專利名稱：液晶顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及液晶顯示裝置，特別是涉及在像素間距比較小的液晶顯示裝置中適宜 地適用的取向控制構(gòu)造。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，作為具有廣視野角特性的液晶顯示裝置，正在利用橫電場模式(包括IPS模 式和FFS模式)和垂直取向(VA)模式。VA模式由于在批量生產(chǎn)性方面比橫電場模式優(yōu)秀， 因此在TV用途或者移動用途中正在廣泛利用。VA模式的液晶顯示裝置進(jìn)一步大致分為MVA模式(參照專利文獻(xiàn)1)和CPA模式 (參照專利文獻(xiàn)2)。在MVA模式中，沿著相互正交的2個方向配置直線狀的取向限制單元(狹縫或 肋)，在取向限制單元之間，形成代表各疇的指向矢的方位角相對于正交尼科爾配置的偏光 板的偏光軸(透過軸)構(gòu)成45度的4個液晶疇。當(dāng)將方位角的0度作為鐘表文字盤的3 點方向，以逆時針方向為正時，4個疇的指向矢的方位角成為45度、135度、225度、315度。 相對于偏光軸45度方向的直線偏振光由于沒有被偏光板吸收，因此從透過率的觀點出發(fā) 最優(yōu)選。像這樣，將1個像素中形成4個疇的結(jié)構(gòu)稱為4分割取向構(gòu)造或僅稱為4D構(gòu)造。然而，上述的MVA模式不適于小的像素(例如，短邊不足100 μ m,特別是不足 60 μ m)。例如，在作為取向限制單元利用狹縫的情況下，為了得到充分的取向限制力，需要 狹縫的寬度在10 μ m程度以上，為了形成4個疇，需要在像素電極上形成當(dāng)從基板法線方向 觀看時，在對置電極上形成沿著互差90度的方向延伸的狹縫( < 字形的狹縫)，以該狹縫 為中心，隔開一定的間隔平行的2條 < 字形的狹縫。即，需要將各3條大約10 μ m寬度的狹 縫平行地沿著45度-225度方向和135度-315度方向配置。由于設(shè)置有狹縫(或者肋) 的部位無助于顯示，因此如果適用在短邊不足IOOym的像素中，則透過率(亮度)極度降 低。進(jìn)而，在高精細(xì)的小型的液晶顯示裝置，例如便攜式電話用的2. 4型VGA中，像素的間 距(行方向X縱方向)例如是25.5μπιΧ76.5μπι，在這樣小的像素中，也不能形成上述的 狹縫。如果使狹縫的寬度狹窄，則當(dāng)然不能得到充分的取向限制力。因此，在比較小的像素的液晶顯示裝置中，采用CPA模式。參照圖9(a) (c)，簡 單地說明CPA模式的液晶顯示裝置的結(jié)構(gòu)。圖9 (a)是CPA模式的液晶顯示裝置90A的1個像素的示意性的剖視圖，圖9(b) 是示意性的俯視圖。在圖9(a)中表示中間灰度顯示狀態(tài)的液晶分子42a的取向狀態(tài)。圖 9(c)是示意性地表示白顯示狀態(tài)的液晶分子的取向狀態(tài)的俯視圖。另外，在以下的附圖中， 共同的構(gòu)成要素用共同的參考附圖標(biāo)記表示，有時省略說明。液晶顯示裝置90A在一對基板11與21之間具有由垂直取向膜32a和32b進(jìn)行了 取向限制的垂直取向型的液晶層42。液晶分子42a具有負(fù)的介電各向異性，由在像素電極 12的邊緣部產(chǎn)生的斜電場和設(shè)置在對置電極22的液晶層42 —側(cè)的鉚釘(凸部)92的取 向限制力，在施加電壓時，規(guī)定液晶分子42a傾斜的方位。如果施加充分高的電壓，則如圖
49(c)所示，以鉚釘92為中心，液晶分子42a成為放射狀傾斜的取向。這時，液晶分子42a的 取向狀態(tài)以鉚釘92為中心具有軸對稱性(C00)，將取這種取向狀態(tài)的疇稱為放射狀傾斜取 向疇或者軸對稱取向疇。液晶顯示裝置90A具有以隔著液晶層42相互相對的方式配置的一對偏光板52a 和52b，在偏光板52a與液晶層42之間和偏光板52b與液晶層42之間分別有1/4波長板 (四分之一波長板)72a和72b。偏光板52a和偏光板52b的偏光軸配置成相互正交(正交 尼科爾配置)。通過利用全方位的放射狀傾斜取向疇和圓偏振光，能夠得到高透過率(亮 度)。圖11 (a)表示液晶顯示裝置90A的白(最高灰度)顯示狀態(tài)的像素的透過率分布的 模擬結(jié)果。除去在鉚釘92的中心附近形成透過率低的區(qū)域以外，顯示出均勻的高透過率。利用1/4波長板的CPA模式雖然透過率高，但是與MVA模式相比較，存在對比度 低，視野角也窄的問題。即，如果使用1/4波長板，則在斜視角，與從正面(顯示面法線方向 (視角0度))觀察時相比較，能夠明亮地看到顯示(特別是低灰度(亮度低)顯示)那樣 的所謂“泛白”也比MVA模式顯著。通過省略液晶顯示裝置90A的1/4波長板72a和72b，即，將CPA模式與直線偏振 光組合，能夠抑制泛白，提高對比度，擴(kuò)展視野角。但是，如圖11(b)所示，透過率降低。圖 11(b)表示省略液晶顯示裝置90A的1/4波長板72a和72b的液晶顯示裝置的白顯示狀態(tài) 的像素的透過率分布的模擬結(jié)果，液晶分子的取向方向與偏光板的吸收軸平行的區(qū)域中的 透過率非常低。另外，在專利文獻(xiàn)3中，公開了通過在對置電極上設(shè)置十字形狀狹縫，形成4個疇 的結(jié)構(gòu)(圖8，
