KR100817502B1 - 비 람베르시안 유리 산란장치 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

빛 산란장치는 금속 심(shim) 서브마스터(30)이나 혹은 일 단면에 표면 부조 구조를 가지는 다른 고온 저항성 산란기를 우선 생산하여 조립된다. 유리 기판 재료(56)는 적절한 온도로 가열되고, 적어도 한쪽의 노출된 표면은 원하는 정도로 유연화된다. 서브마스터 산란기(30)와 특히 표면 부조구조는 유리 재료(56) 내의 표면 부조 구조를 반복 복사하기 위해 노출되고 유연화된 유리 기판 재료(56)와 접촉하여 놓여진다. 서브마스터 산란기(30)와 유리 기판(56)은 분리되고, 유리는 유리 산란기를 형성하기 위해 냉각되도록 한다.

Description

비 람베르시안 유리 산란장치 및 그 제조방법{NON-LAMBERTIAN GLASS DIFFUSER AND METHOD OF MAKING}

본 발명은 일반적으로 광학소자(optical element)에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 능동 조명 장치에서 사용되어지는 주요 산란장치(master diffuser)로부터 복제되어지는 비-람베르시안(non-Lamberitian) 유리 광학 산란기(diffuser)에 관한 것이다.

마스터와 하나 또는 그 이상의 서브마스터(submaster)를 사용하여 원하는 빛 산란 특성을 가지는 최종적인 산란기 제품을 만드는 생산과 복제방법을 잘 알려져 있다. 이러한 많은 방법은, 마스터로부터의 첫번째 서브마스터의 생산은 마스터 렌더링(rendering)을 파괴하여 다음에 사용할 수 없게 한다. 또한, 마스터를 파괴하지 않고 마스터와 동일한 광학적 형상을 가지는 마스터의 복제를 만드는 다른 방법들도 있다.
그러한 방법들 중의 하나는 간섭성(coherent) 또는 비간섭성(incoherent) 빛을 사용하여 감광성 물질 상에 광학적 형상을 기록하는 것과 관련된다. 감광성 물질은 이후에 마스터 광학 제품을 만들기 위해 추후 공정을 거친다. 두 부분의 실리콘 에폭시(silicone epoxy) 층은 실리콘 재료 내의 마스터 감광성 물질의 광학적 표면 형상을 복제하기 위해 마스터 위에 부어진다. 실리콘 에폭시 층은 상온에서 경화되어 고무로 된다. 실리콘 재료는 좀더 경화되어, 실리콘 서브마스터를 얻기 위해 마스터로부터 분리된다. 유연한 실리콘 서브마스터는 계속되는 서브마스터 제조에 사용되거나 에폭시 층으로 유연한 서브마스터를 덮고, 에폭시 층을 플라스틱 기판으로 덮고, 에폭시를 경화하고, 에폭시와 플라스틱 기판을 서브마스터와 분리하여 최종적인 광학제품으로 사용된다.

광학제품을 위한 서브마스터를 제조하는 다른 방법은 기록되고 현상된 상술한 감광성 물질 마스터를 실리콘 대신에 실버(silver) 층으로 코팅하는 것과 관련되어진다. 니켈(nickel) 층은 실버층 위에 전기 도금되고, 실버층과 니켈층은 감광성 재료나 또는 매개체로부터 서브마스터를 형성하기 위해 제거된다. 조합된 실버와 니켈 등판은 금속 심(shim) 서브마스터를 형성하며, 서브마스터의 표면 형상을 에폭시나 플라스틱 혹은 폴리카보네이트(polycarbonate) 재료 안으로 압인 가공하거나 그러한 재료들을 서브마스터를 수반하는 몰드 안으로 분사 몰딩함으로써 최종적인 광학 제품을 얻기 위해 사용된다.
이러한 각 방법들의 심각한 한 가지 단점은, 서브마스터로부터 생성된 최종적인 광학제품이 플라스틱(plastic), 에폭시(epoxy) 또는 폴리카보네이트 복합체(polycarbonate composite)와 같은 비교적 내구성이 약한 재료로 만들어진다는 것이다. 이러한 재료들은 매우 높은 고온 빛 소스 근처에의 사용은 적절치 못하고, 또한 주기적이고 극단적인 환경조건에 노출되어 외부에서 사용 시에도 적당하지 않다.

