液晶显示器件的制作方法

专利名称：液晶显示器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种液晶显示器件，更特别地涉及一种具有宽视角特性和能产生高质量图像的液晶显示器件。
背景技术：
近年来，薄且重量轻的液晶显示器件已经用做个人计算机显示器和PDA(个人数字助理)显示器。然而，常规扭曲向列(TN)型和超扭曲向列(STN)型液晶显示器件具有窄视角。人们已经采取了各种技术来解决这个问题。
用于改进TN或STN型液晶显示器件的视角特性的典型技术是给其增加光学补偿板。另一种方法是采用横向电场模式，其中穿过液晶层施加相对于基板平面的水平电场。横向电场模式液晶显示器件已经吸引了公众的注意力并且在近年来被批量生产。又一种技术是采用DAP(垂直对准相位的变形)模式，其中具有负介电各向异性的向列液晶材料用做液晶材料，且垂直对准膜用做对准膜。这是一种ECB(电控制双折射)模式的类型，其中通过使用液晶分子的双折射来控制透射率。
尽管横向电场模式是改进视角的一种有效方法，但是其制造工艺的生产利润比常规TN型器件的生产利润明显低，因此难以实现器件的稳定制造。这是因为显示亮度或对比率受到基板之间的间隙或者相对于液晶分子的取向轴在偏振板的传输轴(偏振轴)的方向的偏移的显著影响。需要进一步的技术发展以便能精确地控制这些因素，并由此实现器件的稳定制造。
为了利用DAP模式液晶显示器件在没有显示非均匀性的情况下实现均匀的显示，需要进行对准控制。可以通过例如对对准膜的表面进行研磨而进行对准处理来提供对准控制。然而，当垂直对准膜进行研磨处理时，可能在显示的图像中出现研磨条纹，不适合于批量生产。
鉴于此，本发明人与其他人一起在日本特许公开专利公报No.2003-43525中公开了另一种用于进行对准控制而不进行研磨处理的方法，其中在经其间的液晶层彼此相对的一对电极之一中提供多个开口，以便通过在这些开口的边缘部分产生的倾斜电场来控制液晶分子的取向方向。通过这种方法，在每个图像元素的整体上可以获得在液晶分子的取向中具有足够程度连续性的稳定取向。
在户外和室内都能产生高质量显示的液晶显示器件在现有技术(例如，参见日本特许公开专利公报No.11-101992)中已经有人提出。这种类型的液晶显示器件被称为“透射-反射型液晶显示器件”，并在每个图像元素区中包括在其中以反射模式显示图像的反射区和在其中以透射模式显示图像的透射区。
然而，近来，除了需要视角和显示质量的提高之外，还需要孔径比的增加来产生更亮的显示。在通过使用倾斜电场进行对准控制的情况下，如在日本特许公开专利公报No.2003-43525中所公开的那样，在现有技术中没有建立特别方案来进一步提高孔径比。
而且，对于使用倾斜电场进行的对准控制应用于透射-反射型液晶显示器件的情况，还没有发现最佳结构。

发明内容
因此本发明的目的是提供一种具有宽视角特性、高显示质量和高孔径比并能产生明亮显示的透射-反射型液晶显示器件。
本发明的液晶显示器件包括第一基板；第二基板；和在第一基板和第二基板之间提供的液晶层，其中在包括在第一方向延伸的多个行和在与第一方向交叉的第二方向延伸的多个列的矩阵图形中限定多个图像元素区；每个图像元素区包括设置在靠近液晶层的第一基板一侧上的第一电极、设置在靠近液晶层的第二基板一侧上以便与第一电极相对的第二电极、和设置在第一电极和第二电极之间的液晶层；第一电极在多个图像元件区的每个中包括多个子电极，由此在第一电极和第二电极之间不存在施加电压时液晶层采取垂直对准，并且响应施加于第一电极和第二电极之间的电压，通过在多个子电极周围产生的倾斜电场而在第一电极的多个子电极上方形成多个第一液晶畴，多个第一液晶畴的每个采取径向倾斜取向；多个图像元素区的每个包括其中使用来自第一基板侧的光以透射模式显示图像的透射区和其中使用来自第二基板侧的光以反射模式显示图像的反射区；在多个图像元素区的每个中，反射区中的液晶层的厚度dr小于透射区中的液晶层的厚度dt，并且第二基板包括具有位于反射区中的上级、位于透射区中的下级以及将上级和下级相互连接起来的侧表面的阶梯部分，阶梯部分的侧表面位于反射区中并被第二电极覆盖；且第一电极的多个子电极在第二方向设置成行，并且在多个图像元素区中的第一图像元素区中穿过液晶层施加的电压的极性不同于在每帧中在属于与第一图像元素区相同行和属于与第一图像元素区所属列相邻列的多个图像元素区当中的第二图像元素区中穿过液晶层施加的电压的极性。
在优选实施例中，多个图像元素区各具有如下形状其纵向方向在第二方向限定，其宽度方向在第一方向限定。
在优选实施例中，穿过属于多个图像元素区当中的一列的多个图像元素区中的液晶层施加的电压的极性在每帧中的每隔n行(其中n是1或更大的整数)而被反向。
在优选实施例中，穿过第一图像元素区中的液晶层施加的电压的极性不同于在每帧中穿过属于与第一图像元素区相同的列并属于与第一图像元素区所属的行相邻的行的第三图像元素区中的液晶层施加的电压的极性。
在优选实施例中，多个子电极的每个的形状具有旋转对称性。
在优选实施例中，多个子电极的每个具有大体圆形形状。
在优选实施例中，多个子电极的每个具有大体矩形形状。
在优选实施例中，多个子电极的每个具有带有大体弧形角部的大体矩形形状。
在优选实施例中，多个子电极的每个具有带有锐角角部的形状。
在优选实施例中，第一基板包括其中不设置第一电极的多个无电极区，多个无电极区基本上包围第一电极的多个子电极；并且液晶层通过响应第一基板和第二基板之间施加的电压而在多个子电极周围产生的倾斜电场在多个无电极区中形成多个第二液晶畴，多个第二液晶畴的每个采取径向倾斜取向。
在优选实施例中，多个第一液晶畴的取向和多个第二液晶层的取向是彼此连续的。
在优选实施例中，多个无电极区的至少一些无电极区具有基本上相同的形状和基本上相同的尺寸，并形成至少一个单元格，该单元格设置成具有旋转对称性。
在优选实施例中，多个无电极区的至少一些的每个的形状具有旋转对称性。
在优选实施例中，在对应多个第一液晶畴的至少一个的区域中，第二基板包括取向调整结构，该结构施加取向调整力，用于在至少存在施加电压的情况下将至少一个第一液晶畴中的液晶分子取向成径向倾斜取向。
在优选实施例中，取向调整结构设置在至少一个第一液晶畴的中心附近的区域中。
在优选实施例中，取向调整结构施加取向调整力，用于即使在不存在施加电压的情况下也能使液晶分子取向成径向倾斜取向。
在优选实施例中，取向调整结构是从第二基板向液晶层中突出的突起。
在优选实施例中，液晶层的厚度由从第二基板向液晶层中突出的突起限定。
在优选实施例中，第一基板包括设置在多个子电极的至少一个的中心部分上方的突起。
在优选实施例中，在多个图像元素区的每个中，在多个子电极的至少一个的边缘部分中液晶层的厚度de比至少一个子电极的中心部分上的液晶层的厚度dc小。
在优选实施例中，在其边缘部分上的至少一个子电极的表面的高度大于其中心部分的高度。
在优选实施例中，第一基板包括透明板和设置在透明板和第一电极之间的层间绝缘膜；层间绝缘膜包括第一区，其中在靠近液晶层的一侧上的其高度连续改变；并且至少一个子电极的边缘部分位于第一区中。
在优选实施例中，层间绝缘膜包括第二区，其中在靠近液晶层的一侧上的其高度基本上不变；且至少一个子电极的中心部分位于第二区中。
在优选实施例中，入射到液晶层上的光是圆偏振光，该圆偏振光通过液晶层调制以便显示图像。
在优选实施例中，第一电极包括限定透射区的透明电极和限定反射区的反射电极。
在优选实施例中，第二基板还包括选择地设置在多个图像元素区的每个中的反射区中的透明介电层。
在优选实施例中，设置在多个图像元素区的每个中的透明介电层与设置在至少一个相邻图像元素区中的透明介电层是连续的。
在优选实施例中，第一基板还包括为多个图像元素区的每个提供的开关元件；第一电极是为多个图像元素区的每个提供的并由开关元件转换的图像元素电极，第二电极是与多个图像元素电极相对的至少一个对置电极。
根据本发明，以高度连续性稳定地形成了具有径向倾斜取向的液晶畴。因此，可以进一步提高具有宽视角特性的常规液晶显示器件的显示质量。
而且，通过在不同于设有用于产生倾斜电场的电极的基板的基板上提供阶梯部分，实现了多隙结构，其中所述倾斜电场是用于形成径向倾斜取向的，由此可以获得关于制造工艺的优点。由于阶梯部分的侧表面位于反射区中同时被电极覆盖，因此可以抑制由于阶梯部分的侧表面的倾斜导致的显示质量的退化。
此外，在每个图像元素区中，多个子电极在预定方向上设置成行，由此可以增加图像元素区中的子电极的面积比，由此提高了孔径比。
通过每帧中的相反极性的电压驱动在与子电极设置方向交叉的方向上彼此相邻的图像元素，由此可以产生在该方向彼此相邻的图像元素之间具有尖锐电位梯度的倾斜电场。因此，即使采用具有短电极间距离和高孔径比的设置，也可以形成足够稳定的径向倾斜取向。
如上所述，本发明提供一种具有宽视角特性、高显示质量和高孔径比并能产生明亮显示的透射-反射型液晶显示器件。


图1A-1B示意性地表示本发明的液晶显示器件100的结构，其中图1A是平面图，图1B是沿着图1A的线1B-1B’截取的剖面图。
图2示意性地表示施加于在行方向彼此相邻的图像元素区的不同极性的电压的状态。
图3A和3B表示在其间存在施加电压时液晶显示器件100的液晶层30，其中图3A示意性地表示取向恰好开始改变的状态(初始ON状态)，图3B示意性地表示稳定状态。
图4A-4D分别示意性地表示电力线和液晶分子的取向之间的关系。
图5A-5C分别示意性地表示在基板法线方向观看的液晶显示器件100中的液晶分子的取向。
图6A-6C示意性地表示液晶分子的示例的径向倾斜取向。
图7A和7B分别是示意性地表示本发明的另一液晶显示器件100A和100B的平面图。
图8A和8B分别是示意性地表示本发明的另一液晶显示器件100C和100D的平面图。
图9是示意性地表示本发明的另一液晶显示器件100E的平面图。
图10是示意性地表示本发明的液晶显示器件100E的平面图。
图11是示意性地表示比较例的液晶显示器件1000的平面图。
图12是示意性地表示在本发明的液晶显示器件中使用的图像元素电极的平面图。
图13A示意性地表示在相同极性的电压施加于在行方向彼此相邻的两个图像元素区时产生的等电位线EQ。
图13B示意性地表示在不同极性的电压施加于在行方向彼此相邻的两个图像元素区时产生的等电位线EQ。
图14A、14B和14C表示用于本发明的液晶显示器件的驱动方法。
图15是示意性地表示本发明的另一液晶显示器件100F的平面图。
图16是示意性地表示比较例的液晶显示器件1100的剖面图。
图17A和17B分别示意性地表示电力线和在比较例的液晶显示器件1100的阶梯部分的侧表面上的液晶分子的取向之间的关系。
