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：
本发明涉及液晶显示装置，特别涉及具有广视角特性，并进行高质量显示的液晶显示装置。
背景技术：
近年来，作为个人计算机的显示器或便携式信息终端设备的显示部上使用的显示装置，使用了外形薄重量轻的液晶显示装置。但是，现有的扭曲向列型(TN型)和超扭曲向列型(STN型)液晶显示装置具有视角窄的缺点，为了解决这一问题，进行了各种各样的技术开发。
作为用来改善TN型和STN型液晶显示装置的视角特性的典型技术，有附加光学补偿片的方式。其他方式有在衬底的表面向液晶层施加水平方向的电场的横向电场方式。该横向电场方式的液晶显示装置近年来已批量生产，受到关注。此外，其他的技术，有使用具有负介电常数各向异性的向列液晶材料作为液晶材料、使用垂直取向膜作为取向膜的DAP(deformation of vertical aligned phase垂直取向相变)。这是电压控制双折射(ECBelectricallycontrolled birefringence)方式之一，利用液晶分子的双折射性来控制透射率。
但是，虽然横向电场方式作为广视角化技术，是很有效的方式之一，但制造工艺与通常的TN型相比，生产容限极小，所以存在难以实现稳定生产的问题。这是因为衬底间的间隙不均匀或偏光片的透射轴(偏光轴)方向相对液晶分子的取向轴产生的偏离对显示亮度或对比度有很大的影响，为了对其进行高精度控制，并进行稳定的生产，有必要进行进一步技术开发。
此外，为了在DPA方式的液晶显示装置中进行无显示斑块的均匀显示，需要进行取向控制。作为取向控制的方法，有通过摩擦取向膜的表面进行取向处理的方法。但是，若对垂直取向膜进行摩擦处理，则在显示图像中容易产生摩擦痕迹，不适合批量生产。
因此，本发明的申请者和其他人一起提出了一种方案在经液晶层相互对置的一对电极中的一个电极上形成由开口部和实心部构成的规定的电极结构，利用在开口部的边缘部生成的倾斜电场，在这些开口部和实心部形成具有放射状倾斜取向的液晶畴(特开2003-043525号公报)。若使用该方法，则由于稳定地且具有很高的连续性地形成具有放射状倾斜取向的液晶畴，故可以提高视角特性和显示质量。
但是，随着液晶显示装置的普及，对液晶显示装置的显示特性提出了更高的要求，希望进一步提高显示特性。

发明内容
本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供一种具有广视角特性、并且显示特性优异的液晶显示装置。
本发明的显示装置涉及一种液晶显示装置，具有第1衬底、第2衬底、和设在所述第1衬底和所述第2衬底之间的液晶层；具有分别由设在所述第1衬底的所述液晶层一侧的第1电极、和设置在所述第2衬底且经所述液晶层与所述第1电极对置的第2电极规定的多个象素区；在所述各象素区中，所述第1电极具有多个开口部和实心部，当未向所述第1电极和所述第2电极之间施加电压时，所述液晶层处于垂直取向状态，而且，当向所述第1电极和所述第2电极之间施加了电压时，利用生成在所述第1电极的所述多个开口部的边缘部的倾斜电场，在所述多个开口部和所述实心部形成分别呈放射状倾斜取向状态的多个液晶畴，其特征在于所述第1电极的所述实心部具有多个单位实心部、以及分别使所述多个单位实心部中的至少3个单位实心部相互连接的多个连接部，所述第2衬底具有第1取向限制结构，在与所述各连接部分别对应的区域，至少在向所述第1电极和所述第2电极之间施加了电压的状态下，产生使位于所述各连接部上的所述液晶层的液晶分子呈放射状倾斜取向的取向限制力。由此，可以达到上述目的。
在最佳实施形态中，所述液晶层利用所述第1取向限制结构产生的取向限制力，在所述各连接部上形成呈放射状倾斜取向状态的液晶畴。
在最佳实施形态中，所述各连接部使所述多个单位实心部中的4个单位实心部相互连接。
在最佳实施形态中，所述各单位实心部具有多个角部，所述各连接部使相邻的单位实心部经所述角部相互连接。
所述各角部最好是锐角的角部。
在最佳实施形态中，所述多个角部是4个角部。
在最佳实施形态中，所述第1取向限制结构即使在未向所述第1电极和上述第2电极之间施加电压的状态下也产生取向限制力。
在最佳实施形态中，所述第1取向限制结构包含向上述第2衬底的所述液晶层一侧突出的凸部。
在最佳实施形态中，所述第1取向限制结构包含位于所述第2衬底的上述液晶层一侧的水平取向性表面。
在最佳实施形态中，所述第1取向限制结构包含设在所述第2衬底的所述液晶层一侧的表面，并且是使所述液晶层的液晶分子以比垂直取向状态小的角度倾斜的表面。
在最佳实施形态中，所述第1取向限制结构仅在向所述第1电极和所述第2电极之间施加了电压的状态下才产生取向限制力。
在最佳实施形态中，所述第1取向限制结构包含设在所述第2电极上的开口部。
在最佳实施形态中，所述第2衬底具有在与所述各单位实心部分别对应的区域产生取向限制力的第2取向限制结构，该取向限制力用于至少在向所述第1电极和所述第2电极之间施加了电压的状态下，使对应于所述各单位实心部而形成的所述液晶畴内的液晶分子呈放射状倾斜取向。
所述第2取向限制结构最好设在与所述各单位实心部的中央附近对应的区域。
在与所述各单位实心部分别对应形成的所述液晶畴内，所述第2取向限制结构的取向限制方向与由所述倾斜电场决定的放射状倾斜取向的方向一致。
在最佳实施形态中，所述第2取向限制结构即使在未对所述第1电极和所述第2电极之间施加电压的状态下也产生取向限制力。
在最佳实施形态中，所述第2取向限制结构包含向所述第2衬底的所述液晶层一侧突出的凸部。
在最佳实施形态中，所述第2取向限制结构包含设置于所述第2衬底的所述液晶层一侧的水平取向性表面。
在最佳实施形态中，所述第2取向限制结构包含设在所述第2衬底的所述液晶层一侧的表面，并且是使所述液晶层的液晶分子以比垂直取向状态小的角度倾斜的表面。
在最佳实施形态中，所述第2取向限制结构仅在对所述第1电极和所述第2电极之间施加了电压的状态下才产生取向限制力。
在最佳实施形态中，所述第2取向限制结构包含设在所述第2电极上的开口部。
所述各单位实心部的形状最好具有旋转对称性。
在最佳实施形态中，所述各单位实心部的形状是具有4次旋转对称性的大致呈星形的形状。
所述多个单位实心部最好至少形成1个实质上配置成具有相同的形状和相等的大小并具有旋转对称性的单位格子。
所述多个开口部中的至少部分开口部最好至少形成1个实质上配置成具有相同的形状和相等的大小并具有旋转对称性的单位格子。
所述多个开口部中的至少所述部分开口部的各自的形状最好具有旋转对称性。
所述第1衬底也可以采用如下结构具有设在和所述第1电极的上述液晶层相反一侧的电介质层、和经所述电介质层与所述第1电极的至少所述1个开口部的至少一部分对置的第3电极。
在最佳实施形态中，所述第1衬底进而具有与所述各象素区对应设置的开关元件，所述第1电极是设置在所述多个象素区的每一个区域、并利用所述开关元件进行开关动作的象素电极，所述第2电极是与所述多个象素电极对置的至少1个对置电极。
或者，本发明的显示装置具有第1衬底、第2衬底和设在所述第1衬底和所述第2衬底之间的液晶层；具有分别由设在所述第1衬底的所述液晶层一侧的第1电极、和设置在所述第2衬底且经所述液晶层与所述第1电极对置的第2电极规定的多个象素区；在所述各象素区中，所述液晶层在未向所述第1电极和所述第2电极之间施加电压时处于垂直取向状态，其特征在于在所述各象素区中，所述第1电极具有多个开口部、具有分别是锐角的4个角部的大致呈星形的多个导电部、和分别经所述角部使所述多个导电部中的4个导电部相互连接的多个连接部，所述第2衬底在与所述各连接部分别对应的区域具有向所述液晶层一侧突出的凸部。
由此，可以达到上述目的。
在最佳实施形态中，所述第2衬底在与所述各导电部分别对应的区域内具有向所述液晶层一侧突出的其他凸部。
或者，本发明的显示装置具有第1衬底、第2衬底和设在所述第1衬底和所述第2衬底之间的液晶层；具有分别由设在所述第1衬底的所述液晶层一侧的第1电极和设置在所述第2衬底上且经所述液晶层与所述第1电极对置的第2电极规定的多个象素区；在所述各象素区中，所述液晶层在未向所述第1电极和所述第2电极之间施加电压时处于垂直取向状态，其特征在于在所述各象素区中，所述第1电极具有多个开口部、具有分别是锐角的4个角部的大致呈星形的多个导电部、和分别经所述角部使所述多个导电部中的4个导电部相互连接的多个连接部，所述第2电极包含设在与所述各连接部分别对应的区域内的开口部。
由此，可以达到上述目的。
在最佳实施形态中，所述第2电极具有设置在与所述各导电部分别对应的区域内的其他开口部。
下面，说明本发明的作用。
在本发明的液晶显示装置中，向象素区的液晶层施加电压的一对电极中的一个具有多个开口部(电极内不存在导电膜的部分)和实心部(电极中开口部之外的部分、存在导电膜的部分)。电极的实心部具有多个单位实心部(导电部)，多个单位实心部通过连接部相互连接。液晶层在不加电压的状态下处于垂直取向状态，而且，在加电压的状态下，利用在电极的开口部的边缘部生成的倾斜电场，形成呈放射状倾斜取向状态的多个液晶畴。典型地，液晶层由具有负介电常数各向异性的液晶材料形成，利用设在其两侧的垂直取向层(例如，垂直取向膜)进行取向限制。
利用该倾斜电场形成的液晶畴形成在与电极的开口部和实心部对应的区域，通过使这些液晶畴的取向状态随着电压的改变而变化来进行显示。典型地，在各开口部和各单位实心部上形成液晶畴。因各液晶畴呈放射状倾斜取向，故可以采取高旋转对称性的取向，因此，显示质量的视角依存性减小，可以实现广视角特性。
进而，在开口部上形成的液晶畴和在实心部上形成的液晶畴因为是利用形成在开口部的边缘部的倾斜电场而形成的，所以，它们彼此相邻交替形成，而且，相邻液晶畴之间的液晶分子的取向本质上是连续的。因此，不会在形成于开口部的液晶畴和形成于实心部的液晶畴之间生成向错线(disclination line)，而且不会因此而使显示质量下降，从而液晶分子的取向稳定性较高。
在本发明的液晶显示装置中，不仅与电极的实心部对应的区域，而且与开口部对应的区域，其液晶分子都是呈放射状倾斜取向，所以，与上述现有的液晶显示装置相比，液晶分子的取向连续性高，可以得到稳定的取向状态，实现光滑的均匀显示。特别是，为了实现良好的响应特性(响应速度快)，有必要让用于控制液晶取向的倾斜电场作用在更多的液晶分子上，为此，需要形成很多的开口部(边缘部)。在本发明的液晶显示装置中，因与开口部对应形成具有稳定的放射状倾斜取向的液晶畴，故即使为了改善响应特性而形成很多开口部，也可以抑制因此而引起的显示质量的降低(不光滑)。