段落)。參照圖10(a) (c)，簡單說明適用了專利文獻(xiàn)3的結(jié)構(gòu)的 VA模式的液晶顯示裝置90B的結(jié)構(gòu)。圖10(a)是液晶顯示裝置90B的1個像素的示意性的 剖視圖，(b)是示意性的俯視圖，(c)是示意性地表示白顯示狀態(tài)的液晶分子的取向狀態(tài)的 俯視圖。在液晶顯示裝置90B中，在施加電壓時，由在像素電極12的邊緣部產(chǎn)生的斜電場 和在對置電極22的狹縫(也稱為開口部)22a的附近產(chǎn)生的斜電場，規(guī)定液晶分子42a傾 斜的方位。如果在液晶層42上施加的電壓充分高，則如圖10(c)所示，形成4個疇。如果 將圖10(b)表示的十字狀的開口部22a的橫方向的狹縫作為X軸，將縱方向的狹縫作為Y 軸，則在像素的第一象限、第二象限、第三象限和第四象限中形成的各個疇的指向矢的方位 角是45°、135°、225°和315°。從而，液晶顯示裝置90B的白(最高灰度)顯示狀態(tài)的 像素的透過率分布如圖11(c)所示，除去與偏光板的吸收軸平行的區(qū)域以外，顯示出均勻 的高透過率。然而，在液晶顯示裝置90B中，與液晶顯示裝置90A的鉚釘92無論是否有電場均 發(fā)揮取向限制力這一點不同，由于僅在施加電壓時發(fā)現(xiàn)取向限制力，因此在施加的電壓低 的情況下不能得到充分的取向限制力。從而，特別是在比中間灰度低的灰度，由于存在液晶 分子的取向不穩(wěn)定的問題，因此不能被實用。另一方面，在改善MVA模式的響應(yīng)特性的目的下，開發(fā)出稱為“聚合物穩(wěn)定取向技 術(shù)(Polymer Sustained Alignment Technology) ”這樣的技術(shù)(有時稱為“PSA 技術(shù)”)(例 如專利文獻(xiàn)4、5和6)。PSA技術(shù)通過在制作了液晶單元以后，在液晶層上施加電壓的狀態(tài) 下，將預(yù)先在液晶材料中混合的光聚合性單體聚合，形成取向維持層(“聚合物層”)，利用該層對液晶分子賦予預(yù)傾(pretilt)。通過調(diào)整在使單體聚合時所施加的電場的分布和強(qiáng)度， 能夠控制液晶分子的預(yù)傾方位(基板面內(nèi)的方位角)和預(yù)傾角(從基板面上升的角度)。在專利文獻(xiàn)5和6中，還公開了與PSA技術(shù)一起使用了具有微細(xì)的條紋狀圖案的 像素電極的結(jié)構(gòu)。如果在液晶層上施加電壓，則液晶分子沿著與條紋狀圖案的長邊方向平 行取向。該取向是與在專利文獻(xiàn)1中記載的現(xiàn)有的MVA模式中，液晶分子沿著相對于電極狹 縫或者肋等線狀的取向限制構(gòu)造正交的方向取向的對照。微細(xì)的條紋圖案的線和空間(L/ S)例如是3 μ m/3 μ m,具有與現(xiàn)有的MVA模式的液晶顯示裝置相比較，易于在小型像素中適 用的優(yōu)點。專利文獻(xiàn)1 特開平11-242225號公報專利文獻(xiàn)2 特開2002-202511號公報專利文獻(xiàn)3 特開平06-43461號公報專利文獻(xiàn)4 特開2002-357830號公報專利文獻(xiàn)5 特開2003-149647號公報專利文獻(xiàn)6 特開2006-78968號公報

發(fā)明內(nèi)容
然而，本發(fā)明者研究的結(jié)果，明確了如果將在專利文獻(xiàn)4 6中記載的與PSA技術(shù) 一起使用了具有微細(xì)條紋狀圖形的像素電極的結(jié)構(gòu)適用在具有比較小的像素(例如，短邊 不足100 μ m，特別是不足60 μ m)的液晶顯示裝置中，則存在亮度的損失多這樣的問題。本發(fā)明是為解決上述課題而完成的，其目的在于，提高具備微細(xì)的條紋圖案的像 素電極的MVA模式的液晶顯示裝置的亮度。本發(fā)明的液晶顯示裝置，其具有多個像素和正交尼科爾配置的一對偏光板，并以 常黑模式顯示圖像，該液晶顯示裝置的特征在于，上述多個像素各自具有包括介電各向異 性為負(fù)的向列液晶材料的液晶層；隔著上述液晶層相互相對的像素電極和對置電極；設(shè)置 在上述像素電極與上述液晶層之間和上述對置電極與上述液晶層之間的一對垂直取向膜； 和在上述一對取向膜的上述液晶層一側(cè)表面各自形成的由光聚合物構(gòu)成的一對取向維持 層，上述像素電極具有以與上述一對偏光板的偏光軸重疊的方式配置的至少1個十字形 狀的主干部；和從上述至少1個十字形狀的主干部沿著大致45°方向延伸的多個支部，上 述對置電極具有以與上述至少1個十字形狀的主干部相對的方式配置的至少1個十字形 狀的開口部，在向上述液晶層施加規(guī)定的電壓時，在上述液晶層中形成4個液晶疇，代表上 述4個液晶疇各自所包含的液晶分子的取向方向的4個指向矢的方位相互不同，并且，上述 4個指向矢的方位各自與上述多個支部的任一個大致平行，在沒有向上述液晶層施加電壓 時，與上述4個液晶疇各自對應(yīng)的區(qū)域的液晶分子由上述取向維持層規(guī)定預(yù)傾方位。