KR20150091375A - 왜상 광학 패키지 - Google Patents

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앤드류 제이 오더커크
맥스 파워스
니콜라스 티 가브리엘
에린 에이 맥도웰
마이클 에프 웨버
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Abstract

광학 패키지는 제1 종횡비를 갖는 광을 생성하는 광원, 광원으로부터 광을 수광하는 왜상 도광체, 왜상 도광체로부터 광을 수광하고 전환하는 전환기 어레이, 및 전환기 어레이로부터 수광된 광을 집광하는 집광기를 포함하고, 집광기는 제1 종횡비보다 큰 제2 종횡비를 갖는 광을 출력한다. 출력 빔의 유효 높이는 광원의 유효 높이보다 낮다.

Description

왜상 광학 패키지{ANAMORPHIC OPTICAL PACKAGE}
본 발명은 대체로 광학 패키지에 관한 것이고, 더 구체적으로는, 왜상 도광체(anamorphic light guide), 전환기(diverter), 및 집광기(concentrator)를 구비하여 얇고 효율적이며 모듈식인 광학 패키지를 제공하는 LED 기반 광학 패키지에 관한 것이다.
도광체는 광범위한 조명 응용을 위해 발광 다이오드(light emitting diode, LED)와 같은 광원과 함께 사용된다. 하나의 특정한 응용에서, 도광체는 통상적으로 LCD 디스플레이를 위한 조명을 제공하는 데 사용된다. 광원(들)은 전형적으로, 특히 랩탑 컴퓨터 디스플레이에서와 같이, 매우 얇은 프로파일의 백라이트가 요구되는 경우에, 도광체 내로 광을 방출한다. 도광체는 투명하고 견고하며 비교적 얇은 판으로, 그의 길이 및 폭 치수들은 백라이트 출력 영역 정도이다. 도광체는 에지-장착형 램프들로부터 도광체의 전체 길이 또는 폭을 가로질러 백라이트의 반대편 에지로 광을 전달 또는 안내하기 위해 내부 전반사(TIR)를 사용하며, 불균일 패턴의 국부적 추출 구조체(localized extraction structure)들이 도광체로부터 백라이트의 출력 영역을 향해 이러한 안내된 광의 일부를 방향전환시키도록 도광체의 면 상에 제공된다. 그러한 백라이트는 또한 전형적으로 축상 휘도(on-axis brightness)를 증가시키기 위해, 도광체의 후방 또는 아래에 배치된 반사성 재료와 같은 광 관리 필름 및 도광체의 전방 또는 위에 배치된 반사 편광 필름과 프리즘형 휘도 향상 필름(들)(brightness enhancement film, BEF)을 포함한다.
가장 흔히 사용되는 광원, 예컨대 LED가 비교적 큰 높이 및 LED로부터의 넓은 방출 각도 범위를 갖기 때문에, 도광체는 LED로부터의 광을 효율적으로 커플링시키기 위해 대개 상응하게 두껍다. 액정 디스플레이를 위한 통상적인 조명 장치가 미국 공개 제2009/0316431호에 기술되어 있다. 통상적인 조명 장치는 광원으로부터의 광을 평면형 도광체에 커플링시킨다. 도광체의 높이를 감소시키는 것이 광원으로부터 도광체로의 커플링 효율을 감소시킬 것이기 때문에, 도광체는 전형적으로 광원과 대략 동일한 높이이다.
그러나, 전형적인 필름 또는 판 도광체의 중요한 단점은 LED의 작은 종횡비(aspect ratio)와 도광체의 매우 큰 종횡비 사이의 부정합이다. LED는 약 1:1 내지 약 4:1의 전형적인 종횡비를 갖는 반면, 에지 도광체는 약 20:1 내지 약 100:1 이상에 이를 만큼 큰 종횡비를 가질 수 있다. 이러한 부정합으로 인해 대개, 도광체 내의 광이 LED로부터 방출되는 광보다 훨씬 높은, 스루풋(throughput)으로도 지칭되는 에텐듀(etendue)를 갖게 된다. 이어서, 이러한 높은 에텐듀는 궁극적으로 도광체에 휘도 향상 필름이 요구되게 한다. 도광체와 LED의 두께를 정합시키는 것은 또한 도광체 내의 광이 넓은 범위의 각도를 갖게 한다. 넓은 범위의 각도에 대해 TIR을 생성하는 것은 도광체의 양쪽 주 표면(major surface)들 모두가 공기와 접하는 것을 요구한다. 결과적으로, 도광체는 액정 디스플레이 모듈보다 두꺼울 수 있으며, 공기 계면은 터치 및 햅틱(haptic) 응용과 같은 소정의 응용을 제한할 수 있다.
본 발명의 일 예시적 태양에서, 광학 패키지는 제1 종횡비를 갖는 광을 생성하는 광원, 광원으로부터 광을 수광하는 왜상 도광체, 왜상 도광체로부터 광을 수광하고 전환하는 전환기 어레이, 및 전환기 어레이로부터 수광된 광을 집광하는 집광기를 포함하는데, 여기서 집광기는 제1 종횡비보다 큰 제2 종횡비를 갖는 광을 출력하고, 출력 빔의 유효 높이는 광원의 유효 높이보다 낮다.
본 발명의 상기 요약은 본 발명의 각각의 예시된 실시예 또는 모든 이행을 기술하고자 하는 것이 아니다. 도면들 및 다음의 상세한 설명은 이러한 실시예들을 더 상세히 예시한다.
본 발명의 실시예들은 하기의 도면들을 참조하면 더욱 잘 이해된다. 도면들의 요소들은 반드시 서로에 대해 축척대로 그려진 것은 아니다.
도 1a는 본 발명의 일 태양에 따른 광학 패키지의 등각도이다.
도 1b는 도 1a의 광학 패키지의 분해도이다.
도 1c 및 도 1d는 본 발명의 일 태양에 따른 광학 패키지의 왜상 도광체 요소의 상이한 클로즈업 뷰들이다.
도 1e 및 도 1f는 본 발명의 일 태양에 따른 광학 패키지의 전환기 및 집광기 요소들의 상이한 클로즈업 뷰들이다.
도 1g는 도 1a의 광학 패키지의 정면도이다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 다른 태양에 따른 광학 패키지의 다양한 등각도들이다.
도 3은 본 발명의 다른 태양에 따른 광학 패키지의 등각도이다.
도 4는 본 발명의 다른 태양에 따른 광학 패키지의 등각도이다.
도 5는 본 발명의 다른 태양에 따른 광학 패키지의 등각도이다.
도 6은 본 발명의 다른 태양에 따른 광학 패키지의 등각도이다.
도 7은 본 발명의 다른 태양에 따른 광학 패키지의 등각도이다.
도 8은 본 발명의 다른 태양에 따른 광학 패키지의 등각도이다.
도 9는 본 발명의 다른 태양에 따른 광학 패키지의 등각도이다.
도 10은 본 발명의 다른 태양에 따른 광학 패키지의 등각도이다.
도 11은 본 발명의 다른 태양에 따른 광학 패키지의 등각도이다.
본 발명은 다양한 변형들 및 대체 형태들로 변경될 수 있지만, 그 구체적 사항은 도면들에 예로서 도시되어 있으며 상세하게 기술될 것이다. 그러나, 본 발명을 기술되는 특정 실시예로 제한하고자 의도한 것이 아님을 이해해야 한다. 오히려, 첨부된 청구의 범위에 의해 한정되는 발명의 범주 내에 속하는 모든 변형들, 균등물들 및 대안들을 포함하고자 한다.
하기의 상세한 설명에서, 상세한 설명의 일부를 형성하며 본 발명이 실시될 수 있는 구체적인 실시예들이 예로서 도시된 첨부 도면들을 참조하기로 한다. 이와 관련하여, "상부", "하부", "전방", "후방", "선단", "전방으로", "후단" 등과 같은 방향 용어는 설명되는 도면(들)의 배향과 관련하여 사용된다. 본 발명의 실시예들의 구성요소들이 많은 상이한 배향들로 위치될 수 있기 때문에, 방향 용어는 예시를 위한 목적으로 이용되며 결코 제한적인 것이 아니다. 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 다른 실시예들이 이용될 수도 있으며 구조적 또는 논리적 변경이 이루어질 수도 있음을 이해하여야 한다. 그러므로, 하기의 상세한 설명은 제한적인 의미로 취해지지 않아야 하고, 본 발명의 범주는 첨부된 청구의 범위에 의해 한정된다.
본 발명은 높은 종횡비 및 작은 유효 높이를 갖는 출력 광을 제공하는 조밀하고 효율적이며 모듈식인 광학 패키지에 관한 것이다. 광학 패키지의 공통 요소들은 많은 상이한 방식으로 구현될 수 있는 매우 많은 수의 대안적인 설계들을 제공하도록 구성 및 배열될 수 있다. 이러한 것으로서, 광학 패키지는 투과성, 반투과성, 및 반사성 LCD(랩탑, 태블릿, 휴대폰, e-리더 등), 콜레스테릭(cholesteric), MEMS, 및 리퀴드 페이퍼(liquid paper) 장치, 사이니지 및 순응성 그래픽(signage and conformable graphic), 및 지시기, 예컨대 차량용 디스플레이와 같은 매우 많은 수의 장치 및 응용물의 일부로서 사용될 수 있다.
도 1a는 LCD와 같은 디스플레이(도시되지 않음)를 조명하는 데 사용될 수 있는 예시적인 광학 패키지(100)의 등각도를 도시한다. 도 1b는 광학 패키지(100)의 분해도를 도시한다. 광학 패키지(100)는 광원 유닛(110), 컨버터 유닛(105), 및 하우징(190)을 포함한다. 광원 유닛(110)은 광학 패키지(100)에 대한 광의 소스를 제공한다. 본 명세서에 더 상세히 도시되는 컨버터 유닛(105)은 광원 유닛(110)으로부터의 광을 전환기/집광기 요소(160) 내로 안내하는 왜상 도광체(120)를 포함한다. 전환기/집광기 요소(160)는 왜상 도광체(120)에 의해 커플링 부분(170) 내로 안내된 광의 세그먼트들을 수광하고 전환하는 전환기 부분을 포함한다. 광은 추가로 커플링 부분(170)을 통해 전환기/집광기 요소(160)의 집광기 부분(180) 내로 보내진다. 시스템(100)은 광원으로부터의 광을 효율적으로 커플링하고, 선택적으로 적어도 하나의 축에서 부분적으로 시준될 수 있는 더 큰 종횡비를 갖는 출력 광을 제공한다. 또한, 출력 광의 유효 높이는 광원으로부터 방출되는 광의 유효 높이보다 사실상 더 낮다.
이제, 이들 구성요소 각각이 더욱 상세하게 기술될 것이다.
광원은 임의의 수의 소스 유형에 의해 제공될 수 있지만, 더 바람직한 소스는 LED 기반 광원(110)이다. 광원 유닛(110)은 조명되고 있는 디스플레이의 유형에 따라 단일 LED, 두 개의 LED, 또는 그보다 많은 LED를 포함할 수 있다. LED(들)(110)의 출력은 다양한 방식으로 컨버터 유닛(105)에 커플링될 수 있다. 일례에서, 광원(110)으로부터의 출력 광은 사실상 시준되지 않은 광으로서 컨버터(105)의 왜상 도광체(120) 내로 직접 투과된다. 대안적으로, 하나 이상의 복합 포물선형 집광기(compound parabolic concentrator, CPC), 렌즈(도시되지 않음), 또는 이들의 조합이, 예컨대 공간 요건에 따라, 컨버터 유닛(105)에 입사하기 전에 시준하는 적어도 일부의 부분 빔을 제공하는 데 사용될 수 있다. CPC를 사용하는 경우에, CPC의 내부 부분은 중공(hollow)일 수 있거나 또는 투명 재료로부터 제조될 수 있고, 통상적인 CPC의 것과 동일한 방식으로 구성될 수 있다. 물론, 대안적인 실시예들에서, 렌즈 또는 다중 렌즈 시스템이 광원(110)의 출력을 수집하고 시준하는 데 사용될 수 있다.
