KR20200134226A - 광학 장치 - Google Patents

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KR20200134226A
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Abstract

본 발명은 광 전파를 위해 구성된 도광 매체(101), 및 광학적 기능성의 내부 공동(12)으로서 제공되는 복수의 임베딩된 피처에 의해 광 투과성 캐리어 매체(111)에 형성된 적어도 하나의 광학적 기능성의 피처 패턴(11)을 포함한 적어도 하나의 광학적 기능층(10)을 포함하는 투명 광학 장치(100)로서, 상기 적어도 하나의 피처 패턴(11)은 입사광 제어 기능 및 적어도 광 아웃커플링 기능을 행하도록 구성함으로써 미광이 최소화되어 상기 장치(100)의 광학 투명성이 형성되는 투명 광학 장치(100)를 제공한다.

Description

광학 장치
본 발명은 일반적으로, 광 투과성 기판 광학에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 도광체 등의 광학적으로 투명한 배광(light distribution) 요소 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 배광 요소를 포함하는 광학적으로 투명한 조명 장치에 관한 것이다.
투명한 조명 장치는 일반 조명 기구, 윈도우 및 파사드 조명, 반사 및 투명 디스플레이 조명, 거리 및 교통 사이니지(signage) 등과 같은 다양한 용도에 있어서 중요하게 된다. 우수한 투명 솔루션을 제공하기 위해 4개의 주요 과제가 있다: 즉, 1. 표면 릴리프 광학 패턴, 개방형 구조; 2. 배광 관리; 3. 미광 제어; 및 4. 높은 투명성. 종래에 몇몇 프론트라이트 솔루션이 개발되어 있다; 그러나 이들 중 대부분은 실패하였으며 다양한 이유로 시장에 진입한 경우가 없다.
개방형 광학 구조는 오염 및 물리적 결함 위험성으로 인하여 문제가 야기된다. 상기 솔루션은 대부분의 실제 산업 용도로 적합하지 않다. 완전하게 인티그레이팅된(integrated) 라미네이티드 조명 장치는 표면 릴리프 패턴 솔루션을 사용할 수 없다. 또한, 개방형 구조는 상시, 미광으로서 변하는 광누설이 있다.
광학 요구 사항 및 사양에 따라서, 휘도 향상 필름(BEF) 등의 임의의 추가 광학 시트가 없는 배광 제어는 항상 달성하기 매우 어려운 과제이었다. 투명 장치는 투명도를 감소시킴없이는 어떠한 추가 시트도 사용할 수 없다. 또한, 바람직한 광 추출은 여전히 어려운 과제이다. 또한, 완전히 (예컨대, 적층에 의한) 인티그레이팅된 장치의 제공은 어떠한 별도의 광학 시트의 추가도 허용하지 않는다. 매우 진보된 솔루션만이 이 문제를 해결할 수 있다.
시각적 시청 성능을 구비하는 디스플레이 조명인 사이니지 등의 임의의 종류의 표면 조명 장치는, 시각적 콘트라스트비를 극적으로 낮출 수 있기 때문에 시야 방향에서의 미광을 최소화한다고 생각된다. 이 특징은 대부분의 모든 응용에 있어서 큰 과제이다. 그 이유는 광학 패턴 자체가 광누설과 프레넬 반사에 의해 미광을 야기할 수 있기 때문이다. 대부분의 입사각에서 광학 패턴(도광체 내부)에 도달하는 광선은 제 1 광학 패턴 표면(광 입사면)에서 추출된다; 그러나, 특정 입사각에 도달하는 일부 광선은 패턴을 통해 투과되어 바람직하지 않는 미광 및 프레넬 반사를 야기할 수 있다. 또한, 논라미네이팅된(non-laminated) 장치 솔루션은 항상 외부면에 의해 프레넬 미광을 발생시킨다.
마지막으로, 광학 투명도는 항상 광학 패턴 피처(feature)와 그 특성 및 주변광의 존재 및 부재에 의한 가시성에 따라 달라진다. 물론, 보다 큰 피처는 더욱 가시적이지만, 낮은 패턴 밀도는 통상, 시야각에 대해 미광을 야기하는 가시성의 명점을 형성할 수 있기 때문에 장치가 조명될 때 더욱 작은 피처가 가시되게 된다.
도 1a-1b는 종래의 도광(1) 솔루션을 나타내고, 도 1a는 개방면 도광이고, 도 1b는 도광 매체(2)에 형성된 공기-공동(air-cavities)(12A)을 포함하는 도광이다.
도 1a-1b는 종래의 솔루션에 의해 직면한 프론트라이트, 백라이트 및 일반적인 조명 개념에 대한 도광에 있어서, 바람직하지 않은 미광의 근본적인 문제를 나타낸다. 광누설 문제는 진보된 공동 패턴 구조체뿐만 아니라 개방 구조체로 구성된 종래의 표면 릴리프 패턴에서 발생한다. 이것은 일반적인 문제이고 아직 합리적인 솔루션이 제공되지 않고 있다.
도 1c는 미국 출원공보 제2018/0088270(Tuohioja 등)으로부터 공지된 공동 광학을 사용한 프론트라이트 솔루션을 나타낸다. 특히, 도 1c는 상기 언급된 공보의 도 4A-4C가 배광 각도의 단면도를 제공한 것을 나타낸다. 미광을 디벨로핑(developing)하는 것은 코노스코프의 도 4C(넘버링은 참조 공보의 것과 관련됨)의 써클에 의해 나타내어진다. 언급된 공보는 미광 문제를 최소화하는 방법에 대해서는 교시되어 있지 않고; 디스플레이의 콘트라스트 등의 뷰잉 성능을 저하시키는 미광이 없는 바람직한 조명을 달성하기 위해, 제 1 패턴 표면 설계와 아울러 인커플링된(incoupled) 배광을 최적화하는 방법도 교시되어 있지 않다. 또한, 상기 공보는 프레넬 반사에 의해 야기된 투명도 및 감소된 콘트라스트 성능과 관련된 설명이 부족하다.
사실, 일반적으로 공지된 솔루션은 패턴 프로파일에 의해 광을 추출하는 것을 포함하고, 상기 광은 가장 바람직한 입사각으로 상기 프로파일에 도달한다. 이러한 솔루션 중 어느 것도 미광의 디벨로핑을 포함하는 입사각에 대한 문제를 다룬 것은 없다.
일부 최신 솔루션은 상술의 문제 중 일부를 해결하고, 도광체의 외부면에 있는 반사 방지층(AR층)에 대한 일반적인 이해가 수년 동안 유용했다. 그러나, 상기 최신의 솔루션은 모든 바람직하지 않는 특성을 해결할 수 없다; 따라서, 많은 산업 용도에 대한 견고한 솔루션의 결여가 있다. 종래의 투명한 조명 용도용의 공동 광학은 최종 품질 성능 목표를 위한 광누설 및 미광 개선을 위한 어떠한 실제 솔루션 없이 제시되어 있다. 본 발명은 다수의 실제 문제, 즉, 일부 최종 사용자 제품 구성에 대한 활용 모델을 포함하여 바람직한 투명한 조명 솔루션을 달성하는 방법에 대한 것이다.
이와 관련하여, 광학 패턴에 있어서 산란 및/또는 미광의 디벨로핑을 제거하거나 또는 적어도 최소화하는 것과 관련된 과제를 해결한다는 관점에서 본질적으로 투명한 조명 장치를 제조하는 분야의 기술 업데이트가 여전히 요구된다.
본 발명의 목적은 종래 기술의 한계 및 단점으로 인해 발생하는 각각의 문제를 최소한 감소시키는 것에 있다. 이 목적은 독립 청구항 1항에 규정된 투명 광학 장치의 다양한 실시형태에 의해 달성된다.
일실시형태에 있어서, 광 전파를 위해 구성된 도광 매체, 광학적 기능성의 내부 공동으로서 제공되는 복수의 임베딩된(embedded) 피처에 의해 광 투과성 캐리어 매체에 형성된 적어도 하나의 광학적 기능성의 피처 패턴을 포함하는 적어도 하나의 광학적 기능층을 포함하는 투명 광학 장치가 제공되고, 여기서, 상기 적어도 하나의 피처 패턴은 패턴에 소정의 인커플링된 배광을 형성하고 및/또는 광학 장치 및 그들 사이의 계면에 제공된 물질 및 또는 요소의 굴절률을 변경함으로써 입사광 제어 기능 및 적어도 광 아웃커플링 기능을 행하도록 구성됨으로써 미광이 최소화되어 상기 장치의 광학 투명성이 형성된다.
일실시형태에 있어서, 상기 투명 광학 장치에서, 광학적 기능층의 광학 기능 또는 기능(들)은, 피처 패턴 내의 공동의 치수, 형상, 주기성 및 배치 중 적어도 하나 및 상기 피처 패턴에 대한 충전 인자값 중에 의해 형성된다.
일실시형태에 있어서, 상기 투명 광학 장치에서, 적어도 하나의 피처 패턴의 공동은 입사면 및 출사면을 포함하고, 여기서, 상기 입사면은 도달하는 입사광을 인커플링하여 광선이 출사면을 향해 공동을 향하도록 구성하고, 상기 출사면은 도달하는 광선을 수광하고, 공동 외부의 상기 광선을 광 투과 캐리어 매체로 투과시켜 전파 및/또는 아웃커플링하도록 구성된다.
일실시형태에 있어서, 상기 투명 광학 장치에서, 상기 출사면은 적어도 하나의 굴절 기능에 의해 광을 투과시키도록 구성된다.
일실시형태에 있어서, 상기 투명 광학 장치에서, 입사면은 소정의 입사각 또는 표면 법선에 대해 임계각 미만의 입사각의 범위로 도달하는 광을 인커플링하도록 구성됨으로써 아웃커플링된 프레넬 반사를 방지한다.
일실시형태 있어서, 상기 투명 광학 장치에서, 상기 입사면은 콜리메이션 기능에 의해 도달하는 광을 인커플링하고 출사면을 제외한 임의의 다른 표면에 히팅되는 것을 방지하면서 공동을 통해 광을 전파하도록 광선이 상기 공동을 향하도록 더 구성된다.
일실시형태에 있어서, 상기 투명 광학 장치에서, 적어도 하나의 피처 패턴(11)의 공동은 전반사(Total internal refection; TIR) 기능을 통해 입사면에 도달하는 입사광을 아웃 커플링하도록 구성된다.
일실시형태에 있어서, 상기 투명 광학 장치에서, 적어도 하나의 피처 패턴의 공동은 공동 내부의 입사면에 배치된 반사 방지층을 포함한다. 일실시형태에 있어서, 적어도 하나의 피처 패턴의 공동은 공동 내부의 출사면에 배치된 반사 방지층을 더 포함한다.
일실시형태에 있어서, 투명 광학 장치에서, 공동은 가스상 매체, 바람직하게는 공기로 충전된다.
일실시형태에 있어서, 상기 투명 광학 장치에 제공된 피처 패턴에서, 임베딩된 공동 피처는 복수의 관련된 광 통로와 교대로 나타난다.
일실시형태에 있어서, 임베딩된 피처 패턴은 캐리어 매체의 패터닝된 층에 대해 배치된 캐리어 매체의 완전히 편평한 평면층에 의해 형성된 라미네이트 구조에 의해, 광 투과성 캐리어 매체에 형성됨으로써 복수의 광학적 기능성의 내부 공동이 층 사이의 계면에 형성된다.
일실시형태에 있어서, 상기 투명 광학 장치는 광 투과성 캐리어 매체에 의해 형성된 층 사이의 계면에 배치된 반사 방지층을 더 포함한다.
일실시형태에 있어서서, 투명 광학 장치에서, 임베딩된 광학 공동 피처는 그루브(groove), 리세스(recess), 도트 및 픽셀로 이루어지는 군으로부터 선택되고, 상기 공동 피처는 바이너리형, 블레이즈드형, 경사형, 프리즘형, 사다리꼴형, 반구형 프로파일 등으로부터 선택되는 크로스와이즈의 프로파일을 갖고, 여기서, 상기 피처는 선형, 곡선형, 파형, 정현파형 등으로부터 선택되는 랭스와이즈의 형상을 갖는다.
일실시형태에 있어서, 투명 광학 장치에서, 적어도 하나의 피처 패턴은 복수의 불연속의 피처 프로파일 및/또는 복수의 적어도 부분적으로 연속하는 피처 프로파일을 포함하는 하이브리드 패턴이다.
일실시형태에 있어서, 상기 투명 광학 장치에서, 적어도 하나의 피처 패턴은 광 투과성 캐리어 매체 내에 완전히 인티그레이팅(integrated) 및/또는 임베딩된다.
일실시형태에 있어서, 상기 투명 광학 장치는, 상기 광학적 기능층 상에 배치된 적어도 하나의 반사 방지층을 더 포함함으로써, 그 광학적 기능 또는 기능(들)의 면에서, 상기 피처 패턴은 상기 반사 방지층과 협업하여 프레넬 반사를 방지하도록 구성된다.
일실시형태에 있어서, 투명 광학 장치에서, 도광 매체 및 광학적 기능층은 광학 폴리머 및/또는 유리이다.
일실시형태에 있어서, 상기 투명 광학 장치는 도광 매체의 적어도 한 면 상에 배치되고, 그 전체면 커버리지 또는 소정 영역을 걸쳐 적어도 하나의 광학 기능을 제공하는 적어도 하나의 광학 필터층을 더 포함하고, 여기서, 상기 광학 필터층의 적어도 하나의 광학 기능은, 적어도 그것을 형성하는 물질의 관점에서, 반사, 투과, 편광 및 굴절로부터 선택된다.
일실시형태에 있어서, 상기 광학 필터층은 광학적 기능층을 형성하는 물질의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖고, 바람직하게는 도광 매체를 구성하는 물질의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 기판 재료로 형성된다.
