KR100373312B1 - 마이크로프리즘어레이를이용한조명시스템 - Google Patents

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Abstract

산란 광원에 의해 발출되는 빛을 수신하고 총내부반사에 의해 상기 빛을 투과하는 도파관을 포함하는 광학 조명 시스템에 관한 것이다. 도파관에서 빛이 방출되고 경사진 측벽에서 반사되고 공간적으로 조사된 광원으로 마이크로프리즘에서 방출되도록 도파관의 일면에 마이크로프리즘 어레이가 부착되고, 각 마이크로프리즘은 광출력면에 평행한 광입력면 및 도파관 표면의 수직 방향에 대하여 경사진 최소 2개의 측벽을 갖는다. 마이크로렌즈 어레이는 마이크로렌즈에서 방출되는 빛이 실질적으로 시준된 광원이 되도록 마이크로렌즈의 출력을 수신할 수 있도록 위치된다. 본 발명의 광학 조명 시스템은 에너지가 효율적이며 프로파일이 낮은 어셈블리에 포함되어 있는 산란되지 않거나 혹은 실질적으로 시준되어야 하는 적용처에 이로운 것이다.

Description

마이크로프리즘 어레이를 이용한 조명시스템
본 출원은 1994년 1월 11일자로 출원된 미국특허 출원 제 08/149,219 "마이크로프리즘 어레이를 이용한 배면광 장치"의 일부계속출원이다.
다수의 광학 및 조명적용은 빛을 효율적으로 출력하는 산란되지 않은 혹은 시준된 광원을 필요로한다. 시준된 광원에 관련된 전형적인 문제로는 1)균일하지 않은 빛의 분배; 2)빛의 제어된 재조준 출력으로의 부족; 3)시준된 광 출력양 대 시준되지 않은 광입사양의 비효율성; 및 4)조밀한 디자인 혹은 좁은 프로파일에서 효율적인 시준된 광원의 부족등을 포함한다.
따라서, 좁은 프로파일을 유지하면서 효과적인 에너지 광원을 제공하는 조명 어셈블리를 제공하는 광학기술 및 조명기술을 필요로한다.
본 발명은 일반적으로 비교적 광투과율이 높은 시준광에 사용되는 광학 조명 시스템(optical illumination system)에 관한 것이며, 특히 본 발명은 시준되지 않은 광원에서 방출된 빛을 재조준하여 산란되지 않은 혹은 실질적으로 시준된 광원출력을 별도로 혹은 결합하여 제공하기 위한 다수의 광학 마이크로프리즘 및 마이크로렌즈를 갖는 조명 시스템에 관한 것이다.
제1도는 하나의 입사광원을 갖는 본 발명의 일 실시예를 나타내는 측단면도
제1a도는 제1도의 일부확대도
제1b도는 제1도의 다른 변형예를 나타내는 일부확대도
제2도는 마이크로렌즈 어레이를 포함하는 제1도에 나타낸 실시예의 측단면도
제2a도는 제2도의 다른 변형예를 나타내는 일부확대도
제3도는 단일 마이크로렌즈의 단면도
제3a도는 단일한 마이크로렌즈의 일 실시예를 나타내는 평면도
제4도는 2개의 입사광원을 갖는 본 발명에 의한 다른 실시예를 나타내는 측단면 도
제4a도는 제4도의 일부확대도
제5도는 마이크로렌즈 어레이를 포함하는 제4도의 실시예를 나타내는 단면도
제6도는 제5도의 변형예를 나타내는 일부확대 단면도
제7도는 제5도의 다른 변형예를 나타내는 단면도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
2.... 조명시스템 14, 14A.... 광발생수단
16.... 도파관(광전송수단) 17, 17A.... 광수신면
18.... 반사수단 26.... 접착증진층
28.... 마이크로프리즘 80....마이크로렌즈
82.... 스페이서
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 따라 상세히 설명한다.
본 발명은 별도로 혹은 결합된 에너지가 효율적인 산란되지 않은 혹은 실질적으로 시준된 광원(이하, '공간 시준된 광원'이라 한다.)을 제공하는 광학 조명 시스템에 관한 것이다. 더욱이, 본 발명은 프로파일이 낮은 공간 조사된 광원을 필요로하는 광적용에 관한 것이다.
