KR20080066806A - 표면 형태의 광원 제공 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

표면 형태의 광원 제공 장치 및 방법이 개시되어 있다. 일실시예에 있어서, 상기 장치는 광 디퓨저를 포함하는 제1 시트와, 상기 제1 시트의 에지를 따라 배치되는 광원을 구비한다. 제1 시트는 광원에 의해 발생된 광을 확산시키고, 광 확산 입자의 분포는 예정된 광 패턴을 방출하도록 광 디퓨저 전반에 걸쳐 변동된다.

Description

표면 형태의 광원 제공 장치 및 방법{AN APPARATUS AND METHOD FOR PROVIDING A LIGHT SOURCE IN THE FORM OF A SURFACE}

본 발명은 조명 시스템에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 표면 형태의 광원 제공 장치 및 방법에 관한 것이다.

조명은 물체를 보기 위하여, 또한 사진 촬영, 현미경 검사, 과학적 목적, (극장, 텔레비젼 및 영화를 비롯한) 엔터테인먼트 제품, 상의 투영에 관하여 그리고 디스플레이의 역광으로서 사용되고 있다.

조명을 위하여, 현재 기술에서는 점 또는 1차원 광원 형태의 시스템이 많이 있다. 그러한 시스템은 많은 단점을 갖고 있다(실내 또는 주변 환경의 나머지 부분에 비해 광원에서의 광 세기가 너무 높아서, 그러한 광원은 눈에 해롭다). 그러한 광원은 또한 매우 뚜렷한 물체의 그림자를 드리우고, 이는 눈에 불쾌하여 사진 촬영 및 엔터테이먼트 제품 등의 용례에 바람직하지 않을 수 있다. 그러한 광원은 또한 테이블 상단, 텔레비젼 정면 패널 및 모니터 정면 패널 등의 표면에 눈부심을 유발한다.

표면 형태의 광원으로서 작용하는 종래의 시스템이 있다. 눈부심을 줄이기 위하여 가정 조명용 형광등이 디퓨저 패널에 의해 커버될 수 있다. 이들 시스템은 대형이고, 또한 투명하지 않다. 디퓨저 및 확산 리플렉터, 예컨대 우산 리플렉터가 사진 촬영 및 영화 촬영을 위한 광원으로서 사용되고 있지만, 이들은 균일한 조명에 근사할 뿐이다.

LCD 스크린 등의 평판 스트린의 역광은 균일하거나 거의 균일한 광을 제공한다. LCD 스크린을 역광으로 조명하기 위한 종래의 해법은 광을 도출하기 위하여 도트 또는 프리즘 등의 일부 형상이 인쇄된 시트 형태의 도광판을 구비하는 것이다. 도광판은 2개의 저굴절률 재료 사이에 고굴절률 재료를 끼움으로써 형성된다. 도트의 형상 및 빈도는 표면에 걸쳐 균일한 조명이 달성되도록 조절된다. 표면이 아닌 1차원 광원을 균일하게 조명한다. 이들 방법은 표면에 걸쳐 균일한 조명을 제공하지만, 조명이 국부적으로 균일하지 않다(가까이서 보았을 때에 그 모양은 어둠에 의해 둘러싸인 백열광의 도트이다). 그러한 불균일성은 눈에 불유쾌하고, 평판 스크린용의 역광으로서 사용되는 경우에 불온한 모아레 패턴을 생기게 한다. 그러한 시스템은 국부적인 광의 균일성을 달성하기 위하여 확산 패널 또는 필름에 의해 커버될 필요가 있으며, 이로 인해 비용이 비싸지고, 대형화되며 불투명하게 된다.

국부적인 관점에서 표면에 걸쳐 균일한 조명을 제공하는, 즉 국부적으로 표면이 균일하게 조명되는 시스템이 있다. 이들 시스템은 도광판과 안내되는 광의 일부를 도출하는 방법을 사용한다는 관점에서 전술한 시스템과 유사하다. 그러나, 광 도출은 도트 또는 기하학적 형태에 의해 행해지지 않고, 현미경 광 산란, 회절 또는 디퓨저 입자에 의해 행해진다. 그러한 입자는 도광판 전체에 걸쳐 균일하게 분포된다. 이로 인해 불규칙적으로 조명되는 광원이 아니라 연속적으로 조명되는 광원이 생기게 된다.

한편, 광은 시트의 일단부에서 타단부로 안내되기 때문에, 광의 일부가 도출되어, 보다 적은 광이 도출을 위해 남게 하고, 이에 따라 보다 적게 조명된다. 따라서, 이들 시스템은 전체 표면에 걸쳐 조명 균일성을 제공하지 못한다. 근사한 균일성을 제공하기 위하여, 도광판의 일단부에서 타단부로 전체 광의 감소가 너무 커서는 않된다. 그러나, 이로 인해 도광판의 에지에서 광이 소모되게 되어, 시스템의 에너지 효율이 떨어진다.

표면 형태의 광원 제공 장치 및 방법이 개시되어 있다. 일실시예에서, 상기 장치는 광 디퓨저를 포함하는 제1 시트와, 상기 제1 시트의 에지를 따라 배치되는 광원을 구비한다. 제1 시트는 광원에 의해 발생된 광을 확산시키고, 광 확산 입자의 분포는 예정된 광 패턴을 방출하도록 광 디퓨저 전반에 걸쳐 변동된다.

요소들의 구현 및 조합의 다양한 상세 내용을 비롯하여 상기 및 다른 바람직한 특징이 첨부 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명되고 청구범위에 기재되어 있다. 본 명세서에 설명된 특정한 방법 및 시스템은 제한으로서가 아니라 예시만을 위해 도시되어 있다는 것을 이해해야 한다. 당업자가 알 수 있는 바와 같이, 본 명세서에 설명된 원리 및 특징은 본 발명의 범위에서 벗어남이 없이 다양하고 많은 실시예들에 사용될 수 있다.

