KR101089970B1 - 마이크로 렌즈 어레이 패널 및 이를 이용한 액정표시장치 - Google Patents

마이크로 렌즈 어레이 패널 및 이를 이용한 액정표시장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 전면 및 후면 유리기판과, 전면 및 후면 유리기판 사이에 개재되고 적색, 녹색, 청색의 3색광원에 각각 대응하는 액정하위픽셀과, 액정하위픽셀과 전면유리기판 사이에 개재되는 컬러필터를 포함하는 액정패널, 액정패널의 후면에 배치되며, 3색광원을 공급하는 3색광 공급부 복수 개가 서로 구획되도록 이격 배치된 백라이트유닛 및 백라이트유닛과 액정패널사이에 위치하는 기판과, 백라이트유닛에 대면하는 방향인 기판의 일측면에 구비되는 복수 개의 제1마이크로 렌즈를 포함하는 제1마이크로 렌즈 어레이와, 액정패널에 대면하는 방향인 기판의 타측면에 구비되는 복수 개의 제2마이크로 렌즈를 포함하는 제2마이크로 렌즈 어레이를 포함하여, 3색광 공급부로부터 조사된 3색광원을 액정하위픽셀 및 컬러필터로 입사하도록 유도하는 마이크로 렌즈 어레이 패널을 포함하는 액정표시장치를 제공한다.
따라서, 직하형 LCD에서, 컬러필터의 광투과율을 향상시켜 광 손실을 줄임으로써 전력소비를 줄일 수 있으며, 사용되는 광원(LED)의 수를 크게 줄일 수 있고, 각종 광시트들을 제거할 수 있어 제작 단가를 낮출 수 있어 가격경쟁력 향상에 기여할 수 있으며, 광원의 필요 출력이 낮아지게 됨으로써 LED 외 OLED도 광원으로 활용할 수 있는 광원의 선택폭을 다양하게 할 수 있다.

Description

마이크로 렌즈 어레이 패널 및 이를 이용한 액정표시장치 {Micro lens array panel and liquid crystal display using the same}
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 직하형 LCD TV에서 적색, 녹색, 청색의 3색광원을 마이크로 렌즈 어레이를 이용하여, 액정패널에 순차적으로 설치되어 있는 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 액정하위픽셀 및 R, G, B 컬러필터 속으로 직접 유도함으로써, 광투과율을 향상시켜 전력소비를 낮추고, 3색광원의 수를 감소시킴으로써, 친환경적이고 고화질 고해상도의 컬러영상을 구현할 수 있는 마이크로 렌즈 어레이 패널 및 이를 이용한 액정표시장치에 관한 것이다.
도 1은 종래의 직하형 액정 디스플레이 장치의 단면도이고, 도 2는 도 1의 액정패널의 전면유리기판 내부에 설치된 컬러필터의 구조를 나타낸 평면도이다.
먼저, 도 1을 참조하면, 종래의 LCD(Liquid Crystal Display)는, 빛의 투과도를 조절하여 광 밸브 역할을 하는 복수 개의 액정픽셀(23)이 들어 있는 액정패널(20)과 이 액정패널(20)에 빛을 공급하는 백라이트 유닛(10)으로 구성된다.
우선, 상기 백라이트 유닛(10)은 CCFL(Cold Cathode Fluorescence Lamp), 혹은 EEFL(External Electrode Fluorescence Lamp), 혹은 백색광 LED, 혹은 R, G, B 3원색을 내는 R, G, B LED, 등의 광원(12)이 포함되는 광원어셈블리(11) 부분과, 상기 광원(12)에서 나오는 광을 광원(12) 아래에 위치한 반사면(11a)으로 반사시키거나, 상기 광원(12)에서 나오는 광을 골고루 혼합하여 상기 복수 개의 액정픽셀(23)로 뿌려주는 광 시트들로 구성되어 있다. 여기서, 상기 광시트는 기본적으로 확산판(17), 확산시트(16), 집광시트(15), 반사형 편광시트(14), 그리고 보호필름(13)을 포함하여, 시야각과 휘도를 적절하게 조정하는 역할을 하며, 경우에 따라 상기한 각 광시트를 선택적으로 선택하여 구성할 수 있다. 한편, 상기 R, G, B는 각각 Red, Green, Blue의 약자이고, 이후에는 별도의 표시 없이도 R, G, B는 적색, 녹색, 청색을 의미한다.
다음으로, 상기 액정패널(20)은, 후면유리기판(22), 전면 유리기판(25), 후면유리기판(22)과 전면 유리기판(25) 사이에 배치되는 복수 개의 액정픽셀(23), 전면 유리기판(25) 내부에 설치되는 R, G, B 컬러필터(24), 후면유리기판(22)에 부착되는 제1편광시트(21), 전면 유리기판(25)에 부착되는 제2편광시트(26)를 포함한다.
여기서, 상기 각각의 액정픽셀(23)은 R, G, B 3색의 영상을 구현하는 R, G, B 액정하위픽셀(Sub pixel)로 구성되며, 각각의 R, G, B 액정하위픽셀과 전면 유리기판(25) 사이에는 컬러필터(24)가 배치되어 있다.
한편, 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 상기 R, G, B 컬러필터(24a,24b)들 사이에는, 색 혼신을 방지하기 위하여 광을 흡수하는 블랙매트릭스(27)가 배치되어 있다. 여기서, 상기 R, G, B 컬러필터(24a,24b)는, 그 평면구조가 도 2a처럼 대략 직사각형의 구조로 되거나, 도 2b처럼 꺾임이 있는 직사각형 구조로 될 수 있다. 여기서, 미설명부호 28a,28b는 픽셀을 나타낸다.
이에, 상기한 구조의 종래의 LCD에서 컬러 영상을 구현하는 방법에 대하여 살펴보면 다음과 같다. 종래의 LCD에서 컬러 영상을 구현하는 방법은, 화소의 최소단위가 되는 하나의 액정픽셀(23) 속에 R, G, B 삼색의 영상을 구현하는 R, G, B 액정하위픽셀을 설치하고, 각각의 액정하위픽셀 전면부에 R, G, B 컬러필터(24)를 설치하여 백라이트에서 들어오는 백색광 가운데 각각의 하위 픽셀 별로 R, G, B 광만 통과하도록 함으로써 이루어진다. 이를 통하여 살펴보면, 종래의 LCD에서 컬러필터(24)는 컬러 영상을 구현하는 핵심적인 소자임을 알 수 있다.
