(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１主表面を有する切り替え可能拡散体であって、前記切り替え可能拡散体が、実質的に透明な状態、又は第１曇り状態になることができる、切り替え可能拡散体と、
前記第１主表面の反対側で前記切り替え可能拡散体に隣接して配置される、低吸収性光学要素と、
前記切り替え可能拡散体を前記第１主表面から照らすよう配置された、照明要素と、を含む、光学システムであって、
前記光学システムが、空気界面が前記切り替え可能拡散体の前記第１主表面に存在するか、あるいは屈折率が１．３９以下である低屈折率層が前記照明要素と前記切り替え可能拡散体との間に配置されるように、構成され、前記低吸収性光学要素は、前記照明要素が前記第１主表面から前記切り替え可能拡散体を照らし、かつ前記切り替え可能拡散体が前記実質的に透明な状態にあるときに、コリメーション効果又は方向転換効果を提供し、前記照明要素が光源及び光ガイドを含む、光学システム。
【請求項２】
前記切り替え可能拡散体は、前記第１主表面が前記光ガイド側に面した状態で前記光ガイドに隣接して配置される、請求項１に記載の光学システム。
【請求項３】
前記照明要素から前記低吸収性光学要素を通って延在し、かつ前記切り替え可能拡散体の前記第１主表面を横断して延在する領域が、低吸収性領域である、請求項１に記載の光学システム。
【請求項４】
光ガイドと、
前記光ガイドに隣接する切り替え可能拡散体であって、前記切り替え可能拡散体が、実質的に透明な状態、又は第１曇り状態のいずれかになることができる、切り替え可能拡散体と、
前記光ガイドと低吸収性光学要素との間に前記切り替え可能拡散体が位置するか、又は前記切り替え可能拡散体と低吸収性光学要素との間に前記光ガイドが位置するか、又は光学システムの出力表面と低吸収性光学要素との間に前記光ガイドが位置するように配置される、低吸収性光学要素と、を含む、光学システムであって、
空気ギャップ又は屈折率が１．３９以下である低屈折率層が、前記切り替え可能拡散体と前記光ガイドとを分離し、前記低吸収性光学要素は、光が光ガイド内に入力され、かつ前記切り替え可能拡散体が前記実質的に透明な状態にあるときに、コリメーション効果又は方向転換効果を提供する、光学システム。
【請求項５】
前記低吸収性光学要素と前記光ガイドとの間に前記切り替え可能拡散体が位置する、請求項４に記載の光学システム。
【請求項６】
前記光ガイドから前記低吸収性光学要素を通って延在し、かつ前記切り替え可能拡散体の第１主表面を横断して延在する領域が、低吸収性領域である、請求項５に記載の光学システム。
【請求項７】
前記低吸収性光学要素と前記切り替え可能拡散体との間に前記光ガイドが位置し、かつ前記光学システムが、前記光ガイドと反射体との間に前記切り替え可能拡散体が位置するように配置される反射体を更に含む、請求項４に記載の光学システム。
【請求項８】
光抽出機能を含む光ガイドと、
前記光ガイドに隣接する切り替え可能拡散体であって、前記切り替え可能拡散体が、実質的に透明な状態、又は第１曇り状態になることができる、切り替え可能拡散体と、
低吸収性光学要素と前記切り替え可能拡散体との間に前記光ガイドが位置するように配置される、低吸収性光学要素と、
前記光ガイドと反射体との間に前記切り替え可能拡散体が位置するように配置される、反射体と、
を含む、光学システムであって、
前記低吸収性光学要素は、光が前記光ガイド内に入力され、かつ前記切り替え可能拡散体が前記実質的に透明な状態にあるときに、コリメーション効果又は方向転換効果を提供する、光学システム。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
高分子分散型液晶（ＰＤＬＣ）層は、ルーバーフィルムに連結した切り替え可能拡散体として使用し、可変視角ディスプレイを提供することができる。しかしながらそのようなアプローチにはいくつかの欠点が存在する。例えば、ＰＤＬＣ層は透明状態である程度のヘイズを有し、これは多くのディスプレイ用途において障害となり得る十分な高さである。加えて、ルーバーフィルムはバックライトシステム内の光のかなりの部分を吸収し、これによって不充分なディスプレイをもたらすことがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００２】
したがって、改善された可変視角ディスプレイのためのニーズが存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本明細書のいくつかの態様において、第１主表面を有する切り替え可能拡散体と、この第１主表面の反対側で切り替え可能拡散体に隣接して配置される低吸収性光学要素と、この第１主表面からこの切り替え可能拡散体を照らすよう配置された照明要素と、を含む、光学システムが提供される。この切り替え可能拡散体は、実質的に透明な状態、又は第１曇り状態になることができる。この光学システムは、空気界面がこの切り替え可能拡散体の第１主表面に存在するか、あるいは低屈折層が照明要素と切り替え可能拡散体との間に配置されるように構成される。この低吸収性光学要素は、照明要素が第１主表面から切り替え可能拡散体を照らし、かつ切り替え可能拡散体が実質的に透明な状態にあるときに、コリメーション効果又は方向転換効果を提供する。
【０００４】
本明細書のいくつかの態様において、光ガイドと、この光ガイドに隣接する切り替え可能拡散体と、この切り替え可能拡散体にこの光ガイドとは反対側に隣接して配置されるか、又はこの光ガイドにこの切り替え可能拡散体とは反対側に隣接して配置されるか、又はこの光ガイドにこの光学システムの出力表面とは反対側に隣接して配置される、低吸収性光学要素とを含む、光学システムが提供される。この切り替え可能拡散体は、実質的に透明な状態又は第１曇り状態のいずれかになることができる。空気ギャップ又は低屈折率層が、切り替え可能拡散体と光ガイドとを分離する。この低吸収性光学要素は、光が光ガイド内に入力され、かつ切り替え可能拡散体が実質的に透明な状態にあるときに、コリメーション効果又は方向転換効果を提供する。
【０００５】
本明細書のいくつかの態様において、光抽出特徴部を含む光ガイドと、この光ガイドに隣接する切り替え可能拡散体と、この切り替え可能拡散体にこの光ガイドの反対側で隣接して配置されるか、又はこの光ガイドにこの切り替え可能拡散体の反対側で隣接して配置される、又はこの光ガイドにこの光学システムの出力表面の反対側で隣接して配置される、低吸収性光学要素とを含む、光学システムが提供される。この切り替え可能拡散体は、実質的に透明な状態、又は第１曇り状態になることができる。この低吸収性光学要素は、光が光ガイド内に入力され、かつ切り替え可能拡散体が実質的に透明な状態にあるときに、コリメーション効果又は方向転換効果を提供する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】光学システムの側面図である。
【図２】光学システムの側面図である。
【図３】光学システムの側面図である。
【図４】光学システムの側面図である。
【図５】光学システムの側面図である。
【図６】切り替え可能拡散体の正面図である。
【図７】光ガイドの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下の説明において、本明細書の説明の一部を構成し、特定の実施形態が例示として示される添付の一連の図面を参照する。図面は、必ずしも実寸に比例していない。別途記載のない限り、一実施形態に関する同様の特徴は、他の実施形態に関する同様の特徴と同じ材料を含み得、同じ属性を有し得、かつ同じ又は同様の機能を提供し得る。一実施形態について説明される追加的又は任意選択的特徴は、明確に述べられていなくても適切な場合は、他の実施形態に対する追加的又は任意選択的特徴でもあり得る。本明細書の範囲又は趣旨から逸脱することなく、他の実施形態が想定され、実施され得る点を理解されたい。したがって、以下の「発明を実施するための形態」は、限定的な意味で理解されるべきではない。
