KR102105573B1 - wide viewing angle and ultra high definition liquid crystal display - Google Patents

wide viewing angle and ultra high definition liquid crystal display Download PDF

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Abstract

제1 편광판이 설치된 하부 기판, 제2 편광판이 설치된 상부 기판, 이들 사이에 위치하는 액정, 하부 기판에 설치되는 박막트랜지스터와 여기에 연결되는 게이트 라인, 데이터 라인, 화소전극을 구비하는 액정표시장치에 있어서, 각 화소 영역에서 하부 기판에 평판형 화소전극 위로 절연층을 사이에 두고 통과 구멍을 형성하는 제1 공통 전극과, 상부 기판에 공통 전극과 같은 극성으로 운영되는 제2 공통 전극이 구비되어 투광 전압이 인가되면 통과 구멍의 프린지 주변의 액정 배열이 수직 혹은 수평에서 경사 상태로 전환되어 빛을 통과시키고, 통과 구멍은 단일 화소에서 혹은 서로 인접한 동일 컬러 화소에 걸쳐 프린지의 설치 방향에 의해 투광 전압 인가시 적어도 3 이상의 서로 다른 법선 방향으로 액정 경사가 이루어지도록 형성된 것을 특징으로 하는 액정표시장치가 개시된다.
본 발명에 따르면 액정표시장치의 응답 속도를 높여 초고해상도 액정 판넬에서 주사율 120Hz 고속 구동을 할 수 있고, FFS형 액정표시장치의 공통 전극의 통과구멍이라는 특징 구조를 이용하여 제조 공정이나 액정 표시장치 구성 및 구동 방법을 복잡하거나 무리하지 않게 하면서도 액정 경사 방향에 의한 화소분할을 손쉽게 달성할 수 있어서 액정표시장치의 시야각 특성을 향상시킬 수 있다.
A liquid crystal display device comprising a lower substrate on which a first polarizing plate is installed, an upper substrate on which a second polarizing plate is installed, a liquid crystal positioned between them, a thin film transistor installed on the lower substrate, and a gate line, data line, and pixel electrode connected thereto. In each of the pixel regions, a first common electrode that forms a through hole with an insulating layer therebetween over a planar pixel electrode on a lower substrate and a second common electrode that is operated with the same polarity as a common electrode on the upper substrate are provided with light. When a voltage is applied, the liquid crystal array around the fringe of the through hole is shifted from vertical or horizontal to an inclined state to pass light, and the through hole is applied with a transmissive voltage in a single pixel or across the same color pixels adjacent to each other by the installation direction of the fringe Characterized in that it is formed so that the liquid crystal is inclined in at least three different normal directions. The liquid crystal display device is disclosed.
According to the present invention, the response speed of the liquid crystal display device can be increased to drive a high-speed 120Hz refresh rate in an ultra-high resolution liquid crystal panel, and a manufacturing process or a liquid crystal display device is constructed by using a feature structure of a through hole of a common electrode of an FFS type liquid crystal display device. And it is possible to easily achieve the pixel division by the liquid crystal inclination direction without making the driving method complicated or unreasonable, thereby improving the viewing angle characteristics of the liquid crystal display device.

Figure R1020180112892
Figure R1020180112892

Description

광시야각 초고화질 액정표시장치{wide viewing angle and ultra high definition liquid crystal display}Wide viewing angle and ultra high definition liquid crystal display

본 발명은 능동구동형 액정표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 단위 면적당 화소수를 초집적으로 하고 빠른 구동을 하는 경우에 적합한 초고화질 액정표시장치에 관한 것이다.The present invention relates to an active-driven liquid crystal display device, and more particularly, to a super-high-definition liquid crystal display device suitable for super-integrating pixels and fast driving.

기존의 액정의 배향과 전압에 따른 스위칭 구동에 따라 액정 스위칭 방식은 TN(twisted nematic) 방식, IPS(in plane switching) 방식, VA(vertical alignment) 방식, FFS(fringe field switching) 방식 등으로 크게 구분될 수 있다.The liquid crystal switching method is largely divided into a twisted nematic (TN) method, an in-plane switching (IPS) method, a vertical alignment (VA) method, and a fringe field switching (FFS) method, depending on the existing alignment and voltage-driven switching operation. Can be.

구동 방법에 따라 LCD의 화소 구조도 다르다. TN 방식, VA 방식의 LCD의 화소에서는 한 쌍의 기판 중 한쪽에 화소 전극이 형성되고 다른 쪽에 공통 전극이 형성되고, 화소 전극과 공통 전극 사이에 2개의 기판 면에 수직인 전계를 형성하여 액정분자의 배향을 제어함으로써, 화소의 투과율을 제어한다.The pixel structure of the LCD also differs depending on the driving method. In the pixels of the TN- and VA-type LCDs, a pixel electrode is formed on one side of a pair of substrates, a common electrode is formed on the other side, and liquid crystal molecules are formed by forming a vertical electric field on two substrate surfaces between the pixel electrode and the common electrode. By controlling the orientation of, the transmittance of the pixel is controlled.

FFS 방식은 하부 기판 내에서 절연막을 사이에 두고 화소 전극과 공통 전극이 대향하여 형성된다. FFS 방식에서 대개 공통 전극은 아래쪽에 평면으로 설치되고 화소 전극은 복수 패턴이 슬릿을 두고 서로 평행하게 형성되며, 화소 전극과 공통 전극 사이에 형성되는 전계(프린지 필드)에 의하여 액정 분자의 배열이 기판에 거의 평행하게 제어되기 때문에, FFS 모드의 LCD는 시야각이 넓고, 투명전극을 사용하여 IPS에 비해 투과율이 높다는 특징이 있다.In the FFS method, a pixel electrode and a common electrode are formed to face each other with an insulating film interposed within the lower substrate. In the FFS method, the common electrode is usually installed in a plane at the bottom, and the pixel electrode is formed in parallel with a plurality of patterns with slits, and the arrangement of liquid crystal molecules is substrate by an electric field (fringe field) formed between the pixel electrode and the common electrode. Since it is controlled almost in parallel, the FFS mode LCD has a wide viewing angle and a transparent electrode, which has a higher transmittance than IPS.

그런데, 액정표시장치에서 현재 가장 큰 한계가 될 수 있는 것이 화상이 매우 빠르게 변할 수 있는 동영상이나 게임용 디스플레이와 관련된 것이다. 액정표시장치는 다양한 용도로 개발되고 있으며, 가상현실을 구형하기 위한 헤드 마운티드 디스플레이(Head Mounted display: 이하 'HMD'라 함)와 같은 경우도 유기EL 등과 함께 표시장치로 개발되고 있다. HMD의 표시소자로 쓰이는 액정 판넬은 실제로 현실처럼 느끼려면 최소 4K, 일반적으로 8K 정도의 해상도가 필요로 하다. 또한 HMD와 같은 3inch 이하의 디스플레이에서 1000ppi 이상의 고해상도를 구현하기 위해서는 단위 픽셀 피치가 8마이크로미터 이하여야 한다. However, one of the biggest limitations in the liquid crystal display device is related to a video or game display in which an image can change very quickly. A liquid crystal display device has been developed for various purposes, and in the case of a head mounted display (hereinafter referred to as 'HMD') for spherical virtual reality, it is also being developed as a display device with organic EL. A liquid crystal panel used as an HMD display device requires a resolution of at least 4K, generally 8K, to feel like a reality. In addition, the unit pixel pitch must be 8 micrometers or less in order to realize a high resolution of 1000 ppi or more on a 3 inch or less display such as an HMD.

CRT나 OLED 등의 여타 표시장치와 비교할 때 액정표시장치는 아래 수학식 1 및 2에서 알 수 있는 바와 같이, 액정의 고유한 점성과 탄성 등의 특성에 의해 응답속도가 느린 단점이 있다.Compared with other display devices such as CRTs and OLEDs, as shown in Equations 1 and 2 below, a response speed is slow due to characteristics such as inherent viscosity and elasticity of the liquid crystal.

LCD의 응답 속도란 일반 백색광에서 입력 편광판과 액정 셀(Cell), 그리고 출력 편광판을 통과한 후 빛의 투과율을 100%라 할 때 화면이 어두워 질 때와 밝아질 때 투과율이 10%와 90% 사이로 변화하는 시간의 합을 말하는 것으로 10%에서 90%까지 변했을 때 걸린 시간을 상승 시간(Rising Time), 90%에서 10%까지 변했을 때 걸린 시간을 하강 시간(Falling Time)이라 말하며 이를 화이트 투 블랙(White to Black) 응답 속도 혹은 응답 시간이라 한다.The response speed of the LCD is 100% of the light transmittance after passing through the input polarizer, the liquid crystal cell (Cell), and the output polarizer in normal white light, and the transmittance is between 10% and 90% when the screen becomes dark and bright. It refers to the sum of the changing time. The time taken when changing from 10% to 90% is called Rising Time, and the time taken when changing from 90% to 10% is called Falling Time. White to Black) It is called response speed or response time.

(수학식1)(Equation 1)

Figure 112018094015585-pat00001
Figure 112018094015585-pat00001

여기서, τr는 액정에 전압이 인가될 때의 상승 시간(rising time)을, Va는 인가전압을, VF는 액정분자가 전압에 이해 반응을 시작하는 프리드릭 천이전압(Freederick Transition Voltage)을, d는 액정셀의 셀갭(cell gap)을, γ(gamma)는 액정분자의 회전점도(rotational viscosity)를 각각 의미한다.Here, τ r is the rising time when the voltage is applied to the liquid crystal, Va is the applied voltage, and VF is the Freederick Transition Voltage at which the liquid crystal molecules start to respond to the voltage, d denotes the cell gap of the liquid crystal cell, and γ (gamma) denotes the rotational viscosity of the liquid crystal molecule.

(수학식2)(Equation 2)

Figure 112018094015585-pat00002
Figure 112018094015585-pat00002

여기서, τf는 액정에 인가된 전압이 오프된 후 액정이 탄성 복원력에 의해 원위치로 복원되는 하강 시간(falling time)을, K는 액정 고유의 탄성계수를 각각 의미한다.Here, τ f denotes a falling time in which the liquid crystal is restored to its original position by the elastic restoring force after the voltage applied to the liquid crystal is off, and K denotes the elastic modulus inherent to the liquid crystal, respectively.

즉, 액정표시장치에서 응답 속도 τf는 액정 자체의 특성인 회전점도 및 탄성계수에 크게 영향받으며, HMD에 디스플레이로 채택되기 위해 이런 응답 속도의 문제를 해결하는 것이 절실히 요청된다.That is, in the liquid crystal display device, the response speed τ f is greatly affected by the rotation viscosity and elastic modulus, which are characteristics of the liquid crystal itself, and it is urgently requested to solve the problem of the response speed in order to be adopted as a display in the HMD.