在某實施方式中，上述至少1個十字形狀開口部的寬度比該開口部相對的部分的 上述主干部的寬度大。在某實施方式中，上述4個液晶疇是，指向矢的方位為第一方位的第一液晶疇、指 向矢的方位為第二方位的第二液晶疇、指向矢的方位為第三方位的第三液晶疇、指向矢的 方位為第四方位的第四液晶疇，上述第一方位、第二方位、第三方位和第四方位的任意2個 方位的差大致與90°的整數(shù)倍相等，隔著上述至少1個十字形狀的主干部相互相鄰的液晶疇的指向矢的方位相差大約90°。例如，當(dāng)設(shè)顯示面中的水平方向的方位角為0°時，上述 第一方位是大約225°，上述第二方位是大約315°，上述第三方位是大約45°，上述第四 方位是大約135°。在某實施方式中，上述多個支部具有條紋狀排列有與上述第一方位平行的多個第 一支部的第一組；條紋狀排列有與上述第二方位平行的多個第二支部的第二組；條紋狀排 列有與上述第三方位平行的多個第三支部的第三組；條紋狀排列有與上述第四方位平行的 多個第四支部的第四組，在上述第一組、第二組、第三組和第四組各自中，上述多個支部各 自的寬度(L)和相互相鄰的任意一對支部之間的間隙的寬度(S)均在1. 5 μ m以上5. 0 μ m 以下的范圍內(nèi)。在某實施方式中，上述像素電極具有沿著某個方向排列成一列的多個子像素電 極，上述至少1個十字形狀的主干部，包括上述多個子像素電極各自具有的十字形狀的主 干部，上述對置電極具有的上述至少1個十字形狀的開口部，包括以與上述多個子像素電 極各自所具有的上述十字形狀的主干部相對的方式配置的開口部，在向上述液晶層施加規(guī) 定的電壓時，在與上述多個子像素電極一一對應(yīng)的多個子像素區(qū)域各自中形成有上述4個 液晶疇。在某實施方式中，上述多個子像素區(qū)域包括以透過模式進(jìn)行顯示的透過子像素 區(qū)域；和以反射模式進(jìn)行顯示的反射子像素區(qū)域。在某實施方式中，還具有僅在與上述反射子像素區(qū)域?qū)?yīng)的區(qū)域中選擇性地設(shè)置 的內(nèi)部相位差層。在某實施方式中，上述光聚合物包括二丙烯酸酯或者二甲基丙烯酸酯的任一單體 的聚合物，上述液晶層包括上述單體。在某實施方式中，上述一對取向維持層包括粒徑為50nm以下的上述光聚合物的 粒子。在本發(fā)明的液晶顯示裝置中，利用具有微細(xì)的條紋圖案的像素電極和設(shè)置在對置 電極上的十字形狀的開口部(狹縫)形成4分割取向構(gòu)造，并且由取向維持層規(guī)定各疇的 液晶分子的預(yù)傾方位。因此，由于將4D構(gòu)造與直線偏振光組合，因此與CPA和圓偏振光的 組合相比較，對比度和視野角特性優(yōu)秀，與CPA和直線偏振光的組合相比較為高透過率，而 且，在低灰度中液晶分子的取向穩(wěn)定。進(jìn)而，通過配置成使十字形狀的開口部與微細(xì)條紋圖 案的十字骨架部重疊，能夠提高亮度。


圖1示意性地表示本發(fā)明的實施方式的液晶顯示裝置100的2個像素的構(gòu)造，(a) 是俯視圖，(b)是沿著(a)的1B-1B’線的示意性的剖視圖。圖2是用于說明液晶顯示裝置100的像素10的構(gòu)造的俯視圖。圖3是表示液晶顯示裝置100具有的取向維持層的SEM像的圖。圖4是表示液晶顯示裝置100的白顯示狀態(tài)的像素的透過率分布的模擬結(jié)果的 圖。圖5是比較例的液晶顯示裝置的白顯示狀態(tài)的像素的透過率分布的模擬結(jié)果的 圖。
圖6是針對各種開口部22a的寬度，表示液晶分子的取向方位的分布的圖表，(a) 表示向液晶層施加2. 5V的狀態(tài)(中間灰度顯示狀態(tài))，(b)表示向液晶層施加4. 5V的狀態(tài) (白顯示狀態(tài))，(c)表示施加比白電壓高的電壓(IOV)的狀態(tài)。圖7是表示狹縫寬度與透過率的關(guān)系的圖表，橫軸表示狹縫的寬度，縱軸表示透 過率，(a)表示向液晶層施加4. 5V的狀態(tài)(白顯示狀態(tài))，(b)表示施加比白電壓高的電壓 (IOV)的狀態(tài)。圖8示意性地表示本發(fā)明的實施方式的半透過型液晶顯示裝置200的像素的構(gòu) 造，(a)是俯視圖，(b)是沿著(a)的8B-8B’線的示意性的剖視圖。圖9 (a) (c)用于說明CPA模式的液晶顯示裝置90A的結(jié)構(gòu)，(a)是1個像素的 示意性的剖視圖，(b)是示意性的俯視圖，(c)是示意性地表示白顯示狀態(tài)的液晶分子的取 向狀態(tài)的俯視圖。圖10(a) (c)用于簡單地說明適用了專利文獻(xiàn)3的結(jié)構(gòu)的VA示意性的液晶顯 示裝置90B的結(jié)構(gòu)，(a)是1個像素的示意性的剖視圖，(b)是示意性的俯視圖，(c)是示意 性地表示白顯示狀態(tài)的液晶分子取向狀態(tài)的俯視圖。圖11(a)是表示液晶顯示裝置90A的白顯示狀態(tài)的像素的透過率分布的模擬結(jié)果 的圖，(b)是表示省略了液晶顯示裝置90A的1/4波長板72a和72b的液晶顯示裝置的白 顯示狀態(tài)的像素的透過率分布的模擬結(jié)果的圖，(c)表示液晶顯示裝置90B的白顯示狀態(tài) 的像素的透過率分布的模擬結(jié)果的圖。附圖標(biāo)記的說明11,21 基板12:像素電極12a、12b、12c、12d 支部12h、12v:主干部22:對置電極22a 十字形狀的開口部(狹縫)32a、32b 垂直取向膜34a、34b 取向維持層42 :液晶層42a 液晶分子52a、52b 偏光板100,200 液晶顯示裝置
