JP6663925B2 - 切換可能な拡散体を備えた光学系 - Google Patents

Description

光学系は、光出力の均一性を改善するために拡散体を含む場合がある。場合により、光学系からの光出力を電気的に調節することができることが望ましいことがあり、高分子分散液晶（polymer dispersed liquid crystal）（ＰＤＬＣ）層を含み得る切換可能（スイッチング可能：switchable）な拡散体を、この目的のために使用することができる。

本明細書のいくつかの態様では、照明構成要素と、照明構成要素と光学的に連通している切換可能な拡散体と、照明構成要素と光学的に連通しており、切換可能な拡散体と光学的に連通している低吸収光学構成要素と、を含む、光学系が提供される。切換可能な拡散体は、少なくとも第１の状態及び第２の状態を有する。第１の状態は、第１のヘイズにより特徴付けられ、第２の状態は、第１のヘイズとは異なる第２のヘイズにより特徴付けられる。低吸収光学構成要素は、互いに反対側にある第１及び第２の外面を含み、第１及び第２の外面のうちの少なくとも１つは、光方向転換構造体を含む。切換可能な拡散体が第１の状態にあって、光学系が光出力を生成するとき、光方向転換構造体は、光学系の光出力の半値全幅（full width at half−maximum）（ＦＷＨＭ）を、光方向転換構造体を含まないが他の点では同等な光学系のＦＷＨＭと比較して、少なくとも一つの方向において少なくとも５度増大させるように構成される。

本明細書のいくつかの態様では、照明構成要素と、照明構成要素と光学的に連通している切換可能な拡散体と、を含む光学系が提供される。切換可能な拡散体は、少なくとも第１の状態及び第２の状態を有する。第１の状態は、第１のヘイズにより特徴付けられ、第２の状態は、第１のヘイズとは異なる第２のヘイズにより特徴付けられる。切換可能な拡散体は、第１の外層と第２の外層との間に配置された活性層を含む。第１の外層は、活性層の反対側の第１の外面を有し、第２の外層は、活性層の反対側の第２の外面を有して、第２の外層は照明構成要素に面する。第１及び第２の外面のうちの少なくとも１つは、光方向転換構造体を含む。切換可能な拡散体が第１の状態にあって、光学系が光出力を生成するとき、光方向転換構造体は、光学系の光出力の半値全幅（ＦＷＨＭ）を、光方向転換構造体を含まないが他の点では同等な光学系のＦＷＨＭと比較して、少なくとも一つの方向において少なくとも５度増大させるように構成される。

本明細書のいくつかの態様では、照明構成要素と、照明構成要素と光学的に連通している切換可能な拡散体と、照明構成要素と光学的に連通しており、切換可能な拡散体と光学的に連通している低吸収光学構成要素と、を含む、光学系が提供される。切換可能な拡散体は、少なくとも第１の状態及び第２の状態を有する。第１の状態は、第１のヘイズにより特徴付けられ、第２の状態は、第１のヘイズとは異なる第２のヘイズにより特徴付けられる。切換可能な拡散体は、第１の外層と第２の外層との間に配置された活性層を含む。第１の外層は、活性層の反対側の第１の外面を有し、第２の外層は、活性層の反対側の第２の外面を有する。低吸収光学構成要素は、互いに反対側にある第３及び第４の外面を含む。第１、第２、第３及び第４の外面のうちの少なくとも１つは、光方向転換構造体を含む。切換可能な拡散体が第１の状態にあって、光学系が光出力を生成するとき、光方向転換構造体は、光学系の光出力の半値全幅（ＦＷＨＭ）を、光方向転換構造体を含まないが他の点では同等な光学系のＦＷＨＭと比較して、少なくとも一つの方向において少なくとも５度増大させるように構成される。

光方向転換構造体を含む切換可能な拡散体を有する光学系の概略断面図である。 光方向転換構造体を有しない切換可能な拡散体を有する、他の点では同等な光学系の概略断面図である。 光方向転換構造体を含む低吸収光学構成要素を有する光学系の概略断面図である。 光方向転換構造体を有しない低吸収光学構成要素を有する、他の点では同等な光学系の概略断面図である。 光学系の概略側面図である。 光学系の概略側面図である。 光学系の概略側面図である。 光学系の光出力分布の平面図を模式的に示す。 光学系の光出力分布の平面図を模式的に示す。 光方向転換構造体を含む切換可能な拡散体を有し、光方向転換構造体を含む低吸収光学構成要素を有する光学系の断面図である。 光方向転換構造体を有しない切換可能な拡散体を有する、他の点では同等な光学系の断面図である。 光方向転換構造体を有しない切換可能な拡散体を有し、光方向転換構造体を有しない低吸収光学構成要素を有する、他の点では同等な光学系の断面図である。 光方向転換構造体を含む切換可能な拡散体を有し、光方向転換構造体を含む低吸収光学構成要素を有する光学系の断面図である。 光方向転換構造体を有しない切換可能な拡散体を有し、光方向転換構造体を有しない低吸収光学構成要素を有する、他の点では同等な光学系の断面図である。 光方向転換構造体を含む切換可能な拡散体を有し、光方向転換構造体を含む低吸収光学構成要素を有する光学系の断面図である。 光方向転換構造体を有しない切換可能な拡散体を有し、光方向転換構造体を有しない低吸収光学構成要素を有する、他の点では同等な光学系の断面図である。 光学系の概略断面図である。 光学系の概略断面図である。 光学系の断面図である。 切換可能な拡散体の平面図である。 切換可能な拡散体の平面図である。 切換可能な拡散体の平面図である。 光学構成要素の断面図である。 照明システムの概略図である。 光学系の断面図である。 光学構成要素の一部分の概略断面図である。 光学構成要素の一部分の概略断面図である。 光方向転換構造体の部分球半弧角度に対する、光方向転換構造体を有する光学構成要素を通った透過パーセントのプロットである。 光方向転換構造体の部分球半弧角度に対する、光方向転換構造体を有する光学構成要素を通った出力分布の半値半幅のプロットである。 光方向転換構造体の部分球半弧角度に対する、光方向転換構造体を有する光学構成要素を通った透過パーセントのプロットである。 光方向転換構造体の部分球半弧角度に対する、光方向転換構造体を有する光学構成要素を通った出力分布の半値半幅のプロットである。 光方向転換構造体のプリズム頂角に対する、光方向転換構造体を有する光学構成要素を通った透過パーセントのプロットである。 光方向転換構造体のプリズム勾配に対する、光方向転換構造体を有する光学構成要素を通った出力分布の半値半幅のプロットである。 光方向転換構造体のプリズム頂角に対する、光方向転換構造体を有する光学構成要素を通った透過パーセントのプロットである。 光方向転換構造体のプリズム勾配に対する、光方向転換構造体を有する光学構成要素を通った出力分布の半値半幅のプロットである。 光学構成要素を通った透過パーセントに対する、光学構成要素を通った出力分布の半値半幅のプロットである。 光学構成要素を通った透過パーセントに対する、光学構成要素を通った出力分布の半値半幅のプロットである。 光学構成要素を通った透過パーセントに対する、光学構成要素を通った出力分布の半値半幅のプロットである。 光学構成要素を通った透過パーセントに対する、光学構成要素を通った出力分布の半値半幅のプロットである。 光学構成要素を通った透過パーセントに対する、光学構成要素を通った出力分布の半値半幅のプロットである。

以下の説明では、本明細書の一部を形成し、例示を目的として示される添付図面を参照する。図面は、必ずしも一定の比率の縮尺ではない。他の実施形態が企図され、本明細書の範囲又は趣旨から逸脱することなく行われ得ることを理解されたい。

電気的に調節可能な出力分布を有する光学系が求められることがある。例えば、照明器具の異なる種類の照明出力の間で、例えば、リアルタイムに、すなわち、照明設備を分解、再構成、再組立する、電灯を物理的に操作する、又は追加の構成要素を用意して設置する必要なしに、切り換えることができることが望ましい場合がある。別の例として、ディスプレイ又は看板が広視野角モード及び狭視野角モードを有することが望ましい場合がある。光学系の光出力は、光路内に拡散体を配置することにより変更することができる。拡散体が電気的に切換可能な拡散体である場合、光学系の出力は、切換可能な拡散体の状態を電気的に変更することにより、変更することができる。

光学系内に固定式の拡散体及び切換可能な拡散体の両方を含むことが求められる場合がある。固定式の拡散体を使用して、光学系からの光の角度分布の幅を、従来の電気的に切換可能な拡散体で実現可能であろう幅を上回って増大させることができる。しかし、バルク拡散体を含むことにより、光がバルク拡散体を透過する際に光の後方散乱を引き起こして、効率の劣る光学系となる場合がある。本明細書によれば、切換可能な拡散体を組み込んだ光学系において拡散を提供する表面構造体を利用することにより、いずれの後方散乱に対しても予想外に高度の前方散乱を提供することができることが発見された。実施例に示すように、（例えば、出力の所与のＦＷＨＭに対して）所与のレベルの光拡散を生成するために表面構造体を使用することにより、バルク拡散体を使用するよりも、著しく高い透過率を得ることができる。表面構造体は、切換可能な拡散体上に存在させることができ、及び／又は光学系内に含まれる低吸収光学構成要素とすることができる追加の光学構成要素上に存在させることができる。

本明細書による光学系は、電気的に切換可能な拡散体を含み、１つ以上の低吸収光学構成要素を含むことができる。切換可能な拡散体及び任意の含まれる低吸収光学構成要素の少なくとも１つの外面は、光学系の光出力の半値全幅（ＦＷＨＭ）を、光方向転換構造体を含まないが他の点では同等な光学系に対して増大させるように構成された、光方向転換構造体を含む。ＦＷＨＭは、光出力の角度分布を指す。光方向転換構造体は、少なくとも５度、又は少なくとも７度、又は少なくとも１０度、又は少なくとも１５度、又は少なくとも２０度、ＦＷＨＭを増大させることができ、切換可能な拡散体の少なくとも１つの状態（例えば、最もヘイズが低い状態）に対して少なくとも１つの軸に沿って、４５度まで、又は６０度まで、又は９０度まで、又は１２０度まで、又は１５０度まで、ＦＷＨＭを増大させることができる。

２つの構成要素が、同等な材料からなり、光方向転換構造体以外は同じサイズ（例えば、長さ、幅、及び平均厚さ）及び形状を有する場合、光方向転換構造体を含まない非構造化構成要素は、光方向転換構造体を含む構造化構成要素と他の点では同等であると言うことができる。

本明細書で使用されるとき、「低吸収」フィルム又は構成要素は、ランバート角度分布を有する標準光源Ｅからの入力光の光束の約２０パーセント未満を吸収するフィルム又は構成要素である。標準光源Ｅは、可視波長範囲（３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ）にわたって一定なスペクトルパワー分布を有する等エネルギ光源である。それに比較すると、切換可能な拡散体を有するシステムに使用されることがあるルーバーフィルムは、ランバート角度分布を有する標準光源Ｅからの入力光の光束の約３０％を吸収することができる。いくつかの実施形態では、ランバート角度分布を有する標準光源Ｅからの入力光の光束の約１５％未満、又は約１０％未満、又は更に約５％未満を吸収する低吸収構成要素又はフィルムが使用される。低吸収光学構成要素を使用することにより、光学系の所望のレベルの効率を提供することができる。

いくつかの実施形態では、切換可能な拡散体は、スメクチックＡ液晶を含む。スメクチックＡ液晶を含む切換可能な拡散体は、切換可能な拡散体が実質的に透明な状態にあるとき、約３％以下の軸上ヘイズを有することができる。場合により、軸上ヘイズは、１％まで低くすることができる。対照的に、ＰＤＬＣ拡散体は、その最も透明な状態にあるとき、５％より大きな軸上ヘイズを有する。ＰＤＬＣ拡散体の軸外ヘイズは、その透明状態にあるとき、５％より著しく高いのに対して、スメクチックＡ拡散体の軸外ヘイズは、軸外でも低いままである。スメクチックＡの切換可能な拡散体及びＰＤＬＣの切換可能な拡散体の最大ヘイズは、１００パーセントに近い。ヘイズは、ＡＳＴＭ Ｄ１００３−１３「Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｈａｚｅ ａｎｄ Ｌｕｍｉｎｏｕｓ Ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ ｏｆ Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ Ｐｌａｓｔｉｃｓ」で規定されるように、その方向が入射光束の方向から２．５度より大きく逸れるように散乱した透過光のパーセントとして定義することができる。ヘイズは、ＡＳＴＭ Ｄ１００３−１３標準に準拠した、ＢＹＫ−Ｇａｒｄｎｅｒ Ｉｎｃ．（Ｓｉｌｖｅｒ Ｓｐｒｉｎｇｓ，Ｍｄ．）から入手可能なＨＡＺＥ−ＧＡＲＤ ＰＬＵＳ計測器を使用して測定することができる。

いくつかの実施形態では、本明細書の光学系に使用される切換可能な拡散体は、切換可能な拡散体の少なくとも１つ状態（例えば、最もヘイズが低い状態）に関して、０度（垂直入射）から約８５度（例えば、すれすれ入射）の範囲のすべての入射角に対して約５パーセント未満のヘイズを有する。いくつかの実施形態では、本明細書の光学系に使用される切換可能な拡散体は、切換可能な拡散体の少なくとも１つ状態（例えば、最もヘイズが低い状態）に関して、０度から約８５度の範囲のすべての入射角に対して約５パーセント未満のヘイズを有する活性層を含む。

光学系の光出力のＦＷＨＭを増大させる光方向転換構造体を有する、スメクチックＡの切換可能な拡散体などの低ヘイズの切換可能な拡散体の使用により、任意の後方散乱と比較して予想外に高度の前方散乱を提供することができる。光方向転換構造体は、拡散体の表面上及び／又は低吸収光学構成要素の表面上にあってもよい。

いくつかの実施形態では、切換可能な拡散体は、１つ以上の独立してアドレス可能な領域を有する。いくつかの実施形態では、切換可能な拡散体は「双安定」である。本明細書で使用されるとき、「双安定」な切換可能な拡散体とは、１つ以上の領域のそれぞれが実質的に安定な２つ以上の状態を有する、電気的に切換可能な拡散体である。「実質的に安定」とは、切換可能な拡散体にわたって印加される電圧なしに、その状態が数時間又は数日などの期間（time period：時間期間）にわたって維持されることを意味する。いくつかの実施形態では、切換可能な拡散体は、双安定であるスメクチックＡ液晶を含む。スメクチックＡ液晶を使用する電気的に切換可能な拡散体は、実質的に安定で実質的に透明な状態、及び様々なヘイズ状態でのヘイズ値により特徴付けることができる複数の実質的に安定なヘイズ状態を有することができる。

切換可能な拡散体の状態は、切換可能な拡散体の活性層のヘイズにより特徴付けることができる。光方向転換要素を含む外面を有する第１の切換可能な拡散体は、光方向転換要素を含まないが第１の切換可能な拡散体の状態と同じ状態で同等な活性層を有する、他の点では同等な第２の切換可能な拡散体の全体ヘイズより高い全体ヘイズを有することができる。