图18示意性地表示电力线和本发明的液晶显示器件100的阶梯部分的侧表面上的液晶分子的取向之间的关系。
图19A-19E分别示意性地表示包括取向调整结构28的对置基板200b。
图20A和20B示意性地表示本发明的另一液晶显示器件200，其中图20A是平面图，图20B是沿着图20A的线20B-20B’截取的剖面图。
图21A-21C是示意性地表示液晶显示器件200的剖面图，其中图21A表示不存在施加电压的状态，图21B表示取向恰好开始变化的状态(初始ON状态)，图21C表示稳定状态。
图22A和22B示意性地表示本发明的另一液晶显示器件200’，其中图22A是平面图，图22B是沿着图22A的线22B-22B’截取的剖面图。
图23A-23C是示意性地表示液晶显示器件200’的剖面图，其中图23A表示不存在施加电压的状态，图23B表示取向恰好开始变化的状态(初始ON状态)，图23C表示稳定状态。
图24A-24C是示意性地表示包括还用作间隔器的突起(肋)的液晶显示器件的剖面图，其中图24A表示不存在施加电压的状态，图24B表示取向恰好开始变化的状态(初始ON状态)，图24C表示稳定状态。
图25是示意性地表示具有侧表面的突起的剖面图，其中所述侧表面相对于基板平面的倾斜角基本超过90度。
图26是示意性地表示还用做间隔器的突起的变型的剖面图。
图27A是示意性地表示本发明的又一液晶显示器件200A的平面图，图27B是示意性地表示本发明的又一液晶显示器件200B的平面图。
图28是示意性地表示沿着图27A和27B的线28-28’截取的液晶显示器件200A和200B的剖面图。
图29A是示意性地表示本发明的再一液晶显示器件200C的平面图，图29B是示意性地表示本发明的再一液晶显示器件200D的平面图。
图30A是示意性地表示本发明的另一液晶显示器件200E的平面图，图30B是示意性地表示本发明的另一液晶显示器件200F的平面图。
图31A是示意性地表示本发明的另一液晶显示器件200G的平面图，图31B是示意性地表示本发明的另一液晶显示器件200H的平面图。
图32A是示意性地表示本发明的另一液晶显示器件200I的平面图，图32B是示意性地表示本发明的另一液晶显示器件200J的平面图。
图33A是示意性地表示本发明的另一液晶显示器件200K的平面图，图33B是示意性地表示本发明的另一液晶显示器件200L的平面图。
图34A是示意性地表示本发明的另一液晶显示器件200M的平面图，图34B是示意性地表示本发明的另一液晶显示器件200N的平面图。
图35A是示意性地表示其中突起设置在对置基板上的液晶分子的取向的剖面图，图35B是示意性地表示其中突起设置在TFT基板上的液晶分子的取向的剖面图。
图36是示意性地表示本发明的另一液晶显示器件300的结构的剖面图。
图37是表示液晶显示器件300在其子电极的边缘部分附近的一部分的放大剖面图。
具体实施例方式
下面参照附图介绍本发明的实施例。本发明的液晶显示器件具有所希望的显示特性，由此能适当地用做有源矩阵型液晶显示器件。下面将关于使用薄膜晶体管(TFT)的有源矩阵型液晶显示器件来介绍本发明的实施例。本发明不限于此，而是可以用于使用MIM结构的有源矩阵型液晶显示器件。
注意，本说明书中，作为显示器的最小单元的对应“图像元素”的液晶显示器件的区域将被称为“图像元素区”。在彩色液晶显示器件中，包括R、G和B“图像元素”的多个“图像元素”对应一个“像素”。在有源矩阵型液晶显示器件中，图像元素区由图像元素电极和与图像元素电极相对的对置电极限定。在无源矩阵型液晶显示器件中，图像元素区定义为其中以条形设置的列电极之一与垂直于列电极的也以条形设置的行电极之一交叉的区域。在具有黑色矩阵(black matrix)的设置中，严格地讲，图像元素区是根据想要显示的状态对应于黑体开口而施加电压的每个区的一部分。
实施例1下面参照图1A-1B介绍根据本发明的液晶显示器件100的结构。在下面的说明中，为了简化说明而省略了滤色器和黑体。而且，在后面的图中，具有与液晶显示器件100中的对应元件基本上相同的功能的每个元件将用相同的参考标记表示，并且在下面不再进一步说明。图1A是表示在基板法线方向观看的液晶显示器件100的三个图像元素区P1、P2和P3的平面图，图1B是沿着图1A的线1B-1B’截取的剖面图。图1B表示穿过液晶层不施加电压的状态。
液晶显示器件100包括有源矩阵基板(以下称为“TFT基板”)100a、对置基板(也称为“滤色器基板”)100b、和置于TFT基板100a和对置基板100b之间的液晶层30。液晶层30的液晶分子30a具有负介电各向异性，并借助垂直对准膜在穿过液晶层30不施加电压的情况下垂直于垂直对准膜(未示出)的表面而对准，如图1B所示，该对准膜是作为设置在靠近液晶层30的TFT基板100a和对置基板100b的每个的一个表面上的垂直对准层。这个状态被表述为液晶层30处于垂直对准状态。然而，应该注意，垂直对准中的液晶层30的液晶分子30a可能从法线向垂直对准膜的表面(基板的表面)轻微倾斜，这取决于垂直对准膜的类型或使用的液晶材料的类型。一般来说，垂直对准定义为液晶分子的轴(还称为“轴取向”)相对于垂直对准膜的表面以大约85度或以上的角度取向的状态。
液晶显示器件100的TFT基板100a包括透明基板(例如玻璃基板)11和设置在透明基板11的表面上的图像元素电极14。对置基板100b包括透明基板(例如玻璃基板)21和设置在透明基板21的表面上的对置电极22。液晶层30的取向根据图像元素电极14和对置电极22之间施加的电压而对于每个图像元素区是改变的，其中图像元素电极14和对置电极22经液晶层30彼此相对设置。通过利用偏振或通过液晶层30的光量随着液晶层30的取向的改变而改变的现象，产生显示。
多个图像元素区在行方向D1和垂直于行方向D1的列方向D2周期性地设置(即它们以矩阵图形排列)。图1A示出了在行方向D1彼此相邻的三个图像元素区P1、P2和P3。行方向D1和列方向D2将被称为图像元素(图像元素区)的“周期设置方向”。通常，行方向D1和列方向D2彼此垂直。而且，在本实施例中，每个图像元素区(图像元素)具有带长边和短边的大体长方形形状。因此，图像元素区在行方向D1和列方向D2以不同的间距(被称为“图像元素间距”)设置。
每个图像元素区包括其中使用来自TFT基板100a一侧的光(通常为来自背后照明的光)以透射模式显示图像的透射区T以及其中使用来自对置基板100b一侧的光(通常为环境光)以反射模式显示图像的反射区R。在本实施例中，图像元素电极14包括由透明导电材料制成的透明电极和由光反射材料制成的反射电极。透射区T由透明电极限定，反射区R由反射电极限定。应注意到，如果反射电极的表面设置为略微不平整，则光可以被反射电极散射，并且由此可以实现接近于纸白色的白色显示。
在用于显示图像的光只一次以透射模式穿过液晶层30时，它以反射模式两次穿过液晶层30。通过设置反射区R中的液晶层30的厚度dr小于透射区T中的液晶层30的厚度dt，如图1B所示，由液晶层30对在反射模式中使用的光所提供的延迟可以接近于由液晶层30对在透射模式中使用的光所提供的延迟。通过设置反射区R中的液晶层30的厚度dr是透射区T中的液晶层30的厚度dt的大约一半，则由液晶层30对在这些模式中使用的光所提供的延迟可以基本上彼此相等。
在本例中，对置基板100b具有阶梯部分，该阶梯部分包括位于反射区R中的上级(上水平面)100b1、位于透射区T中的下级(下水平面)100b2以及将上级100b1和下级100b2连接在一起的侧表面100b3，由此反射区R中的液晶层30的厚度dr小于透射区T中的液晶层30的厚度dt。具体地说，对置基板100b的阶梯部分是通过选择地在对置基板100b的反射区R中提供透明介电层29而形成的。阶梯部分的侧表面100b3位于反射区R中，并被对置电极22覆盖。
接着，将介绍本发明的液晶显示器件100中所提供的图像元素电极14的结构和功能。
如图1A和图1B所示，图像元素电极14包括在列方向D2设置成行的多个子电极14a。通常，多个子电极14a在每个图像元素区中电连接在一起。在本例中，每个图像元素电极包括三个子电极14a，即一个透明电极和两个反射电极。
而且，TFT基板100a包括其中不设置由导电膜(例如，ITO膜)制成的图像元素电极14的多个无电极区15(即，无电极区15不与任何图像元素电极14重叠)。无电极区15具有基本相同的形状和基本相同的尺寸，并且设置成使得其各个中心形成正方晶格。图像元素电极14的每个子电极14a基本上被四个无电极区15包围，这四个无电极区的各个中心位于形成一个单元格的四晶格点上，子电极14a具有基本相同的形状和基本相同的尺寸。在所示例子中，子电极14a具有一般圆形形状。每个无电极区15具有大体星形的形状，该星形形状具有四个四分之一弧形边(边缘)，并在四个边当中的中心具有四折(four-fold)旋转轴。
当电压施加于具有上述这种结构的图像元素电极14和对置电极22之间时，在子电极14a的周围(在其周边附近)，即在无电极区15的边缘部分上产生倾斜电场，由此产生分别具有径向倾斜取向的多个液晶畴。液晶畴在对应无电极区15的每个区域中以及对应子电极14a的每个区域中产生。
应该注意的是，在本发明的液晶显示器件100中，在行方向D1彼此相邻的图像元素在向所有图像元素中写数据期间(即一帧)用相反极性的电压驱动，如图2所示。参见图2，在图像元素区P1和P3(带有“+”标记的图像元素区)中穿过液晶层30施加一个极性的电压，同时在图像元素区P2(带有“-”标记的图像元素区)中穿过液晶层30施加不同(相反)极性的电压。换言之，在每个帧中，穿过一个图像元素区中的液晶层30施加的电压的极性不同于穿过在垂直于子电极14a设置的方向(列方向D2)的方向(行方向D1)上与第一图像元素区相邻的另一图像元素区中的液晶层30施加的电压的极性。
下面将参照图3A和3B介绍通过上述倾斜电场来形成液晶畴的机理。图3A和3B分别是表示穿过其施加电压的液晶层30。图3A示意性地表示液晶分子30a的取向根据穿过液晶层30所施加的电压而刚刚开始改变的状态(初始ON状态)。图3B示意性地表示液晶分子30a的取向根据施加电压已经改变并且变为稳定的状态。图3A和3B中的曲线EQ表示等电位线。注意，图3A和3B是沿着图1A的线3-3’截取的剖面图，为了简述说明而未示出对置基板100b的阶梯部分。
当图像元素电极14和对置电极22处于相同电位时(穿过液晶层30没有施加电压)，每个图像元素区中的液晶分子30a垂直于基板11和21的表面而对准，如图3A所示。