본 발명의 주된 목적은 유리와 같이 매우 내구성이 좋은 재료를 사용하여 산란장치의 광학적 형상을 가진 마스터 디퓨저(master diffuser)의 복제품을 만드는 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 내구성이 좋으며, 액정 디스플레이나 유사장치와 같이 고온의 능동 빛 소스에 근접한 극한 조건 하에서 사용할 수 있는 유리와 같은 재료로 된 디퓨저(diffuser)를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 상기한 목적들은 적어도 하나이상의 광학표면(optical surface)을 가지며 유리재료(glass material)로부터 만들어지는 단일 몸체구조(unitary body structure)를 가지는 유리 광학소자(glass optical element)에 의해서 달성되어진다. 광학적 표면 부조구조(surface relief structure)는 금속 서브마스터 광학소자(submaster optical element)로부터 적어도 하나이상의 광학표면(optical surface) 상으로 복제되어진다. 유리 재료는 처음에 미리 정해진 유연도(level of softness)에 도달하기 위해 적절한 온도로 가열된다. 유연화된 유리는, 적어도 유리 기판의 일 표면이 노출된 평평한 금속 표면과 같은 튼튼한 지지대 위에 고정된다. 노출된 표면은, 금속 심 서브마스터 광학소자의 표면 부조 구조와 사전에 미리 정해진 일정한 시간주기동안 접촉되며, 이때 금속 서브마스터 광학소자와 유연화 된 유리기판에 힘이 가해지도록 적어도 사전에 정해진 접촉시간의 일부 동안 압력이 가해진다. 유리의 유연성, 마스터 광학소자 사이에 가해진 압력, 유리기판과 튼튼한 지지표면, 그리고 그러한 접촉과 가해진 압력의 지속시간의 조합에 의하여, 표면 부조 구조는 유리 재료에 복제된다. 그리고 나서, 압력은 제거되고 마스터 광학소자 또는 금속 심과 유리재료는 서로 분리된다. 유리는 본 발명에 따라 유리 디퓨저를 생산하기 위해 냉각된다. 유리 재료(glass material)는 반-투명성(semi-transparent) 유리 재료로 될 수도 있다. 표면 부조 구조(surface relief structure)는 홀로그래픽 표면 구조(holographic surface structure)로 될 수도 있다. 또한 표면 부조구조(surface relief structure)는 요구되는 특성의 광 출력(light output)을 발생할 수 있는 빛 산란 표면(light diffusing surface)이 될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 마스터 광학소자는 크롬이나 니켈 층이 뒤 층을 형성하는 실버층을 가지는 금속 심(shim)이 될 수 있다. 실버층은 어떠한 종래의 수단에 의한 감광성 매개체로부터 기록된 표면 부조 구조를 포함한다. 다른 마스터 광학소자는 특정 유리와 원하는 유리 디퓨저의 생산을 위해 필요한 공정 특성에 의존하여 사용될 수 있다.
또한 유리기판 재료는 많은 수단들에 의해 가열된다. 예를 들면, 유리기판 재료는 유리재료와 마스터 광학소자 사이에 압력을 가하기 전에 유리의 온도를 올리기 위해 노(furnace) 내에 놓여진다. 선택적으로, 유리기판 재료는 노출된 표면을 충분히 부드럽게 하기 위하여 옥시아세틸렌(oxyacetylene) 화염과 같은 직접 가열소스에 노출될 수 있다. 또한 선택적으로, 용융된 유리재료는 유연한 상태로 약간씩 냉각되며, 유리기판의 초기 생산 중에 마스터 광학소자와 접촉한다. 따라서 표면 부조 구조를 직접 원본 유리 목적물 안으로 복제한다.
이러한 방법을 사용하여, 유리 디퓨저의 제작을 실험실에서 보여주었다. 다른 종류의 금속들이 실버와 니켈-크롬에 대신하여 사용될 수 있다. 그러한 금속들 중의 한 가지 대체 선택은 높은 비율의 탄소를 갖는 스틸(steel)이다. 또한, 사용자는 디퓨저 마스터에 기초한 그래파이트(graphite)를 사용하여 유리 디퓨저를 복제할 수 있다. 예를 들면, 디퓨저 마스터 구조체는 스틸 금속이나 혹은 열팽창계수가 유리와 비슷한 그래파이트(graphite) 재료 상에 이온(ion) 밀링 가공이 될 수 있다. 그래파이트(graphite)의 사용은 좀더 부드럽거나 혹은 액화된 유리가 사용될 때에 필수적이다.
본 발명의 이러한 관점들은 다음의 도면과 더불어 좀더 자세히 설명되고 기술될 것이다. 그러나 본 발명에 따른 다음의 실시예들은 단지 설명을 위한 것이며 제한적인 것은 아니다. 많은 수정과 변화가 본 발명의 관점을 벗어나지 않고 가능하며, 모드 그러한 수정 예들을 포함한다.

