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TW201643473A - 具有可切換式漫射器之光學系統 - Google Patents

具有可切換式漫射器之光學系統 Download PDF

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TW201643473A
TW201643473A TW105106787A TW105106787A TW201643473A TW 201643473 A TW201643473 A TW 201643473A TW 105106787 A TW105106787 A TW 105106787A TW 105106787 A TW105106787 A TW 105106787A TW 201643473 A TW201643473 A TW 201643473A
Authority
TW
Taiwan
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optical system
optical
light
switchable diffuser
state
Prior art date
Application number
TW105106787A
Other languages
English (en)
Inventor
約翰 艾倫 惠特力
肯尼斯 艾倫 愛普斯坦
堵光磊
Original Assignee
３Ｍ新設資產公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ３Ｍ新設資產公司 filed Critical ３Ｍ新設資產公司
Publication of TW201643473A publication Critical patent/TW201643473A/zh

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Abstract

一種光學系統，其包括一照明組件及一可切換式漫射器，該可切換式漫射器與該照明組件光學連通。該光學系統可進一步包括一低吸收性光學組件。該可切換式漫射器及/或該低吸收性光學組件之至少一外表面包括光重導向結構。當該可切換式漫射器處於一第一狀態且該光學系統產生一光輸出時，該等光重導向結構經組態以沿著至少一方向使該光學系統之該光輸出的半高寬(FWHM)相對於不包括該等光重導向結構之一以其他方式等效的光學系統之光輸出的半高寬增加至少5度。

Description

具有可切換式漫射器之光學系統
光學系統可包括一漫射器，以改善光輸出之均勻性。在一些情況下，能夠對來自一光學系統的光輸出進行電氣調整可為所欲，且可包括一聚合物分散液晶(polymer dispersed liquid crystal,PDLC)層之可切換式漫射器可用於此目的。
在本說明之一些態樣中，茲提供一光學系統，其包括一照明組件；一可切換式漫射器，其與該照明組件光學連通；及一低吸收性光學組件，其與該照明組件光學連通，並與該可切換式漫射器光學連通。該可切換式漫射器具有至少一第一狀態及一第二狀態。該第一狀態的特徵在於一第一霧度，且該第二狀態的特徵在於不同於該第一霧度的一第二霧度。該低吸收性光學組件包括相對的第一及第二外表面，其中該第一及第二外表面的至少一者包括光重導向結構。當該可切換式漫射器處於該第一狀態且該光學系統產生一光輸出時，該等光重導向結構經組態以在至少一方向上使該光學系統之該光輸出的半 高寬(FWHM)相對於不包括該等光重導向結構之一以其他方式等效的光學系統之光輸出的半高寬增加至少5度。
在本說明之一些態樣中，茲提供一光學系統，其包括一照明組件及一可切換式漫射器，該可切換式漫射器與該照明組件光學連通。該可切換式漫射器具有至少一第一狀態及一第二狀態。該第一狀態的特徵在於一第一霧度，且該第二狀態的特徵在於不同於該第一霧度的一第二霧度。該可切換式漫射器包括一作用層(active layer)，其係設置在一第一外層及一第二外層之間。該第一外層具有一與該作用層相對之第一外表面，且該第二外層具有一與該作用層相對之第二外表面，其中該第二外層面向該照明組件。該第一及第二外表面的至少一者包括光重導向結構。當該可切換式漫射器處於該第一狀態且該光學系統產生一光輸出時，該等光重導向結構經組態以在至少一方向上使該光學系統之該光輸出的半高寬(FWHM)相對於不包括該等光重導向結構之一以其他方式等效的光學系統之光輸出的半高寬增加至少5度。
在本說明之一些態樣中，茲提供一光學系統，其包括一照明組件；一可切換式漫射器，其與該照明組件光學連通；及一低吸收性光學組件，其與該照明組件光學連通，並與該可切換式漫射器光學連通。該可切換式漫射器具有至少一第一狀態及一第二狀態。該第一狀態的特徵在於一第一霧度，且該第二狀態的特徵在於不同於該第一霧度的一第二霧度。該可切換式漫射器包括一作用層，其係設置在一第一外層及一第二外層之間。該第一外層具有一與該作用層相對之 第一外表面，且該第二外層具有一與該作用層相對之第二外表面。該低吸收性光學組件包括相對的第三及第四外表面。該第一、第二、第三、及第四外表面的至少一者包括光重導向結構。當該可切換式漫射器處於該第一狀態且該光學系統產生一光輸出時，該等光重導向結構經組態以在至少一方向上使該光學系統之該光輸出的半高寬(FWHM)相對於不包括該等光重導向結構之一以其他方式等效的光學系統之光輸出的半高寬增加至少5度。
D‧‧‧距離
W‧‧‧寬度
α‧‧‧角度
θ‧‧‧角度
θ0 N‧‧‧半高全寬
θ0 W‧‧‧半高全寬
θN‧‧‧特徵視角
θW‧‧‧特徵視角
100‧‧‧光學系統
100b‧‧‧光學系統
110‧‧‧可切換式漫射器
110b‧‧‧可切換式漫射器
112‧‧‧作用層
114‧‧‧第一外層
115‧‧‧第一外表面
116‧‧‧第二外層；第二層
116b‧‧‧第二外層
117‧‧‧第二外表面
117b‧‧‧第二外表面
118‧‧‧光重導向結構
120‧‧‧照明組件
200‧‧‧光學系統
200b‧‧‧光學系統
210‧‧‧可切換式漫射器
212‧‧‧作用層
214‧‧‧第一外層
215‧‧‧第一外表面
216‧‧‧第二外層；第二層
217‧‧‧第二外表面
220‧‧‧照明組件
230‧‧‧低吸收性光學組件
230b‧‧‧低吸收性光學組件
232‧‧‧第一外表面
232b‧‧‧非結構化外表面
233‧‧‧光重導向結構
234‧‧‧第二外表面
234b‧‧‧非結構化外表面
235‧‧‧光重導向結構
300‧‧‧光學系統
300b‧‧‧光學系統
300c‧‧‧光學系統
302‧‧‧輸出表面
302b‧‧‧輸出表面
302c‧‧‧輸出表面
304‧‧‧相對窄的輸出分布
304b‧‧‧相對窄的輸出分布
304c‧‧‧相對窄的輸出分布
306‧‧‧相對廣的輸出分布
306b‧‧‧相對廣的輸出分布
306c‧‧‧相對廣的輸出分布
307‧‧‧平均光輸出
307b‧‧‧平均光輸出
307c‧‧‧平均光輸出
403‧‧‧軸向非對稱FWHM輸出分布
403b‧‧‧軸向對稱FWHM輸出分布
403c‧‧‧軸向對稱FWHM輸出分布
405‧‧‧第一軸
406‧‧‧第二軸
500‧‧‧光學系統
500b‧‧‧光學系統
500c‧‧‧光學系統
510‧‧‧可切換式漫射器
510b‧‧‧可切換式漫射器
512‧‧‧作用層
514‧‧‧第一外層
515‧‧‧第一外表面
516‧‧‧第二外層；第二層
516b‧‧‧第二外層
517‧‧‧第二外表面
517b‧‧‧第二外表面
518‧‧‧光重導向結構
520‧‧‧照明組件
522‧‧‧光源
524‧‧‧光導
526‧‧‧反射器
530‧‧‧低吸收性光學組件
530c‧‧‧低吸收性光學組件
532‧‧‧第一外表面
532c‧‧‧第一外表面
533‧‧‧第二外表面
534‧‧‧第二外表面
534c‧‧‧第二外表面
540‧‧‧漫射器控制器
542‧‧‧漫射器資料通道
600‧‧‧光學系統
600b‧‧‧光學系統
610‧‧‧可切換式漫射器
610b‧‧‧可切換式漫射器
612‧‧‧作用層
614‧‧‧第一外層
615‧‧‧第一外表面
616‧‧‧第二外層；第二層
616b‧‧‧第二外層
617‧‧‧第二外表面
617b‧‧‧第二外表面
618‧‧‧光重導向結構
620‧‧‧照明組件
622‧‧‧光源
624‧‧‧光導
626‧‧‧反射器
630‧‧‧低吸收性光學組件
630b‧‧‧低吸收性光學組件
632‧‧‧第一外表面
632b‧‧‧第一外表面
633‧‧‧第一組光重導向結構
634‧‧‧第二外表面
634b‧‧‧第二外表面
635‧‧‧第二組光重導向結構
640‧‧‧漫射器控制器
642‧‧‧漫射器資料通道
700‧‧‧光學系統
700b‧‧‧光學系統
710‧‧‧可切換式漫射器
710b‧‧‧可切換式漫射器
712‧‧‧作用層
714‧‧‧第一外層
715‧‧‧第一外表面
715b‧‧‧第一外表面
716‧‧‧第二外層；第二層
716b‧‧‧第二外層；第二層
717‧‧‧第二外表面
717b‧‧‧第二外表面
718‧‧‧光重導向結構
719‧‧‧光重導向結構
720‧‧‧照明組件
730‧‧‧低吸收性光學組件
730b‧‧‧低吸收性光學組件
732‧‧‧第一外表面
733‧‧‧光重導向結構
733b‧‧‧光重導向結構
734‧‧‧第二外表面
734b‧‧‧第二外表面
735‧‧‧光重導向結構
740‧‧‧漫射器控制器
742‧‧‧漫射器資料通道
800‧‧‧光學系統
801‧‧‧光學系統
802‧‧‧輸出表面
804‧‧‧窄視角輸出
806‧‧‧廣視角輸出
808‧‧‧光學路徑
810‧‧‧可電切換式漫射器
820‧‧‧照明組件
822‧‧‧光源
824‧‧‧光導
830‧‧‧光學組件
835‧‧‧光學組件
840‧‧‧漫射器控制器
842‧‧‧漫射器資料通道
850‧‧‧顯示器面板
900‧‧‧光學系統
901‧‧‧光學系統
902‧‧‧輸出表面
904‧‧‧窄視角輸出
906‧‧‧廣視角輸出
908‧‧‧光學路徑
910‧‧‧可電切換式漫射器
920‧‧‧照明組件
922‧‧‧光源
924‧‧‧光導
930‧‧‧光學組件
935‧‧‧光學組件
939‧‧‧光學組件
940‧‧‧漫射器控制器
942‧‧‧漫射器資料通道
950‧‧‧顯示器面板
1000‧‧‧光學系統
1010‧‧‧可切換式漫射器
1011‧‧‧法線方向；法線向量
1020‧‧‧照明組件
1030‧‧‧低吸收性光學組件
1060‧‧‧反射或半透射外主表面
1060a‧‧‧區域
1060b‧‧‧區域
1063‧‧‧遠端邊緣
1066‧‧‧近端邊緣
1070‧‧‧光學體積
1073‧‧‧光注入區域
1075‧‧‧輸出主表面
1076‧‧‧光學軸
1110A‧‧‧可切換式漫射器
1110A-1‧‧‧可獨立定址區域
1110A-2‧‧‧可獨立定址區域
1110A-3‧‧‧可獨立定址區域
1110A-4‧‧‧可獨立定址區域
1110A-5‧‧‧可獨立定址區域
1110A-6‧‧‧可獨立定址區域
1110A-7‧‧‧可獨立定址區域
1110A-8‧‧‧可獨立定址區域
1110A-9‧‧‧可獨立定址區域
1110B‧‧‧可切換式漫射器
1110B-1‧‧‧可獨立定址區域
1110B-2‧‧‧可獨立定址區域
1110B-3‧‧‧可獨立定址區域
1110C‧‧‧可切換式漫射器
1110C-1‧‧‧可獨立定址區域
1110C-2‧‧‧可獨立定址區域
1110C-3‧‧‧可獨立定址區域
1110C-4‧‧‧可獨立定址區域
1174‧‧‧區塊
1290‧‧‧光學組件
1292‧‧‧第一組光重導向結構
1294‧‧‧第一區域
1296‧‧‧第二組光重導向結構
1298‧‧‧第二區域
1300‧‧‧光學系統
1303‧‧‧照明系統
1310‧‧‧可切換式漫射器
1340‧‧‧控制器
1380‧‧‧感測器
1400‧‧‧光學系統
1410‧‧‧可切換式漫射器
1420‧‧‧照明組件
1430‧‧‧低吸收性光學組件
1434‧‧‧外表面
1435‧‧‧光重導向結構
1483‧‧‧透鏡
1530‧‧‧光學組件
1531‧‧‧基材
1534‧‧‧結構化表面
1535‧‧‧光重導向結構
1586‧‧‧表面法線
1588‧‧‧半弧角
1630‧‧‧光學組件
1631‧‧‧基材
1634‧‧‧結構化表面；表面
1635‧‧‧光重導向結構
1687‧‧‧頂角
1689‧‧‧傾角
1764‧‧‧資料序列
1765‧‧‧資料序列
1767‧‧‧資料序列
1769‧‧‧資料序列
1864‧‧‧資料序列
1865‧‧‧資料序列
1867‧‧‧資料序列
1869‧‧‧資料序列
1964‧‧‧資料序列
1965‧‧‧資料序列
1967‧‧‧資料序列
1969‧‧‧資料序列
2064‧‧‧資料序列
2065‧‧‧資料序列
2067‧‧‧資料序列
2069‧‧‧資料序列
2164‧‧‧資料序列
2165‧‧‧資料序列
