KR100993695B1

KR100993695B1 - 컬러필터 없는 액정표시장치

Info

Publication number: KR100993695B1
Application number: KR1020090005260A
Authority: KR
Inventors: 권진혁
Original assignee: 영남대학교 산학협력단
Priority date: 2008-04-16
Filing date: 2009-01-21
Publication date: 2010-11-10
Also published as: KR20090110217A

Abstract

본 발명에 따르면, 전면 및 후면 유리기판과, 상기 전면 및 후면 유리기판 사이에 개재되고 적색, 녹색, 청색의 광에 각각 대응하는 다수의 적색, 녹색, 청색의 액정하위픽셀을 구비하는 액정패널; 상기 액정패널의 후면에 배치되는 것으로, 상기 적색, 녹색, 청색의 광을 각각 공급하는 3색광 공급부의 복수가 서로 구획되도록 이격 배치된 백라이트유닛; 및 상기 액정패널과 상기 백라이트유닛의 사이에 배치되며, 상기 3색광 공급부에서 조사된 적색, 녹색, 청색의 광을 상기 액정패널에 포함된 적색, 녹색, 청색의 하위픽셀로 각각 유도하는 것으로, 다수의 렌티큘러렌즈가 포함된 렌티큘러렌즈군의 다수가 상기 각 3색광 공급부에 각각 대응하여 구획될 수 있도록 이격 배치된 렌티큘러렌즈어레이를 포함하는 컬러필터 없는 액정표시장치가 제공된다.

개시된 컬러필터 없는 액정표시장치에 의하면, 액정패널에 렌티큘러 렌즈 어레이 시트를 부착하여 광손실의 가장 큰 부분을 차지하는 액정 패널 속의 컬러필터를 제거함으로써, 광손실을 줄여서 전력소비를 줄일 수 있고 제작비 절감에 기여할 수 있다.

컬러필터, 렌티큘러 렌즈, LED, CCFL, EEFL

Description

컬러필터 없는 액정표시장치 {Liquid Crystal Display without color filter}

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 직하형 LCD TV에서 액정패널 속의 컬러필터 없이도 광원에서 나오는 3색광을 렌티큘러 렌즈 어레이를 이용하여 액정 패널에 순차적으로 설치되어 있는 적색, 녹색, 청색 액정 하위픽셀에 직접 입사시킴으로써, 컬러필터가 없이 고해상도의 컬러영상을 구현할 수 있는 컬러필터 없는 액정표시장치에 관한 것이다.

도 1은 종래의 직하형 액정 디스플레이 장치의 단면도이다.

종래의 LCD(Liquid Crystal Display)는 도 1에 나타난 바와 같이, 빛의 투과도를 조절하여 광 밸브 역할을 하는 액정 픽셀(23)이 들어 있는 액정 패널(20)과 이 액정 패널(20)에 빛을 공급하는 백라이트 유닛(10)으로 구성된다.

상기 백라이트 유닛(10)은 CCFL(Cold Cathode Fluorescence Lamp; 11a), 혹은 EEFL(External Electrode Fluorescence Lamp), 혹은 백색광 LED, 혹은 R, G, B 삼색을 내는 R, G, B LED 등이 포함되는 광원어셈블리(11) 부분과, 상기 광원에서 나오는 광을 광원 아래에 위치한 반사체(11b)에서 반사시키거나 광시트를 통하여 골고루 혼합하여 다수의 액정 픽셀(23)로 뿌려주는 광 시트들로 구성되어 있다.

여기서, R, G, B는 각각 Red, Green, Blue의 약자이고, 이후에는 별도의 표시 없이도 R, G, B는 적색, 녹색, 청색을 의미한다.

광시트는 기본적으로 확산판(12), 확산시트(13), 집광시트(14), 반사형 편광시트(15), 그리고 보호필름(16) 등으로 구성되어 시야각과 휘도를 적절하게 조정한다.

액정 패널(20)은 후면 유리기판(22), 전면 유리기판(25), 후면 유리기판(22)과 전면 유리기판(25) 사이에 설치되는 다수의 액정 픽셀(23), 전면 유리기판(25) 내부에 설치되는 R, G, B 컬러필터(24), 후면 유리기판(22)에 부착되는 편광시트A(21), 전면 유리기판(25)에 부착되는 편광시트B(26) 등이 주요한 광학적 역할을 담당한다. 각각의 액정 픽셀(23)은 R, G, B 3색의 영상을 구현하는 R, G, B 액정하위픽셀로 구성되며, 각각의 R, G, B 액정하위픽셀 전면부에는 R, G, B 광을 투과시키는 컬러필터(24)가 설치되어 있다.

종래의 LCD에서 컬러 영상을 구현하는 방법은, 화소의 최소단위가 되는 하나의 액정 픽셀 속에 R, G, B 삼색의 영상을 구현하는 R, G, B 하위 픽셀을 설치하고, 각각의 하위 픽셀 전면부에 R, G, B 컬러필터를 설치하여 백라이트에서 들어오는 백색광 가운데 각각의 하위 픽셀 별로 R, G, B 광만 통과하도록 함으로써 이루어진다.

종래의 LCD에서는 백라이트 유닛(10)에서 나오는 백색광의 파워가 액정 픽셀(23)의 앞과 뒤에 설치되어 있는 편광 시트(21, 26), 컬러필터(24), 그리고 액정 픽셀(23)의 개구율에 의해서 대부분 소실되고 약 5%에서 10% 사이의 광만이 LCD 밖으로 빠져나오기 때문에 LCD의 광 에너지 효율은 다른 평면 디스플레이 장치에 비하여 상당히 낮은 문제점이 있었다. 따라서, LCD의 광 에너지 효율 개선은 LCD의 경쟁력 강화와 에너지 절약에 중요한 과제이다.

도 2는 도 1의 액정패널의 전면유리기판 내부에 설치된 컬러필터의 구조를 나타낸 평면도이다.

도 1 및 도 2에 나타난 바와 같이, 액정 패널(20) 속에는 다수의 액정 픽셀(23)이 있어서 컬러 영상을 구성하는 최소 단위의 화소 역할을 하고, 하나의 액정 픽셀(23)은 R, G, B 삼색의 영상을 구현하는 3개의 R, G, B 액정하위픽셀(Sub pixel)로 구성되어 있다. 각각의 액정하위픽셀의 전면부에는 각각 R, G, B 광을 통과시키는 컬러 필터(24)가 전면유리기판(25)에 설치되어 있어서 종합적으로 컬러 영상을 구현한다.

각각의 액정하위픽셀의 전면에 설치된 R, G, B 컬러필터(24a, 24b, 24c)들 사이에는 색 혼신을 방지하기 위하여 광을 흡수하는 블랙매트릭스(24d)가 설치되어 있다. 컬러필터(24)는 컬러 영상을 구현하는 핵심적인 소자이지만, 백색광이 컬러필터(24)를 통과하면서 약 30% 는 투과되고, 약 70%는 흡수되어 손실되기 때문에 LCD에서 발생하는 광 에너지의 손실 중에서 가장 많은 부분을 차지한다.

LCD의 광 에너지 손실은 편광시트(21, 26)에서 약 50%, 액정 픽셀(23)의 개구율에서 약 30% ~ 50%, 컬러필터(24)에서 약 70%에 달하여 전체적으로 90% 이상의 광 손실이 발생하여 LCD의 높은 전력 소모를 유발한다. 컬러필터(24)는 컬러 영상 을 구현하는 핵심 소자이지만, 흡수로 인한 많은 광 손실을 유발하는 문제점이 있었다.

그러한 문제점 때문에 LCD의 광 에너지 효율을 증대시키기 위하여 개발되고 있는 기술 중의 하나가 FSC(Field Sequential Color) 기술이다. 이 기술은 광 에너지 손실에 큰 부분을 차지하고 있는 컬러필터를 없애기 위해서 고안된 것으로서, R, G, B 삼색의 LED를 백라이트의 광원으로 사용하고, 화면 영상 신호를 R, G, B 삼색의 영상 신호로 분리한 후, R-LED를 켜는 동안에는 R 영상 신호를 액정 패널에 보내고, G-LED를 켜는 동안에는 G 영상 신호를 액정 패널에 보내며, B-LED를 켜는 동안에는 B 영상 신호를 액정 패널에 순차적으로 빠른 속도로 뿌려줌으로써 관찰자가 컬러 영상을 느끼도록 하는 기술이다.

상기 FSC LCD 기술은 상당한 기술의 진보를 달성하고 있지만, 기존의 일반 LCD에 비해서 영상을 조절하는 회로의 속도가 약 6배 정도 되어야 하고, 깜박임(flickering)과 움직이는 영상의 색분리 현상(color break-up) 등의 문제가 있어서 아직 실용화되지 못하는 문제점이 있다.

또한, 요이치 타이라(Yoichi Taira)는 측면 발광형(Edge-illumination) LCD에서 렌티큘러 렌즈 어레이(Lenticular lens array)와 프리즘 어레이 구조물을 이용하여 CCFL이나 RGB 어레이에서 나오는 광을 직접 RGB 하위픽셀 속으로 입사시킴으로써 컬러필터 없는 측면발광형 LCD를 개발하였다. 그러나, 이 기술은 도광판을 필요로 하기 때문에 도광판이 없는 대면적의 높은 휘도를 요구하는 직하방식의 LCD TV에는 적용이 어렵다.