具體實施例方式以下，參照附圖，說明本發(fā)明的實施方式的液晶顯示裝置的結(jié)構(gòu)和動作，但本發(fā)明 并不限于以下說明的實施方式。圖1示意性地表示本發(fā)明的實施方式的液晶顯示裝置100的2個像素10的結(jié)構(gòu)， 圖1(a)是俯視圖，圖1(b)是沿著圖1(a)的1B-1B'線的剖視圖。液晶顯示裝置100是具有多個像素，具有一對基板11、21和設(shè)置在它們的外側(cè)的 正交尼科爾配置的一對偏光板52b和52b，并以常黑模式顯示圖像的液晶顯示裝置。各像素具有包含介電各向異性為負(fù)的向列液晶材料(液晶分子42a)的液晶層42 ；和隔著液晶層 42相互相對的像素電極12和對置電極22。像素電極12具有微細(xì)的條紋圖案，對置電極22 具有十字形狀的開口部22a。在像素電極12與液晶層42之間和對置電極22與液晶層42 之間設(shè)置有一對垂直取向膜32a和32b。進(jìn)而，在垂直取向膜32a和32b的液晶層42 —側(cè) 的表面各自形成有由光聚合物構(gòu)成的一對取向維持層34a和34b。取向維持層34a和34b如在后面的詳細(xì)敘述的那樣，在形成有液晶單元后，向液晶 層42施加電壓的狀態(tài)下，通過使預(yù)先混合到液晶材料中的光聚合物單體聚合而形成。液晶 分子42a直到使單體聚合為止，由垂直取向膜32a和32b限制取向，如果向液晶層42施加充 分高的電壓(例如白顯示電壓)，則通過像素電極12的微細(xì)條紋圖案的邊緣部產(chǎn)生的斜電 場和對置電極22的開口部22a的附近產(chǎn)生的斜電場形成4D構(gòu)造。取向維持層34a和34b 以以下方式發(fā)揮作用使得即使在去除了電壓后(沒有施加電壓的狀態(tài))也維持(記憶) 向液晶層42施加電壓的狀態(tài)的液晶分子42a的取向。因此，由取向維持層34a和34b規(guī)定 的液晶分子42a的預(yù)傾方位(沒有施加電壓時的液晶分子的傾斜方位)與施加電壓時形成 的4D構(gòu)造的疇的指向矢的方位匹配。像素電極12具有十字形狀的主干部和多個支部，該十字形狀的主干部以與一對 偏光板52a和52b的偏光軸重疊的方式配置，該多個支部從十字形狀的主干部沿著大致 45°方向延伸(參照圖2)。這里，偏光板52a和52b的一個偏光軸沿著水平方向配置，另一 個偏光軸沿著垂直方向配置，像素電極12的主干部具有在沿著水平方向延伸的直線部分 (圖2中的12h)與沿著垂直方向延伸的直線部分(圖2中的12v)相互在中央附近正交的 十字形狀。具有這種微細(xì)的條紋圖案的像素電極如在專利文獻(xiàn)5和6中記載，起到使液晶 層42的液晶分子42a向與條紋狀排列的支部延伸的方向平行的方位傾斜的作用。在對置電極22設(shè)置有至少1個開口部22a。在此，在各像素中形成1個開口部22a， 開口部22a具有十字形狀，以與像素電極12的十字形狀的主干部相對的方式配置。因此， 十字形狀的開口部22a也與像素電極12的十字形狀的主干部相同，以與一對偏光板52a和 52b的偏光軸重疊的方式配置。另外，在對置電極22設(shè)置的十字形狀的開口部22a，在從基 板法線方向觀看時，如圖1(a)所示，優(yōu)選形成為開口部22a的端部與像素電極12的邊緣幾 乎一致。這是為了在像素內(nèi)的液晶層42的整體形成斜電場。雖然開口部22a的端部也可 以超越像素電極12的邊緣，但是如果該開口部22a與對應(yīng)于相鄰的像素電極12設(shè)置的開 口部22a的間隔過于狹窄，則由于對置電極22的電阻值增大而不優(yōu)選。其次，參照圖2，更詳細(xì)地說明液晶顯示裝置100的像素10的構(gòu)造。另外，圖2中， 表示液晶顯示裝置100的TFT基板(包括圖1 (b)中的基板11和在其上形成的構(gòu)成要素) 的構(gòu)造，省略對置基板(包括圖1(b)中的基板21和在其上形成的構(gòu)成要素)和液晶層42寸。如圖2所示，TFT基板具有玻璃基板(圖1中的參考附圖標(biāo)記11)、形成在玻璃基 板上的柵極總線(掃描線)13、源極總線(信號線)14和TFT15。像素電極12 (參照圖1)形 成在覆蓋柵極總線13、源極總線14和TFT15的層間絕緣層膜16 (參照圖1)上。TFT15根 據(jù)供給到柵極總線13的掃描信號進(jìn)行0N/0FF控制，在TFT15為ON狀態(tài)時，從源極總線14 向像素電極12供給顯示信號。另外，通過設(shè)置由透明的有機(jī)樹脂形成的層間絕緣層膜16， 使像素電極12的邊緣部分接近源極總線14，或者如圖1所示，由于能夠與源極總線14重疊，因此能夠提高像素開口率。