进而，在本发明的液晶显示装置中，经液晶层与具有生成倾斜电场的电极的第1衬底对置的第2衬底，在将3个以上的单位实心部相互连接的连接部所对应的区域内，具有至少在施加电压的状态下使位于连接部上的液晶层的液晶分子呈放射状倾斜取向的第1取向限制结构，所以，位于连接部上的液晶层的取向状态稳定。因此，可以抑制因位于连接部上的液晶层的取向混乱而引起的显示质量的降低，实现高质量的显示。
在位于连接部上的液晶层上，在连接部和单位实心部连续的方向(方位)，由在开口部的边缘部生成的倾斜电场产生的取向限制力几乎不起作用。此外，对于将3个以上的单位实心部连接的连接部上的液晶层，存在很多这样的的方向。因此，当不具备上述第1取向限制结构时，位于连接部上的液晶层的取向状态容易出现不稳定，因此而导致显示质量下降。
从提高取向稳定性和提高显示质量的观点来看，最好利用第1取向限制结构产生的取向限制力，在与连接部对应的区域也形成呈放射状倾斜取向状态的液晶畴。
利用1个连接部连接的单位实心部的个数越多，连接部和单位实心部连续的方向(方位)越多，所以，本发明很适合连接部将4个或大于4个的单位实心部连接起来的情况。
当电极的单位实心部具有多个角部时，连接部也可以采用通过角部将单位实心部连接起来的结构。1个单位实心部所具有的角部的个数典型地是4个。
当单位实心部的角部是锐角时，因形成很多用来生成倾斜电场的电极的边，故可以使更多的液晶分子受斜向电场的作用。因此，响应电场而最初开始倾斜的液晶分子数进一步增多，在整个象素区形成放射状倾斜取向所要的时间变短，所以，响应速度提高。此外，若角部是锐角，则由于从电极的边到单位实心部的距离较短，故单位实心部内的液晶分子受边缘部倾斜的液晶分子的影响而倾斜所需要的时间变短。因此，从这一点来看，也可以得到良好的响应特性。
第1取向限制结构若至少在施加电压的状态下发挥取向限制力，则可以得到使取向稳定的效果，但是，若采用即使在不加电压的状态下也产生取向限制力的结构，则可以得到能使取向稳定而与施加电压的大小无关的优点。因第1取向限制结构的取向限制力即使较弱也有效果，故即使与象素的大小相比较小的结构也足以使取向稳定。因此，第1取向限制结构只要能产生比具有单位实心部的电极产生的取向限制力还小的取向限制力即可，所以，可以使用各种各样的结构来实现。
第1取向限制结构例如是向第2衬底的液晶层一侧突出的凸部。即使在不加电压的状态下凸部也能够产生取向限制力。此外，这样的凸部因可以使用简单的工艺制造，故从生产效率的观点来看是理想的。此外，第1取向限制结构的构成也可以包含设在第2衬底的液晶层一侧的水平取向性表面。进而，第1取向限制结构也可以包含设在上述第2衬底的液晶层一侧的表面并且是使上述液晶层的液晶分子以比垂直取向状态小的角度倾斜的表面(倾斜取向性表面)。或者，第1取向限制结构也可以是设在电极上的开口部。这些都可以使用公认的方法制造。
此外，当第2衬底具有在与各单位实心部分别对应的区域产生取向限制力的第2取向限制结构时，至少在施加电压的状态下，由具有单位实心部的电极和该第2取向限制结构产生的取向限制力作用于液晶畴内的液晶分子，故液晶畴的放射状倾斜取向更稳定，可以抑制因对液晶层施加的应力而引起的显示质量的降低(例如发生残留图像现象)，其中，该取向限制力用于至少在施加电压的状态下，使形成在各单位实心部的液晶畴内的液晶分子呈放射状倾斜取向。
通过在对应于单位实心部的中央附近的区域上设置第2取向限制结构，可以固定放射状倾斜取向的中心轴的位置，所以，能有效地提高对放射状倾斜取向的应力的耐性。
若在与单位实心部对应形成的液晶畴内，设定第2取向限制结构的取向限制方向使其与倾斜电场产生的放射状倾斜取向的方向一致，则可以增加取向的连续性和稳定性，并提高显示质量和响应特性。
若第2取向限制结构至少在施加电压的状态下发挥取向限制力，则可以得到使取向稳定的效果，但是，若采用即使在不加电压的状态下也产生取向限制力的结构，则可以得到能使取向稳定而与施加的电压大小无关的优点。由于第2取向限制结构的取向限制力即使较弱也有效果，故即使是与象素的大小相比较小的结构也足以使取向稳定。因此，第2取向限制结构只要能产生比具有单位实心部的电极产生的取向限制力还小的取向限制力即可，所以，可以使用各种各样的结构来实现。
第2取向限制结构例如是向第2衬底的液晶层一侧突出的凸部。凸部即使在不加电压的状态下凸部也能够产生取向限制力。此外，这样的凸部因可以使用简单的工艺制造，故从生产效率的观点来看是理想的。此外，第2取向限制结构也可以包含设在第2衬底的液晶层一侧的水平取向性表面。进而，第2取向限制结构也可以包含设在上述第2衬底的上述液晶层一侧的表面并且是使上述液晶层的液晶分子以比垂直取向状态小的角度倾斜的表面(倾斜取向性表面)。或者，取向限制结构也可以是设在电极上的开口部。这些都可以使用公认的方法制造。
单位实心部的形状(从衬底法线方向看去的形状)具有旋转对称性，因此可以提高在与单位实心部对应的区域形成的液晶畴的放射状倾斜取向的稳定性。为了减小液晶畴的视角依存性，单位实心部的形状最好具有很高的旋转对称性(希望2次旋转对称性以上，最好4次旋转对称性以上)。
单位实心部的形状例如大致呈星形，是使矩形的边向内侧弯曲的形状。希望大致呈星形的单位实心部具有2次旋转对称性(具有2次旋转对称轴)，最好具有4次旋转对称性(具有4次旋转对称轴)。
多个单位实心部至少形成1个实质上配置成具有相同的形状和相等的大小并具有旋转对称性的单位格子，从而，可以以单位格子为单位，以很高的对称性配置多个液晶畴，所以，能够提高显示质量的视角依存性。进而，通过将整个象素区分割成单位格子，可以使整个象素区液晶层的取向稳定。例如，排列多个单位实心部，使各单位实心部的中心形成正方形的格子。再有，1个象素区在例如象辅助电容引线那样使用不透明的构成要素分割时，只要对每一个有助于显示的区域配置单位格子即可。
多个开口部中的至少一部分开口部至少形成1个实质上配置成具有相同的形状和相等的大小并具有旋转对称性的单位格子，从而，可以以单位格子为单位，以很高的对称性配置多个液晶畴，所以，能够提高显示质量的视角依存性。进而，通过将整个象素区分割成单位格子，可以使整个象素区液晶层的取向稳定。例如，排列多个开口部，使各开口部的中心形成正方形的格子。再有，1个象素区在例如象辅助电容引线那样使用不透明的构成要素分割时，只要对每一个有助于显示的区域配置单位格子即可。
多个开口部中的至少一部分开口部(典型地是形成单位格子的开口部)的形状(从衬底法线方向看去的形状)具有旋转对称性，因此可以提高在开口部形成的液晶畴的放射状倾斜取向的稳定性。为了减小液晶畴的视角依存性，开口部的形状最好具有很高的旋转对称性(希望2次旋转对称性以上，4次旋转对称性以上则更好)。
开口部的形状例如大致呈菱形。或者也可以是将2个圆弧形(典型地是劣弧)的边组合而成的近似圆弧二角形(所谓扁桃形)。
在上述一对电极中的一个上设置了开口部的电极结构，未对与开口部对应的区域的液晶层施加足够的电压，得不到足够延迟变化，故存在光的利用效率低的问题。因此，在和设置了开口部的电极的液晶层相反一侧设置电介质层，经该电介质层，设置与电极的开口部的至少一部分相对置的另一电极(2层电极结构)，由此，可以对与开口部对应的液晶层施加足够的电压，并可以提高光的利用效率或响应特性。
本发明的液晶显示装置例如是每一个象素区都具有TFT等开关元件的有源矩阵型显示装置，具有上述开口部的电极是与开关元件连接的象素电极，另一个电极是与多个象素电极相对置的至少1个对置电极。


图1(a)和图1(b)是表示本发明的液晶显示装置100的一个象素区的结构的模式图，图1(a)是俯视图，图1(b)是图1(a)中沿1B-1B’线的剖面图。
图2(a)和图2(b)是向液晶显示装置100的液晶层30施加电压后的状态的图，图2(a)模式地表示取向开始变化的状态(导通初始状态)，图2(b)模式地表示稳定状态。
图3(a)～图3(d)是表示电力线和液晶分子取向的关系的模式图。
图4(a)～图4(c)是表示液晶显示装置100中、从衬底的法线方向观察时的液晶分子的取向状态的模式图。
图5(a)～图5(c)是表示液晶分子的放射状倾斜取向的例子的模式图。
图6(a)、图6(b)和图6(c)是表示与连接部对应的区域没有取向限制结构的液晶显示装置1000的1个象素区结构的模式图，图6(a)是俯视图，图6(b)是图6(a)的沿6B-6B’线的剖面图，图6(c)是图6(a)的沿6C-6C’线的剖面图。
图7(a)～图7(d)是典型地示出具有取向限制结构28的对置衬底100b的剖面图。
图8(a)和图8(b)是表示本发明的液晶显示装置100的剖面结构的模式图，图8(a)是图1(a)的沿8A-8A’线的剖面图，图8(b)是图1(a)的沿8B-8B’线的剖面图。
图9(a)和图9(b)是典型地示出本发明的液晶显示装置100的另一方式的剖面图，图9(a)相当于图8(a)，图9(b)相当于图8(b)。
图10(a)和图10(b)是典型地示出本发明的液晶显示装置100的另一方式的剖面图，图10(a)相当于图8(a)，图10(b)相当于图8(b)。
图11(a)和图11(b)是典型地示出本发明的液晶显示装置100的另一方式的剖面图，图11(a)相当于图8(a)，图11(b)相当于图8(b)。
图12是模式地示出象素电极的连接部的另一方式的俯视图。
图13(a)和图13(b)是表示本发明的另一液晶显示装置200的一个象素区的结构的模式图，图13(a)是俯视图，图13(b)是图13(a)的沿13B-13B’线的剖面图。
图14(a)、图14(b)和图14(c)是表示液晶显示装置200的一个象素区的剖面结构的模式图，图14(a)表示无施加电压的状态，图14(b)表示取向开始变化的状态(导通初始状态)，图14(c)表示稳定状态。
图15(a)和图15(b)示出当对液晶显示装置200中的液晶层施加了电压时形成液晶畴的情况，图15(a)是表示对液晶分子的取向状态进行计算的结果(仿真的结果)的图，图15(b)是实际完成的液晶面板的照片。此外，图15(c)是模式地示出图15(a)所示区域的结构的俯视图。
