液晶显示单元及其制造方法

专利名称：液晶显示单元及其制造方法
技术领域：
本发明涉及设有多个像素的液晶显示单元及其制造方法，其中所述 像素具有液晶元件。
背景技术：
近年来，例如使用垂直配向液晶的VA(垂直配向)模式液晶显示器被 提议用作诸如液晶电视、笔记本PC(个人电脑)、汽车导航仪等的显示器。 已经知道，由于VA模式中液晶分子具有负的介电常数各向异性，即在分 子的长轴方向的介电常数小于短轴方向的介电常数，故VA模式比TN(扭 曲向列)模式可实现更大的视角。
然而，VA模式液晶显示器具有亮度偏移的缺点，S卩，在从前方看去 时与从斜向看去时的亮度比不同。图11是表示VA模式液晶显示器中视频 信号的灰度级(0到255)与亮度比(亮度相对于255个灰度级的比)之间的关 系的曲线图。如曲线图中箭头P101所示，从前方看去时的亮度特性(图中 以曲线"Ys(O。)"表示)与从45°方向看去时的亮度特性(图中以曲线 "Ys(45° )"表示)存在很大差异。这证实了从45。方向看去时比从前方 看去时的亮度偏移较高。该现象称为"泛白(whitish)"、"偏白(washout)" 或"色移"等，并被认为是VA模式液晶显示器的最大缺点。
为解决泛白问题，有人提议将单位像素分成多个子像素，从而设置 各个子像素的阈值彼此不同(这称为多像素结构)。目前已提出了各种类型 的多像素结构，例如日本专利申请公开公报第H02-12号、美国专利公报 第4840460号以及日本专利第3076938号都公开了多像素结构，其中应用 了基于电容耦合的所谓HT(半色调灰度级，halftone-gray scale)方法。在这些专利文献的多像素结构中，基于电容比来确定多个子像素之间的电位
差。更具体地，多像素结构包括如图12所示的电路配置，其中由子像素 120A和子像素120B构成的像素120布置于由一对彼此交叉的数据线D与 栅极线G所围绕的区域中。在这种多像素结构中，子像素120A与120B分 别设有液晶元件122A与122B以及辅助电容元件123A与123B，且上述元件 连接于由子像素120A与120B所共用的公共薄膜晶体管(TFT)元件121的 源极。液晶元件122A与122B以及辅助电容元件123A与123B与TFT元件 121并联。然而，耦合电容Cc设置为串联于TFT元件121与子像素120B之 间。数据线D连接于TFT元件121的漏极，栅极线G连接于TFT元件121的 栅极。而且，辅助电容元件123A与123B的另一端连接于由它们所共用的 辅助电容线CL。在所述的具有上述电路配置的多像素结构中，基于耦合 电容Cc的值确定子像素120A与子像素120B之间的电位差，从而确定了处 于某一灰度级时子像素120A与子像素120B之间的亮度比。
日本专利申请公开公报第2003-255305号公开了多像素结构的另一 示例。在该多像素结构中，多个子像素之间的液晶分子的预倾角有所不 同，从而在所述多个子像素之间的阈值变得不同。
图13表示现有技术的多像素结构中视频信号的灰度级与各子像素的 显示模式之间的关系。在此，示出了在从0级(黑显示状态)到255(白显示 状态)级增加灰度级(增加亮度)期间，像素的一部分(一个子像素)首先增加 了其亮度，然后该像素的其余部分(其它子像素)跟随其后增加亮度。以此 多像素结构，例如如图11的箭头P102所示，曲线"Ym(45。)"比曲线"Ys(45 ° )"更加相似于曲线"Ys(O。)"，其中曲线"Ym(45。)"表示多像素结 构的从45°方向看去的亮度特性，曲线"Ys(45。)"表示普通像素结构的 从45°方向看去的亮度特性。这证明泛白现象得到了抑制。
除了上述多像素结构，如图14所示的普通像素结构通过沿着时间轴 将单位帧分割为多个子帧(例如两个子帧)并通过使用两个子帧在不同时 间单独显示高亮度和低亮度而获得所需的亮度，也可以获得与凭多像素 结构所得效果相同的半色调效果。这样也抑制了泛白现象。
然而，对于采用利用电容耦合的HT方法的多像素结构，通常如图12 所示，由于子像素122B通过耦合电容Cc连接于数据线D，因耦合电容Cc引起了驱动电压下降，从而引起子像素122B的透光率下降。因此，整个 显示屏变暗。而且，由于液晶显示元件的液晶层不是直接连接于电极(浮 动的)，故存在容易烧坏屏幕(或图像持久性)的担忧。
在日本专利申请公开公报第2003-255305号的例子中，子像素之间液 晶分子的预倾角不同的多像素结构的形成方式使得将液晶分子和UV(紫 外线)固化单体一起密封于液晶层中之后，在对各个子像素施加不同值 电压的同时，使用光掩模选择性地进行几次UV照射。然而，该制造方法 难以将光掩模与所选的需要照射的子像素对准，且不容易使各个子像素 得到给定的预倾角。而且，由于子像素的边界变得模糊，很难达到所需 的光学特性。
对于图14的像素结构中所用的通过沿时间轴分割各个单位帧而得到 半色调效果的方法，有效分辨率会下降(例如当由两个像素构成一个单位 帧时，有效分辨率下降为一半)。可选地，当一个像素按时间分成子帧时， 需要将驱动频率至少翻倍以避免闪烁，从而存在增加功耗和因TFT的 ON/OFF (开/关)操作减速而造成显示亮度不均的缺点。