본 발명의 장점과 특징들의 확실한 개념과 통상적인 메카니즘의 구조와 작동이 실시예들을 통하여 분명하게 제공되어지며, 따라서 도면에 도시된 제한적이지 않은 실시예에 이러한 특징들이 잘 나타나 있다.

도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 유리 디퓨저(glass diffuser)의 사시도

도 2A-2D는 도 1에 도시된 유리 디퓨저(glass diffuser)를 생산하기 위하여 사용되는 금속 심 서브마스터 디퓨저를 형성하는 단계를 나타낸 개략도

도 3은 도 1에 도시된 유리 디퓨저를 형성하기 위한 공정과 장치의 실시예를 도시한 모습

도 4는 도 1에 도시된 유리 디퓨저를 형성하기 위한 공정과 장치의 선택적인 실시예를 도시한 모습

도 5는 도 1에 도시된 유리 디퓨저를 형성하기 위한 공정과 장치의 두 번째 실시예를 도시한 모습

도 6은 도 1에 도시된 유리 디퓨저를 형성하기 위한 연마 혹은 겹치기 공정을 수행하는 유리기판을 나타내는 모습

도 7A와 7B는 금속 마스터 심 디퓨저를 위한 빛 입력 파워에 대하여 각각 수직과 수평으로 퍼지는 빛 출력을 나타내는 모습

도 8A와 8B는 도 1에 도시된 유리 디퓨저를 위한 빛 입력 파워에 대하여 각각 수직과 수평으로 퍼지는 빛 출력을 나타내는 모습

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

20, 30 : 디퓨저 32 : 유리기판

34 : 포토레지스트층 36 : 실버층

38 : 배쓰(bath) 40 : 양극

42 : 음극 44 : 니켈판

46 : 니켈층 50 : 지지표면

52 : 노(furnace) 54 : 가열요소

56 : 유리기판 58 : 압력판

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 조립된 투명한 유리 디퓨저(glass diffuser, 20)의 사시도를 나타낸다. 유리 디퓨저(20)는 일반적으로 금속과 같은 내구성이 강한 재료로부터 마스터 디퓨저(master diffuser)를 먼저 만듦으로써 본 발명에 따라 조립된다. 니켈 등판을 가진 실버층은, 예를 들면, 서브마스터 디퓨저(submaster diffuser)로서 만들어진다. 서브마스터는 고온, 고압 하에서 서브마스터로부터 유리기판으로 디퓨저 표면을 압축 몰딩하기 위해 사용된다. 결과적으로, 유리 디퓨저(20)는 긁힘, 고온, 그리고 깨짐에 매우 강하다.
도 2A-2D는 금속 심(metal shim) 서브마스터 디퓨저(30)를 생산하기 위한 한가지 방법을 도식적으로 보여준다. 도 2A는 위에 포토레지스트층(34)을 가지는 유리기판(32)과 같은 편평한 재료의 기판을 제공하는 것을 처음으로 도시한다. 포토레지스트(photoresist)의 두께는, 예를 들면, 특정 응용에 따라 다른 두께가 선호되어 사용될 수 있지만, 대략 20 마이크론(micron)이다. 요구되는 광학적 특성을 얻을 수 있는 표면 부조구조(surface relief structure)는 이전에 공개된 특허출원과 특허에 의한 어떠한 수단에 의해서 포토레지스트층(34)에 기록된다. 실버층(36)은 표준 과정과 공정을 사용하여 포토레지스트층(34) 상에 진공 코팅되며, 예를 들면 약 500-1000 Å 정도 범위의 두께를 가진다. 실버층(36)은 포토레지스트층(34) 내에 형성된 마스터 디퓨져 표면구조를 복제한다.
도 2B는 유리기판(32), 포토레지스트층(34), 그리고 실버층(36)을 포함하는 복합구조(composite structure)가 용액이나 배쓰(bath, 38) 내에 놓여진다. 양극(anode, 40)은 실버층(36)에 연결되고, 음극(cathode, 42)은 동일 배쓰(38) 내에 잠겨진 니켈판(44)에 부착되어진다. 전기 화학 반응의 결과로 실버층(36) 상에 니켈층(46)이 도 2C에 더 도시된 바와 같이 적층된다. 이러한 등판 층(backing layer)은, 예를 들면, 대략 0.005 인치에서 0.5 인치의 두께 범위에 있으며 다소 차이가 있다. 실버층(36)과 니켈층(46) 조합은 금속 심 디퓨저(30, 서브마스터 디퓨저)를 한정하며, 도 2D에 도시된 바와 같이 포토레지스트층(34)으로부터 분리된다. 이러한 분리는 포토레지스트층(34)과 유리기판(32)을 파괴할 것이다.