他の所で説明したように、独立してアドレス可能な領域を有する切換可能な拡散体を使用すること、及び独立してアドレス可能な領域に関連した位置を有する複数のＬＥＤを使用することにより、光学系のスペクトル出力を変更することができる。また他の所で説明したように、光学系の光学ボリュームの主表面に反射型偏光子などの偏光選択構成要素を組み込むことにより、光学系の出力の偏光分布を変更することができる。切換可能な拡散体及び光学系内に含まれる任意の低吸収光学構成要素（単数又は複数）を好適に配置することにより、光学系の光出力の角度分布、スペクトル分布（例えば、色出力）、及び／又は偏光分布を切換可能な拡散体の状態に依存して変更することができる。

図１Ａは、活性層１１２と、活性層１１２の反対側の第１の外面１１５を有する第１の外層１１４と、活性層１１２の反対側の第２の外面１１７を有する第２の層１１６と、を有する切換可能な拡散体１１０を含む光学系１００の概略断面図である。第２の外面１１７は、光方向転換構造体１１８を含む。活性層１１２は、第１の外層１１４と第２の外層１１６との間に配置される。活性層１１２は、液晶層とすることができ、スメクチックＡ液晶を含むことができる。第１の外層１１４及び第２の外層１１６は、ポリマー層とすることができ、若しくはガラス層とすることができる、又は、外層のうちの１つは、他方をポリマー層とする一方で、ガラス層とすることができる。光学系１００は、切換可能な拡散体１１０と光学的に連通している照明構成要素１２０を更に含む。照明構成要素１２０は、例えば、１つ以上の発光ダイオード（light emitting diodes）（ＬＥＤ）又は冷陰極蛍光ランプ（cold cathode fluorescent lamp）（ＣＣＦＬ）などの任意の種類の照明構成要素とすることができる。本明細書の光学系のいずれかに使用される照明構成要素は、光ガイドを含んでもよく、又は含まなくてもよく、光を所望の方向に向けるために配置される反射体を含んでもよく、又は含まなくてもよい。いくつかの実施形態では、照明構成要素は、ＬＥＤなどの光源と共に光ガイドを含み、光源は光ガイドの縁部に光を注入するように配置されている。好適な光ガイドは、米国特許出願公開第２０１０／００１４０２７号（Ｌｉら）並びに米国特許第７，５３２，８００号（Ｉｉｍｕｒａ）及び同第７，６９９，５１６号（Ｌｅｅ）に記載されている。切換可能な拡散体１１０は、第１のヘイズにより特徴付けられる第１の状態、及び第１のヘイズとは異なる第２のヘイズにより特徴付けられる第２の状態を有する。

例示した実施形態では、第１の外面１１５は、構造化されておらず、第２の外面１１７は、構造化されている。他の実施形態では、第１の外面１１５は、構造化されており、第２の外面１１７は、構造化されていない。更に他の実施形態では、第１及び第２の外面１１５及び１１７の両方が、構造化されている。第２の外面１１７により提供される構造体は、光学系の光出力の半値全幅（ＦＷＨＭ）を、光方向転換構造体を含まないが他の点では同等な光学系のＦＷＨＭと比較して、少なくとも一つの方向において増大するように構成された、光方向転換構造体１１８である。例えば、光方向転換構造体１１８は、少なくとも５度、又は少なくとも７度、又は少なくとも１０度、又は少なくとも１５度、又は少なくとも２０度、ＦＷＨＭを増大させることができ、切換可能な拡散体が最もヘイズが低い状態であり得る第１の状態にあるとき、少なくとも１つの方向に沿って、４５度まで、又は６０度まで、又は９０度まで、又は１２０度まで、又は１５０度まで、ＦＷＨＭを増大させることができる。

本明細書の光学系のいずれかでは、光方向転換構造体の有効性を最大化するために、空気境界面が光方向転換構造体に存在するように、光方向転換構造体を配置することが望ましいことがある。例えば、空気境界面が、第２の外面１１７に存在してもよい。他の実施形態では、低屈折率材料の層が、光方向転換構造体の上又はその上方に配置される。本明細書で使用されるとき、「低屈折率」材料は、約１．４５以下の屈折率を有する材料を指す。本明細書で使用されるとき、別に明示しない限り、「屈折率」は、２５℃での５８９ｎｍの波長（ナトリウムＤ線）を有する光に対する屈折率を指す。いくつかの実施形態では、低屈折率材料は、約１．４５以下、又は約１．４２以下、又は約１．４１以下、又は約１．３９以下の屈折率を有する光学的に透明な接着剤である。好適な低屈折率の光学的に透明な接着剤としては、（Ｎｏｒｌａｎｄ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ（Ｃｒａｎｂｕｒｙ，ＮＪ）から入手可能な）製造業者によると１．３１５〜１．４４の範囲の屈折率を有するＮｏｒｌａｎｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｄｈｅｓｉｖｅｓ１３１５、１３２、１３８、１４２、及び１４４が挙げられる。いくつかの実施形態では、低屈折率層は、約１．３未満、又は約１．２未満、又は更に約１．１５未満で、約１．０５まで低いこともある屈折率を有する超低屈折率（ultra low−index）（ＵＬＩ）層である。好適なＵＬＩ材料としては、米国特許出願公開第２０１２／００３８９９０号（Ｈａｏら）に記載されているものなどのナノボイド（nanovoided）材料が挙げられる。

切換可能な拡散体１１０は、照明構成要素１２０から距離Ｄだけ間隔を空けて配置されている。切換可能な拡散体１１０は幅Ｗを有する。距離Ｄは、幅Ｗの約２０倍未満、又は約１０倍未満、又は約５倍未満とすることができ、実質的にゼロとすることができる。

光学系１００は、切換可能な拡散体１１０の状態を変更するように構成された拡散体コントローラを更に含むことができる。あるいは、拡散体コントローラは、光学系１００の外部に配置することができる。拡散体コントローラは、例えば、センサ入力に応じて、又はスイッチの設定に基づいて、切換可能な拡散体１１０の状態を変更することができる。拡散体コントローラは、有線又は無線接続を介して、拡散体制御信号を切換可能な拡散体１１０に供給することができる。

図１Ｂは、第２の外層１１６の光方向転換構造体１１８が存在せず、代わりに光学系１００ｂが、構造化されていない第２の外面１１７ｂを有する第２の外層１１６ｂを有する切換可能な拡散体１１０ｂを含む以外は、光学系１００と他の点では同等な光学系１００ｂの概略断面図である。第２の外層１１６ｂは、切換可能な拡散体１１０の第２の外層１１６と他の点では同等であり、切換可能な拡散体１１０ｂは、切換可能な拡散体１１０と他の点では同等である。光学系１００は、切換可能な拡散体の少なくとも１つの状態に対して、少なくとも１つの軸に沿って、光学系１００ｂの対応するＦＷＨＭより他の所で説明した範囲のいずれかの量だけ大きなＦＷＨＭを有することができる。例えば、切換可能な拡散体１１０が第１の状態にあるときの系１００の第１の軸に沿ったＦＷＨＭは、切換可能な拡散体１１０ｂが対応する第１の状態にあるときの系１００ｂの第１の軸に沿ったＦＷＨＭより５度〜１５０度の範囲の量だけ大きくすることができる。

図２Ａは、活性層２１２と、活性層２１２の反対側の第１の外面２１５を有する第１の外層２１４と、活性層２１２の反対側の第２の外面２１７を有する第２の層２１６と、を有する切換可能な拡散体２１０を含む光学系２００の概略断面図である。活性層２１２は、第１の外層２１４と第２の外層２１６との間に配置される。活性層２１２は、液晶層とすることができ、スメクチックＡ液晶を含むことができる。第１の外層２１４及び第２の外層２１６は、ポリマー層とすることができ、若しくはガラス層とすることができる、又は、外層のうちの１つは、他方をポリマー層とする一方で、ガラス層とすることができる。光学系２００は、切換可能な拡散体２１０と光学的に連通しており、かつ第１の外面２１５に向いた光出力方向を有する照明構成要素２２０を更に含む。照明構成要素２２０は、例えば、１つ以上のＬＥＤ又はＣＣＦＬなどの任意の種類の照明構成要素とすることができる。例示した実施形態では、第１及び第２の外面２１５及び２１７は、構造化されていない。切換可能な拡散体２１０は、第１のヘイズにより特徴付けられる第１の状態、及び第１のヘイズとは異なる第２のヘイズにより特徴付けられる第２の状態を有する。

光学系２００は、互いに反対側にある、光方向転換構造体２３３を含む第１の外面２３２及び光方向転換構造体２３５を含む第２の外面２３４を有する、低吸収光学構成要素２３０を更に含む。低吸収光学構成要素２３０は、照明構成要素２２０及び切換可能な拡散体２１０と光学的に連通している。例示した実施形態では、第１及び第２の外面２３２及び２３４の両方が、光方向転換構造体を含む。他の実施形態では、第１の外面２３２及び第２の外面２３４のうちの１つは、構造化されていない。更に他の実施形態では、低吸収光学構成要素２３０の第１の外面２３２及び第２の外面２３４、並びに切換可能な拡散体２１０の第１の外面２１５及び第２の外面２１７のうちの１つ、２つ、３つ、又は４つは、光方向転換構造体を含む。低吸収光学構成要素２３０は、ポリマー又はガラスの層から形成することができる。

図２Ｂは、低吸収光学構成要素２３０が非構造化外面２３２ｂ及び２３４ｂを含む低吸収光学構成要素２３０ｂで置き換えられていること以外は、光学系２００と他の点では同等な光学系２００ｂを示す。換言すれば、光学系２００ｂは、光方向転換構造体２３３及び２３５が光学系２００ｂに含まれていないこと以外は、光学系２００と他の点では同等である。

外面２３２及び２３４により提供される光方向転換構造体２３３及び２３５は、それぞれ、光学系の光出力の半値全幅（ＦＷＨＭ）を、光方向転換構造体２３３及び２３５を含まないが他の点では同等な光学系２００ｂのＦＷＨＭと比較して、少なくとも一つの方向において増大するように構成される。例えば、光方向転換構造体２３３及び２３５は、少なくとも５度、又は少なくとも７度、又は少なくとも１０度、又は少なくとも１５度、又は少なくとも約２０度、ＦＷＨＭを増大させることができ、切換可能な拡散体２１０が最もヘイズが低い状態であり得る第１の状態にあるとき、少なくとも１つの方向に沿って、４５度まで、又は６０度まで、又は９０度まで、又は１２０度まで、又は１５０度まで、ＦＷＨＭを増大させることができる。空気境界面又は低屈折率層が、第１の外面２３２及び第２の外面２３４に存在してもよい。

図３Ａは、出力面３０２を有する光学系３００の概略側面図である。光学系１００又は光学系２００に対応し得る光学系３００は、切換可能な拡散体を含み、低吸収光学構成要素を含むことができ、切換可能な拡散体及び／又は低吸収光学構成要素の少なくとも１つの外面は、光方向転換構造体を含む。切換可能な拡散体が最もヘイズが低い状態であり得る第１の状態にあるとき、光学系３００の光出力は、θ_Ｎの半値全幅を有する相対的に狭い出力分布３０４を有する。切換可能な拡散体がヘイズが高い状態であり得る第２の状態にあるとき、光学系３００の光出力は、θ_Ｗの半値全幅を有する相対的に広い出力分布３０６を有する。光学系３００の平均光出力３０７の方向は、出力面３０２に実質的に垂直である。

図３Ｂは、出力面３０２ｂを有する光学系３００ｂの概略側面図である。光学系３００ｂは、切換可能な拡散体及び低吸収光学構成要素（存在する場合）のそれぞれの主表面が実質的に平坦な表面で置き換えられている以外は、光学系３００と同等である。すなわち、光方向転換構造体は、除去されている。切換可能な拡散体が最もヘイズが低い状態であり得る第１の状態にあるとき、光学系３００ｂの光出力は、θ^０ _Ｎの半値全幅を有する相対的に狭い出力分布３０４ｂを有する。切換可能な拡散体がヘイズが高い状態であり得る第２の状態にあるとき、光学系３００ｂの光出力は、θ^０ _Ｗの半値全幅を有する相対的に広い出力分布３０６ｂを有する。いくつかの実施形態では、θ_Ｎは、θ^０ _Ｎより少なくとも５度、又は少なくとも７度、又は少なくとも１０度、又は少なくとも１５度、又は少なくとも２０度大きく、θ_Ｎは、θ^０ _Ｎより４５度まで、又は６０度まで、又は９０度まで、又は１２０度まで、又は１５０度まで、又は１７５度までも大きい。いくつかの実施形態では、θ_Ｗは、θ^０ _Ｗより少なくとも５度、又は少なくとも７度、又は少なくとも１０度、又は少なくとも１５度、又は少なくとも２０度大きく、θ_Ｗは、θ^０ _Ｗより４５度まで、又は６０度まで、又は９０度まで、又は１２０度まで、又は１５０度まで、又は１７５度までも大きい。光学系３００ｂの平均光出力３０７ｂの方向は、出力面３０２ｂに実質的に垂直であり、光学系３００の平均光出力３０７の方向と実質的に同じである。

本明細書の光学系は、光出力のＦＷＨＭ及び光出力の平均方向の両方を変更する光方向転換構造体を含むことができる。図３Ｃは、出力面３０２ｃを有する光学系３００ｃの概略側面図である。光学系３００ｃは、切換可能な拡散体を含み、低吸収光学構成要素を含むことができ、切換可能な拡散体及び／又は低吸収光学構成要素の少なくとも１つの外面は、光方向転換構造体を含む。光学系３００ｃは、光方向転換構造体の配置以外、並びに／又は切換可能な拡散体及び／若しくは低吸収光学構成要素の位置若しくは配置以外は、光学系３００と同等とすることができる。光方向転換構造体がないこと以外は光学系３００ｃと他の点では同等な光学系の出力は、光学系３００ｂと同じ出力分布を有することができる。切換可能な拡散体が最もヘイズが低い状態であり得る第１の状態にあるとき、光学系３００ｃの光出力は、θ_Ｎの半値全幅を有する相対的に狭い出力分布３０４ｃを有する。切換可能な拡散体がヘイズが高い状態であり得る第２の状態にあるとき、光学系３００ｃの光出力は、θ_Ｗの半値全幅を有する相対的に広い出力分布３０６ｃを有する。光学系３００ｃの平均光出力３０７ｃの方向は、光学系３００ｂのものとは異なる。

いくつかの実施形態では、平均光出力方向は、切換可能な拡散体の状態に依存する。例えば、切換可能な拡散体が光学系の光軸に対してある角度に配置される場合、平均光出力方向は、切換可能な拡散体がヘイズが高い状態にあるとき、切換可能な拡散体がヘイズが低い状態にあるときの平均光出力方向とは異なる場合がある。いくつかの実施形態では、切換可能な拡散体が第１の状態にあるときの光学系の光出力の平均方向は、切換可能な拡散体が第１の状態にあるときの他の点では同等な光学系の光出力の平均方向と同じである。いくつかの実施形態では、切換可能な拡散体が第１の状態にあるときの光学系の光出力の平均方向は、切換可能な拡散体が第１の状態にあるときの他の点では同等な光学系の光出力の平均方向とは異なる。光出力方向は、少なくとも５度、又は少なくとも１０度、異なる場合があり、６０度まで、８０度まで、異なる場合がある。第１の状態は、切換可能な拡散体の最もヘイズが低い状態（例えば、実質的に透明な状態）とすることができる。