본 명세서의 일부로서 포함되는 첨부 도면은 본 발명의 원리를 설명 및 교시하는 역할을 하도록 전술한 일반적인 설명 및 후술되는 바람직한 실시예의 상세한 설명과 함께 현재 바람직한 실시예를 도시하고 있다.

도 1a는 본 발명의 일실시예에 따른 바람직한 도광판의 블록도.

도 1b는 본 발명의 일실시예에 따른 바람직한 도광판을 전면에서 본 블록도.

도 1c는 본 발명의 일실시예에 따른 바람직한 도광판을 측면에서 본 블록도.

도 2a는 본 발명의 일실시예에 따른 바람직한 코어의 블록도.

도 2b는 본 발명의 일실시예에 따른 바람직한 코어 확산 광선(208)의 블록도.

도 2c는 본 발명의 일실시예에 따른 바람직한 코어 확산 횡단 광선(210, 212)의 블록도.

도 3a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 바람직한 도광판의 블록도.

도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 바람직한 도광판을 측면에서 본 블록도.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 바람직한 코어의 코어 요소의 블록도.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른, 디퓨저 입자의 농도가 변하는 코어를 갖는 바람직한 도광판의 블록도.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른, 2개의 일차 광원을 갖는 바람직한 도광판의 블록도.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른, 경면 코어를 갖는 바람직한 도광판의 블록도.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 바람직한 코어 제조 공정을 예시하는 흐름도.

도 9a는 본 발명의 일실시예에 따른, 디퓨저 입자의 농도가 변하는 바람직한 바람직한 베이스 액체의 블록도.

도 9b는 본 발명의 일실시예에 따른 바람직한 코어의 블록도.

도 9c는 본 발명의 일실시예에 따른 격실을 갖는 바람직한 베이스 액체의 블록도.

도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 광원을 구비한 바람직한 베이스 액체의 블록도.

도 11a는 본 발명의 일실시예에 따른, 단일 표면으로부터 광을 방출하는 바람직한 도광판의 블록도.

도 11b는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 단일 표면으로부터 광을 방출하는 바람직한 도광판의 블록도.

도 11c는 본 발명의 일실시예에 따른, 수평 스트립이 비경면 상태로 남겨진 바람직한 도광판의 블록도.

도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 2개보다 많은 색깔로 조명을 가능하게 하는 도광판을 도시하는 도면.

표면 형태의 광원 제공 장치 및 방법이 개시되어 있다. 일실시예에 있어서, 상기 장치는 광 디퓨저를 포함하는 제1 시트와, 이 제1 시트의 에지를 따라 배치되 는 광원을 구비한다. 상기 제1 시트는 광원에 의해 발생된 광을 확산시키고, 광 디퓨저 입자의 분포는 예정된 광 패턴을 방출하기 위하여 광 디퓨저 전반에 걸쳐 다양하게 된다.

일실시예에 따르면, 국부적인 관점에서 뿐만 아니라 전체 표면에 걸쳐서 균일한 조명을 방출하도록 평면이 이루어짐으로써 에너지 효율적인 조명 시스템이 제공된다. 조명 시스템은 도광판과 일차 광원을 구비하고, 상기 일차 광원은 최대 광량이 도광판으로 향하는 방식으로 제공된다. 도광판은 예정된 저굴절률의 투명한 재료로 된 복수 개의 시트 사이에 끼워진 투명한 재료의 시트로서 형성된다. 중앙 시트는 분말, 염료, 투명 기포 등의 현미경 광 확산, 분산 및/또는 회절 재료를 포함한다. 확산 재료는 표면의 큰 면 중 하나로 진입하는 소량의 광만을 분산시키는 광의 농도를 갖고 있다. 농도는 광원의 표면에 걸쳐 균일한 조명을 또는 원하는 패턴의 조명을 달성하도록 시트 상의 소정 위치에 따라 변한다.

다른 실시예에 따르면, 특정한 불균일한 농도의 광 확산 재료를 갖는 투명한 시트를 제조하는 방법은 유체 재료에 균일하거나 다양한 농도의 광 확산 재료를 도입하는 단계를 포함한다. 투명한 재료 내에서 유체 재료의 (제어된 방식의) 고형화가 발생한다. 광 확산 재료는 물리적 확산, 부력, 대류 및/또는 불균일한 확산 비율로 인해 이동하게 된다.

도 1a는 본 발명의 일실시예에 따른 바람직한 도광판 및 광원 시스템(199)의 블록도를 도시하고 있다. 도광판(100)은 투명한 시트이다. 도광판(100)은 보다 큰 면이 결합되는 3장의 시트로 이루어지고, 각 시트는 광에 대해 투명하다. 중앙 시트(104; 코어)는 2개의 측면 시트(102, 106)[이하, 클래딩 또는 클래딩 시트(102, 106)라고 함]보다 굴절률이 높다. 도광판의 한 에지(112) 근처에는 관형 또는 직선형의 주 광원(108)이 배치된다. 주 광원(108)은 백열 필라멘트, 형광 또는 가스 방전관, LED 뱅크 또는 임의의 다른 유사한 광원일 수 있다. 주 광원(108)으로부터의 광은 집속 리플렉터(110) 또는 다른 광 장치를 이용하여 도광판(100)의 코어(104)로 연결됨으로써, 주 광원(108)에 의해 발생된 최대 광량이 바닥 에지로부터 코어(104)에 진입한다. 주 광원(108)으로부터의 광은 내부 반사가 반복되어 주 광원의 에지(112)로부터 코어의 반대 에지(114)로 이동한다.

