JP2015531884A - 可変拡散器 - Google Patents

Abstract

本発明は、照明装置で使用する拡散器１に関する。拡散器１は、少なくとも部分的に透明な第１層１０と、隣接する少なくとも部分的に透明な第２層２０とを有し、前記第１層は、連続する層であって、伸縮性のエラストマを含み、前記第２層は、材料の厚さと材料の弾性係数との積として示された実効剛性の高い材料を含むセグメント化された層である。第２層２０は、種々異なる寸法を持つ非周期パターンのセグメント（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ）を有する。前記拡散器は、前記第１層が延伸されていない状態にあり、且つ、実質的に連続する層を形成するために、前記第２層の前記セグメントが互いに隣接して配置された第１位置と、前記第１層が延伸され、且つ、前記第１層の一部が露出するように、前記第２層の前記セグメントが互いに離間された第２位置との間で伸縮可能である。

Description

第１態様では、本発明は、少なくとも部分的に透明な第１層と、隣接する少なくとも部分的に透明な第２層とを有する拡散器であって、前記第１層は、連続する層であって、伸縮性のエラストマを含み、前記第２層は、材料の厚さと材料の弾性係数との積として示された実効剛性の高い材料を含むセグメント化された層である、拡散器に関する。第２態様及び第３態様では、本発明は、更に、このような拡散器を有する照明装置と、このような拡散器を製造する方法とにそれぞれ関する。

上記のタイプの拡散器は、照明装置、特に照明装置の光源によって放射された光を修正するための照明器具において広く使用されている。

ＵＳ２０１１／０２６７６８０ Ａ１は、変形可能なポリマーフィルム基板と剛性な光学素子とを有する光学装置を説明し、一実施形態では、剛性な光学素子は基板上に設けられる拡散構造である。電極は、基板の変形を可能にするために基板に接続され、これは、剛性な光学素子を基板の平面に配置することを可能にする。

しかしながら、この光学装置は、製造工程が完了した後で変更することができない静的特性を有する。それゆえ、所望の光の修正と、種々異なるアプリケーションにおいて満たされるべき目的に依存する広範囲の種々異なる拡散器を製造することが必要である。

本発明の目的は、この課題を克服することであり、調整可能な光拡散特性を有する拡散器を提供することである。

本発明の第１態様によれば、この目的及び他の目的は、冒頭で説明された拡散器であって、第２層が、種々異なる寸法を持つ非周期パターンのセグメントを有し、前記拡散器は、第１層が延伸されていない状態にあって第２層のセグメントが実質的に連続する層を形成するように互いに隣接して配置された第１位置と、第１層が延伸され、且つ、第１層の一部が露出するように、第２層のセグメントが互いに離間された第２位置との間で伸縮可能である拡散器によって達成される。

このような拡散器を用いると、光拡散特性は拡散器の延伸度合いに依存するため、製造工程が完了した後で、拡散器の光拡散特性を変更し得ることが確実になる。これによって、ユーザは、実装前に、又は実装後であっても、具体的なニーズに応じて、拡散器の光拡散特性をその場で調整し得る。また、構造がシンプルであり、製造費用対効果の良いシステムも得られる。

第２層２０のセグメントの種々異なる寸法は、幅、厚さ、及び長さの１つ以上を有する。

実施形態では、第１層は、シリコンゴム、電気活性ポリマー、誘電体電気活性ポリマー、電気活性エラストマ、又は誘電体電気活性エラストマを有し、このような材料は、伸縮性、形状記憶、及び耐久性に関して特に有利な特性を持つ。

実施形態では、第２層は、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ（ポリ(３,４−エチレンジオキシチオフェン)ポリ（スチレンスルホン酸塩））又はＳｉＯ_２若しくはＳｉＮを含むコーティング層を有する。このような材料は、非周期パターンのセグメントを持つ層を形成するのに適し、適切な臨界ひずみ及び脆性を含む特に有利な特性を持つことが分かっている。

実施形態では、拡散器は、更に、第２層に隣接する第１層の面に実質的に平行な少なくとも一つの方向に第１層を延伸するのに適した少なくとも１つのアクチュエータ素子を有する。