일실시형태에 있어서, 상기 광학 필터층은 반사성의 전반사층 구조로서 구성된다.
일실시형태에 있어서, 상기 투명 광학 장치에서, 광학 필터층은 도광 매체의 양면에 배치된다. 일실시형태에 있어서, 상기 광학 필터층은 도광 매체와 광학적 기능층 사이에 배치된다.
일실시형태에 있어서, 상기 투명 광학 장치에서, 광학 필터층은 광 투과를 가능하게 하는 복수의 광학 개구를 포함하고, 상기 개구는 상기 광학 필터층의 소정 위치 내에 배치되거나 또는 상기 광학 필터층의 전체면을 따라 및/또는 가로질러 연장된다.
일시형태에 있어서, 상기 투명 광학 장치는 조명 표면의 적어도 일부와 광학 결합을 형성하도록 구성된 광학 접촉층을 더 포함한다.
일실시형태에 있어서, 상기 광학 접착층은 복수의 광학적 기능성의 피처를 포함하는 적어도 하나의 피처 패턴이 선택적으로 제공되는 균일층이다.
일실시형태에 있어서, 조명 표면과 비영구적 광학 연결을 형성하도록 구성된다. 일실시형태에 있어서, 상기 광학 접촉층은 상기 조명 표면과 영구적인 접속을 형성하도록 구성된다.
일실시형태에 있어서, 상기 투명 광학 장치는 적어도 하나의 광원을 더 포함한다. 실시형태에 있어서, 상기 투명 광학 장치에서, 광학 투명성은 상기 적어도 하나의 광원으로부터 유래된 조명의 존재 및 부재 하에 형성된다.
일실시형태에 있어서서, 상기 투명 광학 장치는 프론트라이트 조명 장치 또는 백라이트 조명 장치로서 구성된다.
또 다른 양태에 있어서, 독립 청구항 37에 규정된 것에 따라 투명 조명 물품이 제공되고, 이 물품은 실시형태에 따른 투명 광학 장치를 포함한다.
또 다른 양태에 있어서, 실시형태에 따른 투명 광학 장치의 용도가 독립 청구항 39에 규정된 것에 따라서 제공된다.
본 발명의 유용성은 각각의 그 특정 실시형태에 따라 다양한 이유에서 발생한다. 우선, 본 발명은 이하를 포함하는 신규한 광추출 패턴 솔루션에 관한 것이다.
일부 바람직한 실시형태에 있어서, 본원에서 제공된 솔루션은 인티그레이팅된 (내부) 공동 광학으로서 실현되는 것이 바람직하다. 광학 공동을 포함하는 일반적인 솔루션에서, 광이 부분적으로 상기 공동을 투과(관통)하는 경우가 있어 바람직하지 않은 굴절과 프레넬 반사가 발생하고 완벽한 배광 제어가 달성되지 않는다. 한편, 본원에 나타낸 솔루션에 있어서, 추출된 배광(반사 및 굴절각 및 방향 측면에서)은 최종적으로 관련된 광학적 기능성의 피처 패턴의 TIR 추출 기능성에 의해 고정밀도로 제어될 수 있다.
본 발명의 장치의 광학 투명성은 예를 들면, 프레넬 반사로 인한 상당한 산란광 및 미광을 방지하거나 적어도 최소화할 수 있는 다수의 구조적 특성 때문이다. 상기 솔루션을 사용하면 헤이즈(haziness), 잔상, 미광으로 인한 이중 이미지 형성, 컬러 디스플레이의 "워시아웃(washout)" 을 제거하고, 낮은 디스플레이 콘트라스트를 회피함으로써 디스플레이 장치에서의 이미지의 시각적 품질 등을 향상시킬 수 있다.
상기 솔루션은 프론트라이트 및 백라이트, 윈도우 및 퍼사드 조명, 사이니지 및 시그널 라이트닝, 태양광 용도, 장식 조명, 차광 및 마스크, 지붕 라이트닝과 같은 공공 및 일반 조명 등에 사용할 수 있다. 이들의 특수하고 진보된 투명 도광 솔루션이 요구되는 다수의 응용 및 시장 트렌드가 있고, 여기서, 각종 특성 및 그 최적화가 요구된다.
본 발명은 유해한 미광 및 프레넬 반사를 제거하거나 적어도 최소화할 수 있는 라이트 오프 및 온 모드로 현저히 개선된 투명성을 광학 장치에 제공하는데 목적이 있다.
종래의 솔루션에 있어서, 대부분의 각도에서 입사광의 광학 패턴 구조가 제 1 광학 패턴 표면(광 입사면)에서 추출되어야 한다; 그러나 특정 입사각에 도달하는 일부 광선은 패턴을 통해 투과되어 바람직하지 않은 미광 및 프레넬 반사를 야기할 수 있다.
본원에 나타내어진 광학 장치는 주로 광 커플링 및 조명 목적으로 구성된다. 그것의 투명성은 전체적으로 다양한 방식으로 미광을 최소화하는 것을 목표로 하는 물질 및 요소 설계의 철저한 선택에 의해 달성됨으로써 프레넬 반사도 최소화된다.
용어 "광학" 및 "광"은 달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 동의어로 주로 사용되며 전자기 스펙트럼의 일정 부분 내의 전자기 방사선, 바람직하게는 가시광선을 의미하지만, 이들로 한정되는 것은 아니다.
가장 넓은 의미에서, 용어 "광학 필터" 또는 "광 필터"는 본 명세서에 있어서 스펙트럼 강도 분포 또는 그 상에 입사되는 전자기 방사선의 편광 상태를 변경하는데 사용되는 장치 또는 물질을 의미한다. 상기 필터는 투과, 반사, 흡수, 굴절, 간섭, 회절, 산란 및 편광에서 선택되는 다양한 광학 기능을 행하는데 포함될 수 있다.
가장 넓은 의미에서, 용어 "도광" 또는 "도파")는 본 명세서에 있어서 광을 함께 전송하도록(예를 들어, 광원에서 광 추출 표면으로) 구성된 장치 또는 구조체를 의미한다. 상기 정의는 광 파이프 형태 부품, 도광판, 도광 패널 등을 포함하는 임의의 형태의 도광체를 포함하지만, 이들로 한정되는 것은 아니다.
용어 "캐리어" 또는 "캐리어 매체"는 일반적으로 광 전파를 위해 구성되고 선택적으로 층 구조를 구성하는 기판 재료로 이루어지는 편평한 평면 부재를 나타낸다.
본 명세서에서 "요소"라는 용어는 개체의 일부를 나타내기 위해 사용된다.
본 명세서에 있어서 "다수의"의 표현은, (1) 하나에서 시작하는 임의의 양의 정수, 예를 들면, 1, 2 또는 3을 의미하는 한편; 본 명세서에서 "복수의" 표현은 (2) 둘에서 시작하는 임의의 양의 정수, 예를 들면, 2, 3 또는 4를 의미한다.
"제 1" 및 "제 2"라는 용어는 임의의 순서, 양 또는 중요성을 나타내기 위한 것이 아니라, 단지 한 요소를 다른 요소와 구별하기 위해 사용된다.
본 발명의 각종 실시형태는 상세한 설명 및 첨부된 도면을 고려하여 명백해질 수 있다.
도 1a-c는 종래의 도광 솔루션을 나타낸다.
도 2는 일부 양태에 따른 투명 조명 장치, 즉 투명 광학 장치에 대한 다수의 솔루션에 조합된 다양한 기능을 규정하는 차트이다.
도 3a-3k는 광학 특성 및 광 투과의 다양한 구성을 나타내고, 도 3l은 도 3i-3k에서 실시된 다수의 광학 특성을 갖는 광학적 기능층의 예시적인 구성을 나타낸다.
도 4a-4c는 일부 실시형태에 따라서, 프런트라이트 조명을 위해 구성된 투명 광학 장치를 개략적으로 나타낸다.
도 5 및 도 6은 광 추출 및 미광에 대한 광학 패턴 프로파일 설계에 의해 시사되는 효과를 설명하는 그래프이다.
도 7은 일부 실시형태에 따라 실시된 솔루션과 종래의 프론트라이트에 대한 비교 차트이다.
도 8은 미광에 대한 반사 방지층 배치에 의해 시사되는 효과를 나타낸다.
도 9 및 도 10은 프레넬 반사를 최소화하는 관점에서 일부 실시형태에 따른 투명 광학 장치를 개략적으로 나타낸다.
도 11 및 도 12는 일부 실시형태에 따른 투명 광학 장치의 스택을 개략적으로 나타낸다.
도 13 및 도 14는 조명 표면과 함께 일부 실시형태에 따른 투명 광학 장치의 스택을 개략적으로 나타낸다.
도 15 및 16은 피처 패턴 내에 제공된 광학적 기능성의 피처 프로파일에 대한 예시적인 구성을 나타낸다.
도 17은 광학 공동 패턴의 표면 프로파일에 대한 주요 설계 방법을 나타낸다.
본 발명의 상세한 실시형태는 첨부된 도면을 참조하여 본원에 개시된다. 도면 전체에 동일한 참조 부호가 사용되어 동일한 부재를 나타낸다. 상기 부재에 대해서 이하의 열거가 사용된다.
1, 2 - 적절한 도광 매체를 갖는 종래의 도광체;
10 - 배광층 구조체;
11 - 광학 피처 패턴;
111, 111A, 111B - 광 투과성 캐리어 매체;
12 - 광학 (패턴) 피처;
121, 122 - 각각의 광학 피처에 따른 광 입사면 및 광 출사면;
12A - 광학 (패턴) 피처(종래 기술);
13 - 광 통로;
21, 211 - 반사 방지층;
30 - 접착제;
31 - 광학적 접촉 결합;
40 - 저반사율을 지닌 층(종래 기술);
41 - 개구(41A)를 지닌 광학 필터층;
42 - 개구가 없는 광학 필터층;
51 - 조명/시야면;
61 - 흡광면;
62 - 커버;
100, 100A - 투명 광학 장치;
101 - 광학적 투명 기판;
71 - 광원;
711 - 입사광;
712 - 추출된(아웃커플링된) 광;
713 - 단독 미광;
714 - 프레넬에 의한 미광.
이하, 100, 100A에서 구현된 완전한 투명 도광 솔루션인, 광학 장치(100, 100A)가 설명된다. 도 2는 투명 도광 솔루션이 달성될 수 있는 여러 피처의 특성화를 정의하는 차트를 나타낸다.
따라서, 본 발명의 내용은 특히 투명도가 조명 모드에 따르지 않는 도광 솔루션을 제공한다. 상기 광학 장치(100, 100A)는 광이 온일 때 및 광이 오프일 때 투명하다. 또한, 본 솔루션은 소정의 각도에서 광 아웃 커플링(추출)의 개념을 이용하여 소망하지 않는 미광을 회피할 수 있다.
예시적인 투명 도광 요소가 조명 목적으로 사용되지 않는 경우, 비활성 모드에 있음으로써 일반적으로 요소를 통한 시각적 투명성이 요구된다. 예를 들면, 반사형 디스플레이는 주변 광 조건(예컨대: 햇빛 조건)에서 조명이 필요하지 않다. 따라서, 상기 디스플레이의 시각적 특성을 저하함이 없이 프론트라이트 조명을 형성하기 위해, 도광 솔루션이 완전히 투명해야 한다. 일부 각도에서 태양광 입사는 헤이즈, 색상 왜곡 또는 프레넬 반사 또는 역반사에 의한 콘트라스트의 저하가 야기될 수 있다. 언급된 결점은 본 실시형태에 따른 광학 장치(100, 100A)에서 해소된다.
활성 모드에 있어서, 상기 광학 장치(100, 100A)는 조명 표면의 한 면의 조명(디스플레이 또는 포스터 등) 또는 양면 조명(퍼사드 또는 윈도우 등)에 대한 조명을 제공하도록 구성될 수 있다. 특히, 디스플레이 및 퍼사드 조명에 있어서, 바람직하지 않은 미광을 제거하거나 적어도 최소화하는데 가장 바람직한 방식으로 광학 장치를 구성하기 위해서, 바람직한 조명 분포, 시야각 범위 등을 고려하여 각 경우에 있어서의 조명 목적을 명시하는 것이 중요하다.
상태(비활성 또는 활성)에 따라서, 광학 장치 솔루션의 기본 기준은 다음과 같이 분류할 수 있다:
I. 비활성 모드(비조명됨)에 대한 투명도 기준: a) 최소화된 헤이즈, 산란 없음, 색상 왜곡 없음; b) 최소화된 프레넬 반사, c) 비가시성의 광학 패턴 피처, d) 비가시성의 광학 패턴 밀도 변동.
II. 활성 모드(조명됨)에 대한 투명도 기준: a) 광학 패턴에 의해 최소화된 미광, b) 광학 계면에 의해 최소화된 프레넬 반사(표면 반사 또는 층 반사), c) 광학 패턴에 의해 최소화된 프레넬 반사(내부 반사), d) 광추출 품질, 산란없음(반사, 전반사).
