KR20110022934A - 액정표시장치 - Google Patents

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KR20110022934A
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Abstract

본 발명에 따르면, 전면 및 후면 유리기판과, 전면 및 후면 유리기판 사이에 개재되고 적색, 녹색, 청색의 3색광원에 각각 대응하는 다수의 적색, 녹색, 청색의 액정하위픽셀과, 액정하위픽셀과 전면유리기판 사이에 개재되는 컬러필터를 포함하는 액정패널; 액정패널의 후면에 배치되는 것으로, 3색광원을 공급하는 3색광 공급부가 다수가 서로 구획되도록 이격 배치된 백라이트유닛; 및 백라이트유닛과 액정패널의 사이에 위치하며, 3색광 공급부에서 조사된 3색광원을 액정패널의 액정하위픽셀 및 컬러필터로 각각 유도하는 렌티큘러 렌즈 어레이를 포함하는 액정표시장치가 제공된다.
개시된 액정표시장치에 의하면, 액정패널에 렌티큘러 렌즈 어레이 시트를 부착하여 광손실의 가장 큰 부분을 차지하는 액정패널 속의 R, G, B 컬러필터 속으로 각각 R, G, B 광을 입사시킴으로써 광투과율을 높이고 광손실을 줄여서 액정표시장치의 전력소비를 줄일 수 있고, 고화질을 달성하며, 제작비 절감에 기여할 수 있다.
컬러필터, 렌티큘러 렌즈, LED

Description

액정표시장치 {Liquid Crystal Display}
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 직하형 LCD TV에서 적색, 녹색, 청색의 3색광을 렌티큘러 렌즈 어레이를 이용하여 액정패널에 순차적으로 설치되어 있는 적색, 녹색, 청색 액정하위픽셀 및 R, G, B 컬러필터에 직접 입사시킴으로써, 광투과율을 향상시켜 전력소비를 낮추고, LED의 수를 감소시키며, 고화질 고해상도의 컬러영상을 구현할 수 있는 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 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; 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 액정픽셀(23)로 뿌려주는 광 시트들로 구성되어 있다. 여기서, 광시트는 기본적으로 확산판(12), 확산시트(13), 집광시트(14), 반사형 편광시트(15), 그리고 보호필름(16) 등으로 구성되어 시야각과 휘도를 적절하게 조정하는 역할을 한다.
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 후면 유리기판(22), 전면 유리기판(25), 후면 유리기판(22)과 전면 유리기판(25) 사이에 설치되는 다수의 액정픽셀(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) 등으로 이루어져 주요한 광학적 역할을 담당한다.
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 설치되어 있다.
또한, 상기 각각의 액정하위픽셀에 대응하여 전면유리기판의 내측에 설치된 R, G, B 컬러필터(24a, 24b, 24c)들 사이에는, 도 2에 나타난 바와 같이, 색 혼신을 방지하기 위하여 광을 흡수하는 블랙매트릭스(27)가 설치되어 있다.
상기한 구조의 종래의 LCD에서 컬러 영상을 구현하는 방법에 대하여 살펴보면, 종래의 LCD 컬러 영상 구현은, 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 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 발생한다. 특히, 상기 컬러필터(24)는, 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 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 액정패널에 보내고, G-LED를 켜는 동안에는 G 영상 신호를 액정패널에 보내며, B-LED를 켜는 동안에는 B 영상 신호를 액정패널에 순차적으로 빠른 속도로 뿌려줌으로써 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 있어서 아직 실용화되지 못하는 문제점이 있다.
본 발명은, 상기한 FSC 기술과 달리 액정 구동 회로와 영상 처리 장치에 별도의 고속 구동회로를 설치하지 않고 종래의 액정패널 구조와 구동회로를 그대로 사용하면서, 컬러필터에서의 광흡수율을 크게 낮추어 전력소모를 감소시킬 수 있는 액정표시장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은, 그룹화된 R, G, B 3색 광원 어레이와 그룹화된 렌티큘러렌즈 어레이를 사용함으로써, 컬러필터로 인한 광 에너지의 손실을 줄이고, LCD의 전력 소모량을 줄이며, LED의 수를 감소시킬 수 있는 액정표시장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치는, 전면 및 후면 유리기판과, 상기 전면 및 후면 유리기판 사이에 개재되고 적색, 녹색, 청색의 3색광원에 각각 대응하는 다수의 적색, 녹색, 청색의 액정하위픽셀과, 상기 액정하위픽셀과 상기 전면유리기판 사이에 개재되는 컬러필터를 포함하는 액정패널; 상기 액정패널의 후면에 배치되는 것으로, 상기 3색광원을 공급하는 3색광 공급부가 다수가 서로 구획되도록 이격 배치된 백라이트유닛; 및 상기 백라이트유닛과 상기 액정패널의 사이에 위치하며, 상기 3색광 공급부에서 조사된 상기 3색광원을 상기 액정패널의 액정하위픽셀 및 상기 컬러필터로 각각 유도하는 렌티큘러 렌즈 어레이를 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예는, 상기 컬러필터와 상기 전면유리기판 사이 및/또 는 상기 전면유리기판의 외부에 개재되어 입사된 광을 확산시키는 확산층을 더 포함한다.
여기서, 상기 3색광원은, 적색, 녹색, 청색의 LED일 수 있다. 여기서, 상기 LED는 측면방출파입이고, 입사된 상기 LED의 빛을 내부 전반사에 의하여 수직방향으로 유도하여 선광원으로 변환시키는 광도파로를 포함할 수 있다. 이때, 상기 광도파로 내부에서 전반사에 의하여 유도되는 광을 수직방향으로 분기하기 위하여, 상기 광도파로 후면에 다수의 프리즘 광분기구조 또는 상기 광도파로 전면에 다수의 역프리즘 광분기구조를 구비할 수 있다.
