专利名称：液晶驱动电极、液晶显示设备及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种液晶驱动电极、液晶显示设备(LCD)及其制造方法。具体地，本发明涉及一种应用了面内开关(IPS)模式的有源矩阵LCD(AM-LCD)及其制造方法。
背景技术：
通常，LCD的特征在于侧面薄、重量轻以及功耗低。尤其是AM-LCD，其通过使用有源元件来驱动以水平和垂直矩阵排列的单个像素，该AM-LCD被称为高质量的平板显示设备。其中，广泛使用了薄膜晶体管LCD(TFT-LCD)，其采用薄膜晶体管(TFT)作为切换单个像素的有源元件。
传统AM-LCD利用了扭转向列(TN)型光电效应。而且，液晶分子被夹入两个衬底之间，并且通过将大体上垂直于衬底表面的电场施加于其上而激活该液晶分子。而且，美国专利第3,807,831号(以下称为专利文件1)公开了一种采用梳状电极作为驱动电极的方法，作为一种用于IPS-LCD的技术，其通过大体上垂直于衬底表面的电场来激活液晶分子。
而且，日本未审专利公开第S56(1981)-092177(以下称为专利文件2)公开了另一种采用梳状电极的技术，该梳状电极像前述例子那样相互啮合。该技术的目的是在应用TN型光电效应的AM-LCD中降低公共电极和漏极总线之间或者公共电极和栅极总线之间的寄生电容。
日本未审专利公开第H07(1995)-036058(以下称为专利文件3)公开了一种将IPS模式应用到TFT-LCD的技术。而且，日本未审专利公开第H10(1998)-307295(以下称为专利文件4)公开了一种使产生水平电场的使电极弯曲的技术。在专利文件4中，当施加电场时，利用这些弯曲部分根据区域来改变液晶分子的驱动方向(扭转方向)，因而降低了斜视角度上的显示着色。
图1A和图1B示出了专利文件4中所公开的IPS-LCD的结构例子。图2说明了由图1A所示的驱动电极所产生的电力线的视图。正如图1A所示，该LCD包括了各个像素区域，所述各个像素区域位于由多条沿水平方向延伸的栅极总线55和大体上以弯曲方式沿垂直方向延伸的漏极总线56所包围的区域中。这些像素区域以水平和垂直矩阵排列以总体上形成显示区域。有源元件54是由非晶硅制成的TFT(以下缩写为a-Si)。而且，每个有源元件54形成在每个像素的栅极总线55和漏极总线56的交叉区域的附近。而且，由于在图1A中漏极总线56以弯曲方式沿垂直方向延伸，因此构成水平和垂直矩阵的像素形状被弯曲成V形。
如图1A所示，用以产生电场的像素电极71D和公共电极72D形成为横向面对的阶梯形(梳状)。像素电极71D和公共电极72D交替位于阶梯的台阶上。更精确地，在与漏极总线56对齐的各个像素区域中，阶梯的各个台阶被弯曲成V形。在弯曲位置上，像素区域被分为位于该图上侧的子区域1和位于该图下侧的子区域2。对于子区域1，由于弯曲成V形所引起的电极倾斜方向是沿该图的垂直方向顺时针移动。而相反，对于子区域2，由于弯曲成V形所引起的电极倾斜方向是沿该图的垂直方向逆时针移动。每个像素电极71D和公共电极72D互相部分重叠，其间设置有层间绝缘膜57(参见图1B)。这种重叠部分构成了额外的电容。为了避免公共电极72D断开，其通过使用位于图1A上侧和下侧的两条线B和C沿栅极总线55的延伸方向跨过相邻的像素而形成。
如图1B所示，公共电极72D、像素电极71D、以及漏极总线56形成在第一衬底11上。使用层间绝缘膜57使公共电极72D与像素电极71D和漏极总线56相绝缘。尽管未在图1B中示出，但是栅极总线55与公共电极72D一样也使用层间绝缘膜57使其与像素电极71D和漏极总线56相绝缘。在衬底11上所形成的这些结构由钝化膜59覆盖。由有机聚合物膜制成的定向膜31形成在包括这些组成部分的有源矩阵衬底的表面上，而且其表面经受定向处理。
而且，包括三原色红、绿和黄的滤色器(未示出)配置在第二衬底12上，该衬底构成了与有源矩阵衬底相对的衬底以对应于相应的像素区域，并且在这样的区域上配置了遮光黑矩阵(未示出)，所述区域是与对应于相应的各个像素区域的区域不同的区域。此外，由有机聚合物膜制成的定向膜32位于其表面上，并且定向膜32的表面经受定向处理。
当具有定向膜31和32的表面被置于内侧时，有源矩阵衬底被放置在相反衬底上以保持一定的间隔，并且液晶层20插入到两个衬底之间。而且一对偏振片(未示出)放置在这两个衬底的外侧。
如图1A所示，定向膜31和32的表面一致地经受定向处理，从而在没有施加电场时液晶分子21与该图中的纵向(为该图中的垂直方向)平行地定向(排列)。该对偏振片的透射轴方向被设置为相互垂直，并且其中一个偏振片的透射轴与一致地经受定向处理的液晶分子的初始定向方向(在没有电场时的定向方向)保持一致。