물론, 투명 조명은 산란되지 않고 색상 이동이 없어야 하는, 기능성 층에 대한 진보된 광학 재료를 요구한다. 이것은 특히 도광 매체, OCA(Optically Clear Adhesive; 광학적으로 투명한 접착제) 및 낮은 Ri 클래딩과 같은 접착제에 관한 중요 문제이다. 예를 들면, 비물리적 개구를 지닌 연속성의 저 Ri 클래딩은 산란 위험과 다량의 미광을 방지하는 핵심 솔루션이다(도 4a 참조). 클래딩에 제공되고 굴절률이 다른 재료로 이루어진 층으로 적층된 물리적 개구가 광 산란, 헤이즈 및 낮은 콘트라스트비를 야기하는 것으로 확인되고 있다. 본 발명은 로컬 인덱스 변화에 의해 규정된 광학 개구를 갖는 연속성의 저 Ri 클래딩으로서 제공되는 개선된 솔루션을 가능하게 한다. 이것은 잉크젯 프린팅, 리버스드 오프셋 프린팅, 레이저 또는 전자빔 처리 등을 사용하여 더욱 고굴절률의 재료 흡수를 통해 실현될 수 있다. 따라서, 광산란이 발생할 수 있는 가장자리에 물리적 개구를 가질 필요가 없다. 또한 OCA 및 기타 물질은 산란 특성 또는 색상 이동 특성을 포함하지 않아야 한다.
각각의 상이한 제품 솔루션에 대한 최적의 투명 조명 장치를 제조하기 위해서, 기본적인 기준과 솔루션을 이해해서 제조하는 것이 중요하다. 본 발명은 특히 프로파일 표면에서 미광 누출을 감소시키고 내부 프레넬 반사를 제거하거나 적어도 최소화함으로써 내부 공동 성능을 개선한다는 관점에서 근본적인 문제를 해결한다. 2개 이상의 특징을 결합함으로써 최상의 결과를 달성할 수 있다. 투명성 및 미광/바람직하지 않은 프레넬 반사의 감소를 달성함에 있어서 다수의 주요 솔루션이 이하에 기재된다.
1. 광학 프로파일이 육안으로 포착할 수 없는 비교적 작은 피처(25㎛를 초과하지 않음)에 의해 형성되는 광학 공동의 패턴 솔루션. 육안에 가시적인 기본 패턴을 제조하는 프로파일 표면 상에 배치된 반사 방지(AR; antireflective) 코팅 또는 AR 패턴과 조합하여 더욱 큰 피처가 사용될 수 있다. 표면 품질은 산란을 일으키지 않으므로 미광을 야기하지 않는 광학 등급이어야 한다.
2. 광학 패턴 디자인이 일정한 패턴 밀도 또는 그래디언트 패턴 밀도로 구별될 수 있는 광학 공동 패턴 솔루션. 여기서, 패턴 밀도에 대한 충전 인자는 전체 면적의 10-50%와 같이 낮게 유지되어야 한다. 또한, 다른 영역간의 높고 낮은 충전인자 변동으로 인한 패턴 가시성을 방지하거나/최소화하기 위해서, 인접한 로컬 영역 사이의 충전 인자의 변동 범위는 약 (±)3%이어야 하는 반면에, 대향하는 코너 영역간에는 약 (±)20%이어야 한다.
3. 공동 패턴 프로파일의 제 1 표면이 전반사(TIR) 또는 굴절에 기초한 모든 광을 추출/아웃커플링하도록 구성된 광학 공동 패턴 솔루션; 따라서, 미광과 프레넬 반사를 방지하고 최소화하기 위해 광학 공동 내부에는 광이 투과되지 않는다(도 3a, 3i). 통상, 이러한 형태의 단일의 광 관리 및 배치가 적어도 수직 방향으로의 광원 또는 광 인커플링 콜리메이션을 요구함으로써 도광 요소에 입사되는 각도의 범위를 제한한다.
4. 공동 패턴 프로파일의 제 1 표면이 공동 내부에서 추출되고 방향을 전환하여 임의의 광누설이 없고, 또한, 공동 계면의 저부, 즉, 공동의 저면에서의 굴절에 의한 미광의 발생없이 제 2 표면을 조우하는 광학 공동 패턴 솔루션. 이와 같은 방지는 솔루션이 요구되고, 여기서, 상기 (공동) 패턴 프로파일의 제 1 표면은 소정의 입사각, 특히 표면 법선에 대한 임계각보다 작은 입사각으로 입사되는 광을 수광하도록 구성되어 미광의 누출을 방지한다. 입사광은 광학 콜리메이션 (광학) 또는 흡수층을 제공하여 광 인커플링 에지에서 보다 큰 각도(즉, 임계각 초과)로 입사되는 광을 수광함으로써 제한될 수 있다(도 3e-3h).
5. 제 1 표면은 광을 추출하고, 제 2 표면은 아웃 커플링없이 광을 투과시키거나 방향을 전환하여 도광 요소에서 바람직하지 않은 프레넬 반사를 직접 아웃커플링하지 않도록 하는 대칭의 광학 공동 패턴 솔루션(도 3b, 3j 및 3c). 주기적인 패턴이 이용되는 경우, 상기 제 2 표면은 개선된 광 방향 및 추출/아웃 커플링 효율의 측면에서 다음의 패턴 표면과 협업하도록 구성된다.
6. 제 1 표면은 광을 추출하고, 제 2 표면은 아웃 커플링없이 광을 투과시키거나 또는 방향을 전환시켜 바람직하지 않는 방향의 프레넬 반사를 최소화하는 대칭형 광학 공동의 패턴 솔루션(도 3c).
6. 프레넬 반사를 최소화하기 위해 제 1 표면 및/또는 제 2 표면은 반사 방지 코팅 또는 반사 방지 구조체, 바람직하게는 AR 패턴 또는 다층 코팅에 의한 광대역 반사 방지(AR) 또는 저 Ri 코팅이 제공되는 광학 공동의 패턴 솔루션(도 3d, 3g). 상기 패턴 및 상기 AR 구조체/코팅은 다기능을 갖는 하이브리드 구조체를 형성한다.
7. 상기 광학 공동의 패턴 프로파일은 바이너리형, 블레이즈드형, 경사형, 마이크로 렌즈, 사다리꼴 등이 될 수 있다(도 3a-3l). 프로파일은 3차원이며 점, 선형 또는 비선형 선, 픽셀, 가변 패턴을 포함한 다중 형상의 피처를 형성할 수 있다. 공기 공동 솔루션에 있어서의 이러한 프로파일은, 임의의 코팅이나 하위 패턴없이 단독으로 사용될 수 있지만, 상기 AR 코팅/구조체의 제공은 패턴을 더욱 가시적으로 하기 때문에, 1차 광학 프로파일에 제공된 AR 코팅 또는 AR 패턴 피처를 이용할 수 있다.
8. 광학 공동의 패턴 프로파일을 형성할 시, 완전히 평평한 표면을 갖는 하위층(도 3l 참조) 중 하나는 AR 코팅 또는 AR 패턴이 형성될 수 있고, 이것은 2층 라미네이션, 결합 후의 공기 공동 패턴에만 잔존할 수 있다. 상기 2층 결합에 있어서, 상기 광학 계면이 사라지고 AR 기능이 종료된다. 공동 영역에만 활성 AR 표면을 갖는다(도 3l).
9. 반대 방향으로의 바람직하지 않은 프레넬 반사를 최소화하기 위해, 한 면이 외부측에 AR층(AR 코팅 또는 AR 패턴)을 지닌 주변 조명(단일면)용 광추출 표면인 광학 공동의 패턴 요소(도 9). 양면 광추출인 경우, AR 층은 요구되지 않는다.
10. 반대 방향으로의 바람직하지 않은 프레넬 반사를 최소화하기 위해, 한 면이 광학적 결합 물질에 의해 디스플레이 표면에 광학 접촉을 갖는 디스플레이 라미네이션(단일면)용 광 추출 표면인 광학 공동의 패턴 요소(도 10). 또한, 상기 추출 표면은 AR 코팅 또는 AR 패턴을 가져 도광체와 접합층 사이의 계면 프레넬 반사를 최소화할 수 있다.
11. 한 면이 광 필터링 표면인 광학 패턴이 없는 도광체 요소로서, 상기 광학 결합에 의해 디스플레이 표면에 바람직한 조명을 제공하기 위해 상기 광은 비물리적 개구를 통과한다. 광 필터링 표면은 광 투과 접촉의 개구를 지닌 저굴절률 클래딩으로 형성된다(도 4a, 4b).
12. 광학 공동의 패턴 솔루션을 사용하는 것에 의해, 저 Ri 클래딩 층, OCA 층, 즉 어떠한 물리적 광 산란 피처가 없는 층과 같이, 모든 광학 층이 투명하고 색상 이동이 없는 비산란성이다.
13. 패턴 프로파일이 회절 변형의 산란을 최소화하도록 최적화되는 광학 공동 요소로서, 샤프한 팁과 형상이 최소화되거나, 라운딩되거나 또는 평평해진다.
투명한 도광체 및 투명한 공동 광학은 많은 응용 분야를 갖는다. 통상, 광학 패턴 자체는 각각의 경우에 따라 설계되고 최적화되어야 한다.
일부 형태에 있어서, 광학적 기능층 내에 제공된 적어도 하나의 광학 패턴은 그루브, 리세스, 도트 및 픽셀로 이루어지는 군으로부터 선택된 릴리프 형태에 의해 형성되며, 여기서 상기 릴리프 형태는 바이너리형, 블레이즈드형, 경사형, 프리즘형, 사다리꼴형, 반구형 등에서 선택되는 크로스와이즈의 오목형 또는 볼록형 프로파일을 갖고, 상기 릴리프 형태는 선형, 곡선형, 파형, 정현파형 등으로부터 선택되는 랭스와이즈의 형상을 갖는다.
일부 경우에 있어서, "투명 조명 장치"로 언급되는 투명 광학 장치의 다양한 실시형태의 기초가 되는 개념이 도 11에 나타내어진다. "투명한"이라는 용어는, 일반적으로 물질의 표면에 도달하는 광자가 산란, 흡수 또는 역반사가 없는 등의 영향을 받지 않고 상기 물질을 통과할 수 있도록 하는, 물질의 물리적 특성으로 정의되는 광학 투명도의 기능을 의미한다. 본 발명의 장치(100)의 광학적 투명성은 프레넬 반사 등에 의해 야기되는 다량의 산란광 및 미광을 방지하거나 적어도 최소화할 수 있도록, 이하에 기재된 다수의 구조적 속성에 의해 형성됨으로써 미광 및 색상 "워시아웃" 등으로 인한 시각적 헤이즈, 고스팅 및/또는 이중 이미지의 형성이 더욱 제거된다.
다양한 제품 구성(예를 들면, 다양한 조명된 대상에 대한 프론트라이트, 백라이트, 조명 플레이트)에 대해 투명 조명 장치(100, 100A)를 최적화하려면, 최종 제품에 의해 의도되는 기본 기준 및 요구 사항을 이해하여 처리하는 것이 중요하다. 본 발명은 특히, 프로파일 표면을 통한 광 누설 및/또는 내부 프레넬 반사에 의해 생성된 미광을 방지하는 측면에서 최적화된 내부 공동 성능을 갖는 투명 광학 장치에 대한 포괄적인 솔루션을 제공한다. 이하에 나타낸 다른 구성은 투명도 달성 및 미광 방지에 관한 2개 이상의 특성의 조합을 포함한다.
투명 광학 장치(100), 이하, 광학 장치(100)는 도광 매체(101) 및 적어도 하나의 광학적 기능층(10)을 포함한다. 상기 도광 매체는 광 전파를 위해 구성되는 것이 바람직한 한편, 상기 광학적 기능층(10)는 입사되는 광에 대한 제어 기능 및 적어도 광 아웃커플링 기능을 통해 장치(101)의 광학 투명성을 형성하도록 구성된다.
언급된 광학 기능은 비제한적인 방식으로 적어도 하나의 광학적 기능성 피처 패턴(11)의 제공에서 기인할 수 있다(도 9).
도 9는 일부 기본 실시형태에 따른 광학적 기능층(10)의 단면도이다. 이와 같이, 상기 층(10)은 배광 구조를 형성하고 복수의 임베딩된 광학적 피처에 의해 광 투과성 캐리어 매체(111)에 형성된 적어도 하나의 피처 패턴(11)을 포함한다. 상기 광학적 피처는 복수의 내부 광학 공동(12)(즉, 내부의 임베딩된 또는 인티그레이팅된 공동 광학)에 의해 형성된다. 또한, 후자는 "공동" 또는 "공동 프로파일"로서 언급된다.
층 구조체(10) 내의 내부 구성을 나타내는 도 31을 참조하면, 캐리어 매체의 완전히 편평한 평면층(111A)이 캐리어 매체의 패터닝된 층(111B)에 대해 배치되어 내부(즉, 임베딩된 또는 인티그레이팅된) 피처 패턴(11)은 패터닝된 층(111)과 평면층(111A) 사이의 계면에서 형성된다. 상기 캐리어 층(111A, 111B) 사이의 경계는 본질적으로 완전한 구조체(10)의 "일체형" 특성을 강조하기 위해 나타내지 않았다. 완전한 구조체(10)는 단일층으로서 제공된다.
일부 예에 있어서, 광학적 기능층(10)은 도파관 매체(101)를 위한 필름, 시트 또는 코팅의 형태로 제공된다.
이와 같이, 실시형태에 있어서, 투명 광학 장치(100)는 광 전파를 위해 구성된 도광 매체(101), 및 광학적 기능성의 내부 공동(12)으로서 제공되는 복수의 임베딩된 피처에 의해 광 투과성 캐리어 매체(111)에 형성된 적어도 하나의 광학적 기능성의 피처 패턴(11)을 포함하는 적어도 하나의 광학적 기능층(10)을 포함한다. 상기 적어도 하나의 피처 패턴(11)은 상기 패턴(11)에 소정의 인커플링된 배광을 형성하고 및/또는 광학 장치에 제공된 물질 및 요소의 굴절률 및 그들 사이의 계면을 변경함으로써 입사광 제어 기능 및 적어도 광 아웃커플링 기능을 행하도록 더 구성됨으로써 미광이 최소화되어 상기 장치(100)의 광학 투명성이 형성된다.
