KR100852833B1

KR100852833B1 - High speed response type liquid crystal display device

Info

Publication number: KR100852833B1
Application number: KR1020020013201A
Authority: KR
Inventors: 박지혁; 노정동; 김진만
Original assignee: 비오이 하이디스 테크놀로지 주식회사
Priority date: 2002-03-12
Filing date: 2002-03-12
Publication date: 2008-08-18
Also published as: KR20030073571A

Abstract

본 발명은 고속응답용 액정표시소자에 관한 것으로서, 캐패시터 전극의 용량을 화소-액정 캐패시터보다 크게하여 액정에 의해 형성되는 캐패시터 용량보다 높게 하므로써, 응답속도의 지연을 줄이거나 없앨 수 있는 기술을 제공한다. 이를 위한 본 발명의 고속응답용 액정표시소자는 주사 신호에 의해 데이타 신호를 제 1 노드로 스위칭하는 액티브 소자와, 상기 제 1 노드와 공통전극라인 사이에 병렬로 접속된 캐패시터 전극과 화소전극으로 구성되며, 상기 캐패시터 전극의 축전용량이 화소전극-액정간 축전용량 온(on)-오프(off) 평균값의 1.5 ~ 3배인 것을 특징으로 한다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a liquid crystal display device for high-speed response, and provides a technology capable of reducing or eliminating a delay in response speed by making a capacitor electrode larger than a pixel-liquid crystal capacitor and higher than a capacitor formed by liquid crystal. . The high-speed response liquid crystal display device of the present invention comprises an active device for switching a data signal to a first node by a scan signal, and a capacitor electrode and a pixel electrode connected in parallel between the first node and the common electrode line. The capacitance of the capacitor electrode is 1.5 to 3 times the average value of the on-off value of the capacitance between the pixel electrode and the liquid crystal.

Description

High speed response liquid crystal display device {HIGH SPEED RESPONSE TYPE LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}

도 1은 일반적인 액정표시소자의 화소 등가 회로도1 is a pixel equivalent circuit diagram of a general liquid crystal display device.

도 2는 화소-액정간 축전용량변화에 의한 응답시간지연을 나타낸 그래프도2 is a graph showing a response time delay caused by a change in pixel-liquid crystal capacitance

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도 3은 일반적인 셀 갭에서의 캐패시터 전극의 축전용량을 증가시켰을 때의 축전용량변화를 나타낸 그래프도3 is a graph showing the change in capacitance when the capacitance of the capacitor electrode is increased in a typical cell gap;

도 4는 일반적인 셀 갭에서의 캐패시터 전극의 축전용량을 증가시켰을 때의 축전용량의 변화의 상태적인 비를 나타낸 그래프도Fig. 4 is a graph showing the state ratio of the change in the capacitance when the capacitance of the capacitor electrode is increased in the general cell gap;

도 5는 축전용량 변화의 효과를 비교한 그래프도5 is a graph comparing the effects of changes in capacitance

도 6은 양의 액정과 음의 액정을 적용한 경우의 축전용량 변화를 비교한 그래프도6 is a graph comparing capacitance change when a positive liquid crystal and a negative liquid crystal are applied.

도 7은 셀 갭 4.8㎛와 4.0㎛의 축전용량 변화를 비교한 그래프도7 is a graph comparing changes in capacitance of a cell gap of 4.8 μm and 4.0 μm.

도 8은 낮은 셀 갭에서의 캐패시터 전극의 축전용량을 증가시켰을 때의 축전용량변화를 나타낸 그래프도8 is a graph showing the change in capacitance when the capacitance of the capacitor electrode is increased in a low cell gap;

도 9는 낮은 셀 갭에서의 캐패시터 전극의 축전용량을 증가시켰을 때의 축전 용량의 변화의 상대적인 비를 나타낸 그래프도Fig. 9 is a graph showing the relative ratio of the change in the capacitance when the capacitance of the capacitor electrode is increased in the low cell gap;

(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)(Explanation of symbols for the main parts of the drawing)

1 : 게이트 라인 2 : 데이타 라인1 gate line 2 data line

3 : 공통전극 라인 4 : TFT 트랜지스터3: common electrode line 4: TFT transistor

본 발명은 고속응답용 액정표시소자에 관한 것으로서, 특히 캐패시터 전극의 용량을 화소-액정 캐패시터보다 크게하여 액정에 의해 형성되는 캐패시터 용량보다 높게 하므로써, 응답속도의 지연을 줄이거나 없앨 수 있는 고속응답용 액정표시소자에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high-speed response liquid crystal display device. In particular, the capacitance of the capacitor electrode is larger than that of the pixel-liquid crystal capacitor to be higher than the capacitance of the capacitor formed by the liquid crystal, thereby reducing or eliminating the delay of the response speed. It relates to a liquid crystal display device.