接下来，描述图1A的液晶显示设备的制造过程。首先，在例如玻璃衬底的第一衬底11上形成栅极总线55和由铬(Cr)制成的公共电极72D，并且形成由氮化硅(SiNx)制成的层间绝缘膜57以覆盖这些组成部分。之后，充当晶体管有源层的a-Si膜以岛状形成在栅极总线55上，且它们之间插入有层间绝缘膜57。而且，在其上形成漏极总线56和由Cr制成的像素电极71D。接下来，形成由SiNx制成的钝化膜59以覆盖这些组成部分。在例如玻璃衬底的第二衬底12上形成滤色器和遮光黑矩阵。
如上所述，由聚酰亚胺制成的定向膜形成在有源矩阵衬底和所构造的滤色器衬底的相应表面上。定向膜一致地经受定向处理。此后，这两个衬底放在一起保持例如4.5μm的间隔。然后，例如，在衬底之间的真空腔内填充向列型液晶，该向列型液晶具有0.067的折射率各向异性。此后将偏振片附着到这两个衬底的外表面。
在图1A所示的结构中，对于子区域1，当施加电压时，相对于该图的横向方向沿顺时针轻微倾斜的方向产生了液晶驱动电场，并且对于子区域2，相对于该图的横向方向沿逆时针轻微倾斜的方向产生了液晶驱动电场。因此，在没有电场时沿该图中的纵向(图中的垂直方向)被一致定向的液晶分子21分别在子区域1中沿逆时针扭转而在子区域2中沿顺时针扭转。
如上所述，液晶分子的扭转方向在这两个子区域1和2中是不同的。这样，可以抑制由于视角的改变所引起的显示着色。
图3A示出了专利文件4中公开的IPS-LCD结构的另一例子的平面图。而图3B示出了由图3A中的电极所产生的电力线的视图。在许多方面，图3A的结构与图1A的结构相同。但是，像素电极71E和公共电极72E在弯曲部分处具有沿子区域边界延伸的凸起。在图3A所示的结构中，可以避免液晶分子在相应的子区域中甚至在电极被弯曲成V型的区域附近发生相对于希望扭转方向的反向扭转。因此，可以获得均匀且稳定的显示。
图4A示出了日本未审专利公开第2001-305567号(以下称为专利文件5)中所公开的IPS-LCD结构的又一例子的平面图，而图4B示出了其驱动电极的平面图。在该LCD中，像素电极和公共电极相邻地配置在其中一个衬底上。当从该衬底表面的平行方向朝着信号线的延伸方向观察电极时，这两个电极之间的间隔大于或等于5μm。图4A的结构是这个LCD的例子。如图所示，像素电极71F和公共电极72F的相互相对的表面具有弯曲部分。
当像素电极71F和公共电极72F之间的间隔大于或等于5μm时，摩擦织物能够顺利地进入像素电极71F和公共电极72F之间的槽部分中。因此，这些电极之间的空间一致地经受了摩擦处理，借此液晶分子21看起来沿信号线3的方向一致地定向。而且，由于像素电极71F和公共电极72F的相互相对的表面具有弯曲部分，因此电力线的方向根据该弯曲部分的位置发生变化。由于这个缘故，液晶分子21的方向也根据所施加的任意电压而发生变化，因而提高了在倾斜方向上的视角特性。
然而，上述现有技术中的IPS-LCD仍然具有未解决的问题。特别是，由于缺乏稳定子区域边界的结构而使得在图1A的结构中容易在液晶象限(domain)内发生扰动。尤其是，如果为了实现像素的高清晰度而最小化每个象限的尺寸，则当相邻的液晶象限被不规则地熔融时容易在液晶象限内发生扰动且必要的液晶象限可能会消失。在这种情况下，显示可能会变得粗糙或者斑驳。当用手指按压面板时这种问题会尤其显著。当通过手指按压或类似方式引起液晶象限内的扰动时，为了恢复液晶象限有必要停止设备(关闭电源)并且将该设备搁置一会。
在IPS-LCD中，其中用于产生横向电场的电极被弯曲成V形，当弯曲角度变大时，在相应的子区域中，根据电场的方向和液晶的初始定向方向之间的关系清晰地定义了液晶分子的扭转方向。因此，在边界部分的液晶分子的扭转方向是稳定的。而且，根据电压透光率特性，优选将在电极延伸方向和液晶初始定向方向之间的角度设置近似在5到25度的范围内。这是因为，为了在黑暗(黑)状态和明亮(白)状态之间进行切换，事实上有必要使用电场以45度的数量来扭转液晶定向的方向。也即，根据现有技术，在稳定子区域边界的同时设置适当的角度以实现良好的电压透光率特性是不容易的。
而且，在图3A所示的结构中，为了稳定相应子区域中的液晶象限，在弯曲部分处形成凸起。在这种结构中，由于将电场的方向调整在该弯曲部分的附近，因此可以稳定液晶象限。但是，在电极凸起的附近，降低了像素电极71和公共电极72之间的距离。因此，与实际中用于显示的区域相比，在那个区域中产生的电场较强。当进行黑暗(黑)显示时，通常施加一个低于阈值电压的电压，用以引起液晶定向的变化(在正常的黑模式下)。但是，在那种情况下在凸起附近相对强的电场仍然会导致液晶分子的定向方向发生变化，因而导致引发显示对比度恶化的光泄漏(黑色模糊)。此外，这种结构也存在一个问题，即，当液晶驱动电极之间的距离较短时，很容易在电极凸起的附近的区域中发生电极之间的短路。
而且，在图4A的结构中，像素电极71F和公共电极72F之间的相互相对表面具有弯曲部分，以至于电力线的方向随该弯曲部分的位置而发生变化。由于这个缘故，该结构具有这样一个问题，即，不可能为了最优化的目的而根据子区域中的电压透光率特性在电极的延伸方向和液晶初始定向方向之间定义一个一致的角度。