图16(a)和图16(b)示出省去了连接部上的取向限制结构时的液晶畴形成的情况，图16(a)是表示对液晶分子的取向状态进行计算的结果(仿真的结果)的图，图16(b)是实际完成的液晶面板的照片。此外，图16(c)是模式地示出图16(a)所示区域的结构的俯视图。
图17是模式地示出本发明的液晶显示装置中使用的另一象素电极的俯视图。
图18是模式地示出本发明的液晶显示装置所使用的另一象素电极的俯视图。
图19(a)和图19(b)是用于说明使单位实心部的角部变成锐角所起作用的图。
图20(a)是表示角部为锐角时的单位实心部的俯视图，图20(b)和图20(c)是当在图20(a)所示的具有包含单位实心部的象素电极的液晶显示装置中对液晶层施6V电压时的照片。图20(b)相当于刚刚施加电压之后的情况，图20(c)相当于液晶分子的取向达到稳定状态后的状态(稳定状态)。
图21(a)是表示角部不是锐角时的单位实心部的俯视图，图21(b)和图21(c)是当在图21(a)所示的具有包含单位实心部的象素电极的液晶显示装置中对液晶层施加6V电压时的照片。图21(b)相当于刚刚施加电压之后的情况，图21(c)相当于液晶分子的取向达到稳定状态后的状态(稳定状态)。
图22是表示在图20(a)所示的具有单位实心部的液晶显示装置和图21(a)所示的具有单位实心部的液晶显示装置中使对液晶层施加的电压从1.2V变化到2.85V时的响应波形的图。
图23(a)、图23(b)和图23(c)是表示具有2层电极结构的液晶显示装置300的一个象素区的剖面结构的模式图，图23(a)示出未施加电压的状态，图23(b)示出取向开始变化时的状态(导通初始状态)，图23(c)示出稳定状态。
图24(a)、图24(b)和图24(c)是表示具有2层电极结构的另一液晶显示装置400的一个象素区的剖面结构的模式图，图24(a)示出未施加电压的状态，图24(b)示出取向开始变化时的状态(导通初始状态)，图24(c)示出稳定状态。
图25是表示具有2层电极结构的另一液晶显示装置500的一个象素区的剖面结构的模式图。
具体实施例方式
下面，参照

本发明的实施方式。
首先，说明本发明的液晶显示装置所具有的电极结构及其作用。
本发明的液晶显示装置由于具有优异的显示特性，故适用于有源矩阵型液晶显示装置。下面，就使用了薄膜晶体管(TFT)的有源矩阵型液晶显示装置来说明本发明的实施方式。本发明不限于此，也可以适用于使用了MIM的有源矩阵型液晶显示装置或单纯的有源矩阵型液晶显示装置。此外，下面以透射型液晶显示装置为例说明本发明的实施方式，但本发明不限于此，也可以适用于反射型液晶显示装置，或者，进而适用于后述的透射反射两用型液晶显示装置。
再有，在本说明书中，将与作为显示的最小单位的“象素”对应的液晶显示装置的区域称作“象素区”。在彩色液晶显示装置中，R、G、B的“象素”与1个“象素”相对应。在有源矩阵型液晶显示装置中，象素电极和与象素电极对置的对置电极规定象素区。此外，在单纯的有源矩阵型液晶显示装置中，设置成条状的列电极和设置成与列电极正交的行电极相互交叉的各个区域规定象素区。再有，在设有黑矩阵的构成中，严格地说，根据应显示的状态来施加电压的区域中，与黑矩阵的开口部对应的区域与象素区对应。
参照图1(a)和(b)，说明本实施方式的液晶显示装置100的1个象素区的结构。下面，为说明简单起见，省略了彩色滤光片和黑矩阵等。此外，在下面的附图中，对和液晶显示装置100的构成要素实质上具有相同功能的构成要素，使用相同的参考符号来表示，并省略其说明。图1(a)是从衬底的法线方向看去的俯视图，图1(b)相当于图1(a)的沿1B-1B’线的剖面图。图1(b)示出不向液晶层施加电压的状态。
液晶显示装置100具有有源矩阵衬底(以下称为“TFT”衬底)100a、对置衬底(又称作“彩色滤光片衬底”)100b、和设在TFT衬底100a与对置衬底100b之间的液晶层30。液晶层30的液晶分子30a具有负的介电常数各向异性，利用作为设在TFT衬底100a与对置衬底100b的液晶层30一侧表面上的垂直取向层的垂直取向膜(未图示)，当未对液晶层30施加电压时，如图1(b)所示，相对垂直取向膜的表面垂直取向。这时，液晶层30处于垂直取向状态。但是，处于垂直取向状态的液晶层30的液晶分子30a因垂直取向膜的种类或液晶材料的种类不同，相对垂直取向膜的表面(衬底表面)的法线往往有若干倾斜。一般地，将液晶分子轴(又称作“轴方位”)相对垂直取向膜的表面以大约大于等于85°的角度取向的状态称作垂直取向状态。
液晶显示装置100的TFT衬底100a具有透明衬底(例如玻璃衬底)11和在其表面上形成的象素电极14。对置衬底100b具有透明衬底(例如玻璃衬底)21和在其表面上形成的对置电极22。每一个象素区的液晶层30的取向状态随着施加在经液晶层30相互对置配置的象素电极14和对置电极22上的电压而变化。随着液晶层30的取向状态的变化，利用透过液晶层30的光的光量或偏光状态发生变化的现象进行显示。
液晶显示装置100所具有的象素电极14具有多个开口部14a和实心部14b。开口部14a是指除去由导电膜(例如ITO膜)形成的象素电极14内的导电膜之后剩下的部分，实心部14b是指存在导电膜的部分(开口部14a之外的部分)。对每一个象素电极形成了多个开口部14a，但是，实心部14b则由基本上连续的单一的导电膜形成。再有，图1a中实线所示的正方形表示与现有的由单一导电层形成的象素电极对应的区域(外形)。
多个开口部14a配置成其中心形成正方形格子，实质上由中心位于形成1个单位格子的4个格子点上的4个开口部14a包围的实心部(称作“单位实心部”)14b’具有4个顶点，具有近似星形的形状，其中心具有4次旋转轴(即具有4次旋转对称性)。此外，各开口部14a近似菱形，实质上具有相同的形状和相等的大小。再有，为了使整个象素区的取向稳定，最好直到象素电极14的端部为止都形成单位格子。因此，如图所示，象素电极的端部最好溅射成相当于开口部14a的一部分(例如大约1/2)的形状。
当在具有上述构成的象素电极14和对置电极22之间施加电压时，利用在开口部14a的边缘部(单位实心部14b’的周边)生成的倾斜电场形成分别具有放射状倾斜取向的多个液晶畴。液晶畴分别在与各开口部14a对应的区域和与单位格子内的单位实心部14b’对应的区域内逐一形成。
此外，可以规定象素电极14的外形，使其除了实质上由开口部14a包围的单位实心部14b’以外，实质上与其形状和大小都相同的部分在实心部14b上也存在，与这些部分分别对应的区域也形成液晶畴。在本说明书中，将这些部分也称作单位实心部。即，将在实心部14b内产生形成1个液晶畴的电场的部分称作“单位实心部”。这些单位实心部14b’近似星形，实质上具有相同的形状和相同的大小。即，象素电极14具有分别近似星形的多个导电部。相邻的单位实心部14b’利用连接部14d相互连接，构成实质上起单一导电膜作用的实心部14b。在本实施形态中，单位实心部14c具有4个锐角的角部14c，连接部14d使角部14c之间相互连接。即，连接部14d经角部14c与单位实心部连接。
参照图2(a)和(b)说明由上述倾斜电场形成液晶畴的机制。图2(a)和(b)示出分别对图1(b)所示的液晶层30施加电压后的状态，图2(a)模式地示出液晶分子30a的取向随着施加给液晶层30的电压开始变化的状态(导通初始状态)，图2(b)模式地示出随着所施加电压的变化而改变的液晶分子30a的取向到达稳定状态后的状态。图2(a)和(b)中的曲线EQ表示等电位线EQ。
当象素电极14和对置电极22等电位时(不对液晶层30施加电压的状态)，如图1(a)所示，象素区内的液晶分子30a相对于两衬底11和21的表面垂直取向。
当对液晶层30施加电压时，形成由图2(a)所示的等电位线EQ(和电力线正交)所表示的电位梯度。该等电位线EQ在位于象素电极14的实心部14b和对置电极22之间的液晶层30内与实心部14b和对置电极22的表面平行，在与象素电极14的开口部14a对应的区域下降，在开口部14a的边缘部(包含开口部14a的边界(外延)的开口部14a的内侧周围)EG上的液晶层30内，形成由倾斜的等电位线EQ表示的倾斜电场。
对具有负的电介质各向异性的液晶分子30a施加转矩，使液晶分子30a的轴方位与等电位线EQ平行(与电力线垂直)进行取向。因此，边缘部EG上的液晶分子30a如图2(a)的箭头所示，图中右侧的边缘部EG向顺时针方向倾斜(旋转)，图中左侧的边缘部EG向逆时针方向倾斜(旋转)，与等电位线EQ平行地取向。
这里，参照图3详细说明液晶分子30a的取向变化。
当液晶层30上产生电场时，对具有负的电介质各向异性的液晶分子30a施加转矩，使其的轴方位与等电位线EQ平行地进行取向。如图3(a)所示，当产生与液晶分子30a的轴方位垂直的等电位线EQ所表示的电场时，以相等的概率对液晶分子30a施加向顺时针方向或向逆时针方向倾斜的转矩。因此，在位于相互对置的平行平板型配置的电极之间的液晶层30内，受到顺时针方向的转矩作用的液晶分子30a和受到逆时针方向的转矩作用的液晶分子30a混存在一起。结果，不能与施加给液晶层30的电压对应地顺利地产生取向状态的变化。
如图2(a)所示，在本发明的液晶显示装置100的开口部14a的边缘部EG中，当产生相对液晶分子30a的轴方位倾斜的、由等电位线EQ表示的电场(倾斜电场)时，则如图3(b)所示，液晶分子30a为了和等电位线EQ平行而向倾斜量小的方向(在图示的例子中是逆时针方向)倾斜。此外，位于产生由垂直于液晶分子30a的轴方位的等电位线EQ所表示的电场之区域内的液晶分子30a如图3(c)所示，向和位于倾斜的等电位线EQ上的液晶分子30a相同的方向倾斜，以便和位于倾斜的等电位线EQ上的液晶分子30a取向连续(使其一致)。如图3(d)所示，当施加等电位线EQ连续的形成凹凸形状的电场时，位于平坦的等电位线EQ上的液晶分子30a的取向与位于各倾斜的等电位线EQ上的液晶分子30a所限制的取向方向一致。再有，“位于等电位线EQ上”是指“位于由等电位线EQ表示的电场内”。