실시형태에 있어서, 광학적 기능층(10)의 광학 기능 또는 기능(들)은 피처 패턴(11) 내의 공동(12)의 치수, 형상, 주기성 및 배치 중 적어도 하나 및 상기 피처 패턴에 대한 충전 인자값에 의해 형성된다.
공동(12) 등의 광학적 특징은 패턴(11)을 갖는 광학적 기능층 내와 같은 기준 영역 내에 제공된다. 상기 기준 영역 내에서, 주기, 피치, 높이, 길이, 각도, 곡률, 로컬 픽셀 크기, 위치 등 뿐만 아니라 충전 인자 및/또는 밀도 등의 상기 광학 특징에 대한 설계 파라미터가 변경될 수 있다. 단위 면적에 대한 광학 피처(12)의 백분율(%)로 규정되는 필링 팩터(filing factor)라고 하는 충전 인자(FF)는 광학 솔루션 설계의 주요 파라미터 중 하나이다. 따라서, FF는 참조 영역에서 피처(12)의 관련 부분을 규정한다.
통상, 광학 공동 패턴을 갖는 광학 기능층(10)은 투명 백라이트, 프론트라이트 및 조명 패널에 대해 용도별 방식으로 설계됨으로써 광학 패턴 설계는 일정한 패턴 밀도 또는 경사 패턴 밀도를 가질 수 있으며, 여기서 패턴 밀도에 대한 충전 인자값은 전체 면적의 10-50%와 같이 비교적 낮은 레벨이어야 한다.
또한, 다른 영역간의 높고 낮은 충전 인자 변동으로 인한 패턴 가시성을 방지/최소화하기 위해서, 인접한 로컬 영역간의 충전 인자 변동 범위는 약 (±)3%이어야 하는 반면에, 대향하는 코너 영역간의 충전 인자 변동 범위는 약 (±)20%이다. 달성된 투명성은 최종 효율성에 영향을 미친다: 더욱 투명한 솔루션일수록 더욱 큰 효율성을 달성할 수 있다. 연속적인 주기적 프로파일과 픽셀과 같은 로컬 프로파일에 의해 최대 효율이 달성될 수 있다. 투명 솔루션의 경우, 투명도, 헤이즈 및 미광의 점에서 최대 충전 인자를 최적화할 수 있다. 한 가지 중요한 잇점은 일정하고 효율적인 3D 광학 패턴(견고한 충전 계수 설계)을 갖는 것이고, 이것은 여러 용도에 사용할 수 있다. 이것은 마스터링 및 제품 비용을 저감하고, 비교적 대형 크기, 예를 들면, 0,5-1,5m2(평방미터)보다 큰 광학 장치를 제조할 수 있게 한다.
캐리어 매체(111)(도 31에 도시됨)에 제공된 광학 공동(12)에 대한 다양한 구성을 나타내는 도면 3a-3k을 참조한다. 설명된 구성에 있어서, 상기 캐리어 매체(111)의 굴절률 값(n1)은 임베딩된 공동(12)을 충전하는 매체의 굴절률 값(n2)을 초과한다. 상기 공동(12)은 적어도 입사광을 수광하기 위한 입사면으로서 형성된 제 1 표면(121) 및 출사면으로 구성되는 제 2 표면(122)을 포함하며, 이를 통해 공동을 빠져 나가는 광이 매체(111)에 투과되어 표적면을 조명하는데 이용된다. 본원에 기재된 공동 패턴에 의해 가이드됨으로써 소정의 경로를 따르는 광만이 조명 목적으로 이용될 수 있다.
따라서 상기 광 투과성 캐리어 매체(111)는 광학 폴리머 또는 유리로서 제공된다. 예시적인 구성에 있어서, 캐리어 매체(111)는 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)이다.
일부 구성에 있어서, 상기 공동(12)은 가스상 매체로 충전된다. 상기 공동(12)이 공기로 채워지는 것이 더욱 바람직하다. 그럼에도 불구하고, 임의의 유체, 액체, 겔 또는 고체뿐만 아니라 임의의 다른 가스상 매체가 상기 공동에 대한 충전 재료로서 제공될 수 있다.
일실시형태에 따라서, 도 3a 및 3i는 제 1 (입사)면(121) 상의 입사광이 전반사(TIR) 또는 굴절을 통해 아웃 커플링(추출)되는 구성을 나타낸다. 광은 공동 내부로 투과되지 않으므로 미광과 프레넬 반사가 방지되거나 또는 적어도 최소화될 수 있다. 종래, 이러한 형태의 단일 광 관리 및 배치는 적어도 수직 방향으로의 광 인커플링 콜리메이션 또는 좁은 배광을 지닌 특수한 광원을 필요로 하여 도광체 요소에 입사되는 각도 범위를 제한한다. 이 솔루션은, 예를 들면 TIR 기능을 달성하기 위해서 약 10°수직 광 콜리메이션을 요구한다. 광 인커플링에 대해서는 특별한 광학 배치가 요구되고, 이것은 광원 또는 도광체 가장자리에 인티그레이팅될 수 있다. 이러한 배치는 인커플링 영역에 있어서 도광체의 양면에 광학 요소 및/또는 방향 전환 반사층을 포함할 수 있다. 또한, 흡수층이 사용될 수 있으며, 여기서 보다 큰 입사광 각도는 모두 제거된다.
도 3b 및 3j는 비대칭 공동의 광학 솔루션 및 이에 의해 발생하는 기본적인 프레넬 반사 문제를 나타낸다. 광은 이와 같은 각도/각도들로 패턴(공동(12))에 입사하고, 광이 공동(12) 내부로 방향 전환될 때 프레넬 반사를 통해 유해한 미광을 형성한다. 디스플레이 표면에서 프레넬 반사(미광)된 광(714)은 패턴(점선)으로부터 더욱 아웃 커플링될 수 있다.
도 3c는 대칭의 광학 공동 솔루션을 나타내고, 여기서 제 1 (입사) 표면(121)은 도달하는 입사광을 인커플링하고 광선이 제 2 표면(122)을 향해 공동을 향하도록 구성되고, 여기서 상기 제 2 표면(122)은 도달하는 광선을 수광하고 상기 매체(11)에서의 전파 및/또는 아웃 커플링(조명 표면을 향한 층(10)/장치(100) 외부)을 위해 공동 외부의 상기 광선을 광 투과성 캐리어 매체(111)로 투과시키도록 구성된다. 도 3c의 구성에 있어서, 제 2 표면(122)에 의해 야기된 프레넬 반사는 공동으로부터 아웃 커플링되지 않는다(트래핑). 이러한 패턴 설계는 바람직하지 않는 미광을 최소화한다. 또한, 주기적인 패턴 솔루션을 사용하는 경우, 광을 투과시키고 방향 전환하도록 구성된 제 2 표면(122)은 후속 공동(12)의 제 1 표면(121)과 협업함으로써 각 (후속) 공동에 입사되는 광선의 방향을 최적화함으로써 광 추출/아웃커플링 효율을 개선할 수 있다.
일실시형태에 따라서, 이하에 상술하는 바와 같이, 도 3d 및 3k는 제 1 표면(121)(도 3d) 또는 제 2 표면 (122)(도 3k)에 반사 방지층과 같은 추가 광학 기능을 갖는 층(21)을 제공함으로써 프레넬 반사를 제거하는 것에 의해 미광을 최소화하기 위한 구성을 나타낸다. 프레넬 반사의 방지는 십자 화살표로 나타내어진다.
도 3e는 공동 광학 솔루션 및 그로 인해 발생하는 미광 문제를 나타낸다. 따라서, 입사광은 제 1 표면(121)에서 수광되고 공동(12) 내부에서 방향 전환되며, 이로부터 공동의 저면, 즉 공동(n2)과 주변 매체(nl) 사이의 계면에서의 굴절에 의해 광누설이 발생한다(미광, 도 3e).
도 3f 및 3g에 나타낸 구성에 있어서, 적어도 제 1 표면(121)을 제공하여 소정의 각도 또는 각도의 범위로 도달하는 광을 인커플링시킴으로써 바람직하지 않은 미광 및/또는 프레넬 반사가 방지되거나 적어도 최소화될 수 있다.
도 3f, 3g에 나타낸 구성에 있어서, 상기 입사면(121)은 소정의 입사각 또는 표면 법선에 대한 임계각보다 작은 입사각 범위로 도달하는 광을 인커플링하고 더 배광하도록 구성함으로써 아웃 커플링된 프레넬 반사를 방지한다.
임계각은 전반사의 현상이 발생하는, 표면 법선에 대한 광의 입사각이다. 굴절각이 표면 법선에 대해 90°를 구성할 때 입사각은 임계각이 된다(즉, 임계각과 동일). 일반적으로, TIR은 광이 높은 굴절률(Ri)을 지닌 매체에서 낮은 Ri를 지닌 매체, 예를 들면, 플라스틱(Ri 1.4-1.6) 또는 유리(Ri 1.5)에서 공기(Ri 1) 또는 본질적으로 낮은 굴절률을 갖는 다른 매체를 통과하는 경우에 발생한다. 높은 Ri 매체에서 낮은 Ri 매체로 이동하는 광선의 경우, (예를 들면, 유리-공기 계면에서)입사각이 임계 각도보다 큰 경우, 매체 경계가 매우 양호한 거울 역할을 하여 광이 반사될 수 있다(유리 등의 고 Ri 매체로 되돌아간다). TIR이 발생하면 경계를 통한 에너지의 전달이 없다. 한편, 임계각보다 작은 각도(들)에서의 입사광은 부분적으로 높은 Ri 매체 중에서 굴절되고 부분적으로 반사될 수 있다. 반사된 광과 굴절 된 광의 비율은 매체의 입사각과 굴절률에 따라 크게 달라진다.
임계 각도는 식(1)에 따라 산출된다.
Figure pct00001
임계각은 기판-공기 계면(예를 들면: 플라스틱-공기, 유리-공기 등)에 따라 달라진다는 점에 유의해야 한다. 예를 들면, 대부분의 플라스틱 및 유리의 경우, 임계각은 약 42°를 구성한다. 따라서, 예시적인 도파관에 있어서, PMMA 시트 등의광 투과성 매체와 45°각도(표면 법선에 대해)의 공기 간의 경계에서 입사되는 광은 도광 매체로 되돌아가 반사될 것이어서 광 아웃커플링이 발생하지 않을 수 있다.
따라서, 도 3f는 광학 패턴(공동(12))을 통한 광의 투과를 가능하게 하는 솔루션을 나타내고, 제 1 표면(121)에서의 입사각(θmax)을 제한함으로써 미광이 방지되거나 적어도 최소화된다. 이것은 공동 프로파일의 제 1 표면은 저부 계면을 통해 누설된 미광의 방지를 위해 입사각의 범위를 표면 법선에 대한 임계각 미만의 값으로 제한하도록 구성되는 솔루션을 요구한다. 입사각은 광학 콜리메이션 요소, 방향 전환 리플렉터 또는 흡수층(도시하지 않음)을 표면(121)(광 인커플링 에지)에 제공함으로써 제한될 수 있으며, 수직 배광은 약 (±)15°의 범위에 있어야 한다.
인커플링 배광 파라미터에 기초하여, 공동의 제 1 표면(121)은 광학 패턴을 통한 광의 적절한 (추가의) 아웃 커플링 및 투과를 가능하도록 구성/설계될 수 있어 제한된 입사각(θmax)에 의해 미광이 최소화된다.
입사각(θmax)은 식(2)에 따라 결정된다:
Figure pct00002
여기서, n3은 도광체 외부(즉, 광 투과성 캐리어(111) 외부; 도 17A 참조) 외측의 외부 매체의 굴절률(Ri)이다.
작은 콜리메이팅된 인커플링된 광의 경우에 있어서, 제 1 표면(121)은 입사광을 인커플링하고 이에 따라 인커플링된 광을 대향하는 벽(122), 바람직하게는 저면(계면)에 가까운 소정의 단일 초점 포인트로 방향 전환하기 위해 수정되어야 함으로써 미광을 방지할 수 있다.
도 3g에 나타낸 구성에 있어서, 입사면(121)은 콜리메이션 기능에 의해 도달하는 광을 인커플링하여 출사면(122)을 제외한 임의의 다른 표면에 히팅되는 것을 방지하면서 광이 공동을 통해 전파되도록 광선이 공동을 향하도록 더욱 구성된다.
또한, 도 3g는 적어도 제 1 표면 프로파일(도 3h에서 더욱 확대된 점선 삼각형으로 나타냄)을 변경함으로써 광학 패턴(공동(12))을 통한 광의 투과를 가능하게하는 솔루션을 더 설명한다. 상기 솔루션은 입사광의 굴절 각도(점선)를 변경함으로써 미광을 방지하거나 적어도 최소화할 수 있다.
패턴 표면 프로파일(12)의 최적화된 부분은 미광이 없는 상태에서 후벽(122)을 통한 투과를 위해 광을 굴절시키기 위하여 패턴 피처 프로파일(12)이 변경됨에 따른 진보된 식(3)이 이하에 나타내어짐으로써 정의될 수 있다:
Figure pct00003
여기서 n3은 도광체 외측(즉, 광 투과성 캐리어(111) 외측)의 외부 매체의 굴절률(Ri)이고, α는 표면 프로파일의 함수로서 가변 각도이다.
도 3g에 나타낸 솔루션에 있어서, 제 1 표면(121)은 도달하는 광을 인커플링하고, (미리) 콜리메이팅하도록 구성됨으로써, 인커플링된 (미리) 콜리메이팅된 배광이 공동 내부에 형성되고, 또한 상기 광은 제 2 (출사)면을 향한다(저면은 히팅되지 않음).
즉, 도 3f, 3g는 공동(12)에 전파되는 광이 상기 공동의 저면에 히팅되지 않아 미광 문제(도 3e)가 방지되는 솔루션을 나타낸다.