本明細書の光学系の光出力は、軸対称とすることができ、又は軸方向に非対称とすることができる。光方向転換構造体は、１つ又は２つの同一線上にない（例えば、直交する）軸におけるＦＷＨＭを増大させることができる。図４Ａは、第１の軸４０５に沿ったＦＷＨＭを増大させ、かつ同一線上にない第２の軸４０６に沿ったＦＷＨＭを増大させないように構成された光方向転換構造体を有する光学系からの、軸方向に非対称なＦＷＨＭ出力分布４０３の平面図を模式的に示す。光方向転換構造体を有しない他の点では同等な光学系は、軸対称のＦＷＨＭ出力分布４０３ｂを生成する。図４Ｂは、第１の軸４０５に沿ったＦＷＨＭ及び同一線上にない第２の軸４０６に沿ったＦＷＨＭを増大させるように構成された光方向転換構造体を有する光学系からの、軸対称なＦＷＨＭ出力分布４０３ｃの平面図を模式的に示す。他の点では同等な光学系は、ＦＷＨＭ出力分布４０３ｂを生成する。

図５Ａは、活性層５１２と、活性層５１２の反対側の第１の外面５１５を有する第１の外層５１４と、活性層５１２の反対側の第２の外面５１７を有する第２の層５１６と、を有する切換可能な拡散体５１０を含む光学系５００の概略断面図である。活性層５１２は、第１の外層５１４と第２の外層５１６との間に配置される。活性層５１２は、液晶層とすることができ、スメクチックＡ液晶を含むことができる。第１の外層５１４及び第２の外層５１６は、ポリマー層とすることができ、若しくはガラス層とすることができる、又は、外層のうちの１つは、他方をポリマー層とする一方で、ガラス層とすることができる。光学系５００は、第１の外面５１５に面する照明構成要素５２０を更に含む。照明構成要素５２０は、光源５２２及び光ガイド５２４を含む。光源５２２は、例えば、１つ以上のＬＥＤ又はＣＣＦＬなどの任意の種類の照明光源とすることができる。反射体５２６は、切換可能な拡散体５１０の反対側に光ガイド５２４を出る光を光ガイド５２４に向けて戻すために、光ガイド５２４に隣接して含めることができる。光学系５００は、拡散体データチャネル５４２上で拡散体状態データ及び拡散体制御信号を切換可能な拡散体５１０に供給する、拡散体コントローラ５４０を更に含む。

第２の外面５１７は、他の所で説明したように少なくとも１つの軸に沿った光出力のＦＷＨＭを増大させるように構成された、光方向転換構造体５１８を含む。

光学系５００は、互いに反対側にある第１の外面５３２及び第２の外面５３４を有する低吸収光学構成要素５３０を更に含む。例示した実施形態では、第１の外面５３２は、光方向転換構造体５３３を含み、第２の外面５３４は、実質的に構造化されていない。低吸収光学構成要素５３０、切換可能な拡散体５１０、及び照明構成要素５２０は、互いに光学的に連通している。光方向転換構造体５３３は、光学系５００からの光の平均出力方向を変更するように構成されたプリズム要素とすることができる。

図５Ｂは、第２の外層５１６の光方向転換構造体５１８が含まれず、代わりに切換可能な拡散体５１０ｂの第２の外層５１６ｂの第２の外面５１７ｂが構造化されていないこと以外は、光学系５００と他の点では同等な光学系５００ｂの概略断面図である。いくつかの実施形態では、光学系５００の光出力のＦＷＨＭは、光学系５００ｂの光出力のＦＷＨＭより、少なくとも５度、又は少なくとも７度、又は少なくとも１０度、又は少なくとも１５度、又は少なくとも２０度、大きく、切換可能な拡散体の少なくとも１つの状態に対して少なくとも１つの軸に沿って、４５度まで、又は６０度まで、又は９０度まで、又は１２０度まで、又は１５０度まで、大きくすることができる。

図５Ｃは、第２の外層５１６の光方向転換構造体５１８及び低吸収光学構成要素５３０の光方向転換構造体５３３が含まれないこと以外は、光学系５００と他の点では同等な光学系５００ｃの概略断面図である。光学系５００ｃの切換可能な拡散体５１０ｂは、光学系５００ｂのものと同等である。光学系５００の低吸収光学構成要素５３０は、光学系５００ｃでは、低吸収光学構成要素５３０ｃで置き換えられている。低吸収光学構成要素５３０ｃは、互いに反対側にある第１の外面５３２ｃ及び第２の外面５３４ｃを含む。低吸収光学構成要素５３０ｃは、第１の外面５３２ｃが実質的に構造化されていないこと以外は、低吸収光学構成要素５３０と同等である。いくつかの実施形態では、光学系５００の光出力のＦＷＨＭは、光学系５００ｃの光出力のＦＷＨＭより、少なくとも５度、又は少なくとも７度、又は少なくとも１０度、又は少なくとも１５度、又は少なくとも２０度、大きく、切換可能な拡散体の少なくとも１つの状態に対して少なくとも１つの軸に沿って、４５度まで、又は６０度まで、又は９０度まで、又は１２０度まで、又は１５０度まで、大きくすることができる。

本明細書で説明する光学系では、切換可能な拡散体及び／又は低吸収光学構成要素の互いに反対側にある主表面のいずれかは、光学系の光出力のＦＷＨＭを増大させることに少なくとも一部が寄与する光方向転換構造体を含むことができる。いくつかの実施形態では、１つ以上の表面は、光学系の光出力のＦＷＨＭを増大させることに加えて、又はその代わりに、光出力の方向を変更するように構成された光方向転換要素を含む。

図６Ａは、活性層６１２と、活性層６１２の反対側の第１の外面６１５を有する第１の外層６１４と、活性層６１２の反対側の第２の外面６１７を有する第２の層６１６と、を有する切換可能な拡散体６１０を含む光学系６００の概略断面図である。活性層６１２は、第１の外層６１４と第２の外層６１６との間に配置される。活性層６１２は、液晶層とすることができ、スメクチックＡ液晶を含むことができる。第１の外層６１４及び第２の外層６１６は、ポリマー層とすることができ、若しくはガラス層とすることができる、又は、外層のうちの１つは、他方をポリマー層とする一方で、ガラス層とすることができる。光学系６００は、第１の外面６１５に面する照明構成要素６２０を更に含む。照明構成要素６２０は、光源６２２及び光ガイド６２４を含む。光源６２２は、例えば、１つ以上のＬＥＤ又はＣＣＦＬなどの任意の種類の照明光源とすることができる。反射体６２６は、切換可能な拡散体６１０の反対側に光ガイド６２４を出る光を光ガイド６２４に向けて戻すために、光ガイド６２４に隣接して含めることができる。光学系６００は、拡散体データチャネル６４２上で拡散体状態データ及び拡散体制御信号を切換可能な拡散体６１０に供給する、拡散体コントローラ６４０を更に含む。

第２の外面６１７は、他の所で説明したように少なくとも１つの軸に沿った光出力のＦＷＨＭを増大させるように構成された、光方向転換構造体６１８を含む。光学系６００は、互いに反対側にある第１の外面６３２及び第２の外面６３４を有する低吸収光学構成要素６３０を更に含む。例示した実施形態では、第１の外面６３２は、光方向転換構造体の第１の組６３３を含み、第２の外面６３４は、光方向転換構造体の第２の組６３５を含む。光方向転換構造体の第１の組６３３は、光学系６００の平均光出力方向を変更するように構成され、光方向転換構造体の第２の組６３５は、他の所で説明したように少なくとも１つの軸に沿った光出力のＦＷＨＭを増大させるように構成される。低吸収光学構成要素６３０、切換可能な拡散体６１０、及び照明構成要素６２０は、互いに光学的に連通している。

図６Ｂは、切換可能な拡散体６１０の光方向転換構造体６１８が含まれず、低吸収光学構成要素６３０の光方向転換構造体の第１の組６３３及び第２の組６３５が含まれないこと以外は、光学系６００と同等な光学系６００ｂの概略断面図である。代わりに、切換可能な拡散体６１０は、第２の層６１６が構造化されていない第２の外面６１７ｂを有する第２の層６１６ｂに置き換えられていること以外は、切換可能な拡散体６１０と同等な切換可能な拡散体６１０ｂに置き換えられており、低吸収光学構成要素６３０は、第１の外面６３２及び第２の外面６３４が共に構造化されていない第１の外面６３２ｂ及び第２の外面６３４ｂに置き換えられていること以外は、低吸収光学構成要素６３０と同等な低吸収光学構成要素６３０ｂに置き換えられている。

いくつかの実施形態では、光学系６００の光出力のＦＷＨＭは、光学系６００ｂの光出力のＦＷＨＭより、少なくとも５度、又は少なくとも７度、又は少なくとも１０度、又は少なくとも１５度、又は少なくとも２０度、大きく、切換可能な拡散体の少なくとも１つの状態に対して少なくとも１つの軸に沿って、４５度まで、又は６０度まで、又は９０度まで、又は１２０度まで、又は１５０度まで、大きくすることができる。

図７Ａは、活性層７１２と、活性層７１２の反対側の第１の外面７１５を有する第１の外層７１４と、活性層７１２の反対側の第２の外面７１７を有する第２の層７１６と、を有する切換可能な拡散体７１０を含む光学系７００の概略断面図である。第１の外面７１５は、光方向転換構造体７１９を含み、第２の外面７１７は、光方向転換構造体７１８を含む。活性層７１２は、第１の外層７１４と第２の外層７１６との間に配置され、液晶層とすることができ、スメクチックＡ液晶を含むことができる。第１の外層７１４及び第２の外層７１６は、ポリマー層とすることができ、若しくはガラス層とすることができる、又は、外層のうちの１つは、他方をポリマー層とする一方で、ガラス層とすることができる。光学系７００は、図７Ａに模式的に示される、第１の外面７１５に面する照明構成要素７２０を更に含む。照明構成要素７２０は、１つ以上のＬＥＤを含むことができ、反射体を含んでもよく、又は含まなくてもよく、光ガイドを含んでもよく、又は含まなくてもよい。光学系７００は、拡散体データチャネル７４２上で拡散体状態データ及び拡散体制御信号を切換可能な拡散体７１０に供給する、拡散体コントローラ７４０を更に含む。

光学系７００は、互いに反対側にある第１の外面７３２及び第２の外面７３４を有する低吸収光学構成要素７３０を更に含む。第１の外面７３２は、光方向転換構造体７３３を含み、第２の外面７３４は、光方向転換構造体７３５を含む。光方向転換構造体７１９、７１８、７３３、及び７３５は、他の所で説明したように少なくとも１つの軸に沿った光出力のＦＷＨＭを増大させるように構成される。低吸収光学構成要素７３０、切換可能な拡散体７１０、及び照明構成要素７２０は、互いに光学的に連通している。

図７Ｂは、切換可能な拡散体７１０の光方向転換構造体７１８及び７１９が含まれず、低吸収光学構成要素７３０の光方向転換構造体７３３及び７３５が含まれないこと以外は、光学系７００と同等な光学系７００ｂの概略断面図である。切換可能な拡散体７１０は、第１の層７１４が構造化されていない第１の外面７１４ｂを有する第１の層７１４ｂに置き換えられており、第２の層７１６が構造化されていない第２の外面７１７ｂを有する第２の層７１６ｂに置き換えられていること以外は、切換可能な拡散体７１０と同等な切換可能な拡散体７１０ｂに置き換えられている。同様に、低吸収光学構成要素７３０は、第１の外面７３２及び第２の外面７３４が共に構造化されていない第１の外面７３２ｂ及び第２の外面７３４ｂに置き換えられていること以外は、低吸収光学構成要素７３０と同等な低吸収光学構成要素７３０ｂに置き換えられている。

いくつかの実施形態では、光学系７００の光出力のＦＷＨＭは、光学系７００ｂの光出力のＦＷＨＭより、少なくとも５度、又は少なくとも７度、又は少なくとも１０度、又は少なくとも１５度、又は少なくとも２０度、大きく、切換可能な拡散体の少なくとも１つの状態（例えば、実質的に透明な状態又は最もヘイズが低い状態であり得る第１の状態）に対して少なくとも１つの軸に沿って、４５度まで、又は６０度まで、又は９０度まで、又は１２０度まで、又は１５０度まで、大きくすることができる。

本明細書の光学系は、照明用途、ディスプレイ、及び看板を含む多くの異なる用途に使用することができる。場合により、本明細書の光学系を含む照明器具が提供される。場合により、本明細書の光学系を含み、ディスプレイパネルを含むディスプレイが提供される。ディスプレイパネルは、任意の種類のディスプレイパネル、例えば、液晶ディスプレイ（liquid crystal display）（ＬＣＤ）パネルとすることができる。場合により、本明細書の光学系を含む看板が提供される。看板は、ＬＣＤパネルを更に含むことができる。照明構成要素、切換可能な拡散体、及び低吸収光学構成要素（含まれる場合）の多くの異なる配置が可能である。いくつかの例示的な配置を、図８及び９に示す。

図８は、光学系８００と、ディスプレイパネル８５０と、出力面８０２と、を含む、光学系８０１の概略側面図である。光学系８０１は、狭視野角出力８０４又は広視野角出力８０６を有することができる。光学系８００は、光路８０８を有する光を生成することができる照明構成要素８２０を含む。光学系８００は、照明構成要素８２０と光学的に連通している電気的に切換可能な拡散体８１０を含み、拡散体データチャネル８４２上で拡散体状態データ及び拡散体制御信号を切換可能な拡散体８１０に供給する、拡散体コントローラ８４０を含む。照明構成要素８２０は、光源８２２及び光ガイド８２４を含む。照明構成要素８２０は、出力面８０２の反対側で切換可能な拡散体８１０に隣接して配置される。光学系８００はまた、任意選択の光学構成要素８３０及び任意選択の光学構成要素８３５も含むことができる。任意選択の光学構成要素８３０及び８３５は、含まれる場合、照明構成要素８２２と光学的に連通しており、切換可能な拡散体８１０と光学的に連通している。任意選択の光学構成要素８３５は、照明構成要素８２０の反対側で切換可能な拡散体８１０に隣接している。任意選択の光学構成要素８３０は、出力面８０２の反対側で切換可能な拡散体８１０に隣接している。任意選択の光学構成要素８３０及び８３５のいずれか又は両方は、単一のフィルムとすることができ、又は、光学的に透明な接着剤を用いて一体に積層され得る、若しくは層の間に空気間隙を有して一体に積層され得るフィルムの積層体とすることができる。いくつかの実施形態では、任意選択の光学構成要素８３０が含まれ、これは低屈折率層である。いくつかの実施形態では、空気間隙のみが切換可能な拡散体８１０及び光ガイド８２４を分離するように、任意選択の光学構成要素８３０は含まれない。いくつかの実施形態では、任意選択の光学構成要素８３０及び８３５のいずれか又は両方は、追加の拡散体であり、表面拡散体とすることができる、又は追加の電気的に切換可能な拡散体とすることができる。