发明内容
考虑到上述缺点而构思了本发明。本发明旨在提供配置简单且即使 当使用例如VA模式液晶时依然能够提高亮度的视角特性的液晶显示器 的液晶显示单元。本发明还旨在提供能简单且精确地制造上述液晶显示 单元的制造方法。
根据本发明的一个实施例，提供了第一液晶显示单元，其包括信 号线对，该信号线对中的两条信号线彼此交叉延伸；像素，其对应信号 线对而设并布置有多个分别具有液晶元件和电容元件的子像素；驱动元 件，其对应各个所述子像素而设，与分配给该像素的对应信号线对连接， 并基于视频信号通过施加电压到液晶元件而实现显示驱动；以及电容线， 其为各个所述子像素而设并连接于电容元件的一端。电容元件的另一端 与液晶元件一同连接于驱动元件，且液晶元件包括在构成一个像素的多 个子像素之间预倾角不同的液晶分子。需要注意，预倾角是基板表面的 法线与液晶分子长轴之间的初始配向角度。在本发明实施例的第一液晶显示单元中，由于液晶元件中所包括的 液晶分子具有在多个子像素之间不同的预倾角，故各个子像素在任何灰
度级呈现的亮度彼此不同。在此，各个子像素通过与子像素一一对应设 置的驱动元件连接于公共信号线对，从而使配置更简单。另一方面，与 各个子像素一一对应而设有多个驱动元件，且各个子像素中的电容元件 连接于其自己的电容线。以此配置，在制造过程中，通过使驱动元件关 闭，并经各条电容线对各子像素施加彼此不同的电位，可简单而准确地 设置预倾角的差异。
根据本发明的实施例，提供了第二液晶显示单元，其包括信号线 对，该信号线对中的两条信号线彼此交叉延伸；像素，其对应信号线对 而设并布置有多个分别具有液晶元件和电容元件的子像素；驱动元件， 其对应各个所述子像素而设，与对应的分配给该像素的信号线对连接， 并基于视频信号通过施加电压到液晶元件而实现显示驱动；以及电容线， 其为各个所述子像素而设，并使该电容线共同地连接于多个子像素中的 所有的各个电容元件的一端。电容元件的另一端与液晶元件一同连接于 驱动元件，液晶元件的电容对电容元件的电容的比(电容比)在构成一 个像素的多个子像素之间不同，且液晶元件包括在构成一个像素的多个 子像素之间预倾角不同的液晶分子。
在本发明实施例的第二液晶显示单元中，由于液晶元件中所包括的 液晶分子具有在多个子像素之间不同的预倾角，故各个子像素在任何灰
度级呈现的亮度彼此不同。在此，各个子像素通过与子像素一一对应设 置的驱动元件连接于公共信号线对，且各个子像素中的电容元件连接于 公共电容线，使得配置更简单。另一方面，与各个子像素一一对应而设 有多个驱动元件。此外，液晶元件与电容元件之间的电容比在多个子像 素之间不同。以此配置，当制造过程中驱动元件关闭并经电容线施加电 位于各子像素时，所施加的电位值在各子像素之间不同，从而可以简单 而准确地设置预倾角的差异。
根据本发明的实施例，还提供了制造液晶显示单元的第一方法，所 述液晶显示单元包括信号线对以及对应该信号线对而设并配置有多个子像素的像素，所述信号线对中的两条信号线彼此交叉延伸，各个子像素 具有液晶器件和电容元件，该方法包括下述步骤
A. 为各个所述子像素形成驱动元件，该驱动元件基于视频信号通过 施加电压于液晶元件而进行显示驱动，然后将所有形成于像素中的驱动 元件共同地连接于分配给该像素的对应信号线对；
B. 形成所述液晶元件和电容元件，使二者共同地连接于对应的驱动 元件；以及
C. 为各个所述子像素形成电容线，使电容线连接于电容元件的与驱 动元件相对的一端。
在此，液晶元件是这样形成的将包含可聚合单体和液晶分子的液 晶层密封在一对在相向的内表面上分别具有配向膜的电极基板之间后， 利用电容线在所述一对电极基板之间将各不相同的电压施加在多个子像 素上时，使像素中的所有单体在施加电压期间由一个操作聚合。
需要注意，上述步骤A到C可同时进行，或可单独进行。当单独进行 时，处理顺序在步骤A到C之中可任意确定。
在本发明实施例中的制造液晶显示单元的第一方法中，为各个子像 素一一对应设置电容线，从而将子像素之间各不相同的电压施加在所述 的一对电极基板之间。这样，液晶分子相对于电极基板的法线预倾成在 子像素之间各不相同的角度。当液晶层中的单体在这样的条件下聚合时， 就形成了附着于电极基板的与液晶层接触的一侧的聚合物。聚合物结构 带来使液晶分子保持预倾状态的效果。因此，非驱动状态中液晶分子的 预倾角在子像素之间各不相同。
根据本发明的实施例，还提供了制造液晶显示单元的第二方法，所 述液晶显示单元包括信号线对以及对应该信号线对而设并配置有多个子 像素的像素，所述信号线对中的两条信号线彼此交叉延伸，各个子像素 具有液晶器件和电容元件，该方法包括下述步骤
a.为各个所述子像素形成驱动元件，该驱动元件基于视频信号通过 施加电压于液晶元件而进行显示驱动，并将所有形成于像素中的驱动元 件共同地连接于分配给该像素的对应信号线对；b. 形成所述液晶元件和电容元件，使二者共同地连接于对应的驱动 元件，并使液晶元件与电容元件之间的电容比在多个子像素之间各不相 同；以及