发明内容
根据上述问题，本发明提供一种IPS-LCD，其能够抑制由于视角方向的变化而引起的着色，并且同时减小液晶象限的扰动。
本发明提供了一种用于LCD的液晶驱动电极，该LCD为每个像素区域应用了相互啮合的梳状电极，其中每个梳状电极包括弯曲部分，每个弯曲部分都呈双V形，且通过使被弯曲呈V形的弯曲顶端进一步向外凸起而使其形成为梳齿状图案。
本发明的LCD是IPS-LCD，其能够采用梳状电极，每个梳状电极包括上述每个都呈双V形的弯曲部分。而且，该梳状电极包括像素电极和公共电极。
在本发明的LCD中，像素区域被分为多个子区域，当施加驱动电流时，在由梳状电极中的各个电极的呈双V形弯曲部分的中点的连线所定义的边界处，这些子区域具有不同的液晶分子的定向方向。
在本发明的LCD中，使用正型液晶组分或者负型液晶组分作为液晶层。而且，当正型液晶组分用于液晶层的时候，将液晶层中液晶分子的初始定向方向和梳状电极中除双V形弯曲部分以外的部分处的电极的延伸方向之间所定义的角度设置在5度至25度的范围内。并且将液晶层中液晶分子的初始定向方向和梳状电极中双V形弯曲部分处的电极的延伸方向之间所定义的角度设置在15度至75度的范围内。
在本发明的LCD中，当正型液晶组分用于液晶层的时候，由梳状电极中双V形弯曲部分处的电极的延伸方向所定义的角度θ2大于液晶层中液晶分子的初始定向方向和梳状电极中的除双V形弯曲部分以外的部分处的电极的延伸方向之间所定义的角度θ1。角度θ1和θ2优选满足以下公式(1)。
θ2≥2θ1(1)在本发明的LCD中，当使用负型液晶组分用于液晶层时，将在液晶层中的液晶分子的初始定向方向和位于梳状电极中的除双V形弯曲部分以外的部分处的电极的延伸方向之间所定义的角度设置在85度至65度的范围内。并且，将在液晶层中的液晶分子的初始定向方向和位于梳状电极中的双V形弯曲部分处的电极的延伸方向之间所定义的角度设置在75度至15度的范围内。
在本发明的LCD中，当负型液晶组分用于液晶层的时候，由梳状电极中双V形弯曲部分处的电极的延伸方向定义的角度θ4以及液晶层中液晶分子的初始定向方向和梳状电极中除双V形弯曲部分以外的部分上的电极的延伸方向之间所定义的角度θ3满足以下公式(2)，并且优选满足以下公式(3)。
θ3＞θ4(2)2(θ3-90°)≥(θ4-90°)(3)在本发明的LCD中，将梳状电极中弯曲部分处的电极之间的距离设置为大于位于梳状电极中除弯曲部分以外的部分处的电极之间的距离的0.2倍。而且，将梳状电极中弯曲部分处的电极宽度设置得小于梳状电极中除弯曲部分以外的部分处的电极宽度。
在本发明的LCD中，梳状电极的像素电极和公共电极可以设置在不同层上或者设置在同一层上。
在本发明的IPS-LCD中，将液晶驱动电极构造呈具有双V形弯曲部分。这种结构使得在由双V形弯曲部分所定义的边界附近得液晶分子的扭转方向稳定。因此，可以获得具有极好的图像质量的液晶显示设备，该设备能够实现均匀且平滑的显示，并且减小了由于视角方向的变化而引起的着色。
结合附图根据以下详细的描述可以清楚了解本发明的上述和其它目的、特性和优点，其中图1A示出了传统液晶显示设备(LCD)的结构的平面图；图1B示出了沿图1A中的线I-I的截面图；图2示出了图1A所示的液晶驱动电极的电力线的平面图；图3A示出了另一个传统LCD的结构的平面图；
图3B示出了沿图3A中的线I-I的截面图；图4A示出了又一个传统LCD的结构的平面图；图4B示出了图4A所示的LCD中液晶驱动电极的电力线的平面图；图5A示出了根据本发明实施例的LCD的结构的平面图；图5B示出了沿图5A中的线I-I的截面图；图6示出了图5A所示的液晶驱动电极的电力线的平面图；图7示出了根据本发明第二实施例的LCD的结构的平面图；图8示出了根据本发明第三实施例的LCD的结构的平面图；图9A示出了根据本发明第四实施例的LCD的结构的平面图；图9B示出了沿图9A中的线II-II的截面图；图10A到图10C示出了图9A所示的LCD中的栅极总线、漏极总线、驱动电极的结构的平面图。
具体实施例方式
现在，参考附图描述根据本发明的液晶显示设备(LCD)的具体实施例。如图5A和5B所示，本实施例中的LCD的结构在许多方面与图3A所示的现有技术的结构类似。与图3A和3B的附图标记相同的图5A和图5B中的附图标记代表相同的组成部分。在本实施例的LCD中，像素电极71和公共电极72也采用梳状电极，借此它们在像素区域中相互啮合。但是，本实施例中的梳状电极具有一个形状图案，即其梳齿形在中部被弯曲形成V形，并且在呈V形的每个弯曲部分附近的顶端进一步向外凸起。具体地，梳状电极的弯曲部分具有连接两个V形的形状。以下将这种梳状电极的弯曲形状称为双V形。将像素电极71或公共电极72的延伸方向和液晶初始定向方向(其为该图中的垂直方向)之间所定义的角度设置得大于在子区域1和子区域2之间边界附近中的其它区域中的角度。