これによって、光拡散特性が簡単で便利なやり方で調整され得る、シンプルな構造を持つ拡散器が提供される。

実施形態では、第１層は、シリコンゴム、電気活性ポリマー、誘電体電気活性ポリマー、電気活性エラストマ、又は誘電体電気活性エラストマを有し、少なくとも１つのアクチュエータ素子は、第１層の第１面に配置された第１電極と、第１面とは反対側の第１層の第２面に配置された第２電極とを有する。

これによって、電極に印加された電圧を調整するだけで、光拡散特性が簡単で便利なやり方で調整され得る、シンプルな構造を持つ拡散器が提供される。

更なる実施形態では、少なくとも１つのアクチュエータ素子は、第１層の両端部に第１面に配置された第１電極及び第３電極、並びに、第１層の両端部に第１面とは反対側の第２面に配置された第２電極及び第４電極を有する。

この実施形態では、各一対の電極に印加される電圧は、必ずしも同じである必要はなく、つまり異なっていてもよく、これにより、非線形の延伸が得られるということで拡散器の光拡散特性を調整する他のパラメータを提供する。

実施形態では、第１電極、第２電極、第３電極、及び／又は第４電極はセグメント化された電極である。

これによって、第１の伸縮可能な層が同時に１より多い方向に延伸され得る拡散器が提供される。例えば互いに垂直で、更に第２層に隣接する第１層の面と実質的に平行である２つの方向に第１層が延伸され、２つの方向における延伸の量が同じである場合、円形拡散パターンが得られる。しかしながら、２つの方向における延伸の量の比率を変えることによって、拡散パターンは、楕円形になる。

実施形態では、拡散器は、更に、第２層とは反対側の面で第１層と隣接する少なくとも部分的に透明な第３層を有し、前記第３層は、種々異なる寸法を持つ非周期パターンのセグメントを有し、前記拡散器は、第１層が延伸されていない状態にあって、第３層のセグメントが実質的に連続する層を形成するように互いに隣接して配置された第１位置と、第１層が延伸され、且つ、第１層の一部が露出するように、第３層のセグメントが互いに離間された第２位置との間で伸縮可能である。

このような第３層の条件は、第３層のセグメントの寸法に関する変更し得る他のパラメータを有する光拡散特性を持つ拡散器を提供する。このような拡散器は、よりランダムな拡散効果を有する光出力を提供する。

第３層は、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ（ポリ(３,４−エチレンジオキシチオフェン)ポリ（スチレンスルホン酸塩））又はＳｉＯ_２若しくはＳｉＮを含むコーティング層を有してもよい。

発明の第２実施形態によれば、上記目的及び他の目的は、上記請求項のいずれか一項に記載の拡散器と、第２層とは反対側の第１層の側に配置された少なくとも一つの光源とを有する照明装置を用いて達成される。

これによって、ユーザ、例えばベンダー又はエンドユーザが、照明装置の実装前に、又は実装後であっても、具体的なニーズに応じて、拡散器の光拡散特性をその場で調整し得る照明装置が得られる。また、構造がシンプルであり、製造費用対効果の良いシステムも得られる。

本発明による照明装置の実施形態では、第２層の厚さは、拡散器の第１層を通って伝搬する入射ビームと、拡散器の第１層及び第２層を通って伝搬する入射ビームとの間の位相差πを得るように選択され、これら２つの入射ビームは、少なくとも１つの光源から発せられる。

発明の第３態様によれば、上記目的及び他の目的は、本発明による拡散器を製造する方法を用いて達成され、前記方法は、
連続する層であって、伸縮性エラストマを含む透明な第１層を提供するステップと、
少なくとも部分的に透明な第２層であって、材料の厚さと材料の弾性係数との積として示された実効剛性の高い材料を含む当該第２層を、前記第１層が延伸されていない状態で第１層上に付与するステップと、
前記第２層に種々異なる寸法を持つ非周期パターンのセグメントを与えるように、第２層が小さなセグメントに分割される程度まで第１層を延伸するステップと、
を有する。