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圖1A為一光學系統之示意剖面圖，其具有一包括光重導向結構之可切換式漫射器；圖1B為一以其他方式等效之光學系統之示意剖面圖，其具有一無光重導向結構之可切換式漫射器；圖2A為一光學系統之示意剖面圖，其具有一包括光重導向結構之低吸收性光學組件；圖2B為一以其他方式等效之光學系統之示意剖面圖，其具有一無光重導向結構之低吸收性光學組件；圖3A至圖3C為光學系統之示意側視圖；圖4A至圖4B示意地繪示光學系統之光輸出分布的俯視圖；圖5A為一光學系統之剖面圖，其具有一包括光重導向結構之可切換式漫射器，並具有一包括光重導向結構之低吸收性光學組件； 圖5B為一以其他方式等效之光學系統之剖面圖，其具有一無光重導向結構之可切換式漫射器；圖5C為一以其他方式等效之光學系統之剖面圖，其具有一無光重導向結構之可切換式漫射器，並具有一無光重導向結構之低吸收性光學組件；圖6A為一光學系統之剖面圖，其具有一包括光重導向結構之可切換式漫射器，並具有一包括光重導向結構之低吸收性光學組件；圖6B為一以其他方式等效之光學系統之剖面圖，其具有一無光重導向結構之可切換式漫射器，並具有一無光重導向結構之低吸收性光學組件；圖7A為一光學系統之剖面圖，其具有一包括光重導向結構之可切換式漫射器，並具有一包括光重導向結構之低吸收性光學組件；圖7B為一以其他方式等效之光學系統之剖面圖，其具有一無光重導向結構之可切換式漫射器，並具有一無光重導向結構之低吸收性光學組件；圖8至圖9為光學系統之示意剖面圖；圖10為一光學系統之剖面圖；圖11A至圖11C為可切換式漫射器之俯視圖；圖12為一光學組件之剖面圖；圖13為一照明系統之示意圖；圖14為一光學系統之剖面圖；圖15為一光學組件之一部分的示意剖面圖； 圖16為一光學組件之一部分的示意剖面圖；圖17為通過一具有光重導向結構之光學組件之透射百分比對光重導向結構之部分球半弧角(sphere half arc angle)的圖；圖18為通過一具有光重導向結構之光學組件之一輸出分布的半高半寬(half width at half maximum)對光重導向結構之部分球半弧角的圖；圖19為通過一具有光重導向結構之光學組件之透射百分比對光重導向結構之部分球半弧角的圖；圖20為通過一具有光重導向結構之光學組件之一輸出分布的半高半寬對光重導向結構之部分球半弧角的圖；圖21為通過一具有光重導向結構之光學組件之透射百分比對光重導向結構之稜鏡頂角的圖；圖22為通過一具有光重導向結構之光學組件之一輸出分布的半高半寬對光重導向結構之稜鏡斜度的圖；圖23為通過一具有光重導向結構之光學組件之透射百分比對光重導向結構之稜鏡頂角的圖；圖24為通過一具有光重導向結構之光學組件之一輸出分布的半高半寬對光重導向結構之稜鏡斜度的圖；以及圖25至圖29為通過一光學組件之輸出分布的半高半寬對通過該光學組件之透射百分比的圖。
以下說明係參照所附圖式進行，該等圖式構成本發明一部分且係以圖解說明方式顯示。圖式非必然按比例繪製。要理解的是，其他實施例係經設想並可加以實現而不偏離本說明的範疇或精神。
有時候需要具有可電子調整之輸出分布的光學系統。能夠例如即時在一照明器具(luminaire)之不同類型照明輸出之間切換可係所欲的；亦即，不需拆解、重組態、再重新組裝燈具；實體操作燈；或提供及安裝額外的組件。作為另一實例，可需要一顯示器或一招牌(sign)具有一廣視角模式及一窄視角模式。可藉由於光路徑中設置一漫射器來改變一光學系統之光輸出。若漫射器係一可電切換式漫射器，則可藉由電子方式變更可切換式漫射器之狀態來改變光學系統之輸出。
在一光學系統中包括一固定式漫射器及一可切換式漫射器兩者可為所欲。固定式漫射器可用於增加來自光學系統的光之角分布的寬度，使其超越以習知可電子切換式漫射器可達成者。然而，包括一大體積漫射器可導致光在通過大體積漫射器時的反向散射(backscattering)，造成一較無效率的光學系統。根據本說明，已發現在一結合一可切換式漫射器之光學系統中利用表面結構來提供漫射可提供相對於任何反向散射之一出乎意料的高度前向散射。如實例中所示，使用表面結構來產生一給定位準的光擴散(例如，針對輸出之一給定的FWHM)可得到明顯高於使用一大體積漫射器的透射。表面結構可存在於光學系統中所包括之可切換式漫射器上及/或可存在於光學 系統中所包括之一額外的光學組件上，該額外的光學組件可為一低吸收性光學組件。
根據本說明之光學系統包括一可電切換式漫射器，並可包括一或多個低吸收性光學組件。可切換式漫射器及任何被包括之低吸收性光學組件的至少一外表面包括光重導向結構，該光重導向結構經組態以使光學系統之光輸出的半高寬(FWHM)相對於不包括光重導向結構之一以其他方式等效的光學系統增加。FWHM係指光輸出的角分布。光重導向結構可沿著用於可切換式漫射器之至少一種狀態(例如，一最低霧度狀態)的至少一個軸使FWHM增加至少5度、或至少7度、或至少10度、或至少15度、或至少20度，並可使FWHM增加多達45度、或多達60度、或多達90度、或多達120度、或多達150度。
若除了光重導向結構之外，兩組件係由等效材料構成、並具有相同尺寸(例如，長度、寬度、及平均厚度)與形狀，則可說不包括光重導向結構之非結構化組件以其他方式等效於包括光重導向結構之結構化組件。
如本文中所使用，「低吸收性(low absorbing)」薄膜或組件為吸收一輸入光之小於約20百分比的光通量的薄膜或組件，該輸入光來自具有朗伯(Lambertian)角分布之標準光源(standard illuminant)E。標準光源E係等能光源，其具有在可見波長範圍(380nm至780nm)內為恆定的光譜功率分布。比較之下，有時用在一具有一可切換式漫射器之系統中的葉片膜可吸收一輸入光之約30%的光通量，該輸 入光來自具有朗伯角分布之標準光源E。在一些實施例中，使用低吸收性組件或薄膜，其吸收一輸入光之小於約15%、或小於約10%、或甚至小於約5%的光通量，該輸入光來自具有朗伯角分布之標準光源E。使用低吸收性光學組件可提供光學系統之一所需的效率位準。
在一些實施例中，可切換式漫射器包括層列A液晶(smectic A liquid crystal)。當可切換式漫射器處於實質上清透的狀態時，包括層列A液晶的可切換式漫射器具有約3%或以下的軸上霧度(on-axis haze)。在一些情況下，軸上霧度可低至1%。相比之下，PDLC漫射器在其最清透的狀態下具有大於5%的軸上霧度。PDLC漫射器在其清透狀態中的離軸霧度(off-axis haze)係顯著高於5%，而層列A漫射器則維持低離軸霧度。層列A可切換式漫射器與PDLC可切換式漫射器的最大霧度接近百分之100。霧度可定義為被散射使其方向偏離入射光束方向大於2.5度的經透射光的百分比，如ASTM D1003-13「用於透明塑膠之霧度及光透射性之標準測試方法(Standard Test Method for Haze and Luminous Transmittance of Transparent Plastics)」中所指明。霧度可使用符合ASTM D1003-13標準之可購自BYK-Gardner Inc.(Silver Springs,Md.)的HAZE-GARD PLUS計來判定。
在一些實施例中，對可切換式漫射器的至少一狀態(例如，一最低霧度狀態)而言，針對零度(垂直入射)至約85度(例如，掠射入射(glancing incidence))之範圍內的所有入射角度，用在本說明之光學系統中的可切換式漫射器具有一小於約5百分比的霧 度。在一些實施例中，對可切換式漫射器的至少一狀態(例如，一最低霧度狀態)而言，針對零度至約85度之範圍內的所有入射角度，用在本說明之光學系統中的可切換式漫射器包括一作用層，該作用層具有一小於約5百分比的霧度。
使用一具有增加一光學系統之光輸出的FWHM之光重導向結構的低霧度可切換式漫射器(例如，一層列A可切換式漫射器)可提供相對於任何反向散射一出乎意料的高度前向散射。光重導向結構可位於漫射器的表面上及/或位於一低吸收性光學組件的表面上。
在一些實施例中，可切換式漫射器具有一或多個可獨立定址的區域。在一些實施例中，可切換式漫射器為「雙穩態(bistable)」。如本文中所使用，「雙穩態(bistable)」可切換式漫射器係可電切換式漫射器，其具有一或多個區域，其中各區域具有兩個或兩個以上之實質上穩定的狀態。「實質上穩定(substantially stable)」意指在未跨可切換式漫射器施加電壓的情況下，在一段時間週期(諸如，數小時或數天)內維持該等狀態。在一些實施例中，可切換式漫射器包括雙穩態的層列A液晶。使用層列A液晶之可電切換式漫射器可具有實質上穩定之實質上清透的狀態以及複數個實質上穩定的霧狀狀態，該等霧狀狀態之特徵可在於各種霧狀狀態下的霧度值。
一可切換式漫射器之狀態的特徵可在於可切換式漫射器之作用層的霧度。一具有一包括光重導向元件之外表面的第一可切換式漫射器可具有一高於一以其他方式等效之第二可切換式漫射器的總 體霧度，該第二可切換式漫射器不包括光重導向元件，但具有一處於與第一可切換式漫射器相同狀態的等效作用層。
如在別處所述，光學系統的光譜輸出可藉由使用一具有可獨立定址區域之可切換式漫射器、以及使用具有相關於可獨立定址區域之位置的複數個LED來變更。同樣如在別處所述，光學系統之輸出的偏光分布可藉由在光學系統之一光學體積之一主表面處結合偏光選擇組件(例如，一反射式偏光器)來變更。藉由適當地配置可切換式漫射器及包括在光學系統中的任何(若干)低吸收性光學組件，光學系統之光輸出的角分布、光譜分布(例如，色彩輸出)、及/或偏光分布可依據可切換式漫射器的狀態改變。
圖1A為光學系統100的示意剖面圖，其包括可切換式漫射器110，其具有一作用層112；第一外層114，其具有與作用層112相對之第一外表面115；第二層116，其具有與作用層112相對之第二外表面117。第二外表面117包括光重導向結構118。作用層112係設置在第一外層114及第二外層116之間。作用層112可為一液晶層，並可包括層列A液晶。第一外層114及第二外層116可為聚合層或可為玻璃層，或者外層之一者可為一玻璃層，而另一者為一聚合層。光學系統100進一步包括照明組件120，其與可切換式漫射器110光學連通。照明組件120可為任何類型的照明組件，舉例來說，例如一或多個發光二極體(LED)或冷陰極螢光燈(CCFL)。在本說明之光學系統之任一者中所用的照明組件可或可不包括一光導，且可或可不包括經設置的反射器以在一所欲方向上引導光。在一些實施例中， 照明組件包括光導與光源(諸如LED)，該光源經設置成將光注入光導的邊緣。適當的光導係在美國專利申請案公開案第2010/0014027號(Li等人)及美國專利第7,532,800號(Iimura)與第7,699,516號(Lee)中說明。可切換式漫射器110具有一第一狀態，其特徵在於一第一霧度；及一第二狀態，其特徵在於不同於第一霧度的一第二霧度。
在所繪示的實施例中，第一外表面115係非結構化的，而第二外表面117係結構化的。在其他實施例中，第一外表面115係結構化的，而第二外表面117係非結構化的。在仍有其他實施例中，第一外表面115及第二外表面117兩者均係結構化的。由第二外表面117所提供的結構為光重導向結構118，該光重導向結構經組態以在至少一方向上使光學系統之光輸出的半高寬(FWHM)相對於不包括光重導向結構之一以其他方式等效的光學系統之光輸出的半高寬增加。例如，當可切換式漫射器處於第一狀態(其可為一最低霧度狀態)時，光重導向結構118可沿著至少一方向使FWHM增加至少5度、或至少7度、或至少10度、或至少15度、或至少20度，並可使FWHM增加多達45度、或多達60度、或多達90度、或多達120度、或多達150度。
在本說明之光學系統的任一者中，可需要設置光重導向結構，使得一空氣介面存在於光重導向結構處，以最大化光重導向結構的有效性。例如，一空氣介面可存在於第二外表面117。在其他實施例中，一層低折射率材料係設置在光重導向結構上或其上方。如本文中所使用，「低折射率(low-index)」材料意指具有小於或等於約 1.45之折射率的材料。如本文中所使用，除非另有不同指示，「折射率」意指對在25℃具有589nm(鈉D線)波長之光的折射率。在一些實施例中，低折射率材料係透光黏著劑，其具有小於或等於約1.45、或小於或等於約1.42、或小於或等於約1.41、或小於或等於約1.39之折射率。合適的低折射率透光黏著劑包括Norland Optical Adhesives 1315、132、138、142、和144，其等具有製造商所引用之折射率，該等折射率之範圍為從1.315至1.44(可購自Norland Products,Cranbury,NJ)。在一些實施例中，低折射率層係一具有小於約1.3、或小於約1.2、或甚至小於約1.15、並可為低至約1.05之折射率的超低折射率(ULI)層。合適的ULI材料包括奈米孔隙材料，諸如美國專利申請公開案第2012/0038990號(Hao等人)中所述者。
可切換式漫射器110自照明組件120隔開一距離D。可切換式漫射器110具有一寬度W。距離D可小於約20倍、或小於約10倍、或小於約5倍的寬度W，且實質上可為零。
光學系統100可進一步包括一漫射器控制器，其經組態以改變可切換式漫射器110的狀態。或者，一漫射器控制器可設置在光學系統100的外部。例如，漫射器控制器可回應於一感測器輸入或基於一開關設定而改變可切換式漫射器110的狀態。漫射器控制器可透過一有線或無線連接提供漫射器控制信號給可切換式漫射器110。