【０００８】
本明細書で使用する全ての科学的及び技術的用語は、特に断らない限り、当該技術分野において一般的に用いられる意味を有する。本明細書において与えられる定義は、本明細書中で頻繁に使用される特定の用語の理解を助けるためのものであり、本開示の範囲を限定するためのものではない。
【０００９】
別途記載のない限り、本明細書及び「特許請求の範囲」で使用される特徴部の寸法、量、及び物理的特性を表わす全ての数字は、いずれの場合においても「約」なる語によって修飾されているものとして理解されるべきである。したがって、そうでない旨が示されない限り、上記の明細書及び添付の「特許請求の範囲」において示される数値パラメータは、本明細書に開示される教示を利用して当業者が得ようとする所望される特性に応じて変わり得る近似値である。終点による数の範囲の使用は、その範囲内（例えば、１〜５は、１、１．５、２、２．７５、３、３．８０、４、及び５を含む）及びその範囲内の任意の範囲に包含される全ての数を含む。
【００１０】
本明細書及び添付の「特許請求の範囲」において使用するときに、単数形「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、その内容について別段の明確な指示がない限り、複数の指示対象を有する実施形態を包含する。本明細書及び添付の「特許請求の範囲」において使用するときに、用語「又は」は、その内容について別段の明確な指示がない限り、一般に「及び／又は」を含む意味で用いられる。
【００１１】
「下部」、「上部」、「〜の下」、「下側」、「上側」、及び「〜の上」などが挙げられるが、それらに限定されない、空間に関連する用語は、本明細書で使用される場合、ある要素（複数可）の別の要素に対する空間的関係を述べる説明を容易にするために利用される。そのような空間に関連する用語は、図面に示され、本明細書で説明される特定の配向に加えて、使用中又は動作中のデバイスの異なる配向を包含する。例えば、図面に示される物体が反転又は裏返された場合、その前に他の要素の下側又はその下にあるように説明されていた部分は、これらの他の要素の上側になるであろう。
【００１２】
本明細書で使用されるとき、層、構成要素又は要素は、互いに隣接しているものとして説明され得る。層、構成要素又は要素は、直接的に接触することにより、１つ若しくは２つ以上の他の構成要素を介して連結することにより、又は互いに隣り合った状態若しくは互いに付着し合った状態を保持することにより、相互に隣接することができる。直接接触している層、構成要素又は要素は、間近に隣接しているものとして説明され得る。
【００１３】
切り替え可能なプライバシーフィルムを得るために、ルーバーフィルムに接続された高分子分散型液晶（ＰＤＬＣ）層をディスプレイに使用することは、当該技術分野において説明されている。しかしながら、ルーバーフィルムは、特に垂直入射から外れる角度で光を吸収し、したがってリサイクルバックライトに使用する場合は非効率的となる可能性がある。また、ＰＤＬＣ層は、ディスプレイの視角を変える屈折要素と共に使用できることが知られている。しかしながらそのようなディスプレイでは、ＰＤＬＣ層は、屈折要素と、この屈折要素の反対側で光ガイド近くに配置された反射体とによって提供されるリサイクル領域の外側に配置される。この配置は、ＰＤＬＣ層の比較的透明な状態における固有のヘイズが、リサイクルプロセスを妨げないように選択される。
【００１４】
出願者らは、低吸収性要素の間の領域に切り替え可能拡散体層を有し、この低吸収性要素は屈折要素であってよく、光ガイドが、狭角表示モードを大きく劣化させることなしに、広角表示モードで高い均一性を提供できるような、光学システムを発見した。これは、切り替え可能拡散体の好適な選択により達成される。この低吸収性要素は、リサイクル空洞内に配置するのが望ましい場合がある。それは、このような構成配置により、一体型光学システムを構築することができるからである。例えば、他の箇所で詳細に述べるように、プリズムフィルムを、光学的に透明な接着剤で切り替え可能拡散体に積層させることにより、切り替え可能拡散体層に組み込んでもよい。
【００１５】
いくつかの実施形態において、この切り替え可能拡散体はスメクチックＡ液晶を含む。スメクチックＡ液晶を含む切り替え可能拡散体は、切り替え可能拡散体が実質的に透明な状態にあるときに、約３％以下の軸上ヘイズを有することができる。場合によってはこの軸上ヘイズは１％もの低さとすることができる。対照的に、ＰＤＬＣ拡散体は、最も透明な状態のときに有する軸上ヘイズが５％を超える。ＰＤＬＣ拡散体の軸外ヘイズは、透明状態のときに５％を大幅に超えるが、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切り替え可能拡散体とＰＤＬＣ切り替え可能拡散体の最大ヘイズは１００パーセント近い。ヘイズは、ＡＳＴＭ  Ｄ１００３−１３「Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｔｅｓｔ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｈａｚｅ  ａｎｄ  Ｌｕｍｉｎｏｕｓ  Ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ  ｏｆ  Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ」の指定に従い、その方向が、入射光線の方向から２．５度を超えて偏向するように散乱する透過光の百分率として定義することができる。ヘイズは、ＡＳＴＭ  Ｄ１００３−１３標準に準拠する、ＢＹＫ−Ｇａｒｄｎｅｒ  Ｉｎｃ．（Ｓｉｌｖｅｒ  Ｓｐｒｉｎｇｓ、ＭＤ）から入手可能なＨＡＺＥ−ＧＡＲＤ  ＰＬＵＳメーターを用いて決定することができる。
【００１６】
本明細書で使用されるとき、「双安定」切り替え可能拡散体とは、１つ以上の領域を有する電気的切り替え可能拡散体であり、これらの領域がそれぞれ、実質的に安定な２つ以上の状態を有するものである。「実質的に安定」とは、その切り替え可能拡散体に対して電圧を印加することなしに、その状態が一定時間（例えば数時間又は数日間）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において、この切り替え可能拡散体は、双安定なスメクチックＡ液晶を含む。スメクチックＡ液晶を用いた電気的切り替え可能拡散体は、実質的に安定で実質的に透明な状態と、様々な曇り状態のヘイズ値によって特徴付け可能な複数の実質的に安定な曇り状態とを有する。
【００１７】
本開示の実施形態は、照明要素からディスプレイパネルを通り、更に低吸収性光学要素を通って出力表面まで延在する光路と交差する、切り替え可能拡散体を有する光学システムを含む。いくつかの実施形態において、この切り替え可能拡散体は、光が最初に切り替え可能拡散体を通って伝達され、次に低吸収性コリメーション要素に伝達されるように配置される。場合によっては、そのような実施形態は、共通光路に沿って脱コリメーション要素を提供した後に、コリメーション要素を提供するものとして説明することができる。いくつかの実施形態において、この低吸収性光学要素はリサイクル空洞内に配置される。いくつかの実施形態において、この低吸収性光学要素は、切り替え可能拡散体の第１主表面の反対側で切り替え可能拡散体に隣接して配置される。いくつかの実施形態において、この低吸収性光学要素は、照明要素の反対側で切り替え可能拡散体に隣接して配置されるか、又は切り替え可能拡散体の反対側で照明要素に隣接して配置されるか、又は光学システムの出力表面の反対側で照明要素に隣接して配置される。いくつかの実施形態において、この照明要素は１つ又は２つ以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む。いくつかの実施形態において、この照明要素は、光ガイドのエッジに光を注入するよう配置された光源（例えばＬＥＤ）を備えた光ガイドを含む。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）に記述されている。