いくつかの実施形態では、切換可能な拡散体８１０が第１の状態にあるとき、光学系８０１は、特性視野角θ_Ｎを有する狭視野角出力８０４を生成し、切換可能な拡散体８１０が第２の状態にあるとき、光学系８０１は、特性視野角θ_Ｗを有する広視野角出力８０６を生成する。第１の状態は、切換可能な拡散体の最も透明な状態とすることができ、第２の状態は、ヘイズの高い状態とすることができる。特性視野角は、強度の出力角度分布に関して半値全幅として定義することができる。いくつかの実施形態では、光学系８００は、第１の方向に沿った第１の特性視野角、及び第１の方向とは異なる第２の方向に沿った第２の特性視野角を有する。例えば、光学系８００は、切換可能な拡散体８１０が第１及び第２の状態の両方のとき垂直方向に狭視野角を有する出力を有することができ、切換可能な拡散体８１０が第２の状態にあるとき水平方向に広視野角出力を、切換可能な拡散体８１０が第１の状態にあるとき水平方向に狭視野角出力を有することができる。他の実施形態では、光学系８００は、切換可能な拡散体８１０が第１の状態にあるとき垂直及び水平方向の両方に狭視野角出力を、切換可能な拡散体８１０が第２の状態にあるとき垂直及び水平方向の両方に広視野角出力を有することができる。

切換可能な拡散体８１０は、互いに反対側にある外面を有し、任意選択の光学構成要素８３０及び８３５のそれぞれは、互いに反対側にある外面を有する。切換可能な拡散体８１０、並びに、存在する場合に任意選択の光学構成要素８３０及び８３５の外面のうちの少なくとも１つは、光方向転換構造体（図示せず）を含む。光学系８００の光方向転換構造体は、光学系８００又は光学系８０１の光出力のＦＷＨＭを、光方向転換構造体を含まないが他の点では同等な光学系と比較して増大させるように構成される。光学系８００又は８０１のＦＷＨＭは、他の所で説明した範囲のいずれかで与えられる量だけ、増大させることができる。

図９は、光学系９００と、ディスプレイパネル９５０と、出力面９０２と、を含む、光学系９０１の概略側面図である。光学系９０１は、狭視野角出力９０４又は広視野角出力９０６を有することができる。光学系９００は、光路９０８を有する光を生成することができる照明構成要素９２０を含む。光学系９００は、照明構成要素９２０と光学的に連通している電気的に切換可能な拡散体９１０を含み、拡散体データチャネル９４２上で拡散体状態データ及び拡散体制御信号を切換可能な拡散体９１０に供給する、拡散体コントローラ９４０を含む。照明構成要素９２０は、光源９２２及び光ガイド９２４を含む。照明構成要素９２０は、出力面９０２の反対側で切換可能な拡散体９１０に隣接して配置される。光学系９００はまた、任意選択の光学構成要素９３０、任意選択の光学構成要素９３５及び任意選択の光学構成要素９３９も含むことができる。任意選択の光学構成要素９３０、９３５及び９３９は、含まれる場合、照明構成要素９２２と光学的に連通しており、切換可能な拡散体９１０と光学的に連通している。任意選択の光学構成要素９３０は、照明構成要素９２０の反対側で切換可能な拡散体９１０に隣接している。任意選択の光学構成要素９３５は、出力面９０２の反対側で切換可能な拡散体９１０に隣接している。任意選択の光学構成要素９３９は、切換可能な拡散体９１０の反対側で照明構成要素９２４に隣接している。任意選択の光学構成要素９３０、９３５及び９３９のうちの１つ以上は、単一のフィルムとすることができ、又は、光学的に透明な接着剤を用いて一体に積層され得る、若しくは層の間に空気間隙を有して一体に積層され得るフィルムの積層体とすることができる。いくつかの実施形態では、任意選択の光学構成要素９３０、９３５及び９３９のうちの１つ以上は、低屈折率層である。いくつかの実施形態では、任意選択の光学構成要素９３０、９３５及び９３９は、含まれない。いくつかの実施形態では、任意選択の光学構成要素９３０、９３５及び９３９のうちの１つ以上は、追加の拡散体であり、表面拡散体とすることができる、又は追加の電気的に切換可能な拡散体とすることができる。

いくつかの実施形態では、切換可能な拡散体９１０が第１の状態にあるとき、光学系９０１は、特性視野角θ_Ｎを有する狭視野角出力９０４を生成し、切換可能な拡散体９１０が第２の状態にあるとき、光学系９０１は、特性視野角θ_Ｗを有する広視野角出力９０６を生成する。第１の状態は、切換可能な拡散体の最も透明な状態とすることができ、第２の状態は、ヘイズの高い状態とすることができる。いくつかの実施形態では、光学系９００は、第１の方向に沿った第１の特性視野角、及び第１の方向とは異なる第２の方向に沿った第２の特性視野角を有し、いくつかの実施形態では、特性視野角は、２つの直交する方向において実質的に同じである。

切換可能な拡散体９１０は、互いに反対側にある外面を有し、任意選択の光学構成要素９３０、９３５及び９３９のそれぞれは、互いに反対側にある外面を有する。切換可能な拡散体９１０、並びに、存在する場合に任意選択の光学構成要素９３０、９３５及び９３９の外面のうちの少なくとも１つは、光方向転換構造体（図示せず）を含む。光学系９００の光方向転換構造体は、光学系９００又は光学系９０１の光出力のＦＷＨＭを、光方向転換構造体を含まないが他の点では同等な光学系と比較して増大させるように構成される。光学系９００又は９０１のＦＷＨＭは、他の所で説明した範囲のいずれかで与えられる量だけ、増大させることができる。

本明細書の光学系の様々な構成要素は、空気間隙により分離することができ、又は低屈折率層により分離することができる。例えば、光ガイド９２４は、任意選択の光学構成要素９３５又は９３９に取り付けることができ、又は低屈折率接着剤層を介して光ガイド９１０に取り付けることができる。

光学系８０１又は９０１は、様々なディスプレイ用途に使用することができる。例えば、光学系８０１又は９０１は、広視野モード及び狭視野モードを提供するために、コンピュータ用ディスプレイ、タブレット用ディスプレイ、又は電話用ディスプレイに使用することができる。別の実施例として、光学系８０１又は９０１は、表示される広告若しくは他の内容により、又は他の要因により、異なる視野モードを提供するために、看板に使用することができる。

いくつかの実施形態では、切換可能な拡散体は、低吸収光学構成要素に実質的に平行である。他の実施形態では、切換可能な拡散体は、低吸収光学構成要素に対してなんらかの角度で配置することができる。いくつかの実施形態では、切換可能な拡散体及び低吸収光学構成要素のうちの１つ又は両方は、曲線状の形状を有することができる。いくつかの実施形態では、切換可能な拡散体は、１つ以上の反射型又は半透過型外面を含む光学ボリューム内に配置される。いくつかの実施形態では、切換可能な拡散体の少なくとも一部分及び／又は低吸収光学構成要素の少なくとも一部分は、光学ボリュームの光軸に平行でない法線方向を有する。構成要素の法線方向は、表面が構造化されていない場合には構成要素の面法線を指し、構造化表面を有する構成要素の場合には、法線方向は、表面構造体が除去された他の点では同等な構成要素の面法線を指す。

光注入領域（例えば、入力面又は１つ以上のＬＥＤなどの光源を含む領域）及び出力面を有する光学ボリュームの光軸は、光注入領域の中心と出力面の中心との間の線を指す。光注入領域、出力面、及び光学ボリュームは、任意の特定の対称性を有してもよく、又は有しなくてもよい。光注入領域の中心は、光注入領域の重心（ボリューム又は表面の幾何学的中心）として定義することができ、出力面の中心は、出力面の重心として定義することができる。この方法で、光学ボリュームが対称軸を有しない場合でも、光軸を光学ボリュームに対して定義することができる。いくつかの実施形態では、光軸は、光学ボリュームの対称軸である。いくつかの実施形態では、切換可能な拡散体がその最も透明な状態にあるとき、光軸は、光学ボリュームの平均光出力方向に対応する。

光軸及び／又は平均光出力方向に平行でない法線を有する光方向転換構造体を有する切換可能な拡散体又は低吸収光学構成要素を有することは、出力光の拡散に役立つことが見出されており、１つ以上の照明構成要素に関連付けられた高強度領域（すなわち、「ホットスポット」）を和らげる又は広げることができる。光源が異なる色の発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む実施形態では、そのような切換可能な拡散体の形態は、異なる色を混合するのに役立つことが見出されている。

図１０は、法線ベクトル１０１１を有する切換可能な拡散体１０１０と、照明構成要素１０２０と、低吸収光学構成要素１０３０と、遠位縁部１０６３及び近位縁部１０６６を有する反射型又は半透過型外側主表面１０６０と、光学ボリューム１０７０と、光注入領域１０７３と、出力主表面１０７５と、を含む光学系１０００の断面図を示す。本明細書で使用されるとき、遠位及び近位という用語は、光注入領域に対する位置を指す。出力主表面１０７５は、反射型又は半透過型外側主表面１０６０の遠位縁部１０６３に隣接する遠位表面である。光注入領域１０７３は、反射型又は半透過型外側主表面１０６０の近位縁部１０６６に隣接している。例示した実施形態では、光注入領域１０７３は、光学ボリューム１０７０の入力面である。他の実施形態では、光注入領域１０７３は、光源（単数又は複数）、及び／又はレンズ（単数又は複数）などの光学素子を含む近位縁部１０６６に隣接するボリュームである。光源は、１つ以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）を含むことができ、光学ボリューム１０２６内に延びることができる。例示した実施形態では、切換可能な拡散体１０１０は、光学ボリューム１０７０内に全体が配置される。他の実施形態では、切換可能な拡散体は、光学ボリューム内に部分的にのみ配置することができる。出力主表面１０７５は、遠位縁部１０６３により画定される平坦面とすることができる。例えば、出力主表面１０７５は、遠位縁部１０６３により境界をつけられた平坦領域とすることができる。同様に、光注入領域１０７３は、近位縁部１０６６により画定される平坦面とすることができる。例えば、光注入領域１０７３は、近位縁部１０６６により境界をつけられた平坦領域とすることができる。低吸収光学構成要素１０３０、切換可能な拡散体１０１０、及び照明構成要素１０２０は、互いに光学的に連通している。

例示した実施形態では、低吸収光学構成要素１０３０は、光学系１０００の光出力のＦＷＨＭを他の所で説明したいずれかの範囲内で増大させるように構成された、光方向転換構造体を含む外面を有する。他の実施形態では、低吸収光学構成要素１０３０及び切換可能な拡散体１０１０の外面のうちのいずれか１つ以上は、光学系１０００の光出力のＦＷＨＭを増大させるように構成された光方向転換構造体を含むことができる。

照明構成要素１０００は、平均光出力の方向と一致し得る光軸１０７６を有する。いくつかの実施形態では、平均光出力の方向は、照明構成要素１０００の対称軸によって決定される。いくつかの実施形態では、切換可能な拡散体１０１０、低吸収光学構成要素１０３０、及び／又は反射型若しくは半透過型外側主表面１０６０は、非対称であり、平均光出力の方向は、切換可能な拡散体１０１０の状態に依存し得る。いくつかの実施形態では、切換可能な拡散体１０１０が、実質的に透明な状態であり得る又は最もヘイズが低い状態であり得る実質的に空間的に均一な状態であるとき、光学ボリューム１０７０の遠位表面である出力主表面１０７５は、光学ボリューム１０７０の平均光出力の方向に実質的に直交する。いくつかの実施形態では、出力主表面１０７５は、光軸１０７６に実質的に直交する。いくつかの実施形態では、切換可能な拡散体１０１０は、切換可能な拡散体１０１０の少なくとも一部分において光軸１０７６に平行でない法線方向１０１１を含む。これは、図１０に示すように切換可能な拡散体が曲線状の形状を有する場合に生じ得る、又は平坦な切換可能な拡散体が光軸１０７６に対して角度αで照明構成要素１０００内に配置されると生じ得る。他の実施形態では、低吸収光学構成要素１０３０は、低吸収光学構成要素の少なくとも一部分において光軸１０７６に平行でない法線方向を有することができる。法線方向１０１１と光軸１０７６との間（又は低吸収光学構成要素の法線方向と光軸１０７６との間）の角度αは、切換可能な拡散体の少なくとも一部の区域内（又は低吸収光学構成要素の少なくとも一部の区域内）で、１０度より大きく、又は２０度より大きく、又は３０度より大きくすることができ、かつ、９０度以下とすることができる。９０度より大きな角度は、９０度未満の余角と同等であるので、ゼロから９０度の角度のみを考慮すればよい。

いくつかの実施形態では、反射型又は半透過型外側主表面１０６０は、均一な若しくは実質的に均一な反射率及び／又は透過率を有することができ、他の実施形態では、反射型又は半透過型外側主表面１０６０は、表面に沿って変化する反射率及び／又は透過率特性を有することができる。この変化は、実質的に連続的とすることができる、又は、個別の領域が、別個の反射率及び／若しくは透過率特性を有することができる。例えば、領域１０６０ａ及び領域１０６０ｂは、異なる反射率及び／又は透過率特性を有することができる。反射型又は半透過型外側主表面１０６０は、任意の空間的に変化する反射特性を有することができる。例えば、透過率に対する反射率の比は、空間的に変化することができる。いくつかの実施形態では、空間的に変化する反射特性は、対象の波長帯域内の非偏光の反射率、この波長帯域内の第１の偏光状態を有する偏光の反射率、この波長帯域内の非偏光の拡散反射率の度合、及びこの波長帯域内の第１の偏光状態を有する偏光の拡散反射率の度合のうちの１つ以上を含む。対象の波長帯域は、可視波長帯域（例えば、３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの範囲の波長）とすることができ、又は近赤外（near infrared）（ＩＲ）若しくは紫外線（ultraviolet）（ＵＶ）帯域とすることができ、又は可視、ＩＲ、及びＵＶの範囲のうちの１つ以上と重なり合う帯域とすることができる。近赤外は、例えば、７８０ｎｍ〜２０００ｎｍの範囲の波長を指し得る。

反射型又は半透過型外側主表面１０６０の形状並びに／又は反射率及び／若しくは透過率特性は、切換可能な拡散体を第１の状態から第２の状態に切り換えることにより、照明構成要素１０００からの光出力の角度分布及び／又はスペクトル分布及び／又は偏光分布を変更するように、選択することができる。形状は、例えば、可変の面法線を有するセグメント化された又はファセット化された表面を提供することにより、調節することができる。反射型又は半透過型外側主表面１０６０の反射率及び／又は透過率特性はまた、表面のテクスチャを変化させることにより調節することができる。いくつかの実施形態では、反射型又は半透過型外側主表面１０６０は、空間的に変化する拡散反射率又は透過率の度合を提供する、空間的に変化するテクスチャを有することができる。例えば、いくつかの実施形態では、反射型又は半透過型外側主表面１０６０は、空間的に異なった鏡面反射率に対する拡散の比をもたらす。

光学ボリュームの反射型又は半透過型外側主表面は、反射型又は半透過型フィルムを使用して形成することができる。好適な反射型又は半透過型フィルムとしては、米国特許第５，８８２，７７４号（Ｊｏｎｚａら）、同第６，１７９，９４８号（Ｍｅｒｒｉｌｌら）、及び同第６，７８３，３４９号（Ｎｅａｖｉｎら）に記載されているような複屈折ポリマー層を交互に複数含む多層光学フィルム（multilayer optical film）（ＭＯＦ）が挙げられる。異なる別個の反射率及び／又は透過率特性は、ＭＯＦとすることができる反射型又は半透過型穿孔フィルムを使用することにより実現することができ、穿孔密度は、反射型又は半透過型外側主表面に沿って変化する。例えば、反射型又は半透過型外側主表面１０６０は、領域１０６０ａ及び１０６０ｂで異なる穿孔密度を有する反射型又は半透過型穿孔フィルムを含むことができる。反射型又は半透過型穿孔フィルムは、例えば、穿孔反射体フィルム又は穿孔反射型偏光子とすることができる。穿孔反射体フィルムは、Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｓｐｅｃｕｌａｒ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能）などの広帯域反射体とすることができる、又は、反射特性が波長依存であるように一部の波長帯域のみで反射するものとすることができる。好適な反射型偏光子としては、ＤＢＥＦ（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能）が挙げられる。他の好適な反射型又は半透過型フィルムとしては、Ｔｒａｎｓｆｌｅｃｔｉｖｅ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｆｉｌｍ（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能）が挙げられる。