한편, 상기 LED는, 전면에 평면이 원형인 원형렌즈 또는 평면이 타원형인 타원렌즈를 더 포함하며, 이때 상기 LED는, 상기 원형렌즈 또는 상기 타원렌즈와 몰딩처리될 수 있다. 또는, 상기 LED는, 전면에 원통형 광도파로와, 상기 원통형 광도파로의 일단부에 결합된 원형렌즈를 더 포함할 수 있으며, 전면에 플레이트형 광도파로와, 상기 플레이트형 광도파로의 일단부에 결합된 원통형 렌즈(cylindrical lens)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 확산층은, 비드(Bead) 또는 입자가 산포된 투명한 레진(Resin)으로 형성될 수 있으며, 여기서, 상기 확산층은, 내부에 다수의 도광그리드가 규칙적으로 배열되어 상기 확산층에서 확산된 광의 일부를 내부 전반사에 의하여 도광하는 도광그리드어레이를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 렌티큘러 렌즈 어레이는, 다수의 렌티큘러렌즈가 포함된 렌티큘러렌즈군 다수가 상기 각 3색광 공급부에 각각 대응하여 구획될 수 있도록 이격 배 치되며, 서로 인접하는 상기 렌티큘러렌즈군 사이의 이격거리(g)는 하기의 수학식 1로 결정될 수 있다.
수학식 1
g =
Figure 112009053001912-PAT00001
, 여기서 T1은 상기 후면 유리기판의 두께를 나타내고, φn은 상기 렌티큘러렌즈에 입사된 후 상기 렌티큘러렌즈에서 굴절된 중심 광이 직 상방에 대하여 진행하는 각도를 나타낸다.
본 발명에 따른 렌티큘러 렌즈를 구비한 액정표시장치에 의하면,
첫째, 액정패널과 광원후면판 사이에 그룹화된 렌티큘러 렌즈 어레이를 설치하여, 기존의 액정 디스플레이 장치의 액정 하위픽셀 앞 전면 유리기판에 설치된 R, G, B 컬러필터 속으로 R, G, B 광을 각각 입사시킴으로써 컬러필터의 광투과율을 향상시켜서 광 손실을 줄여서 액정표시장치의 전력소비를 줄일 수 있다.
둘째, 컬러필터와 전면유리기판의 사이 또는 전면유리기판에 부착된 편광시트의 외부에 확산층을 설치하여 충분한 시야각과 화이트밸런스를 달성할 수 있다.
셋째, 광의 투과 효율을 약 최소 100%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 백색광원을 사용하는 백라이트 유닛에 사용되는 확산판, 확산시트, 프리즘 시트, 반사형 편광 시트 등 각종 광시트들이 제거될 수 있어서 액정표시장치의 가격하락에 기여할 수 있다.
다섯째, 기존의 액정표시장치에서 사용되고 있는 광원인 R, G, B 삼색의 CCFL 또는 EEFL을 더불어 사용할 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.
도 3은 본 발명에 따른 렌티큘러 렌즈 어레이를 구비한 액정표시장치의 개념을 나타낸 단면도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액정표시장치는, 액정패널(200)과, 백라이트유닛(100)과, 렌티큘러 렌즈 어레이(Lenticular Lens Array; 300)를 포함한다.
상기 액정패널(200)은 전면 및 후면 유리기판(250,220) 사이에 개재되고, 적색, 녹색, 청색의 3색광원에 각각 대응하는 다수의 적색, 녹색, 청색의 액정하위픽셀(230)과, 상기 액정하위픽셀(230)과 상기 전면유리기판(250) 사이에 개재되는 컬러필터(400)를 포함한다.
상기 백라이트유닛(100)은, 상기 액정패널(200)의 후면에 배치되며, 상기 3색광원을 공급하는 3색광 공급부(130)의 다수가 서로 그룹화되도록 이격 배치되어 있다. 여기서, 상기 백라이트유닛(100)의 3색광 공급부(130)는 적색, 녹색, 청색의 LED(110)이다.
상기 렌티큘러 렌즈 어레이(300)는, 액정패널(200)과 백라이트유닛(100)의 사이에 배치되며, 상기 3색광 공급부(130)에서 조사된 상기 3색광원을 상기 액정패널(200)의 액정하위픽셀(230) 및 상기 컬러필터(400)로 각각 유도한다. 이때, 상기 렌티큘러 렌즈 어레이(300)는, 다수의 렌티큘러 렌즈(310)가 포함된 렌티큘러렌즈군의 다수가 각 3색광 공급부(130)에 각각 대응하여 구획될 수 있도록 이격 배치된다.
여기서, 상기 3색광원은 다수의 그룹 단위로 구분되어 LED 후면판(120)에 배치되며, 렌티큘러 렌즈 어레이(300)도 상기 3색광원에 대응되도록 그룹 단위로 나누어 배치된다. 하나의 그룹(예: 그룹 A 또는 그룹 B; 도 3참조)에 포함된 3색광원에서 나오는 광은 그룹 A에 속한 다수의 렌티큘러 렌즈(310)에 의해서 상기 그룹A에 속하는 각각의 R, G, B 하위픽셀 및 R, G, B 컬러필터 속으로 입사하게 된다. 이때, 액정하위픽셀(230)은 렌티큘러 렌즈(310)에 의해서 3색 광원의 결상점에 위 치하기 때문에 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 광은 각각 적색, 녹색, 청색 영상을 표시하는 다수의 액정 하위픽셀 및 컬러필터 속으로 분산되어 결상된다. 이때, 일부 가장자리 방향으로 진행하는 광은 이웃한 그룹에 속한 렌티큘러 렌즈(310)를 통하여 이웃한 액정하위픽셀(230)과 컬러필터 속으로 입사할 수 있지만, 이러한 광들은 다른 색의 컬러필터 속으로 들어가서 흡수되어 제거되므로 화질에는 아무런 영향을 미치지 않는다. 또한, 일부 광이 렌티큘러 렌즈(310)의 수차 등의 요인에 의해서 다른 픽셀로 입사하게 될 경우에는 파장이 다르므로 컬러필터에 의해서 흡수되어 제거되므로 화질에 아무런 영향을 미치지 않는다.
