KR20170033478A - 양면 표시장치 및 그를 위한 백라이트 유닛 - Google Patents

Abstract

본 발명은 양면 표시장치 및 그를 위한 백라이트 유닛에 관한 것으로서, 프리즘 패턴을 포함하는 다수의 도광패턴이 일면에만 배치되는 단일의 도광판을 이용하되, 도광패턴의 크기(D 또는 W)와, 도광패턴에 포함되는 프리즘 패턴의 물성(피치, 프리즘 각도, 패턴 깊이)을 최적화함으로써, 도광판이 양측으로 서로 다른 휘도 또는 출광각의 광을 출사할 수 있도록 하여 결과적으로 양면 표시장치의 양측의 휘도를 이원화할 수 있다.

Description

양면 표시장치 및 그를 위한 백라이트 유닛{Double-sided Display Device and Backlight Unit therefor}

본 발명은 양면 표시장치, 더 구체적으로는 양면으로 각각 다른 휘도로 영상을 출력하는 양면 표시장치 및 그를 위한 백라이트 유닛에 관한 것이다.

정보화 사회가 발전함에 따라 화상을 표시하기 위한 표시장치에 대한 요구가 다양한 형태로 증가하고 있으며, 근래에는 액정표시장치(LCD: Liquid Crystal Display), 플라즈마표시장치(PDP: Plasma Display Panel), 유기전계발광표시장치(OLED: Organic Light Emitting Diode Display Device)와 같은 여러 가지 표시장치가 활용되고 있다.

이러한 표시장치 중 액정 표시장치(LCD)는 화소영역 각각을 온(on)/오프(off) 제어하기 위한 스위칭 소자인 박막 트랜지스터를 포함하는 어레이 기판과, 컬러필터 및/또는 블랙매트릭스 등을 구비한 상부기판과, 그 사이에 형성되는 액정물질층을 포함하는 표시패널과, 박막 트랜지스터를 제어하기 위한 구동부와, 표시패널로 광을 제공하는 백라이트 유닛(Back Light Unit; BLU) 등을 포함하여 구성되며, 화소 영역에 구비된 화소(Pixel; PXL) 전극 및 공통 전압(Vcom) 전극 사이에 인가되는 전계에 따라 액정층의 배열 상태가 조절되고 그에 따라 광의 투과도가 조절되어 화상이 표시되는 장치이다.

이러한 액정 표시장치의 경우에는 외부에서 광을 제공하는 백라이트 장치가 있어야 하며, 이러한 백라이트 유닛은 광원과, 도광판, 반사판, 상부 시트 등의 서브 유닛들을 포함할 수 있으며, 표시장치의 측면 및 후면을 지지하기 위한 지지구조로서의 1 이상의 프레임(Frame) 또는 샤시(Chassis)를 포함할 수 있다.

일반적인 표시장치는 평면 형상의 표시장치의 한쪽면으로만 영상을 출력하며, 다른쪽 면에는 커버버텀 또는 백커버 등으로 지지되어 영상을 출력할 수 없다.

최근 상업적인 목적 등으로 특수한 기능의 디스플레이 수단들이 개발되고 있으며, 그 중 하나로서 표시장치의 양면으로 영상을 출력할 수 있는 양면 디스플레이가 있다.

예를 들면, 표시장치의 일면은 실외에, 다른 면은 실내에 배치되어 양쪽으로 동일한 영상 또는 서로 다른 영상을 표시함으로써, 실내외 모두에서 영상을 볼 수 있도록 하는 양면 디스플레이가 사용되고 있다.

이와 같이, 실내외에 모두에 영상을 출력하기 위한 양면 표시장치의 경우, 밝은 실외방향으로는 높은 휘도의 영상을 출력해야 하고, 실내방향으로는 상대적으로 낮은 휘도로 영상을 출력해도 되며, 따라서 양면 표시장치의 제1면과 제2면의 휘도를 이원화할 필요가 있다.

그러나, 현재까지는 이러한 양면 디스플레이는 각각 별도로 존재하는 일반적인 표시장치, 즉 한쪽면으로만 영상을 표시하는 표시장치 2개는 물리적으로 접합하여 사용하거나, 일반적인 도트 패턴(Dot Pattern) 등이 형성된 단일의 도광판을 이용하여 양측으로 광을 출력하는 양면 백라이트 유닛을 이용하는 단순한 형태의 양면 디스플레이만 개발되어 있다.

더욱이, 기존의 양면 표시장치의 경우 2개의 면으로 동일한 휘도의 영상을 출력하므로, 전술한 바와 같이 실내외에 걸쳐 사용되는 경우와 같이 휘도를 이원화하는 기술은 개발되지 않고 있다.

이러한 배경에서, 본 발명의 목적은, 2개의 면에서 다른 휘도를 가지는 양면 표시장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 단일의 도광판을 이용하여 표시장치의 양면으로 다른 휘도의 백라이트를 제공하는 백라이트 유닛과 그를 포함하는 양면 표시장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 프리즘 패턴을 포함하는 일정 면적의 도광 패턴이 일면에만 배치된 단일의 도광판을 이용함으로써, 상대적으로 작은 두께를 가지면서도 양면의 휘도 이원화가 가능한 양면 표시장치 및 그를 위한 백라이트 유닛을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은, 도광판의 일면에만 일정 크기의 도광 패턴을 다수 형성하되, 각 도광 패턴 내에는 일정한 수치범위를 가지는 피치, 프리즘 각도, 패턴 깊이로 형성된 프리즘 패턴이 포함되도록 함으로써, 양면으로 서로 다른 휘도 또는 출광각의 광을 출사할 수 있는 도광판 및 그를 포함하는 백라이트 유닛과 표시장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 프리즘 패턴을 포함하는 다수의 도광 패턴이 일면에만 배치되는 단일의 도광판을 포함하는 백라이트 유닛을 이용하되, 서로 다른 투과도를 가지는 2개의 표시패널을 양면에 배치함으로써, 양면의 휘도 이원화가 가능한 양면 표시장치 및 그를 위한 백라이트 유닛을 제공하는 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는, 광원부와, 프리즘 패턴부를 포함하는 일정한 면적의 도광 패턴이 일면에만 다수개 배치되는 단일의 도광판과, 상기 도광판의 일면 및 타면에 각각 배치되는 제1광학시트 및 제2광학시트를 포함하는 백라이트 유닛과; 상기 백라이트 유닛의 전면 및 배면에 각각 배치되는 제1표시패널 및 제2표시패널;을 포함하는 양면 표시장치를 제공한다.

본 발명의 다른 실시예는 광원부와, 프리즘 패턴부를 포함하는 일정한 면적의 도광 패턴이 일면에만 다수개 배치되는 단일의 도광판과, 상기 도광판의 일면 및 타면에 각각 배치되는 제1광학시트 및 제2광학시트를 포함하는 양면 표시장치용 백라이트 유닛을 제공한다.

아래에서 설명할 본 발명의 실시예에 의하면, 프리즘 패턴을 포함하는 다수의 도광패턴이 일면에만 배치되는 단일의 도광판을 이용함으로써, 양면 표시장치의 두께를 감소시켜 표시장치의 슬림화가 가능하며, 표시장치의 양면에서 다른 휘도의 영상 출력이 가능한 효과가 있다.

또한, 도광판의 일면에만 일정 크기의 도광패턴을 다수 형성하되, 각 도광 패턴 내에는 일정한 수치범위를 가지는 피치, 프리즘 각도, 패턴 깊이로 형성된 프리즘 패턴이 포함되도록 함으로써, 도광판이 양측으로 서로 다른 휘도 또는 출광각의 광을 출사할 수 있도록 함으로써, 결과적으로 양면 표시장치의 양측의 휘도를 이원화할 수 있는 효과가 있다.

또한, 프리즘 패턴을 포함하는 다수의 도광패턴이 일면에만 배치되는 단일의 도광판을 포함하는 백라이트 유닛을 사용하되, 도광판의 양면 상에 각각 상이한 광학특성을 가지는 광학시트를 배치함으로써, 용도에 따라 양면 표시장치의 양면 휘도 차이를 최적화할 수 있다는 효과가 있다.

또한, 프리즘 패턴을 포함하는 다수의 도광패턴이 일면에만 배치되는 단일의 도광판을 포함하는 백라이트 유닛을 사용하면서, 양면 표시장치의 양측에 배치되는 2개의 표시패널의 해상도 또는 투과도를 다르게 함으로써, 용도에 따라 양면 표시장치의 양면 휘도 차이를 최적화할 수 있다는 효과가 있다.