c. 形成公共电容线，使该电容线连接于像素中的所有电容元件的与 驱动元件相对的一端。
在此，液晶元件是这样形成的将包含可聚合单体和液晶分子的液 晶层密封在一对在相向的内表面上分别具有配向膜的电极基板之间后， 利用液晶元件与电容元件之间的电容的比(电容比)的不同，在所述一 对电极基板之间将各不相同的电压施加在多个子像素上时，使像素中的 所有单体在施加电压期间由一个操作聚合。需要注意，上述步骤a到c可
同时进行，或可单独进行。当单独进行时，处理顺序在步骤a到c之中可 任意确定。
在本发明实施例的制造液晶显示单元的第二方法中，通过由所有子 像素共用一条公共电容线，借助于子像素之间各不相同的电容比，在一 对电极基板之间对各子像素施加各不相同的电压，从而液晶分子相对于 电极基板的法线预倾成在子像素之间各不相同的角度。当液晶层中的单 体在这样的条件下聚合时，就形成了附着于电极基板的与液晶层接触的 一侧的聚合物。聚合物结构带来使液晶分子保持预倾状态的效果。因此， 非驱动状态中液晶分子的预倾角在子像素之间各不相同。
根据本发明实施例的第一和第二液晶显示单元，液晶元件中所包括 的液晶分子具有在多个子像素之间各不相同的预倾角，从而当各个子像 素中的液晶元件被显示驱动时，可以减轻从斜向看显示屏时的伽马 (gamma)特性的变化，从而改善了亮度的视角特性。这样，各个像素 中的多个子像素基于从公共信号线对传来的信号一起进行显示驱动，因 此，与使用从不同信号线所施加的不同驱动电压单独地显示驱动多个子 像素的情况相比，可以减少信号线对的数目，从而提高了开口率，且还 可减少驱动多余信号线的驱动器的数目，从而变得紧凑。
此外，根据本发明实施例的第一液晶显示单元，驱动元件关闭时， 多个子像素之间各不相同的电位经单独的电容线施加于子像素中所包括的液晶元件，这样，在制造过程中可以简单而准确地设置各个子像素所 特有的预倾角。因此，可呈现优秀的亮度视角特性。
本发明实施例的第二液晶显示单元配置成，当驱动元件关闭时，利 用子像素之间电容比的不同，将互不相同的电位通过公共电容线施加于 各个子像素中的液晶元件上。以此配置，如第一液晶显示单元一样，在 制造过程中可以简单而准确地设置各个子像素所特有的预倾角。因此， 可呈现优秀的亮度视角特性。
根据本发明的制造液晶显示单元的第一方法，与各个子像素一一对 应而设置了电容线，且将子像素之间各不相同的电压施加在一对电极基 板之间，从而各个子像素的液晶层中所包括的液晶分子可预倾成给定的 角度。然后，在这样的条件下由一个操作(不沿时间轴分开)将液晶层中的 单体聚合。这样，可以使各个子像素的预倾角的设置比起使用光掩模等 分别地(沿时间轴分开)对各个子像素进行单体聚合的情况更简单而准确。 这种情况下无需使用信号线对。因此，实现配置简单的具有多像素结构 的液晶显示单元变得相对容易，所述液晶显示单元中可呈现优秀的亮度 视角特性。
根据本发明的制造液晶显示单元的第二方法，子像素之间各不相同 的电压通过利用各不相同的电容比由所有子像素共用的公共电容线在一 对电极基板之间施加，从而各个子像素的液晶层中所包括的液晶分子可 预倾成给定的角度。由于在这样的条件下由一个操作(不沿时间轴分开) 将液晶层中的单体聚合，故可以使各个子像素的预倾角的设置比起使用 光掩模等分别地(沿时间轴分开)对各个子像素进行单体聚合的情况更简 单而准确。这种情况下无需使用信号线对。因此，实现配置简单的具有 多像素结构的液晶显示单元变得相对容易，所述液晶显示单元可呈现优 秀的亮度视角特性。
本发明的其它的和进一步的目的、特性与优点将从下述描述中更充 分地体现。


图l是表示本发明第一实施例的液晶显示器的整体结构的框图。图2是表示图1所示像素的详细结构的电路图。
图3是表示图2所示的液晶元件中所设的像素电极的配置的平面图。
图4是图1所示的液晶显示器的沿图3的IV-IV线的剖面图。
图5是解释液晶分子的预倾角的示意图。
图6是本发明实施例的另一配置示例的剖面图。
图7是解释图1的液晶显示器的液晶显示单元的制造方法的流程图。
图8是解释图1的液晶显示器的液晶显示单元的制造方法的剖面图。
图9是解释图8步骤之后的步骤的剖面图。
图10是表示本发明第二实施例的液晶显示器的液晶显示单元中的像 素的详细配置的电路图。
图11是表示现有技术中视频信号的灰度级与液晶显示器的LCD板前 方和LCD板45。方向的亮度比之间的典型关系的特性图。
图12是表示现有技术的液晶显示器的液晶显示单元的像素结构的电 路图。
图13是表示现有技术的多像素结构中视频信号的灰度级与各子像素 的显示模式之间的关系示例的平面图。
图14是表示现有技术的另一液晶显示器的液晶显示单元的像素结构 的电路图。
具体实施例方式
以下参照附图详细说明本发明的实施例。
第一实施例