그런데, 상기한 구조의 종래의 LCD는 상기 편광시트(21,26)와, 액정픽셀(23)의 개구율과, 컬러필터(24)에서 상당한 광 에너지의 손실이 발생하여 LCD의 높은 전력 소모를 유발하는 문제점이 있었다. 이에 대하여 수치적으로 상세하게 살펴보면, 종래의 LCD는, 편광시트(21,26)에서 약 50%, 액정픽셀(23)의 개구율에서 약 30%~50%, 컬러필터(24)에서 약 70%에 달하는 광 에너지 손실이 발생하여, 전체적으로 90% 이상의 광 손실이 발생하였다. 특히, 상기 컬러필터(24)의 경우에는, 백색광이 컬러필터(24)를 통과하면서 약 30% 는 투과되고, 약 70%는 흡수되어 손실되기 때문에 LCD에서 발생하는 광 에너지의 손실 중에서 가장 많은 부분을 차지함을 알 수 있으며, 상기 컬러필터(24)는 컬러 영상을 구현하는 핵심 소자이지만, 흡수로 인한 많은 광 손실을 유발하는 것을 알 수 있다.
상기한 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 컬러필터(24)를 없애기 위해서 고안된 것으로서, R, G, B 삼색의 LED를 백라이트의 광원(12)으로 사용하고, 화면 영상 신호를 R, G, B 삼색의 영상 신호로 분리한 후, R-LED를 켜는 동안에는 R 영상 신호를 액정패널(20)에 보내고, G-LED를 켜는 동안에는 G 영상 신호를 액정패널(20)에 보내며, B-LED를 켜는 동안에는 B 영상 신호를 액정패널(20)에 순차적으로 빠른 속도로 뿌려주는 시간 멀티플레싱(time-multiplexing) 기술을 사용함으로써 관찰자가 컬러 영상을 느끼도록 하는 기술이다. 그런데, 상기 FSC LCD 기술은 상당한 기술의 진보를 달성하고는 있지만, 기존의 일반 LCD에 비해서 영상을 조절하는 회로의 속도가 약 6배 정도까지 되어야 하고, 깜박임(flickering) 또는 색분리 현상(color break-up)등의 문제가 내재되어 아직 실용화되지는 못하는 문제점이 있다.
즉, 종래의 액정표시장치는 백라이트에서 나오는 광이 액정패널(20) 내부에 설치된 컬러필터(24)를 통과하면서 70 ~ 80% 정도가 흡수되기 때문에, 광 손실이 매우 크고 이에 따라 전력소비가 증가하는 문제점이 있었다.
본 발명은, 광원으로 적색, 녹색, 청색을 내는 삼색 광원을 어레이 형태로 규칙적으로 배치하고, 액정패널 전면에 마이크로 렌즈 어레이 패널을 설치하여, 적색, 녹색, 청색의 삼색광원을 각각 적색, 녹색, 청색 컬러필터 속으로 유도함으로써 광투과율을 높이고 광손실을 줄여서 전력소비를 줄일 수 있고, 고화질을 달성할 수 있으며, 제작비 절감에 기여할 수 있을 뿐만 아니라 광원의 수도 감소시킬 수 있는 마이크로 렌즈 어레이 패널 및 이를 이용한 액정표시장치를 제공하는 데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 종래의 FSC 기술과 달리 액정 구동 회로와 영상 처리 장치에 별도의 고속 구동회로를 설치하지 않고 종래의 액정패널 구조와 구동회로를 그대로 사용할 수 있으며, 액정패널의 전면부에 설치되는 마이크로 렌즈 어레이 시트를 통하여 직하형 LCD에도 적용이 가능한 마이크로 렌즈 어레이 패널 및 이를 이용한 액정표시장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명은, 3색광 공급부를 구비하는 백라이트유닛과 액정패널사이에 위치하고 투명한 재질의 기판, 상기 백라이트유닛에 대면하는 방향으로 상기 기판의 일측면에 구비되어 상기 3색광 공급부로부터 조사되는 3색광원이 입사되고, 복수 개의 제1마이크로렌즈가 그룹을 이루며 형성된 제1마이크로렌즈군 복수 개가 소정의 이격거리(g)를 두고 서로 이격되게 배치되어 있는 제1마이크로 렌즈 어레이, 상기 액정패널에 대면하는 방향으로 상기 기판의 타측면에 구비되어 상기 제1마이크로 렌즈 어레이로부터 조사되는 상기 3색광원을 상기 액정패널 내부의 액정하위픽셀 및 컬러필터 속으로 입사하도록 유도하고, 복수 개의 제2마이크로렌즈를 포함하는 제2마이크로 렌즈 어레이 및 상기 기판과 상기 제2마이크로 렌즈 어레이 사이에 배치되어 입사된 상기 3색광원을 확산시키는 확산층을 포함하는 마이크로 렌즈 어레이 패널을 제공한다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 본 발명은 전면 및 후면 유리기판과, 상기 전면 및 후면 유리기판 사이에 개재되고 적색, 녹색, 청색의 3색광원에 각각 대응하는 액정하위픽셀과, 상기 액정하위픽셀과 상기 전면유리기판 사이에 개재되는 컬러필터를 포함하는 액정패널, 상기 액정패널의 후면에 배치되며, 상기 3색광원을 공급하는 3색광 공급부 복수 개가 서로 구획되도록 이격 배치된 백라이트유닛 및 상기 백라이트유닛과 상기 액정패널사이에 위치하는 기판과, 상기 백라이트유닛에 대면하는 방향인 상기 기판의 일측면에 구비되는 복수 개의 제1마이크로렌즈를 포함하는 제1마이크로 렌즈 어레이와, 상기 액정패널에 대면하는 방향인 상기 기판의 타측면에 구비되는 복수 개의 제2마이크로렌즈를 포함하는 제2마이크로 렌즈 어레이를 포함하여, 상기 3색광 공급부로부터 조사된 상기 3색광원을 상기 액정하위픽셀 및 상기 컬러필터로 입사하도록 유도하는 마이크로 렌즈 어레이 패널을 포함하는 액정표시장치를 제공한다. 여기서 상기 마이크로 렌즈 어레이 패널은, 상기 기판과 상기 제2마이크로 렌즈 어레이 사이에 배치되어 입사된 상기 3색광원을 확산시키는 확산층을 더 포함한다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 본 발명은 전면 및 후면 유리기판과, 상기 전면 및 후면 유리기판 사이에 개재되고 적색, 녹색, 청색의 3색광원에 각각 대응하는 액정하위픽셀과, 상기 액정하위픽셀과 상기 전면유리기판 사이에 개재되는 컬러필터를 포함하는 액정패널, 상기 액정패널의 후면에 배치되며, 상기 3색광원을 공급하는 3색광 공급부 복수 개가 서로 구획되도록 이격 배치된 백라이트유닛 및 상기 백라이트유닛과 상기 액정패널사이에 위치하는 기판과, 상기 백라이트유닛에 대면하는 방향인 상기 기판의 일측면에 구비되는 복수 개의 제1마이크로렌즈를 포함하는 제1마이크로 렌즈 어레이와, 상기 액정패널에 대면하는 방향인 상기 기판의 타측면에 구비되어 입사된 상기 3색광원을 확산시키는 확산층을 포함하여, 상기 3색광 공급부로부터 조사된 상기 3색광원을 상기 액정하위픽셀 및 상기 컬러필터로 입사하도록 유도하는 마이크로 렌즈 어레이 패널을 포함하는 액정표시장치를 제공한다.