컬러 필터를 불요(不要)로 하는 필드 시퀀셜 풀컬러 표시 방식은, 「적→녹→청」으로 순차 점등하는 백라이트를 사용하는 것에 특징이 있다 통상의 CRT나 액정 디스플레이에서는, 프레임 시간이 16.7ms이지만, 필드 시퀀셜 풀컬러 표시 방식에서는, 프레임 시간이 5.6ms로, 고속 응답성이 요구된다.The field sequential full-color display method, which requires no color filter, is characterized by using a backlight that turns on sequentially from "red to green to blue." In a typical CRT or liquid crystal display, the frame time is 16.7 ms. , In the field sequential full color display method, the frame time is 5.6 ms, and high-speed response is required.

고속 응답성을 나타내는 지표로서, 위에서 살펴본 τf와 τr의 합을 들 수 있다. τf는 액정의 하강 응답 시간이고, τr은 액정의 상승 응답 시간이다. 필드 시퀀셜 풀컬러 표시 방식에 있어서의 고속 응답성을 만족시키기 위해서는, τf와 τr가 각각 1.5ms 미만인 것이 요망되고 있다.As an index indicating high-speed responsiveness, the sum of τ f and τ r seen above can be mentioned. τ f is the falling response time of the liquid crystal, and τ r is the rising response time of the liquid crystal. In order to satisfy high-speed responsiveness in the field sequential full-color display method, it is desired that τ f and τ r are less than 1.5 ms each.

통상의 컬러 필터 LCD에서도 고속 게임의 고정밀도 화면을 잔상효과를 최대한 줄이면서 주사율(frame rate) 120Hz 정도로 구현하기 위해 액정의 응답 시간 혹은 응답 속도는 4ms 이하가 되어야 한다고 알려져 있으며, 현재 흔히 사용되는 액정표시장치로는 이런 초고화질 고해상도 화면에서 이런 120hz 정도의 구동을 이루기가 어려움이 있었다.It is known that the response time or response speed of the liquid crystal should be 4 ms or less in order to realize a high-definition screen of a high-speed game with a frame rate of 120 Hz while reducing the afterimage effect as much as possible even in a normal color filter LCD. As a display device, it was difficult to achieve such a drive of about 120hz on such an ultra-high definition high resolution screen.

액정표시장치의 액정은 탄성 계수를 가지는 것에서 알 수 있듯이 탄성체와 같은 거동을 하는 데, 통상적으로 탄성계수가 클수록 응답속도가 크게 되므로 액정 구동에서 액정의 스위칭 변형이 큰 탄성계수를 가지는 변형이 되도록 하는 것이 중요하게 된다.As can be seen from the fact that the liquid crystal of the liquid crystal display device has an elastic modulus, the behavior of the elastic body is large. Usually, the larger the elastic modulus is, the higher the response speed is, so that the switching deformation of the liquid crystal in the liquid crystal driving is a deformation having a large elastic modulus. It becomes important.

그런데, 액정의 탄성 변형은 하나의 종류로 이루어지는 것이 아니고, 스플레이형, 트위스트형과 밴드형 탄성변형으로 구분될 수 있는데, 이 가운데 밴드형 탄성변형이 가장 큰 수치를 가져 액정 구동에 밴드형 탄성 변형을 시키고 복원시키는 형태를 이용하면 액정 응답시간을 줄이고 구동 프레임수를 늘릴 수 있다. However, the elastic deformation of the liquid crystal does not consist of one type, and can be divided into a splay type, a twist type, and a band type elastic deformation. Among these, the band type elastic deformation has the largest value, and the band type elastic deformation is applied to driving the liquid crystal. Using and restoring can reduce the response time of the liquid crystal and increase the number of driving frames.

한편, 액정표시장치에서 시야각이나 투과율 특성이 양호하다고 하여도 모든 액정표시장치의 액정의 속성 및 액정 배향이라는 근본적 특성에 따라 시야각과 투과율의 문제는 여전히 존재하는 것이고, 이를 보다 개선하기 위한 노력이 필요하다. On the other hand, even if the viewing angle and transmittance characteristics of the liquid crystal display device are good, the problems of the viewing angle and transmittance still exist according to the properties of the liquid crystal of all liquid crystal display devices and the fundamental characteristics of liquid crystal alignment, and efforts to improve it are necessary. Do.

액정 표시 장치의 시야각 특성을 개선시키거나 또는 시야각을 넓히는 공지된 기술은 액정 분자를 단지 기판 표면에 거의 평행인 방향으로 이동시키는 방법 및 액정 분자가 기판 표면에 대하여 수직인 방향으로 이동할 때 화소를 액정 분자가 상이한 배향을 갖는 복수의 영역으로 분할하는 방법을 포함한다. Known techniques for improving the viewing angle characteristic or widening the viewing angle of a liquid crystal display device include a method of moving liquid crystal molecules in a direction almost parallel to a substrate surface and a method of moving a liquid crystal pixel when liquid crystal molecules move in a direction perpendicular to the substrate surface. And a method in which a molecule is divided into a plurality of regions having different orientations.

전자의 기술을 사용하는 대표적인 표시 방식은 IPS(In-Plane Switching) 방식이다. 후자의 기술을 사용하는 대표적인 표시 방식은 Pnlc(Positive Nematic Liquid crystal)형 액정 재료가 축대칭 수평 배향인 광시야각 액정 표시 방식(일본 특허공개공보 7-120728호), 수직 배향된 Pnlc(Positive Nematic Liquid crystal)형 액정 재료가 영역으로 분할되어 인가된 전계를 제어함으로써 다른 영역에서 상이하게 배향되도록 하는 광시야각 액정 표시 방식(일본 특허공개공보 7-28068호) 및 각 화소의 Pnlc(Positive Nematic Liquid crystal)형 액정 재료가 거의 동일하게 4영역으로 분할되어 액정 재료가 각 영역에서 상이하게 수평 배향되는 광시야각 액정 표시 방식(AM-LCD'96, 185페이지, 1996)을 포함한다.A representative display method using the former technology is an IPS (In-Plane Switching) method. The representative display method using the latter technique is a wide viewing angle liquid crystal display method in which the axially symmetrical horizontal alignment of the Pnlc (Positive Nematic Liquid crystal) liquid crystal material (Japanese Patent Publication No. 7-120728), vertically oriented Pnlc (Positive Nematic Liquid) A crystal-type liquid crystal material is divided into regions to control the applied electric field, so that a wide viewing angle liquid crystal display system (Japanese Patent Laid-Open Publication No. 7-28068) and Pnlc (Positive Nematic Liquid crystal) for each pixel The liquid crystal material includes a wide viewing angle liquid crystal display method (AM-LCD'96, page 185, 1996) in which the liquid crystal material is horizontally oriented differently in each region by dividing the liquid crystal material into four regions.

세계지적재산기구에 의해 출원공개된 액정표시장치(WO 2014042425 A1)에는 표시장치 화소 영역에서의 요소 구성이나 형태 및 배향 방법 등의 변화를 통한 화소 분할 외에 구동방법에서 시간적 요소에 의한 화소분할 영역별 지연시간에 의한 화소분할 개념을 개시하고 있다.In the liquid crystal display device (WO 2014042425 A1) disclosed by the World Intellectual Property Organization, pixel division by temporal factors in the driving method, in addition to pixel division through changes in element configuration, shape and orientation method in the pixel area of the display device The concept of pixel division by delay time is disclosed.

그러나, 이런 다양한 화소 분할을 위해 액정표시장치 구성요소의 형태나 구성 결합 관계, 가공 방법, 운용 방식 등을 화소 분할 전의 통상적인 기술과 비교하여 바꾸어야 하고, 이런 변환에 따른 제작상 운영상, 유지상의 무리함, 어려움이 발생하며, 이는 액정표시장치의 화질 및 내구성 등의 새로운 문제를 발생시킬 수 있다.However, in order to divide these various pixels, the form, composition, coupling relationship, processing method, and operation method of the components of the liquid crystal display must be changed by comparing with the conventional technology before pixel division, and production, operational, and maintenance difficulties due to such conversion There are difficulties, and this may cause new problems such as image quality and durability of the liquid crystal display device.

대한민국 특허등록 제10-0494706호Republic of Korea Patent Registration No. 10-0494706 대한민국 특허공개 제10-2016-0127856호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2016-0127856 대한민국 특허등록 제10-0966230호Republic of Korea Patent Registration No. 10-0966230 대한민국 특허등록 제10-0476044호Republic of Korea Patent Registration No. 10-0476044 대한민국 특허등록 제10-0300168호Republic of Korea Patent Registration No. 10-0300168 WO 2014042425 A1WO 2014042425 A1

본 발명은 상술한 능동구동형 액정표시장치의 고속 응답의 문제점을 개선 혹은 해결하기 위한 것으로서, 초고해상도 액정 판넬에서 응답 시간을 줄여 120Hz 고속 구동을 가능하게 하는 액정표시장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is to improve or solve the problem of the high-speed response of the above-described active drive type liquid crystal display device, and an object of the present invention is to provide a liquid crystal display device capable of driving at a high speed of 120 Hz by reducing response time in an ultra-high resolution liquid crystal panel. .

본 발명은 바람직하게는 초고화질 고속 응답 특성을 가지는 HMD에 적용을 위해, 3인치(inch)급 디스플레이에서 1000~2000ppi 또는 그 이상의 해상도와 주사율 120Hz 이상을 가능하게 하는 빠른 응답 시간을 가지는 액정표시장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is preferably a liquid crystal display device having a fast response time enabling a resolution of 1000 to 2000 ppi or higher and a refresh rate of 120 Hz or more in a 3-inch display for HMD having ultra-high-speed, high-speed response characteristics. It aims to provide.

본 발명은 또한, 고해상도로 형성되고 간단한 구성 형태를 통해 화소분할을 달성함으로써 용이하게 시야각 특성을 향상시킬 수 있는 프린지 필드 스위칭 구조를 가지는 액정표시장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a liquid crystal display device having a fringe field switching structure which is formed of high resolution and can easily improve viewing angle characteristics by achieving pixel division through a simple configuration.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정표시장치는, The liquid crystal display device of the present invention for achieving the above object,

제1 편광판이 설치된 하부 기판, 제2 편광판이 설치된 상부 기판, 이들 상부 기판과 하부 기판 사이에 위치하는 액정, 하부 기판에 설치되는 박막트랜지스터 및 이를 구동하기 위해 박막트랜지스터의 게이트전극에 연결되는 게이트 라인, 소오스전극에 연결되는 데이터 라인, 드레인전극에 연결되는 화소전극을 구비하는 액정표시장치에 있어서,A lower substrate on which the first polarizing plate is installed, an upper substrate on which the second polarizing plate is installed, a liquid crystal positioned between these upper and lower substrates, a thin film transistor installed on the lower substrate and a gate line connected to the gate electrode of the thin film transistor to drive the same , In a liquid crystal display device having a data line connected to a source electrode and a pixel electrode connected to a drain electrode,

각 화소 영역에서 하부 기판에 평판형 화소전극 위로 절연층을 사이에 두고 통과 구멍(슬릿)을 형성하는 제1 공통 전극이, 상부 기판에 공통 전극과 같은 극성으로 운영되는 제2 공통 전극이 구비되어 화소전극과 제1 공통전극 및 제2 공통전극 사이에 전압이 인가되면 통과 구멍의 경계(프린지)에서의 액정 배열이 수직 혹은 수평에서 경사 상태로 전환되어 빛을 통과시키고,In each pixel area, a first common electrode forming a through hole (slit) with an insulating layer interposed over a flat pixel electrode on a lower substrate, and a second common electrode operated with the same polarity as the common electrode are provided on the upper substrate. When a voltage is applied between the pixel electrode and the first common electrode and the second common electrode, the liquid crystal arrangement at the boundary (fringe) of the through hole is switched from vertical or horizontal to inclined state to pass light,

상기 통과 구멍은 단일 화소에서 혹은 서로 인접한 동일 컬러 화소에 걸쳐 주변부의 설치 방향에 의해 투광 전압 인가시 적어도 3 이상의 서로 다른 법선 방향으로 액정 경사가 이루어지도록 형성된 것을 특징으로 한다.The through-hole is characterized in that the liquid crystal is inclined in at least three different normal directions when a light-transmitting voltage is applied in a single pixel or across the same color pixels adjacent to each other by the installation direction of the peripheral portion.

