KR101965389B1 - 광-확산 광학 섬유를 사용하는 광-커플링 광학 시스템 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

광-확산 광학 섬유를 광-커플링 시스템 및 방법이 개시되어 있다. 시스템은 광원 및 상기 광원과 광학적으로 연결된 광-확산 광학 섬유를 포함한다. 광-확산 광학 섬유는 코어, 클래딩 및 길이를 갖는다. 코어의 적어도 일부는 코어로부터 그리고 길이의 적어도 일부를 따라 클래딩 외측으로 실질적으로 공간적으로 연속의 광 방사를 제공하도록 구성된, 랜덤으로 배치된 보이드를 포함한다. 광-확산 광학 섬유의 일부가 투명 시트의 하부 표면에 인접하여 배치된 굴절률-정합 층에 삽입된다. 광-확산 광학 섬유에 의해 방사된 광은 전체 내부 반사에 의해 굴절률-정합 층과 투명 시트 내에 트랩되고 그리고 적어도 하나의 산란 특징부재에 의해 상기 투명 시트의 상부 표면 외측으로 산란된다.

Description

광-확산 광학 섬유를 사용하는 광-커플링 광학 시스템 및 그 방법{LIGHT-COUPLING OPTICAL SYSTEMS AND METHODS EMPLOYING LIGHT-DIFFUSING OPTICAL FIBER}

본 출원은 2011년 04월 26일 출원된 미국특허 출원번호 제13/094,221호 그리고 2011년 10월 11일 출원된 미국특허 출원번호 제13/269,733호를 우선권 주장하고 있으며, 이들 우선권의 내용은 참조를 위해 본 발명의 명세서에 전부 포함되어 있다.

본 발명은 전반적으로 광-커플링 광학 시스템에 관한 것이고, 특히 광-확산 광학 섬유를 사용하는 광-커플링 광학 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

평탄한-스크린 디스플레이를 사용하는 전자-기반의 장치가 다양하게 증가하고 있다. 이러한 장치는 최대로 평탄한-스크린 텔레비젼으로부터 휴대폰과 같은 최소 휴대용 장치까지 다양한 크기를 갖는다.

특정 타입의 평탄한-스크린 디스플레이에 있어서, 내부 광원은 디스플레이를 보는데 필요한 광을 제공한다. 예를 들면, 한 타입의 LCD에 있어서, 어드레스가능한(addressable) LCD 구조체가 내부 광원을 갖는 백라이트이고 상기 구조체의 어느 한쪽에서 교차된 편광자를 사용한다. 여러 타입의 평탄한-스크린 디스플레이가 백라이트 없이 또는 다른 내부 광원 없이 작동하는 반사 디스플레이(예를 들면, 반사식 액정 디스플레이)이고 실내 광과 같은, 외부 광원으로부터의 주변 광을 대신 사용한다.

주변 광을 사용하는 반사 디스플레이가 특정 사용(예를 들면, 소위 e-book 사용)을 요구(appeal)하는 경우, 이들 디스플레이는 어두운 환경에서 작동하지 않고 내부 광원을 필요로 한다. 그러나, 내부 광원은 디스플레이의 컴팩트하고 평탄한 특성을 유지하면서 또한 디스플레이 판독하는데 충분한 균일성과 강도의 조명을 제공하도록 구성될 수 있어야 한다.

본 발명의 일 실시예가 광-커플링 광학 시스템이다. 광-커플링 시스템은 실질적으로 평행한 양 상부 표면 및 하부 표면과, 제 1 굴절률을 갖는 투명 시트를 포함한다. 굴절률-정합 층은 투명 시트의 하부 표면과 접촉되어 배치되고 그리고 제 1 굴절률과 실질적으로 동일한 제 2 굴절률을 갖는다. 광-커플링 시스템은 유리 코어, 상기 유리 코어를 둘러싸는 클래딩(cladding), 그리고 길이를 갖는 적어도 하나의 광-확산 광학 섬유를 구비한다. 유리 코어는 상기 유리 코어로부터 그리고 클래딩 외측에 그리고 길이의 적어도 일부에 따른 투명 시트로 실질적으로 공간적으로 연속의 광을 제공하도록 구성된, 랜덤으로 배치된 보이드(void)를 구비한다. 적어도 하나의 광-확산 광학 섬유는 굴절률-정합 층 내에 적어도 부분적으로 배치된다. 광-커플링 광학 시스템은 적어도 하나의 광-확산 광학 섬유와 광학적으로 연결된 적어도 하나의 광원을 구비하고 그리고 상기 광원은 광을 적어도 하나의 광-확산 광학 섬유로 방사하면서, 상기 광은 산란된 광처럼 산란 가이드된 광으로 상기 광학 섬유 내를 이동한다. 적어도 하나의 광-확산 광학 섬유는, 산란된 광이 전체 내부 반사를 통한 굴절률-정합 층 및 투명 시트 내를 이동하고 그리고 상기 투명 시트의 적어도 하나의 산란 특징부재에 의해 투명 시트의 상부 표면 외측으로 산란되도록, 배치된다.

본 발명의 다른 일 실시예는 상부 표면 및 하부 표면을 갖는 투명 시트의 실질적으로 평탄한 표면으로부터 조명하는 방법이다. 상기 조명하는 방법은 투명 시트의 하부 표면과 바로 인접한 굴절률-정합 층 내에 적어도 하나의 광-확산 광학 섬유의 일부를 적어도 배치하는 단계를 포함한다. 적어도 하나의 광-확산 광학 섬유는 코어, 클래딩 및 길이를 갖는다. 유리 코어의 적어도 일부가 코어로부터 그리고 광-확산 광학 섬유의 상기 일부를 따라서 클래딩 외측으로 실질적으로 연속의 광 방사를 제공하도록 구성된, 랜덤으로 배치된 보이드를 포함한다. 상기 조명하는 방법은 또한 방사된 광이 전체 내부 반사에 의해 굴절률-정합 층 및 투명 시트 내를 이동하는 상태에서, 상기 광 방사를 야기하는 가이드된 광처럼 적어도 하나의 광-확산 광학 섬유의 유리 코어 아래로 광을 송출하는 단계를 포함한다. 상기 조명하는 방법은 또한 투명 시트 및 굴절률-정합 층 내에서 상기 투명 시트의 상부 표면 외측으로 이동하는 광의 적어도 일부를 산란하는 단계를 포함한다.

다른 일 실시예는 실질적으로 평행한 양 상부 표면 및 하부 표면과 제 1 굴절률을 갖는 투명 시트를 구비한 광-커플링 광학 시스템이다. 굴절률-정합 층은 투명 시트의 하부 표면과 접촉한 상태로 배치되고 그리고 제 1 굴절률과 실질적으로 동일한 제 2 굴절률을 갖는다. 광을 방사하는 광원은 굴절률-정합 층 내에 적어도 부분적으로 배치된 광 확산 광학 섬유 햇(hat)과 광학적으로 연결된다. 광-확산 광학 섬유는 가이드된 광처럼 광을 이동시킨다. 광-확산 광학 섬유는, 상기 광-확산 광학 섬유의 외측 표면으로부터 가이드된 광의 산란 때문에, 실질적으로 공간적으로 연속의 광 방사를 제공하도록 구성된 랜덤으로 배치된 보이드를 구비한다. 광-확산 광학 섬유는, 산란된 광이 투명 시트 및 굴절률-정합 층 내에서 전체 내부 반사를 통해 이동하고 그리고 상기 투명 시트의 적어도 하나의 산란 특징부재에 의해 상기 투명 시트의 상부 표면 외측으로 산란되도록, 배치된다.

다른 일 실시예는 상부 표면 및 하부 표면과 제 1 굴절률을 갖는 투명 시트를 구비한 광-커플링 광학 시스템이다. 굴절률-정합 층은 투명 시트의 하부 표면과 접촉된 상태로 배치되고 그리고 제 1 굴절률과 실질적으로 동일한 제 2 굴절률을 갖는다. 광-커플링 광학 시스템은 광을 방사하는 광원을 포함한다. 광-확산 광학 섬유는 굴절률-정합 층 내에 적어도 부분적으로 배치되고 그리고 광원과 광학적으로 연결되어 가이드된 광처럼 광을 이송시킨다. 광-확산 광학 섬유는, 상기 광-확산 광학 섬유의 외측 표면으로부터 가이드된 광의 산란 때문에, 실질적으로 공간적으로 연속의 광 방사를 제공하도록 구성된, 랜덤으로 배치된 보이드를 구비한다. 광-확산 광학 섬유는, 산란된 광이 전체 내부 반사를 통해 투명 시트와 굴절률-정합 층 내를 이동하고 그리고 상기 투명 시트의 적어도 하나의 산란 특징부재에 의해 상기 투명 시트의 상부 표면 외측으로 산란되도록, 배치된다.

부가적인 특징 및 장점이 아래 상세한 설명에 설명되어 있고, 이러한 특징 및 장정은 당업자라면 아래 상세한 설명 및, 청구범위뿐만 아니라 첨부된 도면을 포함한 본 명세서에 기재된 사항을 실시함으로써 명확하게 알 수 있을 것이다.

상기 일반적인 설명과 아래 상세한 설명 모두는 청구범위의 특징과 특성의 전반적인 또는 개략적인 이해를 돕기 위해 제공된 실시예를 나타내고 있음을 알 수 있을 것이다. 첨부한 도면은 본 발명의 이해를 더욱 돕기 위해 포함되어 있고, 본 명세서의 일부를 이루도록 통합되어 있다. 청구범위가 본 명세서의 일부를 이루도록 통합되어 있다. 도면은 다양한 실시예를 나타내고 있고 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리와 작동을 설명하기 위해 사용된다.

