KR20130060203A - 표면 광 가이드 및 평면 이미터 - Google Patents

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scattering
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페터 브릭
요하임 프랑크
슈테판 카이저
게르하르트 쿤
알레스 마키탄
율리우스 무슈아베크
크리스티안 노이기르크
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오스람 옵토 세미컨덕터스 게엠베하
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Abstract

본 발명은 표면 광 가이드(1)에 관한 것이며, 상기 표면 광 가이드는 이 표면 광 가이드의 주요 연장 평면을 따라 연장되는 방사선 출사면(10)과, 산란 위치들(4)과 광 전도 영역의 제1 주요 표면(31)에 배열되는 코팅층(5)을 구비한 광 전도 영역(3)을 포함한다. 주요 연장 평면을 따라 결합되고 산란 위치들(4)에서의 산란 후에는 제1 주요 표면(31)에 부딪히는 방사선은 과도한 방사선 성분을 보유하며, 코팅층(5)은 방사선 출사면(10)에서 과도한 방사선 성분의 출사를 목표한 바대로 감소시킨다. 또한, 본 발명은 상기 표면 광 가이드를 포함하는 평면 이미터(100)에도 관한 것이다.

Description

표면 광 가이드 및 평면 이미터{SURFACE LIGHT GUIDE AND PLANAR EMITTER}
본 출원은 표면 광 가이드와, 적어도 하나의 표면 광 가이드를 포함하는 평면 이미터에 관한 것이다.
본 특허 출원은 자체의 공개 내용이 참조를 통해 본원으로써 수용되는 독일 특허 출원 10 2010 018 034.3의 우선권을 청구한다.
방사선원, 예컨대 발광 다이오드(LED)는 대개 비교적 작은 방사선 출사면을 포함한다. 방사선 출사면의 확대를 위해, 방사선원에 의해 생성된 방사선은 확산기 플레이트(diffusor plate) 내로 결합될 수 있다. 그러나 이는 특히 색점 및 방사 각도와 관련하여 방사선 출사면 상에서 비교적 불균일한 휘도를 초래할 수 있다.
본 발명의 목적은 높은 균일성을 제공함과 동시에 광범위한 방사를 달성하는 것에 있다.
상기 목적은, 청구항 제1항에 따르는 표면 광 가이드에 의해, 그리고 상기 표면 광 가이드를 적어도 하나 포함하는 평면 이미터에 의해 달성된다. 추가의 구현예들 및 유효성은 종속 청구항들의 대상이다.
한 가지 실시예에 따라 표면 광 가이드는 이 표면 광 가이드의 주요 연장 평면을 따라 연장되는 방사선 출사면과 광 전도 영역을 포함한다. 광 전도 영역은 산란 위치들과 광 전도 영역의 제1 주요 표면 상에 배열되는 코팅층을 포함한다. 주요 연장 평면을 따라 결합되고 산란 위치들에서의 산란 후에는 제1 주요 표면에 부딪히는 방사선은 과도한 방사선 성분(excessive radiation component)을 보유한다. 상기 코팅층은 방사선 출사면에서 과도한 방사선 성분의 출사를 목표한 바대로 감소시킨다.
과도한 방사선 성분은 특히, 방사선 출사면에서 완전하게 분리되거나, 또는 적어도 실질적으로 완전하게 분리되는 경우, 예컨대 스펙트럼 방사 및/또는 각도에 의존하는 방사와 관련하여, 표면 광 가이드에 사전 결정된 방사 특성, 예컨대 균일한 방사 특성과는 상이한 방사 특성을 초래할 수도 있는 방사선의 성분을 의미한다.
달리 말하면, 코팅층에 의해 바람직하지 못한 방사선 성분들, 예컨대 표면 광 가이드의 불균일한 방사를 야기할 수도 있는 상기 방사선 성분들은 감소될 수 있으며, 그럼으로써 분리된 방사선은 전체적으로 높은 균일성을 나타낸다. 다시 말하면, 코팅층에 의해서 출사되는 방사선의 휘도의 균일성이 상기 코팅층을 포함하지 않는 표면 광 가이드에 비해서 증가된다.
이런 경우 균일성은 방사선 출사면 상에서의 휘도 분포, 방사된 방사선의 각도에 따르는 휘도 분포 및/또는 방사선 출사면 상에서 다양한 지점에 대한 파장에 따르는 휘도 분포에 관한 것이다.
색점의 균일성에 대한 기준으로서, 방사선 출사면 상에서 2개의 임의의 지점의 경우, 색도(color diagram)(CIE 색도) 내 사전 결정된 각도에 대한 색점이 표시될 수 있다. 바람직하게는 상기 지점들은 5단계 맥아담 타원(5-step McAdam Ellipse) 이내에, 특히 바람직하게는 3단계 맥아담 타원 이내에 위치한다.
목표되는 감소란 특히, 방사선 출사면에서 출사되는 방사선의 휘도에 영향을 주기 위해 감소가 예컨대 반사에 의해 제공된다는 것을 의미한다. 그에 반해 단지 방사선 투과성으로 형성되는 층의 제조 조건에만 따르는 잔량 흡수는 목표되는 감소로서 간주되지는 않는다.