상기 광학 조명시스템은 광전송수단에 가까이 인접한 산란 입사광원(diffuse input light source), 상기 광전송수단에 인접하여 작동설치되고 광전송수단에서 방출된 빛을 재조준하기 위한 반사수단을 포함한다. 상기 반사수단은 마이크로프리즘 어레이 혹은 마이크로렌즈 어레이와 광학적으로 제휴되는 마이크로프리즘 어레이의 결합을 포함하며 따라서, 상기 마이크로프리즘은 광전송수단과 마이크로렌즈 사이에 작동설치된다. 본 발명의 반사수단은 프로파일이 낮은 어셈블리로 제공되는 공간 시준된 빛에 효과적으로 에너지가 분배되도록하는 것이다.
본 발명의 바람직한 일 실시에 있어서, 단일한 입사광원은 상기 광전송수단의 광 수신면에 인접하여 위치한다. 상기 광전송수단은 도광관, 광웨지(light wedge), 도파관과 같이 반사에 의해 빛을 투과시키는 구조 혹은 이 기술 분야의 숙련된 기술자에게 알려진 어떠한 구조일 수 있다. 바람직하게는 상기 광전송수단은 입사광원에서 발생된 빛을 수신하고 총내부반사(total internal reflection: TIR)에 의해 빛을 이송하는 도파관을 포함한다. 마이크로프리즘 어레이는 상기 도파관의 일면에 부착된다. 상기 마이크로프리즘은 도파관과 접하는 광입력면 및 상기 광입력면과 평행하게 떨어져서 위치하는 광출력면을 포함한다. 나아가 상기 마이크로프리즘은4개의 측벽을 포함한다. 4개의 측벽은 도파관을 통하여 이동하는 빛이 마이크로프리즘에 의해 포착되고 재조준되도록 그리고 TIR에 의해 마이크로프리즘을 통하여 반사되고 공간 시준된 광원으로 마이크로프리즘으로 부터 방출되도록 경사진다. 공간 시준된 광원은 광출력면에 대하여 실질적으로 수직인 방향으로 시준된 광원 혹은 광출력면에 대하여 수직으로 조사된 광원을 포함하는 의미이다.
다른 실시에 있어서, 마이크로렌즈 어레이는 마이크로프리즘의 광출력면에 인접하여 작동적으로 위치된다. 상기 각 마이크로프리즘의 4측벽은 도파관을 통하여 이동하는 하나의 광원에서 방출되는 빛이 마이크로프리즘에 의해 포착되고 TIR에 의해 마이크로프리즘을 통하여 반사되고 공간 시준된 광원으로 마이크로프리즘으로 부터 방출되도록 경사진다. 상기 마이크로렌즈는 적절한 곡면을 이루며, 각 마이크로프리즘에서 방출되는 빛이 상응하는 마이크로렌즈로 조준되도록 위치된다. 상기 빛은 마이크로렌즈를 통하여 투과되며 실질적으로 시준된 광원으로 방출된다.
다른 바람직한 실시에 있어서, 2 입사광원은 대향하여 위치하는 광전송수단의 광수신면에 인접하여 위치한다. 상기 광전송수단은 2 입사광원에 의해 발생된 빛을 수신하고 TIR에 의해 빛을 이송하는 도파관을 포함한다. 마이크로프리즘 어레이는 도파관의 일면에 부착된다. 상기 마이크로프리즘은 도과관과 접하는 광입력면 및 광입력면과 평행하게 떨어져서 위치하는 광출력면을 포함한다. 나아가 상기 마이크로프리즘은 2 입사 광원으로 부터 도파관으로 이동하는 빛이 마이크로프리즘에 의해 포착되고 재조준되도록 그리고 TIR에 의해 마이크로프리즘을 통하여 반사되고 공간 시준된 광원으로서 마이크로프리즘으로 부터 방출되도록 경사진 4개의 측벽을포함한다.