圖1B為光學系統100b的示意剖面圖，除了第二外層116的光重導向結構118不存在，且取而代之的是光學系統100b包括一可切換式漫射器110b之外，光學系統100b以其他方式等效於光學 系統100，可切換式漫射器110b具有一第二外層116b，第二外層116b具有非結構化的第二外表面117b。第二外層116b以其他方式等效於可切換式漫射器110的第二外層116，且可切換式漫射器110b以其他方式等效於可切換式漫射器110。光學系統100沿著至少一軸且針對可切換式漫射器的至少一狀態可具有一FWHM，其比光學系統100b之對應的FWHM多出在別處所述之範圍的任一者中的一個量。例如，系統100在可切換式漫射器110處於一第一狀態時之沿著一第一軸的FWHM可比系統100b在可切換式漫射器110b處於對應的第一狀態時之沿著第一軸的FWHM多出位於5度至150度範圍內的一個量。
圖2A為光學系統200的示意剖面圖，其包括可切換式漫射器210，其具有一作用層212；第一外層214，其具有與作用層212相對之第一外表面215；第二層216，其具有與作用層212相對之第二外表面217。作用層212係設置在第一外層214及第二外層216之間。作用層212可為一液晶層，並可包括層列A液晶。第一外層214及第二外層216可為聚合層或可為玻璃層，或者外層之一者可為一玻璃層，而另一者為一聚合層。光學系統200進一步包括照明組件220，其與可切換式漫射器210光學連通，並具有面向第一外表面215之一光輸出方向。照明組件220可為任何類型的照明組件，舉例來說，例如一或多個LED或CCFL。在所繪示的實施例中，第一外表面215及第二外表面217均係非結構化的。可切換式漫射器210具有一 第一狀態，其特徵在於一第一霧度；及一第二狀態，其特徵在於不同於第一霧度的一第二霧度。
光學系統200進一步包括低吸收性光學組件230，其具有相對的第一外表面232，其包括光重導向結構233；及第二外表面234，其包括光重導向結構235。低吸收性光學組件230與照明組件220以及與可切換式漫射器210光學連通。在所繪示的實施例中，第一外表面232及第二外表面234兩者均包括光重導向結構。在其他實施例中，第一外表面232及第二外表面234之一者為非結構化的。在另外其他實施例中，低吸收性光學組件230之第一外表面232及第二外表面234、以及可切換式漫射器210之第一外表面215及第二外表面217之一者、兩者、三者、或四者包括光重導向結構。低吸收性光學組件230可由一聚合物或一玻璃層形成。
圖2B顯示光學系統200b，除了低吸收性光學組件230已經以包括非結構化外表面232b及234b之低吸收性光學組件230b取代之外，光學系統200b以其他方式等效於光學系統200。換言之，除了光學系統200b中不包括光重導向結構233及235之外，光學系統200b以其他方式等效於光學系統200。
由外表面232及234分別提供的光重導向結構233及235經組態以在至少一方向上使光學系統之光輸出的半高寬(FWHM)相對於不包括光重導向結構233及235之以其他方式等效的光學系統200b而增加。例如，當可切換式漫射器210處於第一狀態(其可為一最低霧度狀態)時，光重導向結構233及235可沿著至少一方向使 FWHM增加至少5度、或至少7度、或至少10度、或至少15度、或至少約20度，並可使FWHM增加多達45度、或多達60度、或多達90度、或多達120度、或多達150度。一空氣介面或一低折射率層可存在於第一外表面232及第二外表面234。
圖3A為具有一輸出表面302之光學系統300的示意側視圖。可對應於光學系統100或光學系統200之光學系統300包括一可切換式漫射器並可包括一低吸收性光學組件，且可切換式漫射器及/或低吸收性光學組件之至少一外表面包括光重導向結構。當可切換式漫射器處於一第一狀態(其可為一最低霧度狀態)時，光學系統300的光輸出具有一相對窄的輸出分布304，其具有θN的半高寬。當可切換式漫射器處於一第二狀態(其可為一高霧度狀態)時，光學系統300的光輸出具有一相對廣的輸出分布306，其具有θW的半高寬。光學系統300之平均光輸出307的方向實質上法向於輸出表面302。
圖3B為具有一輸出表面302b之光學系統300b的示意側視圖。除了可切換式漫射器及低吸收性光學組件(若存在)的各主表面以實質上平坦的表面取代之外，光學系統300b等效於光學系統300。也就是說，光重導向結構被移除。當可切換式漫射器處於一第一狀態(其可為一最低霧度狀態)時，光學系統300b的光輸出具有一相對窄的輸出分布304b，其具有θ0 N的半高寬。當可切換式漫射器處於一第二狀態(其可為一高霧度狀態)時，光學系統300b的光輸出具有一相對廣的輸出分布306b，其具有θ0 W的半高寬。在一些實施例中，θN比θ0 N多至少5度、或至少7度、或至少10度、或至少15度、或 至少20度，且θN可比θ0 N多出多達45度、或多達60度、或多達90度、或多達120度、或多達150度、或甚至多達175度。在一些實施例中，θW比θ0 W多至少5度、或至少7度、或至少10度、或至少15度、或至少20度，且θW可比θ0 W多出多達45度、或多達60度、或多達90度、或多達120度、或多達150度、或甚至多達175度。光學系統300b之平均光輸出307b的方向實質上法向於輸出表面302b，且實質上與光學系統300之平均光輸出307的方向相同。
本說明之光學系統可包括光重導向結構，該等改變光輸出的FWHM及光輸出的平均方向兩者。圖3C為具有一輸出表面302c之光學系統300c的示意側視圖。光學系統300c包括一可切換式漫射器並可包括一低吸收性光學組件，且可切換式漫射器及/或低吸收性光學組件之至少一外表面包括光重導向結構。除了光重導向結構的配置及/或除了可切換式漫射器及/或低吸收性光學組件的置放或配置之外，光學系統300c可等效於光學系統300。除了無光重導向結構外以其他方式等效於光學系統300c之一光學系統的輸出可具有與光學系統300b相同的輸出分布。當可切換式漫射器處於一第一狀態(其可為一最低霧度狀態)時，光學系統300c的光輸出具有一相對窄的輸出分布304c，其具有θN的半高寬。當可切換式漫射器處於一第二狀態(其可為一高霧度狀態)時，光學系統300c的光輸出具有一相對廣的輸出分布306c，其具有θW的半高寬。光學系統300c之平均光輸出307c的方向與光學系統300b的不同。
在一些實施例中，平均光輸出方向取決於可切換式漫射器的狀態。例如，若可切換式漫射器以一相對於光學系統之一光學軸的角度設置，則在可切換式漫射器處於一高霧度狀態時的平均光輸出方向可不同於在可切換式漫射器處於一低霧度狀態時的平均光輸出方向。在一些實施例中，該光學系統的光輸出之一平均方向在可切換漫射器處於第一狀態時與以其他方式等效之光學系統的光輸出之一平均方向在可切換式漫射器處於第一狀態時相同。在一些實施例中，該光學系統的光輸出之一平均方向在可切換漫射器處於第一狀態時與以其他方式等效之光學系統的光輸出之一平均方向在可切換式漫射器處於第一狀態時不同。光輸出方向可相差至少5度或至少10度，並可相差多達60度、多達80度。第一狀態可為可切換式漫射器之一最低霧度狀態(例如，一實質上清透的狀態)。
本說明之光學系統的光輸出可為軸向對稱或可為軸向非對稱。光重導向結構可在一或二個非共線(例如，正交)軸上增加FWHM。圖4A示意地繪示來自一具有光重導向結構的光學系統之軸向非對稱FWHM輸出分布403的俯視圖，光重導向結構經組態以沿著第一軸405而不沿著非共線的第二軸406而增加FWHM。不具有光重導向結構之以其他方式等效的光學系統產生軸向對稱FWHM輸出分布403b。圖4B示意地繪示來自一具有光重導向結構的光學系統之軸向對稱FWHM輸出分布403c的俯視圖，光重導向結構經組態以沿著第一軸405及沿著非共線的第二軸406而增加FWHM。以其他方式等效之光學產生FWHM輸出分布403b。
圖5A為光學系統500的示意剖面圖，其包括可切換式漫射器510，其具有一作用層512；第一外層514，其具有與作用層512相對之第一外表面515；第二層516，其具有與作用層512相對之第二外表面517。作用層512係設置在第一外層514及第二外層516之間。作用層512可為一液晶層，並可包括層列A液晶。第一外層514及第二外層516可為聚合層或可為玻璃層，或者外層之一者可為一玻璃層，而另一者為一聚合層。光學系統500進一步包括照明組件520，其面向第一外表面515。照明組件520包括光源522以及光導524。光源522可為任何類型的照明光源，舉例來說，例如一或多個LED或CCFL。可包括一反射器526相鄰光導524，以引導離開與可切換式漫射器510相對之光導524的光回到光導524中。光學系統500進一步包括一漫射器控制器540，其在漫射器資料通道542上提供漫射器狀態資料及漫射器控制信號給可切換式漫射器510。
第二外表面517包括光重導向結構518，該等光重導向結構經組態以如別處所述般地沿著至少一軸增加光輸出的FWHM。
光學系統500進一步包括具有相對的第一外表面532及第二外表面534的低吸收性光學組件530。在所繪示的實施例中，第一外表面532包括光重導向結構533，而第二外表面534為實質上非結構化的。低吸收性光學組件530、可切換式漫射器510、及照明組件520係彼此光學連通。光重導向結構533可為稜鏡元件，其經組態以改變來自光學系統500之一光平均輸出方向。
圖5B為光學系統500b的示意剖面圖，除了不包括第二外層516的光重導向結構518且取而代之的是可切換式漫射器510b之第二外層516b之第二外表面517b為非結構化的之外，光學系統500b以其他方式等效於光學系統500。在一些實施例中，針對可切換式漫射器之至少一狀態，光學系統500之光輸出的FWHM沿著至少一軸比光學系統500b之光輸出的FWHM多出至少5度、或至少7度、或至少10度、或至少15度、或至少20度，並可多出多達45度、或多達60度、或多達90度、或多達120度、或多達150度。
圖5C為光學系統500c的示意剖面圖，除了不包括第二外層516的光重導向結構518、及低吸收性光學組件530之光重導向結構533之外，光學系統500c以其他方式等效於光學系統500。光學系統500c之可切換式漫射器510b等效於光學系統500b之可切換式漫射器。光學系統500之低吸收性光學組件530在光學系統500c中係以低吸收性光學組件530c取代。低吸收性光學組件530c包括相對的第一外表面532c及第二外表面534c。除了第一外表面532c為實質上非結構化的之外，低吸收性光學組件530c等效於低吸收性光學組件530。在一些實施例中，針對可切換式漫射器之至少一狀態，光學系統500之光輸出的FWHM沿著至少一軸比光學系統500c之光輸出的FWHM多出至少5度、或至少7度、或至少10度、或至少15度、或至少20度，並可多出多達45度、或多達60度、或多達90度、或多達120度、或多達150度。
在本文所述之光學系統中，可切換式漫射器及/或一低吸收性光學組件之相對主表面的任一者可包括光重導向結構，該等光重導向結構的至少一些有助於增加光學系統之光輸出的FWHM。在一些實施例中，一或多個表面包括光重導向元件，除了增加光學系統之光輸出的FWHM之外，該等光重導向元件經組態以改變光輸出的方向、或者不增加光學系統之光輸出的FWHM，該等光重導向元件經組態以改變光輸出的方向。
圖6A為光學系統600的示意剖面圖，其包括可切換式漫射器610，其具有一作用層612；第一外層614，其具有與作用層612相對之第一外表面615；第二層616，其具有與作用層612相對之第二外表面617。作用層612係設置在第一外層614及第二外層616之間。作用層612可為一液晶層，並可包括層列A液晶。第一外層614及第二外層616可為聚合層或可為玻璃層，或者外層之一者可為一玻璃層，而另一者為一聚合層。光學系統600進一步包括照明組件620，其面向第一外表面615。照明組件620包括光源622以及光導624。光源622可為任何類型的照明光源，舉例來說，例如一或多個LED或CCFL。可包括一反射器626相鄰光導624，以引導離開與可切換式漫射器610相對之光導624的光回到光導624中。光學系統600進一步包括一漫射器控制器640，其在漫射器資料通道642上提供漫射器狀態資料及漫射器控制信號給可切換式漫射器610。
第二外表面617包括光重導向結構618，該光重導向結構618經組態以如別處所述般地沿著至少一軸增加光輸出的FWHM。 光學系統600進一步包括具有相對的第一外表面632及第二外表面634的低吸收性光學組件630。在所繪示的實施例中，第一外表面632包括一第一組光重導向結構633，而第二外表面634包括一第二組光重導向結構635。第一組光重導向結構633經組態以改變光學系統600之一平均光輸出方向，而第二組光重導向結構635經組態以如別處所述般地沿著至少一軸增加光輸出的FWHM。低吸收性光學組件630、可切換式漫射器610、及照明組件620係彼此光學連通。
圖6B為光學系統600b的示意剖面圖，除了不包括可切換式漫射器610之光重導向結構618、以及不包括低吸收性光學組件630之第一組光重導向結構633及第二組光重導向結構635之外，光學系統600b等效於光學系統600。取而代之地，可切換式漫射器610已經被可切換式漫射器610b取代，除了已經以具有非結構化之第二外表面617b的第二層616b取代第二層616之外，可切換式漫射器610b等效於可切換式漫射器610；而且低吸收性光學組件630已經被低吸收性光學組件630b取代，除了已經以非結構化之第一外表面632b及第二外表面及634b取代第一外表面632及第二外表面634之外，低吸收性光學組件630b等效於低吸收性光學組件630。