图1表示作为本发明第一实施例的液晶显示器(LCD1)的整体结构。液 晶显示器1包括液晶显示面板2、背光部3、图像处理部4、基准电压产生 部5、数据驱动器6、栅极驱动器7、时间控制部8以及背光驱动器9。
背光部3是用于照亮液晶显示面板2的光源，并配置为具有CCFL(冷 阴极荧光灯)、LED(发光二极管)等。液晶显示面板2基于视频信号Din通过调节从背光部3根据数据驱动 器6提供的驱动电压而发出的光显示图像，数据驱动器6根据从后述的栅 极驱动器7提供的驱动信号而提供驱动电压。液晶显示面板2包括多个整 体上形成矩阵的信号线对(栅极线G和数据线D)和多个沿着栅极线G与数 据线D排列的像素IO，其中每个信号线对的两条信号线彼此交叉地延伸。 栅极线G是用于逐行选择需要驱动的像素10的电气布线，数据线D是提供 从数据驱动器6施加到需要驱动的像素10的驱动电压的电气布线。像素IO 包括对应于R(红)、G(绿)及B(蓝)的彩色像素，即红、绿及蓝滤色器(未示 出)所分别连接用于发射红、绿及蓝显示光的像素。各个像素10包括电路， 该电路包括两个子像素(后述的像素10A与10B)。像素电路的配置将参照 图2和图3详细描述。
图像处理部4基于从外部传进来的视频信号Din进行具体的图像处理 以便产生视频信号D1作为RGB信号。
基准电压产生部5提供后述的D/A(数/模)转换所用的基准电压Vref给 数据驱动器6。具体地，基准电压Vref包括从黑电压(如后述的当灰度级是 "零"时的亮度等级的电压)到白电压(例如后述的当灰度级是"255"时 的亮度等级的电压)的多个基准电压。在本实施例中，基准电压Vre依各
R、 G及B像素中共用。基准电压产生部5通常形成为其中多个电阻器串联 的阻抗树结构。
栅极驱动器7基于时间控制部8的时间控制，沿着未示出的扫描线(栅 极线G)逐行驱动液晶显示面板2中的各像素10。
数据驱动器6基于视频信号D1提供驱动电压，该驱动电压从图像处理 部4经由时间控制部8提供给液晶显示面板2的各个像素10(更具体地，提 供给各个像素10的子像素10A与10B)。具体地，数据驱动器6产生视频信 号(上述驱动电压)作为由使用从基准电压产生部5提供的基准电压Vre树 视频信号D1进行D/A转换得到的模拟信号，并分别输出该信号给像素IO。
背光驱动器9控制背光部3的照明操作。时间控制部8控制栅极驱动器 7和数据驱动器6的驱动时间，并提供视频信号D1给数据驱动器6。接下来，参照图2和图3详细说明各像素10中所形成的像素电路的配 置。图2是像素10中所形成的像素电路的电路图的示例。图3是像素电路 中的液晶元件中所设的像素电极的平面配置的示例。
像素10是多像素结构，其中两个子像素10A与10B构成像素10。子像 素10A包括作为主电容元件的液晶元件12A和辅助电容元件13A，像素 10B具有作为主电容元件的液晶元件12B和辅助电容元件13B。对应子像 素10A和10B，分别设有薄膜晶体管(TFT)11A与11B。液晶元件12A和辅 助电容元件13A并联于TFT元件11A,液晶元件12B和辅助电容元件13B并 联于TFT元件11B。
每个像素10连接于一对栅极线G和数据线D和两条作为提供具体基 准电位给辅助电容元件13A和13B的对向电极侧的总线的辅助电容线CL1 和CL2。 TFT元件11A和11B连接于由TFT元件11A和11B所共用的公共栅 极线G和公共数据线D。
液晶元件12A和12B作为根据驱动电压进行显示操作(发出显示光)的 显示元件，该驱动电压从数据线D分别经由TFT元件11A和11B提供给液 晶元件12A和12B的一端。液晶元件12A和12B包括由VA模式液晶材料构 成的液晶层40(以后将描述之)和一对将该液晶层40夹于其中的电极(像素 电极20和对向电极30，如后所述)。优选地，液晶元件12A的电容(LC电容 Clcl)与液晶元件12B的电容(LC电容Clc2)彼此相等。像素电极20(由图2 中的附图标记P1A和P1B所表示的一侧的电极)连接于TFT元件11A和11B 的源极和辅助电容元件13A和13B的一端。对向电极30(与图2中的附图标 记P1A和P1B所示的相对一侧的电极)接地。像素电极20具有例如图3所示 的平面配置，且由对应于子像素10A的像素电极20A和对应于子像素10B 的像素电极20B构成。以下说明液晶元件12A和12B的详细配置。
辅助电容元件13A和13B是用于提升液晶元件12A和12B的存储电荷 的稳定性的电容元件，并分别具有辅助电容Csl和Cs2。优选地，辅助电 容Csl与辅助电容Cs2之间的比与子像素10A和子像素10B之间的面积比 是相同的，以便尽量降低子像素10A中的馈通电压与子像素10B中的馈通 电压之间的差异，从而避免子像素10A中最佳反电压(像素电极20与对向 电极30之间的电位差)与子像素10B中最佳反电压之间的不一致。辅助电容元件13A的一端(电极之一)连接于液晶元件12A的一端和TFT元件11A 的源极，另一端(对向电极)连接于辅助电容线CL1。辅助电容元件13B的 一端(电极之一)连接于液晶元件12B的一端和TFT元件11B的源极，另一端 (对向电极)连接于辅助电容线CL2。
