有源矩阵型液晶显示装置 本发明涉及一种液晶显示装置，尤其涉及一种用薄膜晶体管的有源矩阵型液晶显示装置。
采用由薄膜晶体管(TFT)作为有源器件的有源矩阵液晶显示装置，已开始广泛地用作办公自动化设备的显示终端，这是由于它们比起CRT来具有厚度小、重量轻和显示质量高的特点。可以将液晶显示装置的显示方法主要归为两类。一种方法中，将液晶夹持于具有透明电极的两个衬底之间，然后通过一个施加于透明电极的电压来驱动液晶，用以调节透过透明电极并进入液晶的光线，从而显示图像。目前所使用的液晶显示产品中大多数采用此种方法。另一种方法中，通过一个电场来驱动液晶(该电场实际上与两个电极之间的衬底表面平行，这两个电极形成于衬底之上)，用以调节从两个电极间隙中进入液晶的光线(下文称作“横向场方法”)。该方法具有视角极宽的优点，且对于有源矩阵型液晶显示装置来说是一个有前景的技术。后一种方法的特点主要在已公开的来自另一个国家的PCT专利申请案的日文译本第505247/1993号、日本专利公告第21907/1988号和日本专利公开第160878/1994号中有述。
但是，以上专利申请中所描述的与横向场方法(也称作共面切换方法)有关的有源矩阵型液晶显示装置，其响应速度最快约为100ms，远远达不到对动态图像地显示低于40-20ms的要求。这种类型的液晶显示装置的缺点在于，当显示动态图像时，就会产生残留图像，它使动态图像看似带有尾巴的彗星。
本发明的目的在于提供一种有源矩阵型液晶显示装置，与CRT相比，它具有宽视角和足以显示动态图像的快速响应。
已知的横向场方法具有以下两种结构。
将响应时间定义为施加电压的上升时间与切断电压的下降时间之和，以下将对其详细描述。
第一种结构是在一个液晶层内含液晶分子，该液晶层的初始取向方向与在上衬底一侧该液晶层界面上的电场施加方向相同，而在下衬底边该界面上，使其取向方向与电场施加方向相差90度，从而在切断电压时使液晶分子扭转约90度。
通过由两个电极生成的几乎平行于下衬底表面的电场(称作横向场)，使这种状态下的液晶分子在下衬底边界面的电场施加方向上扭转90度，来消除它们的旋光能力，从而改变其透射率以显示图像。
但是，这种结构需将液晶分子在下衬底界面附近旋转约90度，所以驱动电压可以很容易地升到比10V还高的电压。至于这种结构的响应速度，虽然能使上升时间加快到某种程度，但是由于必须将液晶分子转回90度，使得下降时间至少要40ms。这种响应速度还不足以快到能显示动态图像。
在第二种结构中，将液晶层中的液晶分子在带有上与下衬底的界面上初始化取向为几乎相同方向，从而当切断电源时使它们均匀取向而无任何扭转。通过横向场将这种状态下的液晶分子在电场方向上整个旋转约45度(当这些分子具有正介电各向异性量时。当它们具有负介电各向异性量时，将它们旋转到与电场垂直的方向上)，以改变那时液晶层的双折射率，因而改变透射率以显示图像。
第二种结构能够将驱动电压减小到约5V，它低于第一种结构的驱动电压，处于实际范围内，实现了快速的转换特定的动态画面。
在第二种结构中，响应速度很大程度地取决于上衬层于下衬层之间的液晶层的厚度，当液晶层厚度变小时响应速度就更快。当使衬底之间的间隙过窄时，就很难保持间隙的均匀性，从而增加了显示变化发生的机会。另一个问题就是注入液晶的过程很慢，要花费太长的时间。考虑到这些因素，液晶层的实际厚度限定在约4um，因此响应速度最快约为60ms。
在G.Baur等所编的《日本显示》1992年第547-550页中、或是由R.A.Soref所编的《应用物理杂志》第45卷第12号，1974年12月第5466页-5468页中、或是由R.A.Soref所编的《电器与电子工程师协会会志》1974年第1710页-1711页中，对第一种结构的例子进行了描述。
在由M.ohe等人所编的《亚洲显示》1995年第577页-580页中可以找到第二种结构的例子。
在本发明的典型结构中，在带有上衬底的界面上，将液晶层中的液晶分子初始化取向为与电压施加方向相差45度，而在带有下衬底的界面上，将液晶层中的液晶分子取向为与电压施加方向相差约-45度，从而在切断电压时使液晶分子扭转约90度。
为便于理解，将初始取向角定义为：相对于横向场的共面方向顺时针旋转为正，其范围为从-90度到90度。
为了显示图像，在带有上衬底的界面上通过横向场将这种状态下的液晶分子在电场方向上旋转约-45度，而在带有下衬底的界面上，在电场方向上将液晶分子旋转约45度以消除它们的双折射率，从而改变它们的透射率形成图像。
这种结构中，位于带有上衬底和下衬底的界面附近的液晶分子仅需要在相反方向上各自旋转45度，这可以通过一个电压来实现，该电压低于第一种结构所需电压。另外，由于这种结构含有叠加在一起的两个液晶层，每一层相对于液晶层的中心在相反方向上各扭转45度，所以这种结构与那种其衬底间的间隙减小约1/2的结构完全一样。即，由于在两个叠加层中的液晶分子的活化力与每一层中液晶分子中的弹性关系有关，所以它们与根据液晶分子的活化实际上具有1/2液晶层厚度的液晶分子完全一样。
就第一种结构来说，和第二种结构一样，当液晶层厚度的增加时，响应速度变得更快，即，响应速度大致反比于液晶层厚度的平方。另外，由于本实施例的液晶层仅旋转45度，与第一种结构中的90度相比，该响应约比第一种结构中的响应快一倍。在理论上，本发明的结构能实现响应速度最高约为第一种实施例的响应速度的八倍。
假设第一种实施例中的下降时间约为45ms，则本发明的结构能在理论上实现约6ms的下降时间。测量结果表明本结构实现了约20ms的响应速度。
在本结构中，在半色调显示期间不会发生传统结构中所看到的响应速度减小的情况，并且在施加任意电压下获得的快响应速度几乎不变。
从以下参照附图的描述中，本发明以及本发明的其它目的与优点将变得很明显。《有源矩阵液晶显示装置》。
以下将对应用本发明的一个有源矩阵型彩色液晶显示装置的一个实施例进行描述。图中用相同参考号代表具有相同功能的部分，并且不再对它们进行重复说明。《矩阵部分(象素部分)的平面结构》
图1为一个平面图，它表示有源矩阵型彩色液晶显示装置中的一个象素及其周边部分。
如图1所示，每个象素排列于一个相交区域内(一个由四条信号线所包围的区域)，该区域由一条扫描信号线(栅极线或水平信号线)GL、一条配对电压线(配对电极线)CL、两条邻接视频信号线(漏极信号线或垂直信号线)DL所包围。每个象素包括一个薄膜晶体管TFT、一个存储电容器Cstg、一个象素电极PX和一个配对电极CT。图中在垂直方向上排列有两个或更多个扫描信号线GL和在横向方向上延伸的配对电压线CL。在横向方向上排列有在垂直方向上延伸的多个视频信号线DL。象素电极PX与薄膜晶体管TFT相连接，并且与配对电压线CL整体构成配对电极CT。
两个象素沿视频信号线DL相互垂直邻接，当把它们沿图1的线A对折时，两个象素在它们的平面结构中相互重叠。这就使配对电压线CL能由两个垂直邻接的象素沿视频信号线DL来共用，从而增加配对电压线CL的宽度以减少其电阻，使得外电路能够向横向对准的每一个配对电极CT提供足够的配对电压。
象素电极PX与配对电极CT相对，用以在它们之间形成一个电场，来控制液晶LC的光学状态从而控制图像显示。象素电极PX和配对电极CT形成得如同梳齿一样，每一个都形成一个垂直延伸到纸的窄电极。
在每个象素中，配对电极CT的数目(梳齿的数目)O和象素电极PX的数目(梳齿的数目)P具有O＝P+1的关系(本实施例中，O＝3，P＝2)。将该关系式保持不变来交替排列配对电极CT和象素电极PX，用以确保配对电极CT靠近视频信号线DL。这种排列为了保护视频信号线DL不受电力线的影响，而利用了配对电极CT，从而防止配对电极CT与象素电极PX之间的电场受来自视频信号线DL的电场的影响。由于配对电极CT在所有时间内都由外电路通过配对电压线CL(下面将描述)来供电，所以它具有一个稳定的电压。因此，即使配对电极CT靠近视频信号线DL，它的电压也几乎没有变化。这种排列在几何上把象素电极PX设置得远离视频信号线DL，导致象素电极PX与视频信号线DL之间的寄生电容值大幅度减小并抑制了由视频信号电压产生的象素电极电压Vs的变化。从而能使在垂直方向上的串扰(图像质量下降称作垂直模糊)最小。