과도한 방사선 성분은 각도 범위일 수 있다. 이런 각도 범위에서 코팅층은 바람직하게는 추가의 각도 범위에 비해 감소된 투과성을 나타낸다.
이런 경우에 산란 위치들의 확장범위(expansion)는 바람직하게는 광 전도 영역에서 표면 광 가이드 내로 결합된 방사선의 파장에 비해 크며, 예컨대 결합된 방사선의 피크 파장보다 적어도 5배 크며, 여기서 파장은 재료 내 파장에 관한 것이다.
상기 유형의 산란 위치들의 산란은 가시 스펙트럼 범위에서 산란된 방사선의 파장에 대해 비교적 낮은 의존성만을 나타낸다. 그러므로 상기 산란 위치들에 의해서는, 출사된 방사선의 색점의 균일성이 달성될 수 있다. 또한, 상기 산란 위치들에서의 산란은 평균적으로 방사선의 전파 방향의 비교적 적은 변화만을 야기하며, 그로 인해 순방향 산란으로서 지칭된다. 그 결과, 광 전도 영역 내에서 전파되는, 비교적 높은 비율의 방사선이 산란 위치들에서의 산란 후에도 표면 광 가이드의 법선에 대해 비교적 큰 입사 각도로 진행될 수 있다. 큰 입사 각도란 특히, 방사선이 전반사를 위한 임계 각도보다 근소하게만 작은 각도로 표면 광 가이드의 제1 주요 표면에 부딪히는 그런 각도이다. 상기 방사선 성분은 코팅층이 존재하지 않는 경우 표면 광 가이드의 법선에 대해 큰 입사 각도로, 예컨대 50° 또는 그 이상의 각도로 방사선 출사면에서 출사될 수도 있는 과도한 방사선 성분을 초래할 수도 있으며, 그럼으로써 방사 각도와 관련한 휘도의 균일성은 감소할 수도 있다.
달리 말하면, 코팅층은 전반사 임계 각도와 가까운 각도 조건에서 제1 주요 표면에 부딪히는 방사선이 증가된 비율로 광 전도 영역 내로 되반사되는 방식으로 형성된다. 산란 위치에서 추가의 산란 후에, 방사선은 더욱 작은 각도 조건에서 표면 광 가이드의 방사선 출사면에서 출사될 수 있다. 다시 말해 코팅층에 의해서, 처리되지 않은 광 가이드-공기 경계면과 비교하여, 각도 분포와 관련하여 방사의 균일성이 증가될 수 있다. 따라서 광범위하고 동시에 균일한 방사가 실현된다.
대체되거나 보충되는 방식으로 과도한 방사선 성분은 파장 범위, 예컨대 청색 스펙트럼 범위의 방사선일 수 있다. 코팅층은 바람직하게는 상기 파장 범위에서, 예컨대 증가된 반사율을 바탕으로, 추가의 파장 범위에 비해 감소된 투과성을 나타낸다.
이런 경우 확장범위는 바람직하게는 광 전도 영역 내에서 순환하는 방사선의 파장에 비해 작으며, 예컨대 광 전도 영역 내 방사선의 피크 파장보다 적어도 5배 더욱 작다. 상기 산란 위치들에서는 대부분 레일리 산란이 발생한다.
상기 레일리 산란은 매우 넓은 산란 각도 분포를 특징으로 하며, 그럼으로써 후방 산란에 이르기까지 큰 산란 각도가 발생하게 된다. 따라서 방사 각도와 관련한 균일한 휘도 분포는 단순화된 방식으로 달성될 수 있다.
또한 레일리 산란의 경우 산란 작용은 방사선의 주파수의 4승에 비례한다. 다시 말해 청색 스펙트럼 범위의 방사선은 적색 스펙트럼 범위의 방사선보다 더욱 높은 효율성으로 산란 위치들에서 산란된다. 그러나 코팅층이 존재하지 않는 경우에는, 그로 인해 청색 스펙트럼 범위의 방사선이 적색 스펙트럼 범위의 방사선보다 더욱 높은 비율로 표면 광 가이드로부터 분리될 수도 있다.
다시 말해 코팅층은 산란 위치들의 파장에 의존하는 산란 작용을 보장하는 방식으로 형성될 수 있다.
산란 위치들은 본 출원의 범주에서 일반적으로 굴절률 불균일성이 부딪히는 방사선의 산란을 야기할 수 있는 광 전도 영역 내 위치들을 의미한다.
바람직한 구현예에 따라, 산란 위치들은 입자들에 의해, 예컨대 확산 입자들에 의해 형성된다. 입자들은 괴상일 수 있거나, 또는 중공 입자들로서, 예컨대 공기로 채워진 입자들로서 형성될 수 있다.
대체되거나 보충되는 방식으로 산란 위치들은 광 전도 영역 내 공극들 또는 결점들에 의해 형성될 수 있다.
광 전도 영역 내 공극들 또는 결점들은 열적으로, 그리고/또는 광학적으로, 예컨대 레이저 방사선을 이용하여 예를 들어 광 전도 영역의 목표되는 국소 가열에 의해 제조될 수 있다.