なお、本発明は、請求項に列挙された特徴の全ての可能な組み合わせに関する。

本発明の上記及び他の態様は、本発明の実施形態を示す添付の図面を参照して、ここでより詳細に説明されるであろう。

図１ａ及び図１ｂは、それぞれ、延伸されていない状態に対応する第１位置と、延伸状態に対応する第２位置とにおける本発明の第１態様による拡散器の第１実施形態の側面図を示し、光源と、前記光源から放射された一対の光ビームとが図１ｂに示されている。 図２ａ及び図２ｂは、それぞれ、延伸されていない状態に対応する第１位置と、延伸状態に対応する第２位置とにおける本発明の第１態様による拡散器の第２実施形態の側面図を示し、光源と、前記光源から放射された一対の光ビームとが図２ｂに示されている。 図３は、延伸状態の図１ｂに示された実施形態による拡散器の斜視図を示す。 図４ａ及び図４ｂは、それぞれ、延伸されていない状態に対応する第１位置と、延伸状態に対応する第２位置とにおける本発明の第１態様による拡散器の第１実施形態の上面図を示し、前記拡散器は、一対の円形電極状のアクチュエータ素子を備えている。 図５ａ及び図５ｂは、それぞれ、延伸されていない状態に対応する第１位置と、延伸状態に対応する第２位置とにおける本発明の第１態様による拡散器の第１実施形態の側面図を示し、前記拡散器は、２対の電極状のアクチュエータ素子を備えている。 図６ａは、拡散器の相対ギャップサイズの関数として、本発明による拡散器を透過した光の光強度のシュミレーションの例示的な図を示し、セグメントは、拡散器を通って伝搬する２つの光ビーム間の位相差πを得るように選択された厚さを有する。 図６ｂ乃至図６ｄは、直接送られた（ゼロ次）光の光強度と、本発明による拡散器の相対ギャップサイズの関数として送られた場合の一次シフトされた（一次）光との光強度の測定結果の図を示し、セグメントは、拡散器を通って伝搬する２つの光ビーム間の位相差π、１／２π、及び２／３πをそれぞれ得るように選択された厚さを有する。 図７は、ＮｕＳｉｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＬＬＣから得られるシリコンゴム上に、約１００ｎｍのＰＥＤＯＴ：ＰＳＳでできた本発明による拡散器の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）写真を示す。 図８は、図７に示された拡散器のｘ方向における断面を表すグラフを示す。 図９ａ及び図９ｂは、それぞれ、延伸されていない状態及び１方向に延伸状態における、図７に示された拡散器を通ったコリメートされた光ビームの投影を示す。 図１０は、相対ギャップサイズの関数として、図７に示された拡散器を透過した光の光強度の測定結果の例示的な図を示す。

図１ａ，図１ｂ、及び図３は、本発明による拡散器１の第１実施形態を示す。

本発明による拡散器１は、概して、第１面１１、第２面１２、第１端部１３、及び第２端部１４を備える第１層１０と、第１層１０に隣接する第２層２０とを有する。図１ａ及び図１ｂに示されるように、第２層２０は、第１層１０の第１面１１に設けられている。明らかに、第２層２０は、第１面１１の代わりに第２面１２に設けられてもよい。

第１層１０は、連続する層であり、半透明又は透明な軟質材料、好ましくはエラストマを含み、第１層１０が弛緩状態又は延伸されていない状態にある第１位置と、第１層が第１位置にあるよりも第２位置において長く細くなるように第１層が延伸状態にある第２位置との間で延伸される。好ましくは、第１層の材料は、電気活性材料である。第１層１０に適する材料は、シリコンゴム、例えば、ＮｕＳｉｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＬＬＣから入手可能な電気活性ポリマー、誘電体電気活性ポリマー、電気活性エラストマ、又は誘電体電気活性エラストマを含むが、これらに限定されない。第１層１０は、好ましくは、１μｍ〜３ｍｍの厚さを有する。

第２層２０は、セグメント化された層であり、実効剛性の高い半透明又は透明な材料を含み、好ましくは、実効剛性は、第１層１０の実効剛性よりも少なくとも１０倍大きい。実効剛性は、材料の厚さと材料の弾性係数との積として与えられる。好ましくは、第２層２０の材料は、０．１μｍ〜１μｍの厚さを有するが、より厚くてもよく、弾性係数は、０．１〜３００ＧＰａである。第２層２０に適する材料は、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ（ポリ(３,４−エチレンジオキシチオフェン)ポリ（スチレンスルホン酸塩））又はＳｉＯ_２若しくはＳｉＮを有するコーティング層を含むが、これらに限定されない。

ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ、又はＳｉＯ_２若しくはＳｉＮの組み合わせでコーティングされたシリコンゴムを含む材料の好ましい組み合わせが示された。

図に示されるように、第２層２０は、更に、種々異なる寸法を持つ非周期パターンのセグメント２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅを有し、このような寸法は、セグメントの厚さ、幅、及び長さ、並びに、これらの任意の組み合わせを包含する。また、１より多い任意の数のセグメントも可能である。更に、本発明による拡散器は、１列より多くのセグメントを備える第２層２０を有してもよく、異なる列のセグメントは、互いに対してオフセットを持ってもよい。

第１層１０が延伸されていない状態にある第１位置にある場合、これによって拡散器１が第１位置にある場合、第２層２０のセグメント２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅが、実質的に連続する層を形成するために、互いに隣接して配置される（図１ａを参照）。言い換えると、第２層２０のセグメント２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅは、拡散器１の弛緩状態又は延伸されていない状態で共にフィットするように成形される。

第１層１０が延伸状態にある第２位置にある場合、これによって拡散器１が第２位置にある場合、第２層２０のセグメント２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅは、第１層１０の一部が露出するように、ギャップ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄによって互いに離間される（図１ｂを参照）。ギャップ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄは、種々異なる寸法、具体的には長さ及び／又は幅を持つ。

図２ａ及び図２ｂは、図１ａ及び図１ｂの実施形態に似た視点で、本発明による拡散器１の第２実施形態を示す。本発明の第２実施形態による拡散器１は、一点のみで第１実施形態による拡散器１と異なる。すなわち、第２実施形態による拡散器１は、第２層２０が第１層１０に隣接する面と反対側の面で、第１層１０と隣接する第３層７０を有する。図２ａ及び図２ｂに示されるように、第３層７０は、第１層１０の第２面１２に設けられるのに対し、第２層２０は、第１層１０の第１面１１に設けられている。明らかに、第２層２０が第２面１２に設けられる実施形態では、第３層７０は、第１面１１に設けられてもよい。

第３層７０は、セグメント化された層であり、実効剛性の高い半透明又は透明材料の材料を有し、好ましくは、実効剛性は、第１層１０の実効剛性よりも少なくとも１０倍大きい。実効剛性は、材料の厚さと材料の弾性係数との積として与えられる。好ましくは、材料は、０．１μｍ〜１μｍの厚さを持つが、より厚くてもよく、弾性係数は０．１〜３００ＧＰａである。第３層７０に適する材料は、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ（ポリ(３,４−エチレンジオキシチオフェン)ポリ（スチレンスルホン酸塩））又はＳｉＯ_２若しくはＳｉＮを有するコーティング層を含むが、これらに限定されない。

図２ａ及び図２ｂに示されるように、第３層７０は、更に、種々異なる寸法を持つ非周期パターンのセグメント７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄ、７１ｅを有し、このような寸法は、セグメントの厚さ、幅、及び長さ、並びにこれらの任意の組み合わせを包含する。

第１層１０が延伸されていない状態にある第１位置にある場合、これによって拡散器１が第１位置にある場合、第３層７０のセグメント７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄ、７１ｅは、実質的に連続する層を形成するために、互いに隣接して配置される（図２ａを参照）。言い換えると、第３層７０のセグメント７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄ、７１ｅは、拡散器１の弛緩状態又は延伸されていない状態で共にフィットするように成形される。

第１層１０が延伸状態にある第２位置にある場合、これによって拡散器１が第２位置にある場合、第３層７０のセグメント７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄ、７１ｅは、第１層１０の一部が露出するように、ギャップ７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄによって互いに離間される（図２ｂを参照）。ギャップ７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄは、種々異なる寸法、具体的には長さ及び／又は幅を持つ。

第３層７０は、セグメント７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄ、７１ｅの材料及び／又は寸法の選択に関して、第２層２０と同一であってもよく、異なってもよい。同様に、第３層７０のセグメント７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄ、７１ｅのパターンの配置は、第２層２０の配置と同一であってもよく、異なってもよい。

ここで図１ｂ及び図２ｂを参照すると、それぞれ、光源８０と、光源８０によって放射された一対の光ビーム３０、４０とが、これらの図に示されており、これによって、本発明の第２態様による照明装置の一般化された実施形態を模式的に表現している。