도 1은 종래기술에 의한 양면 표시장치의 일 예를 도시한다.
도 2는 일반적인 도트형 도광 패턴이 형성된 도광판 1개를 사용하는 양면 표시장치의 일예와, 도광판에서의 광 출사 경로 등의 일 예를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 양면 표시장치의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 도광판의 평면도 및 확대 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 도광판의 양면에서의 광 출사 경로와, 그에 따른 양면으로의 출광각 및 휘도 차이를 도시한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 도광패턴의 형상과, 도광패턴의 분포를 도시한다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 의한 도광패턴에 포함된 프리즘 패턴의 확대 단면도로서, 프리즘 각도(α,β), 패턴 전사 깊이(d), 프리즘 높이(d), 프리즘 피치(p)를 정의하기 위한 도면이다.
도 8은 도광 패턴의 크기(D 또는 W)에 따른 도광판 전면(고휘도 면)에서의 광프로파일 및 휘도의 실험결과를 도시한다.
도 9는 도광 패턴에 포함된 프리즘 패턴의 전사 깊이(d) 에 따른 도광판 전면(고휘도 면)에서의 광프로파일 및 휘도의 실험결과를 도시한다.
도 10은 도광 패턴에 포함된 프리즘 패턴의 프리즘 각도(α,β) 에 따른 도광판 전면(고휘도 면)에서의 광프로파일 및 휘도의 실험결과를 도시한다.
도 11은 본 발명의 실시예에 의한 도광판의 양면 상에 배치되는에 제1광학시트 및 제2광학시트의 일 예를 도시한다.
도 12는 광원의 개수 및 배치에 따라 도광 패턴에 포함된 프리즘 패턴의 배치 및 형상을 최적화하는 실시예를 도시한다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 의한 양면 표시장치의 단면도로서, 표시장치의 양면에 서로 상이한 투과특성을 가지는 표시패널을 배치하는 경우이다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 다른 구성 요소가 "개재"되거나, 각 구성 요소가 다른 구성 요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

도 1은 종래기술에 의한 양면 표시장치의 일 예를 도시한다.

도 1에 의한 양면 표시장치는 양면 모두에서 영상을 출력하기 위한 양면 표시장치의 가장 기본적인 형태로서, 일반적인 일면 표시장치 2개를 접합하여 양면 표시장치로 사용하는 경우이다.

도 1에 의한 양면 표시장치는 양면 테이프 등과 같은 접합부재(160)를 통하여 접합된 제1표시장치(100) 및 제2표시장치(100')를 포함하여 구성된다.

제1표시장치(100) 및 제2표시장치(100')는 각각 단독으로 동작하는 일반적인 하나의 독립적인 표시장치로서, 액정 표시패널 등의 표시패널(140, 140')과 그 하부에 배치되어 표시패널에 광을 조사하는 백라이트 유닛(120, 120')을 포함하며, 백라이트 유닛(120)을 지지하고 표시장치의 후면 전체에 걸쳐 연장되는 금속 또는 플라스틱 재질의 커버 버텀(Cover Bottom; 110, 110')을 포함한다.

또한, 제1표시장치(100) 및 제2표시장치(100')는 각각 커버 버텀과 고정되어 백라이트 유닛(120, 120')과 표시패널(140, 140')을 연결하는 구조인 플라스틱 재질의 가이드 패널(Guide Panel; 130)이 추가로 구비될 수 있으며, 가이드 패널(130, 130')의 상면 일부에는 양면 테이프가 부착되고 그 상부에 표시패널(140, 140')이 배치됨으로써 표시패널이 고정 장착될 수 있다.

또한, 제1표시장치(100) 및 제2표시장치(100')는 각각 최외곽에 배치된 커버 버텀 및 가이드 패널의 측면부를 덮고 표시패널의 전면 일부까지 절곡 연장되어 표시패널의 전면 가장자리를 보호하는 케이스 탑(Case Top; 150, 150')이 추가로 포함될 수 있다.

이러한 케이스 탑(150, 150')은 표시장치의 측면 부분을 둘러싸서 표시패널(140, 140')의 전방부 일부 영역까지 확장됨으로써 표시패널을 보호함과 동시에 커버 버텀 후방에 배치되는 표시장치 구동을 위한 인쇄회로기판(PCB)인 시스템 보드부를 표시패널과 연결하기 위한 연결 회로인 칩-온-필름(Chip-On-Film; COF) 회로부를 보호하는 기능 등을 수행한다.

표시패널(140, 140')은 액정 표시패널인 경우에는 다시 다수의 게이트 라인과 데이터 라인 및 그 교차 영역에 정의되는 픽셀(Pixel)과, 각 픽셀에서의 광투과도를 조절하기 위한 스위칭 소자인 박막 트랜지스터를 포함하는 어레이 기판과, 컬러필터 및/또는 블랙매트릭스 등을 구비한 상부기판과, 그 사이에 형성되는 액정물질층을 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 제1표시장치(100) 및 제2표시장치(100')는 각각 표시패널(140, 140')에 광을 제공하기 위한 백라이트 유닛(120, 120')을 포함하며, 백라이트 유닛은 광원의 배치 및 광의 전달 형태에 따라서 엣지형(Edge-Type) 또는 직하형(Direct-Type) 등으로 구분될 수 있다.

도 1에 도시된 백라이트 유닛은 엣지형 백라이트 유닛으로서, LED 등의 광원(128)과 광원을 고정하기 위한 홀더 및 광원 구동 회로 등을 포함하는 광원 모듈(127)과, 광을 패널 영역 전체로 확산시키기 위한 도광판(124; Light Guide Plate)과, 빛을 표시패널 방향으로 반사하기 위한 반사판(122)과, 도광판 상부에 배치되어 휘도 향상, 광의 확산 및 보호 등의 용도로 배치되는 1 이상의 광학필름 또는 시트(126) 등과 같은 서브 유닛들을 포함할 수 있다.

이러한 제1표시장치(100) 및 제2표시장치(100')는 표시패널과 표시패널을 구동하기 위한 구동부를 포함하는 액정 모듈(Liquid Crystal Module; LCM)과 같은 협의의 표시장치는 물론, 그러한 LCM을 포함하는 완제품인 텔레비전, 컴퓨터 모니터, 스마트폰 또는 전자패드와 같은 모바일 전자장치 등과 같은 세트 전자 장치 또는 세트 장치까지도 포함하는 개념이다.

즉, 본 명세서에서의 표시장치는 LCM과 같은 협의의 디스플레이 장치는 물론, 그를 포함하는 응용제품인 세트 장치까지 포함하는 의미로 사용한다.

이상과 같이, 도 1과 같은 양면 표시장치는 제1표시장치(100)의 커버버텀(110')의 외면과 제2표시장치(100')의 커버버텀(110') 외면 사이를 접착테이프 등과 같은 접합부재(160)을 이용하여 결합하는 형태로서, 커버버텀이 이중으로 배치되므로 비용상의 단점이 발생할 뿐 아니라, 양면 표시장치의 두께 역시 25mm 이상으로 두꺼워지는 문제가 있다.

또한, 도 1과 같은 양면 표시장치에서는 동일한 구조의 제1표시장치(100) 및 제2표시장치(100')를 대칭적으로 배치하여 사용하기 때문에, 양면 표시장치의 양면으로 출력되는 영상의 휘도가 동일하다.

따라서, 실내외 모두로 영상을 출력하기 위한 용도로 사용되는 경우 밝은 실외로 향하는 표시장치의 영상은 잘 인식되지 않는 문제가 있었다.

도 2는 일반적인 도트 패턴이 형성된 도광판 1개를 사용하는 양면 표시장치의 일예와, 도광판에서의 광 출사 경로 등의 일 예를 도시한다.

도 2에 의한 양면 표시장치는 ㄷ자 형태의 가이드 패널(230) 또는 서포트 메인(Support Main)내에 배치되는 하나의 광원부와 하나의 도광판(224)을 포함하는 백라이트 유닛(220)을 배치하고, 그 백라이트 유닛의 양측에 각각 제1표시패널(240) 및 제2표시패널(240')를 배치하여 구성된다.

하나의 광원부는 LED 등의 광원(228)과 광원을 고정하기 위한 홀더 및 광원 구동 회로 등을 포함하는 광원 모듈(227)을 포함할 수 있다.

또한, 도 2에 의한 양면 표시장치에 사용되는 도광판은 광원(226)으로의 빛을 표시패널 전체로 확산함과 동시에 양면 모두로 광을 출사한다.

즉, 도 2에 의한 양면 표시장치의 백라이트 유닛(220)은 반사판 없이 하나의 도광판(224)을 사용하며, 광원(228)으로부터의 광은 도광판(224) 내에서 전반사되어 표시패널 전체로 확산되면서 제1표시패널(240)쪽은 물론 제2표시패널(240')쪽으로도 광을 출사시킨다.

