KR20190072429A - 광고립 소자 - Google Patents

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Abstract

본 출원은, 광고립 소자에 대한 것이다. 본 출원에서는 간단하고 저비용으로 형성할 수 있는 광고립도가 우수한 광고립 소자가 제공된다. 이러한 광고립 소자는, 예를 들면, 광통신이나 레이저 광학 분야, 보안, 사생활 보호 분야뿐 아니라, 디스플레이의 휘도 향상을 위한 부재나 은폐·엄폐가 요구되는 군 제품 분야 등에 적용될 수 있다.

Description

광고립 소자{Optical isolating device}
본 출원은 광고립 소자에 대한 것이다.
광고립 장치는, 정방향에서의 광 투과율이 역방향에서의 광 투과율에 비하여 높은 장치이고, 광 다이오드(optical diode)라고도 불린다. 광고립 장치는, 광통신이나 레이저 광학 분야에서 불필요한 반사광을 막는 것에 사용될 수 있고, 그 외에도 건물이나 자동차 유리에 적용되어 보안이나 사생활 보호 등에 사용될 수도 있다. 또한, 광고립 장치는 다양한 디스플레이에서의 휘도 향상을 위해서, 또는 은폐·엄폐가 요구되는 군용 제품 등 에도 적용될 수 있다.
본 출원은 광 고립 소자 및 광고립 장치에 관한 것이다.
본 출원에 관한 일례에서, 본 출원은 광고립 소자에 관한 것이다. 도 1 및 2를 참고하여 본 출원의 발명을 설명하면 아래와 같다.
본 명세서에서 용어 「광고립 소자」는, 정방향으로 입사된 광의 투과율이 역방향으로 입사된 광의 투과율에 비하여 상대적으로 크게 되도록 구성된 소자를 의미할 수 있다. 상기 정방향(Forward direction)은 광고립 소자로 입사된 광의 투과율이 가장 큰 방향을 의미할 수 있고, 역방향(Backward direction)은 광고립 소자로 입사된 광의 투과율이 가장 낮은 방향을 의미할 수 있다. 상기 정방향의 투과율(F)과 역방향의 투과율(B)의 비율(B/F)은 0.7 이하, 0.6 이하 또는 0.5 이하일 수 있으며, 하한은 특별히 제한되는 것은 아니나 예를 들어 0 이상, 또는 0 초과일 수 있다. 본 출원에서 입광면은 광고립 소자의 정방향으로 입사하는 광이 입사하는 면을 의미할 수 있고, 출광면은 광고립 소자의 정방향으로 입사하는 광이 출사하는 면을 의미할 수 있다.
본 명세서에서 용어 「투과율」, 「위상차값」, 「반사율」 및 「굴절률」 등과 같이, 광학적 물성에 관한 기준 파장은 광고립 소자 또는 광고립 장치를 사용하여 고립하고자 하는 광에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 본 출원의 소자 또는 장치를 이용하여 가시광 영역의 광을 고립시키고자 하는 경우에 상기 투과율 등은 예를 들면, 400 nm 내지 700 nm의 범위 내의 어느 한 파장 또는 약 550 nm 파장의 광을 기준으로 한 수치일 수 있고, 적외선 영역의 광을 고립시키고자 하는 경우에 상기 투과율 등은 예를 들면, 700 nm 내지 1000 nm의 범위 내의 어느 한 파장 또는 약 850 nm 파장의 광을 기준으로 한 수치일 수 있으며, 자외선 영역의 광을 고립시키고자 하는 경우에는 상기 투과율 등은 예를 들면, 100 nm 내지 400 nm의 범위 내의 어느 한 파장 또는 약 300 nm 파장의 광을 기준으로 한 수치일 수 있다.
본 출원에서 용어 「입사각」은, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 입광면의 법선을 기준으로 측정된 각도일 수 있다. 이때, 상기 법선을 기준으로 시계 방향으로 측정된 각도는 양수(+)로, 반시계 방향으로 측정된 각도는 음수(-)로 표시한다. 또한, 본 출원에서 용어 「출사각」은, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 출광면의 법선을 기준으로 측정된 각도이고, 상기 법선을 기준으로 시계 방향으로 측정된 각도는 양수(+)로, 반시계 방향으로 측정된 각도는 음수(-)로 표시한다.
본 출원에서, 각도(degree, °)를 나타내는 값은 오차 범위를 고려한 값일 수 있다. 상기 각도를 나타내는 값은 예를 들어, 수직, 평행, 입사각 및/또는 출사각 등을 의미할 수 있으며, 상기 오차 범위는 ±1도, ±2도, ±3도, ±4도 또는 ±5도의 범위 내일 수 있다.
본 출원은 광고립 소자에 관한 것이다. 본 출원의 광고립 소자는 광 제어 필름; 제 1 광로 변경 소자; 및 제 2 광로 변경 소자를 포함할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 광로 변경 소자 및 광 제어 필름은 각각 입광면과 출광면을 가질 수 있으며, 광 제어 필름의 출광면과 제 1 광로 변경 소자의 입광면은 서로 대향할 수 있다.
또 하나의 예시에서, 제 1 광로 변경 소자의 출광면과 제 2 광로 변경 소자의 입광면은 서로 대향할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 소자는 광 제어 필름; 제 1 광로 변경 소자; 및 제 2 광로 변경 소자를 순차로 포함할 수 있다.
또 하나의 예시에서, 상기 광 제어 필름의 출광면과 제 1 광로 변경 소자의 입광면은 서로 접할 수 있다.
또 하나의 예시에서, 상기 제 1 광로 변경 소자의 출광면과 제 2 광로 변경 소자의 입광면은 서로 접할 수 있다.