본 발명에서 실질적으로 3 이상의 서로 다른 법선 방향으로 액정 경사가 이루어지기 위해 어느 한 방향의 액정 경사 영역도 전체 액정 경사 영역의 34%를 넘지 않도록 통과 구멍 형태가 이루어진다고 예시적으로 규정할 수 있으며, 이때, 액정 경사 영역은 광투과율이 화소내 최대 광투과율의 10% 이상되어 실질적으로 광투과가 이루어지는 영역이라고 예시적으로 규정할 수 있다.In the present invention, in order to substantially incline the liquid crystals in three or more different normal directions, it can be exemplarily defined that the shape of the through hole is formed so that the liquid crystal inclined region in any one direction does not exceed 34% of the total liquid crystal inclined region, In this case, the liquid crystal inclined region may be exemplarily defined as a region in which the light transmittance is substantially 10% or more of the maximum light transmittance in the pixel, thereby substantially transmitting the light.

본 발명에서 통과 구멍은 삼각형, 마름모, 직사각형, 5각형 이상의 정다각형, 꺾은 선 슬릿, 타원형이나 원형으로 이루어질 수 있으며,  In the present invention, the through hole may be formed of a triangular, rhombus, rectangular, pentagonal or more regular polygon, a slanted line slit, or an oval or circle,

본 발명에서 상부 기판 및 하부 기판에는 빛샘 및 시야각 문제를 완화시키기 위해 외측 선형 편광판과 내측 1/4파장 위상차판이 결합된 원형 혹은 파원형 편광판이 설치되는 것이 바람직하다.In the present invention, it is preferable that the upper substrate and the lower substrate are provided with a circular or wave-shaped polarizing plate in which an outer linear polarizing plate and an inner quarter-wave retardation plate are combined to alleviate light leakage and viewing angle problems.

본 발명의 액정표시장치는 HMD(head mounted display)가 될 수 있다.The liquid crystal display device of the present invention may be a head mounted display (HMD).

본 발명의 액정표시장치는 상부 기판에서 화소 사이의 경계부가 별도의 불투과성막 없이 투과성막 혹은 반투과성막으로 이루어질 수 있다.In the liquid crystal display device of the present invention, the boundary between the pixels on the upper substrate may be formed of a transparent film or a semi-transparent film without a separate impermeable film.

본 발명에서 액정은 유전율 이방성이 양인 양성 액정을 채용하고, 초기 액정 배향은 수직 배향 상태를 이루는 것일 수 있다.In the present invention, the liquid crystal employs a positive liquid crystal having a positive dielectric anisotropy, and the initial liquid crystal alignment may be a vertical alignment state.

본 발명은 화소 피치 8마이크로미터 이하의 HMD에 사용되는 액정표시장치일 수 있고, 통과 구멍이 화소의 중앙에 위치하며, 화소에 투광 전압이 인가될 때의 광세기 분포가, 통과 구멍의 경계가 되는 화소 내 최대 광세기 위치의 광세기의 10%의 광세기를 가지는 점이 화소 사이의 경계부에서 최소 1um 벗어난 위치에 있도록 이루어진 것일 수 있다.The present invention may be a liquid crystal display device used in an HMD having a pixel pitch of 8 micrometers or less, a through hole is located in the center of a pixel, and a distribution of light intensity when a light-transmitting voltage is applied to the pixel, and a boundary of the pass hole A point having a light intensity of 10% of the light intensity at the maximum light intensity position within the pixel may be made to be located at a position that is at least 1 um away from the boundary between the pixels.

본 발명에서 제1 공통 전극과 제2 공통 전극은 같은 전압으로 연동되어 구동되는 것일 수 있다.In the present invention, the first common electrode and the second common electrode may be driven in conjunction with the same voltage.

본 발명에서 제2 공통전극에도 제1 공통전극에 통과 구멍이 있듯이 중앙부에 통과 구멍이 형성될 수 있다. 이때, 제2 공통전극의 통과 구멍은 제1 공통전극의 패턴과 비슷한 형태를 가지되 통과 구멍 경계선의 법선 방향으로 중앙부로부터 조금 더 확대된 형태를 가지는 것이 바람직하다. In the present invention, the second common electrode may be formed with a through hole in the central portion as the first common electrode has a through hole. At this time, the through hole of the second common electrode has a shape similar to the pattern of the first common electrode, but it is preferable to have a slightly enlarged shape from the center in the normal direction of the boundary of the through hole.

본 발명에 따르면 액정표시장치의 응답 속도를 높여 초고해상도 액정 판넬에서도 주사율 120Hz 고속 구동을 할 수 있다.According to the present invention, the response speed of the liquid crystal display device is increased, so that a high-speed 120Hz refresh rate can be driven even in an ultra-high resolution liquid crystal panel.

본 발명에 따르면 초고화질 고속 응답을 가능하게 하여 게임이나 가상현실 화면에 적합한 HMD를 구현할 수 있고, 바람직하게는 1000~2000ppi 이상 고해상도와 주사율 120Hz 이상을 가능하게 하는 빠른 응답 시간을 가지는 HMD를 구현할 수 있다.According to the present invention, it is possible to implement an HMD suitable for a game or a virtual reality screen by enabling an ultra-high-definition high-speed response, and preferably an HMD having a high-resolution 1000 to 2000 ppi or higher and a fast response time enabling a refresh rate of 120 Hz or higher. have.

본 발명에 따르면 기존 FFS형 액정표시장치의 공통 전극의 통과구멍이라는 특징 구조를 이용하여 제조 공정이나 액정 표시장치 구성 및 구동 방법을 복잡하거나 무리하지 않게 하면서도 액정 방향에 의한 화소분할을 손쉽게 달성할 수 있어서 특히 수직 배향 방식에서 시야각 특성의 향상을 가져올 수 있다.According to the present invention, it is possible to easily achieve the pixel division by the liquid crystal direction while not complicating or forcing the manufacturing process or the liquid crystal display device configuration and driving method using the feature structure of the through hole of the common electrode of the existing FFS type liquid crystal display device. Therefore, it is possible to improve the viewing angle characteristic, especially in the vertical alignment method.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시장치의 화소부를 위에서 본 평면도로, 제1 공통전극의 슬릿(통과 구멍) 패턴과 패턴 프린지(경계)에서의 액정 분자의 경사 방향을 나타내는 평면도,
도2는 도1의 II'라인에 따른 단면을 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시장치의 화소부 단면을 나타내는 단면도,
도3은 도2와 같은 단위 셀 외측에 편광 필름 및 보상필름이 더 결합되어 이루어지는 액정표시장치 구성을 개략적으로 나타내는 분해사시도,
도4 및 도5는 본 발명의 수직 배향형 액정표시장치의 제1 공통 전극의 슬릿 주변에서의 액정 배열을 나타내기 위해 슬릿 방향과 수직한 단면을 나타내는 단면도들로서 각각 화소 전극에 전압이 인가되기 전과 후의 상태를 나타내는 단면도들,
도6은 개략화된 액정표시장치의 한 구성예에서 슬릿 패턴을 화소 폭 방향 중앙에 위치시킨 조건에서 화소 전극에 인가되는 전압을 바꾸면서 실험한 결과로, 중앙에서 주변부로 가면서(x축 방향)의 광투과율이 변화하는 양상을 나타내는 그래프,
도7은 도6의 구성예의 액정표시장치와 비교례로서 기존의 FFS 방식 액정표시장치 두 케이스에 대해 화소 전극에 일정 전압을 인가하고 일정 시간 후 전압을 차단하면서 시간에 따른 투과율 변화를 나타내는 비교 그래프,
도8은 도7의 그래프에 따른 상승 시간과 하강 시간의 차이를 나타내는 막대그래프,
도9 및 도10은 본 발명의 다른 실시예들로서 화소 전극 위에 있는 공통전극의 통과 구멍 형태 및 통과 구멍 경계에서의 액정 분자의 경사 방향을 나타내는 평면도,
도11은 본 발명의 또 다른 한 실시예로서 서로 인접된 화소군에서 공통전극의 통과 구멍 형태 및 각 통과 구멍 경계에서의 액정 분자의 경사 방향을 나타내는 평면도이다.
도12은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정표시장치의 단위 셀의 화소부 단면을 나타내는 단면도,
도13은 본 발명에서 제2 공통전극 통과 구멍이 없는 실시예와 제2 공통전극통과 구멍을 가지는 실시예에서 화소에 점등 전압이 인가될 때 액정 배열 형태 차이를 서로 비교하여 나타내는 단면도,
도14는 본 발명에서 제2 공통전극 통과 구멍이 형성되지 않은 실시예와 제2 공통전극 통과 구멍이 서로 다른 폭으로 형성된 실시예들에서 화소에 점등 전압이 인가될 때 제2 공통전극 통과 구멍 중심에서 폭방향 양 단으로 가면서 투과율 변화를 나타내는 그래프,
도15는 본 발명에서 제2 공통전극 통과 구멍이 형성되지 않은 실시예와 제2 공통전극 통과 구멍이 서로 다른 폭으로 형성된 실시예들에서 화소에 점등 전압을 높여갈 때의 화소의 투과율 변화를 나타내는 그래프이다.
1 is a plan view of a pixel portion of a liquid crystal display according to an exemplary embodiment, as viewed from above, showing a slant (pass through) pattern of a first common electrode and an inclined direction of liquid crystal molecules in a pattern fringe (boundary);
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a cross-section of a pixel portion of a liquid crystal display according to an exemplary embodiment of the present invention through a cross-section along line II 'of FIG. 1;
3 is an exploded perspective view schematically showing the configuration of a liquid crystal display device in which a polarizing film and a compensation film are further combined on the outside of the unit cell as shown in FIG. 2;
4 and 5 are cross-sectional views showing a cross section perpendicular to the slit direction to represent the liquid crystal arrangement around the slit of the first common electrode of the vertically aligned liquid crystal display device of the present invention, before and after voltage is applied to each pixel electrode. Sections showing the state of the later,
6 is a result of experiments while changing the voltage applied to the pixel electrode under the condition that the slit pattern is positioned at the center of the pixel width direction in one configuration example of the simplified liquid crystal display device, going from the center to the periphery (x-axis direction) A graph showing the change in light transmittance,
7 is a comparative graph showing a change in transmittance with time while applying a constant voltage to a pixel electrode and blocking the voltage after a certain time for two cases of a conventional FFS type liquid crystal display as a comparative example with the liquid crystal display of the configuration example of FIG. ,
8 is a bar graph showing the difference between the rise time and the fall time according to the graph of FIG. 7,
9 and 10 are plan views showing the shape of the through hole of the common electrode over the pixel electrode and the inclination direction of the liquid crystal molecules at the boundary of the through hole as other embodiments of the present invention.
11 is a plan view showing a shape of a through hole of a common electrode and an inclined direction of liquid crystal molecules at each through hole boundary in a group of pixels adjacent to each other as another embodiment of the present invention.
12 is a cross-sectional view showing a cross section of a pixel portion of a unit cell of a liquid crystal display according to another embodiment of the present invention,
13 is a cross-sectional view showing a comparison between liquid crystal arrangements when a lighting voltage is applied to a pixel in an embodiment without a second common electrode through hole and an embodiment having a second common electrode through hole in the present invention;
14 is the center of the second common electrode through hole when the lighting voltage is applied to the pixel in the embodiment in which the second common electrode through hole is not formed and the second common electrode through hole is formed in different widths in the present invention. A graph showing the change in transmittance going from both ends to the width direction,
15 shows a change in transmittance of a pixel when a lighting voltage is increased in a pixel in an embodiment in which the second common electrode passing hole is not formed in the present invention and in the embodiments in which the second common electrode passing hole is formed in different widths. It is a graph.

