조명 시스템 document_id A220623108918

광원에 의해 방사된 광을 조명 시스템의 광-출구 창(light-exit window) 쪽으로 반사하는 반사기를 포함하는 조명 시스템은 그 자체로 알려져 있다. 그것들은, 특히, 예를 들면 프로젝션 시스템에서, (이미지) 디스플레이 장치의 조명 시스템으로서 이용된다. 그러한 조명 시스템은 특히 이미지를 투사하거나 또는 텔레비전 프로그램, 영화, 비디오 프로그램 또는 DVD 등을 디스플레이하기 위한, 소위 비머(beamer)라고 하는, 디지털 프로젝터에서 조명원으로서 적합하게 이용될 수 있다. 또한, 그러한 조명 시스템은 예를 들면 신호계(signage), 윤곽 조명(contour lighting), 및 광고판(billboard)에서 적용되는 것과 같은 대면적 직접-뷰 발광 패널(direct-view light emitting panel)들에서와 같이 일반 조명 목적을 위하여 이용된다. 발광 다이오드의 널리 보급된 사용은 또한 이 조명 시스템을, 예를 들면, 텔레비전 수신기, (컴퓨터) 모니터, (무선) 전화기 및 PDA에서 이용되는, LCD 패널이라고도 불리는, 액정 디스플레이 장치와 같은 일반 비발광형 디스플레이에 적합하게 만들었다. LCD 패널의 공지된 백라이트 시스템에서는, 통상적으로 LCD 패널 위에 조명 시스템의 어레이가 이용된다. 조명 시스템 내의 반사기는, 일반적으로, 광-출구 창은 별개로 하고 광원을 실질적으로 둘러싸는 컵의 형태로 되어 있다. 광원들에 의해 방사되는 광의 일부는 광-출구 창에 직접 입사하고, 광원들에 의해 방사되는 광의 다른 부분들은 반사기에 의해 광-출구 창 쪽으로 반사된다. 일반적으로, 반사기는 거울 같은 반사성 재료의 얇은 시트로 만들어진다. 이 시트는 벤딩(bending), 커빙(curving) 또는 다른 방법에 의하여 성형(shape)된다. 미국 특허 US 5,607,229는 통상적으로 직사각형인 비원형 개구들을 조명하기 위한 조명 시스템을 개시하고 있다. 이 조명 시스템은 광원을 둘러싸는 실질적으로 타원체 형태의 반사기를 포함한다. 이 반사기는 반사 표면의 길이를 따라서 연장하는 복수의 곡선 모양의 반사성 세그먼트들로 형성된 오목 반사 표면을 갖는다. 상기 반사성 세그먼트들 각각은 상기 반사기로부터의 광을 거의 전적으로 상기 개구 내에 새겨진 원형 영역의 외부에 있는 영역의 부분들을 포함하는 상기 직사각형 개구에 의해 둘러싸인 영역 내로 지향시키도록 미리 정해진 양만큼 기울어지고 회전된다. 공지된 조명 시스템의 결점은 직사각형 광-출구 창 상에서의 광의 분포가 충분히 균일하지 않다는 것이다. [발명의 개요] 본 발명의 목적은 개선된 균일성을 갖는 조명 시스템을 제공하는 것이다. 본 발명의 제1 양태에 따르면, 상기 목적은, - 소스 축 상에 배치된 광원, - 상기 소스 축과 실질적으로 직각으로 배치되며 상기 광원에 의해 생성된 광을 방사하기 위해 배치된 광-출구 창, 및 - 상기 광원과 관련되고 상기 소스 축 주위에 배치되어, 상기 광원에 의해 방사된 광을 상기 광-출구 창 쪽으로 반사하는 원뿔형 반사기 ― 상기 반사기는 상기 광-출구 창으로부터 상기 광원 쪽으로 점점 작아짐(tapering) ― 를 포함하고, - 상기 반사기는 방사상으로 복수의 반사기-원뿔 세그먼트들로 분할되고, 상기 광-출구 창은 다각형 형상을 갖고 상기 복수의 반사기-원뿔 세그먼트들은 복수의 볼록-원뿔 세그먼트들을 포함하고, 각 볼록-원뿔 세그먼트는 상기 소스 축에 대하여 횡방향으로 볼록 형상이고, 상기 소스 축과 교차하고 상기 소스 축에 의해 정의되고 상기 광-출구 창의 에지 선(edge line)과 교차하는 제1 가상 평면에 배치된 볼록-세그먼트 축을 갖고, 상기 에지 선은 상기 광원에 의해 방사된 광의 상기 광-출구 창 상에서의 횡방향 분배(lateral distribution)를 위하여 상기 광-출구 창의 상기 다각형 형상의 2개의 이웃 코너들을 연결한다. 