한편, 상기 렌티큘러 렌즈 어레이 시트(350)가 편광시트A(210) 및 후면 유리기판과 일체형으로 설치되면, 3색 광원과 렌티큘러 렌즈 어레이(300)의 거리
Figure 112009053001912-PAT00002
와 렌티큘러 렌즈 어레이(300)와 액정 하위픽셀 사이의 거리
Figure 112009053001912-PAT00003
, 그리고 렌티큘러 렌즈(310)의 초점거리
Figure 112009053001912-PAT00004
사이에는 렌즈의 결상 공식인 다음의 관계식이 성립한다.
Figure 112009053001912-PAT00005
여기서, n은 렌티큘러 렌즈, 편광시트A, 그리고 후면 유리기판의 유효 굴절률을 나타낸다. 렌티큘러 렌즈에 의한 배율은 M= n*a/b 이 된다.
하나의 그룹(그룹 A)에 속한 3색광원이 해당 그룹 속의 다수의 렌티큘러 렌즈(310)를 조사하게 되면 광이 진행하는 경사각도의 차이에 따라서 이웃한 렌티큘러 렌즈 어레이(300) 그룹 사이에 이격을 형성한다. 그 예로, 그룹A의 중심에 위치 한 G 광은 해당 그룹의 가장자리의 렌티큘러 렌즈(310) 속으로 비스듬하게
Figure 112009053001912-PAT00006
의 각도로 입사하고, 렌티큘러 렌즈(310)에서의 굴절 이후에
Figure 112009053001912-PAT00007
의 각도로 비스듬하게 아래로 진행하여 해당 그룹A의 가장자리에 위치한 G 액정하위픽셀(230)과 G 컬러필터로 입사하게 된다. 또한, 그룹A와 이웃한 그룹B에서도 3색광원의 중심에 위치한 G광원에서 나오는 광 가운데 아랫방향으로 해당 그룹B의 가장자리에 위치한 렌티큘러 렌즈(310) 속으로
Figure 112009053001912-PAT00008
의 각도로 비스듬하게 입사하고 굴절되어 비스듬하게
Figure 112009053001912-PAT00009
의 각도로 위로 진행하여 그룹B의 가장자리 G 액정하위픽셀과 G 컬러필터 속으로 입사하게 된다.
Figure 112009053001912-PAT00010
과
Figure 112009053001912-PAT00011
의 관계는 스넬의 굴절법칙에 의해서
Figure 112009053001912-PAT00012
의 관계가 성립하며, 여기서
Figure 112009053001912-PAT00013
은 렌티큘러렌즈의 굴절률이다. 액정하위픽셀(230)의 간격이 등 간격으로 배치되어 있기 때문에 이웃한 그룹(그룹A와 그룹B)의 가장자리에서 서로 근접하고 있는 렌티큘러렌즈는 g =
Figure 112009053001912-PAT00014
만큼 서로 이격되어 있어야 한다. 여기서
Figure 112009053001912-PAT00015
은 렌티큘러렌즈 어레이 시트(350)가 포함된 후면유리기판(220)의 두께이다. 동일한 그룹 내에서, R, G, B 액정 하위 픽셀에서 중심에 위치한 액정하위픽셀(230)(예; G-액정하위픽셀)은 위치가 가장자리로 이동하면서 광의 굴절효과에 의해서 해당하는 렌티큘러 렌즈(310)의 중심위치보다 약간씩 위치가 차이가 나게 되는데, 이러한 위치 차이는
Figure 112009053001912-PAT00016
이 된다.
한편, 상기한 바와 같이, 하나의 그룹 내에 위치한 3색 광원에서 나오는 광이 다수의 렌티큘러 렌즈(310) 속으로 입사한 후에 해당 R, G, B 액정픽셀 및 R, G, B 컬러필터로 입사하게 되면, 서로 다른 그룹에 속하는 각각의 액정하위픽 셀(230)로 입사하는 광의 진행방향이 서로 달라서 시야각에 따라서 휘도와 색도의 차이가 발생할 수도 있다.
이와 같은 문제점들을 해결하기 위하여, 본 발명의 실시예는, 상기 컬러필터(400)와 상기 전면유리기판(250) 사이 또는 상기 전면유리기판(250)의 외부에 개재되어 입사된 광을 확산시키는 확산층(500)을 더 설치한다.
이하, 도 4 및 도 5를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 확산층을 살펴보기로 한다. 도 4는 도 3에 도시된 액정패널(200) 및 렌티큘러 렌즈 어레이(300)의 부분확대도이고, 도 5는 도 3에 도시된 확산층의 다른 실시예를 나타내는 단면도이다.