当穿过液晶层30施加电压时，产生由图3A所示的等电位线EQ(垂直于电力线)表示的电位梯度。等电位线EQ在位于图像元素电极14和对置电极22之间的液晶层30中平行于子电极14a和对置电极22的表面，并且在对应图像元素电极14的无电极区15的区域中下降。在无电极区15的边缘部分EG(包括其边界的无电极区15的周边部分和无电极区15内部)上方的液晶层30中产生由等电位线EQ的倾斜部分表示的倾斜电场。注意，在本实施例中，在行方向D1彼此相邻的两个图像元素区被相反极性的电压驱动，并因此等电位线EQ在位于这些图像元素之间的无电极区15中急剧下降，由此等电位线EQ穿过这些图像元素不是连续的。
扭矩作用于具有负介电各向异性的液晶分子30a上，以便使液晶分子30a的轴取向平行于等电位线EQ(垂直于电力线)。因此，图3A中的右侧边缘部分EG上方的液晶分子30a顺时针倾斜(旋转)，左侧边缘部分EG上方的液晶分子30a逆时针倾斜(旋转)，如图3A所示。结果是，边缘部分EG上方的液晶分子30a平行于等电位线EQ的对应部分而取向。
参见图4A-4D，下面更详细地介绍液晶分子30a的取向的变化。
当在液晶层30中产生电场时，扭矩作用于具有负介电各向异性的液晶分子30a上，以便使其轴取向平行于等电位线EQ。如图4A所示，当产生垂直于液晶分子30a的轴取向并由等电位线EQ表示的电场时，以相同的概率产生使液晶分子30a顺时针倾斜的扭矩或使液晶分子30a逆时针倾斜的扭矩。因此，彼此相对的一对平行板状电极之间的液晶层30具有经受了顺时针扭矩的一些液晶分子30a和经受了逆时针扭矩的一些液晶分子30a。结果是，不会平滑地进行根据穿过液晶层30施加的电压向所希望的取向的过渡。
当在本发明的液晶显示器件100的无电极区15的边缘部分EG上产生相对于液晶分子30a的轴取向倾斜的由等电位线EQ表示的电场(倾斜电场)时，如图3A所示，液晶分子30a在为使液晶分子30a平行于等电位线EQ所需的较小旋转的任何方向(在所示例子中为逆时针方向)上倾斜，如图4B所示。在产生由垂直于液晶分子30a的轴取向的等电位线EQ代表的电场的区域中的液晶分子30a在与位于等电位线EQ的倾斜部分上的液晶分子30a相同的方向倾斜，以便其取向与位于等电位线EQ的倾斜部分上的液晶分子30a的取向是连续的(一致性)，如图4C所示。如图4D所示，当电场使得等电位线EQ形成连续凹/凸图形时，位于等电位线EQ的平坦部分上的液晶分子30a取向成与由位于等电位线EQ的相邻倾斜部分上的液晶分子30a所限定的取向方向一致。这里所用的词语“位于等电位线EQ上”指的是“位于由等电位线EQ所代表的电场内”。
开始于位于等电位线EQ的倾斜部分上的液晶分子30a的取向的变化如上所述那样继续进行，并达到稳定状态，这示意性地示于图3B中。位于无电极区15的中心部分周围的液晶分子30a受到无电极区15的相对边缘部分上的液晶分子30a的各个取向的基本相同的影响，因此保持它们的取向垂直于等电位线EQ。远离无电极区15的中心的液晶分子30a受到较近边缘部分EG上的其它液晶分子30a的取向的影响而倾斜，由此形成关于无电极区15的中心SA对称的倾斜取向。在垂直于液晶显示器件100的显示平面的方向(垂直于基板11和21的表面的方向)看到的取向是液晶分子30a具有关于无电极区15的中心的径向轴取向(未示出)。在本说明书中，这种取向将被称为“径向倾斜取向”。而且，采取关于单轴的径向倾斜取向的液晶层30的区域将被称为“液晶畴”。
在对应基本上由无电极区15包围的子电极14a的区域中，也形成液晶分子30a采取径向倾斜取向的液晶畴。对应子电极14a的区域中的液晶分子30a受到无电极区15的每个边缘部分EG上的液晶分子30a的取向的影响，从而采取关于子电极14a的中心SA(对应由无电极区15形成的单元格的中心)对称的径向倾斜取向。
在子电极14a上方形成的液晶畴中的径向倾斜取向和在无电极区15上方形成的径向倾斜取向彼此连续，并且都与无电极区15的边缘部分EG上的液晶分子30a的取向一致。在无电极区15上方形成的液晶畴中的液晶分子30a以向上(向基板100b)扩大的圆锥形状取向，并且在子电极14a上方形成的液晶畴中的液晶分子30a以向下(向基板100a)扩大的圆锥形状取向。如上所述，在无电极区15上方形成的液晶畴以及在子电极14a上方形成的液晶畴中的径向倾斜取向彼此连续。因此，沿着其间的边界不形成旋转位移线(取向缺陷)，由此防止由于产生旋转位移线而导致的显示质量下降。
注意，穿过无电极区15的中心部分周围的液晶层30不施加足够的电压，由此无电极区15的中心部分周围的液晶层30对显示不起作用。换言之，即使无电极区15的中心部分周围的液晶层30的径向倾斜取向一定程度地被扰乱(例如，即使中心轴偏离无电极区15的中心)，显示质量也不会下降。因此，只要至少对应子电极14a形成液晶畴，就可以获得每个图像元素区中的液晶分子的连续性和实现宽视角特性和高显示质量。
为了提高在所有方位角的视角依赖性，就是液晶显示器件的显示质量，在各个方位角方向取向的液晶分子30a的存在概率优选在每个图像元素区中具有旋转对称性，更优选具有轴对称性。因此，优选液晶畴以高度对称性在每个图像元素区中设置。在本例中，子电极14a在预定方向(列方向D2)设置成行，以便具有旋转对称性，甚至具有轴对称性。因此，各对应子电极14a的液晶畴也以旋转对称性、甚至轴对称性排列。
如前面参照图3A和图3B所述的，本发明的液晶显示器件100的图像元素电极14包括各被多个无电极区15包围的多个子电极14a，并在图像元素区的液晶层30中产生由具有倾斜部分的等电位线EQ表示的电场。作为触发器，通过位于等电位线EQ的倾斜部分的取向的变化，在不存在施加电压时垂直对准的在液晶层30中具有负介电各向异性的液晶分子30a改变了其取向方向。因此，在无电极区15上方和子电极14a中形成具有稳定径向倾斜取向的液晶畴。通过根据穿过液晶层施加的电压而产生液晶畴中的液晶分子的取向的变化，产生了显示。
下面将介绍图像元素电极14的子电极14a的形状(在基本法线方向看到的)和设置以及TFT基板100a的无电极区15的形状和设置。
由于液晶分子的取向(光学各向异性)，液晶显示器件的显示特性呈现方位角依赖性。为了减少显示特性的方位角依赖性，优选液晶分子以基本上相同的概率在所有方位角取向。更优选地，每个图像元素区中的液晶分子以基本上相同的概率在所有方位角取向。
因此，子电极14a优选具有如下形状，使得在每个图像元素区中形成液晶畴，从而对应子电极14a的每个液晶畴中的液晶分子30a以基本相同的概率在所有方位角取向。更具体地说，子电极14a的形状优选关于穿过每个子电极的中心(在法线方向)延伸的对称轴具有旋转对称性(更优选具有两折旋转轴的对称性)。
而且，由于只有对应无电极区15形成的液晶畴的一部分被包含于图像元素区中并用于显示，优选在被包含于图像元素区中的液晶畴部分(段)的聚集部分中包含的液晶分子以基本相同的概率在所有方位角取向。因此，优选无电极区15具有如下形状和设置，使得液晶畴部分一起以补偿方式形成液晶畴。具体而言，优选无电极区15的形状具有旋转对称性和无电极区15设置成具有旋转对称性。应该注意的是，由于在无电极区15中形成的液晶畴具有位于图像元素区外部的一部分，因此可能难以设置无电极区15，使得液晶畴部分一起以补偿方式形成液晶畴。然而，可以有效地减少显示特性的方位角依赖性，只要在各个方位角取向的液晶分子的存在概率对于液晶畴部分的每个聚集部分具有旋转对称性(更优选地轴对称性)。
下面将参照图5A-5C介绍当包围大体圆形子电极14a的大体星状无电极区15以正方格图形排列时的液晶分子30a的取向。
图5A-5C分别示意性地表示在基板法线方向看到的液晶分子30a的取向。在图中，如图5B和5C所示，示出了在基板法线方向看到的液晶分子30a的取向，绘制成椭圆形的液晶分子30a的黑点端表示液晶分子30a倾斜，使得该端部比另一端更靠近其上提供图像元素电极14的基板。这同样适用于下列所有图。下面将介绍在如图1A所示的图像元素区中的一个单元格(由四个无电极区15形成)。沿着图5A-5C的各个对角截取的剖面图分别对应图1B、图3A和图3B，并且也将在下面的说明中参照图1B、3A和3B。
当图像元素电极14和对置电极22处于相同电位时，即处于穿过液晶层30不施加电压的状态下，通过设置在靠近液晶层30的TFT基板100a和对置基板100b的每个的一侧上的垂直对准膜(未示出)来调整其取向方向的液晶分子30采取如图5A所示的垂直对准。
当穿过液晶层30施加电场，以便产生由图3A所示的等电位线EQ所表示的电场时，扭矩作用于具有负介电各向异性的液晶分子30a上，以使其轴取向平行于等电位线EQ。如前面参照图4A和4B所述的，对于由垂直于其分子轴的等电位线EQ表示的电场下面的液晶分子30a，不唯一地限定液晶分子30a将要倾斜(旋转)的方向(图4A)，由此不容易发生取向变化(倾斜或旋转)。相反，对于位于相对于液晶分子30a的分子轴倾斜的等电位线EQ下面的液晶分子30a，唯一地限定倾斜(旋转)的方向，由此容易发生取向改变。因此，如图5B所示，液晶分子30a开始从无电极区15的边缘部分倾斜，其中液晶分子30a的分子轴相对于等电位线EQ倾斜。然后，包围的液晶分子倾斜，以便与在无电极区15的边缘部分上的已经倾斜的液晶分子30a一致，如前面参照图4C所述的。然后，液晶分子30a的轴取向变得稳定，如图5C所示(径向倾斜取向)。
如上所述，当无电极区15的形状具有旋转对称性时，通过施加电压，图像元素区中的液晶分子30a从无电极区15的边缘部分向无电极区15的中心连续倾斜。结果是，获得如下取向其中无电极区15中心周围的那些液晶分子30a相对于基板平面保持垂直对准，其中在无电极区15的中心处来自其边缘部分的液晶分子30a的各个取向调整力处于平衡状态，同时周围的液晶分子30a相对于无电极区15中心周围的那些液晶分子30a按照径向图样倾斜，倾斜度随着离开无电极区15的中心而逐渐增加。
对应被排列成正方格形状的四个大体星形的无电极区15包围的大体圆形子电极14a的区域中的液晶分子30a也倾斜，以便与已经被在每个无电极区15的边缘部分产生的倾斜电场倾斜的液晶分子30a的取向一致。结果是，获得如下取向其中子电极14a中心周围的那些液晶分子30a相对于基板平面保持垂直对准，其中在子电极14a的中心处来自其边缘部分的液晶分子30a的各个取向调整力处于平衡状态，同时周围的液晶分子30a相对于子电极14a中心周围的那些液晶分子30a按照径向图样倾斜，倾斜度随着离开子电极14a的中心而逐渐增加。
如上所述，在每个液晶畴中液晶分子30a采取径向倾斜取向，这些液晶畴以正方格图形排列，各个轴取向的液晶分子30a的存在概率具有旋转对称性，由此可以实现高质量显示，并且对于任何视角都没有非均匀性。为了减少具有径向倾斜取向的液晶畴的视角依赖性，该液晶畴优选具有高度的旋转对称性(优选具有至少两折旋转轴，更优选具有至少四折旋转轴)。
