KR100756255B1 - 도광 램프용 광 추출기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유용한 표면, 즉 사용시에 도광 램프(1)의 발광 표면(5)에 대면하는 표면이 확산 포인트(10)의 미리 정해진 분포 및 반사 포인트(9)의 보상 분포를 포함하는 도광 램프(1) 용의 광 추출기(8)를 제공한다. 광 추출기(8)는 미리 선택된 특성을 갖는 조명을 얻을 수 있게 한다. 본 발명은 고도로 균일한 조명을 얻을 수 있도록 포인트의 분포를 결정하는 방법을 또한 제공한다.
Description
본 발명은 도광 램프(light guide lamp)용 광 추출기에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 확산기 및 이 확산기를 포함한 도광 램프와, 광 추출기 상의 확산 포인트의 주 전파 방향에 따르는 분포(distribution)를 결정하기 위한 방법, 및 이 방법의 단계들을 수행하기에 적합한 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 광 추출기 및 실크 스크린의 제조 방법에 관한 것이다.
본 명세서 및 특허 청구의 범위에 있어서 사용되는 용어의 정의는 다음과 같다.
- "확산기"는 광이 부분적으로 안내되고 부분적으로 배출되도록 하기 위해 광 추출기(light extractor)가 설치된 도광체 구조(light guide structure)를 의미한다.
- "확산 포인트"는 입사 광선이 표면의 국부 휨각(local bending angle) 내에서 반사되는 광선 그룹을 발생하는 광학 특성을 가진 표면의 한 포인트를 의미하고, 따라서 점광원에 필적하며, 원리적으로 홀이 또한 사용될 수 있다.
- 용어 "방향"은 곡선 방향을 포함하는 의미로 사용된다.
공지의 도광 램프는 하나 이상의 광원에 의해 발생되어 광 통로, 즉, 적어도 일부는 투명하고 적어도 일부는 내측으로 반사하는 표면을 가진 폐쇄 구조에 조사되는 광을 제공한다. 광선은 그 구조 내에서 일련의 연속 반사를 통해 전파하고 다소간의 점진적인 방식으로 그로부터 배출된다. 내부 전반사막(또는 TIR 막)을 사용하여 얻어진 도광체들이 특히 효과적이다.
상기 TIR 막은 예를 들면 유럽 특허 EP 0 225 123에서 공지되어 있으므로 그 상세한 설명은 상기 유럽 특허를 참조하도록 한다. 상기 TIR 막의 예로는 브랜드 명 OLF(Optical Lighting Film)로써 미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩츄어링 캄퍼니에서 생산하여 판매하고 있는 것이 있다. 이들은 대략 삼각형의 단면을 가진 일련의 평행한 마이크로 릴리브가 표면에 형성되어 있는 가용성 시트 또는 테이프의 형상을 갖는다. 상기 TIR 막은 투명한 운반자 물질(carrier material)의 표면에 적용될 수 있고, 상기 마이크로 릴리브는 전파 방향(propagation direction)으로 향함과 동시에 외부로 향하고 있기 때문에 효과적인 도광체를 형성한다. 사실상, 상기 막의 광학 특성 때문에, 및 예컨대 미국 특허 제4,805,984호(보다 상세한 설명은 이 문헌을 참조함)에 개시되어 있는 바와 같이, 주 전파 방향에 대하여 소정의 임계각(θmax)보다 더 작은 각을 형성하는 빛은 항상 내부적으로 반사되고, 주 전파 방향에 대하여 상기 임계각(θmax)보다 더 큰 각을 형성하는 빛은, 수직선에 대하여 각도 θ에 의존하는 특정 각도보다 더 작은 각도로 상기 TIR 막에 입사될 경우, 내부적으로 반사된다. 따라서, 현재의 정의와는 반대로, 이하의 설명 및 청구범위에 있어서 표면에 대한 광선의 입사각은 그 표면에 접하는 평면에 대하여 상기 광선에 의해 형성된 것으로 한다.
각도 θmax는 TIR 막의 특성에 의존하고, 전술한 OLF 막의 경우에는 27.6°이다.
도광 램프에서 사용되는 또하나의 물질로는 예컨대 미국 특허 제5,882,774호에 개시되어 있는 소위 다층 광학막이 있다.
광 추출기라고 하는 특수한 소자는 도광체에서 이동하는 광의 일부의 확산을 제어하도록 도광체 내에 삽입되어 있고, 그에 따라서 광선의 일부가 벗어나서 도광체로부터 배출되는 각도로 상기 TIR 막에 입사되게 한다.
이를 위해, 공지의 광 추출기는 전형적으로 백색의 확산면을 포함하고 있고, 도광체의 축방향에 배열된 3차원 본체(예컨대 이탈리아 특허 출원 제TO98A000513호 참조) 또는 도광체의 내부 표면에 적용된 2차원 본체(예컨대 유럽 특허 출원 제EP-A-1006312호 참조)로 이루어져 있다.
본 발명에 있어서의 기술적 과제는 미리 선택된 특징을 갖는 조명, 예를 들면 고도로 균일한 조명을 얻을 수 있게 하는 도광 램프용 광 추출기를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 제1 태양은 도광 램프용 광 추출기에 관한 것으로, 그 특징은 그 유용한 표면이 확산 포인트의 미리 정해진 분포 및 반사 포인트의 보상 분포(complementary distribution)를 포함한다.
본 명세서 및 특허 청구의 범위에 있어서, 용어 "유용한 표면"은 광 추출기 의 사용시에 도광 램프의 발광 표면에 대면하는 표면을 의미한다.
확산 포인트의 분포 -및 그에 따라 반사 포인트의 보상 분포- 를 제어함으로써, 반사 포인트로의 입사광은 반사를 통해 전파하고 확산 포인트로의 입사광은 램프로부터 부분적으로 배출되는 그러한 각도로 벗어나기 때문에, 도광 램프에 광 추출기를 사용할 때에, 소망하는 결과에 기초하여, 광 확산 특성을 포인트마다(point by point) 제어할 수 있게 된다.
유익하게, 상기 유용한 표면은 반사 기저층 및 이 반사 기저층 상의 확산 포인트의 미리 정해진 분포를 포함한다.
이와 같이 함으로써, 광 추출기의 제조는 단순화된다.
더욱 바람직하게, 상기 반사 기저층은 TIR 막의 마이크로 프리즘이 없는 측면을 포함한다. 특히, 반사 기저층은 전술한 OLF 막 또는 광학 다층막으로 구성할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 미리 정해진 분포의 인접하는 확산 포인트는 광 인입단으로부터 그 반대측 단까지 주 전파 방향을 따라 감소된 거리에 있다.
단일 조명 시스템을 갖는 도광 램프에서 사용되는 그러한 추출기는 주 전파 방향을 따라 균일한 조명을 제공한다.
다른 실시예에 있어서, 확산 포인트의 분포는 주 전파 방향에 수직한 중간축에 대하여 대칭이다.
그러한 추출기는 2개의 단부에서 2개의 대칭하는 조명 시스템을 가진 도광 램프에 특히 유용하다.
이 경우에, 특히 바람직한 방법으로, 포인트 분포의 인접하는 확산 포인트는 추출기의 각 단부로부터 주 전파 방향에 수직한 중간축까지 감소된 거리에 있다.
그러한 추출기는 주 전파 방향을 따라 균일한 조명을 제공한다.
유익하게, 확산 포인트의 미리 정해진 분포는 실크 스크린 인쇄를 통해 반사 기저층에 각인된다.
실크 스크린 인쇄는 확산 포인트간의 허용가능한 작은 거리에 있어서 비흡수성 표면 상에서도 임의의 포인트 분포를 쉽게 달성할 수 있게 한다.
본 발명의 제2 태양은 도광 램프용의 확산기에 관한 것으로, 이 확산기는 전술한 바와 같은 광 추출기를 포함하고, 또한 주 전파 방향을 따라서 소정의 임계각보다 더 큰 각을 형성하는 광선을 투과하고 상기 소정의 임계각보다 더 작은 각으로 입사하는 광선을 내부적으로 반사하는 발광 표면을 포함한다.
전형적으로, 상기 발광 표면은 투명 지지층 및 이 투명 지지층에 도포된 내부 전반사막을 포함한다.
바람직하게, 상기 내부 전반사막은 외측으로 향하고 주 전파 방향에 평행하게 방향지어진 마이크로 릴리브를 구비하고 있다.
특히 전술한 OLF에 의해 상기 TIR 막에서 방출된 광은 마이크로 릴리브의 세로 방향에 대하여 고정된 출력각을 가지며, 이러한 구성에 의해 상기 각에 의해 야기된 그림자의 시각적 인식을 최소화 할 수 있다.
바람직하게, 광 추출기는 직선, 반원, 반타원, 포물선, 반포물선으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 단면, 또는 고차 곡선(higher-order curve)에 따른 단면을 가지며, 발광 표면은 직선, 반원, 반타원, 포물선, 반포물선으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 단면, 또는 고차 곡선에 따른 단면을 갖는다.
또한, 바람직하게, 주 전파 방향에 수직한 평면에서 광 추출기와 발광 표면 사이의 최대 거리는 주 전파 방향으로 광 추출기의 길이의 수분의 1이고, 더 바람직하게는 약 1/20이다.
이와 같이 함으로써, 광은 충분히 적은 수의 입사 및 저 손실로 전파한다.