한편, 도 2에 의한 양면 표시장치에서는 양면에서의 휘도 이원화를 구현하기 위하여, 도광판(224)의 일면에만 일반적인 도광 패턴(226)을 형성할 수 있고, 제1표시패널(240) 및 제2표시패널(240')의 외면에 각각 다른 특성의 광학필름(242, 242')을 배치하거나, 제1표시패널(240) 및 제2표시패널(240')의 외면 중 한 곳에만 광학필름을 배치할 수 있다. 이 때, 제1표시패널(240) 및 제2표시패널(240') 중 하나 이상의 외면에 배치되는 광학필름으로는 이중 휘도 향상 필름(Double Brightness Enhancement Film)과 같은 반사편광 시트일 수 있다.

즉, 도 2의 양면 표시장치에서는 도광판의 일면에 형성된 도광패턴(226)에 의하여 양측으로 출사되는 광의 출광각 또는 출광각의 강도를 다르게 하고, 제1표시패널(240) 및 제2표시패널(240')의 양면 중 하나 이상에 광학필름을 배치하여 양측으로 표시되는 영상의 휘도를 다르게 하고자 한 것이다.

그러나, 실제 실험결과 도 2와 같은 휘도 이원화를 위한 구조를 채택하더라도 양면 표시장치의 양면 휘도에는 의미있는 정도의 차이가 발생되지 않았다.

일반적으로 광원으로부터 전달된 광 중 대부분은 도광판 내부에서 전반사되어 도광판 전체로 확산되는데, 도광판의 양측 경계부로의 입사각이 약42도 이하가 되는 경우에 한하여 외부로 출광된다.

이 때, 도 2와 같이 도광판의 일면에 형성하는 도광패턴(226)은 광원으로부터 전달되어 도광판 내부에서 전반사되는 광 중 일부를 산란 또는 굴절시켜 전반사되지 않고 도광판 외부로 출사시키는 기능을 한다.

즉, 도 2의 (b)와 같이, 광원으로부터의 광(L) 중 도광패턴(226)에서 굴절된 제1굴절광(L1)이 42도 이하의 입사각 θ로 도광판의 경계면으로 입사되고, 결과적으로 출광각 θ'로 도광판 외부로 출사되어 백라이트광으로 사용되는 것이다.

본 명세서에서 도광판 표면을 벗어나는 출사광의 출광각은 도광판의 법선방향과 출사광이 이루는 각도로 정의한다.

이와 같이, 도광판의 일면에 형성되는 도광패턴은 통상 도광판의 일면을 기준으로 일정한 크기로 돌출 또는 음각되어 형성되는 도트 패턴일 수 있으며, 도트 패턴은 외부 프로파일은 평면 또는 연속적인 곡면 형상을 가진다.

도 2의 (c)에 도시한 바와 같이, 일반적인 도트 패턴(226)이 형성된 경우, 도광판의 전면(S1) 및 후면(S2)으로 방출되는 출사광은 각각 θ1', θ2'가 되며, 실험결과 θ1', θ2'는 거의 동일하게 약 70~88도인 것으로 측정되었다.

한편, 도광판 양면의 휘도는 도광판의 양면으로 출사되는 출사광의 출광각와 관련이 되며, 출사광이 도광판과 수직으로 향할수록 휘도는 증가한다. (즉, 출광각이 0에 가까울수록 휘도는 증가)

따라서, 도 2와 같이 일반적인 도트 패턴 형태의 도광패턴(226)을 사용하는 경우에는 도광판의 전면(S1) 및 후면(S2)으로의 출사광이 거의 동일한 출광각을 가지며, 결과적으로 도2와 같은 형태의 도광패턴을 가지는 도광판 만으로는 양면 휘도 이원화가 거의 불가능하게 된다.

실제 테스트를 위하여, 도 2와 같이 도광판의 일면에만 일반적인 도광패턴을 형성하고, 전면인 제1표시패널(240)측과 배면인 제2표시패널(240')측 모두에 이중 휘도향상 필름(DBEF)을 배치한 제1구조와, 도광판의 일면에만 도광패턴을 형성하고, 전면인 제1표시패널(240)측에는 이중 휘도향상 필름(DBEF)을 배치하되 배면인 제2표시패널(240')측에는 광학필름을 배치하지 않은 제2구조를 대상으로 실험하였다.

이 결과, 아래 표 1에서와 같이 상기 2가지 구조 모두에서 전면(제1표시패널)과 배면(제2표시패널)에서의 휘도 차이가 불과 2% 정도밖에 나지 않았다.

단일 도광판 구조의 양면 표시장치에서의 양면 휘도 측정 결과

	전면 휘도(%)	후면 휘도(%)	휘도차이
제1구조(전면, 후면에 DBEF 배치)	52.9%	50.4%	2.5%
제2구조(전면에만 DBEF 배치)	45.5%	44.1%	1.4%

상기 실험에서 동일한 도광판과 광원을 포함하는 일반적인 표시장치, 즉, 일면으로만 영상을 표시하는 표시장치의 휘도를 100%로 하였을 때의 데이터이다.

위 표에서와 같이, 도 2와 같이 단일의 광원부와 일반적인 도광패턴이 형성된 도광판을 이용한 양면 표시장치의 경우 양면으로의 휘도 차이가 크지 않아서 실내외 등과 같은 큰 휘도 차이가 필요한 환경에 사용되기에는 무리가 있을 뿐 아니라, 일면으로만 영상을 출력하는 일반적인 표시장치의 휘도에 비하여 양면 표시장치의 각 면으로 출력되는 영상이 거의 절반 정도의 휘도만 나타내어 실외 등에서와 같은 고휘도 영상 출력이 불가능한 문제가 있었다.

따라서, 본 발명의 실시예에 의한 양면 표시장치는 이러한 문제를 극복하기 위하여, 특정한 피치, 깊이, 각도 등을 가지는 프리즘 패턴을 포함하는 다수의 도광패턴이 일면에만 배치되는 단일의 도광판을 포함하는 백라이트 유닛을 이용하여, 휘도를 저하시키지 않으면서도 양측으로 출력되는 영상의 휘도를 필요한 만큼 다르게 할 수 있도록 한다.

이하에서는 도 3 내지 도 13을 참고로 본 발명의 실시예에 의한 양면 표시장치의 세부 구성에 대하여 설명한다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 양면 표시장치의 단면도이다.

본 발명의 실시예에 의한 양면 표시장치는 광원부(320)와, 프리즘 패턴부를 포함하는 일정한 면적의 도광 패턴(332)이 일면에만 다수개 배치되는 단일의 도광판(330)과, 도광판(330)의 일면 및 타면에 각각 배치되는 제1광학시트(340) 및 제2광학시트(340')를 포함하는 백라이트 유닛을 포함하며, 백라이트 유닛의 전면 및 배면에 각각 배치되는 제1표시패널(350) 및 제2표시패널(350')을 추가로 포함한다.

도 3과 같은 본 실시예에 의한 양면 표시장치에서는 광원부(320)의 광원(324)로부터의 광이 도광패턴(322)에 포함된 프리즘 패턴에서 굴절되어 도광판(330)의 양측으로 상이한 출광각을 가지면서 출사됨으로써, 표시장치의 양면에서 상이한 휘도의 영상을 표시할 수 있게 된다.

본 명세서에서 양면 표시장치의 전면(Front)에 고휘도가 필요하고, 배면(Back)에는 상대적으로 저휘도가 필요한 것으로 가정하고, 전면측에 배치된 구성요소들을 제1요소로, 배면측에 배치되는 구성요소들을 제2요소로 가정한다.

한편, 도 4 및 도 6에 배치된 바와 같이, 도광판(330)의 일면에 다수개 형성되는 도광패턴(332)은 원형 또는 사각형 형상을 가지는 일정 면적을 가지는 패턴으로서, 도광패턴(332)의 내부에는 다수의 프리즘 패턴으로 구성된 프리즘 패턴부(334)를 포함한다.

즉, 일정 면적을 가지는 도광패턴(332) 내부에는 도광판 일면의 표면으로부터 음각 또는 양각 형태로 형성되되 도광패턴의 폭을 가로질러 연장되는 다수의 프리즘 패턴이 포함되어, 이러한 다수의 프리즘 패턴이 프리즘 패턴부(334)를 구성한다.

이 때, 프리즘 패턴의 연장 방향은 광원부로부터의 광출사 방향과 실질적으로 수직한 것이 바람직하지만, 그에 한정되는 것은 아니며, 광출사 방향의 법선 방향과 약간의 각도를 가지면서 연장될 수도 있다.