광학 기능층(10)을 나타내는 도 3l을 참조한다. 일부 구성에 있어서, 층 구조체(10)는 광 투과성 캐리어 매체(111)에 의해 형성된 서브층(111A, 111B) 사이의 계면에 배치된 반사 방지층(21)을 더 포함한다. 따라서, 임베딩된 피처 패턴(11)에 있어서, 복수의 임베딩된 (내부) 공동 피처(12)는 복수의 관련 광 통로(13)와 교대로 나타난다. 상기 광 통로(13)는 광 투과성 캐리어 매체 물질(111)이다.
이러한 배치에 의해, 그것의 출사면에 반사 방지층(21)을 포함하는 공동이 형성될 수 있다(도 3k).
실시형태에 있어서, 공동은 제 1 (입사)면 및/또는 제 2 (출사)면에 반사 방지층(21)이 형성될 수 있다. 상기 반사 방지층(21)은 예를 들면, 프레넬 반사를 최소화하기 위해, 코팅 또는 구조체, 바람직하게는 반사 방지(AR; anti-reflection) 패턴 또는 다층 코팅, 또는 저굴절률(Ri) 코팅에 의해 광대역 반사 방지(AR)로서 구성할 수 있다(도 3d, 3k). AR 구조체(코팅)와 결합된 공동 패턴은 다중 광학 기능을 가진 하이브리드 구조체를 형성한다.
따라서, 실시형태에 있어서, 적어도 하나의 피처 패턴(11)의 공동(12)은 공동의 내부의 입사면(121)에 배치된 반사 방지층(21)을 포함한다(도 3d). 실시형태에 있어서, 상기 공동은 공동 내부의 출사면(122)에 배치된 상기 반사 방지층(21)을 더 포함한다(도 3k, 31).
따라서, 도 3l은 예를 들면, 공동 패턴 서브층(111B)에 라미네이션에 의해 함께 결합된 평평한 서브층(111A)의 표면인 평평한 저면(제 2 표면(122)) 상에 AR 코팅 또는 AR 패턴층을 채용하는 구성에 관한 것이다. 이러한 배치에 의해, 상기 AR층(21)은 단독으로 공동(12)(그의 저면) 내에 형성된다. 상기 2층 결합 시에, 광학 계면(광 통로(13)에 의해 제공됨)은 공동(12)에서 차단된다. 따라서, 상기 AR 기능은 광 통로(13)(공기-공동 광학 사이)에서 종료된다.
임베딩된 광학적 기능성의 공동 피처(12)는 다양한 구성을 가질 수 있다. 따라서, 상기 피처(12)는 그루브, 리세스, 도트 및 픽셀로 이루어지는 군으로부터 선택된다. 상기 공동 피처(12)는 바이너리형, 블레이즈드형, 경사형, 프리즘형, 사다리꼴 형, 반구형 프로파일 등으로부터 선택된 크로스와이즈 프로파일을 가질 수 있고, 또한, 상기 공동 피처는 선형, 곡선형, 파형, 정현파형으로부터 선택된 랭스와이즈 형상을 가질 수 있다.
일부 실시형태에 있어서, 광학적 기능층(10)은 본질적으로 블레이즈드형, 커버형 또는 파형 프로파일 중 하나로부터 선택된 3차원 프로파일로 형성된 광학 공동(12)을 포함하도록 더 구성될 수 있다. 일부 예에 있어서, 광학 공동(12)은 대칭의 정현파 또는 비대칭의 정현파 형태로 제공된 3차원 프로파일로 형성되는 것이 바람직하다.
전반적으로, 적어도 하나의 광학적 피처 패턴(11)은 그루브, 리세스, 도트 및 픽셀로 이루어지는 군에서 선택되는 광학적 피처에 의해 형성될 수 있고, 여기서 상기 피처는 바이너리형, 블레이즈드형, 경사형, 프리즘형, 사다리꼴형, 반구형, 마이크로 렌즈 등으로부터 선택되는 크로스와이즈의 볼록 또는 오목한 프로파일을 갖고, 상기 구조체는 선형, 곡선형, 파형, 정현파형 등으로부터 선택된 랭쓰와이즈의 형상을 갖는다. 상기 적어도 하나의 광학 피처 패턴(11)은 주기적인 격자 구조, 마이크로 및 나노 광학 프로파일, 불연속 패턴, 격자 픽셀 패턴(로컬 주기) 등으로서 구성될 수 있다. 패턴 주기는 용도에 따라 0,1마이크로미터(um)에서 수 센티미터(cm)까지 변경할 수 있다. 상기 광학 패턴은 추가 층의 결합 또는 라미네이션 및 공동 형성을 위한 평평한 영역을 더 포함할 수 있다. 상기 광학 패턴 중의 개별(피처) 프로파일의 길이는 도트/픽셀에서 무한대까지의 범위일 수 있다. 사실, 불연속의 광학 패턴 프로파일은 가장 바람직한 광학 기능의 제공 및/또는 특정 설계의 점에서 임의의 3차원 형식으로 구현될 수 있다.
가장 작은 패턴 피처(공동)(12)는 더욱 최적화되고 최소화될 수 있다. 특히, 샤프한 팁은 특정 산란을 최소화하기 위해 절단, 라운딩 또는 플랫팅됨으로써 최적화되고 최소화될 수 있다. 이러한 배치는 기존 솔루션에 있어서, 광학 패턴 프로파일이 바람직하지 않은 성능을 야기할 수 있는 레인보우 효과로서 알려진 회절 변형의 산란을 야기할 수 있다라는 일반적인 문제를 해결한다.
투명 조명에 대한 예시적인 패턴 솔루션이 도 15 및 도 16에 더욱 나타내어진다.
일부 예에 있어서, 광학 공동 패턴 솔루션은 육안으로 포착할 수 없는 비교적 작은 패턴 피처(25㎛를 초과하지 않음)를 포함하여 제공될 수 있다. 보다 큰 피처가 사용되는 경우라도 프로파일 표면에 AR 코팅 또는 AR 패턴(하이브리드 패턴; 도 3d, 3k, 31)이 더 제공되는 것이 바람직하며, 이것은 육안으로 가시하기 어려운 패턴이 되게 한다. 공동 표면 품질은 광학 그레이드이므로 산란이 미광을 효과적으로 방지할 수 있는 것이 바람직하다.
광학적 기능층(10)의 기본 광학 프로파일은 종래의 표면 릴리프 패턴 또는 공동 광학 패턴일 수 있다. 후자의 솔루션은 광학 공동에 가스, 유체 또는 고형 물질, 가장 바람직하게는 공기를 포함할 수 있으며, 이것은 광학 표면에 TIR 효과를 형성한다. 회절 격자 또는 굴절 광학을 기반으로 하는 바이너리형, 경사형, 블레이즈드형, 프리즘형, 마이크로 렌즈와 같은 다양한 프로파일을 사용할 수 있다. 광각 추출은 좁고, 넓고, 타원형, 대칭형, 비대칭형 등의 분포를 위해 설계될 수 있다.
따라서, 도 15은 투명 조명, 특히 "비가시적"(육안에 대해) 패턴 크기에 대한 예시적인 패턴 피처(12)를 나타낸다. 이하, 패턴 특성이 표 1에 제공된다.
Figure pct00004
예를 들면, 고속 공구 서보(FTS) 가공을 통해 프로파일을 제작할 수 있다. 상술의 프로파일 파라미터는 소망의 성능을 얻기 위해 조정 가능하다. 또한, 조정 가능한 파라미터는 프로필 배향, 단일 패턴 또는 주기적 패턴의 제공, 불연속(픽셀) 패턴 또는 연속 패턴의 제공 등이 포함된다.
통상, 상술의 공동 프로파일을 포함하는 광학적 피처 패턴(11)은 복수의 불연속의 피처 프로파일 및/또는 복수의 적어도 부분적으로 연속하는 피처 프로파일을 포함하는 "하이브리드" 패턴으로서 언급될 수 있다. 따라서, 상기 하이브리드 패턴은 불연속 패턴(예를 들면, 픽셀) 또는 연속 패턴으로서 구성될 수 있다. 따라서, 상기 하이브리드 패턴은 불연속 프로파일 또는 적어도 부분적으로 연속적인 프로파일로서 제공된 복수의 광학 피처(12)를 포함하도록 구성될 수 있다.
일부 실시형태에 있어서, 광학적 기능층(10)은 적어도 하나의 광학적 피처 패턴 내에서 복수의 광학 공동(12)이 상기의 피처 패턴(도시되지 않음)에 의해 점유된 전체 영역을 따라 및/또는 가로질러 연장되는 어레이 또는 어레이(들)로 배치되도록 더 구성될 수 있다.
일실시형태에 있어서, 상기 투명 광학 장치(100)는 도광 매체(101)의 적어도 한 면 상에 배치되고 전체 표면 커버리지 또는 소정의 영역을 통해 적어도 하나의 광학 기능이 제공되는 적어도 하나의 광학 필터층(41, 42)(광 필터층)을 더 포함한다. 상기 광학 기능은 적어도 반사, 투과, 편광 및 굴절로부터 선택된다. 일부 실시형태에 있어서, 상기 광학 필터층(41, 42)은 상기 도광 매체(101)의 양면에 배치된다.
상기 광 필터층(41, 42)은 0.2~50마이크로미터(㎛) 범위 내의 층(필름) 두께 (h>λ)를 갖는 박막으로서 구성되는 것이 바람직하다. 일부 특정 실시형태에 있어서, 층 두께는 0.2~50마이크로미터(㎛)의 범위, 바람직하게는 0.2~10㎛의 범위 내에서 변경할 수 있다.
상기 광 필터층(41, 42)은, 소위 저굴절률 물질로 불리는 굴절률이 1.10-1.41 범위 내의 것으로 제공되는 기판 재료로 구성된다. 임의의 경우에 있어서, 상기 광 필터층의 굴절률은 1.5 미만; 바람직하게는 1.4 미만으로 제공된다.
일부 구성에 있어서, 메조포러스 필름에 있어서, 상기 광 필터층은 나노 실리카 물질을 포함한다. 이러한 경우에 있어서, 굴절률을 유지하기 위해서, 저 Ri 클래딩의 중간상이 낮은 (아웃)가싱 물질로 코팅, 적층 또는 결합된다.
일부 실시형태에 있어서, 상기 광 필터층(41, 42)은 전반사층 구조로서 구성된다. 따라서, 상기 필터층(141)은 Ti02, BaS04, Si02, Al202, Al, Ag, 유전체 물질 및 고반사(HR) 코팅 물질 등의 이용 가능한 TIR 재료를 기반으로 반사성의 TIR 솔루션으로서 구현될 수 있다.
일부 실시형태에 있어서, 광 필터층(41, 42)은 광학적 기능층(10, 111) 및/또는 광학적으로 투명한 (도광) 기판(101)을 구성하는 재료(제 1 매체, n1, 도 4a)의 굴절률보다 낮은 굴절률(Ri)을 갖는 기판 재료(제 2 매체, n2, 도 4a)로 형성됨으로써, n1>n2(도 4a)이다. 광 필터층의 굴절률(Ri) 값과 평균 휘도(Nits) 및 추출 효율성(%) 등의 도광체 관련 파라미터간의 관계는 이하의 표 2에 나타내어진다. "저 Ri 층"이라는 표현은 광 필터층(41, 42)을 의미한다.
Figure pct00005
일실시형태에 있어서, 상기 광학 필터층은 클래딩, 코팅 또는 필름이다.
상기 광학 필터층은 연속적이고 균일한 층(42)으로 구성될 수 있다. 또한, 상기 광학 필터층(41)은 광 투과를 가능하게 하는 복수의 광학 개구(41A)를 포함 할 수 있으며, 상기 개구는 상기 광학 필터 층의 소정 위치 내에 배치되거나 또는 상기 광학 필터층의 전체 표면을 따라 및/또는 전체 표면을 가로질러 연장된다(도 4a-4c).
상기 광학 개구(41A)는 그 치수, 크기 및/또는 형상의 관점에서 조정 가능하도록 구성된다. 일부 구성에 있어서, 상기 개구는 본질적으로 원형 또는 직사각형일 수 있고, 그 크기는 0.5-50㎛ 범위, 바람직하게는 1-30㎛ 범위 내에서 제공된다. 본질적으로 직사각형 개구 구조인 경우, 상기 범위는 길이 및/또는 폭 파라미터 중 어느 하나를 나타낸다. 본질적으로 원형 개구 구조인 경우, 상기 범위는 각각의 개구 직경을 나타낸다. 깊이 파라미터는 광 필터층(41)의 두께에 의해 정의되며, 상술한 바와 같이 0.2-50㎛ 범위 내에서 제공된다.
그럼에도 불구하고, 상기 개구(41A)는(상기 언급한 것과 비교하여) 보다 큰 영역에 걸쳐 연장되고 임의의 형상을 갖는 연속적인 구조로서 제공될 수 있다. 개구 밀도 및/또는 충전 인자(표면적 단위당)는 일정할 수 있다(0.1%-100% 범위 내).
상기 광 필터층(41)에 소정의 방식으로 개구가 형성되는 것이 바람직하다. 따라서, 일부 구성에 있어서, 개구의 형성은 도광체와 같은 배광 요소의 전체 길이 즉, 광원(예를 들면: LED)의 일단부에서 타단부에 걸쳐서 균일하다(일정한 크기, 형상 및 주기성). 다른 구성에 있어서, 상기 개구는 LED 일단부에서 타단부까지 적어도 크기, 형상 또는 주기성 측면에서 가변적으로 형성될 수 있다. 따라서, 단계적 충전 인자를 사용한 가변 밀도로 개구를 배치할 수 있다. 특히, 상기 배광 요소는 개구를 갖는 광 필터층(141)을 포함하도록 구성될 수 있으며, 그 개구의 크기는 상기 LED 일단부에서 타단측으로 점진적으로 증가한다.