图6示出了为说明根据本实施例结构的功能而提供的子区域附近的放大视图。图6示出了使用像素电极71和公共电极72所形成的双V形弯曲部分，以及由这些电极71和72所生成的液晶驱动电场的电力线(由虚线示出)的形状。
如图6所示，根据本实施例的结构，电力线的方向在子区域边界的两侧上基本不同。因此，在相应的区域中精确地调节了液晶的扭转方向。因此，在子区域中，液晶不会沿与希望的扭转方向相反的方向扭转。也即，在子区域中的液晶象限的边界被稳定地固定。结果，可以实现均匀且稳定的显示。
(第一实施例)本发明的第一实施例与图5A所示的LCD类似。如图5A所示，该例子的结构为像素电极71和公共电极72在其弯曲部分具有双V形。而且，将像素电极71或者公共电极72的延伸方向和液晶初始定向方向(为图中的垂直方向)之间所定义的角度设置得大于各子区域之间边界附近的其它区域中的角度。更精确地，在主要用于显示的区域中，将在像素电极71或者公共电极72的延伸方向和液晶初始定向方向之间所定义的角度设置成15度，而在子区域1和子区域2之间边界附近的区域中，将相关角度设置为45度。这里，液晶层20中的液晶应用了正型的液晶。
如图5A所示，在该LCD中，每个像素区域形成在这样的区域中，所述区域被沿水平方向延伸的多条栅极总线55和大体上以弯曲方式沿垂直方向延伸的多条漏极总线56所包围。这个像素区域以水平和垂直矩阵的形式排列，以作为一个整体形成显示区域。有源元件54是由非晶硅(a-Si)制成的膜晶体管(TFT)。该有源元件54形成在栅极总线55和漏极总线56的结合部附近以对应于每个像素。而且，由于在图5A中漏极总线56以弯曲方式沿垂直方向延伸，因此构成水平和垂直矩阵的像素形状被弯曲成双V形。
如图5A所示，用以产生液晶驱动电场的像素电极71和公共电极72形成为横向阶梯形(梳状)。像素电极71和公共电极72交替位于该阶梯的台阶上，该公共电极是像素电极71的相对电极。更精确地，该阶梯的每个台阶被弯曲成双V形，以与在相应像素区域中的漏极总线56对齐。在弯曲位置上，每个像素电极71和公共电极72将像素区域拆分成该图上侧的子区域1和位于该图下侧的子区域2。对于子区域1，由于弯曲成V形所引起的电极倾斜的方向沿该图的垂直方向顺时针偏移，而对于子区域2，沿该图的垂直方向逆时针偏移。每个像素电极71和公共电极72彼此部分重叠，且在它们之间设置了层间绝缘膜57(参见图5B)。这种重叠部分构成了额外的电容。为了避免公共电极72断开，其通过使用位于图5A上侧和下侧的两条线(由B和C表示)沿栅极总线55的方向跨接相邻像素而形成。
如图5B所示，公共电极72、像素电极71、以及漏极总线56形成在第一衬底11上。使用层间绝缘膜57使公共电极72与像素电极71和漏极总线56相绝缘。尽管未在图5B中示出，但是栅极总线55与公共电极72一样也使用层间绝缘膜57来使其与像素电极71和漏极总线56相绝缘。在衬底11上所形成的这些结构由钝化膜59覆盖。由有机聚合物膜制成的定向膜31在包括这些组成部件的有源矩阵衬底的表面上形成，并且其表面经受定向处理。
而且，包括三原色红、绿和黄的滤色器(未示出)配置第二衬底12上，该衬底12构成了与有源矩阵衬底相对的衬底以对应于相应的像素区域，并且在这样的区域上配置了遮光黑矩阵(未示出)，所述区域是与对应于相应的像素区域的区域不同的区域。此外，在其表面上形成了由有机聚合物膜制成的定向膜32，并且定向膜32的表面经受定向处理。
当具有定向膜31和定向膜32的表面被置于内侧时，有源矩阵衬底放置在相反衬底上以保持一定的间隔，并且液晶层20充填在两个衬底之间。而且，将一对偏振片设置在这两个衬底的外侧。
如图5A所示，定向膜31和定向膜32的表面一致地经受定向处理，由此在没有施加电场时液晶分子21与该图的纵向(该图的垂直方向)平行地定向。该对偏振片的透射轴方向被设置为相互垂直，并且其中一个偏振片的透射轴与一致地经受定向处理的液晶分子的初始定向方向(在没有电场时的定向方向)保持一致。
接下来，描述图5A的LCD的制造过程。首先，在例如玻璃衬底的第一衬底11上形成栅极总线55和由铬(Cr)制成的公共电极72，并且形成由SiNx制成的层间绝缘膜57以覆盖这些组成部分。之后，充当晶体管活性层的a-Si膜以岛状形成在栅极总线55上，且它们之间置入了层间绝缘膜57。而且，在其上形成漏极总线56和由Cr制成的像素电极71。这里，如图5A所示，公共电极72和像素电极71通过弯曲形成梳齿形状。然后，将公共电极72和像素电极71中的弯曲部分构图成这样一种形状，其中在该形状中，通过光刻技术使得弯曲成V形的部分的顶端进一步向外凸起。接下来，形成由SiNx制成的钝化膜59以覆盖这些结构。在例如玻璃衬底的第二衬底12上形成滤色器和遮光黑矩阵。