본 발명의 실시예는, 도 4에 나타난 바와 같이, 투명한 레진 속에 레진과 굴절률이 다른 투명한 비드(bead; 510) 또는 미세입자들을 다수 흩어 뿌려 놓은 투명한 레진(Resin)으로 형성된 입자분산 확산층(500)을 사용한다. 이러면, 본 발명의 실시예는 상기 확산층(500)에 의해서 R, G, B 액정하위픽셀(230)을 통과한 R, G, B 3색 광이 입사각에 관계없이 서로 나란하게 출사하면서 상하좌우로 확산되어 시청자에게 충분한 시야각을 부여할 수 있고, 또한 시야각에 따라서 색도차이나 휘도 변화를 최소화시킬 수 있다.
더불어, 본 발명의 실시예는, 도 5에 도시된 바와 같이, 내부에 다수의 도광그리드(520)가 규칙적으로 배열되어 상기 확산층(500)에서 확산된 광의 일부를 내부 전반사에 의하여 도광하는 도광그리드어레이를 더 포함하는 확산층(500)을 설치할 수 있으며, 이러한 도광그리드어레이를 포함하는 확산층(500)에 대하여 도 6a 내지 도 7을 참조하여 살펴보면 다음과 같다.
우선, 단순히 투명한 레진 속에 비드나 미세입자들을 흩어 뿌려 놓은 상기 입자분산 확산층(500)은 광의 진행방향을 서로 나란하게 하면서 확산하는 기능이 충분하지 않을 수 있다. 때문에, 이러한 문제점을 보완하여 광 확산기능을 강화하기 위하여 본 발명의 실시예는, 도 5에 나타난 바와 같이, 입자분산 확산층(500) 내부에 입자분산 확산층(500)을 구성하는 레진보다 굴절률이 더 높은 투명 재질로 만들어진 도광그리드(520) 구조를 설치할 수 있다. 즉, 비드 혹은 미세 입자가 분산된 입자분산 확산층(500) 속에 도광그리드(520) 구조가 결합되어 확산 도광그리드(520)를 형성한다.
도광그리드(520)의 구조는 도 6a에 나타난 바와 같이, 렌티큘러 렌즈(310)의 길이 방향과 나란한 투명한 1차원 형태의 요철 구조로 형성할 수 있으며, 또는 도 6b에 나타난 바와 같이 도광그리드(521)는 투명한 2차원 형태의 요철 사각 구조를 가질 수 있다. 하지만, 이는 바람직한 실시예로서, 상기 도광그리드(520,521)는 도 6a 및 도 6b에 도시한 사각 구조이외에 동일한 도광 기능을 가질 수 있는 원기둥 형태의 구조로도 할 수 있다. 한편, 상기 도광 그리드(520)는 액정표시장치의 폭 1 마이크론(μm)에서 100마이크론, 높이 1 마이크론에서 100마이크론, 피치 2 마이크론에서100 마이크론의 범위 내에서 설치될 수 있으며, 피치는 폭의 1.1배에서 3배 사이가 적당하다. 또한, 도광그리드(520)의 폭과 높이의 비율은 1:1에서 1:30 정도 이내에서 설치될 수 있다.
입자분산 확산층(500) 또는 확산 도광그리드(520)는 컬러필터와 전면유리기 판(250) 사이 또는 전면유리기판(250)의 외부에 설치되거나, 컬러필터와 전면유리기판(250) 사이와 전면유리기판(250)의 외부에 동시에 설치되어 광의 균일도와 시야각을 더 향상시킬 수 있다.
도 7은 확산 도광그리드의 광학적 원리를 나타내는 도면으로, 도면을 참조하면, 비스듬하게 입사하는 입사광은 먼저 비드 또는 입자가 분산된 확산층(500)에 의해서 확산되며, 확산된 광의 일부는 도광 그리드(520, 521) 속으로 들어가서 내부 전반사에 의해서 도광되어 액정표시장치의 정면을 향하여 상하 대칭으로 확산되며 출사하게 된다. 이때, 도광그리드(520, 521)의 굴절률(
Figure 112009053001912-PAT00017
)은 확산층(500)을 구성하는 레진의 굴절률(
Figure 112009053001912-PAT00018
)보다 커야 한다.
즉, 상기한 확산 도광그리드(520, 521)는, 입자분산 확산층(500)에 일단 빛이 입사하면, 먼저 입자분산 확산층(500)에 의해서 확산된 빛이 도광그리드(520,521)에 의해서 도광되면서 확산광이 액정표시장치의 정면을 향하는 방향성이 향상된다. 좀 더 상세하게 설명하자면, 입자분산 확산층(500)에서 확산된 빛이 일단 도광그리드(520,521) 속으로 들어가게 되면 빛의 입사방향과 관계없이 내부 전반사에 의해서 도광그리드(520,521)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 그룹의 중심부에 위치한 렌티큘러 렌즈(310) 및 액정하위픽셀(230)을 통과하는 광이나 그룹의 가장자리에 위치한 렌티큘러 렌즈(310) 및 액정하위픽셀(230)로 비스 듬하게 진행하는 광이 모두 확산도광그리드(520,521)에 의해서 정면을 중심으로 동일한 확산각도로 확산되어 시야각에 따른 색도의 변화나 휘도 변화가 최소화되어 우수한 컬러 화질이 달성될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치는, 편광변환을 이용하여 영상을 구현하는 장치이기 때문에 확산층(500)의 재질, 비드의 재질, 및 도광 그리드(520,521)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, 그리고 도광 그리드(520,521)는 광학적으로 등방성을 갖는 재질을 사용하여야 한다.
