液晶显示设备的制作方法

本发明涉及一种用于显示图像的液晶显示设备，并且更具体地涉及能够扩大视场角的横向电场模式的液晶显示设备。

背景技术：

近年来，以具有较佳视场角特性的边缘场转换(FFS)或平面转换(IPS)方式为代表的横向电场模式已被广泛用作用于液晶显示设备的显示模式。此外，对于电视接收机而言，除作为当前主流的全高清(FHD，1920×1080像素)的屏幕分辨率之外，4K2K(3840×2160像素)的屏幕分辨率已变得普遍。此外，在不久的将来，预期在本领域中出现8K4K(7680×4320像素)的屏幕分辨率。可以预料屏幕尺寸随着分辨率增加而扩大，并且因此对增强视场角特性的需求也进一步增加。

在IPS模式的液晶显示设备中，在正视图中，间隔地布置两种梳状电极(像素电极和公共电极)。在像素电极与公共电极之间施加电场从而驱动液晶分子。即使视场角改变，液晶分子的配向也将不会显示出较大变化，这允许即使观察者改变观察方向也没有显示上的较大变化，从而呈现良好的视场角特性。另一方面，在FFS模式的液晶显示设备中，布置有平面公共电极和较小的像素电极，在其之间夹有绝缘层。在像素电极与公共电极之间施加的称为边缘电场的电场用于驱动液晶分子。在FFS模式下，由于边缘电场与IPS模式相比包括在与基板正交的方向上具有分量的更多电场，所以液晶分子更有可能在非预定垂直方向上变形。这使视场角特性劣化，并且从而使视场角特性与在IPS模式下的相比退化。这是IPS与FFS之间的差别，其两者都是横向电场模式的类型。

日本专利申请特许公开No.2009-186869提出了兼备FFS模式的特性的IPS模式的液晶显示设备。图1是日本专利申请特许公开No.2009-186869中描述的不包括滤色基板的液晶显示设备的示意性正视图，其示出与一个子像素对应的部分。在日本专利申请特许公开No.2009-186869的图1中示出类似的图。图2是沿着图1中的线VI-VI的横截面图。在日本专利申请特许公开No.2009-186869的图3中示出类似的图。液晶层130被设置在阵列基板AR与滤色基板CF之间。阵列基板AR、滤色基板CF和液晶层130被布置在第一偏振片131与第二偏振片132之间。阵列基板AR包括在其上面形成栅极绝缘膜114的第一透明基板111，并且进一步在栅极绝缘膜114上形成数据线(信号线)以及钝化膜115。在钝化膜115上形成平坦化膜116。在平坦化膜116上牢固地设置第三电极118，同时在第三电极118上形成绝缘膜119。在绝缘膜119上，布置第一电极121和第二电极122，其两者都具有梳状形状，在其之间具有间隙120。第一电极121和第二电极122被覆盖有第一配向膜124。滤色基板CF包括第二透明基板125、光屏蔽膜126、滤色膜127、外涂层膜128和第二配向膜129。

第一电极121通过在绝缘膜119、平坦化膜116和钝化膜115中形成的第一接触孔117电连接到TFT 134的漏极电极133。第二电极122通过在绝缘膜119中形成的第二接触孔123电连接到第三电极118。在第一电极121与第二电极122之间施加电场E1，并在第一电极121与第三电极118之间施加电场E2。由于第一电极121和第二电极122在同一平面上，所以由电场E1实现的液晶分子的移动与在IPS模式的液晶显示设备中的那种类似。此外，由于第一电极121和第三电极118经由绝缘膜119而在正视图中相互重叠，所以由电场E2实现的液晶分子的移动与在FFS模式的液晶显示设备中的那种类似。日本专利申请特许公开No.2009-186869描述了可通过兼备两个模式的功能来获得带有具有IPS和FFS两者的优点的高亮度显示器的液晶显示设备，其中，可在改善烧损现象和闪烁的同时获得高开口率以及高亮度。

日本专利申请特许公开No.2008-39806提出了一种在FFS模式下以高灰度改善视场角特性的技术。图3是在日本专利申请特许公开号2008-39806中描述的液晶显示设备的正视图，示出与一个子像素对应的部分。图4是沿着图3中的线VII-VII的横截面图。在基板301上形成第一公共电极321、第二公共电极322和栅极绝缘电极304，而在栅极绝缘膜304上形成电容电极307和间层绝缘膜308。在间层绝缘膜308上形成平面像素电极310。在像素电极310处，形成狭缝3101和梳状电极3102。像素电极310被覆盖有配向膜311。像素电极310、第一公共电极321和第二公共电极322由透明电极形成。在滤色基板313上，层压滤色器314和配向膜311。在两个配向膜311之间布置液晶层3121。在扫描线(栅极线)303上，非晶Si膜305经由栅极绝缘膜304形成，并且连接到非晶Si膜305的漏极电极351以及源极电极352也被形成。像素电极310经由通孔309连接到漏极电极351。源极电极352与数据线(源极线)306整体地形成。第一公共电极321连接到公共布线323。

将作为恒压的公共电压从公共布线323施加到第一公共电极321。虽然第二公共电极322是浮动电极，但其经由电容电极307与第一公共电极321电容耦合。如图4所示，电容电极307在与第一公共电极321和第二公共电极322平面重叠的同时在栅极绝缘膜304上形成。电容电极307的电位是浮动电位。电容Cb1形成在电容电极307与第一公共电极321之间，而电容Cb2形成在电容电极307与第二公共电极322之间。

如图4所示，从像素电极310的梳状电极3102的上表面起的电通量线穿透液晶层3121并朝着第一公共电极321和第二公共电极322延伸。用于使液晶工作的第二公共电极322的电位变为其像素电极310的电位和公共电位分别被隔着液晶的第二公共电极322与像素电极310之间的电容和隔着电容电极307的第二公共电极322与第一公共电极321之间的电容所电容划分之后的电位。

因此，在同一像素中存在用于驱动液晶的两个电场。因此，如图4所示，作用于在像素的中心附近的第二公共电极322之上的液晶上的电场Ec和作用于在第一公共电极321之上的液晶上的较大电场Ep位于第二公共电极322的任一侧。日本专利申请特许公开No.2008-39806描述了用两个不同电场Ec和Ep(Ec＜Ep)来改善视场角特性，主要是由于电场Ec小于电场Ep。

