厚：4.5nm，ne＝1.55，no＝1.47)。相位片606a和606b的总滞后是变化的。沿nz轴方向的滞后，即相位片606a和606b的{dp×(nx+ny)/2-nz}被固定在250nm。图27A的水平轴(视角θ)表示关于偏振轴成45°角(即关于垂直于显示平面方向的角度)方向的视角。图25A的纵轴(透射率)表示以空气的光透射率为1的归一化值。图27B示出关于滞后绘制的透射率值。所述透射率值是在视角为60°时得到的。
恰如从图27A所清楚看到的，在不设置相位片时(滞后：0nm)，在偏离偏振轴45°的方向上，随着视角θ的增大，光透射率增大(即光泄漏)。因而得不到令人满意的暗显示状态。在设置相位片606a(和/或606b)并将其滞后dp×{nx-(ny+nz)/2}设定在适当值时，如图27B所示，所述光透射率减小。特别是当相位片606a和606b的总滞后是大约36nm(液晶层滞后的1/10)到大约252nm(液晶层滞后的7/10)时，所述透射率低于0.03。因此，在θ＝60°时，光透射率的增大小于不设置相位片时所得光透射率的增大。
可以像图28A所示那样，将两种相位片，即图24A和24B中的604a和604b以及图26A和26B中的606a和606b组合在一起。可按任何其它组合方式组合两种相位片。通过设置二轴相位片610a(图28B)或二轴相位片610a和610b(图28C)得到类似的视角特性。二轴相位片610a和610b提供与由两个单轴相位片所得到的折射率各向异性基本相等的折射率各向异性。用一个二轴相位片代替两个单轴相位片减少了制作步骤数。
在第一到第八实施例中，采用垂直准直型液晶层。本发明并不限于这种结构。当采用水平准直型(如扭曲相列型或超扭曲相列型)液晶层时，可得到类似的效果。
在第一到第八实施例中，描述了透射有源矩阵基板的LCD装置。本发明并不限于这种类型的LCD装置，而是广泛地用于反射LCD装置和简单矩阵的LCD装置。
如上所述，本发明给出一种具有较高视角特性并避免图象分不开现象的LCD装置。液晶分子在每个象素区所包含的多个子象素区内均匀且稳定地以轴对称方式排列。液晶分子的这种排列给出提高显示质量的视角范围，并且高速响应。无需对常规制作方法的任何附加步骤即可制作本发明的LCD装置，因此不会增加制作成本。
按照本发明，可避免因为连接所述有源装置而提供之扫描线和信号线(总线)所产生的横向电场使所述液晶分子的排列变得不稳定。
按照本发明，可消除在象素电极边缘附近产生旋错。
按照本发明，所述液晶分子的排列是稳定的，这给出亮显示。
本发明的LCD装置可用于诸如计算机、文字处理器、车载导航系统及电视接收机等监视器中。
各种其它改型对于那些熟悉本领域的人而言将是清楚的并且可以容易地实现，而不致脱离本发明的范围和精髓。因此，不打算将这里所附各权利要求的范围限制在如本说明书所表述者，而是使各权利要求有更宽的解释。

Claims (40)

1.一种液晶显示装置，它包括：
第一基板；
第二基板；
插于第一基板与第二基板之间的液晶层，该液晶层内有液晶分子；
其中：
第一基板包括面向所述液晶层的第一电极；
第二基板包括面向所述液晶层的第二电极；
第一电极、第二电极和液晶层被第一电极及第二电极加给电压的区域限定一个象素区，它是一个显示单元；
所述象素区包括多个子象素区，每个子象素区中的液晶分子以轴对称方式排列；
至少第一电极和第二电极之一包括规则地排布于象素区内的多个开口；
至少第一电极和第二电极之一有多个开口，这些开口包括多个多边形的子电极区，每个子电极区至少在其拐角处，或者沿着并重叠其侧边至少有多个开口中的一部分；和
由所述多个子电极区限定的多个子象素电极。
2.如权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于：
所述第一电极包括多个排成矩阵形式的象素电极，多个象素电极中的每一个都通过转换装置与扫描线和信号线相连；
所述第二电极是面向所述多个象素电极的反电极；
多个象素电极中的每一个都至少有所述多个子电极区中之一。
3.如权利要求2所述的液晶显示装置，其特征在于：所述多个子电极区中的至少两个是彼此相同的多边形，并共用一个公用侧边。
4.如权利要求3所述的液晶显示装置，其特征在于：每个多边形都为旋转对称的，并且液晶分子以关于所述多边形旋转对称轴为轴对称方式排列。
5.如权利要求2所述的液晶显示装置，其特征在于：所述多个子电极区中的至少两个是共用公用侧边的多边形，并且开口离开象素电极的边缘至少2μm远。