いくつかの実施形態では、反射型又は半透過型外側主表面１０６０は、基材に取り付けられた１つ以上のＭＯＦ層を有する透明基材を使用して形成される。いくつかの実施形態では、１つ以上のＭＯＦ層を、２つの基材の間に配置することができる。そのような実施形態では、ＭＯＦ層は、光学ボリュームの外側境界を画定するものとして理解することができ、２つの基材層のうちの１つは、ＭＯＦ層により確立された光学ボリュームの外側にあると考えることができる。領域１０６０ａ及び１０６０ｂは、異なるＭＯＦ層を含むことができる。ＭＯＦ層は、広帯域反射体、波長依存反射体、反射型偏光子、非対称反射体（第１の偏光を第１の偏光に直交する第２の偏光より多く反射する反射体）、又はこれらの組み合わせを含むことができる。

他の反射体又は半透過反射体としては、金属製（例えば、アルミニウム）反射体若しくは半透過反射体、物理蒸着により製造された反射体若しくは半透過反射体、マトリックス内に粒子（例えば、ポリマーマトリックス内の反射型粒子）を有する反射体若しくは半透過反射体、ボイド付き反射体又は半透過反射体（例えば、拡散反射率を提供するためにボイドを含むポリマーマトリックス内の反射型粒子）、又は内部全反射（total internal reflection）（ＴＩＲ）を提供する反射体又は半透過反射体を挙げることができるがこれらに限定されない。ポリエステルマトリックス内に粒子を含む好適なボイド付き反射体は、例えば、米国特許第７，２７３，６４０号（Ｌａｎｅｙら）に記載されている。

いくつかの実施形態では、光学ボリュームは、例えば、円錐を生成するように単一の方向に湾曲し得る、又は、例えば、軸を中心とした曲線状の回転面を生成するように２つの方向に湾曲し得る、単一の反射型又は半透過型外側主表面を含む。図１０に示す実施形態では、反射型又は半透過型外側主表面１０６０は、光軸１０７６を中心とした回転面として説明することができる。いくつかの実施形態では、曲線状の回転面は、例えば、軸を中心とした複数の曲線の回転により生成され得る複合曲線である。いくつかの実施形態では、光学ボリュームは、１つより多くの反射型又は半透過型外側主表面を含むことができる。少なくとも１つの反射型又は半透過型外側主表面は、すべてが共通平面内にはない２つ以上の平坦面を含むことができる、又は、１つの方向に湾曲した若しくは２つの方向に湾曲した１つ以上の表面を含むことができる。

表面は、光注入領域から光学ボリューム内に注入されて表面に入射する対象の波長帯域内の光エネルギの大部分を反射する場合、反射性として説明することができる。例えば、反射表面は、光注入領域から光学ボリューム内に注入され、表面に入射する光エネルギの少なくとも約７０パーセント、又は少なくとも約８０パーセント、又は少なくとも約９０パーセントを反射することができる。他の所で説明したように、対象の波長帯域は、可視、ＩＲ、及び／又はＵＶの範囲の光を含むことができる。表面は、光注入領域から光学ボリューム内に注入されて表面に入射する対象の波長帯域内の光エネルギの一部分を反射し一部分を透過する場合、半透過性として説明することができる。例えば、半透過表面は、光注入領域から光学ボリューム内に注入され、表面に入射する光エネルギの１０パーセント〜９０パーセントの範囲を反射することができ、光注入領域から光学ボリューム内に注入され、表面に入射する光エネルギの１０パーセント〜９０パーセントの範囲を透過することができる。半透過表面は、光注入領域から光学ボリューム内に注入され、表面に入射する光エネルギの実質的部分を、内部全反射（ＴＩＲ）メカニズムにより反射することができる。

本明細書の光学系と共に使用するために好適な他の光学ボリュームは、米国特許仮出願第６２／０７６９４６号（Ｄｕら）に記載されている。

いくつかの実施形態では、本明細書の光学系は、照明構成要素、切換可能な拡散体、及び低吸収光学構成要素と光学的に連通しているレンズを含む。図１４は、切換可能な拡散体１４１０と、照明構成要素１４２０と、光方向転換構造体１４３５を含む外面１４３４を有する低吸収光学構成要素１４３０と、レンズ１４８３と、を含む光学系１４００の概略断面図である。切換可能な拡散体１４１０は、照明構成要素１４２０と低吸収光学構成要素１４３０との間に配置され、レンズ１４８３は、切換可能な拡散体１４１０と低吸収光学構成要素１４３０との間に配置される。任意の好適なレンズを使用することができる。いくつかの実施形態では、レンズは、内部全反射レンズ（ＴＩＲレンズ）であり、切換可能な拡散体１４１０を通してレンズ１４８３に入る照明構成要素１４２０からの光は、ＴＩＲによりレンズ１４８３の外面から反射される。レンズは、第１の表面積を有する切換可能な拡散体からの光を第１の表面積より大きな第２の表面積を有する低吸収光学構成要素に向けるために、切換可能な拡散体１４１０と低吸収光学構成要素１４３０との間に配置されてもよい。

本明細書の切換可能な拡散体のいずれかは、複数の独立してアドレス可能な領域を含むことができる。いくつかの実施形態では、複数の独立してアドレス可能な領域は、パッシブマトリックスでアドレス可能である。それぞれの領域は、第１の状態及び第１の状態とは異なる第２の状態にあることができる。例えば、第１の状態は、最も透明な又は最もヘイズが低い状態とすることができ、第２の状態は、ヘイズの高い状態とすることができる。いくつかの実施形態では、それぞれの領域は、第１の状態、第１の状態とは異なる第２の状態、並びに第１及び第２の状態とは異なる第３の状態にあることができる。例えば、第１の状態は、低いヘイズを有することができ、第２の状態は、第１の状態のヘイズより高いヘイズを有することができ、第３の状態は、第２の状態のヘイズより高いヘイズを有することができる。いくつかの実施形態では、それぞれの領域は、切換可能な拡散体により実現することができる最も高いヘイズを有する最大ヘイズの状態にあることができ、それぞれの領域は、切換可能な拡散体により実現することができる最も低いヘイズを有する最小ヘイズの状態にあることができる。いくつかの実施形態では、それぞれの領域は、最小ヘイズの状態、及び最小ヘイズの状態から最大ヘイズの状態に実質的に連続的に変化することができる複数のヘイズ状態のいずれかにあることができる。

拡散体の状態を変更するために、電圧波形を切換可能な拡散体に印加することができる。いくつかの実施形態では、波形は、スイッチング装置を使用して印加される。いくつかの実施形態では、スイッチング装置は、切換可能な拡散体の構成要素として提供される。いくつかの実施形態では、スイッチング装置は、切換可能な拡散体を収容するハウジング内に配置することができる。いくつかの実施形態では、スイッチング装置は、切換可能な拡散体を収容するハウジングの外部に配置された物理的に別個の構成要素として提供されてもよい。いくつかの実施形態では、切換可能な拡散体は、スメクチックＡ材料の層を含む。いくつかの実施形態では、スメクチックＡ材料の厚さは、５マイクロメートル〜２０マイクロメートルの範囲である。

スメクチックＡ材料又は他の切換可能な拡散体材料の状態を変更させるために必要な電圧波形は、当該技術分野で既知である。好適な波形は、例えば、米国特許第４，８９３，１１７号（Ｂｌｏｍｌｅｙら）に記載されている。いくつかの実施形態では、透明な状態からヘイズの状態に領域を切り換えるために低周波数波形が印加され、ヘイズ状態から透明な状態に切り換えるために高周波数波形が使用される。いくつかの実施形態では、低周波数波形は、約１０Ｈｚ〜約１００Ｈｚの範囲の周波数（例えば、約５０Ｈｚ）を有する。いくつかの実施形態では、高周波数波形は、約０．５Ｈｚ〜約４ｋＨｚの範囲の周波数（例えば、約１ｋＨｚ）を有する。

ヘイズ状態は、透明な状態の切換可能な拡散体に電圧波形が印加される時間により調節することができる。例えば、実質的に透明な状態の切換可能な拡散体に第１の期間だけ印加される低周波数波形により、第１のヘイズを有する第１のヘイズ状態にすることができ、実質的に透明な状態の切換可能な拡散体に第２の期間だけ印加される低周波数波形により、第１のヘイズとは異なる第２のヘイズを有する第２のヘイズ状態にすることができる。例えば、第１の期間を８００ｍｓとし、第２の期間を４００ｍｓとし、その結果として第２のヘイズより第１のヘイズが高くてもよい。

いくつかの実施形態では、切換可能な拡散体が一部の領域が透明な状態にあり一部の領域がヘイズ状態にある状態にあり、透明からヘイズ及びヘイズから透明への状態変更の両方が必要であるとき、拡散体コントローラは、最初に低周波数波形を透明な状態からヘイズ状態に変更される領域に印加し、続いて高周波数波形をヘイズ状態から透明な状態に変更される領域に印加するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、切換可能な拡散体が一部の領域が透明な状態にあり一部の領域がヘイズ状態にある状態にあり、透明からヘイズ及びヘイズから透明への状態変更の両方が必要であるとき、拡散体コントローラは、最初に高周波数波形をヘイズ状態から透明な状態に変更される領域に印加し、続いて低周波数波形を透明な状態からヘイズ状態に変更される領域に印加するように構成される。いくつかの実施形態では、切換可能な拡散体が一部の領域が透明な状態にあり一部の領域がヘイズ状態にある状態にあり、透明からヘイズ及びヘイズから透明への状態変更の両方が必要であるとき、拡散体コントローラは、第１の期間、低周波数波形を透明な状態からヘイズ状態に変更される領域に印加し、第２の期間、高周波数波形をヘイズ状態から透明な状態に変更される領域に印加するように構成され、第１の期間及び第２の期間は、重なり合う。

図１１Ａは、第１〜第９の独立してアドレス可能な領域１１１０Ａ−１〜１１１０Ａ−９を有する切換可能な拡散体１１１０Ａの平面図である。図１１Ｂは、第１〜第３の独立してアドレス可能な領域１１１０Ｂ−１〜１１１０Ｂ−３を有する切換可能な拡散体１１１０Ｂの平面図である。図７Ｃは、第１〜第４の独立してアドレス可能な領域１１１０Ｃ−１〜１１１０Ｃ−４を有する切換可能な拡散体１１１０Ｃの平面図である。切換可能な拡散体１１１０Ｃは、区域１１７４において切換可能な拡散体１１１０Ｃ上に光を生成する４つのＬＥＤを有する光源の上に配置される。それぞれの独立してアドレス可能な領域は、１つのＬＥＤに対応する。そのような配置により、照明構成要素の光出力の調節機能の有用度が可能になる。ＬＥＤは、異なるスペクトルパワー分布機能を有することができ（例えば、ＬＥＤは、異なる色のＬＥＤとすることができる）、又は、すべてが実質的に同じスペクトルパワー分布関数を有することができる（例えば、すべてのＬＥＤが白色であり得る同じ色を有することができる）。ＬＥＤが異なる色のＬＥＤである場合、切換可能な拡散体１１１０Ｃは、異なる方向に異なる色調の光出力を生成することができる様々な色の出力分布を制御するために使用することができる。これは、例えば、ステージ照明などの様々な照明用途において有用であり得る。４つのＬＥＤ及び４つのアドレス可能な領域が図１１Ｃに示されているが、任意の数のＬＥＤ及び任意の数の独立してアドレス可能な領域を使用することができる。いくつかの実施形態では、切換可能な拡散体は、複数のＬＥＤに位置合わせすることができるが、ＬＥＤの数と切換可能な拡散体のアドレス可能な領域の数に１対１の対応があってもよく、又はなくてもよい。例えば、切換可能な拡散体の単一の領域に対応する２つ以上のＬＥＤがあってもよい。

セグメント化された層などの追加の光学層を、切換可能な拡散体に隣接して配置することができる。いくつかの実施形態では、セグメント化された層は、切換可能な拡散体に隣接して配置され、切換可能な拡散体の独立してアドレス可能な領域に位置合わせされる。セグメント化された層は、それぞれが光学的効果を生成する複数のセグメントを有することができる。いくつかの実施形態では、切換可能な拡散体及びセグメント化された層は、それぞれのセグメントがその対応するＬＥＤからの光出力を調整するように、（例えば、図１１Ｃにあるように）ＬＥＤと位置合わせすることができる。例えば、切換可能な拡散体の対応する領域が実質的に透明な状態にあるとき、セグメント化された層を透過した後の第１のＬＥＤの出力分布は、（切換可能な拡散体に平行な平面内で）実質的に円形分布を有することができ、切換可能な拡散体の対応する領域が実質的に透明な状態にあるとき、セグメント化された層を透過した後の第２のＬＥＤの出力分布は、（切換可能な拡散体に平行な平面内で）楕円分布を有することができる。セグメント化された層は、層の異なるセグメントで異なる複製パターン（例えば、微細複製の）を有することができる。セグメント化された層に使用することができる好適な材料としては、例えば、表面レリーフホログラムを利用し得る、Ｌｕｍｉｎｉｔ，ＬＬＣ（Ｔｏｒｒａｎｃｅ，ＣＡ）から入手可能な拡散体が挙げられる。切換可能な拡散体の独立してアドレス可能な領域が、セグメント化された層に位置合わせされ複数のＬＥＤに位置合わせされた、切換可能な拡散体とセグメント化された層との組み合わせにより、照明構成要素の光出力に対して高度の同調性が可能になる。

９つ、３つ、及び４つのアドレス可能な領域が図１１Ａ〜図１１Ｃに示されているが、それぞれ、任意の数の独立してアドレス可能な領域を使用することができる。例えば、切換可能な拡散体は、少なくとも１０個、又は少なくとも１００個の独立してアドレス可能な領域を含む、独立してアドレス可能な領域のｘ−ｙ格子を有することができる。これは、ｘ−ｙ格子の一部分を透過する光注入領域からの光が特定の方向に反射されるように形状決めされた、少なくとも１つの反射型又は半透過型表面を有する実施形態に対して有用であり得る。独立してアドレス可能な領域のｘ−ｙ格子を有することにより、照明構成要素からの角度、スペクトル、及び／又は偏光出力分布に対して高度の調節機能を可能にすることができる。本明細書の光学系と共に使用するために好適な他の好適な切換可能な拡散体は、米国特許仮出願第６２／０７６９４６号（Ｄｕら）に記載されている。