본 발명의 또다른 태양은 전술한 바와 같은 확산기와, 발광 표면의 임계각 보다 더 작은 각으로 상기 확산기에 광을 투영하기에 적합한 조명 시스템을 포함하는 도광 램프에 관한 것이다.
제일 먼저 발광 표면에 입사하여 확산기에 투영되는 광선은 내부 전반사되고, 제일 먼저 광 추출기에 입사하는 광선은 이들이 확산 포인트에 입사하는지 또는 반사 포인트에 입사하는지에 따라서 반사되거나 확산된다.
본 발명의 또다른 태양은, 광원으로부터의 광을 소정의 임계각보다 더 작은 각으로 확산기에 투영하기에 적합한 조명 시스템을 가진 도광 램프용의 확산기에 있어서, 상기 임계각보다 더 작은 각으로 전파하는 광선을 투과시키고 상기 임계각보다 더 큰 각으로 전파하는 광선을 내부적으로 반사시키는 발광 표면에 결합되는 광 추출기의 유용한 표면상에서, 확산 포인트의 주 전파 방향에 따르는 분포를 결정하고 나머지 부분에서는 반사시키는 방법에 관한 것이고, 이 방법은,
(a) 분포의 제1 포인트를 미리 선택된 유형의 궤적을 따라서 전파하는 광선의 조명 시스템에 가장 가까운 광 추출기 상의 최종 입사 포인트로서 설정하는 단 계와,
(b) 분포의 제2 포인트를 미리 선택된 유형의 궤적을 따라서 전파하는 광선의 조명 시스템으로부터 가장 멀리 있는 광 추출기 상의 최종 입사 포인트로서 설정하는 단계와,
(c) 포인트 분포의 각 포인트에 대하여, 그 분포의 새로운 포인트를, 분포의 미리 선택된 포인트에 배열된 제1 점광원 및 분포의 다음 인접 포인트에 배열된 제2 점광원에 의해 동일하게 조명된 광 추출기의 포인트로서 반복적으로 결정하는 단계를 포함하며, 상기 점광원의 광도는 광원의 광도 및 미리 선택된 유형의 궤적의 특성 거리의 함수로써 정해진다.
이와 같이 하여 정해진 광 분포를 갖는 광 추출기는, 그 사용시에, 주 전파 방향을 따라 충분히 균일한 조명을 얻을 수 있게 한다.
바람직하게, 상기 단계 (a), (b), (c)에 있어서, 궤적 유형은 확산기 내에서의 반사 횟수에 기초하여 분류된다.
특히, 단계 (c)에 있어서, 상기 미리 선택된 유형의 궤적이 광 추출기에 직접 도달하는 도광 램프의 광원으로부터의 광선으로 구성될 때, 각 점광원의 광도는 광원의 광도에 광 추출기의 흡수 확산 계수를 곱하고 광원으로부터 소스 포인트의 포인트까지의 거리를 제곱한 값으로 나눔으로써 결정된다.
따라서, 유도된 조직적 구성은 각각의 확산 포인트가 각각의 각도에서 일정한 방출을 행하고 광선의 입사각과는 무관한 것으로 간주되는 구성으로 된다.
반대로, 단계 (c)에 있어서, 상기 미리 선택된 유형의 궤적이, 광원으로부터 의 광선이 발광 표면에 의해서 및 선택적으로 광 추출기에 의해서 1회 반사된 후에 광 추출기에 도달하는 광선으로 구성될 때, 각 점광원의 광도는, 상기 광원의 광도에 광 추출기의 흡수 확산 계수를 곱하고, 발광 표면상으로의 각 반사에 대하여 그 발광 표면의 흡수 반사 계수를 곱하며, 광 추출기상으로의 각 반사에 대하여 그 추출기의 흡수 반사 계수를 곱하고, 광원으로부터 제1 반사 포인트까지를 고려한 광선 부분의 주 전파 방향에 따른 투영 거리의 제곱값으로 나눔으로써 결정된다.
따라서, 계산을 간단히 하기 위하여, 발광 표면은 추출기에 배열된 것으로 간주한다.
바람직하게, 상기 방법은,
(d) 상이한 유형의 궤적에 대하여 상기 단계 (a), (b), (c)를 통해 적어도 포인트의 제2 분포를 결정하는 단계와,
(e) 상기 포인트의 각각의 제2 분포를 상기 포인트들의 분포에 부가하는 단계를 더 포함한다.
이렇게 함으로써, 궤적의 유형이 증가할 때 그 정확도가 증가하고, 얻을 수 있는 조명의 균일성이 더 증가한다.
또한, 추출기가 제1 조명 시스템에 반사하는 제2 조명 시스템을 구비한 도광 램프에 삽입되어 그 반대측 단부에 배열되는 경우에, 상기 방법은,
(f) 포인트 분포의 각 포인트의 반사 포인트를 포인트 분포에 부가하는 단계를 더 포함한다.
또한, 바람직하게, 상기 방법은,
(g) 추출기의 주 전파 방향에 수직한 방향을 따라 일정 간격으로 포인트의 분포를 반복하는 단계를 더 포함한다.
이렇게 함으로써, 추출기는 확산 포인트의 띠(stripe)의 분포를 나타내고, 조명은 주 전파 방향에 수직한 평면에서 또한 충분히 균일하게 된다.
더 바람직하게, 상기 방법은, 상기 단계 (g)의 재현 중에,
(g1) 포인트의 분포를 주 전파 방향의 전방 및 후방으로 일정 간격에 맞춰 교대로 실행하는 단계를 더 포함한다.
이와 같이 함으로써, 추출기의 물리적 실시에 의해 부과된 최소 거리 이내의 포인트들 간의 거리를 감소시킬 수 있다.
바람직하게, 상기 방법은,
(h) 바로 인접한 포인트들로부터 미리 설정된 최소 거리보다 더 큰 거리를 나타내는 포인트들을 포인트의 분포로부터 거부하는 단계를 더 포함한다.
이렇게 함으로써, 추출기의 물리적 실시의 경우보다 더 높은 정확성을 갖는 분포를 얻는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 또다른 태양은 프로그램이 컴퓨터에서 구동될 때 상기 방법의 단계들을 수행하기에 적합한 프로그램 코드 수단을 포함하는 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다.
유리한 매개 변수적 실시에 있어서, 컴퓨터 프로그램은 이하의 매개 변수 중 하나 이상을 입력으로 수신하는 수단을 포함한다.
- 추출기가 결합되는 발광 표면의 임계각,
- 추출기의 형상 및/또는 크기,
- 추출기가 결합되는 발광 표면의 형상 및/또는 크기,
- 추출기가 결합되는 발광 표면으로부터 추출기의 최대 거리,
- 추출기가 결합되는 조명 시스템의 광원의 수, 유형, 광도 및 특성,
- 포인트 분포의 포인트들간의 최소 거리,
- 추출기의 흡수 반사 계수,
- 추출기의 흡수 확산 계수,
- 추출기가 결합되는 발광 표면의 흡수 반사 계수,
- 고려되는 궤적의 유형(들) 또는 고려되는 반사의 최대수.
다중 시뮬레이션의 관리를 용이하게 하기 위하여, 컴퓨터 프로그램은 파일에 들어있는 매개 변수들을 세이브하는 수단 및 파일로부터 상기 매개 변수들을 로딩하는 수단을 포함할 수 있다.
바람직하게, 컴퓨터 프로그램은 이하의 사항들 중에서 하나 이상의 출력을 발생한다.
- 분포의 포인트들의 좌표,
- 기본 간격(elementary interval)에서 분포의 포인트들의 백분율 밀도,
- 미리 설정된 매개 변수의 리포트,
- 포인트 분포의 그래픽 표시,
- 인쇄기, 특히 실크 스크린 인쇄기에 의해 판독 가능한 포맷으로 되어 있는 분포의 포인트들의 파일,
- 추출기와 발광 표면 사이의 미리 설정된 최대 거리 및 발광 표면의 미리 설정된 임계각의 함수로써, 추출기가 적용되는 도광 램프의 각 조명 시스템의 기하학적 배치.
테이블 포맷, 그래픽 표시 및 설정된 매개 변수의 리포트는 다중 시뮬레이션에서 유용하고; 인쇄기에서 판독 가능한 포맷의 파일, 예컨대 AutocadTM 및 MacIntoshTM은 추출기 제조 단계에 통합될 수 있으며, 기하학적 배치는 통상적으로 조명 시스템의 반사 포물면의 촛점을 결정하는 것과 일치하며, 따라서 발광 표면의 임계각보다 더 작게 확산기로 광을 투영하는 필요조건을 충족시킨다.
전형적으로, 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터 판독가능 수단으로 구현될 수 있다.