将象素电极PX与配对电极CT的宽度每一个都设置在6um。因为这些宽度需设置得大于液晶层的厚度5.0um(以后将描述)，从而向整个液晶层在其厚度方向上施加足够的电场，并且需设置得尽可能窄，来增加孔径比，所以选择了该值。为防止线断，将视频信号线DL的宽度设置为8um，比象素电极PX和配对电极CT稍微宽一点。在此，将视频信号线DL的宽度设置得不到邻接配对电极CT的宽度的两倍。换句话说，当已从生产量或产出量中确定视频信号线DL的宽度时，就将与视频信号线DL邻接的配对电极CT的宽度设定得比视频信号线DL宽度的大1/2。这就会造成由视频信号线DL所生成的电力线被位于两侧的配对电极CT所吸收。为了吸收由某种宽度的电极所生成电力线，需要另一个等宽或更宽的电极。因为由一部分1/2宽度的视频信号线DL(每条4um)所生成的电力线需被位于一侧的配对电极CT吸收，所以就将与视频信号线DL邻接的配对电极CT的宽度设定得大于视频信号线DL宽度的1/2。这就防止了串扰，尤其是由信号电极的作用所造成的垂直串扰。
确定扫描信号线GL的宽度以便满足电阻值，在该值处足够的扫描电压与端子一侧(以后将描述的位于扫描信号端子GTM相对一侧)上的一个象素的栅极GT有关将配对电压线CL的宽度也设定得满足电阻值，在该值处将足够的配对电压加到端子一侧(以后将描述位于公共总线CB相反一侧〕上的一个象素的配对电极CT上。
基于以下所述的原因，根据液晶材料来改变象素电极PX和配对电极CT之间的距离。由于实现最大透射率的电场强度可以在不同液晶材料中有所不同，所以根据液晶材料来设定电极到电极的距离，从而可以在由信号电极驱动电路(在电极侧上的驱动器)的耐压所确定的电极电压的最大幅度范围内获得最大透射率。如果采用以后所述的液晶材料，则电极间隔为16um。
虽然本实施例将所有的电极都排列于TFT衬底一侧上时，但是有些电极，特别是配对电极CT和配对电压线CL，可以被置于配对衬底一侧上。这种排列也落入本发明的范围之内。
对配对电极CT的方向没有特别的限定，虽然在本实施例中，使配对电极CT与栅极信号线GL在同一方向上，但也可以使对电极与漏极信号线DL同方向或者以矩阵的形式设置配对电极CT。所有这些方案都落入本发明的范围之内。《矩阵部分(象素部分)的剖面结构》
图2示出了沿图1的线3-3的剖面图。图3示出了沿图1的线4-4的剖面图。图4示出了沿图1的线5-5的存储电容Cstg的剖面图。如图2到图4所示，有一个下透明玻璃衬底SUB1和一个上透明玻璃衬底SUB2，并在二者之间装有液晶层LC。在下透明玻璃衬底SUB1上形成有薄膜晶体管TFT、储存电容Cstg和其它电极。在上透明玻璃衬底SUB2上形成有滤色器和用于光保护的黑色矩阵图案BM。
在每一块透明玻璃衬底SUB1、SUB2的内侧上(液晶LC侧)，形成有对准取向膜ORI1、ORI2，它们控制液晶的初始取向。在每一块透明玻璃衬底SUB1、SUB2的外侧上，置有偏振器，它们的偏振轴正交(正交尼科耳棱镜结构)。《TFT衬底》
首先，将详细描述下透明玻璃衬底SUB1(TFT衬底)的结构。《薄膜晶体管TFT》。
薄膜晶体管TFT工作在这种方式下：当给栅极GT加正向偏压时，它的源极与漏极之间的沟道电阻减小；而当使该偏压置于零时，该沟道电阻增加。
如图3所示，薄膜晶体管TFT具有一个i型(本征的，意即没有加入决定导电型的杂质)半导体层AS，它包括栅极GT、栅极绝缘膜GI和i型非晶硅(Si)、一对源极SD1和一对漏极SD2。通过源极和漏极之间的偏压极性对它们进行基本的检测，并且在工作期间，液晶显示装置的电路中的偏压极性反转，像这样应当理解为在工作间期源极和漏极相互转换。但是，在下面的描述中，为方便起见，将其中一个固定作为源极而另一个为漏极。《栅极GT》
用扫描信号线GL连续形成栅极GT，从而扫描信号线GL的一部分形成栅极GT。栅极GT是延伸到薄膜晶体管TFT的有源区域之外的一部分，它形成得比i型半导体层AS稍微大些，从而完全将它覆盖住(当从下观看时)。除了作为栅极的功能外，栅极GT还用来保护ii型半导体层AS不受外部光线和背照明的影响。在本例中，用一个单层导电膜g1形成栅极GT。该导电膜g1可以是通过溅射形成的铝(Al)膜。在导电膜g1之上形成一层铝阳极氧化膜AOF。《扫描信号线GL》
用导电膜g1形成扫描信号线GL。该扫描信号线GL的导电膜g1是通过与栅极GT的导电膜g1相同的生产过程来制成的，并和它整体形成。通过扫描信号线GL把来自外部电路的栅电压Vg供给栅极GT。在扫描信号线GL之上也形成铝阳极氧化膜AOF。扫描信号线GL所穿过视频信号线DL的那部分形成得很窄，用以减少与视频信号线DL相短路的可能性，并且分为两路从而甚至当短路发生时也能通过激光调整来切断它。《配对电极CT》
配对电极CT由与栅极GT和扫描信号线GL同在一层中的导电膜g1所形成。在配对电极CT之上也形成铝阳极氧化膜AOF。将配对电压Vcom加在配对电极CT上。在本实施例中，通过穿场电压ΔVs将配对电压Vcom设定在一个电压值上，它低于加在视频信号线DL上的最低电平驱动电压Vdmin与最高电平驱动电压Vdmax之间的中间直流电压，该穿场电压ΔVs是当薄膜晶体管TFT截止时所生成的。当需要把用于信号电极驱动电路的集成电路的电源电压减小一半时，需加一个交流电压。《配对电压线CL》
配对电压线CL由一个导电膜g1形成。用与栅极GT扫描信号线GL和配对电极CT的导电膜g1相同的制作过程来淀积配对电压线CL的导电膜g1，并和配对电极CT成整体地形成。通过这条配对电压线CL，把来自外部电路的配对电压Vcom加到配对电极CT上。在配对电压线CL之上也形成铝阳极氧化膜AOF。配对电压线CL穿过视频信号线DL的那部分象扫描信号线GL一样，形成得很窄，用以减少与视频信号线DL相短路的可能性，并且分为两路从而甚至当短路发生时也能通过激光调整来切断它。《绝缘膜GI》
在薄膜晶体管TFT中，把绝缘膜GI用作栅极绝缘膜，用来把电场加到半导体层AS和栅极GT上。在栅极GT和扫描信号线GL之上形成绝缘膜GI。该绝缘膜GI可以是氧化膜，它是通过例如等离子化学汽相淀积法淀积出的，厚度为1200～2700埃(A)(本实施例中，约为2400A)。形成栅极绝缘膜GI，从而包围整个矩阵区域AR，并去除周边部分以露出外部连接端子DTM、GTM。绝缘膜GI还在扫描信号线GL或是配对电压线CL与视频信号线DL之间起电绝缘的作用。《i型半导体层AS》
i型半导体层AS由非晶硅制成，且其淀积厚度为200 ～2200A(在本实施例中，约为2000A)。层d0是一种用于电阻接触的掺有磷(P)的N(+)非晶硅半导体层，将它放在其下为一个i型半导体层AS、其上为一个导电层d1(d2)的位置。
在扫描信号线GL或配对电压线CL与视频信号线DL之间的交叉处(交叉部分)也有i型半导体层AS。位于交叉部分的i型半导体层AS减小了扫描信号线GL或配对电压线CL与视频信号线DL相短路的可能性。《源极SD1，漏极SD2》
每一个源极SD1与漏极SD2都由与N(+)半导体层d0相接触的导电膜d1和d2形成，且在第一导电膜d1之上形成导电膜d2。
导电膜d1是由铬(Cr)经溅射形成的，其厚度为500～1000A(本实施例中，约为600A)。由于Cr膜在形成更大厚度时具有增加的应力，所以将它的厚度限定在最多约为2000A。Cr膜用(作通常所说的阻挡层)来保证与N(+)半导体d0有一个令人满意的粘合，并防止导电膜d2的铝扩散入N(+)半导体层d0中。除Cr膜外，导电膜d1可以为一个高熔点金属(Mo、Ti、Ta、W)膜或一个高熔点硅化物(MOSi2、TiSi2、TaSi2、WSi2)膜。
导电膜d2通过溅射铝来形成，其厚度为3000-5000A(本实施例中，约为4000A)。该铝膜比Cr膜的应力小并能形成更大的厚度，所以减小了源极SD1、漏极SD2和视频信号线DL的电阻。由于栅极GT和i型半导体层AS的形成，所以改善了间隔有效区(step coverage)并确保形成间隔(step)之上的延伸。
用同样的掩膜图案构造导电膜d1和导电膜d2，然后，通过采用同样的掩膜或通过采用导电膜d1和导电膜d2作为掩膜来去除N(+)半导体层d0。即，在除导电膜d1和导电膜d2以外的部分中以自对准方式将留在i型半导体层AS上的N(+)半导体层d0去除。此时，因为将N(+)半导体层d0蚀刻掉其全部厚度，所以也稍微蚀刻掉i型半导体层AS的表面，通过蚀刻时间可以控制蚀刻的程度。《视频信号线DL》
视频信号线DL由源极SD1、与源极SD1在同一层中的第二导电膜以及第三导电膜d3制成。该视频信号线DL与漏极SD2成整体地形成。《象素电极PX》
象素电极PX由源极SD1、与源极SD1在同一层中的第二导电膜以及第三导电膜d3制成。该象素由电极PX与源极SD1成整体地形成。《存储电容器Cstg》
