专利名称：具有改变的电极排列的液晶显示器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种液晶显示器(LCD)。特别地，本发明涉及一种具有改变的电极排列的LCD。
背景技术：
通常来说，LCD是指具有两个衬底及其间有液晶层的显示器件。多个电极形成于任一或两个衬底的内表面上，一对起偏器附于衬底的外表面上，而液晶层用作为光切换介质。当有压差施加到电极上时，液晶分子由于压差的作用而重新排列，且经过重新排列的液晶分子对通过起偏器之一的入射光线进行散射，或改变光线的透射特性，从而来控制射出另一起偏器(通常被称作检偏器)的光线的透射率并显示图像。
作为常规LCD的一个实例，美国专利5,576,861号公开了一种扭转向列LCD(TN-LCD)，其中一上电极及一下电极分别形成于上下衬底的内表面上且向列液晶材料注入于其间，液晶分子经扭转而与衬底相平行。在上述LCD当中，通过向上下电极施加电压而产生的两个电极之间的压差生成一个垂直于衬底的电场。液晶分子重新排列，使得归因于介电各向异性的扭矩与归因于取向处理的扭矩互相平衡。归因于介电各向异性的扭矩迫使液晶分子的长轴平行于电场方向，且此扭矩的大小取决于电场强度。通过诸如摩擦的取向处理而产生的弹性扭矩迫使液晶分子的长轴平行于一预定方向。当液晶的导向偶极子从下电极向上电极扭转90度，且起偏器的偏振方向互相垂直时，入射光线的偏振状态在无电场时旋转90度，结果光线通过检偏器，从而导致白色状态。但当有足够的电场施加到液晶层上时，由于入射光线在未改变其偏振状态的情况下通过液晶层，所以导致为黑色状态。
作为常规LCD的另一实例，美国专利5,598,285公开了一种LCD，其中互相平行的两个带状电极形成于两个衬底中的任一衬底之上，且液晶层位于两个电极之间的区域上，而液晶分子取向与衬底相平行。在此LCD中，两个电极之间的压差生成一个基本上平行于衬底且垂直于两个电极的电场。液晶分子重新排列，使得归因于介电各向异性的扭矩和归因于摩擦处理的弹性扭矩互相平衡。当起偏器的偏振方向互相垂直时，在无电场作用时，正交的起偏器挡住了入射光线而使液晶显示器处于黑色状态。而当有足够的电场施加到液晶层上时，入射光线的偏振状态发生变化且光线通过检偏器，从而呈白色状态。
上述的LCD分别具有下述不足。
TN-LCD的主要不足在于它的窄的视角。在TN-LCD中，使用者眼睛的方向与垂直于显示器表面的方向之间所形成的角度越大，数值Δn·d就越大，其中双折射率Δn是指液晶分子长轴和短轴方向之间折射系数的差值，d是指液晶层的厚度。因此，由最亮状态的亮度除以最暗状态的亮度所定义的对比度急剧下降。此外，也会出现灰度颠倒现象。结果，在对比度等于10时视角很窄，且因此当自一大于此视角的角度看去时，图像质量便急剧下降。
为了补偿此视角，在美国专利5,576,861中建议使用相位差补偿膜的方法，但由于相位差补偿膜是另外附加上的，所以在制造成本及工艺步骤的数目方面都有缺陷。此外，即使利用相位光程差补偿膜，也可能仍然无法获得满意的视角。
美国专利5,598,285在能耗及孔径比方面具有缺陷。在上述美国专利5,598,285号当中公开的LCD具有一个其强度取决于位置的电场，也就是说，离电极越远场强越弱。所以为了在离电极较远的点处获得足够的场强，便需要较高的驱动电压。此外，由于所有的电极都形成于一个衬底之上且形成储能电容器以获得足够的电容量，所以孔径比小。
同时，由于液晶显示器是一无源显示器，所以它需要一个外部光源。通常利用白光来作为液晶显示器的光源，把红、绿和蓝滤光器用于彩色显示器。这些滤光器形成于一个衬底之上，其间形成有一个用于防止滤光器边界光线泄漏的黑色填质。
来自光源的光线在液晶层中改变了其特性如偏振状态，且光线的透射率取决于光线的波长。透射率还取决于液晶显示器的驱动方式。
在使用TN-LCD的情形下，蓝光的透射率与红光及绿光的透射率相差10％。另外，IPS LCD蓝光、红光及绿光透射率的差值大于40％。
为了降低透射率偏差，传统上使用两种方法，一种方法是利用一个背照光单元以及一个具有附加特性的驱动电路，另一种方法是通过调节各滤光器的高度来为不同颜色的象素形成不同的腔间隙(cell gap)。但前一方法会使生产成本及工艺步骤的数目增大，而后一方法又会引起不均匀的摩擦。
发明内容
本发明的一个目的在于得到一个宽的视角。
本发明的另一个目的在于减少液晶显示器的能耗。
本发明的再另外一个目的在于增大孔径比。
为了达到上述目的，对LCD电极的排列进行了改变。
按照本发明，一种液晶显示器包括互相面对的第一和第二衬底；位于第一和第二衬底之间的一液晶层；位于第一衬底上的多个扫描信号线和数据线，所述扫描信号线和数据线互相电气绝缘并相交；具有连接到所述扫描信号线上的一栅极，连接到所述数据线上的一源极及一漏极的多个薄膜晶体管；连接到所述薄膜晶体管漏极上的一象素电极；和与所述象素电极电气绝缘的一公共电极。其中所述薄膜晶体管根据来自扫描信号线的扫描信号，对来自数据线的图像信号进行切换，并将图像信号传送到象素电极上，且其中液晶层的分子由将电压施加到所述公共和象素电极上时而产生的电场进行重新排列的一重排区域至少形成于所述公共或象素电极的一部分上，且形成于公共或象素电极上的重排区域的一部分用作显示区域的一部分。
互相绝缘的第一电极和第二电极至少部分地重叠在一起。第二电极在各第一电极之间形成一个连续的平面，一个象素包括至少一个第一电极和一个第二电极。
通过将电压施加到电极上而在两个电极间形成的压差产生一个电场。电力线的形状为中心位于第一电极和第二电极之间边界线或边界区域上的半椭圆形或抛物线形，从而电极上的电场具有垂直及水平分量。
第一或第二电极上以及两个电极之间边界上的液晶分子由于电场的垂直及水平分量的作用而重新排列以具有一个扭转角及一个倾斜角。从而通过液晶分子的重新排列，入射光的偏振状态发生了变化。
如上所述，由于液晶分子重新排列而既具有扭转角又具有倾斜角，所以能够得到一宽的视角。
此外，由于电场在第一电极和第二电极上以及在两个电极之间的边界区域都具有垂直和水平分量，所以第一电极及第二电极上的液晶分子对显示图像有贡献。
此外，由于第一电极和第二电极之间边界区域上的电场强度很大，所以能耗很低。
此外，当利用一薄膜晶体管(TFT)作为一切换元件时，由于两个电极借助一绝缘膜重叠在一起而不再需要用于获得足够的储能电容量的储能电容器，所以孔径比可以增大。
本发明的另外的目的及优点部分在下述说明书中给出，部分可由说明书看出，或通过实施本发明来得到。本发明的目的和优点将通过在附加权利要求书中所特别指出的部件及其组合来实现和获得。
以下结合附图给出了本发明的实施例，并用于解释本发明的原理。
图1是根据本发明第一实施例的液晶显示器(LCD)的电极排列图；图2是沿图1中的II-II′线剖开的剖面图，它给出了上下衬底以及两个衬底之间的等势线及电力线；图3所示的是本发明第一实施例中的液晶分子的扭转角；图4的图形所示的是根据本发明第一实施例的、液晶分子扭转角作为水平位置的函数时的变化；图5的图形所示的是根据本发明第一实施例的、液晶分子扭转角作为高度的函数时的变化；图6所示的是根据本发明第一实施例的液晶分子的倾斜角；图7的图形所示的是根据本发明第一实施例的、液晶分子倾斜角作为高度的函数时的变化；图8的图形所示的是根据本发明第一实施例的、液晶分子倾斜角作为水平位置的函数时的变化；图9的图形所示的是在根据本发明第一实施例的LCD中作为水平位置的函数的透射率；图10的图形所示的是在根据本发明第一实施例的LCD中作为所施加电压的函数的透射率；图11的图形所示的是在根据本发明第一实施例的LCD中的视角；图12所示的是在本发明第二实施例中的液晶分子的扭转角；图13的图形所示的是根据本发明第二实施例的、液晶分子扭转角作为水平位置的函数时的变化；图14的图形所示的是根据本发明第二实施例的、液晶分子扭转角作为高度的函数时的变化；图15所示的是根据本发明第二实施例的液晶分子的倾斜角；图16的图形所示的是根据本发明第二实施例的、液晶分子倾斜角作为高度的函数时的变化；图17的图形所示的是根据本发明第二实施例的、液晶分子倾斜角作为水平位