技术实现要素：

[本发明要解决的问题]

当模拟在日本专利申请特许公开No.2009-186869中描述的设备的电压和透光率的性质时，并不一定获得所谓高亮度的行为。图5是在日本专利申请特许公开No.2009-186869中描述的液晶显示设备的结构的假设模型的横截面图。图5示出第一电极221、第二电极222、第三电极218、绝缘膜219、第一配向膜224、第二配向膜229和液晶层230。在图5中，液晶层的厚度由234表示，第一电极221的宽度由235表示，并第二电极222的宽度由236表示。在这里假设绝缘膜219是具有的膜厚度的硅氮化物膜(SiNx)，间隙220是5μm，液晶层230的厚度234是3.5μm，并且第一电极221的宽度236以及第二电极222的宽度236被设置成3μm。分别地在第一配向膜224下侧和第二配向膜229的上侧设为玻璃基板。偏振片被贴合到分别以正交尼科尔棱镜的关系布置的液晶层230的两侧。在图中未示出玻璃基板和偏振片。液晶分子的初始配向被相对于其中第一电极221和第二电极222延伸的方向设定为7°，从而与位于下侧的偏振片的吸收轴重叠。此外，液晶参数使用一般值。省略液晶参数的详细说明。

接下来，将描述模拟中的用于第一电极221、第二电极222和第三电极218的条件。首先，假设使用在日本专利申请特许公开No.2009-186869中描述的液晶显示设备的结构，第二电极222和第三电极218的电位被固定到参考电位，并且第一电极221的电位从参考电位变成+4V以计算透光率的电压相关性。将此设为(1)。接下来，假设采用FFS模式，第三电极218的电位被固定到参考电位，并且第一电极221和第二电极222的电位从参考电位变成+4V以计算透光率的电压相关性。将此设为(2)。此外，第三电极218的电位被固定到参考电位，并且使得第二电极222电浮动，并且第一电极221的电位从参考电位变成+4V，以计算透光率的电压相关性。这些条件是在这样的假设下设定的，即在(1)中不向第二电极222施加电位，并且在第一电极221与第二电极222之间不出现电场，不产生所谓的IPS模式的效果。将此设为(3)。

图6是示出图5中的横截面模型中的透光率的计算结果的特性曲线图。图6示出在(1)、(2)和(3)的条件下的透光率的计算结果。图中的横轴指示第三电极218与第一电极221之间的电压，而纵轴用任意单位(a.u.)来指示透光率。此外，用白色圆形标记来表示(1)的条件下的计算结果，用黑色圆形标记来表示(2)的条件下的计算结果，并且用—三角形标记来表示(3)的条件下的计算结果。在本模型中，(1)的条件下的计算结果与(3)的条件下的计算结果基本上相同。在4V的电压下比较，透光率在(2)的条件下是最大的，而透光率在(1)和(3)的条件下是基本上相同的，显示出(2)的条件下的透光率的约65％。该计算结果意味着IPS模式在(1)的条件下具有很少的效果，意味着液晶分子主要由边缘电场驱动。换言之，在日本专利申请特许公开No.2009-186869中描述的液晶显示设备至少在上述条件下与在FFS模式中的情况类似地起作用，这降低透光率。然而，将(1)的条件与(2)的条件相比较，(1)的条件下其中边缘电场的生成区域减小，这因此其中电场在与基板正交的方向上具有分量的区域减小。这导致其中液晶分子在其中电压为4V的状态下在垂直方向上变形的区域的减小，从而抑制视场角特性的劣化。

如上所述，在日本专利申请特许公开No.2009-186869中描述的液晶显示设备中，其中生成边缘电场的区域减小，在液晶分子的垂直方向上变形的区域减小，从而抑制视场角特性的劣化。同时，如由先前所述的模拟结果所示，出现透光率降低的问题。

此外，在日本专利申请特许公开No.2008-39806中描述的液晶显示设备中，由于生成电场Ec和Ep，虽然在其量值方面不同，在从黑色显示到中色调显示的范围内，在像素中生成边缘电场的区域保持相同，无论电容耦合结构如何。因此，其中液晶分子由于边缘电场中的垂直分量而变形的区域也是相同的。也就是说，改善了视场角特性，因为像素的一部分处的边缘电场被减小，不是因为其中液晶分子由于边缘电场中的垂直分量而变形的区域减小，其效果有限。此外，由于像素的一部分中的边缘电场较小，所以透光率降低。

本发明的目的在于提供一种FFS模式的液晶显示设备，其中，通过减小其中在与基板正交的方向上具有分量的边缘电场所产生的区域而在不降低透光率的同时改善视场角特性。

[用于解决问题的手段]

根据本公开的第一方面的液晶显示设备，包括：一对基板；夹持在该对基板之间保持的液晶；多个扫描线，其被布置在该对基板中的一个基板上；多个数据线，其以与所述扫描线交叉的方式，被布置在所述一个基板上；透明且平面状的第一电极，其在所述一个基板上布置在被与多个子像素中的每一个相对应地开口的区域中，所述多个子像素被布置为由扫描线和数据线所划分的矩阵形；以及至少一个第二电极和至少一个第三电极，其在正视图中其介由绝缘膜被交替地布置在第一电极之上。第二电极和第三电极被独立地驱动。用于驱动液晶的电压单独地被施加在第二电极与第一电极之间以及在第三电极与第一电极之间。

在液晶显示设备中，在子像素的区域中包括两个扫描线，在两个扫描线分别设有有源元件，并且第二电极和第三元件分别由该有源元件驱动。

在液晶显示设备中，向第一电极施加参考电位，在其中子像素中的灰度处于从最低灰度到特定灰度的范围内的情况下向第二电极施加用于灰度驱动的电位，并且在其中子像素中的灰度处于从最低灰度到特定灰度的范围内的情况下向第三电极施加参考电位，并且在其中灰度处于从比特定灰度高一个的灰度至最高灰度的范围内的情况下向第三电极施加用于灰度驱动的电位。

在这里，在从最低灰度至特定灰度的范围内，使用由第一电极与第二电极之间的电位差生成的边缘电场来驱动液晶分子，从而在第一电极与第三电极之间不引起边缘电场。因此，减小了其中生成边缘电场的总区域，这进一步减小了在与基板正交的方向上具有分量的电场。同样地，液晶分组在垂直方向上不太可能变形，使得可以抑制视场角特性的劣化。