결과적인 금속 심 디퓨저(30)는 실버층(36)과 니켈층(46)을 모두 포함하며, 실버층(36)의 외부 표면은 마스터 유리기판(32)의 포토레지스트층(34)으로부터 복제된 표면구조와 이미지를 포함한다. 일단 이러한 금속 심 서브마스터 디퓨저(30)가 생성되면, 유리 디퓨저(20)를 형성하기 위하여 후술한 바와 같이, 동일 표면 구조를 유리판으로 복제하는 도구나 혹은 서브마스터 심으로서 사용될 수 있다. 니켈판(44)은 예를 들면 크롬판이나 크롬니켈판으로, 실버층 위에 크롬 등판이나 크롬니켈 등판을 각각 형성하기 위해 대치될 수 있다.
도 3은 금속 심 서브마스터 디퓨저(30)를 사용하여 유리 디퓨저(20)를 만들기 위한 과정의 일 실시예를 도시하고 있다. 본 공정은 금속이나 다른 고온에 강한 재료를 사용해 만들어진 강재의 혹은 튼튼한 지지표면(support surface, 50)을 포함한다. 지지표면(50)은 후술되는 적절한 상승한 온도로 노(furnace) 내부를 가열할 수 있는 가열소자(heating element, 54)를 가지는 고온의 노(52) 내에 수용된다. 금속 심 마스터 디퓨저(30)는 표면 부조 구조가 노출되어 상부를 향해있는 실버층(36)을 가진 지지표면(50) 상에 놓인다.
본 실시예에서는 이미 조립된 유리기판(56)은 후술된 원리에 따라 선택되고, 마스터 심 디퓨저(30)의 실버층(36)의 꼭대기에 노 내에서 놓여진다. 역시 금속이나 고온에 강하고 실질적으로 강재이며 튼튼한 재료로 만들어진 적절한 압력판(pressure plate, 58)이 노(52) 내의 유리기판(56)의 노출된 표면(59) 위에 위치되어진다.
가열소자(heating element, 54)를 통하여 적절한 고온으로 온도를 높이기 위하여, 적어도 유리기판(56)의 노출된 표면(59)을 연화(soften)하기 위하여 노(furnace, 52)의 내부로 열이 공급되어진다. 가열소자는 어떠한 형태도 가능하며, 예를 들면, 가스버너나 또는 전기 코일 또는 버너도 가능하다. 적절한 온도는 우선 후술된 바와 같은 유리 특성에 의하여 결정된다. 일단 노(52)가 원하는 적절한 온도에 도달하고, 유리기판(56)의 노출된 표면(59)이 원하는 유연성(softness)에 도달하면, 압력판(58)은 유리기판(56)에 압력을 가하기 위하여 하강하게 되고, 이는 연속하여 실버층(36)의 표면 부조 구조를 누르고, 금속 심 마스터 디퓨저(30)를 누르게 된다.
유리기판을 적절한 온도로 가열하고 압력판(58)을 통하여 적절한 양으로 압력을 가하여, 유리기판(glass substrate, 56)의 노출된 표면(59)은 실버층(36)의 표면 부조 구조를 영구적으로 수용하고 복제하게 된다.
유리기판(glass substrate, 56)은 노(52)로부터 제거되어지고, 기판을 재-경화(re-harden)하기 위해 냉각된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 복제된 표면 부조 구조를 수반하지 않는 유리기판(56)의 노출된 표면(59)의 반대쪽 측면은 특정 두께와 필수적인 편평도 또는 다른 표면 조건을 이루기 위해 좀더 공정을 겪게 된다. 유리기판은 원하는 두께와 편평도를 이루기 위해 연마되거나 겹쳐지거나 문질러진다. 따라서, 도 3과 도 6은 고온 프레스나 또는 스탬핑 공정을 사용한 유리 디퓨저(20)를 형성하는 일 실시예를 도시한다.
도 4는 금속 심 마스터 디퓨저(30)를 사용하여 유리 디퓨저(20)를 생산하는 선택적인 일 실시예를 나타낸다. 이러한 실시예에서, 유리기판(56)은 직접 가열소자를 받거나 관통하며, 특히 옥시아세틸렌 화염(60)이 선호되어 지지표면(62) 상에 지지된다. 화염(60)은 적어도 유리기판(56)의 노출된 표면을 적절한 정도로 유연화(soften)시킨다. 금속 심 마스터 디퓨저(30)는 상술한 바와 같이 압력판(pressure plate, 58)에 의해서, 유리기판을 바라보고 있는 실버층(36)의 표면 부조구조 측면이 있는 유리기판(56)의 노출된 측면에 대하여 압축된다.