6.如权利要求5所述的液晶显示装置，其特征在于：所述多边形是彼此相同的。
7.如权利要求6所述的液晶显示装置，其特征在于：每个多边形都为旋转对称的，并且液晶分子以关于所述多边形旋转对称轴为轴对称方式排列。
8.如权利要求5所述的液晶显示装置，其特征在于：所述液晶层由具有负介电各向异性的液晶材料形成，并且液晶材料的液晶分子在未加电压的情况下基本上关于第一基板和第二基板表面为垂直地排列。
9.如权利要求5所述的液晶显示装置，其特征在于：至少所述第一基板和第二基板之一在象素区外边包括柱状突起，用以控制所述液晶层的厚度。
10.如权利要求5所述的液晶显示装置，其特征在于：所述液晶层包括手性掺杂物，并且液晶分子具有约为液晶层厚度4倍的螺旋节距。
11.如权利要求5所述的液晶显示装置，其特征在于：所述液晶显示装置还包括一对插有所述第一基板和第二基板的偏振器，和至少一个具有负折射率各向异性的单轴相位片。
12.如权利要求5所述的液晶显示装置，其特征在于：所述液晶显示装置还包括一对插有所述第一基板和第二基板的偏振器，和至少一个具有正折射率各向异性的单轴相位片。
13.如权利要求5所述的液晶显示装置，其特征在于：所述液晶显示装置还包括一对插有所述第一基板和第二基板的偏振器，和至少一个二轴相位片，该二轴相位片至少在第一基板与比起第二基板更靠近第一基板的偏振器之间和第二基板与比起第一基板更靠近第二基板的偏振器之间其中之一处。
14.如权利要求2所述的液晶显示装置，其特征在于：所述多个子电极区中的至少两个是共用公用侧边的多边形，并且至少一个子电极区处的至少一个侧边与象素电极的至少一个边缘相符。
15.如权利要求14所述的液晶显示装置，其特征在于：所述多边形是彼此相同的。
16.如权利要求15所述的液晶显示装置，其特征在于：所述每个多边形均为旋转对称的，并且液晶分子以关于所述多边形旋转对称轴为轴对称方式排列。
17.如权利要求14所述的液晶显示装置，其特征在于：所述液晶层由具有负介电各向异性的液晶材料形成，并且液晶材料的液晶分子在未加电压的情况下基本上关于第一基板和第二基板表面为垂直地排列。
18.如权利要求14所述的液晶显示装置，其特征在于：至少所述第一基板和第二基板之一在象素区外边包括柱状突起，用以控制所述液晶层的厚度。
19.如权利要求14所述的液晶显示装置，其特征在于：所述液晶层包括手性掺杂物，并且液晶分子具有约为液晶层厚度4倍的螺旋节距。
20.如权利要求14所述的液晶显示装置，其特征在于：所述液晶显示装置还包括一对插有所述第一基板和第二基板的偏振器，和至少一个具有负折射率各向异性的单轴相位片，该单轴相位片至少在第一基板与比起第二基板更靠近第一基板的偏振器之间和第二基板与比起第一基板更靠近第二基板的偏振器之间其中之一处。
21.如权利要求14所述的液晶显示装置，其特征在于：所述液晶显示装置还包括一对插有所述第一基板和第二基板的偏振器，和至少一个具有正折射率各向异性的单轴相位片，该单轴相位片至少在第一基板与比起第二基板更靠近第一基板的偏振器之间和第二基板与比起第一基板更靠近第二基板的偏振器之间其中之一处。
22.如权利要求14所述的液晶显示装置，其特征在于：所述液晶显示装置还包括一对插有所述第一基板和第二基板的偏振器，和至少一个二轴相位片，该二轴相位片至少在第一基板与比起第二基板更靠近第一基板的偏振器之间和第二基板与比起第一基板更靠近第二基板的偏振器之间其中之一处。
23.如权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于：在液晶层与第一电极和第二电极中的至少一个之间，至少在第一基板与第二基板之一处有一个准直固定层，用以控制液晶分子的轴对称排列。
24.如权利要求23所述的液晶显示装置，其特征在于：
第一电极包括多个排成矩阵形式的象素电极，多个象素电极中的每一个都通过转换装置与扫描线和信号线相连；
第二电极是面向所述多个象素电极的反电极；和
多个象素电极中的每一个都至少有所述多个子电极区中之一。
25.如权利要求24所述的液晶显示装置，其特征在于：所述多个子电极区中的至少两个是彼此相同的多边形，并共用公用侧边。
26.如权利要求25所述的液晶显示装置，其特征在于：每个多边形都为旋转对称的，并且液晶分子以关于所述多边形旋转对称轴为轴对称方式排列。