如上所述，从位于倾斜的等电位线EQ上的液晶分子30a开始进行取向的变化，当到达稳定状态时，变成图2(b)所示的取向状态。位于开口部14a中央附近的液晶分子30a因受到和开口部14a的相互对置的两侧之边缘部EG的液晶分子30a大致同等的取向影响，故保持与等电位线EQ垂直的取向状态，离开开口部14a中央的区域的液晶分子30a分别受到较近的边缘部EG的液晶分子30a的取向影响而倾斜，形成相对于开口部14a的中心SA对称的倾斜取向。该取向状态若从垂直于液晶显示装置100的显示面的方向(与衬底11和21的表面垂直的方向)来看，则液晶分子30a的轴方位相对于开口部14a的中心呈放射状取向状态(未图示)。因此，在本说明书中，将这样的取向状态称作“放射状倾斜取向”。此外，将对1个中心呈放射状倾斜取向的液晶层的区域称作液晶畴。
在与实质上由开口部14a包围的单位实心部14B’对应的区域内，亦形成液晶分子30a呈放射状倾斜取向的液晶畴。与单位实心部14b’对应的区域内的液晶分子30a受开口部14a的边缘部EG的液晶分子30a的取向影响，相对于单位实心部14b’的中心SA(与开口部14a所形成的单位格子的中心相对应)呈对称的放射状倾斜取向。
形成于单位实心部14b’的液晶畴中的放射状倾斜取向和形成于开口部14a的放射状倾斜取向连续，无论哪种取向都与开口部14a的边缘部EG的液晶分子30a的取向相一致。形成于开口部14a的液晶畴内的液晶分子30a取向为上侧(衬底100b侧)开口的锥形形状，形成在单位实心部14b’的液晶畴内的液晶分子30a取向为下侧(衬底100a侧)开口的锥形形状。这样，因形成于开口部14a的液晶畴和形成于单位实心部14b’的液晶畴上所形成的放射状倾斜取向相互连续，故在它们的边界上不会形成向错线(取向缺陷)，因此，不会因产生向错线而引起显示质量的降低。
为了全方位改善液晶显示装置的显示质量对视角的依存性，最好在各象素区内，分别沿所有的方位角方向取向的液晶分子的存在几率具有旋转对称性。即，最好配置成使形成在整个象素区的液晶畴具有旋转对称性。但是，不一定必须使整个象素区都具有旋转对称性，只要形成象素区的液晶层来作为排列成具有旋转对称性的液晶畴(例如，排列成正方形格子状的多个液晶畴)的集合体即可。因此，在象素区形成的多个开口部14a的配置也不一定必须在整个象素区具有旋转对称性，只要能作为排列成具有旋转对称性的开口部(例如，排列成正方形格子状的多个开口部)的集合体来表示即可。当然，实质上由多个开口部14a包围的单位实心部14b’的配置也一样。此外，各液晶畴的形状最好也具有旋转对称性，所以，各开口部14a和单位实心部14b’的形状最好也具有旋转对称性。
此外，有时，不对开口部14a的中央附近的液晶层30施加足够的电压，开口部14a的中央附近的液晶层30就对显示不起作用。即，即使开口部14a的中央附近的液晶层30的放射状倾斜取向多少有些混乱(例如，即使中心轴偏离开口部14a的中心)，显示质量也不下降。因此，只要配置成至少与单位实心部14b’对应形成的液晶畴具有旋转对称性即可。
如参照图2(a)和(b)所说明的那样，本发明的液晶显示装置100的象素电极14具有多个开口部14a，在象素区的液晶层30内，形成由具有倾斜区域的等电位线EQ表示的电场。当不施加电压时，处于垂直取向状态的液晶层30内的具有负的电介质各向异性的液晶分子30a将位于倾斜的等电位线EQ上的液晶分子30a的取向变化作为触发来改变取向方向，在开口部14a和实心部14b上形成具有稳定的放射状倾斜取向的液晶畴。该液晶畴的液晶分子的取向随着施加给液晶层的电压变化而改变，以此来进行显示。
说明本实施形态的液晶显示装置100具有的象素电极14所具有的开口部14a的形状(从衬底法线方向看去的形状)及其配置。
液晶显示装置的显示特性起因于液晶分子的取向状态(光学的各向异性)，并反映方位角依存性。为了减小显示特性的方位角依存性，液晶分子最好相对于所有的方位角以大致相同的概率进行取向。进而，各象素区内的液晶分子最好相对于所有的方位角以大致相同的概率进行取向。因此，开口部14a最好具有能形成液晶畴那样的形状，以便使备象素区内的液晶分子30a相对于所有的方位角以大致相同的概率进行取向。具体地说，开口部14a的形状最好具有以各中心(法线方向)为对称轴的旋转对称性(最好是2次旋转对称性以上的对称性)，此外，多个开口部14a最好配置成具有旋转对称性。此外，单位实心部14b’的形状最好也具有旋转对称性，单位实心部14b’最好也配置成具有旋转对称性。
但是，不一定必须将开口部14a或单位实心部14b’配置成使其在整个象素区都具有旋转对称性，如图1(a)所示，例如若将正方形格子(具有4次旋转轴的对称性)作为最小单位，通过它们的组合来构成象素区，则可以使整个象素区的液晶分子相对于所有的方位角以实质上相同的概率进行取向。
参照图4(a)～图4(c)说明图1(a)所示的、具有旋转对称性的近似十字形的开口部14a和近似星形的单位实心部14b排列成正方形格子的形状时的液晶分子30a的取向状态。
图4(a)～图4(c)分别模式地示出从衬底法线方向看去的液晶分子30a的取向状态。在图4(b)和图4(c)等表示从衬底法线方向看去的液晶分子30a的取向状态的图中，示出液晶分子30a倾斜的情况，椭圆状的液晶分子30a的由黑点表示的一端比另一端更接近设置了具有开口部14a的象素电极14的衬底一侧。以下的附图也一样。这里，说明图1(a)所示的象素区内的1个单位格子(由4个开口部14a形成)。图4(a)～图4(c)中的沿对角线的剖面分别和图1(b)、图2(a)和图2(b)对应，参照这些附图进行说明。
当象素电极14和对置电极22等电位时，即，在不对液晶层30施加电压的状态下，由设在TFT衬底100a和对置衬底100b的液晶层30一侧表面上的垂直取向层(未图示)限制了取向方向的液晶分子30a如图4(a)所示，呈垂直取向状态。
当对液晶层30施加电场，从而产生由图2(a)所示的由等电位线EQ表示的电场时，在具有负的介电常数各向异性的液晶分子30a上产生轴方位平行于等电位线EQ的转矩。如参照图3(a)和(b)所说明的那样，由垂直于液晶分子30a的分子轴的等电位线EQ表示的电场下的液晶分子30a因其倾斜(旋转)方向不能唯一地确定(图3(a))，故不容易发生取向的变化(倾斜或旋转)，与此相反，位于与液晶分子30a的分子轴倾斜的等电位线EQ下的液晶分子30a因其倾斜(旋转)方向可以唯一地确定，故容易发生取向的变化。因此，如图4(b)所示，从液晶分子30a的分子轴相对于等电位线EQ倾斜的开口部14a的边缘部开始，液晶分子30a开始倾斜。接着，如参照图3(c)所说明的那样，为了与开口部14a边缘部的发生了倾斜的液晶分子30a的取向相一致，周围的液晶分子30a也倾斜，而且，液晶分子30a的轴方位在图4(c)所示的状态下稳定下来(放射状倾斜取向)。
这样，若开口部14a是具有旋转对称性的形状，则象素区内的液晶分子30a当施加电压时，液晶分子30a从开口部14a的边缘部开始向开口部14a的中心倾斜，所以，与来自边缘部的液晶分子30a的取向限制力平衡的开口部14a的中心附近的液晶分子30a维持与衬底面垂直取向的状态，并可以得到使其周围的液晶分子30a以开口部14a的中心附近的液晶分子30a为中心呈放射状连续倾斜的状态。
此外，与近似星形的单位实心部14b’对应的区域的液晶分子30a也发生倾斜，而与生成在开口部14a的边缘部的倾斜电场下发生倾斜的液晶分子30a的取向相一致。与来自边缘部的液晶分子30a的取向限制力相平衡的单位实心部14b’的中心附近的液晶分子30a维持与衬底面垂直取向的状态，并可以得到使其周围的液晶分子30a以单位实心部14b’中心附近的液晶分子30a为中心呈放射状连续倾斜的状态。
这样，在整个象素区，当液晶分子30a呈放射状倾斜取向的液晶畴排列成正方形格子时，各个轴方位的液晶分子30a的存在概率具有旋转对称性，可以在所有的视角方向上实现高质量的光滑的显示。为了减小具有放射状倾斜取向的液晶畴的视角依存性，液晶畴最好具有较高的旋转对称性(希望是2次旋转轴以上，最好是4次旋转轴以上)。此外，为了减小整个象素区的视角依存性，形成在象素区的多个液晶畴最好构成由具有较高的旋转对称性(希望是2次旋转轴以上，最好是4次旋转轴以上)的单位(例如单位格子)进行组合来表示的排列(例如正方形格子)。
再有，关于液晶分子30a的放射状倾斜取向，图5(b)和(c)所示的左旋或右旋的螺旋状的放射状倾斜取向比图5(a)所示的单纯的放射状倾斜取向更稳定。该螺旋状取向不象通常的扭曲取向那样，液晶分子30a的取向方向沿液晶层30的厚度方向呈螺旋状变化，而是若从微小区域来看，液晶分子30a的取向方向沿液晶层30的厚度方向几乎不变。即，无论在液晶层30的厚度方向的哪个位置的截面(与层面平行的面内的截面)上，都处于和图5(b)或(c)相同的取向状态，几乎不产生沿液晶层30的厚度方向的扭转变形。但是，若从液晶畴的整体来看，会发生某种程度的扭转变形。
若使用对具有负的介电常数各向异性的向列液晶材料添加了手性剂的材料，则当施加电压时，液晶分子30a以开口部14a和单位实心部14b’为中心，呈图5(b)和(c)所示的左旋或右旋的螺旋状的放射状倾斜取向。使用左旋还是右旋由手性剂的种类决定。因此，通过在施加电压时使开口部14a内的液晶层30呈螺旋状的放射状倾斜取向，故可以实现光滑均匀的显示。进而，由于沿垂直于衬底面的液晶分子30a的周围缠绕的方向已确定，故对液晶层30施加电压时的响应速度也将提高。
进而，当手性剂添加得足够多时，象通常的扭曲取向那样，液晶分子30a的取向沿液晶层30的厚度方向呈螺旋状变化。在液晶分子30a的取向不沿液晶层30的厚度方向呈螺旋状变化的取向状态下，与偏光片的偏光轴垂直或平行取向的液晶分子30a因对入射光没有相位差，故通过上述取向状态的区域的入射光对透射率没有贡献。相反，在液晶分子30a的取向沿液晶层30的厚度方向呈螺旋状变化的取向状态下，与偏光片的偏光轴垂直或平行取向的液晶分子30a也相对于入射光有相位差，同时，还可以利用光的旋光性。因此，由于通过上述取向状态的区域的入射光对透射率也有贡献，故可以得到可实现明亮显示的液晶显示装置。
如上所述，在液晶显示装置100中，由于利用设置在TFT衬底100a上的象素电极14形成呈放射状倾斜取向状态的液晶畴，故可以进行广视角的显示。但是，如果只在TFT衬底100a上设置具有上述结构的象素电极14，则位于象素电极14的连接部14d上的液晶层30的取向状态不稳定，有时会因此而使显示质量下降。
本发明的液晶显示装置100如图1(a)所示，由于在对置衬底100b的与连接部14d对应的区域内有取向限制结构28，故可以使位于连接部14d上的液晶层30的取向状态稳定，实现高质量的显示。下面，说明取向限制结构28的具体构成和功能，首先，说明连接部14d上的液晶层30的取向状态不稳定的原由。
