KR102050072B1 - 오토스테레오스코픽 디스플레이 조명 기기 및 이를 통합한 오토스테레오스코픽 디스플레이 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전반적으로 오토스테레오스코픽 디스플레이 장치(100) 내의 디스플레이 패널(130)의 픽셀(132)의 칼럼을 조명하기 위한 선형 방사기와 같은 가요성 광 확산 도파관(114), 즉 하나 이상의 광학 섬유를 갖는 오토스테레오스코픽 디스플레이 장치 조명 기기(110)에 관한 것이다. 여러 실시예에 있어서, 선형 방사기는 상기 선형 방사기의 어레이를 형성하기 위하여 사행 방식으로 기판(112) 상에 배치된 단일의 광학 섬유에 의해 형성된다. 여러 실시예에 있어서, 상기 선형 방사기는 수개의 광학 섬유에 의해 형성된다. 여러 실시예의 조명 기기가 광학 섬유의 다수의 이미지를 만들도록 구성된 프리즘 장치(140)를 또한 포함할 수 있다.

Description

오토스테레오스코픽 디스플레이 조명 기기 및 이를 통합한 오토스테레오스코픽 디스플레이 장치{Autostereoscopic Display Illumination Apparatuses and Autostereoscopic Display Devices Incorporating the Same}

본 출원은 2011년 10월 12일에 출원된 미국 출원번호 제61/546,303호를 우선권 주장하고 있으며, 상기 특허문헌의 내용은 참조를 위해 본 출원에 모두 포함되어 있다.

본 발명의 실시예는 오토스테레오스코픽 디스플레이 조명 기기(Autostereoscopic Display Illumination Apparatus)에 관한 것이며, 더욱 상세하게는, 하나 이상의 광학 섬유를 포함한 오토스테레오스코픽 디스플레이 조명 기기에 관한 것이다. 본 발명의 실시예는 또한 광학 섬유 조명 기기를 통합한 오토스테레오스코픽 디스플레이 장치에 관한 것이다.

오토스테레오스코픽 디스플레이 장치는 특별한 유리(예를 들면, 엑티브 셔터 유리(active shutter glass) 또는 패시브 폴라라이징 유리(passive polarizing glass))를 쇠약하게 하는(wear) 관찰자를 필요로 하지 않으면서 3-차원 이미지를 만들 수 있다. 이러한 오토스테레오스코픽 디스플레이 장치는 디스플레이 패널(예를 들면, 액상의 크리스탈 디스플레이 패널)의 픽셀의 칼럼을 조명함으로써 3-차원 이미지를 만들어, 관찰자의 각각의 눈은 패널의 상이한 픽셀을 볼 수 있다. 디스플레이 패널 내측의 개별 픽셀을 처리함으로써, 3-차원 인상은 이에 따라, 각각의 눈이 디스플레이된 이미지에 대응하는 상이한 세트의 픽셀을 보기 때문에, 생성될 것이다.

픽셀의 칼럼은, 선형 방사기에 의해 방사된 광이 디스플레이 패널의 픽셀을 통과할 뿐만 아니라 부가적인 광학장치를 통과하고, 그리고 관찰자에 의해 보여지도록, 상기 디스플레이 패널의 뒤쪽에 위치된 선형 방사기에 의해 조명된다. 선형 방사기는 적당한 휘도를 갖는 이미지를 만들도록 충분한 광을 생성할 수 있다. 종래의 선형 방사기는 제논 플래쉬 램프, 형광 램프, 백열 램프, 및 발광 다이오드(LED)를 포함할 수 있다.

LED(예를 들면, 흰색의 LED)로 이루어진 선형 방사기가 상당한 양의 광을 만들어낼 수 있을지라도, 디스플레이의 각각의 선형 방사기용 많은 LED가 요구되기 때문에, 이러한 상기 선형 방사기가 비용이 많이 들 수 있다. 부가적으로, N개의 동시 뷰를 만드는 디스플레이 시스템에 대해, 선형 방사기가 디스플레이 패널의 픽셀 핏치의 N 배와 대략적으로 동일한 핏치 상에 배치될 수 있다고 나타내어질 수 있다. 단지 예를 들자면(이로써 한정되는 것은 아님), 9개의 동시 뷰를 디스플레이하는 1080p 디스플레이 장치로써, 대략 213개의 선형 방사기가 요구될 수 있다(1920/9).

부가적으로, 생성된 뷰 사이에 크로스-토크(cross-talk)를 갖는 것을 피하기 위해 선형 방사기가 가능한 얇은 것이 바람직하다. 선형 방사기의 폭이 증가한다면, 개별 방사기에 의해 방사된 광의 원뿔의 각을 이룬 확장부가 증가하며, 이에 따라, 개별 뷰 윈도우는 더 이상 분리되지 않는다. 예를 들면, 개별 LED로 이루어진 선형 방사기가 뷰 사이에 크로스-토크를 만들도록 충분히 클 수 있다.

본 발명의 실시예는 하나 이상의 광학 섬유를 사용하는 오토스테레오스코픽 디스플레이 장치용 조명 기기에 관한 것으로서, 상기 광학 섬유는 광이 선형 조명을 제공하기 위하여, 상기 광학 섬유의 코어로부터 외측 표면을 통해 멀리 가이드되도록, 상기 광학 섬유의 측면을 벗어나 광을 산란시키거나 확산시키도록 구성된다. 본 발명에서 사용된 바와 같이, "가요성 광 확산 도파관"이라는 표현은 이러한 광학 섬유를 의미한다. 광학 섬유는 또한 광이 상기 광학 섬유의 측면을 벗어나 누설되기(예를 들면, 산란되거나 또는 확산) 때문에, "누설 광학 섬유"라 할 수 있을 것이다.

오토스테레오스코픽 디스플레이 장치용 조명 기기의 선형 방사기용 광학 섬유의 사용은 여러 장점, 즉, 필요한 개별 방사기(예를 들면, LED)의 감소에 의한 비용 감소뿐만 아니라 뷰 사이에 크로스-토크를 방지하기 위하여 상기 선형 방사기의 폭의 감소를 나타내지만, 단지 이들만으로 한정되지 않는다.

본 발명의 특정 실시예의 아래 기재된 상세한 설명은 아래 첨부된 도면을 참조한다면 가장 잘 이해될 수 있을 것이고, 상기 도면에서 동일한 부재번호는 동일한 구성요소를 지시하고 있음을 알 수 있을 것이다.

도 1a는 본 명세서에 기재되고 도시된 하나 이상의 실시예에 따른 오토스테레오스코픽 디스플레이 장치의 디스플레이 패널과 조명 기기의 개략적인 정면도이고;
도 1b는 도 1a에 도시된 조명 기기의 일 부분의 개략적인 정면도이고;
도 1c는 본 명세서에 기재되고 도시된 하나 이상의 실시예에 따른 광학 섬유에 의해 조명된 관찰자 뷰잉 픽셀의 개략적인 도면이고;
도 1d는 본 명세서에 기재되고 도시된 하나 이상의 실시예에 따른 조명 기기의 한 부분의 개략적인 도면이고;
도 2는 본 명세서에 기재되고 도시된 하나 이상의 실시예에 따른 조명 기기의 개략적인 정면도이고;
도 3a는 본 명세서에 기재되고 도시된 하나 이상의 실시예에 따른 오토스테레오스코픽 디스플레이 장치의 프리즘 장치에 의해 이미지화된 광학 섬유의 개략적인 평면도이고;
도 3b는 본 명세서에 기재되고 도시된 하나 이상의 실시예에 따른 프리즘 장치의 개략적인 측면도이고;
도 4는 예시적인 광- 확산 광학 섬유의 한 부분의 개략적인 측면도이고;
도 5는 본 명세서에 기재되고 도시된 하나 이상의 실시예에 따른, 방향 2-2에 따른 도 4의 광학 섬유의 개략적인 단면도이고;
도 6a는 예시적인 광 확산 섬유용 섬유 반경 대 상대 굴절률의 개략적인 도면이고;
도 6b는 다른 한 예시적인 광 확산 섬유용 섬유 반경 대 상대 굴절률의 개략적인 도면이며;
도 6c는 다른 한 예시적인 광 확산 섬유의 도면이다.

첨부한 도면에 도시된 실시예를 기초로 본 바람직한 실시예가 상세하게 기재되어 있다. 가능하다면, 동일한 부재번호는 동일하거나 유사한 구성요소를 지시하도록 사용되어 있다.

아래 기재된 상세한 실시예는 청구범위의 특징과 특성의 전반적인 그리고 개괄적인 이해를 돕기 위한 실시예를 나타내고 있다. 첨부한 도면은 본 명세서의 일부를 이루어 청구범위의 이해를 더욱 돕도록 포함되어 있다. 도면은 다양한 실시예를 나타내고 있으며, 기재된 사항과 함께, 청구된 바와 같은 이들 실시예의 원리와 작동을 설명하기 위해 사용되어 있다.