본 발명의 상이한 태양들에서, 광원(110)은 광학 시스템 내의 상이한 위치들에 위치될 수 있다. 예를 들어, 도 1a 내지 도 1f에 도시된 바와 같이, 광원(110)은 컨버터 유닛(105)의 일 단부에 위치된다. 대안적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 광원은 광학 시스템을 따르는 중심 위치에 위치된다.
이와 관련하여, "발광 다이오드" 또는 "LED"는 가시광선이든, 자외선이든, 또는 적외선이든 간에 광을 방출하는 다이오드를 지칭하며, 방출된 광은 약 430 내지 700 nm 범위의 피크 파장을 가질 것이다. 용어 LED는 수직 공동 표면 발광 레이저(vertical cavity surface emitting laser, VCSEL)를 포함하지만 이로 제한되지 않는 레이저 다이오드와 같은 간섭성 반도체 장치뿐만 아니라, 통상적인 것이든 초방사성 종류(super radiant variety)이든 간에, "LED"로서 판매되는 매입된 또는 봉지된 반도체 장치인 비간섭성 광원을 포함한다. "LED 다이"는 가장 기본적인 형태, 즉 반도체 프로세싱 절차에 의해 제조된 개별 컴포넌트 또는 칩 형태의 LED이다. 예를 들면, LED 다이는 하나 이상의 III족 원소들과 하나 이상의 V족 원소들의 조합(III-V족 반도체)으로부터 형성될 수 있다. 적합한 III-V족 반도체 재료들의 예들은 질화갈륨과 같은 질화물들, 및 인듐 갈륨 인화물과 같은 인화물들을 포함한다. 주기율표의 다른 족으로부터의 재료뿐만 아니라 다른 유형의 III-V족 재료가 또한 사용될 수 있다. 이 컴포넌트 또는 칩은 장치에 동력을 가하기 위한 전력의 인가에 적합한 전기 접촉부들을 포함할 수 있다. 예들은 와이어 본딩, 테이프 자동 본딩(TAB), 또는 플립칩 본딩(flip-chip bonding)을 포함한다. 컴포넌트 또는 칩의 개별 층 및 다른 기능 요소는 전형적으로 웨이퍼 규모로 형성되고, 완성된 웨이퍼는 이어서 개별 단품(piece part)으로 절단되어 다수의 LED 다이가 얻어질 수 있다. LED 다이는 표면 실장, 칩-온-보드 또는 기타 공지된 실장 구성들을 위해 구성될 수 있다. 일부 패키징된 LED들은 LED 다이 및 연관된 반사기 컵(reflector cup) 위에 중합체 봉지재를 형성함으로서 제조된다. LED는 몇몇 기판들 중 하나의 기판 상에서 성장될 수 있다. 예를 들면, GaN LED는 사파이어, 규소, 및 질화갈륨 상에서 에피택시에 의해 성장될 수 있다. 이러한 응용의 목적을 위한 "LED"는 또한, 흔히 OLED로 지칭되는 유기 발광 다이오드를 포함하는 것으로 고려되어야 한다.
본 발명의 일 태양에서, 광원(110)은 2개 이상의 상이한 색상의 LED, 예를 들어 적색-녹색-청색(RGB) LED(예컨대, 청색 LED와 조합된 녹색 LED와 조합된 적색 LED), 또는 대안적으로 시안(cyan) LED와 적색 LED의 조합의 어레이를 포함할 수 있다. 다른 태양에서, LED(들)(110)는 미국 특허 제7,091,653호에 기술된 것과 같은 하나 이상의 원격 인광체(remote phosphor) LED를 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 청색 및 황색 광의 적절한 균형이 백색 광을 생성할 수 있다.
다른 태양에서, 청색 GaN LED, YAG 인광체, 및 시준용 광학 시스템, 예컨대 렌즈 및 복합 포물선형 집광기가 광원 유닛(110)으로서 사용될 수 있다. 상이한 색상 출력을 갖는 추가적인 조명체가 또한 조합되어 사용될 수 있다.
시스템이 모듈식이고, 최종 장치가 최종 장치 도처에 위치된 다수의 광학 패키지(100)를 포함할 수 있기 때문에, 응용에 따라, 동일한 또는 상이한 광원(110)이 각각의 광학 패키지 모듈에서 활용될 수 있다.
또한, 본 발명의 시스템의 설계에 따라, 광원(110)은 매우 높은 휘도 및 효율적인 LED를 사용할 수 있고, 상이한 개별 색상들을 혼합하고 정합시킬 수 있으며, 원격 인광체 기반 LED를 사용할 수 있다. 동시에, 에텐듀의 유지를 통한 광의 효율적인 변환은 다수의 LED가 사용될 필요성을 제거할 수 있다.
광원은 인광체 변환 LED로부터의 것일 수 있거나 또는 상이한 LED들의 조합일 수 있다. 예를 들어, LED는 녹색-방출 인광체 및 적색 방출 AlInGaP LED와 청색 LED의 조합일 수 있다. 왜상 도광체 및 전환기의 조합은 백라이트 도광체 유닛에 입사하기 전에 색상을 효율적으로 혼합하기 위해, LED로부터 방출되는 광에 대한 충분한 경로 길이를 제공하는 것으로 밝혀졌다.
다른 태양에서, 광원은 예컨대 LCD 디스플레이용의 백라이트로서 사용하기 위한 효율적이고 균일한 RGB 색상의 광원을 생성할 수 있다.
예를 들어, 일 특정 태양에서, 광원은 대략 500 μm × 1000 μm인 두 개의 독립적인 청색 방출 플립칩 InGaN LED 다이들을 포함할 수 있는데, 이러한 다이들은 약 1 ㎟ 패키지 상에 배치될 수 있다. 하나의 다이는 상측에 배치되는 녹색 인광체를 포함할 수 있고, 다른 다이는 상측에 배치되는 적색 인광체를 포함할 수 있다. 양쪽 칩 상에 사용된 인광체의 양이 청색 광을 녹색 광 또는 적색 광으로 변환하는 백분율을 결정할 것이다. 독립적인 다이들을 사용하는 것은 각각의 칩에 대한 전력이 개별적으로 제어되어 색상 동조(color tuning)의 방법을 제공하게 할 수 있다. 추가 변형예에서, 기하학적 고려사항이 고려되는 경우에, 적색 광이 AlInGaP 개별 이미터로부터 소싱(sourced)되어 더 협소한 방출 스펙트럼을 제공할 수 있다.
또 다른 태양에서, 광원은 두 개의 독립적인 다이를 포함할 수 있는데, 각각의 다이는 대략 500 μm × 1000 μm이다. 제1 다이는 대략 520 nm 내지 540 nm의 방출 피크를 갖는 InGaN 다이를 포함할 수 있다. 제2 다이는 대략 450 nm 내지 460 nm의 방출 피크를 갖는 청색 InGaN 이미터를 포함할 수 있다. 적색 인광체가 청색 이미터 상에 배치될 수 있다. 또한, 인광체의 두께는 적색으로 변환되는 청색 광의 백분율을 결정할 수 있다. 이러한 특정 구성으로, 녹색 InGaN 이미터의 사용은 이전 구성에 비해 협소한 방출 스펙트럼을 제공할 것이다. 이러한 협소한 방출은 LCD 백라이트에 대한 색역(color gamut)을 추가로 개선할 수 있다.
또 다른 태양에서, 광원은 대략 300 μm × 1000 μm인 세 개의 개별 이미터들을 포함할 수 있는데, 이러한 이미터들은 1 ㎟의 대략적인 크기를 갖는 패키지 상에 배치될 수 있다. 제1 이미터는 대략 450 nm의 방출을 갖는 청색 InGaN 다이를 포함할 수 있다. 제2 이미터는 대략 520 nm 내지 540 nm의 방출 피크를 갖는 녹색 InGaN 다이를 포함할 수 있다. 제3 이미터는 대략 630 내지 650 nm의 방출 피크를 갖는 AlInGaP 다이를 포함할 수 있다. 이러한 구성은 베어 다이(bare die)의 협소한 방출 스펙트럼으로 인해 바람직한 색역을 제공한다. 와이어 접합형 AlInGaP 다이의 기하구조뿐만 아니라 세 개의 다이들에 대한 제어 방식의 고려사항이 고려되어야 한다.
광학 패키지(100)는 또한 컨버터 유닛(105)을 포함한다. 컨버터 유닛(105)은 약 10:1 미만, 예컨대 약 1:1 내지 약 1:2의 종횡비를 갖는 광원(110)으로부터 방출된 광을 광원의 것의 적어도 두 배, 더 바람직하게는 광원의 것의 적어도 네 배, 및 훨씬 더 바람직하게는 광원의 것의 적어도 다섯 배인 종횡비를 갖는 출력 광 빔으로 변환한다. 일부 태양에서, 컨버터 유닛(105)은 선형(line-shaped) 출력 빔을 생성한다. 출력 빔은 사실상 적어도 한 방향으로 시준될 수 있고, 일부 태양에서는 사실상 두 개의 방향으로 시준될 수 있다. 기술된 다른 방식으로서, 컨버터 유닛(105)으로부터의 출력 광은 광원(110)으로부터 출력된 광의 유효 높이보다 낮은 유효 높이(빔의 물리적 높이 × 높이 축에 평행하게 방출된 광의 반치전폭 각도(full-width-half-maximum angle))를 갖는다.
컨버터 유닛(105)의 하나의 컴포넌트가 도 1c 및 도 1d에 더 상세히 도시된 왜상 도광체(120)이다. 왜상 도광체(120)는 입사 표면(122), 상부 표면(123), 직교 표면(124), 반대편 직교 표면(126), 저부 표면(125), 및 단부 표면(127)을 갖는 대체로 직선형인 구조체이다. 표면(125)은 도광체(120)의 높이가 표면(122)(높이 = h1을 가짐)으로부터 반대편 단부 표면(217)(높이 = h2를 가짐, 여기서 h2<<h1임)까지의 길이 L을 따라 감소하도록 하는 계단형 표면을 포함한다. 일례에서, 모바일 유닛 백라이트 응용의 경우에, h1은 약 1 mm일 수 있고, 폭은 약 2 mm일 수 있으며, L은 약 50 mm 내지 약 150 mm일 수 있다.
일 태양에서, 상부 표면(123)은 입사 표면(122)에 대해 대략 직교하고, 저부 표면(125)은 복수의 경사진 계단을 포함하는데, 각각의 경사진 계단은 상부 표면(123)에 평행하다. 따라서, 도광체(120)는 대체로 직선형이고 계단형이며 경사형인 구조체일 수 있고, 중합체(예컨대, 폴리카보네이트) 또는 유리와 같은 광학적으로 투명한 재료로부터 형성될 수 있다.
입사 표면(122)은 광원 유닛(110)으로부터 광을 수광한다. 광은 왜상 도광체(120)를 통하여 전환기/집광기 요소(160)의 전환 부분 또는 섹션(150) 내로 이동된다. 전환 섹션(150)은 복수의 전환 요소(본 명세서에서는 전환기로도 지칭됨)(151a 내지 151j)(도 1e 및 도 1f 참조)를 포함할 수 있는데, 여기서 각각의 전환 부분은 광의 방향을 대략 90°만큼 변경시킨다. 각각의 전환기는 입사 표면에 대해 약 30도 내지 약 60도로 비스듬한 반사 소면(facet)을 포함한다. 광학 패키지의 크기에 따라, 전환기 요소들의 개수는 범위가 수 개(예컨대, 2개 내지 6개) 내지 10개 이상에 이를 수 있다(예컨대, 10개의 전환기가 도 1a 내지 도 1f의 예시적인 시스템에 도시되어 있다). 일부 태양에서, 전환기는 차례차례 패킹될 수 있다. 다른 태양에서, 전환기는 서로 이격될 수 있다(예컨대, 전환기의 ½ 길이에 근사한 공간이 인접 전환기들 사이에 개재될 수 있다).