본 명세서에서 용어 「광로 변경 소자」는 입사하는 광의 경로를 변경할 수 있는 광학 소자를 의미할 수 있다. 예를 들어, 광로 변경 소자는 입사광을 굴절 또는 회절시켜 광의 진행 경로를 변경할 수 있는 소자를 의미할 수 있다. 또한, 용어 「광 제어 필름」은 소정의 각도로 입사한 입사광 만을 투과시키는 필름을 의미할 수 있다.
상기 제 1 광로 변경 소자는, 정방향 입광면에 제 1 각도의 입사각으로 입사된 광을 제 2 각도의 출사각으로 출사시킬 수 있는 소자일 수 있다. 또한, 상기 제 1 광로 변경 소자는 정방향 출광면에 제 2 각도의 입사각으로 입사된 광을 제 1 각도의 출사각으로 출사시킬수 있는 소자일 수 있다. 상기에서 제 1 및 제 2 각도는 서로 상이한 각도일 수 있다.
상기 제 2 광로 변경 소자는 정방향 입광면에 제 2 각도의 입사각으로 입사된 입사광을 제 1 각도의 출사각으로 출사시킬 수 있고, 정방향 출광면에 제 1 각도의 입사각으로 입사된 입사광을 제 2 각도 및/또는 제 3 각도의 출사광으로 출사시킬 수 있는 광학 소자일 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 제 2 각도와 제 3 각도는 크기가 동일 또는 상이할 수 있다. 또 하나의 예시에서, 상기 제 2 각도와 제 3 각도는 부호가 서로 상이한 각도일 수 있다. 또 하나의 예시에서, 상기 제 3 각도는 제 2 각도와 동일한 크기의 각도를 갖고, 제 2 각도와 상이한 부호를 가질 수 있다.
한편, 상기 광 제어 필름은, 정방향 입광면 또는 정방향 출광면에 제 1 각도의 입사각으로 입사된 입사광은 투과시키고, 상기 제 1 각도와는 다른 각도로 입사된 입사광은 차단시킬 수 있는 광학 소자일 수 있다. 이때, 상기 차단은 흡수 또는 반사를 의미할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 제 1 광로 변경 소자는 정방향 입광면에 제 1 각도의 입사각으로 입사된 입사광을 상기 제 1 각도와는 다른 제 2 각도 출사각의 출사광 만으로 출사시킬 수 있다. 「제 1 광로 변경 소자가 상기 정방향 입광면에 제 1 각도 입사각으로 입사된 입사광을 제 2 각도 출사각의 출사광 만으로 출사시킨다」는 것은, 상기 제 1 각도 입사각으로 입사되는 입사광(I1) 중 제 2 각도 출사각으로 출사되는 출사광(I2)의 비율(I2/I1)이 10% 이상, 20% 이상, 30% 이상, 40% 이상, 50% 이상, 60% 이상, 70% 이상, 80% 이상, 90% 이상, 또는 95% 이상인 경우를 의미할 수 있으며, 가장 이상적으로는 100%인 경우를 의미할 수 있다.
본 출원의 일례에서, 제 2 광로 변경 소자는 정방향 출광면에 제 1 각도 입사각으로 입사된 입사광을 제 2 각도 출사각의 출사광 및 제 3 각도 출사각의 출사광만으로 출광시킬 수 있다. 「제 2 광로 변경 소자가 상기 정방향 출광면에 제 1 각도 입사각으로 입사된 입사광을 제 2 각도 출사각의 출사광 및 제 3 각도 출사각의 출사광만으로 출광시킨다」는 것은, 상기 정방향 출광면에 제 1 각도의 입사각으로 입사된 입사광(L1) 중, 제 2 각도의 출사각의 출사광(L2) 및 제 3 각도의 출사각의 출사광(L3)으로 출사되는 광의 합에 대한 비율((L2+L3)/L1)이 80% 이상, 85% 이상, 90% 이상 또는 95% 이상인 경우를 의미할 수 있으며, 가장 이상적으로는 100%인 경우를 의미할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 제 1 각도는 -90도 초과 내지 90도 미만(-90도 ~ 90도)인 각도일 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 각도는 -80도 이상, -70도 이상, -60도 이상, -50도 이상, -40도 이상, -30도 이상, -20도 이상, -10도 이상 또는 -5도 이상 일 수 있다. 또는 상기 제 1 각도는 예를 들어, 80도 이하, 70도 이하, 60도 이하, 50도 이하, 40도 이하, 30도 이하, 20도 이하, 10도 이하 또는 5도 이하 일 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 제 1 각도는, 실질적으로 약 0도일 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 제 2 각도는 5도 이상이면서 65도 이하(5도 ~ 65도)일 수 있다. 상기 제 2 각도는 다른 예시에서 5도 이상, 10도 이상, 15 도 이상, 20 도 이상, 25 도 이상, 30 도 이상, 35 도 이상 또는 40 도 이상일 수 있다. 또는 상기 제 2 각도는 65도 이하, 60 도 이하, 58 도 이하, 56 도 이하, 54 도 이하, 52도 이하 또는 50 도 이하일 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 제 2 각도는 실질적으로 약 45도일 수 있다.
또 하나의 예시에서 상기 제 2 각도는, -65도 이상이면서 -5도 이하(-65도 ~ -5도)일 수 있다. 상기 제 2 각도는 다른 예시에서 -5도 이하, -10 도 이하, -15 도 이하, -20 도 이하, -25 도 이하, -30 도 이하, -35 도 이하 또는 -40도 이하일 수 있다. 또는, 상기 제 2 각도는 -65 도 이상, -60 도 이상, -58 도 이상, -56 도 이상, -54 도 이상, -52 도 이상 또는 -50 도 이상일 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 제 2 각도는 실질적으로 약 -45도일 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 제 3 각도는 상기 제 2 각도와 동일한 양(크기)을 갖고, 부호가 반대인 각도 일 수 있다. 예를 들어, 상기 제 2 각도가 정방향 입광면 또는 정방향 출광면의 법선에 대하여 시계 방향의 값이면, 상기 제 3 각도는 정방향 입광면 또는 정방향 출광면의 법선에 대하여 반시계 방향의 값일 수 있다, 또한, 상기 제 2 각도가 정방향 입광면 또는 정방향 출광면의 법선에 대하여 반시계 방향의 값이면, 상기 제 3 각도는 정방향 입광면 또는 정방향 출광면의 법선에 대하여 시계 방향의 값일 수 있다.