여기서, 상기 확산층은, 제1매질과, 상기 제1매질의 내부에 산포되어 있는 비드(bead)를 포함하며, 상기 제1매질의 굴절률(
Figure 112010044413056-pat00001
)과 상기 비드의 굴절률(
Figure 112010044413056-pat00002
)은 서로 다를 수 있다(
Figure 112010044413056-pat00003
). 또한, 상기 확산층은, 제2매질과, 상기 제2매질의 내부에 배열되어 상기 확산층에서 확산되는 상기 3색광원의 일부를 내부 전반사에 의하여 도광하는 복수 개의 도광그리드를 포함하며, 상기 제2매질의 굴절률(
Figure 112010044413056-pat00004
)은 상기 도광그리드의 굴절률(
Figure 112010044413056-pat00005
)보다 낮게 형성될 수 있으며(
Figure 112010044413056-pat00006
), 또한 상기 확산층은, 상기 제2매질의 일측면 또는 양 측면 각각에 배열되는 단순확산층을 더 포함한다. 여기서, 상기 도광그리드는, 직육면체형상, 정육면체형상 및 원통형상 중 선택된 어느 하나로 할 수 있다.
또한, 상기 제1마이크로 렌즈 어레이는, 소정 개수의 상기 제1마이크로렌즈가 포함된 제1마이크로렌즈군 복수 개가 상기 각 3색광 공급부에 각각 대응하여 구획될 수 있도록 이격 배치되며, 서로 인접하는 상기 제1마이크로렌즈군 사이의 이격거리(g)는 하기의 수학식 1로 결정될 수 있다.
수학식 1
g =
Figure 112010044413056-pat00007
,
여기서,
Figure 112010044413056-pat00008
는 상기 마이크로 렌즈 어레이패널의 두께를 나타내고,
Figure 112010044413056-pat00009
은 상기 제1마이크로렌즈에 입사된 후 상기 제1마이크로렌즈에서 굴절된 주광(chief ray)이 상기 액정패널의 수직방향에 대하여 진행하는 각도를 나타낸다.
또한, 상기 제1마이크로 렌즈 어레이 패널은, 상기 제1마이크로렌즈와 상기 제2마이크로렌즈가 서로 대응되도록 나란하게 배치되며, 상기 제2마이크로렌즈의 폭은 상기 제1마이크로렌즈의 폭의 1/3로 할 수 있다. 또한, 상기 제2마이크로렌즈는, 상기 액정하위픽셀 및 상기 컬러필터에 각각 1:1 대응되도록 배치될 수 있다.
또한, 상기 제1마이크로렌즈 또는 상기 제2마이크로렌즈는, 렌티큘러 렌즈(lenticular lens) 또는 구형 렌즈 중 선택된 어느 하나로 할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 마이크로 렌즈 어레이 패널 및 이를 이용한 액정표시장치는 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, 직하형 LCD에서, 액정패널과 3색광원 사이에 마이크로 렌즈 어레이 패널을 설치하여 R, G, B 컬러필터 속으로 R, G, B 광을 각각 입사시키기 때문에, 컬러필터의 광투과율을 향상시켜 광 손실을 줄임으로써 전력소비를 대략 최소 30%에서 최대 50%까지 줄일 수 있으며, 나아가 마이크로렌즈 어레이 패널의 제 1 마이크로 렌즈의 집속각과 컬러필터의 수용각을 매칭시켜 광효율을 더욱 극대화할 수 있다.
둘째, 광의 투과 효율을 최소 약 50%에서 최대 약 200% 까지 향상시킬 수 있기 때문에, 사용되는 광원(LED)의 수를 크게 줄일 수 있고, 기존 백색광원을 사용하는 백라이트 유닛에 사용되는 확산판, 확산시트, 프리즘 시트, 반사형 편광 시트 등 각종 광시트들을 제거할 수 있어 제작 단가를 낮출 수 있어 가격경쟁력 향상에 기여할 수 있으며, 경제적이다.
셋째, 광투과율 향상으로 인하여, 광원의 필요 출력이 낮아지게 됨으로써 LED 외 OLED도 광원으로 활용할 수 있는 광원의 선택폭을 다양하게 할 수 있다.
도 1은 종래의 직하형 액정 디스플레이 장치의 단면도이다.
도 2는 도 1의 액정패널의 전면유리기판 내부에 설치된 컬러필터의 구조를 나타낸 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 렌즈 어레이 패널을 구비한 액정표시장치의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 3의 마이크로 렌즈 어레이 패널의 부분확대도이다.
도 5a 내지 도 5c는 도 3의 확산층 구조에 대한 다양한 실시예를 나타내는 단면도이다.
도 6a 내지 도 6c는 도 5b 및 도 5c의 도광그리드의 다양한 실시예를 나타내는 사시도이다.
도 7은 도 6a의 도광그리드 구조를 구비하는 확산층을 포함하는 마이크로 렌즈 어레이 패널을 나타내는 사시도이다.
도 8은 도 3의 3색광 공급부의 3색광원의 배치를 나타낸 평면도이다.
도 9는 도 8의 3색광 공급부에서 3색광원의 배치에 대한 다른 실시예를 나타내는 평면도이다.
도 10은 본 실시예에 따른 광도파로의 구조를 나타내는 평면도이다.
도 11은 도 3에 마이크로 렌티큘러 렌즈 어레이 패널을 구비한 액정표시장치의 구조를 입체적으로 나타낸 사시도이다.
도 12는 도 9의 직선형 3색광원과 렌티큘러 렌즈 어레이를 구비하는 액정 표시장치의 다른 실시예를 나타내는 사시도이다.