도 1은 본 발명에 따른 일례의 광-커플링 광학 시스템의 평면도이고;
도 2는 도 1의 상기 광-커플링 광학 시스템의 사시도이고;
도 3a는 중앙 코어 부분의 상세한 단면을 포함한, 일례의 광-확산 광학 섬유의 단면도이고;
도 3b 및 도 3c는 상이한 코어 외형 및 클래딩 외형을 갖는 예시적인 광-확산 광학 섬유의 단면 포토그라프이고;
도 3d는 도 3a과 유사하며 광-산란 재료의 외측 층을 포함한 광-확산 광학 섬유의 다른 일례의 실시예를 나타낸 도면이고;
도 4a는 산란 손실 때문에 코어 부분 내에서의 광 강도의 강하를 나타낸, 커플링 단부로부터 터미널 단부까지 일례의 광-확산 광학 섬유의 길이에 따른 거리(z)의 함수와 같은 코어 부분에서의 광 강도(I_C(z))의 개략적인 그래프이고;
도 4b는 거리(z)의 함수처럼 산란된 광의 요구되는 일정한 강도(I_CONST)를 나타낸, 광-확산 광학 섬유로부터의 이상적인 산란된 광 강도(I_S(z))의 개략적인 그래프이고;
도 5a는 투명 시트의 엣지 부분과 상기 투명 시트의 엣지에 인접하여 작동가능하게 배치된 광-확산 광학 섬유의 확대 단면도(X-Y 평면)이고;
도 5b는 도 5a와 유사하며, 엣지에서 투명 시트로 달리 연결되지 않은 산란된 광의 적어도 한 부분이 상기 투명 시트로 연결되도록, 상기 광-확산 광학 섬유에 대해 작동가능하게 배치된 반사 부재를 더 포함한 도면이고;
도 5c는 도 5a와 유사하며, 산란된 광이 굴절률-정합 재료를 통해 이동하도록 광-확산 광학 섬유와 투명 시트 사이에 배치된 굴절률-정합 재료를 더 포함한 도면이고;
도 5d는 도 5b와 유사하며, 굴절률-정합 재료가 광-확산 광학 섬유 및 반사 부재를 지지하도록 사용된 일례의 실시예를 나타낸 도면이고;
도 5e는 도 5c와 유사하며, 클래딩 갭이 굴절률-정합 재료로 충전된 상태에서, 클래딩의 일부가 상기 클래딩 갭을 형성하도록 그 길이의 적어도 일부를 따라 광-확산 광학 섬유로부터 제거되는 일례의 실시예를 나타낸 도면이고;
도 5f는 도 5d와 유사하며, 광-확산 광학 섬유가 굴절률-정합 재료로 충전된 클래딩 갭을 포함한 일례의 실시예를 나타낸 도면이고;
도 5g는 도 5a와 유사하며, 굴절률-정합 재료가 투명 시트의 엣지에 적용된 접착 스트립의 형태인 일례의 실시예를 나타낸 도면이고;
도 5h는 도 5g와 유사하며, 클래딩의 일부에 작동가능하게 배치된 반사 부재를 더 포함한 도면이고;
도 5i 및 도 5j는 도 5g와 유사하며, 투명 시트와 관련하여 광-확산 광학 섬유를 지지하도록 구성된 지지 부재를 포함한 일례의 실시예를 나타낸 도면이고;
도 5k는 굴절률-정합 접착 스트립 및 광-확산 광학 섬유가 투명 시트의 상부 표면에 인접하여 놓인 것을 제외한, 도 5g와 유사한 도면이고;
도 5l은 굴절률-정합 재료가 광-확산 광학 섬유 및 작동가능하게 배치된 반사 부재 모두를 지지하는 상태의, 도 5k와 유사한 도면이고;
도 5m은 도 5k와 유사하며, 투명 시트의 상부 표면에 부착된 다중 광-확산 광학 섬유를 나타낸 도면이고;
도 5n은 반사 부재가 없고, 그리고 광-확산 광학 섬유가 클래딩 갭을 구비하였다는 것을 제외한 도 5l과 유사한 도면이고;
도 5o는 도 5k와 유사하며, 투명 시트의 상부 표면에 부착된 도 5m에 구성된 바와 같은 다중 광-확산 광학 섬유를 나타낸 도면이고;
도 6a는 도 1과 유사하며, 굴절률-정합 재료가 광-확산 광학 섬유의 길이에 따른 거리(z)의 함수로 변하는 굴절률(n ₂₀₀)을 갖는 일례의 실시예를 나타낸 도면이고;
도 6b는 광-확산 광학 섬유의 길이에 따른 거리(z) 대 굴절률-정합 재료의 굴절률(n ₂₀₀)의 일례의 프로파일의 그래프이고;
도 6c 및 도 6d는 도 6a와 유사하며, 굴절률-정합 재료의 두께가 광학 섬유의 길이에 따른 거리(z)로 변하는 일례의 실시예를 나타낸 도면이고;
도 6e는 도 6a와 유사하며, 광-확산 광학 섬유가 2개의 광원과 광학적으로 연결된 일례의 실시예를 나타낸 도면이고;
도 6f는 도 6a와 유사하며, 굴절률-정합 재료(용이하게 구별되도록 단면 해치 처리됨)가 광학 섬유와 투명 시트 사이에서 광-확산 광학 섬유의 길이를 따라 개별 위치의 개별 부분에 제공되고 연속적이지 않는 일례의 실시예를 나타낸 도면이고;
도 7a는 도 6a와 유사하며, 광학 섬유가 투명 시트의 인접한 2개의 엣지에 존재할 수 있게 하는 굽힘부를 광-확산 광학 섬유가 포함한 일 실시예를 나타낸 도면이고;
도 7b는 도 7a와 유사하며, 투명 시트의 상이한 엣지를 따라 다중 광-확산 광학 섬유를 사용하는 일례의 실시예를 나타낸 도면이고;
도 7c는 도 7b와 유사하며, 비-광-확산 광학 섬유의 단부가 섬유 다발을 형성하도록 접합되는 일례의 실시예를 나타낸 도면이고;
도 7d는 3개의 광-확산 광학 섬유 및 하나의 비-광-확산 광학 섬유가 섬유 다발을 형성하도록 수렴하고, 그리고 3개의 광-확산 광학 섬유가 투명 시트의 모든 4개의 엣지의 적용범위를 제공하도록 구성된, 도 7c와 유사한 일 실시예를 나타낸 도면이고;
도 8은 본 발명의 광-커플링 광학 시스템을 포함한 일례의 평탄한-스크린 장치의 분해 사시도이고;
도 9a 및 도 9b는 본 발명에 따른 일례의 광-커플링 광학 시스템의 평면도이고;
도 10은 도 1의 광-커플링 광학 시스템의 측방향 사시도이고;
도 11은 Y-Z 평면에서 취한, 도 2의 광-커플링 광학 시스템의 단면도이고;
도 12a는 광학 조립체가 굴절률-정합 층을 개재한 상부 투명 시트 및 하부 투명 시트를 구비한 상태에서, X-Z 평면에서 취한, 도 9a의 광-커플링 광학 시스템의 실시예의 광학 조립체의 단면도이고;
도 12b는 도 12a와 유사하며, 광학 조립체가 상부 시트 및 굴절률-정합 층을 포함하지만 하부 시트를 포함하지 않는 일례의 실시예를 나타낸 도면이고;
도 12c는 반사 부재가 U-형상을 갖고 그리고 주변부, 상부 시트 및 굴절률-정합 층과 접촉하여 배치된 일례의 실시예를 도시한 광학 조립체의 단부 부분의 확대 단면도이고;
도 12d는 도 12c와 유사하며, 반사 부재가 에어 갭에 의해 주변부, 상부 시트 및 굴절률 정합 층과 이격된 일례의 실시예를 나타낸 도면이고;
도 12e는 광-확산 광학 섬유의 일부가 주변부로부터 뻗어있다는 것을 제외한, 도 12d와 유사한 도면이고;
도 12f는 광-확산 광학 섬유가 굴절률 정합 층 외측에 주변부에 인접하여 위치한 것을 제외하고는, 도 12e와 유사한 도면이고;
도 12g는 도 12c와 유사하며, 반사 부재가 경사진 부분을 갖는 일례의 실시예를 나타낸 도면이고;
도 13은 광학 조립체의 확대 단면도로서, 광-확산 광학 섬유 내를 이동하는 가이드된 광이 광-확산 광학 섬유의 쪽으로부터 어떻게 방사되고 그리고 상부 투명 시트를 통해 어떻게 이동하는지를 나타낸 도면이고;
도 14는 광-확산 광학 섬유가 X-Y 평면에서 사행 구성을 갖는 일례의 실시예의 광-커플링 광학 시스템의 평면도이고;
도 15a는 상부 투명 시트를 통과하는 광-확산 광학 섬유로부터 산란된 광을 나타내면서, 도 14에서의 라인(CS1)을 따라 취한 도 14의 일례의 실시예의 광-커플링 광학 시스템의 단면도이고;
도 15b는 도 15a와 유사하며, 광-커플링 광학 시스템이 하부 반사 시트뿐만 아니라 면 반사기를 포함하는 일례의 실시예를 나타낸 도면이고;
도 16a는 도 12b와 유사한 단면도로서, 하부 시트가 확산 반사기를 포함하고 그리고 상부 시트 및 굴절률-정합 층을 샌드위치한 저-굴절률 층을 부가적으로 포함한 다른 일례의 실시예의 광학 조립체를 나타낸 도면이고;
도 16b는 도 16a와 유사하며, 광-확산 광학 섬유가 굴절률-정합 층에 인접하여 외측에 놓인 일 실시예를 나타낸 도면이고;
도 17은 도 16a의 광학 조립체를 포함한 일례의 실시예의 디스플레이 스크린 장치의 단면도이고;
도 18a는 광원이 다중 장치를 통해 광-확산 광학 섬유와 광학적으로 연결된 적색 광 방사기, 녹색 광 방사기 및 청색 광 방사기를 포함한 일례의 광원 조립체의 확대도이며;
도 18b는 3개의 상이한 광-확산 광학 섬유가 적색, 녹색 및 청색 각각의 광 방사기와 광학적으로 직접적으로 연결되었다는 것을 제외하고는, 도 18a와 유사한 도면이다.

본 발명의 바람직한 실시예가 아래 상세하게 기재되어 있으니 도면을 참조하여 참고 바란다. 가능하다면, 동일한 부재번호는 동일한 구성요소나 부품을 지시하도록 사용되었다. 데카르트 좌표계가 기준으로서 여러 도면에 도시되어 있다.

