(57)【要約】  本出願は、光アイソレータ素子に関する。本出願では簡単かつ低費用で形成できる光アイソレータ度が優秀な光アイソレータ素子が提供される。このような光アイソレータ素子は、例えば、光通信やレーザー光学分野、セキュリティー、私生活保護の分野だけでなく、ディスプレイの輝度向上のための部材や隠蔽・掩蔽が要求される軍製品分野などに適用され得る。
2021505941.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光制御フィルム、第１および第２光路変更素子を順に含み、
前記第１光路変更素子は、正方向入光面に第１角度の入射角で入射した入射光を前記第１角度とは異なる第２角度の出射角で出射させ、正方向出光面に前記第２角度で入射した光を前記第１角度で出射させ、
前記第２光路変更素子は正方向入光面に第２角度の入射角で入射した入射光を第１角度の出射角で出射させ、正方向出光面に第１角度の入射角で入射した入射光を第２角度または第３角度の出射光で出射させ、
前記光制御フィルムは、正方向入光面または正方向出光面に前記第１角度の入射角で入射した入射光は透過させ、前記第１角度とは異なる角度で入射した光は遮断する、光アイソレータ素子。
【請求項２】
前記第１光路変更素子は、正方向入光面に第１角度の入射角で入射した入射光を前記第１角度と異なる第２角度の出射角の出射光のみで出射させる、請求項１に記載の光アイソレータ素子。
【請求項３】
前記第２光路変更素子は、正方向出光面に第１角度の入射角で入射した入射光を第２角度の出射角の出射光および第３角度の出射角の出射光のみで出光させる、請求項１または２に記載の光アイソレータ素子。
【請求項４】
前記第１角度は−９０度超過〜９０度未満範囲内の角度であり、
前記第２角度は−６５度〜−５度または５度〜６５度の範囲内の角度であり、
前記第３角度は前記第２角度と同じ大きさの角度を有し、符号が反対である角度である、請求項１から３の何れか一項に記載の光アイソレータ素子。
【請求項５】
前記第１光路変更素子および前記第２光路変更素子は線形の単位プリズム構造が一面に複数形成されているプリズムフィルムである、請求項１から４の何れか一項に記載の光アイソレータ素子。
【請求項６】
前記プリズムフィルムは屈折率が５５０ｎｍ波長の光を基準として１．３５〜１．７０の範囲内である、請求項５に記載の光アイソレータ素子。
【請求項７】
前記第１光路変更素子の単位プリズム構造の断面は不等辺三角形の形態であり、前記第２光路変更素子の単位プリズム構造の断面は二等辺三角形の形態である、請求項５または６に記載の光アイソレータ素子。
【請求項８】
前記第１光路変更素子の単位プリズム構造の断面は直角三角形の形態である、請求項７に記載の光アイソレータ素子。
【請求項９】
前記光制御フィルムは吸収型ルーバーフィルムである、請求項１から８の何れか一項に記載の光アイソレータ素子。
【請求項１０】
光制御フィルム、第１プリズムフィルム、および第２プリズムフィルムを順に含み、
前記第１プリズムフィルムおよび第２プリズムフィルムはそれぞれの一面に単位プリズム構造を一つ以上含み、
前記単位プリズム構造は正方向出光面側に頂角を有する三角形断面の形態を有し、
前記第１プリズムフィルムの単位プリズム構造の断面は不等辺三角形の形態であり、
前記第２プリズムフィルムの単位プリズム構造の断面は二等辺三角形の形態である、光アイソレータ素子。
【請求項１１】
前記不等辺三角形の形態は直角三角形の形態である、請求項１０に記載の光アイソレータ素子。
【請求項１２】
前記光制御フィルムは吸収型ルーバーフィルムである、請求項１０または１１に記載の光アイソレータ素子。
【請求項１３】
請求項１から１２の何れか一項に記載された光アイソレータ素子を少なくとも２個以上含み、前記光アイソレータ素子が直列に配置されている構造を有する、光アイソレータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願との相互引用］
本出願は２０１７年１２月１５日付大韓民国特許出願第１０−２０１７−０１７３３３５号および２０１８年１２月１０日付大韓民国特許出願第１０−２０１８−０１５８３２６号に基づいた優先権の利益を主張し、該当韓国特許出願の文献に開示されたすべての内容は本明細書の一部として含まれる。
【０００２】
［技術分野］
本出願は光アイソレータ素子に関する。
【背景技術】
【０００３】
光アイソレータ装置は、正方向での光透過率が逆方向での光透過率に比べて高い装置であり、光ダイオード（ｏｐｔｉｃａｌ  ｄｉｏｄｅ）とも呼ばれる。光アイソレータ装置は、光通信やレーザー光学分野で不要な反射光を防ぐことに使われ得、その他にも建物や自動車ガラスに適用されてセキュリティーや私生活の保護などに使われてもよい。また、光アイソレータ装置は多様なディスプレイでの輝度向上のために、または隠蔽・掩蔽が要求される軍用製品などにも適用され得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本出願は光アイソレータ素子および光アイソレータ装置に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本出願に関する一例において、本出願は光アイソレータ素子に関する。図１および図２を参照して本出願の発明を説明すれば下記の通りである。