도 13은 도 4의 확산층 또는 제2마이크로렌즈어레이가 위치한 지점에서의 광분포를 나타내는 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 렌즈 어레이 패널을 구비한 액정표시장치의 구조를 나타내는 단면도이고, 도 4는 도 3의 마이크로 렌즈 어레이 패널의 부분확대도이며, 도 5a 내지 도 5c는 도 3의 확산층 구조에 대한 다양한 실시예를 나타내는 단면도이다. 도 6a 내지 도 6c는 도 5b 및 도 5c의 도광그리드의 다양한 실시예를 나타내는 사시도이고, 도 7은 도 3의 마이크로 렌즈 어레이 패널의 사시도이며, 도 8은 도 3의 3색광 공급부의 3색광원의 배치를 나타낸 평면도이다. 도 9는 도 8의 3색광 공급부에서 3색광원의 배치에 대한 다른 실시예를 나타내는 평면도이며, 도 10은 본 실시예에 따른 광도파로의 구조를 나타내는 평면도이고, 도 11은 도 3에 마이크로 렌티큘러 렌즈 어레이 패널을 구비한 액정표시장치의 구조를 입체적으로 나타낸 사시도이다.
도 12는 도 9의 직선형 3색광원과 렌티큘러 렌즈 어레이를 구비하는 액정 표시장치의 다른 실시예를 나타내는 사시도이고, 도 13은 도 4의 확산층 또는 제2마이크로렌즈어레이가 위치한 지점에서의 광분포를 나타내는 도면이다.
먼저, 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치는, 백라이트유닛(100)과, 액정패널(200)과, 마이크로 렌즈 어레이 패널(micro lens array panel; 300)을 포함한다.
상기 액정패널(200)은, 전면유리기판(250)과, 후면유리기판(220)과, 상기 전면유리기판(250)과 후면유리기판(220) 사이에 개재되고 적색, 녹색, 청색의 3색광원(111,112,113;도 8참조)에 각각 대응하는 다수의 적색, 녹색, 청색의 액정하위픽셀(230)과, 상기 액정하위픽셀(230)과 상기 전면유리기판(250) 사이에 개재되는 다수의 적색, 녹색, 청색의 컬러필터(240)와, 상기 전면유리기판(250)의 외측면에 부착되는 제1편광시트(260)와, 상기 후면유리기판(220)의 외측면에 부착되는 제2편광시트(210) 등을 포함한다.
상기 백라이트유닛(100)은, 상기 액정패널(200)의 후면에 배치되며, 상기 3색광원(111,112,113)을 공급하는 복수 개의 3색광공급부(110)를 포함한다. 상기 3색광공급부(110)는 복수 개가 서로 그룹화(구획)되도록 주기P를 갖고 이격 배치되어 있다. 상기 3색광공급부(110)는 적색, 녹색, 청색의 LED 또는 OLED(Organic light emitting diodes)로 할 수 있다. 여기서, 상기 적색, 녹색, 청색의 삼색 OLED를 수직 방향으로 나란히 직선형태로 배치함으로써 복수 개의 R, G, B 선광원 (linear light source; 111a,112a,113a; 도 9 참조) 그룹을 형성할 수 있다. 한편, 상기 R, G, B는 각각 Red, Green, Blue의 약자이고, 이후에는 별도의 표시 없이도 R, G, B는 적색, 녹색, 청색을 의미한다.
상기 마이크로 렌즈 어레이 패널(300)은, 상기 액정패널(200)과 상기 백라이트유닛(100) 사이에 개재되어 상기 3색광공급부(100)로부터 조사된 상기 3색광원(111,112,113)을 상기 액정하위픽셀(230) 및 상기 컬러필터(240)로 입사하도록 각각 유도하는 역할을 한다.
상세하게는, 상기 마이크로 렌즈 어레이 패널(300)은, 기판(330)과, 제1마이크로 렌즈 어레이(310)와, 제2마이크로 렌즈 어레이(320)와, 확산층(340)을 포함한다.
상기 기판(330)은 상기 백라이트유닛(100)과 상기 액정패널(200)사이에 위치하며, 투명한 광학재질로서 투명한 플라스틱 계열의 시트, 유리패널 및 플라스틱패널 중 선택된 어느 하나를 적용할 수 있다.
상기 제1마이크로 렌즈 어레이(310)는, 상기 백라이트유닛(100) 즉, 상기 3색광공급부(110)에 대면하는 방향인 상기 기판(330)의 일측면에 구비되는 복수 개의 제1마이크로 렌즈(311)를 포함한다. 상기 제1마이크로 렌즈 어레이(310)는, 소정 개수의 상기 제1마이크로 렌즈(311)가 포함된 제1마이크로 렌즈(311)군 복수 개가 상기 각 3색광공급부(110)에 각각 대응하여 구획될 수 있도록 이격 배치되며, 서로 인접하는 상기 제1마이크로 렌즈(311)군 사이의 이격거리(g)는 하기의 수학식 1로 결정될 수 있다.
수학식 1
g =
Figure 112010044413056-pat00010
,
여기서,
Figure 112010044413056-pat00011
는 상기 마이크로 렌즈 어레이패널의 두께를 나타내고,
Figure 112010044413056-pat00012
은 상기 제 1 마이크로 렌즈 어레이 그룹에서 가장자리에 위치한 마이크로 렌즈에 입사된 주광선이 굴절 후 진행하는 각도를 나타낸다.
도 4에 예시한 바와 같이, 상기 제2마이크로 렌즈 어레이(320)는, 상기 액정패널(200)에 대면하는 방향인 상기 기판(330)의 타측면에 구비되는 복수 개의 제2마이크로 렌즈(321)들을 포함하며, 상기 복수 개의 제2마이크로 렌즈(321)들은 등간격으로 서로 인접하게 배치되며, 또한 상기 제2마이크로렌즈(321)는 상기 액정하위픽셀(230) 및 컬러필터(240)에 일대일 대응되도록 배치된다.
우선, 상기 제1마이크로 렌즈 어레이 패널(300)은, 상기 제1마이크로 렌즈(311)와 상기 제2마이크로 렌즈(321)가 상기 기판(330)을 사이에 두고 서로 대응되도록 길이(수직)방향으로 나란하게 배치되는데, 이때 상기 제2마이크로 렌즈(321)의 폭은 상기 제1마이크로 렌즈(311)의 폭(W)의 1/3로 형성되어 상기 제1마이크로 렌즈(311) 하나에 대하여 3개의 제2마이크로 렌즈(321)가 대응되도록 배치된다. 더불어, 상기 제2마이크로 렌즈(321)는, 상기 액정하위픽셀(230) 및 상기 컬러필터(240)에 대하여 수평방향으로 일대일(1:1)로 대응되도록 배치된다.