이러한 도광패턴(332)에 포함되는 프리즘 패턴은 도광판에서 전반사되는 광 중 일부를 도광판의 전면방향(즉 도광패턴이 형성된 일면과 대향한 타면 방향)으로 반사되는 광의 방향을 도광판의 법선방향에 가깝도록 굴절시켜, 결과적으로 도광판의 전면측에서 출사되는 광의 출광각을 작게 하여 전면에서의 광휘도를 증가시킨다.

즉, 도광패턴(332)에 포함되는 프리즘 패턴에 의하여 도광판 양측으로 출사되는 광의 출광각이 상이하게 되며, 결과적으로 도광판 양면에서의 출사광의 휘도를 다르게 구현하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위하여, 도광패턴(332)의 형상, 크기, 배치(분포) 뿐 아니라, 도광패턴에 포함되는 프리즘 패턴의 프리즘 각도(α,β), 프리즘 피치(p), 프리즘의 전사 깊이(d) 등이 최적화되어야 할 필요가 있다.

우선, 도광패턴(332)의 물성에 대하여 설명하면, 도광 패턴(332)은 일정한 면적을 가지는 원형 또는 사각형 형상의 도트 패턴으로서, 내부에 프리즘 패턴을 가지면서, 도광판의 일면에만 반복적으로 다수개 분포된다.

즉, 도 4의 (a)와 같이, 도광패턴(332)는 원형 형상을 가질 수 있으며, 원형 도광패턴의 직경(D)은 약150 내지 500μm인 것이 바람직하다.

또한, 도 6의 (a)와 같이, 도광패턴(332)는 원형 형상을 가질 수 있으며, 사각형 도광패턴의 한변의 길이(W)는 120 내지 150μm인 것이 바람직하다.

이러한 도광패턴(332)는 도광판의 일면 전체에 걸쳐 일정한 분포밀도로 고르게 배치될 수 있으나, 그에 한정되는 것은 아니며, 도 6의 (b)에 도시한 바와 같이, 광원측에 비하여 비광원측으로 갈수록 더 조밀하게 분포할 수 있다.

통상적으로 도광판에서 전파되는 광은 비입광부측으로 갈수록 약해지므로, 도광판 전면으로 향하는 광의 비율을 더 높이기 위하여 비입광부측의 도광패턴의 밀도를 더 높게하는 것이다.

또한, 도광패턴(322)에 포함되는 프리즘 패턴은 본 발명의 목적의 달성하기 위하여 일정한 물성을 가져야 하며, 구체적으로는 각 프리즘 패턴의 각도(α,β), 패턴 사이의 간격인 프리즘 피치(p), 도광판 표면과 프리즘의 상하 피크(Peak)까지의 거리인 전사 깊이(d), 프리즘 산과 골 사이 거리인 프리즘 높이(h) 등이 될 수 있다.

이러한 프리즘 패턴의 물성 각각은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 일정한 수치 범위를 가져야 한다.

구체적으로, 각 프리즘 패턴의 산 또는 골이 이루는 각도인 프리즘 각도(α,β)는 다시 광원부측의 광원측 프리즘 분각도(α)와 광원대향측의 대향측 프리즘 분각도(β)의 합으로 정의될 수 있으며, 그 프리즘 각도(α+β)는 45~70도인 것이 바람직하다.

또한, 광원이 표시장치의 일측에만 배치되는 경우에는, 광원측 프리즘 분각도(α)는 대향측 프리즘 분각도(β)보다 작아야 하며, 이 때 광원측 프리즘 분각도(α)는 0~25도 범위가 되어야 한다.

또한, 상기 도광패턴 내부에 배치되는 프리즘 패턴의 프리즘 피치(p)는 30 내지 40μm 범위라야 하며, 도광판의 상기 도광패턴이 배치된 일면의 표면과 상기 프리즘 패턴의 피크사이의 간격으로 정의되는 패턴 깊이(d)는 10μm 이하인 것이 바람직하다.

이러한 도광패턴(322)의 면적 또는 크기와, 프리즘 패턴의 물성의 범위에 대한 효과 및 임계적 의의에 대해서는, 실제 실험 데이터를 기초로 한 도 8 내지 10를 참고로 아래에서 더 상세하게 설명한다.

또한, 본 실시예에 의한 도광판(330)은 도광패턴이 배치된 일면에 대향하는 타면은 플랫하거나, 타면 전체에 복수의 렌티큘러 패턴, 상기 프리즘 패턴과 상이한 타면 프리즘 패턴, 엠보 패턴이 배치될 수 있다.

이와 같이 도광패턴이 배치된 일면에 대향하는 타면에 여러 다른 패턴을 형성함으로써, 도광판의 전면으로 출사되는 광의 휘도나 확산 정도를 더 조절할 수 있는 효과가 있다.

도 3의 실시예에 의하면, 백라이트 유닛은 프리즘 패턴이 형성된 도광패턴(332)를 포함하는 도광판(330)의 양면상에 각각 배치되되 서로 상이한 광학특성을 가지는 제1광학시트(340) 및 제2광학시트(340')를 추가로 포함할 수 있다.

이 때, 제1광학시트(340) 및 제2광학시트(340')는 도광판(330)에 의하여 양측으로 이원화되어 출사되는 광의 휘도를 선택적으로 더 변화시켜서 양면 표시장치의 원하는 휘도 차이를 구현하기 위하여 사용되며, 제1광학시트의 투과율이 제2광학시트의 투과율보다 작은 것이 바람직하다.

이러한 제1광학시트(340) 및 제2광학시트(340')이 세부 구성에 대해서는 도 11을 참고로 아래에서 더 상세하게 설명한다

본 실시예에 의한 백라이트 유닛에 포함되는 광원부(320)는 LED 등과 같은 개별 광원(또는 광원소자 또는 광원칩; 324)과, 그 개별 광원을 지지하는 광원홀더 또는 광원모듈(322)로 구성될 수 있다. 또한 개별 광원의 구동을 위한 LED 구동 회로가 포함될 수 있으며 이 경우에는 광원모듈은 광원 PCB 등과 같은 다른 용어로 표현될 수 있다.

광원부(320)에 포함되는 개별 광원(324)은 발광 다이오드(LED) 또는 발광 다이오드 스트립 등이 사용될 수 있으나 그에 한정되는 것은 아니며, 표시패널에 필요한 광을 제공할 수 있는 한 모든 형태의 광원이 사용될 수 있을 것이다.

또한, 광원부는 백라이트 유닛의 일측에만 존재할 수도 있으나, 도 3 및 도 12의 (b), (c)에 도시한 바와 같이, 백라이트 유닛의 양측에 배치되는 제1광원과 제2광원을 포함할 수도 있을 것이다.

프리즘 패턴부를 포함하는 도광패턴이 일면에 형성된 도광판(330)은 일반적으로 플라스틱 시트로부터 다이 커팅되거나, 압출되거나, 사출 성형된 직사각형의 투명한 플라스틱(clear plastic) 시트로 형성될 수 있으며, 발광 다이오드 어레이 등과 같은 광원으로부터의 광은 도광판의 가장자리로 출사되어 도광판 내부에서 전반사되면서 표시패널의 배면을 가로질러 확산되며, 도광판의 평탄한 상면을 통해 출사되는 광이 표시패널의 백라이트로서 기능한다.

도광판(330)을 구성하는 재료로는, 폴리메틸메타크릴레이트(polymethyl methacrylate:PMMA), MS(methlystylene)수지, 폴리스티렌(polystyrene:PS), 폴리프로필렌(Polypropylene:PP), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate:PET) 및 폴리카보네이트(polycarbonate:PC) 중 선택된 1종 이상의 광투광성 재료일 수 있으나 그에 한정되는 것은 아니다.

또한, 도 3에 도시된 실시예에 의한 양면 표시장치는 백라이트 유닛의 전면 및 배면, 즉 도광판(330)의 양면 상에 각각 배치되는 제1표시패널(350) 및 제2표시패널(350')을 더 포함한다.

이러한 제1표시패널(350) 및 제2표시패널(350') 각각은 액정 표시패널인 경우에는 다시 다수의 게이트 라인과 데이터 라인 및 그 교차 영역에 정의되는 픽셀(Pixel)과, 각 픽셀에서의 광투과도를 조절하기 위한 스위칭 소자인 박막 트랜지스터를 포함하는 어레이 기판과, 컬러필터 및/또는 블랙매트릭스 등을 구비한 상부기판과, 그 사이에 형성되는 액정물질층을 포함하여 구성될 수 있다.

한편, 본 발명이 적용될 수 있는 표시패널은 이러한 액정표시패널에 한정되는 것은 아니며, 백라이트 유닛이 필요한 다른 형태의 표시장치까지 포함할 수 있을 것이다.