도 1은 본 발명에 따른 일례의 광-커플링 광학 시스템(6)의 평면도이다. 도 2는 도 1의 광-커플링 광학 시스템(6)의 사시도이다. 광-커플링 광학 시스템(6)은 일반적으로 투명 시트(20), 상기 투명 시트에 인접하여 작동가능하게 배치된 광-확산 광학 섬유(50), 및 상기 광-확산 광학 섬유와 광학적으로 연결된 광원(100)을 포함한다. 일 실시예에 있어서, 광원(100)은 적어도 하나의 발광 다이오드(LED) 또는 적어도 하나의 다이오드 레이저를 포함한다. 광원(100)은 일 실시예에서 파장 범위가 350　nm 내지 1,000 nm이면서, 다른 한 실시예에 있어서 가시 파장 범위가, 예를 들면, 공칭적으로 380 nm(보라색) nm 내지 750 nm(적색)인 광(102)을 방사한다.

투명 시트(20)는 두께(TH22), 반대쪽 상부 및 하부(즉, 상측 및 하측) 실질적으로 평탄하고 실질적으로 평행한 표면(24), 및 직사각형 투명 시트에 대해 4개의 엣지(26)와 같은 하나 이상의 엣지(26)를 형성하는 몸체(22)를 구비한다. 투명 시트(20)는 예를 들면, 유리, 플라스틱, 디스플레이 유리로 만들어질 수 있으며, 이들을 예로 들면 다음과 같다 Corning사의 EAGLE XG^® 유리, EAGLE^® 유리, GORILLA^® 유리, 및 PYREX^® 유리, 뿐만 아니라 용융된 실리카, PPMA와 같은 플라스틱 재료 또는 임의의 다른 투명한 재료. 본 명세서에서, "투명한"이라는 용어는 일반적으로 투명 시트가 가시 파장 범위에서 적어도 광(102)을 전송하고, 그리고 투명 시트 몸체(22)의 주어진 두께(TH22)에 대해 광을 흡수하기 보다는 더욱 많은 광을 전송한다는 것을 의미한다.

일 실시예에 있어서, 투명 시트 몸체(22)의 두께(TH22)는 0.3 mm 이상이고, 그리고 다른 한 실시예에 있어서 0.7 mm 이상이다. 일 실시예에 있어서, 투명 시트 몸체(22)의 굴절률은 550 nm에서 대략 1.5 이상이다. 또한 일 실시예에 있어서, 상부 표면 및 하부 표면(24) 중 하나 이상의 표면이 산란 광(102)에 대해 설계된 거칠기를 갖는 거친 표면일 수 있다.

시스템(6)은 적어도 하나의 광-확산 광학 섬유(50)를 포함한다. "광-확산"이라는 용어는 광 산란이 광-확산 광학 섬유(50)의 길이의 적어도 일부를 따라서 실질적으로 공간적으로 연속적이라는 의미, 즉, 개별(예를 들면, 지점) 산란과 관련된 것과 같은 실질적인 점프(jump) 또는 불연속성이 없다는 것을 의미한다. 따라서, 본 발명에서 설명된 바와 같은 실질적으로 연속의 광 방사 또는 실질적으로 연속의 광 산란의 개념은 공간적으로 연속이라는 것을 의미한다.

일 실시예에 있어서, 광-확산 광학 섬유(50)는 커플링 단부(52) 및 터미널 단부(54)를 포함한다. 커플링 단부(52) 및 터미널 단부(54)는 광-확산 광학 섬유(50)에 대한 길이(L)를 형성한다. 커플링 단부(52)는, 광원으로부터의 광(102)이 가이드된 광(102G)으로서 광-확산 광학 섬유(50)에서 이동하도록, 광원(100)과 광학적으로 연결된다. 광-확산 광학 섬유(50)는 투명 시트 엣지(26) 및 투명 시트 표면(24) 중 적어도 하나에 인접하여 배치된다. 일 실시예에 있어서, 터미널 광학 부재(56)는 광-확산 광학 섬유(50)의 인접한 터미널 단부(54)에 작동가능하게 배치된다. 일 실시예에 있어서, 터미널 광학 부재(56)는 광(102)을 흡수하는 광학 흡수기인 한편으로, 다른 한 실시예에 있어서 상기 터미널 광학 부재는 반사된 가이드된 광이 반대 방향으로, 즉, 광원(100) 쪽으로 광학 섬유(50) 아래로 이동하도록, 광(102)(예를 들면, 가이드된 광(102G))을 반사하는 광학 반사기이다. 이러한 일 실시예에 있어서, 광학 이솔레이터(isolator, 도시 생략)는 광(102)이 광원(100)으로 복귀하는 것을 방지하도록 사용될 수 있다(예를 들면, 인접한 광원(100)).

도 3a는 중앙 코어 부분("코어")(60CS), 및 외측 클래딩(66)을 구비한 일례의 광-확산 광학 섬유(50)의 단면도로서, 코어에 대한 일례의 구성을 상세하게 나타내고 있다. 광-확산 광학 섬유(50)는 직경(D60)을 갖는 중앙(또는 내부) 코어 구역(60)과, 상기 중앙 코어 구역을 적어도 부분적으로 둘러싸는 외측 코어 구역(62)을 포함한다. 중앙 코어 구역(60)은 도 3a의 하부 인셋(inset)에 도시된 바와 같이, 랜덤으로 배치되고 랜덤 크기의 보이드(64)를 포함하는 환형 보이드 구역(60V)에 의해 둘러싸인 중앙 밝은(clear) (솔리드) 구역(60C)을 포함한다. 광-확산 광학 섬유(50)는 또한 코어(60CS)를 둘러싸는 클래딩 구역(66)을 포함한다. 일 실시예에 있어서, 클래딩 구역(66)은 저-굴절률 폴리머로 만들어지는 한편, 코어(60CS)는 실리카를 포함한다.

랜덤으로 배치되고 랜덤 크기의 보이드(64)(또한 "랜덤 에어 라인" 또는 나노구조체" 또는 "나노크기의 구조체"라고 함)를 갖는 광-확산 광학 섬유의 실시예가 미국 특허 번호 제7,450,806호 및 미국 특허 출원번호 제12/950,045호에 개시되어 있고, 상기 특허문헌과 상기 특허 출원은 참조를 위해 본 명세서에 통합되어 있다.

일 실시예에 있어서, 중앙 밝은 구역(60C)은 550 nm의 파장에서 대략 1.46의 공칭 굴절률을 갖는다. 또한 일 실시예에 있어서, 코어 직경(DCS)의 범위는 대략 125 microns 내지 300 microns이다. 다른 일 실시예에 있어서, 광-확산 광학 섬유(50)의 직경(D50)의 범위는 0.2 mm (200 microns) 내지 0.25 mm (250 microns)이다.

도 3b 및 도 3c는 광학 섬유 중앙 코어 구역(60) 및 외측 코어 구역(62)에 대한 2개의 상이한 구성을 나타낸 실제 광학 섬유 코어(60CS)의 단면 포토그라프이다. 점선의 원이 상이한 구역 사이의 차이를 강조하기 위해 포토그라프에 부가되어 있다. 도 3b의 광학 섬유 코어(60CS)는 상대적으로 작은 보이드(64)를 갖는 상대적으로 큰 환형 보이드 구역(60V)을 구비하고 그리고 대략 1.2 dB/m의 손실을 갖는다. 도 3c의 광학 섬유 코어(60CS)는 상대적으로 큰 보이드(64)를 포함한 상대적으로 작은 환형 보이드 구역(60V)을 구비하고 그리고 대략 0.4 dB/m의 손실을 갖는다. 도 3b 및 도 3c에 도시된 코어(60CS) 모두에 대해, 중앙 및 외측 코어 구역(60 및 62)은 실리카이고 그리고 클래딩(66)은 저-굴절률 폴리머이다. 이러한 구성은 LED 및 레이저 다이오드와 같은 광원과 광학 커플링하는데 적당한 상대적으로 고 NA를 광-확산 광학 섬유(50)에 제공한다.

광-확산 광학 섬유(50)는 특히 중앙 코어 구역(60) 및 외측 코어 구역(62)의 구성에 따라 결정되는, 0.2 dB/m 내지 60 dB/m 변하는 산란에 의한 손실을 가질 수 있다. 그러나, 아래에서 더욱 상세하게 기재된 바와 같이, 본 발명의 실시예는 예를 들면, 대략 300　dB/m까지의 보다 큰 손실을 얻도록 광-확산 광학 섬유(50)를 변경하는 단계를 포함한다. 따라서, 일 실시예에 있어서, 광-확산 광학 섬유(50)는 대략 0.2 dB/m 내지 대략 300 dB/m 범위에서 손실을 가질 수 있으며, 이 경우 상기 손실은 250 nm 내지 2,000 nm의 파장 범위에서 실질적으로 스펙트럼으로 일정하고 그리고 다른 한 실시예에 있어서 가시 파장 또는 "흰색 광" 스펙트럼 범위(예를 들면, 공칭 380 nm 내지 750 nm) 내내 실질적으로 스펙트럼으로 일정하다.

도 3d는 도 3a와 유사하며, 일례의 실시예의 광-확산 광학 섬유(50)를 나타내고 있다. 도 3d의 광-확산 광학 섬유(50)는 밝고, 그리고 보이드 부분(60C 및 60V)을 갖는 중앙 코어 구역(60), 및 외측 코어 구역(62)을 포함한다. 클래딩(66)은 외측 코어 구역(62)을 둘러싼다. 코어(60CS)는 실리카를 포함하는 한편, 클래딩(66)은 저-굴절률 폴리머로 이루어진다.

광-확산 광학 섬유(50)는 클래딩(66)을 둘러싸는 아크릴 산염 폴리머 재료와 같은 코팅 층(70)을 더 포함한다. 광-확산 광학 섬유(50)는 또한 코팅 층(70)을 둘러싸는 광-산란 층(72)을 포함한다. 광-산란 층(72)은 산란 광에 대해 크기 형성된, 임의의 고체 미립자, 액적이나 가스 거품, 또는 이들의 조합과 같은 광-산란 재료를 포함한다. 특별한 실시예의 광-산란 재료가 인(phosphorous), TiO₂ 미립자, 및 각도 공간에서의 효율적인 산란(즉, 일정한 각도의 산란)을 위한 흰색 아크릴 산염 잉크와 같은 도프된 폴리머를 포함한다.