이하 도면을 참조하면서 구체적 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to drawings.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른, a-Si TFT를 적용한 액정표시장치의 화소부를 위에서 본 평면도로, 제1 공통전극의 슬릿(통과 구멍) 패턴과 패턴 프린지(경계)에서의 액정 분자의 경사 방향을 나타내는 평면도이며, 도2는 도1의 II'라인에 따른 단면을 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시장치의 화소부 단면을 나타내는 단면도이다. 1 is a plan view of a pixel portion of a liquid crystal display to which a-Si TFT is applied, according to an embodiment of the present invention, a liquid crystal molecule in a slit (pass through) pattern and a pattern fringe (border) of the first common electrode. 2 is a cross-sectional view illustrating a pixel section of a liquid crystal display device according to an exemplary embodiment of the present invention through a cross section along line II ′ of FIG. 1.

여기서 하부 기판(111) 위에 박막 적층 및 패터닝을 통해 게이트 전극(121) 및 게이트라인이 형성되고, 그 위로 게이트 절연막(131)이 형성되고, 다시 반도체막(132)이 형성되고, 데이터라인(141), 소오스 전극(142), 드레인 전극(143)이 도전층 적층 공정과 패터닝 공정을 통해 형성되어, 각 화소 구동용 박막 트랜지스터를 형성하게 된다. 이때 반도체막(132) 위로 저항성 접촉층(133, 134)을 적층하여 소오스 전극(142) 및 드레인 전극(143)이 겹치는 부분에는 이들 사이의 도전 접속을 위한 저항성 접촉층이 설치되도록 할 수 있다. Here, a gate electrode 121 and a gate line are formed on the lower substrate 111 through thin film deposition and patterning, a gate insulating layer 131 is formed thereon, a semiconductor film 132 is formed again, and a data line 141 is formed. ), The source electrode 142 and the drain electrode 143 are formed through a conductive layer stacking process and a patterning process to form thin film transistors for driving each pixel. At this time, the resistive contact layers 133 and 134 may be stacked over the semiconductor film 132 so that a resistive contact layer for conductive connection therebetween is provided at portions where the source electrode 142 and the drain electrode 143 overlap.

물론, 박막 트랜지스터의 구체적 구성은 기존에 알려진 여타 방식으로 다양한 형태로 이루어질 수도 있다. 가령, 이상에서 a-Si TFT는 물론 LTPS TFT, Oxide TFT 등 다른 구조의 박막트랜지스터로 대체 적용이 가능하다.Of course, the specific configuration of the thin film transistor may be made in various forms in other ways known in the art. For example, in the above, a-Si TFT, as well as LTPS TFT, Oxide TFT, and other structures such as thin film transistors can be applied.

박막 트랜지스터 위로 드레인 영역에 비아 홀을 가진 층간절연막(151)이 형성되고, 그 위에 화소 전극(161)이 형성된다. 이때 층간절연막(151)과 화소 전극(161)도 박막 적층 및 패터닝을 통해 이루어지고, 화소 전극(161)은 각 화소 영역에서 평탄한 평판 형태로 형성되며 비아 홀을 관통하는 비아(171)를 통해 드레인 전극(143)과 도전 가능하게 연결된다. An interlayer insulating film 151 having a via hole is formed in the drain region over the thin film transistor, and a pixel electrode 161 is formed thereon. At this time, the interlayer insulating film 151 and the pixel electrode 161 are also formed through thin film lamination and patterning, and the pixel electrode 161 is formed in a flat plate shape in each pixel area and drains through the via 171 through the via hole. The electrode 143 is electrically connectable.

화소 전극(161) 위로 절연막(181)이 형성된 상태에서 화소 중앙에 길게 1자 형태의 슬릿(192)을 가지는 제1 공통전극(191) 패턴이 형성된다. 절연막(181)에 의해 화소 전극(161)과 제1 공통전극(191)은 절연된다. In the state in which the insulating layer 181 is formed over the pixel electrode 161, a first common electrode 191 pattern having a slit 192 having a long shape in the center of the pixel is formed. The pixel electrode 161 and the first common electrode 191 are insulated by the insulating layer 181.

한편, 상부 기판(211)의 하면에는 컬러 필터(231) 및 블랙 매트릭스(221) 층, 오버코트막(241), 제2 공통 전극(251)이 차례로 형성되어 도면상 제2 공통 전극(251)이 가장 아래쪽에 형성되어 있다.Meanwhile, a color filter 231, a black matrix 221 layer, an overcoat film 241, and a second common electrode 251 are sequentially formed on the lower surface of the upper substrate 211 to form a second common electrode 251 in the drawing. It is formed at the bottom.

도시되지 않지만 액정과 닿는 하부 기판 표면과 상부 기판 표면에는 배향을 위한 처리가 이루어질 수 있다. 수직하게 액정을 배향시키는 방법은 기존에 알려진 여러 가지 방법을 사용할 수 있다. 여기서는 액정의 초기 수직 배향을 위한 배향층 형성, 수직 배향을 위한 물질 처리 등이 이루어질 수 있고, 이런 물질 처리에서 배향을 위한 러빙은 별도로 이루어지지 않을 수 있다. 배향층으로는 통상 폴리이미드 재질의 막이 사용될 수 있다. 여기서는 배향과 관련하여 사전틸트 각(pretilt angel)은 90도가 된다.Although not shown, treatment for alignment may be performed on the lower substrate surface and the upper substrate surface that come into contact with the liquid crystal. As a method of vertically aligning the liquid crystal, various methods known in the art may be used. Here, an alignment layer may be formed for initial vertical alignment of the liquid crystal, material treatment for vertical alignment, and the like, and rubbing for orientation may not be performed separately in the material processing. As the alignment layer, a film made of polyimide can be used. Here, the pretilt angle is 90 degrees with respect to orientation.

상부 기판과 하부 기판은 각각 형성된 뒤 주변부에 프릿 그래스와 같은 실링재를 개재한 상태로 정렬되고, 실링을 통해 결합된다. 이때 일부에는 액정을 유입시킬 수 있는 주입구가 형성되고, 액정이 채워진 후에는 주입구도 실링재로 밀봉되어 액정표시장치 패널이 만들어진다. 여기서 액정은 양성 액정을 사용하며, 초기 액정 배열은 수직형이지만, 배향막 형성 방법에 따라 수평형이 될 수도 있다. The upper substrate and the lower substrate are respectively formed and aligned with a sealing material such as fritgrass in the periphery after being formed, and are coupled through the sealing. At this time, an injection hole through which liquid crystal is introduced is formed in part, and after the liquid crystal is filled, the injection hole is also sealed with a sealing material to form a liquid crystal display panel. Here, the liquid crystal uses a positive liquid crystal, and the initial liquid crystal arrangement is vertical, but may be horizontal depending on a method of forming an alignment layer.

이상과 같은 액정표시장치 기판 구조의 대부분은 기존에 알려진 통상적인 것과 같은 재질 및 방법으로 이루어질 수 있다. 단, 가장 하부의 평판형 화소 전극(161)과 그 위에 형성되는 통과 구멍(192:slit) 패턴을 가지는 제1 공통 전극(191)과 상부 기판 하부의 평판형 제2 공통 전극(251)의 조합과 제1 공통 전극과 제2 공통 전극에 같은 극성의 전압 혹은 같은 극성 같은 크기의 전압을 인가하는 운영과 액정(300)의 배열의 조합은 본 발명의 특징적인 구성을 이룬다. Most of the substrate structure of the liquid crystal display device as described above may be made of the same material and method as conventionally known. However, the combination of the flat bottom pixel electrode 161 and the first common electrode 191 having a through hole 192 (slit) pattern formed thereon and the flat second common electrode 251 below the upper substrate The combination of the operation of applying the same polarity voltage or the same polarity voltage to the first common electrode and the second common electrode and the arrangement of the liquid crystal 300 form a characteristic configuration of the present invention.

가령, 평면도상에서 통과 구멍은 정사각형을 45도 회전시킨 마름모 형태를 보이고, 이때 전계 혹은 전속선은 위에서 볼 때(평면도에서 볼 때) 통과 구멍인 마름모의 4 변으로 이루어진 경계에서 각각의 변에 수직한 법선 방향을 향하여 서로 90도씩 회전된 4방향을 향하며 이런 전계에 따라 액정들도 도1과 같이 통과 구멍 패턴 경계선과 수직한 법선 방향으로 경사지게 배열된다.For example, in the plan view, the through hole shows a rhombus shape with the square rotated 45 degrees, and the electric field or electric line is perpendicular to each side at the boundary of the four sides of the rhombus, which is the through hole when viewed from above (as viewed from the top view). Toward the normal direction, the four directions are rotated by 90 degrees from each other, and according to the electric field, the liquid crystals are arranged obliquely in the normal direction perpendicular to the boundary of the through hole pattern as shown in FIG. 1.

따라서, 액정이 이런 배열을 가진 경계선 인접 영역을 통과한 빛은 액정 패널을 지나 외부로 방출될 수 있고, 통과 구멍 패턴의 경계 부분은 액정 표시장치 전방에서 볼 때 빛을 내는 부분이 된다. 그리고 여기서 빛을 내는 부분은 4개의 서로 다른 액정의 경사 방향을 가지므로 어느 방향에서 화면을 볼 때에도 이 화소는 일정 이상의 빛을 내어 점등 화소로 보일 수 있고, 시야각에 따라 화상이 왜곡되는 현상은 개선될 수 있다.Accordingly, light passing through the region adjacent to the boundary line having the arrangement may be emitted to the outside through the liquid crystal panel, and the boundary portion of the through hole pattern becomes a portion emitting light when viewed from the front of the liquid crystal display. In addition, since the light emitting part has four different liquid crystal inclined directions, the pixel may emit light above a certain level and appear as a lit pixel even when viewing the screen from any direction, and the phenomenon that the image is distorted depending on the viewing angle is improved. Can be.