도 5는 본 발명에 따른 유리 디퓨저(20)를 생산하기 위한 또 다른 대안적인 실시예를 보여준다. 도 5에 기술된 공정은 엠보싱이나 혹은 실버층(36)의 이미지나 표면부조 구조를 금속 심 마스터 디퓨저(30)로부터 액화되거나 연화된 유리재료(70)로 유리의 초기 제조공정 동안에 복제된다. 상술된 두 개의 다른 실시예에서, 유리는 이미 생산되었고 판으로 경화된 상태이다. 이러한 실시예에서, 유리재료는 초기 용융유리 상태에서 연화된 상태로 경화된 유리상태에 처음에 도달하기 않고 약간 냉각된다.
금속 심 마스터 디퓨저(30)는 액화되거나 연화된 유리재료(glass material, 70)에 근접하게 놓여진다. 유리재료(70)가 제조되고, 아직 완전히 고체화되거나 경화되지 않은 미리 결정된 굳기에 도달하면, 금속 심 마스터 디퓨저(30)는 유리재료(70)와 접촉되게 한다. 연화된 유리는 어느 정도 경화되고 약간 용융 상태로부터 냉각되어 실버층(36)으로부터 표면 부조 구조를 유지하도록 하는 것이 좋으며, 따라서 마스터 심은 파괴되지 않는다. 유리재료는 또한 연화된 유리재료로부터 금속 심 마스터 디퓨저(30)를 분리시키기에 앞서 원하는 굳기로 고체화하거나 경화시키도록 하여진다. 그러나, 연화된 유리재료(70)는 실버층(36) 상의 표면 부조구조가 복제되고 연화된 유리재료의 노출된 표면 내에 유지되도록 하기 위하여 금속 심 마스터 디퓨저(30)로부터 분리되기에 앞서 어느 정도 수준의 경화는 되어야 한다.
유리를 제조하기 위한 종래 기술의 일례가 간단히 본 목적을 설명하기 위해 기술되었으며, 다른 기술들 또한 본 발명의 관점과 범위에서 벗어남이 없이 사용가능하다. 특정 타입의 유리 비드(bead)를 수용할 수 있는 노의 사용이 가능하며, 비드(bead)는 가루로 연마되어 노 내에서 용융된다. 일단 용융되어 액체나 상술된 용융유리 상태로 동질화되면, 용융 유리는 몰드 공동을 채우기 위해 사용된다. 몰드는 특정 형태, 치수적 특성, 그리고 특정 응용을 위한 표면특성을 포함하여 만들어진다. 일단 몰드가 용융된 유리로 채워지면, 특정한 원하는 모양과 크기의 유리 목적물을 만들기 위하여 냉각된다. 그러한 몰드를 형성하는 유리는 위에 형성된 광학 표면 부조구조를 수반하는 하나 이상의 표면을 포함하거나 혹은 상술한 바와 같은 몰드 삽입물로서의 금속 심 디퓨저(30)를 포함한다.
이러한 타입의 몰드는 원하는 표면 부조구조를 가지는 유리 목적물을 대량 생산하기 위해 사용된다. 하나의 이러한 비-디퓨저로서의 사용은 현미경 샘플의 슬라이드 판이 있다. 부조 구조(relief surface)는 슬라이드 판 상에서 샘플을 유지하는 데에 도움을 주며, 빛이 판과 샘플을 통과하도록 하여준다. 이 기술을 사용하여 슬라이드 판을 생산함으로써, 각 슬라이드 판은 동일한 표면 구조를 갖게 되어, 각 다른 샘플로부터의 일관적인 해석 결과를 얻을 수 있다.
표면 부조구조를 가지는 유리 마이크로 슬라이드 판은 생물학 분야와 같은 많은 응용 용도로 사용될 수 있다. 몰드는, 성장, 샘플 고착, 그리고 샘플 해석을 도와주는 특정 생물학적 샘플 형상에 상응하는 표면 부조 형상을 생산하도록 만들어질 수 있다. 어떠한 표준적인 유리 생산 기술도 유리 디퓨저를 만드는 데에 사용될 수 있다. 주조된 철 또는 그래파이트 재료가 몰드나 혹은 디퓨저 마스터 심을 제작하는 데에 사용될 수 있다. 이러한 공정은 분사 몰딩 공정과 유사하게 기술된다. 차이점은 단지 초기 재료가 플라스틱 대신에 유리라는 점이다.
유리기판(56) 또는 연화되거나 용융된 유리재료(70)가 상기 복제나 몰딩 과정 중에 유지되는 온도는 특정 응용에 요구되는 유리 성분에 따라 주로 결정되고 선택된다. 표 1은 여러 가지 다른 유리 성분을 나타내며, 유리가 변형가능해지거나 몰딩이 가능해지는 연화 온도(softening temperature)를 나타낸다.