光源８０は、任意の可能な種類の光源、例えば、１つ以上のＬＥＤ若しくは電球、又は光源のアレイであってもよい。

図１ｂに見られるように、第１光ビーム３０は、第１層１０と、第２層２０のセグメント２１ｂとセグメント２１ｃとの間のギャップ２２ｂとを通って伝搬するのに対し、第２光ビーム４０は、第１層１０と、第２層２０のセグメント２１ｃとを通って伝搬する。

従って、第２光ビーム４０の光学的長さは、第１光ビーム３０の光学的長さよりも長い。光学的長さにおけるこれらの差は、強め合う干渉及び弱め合う干渉を作り出す。セグメントの寸法とギャップの寸法とが一定でないため、適合された、従って拡散した回折パターンが得られる。

同様に、図２ｂに見られるように、第１光ビーム３０は、第１層１０と、第２層２０のセグメント２１ｂとセグメント２１ｃとの間のギャップ２２ｂと、第３層７０のセグメント７１ｂとセグメント７１ｃとの間のギャップ７２ｂとを通って伝搬するのに対し、第２光ビーム４０は、第３層７０のセグメント７１ｃと、第１層１０と、第２層２０のセグメント２１ｃとを通って伝搬する。これによって、光学的長さにおけるより大きな差が得られる。明らかに、それぞれのセグメントのサイズと配置とに依存して、光ビームが、第３層７０又は第２層２０のいずれかの一つのセグメントのみを通って伝搬することも可能である。

次に、図４ａ、図４ｂ、図５ａ、及び図５ｂを見ると、本発明の第１実施形態による、アクチュエータ素子５０を有する拡散器１が示されている。アクチュエータ素子５０は、第１層１０を軸方向に（図４ａ及び図４ｂ）、又は、前記第２層２０に隣接する第１層１０の第１面１１に実質的に平行である少なくとも一方向ｘ、ｙ（図５ａ、図５ｂ、及び図３にも示されている）に延伸するのに適している。

図４ａ及び図４ｂに示される実施形態では、アクチュエータ素子５０は、一対の円形電極であり、第１層１０は、電気活性エラストマ又はポリマーを有する。第１円形電極５１は、同様に円形の拡散器１の第１層１０の辺縁に沿って、第１層１０の第１面１１の上に配置され、第２層２０を囲む。第２円形電極（不図示）は、拡散器１の第１層１０の第２面１２の上に同じ態様で配置される。一対の円形電極に電圧を印加すると（図４ｂ）、電極間に配置された第１層の部分は延伸され、円形電極内部の拡散器構造は、結果的に、第１の、延伸されていない位置に向かって押される。これによって、拡散器はより透明になる。図４ａ及び図４ｂに示された実施形態では、拡散器は、第１面１１の平面の範囲内に収まる全方向に同時に延伸される。

一対の電極は、原則として任意の形状、例えば拡散器の第１層の辺縁に従うように一致する長方形又は三角形の形状を有してもよいことに留意されたい。また、実質的に拡散器の第１層の全辺縁に沿って延在する電極、すなわち１つ以上のセグメントを無くした電極も可能である。

図５ａ及び図５ｂに示された実施形態では、第１層１０は、電気活性エラストマ又はポリマーを有し、アクチュエータ素子５０は、それぞれ、第１面１１に配置された第１電極５１と、第２面１２に配置された第２電極５２とを有し、これにより、第１層１０の第１端部１３で電極５１、５２の第１対を形成する。更に、アクチュエータ素子５０は、それぞれ、第１面１１に配置された第３の電極５３と、第２面１２に配置された第４の電極５４とを有し、これにより、第１層１０の第２端部１４で電極５３、５４の第２対を形成する。一対の電極５１、５２／５３、５４のそれぞれに電圧を印加すると、それぞれの一対の電極間に配置された第１層の部分は延伸され、一対の電極間の拡散器構造は、結果的に、第１の、延伸されていない位置に向かって、主に一対の電極間の延伸する方向に押される。

好ましくは、電極は、アクチュエータの動きを制限しない程度に適合され、駆動の間、壊れない又は機能する程度に変形可能である材料でできた伸縮可能な電極である。このような電極は、例えば拡散器の第１層上にコーティングされる又は印刷される薄いフィルム状の電極であってもよい。