在一些實施例中，針對可切換式漫射器之至少一狀態，光學系統600之光輸出的FWHM沿著至少一軸比光學系統600b之光輸出的FWHM多出至少5度、或至少7度、或至少10度、或至少15度、或至少20度，並可多出多達45度、或多達60度、或多達90度、或多達120度、或多達150度。
圖7A為光學系統700的示意剖面圖，其包括可切換式漫射器710，其具有一作用層712；第一外層714，其具有與作用層712相對之第一外表面715；第二層716，其具有與作用層712相對之第二外表面717。第一外表面715包括光重導向結構719，且第二外表面717包括光重導向結構718。作用層712係設置在第一外層714及第二外層716之間，並可為一液晶層以及可包括層列A液晶。第一外層714及第二外層716可為聚合層或可為玻璃層，或者外層之一者可為一玻璃層，而另一者為一聚合層。光學系統700進一步包括照明組件720，其示意地繪示於圖7A，並面向第一外表面715。照明組件720可包括一或多個LED，並可或可不包括一反射器以及可或可不包括一光導。光學系統700進一步包括一漫射器控制器740，其在漫射器資料通道742上提供漫射器狀態資料及漫射器控制信號給可切換式漫射器710。
光學系統700進一步包括具有相對的第一外表面732及第二外表面734的低吸收性光學組件730。第一外表面732包括光重導向結構733，且第二外表面734包括光重導向結構735。光重導向結構719、718、733、及735經組態以如別處所述般地沿著至少一軸增加光輸出的FWHM。低吸收性光學組件730、可切換式漫射器710、及照明組件720係彼此光學連通。
圖7B為光學系統700b的示意剖面圖，除了不包括可切換式漫射器710之光重導向結構718及719，而且不包括低吸收性光學組件730之光重導向結構733及735之外，光學系統700b等效 於光學系統700。可切換式漫射器710已經被可切換式漫射器710b取代，除了已經以具有非結構化之第一外表面714b的第一層714b取代第一層714，而且以具有非結構化之第二外表面717b的第二層716b取代第二層716之外，可切換式漫射器710b等效於可切換式漫射器710。類似地，低吸收性光學組件730已經被低吸收性光學組件730b取代，除了已經以非結構化的第一外表面732b及第二外表面734b取代第一外表面732及第二外表面734之外，低吸收性光學組件730b等效於低吸收性光學組件730。
在一些實施例中，針對可切換式漫射器之至少一狀態(例如，一可為一實質上清透的狀態或一最低霧度狀態之第一狀態)，光學系統700之光輸出的FWHM沿著至少一軸比光學系統700b之光輸出的FWHM多出至少5度、或至少7度、或至少10度、或至少15度、或至少20度，並可多出多達45度、或多達60度、或多達90度、或多達120度、或多達150度。
本說明的光學系統可用在許多不同的應用中，包括照明應用、顯示器、及招牌。在一些情況下，茲提供一包括本說明之光學系統的照明器具。在一些情況下，茲提供一包括本說明之光學系統以及包括一顯示器面板的顯示器。顯示器面板可為任何類型的顯示器面板；例如，一液晶顯示器(LCD)面板。在一些情況下，茲提供一包括本說明之光學系統的招牌。招牌可進一步包括一LCD面板。照明組件、可切換式漫射器、及低吸收性光學組件(若包括)的許多不同配置均係可行的。一些例示性配置係顯示在圖8及圖9中。
圖8為光學系統801的示意側視圖，其包括光學系統800、顯示器面板850、及輸出表面802。光學系統801能夠具有一窄視角輸出804或一廣視角輸出806。光學系統800包括照明組件820，其能夠產生具有光學路徑808的光。光學系統800包括可電切換式漫射器810，其與照明組件820光學連通，並包括漫射器控制器840，該漫射器控制器提供漫射器狀態資料及漫射器控制信號給在漫射器資料通道842上的可切換式漫射器810。照明組件820包括光源822以及光導824。設置照明組件820相鄰可切換式漫射器810而與輸出表面802相對。光學系統800亦可包括可選用的光學組件830及可選用的光學組件835。可選用的光學組件830及835(若包括)與照明組件822光學連通，並與可切換式漫射器810光學連通。可選用的光學組件835係相鄰可切換式漫射器810而與照明組件820相對。可選用的光學組件830係相鄰可切換式漫射器810而與輸出表面802相對。可選用的光學組件830及835的任一者或兩者可為單一薄膜，或者可為一可以一光學清透黏著劑層壓在一起或可使用一層間氣隙堆疊在一起的薄膜堆疊。在一些實施例中，包括可選用的光學組件830係且其為一低折射率層。在一些實施例中，不包括可選用的光學組件830，使得僅一氣隙分開可切換式漫射器810及光導824。在一些實施例中，可選用的光學組件830及835的任一者或兩者係額外的漫射器，並可為表面漫射器或可為額外的可電切換式漫射器。
在一些實施例中，當可切換式漫射器810處於一第一狀態時，光學系統801產生一窄視角輸出804，其具有一特徵視角θN， 且當可切換式漫射器810處於一第二狀態時，光學系統801產生一廣視角輸出806，其具有一特徵視角θW。第一狀態可為可切換式漫射器之一最清透的狀態，且第二狀態可為一高霧度狀態。特徵視角可依據強度的輸出角分布定義為半高寬。在一些實施例中，光學系統800沿著一第一方向具有一第一特徵視角，且沿著與第一方向不同的一第二方向具有一第二特徵視角。例如，當可切換式漫射器810為第一及第二狀態兩者時，光學系統800可在一垂直方向上具有一窄視角輸出，且當可切換式漫射器810處於一第二狀態時，光學系統800可在一水平方向上具有一廣視角輸出，而當可切換式漫射器810處於一第一狀態時，光學系統800可在一水平方向上具有一窄視角輸出。在其他實施例中，當可切換式漫射器810處於一第一狀態時，光學系統800在垂直及水平兩個方向上可具有一窄視角輸出，而當可切換式漫射器810處於一第二狀態時，光學系統800在垂直及水平兩個方向上可具有一寬視角輸出。
可切換式漫射器810具有相對的外表面，且可選用的光學組件830及835之各者具有相對的外表面。可切換式漫射器810以及可選用的光學組件830及835(若存在)之外表面的至少一者包括光重導向結構(未繪示)。光學系統800之光重導向結構經組態以相對於一不包括光重導向結構之以其他方式等效的光學系統增加光學系統800之光輸出的FWHM或光學系統801之光輸出的FWHM。光學系統800或801的FWHM可增加在別處所述之範圍的任一者中的一給定的量。
圖9為光學系統901的示意側視圖，其包括光學系統900、顯示器面板950、及輸出表面902。光學系統901能夠具有一窄視角輸出904或一廣視角輸出906。光學系統900包括照明組件920，其能夠產生具有光學路徑908的光。光學系統900包括可電切換式漫射器910，其與照明組件920光學連通，並包括漫射器控制器940，該漫射器控制器提供漫射器狀態資料及漫射器控制信號給在漫射器資料通道942上的可切換式漫射器910。照明組件920包括光源922以及光導924。照明組件920係經設置成相鄰於可切換式漫射器910而與輸出表面902相對。光學系統900亦可包括可選用的光學組件930、可選用的光學組件935、及可選用的光學組件939。可選用的光學組件930、935、及939(若包括)與照明組件922光學連通，並與可切換式漫射器910光學連通。可選用的光學組件930係相鄰可切換式漫射器910而與照明組件920相對。可選用的光學組件935係相鄰可切換式漫射器910而與輸出表面902相對。可選用的光學組件939係相鄰照明組件924而與可切換式漫射器910相對。可選用的光學組件930、935、及939之一或多者可為單一薄膜，或者可為一可以一光學清透黏著劑層壓在一起或可使用一層間氣隙堆疊在一起的薄膜堆疊。在一些實施例中，可選用的光學組件930、935、及939的一或多者為低折射率層。在一些實施例中，不包括可選用的光學組件930、935、及939。在一些實施例中，可選用的光學組件930、935及939的一或多者係額外的漫射器，並可為表面漫射器或可為額外的可電切換式漫射器。
在一些實施例中，當可切換式漫射器910處於一第一狀態時，光學系統901產生一窄視角輸出904，其具有一特徵視角θN，且當可切換式漫射器910處於一第二狀態時，光學系統901產生一廣視角輸出906，其具有一特徵視角θW。第一狀態可為可切換式漫射器之一最清透的狀態，且第二狀態可為一高霧度狀態。在一些實施例中，光學系統900沿著一第一方向具有一第一特徵視角，且沿著與第一方向不同的一第二方向具有一第二特徵視角，而在一些實施例中，特徵視角在兩個正交方向上實質上相同。
可切換式漫射器910具有相對的外表面，且可選用的光學組件930、935、及939之各者具有相對的外表面。可切換式漫射器910以及可選用的光學組件930、935、及939(若存在)之外表面的至少一者包括光重導向結構(未繪示)。光學系統900之光重導向結構經組態以相對於一不包括光重導向結構之以其他方式等效的光學系統增加光學系統900之光輸出的FWHM或光學系統901之光輸出的FWHM。光學系統900或901的FWHM可增加在別處所述之範圍的任一者中的一給定的量。
本說明之光學系統的各種組件可藉由一氣隙分開或者藉由一低折射率層分開。例如，雖然一低折射率黏著層，光導924可附接至可選用的光學組件935或939或者可附接至光導910。
光學系統801或901可用在各種顯示器應用中。例如，光學系統801或901可用在電腦顯示器、平板顯示器、或電話顯示器中，以提供廣視角及窄視角。作為另一實例，光學系統801或901可 用在招牌中，以依據欲顯示的廣告或其他內容、或者依據其他因素提供不同的觀看模式。
在一些實施例中，可切換式漫射器實質上與低吸收性光學組件平行。在其他實施例中，可切換式漫射器可相對於低吸收性光學組件以某一角度設置。在一些實施例中，可切換式漫射器及一低吸收性光學組件的一或兩者可具有一彎曲的形狀。在一些實施例中，可切換式漫射器係設置在一光學體積中，該光學體積包括一或多個反射或半透射外表面。在一些實施例中，至少一部分的可切換式漫射器及/或至少一部分之一低吸收性光學組件具有一法線方向，該法線方向不與光學體積之一光學軸平行。若表面為非結構化的，則一組件的法線方向指的是組件的表面法線，而在具有一結構化表面之組件的例子中，法線方向指的是在移除表面結構之一以其他方式等效之組件的表面法線。
具有一光注入區域(例如，一輸入表面或一含有一諸如一或多個LED之光源的區域)及一輸出表面之一光學體積的光學軸指的是光注入區域的中心與輸出表面的中心之間的一條線。該光注入區域，該輸出表面及該光學體積可具有或可不具有任意特定對稱性。該光注入區域之中心可界定為該光注入區域之一質心(centroid)(一體積或表面之幾何中心)，及該輸出表面之中心可界定為該輸出表面之質心。依此方式，甚至當光學體積不具有對稱軸時，仍可界定光學體積之光學軸。在一些實施例中，光學軸係光學體積之對稱軸。在一些實 施例中，當可切換式漫射器處於其最清透的狀態時，光學軸對應於光學體積之一平均光輸出方向。
已發現具有一可切換式漫射器或一低吸收性光學組件輔助了輸出光之漫射，並可柔化或擴散與一或多個照明組件相關聯之高強度區域(亦即，「熱點(hot spot)」)，該可切換式漫射器或低吸收性光學組件具有光重導向結構，且光重導向結構具有不平行於光學軸及/或不平行於平均光輸出方向之一法線。在其中光源包括不同顏色發光二極體(LED)的實施例中，經發現，此等可切換式漫射器幾何(geometries)輔助混合不同顏色。
圖10顯示光學系統1000之剖面，光學系統1000包括可切換式漫射器1010，其具有法線向量(normal vector)1011；照明組件1020；低吸收性光學組件1030；反射或半透射外主表面1060，其具有遠端邊緣1063及近端邊緣1066；光學體積1070；光注入區域1073；以及輸出主表面1075。如本文中所使用，用語遠端及近端係指相對於光注入區域之位置。輸出主表面1075係一相鄰於反射或半透射外主表面1060之遠端邊緣1063的遠端表面。光注入區域1073相鄰於反射或半透射外主表面1060之近端邊緣1066。在所繪示之實施例中，光注入區域1073係光學體積1070之一輸入表面。在其他實施例中，光注入區域1073係一相鄰於近端邊緣1066之體積，該體積容納一或多個光源及/或光學元件，諸如一透鏡或多個透鏡。光源可包括一或多個發光二極體(LED)且可延伸至光學體積1026中。在繪示之實施例中，可切換式漫射器1010經設置成完全在光學體積1070中。在其 他實施例中，一可切換式漫射器可僅設置成部分在光學體積中。輸出主表面1075可為藉由遠端邊緣1063界定之一平面表面。例如，輸出主表面1075可係藉由遠端邊緣1063所界限(bounded)的一平狀表面。同樣地，光注入區域1073可係藉由近端邊緣1066所界定的一平面表面。例如，光注入區域1073可係藉由近端邊緣1066所界限的一平狀表面。低吸收性光學組件1030、可切換式漫射器1010、及照明組件1020係彼此光學連通。
在所繪示的實施例中，低吸收性光學組件1030具有包括光重導向結構的外表面，該等光重導向結構經組態以在別處所述之範圍的任一者中增加光學系統1000之光輸出的FWHM。在其他實施例中，低吸收性光學組件1030及可切換式漫射器1010之外表面的任一或多者可包括光重導向結構，該等經組態以增加光學系統1000之光輸出的FWHM。