다양한 수정 및 변경이 청구범위의 범주 내에서 행해질 수 있고, 그리고 상이한 실시예의 특징이 또 다른 실시예를 이루도록 상이한 방식으로 합쳐질 수 있다. 따라서, 청구범위는 본 명세서에 기재된 실시예를 고려하여 본 발명의 전체로부터 이해될 수 있을 것이며, 본 발명이 상기 실시예 만으로 한정되지 않는다.

실시예는 전반적으로 오토스테레오스코픽 디스플레이 장치 내에서 디스플레이 패널의 픽셀의 칼럼을 조명하기 위한 선형 방사기와 같은 하나 이상의 광학 섬유(즉, 가요성 광 확산 도파관)를 포함한 상기 오토스테레오스코픽 디스플레이 장치 조명 기기에 관한 것이다. 여러 실시예에 있어서, 선형 방사기는 상기 선형 방사기의 어레이를 형성하도록 사행 방식으로 기판상에 배치된 단일의 광학 섬유로 이루어진다. 여러 실시예에 있어서, 선형 방사기는 수개의 광학 섬유로 이루어진다.

"가요성 광 확산 도파관"이라는 용어는 가요성 광학 도파관(예를 들면, 광학 섬유)을 의미하는 것으로서, 상기 가요성 광학 도파관은, 광이 조명을 위하여 상기 도파관의 코어로부터 그리고 상기 도파관의 외측 표면을 통해 가이드되도록, 상기 섬유의 측면 외측으로 광을 산란시키거나 확산시키도록 사용되는 나노-크기의 구조체를 사용한다. 가요성 광 확산 도파관은 미국 특허출원번호 제12/950,045호(미국 특허공개번호 US 2011/0122646 A1)에 개시되어 있고, 이 특허문헌은 참조를 위해 본 명세서에 통합되어 있다.

"도파관 세그먼트"라는 용어는 동일한 가요성 광 확산 도파관의 세그먼트 또는 굽힘 부분 사이에 위치된 가요성 광 확산 도파관의 선형 부분이나 단일의 선형 광 확산 도파관 중 어느 하나를 의미할 수 있다. 예를 들면, 단일의 가요성 광 확산 도파관은 일련의 평행한 도파관 세그먼트를 제공하도록 180도 만큼 반복적으로 구부러질 수 있고 상기 일련의 평행한 도파관 세그먼트는 하나가 다른 하나에 대해 인접하여 배치되고 일반적으로 한 평면에 배치된다.

"광원"이라는 용어는 가시 파장 범위나 또는 상기 가시 파장 범위에서 광을 방사하는 발광체와 상호작용할 수 있는 파장 중 어느 하나의 전자기 복사를 방사할 수 있는 레이저나, 발광 다이오드나 또는 다른 구성요소를 의미한다.

"방사된 광의 칼라 제어"라는 표현은 동적 제어나 수동 제어 중 어느 하나를 의미하며, 상기 동적 제어에서 방사된 광의 파장이 시간으로 요구되는 바와 같이 변할 수 있으며, 그리고 수동 제어에서 방사된 칼라가, 예를 들면 특별한 발광체 및/또는 광원의 선택에 의해 결정된다.

"발광체(luminophore)"라는 용어는 발광을 나타내고, 그리고 다양한 형광 물질(fluorophore) 및 인광 물질(phosphor)을 포함하는 원자나 또는 화학적 화합물을 의미한다.

"수평", "수직", "전방", "후방" 등과 같은 용어, 그리고 데카르트 좌표계의 사용은 도면에서의 기준과 설명을 용이하게 위한 것이고 그리고 실시예 또는 청구범위에서 절대적인 정위 및/또는 방향으로 엄격하게 한정하기 위함이 아님을 알 수 있을 것이다.

아래 기재된 용어 및 표현은 나노-크기의 구조체를 갖는 광 확산 섬유와 관련하여 사용된다.

"굴절률 프로파일"은 굴절률이나 상대 굴절률과 도파관 (섬유) 반경 사이의 관계이다.

"상대 굴절률 퍼센트"은 아래 식과 같이 정의되고

Δ(r)% = 100 X [n(r)² -n_REF ²)]/2n(r)²,

상기 식에서 n(r)는 따로 특별히 언급하지 않았다면, 반경(r)에서의 굴절률이다. 상대 굴절률 퍼센트는 따로 특별히 언급하지 않았다면, 850 nm에서 정의된다. 일 특징으로서, 기준 지수(n_REF)는 850 nm에서 1.452498의 굴절률을 갖는 실리카 유리이고, 다른 일 특징으로서 클래딩 유리의 최대 굴절률은 850 nm에서 갖는다. 본 발명에서 사용된 바와 같이, 상대 굴절률은 Δ의 기호로 나타내어지고 따로 특별히 언급되지 않았다면 그 값은 "%"의 단위로 주어진다. 구역의 굴절률이 기준 지수(n_REF)보다 작은 경우에, 상대 지수 퍼센트는 음이고 오목(depressed) 구역 또는 표준 이하의(depressed)-지수를 갖는 것을 의미하며, 그리고 최소 상대 굴절률이 한 지점에서 계산되며 상기 지점에서 상대 지수는 따로 특별히 언급되지 않았으면 대부분 음이다. 구역의 굴절률이 기준 지수(n_REF) 보다 더 큰 경우에, 상대 지수 퍼센트는 양이고 구역은 상승되거나 또는 양의 지수를 갖는다고 말해질 수 있다.

본 발명에서 "업도판트(updopant)"는 순수한 도프되지 않은 SiO₂와 관련하여 굴절률을 상승시키기 위한 경향을 갖는 도판트이도록 고려된다. 본 발명에서 "다운도판트(downdopant)"는 순수한 도프되지 않은 SiO₂와 관련하여 굴절률을 낮추기 위한 경향을 갖는 도판트이도록 고려된다. 업도판트는 업도판트가 아닌 하나 이상의 다른 도판트에 의해 동반될 때, 음의 상대 굴절률을 갖는 광학 섬유의 구역에 존재할 수 있다. 이와 같이, 업도판트가 아닌 하나 이상의 다른 도판트가 양의 상대 굴절률을 갖는 광학 섬유의 구역에 존재할 수 있다. 다운도판트는 다운도판트가 아닌 하나 이상의 다른 도판트에 의해 동반될 때, 양의 상대 굴절률을 갖는 광학 섬유의 구역에 존재할 수 있다.

이와 같이, 다운도판트가 아닌 하나 이상의 다른 도판트가 음의 상대 굴절률을 갖는 광학 섬유의 구역에 존재할 수 있다.

"a-프로파일" 또는 "알파 프로파일"이라는 용어는 단위가 "%" 인 Δ(r)의 용어로 표현된 상대 굴절률 프로파일을 의미하며, 상기 용어에서 r은 반경이고, 아래 기재된 식을 만족하고,

Δ(r) = Δ(r₀)(1 -[ | r-r₀ | / (n-r₀)]^a),

상기 식에서 r₀은 Δ(r)이 최대인 지점이고, r₁은 Δ(r)%가 0인 지점이며, 그리고 r의 범위는 r_i ≤r ≤ r_f이고, 여기서 Δ는 상기와 같이 정의되고, r_i는 a-프로파일의 개시점이고, r_f는 상기 a-프로파일의 최종점이며, 그리고 a는 실수인 지수이다.

본 발명에서 사용된 바와 같이, "포물선(parabolic)"이라는 용어는 따라서 코어에서의 하나 이상의 지점에서 2.0의 값으로부터 약간 변할 수 있는 실질적으로 포물선형으로 형성된 굴절률 프로파일뿐만 아니라, 약간의 변화 및/또는 중심선 딥(dip)을 갖는 프로파일을 포함한다. 여러 예시적인 실시예에 있어서, a는 1.5 보다 크고 2.5보다 작고, 더욱 바람직하게는 1.7 보다 크고 2.3 보다 작으며, 그리고 더욱 바람직하게는 850 nm에서 측정된 바와 같이 1.8과 2.3 사이이다. 여러 실시예에 있어서, 굴절률 프로파일의 하나 이상의 세그먼트가 8보다 더 큰 값, 더욱 바람직하게는 10 보다 더 큰 값, 더욱 바람직하게는 850 nm에서 측정된 바와 같이 20보다 더 큰 값을 갖는 실질적으로 단계 지수 형상을 갖는다.

"나노-구조체의 섬유 구역"이라는 용어는 많은 수(50개 이상)의 가스 충전된 보이드(void)를 갖는 구역이나 영역을 구비한 섬유를 기술하거나, 또는 다른 나노-크기의 구조체, 예를 들면 섬유의 단면에서 50 개 이상의, 100 개 이상의, 또는 200 개 이상의 보이드를 갖는 섬유를 기술한다. 가스 충전된 보이드는 예를 들면, SO₂, Kr, Ar, CO₂, N2, O₂, 또는 이들의 혼합물을 함유할 수 있다. 본 명세서에 기재된 바와 같이 나노-크기의 구조체(예를 들면, 보이드)의 단면 크기(예를 들면, 직경)는 10 nm 내지 1 micron (예를 들면, 50 nm - 500 nm)에서 변할 수 있고, 그리고 길이는 1 밀리미터 내지 50 미터의 범위(예를 들면 2 mm 내지 5 미터, 또는 5 mm 내지 1 m 범위)에서 변할 수 있다.