对于液晶分子30a的径向倾斜取向，如图6B或6C所示的分别具有顺时针或逆时针螺旋图形的径向倾斜取向比图6A所示的简单径向倾斜取向更稳定。螺旋取向不同于普通扭曲(normal twist)取向(其中液晶分子30a的取向方向沿着液晶层30的厚度螺旋地改变)。在螺旋取向中，对于微小区域，液晶分子30a的取向方向沿着液晶层30的厚度基本不变。换言之，在液晶层30的任何厚度上的横截面(在平行于层面的平面中)的取向如图6B或6C所示，沿着液晶层30的厚度方向基本上没扭曲变形。然而，对于作为整体的液晶畴，可能存在一定程度的扭曲变形。
当采用通过给具有负介电各向异性的向列液晶材料添加手性剂而获得的材料时，在存在施加电压时，液晶分子30a采取关于无电极区15和子电极14a的逆时针或顺时针螺旋图形的径向倾斜取向，分别如图6B或6C所示。螺旋图形是逆时针或顺时针由使用的手性剂的类型决定。因此，通过在存在施加电压时将无电极区15中的液晶层30控制为螺旋图形的径向倾斜取向，关于垂直于基板平面直立的其它液晶分子30a的径向倾斜的液晶分子30a的螺旋图形的方向在所有液晶畴中可以是恒定的，由此可以实现均匀的显示而不会显示非不均匀性。由于垂直于基板平面直立的液晶分子30a周围的螺旋图形的方向是确定的，因此穿过液晶层30施加电压之后的响应速度也提高了。
而且，当添加大量手性剂时，液晶分子30a的取向沿着液晶层30的厚度以螺旋图形改变，如在普通扭曲取向中那样。在液晶分子30a的取向沿着液晶层30的厚度不以螺旋图形改变的取向中，垂直于或平行于偏振板的偏振轴取向的液晶分子30a对入射光不提供相位差，由此穿过这个取向区的入射光对透射率不起作用。相反，在液晶分子30a的取向沿着液晶层30的厚度以螺旋图形改变的取向中，垂直于或平行于偏振板的偏振轴取向的液晶分子30a对入射光提供相位差，并且还可利用光学旋转功率，由此穿过这种取向区的入射光也用于透射率。因此，可以获得能产生明亮显示的液晶显示器件。
图1A表示每个子电极14a具有大体圆形形状且每个无电极区15具有大体星形形状的例子，其中这种子电极14a和这个无电极区15以正方格图形排列。然而，子电极14a的形状以及无电极区15的形状和设置不限于上述例子的那些。
图7A和7B是分别表示具有不同形状的各个无电极区15和子电极14a的液晶显示器件100A和100B的平面图。
图7A和7B中分别所示的液晶显示器件100A和100B的无电极区15和子电极14a相对于图1A中所示的液晶显示器件100无电极区和子电极稍有变形。液晶显示器件100A和100B的无电极区15和子电极14a具有两折旋转轴(而不是四折旋转轴)并且规则地排列，以便形成长方形单元格。在液晶显示器件100A和100B中，无电极区15具有变形的星形形状，子电极14a具有大体椭圆形形状(变形的圆形)。图7A和7B所示的液晶显示器件100A和100B也具有高显示质量和所希望的视角特性。
而且，分别示于图8A和8B中的液晶显示器件100C和100D也具有高显示质量和所希望的视角特性。
在液晶显示器件100C和100D中，大体十字形状的无电极区15以正方格图形排列，以便每个子电极14a具有大体正方形形状。当然，这些图形可以变形，以便有长方形单元格。如上所述，通过规则地设置大体矩形(包括正方形和长方形)的子电极14a，可以获得具有高显示质量和所希望的视角特性的液晶显示器件。
然而，无电极区15和/或子电极14a的形状优选是圆形或椭圆形的，而不是矩形的，因而径向倾斜取向更稳定。相信利用圆形或椭圆形的无电极区和/或子电极使得径向倾斜取向更稳定，这是因为无电极区15的边缘更连续(平滑)，由此液晶分子30a的取向方向更连续地(平滑地)改变。
鉴于上述液晶分子30a的取向方向的连续性，如图9中所示的液晶显示器件100E也是希望的。图9中所示的液晶显示器件100E是图8B中所示液晶显示器件100D的改型，其中子电极14a上的无电极区15的每个边都是弧形的。在液晶显示器件100E中，无电极区15和子电极14a具有四折旋转轴并设置成正方格图形(具有四折旋转轴)。作为选择，无电极区15的子电极14a的形状可以变形为具有两折旋转轴的形状，这种子电极14a可以设置成形成长方形格(具有两折旋转轴)，如图7A和7B所示。
穿过形成在无电极区15上方的液晶畴施加的电压低于穿过形成在子电极14a上方的另一液晶畴施加的电压。结果是，在正常黑色模式显示中，例如，形成在无电极区15上方的液晶畴出现暗色。因此，优选图像元素区中的子电极14a的面积比率较高，同时无电极区15的面积比率较低。
在本发明的液晶显示器件中，图像元素电极14包括多个子电极14a，由此通过对应图像元素区的形状和尺寸在图像元素区中适当地设置多个子电极14a，可以在图像元素区中实现稳定的径向倾斜取向，同时不会受到图像元素区的形状和尺寸等的限制。相反，如果图像元素电极是单个电极，则不可能实现稳定的径向倾斜取向，这取决于图像元素区的形状和尺寸等。如果图像元素区具有圆形或正方形形状，则作为单电极的图像元素电极不是问题。然而，如果图像元素区具有大长宽比的长方形形状，例如象能产生彩色显示的液晶显示器件中那样，则电极需要具有大长宽比的形状，并且不可能实现稳定的径向倾斜取向。而且，例如当图像元素区具有大尺寸时，电极必须具有大尺寸，在这种情况下只通过电极周围产生的倾斜电场不可能获得稳定的取向。
而且，在本发明的液晶显示器件中，例如多个子电极14a在每个图像元素区中在预定方向排列(排列成行)，如图1A所示，与子电极设置成两行或多行的情况相比，由此可以提高子电极14a的面积比率并提高用于显示的面积相对于图像元素区的总面积的比例(有效孔径比)。其原因将在下面参照图10进行说明。
如图10所示，液晶显示器件100E包括在行方向D1彼此平行延伸的栅极总线(扫描线)41和在列方向D2彼此平行延伸的源极总线(信号线)42。每个栅极总线(扫描线)41电连接到为每个图像元素区提供的TFT(未示出)的栅电极上，每个源极总线(信号线)42电连接到TFT的源电极上。而且，TFT的漏电极电连接到图像元素电极14上。液晶显示器件100E还包括存储电容线43。
在液晶显示器件100E中，若干子电极14a在每个图像元素区中排列成行，并且子电极14a周围的一部分无电极区15与栅极总线41或源极总线42重叠，并且这部分位于图像元素区的外部。因此，多个无电极区15的每个至少具有其一部分位于图像元素区的外部。
当多个子电极14a排列成两行或多行时，每个图像元素区中存在被子电极14a包围的无电极区15，并且这个无电极区15完全位于图像元素区内。例如，在其中子电极14a设置成两行的比较例的液晶显示器件1000中，如图11所示，在每个图像元素区中存在被子电极14a包围的无电极区15，并且这个无电极区15完全位于图像元素区。然后，在图像元素区中的无电极区15的面积比率增加，因此子电极14a的面积比率下降。
相反，在多个子电极14a在每个图像元素区中设置成行时，如图10所示，多个无电极区15的每个具有位于图像元素区外部的至少其一部分，由此可以减少无电极区15在图像元素区中面积比率和增加子电极14a的面积比率，由此提高了孔径比。
现在，将参照通过使用特定规格的液晶显示器件获得的数据更详细地说明如何提高孔径比。液晶显示器件的特定规格如下显示面积为对角长15英寸，子电极14a具有带有大体弧形角部的大体正方形形状(如图9和10所示)，栅极总线的宽度和源极总线上的光阻挡层的宽度为12μm，并且子电极14a之间的间隔为8.5μm，子电极14a设置成一行时的液晶显示器件的透射率与子电极14a设置成两行时的液晶显示器件的透射率相比较。与子电极14a设置成两行时的透射率相比，子电极14a设置成一行时的透射率提高了，对于SXGA(1280×1024像素)提高了6％，对于UXGA(1600×1200像素)提高了9％，和对于QXGA(2048×1536像素)提高了11％。因此，通过在每个图像元素区中将多个子电极14a设置成一行来提高孔径比的效果对于高清晰度型液晶显示器件特别明显。
应该注意，在图像元素区14与栅极总线41或源极总线42重叠的结构中，如图10所示，优选在总线上形成尽可能厚的绝缘膜(例如有机绝缘膜)，并在其上形成图像元素电极14，以便减少来自这些总线的影响。
参见图12，“S”表示通过无电极区15和子电极14a形成的正方形单元格之间的间隙的长度(以下称为“侧间隔S”)。侧间隔S必须等于或大于预定长度，以便产生用于获得稳定径向倾斜取向所需的倾斜电场。
当在行方向D1和列方向D2中限定侧间隔S时，在本实施例中，沿着行方向D1彼此相邻的图像元素用每帧中极性相反的电压驱动，如图2所示。通过这种方式，与沿着行方向D1彼此相邻的图像元素不用极性相反的电压驱动的情况相比，即使行方向D1的侧间隔S减小了，也可以获得足够的取向调整力。这是因为当沿着行方向D1彼此相邻的图像元素用极性相反的电压驱动时，可以产生相对强的倾斜电场。原因将在下面参照图13A和13B进行说明。
图13A示意性地示出了在穿过在行方向D1彼此相邻的两个图像元素区中的液晶层施加+5V电压时产生的等电位线EQ，图13B示意性地示出了在穿过在行方向D1彼此相邻的两个图像元素区之一中的液晶层施加+5V电压时和同时穿过两个图像元素区中的另一个图像元素区中的液晶层施加-5V电压时产生的等电位线EQ。
如图13A所示，当穿过两个相邻的图像元素区中的液晶层施加相同极性的电压时，产生电场，使得等电位线EQ形成连续的凹/凸图形。
相反，如图13B所示，当穿过两个相邻的图像元素区中的液晶层施加不同极性的电压时，代表在两个图像元素区中产生的电场的等电位线EQ不连续，而是等电位线EQ在无电极区15中急剧下降。因此，在无电极区15的边缘部分，即子电极14a的周围，形成急剧电位梯度，由此产生比图13A中所示情况更强的倾斜电场。
如上所述，当在行方向D1彼此相邻的图像元素用相反极性的电压驱动时，即使行方向D1上的侧间隔S减小，也可以获得足够的取向调整力。因此，即使在行方向D1彼此相邻的两个图像元素电极14之间的距离减小了，从而增加了孔径比，也可以形成足够稳定的径向倾斜取向。