일 태양에서, 전환 요소(151a, 151b 등)는 컨버터 유닛(105)의 일부로서 일체형으로 형성될 수 있다. 전환 요소는 전환 섹션(150)의 입사면(152a, 152b 등)이 도광체(120)의 저부 표면(125a, 125b 등)에 근접하게 배치될 수 있도록 위치될 수 있다. 대안적으로, 전환 요소(151a, 151b 등)는 도광체(120)의 일부로서 일체형으로 형성될 수 있거나, 또는 그들은 개별적으로 형성된 다음에 광학적으로 투명한 접착제와 같은 적절한 접착제 또는 접합 재료를 사용하여 도광체(120)의 저부 표면(125)에 부착될 수 있다. 광원(110)으로부터 출력된 광의 일부는 전환 섹션(150)에 입사하기 전에 도광체(120)를 관통하지 않을 수 있다는 것에 유의한다.
일 태양에서, 컨버터 유닛 컴포넌트들의 단일 구조물이 전환 섹션(150) 및 도광체(120)를 성형하는 압축 또는 압축 사출을 이용하여 형성될 수 있다. 대안적으로, 더 얇은 버전이 또한 도광체(120)를 형성하는 데 사용된 편평한 도광체 필름들의 적층체의 에지 내로 전환기 특징부들을 커팅하는 다이아몬드 플라이 커팅 공정을 이용하여 제조될 수 있다.
일 태양에서, 각각의 전환기는 커플링된 또는 디커플링된 입사면(152), 및 광 방향을 대략 90° 만큼 변경하고 광을 전환기/집광기(160)의 커플링 섹션(170) 내로 안내하는 반사면(156)(예컨대, 도 1e에 도시된 면(156a 내지 156j))을 포함한다. 각각의 전환 부분은 (입사 표면(122)의 크기에 비해) 얇아서, 각각의 전환기 입사면이 인입 광의 세그먼트만을 포획하고 그 광 세그먼트를 전환기/집광기(160)의 커플링 섹션(170) 내로 반사시키게 한다. 예를 들어, 각각의 전환기 요소는 약 30 μm 내지 1000 μm, 바람직하게는 약 50 μm 내지 200 μm의 두께를 가질 수 있다. 따라서, 일 태양에서, 각각의 전환 요소는 대체로 평면형인 직각 프리즘으로서 구성된다. 이러한 것으로서, 일 태양에서, 입사 표면(122)의 높이는, 일부 경우에 광의 작은 세그먼트가 광원(110)으로부터 전환기/집광기 요소(160)의 커플링 부분 내로 직접 이동한다는 점을 제외하면, 모든 전환 구조체들의 높이의 합과 대략적으로 동일할 수 있다.
저굴절률 층이 왜상 도광체(120)와 전환기 부분(150) 사이에 배치될 수 있다. 저굴절률 층은 중합체 코팅 또는 물리적 증착 또는 화학적 증착에 의해 적용되는 코팅을 포함할 수 있다. 바람직한 태양에서, 저굴절률 코팅은 낮은 산란성을 가질 것이다. 적합한 코팅은 실리카, SiO2, 및 MgF2를 포함할 수 있다.
각각의 전환 요소 (151a, 151b 등)는 약 90° 각도만큼 인입 광을 반사시키는 미러형(mirrored) 또는 TIR 45° 소면을 가질 수 있다. 광은 각각의 전환기 내에 포획되는데, 이는 전환기의 주 면들(예컨대, 상면(158a) 및 저면(159a))이 각각 더 낮은 굴절률의 재료와 접하기 때문이다. 예를 들어, 저면(159a)은 공기와 접할 수 있는 한편, 상면(158a)은 공기와 또는 도광체(120)의 굴절률보다 낮은 굴절률(예컨대, 1.49)을 갖는 광학적으로 투명한 접착제와 접할 수 있다. 대안적으로, 표면(125) 또는 표면(158) 중 어느 하나에 또는 양쪽 모두에 적용된 저굴절률 코팅이 존재할 수 있으며, 표면들은 서로 커플링된다. 유사하게, 표면들(123, 159)은 저굴절률 재료로 코팅되어 재료가 디스플레이 내의 다른 요소들에 접합되게 할 수 있다. 적합한 저굴절률 코팅은 실리카 및 불화 마그네슘을 포함한다. 다른 대안적인 태양에서, 왜상 도광체(120)는 전환기를 형성하는 데 사용된 재료보다 낮은 굴절률을 갖는 재료로부터 형성될 수 있다. 또 다른 대안적인 태양에서, 왜상 도광체(120)의 굴절률은 도광체와 전환 요소 사이에 저굴절률 재료가 배치되지 않은 상태에서 전환 요소의 굴절률과 유사할 수 있으며, 도광체는 왜상 도광체(120)의 입사면의 높이 h1보다 작지만 전환 섹션(150)의 두께보다 큰 두께를 가질 수 있다.
도 1f에 도시된 바와 같이, 제1 입사광 세그먼트(162a)는 전환 요소(151a)에 의해 포획된다. 입사광 세그먼트는 전환 요소(151a) 내에서 내부 전반사되고, 비스듬한 반사면(156a)으로부터 커플러/집광기(170/180)를 향해 보내진다. 입사광 세그먼트(162a)는 집광기(180)로부터 출력 광 세그먼트(164a)로서 나온다. 유사하게, 제2 광 세그먼트는 전환 요소(151a)의 높이로부터 약간 오프셋된 높이에서 전환 요소(151a)로부터 하류로 축방향으로 이격되어 있는 전환 요소(151b)에 의해 포획될 수 있다. 입사광 세그먼트는 전환 요소(151b) 내에서 내부 전반사되고, 비스듬한 반사면으로부터 커플러(170)를 거쳐 집광기(180)를 향해 보내진다. 유사한 방식으로, 각각의 후속 전환 요소는 입사광의 세그먼트를 포획하고, 그 광 세그먼트를 커플러(170)를 거쳐 집광기(180)를 향해 방향전환시킨다. 따라서, 출력 광 세그먼트(164a 등)는 집광기(180)에서 커플링되고 적어도 한 방향으로 사실상 시준되어 적어도 20:1 이상의 높은 종횡비를 갖는 형상화된 빔을 형성한다.
반사면(156a 등)은 편평한 또는 만곡된 표면일 수 있다. 또한, 일부 태양에서, 반사면(156a 등)은 반사성 코팅으로 코팅될 수 있다. 예를 들어, 반사면(156a 등)은 금속 또는 유전체 층상 코팅으로 코팅될 수 있다. 대안적으로, 반사면(156a 등)은 광을 내부 전반사(TIR)하도록 단순하게 연마될 수 있다.
개별적으로 형성된 도광체 및 전환 섹션을 포함하는 컨버터 유닛을 위한 구조에서, 전환 섹션(150)은 광학적으로 투명한 접착제 또는 저굴절률 접합 재료를 사용하여 저부 표면(125) 상에서 도광체(120)에 정합될 수 있다. 이러한 태양에서, 전환 요소 입사면(152a)이 저부 계단 표면(125a)과 정합될 수 있고, 다음 전환 요소 입사면(152b)이 다음 저부 계단 표면(125b)과 정합될 수 있으며, 기타 등등일 수 있다. 대안적인 태양에 따르면, 전환기(들)(150)의 입사면(들)은 도광체(120)로부터 광학적으로 커플링될 수 있거나 또는 디커플링될 수 있다. 전환기를 광학적으로 커플링하는 것은 프레넬 반사(Fresnel reflection)를 감소시키는 것으로 인해 더욱 효율적일 수 있지만, 광 빔에 대한 잘못된 경로로 인해 45° 소면을 갖는 전환기에 있어서 손실을 야기할 수 있다. 따라서, 대안적으로, 45° 소면을 갖는 전환 요소를 사용하는 경우에, 입사면은 도광체(120)로부터 디커플링될 수 있다. 대안적인 태양에서, 전환기 요소의 출력면이 커플러(170)/집광기(180)의 입사면으로부터 커플링되거나 디커플링될 수 있다.
컨버터 유닛(105)은 또한 커플링 부분(170) 및 집광기 부분(180)을 포함한다. 도 1a 내지 도 1f에서, 커플링/집광기는 단일 통합 구조물로 형성된다. 대안적인 태양에서, 커플링 부분(170) 및 집광기 부분(180)은 광학 시스템(100) 내에서 개별적인 요소들로서 형성될 수 있다.
커플링 부분(170)은 전환 부분(150)을 나온 광을 수광한다. 도 1e 및 도 1f에 더 상세히 도시된 바와 같이, 커플링 부분(170)은 하나 이상의 치수가 확대된 일련의 바디(body)들, 예컨대 사다리꼴 형상의 커플링 또는 커플러 바디들을 포함한다. 바디는 대체로 평면형인 형상(예컨대, 도 1e 및 도 1f에 도시됨)을 가질 수 있거나, 또는 커플러 바디는 도 3에 도시된 바와 같은 테이퍼형 형상을 가질 수 있다. 일부 대안적인 태양에서, 테이퍼는 선형일 수 있거나, 테이퍼는 적어도 하나의 축에서 비-선형일 수 있다. 적합한 비-선형 프로파일은 포물선을 포함할 수 있다. 테이퍼 특징부는 (반사면에 의해 전환되지 않으면서) 전환기 부분을 직접 관통하는 광을 포획하는 것을 돕는다. 또한, 커플링 부분의 테이퍼 설계는 전환기 부분을 직접 관통하는 광을 시준한다. 광은 TIR을 통해 커플링 부분(170) 내로 안내된다. 따라서, 커플링 부분(170)은 광을 커플링 부분의 평면에서(즉, 커플링 부분의 주 표면들에 평행한 평면에서) 시준할 수 있다.
전술된 바와 같이, 본 발명의 일 태양에서, 커플링 부분(170)은 전환기 부분(150)과 일체형으로 형성될 수 있다. 이러한 태양에서, 전환기 부분(150) 및 커플링 부분(170)은 연속 성형 물품(continuous molded article)으로부터 제조될 수 있다. 적합한 구조물의 재료는 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 경화성 아크릴 수지, 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 및 실리콘을 비롯한 아크릴 수지를 포함한다. 대안적으로, 커플링 부분(170)은 중합체 필름의 절단 스트립을 사용하여 또는 주조 및 경화 공정에 의해 형성될 수 있다.
커플링 부분(170)을 나온 광은 집광기(180)로도 지칭되는 집광기 부분에 입사한다. 집광기(180)는 적어도 한 방향, 예컨대 집광기(180)의 평면에 법선인 방향으로 광을 시준하도록 구성될 수 있는 대체로 직선형인 바디를 포함한다. 집광기(180)는 집광기 부분에 입사하는 빔의 불균일성을 평활화할 수 있거나 또는 분산시킬 수 있다. 집광기 부분(180)은 대체로 평면형인 형상(예컨대, 도 1e 및 도 1f에 도시됨)을 가질 수 있거나, 또는 집광기(180)는 도 2a 내지 도 2d에 도시된 바와 같은 테이퍼형 형상을 가질 수 있다. 일부 대안적인 태양에서, 테이퍼는 적어도 하나의 축에서 선형일 수 있거나, 테이퍼는 적어도 하나의 축에서 비선형일 수 있거나, 또는 테이퍼들의 조합이 사용될 수 있다. 적합한 비-선형 프로파일은 포물선을 포함할 수 있다. 광은 TIR을 통해 집광기 부분(180) 내에 안내된다. 커플링 부분(170)과 유사하게, 집광기(180)는 연속 성형 물품으로부터 제조될 수 있다. 적합한 구조물의 재료는 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 경화성 아크릴 수지, 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 및 실리콘을 비롯한 아크릴 수지를 포함한다. 전환기/커플링/집광기가 성형된 재료로 형성될 수 있기 때문에, 집광기는 또한 중합체가 한 방향으로 유동하게 하는 그러한 방식으로 형상화될 수 있다.