此外，在从比特定灰度高一个的灰度至最高灰度的范围内逐渐地向第三电极施加用于灰度驱动的电位，还逐渐地增加在与基板正交的方向上的分量的电场。最后，在最高灰度下的在与基板正交的方向上的分量具有最大电场。这里的在与基板正交的方向上的分量的电场与在其中用与在常规FFS模式中相同的电位同时地灰度驱动第二电极和第三电极以达到最高灰度且将不会进一步增加的状态下的在与基板正交的方向上的分量的电场相同。

在根据本申请的第二方面的液晶显示设备中，由第一电极和第二电极形成的存储电容与由第一电极和第三电极形成的存储电容基本上相同。

此外，在液晶显示设备中，优选地，子像素的区域中的每一个有源元件上的寄生电容是基本上相同的。

在这里，由第二电极和第三电极接收到的馈通电压是相同的，并且因此第二电极和第三电极的电特性也是相同的，这允许子像素显示出稳定的显示特性。

在根据本申请的第三方面的液晶显示设备中，在不同的绝缘膜上形成第二电极和第三电极。

在这里，可避免第二电极与第三电极之间的短路。此外，与在同一绝缘膜上形成第二电极和第三电极的情况相比，可减轻用于保持第二电极与第三电极之间的距离的约束。

本发明的效果

根据本申请，在FFS模式的液晶显示设备中，在进一步改善视场角特性的同时并未降低透光率，使得即使当相对于显示屏从倾斜方向看时，图像质量劣化也很小，可确保高质量的显示。

附图说明

图1是从其中排除了滤色基板的日本专利申请特许公开No.2009-186869中描述的液晶显示设备的示意性正视图，示出与一个子像素对应的部分；

图2是沿着图1中的线VI-VI的横截面图；

图3是在日本专利申请特许公开No.2008-39806中描述的液晶显示设备的正视图，示出与一个像素对应的部分；

图4是沿着图3中的线VII-VII的横截面图；

图5是在日本专利申请特许公开No.2009-186869中描述的液晶显示设备的结构的假设模型的横截面图；

图6是示出图5中的横截面模型中的透光率的计算结果的特性曲线图。

图7是根据本公开的实施例1的用于液晶显示设备的一个子像素的配置的正视图；

图8是沿着图7中的线I-I的横截面图；

图9是与沿着图7中的线II-II的横截面对应的模拟模型的横截面图；

图10是示出其中同时向第二电极和第三电极施加相同量值的驱动电位的情况下的电位-透光率特性的模拟结果的特性曲线图；

图11是示出其中向第二电极施加在0至Vw范围内的驱动电位并向第三电极施加固定参考电位Vcom的情况下的电位-透光率特性的模拟结果的特性曲线图；

图12是示出其中向第二电极施加固定驱动电位Vw并向第三电极施加0至Vw的范围内的驱动电位的情况下的电位-透光率特性的模拟结果的特性曲线图；

图13是示出其中优化用于第二电极和第三电极的驱动条件的情况下的电位-透光率特性的模拟结果的特性曲线图；

图14是示出用于第二电极和第三电极的驱动条件的表；

图15是示出用于第二电极和第三电极的驱动条件的另一示例的表；

图16A是示出当方位角是0°时的用于透光率的模拟结果的特性曲线图；

图16B是示出当方位角是0°时的用于透光率的模拟结果的特性曲线图；

图17A是示出当方位角是90°时的用于透光率的模拟结果的特性曲线图；

图17B是示出当方位角是90°时的用于透光率的模拟结果的特性曲线图；

图18A是示出其中同时向第二电极和第三电极施加相同量值的驱动电位的情况下的电场的状态的示意性横截面图；

图18B是示出其中同时向第二电极和第三电极施加相同量值的驱动电位的情况下的电势的状态的示意性横截面图；

图19A是示出在图14中所示的驱动条件Va至Ve下驱动液晶显示设备的情况下的电场的状态的示意性横截面图；

图19B是示出在图14中所示的驱动条件Va至Ve下驱动液晶显示设备的情况下的电位的状态的示意性横截面图；

图20是根据本公开的实施例1的用于液晶显示设备的配置的框图；

图21是根据本公开的实施例2的用于液晶显示设备的一个子像素的配置的正视图；

图22是沿着图21中的线III—III的横截面图；

图33是根据本公开的实施例3的用于液晶显示设备的一个子像素的配置的正视图；

图24是示出根据本公开的实施例3的用于液晶显示设备的一个子像素的配置的正视图；

图25是沿着图23中的线IV-IV的横截面图；

图26是沿着图24中的线V-V的横截面图；

图27是根据本公开的实施例5的用于液晶显示设备的一个子像素的配置的正视图；以及

图28是根据本公开的实施例5的用于液晶显示设备的一个子像素的配置的正视图。

具体实施方式

下面将参考示出本公开的实施例的附图来具体地描述本公开的实施例。

＜实施例1＞

图7是示出根据本公开的实施例1的用于液晶显示设备的一个子像素的配置的正视图。图8是沿着图7中的线I-I的横截面图。图8示出包括采用作为有源元件的TFT的电路的薄膜晶体管(TFT)基板、液晶层、与TFT基板相对的对置基板。下面将详细地描述图7和图8中所示的实施例1。

液晶显示设备包括多个扫描线和与扫描线交叉的多个数据线。组成在液晶显示设备上显示的图像的多个子像素被布置为由扫描线和数据线所划分的矩阵形。在TFT基板中，与多个子像素对应的子像素区被以矩阵方式布置在第一透明绝缘基板11上。每一个子像素区被两个相邻数据线12、第一扫描线13和第二扫描线14包围。第一扫描线13、第二扫描线14和公共布线15被布置在第一透明绝缘基板11上的同一层中。

在第一绝缘膜16上，第一半导体层17被以岛状布置在第一扫描线13之上，而第二半导体层18被以岛状布置在第二扫描线14之上。此外，布置有数据线12、第一源极电极19、第一漏极电极20、第二源极电极21和第二漏极电极22。第一漏极电极20和第二漏极电极22组成数据线12的一部分。将第一扫描线13作为栅极电极，构成了包括第一半导体层17、第一源极电极19和第一漏极电极20的第一有源元件23。将第二扫描线14作为栅极电极，构成了包括第二半导体层18、第二源极电极21和第二漏极电极22的第二有源元件24。第一有源元件23和第二有源元件24中的每一个是TFT。