추가의 바람직한 구현예에 따라, 방사선 출사면의 반대 방향으로 향해 있는 광 전도 영역의 측면에 반사 층이 형성된다.
반사 층은 특히 광 전도 영역 내에서 전파되는 방사선을 위해 광대역 반사 방식으로 형성될 수 있다. 바람직하게는 반사 층은 금속이나 금속 합금을 함유하거나, 또는 상기 재료로 구성된다. 상기 반사 층에 의해서는, 증가된 비율의 결합된 방사선이 방사선 출사면의 측에서 분리될 수 있고, 그럼으로써 방사선은 완전하게, 또는 적어도 대부분 일측에서 표면 광 가이드에서 출사되게 된다.
상기 반사 층은 바람직하게는 광 전도 영역에 대해 이격되어 형성된다. 따라서 이미 광 전도 영역에서 출사된 그런 방사선 성분은 반사 층에서 방사선 출사면의 방향으로 편향된다. 그에 반해 출사되지 않은 방사선 성분들에 대해서는, 손실 없는 전반사가 이루어질 수 있다. 이와 다르게 반사 층은 광 전도 영역에 직접적으로 인접할 수도 있다.
추가의 바람직한 구현예에 따라, 표면 광 가이드는 비활성화된 상태에서 투명하게 형성된다. 이와 관련하여 투명성이란, 스펙트럼 반사율과 스펙트럼 투과율의 합이 흡수 손실 및 산란 손실이 완전히 존재하지 않는 경우 이론상 달성할 수 있는 100%의 값에 가능한 가깝게 위치하는 것을 의미한다. 바람직하게는 투명성은 적어도 60%, 특히 바람직하게는 적어도 80%이다.
추가의 바람직한 구현예에 따라, 제1 주요 표면의 맞은편에 위치하는 광 전도 영역의 제2 주요 표면에는 추가의 코팅층이 형성된다. 상기 추가의 코팅층은 특히 코팅층과 관련하여 설명한 특징들 중 적어도 하나의 특징을 보유할 수 있으며, 이 경우 코팅층과 추가의 코팅층은 동일한 유형으로 또는 서로 상이하게 형성될 수 있다.
또한 대체되거나 보충되는 방식으로 추가의 코팅층은 적어도 하나의 파장 범위에 대해 고반사 방식으로 형성될 수 있다. 추가 코팅층의 반사율이 더욱 높아질수록, 방사선은 방사선 출사면의 방향으로 더욱더 효율적으로 편향될 수 있다.
추가의 바람직한 구현예에 따라, 방사선 출사면의 맞은편에 위치하는 표면 광 가이드의 측면에는 추가의 방사선 출사면이 형성된다. 다시 말해 방사선은 양측에서 표면 광 가이드로부터 분리될 수 있다.
바람직한 개선 실시예에 따라, 추가의 방사선 출사면에서 출사되는 방사선은 세기 및/또는 색점과 관련하여 방사선 출사면으로부터 출사되는 방사선과는 상이하다. 예컨대 표면 광 가이드는 방사선 출사면을 통해서 온백색(warm white)으로 보이는 광이, 그리고 추가의 방사선 출사면을 통해서는 냉백색(cold white)으로 보이는 광이 출사되거나, 또는 그 반대로 이루어지도록 형성될 수 있다.
코팅층은 바람직하게는 다층 구조의 유전체 코팅층으로서 형성된다. 특히 광 전도 영역 내에서 전파되는 방사선에 대해 높은 투과성을 나타내는 유전체 재료가 적합하다.
유전체 층 시퀀스에 의해서는 간단하면서도 효율적인 방식으로 다양한 투과 또는 반사 특성, 예컨대 스펙트럼 또는 각도에 의존하는 투과 또는 반사 특성이 달성될 수 있다.
대체되거나 보충되는 방식으로 코팅층은 인광 발광 재료 및/또는 전기 크롬 재료를 함유할 수 있다. 상기 재료들은 환원된 상태 및 산화된 상태에서 다양한 흡수 특성을 나타낸다. 상기 재료들은 전형적으로 가시 스펙트럼 범위에서 흡수성을 띠기 때문에, 상기 재료들의 이용은 자체 투명성에 대해 비활성화된 상태에서 더욱 낮은 요건이 설정되는 그런 표면 광 가이드에 적합하다.
바람직한 구현예에 따라, 반사 층은 표면 광 가이드의 주요 연장 평면을 따라 구조화된다. 반사 층의 구조화부의 구조 크기는 바람직하게는 사람의 눈의 분해 능력 미만이다. 상기 구조화부는 예컨대 반사 층 내 공동부들(cavity)에 의해 형성될 수 있다. 따라서 반사 층의 총 면적에서 공동부들의 면적 비율의 편차에 의해 사람의 눈이 느끼는 반사 층의 평균화된 반사율이 설정될 수 있다.
설명한 표면 광 가이드는 특히 적어도 하나의 표면 광 가이드와 적어도 하나의 방사선원을 포함하는 평면 이미터에 적합하며, 평면 이미터의 작동 중에 표면 광 가이드 내로 결합되는 방사선은 방사선원에 의해 생성된다.
