液晶显示器 【技术领域】
本发明涉及一种用于电子装置的显示部分中的液晶显示器。
背景技术
液晶显示器具有彼此相对设置的一对基板和夹入在基板之间的液晶层。一般地，透明电极形成于相对设置的这对基板的每个表面上。通过将电压施加于透明电极之间以驱动液晶和由此控制每个像素的光透射，启动液晶显示器用于显示。
近来，对于液晶显示器存在不断增长的需求和多样化的要求。特别地，强烈需要改进视角特性和显示质量。多域垂直定向(MVA)型液晶显示器被视为很有前途的一种技术，用于实现改进的视角特性和显示质量。
在一般的有源矩阵型液晶显示器中，基板之间的晶元厚度通过由塑胶制成的球形间隔来控制。球形间隔在基板被附着之前，在间隔分散步骤中被分散于基板之一上。随后，附着基板并注入液晶。而且，进行加压，使得晶元厚度保持在接近球形间隔直径的值。然而，利用球形间隔的液晶显示器具有这样的问题，它可能由于球形间隔的分散密度地变化而造成晶元厚度的变化，并且由于在球形间隔移动时出现的对定向膜的损坏而造成光泄漏。
近来，作为一种用于通过减少液晶注入时间来简化制造工艺的技术，一次滴入填充(one drop filling)(ODF)方法已经投入使用，在该方法中，在将液晶滴入到基板之一之后将两个基板附着。当利用ODF方法注入液晶时，因为分散的球形间隔在液晶滴入时移动，所以难以在面板平面内均匀地分布球形间隔。为此，球形间隔无法用于利用ODF方法所制造的液晶显示器中。
在这样的情况下，特别地，柱形间隔用于利用ODF方法所制造的液晶显示器中，利用照相平板印刷工艺将这些柱形间隔固定地形成于一个基板上，并且与另一基板相接触以在基板被附着之后保持晶元厚度。图9表示具有柱形间隔的按照相关现有技术的MVA型液晶显示器的结构，图10表示沿着图9中X-X线所得的截面结构。如图9和10所示，液晶显示器具有彼此相对设置的薄膜晶体管(TFT)基板102和相对基板104，以及密封在基板102和104之间的液晶106。TFT基板102具有在玻璃基板110上、在图9中水平方向上延伸的多条栅极总线112。绝缘膜130形成于栅极总线112上。在图9中垂直方向延伸的多条漏极总线114这样形成，使得它们与栅极总线112相交，其间插入有绝缘膜130。绝缘膜132形成于漏极总线114上。
TFT120形成于栅极总线112与漏极总线114之间每个交点的附近。透明像素电极116形成于栅极总线112和漏极总线114所围绕的像素区域中的绝缘膜132上。平行于栅极总线112延伸的存储电容器总线118这样形成，使得它们基本在各像素区域中部横穿各像素区域。存储电容器电极(中间电极)119形成于存储电容器总线118上方的每个像素区域中，其间插入有绝缘膜130。
相对基板104具有设置于玻璃基板111上的遮蔽膜(BM膜)148(图9中未示出)，用于遮蔽邻接像素区域之间的遮光区域，以及遮蔽像素区域中存储电容器总线118(存储电容器电极119)上方的区域(遮光部分)之间的。滤色(CF)树脂层140形成于玻璃基板111上的像素区域中。公共电极142在CF树脂层140之上，形成于整个基板。相对于像素区域的边缘倾斜延伸的线性凸起144形成于公共电极142上，作为用于调整液晶106定向的定向调整结构。柱形间隔150形成于公共电极142上的遮光区域中，一个间隔150设置用于几个像素或几十个像素。柱形间隔150在位置上设置为与栅极总线112和漏极总线114之间的交点相对。柱形间隔151形成于像素区域中的遮光部分中，一个间隔151设置用于几个像素或几十个像素。柱形间隔151在位置上设置为与存储电容器电极119相对。
图1表示按照相关现有技术的MVA型液晶显示器的另一结构。如图11所示，形成于像素区域中的像素电极116具有：多个电极单元116a，具有梳齿形外围部分，用于调整液晶106的定向；以及连接电极116b，用于电连接电极单元116a。柱形间隔151以每几个像素或几十个像素中一个柱形间隔的布置密度，形成于像素区域中的遮光部分中。柱形间隔151在位置上设置为与存储电容器总线118相对。作为定向调整结构的点式凸起145形成于相对基板104上，其位置对应于一些电极单元116a的中心。
