KR20020058390A - LCD with micro-lens - Google Patents

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KR20020058390A KR1020000086482A KR20000086482A KR20020058390A KR 20020058390 A KR20020058390 A KR 20020058390A KR 1020000086482 A KR1020000086482 A KR 1020000086482A KR 20000086482 A KR20000086482 A KR 20000086482A KR 20020058390 A KR20020058390 A KR 20020058390A
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Abstract

PURPOSE: A liquid crystal display to which a micro-lens is attached is provided to minimize a variation in transmissivity caused by brightness and alignment error for all gray levels. CONSTITUTION: An active element(20) is formed at each pixel, and a slit pattern(21) or a floating electrode is placed, corresponding to a pixel electrode(5) or a common electrode(6). A micro-lens(3) for focusing lights on a transmission area of the pixel is attached to a liquid crystal cell. A nematic liquid crystal(4) having positive dielectric anisotropy is inserted into the liquid crystal cell. The lights that passed through the micro-lens pass the common electrode or the central lines of the slit pattern or floating electrode.

Description

미세렌즈가 부착된 액정표시소자 { LCD with micro-lens }LCD with microlenses {LCD with micro-lens}

본발명은 미세렌즈(3)가 부착된 액정표시소자에서 액정셀의 공정공차를 크게한 것으로, 특히 계조 단계(gray level) 대하여 밝기(brightness)와 정렬오차(align error)에 의한 투과율 변화를 최소로 하였다.In the present invention, the process tolerance of the liquid crystal cell is increased in the liquid crystal display device with the microlens 3 attached thereto. In particular, the change in transmittance due to brightness and alignment error is minimized with respect to the gray level. It was set as.

도1은 액정 프로젝터의 개략도이다. 액정 프로젝터는 광원(42)에서 나온 백색광을 빨간색과 파란색과 초록색으로 분리하고, 각각의 색을 변조하는 액정판넬(10R, 10G, 10B)들을 지나, 다시 합쳐진 다음, 필드렌즈(44)에서 확대되어, 스크린(41)에 상을 맺는다. 광원에서 나온 백색광은 색거울(dichroic mirror; 43)에서 빨간빛과 파란빛과 초록빛으로 나누어, 빛의 투과도를 조절하는 액정판넬을 지나 색거울에서 다시 모여, 투사렌즈(44)를 지나 스크린(41)에 투사된다. 도1에서 색거울(43)의 알파벳 소문자는 반사하는 색을 나타낸다. 빨간색은 r, 초록색은 g, 파란색은 b이다. 도1에서 액정판넬(10)의 대문자는 각각의 색의 빛을 변조하는 것을 나타낸다. 빨간색을 변조하는 액정표시소자는 R이고, 초록색을 변조하는 액정표시소자는 G이고, 파란색을 변조하는 액정표시소자는 B이다. 액정 프로젝터는 부피가 작고, 화면의 크기를 쉽게 조절할 수 있고, 색재현성도 뛰어나 HDTV나 세미나 발표화면 등의 대형 표시장치로 널리 쓰이고 있다.1 is a schematic diagram of a liquid crystal projector. The liquid crystal projector separates the white light emitted from the light source 42 into red, blue and green, passes through the liquid crystal panels 10R, 10G, and 10B, which modulate the respective colors, merges again, and then enlarges the field lens 44. On the screen 41. The white light from the light source is divided into red, blue, and green in a dichroic mirror (43), passes through a liquid crystal panel that controls light transmittance, and reassembles in a color mirror, and passes through the projection lens (44) to the screen (41). Is projected on. In FIG. 1, the lowercase alphabetic characters of the color mirror 43 represent the reflecting color. Red is r, green is g, and blue is b. In FIG. 1, the capital letters of the liquid crystal panel 10 indicate modulation of light of each color. The liquid crystal display device that modulates red is R, the liquid crystal display device that modulates green is G, and the liquid crystal display device that modulates blue is B. Liquid crystal projectors are small in size, can easily adjust the size of the screen, and have excellent color reproduction, and are widely used as large display devices such as HDTV or seminar presentation screens.

액정 프로젝터에 쓰이는 액정표시소자는 각 화소마다 액정층에 전압을 걸어주고 차단하는 능동소자가 부착된다. 계조구현의 용이성과 빠른 응답특성으로, 능동 액정표시소자(active matrix LCD) 가운데, TFT 액정표시소자가 액정 프로젝터의 화면소자로 가장 많이 쓰인다.In the liquid crystal display device used in the liquid crystal projector, an active element that applies and cuts a voltage to the liquid crystal layer is attached to each pixel. Due to the ease of gray scale implementation and fast response characteristics, among the active matrix LCDs, TFT liquid crystal display elements are most often used as display elements of liquid crystal projectors.