본 발명은 상기한 FSC 기술과 달리 액정 구동 회로와 영상 처리 장치에 별도의 고속 구동회로를 설치하지 않고 종래의 액정 패널 구조와 구동회로를 그대로 사용하면서, 액정 패널에 설치된 컬러필터를 제거함으로써 광 에너지의 손실을 줄이고 LCD의 전력 소모량을 줄일 수 있는 컬러필터 없는 액정표시장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 도광판을 필요로 하는 측면발광형 LCD에 적용되는 컬러필터 없는 기술과도 차별되어, 구획화된 광원 어레이와 구획화된 렌티큘러렌즈 어레이를 사용함으로써 기존의 액정표시장치에 필수적으로 사용되던 컬러필터를 제거함으로써 광 에너지의 손실을 줄이고 LCD의 전력 소모량을 줄일 수 있는 컬러필터 없는 액정표시장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 실시예에 따른 컬러필터 없는 액정표시장치는 전면 및 후면 유리기판과, 상기 전면 및 후면 유리기판 사이에 개재되고 적색, 녹색, 청색의 광에 각각 대응하는 다수의 적색, 녹색, 청색의 액정하위픽셀을 구비하는 액정패널; 상기 액정패널의 후면에 배치되는 것으로, 상기 적색, 녹색, 청색의 광을 각각 공급하는 3색광 공급부의 복수가 서로 구획되도록 이격 배치된 백라이트유닛; 및 상기 액정패널과 상기 백라이트유닛의 사이에 배치되며, 상기 3색광 공급부에서 조사된 적색, 녹색, 청색의 광을 상기 액정패널에 포함된 적색, 녹색, 청색의 하위픽셀로 각 각 유도하는 것으로, 다수의 렌티큘러렌즈가 포함된 렌티큘러렌즈군의 다수가 상기 각 3색광 공급부에 각각 대응하여 구획될 수 있도록 이격 배치된 렌티큘러렌즈어레이를 포함한다.

여기서, 상기 3색광 공급부는, 적색, 녹색, 청색의 LED일 수 있다. 아울러, 상기 LED는 측면방출타입이고, 입사된 상기 LED의 빛을 내부 전반사에 의하여 수직방향으로 유도하여 선광원으로 변환시키는 광도파로를 포함할 수 있다. 게다가, 상기 LED는, 전면에 평면이 원형인 원형렌즈 또는 평면이 타원형인 타원렌즈를 더 포함할 수 있다. 더욱이, 상기 백라이트유닛은, 상기 각각의 3색광 공급부를 구획하도록 상기 3색광 공급부 사이에 배치된 다수의 차단벽을 더 포함할 수 있다.

나아가, 서로 인접하는 상기 렌티큘러렌즈군 사이의 이격거리(g)는 하기의 수학식 1로 결정될 수 있다.

, 여기서 T₁은 상기 후면 유리기판의 두께를 나타내고, φ_n은 상기 렌티큘러렌즈에 입사된 후 상기 렌티큘러렌즈에서 굴절된 광이 직 상방에 대하여 진행하는 각도를 나타낸다.

또한, 상기 전면 유리기판과 액정하위픽셀 사이에 개재되어 입사된 광을 확산시키는 확산층을 더 구비할 수 있다. 상기 확산층은, 비드(Bead) 또는 입자가 산포된 투명한 레진(Resin)으로 형성될 수 있다. 아울러, 상기 후면 유리기판의 배면으로부터 상기 확산층의 내측으로 연장된 다수의 도광그리드가 규칙적으로 배열된 것으로, 상기 확산층에서 확산된 광의 일부를 내부 전반사에 의해 도광하는 도광그리드어레이를 더 포함할 수 있다. 나아가, 상기 도광그리드의 굴절률은 상기 확산층의 굴절률보다 더 클 수 있다.

또한, 상기 3색광 공급부는, 적색, 녹색, 청색의 CCFL 또는 적색, 녹색, 청색의 EEFL일 수 있다. 여기서, 상기 CCFL 또는 EEFL의 후면에는 상기 CCFL 또는 EEFL에서 방출된 빛을 전면으로만 방출되도록 반사층이 코팅될 수 있다.

또한, 상기 3색광 공급부는, 복수의 적색광원, 복수의 녹색광원 및 복수의 청색광원에 의해 적색, 녹색, 청색의 광을 각각 공급하는 3색광원; 상기 3색광원에서 조사된 복수의 적색, 녹색, 청색의 광을 각각 혼합하여 균일한 적색, 녹색, 청색의 광을 생성하는 적어도 3개 이상의 광혼합기; 상기 광혼합기에서 생성된 적색, 녹색, 청색의 광을 내부 전반사에 의하여 수직방향으로 유도하여 각각 선광원으로 변환시키는 적어도 3개 이상의 광도파로; 및 상기 광혼합기에서 생성된 적색, 녹색, 청색의 광을 상기 광도파로로 각각 전달하는 복수의 광섬유를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 광도파로의 후면에는, 상기 광도파로 내부에서 전반사에 의하여 유도되는 광을 수직방향으로 분기할 수 있도록 복수의 프리즘 광분기구조를 더 구비할 수 있다. 나아가, 상기 광도파로의 전면에는, 상기 광도파로 내부에서 전반사에 의하여 유도되는 광을 수직방향으로 분기할 수 있도록 복수의 오목프리즘 광분기구조 또는 역프리즘 광분기구조를 더 구비할 수 있다.

본 발명에 따른 컬러필터 없는 액정표시장치에 의하면,

첫째, 액정 패널과 광원후면판 사이에 렌티큘러 렌즈 어레이를 설치하여, 기존의 액정 디스플레이 장치의 액정 하위픽셀 앞 전면 유리기판에 설치된 R, G, B 컬러필터를 제거할 수 있으므로 광손실을 줄여서 전력소비를 줄일 수 있다.

둘째, 액정하위픽셀과 전면유리기판의 계면에 확산층을 설치하여 충분한 시야각과 화이트밸런스를 달성할 수 있다.

셋째, 광의 투과 효율을 종래의 LCD에 비해서 약 최소 150%에서 최대 300% 까지 향상시킬 수 있어서, 사용되는 LED의 수를 크게 줄여서 제작 단가를 낮출 수 있고, 전력 소모도 약 최소 30%에서 최대 80%까지 줄일 수 있다.

넷째, 기존 LCD의 백라이트 유닛에 사용되는 확산판, 확산시트, 프리즘 시트, 반사형 편광 시트 등 각종 광시트들이 제거될 수 있어서 액정표시장치의 가격하락에 기여할 수 있다.

다섯째, LED와 광도파로를 사용하는 경우에는 선편광된 광을 렌티큘러 렌즈 어레이와 액정 패널로 공급함으로써 편광되지 않은 LED광을 사용할 때보다 추가적인 광효율 개선 효과가 있다.

여섯째, 기존의 액정표시장치에서 사용되는 광원인 R,G,B 삼색의 CCFL 또는 EEFL을 더불어 사용할 수 있는 효과가 있다.

일곱째, 백라이트유닛이 광혼합기, 광도파로, 광섬유를 구비하는 경우 광원간 특성차이와 수명변화로 인한 차이를 평균화하고, 안정적이며 우수한 화질을 달성할 수 있는 효과가 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 컬러필터 없는 액정표시장치를 설명한다.

도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 렌티큘러 렌즈 어레이를 사용하여 액정표시장치의 액정 패널의 컬러필터를 제거하는 개념을 나타낸 단면도, 도 4는 도 3의 액정패널 및 렌티큘러렌즈어레이의 부분확대도이다.

컬러필터 없는 액정표시장치는, 도 3에 도시된 것처럼 크게 백라이트유닛(100), 액정패널(200) 및 렌티큘러렌즈어레이(Lenticular Lens Array; 300)를 포함한다.

액정패널(200)은 전면 및 후면 유리기판(250,220) 사이에 개재되고 적색, 녹색, 청색의 광에 각각 대응하는 다수의 액정하위픽셀(230)을 구비한다. 액정패 널(200)의 후면에 배치되는 백라이트유닛(100)은 적색, 녹색, 청색의 광을 각각 조사하는 3색광 공급부의 다수가 서로 구획되도록 이격 배치된다. 백라이트유닛(100)의 3색광 공급부는 적색, 녹색, 청색의 LED(110)이다.

또한, 렌티큘러렌즈어레이(300)는 액정패널(200)과 백라이트유닛(100)의 사이에 배치되며, 3색광 공급부에서 조사된 적색, 녹색, 청색의 광을 액정패널(200)에 포함된 적색, 녹색, 청색의 액정하위픽셀(230)로 각각 유도하는 것으로, 다수의 렌티큘러렌즈(310)가 포함된 렌티큘러렌즈군의 다수가 각 3색광 공급부에 각각 대응하여 구획될 수 있도록 이격 배치된다.

액정패널(200)은 후면 유리기판(220), 전면 유리기판(250), 후면 유리기판(220)과 전면 유리기판(250) 사이에 설치되는 다수의 액정하위픽셀(230), 후면 유리기판(220)에 부착되는 편광시트A(210), 전면 유리기판(250)에 부착되는 편광시트B(260) 등으로 이루어져 있으며, 종래기술의 컬러필터가 제거된 것이다. 참고로, 블랙매트릭스(미도시)는 액정하위픽셀(230) 사이의 색혼신을 제거하고 콘트라스트를 높이기 위하여 존재할 수 있다.