図１２は、電気的に切換可能な拡散体とすることができる、又は低吸収光学構成要素とすることができる、光学構成要素１２９０の断面図である。光学構成要素１２９０は、本明細書の光学系のいずれかに使用される切換可能な拡散体又は低吸収光学構成要素の任意のものに対応することができる。光学構成要素１２９０は、第１の領域１２９４内の光方向転換構造体の第１の組１２９２、及び第２の領域１２９８内の光方向転換構造体の第２の組１２９６を含む。光方向転換構造体の第１の組１２９２は、光方向転換構造体の第２の組１２９６とは異なる。例示した実施形態では、光方向転換構造体の第１の組１２９２は、光方向転換構造体の第２の組１２９６より大きなサイズを有する。いくつかの実施形態では、光方向転換構造体の第１及び第２の組は、サイズ、形状、間隔、又は勾配について異なる分布を有する。例示した実施形態では、光学構成要素の同じ側に光方向転換構造体の２つの領域がある。他の実施形態では、２つより多い領域があり、領域は、光学構成要素１２９０の外面の片面又は両面上に配置することができる。

いくつかの実施形態では、光方向転換構造体は、サイズ、形状、及び間隔について空間的に規則的な分布を有する。いくつかの実施形態では、光方向転換構造体は、サイズ、形状、及び間隔のうちの少なくとも１つについて空間的に不規則（ランダム又は疑似ランダム）な分布を有する。いくつかの実施形態では、光方向転換構造体は、屈折構造体、回折構造体、又はこれらの組み合わせを含む。

光方向転換構造体は、様々な好適な手段の任意のものを使用して光学構成要素（例えば、切換可能な拡散体又は低吸収光学構成要素）の外面上に形成され得る。例えば、光方向転換構造体は、望ましいパターン又は構造体を含む微細複製ツールを使用して、外面上に重合性樹脂組成物をキャストして、樹脂組成物をツール表面と接触しているときに硬化させることにより、形成され得る。そのようなキャスト及び硬化プロセスは、例えば、米国特許第５，１７５，０３０号（Ｌｕら）及び米国特許第５，１８３，５９７号（Ｌｕ）に記載されている。エンボス加工又は他の表面構造化方法もまた、使用することができる。

光方向転換構造体は、任意の好適な形状又は形状の分布を有することができる。好適な形状としては、例えば、レンズレット、線状プリズム、角錐、円錐、及びこれらの組み合わせが挙げられる。含まれる場合、レンズレットは、任意の好適な形状を有することができ、アーチ状の断面を有することができる。レンズレットは、例えば、球形又は楕円形のキャップとすることができる。これらの形状を、ランダムに若しくは疑似ランダムに配置することができ、又は、正方格子上など、若しくは等辺三角格子とも呼ばれることがある六方格子上などの繰り返しパターンに配置することができる。いくつかの実施形態では、光方向転換構造体は、隣り合った光方向転換構造体が互いに直接隣接して表面を実質的に覆う。いくつかの実施形態では、光方向転換構造体は、隣り合った構造体の間に間隔を有して配置されてもよい。いくつかの実施形態では、光方向転換構造体は、周期的分布などの空間的に一定の分布を有して配置される。いくつかの実施形態では、光方向転換構造体は、ランダム又は他の方法で非周期的な分布などの空間的に可変の分布を有して配置される。いくつかの実施形態では、光方向転換構造体は、レンズ状構造体などの構造体の同心のリングに配置され、円、楕円上などに配置されてもよい。いくつかの実施形態では、光方向転換構造体は、螺旋状プリズムなどの螺旋状レンズ状構造体とすることができる。

いくつかの実施形態では、光方向転換構造体の表面積の少なくとも約５０パーセント、又は少なくとも約６０パーセント、又は少なくとも約８０パーセント、又は少なくとも約９０パーセントは、基材の平面の法線に対して、約１０度、又は約１５度〜約４０度、又は約４５度の範囲の角度を有する面法線を有する。

球形キャップを、低吸収光学構成要素であり得る又は切換可能な拡散体であり得る光学構成要素１５３０の一部分の概略断面図である図１５に示す。光学構成要素１５３０は、基材１５３１、及び例示した実施形態では半弧角１５８８を有する球形キャップである光方向転換構造体１５３５を含む構造化表面１５３４を含む。光方向転換構造体１５３５は、基材の平面に対して（０〜９０度の範囲であるようにとられた）角度θをなし、かつ基材の平面の法線に対して（９０度マイナスθに等しい）角度αをなす面法線１５８６を有する。光方向転換構造体１５３５は、照明構成要素の方を向く又は照明構成要素から離れる方を向くことができる。いくつかの実施形態では、球形キャップは、光源から離れる方を向き、約２５度、又は約３０度〜約４０度、又は約４５度の範囲の半弧角１５８８を有する。いくつかの実施形態では、面法線と基材の平面の法線との間の角度αの構造化表面１５３４にわたる平均は、１０度又は１５度、又は２０度〜３０度、又は３５度又は４０度の範囲である。いくつかの実施形態では、面法線と基材の平面との間の角度θの構造化表面１５３４にわたる平均は、５０度又は５５度、又は６０度〜７０度、又は７５度又は８０度の範囲である。いくつかの実施形態では、球形キャップは、光源に面し、約３０度、又は約３５度〜約８０度、又は約９０度の範囲の半弧角１５８８を有する。いくつかの実施形態では、面法線と基材の平面の法線との間の角度αの構造化表面１５３４にわたる平均は、１５度、又は２０度〜６０度、又は６５度の範囲である。いくつかの実施形態では、面法線と基材の平面との間の角度θの構造化表面１５３４にわたる平均は、３０度、又は３５度〜７０度、又は７５度の範囲である。実施例に示すように、そのような形態は、光学構成要素を通した高い透過率を維持しながら所望のレベルの光拡散を与えることが見出されている。

線状プリズムを、低吸収光学構成要素であり得る又は切換可能な拡散体であり得る光学構成要素１６３０の一部分の概略断面図である図１６に示す。光学構成要素１６３０は、基材１６３１、及び例示した実施形態では頂角１６８７を有し勾配角１６８９を有する線状プリズムである光方向転換構造体１６３５を含む構造化表面１６３４を含む。平坦な側面を有するプリズムの場合、勾配角１６８９は、表面１６３４の法線と基材の平面との間の角度に等しい。光方向転換構造体１６３５は、照明構成要素の方を向く、又は照明構成要素から離れる方を向くことができる。いくつかの実施形態では、プリズムは、光源から離れる方を向き、約１０度（約１６０度の頂角１６８７に対応する）、又は約１５度（約１５０度の頂角１６８７に対応する）〜約３０度（約１２０度の頂角１６８７に対応する）、又は約３５度（約１１０度の頂角１６８７に対応する）の範囲の勾配角１６８９を有する。いくつかの実施形態では、プリズムは、光源に面し、約１０度（約１６０度の頂角１６８７に対応する）、又は約１５度（約１５０度の頂角１６８７に対応する）〜約４０度（約１００度の頂角１６８７に対応する）、又は約４５度（約９０度の頂角１６８７に対応する）の範囲の勾配角１６８９を有する。実施例に示すように、そのような形態は、光学構成要素を通した高い透過率を維持しながら所望のレベルの光拡散を与えることが見出されている。

相対的に大きな勾配を有する円錐は、いくつかの用途では望ましいことがある高強度のリング形状の領域を有する出力分布を提供することができる。相対的に大きな勾配角を有する線状プリズムは、いくつかの用途では望ましいことがある高強度の２個のローブを持つ形状の領域を有する出力分布を提供することができる。底面及びｎ個の面（ｎは、任意の好適な数とすることができ、例えば、３、４、５、又は６とすることができる）を有する角錐は、いくつかの用途では望ましいことがある高強度のｎ個のローブを持つ形状の領域を有する出力分布を提供するために使用することができる。相対的に急な勾配を有する壁及び相対的に鋭い尖端を有する鋭い先端形状の角錐は、ｎ個のローブを持つ出力分布を生成する傾向がある。相対的に浅い勾配を有する壁を有する角錐、及び曲線的な先端の尖端を有する角錐は、ローブが一体に融合した出力分布を生成する傾向がある。そのような分布は、いくつかの用途において望ましい場合がある。円錐の場合にリング形状の分布、又はプリズム若しくは角錐の場合にローブを生成するために必要な勾配は、入力光分布に依存し得て、鋭いピークの入力光に対してリング形状の領域を生成するために相対的に浅い勾配が必要とされ、より広い分布を有する入力光に対してより急な勾配が必要とされる。

いくつかの実施形態では、本明細書で説明する光学系のうちの１つ以上を含む照明システムが提供される。照明システムは、例えば、ディスプレイ用途、看板用途、又は室内照明用途に使用することができる。照明システム又は個々の光学系は、少なくとも１つのセンサ及びコントローラを含むことができる。センサは、個々の光学系に含まれる若しくは個々の光学系に隣接する場合があり、又は光学系のいずれかから空間的に分離している場合がある。センサは、例えば、光学センサ、電気センサ、熱センサ、音響センサ、圧力センサ、電磁センサ、時間センサ（例えば、タイマー又は時計）、動きセンサ、近接センサ、及び加速度計のうちの少なくとも１つである又はそれを含むことができる。センサは、部屋又は部屋の一部分の照明が暗すぎる又は明るすぎるときを検出する光センサとすることができ、そのような情報を含む信号をコントローラに供給することができる。いくつかの実施形態では、センサは、部屋若しくは部屋のある区域内に誰かがいるときを検出する、又は部屋若しくは部屋のある区域内にいる人数を検出することができる、近接センサとすることができる。いくつかの実施形態では、センサは、特定の時刻に、又は特定の時間が経過した後で、切換可能な拡散体の状態を変更するようにコントローラに信号を送る、時間センサとすることができる。いくつかの実施形態では、１つ以上のセンサは、タイマー及び別のセンサの両方を含む。コントローラは、トリガイベントが他のセンサにより検出された後に特定の時間が経過した後で、切換可能な拡散体の状態を変更することができる。例えば、コントローラは、近接センサ又は動きセンサが誰かが部屋にいたことを最後に検出してから特定の時間が経過した後で、照明システムをオフにする又は減光することができる。コントローラは、少なくとも１つのセンサから情報を受信して、光学系（単数又は複数）内の切換可能な拡散体（単数又は複数）の適切な状態を判定することができる。コントローラは、次に、状態変更が必要であると判定した場合、制御信号を１つ以上の光学系内の１つ以上の切換可能な拡散体に送信することができる。コントローラはまた、１つ以上のセンサにより受信した信号に応じて、１つ以上の光学系内の光源（単数又は複数）を制御することができる。いくつかの実施形態では、コントローラは、対応する切換可能な拡散体の状態が変更されると、光源の出力レベルを変更することができる。これは、状態変更に関連する光学的効果をマスキングするために有用であり得る。例えば、コントローラは、切換可能な拡散体が透明な状態からヘイズ状態に切り換えられると、光源の出力レベルを減光する又は下げ、その後続いて光源の出力レベルを、その状態変更の前のレベルに戻す、又は異なるレベルに変更することができる。

図１３は、切換可能な拡散体１３１０を含む光学系１３００を含む、照明システム１３０３を模式的に示す。光学系１３００は、センサ１３８０に接続されたコントローラ１３４０に接続されている。光学系１３００とコントローラ１３４０との間の接続は、有線コネクタ又は無線接続とすることができる。同様に、コントローラ１３４０とセンサ１３８０との間の接続は、有線又は無線とすることができる。コントローラ１３４０は、制御信号を光学系１３００に供給するように構成される。制御信号は、光学系１３００の照明構成要素に送信される光学系１３００の出力レベルを設定する照明制御信号、並びに切換可能な拡散体１３１０の適切な状態を設定する拡散体制御信号を含むことができる。例示した実施形態では、１つの光学系及び１つのセンサが提供される。他の実施形態では、照明システムは、複数の光学系及び／又は複数のセンサを含むことができる。光学系、コントローラ、及び／又はセンサの数は、一対一の対応であってもよく、又はそうでなくてもよい。いくつかの実施形態では、照明システムは、それぞれの光学系に対してコントローラを提供する。他の実施形態では、照明システムは、本明細書の複数の光学系と、１つ以上のセンサと、１つ以上の信号を１つ以上のセンサから受信し、光学系の複数の切換可能な拡散体に制御信号を供給するように構成されたコントローラと、を含む。例示した実施形態では、センサ１３８０は、光学系１３００から分離している。他の実施形態では、センサ１３８０は、光学系１３００に隣接して、又はその中に、又は部分的にその中に配置されてもよい。同様に、コントローラ１３４０は、光学系１３００から分離して、又はそれに隣接して、又はその中に、又は部分的にその中に配置されてもよい。

基材の表面に光方向転換構造体を有する基材を有する光学構成要素に向けた光を供給する光源を有するシステムに対して、標準的な光線追跡技術を利用したシミュレーションを実行した。光源は、入力光を、結果として生じる光出力を生成する光学構成要素に供給した。光学構成要素への入力光は、光学構成要素の平面の法線上に中心を置く半値半幅（half width and half maximum）（ＨＷＨＭ）分布を有するとしてモデル化した。光分布のＨＷＨＭは、光分布のＦＷＨＭの半分である。入力光（光源からの光）は、１２度又は３０度のいずれかのＨＷＨＭを有するとしてモデル化した。光学構成要素を通った光出力の透過率及び分布を決定して、対応する出力ＨＷＨＭを得た。線状プリズムは、隣接するプリズム間に間隙がなく５０マイクロメートルのピッチを有するとしてモデル化した。円錐及び部分球は、１０１マイクロメートルの直径を有するとしてモデル化して、密に詰めた六角形パターンに配置した。

光学構成要素は、本明細書で説明するような外面に光方向転換構造体を有する低吸収光学構成要素に対応すると理解することができる、又は、光学構成要素は、本明細書で説明するような、実質的に透明な状態にあり、外面に光方向転換構造体を有する切換可能な拡散体に対応すると理解することができる。

図１７は、光源から離れる方を向いた球形キャップ（図１５のような）の場合に対する、光学構成要素を通った透過パーセントに関する結果を、部分球半弧角度の関数として示す。透過パーセントは、光学構成要素と同じ屈折率を有する平坦なフィルムを通った透過パーセントで割ることにより正規化した。光源の１２度のＨＷＨＭ並びに球形キャップ及び基材に対する１．５の屈折率の場合を、データ系列１７６４として示す。光源の１２度のＨＷＨＭ並びに球形キャップ及び基材に対する１．６の屈折率の場合を、データ系列１７６５として示す。光源の３０度のＨＷＨＭ並びに球形キャップ及び基材に対する１．５の屈折率の場合を、データ系列１７６７として示す。光源の３０度のＨＷＨＭ並びに球形キャップ及び基材に対する１．６の屈折率の場合を、データ系列１７６９として示す。

図１８は、光源から離れる方を向いた球形キャップ（図１５のような）の場合に対する、光学構成要素からの光出力のＨＷＨＭに関する結果を、部分球半弧角度の関数として示す。光源のＨＷＨＭが１２度並びに球形キャップ及び基材の屈折率が１．５の場合を、データ系列１８６４として示す。光源のＨＷＨＭが１２度並びに球形キャップ及び基材の屈折率が１．６の場合を、データ系列１８６５として示す。光源のＨＷＨＭが３０度並びに球形キャップ及び基材の屈折率が１．５の場合を、データ系列１８６７として示す。光源のＨＷＨＭが３０度並びに球形キャップ及び基材の屈折率が１．６の場合を、データ系列１８６９として示す。