나아가 다른 실시에 있어서, 마이크로렌즈 어레이는 마이크로프리즘의 광출력면에 인접하여 작동적으로 위치한다. 상기 각 마이크로프리즘의 4측벽은 도파관을 통하여 이동하는 2 광원에서 방출된 빛이 마이크로프리즘에 의해 포착되고 TIR에 의해 마이크로프리즘을 통하여 반사되고 공간 시준된 광원으로서 마이크로프리즘으로 부터 방출되도록 경사진다. 상기 마이크로렌즈는 적절한 곡면을 형성하며 각 마이크로프리즘에서 방출되는 빛이 상응하는 마이크로렌즈 혹은 다수의 마이크로렌즈에 조준되도록 위치된다. 상기 빛은 마이크로렌즈를 통하여 투과(전송)되며 실질적으로 시준된 광윈으로 방출된다.
마이크로프리즘 및 마이크로렌즈 배열등을 이용하는 조명시스템이 많은 조명적용에 이용될 수 있다. 자동차산업, 항공우주산업 및 상업시장 혹은 주택시장에 적용될수 있다. 단지 예시하는 것으로 이에 한정하는 것은 아니지만, 자동차 적용으로는 프로파일이 낮은 자동차 헤드라이트 및 꼬리등; 독서용 램프 및 맵 라이트(map light)와 같이 프로파일이 낮은 자동차 내부 등; 계기판 표시장치용 광원; 평판 탑색 표시장치용 배면광, 평판 자동 TV 스크린 및 평판 전자 기기 표시장치; 교통신호등; 및 도로표지판용 배면광등을 포함한다. 항공우주산업에 대한 예로는 평판 조정실 표시장치 및 항공기 통로의 평판 TV 스크린용 배면광; 프로파일이 낮은 독서용 램프 및 항공기 착륙등; 및 활주로 착륙등을 포함한다. 주거용 및 상업용 적용으로는 프로파일이 낮은 내부 및 외부 스포트라이트 및 시준도가 낮은 실내광; 평판 TV 스크린용 배면광, 컴퓨터, 게임기, 전기기기 표시장치, 기계 표시장치 및 화상전화기와 같은 LCD 표시장치를 포함한다.
본 발명의 바람직한 일 예를 제 1도, 1a도 및 1b도에 나타냈다. 조명 시스템 2는 광발생수단(light generating means) 14, 광 수신면 17을 갖는 도파관(이하, "광전송수단(light transmitting means)"이라 하기도 한다.) 16 및 도파관 16과 접하는 투명한 반사수단 18을 포함한다. 유용한 광발생수단 14의 예로는 레이져, 형광막 튜브, 빛방출 다이오드, 백열등, 햇빛등이다. 도파관 16은 유리 혹은 중합체와 같은 어떠한 투명한 물질로 제조된다. 제1도에서, 광 발생수단 14는 도과관 16에 근접하며, 반사수단 18은 도파관 16과 접한다.
반사수단 18은 임의의 접착증진층 26 및 마이크로프리즘 28 어레이를 포함한다. 빛은 TIR에 의해 도파관 16를 통해 반사되며 광입력면 30을 경유하여 각각의 마이크로프리즘 28로 입사되고 측벽 33, 35 및 37에서 반사되고 광출력면 32를 통해 마이크로프리즘 28에서 공간 조준된 광원으로 방출된다.
도파관 16은 파장이 약 400∼700nm인 빛에 투명하다. 도파관 16의 굴절률은 약 1.40∼1.65일 수 있다. 가장 바람직한 굴절률은 약 1.45∼1.60이다. 도파관 16은 어떠한 투명한 고형물로 제조될 수 있다. 바람직한 물질은 투명한 중합체, 유리 및 용융된 실리카를 포함한다. 상기 물질의 필요로하는 특성으로는 기기의 전형적인작동온도에서의 기계적 안정성 및 광학적 안정성이다. 가장 바람직한 물질은 유리, 아크릴, 폴리카보네이트 및 폴리에스테르이다.
마이크로프리즘 28은 어떠한 투명한 고형물로 제조될 수 있다.
