液晶显示装置的制作方法

专利名称：液晶显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种液晶显示装置，特别涉及一种广视角的液晶显示装置。
背景技术：
液晶显示装置利用液晶分子在不同排列的状态下，对于光线具有不同的偏振或折 射效果的特性来控制光线的穿透量，进而使液晶显示装置得以产生影像。一般而言，传统扭转向列型(Twisted Nematic, TN)液晶显示装置因受到液晶分 子结构与光学特性的影响，导致其视角非常狭窄。为了解决此问题，近来使用者已开发出 其它种形态的广视角液晶显示装置，例如多区域垂直配向型(Multi-domain Vertical Alignment, MVA)液晶显示装置和图案垂直配向型(Patterned Vertical Alignment, PVA) 液晶显示装置等。为了增加液晶显示装置的视角，使用者可利用多区域垂直配向技术将一个像素分 隔成多个区域，使位于不同区域的液晶分子能够朝不同方向倾倒。如图1所示，图1示出了传统多区域垂直配向型液晶显示装置1。该液晶显示装 置1包括两个基板11、12以及液晶层13，液晶层13设置于基板11、12之间。基板11是驱 动基板，在基板11上形成有像素电极111、行导线(图未示)、列导线(图未示)、薄膜晶体 管(图未示)等组件。基板12是对向基板，在基板12上形成有对向电极121、彩色滤光体 (图未示)等组件。基板11、12分别具有配向膜112、122来将液晶层13的液晶分子垂直配向，另外， 基板11、12各具有凸起结构113、123，该凸起结构113、123彼此相对，凸起结构113、123位 于像素电极111与对向电极121之间。当将电位差施加于两个基板11、12时，液晶层13处 于此电位差产生的电场中，液晶层13的液晶分子受到电场和凸起结构113、123的影响而会 朝不同方向倾倒。然而，从液晶显示装置1的出光面或是入光面来看，由于凸起结构113、123是位 于像素的像素电极的边界内，所以凸起结构113、123会影响开口率；而且，凸起结构113、 123之间的液晶分子不受电场影响而不倾倒，此现象造成各像素中存在奇异点(singular point)，使得液晶显示装置1呈现的影像有所瑕疵。因此，如何提供一种无奇异点的广视角液晶显示装置，已成为重要课题之一。

发明内容
鉴于上述课题，本发明的目的为提供一种无奇异点的广视角液晶显示装置。根据本发明的一种液晶显示装置具有至少一个显示区域，该液晶显示装置包括 第一基板、第二基板以及液晶层，第一基板具有至少一个像素单元以及至少一个第一定向 结构，像素单元具有像素电极，像素电极位于显示区域之中，第一定向结构位于显示区域之 外，第二基板与第一基板相对而设，液晶层设置于第一基板与第二基板之间并添加有旋旋 光性物质，第一定向结构将液晶层的一部分液晶分子朝像素单元内部或外部倾斜。
第一定向结构设置于第一基板或第二基板。在实施例中，第一定向结构造成的预 倾角为5 80度，使得液晶层的一部分液晶分子由垂直于第一基板或第二基板改为朝像素 单元内部或外部倾斜约5 80度。举例来说，以第一定向结构设置于第一基板的情况来说，从第一基板与第二基板 的剖面来看，当液晶层没有被施加电场时，液晶层的一部分的液晶分子受到第一定向结构 的影响并非垂直于第一基板而是倾斜于第一基板，另一部分液晶分子是大约垂直于第一基 板。另一方面，当液晶层被施加电场时，液晶层的子层中的液晶分子是排列呈同心圆 图案、或螺旋状图案、或环形图案。举例来说，从液晶显示装置的第一基板或第二基板来看， 液晶层从第一基板至第二基板逐层的变化，在显示区域中，液晶层内平行于第一基板或第 二基板的子层中的液晶分子不会全都朝同一个方向倾倒而是会朝各方位角倾倒。这种液晶 分子的倾倒型式会改善方位角的依存性，因而比以往垂直配向型液晶显示装置有更优的广 视角效果。而且，当液晶层被施加电场时，液晶层的液晶分子从第一基板至第二基板逐渐扭 转。举例来说，从第一基板与第二基板的剖面来看，液晶分子的扭转程度或倾倒程度随电场 强度的大小而变化。举例来说，当液晶层被施加较低的电场时，液晶层的液晶分子从第一基板至第二 基板逐渐以旋转及倾倒方式至水平后又逐渐旋转和站立；当液晶层被施加的电场增加为较 高的电场时，液晶层的液晶分子从第一基板至第二基板逐渐以旋转及倾倒方式至水平，然 后逐渐仅在水平方向旋转，而后又逐渐旋转及站立。液晶分子从第一基板至第二基板扭转至少90度，因此，液晶显示装置具有扭转向 列型液晶显示装置的优点利用液晶分子的旋旋光性来增加光穿透率。另外，液晶层的子层的液晶分子倾倒呈水平，并且在平行于第一基板的平面上旋 转，旋转的程度随电场强度而变化。液晶层的液晶分子为向列液晶材料，例如是介电各向异性的向列液晶材料。液晶 层添加有旋旋光性物质，例如添加手性剂(chiral)，使得液晶分子能够沿轴向扭转从而具 有旋旋光性。为了让液晶分子能有足够的空间扭转，液晶层厚度与手性剂的节距(pitch) 的比值的范围是0. 16 0. 42。