【００１８】
図１は、出力表面１０２を有し、かつ光路１１２を有する光を生成することができる照明要素１１０を含む、光学システム１００の概略側面図である。光学システム１００は、第１主表面１２２を有する電気的切り替え可能拡散体１２０と、狭視角出力１３１又は広視角出力１３３を有し得るディスプレイパネル１３０と、拡散体データチャネル１４１上で切り替え可能拡散体１２０に対し拡散体状態データを提供する拡散体コントローラ１４０とを含む。照明要素１１０は、光源１５０及び光ガイド１６０を含む。照明要素１１０は、出力表面１０２の反対側で切り替え可能拡散体１２０に隣接して配置される。光学システム１００は更に、任意選択的な光学フィルム１７０も含むことができ、かつ光学要素１８０を含む。任意の光学フィルム１７０と光学要素１８０のいずれか一方又は両方は単独フィルム、又は光学的に透明な接着剤で合わせて積層され得る、若しくは層間に空気ギャップを備えて一緒に積層され得るフィルム積層体であってもよい。いくつかの実施形態において、任意追加的な光学フィルム１７０が含まれ、これは低屈折率層である。いくつかの実施形態において、任意追加的な光学フィルム１７０は含まれておらず、よって空気ギャップのみが切り替え可能拡散体１２０と光ガイド１６０とを分離し、これにより空気界面が第１主表面１２２に存在する。いくつかの実施形態において、光学フィルム１７０は拡散体である。
【００１９】
本明細書で使用されるとき、「低屈折率」材料とは、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、別途記載のない限り、「屈折率」とは、２５℃で波長５８９ｎｍ（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において、この低屈折率材料は、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には、屈折率が１．３１５〜１．４４の範囲であるとメーカーが記載している屈折率を有する、Ｎｏｒｌａｎｄ光学接着剤１３１５、１３２、１３８、１４２、及び１４４（Ｎｏｒｌａｎｄ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ（Ｃｒａｎｂｕｒｙ、ＮＪ）から入手可能）が挙げられる。いくつかの実施形態において、この低屈折率層は、約１．３未満、又は約１．２未満、又は更には約１．１５未満の屈折率を有する超低屈折率（ＵＬＩ）層である。好適なＵＬＩ材料としては、例えば米国特許出願公開第２０１２／００３８９９０号（Ｈａｏら）に記述されているもののようなナノボイド含有材料が挙げられる。
【００２０】
ディスプレイパネル１３０は液晶ディスプレイパネルを含んでよく、更に極性リサイクルのための反射性偏光子などの他の要素を含んでもよい。あるいは、反射性偏光子は、光学要素１８０の層として含まれ得る。光学システム１００は更に、切り替え可能拡散体１２０の反対側で光ガイド１６０に隣接して配置される反射体を含んでよく、これは、任意追加的な光学フィルム１７０、光学要素１８０、又はディスプレイパネル１３０と共に含まれ得る反射性偏光子によって、光ガイド１６０を通って反射し戻ってくる光のリサイクルを提供することにより、効率性を高めるのに使用され得る。いくつかの実施形態において、光ガイド１６０は光反射性裏面を含む。
【００２１】
いくつかの実施形態において、切り替え可能拡散体１２０が第１状態にあるときに、光学システム１００は特性視角θＷを有する広視角出力１３３を生成し、切り替え可能拡散体１２０が第２状態にあるときに、光学システム１００は特性視角θＮを有する狭視角出力１３１を生成する。この特性視角は、強度の出力角分布に関して、半値全幅として定義され得る。いくつかの実施形態において、第１方向に沿って第１特性視角があり、第１方向とは異なる第２方向に沿って第２特性視角がある。例えば、光学システム１００は、切り替え可能拡散体１２０が第１状態にあるときと第２状態にあるときの両方において、垂直方向に狭視角出力を有してよく、また切り替え可能拡散体１２０が第１状態にあるときに水平方向に広視角出力を有してよく、切り替え可能拡散体１２０が第２状態にあるときに水平方向に狭視角出力を有してよい。他の実施形態において、光学システム１００は、切り替え可能拡散体１２０が第１状態にあるときに垂直方向と水平方向の両方において広視角出力を有してよく、また切り替え可能拡散体１２０が第２状態にあるときに垂直方向と水平方向の両方において狭視角出力を有してよい。いくつかの実施形態において、第１状態は第１曇り状態であり、第２状態は実質的に透明な状態である。
【００２２】
拡散体データチャネル１４１は、拡散体状態データ及び切り替え信号を切り替え可能拡散体１２０に提供するよう構成される。いくつかの実施形態において、拡散体コントローラ１４０は、コンピュータ内の中央演算処理装置（ＣＰＵ）を用いて実装される。いくつかの実施形態において、拡散体コントローラ１４０は、モニター内に配置されたコンピュータのマイクロコントローラユニットを用いて実装される。光学システム１００は、拡散体コントローラ１４０が１つ又は複数の信号を拡散体データチャネル１４１上で切り替え可能拡散体１２０に送信し、これにより切り替え可能拡散体の状態を変えることができるように構成される。いくつかの実施形態において、拡散体コントローラ１４０は、拡散体データチャネル１４１上で信号を切り替え装置に送信し、この装置が、ある電圧波形を切り替え可能拡散体に印加して、これにより切り替え可能拡散体の状態を変化させる。
【００２３】
拡散体コントローラ及び／又は切り替え装置を含む光学システムの様々な実施形態は、本願と同一譲受人に譲渡された、本願と同日付けの米国特許出願整理番号第６２／００５５４２号「Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｖｉｅｗｉｎｇ  Ａｎｇｌｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ」に記述されており、これは参照により全体が本明細書に組み込まれる。
【００２４】
いくつかの実施形態において、光学要素１８０は、１つ又は２つ以上のプリズムフィルムを含み、これは光ガイド１６０からディスプレイパネル１３０への光出力を部分的にコリメートする。切り替え可能拡散体１２０が実質的に透明な状態にあるとき、光学要素１８０を通過した部分的にコリメートされた光は、ディスプレイパネル１３０に到達したときに依然として、部分的にコリメートされている。次いでディスプレイパネル１３０からの出力は部分的にコリメートされ、これによって、狭視角モードにおいて第１光出力を提供する。切り替え可能拡散体が曇り状態にあるとき、この部分的にコリメートされた光は、切り替え可能拡散体によって部分的に拡散され、これによってよりコリメート程度の少ない光がディスプレイパネル１３０に到達し、よって、広視角モードにおいて第２光出力を提供する。
【００２５】
いくつかの実施形態において、光ガイド１６０からの光出力は部分的にコリメートされ、光学要素１８０は、部分的にコリメートされた光をある入力角で光ガイド１６０から受け取り、部分的にコリメートされた光を法線に近い方向でディスプレイパネル１３０まで伝達する、方向転換フィルムである。いくつかの実施形態において、光学要素１８０は、第２角分布を有する光入力が光学要素１８０に提供されるときに、第１角分布を有する光出力を提供するよう構成される。いくつかの実施形態において、この第１角分布は、光学システム１００の出力表面１０２の法線に実質的に近い平均出力方向を有するか（すなわち、光学要素１８０が方向転換効果を提供する）、又は第２角分布と比較するとより実質的によりコリメートされている（すなわち、光学要素１８０がコリメート効果を提供する）。