이런 구성에서의 액정 배열의 수직 단면상의 특징은 이후에 도5의 단면도를 참조하면서 좀 더 설명하기로 한다.Characteristics of the vertical cross-section of the liquid crystal array in this configuration will be described later with reference to the cross-sectional view of FIG. 5.

도2에는 비록 도시되지 않지만, 하부 기판 외측면의 제1 편광 필름과 상부 기판 외측면의 제2 편광 필름, 편광 필름과 단위 셀 사이의 시야각 보상을 위한 보상필름 등도 통상의 액정 표시 장치와 같이 형성될 수 있다. Although not shown in FIG. 2, a first polarizing film on the outer surface of the lower substrate, a second polarizing film on the outer surface of the upper substrate, and a compensation film for compensating the viewing angle between the polarizing film and the unit cell, etc., are also formed as in a conventional liquid crystal display device. Can be.

도3은 도2와 같은 단위 셀에 편광 필름 및 보상필름이 설치된 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 여기서 제1 편광 필름(20)과 제2 편광 필름(21)은 편광 방향이 서로 90도 각도를 이루도록 설치되며, 보상필름 혹은 위상차판은 정면보다 측방에서 액정표시장치를 볼 때 보는 방향과 액정 수직 배열 사이의 각도 차이로 인한 빛 샘 혹은 시야각 특성을 보완하기 위해 설치된다. 가령 제1 편광 필름(20)의 광축 혹은 투광축을 기준각도 0도라 하면, 제2 편광 필름(21)의 투광축은 기준각도와 90도, 제1 편광 필름(20)과 단위 셀(10) 사이의, 위상차 1/4 파장의 제1 보상필름(30)은 지연축(slow axis)이 45도 혹은 135도, 제2 편광 필름(21)과 단위 셀(10) 사이의 위상차 1/4 파장의 제2 보상필름(31)은 지연축이 135도 혹은 45도 기울어지도록 설치될 수 있다. 3 is a perspective view schematically showing a configuration in which a polarizing film and a compensation film are installed in a unit cell as shown in FIG. 2. Here, the first polarizing film 20 and the second polarizing film 21 are installed such that the polarization directions form an angle of 90 degrees to each other, and the compensation film or retardation plate is perpendicular to the viewing direction when viewing the liquid crystal display device from the side than the front side. It is installed to compensate for light leakage or viewing angle characteristics due to the difference in angle between the arrays. For example, when the optical axis or the light-transmitting axis of the first polarizing film 20 is 0 degrees, the light-transmitting axis of the second polarizing film 21 is 90 degrees between the reference angle and the first polarizing film 20 and the unit cell 10. , The first compensation film 30 having a phase difference of 1/4 wavelength has a slow axis of 45 degrees or 135 degrees, and a phase difference of 1/4 wavelength between the second polarizing film 21 and the unit cell 10. 2 The compensation film 31 may be installed such that the delay axis is inclined by 135 degrees or 45 degrees.

하나의 편광 필름과 그 투광축과 45도 차이가 나는 지연축을 가진 1/4 파장 위상차판의 조합은 일반광을 원형 편광으로 바꾸는 일종의 원형편광판으로 생각될 수 있으며, 단위 셀의 양쪽에 이런 원형편광판을 투광축이 서로 90도 기울게 배치하여 시야각 및 빛샘 특성을 개선하고 통상 가시광 범위의 투과율을 개선하는 것은 다양한 액정표시장치에서 볼 수 있다. The combination of a single polarizing film and a quarter-wave retardation plate with a delay axis that is 45 degrees different from its light transmission axis can be considered as a kind of circular polarizing plate that converts ordinary light into circularly polarized light. It can be seen in various liquid crystal displays to improve the viewing angle and light leakage characteristics and improve the transmittance of the visible light range by arranging the light-transmissive axes at an angle of 90 degrees to each other.

도4 및 도5는 개략적으로 표현된 본 발명의 한 실시예의 도2와 유사한 절단면에서 제1 공통 전극의 다이아몬드형 슬릿 주변에서의 액정 배열을 나타내는 것으로, 초기 상태 및 점등 상태 각각에서 슬릿 방향과 수직한 단면을 나타내는 단면도들이다. 4 and 5 schematically show the arrangement of the liquid crystal around the diamond-shaped slit of the first common electrode in a cut surface similar to FIG. 2 of one embodiment of the present invention, perpendicular to the slit direction in each of the initial state and the lit state These are cross-sectional views showing one section.

단, 여기서는 도1에 도시된 것과 같은 컬러필터층, 오버코트막, 데이터 라인 및 게이트 라인, 박막트랜지스터 구조 등은 별도로 나타내지 않고 상부 기판(210)이나 하부 기판(110)에 포함된 것으로 본다.However, a color filter layer, an overcoat film, a data line and a gate line, a thin film transistor structure, and the like, as shown in FIG. 1 are not shown separately, but are considered to be included in the upper substrate 210 or the lower substrate 110.

도4를 참조하면, 화소 전극(161)에 전압이 걸리지 않아 화소 전극(161)과 제1 및 제2 공통 전극(191, 251) 사이에 전위차가 인가되지 않은 초기에는 액정(300)이 전체적으로 상하 방향 배열 혹은 수직 배열을 이루고 있다. Referring to FIG. 4, since no voltage is applied to the pixel electrode 161, when the potential difference is not applied between the pixel electrode 161 and the first and second common electrodes 191 and 251, the liquid crystal 300 is vertically and horizontally applied. Either a directional or vertical arrangement.

도5를 참조하면, 화소 전극(161)에 전압이 걸려 화소 전극(161)과 제1 및 제2 공통 전극(191, 251) 사이에 전위차가 인가되고, 제1 공통 전극(191)의 슬릿(폭이 g로 표시됨)을 통과하는 전속선(electric flux line)을 보면 슬릿의 프린지 영역에서 경사를 이루며, 이에 따라 액정이 수직 배열에서 벗어나 수직선과 일부 경사를 이루고 있다. 점등 전압 인가시 화소 전극에서 시작된 전계 플럭스는 슬릿(192)을 통과하여 위로 나온 후 구부러져 아래쪽 일부는 제1 공통전극(191)의 상면으로 들어가고 위쪽 일부는 제2 공통전극(251)의 하면에 수직으로 들어가는 형태가 된다.Referring to FIG. 5, a voltage is applied to the pixel electrode 161 and a potential difference is applied between the pixel electrode 161 and the first and second common electrodes 191 and 251, and a slit of the first common electrode 191 ( Looking at the electric flux line passing through the width (indicated by g), the slits are inclined in the fringe region, and thus the liquid crystal deviates from the vertical arrangement and forms some inclination with the vertical lines. When the lighting voltage is applied, the electric field flux started from the pixel electrode passes through the slit 192 and then bends upwards, so that the lower portion enters the upper surface of the first common electrode 191 and the upper portion vertically forms the lower surface of the second common electrode 251. It becomes the form to go into.

광투과율은 슬릿 프린지에서 최대의 수평 전계를 가지고, 액정 배열이 수평방향으로 최대로 변형되어 수직과 최대 경사각도를 이루기 때문에 최대가 된다.The light transmittance has the maximum horizontal electric field at the slit fringe, and is maximized because the liquid crystal array is deformed to the maximum in the horizontal direction to form a vertical and maximum inclination angle.

액정(300)이 수직 배열 상태에서 벗어나 일부 경사를 이루면 이런 배열 변화에 따라 이 화소의 슬릿 패턴 프린지 주변 영역에서는 액정표시장치의 백라이트 광이 제1 편광판(115)을 통과한 제1형으로 편광된 빛이 경사진 배열의 액정층을 통과하면서 편광 상태의 변화를 일으키고 따라서 광의 적어도 일부가 제2 편광판(261)을 통과하여 외부로 방출될 수 있고, 이 화소는 점등(ON) 상태가 된다.When the liquid crystal 300 deviates from the vertical arrangement state and forms some inclination, the backlight light of the liquid crystal display is polarized into the first type passing through the first polarizing plate 115 in the region around the slit pattern fringe of the pixel according to this arrangement change. As light passes through the liquid crystal layer in the inclined array, a change in polarization state occurs, so that at least a portion of the light can be emitted to the outside through the second polarizing plate 261, and the pixel is turned on.

이러한 본 발명 실시예에서의 액정 배열의 변화는 초기 수직 배열 상태를 이용한 것이며, 액정의 3가지 탄성 변형 가운데 밴드형 변형에 해당하는 것이다. 액정 특성에서 밴드형 탄성 변형의 탄성 계수가 트위스트형 변형이나 스프레이형 변형에 비해 밴드형 변형의 탄성 계수가 크기 때문에 트위스트형 변형을 주로 이용하는 대부분의 액정의 배열 변화보다 변화 및 복원의 속도가 빨라지게 된다.In this embodiment of the present invention, the change of the liquid crystal arrangement uses an initial vertical arrangement state, and corresponds to a band-type transformation among three elastic deformations of the liquid crystal. In the liquid crystal properties, the elastic modulus of the band-type elastic deformation is larger than that of the twist-type or spray-type deformation, so that the speed of change and restoration is faster than that of most liquid crystal arrays that mainly use the twist-type deformation. do.

본 발명에서의 액정 배열 양상에 의한 액정표시장치의 응답성, 액정의 복원 속도의 변화는 본 발명과 비슷한 구조를 가져 시야각 특성 외에 거의 같은 특성을 가질 것으로 생각되는 구성예에서의 모의실험을 통해 추정될 수 있다. 이 구성예는 액정의 배열 양상 및 탄성 변형의 종류에 있어서는 본 발명과 거의 같고 슬릿 형태가 단순 1자형 구조를 가진다.The responsiveness of the liquid crystal display device according to the aspect of the liquid crystal arrangement in the present invention and the change in the recovery speed of the liquid crystal have a structure similar to that of the present invention and are estimated through simulation in a configuration example that is thought to have almost the same characteristics in addition to the viewing angle characteristics. Can be. This configuration example is almost the same as the present invention in the arrangement mode of the liquid crystal and the type of elastic deformation, and the slit shape has a simple one-shaped structure.

도6은 개략화된 액정표시장치의 한 구성예에서 슬릿 패턴을 화소 폭 방향 중앙에 위치시킨 조건에서 화소 전극에 인가되는 전압을 바꾸면서 실험한 결과로, 중앙에서 주변부로 가면서(x축 방향)의 광투과율이 변화하는 양상 혹은 광투과율 분포를 나타내고 있다.6 is a result of experiments while changing the voltage applied to the pixel electrode under the condition that the slit pattern is positioned at the center of the pixel width direction in one configuration example of the simplified liquid crystal display device, going from the center to the periphery (x-axis direction) It shows the pattern of light transmittance changing or distribution of light transmittance.