例如，能夠?qū)⒀刂蟹较蛳噜彽南袼仉姌O12之間的空間PP 設(shè)為5μπι，將源極總線14的寬度Ws設(shè)為6μπι(參照圖1(b))。像素電極12具有十字形狀的主干部和從十字形狀的主干部沿著大致45°方向延 伸的多個支部。十字形狀的主干部具有沿著水平方向延伸的直線部12h和沿著垂直方向延 伸的直線部12v。水平直線部12h和垂直直線部12v在像素電極12的中央相互交叉。多個 支部從該主干部沿著大致45°方向延伸。有時將這樣的圖案稱為魚骨形(FB形)。多個支部為與由十字形狀的主干部分開的4個區(qū)域?qū)?yīng)的4個組。S卩，多個支部 為由沿著方位角45°方向延伸的支部12a構(gòu)成的第一組、由沿著方位角135°方向延伸的 支部12b構(gòu)成的第二組、由沿著方位角225°方向延伸的支部12c構(gòu)成的第三組、和由沿著 方位角315°方向延伸的支部12d構(gòu)成的第四組。在第一組、第二組、第三組和第四組各自中，多個支部各自的寬度(L)和相互相鄰 的任意一對支部之間的間隙的寬度(S)均在1.5μπι以上5.0μπι以下的范圍內(nèi)且是一定 的。從液晶分子的取向穩(wěn)定性和亮度的觀點出發(fā)，L和S優(yōu)選處于上述范圍。L/S例如是 3 μ m/3 μ m。如在專利文獻(xiàn)5和6等中記載的那樣，由相鄰的支部之間(即空間部分)生成的 電場，規(guī)定液晶分子傾斜的方位(根據(jù)電場而傾斜的液晶分子的長軸的方位角成分)。該方 位與條紋狀排列的支部平行，而且是朝向主干部的方向。由第一組的支部12a規(guī)定的液晶 分子傾斜的方位(第一方位箭頭A)的方位角是大約225°，由第二組的支部12b規(guī)定的 液晶分子傾斜的方位(第二方位箭頭B)的方位角是大約315°，由第三組的支部12c規(guī) 定的液晶分子傾斜的方位(第三方位箭頭C)的方位角是大約45°，由第四組的支部12d 規(guī)定的液晶分子傾斜的方位(第四方位箭頭D)的方位角是大約135°。上述的4個方位 A D成為在施加電壓時形成的4D構(gòu)造的各疇的指向矢的方位。如果由上述的具有FB形圖案的像素電極12和具有十字形狀開口部22a的像素電 極22向液晶層42施加充分高的電壓(例如白顯示電壓)，則形成4D構(gòu)造的多疇。通過像 這樣將能夠得到形成4D構(gòu)造的電場的像素電極12與對置電極22組合，與分別由單獨的電 極的作用形成4D構(gòu)造的情況相比較，不僅能夠使4D構(gòu)造穩(wěn)定，還能夠提高亮度。關(guān)于亮度 提高效果在后面敘述。另外，在這里例示了在1個像素中形成有1個4D構(gòu)造的例子，而如 果在1個像素內(nèi)形成多個上述的電極構(gòu)造，則能夠在1個像素內(nèi)形成多個4D構(gòu)造。液晶顯示裝置100還有取向維持層34a和34b，在沒有向液晶層42施加電壓時， 這些取向維持層34a和34b起到規(guī)定與4個液晶疇各自對應(yīng)的區(qū)域的液晶分子42a的預(yù)傾 方位的作用。該預(yù)傾方位與由上述的電極構(gòu)造得到的4D構(gòu)造的各疇的指向矢的方位A D—致。取向維持層34a和34b使用稱為“聚合物穩(wěn)定取向技術(shù)(PolymerSustained Alignment Technology) ”這樣的技術(shù)(有時稱為“PSA技術(shù)”。)形成，具體的制造方法記 載在專利文獻(xiàn)4和6中。為了參照將這些公開內(nèi)容的全部引用在本說明書中。在此，按照 與在專利文獻(xiàn)6 (實施例5)中記載的相同的方法制作了液晶面板。使用相對于介電各向異性為負(fù)的向列液晶材料混合有0. 1質(zhì)量％以上0.5質(zhì)量％ 以下的光聚合性單體的材料，制作了用于液晶顯示裝置100的液晶顯示面板。作為光聚合 性單體，使用具有液晶骨架的二丙烯酸酯或者二甲基丙烯酸酯的單體。液晶顯示面板的液
10晶材料含有單體，除去沒有形成取向維持層34a、34b和沒有設(shè)置偏光板52a和52b以外，具 備實質(zhì)上與液晶顯示裝置100相同的結(jié)構(gòu)。該液晶顯示面板的液晶層(包括上述單體)的液晶分子，在液晶層中沒有施加電 壓時，通過垂直取向膜32a、32b的取向限制力而垂直取向。在向該液晶層施加比白顯示該 電壓(例如4. 5V)高的電壓(IOV)的狀態(tài)下，照射大約20J/cm2的UV光(例如波長365nm 的i線，大約20mW)。當(dāng)向液晶層施加電壓時，如上述那樣，通過具有FB形的圖案的像素電 極12與具有十字形狀的開口部22a的對置電極22之間生成的電場，在液晶層中形成有指 向矢的方位角為45度、135度、225度和315度的4個疇。單體通過UV照射而聚合，生成光 聚合物。光聚合物在垂直取向膜32a、32b上形成用于固定上述液晶分子的取向狀態(tài)的取向 維持層34a、34b。有時將在施加規(guī)定的電壓的同時使單體光聚合而形成取向維持層的一系 列的工藝稱為“PSA處理”。