3색광 공급부로서의 RGB LED(110)군은 차단벽(400)에 의해서 다수의 구획으로 구분되어 서로 다른 구획에 속한 광이 동일한 액정하위픽셀(230)에서 서로 섞이지 않게 되며, 렌티큘러 렌즈 어레이(300)도 구획별로 나누어 배치된다. 하나의 구획(예: 구획 A)에 포함된 RGB LED(110)군에서 나오는 광은 구획 A의 내부에서 다수의 렌티큘러 렌즈(310)에 의해서 상기 구획에 속하는 각각의 RGB 하위픽셀(230) 속으로 입사하게 된다. 이때, 액정 하위픽셀(230)은 렌티큘러 렌즈들(310)에 의해서 LED(110)의 결상점에 위치하기 때문에 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 광은 각각 적색, 녹색, 청색 영상을 표시하는 다수의 액정하위픽셀(230)로 분산되어 결상된다. 렌티큘러 렌즈 어레이(300)가 편광시트A(210) 및 후면 유리기판(220)과 일체형으로 설치되면, LED(110)와 렌티큘러 렌즈 어레이(300)의 거리인 a와 렌티큘러 렌즈 어레이(300)와 액정하위픽셀(230) 사이의 거리인 b, 그리고 렌티큘러 렌즈(310)의 초점거리 f 사이에는 렌즈의 결상 공식인 다음의 관계식이 성립한다.

여기서, n은 렌티큘러 렌즈(310), 편광시트A(210), 그리고 후면 유리기판(220)의 평균 굴절률을 나타낸다. 렌티큘러 렌즈(310)에 의한 배율은 M'= n*M= n*a/b 이 된다.

구획을 사용하여 LED(110)에서 다수의 렌티큘러 렌즈(310)로 광을 조사하게 되면 광이 진행하는 경사각도가 문제가 될 수 있다. 구체적인 예로써, 구획A에 속한 RGB LED(110) 가운데 중심에 위치한 G 광은 가장자리의 렌티큘러 렌즈(310) 속으로 비스듬하게 θ_n의 각도로 입사하고, 렌티큘러 렌즈(310)에서의 굴절 이후에 φ_n의 각도로 비스듬하게 아래로 진행하여 가장자리의 G 액정하위픽셀로 입사하게 된다. 또한, 구획A와 이웃한 구획B에서도 RGB LED(110)의 중심에 위치한 G 광원에서 나오는 광은 가장자리에 위치한 렌티큘러 렌즈(310) 속으로 θ_n의 각도로 비스듬하 게 입사하고 굴절되어 비스듬하게 φ_n의 각도로 위로 진행하여 구획B의 가장자리 G 액정하위픽셀로 입사하게 된다. θ_n과 φ_n의 관계는 스넬의 굴절법칙에 의해서

의 관계가 성립하며, 여기서 n은 렌티큘러 렌즈(310)의 굴절률이다. 액정하위픽셀(230)의 간격이 등간격으로 배치되어 있기 때문에 서로 이웃한 구획의 가장자리에서 서로 근접하고 있는 렌티큘러 렌즈(310)는

만큼 서로 떨어져 있어야 한다. 이 떨어진 간격에 차단벽(400)이 설치될 수 있다. 여기서 T₁은 상기 후면 유리기판(220)의 두께를 나타내고, φ_n은 상기 렌티큘러렌즈에 입사된 후 상기 렌티큘러렌즈에서 굴절된 광이 직 상방에 대하여 진행하는 각도를 나타낸다.

도 3에서와 같이, 하나의 구획 내에 위치한 RGB LED(110)에서 나오는 광이 다수의 렌티큘러 렌즈(310) 속으로 입사한 후에 해당 RGB 액정하위픽셀(230)로 입사하게 되면, 서로 다른 구획에 속하는 각각의 액정하위픽셀(230)로 입사하는 광의 진행방향이 서로 달라서 시야각에 따라서 휘도와 색도의 차이가 발생하게 된다. 또한, 서로 이웃한 구획(예; 구획A와 구획B)의 근접하는 가장자리 영역에서 상하 방향으로 비스듬하게 진행하는 광은 각각의 구획에 속한 액정하위픽셀(230)을 지나서 서로 어긋난 방향으로 진행하여 영상의 색혼합을 일으켜 화질저하를 일으키게 된다.

이와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 도 4에 예시된 것과 같이 전면 유리 기판(250)의 내측에 확산층(500)이 설치된다. 확산층(500)에 의해서 RGB 액정하위픽셀(230)을 통과한 RGB 3색 광이 입사각에 관계없이 서로 나란하게 출사하면서 상하좌우로 확산되어 시청자에게 충분한 시야각을 부여하며, 또한 시야각에 따라서 색도 차이나 휘도 변화가 최소화된다. 이러한 목적을 위하여 도 4에 예시된 것과 같이 투명한 레진 속에 레진과 굴절률이 다른 투명한 비드(bead)나 미세입자들(510)을 다수 흩어 뿌려 놓은 입자분산 확산층(500)을 사용할 수 있다. 액정하위픽셀(230)을 접하는 입자분산 확산층(500)의 표면에는 투명한 ITO전극을 설치하여 액정에 영상 전기신호를 인가할 수 있게 한다.

이하, 도 5 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 제2실시예에 따른 컬러필터 없는 액정표시장치를 설명한다.

도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 렌티큘러 렌즈 어레이를 사용하여 액정표시장치의 액정 패널의 컬러필터를 제거하는 개념을 나타낸 단면도, 도 6은 도 5의 도광그리드어레이의 사시도, 도 7은 도 5의 도광그리드어레이의 단면도이다.

제1실시예에서처럼 단순히 투명한 레진 속에 비드나 미세입자들(510)을 흩뿌려 놓은 상기 입자분산 확산층(500)은 광의 진행방향을 서로 나란하게 하면서 확산하는 기능이 충분하지 않을 수 있다. 이러한 문제점을 보완하여 광 확산기능을 강화하기 위하여 도 5에 예시된 것과 같이 입자분산 확산층(500) 내부에 입자분산 확산층을 구성하는 레진보다 굴절률이 더 높은 투명 재질의 도광그리드(520) 구조를 설치할 수 있다. 따라서 비드 혹은 미세 입자(510)가 분산된 입자분산 확산층(500) 속에 도광그리드(520) 구조가 결합되어 확산 도광그리드(600)가 된다. 확산 도광그리드(600)의 입자분산 확산층(500)에 일단 빛이 입사하면, 먼저 입자분산 확산층(500)에 의해서 확산된 빛이 도광그리드(520)에 의해서 도광되면서 확산광이 액정표시장치의 정면을 향하는 방향성이 향상된다.

좀더 상세하게 설명하자면, 입자분산 확산층(500)에서 확산된 빛이 일단 도광그리드(520) 속으로 들어가게 되면 빛의 입사방향과 관계없이 내부 전반사에 의해서 도광그리드(520)를 따라서 진행하다가 확산되면서 출사하게 되므로 광의 입사각도에 관계없이 RGB 3색의 광이 액정표시장치의 정면 방향으로 서로 나란하게 진행하면서 광을 확산시킬 수 있게 된다. 이와 같은 효과에 의해서 중심부에 위치한 렌티큘러 렌즈(310) 및 액정하위픽셀(230)을 통과하는 광이나 구획의 가장자리에 위치한 렌티큘러 렌즈(310) 및 액정하위픽셀(230)로 비스듬하게 진행하는 광이 모두 확산 도광그리드(600)에 의해서 정면을 중심으로 동일한 확산각도로 확산되어 시야각에 따른 색도의 변화나 휘도 변화가 최소화되어 우수한 컬러 화질이 달성될 수 있다.

도광그리드(520)의 구조는 도 6에 예시된 것과 같이 차단벽(400)의 방향과 나란하며, 액정표시장치의 수직방향으로 폭 5㎛에서 100㎛, 높이 5㎛에서 300㎛, 피치 6㎛에서 150㎛의 범위 내에서 설치될 수 있으며, 피치는 폭의 1.1배에서 3배 사이가 적당하다. 도광그리드(520)의 폭과 높이의 비율은 1:1에서 1:30 정도 이내에서 설치될 수 있다. 도 6에 도시된 도광그리드(520)의 구조 이외에도, 사각 기둥 형태 또는 원 기둥 형태의 도광체를 도광그리드(520) 대신으로 활용하여도 유사한 효과를 얻을수 있다.

도 7은 확산 도광그리드(600)의 광학적 원리를 예시하고 있다. 이해를 돕기 위해서 일부를 확대하였다. 비스듬하게 입사하는 입사광은 먼저 비드 또는 미세입자(510)가 분산된 확산층(500)에 의해서 확산되며, 확산된 광의 일부는 도광그리드(520) 속으로 들어가서 내부 전반사에 의해서 도광되어 액정표시장치의 정면을 향하여 상하 대칭으로 확산되며 출사하게 된다. 이때, 도광그리드(520)의 굴절률(n₂)은 확산층(500)을 구성하는 레진의 굴절률(n₁)보다 커야 한다.