【０００６】
本明細書で用語「光アイソレータ素子」とは、正方向に入射した光の透過率が逆方向に入射した光の透過率に比べて相対的に大きくなるように構成された素子を意味し得る。前記正方向（Ｆｏｒｗａｒｄ  ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）は光アイソレータ素子に入射した光の透過率が最も大きい方向を意味し得、逆方向（Ｂａｃｋｗａｒｄ  ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）は光アイソレータ素子に入射した光の透過率が最も低い方向を意味し得る。前記正方向の透過率Ｆと逆方向の透過率Ｂの比率（Ｂ／Ｆ）は０．７以下、０．６以下または０．５以下であり得、下限は特に制限されるものではないが、例えば０以上、または０超過であり得る。本出願で入光面は光アイソレータ素子の正方向に入射する光が入射する面を意味し得、出光面は光アイソレータ素子の正方向に入射する光が出射する面を意味し得る。
【０００７】
本明細書で用語「透過率」、「位相差値」、「反射率」および「屈折率」などのように、光学的物性に関する基準波長は、光アイソレータ素子または光アイソレータ装置を使ってアイソレートさせようとする光により決定され得る。例えば、本出願の素子または装置を利用して可視光領域の光をアイソレートさせようとする場合に前記透過率などは例えば、４００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲内のいずれか一つの波長または約５５０ｎｍ波長の光を基準とした数値であり得、赤外線領域の光をアイソレートさせようとする場合に前記透過率などは例えば、７００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内のいずれか一つの波長または約８５０ｎｍ波長の光を基準とした数値であり得、紫外線領域の光をアイソレートさせようとする場合には前記透過率などは例えば、１００ｎｍ〜４００ｎｍの範囲内のいずれか一つの波長または約３００ｎｍ波長の光を基準とした数値であり得る。
【０００８】
本出願で用語「入射角」は、特に別途に規定しない限り、入光面の法線を基準として測定された角度であり得る。この時、前記法線を基準として時計回り方向に測定された角度は正数（＋）で、反時計回り方向に測定された角度は負数（−）で表示する。また、本出願で用語「出射角」は、特に別途に規定しない限り、出光面の法線を基準として測定された角度であって、前記法線を基準として時計回り方向に測定された角度は正数（＋）で、反時計回り方向に測定された角度は負数（−）で表示する。
【０００９】
本出願で、角度（ｄｅｇｒｅｅ、°）を表す値は誤差範囲を考慮した値であり得る。前記角度を表す値は例えば、垂直、平行、入射角および／または出射角などを意味し得、前記誤差範囲は±１度、±２度、±３度、±４度または±５度の範囲内であり得る。
【００１０】
本出願は光アイソレータ素子に関する。本出願の光アイソレータ素子は光制御フィルム、第１光路変更素子、および第２光路変更素子を含むことができる。
【００１１】
一つの例示において、前記光路変更素子および光制御フィルムはそれぞれ入光面と出光面を有することができ、光制御フィルムの出光面と第１光路変更素子の入光面は互いに対向し得る。
【００１２】
もう一つの例示において、第１光路変更素子の出光面と第２光路変更素子の入光面は互いに対向することができる。
【００１３】
一つの例示において、前記素子は光制御フィルム、第１光路変更素子、および第２光路変更素子を順に含むことができる。
【００１４】
もう一つの例示において、前記光制御フィルムの出光面と第１光路変更素子の入光面は互いに接することができる。
【００１５】
もう一つの例示において、前記第１光路変更素子の出光面と第２光路変更素子の入光面は互いに接することができる。
【００１６】
本明細書で用語「光路変更素子」は入射する光の経路を変更できる光学素子を意味し得る。例えば、光路変更素子は入射光を屈折または回折させて光の進行経路を変更できる素子を意味し得る。また、用語「光制御フィルム」は所定の角度で入射した入射光のみを透過させるフィルムを意味し得る。
【００１７】
前記第１光路変更素子は、正方向入光面に第１角度の入射角で入射した光を第２角度の出射角で出射させることができる素子であり得る。また、前記第１光路変更素子は、正方向出光面に第２角度の入射角で入射した光を第１角度の出射角で出射させることができる素子であり得る。前記で第１および第２角度は互いに異なる角度であり得る。