도2는 미세렌즈(3)가 부착된 종래의 액정프로젝터용 TFT 액정표시소자의 단면도이이고, 도3은 도2의 TFT 액정셀 화소의 여러 전극의 평면도이다. TFT 액정판넬의 동작원리는 다음과 같다. 각 화소에 있는 TFT(20)의 게이트전극은 주사선(8)에, 소스전극은 신호선(7)에, 드레인전극은 화소전극(5)에 각각 연결되어 있다. 공통전극(6)과 화소전극(5) 사이에는 액정층(4)이 있다. 선택기간에는 주사선에 연결된 게이트전극에 신호선보다 높은 전압이 걸려, 드레인전극과 소스전극 사이의 채널의 연결저항이 작아져서, 신호선에 걸린 전압이 화소전극을 통해 액정층에 걸린다. 비선택기간에는 주사선에 연결된 게이트전극에 신호선보다 낮은 전압이 걸려, 드레인전극과 소스전극이 전기적으로 단절되어, 선택기간 동안 액정층에 축적된 전하가 유지된다. 주사선을 순차로 주사하면서 신호선을 통하여 각 화소전극을 충전하여 액정층에 전압을 걸어준다. 화소전극과 공통전극 사이의 액정층에 걸린 rms(root means square)전압을 조절하면, 편광판을 지나 선편광된 빛이 액정층을 지나면서 편광상태가 변하고, 이 빛을 검광판이 선택투과 시켜서 화소의 밝기로서 정보를 표시한다. 액정 프로젝터의 액정모드는 투과형인 경우에는 90oTN 모드, 반사형의 경우에는 평행배향된 ECB(Electric Controlled Birefringence) 모드나 또는 꼬임각이 90o보다 작은 TN 모드를 주로 쓴다.FIG. 2 is a cross-sectional view of a conventional TFT liquid crystal display element for a liquid crystal projector with a microlens 3 attached thereto, and FIG. 3 is a plan view of various electrodes of the TFT liquid crystal cell pixel of FIG. The operation principle of the TFT liquid crystal panel is as follows. The gate electrode of the TFT 20 in each pixel is connected to the scan line 8, the source electrode to the signal line 7, and the drain electrode to the pixel electrode 5, respectively. There is a liquid crystal layer 4 between the common electrode 6 and the pixel electrode 5. In the selection period, a voltage higher than that of the signal line is applied to the gate electrode connected to the scan line, and the connection resistance of the channel between the drain electrode and the source electrode is reduced, so that the voltage applied to the signal line is applied to the liquid crystal layer through the pixel electrode. In the non-selection period, a voltage lower than that of the signal line is applied to the gate electrode connected to the scan line, and the drain electrode and the source electrode are electrically disconnected to maintain the charge accumulated in the liquid crystal layer during the selection period. While scanning the scan lines sequentially, each pixel electrode is charged through the signal lines to apply voltage to the liquid crystal layer. When the rms (root means square) voltage applied to the liquid crystal layer between the pixel electrode and the common electrode is adjusted, the polarization state changes as the linearly polarized light passes through the liquid crystal layer and the light passes through the liquid crystal layer. Display information as. The liquid crystal mode of the liquid crystal projector mainly uses a 90 o TN mode in the case of a transmissive type, an electrically controlled birefringence (ECB) mode in which the liquid crystal is aligned, or a TN mode having a twist angle of less than 90 o .