이에, 상기한 구조의 마이크로 렌즈 어레이 패널(300)을 통하여 3색광원(111,112,113)을 각각의 색에 해당하는 액정하위픽셀(230) 및 컬러필터(240) 속으로 유도함으로써 본 실시예의 액정표시장치의 광투과효율을 향상시키는 원리를 살펴보고자 한다.
도 4를 참조하면, 먼저, 상기 제2마이크로 렌즈(321) 내측면에 위치하는 확산층(340)은, 제1마이크로 렌즈(311)로부터 오는 비스듬한 방향의 광을 상기 액정하위픽셀(230)과 컬러필터(240) 방향으로 진행방향을 전환하면서 광을 확산하는 역할을 담당한다.
여기서, 3색광공급부(110)의 3색광원(111,112,113) 중 가운데 위치한 광원(예; G광원)을 예로 하여 살펴보기로 하면, 상기 G광원으로부터 나오는 광이 이에 대응하는 상기 제1마이크로 렌즈(311)군 내의 가장자리에 위치한
Figure 112010044413056-pat00013
번째 마이크로 렌즈의 중심부에서 굴절하는 주광선에 대하여,
Figure 112010044413056-pat00014
과
Figure 112010044413056-pat00015
의 관계는 스넬의 법칙
Figure 112010044413056-pat00016
이 성립한다. 또한 서로 이웃하는 제1마이크로 렌즈(311)군 끼리는 서로 g
Figure 112010044413056-pat00017
의 이격거리가 존재한다. 여기서
Figure 112010044413056-pat00018
는 마이크로 렌즈 어레이 패널(300)의 두께이다. 그러면, 상기 제2마이크로 렌즈(321)는 상기 확산층(340)에서 확산되는 광의 확산각도를 조정하여 상기 액정하위픽셀(230)과 컬러필터(240) 속으로 확산광이 효율적으로 입사하도록 한다.
즉, 상기 R,G,B 광원(111,112,113)은 비스듬한 각도로 상기 제1마이크로 렌즈(311) 속으로 입사한 후에 굴절하여 비스듬한 각도로 상기 확산층(340) 속으로 집광된다. 이때 상기 3색광원(111,112,113)은 도 3에 나타난 바와 같이 서로 다른 위치, 즉 제2마이크로 렌즈(321) 및 상기 액정하위픽셀(230)에 대응되는 위치에 나란히 집광되고, 상기 확산층(340)에 의해서 광의 진행방향이 꺾여서 액정하위픽셀(230)과 컬러필터(240) 방향으로 진행하게 된다. 여기서 상기 확산층(340)의 확산효과에 의하여 확산된 광이 좀 더 넓은 확산각도를 가질 수 있는데, 가장 바람직한 경우는, 상기 확산층(340)에서 꺾인 확산광이 상기 액정패널(200)에 수직한 방향 즉, 상기 액정패널(200)의 전면으로 진행하면서 좌우상하로 확산되는 것이다.
한편, 상기 확산층(340) 외부에 설치된 제 2 마이크로 렌즈(321)는 각각 RGB 액정하위픽셀(230) 및 RGB 컬러필터(240)와 수평방향으로 일대일 대응으로 배치되며, 제 2 마이크로 렌즈(321)의 집광 효과에 의하여 확산각도가 조정될 수 있다. 제 1 마이크로 렌즈(311)에 의해서 집광되는 광의 각도폭은 도 4에 나타난 바와 같이
Figure 112010044413056-pat00019
으로 주어지며, 상기 액정하위픽셀(230) 및 컬러필터(240)의 각도폭 또는 수용각은
Figure 112010044413056-pat00020
가 된다. 여기서,
Figure 112010044413056-pat00021
는 액정픽셀의 폭이고,
Figure 112010044413056-pat00022
액정하위픽셀의 폭이다. 여기서,
Figure 112010044413056-pat00023
가
Figure 112010044413056-pat00024
보다 크거나 같으면(
Figure 112010044413056-pat00025
), 입사한 광의 대부분이 해당 액정하위픽셀과 컬러필터를 통과하므로 높은 광투과효율을 달성할 수 있으며, 이러한 조건은
Figure 112010044413056-pat00026
일 때 만족된다. 또는, 상기 제2마이크로 렌즈(321)를 구비함으로써
Figure 112010044413056-pat00027
의 조건에서도
Figure 112010044413056-pat00028
의 최적 조건을 만족시킬 수 있다. 한편, 상기 확산층(340)의 확산각도가
Figure 112010044413056-pat00029
의 조건을 만족할 경우에는 제 2 마이크로 렌즈(321)는 생략될 수 있다. 그리고, 일부 광이 상기 제1 또는 제2마이크로 렌즈(311,321)의 수차(aberration) 또는 확산층(340)으로부터의 확산효과 등의 요인에 의해서 다른 색의 액정하위픽셀(230)과 컬러필터(240)로 입사하게 될 경우에는 파장이 다르므로 컬러필터(240)에 의해서 흡수되어 제거되므로 화질에 아무런 영향을 미치지 않는다.
한편, 상기 마이크로 렌즈 어레이 패널(300)에서 상기 3색 광원(111,112,113)과 상기 제1마이크로 렌즈 어레이(310)간의 거리
Figure 112010044413056-pat00030
와 상기 제1마이크로 렌즈 어레이(310)와 확산층(340) 사이의 거리
Figure 112010044413056-pat00031
, 그리고 제1마이크로 렌즈(311)의 초점거리
Figure 112010044413056-pat00032
사이에는 렌즈의 결상 공식인 다음의 관계식이 성립한다.
수학식 2
Figure 112010044413056-pat00033
여기서,
Figure 112010044413056-pat00034
은 마이크로 렌즈 어레이 패널의 굴절률을 나타낸다. 제1마이크로 렌즈에 의한 배율은 M=
Figure 112010044413056-pat00035
*
Figure 112010044413056-pat00036
/
Figure 112010044413056-pat00037
이 된다.
동일한 그룹 내에서(예; 그룹 B), R, G, B 액정 하위 픽셀(230)에서 중심에 위치한 액정하위픽셀(예; G-액정하위픽셀)의 중심의 위치는 해당 액정픽셀의 위치가 가장자리로 갈수록 광의 굴절효과에 의해서 상기 액정픽셀에 대응하는 제1마이크로 렌즈(311)의 중심위치보다 약간씩 위치가 차이가 나게 되는데, 도 4에 나타난 바와 같이, 그룹 B의 가운데로부터
Figure 112010044413056-pat00038
번째 위치한 제1마이크로 렌즈(311) 중심위치와 이에 대응하는 액정 픽셀 또는 컬러필터(240)의 중심 사이의 수직방향 위치 차이는
Figure 112010044413056-pat00039
이 된다. 상기 식에 의한 위치 차이를 고려해서 제1마이크로 렌즈(311) 요소와 액정픽셀 또는 컬러필터(240)의 위치를 지정해주어야 적색, 녹색, 청색 광이 제1마이크로 렌즈(311)에 의해서 굴절한 후에 각각 정확하게 해당 적색, 녹색, 청색 액정하위픽셀(230)과 컬러필터(240) 속으로 효율적으로 입사하게 되어 광에너지 효율이 최대화된다.