由聚酰亚胺制成的定向膜形成在如上所述构造的有源矩阵衬底和滤色器衬底的相应表面上。定向膜一致地经受定向处理。此后，这两个衬底放在一起保持例如4.5μm的间隔。然后，例如，在真空仓内，在这两个衬底之间充填正型向列型液晶，这种液晶具有例如为0.067折射率各向异性。此后将该偏振片附着到这两个衬底的外表面上。
在图5A所示的结构中，对于子区域1来说，一旦施加电压，相对于该图的横向方向沿顺时针轻微倾斜的方向产生了液晶驱动电场，并且对于子区域2来说，相对于该图的横向方向沿逆时针轻微倾斜的方向产生了液晶驱动电场。因此，那些在没有电场时沿该图中的纵向(该图的垂直方向)一致地定向的液晶分子21分别在子区域1中沿逆时针扭转而在子区域2中沿顺时针扭转。
通过这种结构，液晶分子的扭转方向在这两个子区域1和2中是不同的，并且液晶分子的扭转方向在子区域1和子区域2之间的边界附近是稳定的。因此，可以抑制由于视角改变而所引起的显示着色，并且确保获得这样的液晶显示设备，其具有极好的、能够实现均匀且稳定显示的图像质量。
(第一比较实施例)将参考图2来描述与本发明第一实施例有关的第一比较实施例。图2示出了像素电极71D、公共电极72D以及由这些电极所产生的液晶液晶电场的电力线(虚线)的情形。当比较图2和图6的时候，在各子区域边界两侧之间的电力线方向上的差异小于图2的情形。因此，在图2所示的电极结构中，很难精确地对在相应区域中的液晶分子的扭转方向进行定义。因此，由于液晶分子定向状态的波动、外部机械撞击影响以及类似情况等导致各子区域之间的边界会从预定位置偏移。
(第二比较实施例)将参考图3B描述与本发明第一实施例有关的第二比较实施例。图3B示出了像素电极71E、公共电极72E以及由这些电极所产生的液晶液晶电场的电力线的情形。在图3B中，像素电极71E和公共电极72E包括沿各子区域之间的边界的凸起。根据该比较实施例的结构，与图6所示的本发明的第一实施例的结构相类似，其在各子区域边界两侧之间的电力线方向的差异较大。因此，可以精确地对在相应区域中的液晶分子的扭转方向进行定义，并因此对于各个区域来说，可以避免液晶分子被扭转到与希望的扭转方向相反的方向上。也即，可以稳定地固定各子区域中的液晶象限之间的边界，并因此进行均匀且稳定的显示。
但是，正如图3B所显示的那样，在像素电极71E和公共电极72E之间的距离在电极凸起的附近降低了。因此，与实际用于显示的区域相比，在那个区域中产生了较强的电场。当进行暗(黑)显示时，通常施加低于阈值电压的电压，用于引起液晶定向的改变(在正常黑模式下)。但是，在那种情况下，在凸起部分附近的相对强的电场仍然会导致液晶分子定向方向的改变，因此会导致引发显示对比度恶化的光泄漏(黑色模糊)。此外，这种结构还存在一个问题，即在电极凸起附近处液晶驱动电极之间的距离较短的区域中容易发生电极之间的短路。
(第三比较实施例)参考图4B描述与本发明第一实施例有关的第三比较实施例。在该比较实施例的结构中，像素电极71F和公共电极72F在相应的子区域中形成为弯曲形状。也即，在这种结构中这些电极的延伸方向和液晶分子的初始定向方向(该图的垂直方向)连续地变化。根据在图4B中所放大显示的区域外部的区域，像素电极71F和公共电极72F以弯曲形状形成。换句话说，这些电极的延伸方向和液晶分子的初始定向方向连续地变化。该比较实施例的其它结构与本发明第一实施例的结构类似。
如图4B所示，在该比较实施例的结构中，与图6所示的本发明的第一实施例的结构类似，在子区域边界两侧之间的电力线方向的差异变得更大。因此，可以精确地对在相应区域中的液晶分子的扭转方向进行定义，并因此对于各个区域来说，可以避免液晶分子被扭转到与希望扭转方向相反的方向。也即，可以稳定地固定子区域中的液晶象限之间的边界，并因此进行均匀且稳定的显示。
但是，正如图4B所显示的那样，像素电极71F和公共电极72F形成为弯曲形状，借此将横向电场施加到液晶层的电极的延伸方向会连续变化。因此，不可能通过在每个电极的延伸方向和液晶分子的初始定向方向之间定义某个统一角度来优化电压透光率特性。相反，在图5A和图6所示的本发明的第一实施例的结构中，液晶驱动电极根据实际用于驱动液晶层来进行显示的区域直线延伸，并且对其延伸方向进行优化。而且，仅仅在子区域附近改变延伸方向。因此，可以根据每个子区域对在液晶驱动电极的延伸方向和液晶分子的初始定向方向之间所定义的角度进行统一优化。这样，可以在保持良好的电压透光率特性的同时，可以稳定各子区域之间的边界。
上述描述了第一到第三比较实施例的结构。正如从与这些比较实施例的比较中所看到的那样，根据第一实施例的结构，可以稳定地对在子区域中的液晶象限之间的边界进行固定。因此，可以确信这种结构实现了均匀且稳定的显示的效果。