도 1g는 광학 패키지(100)의 부분 정면도이다. 전환기(150), 커플링 부분(170), 및 집광기(180)는 도광체(120)의 주 표면에 대해 약 3° 내지 약 12°의 작은 각도 α로 약간 기울어지거나 경사져서 인접 전환 요소들 사이에 점진적인 전이를 제공할 수 있다는 것에 유의하라. 이러한 경사는 비틀림(twist)을 커플링 섹션에 전하고, 어떠한 비틀림도 없는 것에 비해 시스템의 에텐듀를 감소시킨다.
또한, 광학 패키지(100)는 하우징(190)을 포함한다. 하우징(190)은 광학 시스템의 하나 이상의 요소들을 보호, 정렬, 지지, 및/또는 밀봉하도록 형상화될 수 있다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 하우징(190)은 컨버터 유닛(105)의 왜상 도광체(120) 및 전환기 부분(150)을 지지한다. 추가로, 하우징(190)은 프레임형 구조체를 포함할 수 있는데, 이러한 프레임형 구조체는 광원(110)으로부터의 광을 왜상 도광체(120) 내로 반사시키는 데 사용될 수 있는 표면들을 또한 제공할 수 있다. 하우징(190)은 또한 집광기(180)의 출력을 도광체 또는 다른 장치(도시되지 않음)와 정렬시키는 구조체를 포함할 수 있다. 대안적으로, 하우징(190)은 인접 정렬 구조체(도시되지 않음)의 수용을 가능하게 하는 데 사용될 수 있다.
따라서, 광학 시스템(100)으로부터 출력된 광은 높은 종횡비를 가질 수 있고, 다양한 응용들, 예컨대 백라이트 및 디스플레이, 특히 얇은 백라이트에 광을 제공하는 것에 활용될 수 있다.
도 2a 내지 도 2d는 다른 유사한 광학 패키지 모듈과 조합한 모듈로서 또는 자체만으로 사용되어 디스플레이(도시되지 않음) 또는 다른 장치를 조명할 수 있는 다른 예시적인 광학 패키지(200)의 상이한 등각도들을 도시한다. 광학 패키지(200)는 광원 유닛(210) 및 컨버터 유닛을 포함하는데, 컨버터 유닛은 왜상 도광체(220), 및 일련의 전환기(251a 내지 251d), 커플링 부분(270) 및 집광기 부분(280)을 갖는 전환기/집광기 유닛(260)을 포함한다. 하우징이 간결성을 위해 도면으로부터 생략되어 있다는 것에 유의하라. 광원 유닛(210)은 광학 패키지(200)에 대한 광의 소스를 제공하고, 광학 시스템의 일 단부에 배치된다. 이러한 태양에서, 광학 패키지(210)는 두 개의 LED를 포함한다. 이러한 배열에서는, 직각 프리즘 또는 하우징(도시되지 않음)의 표면 상에 형성될 수 있는 반사성 표면(202)이 제공되어 광원(210)으로부터 방출된 광의 적어도 상당한 부분을 왜상 도광체 내로 반사시킨다. 이러한 태양에서, 광원(210)으로부터의 출력 광의 다른 부분은 반사성 표면(202)에 의해 이동할 수 있고, 커플링 부분(270)의 커플링 바디(271)(예컨대, 도 2c 참조) 내로 직접 입사할 수 있다.
왜상 도광체(220)는 광원 유닛(210)으로부터의 광을 전환기/집광기 요소(260) 내로 안내한다. 이러한 태양에서, 왜상 도광체(220)는 왜상 도광체(120)보다 짧은 길이를 갖지만, 대개의 설계 및 구조는 전술된 바와 동일하다. 전환기/집광기 요소(260)는 왜상 도광체(220)에 의해 커플링 부분(270) 내로 안내된 광의 세그먼트들을 수광하고 전환하는 전환기 부분을 포함한다. 이러한 태양에서, 전환기 부분은 네 개의 전환기(251a 내지 251d)를 포함하는데, 각각의 전환기는 광 방향을 대략 90° 만큼 변경하고 광을 전환기/집광기(260)의 커플링 섹션(270) 내로 안내하는 반사면(256)(예컨대, 도 2b에 도시된 면(256d))을 갖는다. 전환기(251a 내지 251d)의 구조는 전술된 전환기(151a 내지 151j)의 구조와 유사할 수 있다.
광은 추가로 커플링 부분(270)을 통해 전환기/집광기 요소(260)의 집광기 부분(280) 내로 보내진다. 커플링 부분(270)은 하나 이상의 치수가 확대된 일련의 커플링 바디들, 예컨대 사다리꼴 형상 바디들(예컨대, 도 2c에 도시된 커플링 바디(271))을 포함한다. 커플링 바디는 적어도 한 방향에서 테이퍼를 갖는 대체로 평면형인 형상을 가질 수 있다. 이러한 태양에서, 테이퍼는 (집광기(280)를 향해 수평으로 확대되는) 선형이다. 이러한 테이퍼 특징부는 (반사면에 의해 전환되지 않으면서) 전환기 부분을 직접 관통하는 광을 포획하는 것을 돕는다. 광은 TIR을 통해 커플링 부분(270) 내에 안내된다. 일부 태양에서, 커플링 부분(270)은 약간 비틀리거나 또는 비스듬한 배향을 포함할 수 있는데, 이는 패키지(200)의 에텐듀를 2배만큼 개선할 수 있다. 커플링 부분은 전술된 구조물 재료들 중 어느 하나로부터 형성될 수 있다.
이러한 특정 태양에서, 에어 갭이 전환기 부분의 출사면과 커플링 부분의 입사면 사이에 존재한다(예컨대, 도 2c에 도시된 계면(265) 참조).
커플링 부분(270)을 나온 광은 집광기 부분(280)에 입사한다. 이러한 태양에서, 집광기(280)는 테이퍼를 갖는 대체로 직선형인 바디를 포함하고, 이에 의해 집광기 주 표면들(281, 282)(예컨대, 도 2c 참조) 각각은 비선형 테이퍼를 갖는다. 이러한 태양에서, 주 표면들(281, 282)은 입사면(283)으로부터 출사면(284)을 향하는 포물선형 테이퍼를 갖는데, 여기서 집광기는 집광기 입사부에서 높이 h1 및 집광기 출사부에서 높이 h2를 가지며, 이 경우에 h1<h2이다. 이러한 포물선형 테이퍼는 시준된 출력 광을 제공하는 것을 도울 수 있다. 포물선형 테이퍼는 선형 테이퍼에 비해 더 적은 부피로 높은 수준의 시준을 제공할 수 있다. 광은 TIR을 통해 집광기 부분(280) 내에 안내된다. 일부 태양에서, 집광기 부분(280)은 약간 비틀리거나 또는 비스듬한 배향을 포함할 수 있는데, 이는 패키지의 에텐듀를 개선할 수 있다. 집광기(280)는 전술된 구조물 재료를 사용하여 연속 성형 물품으로부터 제조될 수 있다. 집광기(280)의 설계의 이점은 집광기(280)의 주축을 따르는 출력 광의 측방향 균일성을 포함한다. 집광기(280)는 또한 생산성 관점에서 이점을 제공한다.
시스템(100)과 유사하게, 광학 패키지(200)는 광원으로부터의 광을 효율적으로 커플링하고, 적어도 하나의 축에서 부분적으로 시준될 수 있는 더 큰 종횡비를 갖는 출력 광을 제공한다. 또한, 출력 광의 유효 높이는 광원으로부터 방출되는 광의 유효 높이보다 사실상 더 낮다. 일부 태양에서, 출력 광의 유효 높이는 광원으로부터 방출되는 광의 유효 높이보다 적어도 5배 더 낮다.
예를 들어, 연구원들에 의해 수행된 계산에 따르면, 광학 패키지(200)를 사용하여, 0.5 mm의 물리적 높이 및 약 170°의 높이 축에 평행한 광에 대한 FWHM 각도를 갖는 LED의 경우에, LED로부터 출력된 광은 약 85 mm deg.의 유효 높이를 갖는다. 광학 패키지(200)의 출력 단부에서, 출력면(284)의 높이는 0.5 mm이고, FWHM 각도는 약 24°가 되어, 광학 패키지에 대해 약 12 mm deg.의 유효 높이, 즉, 적어도 약 7배의 감소를 산출한다.
이러한 모듈식 접근법을 이용하면, 광학 패키지 설계자는 개별 광학 패키지의 임의의 수의 상이한 태양들을 변형하여 특정 발광 응용의 요건을 충족하도록 맞춰진 시스템을 제공할 수 있다. 예를 들어, 하기의 표 1에 도시된 조사된 파라미터들은 도 2a 내지 도 2d에 도시된 광학 시스템(200)을 생성하기 위한 하나의 예시적 접근법을 제공한다. 이러한 파라미터들의 수정은, 예컨대 단순히 각각의 요소에 대해 소정 파라미터들을 선택함으로써 또는 선택해제함으로써, 다수의 상이한 광학 패키지들을 생성하는 데 이용될 수 있다(도 3 내지 도 11에 도시된 광학 패키지(300 내지 1100)는 이러한 접근법을 이용하여 생성될 수 있는 많은 가능성있는 대안적인 광학 패키지들 중 몇 개에 불과하다).
[표 1]
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도 3은 다른 유사한 광학 패키지 모듈과 조합한 모듈로서 또는 자체만으로 사용되어 디스플레이(도시되지 않음) 또는 다른 장치를 조명할 수 있는 다른 예시적인 광학 패키지(300)를 도시한다. 광학 패키지(300)는 광원 유닛(310) 및 컨버터 유닛을 포함하는데, 컨버터 유닛은 왜상 도광체, 및 전환기(351a)를 비롯한 일련의 전환기들, 커플링 부분(370) 및 집광기 부분(380)을 갖는 전환기/집광기 유닛(360)을 포함한다. 하우징이 간결성을 위해 도면으로부터 생략되어 있다는 것에 유의하라. 광원 유닛(310)은 광학 패키지(300)에 대한 광의 소스를 제공하고, 왜상 도광체를 따라 중심 위치에 배치된다. 이러한 태양에서, 광학 패키지(310)는 두 개의 LED를 포함한다. 이러한 태양에서, 왜상 도광체는 광원(310)의 양쪽 측면에 배치되는 두 개의 부분(또는 더 작은 도광체들)(320a, 320b)으로 분할된다. 이러한 배열에서는, 직각 프리즘 또는 하우징(도시되지 않음)의 표면 상에 형성될 수 있는 제1 반사성 표면(302)이 제공되어 광원(310)으로부터 방출된 광의 적어도 일부를 왜상 도광체(320a) 내로 반사시킨다. 제2 반사성 표면(도시되지 않음)은 제1 반사성 표면(302) 아래에 배치되어 광원(310)으로부터 방출된 광의 다른 부분을 왜상 도광체(320b) 내로 반사시킬 수 있다. 왜상 도광체(320a, 320b)는 광원 유닛(310)으로부터의 광을 전환기/집광기 요소(360) 내로 안내한다.