패턴(11)을 갖는 광학 기능층은 주로 입사된 광을 전파하고 (아웃)커플링하도록 구성되지만, 광 필터층은 여기에 입사 및/또는 도광체를 통해 전파하는 광을 선택적으로 제어 및 필터링하도록 구성된다.
그러나, 그 치수, 크기 및/또는 형상의 관점에서, 상기 광 필터층(41)의 기능은 변경될 수 있다. 따라서, 개구(41A)는 광 투과, 산란, 굴절, 반사 등과 같은 다양한 기능을 행하도록 개별적으로 또는 집합적으로 더 구성될 수 있다. 일부 예에 있어서, 개구(들)은 광 아웃커플링 기능을 제공하도록 구성될 수 있다.
상기 광학 필터는 이를 통해 광을 투과시키기 위해 제공되고, 광 채널로서 형성되고 광 및 파동을 제어 및/또는 필터링 특성을 가져 조명 목적용의 소정의 광/신호 수치, 분포 및 효율성을 달성하는, 광학 굴절률, 비반사 물질, 높은 광학 밀도, 다양한 광학 콘트라스트 등을 포함하지만, 이들에 한정되지 않는 각종 광학 기능을 갖는 개구를 더 포함할 수 있다.
상기 광 필터층의 개구는 광학적으로 투명한 (도광) 기판(101)이 제조되는 재료의 굴절률과 비교하여 동일하거나 보다 높은 굴절률을 갖는 충전 물질로 더 충진될 수 있다.
도 4a 및 4b를 참조하여 광학 패턴이 없는 도광체 요소로서 100A으로 구현된 광학 장치를 나타낸다.
따라서, 도 4a, 4b에 나타낸 바와 같이, 투명 광학 장치(100A)는 광 전파를 위해 구성된 도광 매체(101), 상기 도광 매체의 적어도 한 면에 배치되고 적어도 상기 광학 필터층이 구성되는 재료에 의한 그 소정 영역 또는 표면 커버리지에 걸쳐 형성된 적어도 하나의 광학 기능이 제공된 광학 필터층(41, 42)을 포함한다. 상기 광학 필터층은 도광 매체를 구성하는 물질의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 물질로 형성된 연속층이다. 상기 광학 필터층(41, 42)은 반사, 투과, 편광 및 굴절로부터 선택된 적어도 하나의 광학 기능에 의해 투명 광학 장치를 통해 전파되는 광선의 산란을 최소화하도록 구성된다.
따라서, 도 4a는 광학 패턴(들)(11)이 없는 도광체 개념을 나타낸다. 도 4a에 나타낸 프론트라이트 솔루션은 광학 필터층(41, 42) 사이에 라미네이팅된 도광 매체(101)를 포함한다. 도 4a는 실시예를 나타내고, 여기서, 하부 광학 필터층(41)은 광학 개구(41A)를 포함하는 반면, 상부 광학 필터층(42)은 개구가 없는 균일한 층으로서 구성된다. 상기 도광체(101)는 플라스틱(PMMA, PC) 또는 유리로 이루어질 수 있다. 스택은 조명 표면(51)(예를 들면, 디스플레이 또는 인쇄된 포스터와 같은 종이)에 배치되고, 예를 들면, 광학적 투명 접착제(OCA) 등과 같은 접착층(30)에 의해 커버(62)(예를 들면, 플라스틱 또는 유리로 이루어진 상단 커버)로 더 덮일 수 있다.
도 4a, 특히, 확대된 박스(옵션 1, 옵션 2)를 참조하면, 광은 개구(41A)를 통해 도광 매체(101)(n1, 제 1 매체)로부터 제 1 매체와 거의 동일한 굴절률을 갖는(그러나, 더 높거나 더 낮은 Ri값은 제외되지 않을 수 있음) 하부층(30)(n1, 제 2 매체)으로 전파된다. 일반적으로, 도광체(101)와 본원에서의 하부층(30)(도 4a) 또는 오버레이층(도시되지 않음) 사이의 계면에 형성된 개구의 굴절률은 제 1 및/또는 제 2 매체 n1의 Ri값과 일치하는 반면에, 일반적으로 상기 개구를 포함하는 광학 필터(n2)의 Ri 값은 n1보다 낮다.
옵션 A는 클래딩 제거 방법에 의해 개구(41A)를 제조하는 것을 나타낸다; 반면 옵션 B는 고밀도 방법에 의한 개구(41A)를 제조하는 것을 나타낸다.
광 필터층(41, 42)은 투명한 저 굴절률 필터층으로서 또는 광학적으로 투명한(도광) 기판(101)의 적어도 한 면 또는 그 양면(상면 및 저면)에 형성된 반사성 TIR층(예를 들면, 확산 또는 정반사 TIR층)으로서 구성될 수 있다. 상기 광학 필터는 a) 평평한 면에 직접 적용되거나, b) 접착층에 의해 적층되거나, 또는 c) VUV(진공 UV), 대기압 플라즈마 처리 또는 마이크로파 보조 결합과 같은 화학적 표면 처리에 의해 결합될 수 있다.
일부 실시예에 있어서, 상기 광 필터층(41, 42)은 개구가 없는 경우에도 바람직한 배광을 제공하기 위해 점진적으로 가변적인 저 Ri 값을 갖는다.
광 필터층(41) 내의 개구(41A)는 광학적으로 변경될 수 있음으로써, 광 필터층에 의해 생성된 다양한 배광 패턴이 균일, 대칭, 불연속 또는 비대칭 배광 패턴을 포함하여 달성할 수 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.
따라서, 광학 개구(41A)를 포함하는 광학 필터층(41)은 도광 매체의 적어도 한 면에 제공된다. 따라서, 상기 광학 필터는 광 채널 등을 통과하는 광을 제공하고, 광 및 파장 제어 및/또는 필터링 성능을 가져 조명 목적용의 소정의 광/신호 수치, 분산 및 효율성을 달성하는, 광학 굴절률, 비반사 물질, 높은 광학 밀도, 다양한 광학 콘트라스트 등을 포함하지만, 이들에 한정되지 않는 각종 광학 기능을 갖는 개구를 포함할 수 있다.
예를 들면, 디스플레이, 사이니지 또는 포스터와 같이 소정의 형상/이미지 또는 시그널을 형성하는 광학 개구에 의한 배광은 균일, 불균일 또는 불연속적일 수 있다. 이에 의해, 균일, 불균일, 또는 불연속적인 이미지/형상 또는 시그널이 형성될 수 있다. 균일/연속 또는 비연속적인 영역을 형성하는 광학 필터층의 양면에 개구가 형성될 수 있다. 상기 개구는 광학 필터층의 전체 표면에 또는 그것의 소정 영역에 걸쳐 형성될 수 있다. 상기 개구의 주요 기능은, 모든 입사광 각도가 상기 매체의 임계 각도보다 크거나 동일함을 의미하는 광 아웃커플링없이 제 1 매체에서 제 2 매체로 전파되는 입사광의 양을 제어하는 것이다, 따라서, 특히, 광학 패턴없이도 광 균일성 제어가 달성될 수 있다.
광학 개구는, 소망의 배광 및/또는 균일성을 결정하는 제 1 매체에서 제 2 매체로 광을 투과시키는 등의 다수의 주요 기능을 갖는다. 통상, 제 1 매체 및 제 2 매체에서의 배광은 공기 또는 저 Ri 필터/클래딩이 경계면을 형성할 때, 상기 매체 계면에 대한 임계각(TIR이 발생하는 입사각) 미만의 입사광 각도를 갖는다. 결과적으로, 광은 상기 매체로부터 아웃 커플링되지 않는다.
도 4b는 프론트라이트 솔루션으로서 구성된 광학 장치(100A)를 나타내고, 여기서 상기 도광체(101)는 스택의 상부에 배치된다(즉, 층 사이에 적층되지 않음). 구성은 개구를 갖는 저 Ri 클래딩으로 구성된 단일 광학 필터층(41)을 포함한다. 상기 도광체의 최상면은 바람직하게는 상면 오염 또는 결함 시에 광 누설을 방지하기 위해서 낮은 Ri 값을 갖는 하드 코팅으로 더 증착될 수 있다.
도 4c는 공동 광학 도광체로 구성된 광학적 기능층(10) 및 광 투과성 캐리어 매체(11)의 양면에 제공된 균일한 광학 필터층(저 Ri 클래딩층)(42)을 포함하는 프론트라이트 조명에 대한 광학 장치(100) 솔루션을 나타낸다. 언급된 광학 필터층(42)은 매체(111) 표면 상에 직접 또는 간접적으로(즉, 접착제에 의해 또는 접착제없이) 적용될 수 있다.
따라서, 도 4c에 나타낸 구성은 개구가 없고 아웃 커플링 패턴 등의 광학 패턴을 갖는 광 필터를 포함한다. 광학 패턴(11)은 상기 도광 매체(111) 내부에 완전히 인티그레이팅되고, 주기적이고 격자의 피처를 갖는 마이크로 렌즈, 블레이즈형 또는 경사형, 불연속 패턴 또는 다중 패턴 픽셀 형태 등의 다양한 형상 또는 형태를 가질 수있다. 도광체 요소는 저 Ri 클래딩(42)보다 고 Ri, 바람직하게는 상기 도광 매체(111)와 동일한 굴절률을 갖는 광학적으로 투명한 접착제(OCA) 또는 액체의 광학적으로 투명한 접착제(LOCA) 등의 접착제(30)로 적층되고 결합된다. 따라서 도 4c는 양면에 광학 필터층(42)이 형성된 광학적 기능층(10)이 디스플레이 표면(51)(여기서, 반사 디스플레이 또는 포스터)과 플라스틱 또는 유리로 이루어지는 상부 커버층(62) 사이에 더 적층되는 스택 솔루션을 나타낸다.
도 4c에 나타낸 구성에 있어서, 상기 광학적 기능층(10)은 동일하지 않은 형상을 갖는 공동 피처(12)를 포함한다. 동일한 형상을 갖는 동일한 구성이 더 제공될 수 있다.
도 4c에 나타낸 바와 같이 구성된 광학 요소(100)에 있어서, 저 Ri 클래딩(42)을 통해 제 2 매체를 향해 광을 투과시키기 위해, 입사광은 광학 공동 패턴(들)(11)에 의해 제 1 매체(111)로 결합되어 임계각(표면 법선에 비해)보다 더 작은 입사각을 달성한다. 또한, 상기 제 2 매체는 광 아웃커플링을 위해 구성된 광학 패턴 용액(도시하지 않음)을 포함하여 바람직한 배광 및 조명을 형성할 수 있다. 또한, 상기 제 2 매체는 광 방향 전환을 위해 특별히 구성된 광학 패턴이 없을 수 있으며; 따라서 상기 광학 패턴은 바람직한 각도 분포로 광을 아웃 커플링해야 한다.
광학 필터층(42)(개구 없음)을 하부층으로 포함하고 광학 기능층(10)이 추가로 상부에 있는 광학 장치를 제공하는 것은, 이러한 구조체가 하부 반사기로부터 반사된 광을 결합하여 제 1 매체(111)로 복귀시킬 수 있어 바람직한 배광이 형성된다는 장점을 갖는다.
따라서, 도 4c에 나타낸 광학 장치는 광학 필터(42)와 함께 인커플링된 광 전파를 위한 도광 매체(111)를 포함하여 배광 균일성 제어를 행한다. 상기 구성에 있어서, 공동 패턴은 패턴에 입사되는 광의 각도가 상기 매체의 임계각(≥θc) 이상이되도록 구성된다. 광학 패턴(11)은 완전 충전 또는 개별 충전으로 일정한 충전 인자를 갖는 균일한 패턴이 바람직하다. 가변적인 충전 인자는 바람직한 조명 또는 시그널 표시 객체를 지원할 수 있다.
조명 표면과의 광학 접촉하지 않는 광학 장치(100)의 광 추출면(추출된 광 (712)) 상에 반사 방지층(211)을 제공함으로써 프레넬 반사에 의한 미광을 최소화하는 것을 목표로 하는 기본 솔루션을 도 9를 참조하여 설명한다. 상기 AR층은 단일층 또는 다층 코팅 또는 AR 나노 구조층에 의해 형성된다.
단일 요소의 경우, 하나의 상면이 단일측 주변 조명을 위한 광 추출면인 경우, 상기 상면은 외부측에 AR층(211)(AR 코팅 또는 AR 패턴)이 제공될 수 있어 반대 방향으로의 바람직하지 않는 프레넬 반사를 최소화한다.
양면 조명 솔루션에 있어서, AR층(211)의 제공을 회피할 수 있다.
실시형태에 있어서, 투명 광학 장치(100)는 광학 기능층(10) 상에 배치된 적어도 하나의 반사 방지층(211)을 더 포함함으로써, 피처 패턴(11)은 광학 기능 또는 기능(들)면에서 상기 반사 방지층(211)와 협업하여 프레넬 반사를 방지하도록 구성된다. 일부 실시예에 있어서, 상기 반사 방지층(211)은 편광기를 포함할 수 있다.
한 면이 단일측 디스플레이용 광 추출면인 예를 들면, 디스플레이와 통합된 요소인 경우, 반대 방향에 대한 바람직하지 않은 프레넬 반사를 최소화하기 위해, 광학 결합 물질에 의해 디스플레이 표면에 광학 접촉을 갖는 라미네이션을 제공할 수 있다. 도 10은 디스플레이 표면 등의 조명 표면(51)의 적어도 일부와 광학 결합을 형성하도록 구성된 광학 접촉층(31)의 제공을 통해 프레넬 반사에 의한 미광을 최소화하는 것을 목표로 하는 기본 솔루션을 나타낸다.