액정표시장치는 편광변환을 이용하여 영상을 구현하는 장치이기 때문에 확산층(500)의 재질, 비드(510)의 재질, 및 도광그리드(520)의 재질이 광학적으로 비등방성을 갖지 않는 재질을 사용하여 확산층(500)에 의한 편광변화가 유발되지 않아야 한다. 좀 더 구체적으로 말하면 확산층(500)의 구성성분에 해당하는 레진, 레진 속에 산포되는 비드(510), 도광그리드(520)는 광학적으로 등방성을 갖는 재질을 사용하여야 한다.

도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 렌티큘러 렌즈 어레이를 나타낸 사시도, 도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 LED 배치를 나타낸 평면도, 도 10은 도 9의 LED의 사용 개념을 나타낸 사시도, 도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 시뮬레이션 결과 그래프, 도 12는 본 발명의 제2실시예에 따른 LED 부착방법을 나타낸 단면도, 도 13 및 도 14는 본 발명의 제2실시예의 또 다른 측면에 따른 LED 배열방법을 나타낸 단면도 및 평면도, 도 15 및 도 16은 본 발명의 제2실시예에 따른 LED 패키 지 구조를 나타낸 횡단면도 및 종단면도이다.

렌티큘러 렌즈 어레이를 설치하는 방법은 렌티큘러 렌즈 어레이를 액정패널(200)의 후면유리기판(220)에 설치된 편광시트A(210)에 부착하여 일체형으로 할 수 있다. 이렇게 함으로써 렌티큘러 렌즈어레이(300)와 액정하위픽셀(230) 정렬의 문제를 해결할 수 있고, 시스템이 간단하고 견고해지는 장점이 있다.

도 8에 도시된 것처럼 렌티큘러 렌즈 어레이(300)는 투명한 광학재질의 기판(330) 위에 형성될 수 있다. 기판(330)은 투명한 플라스틱 계열의 시트 혹은 투명한 유리 혹은 플라스틱 패널로 제작될 수 있다. 렌티큘러 렌즈 어레이(300)와 투명한 기판(330)은 일체형으로 렌티큘러 렌즈 어레이 시트(350)가 되며, 이것은 편광시트A(210)에 부착되어 일체형으로 액정 패널의 후면 유리기판에 부착된다.

렌티큘러 렌즈(310)는 수평 방향으로는 볼록 렌즈의 형상을 가지고 있으며, 수직 방향으로는 직선 형태를 띠고 있어서, 점광원을 수직 방향, 즉 직선형태의 상으로 변환할 수 있다. 렌티큘러 렌즈(310)를 다수 나란히 배열하여 렌티큘러 렌즈 어레이(300)로 만들면, 하나의 점광원에서 다수의 직선 형태의 상으로 맺을 수 있다.

렌티큘러 렌즈(310)의 형상은 반구형의 실린더(cylinder) 형태를 기본적으로 하며, 렌즈의 수차를 개선하고 성능을 향상시키기 위하여 원형 대신에 비구면을 사용할 수도 있다.

여기서, 렌티큘러 렌즈와 렌티큘러 렌즈 사이의 공간영역에는 렌티큘러 렌즈의 개구폭을 조절하여 수차를 줄임으로써 색혼신을 축소하는 기능을 갖는 흑색의 차광띠(320)를 설치하는 것이 가능하다. 차광띠(320)는 렌티큘러 렌즈 어레이 시트(350)의 평면 영역과, 렌티큘러 렌즈(310)와 렌티큘러 렌즈(310)의 중간 영역에 설치되어 이웃한 액정하위픽셀 사이의 색혼신을 제거하면서 동시에 렌티큘러 렌즈(310)가 광선을 받아들일 수 있는 유효 개구폭을 조절하는 기능을 갖는다.

또한, 수평방향으로 렌티큘러 렌즈(310)의 폭은 액정 하위픽셀(230)의 폭과 거의 같지만, 실제 제작되는 렌티큘러 렌즈(310)의 폭은 액정 하위픽셀(230)의 폭보다 약간 작거나 커질 수 있다. 중심부 근처에 위치한 렌티큘러 렌즈(310)의 경우 폭이 액정 하위픽셀(230)의 폭보다 약간 작게 함으로써 강한 광량을 감쇄할 수 있고, 가장 자리 근처에 위치한 렌티큘러 렌즈(310)의 경우 그 폭을 약간 크게 함으로써 LED(110)로부터 나오는 약한 광량을 더 많이 받게 할 수 있다. 이렇게 함으로써 렌티큘러 렌즈 어레이 시트(350)의 중심영역에 위치한 렌티큘러 렌즈(310)들과, 가장자리 영역에 위치한 렌티큘러 렌즈(310)들이 받아들이는 광량을 동일하게 만들 수 있다.

더불어, 렌티큘러 렌즈(310)들 사이에 위치한 상기 차광띠(320)의 흑색 영역의 폭을 조절함으로써 렌티큘러 렌즈(310)의 개구폭을 가감할 수 있고, 이것을 이용해서 모든 렌티큘러 렌즈(310)에 동일한 광량이 입사하게도 만들 수 있다. 즉, 렌티큘러 렌즈 어레이 시트(350)의 중심부에 위치한 렌티큘러 렌즈(310)로 입사하는 광량을 감소시키기 위하여 중심부에 위치한 렌티큘러 렌즈(310)의 개구폭을, 가장 자리에 위치한 렌티큘러 렌즈의 개구폭보다 상대적으로 다소 작게함으로써, 모든 렌티큘러 렌즈로 동일한 광량이 입사하도록 조절할 수 있다.

도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 LED 배치를 나타낸 평면도를 나타낸 것이다. 나란히 이웃한 3개의 R, G, B LED(111, 112, 113)가 한 조가 되고 이 RGB LED(110)조는 좌우상하 규칙적으로 광원후면판(120) 위에 배치된다. 이 때, 좌우로는 차단벽(400)이 설치되어 LED들을 구획으로 구분하고, 서로 이웃한 구획에 속한 LED에서 나온 광이 동일한 렌티큘러 렌즈(310)에 입사하지 못하도록 하며, 상하로는 차단벽이 없다.

이때, 상하 방향으로의 LED 사이의 거리 h는, 사용되는 LED 칩의 광의 세기에 따라 달라지며, 수 ㎜에서 수십 ㎝ 까지의 범위 내에서 가능하다. 동일 구획 내에서 상하 방향으로 이웃한 R, G, B LED 칩에서 나온 광이 렌티큘러 렌즈(310)와 액정하위픽셀(230)에서 다소 겹치게 함으로써 광의 균일도를 향상시킬 수 있다. 차단벽(400)은 RGB LED(110)가 부착되는 광원후면판(120)에 설치되거나, 렌티큘러 렌즈 어레이 시트(350)에 설치될 수 있다.

도 9에 나타난대로, R, G, B LED(111, 112, 113) 칩 사이의 수평거리 S는 렌티큘러 렌즈(310)의 배율에 따라서 결정된다. 렌티큘러 렌즈(310)의 배율을 M'라고 하고, 액정 하위픽셀(231, 232, 233) 사이의 거리를 g'라고 할 때, S=M'*g'의 관계를 만족한다. 구체적 예로써, M'=10, g'=0.15㎜라고 가정하면, S=1.5㎜가 된다. 실제로 제작에 있어서는 액정표시장치의 크기와 백라이트유닛(100)의 크기에 따라서 구체적 값들이 결정되며, 약 0.5㎜에서 5㎜ 사이가 된다.

도 10은 도 3의 단면도를 입체적으로 나타내고 있다. R, G, B LED(110)가 수평과 수직 방향으로 규칙적으로 광원후면판(120)의 전면에 배치되어 있다. 광원후 면판(120)에는 LED(110)에 전류를 인가하는 전자소자와 회선이 설치되어 있으며, 동시에 LED에서 발생하는 열을 방출하는 기능이 들어있거나 혹은 열을 방출하는 장치가 설치될 수 있다. 광원후면판(120)과 렌티큘러 렌즈 어레이 시트(350)가 부착된 액정패널(200) 사이에는 차단벽(400)이 설치되어 있어서 서로 다른 구획의 LED(110)에서 나오는 광 사이의 간섭을 차단한다. 렌티큘러 렌즈 어레이 시트(350)는 편광시트A(210)가 부착된 액정패널(200)에 부착되어 일체형으로 제작되는 것이 바람직하다.

이렇게 도 10에 예시된 RGB LED(110)를 광원으로하고, 렌티큘러 렌즈 어레이(300)를 이용하여 컬러필터를 제거한 액정패널 및 백라이트유닛의 구조에 대해서 "Light Tools" 광학 시뮬레이션 프로그램을 이용하여 시뮬레이션 한 결과, 즉 액정하위픽셀(230)이 위치한 지점에서의 광분포가 도 11에 나타나 있다. 적색광, 녹색광, 청색광이 액정하위픽셀(230)의 R, G, B 컬러필터와 동일한 간격을 띄우고 상하 방향으로 선형 이미지를 형성하고 있음이 잘 나타나 있다.

도 12에는 본 발명의 제2실시예에 따라 R, G, B LED들을 광원후면판에 부착하는 방법이 도시되어 있다. RBG LED(110)들을 광원후면판(120)에 부착할 때, 일반적인 방법으로는 전면발광형(Top-emission) 방식의 패키지 LED를 광원후면판에 부착하는 방법과, RGB LED(110) 칩을 직접 광원후면판에 COB(Chip-On-Board) 방식으로 부착하는 방법이 있다. 양쪽 방법 모두 광원후면판(120)으로 LED(110)에서 나오는 다량의 열을 효과적으로 확산시켜 냉각시키는 기능이 포함된 PCB(Printed Circuit Board) 또는 MCPCB(Metal Core Printed Circuit Board)를 사용한다.