굴절률이 도파관 16의 굴절률과 같거나 그 보다 큰 물질이 바람직한 것이다. 바람직한 물질의 굴절률은 약 1.40∼1.65이며, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리(4-메틸 펜텐), 폴리스티렌 및 아크릴레이트 단량체의 광중합에 의해 형성된 중합체를 포함한다. 보다 바람직한 물질은 굴절률이 약 1.45∼1.60인 것으로 우레탄 아크릴레이트와 메타크릴레이트, 에스테르 아크릴레이트롸 메타크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트와 메타크릴레이트, (폴리)에틸렌 글리콜 아크릴레이트와 메타크릴레이트로된 아크릴레이트 단량체 혼합물 및 비닐 함유 유기 단량체의 광중합에 의해 형성된 중합체를 포함한다. 유용한 단량체로는 메틸 메타크릴레이트, n-부틸 아크릴레이트, 2-에틸헥실 아크릴레이트, 이소데실 아크릴레이트, 2-히드록시에틸 아크릴레이트, 2-히드록시프로필 아크릴레이트, 시클로헥실 아크릴레이트, 1,4-부탄디올 디아크릴레이트, 에톡시화된 비스페놀 A 디아크릴레이트, 네오펜틸글리콜 디아크릴레이트, 디에틸렌글리콜 디아크릴레이트, 디에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트, 1,6-헥산디올 디아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트 및 펜타에리트리톨 테트라-아크릴레이트를 포함한다. 특히 유용한 혼합물은 최소 하나의 단량체가 반응된 광중합체내에서 교차결합 망상구조를 형성할 수 있는 디아크릴레이트 혹은 트리아크릴레이트와 같은 다작용성 단량체인 것이다. 석판평판술 (photolithography)로 형성된마이크로프리즘 28에 가장 바람직한 물질은 에톡시화된 비스페놀 A 디아크릴레이트와 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트의 혼합물을 광중합하여 형성된 교차결합된 중합체이다. 가장 바람직한 물질의 굴절률은 약 1.53∼1.56이다. 사출성형과 같이 다른 제조방법에 사용될 수 있는 다른 물질로는 폴리카보네이트, 아크릴 및 폴리(4-메틸 펜텐)을 포함한다.
마이크로프리즘 28은 격자간 부분 36에 의해 분리된다. 격자간 부분 36의 굴절률은 마이크로프리즘 28의 굴절률보다 작아야 한다. 격자간 부분으로 바람직한 물질은 굴절률이 1.00인 공기 및 굴절률의 범위가 약 1.16∼1.40인 플루오로중합체 물질이다. 공기가 가장 바람직한 것이다.
임의의 광학 접착증진층 26은 빛을 투과할 수 있는 유기 물질이며 따라서 마이크로프리즘 28, 특히 예를들어 광교차결합된 아크릴레이트 단량체 물질과 같은 중합체로 형성된 마이크로프리즘이 도파관 16에 강하게 부착된다. 이와 같은 물질은 이 기술분야의 숙련된 기술자에게 잘 알려져 있다. 접착증진층 26의 두께는 결정적인 것은 아니며 광범위하게 변할 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예 있어서, 접착층 26의 두께는 30㎛미만이다.
상기 마이크로프리즘은 정사각형, 직사각형 혹은 육각형 패턴과 같은 어떠한 패턴으로 도파관 16에 배열될 수 있다. 상기 마이크로프리즘은 광수신면 17에 대하여 수직방향인 반복거리 38(제1도) 및 광수신면 17에 대하여 평행한 방향인 반복거리 40(제1b도)를 갖는다. 반복거리 38 및 40은 같거나 혹은 다를수 있으며, 표시장치의 해상도 및 치수에 따라 광범위하게 변할 수 있다. 더욱이, 반복거리 38 및 40은광발생수단(light generating means) 14로 부터의 거리가 증대됨에 따라 내부 도파관 16의 빛의 세기가 작아의 표면을 가로질러 변할 수 있다. 어레이의 다른 마이크로프리즘에 의해 빛이 지는 것을 보상하기 위해 도파관 16제거됨으로 빛의 세기가 작아진다.