在PSA處理時施加的電壓典型為白電壓以上的電壓，但是并不 限于該值。參照圖3，針對取向維持層34a和34b的一個例子說明其構(gòu)造。圖3表示的SEM像 是在將如上述那樣制作的液晶顯示面板的試料分解以后，去除液晶材料，用SEM觀察用溶 劑洗凈后的表面的像。如從圖3所明確的那樣，取向維持層包括粒徑在50nm以下的光聚合物的粒子。光 聚合物不一定需要覆蓋取向膜的整個表面，也可以露出取向膜的一部分表面。根據(jù)形成在 液晶層內(nèi)的電場取向的液晶分子由光聚合物固定，即使在沒有電場的狀態(tài)下也維持取向。 在垂直取向膜上的取向維持層形成后，取向維持層規(guī)定液晶分子的預(yù)傾方向。另外，最接近垂直取向膜32a、32b的液晶分子42a由于受到強(qiáng)烈的錨定 (Anchoring)作用，因此即使是光照射時的施加電壓(例如，比白顯示電壓高的IOV左右)， 相對于垂直取向膜32a、32b的表面也垂直取向。從而，由形成在垂直取向膜32a、32b上的 取向維持層34a和34b固定的液晶分子42a的傾斜方向是僅從垂直方向傾斜(1 5° )左 右(如用預(yù)傾角表現(xiàn)則為85° 89° )，由取向維持層34a和34b固定的液晶分子42a的 取向即使施加電壓也幾乎不發(fā)生變化。如上所述，液晶顯示裝置100由于將4D構(gòu)造與直線偏振光組合起來使用，因此與 利用1/4波長板的現(xiàn)有的CPA模式的液晶顯示裝置相比較，具有高對比度和廣視野角特性， 與CPA模式和直線偏振光組合相比較，具有高透過率。進(jìn)而，液晶顯示裝置100由于由取向 維持層34a和34b規(guī)定預(yù)傾方位，使得在沒有施加電壓時也與4D構(gòu)造匹配，因此與現(xiàn)有的 由FB形的像素電極或具有十字狹縫的對置電極或者它們的組合得到的液晶顯示裝置相比 較，液晶分子的取向在低灰度也穩(wěn)定。接著，說明通過將對置電極22的十字形狀的開口部22a以與像素電極12的微細(xì) 條紋圖案的十字骨架部12h、12v重疊的方式配置，能夠提高亮度的情況。首先，參照圖4和圖5說明本發(fā)明的效果。圖4表示本實施方式的液晶顯示裝置 100的白顯示狀態(tài)的像素的透過率分布的模擬結(jié)果。圖5是用于比較的附圖，表示在液晶顯 示裝置100中，具有在對置電極22上沒有設(shè)置十字狹縫22a的結(jié)構(gòu)的液晶顯示裝置(例如 參照專利文獻(xiàn)4 6，以下，有時稱為“比較例的液晶顯示裝置”。)的白顯示狀態(tài)的像素的 透過率分布的模擬結(jié)果。在模擬中使用的像素是像素間距為25. 5 μ mX40. 0 μ m(縱橫比1. 6)的像素，相當(dāng)于2. 4型VGA。在圖2中，像素電極12的FB形圖案設(shè)主干部12h和12v的粗度均是1. 5 μ m， 各區(qū)域的支部的根數(shù)是10根，L/S = 1. 5 μ m/1. 5 μ m。如圖4所示，在本實施方式的液晶顯示裝置中，在白顯示狀態(tài)下，明顯地觀察到與 正交尼科爾配置的偏光板的吸收軸(與透過軸正交)平行的十字形的暗線，除此以外的區(qū) 域，即4個液晶疇成為幾乎均勻的白顯示狀態(tài)。由此可知，在本實施方式的液晶顯示裝置 中，明確地形成4D構(gòu)造，而且，各疇內(nèi)的幾乎所有的液晶分子都向分別規(guī)定的指向矢的方 位(相對于偏光板的吸收軸45°方位)取向。與此不同，如圖5所示，在比較例的液晶顯示裝置中，與偏光板的吸收軸對應(yīng)的十 字的暗線擴(kuò)展，而且像風(fēng)車那樣扭曲。由此可知，在比較例的液晶顯示裝置中，雖然形成4D 構(gòu)造，但是各疇內(nèi)的液晶分子的取向方位中偏差大。如將圖4與圖5進(jìn)行比較所明確的那樣，本實施方式的液晶顯示裝置的白顯示狀 態(tài)的亮度高。這是因為，由設(shè)置在對置電極22上的十字形狀的狹縫22a，各疇內(nèi)的液晶分子 的取向成為均勻(與指向矢的方向匹配)。接著，參照圖6和圖7說明十字形狀的開口部22a的寬度的最佳值。圖6是相對 于各種開口部22a的寬度(相對狹縫的寬度)，表示液晶分子的取向方位的分布的圖表。另 外，為了比較，關(guān)于沒有設(shè)置開口部的結(jié)構(gòu)，表示為狹縫寬度是0 μ m。像素間距與前面相同， 是 25.5 μ mX 40.0 μ m。圖6(a) (c)的橫軸表示沿著像素的縱方向的位置，表示通過沿著縱方向相鄰的 2個疇中心的線上的位置。如果以圖1(a)表示的對置電極22的十字形狀的開口部22a的 橫方向的狹縫為X軸，以縱方向的狹縫為Y軸，則在此，表示在第二象限和第三象限中形成 的疇的液晶分子的取向方位的分布。另外，方位角135°表示為與其等價的-45°。另外， 圖6(a)表示向液晶層施加2. 5V的狀態(tài)(中間灰度顯示狀態(tài))，圖6(b)表示向液晶層施加 4.5V的狀態(tài)(白顯示狀態(tài))，圖6(c)表示施加比白電壓高的電壓(IOV)的狀態(tài)。首先，如圖6(a)所示，如果向液晶層施加的電壓低，則可知向45°或者_(dá)45°的方 位取向的液晶分子少。