본 발명에 따른 조명 시스템의 효과는 상기 볼록-원뿔 세그먼트들의 사용은 상기 광-출구 창 상에서 횡방향으로 광의 능동적인 재분포를 가능하게 한다는 것이다. 공지된 조명 시스템은 오목 반사기 세그먼트들로 구성된 반사기를 갖고, 각 오목 반사기 세그먼트는 상기 광-출구 창의 일부를 조명한다. 상기 광-출구 창 상에서의 광의 분포는, 예를 들면, 광원의 방사 특성으로 인해, 또는, 예를 들면, 상기 반사기 세그먼트의 반사기 표면과 상기 반사기 표면에 의해 조명되는 광-출구 창의 영역 간의 크기의 차이로 인해 균일하지 않을 수 있다. 본 발명에 따른 반사기는 볼록-원뿔 세그먼트를 포함한다. 이 볼록-원뿔 세그먼트는 광의 일부를 횡방향으로 반사하여 증가된 광 강도를 갖는 영역으로부터 감소된 광 강도를 갖는 영역까지 상기 광-출구 창 상에서 광의 재분포를 가능하게 한다. 볼록-원뿔 세그먼트를 사용하는 것은 광-출구 창에서의 광의 재분포를 가능하게 하고 광-출구 창에서의 광의 균일성의 개선을 가능하게 한다. 본 발명자는 공지된 조명 시스템에서의 광의 분포는 균일하지 않다는 것을 깨달았다. 공지된 조명 시스템은 반사기의 원형 개구에서 벗어나는 형상을 갖는 광-출구 창을 조명하기 위해 이용된다. 공지된 반사기는 오목 반사기 세그먼트들로 구성된다. 반사기의 원형 개구 외부에 있는 광-출구 창의 영역을 조명하기 위하여, 오목 반사기 세그먼트는 기울어진다. 그러나, 기울어진 반사기 세그먼트에 의해 조명되는 영역은 동일한 크기를 갖는 기울어지지 않은 반사기 세그먼트에 의해 조명되는 영역과 비교하여 일반적으로 크다. 일반적으로, 동일한 크기를 갖는 반사기 세그먼트들은 동일한 양의 광을 광-출구 창 쪽으로 반사한다. 비원형 개구를 조명하기 위해 반사기 세그먼트를 기울임으로써, 기울어진 반사기 세그먼트에 의해 조명되는 광-출구 창의 영역은 기울어지지 않은 세그먼트에 의해 조명되는 광-출구 창의 영역보다 일반적으로 더 커서, 결과적으로 비원형 광-출구 창 상에서 광의 불균일한 분포로 된다. 본 발명에 따른 반사기는 복수의 볼록-원뿔 세그먼트를 포함한다. 이들 볼록-원뿔 세그먼트들은 광의 일부를 횡방향으로, 통상적으로 이웃 반사기-원뿔-세그먼트들에 의해 조명되는 영역 쪽으로 반사한다. 볼록-원뿔 세그먼트의 형상을 신중하게 선택함으로써, 광-출구 창에서의 광은 높은 광 강도를 갖는 광-출구 창의 영역으로부터 낮은 광 강도를 갖는 광-출구 창의 영역까지 미리 정해진 방식으로 재분포될 수 있어, 비원형 광-출구 창 상에서 광의 균일한 분포를 획득한다. 볼록-원뿔 세그먼트들의 사용의 또 다른 이익은 반사기와 광-출구 창 사이의 거리가 감소될 수 있다는 것이다. 공지된 시스템들에서는, 종종 반사기 및/또는 광원과, 광-출구 창 사이의 거리를 증가시킴으로써 불균일성이 해결된다. 본 발명에 따른 조명 시스템에서는, 광은 볼록-원뿔 세그먼트를 이용하여 능동적으로 재분포되고, 결과적으로 광-출구 창에서 광이 균일한 분포로 된다. 