【００２６】
ルーバーフィルムは、特に垂直入射から外れる角度で光を吸収し、したがって、リサイクルバックライトに使用する場合は非効率的となる可能性がある。好ましい実施形態において、任意追加的な光学フィルム１７０（含まれている場合）及び光学要素１８０は低吸収性である。本明細書で使用されるとき、「低吸収性」フィルム又は要素は、ランバーティアン角分布を有する標準光源Ｅからの入力光の光束のうち約２０パーセント未満を吸収するフィルム又は要素である。標準光源Ｅは、可視波長範囲（３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ）にわたって一定の分光出力分布を有する等エネルギー光源である。比較すると、ルーバーフィルムは、ランバーティアン角分布を有する標準光源Ｅからの入力光の光束のうち約３０パーセントを吸収することができる。いくつかの実施形態において、低吸収性要素又はフィルムは、ランバーティアン角分布を有する標準光源Ｅからの入力光の光束のうち約１５％未満、又は約１０％未満、又は更には約５％未満を吸収するものが使用される。本明細書で使用されるとき、「低吸収性領域」は、ランバーティアン角分布を有する標準光源Ｅからの入力光の光束のうち約２０パーセント未満を吸収する材料又は要素を含む、直方平行六面体形状の領域である。いくつかの実施形態において、低吸収性領域は、ランバーティアン角分布を有する標準光源Ｅからの入力光の光束のうち約１５％未満、又は約１０％未満、又は更には約５％未満を吸収する材料又は要素を含む。
【００２７】
いくつかの実施形態において、光学要素１８０は低吸収性光学要素であり、これは第１主表面１２２の反対側で切り替え可能拡散体１２０に隣接して配置され、かつ照明要素１１０が切り替え可能拡散体１２０を第１主表面１２２から照らし、かつ切り替え可能拡散体が実質的に透明な状態にあるときに、コリメート効果又は方向転換効果を提供する。
【００２８】
図１に示す実施形態において、切り替え可能拡散体１２０は、光ガイド１６０とディスプレイパネル１３０との間に配置される。他の実施形態において、光ガイドは、反射体が光ガイドの反対側で切り替え可能拡散体に隣接して配置された状態で、ディスプレイパネルと切り替え可能拡散体との間に配置され得る。このタイプの配置が、図２に示されている。
【００２９】
図２は、出力表面２０２を有し、かつ、反射体２１４で反射される光路２１２を有する光の生成が可能な照明要素２１０を備える、光学システム２００の概略側面図である。光学システム２００は、第１主表面２２２を有する電気的切り替え可能拡散体２２０と、狭視角出力２３１又は広視角出力２３３を有し得るディスプレイパネル２３０と、拡散体データチャネル２４１上で切り替え可能拡散体２２０に対し拡散体状態データを提供する拡散体コントローラ２４０とを含む。照明要素２１０は、光源２５０及び光ガイド２６０を含む。照明要素２１０は、ディスプレイパネル２３０と切り替え可能拡散体２２０との間に配置される。光学システム２００は更に１つ又は２つ以上の任意追加的な第１光学要素２７０、任意追加的な第２光学要素２７５、及び任意追加的な第３光学要素２８０を含む。１つ又は２つ以上の任意の光学要素２７０、２７５及び２８０は単独フィルムとすることができ、又は光学的に透明な接着剤で一緒に積層され得る、若しくは層間に空気ギャップを備えて一緒に積層され得る他のフィルムの積層体であってもよい。ディスプレイパネル２３０は液晶ディスプレイパネルを含んでよく、更に極性リサイクルのための反射性偏光子などの他の要素を含んでもよい。いくつかの実施形態において、任意追加的な光学要素２７５は含まれておらず、よって、空気ギャップのみが切り替え可能拡散体２２０と光ガイド２６０とを分離し、これにより空気界面が第１主表面２２２に存在する。
【００３０】
いくつかの実施形態において、任意追加的な第１光学要素２７０は、切り替え可能拡散体２２０に含まれ、かつ光ガイド２６０の反対側で切り替え可能拡散体２２０に隣接して配置されている低吸収性光学要素である。いくつかの実施形態において、任意追加的な第２光学要素２７５は、光ガイド２６０に含まれ、かつ光学システム２００の出力表面２０２の反対側で光ガイド２６０に隣接して配置されている低吸収性光学要素である。いくつかの実施形態において、任意追加的な第３光学要素２８０は、光ガイド２６０に含まれかつ切り替え可能拡散体２２０の反対側で光ガイド２６０に隣接して配置されている低吸収性光学要素である。いくつかの実施形態において、１つ又は２つ以上の任意の光学要素２７０、２７５及び２８０が含まれ、これらは、光が光ガイド２６０内に入力され、かつ切り替え可能拡散体が実質的に透明な状態であるとき、コリメート効果又は方向転換効果を提供する。例えば、任意追加的な第１光学要素２７０又は任意追加的な第２光学要素２７５は、プリズム先端が光ガイド２６０側を向いたプリズムフィルムであってよく、光ガイド２６０は、光ガイド２６０に対する法線から離れる方向に部分的にコリメートされた光を抽出する抽出機能を含み得る。次いでこのプリズムフィルムは方向転換フィルムとして作用し、ディスプレイパネル２３０に対して垂直な方向に近い方向に、部分的にコリメートされた出力を提供する。
【００３１】
いくつかの実施形態において、切り替え可能拡散体２２０が第１状態にあるときに、光学システム２００は特性視角θＷを有する広視角出力２３３を生成し、切り替え可能拡散体２２０が第２状態にあるときに、光学システム２００は特性視角θＮを有する狭視角出力２３１を生成する。この特性視角は、強度の出力角分布に関して半値全幅として定義され得る。いくつかの実施形態において、第１方向に沿って第１特性視角があり、第１方向とは異なる第２方向に沿って第２特性視角がある。例えば、光学システム２００は、切り替え可能拡散体２２０が第１状態にあるときと第２状態にあるときの両方において、垂直方向に狭視角出力を有してよく、また切り替え可能拡散体２２０が第１状態にあるときに水平方向に広視角出力を有してよく、切り替え可能拡散体２２０が第２状態にあるときに水平方向に狭視角出力を有してよい。他の実施形態において、光学システム２００は、切り替え可能拡散体２２０が第１状態にあるときに垂直方向と水平方向の両方において広視角出力を有してよく、また切り替え可能拡散体２２０が第２状態にあるときに垂直方向と水平方向の両方において狭視角出力を有してよい。
【００３２】
拡散体データチャネル２４１は、拡散体状態データ及び切り替え信号を切り替え可能拡散体２２０に提供するよう構成される。いくつかの実施形態において、拡散体コントローラ２４０はコンピュータ内のＣＰＵを用いて実装される。いくつかの実施形態において、拡散体コントローラ２４０は、モニター内に配置されたコンピュータのマイクロコントローラユニットを用いて実装される。このシステムは、拡散体コントローラ２４０が１つ又は複数の信号を拡散体データチャネル２４１上で切り替え可能拡散体に送信し、これにより切り替え可能拡散体２２０の状態を変えることができるように構成される。
【００３３】
いくつかの実施形態において、１つ又は２つ以上の任意の光学要素２７０、２７５及び２８０は、１つ又は複数のフィルムを含み、これは光ガイド２６０からディスプレイパネル２３０への光出力を部分的にコリメートする。例えば、任意追加的な第３光学要素２８０は、プリズム先端がディスプレイパネル２３０側を向いたプリズムフィルムであってよい。この場合、プリズムフィルムはディスプレイパネル２３０に対して垂直な方向から大きな角度を有する伝搬方向を有する光をリサイクルし、これによって切り替え可能拡散体２２０が実質的に透明な状態にあるときに、部分的にコリメートされた出力をもたらす。このディスプレイパネルからの部分的にコリメートされた出力は、狭視角モードで第１光出力を提供する。切り替え可能拡散体が曇り状態にあるとき、光ガイド２６０からの光出力は、切り替え可能拡散体によって部分的に拡散され、これによってよりコリメート程度の少ない光がディスプレイパネル２３０に到達し、よって広視角モードにおいて第２光出力を提供する。いくつかの実施形態において、１つ又は２つ以上の任意追加的な光学要素２７０、２７５及び２８０は、第２角分布を有する光入力が光学要素２７０、２７５又は２８０に提供されるとき、第１角分布を有する光出力を提供するよう構成される。いくつかの実施形態において、この第１角分布は、光学システム２００の出力表面２０２の法線に実質的に近い平均出力方向を有するか、又は、第２角分布と比較すると実質的によりコリメートされている。