在其末端与薄膜晶体管TFT相连接的末端相对接到处，形成象素电极PX，它与配对电压线CL相交叠。从图4中可以看出这种交叠形成了一个存储电容器(一个电容装置)Cstg，它具有作为一个电极PL2的象素电极PX和作为另一个电极PL1的配对电压线CL。该存储电容器Cstg的介电膜由被用作薄膜晶体管TFT的栅极绝缘膜的绝缘膜GI和阳极氧化膜AOF形成。
如图1的平面图中所示，该存储电容器Cstg形成于一个区域，其中增大了配对电压线CL的导电膜G1的宽度。《钝化层PSV1》
在薄膜晶体管TFT之上形成一个钝化层PSV1，它的主要作用在于保护薄膜晶体管不受潮，它由一种非常透明且抗潮湿的材料制成。该钝化层PSV1可以由一种通过等离子CVD装置淀积出厚度约为1um的氧化硅层或氮化硅层制成。
形成钝化层PSV1来包围整个矩阵区域AR，并去除其周边部分以露出外部连接端子DTM、GTM。至于钝化层PSV1和栅极绝缘膜G1的厚度，前者制得厚以起保护作用，而后者考虑到晶体管的互导GM制得薄。因此，将具有高保护能力的钝化层PSV1制得大于栅极绝缘膜GI，以便很好地保护周边部分上尽可能宽的区域。《滤色器衬底》
接着，再参照图1和图2，将详细描述上透明玻璃衬底SUB2(滤色器衬底)的结构。《光屏蔽膜BM》
在上透明玻璃衬底SUB2上形成有一层光屏蔽膜BM(通常称作黑色矩阵)，它防止透射光穿过不期望的间隙(除象素电极PX和配对电极CT之间的间隙之外)到达显示表面并降低对比度。光屏蔽膜BM还可以防止外部光线或背照明进入i型半导体层AS。即通过上与下光屏蔽膜BM和稍大的栅极GT将薄膜晶体管TFT的i型半导体层AS夹在当中，从而保护它不受外部自然光和背照明的影响。
如图1所示，光屏蔽膜BM的一根闭合多边轮廓线代表一个孔，其内部并不形成光屏蔽膜。该轮廓线图案只是一个例子。图中垂直方向上的边界线根据上和下衬底间对准的精确度来确定。当对准精确度好于与视频信号线DL相邻接的配对电极CT的宽度时，在配对电极的宽度内设定轮廓线时允许扩大孔径。
光屏蔽膜BM由具有光保护能力和高绝缘能力的膜制成，它不会影响象素电极PX和配对电极CT之间的电场。在本实施例中光屏蔽膜BM由混有黑颜料的抗蚀材料制成，并形成约1.2um的厚度。
将光屏蔽膜BM制成围绕着每个象素的栅格，以确定每个象素的有效显示区域。因此，通过光屏蔽膜BM将每个象素的轮廓做得很清晰。即，光屏蔽膜BM有两个功能，一是作为黑色矩阵，一是作为对i型半导体层AS的光屏蔽装置。
还在类似框架这样的周边形成光屏蔽膜BM，它的图案和图1中具有多个点状开口的矩阵区域的图案相连续。在周边部分的光屏蔽膜BM延伸到密封部分SL的外面，以防止在装有液晶显示装置的设备(比如个人计算机)中产生的象反射光这样的光线进入矩阵区域。将光屏蔽膜BM保持在距衬底SUB2面沿约0.3-1.0mm远处，以避开衬底SUB2的断开区域。《滤色器FIL》
滤色器FIL包括形成于面对象素的部分的红、绿和兰条交替滤光器。该滤色器FIL与光屏蔽膜BM的边沿部分相交叠。
可以依下述步骤形成滤色器FIL。首先，在上透明玻璃衬底SUB2的表面上形成一层染色基底，它由象丙烯酸类树脂这样的一种材料制成，然后通过光刻法，在除了红色滤光器形成区域之外的区域内去除该基底。之后，将染色基底染以红色染料并将其固定，以形成红色滤光器R。随后通过类似过程来形成绿色滤光器G和蓝色滤光器B。《涂敷膜OC》
涂敷膜OC是用来防止滤色器FIL的染料泄漏入液晶LC中，并平面化由滤色器FIL和光屏蔽膜BM形成的阶梯形部分。涂敷膜OC可以由象丙烯酸类树脂或是环氧树脂那样的透明树脂材料制成。《液晶层和偏振器》
接着，将描述本发明的特征部分：液晶层、取向膜和偏振器。《液晶层》
液晶材料是一种具有正介电各向异性量Δε为10.2的和折射率各向异性量Δn为0.084(20℃时为589nm)的向列液晶。该液晶层具有5.0um的厚度和0.42um的滞后量Δn.d。具有这一滞后量Δn.d，则有可能获得用于初始取向角和以后描述的偏振器的排列的最大对比度。即，在实施例1中，确定滞后量Δn.d以生成双折射(第一最小)模式。
通过聚合物垫珠来控制液晶层的厚度。
本发明中，为实现其中将液晶扭转约为90度的初始取向状态，把沿顺时针方向扭转的约为0.1％的手性材料加到从上衬底SUB2到下衬底SUB1的液晶中。
对液晶材料LC并不作特别限定。但是，注意到介电各向异性量Δe越大，与扭转有关的弹性常数k2越小，则驱动电压可以越低。
当液晶层较厚时，可以减小花费在注入液晶上的时间而且也可以减小衬底之间间隙的变化。为了改善响应速度，厚度为8um或更少；最理想的是，为获得约30ms的响应速度，液晶层最好为5um或更少。《取向膜》
取向膜由聚酰亚胺制成。沿摩擦方向RDR1摩擦在下衬底侧上的取向膜ORI1，并沿摩擦方向RDR2摩擦在上衬底侧上的取向膜ORI2。
相对于横向电场的共面方向，将以逆时针方向旋转的初始取向角定义为正，范围从-90度到+90度。即不管是在摩擦方向RDR上还是在相反方向上，相对于横向电场的共面方向，初始取向方向都在从-90度到+90度的范围之内。
本实施例中，把在摩擦方向RDR1与取向膜ORI1侧上所加电场方向EDR之间的初始取向角β1设定在-45度。把在摩擦方向RDR2与取向膜ORI2侧上所加电场方向EDR之间的初始取向角β2设定在45度。把上与下的初始取向角扭转了θ＝90度。图16示出了这种情况。
本实施例中，设定β1和β2很重要，由此可将它们降到从-90度到-35度的范围内和从35度到90度的范围内，或是最好分别将它们设定在-45度和45度。
可以改变β1和β2的符号。这种情况下，扭转方向相反。
如图1 6所示的摩擦方向RDR1、RDR2中，在上与下衬底界面上的液晶层中的液晶分子，其倾斜角的方向处于“倾斜”状态，这种状态的液晶分子对光特性起到补偿的作用，用以提供一个宽的视角特性。
通过设定初始取向角β1、β2，也可以增加本发明的响应速度，从而使液晶层中液晶分子的倾斜角处于“平行”状态。那么，比如相对于横向电场的共面方向，摩擦方向RDR1为-45度(β1为-45度)，相对于横向电场的共面方向，摩擦方向RDR2-135度(β2为45度)。换句话说，也可以在相反方向上设定摩擦方向RDR2。《偏振器》
常用一个Nitto Denko制的偏振器G1220DU。把位于下衬底面上的偏振器POL1的偏振轴MAX1与电场EDR的方向对准。为了描述得更为详细，把偏振器POL1的偏振轴MAX1和所加电场方向EDR之间的夹角φ1设为0度。把上偏振器POL2的偏振轴MAX2设为与下偏振器POL1的偏振轴MAX1相垂直。即，把上偏振器POL2的偏振轴MAX2和电场方向EDR之间的夹角φ2设为90度。
所以，把偏振轴MAX1和偏振轴MAX2之间的夹角φ＝|φ2-φ1|设定为90度。图16表示了这种关系。用这种结构，当增加像素电极PX和配对电极CT之间所加的电压时，将液晶分子的光学轴朝着偏振轴MAX1重新取向，逐渐减小双折射率，直到透射率逐渐降低到黑为止。这种方式下产生一个常开特性。
另外，上偏振器POL2的偏振轴MAX2与下偏振器POL1的偏振轴MAX1能够交换，以产生相同的特性。即，可以做出如下设定，φ1＝90度和φ2＝0度。《矩阵周边的结构》
图5为一个平面图，它表示一个围绕着显示板PNL的矩阵(AR)的基本周边部分，该显示板包括上与下玻璃衬底SUB1、SUB2。图6左侧表示了外接端子GTM的剖面图，扫描电路与该端子相连。右侧表示了不带外接端子的密封部分。
在这种板的生产中，如果板的尺寸小，则用单块玻璃衬底来同时制作多个器件，然后将它们分成各个单独的板，以提高产量。如果板的尺寸大，则通常用一块标准尺寸的玻璃衬底来制作任何类型的器件，这是为了共用生产设备并随后按每种器件的要求切成合适的尺寸。无论在这二者中哪种情况下，在执行了预定顺序的步骤之后，都要切割玻璃衬底。图5和图6代表后一种情况。这两幅图都表示了上与下衬底SUB1、SUB2在被切割以后的状态，LN是指切割以前的衬底边缘。无论在这二者中哪一种情况下都有外接端子组Tg、Td和端子COT(注脚忽略)(图中的上侧与左侧)，使处于已完成的状态下的上衬底SUB2的尺寸限定于下衬底SUB1内，以露出这些端子。