【００１８】
前記第２光路変更素子は正方向入光面に第２角度の入射角で入射した入射光を第１角度の出射角で出射させることができ、正方向出光面に第１角度の入射角で入射した入射光を第２角度および／または第３角度の出射光で出射させることができる光学素子であり得る。一つの例示において、前記第２角度と第３角度は大きさが同一または異なり得る。もう一つの例示において、前記第２角度と第３角度は符号が互いに異なる角度であり得る。もう一つの例示において、前記第３角度は第２角度と同じ大きさの角度を有し、第２角度と異なる符号を有することができる。
【００１９】
一方、前記光制御フィルムは、正方向入光面または正方向出光面に第１角度の入射角で入射した入射光は透過させ、前記第１角度とは異なる角度で入射した入射光は遮断させることができる光学素子であり得る。この時、前記遮断は吸収または反射を意味し得る。
【００２０】
一つの例示において、前記第１光路変更素子は正方向入光面に第１角度の入射角で入射した入射光を前記第１角度とは違った第２角度の出射角の出射光のみで出射させることができる。「第１光路変更素子が前記正方向入光面に第１角度の入射角で入射した入射光を第２角度の出射角の出射光のみで出射させる」とは、前記第１角度の入射角で入射する入射光Ｉ１のうち、第２角度の出射角で出射する出射光Ｉ２の比率（Ｉ２／Ｉ１）が１０％以上、２０％以上、３０％以上、４０％以上、５０％以上、６０％以上、７０％以上、８０％以上、９０％以上、または９５％以上である場合を意味し得、最も理想的には１００％である場合を意味し得る。
【００２１】
本出願の一例において、第２光路変更素子は正方向出光面に第１角度の入射角で入射した入射光を第２角度の出射角の出射光および第３角度の出射角の出射光のみで出光させることができる。「第２光路変更素子が前記正方向出光面に第１角度の入射角で入射した入射光を第２角度の出射角の出射光および第３角度の出射角の出射光のみで出光させる」とは、前記正方向出光面に第１角度の入射角で入射した入射光Ｌ１のうち、第２角度の出射角の出射光Ｌ２および第３角度の出射角の出射光Ｌ３で出射する光の和に対する比率（（Ｌ２＋Ｌ３）／Ｌ１）が８０％以上、８５％以上、９０％以上または９５％以上である場合を意味し得、最も理想的には１００％である場合を意味し得る。
【００２２】
一つの例示において、前記第１角度は−９０度超過〜９０度未満（−９０度〜９０度）の角度であり得る。例えば、前記第１角度は−８０度以上、−７０度以上、−６０度以上、−５０度以上、−４０度以上、−３０度以上、−２０度以上、−１０度以上または−５度以上である。または前記第１角度は例えば、８０度以下、７０度以下、６０度以下、５０度以下、４０度以下、３０度以下、２０度以下、１０度以下または５度以下であり得る。一つの例示において、前記第１角度は、実質的に約０度であり得る。
【００２３】
一つの例示において、前記第２角度は５度以上でありながら６５度以下（５度〜６５度）であり得る。前記第２角度は他の例示において、５度以上、１０度以上、１５度以上、２０度以上、２５度以上、３０度以上、３５度以上または４０度以上であり得る。または前記第２角度は６５度以下、６０度以下、５８度以下、５６度以下、５４度以下、５２度以下または５０度以下であり得る。一つの例示において、前記第２角度は実質的に約４５度であり得る。
【００２４】
もう一つの例示において、前記第２角度は、−６５度以上でありながら−５度以下（−６５度〜−５度）であり得る。前記第２角度は他の例示において、−５度以下、−１０度以下、−１５度以下、−２０度以下、−２５度以下、−３０度以下、−３５度以下または−４０度以下であり得る。または前記第２角度は−６５度以上、−６０度以上、−５８度以上、−５６度以上、−５４度以上、−５２度以上または−５０度以上であり得る。一つの例示において、前記第２角度は実質的に約−４５度であり得る。
【００２５】
一つの例示において、前記第３角度は前記第２角度と同じ量（大きさ）を有し、符号が反対の角度であり得る。例えば、前記第２角度が正方向入光面または正方向出光面の法線に対して時計回り方向の値であれば、前記第３角度は正方向入光面または正方向出光面の法線に対して反時計回り方向の値であり得る、また、前記第２角度が正方向入光面または正方向出光面の法線に対して反時計回り方向の値であれば、前記第３角度は正方向入光面または正方向出光面の法線に対して時計回り方向の値であり得る。
【００２６】
本出願の光アイソレータ素子は前記第１〜第３角度を満足する構造を具現して、入光面に入射した光の透過率が出光面に入射した光の透過率に比べて相対的に高い素子を具現することができる。また、これを通じて両方向に入射する光の透過率が非対称である光学素子を具現することができる。
【００２７】