도 1b는 본 발명의 일실시예에 따른, 전면에서 본 바람직한 도광판 및 광원 시스템(199)의 블록도를 도시하고 있다. 도광판(100)은 상부 에지(114), 바닥 에지(112), 좌측 에지(116) 및 우측 에지(118)를 갖는다. [주 광원/바닥 에지(112)에 수직인] 좌측 에지(116)와 우측 에지(118)는 광이 이들 에지에서 손실되지 않도록 반사되는 것이 바람직하다.

도 1c는 본 발명에 따른 일실시예에 따른, 좌측에서 본 바람직한 도광판 및 광원 시스템(199)의 블록도를 도시하고 있다. 도 1c는 전체 내부 반사를 받는 주 광원(108)으로부터의 단일 광선(120)을 도시하고 있다.

코어가 그 에지에 진입하는 광을 안내하도록 저굴절률 클래딩 시트가 사용된다. 클래딩 시트는 코어(104)보다 굴절률이 낮은 고체, 액체, (공기 등의)가스 또는 진공일 수 있다. 유사하게, 광이 주로 코어(104)를 통해 다른 단부로 이동하도록 주 광원(108)으로부터 광을 집속하면 유사한 결과가 달성된다. 즉, 광이 코 어(104)에 의해 안내된다. 특히, 레이저에 의해 생성된 것과 같은 가간섭성 광(coherent light)이 손실 없이 코어(104)를 통해 안내된다. 코어(104)를 통해 이동하는 광은 코어(104)의 모든 지점에서 소량 취출된다. 이것이 행해지는 일반적인 원리는 후술한다.

도 2a는 본 발명의 일실시예에 따른 바람직한 코어(200)의 블록도를 도시하고 있다. 시트로서 설명하였지만, 코어(200)는 도시 목적을 위해 장방형 형태로 도시되어 있다. 투명한 재료로 제조된 장방형의 평행 육면체 시트(200; 코어)가 매우 작은 농도의 광 분산 입자를 갖는 형태로 도시되어 있다. 광 분산 입자의 농도는 매우 작아서, 시트(200)를 눈(202)에 의해 도시된 바와 같이 그 좁은 치수를 따라 보면 거의 완벽하게 투명하게 보인다. 눈(204)에 의해 도시된 바와 같이 그 긴 치수를 따라 보면, 206에 도시된 바와 같이 훨씬 많은 광학상 농도의 광 분산 입자가 관찰된다. 204의 일반적인 시야 방향으로부터는 거의 어떠한 시야 방향이든지 광 분산 입자와 마주치지만, 202의 일반적인 시야 방향으로부터는 어떠한 시야 방향도 광 분산 입자와 거의 마주치지 않는다.

도 2b는 본 발명의 일실시예에 따른 바람직한 코어(200)의 확산 광선(208)의 블록도를 도시하고 있다. 확산 광선(208)은 시트(200)의 긴 길이를 횡단하도록 시트(200) 내로 지향된다. 광선(208)은 거의 완벽하게 분산된다.

도 2c는 본 발명의 일실시예에 따른 코어(200)의 확산 횡단 광선(210, 212)의 블록도를 도시하고 있다. 광선(210) 또는 광선(212)과 같이 횡방향으로 시트(200) 내로 전달된 광은 분산 없이 거의 완벽하게 코어(200)를 통과한다. 분산 되지 않은 광은 아주 투명한 시트를 통해 이동하는 것과 같이 이동하여, 물체 시트의 일단부의 원래 깨끗한 상을 타단부에 생성한다. 따라서, 코어(200)는 그 긴 치수를 통해 보았을 때에 투명할 뿐만 아니라 깨끗하다.

일실시예에 있어서, 광 분산 입자는 시트(200)에 전반에 걸쳐 작고 (균일한 필요는 없지만)균일하게 분포된다.

도 3a는 본 발명의 일실시예에 따른 표면 형태의 광원(300)의 블록도를 도시하고 있다. 도광판(350)의 코어(304)는 광 분산 입자가 드문드문하게 분포된 디퓨저(340)를 포함한다. 코어(304) 내의 디퓨저는 입사된 광을 반사하는 금속, 유기질 또는 다른 분말 또는 안료로 이루어진다. 별법으로서, 코어(304) 내의 디퓨저는 경계에서의 굴절, 반사에 의해, 입자 내의 확산에 의해 또는 전체 내부 반사에 의해 광을 분산시키는 작고 투명한 입자 또는 기포로 구성될 수 있다. 주 광원(108)으로부터의 광은 도광판(350)의 전체 표면에 걸쳐 분산되고, 그 큰 면 양쪽에서 방출된다. 도광판(350)은 그 면들 중 하나에서 보았을 때에 원래 투명하고 깨끗하다. 광은 집속용 리플렉터(110)를 이용하여 집속된다.