置的函数时的变化；图18所示的是在本发明第三实施例中的液晶分子的扭转角；图19的图形所示的是根据本发明第三实施例的、液晶分子扭转角作为水平位置的函数时的变化；图20的图形所示的是根据本发明第三实施例的、液晶分子扭转角作为高度的函数时的变化；图21所示的是根据本发明第三实施例的液晶分子的倾斜角；图22的图形所示的是根据本发明第三实施例的、液晶分子倾斜角作为高度的函数时的变化；图23的图形所示的是根据本发明第三实施例的、液晶分子倾斜角作为水平位置的函数时的变化；图24所示的是在本发明第四实施例中的液晶分子的扭转角；图25的图形所示的是根据本发明第四实施例的、液晶分子扭转角作为水平位置的函数时的变化；图26的图形所示的是根据本发明第四实施例的、液晶分子扭转角作为高度的函数时的变化；图27所示的是根据本发明第四实施例的液晶分子的倾斜角；图28的图形所示的是根据本发明第四实施例的、液晶分子倾斜角作为高度的函数时的变化；图29的图形所示的是根据本发明第四实施例的、液晶分子倾斜角作为水平位置的函数时的变化；图30是根据本发明第五实施例的LCD的排列图；图31是沿图30中的XIII-XIII′线剖开的剖面图；图32是根据本发明第六实施例的LCD的排列图；图33是沿图32中的VIA-VIA′线剖开的剖面图；图34是沿图32中的VIB-VIB′线剖开的剖面图；图35A是根据本发明第七实施例的LCD的排列图；图35B和图35C分别是沿图35A中的VIIIB-VIIB′线及VIIC-VIIC′线剖开的剖面图；图36A到39C所示的是图35A到35C中所示的LCD的中间结构；图40是根据本发明第八实施例的LCD的排列图；图41和42是沿图40中的VIIIA-VIIIA′线剖开的两个不同的剖面图；图43是沿图40中的VIIIB-VIIIB′线剖开的剖面图；图44到46是根据本发明第九实施例的LCD的剖面图；图47是根据本发明第十实施例的LCD的排列图；图48是根据本发明第十实施例的LCD中的电场及等势线的示意图；图49的图形所示的是在根据本发明第十实施例的LCD中作为所施加电压的函数的透射率；图50的图形所示的是在根据本发明第十实施例的LCD中的视角；图51是根据本发明第十一实施例的LCD的排列图；图52和53分别是沿图51中的XIA-XIA′及XIB-XIB′线剖开的剖面图；图54A到57B所示的是图51到53中所示的LCD的中间结构；图58是根据本发明第十二实施例的LCD的排列图；图59和60分别是沿图58中的XIIA-XIIA′及XIIB-XIIB′线剖开的剖面图；图61A到63B所示的是图58到60中所示的LCD的中间结构；图64是根据本发明第十三实施例的LCD的排列图；图65和66分别是沿图64中的XIIA-XIIA′及XIIB-XIIB′线剖开的剖面图；
图67A到68B所示的是图64到66中所示的LCD的中间结构；图69是根据本发明第十四实施例的LCD的排列图；图70是根据本发明第十五实施例的LCD的排列图；图71和72分别是沿图70中的XVA-XVA′及XVB-XVB′线剖开的剖面图；图73是根据本发明第十六实施例的LCD的排列图；图74是根据本发明第十七实施例的LCD的排列图；图75和76分别是沿图74中的XVIIA-XVIIA′及XVIIB-XVIIB′线剖开的剖面图；图77到79是根据本发明第十八到第二十实施例的LCD的剖面图；图80所示的是根据本发明第二十一实施例的LCD。
具体实施例方式
通过借助附图对下面的详细说明，根据本发明实施例的液晶显示器(LCD)将变得很清楚。
首先参考图1到11来对根据本发明第一实施例的LCD进行详细描述。
图1是根据本发明第一实施例的LCD的电极排列图，而图2是沿图1中的II-II′线剖开的剖面图，它示出了上下衬底以及衬底之间的等势线和电力线。
首先详细地描述其上形成有电极的下衬底及LCD的上衬底。
由透明导体材料如铟锡氧体物(ITO)制成的平面电极2形成于由透明绝缘材料如玻璃或石英制成的下衬底100的内表面上。平面电极2具有一预定的纵向宽度并在横向上延伸。平面电极2覆盖有一绝缘膜3，而多个相互平行且在纵向上延伸的窄的带状电极1形成于绝缘膜3上。带状电极1可以是透明的或不透明的。带状电极1的宽度等于或小于各带状电极1之间的距离，准确地说，是两个相邻带状电极1的相邻边界线之间的距离。由聚酰亚胺制成的取向膜4涂覆于整个表面上，经过摩擦(rubbing)处理或不经过摩擦处理。一偏振片或一起偏器5固定于下衬底100的外表面上。
另一方面，由聚酰亚胺制成的取向膜6涂覆于与下衬底100相对且也由透明绝缘材料构成的上衬底200的内表面上。一偏振片或一检偏器7固定于上衬底200的外表面上。
最后，具有光学各向异性的液晶层500设置于衬底100和200上的取向膜4和6之间。
用于液晶显示器的光源可以是位于下衬底100之下的背照光单元(未示出)，也可以是通过上衬底200射入LCD的外部自然光。在利用自然光的反射型LCD中，可以不用固定于下衬底100上的偏振片5，且带状电极1和平面电极2最好由具有高反射率的不透明材料如铝Al来制成。另外，下衬底100可以是不透明的。
下面参考图2来描述上述LCD的电场的示意形状。
当电压施加到电极1和2上时，由于电极1和2之间存在压差，而产生如图2中所示的电场。在图2中，实线表示等势线，虚线表示电力线。
如图2中所示，电场的形状相对于带状电极1上窄区域NR的纵向中心线C(实际上线C对应于一个平面)及带状电极1之间宽区域WR的纵向中心线B(实际上线B对应于一个平面)是对称的。电力线为半椭圆形或抛物线形(在下文当中为了简便起见电力线的形状用半椭圆形来表示)且生成于窄区域NR的中心线C及宽区域WR的中心线B之间的区域上。电力线的顶点位于窄区域NR和宽区域WR之间的边界线A(实际上线A对应于一个表面)上。
位于窄区域NR和宽区域WR之间边界线A上的电力线的切线基本平行于衬底100，而位于窄区域NR和宽区域WR中心点处的电力线的切线则基本上垂直于衬底100和200。另外，椭圆的中心及垂直顶点位于窄区域NR和宽区域WR之间的边界线A上，两个水平顶点分别位于宽区域WR和窄区域NR内。由于位于窄区域NR内的水平顶点离椭圆的中心比位于宽区域WR内的水平顶点离椭圆的中心近，所以椭圆相对于边界线A是不对称的。还有，电力线的密度随着位置的不同而不同，结果场强也与电力线密度成比例地变化。因此窄区域NR和宽区域WR之间边界线A-A上的场强是最大的，越靠近宽及窄区域BR和NR的中心线C-C和B-B及上衬底200，场强逐渐变小。
下文将对电场作用下的液晶分子的行为进行描述。
首先来描述液晶分子的初始状态。
两个取向膜4和6经过摩擦或经紫外线照射，液晶分子取向于一个水平方向。液晶分子相对于衬底100和200可具有一些预倾斜角度但其取向基本平行于衬底100和200。当自平行于衬底100和200的平面上看去时，液晶分子排列为相对于与带状电极平行和垂直的方向具有一预定的角度。偏振片5和7的偏振方向互相垂直，且起偏器5的偏振方向几乎与摩擦方向相一致。注入于两个取向膜4和6之间的液晶材料为具有正介电各向异性的向列液晶。
假设有电压施加到带状电极1和平面电极2上且施加到带状电极1上的电压高于施加到平面电极2上的电压。则液晶分子重新排列，使得取决于电场方向和强度的电场力与由于取向处理而产生的弹性恢复力相互平衡。
下面详细描述电场作用下液晶分子的重新排列。
为了简单起见，假设垂直于衬底的方向为z方向，平行于衬底并垂直于带状电极1方向的方向为x方向，而平行于带状电极1方向的方向为y方向。也就是说，假设图1中从左到右的方向为正x方向，图1中沿带状电极1向上的方向为正y方向，图2中从下衬底100到上衬底200的方向为正z方向。
首先，参考图3，4和5来描述由液晶分子长轴在平行于衬底100和11的xy平面上的投影与x轴或与初始取向方向所成的角度定义的扭转角的变化。
如图3所示，摩擦方向用R表示，电场的x-y平面分量用Exy表示，起偏器5光轴的偏振方向用P表示，而摩擦方向R与x轴之间形成的夹角用ΨR表示，液晶分子的长轴与x轴之间形成的夹角用ΨLC表示。由于起偏器的光轴平行于摩擦方向R，故起偏器5的光轴与x轴形成的夹角ΨP等于ΨR。
