液晶显示装置的制作方法

专利名称：液晶显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种液晶显示装置，尤其涉及一种具有宽视角特性和能够产生高品质显示的液晶显示装置。
背景技术：
最近几年，薄而重量轻的液晶显示装置用作个人电脑显示器和PDA(个人数字助理)显示器。然而，传统扭转向列(TN)型和超扭转向列(STN)型液晶显示装置具有窄视角。已经采用了各种技术开发来解决该问题。
用于改善TN型或STN型液晶显示装置视角特性的典型技术是在其上增加一光学补偿板(optical compensation plate)。另一种方法是使用横向电场模式，其中把相对于衬底平面的一个水平电场加到液晶层上。横向电场模式的液晶显示装置已经引起公众注意，最近几年被大规模生产。再一种方法是使用DAP(垂直对准的相位变形)模式，其中具有负介电各向异性的向列液晶材料用作一种液晶材料，垂直对准膜用作一种对准膜。这是一种ECB(电控双折射)型模式，其中通过使用液晶分子的双折射来控制透射。
虽然横向电场模式是一种提高视角的有效方法，不过与普通TN型装置相比，其生产工艺导致明显低的生产余地，由此，难以实现装置的稳定生产。这是因为显示亮度或对比率受到衬底之间间隙变化或偏振板传输轴(偏振轴)相对于液晶分子取向轴在方向上偏移的明显影响。还需要技术开发以便能够精确控制这些因素，由此实现装置的稳定生产。
对于DAP模式液晶显示装置来说，为了实现均匀显示而没有显示非均匀性，需要对准控制。例如通过使用摩擦对对准膜表面进行对准处理，可以提供对准控制。然而，当垂直对准膜受到摩擦处理时，摩擦条痕可能出现在显示的图像中，并且它不适合大规模生产。
本领域提出另一种用于进行对准控制而不用摩擦处理的方法，它是在电极中形成狭缝(开口)以便产生倾斜电场和通过倾斜电场控制液晶分子的取向方向(例如，第6-301036和2000-47217号日本特许公开专利文献)。然而，本发明人研究了这些公开文献并发现，使用其中公开的方法，不能限定相应于电极中开口的液晶层区域中的取向，由此，液晶分子的取向不是充分连续的，在每个像素上，难以实现稳定取向，导致非均匀显示。
考虑到这个，包括本发明的某些人的发明组织提出另一种方法(日本专利申请号2000-244648)，其中，包括开口和固体部分的预定电极结构形成在一对衬底中的一个上，它们经由其间的液晶层相互相对，由此通过倾斜电场将分别取径向倾斜取向的多个液晶域形成在开口和固体部分中，该电场产生在各自开口边缘部分上。
然而，本发明人已经发现，仅仅通过设置如在该专利申请中所公开的电极结构，不能充分提高显示品质。这是由于总线边缘附近产生的电场(这里，术语“总线”用来集体称呼一组互连线)施加取向调节力，其与在开口边缘部分产生的倾斜电场施加的取向调节力不匹配。

发明内容
本发明已经解决了现有技术中的问题，本发明的目的是提供一种具有宽视角特性和高显示品质的液晶显示装置。
本发明的一种液晶显示装置包括第一衬底、第二衬底、设置在第一衬底和第二衬底之间的液晶层以及用于产生显示的多个像素区，其特征在于所述第一衬底在其靠近液晶层的一侧包括用于多个像素区的每一个的像素电极、电连接到像素电极的开关元件和总线，所述总线包括电连接到所述开关元件的栅极总线和源极总线；所述第二衬底包括反衬底(counter substrate)，其经由所述液晶层与像素电极相对；所述像素电极包括多个开口和一固体部分，所述固体部分包括多个单位固体部分(unit solid portion)；在多个像素区的每一个中，当像素电极和反电极之间没有外加电压时，液晶层垂直对准，并且，通过一倾斜电场，在该多个开口和该固体部分中形成多个液晶域，响应像素电极和反电极之间的外加电压而在像素电极多个开口的各个边缘部分上产生所述倾斜电场；多个液晶域中的每一个取径向倾斜取向，多个液晶域中的每一个的取向根据外加电压而变化，由此产生显示；在多个像素区的每一个中，多个像素电极开口中至少一个叠置在所述总线上，其沿总线布置并位于多个单位固体部分中的相邻两个之间。从而实现了上述目的。
本发明的另一种液晶显示装置包含第一衬底、第二衬底、设置在第一衬底和第二衬底之间的液晶层以及用于产生显示的多个像素区，其特征在于所述第一衬底在其靠近液晶层的一侧包括用于多个像素区的每一个的像素电极、电连接到像素电极的开关元件、和总线，所述总线包括电连接到所述开关元件的栅极总线和源极总线；所述第二衬底包括反衬底，其经由所述液晶层与像素电极相对；所述像素电极包括多个开口和一固体部分，所述固体部分包括多个单位固体部分，每个单位固体部分被多个开口中至少一些开口包围；当像素电极和反电极之间没有外加电压时，液晶层垂直对准；在多个像素区的每一个中，像素电极多个开口中至少一个叠置在所述总线上，其沿总线布置并位于多个单位固体部分中的相邻两个之间。从而实现了上述目的。
优选地，所述叠置在总线上的至少一个开口至少包括沿栅极总线布置的开口。
沿栅极总线布置的像素电极多个开口中的一些开口可以都叠置在总线上。
所述叠置在总线上的至少一个开口还可以包括沿源极总线布置的开口。
优选地，多个开口中的至少一些开口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(lattice)，排列所述单元格使得旋转对称。
优选地，多个开口中的至少一些开口的每一个的形状都旋转对称。
多个开口中的至少一些开口的每一个都可以具有一般圆形。
多个单位固体部分的每一个都可以具有一般圆形。
优选地，在多个像素区的每一个中，像素电极多个开口总面积小于像素电极固体部分面积。
液晶显示装置在多个开口每一个内还可以包括一突出，在第一衬底平面内，该突出的横截面形状与多个开口的横截面形状相同，突出侧面具有关于液晶层的液晶分子的取向调节力，其方向与倾斜电场的取向调节方向相同。
再另一种液晶显示装置包含第一衬底、第二衬底、设置在第一衬底和第二衬底之间的液晶层以及用于产生显示的多个像素区，其特征在于所述第一衬底在其靠近液晶层的一侧包括用于多个像素区的每一个的像素电极、电连接到像素电极的开关元件、和总线，所述总线包括电连接到所述开关元件的栅极总线和源极总线；所述第二衬底包括反衬底，其经由所述液晶层与像素电极相对；所述像素电极包括多个开口和一固体部分；在多个像素区的每一个中，当像素电极和反电极之间没有外加电压时，液晶层垂直对准，并且，液晶层的取向被一倾斜电场调节，响应在像素电极和反电极之间的外加电压，在像素电极多个开口中的相应开口边缘部分上产生所述倾斜电场；在多个像素区的每一个中，栅极总线边缘和源极总线边缘中至少一个被像素电极固体部分覆盖。从而实现了上述目的。
优选地，在多个像素区的每一个中，至少栅极总线边缘被像素电极固体部分覆盖。
在多个像素区的每一个中，栅极总线边缘和源极总线边缘可以都被像素电极固体部分覆盖。
像素电极固体部分可以包括多个单位固体部分；在多个像素区的每一个中，通过一倾斜电场，在多个开口和该固体部分中，液晶层可形成多个液晶域，响应像素电极和反电极之间的外加电压而在像素电极多个开口的各个边缘部分上产生所述倾斜电场；多个液晶域中的每一个取径向倾斜取向，多个液晶域中的每一个的取向根据外加电压而变化，由此产生显示。
在多个像素区的每一个中，像素电极多个开口中至少一个可以叠置在所述总线上，其沿总线布置并位于多个单位固体部分中的相邻两个之间。
当像素电极和反电极之间出现外加电压时，通过倾斜电场，在沿总线布置的部分固体部分中，液晶层可以形成取径向倾斜取向的部分液晶域。
现在将描述本发明的功能。
在本发明的液晶显示装置中，用于给每个像素区的液晶层上提供电压的像素电极包括多个开口(不存在导电膜的电极部分)和固体部分(除了开口以外的电极部分，也就是存在导电膜部分)。固体部分包括多个单位固体部分，每个单位固体部分基本上被开口包围，通常用连续导电膜制造。当没有外加电压时，液晶层取垂直取向，然而，存在外加电压时，通过一倾斜电场，形成取径向倾斜取向的多个液晶域，该倾斜电场产生在像素电极开口的各自边缘部分上。通常，液晶层用一种具有负介电各向异性的液晶材料制造，液晶层的取向受垂直对准膜控制，其设置在液晶层的相对侧面上。
在与像素电极的开口和固体部分相应的区域中，通过倾斜电场形成液晶域，每个液晶域的取向根据外加电压而变化，由此产生显示。由于每个液晶域取轴对称取向，存在很少的显示品质的视角依赖性，从而实现宽视角特性。
而且，与开口相应的液晶域和与固体部分相应的液晶域都通过一倾斜电场形成，该倾斜电场产生在开口边缘部分上，由此这些液晶域相互相邻地形成在交替图案中，一个液晶域中液晶分子取向和另一个相邻液晶域中液晶分子取向基本上相互连续。因此，形成在开口中的液晶域和形成在固体部分中的另一相邻液晶域之间没有形成旋转位移线，由此，没有退化显示品质，并且液晶分子取向高度稳定。
在本发明的液晶显示装置中，不仅在与像素电极固体部分相应的区域中，而且在与像素电极开口相应的区域中，液晶分子取径向倾斜取向。与上述传统液晶显示装置相比，对于这样的液晶显示装置来说，当实现稳定取向时，液晶分子取向的连续性较高。由此可以得到均匀显示而没有显示非均匀性。特别地，为了实现理想的响应特性(高响应速度)，用于控制液晶分子取向的倾斜电场需要作用在大量液晶分子上。为此，需要形成大量开口(边缘部分)。在本发明的液晶显示装置中，对于每个开口来说，形成具有稳定的径向倾斜取向的液晶域。因此，即使为了提高响应特性而形成大量开口，显示品质的降低(出现显示非均匀性)也可以得到抑制。
然而，仅仅通过提供上述电极结构，不能充分提高显示品质，这依赖于像素电极开口和总线(一组互连线)边缘之间的位置关系。
由于用于驱动液晶显示装置的预定信号(电压)施加在液晶显示装置的总线上，在总线和反电极之间产生电场。因此，在总线边缘附近产生倾斜电场。然而，该倾斜电场的取向调节力与产生在开口边缘部分上的倾斜电场的取向调节力不匹配。因此，如果沿总线布置的开口中形成的液晶域，遭受到总线边缘附近的倾斜电场的取向调节力，液晶域的取向受到干扰，由此导致变形的径向倾斜取向。而且，由于预置相邻液晶域来保持它们之间的取向连续性，取向干扰影响相邻液晶域的取向，也就是相邻单位固体部分的液晶域的取向。因此，每个相邻单位固体部分的液晶域取向受到干扰。
在由于其受干扰的取向而取变形的径向倾斜取向的液晶域中，该取向不稳定和容易毁坏，由此，施加电压之后，这种液晶域的取向达到稳定状态之前要花费长时间。这样，如上所述的取向干扰导致响应速度降低(响应特性退化)。
而且，像素区中的每个液晶域达到具有这种变形的径向倾斜取向的稳定状态，其中取向受到干扰，受干扰的取向从一个像素区变化到另一个。因此，余像现象可能出现，其中，图像切换信号输入之后，前面显示的图像残余。这是因为如果液晶层取向在不同像素区之间变化，透射也在不同像素区之间变化。特别地，在已经从白色显示转换到中间灰度级显示的像素区和已经从黑色显示转换到中间灰度级显示的像素区之间，液晶层取向存在显著差别，这样像素区之间的透射差别可能被观察为余像现象。这是因为下列原因。在白色显示中，产生在开口边缘部分上的倾斜电场施加相对强的取向调节力，由此，液晶层取向是稳定的。因此，甚至转换到中间灰度级显示之后，液晶层取向是稳定的。另一方面，当从黑色显示转换到中间灰度级显示时，液晶层取向可能毁坏，因为产生在开口边缘部分上的倾斜电场的取向调节力相对弱。
本发明的液晶显示装置设计成这样，在多个像素区的每一个中，多个开口中至少一个叠置在总线(严格地讲，一部分总线)上，其沿总线布置并位于两个相邻单位固体部分之间。因此，叠置在总线上的开口附近的总线边缘被像素区的单位固体部分覆盖。
因此，在叠置在总线上的开口附近，液晶层的液晶分子通过像素区的单位固体部分得到电屏蔽，免遭在总线边缘附近产生的倾斜电场的影响。因此，液晶层的液晶分子未遭受一取向调节力作用，该取向调节力来自在总线边缘附近产生的倾斜电场，其取向只由产生于开口边缘部分的倾斜电场来调节。因此，在本发明的液晶显示装置中，在叠置在总线上的开口内形成的液晶域中，或在与开口相邻的单位固体部分内形成的液晶域中，取向不受干扰，由此，抑制了响应速度降低(响应特性退化)和余像现象出现。
为了抑制由于产生在总线边缘附近的倾斜电场而导致的取向干扰，优选地，增加叠置在总线上的开口比例，也就是增加被像素区的单位固体部分覆盖的总线边缘部分。然而，在用光阻挡(light-blocking)材料制造总线的情况下，该比例的增加可能降低孔径比。因此，考虑到理想的响应特性和孔径比，依靠液晶显示装置等的应用，可以适当地确定叠置在总线上的开口比例。
通过使用一种排列，可以有效地抑制响应速度降低和余像现象出现，在该排列中，布置在两个相邻单位固体部分之间并叠置在总线上的开口，至少包括沿栅极总线布置的开口(也就是一种排列，其中沿总线布置并布置在两个相邻单位固体部分之间的开口之中，至少一个沿栅极总线布置的开口叠置在总线上)。这是因为与源极总线相比，较大电压通常施加在栅极总线上，由此，与产生在源极总线边缘附近的倾斜电场相比，产生在栅极总线边缘附近的倾斜电场对液晶分子具有更大的影响。
此外，不仅布置在两个相邻单位固体部分之间的开口，而且沿总线布置的其它开口可以叠置在总线上。例如，在像素电极多个开口之中，沿栅极总线布置的所有开口可以叠置在总线上。
当然，可以使用替代排列，例如一种排列，其中布置在两个相邻单位固体部分之间并叠置在总线上的开口，包括沿源极总线布置的开口。
注意，虽然如上所述产生在总线边缘附近的倾斜电场，不仅如上所述导致如上所述的响应速度降低和余像现象，而且导致对比率降低，不过如下文所述，如果总线用光阻挡材料制造，可以抑制对比率降低。
如上所述，在总线边缘附近产生一倾斜电场，不管在像素电极和反电极之间的液晶层上有/没有外加电压，都产生该倾斜电场。因此，在以普通黑色模式产生显示的液晶显示装置中，如果没有外加电压时，通过倾斜电场的取向调节力倾斜总线边缘附近的液晶分子，漏光可能出现，由此降低对比率。特别地，由于栅极总线大部分时间施加相对高的电压来保持开关元件关断，在栅极总线边缘附近，这种漏光程度是明显的。