如上所述，在第一实施例的结构中，对于实际中用于将横向电场施加到液晶层上并用于进行显示的主要部分，将液晶分子初始定向方向和液晶驱动电极的延伸方向之间所定义的角度设置成15度，以及对于各子区域之间的边界附近的区域，将该角度设置成等于45度。但是，这些角度的数值并不仅仅限于上述内容，可以将该角度设置在一个较大的、可以获得根据本发明所述结构的功能的范围内。更精确地，对于实际中用于将横向电场施加到液晶层以进行显示的区域，通过在5到25度的范围内设置该角度可以获得充分平滑的电压透光率特性，用以进行大于等于256阶的灰度显示。此外，在这种情况下，可以将液晶驱动电压的最大值设置在大约5到7V的驱动电压范围内。因此，也可以根据驱动电压来设置有利的工作范围。
而且，在子区域边界的附近，将液晶分子初始定向方向和液晶驱动电极的延伸方向之间定义的角度设置为大于实际用于显示的区域中的相关角。也即，在各子区域边界的附近，将液晶分子初始定向方向和液晶驱动电极的延伸方向之间所定义的角度设置在15到75度的范围内。这样，可以实现参考图6所描述的本发明结构的功能。为了确保该效果，优选将该角设置为大于或等于30度，或者可选择的是将该角设置成等于实际用于将横向电场施加到液晶以进行显示的区域上的相关角的两倍或更大。而且，通过将该角设置为小于或等于60度，可以避免由于电极弯曲较大所引起的对像素设计自由度的限制。因此，可以实现极好的液晶显示设备。
此时，假设，对于实际用于将横向电场施加到液晶的区域，将初始定向方向和液晶驱动电极的延伸方向之间所定义的角度设置成角度θ1，在第一子区域1和第二子区域2之间的边界附近的上述角度设置成角度θ2，然后设置角度θ2大于角度θ1。优选地，设置角度θ2两倍于θ1或者更大。
根据本发明的结构，有这样的情况，其中与其它区域中各电极之间的距离相比，在像素电极71和公共电极72之间的距离(以下称为电极之间的距离)在各子区域边界附近可能会变得较窄。在这种情况下，优选避免各电极之间的距离在子区域边界附近变得过窄。参考图3A所述的第二比较实施例的结构可以容易理解这种要求的原因。具体地，如果电极之间的距离在某些部分变得过窄，则在弯曲部分的附近会产生强电场，以及甚至在施加低于阈值电压的电压用于黑色显示时也会改变液晶分子的定向方向。因此，这种结构具有这样的问题，即在黑色显示时透光率增加，因此降低了显示对比度。这里，将像素电极71和公共电极72之间的距离定义为这些电极之间的最短距离。
更精确地，推荐将各子区域之间边界附近的各电极之间的距离设置成不小于其它区域中各电极之间的距离的0.2倍。更优选地，推荐将在子区域之间边界附近的电极之间的距离设置成不小于在其它区域中的电极之间的距离的0.5倍。更优选地，推荐将在子区域之间边界附近的电极之间的距离设置成不小于在其它区域中的电极之间的距离的0.8倍。这样，几乎不会产生局部较强的电场。因此，可以实现良好的液晶显示设备而不会使显示对比度退化。可选地，为了避免电极之间的距离在子区域边界附近变得过窄，与其它区域的宽度相比，可以降低像素电极71和/或公共电极72的电极宽度。
在本发明的结构中，在用于沿横向方向产生电场以驱动液晶的液晶驱动电极中的弯曲部分可以是尖的也可以是圆的。
(第二实施例)现在，参考图7描述本发明第二实施例的LCD。在本实施例中，如图7所示，弯曲像素的次数被设置为每个像素三次。因此，每个像素具有四个子区域。具体地，在本实施例中，像素电极71A和公共电极72A被弯曲了三次。除了被弯曲了三次的像素电极71A和公共电极72A以外，LCD的其它特性与图5A所示的实施例的结构的特性类似。
而且在本实施例的结构中，液晶分子的扭转方向在子区域之间的边界附近是稳定的。因此，可以进行均匀且稳定的显示。注意，图7所示的LCD能够按照与用于图5A所示的LCD的制造方法相类似的制造方法来进行制造。
(第三实施例)图8示出了根据本发明第三实施例的液晶显示设备结构的平面图。在这个实施例中，将弯曲像素的次数设置为每个像素五次。因此，每个像素具有六个子区域。具体地，在本实施例中，像素电极71b和公共电极72b被弯曲五次。除了被弯曲了五次的像素电极71b和公共电极72b以外的结构与图5A所示的实施例的结构类似。
而且在本实施例的结构中，液晶分子的扭转方向在子区域之间的边界附近是稳定的。因此，可以进行均匀而稳定的显示。注意，图8所示的LCD能够按照与图5A所示的LCD的制造方法相类似的制造方法来进行制造。
(第四实施例)现在，参考图9A、图9B和图10A到图10C描述根据本发明第四实施例的LCD。在本实施例中，使用有机中间层膜60在与栅极总线55A和漏极总线56A的层不同的层上形成像素电极71C和公共电极72C。由铟锡氧化物(ITO)制成的像素电极71C和公共电极72C以与第一实施例相同的图案形成在有机中间层膜60上。而且，由Cr层图案形成的栅极总线55A和漏极总线56A分别形成在衬底11和层间绝缘膜57上。