电场的x-y平面分量用Exy处于从边界线A到宽区域WR的中心线B的正x方向，以及从宽区域WR的中心线B到下一边界线D的负x方向上。
电场分量Exy的强度在边界线A及D上是最大的，越趋于中心线B-B变得越小，在中心线B-B上，电场分量Exy的强度为0。
通过摩擦处理产生的弹性恢复力的大小在xy平面上不论位置如何基本上是恒定不变的。
如图4所示，边界线A及D上的液晶分子长轴或分子轴基本平行于电场分量Exy，并且由于液晶分子可排列为平衡这两个力，所以相对于摩擦方向R形成一个较大的夹角。但离区域NR和WR的中心线C和B越近，分子轴与摩擦方向R所成的夹角|ΨR-ΨLC|越小，且中心线B和C上的分子轴在摩擦方向R上。由于起偏器5的光轴平行于摩擦方向R，所以起偏器5的光轴与分子轴之间的夹角具有与上面所述的相同的分布，且此夹角与入射光线的透射率非常相关。
通过改变窄区域NR和宽区域WR的宽度比，可产生各种形状的电场。尽管当带状电极1为不透明的时，带状电极1上的窄区域NR不能用作为显示区域，但当带状电极1为透明的时，带状电极1上的窄区域NR也可用作显示区域。
另一方面，电场的x-y平面分量Exy在从下取向膜4趋向上取向膜6时，沿z轴变得越来越小。通过取向处理产生的弹力恢复力在取向膜4和6的表面上最大，且当趋于取向膜4和6之间液晶层的中心时减少。
图5所示的是分子轴与x轴沿z轴从下取向膜4到上取向膜6形成的扭转角。在图5中，水平轴表示距下取向膜4的高度，而垂直轴则代表扭转角，其中d为两个取向膜4和6之间腔间隙。
如图5所示，由于取向膜4和6的取向力较大，从而取向膜4和6表面上的扭转角很大。当趋于液晶层中心时，扭转角变小，且液晶层中心上的分子轴基本处在电场分量Exy的方向上。而取向膜4和6上的分子轴则沿摩擦方向R排列。
假设将相邻液晶分子之间扭转角的差值称作扭度，此扭度对应于图5中曲线的斜率。在取向膜4和6表面的附近，扭度很大，而当趋于液晶层的中心时扭度下降。
图6，7和8所示的是分子轴与x轴或垂直于衬底的一个平面、如zx平面上初始取向方向所成的倾斜角的变化情况。为了简明起见，图6只给出了衬底100和200。在图6中，在图3中表示摩擦方向的R的zx平面分量用Rzx表示，电场的zx平面分量用Ezx表示，而电场分量Ezx与x轴所成的夹角用θE表示，且分子轴与x轴所成的倾斜角用θLC表示。在此，由于当假设忽略掉预倾斜角时矢量R存在于xy平面上，所以Rzx在x方向上。
当从下衬底100趋于上衬底200时，电场分量Ezx的大小与夹角θE变小。
如上所述，由取向处理产生的弹性恢复力在两个衬底100和200的表面上时最大，当趋于液晶层的中心时变小。
液晶分子可排列为平衡这两个力。如图7中所示，衬底100及200表面上的分子轴排列成基本平行于x轴的方向，因为该处的取向力最大。由于从衬底100和200到某一点时，与取向力相比较，电场力相对变强，从而倾斜角θLC的幅值不断增大。此时，在靠近下衬底100的点处形成曲线的顶点。
另一方面，电场分量Exy与x轴形成的夹角θE在边界线A及D上几乎为0，当趋于中心线B-B时此夹角θE变大。电场分量Exy的幅值在边界线A及D上是最大的，当趋于中心线B-B时变小。
由取向处理所获得的弹性恢复力的大小在x轴上不论位置如何总是恒定的。
因此，如图8所示，液晶分子的倾斜角在边界线A和D上时几乎为0，当趋于中心线C和B时降低。从而尽管倾斜角的变化比夹角θE更平滑，但液晶分子的倾斜角与电场分量Exy与x轴形成的夹角θE具有相似的分布状态。
如上所述，当电压施加到两个电极1和2上时，液晶分子重新排列从而形成扭转角及倾斜。入射光的透射率随着扭转角及倾斜角的变化而变化。在边界线A和D上，倾斜角沿z轴几乎没有变化，但扭转角变化很大。另一方面，在中心线B和C上，扭转角沿z轴几乎没有变化，但倾斜角有小的变化。因此，在边界线A和D及中心线B和C之间的区域上扭转角及倾斜角都发生了变化。结果，作为位置的函数的透射率曲线与电力线具有相似的形状。
下面参考图9，10，11中所示的实验结果来对根据本发明第一实施例的LCD的透射率及视角特性进行描述。
在实验当中，带状电极1由不透明材料制成，窄区域NR及宽区域WR的宽度分别为5μm和17μm，施加到平面及带状电极2和1上的电压分别为0V和5V，ΨR为80°，预倾斜角约为1.5°，腔间隙为4.5μm。
图9为根据该实验的、作为沿x轴的位置的函数的透射率图，其中坐标原点位于图3中最左侧带状电极1的左边界线处。
如图9所示，透射率在不透明的窄区域NR中为0，在宽区域WR的中心线附近有最小值，而在边界线A和D及中心线B之间的中心区域内有最大值。
图10所示的是根据本实验作为施加电压的函数的透射率，其中水平轴表示施加电压，垂直轴表示透射率。如图10所示，阈值电压约为1.5V，而饱和电压约为3V。因此，可以用小于3V的低电压驱动本发明的LCD。
图11给出了根据本实验的视角特性。如图11中所示，对比度等于或大于10的区域的边界基本上大于60度。
当在偏振片和衬底之间利用光相位补偿膜时，视角将变得更宽。
在上述实施例及实验当中，可以改变液晶材料的种类，取向膜的种类，取向方法，预倾斜角，偏振片的偏振方向，腔间隙，相位差补偿片的种类，形成电极的材料，电极的宽度及电极之间的距离。例如，当带状电极1由透明材料制成时，由于带状电极1上的液晶分子被用于调节光线，所以能够获得较高的透射率。
在第二到第四实施例中对液晶和/或初始状态的类型的改变进行描述。
第二实施例利用具有负介电各向异性的液晶。
根据第二实施例的LCD的结构与第一实施例的相似，且因此电场的形状也是相似的。但电场作用下液晶分子的重新排列不同于第一实施例。
在初始状态下，两个取向膜4和6经过摩擦处理或经紫外线照射，液晶分子取向在一个水平方向。液晶分子相对于衬底100和200具有小于7度的一定预倾斜角但其取向基本上平行于衬底100和200。当自一个平行于衬底100和200的平面上看去时，液晶分子相对于平行及垂直于带状电极1的方向排列成具有一个等于或小于45度的预定角度的状态。偏振片5和7偏振方向互相垂直，且起偏器5的偏振方向与摩擦方向几乎一致。从而初始状态为黑色状态。
为了简明起见，假设垂直于衬底的方向为z方向，垂直于衬底及带状电极1方向的方向为x方向，而平行于带状电极1方向的方向为y方向。也就是说，假设图1中从左到右的方向为正x方向，图1中沿带状电极1向上的方向为正y方向，图2中从下衬底200到上衬底100的方向为正z方向。
首先，参考图12，13和14来描述由液晶分子长轴在平行于衬底100和11的xy平面上的投影与x轴或与初始取向方向所成的角度定义的扭转角的变化。
如图12所示，摩擦方向用R表示，电场的x-y平面分量用Exy表示，起偏器5光轴的偏振方向用P表示，而摩擦方向R与x轴之间形成的夹角用ΨR表示，液晶分子的长轴与x轴之间形成的夹角用ΨLC表示。由于起偏器5的光轴平行于摩擦方向R，故起偏器5的光轴与x轴形成的夹角ΨP等于ΨR。
电场的x-y平面分量Exy处于从边界线A到宽区域WR的中心线B的正x方向，以及从宽区域WR的中心线B到下一边界线D的负x方向上。
电场分量Exy的强度在边界线A及D上是最大的，越趋于中心线B-B变得越小，在中心线B-B上，电场分量Exy的强度为0。
通过摩擦方法产生的弹力恢复性的大小在xy平面上不论位置如何基本上是恒定不变的。
如图13中所示，由于液晶分子可排列为平衡这两个力，从而边界线A及D上的液晶分子长轴或分子轴基本垂直于电场分量Exy及摩擦方向R。但离区域NR和WR的中心线C和B越近，分子轴与摩擦方向R所成的夹角|ΨR-ΨLC|越小，且中心线B和C上的分子轴在摩擦方向R上。由于起偏器5的光轴平行于摩擦方向R，所以起偏器5的光轴与分子轴之间的夹角具有与上面所述的相同的分布，且此夹角与入射光线的透射率非常相关。
另一方面，电场的x-y平面分量Exy在从下取向膜4趋向于上取向膜6时，沿z轴变得越来越小。通过取向处理产生的弹力恢复力在取向膜4和6的表面上时最大，而当趋于取向膜4和6之间液晶层的中心时减少。