도 1a를 지금 살펴보면, 일 실시예에 따른 오토스테레오스코픽 디스플레이 장치(100)가 상기 도면에 도시되어 있다. 오토스테레오스코픽 디스플레이 장치(100)의 구성요소가 축척에 맞춰 도시되어 있지 않으며, 실제 실시예가 도 1a에 도시된 오토스테레오스코픽 디스플레이 장치(100) 보다 더 크거나 더 작을 수 있다(또는 상이한 기하학적 구성일 수 있음)는 것을 알 수 있을 것이다. 오토스테레오스코픽 디스플레이 장치(100)는 일반적으로 조명 기기(110) 및 디스플레이 패널(130)을 포함한다. 디스플레이 패널(130)은 예를 들면, 액상의 크리스탈 디스플레이(LCD)와 같은 백라이트닝 조명원을 사용하는 하나 이상의 디스플레이 기술로 구성될 수 있다. 디스플레이 패널(130)은 일반적으로 개별 픽셀(132)의 어레이를 포함한다. 단지 예를 들자면(이로써 한정되는 것은 아님), 각각의 픽셀은 픽셀의 칼라를 제어하도록 개별적으로 처리가능한 적색부, 녹색부, 및 청색부를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따라, 조명 기기(110)는 일반적으로 기판(112)과 연결된 광학 섬유(114)를 포함한다. 선택적인 실시예에 있어서, 광학 섬유(114)는 기판과 연결되지 않는다. 아래에서 더욱 상세하게 기재된 바와 같이, 광학 섬유(114)는 상기 광학 섬유의 코어로부터 그 길이를 따라 광을 방사하도록 구성되어, 선형 광 방사기를 구비하도록 작용한다.

도 1a에 도시된 실시예의 광학 섬유(114)는 사행 방식으로 기판(112) 상에 배치되어, 조명 기기(110)의 선형 방사기가 상기 광학 섬유(114)의 일직선부(115)에 의해 형성된다. 광학 섬유(114)가 수직으로 위치된 일직선부(115)를 구비한 것으로 도시되어 있을지라도, 실시예는 이러한 도시된 사항으로 한정되지 않는다. 예를 들면, 광학 섬유(114)는 일직선부가 수직선에 대해 경사지도록 배치될 수 있다. 부가적으로, N 개의 동시 뷰를 생성하는 디스플레이 시스템에 대해, 선형 방사기가 디스플레이 패널의 N 배의 픽셀 핏치와 대략적으로 동일한 핏치 상에 배치될 수 있다고 나타내어질 수 있다. 단지 예를 들자면(이로써 한정되는 것은 아님), 1080p 디스플레이 장치가 9개의 동시 뷰를 디스플레이하는 상태에서, 대략 213개의 선형 방사기가 요구될 수 있다(1920/9).

광학 섬유(114)는 제 1 단부에서 광원(120)과 연결될 수 있다. 광원(120)은, 광학 섬유(114)가 다양한 뷰를 만들도록 디스플레이 패널(130)의 픽셀의 각각의 칼럼을 완전하게 조명하는 광학 파워에서 그 길이를 따라서 균일하게 상기 광학 섬유의 코어로부터 광을 방사하도록, 가시 스펙트럼에서의 파장을 갖는 복사를 방사할 수 있는 임의의 광원일 수 있다. 예시적인 광원(120)은 레이저 및 LED를 포함할 수 있지만 이들로 한정되는 것은 아니다. 조명 기기(110)는 종단 장치(122)를 또한 포함할 수 있다. 여러 실시예에 있어서, 종단 장치(122)는 광학 섬유(114)의 단부에서의 광이 상기 광학 섬유(114)를 통해 광원(120) 쪽으로 다시 반사되도록 반사식이다. 여러 실시예에 있어서, 종단 장치(122)는 광학 섬유(114)의 단부에 도달되는 광이 흡수되도록 흡수식이다.

도 1a 및 도 1c에 도시된 바와 같이, 광학 섬유(114)는 일직선부(예를 들면, 115a, 115b), 상부 굽힘부(117a), 및 하부 굽힘부(117b)를 구비하도록 기판(112)과 연결된다. 상부 및 하부 굽힘부(117a, 117b)의 반경은 조명될 디스플레이 패널의 전반적인 크기 및 픽셀 핏치에 따라 결정될 수 있다. 여러 실시예에 있어서, 상부 굽힘부 및 하부 굽힘부는, 광이 굽힘부로부터 디스플레이 패널(130) 쪽으로 방사되지 않도록, (예를 들면, 플레이트나 또는 불투명한 코팅에 의해) 커버된다. 여러 실시예에 있어서, 광이 상부 굽힘부 및 하부 굽힘부로부터 방사된다.

특히 도 1a를 살펴보면, 오토스테레오스코픽 디스플레이 장치(100)의 실시예가 조명 기기(110)와 디스플레이 패널(130) 사이의 부가적인 광학 구성요소를 포함할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 예를 들면, 렌즈 형상의 렌즈 조립체(도시 생략) 및/또는 확산기(도시 생략)는 광학 섬유(114)에 의해 방사된 광을 디스플레이 패널(130)의 픽셀(132) 상에 촛점을 맞추기 위하여, 뿐만 아니라 상기 광학 섬유(114)에 의해 방사된 광의 각도를 넓히기 위하여, 조명 기기(110) 이후의 광학 경로에 위치될 수 있다.

도 1c는 각각의 픽셀(132a, 132b, 132c, 132d)을 통해서 관찰자(O) 쪽으로 광 원뿔(La, Lb, Lc, Ld)을 방사하는 광학 섬유(114)의 일직선부의 개략적인 평면도이다. 도 1c에는 오토스테레오스코픽 디스플레이 장치의 일부만이 도시되어 있고, 그리고 여러 많은 선형 방사기 및 픽셀이 제공될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 광학 섬유(114)는 그 길이에 따라 광을 방사하도록 구성되어, 상기 광학 섬유(114)의 일직선부에 의해 형성된 특정 선형 방사기와 관련된 픽셀이 후방 조명을 수광한다. 도 1c에 도시된 바와 같이, 광 원뿔(Lb)은 픽셀(132b)을 통과하고 그리고 광 원뿔(Lc)은 픽셀(132c) 등을 통과한다. 광학 섬유에 의해 방사된 광이 도 1c의 페이지(page)로 가는 픽셀 칼럼을 구성하는 픽셀을 조명할 것이라는 알 수 있을 것이다. 관찰자(O)는 오토스테레오스코픽 디스플레이 장치(100)로부터의 특정 거리(예를 들면, 3 미터)에 위치된다. 픽셀을 통과하는 인접한 광 원뿔은 관찰자의 눈과 눈 사이에서 측정된 거리와 대략적으로 동일한 거리로 분리되도록 위치된다. 도 1c에 도시된 실시예에 있어서, 관찰자의 오른쪽 눈(e_r)은 픽셀(132b)을 보고, 그리고 관찰자의 왼쪽 눈(e_i)은 광 원뿔(Lb, Lc)에 의하여 각각 픽셀(132c)을 본다.

도 1d를 지금 살펴보면, 조명 기기(110)의 부분 단면도가 상기 도면에 도시되어 있다. 도시된 조명 기기(110)는 기판(112), 상기 기재된 바와 같은 광학 섬유(114)의 복수의 일직선부(115a, 115b, 115c), 및 투명한 기판(119)을 포함한다. 기판(112)은 복수의 그루브(113a, 113b, 113c)(예를 들면, V-형상의 그루브, U-형상의 그루브, 등)를 포함할 수 있고, 상기 그루브로 광학 섬유(114)가 위치된다. 여러 실시예에 있어서, 광학 섬유(114)는 그루브가 없는 기판(112) 상에 위치될 수 있다. 투명한 기판은 광학 섬유(114)에 의해 방사된 광의 파장에 대해 전달 재료(예를 들면, 유리 재료 또는 플라스틱 재료)로 만들어질 수 있다. 여러 실시예에 있어서, 조명 기기(110)는 그루브(13a, 113b, 113c) 사이의 기판(112)으로부터 뻗어있는 배플(baffle)(도시 생략)을 더 포함할 수 있다. 배플은 관찰자에 의해 보여지는 크로스-토크의 양을 감소시키는 형성된 광 원뿔을 형성하는데 도움이 될 수 있다.