在本发明的液晶显示装置中，接近叠置在总线上的开口的总线边缘，由像素电极的单位固体部分覆盖，由此，液晶层的液晶分子得到电屏蔽，免遭产生在总线边缘附近的倾斜电场的影响。因此，液晶层的液晶分子未被倾斜电场的取向调节力倾斜。尽管叠置在总线上的开口中的液晶层的液晶分子可以由产生在总线和反电极之间的电场倾斜，不过如果总线用光阻挡材料制造，叠置在总线上的开口阻光。因此，在本发明的液晶显示装置中，抑制了漏光的出现，由此，如果总线用光阻挡材料制造，抑制了对比率降低。
而且，如果总线用光阻挡材料制造，如下所述，可能抑制显示平面中的非均匀性(也就是对比率的局部变化)，由此提高显示品质。
由于产生在总线边缘附近的倾斜电场，剩余电荷可能出现在开口中，通过该开口，露出绝缘材料，如果由于剩余电荷的影响，沿总线布置的开口中的液晶分子被倾斜，它将导致漏光。虽然剩余电荷程度依赖绝缘材料的表面状况而变化，不过当印刷对准膜或注入液晶材料时，绝缘材料表面状况出现变化。因此，在液晶显示装置中，显示平面中的剩余电荷存在变化。如果显示平面中剩余电荷变化，显示平面中漏光程度也变化，由此导致对比率局部变化，从而产生非均匀性。特别地，如上所述，由于相对高的电压施加到栅极总线，栅极总线明显促进非均匀性出现。
在本发明的液晶显示装置中，当总线用光阻挡材料制造时，叠置在总线上的开口被总线遮蔽，由此，抑制了如上所述的非均匀性出现，由此提高显示品质。
当多个开口中至少一些开口基本上具有相同形状和相同尺寸并形成至少一个排列成旋转对称的单元格时，对于每个单元格来说，多个液晶域高度对称排列，由此，可能改善显示品质的视角依赖性。而且，通过把整个像素区分成单元格，可能稳定整个像素区上的液晶层取向。例如，可以把开口排列成这样，开口中心形成一方格。注意，在用不透明元件例如存储电容线来分割的每个像素区内，可以为促进显示的每个区排列单元格。
当多个开口中至少一些开口(通常是形成单元格的开口)的每一个的形状具有旋转对称时，可能增加形成在开口内的液晶域径向倾斜取向的稳定性。例如，每个开口的形状(如从衬底法线方向所观察的)可以是圆形或正多边形(例如正方形)。注意，根据像素的形状等(纵横比)，可以使用不具有旋转对称的形状(例如椭圆形)。而且，当基本上被开口包围的固体部分(“单位固体部分”)区域的形状具有旋转对称时，可能增加形成在固体部分内的液晶域径向倾斜取向的稳定性。例如，当开口布置在一方格图案中时，开口形状可以是一般星形或十字形，固体部分形状可以是一般圆形、一般正方形等等。当然，开口和基本上被开口包围的固体部分都可以具有一般正方形。
为了稳定形成在电极开口内的液晶域径向倾斜取向，优选地，形成在开口内的液晶域具有一般圆形。换句话说，开口形状可以设计成这样，形成在开口内的液晶域具有一般圆形。
当然，为了稳定形成在电极固体部分内的液晶域径向倾斜取向，优选地，基本上被开口包围的固体部分区域具有一般圆形。与基本上被多个开口包围的固体部分区域(单位固体部分)相应，形成在用连续导电膜制造固体部分内形成的液晶域。因此，开口的形状和排列可以定义成这样，固体部分区域(单位固体部分)具有一般圆形。
对于上述任何替换例来说，优选地，形成在电极内的开口总面积小于每个像素区内的固体部分面积。随着固体部分面积增加，液晶层面积(如从衬底法线方向所观察的，定义在液晶层平面内)增加，电极产生的电场直接影响该液晶层，由此，相对于施加在液晶层上的电压，提高光学特性(例如透射)。
优选地，使用一般圆形的每个开口的排列还是使用一般圆形的每个单位固体部分的排列，通过确定其排列的固体部分面积更大而确定。更优选地，依靠像素间距适当地选择更优选哪种排列。通常，当间距大于约25μm时，优选地，形成开口使得每个固体部分具有一般圆形。当间距小于或等于约25μm时，优选地，每个开口具有一般圆形。
只有存在外加电压时，一倾斜电场的取向调节力才出现，该倾斜电场产生形成在上述电极内的开口边缘部分上。因此，当没有外加电压或出现相对低的电压时，例如，如果有一应力施加在液晶板上，不可能保持液晶域的径向倾斜取向。为了解决该问题，本发明一个实施例的液晶显示装置在每个电极开口内包括一突出，该突出侧面具有取向调节力，其关于液晶层液晶分子的方向与上述倾斜电场的取向调节的方向相同。优选地，在衬底平面方向上，突出的横截面形状与开口形状相同，并且与上述开口形状具有旋转对称一样具有旋转对称。
使用本发明的液晶显示装置，仅仅通过在每一个像素电极内提供开口和通过以与总线边缘的预定位置关系排列每个像素电极的开口，可能实现稳定的径向倾斜取向。特别地，通过公知的生产工艺可以生产本发明的液晶显示装置，该方法是在把对导电膜制作图案使其成为像素电极的步骤中，通过修改光掩模，使得理想形状的开口形成在理想排列中，和在对总线制作图案的步骤中，通过修改光掩模，使得总线形成为理想的形状。
在本发明的另一液晶显示装置中，栅极总线和源极总线中至少一个的边缘由像素电极的固体部分覆盖。因此，在其边缘由像素电极固体部分覆盖的总线附近，液晶层的液晶分子得到电屏蔽，免遭产生在总线边缘附近的倾斜电场的影响。因此，液晶层的液晶分子未被倾斜电场的取向调节力倾斜。因此，抑制了漏光的出现，由此，抑制了对比率降低。而且，由于由像素电极固体部分覆盖的边缘附近区域被像素电极的导电膜(固体部分)覆盖，所以剩余电荷不可能出现，从而抑制了非均匀性的出现。如上所述，在本发明的液晶显示装置中，由于总线附近产生的倾斜电场造成的漏光得到抑制，由此抑制了对比率降低，同时由于总线附近剩余电荷造成的非均匀性得到抑制时，由此实现了高品质显示。
由于与在源极总线边缘附近产生的倾斜电场相比，在栅极总线边缘附近产生的倾斜电场对液晶分子影响更大，所以优选地，至少栅极总线边缘被像素电极固体部分覆盖。此外，为了更可靠地抑制总线边缘附近产生的倾斜电场的影响，优选由象素电极的固体部分覆盖栅极总线的边缘和源极总线的边缘。
在本发明的液晶显示装置中，抑制了由于产生在总线边缘附近的倾斜电场导致的显示品质的降低。因此，本发明提供一种液晶显示装置，其具有宽视角特性和高显示品质。
本发明可以适用于有源矩阵型液晶显示装置，并可以适用于透射型液晶显示装置、反射型液晶显示装置和透射/反射组合型液晶显示装置中任何一个。


图1A和1B示意地图解了根据本发明实施例的液晶显示装置100的一个像素区结构，其中图1A是平面图，图1B是沿图1A的线1B-1B′的横截面图。
图2A和2B图解了两端有一外加电压的液晶显示装置100的液晶层30，其中图2A示意地图解了一取向刚刚开始变化的状态(初始接通状态)，图2B示意地图解了一稳态。
图3A-3D每个图示意地图解了电力线和液晶分子取向之间的关系。
图4A-4C每个图示意地图解了沿衬底法线方向所观察到的根据本发明实施例的液晶显示装置100中的液晶分子取向。
图5A-5C示意地图解了液晶分子的示例性径向倾斜取向。
图6A和6B是示意地图解在根据本发明实施例的液晶显示装置中使用的其它像素电极的平面图。
图7A和7B仍是示意地图解在根据本发明实施例的液晶显示装置中使用的其它像素电极的平面图。
图8A和8B仍是示意地图解在根据本发明实施例的液晶显示装置中使用的其它像素电极的平面图。
图9是示意地图解在根据本发明实施例的液晶显示装置中使用的另一像素电极的平面图。
图10A和10B仍是示意地图解在根据本发明实施例的液晶显示装置中使用的其它像素电极的平面图。
图11A示意地图解了图1A中图解的图案单元格，图11B示意地图解了图9中图解的图案单元格，图11C是图解间距p和固体部分面积比之间关系的曲线图。
图12是示意地图解根据本发明实施例的液晶显示装置100的一个像素区结构的平面图。
图13是示意地图解液晶显示装置700的一个像素区结构的平面图，其中沿着总线布置的开口不重叠在总线上。
图14A和14B示意地图解了一开口周围的液晶分子取向，该开口沿着液晶显示装置700的栅极总线布置，其中图14A是平面图，图14B是横截面图。
图15A是沿图13的线15A-15A′的横截面图，图15B是沿图13的线15B-15B′的横截面图。
图16A和16B示意地图解了一开口周围的液晶分子取向，该开口沿着根据本发明实施例的液晶显示装置100的栅极总线布置，其中图16A是平面图，图16B是横截面图。
图17是示意地图解根据本发明实施例的液晶显示装置100A的一个像素区结构的平面图。
图18是示意地图解根据本发明实施例的液晶显示装置100B的一个像素区结构的平面图。
图19是示意地图解根据本发明实施例的液晶显示装置100C的一个像素区结构的平面图。
图20是示意地图解根据本发明实施例的液晶显示装置100D的一个像素区结构的平面图。
图21A是示意地图解根据本发明实施例的液晶显示装置100E的一个像素区结构的平面图，图21B是图解图21A中栅极总线周围部分的放大图。
图22A是示意地图解根据本发明实施例的液晶显示装置100F的一个像素区结构的平面图，图22B是图解图22A中栅极总线周围部分的放大图。
图23是示意地图解根据本发明实施例的液晶显示装置100G的一个像素区结构的平面图。
图24A是示意地图解根据本发明实施例的液晶显示装置100H的一个像素区结构的平面图，图24B是图解图24A中栅极总线周围部分的放大图。
图25A是示意地图解根据本发明实施例的液晶显示装置100I的一个像素区结构的平面图，图25B是图解图25A中栅极总线周围部分的放大图。
图26A和26B示意地图解了根据本发明替代实施例的液晶显示装置200的一个像素区结构，其中图26A是平面图，图26B是沿图26A的线26B-26B′的横截面图。
图27A-27D示意地图解了液晶分子30a取向和具有垂直对准力(verticalalignment power)的表面结构之间的关系。
图28A和28B图解了两端有外加电压时液晶显示装置200的液晶层30，其中图28A示意地图解了取向刚刚开始变化的状态(初始接通状态)，图28B示意地图解了稳态。
图29A-29C是分别示意地图解替代实施例的液晶显示装置200A、200B和200C的横截面图，它们具有开口和突出之间的不同位置关系。
图30是示意地图解沿图26A的线30A-30A′的液晶显示装置200的横截面图。
图31A和31B示意地图解了根据本发明替代实施例的液晶显示装置200D的一个像素区结构，其中图31A是平面图，图31B是沿图31A的线31B-31B′的横截面图。
图32A-32C是示意地图解具有两层电极的液晶显示装置300的一个像素区的横截面图，其中图32A图解了没有外加电压的状态，图32B示意地图解了取向刚刚开始变化的状态(初始接通状态)，图32C示意地图解了稳态。
图33A和33B是示意地图解在一反衬底上有一突出的液晶显示装置400的一个像素区的横截面图，其中图33A是平面图，图33B是沿图33A的线33B-33B′的横截面图。
图34A-34C是示意地图解液晶显示装置400的一个像素区的横截面图，其中图34A图解了没有外加电压的状态，图34B示意地图解了取向刚刚开始变化的状态(初始接通状态)，图34C示意地图解了稳态。
图35是示意地图解在一反衬底上有一突出的另一液晶显示装置400A的一个像素区结构的平面图。
图36是示意地图解在一反衬底上有一突出的另一液晶显示装置400B的一个像素区结构的平面图。
图37是示意地图解在一反衬底上有一突出的另一液晶显示装置400C的一个像素区结构的平面图。
图38A和38B示意地图解了根据本发明另一替代实施例的液晶显示装置500的一个像素区结构，其中图38A是平面图，图38B是沿图38A的线38B-38B′的横截面图。
图39是示意地图解液晶显示装置800的平面图，其中总线的部分栅极边缘没有被像素区的固体部分覆盖。
图40是示意地图解根据本发明另一替代实施例的液晶显示装置500A的一个像素区结构的平面图。
图41是示意地图解根据本发明另一替代实施例的液晶显示装置500B的一个像素区结构的平面图。
具体实施例方式
现在将参考图描述本发明的实施例。
首先，将描述本发明的液晶显示装置的电极结构及其功能。下文中将关于使用薄膜晶体管(TFT)的有源矩阵型液晶显示装置来描述本发明的优选实施例。而且，虽然将关于透射式液晶显示装置描述本发明优选实施例，不过作为选择，本发明可以使用反射式液晶显示装置或透射/反射组合式液晶显示装置。
注意在本说明书中，与“像素”相应的液晶显示装置的区域将称作为“像素区”，其是显示的最小单位。在彩色液晶显示装置中，R、G和B“像素”对应一个“像素(pixel)”。在有源矩阵型液晶显示装置中，像素区由像素电极和与像素电极相对的反电极来定义。在具有黑色基质(matrix)的结构中，严格地讲，像素区是每个区域的一部分，根据预期的显示状态在其两端施加电压，该状态与黑色基质的开口相应。
将参考图1A和1B描述根据本发明实施例的液晶显示装置100的一个像素区结构。在下面的描述中，为了简便，忽略了滤色器和黑色基质。此外，在后续图中，具有与液晶显示装置100中相应元件基本上相同功能的每个元件将用相同的附图标记表示，并且下面将不再描述该元件。图1A是正如在衬底法线方向上所观察到的平面图，图1B是沿图1A的线1B-1B′的横截面图。图1B图解了液晶层两端没有外加电压的状态。
液晶显示装置100包括一有源矩阵衬底(下文中称为“TFT衬底”)100a、一反衬底(也称为“滤色器衬底”)100b和一设置在TFT衬底100a和反衬底100b之间的液晶层30。如图1B中所示，当借助垂直对准膜(未图示)液晶层30两端没有外加电压时，液晶层30的液晶分子30a具有负介电各向异性，并垂直于垂直对准膜的表面对准，作为垂直对准层设置在TFT衬底100a和靠近液晶层30的反衬底100b每一个的一个表面上。这种状态描述为垂直对准的液晶层30。然而，注意，垂直对准的液晶层30的液晶分子30a可以稍倾斜于垂直对准膜表面(衬底表面)的法线，这取决于使用的垂直对准膜类型或液晶材料类型。通常，垂直对准定义为一种状态，在该状态下液晶分子轴(也称为“轴取向”)相对于垂直对准膜表面在约85°角或更大的角上取向。