第一定向结构是凸出物或凹陷物，当其设置于第一基板时，其可以由第一基板上 的行导线或列导线所形成，或是由像素电极的缺口形成，或是由额外的组件所形成。当第一 定向结构设置于第二基板时，其可由第二基板的一对向电极的缺口所形成，或是由黑色矩 阵所形成，或是由额外的组件所形成。另外，液晶显示装置可包括第二定向结构，第一定向结构与第二定向结构分别设 置于不同的基板。例如第一定向结构设置于第一基板，第二定向结构设置于第二基板。第 二定向结构将液晶层的一部分液晶分子朝像素单元内部或外部倾斜。在实施例中，第二定 向结构造成的预倾角为5 80度，使得液晶层的一部分液晶分子由垂直于第二基板改为朝 像素单元内部或外部倾斜约5 80度。举例来说，当液晶层没有被施加电场时，液晶层的 一部分液晶分子是大约垂直于第二基板，另一部分的液晶分子受到第一定向结构和第二定 向结构的影响而倾斜。
第二定向结构是凸出物或凹陷物，其可由第二基板的对向电极的缺口所形成，或 是由黑色矩阵所形成，或是由额外的组件所形成。第二定向结构位于显示区域之外，其设置的位置可与第一定向结构对应，或者是 第一定向结构与第二定向结构可交错地设置。在实施例中，第一基板或第二基板还包括配向膜，配向膜将另一部分液晶分子垂 直配向，配向膜可与第一定向结构设置于同一个基板，或是设置于不同的基板。以设置于同 一个基板来说，配向膜覆盖第一定向结构，使得液晶层的一部分液晶分子朝像素单元内部 倾斜。另一方面，配向膜可不覆盖第一定向结构，使得液晶层的一部分液晶仅因第一定向结 构而倾斜。另外，第一基板或第二基板可以都具有配向膜，这些配向膜将另一部分液晶分子 垂直配向。一个或多个第一定向结构围绕在像素电极旁。例如第一定向结构的图案可以是 包围像素电极的围墙；或者是，一个像素电极旁可设有多个第一定向结构，第一定向结构设 置于像素电极的至少两个拐角旁、或至少两个侧边旁、或是至少一个拐角与至少一个侧边旁。另外，像素单元包括两个子像素区域，多个第一定向结构设置于子像素区域的至 少两个拐角旁或至少两个侧边旁。在实施例中，第一基板具有由交错的行导线与列导线所定义的多个像素单元，各 像素单元可以对应于一种颜色。一定数量的像素单元，例如三个分别对应于红色、绿色、及 蓝色的像素单元组成一个画素。另外，一个像素单元可具有多个子像素区域。在液晶层中，一个同心圆图案或螺旋状图案所占的区域可以局限在一个像素单 元、或是一个画素、或是一个像素单元的一个子像素区域、或是横跨多个子像素区域、或是 横跨多个画素等等。承上所述，因根据本发明的一种无奇异点的广视角液晶显示装置利用液晶分子的 旋旋光性来增加光穿透率，并且利用垂直配向的液晶分子来增加对比度，因而结合了传统 扭转向列型液晶显示装置和多区域垂直配向型液晶显示装置的优点，同时也避免了扭转向 列型液晶显示装置漏光较为严重的缺点。承上所述，因根据本发明的一种无奇异点的广视角液晶显示装置中，第一定向结 构是位于显示区域外，并且将液晶层的液晶分子朝像素电极内部倾斜，与传统多区域垂直 配向型液晶显示装置相比，本发明的液晶显示装置不仅克服以往奇异点的显示缺陷，同时 也能够达到广视角的效果。


图1为根据传统多区域垂直配向型液晶显示装置的示意图；图2A为根据实施例的液晶显示装置的俯视图；图2B为图2A的侧视图；图3为液晶分子旋转的示意图；图4、图5A及图5B为图2A的液晶显示装置中液晶层被施加电场的示意图；图6A至图6C为图5B中不同液晶子层的排列的示意图。
图7A至图7D为根据另一实施例的液晶显示装置的示意图；图8A及图8B为图7D的液晶显示装置的电压-穿透率曲线图；图9为根据另一实施例的液晶显示装置的示意图；图IOA及图IOB为根据另一实施例的液晶显示装置的示意图；图IlA至图IlH为根据另一实施例的定向结构的变化的示意图；图12及图13为根据另一实施例的液晶显示装置的示意图；图14A至图16为根据另一实施例的液晶显示装置的示意图；以及图17及图18为根据另一实施例的液晶显示装置的示意图。主要组件符号说明1 液晶显示装置11、12:基板111 像素电极112、122:配向膜113、123:凸起结构121:对向电极13 液晶层2、2a 2f 液晶显示装置21 第一基板211 基底212 像素单元2121 像素电极2122 薄膜晶体管2123:缺口213 行导线214:列导线215 第一配向膜2151、2152:部分216:导电栓217 导线22 第二基板221 基板222:对向电极223 第二配向膜23 :液晶层231 234:液晶分子24、24a 第一定向结构25 第一偏光板26 第二偏光板27 背光源
28、28a 第二定向结构L1 L5 子层SP”SP2 子像素区域