도 1 및 도 2와 또한 도 5a의 단면도를 다시 살펴보면, 일 실시예에 있어서, 광-확산 광학 섬유(50)는 투명 시트(20)의 엣지(26)에 인접하여 작동가능하게 배치되고, 엣지와 접촉할 수 있거나 또는 갭(36)을 형성하도록 상기 엣지로부터 이격될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 갭(36)은 0 mm(즉, 엣지(26)와 접촉한 광-확산 광학 섬유(50))로부터 5 mm까지 범위의 폭(W36)을 가질 수 있다.

도 1 및 도 2의 시스템(10)의 일반적인 작동에 있어서, 광원(100)은 커플링 단부(52)에서 광-확산 광학 섬유(50)로 연결되는 광(102)을 생성하여, 그 터미널 단부(54) 쪽으로 상기 광-확산 광학 섬유 아래로 이동하는 가이드된 광(102G)을 형성한다. 그러나, 가이드된 광(102G)이 광-확산 광학 섬유(50) 아래로 이동함에 따라, 광학 섬유의 광-확산 특성은 코어(60)를 떠나고 (일 실시예에 있어서) 클래딩(66)을 빠져나오는 확산된 또는 산란된 광(102S)을 생성하여, 광학 섬유 길이의 적어도 일부를 따라서 산란된 광(102S)의 실질적으로 연속의 광 방사를 제공한다. 일 실시예에 있어서, 광-확산 광학 섬유(50)의 길이의 상기 언급된 부분은 투명 시트(20)의 대응하는 엣지(26)의 길이에 의해 형성된다.

도 4a는 광-확산 광학 섬유(50)에 따른 거리(z) 대 코어(60)에서 이동하는 가이드된 광(102G)의 강도(I_C(z))의 개략적인 그래프이다. 강도(I_C(z))는 광-확산 광학 섬유(50)의 커플링 단부(52)에서의 최대 값(I_MAX)으로부터 터미널 단부(54)에서의 최소 값(I_MIN)까지 단조롭게(monotonically) 감소된다. 코어(60)로부터의 산란된 광(102S)의 강도(I_S(z))는 광 산란이 광-산란 광학 섬유(50)의 길이 내내 일정할 때 유사한 형상을 갖는다. 도 4a의 그래프의 형상은 특히 광-확산 광학 섬유(50)의 손실 특성에 의해 결정된다.

도 4b는 광-확산 광학 섬유(50)의 길이에 따른, 즉 거리(z)의 함수로서 산란된 광의 원하는 일정한 강도(I_CONST)를 나타내는 산란된 광(102S)의 이상적인 강도(I_S(z))의 개략적인 그래프이다. 일 실시예에 있어서, I_CONST는 공차 범위, 즉, 상부 경계(I_U) 및 하부 경계(I_L)를 갖는 좁은 범위의 강도로 변할 수 있다. 도 4b의 그래프는 또한 투명 시트(20)로 연결된 산란된 광(102S)의 양일 수 있으므로, 광-확산 광학 섬유(50)로부터의 일정하지 않은 산란된 광 강도 프로파일을 갖는 경우에서도, 산란된 광이 투명 시트(20)에 진입하기 전에 상기 산란된 광을 조정(conditin)하는 기술이 사용될 수 있다. 광-확산 광학 섬유(50)에 따른 거리로 산란된 광의 강도(I_S)의 감소와 가이드된 광(102G)의 강도(I_C)의 감소를 적어도 부분적으로 보상하기 위한 일례의 방법이 아래 기재되어 있다.

일 실시예에 있어서, 광 산란은, 산란된 광(102S)의 일부가 투명 시트 엣지(26) 쪽으로 향하고 상기 시트 엣지에서 투명 시트 몸체(22)와 연결되는 동안, 나머지 부분이 투명 시트 엣지에 도달하지 못하고 이에 따라 투명 시트 몸체로 연결되지 않도록, 등방성(isotropic)이다. 도면에 있어서, 투명 시트 몸체(22)로 연결된 산란된 광(102S)의 부분만이 설명을 용이하게 위해 도시되어 있다. 투명 시트 몸체(22)로 연결된 산란된 광(102S)의 부분이 아래에서 더욱 상세하게 기재된 바와 같이, 평탄한-스크린 디스플레이를 포함한, 다양한 분야에 대한 조명 광으로 사용될 수 있다.

도 5b는 도 5a와 유사하며, 반사 표면(142)을 갖는 반사 부재(140)를 더 포함한다. 반사 부재(140)는 투명 시트(20)와 마주한 광-확산 광학 섬유(50)에 인접하여 배치된다. 반사 부재(140)는 투명 시트(20)에는 미치지 못하지만 (예를 들면, 반사 표면(142)의 형상을 통해) 산란된 광(102S)을 수광하고, 그리고 이러한 산란된 광의 적어도 한 부분을 투명 시트의 엣지(26) 쪽으로 산란된 및 반사된 광(102SR)으로 나아가도록(반사하도록) 구성된다. 따라서, 반사 부재(140)는 광-확산 광학 섬유(50) 내에서의 산란 공정의 등방성 때문에 손실될 수 있는 산란된 광(반사된 광(102SR))의 양을 증대시키도록 사용된다.

도 5c는 도 5a와 유사하며, 산란된 광(102S)이 굴절률-정합 재료를 통해 이동하도록(즉, 상기 굴절률-정합 재료가 광학 경로에 배치되도록) 광-확산 광학 섬유(50)와 투명 시트(20) 사이에 배치된 굴절률-정합 재료(200)를 더 포함한다. 굴절률-정합 재료(200)는 일 실시예에 있어서, 광-확산 광학 섬유(50)의 코어(60)의 굴절률(n ₆₀)과 투명 시트(20)의 굴절률(n ₂₀) 사이의 굴절률(n ₂₀₀)을 가지며, 예를 들면, (0.99)n ₆₀ < n ₂₀₀ < n ₂₀이다.

일 실시예에 있어서, 굴절률-정합 재료(200)는 또한 투명 시트(20)에 대해 광-확산 광학 섬유(50)를 지지하도록 사용된다. 일 실시예에 있어서, 굴절률-정합 재료(200)는 접착 특성을 갖는다. n ₆₀에 대한 일례의 값은 파장 550 nm에서 1.46이고, 그리고 n ₂₀₀에 대한 일례의 값의 범위는 550 nm의 파장에서 1.45 내지 1.55이다. 실시예의 굴절률-정합 재료는 폴리머-기반의 글루(glue), 포토-경화가능한 폴리머, 및 에폭시 글루를 포함한다.

도 5d는 도 5b와 유사하며, 굴절률-정합 재료(200)가 광-확산 광학 섬유(50) 및 반사 부재(140)를 지지하도록 사용되는 일례의 실시예를 나타내고 있다. 일 실시예에 있어서, 반사 부재(140)는 굴절률-정합 재료(200)의 외측 표면(201)에서 지지될 수 있다.

도 5e는 도 5c와 유사하며, 코어(60CS)가 노출되거나 또는 클래딩의 두께가 실질적으로 감소되도록, 상기 클래딩(66)의 일부가 그 길이의 적어도 일부를 따라 광-확산 광학 섬유(50)로부터 제거되는 일례의 실시예를 나타내고 있다. 클래딩(66)의 제거된 부분은 굴절률-정합 재료(200)로 충전된 것으로 도시된 갭(68)을 형성한다. 코어(60CS)가 노출된 일 실시예에 있어서, 시레인(silane)이 코어 표면을 보호하도록 상기 코어의 노출된 부분에 도포될 수 있다.

도 5e에 도시된 구성은, 증가된 양의 산란된 광이 코어로부터 실질적으로 반경방향 외측으로 그리고 갭(68)으로 나아가는 상태에서, 광-확산 광학 섬유(50)의 코어(60CS)로부터 방사된 산란된 광(102S)의 양을 증가시킨다. 이러한 구성은 상기 언급된 300 dB/m에 이르는 비교적 높은 광-확산 광학 섬유(50)에서의 산란 손실을 허용한다.

도 5f는 도 5d와 유사하며, 광-확산 광학 섬유(50)가 굴절률-정합 재료(200)로 충전된 갭(68)을 포함하는 일례의 실시예를 나타내고 있다. 광 산란이 더 이상 등방성이 아닐지라도, 산란된 및 반사된 광(102SR)처럼 투명 시트(20)로 다시 산란된 광의 적어도 한 부분을 반사 부재(140)가 반사시킨다는 장점을 여전히 갖는다는 것을 알 수 있다.

도 5g는 도 5a와 유사하며, 굴절률-정합 재료(200)가 투명 시트(20)의 엣지(26)에 적용된 접착 스트립의 형태를 취하는 일례의 실시예를 나타내고 있다. 굴절률-정합 접착 스트립(200)은 엣지(26)에 대해 광-확산 광학 섬유(50)를 지지하도록 사용되고 그리고 또한 산란된 광(102S)을 상기 엣지(26)를 통해 투명 시트 몸체(22)로의 커플링을 강화하는 상기 기술된 굴절률-정합 기능을 사용한다.

도 5h는 도 5g와 유사하며, 투명 시트(20)와 마주한 클래딩(66)의 한 부분에 또는 상기 부분에 인접하여 작동가능하게 배치된 반사 부재(140)를 더 포함한다. 일 실시예에 있어서, 반사 부재(140)는 클래딩(66)의 부분 상에 직접적으로 증착된 반사 필름이나 반사 테이프를 포함한다.

도 5i는 도 5g와 유사하며, 투명 시트(20)에 대한 광-확산 광학 섬유(50)를 지지하도록 구성된 지지 부재(150)를 포함하는 일례의 실시예를 나타내고 있다. 지지 부재(150)는 전방 단부(152)를 구비하고 내부 공동(154)은 전방 단부(152)에서 개방된다. 일 실시예에 있어서, 공동(154)은 도시된 바와 같이 만곡되거나 또는 평탄할 수 있는 후방 반사 표면(142)을 포함한다. 일 실시예에 있어서, 지지 부재(150)는 주조(molding)에 의해 형성된 하나의 구조체이다. 일 실시예에 있어서, 지지 부재(150)는 광-확산 광학 섬유(50)가 장착될 수 있는 지지 장착부(mount) 또는 스템(stem, 156)을 포함한다. 또한 일 실시예에 있어서, 지지 부재(150)는 다중 광-확산 광학 섬유(50)를 지지하도록 구성될 수 있다.