본 출원의 광고립 소자는 상기 제 1 내지 제 3 각도를 만족하는 구조를 구현하여, 입광면으로 입사된 광의 투과율이 출광면으로 입사된 광의 투과율에 비하여 상대적으로 높은 소자를 구현할 수 있다. 또한, 이를 통해 양 방향으로 입사되는 광의 투과율이 비대칭인 광학 소자를 구현할 수 있다.
도 1은, 본 출원에 관한 일례에 따라, 본 출원의 광고립 소자와 그에 따른 광로 변경을 개략적으로 도시한다. 도 1을 참조하면, 본 출원의 광고립 소자(1)는 광 제어 필름(10), 제 1 광로 변경 소자(20) 및 제 2 광로 변경 소자(30)를 포함할 수 있다. 상기 광 제어 필름(10)의 정방향 입광면에 제 1 각도의 입사각으로 입사되는 입사광(100)은 상기 광 제어 필름(10)을 투과한 후, 제 1 광로 변경 소자(20)의 정방향 입광면으로 입사한다, 상기 제 1 광로 변경 소자(20)는 정방향 입광면에 제 1 각도의 입사각으로 입사하는 입사광(100)을 제 2 각도의 출사각의 출사광(200)으로 출사할 수 있다. 상기 제 2 각도의 출사광(200)은 제 2 광로 변경 소자(30)의 정방향 입광면에 입사하고, 상기 제 2 광로 변경 소자(30)의 정방향 입광면에 제 2 각도의 입사각으로 입사하는 입사광(200)은 제 1 각도 출사각의 출사광(300)으로 출사될 수 있다.
반면, 본 출원 광고립 소자(1)에서, 제 2 광로 변경 소자(30)의 정방향의 출광면에 대하여 입사되는 제 1 각도의 입사광(400)은 제 2 각도의 출사광(500) 및/또는 제 3 각도의 출사광(700)으로 출사될 수 있다. 상기 제 2 각도의 출사광(500) 및 제 3 각도의 출사광(700)은 제 1 광로 변경 소자(20)의 정방향 출광면으로 각각 제 2 각도의 입사광(500) 및 제 3 각도의 입사광(700)으로 입사하며, 이중 제 2 각도의 입사광(500)은 상기 제 1 광로 변경 소자(20)에서 제 1 각도의 출사광(600)으로 출사되나, 제 3 각도의 입사광(700)은 제 1 각도가 아닌 다른 각도의 출사광(700)으로 출사된다. 상기 제 1 광로 변경 소자(20)에서 출사되는 광 중 제 1 각도로 출사되는 출사광(600)은 광 제어 필름(10)을 투과하여 출사되나, 제 1 각도가 아닌 각도로 출사되는 출사광(700)은 광 제어 필름(10)에 의해 차단되어 광고립 소자(1)의 역방향으로 출사될 수 없다. 본 출원의 광고립 소자는 상기와 같이 광의 경로를 조절하여 양방향의 투과율이 상이한 소자를 구현할 수 있다.
본 출원의 일례에서, 제 1 광로 변경 소자 및 제 2 광로 변경 소자는 선형의 단위 프리즘 구조가 일면에 복수 형성되어 있는 프리즘 필름일 수 있다. 본 출원에서 용어 「프리즘」은 광이 입사하는 평평한 표면들을 갖는 다면체 형태의 광학 소자를 의미할 수 있고, 광을 굴절시키거나 반사하는 투명한 고체 재료로 형성된 투명한 광학 소자를 의미할 수 있다. 제 1 광로 변경 소자 및 제 2 광로 변경 소자의 입광면 또는 출광면으로 입사하는 광의 경로를 상기 설명한 광로와 같이 변경할 수 있는 것이라면, 상기 프리즘의 형상은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 본 출원에서는 프리즘의 능선(방향)에 직교하는 수직 단면의 형상이 삼각형인 프리즘을 사용할 수 있다. 이때, 각 광로 변경 소자 내에서, 복수인 프리즘의 능선이 평행하게 배치되어 있도록 프리즘이 형성될 수 있다. 이러한 배치를 선형 프리즘 배열이라고 칭할 수 있다.
하나의 예시에서, 제 1 광로 변경 소자는, '제 1 광로 변경 소자에 포함되는 각 프리즘의 입광면에 제 1 각도의 입사각으로 입사된 입사광의 광폭(A)'과 '상기 각 프리즘에서 제 2 각도의 출사각으로 출사되는 출사광의 광폭(B)'이 상이하도록 출사시킬 수 있는 소자일 수 있다. 상기 광폭은, 상기 제 1 각도의 입사각으로 입사되는 입사광 및 상기 제 2 각도의 출사각으로 출사되는 출사광에 대하여 수직인 방향에서 관찰한 상기 입사광 및/또는 출사광의 너비를 의미할 수 있다. 예를 들어, 제 1 광로 변경 소자가 (능선 방향에 직교하는) 수직 단면의 형상이 부등변 직각 삼각형인 프리즘을 포함하고, 직각을 이루는 변 중 하나의 면(밑변)이 입광면과 일치하는 경우, 제 1 각도의 입사각으로 정방향으로 입사하는 입사광의 광폭(A)과 상기 제 1 각도의 입사각으로 제 1 광로 변경 소자에 입사하여 제 2 각도의 출사각으로 출사되는 출사광의 광폭(B)이 상이할 수 있다. 이러한 경우, 제 1 광로 변경 소자의 정방향 입광면에 제 1 각도의 입사각으로 입사하는 입사광은 광량을 유지하면서 제 2 각도의 출사각으로 출사되도록 할 수 있는 것에 비해, 제 1 광로 변경 소자의 정방향 출광면에 제 2 각도의 입사각으로 입사하는 입사광은 광폭의 차이로 인해 입사광의 광량 중 일부 만이 제 1 각도의 출사각으로 출사되도록 할 수 있다. 이를 통해 정방향의 투과율과 역방향의 투과율의 차이를 높일 수 있다.