상기 방사선원은 바람직하게는 방사선을 생성하기 위해 제공되는 각각 적어도 하나의 활성 영역을 구비한 적어도 하나의 반도체 몸체를 포함한다. 특히 방사선원으로서는 발광 다이오드, 예컨대 LED가 적합하다.
추가의 특징들, 구현예들 및 유효성은 도들과 결부되는 실시예들의 하기 설명으로부터 제시된다.
도 1은 표면 광 가이드를 포함하는 평면 이미터에 대한 제1 실시예를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 표면 광 가이드를 포함하는 평면 이미터에 대한 제2 실시예를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 표면 광 가이드를 포함하는 평면 이미터에 대한 제3 실시예를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4는 표면 광 가이드를 포함하는 평면 이미터에 대한 제4 실시예를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 5a 내지 5c는 각각 유리-공기 경계면을 포함하는 종래의 광 가이드(도 5a), 제1 실시예에 따르는 코팅층을 포함하는 표면 광 가이드(도 5b), 및 제2 실시예에 따르는 코팅층을 포함하는 표면 광 가이드(도 5c)에 대해, 입사 각도(θ)에 따라 다양한 파장을 갖는 방사선에 대한 백분율 투과율의 파형을 도시한 그래프이다.
동일하거나, 동일한 유형이거나, 또는 동일한 작용을 하는 소자들은 도들에서 동일한 도면 부호로 표시된다.
도들과, 도들에 도시된 소자들의 상호 간 크기 비율은 일정한 축척에 따르는 것으로 간주되지 않는다. 오히려 개별 소자들은 더욱 나은 형태성을 위해, 그리고/또는 더욱 나은 이해를 위해 과장될 정도로 크게 도시되어 있을 수도 있다.
표면 광 가이드에 대한 제1 실시예는 도 1에 단면도로 개략적으로 도시되어 있다. 평면 이미터는 표면 광 가이드(1)를 포함하고, 이 표면 광 가이드의 방사선 출사면(10)은 표면 광 가이드의 주요 연장 평면을 따라 연장된다. 방사선 출사면(10)에 대해 수직으로 연장되는 측면 표면들(33)은 주요 연장 평면에서 표면 광 가이드를 범위 한정한다.
또한, 평면 이미터(100)는 표면 광 가이드(1)의 양쪽 측면에 각각의 방사선원(2)을 포함한다. 상기 방사선원들(2)은 각각 일차 방사선원으로서 이용되며, 이때 표면 광 가이드(1)의 방사선 출사면(10)은 광범위하게 방사하는 역할을 한다. 방사선 출사면(10)은 방사선이 방사선원들로부터 직접 출사되는 면적의 합보다 더욱 크다.
본 실시예에서 방사선원은 방사선을 생성하기 위해 제공되는 활성 영역(21)을 구비한 반도체 몸체(20)를 포함하는 발광 다이오드로서 형성된다. 또한 방사선원(2)은 하나 이상의 반도체 몸체를 포함할 수 있고, 예컨대 복수의 반도체 몸체(20)의 행 형태 또는 행렬 형태의 배치구조를 포함할 수 있다. 또한, 이와 다르게 또 다른 방사선원, 예컨대 가스 방전 램프도 적용될 수 있다.
방사선원(2)의 작동 중에 생성되는 방사선은 측면 표면들(33)을 통해 표면 광 가이드의 주요 연장 평면을 따라 표면 광 가이드(1) 내로 결합된다. 방사선 출사면(10)은 측면 표면(33)에 비해 크며, 그럼으로써 결합된 방사선의 광범위한 방사가 이루어진다. 표면 광 가이드(1)는 수직 방향으로, 다시 말해 주요 연장 평면에 대해 수직으로 제1 주요 표면(31)과 제2 주요 표면(32) 사이에서 연장되는 광 전도 영역(3)을 포함한다.
제1 주요 표면(31) 상에는 코팅층(5)이 배열된다. 광 가이드 내에는 산란 위치들(4)이 형성되며, 이 산란 위치들에서는 광 전도 영역(3)에서 전파되는 방사선이 산란된다.
산란 위치들(4)과 코팅층(5)의 상호 작용은 도 5a 내지 도 5c와 관련하여 더욱 상세하게 설명된다.
바람직하게는 코팅층(5)과 산란 위치들(4)은 방사선 출사면에서 출사되는 방사선의 색점이 균일하도록 서로 조정된다. 방사선 출사면 상의 2개의 임의의 지점의 경우, 그리고 사전 결정된 각도에 대해, 색도(CIE 색도) 내 색점은 바람직하게는 5단계 맥아담 타원 이내에, 특히 바람직하게는 3단계 맥아담 타원 이내에 위치한다.
따라서 광범위하고 동시에 균일한 방사 기능을 갖는 평면 이미터(100)가 실현된다.
방사선 출사면(10)의 맞은편에 위치하는 표면 광 가이드(1)의 측면에는 추가의 방사선 출사면(15)이 형성된다. 다시 말해 방사선은 표면 광 가이드의 양쪽 측면에서 출사될 수 있다.
또한 광 전도 영역(3)의 제2 주요 표면(32) 상에는 추가의 코팅층(55)이 형성된다.