図１は、本出願に関する一例により、本出願の光アイソレータ素子とそれによる光路変更を概略的に図示する。図１を参照すると、本出願の光アイソレータ素子１は、光制御フィルム１０、第１光路変更素子２０および第２光路変更素子３０を含むことができる。前記光制御フィルム１０の正方向入光面に第１角度の入射角で入射する入射光１００は、前記光制御フィルム１０を透過した後、第１光路変更素子２０の正方向入光面に入射する、前記第１光路変更素子２０は正方向入光面に第１角度の入射角で入射する入射光１００を第２角度の出射角の出射光２００として出射することができる。前記第２角度の出射光２００は第２光路変更素子３０の正方向入光面に入射し、前記第２光路変更素子３０の正方向入光面に第２角度の入射角で入射する入射光２００は第１角度の出射角の出射光３００として出射することができる。
【００２８】
その反面、本出願光アイソレータ素子１で、第２光路変更素子３０の正方向の出光面に対して入射する第１角度の入射光４００は、第２角度の出射光５００および／または第３角度の出射光７００として出射することができる。前記第２角度の出射光５００および第３角度の出射光７００は、第１光路変更素子２０の正方向出光面にそれぞれ第２角度の入射光５００および第３角度の入射光７００として入射し、このうち第２角度の入射光５００は前記第１光路変更素子２０で第１角度の出射光６００として出射するが、第３角度の入射光７００は第１角度ではない異なる角度の出射光７００として出射する。前記第１光路変更素子２０で出射する光のうち、第１角度で出射する出射光６００は光制御フィルム１０を透過して出射するが、第１角度ではない角度で出射する出射光７００は光制御フィルム１０により遮断されて光アイソレータ素子１の逆方向に出射することができない。本出願の光アイソレータ素子は前記のように光の経路を調節して両方向の透過率が異なる素子を具現することができる。
【００２９】
本出願の一例において、第１光路変更素子および第２光路変更素子は線形の単位プリズム構造が一面に複数形成されているプリズムフィルムであり得る。本出願で用語「プリズム」は、光が入射する平たい表面を有する多面体状の光学素子を意味し得、光を屈折させたり反射する透明な固体材料で形成された透明な光学素子を意味し得る。第１光路変更素子および第２光路変更素子の入光面または出光面に入射する光の経路を前述した光路のように変更できるものであれば、前記プリズムの形状は特に制限されない。例えば、本出願ではプリズムの稜線（方向）に直交する垂直断面の形状が三角形であるプリズムを使うことができる。この時、各光路変更素子内で、複数であるプリズムの稜線が平行するように配置されているようにプリズムが形成され得る。このような配置を線形プリズム配列と称することができる。
【００３０】
一つの例示において、第１光路変更素子は、「第１光路変更素子に含まれる各プリズムの入光面に第１角度の入射角で入射した入射光の光幅Ａ」と「前記各プリズムで第２角度の出射角で出射する出射光の光幅Ｂ」とが異なるように出射させることができる素子であり得る。前記光幅は、前記第１角度の入射角で入射する入射光および前記第２角度の出射角で出射する出射光に対して垂直な方向で観察した前記入射光および／または出射光の幅を意味し得る。例えば、第１光路変更素子が（稜線方向に直交する）垂直断面の形状が不等辺直角三角形であるプリズムを含み、直角をなす辺のうち一つの面（底辺）が入光面と一致する場合、第１角度の入射角で正方向に入射する入射光の光幅Ａと前記第１角度の入射角で第１光路変更素子に入射して第２角度の出射角で出射する出射光の光幅Ｂとが異なり得る。このような場合、第１光路変更素子の正方向入光面に第１角度の入射角で入射する入射光は、光量を維持しつつ第２角度の出射角で出射するようにすることができるのに比べて、第１光路変更素子の正方向出光面に第２角度の入射角で入射する入射光は、光幅の差によって入射光の光量のうち一部のみが第１角度の出射角で出射するようにすることができる。これを通じて正方向の透過率と逆方向の透過率の差を高めることができる。
【００３１】
前記第１光路変更素子の各プリズムの入光面に第１角度の入射角で入射した入射光の光幅Ａと前記各プリズムで第２角度の出射角で出射する出射光の光幅Ｂの比率（Ａ／Ｂ）は、０．０００１以上であり得る。前記比率（Ａ／Ｂ）は、０．０００１以上、０．０００２以上、０．０００３以上、０．０００４以上、０．０００５以上、０．０００６以上、０．０００７以上、０．０００８以上、０．０００９以上または０．００１以上であり得、上限は特に制限されるものではないが、例えば、１以下であり得る。前記第１光路変更素子の各プリズムの入光面に第１角度の入射角で入射した入射光の光幅Ａと前記各プリズムで第２角度の出射角で出射する出射光の光幅Ｂの比率（Ａ／Ｂ）が前記範囲を満足する場合、正方向に入射する光を高い透過率で出射させながらも逆方向に入射する光の透過率を低くすることができる。
【００３２】