일 실시예에 있어서, 지지 부재(150)의 전방 단부(152)는 상부 표면 및 하부 표면(24)을 파지함으로써 엣지(26)에서 투명 시트의 일부를 미끄럼가능하게 그리고 적당하게 결합할 수 있도록, 상기 투명 시트(20)의 두께(TH20)로 형성된 조리개(aperture, 158)를 형성한다. 일 실시예에 있어서, 전방 단부(152)는 투명 시트(20)의 상부 표면 및 하부 표면(24)을 용이하게 파지하도록 순응한다. 도 5j는 도 5i와 유사하며, 예를 들면, 반사 테이프를 사용하여, 일례로 형성된 지지 부재(150)를 나타내고 있다. 일 실시예에 있어서, 내부 공동(154)은 광-확산 광학 섬유(50)를 내부 공동 내에 작동가능하게 지지하도록 굴절률-정합 재료(200)로 선택적으로 충전될 수 있다.

도 5k는 굴절률-정합 접착 스트립(200) 및 광-확산 광학 섬유(50)가 투명 시트(20)의 인접한 상부 표면(24)에 놓인다는 것을 제외하고는 도 5g와 유사하다. 도 5l은 굴절률-정합 재료(200)가 광-확산 광학 섬유(50) 및 반사 부재(140) 모두를 지지하는데 사용된다는 것을 제외하고는 도 5k와 유사하다.

도 5m은 도 5k와 유사하며, 각각의 굴절률-정합 접착 스트립(200)을 통해 투명 시트 상부 표면(24)에 부착된 다중 광-확산 광학 섬유(50)를 나타내고 있다. 선택적인 실시예에 있어서, 단일의 굴절률-정합 접착 스트립(200)이 사용될 수 있다. 이러한 구성은 상부 표면(24)을 통해 투명 시트 몸체(22)로 산란된 광(102S)을 연결하기 위한 다중 위치를 제공한다. 실시예에 있어서, 이러한 동일한 구성은 상부-표면 구성에 더하여 또는 대안으로서 하부 표면(24) 상에 형성될 수 있다.

도 5n은, 반사 부재(140)가 존재하지 않고, 클래딩(66)의 일부가 상기 언급된 클래딩 갭(68)을 형성하도록 제거되었다는 것을 제외하고는, 도 5l과 유사하다. 이러한 구성은 산란된 광(102S)이 클래딩 갭(68)에서 광-확산 광학 섬유(50)를 빠져나올 수 있게 하고 그리고 상부 표면(24)으로부터 투명 시트 몸체(22)에 진입할 수 있게 한다.

도 5o는 도 5k 및 도 5m와 유사하며, 각각의 굴절률-정합 재료 부분(200)을 통해 투명 시트 상부 표면(24)에 부착된 다중 광-확산 광학 섬유(50)를 나타내고 있다. 선택적인 실시예에 있어서, 단일의 굴절률-정합 층(200)이 사용될 수 있다. 이러한 구성은 상부 표면 및 하부 표면(24) 중 어느 하나의 표면을 통해 또는 이들 모두의 표면을 통해(상부 표면(24)이 설명을 위해 도시되어 있음), 투명 시트 몸체(22)로 산란된 광(102S)을 연결하기 위한 다중 위치를 제공하는 다른 한 방법을 제공한다.

도 6a는 도 1과 유사하며, 광학 섬유에 따른 거리로 광-확산 광학 섬유(50)로부터 산란된 광(102S)의 강도(I_S) 감소를 적어도 부분적으로 보상하는 거리(z)(즉, 광-확산 광학 섬유(50)에 따른 거리)의 함수로 변하는 굴절률(n ₂₀₀)을 굴절률-정합 재료(200)가 갖는 일례의 실시예를 나타내고 있다. 도 6b는 굴절률(n ₂₀₀) 대 거리(z)의 일례의 프로파일의 그래프이다. 굴절률-정합 재료(200)의 두께(TH200)는 대략 10　microns이다. 그래프에서 수평 실선으로 지시된 바와 같이, 코어(60)의 (유효) 굴절률 n ₆₀ = 1.46이다. 투명 시트(20)는 굴절률(n ₂₀ = 1.5)을 갖는 유리로 만들어진다. 굴절률-정합 재료(200)에 대해 가변 굴절률 프로파일(n ₂₀₀(z))은 1.455의 값을 갖고, 이는 광-확산 광학 섬유(50)의 커플링 단부(52)에서 또는 그 근처에서 1.460의 코어 굴절률(n ₆₀) 바로 아래이고, 그리고 터미널 단부(54) 쪽으로 1.49의 값으로 증가된다. 굴절률-정합 재료(200)의 굴절률(n ₂₀₀)이 증가함에 따라, 증가하는 량의 광이 코어(60)로부터 산란된다. 이러한 구성은 광-확산 광학 섬유(50) 고유의 거리를 갖는 광 산란의 감소된 양을 적어도 부분적으로 중화(counteract)하도록 사용된다.

도 6c 및 도 6d는 도 6a와 유사하며, 굴절률-정합 재료(200)의 두께(TH200)가 거리(z), 즉, TH200 = TH200(z)로 변하는 일례의 실시예를 나타내고 있다. 더욱 두꺼운 두께(TH200)가 산란된 광(102S)의 감쇠(attenuation)의 더욱 많은 양에 대응한다. 따라서, 광-확산 광학 섬유(50)의 커플링 단부(52)에서 또는 그 근방에서, 두께(TH200(z))는 최대이고 그리고 터미널 단부(54)에서 또는 그 근방에서 최소 두께로 단조롭게 감소된다. 도 6c는 일례의 선형으로 변하는 두께 프로파일(TH200(z))을 나타내고 있는 한편, 도 6d는 일례의 만곡된 두께 프로파일(TH200(z))을 나타내고 있다. 특히 두께 프로파일(TH200(z))이 광-확산 광학 섬유(50)의 손실 특성에 의해 결정된다.

일례의 실시예에 있어서, 산란된 광 강도(I_S)가 광-확산 광학 섬유의 길이의 일부를 따라서 실질적으로 일정하도록, 상기 광-확산 광학 섬유(50)의 적어도 일부에 따른 거리로 산란된 광(102S)의 강도(I_S)의 변화를 두께 프로파일(TH200(z))이 실질적으로 보상하도록 구성된다.

다른 일례의 실시예에 있어서, 광-확산 광학 섬유(50)는, 산란된 광 강도(I_S)가 상기 광-확산 광학 섬유에 따른 거리의 함수로 실질적으로 일정하도록, 구성된다. 이러한 구성은 코어 보이드 구역(60V)에서의 보이드(64)의 크기를 변경시키도록 사용되는, 예를 들면 광학 섬유 인발 공정 동안에 온도를 변경시킴으로써 달성될 수 있다. 보이드(64)가 작으면 작을수록, 광학 섬유(50)에서의 손실은 더욱 크게 된다. 따라서, 일례의 실시예에 있어서, 광-확산 광학 섬유(50)는 그 길이의 적어도 일부 내내 실질적으로 일정한 강도(I_S)를 갖는 산란된 광(102S)을 방사하도록, 구성된다. 이러한 광-확산 광학 섬유(50)의 일례의 성형 방법이 미국 특허 출원번호 제12/950,045호에 개시되어 있고, 상기 특허문헌의 내용은 참조를 위해 본 명세서에 통합되어 있다. 랜덤으로 배치된 보이드를 갖는 광학 섬유의 일례의 성형 방법이 미국 특허번호 제7,450,806호에 개시되어 있고, 상기 특허문헌의 내용은 참조를 위해 본 명세서에 통합되어 있다.

도 6e는 도 6a와 유사하며, 광-확산 광학 섬유(50)가 각각의 단부(52 및 54)에서 2개의 광원(100)과 광학적으로 연결된 일례의 실시예를 나타내고 있다. 광학 이솔레이터(58)는, 한 광원(100)이 다른 광원으로 진입하는 것을 방지하기 위하여, 각각의 광원(100)에 인접하여 선택적으로 사용된다. 이러한 대칭적인 2개의-광원의 구성은 산란된 광(102S)의 실질적으로 일정한 강도(I_S)를 초래한다.

도 6f는 도 6a와 유사하며, 굴절률-정합 재료(200)(용이하게 구별되도록 단면 해치로 도시됨)가 연속적이지 않고 그리고 광 확산 광학 섬유(50)가 (예를 들면, 도시된 바와 같이 엣지(26)에서) 많은 개별 위치(DL)에서 굴절률-정합 재료(200)의 많은 부분(200P)을 사용하여, 투명 시트(20)에 광학적으로 연결(일 실시예에 있어서, 상기 투명 시트에 부착)되는 일례의 실시예를 나타내고 있다. 일 실시예에 있어서, 굴절률-정합 재료 부분(200P)이 놓인 개별 위치(DL)의 밀도는, 커플링 단부(52) 쪽으로 비교적 저 밀도를 갖고 터미널 단부(54) 쪽으로 비교적 고 밀도를 가지면서, 인풋 단부(52)로부터 광-확산 광학 섬유(50)의 길이를 따라서 변한다. 각각의 개별 위치(DL)에서의 굴절률-정합 재료(200)의 부분(200P)이 일 실시예에 있어서 설명을 용이하게 하기 위하여 필수적인 것으로 도시되어 있다. 그러나, 굴절률-정합 재료(200)의 상이한 크기의 부분(200P)이 또한 상이한 개별 위치(DL)에서 사용될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 특히 굴절률-정합 재료 부분(200P) 및 개별 위치(DL)의 구성이 광-확산 광학 섬유(50)의 길이의 대응되는 부분을 따라 투명 시트 몸체(22)에 진입하는 실질적으로 일정한 양(즉, 강도(I_S))의 산란된 광(102S)을 제공하도록 선택된다.

도 7a는 도 6a와 유사하며, 광-확산 광학 섬유(50)가 도시된 바와 같이, 투명 시트(20)의 인접한 2개의 엣지(26)에 위치하게 할 수 있는 굽힘부(51)를 상기 광학 섬유가 포함하는 실시예의 시스템(6)을 나타낸 도면이다. 이러한 구성은 산란된 광(102S)이 양 엣지(26)에서 투명 시트(26)에 진입할 수 있게 하여, 더욱 많은 광이 투명 시트(20)에 연결될 수 있다. 일반적으로, 하나 이상의 굽힘부(51)는 단일의 광-확산 광학 섬유(50)에 사용될 수 있어, 광학 섬유의 부분이 투명 시트(20)의 대응하는 2개 이상의 엣지(26)에 인접하여 놓인다.