상기 광학 접촉층은 예를 들면, 종래의 광학 접촉에 의해 조명 표면 또는 적어도 일부와 광학 접촉을 형성하도록 구성되고, 여기서 상기 표면은 임의의 접착제 또는 기계적 부착없이 함께 결합된다.
상기 광학 접촉층(31)은 전체 표면(51) 또는 상기 표면의 일부에 제공될 수있다. 일부 구성에 있어서, 상기 광학 접촉층(31)은 균일한 층으로 제공된다. 일부 다른 구성에 있어서, 상기 광학 접촉층(31)은 복수의 광학 기능적 피처(예를 들면, 광학 패턴, 추출 피처 등)를 포함하는 적어도 하나의 피처 패턴이 더 제공될 수 있다. 상기 패턴이 접촉되지 않는 경우, 가능한 한 조명된 표면(51)에 가깝게 적용되어야 한다. 광학 접촉에 있어서의 상기 패턴은 치수면에 있어서 육안으로 가시할 수 없을 정도로 작게 구성되는 것이 바람직하다.
일부 예에 있어서, 상기 광학 장치는 도광체(111)와 광학 결합(31)(도시하지 않음) 사이와 같은 모든 계면에서 추가 AR층을 더 포함할 수 있다. 이것은 프레넬 반사를 더욱 최소화할 수 있다.
따라서, 도 10은 도광 요소의 광 추출면 상의 광학 결합에 의해 프레넬 반사 미광을 최소화하기 위한 솔루션을 나타낸다. 광학 결합은 디스플레이 등의 조명 표면과 광학 접촉을 형성하며, 조명 표면의 전체 또는 부분 영역에서 활용될 수 있다. 광학 접촉은 광학 패턴, 추출 피처에 의해서도 형성될 수 있다. 도광체와 결합 사이의 모든 계면에서의 추가의 AR층, AR코팅 또는 AR패턴은 상기 프레넬 반사를 최소화할 수 있다.
실시형태에 있어서, 상기 광학 접촉층(31)은 조명 표면(51)과 비영구적인 광학 접속을 형성하도록 구성된다. 다른 실시형태에 있어서, 상기 광학 접촉층(31)은 조명 표면(51)과 영구적인 연결을 형성하도록 구성된다.
도 11은 주변 조명을 위한 투명 조명 요소로서 구성된 투명 광학 장치(100)를 나타낸다. 도 11에 나타낸 장치(100)는 도광 매체(101), 상기 도광 매체(101)의 한 면에 적층된 광 추출층(10) 및 외면에 반사 방지층(211)을 포함한다.
상기 광학 기능층(10)은 일정한 밀도 또는 점진적인 밀도를 갖는 적어도 하나의 추출 패턴을 포함한다. 상기 층(10)은 바람직하게는 개구를 갖는 광학 필터 층(41)으로서 구성되는 광학 필터층(저 Ri층)을 선택적으로 포함하는, 접착층(30)에 의해 도광 매체(101)에 적층될 수 있다.
도 12는 주변 조명을 위한 투명 조명 요소로서 구성된 투명 광학 장치(100)를 나타낸다. 도 12에 나타낸 장치(100)는 도광 매체(101), 상기 매체(101)의 한 면에 적층된 광 추출층(10) 및 상기 매체(101)의 다른 면에 커버(62)를 포함한다. 상기 커버는 외부측(광 추출면)에 AR층(211)이 더 형성된다. 상기 도광 매체는 광학 필터층(41, 42)(개구가 있거나 없음)이 최적으로 형성된 접착층(30)에 의해 커버(62)에 적층될 수 있다.
도 13은 디스플레이 조명용 투명 광학 장치(100)를 나타낸다. 스택은 도광 매체(101)의 한 면에 광학적 추출을 위한 광학적 기능층(10)을 갖는 도광 매체(101) 및 도광체의 다른 면에 개구(41, 42)가 있거나 없는 광학 필터층을 포함한다. 일부 구성에 있어서, 상기 스택은 예를 들면, 광학적으로 투명한 접착제(OCA)로 구성된 접착층(30)과 함께 광학적 기능층(10)과 도광 매체(101) 사이에도 저 Ri 클래딩, 바람직하게는 개구를 갖는 클래딩(층(41))으로 구성된 광학 필터층을 포함할 수 있다.
상기 스택은 저 Ri클래딩층(41/42)과 함께 제공되는 조명측에 광학 접촉층(31)을 더 포함할 수 있다. 상기 광학 접촉층(31)은 탄성적이고, 본질적으로 소프트한 광학 재료에 의해 형성된 비영구적 결합층으로서 구성되는 것이 바람직하다.
도 14는 디스플레이 조명용 투명 광학 장치(100)를 나타낸다. 일반적으로, 구성은 도 13에 나타낸 솔루션을 따른다. 그러나, 도 14에 나타낸 스택은 광학적 기능층(10)으로 적층된 커버 유리와 같은 커버(62)를 추가로 포함한다. 또한, 용액은 광학 기능층(10)과 커버 유리(62) 사이에 형성된 광학 필터층(41, 42)(개구가 있거나 없음)을 포함한다. 도 13과 동일하게, 상기 스택은 탄성적이고 본질적으로 소프트한 광학 재료에 의해 형성된 비영구적 결합층으로서 구성된 광학 접촉층(31)을 포함한다.
또한, 상기 도광체(111, 101)와 조명 표면(51)(디스플레이, 사이니지 또는 포스터) 사이의 광학 접촉(31)은 강성의 광학 물질로서 제공될 수 있다.
미광을 최소화하고 콘트라스트 비율을 높게 유지하기 위해, 상기 광학 접촉(31)은 조명된 표면(51)과 접촉하는 것이 중요하다. 상기 층(31)은 내구성이 있는 재료로 형성되어 (비영구적 용액에 대해) 다수의 개구에 대한 신뢰성을 달성하는 것이 바람직하다.
따라서, 실시형태에 있어서, 상기 투명 광학 장치(100)는 도광 매체(101)와 광학 기능층(10) 사이에 배치된 광학 필터층(41, 42)을 포함한다.
하나의 다른 양태에 있어서, 광 전파를 위해 구성된 도광 매체(101), 적어도 하나의 피처 패턴(11)이 적어도 광 아웃커플링 기능을 형성하도록 구성된 광학적 기능성의 내부 공동(12)으로서 제공되는 복수의 임베딩된 피처에 의해 광-투과성 캐리어 매체(111)에 형성된 적어도 하나의 광학적 기능적 피처 패턴(11), 및 조명 표면(51)과 비영구적의 재개구성 광학 접속을 형성하도록 구성된 광학 접촉층(31)을 포함하는 투명 광학 장치(100)가 제공된다.
실시형태에 있어서, 상기 장치(100, 100A)는 발광 다이오드(LED), 유기 발광 다이오드(OLED), 레이저 다이오드, LED 바, OLED 스트립, 마이크로 칩 LED 스트립 및 냉음극관으로부터 선택되는 적어도 하나의 광원(71)을 더 포함한다. .
실시형태에 있어서, 상기 광학 장치의 광학 투명성은 적어도 하나의 광원(71)으로부터 유도된 조명의 존재 및 부재 하에 형성된다.
실시형태에 있어서, 투명 광학 장치는 프론트라이트 조명 장치 또는 백라이트 조명 장치로 구성된다. 따라서 다른 모드들, 즉, 조명된 표면(51)/디스플레이의 상부의 투명 지향성 도광체에 의한 투명 모드(조명과 멈) 및 디스플레이의 후면 상의 투명한 도광체를 지닌 광마스크에 의한 불투명 모드(조명을 향함)로 스위칭할 수 있는, 투명한 프론트라이트와 백라이트를 지닌 하이브리드 조명을 얻을 수 있다.
패턴 프로파일 및 입사광의 각도 제어가 광 추출 효율성 및 미광 발생에 영향을 미친다는 사실을 도 5를 참조하여 설명한다.
따라서, 도 5는 하이브리드 솔루션에 의한 미광 최소화를 나타내고, 여기서 패턴 공동 프로파일(12)의 제 1 표면(121)은 표면 법선에 대해 임계각보다 작은 제한된 입사각으로 수광된 광을 결합함으로써 미광 등의 광 누설을 효과적으로 방지한다.
도 5의 상측의 다이어그램은 도 3e에 나타낸 솔루션의 예시일 수 있는 반면에, 하측의 것은 도 3f에 나타낸 솔루션의 예시일 수 있다.
특히, 제 1 표면(121)에 대해서 광학 공동(12)은 상기 표면에 도달하는 입사광의 각도 또는 각도 범위를 제어할 수 있도록 설계될 수 있다. 도 5에 있어서, 입사광 각도를 좁힘으로써 평평한 저면으로부터 미광 변화를 현저하게 감소시킬 수 있음을 확인할 수 있다. 26.5°각도로 입사된 광(강한 미광)을 나타내는 상부 도면과 19.4°각도로 입사된 광(최소화된 미광)을 나타내는 하부 도면을 비교하면, 미광을 최소화하는 점에서 현저한 개선을 나타낸다. 이것은 광추출 및 미광 감소의 측면에서의 개선을 산출하는데 매우 중요한 설계 기준이다.
상기 개선은 식에 의한 공동 프로파일 최적화, 특히 저부측 및/또는 공동 프로파일의 형상을 최적화하기 위해 진보된 식(도 3g, 3h)에 의해 달성될 수 있다. 상기 공동 프로파일의 제 1 표면은 상술의 식 2, 3에 의해 규정될 수 있다.
도광체에 있어서의 입사광 각도 범위의 제한은, 적어도 부분적으로 인커플링된광(제 1 표면(121)에서)을 콜리메이팅하거나 또는 상기 인커플링 영역에 있어서, 더욱 큰 각도(임계각에 비해)의 입사광으로 도달하는 광을 흡수함으로써 달성되고, 제어될 수 있다. 후자는 표면(121)에 반사 방지층(21)을 제공함으로써 달성된다(도 3d).
도 6은 패턴 공동 프로파일의 설계가 광 추출 효율성과 미광 발생에 영향을 미친다는 사실을 나타낸다. 도 6은 다음과 같이 공동 접촉각(마이크로 렌즈 솔루션으로 실현됨), 광 추출 효율성 및 미광 디벨로핑 간의 관계를 나타낸다: 광 강도 및 추출 분포에 대한 접촉 각도 영향의 설명을 제공한다; 다른 ML 접촉 각도에 대한 기본 시뮬레이션의 결과를 설명한다; 및 광 추출 및 강도 분포에 대한 차트를 제공한다(공간 종속성이 없음).
상기 광학 공동 프로파일(12) 및 특히 그것의 제 1 (입사)면은 최적화된 광 추출 및 미광 비율을 염두에 두고 설계되어야 한다. 에어 공동 마이크로 렌즈(도 3i-3l)는 종래의 마이크로 렌즈 솔루션에 비해 더 적은 미광을 디벨로핑시키고 더 높은 추출 효율성과 더 바람직한 (추출광) 분포를 갖는다는 점에서 유리하다. 상기 ML 프로파일의 접촉각은 추출 각도값, 추출 효율성 및 미광 레벨 측면에서 시뮬레이션된다.
도 7은 마이크로렌즈 광 추출 및 미광 감소의 점에서 광학 장치(100)(마이크로렌즈 공기-공동 설계)와 종래의 프론트라이트를 비교한다.
광학 장치(100)는 광학 필터(41 또는 42)(개구가 있거나 없는 저 Ri 클래딩)를 더 포함하는, 접착제(30), 바람직하게는 광학적으로 투명한 접착제(OSA)에 의해 광 흡수면(61)에 적층된 공동(12)(상부 또는 하부)을 갖는 광학적 기능층(10)으로 구성된 공기-공동 도광체를 포함하는 스택으로서 구성된다.
이와 같이, 도 7에, 종래의 마이크로렌즈 프론트라이트 솔루션은 각도 분포에 의한 광추출 효율성과 미광 비율 모두를 분석하여 공기-공동 마이크로렌즈 프론트라이트 솔루션과 비교하고, 여기서, 저면 및 상면은 각각의 분석을 위한 흡수층을 적용한다. 공기-공동 마이크로렌즈 프론트라이트로서 구성된 솔루션(100)은 종래의 솔루션에 비해 2.5배 높은 광추출, 더욱 양호한 분배 각도, 14배 이상의 양호한 미광 비율을 갖는다.
도 7은 패턴 프로파일이 최종 결과에 미치는 영향을 설명하는 실시예이다. 여기서, 주요 목표 중 하나는 반사에 의해 더 많은 미광을 유발할 수 있는, 임계 입사각을 통해 패턴 프로파일 내부의 광 투과를 방지하는 것이다.
도 8은 반사 방지(AR)층(21, 211)이 미광의 디벨로핑에 영향을 미치는 것을 나타낸다. A에서는 프레넬 반사에 의한 미광이 나타내어진다. B에서는 최소화된 프레넬 반사에 의해 개선된 미광을 나타낸다.
프레넬 미광을 최소화하는 관점에서 개선은 패턴 설계뿐만 아니라 공동의 내부면(21) 또는 결합 계면(211)에서와 같이, 내부(21) 및 외부(211) AR층 배치에 의해 제공될 수 있다. 상기 광학 장치(100, 100A)에 의해, 달성 가능한 미광값은 원래보다 20배 이상 저하시킬 수 있다.
상기 광학 패턴 공동 프로파일(12), 및 그것의 제 1 추출면 및 제 2 투과면은 내부 AR층(21)과 조합하여 설계되어 개선된 광 추출 및 미광 레벨을 달성할 수 있다(도 3d, 3k, 3l).