照明組件1000具有可與平均光輸出之一方向重合的一光學軸1076。在一些實施例中，藉由照明組件1000之一對稱軸決定平均光輸出之方向。在一些實施例中，可切換式漫射器1010、低吸收性光學組件1030、及/或反射或半透射外主表面1060係非對稱的，而平均光輸出之方向可取決於可切換式漫射器1010之狀態。在一些實施例中，當可切換式漫射器1010處於一實質上空間均勻狀態(其可為一實質上清透的狀態或可為一最低霧度狀態)時，輸出主表面1075(其係光學體積1070之一遠端表面)實質上正交於光學體積1070之平均光輸出的方向。在一些實施例中，輸出主表面1075實質上正交於光學 軸1076。在一些實施例中，可切換式漫射器1010包括一法線方向1011，其在可切換式漫射器1010之至少一部分中不與光學軸1076平行。此可在可切換式漫射器具有一彎曲形狀(如圖10所繪示)時出現，或可在一平坦可切換式漫射器依相對於光學軸1076的一角度α設置在照明組件1000中時出現。在其他實施例中，低吸收性光學組件1030可具有一法線方向，在低吸收性光學組件的至少一部分中，該法線方向不與光學軸1076平行。在可切換式漫射器之至少一些區段中(或在低吸收性光學組件之至少一些區段中)，介於法線方向1011與光學軸1076之間(或介於一低吸收性光學組件之一法線方向與光學軸1076之間)的角度α可大於10度、或大於20度、或大於30度，並可小於或等於90度。大於90度之角度同等於小於90度之互補角度，所以僅需要考量自0至90度之角度。
在一些實施例中，反射或半透射外主表面1060可具有均勻或實質上均勻反射性及/或透射性，而在其他實施例中，反射或半透射外主表面1060可具有沿該表面變化之反射性及/或透射性性質。該變化可係實質上連續，或離散區域可具有相異反射性及/或透射性性質。例如，區域1060a及區域1060b可具有不同反射性及/或透射性之性質。反射或半透射外主表面1060可具有任何空間變化之反射性質。例如，反射性對透射之比率可在空間中變化。在一些實施例中，該空間變化之反射性質包括下列之一或多者：在一所關注波長帶中非偏振光之反射率、在該波長帶中具有一第一偏振狀態之偏振光之反射率、在該波長帶中非偏振光之漫反射率之程度、及在該波長帶中具有該第 一偏振狀態之偏振光之漫反射率之程度。該所關注波長帶可係可見光波長帶(visible wavelength band)(例如，380nm至780nm範圍內之波長)或可係近紅外光(IR)或紫外光(UV)帶或可係與可見光、IR及UV範圍之一或多者重疊之帶。近紅外光可係指例如780nm至2000nm範圍內之波長。
反射或半透射外主表面1060之形狀及/或反射性及/或透射性性質可經選擇，使得該可切換式漫射器自一第一狀態切換至一第二狀態會變更來自照明組件1000之光輸出之角度分布及/或光譜分布及/或偏振分布。可例如藉由提供具有可變表面法線之一分段式(segmented)或刻面(faceted)表面來調整形狀。亦可藉由改變表面紋理來調整反射或半透射外主表面1060之反射性及/或透射性性質。在一些實施例中，反射或半透射外主表面1060可具有一空間變化之紋理，其提供一空間變化的漫反射性或透射性之程度。例如，在一些實施例中，反射或半透射外主表面1060提供在空間中變化之漫射對鏡面反射率之一比率。
一光學體積之一反射或半透射外主表面可使用一反射或半透射膜形成。適合的反射或半透射膜包括多層光學膜(MOF)，其包括複數個交替雙折射聚合物層，如美國專利第5,882,774號(Jonza等人)、第6,179,948號(Merrill等人)及第6,783,349號(Neavin等人)中所描述者。可藉由使用其中穿孔密度沿反射或半透射外主表面變化的一經穿孔之反射或半透射膜(其可係MOF)來達成不同的相異反射性及/或透射性性質。例如，反射或半透射外主表面1060可包括 在區域1060a及1060b中具有不同的穿孔密度之一經穿孔之反射或半透射膜。例如，該經穿孔之反射或半透射膜可係經穿孔之反射器膜或一經穿孔之反射偏光器。該經穿孔之反射器膜可係一寬帶反射器，諸如Enhanced Specular Reflector(可購自3M Company)，或可僅在一些波長帶中反射，使得反射性質取決於波長。適合的反射偏光器包括DBEF(可購自3M Company)。其他適合的反射或半透射膜包括Transflective Display Film(可購自3M Company)。
在一些實施例中，使用一透明基材連同附接至該基材之一或多個MOF層來形成一反射或半透射外主表面1060。在一些實施例中，一或多個MOF層可設置於兩個基材之間。在此類實施例中，該等MOF層可理解為界定一光學體積之外邊界，並且該兩個基材層之一者可視為在藉由該等MOF層所建置之該光學體積之外側。區域1060a及1060b可包括不同的MOF層。該等MOF層可包括寬帶反射器、取決於波長之反射器、反射偏光器、非對稱反射器(反射一第一偏振多於正交於該第一偏振之一第二偏振之反射器)，或其等之組合。
其他反射器或半透射器可包括但不限於金屬(例如，鋁)反射器或半透射器、藉由物理氣相沈積製作之反射器或半透射器、在一基質中具有粒子(例如，在一聚合物基質中的反射粒子)之反射器或半透射器、有空隙之反射器或半透射器(例如，在包括空隙以提供漫反射性之一聚合物基質中的反射粒子)，或提供全內反射(total internal reflection,TIR)之反射器或半透射器。例如，美國專利 第7,273,640號(Laney等人)中描述之適合的有空隙之反射器，其在一聚酯基質中包括粒子。
在一些實施例中，光學體積包括一單一反射或半透射外主表面，其例如可在一單一方向上彎曲以產生一圓錐體，或例如可在兩方向上彎曲以繞一軸產生一繞轉的彎曲表面(curved surface of revolution)。在圖10所繪示的實施例中，反射或半透射外主表面1060可敘述為繞光學軸1076之一繞轉的表面。在一些實施例中，繞轉之彎曲表面係一複曲線(compound curve)，其可例如藉由繞一軸之多個曲線繞轉而產生。在一些實施例中，該光學體積可包括多於一個反射或半透射外主表面。至少一反射或半透射外主表面可包括非全部在一共同平面中的二或更多個平面表面，或可包括在一方向上彎曲或在兩方向上彎曲的一或多個表面。
如果一表面反射自該光注入區域注入至該光學體積中且入射在該表面上之一所關注波長帶中之一光能量之大部分，則該表面可描述為反射。例如，一反射表面可反射入射在該表面上、且自該光注入區域注入至該光學體積中之一光能量之至少約70百分比、或至少約80百分比、或至少約90百分比。如別處所述，所關注波長帶可包括在可見光、IR及/或UV範圍中之光。如果一表面反射自該光注入區域注入至該光學體積中且入射在該表面上之一所關注波長帶中之一光能量之一部分，且透射該光能量之一部分，則該表面可描述為半透射。例如，一半透射表面可反射10百分比至90百分比範圍內之入射在該表面上、且自該光注入區域注入至該光學體積中之一光能量，且 可透射10百分比至90百分比範圍內之入射在該表面上、且自該光注入區域注入至該光學體積中之一光能量。一半透射表面可透過全內反射(TIR)機制反射入射在該表面上、且自該光注入區域注入至該光學體積中之一光能量之一實質部分。
其他適於與本說明之光學系統併用的光學體積係在美國臨時專利申請案第62/076946號(Du等人)中敘述。
在一些實施例中，本說明之光學系統包括一透鏡，該透鏡與一照明組件、一可切換式漫射器、及一低吸收性光學組件光學連通。圖14為光學系統1400之示意剖面圖，光學系統1400包括可切換式漫射器1410；照明組件1420；低吸收性光學組件1430，其具有包括光重導向結構1435之外表面1434；及透鏡1483。可切換式漫射器1410係設置在照明組件1420及低吸收性光學組件1430之間，且透鏡1483係設置在可切換式漫射器1410及低吸收性光學組件1430之間。可使用任何適當的透鏡。在一些實施例中，透鏡為一全內反射透鏡(TIR透鏡)，其中通過可切換式漫射器1410進入透鏡1483之來自照明組件1420的光係經由TIR從透鏡1483之一外表面被反射。一透鏡可設置在可切換式漫射器1410及低吸收性光學組件1430之間，以引導光從一具有一第一表面面積之可切換式漫射器至一具有一第二表面面積之低吸收性光學組件上，第二表面面積大於第一表面面積。
本說明之可切換式漫射器之任意者可包括複數個可獨立定址區域。在一些實施例中，複數個可獨立定址的區域可以被動矩陣定址。各區域能夠處於第一狀態及不同於第一狀態的第二狀態。例 如，第一狀態可為一清透或一最低霧度狀態，而第二狀態可為一高霧度狀態。在一些實施例中，各區域能夠處於第一狀態、不同於第一狀態的第二狀態、以及不同於第一和第二狀態的第三狀態。例如，第一狀態可具有一低霧度，第二狀態可具有一高於第一狀態的霧度的霧度，且第三狀態可具有一高於第二狀態的霧度的霧度。在一些實施例中，各區域可處於一具有最高霧度的最大霧度狀態，最高霧度可藉由可切換式漫射器來達成，且各區域可處於一具有最低霧度的最小霧度，最低霧度可藉由可切換式漫射器來達成。在一些實施例中，各區域可處於一最小霧度狀態及複數個霧度狀態之任一者，其可從最小霧度狀態實質上連續地變化至最大霧度狀態。
可施加電壓波形至可切換式漫射器以改變漫射器的狀態。在一些實施例中，使用切換裝置施加波形。在一些實施例中，提供切換裝置作為可切換式漫射器的組件。在一些實施例中，一切換裝置可設置在一含有可切換式漫射器的外殼中。在一些實施例中，可提供一切換裝置作為一實體上分開的組件，其位於一含有可切換式漫射器之外殼的外部。在一些實施例中，可切換式漫射器包括層列A材料層。在一些實施例中，層列A材料的厚度在5微米至20微米的範圍內。
導致層列A材料或者其他可切換式漫射器材料改變狀態所需的電壓波形在所屬領域中係為已知。適當的波形係在例如美國專利第4,893,117號(Blomley等人)中敘述。在一些實施例中，施加低頻波形將區域從清透狀態切換至霧狀狀態，並使用高頻波形將區域 從霧狀狀態切換至清透狀態。在一些實施例中，低頻波形具有在約10Hz至約100Hz之範圍內(例如，約50Hz)的頻率。在一些實施例中，高頻波形具有在約0.5kHz至約4kHz之範圍內(例如，約1kHz)的頻率。
可由施加電壓波形至處於清透狀態之可切換式漫射器的時間來調整霧狀狀態。例如，施加低頻波形至處於實質上清透的狀態之可切換式漫射器達第一時間週期，可導致具有第一霧度的第一霧狀狀態，而施加低頻波形至處於實質上清透的狀態之可切換式漫射器達第二時間週期，可導致具有不同於第一霧度之第二霧度的第二霧狀狀態。例如，該第一時間週期可為800ms，且該第二時間週期可為400ms，造成高於第二霧度的第一霧度。
在一些實施例中，當可切換式漫射器處於一些區域為清透狀態而一些區域為霧度狀態，並且需要清透至霧度以及霧度至清透兩種狀態變化的狀態時，一漫射器控制器可經組態以先施加一低頻波形至欲從清透狀態改變為霧度狀態的那些區域，隨後施加一高頻波形至欲從霧度狀態改變為清透狀態的那些區域。在一些實施例中，當可切換式漫射器處於一些區域為清透狀態而一些區域為霧狀狀態，並且需要清透至霧狀以及霧狀至清透兩種狀態變化的狀態時，漫射器控制器經組態以先施加高頻波形至待從霧狀狀態改變為清透狀態的區域，隨後施加低頻波形至待從清透狀態改變為霧狀狀態的區域。在一些實施例中，當可切換式漫射器處於一些區域為清透狀態而一些區域為霧狀狀態，並且需要清透至霧狀以及霧狀至清透兩種狀態變化的狀態 時，漫射器控制器經組態以在第一時間週期內施加低頻波形至待從清透狀態改變為霧狀狀態的區域，並在第二時間週期內施加高頻波形至待從霧狀狀態改變為清透狀態的區域，其中該第一時間週期和該第二時間週期重疊。
圖11A係具有第一至第九可獨立定址區域1110A-1至1110A-9之可切換式漫射器1110A之俯視圖。圖11B係具有第一至第三可獨立定址區域1110B-1至1110B-3之可切換式漫射器1110B之俯視圖。圖7C為可切換式漫射器1110C之俯視圖，其具有第一至第四可獨立定址的區域1110C-1至1110C-4。可切換式漫射器1110C係設置在具有四個LED之一光源上方，該四個LED在可切換式漫射器1110C上於區塊(area)1174中產生光。各可獨立定址區域對應於一LED。此一配置允許照明組件之光輸出之一實用程度的可調整性。LED可具有不同的光譜功率分布函數(例如，LED可係不同顏色之LED)，或LED可全部具有實質上相同光譜功率分布函數(例如，所有LED可具有相同顏色，其可係白色)。如果LED為不同顏色的LED，則可使用可切換式漫射器1110C來控制各種顏色之輸出分布，其可在不同方向上產生不同色澤(differently tinted)的光輸出。此可有用於各種照明應用中，例如，諸如舞台照明。雖然於圖11C中繪示四個LED及四個可定址區域，但是可使用任意數目的LED及任意數目的可獨立定址區域。在一些實施例中，可切換式漫射器可對位(registered with)於複數個LED，但是該數目個LED及該可切換式漫 射器之該數目個可定址區域可或可不1對1對應。例如，可有兩個或更多個LED對應於可切換式漫射器之一單一區域。