【００３４】
他の箇所で述べられているように、ルーバーフィルムは、特に垂直入射から外れる角度で光を吸収し、したがってリサイクルバックライトに使用する場合は非効率的となる可能性がある。好ましい実施形態において、任意追加的な光学要素２７０、２７５及び２８０（含まれている場合）は、低吸収性要素である。
【００３５】
光学システム１００又は光学システム２００は、ディスプレイに使用されてもよく、又は照明システムに使用されてもよい。例えば、照明システムは、ディスプレイパネル１３０なしで光学システム１００を、又は、ディスプレイパネル２３０なしで光学システム２００を、照明装置として使用してもよい。本明細書に記述される任意の光学システムを、ディスプレイ用途に使用してもよく、又は照明用途に使用してもよい。
【００３６】
図１の光学システム１００の一般構造を有するシステムで、任意追加的な光学フィルム１７０が含まれておらず、光学要素１８０が方向転換フィルムである実施形態を、図３に示す。
【００３７】
図３は、光学システム３００の概略側面図であり、これは、照明要素３１０と、反射体３１４と、第１主表面３２２を有する切り替え可能拡散体３２０と、ディスプレイパネル３３０と、拡散体状態データを拡散体データチャネル３４１上で切り替え可能拡散体３２０に提供する拡散体コントローラ３４０と、を含む。照明要素３１０は、光源３５０及び光ガイド３６０を含む。光学システム３００は、光路３１２ａを有する光と光路３１２ｂを有する光とを生成することができる。光学システム３００は更に方向転換フィルム３８０も含み、これはプリズムが照明要素３１０側に面した状態で配置されたプリズムフィルムである。ディスプレイパネル３３０は液晶ディスプレイパネルを含んでよく、更に極性リサイクルのための反射性偏光子を含んでもよい。反射体３１４は、方向転換フィルム３８０から反射した光、及び／又はディスプレイパネル３３０と共に含まれる反射性偏光子からの光のリサイクルを提供するよう含まれる。
【００３８】
光学システム３００は、光ガイド３６０から方向転換フィルム３８０（これは低吸収性光学要素であり得る）を通って延在し、更に切り替え可能拡散体３２０の第１主表面３２２を横断して延在する、領域３９０を含む。いくつかの実施形態において、領域３９０は低吸収性領域である。
【００３９】
光ガイド３６０は、光ガイドに対する法線に対してある角度θＯでのピーク強度を備える角分布を有する光出力を提供する。これは、当該技術分野で周知のように、光ガイド内に様々な抽出機能を用いることによって達成することができる。好適な抽出機能としては、射出成形、光ガイドの表面上の印刷ドット、又は光ガイドの上表面及び／又は下表面の成形により形成され得る微細構造が挙げられる。この抽出機能は回折性又は屈折性であり得る。抽出機能は更に、光ガイドに対して収束している先細表面を含み得る。抽出機能と、抽出機能を提供する方法は、例えば、米国特許第６，０３９，５３３号（Ｌｕｎｄｉｎら）及び米国特許出願公開第２００９／０２４４６９０号（Ｌｅｅ）に説明されている。本明細書の実施形態に使用するのに好適な光ガイドの一例が、光ガイド７６０の斜視図である図７に示されている。光ガイド７６０は、光抽出機能７６４を含む第１主表面７６２を有する。
【００４０】
この光ガイドの出力は、角θＯにより定義される方向に沿って部分的にコリメートされ得る。θＯは例えば、約３０度〜約７５度の範囲であり得る。光ガイド３６０からの光が切り替え可能拡散体３２０を通過して方向転換フィルム３８０に至る。方向転換フィルム３８０は、ディスプレイパネルの法線に対して角θＯで特定される伝搬方向を有する光を曲げるよう構成されている。θＯとは実質的に異なる入力角で方向転換フィルム３８０に入る入射光は、必ずしも、ディスプレイパネルの法線に向かって曲げられるわけではない。換言すれば、方向転換フィルム３８０は好ましい入力角を有し、好ましい入力角を有する光が提供された場合には好ましい出力を提供するが、他の入力分布が提供された場合には、一般的に、好ましい出力を提供しないことになる。
【００４１】
切り替え可能拡散体３２０が実質的に透明な状態にあるとき、光は、実質的な散乱なしに、切り替え可能拡散体３２０を通り抜け、これによって、この光は、方向転換フィルムの好ましい入力角で方向転換フィルム３８０に提供される。次いでこの光は、方向転換フィルム３８０によって曲げられ、これによってこの光は、方向転換フィルム３８０が存在しなかった場合に有することになる方向よりディスプレイパネルの法線に近い出力方向を有する。例えば、拡散体が実質的に透明な状態であるとき、光線は光路３１２ａに従い得る。切り替え可能拡散体３２０が曇り状態にあるとき、光ガイド３６０からの光を切り替え可能拡散体３２０を通って方向転換フィルム３８０に至る際に偏向することができ、これによってこの光は、方向転換フィルムの好ましい入力角では方向転換フィルム３８０に提供されない。これによって、光は、ディスプレイパネルに対する法線に対して大きな角度でディスプレイパネルから出ることができる。例えば、拡散体が曇り状態であるとき、光線は光路３１２ｂに従い得る。
【００４２】
方向転換フィルムは一般に微細構造表面を有し、このフィルムは、微細構造表面が照明要素の光出力表面側に面するように配置される。微細構造表面は、照明要素からの光が望ましいように方向転換できる限り、いかなる微細構造形態（任意の形状又は寸法）をも含むことができる。有用な方向転換フィルムは、プリズムである微細構造形を備え、この種の例示的な方向転換フィルムとしては、３Ｍ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｖｅ  Ｒｉｇｈｔ  Ａｎｇｌｅ  Ｆｉｌｍ  ＩＩ（別名ＴＲＡＦ  ＩＩ）、及び３Ｍ  Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ  Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ  Ｆｉｌｍ（別名ＢＥＦ）が挙げられ、これらは両方とも３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ、ＭＮ）から入手可能である。一般に、方向転換フィルムは、望ましい光方向転換機能が達成できる限り、任意の形状、寸法、表面構造、及び／又は形態の配向を有することができる。複数の形態が使用される場合、望ましい光方向転換機能を達成するように形態の数及び／又は配列が使用されてもよい。方向転換フィルムは、当業者に周知の任意の数の方法によって製造することができる。そのような方法としては、彫刻、エンボス加工、レーザーアブレーション、又はリトグラフ手法を用いて型を製造してから、この型を用いて、鋳造硬化又は押出成形複製技法を介して、構造化フィルム／層を作成することが挙げられるが、これらに限定されない。方向転換フィルムは、方向転換フィルムが低吸収性フィルムとなるよう、可視光範囲の吸光度が低い光学材料で製造されてもよい。
【００４３】
光ガイド、方向転換フィルム、プリズムフィルム及びその他の光学要素を構築するのに有用な材料としては、アクリル樹脂（例えばポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ））、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエステル、及びシリコーンが挙げられる。