光泄漏等会出现在柱形间隔150和151周围，因为液晶分子106的定向一般在这些区域中出现异常。因此，柱形间隔150和151设置于像素区域中的遮光区域或遮光部分中，从而使光泄漏造成的显示故障在视觉上将不被感知到。
柱形间隔150和151设置于基板平面中的预定图案中。具有高抗压特性的坚硬的液晶显示器面板能够通过增加柱形间隔150、151与基板之间的接触面积或数量以增大柱形间隔150和151的布置密度来获得。
提供具有高亮度和更低功率消耗的液晶显示器的有效方式是通过增大像素开口率(aperture ratio)来改进光的利用。为了改进像素的开口率，需要通过减少像素区域的遮光区域和遮光部分的面积，相对地增大像素区域的开口面积。然而，像素区域的遮光区域和遮光部分的面积减少会限制柱形间隔150和151的大小和位置。因此，通过增加柱形间隔150和151的数量，难以增大柱形间隔150和151的布置密度。因此出现的问题是，难以提供具有高的开口率以及高抗压特性的液晶显示器。
在利用ODF方法制造的液晶显示器中，当分布的液晶的数量仅发生微小变化时，会产生与液晶注入相关联的面板缺陷，比如起泡和图片帧的变化。产生这样的面板缺陷归因于柱形间隔150和151的高度变化、液晶106的热收缩、以及柱形间隔150和151的压缩位移的特性。为了增加所分布的液晶数量的回旋余地(margin)，主要地需要利用软性(flexible)液晶显示器面板，其晶元厚度能够灵活地跟随轻载下的区域中分布的液晶数量的变化。软性液晶显示器面板能够通过以低布置密度布置柱形间隔150和151来提供。然而，简单减少柱形间隔150和151的布置密度会降低液晶显示器面板的抗压特性，并且来自外界的局部加压，比如显示器表面上的按压，会更容易导致晶元厚度的变化。如上所述，在利用ODF方法制造的液晶显示器中，所分布的液晶数量的回旋余地与显示器的抗压特性一般是相互平衡的。
作为一种能够实现分布液晶数量的宽的回旋余地和高抗压特性的技术，有这样一种液晶显示器，其中具有较高高度的柱形间隔以低布置密度来设置，具有较低高度的柱形间隔以较高布置密度来设置(参见专利文件1(JP-A-2001-201750)和2(JP-A-2003-156750))。在该液晶显示器中，晶元厚度一般通过以较低密度布置的具有较高高度的柱形间隔来保持，并且当从外界施加压力时，晶元厚度通过以较高密度布置的具有较低高度的柱形间隔来保持。专利文件1公开一种方法，其中具有不同高度的多类柱形间隔形成于同一基板上。专利文件2公开一种方法，其中同一高度的柱形间隔相对于一像素布置于不同位置，并且其中利用由与间隔相对设置的TFT基板上的金属布线厚度所形成的台阶(step)，柱形间隔基本形成为具有不同高度的间隔。
然而，在具有高开口率的液晶显示器中，由于如上所述对柱形间隔的大小和位置均有限制，所以难以提供如上所述期望布置密度的具有不同高度的柱形间隔。因此，利用ODF方法制造的具有高开口率的液晶显示器存在的问题是，难以实现分布的液晶数量的宽的回旋余地和高抗压特性。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种能够具有高抗压特性以及保持高开口率的液晶显示器。本发明的另一目的是提供一种液晶显示器，在利用一次滴入填充方法制造显示器中能够为该液晶显示器实现分布液晶数量的宽的回旋余地。
上述目的通过一种液晶显示器来实现，其特征在于包括：彼此相对设置的一对基板；密封于该对基板之间的液晶；设置于基板上的多个像素区域；以及设置于像素区域中的凸起式结构，用以调整液晶的定向和保持该对基板之间的晶元厚度。
本发明使得可以提供一种在保持高开口率的同时具有高抗压特性的液晶显示器。本发明也使得可以提供一种液晶显示器，对于该液晶显示器，在利用一次滴入填充方法制造该显示器中，能够实现分布液晶数量的宽的回旋余地。
【附图说明】
图1表示按照本发明第一实施例的液晶显示器的结构；
图2表示按照本发明第一实施例的液晶显示器的示意截面结构；
图3表示按照本发明第一实施例的液晶显示器相对基板上的点式凸起和凸起式结构；
图4表示按照本发明第一实施例的液晶显示器相对基板的截面结构；
图5A至5F表示按照本发明第一实施例的液晶显示器相对基板的结构；
图6表示按照本发明第一实施例的液晶显示器的结构改型；