이러한 태양에서, 왜상 도광체(320a, 320b)는 왜상 도광체(120)보다 짧은 길이를 갖지만, 대개의 설계 및 구조는 전술된 바와 동일하다. 전환기/집광기 요소(360)는 왜상 도광체(320a, 320b)에 의해 커플링 부분(370) 내로 안내된 광의 세그먼트들을 수광하고 전환하는 전환기 부분을 포함한다. 이러한 태양에서, 전환기 부분은 여섯 개의 전환기(전환기(351a)만이 도시되어 있음)를 포함하는데, 각각의 전환기는 광 방향을 대략 90° 만큼 변경하고 광을 전환기/집광기(360)의 커플링 섹션(370) 내로 안내하는 반사면(356)(예컨대, 도 3에 도시된 면(356a))을 갖는다. 이러한 태양에서, 전환기 부분은 인접 전환기들 사이에 갭을 포함한다. 이러한 전환기 공간은 이러한 구성이 전환기들의 출력면들에 커플링 바디들에 대한 더 많은 여지를 제공한다는 점에서 광학 패키지의 더 수월한(straightforward) 구성을 제공할 수 있다. 전환기의 구조는 전술된 전환기(151a 내지 151j)의 구조와 유사할 수 있다.
광은 추가로 커플링 부분(370)을 통해 전환기/집광기 요소(360)의 집광기 부분(380) 내로 보내진다. 커플링 부분(370)은 하나 이상의 치수가 확대된 일련의 커플링 바디들, 예컨대 사다리꼴 형상 바디들(예컨대, 도 3에 도시된 커플링 바디(371))을 포함한다. 이러한 태양에서, 바디는 다수의 방향들에서 테이퍼를 포함하는데, 이는 테이퍼가 (평면에서) 수평으로 선형으로 확대되고, (전환기 바디들의 평면에 법선인) 수직으로 집광기(380)를 향해 포물선형으로 확대되기 때문이다. 이러한 테이퍼 특징부는 (반사면에 의해 전환되지 않으면서) 전환기 부분을 직접 관통하는 광을 포획하는 것을 돕는다. 광은 TIR을 통해 커플링 부분(370) 내에 안내된다. 커플링 부분은 전술된 구조물 재료들 중 어느 하나로부터 형성될 수 있다. 이러한 특정 태양에서, 에어 갭이 전환기 부분의 출사면과 커플링 부분의 입사면 사이에 존재할 수 있거나 또는 존재하지 않을 수 있다.
커플링 부분(370)을 나온 광은 집광기 부분(380)에 입사한다. 이러한 태양에서, 집광기(380)는 어떠한 테이퍼도 갖지 않는 직선형 바디를 포함하고, 이에 의해 집광기 주 표면들(381, 382)은 대개 서로 평행하고 대체로 출력면(384)에 수직한다. 집광기(380)는 전술된 구조물 재료를 사용하여 연속 성형 물품으로부터 제조될 수 있다. 이러한 구성으로, 광원(310)의 중심은 높이가 집광기(380)의 중심과 정렬되거나 또는 일치되어, 감소된 전반적인 패키지 크기를 허용한다.
도 4는 다른 유사한 광학 패키지 모듈과 조합한 모듈로서 또는 자체만으로 사용되어 디스플레이(도시되지 않음) 또는 다른 장치를 조명할 수 있는 다른 예시적인 광학 패키지(400)를 도시한다. 광학 패키지(400)는 광원 유닛(410) 및 컨버터 유닛을 포함하는데, 컨버터 유닛은 왜상 도광체, 및 전환기(451a)를 비롯한 일련의 전환기들, 커플링 부분(470) 및 집광기 부분(480)을 갖는 전환기/집광기 유닛(460)을 포함한다. 하우징이 간결성을 위해 도면으로부터 생략되어 있다는 것에 유의하라. 광원 유닛(410)은 광학 패키지(400)에 대한 광의 소스를 제공하고, 왜상 도광체를 따라 중심 위치에 배치된다. 이러한 태양에서, 광학 패키지(410)는 두 개의 LED를 포함한다. 이러한 태양에서, 왜상 도광체는 광원(410)의 양쪽 측면에 배치되는 두 개의 부분(또는 더 작은 도광체들)(420a, 420b)으로 분할된다. 이러한 배열에서는, 직각 프리즘 또는 하우징(도시되지 않음)의 표면 상에 형성될 수 있는 제1 반사성 표면(402)이 제공되어 광원(410)으로부터 방출된 광의 적어도 일부를 왜상 도광체(420a) 내로 반사시킨다. 제2 반사성 표면(도시되지 않음)은 제1 반사성 표면(402) 아래에 배치되어 광원(410)으로부터 방출된 광의 다른 부분을 왜상 도광체(420b) 내로 반사시킬 수 있다. 왜상 도광체(420a, 420b)는 광원 유닛(410)으로부터의 광을 전환기/집광기 요소(460) 내로 안내한다.
이러한 태양에서, 왜상 도광체(420a, 420b)는 왜상 도광체(120)보다 짧은 길이를 갖지만, 대개의 설계 및 구조는 전술된 바와 동일하다. 전환기/집광기 요소(460)는 왜상 도광체(420a, 420b)에 의해 커플링 부분(470) 내로 안내된 광의 세그먼트들을 수광하고 전환하는 전환기 부분을 포함한다. 이러한 태양에서, 전환기 부분은 여섯 개의 전환기(전환기(451a)만이 도시되어 있음)를 포함하는데, 각각의 전환기는 광 방향을 대략 90° 만큼 변경하고 광을 전환기/집광기(460)의 커플링 섹션(470) 내로 안내하는 반사면(456)(예컨대, 도 4에 도시된 면(456a))을 갖는다. 이러한 태양에서, 전환기 부분은 인접 전환기들 사이에 갭을 포함한다. 이러한 전환기 공간은 이러한 구성이 전환기들의 출력면들에 커플링 바디들에 대한 더 많은 여지를 제공한다는 점에서 광학 패키지의 더 수월한 구조를 제공할 수 있다. 전환기의 구조는 전술된 전환기(151a 내지 151j)의 구조와 유사할 수 있다.
광은 추가로 커플링 부분(470)을 통해 전환기/집광기 요소(460)의 집광기 부분(480) 내로 보내진다. 커플링 부분(470)은 하나 이상의 치수가 확대된 일련의 커플링 바디들, 예컨대 사다리꼴 형상 바디들(예컨대, 도 4에 도시된 커플링 바디(471))을 포함한다. 이러한 태양에서, 커플링 바디는 대체로 집광기(480)를 향해 수평으로 확대되는 계단형의 포물선형 테이퍼를 갖는 평면이다. 이러한 테이퍼 특징부는 (반사면에 의해 전환되지 않으면서) 전환기 부분을 직접 관통하는 광을 포획하고 커플링 부분의 평면에서 광을 시준하는 것을 돕는다. 광은 TIR을 통해 커플링 부분(470) 내에 안내된다. 커플링 부분은 전술된 구조물 재료들 중 어느 하나로부터 형성될 수 있다. 이러한 특정 태양에서, 에어 갭이 전환기 부분의 출사면과 커플링 부분의 입사면 사이에 존재할 수 있거나 또는 존재하지 않을 수 있다.
커플링 부분(470)을 나온 광은 집광기 부분(480)에 입사한다. 이러한 태양에서, 집광기(480)는 한 방향에서 출력면(484)을 향하는 선형 테이퍼를 갖는 대체로 직선형인 바디를 포함하고, 이에 의해 집광기 주 표면들(481, 482)은 서로 평행하지 않게 된다. 집광기(480)는 전술된 구조물 재료를 사용하여 연속 성형 물품으로부터 제조될 수 있다. 이러한 구성으로, 광원(410)의 중심은 높이가 집광기(480)의 중심과 정렬되거나 또는 일치되어, 감소된 전반적인 패키지 크기를 허용한다.
도 5는 다른 유사한 광학 패키지 모듈과 조합한 모듈로서 또는 자체만으로 사용되어 디스플레이(도시되지 않음) 또는 다른 장치를 조명할 수 있는 다른 예시적인 광학 패키지(500)를 도시한다. 광학 패키지(500)는 광원 유닛(510) 및 컨버터 유닛을 포함하는데, 컨버터 유닛은 왜상 도광체, 및 전환기(551a)를 비롯한 일련의 전환기들, 커플링 부분(570) 및 집광기 부분(580)을 갖는 전환기/집광기 유닛(560)을 포함한다. 하우징은 간결성을 위해 도면으로부터 생략되어 있다. 광원 유닛(510)은 광학 패키지(500)에 대한 광의 소스를 제공하고, 왜상 도광체를 따라 중심 위치에 배치된다. 이러한 태양에서, 광학 패키지(510)는 두 개의 LED를 포함한다. 이러한 태양에서, 왜상 도광체는 광원(510)의 양쪽 측면에 배치되는 두 개의 부분(또는 더 작은 도광체들)(520a, 520b)으로 분할된다. 이러한 배열에서는, 직각 프리즘 또는 하우징(도시되지 않음)의 표면 상에 형성될 수 있는 제1 반사성 표면(502)이 제공되어 광원(510)으로부터 방출된 광의 적어도 일부를 왜상 도광체(520a) 내로 반사시킨다. 제2 반사성 표면(도시되지 않음)은 제1 반사성 표면(502) 아래에 배치되어 광원(510)으로부터 방출된 광의 다른 부분을 왜상 도광체(520b) 내로 반사시킬 수 있다. 이러한 태양에서, 광원(510)으로부터의 출력 광의 다른 부분은 반사성 표면에 의해 이동할 수 있고, 커플링 부분(570)의 커플링 바디 내로 직접 입사할 수 있다. 왜상 도광체(520a, 520b)는 광원 유닛(510)으로부터의 광을 전환기/집광기 요소(560) 내로 안내한다.
이러한 태양에서, 왜상 도광체(520a, 520b)는 왜상 도광체(120)보다 짧은 길이를 갖지만, 대개의 설계 및 구조는 전술된 바와 동일하다. 전환기/집광기 요소(560)는 왜상 도광체(520a, 520b)에 의해 커플링 부분(570) 내로 안내된 광의 세그먼트들을 수광하고 전환하는 전환기 부분을 포함한다. 이러한 태양에서, 전환기 부분은 네 개의 전환기(전환기(551a)만이 도시되어 있음)를 포함하는데, 각각의 전환기는 광 방향을 대략 90° 만큼 변경하고 광을 전환기/집광기(560)의 커플링 섹션(570) 내로 안내하는 반사면(556)(예컨대, 도 5에 도시된 면(556a))을 갖는다. 이러한 태양에서, 전환기 부분은 인접 전환기들 사이에 갭을 포함한다. 이러한 전환기 공간은 이러한 구성이 전환기들의 출력면들에 커플링 바디들에 대한 더 많은 여지를 제공한다는 점에서 광학 패키지의 더 수월한 구조를 제공할 수 있다. 전환기의 구조는 전술된 전환기(151a 내지 151j)의 구조와 유사할 수 있다.
광은 추가로 커플링 부분(570)을 통해 전환기/집광기 요소(560)의 집광기 부분(580) 내로 보내진다. 커플링 부분(570)은 하나 이상의 치수가 확대된 일련의 커플링 바디들, 예컨대 사다리꼴 형상 바디들(예컨대, 도 5에 도시된 커플링 바디(571))을 포함한다. 이러한 태양에서, 커플링 바디는 대체로 집광기(580)를 향해 수평으로 확대되는 선형 테이퍼를 갖는 평면이다. 이러한 테이퍼 특징부는 (반사면에 의해 전환되지 않으면서) 전환기 부분을 직접 관통하는 광을 포획하는 것을 돕는다. 광은 TIR을 통해 커플링 부분(570) 내에 안내된다. 커플링 부분은 전술된 구조물 재료들 중 어느 하나로부터 형성될 수 있다. 이러한 특정 태양에서, 에어 갭이 전환기 부분의 출사면과 커플링 부분의 입사면 사이에 존재할 수 있거나 또는 존재하지 않을 수 있다.