오토스테레오스코픽 디스플레이 장치는 현장의 다수의 사시도를 나타내기 위하여 다중 뷰를 디스플레이할 수 있다. N개의 뷰를 동시에 디스플레이하기 위하여, 선형 방사기는 N 만큼 곱해진 픽셀의 핏치와 대략적으로 동일한 핏치 상에 놓일 필요가 있다. 즉, 오토스테레오스코픽 디스플레이 장치에서 조명 기기의 많은 일직선부가 많은 동시 뷰(N)로서 나뉘어진 픽셀의 어레이의 폭을 따른 많은 픽셀과 대략적으로 동일할 수 있다. 적어도 여러 실시예에 있어서, 광원에 의해 방사된 광은 인접한 픽셀(132i)을 통과하고 그리고 관찰자의 눈(e_r, e_l)의 중심과 중심 사이의 거리(예를 들면, 도 1c 참조)와 대략적으로 동일한 거리만큼(±20% 이내, 그리고 더욱 바람직하게는 ±10% 이내), 전형적으로 대략 70 mm 내지 대략 90 mm 만큼 분리된 광 원뿔(Li)을 만든다.

도 2는 상기 기재된 바와 같이, 단일의 사행 광학 섬유에 의해 형성된 것이 아닌, 복수의 개별 광학 섬유(예를 들면, 광학 섬유(114a', 114b', 및 114c'), 집합적으로 "114"')로 형성된 실시예를 나타낸 도면이다. 광학 섬유(114')의 수는 요구되는 선형 방사기의 수에 따라 결정될 수 있다. 예를 들면, 1080p 디스플레이 장치에 있어서, 선형 방사기로 작용하는 대략 213개의 광학 섬유(114')가 존재할 수 있다. 광원(120')은 기판(112)의 길이에 따라 위치될 수 있어, 개별 광학 섬유(114')는 광원(120')과 선택적으로 연결된다. 광학 섬유(114')는 기판(112)의 반대쪽 단부에서 종단 장치(122')에 의해 종결될 수 있다. 종단 장치(122')는 상기 기재된 바와 같이, 광을 반사시키거나 또는 흡수할 수 있다. 여러 실시예에 있어서, 단일의 광학 섬유는 2개 이상의 선형 방사기를 형성할 수 있다. 예를 들면, 단일의 광학 섬유는 2개의 선형 방사기를 형성하도록 하나의 굽힘부를 구비할 수 있다.

여러 실시예가 프리즘 장치를 사용하여 오토스테레오스코픽 디스플레이 장치의 디스플레이 패널을 완전하게 조명하는데 필요한 광학 섬유의 길이 및/또는 수를 감소시킬 수 있다. 도 3a는 프리즘 장치(140)가 광학 섬유(114)에 의해 방사된 광의 광학 경로에 위치되는 실시예를 나타낸 도면이다. 광학 섬유(114)에 의해 형성된 단지 하나의 선형 방사기가 설명하기 쉽도록 도 3a에 도시되어 있음을 알 수 있을 것이다. 프리즘 장치(140)는 광학 섬유(114)의 제 1 섬유 이미지(114_l1) 및 제 2 섬유 이미지(114_l2)를 만들 수 있어, 1개 보다는 3개의 선형 방사기가 존재하는 인상을 만든다(광학 섬유(114)가 도 3a에 도시된 단지 물리적인 광학 섬유임). 따라서, 프리즘 장치(140)는 선형 방사기의 핏치를 감소시키도록 사용될 수 있고, 그리고 이처럼, 요구되는 수의 선형 방사기를 만드는데 필요한 광학 섬유의 수 및/또는 광학 섬유의 길이를 감소시킬 수 있다. 광학 섬유(114)에 의해 방사된 광의 휘도는 광학 섬유(114)의 하나 이상의 이미지가 만들어지는 사실을 설명하도록 조정될 수 있다. 더욱이, 프리즘 장치(140)가 광학 섬유(114)의 2개 이상의 이미지를 만들도록 구성될 수 있음을 알 수 있을 것이다.

도 3b는 일 실시예에 따른 프리즘 장치(140)의 일부를 나타낸 도면이다. 일 실시예에 있어서, 프리즘 장치(140)는 상기 프리즘 장치상에 형성된 복수의 프리즘을 구비한 각을 이룬 필터 필름으로 구성될 수 있다. 도 3b에 도시된 실시예에 있어서, 광학 섬유(114)에 의해 방사된 광을 광학적으로 전달하는 프리즘 장치(140)가 도 3a에 도시된 광학 섬유의 이미지를 만드는 수개의 마이크로프리즘 특징부를 구비한다. 일 실시예에 있어서, 마이크로프리즘 특징부가 대략 50 micron이다. 예시적인 프리즘 장치(140)는 광을 벗어나게 하지 않는 비교적 평탄한 부분(141), 양의 방향(예를 들면, +Θ)으로 광을 벗어나게 하는 제 1 각진 부분(142), 및 음의 방향(예를 들면, -Θ)으로 광을 벗어나게 하는 제 2 각진 부분(143)을 구비한다. 비교적 평탄한 부분, 제 1 각진 부분, 및 제 2 각진 부분의 패턴은 프리즘 장치를 따라서 반복된다. 프리즘 장치(140)를 통과하는 광은 광학 섬유(114)의 다수의 이미지가 만들어지도록 3개의 상이한 각도에서 전달된다.

제 1 및 제 2 각진 부분(142, 143)의 각도는 동일하지 않을 수 있다. 더욱이, 여러 실시예에 따른 프리즘 조립체가 3개 이상의 별개의 각진 부분을 구비할 수 있고, 및/또는 비교적 평탄한 부분을 구비하지 않을 수 있다.

조명 기기의 다양한 실시예의 광학 섬유가 현재 기재되어 있다. 단지 예를 들자면(이로써 한정되는 것은 아님), 누설 광학 섬유가 "Multi-Wavelength Light Source Using Light Diffusing Fibers"를 발명의 명칭으로 하여 2011년 10월 11일에 출원된 미국 특허출원번호 제61/545,713호에 개시된 가요성 광 확산 도파관으로 구성될 수 있으며, 상기 특허문헌은 참조를 위해 본 명세서에 통합되어 있다. 상기 기재된 광학 섬유가 그 코어로부터 선형 방사기로 작동하도록 그 길이를 따라 광을 방사하기 위해 임의의 구성을 구비할 수 있음을 알 수 있을 것이다.

도 4는 중앙 축선("중심선")(16)을 갖는 광 확산 광학 섬유(이하 "섬유")(12)의 코어에서 복수의 보이드를 갖는 하나의 예시적인 실시예의 광 확산 섬유의 한 섹션의 개략적인 측면도이다. 도 5는 도 4에서의 방향 2-2를 따라 보여진 바와 같은 광 확산 광학 섬유(114)의 개략적인 단면도이다. 광 확산 섬유(114)는 예를 들면, 주기적 또는 비-주기적 나노-크기의 구조체(32)(예를 들면 보이드)를 구비한 나노-구조체의 섬유 구역을 갖는 여러 다양한 타입 중 임의의 하나의 타입의 광학 섬유일 수 있다. 일례의 실시예에 있어서, 섬유(114)는 3개의 섹션, 즉 구역으로 나뉘어진 코어(20)를 포함한다. 이들 코어 구역은 솔리드 중앙부(22), 나노-구조체의 링부(내부 환형 코어 구역)(26), 및 내부 환형 코어 구역(26)을 둘러싸는 외측, 솔리드부(28)이다. 클래딩 구역(40)("클래딩")은 환형 코어(20)를 둘러싸고 그리고 외측 표면을 구비한다. 클래딩(40)은 큰 개구수(NA)를 제공하도록 저 굴절률을 가질 수 있다. 클래딩(40)은 예를 들면, UV이나 열적으로 경화가능한 불소아크릴레이트(fluoroacrylate)나 또는 실리콘과 같은 낮은 지수의 폴리머일 수 있다.

아래 기재된 다른 예시적인 실시예에 있어서, 코팅(44)은 클래딩(40)을 통해 코어(20)를 통과하는 "복사된 광"의 특성 및/또는 분포를 강화하도록 설계된다. 클래딩(40)의 외측 표면이나 또는 선택적인 코팅(44)의 외측 표면은 섬유(114)의 "측면(48)"을 의미하며, 상기 측면을 통해 상기 섬유에서 이동하는 광이 본 명세서에 기재된 바와 같이, 산란을 통해 나오도록 만들어진다.

보호 커버 또는 쉬드(sheath)(도시 생략)는 클래딩(40)을 선택적으로 커버한다. 섬유(114)는 불소첨가된(fluorinated) 클래딩(40)을 포함할 수 있지만, 그러나 상기 불소첨가된 클래딩은, 누설 손실이 조명 특성을 저하시키지 않는 짧은-길이의 경우에 섬유가 사용된다면, 요구되지 않는다.