도 12의 (a)에 도시된 것처럼, 독립된 개개의 R, G, B LED(111, 112, 113)들이 PCB 또는 MCPCB로 제작되어 방열 기능이 포함된 각각의 작은 기판(131) 위에 부착된 일반 R, G, B 패키지 LED(110)를 광원후면판(120)에 붙이는 방법은, 구하기 쉬운 상품화된 패키지 LED를 사용할 수 있다는 장점이 있다. 그렇지만, RGB LED(110) 칩 사이의 간격을 정확하게 조정하여야 할 필요가 있다.

또한, 도 12의 (b)에 도시된 것처럼 PCB 또는 MCPCB로 제작되어 방열 기능이 포함된 하나의 LED기판(132)에 R, G, B LED(111, 112, 113) 칩을 함께 부착한 멀티칩 LED 패키지를 좌우상하 규칙적 배열 구조로 광원후면판(120)에 부착하는 방법도 있다.

도 12의 (a)와 (b)에 제시된 방법을 적용할 경우, LED 기판(131, 132)은 방열 기능이 우수한 PCB 또는 MCPCB로 제작하여야 하고, 광원후면판(120)은 방열 기능이 상대적으로 약한 플라스틱 등의 재료를 사용하여 저가로 제작할 수 있다.

그리고, 도 12의 (c)에 도시된 것처럼, LED 기판 없이, COB 방식으로 LED(110) 칩을 직접 광원후면판(120)에 부착할 수도 있다. 이 경우, RGB LED(110) 칩과 광원후면판(120) 사이의 열적 저항이 줄어들어 LED 냉각이 효율적으로 되는 장점이 있다. LED 냉각이 잘되면, LED 칩의 온도가 내려가고 수명이 연장되어 안정성이 우수해지는 장점이 있다. 그러나, 이 경우 광원후면판(120)을 방열기능이 우수한 고가의 PCB 또는 MCPCB로 제작하여야 한다는 비용적 부담이 발생할 수 있다.

도 13에는 R, G, B LED의 광세기의 균형을 맞추어 백색광을 얻는 방법이 도시되어 있다. 도 13의 (a)에는 단면도가, 도 13의 (b), (c)에는 평면도가 각각 도시되어 있다. 백색광을 만드는데 있어서, 녹색광은 적색과 청색에 비해서 더 많은 광량이 필요하므로 G-LED(112) 칩의 크기를 더 크게 하거나, 수를 늘리는 방법이 주로 사용된다.

다시 말하면, 도 13의 (b)에 예시되어 있는 바와 같이, 방열기능이 포함된 PCB 또는 MCPCB와 같은 재질로 만들어진 LED 기판(132) 위에 G-LED(112a) 칩의 크기를 크게 하거나, 도 13의 (c)에 예시된 바와 같이 G-LED(112b) 칩을 두 개 사용하여 필요한 광량을 제공할 수 있다.

도 14는 도 13을 응용하여 한 구획속에 설치되는 다수의 R, G, B LED들을 수직 방향으로 등간격(W3)으로 하나의 긴 LED 기판(133) 위에 배치한 것을 나타내고 있다. 도 14의 (a)는 도 13의 (b)에 예시된 것과 같이, R-LED(111) 및 B-LED(113)에 비하여 G-LED(112a)의 크기를 크게 한 것이며, 도 14의 (b)는 도 13의 (c)에 예시된 것과 같이. R-LED(111) 및 B-LED(113)에 비하여 G-LED(112b)의 수를 2개로 늘린 것이다.

이와 같이 하나의 동일한 긴 LED 기판(133) 위에 다수의 R, G, B LED들을 설치함으로써, LED들의 위치를 더욱 정확하게 배치할 수 있다는 장점과, 또한 광원후면판 전체를 PCB 또는 MCPCB로 제작하는 대신에 긴 LED기판(133) 만을 PCB 또는 MCPCB로 제작하여 플라스틱이나 PCB등으로 제작되는 광원후면판(120) 위에 설치함으로써 제작비 절감과 높은 방열효율을 동시에 달성할 수 있다.

상기 긴 LED기판(133)의 크기는 수평방향(W1)으로 5㎜에서 100㎜ 사이에서 정해 질 수 있으며, 수직방향(W2)으로는 액정패널의 수직 방향의 크기 정도로 정해질 수 있다. 수직 방향으로 RGB LED(110) 사이의 간격(W3)은 도 3의 간격 h와 동일하고 LED의 광의 세기에 의해서 정해지며, 약 5㎜에서 100㎜사이가 될 수 있다.

이하, 도 15 및 도 16을 참조하여 도 12와 도 13에서 설명한 LED에서 나오는 발산각을 조절하여 광효율을 개선하는 방법에 대해 설명한다. 도 15 및 도 16은 본 발명의 제2실시예에 따른 LED 패키지 구조를 나타낸 횡단면도 및 종단면도이다.

도 15는 도 11에 도시된 RGB LED(110)의 전면에 평면이 타원형인 타원렌즈(140)를 구비함으로써 LED(110)에서 나오는 광의 발산각을 조절하여 가능한한 많은 광에너지가 렌티큘러 렌즈 어레이(300)와 컬러필터가 없는 액정패널(200) 속으로 들어가도록 하여 광에너지 효율을 증대시키기 위한 LED 패키지 구조에 대한 예시이다.

LED(110)에서 나온 광이 도 15의 (a)에 도시된 것처럼 수평방향으로는 좌우에 위치한 차단벽(400) 이내로 좁은 발산각을 가지고 발산되기 위하여 RGB LED(110) 칩 전면에 위치한 타원렌즈(140)의 곡률반경을 작게 하고, 수직방향으로는 도 15의 (b)에 도시된 것처럼 넓은 발산각을 갖기 위하여 곡률반경을 크게 할 필요가 있다.

이와 같이 수평방향과 수직방향이 서로 다른 곡률반경을 갖게 하면 평면상으로는 타원형 렌즈가 된다. RGB LED(110) 칩은 가로폭(p)과 세로폭(q)이 서로 다른 투명한 수지(133) 속에 깊이 z만큼 몰딩되고, 수지(133)의 표면은 가로, 세로 곡률 반경이 서로 다른 타원으로 처리됨으로써 수평 및 수직 발산각에 차이를 줄 수 있다. RGB LED(110)칩은 LED 칩마운트(134) 위에 장착되어 LED 기판(132) 위에 설치되거나, 혹은 표면실장 방식(Surface mounting)으로 LED 칩마운트(134) 없이 직접 LED 기판(132) 위에 장착될 수도 있다. 어느 방식이든 LED는 전면에 타원렌즈(140)가 부착된 수지(133) 속에 몰딩된다.

이때, 액정표시장치의 크기에 따라서 몰딩용 수지(133)의 수평방향 폭(p)은 0.5 ~ 5㎜ 사이에서 정해질 수 있으며, 몰딩용 수지(133)의 수직방향 폭(q)는 2 ~ 20㎜ 사이에서 정해지는 것이 바람직하다.

도 15의 (c)는 광학 시뮬레이션 프로그램으로 타원렌즈(140)에 의한 LED(110) 광의 발산 정도를 시뮬레이션한 결과를 보여주고 있으며, 수평방향 및 수직방향을 따라 각도별 휘도분포의 발산도가 서로 차이가 나는 것을 확인할 수 있다. 수평방향 및 수직방향으로 RGB LED(110) 광의 발산도의 차이는 타원렌즈(140)의 수평방향의 곡률반경(R_H)과 수직방향의 곡률 반경(R_v), 그리고 RGB LED(110) 칩의 매몰깊이(z)의 비율에 따라 결정된다.

도 15의 (a)의 투명한 몰딩용 수지(133)의 크기(p, q) 에 의해서 수지(133) 위에 설치되는 타원렌즈(140)의 장축 및 단축의 크기가 동일하게 결정된다. 곡률반경은 발산각에 의해서 결정되는데, 수평방향의 곡률반경은 좁은 발산각을 주어야 하므로 RGB LED(110) 칩의 매몰깊이 대 곡률 반경(z/R_H)의 비 = 1 ~ 3 정도의 범위에서 결정된다. 예를 들면, p= 2㎜, R_H= 1㎜이면, z= 1 ~ 3㎜ 범위에서 결정된다.

수직방향의 곡률반경(R_V)은 넓은 발산각을 줄 수 있어야 하므로, z/R_V= 0.1 ~ 1 정도의 범위에서 허용된다. 예로써, q= 6㎜, R_V= 3㎜, z= 2mm 이면, z/R_V= 0.67이 된다.

도 16에는 도 15의 실시예인 LED(110) 칩이 투명 수지 속에 몰딩된 패키지를 개량한 것이 도시되어 있다. 즉, LED(110)를 속이 빈 컵 형태의 LED 칩마운트(134) 속에 위치시키거나, LED 칩마운트(134) 속을 투명한 수지(135)로 채우고 LED 칩마운트 내부의 벽면을 반사처리하고, LED 칩마운트(134) 위에 타원렌즈(140)를 설치하여, LED(110)에서 나온 광이 LED 칩마운트(134)의 내부 벽면에서 반사하거나 타원렌즈(140)를 통하여 수평 및 수직 방향으로 서로 다른 발산각을 가지고 발산할 수 있도록 하였다. 이렇게 함으로써 LED 전체를 투명한 수지 속에 몰딩하였을 경우에 발생할 수 있는 수지(133)의 측면으로 나가는 광의 손실을 최소화하면서 동시에 수평 및 수직 방향의 광의 발산각을 조절할 수 있다.