도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른, 측면에 본 도광판(300)의 블록도를 도시하고 있다. 코어(304) 내의 디퓨저는 경계에서의 굴절, 반사에 의해, 입자 내의 확산에 의해 또는 전체 내부 반사에 의해 광을 분산시키는 작고 투명한 입자 또는 기포로 구성될 수 있다. 주 광원(108)으로부터의 광은 도광판(300)의 전체 표면에 걸쳐 분산되고, 그 큰 면 양쪽에서 방출된다. 도광판(300)은 그 면들 중 하나에서 보았을 때에 원래 투명하고 깨끗하다. 광은 집속용 리플렉터(110)를 이용하여 집 속된다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 바람직한 코어의 코어 요소(499)의 블록도를 도시하고 있다. 코어 요소(499)는 코어의 두께와 폭을 갖지만, 매우 작은 높이를 갖는다. 광(400)은 코어 요소(499)로 진입한다. 광의 일부는 분산되어 조명 광(402)으로부터 도광판을 떠나고, 나머지 광(404)은 다음 코어 요소로 이동한다. 400에 진입하는 광의 파워는 분산된 광(402)의 파워와 다음 요소(404)로 연속되는 광의 파워의 합과 일치한다. 코어 요소(499)로 진입하는 광(400)에 대해 분산되는 광(404) 부분은 코어 요소(499)의 광선 분산이다. 코어 요소(499)의 광선 분산은 코어 요소(499)의 높이에 정비례한다. 코어 요소(499)의 높이에 대한 코어 요소(499)의 광선 분산 비율은 광선 분산 밀도이다. 코어 요소(499)의 높이가 감소함에 따라, 광선 분산 밀도는 상수에 근사한다. 이 코어 요소(499)의 광선 분산 밀도는 코어 요소(499)에서 디퓨저 농도에 특정한 관계를 갖는다. 그 관계는 정비례로서 특정한 각도에 접근한다. 그 관계는 경험에 의해 평가하기 쉽고, 따라서, 요소의 디퓨저 농도를 알면 코어 요소(499)의 광선 분산 밀도를 평가할 수 있고, 그 역도 가능하다.

코어 요소(499)의 높이가 감소됨에 따라, 방출 광(402)의 파워가 비례하여 감소된다. 요소의 높이가 감소될 때에 상수에 근사하는 코어 요소(499)의 높이에 대한 방출 광(402)의 파워 비율은 코어 요소(499)에서 방출 파워 밀도이다. 코어 요소(499)에서 방출 파워 밀도는 광선 분산 밀도를 입사광의 파워(즉, 요소를 통해 이동하는 광의 파워)와 곱한 값이다. 코어(304)를 통해 이동하는 광의 파워 구배 는 음의 방출 파워 밀도이다. 이 2개의 관계는 미분 방정식을 제공한다. 이 방정식은 "dP/dh = -qp = -K"의 형태로 나타낼 수 있다. 여기서,

h는 주 광원 에지(112)로부터 코어 요소의 높이이고,

P는 요소를 통해 안내되는 광의 파워이며,

q는 요소의 광선 분산 밀도이고,

K는 요소에서 방출 파워 밀도이다.

이 방정식은 각 요소에서 광선 분산 밀도가 주어지면 방출 에너지 밀도를 구하는 데에 사용된다. 또한, 이 방정식은 방출 에너지 밀도가 주어지면, 각 요소의 광선 분산 밀도를 구하는 데에 사용된다. 특정한 방출 에너지 밀도를 갖는 특정한 광원을 설계하기 위하여, 상기 미분 방정식은 코어(304) 등의 코어의 각 코어 요소에서 광선 분산 밀도를 결정하도록 풀이된다. 이로부터, 코어의 각 코어 요소에서 디퓨저 농도가 결정된다. 광원의 표면에 걸쳐 요구되는 방출 에너지 밀도의 광원을 제공하기 위하여 그러한 코어가 제조되어 도광판에 사용된다.

균일한 농도의 디퓨저가 코어에 사용되면, 방출 파워 밀도는 높이에 대해 기하급수적으로 떨어진다. 광원 근처의 에지[예컨대, 에지(112)]로부터 반대 에지(114)까지의 파워 강하가 최소화도록 디퓨저 농도를 선택함으로써 균일한 방출 파워 밀도에 접근할 수 있다. 파워 손실을 줄이고 또한 방출 파워의 균일성을 향상시키기 위하여, 반대 에지(114)가 광을 코어로 다시 반사한다. 변형예에 있어서, 다른 주 광원이 광을 반대 에지(114)로 공급한다.

균일한 조명을 달성하기 위하여, 광선 분산 밀도 및 이에 따라 디퓨저 농도 는 코어 표면에 걸쳐 변동되어야 한다. 이는 상기 방법론을 이용함으로써 행해질 수 있다. 폐쇄형 해법은 q = K/(A-hK)이고, 여기서 A는 코어(104)로 들어가는 파워이며 K는 각 요소에서의 방출 파워 밀도, 균일한 조명을 위한 상수이다. 코어의 전체 높이가 H이면, H와 K의 곱은 A보다 작아야 한다. 즉, 전체 방출 파워는 도광판으로 들어가는 전체 파워보다 작아야 하고, 이 경우에, 상기 해법이 가능하다. 도광판으로 들어가는 전체 파워가 조명을 위해 이용되면, H와 K의 곱은 A이고, 이에 따라 광선 분산 밀도 q는 h가 H, 즉 코어(504)의 보다 높은 요소에 근사함에 따라 무한에 근사한다. 본 발명의 일실시예에 있어서, H와 K의 곱은 A보다 아주 약간 작게 유지되어, 소량의 파워만이 소비될 뿐만 아니라 분산 밀도가 항상 한정된다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른, 디퓨저 입자의 농도가 다양한 코어를 갖는 표면 형태의 바람직한 광원(500)의 다이어그램을 도시하고 있다. 디퓨저 농도는 코어(504)의 바닥(주 광원 에지)으로부터 코어(504)의 반대 에지까지 드문드문한 상태에서 조밀한 상태로 변동된다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른, 2개의 주 광원을 갖는 표면 형태의 바람직한 광원(600)을 도시하고 있다. 2개의 주 광원(108, 609)을 사용함으로써, 코어 내에서 디퓨저 농도의 큰 변동이 불필요하다. 전술한 미분 방정식은 각 주 광원(108, 609)으로 인해 방출 파워 밀도를 도출하도록 독립적으로 사용된다. 이들 2개의 파워 밀도는 특정한 코어 요소에서 방출된 전체 광 파워 밀도를 제공한다.