【００４４】
図３に示す実施形態において、空気ギャップ３２６のみが、切り替え可能拡散体３２０と光ガイド３６０とを分離し、これにより空気界面３２７が第１主表面３２２に存在する。他の実施形態では、低屈折率層が、切り替え可能拡散体３２０と光ガイド３６０間を分離する。
【００４５】
図１の光学システム１００の一般構造を有するシステムで、任意追加的な光学フィルム１７０が含まれておらず、光学要素１８０が直交プリズムフィルムを含む実施形態を、図４に示す。
【００４６】
図４は、光学システム４００の概略側面図であり、これは、照明要素４１０と、反射体４１４と、第１主表面４２２を有する切り替え可能拡散体４２０と、ディスプレイパネル４３０と、拡散体状態データを拡散体データチャネル４４１上で切り替え可能拡散体４２０に提供する拡散体コントローラ４４０と、を含む。照明要素４１０は、光源４５０及び光ガイド４６０を含む。光学システム４００は更にフィルム積層体４８０を含み、これには第１プリズムフィルム４８２、第２プリズムフィルム４８４及び光結合層４８６が含まれる。ディスプレイパネル４３０は液晶ディスプレイパネルを含んでよく、更に極性リサイクルのための反射性偏光フィルムを含んでもよい。光学システム４００は、光ガイド４６０からフィルム積層体４８０（これは低吸収性光学要素であり得る）を通って延在し、更に切り替え可能拡散体４２０の第１主表面４２２を横断して延在する、領域４９０を含む。いくつかの実施形態において、領域４９０は低吸収性領域である。
【００４７】
プリズムフィルムは、３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ、ＭＮ）から入手可能なＢｒｉｇｈｔｎｅｓｓ  Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ  Ｆｉｌｍｓ（ＢＥＦ）であり得る。いくつかの実施形態において、２枚のプリズムフィルムが使用される。例えば、第１プリズムフィルム４８２は第１方向に沿って延在する線形プリズムを有することができ、第２プリズムフィルム４８４は、第１方向とは異なる第２方向に沿って延在するプリズムを有することができる。いくつかの実施形態において、この第１方向と第２方向は実質的に直交している。プリズムフィルムは、方向転換フィルムの製造に関して他の箇所で記述されている技法を用いて製造することができる。
【００４８】
光結合層４８６は、任意の光学的に透明な接着剤とすることができる。好適な光学的に透明な接着剤としては、３Ｍ  Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ  Ｃｌｅａｒ  Ａｄｈｅｓｉｖｅ  ８１４２ＫＣＬ又は３Ｍ  Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ  Ｃｌｅａｒ  Ａｄｈｅｓｉｖｅ  ８１４６−Ｘが挙げられ、これらは両方とも３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ、ＭＮ）から入手可能である。いくつかの実施形態において、光結合層４８６は、第２プリズムフィルム４８４の屈折率に近い屈折率を有するよう選択される。例えば、いくつかの実施形態において、２５℃で波長５８９ｎｍ（ナトリウムＤ線）を有する光に対する屈折率が１．４７４である３Ｍ  Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ  Ｃｌｅａｒ  Ａｄｈｅｓｉｖｅ  ８１４６−Ｘを、２５℃で波長５８９ｎｍ（ナトリウムＤ線）を有する光に対する屈折率が１．４９１であるアクリルプリズムフィルムと共に使用する。
【００４９】
照明要素４１０からの光出力は、切り替え可能拡散体４２０を通過し、プリズムフィルム４８２及び４８４と交差する。切り替え可能拡散体４２０が実質的に透明な状態であるとき、プリズムフィルム４８２及び４８４は、高入射角（すなわち、垂直軸に対して大きな入力角）を有する光を、反射体４１４に向かって反射し、次いで光が反射されてプリズムフィルム４８２及び４８４に戻る。反射体４１４は、拡散体又は準正反射の反射体であってよく、これにより反射体４１４から反射して離れていく光の一部が、入射角とは異なる反射角を有する。光学システム４００は、光をリサイクルして、部分的にコリメートされた出力を生成することができる。リサイクル機構によりコリメーションを増加させるプリズムフィルムは当該技術分野で周知であり、例えば、米国特許第４，５４２，４４９号（Ｗｈｉｔｅｈｅａｄ）、同第５，１７５，０３０号（Ｌｕら）、及び同第５，１８３，５９７号（Ｌｕ）に説明されている。切り替え可能拡散体４２０が曇り状態にある場合、プリズムフィルム４８２及び４８４への入力は、切り替え可能拡散体４２０を通過することにより、部分的に無作為化された角分布を有する。この場合、プリズムフィルムは、光出力を部分的にコリメートする効率が低くなり、結果として得られる光出力は、広視角出力となる。フィルム積層体４８０は、可視光範囲で吸光度が低い光学材料から製造することができ、これによりフィルム積層体４８０は、低吸収性フィルム積層体となる。
【００５０】
この実施形態は、方向転換フィルムを使用した場合の実施形態を説明するのに使用したものと類似の表現で説明することができる。フィルム積層体４８０は、好ましい角入力分布を有し、これにより、この角入力分布を有する光が供給された場合、フィルム積層体４８０は部分的にコリメートされた光を出力する。他の角の光分布が供給された場合、例えば拡散体を通過することによって部分的に無作為化された角の光分布が供給された場合、フィルム積層体４８０は、光出力をコリメートするのに効果的ではない。
【００５１】
図４に示す実施形態において、空気ギャップ４２６のみが、切り替え可能拡散体４２０と光ガイド４６０とを分離し、これにより空気界面４２７が第１主表面４２２に存在する。他の実施形態において、低屈折率層が、切り替え可能拡散体４２０と光ガイド４６０とを分離する。
【００５２】
図２の光学システム２００の一般構造を有するシステムで、第１の任意追加的な光学フィルム２７０と第２の任意追加的な光学フィルム２７５が含まれておらず、第３の任意追加的な光学フィルム２８０が方向転換フィルムである実施形態を、図５に示す。
【００５３】
図５は、光学システム５００の概略側面図であり、これは、照明要素５１０と、反射体５１４と、切り替え可能拡散体５２０と、ディスプレイパネル５３０と、拡散体状態データを拡散体データチャネル５４１上で切り替え可能拡散体５２０に提供する拡散体コントローラ５４０と、を含む。照明要素５１０は、光源５５０及び光ガイド５６０を含む。光学システム５００は、光路５１２ａを有する光と光路５１２ｂを有する光とを生成することができる。光学システム５００は更に方向転換フィルム５８０も含み、これは、プリズムが照明要素５１０側に面した状態で配置されている。光学システム５００は、反射体５１４から方向転換フィルム５８０（これは低吸収性光学要素であり得る）を通って延在し、更に切り替え可能拡散体５２０の第１主表面５２２を横断して延在する、領域５９０を含む。いくつかの実施形態において、領域５９０は低吸収性領域である。
【００５４】
光ガイド５６０は、光ガイドに対する下向き法線に対してある角度θＯでのピーク強度を備える角分布を有する光出力を提供する。他の箇所で述べられているように、これは、当該技術分野で周知のように、光ガイド内に様々な抽出機能を用いることによって達成することができる。θＯは例えば、約３０度〜約７５度の範囲であり得る。この光ガイドの出力は、角θＯにより定義される方向に沿って部分的にコリメートされ得る。
【００５５】