도 7b는 도 7a와 유사하며, 투명 시트(20)의 상이한 엣지(26)에 따라 다중 광-확산 광학 섬유(50)를 사용하는 일례의 실시예의 시스템(6)을 나타내고 있다. 도 7b의 시스템(6)은 3개의 부분의 비-광-확산 광학 섬유(250)를 사용한다. 제 1 부분의 광학 섬유(250)는 광원(100)을 1 x 2 커플러(280)와 광학적으로 연결한다. 제 2 부분 및 제 3 부분의 광학 섬유(250)는 투명 시트(20)의 반대쪽 엣지(26)에 작동가능하게 배치된 제 1 및 제 2 광-확산 광학 섬유(50)와 광학 커플러(280)를 광학적으로 연결한다. 일 실시예에 있어서, 제 2 부분 및 제 3 부분의 광학 섬유(250)가 예를 들어 기계적 컨넥터인 접합(splicing) 부재(59)를 통해, 각각의 광-확산 광학 섬유(50)와 광학적으로 연결된다.

단일의 비-광-확산 광학 섬유(250) 및 순환장치(280)를 사용하기 보다는, 도 7c에 도시된 대안적인 실시예에 있어서, 2개의 비-광-확산 광학 섬유(250)는 광원(100)에서 광학 섬유 다발(FB)을 형성하도록 접합된다. 광(102)은 이후 2개의 광학 섬유 단부(252)로 직접적으로 연결된다. 이와 같이, 다른 한 실시예에 있어서, 다중 광원(100)이 광학 섬유 다발(FB)에서 각각의 비-광-확산 광학 섬유(250)에 대해 사용될 수 있다.

일반적으로 말하자면, 광학 섬유 다발(FB)은 비-광-확산 광학 섬유(250), 광-확산 광학 섬유(50), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있고, 2개 이상의 광-확산 광학 섬유(50)의 적어도 일부가 인접한 투명 시트(20)의 대응하는 각각의 엣지(26) 및/또는 표면(24)에 인접하여 작동가능하게 배치된다. 도 7d는 2개의 광-확산 광학 섬유(50) 및 하나의 비-광-확산 광학 섬유(250)가 섬유 다발(FB)을 형성하도록 수렴하는 도 7c와 유사한 실시예를 나타내고 있다. 2개의 광-확산 광학 섬유(50)는 직사각형-형상의 투명 시트(20)의 모든 4개의 엣지(26)의 적용범위를 제공하도록 구성된다. 비-광-확산 광학 섬유(250)의 한 부분은, 특히 광학 섬유가 투명 시트(20)의 인접한 2개의 엣지(26)에 작동가능하게 놓일 수 있는 굽힘부(51)를 포함하는 광-확산 광학 섬유(50)에 (예를 들면, 접합부(splice)(59)를 통해) 광학적으로 연결된다.

도 8은 본 발명의 시스템(6)을 포함한 일례의 평탄한-스크린 장치의 분해 사시도이다. 평탄한-스크린 장치(300)는 상부 표면(312) 및 하부 표면(314)을 구비한 광-변조 디스플레이 조립체(310)를 포함한다. 광-변조 디스플레이 조립체(310)는 광-변조 전자장치(315)와 전기적으로 연결된다. 투명 시트(20)는 광-변조 디스플레이 조립체(310)의 상부 표면(312)에 또는 그에 인접하여 놓인다. 일 실시예에 있어서, 광-변조 디스플레이 조립체(310)는 투명한 전기 연결부(318)를 통해 광-변조 전자장치(315)로써 어드레스 가능한 복수의 픽셀(316)을 포함한다. 투명한 전기 연결부(318)는 전형적으로 (예를 들면, 소스(source)의 그리고 게이트 버스 라인의) 그리드-형 구성을 갖고, 설명을 위해 간단하게 나타내어진 전기 연결부만을 선택한다. 일례의 광-변조 디스플레이 조립체(310)는 교차-편광자에 의해 샌드위치된 액정 셀(픽셀)의 어레이를 형성하는 액정 매트릭스를 포함한 LCD 조립체이다. 일례의 반사식 LCD 조립체는 미국 특허번호 제6,404,471호에 개시되어 있고, 이 특허문헌은 참조를 위해 본 명세서에 통합되어 있다.

평탄한-스크린 장치(300)는 또한 반사 표면(332)을 갖는 반사 부재(330)를 포함한다. 반사 부재(330)는 인접한 광-변조 조립체 하부 표면(314)에 놓인다.

평탄한-스크린 장치(300)의 작동에 있어서, 산란된 광(102S)은 상기 기술된 방식으로, 말하자면 엣지(26)에서 투명 시트(20)로 연결된다. 여러 실시예에 있어서, 산란된 광(102S)은 상기 기재된 여러 일례의 실시예 중 임의의 실시예를 사용하여 투명 시트(20)로 연결된다. 이러한 산란된 광(102S)의 적어도 한 부분이 이후 투명 시트(20)로써, 예를 들면, 거친 상부 표면(24)으로부터의 산란에 의해, 다시 나아가게 되어 광-변조 디스플레이 조립체(310)로 이동한다. 이러한 산란된 광(102S)은 광-변조 디스플레이 조립체(310)를 통해 이동하고 반사 부재(300)의 반사 표면(332)에 의해 다시 반사되어 광-변조 디스플레이 조립체를 통해 다시 이동하며, 상기 디스플레이 조립체에서 상기 광이 투명 시트(20)를 빠져나오고 관찰자(400)에 의해 보여진다. 따라서, 산란된 광(102S)은 광-변조 디스플레이 조립체(310)를 2번 통과함으로써 변조되고, 이러한 변조는 광-변조 전자장치(315)의 작동에 의해 결정된다. 이러한 결과 관찰자(400)가 볼 수 있는 디스플레이 이미지이다.

굴절률- 정합 층을 갖는 광-커플링 광학 시스템

도 9a는 평면도이고 도 9b는 본 발명에 따른 다른 일례의 실시예의 광-커플링 광학 시스템("시스템")(6)의 저면도이다. 도 10은 도 9a의 광-커플링 광학 시스템(6)의 사시도이다. 도 11은 Y-Z 평면에서 취한 시스템(6)의 단면도인 한편으로, 도 12a는 X-Z 평면에서 취한 바와 같은 상기 시스템의 단면도이다.

시스템(6)은 도 1 및 도 2에 도시된 시스템과 유사하고, 적어도 상부 투명 시트("상부 시트")(20U)를 구비하고 그리고 선택적으로 하부 시트(20L)를 포함하는 광학 조립체(10)를 포함하고, 상기 시트는 또한 투명할 수 있지만 그러나 또한 불투명식, 반불투명식(semi-opaque), 부분적으로 반사식 또는 실질적으로 굴절식일 수 있다. 시트(20U 및 20L)는 이격되어 배치되고 그리고 서로 실질적으로 평행하다.

광학 조립체(10)는 상부 및 하부 시트(20U 및 20L) 사이에서 샌드위치된 굴절률-정합 층(12)을 포함한다. 시스템(6)이 하부 시트(20L)를 포함하지 않는 예시적인 일 실시예에 있어서, 굴절률-정합 층(12)은 이후 도 12b의 단면도에서 도시된 바와 같이, 상부 시트(20U)에 직접 인접하여 위치한다. 굴절률-정합 층(12)은 상부 시트(20U)의 굴절률과 실질적으로 맞춰지는 굴절률을 갖도록 구성된다. 굴절률-정합 층(12)에 대한 일례의 재료가 자외선(ultra-violet, UV)-경화가능한 폴리머이다. 일 실시예에 있어서, 굴절률-정합 층(12)은 예를 들면, 접착성 폴리머로 이루어진 접착제이다. 일 실시예에 있어서, 굴절률-정합 층(12)은 광을 산란하도록 구성되고, 예를 들면, 광 산란 물질을 포함한다(도 15b 참조). 이에 따라 굴절률-정합 층에 대한 예시적인 재료가: 폴리머, 도프된 폴리머, 접착 특성을 갖는 폴리머, 400 nm와 700 nm 사이의 파장 범위에서 저 흡수를 갖는 폴리머, 열 경화성 폴리머, 포토-경화가능한 폴리머, 또는 이들의 조합을 포함한다.

상부 및 하부 시트(20U 및 20L)를 포함한 광학 조립체(10)의 실시예와 관련하여, 상부 시트는 두께(THU), 서로 반대쪽에 위치된 상부 및 하부(즉, 상측 및 하측)의 실질적으로 평탄하고 실질적으로 평행한 표면(24U 및 24U')(도 11 참조), 그리고 직사각형 투명 시트에 대한 4개의 엣지(26U)와 같은 하나 이상의 엣지(26U)를 형성한 몸체(22U)를 구비한다(도 11 참조). 이와 같이, 하부 시트(20L)는 두께(THL)(도 11 참조), 서로 반대쪽에 위치한 상부 및 하부(즉, 상측 및 하측)의 실질적으로 평탄하고 실질적으로 평행한 표면(24L 및 24L'), 그리고 하나 이상의 엣지(26L)(예를 들면, 직사각형 투명 시트에 대한 4개의 엣지(26L))를 형성한 몸체(22L)를 구비한다.

상부 투명 시트 및 하부 투명 시트(20U 및 20L)는 예를 들면, 유리, 플라스틱, Corning사의 EAGLE XG^® 유리, EAGLE^® 유리, GORILLA^® 유리 및 PYREX^® 유리뿐만 아니라, 용융된 실리카, PPMA와 같은 플라스틱 재료, 폴리머, 또는 임의의 다른 투명한 재료와 같은 디스플레이 유리로 만들어질 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상부 시트(20U)는 폴리머 층으로 코팅된 유리의 시트와 같은 다중 시트로부터 성형될 수 있다. 본 명세서에서, "투명한"이라는 용어는 일반적으로 투명 시트가 적어도 가시 파장 범위에서 광을 전송하고, 그리고 주어진 두께(THU 또는 THL)에 대해 광을 흡수하기 보다는 더 많은 광을 전송한다는 것을 의미한다.