图14所示的是分子轴与x轴在沿着z轴从下取向膜4到上取向膜6时形成的扭转角。在图14中，水平轴表示距下取向膜4的高度，而垂直轴则代表扭转角，其中d为两个取向膜4和6之间的腔间隔。
如图14中所示，由于取向膜4和6的取向力较大，从而取向膜4和6表面上的扭转角大。当趋于液晶层中心时，扭转角变小，且液晶层中心上的分子轴几乎在电场分量Exy的方向上。而取向膜4和6上的分子轴则沿摩擦方向R排列。
假设将相邻液晶分子之间扭转角的差值称作扭度，此扭度对应于图14中曲线的斜率。在取向膜4和6表面的附近，扭度很大，而当趋于液晶层的中心时扭度下降。
图15、16和17所示的是分子轴与x轴或垂直于衬底的一个平面、如zx平面上的初始取向方向所成的倾斜角的变化情况。为了简化说明的目的，图15只给出了衬底100和200。在图15中，在图12中表示摩擦方向的R的zx平面分量用Rzx表示，电场的zx平面分量用Ezx表示，而电场分量Ezx与x轴所成的夹角用θE表示，且分子轴与x轴所成的倾斜角用θLC表示。在此，由于当假设忽略掉预倾斜角时矢量R存在于xy平面上，所以Rzx在x方向上。
当从下衬底100趋于上衬底200时，电场分量Ezx的大小与夹角θE变小。
如上所述，由取向处理产生的弹性恢复力在两个衬底100和200的表面上时最大，当趋于液晶层的中心时变小。
液晶分子可排列为平衡这两个力。如图16中所示，衬底100及200表面上的分子轴排列成基本平行于x轴的方向，因为该处的取向力最大。由于从衬底100和200到某一点，与取向力相比较，电场力相对变强，从而倾斜角θLC的幅值不断增大。此时，在靠近下衬底100的点处形成曲线的顶点。
另一方面，电场分量Ezx与x轴形成的夹角θE在边界线A及D上几乎为0，当趋于中心线B-B时此夹角θE变大。电场分量Ezx的大小在边界线A及D上是最大的，当趋于中心线B-B时变小。
由取向处理所获得的弹性恢复力的大小在x轴上不论位置如何总是恒定的。
因此，如图17中所示，液晶分子的倾斜角在边界线A和D上时几乎为0，当趋于中心线C和B时降低。从而尽管倾斜角的变化比夹角θE更平滑，但液晶分子的倾斜角与电场分量Ezx与x轴形成的夹角θE具有相似的分布。
如上所述，当电压施加到两个电极1和2上时，液晶分子重新排列从而形成扭转角及倾斜角。入射光的透射率随着扭转角及倾斜角的变化而变化。在边界线A和D上，倾斜角沿z轴几乎没有变化，但扭转角变化很大。另一方面，在中心线B和C上时，扭转角沿z轴几乎没有变化，但倾斜角有小的变化。因此，在边界线A和D及中心线B和C之间的区域上扭转角及倾斜角都发生了变化。结果，作为位置的函数的透射率曲线与电力线具有相似的形状。
第三实施例利用具有正介电各向异性的液晶但初始状态下的液晶分子垂直于衬底。
根据第三实施例的LCD结构与第一实施例相似，因此电力线的形状也是相似的。但不同初始状态下液晶分子的重新排列不同于第一实施例。
在初始状态下，两个取向膜4和6经过摩擦处理或经紫外线照射，液晶分子取向于垂直于衬底100及200的方向。液晶分子相对于衬底100和200具有一定预倾斜角但其取向基本上垂直于衬底100和200。当自一个平行于衬底100和200的平面上看去时，液晶分子排列为相对于平行及垂直于带状电极1的方向具有一预定角度的状态。偏振片20和21的偏振方向互相垂直，且起偏器5的偏振方向与摩擦方向几乎一致。从而初始状态为黑色状态。液晶为向列液晶并可具有0.001-3.0wt％的手性掺杂质(chiraldopant)。
为了简明起见，假设垂直于衬底的方向为z方向，垂直于衬底及带状电极1方向的方向为x方向，而平行于带状电极1方向的方向为y方向。也就是说，假设图1中从左到右的方向为正x方向，图1中沿带状电极1向上的方向为正y方向，图2中从下衬底200到上衬底100的方向为正z方向。
首先，参考图18、19和20来描述由液晶分子长轴在平行于衬底100和11的xy平面上的投影与x轴或与初始取向方向所成的角度定义的扭转角的变化。
如图18所示，摩擦方向用R表示，电场的x-y平面分量用Exy表示，起偏器5光轴的偏振方向用P表示，而摩擦方向R与x轴之间形成的夹角用ΨR表示，液晶分子的长轴与x轴之间形成的夹角用ΨLC表示。由于起偏器5的光轴平行于摩擦方向R，故起偏器5的光轴与x轴形成的夹角ΨP等于ΨR。
电场的x-y平面分量用Exy处于从边界线A到宽区域WR的中心线B的正x方向、以及从宽区域WR的中心线B到下一边界线D的负x方向上。
电场分量Exy的强度在边界线A及D上是最大的，越趋于中心线B-B变得越小，在中心线B-B上，电场分量Exy的强度为0。
通过摩擦处理产生的弹性恢复力的幅值在xy平面上不论位置如何基本上是恒定不变的。
如图19中所示，由于液晶分子可排列为平衡这两个力，从而边界线A及D上的液晶分子长轴或分子轴基本平行于电场分量Exy且相对于摩擦方向R有一个较大的夹角。但离区域NR和WR的中心线C和B越近，分子轴与摩擦方向R所成的夹角|ΨR-ΨLC|越小，且中心线B和C上的分子轴在摩擦方向R上。由于起偏器5的光轴平行于摩擦方向R，所以起偏器5的光轴与分子轴之间的夹角具有与上面所述的相同的分布，且此夹角与入射光线的透射率非常相关。
另一方面，电场的xy平面分量Exy在从下取向膜4趋向上取向膜6时，沿z轴变得越来越小。通过取向处理产生的弹性恢复力在取向膜4和6的表面上时最大，而当趋于取向膜4和6之间液晶层的中心时减少。
图20所示的是分子轴与x轴沿着z轴从下取向膜4到上取向膜6时形成的扭转角。在图20中，水平轴表示距下取向膜4的高度，而垂直轴则代表扭转角，其中d为两个取向膜4和6之间的腔间隔。
如图20中所示，由于取向膜4和6的取向力较大，从而取向膜4和6表面上的扭转角大。当趋于液晶层中心时，扭转角变小，且液晶层中心上的分子轴几乎在电场分量Exy的方向上。而取向膜4和6上的分子轴则沿摩擦方向R排列。
假设将相邻液晶分子之间扭转角的差值称作扭度，此扭度对应于图20中曲线的斜率。在取向膜4和6表面的附近，扭度大，而当趋于液晶层的中心时扭度下降。
图21、22和23所示的是分子轴与x轴或垂直于衬底的一个平面、如zx平面上的初始取向方向所成的倾斜角的变化情况。为了简化说明的目的，图21只给出了衬底100和200。在图21中，在图18中表示摩擦方向的R的zx平面分量用Rzx表示，电场的zx平面分量用Ezx表示，而电场分量Ezx与z轴所成的夹角用θE表示，且分子轴与z轴所成的倾斜角用θLC表示。在此，由于当假设忽略掉预倾斜角时矢量R存在于xy平面上，所以Rzx在x方向上。
当从下衬底100趋于上衬底200时，电场分量Ezx的大小与夹角θE变大。
如上所述，由取向处理产生的弹性恢复力在两个衬底100和200的表面上时最大，当趋于液晶层的中心时变小。
液晶分子可排列为平衡这两个力。如图21中所示，衬底100及200表面上的分子轴排列成基本平行于z轴的方向，因为该处的取向力最大。由于从衬底100和200到某一点，与取向力相比较，电场力相对变强，从而倾斜角θLC的大小不断增大。此时，在靠近下衬底100的点处形成曲线的顶点。
另一方面，电场分量Ezx与z轴形成的夹角θE在边界线A及D上几乎为90度，当趋于中心线B-B时此夹角θE变小。电场分量Ezx的大小在边界线A及D上是最大的，当趋于中心线B-B时变小。
由取向处理所获得的弹性恢复力的大小在x轴上不论位置如何总是恒定的。
因此，如图23中所示，由于液晶分子的长轴在边界线A和D上几乎垂直于电场方向，因此线A和D形成一个不连续的平面。而液晶分子的倾斜角在边界线A和D附近几乎为90度，当趋于中心线C和B时降低。从而尽管倾斜角的变化比夹角θE更平滑，但液晶分子的倾斜角与电场分量Ezx与z轴形成的夹角θE具有相似的分布。
当液晶分子具有预倾斜角时，不连续平面可得以消除。
如上所述，当电压施加到两个电极1和2上时，液晶分子重新排列从而形成扭转角及倾斜角。入射光的透射率随着扭转角及倾斜角的变化而变化。在边界线A和D上，倾斜角和扭转角沿z轴有很大变化。另一方面，在中心线B和C上时，扭转角和倾斜角沿z轴几乎没有变化。因此，在边界线A和D及中心线B和C之间的区域上扭转角及倾斜角都发生了变化。结果，作为位置的函数的透射率曲线与电力线具有相似的形状。