液晶显示装置100的TFT衬底100a包括一透明衬底(例如玻璃衬底)11和一设置在透明衬底11表面上的像素电极14。反衬底100b包括一透明衬底(例如玻璃衬底)21和一设置在透明衬底21表面上的反电极22。对于每个像素区来说，液晶层30的取向根据像素电极14和反电极22之间提供的电压而变化，布置像素电极14和反电极22以便经由液晶层30相互相对。通过利用一种现象产生显示，该现象就是穿过液晶层30的光偏振或光量随着液晶层30的取向变化而改变。
液晶显示装置100的像素电极14包括多个开口14a和一个固体部分14b。开口14a表示由导电膜(例如ITO膜)制造的像素电极14中已经去除导电膜的部分，和固体部分14b表示其一部分，这里存在导电膜(除了开口14a以外的部分)。虽然对于每个像素电极来说形成多个开口14a，不过固体部分14b基本上由单个连续导电膜制作。
布置开口14a使得其各个中心形成方格，单位固体部分14b′(定义为基本上由四个开口14a包围的一部分固体部分14b，这四个开口各自中心位于形成一个单元格的四个格点)具有一般圆形。每个开口14a具有一般星形，其具有四个四分之一圆弧形侧边(边缘)，并且在四个侧边中心具有四重旋转轴(four-folded rotation axis)。为了稳定整个像素区的取向，单元格优选地存在达到像素电极14的外围。具体地说，如图所示，像素电极14的外围部分优选地图形化成与一般半件开口14a相应的形状(在沿着像素电极14侧边的外围部分中)或加工成与一般四分之一件开口14a相应的形状(在像素电极14角上的外围部分中)，由此沿着像素电极14的外围也提供开口14a。
位于像素区中心部分中的开口14a通常具有相同的形状和尺寸。分别位于由开口14a形成的单元格中的单位固体部分14b′通常是圆形的，并通常具有相同的形状和尺寸。每个单位固体部分14b′连接到相邻的单位固体部分14b′，由此形成固体部分14b，其基本上起单个导电膜作用。
当在具有如上所述结构的像素电极14和反电极22之间外加电压时，在每个开口14a的边缘部分上产生倾斜电场，由此产生多个液晶域，每个域具有径向倾斜的取向。在与开口14a相应的每个区和与单元格中的单位固体部分14b′相应的每个区中产生液晶域。
虽然这里图解了具有正方形的像素电极14，不过像素电极14的形状不局限于此。像素电极14的典型形状可以近似为矩形形状(包括正方形和长方形)，由此开口14a可以一正方格图案整齐地排列在其中。甚至当像素电极14具有除了矩形以外的形状时，只要以规则的方式排列开口14a(例如以这里图解的正方格图案)使液晶域形成在像素区中的所有区域中，就可以得到本发明的效果。
将参考图2A和2B描述由上述倾斜电场形成液晶域的机理。图2A和2B的每个解了在其上加有电压的图1B中图解的液晶层30。图2A示意地图解了根据施加在液晶层30两端的电压，液晶分子30a取向刚刚开始变化的状态(初始接通状态)。图2B示意地图解了根据外加电压，液晶分子30a取向已经改变并变成稳定的状态。图2A和图2B中的曲线EQ表示等势线。
如图1A中所图解的，当像素电极14和反电极22位于相同电势时(在液晶层30上没有提供电压的状态)，每个像素区中的液晶分子30a垂直于衬底11和21的表面对准。
当在液晶层30上外加电压时，产生了由图2A中所示的等势线EQ(垂直于电力线)表示的电势梯度。等势线EQ平行于液晶层30中的固体部分14b和反电极22的表面，液晶层30位于像素电极14的固体部分14b和反电极22之间，并且在等势线EQ与像素电极14的开口14a相应的区域里下降。由等势线EQ倾斜部分表示的倾斜电场在开口14a的边缘部分EG(包括其边界的开口14a内外围部分)上的液晶层30中产生。
扭矩作用在具有负介电各向异性的液晶分子30a上，以便引导液晶分子30a的轴取向平行于等势线EQ(垂直于电力线)。因此，如图2A中的箭头所示，图2A中的右边缘部分EG上的液晶分子30a顺时针方向倾斜(旋转)而左边缘部分EG上的液晶分子30a逆时针方向倾斜(旋转)。因此，边缘部分EG上的液晶分子30a平行于等势线EQ相应的部分取向。
参考图3A-3D，现在将更详细地描述液晶分子30a的取向变化。
当在液晶层30中产生电场时，扭矩作用在具有负介电各向异性的液晶分子30a上，以便引导其轴取向平行于等势线EQ。如图3A所图解的，当产生了由垂直于液晶分子30a轴取向的等势线EQ表示的电场时，或者促进液晶分子30a顺时针方向倾斜的扭矩出现，或者促进液晶分子30a逆时针方向倾斜的扭矩出现，它们的出现具有相同概率。因此，在这对相互相对的平行板状电极之间的液晶层30具有一些遭受顺时针扭矩的液晶分子30a和其它一些遭受逆时针扭矩的液晶分子30a。因此，根据施加在液晶层30上的电压，向预期取向的过渡可能进行得并不平稳顺利。
当在本发明的液晶显示装置100的开口14a的边缘部分EG产生一电场(一倾斜电场)时，如图2A中所示，该电场由关于液晶分子30a轴取向倾斜的部分等势线EQ表示，如图3B所示，液晶分子30a在对于液晶分子30a来说需要更少的旋转以便平行于等势线EQ的任何方向上倾斜(图解的实例中是逆时针方向)。如图3C所示，在产生了由垂直于液晶分子30a轴取向的等势线EQ表示的电场的区域中的液晶分子30a在与位于等势线EQ倾斜部分上的液晶分子30a相同方向上倾斜，由此其取向与位于等势线EQ倾斜部分上的液晶分子30a的取向相一致连续。如图3D所图解的，当使得等势线EQ形成连续的凹形/凸形图案的电场时，位于等势线EQ平缓部分上的液晶分子30a受到取向，以便与由位于等势线EQ相邻倾斜部分上的液晶分子30a定义的取向方向一致。本文中使用的短语“位于等势线EQ上”意思是“位于由等势线EQ表示的电场里”。
液晶分子30a的取向变化，从位于等势线EQ倾斜部分上的液晶分子30a开始，如上所述继续进行，达到图2B中示意图解的稳态。位于开口14a中心部分周围的液晶分子30a，基本相同地受到位于开口14a的相对边缘部分EG上的液晶分子30a的各自取向的影响，因此保持它们的取向垂直于等势线EQ。远离开口14a中心的液晶分子30a受到靠近边缘部分EG上的其它液晶分子30a取向的影响而倾斜，因此形成关于开口14a中心SA对称的倾斜取向。在垂直于液晶显示装置100的显示平面的方向上(垂直于衬底11和21表面的方向)所观察到的取向，是液晶分子30a具有关于开口14a中心的径向轴取向(未图示)的状态。在本说明书中，这种取向将称为“径向倾斜取向”。而且，取关于单轴的径向倾斜取向的液晶层区域被称为“液晶域”。
液晶分子30a取径向倾斜取向的液晶域也形成在一区域上，该区域相应于由开口14a基本上包围的单位固体部分14b′。相应于单位固体部分14b′的区域里的液晶分子30a受到开口14a的每个边缘部分EG上的液晶分子30a取向的影响，以便取径向倾斜取向，其关于单位固体部分14b′的中心SA(相应于由开口14a形成的单元格中心)对称。
在单位固体部分14b′中形成的液晶域中的径向倾斜取向和在开口14a中形成的径向倾斜取向彼此连续一致，并且都与开口14a边缘部分EG上的液晶分子30a取向一致。在开口14a中形成的液晶域中的液晶分子30a取向为圆锥形，其向上扩展(朝衬底100b)，在单位固体部分14b′中形成的液晶域中的液晶分子30a取向为圆锥形，其向下扩展(朝衬底100a)。如上所述，在开口14a中形成的液晶域中的径向倾斜取向和在单位固体部分14b′中形成的液晶域中的径向倾斜取向是彼此连续一致的。因此，沿着它们之间的边界无旋转位移(disclination)线(取向缺陷)形成，由此防止由于出现旋转位移线造成的显示质量下降。
为了改善在所有方位角中的视角依赖性，其是液晶显示装置的显示品质，在各种方位角方向取向的液晶分子30a在每个像素区中的存在概率优选地旋转对称，更优选地轴对称。换句话说，整个像素区上形成的液晶域优选地具有旋转对称，更优选地具有轴对称。然而，注意旋转对称不是必须在整个像素区上，而是液晶层中每个像素区形成为多组液晶域集合可能就足够了，这些组排列为使得每组具有旋转对称(或轴对称)(例如多组液晶域，其中以方格图案排列每组液晶域)。因此，在像素区中形成的开口14a的排列可能不需要在整个像素区上具有旋转对称，而是排列可以被表示为多组开口集合可能就足够了，这些开口组排列成使得每组具有旋转对称(或轴对称)(例如多组开口，其中以方格图案排列每组开口)。当然，这类似地应用于由开口14a基本上包围的单位固体部分14b′的排列。而且，由于每个液晶域的形状优选地具有旋转对称，更优选地具有轴对称，所以每个开口14a和每个单位固体部分14b′的形状优选地旋转对称，更优选地轴对称。
注意在开口14a中心部分周围的液晶层30上可能没有施加足够电压，由此开口14a中心部分周围的液晶层30不对显示起作用。换句话说，即使开口14a中心部分周围的液晶层30的径向倾斜取向被扰乱达到某种程度(例如，即使中心轴偏离开口14a中心)，显示品质可能不减少。因此，至少排列与单位固体部分14b′相对应形成的液晶域使其具有旋转对称，更优选地具有轴对称足矣。
如上所述参考图2A和图2B，本发明的液晶显示装置100的像素电极14包括多个开口14a，并在像素区中的液晶层30里产生电场，该电场由具有倾斜部分的等势线EQ表示。液晶层30中具有负介电各向异性的液晶分子30a，它们在没有外加电压时垂直对准，随着位于作为起动信号(trigger)的等势线EQ倾斜部分上的液晶分子30a的取向变化，而改变其取向方向。因此，具有稳定径向倾斜取向的液晶域形成在开口14a和固体部分14b中。通过液晶域中液晶分子方向根据施加在液晶层上电压的变化而产生显示。
将描述本实施例液晶显示装置100的像素电极14的开口14a的形状(如在衬底法线方向上所观察到的)和排列。
由于有液晶分子的取向(光学各向异性)，液晶显示装置的显示特性表现出方位角依赖性。为了减少显示特性的方位角依赖性，优选地是以基本上相同的概率在所有方位角上使得液晶分子受到取向。更优选地，以基本上相同的概率在所有方位角上使每个像素区中的液晶分子受到取向。因此，开口14a优选地具有这样形状，就是液晶域形成在每个像素区中，由此以基本上相同的概率在所有方位角上使像素区中的液晶分子30a受到取向。更具体地说，开口14a的形状优选地关于穿过每个开口中心(在法线方向上)的对称轴旋转对称(更优选地至少两重旋转轴对称)。同样优选地是排列多个开口14a，使其旋转对称。而且，优选地是由这些开口基本上包围的单位固体部分14b′的形状也旋转对称。同样优选地是排列单位固体部分14b′，使其旋转对称。
然而，可能不需要排列开口14a或单位固体部分14b′以便在整个像素区上具有旋转对称。当例如(具有四重旋转轴对称的)方格用作最小单位时，在整个象素区上用基本上相同的概率在所有方位角上可以对液晶分子取向，如图1A所图解的，由这种方格形成像素区。
将参考图4A-4C描述如图1A所图解的，当在方格图案中排列旋转对称的一般星形开口14a和一般圆形单位固体部分14b′时的液晶分子30a取向。
图4A-4C中每个图示意地图解了如在衬底法线方向上所观察的液晶分子30a取向。在图解如在衬底法线方向上所观察的液晶分子30a取向的图中，例如图4B和4C，画为椭圆形的液晶分子30a的黑斑点端，表示液晶分子30a被倾斜以便该端比其它端更接近其上设有含开口14a的像素电极14的衬底。这个类似地应用到所有后续图中。下文将描述图1A中图解的像素区中的单个单元格(其由四个开口14a形成)。沿着图4A-4C的各个对角线的横截面图分别对应于图1B、图2A和图2B，在下面的描述中也参考图1B、图2A和图2B。
当像素电极14和反电极22位于相同电势时，也就是处于无电压施加在液晶层30上的状态，如图4A所示，由垂直对准层(未图示)调整取向方向的液晶分子30a垂直对准，垂直对准层设置在TFT衬底100a和反衬底100b的靠近液晶层30的一个侧面上。
当电场施加在液晶层30上以便产生由图2A中所示等势线EQ表示的电场时，扭矩作用在具有负介电各向异性的液晶分子30a上，以便引导液晶分子30a的轴取向平行于等势线EQ。如以上参考图3A和3B所述，对于由垂直于其分子轴的等势线EQ表示的电场下的液晶分子30a来说，不是唯一地定义液晶分子30a的倾斜(旋转)方向(图3A)，由此取向变化(倾斜或旋转)不容易发生。相反，对于放置在关于液晶分子30a分子轴倾斜的等势线EQ下的液晶分子30a来说，唯一地定义倾斜(旋转)方向，由此取向变化容易发生。因此，如图4B所图解，液晶分子30a从开口14a边缘部分开始倾斜，在该边缘部分液晶分子30a的分子轴关于等势线EQ倾斜。然后，如以上参考图3C所述，周围的液晶分子30a倾斜，以便与开口14a边缘部分上已经倾斜的液晶分子30a取向一致。然后，如图4C中所图解的，液晶分子30a的轴取向变得稳定(径向倾斜取向)。
如上所述，当开口14a的形状具有旋转对称时，像素区里的液晶分子30a相继倾斜，根据电压的施加从开口14a边缘部分开始朝向开口14a中心。因此，得到一取向，在该取向上开口14a中心周围的液晶分子30a关于衬底平面保持垂直对准，这里来自边缘部分上液晶分子30a的各个取向调节力是平衡的，而周围的液晶分子30a在径向图案里关于开口14a中心周围的液晶分子30a倾斜，并且随着远离开口1 4a中心倾斜程度逐渐增加。
与一般圆形单位固体部分14b′相应的区域里的液晶分子30a也倾斜，以便与已经被每个开口14a边缘部分上产生的倾斜电场倾斜的液晶分子30a取向一致，单位固体部分14b′由排列在方格图案中的四个一般星形开口14a包围。因此，得到一取向，在该取向上单位固体部分14b′中心周围的液晶分子30a关于衬底平面保持垂直对准，这里来自边缘部分上液晶分子30a的各个取向调节力是平衡的，而周围的液晶分子30a在径向图案里关于单位固体部分14b′中心周围的液晶分子30a倾斜，并且随着远离单位固体部分14b′中心倾斜程度逐渐增加。