액정프로젝터의 액정표시소자는 점점 해상도가 높아져, 현재 0.7인치 XGA급이 상품화 되었고, 향후 0.5인치 XGA 액정표시소자도 개발될 예정이다. 해상도가 높아질수록 개구율이 떨어져, 휘도(밝기)가 떨어진다. 휘도를 높이려고 도2와 같이 미세렌즈(3)를 액정셀에 부착한다. 도2는 미세렌즈(3)가 부착된 액정프로젝터용 액정표시소자의 단면도이다. 미세렌즈는 BM(Black Matrix)이나 신호선이나 주사선 등의 빛을 변조하지 못하는 영역으로 들어오는 빛을 화소전극(5)쪽으로 보내 유효 개구율을 높인다. 도3은 도2의 TFT 액정셀 화소의 여러 전극의 평면도로, 주사선(8)과 신호선(7) 그리고 화소전극(5)이 배열되어 있다.As the resolution of LCD projectors of LCD projectors is getting higher and higher, 0.7-inch XGA class is commercialized, and 0.5-inch XGA liquid crystal display devices will be developed in the future. The higher the resolution, the lower the aperture ratio and the lower the luminance (brightness). In order to increase the luminance, the microlens 3 is attached to the liquid crystal cell as shown in FIG. 2 is a cross-sectional view of a liquid crystal display element for a liquid crystal projector with a microlens 3 attached thereto. The microlens increases the effective aperture ratio by sending light coming into a region that cannot modulate light such as BM (Black Matrix), signal line, or scanning line to the pixel electrode 5. 3 is a plan view of various electrodes of the TFT liquid crystal cell pixel of FIG. 2, in which a scanning line 8, a signal line 7, and a pixel electrode 5 are arranged.

액정셀을 만드는 공정에서 액정셀의 두께를 일정하게 만들기 어려우므로, 동일 액정판넬의 위치에 따라 어느 정도 액정셀의 두께가 달라진다. 또한 광원에서 많은 양의 적외선이 나오기 때문에, 동일 액정판넬의 위치에 따라서 열팽창의 차이로 액정셀의 두께가 달라진다. 액정판넬의 위아래 유리기판(1,2)의 온도차이가 1℃ 나면 액정셀의 두께의 변화는 약 0.1㎛ 정도이다. 화면이 밝은 상태에서는 액정셀의 두께에 따라서 투과율의 차이가 적으나, 계조가 낮을수록 액정셀의 두께에 따라서 투과율 변화가 크다. 도7은 액정셀의 두께 변화에 대한 각 계조별 투과율 변화도이다. 액정셀의 두께가 4.0㎛인 것을 기준으로 하였고, (가)는 두께가 4.4㎛이고, (라)는 3.6㎛엮을 때의 계조별 투과율이다. 두께에 따라서 40% 이상 차이가 나는 것을 알 수 있다. 액정셀의 두께의 불균일로 생기는 화질의 저하를 막기 위하여, 액정층에 전압을 걸어주는 화소전극(5) 또는 공통전극(6)에 각각의 전극을 식각한 슬릿패턴(21) 또는 플로팅(floating) 전극(22)을 두는 시도가 연구되었다. 미세렌즈를 부착한 경우에는 합착공정의 정렬오차를 고려하여 전체적인 설계가 이루어져야 한다. 본발명은 미세렌즈의 초점을 슬릿패턴이나 플로팅 전극의 중앙 대칭선에 두어, 합착공정의 정렬오차에 의한 투과율 변화를 최소로 하였다.Since it is difficult to make the thickness of the liquid crystal cell constant in the process of making the liquid crystal cell, the thickness of the liquid crystal cell varies to some extent depending on the position of the same liquid crystal panel. In addition, since a large amount of infrared light is emitted from the light source, the thickness of the liquid crystal cell varies due to the difference in thermal expansion according to the position of the same liquid crystal panel. When the temperature difference between the upper and lower glass substrates 1 and 2 of the liquid crystal panel is 1 ° C., the change in the thickness of the liquid crystal cell is about 0.1 μm. Although the difference in transmittance is small depending on the thickness of the liquid crystal cell when the screen is bright, the lower the gray scale, the larger the change in transmittance depending on the thickness of the liquid crystal cell. FIG. 7 is a graph showing transmittance for each gray level for a change in thickness of a liquid crystal cell. FIG. The thickness of the liquid crystal cell was 4.0 µm, (a) was 4.4 µm, and (d) was transmittance for each gray level when weaved at 3.6 µm. It can be seen that the difference is more than 40% depending on the thickness. In order to prevent the deterioration of the image quality caused by the thickness unevenness of the liquid crystal cell, a slit pattern 21 or floating in which each electrode is etched to the pixel electrode 5 or the common electrode 6 which applies a voltage to the liquid crystal layer Attempts have been made to place the electrodes 22. In the case of attaching microlenses, the overall design should be made in consideration of the alignment error of the bonding process. According to the present invention, the focus of the microlens is placed on the slit pattern or the center symmetry line of the floating electrode to minimize the change in transmittance due to the alignment error of the bonding process.

도 1 액정 프로젝터의 개략도이다.1 is a schematic diagram of a liquid crystal projector.

도 2 미세렌즈가 부착된 종래의 액정표시소자이다.2 is a conventional liquid crystal display device having a microlens attached thereto.