광원(600)에 대한 균일한 조명은 광선 분산 밀도 q = 1/sqrt((h-H/2)^2 + C/K^2)에 의해 달성되는데, 여기서 sqrt는 제곱근 함수이고, ^는 누승법을 나타내며, K는 주 광원 당 평균 방출 파워 밀도(수치적으로 각 요소에서의 전체 방출 파워 밀도의 절반)이고, C = A(A-HK)이다.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른, 경면 코어를 갖는 표면 형태의 바람직한 광원(700)의 다이어그램을 도시하고 있다. 경면 코어(720)를 사용함으로써, 코어(720)에서 디퓨저 농도의 큰 변동이 불필요하다. 코어(720)의 상부 에지(710)가 경면으로 되어 광을 코어(720)로 다시 반사하게 된다. 광원(700)에서 균일한 조명을 달성하기 위한 광선 분산 밀도는 q = 1/sqrt((h-H)^2) + D/K^2)이고, 여기서, D = 4A(A-HK)이다.

본 발명의 임의의 시스템[예컨대, 표면 형태의 광원(500, 600, 700)]의 경우, 주 광원의 파워가 변하더라도, 동일한 방출 패턴이 유지되게 된다. 예컨대, 광원(500)의 주 광원이 정격 파워의 절반을 제공하면, 코어의 각 요소는 그 정격 파워의 절반을 방출하게 된다. 구체적으로, 균일한 조명 장치로서 작용하도록 구성된 도광판 코어는 그 주 광원 또는 광원들의 파워를 변화시킴으로써 모든 파워 정격에서 균일한 조명 장치로서 작용한다. 2개의 주 광원이 존재하면, 그 파워는 이 효과를 유지하도록 직렬로 변화된다.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른, 바람직한 코어 제조 방법(800)을 나타내는 흐름도이다. 디퓨저 입자는 균일한 또는 다양한 농도로 베이스 액체에 도입된다(810). 베이스 액체는 제어된 방식으로 투명한 고체로 고형화된다(820). 투명한 고체는 최종적으로 코어 본체를 형성한다. 고형화는 베이스 액체의 냉각에 의 해, 중합화에 의해 또는 임의의 유사한 물리적 또는 화학적 수단에 의해 달성된다(830). 고형화 공정은 제어된 온도 또는 중합화 스케줄을 이용하거나, 베이스 액체에서 디퓨저의 물리적 확산 비율이 시간의 함수로서 제어되도록 다른 수단을 이용한다. 디퓨저 재료는 또한 공정 중에 물리적 및 화학적 변화를 받는다. 고형화 중에, 디퓨저 입자는 물리적 확산으로 인해, 그리고 변형예에서는 부유력, 대류, 불균일한 확산 비율 및 다른 힘으로 인해 이동하게 된다(840). 베이스 액체는 디퓨저의 예정된 위치 종속 농도에 의해 코어로 고형화된다. 선택적으로, 그 공정을 통해 보다 많은 디퓨저 재료 또는 베이스 액체가 도입될 수도 있다.

도 9a는 본 발명의 일실시예에 따른, 디퓨저 입자의 농도가 다양한 베이스 액체(910)의 블록도를 도시하고 있다. 베이스 액체(910)는 상이한 농도 수준의 디퓨저 입자(902)를 포함한다. 디퓨저 입자(902)는 생성될 코어와 동일하거나 보다 큰 크기의 장방형 트레이 내에 유지되는 베이스 액체(910)의 상이한 위치에 추가된다. 디퓨저 입자가 추가되는 위치는 동일하거나 다양한 크기일 수 있다. 디퓨저 입자의 3개의 영역만을 베이스 액체(910)에 나타내었지만, 수백 또는 심지어는 수백만의 그러한 영역이 베이스 액체(910)의 표면에 걸쳐 존재할 수 있다. 이어서, 베이스 액체(910)는 제어된 방식으로 고형화되어 304와 같은 코어를 형성한다.

도 9b는 본 발명의 일실시예에 따른 바람직한 코어(920)의 블록도를 도시하고 있다. 고형화 공정 중에, 디퓨저 입자의 영역은 서로 그리고 베이스 액체 내로 물리적으로 확산되어 예정된 디퓨저 농도 패턴을 갖는 디퓨저 농도로 연속적인 구배를 형성한다. 트레이가 필요한 코어보다 크면, 코어 시트는 그렇게 형성된 시트 로부터 절단된다.

디퓨저 입자 영역을 설계하기 위하여, 물리적 확산 공정은 선형의 위치 침해 시스템, 즉 콘볼루션(convolution) 동작으로서 접근한다. 디퓨저 입자 영역은 함께 가깝게 그리고 콘볼루션 후의 최종 농도가 예정된 패턴을 갖는 그러한 농도로 설계된다. 이는 디콘볼루션(deconvolution)에 의해 행해질 수 있다. 일실시예에 따르면, 디콘볼루션을 행하는 데에 필요한 콘볼루션 동작의 임펄스 반응은 경험적으로, 또는 온도 스케줄의 지식을 이용하여, 또는 사용된 다른 제어식 고형화 공정을 이용하여 인지된다. 에지에서의 비위치 침해 때문에, 다른 실시예에서는 선형이지만 위치 침해가 아닌 모델이 사용될 수 있다. 디퓨저 입자 영역의 입자 농도는 역행렬이나 최소 자승법을 비롯하여 선형계 해법을 이용하여 계산된다.