커플링 부분(570)을 나온 광은 집광기 부분(580)에 입사한다. 이러한 태양에서, 집광기(580)는 한 방향에서 출사면(584)을 향하는 적어도 선형 테이퍼를 갖는 대체로 직선형인 바디를 포함하고, 이에 의해 집광기 주 표면들(581, 582)은 서로 평행하지 않게 된다. 이러한 태양에서, 집광기(580)는 비교적 긴 길이를 갖는다. 집광기(580)는 전술된 구조물 재료를 사용하여 연속 성형 물품으로부터 제조될 수 있다.
도 6은 다른 유사한 광학 패키지 모듈과 조합한 모듈로서 또는 자체만으로 사용되어 디스플레이(도시되지 않음) 또는 다른 장치를 조명할 수 있는 다른 예시적인 광학 패키지(600)를 도시한다. 광학 패키지(600)는 광원 유닛(610) 및 컨버터 유닛을 포함하는데, 컨버터 유닛은 왜상 도광체, 및 전환기(651a)를 비롯한 일련의 전환기들, 커플링 부분(670) 및 집광기 부분(680)을 갖는 전환기/집광기 유닛(660)을 포함한다. 하우징은 간결성을 위해 도면으로부터 생략되어 있다. 광원 유닛(610)은 광학 패키지(600)에 대한 광의 소스를 제공하고, 왜상 도광체를 따라 중심 위치에 배치된다. 이러한 태양에서, 광학 패키지(610)는 두 개의 LED를 포함한다. 이러한 태양에서, 왜상 도광체는 광원(610)의 양쪽 측면에 배치되는 두 개의 부분(또는 더 작은 도광체들)(620a, 620b)으로 분할된다. 이러한 배열에서는, 직각 프리즘 또는 하우징(도시되지 않음)의 표면 상에 형성될 수 있는 제1 반사성 표면(602)이 제공되어 광원(610)으로부터 방출된 광의 적어도 일부를 왜상 도광체(620a) 내로 반사시킨다. 제2 반사성 표면(도시되지 않음)은 제1 반사성 표면(602) 아래에 배치되어 광원(610)으로부터 방출된 광의 다른 부분을 왜상 도광체(620b) 내로 반사시킬 수 있다. 왜상 도광체(620a, 620b)는 광원 유닛(610)으로부터의 광을 전환기/집광기 요소(660) 내로 안내한다.
이러한 태양에서, 왜상 도광체(620a, 620b)는 왜상 도광체(120)보다 짧은 길이를 갖지만, 대개의 설계 및 구조는 전술된 바와 동일하다. 전환기/집광기 요소(660)는 왜상 도광체(620a, 620b)에 의해 커플링 부분(670) 내로 안내된 광의 세그먼트들을 수광하고 전환하는 전환기 부분을 포함한다. 이러한 태양에서, 전환기 부분은 여섯 개의 전환기(전환기(651a)만이 도시되어 있음)를 포함하는데, 각각의 전환기는 광 방향을 대략 90° 만큼 변경하고 광을 전환기/집광기(660)의 커플링 섹션(670) 내로 안내하는 반사면(656)(예컨대, 도 6에 도시된 면(656a))을 갖는다. 이러한 태양에서, 전환기 부분은 인접 전환기들 사이에 갭을 포함한다. 전환기의 구조는 전술된 전환기(151a 내지 151j)의 구조와 유사할 수 있다.
광은 추가로 커플링 부분(670)을 통해 전환기/집광기 요소(660)의 집광기 부분(680) 내로 보내진다. 커플링 부분(670)은 하나 이상의 치수가 확대된 일련의 커플링 바디들, 예컨대 사다리꼴 형상 바디들(예컨대, 도 6에 도시된 커플링 바디(671))을 포함한다. 이러한 태양에서, 커플링 바디는 대체로 집광기(680)를 향해 수평으로 확대되는 선형 테이퍼를 갖는 평면이다. 이러한 테이퍼 특징부는 (반사면에 의해 전환되지 않으면서) 전환기 부분을 직접 관통하는 광을 포획하는 것을 돕는다. 광은 TIR을 통해 커플링 부분(670) 내에 안내된다. 커플링 부분은 전술된 구조물 재료들 중 어느 하나로부터 형성될 수 있다. 이러한 특정 태양에서, 에어 갭이 전환기 부분의 출사면과 커플링 부분의 입사면 사이에 존재할 수 있거나 또는 존재하지 않을 수 있다.
커플링 부분(670)을 나온 광은 집광기 부분(680)에 입사한다. 이러한 태양에서, 집광기(680)는 한 방향에서 출사면(684)을 향하는 적어도 선형 테이퍼를 갖는 대체로 직선형인 바디를 포함하고, 이에 의해 집광기 주 표면들(681, 682)은 서로 평행하지 않게 된다. 집광기(680)는 전술된 구조물 재료를 사용하여 연속 성형 물품으로부터 제조될 수 있다.
도 7은 다른 예시적인 광학 패키지(700)를 도시한다. 광학 패키지(700)는 광원 유닛(710) 및 컨버터 유닛을 포함하는데, 컨버터 유닛은 왜상 도광체(720), 및 일련의 전환기들, 커플링 부분(770) 및 집광기 부분(780)을 갖는 전환기/집광기 유닛(760)을 포함한다. 하우징은 간결성을 위해 도면으로부터 생략되어 있다. 광원 유닛(710)은 광학 패키지(700)에 대한 광의 소스를 제공하고, 광학 시스템의 일 단부에 배치된다. 이러한 태양에서, 광학 패키지(710)는 두 개의 LED를 포함한다. 이러한 배열에서는, 직각 프리즘 또는 하우징(도시되지 않음)의 표면 상에 형성될 수 있는 반사성 표면(702)이 제공되어 광원(710)으로부터 방출된 광의 적어도 상당한 부분을 왜상 도광체 내로 반사시킨다. 이러한 태양에서, 광원(710)으로부터의 출력 광의 다른 부분은 반사성 표면(702)에 의해 이동할 수 있고, 커플링 부분(770) 내로 직접 입사할 수 있다.
왜상 도광체(720)는 광원 유닛(710)으로부터의 광을 전환기/집광기 요소(760) 내로 안내한다. 이러한 태양에서, 왜상 도광체(720)는 왜상 도광체(120)보다 짧은 길이를 갖지만, 대개의 설계 및 구조는 전술된 바와 동일하다. 전환기/집광기 요소(760)는 왜상 도광체(720)에 의해 커플링 부분(770) 내로 안내된 광의 세그먼트들을 수광하고 전환하는 전환기 부분을 포함한다. 이러한 태양에서, 전환기 부분은 네 개의 전환기(도 7에는 전환기(751a)가 도시되어 있음)를 포함하는데, 각각의 전환기는 광 방향을 대략 90° 만큼 변경하고 광을 전환기/집광기(760)의 커플링 섹션(770) 내로 안내하는 반사면(756)(예컨대, 도 7에 도시된 면(756a))을 갖는다. 전환기의 구조는 전술된 전환기의 구조와 유사할 수 있다.
광은 추가로 커플링 부분(770)을 통해 전환기/집광기 요소(760)의 집광기 부분(780) 내로 보내진다. 커플링 부분(770)은 하나 이상의 치수가 확대된 일련의 커플링 바디들, 예컨대 사다리꼴 형상 바디들(예컨대, 도 7에 도시된 커플링 바디(771))을 포함한다. 커플링 바디는 적어도 한 방향에서 테이퍼를 갖는 대체로 평면형인 형상을 가질 수 있다. 이러한 태양에서, 테이퍼는 (집광기(780)를 향해 수평으로 확대되는) 선형이다. 광은 TIR을 통해 커플링 부분(770) 내에 안내된다. 커플링 부분은 전술된 구조물 재료들 중 어느 하나로부터 형성될 수 있다.
이러한 특정 태양에서, 에어 갭이 전환기 부분의 출사면과 커플링 부분의 입사면 사이에 존재한다.
커플링 부분(770)을 나온 광은 집광기 부분(780)에 입사한다. 이러한 태양에서, 집광기(780)는 적어도 한 방향에서 출사면(784)을 향하는 선형 테이퍼를 갖는 대체로 직선형인 바디를 포함하고, 이에 의해 집광기 주 표면들(781, 782)은 서로 평행하지 않게 된다. 집광기(780)는 전술된 구조물 재료를 사용하여 연속 성형 물품으로부터 제조될 수 있다.
도 8은 다른 예시적인 광학 패키지(800)를 도시한다. 광학 패키지(800)는 광원 유닛(810) 및 컨버터 유닛을 포함하는데, 컨버터 유닛은 왜상 도광체(820), 및 일련의 전환기들, 커플링 부분(870) 및 집광기 부분(880)을 갖는 전환기/집광기 유닛(860)을 포함한다. 하우징은 간결성을 위해 도면으로부터 생략되어 있다. 광원 유닛(810)은 광학 패키지(800)에 대한 광의 소스를 제공하고, 광학 시스템의 일 단부에 배치된다. 이러한 태양에서, 광학 패키지(810)는 두 개의 LED를 포함한다. 이러한 배열에서는, 직각 프리즘 또는 하우징(도시되지 않음)의 표면 상에 형성될 수 있는 반사성 표면(802)이 제공되어 광원(810)으로부터 방출된 광의 적어도 상당한 부분을 왜상 도광체 내로 반사시킨다. 이러한 태양에서, 광원(810)으로부터의 출력 광의 다른 부분은 반사성 표면(802)에 의해 이동할 수 있고, 커플링 부분(870) 내로 직접 입사할 수 있다.
왜상 도광체(820)는 광원 유닛(810)으로부터의 광을 전환기/집광기 요소 내로 안내한다. 이러한 태양에서, 왜상 도광체(820)는 왜상 도광체(120)보다 짧은 길이를 갖지만, 대개의 설계 및 구조는 전술된 바와 동일하다. 전환기/집광기 요소(860)는 왜상 도광체(820)에 의해 커플링 부분(870) 내로 안내된 광의 세그먼트들을 수광하고 전환하는 전환기 부분을 포함한다. 이러한 태양에서, 전환기 부분은 네 개의 전환기(도 8에는 전환기(851a)가 도시되어 있음)를 포함하는데, 각각의 전환기는 광 방향을 대략 90° 만큼 변경하고 광을 전환기/집광기의 커플링 섹션(870) 내로 안내하는 반사면(856)(예컨대, 도 8에 도시된 면(856a))을 갖는다. 전환기의 구조는 전술된 전환기의 구조와 유사할 수 있다.
광은 추가로 커플링 부분(870)을 통해 전환기/집광기 요소(860)의 집광기 부분(880) 내로 보내진다. 커플링 부분(870)은 하나 이상의 치수가 확대된 일련의 커플링 바디들, 예컨대 사다리꼴 형상 바디들(예컨대, 도 8에 도시된 커플링 바디(871))을 포함한다. 커플링 바디는 적어도 한 방향에서 테이퍼를 갖는 대체로 평면형인 형상을 가질 수 있다. 이러한 태양에서, 테이퍼는 (집광기(880)를 향해 수평으로 확대되는) 선형이다. 광은 TIR을 통해 커플링 부분(870) 내에 안내된다. 커플링 부분은 전술된 구조물 재료들 중 어느 하나로부터 형성될 수 있다.
이러한 특정 태양에서, 에어 갭이 전환기 부분의 출사면과 커플링 부분의 입사면 사이에 존재한다.
커플링 부분(870)을 나온 광은 집광기 부분(880)에 입사한다. 이러한 태양에서, 집광기(880)는 적어도 한 방향에서 포물선형 테이퍼를 갖는 대체로 직선형인 바디를 포함한다. 이러한 특정 태양에서, 주 표면(881)은 입사면(883)으로부터 출사면(884)을 향하는 포물선형 테이퍼를 갖는데, 여기서 집광기는 집광기 입사부의 높이보다 큰 집광기 출사부의 높이를 갖는다. 이러한 포물선형 테이퍼는 출사면(884)의 높이를 크게 증가시키지는 않으면서 시준된 출력 광을 제공하는 것을 돕는다. 광은 TIR을 통해 집광기 부분(880) 내에 안내된다. 집광기(880)는 전술된 구조물 재료를 사용하여 연속 성형 물품으로부터 제조될 수 있다.