具体实施例方式以下将参照相关图式，说明依本发明优选实施例的一种无奇异点的广视角液晶显 示装置，其中相同的组件将以相同的参照符号加以说明。以下实施例将以透射型(transmissive)液晶显示装置说明，但透射和反射两用 型(transflective)液晶显示装置也可适用。如图2A和图2B所示，本发明优选实施例的无奇异点的广视角液晶显示装置2(以 下简称为液晶显示装置2)包括第一基板21、第二基板22、液晶层23以及多个第一定向结 构24，第二基板22与第一基板21相对而设，液晶层23设置于第一基板21与第二基板22 之间。第一基板21与第二基板22大致上互相平行。液晶层23添加有旋旋光性物质，例如 添加手性剂(chiral)，液晶层23的液晶分子会沿轴向扭转因而具有旋旋光性，该轴向平行 于第一基板21的法线。第一基板21可以是驱动基板，其包括基底211、多个像素单元212、多个行导线 (row conductor) 213、及多个列导线(column conductor) 214。为了简化说明，图示以一个 第一定向结构24和一个像素单元212为例说明。像素单元212包括像素电极2121和薄膜 晶体管2122，这些组件设置在基底211上，基底211例如是玻璃基板。像素单元212的像 素电极2121位于显示区域之中，第一定向结构24、薄膜晶体管2122、行导线213、及列导线 214位于显示区域之外。另外，各像素单元212之间可设有黑色矩阵(图未示)。第二基板22可以是对向基板，其具有基底221、对向电极222以及彩色滤光体(图 未示)，另外，各彩色滤光体之间可设有黑色矩阵(图未示)。驱动电路(图未示)透过行导线213和列导线214来控制薄膜晶体管2122，以使 数据能被写入于像素电极2121和对向电极222所形成的像素电容，被写入的资料在第一基 板21与第二基板22之间的液晶层23造成电场。像素电极2121和对向电极222是透明导 电材料，例如铟锡氧化物(ITO)。如图2B所示，第一定向结构24将液晶层23的一部分液晶分子231朝像素单元 212内部倾斜，液晶层23的另一部分液晶分子232垂直地配向。第一定向结构24造成的预倾角例如是5 80度，使得液晶层的一部分液晶分子 231由垂直于第一基板21改为朝像素单元212内部倾斜约5 80度。在此所指的预倾角 是指液晶分子231的长轴与第一基板21的法线之间的夹角。在本实施例中，第一定向结构24包围整个像素电极2121，其为凸出物。另外，第一 定向结构24不限于仅能是凸出物，其也可以是凹陷物。从第一基板21与第二基板22的剖面AA’来看，即如图2B所示，当液晶层23没有 被施加电场时，一部分的液晶分子231受到第一定向结构24的影响并非垂直于第一基板21 而是倾斜于第一基板21，液晶层23的另一部分液晶分子232是大致垂直于第一基板21。液晶层23的液晶分子为向列液晶材料，例如是介电各向异性(dielectric anisotropy)的向列液晶材料。液晶层23添加有旋旋光性物质，例如添加手性剂(chiral)，
8使得液晶分子能够沿轴向扭转因而具有旋旋光性。为了让液晶分子能有足够的空间扭转， 液晶层23厚度与手性剂的节距(pitch)的比值范围是0. 16 0.42。如图3所示，液晶分子因调配的d/p的参数而决定液晶分子在Ψ方向旋转的角 度，其中，d为液晶层23的厚度、或是单元间距(cell gap)的厚度、或是第一基板21与第 二基板22的距离，ρ为手性剂节距(chiralpitch)。第一定向结构24提供液晶分子的预倾方向，同时也协助作用力来让液晶分子排 列成轴心对称的形状，此作用力的来源例如是一个斜向的电场。如图4所示，当施加电场于 液晶层23时，在第一定向结构24处将产生倾斜电场，此倾斜电场会对第一定向结构24附 近的液晶分子产生影响，使得液晶分子往像素电极2121的内部倾倒，液晶分子的倾斜程度 因其与第一定向结构24的距离而有所不同。同时，液晶分子受旋旋光性物质的影响而从第 一基板21至第二基板22逐渐扭转，液晶分子的扭转程度或倾倒程度随电场强度的大小而 变化。另一方面，当液晶层23被施加电场时，液晶层23的子层中的液晶分子从像素电极 2121的周围往内部逐渐倾倒，使得液晶层23的子层中的液晶分子是排列呈同心圆图案、或 螺旋状图案、或环形图案。举例来说，从第一基板21或第二基板22来看，液晶层23从第一 基板21至第二基板22逐层变化，在显示区域中，液晶层23内平行于第一基板21或第二基 板22的子层中的液晶分子不会全都朝同一个方向倾倒，而是尽可能地朝各方位角倾倒，各 子层的液晶分子所排列的形状例如图6A至图6C所示。这种液晶分子的倾倒型式会改善方 位角的依存性，显示区域中的液晶分子对于所有方位角的穿透率贡献值均大致相同，因而 较以往垂直配向型液晶显示装置有更优的广视角效果。如图5A所示，图4中的液晶层23被施加低电场时，液晶层23的液晶分子从第一 基板21至第二基板22逐渐扭转，而且逐渐倾倒至水平后又逐渐站立。液晶分子沿第一基 板21的法线方向扭转的程度随电场强度而定。如图5B所示，当图5A中液晶层23被施加高电场时，液晶层23的液晶分子从第一 基板21至第二基板22逐渐扭转，而且逐渐以旋转及倾倒方式至水平、然后逐渐旋转、而后 又逐渐旋转及站立。在液晶层的各子层L1 L4中，液晶分子的排列形状受到旋旋光性物 质的影响以及第一定向结构24不同程度的影响，因此，各层液晶分子在Ψ方向旋转角度不 同，所以液晶分子的排列形状也不同。例如当液晶分子在 方向倾倒90度，在Ψ方向也 旋转90度时，液晶分子排列成一同心圆状。