마이크로프리즘 28은 광입력면 32와 평행한 광입력면 30을 갖는 6-면의 기하학적 모양의 형태로 구조되며, 광출력면 32의 표면적은 광입력면 30의 표면적과 같거나 이보다 크다. 나아가 마이크로프리즘 28은 두쌍의 대향하여 위치하는 측벽 33,34 및 35, 37을 포함한다. 측벽 33, 35 및 37은 도파관 16을 통하여 전파되는 빛을반사 및 재조준 하기에 효과적이다. 바람직하게는, 상기 도파관 16 혹은 그 위의 접착층 26과 측벽33이 교차하여 빛의 평균방향에 수직인 선을 이룬다. 예를들어, 제1도에 나타낸 바와 같이, 접착층 26과 측벽 33이 교차하여 광수신면 17과 평행한 선을 이루며, 따라서 도파관 16을 통하여 이송하는 빛의 평균방향에 대하여는 수직이다. 측벽 34이 측벽 33과 평행하게 도시되어 있으나, 측면 34의 배향이 중요한 것은 아니다.
제1a도에 나타낸 바와 같이, 각 마이크로프리즘 28은 측벽 33이 도파관 16 표면의 수직방향에 대하여 경사각 φ을 이룬다. 상기 필요로하는 경사각 φ값의 범위는 약 15∼50도이다. 보다 바람직한 경사각 φ값의 범위는 약 20∼40도이다. 이 기술분야의 숙련된 기술자에게 명백한 바와같이, 경사각 φ는 광출력면에 대하여 수직인 면을 기준으로 어떠한 각으로 공간 조준된 빛이 방츨되는 가를 결정한다.
제 1b도에서, 측벽 35 및 37은 또한 도파관 16의 수직면에 대하여 경사각 θ을 이룬다. 상기 요구되는 경사각 θ값의 범위는 약 0∼25도이다. 보다 바람직한 경사각 θ값의 범위는 약 2∼15도이다. 측벽 35 및 37과 관련된 경사각 θ는 같은것이 바람직하나 각도가 같을 필요는 없다.
마이크로프리즘 28의 높이는 치수 50으로 제1a도에 나타냈다. 높이 50은 표시장치의 크기 및 해상도에 따라 광범위하게 변할 수 있다. 즉, 랩탑 컴퓨터 표시장치 및 항공전자 공학 표시장치와 같이 작은 표시장치는 대형 스크린, 평판 텔레비젼과 같이 보다 큰 표시장치에 비하여 크기가 크게 감소된다.
마이크로프리즘 28의 길이는 치수 52 및 53으로 나타냈다. 길이 52는 광입력면 30에 부합하며 길이 53은 광출력면 32에 부합한다. 길이 53은 길이 52와 같거나 이보다 길다. 길이 52 및 53은 표시장치의 치수 및 해상도에 따라 광범위하게 변할 수 있다. 더욱이, 길이 52는 광발생수단 14로 부터의 거리가 길어짐에 따라 내부 도파관 16의 빛의 세기가 작아지는 것을 보상하기 위해 광전송수단(light transmitting means) 16의 표면을 가로질러 변할 수 있다. 즉, 광발생수단 14에 보다 근접한 마이크로프리즘 28은 광발생수단 14로 부터 보다 멀리 떨어진 마이크로프리즘에 비하여 크기 52가 보다 작을 수 있다. 어레이의 다른 마이크로프리즘에 위해 빛이 제거됨으로 빛의 세기가 감소된다. 길이 52 및 53의 최대값은 제 1도의 반복거리 38보다 작다.
마이크로프리즘 28의 폭치수는 54 및 55 (제1b도)이며, 폭 54는 광입력면 30에 부합되며 폭 55는 광출력출면 32에 부합된다. 폭 54 및 55는 표시장치의 치수 및 해상도에 따라 광범위하게 변할 수 있으며, 경사각 θ 및 높이 50에 관한 함수이다.더욱이 폭 54는 광발생수단 14로 부터의 거리가 길어짐에 따라 내부 도파관 16의 빛의 세기가 감소되는 것을 보상하기 위해 광전송수단 16의 표면을 가로질러 변할 수 있다. 폭 54 및 55의 최대값은 반복거리 40보다 작다. 길이 치수 52가 폭 치수 54 보다 큰 것이 바람직하다. 길이 52 대 폭 54 비의 범위는 바람직하게는 1.2:1∼5:1, 보다 바람직하게는 1.5:1∼3:1이다.