図１９は、光源に面した球形キャップ（図１５のような）の場合に対する、光学構成要素を通った透過パーセントに関する結果を、部分球半弧角度の関数として示す。透過パーセントは、光学構成要素と同じ屈折率を有する平坦なフィルムを通った透過パーセントで割ることにより正規化した。光源のＨＷＨＭが１２度並びに球形キャップ及び基材の屈折率が１．５の場合を、データ系列１９６４として示す。光源のＨＷＨＭが１２度並びに球形キャップ及び基材の屈折率が１．６の場合を、データ系列１９６５として示す。光源のＨＷＨＭが３０度並びに球形キャップ及び基材の屈折率が１．５の場合を、データ系列１９６７として示す。光源のＨＷＨＭが３０度並びに球形キャップ及び基材の屈折率が１．６の場合を、データ系列１９６９として示す。

図２０は、光源に面した球形キャップ（図１５のような）の場合に対する、光学構成要素からの光出力のＨＷＨＭに関する結果を、部分球半弧角度の関数として示す。光源のＨＷＨＭが１２度並びに球形キャップ及び基材の屈折率が１．５の場合を、データ系列２０６４として示す。光源のＨＷＨＭが１２度並びに球形キャップ及び基材の屈折率が１．６の場合を、データ系列２０６５として示す。光源のＨＷＨＭが３０度並びに球形キャップ及び基材の屈折率が１．５の場合を、データ系列２０６７として示す。光源のＨＷＨＭが３０度並びに球形キャップ及び基材に対する屈折率が１．６の場合を、データ系列２０６９として示す。

図２１は、光源から離れる方を向いた線状プリズム（図１６のような）の場合に対する、光学構成要素を通った透過パーセントに関する結果を、プリズム頂角の関数として示す。透過パーセントは、光学構成要素と同じ屈折率を有する平坦なフィルムを通った透過パーセントで割ることにより正規化した。光源のＨＷＨＭが１２度並びにプリズム及び基材の屈折率が１．５の場合を、データ系列２１６４として示す。光源のＨＷＨＭが１２度並びにプリズム及び基材の屈折率が１．６の場合を、データ系列２１６５として示す。光源のＨＷＨＭが３０度並びにプリズム及び基材の屈折率が１．５の場合を、データ系列２１６７として示す。光源のＨＷＨＭが３０度並びにプリズム及び基材の屈折率が１．６の場合を、データ系列２１６９として示す。

図２２は、光源から離れる方を向いた線状プリズム（図１６のような）の場合に対する、光学構成要素からの光出力のＨＷＨＭに関する結果を、プリズム勾配の関数として示す。光源のＨＷＨＭが１２度並びにプリズム及び基材の屈折率が１．５の場合を、データ系列２２６４として示す。光源のＨＷＨＭが１２度並びにプリズム及び基材の屈折率が１．６の場合を、データ系列２２６５として示す。光源のＨＷＨＭが３０度並びにプリズム及び基材の屈折率が１．５の場合を、データ系列２２６７として示す。光源のＨＷＨＭが３０度並びにプリズム及び基材の屈折率が１．６の場合を、データ系列２２６９として示す。

図２３は、光源に面した線状プリズム（図１６のような）の場合に対する、光学構成要素を通った透過パーセントに関する結果を、プリズム頂角の関数として示す。透過パーセントは、光学構成要素と同じ屈折率を有する平坦なフィルムを通った透過パーセントで割ることにより正規化した。光源のＨＷＨＭが１２度並びにプリズム及び基材の屈折率が１．５の場合を、データ系列２３６４として示す。光源のＨＷＨＭが１２度並びにプリズム及び基材の屈折率が１．６の場合を、データ系列２３６５として示す。光源のＨＷＨＭが３０度並びにプリズム及び基材の屈折率が１．５の場合を、データ系列２３６７として示す。光源のＨＷＨＭが３０度並びにプリズム及び基材の屈折率が１．６の場合を、データ系列２３６９として示す。

図２４は、光源に面した線状プリズム（図１６のような）の場合に対する、光学構成要素からの光出力のＨＷＨＭに関する結果を、プリズム勾配の関数として示す。光源のＨＷＨＭが１２度並びにプリズム及び基材の屈折率が１．５の場合を、データ系列２４６４として示す。光源のＨＷＨＭが１２度並びにプリズム及び基材の屈折率が１．６の場合を、データ系列２４６５として示す。光源のＨＷＨＭが３０度並びにプリズム及び基材の屈折率が１．５の場合を、データ系列２４６７として示す。光源のＨＷＨＭが３０度並びにプリズム及び基材の屈折率が１．６の場合を、データ系列２４６９として示す。

比較のために、１２度又は３０度のＨＷＨＭを有する光がボリューム拡散体を通って透過した場合の、ボリューム拡散体を通った光出力のＨＷＨＭを計算した。ボリューム拡散体は、Ｈｅｎｙｅｙ−Ｇｒｅｅｎｓｔｅｉｎ拡散モデルを使用してモデル化した。このモデルは、ホスト材料の屈折率１．５及び拡散体厚さ１ｍｍを仮定した。このモデルは、２つの更なるパラメータ、散乱係数μ（長さの逆数の単位を有する）及びＨｅｎｙｅｙ−Ｇｒｅｅｎｓｔｅｉｎ散乱異方性関数ｐ（θ）に使用される無次元パラメータｇを含む。Ｈｅｎｙｅｙ−Ｇｒｅｅｎｓｔｅｉｎモデルは、例えば、Ｋｉｅｎｌｅらの「Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ａｎｄ ｔｈｅ ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ ｆａｃｔｏｒ ｆｒｏｍ ｌａｓｅｒ Ｄｏｐｐｌｅｒ ｓｐｅｃｔｒａ ｏｆ ｌｉｑｕｉｄｓ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｂｌｏｏｄ」（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ，Ｖｏｌ．２５，Ｎｏ．１９，１９９６）に記載されている。パラメータｇがゼロである場合、散乱は等方性であり、ゼロ未満のｇは、後方散乱を裏付け、ゼロより大きなｇは、前方散乱を裏付ける。μがおおよそ拡散体の厚さの逆数である場合、拡散体に入射する光線の大部分は、散乱せずに透過する。これは、突き抜け（punch−through）と呼ばれる。μが拡散体の厚さの逆数よりかなり大きい場合、突き抜けは、なくなり、散乱光の分布は、所与の透過率値に対して最も広いＨＷＨＭ値を有する。透過率及びＨＷＨＭは、μ×（１−ｇ）×拡散体厚さの積の一定値に対して固定される。ＨＷＨＭ値に対する透過率を、ランダムに選択したパラメータμ及びｇに対して決定した結果を図２５〜図２９に示す。これらの図で破線として示される、データが密になっている上限は、μが拡散体厚さの逆数よりずっと大きくなる条件の範囲を定めるＳ字形曲線である。

図２５は、入力が１２度のＨＷＨＭを有した場合のＨＷＨＭ出力に関する結果を、透過パーセントの関数として示し、図２６は、入力が３０度のＨＷＨＭを有した場合のＨＷＨＭ出力に関する結果を、透過パーセントの関数として示す。透過パーセントは、これらのグラフで正規化されていないので、最大値は、フレネル反射のために１００パーセント未満である。ボリューム拡散体に関して、及び光方向転換構造体を有する各種の光学構成要素に関して、結果を示す。考慮した光方向転換構造体は、光源に面した部分球、光源に面した円錐、光源に面した、５００マイクロメートルの底面を有し、０．８５マイクロメートル、１５マイクロメートル、２５マイクロメートル、及び３５マイクロメートルの曲率半径を有する曲線的な先端を有するプリズムであった。正方リップルに関する結果もまた示す。正方リップルは、最大角度まで一定で、より大きな角度に対してゼロである、基材の平面の法線に対する面法線角度のランダム分布を指す。光学構成要素の屈折率は、１．５であった。

図２５に示すように、部分球のデータは、３０度の部分球半弧角度に対するデータ点２５３０ｓ、５０度の部分球半弧角度に対するデータ点２５５０ｓ、及び７０度の部分球半弧角度に対するデータ点２５７０ｓを含む。円錐のデータは、２６．３度の頂角に対するデータ点２５２６３、３３．１度の頂角に対するデータ点２５３３１、２９．３度の頂角に対するデータ点２５３９３、及び４４．７度の頂角に対するデータ点２５４４７を含む。０．８５マイクロメートルの先端半径を有するプリズムに対する結果は、２０度のプリズム勾配角に対するデータ点２５２０−８５、２５度のプリズム勾配角に対するデータ点２５２５−８５、３５度のプリズム勾配角に対するデータ点２５３５−８５、及び４５度のプリズム勾配角に対するデータ点２５４５−８５を含む。１５マイクロメートルの先端半径を有するプリズムに対する結果は、２２．５度のプリズム勾配角に対するデータ点２５２２５、２７．５度のプリズム勾配角に対するデータ点２５２７５、及び４５度のプリズム勾配角に対するデータ点２５４５−１５を含む。正方リップルに対する結果は、３５度の最大角度に対するデータ点２５３５ｒ、及び４５度の最大角度に対するデータ点２５４５ｒを含む。

図２６に示すように、部分球のデータは、６５度の部分球半弧角度に対するデータ点２５６５ｓ、８０度の部分球半弧角度に対するデータ点２６８０ｓ、及び９０度の部分球半弧角度に対するデータ点２６９０ｓを含む。円錐のデータは、３３．１度の頂角に対するデータ点２６３３１、３９．３度の頂角に対するデータ点２６３９３、及び４４．７度の頂角に対するデータ点２６４４７を含む。０．８５マイクロメートルの先端半径を有するプリズムに対する結果は、３５度のプリズム勾配角を有するプリズムに対するデータ点２６３５−８５、４０度のプリズム勾配角を有するプリズムに対するデータ点２６４０−８５、及び４５度のプリズム勾配角を有するプリズムに対するデータ点２６４５−８５を含む。１５マイクロメートルの先端半径を有するプリズムに対する結果は、３５度のプリズム勾配角を有するプリズムに対するデータ点２６３５−１５、４０度のプリズム勾配角を有するプリズムに対するデータ点２６４０−１５、４２．５度のプリズム勾配角を有するプリズムに対するデータ点２６４２５−１５、及び４５度のプリズム勾配角を有するプリズムに対するデータ点２６４５−１５を含む。正方リップルに対する結果は、４０度の最大角度に対するデータ点２６４０ｒ、及び４５度の最大角度に対するデータ点２６４５ｒを含む。

図２５〜図２６は、ボリューム拡散体と比較して、所与のＨＷＨＭ出力に対してより高い透過率を生じる、及び／又は所与の透過率に対してより高いＨＷＨＭを生じる、表面構造体が広範囲に存在することを示す。

図２７は、入力が１２度のＨＷＨＭを有していて、光学構成要素の構造化表面が光源から離れる方を向いていた場合の、ＨＷＨＭ出力に関する結果を透過パーセントの関数として示す。５０マイクロメートルの底面及び０．８５マイクロメートルの曲率半径を有する先端を有する線状プリズムをモデル化した。部分球もまた含まれている。光学構成要素の屈折率は、１．５であった。プリズムに対する結果は、１３５度の頂角を有するプリズムに対するデータ点２７１３５、１２５度の頂角を有するプリズムに対するデータ点２７１２５、及び１１５度の頂角を有するプリズムに対するデータ点２７１１５を含む。線状プリズムは、少なくとも１１５度〜１４５度の範囲の頂角に対して、ボリューム拡散体と比較して、所与のＨＷＨＭに対してより高い透過率を与えた。

光源に面した、４側面を有し、隣接する角錐間に隙間がなく正方格子上に配置された角錐を有する光学構成要素を、１２度及び３０度のＨＷＨＭを有する入力光に関してモデル化した。角錐の側面は、基材の平面に対して異なる勾配を有した。光学構成要素は、１．５の屈折率を有していた。１２度のＨＷＨＭの入力に関する結果を図２８に示し、３０度のＨＷＨＭの入力に関する結果を図２９に示す。図２８に示す結果は、１７．７度の勾配を有する側面を有する角錐に対するデータ点２８１７７、２９．２度の勾配を有する側面を有する角錐に対するデータ点２８２９２、３５．８度の勾配を有する側面を有する角錐に対するデータ点２８３５８、３８．７度の勾配を有する側面を有する角錐に対するデータ点２８３８７、及び４１．３度の勾配を有する側面を有する角錐に対するデータ点２８４１３を含む。図２９に示す結果は、２５．６度の勾配を有する側面を有する角錐に対するデータ点２９２５６、３２．６度の勾配を有する側面を有する角錐に対するデータ点２９３２６、３５．８度の勾配を有する側面を有する角錐に対するデータ点２９３５８、３８．７度の勾配を有する側面を有する角錐に対するデータ点２９３８７、及び４１．３度の勾配を有する側面を有する角錐に対するデータ点２８４１３を含む。

以下は、本明細書の例示的な実施形態のリストである。

実施形態１は、
照明構成要素と、
照明構成要素と光学的に連通している切換可能な拡散体であって、少なくとも第１の状態及び第２の状態を有し、第１の状態は、第１のヘイズにより特徴付けられ、第２の状態は、第１のヘイズとは異なる第２のヘイズにより特徴付けられた、切換可能な拡散体と、
照明構成要素と光学的に連通しており、切換可能な拡散体と光学的に連通している、低吸収光学構成要素と、を備える光学系であって、
低吸収光学構成要素は、互いに反対側にある第１及び第２の外面を含み、第１及び第２の外面のうちの少なくとも１つは、光方向転換構造体を含み、
切換可能な拡散体が第１の状態にあって、光学系が光出力を生成するとき、光方向転換構造体は、光学系の光出力の半値全幅（ＦＷＨＭ）を、光方向転換構造体を含まないが他の点では同等な光学系のＦＷＨＭと比較して、少なくとも一つの方向において少なくとも５度増大させるように構成された、光学系である。

実施形態２は、
照明構成要素と、
照明構成要素と光学的に連通している切換可能な拡散体であって、少なくとも第１の状態及び第２の状態を有し、第１の状態は、第１のヘイズにより特徴付けられ、第２の状態は、第１のヘイズとは異なる第２のヘイズにより特徴付けられた、切換可能な拡散体と、を備える光学系であって、
切換可能な拡散体は、第１の外層と第２の外層との間に配置された活性層を含み、第１の外層は、活性層の反対側の第１の外面を有し、第２の外層は、活性層の反対側の第２の外面を有し、第２の外層は、照明構成要素に面し、第１及び第２の外面のうちの少なくとも１つは、光方向転換構造体を含み、
切換可能な拡散体が第１の状態にあって、光学系が光出力を生成するとき、光方向転換構造体は、光学系の光出力の半値全幅（ＦＷＨＭ）を、光方向転換構造体を含まないが他の点では同等な光学系のＦＷＨＭと比較して、少なくとも一つの方向において少なくとも５度増大させるように構成された、光学系である。