여러 예시적인 실시예에 있어서, 광 확산 섬유(114)의 코어 구역(26)은 도 5의 확대된 도면에서 상세하게 도시된 예시적인 보이드와 같은, 상기 구역에 위치된 복수의 비-주기적으로 배치된 나노-크기의 구조체(예를 들면 "보이드")(32)를 구비한 유리 매트릭스("유리")(31)를 포함한다. 다른 한 예시적인 실시예에 있어서, 보이드(32)는 예를 들면, 광양자 크리스탈 광학 섬유에 주기적으로 배치될 수 있으며, 상기 보이드의 직경은 전형적으로 대략 1xlO^-6 m 과 1xlO^-5 m 사이이다. 보이드(32)는 또한 비-주기적으로 또는 랜덤으로 배치될 수 있다. 여러 예시적인 실시예에 있어서, 구역(26)에서의 유리(31)가 플루오르-도프된 실리카인 한편으로, 다른 실시예에 있어서 유리가 도프되지 않은 순수한 실리카이다. 바람직하게는 보이드의 직경은 적어도 10 nm이다.

나노-크기의 구조체(32)는 코어(20)로부터 멀리 그리고 섬유의 외측 표면 쪽으로 광을 산란시킨다. 산란된 광은 이후 원하는 조명을 제공하도록 섬유(114)의 외측 표면을 통해 "확산"된다. 즉, 대부분의 광이 섬유의 길이에 따라, 섬유(114)의 측면을 통해 (산란에 의해) 확산된다.

코어 구역(22 및 28)에서의 유리가 Ge, Al, 및/또는 P와 같은 업도판트를 포함할 수 있다. "비-주기적으로 배치된" 또는 "비-주기적 분포"에 의해, (도 5에 도시된 바와 같은) 광학 섬유의 단면이 취해졌을 때, 보이드(32)는 섬유의 일부를 가로질러 랜덤으로 또는 비-주기적으로 분포된다고 여겨진다. 섬유의 길이에 따른 상이한 지점에서 취해진 유사한 단면이 상이한 단면의 보이드 패턴을 나타낼 것인데, 이는 즉, 다양한 단면이 상이한 보이드 패턴을 갖는다는 것이며, 이 경우 보이드의 분포 및 보이드의 크기가 맞춰지지 않는다. 즉, 보이드는 비-주기적인데, 이는 즉, 상기 보이드가 섬유 구조체 내에 주기적으로 배치되지 않았다는 것이다. 이들 보이드는 광학 섬유의 길이를 따라서 (즉, 길이방향 축선에 평행하게) 늘어나지만(가늘고 길게), 그러나 전송 섬유의 전형적인 길이에 대해 전체 섬유의 전체 길이로 뻗어있지는 않는다. 이론적으로 한정되기를 원하지 않는 경우에, 보이드가 섬유의 길이를 따라서 10 미터 이하로, 여러 경우에 있어서 1 미터 이하로 뻗어있다고 여겨진다.

아래 기재된 조명 시스템에 있어서 본 명세서에서 사용된 바와 같은 광 확산 섬유(114)는, 보이드가 강화된 유리 광학 섬유 프리포옴에서 형성되는 것을 야기시키도록, 강화된 유리 블랭크(blank)에 트랩된 상당한 양의 가스를 초래하는 프리포옴 강화 상태를 사용하는 방법에 의해 만들어질 수 있다. 이들 보이드를 제거하는 단계를 취하는 것과는 달리, 최종 프리포옴은 상기 프리포옴에 나노-크기의 구조체나, 또는 보이드를 갖는 광학 섬유를 형성하도록 사용된다. 최종 섬유의 나노-크기의 구조체 또는 보이드가 섬유 길이를 따라, 그 측면을 통해, 섬유의 외측으로 광을 산란 또는 가이드시키도록 사용된다. 즉, 광은 요구되는 조명을 제공하기 위해, 섬유의 외측 표면을 통해, 코어(20)로부터 멀리 가이드된다.

본 발명에서 사용된 바와 같이, 보이드와 같은 나노-크기의 구조체의 직경이 상기 나노-크기의 구조체 내에 포함된 가장 긴 라인의 세그먼트이고, 상기 나노-크기의 구조체의 끝점은 광학 섬유가 섬유의 길이방향 축선을 가로지른 수직 단면에서 보여질 때, 상기 나노-크기의 구조체의 경계에 위치한다. 나노-크기의 보이드를 갖는 광학 섬유의 제조 방법이 예를 들면, 미국 특허출원번호 제11/583,098호(미국 특허공개번호 제2007/0104437 A1호)에 기재되어 있고, 이 특허문헌은 참조를 위해 본 명세서에 통합되어 있다.

상기 기재된 바와 같이, 섬유(114)의 여러 실시예에 있어서, 코어 섹션(22 및 28)은 게르마늄으로 도프된 실리카, 즉, 게르마니아(germania)-도프된 실리카를 포함한다. 게르마늄 이외의 도판트가 단독으로 또는 조합하여 원하는 굴절률 및 밀도를 얻기 위하여, 광학 섬유의 코어 내에 그리고 특히 중심선(16) 근방에서 사용될 수 있다. 적어도 여러 실시예에 있어서, 본 명세서에 기재된 광학 섬유의 상대 굴절률 프로파일은 섹션(22 및 28)에서 음이 아니다. 이들 도판트는 예를 들면, Al, Ti, P, Ge, 또는 이들의 조합일 수 있다. 적어도 여러 실시예에 있어서, 광학 섬유는 코어에서 지수-감소 도판트를 포함하지 않는다. 여러 실시예에 있어서, 본 명세서에 개시된 광학 섬유의 상대 굴절률 프로파일은 섹션(22, 24 및 28)에서 음이 아니다.

본 발명에서 사용된 바와 같은 섬유(114)의 여러 실시예에 있어서, 코어(20)가 그레이드-지수(graded-index) 코어이고, 그리고 바람직하게는, 코어의 굴절률 프로파일은 포물선(또는 실질적으로 포물선) 형상을 구비하며; 예를 들면, 여러 실시예에 있어서, 코어(20)의 굴절률 프로파일은 대략 2의 값, 바람직하게는 850 nm에서 측정된 바와 같은 1.8과 2.3 사이의 값을 갖는 a-형상을 갖는다. 여러 실시예에 있어서, 굴절률 프로파일의 하나 이상의 세그먼트가 8 보다 더 큰 값, 더욱 바람직하게는 10 보다 큰 값, 더욱 바람직하게는 850 nm에서 측정된 20 보다 큰 값을 갖는 실질적으로 단계 지수 형상을 갖는다. 여러 실시예에 있어서, 굴절률을 갖는 코어는 상기 코어의 최대 굴절률을 갖는 중심선 딥을 구비할 수 있고, 그리고 전체 광학 섬유의 최대 굴절률은 중심선(16)으로부터 떨어진 작은 거리의 부분에서 발생하지만, 그러나 여러 실시예에 있어서 굴절률을 갖는 코어는 상기 코어의 최대 굴절률을 갖는 중심선 딥을 구비하지 않고, 그리고 전체 광학 섬유의 최대 굴절률은 상기 중심선에서 발생한다.

예시적인 실시예에 있어서, 섬유(114)는 실리카-기반의 코어(20) 및 표준 이하 지수(실리카 관련)의 폴리머 클래딩(40)을 갖는다. 낮은 지수의 폴리머 클래딩(40)은 바람직하게는 음의, 더욱 바람직하게는 -0.5% 보다 작은, 그리고 더욱 바람직하게는 - 1% 보다 작은 상대 굴절률을 갖는다. 여러 예시적인 실시예에 있어서 클래딩(40)의 두께는 20 micron 이상이다. 여러 예시적인 실시예에 있어서 클래딩(40)은 코어보다 더 낮은 굴절률을 갖고, 그 두께는 10 micron 이상(예를 들면, 20 micron 이상)이다. 여러 예시적인 실시예에 있어서, 클래딩은 예를 들면, 대략 125 micron(예를 들면 120 micron 내지 130 micron, 또는 123 micron 내지 128 micron)의 Rmax 2배의 외경을 갖는다. 다른 실시예에 있어서 클래딩은 120 micron, 예를 들면 60 또는 80 micron보다 더 작은 직경을 갖는다. 다른 실시예에 있어서 클래딩의 외경은 200 micron 보다 크거나, 300 micron 보다 크거나, 또는 500 micron 보다 크다. 여러 실시예에 있어서, 클래딩의 외경은 섬유(114)의 길이를 따라 일정한 직경을 갖는다. 여러 실시예에 있어서, 섬유(114)의 굴절률은 반경방향으로 대칭이다. 바람직하게는, 코어(20)의 외경 2R3은 섬유의 길이에 따라 일정하다. 바람직하게는 코어 섹션(22, 26, 28)의 외경은 또한 섬유의 길이에 따라 일정하다. 일정하다는 것은, 평균 값과 관련된 직경의 변화가 10% 이하, 바람직하게는 5% 이하 그리고 더욱 바람직하게는 2% 이하이라는 것을 의미한다. 도 6a는 도 5에 도시된 예시적인 섬유(114)(실선)에 대한 섬유 반경 대 예시적인 상대 굴절률(Δ)의 도면이다. 코어(20)는, a-프로파일이 예를 들면, 1.8과 2.3 사이(예를 들면 1.8 내지 2.1)의 a-값을 갖는 상태에서, 그레이드(graded) 코어 프로파일을 또한 가질 수 있다.