다른 실시에 있어서, 반사수단 18은 나아가 제2도 및 제2a도에 나타낸 바와같이 마이크로렌즈 80 어레이를 포함한다. 상기 마이크로렌즈 80은 마이크로프리즘 28에 가까이 근접하여 위치된다. 마이크로렌즈 80이 광중합에 의해 제조되는 경우, 상기 마이크로프리즘 28에 대하여 개시한 것과 같은 단량체로 제조되는 것이 바람직하며 굴절률은 마이크로프리즘 28의 굴절률과 같거나 혹은 실질적으로 같다. 그러나 예를들어 상기한 물질과 같은 어떠한 투명한 물질이 사용될 수 있다. 마이크로렌즈사이의 중심-대-중심 거리는 마이크로프리즘 28의 반복거리 38 및 40과 직접 관련된다. 즉, 모든 마이크로프리즘 28에 대하여 각 마이크로프리즘 28의 출력면 32와 일직선으로 정렬된 상응하는 마이크로렌즈 80이 존재한다.
스페이서 82에 의해 마이크로렌즈 80과 마이크로프리즘 28이 분리된다. 스페이서 82의 두께는 마이크로프리즘 28로 부터의 빛이 마이크로렌즈 80에 의해 시준되도록 최적화된다. 스페이서 82는 투명한 물질로 제조될 수 있다. 바람직한 물질로는 투명한 중합체, 유리 및 용융된 실리카를 포함한다. 바람직한 스페이서 82의 굴절률은 마이크로프리즘 28 및 마이크로렌즈 80의 굴절률과 같거나 혹은 실질적으로 같다. 상기 물질에 요구되는 특성은 상기 기기의 전형적인 작용온도에서의 기계적 안정성 및 광학적 안정성을 포함한다. 가장 바람직한 물질은 유리, 아크릴, 폴리카보네이트 및 폴리에스테르이다.
하나의 마이크로렌즈 80을 제3도에 나타냈다. 상기 마이크로렌즈는 구형렌즈 혹은 비구형렌즈 혹은 난시용렌즈일 수 있다. 마이크로렌즈 80의 자국은 원형일 필요가 없으며, 제3a도에 나타낸 바와 같이 길이 86와 폭 87이 각각 반복거리 38 및 40의 길이와 같은 직사각형 형태일 수 있다.
마이크로렌즈 80이 구형렌즈인 경우, 상기 렌즈는 곡면 반경이 84인 하나의 곡면을 갖을 수 있다. 상기 곡면 반경은 상응하는 마이크로프리즘 어레이의 반복 거리 38 및 40에 따라 광범위하게 변할 수 있다. 마이크로프리즘 28에 의해 도파관 16에 의해 바깥쪽으로 조준된 모든 빛이 실질적으로 마이크로렌즈 80에 수집되도록, 마이크로렌즈 80의 f-값(f-number)이 비교적 작아야한다. 마이크로렌즈 80의 f-번호값의 범위는 약 0.5∼4.0일수 있으며, 보다 바람직하게는 0.6∼3.0이다.
본 발명의 다른 실시예를 제4도 및 제 4a도에 나타냈다. 2개의 광발생수단 14 및 14A는 도파관 16의 서로 대향하여 위치된 2개의 광수신면 17 및 17A에 인접하여 위치된다. 마이크로프리즘 90 어레이는 상기한 바와 같은 방법으로 도파관 16에 부착된다. 상기 마이크로프리즘 90은 광출력면 94에 평행한 광입력면 92를 포함하며, 상기 광출력면 94는 광입력면 92의 표면적보다 넓다. 마이크로프리즘 90은 또한 2쌍의 대향되도록 위치한 경사진 측벽 96 및 98과 97 및 99를 포함한다.
측벽 96 및 98은 각각 도파관 16 표면의 수직방향에 대하여 각 φ를 이룬다. 바람직하게는 측벽 96 및 98과 관련된 경사각 φ는 같지만 각도가 같을 필요는 없다.각각의 경사진 측벽 96 및 98와 도파관 16 혹은 그 위의 접착층 26이 교차되어 대향하여 위치되는 광수신면 17 및 17A와 서로 평행을 이루며, 따라서 도파관 16을 통하여 빛이 이동하는 평균 방향에 대하여 수직이다.