其它实施例将用具有如上所述的特定规格的液晶显示器件来实施(在该液晶显示器件中，显示面积为对角长15英寸，子电极14a具有带有大体弧形角部的大体正方形，栅极总线的宽度和源极总线上的光阻挡层的宽度为12μm，并且子电极14a之间的间隔为8.5μm)。具体而言，将在行方向D1彼此相邻的图像元素用极性相反的电压驱动的情况与它们不用极性相反的电压驱动的情况进行比较。在不用极性相反的电压驱动在行方向D1上彼此相邻的图像元素区的情况下，用于实现稳定径向倾斜取向所需的图像元素电极14之间的最小距离为8.5μm，即等于每个图像元素区中的子电极14a之间的距离。相反，在用极性相反的电压驱动在行方向D1上彼此相邻的图像元素的情况下，即使在行方向D1彼此相邻的图像元素电极14之间的距离减小到3μm，也能获得稳定的径向倾斜取向。
在本实施例中，当在行方向D1彼此相邻的图像元素用极性相反的电压驱动时，而在不用极性相反的电压驱动在列方向D2彼此相邻的图像元素时，如图14A所示(所谓的“源极线反向驱动法”)，可以充分地提高孔径比。然而，为了提高其他有利效果，如抑制闪烁的效果，优选每隔n行(其中n是1或更大的整数)的图像元素将施加电压的极性倒置，即对于在列方向D2的每n个图像元素来说是倒置的，同时用极性相反的电压驱动在行方向D1彼此相邻的图像元素。换言之，优选穿过相同列的图像元素区中的液晶层施加的电压的极性在每帧中对于每n行来说是倒置的。
例如，如图14B所示，施加电压的极性对于每2行图像元素可以是相反的，即对于列方向D2上的每2个图像元素是倒置的(所谓的“2H点倒置驱动法”)。或者，如图14C所示，施加电压的极性可以按每一行图像元素来倒置，即在列方向D2上的按每个图像元素来倒置(所谓的“点倒置驱动法”)。如果在列方向D2彼此相邻的图像元素用极性相反的电压驱动，同时在行方向D1彼此相邻的图像元素用极性相反的电压驱动，如图14C所示，则可以减少在列方向D2彼此相邻的图像元素电极14之间的间隔，并由此进一步提高孔径比。
现在将介绍子电极14a的形状和径向倾斜取向的稳定性之间的关系以及子电极14a的形状和透射率值之间的关系。
由本发明人所做的实验证实，当子电极14a的间隔(侧间隔S)不变时，随着子电极14a的形状接近于圆形或椭圆形，取向稳定性变高。这是因为随着子电极14a的形状接近于圆形或椭圆形，在径向倾斜取向的液晶分子30a的取向方向的连续性变得更高。
还证实了随着子电极14a的形状接近于矩形，如正方形或长方形，透射率变高。这是因为在侧间隔S的值恒定时，随着子电极14a的形状接近于矩形，子电极14a的面积比增加，由此增加了受到由电极产生的电场直接影响的液晶层的面积(在垂直于基板法线方向的平面中限定的面积)，由此增加了有效的孔径比。
因此，子电极14a的形状可以根据所想要的取向稳定性和所想要的透射率来确定。
当子电极14a具有带有大体弧形角部的大体正方形时，如图9和10所示，例如，可以实现相对高的取向稳定性和相对高的透射率。当然，在子电极14a具有带有大体弧形角部的大体矩形形状时，也可以获得相同的效果。应该注意的是，由于制造工艺的限制，由导电膜形成的子电极14a的角部不可能是弧形的，严格地讲，可能是圆头(obtuse)的多边形(由多个超过90度的角构成的形状)，并且角部可能具有轻微变形的弧形(例如椭圆形的一部分)或者变形的多边形，而不是四分之一弧形或规则的多边形(例如规则多边形的一部分)。作为选择，角部可以具有曲线和圆角组合的形状。这里使用的术语“大体弧形”可以是这些形状的任何一种。应该注意的是，由于相似的工艺相关原因，如图1A所示的大体圆形子电极14a的形状可能是多边形或变形的形状，而不是严格的圆形形状。
鉴于响应速度，子电极14a可以是如图15所示的液晶显示器件100F中的那种形状。在图15所示的液晶显示器件100F中，图像元素电极14的子电极14a的形状为具有锐角角部的变形的正方形形状。注意，这里使用的具有锐角的角部指的是具有小于90度的角的角部或圆角部。
当子电极14a具有锐角角部的形状时，如图15所示，沿着其产生倾斜电场的边缘部分的总长度增加了，由此倾斜电场作用于更多液晶分子30a上。这样，响应电场而初始地开始倾斜的液晶分子30a的数量增加了，由此减少了用于完全穿过图像元素区形成径向倾斜取向所需的时间。结果是，提高了穿过液晶层30施加电压的响应速度。
而且，当子电极14a具有带有锐角角部的形状时，与子电极14a的形状是大体圆形或大体矩形形状的情况相比，可以增加在特定方位角方向取向的液晶分子30a的存在概率。换言之，在各个方位角方向取向的液晶分子30a的存在概率中引入了高方向性。因此，当在具有偏振板的液晶显示器件中的子电极14a中采用锐角角部时，其中在所述偏振板中线性偏振光入射到液晶层30上，可以减小垂直或平行于偏振板的偏振轴取向的液晶分子30a，即不给入射光提供相位差的液晶分子30a的存在概率。因此，可以提高透光率和实现更明亮的显示。
应该注意的是，前面已经说明了反射电极的表面可以设置为略微不规则，以便实现接近于纸白的白色显示。当反射电极的表面设置为这种略微的不规则时，在存在施加电压时形成平行于表面(与略微的不规则的一致)的等电位线，由此略微不规则的反射电极表面不施加取向调整力，其中所述取向调整力在存在施加电压时控制液晶分子的取向方向，并由此不影响径向倾斜取向的形成。
前面的说明已经初步地涉及了TFT基板100a的电极结构及其功能。现在，将参照图1B和图16介绍对置基板100b及其功能。图16示意性地示出了比较例的液晶显示器件1100。比较例的液晶显示器件1100与液晶显示器件100相同的地方在于TFT基板1100a的图像元素电极14包括多个子电极14a，并且形成液晶畴，其中每个液晶畴在存在施加电压时采取径向倾斜取向。然而，液晶显示器件1100不同于液晶显示器件100的地方在于对置基板1100b不设有阶梯部分，而是通过在TFT基板1100a的反射电极下面设置绝缘膜19而使TFT基板1100a设有阶梯部分。
如图1B所示，在本发明的液晶显示器件100中，对置基板100b包括阶梯部分，该阶梯部分具有位于反射区R中的上级100b1、位于透射区T中的下级100b2、以及将上级100b1和下级100b2彼此连接在一起的侧表面100b3，由此在反射区R中的液晶层30的厚度dr小于透射区T中的液晶层30的厚度dt。因此，阶梯部分设置在对置基板100b上，而不是设置在TFT基板100a上，由此实现了适用于以透射模式和反射模式显示图像的多隙结构。因此，不必使用在反射电极下面的绝缘膜19等来提供阶梯部分，如图16所示的比较例的液晶显示器件1100那样，由此可以简化TFT基板100a的制造工艺。
利用多隙结构，阶梯部分的侧表面相对于基板平面倾斜，由此垂直于侧表面取向的液晶分子在黑色显示中引起光泄漏，并降低了对比率。然而，在液晶显示器件100中，阶梯部分的侧表面100b3位于反射区R中，如图1B所示，由此不会降低透射区T中的对比率，因此抑制了显示质量的下降。在第一位置中反射区R具有比透射区T低的对比率，并且用于反射区R的显示特性的所需级别也低。因此，即使在反射区R中发生某些光泄漏，也不会影响显示。相反，在图16中所示的比较例的液晶显示器件1100中，阶梯部分的侧表面1100a3不位于反射区R中，由此透射的光(用于以透射模式显示图像的光)泄漏，因此大大降低了显示质量。
而且，在图16所示的比较例的液晶显示器件1100中，阶梯部分的侧表面1100a3是不用电极覆盖的无电极区。参照图17A，在通过使用在侧表面1100a3周围产生的倾斜电场进行对准控制时，侧表面1100a3相对于基板平面倾斜，由此对准控制是很困难的，这取决于施加电压的值、侧表面1100a3的倾斜角等。例如，如图17B所示，如果侧表面1100a3的倾斜角很大，则等电位线EQ和液晶分子30a之间的角度可能接近90度，在这种情况下取向调整力相当弱。
相反，在液晶显示器件100中，对置基板100b设有阶梯部分，由此阶梯部分的侧表面100b3可以用电极22覆盖。沿着被电极22覆盖的侧表面100b3，等电位线EQ平行于侧表面100b3并垂直于液晶分子30a，如图18所示，由此不施加取向调整力。
如上所述，在本发明的液晶显示器件100中，通过在不同于设有用于产生倾斜电场的电极的基板的基板上提供阶梯部分，其中所述倾斜电场用于形成径向倾斜取向，实现了多隙结构，并且阶梯部分的侧表面100b3位于反射区R中，同时用电极22覆盖，由此可以获得关于制造工艺的优点，并抑制由于阶梯部分的侧表面100b3的倾斜导致的显示质量退化。
本发明的液晶显示器件100可采用与现有技术中公知的垂直对准型液晶显示器件相同的设置，并且可利用公知的制造方法制造，除了图像元素电极14包括在图像元素周期性地排列的两个周期性设置方向之一上设置成一行的多个子电极14a之外、除了在另一周期性设置方向中彼此相邻的图像元素用相反极性的电压驱动之外、以及除了对置基板100b包括阶梯部分之外。
注意在本实施例中，在反射区R中选择地形成透明介电层(例如透明树脂层)29，以便在对置基板100b上提供阶梯部分。作为选择，不同的材料可用于反射区R和透射区T中的滤色器层，并且反射区R中的滤色器层的厚度大于透射区T中的滤色器层的厚度，因此形成阶梯部分。由于在透射模式中使用的光只通过滤色器层一次，而在反射模式中使用的光通过滤色器层两次，如果透射区T中的滤色器层的光学密度与反射区R中的相同，则色纯度和/或亮度将在反射区R中较低，然而，在不同的材料用于反射区R和透射区T中的滤色器层时，如上所述，反射区R中的滤色器层的光学密度可以比透射区T中的小，由此可以提高反射区R中的色纯度和/或亮度。
通常，在靠近液晶层30的图像元素电极14和对置电极22的每个的一侧上提供作为垂直对准层的垂直对准膜(未示出)，以便垂直地对准具有负介电各向异性的液晶分子。
液晶材料可以是具有负介电各向异性的向列液晶材料。通过向具有负介电各向异性的向列液晶材料添加二色性染料可以获得客-主模式液晶显示器件。客-主模式液晶显示器件不需要偏振板。
所谓的“垂直对准型液晶显示器件”包括其中在没有施加电压时具有负介电各向异性的液晶分子垂直对准的液晶层，并能以各种显示模式显示图像。例如，除了其中通过用电场控制液晶层的双折射来显示图像的双折射模式之外，垂直对准型液晶显示器件还可以在光学旋转模式中或显示模式中使用，其中的显示模式是光学旋转模式和双折射模式的组合。通过在上述任何液晶显示器件的一对基板(例如，TFT基板和对置基板)的外侧(远离液晶层30的一侧)上提供一对偏振板，可以获得双折射模式液晶显示器件。而且，如果需要的话，可以提供相位差补偿器(通常为相位板)。此外，通过使用一般圆偏振光也可以获得具有高亮度的液晶显示器件。
实施例2本实施例的液晶显示器件不同于实施例1的液晶显示器件100之处在于对置基板包括取向调整结构。
图19A-19E示意性地示出了具有取向调整结构28的对置基板200b。具有与液晶显示器件100基本相同功能的每个元件将用相同的参考标记表示，并不再进一步说明。