일실시예에서, 다양한 디퓨저 농도의 디퓨저 입자 영역은 노즐에 의해 베이스 액체(900) 내로 도입되고, 각 노즐은 상이한 농도나 양의 디퓨저 용액을 또는 상이한 시간 동안 분사한다. 다른 실시예에서, 디퓨저 입자 영역은 디퓨저 재료를 수용하는 트레이 내에 만들어진 다양한 크기의 구멍을 통해 디퓨저를 분사함으로써 이루어진다.

도 9c는 본 발명의 일실시예에 따른 격실을 갖는 바람직한 베이스 액체(930)의 블록도를 도시하고 있다. 베이스 액체 자체는 디퓨저 농도가 다양한 부품 형태로 설정 트레이 내로 도입된다. 이들 부품은 도 9c에 도시된 바와 같이 격벽을 이용하여 초기에 분리될 수 있다. 격벽은 모든 부품이 준비된 후에 제거된다. 이어서, 이들 부품은 베이스 액체가 고형화됨에 따라 서로 물리적으로 확산되어 디퓨저 농도의 연속적인 구배를 생성한다.

전술한 공정(또는 이하에 특정되는 공정)은 최종 시트 형태의 트레이 내에서 수행될 필요는 없다. 예컨대, 전체 3차원 블록이 한번에 처리되고 시트를 그 블록으로부터 절단할 수 있다. 별법으로서, 이 공정은 연속적인 시트가 형성되는 콘베이어 벨트 상에서 순서대로 발생될 수 있고, 그 연속적인 시트는 최종적으로는 요구되는 크기의 시트로 절단된다. 온도(결빙)로 인한 고형화의 경우에, 콘베이어 벨트의 여러 위치는 정확하게 제어된 온도를 갖게 된다.

다른 실시예에서, 베이스 액체의 고형화 시트는 2개의 측면이 상이한 디퓨저 농도를 갖는 베이스 액체 저장조와 접촉하게 된다. 디퓨저 농도의 구배는 베이스 액체를 가로질러 생성된다. 시간이 경과함에 따라, 물리적 확산 공정이 자리잡고 선형 구배가 형성된다. 시간이 보다 짧으면 특정한 용례를 위한 여러 종류의 구배를 제공하고, 균일한 광학 조건에 근사한다.

다른 실시예에 있어서, 베이스 액체와 디퓨저의 균일한 혼합이 이루어진다. 베이스 액체가 고형화함에 따라, 시트는 소정의 각도로 유지된다. 디퓨저 입자가 베이스 액체보다 무거운지 가벼운지에 따라, 디퓨저 입자는 중력 및 부력 하에서 상방 또는 하방으로 이동하고, 이에 따라 디퓨저 농도의 구배를 형성한다. 시트의 각도는 제어된 방식에서 공정 전반에 걸쳐 변동된다.

도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 광원(1010)을 갖는 베이스 액체(1000)의 블록도를 도시하고 있다. 연장된 광원(1010)은 그 내부에 있는 소량의 디퓨저에 의해 베이스 액체(1000) 상의 일단으로부터 광 에너지를 투영한다. 광원(1010)으 로부터의 광은 디퓨저에 의해 흡수되는 파장을 갖는 것이다. 특정한 위치의 디퓨저 입자는 그 지점에 도달하는 복사 파워와 그 지점에서의 광선 분산 밀도의 곱에 비례하는 복사열을 받는다. 수신된 열이 일정하면 디퓨저 입자의 열이 동일하다. 이 평형 상태는 균일한 조명에 사용되는 동일한 디퓨저 농도 구배이다. 이 평형 상태가 달성되지 않으면, 디퓨저 입자 및 그 둘레의 베이스 액체의 가열이 바람직하다. 이로 인해 물리적 확산 비율이 변동되고, 이는 평형이 달성될 때까지 디퓨저 입자가 이동되게 한다. 광원(1010)의 파워는 베이스 액체(1000)가 고형화될 때까지 감소될 수 있다. 복사열이 균등한 경우, 광원(1010)은 균등하게 조명되는 표면이다.

다른 실시예에서, 베이스 액체(1000)의 여러 위치의 온도는 온도 제어 메카니즘을 이용하여 제어된다. 피드백 시스템(도시 생략)은 디퓨저의 현재 농도를 감지하고, 요구되는 농도를 달성하도록 온도를 조절한다. 현재의 농도는 형성 코어를 통해 광을 통과시키고, 방출 광 밀도를 감지함으로써 감지될 수 있다.

다른 실시예에서, 농도 패턴의 선형 물성은 저장조 사이의 구배를 설정함으로서 달성된다. 농도 패턴의 비선형 물성을 위한 수정은 다양한 디퓨저 농도의 디퓨저 입자 영역을 추가함으로써 달성된다. 이들 디퓨저 입자 영역은 광원(1010)이 매우 작은 규모의 수정을 위한 현미경 온도 구배를 생성하는 동시에 물리적 확산을 받는다.

도 11a는 본 발명의 일실시예에 따른, 단일 표면으로부터 광을 방출하는 광원(1100)을 도시하고 있다. 도광판(1100)은 일측에 미러(1102)를 포함한다. 미 러(1102)로부터의 경면 반사를 피하기 위하여, 일실시예에서 미러(1102)는 광을 내거나 솔질한 외양을 갖는다. 다른 실시예에서, 광 확산 시트 또는 필름이 미러(1102)와 장치(1110)의 나머지 사이에 또는 출력 클래딩 시트 직후에 추가된다. 미러(1102)는 일부의 광이 미러를 통과하게 하여 다른 면의 물체를 볼 수 있도록 부분적으로 은도금된 미러일 수 있다. 이 장치는 일방향 유리로서 사용될 수 있다. 시스템은 또한 카메라와 동일한 방향으로부터 조명이 되도록 사진 촬영을 위해 사용될 수도 있다.