본 발명의 다른 태양은 광원으로부터의 광을 소정의 임계각(θmax)보다 더 작은 각으로 확산기에 투영하기에 적합한 적어도 하나의 조명 시스템을 가진 도광 램프용의 확산기에 있어서, 상기 임계각(θmax)보다 더 작은 각으로 전파하는 광선을 투과시키고 상기 임계각(θmax)보다 더 큰 각으로 전파하는 광선을 내부적으로 반사시키는 발광 표면에 결합되는 광 추출기의 유용한 표면상에서, 확산 포인트의 주 전파 방향에 따르는 분포를 결정하고 나머지 부분에서는 반사시키는 방법에 관한 것이고, 이 방법은,
(a) 추출기의 유용한 표면의 주 전파 방향에 따르는 미리 선택된 길이의 각 간격에 대하여 확산 포인트 밀도 변수(diffusing-points-density variable)를 정의 하는 단계와,
(b) 발광 표면의 주 전파 방향에 따르는 미리 선택된 길이의 각 간격에 대하여 광도 변수(luminosity variable)를 정의하는 단계와,
(c) 발광 표면의 각 간격의 광도 변수의 값을 추출기의 확산 포인트 밀도 변수의 함수로서 표현하는 단계와,
(d) 추출기의 확산 포인트 밀도 변수의 값을 발광 표면의 모든 간격의 광도 변수의 값과 서로 동일하게 되도록 계산하는 단계를 포함한다.
전술한 첫번째 방법에 있어서, 상기와 같이 하여 결정된 광의 분포를 가진 광 추출기는 사용시에 주 전파 방향에 따르는 충분히 균일한 조명을 얻을 수 있다.
전술한 방법의 바람직한 실시예에 있어서,
- 상기 단계 (a)는 확산 포인트 밀도 변수의 값을 영(0)으로 미리 설정하는 보조 단계(a1)를 포함하고,
- 상기 단계 (b)는 광도 변수의 값을 영(0)으로 미리 설정하는 보조 단계(b1)를 포함하며,
- 계산 단계 (d)는 이하의 단계, 즉,
(d1) 단계 (c)에서 표현된 발광 표면의 각 간격의 광도 변수의 값을 추출기의 확산 포인트 밀도 변수의 현재값에 따라서 평가하는 단계와,
(d2) 추출기의 확산 포인트 밀도 변수의 값을 개별적으로 증가시키는 단계와,
(d3) 단계 (d1)에서 평가된 발광 표면의 모든 간격의 광도 변수의 값들이 서 로 동일하게 될 때까지 상기 단계 (d1) 및 (d2)를 순환적으로 반복하는 단계를 포함한다.
바람직하게, 상기 광도 변수를 표현하는 단계 (c)는,
(c1) 적어도 하나의 조명 시스템에 의해 투영된 광을 각각 초기 광도값을 가진 유한 갯수의 광선으로 분할하는 단계와,
(c2) 발광 표면의 각 간격의 광도 변수를, 주 전파 방향에 대하여 그 임계각(θmax)보다 더 큰 각으로 상기 발광 표면에 입사하는 각 광선의 최종 광도의 값만큼 증가시키는 단계를 포함하고, 여기에서,
* 추출기의 간격으로 각 광선의 입사시에, 광선이 반사되는지 또는 확산되는지의 평가가 각각의 확산 포인트 밀도 변수의 값에 기초하여 이루어지고,
** 광선이 반사되는 경우에, 그 반사된 광선의 광도값은 입사 광선의 광도값을 추출기의 흡수 반사 계수와 곱하여 얻어지고,
** 광선이 확산되는 경우에, 각각의 확산 광선의 광도값은 입사 광선의 광도값을 추출기의 흡수 확산 계수와 곱하여 얻어지며,
* 주 전파 방향에 대하여, 그 임계각(θmax)보다 더 작은 각으로 발광 표면에 입사되는 각각의 입사시에, 반사 광선의 광도값은 입사 광선의 광도값을 발광 표면의 흡수 반사 계수와 곱하여 얻어진다.
바람직하게, 상기 방법은,
(e) 추출기의 주 전파 방향에 수직한 방향을 따라 일정 간격으로 포인트의 분포를 반복하는 단계를 더 포함한다.
이와 같이 함으로써, 추출기는 확산 포인트의 띠의 분포를 나타내고, 조명은 주 전파 방향에 수직한 평면에서 또한 충분히 균일하게 된다.
더 바람직하게, 상기 방법은, 상기 단계 (e)의 재현 중에,
(e1) 포인트의 분포를 일정 간격에 맞춰 주 전파 방향의 전방 및 후방으로 교대로 행하는 단계를 더 포함한다.
이렇게 함으로써, 추출기의 물리적 실시에 의해 부과된 최소 거리 이내의 포인트들간의 거리를 감소시킬 수 있다.
바람직하게, 상기 방법은,
(f) 바로 인접한 포인트들로부터의 미리 설정된 최소 거리보다 더 큰 거리를 나타내는 포인트들을 포인트의 분포로부터 거부하는 단계를 더 포함한다.
이렇게 함으로써, 추출기의 물리적 실시보다 더 높은 정확성을 갖는 분포를 얻는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 또다른 태양은 전술한 광 추출기를 제조하기 위한 방법에 관한 것이고, 이 방법은,
(a) 반사 기저층을 제공하는 단계와;
(b) 포인트의 소정 분포에 따라서 상기 반사 기저층상에 확산 포인트들을 실크 스크린 인쇄하는 단계를 포함한다.
비록, 전술한 광 추출기가 예컨대 중간 기판 상에 확산 포인트의 분포 및 반사 포인트의 보상 분포를 인쇄 또는 다르게 적용하는 것과 같은 다른 방법으로 제 조될 수 있다 하더라도, 반사 기저층에 대한 실크 스크린 인쇄는 비흡수성 표면상에서도 어떤 소망하는 포인트 분포를 허용가능하게 작은 확산 포인트간 최소 거리로써 쉽게 얻을 수 있게 한다.
바람직하게, 인쇄 단계 (b)는 상기 방법들 중의 하나 또는 다른 방법으로 얻어진 포인트의 분포를 인쇄함으로써 수행된다.
본 발명의 또다른 태양은 상기 방법들 중의 하나 또는 다른 방법에 의해 얻어진 포인트의 분포를 구현하는 실크 스크린에 관한 것이다.
본 발명의 특징 및 장점들은 첨부 도면에 비제한적인 예로써 나타낸 실시예들을 참조하여 이하 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 도광 램프를 축척없이 나타내는 개략도.
도 2는 본 발명에 따라 확산 포인트의 분포를 결정하는 제1 방법을 설명하기 위한, 도 1의 도광 램프의 평면도.
도 3은 도 2에 도시된 방법에 관한 블록도.
도 4 내지 도 6은 도 2와 유사한 것으로서 상기 방법을 상세히 설명하기 위한 도광 램프의 평면도.
도 7 내지 도 9는 상기 방법에 관한 추가의 블록도.
도 10 및 도 11은 본 발명에 따른 추출기의 양호한 실시예를 나타내는 개략도.
도 12 내지 도 14는 본 발명을 구현하는 도광 램프의 다른 실시예를 나타내는 개략도.
도 15는 확산 포인트의 분포를 결정하기 위한 본 발명의 제1 방법을 수행하는 데 적합한 컴퓨터 프로그램의 블록도.
도 1은 2개의 조명 시스템(2, 2a)과, 각각의 유리(4, 4a)를 통해 상기 조명 시스템에 결합된 평행육면체 상자형 확산기(3)를 구비하는 도광 램프(1)를 도시하고 있다. 이와 다르게, 도광 램프(1)는 단일 조명 시스템, 예컨대 조명 시스템(2)만을 포함할 수도 있다.
확산기(3)는 발광 표면(5)과 광 추출기(8)를 포함하며, 이에 대해서는 뒤에서 상세히 설명한다. 발광 표면(5)은 예를 들면 폴리카보네이트 등의 강성 재료로 제조되어 내부(도 1에 도시) 또는 외부가 TIR 막, 예컨대 미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩츄어링 캄퍼니의 OLF 막으로 코팅된 투명 지지층(6)을 포함한다.
확산기(3)의 두께, 즉 추출기(8)와 발광 표면(5) 사이의 거리(h)는 주 전파 방향으로 추출기의 길이의 수분의 1, 예를 들면 1/20인 것이 좋다. 이러한 비율을 가짐으로써, 광은 충분히 적은 입사 횟수 및 작은 손실로 전파한다.
TIR 막(7)은 도 1에 수개의 선들로 표시된 마이크로 릴리브가 수평으로 방향지어지도록 배열되는 것이 좋다. 사실, OLF 막의 광학 특성은 그로부터 배출되는 광선이 마이크로 릴리브의 방향에 대하여 약 15°인 소정의 각(α)으로 배출되고, 그 수평 배열이 상기 출력각에 의해 형성된 그림자의 시각적 인식을 최소화하도록 정해진다.
상기 OLF 막의 종래의 응용에서와 같이, 마이크로 릴리브는 확산기(3)의 외부로 면하는 것이 좋다.
조명 시스템(2, 2a)은 각각 광원(21, 21a)을 포함한다. 광원은 포물면 반사경(22, 22a)의 촛점에 배치된 예컨대 36W 출력의 형광등이다. 조명 시스템(2, 2a)의 전원 및 제어 부품들은 종래의 것이기 때문에 상세히 도시하지 않았다.
각 조명 시스템(2, 2a)은 발광 표면(5) 또는 그 TIR 막(7)의 임계각(θmax)보다 작은 각도로 확산기(3)에 광을 투영하도록 설계된다(전술한 OLF 막의 경우에 θmax =27.6°).
포물면의 기하학적 특성에 있어서, 광원(21)을 촛점 위치에 배치하였을 때 촛점에서 배출하는 모든 광선은 축에 평행하게 반사되고, 이러한 조건은 촛점과 유리(4) 사이의 거리(δ)가 수학식 1과 같을 때 얻어진다.