額外光學層(諸如一分段式層)可設置成相鄰一可切換式漫射器。在一些實施例中，一分段式層經設置成相鄰於可切換式漫射器且與可切換式漫射器之可獨立定址區域對齊。該分段式層可具有各產生一光學效果之多個分段。在一些實施例中，可切換式漫射器及分段式層可對位於LED(例如，如同圖11C)，其中各分段修整來自其對應之LED的光輸出。例如，當可切換式漫射器之對應區域處於一實質上清透狀態時，一第一LED之輸出分布行進穿過該分段式層後可具有一實質上圓形的分布(在平行於可切換式漫射器之一平面中)，而可切換式漫射器之對應區域處於一實質上清透狀態時，一第二LED之輸出分布行進穿過該分段式層後可具有一橢圓分布(在平行於可切換式漫射器之一平面中)。該分段式層可具有在該層之不同分段中變化的一複製圖案(例如，微複製)。可使用在一分段式層中的適合材料包括例如可購自Luminit，LLC(Torrance,CA)之漫射器，其可利用表面立體全像圖(surface relief holograms)。一可切換式漫射器及一分段式層之組合(其中該可切換式漫射器之可獨立定址區域對位於該分段式層且對位於複數個LED)允許了對照明組件之光輸出的高度的可調性(tunability)。
雖然圖11A至圖11C中分別顯示九個、三個及四個可獨立定址區域，但是可使用任意數目的可獨立定址區域。例如，一可切換式漫射器可具有一x-y方格之可獨立定址區域，其包括至少10個 或至少100個可獨立定址區域。此可有用於具有至少一反射或半透射表面經定形狀使得行進穿過該x-y方格之一位置的來自該光注入區域之光往一特定方向反射的實施例。具有一x-y方格之可獨立定址區域可允許了照明組件之角度、光譜及/或偏振輸出分布的高程度的可調整性。其他適於與本說明之光學系統併用的可切換式漫射器係在美國臨時專利申請案第62/076946號(Du等人)中敘述。
圖12為光學組件1290之剖面圖，光學組件1290可為一可電切換式漫射器或可為一低吸收性光學組件。光學組件1290可與用在本說明之任一光學系統中之可切換式漫射器或低吸收性光學組件的任一者對應。光學組件1290包括第一區域1294中之一第一組光重導向結構1292及第二區域1298中之一第二組光重導向結構1296。第一組光重導向結構1292不同於第二組光重導向結構1296。在所繪示的實施例中，第一組光重導向結構1292具有大於第二組光重導向結構1296的尺寸。在一些實施例中，第一及第二組光重導向結構具有不同的尺寸分布、形狀分布、間距分布、或斜度分布。在所繪示的實施例中，在一光學組件的同一側上有兩個光重導向結構區域。在其他實施例中，有超過兩個的區域，且該等區域可設置在光學組件1290之外表面的一或兩者上。
在一些實施例中，光重導向結構具有尺寸、形狀、及間距之空間上規則的分布。在一些實施例中，光重導向結構具有尺寸、形狀、及間距之至少一者之空間上不規則(隨機或偽隨機)的分布。 在一些實施例中，光重導向結構包括折射結構、繞射結構、或其一組合。
光重導向結構可使用各種適當手段的任一者來形成在一光學組件(例如，一可切換式漫射器或一低吸收性光學組件)之一外表面上。例如，光重導向結構可使用一微複製工具、藉由澆鑄一可聚合樹脂組成物至一外表面上、並在樹脂組成物與工具表面接觸時使其固化來形成，該微複製工具含有一所需的圖案或結構。例如，此類澆鑄及固化程序係在美國專利第5,175,030號(Lu等人)及美國專利第5,183,597號(Lu)中敘述。亦可使用壓紋(emboss)或其他表面結構化方法。
光重導向結構可具有任何適當的形狀或形狀分布。例如，適當的形狀包括微透鏡、線性稜鏡、角錐體、圓錐體、及其組合。微透鏡(當被包括時)可具有任何適當的形狀，並可具有一弧狀剖面。例如，微透鏡可為球狀或橢圓蓋體。形狀可隨機或偽隨機地配置，或者可以一重複的圖案配置在例如方格上或在例如六方格(其亦可稱為等邊三角格)上。在一些實施例中，光重導向結構實質上覆蓋一具有彼此緊緊相鄰(immediately adjacent)之鄰近的光重導向結構的表面。在一些實施例中，光重導向結構可配置為在鄰近的結構之間具有間隔。在一些實施例中，光重導向結構係以一空間不變分布(例如，一週期性分布)來配置。在一些實施例中，光重導向結構係以一空間變異分布(例如，一隨機或以其他方式呈非週期性分布)來配置。在一些實施例中，光重導向結構係配置成結構的同心環(例如， 透鏡狀結構)，其可配置在圓、橢圓、或其類似物上。在一些實施例中，光重導向結構可為蛇形透鏡狀結構，例如，蛇形稜鏡(serpentine prism)。
在一些實施例中，光重導向結構之至少約50百分比、或至少約60百分比、或至少約80百分比、或至少約90百分比的表面面積具有一表面法線，該表面法線相對於基材平面法線具有一角度，其係位於約10度或約15度至約40度或至約45度的範圍內。
球狀蓋體係繪示於圖15，圖15為光學組件1530之一部分的示意剖面圖，光學組件1530可為一低吸收性光學組件或可為一可切換式漫射器。光學組件1530包括一基材1531及一結構化表面1534，該結構化表面包括光重導向結構1535，光重導向結構1535在所繪示的實施例中為具有一半弧角1588之球狀蓋體。光重導向結構1535具有一表面法線1586，其相對於基材之一平面形成一角度θ(量得的範圍在0至90度之間)，並相對於基材平面之一法線形成一角度α(其等於90度減θ)。光重導向結構1535可面朝或背向一照明組件。在一些實施例中，球狀蓋體背向光源，並具有一位於約25度或約30度至約40度或至約45度之範圍內的半弧角1588。在一些實施例中，表面法線及基材平面的法線之間的角度α在結構化表面1534各處之一平均值係位於10度、或15度、或20度至30度、或35度、或40度之範圍內。在一些實施例中，表面法線及基材平面之間的角度θ在結構化表面1534各處之一平均值係位於50度、或55度、或60度至70度、或至75度、或至80度之範圍內。在一些實施例中，球狀蓋 體面朝光源，並具有一位於約30度或約35度至約80度或至約90度之範圍內的半弧角1588。在一些實施例中，表面法線及基材平面的法線之間的角度α在結構化表面1534各處之一平均值係位於15度或20度至60度或65度之範圍內。在一些實施例中，表面法線及基材平面之間的角度θ在結構化表面1534各處之一平均值係位於30度或35度至70度或至75度之範圍內。如實例中所繪示，已發現此類幾何提供光擴散的所需位準，同時維持通過光學組件之一高透射。
線性稜鏡係繪示於圖16，圖16為光學組件1630之一部分的示意剖面圖，光學組件1630可為一低吸收性光學組件或可為一可切換式漫射器。光學組件1630包括一基材1631及一結構化表面1634，該結構化表面包括光重導向結構1635，光重導向結構1635在所繪示的實施例中為具有一頂角1687及具有一傾角1689之線性稜鏡。在具有平坦側邊之稜鏡的例子中，傾角1689等於表面1634之法線及基材之一平面間的一個角度。光重導向結構1635可面朝或背向一照明組件。在一些實施例中，稜鏡背向光源，並具有一傾角1689，其係位於約10度(相對應於約160度的之一頂角1687)、或約15度(對應於約150度之一頂角1687)至約30度(對應於約120度之一頂角1687)、或至約35度(相對應於約110度之一頂角1687)的範圍內。在一些實施例中，稜鏡面朝光源，並具有一傾角1689，其係位於約10度(對應於約160度的之一頂角1687)、或約15度(對應於約150度之一頂角1687)至約40度(相對應於約100度之一頂角1687)、或至約45度(對應於約90度之一頂角1687)的範圍內。如 實例中所繪示，已發現此類幾何提供光擴散的所需位準，同時維持通過光學組件之一高透射。
具有一相對大斜度的圓錐體可提供具有在一些應用中可能需要的高強度環形區域的一輸出分布。具有相對大傾角的線性稜鏡可提供具有在一些應用中可能需要的高強度2瓣(2-lobed)形區域的一輸出分布。具有一基底及n個面(n可為任何適當的數字，並可為例如3、4、5、或6)的角錐體可用來提供一輸出分布，該輸出分布具有在一些應用中可能需要的一高強度n瓣形區域。所具有的壁具有相對陡峭的斜度及相對尖銳的尖峰之尖銳端角錐體傾向於產生n瓣輸出分布。所具有的壁具有相對淺的斜度之角錐體、及具有鈍端尖峰的角錐體傾向於產生其中瓣形係合併在一起的一輸出分布。此類分布在一些應用中可能需要。在圓錐體的例子中產生一環形分布、或者在稜鏡或角錐體的例子中產生瓣形所需的斜度可取決於輸入光分布，針對一呈尖銳尖峰之輸入光產生一環形區域所需要一相對淺的斜度，而針對具有較寬分布的光輸入所需要的是一較高的斜度。
在一些實施例中，茲提供一包括本文所述之光學系統之一或多者的照明系統。例如，照明系統可用在一顯示器應用、招牌應用、或室內照明應用中。照明系統或個別的光學系統可包括至少一感測器及一控制器。感測器可被包括在一個別的光學系統中或相鄰該個別的光學系統，或者可與光學系統的任一者在空間上分開。感測器可為或包括例如一光學感測器、一電感測器、一熱感測器、一聲音感測器、一壓力感測器、一電磁感測器、一時間感測器(例如，一計時器 或一時鐘)、一運動感測器、一近接感測器、及一加速計的至少一者。該感測器可係光感測器，其偵測何時房間中之照明、或房間之一部分中之照明太暗或太亮，且可提供包括此類資訊之一信號至該控制器。在一些實施例中，該感測器可係近接感測器，其偵測何時有人處於房間中或房間之一區段中，或可偵測房間中或房間之一區段中的人數。在一些實施例中，感測器可為一時間感測器，其傳信號給控制器，以在一天中的某些時間或在經過一特定時間量之後改變可切換式漫射器的狀態。在一些實施例中，一或多個感測器包括一計時器及另一感測器兩者。在一觸發事件被另一感測器偵測到之後，控制器可在經過一特定時間量之後改變可切換式漫射器的狀態。例如，從一近接感測器或一運動感測器最後偵測到有人在房間裡經過一特定時間量之後，控制器可關斷或調暗一照明系統。控制器可接收來自至少一感測器之資訊且判定該(等)光學系統中之(若干)可切換式漫射器之一適當狀態。如果該控制器判定需要變更狀態，則該控制器可接著發送一控制信號至一或多個光學系統中之一或多個可切換式漫射器。該控制器亦可回應於藉由該一或多個感測器接收之信號而控制一或多個光學系統之該或該等光源。在一些實施例中，當相對應之可切換式漫射器之狀態變更時，該控制器可改變一光源之輸出位準。此可實用於遮蔽與狀態變更相關聯之光學效果。例如，當可切換式漫射器自一清透狀態切換至一霧狀狀態，該控制器可調暗或降低光源之輸出位準，且接著後續將光源之輸出位準變更回至狀態變更前的輸出位準、或變更至一不同位準。
圖13示意地繪示包括光學系統1300之照明系統1303，光學系統1300包括可切換式漫射器1310。光學系統1300連接至控制器1340，控制器1340連接至感測器1380。光學系統1300與控制器1340間之連接可為一有線連接器或一無線連接。同樣地，控制器1340與感測器1380之間之連接可係有線或無線。控制器1340經組態以提供控制信號給光學系統1300。控制信號可包括一發送至光學系統1300之照明組件的照明控制信號，該照明控制信號設置光學系統1300之一輸出位準；以及一漫射器控制信號，其設置可切換式漫射器1310的適當狀態。在所繪示的實施例中，茲提供一個光學系統及一個感測器。在其他實施例中，照明系統可包括多個光學系統及/或多個感測器。光學系統、控制器、及/或感測器的數量可或可不為一對一的相對應。在一些實施例中，照明系統為各光學系統提供一控制器。在其他實施例中，一照明系統包括複數個本說明的光學系統、一或多個感測器、及一控制器，該控制器經組態以接收一或多個來自一或多個感測器的信號，並提供控制信號給光學系統的複數個可切換式漫射器。在所繪示的實施例中，感測器1380與光學系統1300分開。在其他實施例中，感測器1380可設置為相鄰於光學系統1300、在光學系統1300內、或部分在光學系統1300內。類似地，控制器1340可設置為與光學系統1300分開、相鄰於光學系統1300、在光學系統1300內、或部分在光學系統1300內。
實例
針對一系統執行利用標準光線追蹤技術的模擬，該系統具有提供一光的光源，光被引導朝向一光學組件，該光學組件具有一基材，在基材之一表面上具有光重導向結構。光源提供一光輸入給光學組件，其產生一所得的光輸出。至光學組件的光輸入被建模為具有一半高半寬(HWHM)分布，該分布置中在光學組件之一平面的一法線上。一光分布的HWHM為該光分布之FWHM的二分之一。光輸入(來自源的光)被建模為具有12度或30度之HWHM的任一者。通過光學組件之光輸出的透射及分布經過判定，並找出相對應的輸出HWHM。線性稜鏡被建模為具有50微米節距，且在相鄰的稜鏡之間沒有間隙。圓錐體及部分球體被建模為具有101微米的直徑，且係以一緊密堆積的六邊形圖案配置。
光學組件可理解為對應於一低吸收性光學組件，如本文所述，其在一外表面上具有光重導向結構；光學組件可理解為對應於一可切換式漫射器，如本文所述，其係處於一實質上清透的狀態，並在一外表面上具有光重導向結構。
圖17顯示背向光源之球狀蓋體(如圖15)的例子之通過光學組件之透射百分比的結果，其依據部分球半弧角而變動。透射百分比係藉由除以通過一具有與光學組件相同的折射率之平坦薄膜的透射百分比來予以正規化。針對球狀蓋體與基材之12度的源HWHM及1.5的折射率的例子係顯示為資料序列1764。針對球狀蓋體與基材之12度的源HWHM及1.6的折射率的例子係顯示為資料序列1765。針對球狀蓋體與基材之30度的源HWHM及1.5的折射率的例子係顯 示為資料序列1767。針對球狀蓋體與基材之30度的源HWHM及1.6的折射率的例子係顯示為資料序列1769。