상기 코팅층(5)과 추가의 코팅층(55)은 동일한 유형으로 형성될 수 있다.
또한 이와 다르게, 코팅층들(5, 55)은 서로 상이하게 형성될 수 있으며, 그럼으로써 추가의 방사선 출사면(15)에서 출사된 방사선은 세기 및/또는 색점과 관련하여 방사선 출사면에서 출사되는 방사선과는 상이하게 된다.
예컨대 코팅층들은 방사선 출사면(10)에서는 사람의 눈에 온백색으로 보이는 광이, 그리고 방사선 출사면(15)에서는 냉백색으로 보이는 광이 출사되도록 형성될 수 있다.
표면 광 가이드(1)는 바람직하게는 비활성화된 상태에서 투명하게 형성된다. 바람직하게는 투명성은 적어도 60%, 특히 바람직하게는 적어도 80%이다.
표면 광 가이드(1), 특히 광 전도 영역(3)은 바람직하게는 유리나 플라스틱, 예컨대 폴리메틸 메타아크릴레이트(PMMA), 폴리카보네이트(PC) 또는 폴리우레탄(PU)을 함유한다.
기능 원리의 명확한 설명을 위해 도 1에는 표면 광 가이드(1) 내에 결합되는 방사선의 가능한 빔 파형이 도시되어 있다. 결합 후에 방사선은 각각 전반사를 위한 임계 각도보다 더욱 큰 각도로 제1 주요 표면(31) 및 제2 주요 표면(32)에 부딪히며, 그럼으로써 방사선은 상기 주요 표면들에서 각각 전반사된다.
산란 위치에 부딪힌 후에 방사선은 전반사를 위한 각도보다 더욱 작은 각도로 편향되며, 그럼으로써 방사선은 표면 광 가이드의 양쪽 측면에서 출사될 수 있다.
또한 설명한 실시예와 다르게, 표면 광 가이드(1) 내로의 한 측면만의 결합이나, 또는 2개 이상의 측면 표면의 결합이 목적에 적합할 수도 있다.
도 2에서 개략적 단면도로 도시된 제2 실시예는 실질적으로 도 1과 관련하여 설명한 제1 실시예에 상응한다. 다만, 적어도 하나의 파장 범위를 위한 추가의 코팅층(55)이 고반사 방식으로, 예컨대 적어도 80%의 반사율을 구비하여 형성되는 점에서 제1 실시예와 차이가 있다. 본 실시예에서 방사선은 한 측면에서만 표면 광 가이드에서 방사선 출사면(10)을 통해 출사된다. 이와 다르게, 추가 코팅층은 부분 반사 방식으로만 형성될 수도 있으며, 그럼으로써 반사율에 의해 설정될 수 있는 방사선의 성분이 추가의 코팅층(55)도 통과하게 된다.
표면 광 가이드(1)를 포함하는 평면 이미터(100)에 대해 도 3에 도시된 제3 실시예는 실질적으로 도 1과 관련하여 설명한 제1 실시예에 상응한다. 그러나 제1 실시예와 다르게, 표면 광 가이드(1)는 오로지 제1 주요 표면(31) 상에만 코팅층(5)을 포함한다. 상기 제1 주요 표면(31)의 맞은편에 위치하는 측면에는 반사 층(6)이 형성된다. 상기 반사 층은 표면 광 가이드로부터 이격되어 형성된다. 이런 경우 비록 방사선이 광 전도 영역(3)에서 출사될 수 있기는 하지만, 반사 층(6)에서 방사선 출사면(10)의 방향으로 반사되고 추가로 광 전도 영역(3)을 통과한 후에 상기 방사선 출사면을 통해 출사된다.
상기 반사 층(6)은 바람직하게는 금속이나 금속 합금을 함유하거나, 또는 상기 재료로 구성된다. 예컨대 알루미늄, 은 및 로듐은 가시 스펙트럼 범위에서 높은 광대역 반사율을 특징으로 한다. 상기 반사 층은 예컨대 사전 제조된 필름 또는 플레이트의 형태로 존재할 수 있다.
설명한 실시예와 다르게, 반사 층(6)을 이용할 경우에도 제2 주요 표면(32) 상에 특히 도 1과 관련하여 설명한 것처럼 형성될 수 있는 추가의 코팅층이 형성될 수 있다.
도 4에 도시된 제4 실시예는 실질적으로 도 2와 관련하여 설명한 제2 실시예에 상응한다. 그러나 제2 실시예와 다르게, 광 전도 영역(3)의 제2 주요 표면(32) 상에 구조화된 반사 층(6)이 배열된다. 상기 반사 층은 예컨대, 내부적으로 공동부들(60)의 형성을 위해 예컨대 펀칭 공정에 의해 부분 영역들이 제거되어 있는 반사 필름으로서 형성될 수 있다.
또한 대체되는 방식으로, 반사 층(6)은 예컨대 포토리소그래피 방식의 구조화 방법을 이용하여 부분 영역들이 선택적으로 제거되어 있는 코팅층으로서도 형성될 수 있다.