一つの例示において、本出願の光アイソレータ素子に含まれるプリズムは屈折率が１．２〜１．８の範囲以内であり得る。前記屈折率はメトリコン製造プリズムカプラーを使って波長５５０ｎｍで測定した値を意味し得る。前記プリズムの屈折率は第１光路変更素子および／または第２光路変更素子の厚さに応じて適切な範囲で調節され得る。例えば、前記範囲内で前記プリズムの屈折率は１．２０以上、１．２５以上、１．３０以上、１．３５以上、１．４０以上、１．４５以上、１．５０以上、１．５５以上、または１．６０以上であり得、１．８０以下、１．７５以下、１．７０以下、または１．６５以下であり得る。前記屈折率を満足する範囲内で第１光路変更素子および／または第２光路変更素子は所定の入射光を優秀な効率で目的とする角度で出射させることができる。
【００３３】
一つの例示において、前記第１光路変更素子が有する単位プリズム構造の断面と第２光路変更素子が有する単位プリズム構造の断面とは互いに異なり得る。この時、断面とは，プリズムの稜線（方向）に直交する垂直断面を意味し得る。前記光路変更素子は複数の単位プリズムを含むことができ、この時、各単位プリズムの稜線は平行するように配列され得る。
【００３４】
例えば、前記第１光路変更素子に含まれる単位プリズム構造の断面は不等辺三角形の形態であり、第２光路変更素子に含まれる単位プリズム構造の断面は二等辺三角形の形態であり得る。
【００３５】
本出願で単位プリズム構造の断面が三角形の形態であるプリズムは三角形プリズムと呼称され得る。例えば、プリズムの稜線に直交する垂直断面の形状が三角形であるプリズムを意味し得、より具体的には前記垂直断面の形状が一つの底辺と二つの斜辺を有する三角形状であるプリズムを意味し得る。本出願で、底辺は正方向入光面または逆方向入光面であり得、または正方向入光面または逆方向入光面の一部を形成することができる。
【００３６】
本出願で用語「不等辺三角形プリズム」は、プリズムの稜線に直交する垂直断面の三角形の形状のうち、（少なくとも）二つの斜辺の長さが互いに異なる三角形であるプリズムを意味し得る。本出願で用語「二等辺三角形」は、二つの斜辺が実質的に同じ長さを有する三角形を意味し得る。二等辺三角形が実質的に同じ長さを有するとは、実際に二つの斜辺が同じ長さを有するだけでなく、所定範囲内の誤差、例えば両斜辺の長さの差がいずれか一つの斜辺の長さの５％以内である場合を含む意味で使われ得る。この時、前記言及された不等辺または二等辺三角形の断面を説明するために使われた斜辺を除いた辺は底辺と呼称され得、底辺は正方向入光面または逆方向入光面であり得、または正方向入光面または逆方向入光面の一部を形成することができる。
【００３７】
例えば、前記第１光路変更素子に含まれる単位プリズム構造の断面は直角三角形の形態であり得る。前記直角三角形の形態は一つの底辺と一つの斜辺が直交する形態の三角形を意味し得る。前記底辺と一つの斜辺が直交するとは、底辺と斜辺が形成する角度が約９０度であることを意味し得、前記角度は前述した誤差範囲を考慮した角度であり得る。
【００３８】
一つの例示において、第１光路変更素子に含まれるプリズムの頂角は５度〜１２０度の範囲内であり得る。前記頂角は不等辺プリズムの二つの斜辺が形成する角を意味し得る。例えば、第１光路変更素子に含まれるプリズムは、前記頂角を満足し、不等辺三角形の断面を有することができる。例えば、前記範囲内で、第１光路変更素子に含まれるプリズムの頂角は、１０度以上、１５度以上、２０度以上、２５度以上、３０度以上、３５度以上、４０度以上、４５度以上、５０度以上、５５度以上または６０度以上であり得、その上限は１１５度以下、１１０度以下、１０５度以下、１００度以下、９５度以下、９０度以下、８５度以下、８０度以下、７５度以下、６５度以下または６０度以下であり得る。または例えば、第１光路変更素子に含まれるプリズムは、前記頂角を満足する直角三角形の断面を有することができる。第１光路変更素子として所定の断面形態の三角形プリズムを含むプリズムフィルムを使うことによって、入光面に第１角度の入射角で入射した光を第２角度の出射角で出射させることができ、出光面に第２角度の入射角で入射した入射光を第１角度で出射させることができる。
【００３９】
他の例示において、第２光路変更素子に含まれるプリズムは頂角が５度〜１２０度の範囲内であるプリズムであり得る。例えば、第２光路変更素子に含まれるプリズムは、前記頂角を満足する三角形の断面を有することができる。例えば、第２光路変更素子に含まれるプリズムは、前記頂角を満足する二等辺三角形の断面を有することができる。すなわち、前記頂角は三角形断面のプリズムで、二つの斜辺が形成する角を意味し得、例えばその下限は１０度以上、１５度以上、２０度以上、２５度以上、３０度以上、３５度以上、４０度以上、４５度以上、５０度以上、５５度以上または６０度以上であり得、その上限は１１５度以下、１１０度以下、１０５度以下、１００度以下、９５度以下、９０度以下、８５度以下、８０度以下、７５度以下、６５度以下または６０度以下であり得る。前記三角形プリズムまたは前記二等辺三角形プリズムの頂角が前記範囲を満足する場合、前記プリズムの入光面に第２角度の入射角で入射する光を第１角度の出射角で出射させることができ、前記プリズムの出光面に第１角度の入射角で入射した入射光を第２角度または第３角度の出射光で出射させることができる。前記プリズムの出光面に第１角度で入射した入射光を第３角度の出射光で出射する場合、前記第３角度の出射光は後述する光制御フィルムによって遮断され得る。これを通じて光アイソレータ素子の出光面に入射する光が入射面に出射しないようにすることができ、逆方向透過率を低くすることができる。