제4a도를 참조로, 측벽 97 및 99는 각각 도파관16 표면의 수직방향에 대하여 각 θ를 이룬다. 바람직하게는 측벽 97 및 99에 대한 경사각 θ는 같으나 각이 같을 필요는 없다. 각각의 경사진 측벽 97 및 99와 도파관 16 혹은 그 위의 접착층 26이 교차하여 대향되도록 위치한 광수신면 17 및 17A에 대하여 수직을 이루며 따라서, 도파관 16을 통하여 빛이 이동하는 평균방향에 대하여 평행하다.
마이크로프리즘 90의 높이는 치수 110이고 이는 마이크로프리즘 28의 높이 50과 비슷하다. 마이크로프리즘 도파관 90의 길이는 치수 120 및 122이며 치수 122는 치수 120보다 작다. 길이 120과 122는 모두 경사각 φ와 높이 110에 대한 함수이다. 길이 120 및 122는 표시장치의 치수 및 해상도에 따라 광범위하게 변할 수 있다. 더욱이, 길이 120 및 122는 광발생수단 14 및 14A로 부터의 거리가 멀어짐에 따라 내부 도파관 16의 빛의 세기가 감소되는 것을 보상하기 위해 광전송수단 16의 표면을 가로질러 변할 수 있다. 길이 120의 최대값은 반복거리 138보다 작다.
마이크로프리즘 28의 폭은 제4a도에 나타낸 치수 130 및 132이다. 치수 132는 치수 130보다 작거나 같다. 폭 130 및 132는 모두 경사각 θ와 높이 110의 함수이다. 폭 130 및 132는 상기한 길이 120 및 122 요인에 따라 광범위하게 변할 수 수 있다. 상기 폭 130의 최대값은 반복거리 140보다 작다. 길이 치수 122가 폭 치수 132보다 큰 것이 바람직하다. 길이 122:폭 132의 비율은 바람직하게는 1.2:1∼5:1이며, 보다 바람직하게는 1.5:1∼3:1이다.
나아가 제5도 내지 제7도에 도시한 본 발명의 다른 일예에서 마이크로프리즘 90에 인접하여 위치한 마이크로렌즈 80 어레이를 포함한다. 스페이서 82에 의해 상기한 바와 같이 마이크로프리즘 90에서 마이크로렌즈 80이 분리된다. 빛은 공간 조사된 광원으로 각각의 마이크로프리즘 90에서 방출되며 하나 또는 그 이상의 마이크로렌즈 로 입사된다. 바람직하게는 상기 광원은 2개의 마이트로렌즈에 조준된다. 마이크로프리즘 90에서 방출되는 공간 조준된 광원은 마이크로렌즈 80에 의해 시준되며 실질적으로 시준된 빛의 패턴을 제공한다. 마이크로렌즈 사이의 중심-대-중심 거리는 마이크로프리즘 90의 반복 거리 138 및 140에 직접 관련된다. 각 마이크로렌즈 80의 길이 86(제3도)는 제5도 및 제6도에 나타낸바와 같이 인접한 마이크로프리즘과 같은 거리로 중첩되도록 마이크로프리즘 어레이에 배열된다. 각 마이크로렌즈의 폭 87은 제7도에 나타낸 바와같이 하나의 마이크로렌즈에 대하여 배열된다.
마이크로프리즘 28과 90 어레이 및 마이크로렌즈 80 어레이는 사출성형 및 압출성형을 포함하는 성형, 열간압연주조를 포함하는 주조, 모울드에서의 광중합 혹은 모울드를 사용하지 않는 광중합공정등과 같은 여러가지 기술로 제조할 수 있다. 바람직한 제조방법은 마이크로프리즘 28 혹은 90 어레이, 마이크로렌즈 80 어레이 및 스페이서 82를 포함하는 반사수단 18을 단일한 통합된 유니트로 제조할 수 있는 방법이다. 본원발명은 상기 어레이룰 별도로 제조한 후 상기한 바와 같이 부착하는 경우, 마이크로프리즘 어레이와 마이크로렌즈 어레이를 정확히 배열할 수 있다는 것이다.