端子组Tg、Td包括扫描电路连接端子GTM、信号电极电路连接端子DTM和它们的引出线部分，将它们以端子组的形式命名，这些端子组是分配给每一个带式封装芯片(tape carrier package)TCP(图13、14)的，其上装有一只集成电路芯片CHI，当从每一个端子组的矩阵部分到外接端子部分的引出线接近末端时，使它们倾斜。这是为了使显示板PNL的端子DTM、GTM与芯片TCP的排列间距以及每一个芯片TCP中连接端子的间距相匹配。配对电极端子COT是一个从外电路向配对电极CT提供配对电压的端子。将矩阵部分的配对电压线CL引出到扫描电路端子GTM对侧(到图中右侧)，并用一条公共总线CB把它们分组在一起，然后把它们连到配对电极端子COT上。
除了一个液晶注入口INJ以外，在透明玻璃衬底SUB1、SUB2之间沿其周边形成一个密封图案SL，从而可以密封液晶层LC。密封材料可以由环氧树脂制成。
在密封图案SL内形成取向膜ORI1、ORI2。在下透明玻璃衬底SUB1和上透明玻璃衬底SUB2的外表面各自形成偏振器POL1、POL2。在由下取向膜ORI1和上取向膜ORI2(这二者设定液晶分子的取向)以及密封图案SL所包围的空间内密封液晶LC。下取向膜ORI1形成于钝化层PSV1之上，该钝化层PSV1位于下透明玻璃衬底SUB1一侧上。
本液晶显示装置是通过以下步骤装成的：分别在下透明衬底SUB1和上透明玻璃衬底SUB2上叠加各种层；在上透明玻璃衬底SUB2一侧上形成密封图案SL；叠加下透明玻璃衬底SUB1和上透明玻璃衬底SUB2；从密封材料SL的注入口INJ注入液晶LC；用环氧树脂或类似物密封注入口INJ；以及切割上衬底与下衬底。《栅极端子部分》
图7表示了显示矩阵的扫描信号线GL到端子GTM的连接结构。图7(A)为一个平面图，而图7(B)为一个沿图7(A)的线B-B的剖面图。为方便起见，该图相当于连接结构的下面部分，而且直线表示倾斜的导线。
AO表示光抗蚀剂正面图形的边界线，即，用于局部阳极氧化的光致抗蚀剂图案。在阳极氧化之后去除光致抗蚀剂，因而在完成的产品中不再留有如图7所示的图案AO。但是，因为氧化膜AOF局部形成于如剖面图所示的栅极线GL之上， 所以留有它的痕迹。在平面图中，光致抗蚀剂边界线AO的左侧为一个由保护膜所覆盖的区域，它并未受到阳极氧化，而右侧则暴露于保护膜之外以受阳极氧化。在阳极氧化铝层g1上形成一层氧化物(Al2O3)膜AOF，减小了下面的导电部分的体积。当然，在适当的包括时间和电压的控制条件下进行阳极氧化，从而可保留下面的导电部分。
图中，为便于辨认，用一个阴影部分表示铝层g1，并基于下述原因，以梳齿的形式对未受阳极氧化的区域构图。当铝层的宽度很宽时，在其表面形成触须。因此，使铝层分为多个平行窄线，以防止使化线断的可能性最小并且导电率减小的同时形成触须。
栅极端子GTM包括铝层g1和透明导电层g2，该导电层g2保护g1的表面并改善了用带式封装芯片(tape carrier packages)连接的可靠性。该透明导电层g2为一个透明导电的铟锡氧化膜(ITO：NESA膜)它通过溅射形成，厚度为100-2000A(本实施例中，约为1400A)在铝层g1之上及其侧面形成导电层d1、d2。导电层d1为Cr层，该Cr层能与铝层和透明导电层g2这二者较好地连接，以减小连接电阻从而补偿铝层与透明导电层g2之间的探测连接。导电层d2留在那里的原因是由于它是通过与用于导电层d1同样的掩膜来形成的。
在该平面图中，在它的边界线的右侧上形成绝缘膜GI并且还在它的边界线的右侧上形成钝化层PSV1。因此，使位于左端的端子部分GTM暴露出来，用于与外电路的电气接触。虽然图中只表示出一对栅极线GL和栅极端子，但是实际的装置中具有在垂直方向上平行排列的多个这样的对，以形成端子组Tg(图5)。在生产过程中，使栅极端子的左端延伸到衬底的切割区域之外并用一根导线Shg(图中未示)将其短路。该短路线SHg用来在阳极氧化过程中供电，并防止在生产过程中，取向膜ORI1进行摩擦期间发生静电击穿。《漏极端子DTM》
图8表示从视频信号线DL到其外接端子DTM的连接结构。图8(A)为一个平面图。而图8(B)为一个沿图8(A)的线B-B的剖面图。为了方便起见，虽然改变了图8的方向，但是图8对应于图5的右上区域。图8的右手端区域对应于衬底SUB1的上端部分。
TSTd表示一个测试焊点，虽然它并未与外电路相连接，但是它形成的宽度大于它的线宽，从而能够使一个探头或类似物与之相接触，同样，为与外电路相连接，漏极端子形成的宽度也大于它的线宽。在垂直方向上排列有外接漏极端子DTM，如图5所示，它们构成端子组Td(注脚忽略)并延伸到衬底SUB1的切割线之外。用导线SHD(图中未示)将漏极端子DTM都短路起来，以防止在生产过程中发生静电击穿。如图8中所示，在其他每个视频信号线DL上形成测试焊点TSTd。
漏极连接端子DRM由一个单透明导电层g2构成，将它连接到位于已去除栅极绝缘GI部分的视频信号线DL上。在栅极绝缘膜GI的末端上形成半导体层AS，从而蚀刻掉栅极绝缘膜GI的边沿成为一个标准轮廓。为了与外电路相连接，当然要从端子DTM上去除钝化层PSV1。
从矩阵部分到漏极端子部分DTM的引出导线具有层d1、d2-它们位于视频信号线上DL的同一水平线上—它们延伸到钝化层PSV1的中间部分并与钝化层PSV1内部的透明导电层g2相连接。这种结构用钝化层PSV1和密封图案SL是为了保护铝层d2不易受电蚀损坏。《配对电极端子CTM》
图9表示了从配对电压线CL到外接端子CTM的连接结构。图9(A)为一个平面图，而图9(B)为一个沿图(A)的线B-B的剖面图。该图对应于图5的左上区域。
用公共总线CB将配对电压线CL分组并将其引入到配对电极端子CTM。公共总线CB包括导电层g1、以及叠加在第一层g1之上的其它层d1、d2。设计这种结构以减小公共总线CB的电阻，从而从外电路向每一条配对电压线CL提供足够的配对电压。这种结构的特征在于能够减小公共总线的电阻而无需在导电层上施可任何附加的覆盖层。公共总线CB的导电层g1不受阳极转化，以便它能与导电层d1、d2电连接。从栅极绝缘膜GI中也露出它。
配对电极端子CTM含有叠加于导电层g1之上的透明导电层g2。导电层g1由具有好的抗腐蚀性的透明导电层g2所覆盖，以保护导电层g1不受电蚀损坏。
《整个显示装置的等效电路》
显示矩阵部分的一个等效电路及其外围电路如图10所示。该图虽然是一个电路图，却是按照实际的几何图形的电路画出的。AR代表一个矩阵阵列，其中以二维数组的形式排列了多个象素。
在图中，X代表视频信号线DL，注脚G、B和R分别代表绿色、蓝色和红色象素。Y代表扫描信号线GL，注脚1、2、3...end表示扫描定时的顺序。
扫描信号线Y(注脚省略)被连接到一个扫描电路V上而视频信号线X(注脚省略)被连接到一个视频信号驱动电路H上。
一个电路电源SUP包括将来自一个电源的电源电压进行降压的一个电源电路和将来自一个主机(高级计算机)的CRT信息转换为用于TFT液晶显示的信息的一个电路。
《驱动方法》
图11所示的是本发明液晶显示装置的驱动信号波形。配对电压被转换成具有两种状态值Vch和Vcl的交替矩形波，与该交替波同步的是，在每个扫描周期里，扫描信号的非选择电压Vg(i-1)、Vg(i)也在两个数值，Vglh和Vgll，之间变化。配对电压的幅值和非选择电压的幅值被设置为相等。视频信号电压是由施加于液晶层上的电压减去配对电压的一半来得到的。
配对电压可以是一个直流电压，但是将其转变为交流电压有可能减少视频信号电压的最大幅值，允许使用一个具有低介电强度的视频信号驱动电路(信号侧驱动器)。
《存储电容器Cstg的功能》
存储电容器Cstg用来将写在一个象素上的视频信息进行长期(在薄膜晶体管TFT关闭之后)保存。在本发明电场以平行于衬底表面的方向进行施加的装置中，与电场垂直于衬底表面进行施加的装置不同，因为象素电极和配对电极几乎不产生电容(通常被称作液体电容)，所以存储电容器Cstg无法将视频信息保存在象素中。因此，在电场平行于衬底表面进行施加的装置中，存储电容器Cstg是一个重要的组成元件。
当薄膜晶体管TFT转换时，存储电容器Cstg也开始工作以减少栅极电压变化ΔVg对象素电极电压Vs的影响。这由下面的等式来表示。
ΔVs＝[Cgs/(Cgs+Cstg+Cpix)]×ΔVg
在此，Cgs是在薄膜晶体管TFT的栅极GT和源极SD1之间产生的一个寄生电容，Cpix是在象素电极PX和配对电极CT之间产生的一个电容，而ΔVs是通常被称作直通电压的电压由ΔVg引起的在象素电极电压中的一个变化值。这种变化ΔVs是给液晶LC提供直流分量的一个原因，可通过提高存储电容Cstg来减少ΔVs。减少提供给液晶LC的直流分量可以提高液晶的使用寿命，减轻所谓的当液晶屏幕切换到另一个图象时，以前的图象仍然存在的图象暂留现象。