【００４０】
一つの例示において、複数のプリズム単位構造が光路変更素子に含まれる場合、プリズム単位構造は互いに連結された構造を有することができる。
【００４１】
一つの例示において、前記光路変更素子は大きさと形態が同じである複数の単位プリズム構造を含むことができる。
【００４２】
一つの例示において、本出願の光アイソレータ素子に含まれる光制御フィルムは吸収型ルーバーフィルムであり得る。前記吸収型ルーバーフィルムは所定の角度で入射する入射光のみを透過させ、その異なる角度で入射する入射光を吸収するルーバーフィルムであり得る。前記光制御フィルムとして吸収型ルーバーフィルムを使って、所定角度の光のみを透過させることができ、これを通じて逆方向に入射する光の透過率を低くすることができる。
【００４３】
前記光制御フィルムに適用される吸収型ルーバーフィルムは、複数のルーバーが前述した第１角度と平行な方向に形成されていてもよい。ルーバーが第１角度と平行な方向に形成されているとは、第１角度で入射する光を透過させることができるように形成されていることを意味し得る。前記第１角度と平行な方向は前述した誤差範囲を含む方向を意味し得る。前記吸収型ルーバーフィルムが第１角度と平行な方向に形成されている場合、第１光路変更素子の入光面に出射する第１角度の光を透過させることができ、前記第１角度と異なる角度で出射する光は遮断させることができる。
【００４４】
本出願に適用されるルーバーフィルムを製造する方法は特に制限されるものではない。例えば、前記ルーバーフィルムは光透過部および光吸収部を含むことができる。前記光透過部は高い光透過率を有する重合体で製造され得、このような重合体としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、ＵＶ光線などの化学線で硬化可能な樹脂などが使われ得る。このような樹脂の例としては、セルロース樹脂（例えば、セルロースアセテートブチレート、トリアセチルセルロースなど）、ポリオレフィン樹脂（例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなど）、ポリエステル樹脂（例えば、ポリエチレンテレフタレートなど）、ポリスチレン、ポリウレタン、ポリビニルクロライド、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂などが挙げられる。前記光吸収部は光を吸収する材料で形成されたフィルムを付着したり、または前記光透過部に光を吸収する材料を蒸着して形成することができる。このような材料の例としては、（１）カーボンブラックなどの黒色または灰色顔料または染料などの暗い色相の顔料または染料、（２）アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）およびクロム（Ｃｒ）等の金属、（３）前記金属の酸化物および（４）カーボンブラックなどの暗い色相の顔料または染料を含有する前述した重合体などが挙げられる。
【００４５】
一つの例示において、本出願の光アイソレータ素子に含まれる光制御フィルムの厚さは１μｍ〜４００μｍの範囲内であり得る。前記光制御フィルムの厚さは、１μｍ以上、２μｍ以上、３μｍ以上、４μｍ以上、５μｍ以上、６μｍ以上、７μｍ以上または８μｍ以上であり得、４００μｍ以下、３９０μｍ以下、３８０μｍ以下、３７０μｍ以下、３６０μｍ以下または３５０μｍ以下であり得るが、これに制限されるものではない。
【００４６】
他の例示において、第１光路変更素子および／または第２光路変更素子の厚さは５μｍ〜５００μｍの範囲内であり得る。前記第１光路変更素子および／または第２光路変更素子の厚さは５μｍ以上、６μｍ以上、７μｍ以上または８μｍ以上であり得、５００μｍ以下、４９０μｍ以下、４８０μｍ以下、４７０μｍ以下、４６０μｍ以下、４５０μｍ以下、４４０μｍ以下、４３０μｍ以下、４２０μｍ以下、４１０μｍ以下または４００μｍ以下であり得るが、これに制限されるものではない。例えば、前記光路変更素子は、底辺から頂点までの距離が前記厚さ範囲を満足できる三角形プリズムを含むことができる。または前記光路変更素子は前記厚さ範囲を満足するフィルム内に前述されたプリズムを含む構造を有することができる。
【００４７】
本出願に関する他の一例において、光アイソレータ素子は光制御フィルム、第１プリズムフィルム、および第２プリズムフィルムを順に含むことができる。
【００４８】