图19A-19E中所示的取向调整结构28用于将液晶层30的液晶分子30a取向成径向倾斜取向。应该注意的是，图19A-19D中所示的取向调整结构28和图19E中所示的取向调整结构在液晶分子30a将要倾斜的方向上是不同的。
通过图19A-19D中所示的取向调整结构28使液晶分子倾斜的方向与形成在对应图像元素电极14的子电极14a(例如，见图1A和1B)的区域中的每个液晶畴的径向倾斜取向的取向方向对准。相反，通过图19E中所示的取向调整结构28使液晶分子倾斜的方向与形成在对应图像元素电极14的无电极区15(例如，见图1A和1B)的区域中的每个液晶畴的径向倾斜取向的取向方向对准。
图19A中所示的取向调整结构28是由对置电极22的开口22a和与开口22a相对的图像元素电极(图19A中未示出，例如，见图1A)14的子电极14a形成的。在靠近液晶层30的对置基板200b的一个表面上提供垂直对准膜(未示出)。
只在存在施加电压时，取向调整结构28施加取向调整力。由于取向调整结构28只需要给由TFT基板100a的电极结构形成的径向倾斜取向的每个液晶畴中的液晶分子施加取向调整力，因此开口22a的尺寸小于TFT基板100a中提供的无电极区15，并小于被无电极区15包围的子电极14a(例如，见图1A)。例如，只用小于或等于无电极区15或子电极14a的一半的面积就可以获得足够的效果。当提供对置电极22的开口22a以便与图像元素电极14的子电极14a的中心部分相对时，液晶分子的取向的连续性增加，并且可以固定径向倾斜取向的中心轴的位置。
如上所述，当只有存在施加电压时才施加取向调整力的结构用作取向调整结构时，在不存在施加电压时，液晶层30的基本上所有液晶分子30a都采取垂直对准。因此，当采用正常黑色模式时，在黑色显示中基本上没有光泄漏，由此实现了所希望对比率的显示。
然而，在不存在施加电压时，不施加取向调整力，因此不形成径向倾斜取向。而且，当施加电压很低时，只存在弱取向调整力，由此当相当大的应力施加于液晶面板时，可能观察到后图像(after image)。
不管存在/不存在施加电压，图19B-19D中所示的每个取向调整结构28都施加取向调整力，因此可以在任何显示灰度级获得稳定的径向倾斜取向，并且提供应力的高抵抗性。
图19B所示的取向调整结构28包括设置在对置电极22上的突起(肋)22b，以便向液晶层30中突出。当对突起22b的材料没有特别限制时，通过使用介电材料如树脂很容易提供突起22b。垂直对准膜(未示出)设置在靠近液晶层30的对置基板200b的一个表面上。突起22b借助其表面的结构(具有垂直对准能力)使液晶分子30a取向成径向倾斜方向。优选使用可以热变形的树脂材料，在这种情况下，可以通过在形成图案之后的热处理很容易地形成具有图19B所示的轻微隆起的横截面的突起22b。图中所示的具有带顶点的轻微隆起横截面的突起22b(例如，球的一部分)或圆锥形突起提供固定径向倾斜取向的中心位置的所希望的效果。
提供图19C中所示的取向调整结构28作为一个表面，该表面具有面对液晶层30的水平对准能力，其中所述表面位于形成在对置电极22下面(即，在靠近基板21的对置电极22的一侧上)的介电层23的开口(或凹陷部分)23a中。垂直对准膜24设置成覆盖靠近液晶层30的对置基板200b的一侧，同时不覆盖对应开口23a的区域，由此开口23a中的表面用作水平对准表面。或者，可以只在开口23a中提供水平对准膜25，如图19D所示。
图19D所示的水平对准膜可以例如通过如下方式提供穿过对置基板200b的整个表面提供垂直对准膜24，然后用UV光选择地照射开口23a中的垂直对准膜24的一部分，以便减少其垂直对准能力。取向调整结构28所需的水平取向能力不必高到使得得到的预倾斜角与从TN型液晶显示器件中使用的对准膜得到的预倾斜角一样小。例如，45度或更小的预倾斜角就足够了。
如图19C和19D所示，在开口23a中的水平取向表面上，促使液晶分子30a相对于基板平面是水平的。结果是，液晶分子30a形成与垂直对准膜24上的周围的垂直对准的液晶分子30a的取向连续的取向，由此获得如图所示的径向倾斜取向。
只通过在对置电极22的平坦表面上选择地提供水平取向表面(例如，电极的表面，或水平对准膜)，而不用在对置电极22的表面上提供凹陷部分(由介电层23中的开口形成的)，就可以获得径向倾斜取向。然而，通过借助凹陷部分的表面结构可以进一步稳定径向倾斜取向。
优选使用例如滤色器层或滤色器层的外涂层作为介电层23，以便在靠近液晶层30的对置基板200b的表面中形成凹陷部分，因为这没有给工艺增加任何麻烦。在图19C和19D所示的结构中，由于不存在经突起22b穿过液晶层30施加电压的区域，如图19A所示的结构那样，因此光效率几乎不减小。
在图19E所示的取向调整结构28中，通过使用介电层23的开口23a在靠近液晶层30的对置基板200b的一侧上形成凹陷部分，如图19D中所示的取向调整结构28中那样，并且只在凹陷部分的底部形成水平对准膜26。可以露出对置电极22的表面，而不是形成水平对准膜26，如图19C所示。
图20A和20B中示出了具有上述取向调整结构的液晶显示器件200。图20A是平面图，图20B是沿着图20A的线20B-20B’截取的剖面图。
液晶显示器件200包括TFT基板100a和对置基板200b，TFT基板100a具有包括子电极14a和无电极区15的图像元素电极14，对置基板200b具有取向调整结构28。TFT基板100a的结构不限于这里所示的结构，可以是上述任何其它结构。而且，即使在不存在施加电压时施加取向调整力的结构(图19B-19D和图19E)将用作取向调整结构28，图19B-19D所示的取向调整结构28可以用图19A中所示的取向调整结构代替。
在设置在液晶显示器件200的对置基板200b中的取向调整结构28当中，设置在与图像元素电极14的子电极14a相对的区域的中心周围的取向调整结构28是图19B-19D所示的取向调整结构，设置在与图像元素电极14的无电极区15相对的区域的中心周围的取向调整结构28是图19E中所示的取向调整结构。
通过这种设置，在穿过液晶层30存在施加电压时，即在图像元素电极14和对置电极22之间存在施加电压时，由图像元素电极14的子电极14a形成的径向倾斜取向的方向与由取向调整结构28形成的径向倾斜取向的方向对准，由此稳定了径向倾斜取向。这示意性地示于图21A-21C中。图21A示出了不存在施加电压的状态，图21B示出了在施加电压之后取向刚刚开始改变的状态(初始ON状态)，图21C示意性地示出了电压施加期间的稳定状态。
如图21A所示，即使在不存在施加电压的情况下，由取向调整结构(图19B-19D)28施加的取向调整力也作用于其附近的液晶分子30a，由此形成径向倾斜取向。
当电压施加开始时，(由TFT基板100a的电极结构)产生由图21B所示的等电位线EQ代表的电场，在对于无电极区15的每个区域中和对应子电极14a的每个区域中形成其中液晶分子30a处于径向倾斜取向的液晶畴，并且液晶层30达到了稳定状态，如图21C所示。每个液晶畴中的液晶分子30a的倾斜方向与通过由设置在对应区域中的取向调整结构28施加的取向调整力使液晶分子30a倾斜的方向一致。
当在稳定状态下在液晶显示器件200上施加应力时，液晶层30的径向倾斜取向一次瓦解，但是除去应力之后，由于来自子电极14a和取向调整结构28的取向调整力作用于液晶分子30a上，因此恢复了径向倾斜取向。因此，抑制了由于应力导致的后图像的产生。当来自取向调整结构28的取向调整力过强时，由于径向倾斜取向导致甚至在不存在施加电压时也发生延迟，由此显示对比率可能下降。然而，来自取向调整结构28的取向调整力不必很强，因为只需要稳定由倾斜电场形成的径向倾斜取向和固定其中心轴位置的效果。因此，不会引起使显示质量下降的延迟的取向调整力就足够了。
例如，当采用图19B所示的突起(肋)22b时，对于直径为大约30μm到大约35μm的子电极14a，每个突起22b可具有大约15μm的直径和大约1μm的高度(厚度)，由此获得足够的取向调整力，并抑制由于对实际水平的延迟造成的对比率的减小。
图22A和22B示出了包括取向调整结构的另一液晶显示器件200’。
液晶显示器件200’在与TFT基板100a的无电极区15相对的区域中没有取向调整结构。将要形成在与无电极区相对的区域中的图19E中所示的取向调整结构28的形成将给工艺带来难度。因此，鉴于生产效率，优选只使用图19A-19D所示的取向调整结构28中的一个。特别是，图19B所示的取向调整结构28是优选的，因为它可以通过简单的工艺来制造。
即使不在对应无电极区15的区域中提供取向调整结构，如液晶显示器件200’中那样，也可以获得与液晶显示器件200基本上相同的径向倾斜取向，如图23A-23C示意性地示出的，并且其抵抗应力的特性处于实际的水平。
在采用图19B所示的突起22b作为取向调整结构28的情况下，液晶层30的厚度可以由突起22b来限定，如图24A所示。换言之，突起22b还可用作控制单元间隙(液晶层30的厚度)的间隔器。这种设置的优点在于不必分开提供用于限定液晶层30的厚度的间隔器，由此简化了制造工艺。
在所示例子中，突起22b具有截头圆锥形状，其中侧表面22b1相对于基板21的基板平面倾斜小于90度的锥角θ。当侧表面22b1相对于基板平面倾斜小于90度的角度时，突起22b的侧表面22b1具有与由用于液晶层30的液晶分子30a的倾斜电场施加的取向调整力相同的方向的取向调整力，由此用于稳定径向倾斜取向。
如图24A-24C示意性地所示的，利用也用作间隔器的突起22b，也可以获得与利用液晶显示器件200’所获得的相似的径向倾斜取向。
尽管在图24A-24C所示的例子中，突起22b具有相对于基板平面倾斜小于90度的角度的侧表面22b1，突起22b也可以具有相对于基板平面倾斜90度或更大的角度的侧表面22b1。鉴于径向倾斜取向的稳定性，优选侧表面22b1的倾斜角基本上不超过90度，并且更优选倾斜角小于90度。即使倾斜角超过90度，只要接近90度(只要基本上不超过90度)，突起22b的侧表面22b1附近的液晶分子30a在基本上平行于基板平面的方向倾斜，由此就可以采取与边缘部分上的液晶分子30a的倾斜方向一致的径向倾斜取向，只具有稍微的扭曲。然而，如果突起22b的侧表面22b1的倾斜角基本上超过了90度，如图25所示，则突起22b的侧表面22b1将具有与用于液晶层30的液晶分子30a的倾斜电场施加的取向调整力相反方向的取向调整力，由此径向倾斜取向可能会不稳定。