由上所述，由于栅极GT足够大以至于能够盖住整个i-型半导体层AS，源极SD1和漏极SD2的重叠区域相应地增加了，同时增大了寄生电容Cgs，使得象素电极电压Vs对栅极(扫描)信号Vg的影响更加敏感。而提供存储电容Cstg能够消除这种缺点。
驱动方法并不仅限于上述所说的内容，其他的有源矩阵驱动方法也可以采用。这些方法都落在本发明的范围之内。
《显示面板PNL和驱动电路衬底PCB1》
图12是一个平面图，给出了图5中的与视频信号驱动电路H和扫描电路V相连接的显示面板PNL。
CHI代表用来驱动显示面板PNL的驱动IC芯片(下面所示的5个是位于扫描电路一侧上的驱动IC芯片；左面所示的10个是位于视频信号驱动电路一侧上的驱动芯片)。TCP代表带式封装芯片，如之后参考图13和14所描述的，通过带体自动连接(TAB)安装有驱动IC芯片CHI。印刷电路板PCB1安装有多个TCP和电容器，并被分成两部分，一部分用于视频信号驱动电路，另一部分用于扫描信号驱动电路。FGP代表一个框架接地焊点，切开一个屏敝壳体SHD而形成的簧状块被焊接到其上。一根带状电缆FC电气连接了下侧的印刷电路板PCB1和左侧的印刷电路板PCB1。如图所示，带状电缆FC可通过在剥离的聚乙烯层和聚乙烯醇层之间夹有多个导线(镀有Sn的磷青铜)来制成。
《TCP的连接结构》
图13所示的是带式封装芯片TCP的一个剖面图，其中包括有扫描信号驱动电路V和视频信号驱动电路H的IC芯片CHI安装在柔性的印刷电路板上。图14是一个剖面图，给出了连接到扫描信号端GTM上的液晶显示面板的一个重要部分。
图中，TTB代表IC电路CHI的一个输入端子/接线部分；TTM代表IC电路CHI的一个输出端子/接线部分。这些都是由，例如，铜制成的并且它们的内部末端(通常被称作内部引线)通过倒装焊接与IC电路CHI的连接焊点PAD连接在一起。端子TTB、TTM的外部末端(通常被称作外部引线)与半导体IC电路芯片CHI相应的输入和输出相对应，而且通过焊接连接到CRT/TFT转换电路/电源电路SUP上、通过各向异性导电膜ACF连接到液晶显示面板PNL上。芯片TCP被连接到面板上，使得芯片的末端盖住了能够露出面板PNL一侧上的连接端GTM的钝化层PSV1的边缘。因此，外部连接端子GTM(DTM)至少被钝化层PSV1和芯片TCP中之一盖住，以至于其对电蚀的抵抗能力增强了。
BF1代表一个，例如由聚酰亚胺，制成的基膜。SRS是一个用作掩膜的、防止在焊接过程中焊料流到不应流入的区域中的焊接保护膜。密封模SL外侧的上下玻璃衬底间的间隙在清洗之后用环氧树脂或类似物质进行保护。而且硅树脂SIL被放在芯片TCP和上衬底SUB2之间进行双重保护。
《印刷电路板PCB2》
印刷电路板PCB2安装有电气元件如ICs、电容器和电阻。印刷电路板PCB2安装有一个电路SUP(电源)，它包括将来自一个电源的电源电压进行降压的一个电源电路和将来自一个主机(高级计算机)的CRT信息转换为TFT液晶显示装置的信息的一个电路。CJ代表与一外部电路相连接的连接器(未示出)的一个连接部分。
印刷电路板PCB1和印刷电路板PCB2通过一根带状电缆电气地连接在一起。
《液晶显示模件的整个结构》
图15是液晶显示模件MDL组成部件的一个分解透视图。
SHD代表一个由一个金属板制成的框架式屏敝壳体(金属框架)；LCW是一个液晶显示窗口；PNL是一个液晶显示面板；SPB是一个扩散器；LCB是一个光导体；RM是一个反射器；BL是一个背照明荧光管；LCA是一个背照明箱。这些部件按照如图所示的垂直关系组合在一起就构成了一个模件MDL。
模件MDL利用提供的卡爪和吊钩来固定到屏敝壳体SHD上。
背照明箱LCA要作成能够安装背照明荧光管BL、扩散器SPB、光导体LCB、和反射器RM的形状。来自位于光导体LCB一侧的背照明荧光管BL的光线被光导体LCB、反射器RM、和扩散器SPB进行扩散以在显示面上产生均匀的光线并且被传导到液晶显示面板PNL上。
背照明荧光管BL与一个转换电路板PCB3连接在一起，PCB3是背照明的电源。
《实施例1的液晶显示装置的特性》
图17和图18所示的是实施例1的驱动液晶的原理。
下面对液晶的介电各向异性量Δε为正时的工作原理进行说明。
当未施加电压时，液晶层中的液晶分子处于初始状态，它们从上衬底SUB2到下衬底SUB1顺时针扭转90度，如图17(a)中所示。当施加电压时，液晶层厚度方向上扭转的液晶分子部分减少，如图17(b)所示，只有靠近上、下衬底界面处的区域中分子仍然扭转而液晶分子的主要部分则一致取向于电压的施加方向。
当没有电压施加到图16的液晶层结构和偏振器的偏振轴结构上时，通过液晶的双折射效应能够获得一种高透射率状态(白色显示)。而在施加电压期间因为呈单一取向的液晶分子与偏振器的偏振轴方向一致，在那个部分不会出现双折射，结果使液晶层的实际光程差接近于零，不会产生双折射效应。
当施加了电压时，靠近界面的液晶层实际上仍保持扭转，因此光程差不会变为零。在这个实施例中，扭转分子的液晶层厚度能够无限减少，使得可以假设几乎所有的分子都取向一致。因为偏振器呈正交尼科尔棱镜排列(互相垂直)，光线无法穿过，如果没有双折射，就会产生一个黑色显示。
在这个工作原理的基础上，可以得到下面的显示特性。
由实施例1的结构可以得到当没有施加电压时能白色显示的常开型电光特性。白色显示时的透射率是4.5％。而且，施加一个12V的驱动电压黑色显示时可以获得对比度系数3。
图19所示的是实施例1的施加电压—透射率特性。
在实施例1中，增大驱动电压会使透射率下降，从而引起对比度系数的提高。由于受驱动电路耐电压的限制，所以在此实施例中，最大驱动电压是12V。应当注意，本发明也包括用于驱动的最大驱动电压高一些或低一些的情形。
实施例1的液晶显示装置的响应速度是22ms，其中8ms是上升时间，14ms是下降时间。
图20到22所示的是上升时间Tr、下降时间和响应速度。
实施例1的响应速度小于30ms，能够显示一个动态图象，这意味着动态图象能够被很好地显示而没有任何拖曳现象。图20到22示出了上面所述的第一种情形(传统结构1)和第二情形(传统结构2)的响应速度的比较结果。
本发明的响应速度是传统结构响应速度的1/2—1/4，实现了重大的改进。传统结构2在测量其响应速度时，液晶层厚度是4.0μm。虽然传统结构2具有能当施加电压时白色显示的常闭(通常是黑色)特性，但为了使白色显示时的相同的液晶材料的透射率与传统结构1和实施例1中的相等，液晶层的厚度应是4.0μm。而传统结构1和实施例1的液晶层厚度可被设置为5.0μm。
应当特别注意的是，传统结构1和2的响应速度随着施加到液晶上的电压而变化很大，当液晶上施加的电压减少时，响应速度会显著下降。另一方面，可以看到，本发明的结构，响应速度几乎与液晶所施加的电压无关，几乎保持恒定。
由这种特性，可以得知本发明不会产生拖曳图象，拖曳图象是一种在中间色调方式显示动态图象时尤其会出现的缺点。
本发明的视角特性在垂直和水平方向上都超过140度，与传统结构1和2的视角特性相比更令人满意。而且，色调的变化和灰度的转变从一个特殊角度上看时也能识别出来，这正是传统结构2中所忽略的问题。
色调变化是这样一种现象，即假设横向电场的共面分量的方向是0度，则沿着大约45度和225度方向的区域，例如，其颜色由白色变为黄色(或蓝色)而沿着大约-45度和135度方向的区域，其颜色变为蓝色(或黄色)。灰度转变是这样一种现象，即当从一个斜的角度看时，白色变为黄色或蓝色。出现这些现象是因为当显示白色时，由于视角倾斜而引起的光程差的变化使得上衬底附近的液晶层和下衬底附近的液晶层互相补偿。
由以上可以看出，本发明提供的响应速度小于30ms，是显示动态图象的最低要求。另一个优点就是与传统结构相比，视角的更进一步的改进。由于可以使用具有比传统结构2大的折射率各向异性量Δn的材料，所以可以有一个较宽的材料范围。而且，因为液晶层的厚度可以被设置得大一些，衬底的间隙就更容易设置均匀，并提高光线的均匀分配。厚一些的液晶层利于缩短液晶注入时间。
实施例1所示的薄膜晶体管TFT的剖面结构和电极排列仅是一个实例，本发明也可能使用另一个TFT结构和电极排列(包括一个其中配对电极放在滤色器衬底上的结构)。
实施例2到实施例5