TFT元件11A通常由M0S-FET(金属氧化物半导体场效应晶体管)构 成，其中栅极连接于栅极线G，源极连接于液晶元件12A的一端和辅助电 容元件13A的一端，漏极连接于数据线D。 TFT元件11A作为开关元件用 于根据视频信号D1提供驱动电压给液晶元件12A和辅助电容元件13A的 一端。具体地，TFT元件11A配置为根据从栅极驱动器7经栅极线G提供的 选择信号在数据线D与液晶元件12A和辅助电容元件13A的一端之间有选 择地建立电连接。
类似地，TFT元件11B通常由M0S-FET构成，其中栅极连接于栅极线 G，源极连接于液晶元件12B的一端和辅助电容元件13B的一端，漏极连 接于数据线D。 TFT元件11B作为开关元件用于根据视频信号D1提供驱动 电压给液晶元件12B的一端和辅助电容元件13B的一端。具体地，TFT元 件11B配置为根据从栅极驱动器7经栅极线G提供的选择信号在数据线D 与液晶元件12B和辅助电容元件13B的一端之间有选择地建立电连接。
接下来，参照图4解释液晶元件12A和12B的详细配置。图4是表示沿 图3的IV-IV线从箭头所示的方向看去的包括液晶元件12A和12B的液晶显 示器l的主要部分的剖面图。
液晶显示器1配置为液晶层40隔着配向膜23和33设置于TFT基板22 与CF(滤色器)基板32之间。液晶层40中包括两个或更多液晶分子40A，且 液晶分子的预倾角在对应于子像素10A的区域和对应于子像素10B的区 域之间是不同的。需要注意，如图5所示，当垂直于基板平面的方向定义 为"Z"时，预倾角是"Z"方向与液晶分子40A的长轴"D"之间的倾角 6。尽管液晶显示器l中的基板之间设有多个像素，但以下图6、图8、图 9中仅示出一个像素以避免描述复杂，且图4、图6、图8和图9中省略对TFT 基板22和CF基板32的详细配置的描述。TFT基板22通常配置为多个像素电极20在玻璃基板21上排列为矩 阵。TFT基板22还包括分别驱动多个像素电极20的TFT元件11A和11B(图4 中未示出)、连接于TFT元件11A和11B的栅极线和源极线(图4中未示出) 等。在玻璃基板21上为各个子像素10A和10B设置像素电极20，且像素电 极20通常由诸如ITO(铟锡氧化物)等透明导电材料制成。例如图形化为类 似条纹状或V状的狭缝部24(未形成电极的部分)形成于各个子像素中的 像素电极20中。
CF基板32配置为在玻璃基板31上红(R)、绿(G)及蓝(B)滤色器(未示 出)例如以条纹的形式排列，且对向电极30排列为几乎遍布有效显示区。 对向电极30通常由诸如ITO(铟锡氧化物)等透明导电材料制成。图形化为 类似于上述像素电极20的狭缝部24的狭缝部34形成于各个子像素中。这 样，形成于像素电极20和对向电极30中的狭缝部24和34在堆积方向(垂直 于基板平面的方向)上非彼此面对面地布置。以此配置，当施加驱动电压 时，电场相对于液晶分子40A的长轴斜向施加，从而对电压的响应提高。 而且，由于配向方向彼此不同的两个或多个区域形成于一个像素中，故 视角特性得到提升。
液晶层40由垂直配向液晶材料构成，且通常包括具有负的介电常数 各向异性的液晶分子40A和聚合物结构40B，聚合物结构40B将液晶分子 40A保持在与配向膜23和33的界面的附近。液晶分子40A具有在长轴方向 的介电常数小于在短轴方向的介电常数的特性。由于该特性，当驱动电 压为OFF (断电)时，液晶分子40A对齐为其长轴垂直于基板；当驱动电 压为ON (接电)时，液晶分子40A对齐为其长轴平行于基板。聚合物结 构40B由聚合物材料制成，聚合物材料例如是由诸如乙氧基化的双酚二丙 烯酸酯(ethoxylatedbiphenoldiacrylate，具体地，新中村化学制的"NK ESTERA-BP-2E"(商标名))等的单体聚合而成。
子像素10A中的由聚合物结构40B保持的液晶分子40A的预倾角大于 子像素10B中的。优选地，子像素10A中的液晶分子40A具有例如10。的 预倾角ei。以此配置，可有效提升在低等级灰度级时对电压的响应。
同时，子像素10B中的液晶分子40A具有0。的预倾角6 2。即，液晶 分子40A的长轴方向与基板平面垂直地配向。如图6所示，即使当子像素10B中的液晶分子40A的预倾角9 2大于0° ，只要预倾角62小于子像素 10A中的液晶分子40A的预倾角9 1(0 1>6 2)就可以。
配向膜23和33通常由诸如聚酰亚胺等有机材料制成，并是使液晶分 子40A与基板平面垂直地配向的垂直配向膜。可对配向膜23、 33进行诸如 研磨等处理以调整其配向。
接下来，参照图1到图4详细描述具有该配置的本实施例的液晶显示 器1的操作。