圖18顯示背向光源之球狀蓋體(如圖15)的例子之來自光學組件的光輸出之HWHM的結果，其依據部分球半弧角而變動。針對球狀蓋體與基材之12度的源HWHM及1.5的折射率的例子係顯示為資料序列1864。針對球狀蓋體與基材之12度的源HWHM及1.6的折射率的例子係顯示為資料序列1865。針對球狀蓋體與基材之30度的源HWHM及1.5的折射率的例子係顯示為資料序列1867。針對球狀蓋體與基材之30度的源HWHM及1.6的折射率的例子係顯示為資料序列1869。
圖19顯示面朝光源之球狀蓋體(如圖15)的例子之通過光學組件之透射百分比的結果，其依據部分球半弧角而變動。透射百分比係藉由除以通過一具有與光學組件相同的折射率之平坦薄膜的透射百分比來予以正規化。針對球狀蓋體與基材之12度的源HWHM及1.5的折射率的例子係顯示為資料序列1964。針對球狀蓋體與基材之12度的源HWHM及1.6的折射率的例子係顯示為資料序列1965。針對球狀蓋體與基材之30度的源HWHM及1.5的折射率的例子係顯示為資料序列1967。針對球狀蓋體與基材之30度的源HWHM並具有1.6的折射率的例子係顯示為資料序列1969。
圖20顯示面朝光源之球狀蓋體(如圖15)的例子之來自光學組件的光輸出之HWHM的結果，其依據部分球半弧角而變動。針對球狀蓋體與基材之12度的源HWHM及1.5的折射率的例子 係顯示為資料序列2064。針對球狀蓋體與基材之12度的源HWHM及1.6的折射率的例子係顯示為資料序列2065。針對球狀蓋體與基材之30度的源HWHM及1.5的折射率的例子係顯示為資料序列2067。針對球狀蓋體與基材之30度的源HWHM及1.6的折射率的例子係顯示為資料序列2069。
圖21顯示背向光源之線性稜鏡(如圖16)的例子之通過光學組件之透射百分比的結果，其依據稜鏡頂角而變動。透射百分比係藉由除以通過一具有與光學組件相同的折射率之平坦薄膜的透射百分比來予以正規化。針對稜鏡與基材之12度的源HWHM及1.5的折射率的例子係顯示為資料序列2164。針對稜鏡與基材之12度的源HWHM及1.6的折射率的例子係顯示為資料序列2165。針對稜鏡與基材之30度的源HWHM及1.5的折射率的例子係顯示為資料序列2167。針對稜鏡與基材之30度的源HWHM並具有1.6的折射率的例子係顯示為資料序列2169。
圖22顯示背向光源之線性稜鏡(如圖16)的例子之來自光學組件的光輸出之HWHM的結果，其依據稜鏡斜度而變動。針對稜鏡與基材之12度的源HWHM及1.5的折射率的例子係顯示為資料序列2264。針對稜鏡與基材之12度的源HWHM及1.6的折射率的例子係顯示為資料序列2265。針對稜鏡與基材之30度的源HWHM及1.5的折射率的例子係顯示為資料序列2267。針對稜鏡與基材之30度的源HWHM及1.6的折射率的例子係顯示為資料序列2269。
圖23顯示面朝光源之線性稜鏡(如圖16)的例子之通過光學組件之透射百分比的結果，其依據稜鏡頂角而變動。透射百分比係藉由除以通過一具有與光學組件相同的折射率之平坦薄膜的透射百分比來予以正規化。針對稜鏡與基材之12度的源HWHM及1.5的折射率的例子係顯示為資料序列2364。針對稜鏡與基材之12度的源HWHM及1.6的折射率的例子係顯示為資料序列2365。針對稜鏡與基材之30度的源HWHM及1.5的折射率的例子係顯示為資料序列2367。針對稜鏡與基材之30度的源HWHM及1.6的折射率的例子係顯示為資料序列2369。
圖24顯示面朝光源之線性稜鏡(如圖16)的例子之來自光學組件的光輸出之HWHM的結果，其依據稜鏡斜度而變動。針對稜鏡與基材之12度的源HWHM及1.5的折射率的例子係顯示為資料序列2464。針對稜鏡與基材之12度的源HWHM及1.6的折射率的例子係顯示為資料序列2465。針對稜鏡與基材之30度的源HWHM及1.5的折射率的例子係顯示為資料序列2467。針對稜鏡與基材之30度的源HWHM及1.6的折射率的例子係顯示為資料序列2469。
為了比較，通過一體積漫射器之光輸出的HWHM係在具有12或30度之HWHM的光透射通過體積漫射器時所計算的。體積漫射器係使用Henyey-Greenstein漫射模型來建模。該模型假設主體材料的折射率為1.5且漫射器厚度為1mm。模型包括另外兩個參數，散射係數μ(具有長度倒數的單位)及一無尺寸參數g，用在Henyey-Greenstein散射各向異性函數p(θ)中。Henyey-Greenstein模 型係在例如Kienle等人之「Determination of the scattering coefficient and the anisotropy factor from laser Doppler spectra of liquids including blood」，Applied Optics，第25卷，第19號，1996中敘述。當參數g為零的時候，散射為各向同性(isotropic)，而g小於0偏向背向散射，且g大於0偏向前向散射。當μ接近漫射器的厚度倒數時，入射在漫射器上之大部分的光線在無散射的情況下通過。此係稱為穿通(punch-through)。當μ遠大於漫射器的厚度倒數時，穿通被消除，且經散射的光分布具有其針對一給定的透射的值之最寬的HWHM值。對μ乘以(1-g)乘以漫射器厚度之乘積的恆定值而言，透射及HWHM是固定的。針對隨機選取的參數μ及g判定透射對HWHM的值，且結果係顯示於圖25至圖29。在這些圖式中顯示為虛線之稠密聚集的上限為S形曲線，其定義μ遠大於漫射器厚度倒數的條件。
圖25顯示當輸入具有12度HWHM時，依據透射百分比變動之HWHM輸出的結果，且圖26顯示當輸入具有30度HWHM時，依據透射百分比變動之HWHM輸出的結果。透射百分比在圖中未經正規化，因此最大值由於菲涅耳(Fresnel)反射而小於100百分比。顯示針對體積漫射器及針對各種具有光重導向結構的光學組件的結果。所考慮的光重導向結構為面向光源的部分球體、面向光源的圓錐體、具有面向光源之500微米基底並具有鈍端(其具有0.85微米、15微米、25微米、及35微米之曲率半徑)的稜鏡。亦顯示針對方形波紋的結果。方形波紋指的是表面法線角度相對於基材平面之法線的 隨機分布，其係恆定地向上達一最大角度，且針對較大角度為零。光學組件的折射率為1.5。
參照圖25，部分球體資料包括用於30度部分球半弧角之資料點2530s、用於50度部分球半弧角之資料點2550s、及用於70度部分球半弧角之資料點2570s。圓錐體資料包括用於26.3度頂角之資料點25263、用於33.1度頂角之資料點25331、用於29.3度頂角之資料點25393、及用於44.7度頂角之資料點25447。具有0.85微米之尖端半徑的稜鏡的結果包括用於20度稜鏡傾角之資料點2520-85、用於25度稜鏡傾角之資料點2525-85、用於35度稜鏡傾角之資料點2535-85、及用於45度稜鏡傾角之資料點2545-85。具有15微米之尖端半徑的稜鏡的結果包括用於22.5度稜鏡傾角之資料點25225、用於27.5度稜鏡傾角之資料點25275、及用於45度稜鏡傾角之資料點2545-15。方形波紋之結果包括用於35度最大角度之資料點2535r及用於45度最大角度之資料點2545r。
參照圖26，部分球體資料包括用於65度部分球半弧角之資料點2565s、用於80度部分球半弧角之資料點2680s、及用於90度部分球半弧角之資料點2690s。圓錐體資料包括用於33.1度頂角之資料點26331、用於39.3度頂角之資料點26393、及用於44.7度頂角之資料點26447。具有0.85微米之尖端半徑的稜鏡的結果包括用於具有35度稜鏡傾角之稜鏡的資料點2635-85、用於具有40度稜鏡傾角之稜鏡的資料點2640-85、及用於具有45度稜鏡傾角之稜鏡的資料點2645-85。具有15微米之尖端半徑的稜鏡的結果包括用於具有35度稜 鏡傾角之稜鏡的資料點2635-15、用於具有40度稜鏡傾角之稜鏡的資料點2640-15、用於具有42.5度稜鏡傾角之稜鏡的資料點26425-15、及用於具有45度稜鏡傾角之稜鏡的資料點2645-15。方形波紋之結果包括用於40度最大角度之資料點2640r及用於45度最大角度之資料點2645r。
圖25至圖26顯示與一體積漫射器相比，有一廣範圍的表面結構針對一給定的HWHW輸出產生一較高透射及/或針對一給定的透射產生一較高的HWHM。
圖27顯示當輸入具有12度HWHM且光學組件的結構化表面背向光源時，依據透射百分比變動之HWHM輸出的結果。建模具有50微米之基底及具有與0.85微米曲率半徑之尖端的線性稜鏡。亦包括部分球體。光學組件的折射率為1.5。稜鏡的結果包括用於具有135度頂角之稜鏡的資料點27135、用於具有125度頂角之稜鏡的資料點27125、及用於具有115度頂角之稜鏡的資料點27115。與體積漫射器相比，線性稜鏡針對一給定的HWHM達成較高的透射，至少對位於115度至145度之範圍內的頂角而言是如此。
針對具有12及30度HWHM之輸入光建模具有角錐體的光學組件，該角錐體具有四個面朝光源的側邊，且係配置在一方格上，在相鄰的角錐體之間不具有間隙。角錐體的側邊具有一相對於基材平面而變動的斜度。光學組件具有1.5的折射率。12度HWHM輸入的結果示於圖28，而30度HWHM輸入的結果則示於圖29。圖28所示的結果包括用於具有17.7度斜度的側邊之角錐體的資料點 28177、用於具有29.2度斜度的側邊之角錐體的資料點28292、用於具有35.8度斜度的側邊之角錐體的資料點28358、用於具有38.7度斜度的側邊之角錐體的資料點28387、及用於具有41.3度斜度的側邊之角錐體的資料點28413。圖29所示的結果包括用於具有25.6度斜度的側邊之角錐體的資料點29256、用於具有32.6度斜度的側邊之角錐體的資料點29326、用於具有35.8度斜度的側邊之角錐體的資料點29358、用於具有38.7度斜度的側邊之角錐體的資料點29387、及用於具有41.3度斜度的側邊之角錐體的資料點28413。
以下為本說明之例示性實施例的清單。
實施例1為一種光學系統，其包含：一照明組件；一可切換式漫射器，其與該照明組件光學連通，該可切換式漫射器具有至少一第一狀態及一第二狀態，該第一狀態的特徵在於一第一霧度，且該第二狀態的特徵在於不同於該第一霧度之一第二霧度；一低吸收性光學組件，其與該照明組件光學連通，並與該可切換式漫射器光學連通，其中該低吸收性光學組件包括相對的第一及第二外表面，該第一及第二外表面的至少一者包括光重導向結構，其中當該可切換式漫射器處於該第一狀態且該光學系統產生一光輸出時，該等光重導向結構經組態以在至少一方向上使該光學系統之該光輸出的半高寬(FWHM)相對於不包括該等光重導向結構之一以其他方式等效的光學系統之光輸出的半高寬增加至少5度。
實施例2為一種光學系統，其包含：一照明組件；一可切換式漫射器，其與該照明組件光學連通，該可切換式漫射器具有至少一第一狀態及一第二狀態，該第一狀態的特徵在於一第一霧度，且該第二狀態的特徵在於不同於該第一霧度之一第二霧度；其中該可切換式漫射器包括一作用層，該作用層係設置在一第一外層及一第二外層之間，該第一外層具有一與該作用層相對之第一外表面，該第二外層具有一與該作用層相對之第二外表面，該第二外層面向該照明組件，該第一及第二外表面的至少一者包括光重導向結構；其中當該可切換式漫射器處於該第一狀態且該光學系統產生一光輸出時，該等光重導向結構經組態以在至少一方向上使該光學系統之該光輸出的半高寬(FWHM)相對於不包括該等光重導向結構之一以其他方式等效的光學系統之光輸出的半高寬增加至少5度。
實施例3為一種光學系統，其包含：一照明組件；一可切換式漫射器，其與該照明組件光學連通，該可切換式漫射器具有至少一第一狀態及一第二狀態，該第一狀態的特徵在於一第一霧度，且該第二狀態的特徵在於不同於該第一霧度之一第二霧度；其中該可切換式漫射器包括一作用層，該作用層係設置在一第一外層及一第二外層之間，該第一外層具有一與該作用層相對之第一外表面，該第二外層具有一與該作用層相對之第二外表面； 一低吸收性光學組件，其與該照明組件光學連通，並與該可切換式漫射器光學連通，該低吸收性光學組件包括相對的第三及第四外表面，其中該第一、第二、第三、及第四外表面的至少一者包括光重導向結構，其中當該可切換式漫射器處於該第一狀態且該光學系統產生一光輸出時，該等光重導向結構經組態以在至少一方向上使該光學系統之該光輸出的半高寬(FWHM)相對於不包括該等光重導向結構之一以其他方式等效的光學系統之光輸出的半高寬增加至少5度。
實施例4為實施例1至3中任一者的光學系統，其中在該可切換漫射器處於該第一狀態時該光學系統的該光輸出之一平均方向與在該可切換式漫射器處於該第一狀態時該以其他方式等效之光學系統的一光輸出之一平均方向相同。
實施例5為實施例1至3中任一者的光學系統，其中在該可切換式漫射器處於該第一狀態時該光學系統的該光輸出之一平均方向與在該可切換式漫射器處於該第一狀態時該以其他方式等效之光學系統的一光輸出之一平均方向不同。
實施例6為實施例1之光學系統，其中當該可切換式漫射器處於該第一狀態時，該可切換式漫射器在位於零度至約85度之範圍內的所有入射角度下具有一小於約5百分比的霧度。
實施例7為實施例2或3之光學系統，其中當該可切換式漫射器處於該第一狀態時，該作用層在位於零度至約85度之範圍內的所有入射角度下具有一小於約5百分比的霧度。
實施例8為實施例1至3中任一者的光學系統，其中相對於該以其他方式等效之光學系統之光輸出的FWHM，該光學系統之該光輸出的FWHM係在兩正交方向上增加。