여기서는 디스플레이를 형성하면서 좌우 방향 화소 주기(pixel pitch)를 8마이크로미터(μm), 화소전극 폭은 5μm, 슬릿 폭(g)을 대략 2μm로 형성하고, 데이터라인은 화소 사이의 경계부에 위치시킨다. Here, while forming the display, the pixel pitch in the left-right direction is 8 micrometers (μm), the pixel electrode width is 5 μm, and the slit width (g) is approximately 2 μm, and the data line is positioned at the boundary between the pixels.

화소 전극에 전압을 인가하거나 차단하면서 시뮬레이션 결과(performance)를 확인하였다. 여기서 화소 전극의 폭은 도1, 도2의 실시예에서 화소 전극이 거의 화소 전체의 폭에 걸쳐 형성되는 것과 비교하여 폭이 조금 축소되어 있다. 단, 화소전극 폭은 슬릿 폭(g)의 크기와 같거나 그 이상이 되도록 한다.The simulation performance was confirmed while applying or blocking voltage to the pixel electrode. Here, the width of the pixel electrode is slightly reduced compared to that of the pixel electrode formed in substantially the entire width of the pixels in the embodiments of FIGS. 1 and 2. However, the width of the pixel electrode is equal to or greater than the size of the slit width g.

화소전극의 폭이 달라짐에 따라 화소전극과 공통전극 사이의 축적용량(Cst)이 변화하게 되므로 이러한 화소전극의 폭에 대한 조절은 필요한 축적용량의 양에 따라 이루어질 수 있다.As the width of the pixel electrode is changed, the storage capacity C st between the pixel electrode and the common electrode is changed, so the adjustment of the width of the pixel electrode can be made according to the amount of storage capacity required.

상부 기판과 하부 기판 사이의 공간(cell gap: d)은 여기서 4μm로 하며 액정물질이 주입되어 액정으로 채워진다. 여기서 액정은 전계가 인가될 때 전계 방향과 평행하게 배열되는 속성을 가지는, 유전율 이방성이 양인 액정이 사용된다. The space between the upper substrate and the lower substrate (cell gap: d) is 4 μm here, and a liquid crystal material is injected and filled with liquid crystal. Here, as the liquid crystal, a liquid crystal having a positive dielectric anisotropy, which has properties that are arranged parallel to the electric field direction when an electric field is applied, is used.

보다 상세하게 본 실시예에서 액정(300)은 20℃ 기준으로 이상굴절율(ne) 1.6041, 정상굴절율(no) 1.4893, 평행방향 유전율(ε//) 12.3, 수직방향 유전율(ε⊥) 4.1, 스플레이 탄성계수(K11) 16.9pN, 트위스트 탄성계수(K22) 8.42pN, 밴드 탄성계수(K33) 19.2pN, 회전점도 γ(rotational viscosity) 80mPa·s의 것을 사용하였다.In more detail, in this embodiment, the liquid crystal 300 has an abnormal refractive index (n e ) 1.6041, a normal refractive index (n o ) 1.4893, a parallel dielectric constant (ε // ) 12.3, and a vertical dielectric constant (ε⊥) 4.1 based on 20 ℃. , Splay elastic modulus (K 11 ) 16.9pN, twist elastic modulus (K 22 ) 8.42pN, band elastic modulus (K 33 ) 19.2pN, rotational viscosity γ (rotational viscosity) of 80mPa · s was used.

이 그래프에 따르면, 슬릿 프린지에서 최대의 광투과율을 가지고, 화소간 경계부로 가면서 광투과율은 낮아지고, 경계와 1um 정도에 이르면 광투과율은 0.01이하이고 최대 광투과율의 10%에도 현저히 못미치게 되어 거의 투과광이 없어짐을 알 수 있다.According to this graph, the slit fringe has the maximum light transmittance, and the light transmittance decreases as it goes to the border between pixels, and when it reaches about 1 um at the border, the light transmittance is less than 0.01 and it is significantly less than 10% of the maximum light transmittance. It can be seen that the transmitted light disappears.

도7은 도6의 구성예의 액정표시장치와 비교례로서 기존의 FFS 방식 액정표시장치 두 케이스에 대해 화소 전극에 일정 전압을 인가하고 일정 시간 후 전압을 차단하면서 시간에 따른 투과율 변화를 나타내는 비교 그래프로서 이를 통해 점등 신호에 해당하는 전압을 인가하여 얻은 응답 속도의 차이를 확인할 수 있으며, 도8은 도7의 그래프에 따른 상승 시간과 하강 시간의 차이를 막대그래프로 나타낸 것이다.7 is a comparative graph showing a change in transmittance with time while applying a constant voltage to a pixel electrode and blocking the voltage after a certain time for two cases of a conventional FFS type liquid crystal display as a comparative example with the liquid crystal display of the configuration example of FIG. As a result, the difference in response speed obtained by applying the voltage corresponding to the lighting signal can be confirmed. As shown in FIG. 8, the difference between the rise time and the fall time according to the graph of FIG. 7 is represented by a bar graph.

이들 그래프에서 구성예의 액정표시장치와 비교례인 기존 FFS 방식 액정표시장치는 화소 구조를 달리하므로 당연히 같은 조건으로 실험될 수는 없으며, 같은 조건은 아니지만 이들 그래프를 통해 본 발명의 화소 구조에서 액정 거동을 통해 응답속도를 기존에 비해 매우 빠르게 구동할 수 있음을 확인할 수 있다. In these graphs, the existing FFS type liquid crystal display device, which is a comparative example with the liquid crystal display device of the configuration example, has a different pixel structure, so it cannot be tested under the same conditions, and the liquid crystal behavior in the pixel structure of the present invention is not the same condition. Through this, it can be confirmed that the response speed can be driven very quickly.

이들 그래프에서 구성예는 UFS-VA로 표시되며, 비교례는 FFS로 표시되고, 비교례들은 슬릿 폭(g)과 화소 전극 너비(w)의 크기에 따라 구분하였다. 비교례들에서는 상부 기판에 제2 공통 전극 혹은 카운터 전극이 없는 FFS 방식의 전극 구조를 가지며, 액정 배향은 수평 배향을 가지고, 화소전극 혹은 공통전극에 형성된 슬릿 폭은 l, 대개는 서로 평행한 복수 개가 설치되는 화소 전극(화소 전극이 위에 있고 화소 전극에 슬릿이 형성된 경우 포함)의 너비(폭)는 w라고 표현하였다. 이런 비교례에서는 공통전극과 화소전극을 서로 바꾸어 배치하여도 (공통 전극이 위에 있고 공통 전극에 슬릿이 형성된 경우) 실질적으로 같은 결과를 얻을 수 있다. In these graphs, a configuration example is represented by UFS-VA, a comparative example is represented by FFS, and comparative examples are classified according to the size of the slit width (g) and the pixel electrode width (w). In the comparative examples, the upper substrate has an electrode structure of the FFS method without a second common electrode or a counter electrode, the liquid crystal alignment has a horizontal alignment, and the slit width formed on the pixel electrode or the common electrode is l, and a plurality of parallel to each other. The width (width) of the pixel electrode (including the case where the pixel electrode is on and the slit is formed in the pixel electrode) on which the dog is installed is expressed as w. In this comparative example, substantially the same result can be obtained even when the common electrode and the pixel electrode are arranged interchangeably (when the common electrode is on and the slit is formed on the common electrode).

이런 구성예의 응답속도는 비교예의 응답속도보다 몇 배 빠른 것이며, 통상, 상승 시간은 과전압 구동을 통해 상당 부분 줄이는 것이 가능한 것을 고려하면 표시장치에서 지속적으로 변화하는 화상을 표현할 때 응답속도에서 가장 중요한 영향을 주는 부분이라고 할 수 있는 τf를 10배 이상 빠르게 한 것으로, 당연히 이런 응답속도를 가지는 액정표시장치는 프레임 속도 120hz 이상의 빠른 동영상 구현, 가상현실, 게임 화면 표시에 사용될 수 있다. The response speed of this configuration example is several times faster than the response speed of the comparative example. In general, considering that it is possible to significantly reduce the rise time through overvoltage driving, the most important effect on the response speed when displaying a continuously changing image on the display device The τ f , which can be called the part giving the speed, is more than 10 times faster, and of course, a liquid crystal display having such a response speed can be used for realizing a fast video having a frame rate of 120hz or higher, virtual reality, and displaying a game screen.

또한, 앞서 언급하듯이 이런 구성예에서 얻은 수치는 구성예와 비교할 때 액정 경사의 방향만 조금씩 달라져 액정의 응답속도에 있어서는 실질적으로 다를 바 없는 본원 발명의 실시예에서도 충분히 얻어질 수 있고, 따라서 본원 발명의 실시예도 프레임 속도 120hz 이상의 빠른 동영상 구현, 가상현실 등에서의 입체적 화상 구현, 게이 화면 표시에 충분히 사용될 수 있을 것이다.In addition, as mentioned above, the numerical values obtained in these configuration examples can be sufficiently obtained in the embodiments of the present invention, which differ only slightly in the direction of the liquid crystal inclination when compared with the configuration examples, so that the response speed of the liquid crystal is not substantially different. The embodiment of the invention may also be sufficiently used for realizing a fast video having a frame rate of 120hz or more, realizing a three-dimensional image in virtual reality, and displaying a gay screen.

도9 및 도10은 본 발명의 다른 실시예들로서 화소 전극 위에 있는 공통전극의 통과 구멍 형태를 나타내는 평면도이다. 여기서 이들 통과 구멍의 주변부 혹은 경계(fringe)에서의 액정 분자의 경사 방향은 통과 구멍 경계선과 수직한 법선 방향으로 향하는 것을 볼 수 있다. 9 and 10 are plan views showing a shape of a through hole of a common electrode over a pixel electrode as other embodiments of the present invention. Here, it can be seen that the inclined direction of the liquid crystal molecules at the periphery or fringe of these through holes is directed in the normal direction perpendicular to the boundary of the through holes.

도9의 실시예에서 다른 조건은 도1의 실시예와 실질적으로 동일하고 통과 구멍(192)이 마름모꼴에서 원형으로 바뀌어 있다. 투과전압이 화소전극에 걸릴 때 통과 구멍(192)을 통과하는 전속선 방향 혹은 전계 방향에 따라 이 원형의 주변부에서의 모든 위치에서 액정의 경사 방향은 다르게 된다. 즉, 위에서 볼 때 액정의 경사 방향은 360도 전방위를 가리키게 되므로 액정표시장치 전방에서 패널을 볼 때 전측방 어느 방향에서 보아도 해당 화소가 점등된 경우 해당 화소에서 나온 빛을 볼 수 있고, 시야각 특성은 좋아지게 된다.In the embodiment of Fig. 9, other conditions are substantially the same as those of Fig. 1, and the through holes 192 are changed from lozenges to circles. When the transmission voltage is applied to the pixel electrode, the inclination direction of the liquid crystal is different at all positions in the periphery of the circle depending on the direction of the electric line or the electric field passing through the through hole 192. That is, when viewed from above, the inclined direction of the liquid crystal points to 360 degrees, so when viewing the panel from the front of the liquid crystal display device, the light emitted from the pixel can be seen when the pixel is lit from any direction in the front, and the viewing angle characteristics It becomes better.