일반적인 액티브소자 액정디스플레이는 도 1에 도시된 바와 같이, 주사선(게이트 라인)(1)과 신호선(데이타 라인)(2) 그리고 액티브 소자(TFT)(4)와 캐패시터 전극과 화소전극으로 이루어져 있다.As shown in FIG. 1, a typical active element liquid crystal display includes a scan line (gate line) 1 and a signal line (data line) 2, an active element (TFT) 4, a capacitor electrode, and a pixel electrode.

액티브 소자 액정디스플레이는 홀드(HOLD)형 디스플레이라고도 하는데, 이는 화소가 일정시간동안 신호를 홀드하여 사용자의 눈에 인식되도록 화상을 만들어 내는 동작원리 때문이다. 따라서, 한 프레임의 화상이 완성되는 시간동안 신호를 홀드하는 것은 액정디스플레이에 있어서 매우 중요한 기술적인 요소이다.The active element liquid crystal display is also referred to as a HOLD type display because of the operation principle in which a pixel holds a signal for a predetermined time to produce an image to be recognized by the user's eyes. Therefore, holding the signal during the time when one frame of image is completed is a very important technical element in the liquid crystal display.

신호를 홀드하는 원리는 캐패시터(축전지)의 원리인데 액정 디스플레이의 화소에서는 일반적으로 캐패시터로 캐패시터 전극과 화소전극의 두가지 캐패시터를 둔다.(이는 일반적인 TN 모드의 전극구조를 기준으로 한 것이다. IPS나 FFS 등의 다른 모드에서는 이 외에도 캐패시터가 존재할 수 있으나 큰 변화 없이 본 발명의 의도를 따를 수 있으므로 구조는 TN을 기준으로 서술한다.)The principle of holding a signal is a capacitor (capacitor). In a pixel of a liquid crystal display, a capacitor generally has two capacitors, a capacitor electrode and a pixel electrode (this is based on an electrode structure in a general TN mode. In other modes, such as capacitors may exist, but the structure is described based on TN since it can follow the intention of the present invention without major change.)

캐패시터는 일정면적을 가진 두 도전체 사이에 유전체가 삽입됨으로 이루어진다. 캐패시터 전극에 의한 캐패시터(Ccap)는 어레이 기판에 있는데, 캐패시터 전극과 화소전극과 그 사이에 끼워진 인슐레이터로 이루어지고, 화소전극에 의한 캐패시터는 어레이 화소전극과 칼라필터의 공통전극과 그 사이에 끼워진 액정으로 이루어진다. 일반적으로, 캐패시터 전극의 전기용량은 액정과 화소전극의 전기용량의 1/4에서 1/3 사이에서 설계된다.The capacitor consists of a dielectric inserted between two conductors having a certain area. The capacitor Ccap by the capacitor electrode is on the array substrate, and the capacitor electrode and the pixel electrode and the insulator sandwiched therebetween, and the capacitor by the pixel electrode are the common electrode of the array pixel electrode and the color filter and the liquid crystal sandwiched therebetween. Is done. In general, the capacitance of the capacitor electrode is designed to be between 1/4 and 1/3 of the capacitance of the liquid crystal and the pixel electrode.

액정 디스플레이는 화소전극사이의 액정에 전압을 인가하여 액정의 배열을 바꾸고, 바뀌어진 액정배열에 따라 일정하게 변한 굴절률의 변화에 따라 빛의 편광상태를 바꾸어 광스위칭 역할을 하게한다. 응답속도는 인가된 전압에 따라서 액정이 얼마나 빨리 배열을 바꾸는가에 달려있다. 여기서, 액정은 두가지 역할을 하게 되는데, 통과되는 빛의 편광상태를 바꾸어 명암표시를 하는 역할과 상하 화소전극 사이에서 유전체 역할을 겸한다.Liquid crystal displays change the arrangement of liquid crystals by applying a voltage to the liquid crystal between the pixel electrodes, and change the polarization state of the light according to the change of the refractive index which is constantly changed according to the changed liquid crystal array to play a role of optical switching. The response speed depends on how quickly the liquid crystal changes the arrangement depending on the applied voltage. In this case, the liquid crystal plays two roles, changing the polarization state of the light passing through and displaying the contrast and the dielectric between the upper and lower pixel electrodes.