在图6(a)～(c)中，模式地示出与象素电极的连接部对应的区域没有取向限制结构的液晶显示装置1000，图6(a)是表示液晶显示装置1000的1个象素区域的结构的俯视图，图6(b)是图6(a)的沿6B-6B’线的剖面图，图6(c)是图6(a)的沿6C-6C’线的剖面图。再有，在图6(a)～(c)中，对和液晶显示装置100的构成要素实质上具有相同功能的要素附加相同的参考符号。此外，图6(b)和(c)表示对液晶层30施加了电压的状态。
如图6(a)～(c)所示，液晶显示装置1000的对置电极1000b在与象素电极14的连接部14d对应的区域内没有取向限制结构。
在沿图6(a)中的6B-6B’线的方向上，如图6(b)所示，由于连接部14d与开口部14a相邻，故当在象素电极14和对置电极22之间施加电压时，连接部14d上的液晶分子30a受到生成在开口部14a边缘部的倾斜电场所产生的取向限制力的作用。
与此相对，在沿图6(a)中的6C-6C’线的方向上，如图6(c)所示，因连接部14d与单位实心部14b’连续，故即使在象素电极14和对置电极22之间施加电压，连接部14d上的液晶分子30a也几乎不受倾斜电场的取向限制力的影响而发生倾斜，以便与相邻的单位实心部14b’上的液晶分子30a的取向相一致。
这样，连接部14d上的液晶分子30a在连接部14d和开口部14a相邻的方向上受到倾斜电场产生的较强的取向限制力的作用，但在连接部14d和单位实心部14b’连续的方向上，只受到较弱的取向限制力的作用，以便保持与周围的液晶分子30a的取向连续性。此外，由图6(b)和(c)可知，受各自方向上的取向限制力的作用而形成的取向限制方向彼此相反。位于连接部14d上的液晶分子30a在连接部14d和开口部14a相邻的方向上，如图6(b)所示，其取向呈下侧(衬底100a一侧)开口的圆锥状，而在连接部14d和单位实心部14b’连续的方向上，如图6(c)所示，其取向呈上侧(衬底100b一侧)开口的圆锥状。
如上所述，位于连接部14d上的液晶分子30a存在几乎不受取向限制力作用(不如说是反方向的取向限制力起作用)的方向(方位)，故位于连接部14d上的液晶分子30a的取向状态容易不稳定。
当位于连接部14d上的液晶分子30a的取向状态混乱时，该混乱的状态对在相邻的单位实心部14b’和开口部14a上形成的液晶畴的取向也会产生影响，整个象素区的取向稳定性下降。此外，这样的取向不稳定的程度不是对所有的象素区都一样，每一个象素区发生的程度都不一样，所以，在显示面内，透射率或对比度发生离散，成为产生显示斑块或不光滑的原因。
再有，当连接部将不低于3个的单位实心部相互连接时，与连接部将不低于2个的单位实心部相互连接时相比，象素电极的连接部上的液晶层的取向状态容易不稳定。这是因为，通过1个连接部连接的单位实心部的个数越多，连接部和单位实心部连续的方位越多。特别是，当将连接部将不低于4个的单位实心部连接时，取向状态明显地变得混乱，容易使显示质量显著下降。
其次，参照图7(a)～(d)说明取向限制结构的具体结构和功能。图7(a)～图7(d)模式地示出了具有取向限制结构28的对置衬底100b的剖面。
图7(a)～(d)所示的取向限制结构28至少在向象素电极14和对置电极22之间施加电压的状态下，对液晶层30的液晶分子产生取向限制力，并作用于连接部14d上的液晶分子30a，使其呈放射状倾斜取向。
图7(a)所示的取向限制结构28由对置电极22的开口部22a构成。再有，在对置电极300b的液晶层30侧的表面上设置了垂直取向膜(未图示)。
该取向限制结构28只在施加电压时才产生取向限制力。取向限制结构28只要能够对位于连接部14d上的液晶层30内的液晶分子30a作用取向限制力即可，所以，开口部22a的尺寸可以比设在象素电极14上的开口部14a小，也可以小于单位实心部14b’(例如参照图1(a))的尺寸。例如，可以使用开口部14a或单位实心部14b’一半以下的面积而得到足够的效果。通过设置对置电极22的开口部22a，使其中心与象素电极14的连接部14的中央相对置，由此可以提高液晶分子的取向连续性，而且可以固定放射状倾斜取向的中心轴的位置。
这样，作为取向限制结构，若采用只在施加电压时才产生取向限制力的结构，则由于在未电压施加的状态下液晶层30的几乎所有的液晶分子30a都呈垂直取向状态，故当采用常黑模式时，在显示黑的状态下，几乎不漏光，可以实现良好的对比度显示。但是，由设在对置电极22上的开口部22a构成的取向限制结构28在所施加的电压较低时不能产生足够大的取向限制力。
图7(b)～(d)所示的取向限制结构28不管加不加电压都产生取向限制力，所以，对于所有的显示灰度等级都能得到放射状倾斜取向。
图7(b)所示的取向限制结构28在对置电极22上具有向液晶层30一侧突出的凸部22b。虽然对形成凸部22b的材料没有特别的限制，但使用树脂等电介质材料可以很容易形成。再有，在对置电极300b的液晶层30一侧的表面上设置了垂直取向膜(未图示)。凸部22b利用其表面(具有垂直取向性)的形状效果，使液晶分子30a呈放射状倾斜取向。此外，理想的是如果使用热变形的树脂材料，则因为利用溅射后的热处理能够容易地形成图7(b)所示那样的具有慢坡剖面形状的凸部22b。如图所示，具有带有顶点的慢坡剖面形状(例如球的一部分)的凸部22b或具有圆锥形状的凸部对固定放射状倾斜取向的中心位置具有很好的效果。
图7(c)所示的取向限制结构28由设在形成于对置电极22下面(衬底21侧)的电介质层23的开口部(也可以是凹部)23a内的液晶层30一侧的水平取向性表面构成。这里，只在开口部23a内不形成在对置电极300b的液晶层30一侧形成的垂直取向膜24，由此，将开口部23a内的表面作为水平取向性表面。亦可以如图7(d)所示，只在开口部23a内形成水平取向膜25。
图7(d)所示的水平取向膜也可以这样形成，例如，临时在对置衬底100b的整个面上形成垂直取向膜24，有选择地对开口部23a内存在的垂直取向膜24进行紫外线照射等，使垂直取向性降低。
用于构成图7(c)和图7(d)所示的取向限制结构28所需的水平取向性，不必象使用于TN型液晶显示装置的取向膜那样预倾角较小，例如，预倾角小于等于45°即可。此外，即使不是水平取向性的表面，只要是能使液晶分子以比垂直取向状态小的角度倾斜的表面(称作“倾斜取向性的表面”)，即可作为取向限制结构28而发挥作用。
如图7(c)和图7(d)所示，在开口部23a内的水平取向性表面上，由于液晶分子30a相对衬底面水平取向，故形成与周围的垂直取向膜24上的垂直取向的液晶分子30a的取向保持连续性的取向，并得到图示那样的放射状倾斜取向。
虽然不在对置电极22的表面上设置凹部(由电介质层23的开口部形成)，而只在对置电极22的平坦的表面上有选择地设置水平取向性表面(电极的表面或水平取向膜等)，也可以得到放射状倾斜取向，但是利用凹部的形状效果，可以进一步使放射状倾斜取向稳定。
为了在对置衬底100b的液晶层30一侧的表面上形成凹部，由于无须增加工艺，故例如最好使用彩色滤光层或彩色滤光层的覆盖层作为电介质层23。此外，图7(c)和图7(d)所示的结构象图7(a)所示的结构那样，因为不存在经凸部22b向液晶层30施加电压的区域，故光的利用效率降低很小。
图8(a)和图8(b)示出具有上述取向限制结构28的液晶显示装置100的剖面结构。图8(a)和图8(b)示出对液晶层30施加了电压的状态，图8(a)相当于图1中的沿8A-8A’线的剖面图，图8(b)相当于图1中的沿8B-8B’线的剖面图。
液晶显示装置100的对置衬底100b由于在与象素电极14的连接部14d对应的区域具有取向限制结构28(这里是凸部22b)，因而，对位于连接部14d上的液晶层30内的液晶分子30a，如图8(a)和(b)所示那样，无论在连接部14d和开口部14a相邻的方向上，还是在连接部14d和单位实心部14b’连续的方向上，都作用该取向限制结构28所产生的取向限制力，因此，可以使连接部14d上的液晶层30的取向状态稳定，抑制取向紊乱的发生。所以，可以抑制显示斑块或不光滑的发生，进行高质量的显示。典型地，可以利用取向限制结构28的取向限制力，至少在施加电压的状态下，在连接部14d上也形成呈放射状倾斜取向的液晶畴。
再有，在图8(a)和(b)中，作为取向限制结构28，举例示出了向对置衬底100b的液晶层30一侧突出的凸部22b，但即使设置图7(a)、(c)和(d)所示的取向限制结构28，也可以得到同样的效果。图9(a)和(b)示出具有包含设在对置电极22上的开口部22a的取向限制结构28的液晶显示装置100的剖面结构。图9(a)和(b)是分别与图8(a)和(b)对应的图。如图9(a)和(b)所示，与方向(方位)无关，对连接部14d上的液晶分子30a作用取向限制结构28的取向限制力，使其形成放射状倾斜取向。
此外，在图8(a)和(b)及图9(a)和(b)中，示出了设在对置电极100b上的凸部22b或开口部22a的大小比连接部14d大的情形，但也可以如图10(a)和(b)及图11(a)和(b)所示那样，使设在对置电极100b上的凸部22b或开口部22a的大小比连接部14d小(或相等)。这时也可以得到同样的效果。通过调整取向限制结构28的大小，可以控制作用到位于连接部14d上的液晶分子30a的取向限制力的大小，所以，可以根据所采用的象素电极14的结构或所期望的取向稳定性等，适当设定取向限制结构的大小。例如，当采用图7(b)所示的凸部22b时，若形成直径约为5～20μm、高(厚度)约0.5～2.0μm的凸部22b，则可以得到足够的取向限制力，而且，还可以将因延迟引起的对比度的下降抑制到在实用上毫无问题的程度。
再有，象图12所示那样当连接部14d将3个单位实心部14b’相互连接时，也可以获得象上述那样提高显示质量的效果，但是与象图1等所示那样，连接部14d将4个(或大于4个)单位实心部14b’相互连接的情况相比，效果会更明显。这是因为，1个连接部14d连接的单位实心部14b’的个数越多，连接部14d和单位实心部14b’连续的方向(方位)、即在开口部14a的边缘部生成的倾斜电场对连接部14d上的液晶分子30a不起作用的方向(方位)越多。