光ガイド５６０からの光は、切り替え可能拡散体５２０を通り抜けて反射体５１４に至り、ここで反射され、次いで方向転換フィルム５８０へ向かって光ガイド５６０を透過する。反射体５１４は、実質的に正反射の反射体であってよく、例えば３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ、ＭＮ）から入手可能な強化鏡面反射体（Enhanced Specular Reflector、ＥＳＲ）であり得る。方向転換フィルム５８０は、ディスプレイパネルの法線に対して角θＯで特定される伝搬方向を有する光を曲げるよう構成されている。θＯとは実質的に異なる入力角で、方向転換フィルム５８０に入る入射光は、必ずしもディスプレイパネルの法線に向かって曲げられるわけではない。換言すれば、方向転換フィルム５８０は好ましい入力角を有し、好ましい入力角を有する光が提供された場合には好ましい出力を提供するが、他の入力分布が提供された場合には、一般的に、好ましい出力を提供するわけではない。
【００５６】
切り替え可能拡散体５２０が実質的に透明な状態にあるとき、光は、実質的な散乱なしに、切り替え可能拡散体５２０を通り抜け、これによって、この光は、方向転換フィルムの好ましい入力角で方向転換フィルム５８０に提供される。次いでこの光は、方向転換フィルム５８０によって曲げられ、これによってこの光は、方向転換フィルム５８０が存在しなかった場合に有することになる方向よりディスプレイパネルの法線に近い出力方向を有する。例えば、拡散体が実質的に透明な状態であるとき、光線は光路５１２ａに従い得る。切り替え可能拡散体５２０が曇り状態にあるとき、光ガイド５６０からの光は、切り替え可能拡散体５２０を通って反射体５１４に至る際、及び／又は、反射体５１４から方向転換フィルム５８０へと至る際に、偏向されてよく、これによってこの光は、方向転換フィルムの好ましい入力角では方向転換フィルム５８０に提供されない。これによって、光は、ディスプレイパネルに対する法線に対して大きな角度でディスプレイパネルから出ることができる。例えば、拡散体が曇り状態であるとき、光線は光路５１２ｂに従うことができる。
【００５７】
図５に示す実施形態において、空気ギャップ５２６のみが、切り替え可能拡散体５２０と光ガイド５６０とを分離し、これにより空気界面５２７が第１主表面５２２に存在する。他の実施形態において、低屈折率層が、切り替え可能拡散体５２０と光ガイド５６０とを分離する。
【００５８】
本明細書の任意の光学システムにおいて、低吸収性光学要素は、コリメーション効果及び／又は方向転換効果を提供するレンズであり得る。いくつかの実施形態において、このレンズは全反射レンズ（ＴＩＲレンズ）であり、照明要素からの光は、切り替え可能拡散体を通ってこのレンズに入り、これはＴＩＲによってレンズの外側表面で反射される。
【００５９】
いくつかの実施形態において、この切り替え可能拡散体は、独立に特定可能な１つ又は２つ以上の領域を有する。各領域は、第１状態、及び第１状態とは異なる第２状態になることができる。例えば、第１状態は曇り状態であってよく、第２状態は実質的に透明な状態であってよい。いくつかの実施形態において、各領域は、第１状態、第１状態とは異なる第２状態、並びに、第１状態及び第２状態とは異なる第３状態になることができる。例えば、第１状態は第１ヘイズを有する第１曇り状態であってよく、第２状態は、第１ヘイズとは異なる第２ヘイズを有する第１曇り状態であってよく、第３状態は、実質的に透明な状態であってよい。いくつかの実施形態において、各領域は、実質的に透明な状態、及び第１曇り状態になることができる。いくつかの実施形態において、各領域は、実質的に透明な状態、第１曇り状態、及び第１曇り状態とは異なる第２曇り状態になることができる。いくつかの実施形態において、各領域は、切り替え可能拡散体により達成可能な最大ヘイズを有する最大ヘイズ状態になることができる。いくつかの実施形態において、各領域は、実質的に透明な状態と、実質的に透明な状態から最大ヘイズ状態まで実質的に連続的に変化することができる複数の曇り状態との、いずれにもなることができる。
【００６０】
いくつかの実施形態において、切り替え可能拡散体の１つ又は２つ以上の領域は、特定可能な受動マトリックスである少なくとも４つの領域を含む。電気的切り替え可能拡散体は、図６に示すように複数の特定可能領域を有し、この図では、切り替え可能拡散体６２０が、独立に特定可能な領域６２１、６２２、６２３及び６２４を有している。図６に示す実施形態において、４つの領域６２１〜６２４は、領域が長方形アレイに配列されている。他の実施形態において、この領域は、隣接するストライプとして配列され、これらはそれぞれ、ディスプレイの長さ又は幅に沿って延在し得る。
【００６１】
ある電圧波形を切り替え可能拡散体に印加して、拡散体の状態を変えることができる。いくつかの実施形態において、この波形は切り替え装置を使用して印加される。いくつかの実施形態において、切り替え装置は、切り替え可能拡散体の一要素として提供される。いくつかの実施形態において、切り替え装置は、切り替え可能拡散体を収容するディスプレイハウジング内に配置され得る。いくつかの実施形態において、切り替え装置は、切り替え可能拡散体を収容するディスプレイハウジングの外側に位置する、物理的に別個の要素として提供され得る。いくつかの実施形態において、この切り替え可能拡散体は、スメクチックＡ材料の層を含む。いくつかの実施形態において、このスメクチック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。
【００６２】
スメクチックＡ材料又は他の切り替え可能拡散体材料の状態を変化させるのに必要な電圧波形は、当該技術分野で周知である。好適な波形は、例えば、米国特許第４，８９３，１１７号（Ｂｌｏｍｌｅｙら）に説明されている。いくつかの実施形態において、領域を透明状態からヘイズ状態に切り替えるために、低周波数波形が印加され、また領域を曇り状態から透明状態に切り替えるために、高周波数波形が使用される。いくつかの実施形態において、この低周波数波形は、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において、この高周波数波形は、約０．５ｋＨｚ〜約４ｋＨｚの範囲の周波数（例えば、約１ｋＨｚ）を有する。
【００６３】
曇り状態は、透明状態にある切り替え可能拡散体に電圧波形を印加する時間によって調整することができる。例えば、第１時間に実質的に透明な状態にある切り替え可能拡散体に低周波数波形を印加すると、第１ヘイズを有する第１曇り状態をもたらすことができ、第２時間に実質的に透明な状態にある切り替え可能拡散体に低周波数波形を印加すると、第１ヘイズとは異なる第２ヘイズを有する第２曇り状態をもたらすことができる。例えば、第１時間は８００ｍｓであってよく、第２時間は４００ｍｓであってよく、これにより第１ヘイズは第２ヘイズより高くなる。
【００６４】
いくつかの実施形態において、切り替え可能拡散体は、一部の領域が透明状態であり、一部の領域が曇り状態であり、透明状態から曇り状態への変化と曇り状態から透明状態への変化の両方が必要とされているような状態にあるとき、拡散体コントローラは、最初に低周波数波形を透明状態から曇り状態に変化させる領域に印加し、引き続いて高周波数波形を曇り状態から透明状態に変化させる領域に印加するよう、構成される。いくつかの実施形態において、切り替え可能拡散体は、一部の領域が透明状態であり、一部の領域が曇り状態であり、透明状態から曇り状態への変化と曇り状態から透明状態への変化の両方が必要とされているような状態にあるとき、拡散体コントローラは、最初に高周波数波形を曇り状態から透明状態に変化させる領域に印加し、引き続いて低周波数波形を透明状態から曇り状態に変化させる領域に印加するよう、構成される。いくつかの実施形態において、切り替え可能拡散体は、一部の領域が透明状態であり、一部の領域が曇り状態であり、透明状態から曇り状態への変化と曇り状態から透明状態への変化の両方が必要とされているような状態にあるとき、拡散体コントローラは、第１時間に低周波数波形を透明状態から曇り状態に変化させる領域に印加し、第２時間に高周波数波形を曇り状態から透明状態に変化させる領域に印加し、第１時間と第２時間は重なり合うよう、構成される。