如上所述，当每一个中的液晶分子30a取径向倾斜取向的液晶域在整个像素区上在一方格图案中排列时，各个轴取向的液晶分子30a的存在概率具有旋转对称，由此可能实现高品质显示，对于任何视角来说没有非均匀性。为了减少具有径向倾斜取向的液晶域的视角依赖性，液晶域优选地具有高度旋转对称(优选地至少具有两重旋转轴，更优选地至少具有四重旋转轴)。而且，为了减少整个像素区上的视角依赖性，设置在像素区里的多个液晶域优选地排列在一图案中(例如方格图案)，其是多个单位图案(例如单元格图案)的组合，每个图案具有高度旋转对称(优选地至少具有两重旋转轴，更优选地至少具有四重旋转轴)。
对于液晶分子30a的径向倾斜取向来说，如图5B或图5C所图解的，分别具有逆时针或顺时针螺旋图案的径向倾斜取向，比图5A中所图解的简单径向倾斜取向更稳定。螺旋取向不同于普通扭转方向(在该方向液晶分子30a的取向方向沿着液晶层30的厚度成螺旋形变化)。在螺旋取向中，对于微小区域来说，液晶分子30a的取向方向沿着液晶层30的厚度基本上不改变。换句话说，液晶层30任何厚度上的横截面中的取向(在平行于层平面的平面中)如图5B或图5C所图解的，沿着液晶层30厚度基本上没有扭转变形。然而，对于作为整体的液晶域来说，可能存在一定程度的扭转变形。
当使用通过把手性剂加进具有负介电各向异性的向列型液晶材料中得到一种材料时，在存在外加电压的情况下，如图5B或5C所示，液晶分子30a分别取关于开口14a和单位固体部分14b′的逆时针或顺时针螺旋图案的径向倾斜取向。螺旋图案是逆时针还是顺时针由使用的手性剂的类型确定。因此，当存在外加电压时，通过控制开口14a内的液晶层30为螺旋图案的径向倾斜取向，径向倾斜的液晶分子30a关于垂直于衬底平面的其它液晶分子30a的螺旋图案方向在所有液晶域中可以是恒定的，由此可能实现均匀显示而不存在显示非均匀性。由于垂直于衬底平面的液晶分子30a周围的螺旋图案方向是明确的，所以液晶层30上的电压施加的响应速度也得到提高。
而且，当增加手性剂时，液晶分子30a的取向如在正常扭转取向上沿着液晶层30厚度在螺旋图案中变化。在液晶分子30a的取向沿着液晶层30厚度在螺旋图案中不变化的取向上，垂直于或平行于偏振板的偏振轴取向的液晶分子30a不给入射光相差，由此穿过这种取向区域的入射光不能促进透射。相反，在液晶分子30a的取向沿着液晶层30厚度在螺旋图案中变化的取向上，垂直于或平行于偏振板的偏振轴取向的液晶分子30a也给入射光相差，并且旋光强度也可利用，由此穿过这种取向区域的入射光也促进透射。因此，可能得到能够产生一亮显示的液晶显示装置。
图1A图解了其中每个开口14a具有一般星形并且每个单位固体部分14b′具有一般圆形的实例，其中这样的开口14a和这样的单位固体部分14b′排列在方格图案中。然而，开口14a的形状、单位固体部分14b′的形状以及它们的排列不局限于上述实例。
图6A和图6B是分别图解像素电极14A和14B的平面图，它们分别具有不同形状的开口14a和单位固体部分14b′。
在图6A和图6B中图解的像素电极14A和14B的开口14a和单位固体部分14b′分别是图1A中图解的像素电极的稍许变形。像素电极14A和14B的开口14a和单位固体部分14b′具有双重旋转轴(不是四重旋转轴)，并且被规则排列以便形成长方形单元格。在像素电极14A和14B中，开口14a为变形星形，单位固体部分14b′为一般椭圆形(变形圆形)。同样，使用这种像素电极14A和14B，可能得到具有高显示品质和理想视角特性的液晶显示装置。
而且，作为选择，可以使用分别在图7A和图7B中图解的像素电极14C和14D。
在像素电极14C和14D中，一般十字形开口14a排列在方格图案中，使得每个单位固体部分14b′为一般正方形。当然，像素电极14C和14D的图案可以变形，使得有长方形单元格。如上所述，作为选择，通过规则排列一般矩形(包括正方形和长方形)单位固体部分14b′，可能得到具有高显示品质和理想视角特性的液晶显示装置。
然而，开口14a和/或单位固体部分14b′的形状优选地是圆形或椭圆形，而不是矩形，由此径向倾斜取向更稳定。认为使用圆形或椭圆形开口和/或单位固体部分，径向倾斜取向更稳定，因为开口14a的边缘更连续(平滑)，由此液晶分子30a的取向方向更连续(平滑)变化。
考虑到上述液晶分子30a取向方向连续性，分别在图8A和图8B中图解的像素电极14E和14F也是想要的。图8A中图解的像素电极14E是图1A中图解的像素电极14的变型，在图1A中每个开口14a简单地由四个圆弧组成。图8B中图解的像素电极14F是图7B中图解的像素电极14D的变型，在图7B中，单位固体部分14b′上的开口14a每个侧面是圆弧。在像素电极14E和14F中，开口14a和单位固体部分14b′具有四重旋转轴，并且被排列在(具有四重旋转轴的)方格图案中。作为选择，如图6A和图6B中所示，开口14a的单位固体部分14b′的形状可以变形为具有两重旋转轴的形状，可以排列这样的单位固体部分14b′以便形成(具有两重旋转轴的)长方格。
在上述实例中，开口14a是一般星形或一般十字形，单位固体部分14b′是一般圆形、一般椭圆形、一般正方形(矩形)和具有圆角的一般矩形。作为选择，开口14a和单位固体部分14b′之间的负—正关系可以反相(下文中，开口14a和单位固体部分14b′之间的负—正关系转换将简单地称为“反相”)。例如，图9图解了具有某一图案的像素电极14G，该图案通过反相图1A中图解的像素电极14的开口14a和单位固体部分14b′之间的负—正关系而得到。具有反相图案的像素电极14G基本上具有与图1A中图解的像素电极14相同的功能。当开口14a和单位固体部分14b′都具有一般正方形时，如同分别在图10A和图10B中图解的像素电极14H和14I中的，反相图案基本上可以与原始图案相同。
同样当图1A中图解的图案反相为图9中图解的图案时，优选地形成开口14a的部分件(通常为一半或四分之一件)，以便形成单位固体部分14b′，其在像素电极14的边缘部分上旋转对称。通过使用这样图案，在像素区的边缘部分上可以得到倾斜电场效果，如同像素区的中心部分中那样，由此，可能在整个像素区上实现稳定的径向倾斜取向。
其次，将关于图1A的像素电极14和图9中图解的像素电极14G讨论应该使用两个反相的图案中的哪一个，像素电极14G具有某一图案，该图案通过反相像素电极14的开口14a和单位固体部分14b′的图案而得到。
对于任一图案来说，每个开口14a的周长相同。因此，对于产生倾斜电场的功能来说，两个图案之间不存在差别。然而，两个图案之间的单位固体部分14b′面积比(关于像素电极14的总面积)可不同。换句话说，它们之间产生一作用在液晶层的液晶分子上电场的固体部分14b的面积(存在导电膜的部分)可以不同。
通过形成在开口14a中的液晶域施加的电压低于通过形成在固体部分14b中的另一液晶域施加的电压。因此，在正常黑色模式显示中，例如，形成在开口14a中的液晶域显得更暗。因此，由于开口14a面积比增加，显示亮度减少。因此，优选地是固体部分14b面积比高。
是在图1A图案中还是在图9图案中固体部分14b面积比更高，依赖于单元格的间距(尺寸)。
图11A图解了图1A中图解的图案单元格，图11B图解了图9中图解的图案单元格(开口14a作为每个晶格的中心)。在图11B中忽略了图9中所示用于把相邻的单位固体部分14b′连接在一起的部分(从圆形部分开始在四个方向扩展的分支部分)。方单元格一侧长度(间距)用“p”表示，开口14a或单位固体部分14b′和单元格侧面之间的距离(侧距宽度)用“s”表示。
产生具有不同间距p和侧距s的像素电极14的各种样例，以便测试径向倾斜取向的稳定性等。因此，发现对于具有图11A中图解的图案(下文中，称为“正图案”)的像素电极14来说，侧距s需要约为2.75μm或更多，以便产生所需倾斜电场来得到一径向倾斜取向。发现对于具有图11B中图解的图案(下文中，称为“负图案”)的像素电极14来说，侧距s需要约为2.25μm或更多，以便产生所需倾斜电场来得到一径向倾斜取向。对于每个图案来说，当随着侧距s固定到其下限值以上而改变间距p值时，固体部分14b面积比得到测试。结果表示在下面的表1和图11C中。
间距p(μm) 固体部分面积比(％)正的(图11A) 负的(图11B)

如从表1和图11C中所看到的，当间距p约为25μm或更多时，正图案(图11A)具有较高的固体部分14b面积比，当间距p小于约25μm时，负图案(图11B)具有较高的固体部分14b面积比。因此，考虑到显示亮度和取向稳定性，应该使用的图案在约25μm临界间距p上改变。例如，当在宽度为75μm像素电极14的宽度方向上提供三个或更少单元格时，图11A中图解的正图案是优选的，当提供四个或更多单元格时，图11B中图解的负图案是优选的。对于不同于本文中图解的图案来说，可以在正图案和负图案之间类似地进行选择，以便得到较大固体部分14b面积比。
可以如下确定单元格数量。计算每个单元格尺寸，由此沿着像素电极14的宽度(水平或垂直)排列一个或更多(整数)单元格，对每个计算的单元格尺寸计算固体部分面积比。然后，选择固体部分面积比最大化的单元格尺寸。注意，当单位固体部分14b′(对于正图案来说)或开口14a(对于负图案来说)的直径小于15μm时，来自倾斜电场的取向调节力降低，由此，不容易得到稳定的径向倾斜取向。下限直径值用于液晶层30的厚度约为3μm的情况。当液晶层30厚度小于约3μm时，甚至当单位固体部分14b′和开口14a的直径小于下限值时，可以得到稳定的径向倾斜取向。当液晶层30厚度大于约3μm时，用于得到稳定的径向倾斜取向的单位固体部分14b′和开口14a的下限直径值大于上述下限值。
注意，如下文中所述通过在开口14a中形成突出，可以增加径向倾斜取向的稳定性。上述给出的所有条件用于没有形成突出的情况。
如上所述，通过提供一种电极结构，可能实现一种具有宽视角的显示器，该电极结构施加取向调节力来形成一液晶域，该液晶域在像素区中取径向倾斜取向。
然而，本发明人已经发现，仅仅通过提供上述电极结构，不能充分提高显示品质，这依赖于像素电极14的开口14a和设置在TFT衬底100a上的总线(一组互连线)边缘之间的位置关系。在本发明的液晶显示装置100中，像素电极14的开口14a和总线边缘处于如下所述位置关系，由此实现高品质显示。
参考图12，现在将描述本发明液晶显示装置100的像素电极14的开口14a和总线18边缘之间的位置关系。图12是示意地图解本实施例的液晶显示装置100像素区的平面图。注意在后续图中，省略设置在TFT衬底100a上的用于每个像素区的TFT。
如图12所图解的，液晶显示装置100的TFT衬底100a在靠近液晶层30的侧面上包括用于每个像素区的像素电极14、作为开关元件电连接到像素电极14的TFT(未图示)、和总线18，总线18包括栅极总线(扫描线)15和源极总线(信号线)16，它们电连接到TFT。在本实施例中，总线18还包括用于形成存储电容器的存储电容器线17。
在本实施例中，如图12中所图解的，在每个像素区中至少一个沿总线18布置的开口14a叠置在总线18上。更具体地说，在沿总线18布置的开口14a中，沿栅极总线15布置并布置在两个相邻单位固体部分14b′之间的开口14a叠置在总线18上(栅极总线15)。因此，如从TFT衬底100a侧所观察的，提供栅极总线15以便覆盖位于相邻单位固体部分14b′之间的开口14a。如从反衬底100b侧所观察的，其间插入开口14a的单位固体部分14b′覆盖栅极总线15的边缘。这里，栅极总线15形成有分支部分，每个部分都朝相邻单位固体部分14b′之间的开口14a延伸，由此相邻单位固体部分14b′之间的开口14a叠置在栅极总线15上。
在液晶显示装置100中，如上所述，至少一个沿总线18布置的开口14a叠置在总线18上，由此实现高品质显示。将在下文中参考图13、图14A、14B、16A和16B，与沿总线18布置的开口14a不叠置在总线18上的情况相比，描述此原因。
图13是示意地图解液晶显示装置700的平面图，其中沿总线18布置的开口14a不叠置在总线18上。而且，图14A和14B示意地图解了一开口14a周围的液晶分子30a的取向，该开口14a沿着液晶显示装置700的栅极总线15布置，其中图14A是平面图，图14B是沿图14A线14B-14B′的横截面图。图16A和16B示意地图解了一开口14a周围的液晶分子30a的取向，该开口14a沿着本实施例液晶显示装置100的栅极总线15布置，其中图16A是平面图，图16B是沿图16A线16B-16B′的横截面图。
当驱动液晶显示装置时，用于驱动液晶显示装置的预定信号(电压)提供给总线18，总线18设置在TFT衬底100a上，由此，在总线18和反电极22之间产生电场。因此，在总线18边缘附近产生倾斜电场。然而，来自倾斜电场的取向调节力与来自产生于开口14a边缘部分的倾斜电场的取向调节力不匹配。因此，如果一液晶域遭受到来自总线18边缘附近的倾斜电场的调节力作用，该液晶域形成在沿总线18布置的开口14a中，则液晶域的取向受到干扰，由此导致变形的径向倾斜取向。
例如，如图13所图解的，在液晶显示装置700中，其中沿总线18布置的开口14a未叠置在总线18上，当外加电压时，一开口14a周围的液晶分子30a取向如下，该开口14a沿着栅极总线15布置。如图14B所图解的，当外加电压时，开口14a边缘部分上的液晶分子30a被一倾斜电场逆时针方向倾斜，该倾斜电场产生在开口14a边缘部分上，然而在栅极总线15边缘附近的液晶分子30a被一倾斜电场顺时针方向倾斜，该倾斜电场产生在栅极总线15附近。因此，如图14A中所图解的，开口14a中的液晶层30形成具有变形径向倾斜取向的液晶域(在图解的实例中是压扁圆形)。
由于预先布置相邻液晶域来保持它们之间的取向连续性，因此沿总线18布置的开口14a中的液晶域的取向干扰影响相邻液晶域的取向，也就是，形成在相邻单位固体部分14b′中的液晶域的取向。因此，在相邻单位固体部分14b′中，液晶域取向同样受到干扰。
在一，由于其干扰取向取变形径向倾斜取向的液晶域中，该取向不稳定并且它容易毁坏，由此外加电压后，这样一个液晶域的取向达到稳态之前需要很长时间。因此，如上所述的取向干扰导致响应速度降低(响应特性退化)。