도 8은 도 3에 도시된 렌티큘러 렌즈 어레이를 나타내는 사시도이다. 도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 상기 렌티큘러 렌즈 어레이(300)는, 다수의 렌티큘러렌즈가 포함된 렌티큘러렌즈군 다수가 상기 각 3색광 공급부에 각각 대응하여 구획될 수 있도록 이격 배치되어 있다. 이때, 서로 인접하는 상기 렌티큘러렌즈군 사이의 이격거리(g)는 하기의 수학식 1로 결정될 수 있다.
수학식 1
g =
Figure 112009053001912-PAT00019
여기서, T1은 상기 후면 유리기판을 나타내고, φn은 상기 렌티큘러렌즈에 입사된 후 상기 렌티큘러렌즈에서 굴절된 광이 직 상방에 대하여 진행하는 각도를 나타낸다.
상기 렌티큘러 렌즈 어레이(300)는 투명한 광학재질의 기판 위에 형성될 수 있다. 상기 기판은 투명한 플라스틱 계열의 시트 혹은 투명한 유리 혹은 플라스틱 패널로 제작될 수 있다. 렌티큘러 렌즈 어레이(300)와 투명한 기판은 일체형으로 렌티큘러 렌즈 어레이 시트(350)가 되며, 이것은 편광시트A(210)에 부착되어 일체형으로 액정패널(200)의 후면 유리기판에 부착될 수 있다. 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. 또한, 렌티큘러 렌즈(310)의 형상은 반구형의 실린더(cylinder) 형태를 기본적으로 하며, 렌즈의 수차를 개선하고 성능을 향상시키기 위하여 원형 대신에 비구면을 사용할 수도 있다.
도 9는 본 발명에 따른 LED의 배치를 나타낸 평면도이다.
도면을 참조하면, LED 배치는, 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. 이때, 상하 방향으로의 LED 사이의 거리 W3은 사용되는 LED 칩의 광의 세기 및 광원후면판(120)과 액정패널(200)의 거리에 따라 달라지며, 수 ㎜에서 수십 ㎝ 의 범위 내에서 가능하다. 여기서, 본 발명의 실시예는, 동일 그룹 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.
또한, 상기 R, G, B LED(111, 112, 113) 사이의 수평거리 S는 렌티큘러 렌즈(310)의 배율에 따라서 결정된다. 렌티큘러 렌즈(310)의 배율을 M이라고 하고, 액정 하위픽셀(231, 232, 233) 사이의 거리를 g라고 할 때, S=M*g의 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 3에 도시된 렌티큘러 렌즈 어레이를 구비한 액정표시장치의 구조를 입체적으로 나타낸 도면이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치는, R, G, B LED(110)가 수평과 수직 방향으로 규칙적으로 광원후면판(120)의 전면에 배치되어 있다. 광원후면판(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. 렌티큘러 렌즈 어레이 시트(350)는 편광시트A(210)가 부착된 액정패널(200)에 부착되어 일체형으로 제작되는 것이 바람직하다.
도 11은 도 3에 도시된 액정패널(200)의 액정하위픽셀이 위치한 지점에서의 광분포를 나타내는 도면이다. 도면을 참조하면, 상기 R, G, B LED(110)를 광원으로 하고, 렌티큘러 렌즈 어레이(300)를 이용하여 실험한 결과는, 도 11에 나타난 바와 같이, 적색광, 녹색광, 청색광이 액정하위픽셀(230)의 R, G, B 컬러필터와 동일한 간격을 띄우고 상하 방향으로 선형 이미지를 형성하고 있어서 본 기술의 원리가 잘 구현되고 있음을 알 수 있다.
도 12는 도 9에 도시된 LED 배열방법의 다른 실시예를 나타내는 평면도로서, 도 12는 R, G, B LED의 광세기의 균형을 맞추어 백색광을 얻는 방법이 도시되어 있다. 이에 대하여 상세하게 살펴보면, R, G, B LED의 광세기의 균형을 맞추어 백색광을 얻는 방법은, 백색광을 만드는 것에 있어서, 녹색광은 적색과 청색에 비해서 더 많은 광량이 필요하므로 G-LED(112) 칩의 크기를 더 크게 하거나, 수를 늘리는 방법이 주로 사용된다. 다시 말하면, (a)에 나타난 바와 같이, 방열기능이 포함된 PCB(Printed Circuit Board) 또는 MCPCB(Metal Core PCB)와 같은 재질로 만들어진 LED 기판 위에 G-LED(112a) 의 크기를 크게 하거나, (b)에 나타난 바와 같이, 두 개로 나뉘어진 G-LED(112b)를 사용하여 필요한 광량을 제공할 수 있다.
이하, 도13을 참조하여 도 12에서 설명한 LED에서 나오는 광의 발산각을 조절하여 광효율을 개선하는 방법에 대해 설명한다. 도13은 본 발명에 따른 LED 패키지 구조를 나타낸 횡단면도 및 종단면도로서, RGB LED(110)의 전면에 평면이 타원형인 타원렌즈(140) 또는 평면이 원형인 원형렌즈를 구비함으로써 하나의 그룹 내의 LED(110)에서 나오는 광의 발산각을 조절하여 가능한 한 많은 광에너지가 해당 그룹 내의 렌티큘러 렌즈 어레이(300) 속으로 들어가도록 하여 광에너지 효율을 증대시킬 수 있는 LED 패키지 구조에 대한 예시도면이다.
LED(110)에서 나온 광이 도 13의 (a)에 도시된 것처럼 수평방향으로는 좁은 발산각을 가지고 발산되기 위하여 RGB LED(110) 칩 전면에 위치한 타원렌즈(140)의 곡률반경을 작게 하고, 수직방향으로는 도 13의 (b)에 도시된 것처럼 넓은 발산각을 갖기 위하여 곡률반경을 크게 할 필요가 있다.