液晶层被施加高电场时，液晶分子从第一基板21至第二基板22扭转至少90度， 因此，液晶显示装置2具有扭转向列型液晶显示装置的优点利用液晶分子的旋旋光性来 增加光穿透率。另外，液晶层23被施加高电场时，液晶层23的子层L2中的液晶分子是倾倒呈水 平并且在平行于第一基板21的平面上旋转，旋转的程度随电场强度而变化。如图6Α至图6C所示，图6Α至图6C出示图5Β中液晶层23的各子层L1 L4的图 案。各子层L1 L4的液晶分子是以第一基板21的法线方向作为轴心而呈同心圆图案、或 螺旋状图案、或环形图案。在像素电极2121的中心附近，液晶分子排列为圆对称形状；在像 素电极2121的周围附近，液晶分子排列为边界的轮廓形状。例如像素电极2121若为矩 形，液晶分子在像素电极2121的周围附近便排列成矩形。
因第一定向结构而生的斜向电场让液晶分子排列成轴心对称的形状，进而使在不 同子层L1 L4的液晶分子，其排列形态呈现同轴心对称、彼此近似但仍不同的形状，较靠近 第一定向结构24的子层L1 L4中的液晶分子呈现螺旋状，较远离第一定向结构24的子层 L1 L4中的液晶分子呈现内圈区域为同心圆形状(圆形旋涡)，外圈区域为像素单元212 的边缘形状。另外，从第一基板21往第二基板22逐层来看，这些液晶分子受电场影响而排列为 一立体轴心对称形状。如图6A，较下层的子层L1受到第一定向结构24的影响较大，当施加高电压时，子 层L1的液晶分子在与Z轴有关的Θ方向受到邻近的第一定向结构24的影响，其会往像素 单元212的中心倾倒；在X-Y平面上Ψ方向是由旋旋光性物质来控制往顺时针或逆时针方 向旋转，使得液晶分子排列呈螺旋状。子层L1的液晶分子是以第一基板21的法线为轴而 呈螺旋状分布。如图6Β及图6C所示，较上层的液晶分子渐渐不受第一定向结构24的影响，由于 液晶分子排列的连续性，在 方向上液晶分子往像素单元212中心倾倒的幅度渐渐减弱， 在Ψ方向仍然由旋旋光性物质来控制往顺时针或逆时针方向旋转，使得液晶分子排列呈 接近同心圆的形状、或是同心圆状。如图6Β，子层L2的液晶分子也受到第一定向结构24的影响，但其程度比子层L1来 的小，因此，其分布形状虽仍是螺旋状，但比子层L1更接近同心圆。如图6C，更上层的子层L3受到第一定向结构24的影响较小，子层L3的液晶分子 是以第一基板21的法线为轴而呈同心圆分布。子层L4的液晶分子的排列分布类似于子层L1呈螺旋状分布，故此不再赘述。在本实施例中，液晶显示装置2可以是液晶显示面板，其中，液晶层23的液晶分子 在没有电场时大部分为垂直配向，因此，液晶显示装置2具有多区域垂直配向型液晶显示 装置的优点暗态够暗。而且，由于第一定向结构24是设置于显示区域之外，使得液晶分子 是朝像素电极内部倾倒，同时也因液晶层23加入旋旋光性物质，造成液晶分子旋转，使得 排列呈螺旋或同心圆图形的液晶分子在任意位置并不会造成奇异点，因而可避免在显示区 域中产生视觉缺陷的奇异点，而且也可以提高开口率。此外，由于液晶分子受电压时是由像 素电极的周围朝像素电极内部倾倒，液晶层中的液晶分子受到推挤而排列成对称形状，液 晶分子的长轴方向大致均勻地对应于各方位角，因而提高液晶显示装置2的视角范围。由 于液晶层23加入了旋旋光性物质，使得液晶显示装置2部分特性类似于扭转向列型液晶显 示装置而具有较优光穿透率的优点。另外，由于加入旋旋光性物质的液晶分子具有旋旋光性，呈扭转亮态时可使穿透 率提高；暗态时，液晶分子垂直排列使得穿透率很低，因而提高对比度。承上所述，液晶显示装置2的结构简单，但却能达到广视角、高对比等高显示质量。另外，在显示区域中因定向结构而导致像素的漏光区域比以往的广视角技术小， 因此，第一基板21可以无需设置黑色矩阵，所以有效显示区域因而增大，开口率也将提高。另外，在本实施例中，第一定向结构24是以凸出物为例说明。然而，第一定向结构 24也可以是凹陷物而并非限定于凸出的形状。另外，第一定向结构24除了是以额外组件设置之外，其可以由第一基板上的行导线或列导线所形成，或是由像素电极的缺口形成。以下将举另一实施例来说明配向膜的设置。如图7A至图7D所示，在液晶显示装置2a中，第一基板21还包括第一配向膜215， 第一配向膜215设置于像素电极2121的上而大致与第一基板21平行，第一配向膜215将 液晶分子232沿第一配向膜215的法线方向配置，使得液晶分子232大致垂直于第一配向 膜215的表面，靠近第一定向结构24的液晶分子231会朝特定方向倾斜，因而造成预倾角。如图7A所示，第一配向膜215覆盖第一定向结构24，使得液晶层23的一部分液晶 分子231朝像素单元212内部倾斜，另一部分液晶分子232垂直配向。配向膜215的一部分2151平行地设置于像素电极2121上，另一部分2152覆盖第 一定向结构24。因此，配向膜215的一部分2151将液晶分子232以大致垂直于第一基板 21的方向配置，另一方面，配向膜215的另一部分2152受到第一定向结构24的影响因而让 液晶分子231并非垂直于第一基板21，而是有所倾斜。