而且，每个像素区中的液晶层30达到具有这种变形的径向倾斜取向的稳态，其中取向受到干扰，受干扰的取向从一个像素区变化到另一个。因此，余像现象可能出现，其中图像切换信号输入之后，之前显示的图像残存。这是因为如果液晶层30的取向在不同像素区之间变化，透射同样在不同像素区之间变化。尤其是，两个像素区之间的液晶层30取向存在明显差别，一个像素区已经从白色显示转换到中间灰度级显示，另一像素区已经从黑色显示转换到中间灰度级显示，这种像素区之间的透射差可能被认为是余像现象。这因为以下原因。在白色显示中，开口14a边缘部分上产生的倾斜电场施加相对强的取向调节力，由此，液晶层30的取向稳定。因此，甚至在转换到中间灰度级显示之后，液晶层30的取向稳定。另一方面，当从黑色显示转换到中间灰度级显示时，液晶层30的取向可能毁坏，因为来自产生于开口14a边缘部分上的倾斜电场的取向调节力相对弱。
相反，如图12所图解的，本发明的液晶显示装置100设计成这样，就是沿总线18布置的开口14a中至少一个，特别是沿栅极总线15布置且位于两个相邻单位固体部分14b′之间的开口14a，叠置在总线18上(栅极总线15)，由此接近叠置在总线18上的开口14a的总线18边缘由像素电极14的单位固体部分14b′覆盖。
因此，在叠置在总线18上的开口14a附近，液晶层30的液晶分子30a通过像素电极14的单位固体部分14b′得到电屏蔽，免遭在总线18边缘附近产生的倾斜电场的影响。因此，液晶层30的液晶分子30a未遭受来自总线18边缘附近产生的倾斜电场的取向调节力作用，其取向只由产生于开口14a边缘部分的倾斜电场来调节。
因此，在本发明的液晶显示装置100中，在形成于叠置在总线18上的开口14a中的液晶域中，或在形成于邻近开口14a的单位固体部分14b′中的液晶域中，取向不受干扰，由此抑制了响应速度减少(响应特性退化)和余像现象出现，因此实现高品质显示。
注意，尽管在总线18边缘附近产生的倾斜电场，不仅导致如上所述的响应速度减少和余像现象，而且导致对比率降低，不过如果总线18用光阻挡材料制造，可以抑制对比率降低。现在将更详细描述这个。
如上所述，在总线18边缘附近产生倾斜电场，不管在像素电极14和反电极22之间的液晶层30上有/没有外加电压，都产生倾斜电场。因此，在以普通黑色模式产生显示的液晶显示装置中，如果没有外加电压时通过来自倾斜电场的取向调节力倾斜总线18边缘附近的液晶分子30a，漏光可能出现，由此降低对比率。特别地，由于栅极总线15大部分时间施加相对高的电压(关断电压)来保持TFT关断，在栅极总线15边缘附近，这种漏光程度是明显的。
在本发明的液晶显示装置100中，接近叠置在总线18上的开口14a的总线18边缘由像素电极14的单位固体部分14b′覆盖，由此，液晶层30的液晶分子30a得到电屏蔽，免遭在总线18边缘附近产生的倾斜电场的影响。因此，液晶层30的液晶分子30a未遭受来自倾斜电场的取向调节力倾斜。尽管在叠置在总线18上的开口14a中的液晶层30的液晶分子30a可以由总线18和反电极22之间产生的电场倾斜，不过如果总线18用光阻挡材料制造，叠置在总线18上的开口阻光。
因此，如果总线18用光阻挡材料制造，抑制了由于出现漏光而造成的对比率降低，由此实现更高品质的显示。
而且，如果总线18用光阻挡材料制造，正如将在下文中所描述的，可能抑制显示平面内的非均匀性(也就是对比率的局部变化)，由此提高显示品质。
由于总线18边缘附近产生的倾斜电场，剩余电荷可能出现在开口14a中，通过开口14a暴露绝缘材料，如果由于剩余电荷的影响倾斜沿总线18布置的开口14a中的液晶分子30a，将导致漏光。虽然剩余电荷的程度依赖于绝缘材料的表面条件而变化，不过当印刷对准膜时或当注入液晶材料时，绝缘材料的表面条件变化出现。因此，在液晶显示装置中，显示平面内的剩余电荷存在变化。如果在显示平面内剩余电荷变化，那么在显示平面内漏光程度也变化，由此导致对比率局部变化，因此产生非均匀性。特别地，如上所述，由于相对高的电压施加到栅极总线15，所以栅极总线15明显有助于出现非均匀性。
在本发明的液晶显示装置100中，当总线18用光阻挡材料制造时，叠置在总线18上的开口14a被总线18挡住，由此抑制了如上所述的非均匀性出现，因此提高了显示品质。
而且，在图13图解的液晶显示装置700的栅极总线15边缘附近中，如图15A(沿图13线15A-15A′的横截面图)所图解的，存在一些区域，在这些区域中没有形成像素电极14的导电膜(固体部分14b)，如图15B(沿图13线15B-15B′的横截面图)所图解的，存在其它一些区域，在这些区域中形成像素电极14的导电膜。因此，在栅极总线15边缘附近中没有形成导电膜(固体部分14b)的区域中，如图15A所图解的，由于栅极总线15，杂质离子通过电场被吸附在TFT衬底100a的表面上，由此由于吸附的杂质离子电荷(下文中称为“累积电荷”)，出现取向干扰。因此，即使总线18用光阻挡材料制造，在接近栅极总线15的每个开口部分中(图13中用虚线划界的区域LL)，由于累积电荷，取向干扰出现，由此导致漏光。
相反，在本发明的液晶显示装置100中，在由于栅极总线15而受到电场强烈影响的区域中，也就是，栅极总线15附近的区域，存在许多区域，在这些区域中形成像素电极14的导电膜(固体部分14b)，如图15B所图解的区域，由此抑制了由于累积电荷造成的取向干扰，因此抑制了漏光。
而且，导致累积电荷的杂质非均匀地分布在显示平面中，但是在显示平面中通常局部化为条纹状图案。这因为当通过多个按照预定间隔排列的注入口注入液晶材料时，与其它区域相比，液晶材料更慢地流入注入口之间的区域，由此杂质局限在这种区域中。
因此，形成或失去累积电荷的程度在杂质局限的条纹状区域(具有更多杂质的区域)和另一区域(具有更少杂质的区域)之间变化，由此漏光程度在条纹状区域和另一区域之间变化。因此，在图13图解的液晶显示装置700中，条纹状区域表现为“黑条”，这里亮度高于其它区域，或“白条”，这里亮度低于其它区域，由此导致显示非均匀性。
相反，如上所述，本发明的液晶显示装置100本身抑制了由于累积电荷导致的漏光的出现，由此抑制了显示非均匀性的出现。
注意，虽然上面已经描述了这样一种情形，该情形就是在每个像素区中，沿总线18布置的开口14a中至少一个叠置在总线18上，其沿栅极总线15布置并且布置在单位固体部分14b′之间，不过本发明不局限于此。通过使用一排列，该排列就是在每个像素区中，沿总线18布置且布置在单位固体部分14b′之间的开口14a中至少一个叠置在总线18上，抑制了液晶域中的取向干扰，由此抑制了响应速度的降低(响应特性退化)和余像现象的出现。
为了抑制由于在总线18边缘附近产生的倾斜电场而产生的取向干扰，优选地增加开口14a叠置在总线18上的比例，也就是增加总线18被像素电极14的单位固体部分14b′覆盖的边缘部分。然而，在总线18用光阻挡材料制造的情况下，这个比例的增加可能降低孔径比。因此，考虑到理想的响应特性和孔径比，根据液晶显示装置的应用等，适当地确定叠置在总线18上的开口14a的比例。
当然，不仅位于两个相邻的单位固体部分14b′之间的开口14a，而且沿总线18布置的开口14a可以叠置在总线18上。例如，在像素电极14的多个开口14a中，沿栅极总线15布置的所有开口14a可以叠置在总线18上，正如在图17图解的液晶显示装置100A中的那样。
在图12图解的液晶显示装置100中，存在部分开口14a，其在像素区角上(在栅极总线15和源极总线16之间的交叉点附近)未叠置在总线18上。相反，在图17图解的液晶显示装置100A中，甚至在像素区角上，栅极总线15边缘被单位固体部分14b′覆盖，沿栅极总线15布置的所有开口14a叠置在总线18上。
在图17图解的液晶显示装置100A中，总线18边缘的一较大部分被像素电极14的单位固体部分14b′覆盖，由此提供更大的抑制取向干扰效果。然而注意，与图12图解的其中位于像素区角上的部分开口14a也叠置在总线18上的排列相比，栅极总线15和源极总线16之间的相交面积较大，由此寄生电容可能很大。因此，虽然为了抑制取向干扰，图17图解的排列可能是优选的，不过为了减少寄生电容，图12图解的排列可能是优选的。当然，如图12所图解的，只要沿总线18布置的开口14a中至少一个叠置在总线18上，该开口14a沿栅极总线15布置且布置在相邻单位固体部分14b′之间，就能够充分抑制取向干扰和能够得到足够高的显示品质。
注意虽然图12和17分别表示了栅极总线15包括向开口14a延伸的分支部分，由此开口14a叠置在栅极总线15上的情形，不过本发明不局限于此。作为选择，正如在图18图解的液晶显示装置100B中，可以增加栅极总线15的宽度，使得沿栅极总线15布置的开口14a叠置在栅极总线15上(由此栅极总线15的边缘被像素电极14的单位固体部分14b′覆盖)。然而注意，与图12和17图解的排列相比，当增加栅极总线15的宽度时，栅极总线15和单位固体部分14b′之间的重叠面积增加，由此增加栅极-漏极寄生电容。而且，与图12和17图解的排列相比，当栅极总线15用光阻挡材料制造时，孔径比降低。因此，为了减少寄生电容和提高孔径比，图12和17图解的排列是优选的。
而且，当驱动液晶显示装置100时，与源极总线16相比，较大电压一般施加到栅极总线15，由此，与在源极总线16边缘附近产生的倾斜电场相比，在栅极总线15边缘附近产生的倾斜电场对液晶分子影响更大。
因此，正如在图12和17图解的液晶显示装置100和100A中，通过使用某一排列，其中沿总线18布置的开口14a中至少一个或全部叠置在总线18(栅极总线15)上，该开口14a沿栅极总线15布置，可能有效地抑制响应速度的降低和余像现象的出现，而不导致不必要的孔径比降低。
当然，正如在图19和20图解的液晶显示装置100C和100D中，可能使用一种排列，其中沿源极总线16布置的开口14a中至少一个或全部叠置在总线18上，或一种排列，其中沿栅极总线15和源极总线16布置的开口14a全部叠置在总线18上。在图19和20图解的液晶显示装置100C和100D中，源极总线16包括朝开口14a延伸的分支部分，不仅沿栅极总线15布置的开口14a，而且沿源极总线16布置的开口14a都叠置在总线18上。
此外，按照需要，沿存储电容器线17布置的开口14a中至少一个或全部可以叠置在总线18上。
注意，本发明不局限于包括图12所图解的像素电极14等的液晶显示装置，而是本发明当然可以与其它合适的液晶显示装置一起使用，这些液晶显示装置包括各种其它形状的像素电极14。同样可以对像素电极14的单位固体部分14b′的数量或排列进行各种修改。例如，本发明可以适当地与一液晶显示装置一起使用，其在每个像素电极14中，具有相对少量的单位固体部分14b′，例如一种液晶显示装置，其中在每个像素区中沿源极总线16延伸的方向排列三个单位固体部分14b′。
如上所述的液晶显示装置100可以使用与本技术领域已知的垂直对准型液晶显示装置相同的排列，除了像素电极14包含开口14a和总线18具有预定形状之外，可以通过已知生产方法进行生产。
通常，一垂直对准层(未图示)设置在每个像素电极14和反电极22靠近液晶层30的一侧，以便垂直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型液晶材料。通过把二向色染料(dichroic dye)添加到具有负介电各向异性的向列型液晶材料中，可以得到客-主(guest-host)模式液晶显示装置。客-主模式液晶显示装置不需要偏振板。
上面已经对这种情形进行说明，就是总线18形成为预定形状(例如图12图解的具有分支部分的形状等等，或图18图解的具有大宽度的形状)，由此总线18的边缘被像素电极14的固体部分14b(单位固体部分14b′)覆盖。然而，本发明不局限于此。作为选择，通过按照预定的排列布置像素电极14的单位固体部分14b′(或开口14a)，而不改变总线18的形状，总线18的边缘可以被固体部分14b覆盖。
例如，如在图21A和21B图解的液晶显示装置100E中，可以形成像素电极14，使得部分单位固体部分14b′(形状与约一半单位固体部分14b′相应)沿栅极总线15布置。在液晶显示装置100E中，部分单位固体部分14b′沿栅极总线15布置，由此当在像素电极14和反电极22之间外加电压时，液晶层30形成部分液晶域，其在沿栅极总线15布置的一部分固体部分14b(部分单位固体部分14b′)中取径向倾斜取向。
在液晶显示装置100E中，如在图21A和21B图解的，栅极总线15的边缘被部分单位固体部分14b′(形状与约一半单位固体部分14b′相应)和把这些单位固体部分14b′电连接在一起的分支部分覆盖，因此，栅极总线15的边缘被固体部分14b覆盖。因此，可以得到与例如图12图解的液晶显示装置100相同的效果。而且，在液晶显示装置100E中，不需要形成具有分支部分的栅极总线15或增加栅极总线15的宽度，由此即使总线18用光阻挡材料制造，不必要的孔径比降低不出现。
下文表2表示每个液晶显示装置100E和100F的孔径比(“AR”)，液晶显示装置100E如图21A和21B中所图解，其中栅极总线15包括分支部分的液晶显示装置100F如图22A和22B中所图解。表2也表示液晶显示装置100E关于液晶显示装置100F的孔径比的比(“AR比”)。


如表2中所示，液晶显示装置100E具有一孔径比，对于13″-、15″-、20″-和22″-液晶板中任何一个来说，该孔径比提高约1％(0.8％-1.2％)。注意，无需表明表2所示值是用于特殊规格，甚至可以认为更高孔径比用于液晶显示装置的某些规格。
虽然图21A和21B图解了一种情形，其中栅极总线15边缘被像素电极14的固体部分14b覆盖，不过优选地，栅极总线15和源极总线16中至少一个的边缘被像素电极14的固体部分14b覆盖。如在图23图解的液晶显示装置100G中，作为选择，单位固体部分14b′可以布置成这样，栅极总线15边缘和源极总线16边缘都被像素电极14的固体部分14b覆盖。在液晶显示装置100G中，如图23所图解，部分单位固体部分14b′(形状与约一半单位固体部分14b′相应)沿源极总线16布置，由此源极总线16边缘也被像素电极14的固体部分14b覆盖。因此，可能进一步提高抑制取向干扰的效果。