图7表示按照本发明第二实施例的液晶显示器的截面结构；
图8表示按照本发明第三实施例的液晶显示器的截面结构；
图9表示按照相关现有技术的MVA型液晶显示器的结构；
图10表示一截面图，其表示按照相关现有技术的MVA型液晶显示器的结构；以及
图11表示按照相关现有技术的MVA型液晶显示器的另一结构。
【具体实施方式】
[第一实施例]
现在将参照图1至6，描述按照本发明第一实施例的液晶显示器。图1表示按照本实施例的液晶显示器的一个像素的结构。图2表示按照本实施例的液晶显示器的示意截面结构。如图1和2所示，液晶显示器具有彼此相对设置的TFT基板2和相对基板4，以及密封在基板2与4之间的液晶6。液晶6基本垂直于基板表面定向，并且具有负介电常数各向异性。该液晶显示器通过如下步骤来制造：在彼此相对的基板2和4表面上压印和烘焙定向膜(垂直定向膜)；将密封材料施加于任一基板2和4的外围部分；在滴入液晶6之后附着基板2和4；随后切割基板并在基板上形成斜面；施加偏光镜等。
TFT基板2具有设置于透明玻璃基板10上、在图1中水平方向上延伸的多条栅极总线12。例如，通过以列出的次序堆叠铝(Al)、钕(Nd)和钼(Mo)等层，以在玻璃基板10上形成具有250nm厚度的金属膜，并且利用照相平板印刷工艺将该膜图案化为预定结构，来形成栅极总线12。由具有例如350nm厚度的氮化硅膜(SiN膜)构成的绝缘膜30形成于栅极总线12上。在图1中垂直方向上延伸的多条漏极总线14这样形成，使得它们与栅极总线12相交，其间插入有绝缘膜30。例如，漏极总线14通过以列出的次序堆叠Mo、Al和Mo等层所提供的具有320nm厚度的金属膜来构成。由具有例如200nm厚度的SiN膜所构成的绝缘膜32形成于漏极总线14上。
TFT20形成于栅极总线12与漏极总线14之间每个交点的附近。TFT20的漏极21由与漏极总线14的材料相同的材料形成，并且电连接于漏极总线14。源极22设置为与漏极21相对。一部分的栅极总线12用作TFT20的栅极。TFT20的有源半导体层由例如非晶硅(a-Si)形成。
在栅极总线12和漏极总线14所围绕的绝缘膜32上的像素区域中，像素电极16通过将具有例如40nm厚度的ITO膜图案化来形成。像素电极16经过未示出的接触孔，连接于TFT20的源极22。像素电极16具有：连续定向于漏极总线14的延伸方向上的五个电极单元16a、形成于邻接电极单元16a之间的切口16c、以及用于电连接被切口16c分离的电极单元16a的连接电极16b。电极单元16a具有设置于其中部的实心(solid)部分16d和设置于实心部分16d外围的梳齿形部分16e。梳齿形部分16e具有从实心部分16d延伸的多个线性电极16f和形成于邻接线性电极16f之间的空隙16g。线性电极16f在各区域中四个不同方向上延伸。电极单元16a顶部右边部分的线性电极16f向右上延伸，电极单元16a底部右边部分的线性电极16f向右下延伸。电极单元16a顶部左边部分的线性电极16f向左上延伸，以及电极单元16a底部左边部分的线性电极16f向左下延伸。液晶分子平行于线性电极16f的延伸方向并且向着实心部分16d倾斜。因此，液晶6的定向在每个电极单元16a被划分为四个方向。
平行于栅极总线12延伸的存储电容器总线18这样形成，使得它们基本在各像素区域中部横穿各像素区域。存储电容器总线18由与栅极总线12的材料相同的材料形成。存储电容器电极19形成于在存储电容器总线18上方的每个像素区域中，其间插入有绝缘膜30。存储电容器电极19由与漏极总线14的材料相同的材料形成。存储电容器电极19经过未示出的接触孔，电连接于像素电极16。
相对基板4具有设置于玻璃基板11上的黑色矩阵(BM)48(图1中未示出)，用于遮蔽邻接像素区域之间的遮光区域和遮蔽像素区域中存储电容器总线18(存储电容器电极19)之上的区域(遮光部分)。例如，BM48通过将具有160nm厚度的低反射铬(Cr)膜或具有1.2μm厚度的黑树脂膜图案化来形成。红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)中任一色彩的CF树脂层40形成于玻璃基板11上的像素区域中。CF树脂层40通过对于每个色彩R、G和B重复(或总共三次)某一工艺来形成，该工艺为：施加并且图案化具有例如1.8μm厚度的有色树脂。由具有例如150nm厚度的ITO膜构成的公共电极42在CF树脂层40之上，形成于整个基板。