第四实施例利用具有负介电各向异性的液晶且初始状态下的液晶分子垂直于衬底。
根据第四实施例的LCD结构与第一实施例相似，因此电力线的形状也是相似的。但不同初始状态下液晶分子的重新排列不同于第一实施例。
在初始状态下，两个取向膜4和6经过摩擦处理或经紫外线照射，液晶分子取向于垂直于衬底100及200的方向。液晶分子相对于衬底100和200可具有一定预倾斜角但其取向基本上垂直于衬底100和200。当自一个平行于衬底100和200的平面上看去时，液晶分子相对于平行及垂直于带状电极1的方向排列成具有一预定角度的状态。偏振片20和21的偏振方向互相垂直，且起偏器5的偏振方向与摩擦方向几乎一致。从而初始状态为黑色状态。液晶为向列液晶并可具有0.001-3.0wt％的手性掺杂质。
为了简明起见，假设垂直于衬底的方向为z方向，垂直于衬底及带状电极1方向的方向为x方向，而平行于带状电极1方向的方向为y方向。也就是说，假设图1中从左到右的方向为正x方向，图1中沿带状电极1向上的方向为正y方向，图2中从下衬底200到上衬底100的方向为正z方向。
首先，参考图24、25和26来描述由液晶分子长轴在平行于衬底100和11的xy平面上投影与x轴或与初始取向方向所成的角度定义的扭转角的变化。
如图24所示，摩擦方向用R表示，电场的x-y平面分量用Exy表示，起偏器5光轴的偏振方向或光轴用P表示，而摩擦方向R与x轴之间形成的夹角用ΨR表示，液晶分子的长轴与x轴之间形成的夹角用ΨLC表示。由于起偏器5的光轴平行于摩擦方向R，故起偏器5的光轴与x轴形成的夹角ΨP等于ΨR。
电场的x-y平面分量Exy位于从边界线A到宽区域WR的中心线B的正x方向、以及从宽区域WR的中心线B到下一边界线D的负x方向上。
电场分量Exy的强度在边界线A及D上是最大的，越趋于中心线B-B变得越小，在中心线B-B上，电场分量Exy的强度为0。
通过摩擦方法产生的弹性恢复力的大小在xy平面上不论位置如何基本上是恒定不变的。
如图25中所示，由于液晶分子可排列为平衡这两个力，从而边界线A及D上的液晶分子长轴或分子轴基本垂直于电场分量Exy及摩擦方向R。但离区域NR和WR的中心线C和B越近，分子轴与摩擦方向R所成的夹角|ΨR-ΨLC|越小，且中心线B和C上的分子轴在摩擦方向R上。由于起偏器5的光轴平行于摩擦方向R，所以起偏器5的光轴与分子轴之间的夹角具有与上面所述的相同的分布，且此夹角与入射光线的透射率非常相关。
另一方面，电场的x-y平面分量Exy在从下取向膜4趋向上取向膜6时，沿z轴变得越来越小。通过取向处理产生的弹性恢复力在取向膜4和6的表面上时最大，而当趋于取向膜4和6之间液晶层的中心时减少。
图26所示的是分子轴与x轴在沿着z轴从下取向膜4到上取向膜6时形成的扭转角。在图26中，水平轴表示距下取向膜4的高度，而垂直轴则代表扭转角，其中d为两个取向膜4和6之间的腔间隙。
如图26中所示，由于取向膜4和6的取向力较大，从而取向膜4和6表面上的扭转角大。当趋于液晶层中心时，扭转角变小，且液晶层中心上的分子轴几乎在电场分量Exy的方向上。而正在取向膜4和6上的分子轴则沿摩擦方向R排列。
假设将相邻液晶分子之间扭转角的差值称作扭度，此扭度对应于图26中曲线的斜率。在取向膜4和6表面的附近，扭度很大，而当趋于液晶层的中心时扭度下降。
图27、28和29所示的是分子轴与x轴或与在垂直于衬底的一个平面、如zx平面上的初始取向方向所成的倾斜角的变化情况。为了简化说明的目的，图27只给出了衬底100和200。在图27中，在图24中表示摩擦方向的R的zx平面分量用Rzx表示，电场的zx平面分量用Ezx表示，而电场分量Ezx与z轴所成的夹角用θE表示，且分子轴与z轴所成的倾斜角用θLC表示。在此，由于当假设忽略掉预倾斜角时矢量R存在于xy平面上，所以Rzx在x方向上。
当从下衬底100趋于上衬底200时，电场分量Ezx的幅度和夹角θE变大。
如上所述，由取向处理产生的弹性恢复力在两个衬底100和200的表面上时最大，当趋于液晶层的中心时变小。
液晶分子可排列为平衡这两个力。如图27中所示，衬底100及200表面上的分子轴排列成基本平行于z轴的方向。因为该处的取向力最大。由于从衬底100和200到某一点时，与取向力相比较，电场力相对变强，从而倾斜角θLC的大小连续增大。此时，在靠近下衬底100的点处形成曲线的顶点。
另一方面，电场分量Ezx与z轴形成的夹角θE在边界线A及D上几乎为90度，当趋于中心线B-B时此夹角θE变小。电场分量Ezx的大小在边界线A及D上是最大的，当趋于中心线B-B时变小。
由取向处理所获得的弹性恢复力的大小在x轴上不论位置如何总是恒定的。
因此，如图29中所示，液晶分子的倾斜角在边界线A和D上几乎为0度，当趋于中心线C和B时增大。从而尽管倾斜角的变化比夹角θE更平滑，但液晶分子的倾斜角与电场分量Ezx与z轴形成的夹角θE具有相似的分布。
当液晶分子具有预倾斜角时，不连续平面可得以消除。
如上所述，当电压施加到两个电极1和2上时，液晶分子重新排列从而形成扭转角及倾斜角。入射光的透射率随着扭转角及倾斜角的变化而变化。在边界线A和D上，倾斜角沿z轴几乎没有变化，而扭转角沿z轴变化很大。另一方面，在中心线B和C上时，扭转角沿z轴几乎没有变化，但倾斜角沿z轴有一些变化。因此，在边界线A和D及中心线B和C之间的区域上扭转角及倾斜角都发生了变化。结果，作为位置的函数的透射率曲线与电力线具有相似的形状。
下面，对电极结构的变型进行描述。
参考图30到31对根据本发明第五实施例的LCD进行描述。
与本发明的第一到第四实施例有所不同，在本实施例中，除去了与带状电极重叠的平面电极部分。因此，平面电极被分为多个公共电极20，其中每个公共电极位于带状电极1之间。另外，由于沿横向的两个相邻的公共电极应连接在一起，所以设置了用于连接公共电极20的公共电极线或连接件23。这些连接件23如图30所示可与带状电极1相搭接，但为了防止重叠可位于带状电极之外。在图30中，开口8由相邻的两个公共电极20及连接这两个公共电极的连接件23来限定。
为了简单起见，将带状电极1上的区域定义为窄区域NR，将包括开口8及连接件23的区域定义为边界区域BR，而将公共电极200上的区域定义为宽区域WR，而窄区域NR，边界区域BR，以及宽区域WR的宽度分别记为a，c和b。
在沿图30中的V-V′线进行剖切所得到的剖面图31中，窄区域NR的中心线C与宽区域WR的中心线B之间的电力线呈抛物线形或半椭圆形。当边界区域BR的宽度固定不变时，电力线顶点的位置随着a/b的数值的变化而变化。但抛物电力线的顶点接近位于边界区域BR的中心线I上。当a不同于b时，抛物线的形状是不对称的，但当a和b相同时，抛物线的形状基本上是对称的。当c为0时，电场具有与第一实施例中电场相似的形状，而即使c不为0，平面电极2或带状电极1上的电场也具有水平分量和垂直分量。
因此，在两个电极1和2或其中任一电极由透明材料制成的透射型显示器中，通过透明电极1或2入射到液晶层上的光线由透明电极上液晶分子的扭转和倾斜来进行调节。此时，c值越小，液晶材料的阈值电压就越小。
在两个电极1和2由具有高反射率的不透明金属如Al制成的反射型显示器的情况下，当c值小时，反射率高。在这种情形下，电极1和2上具有扭转角及倾斜角的重新排列的液晶分子使通过上衬底入射到液晶层上的光线的偏振状态以及由电极1和2反射并入射到液晶层上的光线的偏振状态发生了改变。
下面参考图32到34，对根据本发明第六实施例的、具有作为转换元件的薄膜晶体管及在第一到第五实施例中所建议使用的电极的LCD进行详细描述。
图32为形成于根据本发明第六实施例的LCD的下衬底上的象素的排列图，其中数十万个这种象素在LCD中形成一矩阵型。
多个栅极线或扫描信号线10以及多个平面公共电极20形成于一透明绝缘衬底100上。扫描信号线10沿横向延伸，而公共电极位于扫描信号线10之间。扫描信号线10的部分11用作为栅极，连接件23将相邻的公共电极20连接在一起。