此外，为了提高对施加在液晶单元上的应力的耐性，也可以进而在对置衬底的单位实心部所对应的区域上设置取向限制结构。
图13(a)和(b)模式地示出具有与单位实心部14b’对应设置的取向限制结构29的液晶显示装置200，图13(a)是表示液晶显示装置200的1个象素区的结构的俯视图，图13(b)相当于图13(a)的沿13B-13B’线的剖面图。
液晶显示装置200的对置衬底200b如图13(a)和(b)所示，在和象素电极14的连接部14d对应的区域内具有取向限制结构28。对置衬底200b进而在和象素电极14的连接部14b’对应的区域内具有取向限制结构29。
作为取向限制结构29，可以使用和设在连接部14d所对应区域内的取向限制结构28相同的结构。具体地说，可以使用与图7(a)～(d)所示的取向限制结构28相同的结构。再有，在图13(b)中，作为取向限制结构29，举例示出了不加电压时也能产生取向限制力的结构(图7(b)～(d))，但也可以使用图7(a)所示的结构。
更具体地讲，取向限制结构29设在与单位实心部14b’的中央附近对应(对置)的区域内，在对液晶层30施加电压的状态下，即，在对象素电极14和对置电极22之间施加电压的状态下，生成于开口部14的边缘部EG的倾斜电场所产生的取向限制方向、与由取向限制结构29产生的取向限制力的取向限制方向一致，使放射状倾斜取向稳定。图14(a)～(c)模式地示出这种情况。图14(a)示出不加电压时的状态，图14(b)示出加电压后取向开始变化的状态(导通初始状态)，图14(c)模式地示出电压施加过程中的稳定状态。
取向限制结构29产生的取向限制力如图14(a)所示，即使在不施加电压的状态下，也对附近的液晶分子30a产生作用，并形成放射状倾斜取向。
当开始施加电压时，产生由图14(b)所示那样的由等电位线EQ表示的电场(实心部14b所产生的)，在与开口部14a和实心部14b对应的区域上形成液晶分子30a呈放射状倾斜取向的液晶畴，并达到图14(c)所示那样的稳定状态。这时，各液晶畴内的液晶分子30a的倾斜方向和由取向限制结构20的取向限制力产生的液晶分子30a的倾斜方向一致。
这样，通过在与单位实心部14b’对应的区域内也设置取向限制结构29，从而可以使由象素电极14形成的放射状倾斜取向状态更稳定，所以，可以抑制因对液晶单元施加应力等原因所引起的显示质量的下降。
当对处于稳定状态的液晶显示装置200施加应力时，液晶层30的放射状倾斜取向会暂时受到破坏，但当消除应力时，由于象素电极14和取向限制结构29(进而，取向限制结构28)产生的取向限制力作用于液晶分子30a，所以又恢复到放射状倾斜取向状态。因此，可以抑制因应力引起的残留图像的产生。若取向限制结构29的取向限制力太强，则在不加电压时也发生放射状倾斜取向所引起的延迟，虽然也许会降低显示的对比度，但是，由于取向限制结构29的取向限制力只要具有由象素电极14形成的放射状倾斜取向的稳定及固定中心轴位置的效果即可，所以，无需很强的取向限制力，只要不会发生延迟而导致显示质量降低的取向限制力就足够了。
图15(a)和(b)示出当对液晶显示装置200中的液晶层30施加了电压时形成液晶畴的情况。图15(a)是对液晶分子30a的取向状态进行计算的结果(仿真的结果)，图15(b)是实际制作的液晶面板的照片。此外，图15(a)和(b)示出一部分象素区，例如，图15(a)示出已由图15(c)示出其结构的区域。再有，在图15(a)中，作为取向限制结构28和29，采用对置电极22上设置的开口部22a，在图15(b)中，采用凸部22b作为取向限制结构28和29。
如图15(a)和(b)所示，在施加电压的状态下，分别与单位实心部14b’、开口部14a和连接部14d对应地形成液晶畴。
图16(a)和(b)示出省去了设在连接部14d上的取向限制结构28时的液晶畴形成的情况。图16(a)和(b)是与图15(a)和(b)对应的图，如图16(c)所示，是与连接部14d对应的区域没有取向限制结构的液晶显示装置1100的图。
如图16(a)和(b)所示，当连接部14d上未设有取向限制结构时，连接部14d上不形成液晶畴。即使在连接部14d上不形成液晶畴且连接部14d上的液晶分子30a的取向状态未被规定的情况下，理想的情况是，如图16(a)所示的计算结果那样，几乎不对形成于单位实心部14b’和开口部14a上的液晶畴产生影响。但是，在实际的液晶面板中，如图16(b)所示，连接部14d上的液晶分子30a的取向状态的混乱状况因连接部14d而异，对相邻的单位实心部14b’或开口部14a上形成的液晶畴的影响，在象素区内进而在显示面内会出现局部不同的情况。因此，产生显示斑块或不光滑，导致显示质量下降。
与此相对，当连接部14d上具有取向限制结构28时，如图15(b)所示，即使在实际的液晶面板中，也可以使整个象素区、进而使整个显示面内的取向状态稳定，并能够进行高质量的显示。
再有，象素电极14的形状不限于此前举例示出的例子。在图1或图13中，示出了单位实心部14b’实质上只由直线构成的情况，也可以象图17所示的象素电极14A那样，使单位实心部14b’的构成包含曲线。
此外，在图1或图13中，示出了单位实心部14b’具有4个由锐角形成的角部14c的情况，但角部未必一定是锐角，也可以象图18所示的象素电极14B那样，使单位实心部14b’的形状近似为矩形。但是，从提高响应特性的观点来看，如图1或图13所示，单位实心部14b’最好具有由锐角形成的角部14c。再有，在本说明书中，“锐角的角部”不仅是指由2条直线形成小于90°的角的角部，还包括由曲线和直线或2条曲线形成小于90°的角(由交点的切线形成小于90°的角)的角部。
下面，参照图19(a)和(b)说明通过使单位实心部14b’的角部14c为锐角来提高响应特性的理由。
如图19(a)所示，当单位实心部14b’的角部14c为锐角时，由于如图19(b)所示那样，与具有直角的角部1014c’的情况相比，用来生成倾斜电场的象素电极14的边形成得更多一些，因此，可以使倾斜电场作用于更多的液晶分子30a上。因此，响应电场的作用而开始发生倾斜的液晶分子30a的个数增多，在整个象素区形成放射状倾斜取向所需要的时间变短，因而，提高了响应速度。此外，当角部14c是锐角时，由于从象素电极14的边到单位实心部14b’中央部的距离变短，故受到边缘部倾斜的液晶分子30a的影响而使单位实心部14b’内的液晶分子30a倾斜所要的时间变短。因此，在这一点上也可以得到很好的响应特性。
在具有图20(a)所示那样角部是锐角的单位实心部14b’的液晶显示装置中，图20(b)和(c)示出对液晶层施加6V电压时的照片。图20(b)相当于刚刚施加电压之后的情况，图20(c)相当于液晶分子的取向达到稳定状态后的状态(稳定状态)。此外，在具有图21(a)所示那样角部不是锐角的单位实心部1014b’的液晶显示装置中，图20(b)和(c)示出对液晶层施加6V电压时的照片。
当对液晶层施加电压时，首先，如图20(b)和图21(b)所示，单位实心部14b’、1014b’的边附近的液晶分子和设有取向限制结构29的单位实心部14b’、1014b’中央附近的液晶分子开始倾斜，然后，受这些液晶分子的影响，其他部分的液晶分子如图20(c)和图21(c)所示那样进行倾斜取向。
当角部不是锐角时，如图21(b)所示，刚好在施加电压之后开始倾斜的液晶分子数较少(暗区多)。与此相反，当角部是锐角时，如图20(b)所示，刚好在施加电压之后开始倾斜的液晶分子数较多(亮区多)，响应特性得到提高。
图22示出在具有图20(a)所示的单位实心部14b’的液晶显示装置和具有图21(a)所示的单位实心部1014b’的液晶显示装置中，向液晶层施加的电压从1.2V变化到2.85V时的响应波形。再有，在图22中，设施加2.85V电压时的稳定状态下的透射率是100％。
由图22可知，当角部是锐角时，与角部不是锐角的情况相比，液晶分子的取向可以在更短的时间内到达稳定状态，提高了响应特性。
再有，在本发明的液晶显示装置中，由于在象素电极上设置开口部，因此不向对应于开口部的区域的液晶层施加足够的电压，得不到足够的延迟变化，所以，产生光的利用效率降低的问题。因此，在与设有开口部的电极(上层电极)的液晶层相反的一侧上设置电介质层，并经该电介质层设置至少与电极开口部的一部分对置的另一电极(下层电极)(即，2层电极结构)，由此，可以向对应于开口部的液晶层施加足够的电压，能够提高光的利用效率或响应特性。
图23(a)～(c)模式地示出包括具有下层电极12、上层电极14和设在它们之间的电介质层13的象素电极(2层电极结构)16的液晶显示装置300的一个象素区的剖面结构。象素电极16的上层电极14实质上和上述象素电极14等效，具有上述各种形状和配置的开口部及实心部。下面，说明具有2层结构的象素电极16的功能。
液晶显示装置300的象素电极16具有多个开口部14a(包含14a1和14a2)。图23(a)模式地示出了未加电压的液晶层30内的液晶分子30a的取向状态(截止状态)。图23(b)模式地示出了液晶分子30a的取向随着施加到液晶层30的电压变化而开始变化的状态(导通初始状态)。图23(c)模式地示出了随着所施加的电压的变化而改变的液晶分子30a的取向达到稳定状态后的状态。再有，在图23中，举例示出了如下例子经电介质层13相互面对面设置在开口部14a1和14a2的下层电极12形成为与开口部14a1和14a2分别重合，并且还存在于开口部14a1和14a2之间的区域(上层电极14存在的区域)内，但是，下层电极12的配置并不限于此，对于各开口部14a1和14a2，也可以使下层电极12的面积＝开口部14a的面积，或下层电极12的面积＜开口部14a的面积。即，也可以使下层电极12经电介质层13与开口部14a的至少一部分对置地进行设置。但是，对于下层电极12形成在开口部14a内的结构，在从衬底11的法线方向看去的平面内，存在着下层电极12和上层电极14任何一个都不存在的区域(间隙区域)，与该间隙区域相对置的区域的液晶层30上未施加足够的电压，因而，最好使该间隙区域的宽度足够窄以稳定液晶层30的取向，典型地，最好使其不超过约4μm。此外，在经电介质层13与上层电极14的导电层所在的区域对置的位置上形成的下层电极12未对施加到液晶层30的电场产生实质性的影响，故无需特别地进行图案形成，但也可以进行图案形成。