구조화부의 구조 크기는 바람직하게는 사람의 눈의 분해 능력 미만이다. 예컨대 30㎛ 미만의 구조 크기는 10㎝만큼 이격된 간격에서 사람의 눈으로는 더 이상 개별적으로 분해될 수 없다. 그에 따라 사람의 눈은 반사 층을 평균화된 반사율을 갖는 층으로서 감지하며, 이 층의 반사율은 공동부의 총 면적 대 반사 층의 총 면적의 비율을 통해 설정될 수 있다.
상기 구조화부는 설명한 실시예와 다르게 코팅층, 특히 유전체 코팅층에도 적용될 수 있다. 그에 따라 목표하는 다양한 반사율에 대해 동일한 필름, 또는 코팅층의 동일한 층 구조가 이용될 수 있으며, 이 경우 후속하여 구조화부에 의해서 반사율이 목표하는 값으로 설정될 수 있다.
도 5a 내지 5c에는 광 전도 영역의 주요 연장 평면의 법선과 관련하여 입사 각도(θ)에 따르는 백분율 투과율(T)에 대한 시뮬레이션 결과들이 각각 도시되어 있다. 곡선들(501, 511 및 521)은 각각 625㎚의 진공 파장의 적색 방사선에 대한 시뮬레이션 결과들을 나타낸다. 곡선들(502, 512 및 522)은 각각 460㎚의 진공 파장의 청색 방사선에 관한 것이다.
도 5a에는 처리되지 않은 유리-공기 경계면에 대한 투과율의 파형이 도시되어 있다. 상기 투과율은 매우 소소한 파장 의존성만을 나타내며, 0°와 약 25° 사이의 각도에서 약 96%이다. 각도가 더욱 클 경우 투과율은 감소하고 약 42°의 전반사를 위한 임계 각도 이상의 각도에 대해서는 0%이다.
이와 비교하여, 도 5b에는 투과율이 분명히 증가된 파장 의존성을 나타내는, 표면 광 가이드의 코팅층에 대한 제1 실시예가 도시되어 있다. 수직 방향으로 부딪힐 경우(θ = 0), 적색 스펙트럼 범위의 방사선에 대한 투과율은 약 97%이고 청색 스펙트럼 범위의 방사선에 대해서는 약 88%이다. 이런 경우 적색 스펙트럼 범위의 방사선에 대한 투과율은 전체 각도 범위에 걸쳐서 청색 스펙트럼 범위의 방사선보다 더욱 높다. 다시 말해 상기 유형으로 형성된 코팅층에 의해서 표면 광 가이드에서 출사되는 방사선의 적색 방사선 성분은 청색 스펙트럼 성분에 비해 목표한 바대로 증가될 수 있다. 다시 말해 코팅층은 청색 스펙트럼 범위의 방사선에 대한 방사선 분리를 목표한 바대로 감소시킨다.
상기 유형의 코팅층은 특히, 산란 위치들(4)에서 산란이 청색 방사선에 대해 표면 광 가이드의 법선에 대해 비교적 작은 각도에서 효과적인 산란을 달성하도록 실행되는 표면 광 가이드에 적합하다. 이런 경우 산란 위치들(4)의 확장범위는 바람직하게는 광 전도 영역(3)에서 전파되는 방사선의 파장에 비해 작다.
상기 기준은 특히 표면 광 가이드 내 피크 파장이 산란 위치들의 확장범위보다 적어도 5배 큼으로써, 결과적으로 대부분 레일리 산란이 발생할 때 충족된다. 상기 레일리 산란은 높은 주파수의 방사선에 대해, 다시 말해 작은 파장의 방사선에 대해 더욱 큰 산란 횡단면을 나타낸다.
다시 말해 코팅층을 통해서는, 파장에 의존하는 레일리 산란으로 인해 발생하는 표면 광 가이드의 색 불균일성이 보상될 수 있다.
도 5b에 도시된 시뮬레이션은 각각 21.43㎚의 두께를 가지고 탄탈럼 오산화물(Ta2O5)로 이루어진 3개의 층을 포함하는 코팅층(5)을 기초로 하며, 이때 상기 3개의 층 사이에는 각각 44.58㎚의 두께를 갖는 규소 이산화물 층(SiO2)이 각각 배열된다. 그러나 코팅층의 대응하는 파장 의존성은 위의 설명과는 상이한 재료 및/또는 층 두께를 보유하는 층 시퀀스로도 달성될 수 있다.
코팅층(5)을 위한 재료로서는 특히 가시 스펙트럼 범위에서 투명한 유전체 재료가 적합하다. 예컨대 유전체 재료는 산화물, 예컨대 알루미늄 산화물, 규소 산화물 또는 탄탈럼 오산화물, 질화물, 예컨대 규소 질화물 또는 옥시질화물, 예컨대 규소 옥시질화물을 함유할 수 있다.
도 5c에는 코팅층에 대한 제2 실시예가 도시되어 있으며, 상기 코팅층은 전반사를 위한 각도에 가까운 각도에 대해, 처리되지 않은 유리-공기 경계면에 비해서 목표한 바대로 감소된 투과율을 나타낸다. 이는 도 5c에 화살표(523)로 도해되어 있다.