【００６５】
以下は、本明細書の例示的な実施形態の一覧である。
項目１は、
第１主表面を有する切り替え可能拡散体であって、実質的に透明な状態、又は第１曇り状態になることができる、切り替え可能拡散体と、
第１主表面の反対側で切り替え可能拡散体に隣接して配置される、低吸収性光学要素と、
切り替え可能拡散体を第１主表面から照らすよう配置された、照明要素と、を含む、光学システムであり、
この光学システムは、空気界面が切り替え可能拡散体の第１主表面に存在するか、又は低屈折率層が照明要素と切り替え可能拡散体との間に配置されるように、構成され、低吸収性光学要素は、照明要素が第１主表面から切り替え可能拡散体を照らし、かつ切り替え可能拡散体が実質的に透明な状態にあるときに、コリメーション効果又は方向転換効果を提供する。
【００６６】
項目２は、項目１の光学システムであり、照明要素は光源及び光ガイドを含む。
【００６７】
項目３は、項目２の光学システムであり、切り替え可能拡散体は、第１主表面が光ガイド側に面した状態で光ガイドに隣接して配置される。
【００６８】
項目４は、項目３の光学システムであり、空気ギャップのみが、切り替え可能拡散体と光ガイドとを分離している。
【００６９】
項目５は、項目３の光学システムであり、低屈折率層が、切り替え可能拡散体と光ガイドとを分離している。
【００７０】
項目６は、項目５の光学システムであり、低屈折率層は、約１．４２以下の屈折率を有する光学的に透明な接着剤である。
【００７１】
項目７は、項目１の光学システムであり、照明要素から低吸収性光学要素を通って延在し、更に切り替え可能拡散体の第１主表面を横断して延在する領域は、低吸収性領域である。
【００７２】
項目８は、
光ガイドと、
光ガイドに隣接する切り替え可能拡散体であって、実質的に透明な状態、又は第１曇り状態のいずれかになることができる、切り替え可能拡散体と、
光ガイドの反対側で切り替え可能拡散体に隣接して配置されるか、又は切り替え可能拡散体の反対側で光ガイドに隣接して配置されるか、又は光学システムの出力表面の反対側で光ガイドに隣接して配置される、低吸収性光学要素と、を含む、光学システムであり、
空気ギャップ又は低屈折率層が、切り替え可能拡散体と光ガイドとを分離し、低吸収性光学要素は、光が光ガイド内に入力され、かつ切り替え可能拡散体が実質的に透明な状態にあるときに、コリメーション効果又は方向転換効果を提供する。
【００７３】
項目９は、項目８の光学システムであり、低吸収性光学要素は、光ガイドの反対側で切り替え可能拡散体に隣接して配置される。
【００７４】
項目１０は、項目９の光学システムであり、光ガイドから低吸収性光学要素を通って延在し、更に切り替え可能拡散体の第１主表面を横断して延在する領域は、低吸収性領域である。
【００７５】
項目１１は、項目８の光学システムであり、低吸収性光学要素は、切り替え可能拡散体の反対側で光ガイドに隣接して配置され、かつ、光学システムは更に、光ガイドの反対側で切り替え可能拡散体に隣接して配置される反射体を含む。
【００７６】
項目１２は、項目１１の光学システムであり、反射体から低吸収性光学要素を通って延在し、更に切り替え可能拡散体の第１主表面を横断して延在する領域は、低吸収性領域である。
【００７７】
項目１３は、項目８の光学システムであり、空気ギャップのみが、切り替え可能拡散体と光ガイドとを分離している。
【００７８】
項目１４は、項目８の光学システムであり、低屈折率層が、切り替え可能拡散体と光ガイドとを分離している。
【００７９】
項目１５は、
光抽出機能を含む光ガイドと、
光ガイドに隣接する切り替え可能拡散体であって、実質的に透明な状態、又は第１曇り状態になることができる、切り替え可能拡散体と、
光ガイドの反対側で切り替え可能拡散体に隣接して配置されるか、又は切り替え可能拡散体の反対側で光ガイドに隣接して配置されるか、又は光学システムの出力表面の反対側で光ガイドに隣接して配置される、低吸収性光学要素と、を含む、光学システムであり、
低吸収性光学要素は、光が光ガイド内に入力され、かつ切り替え可能拡散体が実質的に透明な状態にあるときに、コリメーション効果又は方向転換効果を提供する。
【００８０】
項目１６は、項目１５の光学システムであり、低吸収性光学要素は、光ガイドの反対側で切り替え可能拡散体に隣接して配置される。
【００８１】
項目１７は、項目１６の光学システムであり、光ガイドから低吸収性光学要素まで延在し、更に切り替え可能拡散体の第１主表面を横断して延在する領域は、低吸収性領域である。
【００８２】
項目１８は、項目１５の光学システムであり、低吸収性光学要素は、切り替え可能拡散体の反対側で光ガイドに隣接して配置され、かつ光学システムは光ガイドの反対側で切り替え可能拡散体に隣接して配置される反射体を更に含む。
【００８３】
項目１９は、項目１８の光学システムであり、反射体から低吸収性光学要素まで延在し、更に切り替え可能拡散体の第１主表面を横断して延在する領域は、低吸収性領域である。
【００８４】
項目２０は、項目１５の光学システムであり、空気ギャップが、切り替え可能拡散体と光ガイドとを分離している。
【００８５】
項目２１は、項目１〜２０のいずれかの光学システムであり、低吸収性光学要素は、光学システムの光出力のコリメーションを増加させるよう配置されたプリズムフィルムを含む。
【００８６】
項目２２は、項目１〜２０のいずれかの光学システムであり、低吸収性光学要素は、光学システムの光出力を、第１方向から、第１方向とは異なる第２方向へと、方向転換するよう配置されたプリズムフィルムを含む。
【００８７】
項目２３は、項目１〜２０のいずれかの光学システムであり、低吸収性光学要素は、第２角分布を有する光入力が低吸収性光学要素に提供されたときに、第１角分布を有する光出力を提供するよう構成され、第１角分布は、光学システムの出力表面の法線に実質的に近い平均出力方向を有するか、又は第２角分布と比較して実質的によりコリメートされている。
【００８８】
項目２４は、項目１〜２０のいずれかの光学システムであり、この光学システムは、切り替え可能拡散体が実質的に透明な状態にあるときに、狭視角モードの第１光出力を生成し、切り替え可能拡散体が第１曇り状態にあるときに、広視角モードの第２光出力を生成するように構成される。
【００８９】
項目２５は、項目１〜２０のいずれかの光学システムであり、切り替え可能拡散体は、第１曇り状態とは異なる第２曇り状態になることができる。
【００９０】
項目２６は、項目１〜２０のいずれかの光学システムであり、切り替え可能拡散体は双安定である。
【００９１】
項目２７は、項目１〜２０のいずれかの光学システムであり、切り替え可能拡散体はスメクチックＡ液晶を含む。
【００９２】
項目２８は、項目１〜２０のいずれかの光学システムであり、切り替え可能拡散体は、複数の特定可能な領域を含む。
【００９３】
項目２９は、項目１〜２０のいずれかの光学システムを含むディスプレイである。
【００９４】
項目３０は、項目１〜２０のいずれかの光学システムを含む照明装置である。
【００９５】
以上、本明細書において具体的な実施形態を図示、説明したが、様々な代替的かつ／又は等価的な実現形態を、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に置き換えることができる点は、当業者であれば認識されるところであろう。本出願は、本明細書において検討される具体的な実施形態のいかなる適合例又は変形例をも網羅しようとするものである。したがって、本開示は、「特許請求の範囲」及びその等価物によってのみ限定されるものとする。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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