상기 제 1 광로 변경 소자의 각 프리즘의 입광면에 제 1 각도의 입사각으로 입사된 입사광의 광폭(A)과 상기 각 프리즘에서 제 2 각도의 출사각으로 출사되는 출사광의 광폭(B)의 비율(A/B)은 0.0001 이상일 수 있다. 상기 비율(A/B)은, 0.0001 이상, 0.0002 이상, 0.0003 이상, 0.0004 이상, 0.0005 이상, 0.0006 이상, 0.0007 이상, 0.0008 이상, 0.0009 이상 또는 0.001 이상일 수 있으며, 상한은 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어, 1 이하일 수 있다. 상기 제 1 광로 변경 소자의 각 프리즘의 입광면에 제 1 각도의 입사각으로 입사된 입사광의 광폭(A)과 상기 각 프리즘에서 제 2 각도의 출사각으로 출사되는 출사광의 광폭(B)의 비율(A/B)이 상기 범위를 만족하는 경우, 정방향으로 입사하는 광을 높은 투과율로 출사시키면서도 역방향으로 입사하는 광의 투과율을 낮출 수 있다.
하나의 예시에서, 본 출원의 광고립 소자에 포함되는 프리즘은 굴절률이 1.2 내지 1.8 범위 이내일 수 있다. 상기 굴절률은 메트리콘 제조 프리즘 커플러를 사용하여 파장 550 ㎚ 에서 측정한 값을 의미할 수 있다. 상기 프리즘의 굴절률은 제 1 광로 변경 소자 및/또는 제 2 광로 변경 소자의 두께에 따라 적절한 범위에서 조절될 수 있다. 예를 들어, 상기 범위 내에서 상기 프리즘의 굴절률은 1.20 이상, 1.25 이상, 1.30 이상, 1.35 이상, 1.40 이상, 1.45 이상, 1.50 이상, 1.55 이상, 또는 1.60 이상일 수 있고, 1.80 이하, 1.75 이하, 1.70 이하, 또는 1.65 이하일 수 있다. 상기 굴절률을 만족하는 범위 내에서 제 1 광로 변경 소자 및/또는 제 2 광로 변경 소자는 소정의 입사광을 우수한 효율로 목적하는 각도로 출사시킬 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 제 1 광로 변경 소자가 갖는 단위 프리즘 구조의 단면과 제 2 광로 변경 소자가 갖는 단위 프리즘 구조의 단면은 서로 상이할 수 있다. 이때, 단면이란, 프리즘의 능선(방향)에 직교하는 수직 단면을 의미할 수 있다. 상기 광로 변경 소자는 복수의 단위 프리즘을 포함할 수 있고, 이때, 각 단위 프리즘의 능선은 평행하게 배열될 수 있다.
예를 들어, 상기 제 1 광로 변경 소자에 포함되는 단위 프리즘 구조의 단면은 부등변 삼각형 형태이고, 제 2 광로 변경 소자에 포함되는 단위 프리즘 구조의 단면은 이등변 삼각형 형태일 수 있다.
본 출원에서 단위 프리즘의 구조의 단면이 삼각형 형태인 프리즘은 삼각형 프리즘으로 호칭될 수 있다. 예를 들어, 프리즘의 능선에 직교하는 수직 단면의 형상이 삼각형인 프리즘을 의미할 수 있고, 보다 구체적으로는 상기 수직 단면의 형상이 하나의 밑변과 두개의 빗변을 가지는 삼각형 형상인 프리즘을 의미할 수 있다. 본 출원에서, 밑변은 정방향 입광면 또는 역방향 입광면일 수 있고, 또는 정방향 입광면 또는 역방향 입광면의 일부를 형성할 수 있다.
본 출원에서 용어 「부등변 삼각형 프리즘」은, 프리즘의 능선에 직교하는 수직 단면의 삼각형 형상 중 (적어도) 두 빗변의 길이가 서로 상이한 삼각형인 프리즘을 의미할 수 있다. 본 출원에서 용어 「이등변 삼각형」은 두개의 빗변이 실질적으로 동일한 길이를 가지는 삼각형을 의미할 수 있다. 이등변 삼각형이 실질적으로 동일한 길이를 가진다는 것은 실제로 두개의 빗변이 동일한 길이를 갖는 것뿐 아니라, 소정 범위 내의 오차, 예를 들어 두 빗변의 길이의 차이가 어느 하나의 빗변의 길이의 5% 내인 경우를 포함하는 의미로 사용될 수 있다. 이때, 상기 언급된 부등변 또는 이등변 삼각형 단면을 설명하기 위하여 사용된 빗변을 제외한 변은 밑변으로 호칭될 수 있고, 밑변은 정방향 입광면 또는 역방향 입광면일 수 있고, 또는 정방향 입광면 또는 역방향 입광면의 일부를 형성할 수 있다.