그런데, 최근 발표된 연구결과에 의하면, 액정이 전압에 따라 배열을 바꾸면서 필연적으로 액정이 포함된 화소전극의 캐패시터의 전기용량을 바꾸게 되는데, 이것이 응답속도 지연의 원인이 된다. 응답속도 지연의 원인을 설명하면, 액정에 전압을 인가하였을 때는 도 2와 같은 캐패시터의 변화를 보여준다. However, according to a recent research result, the liquid crystal changes the arrangement according to the voltage, and inevitably changes the capacitance of the capacitor of the pixel electrode containing the liquid crystal, which causes the response speed delay. Referring to the cause of the response speed delay, when the voltage is applied to the liquid crystal shows a change in the capacitor as shown in FIG.

임의의 계조를 시작점으로 잡고 목표계조의 전압을 시작점의 캐패시터로 계산하여 인가하였을 때, 액정이 전압에 반응하여 배열을 바꾸게 되므로 목표계조를 나타낼 충분한 전하량(Q)을 공급하지 못하게 된다. 따라서 목표계조에 도달하기까지 몇 프레임의 시간이 더 걸리게 되는 것이다(도 2).When an arbitrary gradation is taken as a starting point and the voltage of the target gradation is calculated and applied as a capacitor of the starting point, the liquid crystal changes the arrangement in response to the voltage, thereby failing to supply sufficient charge amount Q to represent the target gradation. Therefore, it takes a few more frames to reach the target gradation (Fig. 2).

이를 해결하기 위하여, 화소전극의 캐패시터의 변화를 보상하여 구동하는 방법이 제안되고 있다. 그러나, 이러한 방법이 효과적이기는 하나 구동방법이 복잡하고, 추가로 구동칩이 필요하며, 캐패시터 변화값이 보상을 위한 기초 데이터가 광범위하게 필요하다는 단점이 있다.In order to solve this problem, a method of compensating and driving a change in a capacitor of a pixel electrode has been proposed. However, although this method is effective, the driving method is complicated, additional driving chips are required, and capacitor change values are required to extensively require basic data for compensation.

전압과 캐패시턴스(전기용량)의 관점에서 보면 시작점에서의 전기용량을 목표점에서의 전기용량과 다르다. 이는 액정이 화소전극에 채워진 전하량에 반응하여 배열이 달라지기 때문이며, 액정이 재배열 되는 시간이 화소전극에 전하가 차는 시간보다 훨씬 오래 걸리기 때문이다, 화소전극에 전하를 채워주는 '충전시간'은 일반적인 60Hz XGA 기준으로 26.8 마이크로초이고 액정이 응답하는 시간을 한 프레임당 16.7 밀리초이다.In terms of voltage and capacitance (capacitance), the capacitance at the starting point is different from the capacitance at the target point. This is because the arrangement of the liquid crystals varies in response to the amount of charge filled in the pixel electrode, and the time for rearranging the liquid crystal takes much longer than that of the charge on the pixel electrode. The typical 60Hz XGA standard is 26.8 microseconds and the response time of the liquid crystal is 16.7 milliseconds per frame.

충전과정을 그림으로 설명하면 다음과 같다.The charging process is illustrated as follows.

Q = CV 이므로 V 를 X 축, C 를 Y 축으로 하면 액정 셀 화소전극의 캐패시턴스는 다음과 같이 나타난다. 충전시간에는 시작점(1)의 액정배열이므로 목표점(2)의 전압(V2)을 가하면 시작점의 전기용량(C1)을 기준으로 전하가 채워진다. 충전이 되고나면 액정이 전계에 반응하여 배열이 바뀌고, 이때 C 가 달라지므로 C-V 관계가 Q 곡선을 따라가게 된다. 액정의 배열이 재배열된 후에는 V 는 목표점 전압에 못미치는 V2'에 이르게 되어, 목표점의 휘도를 얻지 못하게 되어 응답시간이 한 프레임을 넘어서게 된다.Since Q = CV, when V is the X axis and C is the Y axis, the capacitance of the liquid crystal cell pixel electrode is expressed as follows. In the charging time, since the liquid crystal array of the starting point 1 is applied, the electric charge is filled based on the capacitance C1 of the starting point when the voltage V2 of the target point 2 is applied. After charging, the liquid crystal reacts to the electric field and the arrangement changes. At this time, C is different, so the C-V relationship follows the Q curve. After the liquid crystal array is rearranged, V reaches V2 'which is less than the target point voltage, so that the luminance of the target point is not obtained and the response time exceeds one frame.

따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 캐패시터 전극의 용량을 화소-액정 캐패시터보다 크게하여 액정에 의해 형성되는 캐패시터 용량보다 높게 한 고속응답용 액정표시소자를 제공하는데 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a liquid crystal display device for high-speed response in which the capacitance of the capacitor electrode is larger than that of the pixel-liquid crystal capacitor, which is higher than the capacitor capacity formed by the liquid crystal. have.