如上所述，通过适当设定像素电极14的单位固体部分14b′(或开口14a)的排列，可能抑制取向干扰而不改变总线18的形状。图24A和24B与图25A和25B分别图解了根据本发明实施例的替代液晶显示装置100H和100I。
在每个液晶显示装置100H和100I中，像素电极14的每个单位固体部分14b′的形状是一般星形，其具有八个边(边缘)并在其中心具有四重旋转轴。而且，开口14a是一般菱形。
如图24A和24B所图解的，在液晶显示装置100H中，栅极总线15边缘形成为锯齿形，由此栅极总线15边缘被像素电极14的固体部分14b覆盖。另一方面，如图25A和25B所图解的，在液晶显示装置100I中，部分一般星形单位固体部分14b′(形状与约一半单位固体部分14b′相应)沿栅极总线15和沿源极总线16提供，由此栅极总线15边缘和源极总线16边缘被像素电极14的固体部分14b覆盖。因此，在液晶显示装置100I中，可能防止孔径比不必要的降低。
替代实施例将参考图26A和26B描述根据本发明替代实施例的液晶显示装置200的一个像素区结构。而且，在后续图中，具有与液晶显示装置100中相应元件基本上相同功能的每个元件将用相同的附图标记表示，并且下面将不再描述该元件。图26A是在衬底法线方向上所观察到的平面图，图26B是沿图26A的线26B-26B′的横截面图。图26B图解了液晶层两端没有外加电压的状态。
如图26A和26B所图解，液晶显示装置200与图1A和1B所图解的液晶显示装置100不同，其中TFT衬底200a包括像素电极14的开口14a中一突出40。垂直对准膜(未图示)设置在突出40的表面上。
如图26A所图解，沿衬底11平面的突出40的横截面是一般星形横截面，也就是，形状与开口14a形状相同。注意，相邻突出40相互连接，以便完全包围一般圆形图案中的每一个单位固体部分14b′。如图26B所图解，沿垂直于衬底11的平面的突出40横截面是梯形。更具体地说，横截面具有平行于衬底平面的上表面40t和侧表面40s，侧表面40s关于衬底平面倾斜一圆锥角θ(＜90°)。由于提供了垂直对准膜(未图示)以便覆盖突出40，所以突出40的侧表面40s具有取向调节力，其方向与液晶层30的液晶分子30a的倾斜电场的方向相同，由此用于稳定化径向倾斜取向。
将参考图27A-27D、28A和28B描述突出40的功能。
首先，将参考图27A-27D描述液晶分子30a的取向和具有垂直对准力的表面结构之间的关系。
如图27A中所图解，由于具有垂直对准力的表面的取向调节力(通常为垂直对准膜表面)，水平表面上的液晶分子30a垂直于该表面对准。当通过垂直对准的液晶分子30a提供用等势线EQ表示的电场时，其中等势线EQ垂直于液晶分子30a的轴取向，促使液晶分子30a顺时针方向倾斜的扭矩和促使液晶分子30a逆时针方向倾斜的扭矩，以相同概率作用在液晶分子30a上。因此，在以平行板排列的一对相对电极之间的液晶层30中包括一些液晶分子30a，其受顺时针方向扭矩作用，还包括其它液晶分子30a，其受逆时针方向扭矩作用。因此，根据施加在液晶层30上的电压，取向过渡不能平稳顺利进行。
如图27B所图解，当由水平等势线EQ表示的电场通过垂直对准倾斜表面的液晶分子30a施加时，液晶分子30a在对于液晶分子30a来说需要更小倾斜以平行于等势线EQ的任一方向上倾斜(图解实例中是顺时针方向)。然后，如图27C所图解，垂直于水平面对准的其它相邻液晶分子30a，在与位于倾斜表面上的液晶分子30a相同的方向上倾斜(顺时针方向)，由此其取向与垂直于倾斜表面对准的液晶分子30a的取向连续(一致)。
如图27D所图解，对于其横截面包括一系列梯形的具有凹入/凸起部分的表面来说，取向上表面上的液晶分子30a和下表面上的液晶分子30a，以便与由表面倾斜部分上其它液晶分子30a调节的取向方向一致。
在液晶显示装置200中，由表面结构(突出)施加的取向调节力的方向与由倾斜电场施加的取向调节力的方向成对准，由此稳定径向倾斜取向。
图28A和28B都图解了在图26B所示的液晶层30上有外加电压的状态。图28A示意地图解了液晶分子30a的取向根据液晶层30上施加的电压，刚刚开始变化的状态(初始接通状态)，图28B示意地图解了液晶分子30a的取向根据施加的电压已经改变并变得稳定的状态。在图28A和28B中，曲线EQ表示等势线。
如图26B所图解，当像素电极14和反电极22处于相同电势(也就是，处于没有电压施加在液晶层30上的状态)时，每个像素区中的液晶分子30a垂直于衬底11和21表面对准。与突出40侧表面40s上的垂直对准膜(未图示)接触的液晶分子30a，垂直于侧表面40s对准，由于与周围液晶分子30a的相互作用(作为弹性连续体的本性)，侧表面40s附近的液晶分子30a取图解的倾斜取向。
当电压施加在液晶层30上时，产生图28A所示由等势线EQ表示的电势梯度。在液晶层30位于像素电极14的固体部分14b和反电极22之间的区域里，等势线EQ平行于固体部分14b和反电极22的表面，并且在与像素电极14的开口14a相应的区域里下降，因此，产生等势线EQ倾斜部分表示的倾斜电场，它在开口14a边缘部分(开口14a外围部分和开口14a里包括其边界)EG上的液晶层30中。
由于倾斜电场，如上所述，如图28A中的箭头所示，图28A中的右边缘部分EG上的液晶分子30a顺时针方向倾斜(旋转)而左边缘部分EG上的液晶分子30a逆时针方向倾斜(旋转)，以便平行于等势线EQ。倾斜电场施加的取向调节力的方向与位于每个边缘部分EG的侧表面40s施加的取向调节力的方向相同。
如上所述，取向的变化从位于等势线EQ的倾斜部分上的液晶分子30a开始，并达到图28B示意图解的取向稳态。开口14a中心部分周围的液晶分子30a，也就是突出40上表面40t中心部分周围的液晶分子30a，基本上相等地受到开口14a相对边缘部分EG上的液晶分子30a各取向的影响，因此保持它们的取向垂直于等势线EQ。远离开口14a中心的液晶分子30a(突出40上表面40t)受到靠近边缘部分EG上的其它液晶分子30a取向的影响而倾斜，由此形成一倾斜取向，其关于开口14a中心SA(突出40的上表面40t)对称。在相应于基本上被开口14a和突出40包围的单位固体部分14b′的区域中也形成关于单位固体部分14b′中心SA的倾斜取向对称。
如上所述，在液晶显示装置200中，如同在液晶显示装置100中，与开口14a和单位固体部分14b′相应，形成具有径向倾斜取向的液晶域。由于提供突出40以便在一般圆形图案中完全包围每个单位固体部分14b′，所以与由突出40包围的一般圆形区域相应，形成每个液晶域。而且，设置在开口14a中的突出40的侧表面用于倾斜开口14a边缘部分EG附近的液晶分子30a为与由倾斜电场施加的取向调节力的方向相同的方向，由此稳定径向倾斜取向。
当然，由倾斜电场施加的取向调节力只在存在外加电压时起作用，其强度依赖于电场强度(外加电压的电平)。因此，当电场强度小时(也就是当外加电压低时)，倾斜电场施加的取向调节力弱，在这种情况下，当应力作用于液晶板时，由于液晶材料的漂移，径向倾斜取向可能毁坏。一旦径向倾斜取向毁坏，直到施加足够电压产生一倾斜电场它才恢复，该倾斜电场施加充分强的取向调节力。另一方面，不管施加的电压，施加来自突出40的侧表面40s的取向调节力，正如本领域技术人员所知的，作为对准膜的“粘固效应(anchoringeffect)”它是很强的。因此，甚至当液晶材料出现漂移时和一旦径向倾斜取向毁坏时，突出40的侧表面40s附近中的液晶分子30a保持与径向倾斜取向相同的取向方向。因此，一旦液晶材料漂移停止，径向倾斜取向容易恢复。
因此，除了液晶显示装置100的优点外，液晶显示装置200具有另外的强抗应力优点。因此，液晶显示装置200可以适当地用于经常遭受应力的装置中，例如经常四处搬运的PC和PDA。
当突出40用高透明度电介质材料制造时，获得提高一液晶域显示作用的优点，该液晶域形成在与开口14a相应的区域里。当突出40用不透明电介质材料制造时，由于突出40的侧表面40s，获得的优点是可能阻止由倾斜取向的液晶分子30a的延迟导致的漏光。是使用透明电介质材料还是不透明电介质材料，例如可以根据液晶显示装置的应用来确定。在任一情况中，使用光敏树脂提供的优点是可以简化对与开口14a相应的突出40制作图案的步骤。为了得到足够的取向调节力，当液晶层30的厚度约为3μm时，突出40的高度优选地约为0.5μm-约2μm。通常，突出40的高度优选地约为液晶层30厚度的1/6-2/3。
如上所述，液晶显示装置200包括在像素电极14的开口14a中的突出40，对于液晶层30的液晶分子30a来说，突出40的侧表面40s在与由倾斜电场施加的取向调节力相同的方向施加取向调节力。现在将参考图29A-29C描述侧表面40s施加与倾斜电场施加的取向调节力方向相同的取向调节力的优选条件。
图29A-29C是分别示意地图解液晶显示装置200A、200B和200C的横截面图。图29A-29C与图28A相应。液晶显示装置200A、200B和200C在开口14a中都具有突出，但是在作为单一结构的整个突出40和相应的开口14a之间的位置关系方面，不同于液晶显示装置200。
在上述的液晶显示装置200中，如图28A所图解，作为一个结构的整个突出40形成在开口14a中，突出40的下表面小于开口14a。在图29A图解的液晶显示装置200A中，突出40A的下表面与开口14a对准。在图29B图解的液晶显示装置200B中，突出40B的下表面大于开口14a，以便覆盖包围开口14a的部分固体部分(导电膜)14b。固体部分14b没有形成在突出40、40A和40B中任何一个的侧表面40s上。因此，如各个图中所图解的，等势线EQ在固体部分14b上基本上是平的，并落入开口14a中。因此，作为液晶显示装置200的突出40、液晶显示装置200A的突出40A的侧表面40s和液晶显示装置200B的突出40B的侧表面40s，都施加方向与由倾斜电场施加的取向调节力方向相同的取向调节力，由此稳定径向倾斜取向。
相反，在29C图解的液晶显示装置200C中，突出40C的下表面大于开口14a，延伸进开口14a上面区域的部分固体部分14b形成在突出40C侧表面40s上。由于形成在侧表面40s上的部分固体部分14b的影响，在等势线EQ中建立脊部。等势线EQ的脊部具有与落入开口14a的等势线EQ其它部分相反的梯度。这表示已经产生一倾斜电场，其方向与把液晶分子30a取向为径向倾斜取向的倾斜电场的方向相反。因此，为了使侧表面40s具有与由倾斜电场施加的取向调节力方向相同的取向调节力，优选地是固体部分(导电膜)14b不形成在侧表面40s上。
其次，将参考图30描述沿图26A的线30A-30A′的突出40的横截面结构。
如上所述，由于形成图26A图解的突出40以便在一般圆形图案中完全包围每个单位固体部分14b′，所以用于把相邻单位固体部分14b′连接在一起的部分(从圆形部分向四个方向延伸的分支部分)形成在图30所图解的突出40上。因此，在淀积作为像素电极14的固体部分14b的导电膜的步骤中，存在相当大的可能性，就是断开可能出现在突出40上或分层可能出现在产品后处理程序中。
考虑到这个，在图31A和图31B图解的液晶显示装置200D中，形成相互独立的突出40D，使得每个突出40D完全包含在开口14a内，由此将成为固体部分14b的导电膜形成在衬底11的平表面上，由此消除了断开或分层的可能性。虽然突出40D不能完全包围在一般圆形图案中的每个单位固体部分14b′，不过形成与每个单位固体部分14b′相应的一般圆形液晶域，并且如在上述实例中，稳定单位固体部分14b′的径向倾斜取向。
通过在开口14a中形成突出40而得到的稳定径向倾斜取向的效果不局限于上述的开口14a的图案，而是可以类似地用到上述任何一种开口14a图案，以便得到如上所述的效果。为了使得突出40充分地应用稳定取向的效果来抵抗应力，优选地是突出40的图案(如从衬底法线方向所观察的图案)尽可能多地覆盖液晶层30。因此，例如与使用具有圆形开口14a的负图案相比，使用具有圆形单位固体部分14b′的正图案，可以得到更大的突出40的取向稳定效果。
使用上述其中在象素电极中提供开口的象素电极结构，足够的电压不能施加在与开口相应的区域中的液晶层上，不能得到足够的延迟变化，由此降低光效。考虑到这个，在具有开口的像素电极(上电极)远离液晶层的一侧上提供一层电介质层，经由该电介质层提供一附加电极(下电极)，以便其至少部分相对像素电极的开口(也就是可以使用两层电极)。这样，可能在与开口相应的液晶层上施加足够的电压，由此提高光效和/或响应特性。
图32A-32C的每一个是示意地图解了液晶显示装置300的一个像素区的横截面结构，其具有像素电极15(两层电极)，该电极15包括一下电极12、一上电极14和一设置在它们之间的电介质层13。像素电极15的上电极14基本上相当于上述的像素电极14，包括具有上述任何不同形状和排列在具有任何不同图案的开口和固体部分。现在将描述具有两层结构的像素电极15的功能。
液晶显示装置300的像素电极15包括多个开口14a(包括14a1和14a2)。图32A示意地图解了没有外加电压时，液晶层30中液晶分子30a的取向(关断状态)。图32B示意地图解了一种状态，其中根据施加在液晶层30上的电压，液晶分子30a的取向刚刚开始变化(初始接通状态)。图32C示意地图解了一种状态，其中根据施加的电压，液晶分子30a的取向已经变化并变得稳定。在图32A-32C中，提供下电极12以便经由电介质层13相对开口14a1和14a2，下电极12重叠开口14a1和14a2，并且也在开口14a1和14a2之间的区域(上电极存在的区域)中延伸。然而，下电极12的排列不局限于此，而是作为选择，对于每个开口14a1和14a2来说，排列可以是这样，就是下电极12的面积＝开口14a的面积，或下电极12的面积＜开口14a的面积。因此，只要下电极12经由电介质层13相对至少一部分开口14a，下电极12的结构就不局限于任何特定结构。然而，当下电极12设置在开口14a内时，存在一区域(间隙区)，其中无论下电极12还是上电极14都不出现在从垂直于衬底11的方向所观察的平面中。足够的电压可能不施加在与间隙区相对的区域中的液晶层30上。因此，为了稳定液晶层30的取向，优选地是充分减少间隙区宽度。通常，优选地是间隙区宽度不超过约4μm。而且，设置在某一位置的下电极12基本上对施加在液晶层30上的电场没有影响，该位置使得它经由电介质层13相对上电极14的导电层存在的区域。因此，可以或可以不对这种下电极12制作图案。