也可以说，第一定向结构24让液晶 层23的一部分液晶分子231朝像素单元212内部倾斜。另一方面，如图7B所示，第一配向膜215不覆盖第一定向结构24，使得液晶层23 的一部分液晶分子231仅因第一定向结构24而倾斜，另一部分液晶分子232垂直配向。另一方面，如图7C所示，第一配向膜215设置于第一定向结构24与像素电极之 间，第一定向结构24设置于第一配向膜215的表面上，使得液晶层23的一部分液晶分子仅 因第一定向结构24而倾斜，另一部分液晶分子232垂直配向。在图7A至图7C之中，仅第一基板21具有配向膜，但第二基板22没有配向膜。然 而，第二基板22也可具有配向膜。如图7D所示，图7D的第二基板22还包括第二配向膜223，第二配向膜223将液晶 分子沿第二配向膜223的法线方向配置，使得液晶分子大致垂直于第二配向膜223的表面。 图7D的第二基板22可对应于前述图7B与图7C的第二基板22，故此不再赘述。另外，第一基板21没有配向膜，而第二基板22有配向膜也是可以的。图7D的液晶显示装置2a的电压-穿透率曲线如图8A所示。在图8A中，明显的本实施例的液晶显示装置2的穿透率高于图8B的传统垂直配 向型液晶显示装置。当电压高过4伏特时，传统垂直配向型液晶显示装置因相位差超过 (m+1/2) (m为任意整数)，其穿透率开始往下降，使得电压操作范围很窄。当电压高过4伏特时，因为本实施例的液晶显示装置2充分利用旋旋光性的特点， 所以穿透率仍持续增加，使得电压操作范围更宽。以下将以液晶显示装置2b为监视器来做说明。如图9所示，液晶显示装置2b还包括第一偏光板25、第二偏光板26以及背光源 27，第一偏光板25设置于第一基板21，第二偏光板26设置于第二基板22，背光源27面向 第一基板21。背光源27发出的光线依序穿过第一偏光板25、第一基板21、液晶层23、第二 基板22、以及第二偏光板26。第一偏光板25和第二偏光板26的偏光轴互相垂直。在此配置下，液晶显示装置2b为预设暗态(normal black)，即第一基板21与第二 基板22之间没有电场时，液晶分子不扭转或倾倒，使得光线会被两个偏光板滤除；当第一 基板21与第二基板22之间存有电场时，液晶分子会扭转或倾倒，使得光线的一部分不会被 两个偏光板滤除。
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在未施加电场时，大部份液晶分子垂直配向于第一基板21与第二基板22之间，其 特性类似于垂直配向型液晶显示装置，因而可获得低漏光效果的暗态。在施加电场时，液晶 分子不仅往 方向倾倒，且会在Ψ方向也产生旋转。由于传统的垂直配向型液晶显示装 置在施加电压时液晶分子仅往 方向倾倒，所以定向于偏光板的偏光轴的垂直方向或平 行方向的液晶分子对于穿透率几乎完全无贡献。相对于此，本实施例的液晶层设计在Ψ方 向旋转90度，在第一偏光板25与第二偏光板26的偏光轴垂直的架构下，可再利用光的旋 旋光性，改善传统垂直配向型液晶显示装置的缺点，因此可获得更高的穿透率。以下将举例来说明定向结构的变化。如图IOA及图IOB所示，在液晶显示装置2c中，第一定向结构24除了前面实施例 的凸出物外，也可直接利用行导线213或列导线214来作为定向结构24。例如行导线213 和列导线214的厚度高于像素电极2121，因而类似于在像素单元212内围了一道墙。另外， 行导线213和列导线214从第一基板21往第二基板22剖开来看，导线的顶面与侧面并非 呈直角，而是类似于图IOB所示，导线的顶面与侧面之间有斜面或曲面，因此，具有斜面或 曲面的行导线213和列导线214也可直接当作凸出物，因而达到前述实施例的效果。另外，本实施例的液晶显示装置也可包括配向膜，配向膜可以覆盖于具有斜面或 曲面的导线之上，或是不覆盖导线。由于前述图7A至图7D已说明配向膜的各种变化形式， 而且具有斜面或曲面的导线类似于前述实施例的第一定向结构，故此不再赘述配向膜的实 施细节。图IlA至图IlF举例说明了第一定向结构的其它变化形式，由于在此主要是说明 第一定向结构的所在位置变化，为了简化说明，图示中仅出示第一定向结构24、像素电极 2121以及薄膜晶体管2122，行导线213及列导线214并未出示。如图IlA至图IlF所示，第一定向结构24可利用平坦层来制作。一个或多个第一 定向结构24围绕在像素电极2121旁。例如第一定向结构24的图案可以是包围像素电极 2121的围墙；或者是，一个像素电极2121旁可设有多个第一定向结构24，第一定向结构24 设置于像素电极2121的至少两个拐角旁、或至少两个侧边旁、或是至少一个拐角与至少一 个侧边旁。当第一基板21的薄膜晶体管、行导线、列导线、以及像素电极形成后，平坦层形成 于第一基板21，然后在预定未设有定向结构之处蚀刻平坦层，残留的平坦层因而形成为凸 出的第一定向结构24。另一方面，如果在预定设有定向结构之处蚀刻平坦层，而且保留残留 的平坦层，则凹陷的第一定向结构24形成于被蚀刻的平坦层处。