또한, 캐패시터 전극의 축전용량을 화소-액정 캐패시터보다 충분히 크게하여 액정에 의해 변화되는 축전용량의 변화비중을 줄임으로써 별도의 구동방법의 변화없이도 응답속도의 지연을 줄이거나 없앨 수 있는 고속응답용 액정표시소자를 제공하는데 있다.In addition, the capacitance of the capacitor electrode is sufficiently larger than that of the pixel-liquid crystal capacitor to reduce the weight change of the capacitance changed by the liquid crystal, thereby reducing or eliminating the delay of the response speed without changing the driving method. It is to provide a display element.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고속응답용 액정표시소자는,High speed response liquid crystal display device of the present invention for achieving the above object,

도 1에 도시된 바와 같이, 주사 신호에 의해 데이타 신호를 제 1 노드(5)로 스위칭하는 액티브 소자(4)와,As shown in Fig. 1, the active element 4 for switching the data signal to the first node 5 by the scanning signal,

상기 제 1 노드(5)와 공통전극라인(3) 사이에 병렬로 접속된 캐패시터 전극과 화소전극으로 구성되며,A capacitor electrode and a pixel electrode connected in parallel between the first node 5 and the common electrode line 3,

상기 캐패시터 전극의 축전용량이 화소전극-액정간 축전용량 온(on)-오프(off) 평균값의 1.5 ~ 3배인 것을 특징으로 한다.The capacitance of the capacitor electrode is 1.5 to 3 times the average value of the on-off value of the capacitance between the pixel electrode and the liquid crystal.

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상기 캐패시터 전극은 투명전극으로 형성된 것을 특징으로 한다. The capacitor electrode is characterized in that formed as a transparent electrode.

이하, 본 발명의 실시예에 관하여 첨부도면을 참조하면서 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 고속응답용 액정표시소자는 도 1에 도시된 바와 같이, 주사선(게이트 라인)(1)과 신호선(데이타 라인)(2) 그리고 액티브 소자(TFT)(4)와 캐패시터 전극(Ccap)과 화소전극(Clc)으로 구성되며, 상기 캐패시터 전극의 축전용량을 화소전극-액정간 축전용량 온(on)-오프(off) 평균값의 1.5배 이상으로 구성하였다. 이때, 상기 캐패시터 전극은 투명전극으로 형성한다.As shown in FIG. 1, the high-speed response liquid crystal display device of the present invention includes a scan line (gate line) 1 and a signal line (data line) 2, an active element (TFT) 4, and a capacitor electrode (Ccap). And the pixel electrode Clc, and the capacitance of the capacitor electrode is 1.5 times or more the average value of the on-off capacitance of the pixel electrode-liquid crystal. In this case, the capacitor electrode is formed as a transparent electrode.

상기 캐패시터 전극을 크게 하면, 일반적으로 개구율을 저하시키는 트레이드 오프관계가 있다. 따라서, 이를 해결하기 위해서 캐패시터 전극을 투명전극으로 형성 할 수 있다.When the capacitor electrode is enlarged, there is generally a trade-off relationship that lowers the aperture ratio. Therefore, in order to solve this problem, the capacitor electrode may be formed as a transparent electrode.

본 발명에서는 종래의 캐패시터의 축전용량을 화소-액정의 축전용량의 평균값의 80∼120%로 보고 캐패시터 전극을 종래의 설계에 대비하여 1.5∼5배까지 증가시켜 계산하였다. 그 결과를 도 3에 나타내었다.In the present invention, the capacitance of the conventional capacitor is regarded as 80 to 120% of the average value of the capacitance of the pixel-liquid crystal, and the capacitor electrode is increased by 1.5 to 5 times compared to the conventional design. The results are shown in FIG.

캐패시터 전극의 용량을 높이면 화소전체의 축전용량은 캐패시터 전극의 용량 + 화소 액정의 축전용량이 되어 선형적으로 높아진다. 이를 축전용량의 비로 환산해 보면 다음과 같다(도 3).When the capacitance of the capacitor electrode is increased, the capacitance of the entire pixel becomes the capacitance of the capacitor electrode + the capacitance of the pixel liquid crystal, which increases linearly. This is converted into the ratio of storage capacity as follows (FIG. 3).