也用作间隔器的突起22b不限于图24A和24B所示的具有截头圆锥形的突起。例如，突起22b可具有如图26所示的形状，因而在垂直于基板平面的平面内的其横截面是椭圆形的一部分(即，如椭圆体的一部分的形状)。在图26所示的突起22b中，在侧表面22b1相对于基板平面的倾斜角(锥角)沿着液晶层30的厚度改变时，侧表面22b1的倾斜角小于90度，与沿着液晶层30的厚度的位置无关。因此，具有这种形状的突起22b适合用作稳定径向倾斜取向的突起。
在制造液晶显示器件的工艺中，与上、下基板(TFT基板和对置基板)接触并也用作限定液晶层30的厚度的间隔器的上述突起22b可以形成在上基板上或下基板上。不管它形成在上基板上还是形成在下基板上，一旦上、下基板彼此固定在一起，突起22b都将与两个基板接触，用作间隔器，并用作取向调整结构。
设置在与子电极14a相对的区域中的所有突起22b都用作间隔器不是必须的。通过形成一些比用作间隔器的其它突起22b低的突起22b，可以抑制光泄漏的发生。
下面将介绍本实施例的另一种液晶显示器件。
图27A、27B和图28所示的每个液晶显示器件200A和200B的TFT基板100a包括在每个图像元素区中的图像元素电极14，该图像元素电极14包括三个子电极14a。设置在图像元素区中的三个子电极14a中的两个是透明电极，并且其余一个子电极14a是反射电极。子电极14a各具有正方形状。而且，每个液晶显示器件200A和200B的对置基板200b包括在与子电极14a相对的区域中的作为取向调整结构的突起(肋)22。
图27A中所示的液晶显示器件200A和图27B中所示的液晶显示器件200B彼此不同的地方在于对置基板200b的透明介电层29的结构。具体而言，在液晶显示器件200A中，透明介电层29分开地(独立地)形成在每个图像元素区中，如图27A所示，而在液晶显示器件200B中，图像元素区中的透明介电层29与另一图像元素区中的透明介电层29是连续的，其中另一图像元素区与上述图像元素区在行方向D1是相邻的，如图27B所示。在图像元素区中的透明介电层29与在一定方向相邻的另一图像元素区中的透明介电层29是连续的地方，如图27B所示，不再需要考虑用于在该方向上的透明介电层29的对准余量，由此可以减小该方向上的像素间隔，因此提高了孔径比和生产率。
在图27A和27B所示的各个液晶显示器件200A和200B中，图像元素区设置成使得在行方向D1彼此相邻的图像元素区的反射区R彼此相邻。相反，在图29A、29B、30A、和30B所示的各个液晶显示器件200C、200D、200E和200F中，每个图像元素区的反射区R不仅在行方向D1与下一个图像元素区的反射区R相邻，而且在列方向D2与下一个图像元素区的反射区R相邻。
在图29A所示的液晶显示器件200C中，在每个图像元素区中的反射区R中分开地形成透明介电层29。相反，在图29B、30A和30B所示的各个液晶显示器件200D、200E和200F中，图像元素区的透明介电层29与在行方向D1和/或列方向D2与该图像元素区相邻的另一图像元素区中的透明介电层29是连续的，由此可以提高孔径比和生产量。特别是，在图30B所示的液晶显示器件200F中，图像元素区中的透明介电层29与在行方向D1与该图像元素区相邻的另一图像元素区中的透明介电层29是连续的，并且与在列方向D2与该图像元素区相邻的另一图像元素区中的透明介电层29是连续的，由此不再需要考虑在行方向D1或列方向D2上用于透明介电层29的对准余量。这种设置在提高孔径比和生产率方面是非常有效的。
图27-30示出了如下设置其中每个图像元素区相等地被分为由子电极14a(称为“子图像元素区”)限定的多个区域，它们具有相同的尺寸和形状，但是在本发明中图像元素区不必被相等地分割。一个图像元素区的一个或多个子图像元素区可以具有不同于其它子图像元素区的尺寸/形状，或者透射区T中的子图像元素区可具有不同于反射区中的子图像元素区的尺寸/形状。而且，图27-30示出了子图像元素区具有正方形状并具有1∶1的长宽比的设置，但是在本发明中子图像元素区的长宽比不必是1∶1。
图31A所示的液晶显示器件200G不同于图27A所示的液晶显示器件200A的地方在于设置在反射区R中的子电极14a具有长方形形状，并且反射区R中的子图像元素区具有长方形状。尽管根据图像元素区的长宽比以1∶1的长宽比在图像元素区中形成所有的子图像元素区可能是困难的，如果一个或多个子图像元素区具有不同于其它的形状(例如，长方形)，如图31A所示，多个子电极14a可以尽可能紧密地设置在图像元素区内，由此增加了每个图像元素区中的子电极14a的面积比，因此增加了孔径比。应该注意的是，当根据图像元素区的长宽比对一个或多个子图像元素区的尺寸/形状进行调整时，如果调整反射区R中的子图像元素区的尺寸/形状，对显示的影响很小。这是因为与透射区T相比，具有较小单元间隙(液晶层30的厚度)的反射区R在第一位置上具有的更好的响应特性，并且显示质量的所需水平也较低。
图31B所示的液晶显示器200H与图27A所示的液晶显示器件200A类似，除了设置在透射区T中的两个正方形子图像元素区(子图像元素电极14a)被具有较大长宽比(大约1∶2)的一个长方形子图像元素区(子图像元素电极14a)代替之外。如果通过使用较大长宽比的子图像元素区(子电极14a)减少每个图像元素区中的子图像元素区(子电极14a)的数量，尽管取向稳定性和响应速度下降了，但是可以减小图像元素区中的无电极区15的面积比，由此可以进一步提高孔径比。由本发明人所作的研究表明，即使采用具有大约1∶2的长宽比的子电极14a，也能获得足够稳定的径向倾斜取向。
而且，根据图像元素区的形状，每个图像元素区中的所有子图像元素区(子图像元素电极14a)都可以长方形的，如图32A和32B分别所示的液晶显示器件200I和200J那样，从而提高了孔径比。在图32A所示的液晶显示器件200I中，透射区T中的两个子图像元素区(子电极14a)和反射区R中的一个子图像元素区(子电极14a)都是长方形的。而且，在图32B所示的液晶显示器件200J中，透射区T中的一个子图像元素区(子电极14a)和反射区R中的一个子图像元素区(子电极14a)是长方形的。
注意，图27-32示出了优选以透射模式显示图像的设置，其中透射区T和反射区R之间的面积比为大约2∶1。应该理解，优选以反射模式显示图像时，反射区R的面积比可以比透射区T的面积比高，如图33A和33B分别示出的液晶显示器件200K和200L那样。
在图33A所示的液晶显示器件200K中，每个图像元素区中的三个正方形子电极14a中的两个是反射电极，其余一个正方形子电极14a是透明电极，透射区T和反射区R之间的比例为大约1∶2。
在图33B所示的液晶显示器件200L中，每个图像元素区包括作为透明电极的一个正方形子电极14a和作为反射电极的一个长方形(长宽比1∶2)子电极14a，透射区T和反射区R之间的面积比也为大约1∶2。
而且，为了提高透射区T中的液晶层30的响应特性，透射区T中的每个子电极14a可具有角部为锐角的形状，如图34A所示的液晶显示器件200M那样。或者，为了增加取向稳定性和透射区T的透射率，透射区T中的每个子电极14a可以形成为桶状(具有大体弧形角部的大体正方形形状)，如图34B所示的液晶显示器件200N那样。
注意，尽管本实施例涉及一种包括在对置基板200b上的取向调整结构的液晶显示器件，由本发明人对于各种设置所作的研究表明通过在TFT基板100a的子电极14a的中心部分上提供突起(肋)，也可以形成稳定的径向倾斜取向。在作为取向调整结构的突起22b设置在与子电极14a相对的区域中的对置基板200b上时，如图35A所示，突起22b的取向调整力与在无电极区15的边缘部分产生的倾斜电场的取向调整力一致。相反，在突起(肋)18设置在TFT基板100a的子电极14a的中心部分上时，如图35B所示，其取向调整力明显与无电极区15的边缘部分产生的倾斜电场的取向调整力不一致。然而，由于突起18借助其表面结构施加强的取向调整力，因此在存在施加电压时，在子电极14a上方的液晶分子30a产生扭曲亚稳态，以便与无电极区15的边缘周围的液晶分子30a的取向一致，由此可以形成稳定的径向倾斜取向。
实施例3现在参照图36介绍本实施例的液晶显示器件300。液晶显示器件300不同于图1A和1B所示的液晶显示器件100的地方在于位于透射区T中的子电极14a的边缘部分上的液晶层30的厚度de小于子电极14a的中心部分的液晶层30的厚度，如图36所示。
由于液晶层30的厚度(单元间隙)较小(由此电场的效果更显著)，因此液晶分子30a的响应速度通常较高，并且响应速度一般与液晶层30的厚度的平方成反比。因此，如果子电极14a的边缘部分(外围)的液晶层30的厚度小于子电极14a的中心部分上的液晶层30的厚度dc，如本实施例这样，则子电极14a的边缘部分上方的液晶分子30a的响应速度高于子电极14a的中心部分上方的液晶分子30a的响应速度。边缘部分上方的液晶分子30a是触发径向倾斜取向的形成的液晶分子。因此，如果边缘部分上方的液晶分子30a的响应速度增加了，则将更快速地形成液晶畴。结果是，形成液晶畴的液晶层30的整个区域的响应速度增加了。因此，本实施例的液晶显示器件300具有所希望的响应特性。
注意到，通过减小整个图像元素区的单元间隙，可以进一步提高响应速度，则必须增加液晶材料的折射率各向异性(Δn)，以便对通过液晶层30的光提供预定延迟。然而，利用常用的液晶材料，随着折射率各向异性增加，粘度将增加，由此抵消了通过减小单元间隙获得的响应速度提高的优点。因此，简单地通过减小整个穿过图像元素区的液晶层30的厚度，不可能充分地提高响应速度。
相反，在本实施例的液晶显示器件300中，只在图像元素区的一部分(对应子电极14a的边缘部分的区域)中减小单元间隙，而不必增加液晶材料的折射率各向异性(Δn)，由此可以充分地提高响应速度。
为了充分地提高响应速度，子电极14a的边缘部分上的液晶层30的厚度de和其中心部分上的液晶层30的厚度dc之间的差优选为0.5μm，更优选为1μm或更高，并且甚至更优选为1.5μm或更高。
应该注意到，在本实施例中，对于透射区T采用单元间隙在子电极14a的边缘部分上比在子电极14a的中心部分上小的结构，这种结构还可以用于反射区R或同时用于透射区T和反射区R。然而，应该注意的是，由于反射区R在第一位置上具有较小单元间隙，因此通过至少在透射区T中减小边缘部分上的单元间隙，可以获得响应速度提高的期望效果。
在本实施例中，通过设置边缘部分的子电极14a的表面的高度大于子电极14a的中心部分上的表面高度，使得边缘部分上的液晶层30的厚度de小于中心部分上的液晶层30的厚度dc，如图36所示。更具体地说，在图像元素电极14和透射基板11之间设置层间绝缘膜19，并且层间绝缘膜19的表面的高度局部变化，由此在其边缘部分上的子电极14a的表面高于其中心部分上的高度。