扫描信号线10和公共电极20覆盖有一栅极绝缘膜40，由非晶硅制成的沟道层51形成于与扫描信号线10的栅极11相对的栅极绝缘膜40的一部分上。大量掺杂有n型杂质的掺杂非晶硅层的两个分离的部分61和62形成于沟道层51的各部分之上，且部分61和62相对于栅极11彼此相对。
另一方面，多个数据线70形成于栅极绝缘膜40上且沿纵向延伸以与栅极线10相交。数据线70的一个分支伸向掺杂非晶硅层的一部分61而形成一源极71，一漏极72形成于掺杂非晶硅层的另一部分62上。栅极11、源极71和漏极72与沟道层51一起形成TFT的电极。掺杂非晶硅层61和62改进了源极和漏极71和72与非晶硅层51之间的欧姆接触。
漏极72延伸形成多个沿纵向延伸的带状象素电极75以及象素电极75的连接部分76。数据线70、源极及漏极71和72以及连接部分76都覆盖有一层钝化膜80，且在钝化膜80上涂覆有取向膜4。
由于连接件23与数据线70重叠，且这种重叠所引起寄生电容使得数据线70的图像信号的RC延迟增大。为了减少RC延迟，最好将连接件23和数据线70之间的重叠减至最小。
可以去掉象素电极75及公共电极20所位于的显示区域内的钝化膜80的一部分，以获得足够的电场。
其它非晶硅图形52形成于栅极线10、连接件23与数据线70相交处的栅极绝缘层3的部分上，以增强其间的绝缘效果。
下文对用来制作根据本发明第六实施例的LCD的方法进行描述。
首先，一透明导电层如铟锡氧化物(ITO)淀积并构图以形成公共电极20及其连接件23。由Cr，Al，Mo，Ti，Ta及其合金制成的膜淀积并构图以形成扫描信号线10。由诸如氮化硅制成的栅极绝缘膜40淀积以用来覆盖公共电极20，栅极11及扫描信号线10。一非晶硅层及一n+型非晶硅层依次地淀积在栅极绝缘膜上，并经构图后形成图案51、51和60。一由Cr、Al、Mo和Ta或其合金制成的膜经淀积并构图后形成一包括数据线70、源极71、漏极72及象素电极75的数据线。去掉n+型非晶硅层未被数据线覆盖的一部分。接着，一钝化膜80经淀积和构图后在显示区域上形成一开口81。最后在其上涂覆一取向膜4。
下面详细描述根据本发明第七实施例的用于液晶显示器的衬底及其制作方法。
首先，参考图35A到35C来描述液晶显示器衬底的结构。图35A为一液晶显示器下衬底的排列图，图35B和35C分别为沿线VII1B-VII1′B及VII1C-VII1′C剖开的剖面图。
如图35A到35C所示，由透明导电材料如ITO(铟锡氧化物)制成的一平面公共电极20形成于一透明绝缘衬底100上。公共电极20在一象素区域内，并通过衬底100上的多个连接件23连接到位于相邻象素区域内的相邻的公共电极(未示出)上以传送公共信号。衬底100上的一公共信号发送器24经连接件23电连接到公共电极20上并位于衬底100的右边沿附近。
在象素区域的下部，一栅极线10形成于衬底100上并沿横向延伸。栅极线10被连接到位于衬底100左边附近的一栅极接点(gate pad)12上并接收外部扫描信号。栅极线10的一部分11用作为栅极。
公共电极20、连接件23、公共信号发送器24、栅极线10及栅极接点12都由透明导电材料制成，并且一用于防止它们连接断开的冗余图形形成于公共电极20、连接件23、公共信号发送器24及栅极线10的上部。在连接件23及公共电极20的上部设置一冗余的连接件33，在公共信号发送器24上设置一冗余的公共信号发送器34，而在栅极线10及栅极11上则分别设置一冗余栅极线30及一冗余栅极31。冗余图形30，31，33及34可由任何导电材料如Al或Al合金来制成。但当利用Al或Al合金时，由于ITO与Al或Al合金直接接触会在其间产生氧化物，所以在这两层之间应设置一由高熔点金属如Cr或MoW合金制成的缓冲层32和35。
公共电极20及其冗余图形由一栅极绝缘层40所覆盖。如图35A和35B中所示，由非晶硅制成的沟道层51与栅极11相对地形成于栅极绝缘层40上。由大量掺杂有n型杂质的掺杂非晶硅制成的接触层的两个分离的部分61和62形成于沟道层51上并相对于栅极11彼此相对设置。
沿纵向延伸的数据线70也形成于栅极绝缘层40上并与栅极线相交。数据线70的一个分支伸向掺杂非晶硅层的一部分61而形成一源极71，一漏极72形成于掺杂非晶硅层的另一部分62上。栅极11，源极71和漏极72与沟道层51一起形成TFT的电极。掺杂非晶硅层61和62改进了源极和漏极71和72与非晶硅层51之间的欧姆接触。
漏极72延伸形成多个沿纵向延伸的带状象素电极75以及象素电极75的连接部分76。数据线70，源极及漏极71和72以及连接部分76都覆盖有一层钝化膜80，且钝化膜80及具有一接触孔82的栅极绝缘层40使栅极接点12暴露出来。
可以去掉象素电极75及公共电极20所位于的显示区域内的钝化膜80的一部分，以获得足够的电场。
下面参考图36A到39C对根据本发明第七实施例的LCD的制作方法进行详细描述。图36A，37A，38A及39A为根据此实施例的液晶显示器的中间结构的布置图，图36B和36C，37B和37C，38B和38C以及3B和39C分别为沿图36A中的线VII2B和VII2C，图37A中的线VII3B和VII3C，图38A中的线VII4B和VII4C，图39A中的线VII5B和VII5C剖开的剖面图。
首先，如图36A到36C中所示，一透明导电层如铟锡氧化物在一绝缘衬底100上淀积，厚度达50-100nm，且利用一第一掩膜进行构图以形成一包括一公共电极20、其连接件23及一公共信号变送器24的公共导线以及一包括栅极线10及栅极接点12的栅极导线。
如图37A到37C所示，厚度为100-400nm的由一高熔点金属如Cr或Mo-W制成的一下导电膜和由Al或Al合金制成的一上导电膜顺序地进行淀积并利用一第二掩膜进行构图，从而在其下形成一冗余图形30，33和34以及一缓冲层32和35。栅极绝缘层40淀积于其上。
如图38A到38C中所示，一非晶硅层及一n+型非晶硅层顺序地淀积于栅极绝缘膜40上，并利用一第三掩膜进行构图以形成图形51和60。
如图39A到39C中所示，一由Cr，Al，Mo和Ta或其合金制成的膜经淀积达100-200nm的厚度，并利用一第四掩膜进行构图，从而形成一个包括数据线70、源极71、漏极72及象素电极75的数据导线。去掉n+型非晶硅层未被数据导线所覆盖的一部分。
最后，厚度为200-400nm的钝化膜通过利用一第五掩膜与栅极绝缘层40一起淀积和构图，从而形成一接触孔82。
或者在冗余图形及缓冲层形成之后再形成公共导线及栅极导线。
电极20和75的材料及厚度以及电极20之间的距离可随着液晶显示器设计的不同而变化。例如，如果象素电极57是透明的，则象素电极57上的液晶分子对图像显示起作用，造成较大的透射。在反射型液晶显示器的情形下，公共电极20和象素电极75可由具有较大反射率的不透明材料制成。
接下来，详细描述根据第八实施例的液晶显示器的衬底及其制作方法。
液晶显示器衬底的结构参见图40到42。图40是液晶显示器下衬底的布局图，图41和42是沿VIIIA-VIII′A线剖开的不同的剖面图。
如图40到42中所示，由透明导电材料如ITO(铟锡氧化物)制成的多个矩形公共电极20形成于一透明绝缘衬底100上。每一公共电极20位于一个象素区域内，并通过衬底100上的多个连接件23连接到相邻象素区域内的相邻的公共电极上，以传送公共信号。但连接件23也可去掉不用。
位于公共电极20上部的多个公共电极线33沿横向延伸从而使公共电极20电气地连接在一起。公共电极线33较之公共电极具有较低的电阻率，且如图41中所示的位于公共电极20之上或如图42中所示的位于公共电极20之下。
在相邻列的公共电极20之间，一栅极线10形成于衬底100上且沿横向延伸。栅极线10的一部分11用作一栅极。
公共电极线33和栅极线10可由任何导电材料如Al、Al合金、Mo或Cr来制成。但当利用Al或Al合金时，由于ITO与Al及Al合金直接接触会在其间产生氧化物，所以在这两层之间设置一由高熔点金属如Cr或MoW合金制成的缓冲层。
公共电极20和栅极线10以及公共电极线30覆盖有一栅极绝缘层40。如图41和42所示，由非晶硅制成的沟道层51形成于与栅极11相对的栅极绝缘层40上。由大量掺杂有n型杂质的掺杂非晶硅制成的接触层的两个分离部分61和62形成于沟道层51上，且相对于栅极11彼此相对设置。