유리(glass)	연화온도(softening temperature) ℃
Borosilicate	716
Light flint	585
Brown flint	661
Light barium brown	731
Flint	593
Fused	1000
Brown	720

표 1에서 보는 바와 같이, 대부분의 유리의 연화 온도는 플라스틱, 폴리카보네이트, 그리고 에폭시들과 같은 종래의 디퓨저 재료들의 연화온도(softening temperature) 또는 용융온도(melting temperature)에 비하여 비교적 높다. 플린트(flint)와 같은 보통의 유리는 단지 600℃ 아래에서 연화되며, 융합된 유리(fused glass)와 같은 특별한 유리는 1000℃ 이상의 고온에서 연화되는 온도분도 범위를 이룬다. 다른 비교적 평범한 유리 재료는 이러한 온도범위 사이의 어딘가에 들어가며, 여기에는 통상적인 브라운 유리(brown glass), 라이트 바륨 브라운 유리(light barium brown glass), 브라운 플린트 유리(brown flint glass), 라이트 플린트 유리(light flint glass), 또는 보로실리케이트 유리(borosilicate glass)를 포함한다. 표 1은 단지 본 발명의 실시하는 데에 사용되는 다양한 유리 종류의 대표적인 샘플만을 나타낸 것이다. 본 분야의 당업자들은 다른 유리 성분들과 복합체가 본 발명의 관점과 범위를 벗어나지 않고 사용될 수 있다는 것을 자명하게 알 수 있을 것이다.
유리 선택은 본질적으로 특정 응용에 있어서 어떤 빛의 파장이 통과하여야 하는 가에 달려있다. 어떤 유리는 대략 148에서 400nm 정도의 자외선 영역의 파장을 가진 빛을 통과시키며, 이것은 필요할 수도 있다. 일부 유리들은 다른 것들보다 주어진 원하는 파장에 있어서 보다 더 잘 통과시킨다. 유리 디퓨저는 본 발명에 따라 사실상 어떠한 유리로도 만들어 질 수 있으며, 응용례에 따라 달라진다.
금속 심 마스터 디퓨저(30)는 실버층(36)으로부터 표면 부조구조를 유리기판(56)이나 또는 연화되거나 용융된 유리(70)로 복제하는 과정 동안에 파괴되지 않아야 하는 것이 필수적이다. 이를 위해, 니켈과 실버층을 포함하는 금속 심 마스터 디퓨저(30)가 본 발명에 따른 유리 디퓨저를 형성하기 위해 선호된다. 통상적인 유리 재료는 금속 심 마스터 디퓨저(30)로부터 표면 부조구조를 복제하기 위하여 프레싱을 하거나 스탬핑을 하기 위하여 상당히 연화되어야 한다. 따라서 유리 재료는 매우 높은 온도로 상승되어야 한다.
유리의 통상적인 정도는 대략 600℃에서 700℃에서 연화(soften)된다. 따라서, 플라스틱과 에폭시로부터 마스터와 서브마스터 디퓨저를 형성하는 종래의 방법들은 유리재료가 최종 생산품으로서의 디퓨저를 위해 충분하지 않다. 예를 들면, 플라스틱이나 에폭시 디퓨저를 제조하기 위한 종래의 압축 몰딩 공정은 통상적으로 대략 150℃ 정도의 온도에서 수행된다. 유리의 몰딩이나 스탬핑은 훨씬 더 높은 온도에서 수행되어야하며, 종래의 재료보다 4배에서 5배정도의 높은 온도에서 수행되어야한다. 따라서 하나의 선호되는 디퓨저는 상술된 금속 심 디퓨저이며, 이는 그러한 금속 심의 용융점은 종래의 플라스틱이나 에폭시 재료보다 훨씬 높기 때문이다.