前記第１および第２プリズムフィルムは、それぞれの一面に一つ以上の単位プリズム構造が線形で形成されているフィルムであり得る。単位プリズム構造は、前述された断面状を有することができるプリズム構造体であって、方向性を有する稜線を有する。複数のプリズム単位構造は各構造の稜線が互いに平行し得るように配列されてプリズムフィルムを形成することができる。
【００４９】
一つの例示において、前記単位プリズム構造の各断面は、前述した通り、三角形の形状を有することができ、三角形の形状が有する底辺が互いに連結された構造を有することができる。この場合、各単位プリズム構造が有する断面三角形の中で底辺に該当する部分は、プリズムフィルムの入光面、出光面またはこれらの一部を形成することができる。
【００５０】
一つの例示において、第１および／または第２プリズムフィルムは同じ構造の単位プリズム構造を複数個含むことができる。例えば、第１プリズムフィルムは図２に図示された構造のうち、一つの断面を有するプリズム構造が繰り返されたものであり得る。
【００５１】
前記第１および第２プリズムフィルムの単位プリズム構造は、それぞれのプリズムフィルムの正方向出光面に頂角を有するように形成されていてもよい。例えば、前記第１プリズムフィルムの単位プリズム構造の断面は不等辺三角形の形態であり、第２光路変更素子の単位プリズム構造の断面は二等辺三角形の形態であり、頂角が正方向出光面に向かうようにまたは正方向出光面と接するように構成され得る。
【００５２】
プリズムフィルムおよび光制御フィルムに関する具体的な説明は前述と同じであるため、省略する。
【００５３】
本出願はまた、光アイソレータ装置に関する。本出願の光アイソレータ装置は前述した光アイソレータ素子を少なくとも一つ以上含むことができる。用語「光アイソレータ装置」とは、光アイソレータ素子を含む装置であって、光アイソレータ機能を有する。したがって、光アイソレータ装置も正方向に入射した光の透過率が逆方向に入射した光の透過率に比べて相対的に大きくなるように構成されており、このとき、アイソレーション度、正方向透過率および逆方向透過率の範囲は前記光アイソレータ素子で言及した内容を同様に適用することができる。
【００５４】
光アイソレータ装置は、前述した光アイソレータ素子を１個または２個以上含むことができる。光アイソレータ素子が２個以上含まれる場合に各光アイソレータ素子は、正方向に沿っていずれか一つの光アイソレータ素子を透過した光が他の光アイソレータ素子の第１光路変更素子側に入射できるように配置され得る。このような方式で複数の光アイソレータ素子が正方向に直列に配置され得る。このように複数個の光アイソレータ素子を適用することによって、光アイソレーション度をより向上させることができる。理論的に正方向に複数の光アイソレータ素子を透過する光は損失なく継続して透過されるが、逆方向に透過する光の場合、１／２の指数倍で継続的に減少する。したがって、光アイソレータ素子の数を制御することによって、光アイソレーション度を最大化することができる。
【００５５】
一つの例示において、光アイソレータ装置で正方向に入射した光の透過率と逆方向に入射した光の透過率の比率は、下記の数式１によるアイソレーション度（ＩＲ、ｉｓｏｌａｔｉｏｎ  ｒａｔｉｏ）による時、約３ｄＢ以上であり得る。
【００５６】
［数式１］
ＩＲ＝１０×ｎ×ｌｏｇ（Ｆ／Ｂ）
【００５７】
数式１でＩＲはアイソレーション度であり、ｎは光アイソレータ装置内に含まれる後述する光アイソレータ素子の個数であり、Ｆは正方向に光アイソレータ装置に入射した光の透過率であり、Ｂは逆方向に光アイソレータ装置に入射した光の透過率である。
【００５８】
光アイソレータ装置の正方向に入射した光の透過率は約５０％以上、約５５％以上、約６０％以上、約６５％以上、約７０％以上、約７５％以上、約８０％以上、約８５％以上、約９０％以上または約９５％以上であり得る。前記正方向透過率の上限は約１００％であり得る。また、光アイソレータ装置の逆方向に入射した光の透過率は、約５０  ％以下、約５０％未満、約４５％以下、約４０％以下、約３５％以下、約３０％以下、約２５％以下、約２０％以下、約１５％以下、約１０％以下、約５％以下または約１％以下であり得る。前記逆方向透過率の下限は約０％程度であり得る。
【００５９】
前記のような光アイソレータ装置は追加的な構成を含んでもよい。例えば、前記光アイソレータ装置は、前述した光アイソレータ素子に含まれ得るものの他に必要な場合、追加的に光の経路を制御できるプリズムまたは反射板のような光経路制御器をさらに含むことができる。
【００６０】
また、光アイソレータ装置は必要な場合、前記以外に追加的な光学要素を含むことができる。例えば、光アイソレータ装置は、ルーバープレートのような光学要素を含むことができる。
【００６１】
このようなルーバープレートなどは、例えば、正方向に進行する光が最終的に出射する側、例えば前述した第２光路変更素子の前方および／または後方に存在することができる。
【発明の効果】
【００６２】