예를 들어, 상기 제 1 광로 변경 소자에 포함되는 단위 프리즘 구조의 단면은 직각 삼각형 형태일 수 있다. 상기 직각 삼각형 형태는 하나의 밑변과 하나의 빗변이 직교하는 형태의 삼각형을 의미할 수 있다. 상기 밑변과 하나의 빗변이 직교한다는 것은, 밑변과 빗변이 형성하는 각도가 약 90도인 것을 의미할 수 있으며, 상기 각도는 전술한 오차 범위를 고려한 각도일 수 있다.
하나의 예시에서, 제 1 광로 변경 소자에 포함되는 프리즘의 꼭지각은 5도 내지 120도의 범위 내일 수 있다. 상기 꼭지각은 부등변 프리즘의 두 빗변이 형성하는 각을 의미할 수 있다. 예를 들어, 제 1 광로 변경 소자에 포함되는 프리즘은, 상기 꼭지각을 만족하고 부등변 삼각형의 단면을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 범위 내에서, 제 1 광로 변경 소자에 포함되는 프리즘의 꼭지각은 10도 이상, 15도 이상, 20도 이상, 25도 이상, 30도 이상, 35도 이상, 40도 이상, 45도 이상, 50도 이상, 55도 이상 또는 60도 이상일 수 있고, 그 상한은 115도 이하, 110도 이하, 105도 이하, 100도 이하, 95도 이하, 90도 이하, 85도 이하, 80도 이하, 75도 이하, 65도 이하 또는 60도 이하일 수 있다. 또는, 예를 들어, 제 1 광로 변경 소자에 포함되는 프리즘은, 상기 꼭지각을 만족하는 직각 삼각형의 단면을 가질 수 있다. 제 1 광로 변경 소자로 소정 단면 형태의 삼각형 프리즘을 포함하는 프리즘 필름을 사용함으로써, 입광면에 제 1 각도의 입사각으로 입사된 광을 제 2 각도의 출사각으로 출사시킬 수 있고, 출광면에 제 2 각도의 입사각으로 입사된 입사광을 제 1 각도로 출사시킬 수 있다.
다른 예시에서, 제 2 광로 변경 소자에 포함되는 프리즘은 꼭지각이 5도 내지 120도의 범위 내인 프리즘일 수 있다. 예를 들어, 제 2 광로 변경 소자에 포함되는 프리즘은, 상기 꼭지각을 만족하는 삼각형의 단면을 가질 수 있다. 예를 들어, 제 2 광로 변경 소자에 포함되는 프리즘은, 상기 꼭지각을 만족하는 이등변 삼각형의 단면을 가질 수 있다. 즉, 상기 꼭지각은 삼각형 단면의 프리즘에서, 두 빗변이 형성하는 각을 의미할 수 있으며, 예를 들어 그 하한은 10도 이상, 15도 이상, 20도 이상, 25도 이상, 30도 이상, 35도 이상, 40도 이상, 45도 이상, 50도 이상, 55도 이상 또는 60도 이상일 수 있고, 그 상한은 115도 이하, 110도 이하, 105도 이하, 100도 이하, 95도 이하, 90도 이하, 85도 이하, 80도 이하, 75도 이하, 65도 이하 또는 60도 이하일 수 있다. 상기 삼각형 프리즘 또는 상기 이등변 삼각형 프리즘의 꼭지각이 상기 범위를 만족하는 경우, 상기 프리즘의 입광면에 제 2 각도의 입사각으로 입사하는 광을 제 1 각도의 출사각으로 출사시킬 수 있으며, 상기 프리즘의 출광면에 제 1 각도의 입사각으로 입사된 입사광을 제 2 각도 또는 제 3 각도의 출사광으로 출사시킬 수 있다. 상기 프리즘의 출광면에 제 1 각도로 입사된 입사광을 제 3 각도의 출사광으로 출사하는 경우, 상기 제 3 각도의 출사광은 후술하는 광 제어 필름에 의해 차단될 수 있다. 이를 통해 광고립 소자의 출광면으로 입사되는 광이 입사면으로 출사되지 않도록 할 수 있으며, 역방향 투과율을 낮출 수 있다.
하나의 예시에서, 복수의 프리즘 단위 구조가 광로 변경 소자에 포함되는 경우, 프리즘 단위 구조는 서로 연결된 구조를 가질 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 광로 변경 소자는 크기와 형태가 동일한 복수의 단위 프리즘 구조를 포함할 수 있다.
하나의 예시에서, 본 출원의 광고립 소자에 포함되는 광 제어 필름은 흡수형 루버 필름일 수 있다. 상기 흡수형 루버 필름은 소정의 각도로 입사하는 입사광 만을 투과시키고, 그외의 각도로 입사하는 입사광을 흡수하는 루버 필름일 수 있다. 상기 광 제어 필름으로 흡수형 루버 필름을 사용하여, 소정 각도의 광 만을 투과시킬 수 있으며, 이를 통해 역방향으로 입사하는 광의 투과율을 낮출 수 있다.
상기 광 제어 필름에 적용되는 흡수형 루버 필름은 복수의 루버가 전술한 제 1 각도와 평행한 방향으로 형성되어 있을 수 있다. 루버가 제 1 각도와 평행한 방향으로 형성되어 있다는 것은, 제 1 각도로 입사하는 광을 투과시킬 수 있도록 형성되어 있는 것을 의미할 수 있다. 상기 제 1 각도와 평행한 방향은 전술한 오차 범위를 포함하는 방향을 의미할 수 있다. 상기 흡수형 루버 필름이 제 1 각도와 평행한 방향으로 형성되어 있는 경우, 제 1 광로 변경 소자의 입광면으로 출사되는 제 1 각도의 광을 투과시킬 수 있고, 상기 제 1 각도와 상이한 각도로 출사되는 광은 차단시킬 수 있다.