이와 같이 수평방향과 수직방향이 서로 다른 곡률반경을 갖게 하면 평면상으 로는 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 곡률반경이 서로 다른 타원으로 처리됨으로써 수평 및 수직 발산각에 차이를 줄 수 있다.
이때, 액정표시장치의 크기에 따라서 몰딩용 수지(133)의 수평방향 폭(p)은 바람직하게 0.5 ~ 5㎜ 사이에서 정해질 수 있으며, 이러한 경우 몰딩용 수지(133)의 수직방향 폭(q)는 상기 수평방향 폭(p)보다 큰 값으로 하는 것이 좋으며, 바람직하게는 2 ~ 30㎜ 사이에서 정해지는 것이 바람직하다.
도 13의 (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(RH)과 수직방향의 곡률 반경(Rv), 그리고 RGB LED(110) 칩의 매몰깊이(z)의 비율에 따라 결정된다.
상기한 바에 따르면, 본 발명의 실시예는 도 13의 (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. 또한, 곡률반경은 발산각에 의해서 결정되는데, 수평방향의 곡률반경은 좁은 발산각을 주어야 하므로 RGB LED(110) 칩의 매몰깊이 대 곡률 반경(z/RH)의 비 = 1 ~ 3 정도의 범위에서 결정된다. 예를 들면, p= 2㎜, RH= 1㎜이면, z= 1 ~ 3㎜ 범위에서 결정된다. 그리고, 수직방향의 곡률반경(RV)은 넓은 발산각을 줄 수 있어야 하므로, z/RV= 0.1 ~ 1 정도의 범위에서 허용된다. 예로써, q= 6㎜, RV= 3㎜, z= 2mm 이면, z/RV= 0.67이 된다. 여기에서, 렌즈의 수평방향과 수직방향의 곡률반경이 동일하게 되면 타원렌즈는 원형렌즈가 된다. 다수의 중저휘도 LED를 근접하여 배치하게 되면 원형렌즈로도 충분한 광 균일도를 얻을 수 있다. 한편, 원형 렌즈를 구비하는 LED는 저가에 양산이 가능하다는 장점이 있다. 여기서, 미설명된 부호 134는 LED 칩마운트를 나타낸다.
한편, 상기 LED는 상기 원형렌즈 또는 상기 타원렌즈를 더 구비함에 있어, 투명한 레진과 같은 몰딩용 수지(133)에 의한 몰딩처리를 통하여 상기 원형렌즈 또는 상기 타원렌즈를 구비할 수 있다.
도 14a 및 도 14b는 본 발명에 따른 LED 패키지 구조의 다른 실시예를 나타내는 도면으로, 도 14a의 (a)는 본 발명에 따른 LED 패키지 구조를 나타낸 횡단면도이고, 도 14a의 (b)는 본 발명에 따른 LED 패키지 구조를 나타낸 종단면도이며, 도 14b는 상기 도 14a의 LED 패키지 구조를 나타내는 (a) 및 (b)의 사시도이다. 도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 상기 LED(110)는, 도 14a 및 도 14b의 (a)에 나타난 바와 같이, 전면에 원통형 광도파로(145)와 상기 원통형 광도파로(145)의 일단부에 결합된 평면이 원형인 원형렌즈(140)를 더 구비할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 LED(110)는, 도 14a 및 도 14b의 (b)에 나타난 바와 같이, 전면에 플레이트형 광도파로(147)와 상기 플레이트형 광도파로의 일단 부에 결합된 원통형 렌즈(cylindrical lens;146)를 더 구비할 수 있다. 이에 대하여 상세히 살펴보면 다음과 같다.
상기 LED는, 도 14a의 (a)에 나타난 바와 같이, 원통형 광도파로(145)와 상기 원통형 광도파로 일단부에 원형렌즈(140)를 설치하면 도 14b의 (a)에 나타난 바와같이, LED 칩(110)에서 나온 광이 광도파로 내부에서 전반사되면서 진행하여 광의 혼합이 일어나서 균일성이 좋아지고, 확산각도도 좋아지게 된다. 또한, 상기 LED는, 도 14a (b)와 도 14b의 (b)에 나타난 바와 같이, 플레이트형 광도파로(147)를 사용하고, 상기 플레이트형 광도파로(147)의 일단부에 원통형 렌즈(cylindrical lens; 146)를 설치하면, 광혼합 효과와 함께 좌우방향의 광 확산각과 상하방향의 광확산각을 조절하여 서로 다르게 함으로써 광의 효율성과 균일성을 높일 수 있다.
이하, 도15 내지 도20을 참조하여 본 발명의 실시예에 따라 광도파로를 포함하는 렌티큘러 렌즈를 구비한 액정표시장치를 설명하도록 한다. 도 15는 본 발명에 따른 광도파로의 구조를 나타내는 평면도이고, 도 16은 도 15의 광도파로에서 프리즘 광분기구조가 더 구비된 액정표시장치를 나타내는 단면도이다. 도 17은 도 15의 광도파로에서 역 프리즘 광분기구조가 더 구비된 액정표시장치를 나타내는 단면도이며, 도 18은 도 17에 도시된 역 프리즘 광분기 구조를 나타내는 사시도이다.
본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치는, LED(110)가 측면방출파입이고, LED(110)의 빛을 광원후면판(120) 위에 설치된 직선의 광도파로(Light guide; 150) 속으로 입사시켜 선광원으로 변환시킨다.
도 15는 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 나타낸 도면이다. 측면 방출 타입의 R-LED(111)에서 나온 광은 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 M는 렌티큘러 렌즈의 배율, g는 액정하위픽셀(230) 사이의 거리이다.