如图32A中所图解的，当像素电极15和反电极22位于相同电势时(在液晶层30上没有施加电压的状态)，像素区中的液晶分子30a垂直于衬底11和21的表面对准。这里，为了简单，假定像素电极15的上电极14和下电极12位于相同电势。
当在液晶层30上施加电压时，产生了由图32B所示的等势线EQ表示的电势梯度。在像素电极15的上电极14和反电极22之间的区域里的液晶层30中，产生由平行于上电极14和反电极22的表面的等势线EQ表示的均匀电势梯度。在位于上电极14的开口14a1和14a2之上的液晶层30区域中，产生根据下电极12和反电极22之间电势差的电势梯度。由于电介质层13，液晶层30中产生的电势梯度受到压降的影响，由此，在与开口14a1和14a2相应的区域里，液晶层30中的等势线EQ下降(在等势线EQ中建立多个“槽(trough)”)。由于在经由电介质层13与开口14a1和14a2相对的区域里提供下电极12，开口14a1和14a2的各自中心部分周围的液晶层30也具有一电势梯度，其用平行于上电极14和反电极22平面的部分等势线EQ表示(等势线EQ的“槽底”)。由等势线EQ的倾斜部分表示的倾斜电场在每一个开口14a1和14a2边缘部分EG(包括其边界的开口内及其外围部分)之上的液晶层30中产生。
从图32B和图2A之间的对照中清楚看出，由于液晶显示装置300具有下电极12，足够的电场也可以作用在形成在与开口14a相应的区域中的液晶域中的液晶分子上。
一扭矩作用在具有负介电各向异性的液晶分子30a上，以便引导液晶分子30a的轴取向平行于等势线EQ。因此，如图32B中箭头所示，图32B中的右边缘部分EG上的液晶分子30a顺时针方向倾斜(旋转)而左边缘部分EG上的液晶分子30a逆时针方向倾斜(旋转)。因此，边缘部分EG上的液晶分子30a平行于等势线EQ相应的部分取向。
如图32B所图解的，当在液晶显示装置300的开口14a1和14a2的边缘部分EG上产生用关于液晶分子30a轴取向倾斜的等势线EQ部分表示的电场(倾斜电场)时，如图3B所图解的，液晶分子30a在任何方向上倾斜(图解的实例中是逆时针方向)，对于液晶分子30a来说，该方向需要更少的旋转以便平行于等势线EQ。如图3C所图解的，在产生了由垂直于液晶分子30a轴取向的等势线EQ表示的电场的区域中的液晶分子30a在与位于等势线EQ倾斜部分上的液晶分子30a相同方向上倾斜，由此其取向与位于等势线EQ倾斜部分上的液晶分子30a的取向连续(一致)。
液晶分子30a的取向变化，从位于等势线EQ倾斜部分上的液晶分子30a开始，如上所述继续进行，如图32C中示意图解的，达到稳态，也就是关于每个开口14a1和14a2的中心SA对称的倾斜取向(径向倾斜取向)。在位于两个相邻开口14a1和14a2之间的上电极14区域中的液晶分子30a也取一倾斜取向，使得其取向与位于开口14a1和14a2边缘部分上的液晶分子30a的取向连续(一致)。在开口14a1边缘和开口14a2边缘之间的中间的液晶分子30a，受到与来自各个边缘部分上的液晶分子30a基本上相同的影响，因此保持如位于开口14a1和14a2的每一个的中心部分周围的液晶分子30a垂直对准。因此，相邻两个开口14a1和14a2之间的上电极14之上的液晶层也取径向倾斜取向。注意，每个开口14a1和14a2中液晶层的径向倾斜取向与开口14a1和14a2之间液晶层的径向倾斜取向之间，液晶分子倾斜方向不同。具有图32C图解的径向倾斜取向的每个区域中心的液晶分子30a周围的取向观察表示，开口14a1和14a2区域中的液晶分子30a被倾斜，以便形成朝反电极扩展的圆锥形，而开口之间区域中的液晶分子30a被倾斜，以便形成朝上电极14扩展的圆锥形。由于这两种径向倾斜取向都被形成，以便与边缘部分上的液晶分子30a径向倾斜取向一致，所以两个径向倾斜取向相互连续。
如上所述，当在液晶层30上施加电压时，液晶分子30a从提供在上电极14中的开口14a1和14a2的各自边缘部分EG之上的液晶分子30a开始倾斜。然后，周围区域中的液晶分子30a倾斜，以便与边缘部分EG之上的液晶分子30a的倾斜取向一致。从而形成一径向倾斜取向。因此，当设置在每个像素区中的开口14a的数量增加时，响应施加的电场最初开始倾斜的液晶分子30a数量也增加，由此减少在整个像素区上实现径向倾斜取向所需的时间量。因此，对于每个像素区来说，通过增加设置在像素电极15中的开口14a数量，可能提高液晶显示装置的响应速度。而且，通过使用包括上电极14和下电极12的两层电极作为像素电极15，足够的电场也可以作用在与开口14a相应的区域中的液晶分子上，由此提高液晶显示装置的响应特性。
而且，通过在反衬底上提供突出，与TFT衬底的取向调节结构(如上所述的其中具有开口的电极结构)协作把液晶分子取向成径向倾斜取向，可以进一步稳定取径向倾斜取向的液晶域的取向。
图33A和33B图解了液晶显示装置400，其包括设置在反衬底400b上的突出28。图33A是平面图，图33B是沿图33A的线33B-33B′的横截面图。
液晶显示装置400包括具有像素电极14的TFT衬底100a和具有突出28的反衬底400b，在像素电极14中形成开口14a，突出28朝液晶层30突出。注意，TFT衬底100a不局限于图解的排列，而是作为选择可以是上述各种排列的任何一个。
设置在反衬底400b上的每个突出28具有侧表面28s，其关于反衬底400b的衬底平面(透明衬底11的衬底平面)倾斜，在图解实例中，突出28形成在反电极22上。
每个突出28的表面具有垂直对准力(通常，形成垂直对准膜(未图示)以便覆盖突出28)，如图33B所图解，由于侧表面28s的粘固效应，液晶分子30a基本上垂直于侧表面28s而对准。因此，突出28周围的液晶分子30a关于突出28沿径向倾斜取向。这样，突出28依靠其表面结构(具有垂直对准力)，将液晶分子30a取向为径向倾斜取向。
而且，突出28设置在与像素电极14的固体部分14b相对的区域中，尤其是设置突出28使其相对单位固体部分14b′的中心部分。对于突出28的这种排列来说，由于突出28导致的液晶分子倾斜方向，通过取向调节结构，与一液晶域径向倾斜取向的取向方向对准，该液晶域形成在与像素电极14的单位固体部分14b′相应的区域中。由于不管外加电压存在与否，突出28施加取向调节力，在任何灰度级上可以得到稳定的径向倾斜取向，同样可以提供理想的抗应力能力。
如上所述，在液晶显示装置400中，由取向调节结构形成的径向倾斜取向方向，与由突出28形成的径向倾斜取向方向对准，由此，当在液晶层30上存在外加电压时，也就是，当在像素电极14和反电极22之间存在外加电压时，稳定径向倾斜取向。这个示意地表示在图34A-34C。图34A图解了没有外加电压的状态，图34B图解了外加电压后方向刚刚开始变化的状态(初始接通状态)，图34C示意地图解了施加电压期间的稳态。
如图34A所图解，甚至没有外加电压时，由突出28施加的取向调节力作用在其附近的液晶分子30a上，由此形成径向倾斜取向。
当电压施加开始时，产生了由图34B所示等势线EQ表示的电场(通过取向调节结构)，液晶分子30a处于径向倾斜取向的液晶域形成在与开口14a相应的每个区域和与固体部分14b相应的每个区域中，如图34C所图解，液晶层30达到稳态。形成在与固体部分14b相应的区域中的每个液晶域中的液晶分子30a的倾斜方向与某方向一致，在该方向上，设置在相应区域中的突出28施加的取向调节力使液晶分子30a倾斜。
当一应力施加在处于稳态的液晶显示装置400上时，液晶层30的径向倾斜取向一度毁坏，但是消除应力后，径向倾斜取向得到恢复，因为来自取向调节结构和突出28的取向调节力作用在液晶分子30a上。因此，抑制了由于应力而出现的余像。
注意，突出28的取向调节力不必要很强，因为它只需要具有稳定由取向调节结构形成的径向倾斜取向和固定其中心轴位置的作用。例如，对于直径约30-约50μm的单位固体部分14b′来说，通过形成直径约15μm和高度(厚度)约1μm的突出28得到足够的取向调节力。
虽然突出28的材料不局限于任何特殊材料，不过通过使用电介质材料例如树脂可以容易形成突出28。而且，优选使用加热变形的树脂材料，在这种情况下，在形成图案后通过加热处理，可能容易形成突出28，其具有如图33B所图解的轻微隆起的横截面。(沿衬底平面法线)具有轻微隆起的横截面的突出28提供固定径向倾斜取向中心位置的理想作用，该横截面具有如图中所图解的顶点。当然，作为选择突出可以具有顶表面。
而且，虽然图33A图解了其横截面(沿反衬底400b的衬底平面)是一般圆形的突出28，不过突出28的横截面形状不局限于此，作为选择，突出28可具有一般矩形横截面或一般十字形横截面。为了减少视角依赖性，突出28优选具有高度旋转对称的横截面形状。
图35图解了包括具有一般十字形横截面的突出28A的液晶显示装置400A。除了突出28A具有一般十字形横截面之外，液晶显示装置400A具有基本上与图33A和33B图解的液晶显示装置400相同的结构。
与具有一般圆形横截面并具有大致相同面积的突出相比，具有一般十字形横截面的突出28A具有较大的倾斜侧面，其在液晶分子30a上施加取向调节力，并且该突出28A能够在液晶域中的较大面积上施加取向调节力。因此，可能更有效地在液晶分子30a上施加取向调节力。从而，包括有一般十字形横截面的突出28A的液晶显示装置400A具有更稳定的取向和提高的对电压施加响应速度。
当然，可能使用一种排列，其中在反衬底上有不同横截面形状(沿衬底平面)的突出。例如，可以设置具有更大取向调节力的突出(例如图35中图解的具有一般十字形横截面的突出28A)来提高一些区域中的取向调节力，在这些区域中，可能出现负面影响显示的不必要电场(例如在总线附近)，而在其它区域中，提供具有不同横截面形状的突出。
图36和图37分别图解了液晶显示装置400B和400C，它们在反衬底400b上包括不同横截面形状的突出。
图36图解的液晶显示装置400B的TFT衬底包括像素电极14，其中部分单位固体部分14b′(形状与约一半单位固体部分14b′相应)沿栅极总线15布置，如图21A和21B图解的液晶显示装置100E。液晶显示装置400B的反衬底包括，在与沿栅极总线15布置的部分单位固体部分14b′相应的每个区域中具有一般T形横截面的突出28B，并包括在与单位固体部分14b′相应的每个区域中，具有一般圆形横截面的突出28。
液晶分子30a被一般T形突出28B倾斜的方向，与部分液晶域的径向倾斜取向的取向方向对准，该液晶域与沿栅极总线15布置的部分单位固体部分14b′(形状与约一半单位固体部分14b′相应)相应形成。与部分单位固体部分14b′(形状与约一半单位固体部分14b′相应)相应地提供的一般T形突出28B，能够有效地在液晶分子30a上施加更大的取向调节力，原因与设置在与单位固体部分14b′相应的每个区域中的一般圆形突出28A相同。
因此，在其中具有更大取向调节力的突出28B沿栅极总线15布置的液晶显示装置400B中，可能有效地调节其取向可能受到干扰的沿栅极总线15布置的液晶分子30a的取向。
图37图解的液晶显示装置400C的TFT衬底包括其中部分单位固体部分14b′(形状与约一半单位固体部分14b′相应)沿栅极总线15和源极总线16布置的像素电极14，如图23图解的液晶显示装置100G。液晶显示装置400C的反衬底包括，在与沿栅极总线15和源极总线16布置的部分单位固体部分14b′相应的每个区域中具有一般T形横截面的突出28B，并包括在与单位固体部分14b′相应的每个区域中具有一般圆形横截面的突出28。
在其中具有更大取向调节力的突出28B沿栅极总线15和源极总线16布置的液晶显示装置400C中，可能有效地调节沿栅极总线15和源极总线16布置的液晶分子30a的取向。
偏振板和相位板的排列所谓的“垂直对准型液晶显示装置”包括其中没有外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，该装置能够以各种显示模式显示图像。例如，除了双折射模式之外，能够以一旋光模式或一显示模式使用垂直对准型液晶显示装置，该显示模式是一旋光模式和一双折射模式的组合，双折射模式是通过使用电场控制液晶层的双折射来显示图像。通过在上述任何液晶显示装置的一对衬底(例如TFT衬底和反衬底)的外侧(远离液晶层30的侧面)上设置一对偏振板，可能得到双折射模式的液晶显示装置。而且，如果需要可以设置相差补偿器(通常是相位板)。此外，同样通过使用通常圆形偏振的光，可以得到高亮度液晶显示装置。
另一个替代实施例由于在总线边缘附近产生的倾斜电场导致的显示品质的降低不仅出现在具有取向调节结构(具有单位固体部分和开口的电极)的液晶显示装置中，该取向调节结构用于形成取径向倾斜取向的液晶域，而且出现在通常包括垂直对准型液晶层的液晶显示装置中，当没有外加电压时，该液晶层垂直对准，这些液晶显示装置通过使用其中具有开口的电极结构调节取向。
使用本发明，可能提高通常包括垂直对准型液晶层并通过使用其中具有开口的电极结构调节取向的液晶显示装置中的显示品质。
将参考图38A和38B描述根据本发明另一替代实施例的液晶显示装置500的结构。图38A是从衬底法线方向观察的平面图，图38B是沿图38A的线38B-38B′的横截面图。图38A和38B图解了电压施加在液晶层上的状态。