在狹縫的寬度是6. 0 μ m、7. 0 μ m和9. 0 μ m時，在像素電極的邊緣附 近和狹縫附近，極少存在液晶分子向45°或者-45°的方向取向的部分。接著，如圖6(b)所示，如果施加白顯示電壓(4. 5V)，則在狹縫寬度為3. Oym 6.0ym的情況下，可知向45°或者-45°的方位取向的液晶層遍及廣闊的范圍內(nèi)存在。進(jìn)而，如圖6(c)所示，當(dāng)施加超過白電壓的IOV時，在狹縫寬度為3. Ομπι 6.0μπι的情況下，可知向45°或者-45°的方位取向的液晶分子存在的范圍更寬，即使狹 縫寬度為7. Ομπι和9. Ομπι，向45°或者-45°方位取向的液晶分子也存在于廣闊的范圍 內(nèi)。另外，在沒有設(shè)置狹縫的結(jié)構(gòu)中，在圖6(a) (c)任一情況下，向45°或者_(dá)45° 的方位取向的液晶分子的比例少，特別是，在施加電壓過低的圖6(a)中，幾乎不存在向 45°或者-45°的方位取向的液晶分子。如上所述，通過在對置電極中設(shè)置十字形狀的狹縫22a，即使在像素的間距比較小 的情況下，也能夠提高4D構(gòu)造的各疇內(nèi)的液晶分子的取向。像這樣，通過在對置電極22設(shè)置十字形狀的開口部22a，能夠使向規(guī)定的方位(從 偏光板的透過軸45° )取向的液晶分子的比例增加，由此能夠增大透過率(顯示亮度)。然而，由于如果狹縫的寬度增大則沒有向液晶層施加充分電壓的區(qū)域增加，因此作用成使顯 示亮度降低。從而，參照圖7(a)和(b)，說明研究狹縫寬度與透過率的關(guān)系的結(jié)果。圖7(a)和(b)表示的圖表的縱軸是透過率(任意單位)，橫軸表示狹縫的寬度。 另外，在此為了比較，同時示出在對置電極中具有十字狹縫的現(xiàn)有的液晶顯示裝置90B (參 照圖10)中的狹縫寬度與透過率的關(guān)系。圖7(a)表示向液晶層施加4. 5V的狀態(tài)(白顯示 狀態(tài))，圖7(b)表示施加比白電壓高的電壓(IOV)的狀態(tài)。如從圖7 (a)和(b)所知，從透過率的觀點出發(fā)，狹縫的寬度為5. 0 μ m是最佳的， 優(yōu)選在3 μ m 6 μ m的范圍內(nèi)。另外，具備本實施方式的FB形圖案的像素電極的液晶顯示 裝置100的透過率比現(xiàn)有的液晶顯示裝置90B高。接著，參照圖8，說明本發(fā)明的其它實施方式的透過反射兩用型(也稱為“半透過 型”)的液晶顯示裝置200的結(jié)構(gòu)。液晶顯示裝置200的各像素具有2個子像素區(qū)域，一個 是以透過模式進(jìn)行顯示的透過子像素區(qū)域，另一個是以反射模式進(jìn)行顯示的反射子像素區(qū) 域。圖8(a)是液晶顯示裝置200的1個像素的示意性的俯視圖，圖8(b)是沿著圖8(a)的 8B-8B’線的示意性的剖視圖。另外，與圖1表示的液晶顯示裝置100共同的結(jié)構(gòu)要素用共 同的參考附圖標(biāo)記表示，省略說明。如圖8(a)所示，液晶顯示裝置200所具有的像素電極12有沿著列方向(縱)排 列成一列的2個子像素電極12a和12b。子像素電極12a例如是用ITO膜形成的透明電極， 子像素電極12b例如是用Al膜形成的反射電極。子像素電極12a和12b分別具有FB形圖案。隔著液晶層42與子像素電極12a和 12b相對的對置電極22，具有配置在與透明子像素電極12a相對的位置的十字形狀的開口 部22a、配置在與反射子像素電極12b相對的位置的十字形狀的開口部22b。十字形狀的開 口部22a和22b以分別與子像素電極12a和子像素電極12b的十字形狀的主干部相對的方 式配置。因此，在向液晶層42施加規(guī)定的電壓時，在與透明子像素電極12a對應(yīng)的透過子 像素區(qū)域和與反射子像素電極12b對應(yīng)的反射子像素區(qū)域各自穩(wěn)定地形成上述4個液晶疇 穩(wěn)定形成這一點與上述相同。液晶顯示裝置200如圖8(b)所示，在與反射子像素電極12b相對的區(qū)域中具有 相位差層62。相位差層62由于設(shè)置在隔著液晶層42相互相對的基板11與21之間，因此 將其稱為內(nèi)部相位差層62。例如，內(nèi)部相位差層62的相位差是四分之一波長，其滯相軸配 置在相對于偏光板52b的透過軸構(gòu)成45°的方向。內(nèi)部相位差層62起到使通過了偏光板 52b的直線偏振光變換成圓偏振光的作用。此時，對于進(jìn)行反射模式的顯示的光的光路長 度由于與對于進(jìn)行透過模式的顯示的光的光路長度相等，因此反射子像素區(qū)域的液晶層42 的厚度優(yōu)選成為透過子像素區(qū)域的液晶層42的厚度的二分之一。液晶層42的厚度只要通 過例如將透明的樹脂層設(shè)置在內(nèi)部相位差層62的基板21 —側(cè)進(jìn)行調(diào)節(jié)即可。關(guān)于內(nèi)部相 位差層的詳細(xì)情況，例如記載在特開2003-279957號公報中。為了參考，在本說明書中援引 上述公開公報的全部公開內(nèi)容。此處，以透過反射兩用型液晶顯示裝置200為例說明了 1個像素有2個以上的子 像素區(qū)域的結(jié)構(gòu)，但不限于該結(jié)構(gòu)，也可以在透過型液晶顯示裝置或者反射型液晶顯示裝 置中，將像素分割為多個子像素區(qū)域。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明在便攜式電話用的液晶顯示裝置等比較小的像素間距的液晶顯示裝置中 使用。