본 실시예에 의한 제1표시패널(350) 및 제2표시패널(350')은 동일한 구성의 표시패널일 수도 있지만, 서로 상이한 해상도 또는 투과율을 가질 수도 있다.

즉, 본 실시예에 의한 양면 표시장치에 사용되는 제1표시패널(350) 및 제2표시패널(350')은 서로 상이한 해상도 또는 투과율을 가짐으로써, 양면 표시장치의 양면에서 출력되는 영상의 휘도를 서로 상이하도록 하는데 일정 부분 기여할 수 있으며, 이에 대해서는 도 10을 참고로 아래에서 더 상세하게 설명한다.

또한, 도 3에 도시된 실시예에 의한 양면 표시장치는 제1광원부(320)와 제2광원부(320') 및 제1표시패널(350)과 제2표시패널(350')을 지지하기 위한 단일의 지지부(310)을 포함할 수 있다.

도 3과 같이, 단일의 지지부(310)는 ㄷ자 형상의 단면을 가지는 프레임 형상의 구조물로서, 내면에는 제1광원부(320) 및 제2광원부(320')가 고정 결합되고, 지지부의 양측에는 제1표시패널(350)과 제2표시패널(350')가 안착될 수 있다.

이러한 지지부(310)는 플라스틱 또는 금속재질로 형성될 수 있으며, 기존의 표시장치에 사용되던 광하우징(Light Housing), 가이드패널(Guide Panel) 또는 커버버텀(Cover Bottom) 등의 기능을 하는 것으로서, 가이드패널(Guide Panel), 커버버텀(Cover Bottom), 서포트 메인(Support Main), 미들캐비넷(Middle Cabinet) 등과 같은 다른 용어로 표현될 수 있을 것이다.

또한, 도 3에 도시된 실시예에 의한 양면 표시장치는 상기 지지부(310)의 측면과 2개의 표시패널 전면의 가장자리 일부까지 연장형성되어, 양면 표시장치의 최종적인 측면 외곽부와 표시패널의 전면 보호 기능을 하는 케이스탑(370; Case Top)을 더 포함할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 도광판의 양면에서의 광 출사 경로와, 그에 따른 양면으로의 출광각 및 휘도 차이를 도시한다.

도 5의 (a)에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 의한 프리즘 패턴이 형성된 도광패턴을 포함하는 도광판을 이용하면, 광원(LED)로부터의 광(R)중에서 도광패턴이 형성된 일면(337)로 향하는 광은 도광패턴의 프리즘 패턴에서 굴절되어 도광판의 타면(338)으로 향하게 되는데, 굴절 각도상 프리즘 패턴이 없는 경우에 비하여 도광판의 법선 방향에 가깝도록 더 많이 굴절된다.

따라서, 도광판의 타면, 즉 표시장치의 전면측으로 출사되는 광(R2)의 출광각인 θ2는 약 -50~50도로서 표시장치의 법선 방향에 가까워진다. 반면, 도광패턴이 형성된 일면(337)측으로 출사되는 광(R1)은 일반적인 도광판의 출광각(θ1)는 약 70~88도가 된다.

결과적으로, 도 5의 (b)와 같이, 도광판의 타면(즉, 표시장치의 전면)의 출광각이 작아져서 법선방향에 가깝도록 출사됨으로써, 표시장치의 전면으로는 고휘도의 광이 제공된다. 반면, 도광판의 일면(즉, 표시장치의 배면)으로는 기존과 같이 큰 출광각을 가지는 저휘도의 광이 출사됨으로, 양면에서의 휘도 이원화를 달성할 수 있게 되는 것이다.

도 5의 (c)는 본 실시예에 의한 도광패턴이 일면에 형성된 도광판을 이용한 경우 도광판 양측면의 휘도를 측정한 결과로서, 중앙 시야각 영역서는 표시장치 전면의 휘도가 배면에 비하여 2~3배 증가함을 알 수 있다.

특히, 도 5의 (a)와 같은 광경로에 의하면, 도광패턴(332)에 포함되는 프리즘 패턴이 광원부로부터의 광출사 방향과 수직한 방향으로 연장되는 경우, 도광판의 타면(338)으로 굴절되는 광의 비율을 더 크게 하고, 결과적으로 도광판 양면의 휘도 차이를 더 크게 할 수 있는 효과가 있다.

도 7은 본 발명의 일실시예에 의한 도광패턴에 포함된 프리즘 패턴의 확대 단면도로서, 프리즘 각도(α,β), 패턴 전사 깊이(d), 프리즘 높이(d), 프리즘 피치(p)를 정의하기 위한 도면이다.

본 발명에 의한 도광패턴(332)에 포함되는 프리즘 패턴은 도광판 일면의 표면을 기준으로 음각형태로 형성될 수도 있고(도 7의 a), 양각형태로 형성될 수도 있다(도7의 b).

이 때, 프리즘 패턴부는 다수의 프리즘 패턴들이 반복형성되어 구성되며, 각 프리즘 패턴은 프리즘 패턴의 산 또는 골부분의 양 경사면이 이루는 각도인 프리즘 각도(α,β)와, 프리즘 패턴의 피크 사이의 간격인 프리즘 피치(p), 도광판 표면과 프리즘의 상하 피크(Paek)까지의 거리인 전사 깊이(d), 프리즘 산과 골 사이 거리인 프리즘 높이(h) 등으로 정의될 수 있다.

이러한 프리즘 패턴의 물성 각각은 음각형태 (도 7의 a) 및 양각형태(도7의 b) 모두 동일하게 정의될 수 있다.

또한, 프리즘 각도는(α,β)는 다시 광원부측의 광원측 프리즘 분각도(α)와 광원대향측의 대향측 프리즘 분각도(β)의 합으로 정의될 수 있다. 즉, 광원측 프리즘 분각도(α)는 도광판의 법선과 광원측 경사면이 이루는 각도이고, 대향측 프리즘 분각도(β)는 도광판의 법선과 비입광부측 경사면이 이루는 각도로 정의될 수 있다.

도 8은 도광 패턴의 크기(D 또는 W)에 따른 도광판 전면(고휘도 면)에서의 광프로파일 및 휘도의 실험결과를 도시한다.

전술한 바와 같이, 본 실시예에 의한 프리즘 패턴을 포함하는 도광패턴(332)는 도광판의 일면에만 다수 형성되며, 원형 또는 사각형 형태의 일정 면적을 가진다.

이 때, 도 8은 원형 도광패턴의 직경(D)을 100μm, 200μm, 500μm로 형성한 경우의 광프로파일(도 8의 (a))과 시야각에 따른 휘도(도 8의 (b))를 측정한 결과를 도시한다.

도8 과 같이, 원형 도광패턴의 직경(D)이 작아질수록 최대 휘도값이 작아질 뿐 아니라, 출사광의 사이드 로브(Side Lobe)가 증가하고 결과적으로 반치폭(Full Width at Half Maximum; FWHM)도 증가한다.

반치폭(FWHM)은 최대 휘도대비 1/2되는 지점의 스펙트럼 폭으로 정의되어 광휘도 분포의 조밀도를 나타내는 것으로서, 그 값이 작은 것이 도광판의 특성상 더 우수하다.

또한, 광휘도 분포의 사이드 로브가 크다는 것은 광이 많이 확산된다는 것으로서, 사이드 로브가 작을수록 도광판의 특성상 더 우수하다.

따라서, 도 8의 실험결과에 따르면, 원형 도광패턴의 직경(D)이 작아질수록 도광판의 광특성이 나빠짐을 알 수 있고, 본 발명에서 의도하는 도광판의 특성을 유지하기 위해서는 원형 도광패턴의 직경(D)이 적어도 150μm보다는 큰 것이 바람직하다.

한편, 원형 도광패턴의 직경(D)이 너무 커지는 경우에는 백라이트 유닛 외부에서 도광패턴의 형태가 시인됨으로써 균일한 면광원으로서의 성능을 열화시킨다.

따라서, 본 실시예에 의한 원형 도광패턴의 직경(D)을 약150~500μm로 함으로써, 적어도 도광패턴이 외부에서 시인되지 않게 하면서도, 본 발명에서 의도하는 표시장치 전면으로의 광휘도 증가를 최적화할 수 있는 효과가 있는 것이다.

도 6의 (a)에 도시된 사각형 도광패턴의 경우에도 동일한 원리가 적용되며, 사각형 도광패턴의 한변의 길이(W)는 120 내지 150μm으로 정함으로써, 적어도 도광패턴이 외부에서 시인되지 않게 하면서도, 본 발명에서 의도하는 표시장치 전면으로의 광휘도 증가를 최적화할 수 있는 효과가 있는 것이다.