本出願では、正方向への透過率が高く、光アイソレーション度が優秀な光アイソレータ素子および光アイソレータ装置が提供される。このような光アイソレータ素子または装置は、例えば、光通信やレーザー光学分野、セキュリティー、私生活保護の分野だけでなく、ディスプレイの輝度向上のための部材および隠蔽・掩蔽などが要求される軍事用の製品に適用され得る。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本出願に係る光アイソレータ素子の構造を示す模式図。
【図２】本出願の一例に係る光路変更素子と関連して、使用可能なプリズムの断面を概略的に図示したものであって、点線の部分は三角形断面の底辺、θは前記断面の形状を説明するために図示された頂角。
【発明を実施するための形態】
【００６４】
以下、実施例を通じて本出願を詳細に説明する。しかし、本出願の範囲は下記に提示された範囲によって制限されるものではない。
【００６５】
［実施例１］
Ｂｒｅａｕｌｔ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ、Ｉｎｃ社の光学モデリングソフトウェアＡＳＡＰ  Ｐｒｏ  ２０１４  Ｖ１  ＳＰ１およびＳｙｎｏｐｓｙｓ社の光線追跡シミュレーションソフトウェアｌｉｇｈｔ  ｔｏｏｌｓを使って、図１のような光経路を有することができるように光アイソレータ素子をモデリングし、両方向の透過率、ＦとＢ、そしてアイソレーション度に関する数値をシミュレーションした。モデリングされた光アイソレータ素子１は、光制御フィルム１０、第１光路変更素子２０、および第２光路変更素子３０が順に積層された構造を有するようにした。具体的には、光制御フィルム１０は屈折率１．５の樹脂の内部に吸収層ルーバーが光進行方向に水平に形成されており、第１光路変更素子２０は屈折率が１．５２であり、正方向出光面側に形成された頂角が５２度である直角三角形プリズムアレイを形成した素子であり、第２光路変更素子３０は屈折率が１．５２であり、正方向出光面側に形成された頂角が５９度である二等辺三角形プリズムアレイで構成される。そして、前記光制御フィルム１０、第１光路変更素子２０および第２光路変更素子３０はそれぞれ厚さを２００μｍに設定し、前記光制御フィルム１０、第１光路変更素子２０、および第２光路変更素子３０がラミネーションを通じて一つのフィルム形態に製作された姿をコンピュータモデリングし、両方向の透過率、ＦとＢ、そしてアイソレーション度をそれぞれ計算した。
【００６６】
その結果、正方向透過率Ｆは１００％であり、反対方向に光を透過させて確認した逆方向透過率Ｂは５０％であった。また、数式１によるアイソレーション度（ＩＲ）は約３．０１であった。
【００６７】
［実施例２］
第１光路変更素子２０として、屈折率が１．６２であり、正方向出光面側に形成された頂角が４８度である不等辺プリズムアレイを使い、第２光路変更素子３０として、屈折率が１．６２であり、正方向出光面側に形成された頂角が５７度である二等辺三角形アレイを使ったことを除いては、実施例１と同じ構造の積層された構造をモデリングした。
【００６８】
その結果、得られた正方向透過率Ｆは１００％であり、反対方向に光を透過させて確認した逆方向透過率Ｂは１％であった。また、数式１によるアイソレーション度（ＩＲ）は約２０であった。
【００６９】
前記実施例１および２のシミュレーション結果を通じて、本出願の光アイソレータ素子が正方向透過率と逆方向透過率が大きな差を示すことを確認することができ、光アイソレーション度が優秀な光アイソレータ素子を形成できることを確認することができる。
【符号の説明】
【００７０】
１：光アイソレータ素子
１０：光制御フィルム
２０：第１光路変更素子
３０：第２光路変更素子
１００：正方向に入射する第１角度の入射光
２００：正方向に出射する第２角度の出射光
３００：正方向に出射する第１角度の出射光
４００：逆方向に入射する第１角度の入射光
５００：逆方向に出射する第２角度の出射光
６００：逆方向に出射する第１角度の出射光
７００：逆方向に入射し、光制御フィルムで遮断される入射光
【図１】
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【図２（ａ）】
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【図２（ｂ）】
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【図２（ｃ）】
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【図２（ｄ）】
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【図２（ｅ）】
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【国際調査報告】
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