이러한 능동적인 재분포로 인해, 광원과 광-출구 창 사이의 거리는 덜 중요하고 따라서 그 거리는 감소될 수 있다. 또한, 각 볼록-원뿔 세그먼트가 상기 광원으로부터 방사된 광을 상기 다각형 형상의 광-출구 창의 상기 2개의 이웃 코너들 쪽으로 횡방향 분배시킨다. 일반적으로, 예를 들면, 삼각형, 직사각형, 오각형, 육각형 등의 다각형 형상을 갖는 광-출구 창 상에서의 광의 분포는 그 다각형의 코너들에서 어렵다. 공지된 시스템들에서, 반사기 세그먼트는 직사각형 광-출구 창의 코너에 도달하기 위해 기울어진다. 그러나, 기울어지지 않은 반사기 세그먼트에 의해 조명되는 광-출구 창의 영역은 기울어진 반사기 세그먼트에 의해 조명되는 광-출구 창의 영역에 비하여 더 작기 때문에, 직사각형 광-출구 창의 2개의 코너들 사이의 반사기 세그먼트들에 의해 조명되는 영역은 일반적으로 더 많은 광을 받는다. 본 발명에 따른 반사기에서는, 상기 광-출구 창의 다각형 형상의 2개의 코너들 사이에 볼록-원뿔 세그먼트가 배치되어, 상기 광-출구 창의 다각형 형상의 코너들 쪽으로 광을 반사함으로써, 상기 다각형 형상의 광-출구 창 상에서의 광 분포의 균일성을 개선한다. 본 조명 시스템의 바람직한 실시예에서, 상기 복수의 반사기-원뿔 세그먼트들은 상기 소스 축에 대하여 횡방향으로 오목 형상인 복수의 오목-원뿔 세그먼트들을 포함하고, 각 오목-원뿔 세그먼트는, 상기 소스 축과 교차하고 상기 소스 축 및 상기 광-출구 창의 다각형 형상의 코너에 의해 정의된 제2 가상 평면에 배치된 오목-세그먼트 축을 갖는다. 이 실시예의 이익은 상기 반사기-원뿔 세그먼트에 의해 조명되는 상기 광-출구 창의 영역 상에서의 광 분포가 상기 오목-원뿔 세그먼트를 이용하여 변경된다는 것이다. 상기 오목-원뿔 세그먼트에 의해 조명되는 영역의 중심은 상기 영역의 에지에 비하여 높은 광 강도를 갖는다. 이 높은 강도 영역은 그 후 상기 광-출구 창의 다각형 형상의 코너로 신장(stretch)되어, 상기 다각형 형상의 광-출구 창을 완전히 광으로 채울 수 있다. 상기 오목-원뿔 세그먼트에 의해 조명되는 상기 광-출구 창의 영역의 에지들은 상기 중심에 비하여 낮은 광 광도를 갖는다. 이것은 광의 일부를 상기 오목-원뿔 세그먼트에 의해 조명되는 영역 쪽으로 반사하여, 전체 광-출구 창이 균일하게 조명되게 하는 상기 볼록-원뿔 세그먼트들을 이용하여 정정될 수 있다. 본 조명 시스템의 실시예에서, 각 오목-원뿔 세그먼트는 2개의 볼록-원뿔 세그먼트들 사이에 배치된다. 본 조명 시스템의 바람직한 실시예에서, 상기 반사기는 상기 반사기-원뿔 세그먼트들로 구성된 반사 표면을 포함하고, 상기 반사 표면은 매끄러운 표면이다. 이 실시예의 이익은 매끄러운 반사 표면이 균일성을 개선한다는 것이다. 공지된 조명 시스템에서, 반사성 표면은 서로에 대하여 변위되어 있는 개별, 곡선 모양의 반사 세그먼트들로 구성된다. 상기 개별, 곡선 모양의 반사 세그먼트들의 각각에 의해 조명되는 상기 광-출구 창 상의 영역들은 상기 광-출구 상에서 인접해야 한다. 본 발명에 따른 상기 반사 표면은 상기 오목-원뿔 세그먼트가 상기 볼록-원뿔 세그먼트와 매끄럽게 섞이는 매끄러운 표면이다. 상기 반사 표면에서 개별 세그먼트들의 생략은 상기 광-출구 창 상에서의 광의 균일성을 더 개선한다. 본 조명 시스템의 실시예에서, 상기 반사기-원뿔 세그먼트들 중 적어도 하나는 상기 광-출구 창에 대하여 방사상의 방향으로 볼록 형상이다. 이 실시예의 이익은 반사된 광이 반사기에 의해 방사상으로 분포될 수 있고, 이는 조명 시스템의 소형화를 가능하게 한다는 것이다. 