상기 AR층(21)은 단일층 코팅 또는 다층 코팅에 의해 형성될 수 있다. 또한, 상기 AR 나노 구조는 특히 공동 광학에서 활용될 수 있고, 여기서, 하나의 경사진 면은 합리적인 탈형 및 복제를 제공할 수 있다. 따라서, 표면에 있어서 AR층은 2개 방향으로 기능한다. 이어서, 패턴 프로파일은 광의 굴절과 반사 방지를 실행할 수 있는 하이브리드 구조를 갖는다(도 3d, 3k, 3l).
도 17은 미광, 상기 저면(들)으로부터의 광누설을 최소화하기 위한 광 방향 전환의 관점에서, 패턴 표면 프로파일(12)에 대한, 특히 그 저면 영역에 대한 설계 방법을 더 나타낸다. 계산은 진보된 식(3)에 따라 행해진다(도 3h에도 나타냄). 광선 트레이싱 모델(도 17, C)은 반대 표면을 통한 광의 투과를 더욱 나타낸다.
하나의 다른 양태에 있어서, 본 명세서에 기재된 바와 같은 투명 광학 장치(100, 100A)를 포함하는 투명 조명 물품이 제공된다. 상기 투명 조명 물품은 윈도우, 퍼사드 조명 및/또는 표시 요소, 지붕 조명 및/또는 표시 요소, 사이니지, 사인보드, 포스터, 마케팅 보드, 광고 보드 조명 및/또는 표시 요소 및 태양광 용도를 위해 구성된 조명 요소로서 구성될 수 있다.
또 다른 양태에 있어서, 상기 광학 장치 (100, 100A)의 용도는 조명 및 표시 솔루션에 제공된다. 특히, 장치(100, 100A)의 용도는 장식 조명, 차광 및 마스크 조명, 윈도우, 퍼사드 및 지붕 조명, 사이니지, 사인보드, 포스터, 마케팅 보드 및/또는 광고 보드 조명 및 표시를 포함하는 공공 및 일반 조명, 및 태양광 용도에 제공된다.
기술의 진보와 함께 본 발명의 기본 아이디어가 다양한 변형을 포함하도록 의도된다는 것은 당업자에게 명백하다. 따라서 본 발명 및 그 실시형태는 상술의 예에 제한되지 않고, 그 대신에 일반적으로 그들은 첨부된 청구 범위 내에서 변경될 수 있다.

Claims (39)

  1. 광 전파를 위해 구성된 도광 매체(101), 및
    광학적 기능성의 내부 공동(12)으로서 제공되는 복수의 임베딩된 피처에 의해 광 투과성 캐리어 매체(111)에 형성된 적어도 하나의 광학적 기능성의 피처 패턴(11)을 포함한 적어도 하나의 광학적 기능층(10)을 포함하는 투명 광학 장치(100)로서,
    상기 적어도 하나의 피처 패턴(11)은 패턴(11)에 소정의 인커플링된 배광을 형성하고 및/또는 광학 장치 및 그들 사이의 계면에 제공된 물질 및 요소의 굴절률을 변경함으로써 입사광 제어 기능 및 적어도 광 아웃커플링 기능을 행하도록 구성함으로써 미광이 최소화되어 상기 장치(100)의 광학 투명성이 형성되는 투명 광학 장치(100).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학적 기능층(10)의 광학 기능 또는 기능(들)은 상기 피처 패턴(11) 내의 공동(12)의 치수, 형상, 주기성 및 배치 중 적어도 하나에 의해 형성되고, 또한 상기 피처 패턴에 대한 충전 인자값에 의해 형성되는 투명 광학 장치(100).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    적어도 하나의 피처 패턴(11)의 공동(12)은 입사면(121) 및 출사면(122)을 포함하고, 상기 입사면(121)은 도달하는 입사광을 인커플링하여 광선이 출사면(122)을 향해 공동을 향하도록 구성하고, 상기 출사면(122)은 도달하는 광선을 수광하고 상기 공동 외부의 광선을 광투과 캐리어 매체(111)로 투과시켜 전파 및/또는 아웃 커플링하도록 구성되는 투명 광학 장치(100).
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 출사면(122)은 적어도 하나의 굴절 기능에 의해 광을 투과시키도록 구성되는 투명 광학 장치(100).
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입사면(121)은 소정의 입사각 또는 표면 법선에 대해 임계각 미만의 입사각의 범위로 도달하는 광을 인커플링하도록 구성됨으로써 아웃커플링된 프레넬 반사를 방지하는 투명 광학 장치(100).
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입사면(121)은 콜리메이션 기능에 의해 도달하는 광을 인커플링하고, 상기 출사면(122)을 제외한 임의의 다른 면을 히팅하는 것을 방지하면서, 공동을 통해 광을 전파하도록 광선이 상기 공동을 향하도록 더 구성되는 투명 광학 장치(100).
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    적어도 하나의 피처 패턴(11)의 공동(12)은 전반사(TIR) 기능을 통해 상기 입사면(121)에 도달하는 입사광을 아웃 커플링하도록 구성되는 투명 광학 장치(100).
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 피처 패턴(11)의 공동(12)은 공동 내부의 입사면(121)에 배치된 반사 방지층(21)을 포함하는 투명 광학 장치(100).
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 피처 패턴(11)의 공동(12)은 공동 내부의 출사면(122)에 배치된 반사 방지층(21)을 더 포함하는 투명 광학 장치(100).
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공동은 가스상 매체, 바람직하게는 공기에 의해 충전되는 투명 광학 장치(100).
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피처 패턴(11)에 있어서, 임베딩된 공동 피처(12)는 복수의 관련된 광 통로(13)와 교대로 나타나는 투명 광학 장치(100).
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 임베딩된 피처 패턴(11)은 캐리어 매체(111)의 패터닝된 층(111B)에 대해 배치된 캐리어 매체(111)의 완전히 편평한 평면층(111A)에 의해 형성된 라미네이트 구조에 의해, 광 투과성 캐리어 매체(111)에 형성됨으로써 복수의 광학적 기능성의 내부 공동(12)이 상기 층(111A, 111B) 사이의 계면에 형성되는 투명 광학 장치(100).
  13. 제 12 항에 있어서,
    광 투과성 캐리어 매체에 의해 형성된 층(111A, 111B) 사이의 계면에 배치된 반사 방지층(21)을 더 포함하는 투명 광학 장치(100).
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 임베딩된 광학 공동 피처는 그루브, 리세스, 도트 및 픽셀로 이루어지는 군으로부터 선택되고, 상기 공동 피처(12)는 바이너리형, 블레이즈드형, 경사형, 프리즘형, 사다리꼴형, 반구형 프로파일 등으로부터 선택되는 크로스와이즈의 프로파일을 갖고, 상기 피처는 선형, 곡선형, 파형, 정현파형 등으로부터 선택되는 랭스와이즈의 형상을 갖는 투명 광학 장치(100).
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 피처 패턴(11)은 복수의 불연속의 피처 프로파일 및/또는 복수의 적어도 부분적으로 연속하는 피처 프로파일을 포함하는 하이브리드 패턴 인 투명 광학 장치(100).
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 피처 패턴(11)은 광 투과성 캐리어 매체(111) 내에 완전히 인티그레이팅 및/또는 임베딩되는 투명 광학 장치(100).
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학적 기능층(10) 상에 배치된 적어도 하나의 반사 방지층(211)을 더 포함함으로써 그 광학적 기능 또는 기능(들)의 점에서, 상기 피처 패턴(11)은 상기 반사 방지층(211)과 협업하여 프레넬 반사를 방지하도록 구성되는 투명 광학 장치(100).
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 반사 방지층은 편광자를 포함하는 투명 광학 장치(100).
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도광 매체(101) 및 상기 광학적 기능층(10)은 광학 폴리머 및/또는 유리인 투명 광학 장치(100).
  20. 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도광 매체(101)의 적어도 한 면 상에 배치되고, 그 전체면 커버리지 또는 소정 영역을 걸쳐 적어도 하나의 광학 기능을 제공하는 적어도 하나의 광학 필터층(41, 42)을 더 포함하고, 상기 광학 필터층의 적어도 하나의 광학 기능은 적어도 그것을 형성하는 물질의 관점에서, 반사, 투과, 편광, 및 굴절로부터 선택되는 투명 광학 장치(100).
  21. 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 필터층(41, 42)은 상기 광학적 기능층(10)을 형성하는 물질의 굴절률보다 낮은 굴절률, 바람직하게는 상기 도광 매체(101)를 구성하는 물질의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 기판 재료로 형성되는 투명 광학 장치(100).
  22. 제 1 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 필터층은 클래딩, 코팅 또는 필름인 투명 광학 장치(100).
  23. 제 1 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 필터층(41, 42)은 반사성의 전반사층 구조로서 구성되는 투명 광학 장치(100).
  24. 제 1 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 필터층(41, 42)은 도광 매체(101)의 양면에 배치되는 투명 광학 장치(100).
  25. 제 1 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 필터층(41, 42)은 상기 도광 매체(101)와 상기 광학적 기능층(101) 사이에 배치되는 투명 광학 장치(100).
  26. 제 1 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 필터층(41)은 광 투과를 가능하게 하는 복수의 광학 개구(41A)를 포함하고, 상기 개구는 상기 광학 필터층의 소정 위치 내에 배치되거나 또는 상기 광학 필터층의 전체면을 따라 및/또는 전체면을 가로질러 연장되는 투명 광학 장치(100).
  27. 제 1 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,
    조명 표면(51)의 적어도 일부와 광학 결합을 형성하도록 구성된 광학 접촉층(31)을 더 포함하는 투명 광학 장치(100).
  28. 제 1 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 접촉층(31)은 복수의 광학적 기능성의 피처를 포함하는 적어도 하나의 피처 패턴이 선택적으로 제공되는 균일층인 투명 광학 장치(100).
  29. 제 1 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 접촉층(31)은 상기 조명 표면(51)과 비영구적인 광학 연결을 형성하도록 구성되는 투명 광학 장치(100).
  30. 제 1 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 접촉층(31)은 상기 조명 표면(51)과 영구적인 접속을 형성하도록 구성되는 투명 광학 장치(100).
  31. 제 1 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 있어서,
    발광 다이오드(LED), 유기 발광 다이오드(OLED), 레이저 다이오드, LED 바, OLED 스트립, 마이크로 칩 LED 스트립 및 냉음극관으로부터 선택되는 적어도 하나의 광원(71)을 더 포함하는 투명 광학 장치(100).
  32. 제 1 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 투명성은 상기 적어도 하나의 광원(71)으로부터 유래된 조명의 존재 및 부재 하에 형성되는 투명 광학 장치(100).
  33. 제 1 항 내지 제 32 항 중 어느 한 항에 있어서,
    프론트라이트 조명 장치 또는 백라이트 조명 장치로서 구성되는 투명 광학 장치(100).
  34. 광 전파를 위해 구성된 도광 매체(101),
    도광 매체의 적어도 한 면에 배치되고, 적어도 광학 필터층을 구성하는 물질에 의해 그 전체 표면 커버리지 또는 소정 영역을 걸쳐 형성된 적어도 하나의 광학 기능을 제공하는 광학 필터층(41, 42)을 포함하는 투명 광학 장치(100A)로서,
    상기 광학 필터층(41, 42)은 도광 매체를 구성하는 재료의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 재료로 형성된 연속층이고,
    상기 광학 필터층(41, 42)은 반사, 투과, 편광 및 굴절로부터 선택되는 적어도 하나의 광학 기능에 의해 상기 투명 광학 장치를 통해 전파되는 광선의 산란을 최소화하도록 구성되는 투명 광학 장치(100A).
  35. 제 34 항에 있어서,
    상기 광학 필터층(41)은 광 투과를 가능하게 하는 복수의 광학 개구(41A)를 포함하고, 상기 개구는 상기 광학 필터층의 소정 위치 내에 배치되거나 또는 상기 광학 필터층의 전체 표면을 따라 및/또는 전체 표면을 가로질러 연장되는 투명 광학 장치(100A).
  36. 광 전파를 위해 구성되는 도광 매체(101),
    광학적 기능성의 내부 공동(12)으로서 제공된 복수의 임베딩된 피처에 의해 광 투과성 캐리어 매체(111)에 형성된 적어도 하나의 광학적 기능성의 피처 패턴(11)을 포함하는 적어도 하나의 광학적 기능층(10)으로서, 상기 적어도 하나의 피처 패턴(11)은 적어도 광 아웃커플링 기능을 행하도록 구성되는 광학적 기능층(10), 및
    조명 표면(51)과 비영구적이고 재개방 가능한 광학 연결을 형성하도록 구성된 광학 접촉층(31)을 포함하는 프론트라이트 조명용의 투명 광학 장치(100).
  37. 제 1 항 내지 제 36 항 중 어느 한 항에 기재된 투명 광학 장치(100, 100A)를 포함하는 투명 조명 물품.
  38. 제 37 항에 있어서,
    윈도우, 퍼사드 조명 및/또는 표시 요소, 지붕 조명 및/또는 표시 요소, 사이니지, 사인보드, 포스터, 마케팅 보드, 광고 보드 조명 및/또는 표시 요소, 및 태양광 용도를 위해 구성된 조명 요소로서 구성되는 투명 조명 물품.
  39. 제 1 항 내지 제 36 항 중 어느 한 항에 기재된 투명 광학 장치(100, 100A)의 용도로서,
    장식 조명, 차광 및 마스크, 윈도우, 퍼사드 및 지붕 조명을 포함하는 공용 및 일반 조명, 사이니지, 사인보드, 포스터, 마케팅 보드 및/또는 광고 보드 조명 및 표시, 및 태양광 용도로 이루어지는 군으로부터 선택되는 조명 및 표시에 있어서의 용도.
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