由介电材料制成的点式凸起(定向调整凸起)45和凸起式结构51、52形成于公共电极42上，作为用于调整液晶6定向的定向调整结构。图3分别表示R、G和B三个像素中点式凸起45和凸起式结构51、52的布置，图4表示沿着图3中A-A线所得的相对基板4的截面结构。图5A表示点式凸起45和凸起式结构51、52在基本三个像素中的布置和结构。图5B是点式凸起45和凸起式结构51、52邻近处的放大图。图5C表示在倾斜方向上观察到的相对基板4的结构。图5D表示在凸起式结构51邻近处所得的相对基板4的截面结构。图5E表示在凸起式结构52邻近处所得的相对基板4的截面结构。图5F表示在点式凸起45邻近处所得的相对基板4的截面结构。
如图3至5F所示，在相对基板4上的每个像素中，总共设置五个定向调整结构(点式凸起45和凸起式结构51、52)，这些结构线性地定向。每个定向调整结构形成于某位置中，该位置基本对应于TFT基板2上电极单元16a的中心。在R和G像素中，一个点式凸起45设置为与遮光部分重叠，该遮光部分使存储电容器总线18免受光照，并且两个点式凸起45设置于图3中的每个上、下开口处。相反地，在B像素中，设置有一个凸起式结构51、三个凸起式结构52和一个点式凸起45。凸起式结构51这样设置，使得它与遮光部分重叠，该遮光部分使存储电容器总线18免受光照。两个凸起式结构52设置于图3中的上开口。其他凸起式结构52和一个点式凸起45设置于图3中的下开口。
点式凸起45这样形成，通过将正性感光抗蚀剂施加于公共电极42，并且在该公共电极上进行预烘焙、曝光、显影、再烘焙步骤，从而使它们在公共电极42的表面上方具有例如大约2.5μm的最终高度。点式凸起45例如具有14μm×14μm的正方形形式的平面结构，并且它们设置为其每个测边倾斜于像素区域的边缘。凸起式结构51和52通过将负性感光抗蚀剂施加于公共电极42并且在其上进行预烘焙、曝光、显影和再烘焙步骤来形成。凸起式结构51和52形成为使得它们在公共电极42的表面上方具有例如大约4.0μm的最终高度h1。
凸起式结构51设置于与TFT基板2上存储电容器总线18和存储电容器电极19相关联的位置中，并且凸起式结构52设置于像素的开口处(见图2)。TFT基板2的区域(在该区域中，存储电容器总线18和存储电容器电极19形成于玻璃基板10之上)的高度比像素开口区域的高度高出等于金属层厚度的高度h2(大约0.5至0.6μm)。因此，尽管凸起式结构51和52形成有基本相同的高度h1，但是当基板2和4被附着时，凸起式结构51接触TFT基板2，而凸起式结构52并不接触基板2。因此，当从外界施加压力时，凸起式结构51保持第一晶元厚度(≈h1+h2)，并且凸起式结构52保持小于第一晶元厚度的第二晶元厚度(≈h1)。例如，当重负荷局部地施加于面板表面时，凸起式结构51产生变形，并且在凸起式结构51到达崩溃(breakdown)极限之前，凸起式结构52与TFT基板2发生接触。由于通过分布这些凸起式结构52以高布置密度设置凸起式结构52，以支持该负荷，所以不会出现晶元厚度的进一步改变。因此，能够防止出现柱形间隔的弹性崩溃所造成的晶元厚度变化。
基于丙烯酸树脂的压缩位移的特性，凸起式结构51设计为具有低布置密度(例如每18个像素，一个结构)，从而当它们在制造面板的时候被加入负荷时，将实现预定的位移。凸起式结构52设计为具有高布置密度(例如每个B像素，三个结构(或每18个像素，18个结构))，从而它们能够经受例如在以手指按压面板时所施加的极重的局部负荷。
尽管凸起式结构51和52用作定向调整结构，与点式凸起45相比，它们会造成液晶6定向的微小异常。因此，需要将它们形成于三色R、G和B中透射率最低的蓝色像素中。当凸起式结构51和52仅形成于B像素中时，与凸起式结构51和52也形成于R和G像素中时所遇到的情形相比，液晶6的定向异常所造成的显示缺陷在视觉上较为难以感受到。当通过控制曝光条件、显影条件和烘焙条件，使得由凸起式结构51和52的侧部与相对基板4的表面所定义的角度(圆锥角)θ1等于或小于45°时，液晶6出现定向异常的可能性将低于圆锥角θ1大于45°情况下的可能性。例如，凸起式结构51和52具有圆形形状的底表面(面向相对基板4)和顶表面(面向TFT基板2)，该底表面具有大约20μm的直径，该顶表面加油大约9μm的直径。凸起式结构51和52的底表面直径等于或小于约开口宽度的三分之一(例如78μm)。像素开口率的任何减少能够通过保持设置于像素开口的凸起式结构52(或51)所占据的面积等于或小于约开口面积的10％来防止。