광도파로(150)의 폭 w는 렌티큘러 렌즈 어레이(300)에 의하여 결상되어 액정 하위픽셀의 폭(e)와 매칭되도록 크기가 정해진다. 렌티큘러 렌즈(310)가 광도파로(150)의 폭을 배율 M 배만큼 축소하므로 w=M*e 의 관계가 성립한다. 실제로는 LED 배치에 있어서 위치의 오차 허용도를 높이기 위하여 w=M*e보다 조금 더 커질 수 있다.
광도파로(150) 표면에는, 각각 R, G, B 광도파로(151, 152, 153) 내부에서 전반사에 의해서 진행하는 광을 렌티큘러 렌즈(300) 방향으로 90도 꺾여서 바깥으로 나오도록 하기 위하여 광분기구조가 설치된다.
광도파로 내부를 내부 전반사에 의하여 진행하는 광을 수직 방향으로 분기하는 광분기구조는, 도 16에 나타난 바와 같이, 광도파로 하면에 다수 설치되는 프리즘(910), 또는 도 17 및 도 18에 나타난 광도파로 상면에 다수 설치되는 역프리즘(920) 등을 포함하여 형성한다. 광도파로 하면에 설치되는 프리즘(910)의 측각, 또는 광도파로 상면에 설치되는 역프리즘(920)의 측각은 꺽인 광이 수직으로 올라 오도록 최적화되며 20도에서 80도 사이로 정해질 수 있다. 여기에서, 전반사에 의하여 광도파로(150)를 따라 진행하는 광은 도 16 또는 도 17에 나타난 광분기구조에 의하여 90도 방향이 꺾어져서 렌티큘러 렌즈 어레이(300) 방향으로 진행한다.
도 19는 도 15의 광도파로를 구비한 액정표시장치를 나타내는 사시도로서, 상기 광도파로 구조를 이용하여 R, G, B 선광원을 만들어 컬러필터 없는 액정표시 장치에 적용한 예를 나타낸다. 상기 광원후면판(120)에는 다수의 그룹으로 R, G, B 광도파로(150)가 설치된다. R, G, B 광도파로(150) 상단부 끝 혹은 하단부 끝에 측면 발광 R, G, B LED(110)가 설치되어 각각 R, G, B 광도파로(150) 속으로 광을 공급한다.
도 20은 도 15의 광도파로 배치방법의 다른 실시예를 나타내는 평면도로서, 도 15에 도시된 R, G, B LED(110)와 R, G, B 광도파로(150)가 설치된 그룹이 광원후면판(120) 위에 좌우상하 다수 배열된 구조를 나타내고 있다. 개개의 LED와 LED로부터 광이 입사하여 수직으로 균일하게 분기하는 광도파로(150)는 액정패널(200)이 필요로 하는 총 광량을 공급할 수 없을 경우에는, 도 20에 나타난 바와 같이 여러 그룹(160)으로 나눔으로써 액정패널(200)에 필요한 광량을 공급할 수 있다. 그룹(160)의 수는 사용되는 LED(110)의 밝기에 따라 달라지며, 가로 방향으로는 1개에서 50개, 세로 방향으로는 1개부터 30개 정도가 바람직하다.
도 21은 본 발명에 따른 백라이트 유닛의 배치를 나타내는 평면도이고, 도 22은 도 21에 도시된 CCFL 및 EEFL의 횡단면도 및 종단면도로서, 상세하게는 도 21은 백라이트유닛(100)에서 3색 광의 CCFL 또는 EEFL의 배치를 나타낸 평면도이고, 도 22 은 상기 CCFL 및 EEFL의 횡단면도 및 종단면도를 나타낸 도면이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치는, 3색광 공급부가 적색, 녹색, 청색의 CCFL 및 적색, 녹색, 청색의 EEFL 중 선택된 어느 하나이다.
도 21 및 도 22에는 광원으로 LED와 광도파로 대신에 R, G, B 삼색의 CCFL(170) 또는 EEFL(180)을 광원으로 대체하는 백라이트유닛(100)의 예가 도시되어 있다. CCFL(170) 또는 EEFL(180)을 광원으로 사용할 경우, 도19의 R, G, B 광도파로 위치에 3색광의 R, G, B CCFL 또는 EEFL을 설치함으로써 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. 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 어레이(300)에 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 원통형 상의 형광체(180d)가 위치하며, 형광체(180d)의 내부에는 방전기체(180c)가 주입되어 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 어레이(300)를 통과하여 액정패널(200)로 입사할 수 있도록 CCFL(170) 또는 EEFL(180) 뒷면에 금속코팅이나 산란체가 든 반사막 등으로 반사층(170e, 180e) 처리가 되어 있는 것이 바람직하다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치는, 액정 구동 회로와 영상 처리 장치에 별도의 고속 구동회로를 설치하지 않고도 그룹화된 렌티큘러렌즈 어레이를 사용함으로써, 컬러필터로 인한 광 에너지의 손실을 줄이고, LCD의 전력 소모량을 줄임과 동시에, LED의 수를 감소시킬 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 발명에 따른 렌티큘러 렌즈 어레이를 구비한 액정표시장치의 개념을 나타낸 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 액정패널 및 렌티큘러 렌즈 어레이의 부분확대도이다.
도 5는 도 3에 도시된 확산층의 다른 실시예를 나타내는 단면도이다.
도 6a 는 도 5에 도시된 도광그리드어레이의 사시도이다.
도 6b는 도 6a에 도시된 도광그리드어레이의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
도 7은 도 5에 도시된 도광그리드어레이의 광학적 원리를 나타내는 도면이다.