한편, 상기 제1마이크로 렌즈(311) 또는 상기 제2마이크로 렌즈(321)는, 마이크로 렌티큘러 렌즈(micro lenticular lens, micro cylindrical lens) 또는 구형 마이크로 렌즈로 할 수 있다.
다음으로, 상기 확산층(340)에 대하여 상세하게 살펴보기로 한다.
상기 확산층(340)은, 상기 기판(330)과 상기 제2마이크로 렌즈 어레이(320) 사이에 상기 액정패널(200)을 향하는 방향에 배치되어 입사된 상기 3색광원(111,112,113)을 확산시키는 역할을 하는 것으로, 상기 확산층(340)으로 상기 제1마이크로 렌즈(311)로부터 비스듬하게 입사하는 광을 확산효과 및 도광효과 등에 의하여 광의 진행방향을 상기 액정패널(200)에 수직하게 전환시키고, 또한 상기 광을 확산시켜서 광의 균일도를 향상시킨다.
이에, 상기한 목적을 달성하기 위하여 다양한 형태의 확산층을 적용될 수 있지만, 본 실시예에서는 도 5a 내지 도 5c의 확산층(340,350,360)을 그 예로 하기로 한다.
먼저, 도 5a를 참조하면, 상기 확산층(340)은 투명한 매질 속에 굴절율이 다른 투명한 비드(bead)를 골고루 산포시켜 형성될 수 있다. 이에 대하여 상세히 살펴보면, 상기 확산층(340)은, 투명한 레진(resin)과 같은 제1매질과, 상기 제1매질의 내부에 산포되어 있는 비드(bead)를 포함한다. 여기서, 상기 제1매질의 굴절률(
Figure 112010044413056-pat00040
)과 상기 비드의 굴절률(
Figure 112010044413056-pat00041
)은 서로 다르게 형성되어 있다(
Figure 112010044413056-pat00042
).
다음으로 상기 확산층(340)은 매질 속에 도광그리드(351,361)를 배치하여 형성될 수 있다. 도 5b를 참조하면, 상기 확산층(350)은, 투명한 제2매질(352)과, 상기 제2매질(352)의 내부에 규칙적으로 배열된 복수 개의 도광그리드(351)를 포함하며, 이때 상기 제2매질(352)의 굴절률(
Figure 112010044413056-pat00043
)은 상기 도광그리드(351)의 굴절률(
Figure 112010044413056-pat00044
)보다 낮게(
Figure 112010044413056-pat00045
) 하여, 상기 확산층(340)에서 확산되는 상기 3색광원(111,112,113)의 일부를 내부 전반사에 의한 도광효과에 의하여 광이 액정패널(200)의 전면을 향하도록 할 수 있다.
한편, 도 5c를 참조하면, 상기 확산층(360)은, 상기 제2매질(352)의 일측면 또는 양 측면 각각에 배열되는 단순확산층(361a,361b)을 더 포함하여 광의 확산효과를 증대시켜 광의 균일도를 향상시킬 수 있음은 물론, 성능도 향상시킬 수 있다. 여기서, 상기 단순확산층(361a,361b)은 투명한 매질에 투명한 비드 등이 골고루 산포되어 형성될 수 있다.
도 6a 내지 도 6c는 상기한 도광그리드의 구조를 나타낸 도면으로, 도면을 참조하면, 도 6a에 나타난 바와 같이 상기 도광그리드(351)는, 투명한 재질의 직육면체 형상으로, 복수 개가 상기 제1마이크로 렌즈(311)의 길이방향으로 나란하게 서로 이격되게 배치되고 요철구조로 돌출 형성되어 있다. 또한, 상기 도광그리드(351b,351c)는, 투명한 재질의 육면체 형상(도 6b참조) 또는 원통형상(도 6c참조)으로 복수 개가 서로 이격되게 배치되고 마찬가지로 요철구조로 돌출되어 있다. 또한, 상기 도광그리드(351, 351b, 351c)는 충분한 도광효과를 획득하고 균일한 광의 혼합을 달성하기 위하여 밑변 대 높이의 모양비(aspect ratio)가 높을수록 좋으며, 상세하게는 약 3~10 정도가 바람직하다.
도 7은 상기 도 6a의 도광그리드 구조를 포함하는 확산층(340)을 포함하는 마이크로 렌즈 어레이 패널(400)을 나타내는 사시도로서, 도면을 참조하면, 상기 마이크로 렌즈 어레이 패널(400)은, 기판(330)과, 상기 기판(330)의 일측면에 구비되고 반원통형상의 그룹화된 상기 제1마이크로 렌즈(311)군이 서로 이격되게 배치된 제1마이크로 렌즈 어레이(310)와, 상기 기판(330)의 타측면에 배치되고 매질 속에 도광그리드(351)를 포함하는 확산층(340)과, 상기 확산층(340)의 노출면에 구비되는 제2마이크로 렌즈 어레이(320)를 포함하며, 이에 대한 상세한 설명은 전술한 바와 같으므로 생략하기로 한다.
한편, 상기 마이크로 렌즈 어레이 패널(300)은, 제1 및 제2편광시트(210,260)가 부착된 액정패널(200)의 외부에 배치되어 설치되기 때문에, 상기 액정패널(200) 내부에서의 편광변화에 의한 화질저하를 유발하지 않는다. 또한, 본 실시예는 3색광원(111,112,113)을 사용함으로써 CCFL(Cold Cathode Fluorescence Lamp)이나 백색광 LED를 사용하는 경우보다 색 영역이 넓어져서 더욱 우수한 화질을 달성할 수 있다.