광 추출기(8)는 반사 기저층(9)과 소정의 분포에 따라서 상기 반사 기저층(9)에 배열된 복수개의 확산 포인트(10)를 가진 대략 2차원적인 본체(bidimensional body)로 이루어진다.
반사 기저층(9) 자체는 추출기(8)의 본체일 수도 있고, 또는 예컨대 폴리카보네이트 또는 유리인 기판(도시 생략) 상에 반사 코팅으로써 제공될 수도 있다. 바람직하게, 반사 기저층(9)은 전술한 OLF 막의 마이크로 프리즘이 없는 측면으로 구성된다. 확산 포인트(10)는 백색 포인트인 것이 좋지만, 다른 색의 포인트일 수도 있고, 반사 기저층(9)에 실크 스크린 인쇄되는 것이 좋다.
따라서, 광 추출기(8)는 반사 표면상에 배열된 복수개의 기본 추출기로써 수행한다. 사실, 반사 기저층(9)에 입사되는 광선은 입사각과 동일한 각도로 반사되고, 확산 포인트(10)에 입사되는 광선은 확산, 즉 특히 평면 추출기(8)의 도시된 경우에 평면각 이상으로, 고려 중인 확산 포인트(10)에서 추출기의 내부 입체각 이상으로 분포된 광선 그룹으로 반사된다.
따라서, 도 1을 참조하면, 다음과 같은 3가지의 상황이 발생한다.
- 광선이, 광선 R1처럼, 축 x로 표시한 주 전파 방향에 대하여 각도 β1으로 추출기(8)의 반사 기저층(9)에 입사되면, 그 광선은 입사각과 동일한 각도로 확산기(3) 내에서 내부적으로 반사된다. 즉, 발광 표면(5)을 향하게 지향된 전파 방향(x)에 대하여 동일한 각도(β1)로 확산기(3) 내에서 추가로 전파한다.
- 유사하게, 광선이, 광선 R2처럼, 주 전파 방향(x)에 대하여 각도 β2로 발광 표면(5)에 입사되면, 그 광선은 입사각과 동일한 각도로 확산기(3) 내에서 내부적으로 반사된다. 즉, 광 추출기(8)를 향하게 지향된 전파 방향(x)에 대하여 동일한 각도(β2)로 확산기(3) 내에서 추가로 전파한다.
- 광선이, 광선 R3처럼, 주 전파 방향(x)에 대하여 각도 β3으로 추출기(8)의 확산 포인트(10)에 입사되면, 그 광선은 확산기(3) 내에서 내부 확산된다.
상기 마지막의 경우에, 입사 광선 R3는 2 그룹의 2차 광선을 발생한다.
- 주 전파 방향(x)에 대하여 임계각(θmax) 보다 더 작은 각을 형성하는 예컨대 광선 R31, R32와 같은 광선; 이 광선들은 전체적으로 전파 방향, 또는 개별적으로 상기 전파 방향의 반대 방향으로 지향되어 확산기(3) 내에서 추가로 전파한다.
- 주 전파 방향(x)에 대하여 임계각(θmax) 보다 더 큰 각을 형성하는 예컨대 광선 R33과 같은 광선.
광선 R33과 같은, 상기 마지막으로 고려한 유형의 광선은 발광 표면(5)에 도달하였을 때 내부적으로 반사되지 않고 그로부터 빠져나가서 도광 램프(1)의 조명에 기여한다.
광선들은 항상 임계각(θmax) 보다 더 작은 각으로 조명 시스템(2, 2a)에 의해 확산기(3)로 투영되고, 상기 투과 및 반사 특성 때문에 광선들은 주 전파 방향(x)으로 임계각(θmax)보다 더 작은 각을 형성한다. 이 때문에 전술한 것과 동일한 OLF 막의 마이크로 프리즘이 없는 측면으로써 반사 기저층(9)을 만들 수 있다.
이상의 설명으로부터, 본 발명의 특수한 광 추출기(8)는, 이상적으로 도광 램프(1)를 빠져나오는 광선, 즉 그 조명의 제어에 비제한적인 유연성을 제공한다. 실제로, 이 유연성은 확산 포인트의 해상도에 의해서만 제한되고, 광 추출기(8)를 물리적으로 실시하기 위해 사용되는 방법 및 소망하는 조명을 제공하기 위해 확산 포인트의 적당한 분포를 결정하기 위해 필요한 계산의 곤란성에 의해서 표현된다.
이를 위하여, 이후에는 도광 램프(1)에 의해 배출된 광이 가급적 균일하게 되도록 광 추출기(8)의 확산 포인트의 분포를 결정하는 첫번째 방법을 설명한다.
이 방법은 도광 램프(1)를 축척없이 평면도로 도시하고 있는 도 2를 참조하여 설명한다. 사실, 도광 램프의 기하학적 형상을 고려하면, 형광등 광원(21, 21a)이 그 길이를 따라서 실질적으로 동등한 광선으로 배출되기 때문에, 광학 시스템은 2차원 시스템이라고 간주될 수 있고, 첫번째 근사값을 무시하면, 조명 시스템(2, 2a)의 광원(21, 21a)으로부터의 광선은 주 전파 방향(x)에 수직한 축(y)을 따르는 성분을 가진 방향으로 전파한다.
무엇보다 먼저, 도광 램프(1)는 그 광원(21)이 도 2에 S로 표시한 바와 같이 점광원으로 간주될 수 있는 조명 시스템(2)만을 포함하는 것으로 생각하자.
발광 표면(5)에서의 광도는 도 1의 광선 R33과 같은 광선에 의해서만 발생된다. 이것은 추출기(8) 상의 확산 포인트(10)에 형성된 복수개의 점광원들 때문이다.
축 x의 시점을 조명 시스템(2)에 근접한 추출기(8)의 단부에 고정하면, 주 전파 방향(x)에 따르는 추출기(8) 상의 확산 포인트(10)의 분포는 W(x) = x1, x2, ‥‥, xn으로 표현될 수 있고, 여기에서 x1, x2, ‥‥, xn은 추출기의 각 확산 포인트(10)의 좌표들이다.
본 발명의 방법에 있어서, 소망하는 확산 포인트의 분포를 얻기 위하여, 다음과 같은 반복적인 방법을 사용한다. 첫째로, 임의 선택된, 또는 바람직하게는, 나중에 설명하는 방식으로, 좌표 x1과 x2를 갖는, 즉 W(x) = x1, x2
가 설정되어 있는 추출기(8) 상의 2개의 확산 포인트(10)만을 갖는다고 가정한다. 이것은 도 3에서 블록 32와 34로 표시되어 있다. 그 다음에 도 3의 블록 35로 표시한 바와 같이, 좌표 x1과 x2를 갖는 확산 포인트에 배치되고 각각의 광도가 I(x1), I(x
2)인 점광원에 의해 동일하게 조명된 추출기(8) 상의 포인트 x3가 있는지 여부가 판정된다. 만일 있으면, 포인트 x3는 도 3의 블록 36에 나타낸 바와 같이 확산 포인트의 분포 W(x)에 부가된다. 이와 관련하여, 광도는 광원으로부터의 거리의 제곱의 역함수이기 때문에, 만일 x1<x2이면 I(x1)>I(x2)이고, 따라서, 포인트 x
3는 포인트 x1과 x2 사이에서 x2에 더 가깝게 배치된다. 즉, 분포 W(x)가 질서를 유지한다는 가정하에 W(x)=x1, x3, x2로 된다. 계속해서, 좌표가 x1, x3인 확산 포인트에 배치되고 각각의 광도가 I(x1), I(x3)인 점광원에 의해 동일하게 조명된 포인트 x4, 및 좌표가 x3, x2인 확산 포인트에 배치되고 각각의 광도가 I(x3), I(x2)인 점광원에 의해 동일하게 조명된 포인트 x5가 계산되고, 그에 따라 분포 W(x)=x1,x4,x3,x
5,x2,가 얻어지고, 그 다음에 W(x)=x1,x6,x4,x7,x3,x8,x5
,x9,x2 등이 얻어진다.
따라서, 도 3의 블록도의 블록 35와 36은 분포의 미리 선택된 포인트에 배열된 제1 점광원 및 분포의 인접 포인트에 배열된 제2 점광원에 의해 동일하게 조명된 추출기의 포인트로써, 포인트 분포의 각각의 미리 선택된 포인트에 대해 분포의 새로운 포인트의 반복적 계산을 나타낸다. 상기 반복적 계산은 새로운 포인트를 결정할 수 없을 때에 종료하고, 따라서 확산 포인트의 분포 W의 각 지수 i에 대해 사이클이 반복되는 것으로 이해하여야 한다.
그럼에도 불구하고, 지수 증분은 각 쌍의 인접 포인트들이 고려되는 순서가 중요하지 않기 때문에 도시하지 않았다. 예를 들어, 새로운 값을 부가함으로써 발생하는 2개의 새로운 쌍의 값들을 매번 연속하여 고려하는 대신에, 반복의 종료시까지 더 작은 좌표로 이루어진 새로운 쌍만을 매번 고려하고, 그 다음에 그 이후의 쌍을 고려한 다음 그 반복을 다시 종료하는 등의 방법으로, 도 2의 포인트들이 X1,X2,X3,X4,X6,X7,X5,X
8,X9의 순서로 결정되도록 할 수 있다.