본 출원에 적용되는 루버 필름을 제조하는 방법은 특별히 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 루버 필름은 광 투과부 및 광 흡수부를 포함할 수 있다. 상기 광 투과부는 높은 광 투과율을 갖는 중합체로 제조될 수 있으며, 이러한 중합체로는, 열가소성 수지, 열경화성 수지, UV 광선 등의 화학선으로 경화 가능한 수지 등이 사용될 수 있다. 이러한 수지의 예로는, 셀룰로스 수지(예컨대, 셀룰로스 아세테이트 부티레이트, 트리아세틸셀룰로스 등), 폴리올레핀 수지 (예컨대, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등), 폴리에스테르 수지(예컨대, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 등), 폴리스티렌, 폴리우레탄, 폴리비닐 클로라이드, 아크릴 수지, 폴리카르보네이트 수지 등을 들 수 있다. 상기 광 흡수부는 광을 흡수하는 재료로 형성된 필름을 부착하거나, 또는 상기 광 투과부에 광을 흡수하는 재료를 증착하여 형성할 수 있다. 이러한 재료의 예로는, (1) 카본 블랙 등의 흑색 또는 회색 안료 또는 염료 등의 어두운 색상의 안료 또는 염료, (2) 알루미늄(Al), 은(Ag), 구리(Cu), 금(Au), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 백금(Pt) 및 크롬(Cr) 등의 금속, (3) 상기 금속의 산화물 및 (4) 카본 블랙 등의 어두운 색상의 안료 또는 염료를 함유하는 전술한 중합체 등을 들 수 있다.
하나의 예시에서, 본 출원의 광고립 소자에 포함되는 광 제어 필름의 두께는 1 ㎛ 내지 400 ㎛의 범위 내일 수 있다. 상기 광 제어 필름의 두께는 1 ㎛ 이상, 2 ㎛ 이상, 3 ㎛ 이상, 4 ㎛ 이상, 5 ㎛ 이상, 6 ㎛ 이상, 7 ㎛ 이상 또는 8 ㎛ 이상일 수 있으며, 400 ㎛ 이하, 390 ㎛ 이하, 380 ㎛ 이하, 370 ㎛ 이하, 360 ㎛ 이하 또는 350 ㎛ 이하일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
다른 예시에서, 제 1 광로 변경 소자 및/또는 제 2 광로 변경 소자의 두께는 5㎛ 내지 500㎛의 범위 내일 수 있다. 상기 제 1 광로 변경 소자 및/또는 제 2 광로 변경 소자의 두께는 5 ㎛ 이상, 6 ㎛ 이상, 7 ㎛ 이상 또는 8 ㎛ 이상일 수 있으며, 500 ㎛ 이하, 490 ㎛ 이하, 480 ㎛ 이하, 470 ㎛ 이하, 460 ㎛ 이하, 450 ㎛ 이하, 440 ㎛ 이하, 430 ㎛ 이하, 420 ㎛ 이하, 410 ㎛ 이하 또는 400 ㎛ 이하일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 광로 변경 소자는, 밑변으로부터 꼭지점까지의 거리가 상기 두께 범위를 만족할 수 있는 삼각형 프리즘을 포함할 수 있다. 또는, 상기 광로 변경소자는 상기 두께 범위를 만족하는 필름 내에 상기 설명된 프리즘을 포함하는 구조를 가질 수 있다.
본 출원에 관한 다른 일례에서, 광고립 소자는 광 제어 필름; 제 1 프리즘 필름; 및 제 2 프리즘 필름을 순차로 포함할 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 프리즘 필름은 각각의 일면에 하나 이상의 단위 프리즘 구조가 선형으로 형성되어 있는 필름일 수 있다. 단위 프리즘 구조는, 상기 설명된 단면 형상을 가질 수 있는 프리즘 구조체로서, 방향성을 갖는 능선을 갖는다. 복수의 프리즘 단위 구조는 각 구조의 능선들이 서로 평행할 수 있도록 배열되어 프리즘 필름을 형성할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 단위 프리즘 구조의 각 단면은, 상기 설명한 바와 같이, 삼각형 형상을 가질 수 있고, 삼각형 형상이 갖는 밑변이 서로 연결된 구조를 가질 수 있다. 이 경우, 각 단위 프리즘 구조가 갖는 단면 삼각형 중에서 밑변에 해당하는 부분은 프리즘 필름의 입광면, 출광면 또는 이들의 일부를 형성할 수 있다
하나의 예시에서, 제 1 및/또는 제 2 프리즘 필름은 동일한 구조의 단위 프리즘 구조를 복수개 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 프리즘 필름은 도 2에 도시된 구조 중 하나의 단면을 갖는 프리즘 구조가 반복된 것일 수 있다..
상기 제 1 및 제 2 프리즘 필름의 단위 프리즘 구조는 각각의 프리즘 필름의 정방향 출광면에 꼭지각을 갖도록 형성되어 있을 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 프리즘 필름의 단위 프리즘 구조의 단면은 부등변 삼각형 형태이고, 제 2 광로 변경 소자의 단위 프리즘 구조의 단면은 이등변 삼각형 형태이며, 꼭지각이 정방향 출광면을 향하도록 또는 정방향 출광면과 접하도록 구성될 수 있다.
프리즘 필름 및 광제어 필름에 관한 구체적인 설명은 전술한 바와 동일하므로 생략 한다.
본 출원은 또한 광고립 장치에 관한 것이다. 본 출원의 광고립 장치는 전술한 광고립 소자를 적어도 하나 이상 포함할 수 있다. 용어 「광고립 장치」는, 광고립 소자를 포함하는 장치이고, 광고립 기능을 가진다. 따라서, 광고립 장치도 정방향으로 입사된 광의 투과율이 역방향으로 입사된 광의 투과율에 비하여 상대적으로 크게 되도록 구성되어 있고, 이 때 고립도, 정방향 투과율 및 역방향 투과율의 범위는 상기 광고립 소자에서 언급한 내용이 동일하게 적용될 수 있다.