沿纵向延伸的一数据线60也形成于栅极绝缘层40上并与栅极线10相交。数据线70的一个分支伸向掺杂非晶硅层的一部分61而形成一源极71，一漏极72形成于掺杂非晶硅层的另一部分62上。栅极11，源极71和漏极72与沟道层51一起形成TFT的电极。掺杂非晶硅层61和62改进了源极和漏极71和72与非晶硅层51之间的欧姆接触。
漏极72延伸形成多个沿纵向延伸的带状象素电极75以及象素电极75的连接部分76。数据线70，源极及漏极71和72以及连接部分76都覆盖有一层钝化膜80。
多个隔离的非晶硅图形52位于栅极线10和公共电极线33以及数据线70的相交处，并设置在栅极绝缘层40和数据线70之间。
下面描述用于制作根据本发明第八实施例的LCD的方法。
在如图41中所示的结构的情形下，一ITO层及一金属层顺序进行淀积。金属层经构图后形成公共电极线33及栅极线10，ITO层经构图后形成公共电极20及连接件23。
另一方面，在如图42中所示的结构的情形下，金属层经淀积并构图后形成公共电极线33和栅极线10。接下来，ITO层经淀积并构图后形成公共电极20及连接件23。在这种情况下，连接件23可以去掉不用。
接着，一栅极绝缘层40，一非晶硅层51及一掺杂非晶硅层61和62依次进行淀积，且然后掺杂非晶硅层及非晶硅层进行构图处理。
一金属膜经淀积和构图形成一个包括数据线70、源极71、漏极72及象素电极75的数据导线。去掉n+型非晶硅层未被数据导线所覆盖的一部分。
最后，将一钝化膜80与栅极绝缘层40一起进行淀积和构图，从而将栅极线10和数据线70的缓冲器暴露出来。
在此实施例中，由于是利用公共电极线33和栅极线10来对公共电极20进行构图，所以能够减少偏移。
图43所示的是沿图40中线VIIIB-VIII′B剖开的剖面图但包括上衬底。在象素电极75和公共电极20之间的区域内，由于流经数据线70的信号，因此与数据线70相邻的区域S对电场形成干扰。因此，区域S内的液晶分子排列成不同于其他区域的状态，并可产生光线泄漏。
第九实施例给出了能够减少光线泄漏的结构。
图44，45和46是根据本发明第九实施例的液晶显示器的剖面图。
如图44中所示，由不透明材料如Cr制成的一遮光膜210形成于上衬底200上，并位于与区域S相对应的位置上。
除了上衬底200上的遮光膜210之外，另一遮光膜110形成在如图45中所示的数据线70和与其相邻的象素电极75之间。遮光膜110形成于下衬底100及公共电极20之间，其上覆盖有栅极绝缘层40，并与数据线70相搭接。
遮光膜110最好是导电且不透明的，以具有一等于公共电极20的电势。在这种情况下，遮光膜110挡住了由于数据线70而形成的电场，同时也防止了区域S内的光线泄漏。
图46所示的只在下衬底100上具有一个遮光膜120的结构。遮光膜120形成于栅极绝缘层40上并覆盖数据线70的全部及象素电极的部分。图46中的遮光膜120由于直接接触数据线70及象素电极75，所以应由绝缘材料、最好是有机材料制成。
前面实施例中的结构包括一平面电极，一覆盖平面电极的绝缘层以及绝缘层上的多个带状电极。但带状电极也可位于平面电极的下面或与平面电极位于同一平面内。这些结构可通过对平面电极进行构图来获得，从而使得平面电极在带状电极之间形成一个连续的平面。平面电极可部分地与带状电极相重叠。或者，平面电极也可不与带状电极相重叠，但象素电极与带状电极相邻边界之间的距离很近。平面电极的宽度等于或大于带状电极的宽度。平面电极上的液晶分子用于显示，而传统的IPS LCD只利用电极之间的区域上的液晶分子。
图47是根据本发明第十实施例的LCD的剖面图。
如图47中所示，多个带状第一电极1形成于一绝缘衬底100上，且第一电极1覆盖有一绝缘层3。多个平面第二电极2形成于一绝缘层3上，且与第一电极部分重叠，并具有等于或大于第一电极的宽度的宽度。根据这种类型的LCD，第一和第二电极1和2是透明的或不透明的都可以。
图48，49和50所示的分别是根据本发明第十实施例的LCD的电场、透射率及视角特性。
当将0V和5V电压分别施加到第一和第二电极1和2上时，如图48所示，第一和第二电极1和2之间的电势差产生一个电场。在图48中，实线表示等势线，虚线表示电力线。
如图48中所示，与图2中所示的相同，电场的形状相对于第一和第二电极1和2的中心线是对称的。
图49所示的是根据此实施例的、作为施加电压的函数的透射率。如图10中所示，阈值电压约为1.5V，饱和电压约为5V。
图50的图形所示的是根据此实施例的视角特性。如图50中所示，对比度等于或大于10的区域的边界基本上超过60度。
下面参考图51到53来对根据本发明第十一实施例的、具有作为切换元件的薄膜晶体管及第十实施例中所提出的电极的LCD进行详细描述。
图51是根据本发明第十一实施例的LCD的下衬底的布局图，其中无数象素在LCD中形成矩阵型。图52和53分别为沿线XIA-XIA′及XIB-XIB′剖开的剖面图。
多个栅极线或扫描信号线10以及栅极板12形成于一透明绝缘衬底100上。栅极线10沿横向延伸，且栅极板12连接到栅极线10的左端。栅极线10的一部分11用作为一薄膜晶体管的栅极。
纵向延伸的多个公共电极20形成于100上，并位于栅极线10之间。用于连接公共电极20的一对横向公共电极线23也形成于衬底100上。
栅极线10、公共电极20以及公共电极线23覆盖有一栅极绝缘膜40，由非晶硅制成的沟道层51形成于与扫描信号线10的栅极11相对的栅极绝缘膜40的一部分上。大量掺杂有n型杂质的掺杂非晶硅层的两个分离部分61和62形成于沟道层51的部分上，且部分61和62相对于栅极11彼此相对设置。
另一方面，多个数据线70及一个数据接点73形成于栅极绝缘膜40上。数据线70沿纵向延伸并与栅极线10相交，数据接点73连接到栅极线10的上端。数据线70的一个分支伸向掺杂非晶硅层的一部分61而形成一源极71，一漏极72形成于掺杂非晶硅层的另一部分62上。栅极11，源极71和漏极72与沟道层51一起形成TFT的电极。掺杂非晶硅层61和62改善了源极和漏极71和72与非晶硅层51之间的欧姆接触。
数据线70，数据接点73以及源极和漏极71和72都覆盖有一钝化膜80。钝化膜80具有露出栅极接点12、数据接点73及漏极84的接触孔82，83和84。
纵向延伸的多个带状电极91及带状电极的一个连接部分92都形成于钝化膜80上，且一冗余的栅极接点95及一冗余的数据接点96也形成于钝化膜80上。象素电极91的边界93在公共电极20之上，且连接部分92连接到象素电极91上并通过接触孔84连接到漏极72上。象素电极91的宽度等于或大于公共电极20的宽度。冗余栅极接点95及冗余数据接点96分别通过接触孔82和83连接到栅极接点12及数据接点73上。
下面参考图51到53及54A到57B对根据本发明第十一实施例的LCD的制作方法进行详细说明。
首先，如图54A-54B中所示，一由高熔点金属如Cr，Al，Mo，Ti和Ta或其合金制成的导电层淀积在一绝缘衬底100上，并利用一第一掩膜进行构图，从而形成一包括多个公共电极20及公共电极线33在内的公共导线，以及一包括栅极线10及栅极接点12在内的栅极导线。
如图55A-55B中所示，一由氮化硅制成的栅极绝缘层40，一非晶硅层以及一n+型非晶硅层顺序地淀积于栅极绝缘膜40上。n+型非晶硅层以及非晶硅层利用一第二掩膜进行构图，来形成沟道层51及一图案60。
如图56A-56B所示，一由Cr，Al，Mo和Ta或其合金制成的膜经淀积及利用一第三掩膜构图后形成一包括数据线70、数据接点73、源极71及漏极72的数据线。去掉n+型非晶硅层未被数据线覆盖的一部分。
一厚度为200-400nm的钝化膜80经淀积及利用一第四掩膜与栅极绝缘层40一起构图后形成接触孔82，83和84。
最后，一ITO层经淀积及利用一第五掩膜构图后形成象素电极91，连接构件92，冗余栅极接点95以及冗余数据接点96。
如图58中的平面图所示，根据第十二实施例的LCD具有直接位于栅极绝缘层上的象素电极。图59和60分别为沿XIIA-XIIA′及XIIB-XIIB′剖开的剖面图。