물론, 통과 구멍(192)이 정팔각형, 정육각형 등인 경우에도 액정의 경사 방향은 팔방이나 육방으로 고르게 나누어져 실질적으로 방향에 의존하여 점등 화소의 빛이 보이고 안보이는 방향의존성을 줄이고 시야각을 넓힐 수 있으며, 액정의 경사 방향에 따른 화소 분할이 이루어진 것으로 볼 수 있다.Of course, even when the through hole 192 is a regular octagonal shape or a regular hexagonal shape, the inclination direction of the liquid crystal is evenly divided into octagonal or hexagonal shapes, substantially depending on the direction, thereby reducing the dependency of the visible and invisible direction of the lighting pixel and widening the viewing angle. It can be considered that the pixel division is performed according to the inclination direction of the liquid crystal.

도 10도 다른 조건은 도1의 실시예와 실질적으로 동일하고 통과 구멍(192)이 마름모꼴에서 단순한 1자를 꺾은 것과 같은 꺾쇠모양 슬릿으로 바뀌어 있다.The other condition of FIG. 10 is substantially the same as that of the embodiment of FIG. 1, and the through hole 192 is changed from a lozenge to a slit like a bend of a simple one character.

도1의 통과 구멍이 이루는 마름모꼴과 도10의 꺽쇠형 슬릿은 모양은 전혀 다르지만 점등 전압이 화소 전극에 걸릴 때 통과 구멍을 통과하는 전속선이 주변부에서 형성하는 4개의 방향은 실질적으로 같다는 것을 알 수 있다.Although the shape of the lozenge formed by the through hole in FIG. 1 and the angled slit in FIG. 10 are completely different, it can be seen that the four directions formed by the electric line passing through the through hole in the peripheral portion when the lighting voltage is applied to the pixel electrode are substantially the same. have.

단, 통과 구멍(192)의 크기를 보면 위아래 방향의 길이는 마름모꼴과 같고, 좌우 폭은 마름모꼴에 비해 거의 절반 수준으로 작다. 따라서 이런 형태는 화소집적도는 늘어나고 화소 크기 자체는 줄어드는 고화질 디스플레이에 적용하기에 유리하다. 즉, 마름모꼴로 통과 구멍을 만드는 것에 비해 통과 구멍의 폭크기를 줄인 슬릿을 만드는 경우, 이 슬릿 패턴과 여타 패턴 사이의 간섭(conflict)가 발생할 가능성이 줄어들어 불량이 감소하고 제조 공정에서의 용이성 증대하고, 슬릿 프린지에서 나온 빛이 화소 경계를 넘어 인접 화소를 밝히는 크로스 토크 현상을 발생시킬 가능성을 줄이게 된다.However, when looking at the size of the through hole 192, the length in the up and down direction is the same as the lozenge, and the left and right width is almost half the size of the lozenge. Therefore, this form is advantageous for applying to a high-definition display in which the pixel density increases and the pixel size itself decreases. That is, in the case of making a slit with a reduced width of the through hole compared to making a through hole in a rhombic shape, the possibility of interference between this slit pattern and other patterns is reduced, thereby reducing defects and increasing ease in the manufacturing process. , It reduces the possibility that the light from the slit fringe crosses the pixel boundary and creates a crosstalk phenomenon that illuminates adjacent pixels.

도11은 본 발명의 또 다른 한 실시예로서 서로 인접된 화소군에서 공통전극의 통과 구멍(192) 형태를 나타내는 평면도이다. 여기서도 이들 각각의 통과 구멍의 경계에서의 액정 분자의 경사 방향은 그 경계선과 수직한 법선 방향인 것을 볼 수 있다.11 is a plan view showing a shape of a through hole 192 of a common electrode in a group of pixels adjacent to each other as another embodiment of the present invention. Here, it can also be seen that the inclined direction of the liquid crystal molecules at the boundary of each of these through holes is a normal direction perpendicular to the boundary line.

이 실시예에서 하나의 화소의 슬릿은 단순한 45도 경사의 빗금 형태로 이루어지나, 여러 화소를 보면 이 빗금의 경사 방향이 좌상향 45도와 우상향 45도로 서로 다른 것을 볼 수 있다. In this embodiment, the slit of one pixel is formed in a hatched shape with a simple 45-degree slope, but when viewing multiple pixels, it can be seen that the inclined direction of the hatch is different from 45 degrees to the left and 45 degrees to the right.

설명의 편의를 위해 도2에서 본 것과 같은 상하로 길게 형성된 하나의 화소가 상하 두 개의 짧은 화소로 나누어진 것이라고 생각하고, 이들 두 개의 화소가 같은 컬러를 담당하는 화소라고 이들 두 화소는 하나의 프레임에서 같은 점등 상태를 이룬다고 생각하면, 이들 두 화소는 실질적으로 하나의 화소에 해당한다고 볼 수 있으며, 이들 두 화소의 슬릿은 전체적으로 통합하여 보면 대략 도10의 꺾쇠형 슬릿이 된다고 볼 수 있다.For convenience of explanation, it is assumed that one pixel formed long vertically as shown in FIG. 2 is divided into two short pixels, upper and lower, and these two pixels are pixels that are in charge of the same color. Considering that the same lighting state is achieved in, it can be seen that these two pixels correspond substantially to one pixel, and the slits of these two pixels can be considered to be the angled slits of FIG. 10 when integrated as a whole.

이러한 통합형 슬릿에서의 액정의 경사 방향과 그에 따른 효과도 도10에서와 같다고 볼 수 있고, 디스플레이장치 전체로서는 시야각을 넓히는 효과를 가지게 된다.The inclination direction of the liquid crystal in the integrated slit and the effect thereof can be seen as in FIG. 10, and the display device as a whole has an effect of widening the viewing angle.

그런데, 이상의 가정과 설명은 편의를 위한 것이며, 실제로는 같은 컬러와 다른 슬릿 경사방향을 가진 두 화소를 서로 상하로 붙여 배치하지 않고 인접하게 배치만 하여도 결과적으로 같은 효과를 가지는 것을 알 수 있다.However, the above assumptions and explanations are for convenience, and it can be seen that, in practice, two pixels having the same color and different slit inclination directions are disposed vertically adjacent to each other without being vertically arranged.

이런 실시예는 인접한 다수의 화소로 이루어진 화소군을 통해 액정 방향을 달리하는 것이므로 단순한 다중 도메인(화소 분할) 방식과 구분하여 멀티 픽셀 다중 도메인 방식이라고 할 수 있다.Since such an embodiment changes the liquid crystal direction through a group of pixels composed of a plurality of adjacent pixels, it can be called a multi-pixel multi-domain method by distinguishing it from a simple multi-domain (pixel division) method.

도12은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정표시장치의 단위 셀의 화소부 단면을 나타내는 단면도이다. 이 실시예에서는 상부기판의 제2 공통전극에도 하부기판의 제1 공통전극에 통과 구멍이 있듯이 통과 구멍(252)이 형성된다.12 is a cross-sectional view illustrating a cross section of a pixel portion of a unit cell of a liquid crystal display according to another embodiment of the present invention. In this embodiment, the through hole 252 is formed in the second common electrode of the upper substrate as well as the through hole in the first common electrode of the lower substrate.

이때, 제2 공통전극의 통과 구멍(252)은 제1 공통전극의 패턴과 비슷한 형태를 가지되 통과 구멍의 경계선이 법선 방향으로 중앙에서 주변부로 조금 이동하여 폭이 조금 더 확대된 형태를 가지는 것이 바람직하며, 가령 제1 공통전극의 통과구멍 폭이 2마이크로미터라면 제2 공통전극의 통과구멍의 폭은 3마이크로미터나 4마이크로미터가 되도록 한다. At this time, the passage hole 252 of the second common electrode has a shape similar to the pattern of the first common electrode, but the boundary line of the passage hole moves slightly from the center to the periphery in the normal direction, so that the width is slightly expanded. Preferably, if the width of the through hole of the first common electrode is 2 micrometers, the width of the through hole of the second common electrode is 3 micrometers or 4 micrometers.

이렇게 제2 공통전극에도 통과 구멍(252)을 형성하면 이 통과구멍이 형성된 화소 영역에서는 액정의 수직배향이 흐트러지게 된다. 따라서, 화소의 제1 공통전극 통과구멍 경계에서 조금 더 큰폭으로 빛이 통과하게 되고, 밝은 영역이 늘어나 투과율은 향상된다. 그러나, 통과구멍이 너무 넓으면 제2 공통전극을 형성하지 않은 형태의 FFS 방식의 액정표시장치가 되는 것과 효과가 비슷하게 되며, 화소 점등 스위칭시 액정 동작 시간에도 영향을 미칠 수 있으므로 제2 공통전극에 형성된 통과구멍의 폭은 화소 폭의 1/2이 넘지 않도록 하는 것이 바람직하다. When the pass hole 252 is also formed in the second common electrode, the vertical alignment of the liquid crystal is disturbed in the pixel region where the pass hole is formed. Therefore, light passes slightly larger at the boundary of the first common electrode through hole of the pixel, and the light region increases to improve transmittance. However, if the through hole is too wide, the effect is similar to that of an FFS type liquid crystal display device in which the second common electrode is not formed, and the liquid crystal operation time may be influenced when the pixel is switched on. It is preferable that the width of the formed through hole is not more than 1/2 of the pixel width.

도13은 본 발명의 도 2와 같이 제2 공통전극에 패턴이 형성되지 않은 실시예와 도12와 같이 제2 공통전극에 통과 구멍(252) 패턴이 형성된 실시예에서 화소에 점등 전압이 인가될 때 액정 배열 형태 차이를 서로 비교하여 나타내는 단면도로 이상의 설명 내용을 시각적으로 도시하고 있다.13 is an embodiment in which a pattern is not formed in the second common electrode as shown in FIG. 2 of the present invention, and in the embodiment in which a through hole 252 pattern is formed in the second common electrode as shown in FIG. 12, the lighting voltage is applied to the pixel. When the liquid crystal arrangement type difference is compared with each other, the above description is visually illustrated in a cross-sectional view.

도14는 본 발명의 개별 화소의 제2 공통전극에 패턴이 형성되지 않은 실시예와 제2 공통전극에 통과 구멍(252) 패턴이 각각 3마이크로미터 및 4마이크로미터 폭으로 형성된 실시예들에서 화소에 점등 전압이 인가될 때 제2 공통전극 패턴 중심에서 폭방향 양 단으로 가면서 투과율이 변화하는 형태를 나타내는 그래프이다. 이 그래프에 따르면 점등 전압이 같은 경우에도 제2 공통전극에 통과구멍 패턴이 형성되지 않은 앞선 실시예들에 비해 투과율이 향상됨을 알 수 있고, 제2 공통전극에 통과구멍 패턴이 형성되는 경우, 패턴 폭이 3마이크로미터인 경우보다 패턴 폭이 4마이크로미터인 경우 더 투과율이 향상됨을 알 수 있다. 이는 액정 배열이 빛이 투과하도록 바뀌는 화소내 영역이 늘어남에 따라 당연한 것이라 볼 수 있다. FIG. 14 is a pixel in an embodiment in which a pattern is not formed in the second common electrode of an individual pixel of the present invention, and in embodiments in which a through hole 252 pattern is formed in a width of 3 micrometers and 4 micrometers, respectively. It is a graph showing a form in which the transmittance changes while going from the center of the second common electrode pattern to both ends in the width direction when the lighting voltage is applied to the. According to this graph, even if the lighting voltage is the same, it can be seen that the transmittance is improved compared to the previous embodiments in which the through hole pattern is not formed on the second common electrode, and when the through hole pattern is formed on the second common electrode, the pattern It can be seen that the transmittance is improved more when the pattern width is 4 micrometers than when the width is 3 micrometers. This can be seen as a matter of course as the area in the pixel in which the liquid crystal array is changed to transmit light increases.