이하, 도 17 내지 도 20을 참조하여 본 발명의 제3실시예에 따른 컬러필터 없는 액정표시장치를 설명하도록 한다. 도 17은 본 발명의 제3실시예에 따른 광도파로의 구조를 나타낸 평면도, 도 18은 도 17의 광도파로의 구조를 나타낸 단면도, 도 19는 도 17의 광도파로의 사용 개념을 나타낸 사시도, 도 20은 도 17의 광도파로의 또 다른 실시예를 나타낸 평면도이다.

본 발명의 제3실시예에 따른 컬러필터 없는 액정표시장치는 LED(110)가 측면방출타입이고, LED(110)의 빛을 광원후면판(120) 위에 설치된 직선의 광도파로(Light guide; 150) 속으로 입사시켜 선광원으로 변환시키는 것이다.

도 9 및 도 10에서 설명한 것처럼, 점광원의 성질을 가지고 있는 LED(110) 들을 그대로 사용하면, LED(110)로부터 정면 방향으로는 빛이 너무 강하게 나가고, 좌우방향과 상하방향으로 발산할수록 빛이 약해져서 균일성이 나빠진다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 도 17에 도시된 것처럼 광원후면판(120)에 LED(110)와 광도파로(150)를 설치하여 균일성을 향상시킬 수 있다.

즉, 도 17은 R, G, B LED(111, 112, 113)와 R, G, B 광도파로(151, 152, 153)를 이용하여 점광원을 3개의 나란한 R, G, B 선광원으로 바꾸는 구조를 나타낸다. 측면 방출 타입의 R-LED(111)에서 나온 광은 한 구획 내에서 상하 방향으로 직선으로 설치된 R 광도파로(151) 속으로 들어가서 내부 전반사에 의해서 R 광도파로(151)를 따라서 진행한다. 마찬가지로, 측면 방출 타입의 G-LED(112)와 B-LED(113)에서 나온 광도 각각 G 광도파로(152)와 B 광도파로(153)를 따라서 진행한다.

R, G, B 광도파로(151, 152, 153) 사이의 간격은 LED(110)를 사용할 때와 마찬가지로 S=M'*g' 이다. 여기서 M'는 렌티큘러 렌즈의 배율, g'는 액정하위픽셀 사이의 거리이다.

광도파로(150)의 폭 w는 렌티큘러 렌즈 어레이에 의하여 결상되어 액정 하위픽셀의 폭(e)와 매칭되도록 크기가 정해진다. 렌티큘러 렌즈가 광도파로(150)의 폭을 배율 M' 배만큼 축소하므로 w=M'*e 의 관계가 성립한다. 실제로는 이웃한 하위 픽셀 사이의 색혼신(color crosstalk)를 줄이기 위해서 w는 M'*e보다 약간 작은 것이 좋다.

각각 R, G, B 광도파로(151, 152, 153) 내부에서 전반사에 의해서 진행하는 광을 렌티큘러 렌즈 방향으로 90도 꺾여서 바깥으로 나오도록 하기 위하여 광도파로(150) 표면에는 광 분기 구조가 설치된다. 광도파로 내부를 내부 전반사에 의하여 진행하는 광을 수직 방향으로 분기하는 광분기 구조로는 도 18의 광도파로 상면에 다수 설치되는 오목 프리즘(155), 후술할 도 26의 광도파로 하면에 다수 설치되는 프리즘(910), 또는 도 27에 예시된 광도파로 상면에 다수 설치되는 역프리즘(920) 등이 모두 가능하며, 여기서는 도 18의 오목프리즘(155)을 예로 들어서 설명한다.

도 18에는 LED(110)에서 나온 광이 광원후면판(120) 위에 설치된 광도파로(150)를 따라서 전반사에 의하여 진행하다가 오목프리즘(151) 형태의 광분기 구조에 의하여 수직 방향으로 분기되어 나오는 과정이 나타나 있다. 광도파로(150) 표면에 오목프리즘(151) 형태의 홈을 형성하면 광도파로를 따라 진행하던 광 가운데 일부 오목프리즘(151)으로 입사하는 광들은 오목프리즘 빗면에서 반사하여 수직 방향으로 꺾여서 렌티큘러 렌즈 어레이 방향으로 진행한다.

이때, 오목프리즘 표면에서의 반사율이 편광에 따라서 달라지므로 반사되어 렌티큘러 렌즈 방향으로 향하는 광은 선편광이 된다. 광도파로(150)의 굴절률을 1.5로 가정하여 계산할 때, 오목프리즘의 빗면(151)에서 반사되어 수직으로 올라오는 광에서 서로 수직한 s-편광과 p-편광의 비율은 약 11배가 되어, 선편광성을 띠 게 된다.

선편광된 광은 액정패널(200)의 후면 유리기판(220)에 부착된 편광시트A(210)에서의 흡수율이 낮아지므로 광효율의 추가적인 상승에 기여한다. 광도파로(150) 표면에 설치되어 광을 수직으로 분기하는 오목프리즘의 크기는 LED(110)에 가까울수록 작아지고, 멀어질수록 커지게 함으로써 모든 프리즘에서 수직으로 분기되어 나오는 광의 세기를 균일하게 할 수 있다. 또는 동일한 크기의 다수의 오목 프리즘(155)의 이격(d)이 광도파로 내에서 빛이 진행하는 방향을 따라서 점차 좁아지게 함으로써 수직방향으로 균일한 광을 분기하는 것도 가능하다.

오목프리즘 사이의 이격 d는 렌티큘러 렌즈 어레이와 액정 픽셀에서 상하 방향으로 광의 균일도를 보장할 수 있는 거리가 되어야 한다. 실제로 약 1㎜에서부터 50㎜ 의 이격이 허용될 수 있으며, 이웃한 오목프리즘(151) 사이의 이격은 빛의 진행방향을 따라서 가변적으로 설치될 수 있다.

도 18에 설명된 오목프리즘 형태의 광분기 구조 이외에도, 광도파로(150) 속을 진행하는 광을 밖으로 분기하는 구조로는 바이너리 회절 격자(Binary grating), 사인 회절격자(Sinusoidal grating), 마이크로렌즈 어레이(Microlens array), 렌티큘러 렌즈 어레이(Lenticular lens array), 광결정(Photonic crystal), 다중 프리즘(Multiple prism) 등이 가능하다.

도 19에는 도 18의 광도파로 구조를 이용하여 R, G, B 선광원을 만들어 컬러필터 없는 액정표시 장치에 적용한 예가 도시되어 있다. 광원후면판(120)에는 차단벽(400)에 의하여 수직방향으로 구획이 정해지고, 각각의 구획 속에는 상하 방향으 로 R, G, B 광도파로(150)가 설치된다. R, G, B 광 도파로(150) 상단부 끝 혹은 하단부 끝에 측면 발광 R, G, B LED(110)가 설치되어 각각 R, G, B 광도파로(150) 속으로 광을 공급한다. 전반사에 의하여 광도파로(150)를 따라 진행하는 광은 도 18에 나타난 것과 같이 광 분기 구조에 의하여 90도 방향이 꺾어져서 렌티큘러 렌즈 어레이(300) 방향으로 진행한다.

도 20에는 도 19의 R, G, B LED(110)와 R, G, B 광도파로(150)가 설치된 구획(160)이 광원후면판(120) 위에 좌우상하 다수 배열된 구조를 나타나 있다. 개개의 LED(110)와 LED(110)로부터 광이 입사하여 수직으로 균일하게 분기하는 광도파로(150)는 액정 패널이 필요로 하는 총 광량을 공급할 수 없을 경우에는, 도 20에 나타난 바와 같이 여러 구획(160)으로 나눔으로써 액정 패널에 필요한 광량을 공급할 수 있다. 구획(160)의 수는 사용되는 LED(110)의 밝기에 따라 달라지며, 가로 방향으로는 1개에서 50개, 세로 방향으로는 1개부터 30개 정도가 바람직하다.

이하, 도 21 내지 도 23을 참조하여 본 발명의 제4실시예에 따른 컬러필터 없는 액정표시장치를 설명하도록 한다.

도 21은 본 발명의 제4실시예에 따른 백라이트유닛을 나타낸 평면도, 도 22는 도 21에 도시된 CCFL 및 EEFL의 횡단면도 및 종단면도, 도 23은 도 21의 백라이트유닛의 사용 개념을 나타낸 단면도이다.

본 발명의 제4실시예에 따른 컬러필터 없는 액정표시장치는 3색광 공급부가 적색, 녹색, 청색의 CCFL 및 적색, 녹색, 청색의 EEFL 중 선택된 어느 하나이다.

도 21에는 광원으로 제2실시예의 LED와 제3실시예의 광도파로 대신에 R, G, B 삼색의 CCFL(170) 또는 EEFL(180)을 광원으로 대체하는 백라이트유닛의 예가 도시되어 있다. CCFL(170) 또는 EEFL(180)을 광원으로 사용할 경우, 광도파로가 필요 없으며, 직선형 광원이 간단하게 형성된다는 장점이 있다.