在第二绝缘膜25上，第一电极26以整面(平面)方式布置在不包括第一有源元件23的沟道部分及其周界、第二有源元件24的沟道部分及其周界、第一源极电极19的一部分和第二源极电极21的一部分的区域中。第一电极26通过在第一绝缘膜16和第二绝缘膜25中开口的第一接触孔27而电连接到公共布线15。在图7中未示出第一电极26。第一电极26跨多个子像素区连续地形成。

在第三绝缘膜28上，在同一层中布置多个第二电极29和第三电极30。第二电极29和第三电极30呈线形的，并且在正视图中彼此平行交替布置。第二电极29和第三电极30在正视图中彼此分离。多个第二电极29在子像素区中的一个末端处连接到电极29a。多个第三电极30在子像素区中的另一末端处连接到电极30a。电极29a通过在第二绝缘膜25和第三绝缘膜28中开口的第二接触孔31电连接到第一源极电极19。电极30a通过在第二绝缘膜25和第三绝缘膜28中开口的第三接触孔32电连接到第二源极电极21。

如上所述，一个子像素区连接到一个数据线12和两个扫描线。因此，在本实施例的液晶显示设备中，扫描线的数目是在常规情况下的两倍。第二电极29由第一有源元件23驱动，而第三电极30由第二有源元件24驱动。

现在将描述本实施例的制造液晶显示设备的方法。首先，在作为第一透明绝缘基板11的玻璃基板上，由例如铝合金制成的第一金属层通过溅射以300nm的厚度形成，并且加工为第一扫描线13、第二扫描线14和公共布线15的图案。接下来，在将例如100nm的硅氧化物的第一绝缘膜16沉积为栅极绝缘膜之后，等离子体化学气相沉积(PCVD)用于连续沉积300nm的硅氮化物、170nm的本征非晶硅(i-a-Si)和30nm的n型非晶硅(n-a-Si)。i-a-Si和n-a-Si的层压膜通过蚀刻来移除而以岛形式留下各部分为第一半导体层17和第二半导体层18。

接下来，由例如铝合金制成的第二金属层通过溅射以300nm的厚度形成，并加工为数据线12、第一源极电极19、第一漏极电极20、第二源极电极21和第二漏极电极22的图案。在这里，两个TFT形成在子像素区中。将通过包括第一扫描线13的一部分、第一绝缘膜16、第一半导体层17、第一源极电极19和第一漏极电极20而构成的TFT设为第一有源元件23。将通过包括第二扫描线14的一部分、第一绝缘膜16、第二半导体层18、第二源极电极21和第二漏极电极22而构成的TFT设为第二有源元件24。第一有源元件23和第二有源元件24是以相同尺寸设计的，并且优选地具有基本上相同的开关特性。

接下来，使用第二金属层作为掩膜，通过蚀刻而将作为TFT的第一半导体层17和第二半导体层18的不想要的n-a-Si层移除。随后，沉积例如500nm的硅氮化物的第二绝缘膜25作为钝化膜。针对第二绝缘膜25，可替换地形成300nm的硅氮化物和1500nm的聚酰亚胺膜。在这种情况下，聚酰亚胺膜用于使子像素区平坦化以及减小用于驱动子像素所不需要的电容。

接下来，通过蚀穿第一绝缘膜16和第二绝缘膜25而形成第一接触孔27。随后，具有40nm的厚度的诸如氧化铟锡(ITO)之类的第一透明导电膜通过溅射而形成，并且进行图案化，使得第一电极26不位于后述的第二接触孔31和第三接触孔32周围。至少此时，第一电极26整面状地布置在其中未形成金属层的区域中，该区域为对应于子像素而开口的区域。也可执行图案化，使得被布置成覆盖第一扫描线13和第二扫描线14的第一电极26未被直接地布置在TFT的沟道部分正上方。用上述程序，第一电极26通过第一接触孔27电连接到公共布线15。

接下来，将例如200nm的硅氮化物的第三绝缘膜28沉积为间层绝缘膜。随后，通过蚀穿第二绝缘膜25和第三绝缘膜28而形成第二接触孔31和第三接触孔32。此外，在该程序中，同时，通过蚀刻来移除第一绝缘膜16、第二绝缘膜25和第三绝缘膜28的各部分，从而使被抽出到显示屏的周界区域的第一扫描线13、第二扫描线14和数据线12的端子处的金属层暴露。在图中未示出被蚀刻部分。

接下来，诸如氧化铟锡(ITO)之类的第二透明导电膜通过溅射而形成有40nm的厚度，并加工为第二电极29、电极29a、第三电极30和电极30a的图案。在该程序中，第一源极电极19和电极29a被电连接，并且第二源极电极21和电极30a被电连接。向如上所述地制造的TFT基板的除被抽出到显示屏的周界区域的端子之外的部分涂布配向膜33，并烧固。由于第二电极29和第三电极30在同一绝缘膜上形成，所以与其中第二电极29和第三电极30在不同绝缘膜上形成的情况相比制造步骤的数目较小。

同时，在第二透明绝缘基板34上，布置黑色矩阵35、将是由红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)的三种色彩组成的滤色器的色彩层36、外涂层37和用于固定TFT基板与对置基板之间的空间的柱状衬垫(未描绘)。此外，在其上涂布配向膜38，并烧固。

随后，相对于其中第二电极29和第三电极30延伸的方向以适当的角度对两个基板的配向膜33和38进行摩擦处理，以设定液晶配向方位39。例如，将液晶配向方位39相对于第二电极29和第三电极30的延伸方向设为7°。应注意的是设定液晶配向39的方法不限于摩擦处理，而是也可以通过用偏振过的光的光配向处理来进行。

接下来，基板彼此结合，使得配向膜33和38彼此相对，其圆周部分通过密封而被固定，并且在然后被密封的基板之间注入液晶40。作为示例，将液晶盒厚设为具有3.5μm的宽度，并且使用具有Δn＝0.085的折射率各向异性和Δε＝6.9的介电各向异性的液晶40。当注入液晶40时，以充分的注入时间使得液晶40被充分地注入到基板之间的间隙中。此外，进行加压的同时实施封口，以使液晶晶胞内部具有预定压力。还可以使用液晶滴落技术来在两基板的摩擦处理之后依次执行用液晶40的填充、将基板相互结合、外围部分密封的步骤。如上所述，制造包括TFT基板、液晶层和对置基板的液晶显示面板。