도15는 본 발명의 개별 화소의 제2 공통전극에 통과 구멍 패턴이 형성되지 않은 실시예와 제2 공통전극에 통과 구멍(252) 패턴이 3마이크로미터 및 4마이크로미터 폭으로 형성된 실시예들에서 화소에 점등 전압을 높여가면서 화소의 투과율이 변화하는 형태를 나타내는 그래프이다. 점등이 이루어지는 한계 전압 이상의 점등 전압(화소전극과 공통전극 사이의 차이 전압)이 증가할수록 투과율이 높아지며, 같은 점등 전압에서는 제2 공통전극에 통과구멍이 형성되는 쪽이, 그리고 제2 공통전극 통과구멍의 패턴 폭이 넓은 쪽이 투과율이 높음을 알 수 있다.15 is an embodiment in which the through hole pattern is not formed in the second common electrode of the individual pixels of the present invention and in the embodiments in which the through hole 252 pattern is formed in the width of 3 micrometers and 4 micrometers in the second common electrode. It is a graph showing the form in which the transmittance of a pixel changes while the lighting voltage is increased to the pixel. The transmittance increases as the lighting voltage (the difference voltage between the pixel electrode and the common electrode) higher than the threshold voltage at which lighting is performed increases, and in the same lighting voltage, the one where the through hole is formed in the second common electrode and the second common electrode through hole It can be seen that the wider the pattern width, the higher the transmittance.

한편, 이상에서는 액정이 초기 상태에서 수직 배향되는 경우를 위주로 설명하였고 수직 배향의 경우에 더 큰 효과를 보는 것이 일반적이지만 수평 배향되는 경우에도 투과전압 인가시 액정 배열은 수평이 아니고 경사를 가지는 것이므로 본 발명은 동일한 방식으로 적용될 수 있다. On the other hand, in the above, the case where the liquid crystal is vertically oriented in the initial state is mainly described, and it is common to see a larger effect in the case of vertical alignment, but even when it is horizontally oriented, the liquid crystal arrangement is not horizontal but has an inclination even when horizontally aligned. The invention can be applied in the same way.

이상에서는 한정된 실시예를 통해 본 발명을 설명하고 있으나, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위해 예시적으로 설명된 것일 뿐 본원 발명은 이들 특정의 실시예에 한정되지 아니한다. In the above, the present invention has been described through limited embodiments, but the present invention is not limited to these specific embodiments, which are merely illustratively described to help understanding of the present invention.

따라서, 당해 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명을 토대로 다양한 변경이나 응용예를 실시할 수 있을 것이며 이러한 변형례나 응용예는 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.Therefore, a person having ordinary knowledge in the field to which the present invention pertains can make various changes or application examples based on the present invention, and it is natural that such modifications and application examples belong to the appended claims.

10: 단위 셀 20, 115: 제1 편광판
21, 261: 제2 편광판 30, 31: 보상필름(위상차판)
111: 하부 기판 251: 제2 공통전극
121: 게이트전극 122: 게이트라인
131: 게이트 절연막 132: 반도체막
133, 134: 저항성 접촉층 141: 데이터라인
142: 소오스 전극 143: 드레인 전극
151: 층간절연막 161: 화소 전극
171: 비아(via) 181: 절연막
191: 제1 공통전극 192: 통과 구멍(슬릿:slit)
195, 271: 배향막(배향층)
211: 상부 기판 221: 블랙 매트릭스
231: 컬러필터 241: 오버코트막
252: 통과 구멍 (제2 공통전극 통과 구멍)
10: unit cell 20, 115: first polarizing plate
21, 261: 2nd polarizing plate 30, 31: compensation film (phase difference plate)
111: lower substrate 251: second common electrode
121: gate electrode 122: gate line
131: gate insulating film 132: semiconductor film
133, 134: resistive contact layer 141: data line
142: source electrode 143: drain electrode
151: interlayer insulating film 161: pixel electrode
171: via 181: insulating film
191: first common electrode 192: through hole (slit: slit)
195, 271: alignment film (orientation layer)
211: upper substrate 221: black matrix
231: color filter 241: overcoat film
252: through hole (the second common electrode through hole)

Claims (9)

제1 편광판이 설치된 하부 기판, 제2 편광판이 설치된 상부 기판, 이들 상부 기판과 하부 기판 사이에 위치하는 액정, 하부 기판에 설치되는 박막트랜지스터 및 이를 구동하기 위해 박막트랜지스터의 게이트전극에 연결되는 게이트 라인, 소오스전극에 연결되는 데이터 라인, 드레인전극에 연결되는 화소전극을 구비하는 액정표시장치에 있어서,
각 화소 영역에서 하부 기판에 평판형 화소전극 위로 절연층을 사이에 두고 통과 구멍(슬릿)을 형성하는 제1 공통 전극이, 상부 기판에 공통 전극과 같은 극성으로 운영되는 제2 공통 전극이 구비되어 화소전극과 제1 공통전극 및 제2 공통전극 사이에 전압이 인가되면 통과 구멍의 주변부(fringe) 액정 배열이 수직 혹은 수평에서 경사 상태로 전환되어 빛을 통과시키고,
상기 통과 구멍은 단일 화소에서 혹은 서로 인접된 동일 컬러 화소에서 주변부의 설치 방향에 의해 투광 전압 인가시 적어도 3 이상의 서로 다른 법선(주변부의 접선과 수직한 선) 방향으로 액정 경사가 이루어지도록 형성된 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
A lower substrate on which the first polarizing plate is installed, an upper substrate on which the second polarizing plate is installed, a liquid crystal positioned between these upper and lower substrates, a thin film transistor installed on the lower substrate and a gate line connected to the gate electrode of the thin film transistor to drive the same , In a liquid crystal display device having a data line connected to a source electrode and a pixel electrode connected to a drain electrode,
In each pixel area, a first common electrode forming a through hole (slit) with an insulating layer interposed over a flat pixel electrode on a lower substrate, and a second common electrode operated with the same polarity as the common electrode are provided on the upper substrate. When a voltage is applied between the pixel electrode and the first common electrode and the second common electrode, the liquid crystal array of the fringe of the through hole is switched from vertical or horizontal to an inclined state to pass light,
The through hole is formed so that the liquid crystal is inclined in at least three different normals (lines perpendicular to the tangent to the peripheral part) when a light-transmitting voltage is applied in a single pixel or in the same color pixel adjacent to each other by the installation direction of the peripheral part. Liquid crystal display device.
제 1 항에 있어서,
상기 액정은 유전율 이방성이 양인 양성 액정을 채용하고, 초기 액정 배향은 수직 배향 상태를 이루는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
According to claim 1,
The liquid crystal employs a positive liquid crystal having a positive dielectric anisotropy, and the initial liquid crystal alignment forms a vertical alignment state.
제 1 항에 있어서,
상기 3 이상의 서로 다른 법선 방향으로 액정 경사가 이루어지기 위해 어느 한 방향의 액정 경사 영역도 전체 액정 경사 영역의 34%를 넘지 않도록 통과 구멍 형태가 이루어지고,
상기 액정 경사 영역은 광투과율이 화소내 최대 광투과율의 10% 이상되는 영역인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
According to claim 1,
In order for the liquid crystal to be inclined in different normal directions of 3 or more, a through hole shape is formed so that the liquid crystal inclined region in any one direction does not exceed 34% of the total liquid crystal inclined region,
The liquid crystal display device is characterized in that the liquid crystal inclined region is a region in which the light transmittance is 10% or more of the maximum light transmittance in the pixel.
제 1 항에 있어서,
상기 상부 기판과 상기 제2 편광판 사이 위치 및 상기 하부 기판과 상기 제1 편광판 사이 위치에는 1/4파장 위상차판이 설치되며, 서로 인접한 편광판의 투광축과 위상차판의 지연축(slow axis)는 45도 경사를 이루고, 두 위상차판의 지연축 사이에는 90도 경사를 이루도록 설치되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
According to claim 1,
A quarter-wave retardation plate is installed at a position between the upper substrate and the second polarizing plate and between the lower substrate and the first polarizing plate, and the transmission axis of the polarizing plates adjacent to each other and the slow axis of the retardation plate are 45 degrees. A liquid crystal display device, characterized in that it is installed to form a slope and to form a 90-degree slope between the delay axes of the two retardation plates.
제 1 항에 있어서,
상기 통과 구멍은 마름모 형태, 꺽은선 형태, 삼각 이상의 다각형, 원형, 타원형 형태 가운데 하나인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
According to claim 1,
The through hole is a liquid crystal display device, characterized in that one of a rhombus shape, a line shape, a triangular or higher polygon, a circular shape, and an oval shape.
제 1 항에 있어서,
상기 통과 구멍은 서로 연속되는 동일 컬러 화소에 걸쳐 꺾쇠형 슬릿을 이루도록 형성된 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
According to claim 1,
The through-hole is formed to form a slit in a slant across the same color pixels that are successive to each other.
제 1 항에 있어서,
상기 액정표시장치는 화소 피치 8마이크로미터 이하의 HMD용 액정표시장치이고, 상기 통과 구멍이 화소의 중앙에 하나 위치하며,
상기 제1 공통 전극과 상기 제2 공통 전극은 같은 전압으로 연동되어 구동되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
According to claim 1,
The liquid crystal display device is a liquid crystal display device for HMD having a pixel pitch of 8 micrometers or less, and the through hole is located at the center of the pixel,
The first common electrode and the second common electrode are driven by being interlocked with the same voltage.
제 1 항에 있어서,
제2 공통전극에도 중앙부에 통과 구멍이 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
According to claim 1,
A liquid crystal display device characterized in that a through hole is formed in the center of the second common electrode as well.
제 8 항에 있어서,
상기 제2 공통전극의 통과 구멍의 패턴은 액정표시장치 평면과 수직한 방향으로 볼 때 상기 제1 공통전극의 통과 구멍의 패턴과 전체적 형태가 공통적이고,
상기 제1 공통전극의 통과 구멍 경계선의 법선 방향으로 중앙으로부터 외측으로 이동하여 폭이 확대된 형태를 가지되, 상기 폭은 화소폭의 1/2를 넘지 않는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
The method of claim 8,
The pattern of the through hole of the second common electrode is common to the pattern of the through hole of the first common electrode when viewed in a direction perpendicular to the plane of the liquid crystal display,
The liquid crystal display device of claim 1, wherein the width of the first common electrode is widened by moving from the center to the outside in the normal direction of the boundary line of the through hole, but the width does not exceed 1/2 of the pixel width.
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