분포 W(x)의 임의의 확산 포인트(10)에서의 점광원의 광도 I(x)는 확산기(3) 내의 반사를 선택적으로 포함하는 일련의 상이한 궤도를 통해 고려 중인 확산 포인트(10)에 도달하는 모든 광선에 의존한다.
추출기(8)의 확산 포인트(10)에 도달하는 광선들은 이하와 같은 유형의 궤적에서 정성적 시점(qualitative point of view)으로부터 분류된다.
(a) 광원(S)으로부터 추출기(8)의 포인트 X에 직접 도달하는, 도 4의 광선 SX와 같은 광선,
(b) 광원(S)으로부터 방출 표면(5)의 포인트 X0에 도달하고, 그 다음에 추출기(8)의 포인트 X에 도달하는, 도 5의 광선 SX와 같은 광선,
(c) 광원(S)으로부터 반사 기저층(9)의 포인트 X0, 즉 비확산 포인트에 도달 하고, 그 다음에 방출 표면(5)의 포인트 X1에 도달하고, 그 다음에 추출기(8)의 포인트 X에 도달하는, 도 6의 광선 SX와 같은 광선,
(d) 광원(S)으로부터 추출기(8)의 확산 포인트(10)에 도달하기 전에 반사 기저층(9)의 포인트에서 발광 표면(5)과 추출기(8)에 수차례 교대로 도달하는 광선,
(e) 도 1의 광선 R31 및 R32와 같이, 임계각(θmax) 보다 더 작은 각으로 추출기(8)의 확산 포인트(10)에 의해 배출되어 발광 표면(5)에 도달하고, 그 다음에, 추출기(8)의 반사 기저층(9)의 포인트 및 발광 표면(5)에서의 하나 이상의 연속적인 반사 직후에 추출기(8)의 확산 포인트(10)에 도달하는 광선.
실제로, 상기의 분류는 확산기(3) 내에서의 반사 횟수에 기초한다.
광도에 대한 확산기(3) 벽의 효과는 하기의 계수들을 도입함으로써 표본화될 수 있다.
- 발광 표면(5)의 흡수 반사 계수(Rif5, 예건대, OLF 막의 경우에는 약 0.98임),
- 추출기(8)의 반사 기저층(9)의 포인트의 흡수 반사 계수(Rif8, 예컨대 OLF 막의 마이크로 프리즘이 없는 측면의 경우에는 약 0.98이고, 미러의 경우에는 약 0.95임),
-추출기(8)의 확산 포인트(10)의 흡수 확산 계수(Dif8, 예컨대, 백색의 실크 스크린 인쇄 포인트의 경우에는 약 0.80·η임; 여기에서, η는 확산 포인트로부터 배출되는 광선의 수이고, 예컨대, 평면 추출기의 경우에는 소정의 정밀도에 따라 π/10, π/100, π/1000 등으로 선택됨).
추출기(8)의 임의의 확산 포인트(10)에서의 점광원의 광도 I(x)에 대한 기여는, 임의의 입사 광선 때문에, (a) 유형의 광선으로부터 (e) 유형의 광선으로 감소하고, 문자 (d)와 (e) 아래에 요약된 각종 유형의 궤적 내에서의 광선의 반사의 수가 증가하는 것에 따라서 감소한다.
따라서, 제1 근사치에 있어서, (a) 유형의 광선만을 고려할 수 있다. 따라서, 도 3과 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 방법의 절차는 다음과 같다.
도 3의 블록 31에 도시된 바와 같이, 확산 포인트(10)의 분포 W(x)의 제1 포인트 x1(도 4의 포인트 A)은 유형 (a)의 광선, 다시 말해서, 도 4에 포인트 S로서 표시된 도광 램프(1)의 광원(21)으로부터 추출기(8)에 직접 도달하는 광선의, 조명 시스템(2)에 가장 근접한 추출기(8) 상의 입사 포인트로서 설정된다. 상기 제1 포인트는 추출기(8)의 조명 시스템(2)에 근접한 종단부, 즉 좌표 x1=0을 갖는 포인트 A에 대응한다.
한편, 블록 33에 도시된 바와 같이, 확산 포인트(10)의 분포 W(x)의 제2 포인트 x2는 유형 (a) 광선의 조명 시스템(2)으로부터 가장 먼 추출기(8) 상의 최종 입사 포인트로서 설정된다. 상기 포인트는 조명 시스템(2)에 반대되는 추출기(8)의 종단부, 즉 좌표 x2=ℓ을 갖는 포인트 B에 대응한다.
광원(21)의 광도를 K로 표시할 때, 유형 (a) 광선에 기인하여 좌표 x를 갖는 일반 포인트 X에서의 광도는 수학식 2로 표현된다.
여기에서, 도 4의 삼각형 SXX'에는 피타고라스 정리가 적용되었고, 여기서 X'는 도광 램프(1)의 세로축상의 포인트의 투영을 나타낸다.
도 3의 블록 35에서, 포인트 A에 배열된 광도 I(0)인 점광원에 의해서 및 포인트 B에 배열된 광도 I(ℓ)인 점광원에 의해서 동일하게 조명된 확산기의 포인트 X의 좌표 x는 수학식 3으로 표현된다.
더 일반적으로, 포인트의 분포 W(x)의 포인트 Xi에 배열된 광도 I(xi)인 점광원 및 그 다음의 인접 포인트 Xi+1에 배열된 광도 I(xi+1)인 점광원에 의해 동일하게 조명된 포인트 X의 좌표 x는 수학식 4로 표현된다.
이 수학식 4의 해는 수학식 5와 같이 표현될 수 있다.
또는 수학식 2를 적용함으로써 수학식 6과 같이 될 수 있다.
전술한 기준을 갖는 공식을 반복적으로 적용하면 소망하는 포인트 분포 W(x)=x1,x2,‥‥,xn, 즉, 도광 램프(1)의 조명이 공식화된 간단한 가정의 범위 내에서 균일하게 되는 포인트의 분포를 얻을 수 있다.
근사치를 개선하기 위하여, 본 발명의 방법은, 도 7에 블록도로 도시한 바와 같이, 전술한 방법으로 적어도 포인트의 제2 분포 W1(x), W2(x), ‥‥를 결정하고(블록 41), 다른 유형의 전파에 대해서는 포인트의 각각의 제2 분포 W1(x), W2(x), ‥‥를 위에서 결정된(블록 40) 포인트의 분포 W(x)에 부가하는 것(블록 42)을 제안한다.
예를 들어, 도 5를 참조하면, 전술한 분류에 따른 유형 (b)의 광선, 즉, 도광 램프(1)의 광원(21)(도 5에서의 S)으로부터 발광 표면(5)의 포인트 X0에 도달하고, 그 다음에 추출기(8)의 포인트 X에 도달하는 광선을 고려할 수 있다.
이 경우에, 도 3의 블록 31로 표시한 단계에서, 분포 W1(x)의 제1 포인트 A는 수학식 7로 표현되는 좌표 x1을 갖는다.
이것은 고려중인 광선이 조명 시스템(2)에 근접한 발광 표면(5)의 종단 포인트 A0에서 각도 θmax에 따라 반사되는 것을 관찰함으로써 얻어진다.
도 3의 블록 33에 나타낸 단계에서 계산된 분포 W1(x)의 제2 포인트 B는 분포 W(x)에 대하여 좌표 x2=ℓ을 갖는다.
좌표 x를 갖는 포인트 X에서의 광도는 수학식 8에 의해 주어지는 것으로 간주될 수 있다.
여기에서, X0'는 도광 램프(1)의 세로축상의 포인트 X0의 투영이다. 사실상, 도광 램프(1)의 세로축상의 포인트 X의 투영을 X'로 나타내고, 삼각형 SX0X0', X0X0'X0'' 및 X0''XX'의 등식으로부터 반사된 광선 X0
X와 상기 축의 교차점을 X0''로 표시하면, SX0'=SX'/3으로 된다. 사실, SX0 대신에 거리 SX0'를 사용하고 중대한 에러의 삽입없이 부분 X0X의 길이를 무시하는 것이 더 실용적이다.
도 3의 블록 35의 반복 계산에서 차례로 고려되는 2개의 점광원에 의해 동일하게 조명된 포인트 X의 좌표 x는 물론 상기 수학식 3과 수학식 4에 의해 주어진다.
근사치를 더 개선하기 위하여, 도 6을 참조하면, 전술한 분류에 따른 유형 (c)의 광선, 즉, 도광 램프(1)의 광원(21)(도 6에서의 S)으로부터 추출기(8)의 포인트 X0, 발광 표면(5)의 포인트 X1 및 그 다음에 추출기(8)의 포인트 X에 도달하는 광선을 생각할 수 있다.
이 경우에 도 3의 블록 31로 표시한 단계에서, 분포 W2(x)의 제1 포인트 A는 수학식 9로 표현되는 좌표 x1을 갖는다.
이것은 삼각형 A0A1A1' 및 A1A1'A를 관찰함으로써 얻어진다.
도 3의 블록 33에 표시한 단계에서 계산된 분포 W1(x)의 제2 포인트 B는 분포 W(x) 및 W1(x)에 대하여 좌표 xB=ℓ이다.
좌표 x를 갖는 포인트 X에서의 광도는 수학식 10에 의해 주어지는 것으로 간 주될 수 있다.
