JP2019168573A - Optical device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光学デバイスに関する。 The present invention relates to an optical device.
従来、屋外から入射する太陽光などの外光の透過状態を変化させることができる配光制御デバイスが知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a light distribution control device that can change a transmission state of external light such as sunlight incident from the outside is known.
例えば、特許文献1には、一対の透明基板と、一対の透明基板の各々に形成された一対の透明電極層と、一対の透明電極層に挟まれた傾斜断面構造層及び液晶層とを有する液晶光学素子が開示されている。当該液晶光学素子は、一対の透明電極に印加される電圧によって液晶層の屈折率を変化させて、傾斜断面構造層の斜面と液晶層との界面を通過する光の屈折角を変化させる。 For example, Patent Document 1 includes a pair of transparent substrates, a pair of transparent electrode layers formed on each of the pair of transparent substrates, and an inclined cross-sectional structure layer and a liquid crystal layer sandwiched between the pair of transparent electrode layers. A liquid crystal optical element is disclosed. In the liquid crystal optical element, the refractive index of the liquid crystal layer is changed by a voltage applied to the pair of transparent electrodes, and the refraction angle of light passing through the interface between the inclined surface of the inclined sectional structure layer and the liquid crystal layer is changed.
ところで、窓には、一般的に、光を室内へ採り入れる採光機能が要求される。しかしながら、光が室内に採り入れられた場合には、熱も採り入れられるため、室温が上昇するという問題がある。 By the way, the window generally requires a daylighting function for taking light into the room. However, when light is introduced indoors, since heat is also introduced, there is a problem that the room temperature rises.
そこで、本発明は、窓に利用された場合に、遮熱と採光とを両立することができる光学デバイスを提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide an optical device capable of achieving both heat shielding and daylighting when used for a window.
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る光学デバイスは、透光性を有する第1基板と、前記第1基板に対向して配置された、透光性を有する第2基板と、前記第1基板と前記第2基板との間に対向して配置された、透光性を有する第1電極層及び第2電極層と、前記第1電極層と前記第2電極層との間に配置された第1凹凸構造層と、前記第1凹凸構造層の凹凸を埋めるように配置され、前記第1電極層及び前記第2電極層間に印加される電圧に応じて屈折率が変化する屈折率可変層とを備え、前記第1凹凸構造層は、前記屈折率可変層との間に屈折率差が発生している場合に、入射する光を前記凹凸によって再帰反射する再帰反射構造を有する。 In order to achieve the above object, an optical device according to one embodiment of the present invention includes a first substrate having a light-transmitting property, a second substrate having a light-transmitting property disposed to face the first substrate, A first electrode layer and a second electrode layer having translucency disposed opposite to each other between the first substrate and the second substrate, and between the first electrode layer and the second electrode layer. The first concavo-convex structure layer and the first concavo-convex structure layer are disposed so as to fill the concavo-convex structure of the first concavo-convex structure layer, and the refractive index changes according to the voltage applied between the first electrode layer and the second electrode layer. The first concavo-convex structure layer includes a retroreflective structure that retroreflects incident light by the concavo-convex when a refractive index difference occurs between the first concavo-convex structure layer and the refractive index variable layer. Have.
本発明に係る光学デバイスによれば、窓に利用された場合に、遮熱と採光とを両立することができる。 According to the optical device of the present invention, when used for a window, both heat shielding and daylighting can be achieved.
以下では、本発明の実施の形態に係る光学デバイスについて、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する趣旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。 Hereinafter, an optical device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Each of the embodiments described below shows a specific example of the present invention. Therefore, numerical values, shapes, materials, components, arrangement and connection forms of components, steps, order of steps, and the like shown in the following embodiments are merely examples, and are not intended to limit the present invention. Therefore, among the constituent elements in the following embodiments, constituent elements that are not described in the independent claims showing the highest concept of the present invention are described as optional constituent elements.
また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、例えば、各図において縮尺などは必ずしも一致しない。また、各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。 Each figure is a mimetic diagram and is not necessarily illustrated strictly. Therefore, for example, the scales and the like do not necessarily match in each drawing. Moreover, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected about the substantially same structure, The overlapping description is abbreviate | omitted or simplified.
また、本明細書において、平行又は垂直などの要素間の関係性を示す用語、及び、三角形又は台形などの要素の形状を示す用語、並びに、数値範囲は、厳格な意味のみを表す表現ではなく、実質的に同等な範囲、例えば数%程度の差異をも含むことを意味する表現である。 In addition, in this specification, terms indicating the relationship between elements such as parallel or vertical, terms indicating the shape of an element such as a triangle or trapezoid, and numerical ranges are not expressions expressing only strict meanings. It is an expression that means to include a substantially equivalent range, for example, a difference of about several percent.