캐패시터 전극에 충분한 축전용량이 확보되면 화소-액정의 축전용량에 상대적으로 둔감해진다. 즉, 액정의 배열이 바뀌더라도 큰 영향을 받지 않으므로 고속응답이 가능한 것이다.If a sufficient storage capacity is ensured for the capacitor electrode, it is relatively insensitive to the storage capacity of the pixel-liquid crystal. That is, even if the arrangement of the liquid crystal is not significantly affected, high-speed response is possible.

따라서, 축전용량의 비는 화소-액정의 축전용량에 응답시간이 얼마나 영향을 받는지에 대한 척도가 될 수 있다. 그림에서 특히 1.5∼3 배의 축전용량일 경우에 효과가 크고 그 이후에는 효과는 있으나 효과의 정도가 감소하는 것으로 나타났다(도 4 및 도 5).Thus, the ratio of the capacitance can be a measure of how the response time is affected by the capacitance of the pixel-liquid crystal. In the figure, especially when the capacity is 1.5 to 3 times, the effect is large, and after that it is effective, but the degree of the effect is reduced (Figs. 4 and 5).

액정의 유전체 이방성(dielectric anisotropy)이 음인 액정을 적용하는 모드의 경우에는 양인 액정을 적용하는 경우보다 액정에 의한 축전용량의 변화가 적다. 그것은 음의 액정과 양의 액정이 전계에 반응하는 방향이 반대되기 때문이다. 음의 액정을 쓸 경우에는 액정의 운동이 오히려 전압에 의한 축전용량변화를 상쇄시키는 작용을 한다. 따라서, VA와 같이 음의 액정을 사용하는 모드의 경우에는 응답시간이 빠르다. 이는 캐패시터 전극의 용량을 높이는 것이 응답시간을 빠르게 하는 역할을 하는 좋은 반증이 된다(도 6).In the case of applying a liquid crystal in which the dielectric anisotropy of the liquid crystal is negative, the change in storage capacity due to the liquid crystal is smaller than in the case of applying a positive liquid crystal. This is because the direction in which the negative liquid crystal and the positive liquid crystal react to the electric field is reversed. In the case of using a negative liquid crystal, the movement of the liquid crystal acts to counteract the change in capacitance due to voltage. Therefore, in the case of using a negative liquid crystal such as VA, the response time is fast. This is a good proof that increasing the capacitance of the capacitor electrode serves to speed up the response time (FIG. 6).

고속응답을 위해서 셀갭을 낮추는 경우가 많다. 셀갭은 고속응답 구현의 키 파라미터이다. 그런데, 셀갭을 낮추었을 때 가까워진 전극간의 간격으로 인하여 액정에 의한 축전용량변화가 커진다. 따라서, 셀갭을 낮춤의 효과를 크게 얻지 못하는 경우가 많다. 그림은 셀갭을 낮추었을 때 축전용량 변화의 증가를 보인 것이다(도 7).The cell gap is often lowered for high speed response. Cell gap is a key parameter of the fast response implementation. However, when the cell gap is lowered, the capacitance change due to the liquid crystal increases due to the distance between the electrodes that is closer to each other. Therefore, the effect of lowering the cell gap is often not obtained. The figure shows the increase in capacitance change when the cell gap is lowered (FIG. 7).

셀갭이 낮은 경우에도 마찬가지로 종래 설계의 1.5∼3 배의 영역에서 가장 큰 효과를 볼 수 있는 것으로 나타났다(도 8 및 도 9).Similarly, even when the cell gap is low, the greatest effect can be seen in the region of 1.5 to 3 times the conventional design (FIGS. 8 and 9).

이상에서 자세히 설명된 바와 같이, 본 발명에 의한 고속응답용 액정표시소자에 의하면, 별도의 구동시스템 구성없이 액정디스플레이 특유의 응답속도 지연이 적거나 없는 빠른 응답속도의 액정 디스플레이를 구현할 수 있다. As described in detail above, according to the high-speed response liquid crystal display device according to the present invention, it is possible to implement a high-speed response liquid crystal display with little or no response delay delay peculiar to the liquid crystal display without a separate drive system configuration.

아울러 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.In addition, preferred embodiments of the present invention are disclosed for the purpose of illustration, those skilled in the art will be able to various modifications, changes, additions, etc. within the spirit and scope of the present invention, these modifications and changes should be seen as belonging to the following claims. something to do.

Claims

In the liquid crystal display device for a high speed response,

An active element for switching the data signal to the first node by the scan signal;

A capacitor electrode and a pixel electrode connected in parallel between the first node and the common electrode line,

And the capacitance of the capacitor electrode is 1.5 to 3 times the average value of the pixel electrode-liquid crystal capacitance on-off.

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The method of claim 1,

The capacitor electrode is a high-speed response liquid crystal display device, characterized in that formed as a transparent electrode.