이것은 도광 램프(1)의 세로축이 고려 중인 광선으로 형성되는 각종 삼각형의 등식으로부터 얻어진다.
도 3의 블록 35의 반복 계산에서 차례로 고려되는 2개의 점광원에 의해 동일하게 조명되는 포인트 X의 좌표 x는 또한, 이 경우에서, 수학식 3과 수학식 4에 의해 주어진다.
전술한 사항을 일반화하면, 전술한 분류의 유형 (d)의 광선, 다시 말해서 광원(21)으로부터의 광선이 확산기(3) 내에서 반사된 후, 즉 발광 표면(5)에 의해서 및 선택적으로 추출기(8)에 의해서 적어도 1회 반사된 후 추출기에 도달하는 광선의 경우에, 각 점광원의 광도 I(x)는 광원의 광도 K를 확산기의 흡수 확산 계수 Dif8과 곱하고, 발광 표면(5)의 각 반사에 대하여 발광 표면의 흡수 반사 계수 Rif5와 곱하고, 추출기(8)의 각 반사에 대하여 추출기의 흡수 반사 계수 Rif8과 곱하고, 광원 S로부터 제1 반사 포인트 X0까지 고려중인 광선 부분의 주 전파 방향에 따른 투영의 제곱값으로 나눈 값으로 주어진다.
마지막으로, 전술한 분류의 유형 (e)의 광선을 또한 고려하고자 하는 경우에는, 확산 포인트 10에서 추출기(8)에 입사되는 각 광선에 대하여, 점광원의 광도 I(x)를 추출기의 흡수 확산 계수 Dif8과 곱해야 한다.
추출기를 삽입하려고 하는 도광 램프(1)가 서로 반사하는 2개의 조명 시스템(2, 2a)을 포함하고 있는 경우에, 본 발명의 방법의 모든 이전 단계 동안에 2개의 광원(21, 21a)을 고려하는 것이 가능하다.
그러나, 도 8에 블록도로 나타낸 바와 같이, 본 발명의 방법에 따르면, 2개의 조명 시스템(21, 21a)이 설치되어 있는 경우(판정 블록 51)에, 전술한 바와 같이 결정된(블록 50) 포인트의 분포 W(x)에 반사하는 포인트의 제2 분포 W'=(ℓ-xn, ‥‥ ℓ-x2, ℓ-x1)를 결정하고(블록 52), 포인트의 제2 분포 W'=(ℓ-xn, ‥‥ ℓ-x2, ℓ-x1)를 포인트의 분포 W=(x1, x2, ‥‥ xn)에 부가하도록 설치되는 것이 바람직하다.
도광 램프(1)의 대칭성 때문에, 포인트의 제2 분포 W'는 단일 조명 시스템(21a)을 포함하는 도광 램프(1)에서의 균일한 조명을 제공하도록 이루어진다. 더욱이, 포인트의 제2 분포 W'의 포인트가 존재할 때 조명 시스템(21)에 기인하는 조명은 포인트의 제1 분포 W의 포인트가 존재할 때 조명 시스템(21a)에 기인하는 조명과 동일하다는 것을 쉽게 이해할 수 있다.
주 전파 방향(x)에 따르는 포인트의 분포 W(x)가 얻어졌을 때, 추출기(8)의 반사 기저층(9)상의 확산 포인트(10)의 2차원적 분포는 포인트의 분포 W(x)를 주 전파 방향(x)에 수직한 방향(y)을 따라 일정 간격(ΔY)으로 단순히 반복함으로써 얻어질 수 있다. 이것은 도 9의 블록도에서 좌측 경로에 나타내었고, 여기에서, 블 록 60에서 포인트의 분포 W(x)를 결정한 후에, 좌표 y를 증분시키는 블록 61 및 좌표 y의 현재값에서 포인트의 분포 W(x, y)를 포인트의 분포 W(x)와 동일하게 설정하는 블록 62를 포함한 사이클로 들어간다.
따라서, 도 10에 도시한 바와 같이, 추출기(8)는 확산 포인트(10)의 띠(stripe)의 분포를 나타내고, 그 조명은 주 전파 방향(x)에 수직한 평면에서 충분히 균일하게 된다.
또한, 도 10에서, 추출기(8)의 확산 포인트(10)의 분포는 주 전파 방향(x)에 수직한 중간축에 대하여 대칭이라는 것을 알 수 있다. 이러한 대칭이 제공되는 추출기는 2개의 조명 시스템(2, 2a)을 갖는 도광 램프(1)에서 사용하기에 특히 적합하다.
전술한 경우에서와 같이, 포인트의 분포가 상기 방법을 적용함으로써 결정될 때에, 포인트 분포의 인접 확산 포인트(10)는 추출기(8)의 각 단부로부터 주 전파 방향(x)에 수직한 중간축 A-A까지의 거리를 감소시키고, 추출기는 주 전파 방향(x)에 따르는 균일한 조명을 제공한다.
유사하게, 추출기(8)를 단일의 조명 시스템(2)만을 갖는 도광 램프(1)에서 사용하고자 하면, 인접 확산 포인트(10)는 조명 시스템(2)을 결합하려고 하는 제1 광 인입 단부로부터 반대 단부까지 주 전파 방향(x)에 따라 감소된 거리에서 유지된다. 이러한 추출기는 도 10에 점선으로 묶여진 추출기(8')에 의해 표현된다.
다른 예로서, 포인트의 분포 W(x)는 방향 y에 따른 반복 동안에 주 전파 방향(x)에서 전방 및 후방으로 교대로 이루어질 수 있다. 이 경우에, 추출기(8)의 기 저층(9) 상의 확산 포인트(10)는 도 11에 도시한 바와 같이 마름모형으로 배열된다. 이것은 추출기의 물리적 실시에 의해 부과된 최소 거리하에서 확산 포인트들 간의 거리를 감소시키는 장점을 갖는다.
이것은 도 9의 블록도에서 우측 경로에 나타내었고, 블록 60에서 포인트의 분포 W(x)를 결정한 후에, 좌표 y를 증분시키는 블록 61 및 좌표 y의 현재값에서 포인트의 분포 W(x, y)를 포인트의 분포 W(x ±Δx)와 동일하게 설정하는 블록 63을 포함한 사이클로 들어간다. 이것은 연속적인 반복에서 + 기호와 - 기호가 교대로 사용됨을 의미하는 것으로 이해하여야 한다.
바람직하게, 엇갈림 간격(stagger interval) Δx는 분포 W(x)의 반복 간격 Δy와 같다.
추출기의 물리적 실시의 제한보다 더 높은 정확성을 갖는 분포 W(x)를 얻는 것을 피하기 위하여, 수학식 11의 조건을 부과하도록 바로 인접하는 포인트들로부터의 최소 거리(Dmin)보다 더 큰 거리를 나타내는 포인트들을 포인트 분포 W(x)로부터 거부하는 것이 좋다.
유사하게, 전술한 바와 같이 2차원적 분포 W(x,y)를 결정함에 있어서는 하기의 조건이 부과될 것이다.
최소 거리(Dmin)는 예를 들면 실크 스크린 인쇄를 통해 얻을 수 있는 해상도에 대응한다.
상기 수학식 11의 조건은 상기 수학식 3과 수학식 4에 따른 분포의 인접 포인트 내의 2개의 점광원에 의해 동일하게 조명된 포인트의 좌표의 계산시에 또한 부과될 수 있지만, 어떤 경우에는 그 유효성이 제2 분포를 부가하는 임의의 선택적 단계 이후, 즉 도 7의 블록 42 다음 및/또는 도 8의 블록 53 다음에 다시 체크되어야 한다.
광 추출기(8)의 확산 포인트(10)의 분포, 특히 도광 램프(1)에 의해 배출된 광이 가급적 균일해야 하는 분포를 결정하는 다른 방법의 절차는 다음과 같다.
먼저, 추출기(8)의 유용한 표면은, 주 전파 방향(x)에 따라서 각 간격에 대해 확산 포인트 밀도 변수 D1, D2, …, Dn을 한정하는 소정의 작은 간격으로 분할된다.
유사하게, 발광 표면(5)은, 주 전파 방향(x)에 따라서 각 간격에 대해 광도 변수 N1, N2, …, Nm을 한정하는 소정의 작은 간격으로 분할된다.
그 다음에, 발광 표면(5)의 각 간격의 광도 변수 N1, N2, …, Nm의 값이, 예컨대 이후 설명하는 바와 같이, 추출기(8)의 확산 포인트 밀도 변수 D1, D2, …, D
n의 함수로써 표현된다.
마지막으로, 추출기(8)의 확산 포인트 밀도 변수 D1, D2, …, Dn의 값들이 발광 표면(5)의 각 간격의 광도 변수 N1, N2, …, Nm의 소정의 값을 제공하도록, 특히 발광 표면(5)의 모든 간격의 광도 변수 N1, N2, …, Nm의 값들을 서로 동일하게 하도록 계산된다.
전술한 첫번째의 방법과 유사하게, 광도 변수 N1, N2, …, Nm의 표현은 다음과 같이 하여 얻어질 수 있다.
먼저, 조명 시스템(2, 2a)에 의해, 또는 상기 조명 시스템 각각에 의해 투영된 광은 개별적인 각도로 각각 배출되는 유한 갯수의 광선으로 분할된다. 예를 들어, 고려되는 광선의 갯수는 소정의 정확성에 따라 2π/10, 2π/100, 2π/1000 등과 같이 선택될 수 있다.