도 3 종래 TFT 액정셀 화소의 여러 전극의 평면도이다.3 is a plan view of various electrodes of a conventional TFT liquid crystal cell pixel.

도 4 미세렌즈가 부착된 본발명의 액정표시소자이다.4 is a liquid crystal display device of the present invention with a microlens attached thereto.

도 5 슬릿패턴이 있는 화소의 여러 전극의 평면도이다.5 is a plan view of various electrodes of a pixel having a slit pattern.

도 6 플로팅전극이 있는 화소의 여러 전극의 평면도이다.6 is a plan view of various electrodes of a pixel with a floating electrode.

도 7 본 발명의 액정셀의 두께 변화에 대한 각 계조의 투과율 변화도이다.7 is a graph showing transmittance of each gray scale with respect to a thickness change of the liquid crystal cell of the present invention.

도 8 미세렌즈의 정렬오차에 대한 상대 투과율 변화도이다.8 is a graph showing the relative transmittance change with respect to the alignment error of the microlens.

도 9 슬릿패턴의 전압분포를 구하는 설명도이다.9 is an explanatory diagram for obtaining a voltage distribution of a slit pattern.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명※ Explanation of codes for main parts of drawing

1,2 유리기판 3 미세렌즈 4 액정층 5 화소전극1,2 Glass substrate 3 Microlens 4 Liquid crystal layer 5 Pixel electrode

6 공통전극 7 신호선 8 주사선 10 액정표시소자6 Common electrode 7 Signal line 8 Scan line 10 Liquid crystal display

20 TFT 21 슬릿패턴 22 플로팅전극20 TFT 21 Slit Pattern 22 Floating Electrode

40 투과 빛의 단면 41, 42 대칭선40 Cross sections of transmitted light 41, 42 Symmetry lines

본발명은 액정셀의 공정공차를 크게한, 미세렌즈가 부착된 액정표시소자에 관한 것으로, 특히 계조 단계(gray level)에 대하여 밝기(brightness)와 정렬오차(align error)에 의한 투과율 변화를 최소로하여, 화질 및 수율을 높인 것이다. 본 발명은 액정층에 전압을 걸어주는 화소전극(5) 또는 공통전극(6)에 각각의 전극을 식각한 슬릿패턴(20) 또는 플로팅된 전극(21)을 두어, 액정셀의 두께의 변화에 따르는 측면전기장 성질을 이용하여 액정셀의 두께 변화에 대한 투과율 변화와 합착공정의 정렬오차에 의한 화질의 저하를 최소화 하였다.The present invention relates to a liquid crystal display device with a microlens with a large process tolerance of the liquid crystal cell. In particular, the change in transmittance due to brightness and alignment error is minimized with respect to the gray level. As a result, the image quality and yield are improved. According to the present invention, a slit pattern 20 or a floating electrode 21 in which each electrode is etched is disposed on a pixel electrode 5 or a common electrode 6 that applies a voltage to the liquid crystal layer, thereby changing the thickness of the liquid crystal cell. By using the lateral electric field properties that follow, the degradation of the image quality due to the change in transmittance and the alignment error of the bonding process is minimized.

화소전극에 슬릿패턴을 두었을 때의 액정배향에 대한 연구는 1992년에 IBM의 Lien이 SID에 발표한 이후 많이 연구되었다{SID 92 DIGEST p33}. 지금까지는 주로 슬릿패턴을 이용하여 액정을 다중영역(multi domain)으로 만들어, 주로 시야각을 넓힌 부분에 한정되었다. 슬릿패턴을 이용하여 TN 액정셀의 두께의 공정 공차를 크게한 것을 본 특허의 발명자가 1999년에 특허를 출원하였다(특허출원번호 10-1999-0016499).Liquid crystal alignment when the slit pattern is placed on the pixel electrode has been studied since Lien of IBM published in SID in 1992 {SID 92 DIGEST p33}. Until now, the liquid crystal was made into a multi domain mainly using a slit pattern, and thus, the liquid crystal was mainly limited to a portion having a wider viewing angle. The inventors of the present patent filed a patent in 1999 to increase the process tolerance of the thickness of the TN liquid crystal cell using a slit pattern (Patent Application No. 10-1999-0016499).