27.如权利要求23所述的液晶显示装置，其特征在于：至少所述第一基板和第二基板之一在象素区外边包括柱状突起，用以控制所述液晶层的厚度。
28.如权利要求23所述的液晶显示装置，其特征在于：所述液晶层由具有负介电各向异性的液晶材料形成，并且液晶材料的液晶分子在未加电压的情况下基本上关于第一基板和第二基板表面为垂直地排列。
29.如权利要求23所述的液晶显示装置，其特征在于：所述液晶显示装置还包括一对插有所述第一基板和第二基板的偏振器，和至少一个具有负折射率各向异性的单轴相位片。
30.如权利要求23所述的液晶显示装置，其特征在于：所述液晶显示装置还包括一对插有所述第一基板和第二基板的偏振器，和至少一个具有正折射率各向异性的单轴相位片。
31.如权利要求23所述的液晶显示装置，其特征在于：所述液晶显示装置还包括一对插有所述第一基板和第二基板的偏振器，和至少一个二轴相位片，该二轴相位片至少在第一基板与比起第二基板更靠近第一基板的偏振器之间和第二基板与比起第一基板更靠近第二基板的偏振器之间其中之一处。
32.如权利要求23所述的液晶显示装置，其特征在于：所述液晶层包括手性掺杂物，并且液晶分子具有约为液晶层厚度4倍的螺旋节距。
33.如权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于：至少第一电极和第二电极之一具有多个规则布置的凹入部分。
34.如权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于：至少所述第一基板和第二基板之一包括柱状突起，用以控制所述液晶层的厚度。
35.如权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于：所述液晶层由具有负介电各向异性的液晶材料形成，并且液晶材料的液晶分子在未加电压的情况下基本上关于第一基板和第二基板表面为垂直排列。
36.如权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于：所述液晶显示装置还包括一对插有所述第一基板和第二基板的偏振器，和至少一个具有负折射率各向异性的单轴相位片，该单轴相位片至少在第一基板与比起第二基板更靠近第一基板的偏振器之间和第二基板与比起第一基板更靠近第二基板的偏振器之间其中之一处。
37.如权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于：所述液晶显示装置还包括一对插有所述第一基板和第二基板的偏振器，和至少一个具有正折射率各向异性的单轴相位片，该单轴相位片至少在第一基板与比起第二基板更靠近第一基板的偏振器之间和第二基板与比起第一基板更靠近第二基板的偏振器之间其中之一处。
38.如权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于：所述液晶显示装置还包括一对插有所述第一基板和第二基板的偏振器，和至少一个二轴相位片，该二轴相位片至少在第一基板与比起第二基板更靠近第一基板的偏振器之间和第二基板与比起第一基板更靠近第二基板的偏振器之间其中之一处。
39.如权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于：所述液晶层包括手性掺杂物，并且液晶分子具有约为液晶层厚度4倍的螺旋节距。
40.一种制作液晶显示装置的方法，所述液晶显示装置包括第一基板、第二基板和插于第一基板及第二基板之间并由具有液晶分子的液晶材料制成的液晶层，其中第一基板包括面向所述液晶层的第一电极；第二基板包括面向所述液晶层的第二电极；第一电极、第二电极和液晶层被第一电极及第二电极加给电压的区域限定一个象素区，该象素区是一个显示单元；所述象素区包括多个子象素区，每个子象素区中的液晶分子以轴对称方式排列；所述制作方法包括以下步骤：
至少在第一电极和第二电极之一中形成规则地排布于象素区内的多个开口，至少使第一电极和第二电极之一有多个开口，这些开口包括多个多边形的子电极区，每个子电极区至少在其一个拐角处沿着并重叠其侧边至少有多个开口中的一部分；
将可光固化的树脂与液晶材料的混合物注入第一基板与第二基板间的缝隙；
在给该混合物加以电压的情况下用光照射该混合物，使得可光固化树脂凝固，形成准直固定层。
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