각각의 배출된 광은 초기의 광도값이 주어지고, 이것은 간단히 하기 위하여 값 L=1로 할 수 있다.
그 다음에, 각 광선의 경로를 따라서, 발광 표면(5)의 각 간격의 광도 변수 N1, N2, …, Nm은 주 전파 방향에 대하여 그 임계각(θmax) 보다 더 큰 각으로, 즉 도광 램프(1)의 외부로 투과되도록, 그 내부에서 입사하는 각 광선의 최종 광도 L'의 값만큼 증분된다.
각 광선의 광도값은 하기의 기준에 따라 변화된다.
추출기(8)의 간격 내에서 광선의 각 입사시에 그 광선은 확산 포인트(10)에 입사되는지 또는 반사 포인트(9)에 입사되는지에 따라서 반사 또는 확산될 수 있 다. 고려 중인 간격의 확산 포인트 밀도(Di)는 광선이 반사 또는 확산될 확률을 나타내는 것으로 간주될 수 있다.
따라서, 광선이 반사되면, 반사된 광선의 광도값은 입사 광선의 광도값을 추출기의 흡수 반사 계수 Rif8과 곱함으로써 얻어지고, 광선이 확산되면, 각각의 확산된 광선의 광도값은 입사 광선의 광도값을 추출기의 흡수 확산 계수 Dif8과 곱함으로써 얻어진다.
주 전파 방향에 대하여 그 임계각(θmax)보다 더 작은 각으로 발광 표면(5)에 입사시에, 반사 광선의 광도값은 입사 광선의 광도값을 발광 표면의 흡수 반사 계수 Rif5와 곱함으로써 얻어진다.
광도 변수 N1, N2, …, Nm의 표시를 각각의 소망하는 값들과 동등하게 함으로써, 특히 그 값들을 서로 동등하게 함으로써, 균등화 시스템이 얻어지고, 그 비공지 값들은 추출기(8)의 확산 포인트 밀도 D1, D2, …, Dn이다.
이러한 시스템은 예를 들면 수치적 방법을 이용하여 수학적으로 해결될 수 있다. 그러나, 수학적 해법은 신속성이 없으므로, 하기와 같은 반복적 방법을 사용할 수 있다.
확산 포인트 밀도 변수 D1, D2, …, Dn의 값 및 광도 변수 N1, N2, …, Nm의 값을 초기에 0으로 미리 설정한다.
각 반복시에, 전술한 바와 같이 표현된 발광 표면(5)의 각 간격의 광도 변수 N1, N2, …, Nm의 값이 추출기(8)의 확산 포인트 밀도 변수 D1, D2, …, Dn의 현재값에 기초하여, 즉 추출기(8)에 입사되는 광선이 반사 또는 확산될 현재의 확률에 기초하여 평가된다.
그 후, 각 반복시에, 추출기(8)의 확산 포인트 밀도 변수 D1, D2, …, Dn의 값들이 각각 충분히 작은 양만큼 개별적으로 증분된다.
그 반복은 광도 변수 N1, N2, …, Nm의 값들이 소망하는 값으로 되었을 때, 특히 발광 표면(5)의 모든 간격의 광도 변수 N1, N2, …, Nm의 값이 서로 동일하게 되었을 때 종료한다.
예를 들어, 2개의 조명 시스템(2, 2a)을 갖는 도광 램프(1)에 사용하고자 하는 추출기(8)에 있어서, 확산 포인트 밀도 변수 D1, D2, …, Dn의 값들의 증분은 추출기(8)의 중심으로부터 시작하여 발생할 수 있다.
전술한 첫번째 방법과 유사하게, 주 전파 방향에 따른 확산 포인트의 분포는, 일단 얻어지면, 그 방향에 수직한 방향(y)에 따라 일정 간격(Δy)으로 반복될 수 있고, 선택적으로, 미리 설정된 최소 거리(Δx)만큼 주 전파 방향에서 전방 및 후방으로 포인트의 분포를 교대로 행할 수 있다.
또한, 전술한 첫번째 방법과 유사하게, 이것은 바로 인접한 포인트들로부터 미리 설정된 최소 거리(Dmin) 보다 더 큰 거리를 나타내는 포인트들을 포인트의 분포로부터 거부하는 데에 적합할 수 있다.
도 12 내지 도 14는 본 발명에 따른 광 추출기를 포함하는 도광 램프의 다른 실시예를 나타내는 개략도이다.
도 12에 도시된 도광 램프(121)에 있어서, 광추출기(128) 및 발광 표면(125)은 모두 확산기(123)의 세로축을 향하여 오목면을 갖게 만곡되어 있다. 특히, 이들 각각의 단면은 반원형, 반타원형, 반포물선형, 포물선형일 수 있고 또는 고차 곡면(higher-order curve)에 따를 수 있다. 투영 시스템(122), 또는 상기 실시예에서 2개의 투영 시스템(122, 122a) 각각은 각각의 점광원(1221, 1221a)을 포함한다.
도 13에 도시된 도광 램프(131)에 있어서, 발광 표면(135)은 평면이고, 광 추출기(138)는 확산기(133)의 세로축을 향하여 만곡되어 있으며, 특히 반원형, 반타원형, 반포물선형, 포물선형 단면을 따라서 또는 고차 곡면을 따라서 만곡되어 있다. 다른 예로써, 평면 추출기 및 특히 반원형, 반타원형, 반포물선형, 포물선형 단면을 따라서 또는 고차 곡면을 따라서 확산기(133)의 세로축을 따라 만곡된 발광 표면을 제공하는 것도 가능하다. 또한, 이 경우에, 투영 시스템(132), 또는 상기 실시예에서 2개의 투영 시스템(132, 132a) 각각은 각각의 점광원(1321, 1321a)을 포함한다.
마지막으로, 도 14에 도시된 도광 램프(141)에 있어서, 광 추출기(148)와 발광 표면(145)은 둘다, 특히 반원형, 반타원형, 반포물선형, 포물선형 단면을 따라서 또는 고차 곡면을 따라서 만곡되어 있지만, 이들은 그 오목면이 동일한 방향으로 대면하도록 배열되어 있다. 즉, 발광 표면(145)은 도광 램프(141)의 단면이 편자(horseshoe) 모양으로 되도록 추출기(148)의 내측에 또는 외측에 배열되어 있다. 이 경우에, 투영 시스템(142), 또는 상기 실시예에서 2개의 투영 시스템(142, 142a) 각각은 각각의 긴 튜브형 광원(1421, 1421a)을 포함한다.
도 1에 도시된 마름모형 구성을 갖는 램프를 참조하여 설명한 확산 포인트의 분포를 결정하기 위한 방법은 도광 램프의 다른 구성에도 또한 적용할 수 있으며, 그러한 변경은 당업자의 능력 범위 내에서 이루어질 수 있다는 것을 알아야 한다.
또한, 전술한 첫번째 방법은 전자식 컴퓨터에 의해 수행하기에 특히 적합하다.
도 15는 프로그램을 컴퓨터에서 구동시킬 때에 상기 방법의 각 단계를 수행하는 데 적합한 프로그램 코드 수단을 포함하는 컴퓨터 프로그램의 특히 양호한 실시예를 나타내는 블록도를 도시한 것이다.
이하에서 상기 방법의 각종 단계에 관한 코드 수단에 대해서는 설명을 생략하였는데, 그 이유는 그러한 코드 수단이 사이클 문제, 반복 루틴 호출 및 수치적 공식의 적용과 같은 관련 프로그래머의 능력 범위 내에 있는 것으로 여겨지기 때문이다. 포인트의 분포 W(x) 또는 각각의 제2 분포 Wi(x), W'(x)는 예를 들면 1차원 어레이 또는 리스트에 저장될 수 있다. 모든 값의 쌍들을 고려해야 하는 도 3의 블록도의 반복 호출의 관리는 매트릭스(인덱스)에 대해서, 또는 대기행렬(FIFO) 또는 적층(LIFO) 구조를 통하여 포인터를 관리할 것을 야기할 수 있다.
블록 70에 도시한 바와 같이, 컴퓨터 프로그램은 하기의 매개변수 중의 하나 이상을 입력으로 수신하기 위한 서식(form) 등의 수단을 포함한다.
- 발광 표면(5)의 임계각(θmax);
- 추출기(8)의 형상 및 크기; 형상은 예를 들면 여러가지 형상, 즉 반원 단면, 반타원형 단면, 반포물선 단면, 포물선 단면을 갖는 직사각형을 포함한 리스트로부터 선택가능하다.
- 발광 표면(5)의 형상 및 크기; 형상은 예를 들면 여러가지 형상, 즉 반원 단면, 반타원형 단면, 반포물선 단면, 포물선 단면을 갖는 직사각형을 포함한 리스트로부터 선택가능하다.
- 발광 표면(5)으로부터 추출기(8)의 최대 거리;
- 조명 시스템(2)의 광원(21, 21a)의 수, 유형, 광도 K 및 특성;
- 포인트 분포의 포인트들간의 최소 거리(Dmin);
- 추출기의 흡수 반사 계수(Rif8);
- 추출기의 흡수 확산 계수(Dif8);
- 발광 표면의 흡수 반사 계수(Rif5);
- 고려되는 발광 표면(5) 및 추출기(8) 상의 최대 연속 반사 수.