従って、図４ａ、図４ｂ、図５ａ、及び図５ｂに示されたアクチュエータ素子５０は、図１ａ及び図１ｂに示されるような拡散器１と一体化されるいわゆる誘電体電気活性ポリマー（ＤＥＡ）アクチュエータの本質的に異なる実施形態である。

ＤＥＡアクチュエータは、それ自体知られているアクチュエータの種類であり、一般に言えば、従来の２つの伸縮可能な電極で軟質エラストマを挟むサンドイッチから成る薄いフィルム状のアクチュエータである。伸縮可能な電極は、アクチュエータの動きを制限しない程度に適合され、駆動の間、壊れない又は機能する程度に変形可能である。ポリマーアクチュエータの基本的な機能は、駆動電圧の影響下での制御可能な伸縮運動である。電圧を印加すると、ＤＥＡアクチュエータの伸縮可能な電極面は、大きくなるのに対し、軟質エラストマの厚さは、弾性ポリマーの非圧縮性のために小さくなる。アクチュエーションは、下記のように機械的圧力と機械的作用によって均衡が保たれている静電圧に基づく。電圧が印加され、これによって付加電荷が電極に供給されると、電極は互いに引き合い、これらの間の距離は、付加電荷の大きさに依存する量によって減少する。静電圧が、圧縮された軟質エラストマの機械的圧力によって平衡されたときに、平衡状態に達する。

更なる可能性として、電極は、セグメント化された電極、すなわち２つ以上の相互に分離したセグメントを有する電極であってもよい。また、電極は、原則として任意の可能な形状も持つ。

当然ながら、一対及び三対以上を含む任意の数の電極又は電極対が原則として提供されてもよい。また、全ての電極対は、必ずしも同じ電圧が印加される必要はない。

更に、例えばスプリング、磁石、又は第１層を延伸するのに適した任意の他の手段に基づく機械的アクチュエータ手段などの他のアクチュエータ手段５０が同様に用いられてもよい。拡散器が手によって延伸されること、すなわちアクチュエータ素子が、第１層を手動で延伸させるために用いられるユーザの指又は手であることも可能である。

次に、図６ａ乃至図６ｄを見ると、本発明の第１実施形態による拡散器を有する照明装置に行われたシュミレーションの例が、第２層２０の厚さの重要性を表すために示されている。原則として、同じ判断が第３層７０の厚さにも適用される。図６ａは、相対ギャップサイズの関数として、拡散器を透過した光の強度プロファイルのシュミレーションを示す。シュミレーションは、拡散器の回折効果のみを対象にする。これに関連して、拡散器の散乱効果も起こることに留意されたい。ゼロ次透過光は、プロットされていない。図６ｂ、図６ｃ、及び図６ｄは、ゼロ次透過光及び１次透過光の最大強度を、それぞれ位相差π、１／２π、及び３／４πの相対ギャップサイズの関数として示す。

第２層２０のセグメントの厚さは、ゼロ次透過光、すなわち直接透過された光の抑制において重要な役割を果たす。これは、図６ｂ、図６ｃ、図６ｄに示されたグラフに表されている。厚さは、エラストマのみを通って伝搬する光と、セグメントも通って伝搬する光との間の位相差を決定する。この位相差がちょうどπである場合、ゼロ次透過光は、素子の長さとギャップとの長さが等しいように延伸されるとき（相対ギャップサイズ１に対応する（図６ｂ））に相殺される。位相差がπとは異なる場合、同じ延伸で最小値に達しているが、０次透過光に対する貢献は、依然として存在する。これは、図６ｃ及び図６ｄに表されており、位相差は、１／２π及び３／４πがそれぞれ選択されている。

次に、図７、図８、図９ａ、図９ｂ、及び図１０を見ると、本発明による拡散器の例が説明されている。拡散器は、ＮｕＳｉｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＬＬＣから得られたシリコンゴムでできた基板の上に約１００ｎｍのＰＥＤＯＴ：ＰＳＳの層をコーティングし、その後、拡散器を一方向に延伸することによって製造された。図７に示された原子間力顕微鏡写真を参照すると、拡散器は、図７に示されたｘ方向に延伸され、示された３つのギャップをもたらし、これらは、図７に示されたｙ方向に延伸される。この延伸は、垂直方向に圧縮を伴い、この方向にフィルムにしわを生じさせる。これは、図７及び図８から明らかであり、図８は、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ素子の幅、すなわち拡散器の第２層のセグメントの幅と、ギャップの幅とが、いずれも周期的でなく一定でない図７に示される拡散器のｘ方向における断面を表すグラフを示す。