도 9는 도광 패턴에 포함된 프리즘 패턴의 전사 깊이(d)에 따른 도광판 전면(고휘도 면)에서의 광프로파일 및 휘도의 실험결과를 도시한다.

도 7에서 정의한 바와 같이, 도광판 표면과 프리즘의 상하 피크(Paek)까지의 거리가 전사 깊이(d)로 정의된다.

이러한 전사깊이는 도광판 표면에 프리즘 패턴을 가공하는 과정에서 불가피하게 발생하는 것으로서, 이상적으로는 0이 되는 것이 바람직하다.

즉, 도 7의 (a)와 같이 음각형태로 프리즘 패턴을 형성하는 경우, 도광판 표면 일부를 절삭하여야 하는 바, 절삭공구의 선단부가 일정 크기를 가지는 이상 프리즘 패턴의 피크가 도광판의 표면보다는 더 낮아질 수 밖에 없다.

또한, 도 7의 (b)와 같이 양각형태로 프리즘 패턴을 형성하는 경우에는 도광패턴만을 별도로 제작하여 도광판의 일면에 부착하는 방식으로 제조될 수 있다. 따라서, 별도로 제작되는 도광패턴의 다수 프리즘 패턴이 일체로 연결되기 위해서는 도광패턴의 저면, 즉 도광판의 표면과 프리즘 패턴의 골부분의 피크 사이에는 일정 거리 이격될 수 밖에 없다.

이와 같이, 제조상의 편의성을 위해서는 프리즘 패턴의 전사깊이(d)가 클수록 유리하지만, 전사깊이가 커질수록 프리즘 패턴의 경사면 영역이 작아지므로 본 발명에서 의도하는 표시장치 전면으로의 광 굴절 효과는 감소할 것이다.

도 9는 이와 같이 프리즘 패턴의 전사깊이(d)에 따른 도광판 전면(고휘도 면)에서의 광프로파일 및 휘도의 실험결과를 도시한 것으로서, 전사깊이가 0, 10, 20μm인 경우를 테스트한 것이다.

예상한 바와 같이, 도 9의 실험결과에 의하면, 프리즘 패턴의 전사깊이(d)가 커질수록 최대 광휘도도 감소할 뿐 아니라, 반치폭(FWHM) 및 사이드 로브가 증가하여 본 발명의 요구하는 특성이 나빠짐을 알 수 있다.

특히 전사깊이(d)가 10μm인 경우를 기점으로 그보다 더 커지는 경우 광특성이 급격하게 열화된다.

따라서, 본 실시예에서는 프리즘 패턴의 전사깊이(d)를 10μm 이하로 함으로써, 본 발명에서 의도하는 표시장치 전면으로의 광휘도 증가를 유지하면서도, 프리즘 패턴의 형성공정상의 편의성을 제공할 수 있는 효과가 있게 되는 것이다.

도 10은 도광 패턴에 포함된 프리즘 패턴의 프리즘 각도(α,β) 에 따른 도광판 전면(고휘도 면)에서의 광프로파일 및 휘도의 실험결과를 도시한다.

전술한 바와 같이, 프리즘 패턴의 프리즘 각도(α,β)는 광원부측의 광원측 프리즘 분각도(α)와 광원대향측의 대향측 프리즘 분각도(β)의 합으로 정의될 수 있다.

이 때, 광원부가 백라이트 유닛의 일측에만 배치되는 경우에는, 도 5에서 설명한 프리즘 패턴에 의한 광경로 특성상, 광원측 프리즘 분각도(α)는 대향측 프리즘 분각도(β)보다 작은 것이 더 바람직하다.

즉, 광원부가 일측에만 존재하여 광의 진행경로가 한 방향으로만 향하는 경우에는, 광원측 경사면보다는 비입광측 경사면에서 굴절된 광이 도광판의 타면(즉, 표시장치의 전면)으로 향하게 된다. 따라서, 비입광측 경사면을 입광측 경사면보다 더 넓도록 광원측 프리즘 분각도(α)는 대향측 프리즘 분각도(β)보다 작게 함으로써, 표시장치의 전면으로 굴절되는 광의 비율을 더 크게 하는 효과를 달성할 수 있는 것이다.

특히, 본 발명에서 요구하는 광의 굴절 특성을 달성하기 위해서는 대향측 프리즘 분각도(β)는 약45도에 가까울수록 유리하다.

구체적 예로서, 도 10에서와 같이, 대향측 프리즘 분각도(β)를 45도로 고정하고, 광원측 프리즘 분각도(α)를 21도, 23도, 25도로 형성하여 표시장치 전면에서의 광프로파일을 측정하였다.

실험결과, 광원측 프리즘 분각도(α)가 작을수록 최대 광휘도는 일정하지만, 광원측 프리즘 분각도(α)가 증가할수록 사이드 로브가 증가하는 것을 알 수 있다.

특히, 광원측 프리즘 분각도(α)가 25도이고, 따라서 프리즘 각도(α+β)가 70도인 경우를 기점으로 더 커지는 경우 광특성이 급격하게 열화됨을 알 수 있다.

따라서, 본 실시예에서는 프리즘 패턴의 프리즘 각도 각도(α+β)를 45~70도로 형성하고, 더 구체적으로는 광원측 프리즘 분각도(α)를 대향측 프리즘 분각도(β)보다 작은 0~25도로 형성함으로써, 본 발명에서 의도하는 표시장치 전면으로의 광휘도 증가를 최대화할 수 있는 효과가 있다.

도 11은 본 발명의 실시예에 의한 도광판의 양면 상에 배치되는에 제1광학시트 및 제2광학시트의 일 예를 도시한다.

양면 표시장치의 사용 용도에 따라서 양면에서의 휘도 이원화 정도를 도광판 자체가 제공하는 양면 휘도 차이와 다르게 구현할 필요가 있을 수 있다.

예를 들면, 전술한 물성(각도, 전사깊이, 피치)을 가지는 프리즘 패턴을 도광패턴 내에 배치한 도광판에 의하면, 도광판 타면(즉, 표시장치 전면측)의 광휘도가 도광판 일면(즉, 표시장치의 배면)의 광휘도에 비하여 2배 이상 증가하였다.

그런데, 실내외에서 동시에 시인하기 위한 양면 표시장치의 경우 실내외의 주위 밝기 차이 등을 고려할 때, 전면이 배면에 비하여 약40~50% 정도만 광휘도가 큰 경우가 바람직할 수 있다.

이 경우, 본 발명의 실시예에 의하여 구현된 도광판에 의하면 양면의 휘도 차이가 100%이상 차이가 나기 때문에, 그 휘도 차이를 조정할 필요가 있다.

이를 위하여, 백라이트 유닛의 양측으로 출사되는 광의 세기를 더 조절하기 위하여, 도광판(330)의 양면 상에 배치되는 제1광학시트(340) 및 제2광학시트(340')가 서로 다른 광학 특성을 가지도록 할 수 있다.

제1광학시트(340) 및 제2광학시트(340')는 모두 집광 기능을 하는 집광시트 또는 프리즘 시트(Prism Sheet; PS) 또는 렌티큘러 필름(Lenticular Film; LF)와, 광을 확산시키는 확산시트(Diffusing Sheet; DS)와, DBEF(dual brightness enhancement film)라 불리는 휘도 향상을 위한 반사형 편광필름 등 각종 기능성 시트 중 1 이상의 시트 들이 조합되어 구성될 수 있다.

본 명세서에서는 편의상 제1광학시트(340)를 구성하는 기능성 시트들의 조합을 제1시트조합, 제2광학시트(340')를 구성하는 시트들의 조합을 제2 시트조합으로 표현한다.

통상적으로, 광학시트를 구성하는 기능성 시트 중에서 집광시트 또는 프리즘 시트(Prism Sheet; PS) 또는 렌티큘러 필름(Lenticular Film; LF)는 투명필름 형태의 시트에 일정한 집광 패턴 등이 포함됨으로써, 입사되는 광을 일정한 방향으로 모아주는 집광 기능을 한다.

한편, 광을 확산시키는 확산시트(Diffusing Sheet; DS)는 입사되는 광을 여러 방향으로 확산시키는 기능을 하는 광학시트로서, 투명필름 형태의 시트에 일정한 확산패턴 또는 확산입자 등을 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 반사형 편광필름은 여러 방향으로 진동하면서 입사되는 자연광중 한쪽 방향으로 진동하는 빛만 투과시키고 다른 방향으로 진동하는 빛은 반사하는 광학 필름으로서, DBEF(dual brightness enhancement film; DBEF)라 불리는 휘도 향상 필름을 포함하는 개념이다.