實施例9為實施例1至3中任一者的光學系統，其中該可切換式漫射器包括複數個可獨立定址的區域。
實施例10為實施例1或3的光學系統，其中該等光重導向結構包括該低吸收性光學組件之一第一區域中之一第一組光重導向結構以及該低吸收性光學組件之一第二區域中之一第二組光重導向結構，該低吸收性光學組件之該第二區域不同於該低吸收性光學組件之該第一區域。
實施例11為實施例10之光學系統，其中該第一及第二組光重導向結構具有不同的尺寸分布、形狀分布、間距分布、或斜度分布。
實施例12為實施例2或3的光學系統，其中該等光重導向結構包括該可切換式漫射器之一第一區域中之一第一組光重導向結構以及該可切換式漫射器之一第二區域中之一第二組光重導向結構，該可切換式漫射器之該第二區域不同於該可切換式漫射器之該第一區域。
實施例13為實施例12之光學系統，其中該第一及第二組光重導向結構具有不同的尺寸分布、形狀分布、間距分布、或斜度分布。
實施例14為實施例1至3中任一者的光學系統，其中該光輸出係軸向對稱。
實施例15為實施例1至3中任一者的光學系統，其中該光輸出係軸向非對稱。
實施例16為實施例1至3中任一者的光學系統，其中該等光重導向結構具有空間上規則的尺寸分布、形狀分布、及間距分布。
實施例17為實施例1至3中任一者的光學系統，其中該等光重導向結構具有空間上不規則的尺寸、形狀、及間距之至少一者的分布。
實施例18為實施例1至3中任一者的光學系統，其中該等光重導向結構包括繞射結構。
實施例19為實施例1至3中任一者的光學系統，其中該等光重導向結構經組態以在至少一方向上使該光輸出的半高寬(FWHM)相對於該以其他方式等效之光學系統光輸出的半高寬增加至少10度。
實施例20為實施例1的光學系統，其中該低吸收性光學組件係設置為相鄰該可切換式漫射器而與該照明組件相對。
實施例21為實施例3的光學系統，其中該低吸收性光學組件係設置為相鄰該可切換式漫射器而與該照明組件相對。
實施例22為實施例2、20、或21中任一者的光學系統，其中一氣隙分開該可切換式漫射器及該照明組件。
實施例23為實施例1至3中任一者的光學系統，其中該可切換式漫射器與該照明組件隔開一距離，該距離小於該可切換式漫射器的寬度的約10倍。
實施例24為實施例1或實施例3的光學系統，其中該等光重導向結構面向該可切換式漫射器。
實施例25為實施例1或實施例3的光學系統，其中該等光重導向結構背向該可切換式漫射器。
實施例26為實施例1至3中任一者的光學系統，其進一步包含一額外的漫射器，該漫射器與該照明組件光學連通。
實施例27為實施例26的光學系統，其中該額外的漫射器為一可電切換式漫射器。
實施例28為實施例1至3中任一者的光學系統，其中該可切換式漫射器包括層列A液晶。
實施例29為實施例1至3中任一者的光學系統，其中該照明組件包括一或多個發光二極體。
實施例30為實施例1至3中任一者的光學系統，其中該照明組件包括一光導。
實施例31為一種照明系統，其包含： 一或多個如實施例1至3中任一者之光學系統；一控制器，其經組態以提供一漫射器控制信號給該一或多個光學系統之該等可切換式漫射器的一或多者；以及一或多個感測器，其中該控制器經組態以接收來自該一或多個感測器之一或多個信號。
實施例32為實施例31的照明系統，其中該一或多個感測器包括一光學感測器、一電感測器、一熱感測器、一聲音感測器、一壓力感測器、一電磁感測器、一時間感測器、一運動感測器、一近接感測器、及一加速計的至少一者。
實施例33為實施例31的照明系統，其中該控制器經組態以回應於來自該一或多個感測器之該一或多個信號而改變該等光學系統之該等可切換式漫射器的一或多者之一狀態。
實施例34為實施例31的照明系統，其中該控制器經組態以提供一照明控制信號給該一或多個光學系統之該等照明組件的一或多者。
實施例35為實施例34的照明系統，其中該控制器經組態以在該一或多個光學系統之該等可切換式漫射器的一或多者的至少一狀態變化期間調暗該一或多個光學系統之該等照明組件的一或多者。
實施例36為一顯示器，其包含實施例1至3中任一者的光學系統。
實施例37為一顯示器，其包含實施例31的照明系統。
實施例38為一招牌，其包含實施例1至3中任一者的光學系統。
實施例39為一招牌，其包含實施例31的照明系統。
實施例40為一照明器具，其包含實施例1至3中任一者的光學系統。
實施例41為一照明器具，其包含實施例31的照明系統。
實施例42為實施例1或實施例3的光學系統，其進一步包含一透鏡，其中該可切換式漫射器係設置在該照明組件及該低吸收性光學組件之間，且該透鏡係設置在該可切換式漫射器及該低吸收性光學組件之間。
實施例43為實施例42的光學系統，其中該透鏡為一全內反射透鏡。
實施例44為實施例1至3中任一者的光學系統，其中該等光重導向結構係選自由微透鏡、線性稜鏡、角錐體、圓錐體、以及其組合所組成之群組。
實施例45為實施例44的光學系統，其中該等光重導向結構為微透鏡。
實施例46為實施例45的光學系統，其中該微透鏡為球狀蓋體或橢圓蓋體。
實施例47為實施例1至3中任一者的光學系統，其中該等光重導向結構之一表面面積的至少約60百分比具有一表面法線，該表面法線相對於包含該等光重導向結構之一基材之一平面之一法線具有一角度，角度範圍約15度至約40度。
實施例48為實施例1至3中任一者的光學系統，其中該等光重導向結構之一表面面積的至少約80百分比具有一表面法線，其相對於包含該等光重導向結構之一基材之一平面之一法線具有一角度，角度範圍約15度至約40度。
實施例49為實施例1至3中任一者的光學系統，其中該等光重導向結構包括面向該照明組件的球狀蓋體。
實施例50為實施例49的光學系統，其中該球狀蓋體具有一表面法線，該表面法線相對於包含該等光重導向結構之一基材之一平面之一法線具有一角度，且該角度在該等光重導向結構之一表面面積各處經平均的範圍為約10至約30度。
實施例51為實施例49的光學系統，其中該球狀蓋體具有一半弧角，其範圍約30度至約40度。
實施例52為實施例1至3中任一者的光學系統，其中該等光重導向結構包括背向該照明組件的球狀蓋體。
實施例53為實施例52的光學系統，其中該球狀蓋體具有一表面法線，該表面法線相對於包含該等光重導向結構之一基材之一平面之一法線具有一角度，且該角度在該等光重導向結構之一表面面積各處經平均的範圍為約20度至約55度。
實施例54為實施例52的光學系統，其中該球狀蓋體具有一半弧角，其範圍約35度至約90度。
實施例55為實施例1至3中任一者的光學系統，其中該等光重導向結構包括面向該照明組件的線性稜鏡。
實施例56為實施例55的光學系統，其中該線性稜鏡具有一頂角，其範圍約120度至約150度。
實施例57為實施例1至3中任一者的光學系統，其中該等光重導向結構包括背向該照明組件的線性稜鏡。
實施例58為實施例57的光學系統，其中該線性稜鏡具有一頂角，其大於90度並小於約150度。
雖在本文中是以具體實施例進行說明及描述，但所屬技術領域中具有通常知識者將瞭解可以各種替代及/或均等實施來替換所示及所描述的具體實施例，而不偏離本揭露的範疇。本申請案意欲涵括本文所討論之特定具體實施例的任何調適形式或變化形式。因此，本揭露意圖僅受限於申請專利範圍及其均等者。
D‧‧‧距離
W‧‧‧寬度
100‧‧‧光學系統
110‧‧‧可切換式漫射器
112‧‧‧作用層
114‧‧‧第一外層
115‧‧‧第一外表面
116‧‧‧第二外層；第二層
117‧‧‧第二外表面
118‧‧‧光重導向結構
120‧‧‧照明組件

Claims (20)

  1. 一種光學系統，其包含：一照明組件；一可切換式漫射器，其與該照明組件光學連通，該可切換式漫射器具有至少一第一狀態及一第二狀態，該第一狀態的特徵在於一第一霧度，且該第二狀態的特徵在於不同於該第一霧度之一第二霧度；一低吸收性光學組件，其與該照明組件光學連通，並與該可切換式漫射器光學連通，其中該低吸收性光學組件包括相對的第一及第二外表面，該第一及第二外表面的至少一者包括光重導向結構，其中當該可切換式漫射器處於該第一狀態且該光學系統產生一光輸出時，該等光重導向結構經組態以在至少一方向上使該光學系統之該光輸出的半高寬(FWHM)相對於不包括該等光重導向結構之一以其他方式等效的光學系統之光輸出的半高寬增加至少5度。
  2. 一種光學系統，其包含：一照明組件；一可切換式漫射器，其與該照明組件光學連通，該可切換式漫射器具有至少一第一狀態及一第二狀態，該第一狀態的特徵在於一第一霧度，且該第二狀態的特徵在於不同於該第一霧度之一第二霧度；其中該可切換式漫射器包括一作用層，該作用層係設置在一第一外層及一第二外層之間，該第一外層具有一與該作用層相對之第一外表面，該第二外層具有一與該作用層相對之第二外表面，該第二外層面向該照明組件，該第一及第二外表面的至少一者包括光重導向結構； 其中當該可切換式漫射器處於該第一狀態且該光學系統產生一光輸出時，該等光重導向結構經組態以在至少一方向上使該光學系統之該光輸出的半高寬(FWHM)相對於不包括該等光重導向結構之一以其他方式等效的光學系統之光輸出的半高寬增加至少5度。
  3. 一種光學系統，其包含：一照明組件；一可切換式漫射器，其與該照明組件光學連通，該可切換式漫射器具有至少一第一狀態及一第二狀態，該第一狀態的特徵在於一第一霧度，且該第二狀態的特徵在於不同於該第一霧度之一第二霧度；其中該可切換式漫射器包括一作用層，該作用層係設置在一第一外層及一第二外層之間，該第一外層具有一與該作用層相對之第一外表面，該第二外層具有一與該作用層相對之第二外表面，一低吸收性光學組件，其與該照明組件光學連通，並與該可切換式漫射器光學連通，該低吸收性光學組件包括相對的第三及第四外表面，其中該第一、第二、第三、及第四外表面的至少一者包括光重導向結構，其中當該可切換式漫射器處於該第一狀態且該光學系統產生一光輸出時，該等光重導向結構經組態在至少一方向上使該光學系統之該光輸出的半高寬(FWHM)相對於不包括該等光重導向結構之一以其他方式等效的光學系統之光輸出的半高寬增加至少5度。
  4. 如請求項1至3中任一項之光學系統，其中在該可切換式漫射器處於該第一狀態時該光學系統的該光輸出之一平均方向與在該可切換式漫射器處於該第一狀態時該以其他方式等效之光學系統的一光輸出之一平均方向相同。
  5. 如請求項1至3中任一項之光學系統，其中在該可切換式漫射器處於該第一狀態時該光學系統的該光輸出之一平均方向與在該可切換式漫射器處於該第一狀態時該以其他方式等效之光學系統的一光輸出之一平均方向不同。
  6. 如請求項1之光學系統，其中當該可切換式漫射器處於該第一狀態時，該可切換式漫射器在位於零度至約85度之範圍內的所有入射角度下具有一小於約5百分比的霧度。
  7. 如請求項2或3之光學系統，其中當該可切換式漫射器處於該第一狀態時，該作用層在位於零度至約85度之範圍內的所有入射角度下具有一小於約5百分比的霧度。
  8. 如請求項1至3中任一項之光學系統，其中相對於該以其他方式等效之光學系統之光輸出的FWHM，該光學系統之該光輸出的FWHM係在兩正交方向上增加。
  9. 如請求項1至3中任一項之光學系統，其中該可切換式漫射器包括複數個可獨立定址的區域。
  10. 如請求項1或3之光學系統，其中該等光重導向結構包括該低吸收性光學組件之一第一區域中之一第一組光重導向結構以及該低吸收性光學組件之一第二區域中之一第二組光重導向結構，該低吸收性光學組件之該第二區域不同於該低吸收性光學組件之該第一區域。
  11. 如請求項10之光學系統，其中該第一及第二組光重導向結構具有不同的尺寸分布、形狀分布、間距分布、或斜度分布。
  12. 如請求項2或3之光學系統，其中該等光重導向結構包括該可切換式漫射器之一第一區域中之一第一組光重導向結構以及該可切換式漫射器之一第二區域中之一第二組光重導向結構，該可切換式漫射器之該第二區域不同於該可切換式漫射器之該第一區域。
  13. 如請求項12之光學系統，其中該第一及第二組光重導向結構具有不 同的尺寸分布、形狀分布、間距分布、或斜度分布。
  14. 如請求項1至3中任一項之光學系統，其中該等光重導向結構經組態以在至少一方向上使該光輸出的半高寬(FWHM)相對於該以其他方式等效之光學系統的光輸出增加至少10度。
  15. 如請求項1至3中任一項之光學系統，其進一步包含一額外的漫射器，該漫射器與該照明組件光學連通。
  16. 一種照明系統，其包含：一或多個如請求項1至3中任一項之光學系統；一控制器，其經組態以提供一漫射器控制信號給該一或多個光學系統之該等可切換式漫射器的一或多者；以及一或多個感測器，其中該控制器經組態以接收來自該一或多個感測器之一或多個信號。
  17. 如請求項16之照明系統，其中該一或多個感測器包括一光學感測器、一電感測器、一熱感測器、一聲音感測器、一壓力感測器、一電磁感測器、一時間感測器、一運動感測器、一近接感測器、及一加速計的至少一者。
  18. 如請求項16之照明系統，其中該控制器經組態以回應於來自該一或多個感測器之該一或多個信號而改變該等光學系統之該等可切換式漫射器的一或多者之一狀態。
  19. 如請求項16之照明系統，其中該控制器經組態以提供一照明控制信號給該一或多個光學系統之該等照明組件的一或多者。
  20. 如請求項19之照明系統，其中該控制器經組態以在該一或多個光學系統之該等可切換式漫射器的一或多者的至少一狀態變化期間調暗該一或多個光學系統之該等照明組件的一或多者。
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