R-CCFL(171)은 적색을 내는 형광체가 내부에 도포되어 있고, G-CCFL(172)은 녹색을 내는 형광체가 내부에 도포되어 있으며, B-CCFL(173)은 청색을 내는 형광체가 내부에 도포되어 있다. R, G, B CCFL(171, 172, 173) 3개가 한조가 되어 차단벽(400)으로 분리되는 하나의 구획 속에 배치되고, 광원후면판(120)은 차단벽(400)에 의해서 다수의 구획으로 구성되며, 구획의 수는 액정표시장치의 크기에 따라서 2개에서 50개까지 가능하다.

CCFL(170) 또는 EEFL(180)을 광원으로 사용할 경우, 광원후면판(120)은 전자회로를 넣을 수 있는 PCB, MCPCB 이외에 플라스틱 등의 비전도성의 재질도 사용될 수 있다. 광원후면판(120)은 CCFL(170) 또는 EEFL(180)에서 나온 광이 광원후면판(120)의 표면에서 반사하여 렌티큘러 렌즈 어레이에 입사하게 됨으로써 발생하는 영상의 질 저하를 방지하기 위하여 표면이 흑색으로 처리된다.

또한, 도 22에 나타난 것과 같이 광원으로 사용되는 CCFL(170)은 유리관(170b)의 양단부에 전극(170a)이 노출되고, 유리관의 내부에는 원통형상의 형광체(170d)가 위치하며, 형광체(170d)의 내부에는 방전기체(170c)가 주입되어 있다.

마찬가지로, 광원으로 사용되는 EEFL(180)은 유리관(180b)의 내부에 원통형상의 형광체(180d)가 위치하며, 형광체(180d)의 내부에는 방전기체(180c)가 주입되 어 있지만, 전극(180a)이 유리관(180b) 내부로 들어가지 않고, 유리관의 양단 외부에 증착되어 있는 차이점이 있다.

이 때, 광원후면판(120) 방향으로는 빛이 필요 없기 때문에, 모든 빛이 직접 렌티큘러 렌즈 어레이를 통과하여 액정패널로 입사할 수 있도록 CCFL(170) 또는 EEFL(180) 뒷면에 금속코팅이나 산란체가 든 반사막 등으로 반사층(170e, 180e) 처리가 되어 있는 것이 바람직하다.

도 23에는 R, G, B 삼색의 직선형 CCFL(170) 또는 EEFL(180)을 광원으로 사용하고, 렌티큘러 렌즈 어레이(300)를 이용하여 상기 광원을 편광시트(210, 260)가 앞뒤로 부착된 액정패널(200)의 R, G, B 하위픽셀(231, 232, 233) 속으로 입사하도록 한 컬러필터가 없는 액정표시장치가 도시되어 있다. 백라이트유닛은 차단벽(400)에 의하여 다수의 구획으로 나누어지며, 광원인 CCFL(170) 또는 EEFL(180)의 길이방향과 렌티큘러 렌즈 어레이(300)의 길이 방향은 나란하고, 상기 광원은 렌티큘러 렌즈(310)에 의하여 액정패널(200) 속의 R, G, B 하위픽셀(231, 232, 233)과 일대다로 대응되면서 결상된다.

도 24는 본 발명의 제5실시예에 따른 액정표시장치를 나타낸 단면도이다. 도 9에서는 R, G, B 광원을 다수의 R, G, B LED(110)를 규칙적인 어레이로 배열하였고, 도 17에서는 R,G,B LED(110)에서 수평으로 나오는 R, G, B 광이 직접 서로 나란하게 배치된 RGB 광도파로(150) 속으로 입사하도록 하였다. 이와같이 각각의 LED(110)에서 나오는 광을 직접 사용할 경우, 각각의 LED(110)의 밝기 차이와 수명 변화 효과에 따른 밝기와 파장 등 광학적 성능의 변화가 발생할 경우 화면에 얼룩이 발생하거나 휘도가 저하되는 등의 액정표시장치의 화질 저하가 발생할 수 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 제5실시예에서는 3색광 공급부로서 광혼합기(700)와 광섬유(800)를 사용하여 균일하게 혼합된 광을 R, G, B 광도파로(150)에 공급함으로써 더욱 균일하고 안정적인 R, G, B 광을 공급한다. R 광원 하나를 가지고 구체적 설명을 하자면, 다수의 R-LED(111)에서 나오는 광을 R-광혼합기(710) 속으로 입사하여 충분히 혼합한 후에 다수의 R-광섬유(810)를 통하여 다수의 R-광도파로(151) 속으로 적색광을 공급한다. 이렇게 함으로써, R-LED(111)의 개개의 특성차이와 수명변화로 인한 차이를 평균화하게 되고 더욱 안정적이고 우수한 화질을 달성할 수 있게 된다. 다수의 G-LED(112)와 B-LED(113)도 동일한 과정을 따라서 다수의 G-광도파로(152)와 B-광도파로(153)로 빛을 공급한다. 광혼합기(700)는 내부 전반사에 의하여 광을 유도하면서 혼합하는 원리를 사용하며, 그 형태는 직육면체, 원통형, 또는 반원통형 등이 될 수 있다. 광혼합기(700)의 입사면 앞에 위치한 다수의 LED(110)에서 나온 광은 광혼합기(700) 내부에서 내부 전반사에 의하여 진행하면서 서로 균일하게 혼합되고, 출사면 가까이 설치된 다수의 광섬유(800)로 전달된다.

도 25는 도 24의 백라이트유닛의 구조를 상면과 하면을 분리하여 나타낸 평면도이다. 도 25는 도 24에서 광원후면판(120)의 하면에 설치되는 다수의 RGB 광섬유(800)로부터 광원후면판(120)의 상면에 설치되는 다수의 RGB 광도파로(150)로 광을 배분하는 것을 보여준다. 광원후면판(120)의 상면에는 다수의 구획이 설치되고, 각각의 구획 속에는 RGB 광도파로(150)가 한 조씩 배치되어 있다. 광원후면판(120)의 하면에는 다수의 RGB LED(110)와 적어도 3개 이상의 광혼합기(700)가 설치되고, 상기 하면에 설치된 광혼합기(700)에서 나오는 광은 다수의 광섬유(800)에 의하여 광원후면판(120)의 전면에 설치된 RGB 광도파로(150) 속으로 전달된다. 적색광 하나를 가지고 좀더 상세하게 설명하면, 다수의 R LED(111)에서 나오는 광은 R 광혼합기(710) 속으로 입사하여 균일하게 혼합되고, R 광혼합기(710)의 출사면에 배치되어 있는 다수의 R 광섬유(810) 속으로 들어가서 유도된다. R 광섬유(810)는 구획별로 하나씩 배치되어 있는 R 광도파로(151) 속으로 적색광을 전달한다. G LED(112), G 광혼합기(720), G 광섬유(820), G 광도파로(152)의 작용원리와 B LED(113), B 광혼합기(730), B 광섬유(830), B 광도파로(153)의 작용원리 또한 R LED(111), R 광혼합기(710), R 광섬유(810), G 광도파로(151)의 작용원리와 동일하다.

도 26은 도 24의 액정표시장치의 광도파로에 프리즘 광분기구조(910)가 더 구비된 것을 나타낸 액정표시장치의 단면도, 도 27은 도 24의 액정표시장치의 광도파로에 역프리즘 광분기구조(920)가 더 구비된 것을 나타낸 액정표시장치의 단면도, 도 28은 도 27의 역프리즘 광분기구조(920)를 나타낸 사시도이다.

RGB 광도파로(150) 속으로 내부 전반사를 통하여 유도되는 RGB 광은 도 18에 예시된 다수의 오목프리즘(155)을 이용하여 분기되거나, 도 26 및 도 27에 도시된 것과 같이 RGB 광도파로(150) 하면에 설치된 프리즘 광분기구조(910) 또는 광도파로(150) 상면에 설치된 역프리즘 광분기구조(920)에 의하여 렌티큘러 렌즈 어레 이(300)와 액정 패널(200)이 있는 상방향으로 분기된 후 렌티큘러 렌즈 어레이(300)에 의해서 RGB 액정 하위픽셀(230) 속으로 입사하게 된다. 광원후면판(120)의 하면에는 RGB LED(110)와 RGB 광혼합기(700)가 설치된다. RGB 광혼합기(700)에서 나오는 RGB 광은 RGB 광섬유(800)를 통하여 유도되어 광원후면판(120)의 상면에 위치한 RGB 광도파로(150) 속으로 전달된다. 도 26에 도시된 것처럼 RGB 광섬유(800)는 유연한 재질이므로 고정대(850)에 의해 광도파로(150)와 연결되되, 광원후면판(120)의 후면에 위치할 수 있다.