如图1所示，在液晶显示器l中，来自外部的视频信号Din由图像处理 部4处理以产生用于各个像素10的视频信号D1。视频信号D1经由时间控 制部8提供给数据驱动器6。数据驱动器6使用由基准电压产生部5提供的 基准电压Vre树视频信号Dl进行D/A转换，生成模拟视频信号。随后，基 于模拟视频信号，驱动电压从栅极驱动器7和数据驱动器6施加给各个像 素10中的子像素10A和10B，从而逐行地为各个像素10进行显示驱动操 作。具体地，如图2和图3所示，TFT元件11A和11B的0N/0FF根据从栅极 驱动器7经栅极线G提供的选择信号而开关，从而在数据线D与液晶元件 12A和12B之间以及数据线D与辅助电容元件13A与13B之间有选择地建 立电连接。因此，基于从数据驱动器6提供的模拟视频信号，驱动电压施 加于液晶元件12A和12B以及辅助电容元件13A和13B，从而进行显示驱 动。
随后，在从数据线D到液晶元件12A和12B并从数据线D到辅助电容 元件13A和13B建立电连接的像素10中，发自背光部3的照明光通过液晶 显示面板2调整并作为显示光输出。这样，基于视频信号Din，在液晶显 示器l上显示图像。
由于如图4所示的液晶显示器1中的液晶分子40A的预倾角在子像素 10A与子像素10B之间彼此不同，基于模拟视频信号，各个像素10以空间 上分成子像素10A和10B这两部分的方式被显示驱动，从而子像素10A与 IOB之间在任何等级的灰度级时亮度都不相同。即，当各个像素10中的液 晶元件12A和12B被显示驱动时，可以减轻从斜向看屏幕时的伽马特性的 变化，从而改善了亮度的视角特性。这样，由于各个像素10中的子像素10A和10B基于从公共数据线D和栅极线G传来的信号一起被显示驱动， 故与使用从不同信号线施加的不同驱动电压单独地显示驱动多个子像素
的情况相比，可以减少信号线对的数目，从而提高了开口率，此外，还 可减少驱动多余信号线对的驱动器的数目，从而变得紧凑。由于对应子 像素10A和10B分别设有TFT元件11A和11B，显得妨碍了开口率的提高， 然而事实上，TFT元件11A和11B是由两个子像素共用的普通TFT元件的 一半大小，从而从整体来看由TFT元件所占据的面积没有差异。
接下来，参照图7的流程图以及图8和图9的剖面图解释液晶显示器1 的制造方法。需要注意，为了简化，图8和图9中仅示出一个像素。
首先，制作TFT基板22和CF基板32(步骤S101)。具体地，通过在玻璃 基板21上依次形成栅极线G、栅极绝缘膜、非晶硅、数据线D以及最终保 护膜(这些均未示出)而制作出TFT元件11A和11B。然后，将各个具有狭缝 部24的像素电极20A和20B形成于对应于子像素10A和10B的区域并分别 与TFT元件11A和11B连接，从而得到TFT基板22。此时，与TFT元件11A 和11B同时形成辅助电容元件13A和13B以及辅助电容线CL1和CL2。另一 方面，滤色器(未示出)和具有狭缝部34的对向电极30形成于玻璃基板31 的规定位置，从而得到CF基板32。
如图8所示，形成TFT基板22和CF基板32之后，在TFT基板22与CF基 板32之间隔着配向膜23和33将液晶层40密封于TFT基板22与CF基板32之 间(步骤S102)。
具体地，通过诸如在基板上涂敷垂直配向剂或印刷并焙烧垂直配向 膜的处理，配向膜23形成于像素电极20的表面上而配向膜33形成于对向 电极30的表面上。另外，作为构成液晶层40材料的液晶材料通过混合液 晶分子40A和单体40C而制得。单体40C具有在紫外线照射下聚合而变成 聚合物40B(自由基聚合)的性质。而且，可对液晶材料添加光聚作用引发 剂(自由基聚合引发剂)等。随后，用于确定元件间隙的诸如塑料珠等的间 隔确定突起物散布于TFT基板22和CF基板32的配向膜23和33之一的表 面。然后，通过丝网印刷法，使用环氧粘合剂等来印刷密封部。之后， TFT基板22和CF基板32以其中间的间隔确定突起物和密封部结合到一起，使得配向膜23和33面向彼此，随后上述液晶材料注入其中。然后， 通过加热和硬化密封部将液晶材料密封于TFT基板22与CF基板32之间。
接下来，如图9所示，通过一次分别在像素电极20A与对向电极30之 间施加电压Vcsl和在像素电极20B与对向电极30之间施加电压Vcs2而施 加特定的电场给液晶层40，从而使液晶分子40A倾斜(步骤103)。具体地， 在TFT元件11A和11B关闭且从数据线D施加的电压设置为0V的条件下， 通过将辅助电容线CL1和CL2的基准电位设定为彼此不同的值，使互不相 同的电压Vcsl和Vcs2分别施加到子像素10A和10B。这样，电场以与玻璃 基板21和31的表面形成特定角度的方向施加，从而使液晶分子40A配向为 相对于玻璃基板21、 31的法线方向以给定方向倾斜。这里需要注意，在 对应于子像素10A的区域和对应于子像素10B的区域的液晶分子的倾角 是不同的。预倾角e l和9 2可通过适当调整电压Vcsl和Vcs2的值加以控 制。图9图示了当在像素电极20B和对向电极30之间施加的电压Vcs2设置 为零以使子像素10B中的液晶分子40A的预倾角0 2设置为零度的情形。