将偏振片41(具有与作为液晶的摩擦方向的液晶配向方位39相对应的偏振轴)结合到在液晶显示面板中所包括的TFT基板，并将偏振片42结合到对置基板，从而以正交尼科尔棱镜的关系布置。此状态称为所谓的“常黑模式”。最后，将所需驱动器安装到外围部分，以适当形式将背光和信号处理基板组装，从而制造有源矩阵型的液晶显示设备。

此液晶显示设备是FFS模式的，并且具有与基板平行的分量的电场由在第一电极26与第二电极29之间出现的电位差和在第一电极26与第三电极30之间出现的电位差生成，并且使相对于液晶配向39均匀配向的液晶扭曲变形到平面内方向，以控制用于每一个子像素的光透射的量。

在本实施例1中，使用640×480(VGA)的分辨率。像素尺寸被设定为150μm，数据线12的宽度被设定为5μm，第二电极29和第三电极30的宽度被设定为3μm，并且第二电极29与第三电极30之间的距离被设定为5μm。此外，如图7所示，采用交替地布置的三个第二电极29和两个第三电极30。虽然第二电极29的数目比第三电极30的数目大，但其不受此限制，只要第二电极29和第三电极30交替地布置即可。

现在将描述本实施例的驱动液晶显示设备的方法。首先，将描述用于来自背光的光的透光率的电压相关性的模拟结果。图9是与沿着图7中的线II-II的横截面对应的模拟模型的横截面图。在图9中，未描绘位于比第三绝缘膜28更加远离液晶40的TFT基板中的部分和位于比配向膜38更加远离液晶40的对置基板中的部分。第一电极26被供应有来自公共布线15的参考固定电位Vcom，第二电极29由第一有源元件23驱动，并且第三电极30由第二有源元件24驱动。在下面的描述中，将分别施加于第二电极29和第三电极30的驱动电位视为不同于参考固定电位Vcom的绝对值。超过0的驱动电位对应于在第一电极26与第二电极29或第三电极30之间施加的电压。

图10是示出其中同时向第二电极29和第三电极30施加相同量值的驱动电位的情况下的电位-透光率特性的模拟结果的特性曲线图。横轴指示同时施加于第二电极29和第三电极30的驱动电位，而纵轴指示液晶显示面板中的透光率。透光率简单地根据驱动电位而上升。可将此类驱动假设为与一般FFS模式下的驱动相同。透光率在约4V的驱动电位下最大。在实践中，一般地将比透光率最大时的驱动电位小1V的十分之几的驱动电位Vw设定为用于最高灰度的电位。在这里，将驱动电位Vw下的透光率称为T(Vw)。

图11是示出其中向第二电极29施加在0至Vw范围内的驱动电位并向第三电极30施加固定参考电位Vcom的情况下的电位-透光率特性的模拟结果的特性曲线图。横轴指示施加于第二电极29的驱动电位。在这里，在第一电极26与第三电极30之间不施加电位差，并且不生成边缘电场。驱动电位Vw下的透光率略多于T(Vw)的60％。在这里将透光率假设为T1。

图12是示出其中向第二电极29施加Vw的固定驱动电位并向第三电极30施加0至Vw的范围内的驱动电位的情况下的电位-透光率特性的模拟结果的特性曲线图。横轴指示施加于第三电极30的驱动电位。随着施加于第三电极30的驱动电位从0开始增加，透光率从T1开始下降一次且然后升高，在V1(＝1.7V)的驱动电位下达到T1。透光率然后根据驱动电位的增加而进一步升高，在Vw的驱动电位下达到T(Vw)。

将“其中向第二电极29施加在0至Vw范围内的驱动电位而向第三电极30施加Vcom的情况”(A)与“其中固定地向第二电极29施加Vw的驱动电位而向第三电极30施加大于V1的值至Vw范围内的驱动电位”(B)组合，并且用于第二电极29和第三电极30的驱动条件被优化，使得电位-透光率特性与如图10中所示的特性基本上相同。图13是示出其中第二电极29和第三电极30的驱动条件被优化的情况的电位-透光率特性的模拟结果的特性曲线图。图14是示出用于第二电极29和第三电极30的驱动条件的表。图13中的横轴对应于图14中指示的驱动条件。

上文所述条件(A)与驱动条件0至Ve的范围对应。在驱动条件0至Ve中，向第三电极30施加参考固定电位Vcom，并且将施加于第二电极29的驱动电位逐渐地从0增加至Vw。在这里，透光率逐渐地从0升高至T1。上文所述条件(B)与驱动条件Ve至Vh的范围对应。在驱动条件Ve至Vh中，将施加于第二电极29的驱动电位固定在Vw，而将施加于第三电极30的驱动电位逐渐地从0增加至Vw。在这里，透光率逐渐地从T1升高至T(Vw)。根据透光率的上升，增加子像素的亮度。

因此，当在图14中所指示的条件下驱动液晶显示设备时，可以防止透光率下降，这是现有技术中的问题中的一个。此外，基于驱动条件，可确定用于第二电极29和第三电极30的驱动电位，其对于实现用于子像素的灰度显示而言是最佳的。也就是说，对应于透光率值0至T(Vw)的灰度与如图14中所示的驱动条件0至Vh相关联，而根据每一个驱动条件的电位被施加于第二电极29和第三电极30，使得子像素被以与每一个灰度对应的亮度显示。具体地，在最低灰度下，向第二电极29和第三电极30施加参考固定电位Vcom，并且直到对应于透光率T1的特定灰度，根据灰度向第二电极29施加从0至Vw的不同驱动电位，而向第三电极30施加参考固定电位Vcom。此外，在从比该特定灰度高一个的灰度至与透光率T(Vw)对应的最高灰度的范围内，向第二电极29施加Vw的驱动电位，而根据灰度向第三电极30施加在从高于0的值至Vw范围内的不同驱动电位。根据施加于第二电极29和第三电极30的驱动电位，确定子像素的灰度。