그래프 521 및 522에는, 적색 스펙트럼 범위의 방사선에 대해서뿐 아니라 청색 스펙트럼 범위의 방사선에 대해서도 약 20°와 약 40° 사이의 각도에 대한 투과율이 처리되지 않은 경계면에 비해서 분명하게 감소되는 점이 도시되어 있다. 상기 코팅층(5)에 의해서는, 비교적 큰 각도 조건에서, 예컨대 50° 또는 그 이상의 각도 조건에서 표면 광 가이드(1)에서 출사되는 방사선 성분이 목표한 바대로 감소될 수 있고, 그에 반해 방사선은 예컨대 0° 내지 15°의 작은 각도에서 실질적으로 방해 없이 코팅층을 통과할 수 있다. 비활성화된 상태에서 표면 광 가이드(1)는 코팅층을 바탕으로 청색이나 시안(cyan) 색상으로 나타난다.
다시 말해 상기 코팅층(5)에 의해서, 표면 광 가이드(1)의 방사는 큰 각도 조건에서 목표한 바대로 감소될 수 있다. 상기 표면 광 가이드는 예컨대 천장 조명을 위해 제공되는 평면 이미터에 적합하다. 천장 조명 시에 큰 각도 조건에서 출사되는 방사선은 눈부심을 상승시킬 수도 있으며, 그로 인해 바람직하지 못하다.
또한 상기 유형의 코팅층(5)은 특히 표면 광 가이드의 방사선 출사면에서 출사되는 방사선을 균일화하기 위해 적합하며, 이 경우 광 전도 영역에 주요 연장 평면의 법선에 대해 비교적 큰 각도에서 방사선의 분리를 촉진하는 산란 위치들이 형성되어 있다. 이는 예컨대 광 전도 영역 내 파장에 비해, 예컨대 광 전도 영역 내 방사선의 파장보다 적어도 5배 큰 비교적 넓은 확장범위를 나타내는 산란 위치들의 이용 시에 해당하는 경우이다. 상기 산란 위치들에서는 대부분 순방향 산란이 발생하며, 그럼으로써 주요 연장 평면의 법선에 대해 비교적 큰 각도에서 측면 결합으로 인해 광 전도 영역 내로 결합된 방사선은 산란 시에 비교적 작은 각도 변화만을 경험하게 된다. 그러므로 방사선은 전반사를 위한 임계 각도에 가까운 각도 범위에서 과도한 비율로 광 전도 영역에서 출사될 수도 있다.
다시 말해 설명한 코팅층과 결부되어 비교적 넓은 확장범위를 갖는 산란 위치들을 이용하는 것을 통해, 각도 의존성과 관련하여 높은 균일성을 나타내는 방사가 달성될 수 있다. 동시에 휘도는 방사된 방사선의 파장과 관련하여서도 특히 균일하게 형성될 수 있는데, 그 이유는 비교적 큰 입자들에서 산란 작용은 단지 소소한 파장 의존성만을 나타내기 때문이다.
도 5c에 도시된 시뮬레이션에서는 5개의 탄탈럼 오산화물 층과 이들 층 사이에 배열되는 4개의 규소 산화물 층의 교호적 층 시퀀스가 도시되어 있으며, 이때 유리 경계면에서부터 볼 때 층 두께의 값은 순서대로 다음과 같다: 130.71㎚, 182.86㎚, 211.15㎚, 35.37㎚, 120.05㎚, 155.14㎚, 154.10㎚, 185.23㎚ 및 133.85㎚.
코팅층에 대한 2가지 실시예에서는 하기와 같은 굴절률이 기초가 된다:
유리: 1.51987, 탄탈럼 오산화물: 2.14318, 규소 산화물: 1.46109.
산란 위치들(4)은 예컨대 광 전도 영역 내에 매입되는 입자들에 의해 형성될 수 있다. 입자들은 중공체로서, 예컨대 공기로 채워진 입자들로서, 또는 괴상으로 형성될 수 있다. 또한 대체되거나 보충되는 방식으로 산란 위치들은 광 전도 영역 내 공극들 또는 결점들에 의해 형성될 수 있다. 상기 유형의 산란 위치들은 예컨대 레이저 방사선에 의해, 예컨대 광 전도 영역의 재료의 목표하는 국소 증발에 의해 형성될 수 있다.
또한, 대체되거나 보충되는 방식으로, 코팅층(5)은 전기 크롬 재료를 함유할 수 있다. 상기 재료들은 환원된 상태에서, 그리고 산화된 상태에서 다양한 흡수 특성을 바탕으로 상이한 색 효과를 나타낸다. 예컨대 폴리아닐린(환원: 무색 / 산화: 녹색), 폴리-o-페닐렌디아민(무색 / 적갈색), 폴리티오펜(녹색 / 갈색), 폴리-3-메틸티오펜(적색 / 청색), 3,4-폴리에틸렌-디옥시티오펜(암청색 / 담청색), 폴리피롤(황색 / 청보라) 또는 3,4-폴리에틸렌-디옥시피롤(적색 / 무색)이 적용될 수 있다. 상기 재료들은 적어도 가시 스펙트럼 범위의 상태에서 흡수성을 띠기 때문에, 상기 재료들의 이용은 특히 비활성화된 상태에서 가능한 높은 투명성이 요구되지 않는 표면 광 가이드에 적합하다.