광고립 장치는, 전술한 광고립 소자를 1개 또는 2개 이상 포함될 수 있다. 광고립 소자가 2개 이상 포함되는 경우에 각 광고립 소자는, 정방향을 따라서 어느 하나의 광고립 소자를 투과한 광이 다른 광고립 소자의 제 1 광로 변경 소자 측으로 입사할 수 있도록 배치될 수 있다. 이러한 방식으로 복수의 광고립 소자가 정방향으로 직렬 배치될 수 있다. 이와 같이 복수개의 광고립 소자를 적용함으로써 광고립도를 보다 향상할 수 있다. 이론적으로 정방향으로 복수의 광고립 소자들을 투과하는 광은 손실 없이 계속 투과되지만, 역방향으로 투과하는 광의 경우, 1/2의 지수배로 계속적으로 감소한다. 따라서, 광고립 소자의 수를 제어함으로써, 광고립도를 극대화할 수 있다.
하나의 예시에서, 광고립 장치에서 정방향으로 입사된 광의 투과율과 역방향으로 입사된 광의 투과율의 비율은, 하기 수식 1에 따른 고립도(IR, isolation ratio)에 의할 때, 약 3 dB 이상일 수 있다.
[수식 1]
IR = 10 × n × log(F/B)
수식 1에서 IR은 고립도이고, n은 광고립 장치 내에 포함되는 후술하는 광고립 소자의 개수이며, F는 정방향으로 광고립 장치로 입사된 광의 투과율이고, B는 역방향으로 광고립 장치로 입사된 광의 투과율이다.
광고립 장치의 정방향으로 입사된 광의 투과율은 약 50% 이상, 약 55% 이상, 약 60% 이상, 약 65% 이상, 약 70% 이상, 약 75% 이상, 약 80% 이상, 약 85% 이상, 약 90% 이상 또는 약 95% 이상일 수 있다. 상기 정방향 투과율의 상한은 약 100%일 수 있다. 또한, 광고립 장치의 역방향으로 입사된 광의 투과율은, 약 50 % 이하, 약 50% 미만, 약 45% 이하, 약 40% 이하, 약 35% 이하, 약 30% 이하, 약 25% 이하, 약 20% 이하, 약 15% 이하, 약 10% 이하, 약 5% 이하 또는 약 1% 이하일 수 있다. 상기 역방향 투과율의 하한은 약 0% 정도일 수 있다.
상기와 같은 광고립 장치는 추가적인 구성을 포함할 수도 있다. 예를 들면, 상기 광고립 장치는, 전술한 광고립 소자에 포함될 수 있는 것 외에 필요한 경우 추가적으로 광의 경로를 제어할 수 있는 프리즘 또는 반사판과 같은 광경로 제어기를 추가로 포함할 수 있다.
또한, 광고립 장치는, 필요한 경우에 상기 이외에 추가적인 광학 요소를 포함할 수 있다. 예를 들면, 광고립 장치는, 루버 플레이트와 같은 광학 요소를 포함할 수 있다.
이러한 루버 플레이트 등은, 예를 들면, 정방향으로 진행하는 광이 최종적으로 출사되는 측, 예를 들면 전술한 제 2 광로 변경 소자의 전방 및/또는 후방에 존재할 수 있다.
본 출원에서는, 정방향으로의 투과율이 높고, 광고립도가 우수한 광고립 소자 및 광고립 장치가 제공된다. 이러한 광고립 소자 또는 장치는, 예를 들면, 광통신이나 레이저 광학 분야, 보안, 사생활 보호 분야뿐 아니라, 디스플레이의 휘도 향상을 위한 부재 및 은폐· 엄폐 등이 요구되는 군사 제품에 적용될 수 있다.
도 1은 본 출원에 따른 광고립 소자의 구조를 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 출원의 일례에 따른 광로 변경 소자와 관련하여, 사용 가능한 프리즘의 단면을 개략적으로 도시한 것이다. 점선 부분은 삼각형 단면 중 밑변이고, θ는 상기 단면의 형상을 설명하기 위해 도시된 꼭지각이다.
이하, 실시예를 통해 본 출원을 상세히 설명한다. 그러나 본 출원의 범위가 하기 제시된 범위에 의해 제한되는 것은 아니다.
실시예 1
Breault Research Organization, Inc 사의 광학 모델링 소프트웨어 ASAP Pro 2014 V1 SP1및 Synopsys 사의 광선 추적 시뮬레이션 소프트웨어 light tools를 사용하여, 도 1과 같은 광경로를 가질 수 있도록 광고립 소자를 모델링하고, 양방향의 투과율, F와 B, 그리고 고립도에 관한 수치를 시뮬레이션 하였다. 모델링된 광고립 소자(1)는 광 제어 필름(10), 제 1 광로 변경 소자(20), 및 제 2 광로 변경 소자(30)가 순차로 적층된 구조를 갖도록 하였다. 구체적으로, 광 제어 필름(10)은 굴절률 1.5인 수지 내부에 흡수층 루버가 광 진행 방향에 수평하게 형성되어 있고; 제 1 광로 변경 소자(20)는 굴절률이 1.52이고, 정방향 출광면 측에 형성된 꼭지각이 52도인 직각 삼각형 프리즘 어레이를 형성한 소자이고; 제 2 광로 변경 소자(30)은 굴절률이 1.52이고, 정방향 출광면 측에 형성된 꼭지각이 59도인 이등변 삼각형 프리즘 어레이로 구성된다. 그리고, 상기 광 제어 필름(10), 제 1 광로 변경 소자(20) 및 제 2 광로 변경 소자(30)은 각각 두께를 200 ㎛로 설정하고, 상기 광 제어 필름(10), 제 1 광로 변경 소자(20), 및 제 2 광로 변경 소자(30)가 라미네이션을 통해 하나의 필름 형태로 제작된 모습을 컴퓨터 모델링하고, 양방향의 투과율, F와 B, 그리고 고립도를 각각 계산하였다.