도 9는 다른 예시적인 광학 패키지(900)를 도시한다. 광학 패키지(900)는 광원 유닛(910) 및 컨버터 유닛을 포함하는데, 컨버터 유닛은 왜상 도광체, 및 전환기(951a)를 비롯한 일련의 전환기들, 커플링 부분(970) 및 집광기 부분(980)을 갖는 전환기/집광기 유닛(960)을 포함한다. 하우징은 간결성을 위해 도면으로부터 생략되어 있다. 광원 유닛(910)은 광학 패키지(900)에 대한 광의 소스를 제공하고, 왜상 도광체를 따라 중심 위치에 배치된다. 이러한 태양에서, 왜상 도광체는 광원(910)의 양쪽 측면에 배치되는 두 개의 부분(또는 더 작은 도광체들)(920a, 920b)으로 분할된다. 이러한 배열에서는, 직각 프리즘 또는 하우징(도시되지 않음)의 표면 상에 형성될 수 있는 제1 반사성 표면(902)이 제공되어 광원(910)으로부터 방출된 광의 적어도 일부를 왜상 도광체(920a) 내로 반사시킨다. 제2 반사성 표면(도시되지 않음)은 제1 반사성 표면(902) 아래에 배치되어 광원(910)으로부터 방출된 광의 다른 부분을 왜상 도광체(920a) 내로 반사시킬 수 있다. 이러한 태양에서, 광원(910)으로부터의 출력 광의 다른 부분은 반사성 표면에 의해 이동할 수 있고, 커플링 부분(970)의 커플링 바디 내로 직접 입사할 수 있다. 왜상 도광체(920a, 920b)는 광원 유닛(910)으로부터의 광을 전환기/집광기 요소(960) 내로 안내한다.
이러한 태양에서, 왜상 도광체(920a, 920b)는 왜상 도광체(120)보다 짧은 길이를 갖지만, 대개의 설계 및 구조는 전술된 바와 동일하다. 전환기/집광기 요소(960)는 왜상 도광체(920a, 920b)에 의해 커플링 부분(970) 내로 안내된 광의 세그먼트들을 수광하고 전환하는 전환기 부분을 포함한다. 이러한 태양에서, 전환기 부분은 네 개의 전환기(전환기(951a)만이 도시되어 있음)를 포함하는데, 각각의 전환기는 광 방향을 대략 90° 만큼 변경하고 광을 전환기/집광기(960)의 커플링 섹션(970) 내로 안내하는 반사면(956)(예컨대, 도 9에 도시된 면(956a))을 갖는다. 이러한 태양에서, 전환기 부분은 인접 전환기들 사이에 갭을 포함한다. 이러한 전환기 공간은 이러한 구성이 전환기들의 출력면들에 커플링 바디들에 대한 더 많은 여지를 제공한다는 점에서 광학 패키지의 더 수월한 구조를 제공할 수 있다. 전환기의 구조는 전술된 전환기(151a 내지 151j)의 구조와 유사할 수 있다.
광은 추가로 커플링 부분(970)을 통해 전환기/집광기 요소(960)의 집광기 부분(980) 내로 보내진다. 커플링 부분(970)은 하나 이상의 치수가 확대된 일련의 커플링 바디들, 예컨대 사다리꼴 형상 바디들(예컨대, 도 9에 도시된 커플링 바디(971))을 포함한다. 이러한 태양에서 커플링 바디는 대체로 집광기(980)를 향해 수평으로 확대되는 선형 테이퍼를 갖는 평면이다. 이러한 테이퍼 특징부는 (반사면에 의해 전환되지 않으면서) 전환기 부분을 직접 관통하는 광을 포획하는 것을 돕는다. 광은 TIR을 통해 커플링 부분(970) 내에 안내된다. 커플링 부분은 전술된 구조물 재료들 중 어느 하나로부터 형성될 수 있다. 이러한 특정 태양에서, 에어 갭이 전환기 부분의 출사면과 커플링 부분의 입사면 사이에 존재할 수 있거나 또는 존재하지 않을 수 있다.
커플링 부분(970)을 나온 광은 집광기 부분(980)에 입사한다. 이러한 태양에서, 집광기(980)는 한 방향에서 출사면(984)을 향하는 적어도 하나의 긴 선형 테이퍼를 갖는 대체로 직선형인 바디를 포함하고, 이에 의해 집광기 주 표면들(981, 982)은 서로 평행하지 않게 된다. 이러한 태양에서, 집광기(980)는 비교적 긴 길이를 갖는다. 집광기(980)는 전술된 구조물 재료를 사용하여 연속 성형 물품으로부터 제조될 수 있다.
도 10은 또 다른 예시적인 광학 패키지(1000)를 도시한다. 광학 패키지(1000)는 광원 유닛(1010) 및 컨버터 유닛을 포함하는데, 컨버터 유닛은 왜상 도광체, 및 전환기(1051a)를 비롯한 일련의 전환기들, 커플링 부분(1070) 및 집광기 부분(1080)을 갖는 전환기/집광기 유닛(1060)을 포함한다. 하우징은 간결성을 위해 도면으로부터 생략되어 있다. 광원 유닛(1010)은 광학 패키지(1000)에 대한 광의 소스를 제공하고, 왜상 도광체를 따라 중심 위치에 배치된다. 이러한 태양에서, 광학 패키지(1010)는 두 개의 LED를 포함한다. 이러한 태양에서, 왜상 도광체는 광원(1010)의 양쪽 측면에 배치되는 두 개의 부분(또는 더 작은 도광체들)(1020a, 1020b)으로 분할된다. 이러한 배열에서는, 직각 프리즘 또는 하우징(도시되지 않음)의 표면 상에 형성될 수 있는 제1 반사성 표면(1002)이 제공되어 광원(1010)으로부터 방출된 광의 적어도 일부를 왜상 도광체(1020a) 내로 반사시킨다. 제2 반사성 표면(도시되지 않음)은 제1 반사성 표면(1002) 아래에 배치되어 광원(1010)으로부터 방출된 광의 다른 부분을 왜상 도광체(1020b) 내로 반사시킬 수 있다. 왜상 도광체(1020a, 1020b)는 광원 유닛(1010)으로부터의 광을 전환기/집광기 요소(1060) 내로 안내한다.
이러한 태양에서, 왜상 도광체(1020a, 1020b)는 왜상 도광체(120)보다 짧은 길이를 갖지만, 대개의 설계 및 구조는 전술된 바와 동일하다. 전환기/집광기 요소(1060)는 왜상 도광체(1020a, 1020b)에 의해 커플링 부분(1070) 내로 안내된 광의 세그먼트들을 수광하고 전환하는 전환기 부분을 포함한다. 이러한 태양에서, 전환기 부분은 여섯 개의 전환기(전환기(1051a)만이 도시되어 있음)를 포함하는데, 각각의 전환기는 광 방향을 대략 90° 만큼 변경하고 광을 전환기/집광기(1060)의 커플링 섹션(1070) 내로 안내하는 반사면(1056)(예컨대, 도 10에 도시된 면(1056a))을 갖는다. 이러한 태양에서는, 인접 전환기들 사이에 갭이 없다. 전환기의 구조는 전술된 전환기(151a 내지 151j)의 구조와 유사할 수 있다.
광은 추가로 커플링 부분(1070)을 통해 전환기/집광기 요소(1060)의 집광기 부분(1080) 내로 보내진다. 커플링 부분(1070)은 하나 이상의 치수가 확대된 일련의 커플링 바디들, 예컨대 사다리꼴 형상 바디들(예컨대, 도 10에 도시된 커플링 바디(1071))을 포함한다. 이러한 태양에서 커플링 바디는 대체로 집광기(1080)를 향해 수평으로 확대되는 선형 테이퍼를 갖는 평면이다. 이러한 테이퍼 특징부는 (반사면에 의해 전환되지 않으면서) 전환기 부분을 직접 관통하는 광을 포획하는 것을 돕는다. 광은 TIR을 통해 커플링 부분(1070) 내에 안내된다. 커플링 부분은 전술된 구조물 재료들 중 어느 하나로부터 형성될 수 있다. 이러한 특정 태양에서, 에어 갭이 전환기 부분의 출사면과 커플링 부분의 입사면 사이에 존재할 수 있거나 또는 존재하지 않을 수 있다.
커플링 부분(1070)을 나온 광은 집광기 부분(1080)에 입사한다. 이러한 태양에서, 집광기(1080)는 직선형 바디(테이퍼 없음)를 포함하고, 이에 의해 집광기 주 표면들(1081, 1082)은 대개 서로 평행하고 출사면(1084)에 수직한다. 이러한 태양에서, 집광기(1080)는 비교적 긴 길이를 갖는다. 또한, 시스템(1000)은 출사면(1084)에서 매우 작은 높이를 갖고, 하나의 차원에서만 광을 시준하여 매우 얇은 디스플레이 장치와의 커플링/발광을 촉진한다. 이러한 것으로서, 일부 구성은 약 0.05 mm 내지 약 0.2 mm의 물리적 높이를 산출할 수 있다. 집광기(1080)는 전술된 구조물 재료를 사용하여 연속 성형 물품으로부터 제조될 수 있다.
도 11은 또 다른 예시적인 광학 패키지(1100)를 도시한다. 광학 패키지(1100)는 광원 유닛(1110) 및 컨버터 유닛을 포함하는데, 컨버터 유닛은 왜상 도광체, 및 전환기(1151a)를 비롯한 일련의 전환기들, 커플링 부분(1170) 및 집광기 부분(1180)을 갖는 전환기/집광기 유닛(1160)을 포함한다. 하우징은 간결성을 위해 도면으로부터 생략되어 있다. 광원 유닛(1110)은 광학 패키지(1100)에 대한 광의 소스를 제공하고, 왜상 도광체를 따라 중심 위치에 배치된다. 이러한 태양에서, 광학 패키지(1110)는 두 개의 LED를 포함한다. 이러한 태양에서, 왜상 도광체는 광원(1110)의 양쪽 측면에 배치되는 두 개의 부분(또는 더 작은 도광체들)(1120a, 1120b)으로 분할된다. 이러한 배열에서는, 직각 프리즘 또는 하우징(도시되지 않음)의 표면 상에 형성될 수 있는 제1 반사성 표면(1102)이 제공되어 광원(1110)으로부터 방출된 광의 적어도 일부를 왜상 도광체(1120a) 내로 반사시킨다. 제2 반사성 표면(도시되지 않음)은 제1 반사성 표면(1102) 아래에 배치되어 광원(1110)으로부터 방출된 광의 다른 부분을 왜상 도광체(1120b) 내로 반사시킬 수 있다. 왜상 도광체(1120a, 1120b)는 광원 유닛(1110)으로부터의 광을 전환기/집광기 요소(1160) 내로 안내한다.
이러한 태양에서, 왜상 도광체(1120a, 1120b)는 왜상 도광체(120)보다 짧은 길이를 갖지만, 대개의 설계 및 구조는 전술된 바와 동일하다. 전환기/집광기 요소(1160)는 왜상 도광체(1120a, 1120b)에 의해 커플링 부분(1170) 내로 안내된 광의 세그먼트들을 수광하고 전환하는 전환기 부분을 포함한다. 이러한 태양에서, 전환기 부분은 여섯 개의 전환기(전환기(1151a)만이 도시되어 있음)를 포함하는데, 각각의 전환기는 광 방향을 대략 90° 만큼 변경하고 광을 전환기/집광기(1160)의 커플링 섹션(1170) 내로 안내하는 반사면(1156)(예컨대, 도 11에는 면(1056a)이 도시되어 있음)을 갖는다. 이러한 태양에서, 인접 전환기들 사이에 에어 갭이 제공된다. 전환기의 구조는 전술된 전환기(151a 내지 151j)의 구조와 유사할 수 있다.