按照本实施例，由于用作柱形间隔的凸起式结构51和52还能够设置于像素开口中，所以对结构布置位置的限制有所放宽，并且基本具有不同高度的凸起式结构51和52能够以各所需的布置密度来设置。任一凸起式结构51和52的布置将不会影响另一结构的布置。由于这允许柱形间隔压缩位移特性(比如响应于晶元厚度变化的弹性和可恢复性)的改进，所以即使在利用ODF方法制造的具有高开口率的液晶显示器中，仍能实现分布液晶数量的宽的回旋余地和高抗压特性。因此，能够提供具有稳定质量以及高制造产量的液晶显示器。
图6表示按照本实施例的液晶显示器的改型结构。如图6所示，本改型中的像素电极16具有三个电极单元16a。凸起式结构51在相对基板4上形成于基本对应于三个电极单元16a中心的每个位置中。三个凸起式结构51的任一个接触TFT基板2以保持预定的晶元厚度。因此，只有具有基本同一高度的凸起式结构51能够以期望的布置密度来形成。
按照本改型，由于用作柱形间隔的凸起式结构51还能够设置于像素的开口中，所以对结构布置位置的限制有所放宽，并且这些结构能够以期望的布置密度来设置。因此即使在具有高开口率的液晶显示器中，仍能实现高抗压特性。
尽管在本实施例中利用丙烯酸树脂在CF基板4上形成凸起式结构51和52，凸起式结构51和52可选地形成于TFT基板2上。凸起式结构51和52可通过依次地堆叠部分的CF树脂层40来形成，以取代在独立步骤中形成凸起式结构51和52。
[第二实施例]
现在将参照图7，描述按照本发明第二实施例的液晶显示器。图7表示按照本实施例的液晶显示器的截面结构。如图7所示，在本实施例中，在基板表面之上具有不同高度的凸起式结构52和53形成于相对基板4上，而不是利用TFT基板2的高度差异。在形成凸起式结构52之后形成点式凸起45，并且一些凸起式结构52由树脂层46覆盖，该树脂层是利用同一材料随同点式凸起45一起形成。在高度上大于凸起式结构52的凸起式结构53通过树脂层46和由树脂层46所覆盖的凸起式结构52来形成。因此，设置有由丙烯酸树脂形成的凸起式结构52和在高度上大于凸起式结构52的凸起式结构53，凸起式结构53的表面部分由与点式凸起45的材料相同的材料形成，凸起式结构53的剩余部分由与凸起式结构52的材料相同的材料形成。凸起式结构52与53之间在高度上的差异在大约0.3μm到大约0.7μm的范围中。
按照本实施例，由于具有不同高度的凸起式结构52和53能够以各所需的布置密度来设置，所以即使在利用ODF方法制造的具有高开口率的液晶显示器中，仍能实现分布液晶数量的高的回旋余地和高抗压特性。因此能够提供一种具有稳定质量以及高制造产量的液晶显示器。
[第三实施例]
现在将参照图8，描述按照本发明第三实施例的液晶显示器。图8表示按照本实施例的液晶显示器的截面结构。如图8所示，在本实施例中，所有凸起式结构52由树脂层46覆盖，该树脂层利用同一材料随同点式凸起45一起来形成。以与第一实施例中相同的方式，高度基本不同的凸起式结构53和54通过树脂层46和由树脂层46所覆盖的凸起式结构52来形成。
按照本实施例，由于凸起式结构53和54的侧部的圆锥角θ2小于如图2所示的圆锥角θ1，所以与第一实施例相比，能够实现减少液晶6的定向异常，并且显示缺陷在视觉上将更少被感知到。
本发明并不限于上述实施例，并且能够以各种方式加以改型。
例如，尽管已通过实例在上述实施例中引用透射液晶显示器，但是本发明并不限于此，并且可应用于其他类型的液晶显示器比如反射和透反射式。
尽管具有形成于相对基板4上的CF树脂层40的液晶显示器已通过实例在上述实施例中提及，但是本发明并不限于此，并且可应用于具有所谓“CF在TFT上”结构的液晶显示器，在该结构中，CF树脂层40形成于TFT基板2上。