그 결과, 정방향 투과율(F)는 100%였으며, 반대 방향으로 광을 투과시켜 확인한 역방향 투과율(B)는 50%였다. 또한 수식 1에 따른 고립도(IR)는 약 3.01 이었다.
실시예 2
제 1 광로 변경 소자(20)로 굴절률이 1.62이고, 정방향 출광면 측에 형성된 꼭지각이 48도인 부등변 프리즘 어레이를 사용하고; 제 2 광로 변경 소자(30)로 굴절률이 1.62이고 정방향 출광면 측에 형성된 꼭지각이 57도인 이등변 삼각형 어레이를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 구조의 적층된 구조를 모델링하였다.
그 결과 얻어진 정방향 투과율(F)는 100%였으며, 반대 방향으로 광을 투과시켜 확인한 역방향 투과율(B)는 1%였다. 또한 수식 1에 따른 고립도(IR)는 약 20 이었다.
상기 실시예 1 및 2의 시뮬레이션 결과를 통해 본 출원의 광고립 소자가 정방향 투과율과 역방향 투과율이 큰 차이를 보임을 확인할 수 있으며, 광 고립도가 우수한 광고립 소자를 형성할 수 있음을 확인할 수 있다.
1: 광고립 소자
10: 광 제어 필름
20: 제 1 광로 변경 소자
30: 제 2 광로 변경 소자
100: 정방향으로 입사되는 제 1 각도의 입사광
200: 정방향으로 출사되는 제 2 각도의 출사광
300: 정방향으로 출사되는 제 1 각도의 출사광
400: 역방향으로 입사되는 제 1 각도의 입사광
500: 역방향으로 출사되는 제 2 각도의 출사광
600: 역방향으로 출사되는 제 1 각도의 출사광
700: 역방향으로 입사되고 광 제어 필름에서 차단되는 입사광

Claims (13)

  1. 광 제어 필름; 제 1 및 제 2 광로 변경 소자를 순차로 포함하고,
    상기 제 1 광로 변경 소자는, 정방향 입광면에 제 1 각도의 입사각으로 입사된 입사광을 상기 제 1 각도와는 상이한 제 2 각도의 출사각으로 출사시키고, 정방향 출광면에 상기 제 2 각도로 입사된 광을 상기 제 1 각도로 출사시키며,
    상기 제 2 광로 변경 소자는 정방향 입광면에 제 2 각도의 입사각으로 입사된 입사광을 제 1 각도의 출사각으로 출사시키고, 정방향 출광면에 제 1 각도의 입사각으로 입사된 입사광을 제 2 각도 또는 제 3 각도의 출사광으로 출사시키며,
    상기 광 제어 필름은 정방향 입광면 또는 정방향 출광면에 상기 제 1 각도의 입사각으로 입사된 입사광은 투과시키고, 상기 제 1 각도와는 다른 각도로 입사된 광은 차단하는, 광고립 소자.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 광로 변경 소자는 정방향 입광면에 제 1 각도의 입사각으로 입사된 입사광을 상기 제 1 각도와 상이한 제 2 각도 출사각의 출사광만으로 출사시키는, 광고립 소자.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 광로 변경 소자는 정방향 출광면에 제 1 각도의 입사각으로 입사된 입사광을 제 2 각도 출사각의 출사광 및 제 3 각도 출사각의 출사광만으로 출광시키는, 광고립 소자.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 각도는 -90도 초과 내지 90도 미만 범위 내의 각도이고,
    상기 제 2 각도는 -65도 내지 -5도 또는 5도 내지 65도의 범위 내의 각도이며,
    상기 제 3 각도는 상기 제 2 각도와 동일한 크기의 각도를 가지며, 부호가 반대인 각도인, 광고립 소자.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 광로 변경 소자 및 제 2 광로 변경 소자는 선형의 단위 프리즘 구조가 일면에 복수 형성되어 있는 프리즘 필름인, 광고립 소자.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 프리즘 필름은 굴절률이 550 nm 파장의 광을 기준으로 1.35 내지 1.70의 범위 내인, 광고립 소자.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 제 1 광로 변경 소자의 단위 프리즘 구조의 단면은 부등변 삼각형 형태이고, 제 2 광로 변경 소자의 단위 프리즘 구조의 단면은 이등변 삼각형 형태인, 광고립 소자.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 제 1 광로 변경 소자의 단위 프리즘 구조의 단면은 직각 삼각형 형태인, 광고립 소자.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 광 제어 필름은 흡수형 루버 필름인, 광고립 소자.
  10. 광 제어 필름; 제 1 프리즘 필름; 및 제 2 프리즘 필름을 순차로 포함하고,
    상기 제 1 프리즘 필름 및 제 2 프리즘 필름은 각각의 일면에 단위 프리즘 구조를 하나 이상 포함하며,
    상기 단위 프리즘 구조는 정방향 출광면 측에 꼭지각을 갖는 삼각형 단면 형태를 가지고,
    상기 제 1 프리즘 필름의 단위 프리즘 구조의 단면은 부등변 삼각형 형태이고,
    상기 제 2 프리즘 필름의 단위 프리즘 구조의 단면은 이등변 삼각형 형태인, 광고립 소자.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 부등변 삼각형 형태는 직각 삼각형 형태인, 광고립 소자.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 광 제어 필름은 흡수형 루버 필름인, 광고립 소자.
  13. 제 1 항에 따른 광고립 소자를 적어도 2개 이상 포함하고, 상기 광고립 소자가 직렬로 배치되어 있는 구조를 갖는, 광고립 장치.
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