图15是示出用于第二电极29和第三电极30的驱动条件的另一示例的表。如图12所示，如在其中第三电极30的驱动电位是0的情况下一样，透光率是T1，即使当第三电极30的驱动电位是V1时。因此，如图15所示，作为用于实现与透光率T1对应的灰度的驱动条件Ve，可将第三电极30的驱动电位设定成V1。在图15中所指示的驱动条件下，在从最低灰度至与透光率T1对应的特定灰度的范围内，向第二电极29施加从0至Vw的驱动电位。关于第三电极30，在从最低灰度至比该特定灰度低一个的灰度的范围内施加参考固定电位Vcom。此外，在从与透光率T1对应的特定灰度至最高灰度的范围内，向第二电极29施加驱动电位Vw，而向第三电极30施加从V1至Vw范围内的驱动电位。如在具有图14中所指示的驱动条件的情况下一样，根据施加于第二电极29和第三电极30的驱动电位来确定子像素的灰度，使得可实现子像素的灰度显示。

现在将描述液晶显示设备的视场角特性。在液晶显示设备中，由于在未达到如上所述地定义的透光率T(Vw)的约60％的情况下，在第三电极30处不生成边缘电场，因此一个子像素内的边缘电场的生成区域小，并且具有垂直于基板的方向上的分量的电场的生成区域也小。这导致其中液晶分子在垂直方向上变形的区域也变小，从而抑制液晶显示设备的视场角特性的劣化。另外，将正在观看一般电视节目时的显示屏上的亮度的平均值说成是全白情况下的亮度的约30％，其比如前所述的60％小得多。这意味着观察者可以当在先前所述的驱动条件下在液晶显示设备上显示图像时以优良的视场角特性观察电视的图像。

同样地，针对本公开的液晶显示设备，执行具有视场角特性的模拟实验。针对液晶显示设备的显示屏，针对其中方位角被设定成0°或90°，极角被设定成0°，20°，40°，60°或80°的情况模拟透光率。在这里，方位角0°的方向在其中显示屏垂直配向的情况下对应于水平方向，而方位角90°的方向在其中显示屏垂直配向的情况下是垂直方向。在所谓的多畴结构的条件下执行具有视场角特性的模拟，在该多畴结构中，将+7°和-7°的液晶配向在同一子像素中混合，其是用于抑制在从倾斜方向看时的着色以及在黑色显示与较暗中色调显示之间产生的灰度的颠倒、从而获得更佳的视场角特性的条件。

图16A和图16B是示出当方位角是0°时的用于透光率的模拟结果的特性示意图。图16A示出其中同时向第二电极29和第三电极30施加相同量值的驱动电位的情况下的电位-透光率特性，横轴指示驱动电位。图16B示出其中如图14或15中所示在驱动条件下向第二电极29和第三电极30施加驱动电位的情况下的电位-透光率特性，横轴指示驱动条件。图16A和16B中的纵轴指示其中透光率被标准化成从而具有1的最大值的标准化透光率。在图16A和16B中，分别在0°，20°，40°，60°和80°的极角处用菱形、正方形、三角形、十字形和圆形标记来指示标准化透光率值。透光率根据极角的变化而逐渐改变，并且取决于极角的变化的透光率的变化指示液晶显示设备的视场角特性。在图16A中表示的视场角特性对应于一般FFS模式下的视场角特性，而图16B中所表示的视场角特性对应于本公开中的视场角特性。将图16A与图16B相比较，取决于极角的变化的透光率的变化在本公开中比在一般FFS模式下小。

图17A和17B是示出方位角是90°时的用于透光率的模拟实验结果的特性示意图。图17A示出其中同时向第二电极29和第三电极30施加相同量值的驱动电位的情况下的电位-透光率特性，横轴指示驱动电位。图17B示出其中如图14或15中所示在驱动条件下向第二电极29和第三电极30施加驱动电位的情况下的电位-透光率特性，横轴指示驱动条件。图17A和17B中的纵轴示出标准化透光率。在图17A和17B中，分别在0°、20°、40°、60°和80°的极角处用菱形、正方形、三角形、十字形和圆形标记来指示标准化透光率值。将图17A与图17B相比较，如在具有0°的方位角的情况下一样，取决于极角的变化的透光率的变化在本公开中比在也处于90°的方位角的情况下的一般FFS模式中更小。也就是说，如在图16A、图16B、图17A和图17B中所示，其中采用在本申请中提出的结构和驱动方法的液晶显示设备与一般FFS模式的液晶显示设备相比具有优选视场角特性。

图18A是示出其中同时向第二电极29和第三电极30施加相同量值的驱动电位的情况下的电场的状态的示意性横截面图。图18B是示出其中同时向第二电极29和第三电极30施加相同量值的驱动电位的情况下的电位的状态的示意性横截面图。图18A示出边缘电场43，而图18B示出等势线44。图19A是示出在图14中所示的驱动条件Va至Ve下驱动液晶显示设备的情况下的电场的状态的示意性横截面图。图19B是示出在图14中所示的驱动条件Va至Ve下驱动液晶显示设备的情况下的电位的状态的示意性横截面图。图19A示出边缘电场43，而图19B示出等势线44。图18A、图18B、图19A和图19B中的每一个示出如图9所示的横截面。图18A中所指示的电场和图18B中所指示的电位对应于一般FFS模式下的电场和电位。图19A中所指示的电场和图19B中所指示的电位对应于本公开中的电场和电位。将图18A与图19A相比较，其中生成边缘电场的区域在图19A中较小，使得在与基板正交的方向上的垂直电场总体上减小。此外，将图18B与图19B相比较，电位曲线在图19B的情况下不那么陡峭，这使得垂直电场总体上是小的。假设这些差异是图16A、图16B、图17A和图17B中所指示的视场角特性中的差异的原因。

图20是示出根据本公开的实施例1的用于液晶显示设备的配置的框图。在图20中，未示出背光和用于使得背光工作的机构。液晶显示设备包括液晶显示面板57、图像处理部件51、信号转换部件52、时序控制部件53、栅极驱动器54、数据驱动器55和灰度电压生成部件56。液晶显示面板57被配置成包括先前所述的TFT基板、对置基板和液晶40。液晶显示面板57的显示屏由布置成矩阵的多个像素组成，而一个像素由RGB的三个色彩的子像素组成。对应于每一个子像素的TFT基板中的子像素区571具有如上所述的两个有源元件(TFT)，并连接到两个扫描线和一个数据线12。多个扫描线连接到栅极驱动器54，而多个数据线12连接到数据驱动器55。