權(quán)利要求
一種液晶顯示裝置，其具有多個像素和正交尼科爾配置的一對偏光板，并以常黑模式顯示圖像，該液晶顯示裝置的特征在于所述多個像素各自具有包括介電各向異性為負(fù)的向列液晶材料的液晶層；隔著所述液晶層相互相對的像素電極和對置電極；設(shè)置在所述像素電極與所述液晶層之間和所述對置電極與所述液晶層之間的一對垂直取向膜；和在所述一對取向膜的所述液晶層一側(cè)的表面各自形成的由光聚合物構(gòu)成的一對取向維持層，所述像素電極具有以與所述一對偏光板的偏光軸重疊的方式配置的至少1個十字形狀的主干部；和從所述至少1個十字形狀的主干部沿大致45°方向延伸的多個支部，所述對置電極具有以與所述至少1個十字形狀的主干部相對的方式配置的至少1個十字形狀的開口部，在向所述液晶層施加規(guī)定的電壓時，在所述液晶層形成有4個液晶疇，代表所述4個液晶疇各自所包含的液晶分子的取向方向的4個指向矢的方位相互不同，并且，所述4個指向矢的方位各自與所述多個支部的任一個大致平行，在沒有向所述液晶層施加電壓時，與所述4個液晶疇各自對應(yīng)的區(qū)域的液晶分子由所述取向維持層規(guī)定預(yù)傾方位。
2.如權(quán)利要求1所述的液晶顯示裝置，其特征在于所述至少1個十字形狀的開口部的寬度比該開口部相對的部分的所述主干部的寬度大。
3.如權(quán)利要求1或2所述的液晶顯示裝置，其特征在于所述4個液晶疇是指向矢的方位為第一方位的第一液晶疇、指向矢的方位為第二方位 的第二液晶疇、指向矢的方位為第三方位的第三液晶疇、和指向矢的方位為第四方位的第 四液晶疇，所述第一方位、第二方位、第三方位和第四方位的任意2個方位的差大致與90° 的整數(shù)倍相等，隔著所述至少1個十字形狀的主干部相互相鄰的液晶疇的指向矢的方位相差大約 90°。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的液晶顯示裝置，其特征在于所述多個支部具有條紋狀排列有與所述第一方位平行的多個第一支部的第一組；條 紋狀排列有與所述第二方位平行的多個第二支部的第二組；條紋狀排列有與所述第三方位 平行的多個第三支部的第三組；和條紋狀排列有與所述第四方位平行的多個第四支部的第 四組，在所述第一組、第二組、第三組和第四組各自中，所述多個支部各自的寬度(L)和相互 相鄰的任意一對支部之間的間隙的寬度(S)均在1. 5μπι以上5. Ομπι以下的范圍內(nèi)。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項所述的液晶顯示裝置，其特征在于所述像素電極具有沿著某個方向排列成一列的多個子像素電極，所述至少1個十字形狀的主干部，包括所述多個子像素電極各自具有的十字形狀的主 干部，所述對置電極具有的所述至少1個十字形狀的開口部，包括以與所述多個子像素電極 各自具有的所述十字形狀的主干部相對的方式配置的開口部，在向所述液晶層施加規(guī)定的電壓時，在與所述多個子像素電極一一對應(yīng)的多個子像素 區(qū)域各自中形成有所述4個液晶疇。
6.如權(quán)利要求5所述的液晶顯示裝置，其特征在于所述多個子像素區(qū)域包括以透過模式進(jìn)行顯示的透過子像素區(qū)域；和以反射模式進(jìn) 行顯示的反射子像素區(qū)域。
7.如權(quán)利要求6所述的液晶顯示裝置，其特征在于還具有僅在與所述反射子像素區(qū)域?qū)?yīng)的區(qū)域中選擇性地設(shè)置的內(nèi)部相位差層。
全文摘要
本發(fā)明的液晶顯示裝置的像素具有液晶層42；隔著液晶層相互相對的像素電極12和對置電極22；一對垂直取向膜32a和32b；和形成在取向膜的液晶層一側(cè)的表面的由光聚合物構(gòu)成的取向維持層34a和34b。像素電極具有以與一對偏光板的偏光軸重疊的方式配置的十字形狀的主干部12h和12v；和從十字形狀的主干部向大致45°方向延伸的多個支部12a、12b、12c和12d。對置電極具有以與十字形狀的主干部相對的方式配置的十字形狀的開口部22a。在向液晶層施加規(guī)定的電壓時，形成4個液晶疇，與4個液晶疇各自相對應(yīng)的區(qū)域的液晶分子由取向維持層規(guī)定預(yù)傾方位。
文檔編號G02F1/1343GK101925853SQ200980103010
公開日2010年12月22日 申請日期2009年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月25日
發(fā)明者久保真澄, 大上裕之, 曾我雅之, 柴崎正和, 橋本義人 申請人:夏普株式會社