또한 대체되거나 보충되는 방식으로 표면 광 가이드(1)에 대해, 방사선원(2)의 방사선의 적어도 부분적인 변환을 위해 제공되는 인광 발광 재료도 적용될 수 있다. 상기 인광 발광 재료는 예컨대 코팅층, 예컨대 측면 표면(33), 제1 주요 표면(31), 제2 주요 표면(32) 또는 방사선 출사면(10)의 형태로 형성될 수 있다. 이는, 비활성화된 상태에서, 각각 이용되는 재료에 따라, 표면 광 가이드(1)가 예컨대 황색 또는 녹색으로 보이게끔 할 수 있다.
본 발명은 실시예들에 따른 설명에 의해 국한되지 않는다. 오히려 본 발명은 각각의 새로운 특징뿐 아니라 특징들의 각각의 조합 구성을 포함하며, 이는 특히, 상기 특징들 또는 상기 조합 구성 자체가 특허청구범위나 실시예들에 분명하게 명시되어 있지 않다고 하더라도, 특허청구범위에서의 특징들의 각각의 조합 구성을 포함한다.

Claims (15)

  1. 표면 광 가이드의 주요 연장 평면을 따라 연장되는 방사선 출사면(10)과, 광 전도 영역(3)을 포함하는 표면 광 가이드(1)로서,
    상기 광 전도 영역은 산란 위치들(4)과 광 전도 영역의 제1 주요 표면(31) 상에 배열되는 코팅층(5)을 포함하고, 상기 주요 연장 평면을 따라 결합되고 상기 산란 위치들(4)에서 산란된 후에는 상기 제1 주요 표면(31)에 부딪히는 방사선은 과도한 방사선 성분을 포함하며, 상기 코팅층(5)은 상기 방사선 출사면(10)에서 과도한 방사선 성분의 출사를 목표한 바대로 감소시키는,
    표면 광 가이드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 과도한 방사선 성분은 각도 범위이고, 상기 코팅층은 상기 각도 범위에서 추가의 각도 범위에 비해 감소된 투과성을 나타내는,
    표면 광 가이드.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 과도한 방사선 성분은 파장 범위이고, 상기 코팅층은 상기 파장 범위에서 추가의 파장 범위에 비해 감소된 투과성을 나타내는,
    표면 광 가이드.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산란 위치들은 입자들에 의해 형성되는,
    표면 광 가이드.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산란 위치들은 광 전도 영역 내 공극들 또는 결점들에 의해 형성되는,
    표면 광 가이드.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방사선 출사면의 반대 방향으로 향해 있는 광 전도 영역의 측면 상에 반사 층(6)이 형성되는,
    표면 광 가이드.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 주요 표면의 맞은편에 위치하는 광 전도 영역의 하나의 제2 주요 표면(32) 상에 추가의 코팅층(55)이 형성되는,
    표면 광 가이드.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 추가의 코팅층은 적어도 하나의 파장 범위에 대해 고반사 방식으로 형성되는,
    표면 광 가이드.
  9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방사선 출사면의 맞은편에 위치하는 표면 광 가이드의 측면 상에 추가의 방사선 출사면(15)이 형성되고, 이때 상기 추가의 방사선 출사면에서 출사되는 방사선은 세기 및/또는 색점과 관련하여 상기 방사선 출사면에서 출사되는 방사선과는 상이한,
    표면 광 가이드.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코팅층은 다층 구조의 유전체 코팅층으로서 형성되는,
    표면 광 가이드.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코팅층은 인광 발광 재료 및/또는 전기 크롬 재료를 함유하는,
    표면 광 가이드.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코팅층은 상기 표면 광 가이드의 주요 연장 평면을 따라 구조화되고, 이 경우 상기 코팅층의 구조 크기는 바람직하게는 사람의 눈의 분해 능력 미만인,
    표면 광 가이드.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 과도한 방사선 성분은 각도 범위이고, 코팅층은 상기 각도 범위에서 추가의 각도 범위에 비해 감소된 투과성을 나타내며, 산란 위치들은 광 전도 영역에서 표면 광 가이드 내로 결합되는 방사선의 파장에 비해 크거나, 또는
    상기 과도한 방사선 성분은 파장 범위이고, 코팅층은 상기 파장 범위에서 추가의 파장 범위에 비해 감소된 투과성을 나타내며, 산란 위치들은 광 전도 영역에서 표면 광 가이드 내로 결합된 방사선의 파장에 비해 작은,
    표면 광 가이드.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따르는 적어도 하나의 표면 광 가이드(1)와, 적어도 하나의 방사선원(2)을 포함하는 평면 이미터(100)로서,
    상기 평면 이미터의 작동 중에 상기 표면 광 가이드 내로 결합되는 방사선은 상기 방사선원에 의해 생성되는,
    평면 이미터.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 방사선원은 방사선을 생성하기 위해 제공되는 활성 영역(21)을 구비한 적어도 하나의 반도체 몸체(20)를 포함하는,
    평면 이미터.
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