图像处理部分51对从外面输入的视频信号执行预定图像处理以创建视频信号Dn，并将视频信号Dn供应给信号转换部件52。信号转换部件52使用预先基于图13、图14或图15中所指示的驱动条件创建并存储的查找表针对每一个子像素将从图像处理部件51供应的视频信号Dn转换成两个视频信号Dn_1和Dn_2。信号转换部件52向时序控制部件53供应视频信号。

从电源单元(未示出)通过公共布线15向第一电极26施加参考固定电位Vcom。时序控制部件53控制用于栅极驱动器54和数据驱动器55的驱动时序，以向数据驱动器55供应视频信号Dn_1和Dn_2。栅极驱动器54根据由时序控制部件53进行的时序控制而连续地向扫描线供应信号，以连续地驱动连接到扫描线的子像素区。

灰度电压生成部件56供应在用于数据驱动器55的数字/模拟转换中使用的灰度电压。数据驱动器55使用从灰度电压生成部件56供应的灰度电压基于从时序控制部件53供应的视频信号Dn_1和Dn_2来创建驱动信号，并将创建的驱动信号供应到对应于视频信号的数据线12。在这里，数据驱动器55在栅极驱动器54向连接到子像素区571的两个扫描线之中的第一扫描线13供应信号时向数据线12供应对应于视频信号Dn_1的驱动信号。并且数据驱动器55在栅极驱动器54向第二扫描线14供应信号时向数据线12供应对应于视频信号Dn_2的驱动信号。关于视频信号Dn，基于视频信号Dn_1和Dn_2的驱动信号被连续地供应给数据线12，其允许数据驱动器55以如在常规液晶显示设备中的两倍大的频率向数据线12供应驱动信号。

在子像素区571中，当向第一扫描线13供应信号时，第一有源元件23被接通，基于视频信号Dn_1的驱动信号通过数据线12被供应给第一有源元件23，并且根据视频信号Dn_1的驱动电位被施加于第二电极29。此外，当向第二扫描线14供应信号时，第二有源元件24被接通，基于视频信号Dn_2的驱动信号通过数据线12被供应给第二有源元件24，并且根据视频信号Dn_2的驱动电位被施加于第三电极30。因此，基本上同时向第二电极29和第三电极30供应驱动电位，使得来自背光的光的透光率受到控制并且子像素被显示。

在根据本实施例的液晶显示设备中，因此，可在不降低透光率的情况下改善视场角特性。这确保了高质量的显示，即使当相对于显示屏从倾斜方向看时，其图像质量的劣化也很小。另外，诸如如上所述的驱动电位之类的各种设定值是在实施例1中采用的值，其并不特别局限于此，而是可适当地设定。

虽然本实施例描述了液晶显示设备包括在第一金属层中形成的公共布线15，但液晶显示设备可排除公共布线15。更具体地，由于第一电极26电连接在相邻子像素区之间，所以可以在从TFT基板的周界部分向第一电极26施加参考电位的这种配置消除公共布线15。

＜实施例2＞

实施例1采用打开接触孔的两个制造步骤和形成绝缘膜的三个制造步骤。实施例2采用打开接触孔的一个制造步骤和形成绝缘膜的两个制造步骤。

图21是示出根据本公开的实施例2的用于液晶显示设备的一个子像素的配置的正视图。图22是沿着图21中的线III—III的横截面图。在图22中，未示出液晶层以及对置基板。下面将详细地描述图21和图22中所示的实施例2。

在第一透明绝缘基板11上以矩阵形式提供与多个子像素对应的子像素区，每一个子像素区由两个相邻数据线12、第一扫描线13和第二扫描线14包围。第一扫描线13、第二扫描线14和公共布线15被布置在第一透明绝缘基板11上的同一层中。第一电极26被以实心方式布置成从而包括在子像素区的开口区内。此外，第一电极26的一部分与公共布线15重叠，并电连接到公共布线15。第一电极26由诸如ITO之类的透明导电膜形成。

在第一绝缘膜16上，第一半导体层17被以岛状布置在第一扫描线13之上，而第二半导体层18被以岛状布置在第二扫描线14之上。此外，布置有数据线12、第一源极电极19、第一漏极电极20、第二源极电极21和第二漏极电极22。第一漏极电极20和第二漏极电极22组成数据线12的一部分。将第一扫描线13作为栅极电极，构成了包括第一半导体层17、第一源极电极19和第一漏极电极20的第一有源元件23。将第二扫描线14作为漏极电极，构成了包括第二半导体层18、第二源极电极21和第二漏极电极22的第二有源元件42。

在第二绝缘膜25上，在同一层中布置多个第二电极29和第二电极30。第二电极29和第三电极30呈线形的，并且在正视图中彼此平行交替布置。多个第二电极29在子像素区中的一个末端处连接到电极29a。多个第三电极30在子像素区中的另一末端处连接到电极30a。虽然第二电极29的数目与第三电极30的数目相同，但其不受此限制，只要第二电极29和第三电极30交替布置即可。电极29a通过在第二绝缘膜25开口的第二接触孔31电连接到第一源极电极19。电极30a通过在第二绝缘膜25中开口的第三接触孔32电连接到第二源极电极21。

此外，如图21所示，在实施例2中，使第二电极29和第三电极30的延伸方向相对于扫描线的延伸方向倾斜7°，而液晶配向方位39被设定为与扫描线的延伸方向基本相同。在实施例1中，由于数据线12牢固地被第一电极26(其被施加参考固定电位Vcom)覆盖，在其之间插入了第二绝缘膜25，所以数据线12被第一电极26屏蔽，防止从数据线12生成的电场漏泄到液晶40。在实施例2中，另一方面，在数据线12上不存在用于屏蔽电场的电极。由于如前所述地定义了第二电极29和第三电极30的延伸方向以及液晶配向39，在数据线12与第一电极26、第二电极29和第三电极30之间生成的电场的方向与液晶配向39匹配，使得数据线12的周界中的液晶40不旋转(扭曲变形)。

因此，在实施例2中，可消除如实施例1中所述的用于第一接触孔27和第三绝缘膜的制造步骤，从而减少制造步骤的数目以及制造成本。根据实施例2的液晶显示设备与根据实施例1的液晶显示设备同样地操作，生成类似效果。虽然本实施例举例说明在第一扫描线13之后布置第一电极26的形式，但第二扫描线14和公共布线15被布置在同一层中，层的顺序也可相反。