液晶显示装置500包括有源矩阵衬底(下文称为“TFT衬底”)500a、反衬底(也称为“滤色器衬底”)500b和设置在TFT衬底500a与反衬底500b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，液晶层30没有外加电压时，依靠作为垂直对准层设置在TFT衬底500a和反衬底500b中的每个靠近液晶层30的一个表面上的垂直对准膜(未图示)，液晶分子30a垂直于垂直对准膜表面对准。
液晶显示装置500的TFT衬底500a包括透明衬底(例如玻璃衬底)11和像素电极19，其设置在透明衬底11表面上。反衬底500b包括透明衬底(例如玻璃衬底)21和反电极22，其设置在透明衬底21的表面上。对于每个像素区来说，液晶层30的取向根据施加在像素电极19和反电极22之间的电压而改变，排列像素电极19和反电极22使得它们经由液晶层30相互相对。通过利用一种现象生产显示，该现象是穿过液晶层30的光偏振或光量随着液晶层30的取向变化而变化。
TFT衬底500a的像素电极19包括多个开口19a和一个固体部分19b。开口19a是指由导电膜(例如ITO膜)制造的像素电极19的一部分，该部分中已经去除了导电膜，固体部分19b是指部分像素电极19，其中存在导电膜(除开口19a之外的部分)。虽然对于每个像素电极来说，形成多个开口19a，不过固体部分19b基本上由单片连续导电膜制造。
在本实施例中，每个开口19a具有裂缝形状(也就是宽度明显小于其长度的形状(宽度是垂直于长度方向上的尺寸))。每个开口19a具有侧面，其在关于像素区长侧面和短侧面(矩阵图案排列的列方向和行方向)成45°角方向上延伸。而且，侧面在像素区上半部分延伸的方向与在像素区下半部分延伸的方向相差90°。
当在像素电极19和反电极22之间施加电压时，在像素电极19的开口19a边缘部分之上的液晶层30中(包括其边界的开口19a外围部分和开口19a里)产生了由倾等势线EQ倾斜部分表示的倾斜电场。因此，具有负介电各向异性的液晶分子30a，当没有外加电压时它们垂直对准，被倾斜为沿产生于开口19a边缘部分上的倾斜电场的倾斜方向。从而，当在像素电极19和反电极22之间施加电压时，液晶层30的取向被产生在像素电极19的每个开口19a边缘部分上的倾斜电场调节。
在液晶显示装置500中，液晶层30的取向被产生于开口19a边缘部分上的倾斜电场调节，由此像素区中的液晶分子30a在四个不同方位方向上取向，它们位于相互成90°整数倍的角度上。换句话说，在液晶显示装置500中，像素区具有多域取向。因此，液晶显示装置500具有理想的视角特性。
而且，液晶显示装置500的反衬底500b在其靠近液晶层30的一个表面上包括突出29。如在衬底法线方向上所观察的，每个突出29具有倾斜侧表面29s，并且形成在锯齿形图案(或“>”形图案)中。侧表面29s延伸的方向与开口19a侧面延伸的方向一致，设置突出29使其基本上位于两个开口19a的中间，这两个开口19a在它们宽度方向上相互相邻排列。
突出29的表面具有一垂直对准力(通常，形成一垂直对准膜(图中未示)以使其覆盖突出29)，由于侧表面29s的粘固效应，液晶分子30a基本上垂直于侧表面29s而对准。当电压施加在处于这种状态的液晶层30上时，由于突出29的倾斜侧表面29s的粘固效应，突出29周围的其它液晶分子30a倾斜，以便与倾斜侧表面29s上液晶分子30a的倾斜取向一致。
由于产生于像素电极19的开口19a边缘部分的倾斜电场的取向调节方向与突出29的取向调节方向对准，突出29进一步稳定液晶层的取向，当存在外加电压时，倾斜电场把液晶层变成多域取向。
液晶显示装置500的TFT衬底500a包括作为开关元件电连接到像素电极19的TFT(未图示)，和总线18，总线18包括栅极总线(扫描线)15和源极总线(信号线)16，它们电连接到TFT。
在本实施例中，如图38A所图解，形成像素电极19的开口19a，使其不能在栅极总线15边缘，栅极总线15的边缘被像素电极19的固体部分19b覆盖。因此，实现了高品质显示。将参考图38A、38B和图39描述此原因。图39是示意地图解液晶显示装置800的平面图，其中栅极总线15部分边缘没有被像素电极19的固体部分19b覆盖。
一倾斜电场产生在总线18边缘附近，不管像素电极19和反电极22之间的液晶层30上有/没有外加电压，都产生所述倾斜电场。因此，在以普通黑色模式产生显示的液晶显示装置中，如果没有外加电压，通过倾斜电场的取向调节力倾斜总线18边缘附近的液晶分子30a，漏光可能出现，由此降低对比率。特别地，由于栅极总线15大部分时间施加相对高的电压(关断电压)来保持TFT关断，在栅极总线15边缘附近，这种漏光程度是明显的。
如图39所图解，在液晶显示装置800中，像素电极19包括开口19a，形成开口19a使得其在栅极总线15边缘，从而，栅极总线15部分边缘未被像素电极19的固体部分19b覆盖。因此，在未被固体部分19b覆盖的栅极总线15部分边缘周围(也就是图39虚线定义的区域LL中)，通过产生于总线15边缘附近的倾斜电场，倾斜液晶分子30a，由此出现漏光。
而且，由于产生于总线18边缘附近的倾斜电场，剩余电荷可能出现在开口19a中，通过开口19a露出绝缘材料，如果由于剩余电荷的影响，沿总线18布置的开口19a中的液晶分子30a被倾斜，它将导致漏光。虽然剩余电荷程度依赖绝缘材料的表面状况而变化，不过当印刷对准膜或注入液晶材料时，绝缘材料表面状况出现变化。因此，在液晶显示装置中，显示平面中的剩余电荷存在变化。如果显示平面中剩余电荷变化，显示平面中漏光程度也变化，由此导致对比率局部变化，从而产生非均匀性。特别地，如上所述，由于相对高的电压施加到栅极总线15，栅极总线15明显促进非均匀性出现。
如图39所图解，在液晶显示装置800中，像素电极19包括开口19a，形成开口19a使其在栅极总线15边缘，从而，栅极总线15部分边缘未被像素电极19的固体部分19b覆盖。因此，在栅极总线15边缘附近存在一区域，该区域未被像素电极19的导电膜(固体部分19b)覆盖，因此，由于这种区域中的剩余电荷，出现漏光，因此导致显示非均匀性。
相反，在本实施例的液晶显示装置500中，形成像素电极19的开口19a，使其未在栅极总线15边缘，而栅极总线15边缘被像素电极19的固体部分19b覆盖。因此，电屏蔽液晶层30的液晶分子30a，使其免受产生于总线18边缘附近的倾斜电场的影响。因此液晶层30的液晶分子30a未被倾斜电场的取向调节力倾斜。因此，抑制了漏光发生，由此抑制对比率降低。而且，在液晶显示装置500中，栅极总线15边缘被像素电极19的固体部分19b覆盖，并且栅极总线15边缘附近的区域被像素电极19的导电膜(固体部分19b)覆盖，由此剩余电荷不可能出现，从而抑制了非均匀性发生。如上所述，在液晶显示装置500中，抑制了由于产生在栅极总线15附近的倾斜电场导致的漏光发生，由此抑制了对比率降低，同时抑制了由于栅极总线15附近的剩余电荷导致的非均匀性发生，由此实现高品质显示。
注意，虽然上面已经关于某一情形描述了本实施例，该情形就是栅极总线15边缘被像素电极19的固体部分19b覆盖，不过作为选择，可能使用一种排列，如图40图解的液晶显示装置500A中，在该排列中，源极总线16边缘被像素电极19的固体部分19b覆盖。通过用像素电极19的固体部分19b覆盖栅极总线15边缘和源极总线16边缘中至少一个，可能提高显示品质。由于通常与产生在源极总线16边缘附近的倾斜电场相比，产生在栅极总线15边缘附近的倾斜电场对液晶分子具有更大的影响，优选地，至少栅极总线15边缘被像素电极19的固体部分19b覆盖。而且，为了更可靠地抑制产生在总线18边缘附近的倾斜电场的影响，优选地，如图41图解的液晶显示装置500B中，栅极总线15边缘和源极总线16边缘都被像素电极19的固体部分19b覆盖。
虽然已经在优选实施例中描述了本发明，不过可以用许多方法修改公开的发明和可以设想许多不同于上文详细陈述和描述的实施例，这对于本领域技术人员来说是显而易见的。因此，通过所附的权利要求书，旨在覆盖落入本发明实际精神和范围内的所有修改。
权利要求
1.一种液晶显示装置，包含第一衬底、第二衬底、设置在第一衬底和第二衬底之间的液晶层以及用于产生显示的多个像素区，其特征在于所述第一衬底在其靠近液晶层的一侧包括，用于多个像素区的每一个的像素电极、电连接到所述像素电极的一开关元件、和一总线，所述总线包括电连接到所述开关元件的栅极总线和源极总线；所述第二衬底包括一反衬底，其经由所述液晶层与所述像素电极相对；所述像素电极包括多个开口和一固体部分，所述固体部分包括多个单位固体部分；在多个像素区的每一个中，当像素电极和反电极之间没有外加电压时，液晶层垂直对准，并且，通过倾斜电场，在该多个开口和该固体部分中形成多个液晶域，响应于像素电极和反电极之间的外加电压而在像素电极多个开口的各个边缘部分上产生所述倾斜电场；多个液晶域的每一个取一径向倾斜取向，多个液晶域的每一个的取向根据外加电压而变化，由此产生显示；和在多个像素区的每一个中，像素电极多个开口中至少一个与所述总线叠置，该至少一个开口沿总线布置并位于多个单位固体部分中的相邻两个之间。
2.根据权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于所述与总线叠置的至少一个开口至少包括沿栅极总线布置的开口。
3.根据权利要求2所述的液晶显示装置，其特征在于沿栅极总线布置的像素电极多个开口中的一些开口都与该总线叠置。
4.根据权利要求2所述的液晶显示装置，其特征在于所述与总线叠置的至少一个开口还包括沿源极总线布置的开口。
5.根据权利要求3所述的液晶显示装置，其特征在于所述与总线叠置的至少一个开口还包括沿源极总线布置的开口。
6.一种液晶显示装置，包含第一衬底、第二衬底、设置在第一衬底和第二衬底之间的液晶层以及用于产生显示的多个像素区，其特征在于所述第一衬底在其靠近液晶层的一侧包括，用于多个像素区的每一个的像素电极、电连接到像素电极的一开关元件、和一总线，所述总线包括电连接到所述开关元件的栅极总线和源极总线；所述第二衬底包括一反衬底，其经由所述液晶层与所述像素电极相对；所述像素电极包括多个开口和一固体部分，所述固体部分包括多个单位固体部分，每个单位固体部分被多个开口中至少一些开口包围；当像素电极和反电极之间没有外加电压时，液晶层垂直对准；在多个像素区的每一个中，像素电极多个开口中至少一个与所述总线叠置，该至少一个开口沿总线布置并位于多个单位固体部分中的相邻两个之间。
7.根据权利要求6所述的液晶显示装置，其特征在于所述与总线叠置的至少一个开口至少包括沿栅极总线布置的开口。
8.根据权利要求7所述的液晶显示装置，其特征在于沿栅极总线布置的像素电极多个开口中的一些开口都与该总线叠置。
9.根据权利要求7所述的液晶显示装置，其特征在于所述与总线叠置的至少一个开口还包括沿源极总线布置的开口。
10.根据权利要求8所述的液晶显示装置，其特征在于所述与总线叠置的至少一个开口还包括沿源极总线布置的开口。
11.一种液晶显示装置，包含第一衬底、第二衬底、设置在第一衬底和第二衬底之间的液晶层以及用于产生显示的多个像素区，其特征在于所述第一衬底在其靠近液晶层的一侧包括用于多个像素区的每一个的像素电极、电连接到像素电极的一开关元件、和一总线，所述总线包括电连接到所述开关元件的栅极总线和源极总线；所述第二衬底包括一反衬底，其经由所述液晶层与所述像素电极相对；所述像素电极包括多个开口和一固体部分；在多个像素区的每一个中，当像素电极和反电极之间没有外加电压时，液晶层垂直对准，并且，液晶层的取向被一倾斜电场调节，当在像素电极和反电极之间有外加电压时，在像素电极多个开口中的每个开口边缘部分上产生所述倾斜电场；在多个像素区的每一个中，栅极总线边缘和源极总线边缘中至少一个被像素电极固体部分覆盖。
12.根据权利要求11所述的液晶显示装置，其特征在于在多个像素区的每一个中，至少栅极总线边缘被像素电极固体部分覆盖。
13.根据权利要求11所述的液晶显示装置，其特征在于像素电极固体部分包括多个单位固体部分；和在多个像素区的每一个中，通过倾斜电场，液晶层在该多个开口和该固体部分中形成多个液晶域，响应于像素电极和反电极之间所加的电压而在像素电极多个开口的各个边缘部分上产生所述倾斜电场；多个液晶域中的每一个取一径向倾斜取向，多个液晶域中的每一个的取向根据外加电压而变化，由此产生显示。
14.根据权利要求12所述的液晶显示装置，其特征在于所述像素电极固体部分包括多个单位固体部分；在多个像素区的每一个中，通过倾斜电场，液晶层在该多个开口和该固体部分中形成多个液晶域，响应于像素电极和反电极之间所加的电压而在像素电极多个开口的各个边缘部分上产生所述倾斜电场；多个液晶域中的每一个取一径向倾斜取向，多个液晶域中的每一个的取向根据外加电压而变化，由此产生显示。
15.根据权利要求13所述的液晶显示装置，其特征在于在多个像素区的每一个中，像素电极多个开口中至少一个与所述总线叠置，该至少一个开口沿总线布置并位于多个单位固体部分中的相邻两个之间。
16.根据权利要求13所述的液晶显示装置，其特征在于当像素电极和反电极之间存在一外加电压时，通过倾斜电场，在沿总线布置的部分固体部分中，液晶层形成取一径向倾斜取向的部分液晶域。
全文摘要
第一衬底在其靠近液晶层的一侧包括用于每一个像素区的像素电极、一开关元件和一总线。第二衬底包括与像素电极相对的相对电极。像素电极包括多个开口和一固体部分，所述固体部分包括多个单位固体部分。在每一个像素区中，当没有外加电压时，液晶层垂直对准，并且，通过倾斜电场，在多个开口和固体部分中形成多个液晶域，每个液晶域取径向倾斜取向，响应外加电压而在像素电极多个开口的各个边缘部分上产生所述倾斜电场。在每个像素区中，像素电极多个开口中至少一个与所述总线叠置，其沿总线布置并位于多个单位固体部分中的相邻两个之间。
文档编号G02F1/1368GK1438530SQ0214000
公开日2003年8月27日 申请日期2002年11月30日 优先权日2001年11月30日
发明者久保真澄, 荻岛清志, 越智贵志, 渡边启三 申请人:夏普公司