此外，例如在保持施加电压Vcsl和Vcs2的同时，以紫外光UV从TFT 基板22的外侧照射液晶层40以便使单体40C聚合，从而形成附着于配向膜 23和33的表面的聚合物40B(步骤S104)。这样形成的聚合物40B化学结合 于配向膜23和33并具有保持非驱动状态中在液晶层40中与配向膜23、 33 的界面附近的液晶分子40A的预倾角e l和6 2的功能。需要注意，也可在 形成聚合物40B之后连接辅助电容线CL1和CL2。
通过上述制造过程可得到液晶显示器l。于是，根据本发明的液晶显 示器的制造方法，对应子像素10A和10B分别设有辅助电容线CL1和CL2， 然后使用辅助电容线CLl和CL2施加不同的电压Vcsl和Vcs2给各子像素 IOA和IOB，且在包括于各子像素10A和10B的液晶层40中的各液晶分子 40A倾斜成特定角度的同时(时间上不分开)一次将液晶层40中的单体40C 聚合。这样，与对各子像素使用光掩膜等有选择地(时间上分开)进行聚合 的情况相比，可以更简单而准确地确定各子像素10A和10B的预倾角0 1 和6 2。由于当时不需要数据线D和栅极线G，故不必分别为子像素10A 和10B提供数据线D和栅极线G。因此，可以实现结构更简单且具有多像 素结构的液晶显示器l，多像素结构可展示出优秀的亮度视角特性。辅助电容线CL1和CL2用作仅在制造过程中彼此独立的电极，而在制造之后， 用作具有相同电位的电极，以使现有技术的驱动系统可应用于该液晶显
不器o
第二实施例
接下来，参照图10解释本发明的第二实施例。图10是本发明的液晶 显示器的各个像素10中所形成的像素电路的配置示例。
在本实施例中，辅助电容线CL由子像素10A和10B所共用，辅助电容 元件13A的辅助电容Csl与辅助电容元件13B的辅助电容Cs2的比，即 "Csl/Cs2"与各个像素10中子像素10A与子像素10B的面积比不同。即 "Clcl/Csl"与"Clc2/Cs2"不同，"Clcl/Csl"表示液晶元件12A的电容 (LC电容Clcl)与辅助电容元件13A的电容(辅助电容Csl)的比，"Clc2/Cs2" 表示液晶元件12B的电容(LC电容Clc2)与辅助电容元件13B的电容(辅助 电容Cs2)的比。需要注意，除了上述几点，本实施例的液晶显示器具有 与第一实施例的液晶显示器l相同的配置。因此，本实施例的液晶显示器 具有与上述第一实施例一样的优秀的亮度视角特性、高开口率以及紧凑 的结构。具体地，各个像素10中，由于子像素10A和10B—起共用一条辅 助电容线CL而不是分别为子像素10A和10B提供辅助电容线CL1和CL2， 故从整体上看辅助电容线可减少(减半)，从而可实现更紧凑的结构。
现在参照图10的电路图以及图7的流程图和图8与图9的剖面图解释 本实施例的液晶显示器的制造方法。需要注意，对与上述第一实施例不 同的地方将详细说明，而适当地省略其它说明。
与第一实施例相同，首先在作成TFT基板22和CF基板32(步骤S101) 之后，在TFT基板22与CF基板32之间隔着配向膜23和33将液晶层40密封 于TFT基板22与CF基板32之间(步骤S102)。随后，如图9所示，通过同时 在像素电极20A和对向电极30之间施加电压Vcsl且在像素电极20B和对 向电极30之间施加电压Vcs2，施加特定电场于液晶层40，从而使液晶分 子40A倾斜配向(步骤S103)。具体地，在TFT元件11A和11B关闭且从数据 线D施加的电压设置为OV的条件下，互不相同的电压Vcsl和Vcs2借助于 辅助电容线CL分别施加于子像素10A和10B。这样，在本实施例中，通过设置辅助电容线CL的电位为零之外的任何值，可以根据辅助电容元件 13A的辅助电容Csl与辅助电容元件13B的辅助电容Cs2的比而施加电压 Vcsl和Vcs2于子像素10A和10B。因此，以与玻璃基板21和31的表面形成 特定角度的方向产生直流电场，从而使液晶分子40A相对于玻璃基板21 和31的法线配向为以给定方向倾斜。因此，可以适当地确定辅助电容Csl 与辅助电容Cs2的比并调整电压Vcsl和Vcs2的值，从而可以控制液晶分子 40A的预倾角6 l和0 2的值。而且，在保持施加电压Vcsl和Vcs2的同时， 通过施加紫外光UV将单体40C聚合，以形成附着于配向膜23和33的表面 的聚合物40B(步骤S104)。于是，通过上述制造过程完成本实施例的液晶 显不器°
本实施例的液晶显示器的制造方法也可得到与上述第一实施例的相 同的效果。然而，为了尽可能降低子像素10A和子像素10B之间的馈通电 压的差异，以避免本实施例中子像素之间的反电压(像素电极20与对向电 极30之间的电位差)的最佳值之间的不一致，有必要使TFT元件11A的栅 极与子像素10A之间的寄生电容Cgs(未示出)与TFT元件llB的栅极与子 像素10B之间的寄生电容Cgs不同。从这个观点来看，上述第一实施例的 液晶显示器更适于简单且容易地制造。