본 조명 시스템이 조명 시스템들의 어레이에서 이용되는 경우, 방사상의 방향으로 볼록 형상인 반사기-원뿔 세그먼트는 상기 어레이 내에서 요구되는 조명 시스템들의 수의 감소를 가능하게 할 수 있고, 이는 일반적으로 비용 감소의 결과를 가져온다. 본 조명 시스템의 실시예에서, 상기 광원은 발광 다이오드, 또는 레이저 다이오드, 또는 광 도파관(optical waveguide)의 광 방사 창(light emission window)이다. 본 발명의 제2 양태에 따르면, 상기 목적은 청구항 1에서 청구된 것과 같은 조명 시스템들의 어레이를 포함하는 백라이트 조명 시스템으로 달성된다. 상기 백라이트 조명 시스템의 실시예에서, 각 조명 시스템의 광-출구 창은 다각형 형상을 갖고 각 조명 시스템은 복수의 볼록-원뿔 세그먼트들을 포함하는 반사기를 포함하고, 각 볼록-원뿔 세그먼트는, 상기 소스 축과 교차하고 상기 소스 축에 의해 정의되고 상기 광-출구 창의 에지 선과 교차하는 제1 가상 평면에 배치된 볼록-세그먼트 축을 갖고, 상기 에지 선은 상기 광-출구 창의 상기 다각형 형상의 2개의 이웃 코너들을 연결한다. 이 실시예의 이익은 각 볼록-원뿔 세그먼트가 상기 광원으로부터 방사된 광을 상기 다각형 형상의 상기 2개의 이웃 코너들 쪽으로 횡으로 분포시킨다는 것이다. 본 발명에 따른 조명 시스템들의 어레이의 각 반사기에서는, 상기 광-출구 창의 다각형 형상의 2개의 코너들 사이에 볼록-원뿔 세그먼트가 배치되어, 상기 광-출구 창의 다각형 형상의 코너들 쪽으로 광을 반사한다. 이러한 배치는 광원에 의해 방사된 광의 횡방향 재분포를 가능하게 하고 상기 다각형 형상의 광-출구 창들의 각 광-출구 창 상에서 광 분포의 균일성이 개별적으로 개선될 수 있게 한다. 본 백라이트 조명 시스템의 바람직한 실시예에서, 각 조명 시스템의 광-출구 창은 다각형 형상을 갖고, 상기 다각형 형상들 중 하나의 코너는 상기 조명 시스템들의 어레이의 조명 시스템들의 복수의 광원들에 의해 조명되고, 각 조명 시스템은 복수의 볼록-원뿔 세그먼트들을 포함하는 반사기를 포함하고, 각 볼록-원뿔 세그먼트는, 상기 소스 축과 교차하고 제1 가상 평면에 배치된 볼록-세그먼트 축을 갖고, 상기 조명 시스템들 중 적어도 하나 조명 시스템의 적어도 하나의 제1 가상 평면은 상기 소스 축 및 상기 광-출구 창의 다각형 형상들 중 하나의 코너에 의해 정의된다. 이 실시예의 이익은 상기 다각형 형상의 코너와 교차하는 상기 제1 가상 평면에 배치된 상기 볼록-세그먼트 축을 갖는 상기 볼록-원뿔 세그먼트는 상기 코너로부터 떨어져서 광의 횡방향 재분포를 가능하게 한다는 것이다. 상기 다각형 형상의 광-출구 창들 중 하나의 코너가 복수의 광원들에 의해 조명되는 경우, 이 코너에서의 광 강도는 일반적으로 이들 광원들 각각의 기여들을 포함하고, 이는 종종 그 코너에서 너무 높은 광 강도의 결과를 가져온다. 이것은 통상적으로 조명 시스템들의 어레이에서 일어난다. 광-출구 창의 코너 쪽으로 방사된 광은 소스 축에 대하여 횡방향으로 재분포되어야 한다. 코너로부터 떨어져서 광을 재분포시키도록 배치되는 볼록-원뿔 세그먼트는 조명 시스템들의 어레이에서 상기 다각형 형상의 광-출구 창들 상에서 광의 균일한 분포를 가능하게 한다. 본 발명의 제3 양태에 따르면, 상기 목적은 청구항 8에서 청구된 것과 같은 백라이트 조명 시스템을 포함하는 디스플레이 시스템으로 달성된다.