多个象素电极91形成于一绝缘衬底100上公共电极20之间的栅极绝缘层40的一部分上。栅极绝缘层40上的一漏极72伸向象素电极的连接部分92并电气连接到象素电极91上。一钝化膜80覆盖着栅极绝缘层40上的一数据线70、一源极71及漏极72，且在显示区域内具有一个开口以便能够得到足够的电场。
连接到一栅极线上的、位于栅极接点12上的栅极绝缘层40的一部分被去掉以形成一接触孔41，而栅极绝缘层40上的一冗余栅极接点95通过该接触孔与此栅极接点相触接。一数据缓冲器96形成于栅极绝缘层40上并且数据线70延伸向数据接点96以与数据接点96相触接。钝化层80具有接触孔82和83分别用于露出冗余栅极接点95及数据接点96。
其余的结构与第十一实施例当中的基本相同。
下面参考图58-60和61A-63B来对根据本发明第十二实施例的LCD的制作方法进行详细描述。
形成栅极线10，栅极接点12，公共电极91和公共电极线23，淀积一非晶硅层以及一掺杂非晶硅层，并且同第十一实施例中一样对掺杂非晶硅层51及非晶硅层60进行构图。
如图61A和61B中所示，栅极绝缘层40利用一第三掩膜构图后形成一接触孔32以露出栅极缓冲器12。
如图62A和62B中所示，一ITO层经淀积后再利用一第四掩膜进行构图，从而形成象素电极91，连接构件92，一冗余栅极接点95以及一数据接点96。
如图63A和63中所示，一由Cr，Al，Mo和Ta或其合金制成的膜经淀积及利用一第五掩膜构图后形成一包括数据线70、源极71及漏极72的数据线。去掉n+型非晶硅层未被数据线覆盖的一部分以形成一接触层61和62。
一厚度为200-400nm的钝化膜80经淀积及利用一第六掩膜构图后形成接触孔82，83和一开口81。
如上所述，根据第十二实施例的方法需要六块掩膜。但如果去掉冗余栅极接点，则只需要5块掩膜。
在第十三实施例中，将第十二实施例中形成象素电极的步骤和形成数据线的步骤进行了交换。图64是根据本发明第十三实施例的LCD的布置图，图65和66分别为沿线XIIIA-XIIIA′及XIIIB-XIIIB′剖开的剖面图。
此实施例中的LCD结构除了连接部分92在漏极72之上而不是在漏极72之下、数据接点73由与数据线70相同的层制成以及一冗余数据接点96在数据接点73之上这几点之外，基本上都与第十二实施例中的LCD结构相同。
根据本发明第十三实施例的LCD的制作方法，直到在一栅极绝缘层40中形成接触孔32这一步骤之前，都基本上与第十二实施例的LCD制作方法相同。
如图67A和67B中所示，一由Cr，Al，Mo和Ta或其合金制成的膜经淀积及利用一第四掩膜构图后形成一包括数据线70、源极71及漏极72的数据线。去掉n+型非晶硅层未被数据线覆盖的一部分以形成一接触层61和62。
如图68A和68B所示，一ITO层经淀积后再利用一第五掩膜进行构图，从而形成象素电极91，连接构件92，一冗余栅极接点95以及一数据接点96。
形成钝化层的步骤与第十二实施例中的相同。
第十四实施例给出了一种具有非重叠电极的结构。
图69是根据本发明第十四实施例的LCD的剖面图。
如图69中所示，多个带状第一电极1形成于一绝缘衬底100上，且第一电极1覆盖有一绝缘层3。多个平面第二电极2形成于一绝缘层3上，且具有等于或大于第一电极的宽度的宽度。第一和第二电极1和2互不重叠，但其间的距离很小。
下面参考图70到72来对根据本发明第十五实施例的、具有一作为切换元件的薄膜晶体管及第十四实施例中所给出的电极的LCD进行详细描述。
图70是根据本发明第十五实施例的LCD下衬底的布局图，图71和72分别为沿线XVA-XVA′及XVB-XVB′剖开的剖面图。
象素电极91和公共电极20不相重叠，但其间的距离很小。其余的结构基本与第十一实施例中的相同。制作方法与第十一实施例中的制作方法相似，且其在第十二及第十三实施例中的变型也都是可能的。
第十六实施例给出了位于同一层上的电极。
图73是根据本发明第十六实施例的LCD的剖面图。
如图73中所示，多个带状第一电极1形成于一绝缘衬底100上，且多个平面第二电极2也形成于绝缘衬底100上，且位于第一电极1之间。第一和第二电极1和2互不重叠，但电场与第一实施例中的电场相似。
下面参考图74到76来对根据本发明第十七实施例的、具有一作为切换元件的薄膜晶体管及第十四实施例中所给出的电极的LCD进行详细描述。
图74是根据本发明第十七实施例的LCD下衬底的布局图，图75和76分别为沿线XVIIA-XVIIA′及XVIIB-XVIIB′剖开的剖面图。
在象素区域内由栅极线10和数据线70所包围的栅极绝缘层40的一部分被去掉，且象素电极91位于各公共电极20之间。其余的结构与第十四实施例中的相同。制作方法与第十一实施例中的相似，且其如在第十二及第十三实施例中的变型也都是可能的。
下面将描述具有位于上衬底上的电极及位于下衬底上的电极的实施例。
在第十八实施例中，如图77中所示，一平面电极2形成于下衬底100上并覆盖有一绝缘层3。由Cr或ITO制成的多个带状电极1形成于该绝缘层3上。一上电极250形成于一上衬底200上。由于场强较高，所以响应时间变短且液晶分子的排列稳定。此外，由于上电极250具有一引起散射场的孔径251，从而液晶分子的排列随着区域的不同而变化。
根据第十九实施例的平面及带状电极2和1位于如图78和79中所示的相同的平面上，且在这种情形下，根据第二十实施例的上电极250具有一如图79中所示的孔径251。
同时，如图10中图形所示，红色及绿色象素的透射率约为0.1，而蓝色象素的透射率约为0.08，比红色及绿色象素的透射率低20％。为了减少各种象素透射率之间的这种差值，应根据颜色来调节孔径比。
图80所示的是用于根据本发明第二十一实施例的LCD的黑色填质的平面图。在图80中，标号210代表可形成于上衬底或下衬底上的一黑色填质，而R，G和B分别表示红色，绿色和蓝色象素。开口区域由关系TR*YR＝TG*SG＝TB*SB来确定，其中TR，TG和TB为红，绿和蓝象素的透射率，而SR，SG和SB则为红，绿和蓝象素的开口区域。结果，当透射率下降时，孔径比增大。
如上所述，能够加宽视角，降低驱动电压，并能增大孔径比。
参照在此公开的本发明的说明书及其实施，本领域的技术人员可以作出本发明的变型或修改。其他实施例对于应指出，本说明书及实例仅作为示例，而本发明的范围及实质由下述的权利要求书来限定。
权利要求
1.一种液晶显示器，包括互相面对的第一和第二衬底；位于第一和第二衬底之间的一液晶层；位于第一衬底上的多个扫描信号线和数据线，所述扫描信号线和数据线互相电气绝缘并相交；具有连接到所述扫描信号线上的一栅极，连接到所述数据线上的一源极及一漏极的多个薄膜晶体管；连接到所述薄膜晶体管漏极上的一象素电极；和与所述象素电极电气绝缘的一公共电极；其中所述薄膜晶体管根据来自扫描信号线的扫描信号，对来自数据线的图像信号进行切换，并将图像信号传送到象素电极上，且其中液晶层的分子由将电压施加到所述公共和象素电极上时而产生的电场进行重新排列的一重排区域至少形成于所述公共或象素电极的一部分上，且形成于公共或象素电极上的重排区域的一部分用作显示区域的一部分。
2.根据权利要求1所述的液晶显示器，其中所述象素电极和公共电极部分重叠以形成一储能电容器。
全文摘要
一种仅在一个衬底上有电极的液晶显示器。横向延伸的透明平面电极形成于衬底的内表面上，绝缘层淀积于其上。纵向延伸的透明或不透明的多个带状电极形成于绝缘膜上。向电极加电压产生的平面和带状电极之间的压差生成电场，它相对于带状电极纵向中心线及带状电极间区域纵向中心线对称，呈中心在平面和带状电极之间边界线上的抛物线或半椭圆形。其电力线有垂直及水平分量，液晶分子经重排具有扭转角及倾斜角。入射光偏振因液晶分子的重排而变化。
文档编号G02F1/1343GK1538230SQ20041004454
公开日2004年10月20日 申请日期1998年11月3日 优先权日1997年11月3日
发明者柳镇泰, 李癸宪, 罗炳善, 金东奎, 张钟雄, 沈政煜, 宋长根, 李贤植 申请人:三星电子株式会社