그러나, 통상의 유리가 가지는 높은 내구성(durability)과 고온에서의 저항성을 나타내는 합성 유리 재료(composite glass material)들은 본 발명의 유리 디퓨저(20)를 형성하는 데에 사용될 수 있다. 이러한 합성 유리 재료(composite glass material)는 통상의 유리보다 다소 낮은 용융점이나 연화온도를 가진다. 그러나 연화점 또는 용융점은 종래의 플라스틱과 에폭시 재료보다 훨씬 더 높을 것이다. 따라서 다른 더 낮은 온도의 서브마스터들은 표면 부조를 복합 유리 디퓨저에 형성할 때에 사용될 수 있는 것을 알 수 있다. 적절한 서브마스터 디퓨저 타입은 연화나 또는 합성 유리기판의 용융온도 뿐만 아니라 서브마스터 디퓨저와 유리 재료 사이의 접촉을 위한 필요 지속시간에 달려있다. 만약 접촉 시간이 비교적 짧으면, 서브마스터 디퓨저는 선택된 복합유리 재료가 녹거나 연화되는 온도를 견디는 것을 심지어 필요조차 하지 않을 것이다. 만약 요구되는 접촉 시간이 더 길면, 유리 재료로부터 마스터로의 열전도는 서브마스터가 그러한 온도를 견딜 수 있는 만큼 필요로 할 것이다. 그러한 상황에서, 서브마스터는 고온을 견디는 주조 철이나 또는 그래파이트 재료로 만들어 질 것이다.
그러나, 만약 제품이 대량 생산되어야 한다면, 서브마스터 디퓨저 재료는 적어도 유리 디퓨저의 생산 중에 유리재료 기판이 유지되어야 하는 온도를 견딜 수 있는 것이 바람직하다. 서브마스터 디퓨저 온도가, 반복적이고 주기적으로 연속적인 가열된 유리기판 재료와 접촉을 하는 동안에 천천히 상승함에 따라 서브마스터(submaster)는 표면 부조구조를 유지하고, 손상을 입거나 과정 중에 파괴되지 않는다.
통상적인 마스터 디퓨저와 서브마스터 디퓨저에 있어서, 원본 마스터(original master)나 혹은 서브마스터 표면 부조(surface relief)의 각 연속적인 복제과정은 실제 원본 표면부조를 점점 정확하지 않게 복제할 것이다. 따라서, 특정 유리재료에 있어서, 완성된 유리 디퓨저(20) 내의 원하는 빛 산란각을 달성하기 위하여 단계적이거나 시행착오법을 겪는 것이 필요하다. 예를 들면, 만약 10°도의 출력각이 유리 디퓨저(20)에 필요하다면, 유리 디퓨저가 원하는 빛 출력 특성을 만들어 내기 위하여 보다 작은 산란각을 가지는 원본의 금속 심 서브마스터(30)를 생산하는 것이 필요하다.
예를 들면, 도 7A와 7B는 상술한 금속 심으로부터 수평 및 수직으로 각각 퍼진 빛의 출력 선도를 나타낸다. 도 8A와 8B는 금속 심으로부터 복제되며 설명된 공정에 의하여 만들어지고 도 4에 대하여 기술된 유리 디퓨저로부터 각각 수평 및 수직으로 퍼진 빛을 나타낸다. 수평 및 수직으로 퍼진 빛은 빛 입력 파워에 대하여 도시되었다. 도시된 바와 같이, 유리 디퓨저(20)는 금속 디퓨저 보다 주어진 빛 입력 파워에 대하여 보다 넓은 수직 및 수평 퍼짐이 특징적이다. 따라서, 조립되는 유리 디퓨저(20)를 특정 빛 산란 특성을 가지게 하려면, 금속 심 마스터 디퓨저(30)는 빛 출력의 수직 및 수평 퍼짐이 어느 정도 더 좁게 발생하는 특정한 표면 구조를 가지도록 만들어져야 한다. 또한, 원본 마스터 디퓨저로부터 금속 심 서브마스터로의 표면 부조구조의 각 생성 이전에 연속적으로 보다 좁은 빛 출력각을 가지도록 하는 것이 필요하다.
본 발명은 특정 실시예를 통하여 기술되었지만, 많은 수정과 변화는 본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않고 실시되는 것이 가능하다. 이러한 관점과 범위는 청구범위에 명확히 기술되어 있으며, 이에 의하여서만 본 발명의 범위가 결정된다.