如图23(a)所示，当象素电极16和对置电极22等电位时(不向液晶层30施加电压的状态)，象素电极内的液晶分子30a相对两衬底11和12的表面垂直取向。这里，为简单起见，假定象素电极16的上层电极14和下层电极12的电位相等。
若对液晶层30施加电压，则形成由图23(b)所示的等电位线EQ表示的电位梯度。在位于象素电极16的上层电极14和对置电极22之间的液晶层30内，形成与上层电极14和对置电极22的表面平行的等电位线EQ所表示的、均匀的电位梯度。在位于上层电极14的开口部14a1和开口部14a2上的液晶层30内，形成与下层电极12和对置电极22的电位差相对应的电位梯度。这时，液晶层30内形成的电位梯度因受到由电介质层13引起的电压降的影响，故形成于液晶层30内的等电位线EQ在对应于开口部14a1和开口部14a2的区域内下降(等电位线EQ上形成多个“谷”)。由于在经电介质层13与开口部14a1和开口部14a2对置的区域内形成了下层电极12，故在位于开口部14a1和开口部14a2各自的中央附近上的液晶层30内也形成与上层电极14和对置电极22的表面平行的等电位线EQ所表示的电位梯度(等电位线EQ的“谷底”)。在开口部14a1和开口部14a2的边缘部(包含开口部的边界(外延)的开口部的内侧周围)EG上的液晶层30内形成可由倾斜的等电位线EQ表示的倾斜电场。
从图23(b)和图2(a)的比较可知，液晶显示装置300由于具有下层电极12，故对形成在对应于开口部14a的区域内的液晶畴的液晶分子，也可以作用足够强的电场。
对具有负的介电常数各向异性的液晶分子30a施加转矩，使液晶分子30a的轴方位与等电位线EQ平行地进行取向。因此，边缘部EG上的液晶分子30a如图23(b)中箭头所示，在图中的右侧边缘部EG中沿顺时针方向、在图中的左侧边缘部EG中沿逆时针方向，分别倾斜(旋转)，与等电位线EQ平行地进行取向。
如图23(b)所示，在液晶显示装置300的开口部14a1和14a2的边缘部EG上，当产生相对液晶分子30a的轴方位倾斜的等电位线EQ所表示的电场(倾斜电场)时，如图3(b)所示，液晶分子30a为了与等电位线EQ平行而向倾斜量较小的方向(在图示的例子中是逆时针方向)倾斜。此外，位于产生与液晶分子30a的轴方位垂直的等电位线EQ所表示的电场之区域内的液晶分子30a如图3(c)所示，和位于倾斜的等电位线EQ上的液晶分子30a向同一方向倾斜，使其取向和位于倾斜的等电位线EQ上的液晶分子30a的取向连续(一致)。
如上所述，从位于倾斜的等电位线EQ上的液晶分子30a开始进行取向的变化，当达到稳定状态时，如图23(c)模式地示出的那样，形成相对于开口部14a1和14a2各自的中心SA对称的倾斜取向(放射状倾斜取向)。此外，位于相邻的两个开口部14a1和14a2之间的上层电极14的区域上的液晶分子30a也倾斜取向，使其与开口部14a1和14a2的边缘部的液晶分子30a的取向连续(一致)。位于开口部14a1和14a2边缘的中央部分上的液晶分子30a因受到各边缘部的液晶分子30a的影响程度相同，故与位于开口部14a1和14a2中央部的液晶分子30a一样，保持垂直取向状态。结果，相邻的2个开口部14a1和14a2之间的上层电极14上的液晶层也呈放射状倾斜取向。但是，在开口部14a1和14a2内的液晶层的放射状倾斜取向和在开口部14a1和14a2之间的液晶层的放射状倾斜取向中，液晶分子的倾斜方向不同。若注意图23(c)所示的位于各放射状倾斜取向的区域中央的液晶分子30a附近的取向，则可以发现在开口部14a1和14a2内，液晶分子30a发生倾斜以形成向对置电极展开的锥形，与此相对，在开口部之间，液晶分子30a发生倾斜以形成向上层电极14展开的锥形。再有，任意一种放射状倾斜取向都与边缘部的液晶分子30a的倾斜取向相一致地形成，所以，2个放射状倾斜取向相互连续。
如上所述，当对液晶层30施加电压时，从设置在上层电极14的多个开口部14a1和14a2各自的边缘部EG上的液晶分子30a开始倾斜，然后周边区域的液晶分子30a发生倾斜以与边缘部EG上的液晶分子30a的倾斜取向一致，由此，形成放射状倾斜取向。因此，在1个象素区内形成的开口部14a的个数越多，响应电场的作用而开始倾斜的液晶分子30a个数越多，因而，在整个象素区形成放射状倾斜取向所需的时间越短。即，通过对每一个象素区增加形成在象素电极16上的开口部14a的个数，从而可以改善液晶显示装置的响应速度。此外，通过将象素电极16制作成具有上层电极14和下层电极12的2层电极结构，从而可以向对应于开口部14a的区域的液晶分子也作用足够强的电场，因此，提高了液晶显示装置的响应特性。
设在象素电极16的上层电极14和下层电极12之间的电介质层13可以是上层电极14的开口部14a内具有孔或凹部的结构。即，2层结构的象素电极15也可以是将位于上层电极14的开口部14a内的电介质层13全部除去(形成孔)或部分除去(形成凹部)的结构。
首先，参照图24说明具有在电介质层13形成了孔的象素电极16的液晶显示装置400的结构和动作。以下，为简单起见，对形成于上层电极14上的1个开口部14a进行说明。
在液晶显示装置400中，其象素电极16的上层电极14具有开口部14a的同时，设置在下层电极12和上层电极14之间的电介质层13具有与上层电极14具有的开口部14a对应形成的开口部13a，该开口部13a内露出下层电极12。电介质层13的开口部13a的侧壁一般形成锥形。液晶显示装置400除了电介质层13具有开口部13a之外，其余和液晶显示装置300具有实质相同的结构，2层结构的象素电极16实质上和液晶显示装置300的象素电极16起相同的作用，当施加电压时，在液晶层30上形成呈放射状倾斜取向状态的液晶畴。
参照图24(a)～(c)说明液晶显示装置400的动作。图24(a)～(c)分别与液晶显示装置300的图23(a)～(c)对应。
如图24(a)所示，当不施加电压时(截止状态)，象素电极内的液晶分子30a与两衬底11和12的表面垂直地取向。这里，为简单起见，说明时忽略由开口部13a的侧壁产生的取向限制力。
若对液晶层30施加电压，则形成由图24(b)所示的等电位线EQ表示的电位梯度。等电位线EQ在对应于上层电极14的开口部14a的区域下降(形成“谷”)。由此可知，液晶显示装置400的液晶层30上也和图24(b)所示的电位梯度一样，形成倾斜电场。但是，象素电极16的电介质层13在与上层电极14的开口部14a对应的区域内具有开口部13a，所以，向对应于开口部14a内(开口部13a内)的区域的液晶层30施加的电压是下层电极12和对置电极22的电位差本身，不会因电介质层13而发生电压降(电容分压)。即，在上层电极14和对置电极22之间图示的7条等电位线EQ，在整个液晶层30有7条(而在图23(b)中，5条等电位线EQ中有1条穿过电介质层13)，对整个象素区施加一定的电压。
这样，通过在电介质层13上形成开口部13a，从而可以向对应于开口部13a的液晶层30也施加和对应于其他区域的液晶层30相同的电压。但是，由于施加电压的液晶层30的厚度因在象素区内所处位置而异，故施加电压时的延迟变化也因所处的位置而异，当该差异很大时，就会发生显示质量下降的问题。
在图24所示的结构中，上层电极(开口部14a之外的实心部)14上的液晶层30的厚度d1和位于开口部14a(和孔13a)内的下层电极12上的液晶层30的厚度d2只相差电介质层13的厚度。当在相同的电压范围内驱动厚度d1的液晶层30和厚度d2的液晶层30时，随着液晶层30的取向变化而发生改变的延迟变化量受各自的液晶层30的厚度影响而互不相同。当施加电压和液晶层30的延迟量的关系因位置的不同而有明显的差别时，将产生如下问题重视显示质量的设计中将牺牲透射率，而如果重视透射率的设计，则会导致白显示的色温度发生偏移并牺牲显示质量。因此，当使用液晶显示装置400作为透射型液晶显示装置时，电介质层13的厚度最好薄一些。
其次，图25示出象素电极的电介质层具有凹部的液晶显示装置500的一个象素区的剖面结构。
构成液晶显示装置500的象素电极16的电介质层13具有与上层电极14的开口部14a对应的凹部13b。其余的结构实质上具有和图24所示的液晶显示装置400相同的结构。
在液晶显示装置500中，位于象素电极16具有的上层电极14的开口部14a内的电介质层13没有完全被除去，故位于开口部14a内的液晶层30的厚度d3比位于液晶显示装置500的开口部14a内的液晶层30的厚度d2只薄出凹部13b内的电介质层13的厚度。此外，向位于开口部14a内的液晶层30所施加的电压产生由凹部13b内的电介质层13引起的电压降(电容分压)，故比向上层电极(除去开口部14a的区域)14上的液晶层30施加的电压要低。因此，通过调整凹部13b内的电介质层13的厚度，从而可以控制起因子液晶层30的厚度差的延迟量的差异、和向液晶层30施加的电压因位置的不同而出现的差异(向开口部14a内的液晶层施加的电压的下降量)的关系，可以使施加电压和延迟量的关系不依赖于在象素区内的位置。更严格地说，通过调整液晶层的双折射率、液晶层的厚度、电介质层的介电常数、电介质层的厚度和电介质层凹部的厚度(凹部的深度)，从而可以使施加电压和延迟量的关系在象素区内的位置上都是均匀的，由此可以进行高质量的显示。特别地，与具有表面平坦的电介质层的透射型显示装置相比较，具有如下优点能够抑制因施加到与上层电极14的开口部14a对应的区域之液晶层30上的电压的下降而引起的透射率的减小(光的利用效率下降)。
以上就向构成象素电极16的上层电极14和下层电极12提供相同的电压的情况进行了说明，但是，若对上层电极14和下层电极12施加不同的电压，则能够增加可进行无斑块显示的液晶显示装置的结构变化。例如，对于上层电极14的开口部14a内具有电介质层13的结构，通过对下层电极12施加比施加到上层电极14的电压高的电压，从而可以抑制施加到液晶层30上的电压值在象素区内的离散。但是，通过施加只高出相当于电介质层13上所产生的电压降那么多的电压，从而，当上层电极14上的液晶层和下层电极12上的电介质层13上的液晶层产生相同强度的电场时，由于在上层电极14的边缘部未产生倾斜电场，故不能进行取向控制。即，有必要使作用于上层电极14上的液晶层上的电场强度大于作用于下层电极12上的电介质层13上的液晶层的电场强度。