일 실시예에 있어서, 상부 시트(20U)의 몸체(22U)의 두께(THU) 및 하부 투명 시트(20L)의 몸체(22L)의 두께(THL) 중 적어도 하나의 두께가 0.3 mm 이상이고, 다른 한 실시예에 있어서 0.7 mm 이상이다. 일 실시예에 있어서, 상부 시트 몸체(22U) 및 하부 시트 몸체(22L) 중 적어도 하나의 굴절률이 550 nm에서 대략 1.5 이상이다. 일 실시예에 있어서, 상부 시트(20U)는 대략 100 microns 만큼 얇은 유리 층을 포함하고 그리고 굴절률-정합 층(12)은 폴리머를 포함하며 200 micron 만큼 얇은 두께(TH12)를 갖는다.

시스템(6)의 광학 조립체(10)는 적어도 하나의 광-확산 광학 섬유의 적어도 한 부분이 굴절률-정합 층(12) 내에 적어도 부분적으로 삽입(embed)되도록 작동가능하게 배치된 적어도 하나의 광-확산 광학 섬유(50)를 포함한다. 실시예에서, 적어도 하나의 광-확산 광학 섬유(50)는 개재된 굴절률-정합 층의 한 부분과 상부 투명 시트(20U)로부터 이격되거나 바로 인접하여 놓인다. 일 실시예에 있어서, 적어도 하나의 광-확산 광학 섬유(50)의 적어도 한 부분이 굴절률-정합 층(12) 내에 완전히 삽입된다.

일 실시예에 있어서, 광-확산 광학 섬유(50)는 상기 언급된 커플링 단부(52) 및 터미널 단부(54)를 포함한다. 커플링 단부(52) 및 터미널 단부(54)는 광-확산 광학 섬유(50)에 대한 길이(L)를 형성한다(도 11 참조). 시스템(6)은 또한 광학 조립체(10)에 특히 광-확산 광학 섬유(50)의 커플링 단부(52)에 광학적으로 연결된 상기 언급된 광원(100)을 포함한다. 광원(100)은 도 13의 확대 단면도에 도시된 바와 같이, 가이드된 광(102G)처럼 광-확산 광학 섬유(50) 내를 상기 기재된 바와 같이 이동하는 광(102)을 방사한다. 광-확산 광학 섬유(50)는 가이드된 광(102G)으로부터 산란된 광(102S)을 생성하도록 상기 기재된 바와 같이 구성된다.

일 실시예에 있어서, 시스템(6)은 광-확산 광학 섬유(50)의 터미널 단부(54)에 작동가능하게 인접하여 배치된 상기 언급된 터미널 광학 부재(56)를 포함한다. 일 실시예에 있어서, 터미널 광학 부재(56)는 광(102)을 흡수하는 광학 흡수기인 한편으로, 다른 한 실시예에 있어서 반사된 가이드된 광이 반대 방향, 즉 광원(100) 쪽으로 이동하도록, 광(102)을 반사(예를 들면, 가이드된 광(102G)을 반사)하는 광학 반사기이다. 이러한 일 실시예에 있어서, 광학 이솔레이터(도시 생략)는 광(102)이 광원(100)(예를 들면, 인접한 광원(100))으로의 복귀를 방지하도록 사용될 수 있다.

일례의 실시예에 있어서, 광학 조립체(10)는 가요성으로 구성되며, 즉, 실질적인 곡률을 갖도록 구부러질 수 있다. 다른 일례의 실시예에 있어서, 광학 조립체(10)는 강성을 갖도록 구성되며, 즉, 실질적인 곡률을 갖도록 구부러질 수 없다.

도 12a 및 도 12b를 살펴보면, 일례의 실시예에 있어서, 광학 조립체(10)는 상부 시트(20U)의 면(26U)을 포함하고 하부 시트(20L)의 면(26L)을 포함할 수 있는 주변부(11)를 포함한다. 일례의 실시예에 있어서, 광학 조립체는 주변부(11)의 적어도 한 부분에 인접하여 배치된 적어도 하나의 반사 부재(140)를 포함한다. 반사 부재(140)의 반사 표면(142)은 광을 정반사성으로(specularly) 반사시키도록 구성될 수 있거나 또는 광을 확산 반사시키도록 구성될 수 있다.

상부 시트(20)의 굴절률과 주위 매체(예를 들면, 공기, 또는 저-굴절률 층, 아래 기재된 바와 같이)의 굴절률 각각에 의해 정의된 바와 같은 임계 각도 내의 광-확산 광학 섬유(50)로부터의 산란된 광(102S)의 부분은 전체 내부 반사에 의해 광학 조립체(10) 내에서 트랩된다. 일 실시예에 있어서, 상부 시트(20U)의 상부 표면(24U) 상에서의 광-산란 특징부재(23U)는 광학 조립체(10) 내에 트랩된, 산란된 광(102S)을 더욱 산란시키도록 사용된다. 이러한 구성은 관찰자(400)가 산란된 광(102S)을 볼 수 있게 하면서, 상부 시트(20U)의 상부 표면(24U)을 볼 수 있게 한다.

일 실시예에 있어서, 광-산란 특징부재(23U)는 다른 한 실시예에 있어서 실질적으로 모든 상부 표면(24U)을 커버하면서 배치된다(localize). 일 실시예에 있어서, 광-산란 특징부재(23U)는 거친 특징부재를 포함한다. 일 실시예에 있어서, 광-산란 특징부재(23U)는 예를 들면, 레이저를 사용하여(예를 들면, 레이저 엣칭에 의해), 상부 시트(20U)의 상부 표면(24U)으로 에치가공된다. 일 실시예에 있어서, 광-산란 특징부재(23U)는 상부 시트의 상부 시트(24)에 일체로 형성되기보다는 광-산란 부재로서 상부 시트(20U)에 부가된다.

도 12c는 반사 부재(140)가 U-형상을 갖고 그리고 주변부(11), 상부 시트(20U) 및 굴절률-정합 층(12)과 접촉하여 배치된 일례의 실시예를 나타낸 광학 조립체(10)의 단부 부분의 확대 단면도이다. 광-확산 광학 섬유(50)로부터 산란된 광(102S)의 한 부분이 도 12b와 관련하여 상기 기재된 바와 유사하게, 반사 부재(140) 상에 입사되고 상기 반사 부재로부터 반사된다. 이러한 산란된 광(102S)은 또한 전체 내부 반사를 통해 광학 조립체(10) 내에서 이동한다.

도 12d는 도 12c와 유사하며, 반사 부재(140)가 상기 반사 부재로 형성된 내부 공동(154)과 관련된 에어 갭(155)에 의하여 굴절률 정합 층(12), 상부 시트(20U), 및 주변부(11)와 이격되어 있는 일례의 실시예를 나타내고 있다.

도 12e는 광-확산 광학 섬유(50)의 한 부분이 주변부(11)에서 굴절률-정합 층(12)으로부터 뻗어있다는 것을 제외하고는 도 12d와 유사하다. 도 12f는, 광-확산 광학 섬유(50)가 굴절률 정합 층(12) 외측에 전반적으로 위치되고 인접한 주변부(11)라는 것을 제외하고는 도 12e와 유사하다. 도 12g는 도 12c와 유사하며, 반사 부재(140)가 X-방향에 대해 각도(α) 만큼 형성된 경사진 부분(141)을 갖는 일례의 실시예를 나타내고 있다. 경사진 부분(141)은 광학 조립체(10)에 대해 동일한 외형으로 사용된 U-형상의 반사 부재(140)와 비교된 손실 량을 감소시키도록 사용될 수 있다. 반사 부재(140)의 상부 부분은 치수(길이)(d)를 갖는 베젤(143)을 형성할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 도 12c 내지 도 12f에 도시된 바와 같은 반사 부재(140)의 치수(d)의 범위는 0 ≤ d ≤ 4 mm 일 수 있다. 다른 한 실시예에 있어서, 반사 부재(140)는, 길이(d)가 20% 이하의 손실을 제공하도록, 구성된다. 이 경우, 손실은 광학 조립체(10)로 연결되지 않는 광의 단편(fraction)으로 형성된다.

일 실시예에 있어서, 광학 조립체(10)는 두께 TH10 ≤ 0.8 mm를 갖고, 바람직하게는 0.2 mm ≤ TH10 ≤ 0.25 mm이다. 광학 조립체(10)의 두께(TH10)에 대한 이러한 작은 값은 평탄한-스크린 장치(300)(도 17에 도시되고 그리고 아래에서 더욱 상세하게 기재되고 언급됨)가 매우 얇게 될 수 있게 하고 작은 형상 인자를 가질 수 있게 한다. 또한, 광-확산 광학 섬유(50)의 소직경에 의해 매우 작은 폭의 베젤(143)이 가능하게 된다.

일 실시예에 있어서, 내측으로 반사된 (가이드된) 광처럼 광-확산 광학 섬유(50)로부터 광학 조립체(10)로 산란된 광(102S)의 커플링 효율(ε)은 ε ≥ 70%이다. 커플링 효율은 LED와 같은 종래의 광원을 사용하는 종래의 평탄한-패널 디스플레이 장치의 전형적인 광 커플링 효율보다 더 크다.

도 15a(아래에서 더욱 상세하게 설명되고 기재됨)에 도시된 다른 한 실시예에 있어서, 광-흡수 특징부재(25U)는 상부 시트(20)의 상부 표면(24U)에 형성될 수 있다. 광-흡수 특징부재(25U)는 산란된 광이 상부 표면(24U)을 빠져나오는 일 실시예에서 산란된 광(102S)을 흡수하도록 사용될 수 있다. 이러한 경우에 있어서, 광-흡수 특징부재(25U)는 산란된 광(102S)을 실질적으로 흡수하도록 사용되어, 광-흡수 특징부재(25U)가 예를 들면, 표시, 텍스트, 신호 등을 형성하도록 사용될 수 있도록 관찰자(400)가 상기 광-흡수 특징부재에 대응하는 어두운 특징부재를 볼 수 있다.

도 14는 광-확산 광학 섬유(50)가 X-Y 평면에서 사행 구성을 갖는 일례의 실시예의 시스템(6)의 평면도이다. 도 15a는 라인(CS1)을 따라 취한 바와 같은 도 14의 광학 조립체(10)의 단면도이다. 도 14 및 도 15a의 일례의 실시예의 시스템(6)은 산란된 광(102S)을 상부 시트(20U)의 큰 영역에 제공할 수 있도록 광-확산 광학 섬유(50)를 분배한다.