实施例2到实施例5都是具有常开显示特性和光学补偿元件的实例结构。除了下述各点以外，它们在结构上都与实施例1相似。
实施例2到实施例5的剖面结构如图23中所示。
其结构包括了具有驱动电极CT、PX和薄膜晶体管TFT的驱动液晶元件，以及不带电极的光学补偿液晶元件。
实施例2的结构只是在实施例1的结构的基础上加上了光学补偿液晶元件。
实施例3具有与实施例2相似的结构，驱动液晶元件的液晶材料具有一个增大的折射率各向异性量Δn。
实施例4具有与实施例2相似的结构，具有一个最佳的偏振器偏振轴。
实施例5的结构中，驱动液晶元件的初始扭转角θ取最佳值。
《驱动液晶元件》
初始扭转角θ，初始取向角β1、β2，液晶层的厚度，液晶材料的介电各向异性量Δε，折射率各向异性量Δn，实施例2到实施例5中的所有参数，如表1所示。
《光学补偿液晶元件》
光学补偿液晶元件包括，如图23中所示，一个下衬底SUB3，一个上衬底SUB4，两个衬底之间装有的液晶组份CLC，下衬底SUB3一侧上的一个取向膜ORI3和上衬底SUB4一侧上的一个取向膜ORI4。
《光学补偿液晶层》
图24中给出了驱动液晶元件的摩擦方向，偏振器的初始取向角和偏振轴，以及光学补偿液晶层的摩擦方向(取向膜附近的取向方向)。
取向膜ORI3在RDR3方向上受到摩擦，而取向膜ORI4在RDR4方向上受到摩擦。β3是液晶驱动元件的摩擦方向RDR3和所施加的电场的方向EDR之间的初始取向角，而β4是液晶驱动元件的摩擦方向RDR4和所施加的电场的方向EDR之间的初始取向角。
将光学补偿液晶元件液晶层的Δn和液晶层的厚度d的乘积看作是光程差(Δn·d)′。扭转角θ2是光学补偿液晶层的一个扭转角。
光学补偿液晶层的光程差(Δn·d)′，扭转角θ2，初始取向角β3、β4如表1所示。
在此，β1，β2，β3，β4之间的关系是|β3-β4|＝|β1-β2|，β3和β2几乎是正交的。
对于本发明的光学补偿液晶元件，可以使用具有与实施例2到5中的光学补偿元件的光学特性相同的、其间装有胆甾液晶的膜。
《偏振器》
实施例2到5中所使用的偏振器的偏振轴的布置如表1所示。
在背照明输入侧上的偏振器POL1的偏振轴方向由PDR表示而在输出侧上的偏振器POL2的偏振轴方向由ADR表示。
《实施例2到实施例5的特性》
实施例2到5中驱动液晶的原理如图25所示。
为了由一个低于实施例1的电压获得一个高于实施例1的对比度系数，施加一个电压能够黑色显示时，液晶分子取向于如图25(b)所示的状态。也就是，实施例2到5的液晶元件，其界面附近的液晶分子扭转强烈而其中心部分的液晶分子扭转微弱。短语“扭转微弱”表示一种扭转角/层厚度之比小的状态，而短语“扭转强烈”表示一种扭转角/层厚度之比大的状态。因此通过按这种方式来设置光学补偿液晶层和偏振器以补偿这种取向，则可能由一个低电压得到一个高对比度系数。
具有这种结构的液晶显示装置，下列特性都能得到。
在实施例2到5中，所获得的响应速度特性与实施例1中的相同。
驱动电压V1c和透射率T之间的关系如图26所示。
可以看出，对比度系数、驱动电压和最大透射率都大致地按照实施例的顺序而逐渐地提高。尤其在实施例5中，7V的驱动电压就获得了100或更高一些的对比度系数以及4.1％的最大透射率(白色显示期间面板的完全透射率)。
图27所示的是驱动元件的光程差、对比度系数以及最大透射率之间的关系。
图27示出，最佳光程差需要为750nm或更高一些，以便能够产生一个足够的透射率；最好是1250nm或更高一些，以便能够产生一个足够的对比度系数。
图28给出了实施例2到5的液晶显示装置的对比度系数和偏振器的布置φ＝|φ1-φ2|之间的关系。
由图28可以看出，要产生一个足够的对比度系数，偏振器偏振轴的最佳关系φ＝|φ1-φ2|需为90度到120度，最好是95度到115度。图29所示的是驱动液晶元件的初始扭转角、对比度系数和最大透射率之间的关系，在此光学补偿元件的扭转角被设置为θ2＝θ。
由图29可以发现，初始扭转角最好设置在90度和115度之间的范围内以便同时获得一个足够的对比度系数和最大的透射率。光学补偿液晶层的光程差(Δn·d)′最好设置在0.4·(Δn·d)和0.6·(Δn·d)之间的范围内，特别地，将光程差设置成大约(Δn·d)′＝0.52·(Δn·d)时可以确保最佳结果。
实施例6到实施例8
实施例6到8的结构是一些带有光学补偿元件的常闭结构实例，除了下述各点以外，均与实施例2到5的结构相似。
实施例6到8的剖面结构与实施例2到5的剖面结构相似，如图23所示。
实施例6到8包括具有驱动电极CT、PX和薄膜晶体管TFT的驱动液晶元件，以及不带电极的光学补偿液晶元件。
实施例6，与实施例2不同，可使得光学补偿液晶元件的光程差(Δn·d)′与驱动元件的光程差(Δn·d)相一致。
实施例7具有一种结构，其中驱动液晶元件液晶材料的折射率各向异性量Δn被设置得大一些，并且光学补偿液晶元件的光程差(Δn·d)′能够与驱动元件的光程差(Δn·d)相一致。
实施例8具有一种结构，其中只是将实施例7的初始扭转角θ改变了。
《驱动液晶元件》
初始扭转角θ，初始取向角β1、β2，液晶层的厚度，液晶材料的Δε和Δn，实施例6到8中使用的所有参数，如表2所示。
《光学补偿液晶元件》
用于实施例6到8中光学补偿液晶层的光程差(Δn·d)′，扭转角θ2，初始取向角β3、β4都如表2所示。这些参数的定义与实施例2到5中这些参数的定义相同。
β1，β2，β3，β4之间的关系是|β3-β4|≈|β1-β2|，β3和β2以适当的角度相交。
光学补偿液晶元件可以使用与前面实施例中的光学补偿元件的膜具有相同的光学特性的、其间装有胆甾液晶的膜。
《偏振器》
用于实施例6到8中的偏振器的偏振轴的布置如表2所示。
《实施例6到实施例8的特性》
液晶驱动的原理与实施例2至5中的相似，如图25所示。与实施例2至5不同的是，实施例6到8另外具有与驱动液晶元件光程差(Δn·d)相一致的光学补偿液晶元件光程差(Δn·d)′。因此，可以得到透射率随着施加到液晶上的电压而增大的常闭特性。
图30所示的是实施例6到8的驱动电压V1c和透射率T之间的关系。
实施例6到8能实现在没有施加电压时黑色显示(低透射率状态)。当没有施加电压时，液晶分子取向呈理想的扭转状态，使得很容易利用光学补偿元件进行光学补偿。因此可以获得一个理想的黑色电平，即透射率无限地接近于零。从而拓宽制造过程中的可变范围，尤其是衬底间间隙的变动是有可能的，以能够稳定地制做高对比度的产品。
实施例7中，7V的驱动电压就获得了100或更高一些的对比度系数以及一个4.5％的最大透射率(白色显示期间面板的完全透射率)。实施例6和7中的响应速度特性可与实施例1中的相比。
至于驱动元件的光程差、对比度系数和最大透射率之间的关系，实施例6和实施例7之间的比较表明，实施例7中的最大透射率比实施例6中的有所提高。因此，需要将最佳光程差设置为高于750nm，与实施例2至5中所设置的一样。
偏振器的布置φ＝|φ1-φ2|最好接近于90度。
另外，当在实在施例8中，将初始扭转角增大到大于90度时，可能会改变液晶的透射率开始增大时的施加电压，即一个阈值电压。因此，用于显示的、范围从阈值电压到一个产生最大透射率的电压的电压幅值被减少了。这同时减少了视频信号驱动电路的信号输出范围。换句话说，视频信号驱动电路，尤其是用于其中的信号驱动器，电路尺寸能够减少。在实施例8中，响应速度稍微低一些，也就是，上升时间是12ms，下降时间是20ms，响应时间是32ms。因此可用来改变能够带来最大的透射率的驱动电压的初始扭转角，最好被设置在从70度-160度的范围内。
实施例9到实施例13
实施例9到13是具有一个同轴相位膜的常开结构，除了下述各点以外，均与实施例1相似。
实施例9到13的剖面结构如图31所示。在这些实施例中，同轴相位膜FILM1和FILM2安装在衬底SUB1，SUB2的外侧上，以便将它们(衬底)固定在其间。
实施例9的结构只是在实施例1的结构的基础上，加上了同轴相位膜FILM1和FILM2。
实施例10的结构是将实施例9中的相位膜的滞后轴线进行了改变。
实施例11的结构只是实施例10中的相位膜的光程差在上下膜之间差动变化。
实施例12具有的结构，只是在实施例11结构的基础上，将实施例11中的液晶材料的折射率各向异性量Δn增大了。
实施例13具有一种结构，其中只是改变了实施例12的初始扭转角。
《同轴相位膜》