이상과 같이, 제1광학시트(340) 및 제2광학시트(340')을 구성하는 여러 기능성 시트 중에서, 집광시트 또는 프리즘 시트(Prism Sheet; PS) 및 반사형 편광필름은 출광되는 광의 강도를 증가시키는 기능을 하며, 확산시트(Diffusing Sheet; DS)는 광의 강도를 약하게 하는 기능을 한다.

따라서, 본 실시예에 의한 제1광학시트(340) 및 제2광학시트(340')는 각각 양면 표시장치용 백라이트 유닛의 전면 및 후면에 배치되되, 각각 다른 시트 조합으로 이루어짐으로써, 백라이트 유닛의 양측으로 출사되는 광의 휘도를 더 이원화시키는 것이다.

전술한 바와 같이, 이미 전술한 설명에 의한 도광판에 의하면, 도광판 타면(즉, 표시장치 전면측)의 광휘도가 도광판 일면(즉, 표시장치의 배면)의 광휘도에 비하여 2배 이상 차이가 나며, 그 차이를 줄이기 위하여 제1광학시트(340) 및 제2광학시트(340')를 선택할 수 있다.

예를 들어, 도 11과 같이, 표시장치 전면측에 배치되는 제1광학시트(340)의 제1시트조합을 DS로 하고, 그 대향측에 있는 제2광학시트(340')의 제2시트조합을 LF(PS)/PS/DS로 할 수 있다.

아래 표 2에서와 같이, 전술한 물성의 도광판만을 사용하는 경우에는 표시장치 전면 및 배면의 휘도가 각각 5256int, 1999int로서 2배 이상의 휘도 차이가 발생하였지만, 도광판과 함께 도 11과 같은 제1/2광학시트를 사용한 경우 표시장치 전면 및 배면의 휘도가 각각 3455int 및 2462int로서 전면의 휘도가 배면에 비하여 약40% 더 높은 최적인 휘도 이원화가 구현될 수 있었다.

본 실시예에 의한 도광판/광학시트에 따른 양면 휘도 측정치

도광판	도광판 단품		도광판 + 광학시트 조합
광학시트	-	-	DS1매 (제1광학시트)	LF/PS/DS (제2광학시트)
	전면 휘도	배면 휘도	전면 휘도	배면 휘도
측정치	5,256int	1,999int	3,455int	2,462int
휘도차이	263%	100%	140%	100%

이와 같이, 도광판 양측에 배치되는 제1광학시트 및 제2광학시트를 각각 상이한 시트조합으로 구성하되, 제1광학시트의 투과율이 제2광학시트의 투과율보다 작도록 함으로써, 양면 표시장치의 사용용도에 따라 원하는 정도의 휘도 이원화를 선택적으로 구현할 수 있는 효과가 있다.

물론, 경우에 따라서는 표시장치 전면측의 제1광학시트의 투과율을 제2광학시트의 투과율보다 더 크도록 시트조합을 구성함으로써, 도광판 자체의 휘도 이원화 정도보다 더 큰 휘도 차이를 구현할 수도 있을 것이다.

도 12는 광원의 개수 및 배치에 따라 도광 패턴에 포함된 프리즘 패턴의 배치 및 형상을 최적화하는 실시예를 도시한다.

전술한 설명에서는 광원이 표시장치의 일측에만 배치되는 경우를 예시하였으며, 그 경우에는 프리즘 패턴의 프리즘 각도 각도(α+β)를 45~70도로 형성하되, 광원측 프리즘 분각도(α)를 대향측 프리즘 분각도(β)보다 작도록 하였다.(도 12의 (a))

그러나, 경우에 따라서 광원부가 표시장치의 양측에 모두 배치될 수 있으며, 도 12의 실시예는 그러한 경우에 관한 것이다.

도 12의 실시예에 의하면, 광원부는 백라이트 유닛의 양측에 배치되는 제1광원(324)과 제2광원(324')을 포함하며, 이 때 도광패턴 내부에 배치되는 프리즘 패턴의 프리즘 각도(α'+β')는 제1광원측의 제1 프리즘 분각도(α')와 제2광원측의 제2프리즘 분각도(β')의 합으로 정의될 수 있다.

이 경우에도 프리즘 각도(α'+β')는 45~70도인 것이 바람직하지만, 제1광원측의 제1 프리즘 분각도(α')와 제2광원측의 제2프리즘 분각도(β') 사이의 관계를 앞선 실시예와 다를 수 있다.

즉, 광원이 양측으로 존재하므로, 양쪽 모두에서 진행되는 광을 표시장치 전면측으로 굴절시켜야 하므로, 도 12의 (b)와 같이 제1광원측의 제1 프리즘 분각도(α')와 제2광원측의 제2프리즘 분각도(β')를 동일하게 할 수 있다.

또한, 경우에 따라서는 도 12의 (c)와 같이 도광패턴 중 일부의 제1도광패턴(332')에서는 제1광원측의 제1 프리즘 분각도(α')가 제2광원측의 제2프리즘 분각도(β')보다 작으며, 나머지 제2도광패턴(332")에서는 제1광원측의 제1 프리즘 분각도(α')가 제2광원측의 제2프리즘 분각도(β')보다 크도록 형성할 수 있다.

이 때, 제1광원측의 제1 프리즘 분각도(α')가 제2광원측의 제2프리즘 분각도(β')보다 작은 제1도광패턴(332')를 제1광원부(324)측에 형성하고, 제1광원측의 제1 프리즘 분각도(α')가 제2광원측의 제2프리즘 분각도(β')보다 큰 제2도광패턴(332")를 제2광원부(324')측에 배치하는 것이 바람직하다.

도 12의 (c)와 같이 제1광원측의 제1 프리즘 분각도(α')와 제2광원측의 제2프리즘 분각도(β') 관계가 서로 반대인 제1도광패턴(332') 및 제2도광패턴(332")를 각각 제1광원부 및 제2광원부측에 배치하므로써, 가까운 광원으로부터의 출사된 강한 광을 효율적으로 표시장치 전면으로 굴절시켜, 도광판 양면의 휘도 이원화를 더 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 13은 본 발명의 다른 실시예에 의한 양면 표시장치의 단면도로서, 표시장치의 양면에 서로 상이한 투과특성을 가지는 표시패널을 배치하는 경우이다.

일반적으로, 액정 표시패널에서는 그 해상도가 커질수록 단위면적당 화소 또는 서브픽셀의 개수가 증가하여야 하는데, 각 화소 또는 서브픽셀은 박막트랜지스터 등에 의하여 일정한 크기의 비투과 영역이 존재하게 된다.

따라서, 단위면적당 화소 개수가 증가되면 영상의 해상도는 증가되지만, 표시패널의 투과도는 낮아지게 된다.

예를 들면, 현행 여러 해상도의 표시장치 중에서 HD는 1360*768개의 화소를 가지고, FHD(Full HD)는 1920*1080개의 화소를 가지며, UHD(4K)는 3840*2160개의 화소를 가질 수 있으며, 해상도가 증가할수록 표시패널의 광투과도는 감소한다.

따라서, 도 13의 실시예에서는 고휘도가 요구되는 양면 표시장치의 전면에 배치되는 제1표시패널(1350)로는 상대적으로 저해상도이면서 광투과성이 높은 표시패널(예를 들면, HD)을 사용하고, 상대적으로 저휘도이어도 되는 배면측 제2표시패널(1350')로는 고해상도이면서 투과성이 낮은 표시패널(예를 들면, FHD 또는 UHD)를 이용할 수 있다.

도 13과 같이 양면 표시장치의 전면 및 배면에 각각 상이한 해상도 또는 투과성을 가지는 표시패널을 배치함으로써, 양면 표시장치의 양면 휘도 차이를 더 크게 하면서도, 그 목적에 맞는 영상을 제공하는 효과가 있다.

예를 들면, 도 13에 의한 양면 표시장치의 전면은 실외로 노출되고 배면은 실내에 노출되어 있다고 가정할 때, 밝은 실외로는 상대적으로 고휘도이지만 해상도가 낮은 영상이 출력되고, 상대적으로 어두운 실내로는 회도는 다소 낮지만 해상도가 높은 영상이 출력됨으로써, 실내외 환경에 있는 관찰자 모두에서 최적인 영상을 제공할 수 있는 것이다.

이상과 같은 본 발명의 실시예를 이용하면, 프리즘 패턴을 포함하는 다수의 도광패턴이 일면에만 배치되는 단일의 도광판을 이용함으로써, 양면 표시장치의 두께를 감소시켜 표시장치의 슬림화가 가능하며, 표시장치의 양면에서 다른 휘도의 영상 출력이 가능한 효과가 있다.