이것과 관련하여 각각의 디폴트 값들이 제공될 수 있다. 또한, 입력된 값들이 허용가능한 것, 특히 그 값들이 양수(positive number)인 것, 추출기(8)의 크기 및 발광 표면(5)의 크기가 서로 바람직하게 조화하는 것, 주 전파 방향의 길이(ℓ)와, 추출기와 발광 표면간의 거리(h)의 비율이 20인 것을 제어하는 수단이 제공될 수 있다. 사실, 상기 비율은 이 방법에서 광이 충분히 적은 입사 횟수 및 그에 따라 적은 손실로서 전파하기 때문에 바람직하다.
입력된 값들은 블록 71에 도시된 바와 같이 파일로 저장될 수 있고, 블록 72에 도시한 바와 같이 그 처리를 변경하거나 반복하기 위하여 그 파일로부터 검색될 수 있다.
그 다음에, 블록 74에서, 프로그램은 블록 74에 도시된 바와 같이 시작 신호를 수신하는 것과 같은 본 발명의 방법의 각종 단계를 수행한다. 예컨대, 상기 시작 신호는 키보드, 그래픽 인터페이스 또는 기타 장치의 버튼을 누르는 것일 수 있다.
그 다음에, 블록 75에서, 프로그램은 이하에 기술한 것들 중에서, 블록 75'에 도시된 바와 같은 하나 이상의 출력들을 발생한다.
- 예컨대 스프레드시트에서 분포 W(x)의 포인트들의 좌표,
- 기본 간격에서 분포의 포인트들의 백분율 밀도,
- 예컨대 스프레드시트로써 미리 설정된 매개변수의 리포트,
- 예컨대 포인트에서의 점진적 증가를 나타내는 선형 함수의 그래프를 가진, 포인트 분포 W(x) 또는 W(x,y)의 그래픽 표시,
- 추출기(8)와 발광 표면(5)간의 미리 설정된 평균 거리(h) 및 발광 표면(5)의 미리 설정된 임계각(θmax)의 함수로써, 추출기를 설치하려고 하는 도광 램프의 각 조명 시스템의 기하학적 형상, 특히 반사 포물면(22, 22a)의 촛점(δ).
또한, 바람직하게, 블록 76에서, 프로그램은 하기와 같은 이송 출력(export output)을 발생한다.
- 인쇄기, 특히 실크 스크린 인쇄기에서 판독가능한 포맷의 분포 W(x)의 포 인트들의 파일(76').
실제로, 상기와 같은 컴퓨터 프로그램은 정보 네트워크, 특히 인터넷 상에서 유포될 수 있고, 플로피 디스크, CD-ROM, CD-R 등의 컴퓨터 판독가능 수단에서 구현될 수 있다.
당업자라면 이후의 청구범위에서 한정하고 있는 본 발명의 범위를 일탈함이 없이 전술한 실시예에 대하여 여러가지로 변경, 수정, 교체 및 통합하는 것이 가능하다.
특히, 확산 포인트 및 보상 반사 포인트들로 이루어진 특수한 "점선" 유용 표면은 도광 램프의 축방향 위치에서 사용되도록 의도된 3차원 본체 추출기에도 또한 유용할 수 있다.
특히, 확산 포인트 및 반사 포인트들은 중간 기판 상의 미리 정해진 각각의 보상 분포에 따라서, 또는 반사 포인트들을 확산 기저층상에 적용함으로써 적용될 수 있다는 것을 알아야 한다. 따라서, 본 명세서 및 청구범위에 있어서, "반사 기저층의 포인트"에 대한 임의의 인용은 "반사 포인트"의 표현과 동등한 것으로 해석되어야 한다.
또한, 반사 포물면이 설치된 광원 또는 형광등 광원을 가진 조명 시스템 대신에, 복수의 LED로 구성된 평면 조명 시스템을 각종 실시예에서 사용할 수도 있다.
이 기술의 당업자라면, 반사 표면 및 발광 표면으로서 각종 재료를 사용할 수 있지만, 전술한 미국 특허 제5,882,774호에 개시된 다층 광학막을 사용하는 것 이 유리하다는 것을 이해할 것이다.
Claims (35)
- 광원(21; 1221; 1321; 1421)으로부터의 광을 소정의 임계각(θmax)보다 더 작은 각으로 확산기(3; 123; 133; 143)에 투영하기에 적합한 조명 시스템(2; 122; 132; 142)을 가진 도광 램프(1; 121; 131; 141)용의 확산기(3; 123; 133; 143)에서, 상기 임계각(θmax)보다 더 작은 각으로 전파하는 광선을 투과시키고 상기 임계각(θmax)보다 더 큰 각으로 전파하는 광선을 내부적으로 반사시키는 발광 표면(5; 125; 135; 145)에 결합되는 광 추출기(8; 128; 138; 148)의 유용한 표면(다른 곳에서는 반사함(9))상에서, 확산 포인트(10)의 주 전파 방향(x)에 따르는 분포(W(x))를 결정하는 방법에 있어서,(a) 분포(W(x))의 제1 포인트(A, x1)를 미리 선택된 유형의 궤적을 따라서 전파하는 광선의 조명 시스템(2; 122; 132; 142)에 가장 가까운 광 추출기(8; 128; 138; 148) 상의 최종 입사 포인트로서 설정하는 단계와,(b) 분포(W(x))의 제2 포인트(B, x2)를 미리 선택된 유형의 궤적을 따라서 전파하는 광선의 조명 시스템(2; 122; 132; 142)으로부터 가장 멀리 있는 광 추출기(8; 128; 138; 148) 상의 최종 입사 포인트로서 설정하는 단계와,(c) 포인트 분포의 각 포인트(xi)에 대하여, 그 분포의 새로운 포인트(X, x)를, 그 분포의 미리 선택된 포인트(xi)에 배열된 제1 점광원 및 그 분포의 다음 인접 포인트(xi+1)에 배열된 제2 점광원에 의해 동일하게 조명된 광 추출기(8; 128; 138; 148)의 포인트로서 반복적으로 결정하는 단계를 포함하며, 상기 점광원의 광도(I(x))는 광원의 광도(K) 및 미리 선택된 유형의 궤적의 특성 거리의 함수로써 정해지는 것인 방법.
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- 광원(21, 21a; 1221, 1221a; 1321, 1321a; 1421, 1421a)으로부터의 광을 소정의 임계각(θmax)보다 더 작은 각으로 확산기(3; 123; 133; 143)에 투영하기에 적합한 적어도 하나의 조명 시스템(2, 2a; 122, 122a; 132, 132a; 142, 142a)을 가진 도광 램프(1; 121; 131; 141)용의 확산기(3; 123; 133; 143)에서, 상기 임계각(θmax)보다 더 작은 각으로 전파하는 광선을 투과시키고 상기 임계각(θmax)보다 더 큰 각으로 전파하는 광선을 내부적으로 반사시키는 발광 표면(5; 125; 135; 145)에 결합되는 광 추출기(8; 128; 138; 148)의 유용한 표면(다른 곳에서는 반사시킴(9))상에서, 확산 포인트(10)의 주 전파 방향(x)에 따르는 분포(W(x))를 결정하는 방법에 있어서,(a) 추출기(8; 128; 138; 148)의 유용한 표면의 주 전파 방향(x)에 따르는 미리 선택된 길이의 각 간격에 대하여 확산 포인트 밀도 변수(D1, D2, …Dn)를 정의하는 단계와,(b) 발광 표면(5; 125; 135; 145)의 주 전파 방향(x)에 따르는 미리 선택된 길이의 각 간격에 대하여 광도 변수(N1, N2, …Nm)를 정의하는 단계와,(c) 발광 표면(5; 125; 135; 145)의 각 간격의 광도 변수(N1, N2, …Nm)의 값을 추출기(8; 128; 138; 148)의 확산 포인트 밀도 변수(D1, D2, …Dn)의 함수로서 표현하는 단계와,(d) 추출기(8; 128; 138; 148)의 확산 포인트 밀도 변수(D1, D2, …Dn)의 값을 발광 표면(5; 125; 135; 145)의 모든 간격의 광도 변수(N1, N2, …Nm)의 값과 서로 동일하게 되도록 계산하는 단계를 포함하는 방법.
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- 확산 포인트(10)의 미리 정해진 분포 및 반사 포인트(9)의 보상 분포를 포함하는 유용한 표면을 가진 도광 램프(1)용 광 추출기(8; 128; 138; 148)에 있어서,상기 확산 포인트(10)의 분포는 청구항 제1항의 방법 또는 청구항 제15항의 방법에 의해 얻어지는 것인, 광 추출기.
- 제21항에 있어서, 상기 유용한 표면은 반사 기저층(9) 및 이 반사 기저층(9) 상의 확산 포인트(10)의 미리 정해진 분포를 포함하는 것인, 광 추출기.
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- 광 추출기(8; 128; 138; 148)를 제조하는 방법에 있어서,(a) 반사 기저층(9)을 제공하는 단계와;(b) 청구항 제1항의 방법 또는 청구항 제15항의 방법에 따라 얻어진 포인트의 분포(W(x))에 따라서 상기 반사 기저층(9) 상에 확산 포인트(10)들을 실크 스크린 인쇄하는 단계를 포함하는 방법.
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