实施例9到13中所使用的同轴相位膜的滞后轴线γ1，γ2和光程差(Δn·d)1，(Δn·d)2如表3所示。γ1代表下相位膜FILM1的滞后轴线LDR1和电场方向EDR之间的一个角度，γ2代表上相位膜FILM2的滞后轴线LDR2与电场方向EDR之间的一个角度。这两个角度沿电场方向EDR逆时针旋转定义为正。
(Δn·d)1代表下相位膜的光程差，(Δn·d)2代表上相位膜的光程差。图32给出了它们的角度关系。
《液晶层》
用于实施例9到13中的光学补偿液晶层的光程差Δn·d、初始扭转角θ、初始取向角β1、β2如表3所示。图32给出了它们的角度关系。
《偏振器》
实施例9到13中所使用的偏振器的偏振轴如表3所示。图32给出了它们的角度关系。
《实施例9到实施例13的特性》
实施例9到实施例13中所用的驱动液晶的原理与实施例2至5中的相同。
为了利用一个较实施例1中低的电压来得到较实施例1高的对比度系数，实施例9到实施例13使液晶取向于图25(b)所示的状态，能够实现黑色显示。
在一个低电压时，实施例9到13的液晶元件，假设处于一种转换状态，即其界面附近的液晶分子扭转强烈而其中心部分的液晶分子扭转微弱。因此按这种方式来布置相位膜和偏振器以补偿这种取向状态，则可能由一个低电压得到一个高对比度系数。
实施例9到13具有可与实施例1相比的响应速度特性。
图33给出了驱动电压V1c和透射率T之间的关系。可以看出，对比度系数和最大透射率都大致地随着实施例序号的顺序逐渐提高。尤其在实施例13中，7V的驱动电压就获得了100或更高一些的对比度系数以及4.4％的最大透射率(白色显示期间面板的完全透射率)。
如图33所示，实施例9和10之间没有特性的变化。这表明如果γ1·(Δn·d)1和γ2·(Δn·d)2是常数，即使它们的数值改变了，相移片的滞后轴线角γ1，γ2和光程差(Δn·d)1，(Δn·d)2也不会改变它们的特性。
与实施例2到5一起说明的各种关系：图27中所示的驱动元件的光程差、对比度系数和最大透射率之间的关系；图28中所示的偏振器的偏振轴φ、对比度系数和最大透射率之间的关系以及图29中所示的驱动元件的初始扭转角、对比度系数和最大透射率之间的关系，在实施例9到13中也同样可以得到。但应注意，当γ1＝-22.5度、γ2＝22.5时，驱动元件的光程差(Δn·d)和移相器的光程差(Δn·d)1、(Δn·d)2之间的关系应设置成满足关系式(Δn·d)1+(Δn·d)2＝0.52·(Δn·d)。
因此，为了能够有一个足够的透射率；最佳光程差需要被设置成高于750nm，最好高于1250nm，以便获得一个足够的对比度系数。
要获得一个足够的对比度系数，偏振器最佳的偏振轴位置关系φ＝|φ1-φ2|需设置在90度和120度之间的范围内，最好是在95度和115度之间。
另外，初始扭转角应最好设置在90度和115度之间的范围内，以便同时得到一个满意的对比度系数和一个白色显示的透射率。
相位膜的光程差(Δn·d)1+(Δn·d)2应最好设置在从0.4·(Δn·d)到0.6·(Δn·d)的范围内以呈现出图27至29所显示的特性。将它们设置成接近关系(Δn·d)1+(Δn·d)2＝0.52·(Δn·d)会令特性最优。
如实施例10到12所示，通过(Δn·d)2＞(Δn·d)1或滞后轴角|γ2|＞|γ1|这样的设置，可以获得更好的最佳值。尤其是，当|γ1|＝|γ2|时需要将光程差设置成接近于(Δn·d)2＝1.5·(Δn·d)1。因此优选设置值是(Δn·d)1＜(Δn·d)2＜2·(Δn·d)1或者|γ1|＜|γ2|＜2·|γ1|。
一个剖面结构，其中两个相位膜FILM1，FILM2只安装于上侧，如图35所示。其他结构也能够带来与这些实施例特性相似的特性，它们也在本发明的范围之内。
实施例14到实施例16
实施例14到16是一个具有同轴相位膜的常闭结构，除了下述各点之外，与实施例9到13相似。
实施例14到16的剖面结构如图31所示，与实施例9到13相似。
在实施例9到13中，同轴相位膜FILM1，FILM2安装在衬底SUB1，SUB2的外面，以便可以将衬底固定在其间。
与实施例9不同，实施例14具有一种结构能使同轴相位膜光程差的总和(Δn·d)1+(Δn·d)2与驱动元件的光程差(Δn·d)相一致。
实施例15具有一种结构，其中，在实施例14的光程差条件下，驱动液晶元件液晶材料的介电各向异性量Δn增大了。
实施例16是一个实例，其中只是将实施例15中的初始扭转角θ改变了。
《(同轴相位膜》
实施例14到16中所使用的同轴相位膜的滞后轴线γ1，γ2和光程差(Δn·d)1，(Δn·d)2如表4所示。γ1代表下相位膜FILM1的滞后轴线LDR1和电场方向EDR之间的角度，γ2代表上相位膜FILM2的滞后轴线LDR2与电场方向EDR之间的角度，(Δn·d)1代表下相位膜的光程差，(Δn·d)2代表上相位膜的光程差。图32给出了它们的角度关系。
《液晶层》
用于实施例14到16中的驱动元件的液晶层的光程差Δn·d、初始扭转角θ、初始取向角β1、β2如表4所示。图32给出了它们的角度关系。
《偏振器》
实施例14到16中所使用的偏振器的偏振轴如表4所示。图32给出了它们的角度关系。
《实施例14到实施例16的特性》
驱动液晶的原理如图25中所示，与实施例9到实施例13中所用的相似。与实施例9到13不同的是，实施例14到16可使同轴相位膜光程差的总和(Δn·d)1+(Δn·d)2与驱动液晶元件的光程差(Δn·d)相一致从而实现一个透射率随着液晶的施加电压而增大的常闭特性。
图34所示的是实施例14到16的驱动电压V1c和透射率T之间的关系。
实施例14到16能够实现在没有施加电压时黑色显示(低透射率状态)。
当没有施加电压时，液晶分子取向呈理想的扭转状态，可通过同轴相位膜很容易地进行光学补偿。因此可以获得一个理想的黑色水平，即透射率无限地接近于零。因此拓宽制造过程中的可变范围，尤其是拓宽衬底间间隙的变动是有可能的，以能够稳定地制做高对比度的产品。
实施例15和16能够在驱动电压为7V时具有100或更高一些的对比度系数以及4.5％的最大透射率(白色显示期间面板的完全透射率)。实施例14和15的响应速度特性可与实施例1的响应速度特性相比。
至于驱动元件的光程差、对比度系数和最大透射率之间的关系，实施例14和实施例15之间的比较表明，实施例15中的最大透射率比实施例14中的有所提高。因此，需要将最佳光程差设置为高于750nm，与实施例9至13中所设置的一样。
偏振器的布置φ＝|φ1-φ2|最好接近于90度。
而且，在实施例16中，将初始扭转角增大到大于90度，有可能改变透射率开始增大时的液晶的施加电压，即一个阈值电压。因此，用于显示的、范围从阈值电压到能产生最大透射率的电压的电压幅值降低了。这同时降低了视频信号驱动电路的信号输出范围。换句话说，视频信号驱动电路，尤其是用于其中的信号驱动器，电路尺寸能够被降低。
响应速度稍微降低了一些。实施例16的上升时间是12ms，下降时间是20ms，响应时间是32ms。这表明可改变能够带来最大的透射率的驱动电压的初始扭转角，最好被设置在从70度和160度之间的范围内。
一个剖面结构，其中两个相位膜FILM1，FILM2只安装于上侧，如图35所示。其他结构也能够带来与这些实施例特性相似的特性，它们也在本发明的范围之内。
实施例17到实施例20
实施例17到实施例20是采用了具有负介电各向异量(Δε＜0)的液晶材料的结构实例。除了下述各点以外，它们在结构上都与实施例1相似。
实施例17具有的一种结构，只是在实施例1结构的基础中使用了具有负介电各向异性(Δε＜0)的液晶材料。
实施例18的结构，只是实施例17的结构加上被优化的偏振器偏振轴。
实施例19具有的一种结构，只是在实施例18的结构加上具有被优化的初始扭转角。
实施例20的结构，只是实施例19的结构再加上被优化的偏振器的光程差Δn·d和偏振轴。
《驱动液晶元件》
用于实施例17到20中的初始扭转角θ，初始取向角β1、β2，液晶层的厚度，以及液晶材料的系数Δn，如表5所示。
《偏振器》
实施例17到20中所使用的偏振器的偏振轴布置如表5所示。
《实施例17到实施例20的特性》
液晶驱动的原理如图36中所示。
在具有一个负介电各向异性量的液晶中，液晶分子的主轴重新取向于与电场施加方向相正交的方向。因此，在没有施加电压时，分子假设处于一个自衬底SUB2向衬底SUB1逆时针微弱扭转的状态，如图36(a)中所示。当施加电压时，液晶层中心部分的分子变为强烈的顺时针扭转状态，而上下层中界面附近的分子逆时针扭转。