如上所述，已参照一些实施例描述了本发明，但是本发明不局限于 上述实施例，而是可进行各种变更。例如，虽然上述实施例中解释了一 个像素由两个子像素构成的情况，但是本发明不局限于此，可配置为一 个像素由三个或更多个子像素构成。
在上述实施例中，可聚合单体包括于液晶层中然后聚合以形成聚合 物结构，但不局限于此。例如，还可通过聚合配向膜中的可聚合单体而 形成聚合物结构。
在上述实施例中，尽管解释了使用VA模式的液晶元件的情况，但是 本发明不局限于此，本发明还适合例如使用TN模式的液晶元件的情况。
显而易见，按照上述说明可以对本发明做出许多修改和变化。因此 本领域技术人员应该明白，在所附权利要求书的范围内，本发明可以以 所具体描述的方式之外的方式实施。
权利要求
1. 一种液晶显示单元，其包括信号线对，该信号线对中的两条信号线彼此交叉延伸；像素，其对应所述信号线对而设并配置有多个子像素，各个子像素包括液晶元件和电容元件；驱动元件，其对应各个所述子像素而设，连接于分配给所述像素的对应信号线对，并基于视频信号通过施加电压给所述液晶元件进行显示驱动；以及电容线，其为各个所述子像素而设并连接于所述电容元件的一端，其中，所述电容元件的另一端与所述液晶元件一同连接于所述驱动元件，并且所述液晶元件包括在构成一个像素的所述多个子像素之间预倾角有所不同的液晶分子。
2. —种液晶显示单元，其包括信号线对，该信号线对中的两条信号线彼此交叉延伸；像素，其对应所述信号线对而设并配置有多个子像素，各个子像素包括液晶元件和电容元件；驱动元件，其对应各个所述子像素而设，连接于分配给所述像素的对应信号线对，并基于视频信号通过施加电压给所述液晶元件进行显示驱动；以及电容线，其为各个所述子像素而设，并共同连接于所述多个子像素 中的所有的各个所述电容元件的一端， 其中，所述电容元件的另一端与所述液晶元件一同连接于所述驱动元件， 所述液晶元件与所述电容元件之间的电容比在构成一个像素的所述多个子像素之间有所不同，并且所述液晶元件包括在构成一个像素的所述多个子像素之间预倾角有所不同的液晶分子。
3. —种液晶显示单元的制造方法，所述液晶显示单元包括信号线对 以及对应该信号线对而设的并配置有多个子像素的像素，所述信号线对 中的两条信号线彼此交叉延伸，所述各个子像素包括液晶元件和电容元件，该方法包括下述步骤为各个所述子像素形成驱动元件，所述驱动元件根据视频信号通过 施加电压给所述液晶元件而进行显示驱动，然后将形成于所述像素中的 所有所述驱动元件共同地连接于分配给该像素的对应信号线对；形成所述液晶元件和所述电容元件，使二者共同地连接于对应的驱 动元件；以及为各个所述子像素形成电容线，使该电容线连接于所述电容元件的 与所述驱动元件相对的一端， 其中，所述液晶元件这样形成将包含可聚合单体和液晶分子的液晶层密 封在一对在相向的内表面上分别具有配向膜的电极基板之间后，利用所 述电容线，在所述一对电极基板之间将各不相同的电压施加在多个子像 素上时，使像素中的所有单体在施加电压期间由一个操作聚合。
4. 一种液晶显示单元的制造方法，所述液晶显示单元包括信号线对 以及对应该信号线对而设的并配置有多个子像素的像素，所述信号线对 中的两条信号线彼此交叉延伸，各个子像素包括液晶元件和电容元件， 该方法包括下述步骤为各个所述子像素形成驱动元件，所述驱动元件根据视频信号通过 施加电压给所述液晶元件进行显示驱动，然后将形成于所述像素中的所 有所述驱动元件共同地连接于分配给该像素的对应信号线对；形成所述液晶元件和所述电容元件，使二者共同地连接于对应的驱 动元件，并使所述液晶元件与所述电容元件之间的电容比在所述多个子 像素之间有所不同；以及形成公共电容线，使得该公共电容线连接于所述像素中的所有的各 个所述电容元件的与所述驱动元件相对的一端，其中，所述液晶元件这样形成将包含可聚合单体和液晶分子的液晶层密封在一对在相向的内表面上分别具有配向膜的电极基板之间后，利用液 晶元件与电容元件之间的电容比的不同，在所述一对电极基板之间将各 不相同的电压施加在多个子像素上时，使像素中的所有单体在施加电压 期间由一个操作聚合。
全文摘要
本发明提供了亮度视频特性优良的液晶显示单元及其制造方法。该液晶显示单元包括信号线对，该信号线对中的两条信号线彼此交叉延伸；像素，其对应所述信号线对而设并配置有多个子像素，各个子像素包括液晶元件和电容元件；驱动元件，其对应各个所述子像素而设，连接于对应的信号线对，并基于视频信号通过施加电压给液晶元件进行显示驱动；以及电容线，其为各个所述子像素而设并连接于其电容元件的一端，其中，所述电容元件的另一端与所述液晶元件一同连接于所述驱动元件，并且所述液晶元件包括在构成一个像素的所述多个子像素之间预倾角有所不同的液晶分子。以此配置，可经各条电容线对各子像素施加彼此不同的电位，从而可简单而准确地设置预倾角的差异。
文档编号G02F1/1362GK101452171SQ20081017893
公开日2009年6月10日 申请日期2008年12月5日 优先权日2007年12月6日
发明者上田一也, 镰田豪 申请人:索尼株式会社