도 15b는 도 15a와 유사하며, 하부 반사 시트(20L)뿐만 아니라 면 반사기(140)를 포함한 도 14의 광학 조립체(10)의 일례의 실시예를 나타내고 있다. 하부 반사 시트(20L)는 상부 시트(20U)로 후퇴시키는 산란된 광(102S)을 반사시키도록 사용된다. 하부 반사 시트(20L)는 정반사성 반사이거나 또는 확산성 반사일 수 있다. 산란된 광(102S)의 일부가 상부 시트(20U)를 통해 이동하면서 산란된 광의 일부가 임계 각도 내에 내려갈 수 있고 전체 내부 반사를 통해 상부 시트 및 굴절률-정합 층(12) 내에 트랩될 수 있음을 알 수 있다. 또한, 도 15b는 상기 도면의 최좌측에서, 굴절률-정합 층이 예를 들면, 미립자의 함유물에 의해 광을 산란하도록 구성될 때, 산란된 광(102S)이 굴절률-정합 층(12) 내에서 어떻게 재-산란될 수 있는지를 나타내고 있다.

도 16a는 도 12b의 단면도와 유사한 단면도이고 광학 조립체(10)의 다른 일례의 실시예를 나타내고 있다. 도 16a의 광학 조립체(10)는 상부 시트(20U)의 상부 표면(24U)에 바로 인접한 제 1 저-굴절률 층(510)(예를 들면, 저-굴절률 폴리머), 그리고 굴절률-정합 층(12)과 하부 시트(20L) 사이에 제 2 저-굴절률 층(510)을 포함한다. 굴절률-정합 층(12)은 2번-산란된 광(102S')을 형성하도록 광-확산 광학 섬유(50)로부터 산란된 광(102S)을 산란시키도록 구성된다.

일 실시예에 있어서, 굴절률-정합 층(12)은 도프된 폴리머를 포함한다. 일 실시예에 있어서, 굴절률-정합 층(12)은 두께(TH12 = 0.3 mm)를 갖도록 두껍게 되는 한편, 상부 시트(20U)는 유리로 만들어지고 두께(THU = 0.7 mm)를 갖도록 두껍게 된다. 일례의 실시예에 있어서, 하부 시트(20L)는 산란된 광(102S)을 확산되게 반사시키는 확산 반사기로 구성된다. 일 실시예에 있어서, 반사 부재(140)는 주위부(11)에서 광-확산 광학 섬유(50)를 커버하도록 베젤로 사용된다. 일 실시예에 있어서, 주위부(11)에 가장 근접한 광-확산 광학 섬유(50)의 엣지는 주위부로부터 대략 2 mm 떨어져 있다.

도 16b는 도 16a와 유사하며, 인접한 굴절률-정합 층(12)에 인접하여 외측에 위치한 일례의 실시예를 나타내고 있다. 광-확산 광학 섬유(50)의 직경이 비교적 작기 때문에(예를 들면, 250 micron), 실질적인 베젤(bezel) 또는 임의의 베젤이 필요하지 않음을 알 수 있을 것이다.

도 16a 및 도 16b를 살펴보면, 광학 조립체(10)는 커버 필름(520)을 더 포함한다. 일 실시예에 있어서, 커버 필름(520)은 수직 입사에 상대적으로 가까운 각도로 광학 조립체를 보는 관찰자(400)에게 광도를 증가시키는 소위 "BEF(brightness enhancement film)"로 구성된다. 일 실시예에 있어서, 커버 필름(520)은 액정 디스플레이(LCD)에 요구되는 광을 편광하도록 구성된다. 도 16a 및 도 16b의 광학 조립체(10)는 평탄한-패널 디스플레이에 사용될 수 있는 백라이트 유닛을 구성한다. 도 17은 도 16a 및 도 16b와 관련하여 상기 기재된 바와 같은 광학 조립체(10)를 포함한 시스템(6)을 사용하는 평탄한-스크린 장치(300)의 개략적인 다이어그램이다. 평탄한-스크린 장치(300)는 광학 조립체(10)와 작동가능하게 배치된 광-변조 디스플레이 조립체(310)를 포함한다.

도 18a를 살펴보면, 일례의 실시예에 있어서, 광원(150)은 광원 조립체(149)의 부품이고 그리고 레이저 다이오드와 같은 각각의 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 광 방사기(151, 즉, 151R, 151G 및 151B)로 구성된다. 광 방사기(151R, 151G 및 151B)는 일 실시예에 있어서 광-확산 광학 섬유라기보다는 저-손실 광학 섬유인 각각의 광학 섬유 부분(FR, FG 및 FB)을 통해 다중 장치(167)의 각각의 포트와 광학적으로 연결된다. 광 방사기(151R, 151G 및 151B)는 광(152R, 152G 및 152B)을 각각 방사한다.

광-확산 광학 섬유(50)는 또한 다중 장치와 연결된다. 일 실시예에 있어서, 광원(150)은 광 방사기(151R, 151G 및 151B)의 순차적인 기동을 포함한, 광원(150)의 작동을 제어하도록 구성된 제어 전자장치(153)를 포함한다. 다른 한 실시예에 있어서, 제어 전자장치(153)는 광원(150)과 작동가능하게 연결되지만 상기 광원과는 이격되어 있다.

광원(150)은 적색 광(152R), 녹색 광(152G) 및 청색 광(152B)을 각각 발생시키도록, 제어 전자장치(153)를 통해 광 방사기(151R, 151G 및 151B)를 시간-다중 송신(time-mulitiplex)하도록 구성된다. 이러한 광은 각각의 광학 섬유 부분(FR, FG 및 FB) 상을 그리고 다중 장치(167)로 이동하고, 상기 다중 장치는 상기 기재한 바와 같이 굴절률-정합 층(12) 내에 또는 그에 인접하여 놓인 광-확산 광학 섬유(50) 상에 광을 다중 송신한다.

광원 조립체(149)에 대한 이러한 배치는 평탄한-스크린 장치(300)의 부분으로서 광학 조립체(10)에서 필드-시퀀셜 칼라(field-sequential color)를 생성하도록 사용될 수 있다. 이러한 구성은 흰색-광 LED로 사용된 칼라 필터에 대한 필요성을 제거하고, 또한 광 방사기(151)와 같은 LED 보다 레이저의 사용을 가능하게 한다는 것을 알 수 있을 것이다. 이는 종래의 LCD 평탄한-스크린 장치에 비해 향상된 색 영역을 초래한다. 일 실시예에 있어서, 색 영역은 대략 1.9의 배수에 이를 만큼 향상한다. 예를 들면, 대략 3X 향상(즉, 대략 3X의 에너지 감소)에 이르는 에너지 효율의 향상이 가능하게 된다.

도 18b는 도 18a와 유사하지만, 광원 조립체(149)가 각각의 광 방사기(151R, 151G 및 151B)와 광학적으로 직접적으로 연결된 3개의 광-확산 광학 섬유(50R, 50G 및 50B)를 포함하는 일 실시예를 나타내고 있다. 3개의 광-확산 광학 섬유(50)의 부분은 단일의 굴절률-정합 광학 섬유를 사용한 바와 같은 실시예로 기재된 다양한 실시예와 관련하여 상기 기재된 바와 같은 굴절률-정합 층(12)에 인접하거나 또는 그 내부에 놓인다. 이러한 구성은 평탄한-패널 디스플레이(300)에서 필드-시퀀셜 칼라를 형성하도록 또한 사용될 수 있다.

본 발명이 실시예 및 특정 실시예를 참조하여 본 명세서에 개시 및 기재되어 있을지라도, 여러 다른 실시예가 유사한 작동을 실행할 수 있고 및/또는 동일한 경과를 달성할 수 있다는 것이 당업자에게는 자명하다. 모든 이러한 실시예가 본 발명의 범주 및 사상 내에 속하고 첨부된 청구범위에 의해 커버된다. 또한 당업자라면 본 발명에 대한 다양한 변경 및 수정이 청구범위의 범주 및 사상 내에서 이루어질 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구범위의 범주 및 사상 내에서 본 발명에 대한 여러 변경 및 수정이 행해질 수 있다.

Claims (29)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 광-커플링 광학 시스템으로서,
   상부 표면 및 하부 표면과, 제 1 굴절률을 갖는 투명 시트;
   상기 투명 시트의 상기 하부 표면과 접촉하여 배치되고 상기 제 1 굴절률과 실질적으로 동일한 제 2 굴절률을 갖는 굴절률-정합 층;
   광을 방사하는 광원; 및
   상기 굴절률-정합 층 내에 적어도 부분적으로 배치되고 가이드된 광으로 상기 광을 이송하도록 상기 광원과 광학적으로 연결된 광-확산 광학 섬유;를 포함하고,
   상기 광-확산 광학 섬유는, 코어 내에 위치된 랜덤으로 배치된 보이드 및 상기 코어를 둘러싸는 클래딩을 구비하고, 상기 코어 및 클래딩이 상기 가이드된 광을 상기 코어 및 클래딩 외측으로 상기 광-확산 광학 섬유의 외측 표면을 통해 산란시킴으로써, 실질적으로 공간적으로 연속의 광 방사를 제공하도록 구성되며,
   상기 광-확산 광학 섬유가 배치되어, 상기 산란된 광이 전체 내부 반사를 통해 상기 투명 시트와 상기 굴절률-정합 층 내에서 이동하고 그리고 상기 투명 시트의 적어도 하나의 산란 특징부재에 의해 상기 투명 시트의 상기 상부 표면 외측으로 산란되는, 광-커플링 광학 시스템.
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 광-확산 광 섬유는 상기 투명 시트의 중앙 부분의 아래에는 배치되어 있지 않은, 광-커플링 광학 시스템.
10. 청구항 8 또는 9에 있어서,
    상기 투명 시트의 산란 특징부재는 상기 투명 시트의 상부 표면에 형성되어 있는, 광-커플링 광학 시스템.
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제
14. 삭제
15. 삭제
16. 삭제
17. 삭제
18. 삭제
19. 삭제
20. 삭제
21. 삭제
22. 삭제
23. 삭제
24. 삭제
25. 삭제
26. 삭제
27. 삭제
28. 삭제
29. 삭제

Images