슬릿패턴에서의 전압 분포는 간단한 수식을 써서 구할 수 있다. 도9는 슬릿패턴에 유도되는 전기장과 전압분포를 구하는 설명도이다. 슬릿패턴 A에서의 전압분포는, A 위치에 매우 작은 미세 전극이 도9와 같이 원형으로 있다고 가정한다. 미세전극 주위에는 여러 전압분포(V1, V2, V3....)를 갖는 전극이 놓여있고, 각각의 전극과 미세전극이 이루는 축전용량(capacitance; C1, C2, C3...)을 알고 있으면, A 부분의 유도 전압 V(A)는 아래 식으로 구할 수 있다.The voltage distribution in the slit pattern can be obtained using a simple equation. 9 is an explanatory diagram for obtaining an electric field and a voltage distribution induced in a slit pattern. The voltage distribution in the slit pattern A assumes that a very small fine electrode in the A position is circular as shown in FIG. Electrodes with various voltage distributions (V1, V2, V3 ....) are placed around the microelectrode, and knowing the capacitances (C1, C2, C3 ...) formed by each electrode and the microelectrode , The induced voltage V (A) of the A portion can be obtained by the following equation.

도9에서 V1과 V3를 화소전극의 전압, V2를 공통전극의 전압이라고 가정한다. A의 미세전극 부분의 전압분포가 화소전극의 전압분포(V1,V3;V1=V3)와 다르면 그 차이에 해당하는 전압의 수평전기장이 A영역과 화소전극 사이에 걸린다. 액정셀의 두께가 줄어들면 미세전극과 공통전극 사이의 축전용량 C2가 커지므로 V(A)는 공통전극의 전압 쪽으로 이동하고, 반대로 액정셀의 두께가 커지면 축적용량 C2가 작아져 V(A)는 화소전극의 전압분포쪽으로 움직인다. 액정의 유전율 이방성이 양이고, 측면전기장과 수직전기장이 동시에 걸려있는 경우, 측면전기장이 세지면 액정분자는 수평으로 배향하려는 힘이 강해지고, 반대로 측면전기장이 약해지면 액정분자는 수직으로 배향하려는 힘이 강해진다. 이것을 액정의 굴절율 이방성(Δn)의 변화로 바꾸어보면, 액정셀의 두께(d)가 줄어들면 수평전기장이 커져서 액정의 굴절률 이방성은 커지고, 반대로 액정셀의 두께(d)가 커지면 수직전기장 성분이 커지므로 굴절률 이방성은 작아진다. 따라서 액정셀의 투과율은 Δnd의 함수인데, Δn과 d가 서로 반대 방향으로 움직이므로, 슬릿패턴이 있는 경우 Δnd의 변화가 줄어들어,액정셀의 두께 변화에 대한 액정판넬의 투과율 변화가 감소한다.In FIG. 9, it is assumed that V1 and V3 are voltages of the pixel electrode, and V2 is the voltage of the common electrode. If the voltage distribution of the microelectrode portion of A is different from the voltage distributions (V1, V3; V1 = V3) of the pixel electrode, a horizontal electric field of a voltage corresponding to the difference is applied between the A region and the pixel electrode. As the thickness of the liquid crystal cell decreases, the capacitance C2 between the microelectrode and the common electrode increases, so that V (A) moves toward the voltage of the common electrode. On the contrary, when the thickness of the liquid crystal cell increases, the storage capacitance C2 decreases, resulting in a decrease in the V (A). Moves toward the voltage distribution of the pixel electrode. If the dielectric anisotropy of the liquid crystal is positive and the lateral and vertical electric fields are hung simultaneously, the force of the liquid crystal molecules to align horizontally becomes stronger when the lateral electric field is counted. Get stronger. If the liquid crystal cell's thickness d is reduced, the horizontal electric field becomes larger, so that the refractive index anisotropy of the liquid crystal becomes larger. Therefore, refractive index anisotropy becomes small. Therefore, the transmittance of the liquid crystal cell is a function of Δnd. Since Δn and d move in opposite directions, the change in Δnd is reduced when there is a slit pattern, so that the change in transmittance of the liquid crystal panel with respect to the thickness change of the liquid crystal cell is reduced.