도 8은 도 3에 도시된 렌티큘러 렌즈 어레이를 나타내는 사시도이다.
도 9는 본 발명에 따른 LED의 배치를 나타낸 평면도이다.
도 10은 도 3에 도시된 렌티큘러 렌즈 어레이를 구비한 액정표시장치의 구조를 입체적으로 나타낸 도면이다.
도 11은 도 3에 도시된 액정패널의 액정하위픽셀이 위치한 지점에서의 광분포를 나타내는 도면이다.
도 12는 도 9에 도시된 LED 배열방법의 다른 실시예를 나타내는 평면도이다.
도 13은 본 발명에 따른 LED 패키지 구조를 나타내는 횡단면도 및 종단면도이다.
도 14a 및 도 14b는 본 발명에 따른 LED 패키지 구조의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 15는 본 발명에 따른 광도파로의 구조를 나타내는 평면도이다.
도 16은 도 15의 광도파로에서 프리즘 광분기구조가 더 구비된 액정표시장치를 나타내는 단면도이다.
도 17은 도 15의 광도파로에서 역 프리즘 광분기구조가 더 구비된 액정표시장치를 나타내는 단면도이다.
도 18은 도 17에 도시된 역 프리즘 광분기 고조를 나타내는 사시도이다.
도 19는 도 15의 광도파로를 구비한 액정표시장치를 나타내는 사시도이다.
도 20은 도 15의 광도파로 배치방법의 다른 실시예를 나타내는 평면도이다.
도 21은 본 발명에 따른 백라이트 유닛의 배치를 나타내는 평면도이다.
도 22는 도 21에 도시된 CCFL 및 EEFL의 횡단면도 및 종단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100... 백라이트유닛 120... 광원후면판
110... LED 130... 3색광 공급부
140,146... 렌즈 145,147,150... 광도파로
200... 액정패널 210, 260... 편광시트
220... 후면유리기판 230... 액정하위픽셀
250... 전면유리기판 300... 렌티큘러 렌즈 어레이
400... 컬러필터 500... 확산층
520... 도광그리드 910... 프리즘
920... 역프리즘

Claims (12)

  1. 전면 및 후면 유리기판과, 상기 전면 및 후면 유리기판 사이에 개재되고 적색, 녹색, 청색의 3색광원에 각각 대응하는 다수의 적색, 녹색, 청색의 액정하위픽셀과, 상기 액정하위픽셀과 상기 전면유리기판 사이에 개재되는 컬러필터를 포함하는 액정패널;
    상기 액정패널의 후면에 배치되는 것으로, 상기 3색광원을 공급하는 3색광 공급부 다수가 서로 구획되도록 이격 배치된 백라이트유닛; 및
    상기 백라이트유닛과 상기 액정패널의 사이에 위치하며, 상기 3색광 공급부에서 조사된 상기 3색광원을 상기 액정패널의 액정하위픽셀 및 상기 컬러필터로 각각 유도하는 렌티큘러 렌즈 어레이를 포함하는 액정표시장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 컬러필터와 상기 전면유리기판 사이 및/또는 상기 전면유리기판의 외부에 개재되어 입사된 광을 확산시키는 확산층을 더 포함하는 액정표시장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 3색광원은, 적색, 녹색, 청색의 LED인 액정표시장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 LED는 측면방출파입이고, 입사된 상기 LED의 빛을 내부 전반사에 의하여 유도하여 선광원으로 변환시키는 광도파로를 포함하는 액정표시장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 광도파로 내부에서 전반사에 의하여 유도되는 광을 수직방향으로 분기하기 위하여, 상기 광도파로 후면에 다수의 프리즘 광분기구조 또는 상기 광도파로 전면에 다수의 역프리즘 광분기구조를 구비하는 액정표시장치.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 LED는,
    전면에 평면이 원형인 원형렌즈 또는 평면이 타원형인 타원렌즈를 더 포함하는 액정표시장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 LED는, 상기 원형렌즈 또는 상기 타원렌즈와 몰딩처리된 액정표시장치.
  8. 청구항 3에 있어서,
    상기 LED는,
    전면에 원통형 광도파로와, 상기 원통형 광도파로의 일단부에 결합된 원형렌즈를 더 포함하는 액정표시장치.
  9. 청구항 3에 있어서,
    상기 LED는,
    전면에 플레이트형 광도파로와, 상기 플레이트형 광도파로의 일단부에 결합된 원통형 렌즈(cylindrical lens)를 더 포함하는 액정표시장치.
  10. 청구항 2에 있어서,
    상기 확산층은, 비드(Bead) 또는 입자가 산포된 투명한 레진(Resin)으로 형성된 액정표시장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 확산층은,
    내부에 다수의 도광그리드가 규칙적으로 배열되어 상기 확산층에서 확산된 광의 일부를 내부 전반사에 의하여 도광하는 도광그리드어레이를 더 포함하는 액정표시장치.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 렌티큘러 렌즈 어레이는,
    다수의 렌티큘러렌즈가 포함된 렌티큘러렌즈군 다수가 상기 각 3색광 공급부에 각각 대응하여 구획될 수 있도록 이격 배치되며,
    서로 인접하는 상기 렌티큘러렌즈군 사이의 이격거리(g)는 하기의 수학신 1로 결정되는 액정표시장치.
    수학식 1
    g =
    Figure 112009053001912-PAT00020
    , 여기서 T1은 상기 후면 유리기판의 두께를 나타내고, φn은 상기 렌티큘러렌즈에 입사된 후 상기 렌티큘러렌즈에서 굴절된 광이 직 상방에 대하여 진행하는 각도를 나타낸다.
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