도 6a는 도 5에 도시된 예시적인 섬유(114)(실선)에 대한 섬유 반경 대 예시적인 상대 굴절률(Δ)의 도면이다. 코어(20)는 예를 들면, 1.7과 2.3(예를 들면, 1.8 내지 2.3) 사이의 a-값으로 특정된 그레이드 코어 프로파일을 또한 가질 수 있다. 대안적인 예시적인 굴절률 프로파일이 점선으로 도시되어 있다. 코어 구역(22)은 중심 선으로부터 그 외측 반경(R1)까지 반경방향 외측으로 뻗어있고, 그리고 최대 굴절률(n₁)(및 상대 굴절률 퍼센트(Δ_1ΜΑΧ))에 대응하는 상대 굴절률 프로파일(Δ₁(r))을 갖는다. 이러한 실시예에 있어서, 기준 지수(n_REF)는 클래딩에서의 굴절률이다. 제 2 코어 구역(나노-구조체의 구역)(26)은 최소 굴절률(n₂), 상대 굴절률 프로파일(Δ₂(r)), 최대 상대 굴절률(Δ_2ΜΑΧ), 및 최소 상대 굴절률(Δ_2ΜΙΝ)을 가지며, 여러 실시예에 있어서, Δ_2ΜΑΧ = Δ_2ΜΙΝ이다. 제 3 코어 구역(28)은 최대 굴절률(n₃), 최대 상대 굴절률(Δ_3ΜΑΧ)을 갖는 상대 굴절률 프로파일(Δ₃(r)), 그리고 최소 상대 굴절률(Δ_3ΜΙΝ)을 가지며, 여러 실시예에 있어서, Δ_3ΜΑΧ = Δ_3ΜΙΝ이다. 이러한 실시예에 있어서, 환형 클래딩(40)은 굴절률(114), 최대 상대 굴절률(Δ_4ΜΑΧ)을 갖는 상대 굴절률 프로파일, 및 최소 상대 굴절률(Δ_4ΜΙΝ)을 갖는다. 여러 실시예에 있어서, Δ_4ΜΑΧ = Δ_4ΜΙΝ이다. 여러 실시예에 있어서, Δ_1ΜΑΧ>Δ_4ΜΑΧ 그리고 Δ_3ΜΑΧ > Δ_4ΜΑΧ이다. 여러 실시예에 있어서, Δ_2ΜΙΝ > Δ_4ΜΑΧ이다. 도 5 및 도 6a에 도시된 실시예에 있어서, Δ_1ΜΑΧ>Δ_3ΜΑΧ > Δ_2ΜΑΧ > Δ_4ΜΑΧ이다. 이러한 실시예에 있어서, 구역의 굴절률은 n₁>n₃>n₂>n₄ 와 같은 관계를 만족한다.

여러 실시예에 있어서, 코어 구역(22, 28)은 일정한 Δ₁(r) 및 Δ₃(r)을 갖는 도 6a에 도시된 바와 같은, 실질적으로 일정한 굴절률 프로파일을 갖는다. 이들 실시예 중 여러 실시예에 있어서, Δ₂(r)는 약간 양(0< Δ₂(r) <0.1 %)이거나, 음(-0.1% < Δ₂(r) <0)이거나, 또는 0% 중 하나이다. 여러 실시예에 있어서, Δ₂(r)의 절대 크기는 0.1 %이하, 바람직하게는 0.05% 이하이다. 여러 실시예에 있어서, 외측 클래딩 구역(40)은 도 6a에 도시된 바와 같이, 일정한 Δ₄(r)을 갖는, 실질적으로 일정한 굴절률 프로파일을 갖는다. 이들 실시예 중 여러 실시예에 있어서, Δ₄(r) = 0%이다. 코어 섹션(22)은 Δ₁(r) >0%인 굴절률을 갖는다. 여러 실시예에 있어서, 보이드-충전된 구역(26)은 0.05%보다 작은 절대 크기를 갖는 음의 굴절률을 갖는 상대 굴절률 프로파일(Δ₂(r))을 갖고, 그리고 코어 구역(28)의 Δ₃(r)은 예를 들면, 양이거나 영이다. 적어도 여러 실시예에 있어서, n₁> n₂ 및 n₃>n₄ 이다.

여러 실시예에 있어서, 클래딩(40)의 굴절률은 -0.05%<Δ₄(r) <0.05%이다. 여러 실시예에 있어서, 클래딩(40) 및 코어부(20, 26, 및 28)는 순수한 (도프되지 않은) 실리카를 포함할 수 있다.

여러 실시예에 있어서, 클래딩(40)은 순수한 또는 F-도프된 실리카를 포함한다. 여러 실시예에 있어서, 클래딩(40)은 순수한 낮은 지수의 폴리머를 포함한다. 여러 실시예에 있어서, 나노-구조체의 구역(26)은 복수의 보이드(32)를 포함한 순수한 실리카를 포함한다. 바람직하게는, 임의의 보이드의 존재를 고려하는, 나노-구조체의 구역(26)의 최소 상대 굴절률 및 평균 유효 상대 굴절률은 모두 -0.1% 보다 작다. 보이드(32)는 아르곤, 질소, 산소, 크립톤, 또는 SO₂와 같은 하나 이상의 가스를 함유할 수 있거나 또는 실질적으로 가스가 없는 진공상태일 수 있다. 그러나, 임의의 가스의 존재 유무와 무관하게, 나노-구조체의 구역(26)에서의 평균 굴절률은 보이드(32)의 존재에 따라 낮아진다. 보이드(32)는 나노-구조체의 구역(26)에 랜덤으로 또는 비-주기적으로 배치될 수 있고, 그리고 여러 실시예에 있어서, 보이드는 상기 구역에 주기적으로 배치된다.

여러 실시예에 있어서, 복수의 보이드(32)는 복수의 비-주기적으로 배치된 보이드 및 복수의 주기적으로 배치된 보이드를 포함한다.

예시적인 실시예에 있어서, 코어 섹션(22)은 게르마니아 도프된 실리카를 포함하고, 코어 내부 환형 구역(28)은 순수한 실리카를 포함하며, 그리고 클래딩 환형 구역(40)은 유리나 또는 낮은 지수의 폴리머를 포함한다. 이들 실시예 중 여러 실시예에 있어서, 나노-구조체의 구역(26)은 순수한 실리카에서 복수의 보이드(32)를 포함하고; 그리고 이들 실시예 중 다른 여러 실시예에 있어서, 나노-구조체의 구역(26)은 플루오르-도프된 실리카에서 복수의 보이드(32)를 포함한다.

여러 실시예에 있어서, 코어의 외측 반경(Rc)은 10 micron 이상 600 micron 이하이다. 여러 실시예에 있어서, 코어의 외측 반경(Rc)은 30 micron 보다 크고 및/또는 400 micron 보다 작다. 예를 들면, Rc는 125 micron 내지 300 micron일 수 있다. 여러 실시예에 있어서, 코어(20)의 외측 반경(Rc)(도 6a에 도시된 실시예에서는, Rc= R3 임)은 50 micron 보다 더 크고 250 micron 보다 더 작다. 코어(20)의 중앙부(22)의 반경의 범위는 0.1Rc ≤ R₁ ≤ 0.9Rc이고, 바람직하게는 0.5Rc ≤ R₁ ≤ 0.9Rc이다. 나노-구조체의 링 구역(26)의 폭(W2)은 바람직하게는 0.05Rc ≤ W2 ≤ 0.9Rc이고, 바람직하게는 0.1Rc ≤ W2 ≤ 0.9Rc이며, 그리고 여러 실시예에 있어서 0.5Rc ≤ W2 ≤ 0.9Rc (보다 광폭의 나노-구조체의 구역이 나노-크기의 구조체의 동일한 밀도 때문에, 보다 큰 산란-유도된 감쇠를 제공함)이다. 솔리드 유리 코어 구역(28)은 0.1 Rc > W₃ > 0.9 Rc을 만족하도록 폭(Ws=W3)을 갖는다. 코어(20)의 각각의 섹션은 실리카 기반의 유리를 포함한다. 나노-구조체의 구역(26)의 반경방향 폭(W₂)은 바람직하게는 1 micron 보다 더 크다. 예를 들면, W₂는 5 micron 내지 300 micron일 수 있고, 바람직하게는 200 micron 이하일 수 있다. 여러 실시예에 있어서, W₂은 2 micron 보다 더 크고 100 micron 보다 더 작다. 여러 실시예에 있어서, W₂은 2 micron 보다 더 크고 50 micron 보다 더 작다. 여러 실시예에 있어서, W₂은 2 micron 보다 더 크고 20 micron 보다 더 작다. 여러 실시예에 있어서, W₂은 적어도 7 micron이다. 여러 실시예에 있어서, W₂은 2 micron 보다 더 크고 12 micron 보다 더 작다. 코어 구역(28)의 폭(W₃)은 (R3-R2)이고 그리고 그의 중간점(R_3MID)은 (R2+ R3)/2이다. 여러 실시예에 있어서, W₃은 1 micron 보다 더 크고 100 micron 보다 더 작다.