슬릿패턴 대신에 화소전극 내부에 플로팅 전극(21)이 있는 경우에도 플로팅 전극에 유도되는 전압은 (1)식과 같다. 미세 영역이 아닌 플로팅전극과 주변 전극이 이루는 축적용량을 계산하여 플로팅전극의 전압을 알 수 있다. 플로팅전극 있는 경우도 마찬가지로 액정셀의 두께(d)가 줄어들면 플로팅 전극에 유도되는 전압이 공통전극의 전압 쪽으로 움직임으로,수평전기장이 커져서 액정의 굴절률 이방성은 커지고, 반대로 액정셀의 두께(d)가 커지면 플로팅 전극에 유도 되는 전압이 화소전극의 전압쪽으로 움직이므로 굴절률 이방성은 작아진다. 액정셀의 밝기는 Δnd의 함수인데, Δn과 d가 서로 반대 방향으로 움직이므로, 플로팅 전극이 있는 경우에도 슬릿패턴이 있는 경우와 마찬가지로 액정판넬의 투과율이 액정셀의 두께의 변화에 대하여 둔감하다.Even when the floating electrode 21 is inside the pixel electrode instead of the slit pattern, the voltage induced to the floating electrode is expressed by Equation (1). The voltage of the floating electrode can be known by calculating the storage capacitance between the floating electrode and the peripheral electrode rather than the minute region. Similarly, in the case of the floating electrode, when the thickness d of the liquid crystal cell decreases, the voltage induced in the floating electrode moves toward the voltage of the common electrode, thereby increasing the horizontal electric field, thereby increasing the refractive index anisotropy of the liquid crystal, and conversely, the thickness d of the liquid crystal cell. When is increased, the refractive index anisotropy is reduced because the voltage induced by the floating electrode moves toward the voltage of the pixel electrode. Since the brightness of the liquid crystal cell is a function of Δnd, and Δn and d move in opposite directions, the transmittance of the liquid crystal panel is insensitive to the change in the thickness of the liquid crystal cell, similarly to the case of the slit pattern, even with the floating electrode.

도4는 본발명의 액정 프로젝터에서 사용한 TFT 액정표시소자의 단면도이다. 도4는 도2와 화소전극의 모양만 다르고, 나머지 다른 부분은 같다. 도4의 화소전극의 단면도는 도5에 나타나 있다. 미세렌즈를 지난 빛의 단면(40)의 중심이 슬릿패턴의 X축 대칭선(41)과 Y축 대칭선(42)이 만나는 대칭점에 오도록 슬릿패턴을 설계한다. 슬릿패턴의 장축 방향으로 이등분한 대칭선이 중앙대칭선이다. 도5에서는 X축 대칭선(41)이 중앙 대칭선이다.4 is a cross-sectional view of a TFT liquid crystal display element used in the liquid crystal projector of the present invention. FIG. 4 differs only in the shape of the pixel electrode from FIG. 2, and the other parts are the same. A cross-sectional view of the pixel electrode of FIG. 4 is shown in FIG. The slit pattern is designed such that the center of the cross section 40 of the light passing through the microlens is at a symmetry point where the X-axis symmetry line 41 and the Y-axis symmetry line 42 of the slit pattern meet. The symmetry line bisected in the major axis direction of the slit pattern is the center symmetry line. In Fig. 5, the X-axis symmetry line 41 is the central symmetry line.

도6은 플로팅전극이 들어간 화소전극 단면도이다. 미세렌즈를 지난 빛의 단면(40)의 중심이 플로팅전극의 X축 대칭선(41)과 Y축 대칭선(42)이 만나는 대칭점에 오도록 슬릿패턴을 설계한다. 이러한 조건이 정렬오차에 대한 투과율 변화를최소로 할 수 있다. 화소나 미세렌즈의 구조 때문에 X축과 Y축의 대칭선이 만나는 점에 미세렌즈의 초점을 두지 못할 경우에는 중앙 대칭선에서 한 점을 선정한다.6 is a cross-sectional view of a pixel electrode containing a floating electrode. The slit pattern is designed so that the center of the cross section 40 of the light passing through the microlens is at the symmetry point where the X-axis symmetry line 41 and the Y-axis symmetry line 42 of the floating electrode meet. Such conditions can minimize the change in transmittance with respect to alignment error. If the microlens cannot focus on the point where the symmetry lines of the X and Y axes meet due to the structure of the pixel or the microlens, one point is selected from the center symmetry line.

슬릿패턴과 플로팅전극을 공통전극에 둘 수도 있다. 슬릿패턴(20)과 플로팅전극(21)을 화소전극(5)에 둘 경우에는 화소전극을 만드는 과정에서 동시에 만들 수 있으므로, 추가 공정이 없다. 그러나 공통전극(6)에 슬릿패턴(20)과 플로팅 전극(21)을 둘 경우에는 공통전극을 노광하므로, 경우에 따라서 노광 공정이 한 단계 추가 된다.The slit pattern and the floating electrode may be placed on the common electrode. When the slit pattern 20 and the floating electrode 21 are placed on the pixel electrode 5, the slit pattern 20 and the floating electrode 21 can be made simultaneously in the process of making the pixel electrode, and thus there is no additional process. However, when the slit pattern 20 and the floating electrode 21 are provided on the common electrode 6, the common electrode is exposed, so that an additional step of exposure may be performed in some cases.