광은 추가로 커플링 부분(1170)을 통해 전환기/집광기 요소(1160)의 집광기 부분(1180) 내로 보내진다. 커플링 부분(1170)은 하나 이상의 치수가 확대된 일련의 커플링 바디들, 예컨대 사다리꼴 형상 바디들(예컨대, 도 11에 도시된 커플링 바디(1171))을 포함한다. 이러한 태양에서, 커플링 바디는 대체로 집광기(1180)를 향해 수평으로 확대되는 선형 테이퍼를 갖는 평면이다. 이러한 테이퍼 특징부는 (반사면에 의해 전환되지 않으면서) 전환기 부분을 직접 관통하는 광을 포획하는 것을 돕는다. 광은 TIR을 통해 커플링 부분(1170) 내에 안내된다. 커플링 부분은 전술된 구조물 재료들 중 어느 하나로부터 형성될 수 있다. 이러한 특정 태양에서, 에어 갭이 전환기 부분의 출사면과 커플링 부분의 입사면 사이에 존재할 수 있거나 또는 존재하지 않을 수 있다.
커플링 부분(1170)을 나온 광은 집광기 부분(1180)에 입사한다. 이러한 태양에서, 집광기(1180)는 직선형 바디(테이퍼 없음)를 포함하고, 이에 의해 집광기 주 표면들(1181, 1182)은 대개 서로 평행하고 출사면(1184)에 수직한다. 이러한 태양에서, 집광기(1180)는 비교적 긴 길이를 갖는다. 또한, 시스템(1100)은 출사면(1184)에서 매우 작은 높이를 갖고, 하나의 차원에서만 광을 시준하여 매우 얇은 디스플레이 장치와의 커플링/발광을 촉진한다. 이러한 구성은 약 0.05 mm 내지 약 0.2 mm의 물리적 높이를 산출할 수 있다. 집광기(1180)는 전술된 구조물 재료를 사용하여 연속 성형 물품으로부터 제조될 수 있다.
따라서, 전술된 광학 패키지 및 그의 구성요소는 디스플레이를 위한 효율적인 조명 시스템을 제공한다. 예를 들어, 디스플레이는 하나, 둘, 셋, 또는 그 이상의 개별적인 광학 패키지 모듈(광학 패키지(100 내지 1100) 중 임의의 것을 포함함)에 의해 조명될 수 있다. 모듈들은 디스플레이 장치의 동일 측면 상에서 또는 디스플레이 장치의 상이한 측면들 상에서 단부-단부(end-to-end)식으로 배열될 수 있다. 모듈은 단일 디스플레이 장치 내의 동일한 또는 상이한 구성일 수 있다. 광학 패키지 및 그의 구성요소들은, 함께 또는 개별적으로 취해져서, 낮은 에텐듀 및 감소된 수의 전체 구성요소들을 갖는 고도의 모듈식이고 효율적인 발광 시스템을 제공한다. 본 명세서에 기술된 광학 패키지는 통상적인 백라이트 시스템보다 훨씬 더 얇은 디스플레이 장치에 커플링할 수 있다.
바람직한 실시예를 설명할 목적으로 구체적인 실시예들이 본 명세서에서 예시되고 기술되었지만, 매우 다양한 대체적 또는 동등한 구현예들이 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 도시되고 설명된 구체적인 실시예를 대체할 수 있음을 당업자는 인식할 것이다. 당업자는 본 발명이 매우 다양한 실시예들로 구현될 수 있다는 것을 쉽게 인식할 것이다. 본 출원은 본 명세서에서 논의된 실시예들의 임의의 개작들 또는 변형들을 포함하도록 의도된다.

Claims (45)

  1. 광학 패키지로서,
    제1 종횡비를 갖는 광을 생성하는 광원; 및
    광원으로부터 광을 수광하는 왜상 도광체(anamorphic light guide), 왜상 도광체로부터 광을 수광하고 전환하는 전환기 어레이, 및 전환기 어레이로부터 수광된 광을 집광하는 집광기를 포함하는 컨버터 유닛을 포함하고, 집광기는 제1 종횡비보다 큰 제2 종횡비를 갖는 광을 출력하고, 집광기로부터의 출력 광의 유효 높이는 광원에 의해 방출된 광의 유효 높이보다 낮은, 광학 패키지.
  2. 제1항에 있어서, 전환기 어레이 및 집광기는 전환기 어레이와 집광기 사이에 배치되는 커플링 부분을 추가로 포함하는 전환기/집광기 요소의 일부로서 형성되는, 광학 패키지.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 집광기로부터 출력된 광의 유효 높이는 광원으로부터 방출된 광의 유효 높이보다 사실상 더 낮은, 광학 패키지.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 왜상 도광체의 입사면에 입사하는 광은 약 1 대 1 내지 약 1 대 4의 종횡비를 갖고, 출력면을 나오는 광은 적어도 1 대 25의 종횡비를 갖는, 광학 패키지.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 광 전환 부분은 공간적으로 분리되어 있는 전환 요소들의 어레이를 포함하는, 광학 패키지.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 전환 요소는 광을 사실상 반사시키는 사실상 반사성인 소면(facet)을 포함하는, 광학 패키지.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 전환 요소는 인입 광을 약 90° 각도만큼 반사시키는 미러형(mirrored) 또는 TIR 45° 소면을 포함하는, 광학 패키지.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 전환 요소는 대체로 평면형인 직각 프리즘을 포함하는, 광학 패키지.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 전환 요소는 약 40 μm 내지 약 60 μm의 두께를 갖는, 광학 패키지.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 공간적으로 분리되어 있는 전환 요소는 더 낮은 굴절률 재료와 접하는 상부 주 표면 및 하부 주 표면을 갖는, 광학 패키지.
  11. 제10항에 있어서, 더 낮은 굴절률 재료는 공기인, 광학 패키지.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 왜상 도광체는 제1 주 표면 및 제2 주 표면을 갖는 대체로 직선형인 구조체로부터 형성되고, 주 표면들 중 적어도 하나는 계단형 표면인, 광학 패키지.
  13. 제12항에 있어서, 계단형 표면은 복수의 계단 구조체를 포함하고, 각각의 계단 구조체는 약 20 μm 내지 약 80 μm의 계단 높이를 갖는, 광학 패키지.
  14. 제12항에 있어서, 광 전환 부분은 계단형 표면과 정합되는 공간적으로 분리되어 있는 전환 요소들의 어레이를 포함하는, 광학 패키지.
  15. 제14항에 있어서, 광학적으로 투명한 접착제가 계단형 표면과 광 전환 부분 사이에 배치되는, 광학 패키지.
  16. 제14항에 있어서, 에어 갭이 계단형 표면과 광 전환 부분 사이에 배치되는, 광학 패키지.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 커플링 부분 및 집광기 부분은 단일 통합 구조물로부터 형성되는, 광학 패키지.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 커플링 부분 및 집광기 부분은 광학 시스템 내의 개별 요소들로서 형성되는, 광학 패키지.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 커플링 부분은 하나 이상의 치수가 확대된 일련의 커플링 바디들을 포함하는, 광학 패키지.
  20. 제19항에 있어서, 커플링 바디는 사다리꼴 형상 바디를 포함하는, 광학 패키지.
  21. 제19항에 있어서, 커플링 바디는 테이퍼형 형상을 갖는, 광학 패키지.
  22. 제21항에 있어서, 테이퍼는 적어도 하나의 축에서 선형인, 광학 패키지.
  23. 제21항에 있어서, 테이퍼는 적어도 하나의 축에서 비선형인, 광학 패키지.
  24. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 집광기는 대체로 직선형인 바디를 포함하는, 광학 패키지.
  25. 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 집광기는 적어도 한 방향으로 광을 시준하도록 구성되는, 광학 패키지.
  26. 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 집광기는 대체로 평면형인 형상을 갖는, 광학 패키지.
  27. 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 집광기는 테이퍼형 형상을 갖는, 광학 패키지.
  28. 제27항에 있어서, 테이퍼는 적어도 하나의 축에서 선형인, 광학 패키지.
  29. 제27항에 있어서, 테이퍼는 적어도 하나의 축에서 비선형인, 광학 패키지.
  30. 제29항에 있어서, 테이퍼는 포물선형인, 광학 패키지.
  31. 제17항에 있어서, 단일편 구조물(single piece construction)은 연속 성형 물품(continuous molded article)을 포함하는, 광학 패키지.
  32. 제17항에 있어서, 단일편 구조물은 아크릴 수지, 경화성 아크릴 수지, 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 폴리에스테르 및 실리콘 중 하나를 포함하는, 광학 패키지.
  33. 제1항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서, 광학 패키지의 하나 이상의 요소들을 보호 및 지지하는 하우징을 추가로 포함하는, 광학 패키지.
  34. 제33항에 있어서, 하우징은 광원으로부터 출력된 광을 왜상 도광체 내로 보내도록 구성된 반사면을 갖는 프레임을 포함하는, 광학 패키지.
  35. 제1항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서, 집광기는 약 0.05 mm 내지 약 0.2 mm의 물리적 높이를 갖는 출력면을 갖는, 광학 패키지.
  36. 제11항에 있어서, 대체로 직선형인 구조체는 성형된 플라스틱 또는 유리를 포함하는, 광학 패키지.
  37. 제1항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서, 광원은 적어도 하나의 LED를 포함하는, 광학 패키지.
  38. 제1항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서, 광원은 적어도 하나의 원격 인광체 LED를 포함하는, 광학 패키지.
  39. 제1항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서, 광원은 제1 및 제2 LED를 포함하고, 제1 LED의 출력 파장은 제2 LED의 출력 파장과는 상이한, 광학 패키지.
  40. 제1항 내지 제39항 중 어느 한 항에 있어서, 집광기로부터의 출력 광의 유효 높이는 광원에 의해 방출된 광의 유효 높이보다 적어도 5배 더 낮은, 광학 패키지.
  41. 제40항에 있어서, 집광기로부터의 출력 광의 유효 높이는 광원에 의해 방출된 광의 유효 높이보다 적어도 7배 더 낮은, 광학 패키지.
  42. 제1항 내지 제41항 중 어느 한 항의 광학 패키지를 포함하는 디스플레이 장치.
  43. 제42항에 있어서, 제2 광학 패키지를 추가로 포함하는, 디스플레이 장치.
  44. 제43항에 있어서, 제2 광학 패키지는 제1 종횡비를 갖는 광을 생성하는 제2 광원, 및 제2 컨버터 유닛을 포함하고, 제2 컨버터 유닛은 제2 광원으로부터 광을 수광하는 왜상 도광체, 왜상 도광체로부터 광을 수광하고 전환하는 전환기 어레이, 및 전환기 어레이로부터 수광된 광을 집광하는 집광기를 포함하고, 집광기는 제1 종횡비보다 큰 제2 종횡비를 갖는 광을 출력하고, 집광기로부터의 출력 광의 유효 높이는 제2 광원에 의해 방출된 광의 유효 높이보다 낮은, 디스플레이 장치.
  45. 광학 패키지로서,
    제1 종횡비를 갖는 광을 생성하는 광원; 및
    광원으로부터 광을 수광하는 왜상 도광체, 왜상 도광체로부터 광을 수광하고 전환하는 전환기 어레이, 및 전환기 어레이로부터 수광된 광을 집광하는 집광기를 포함하는 컨버터 유닛을 포함하고, 집광기는 제1 종횡비보다 큰 제2 종횡비를 갖는 광을 출력하고, 출력 광의 물리적 높이는 광원의 물리적 높이보다 낮은, 광학 패키지.
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