具有2层结构的象素电极16的液晶显示装置不仅是透射型或反射型，也可以构成透射反射两用型的液晶显示装置(例如，参照特开平11-101992号公报)。
透射反射两用型液晶显示装置(以下简称为“两用型液晶显示装置”)是指在象素区内具有用透射模式进行显示的透射区T和用反射模式进行显示的反射区R的液晶显示装置(参照图23(a))。透射区T和反射区R典型地由透明电极和反射电极规定。也可以不由反射电极，而利用反射层和透明电极组合的结构来规定反射区。
该两用型液晶显示装置可以切换显示反射模式和透射模式，或同时以两种显示模式进行显示。因此，例如，在周围明亮的环境下，可以实现反射模式的显示，在较暗的环境下实现透射模式的显示。此外，若同时进行两种模式的显示，则可以抑制当在周围较明亮的环境下(荧光灯的光或太阳光以特定的角度直接入射到显示面的状态)使用透射模式的液晶显示装置时所见到的对比度的降低。这样，可以弥补透射型显示装置的缺点。再有，透射区T和反射区R的面积之比可以根据液晶显示装置的用途进行适当设定。此外，对于专门作为透射型使用的液晶显示装置，即使反射区的面积比率特别小以致不能以反射模式显示时，也可以弥补上述透射型液晶显示装置的缺点。
如图23(a)所示，例如，将液晶显示装置300的上层电极14作为反射电极，将下层电极12作为透明电极，由此可以得到两用型液晶显示装置。两用型液晶显示装置不限于该例子，对于上述液晶显示装置，可以通过将上层电极14和下层电极12中的任何一方作为透明导电层，将另一方作为反射导电层来获得。但是，为了使反射模式和透射模式的显示电压-透射率特性相互一致，最好使反射区R的液晶层30的厚度(例如，图24(a)的d1)是透射区T的液晶层30的厚度(例如图24(a)的d2)的大约一半左右。当然，也可以不调整液晶层的厚度而调整对上层电极14和对下层电极12施加的电压。
若按照本发明，可以提供具有光视角特性、显示特性优异的液晶显示装置。
若按照本发明，因为能稳定地且具有很好的连续性地形成具有放射状倾斜取向的液晶畴，所以可以进一步提高现有的具有光视角特性的液晶显示装置的显示质量。
此外，因为通过取向限制结构可以使位于电极的连接部上的液晶层的取向状态稳定，故可以进一步实现高质量的显示。
权利要求
1.一种液晶显示装置，具有第1衬底、第2衬底、和设在所述第1衬底和所述第2衬底之间的液晶层；具有分别由设在所述第1衬底的所述液晶层一侧的第1电极、和设置在所述第2衬底且经所述液晶层与所述第1电极对置的第2电极规定的多个象素区；在所述各象素区中，所述第1电极具有多个开口部和实心部，当未向所述第1电极和所述第2电极之间施加电压时，所述液晶层呈垂直取向状态，而且，当向所述第1电极和所述第2电极之间施加电压时，利用生成在所述第1电极的所述多个开口部的边缘部的倾斜电场，在所述多个开口部和所述实心部形成分别呈放射状倾斜取向状态的多个液晶畴，其特征在于所述第1电极的所述实心部具有多个单位实心部、以及分别使所述多个单位实心部中的至少3个单位实心部相互连接的多个连接部，所述第2衬底具有第1取向限制结构，在与所述各连接部分别对应的区域，至少在向所述第1电极和所述第2电极之间施加电压的状态下，产生使位于所述各连接部上的所述液晶层的液晶分子呈放射状倾斜取向的取向限制力。
2.权利要求1记载的液晶显示装置，其特征在于所述液晶层利用所述第1取向限制结构产生的取向限制力，在所述各连接部上也形成呈放射状倾斜取向状态的液晶畴。
3.权利要求1或2记载的液晶显示装置，其特征在于所述各连接部将所述多个单位实心部中的4个单位实心部相互连接。
4.如权利要求1至3中任何一项记载的液晶显示装置，其特征在于所述各单位实心部具有多个角部，所述各连接部将相邻的单位实心部经所述角部相互连接。
5.权利要求4记载的液晶显示装置，其特征在于所述各角部最好是锐角的角部。
6.权利要求4或5记载的液晶显示装置，其特征在于所述多个角部是4个角部。
7.权利要求1至6中任何一项记载的液晶显示装置，其特征在于所述第1取向限制结构即使在未对所述第1电极和所述第2电极之间施加电压的状态下也产生取向限制力。
8.权利要求1至7中任何一项所记载的液晶显示装置，其特征在于所述第1取向限制结构包含向所述第2衬底的所述液晶层一侧突出的凸部。
9.权利要求1至7中任何一项所记载的液晶显示装置，其特征在于所述第1取向限制结构包含设在所述第2衬底的所述液晶层一侧的水平取向性表面。
10.权利要求1至7中任何一项所记载的液晶显示装置，其特征在于所述第1取向限制结构包含设在所述第2衬底的所述液晶层一侧的表面，并且是使所述液晶层的液晶分子以比垂直取向状态小的角度倾斜的表面。
11.权利要求1至6中任何一项记载的液晶显示装置，其特征在于所述第1取向限制结构仅在对所述第1电极和所述第2电极之间施加电压的状态下才产生取向限制力。
12.权利要求1至6和11中任何一项记载的液晶显示装置，其特征在于所述第1取向限制结构包含设在所述第2电极上的开口部。
13.权利要求1至12中任何一项记载的液晶显示装置，其特征在于所述第2衬底具有第2取向限制结构，所述第2取向限制结构在与所述各单位实心部分别对应的区域产生取向限制力，该取向限制力用于至少在向所述第1电极和所述第2电极之间施加了电压的状态下，使对应于所述各单位实心部而形成的所述液晶畴内的液晶分子呈放射状倾斜取向。
14.权利要求13记载的液晶显示装置，其特征在于所述第2取向限制结构设在与所述各单位实心部的中央附近对应的区域内。
15.权利要求13或14记载的液晶显示装置，其特征在于在与所述各单位实心部分别对应形成的所述液晶畴内，所述第2取向限制结构的取向限制方向与由所述倾斜电场决定的放射状倾斜取向的方向一致。
16.权利要求13至15中任何一项记载的液晶显示装置，其特征在于所述第2取向限制结构即使在未向所述第1电极和所述第2电极之间施加电压的状态下也产生取向限制力。
17.权利要求13至16中任何一项记载的液晶显示装置，其特征在于所述第2取向限制结构包含向所述第2衬底的所述液晶层一侧突出的凸部。
18.权利要求13至16中任何一项记载的液晶显示装置，其特征在于所述第2取向限制结构包含设在所述第2衬底的所述液晶层一侧的水平取向性表面。
19.权利要求13至16中任何一项记载的液晶显示装置，其特征在于所述第2取向限制结构包含设在所述第2衬底的所述液晶层一侧的表面，并且是使所述液晶层的液晶分子以比垂直取向状态小的角度倾斜的表面。
20.权利要求13至15中任何一项记载的液晶显示装置，其特征在于所述第2取向限制结构仅在向所述第1电极和所述第2电极之间施加了电压的状态下才产生取向限制力。
21.权利要求13至15和20中任何一项记载的液晶显示装置，其特征在于所述第2取向限制结构包含设在所述第2电极上的开口部。
22.权利要求1至21中任何一项记载的液晶显示装置，其特征在于所述各单位实心部的形状具有旋转对称性。
23.权利要求1至22中任何一项记载的液晶显示装置，其特征在于所述各单位实心部的形状是具有4次旋转对称性的大致星形形状。
24.权利要求1至23中任何一项记载的液晶显示装置，其特征在于所述多个单位实心部至少形成1个实质上配置成具有相同的形状和相等的大小并具有旋转对称性的单位格子。
25.权利要求1至24中任何一项记载的液晶显示装置，其特征在于所述多个开口部中的至少一部分开口部至少形成1个实质上配置成具有相同的形状和相等的大小并具有旋转对称性的单位格子。
26.权利要求25记载的液晶显示装置，其特征在于所述多个开口部中的所述至少部分开口部的各自的形状具有旋转对称性。
27.权利要求1至26中任何一项记载的液晶显示装置，其特征在于所述第1衬底进而具有与所述各象素区分别对应设置的开关元件，所述第1电极是设置在所述多个象素区的每一个区域、并利用所述开关元件进行开关动作的象素电极，所述第2电极是与所述多个象素电极对置的至少1个对置电极。
28.一种液晶显示装置，具有第1衬底、第2衬底和设在所述第1衬底和所述第2衬底之间的液晶层；具有分别由设在所述第1衬底的所述液晶层一侧的第1电极、和设置在所述第2衬底且经所述液晶层与所述第1电极对置的第2电极规定的多个象素区；在所述各象素区中，所述液晶层在未向所述第1电极和所述第2电极之间施加电压时处于垂直取向状态，其特征在于在所述各象素区中，所述第1电极具有多个开口部、具有角部分别是锐角的4个角部的大致呈星形的多个导电部、和分别经所述角部使所述多个导电部中的4个导电部相互连接的多个连接部，所述第2衬底在与所述各连接部分别对应的区域具有向所述液晶层一侧突出的凸部。
29.权利要求28记载的液晶显示装置，其特征在于所述第2衬底在分别对应于所述各导电部的区域内具有向所述液晶层一侧突出的其他凸部。
30.一种液晶显示装置，具有第1衬底、第2衬底和设在所述第1衬底和所述第2衬底之间的液晶层；具有分别由设在所述第1衬底的所述液晶层一侧的第1电极和设置在所述第2衬底上且经所述液晶层与所述第1电极对置的第2电极规定的多个象素区；在所述各象素区中，所述液晶层在未向所述第1电极和所述第2电极之间施加电压时处于垂直取向状态，其特征在于在所述各象素区中，所述第1电极具有多个开口部、具有分别是锐角的4个角部的大致呈星形的多个导电部、和分别经所述角部使所述多个导电部中的4个导电部相互连接的多个连接部，所述第2电极包含设在与所述各连接部分别对应的区域内的开口部。
31.权利要求30记载的液晶显示装置，其特征在于所述第2电极具有设在与所述各导电部分别对应的区域内的其他开口部。
全文摘要
本发明的液晶显示装置(100)具有由设在所述第1衬底(100a)的液晶层(30)一侧的第1电极(14)、和设置在第2衬底(100b)上且经所述液晶层(30)与第1电极(14)对置的第2电极(22)规定的多个象素区。第1电极(14)具有多个开口部(14a)和实心部(14b)，该实心部(14b)具有多个单位实心部(14b’)、和使各单位实心部(14b’)相互连接的连接部(14d)。第2衬底(100b)具有在与各连接部(14d)对应的区域产生取向限制力的第1取向限制结构(28)，该取向限制力用于至少在施加电压的状态下，使连接部(14d)上的液晶层(30)的液晶分子(30a)呈放射状倾斜取向。
文档编号G02F1/1343GK1806196SQ20048001641
公开日2006年7月19日 申请日期2004年6月9日 优先权日2003年6月11日
发明者久保真澄, 山本明弘, 越智贵志 申请人:夏普株式会社