도 11b는 본 발명의 다른 실시예에 다른, 단일 표면으로부터 광을 방출하는 바람직한 도광판(1120)의 블록도를 도시하고 있다. 이 실시예에서는, 단하나의 클래딩 시트(1106)가 사용되고 코어가 직접 미러(1104)로 되어 있다.

다른 실시예에 따르면, 도광판 후방에 카메라나 유사한 장치를 설치하는 것이 바람직할 수 있다. 그러나, 도광판이 미러를 포함하면, 역광을 통과시키지 않아 카메라가 도광판을 통해 볼 수 없다. 도 11c는 본 발명의 일실시예에 따른, 수평 스트립이 비경면 상태로 남겨진 바람직한 도광판(1140)의 블록도를 도시하고 있다. 이 부분에서의 조명 파워 손실을 보상하기 위하여, 비경면 스트립의 전면의 영역(1107)에서 보다 큰 농도의 디퓨저가 사용된다. 다양한 시야각으로부터 균등한 조명을 달성하기 위하여, 미러 반사의 연속적인 구배는 미러의 감소된 반사로 인한 조명 파워 손실과 또한 일치하는 디퓨저 농도의 연속적인 구배와 일치된다. 이 미러의 반사 구배는 역광을 통해 보도록 카메라에 의해 사용되는 영역에서 미러가 완벽하게 또는 거의 투명하도록 되어 있다.

도 12는 본 발명의 일실시예에 따른, 2개보다 많은 칼라를 갖는 조명을 가능하게 하는 도광판(1200)을 도시하고 있다. 도광판(1200)은 또한 특별한 광 패턴의 조명을 가능하게 한다. 하나 이상의 도광판(1201)이 서로의 다음에 배치된다. 각 도광판은 투명하기 때문에, 모든 도광판으로 인한 조명은 표면에서 볼 수 있다. 다양한 조명 효과가 이 방식으로 달성될 수 있다. 각각의 주 광원(108)은 특정한 조명 스펙트럼을 갖는다. 각 주 광원의 파워는 별개로 조절될 수 있다. 광원(1200)의 시야면(1202)이 변화 가능한 칼라의 광원이다. 집속빔을 생성하도록 렌즈 시스템이나 다른 광학 장치가 사용될 수 있는데, 집속빔은 다양한 칼라의 조명을 생성하고, 매우 에너지 효율적이며, 연속적인 칼라 구배와 또한 연속적인 칼라 변화를 생성할 수 있다.

작은 두께의 코어 때문에, 큰 표면을 통해 광원에 진입하는 거의 모든 광이 변경없이 광원을 통과한다. 따라서, 광원은 광을 횡단시키기에 원래 투명하다.

본 장치의 한가지 용도는 사진 촬영 등을 위한 가정, 사무실, 공장에서의 조명원, 그리고 실험실 광원이다.

본 장치 및 방법의 다른 용도는 LCD 스크린 등의 평판 디스플레이용 역광이다. 그러한 스크린은 랩톱 및 데스크톱 모니터에 널리 사용되고, 디스플레이의 역광은 균일하게 조명되는 표면이다.

다른 실시예에 따르면, 불균일한 광의 방출이 바람직할 수 있다. 2개의 상이한 칼라를 갖는 2개의 주 광원을 갖는 시스템을 이용하여 칼라(일반적으로 색조, 채도, 휘도 또는 스펙트럼)의 구배를 갖는 광을 달성할 수 있다. 이 시스템은 칼 라 필터를 이용하는 시스템보다 더 에너지 효율적이다.

본 장치는 (가정, 사무실 및 공공 장소를 비롯한) 건축물 및 도시 조명을 위해, 의료용 사진 촬영을 비롯한 사진 촬영을 위해 그리고 영화 촬영 및 극장을 위해 사용될 수 있다. 또한, 균일한 광원은 교정 및 실험 목적을 위한 표준 광원으로서 유용한다.

본 장치의 투명도는 사진사가 광원의 후방에서 물체를 촬영하게 하여 그림자없는 사진을 제공하는데, 이는 의료(특히, 치과 교정) 사진 촬영에서 특히 중요하다. 카메라는 본 장치를 포함하는 역광을 갖는 조명 평판 스크린 디스플레이 후방에서 이미지를 촬상할 수 있다.

본 장치 및 방법은 또한 미적 및 예술적 목적을 위해 이용될 수 있다. 예컨대, 도광판의 2개의 대향 에지에서 상이한 칼라의 주 광원은 연속적인 색조 구배를 갖는 광원을 제공한다. 그러한 어플리언스의 특별한 용례는 극장 및 영화 제품에서 하늘에서의 색조 구배를 모사하도록 파노라막식 배경막 또는 하늘빛 배경으로서 이루어질 수 있다. 다양한 다른 색조 및 휘도의 구배가 달성될 수 있다.

다른 실시예에 따르면, 본 장치 및 방법은 동일한 방향에서 햇빛을 인공적인 광원으로 대체한다. 햇빛 조리개 및 인공적인 광원을 위한 별도의 공간이 불필요하기 때문에 자동적인 간결화가 제공된다. 다른 실시예는 투명한 표면이 이를 통과하는 시야를 어둡게 하는 광원이 되기 때문에 필요하면 프라이버시를 제공한다. 유사하게, 절반 미러 또는 일방향 유리는 절반 미러의 일단에서 투명한 광원에 의해 보강되어, 일방향에서는 물체를 보기가 어렵고 반대 방향에서는 물체를 보기 쉽 게 한다.