実施形態３は、
照明構成要素と、
照明構成要素と光学的に連通している切換可能な拡散体であって、少なくとも第１の状態及び第２の状態を有し、第１の状態は、第１のヘイズにより特徴付けられ、第２の状態は、第１のヘイズとは異なる第２のヘイズにより特徴付けられ、
切換可能な拡散体は、第１の外層と第２の外層との間に配置された活性層を含み、第１の外層は、活性層の反対側の第１の外面を有し、第２の外層は、活性層の反対側の第２の外面を有する、切換可能な拡散体と、
照明構成要素と光学的に連通しており、切換可能な拡散体と光学的に連通しており、互いに反対側にある第３及び第４の外面を含む、低吸収光学構成要素と、を備える光学系であって、
第１、第２、第３及び第４の外面のうちの少なくとも１つは、光方向転換構造体を含み、
切換可能な拡散体が第１の状態にあって、光学系が光出力を生成するとき、光方向転換構造体は、光学系の光出力の半値全幅（ＦＷＨＭ）を、光方向転換構造体を含まないが他の点では同等な光学系のＦＷＨＭと比較して、少なくとも一つの方向において少なくとも５度増大させるように構成された、光学系である。

実施形態４は、切換可能な拡散体が第１の状態にあるときの光学系の光出力の平均方向が、切換可能な拡散体が第１の状態にあるときの他の点では同等な光学系の光出力の平均方向と同じである、実施形態１〜３のいずれかの光学系である。

実施形態５は、切換可能な拡散体が第１の状態にあるときの光学系の光出力の平均方向が、切換可能な拡散体が第１の状態にあるときの他の点では同等な光学系の光出力の平均方向とは異なる、実施形態１〜３のいずれかの光学系である。

実施形態６は、切換可能な拡散体が第１の状態にあるとき、切換可能な拡散体がゼロ度〜約８５度の範囲のすべての入射角で約５パーセント未満のヘイズを有する、実施形態１の光学系である。

実施形態７は、切換可能な拡散体が第１の状態にあるとき、活性層がゼロ度〜約８５度の範囲のすべての入射角で約５パーセント未満のヘイズを有する、実施形態２又は３の光学系である。

実施形態８は、光学系の光出力のＦＷＨＭが、他の点では同等な光学系のＦＷＨＭに対して、２つの直交する方向で増大した、実施形態１〜３のいずれかの光学系である。

実施形態９は、切換可能な拡散体が、複数の独立してアドレス可能な領域を含む、実施形態１〜３のいずれかの光学系である。

実施形態１０は、光方向転換構造体が、低吸収光学構成要素の第１の領域内の光方向転換構造体の第１の組、及び低吸収光学構成要素の第１の領域とは異なる低吸収光学構成要素の第２の領域内の光方向転換構造体の第２の組を含む、実施形態１又は３の光学系である。

実施形態１１は、光方向転換構造体の第１及び第２の組が、サイズ、形状、間隔、又は勾配について異なる分布を有する、実施形態１０の光学系である。

実施形態１２は、光方向転換構造体が、切換可能な拡散体の第１の領域内の光方向転換構造体の第１の組、及び切換可能な拡散体の第１の領域とは異なる切換可能な拡散体の第２の領域内の光方向転換構造体の第２の組を含む、実施形態２又は３の光学系である。

実施形態１３は、光方向転換構造体の第１及び第２の組が、サイズ、形状、間隔、又は勾配について異なる分布を有する、実施形態１２の光学系である。

実施形態１４は、光出力が、軸対称である、実施形態１〜３のいずれかの光学系である。

実施形態１５は、光出力が、軸方向に非対称である、実施形態１〜３のいずれかの光学系である。

実施形態１６は、光方向転換構造体が、サイズ、形状、及び間隔について空間的に規則的な分布を有する、実施形態１〜３のいずれかの光学系である。

実施形態１７は、光方向転換構造体が、サイズ、形状、及び間隔のうちの少なくとも１つについて空間的に不規則な分布を有する、実施形態１〜３のいずれかの光学系である。

実施形態１８は、光方向転換構造体が、回折構造体を含む、実施形態１〜３のいずれかの光学系である。

実施形態１９は、光方向転換構造体が、光出力の半値全幅（ＦＷＨＭ）を、他の点では同等な光学系のＦＷＨＭと比較して、少なくとも一つの方向において少なくとも１０度増大させるように構成された、実施形態１〜３のいずれかの光学系である。

実施形態２０は、低吸収光学構成要素が、照明構成要素の反対側で切換可能な拡散体に隣接して配置された、実施形態１の光学系である。

実施形態２１は、低吸収光学構成要素が、照明構成要素の反対側で切換可能な拡散体に隣接して配置された、実施形態３の光学系である。

実施形態２２は、空気間隙が、切換可能な拡散体と照明構成要素とを分離する、実施形態２、２０、又は２１のいずれかの光学系である。

実施形態２３は、切換可能な拡散体が、切換可能な拡散体の幅の約１０倍未満の距離だけ、照明構成要素から間隔を空けて配置された、実施形態１〜３のいずれかの光学系である。

実施形態２４は、光方向転換構造体が、切換可能な拡散体に面する、実施形態１又は実施形態３の光学系である。

実施形態２５は、光方向転換構造体が、切換可能な拡散体から離れる方を向く、実施形態１又は実施形態３の光学系である。

実施形態２６は、照明構成要素と光学的に連通している追加の拡散体を更に備える、実施形態１〜３のいずれかの光学系である。

実施形態２７は、追加の拡散体が、電気的に切換可能な拡散体である、実施形態２６の光学系である。

実施形態２８は、切換可能な拡散体が、スメクチックＡ液晶を含む、実施形態１〜３のいずれかの光学系である。

実施形態２９は、照明構成要素が、１つ以上の発光ダイオードを含む、実施形態１〜３のいずれかの光学系である。

実施形態３０は、照明構成要素が、光ガイドを含む、実施形態１〜３のいずれかの光学系である。

実施形態３１は、
実施形態１から３のいずれかによる１つ以上の光学系と、
１つ以上の光学系の切換可能な拡散体のうちの１つ以上に拡散体制御信号を供給するように構成されたコントローラと、
１つ以上のセンサと、を備え、
コントローラは、１つ以上のセンサから１つ以上の信号を受信するように構成された、照明システムである。

実施形態３２は、１つ以上のセンサが、光学センサ、電気センサ、熱センサ、音響センサ、圧力センサ、電磁センサ、時間センサ、動きセンサ、近接センサ、及び加速度計のうちの少なくとも１つを含む、実施形態３１の照明システムである。

実施形態３３は、コントローラが、１つ以上のセンサからの１つ以上の信号に応じて、光学系の切換可能な拡散体のうちの１つ以上の状態を変更するように構成された、実施形態３１の照明システムである。

実施形態３４は、コントローラが、１つ以上の光学系の照明構成要素のうちの１つ以上に照明制御信号を供給するように構成された、実施形態３１の照明システムである。

実施形態３５は、コントローラが、１つ以上の光学系の切換可能な拡散体のうちの１つ以上の少なくとも１つの状態の変更の間に、１つ以上の光学系の照明構成要素のうちの１つ以上を減光するように構成された、実施形態３４の照明システムである。

実施形態３６は、実施形態１〜３のいずれかの光学系を備えるディスプレイである。

実施形態３７は、実施形態３１の照明システムを備えるディスプレイである。

実施形態３８は、実施形態１〜３のいずれかの光学系を備える看板である。

実施形態３９は、実施形態３１の照明システムを備える看板である。

実施形態４０は、実施形態１〜３のいずれかの光学系を備える照明器具である。

実施形態４１は、実施形態３１の照明システムを備える照明器具である。

実施形態４２は、レンズを更に備え、切換可能な拡散体が、照明構成要素と低吸収光学構成要素との間に配置され、レンズが、切換可能な拡散体と低吸収光学構成要素との間に配置された、実施形態１又は実施形態３の光学系である。

実施形態４３は、レンズが、内部全反射レンズである、実施形態４２の光学系である。

実施形態４４は、光方向転換構造体が、レンズレット、線状プリズム、角錐、円錐、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される、実施形態１〜３のいずれかの光学系である。

実施形態４５は、光方向転換構造体が、レンズレットである、実施形態４４の光学系である。

実施形態４６は、レンズレットが、球形キャップ又は楕円キャップである、実施形態４５の光学系である。

実施形態４７は、光方向転換構造体の表面積の少なくとも約６０パーセントが、光方向転換構造体を含む基材の平面の法線に対して、約１５度〜約４０度の範囲の角度を有する面法線を有する、実施形態１〜３のいずれかの光学系である。

実施形態４８は、光方向転換構造体の表面積の少なくとも約８０パーセントが、光方向転換構造体を含む基材の平面の法線に対して、約１５度〜約４０度の範囲の角度を有する面法線を有する、実施形態１〜３のいずれかの光学系である。

実施形態４９は、光方向転換構造体が、照明構成要素に面する球形キャップを含む、実施形態１〜３のいずれかの光学系である。

実施形態５０は、球形キャップが、光方向転換構造体を含む基材の平面の法線に対して角度を有する面法線を有し、光方向転換構造体の表面積にわたって平均したその角度が、約１０〜約３０度の範囲である、実施形態４９の光学系である。

実施形態５１は、球形キャップが、約３０度〜約４０度の範囲の半弧角を有する、実施形態４９の光学系である。

実施形態５２は、光方向転換構造体が、照明構成要素から離れる方を向いた球形キャップを含む、実施形態１〜３のいずれかの光学系である。

実施形態５３は、球形キャップが、光方向転換構造体を含む基材の平面の法線に対して角度を有する面法線を有し、光方向転換構造体の表面積にわたって平均したその角度が、約２０度〜約５５度の範囲である、実施形態５２の光学系である。

実施形態５４は、球形キャップが、約３５度〜約９０度の範囲の半弧角を有する、実施形態５２の光学系である。

実施形態５５は、光方向転換構造体が、照明構成要素に面する線状プリズムを含む、実施形態１〜３のいずれかの光学系である。

実施形態５６は、線状プリズムが、約１２０度〜約１５０度の範囲の頂角を有する、実施形態５５の光学系である。

実施形態５７は、光方向転換構造体が、照明構成要素から離れる方を向いた線状プリズムを含む、実施形態１〜３のいずれかの光学系である。

実施形態５８は、線状プリズムが、９０度より大きく約１５０度未満の頂角を有する、実施形態５７の光学系である。

以上、本明細書において具体的な実施形態を図示し説明したが、本開示の範囲を逸脱することなく、図示及び説明された具体的な実施形態を、様々な代替的かつ／又は均等な実現形態で置き換えることができることは、当業者であれば認識されるであろう。本出願は、本明細書において説明した具体的な実施形態のいかなる適合例又は変形例をも包含することを意図している。したがって、本開示は、特許請求の範囲及びその均等物によってのみ限定されるものとする。

Claims (10)

1. 照明構成要素と、
   前記照明構成要素と光学的に連通している切換可能な拡散体であって、少なくとも第１の状態及び第２の状態を有し、前記第１の状態は、第１のヘイズにより特徴付けられ、前記第２の状態は、前記第１のヘイズとは異なる第２のヘイズにより特徴付けられた、切換可能な拡散体と、
   前記照明構成要素と光学的に連通しており、前記切換可能な拡散体と光学的に連通している、低吸収光学構成要素と、を備える光学系であって、
   前記低吸収光学構成要素は、互いに反対側にある第１及び第２の外面を含み、前記第１及び第２の外面のうちの少なくとも１つは、光方向転換構造体を含み、
   前記切換可能な拡散体が前記第１の状態にあって、前記光学系が光出力を生成するとき、前記光方向転換構造体は、前記光学系の前記光出力の半値全幅（ＦＷＨＭ）を、前記光方向転換構造体を含まないが他の点では同等な光学系のＦＷＨＭと比較して、少なくとも一つの方向において少なくとも５度増大させるように構成された、光学系。
2. 照明構成要素と、
   前記照明構成要素と光学的に連通している切換可能な拡散体であって、少なくとも第１の状態及び第２の状態を有し、前記第１の状態は、第１のヘイズにより特徴付けられ、前記第２の状態は、前記第１のヘイズとは異なる第２のヘイズにより特徴付けられた、切換可能な拡散体と、を備える光学系であって、
   前記切換可能な拡散体は、第１の外層と第２の外層との間に配置された活性層を含み、前記第１の外層は、前記活性層の反対側の第１の外面を有し、前記第２の外層は、前記活性層の反対側の第２の外面を有し、前記第２の外層は、前記照明構成要素に面し、前記第１及び第２の外面のうちの少なくとも１つは、光方向転換構造体を含み、
   前記切換可能な拡散体が前記第１の状態にあって、前記光学系が光出力を生成するとき、前記光方向転換構造体は、前記光学系の前記光出力の半値全幅（ＦＷＨＭ）を、前記光方向転換構造体を含まないが他の点では同等な光学系のＦＷＨＭと比較して、少なくとも一つの方向において少なくとも５度増大させるように構成された、光学系。
3. 照明構成要素と、
   前記照明構成要素と光学的に連通している切換可能な拡散体であって、少なくとも第１の状態及び第２の状態を有し、前記第１の状態は、第１のヘイズにより特徴付けられ、前記第２の状態は、前記第１のヘイズとは異なる第２のヘイズにより特徴付けられ、
   前記切換可能な拡散体は、第１の外層と第２の外層との間に配置された活性層を含み、前記第１の外層は、前記活性層の反対側の第１の外面を有し、前記第２の外層は、前記活性層の反対側の第２の外面を有する、切換可能な拡散体と、
   前記照明構成要素と光学的に連通しており、前記切換可能な拡散体と光学的に連通しており、互いに反対側にある第３及び第４の外面を含む低吸収光学構成要素と、を備える光学系であって、
   前記第１、第２、第３及び第４の外面のうちの少なくとも１つは、光方向転換構造体を含み、
   前記切換可能な拡散体が前記第１の状態にあって、前記光学系が光出力を生成するとき、前記光方向転換構造体は、前記光学系の前記光出力の半値全幅（ＦＷＨＭ）を、前記光方向転換構造体を含まないが他の点では同等な光学系のＦＷＨＭと比較して、少なくとも一つの方向において少なくとも５度増大させるように構成された、光学系。
4. 前記切換可能な拡散体が前記第１の状態にあるときの前記光学系の前記光出力の平均方向は、前記切換可能な拡散体が前記第１の状態にあるときの前記他の点では同等な光学系の光出力の平均方向と同じである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学系。
5. 前記切換可能な拡散体が前記第１の状態にあるときの前記光学系の前記光出力の平均方向は、前記切換可能な拡散体が前記第１の状態にあるときの前記他の点では同等な光学系の光出力の平均方向とは異なる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学系。
6. 前記切換可能な拡散体は、前記切換可能な拡散体が前記第１の状態にあるとき、ゼロ度〜約８５度の範囲のすべての入射角で約５パーセント未満のヘイズを有する、請求項１に記載の光学系。
7. 前記活性層は、前記切換可能な拡散体が前記第１の状態にあるとき、ゼロ度〜約８５度の範囲のすべての入射角で約５パーセント未満のヘイズを有する、請求項２又は３に記載の光学系。
8. 前記光学系の前記光出力のＦＷＨＭは、前記他の点では同等な光学系のＦＷＨＭと比較して、２つの直交する方向で増大した、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学系。
9. 前記切換可能な拡散体は、複数の独立してアドレス可能な領域を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学系。
10. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の１つ以上の光学系と、
    前記１つ以上の光学系の前記切換可能な拡散体のうちの１つ以上に拡散体制御信号を供給するように構成されたコントローラと、
    １つ以上のセンサと、を備え、
    前記コントローラは、前記１つ以上のセンサから１つ以上の信号を受信するように構成された、照明システム。

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