＜实施例3＞

在实施例1和2中，用相同的制造步骤将第二电极29和第三电极30布置在同一绝缘膜上。在实施例3中，在布置第二电极29之前，也可采用实施例1和实施例2中的任意制造步骤，然后，即在布置第二电极29之后，形成第四绝缘膜45，并且在打开第四接触孔46之后布置第三电极30。

图23和图24是示出根据本公开的实施例3的用于液晶显示设备的一个子像素的配置的正视图。图23示出其中用于液晶显示设备的制造步骤直到中途与实施例1中的那些类似的结构，而图24示出其中用于液晶显示设备的制造步骤直到中途与实施例2中的那些类似的结构。图25是沿着图23中的线IV-IV的横截面图。图26是沿着图24中的线V-V的横截面图。在图25和图26中，未示出液晶层以及对置基板。第二电极29和第三电极30被布置在不同绝缘膜上并由第四绝缘膜45而彼此分离。

在打开第四接触孔46的制造步骤中，绝缘膜的一部分通过蚀刻来移除，从而使被抽出到TFT基板的周界区域的第一扫描线13、第二扫描线14和数据线12的端子处的金属层暴露。在其中用于液晶显示设备的制造步骤直到中途类似于实施例1中的那些的情况下，第一绝缘膜16、第二绝缘膜25、第三绝缘膜28和第四绝缘膜45的各部分通过蚀刻来移除。此外，在其中用于液晶显示设备的制造步骤直到中途类似于实施例2中的那些的情况下，第一绝缘膜16、第二绝缘膜25和第四绝缘膜45的各部分通过蚀刻来移除。

因此，在实施例3中，可防止第二电极29和第三电极30被短路，从而改善制造液晶显示设备时的产率。此外，由于消除了短路的可能性，所以可减轻用于保持第二电极29与第三电极30之间的距离的设计约束。

虽然本实施例举例说明了在第三绝缘膜28或第二绝缘膜25上形成第二电极29而在第四绝缘膜45上形成第三电极30的示例，但液晶显示设备也可采取在第三绝缘膜28或第二绝缘膜25上形成第三电极30而在第四绝缘膜45上形成第二电极29的形式。

＜实施例4＞

根据实施例4，在TFT基板的子像素区中，由第一电极26以及第二电极29和电极29a形成的存储电容与由第一电极26以及第三电极30和电极30a形成的存储电容基本上相同。更优选地，寄生于第一有源元件23的电容与寄生于第二有源元件24的电容基本上相同。

例如，在实施例1的情况下，如图7所示，在第一电极26上布置的第二电极29和电极29a的总面积以及第三电极30和电极30a的总面积被设计成彼此基本上相等，从而获得基本上相同的存储电容。此外，在实施例2的情况下，如图21所示，在第一电极26和公共布线15上布置的第二电极29和电极29a的总面积以及第三电极30和电极30a的总面积被设计成彼此基本上相等，从而获得基本上相同的存储电容。此外，在实施例3的情况下，由于从第一电极26到第二电极29和电极29a的距离不同于从第一电极26到第三电极30和电极30a的距离，所以通过将每一个面积除以每一个距离获得的值被设计成基本上相等，从而获得基本上相同的存储电容。

此外，第一有源元件23和第二有源元件24被形成为具有基本上相同的尺寸，而其中第一扫描线13与第一源极电极29重叠的面积被布置成与其中第二扫描线14与第二源极电极21重叠的面积基本上相同，从而获得基本上相同的寄生电容。

在上述存储电容或寄生电容不同的情况下，在第二电极29和第三电极30中生成的馈通电压的值彼此不同，导致不同的最佳参考电位。在这里，第二电极29和第三电极30使得液晶40根据相同电位进行不同的工作，这引起图像质量的劣化。根据实施例4，由于存储电容或寄生电容是基本上相同的，所以同一子像素区中的用于第二电极29和第三电极30的馈通电压是基本上相同的，这防止液晶40非故意地在子像素区中被驱动，从而不使显示质量劣化。

＜实施例5＞

在实施例5中，采用其中第二电极29和第三电极30在子像素区中的两个不同方向上延伸的所谓多畴结构。图27和图28是示出本公开的实施例5的用于液晶显示设备的一个子像素的配置的正视图。图27示出在类似于实施例1的配置中液晶配向39对应于与扫描线正交的方向且子像素区弯曲而使得第二电极29、第三电极30和数据线12的延伸方向相对于与扫描线正交的方向呈±7°的配置示例。此外，图28示出在类似于实施例2的配置中液晶配向39对应于与扫描线的延伸方向相同的方向且第二电极29和第三电极30被布置成使得第二电极29和第三电极29的延伸方向相对于扫描线呈±7°的配置示例。根据实施例5的液晶显示设备还可采取如在实施例3中的包括第四绝缘膜45和作为第三接触孔32的替代形成的第四接触孔46的形式。

因此，在根据实施例5的液晶显示设备中，在一个子像素区内，第二电极29和第三电极30的延伸方向相对于液晶配向39呈+7°的区域和呈-7°的区域相互光学补偿。这抑制了从相对于显示屏倾斜的方向看时的着色以及在黑色显示与较暗中色调显示之间产生的灰度颠倒，允许获得更佳的视场角特性。

虽然实施例1至5举例说明了在一个子像素区中包括多个第二电极29和第三电极30的示例，但也可采用在一个子像素区中具有单个第二电极29或第三电极30的液晶显示设备。此外，实施例1至5举例说明其中有源元件是TFT的示例，液晶显示设备还可包括除TFT之外的有源元件。

虽然上文已参考不同的实施例描述了本公开，但其不限于上述实施例。还可以向本公开的配置和细节添加本领域的技术人员可以理解的各种修改。本公开还涵盖不同实施例中的配置的部分或整体的适当组合。

[工业实用性]

本公开可应用于FFS模式下的有源矩阵型的液晶显示设备且可应用于采用该液晶显示设备作为显示装置的任何设备。

[参考标号的描述]

11 第一透明绝缘基板

12 数据线

13 第一扫描线

14 第二扫描线

15 公共布线

16 第一绝缘膜

23 第一有源元件

24 第二有源元件

25 第二绝缘膜

26 第一电极

28 第三绝缘膜

29 第二电极

30 第三电极

34 第二透明绝缘基板

40 液晶

45 第四绝缘膜