또한, 도광패턴의 크기(D 또는 W)와, 도광패턴에 포함되는 프리즘 패턴의 물성(피치, 프리즘 각도, 패턴 깊이)을 최적화함으로써, 도광판이 양측으로 서로 다른 휘도 또는 출광각의 광을 출사할 수 있도록 하여 결과적으로 양면 표시장치의 양측의 휘도를 이원화할 수 있는 효과가 있다.

또한, 프리즘 패턴을 포함하는 도광패턴이 일면에만 배치되는 단일의 도광판을 포함하는 백라이트 유닛을 사용하되, 도광판의 양면 상에 각각 상이한 광학특성을 가지는 광학시트를 배치함으로써, 용도에 따라 양면 표시장치의 양면 휘도 차이를 최적화할 수 있다는 효과가 있다.

또한, 프리즘 패턴을 포함하는 도광패턴이 일면에만 배치되는 단일의 도광판을 포함하는 백라이트 유닛을 사용하면서, 양면 표시장치의 양측에 배치되는 2개의 표시패널의 해상도 또는 투과도를 다르게 함으로써, 용도에 따라 양면 표시장치의 양면 휘도 차이를 최적화할 수 있다는 효과가 있다.

이상에서의 설명 및 첨부된 도면은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 나타낸 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 구성의 결합, 분리, 치환 및 변경 등의 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

300 : 양면 표시장치 310 : 지지부
320, 320' : 제1 및 제2 광원부 330 : 도광판
332 : 도광패턴 334 : 프리즘 패턴부
340, 340' : 제1 및 제2 광학시트 350, 350' : 제1 및 제2 표시패널
α,β : 프리즘 각도 p : 프리즘 피치
d : 프리즘의 전사 깊이(d) D : 원형 도광패턴의 직경
W : 사각형 도광패턴의 한변 길이

Claims (24)

1. 광원부와, 프리즘 패턴부를 포함하는 일정한 면적의 도광 패턴이 일면에만 다수개 배치되는 단일의 도광판과, 상기 도광판의 일면 및 타면에 각각 배치되는 제1광학시트 및 제2광학시트를 포함하는 백라이트 유닛;
   상기 백라이트 유닛의 전면 및 배면에 각각 배치되는 제1표시패널 및 제2표시패널;
   을 포함하는 양면 표시장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 프리즘 패턴부는 상기 광원부로부터의 광출사 방향과 수직한 방향으로 연장되는 다수의 프리즘 패턴을 포함하는 양면 표시장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 도광패턴 내부에 배치되는 프리즘 패턴의 프리즘 각도(α+β)는 상기 상기 광원부측의 광원측 프리즘 분각도(α)와 광원대향측의 대향측 프리즘 분각도(β)의 합으로 정의되며, 상기 프리즘 각도(α+β)는 45~70도인 양면 표시장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 광원부는 백라이트 유닛의 일측에만 배치되며, 상기 광원측 프리즘 분각도(α)는 대향측 프리즘 분각도(β)보다 작은 양면 표시장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 광원측 프리즘 분각도(α)는 0~25도인 양면 표시장치.
6. 제3항에 있어서,
   상기 도광 패턴은 원형 또는 사각형 형상을 가지며, 상기 원형 도광패턴의 직경(D)은 150 내지 500μm이고, 상기 사각형 도광패턴의 한변의 길이(W)는 120 내지 150μm인 양면 표시장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 도광패턴 내부에 배치되는 프리즘 패턴의 프리즘 피치(p)는 30 내지 40μm인 양면 표시장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 도광판의 상기 도광패턴이 배치된 일면의 표면과 상기 프리즘 패턴의 피크사이의 간격으로 정의되는 전사 깊이(d)는 10μm 이하인 양면 표시장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 도광판의 상기 도광패턴이 배치된 일면에 대향하는 타면은 플랫하거나, 상기 타면 전체에 복수의 렌티큘러 패턴, 상기 프리즘 패턴과 상이한 타면 프리즘 패턴, 엠보 패턴이 배치되는 양면 표시장치.
10. 제2항에 있어서,
    상기 제1광학시트 및 제2광학시트는 프리즘시트(렌티큘러 시트), 확산시트, 반사편광시트 중 선택되는 1 이상의 시트 조합으로 이루어지며, 상기 제1광학시트의 시트조합은 제2광학시트의 시트조합과 상이한 양면 표시장치.
11. 제10항에 있어서,
    상기 제1광학시트의 투과율이 제2광학시트의 투과율보다 작은 양면 표시장치.
12. 제2항에 있어서,
    상기 제1표시패널과 상기 제2표시패널은 서로 상이한 해상도 또는 투과율을 가지는 양면 표시장치.
13. 광원부;
    프리즘 패턴부를 포함하는 일정한 면적의 도광 패턴이 일면에만 다수개 배치되는 단일의 도광판;
    상기 도광판의 일면 및 타면에 각각 배치되는 제1광학시트 및 제2광학시트;
    를 포함하는 양면 표시장치용 백라이트 유닛.
14. 제13항에 있어서,
    상기 프리즘 패턴부는 상기 광원부로부터의 광출사 방향과 수직한 방향으로 연장되는 다수의 프리즘 패턴을 포함하는 양면 표시장치용 백라이트 유닛.
15. 제14항에 있어서,
    상기 도광패턴 내부에 배치되는 프리즘 패턴의 프리즘 각도(α+β)는 상기 광원부측의 광원측 프리즘 분각도(α)와 광원대향측의 대향측 프리즘 분각도(β)의 합으로 정의되며, 상기 프리즘 각도(α+β)는 45~70도인 양면 표시장치용 백라이트 유닛.
16. 제15항에 있어서,
    상기 광원부는 백라이트 유닛의 일측에만 배치되며, 상기 광원측 프리즘 분각도(α)는 대향측 프리즘 분각도(β)보다 작은 양면 표시장치용 백라이트 유닛.
17. 제16항에 있어서,
    상기 광원측 프리즘 분각도(α)는 0~25도인 양면 표시장치용 백라이트 유닛.
18. 제14항에 있어서,
    상기 도광 패턴은 원형 또는 사각형 형상을 가지며, 상기 원형 도광패턴의 직경(D)은 150 내지 500μm이고, 상기 사각형 도광패턴의 한변의 길이(W)는 120 내지 150μm인 양면 표시장치용 백라이트 유닛.
19. 제18항에 있어서,
    상기 도광패턴 내부에 배치되는 프리즘 패턴의 프리즘 피치(p)는 30 내지 40μm인 양면 표시장치용 백라이트 유닛.
20. 제19항에 있어서,
    상기 도광판의 상기 도광패턴이 배치된 일면의 표면과 상기 프리즘 패턴의 피크사이의 간격으로 정의되는 전사 깊이(d)는 10μm 이하인 양면 표시장치용 백라이트 유닛.
21. 제20항에 있어서,
    상기 도광판의 상기 도광패턴이 배치된 일면에 대향하는 타면은 플랫하거나, 상기 타면 전체에 복수의 렌티큘러 패턴, 상기 프리즘 패턴과 상이한 타면 프리즘 패턴, 엠보 패턴이 배치되는 양면 표시장치용 백라이트 유닛.
22. 제14항에 있어서,
    상기 제1광학시트 및 제2광학시트는 프리즘시트(렌티큘러 시트), 확산시트, 반사편광시트 중 선택되는 1 이상의 시트 조합으로 이루어지며, 상기 제1광학시트의 시트조합은 제2광학시트의 시트조합과 상이하며, 상기 제1광학시트의 투과율이 제2광학시트의 투과율보다 작은 양면 표시장치용 백라이트 유닛.
23. 제14항에 있어서,
    상기 광원부는 백라이트 유닛의 양측에 배치되는 제1광원과 제2광원을 포함하며, 상기 도광패턴 내부에 배치되는 프리즘 패턴의 프리즘 각도(α'+β')는 상기 제1광원측의 제1 프리즘 분각도(α')와 제2광원측의 제2프리즘 분각도(β')의 합으로 정의되며, 상기 프리즘 각도(α'+β')는 45~70도인 양면 표시장치용 백라이트 유닛.
24. 제23항에 있어서,
    상기 도광패턴 중 일부의 제1도광패턴에서는 상기 제1광원측의 제1 프리즘 분각도(α')가 제2광원측의 제2프리즘 분각도(β')보다 작으며, 나머지 제2도광패턴에서는 상기 제1광원측의 제1 프리즘 분각도(α')가 제2광원측의 제2프리즘 분각도(β')보다 큰 양면 표시장치용 백라이트 유닛.

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