섬유(114)의 개구수(NA)는 바람직하게는 광을 섬유로 나아가게 하는 광원의 개구수와 동일하거나 그보다 더 크다. 바람직하게는 섬유(114)의 개구수(NA)는 0.2 보다 더 크고, 여러 실시예에 있어서 0.3 보다 더 크며, 더욱 바람직하게는 0.4 보다도 더 크다.

여러 실시예에 있어서, 제 1 코어 구역(22)의 코어 외측 반경(R1)은 바람직하게는 24 micron 보다 작지 않고 50 micron 보다 크지 않으며, 즉 코어 직경은 대략 48 micron과 100 micron 사이이다. 여러 실시예에 있어서, R1 > 24 micron을 만족하고; 여러 실시예에 있어서, R1 > 30 micron을 만족하며; 다른 여러 실시예에 있어서, R1 > 40 micron을 만족한다.

여러 실시예에 있어서, 환형 내측부(26)의 50% 보다 큰 반경 방향 폭에 대해 |Δ₂(r) | < 0.025%이고, 그리고 다른 실시예에 있어서 50% 보다 큰 구역(26)의 반경방향 폭에 대해 |Δ₂(r) | < 0.01%이다. 표준 이하의-지수 환형부(26)는 클래딩의 상대 굴절률이 먼저 -0.05% 보다 작은 값에 도달하는 곳에서 시작하여, 중심선으로부터 반경방향 외측으로 나아간다. 여러 실시예에 있어서, 클래딩(40)은 0.1% 보다 작은 최대 절대 크기를 갖는 상대 굴절률 프로파일(Δ₄(r))을 갖고, 그리고 이러한 실시예에 있어서 Δ_4ΜΑΧ < 0.05% 그리고 Δ_4ΜΙΝ > -0.05%이며, 그리고 표준 이하의-지수 환형부(26)는 최외측 보이드가 발견되는 곳에서 끝난다.

클래딩 구조체(40)는 또한 광학 섬유의 최외측 주변부인 반경(R4)까지 뻗어있다. 여러 실시예에 있어서, 클래딩의 폭, R4-R3는 20 micron보다 더 크고; 다른 실시예에 있어서 R4-R3는 적어도 50 micron이고, 그리고 여러 실시예에 있어서, R4-R3는 적어도 70 micron이다.

다른 일 실시예에 있어서, 전체 코어(20)는 (예를 들면, 보이드로 충전된) 나노-구조체이고, 그리고 상기 코어(20)는 클래딩(40)에 의해 둘러싸인다. 코어(20)는 "단계" 굴절률 델타를 가질 수 있거나, 또는 a-프로파일이 예를 들면, 1.8과 2.3 사이의 a-값을 가진 상태에서, 그레이드 코어 프로파일을 가질 수 있다.

도 6b는 다른 하나의 예시적인 실시예의 광 확산 섬유(114)의 개략적인 도면이다. 도 6b의 섬유는 상대 굴절률(Δ₁)을 갖는 코어(20), 상기 코어(20)를 둘러싸고 상기 코어 상에 위치된 나노-구조체의 구역(26')을 포함한다. 코어(20)는 a-프로파일이 예를 들면, 1.8과 2.3 사이의 a-값을 가진 상태에서, "단계" 지수 프로파일이나 또는 그레이드 코어 프로파일을 구비할 수 있다.

이러한 예시적인 실시예(도 6b 참조)에 있어서, 나노-구조체의 구역(26')은 복수의 보이드(32)를 갖는 환형 링이다. 이러한 실시예에 있어서, 구역(26')의 폭은 1-2 micron 만큼 작을 수 있고, 그리고 음의 평균 상대 굴절률(Δ₂)을 가질 수 있다. 클래딩(40)은 나노-구조의 구역(26')을 둘러싼다. 클래딩(40)의 (반경방향) 폭은 1 micron 만큼 작을 수 있고, 그리고 클래딩은 (실리카와 관련하여) 음의 상대 굴절률이나, 양의 상대 굴절률이나 또는 0%의 상대 굴절률을 가질 수 있다. 도 6a 및 도 6b의 실시예의 주된 차이는 도 6a에 도시된 나노-구조체의 구역이 광 확산 섬유(114)의 코어(20)에 위치된다는 것이고, 그리고 도 6b에 있어서 코어/클래드 경계면에 위치된다는 것이다. 표준 이하의-지수 환형부(26')는 코어의 상대 굴절률이 먼저 -0.05% 보다 작은 값에 도달하는 곳에서 시작하여, 중심선으로부터 반경방향 외측으로 나아간다. 도 6b의 실시예에 있어서, 클래딩(40)은 0.1%보다 작은 최대 절대 크기를 갖는 상대 굴절률 프로파일(Δ₃(r))을 구비하고, 그리고 이러한 실시예에 있어서 Δ_3ΜΑΧ < 0.05% 그리고 Δ_3ΜΙΝ > -0.05%을 만족하며, 그리고 표준 이하의-지수 환형부(26)는 최외측 보이드가 보이드-충전된 구역에서 발생하는 곳에서 끝이 난다.

도 6b에 도시된 실시예에 있어서, 코어(20)의 굴절률은 환형 구역(26')의 굴절률(n₂) 보다 더 크고, 그리고 클래딩(40)의 굴절률(n₁)은 또한 굴절률(n₂) 보다 더 크다.

도 6c는 일 실시예의 만들어진 광학 섬유(114)의 코어(20)를 나타낸 도면이다. 이러한 섬유는 대략 33.4 micron의 외측 반경 R1을 갖는 제 1 코어 구역(22), 외측 반경 R2= 42.8 micron인 나노-구조체의 구역(26), 외측 반경 R3= 62.5 micron인 제 3 코어 구역(28), 및 82.5 micron의 외측 반경(R4)(도시 생략)을 갖는 폴리머 클래딩(40)을 갖는다. 이러한 실시예에 있어서, 코어의 재료는 순수한 실리카(도프되지 않은 실리카)이고, 유리 코어와 관련하여, 0.3의 섬유 NA를 초래하는, 클래딩용 재료는 낮은 지수의 폴리머(예를 들면 Michigan 주 Midland에 위치한 Dow-Corning 사가 제품명 Q3-6696으로 제조한 1.413의 굴절률을 갖는 UV 경화가능한 실리콘)이었다. 광학 섬유(114)는 예를 들면 SMF-28e^R 섬유와 같은 표준 단일의-모드 전송 섬유에 비하여, 파장에 따라 비교적 (약한) 평탄부를 갖는다. 표준 단일의 모드(예를 들면, SMF-28^R) 또는 다중모드 광학 섬유에 있어서, 1300 nm 보다 작은 파장에서의 손실이 레일리 산란에 의해 좌우된다. 이들 레일리 산란 손실은 재료의 특성에 의해 결정되고 그리고 가시 파장(400-700 nm)에 대해 전형적으로 대략 20 dB/km이다. 레일리(Rayleigh) 산란 손실의 파장 의존도가

를 갖는 λ^-ρ에 비례한다. 적어도 하나의 나노구조의 구역을 포함한 섬유에서의 파장 의존 산란 손실의 지수가 400 nm - 1100 nm 파장 범위에서 적어도 80% (예를 들면, 90% 보다 큼) 내내 2 보다 작고, 바람직하게는 1 보다 작다. 400 nm 내지 1100 nm의 평균 스펙트럼 감쇠는 섬유가 40 g 장력에서 인발될 때 대략 0.4 dB/m이었고 그리고 섬유(114)가 90 g 장력에서 인발될 때 대략 0.1 dB/m이었다. 이러한 실시예에 있어서, 나노-크기의 구조체가 SO₂ 가스를 함유한다. 나노-구조체의 링에서 SO₂로 충전된 보이드가 산란하는 것을 주로 이룰 수 있다. 더욱이, SO₂ 가스가 나노-구조체를 형성하도록 사용되었을 때, 이러한 가스는 얻어질 열적으로 가역가능한 손실을 가능하게 하며, 즉, 600 ℃미만의 온도에서 나노-구조체의 섬유가 광을 산란시키지만, 그러나 600 ℃ 초과 온도에서 상기 섬유는 광을 가이드할 것이라는 것이 발견되었다. SO₂이 나타내는 이러한 독특한 작용이 또한, 600 ℃ 이하의 동일한 섬유를 제어할 때, 섬유(114)가 광 확산 섬유로 작용할 것이고 그리고 다시 관찰가능한 산란 효과를 발생시킬 것이라는 점에서 가역가능하다.