도7은 액정셀의 두께 변화에 대한 각 계조의 투과율 변화도이다. 액정셀의 두께가 4.0㎛인 것을 기준으로 하였고, (가)는 두께가 4.4㎛이고, (라)는 3.6㎛인 종래의 구조인 경우의 계조별 투과율 곡선이다. (나)와 (다)는 두께가 각각 4.4㎛와 3.6㎛이고, 미세렌즈의 초점의 폭이 슬릿패턴의 폭과 같은 4㎛였고, 화소전극의 폭은 4㎛인 슬릿패턴이 들어간 도4와 같은 구조의 액정표시소자를 쓴 액정프로젝터의 계조별 투과율의 변화이다. 기준은 액정셀의 두께가 4.0㎛인 것이다. 모든 계조단계에 대하여 액정셀의 두께 편차에 대한 투과율 변화의 정도가 줄어드는 것을 알 수 있다.Fig. 7 is a graph showing the transmittance of each gray scale with respect to the thickness change of the liquid crystal cell. The thickness of the liquid crystal cell was 4.0 µm, and (a) is 4.4 µm in thickness, and (d) is a transmission curve for each gray level in the conventional structure having a thickness of 3.6 µm. (B) and (c) are 4.4 [mu] m and 3.6 [mu] m thick, respectively, and the focal width of the microlenses was 4 [mu] m equal to the width of the slit pattern, and the width of the pixel electrode is 4 [mu] m. This is a change in transmittance for each gray level of a liquid crystal projector using a liquid crystal display element having the same structure. The standard is that the thickness of the liquid crystal cell is 4.0 μm. It can be seen that the degree of change in transmittance with respect to the thickness variation of the liquid crystal cell is reduced for all the gradation steps.

미세렌즈를 부착한 경우에는 정렬오차를 고려하여 전체적인 설계가 이루어져야 한다. 본발명은 미세렌즈의 초점을 슬릿패턴이나 플로팅 전극의 대칭점에 두어, 합착공정의 정렬오차에 의한 투과율 변화를 최소로 할 수 있다. 도8은 계조단계 96에서 미세렌즈의 정렬오차에 대한 상대휘도 변화율이다. 중앙 대칭선을 중심으로 0.25㎛마다 반경 2㎛이내의 투과율을 적분하여 투과율의 상대변화율을 나타낸 것이다. 대칭선에서 떨어진 걸리가 x이고, x를 중심으로 반경2㎛의 투과율의 적분값이 I(x)라하고, x에서 1㎛ 떨어진 점을 중심으로 반경2㎛의 투과율의 적분값이 I(x+1)라하면, 도8의 상대 투과도 변화율 R(x)는 아래 식과 같다.In case of attaching microlens, overall design should be made in consideration of alignment error. According to the present invention, the focus of the microlens is placed at the slit pattern or the symmetry point of the floating electrode, so that the change in transmittance due to the alignment error of the bonding process can be minimized. 8 is a rate of change of relative luminance with respect to the alignment error of the microlens in gradation step 96. The relative change in transmittance is shown by integrating the transmittance within a radius of 2 μm for every 0.25 μm around the central symmetry line. The integral value of the transmittance with a radius of 2 μm around X is 1 (x), and the integral value of transmittance with a radius of 2 μm around x is I (x). In the case of +1), the relative transmittance change rate R (x) in Fig. 8 is expressed by the following equation.

정렬오차로 인한 상대투과율 변화가, 미세렌즈를 지난 빛이 슬릿패턴이나 플로팅전극의 중앙 대칭선을 기준으로 했을 때 가장 적은 것을 알 수 있다.It can be seen that the relative transmittance change due to the alignment error is the smallest when the light passing through the microlens is based on the slit pattern or the center symmetry line of the floating electrode.