如图IlA所示，第一定向结构24包围像素电极2121，当液晶层没有受到电场时，第 一定向结构24使液晶分子朝像素电极2121内部预先倾斜，当施加电场于液晶层时，液晶分 子从像素电极2121的周围往像素电极的中央倾倒，使得不同层的液晶分子排列呈轴心对 称的螺旋状或同心圆状。另外，多个彼此不相连的第一定向结构24是分别设置于像素电极2121旁，例如图 IlB及图IlC所示，第一定向结构24是位于像素电极2121周围的四个区块，其中区块的形 状可为任意形状，例如十字或圆柱状等，而不是如同图IlA是包围像素电极2121。位于像素 电极2121的四部份旁的第一定向结构24会影响1/4个像素单元212，当施加电场于液晶层 时，液晶分子从像素电极2121的周围往像素电极2121的中央倾倒，使得不同层的液晶分子排列呈轴心对称的螺旋状或同心圆状。另外，除了在拐角设置定向结构之外，也可在像素单元的边缘设置更多个定向结 构。通过增加第一定向结构24，液晶层在像素内可形成更多个小范围的轴心对称形状，进而 降低液晶显示装置2对于方位角的依存性。如图1ID及图1IE所示，在像素单元212的一边设有多个第一定向结构24，一个像 素单元212因第一定向结构24而被区分为多个子像素区域SPp SP2,其中一个子像素区域 SPpSP2的四个拐角会有一个第一定向结构24，当液晶层23被施加电场时，在各子像素区域 SP1^ SP2中液晶分子排列呈如图6A至图6C的同心圆图案、或螺旋状图案、或环形图案。如图IlF所示，第一定向结构24可以是在平坦层上制作出围墙的图案，其包围像 素单元212的两个子像素区域SPp SP20当液晶层23被施加电场时，在各子像素区域SPp SP2中液晶分子排列呈如图6A至图6C的同心圆图案、或螺旋状图案、或环形图案。如图IlG及图IlH所示，定向结构利用定义像素电极2121的缺口来形成。如图IlG 所示，在像素电极2121的中间形成缺口 2123作为定向结构，缺口 2123没有截断像素电极 2121，因而像素电极2121的两个区域仍连接在一起，像素单元212因缺口 2123而被区分为 多个子像素区域SPp SP2，缺口 2123与像素单元212边缘的第一定向结构24配合，当液晶 层23被施加电场时，在各子像素区域SPp SP2中液晶分子排列呈如图6A至图6C的同心圆 图案、或螺旋状图案、或环形图案。如图IlH所示，像素单元212因缺口 2123而被区分为多个子像素区域SPpSP2,子 像素区域SPpSP2分别设有像素电极2121，两个导电栓216分别设置于子像素区域SPpSP2 的像素电极2121，导线217埋设于这两个像素电极2121之下，这两个像素电极2121通过导 电栓216和导线217电性连接。另外，在另一实施例中，如图12所示，液晶显示装置2d包括第二定向结构28，第二 定向结构28将液晶层23的一部分液晶分子233朝像素单元212内部倾斜。第二定向结构28作用与第一定向结构24类似，其造成的预倾角为5 80度，使 得液晶层23的一部分液晶分子233由垂直于第二基板22改为朝像素单元212内部倾斜约 5 80度。举例来说，当液晶层23没有被施加电场时，液晶层的一部分液晶分子231、233 受到第一定向结构24和第二定向结构28的影响而倾斜，另一部分液晶分子232、234是分 别大致垂直于第一基板21及第二基板22。第二定向结构28是凸出物或凹陷物，其可由第二基板22的对向电极222的缺口 所形成，或是由黑色矩阵所形成，或是由额外的组件所形成。第二定向结构28位于显示区域之外，其设置的位置可与第一定向结构对应。另 外，从第二基板22往第一基板21来看，第二定向结构28与第一定向结构24可交替地设置， 例如一个第一定向结构24设置于两个第二定向结构28之间，或是一个第二定向结构28 设置于两个第一定向结构24之间。当液晶层23被施加电场时，液晶分子从第一基板21往第二基板22逐渐扭转，液 晶层23的子层中的液晶分子从像素电极2121的周围往内部逐渐倾倒，使得液晶层23的子 层中的液晶分子是排列呈同心圆图案、或螺旋状图案、或环形图案。举例来说，从第一基板 21或第二基板22来看，液晶层23从第一基板21至第二基板22逐层的变化，在显示区域 中，液晶层23内平行于第一基板21或第二基板22的子层中的液晶分子不会全都朝同一个
13方向倾倒而是尽可能地朝各方位角倾倒，各子层的液晶分子所排列的形状如前述实施例图 6A至图6C所示，例如如图6A的液晶子层Lp L5，如图6B的液晶子层L2、L4，如图6C的液晶 子层L3。这种液晶分子的倾倒型式会改善方位角的依存性，显示区域中的液晶分子对于所 有方位角的穿透率贡献值均大致相同，因而比以往垂直配向型液晶显示装置有更优的广视 角效果。另外，如图13所示，第二基板22包括第二配向膜223，第二配向膜223将液晶分子 沿第二配向膜223的法线方向配置，使得液晶分子大致垂直于第二配向膜223的表面。第二配向膜223覆盖第二定向结构28，使得液晶层23的一部分液晶分子233朝像 素单元212内部倾斜，而且，第二配向膜223将另一部分液晶分子234垂直配向。