표면 형태의 광원을 제공하는 장치 및 방법을 설명하였다. 본 명세서에 설명한 실시예는 명료 목적을 위한 것이고 본 발명의 주제를 제한하는 것으로 고려되어서는 않된다는 것을 알아야 한다. 본 발명의 범위 또는 사상으로부터 벗어남이 없이 다양한 수정, 용도, 대체, 재결합, 개선, 제조 방법이 당업자에게 명백할 것이다.

Claims (27)

1. 광 디퓨저를 포함하는 제1 시트와,

   상기 제1 시트의 에지를 따라 배치되는 광원

   을 구비하고, 상기 제1 시트는 광이 예정된 광 패턴으로 방출하도록 광원에 의해 발생된 광을 확산시키는 것인 표면 형태의 광원 제공 장치.
2. 제1항에 있어서, 제2 시트의 에지 상에 광을 집속하는 리플렉터를 더 구비하는 것인 표면 형태의 광원 제공 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 광원에 수직인 미러 에지를 더 구비하는 것인 표면 형태의 광원 제공 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 제1 시트에 평행하게 배향된 제2 시트를 더 구비하는 것인 표면 형태의 광원 제공 장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 제1 시트에 인접한 표면에서 제3 시트의 일부가 미러로 되는 것인 표면 형태의 광원 제공 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 광 디퓨저는 광 확산 입자의 분포를 포함하는 것인 표 면 형태의 광원 제공 장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 광 확산 입자는 제1 굴절률을 갖는 것인 표면 형태의 광원 제공 장치.
8. 제6항에 있어서, 상기 광 확산 입자의 분포는 광 디퓨저에 전반에 걸쳐 균일한 것인 표면 형태의 광원 제공 장치.
9. 제6항에 있어서, 상기 광 확산 입자의 분포는 광 디퓨저 전반에 걸쳐 변동되는 것인 표면 형태의 광원 제공 장치.
10. 제6항에 있어서, 상기 제1 시트는 그 전체 표면에 걸쳐 균일한 광을 생성하는 것인 표면 형태의 광원 제공 장치.
11. 제6항에 있어서, 상기 광 디퓨저는 금속 분말, 금속 안료, 유기 분말 및 유기 안료 중 하나 이상이고, 광 디퓨저는 입사광을 반사하는 것인 표면 형태의 광원 제공 장치.
12. 제6항에 있어서, 상기 광 디퓨저는 투명한 입자 및 투명한 기포 중 하나 이상이고, 광 디퓨저는 굴절에 의해 광을 분산시키는 것인 표면 형태의 광원 제공 장 치.
13. 제1항에 있어서, 상기 광원은 선형 광원 또는 관형 광원 중 하나인 것인 표면 형태의 광원 제공 장치.
14. 제1항에 있어서, 제2 시트의 제2 에지를 따라 배치되는 추가 광원을 더 구비하는 것인 표면 형태의 광원 제공 장치.
15. 제4항에 있어서, 상기 제1 시트는 제2 시트보다 높은 굴절률을 갖는 것인 표면 형태의 광원 제공 장치.
16. 제1항에 있어서, 상기 제1 시트와 광원은 거의 투명한 광 방출면을 제공하는 것인 표면 형태의 광원 제공 장치.
17. 제1항에 있어서, 상기 제1 시트와 광원은 거의 깨끗한 광 방출면을 제공하는 것인 표면 형태의 광원 제공 장치.
18. 광을 방출할 수 있는 면형 표면을 제조하는 면형 표면 제조 단계를 포함하고, 상기 면형 표면 제조 단계는,

    디퓨저 입자를 액체에 도입하는 디퓨저 입자 도입 단계와,

    광 디퓨저 입자가 면형 표면에서 불균일한 분포의 디퓨저 입자를 생성하도록 이동할 때에 액체를 고형화하는 액체 고형화 단계를 포함하는 것인 표면 형태의 광원 제공 방법.
19. 제18항에 있어서, 상기 면형 표면 제조 단계는 면형 표면을 경화시키도록 액체를 냉각시키는 단계를 더 포함하는 것인 표면 형태의 광원 제공 방법.
20. 제18항에 있어서, 상기 면형 표면 제조 단계는 면형 표면을 경화시키도록 액체를 중합화하는 단계를 더 포함하는 것인 표면 형태의 광원 제공 방법.
21. 제18항에 있어서, 상기 디퓨저 입자 도입 단계는 상기 액체와 다양한 농도의 디퓨저 입자를 갖는 제2 액체의 하나 이상의 저장조 사이의 접촉을 유지하는 단계를 더 포함하는 것인 표면 형태의 광원 제공 방법.
22. 제18항에 있어서, 상기 면형 표면 제조 단계는 상기 액체를 하나 이상의 지점에서 가열하는 단계를 더 포함하는 것인 표면 형태의 광원 제공 방법.
23. 제22항에 있어서, 상기 액체는 광 디퓨저 입자에 의해 흡수되는 파장의 광을 방출하는 광원에 의해 가열되는 것인 표면 형태의 광원 제공 방법.
24. 제22항에 있어서, 상기 액체 가열 단계는 하나 이상의 지점에서 광 디퓨저 입자의 농도를 감지하는 온도 제어 메카니즘에 의해 온도를 제어하는 단계를 더 포함하는 것인 표면 형태의 광원 제공 방법.
25. 제18항에 있어서, 상기 불균일한 분포의 디퓨저 입자는 예정된 패턴을 방출하도록 예정되어 있는 것인 표면 형태의 광원 제공 방법.
26. 제18항에 있어서, 상기 디퓨저 입자는 디퓨저 농도가 면형 표면에서 균일하지 않도록 상이한 농도로 도입되는 것인 표면 형태의 광원 제공 방법.
27. 제18항에 있어서, 상기 디퓨저 입자는 액체의 여러 지점에서 상이한 농도로 도입되는 것인 표면 형태의 광원 제공 방법.

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