도 26의 광도파로(150)의 하면에는 프리즘 광분기구조(910)가 설치되어 있어서 내부 전반사에 의하여 광도파로(150) 속으로 유도되는 광의 일부를 렌티큘러 렌즈 어레이(300)가 부착된 액정 패널(200) 쪽으로 분기한다. 이렇게 백라이트유닛이 광혼합기(700), 광도파로(150), 광섬유(800)를 구비하는 경우 광원간 특성차이와 수명변화로 인한 차이를 평균화하고, 안정적이며 우수한 화질을 달성할 수 있는 효과가 있다. 한편, 도 27에 예시된 바와 같이 광도파로(150)의 상면에 설치된 다수의 역프리즘 형태의 역프리즘 광분기구조(920)에 의하여 액정 패널(200) 방향으로 분기할 수도 있다. 도 26과 도 27에 예시된 프리즘 광분기구조(910)와 역프리즘 광분기구조(920)는 광이 입사하는 측에서 멀어질수록 그 밀도가 점점 높아져서 전체적으로 수직 상방으로 분기하는 광의 세기가 균일하도록 배치된다. 도 28에 도시된 것처럼, 광도파로(150) 내부에서 유도되는 광이 역프리즘 광분기구조(920)에 의하여 분기될 경우 측각의 크기에 따라서 그 방향이 달라지기 때문에 상기 측각은 약 45도에서 70도 사이에서 주어진다. 광도파로(150)의 끝면인 오목프리즘(155)은 반 사처리하여 여분의 광을 광도파로(150) 속으로 되돌려 광효율을 추가로 개선할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

도 1은 종래의 직하형 액정 디스플레이 장치의 단면도이다.

도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 렌티큘러 렌즈 어레이를 사용하여 액정표시장치의 액정 패널의 컬러필터를 제거하는 개념을 나타낸 단면도이다.

도 4는 도 3의 액정패널 및 렌티큘러렌즈어레이의 부분확대도이다.

도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 렌티큘러 렌즈 어레이를 사용하여 액정표시장치의 액정 패널의 컬러필터를 제거하는 개념을 나타낸 단면도이다.

도 6은 도 5의 도광그리드어레이의 사시도이다.

도 7은 도 5의 도광그리드어레이의 단면도이다.

도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 렌티큘러 렌즈 어레이를 나타낸 사시도이다.

도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 LED 배치를 나타낸 평면도이다.

도 10은 도 9의 LED의 사용 개념을 나타낸 사시도이다.

도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 시뮬레이션 결과 그래프이다.

도 12는 본 발명의 제2실시예에 따른 LED 부착방법을 나타낸 단면도이다.

도 13 및 도 14는 본 발명의 제2실시예의 또 다른 측면에 따른 LED 배열방법을 나타낸 단면도 및 평면도이다.

도 15 및 도 16은 본 발명의 제2실시예에 따른 LED 패키지 구조를 나타낸 횡 단면도 및 종단면도이다.

도 17은 본 발명의 제3실시예에 따른 광도파로의 구조를 나타낸 평면도이다.

도 18은 도 17의 광도파로의 구조를 나타낸 단면도이다.

도 19는 도 17의 광도파로의 사용 개념을 나타낸 사시도이다.

도 20은 도 17의 광도파로의 또 다른 실시예를 나타낸 평면도이다.

도 21은 본 발명의 제4실시예에 따른 백라이트유닛을 나타낸 평면도이다.

도 22는 도 21에 도시된 CCFL 및 EEFL의 횡단면도 및 종단면도이다.

도 23은 도 21의 백라이트유닛의 사용 개념을 나타낸 단면도이다.

도 24는 본 발명의 제5실시예에 따른 액정표시장치를 나타낸 단면도이다.

도 25는 도 24의 백라이트유닛의 구조를 상면과 하면을 분리하여 나타낸 평면도이다.

도 26은 도 24의 액정표시장치의 광도파로에 프리즘 광분기구조가 더 구비된 것을 나타낸 액정표시장치의 단면도이다.

도 27은 도 24의 액정표시장치의 광도파로에 역프리즘 광분기구조가 더 구비된 것을 나타낸 액정표시장치의 단면도이다.

도 28은 도 27의 역프리즘 광분기구조를 나타낸 사시도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100...백라이트유닛 110...LED

120...광원후면판 140...타원렌즈

150...광도파로 170...CCFL

180...EEFL 200...액정패널

210...편광시트A 220...후면유리기판

230...액정 하위픽셀 250...전면유리기판

260...편광시트B 300...렌티큘러렌즈어레이

310...렌티큘러 렌즈 320...차광띠

400...차단벽 500...확산층

600...확산도광그리드 700...광혼합기

800...광섬유 910...프리즘 광분기구조

920...역프리즘 광분기구조

Claims

전면 및 후면 유리기판과, 상기 전면 및 후면 유리기판 사이에 개재되고 적색, 녹색, 청색의 광에 각각 대응하는 다수의 적색, 녹색, 청색의 액정하위픽셀을 구비하는 액정패널;

상기 액정패널의 후면에 배치되는 것으로, 상기 적색, 녹색, 청색의 광을 각각 공급하는 3색광 공급부의 복수가 서로 구획되도록 이격 배치된 백라이트유닛; 및

상기 액정패널과 상기 백라이트유닛의 사이에 배치되며, 상기 3색광 공급부에서 조사된 적색, 녹색, 청색의 광을 상기 액정패널에 포함된 적색, 녹색, 청색의 하위픽셀로 각각 유도하는 것으로, 다수의 렌티큘러렌즈가 포함된 렌티큘러렌즈군의 다수가 상기 각 3색광 공급부에 각각 대응하여 구획될 수 있도록 이격 배치된 렌티큘러렌즈어레이를 포함하는 컬러필터 없는 액정표시장치.
제 1항에 있어서, 상기 3색광 공급부는,

적색, 녹색, 청색의 LED인 것을 특징으로 하는 컬러필터 없는 액정표시장치.
제 2항에 있어서,

상기 LED는 측면방출타입이고, 입사된 상기 LED의 빛을 내부 전반사에 의하여 수직방향으로 유도하여 선광원으로 변환시키는 광도파로를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러필터 없는 액정표시장치.
제 2항에 있어서, 상기 LED는,

전면에 평면이 원형인 원형렌즈 또는 평면이 타원형인 타원렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러필터 없는 액정표시장치.
제 1항에 있어서, 상기 백라이트유닛은,

상기 각각의 3색광 공급부를 구획하도록 상기 3색광 공급부 사이에 배치된 다수의 차단벽을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러필터 없는 액정표시장치.
제 1항에 있어서,

서로 인접하는 상기 렌티큘러렌즈군 사이의 이격거리(g)는 하기의 수학식 1로 결정되는 것을 특징으로 하는 컬러필터 없는 액정표시장치.

수학식 1

, 여기서 T₁은 상기 후면 유리기판의 두께를 나타내고, φ_n은 상기 렌티큘러렌즈에 입사된 후 상기 렌티큘러렌즈에서 굴절된 광이 직 상방에 대하여 진행하는 각도를 나타낸다.
제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 전면 유리기판과 액정하위픽셀 사이에 개재되어 입사된 광을 확산시키는 확산층을 더 구비하는 컬러필터 없는 액정표시장치.
제 7항에 있어서, 상기 확산층은,

비드(Bead) 또는 입자가 산포된 투명한 레진(Resin)으로 형성된 것을 특징으로 하는 컬러필터 없는 액정표시장치.
제 8항에 있어서,

상기 후면 유리기판의 배면으로부터 상기 확산층의 내측으로 연장된 다수의 도광그리드가 규칙적으로 배열된 것으로, 상기 확산층에서 확산된 광의 일부를 내부 전반사에 의해 도광하는 도광그리드어레이를 더 포함하는 컬러필터 없는 액정표시장치.
제 9항에 있어서,

상기 도광그리드의 굴절률은 상기 확산층의 굴절률보다 더 큰 것을 특징으로 하는 컬러필터 없는 액정표시장치.
제 1항에 있어서, 상기 3색광 공급부는,

적색, 녹색, 청색의 CCFL 또는 적색, 녹색, 청색의 EEFL인 것을 특징으로 하는 컬러필터 없는 액정표시장치.
제 11항에 있어서, 상기 CCFL 또는 EEFL의 후면에는

상기 CCFL 또는 EEFL에서 방출된 빛을 전면으로만 방출되도록 반사층이 코팅된 것을 특징으로 하는 컬러필터 없는 액정표시장치.
제 1항에 있어서, 상기 3색광 공급부는,

복수의 적색광원, 복수의 녹색광원 및 복수의 청색광원에 의해 적색, 녹색, 청색의 광을 각각 공급하는 3색광원;

상기 3색광원에서 조사된 복수의 적색, 녹색, 청색의 광을 각각 혼합하여 균일한 적색, 녹색, 청색의 광을 생성하는 적어도 3개 이상의 광혼합기;

상기 광혼합기에서 생성된 적색, 녹색, 청색의 광을 내부 전반사에 의하여 수직방향으로 유도하여 각각 선광원으로 변환시키는 적어도 3개 이상의 광도파로; 및

상기 광혼합기에서 생성된 적색, 녹색, 청색의 광을 상기 광도파로로 각각 전달하는 복수의 광섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러필터 없는 액정표시장치.
제 3항 또는 제 13항에 있어서, 상기 광도파로의 후면에는,

상기 광도파로 내부에서 전반사에 의하여 유도되는 광을 수직방향으로 분기할 수 있도록 복수의 프리즘 광분기구조를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 컬러필 터 없는 액정표시장치.
제 3항 또는 제 13항에 있어서, 상기 광도파로의 전면에는,

상기 광도파로 내부에서 전반사에 의하여 유도되는 광을 수직방향으로 분기할 수 있도록 복수의 오목프리즘 광분기구조 또는 역프리즘 광분기구조를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 컬러필터 없는 액정표시장치.