在该实施例中，在衬底11上配置了栅极总线55A并且在栅极总线55A上形成了层间绝缘膜57。然后，在层间绝缘膜57上配置了漏极总线56A，然后在漏极总线56A上形成了钝化膜59。而且，在该钝化膜59上配置了像素电极71C和公共电极72C。像素电极71C通过接触孔61连接到Cr层，该Cr层与漏极总线56A形成在同一层上。公共电极72C通过接触孔62连接到Cr层，该Cr层与栅极总线形成在同一层上。
接下来，描述该实施例的液晶显示设备的制造方法。首先由Cr制成的栅极总线55A形成在例如玻璃衬底的第一衬底11上，并且形成由氮化硅(SiNx)制成的层间绝缘膜57以覆盖这些组成部分。之后，充当晶体管有源层的a-Si膜以岛状形成在栅极总线55A上，同时在它们之间插入层间绝缘膜57。而且，在其上形成由Cr制成的漏极总线56A。接下来，形成由SiNx制成的钝化膜59以覆盖这些结构。然后，在该钝化膜59上形成有机中间层膜60。该有机中间层膜66由例如丙烯酸或者酚醛清漆树脂的材料制成。像素电极71C和公共电极72C形成于该有机中间层膜60上。如图9A所示，通过弯曲将像素电极71C和公共电极72C形成为梳齿形状。然后，通过光刻技术将在公共电极72和像素电极71中的弯曲部分被图案化为这样一种形状，在该形状中，使得弯曲成V形的部分的顶端进一步向外凸起。在例如玻璃衬底的另一个第二衬底12上形成滤色器和遮光黑矩阵。
由聚酰亚胺制成的定向膜31和32形成在如上所构造的有源矩阵衬底和滤色器衬底的相应表面上。定向膜31和32一致地经受定向处理。此后，这两个衬底放在一起保持例如4.5μm的间隔。然后，例如，在真空仓中，在这两个衬底之间充填正型的向列型液晶，其折射率各向异性例如为0.067。此后，将各偏振片附着到这两个衬底的外表面上。
通过本实施例的结构，可以实现这样的结构，该结构能够抑制在各像素上从这些总线55A和56A所泄漏的电场的影响。而且在该实施例的结构中，液晶分子的扭转方向在各子区域之间的边界附近是稳定的。因此，可以进行均匀且稳定的显示。
(第五实施例)作为本发明的第五实施例，使用所谓的负型液晶材料构造本发明的LCD。尽管使用正型液晶材料作为第一至第四实施例的液晶材料，但是在本实施例中采用了负型液晶材料。本实施例的结构与图5A所示的第一实施例的结构基本类似。但是，由于本实施例采用了负类型液晶材料，因此液晶的初始定向相对于图5A所示的方向(该图中的垂直方向)扭转90度(在该图中的水平方向)。因此，将像素电极71以及公共电极72的延伸方向和液晶的初始定向方向之间所定义的角度在实际用于显示的区域中设置为75度，将该角在子区域之间的边界附近设置为45度。本实施例的其它结构与第一实施例的结构类似。在本实施例的结构中，在实际通过将横向电场施加到液晶以进行显示的区域中，将液晶的初始定向方向和液晶驱动电极的延伸方向之间所定义的角度设置为75度，并且在子区域之间的边界附近将该角设置为45度。但是，这些角度的数值不仅仅限于上述内容，只要可以获得根据本发明所述结构的功能，可以将该角度设置在一个较大的范围内。更精确地，对于实际中通过将横向电场施加到液晶层以进行显示的区域，通过在85到65度的范围内设置该角度可以获得足够平滑的电压透光率特性，用于进行大于或等于256阶的灰度显示。此外，在这种情况下，可以将液晶驱动电压的最大值设置在大约5到7V的驱动电压范围内。因此，也可以对驱动电压设置有利的工作范围。
而且，在子区域边界的附近，通过在将相关角设置为小于上述范围(85到65度)即在75到15度的范围内，可以实现参考图6所描述的根据本发明结构的功能。为了确保该效果，优选将该角设置为小于或等于60度，或者可选地，将该角设置成等于实际用于将横向电场施加到液晶以进行显示的区域上的相关角的两倍或者更大。而且，通过将该角设置为大于或等于30度，可以避免由于电极较大的弯曲所引起的对像素设计自由度的限制。因此，可以实现极好的液晶显示设备。
而且，对于通过将横向电场施加到液晶以进行显示的区域来说，假设将液晶分子初始定向方向和液晶驱动电极的延伸方向之间所定义的角度设为角度θ3，在第一子区域1和第二子区域2之间的边界附近将角度设成角度θ4，然后将由(90°-θ4)所表示的角度设置为大于由(90°-θ3)所表示的角度。优选地，由(90°-θ4)所表示的角度两倍于由(90°-θ3)所表示的角度或者更大。
而且，在该实施例的结构中，液晶分子的扭转方向在子区域的附近是稳定的。因此，可以进行均匀且稳定的显示。而且，不必说，可以对于本发明第二至第四实施例所述的结构应用负型液晶材料，同时以90度的数值扭转液晶的初始定向方向。
当结合某些优选实施例描述本发明时，可以理解本发明所包含的主题不限于那些具体实施例。相反，本发明的主题意在包括所有的、包含在权利要求书中的精神和保护范围内的替代、修改和等同物。
权利要求
1.一种用于液晶显示设备的液晶驱动电极，该液晶显示设备在像素区域中具有相互啮合的梳状电极，每个梳状电极包括弯曲部分，每个弯曲部分都呈双V形，通过使被弯曲呈V形的弯曲顶端进一步向外凸起而使其形成为梳状图案。