図９ａ及び図９ｂは、図７に示された拡散器を通ってコリメートされた光ビームの投影を示す。全く延伸されない場合、図９ａに表されるように、少しの拡散も起こらず、四角形の光スポットが見られる。構造がｘ方向に延伸された場合、図９ｂに表されるように広い拡散スポットがこの方向に見られる。ｘ方向に垂直な方向、すなわちｙ方向では、この方向におけるフィルムのしわによって、レインボーパターンが見られる。このしわは明確な周期で発生するため、光が全て混ざって白色になるｘ方向におけるのとは違って、（回折格子と同様に）種々異なる色が現れる。製品において、しわによるこれらの色は不必要である。これは、ｙ方向に（少し）延伸することによって防止することができる。

図１０は、相対ギャップサイズの関数として、図７に示された拡散器を透過した光の強度プロファイルの測定結果を示す。図１０に示された強度プロファイルは、図６ａの強度プロファイルと類似している。示された４つのピークの内の最も狭いものは、ゼロのギャップサイズ、すなわち拡散器の延伸されていない状態に対応する。「延伸」を指し示す矢印によって表されるように、ギャップサイズが大きければ大きいほど、すなわち延伸が大きければ大きいほど、ピークの幅が大きくなる。

下記に、本発明による拡散器１を製造する方法が説明される。

第１ステップでは、連続する層であって、伸縮性エラストマを有する透明な第１層１０が提供される。続くステップでは、少なくとも部分的に透明な第２層２０が、第１層１０の延伸されていない状態にある第１層１０の上に付与され、第２層２０は、材料の厚さと材料の弾性係数との積として示された実効剛性の高い材料を有し、第２層２０に種々異なる寸法を持つ非周期パターンのセグメント２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅを設けるために、第２層２０が小さなセグメントに分割される程度に第１層１０は延伸される。

この場合、セグメントのパターンは、ランダムに作られる。第２層２０の構造を局所的に弱くすることによって、例えば厚さを局所的に削減するために小さな溝を作ることによって、分割が起こる位置を予め規定することも可能である。これは、例えばスタンピング又は第２層２０を付与する前に第１層１０を構造化することによって達成することができる。これは、下記に説明される第３層７０にも適用される。

本発明による方法は、拡散器１に少なくとも１つのアクチュエータ素子５０を提供するステップ、又は、少なくとも部分的に透明な第３層７０であって、材料の厚さと材料の弾性係数との積として示された実効剛性の高い材料を有する当該第３層７０を、第１層１０が延伸されていない状態にある第２層２０とは反対側の第１層１０の面１２の上に付与するステップ、及び、第３層７０に種々異なる寸法を持つ非周期パターンのセグメント７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄ、７１ｅを設けるために、第３層７０が小さなセグメントに分割される程度に第１層１０を延伸するステップの任意の１つ以上の更なるステップを有してもよい。

第１層を延伸するステップは、第２層２０及び第３層７０のそれぞれに対して別々に実行されてもよく、又は、非周期パターンのセグメントを備える第２層２０及び第３層７０を同時に提供するために一度に実行されてもよい。

更に、拡散器１に少なくとも１つのアクチュエータ素子５０を設けるステップは、第１層１０の延伸状態において、第１層１０に、少なくとも第１層１０の第１面１１の上に配置される第１電極５１と、第１面１１とは反対側の第１層１０の第２面１２の上に配置される第２電極５２とを設け、これによって電極の第１の対を提供するステップを有してもよい。明らかに、更なる一対の電極が提供されてもよく、それぞれの電極は、上記に説明されたようにセグメント化された電極であってもよい。

当業者は、本発明は、上記に説明された好ましい実施形態に全く限定されないことを理解する。また、多くの修正及びバリエーションが添付の請求項の範囲内で可能である。

Claims (15)