本实施例的层间绝缘膜19包括其中在靠近液晶层30的一侧上的其表面的高度连续改变的第一区19a，以及其中靠近液晶层30的一侧上的其表面的高度基本不变的第二区19b。透射区T中的子电极14a的边缘部分位于第一区19a中，子电极14a的中心部分为第二区19b中。
鉴于显示质量，优选层间绝缘膜19的第一区19a的倾斜角(相对于基板11的表面的倾斜角)较小。由于在第一区19a中形成的垂直对准膜具有用于使液晶分子30a垂直于其表面取向的取向调整力，因此第一区19a中的液晶分子30a相对于基板11的表面在倾斜方向取向。随着第一区19a的倾斜角增大，液晶分子30a的倾斜度也增大。由于不管施加电压存在或不存在，都存在来自垂直对准膜的取向调整力，因此由于第一区19a中的倾斜的液晶分子30a而在黑色显示中产生光泄漏。因此，如果层间绝缘膜19的第一区19a的倾斜角过大，则对比率下降。因此，层间绝缘膜19的第一区19a的倾斜角优选很小，并且层间绝缘膜19优选具有平缓的倾斜度。具体而言，层间绝缘膜19的第一区19a相对于基板11的表面的的倾斜角优选为30度或更小，更优选为20度或更小。
注意，如果子电极14a的表面的高度在整个子电极14a上连续改变，则液晶层30的延迟穿过子电极14a不再是不变的，由此显示质量可能退化。在这种情况下，使用相位差补偿器难以适当地补偿相位差。如果层间绝缘膜19包括其中靠近液晶层30的一侧上的表面的高度基本上恒定的第二区19b，如本实施例这样，则可以抑制这些问题。
具有上述平缓倾斜度的层间绝缘膜19可以例如通过以下步骤形成使用光掩模曝光和显影光敏树脂膜，然后在热处理中使膜热变形。具体而言，如图36所示的具有平缓倾斜度的层间绝缘膜19可以如下形成首先在透明基板11的表面上形成光敏树脂膜，使用光掩模对该膜进行曝光，以使对应反射区R的部分不曝光，同时用预定量的光使对应透射区T的部分被曝光，对该膜进行显影，然后在预定温度下对该膜进行热处理。注意，曝光工艺是利用这种曝光值进行的，即对应透射区T的一部分光敏树脂膜不被完全除去，而是在显影工艺之后部分地保留下来。这种曝光工艺有时被称为“半曝光工艺”。
注意到，利用在子电极14a的边缘部分局部地减小单元间隙的设置，如本实施例那样，优选采用使用圆偏振光的显示模式，即如下显示模式入射到液晶层30上的光是圆偏振光，并且圆偏振光被调制穿过液晶层30以显示图像。现在将参照图37介绍其原因。图37是表示在存在施加电压时，子电极14a的边缘部分的放大剖面图。
如图37所示，如果子电极14a的边缘部分形成在倾斜表面上，则在存在施加电压时，在子电极14a的边缘部分上方的液晶分子30a的取向和无电极区15上方的液晶分子的取向之间，其连续性的程度可能较差。因此，参见图37所示，边缘部分上方的液晶分子30a一旦由于电场效应而下降，之后改变了由图中箭头所示的其取向的方位角，以便保持与其它相邻液晶分子30a的取向连续性的程度。因此，边缘部分附近的液晶分子30a显示了响应施加电压的两级响应行为。在第二步中，取向的方位角缓慢地改变，在使用线性偏振光的显示模式中会产生透射率(亮度)的变化，由此在这种显示模式中通过局部减小子电极14a的边缘部分上的单元间隙不可能获得提高响应速度的足够效果。相反，在使用圆偏振光的显示模式中，液晶分子30a方位角的改变基本上不影响透射率，由此可以获得提高响应速度的所希望的效果。
使用圆偏振光的显示模式可以例如通过在液晶层30的两侧提供圆偏振板(例如，线性偏振板和λ/4板的组合)来实现。
本发明提供一种具有宽视角特性、高显示质量和高孔径比并能产生明亮显示的的透射-反射型液晶显示器件。
本发明的液晶显示器件适合用于各种类型的产品如个人计算机、电视机和PDA中的显示器件。
前面已经根据优选实施例介绍了本发明，但是对于本领域普通技术人员来说，显然所公开的发明可以以各种方式改变，并且除了这里具体列出和所述的实施例以外，还可以有很多实施方式。因而，所附权利要求书应该涵盖落入本发明的实质精神和范围内的所有修改。
权利要求
1.一种液晶显示器件，包括第一基板；第二基板；和在第一基板和第二基板之间提供的液晶层，其中多个图像元素区限定在一个矩阵图形中，该矩阵图形包括在第一方向延伸的多个行和在与第一方向交叉的第二方向延伸的多个列；多个图像元素区的每个包括第一电极、第二电极和设置在第一电极和第二电极之间的液晶层，其中第一电极设置在靠近液晶层的第一基板的一侧上，第二电极设置在靠近液晶层的第二基板的一侧上以便与第一电极相对；在多个图像元件区的每个中，第一电极包括多个子电极，由此在第一电极和第二电极之间不存在施加电压时，液晶层采取垂直对准，并且响应施加于第一电极和第二电极之间的电压，通过在多个子电极周围产生的倾斜电场而在第一电极的多个子电极上方形成多个第一液晶畴，多个第一液晶畴的每个采取径向倾斜取向；多个图像元素区的每个包括透射区和反射区，其中透射区使用来自第一基板侧的光以透射模式显示图像，而反射区使用来自第二基板侧的光以反射模式显示图像；在多个图像元素区的每个中，反射区中的液晶层的厚度dr小于透射区中的液晶层的厚度dt，并且第二基板包括一个阶梯部分，该阶梯部分具有位于反射区中的上级、位于透射区中的下级以及将上级和下级相互连接起来的侧表面，该阶梯部分的侧表面位于反射区中，并被第二电极覆盖；和第一电极的多个子电极在第二方向设置成行，并且在每帧中穿过多个图像元素区当中的第一图像元素区中的液晶层所施加电压的极性，不同于穿过多个图像元素区当中的第二图像元素区中的液晶层所施加电压的极性，其中该第二图像元素区与第一图像元素区属于同一行，并且属于与第一图像元素区所属列相邻的列。
2.根据权利要求1所述的液晶显示器件，其中多个图像元素区各具有如下形状其纵向方向在第二方向限定，其宽度方向在第一方向限定。
3.根据权利要求1所述的液晶显示器件，其中穿过属于多个图像元素区当中的一列的多个图像元素区中的液晶层所施加的电压极性对于每帧中的每n个行(其中n是1或更大的整数)是相反的。
4.根据权利要求1所述的液晶显示器件，其中在每帧中，穿过第一图像元素区中的液晶层所施加电压的极性，不同于穿过第三图像元素区中的液晶层所施加电压的极性，该第三图像元素区与第一图像元素区属于同一列，并属于与第一图像元素区所属行相邻的行。
5.根据权利要求1所述的液晶显示器件，其中多个子电极的每个的形状具有旋转对称性。
6.根据权利要求5所述的液晶显示器件，其中多个子电极的每个具有大体圆形的形状。
7.根据权利要求5所述的液晶显示器件，其中多个子电极的每个具有大体矩形的形状。
8.根据权利要求5所述的液晶显示器件，其中多个子电极的每个具有带有大体弧形角部的大体矩形形状。
9.根据权利要求5所述的液晶显示器件，其中多个子电极的每个具有带有锐角角部的形状。
10.根据权利要求1所述的液晶显示器件，其中第一基板包括其中不设置第一电极的多个无电极区，多个无电极区基本上包围第一电极的多个子电极；和液晶层通过响应第一电极和第二电极之间施加的电压而在多个子电极周围产生的倾斜电场的作用，在多个无电极区中形成多个第二液晶畴，并且多个第二液晶畴的每个采取径向倾斜取向。
11.根据权利要求10所述的液晶显示器件，其中多个第一液晶畴的取向和多个第二液晶畴的取向是彼此连续的。
12.根据权利要求10所述的液晶显示器件，其中多个无电极区的至少一些无电极区具有基本上相同的形状和基本上相同的尺寸，并形成设置为具有旋转对称性的至少一个单元格。
13.根据权利要求12所述的液晶显示器件，其中多个无电极区中的至少一些的每个的形状具有旋转对称性。
14.根据权利要求1所述的液晶显示器件，其中第二基板包括在对应多个第一液晶畴的至少一个的区域中的取向调整结构，该取向调整结构施加取向调整力，用于在至少存在施加电压的情况下将至少一个第一液晶畴中的液晶分子取向成径向倾斜取向。
15.根据权利要求14所述的液晶显示器件，其中取向调整结构设置在至少一个第一液晶畴的中心附近的区域中。
16.根据权利要求14所述的液晶显示器件，其中取向调整结构施加取向调整力，用于即使在不存在施加电压的情况下也能使液晶分子取向成径向倾斜取向。
17.根据权利要求16所述的液晶显示器件，其中取向调整结构是从第二基板向液晶层中突出的突起。
18.根据权利要求17所述的液晶显示器件，其中液晶层的厚度由从第二基板向液晶层中突出的突起限定。
19.根据权利要求1所述的液晶显示器件，其中在多个图像元素区的每个中，在多个子电极的至少一个的边缘部分上的液晶层的厚度de小于至少一个子电极的中心部分上的液晶层的厚度dc。
20.根据权利要求19所述的液晶显示器件，其中至少一个子电极在其边缘部分上的表面的高度大于其中心部分上的表面的高度。
21.根据权利要求20所述的液晶显示器件，其中第一基板包括透明基板和设置在透明基板和第一电极之间的层间绝缘膜；层间绝缘膜包括第一区，在该第一区中，在靠近液晶层的一侧其高度连续改变；和至少一个子电极的边缘部分位于第一区中。
22.根据权利要求21所述的液晶显示器件，其中层间绝缘膜包括第二区，在该第二区中，在靠近液晶层的一侧其高度基本上不变；和至少一个子电极的中心部分位于第二区中。
23.根据权利要求19所述的液晶显示器件，其中入射到液晶层上的光是圆偏振光，该圆偏振光被调制通过液晶层以显示图像。
24.根据权利要求1所述的液晶显示器件，其中第一电极包括限定透射区的透明电极和限定反射区的反射电极。
25.根据权利要求1所述的液晶显示器件，其中第二基板还包括一个透明介电层，该透明介电层选择地设置在多个图像元素区的每个中的反射区中。
26.根据权利要求25所述的液晶显示器件，其中设置在多个图像元素区的每个中的透明介电层与设置在相邻图像元素区的至少一个中的透明介电层是连续。
27.根据权利要求1所述的液晶显示器件，其中第一基板还包括为多个图像元素区的每个提供的开关元件；并且第一电极是为多个图像元素区的每个提供的并由开关元件转换的图像元素电极，并且第二电极是与多个图像元素电极相对的至少一个对置电极。
全文摘要
在每个图像元素区中，设置在靠近液晶层的第一基板的一侧上的第一电极包括多个子电极，由此液晶层通过在子电极周围产生的倾斜电场而在每个子电极上方形成采取径向倾斜取向的液晶畴。第二基板包括阶梯部分，该阶梯部分包括位于反射区中的上级、位于透射区中的下级以及将上级和下级彼此连接在一起的侧表面，阶梯部分的侧表面位于反射区中并被第二电极覆盖。多个子电极在列方向D2设置成行，并且在行方向D1彼此相邻的图像元素在每帧中被相反极性的电压驱动。
文档编号G02F1/139GK1637492SQ20041010266
公开日2005年7月13日 申请日期2004年12月24日 优先权日2003年12月24日
发明者久保真澄 申请人:夏普株式会社