바람직한 실시예에 있어서, 섬유 길이에 따른 조명의 균일성은, 인발 공정 동안에 섬유 장력을 제어함으로써; 또는 적당한 인발 장력(예를 들면, 30g과 lOOg 사이, 또는 40 g과 90 g 사이)을 선택함으로써, 최소 산란 조명 강도가 최대 산란 조명 강도의 0.7보다 작지 않도록, 제어된다.

본 발명의 실시예를 기재하고 정의하기 위한 목적으로서, "실질적으로"이라는 용어는 임의의 정량적인 비교, 값, 치수, 또는 다른 여러 사항을 이루는 불확실한 것의 고유 정도를 나타내도록 사용됨을 알 수 있을 것이다.

특별한 특성 또는 특별한 방법에서의 작동을 구체화하도록 "프로그램된", "구성된" 또는 특별한 방식으로 "프로그램된", 본 발명에서 특정 실시예의 한 구성요소의 상세한 설명은 의도된 사용의 상세한 설명에 반하는 구조적인 상세한 설명이라는 것을 알 수 있을 것이다. 더욱 특별하게는, 본 명세서에서 한 구성요소가 "프로그램된" 또는 "구성된" 방식에 대한 사항은 상기 구성요소의 현 물리적인 상태를 의미하고, 그리고 이와 같이, 상기 구성요소의 구조적인 특징의 정의된 상세한 설명으로 취해질 것이다.

또한 특정 부재나 구성요소를 기재함에 있어 "적어도 하나"라는 표현의 사용은 다른 구성요소나 부재를 기재함에 있어 단수의 사용이 특정 부재나 구성요소에 대해 하나 이상의 사용을 배제한다는 것을 의미하지 않는다는 것을 알기 바란다. 더욱 특별하게는, 구성요소가 비록 단수로 기재되어 있을지라도, 상기 구성요소가 단지 하나로만 한정되어 해석되지 않음을 알 수 있을 것이다.

특정 실시예가 본 명세서에 기재되고 설명되어 있는 한편으로, 다양한 여러 변경 및 수정이 첨부된 청구범위의 범주 내에서 행해질 수 있음을 알 수 있을 것이다. 더욱 특별하게는, 기재된 실시예의 여러 특징이 본 명세서에서 바람직하거나 특히 유리하다고 확인되었을지라도, 본원발명이 청구된 사항이 이들 바람직한 특징으로 한정될 필요가 없음을 알 수 있을 것이다.

Claims (25)

1. 오토스테레오스코픽 디스플레이 장치용 조명 기기에 있어서,
   정면을 포함한 기판;
   복수의 일직선부를 형성하고 그리고 제 1 단부 및 코어를 포함하도록 상기 기판 상에 배치된 광학 섬유 - 상기 광학 섬유는, 광이 상기 광학 섬유의 코어로부터 가이드되고 상기 일직선부가 선형 방사기로 작용하도록, 상기 광학 섬유의 측면으로부터 광을 반경방향으로 산란함;
   상기 광학 섬유의 광학 경로에 위치된 프리즘 장치 - 상기 프리즘 장치는 상기 광학 섬유에 의해 방사된 광을 광학적으로 전달하고, 상기 프리즘 장치는 평탄한 마이크로프리즘, 제 1 각진 마이크로프리즘 및 제 2 각진 마이크로프리즘의 반복 패턴을 상기 프리즘 장치의 동일 측면 상에서 포함하고, 상기 평탄한 마이크로프리즘은 상기 평탄한 마이크로프리즘을 통해 전달된 광을 벗어나게 하지 않고, 상기 제 1 각진 마이크로프리즘은 양의 방향으로 상기 제 1 각진 마이크로프리즘을 통해 전달된 광을 벗어나게 하며, 상기 제 2 각진 마이크로프리즘은 음의 방향으로 상기 제 2 각진 마이크로프리즘을 통해 전달된 광을 벗어나게 하여, 상기 광학 섬유의 다수의 이미지가 만들어지도록 함; 및
   상기 광학 섬유의 제 1 단부와 광학적으로 연결되고, 하나 이상의 요구되는 파장에서 광을 방사하는 광원;을 포함하는, 오토스테레오스코픽 디스플레이 장치용 조명 기기.
2. 오토스테레오스코픽 디스플레이 장치에 있어서,
   (i) 청구항 1에 따른 조명 기기; 및
   (ii) 픽셀의 칼라를 제어하도록 처리가능한 적색부, 녹색부, 및 청색부를 포함하는 픽셀의 어레이를 포함한 디스플레이 패널 - 상기 조명 기기의 광학 섬유에 의해 형성된 복수의 일직선부는 상기 디스플레이 패널을 향해 광을 방사하는 선형 방사기로 작용함;을 포함하는, 오토스테레오스코픽 디스플레이 장치.
3. 청구항 1에 있어서,
   (i) 상기 광학 섬유는, 복수의 일직선부의 개별 일직선부가 상기 광학 섬유의 굽힘부에 의해 분리되도록, 상기 기판상에 배치되거나, 또는
   (ii) 상기 조명 기기의 많은 일직선부는 많은 동시 뷰(N)로 나누어진 상기 오토스테레오스코픽 디스플레이 장치의 디스플레이 패널의 폭을 따라 많은 픽셀과 동일하거나, 또는
   (iii) 상기 광학 섬유는, 복수의 일직선부의 개별 일직선부가 상기 광학 섬유의 굽힘부에 의해 분리되도록, 상기 기판상에 배치되고, 상기 조명 기기의 많은 일직선부는 많은 동시 뷰(N)로 나누어진 상기 오토스테레오스코픽 디스플레이 장치의 디스플레이 패널의 폭을 따라 많은 픽셀과 동일한, 오토스테레오스코픽 디스플레이 장치용 조명 기기.
4. 청구항 1에 있어서,
   (i) 상기 기판의 정면은 복수의 그루브를 포함하고 그리고 상기 광학 섬유의 복수의 일직선부는 복수의 그루브에 위치되거나, 또는
   (ii) 상기 조명 기기는 투명한 기판을 더 포함하며, 상기 투명한 기판은 상기 광학 섬유가 상기 기판과 상기 투명한 기판 사이에 위치되도록 상기 광학 섬유 상에 위치되거나, 또는
   (iii) 상기 기판의 정면은 복수의 그루브를 포함하고 그리고 상기 광학 섬유의 복수의 일직선부는 복수의 그루브에 위치되고, 상기 조명 기기는 투명한 기판을 더 포함하며, 상기 투명한 기판은 상기 광학 섬유가 상기 기판과 상기 투명한 기판 사이에 위치되도록 상기 광학 섬유 상에 위치되는, 오토스테레오스코픽 디스플레이 장치용 조명 기기.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 조명 기기는,
   (i) 상기 광학 섬유의 제 2 단부와 연결된 종단 장치; 또는
   (ii) 상기 광학 섬유의 광학 경로에 위치되고 상기 광학 섬유의 2 개 이상의 이미지를 만드는 프리즘 장치 및 상기 광학 섬유의 제 2 단부와 연결된 종단 장치;를 더 포함하는, 오토스테레오스코픽 디스플레이 장치용 조명 기기.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 광학 섬유의 코어는:
   가이드된 광을 나노-크기의 구조체를 통해 상기 광학 섬유의 외측 표면 쪽으로 산란시키도록 구성된 상기 코어 내측의 복수의 나노-크기의 구조체를 갖는 구역; 및
   상기 복수의 나노-크기의 구조체를 갖는 구역보다 큰 굴절률 델타를 갖는 복수의 나노-크기의 구조체를 갖는 구역을 둘러싸는 솔리드 유리 구역;을 포함하며, 그리고
   상기 광학 섬유는 상기 코어를 둘러싸는 낮은 지수 클래딩을 더 포함하며, 상기 클래딩은 상기 솔리드 유리 구역보다 낮은 굴절률 델타를 갖는, 오토스테레오스코픽 디스플레이 장치용 조명 기기.
7. 청구항 1에 있어서,
   복수의 광학 섬유를 더 포함하고,
   상기 복수의 광학 섬유는 상기 복수의 광학 섬유 중 개별 광학 섬유가 적어도 하나의 일직선부를 형성하도록 상기 기판 상에 배치되고, 상기 개별 광학 섬유 중 각각의 광학 섬유는 제 1 단부 및 코어를 포함하고, 상기 개별 광학 섬유 중 각각의 광학 섬유는 광이 상기 코어로부터 가이드되고 상기 복수의 광학 섬유에 의해 제공된 일직선부가 선형 방사기로 작용하도록, 상기 광학 섬유의 측면으로부터 반경방향으로 광을 산란하며, 그리고
   상기 광원은 상기 광학 섬유 각각의 제 1 단부와 광학적으로 연결되는, 오토스테레오스코픽 디스플레이 장치용 조명 기기.
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