1. 少なくとも部分的に透明な第１層と、隣接する少なくとも部分的に透明な第２層とを有する拡散器であって、前記第１層は、連続する層であって、伸縮性のエラストマを含み、前記第２層は、材料の厚さと材料の弾性係数との積として示された実効剛性の高い材料を含むセグメント化された層であり、
   前記第２層は、種々異なる寸法を持つ非周期パターンのセグメントを有し、
   前記拡散器は、前記第１層が延伸されていない状態にあって、前記第２層の前記セグメントが実質的に連続する層を形成するように互いに隣接して配置された第１位置と、前記第１層が延伸され、且つ、前記第１層の一部が露出するように、前記第２層の前記セグメントが互いに離間された第２位置との間で伸縮可能である、
   拡散器。
2. 前記第２層の前記セグメントの前記種々異なる寸法は、幅、厚さ、及び長さの１つ以上を有する、請求項１に記載の拡散器。
3. 前記第１層は、シリコンゴム、電気活性ポリマー、誘電体電気活性ポリマー、電気活性エラストマ、及び誘電体電気活性エラストマから成るグループから選択された材料を有する、請求項１又は２に記載の拡散器。
4. 前記第２層は、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ又はＳｉＯ_２若しくはＳｉＮを含むコーティング層を有する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の拡散器。
5. 前記第２層に隣接する前記第１層の第１面に実質的に平行な少なくとも一つの方向に前記第１層を延伸するための少なくとも１つのアクチュエータ素子を更に有する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の拡散器。
6. 前記第１層は、シリコンゴム、電気活性ポリマー、誘電体電気活性ポリマー、電気活性エラストマ、及び誘電体電気活性エラストマから成るグループから選択された材料を有し、前記少なくとも１つのアクチュエータ素子は、前記第１層の第１面に配置された第１電極と、前記第１面とは反対側の前記第１層の第２面に配置された第２電極とを有する、請求項５に記載の拡散器。
7. 前記少なくとも１つのアクチュエータ素子は、前記第１層の両端部に第１面に配置された第１電極及び第３電極、並びに、前記第１層の両端部に前記第１面の反対側の第２面に配置された第２電極及び第４電極を有する、請求項５又は６に記載の拡散器。
8. 前記第１電極、第２電極、第３電極、及び／又は第４電極は、セグメント化された電極である、請求項６又は７に記載の拡散器。
9. 前記第２層とは反対側の面で前記第１層と隣接する少なくとも部分的に透明な第３層を更に有し、前記第３層は、種々異なる寸法を持つ非周期パターンのセグメントを有し、前記拡散器は、前記第１層が延伸されていない状態にあって、前記第３層の前記セグメントが実質的に連続する層を形成するように互いに隣接して配置された第１位置と、前記第１層が延伸され、且つ、前記第１層の一部が露出するように、前記第３層の前記セグメントが互いに離間された第２位置との間で伸縮可能である、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の拡散器。
10. 前記第３層は、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ又はＳｉＯ_２若しくはＳｉＮを含むコーティング層を有する、請求項９に記載の拡散器。
11. 請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の拡散器と、前記第２層とは反対側の前記第１層の側に配置された少なくとも一つの光源と有する、照明装置。
12. 前記第２層の厚さは、前記拡散器の前記第１層を通って伝搬する入射ビームと、前記拡散器の前記第１層及び前記第２層を通って伝搬する入射ビームとの間の位相差πを得るように選択され、これら２つの入射ビームは、前記少なくとも１つの光源から発せられる、請求項１１に記載の照明装置。
13. 連続する層であって、伸縮性エラストマを含む透明な第１層を提供するステップと、
    少なくとも部分的に透明な第２層であって、材料の厚さと材料の弾性係数との積として示された実効剛性の高い材料を含む当該第２層を、前記第１層が延伸されていない状態で前記第１層上に付与するステップと、
    前記第２層に種々異なる寸法を持つ非周期パターンのセグメントを与えるように、前記第２層が小さなセグメントに分割される程度まで前記第１層を延伸するステップと、
    を有する、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の拡散器を製造する方法。
14. 前記拡散器に少なくとも１つのアクチュエータ素子を提供するステップを更に有する、請求項１３に記載の方法。
15. 前記拡散器に少なくとも１つのアクチュエータ素子を提供するステップは、前記第１層の延伸状態において、前記第１層の第１面に配置される少なくとも第１電極と、前記第１面とは反対側の前記第１層の第２面に配置される第２電極とを前記第１層に設けるステップを有する、請求項１４に記載の方法。