도 8은 본 실시예에 따른 3색광 공급부(110)의 LED 배치를 나타낸 평면도로서, 도면을 참조하면, LED 배치는, 나란히 이웃한 3개의 R, G, B LED(111,112,113)가 한 조가 되고 이 RGB LED(111,112,113)조는 좌우상하 규칙적으로 광원후면판(120) 위에 배치되며, 상하 방향으로 RGB LED(111,112,113)는 그룹(G1)을 형성하고, LED 그룹(G1)사이의 이격거리는 P가 된다. 상기 이격거리 P는 제1마이크로 렌즈 어레이(310) 군(그룹)의 이격거리와 동일한 값을 갖는다. 이때, 상하 방향으로의 LED 사이의 거리 W3은 사용되는 LED 칩의 광속(flux) 및 광원후면판(120)과 마이크로렌즈 어레이 패널(300)의 거리(
Figure 112010044413056-pat00046
)에 따라 달라지며, 수mm에서 수cm의 범위 내에서 가능하다. 여기서, 본 발명의 실시예는, 동일 그룹 내에서 상하 방향으로 이웃한 R, G, B LED 칩에서 확산되는 광이 상기 제1마이크로 렌즈(311)에서 다소 겹치게 함으로써 광의 균일도를 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 마이크로 렌즈 어레이 패널(300)의 확산층(340)도 광의 균일도 향상에 기여한다.
또한, 상기 R, G, B LED(111,112,113) 사이의 수평거리 s는 상기 제1마이크로 렌즈(311)의 배율에 따라서 결정된다. 즉, 상기 제1마이크로 렌즈(311)의 배율을 M이라고 하고, 액정 하위픽셀(230) 사이의 거리를 z라고 할 때, s=M*z의 관계를 만족한다. 이에 구체적인 예를 들어보면, 만약 M=10, z=0.15mm라고 가정하면, s=1.5mm가 된다. 실제로 제작에 있어서는 액정표시장치의 크기와 백라이트유닛(100)의 크기에 따라서 구체적 값들이 결정되며, 대개 약 0.5mm에서 5mm 사이가 된다.
도 9는 3색광 공급부(110a)의 또 다른 실시예를 나타낸 도면으로, 도면을 참조하면 여기서 3색광(111a,112a,113a)은 직선형태의 RGB 3색광(111a,112a,113a)이 선광원 그룹(G2)을 형성하고, 이 선광원 그룹(G2)은 수평방향으로 이격거리 P를 갖도록 광원후면판(120) 위에 배치된다. 여기서, 상기 3색 직선형 광원(111a,112a,113a)은 제1마이크로 렌즈 어레이(310) 군과 대응되도록 그룹 단위로 배치된다. 또한, 상기 3색 직선형 광원(111a,112a,113a)은 적색, 녹색, 청색의 OLED를 선형으로 배치함으로써 구성될 수 있다.
광도파로(130)의 구조를 나타내는 도 10은, R,G,B LED(111,112,113)와 R,G,B 광도파로(131,132,133)를 이용하여 점광원을 3개의 나란한 R,G,B 선광원으로 바꾸는 구조를 나타낸 도면으로, 본 실시예에 따른 광도파로 구조는 측면으로 발광하는 적색, 녹색, 청색 LED(111,112,113)에서 나오는 광을 직선 형태의 광도파로(131,132,133) 속으로 입사시킨 후에 컬러필터(240)가 들어 있는 액정패널(200) 방향으로 90도 꺽여서 균일하게 나오도록 함으로써 형성될 수도 있다. 여기서, 도파로의 하면 또는 상면에는 도시하지 않았지만 내부에서 도광되는 광을 밖으로 유도할 수 있는 광 분기구조가 설치될 수 있다.
도 11은 도 3의 마이크로 렌즈 어레이 패널(300)을 구비한 액정표시장치의 구조를 입체적으로 나타낸 도면으로, 도면을 참조하면, 상기 액정표시장치는, R, G, B LED(110)가 수평과 수직 방향으로 규칙적으로 광원후면판(120)의 전면에 배치되어 있다. 여기서, 상기 광원후면판(120)에는 상기 LED(110)에 전류를 인가하는 전자소자와 회선(미도시)이 설치되어 있으며, 동시에 LED(110)에서 발생하는 열을 방출하는 기능이 들어있거나 혹은 열을 방출하는 장치가 설치될 수 있다. 마이크로 렌즈 어레이 패널(300)은 액정패널(200)과 3색광 공급부(110) 사이에 설치된다. 또한 상기 마이크로 렌즈 어레이 패널(300)과 액정패널(200)의 이격거리는 가능한 작을수록 광투과효율이 증대되며, 경우에 따라 상기 마이크로 렌즈 어레이 패널(300)과 액정패널(200)이 서로 접촉되게 형성될 수도 있다.
도 12는 도 9의 직선형 3색 광원(110a)과 마이크로 렌즈(렌티큘러렌즈) 어레이 패널(300)을 구비한 액정표시장치의 사시도로서, 도면을 참조하면, 직선형 적색, 녹색, 청색 광원에서 나온 광은 마이크로 렌즈 어레이 패널(300)에 의해서 각각 액정패널(200)의 적색, 녹색, 청색 액정 하위픽셀(230) 및 컬러필터(240) 속으로 입사하게 되어 높은 투과율을 가지고 액정패널(200)을 통과하게 된다.
도 13은 도 4의 마이크로 렌즈 어레이 패널(300)의 확산층(340) 또는 제2마이크로 렌즈어레이가 위치한 지점에서의 광분포를 나타내는 실험 자료를 나타내는 사진이다. 상기 도면(사진)을 참조하면, 상기 R, G, B LED를 광원으로 하고, 제1마이크로 렌즈 어레이 패널(300)을 이용하여 실험한 결과는, 적색광, 녹색광, 청색광이 R, G, B 액정하위픽셀(230) 및 R, G, B 컬러필터(240)와 동일한 간격을 띄우고 상하 방향으로 선형 이미지를 형성하고 있어서 본 실시예의 기술원리가 잘 구현되고 있음을 알 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 실시예에 따른 액정표시장치는, 그룹화된 제1마이크로 렌즈 어레이(310)와 제2마이크로 렌즈 어레이(320)를 포함하는 마이크로 렌즈 어레이 패널(300)을 구비하여, 컬러필터(240)의 흡수로 인한 광 에너지의 손실을 줄일 수 있으며, 또한 LCD의 전력 소모량과 LED의 수를 감소시킴으로써 저전력 친환경적인 액정표시장치 개발을 도모할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100... 백라이트유닛 110... 3색광공급부
200... 액정패널 210,260... 편광시트
220... 후면유리기판 230... 액정하위픽셀
240... 컬러필터 250... 전면유리기판
270... 확산시트 300,400,500... 마이크로 렌즈 어레이 패널
310... 제1마이크로렌즈어레이 320... 제2마이크로 렌즈 어레이
330... 기판 340,350,360... 확산층
351,361... 도광그리드

Claims (13)

  1. 3색광 공급부를 구비하는 백라이트유닛과 액정패널사이에 위치하고 투명한 재질의 기판;
    상기 백라이트유닛에 대면하는 방향으로 상기 기판의 일측면에 구비되어 상기 3색광 공급부로부터 조사되는 3색광원이 입사되고, 복수 개의 제1마이크로 렌즈가 그룹을 이루며 형성된 제1마이크로 렌즈군 복수 개가 소정의 이격거리(g)를 두고 서로 이격되게 배치되어 있는 제1마이크로 렌즈 어레이; 및
    상기 기판의 타측면에 구비되어 입사된 상기 3색광원을 확산시키는 확산층을 포함하는 마이크로 렌즈 어레이 패널.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 액정패널에 대면하는 방향으로 상기 확산층의 타측면에 구비되어 상기 제1마이크로 렌즈 어레이로부터 조사되는 상기 3색광원을 상기 액정패널 내부의 액정하위픽셀 및 컬러필터 속으로 입사하도록 유도하고, 복수 개의 제2마이크로렌즈를 포함하는 제2마이크로 렌즈 어레이를 더 포함하는 마이크로 렌즈 어레이 패널.