본 발명에 따른 방법의 실시로 유리와 같은 매우 내구성이 좋은 재료를 사용하여 산란장치의 광학적 형상을 가진 마스터 디퓨저의 복제품을 만들 수 있다.

Claims (21)

1. 비 람베르시안(non-Lambertian) 유리 광학 디퓨저에 있어서,

   하나이상의 광학표면(optical surface)을 가지는 유리재료(glass material)로부터 만들어지는 단일 몸체구조(unitary body structure)와, 그리고

   서브마스터(submaster) 광학 디퓨저에 의해 형성되고 서브마스터 광학 디퓨져(optical diffuser)로부터 하나이상의 광학 표면 상으로 복제되며 비 람베르시안 패턴으로 광선을 산란시키는 형상을 가지는 광학 표면 부조구조(relief structure)를 포함하는 것을 특징으로 하는 비 람베르시안 유리 광학 디퓨저.
2. 제 1 항에 있어서, 유리 재료(glass material)는 보로실리케이트(borosilcate), 라이트 플린트(light flint), 브라운 플린트(brown flint), 브라운(brown), 플린트(flint), 라이트 바륨 브라운(light barium brown) 그리고 융합유리(fused glass)를 포함하는 유리 재료의 그룹으로부터 선택되어지는 것을 특징으로 하는 비 람베르시안 유리 광학 디퓨저.
3. 제 1 항에 있어서, 유리 재료(glass material)는 합성유리(composite glass)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 비 람베르시안 유리 광학 디퓨저.
4. 제 1 항에 있어서, 유리 재료(glass material)는 반-투명성(semi-transparent) 유리 재료인 것을 특징으로 하는 비 람베르시안 유리 광학 디퓨저.
5. 제 1 항에 있어서, 표면 부조 구조(surface relief structure)는 홀로그래픽 표면 구조(holographic surface structure)인 것을 특징으로 하는 비 람베르시안 유리 광학 디퓨저.
6. 제 1 항에 있어서, 표면 부조구조(surface relief structure)는 요구되는 빛 산란각의 광 출력(light output)을 발생할 수 있는 빛 산란 표면(light diffusing surface)인 것을 특징으로 하는 비 람베르시안 유리 광학 디퓨저.
7. 비 람베르시안(non-Lambertian) 유리 광학 디퓨저를 생산하는 방법에 있어서, 상기 방법은,

   비 람베르시안 패턴으로 광선을 산란시키는 형상을 가진 광학표면 부조구조(relief structure)를 한쪽측면(side)상에 가지는 서브마스터(submaster) 디퓨저를 제공(providing)하는 단계와,

   적어도 첫 번째 표면을 연화(soften)시키는데 충분한 온도로 유리기판 재료(glass substrate material)가 가열되어지고, 노출된 첫 번째 표면을 가지는 가열된 유리기판 재료를 준비(preparing)하는 단계와,

   유리기판(glass substrate)의 첫 번째 표면을 디퓨저의 표면 부조구조와 접촉(contacting)시키는 단계와,

   유리 기판재료의 첫 번째 표면 내에 광학표면 부조구조가 수용되고 복제될 때까지, 광학 디퓨저와 유리 기판재료를 서로에 대해서 압력를 가하는(applying) 단계와,

   압력(pressure)을 해제(releasing)하는 단계와,

   서브마스터 디퓨저와 유리기판 재료를 분리시키는(separating) 단계와, 그리고,

   유리기판 재료를 가압하지 않은 상태로 냉각(cooling)시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비 람베르시안 유리 광학 디퓨저를 생산하는 방법.
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