通过使偏振器在没有施加电压时形成的弱扭转状态中位置最佳，可以获得一个所需要的黑色水平(低透射率状态)，于是，显示面板具有透射率随着液晶的施加电压而增大的常闭特性。
图37所示的是实施例17到20的驱动电压V1c和透射率T之间的关系。
实施例17到20中，在没有施加电压时，能黑色显示(低透射率状态)。当没有施加电压时，液晶分子取向呈理想的扭转状态，可通过偏振轴的设置很容易地实现最优化。因此可以获得一个理想的黑色水平，即透射率无限地接近于零。从而拓宽制造过程中的可变范围，尤其是衬底间间隙的变动是有可能的，以能够稳定地制做高对比度的产品。
实施例20能够在驱动电压为8V时具有100或更高一些的对比度系数以及4.3％的最大透射率(白色显示期间面板的完全透射率)。实施例19到20的响应速度稍微低于实施例1的响应速度，即上升时间是20ms，下降时间是16ms，响应时间是36ms。
至于驱动元件的光程差、对比度系数和最大透射率之间的关系，实施例19和实施例20之间的比较表明，实施例20中的最大透射率比实施例19中的有所提高。因此，需要将最佳光程差设置为高于750nm，与实施例2至5中所设置的一样。
偏振器的布置φ＝|φ1-φ2|最好接近于90度。
在实施例17和18中，响应速度稍微降低了一些。也就是上升时间是40ms，下降时间是20ms，响应时间是60ms。另外增大初始扭转角可能使响应速度有一个重大的提高，尤其是在前沿。也就是，初始扭转角越大，响应速度就越快。
实施例18和19的比较表明，当初始扭转角增大时，偏振器的布置优化之后的最终对比度系数降低了。
因此，响应速度和对比度系数之间是一个折衷选择的关系。要在这些特性之间获得一个好的平衡，初始扭转角最好是设置在20度和50度之间的范围内。
至于偏振器的布置，实施例17和18的比较表明，将偏振器自90度起优化布置，可以提高对比度系数和最大透射率。
在实施例17到20中，通过利用光学补偿液晶层和相位膜，如在实施例2到16中一样，也有可能增强对比度系数，降低施加的电压或者产生一个常开特性。用来达到这些目的的方法也在本发明的范围之内。
实施例21
实施例21的结构除了下述各点以外均与实施例1相似。
《取向膜》
下衬底的摩擦方向RDR1和电场的方向EDR之间的初始取向角β1被设置在-50度，上衬底的摩擦方向RDR2和电场的方向EDR之间的初始取向角β2被设置在40度，因此上下衬底之间呈90度。
当在下衬底上形成液晶驱动电极(象素电极PX和配对电极CT)时，平行于衬底表面的电场(横向电场)在下衬底附近较强，并且朝着上衬底的方向渐渐变弱。因此下衬底附近的液晶分子比上衬底附近的液晶分子更易于旋转。实施例21中将液晶层中的大部分液晶分子重新取向于电场方向EDR所需要的电压低于实施例1中所需要的电压。实施例1需要大约12V的电压实现黑色显示，而实施例21只需要10V电压即能实现与实施例1相同的黑色水平。
另外在这个实施例中，β1和β2被设置在-50度和40度，也可相应地设置在50度和-40度以产生同样的效果。实施例21的一个重要的配置在于，当液晶驱动电极只装配在下衬底上时，需要满足条件|β1|＞|β2|；当液晶驱动电极只装配在上衬底上时，需要满足条件|β1|＜|β2|。
实施例21的配置不仅可应用到实施例1也可应用到实施例2到20，这些结构也都在本发明的范围之内。
本发明的优点
由上所述，本发明提供了一种有源矩阵型液晶显示装置，能够实现一个象CRT一样宽的视角和一个足够快的能够显示一个动态图象的响应速度。
附图的简要说明
图1是一个主要部分平面图，给出了本发明有源矩阵型彩色液晶显示装置的液晶显示部分中的一个象素及其周围的区域。
图2是图1沿3-3线的象素的剖面图。
图3是图1沿4-4线的薄膜晶体管TFT的剖面图。
图4是图1沿5-5线的存储电容器Cstg的剖面图。
图5是一个平面图，给出了显示面板中矩阵周围外围部分的结构。
图6是一个剖面图，给出了左侧的扫描信号端子和右侧没有外部连接端子的面板边缘部分。
图7是一个平面图和一个剖面图，给出了栅极端GTM和栅极引线GL的连接部分。
图8是一个平面图和一个剖面图，给出了漏极端和视频信号线DL的连接部分。
图9是一个平面图和一个剖面图，给出了公共电极端CTM、公共总线CB和公共电压线CL的连接部分。
图10是一个电路图，示出了本发明有源矩阵型彩色液晶显示装置中的矩阵区域及其外围部分。
图11是一个波形图，示出了本发明有源矩阵型彩色液晶显示装置的驱动信号。
图12是一个俯视图，示出的是配备有外围驱动电路的液晶显示面板。
图13是具有柔性印刷电路板的带式封装芯片TCP的剖面图，柔性印刷电路板上安装有形成驱动电路的IC芯片CHI。
图14是一个主要部分的剖面图，示出的是带式封装芯片TCP被连接到液晶显示面板PNL的扫描信号端子GTM上。
图15是液晶显示模件的一个分解透视图。
图16是一个示意图，给出了施加的电场方向、摩擦方向、初始取向角和偏振器的偏振轴之间的关系。
图17是一个示意图，示出的是，从一个与衬底表面垂直正交的方向上所看到的实施例1的液晶的活动状态。
图18是一个示意图，示出的是，从一个截面方向上所看到的实施例1的液晶的活动状态。
图19给出了实施例1中液晶的施加电压和透射率之间的关系图。
图20给出了实施例1中液晶的施加电压和上升时间之间的关系图。
图21给出了实施例1中液晶的施加电压和下降时间之间的关系图。
图22给出了实施例1中液晶的施加电压和整个响应时间之间的关系图。
图23是实施例2到8中沿图1的3-3线的象素的剖面图。
图24是一个示意图，示出了实施例2到8中施加的电场方向、驱动液晶元件和光学补偿液晶元件的摩擦方向、初始取向角以及偏振器偏振轴之间的关系。
图25是一个示意图，示出的是，从一个剖面方向上所看到的实施例2到5中的液晶的活动状态。
图26给出了实施例2-5中液晶的施加电压和透射率之间的关系图。
图27给出了实施例2-5中液晶元件的光程差、对比度系数和白色显示时的透射率之间的关系图。
图28给出了实施例2-5中偏振器偏振轴的布置与对比度系数之间的关系图。
图29给出了实施例2-5中液晶元件的初始扭转角、对比度系数和白色显示时的透射率之间的关系图。
图30给出了实施例6-8中液晶的施加电压和透射率之间的关系图。
图31是实施例9到13中沿图1中3-3线的象素的剖面图。
图32是一个示意图，示出了实施例9到13中施加电场的方向、液晶元件的摩擦方向、初始取向角、偏振器的偏振轴以及移相器的滞后轴线之间的关系。
图33给出了实施例9-13中液晶的施加电场方向和透射率之间的关系图。
图34给出了实施例14-16中液晶的施加电场方向和透射率之间的关系图。
图35是两个相移片都放在上部的结构中沿图1中3-3线的象素的剖面图。
图36是一个示意图，示出的是，从一个剖面方向上所看到的实施例17到20中的液晶的活动状态。
图37给出了实施例17-20中施加电场方向和透射率之间的关系图。
参考符号的说明
SUB...透明玻璃衬底，GL...扫描信号线，DL...视频信号线，CL...配对电压线，PX...象素电极，CT...配对电极，GI...绝缘膜，GT...栅极，AS...i-型半导体外壳，SD...源极或漏极，PSV...钝化层，BM...光线屏敝膜，LC...液晶，TFT...薄膜晶体管，g，d...导电膜，Cstg...存储电容器，AOF...阳极氧化膜，AO...阳极氧化掩膜，GTM...栅极端子，DTM...漏极端子，CB...公共总线，DTM...公共电极端子，SHD...屏敝壳体，PNL...液晶显示面板，SPB...光线扩散器，LCB...光线传导器，BL...背照明荧光管，LCA...背照明箱，RM...反射器，β1...取向膜ORI1一侧上驱动元件的初始取向方向和横向电场的共面方向EDR之间的初始取向角度，β2...取向膜ORI2一侧上驱动元件的初始取向方向和横向电场的共面方向EDR之间的初始取向角度，β3...取向膜ORI3一侧上光学补偿元件的初始取向方向和横向电场的共面方向EDR之间的初始取向角度，β4...取向膜ORI4一侧上光学补偿元件的初始取向方向和横向电场的共面方向EDR之间的初始取向角度，γ1...光学补偿相位膜FILM1的滞后轴线和横向电场的共面方向EDR之间的角度，γ2...光学补偿相位膜FILM2的滞后轴线和横向电场的共面方向EDR之间的角度，RDR...取向膜的摩擦方向(注脚被省略)。