  3. 전면 및 후면 유리기판과, 상기 전면 및 후면 유리기판 사이에 개재되고 적색, 녹색, 청색의 3색광원에 각각 대응하는 액정하위픽셀과, 상기 액정하위픽셀과 상기 전면유리기판 사이에 개재되는 컬러필터를 포함하는 액정패널;
    상기 액정패널의 후면에 배치되며, 상기 3색광원을 공급하는 3색광 공급부 복수 개가 서로 구획되도록 이격 배치된 백라이트유닛; 및
    상기 백라이트유닛과 상기 액정패널사이에 위치하는 기판과, 상기 백라이트유닛에 대면하는 방향인 상기 기판의 일측면에 구비되는 복수 개의 제1마이크로 렌즈를 포함하는 제1마이크로 렌즈 어레이와, 상기 액정패널에 대면하는 방향인 상기 기판의 타측면에 구비되는 복수 개의 제2마이크로 렌즈를 포함하는 제2마이크로 렌즈 어레이를 포함하여, 상기 3색광 공급부로부터 조사된 상기 3색광원을 상기 액정하위픽셀 및 상기 컬러필터로 입사하도록 유도하는 마이크로 렌즈 어레이 패널을 포함하는 액정표시장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 마이크로 렌즈 어레이 패널은,
    상기 기판과 상기 제2마이크로 렌즈 어레이 사이에 배치되어 입사된 상기 3색광원을 확산시키는 확산층을 더 포함하는 액정표시장치.
  5. 전면 및 후면 유리기판과, 상기 전면 및 후면 유리기판 사이에 개재되고 적색, 녹색, 청색의 3색광원에 각각 대응하는 액정하위픽셀과, 상기 액정하위픽셀과 상기 전면유리기판 사이에 개재되는 컬러필터를 포함하는 액정패널;
    상기 액정패널의 후면에 배치되며, 상기 3색광원을 공급하는 3색광 공급부 복수 개가 서로 구획되도록 이격 배치된 백라이트유닛; 및
    상기 백라이트유닛과 상기 액정패널사이에 위치하는 기판과, 상기 백라이트유닛에 대면하는 방향인 상기 기판의 일측면에 구비되는 복수 개의 제1마이크로 렌즈를 포함하는 제1마이크로 렌즈 어레이와, 상기 액정패널에 대면하는 방향인 상기 기판의 타측면에 구비되어 입사된 상기 3색광원을 확산시키는 확산층을 포함하여, 상기 3색광 공급부로부터 조사된 상기 3색광원을 상기 액정하위픽셀 및 상기 컬러필터로 입사하도록 유도하는 마이크로 렌즈 어레이 패널을 포함하는 액정표시장치.
  6. 청구항 4 또는 청구항 5에 있어서,
    상기 확산층은,
    제1매질과, 상기 제1매질의 내부에 산포되어 있는 비드(bead)를 포함하며,
    상기 제1매질의 굴절률(
    Figure 112010044413056-pat00047
    )과 상기 비드의 굴절률(
    Figure 112010044413056-pat00048
    )은 서로 다른(
    Figure 112010044413056-pat00049
    ) 액정표시장치.
  7. 청구항 4 또는 청구항 5에 있어서,
    상기 확산층은,
    제2매질과, 상기 제2매질의 내부에 배열되어 상기 확산층에서 확산되는 상기 3색광원의 일부를 내부 전반사에 의하여 도광하는 복수 개의 도광그리드를 포함하며,
    상기 제2매질의 굴절률(
    Figure 112010044413056-pat00050
    )은 상기 도광그리드의 굴절률(
    Figure 112010044413056-pat00051
    )보다 낮은(
    Figure 112010044413056-pat00052
    ) 액정표시장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 확산층은,
    상기 제2매질의 일측면 또는 양 측면 각각에 배열되는 단순확산층을 더 포함하는 액정표시장치.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 도광그리드는,
    직육면체형상, 정육면체형상 및 원통형상 중 선택된 어느 하나의 형상인 액정표시장치.
  10. 청구항 3 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1마이크로 렌즈 어레이는,
    소정 개수의 상기 제1마이크로 렌즈가 포함된 제1마이크로 렌즈군 복수 개가 상기 각 3색광 공급부에 각각 대응하여 구획될 수 있도록 이격 배치되며,
    서로 인접하는 상기 제1마이크로 렌즈군 사이의 이격거리(g)는 하기의 수학식 1로 결정되는 액정표시장치.
    수학식 1
    g =
    Figure 112010044413056-pat00053
    ,
    여기서,
    Figure 112010044413056-pat00054
    는 상기 마이크로 렌즈 어레이패널의 두께를 나타내고,
    Figure 112010044413056-pat00055
    은 상기 제1마이크로 렌즈에 입사된 후 상기 제1마이크로 렌즈에서 굴절된 주광(chief ray)이 상기 액정패널의 수직방향에 대하여 진행하는 각도를 나타낸다.
  11. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1마이크로 렌즈 어레이 패널은,
    상기 제1마이크로 렌즈와 상기 제2마이크로 렌즈가 서로 대응되도록 나란하게 배치되며, 상기 제2마이크로 렌즈의 폭은 상기 제1마이크로 렌즈의 폭의 1/3인 액정표시장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제2마이크로 렌즈는, 상기 액정하위픽셀 및 상기 컬러필터에 각각 1:1 대응되도록 배치되는 액정표시장치.
  13. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1마이크로 렌즈 또는 상기 제2마이크로 렌즈는,
    렌티큘러 렌즈(lenticular lens, cylindrical lens) 또는 구형 렌즈 중 선택된 어느 하나인 액정표시장치.
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