2.如权利要求1所述的液晶驱动电极，其中所述梳状电极包括具有多个弯曲部分的图案，其中每个所述弯曲部分都呈双V形。
3.一种液晶显示设备，包括第一衬底；第二衬底，与所述第一衬底相对设置；液晶层，设置在这两个衬底之间；和驱动电极，形成在所述第一衬底上，其中该液晶驱动电极包括梳状电极，用以沿大体上平行于所述第一衬底的方向将液晶驱动电场施加到所述液晶层上，以及所述梳状电极包括弯曲部分，其中每个弯曲部分都呈双V形，通过使被弯曲呈V形的弯曲顶端进一步向外凸起而形成为梳齿状图案。
4.如权利要求3所述的液晶显示设备，其中将像素区域分为多个子区域，当施加驱动电流时，在由梳状电极中的各个电极的呈双V形弯曲部分的中点的连线所定义的边界处，这些子区域具有不同的液晶分子的定向方向。
5.如权利要求3所述的液晶显示设备，其中该梳状电极包括像素电极和具有多个弯曲部分的公共电极，每个弯曲部分都呈双V形。
6.如权利要求3所述的液晶显示设备，其中液晶层包括正型液晶组分。
7.如权利要求6所述的液晶显示设备，其中将液晶层中的液晶分子的初始定向方向和梳状电极中除弯曲部分以外的部分上的电极的延伸方向之间所限定的角度设置在5度至25度的范围内，以及将液晶层中的液晶分子的初始定向方向和梳状电极中的弯曲部分处的电极的延伸方向之间所限定的角度设置在15度至75度的范围内。
8.如权利要求6所述的液晶显示设备，其中，液晶层中液晶分子的初始定向方向和该梳状电极中除弯曲部分以外的部分上的各电极的延伸方向之间所定义的角度θ1小于液晶层中的液晶分子的初始定向方向和该梳状电极中弯曲部分处的电极的延伸方向之间所定义的角度θ2。
9.如权利要求8所述的液晶显示设备，其中角度θ2大于或等于角度θ1的两倍。
10.如权利要求3所述的液晶显示设备，其中该液晶层包括负型液晶组分。
11.如权利要求10所述的液晶显示设备，其中将液晶层中液晶分子的初始定向方向和该梳状电极中除弯曲部分以外的部分上的电极的延伸方向之间所定义的角度设置在85度至65度的范围内，并且将液晶层中液晶分子的初始定向方向和位于该梳状电极中弯曲部分处的电极的延伸方向之间所定义的角度设置在75度至15度的范围内。
12.如权利要求10所述的液晶显示设备，其中液晶层中液晶分子的初始定向方向和该梳状电极中除弯曲部分以外的部分上的电极的延伸方向之间所定义的角度θ3大于液晶层中液晶分子的初始定向方向和该梳状电极中弯曲部分处的电极的延伸方向之间所定义的角度θ4。
13.如权利要求12所述的液晶显示设备，其中角度θ3和角度θ4满足以下公式2(θ3-90°)≥(θ4-90°)
14.如权利要求3所述的液晶显示设备，其中将该梳状电极中的弯曲部分上的电极之间的距离设置为大于该梳状电极中的除弯曲部分以外的部分上的电极之间的距离的0.2倍。
15.如权利要求3所述的液晶显示设备，其中该梳状电极中弯曲部分处的电极宽度小于该梳状电极中除弯曲部分以外的部分处的电极宽度。
16.如权利要求5所述的液晶显示设备，其中将该梳状电极的像素电极和公共电极设置在不同层上。
17.如权利要求5所述的液晶显示设备，其中该梳状电极的像素电极和公共电极设置在与插入在它们之间的中间层膜的同一层上。
18.如权利要求17所述的液晶显示设备，其中所述中间层膜是有机中间层膜。
19.一种制造液晶显示设备的方法，包括通过在绝缘衬底上以梳齿形状和以弯曲形状对液晶驱动电极进行构图来形成第一衬底；与第一衬底相对置地设置第二衬底；在这两个衬底之间的间隙中插入液晶层，其中对液晶驱动电极的弯曲形状进行构图以包括呈双V形的各个弯曲部分，以使得被弯曲呈V形的弯曲顶端进一步向外凸起。
20.如权利要求19所述的制造液晶显示设备的方法，其中该液晶驱动电极包括像素电极和公共电极，并且所述像素电极和所述公共电极形成在不同的层上。
21.如权利要求19所述的制造液晶显示设备的方法，其中该液晶驱动电极包括像素电极和公共电极，并且所述像素电极和所述公共电极形成在同一层上。
22.如权利要求19所述的制造液晶显示设备的方法，其中使用正型液晶组分作为液晶层的液晶材料。
23.如权利要求19所述的制造液晶显示设备的方法，其中使用负型液晶组分作为液晶层的液晶材料。
全文摘要
本发明涉及一种用于液晶显示设备的液晶驱动电极，该多象限面内开关模式的液晶显示设备在每个像素区域中应用了相互啮合的梳状电极。梳状电极包括弯曲部分，每个弯曲部分都呈双V形，且其通过使被弯曲呈V形的弯曲顶端进一步向外凸起而形成双V形。这种结构在多个象限的每两个邻近区域之间的边界附近使得液晶分子的扭转方向稳定，并抑制了由于视角变化而引起的显示着色。
文档编号G02F1/1337GK1885104SQ20061009083
公开日2006年12月27日 申请日期2006年6月26日 优先权日2005年6月24日
发明者铃木照晃 申请人:Nec液晶技术株式会社