미세렌즈를 지난 빛이 슬릿패턴을 벗어나면, 슬릿패턴의 효과가 나타나지 않으므로, 미세렌즈를 지난 빛이 슬릿패턴 또는 플로팅 전극을 지나도록 설계 및 공정을 조절한다. 슬릿패턴 또는 플로팅 전극의 폭이 크면, 구동전압이 높아지고, 명암대비율이 떨어지므로, 액정셀의 두께보다 작게 설계한다. 액정셀의 두께가 약 4㎛ 정도이므로, 슬릿패턴의 폭은 4㎛가 구동전압이나, 명암대비율 측면에서 가장 적당하다. 이러한 조건이라면, 미세렌즈를 지난 빛이 슬릿패턴을 지나려면, 중앙 대칭선(41;42)으로부터 2㎛ 이내에 두어야 한다.If the light passing through the microlens is out of the slit pattern, the effect of the slit pattern does not appear. Therefore, the design and process are adjusted so that the light passing through the microlens passes through the slit pattern or the floating electrode. When the width of the slit pattern or the floating electrode is large, the driving voltage increases and the contrast ratio decreases, so that the thickness of the slit pattern or the floating electrode is reduced. Since the thickness of the liquid crystal cell is about 4 μm, the width of the slit pattern is 4 μm most suitable in terms of driving voltage and contrast ratio. Under these conditions, in order for the light passing through the microlens to pass through the slit pattern, it must be placed within 2 m from the central symmetry lines 41 and 42.

본발명의 액정표시소자는 회의용 자료나 HD TV와 같이 높은 휘도와 고화질이 요구되는 액정프로젝터의 표시소자로 응용될 수 있다.The liquid crystal display device of the present invention can be applied as a display device of a liquid crystal projector that requires high brightness and high image quality, such as conference materials or HD TV.

Claims (4)

각각의 화소에 능동소자(20)가 부착되어 있고, 화소전극(5) 또는 공통전극(6)에 슬릿패턴(21)이나 플로팅 전극(22)이 있고, 유전율 이방성이 양인 니메틱 액정(4)이 주입되어 있고, 화소의 투과영역으로 빛을 모으는 미세렌즈(3)가 액정셀에 부착되어 있고, 미세렌즈를 지난 빛이 공통전극(6)이나 또는 화소전극(5)의 슬릿패턴(또는 플로팅 전극)의 중앙 대칭선(41;42)을 지나는 것을 특징으로하는 액정표시소자.An active element 20 is attached to each pixel, and a slit pattern 21 or a floating electrode 22 is provided on the pixel electrode 5 or the common electrode 6, and the nimatic liquid crystal 4 having positive dielectric anisotropy is provided. Is injected, and a microlens 3 which collects light into the transmission region of the pixel is attached to the liquid crystal cell, and the light passing through the microlens is a slit pattern (or floating) of the common electrode 6 or the pixel electrode 5. And a central symmetry line (41; 42) of the electrode). 제1항에 있어서 미세렌즈(3)를 지난 빛의 중심과 슬릿패턴(21) 또는 플로팅 전극(22)의 중앙 대칭선(41;42)의 떨어진 거리가 2㎛ 이하인 것을 특징으로하는 액정표시소자.The liquid crystal display device according to claim 1, wherein a distance between the center of the light passing through the microlens 3 and the slit pattern 21 or the central symmetry lines 41 and 42 of the floating electrode 22 is 2 m or less. . 광원(42)에서 나온 빛이 액정판넬(10)을 지나 스크린(41)에 확대된 상을 맺고, 액정판넬 각각의 화소에 능동소자가 부착되어있고, 액정판넬에 유전율 이방성이 양인 액정이 주입되어 있고, 각각 화소의 미세렌즈(3)를 지난 빛이 공통전극(6)이나 또는 화소전극(5)의 슬릿패턴(또는 플로팅 전극)의 중앙 대칭선(41;42)을 지나는 것을 특징으로하는 액정프로젝터.Light emitted from the light source 42 passes through the liquid crystal panel 10 to form an enlarged image on the screen 41, active elements are attached to each pixel of the liquid crystal panel, and liquid crystals having positive dielectric anisotropy are injected into the liquid crystal panel. And the light passing through the microlenses 3 of the pixels passes through the central symmetry lines 41 and 42 of the common electrode 6 or the slit pattern (or floating electrode) of the pixel electrode 5, respectively. Projector. 제3항에 있어서 미세렌즈(3)를 지난 빛의 중심과 슬릿패턴(21) 또는 플로팅전극(22)의 중앙 대칭선(41;42)의 떨어진 거리가 2㎛ 이하인 것을 특징으로하는 액정프로젝터.The liquid crystal projector according to claim 3, wherein a distance between the center of the light passing through the microlens (3) and the slit pattern (21) or the central symmetry line (41; 42) of the floating electrode (22) is 2 m or less.
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