상기한 특정예는 본 발명을 단지 예시한 것이며, 이 기술분야에서 숙련된자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 그 변형이 가능한 것이다.
본 발명은 산란광원에 의해 방출되는 빛을 수신하고 총내부반사에 의해 상기 빛을 투과하는 도파관을 포함하는 광학조명 시스템에 관한 것으로, 에너지가 효율적이며 프로파일이 낮은 어셈블리에 포함되어 있는 산란되지 않거나 혹은 실질적으로 시준되어야 하는 적용처에 이로운 것이다.

Claims (10)

  1. (a)광전송수단;
    (b)각 마이크로프리즘은
    (i)상기 광전송수단에 광학적으로 결합된 광입력면;
    (ⅱ)표면적이 최소한 상기 광입력면의 표면적과 같은 광출력면;
    (ⅲ)최소 하나의 측벽은 광전송수단에 의해 수신된 빛이 총내부반사되도록 위치되며 상기 광입력면과 광출력면 사이에 연속적으로서 위치하는 제1의 측벽쌍;
    (ⅳ)최소 하나의 측벽은 광전송수단에 의해 수신된 빛이 총내부반사되도록
    위치되며 상기 광입력면과 광출력면 사이에 연속적으로서 위치하는 제2의 측벽쌍;
    을 포함하는 마이크로프리즘 어레이:
    를 포함하는 조명 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서, 나아가 각 마이크로프리즘의 출력은 최소 하나의 상응하는 마이크로렌즈에 조준되는 마이크로렌즈 어레이를 포함함을 특징으로 하는 조명 어셈블리.
  3. 제2항에 있어서, 상기 마이크로프리즘 어레이 및 마이크로렌즈 어레이는 통합된 형태임을 특징으로 하는 조명 어셈블리.
  4. 제1항에 있어서, 상기 광출력면은 상기 광입력면에 평행함을 특징으로 하는 조명 어셈블리.
  5. (a) 제1 산란 광원에 근접하여 위치하는 제1 광수신면을 갖으며, 제1 산란 광원 에서 방출되는 빛을 이송하는 광전송수단;
    (b)각 마이크로프리즘은
    (ⅰ)상기 광전송수단에 광학적으로 결합된 광입력면;
    (ⅱ)상기 광입력면의 표면적보다 표면적이 넓은 광출력면;
    (ⅲ)각 측벽은 상기 광전송수단 표면의 수직방향에 대하여 제1의 경사각을 이루며, 상기 광입력면과 광출력면사이에서 연속하여 대향되도록 위치하 는 제1의 측벽쌍;
    (ⅳ)각 측벽은 광전송수단 표면의 수직방향에 대하여 제2의 경사각을 이루며, 상기 광입력면과 광출력면 사이에 연속하여 대향되도록 위치하며 상기 광 전송수단과 교차하는 제2의 측벽쌍;
    을 포함하는 마이크로프리즘 어레이;
    를 포함하며,
    상기 광전송수단을 통하여 반사된 빛은 상기 광입력면을 통하여 마이크로프리즘으로 입사되고 측벽에 의해 재조준되며 공간 조준된 광원으로 광출력면을 통하여 방출되는 조명 어셈블리.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 반사수단은 나아가 상기 마이크로프리즘 어레이와 함께 통합적으로 형성된 마이크로렌즈 어레이를 포함하며, 각 마이크로프리즘의 출력은 최소 하나의 상응하는 마이크로렌즈로 조준됨을 특징으로 하는 조명 어셈블리.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 제1 경사각은 상기 광전송수단 표면의 수직선에 대하여 15∼50 도임을 특징으로 하는 조명 어셈블리.
  8. 제 5항에 있어서, 상기 제2 경사각은 상기 광전송수단 표면의 수직선에 대하여 0∼25도임을 특징으로 하는 조명 어셈블리.
  9. 제 5항에 있어서, 상기 광전송수단은 제2 산란 광원에서 방출되는 빛을 이송하며 나아가 제2 산란광원에 인접한 제2 광수신면을 포함함을 특징으로 하는 조명 어셈블리.
  10. 제5항에 있어서, 상기 출력면은 상기 입사면에 평행함을 특징으로 하는 조명 어셈블리.
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