另一方面，第二配向膜223可不覆盖第二定向结构28，使得液晶层的一部分液晶 仅因第一定向结构24与第二定向结构28而倾斜。而且，第二配向膜223可设置于第二定 向结构28与对向电极222之间。在以上实施例中，并不特别限定第一配向膜215与第二配向膜223都须分别覆盖 第一定向结构24与第二定向结构28，第一配向膜215与第二配向膜223也可分别有前述的 其它变化形式。另外，在另一实施例中，如图14A所示，在液晶显示装置2e中，第一定向结构24a 为凹陷物，其由平坦层的凹陷所形成。第一定向结构24a使得液晶层23的一部分液晶分子 231朝像素单元212外部倾斜，液晶层23的另一部分液晶分子232垂直地配向。第一定向结构24a造成的预倾角例如是5 80度，使得液晶层的一部分液晶分子 231由垂直于第一基板21改为朝像素单元212外部倾斜约5 80度。在此所指的预倾角 是指液晶分子231的长轴与第一基板21的法线之间的夹角。如图14B所示，当液晶层23被施加电场时，液晶分子从第一基板21往第二基板22 逐渐扭转，液晶层23的子层中的液晶分子从像素电极2121的内部往周围逐渐倾倒，使得液 晶层23的子层中的液晶分子是排列呈同心圆图案、或螺旋状图案、或环形图案。各子层的 液晶分子所排列的形状如前述实施例图6A至图6C所示，故此不再赘述。另外，如图14A及图14B所示，第一基板21还包括第一配向膜215，第一配向膜215 覆盖第一定向结构24a，使得液晶层23的一部分液晶分子231朝像素单元212外部倾斜，因 而造成预倾角；第一配向膜215将液晶分子232沿第一配向膜215的法线方向配置，使得液 晶分子232大致垂直于第一配向膜215的表面。如图15所示，第一定向结构24a为凹陷物，与图14A不同的是，第一定向结构24a 是由一平坦层的边缘缺口所形成，此缺口位于平坦层与导线之间，导线是行导线或列导线。第一配向膜215覆盖平坦层的边缘缺口，使得液晶层23的一部分液晶分子231朝 像素单元212外部倾斜，另一部分液晶分子232垂直配向。在图14A及图15中，配向膜215设置于第一定向结构24a上，配向膜215的一部 分2152平行于像素电极2121，另一部分2152与像素电极2121倾斜。配向膜215的一部分 2152受到第一定向结构24a的影响因而让液晶分子231并非垂直于第一基板21而是有所 倾斜，另一部分2151将液晶分子232配置为大致垂直于第一基板21。也可以说，第一定向 结构24a让液晶层23的一部分液晶分子231朝像素单元212外部倾斜。另一方面，第一配向膜215也可以不完整地覆盖第一定向结构24a，使得第一定向结构24a的凹陷处露出，液晶层23的一部分液晶分子231因第一定向结构24a的凹陷处而 倾斜，另一部分液晶分子232垂直配向。另外，如图16所示，图16的第二基板22还包括第二配向膜223以及第二定向结 构28，第二配向膜223将液晶分子沿第二配向膜223的法线方向配置，使得液晶分子大致垂 直于第二配向膜223的表面。第二定向结构28将液晶层23的一部分液晶分子233朝像素 单元212外部倾斜。第一定向结构24a与第二定向结构28a都是凹陷物，第二定向结构28a的形成方
式可如第一定向结构24a，例如是平坦层的凹陷处做为定向结构，或者是平坦层的边缘缺□。另外，在另一实施例中，如图17所示，在液晶显示装置2f中，第一定向结构24设 置于第二基板22而非第一基板21，第一基板21并没有设置定向结构。第二基板22具有配向膜223，第一定向结构24是凸出物，配向膜223设置于第一 定向结构24与对向电极222之间。然而，配向膜223与第一定向结构24的关系可如前述 实施例具有其它各种变化。例如配向膜223覆盖第一定向结构24;或者是，配向膜223设 置对向电极222之上，但让第一定向结构24露出。另外，第一定向结构24可以是凹陷物，配向膜223与第一定向结构24的关系可如 前述实施例具有其它各种变化。例如配向膜223覆盖第一定向结构24 ；或者是，配向膜 223使第一定向结构24的凹陷处露出。另外，如图18所示，与图17不同的是，第二基板22没有配向膜，第一基板21具有 配向膜。另一方面，第二基板22也可设有配向膜。配向膜与定向结构的相关变化已于前述 实施例讨论过，故此不再赘述。图14A至图18的液晶显示装置也可如前述实施例，当液晶层被施加电场时，液晶 层的各层液晶分子的排列形状可如图6A至图6C所示。由于相关内容已于前述实施例讨论， 故此不再赘述。另外，与传统的广视角技术相比，前述实施例的第一定向结构导致的像素漏光区 域较小，因此，第一基板可以无需设置黑色矩阵，使得液晶显示装置的有效显示区域增大， 而且开口率也提高。前述实施例的液晶显示装置具有广视角、高对比、高开口率等高显示质量，而且其 架构简单，兼容于现有液晶显示装置的制造程序，故能够有利于生产。在以上的实施例中，第一基板具有由交错的行导线与列导线所定义的多个像素单 元，各像素单元可以对应于一种颜色。一定数量的像素单元，例如三个分别对应于红色、绿 色、及蓝色的像素单元组成一个画素。另外，一个像素单元可具有多个子像素区域。在以上的实施例中，在液晶层中，一个同心圆图案或螺旋状图案所占的区域可以 局限在一个像素单元、或是一个画素、或是一个像素单元的一个子像素区域、或是横跨多个 子像素区域、或是横跨多个画素等等。综上所述，因根据本发明的一种无奇异点的广视角液晶显示装置利用液晶分子的 旋旋光性来增加光穿透率，并且利用垂直配向的液晶分子来增加对比度，因而结合了传统 扭转向列型液晶显示装置和多区域垂直配向型液晶显示装置的优点，同时也避免扭转向列 型液晶显示装置漏光较为严重的缺点。
综上所述，因根据本发明的一种无奇异点的广视角液晶显示装置中，第一定向结 构是位于显示区域外，并且将液晶层的液晶分子朝像素电极内部倾斜。与传统多区域垂直 配向型液晶显示装置相比，本发明的液晶显示装置不仅克服以往奇异点的显示缺陷，同时 也能够达到广视角的效果。以上所述仅为举例性，而并非为限制性。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其 进行的等效修改或变更，均应包括于后附的权利要求中。
权利要求
一种液晶显示装置，其具有至少一显示区域，包括一第一基板，其具有至少一像素单元，所述像素单元具有一像素电极，所述像素电极位于所述显示区域之中；一第二基板，其与所述第一基板相对而设；一液晶层，其设置于所述第一基板与所述第二基板之间，并添加有旋旋光性物质；以及至少一个第一定向结构，其位于所述显示区域之外，使所述液晶层的一部分液晶分子朝所述像素单元内部或外部倾斜。
2.如权利要求1所述的液晶显示装置，其中所述第一定向结构设置于所述第一基板或 所述第二基板。
3.如权利要求1所述的液晶显示装置，其中所述第一定向结构造成的液晶分子的预倾 角为5 80度。
4.如权利要求1所述的液晶显示装置，其中所述液晶层被施加一电场时，所述液晶层 的一子层中的液晶分子是排列呈同心圆图案、或螺旋状图案、或环形图案。
5.如权利要求1所述的液晶显示装置，其中当所述液晶层被施加一电场时，所述液晶 层的液晶分子从所述第一基板至所述第二基板逐渐扭转。
6.如权利要求1所述的液晶显示装置，其中当所述液晶层被施加一电场时，所述液晶 层的液晶分子从所述第一基板至所述第二基板逐渐以旋转及倾倒方式至水平、然后逐渐旋 转、而后又逐渐旋转及站立。
7.如权利要求1所述的液晶显示装置，其中所述液晶层厚度与手性剂的节距(pitch) 的比值范围为0. 16 0. 42，所述液晶层的液晶分子为介电各向异性的向列液晶材料。
8.如权利要求1所述的液晶显示装置，其中所述第一定向结构是凸出物或凹陷物。
9.如权利要求1所述的液晶显示装置，其中所述第一基板为一驱动数组基板，所述第 一定向结构是由所述驱动数组基板的行导线、或列导线、或像素电极的缺口所形成。
10.如权利要求1所述的液晶显示装置，其中所述第一基板还包括一第一配向膜，其将另一部分液晶分子垂直配向。
11.如权利要求10所述的液晶显示装置，其中所述第一配向膜覆盖所述第一定向结构，使得所述液晶层的一部分液晶分子朝所述像 素单元内部倾斜。
12.如权利要求1项所述的液晶显示装置，还包括一第二定向结构，其与所述第一定向结构分别设置于不同基板，将所述液晶层的一部 分液晶分子朝所述像素单元内部或外部倾斜。
13.如权利要求12所述的液晶显示装置，其中所述第二定向结构是凸出物或凹陷物。
14.如权利要求12所述的液晶显示装置，其中所述第二基板是一对向基板，所述第二 定向结构是由所述对向基板的一黑色矩阵、或一对向电极的缺口所形成。
15.如权利要求12项所述的液晶显示装置，其中所述第二定向结构位于所述显示区域 之外。
16.如权利要求12所述的液晶显示装置，其中所述第二基板还包括一第二配向膜，其将另一部分液晶分子垂直配向。
17.如权利要求16所述的液晶显示装置，其中所述第二配向膜覆盖所述第二定向结构，使得所述液晶层的一部分液晶分子朝所述像素单元内部倾斜。
18.如权利要求1所述的液晶显示装置，其中所述这些第一定向结构围绕在所述像素 电极旁。
19.如权利要求1所述的液晶显示装置，其中所述这些第一定向结构设置于所述像素 电极的至少两个拐角旁或至少两个侧边旁。
20.如权利要求1所述的液晶显示装置，其中所述像素单元包括两子像素区域，所述这 些第一定向结构设置于所述这些子像素区域的至少两个拐角旁或至少两个侧边旁。
21.如权利要求1所述的液晶显示装置，其中所述第一定向结构为任意形状。全文摘要
一种液晶显示装置，其具有至少一个显示区域，该液晶显示装置包括第一基板、第二基板以及液晶层，第一基板具有至少一个像素单元以及至少一个第一定向结构，像素单元具有像素电极，像素电极位于显示区域之中，第一定向结构位于显示区域之外，第二基板与第一基板相对而设，液晶层设置于第一基板与第二基板之间并添加有旋旋光性物质，第一定向结构将液晶层的一部分液晶分子朝像素单元内部或外部倾斜。
文档编号G02F1/139GK101881916SQ200910137668
公开日2010年11月10日 申请日期2009年5月4日 优先权日2009年5月4日
发明者吴俊杰, 彭政忠, 沈毓仁, 范士鸿 申请人:钰瀚科技股份有限公司