また、本明細書及び図面において、x軸、y軸及びz軸は、三次元直交座標系の三軸を示している。各実施の形態では、z軸方向を鉛直方向とし、z軸に垂直な方向(xy平面に平行な方向)を水平方向としている。なお、z軸の正方向を鉛直上方としている。また、本明細書において、「厚み方向」とは、光学デバイスの厚み方向を意味し、第1基板及び第2基板の主面に垂直な方向のことであり、「平面視」とは、第1基板又は第2基板の主面に対して垂直な方向から見たときのことをいう。 In the present specification and drawings, the x axis, the y axis, and the z axis indicate the three axes of the three-dimensional orthogonal coordinate system. In each embodiment, the z-axis direction is the vertical direction, and the direction perpendicular to the z-axis (the direction parallel to the xy plane) is the horizontal direction. Note that the positive direction of the z-axis is vertically upward. In this specification, “thickness direction” means the thickness direction of the optical device, which is a direction perpendicular to the main surfaces of the first substrate and the second substrate, and “plan view” The time when viewed from the direction perpendicular to the main surface of the first substrate or the second substrate.
(実施の形態1)
[概要]
まず、実施の形態1に係る光学デバイスの概要について、図1及び図2を用いて説明する。
(Embodiment 1)
[Overview]
First, an outline of the optical device according to Embodiment 1 will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
図1は、本実施の形態に係る光学デバイス1の断面図である。図2は、本実施の形態に係る光学デバイス1の一部を拡大して示す拡大断面図であり、図1の一点鎖線で囲まれる領域IIを拡大して示している。 FIG. 1 is a cross-sectional view of an optical device 1 according to the present embodiment. FIG. 2 is an enlarged sectional view showing a part of the optical device 1 according to the present embodiment in an enlarged manner, and shows an enlarged region II surrounded by a one-dot chain line in FIG.
光学デバイス1は、光学デバイス1に入射する光を制御するデバイスである。本実施の形態では、光学デバイス1は、光学デバイス1に入射する光を透過又は反射させる。 The optical device 1 is a device that controls light incident on the optical device 1. In the present embodiment, the optical device 1 transmits or reflects light incident on the optical device 1.
図1及び図2に示されるように、光学デバイス1は、第1基板10と、第2基板20と、光制御層30と、第1電極層40と、第2電極層50とを備える。
As shown in FIGS. 1 and 2, the optical device 1 includes a
なお、第2電極層50の光制御層30側の面には、第2電極層50と光制御層30の第1凹凸構造層31とを密着させるための密着層が設けられていてもよい。密着層は、例えば、透光性の接着シート、又は、一般的にプライマーと称される樹脂材料などである。
Note that an adhesion layer for closely adhering the
光学デバイス1は、対をなす第1基板10及び第2基板20の間に、第1電極層40、光制御層30及び第2電極層50がこの順で厚み方向に沿って配置された構成である。なお、第1基板10と第2基板20との間の距離を保つために、粒子状の複数のスペーサが面内に分散されていてもよく、柱状の構造が形成されてもよい。
The optical device 1 has a configuration in which the
光学デバイス1は、例えば、建物の窓に設置することで、遮熱機能付き窓として実現することができる。光学デバイス1は、例えば、粘着層を介して既存の窓ガラスなどの透明基材に貼り付けられて使用される。あるいは、光学デバイス1は、建物の窓そのものとして利用されてもよい。光学デバイス1は、例えば、第1基板10が屋外側で、第2基板20が屋内側になるように配置されている。
The optical device 1 can be realized, for example, as a window with a heat shielding function by being installed on a building window. The optical device 1 is used by being attached to a transparent substrate such as an existing window glass through an adhesive layer, for example. Alternatively, the optical device 1 may be used as a building window itself. For example, the optical device 1 is arranged such that the
光学デバイス1では、第1電極層40及び第2電極層50間に印加される電圧によって、光制御層30の屈折率可変層32の屈折率が、第1電極層40及び第2電極層50間に印加される電圧によって変化する。
In the optical device 1, the refractive index of the refractive
これにより、第1凹凸構造層31と屈折率可変層32との界面に屈折率の差が生じ、当該界面によって光が反射される。本実施の形態では、光学デバイス1に入射する光の少なくとも一部が、第1凹凸構造層31と屈折率可変層32との界面で2回反射することで、再帰反射される。つまり、光学デバイス1を透過する光の量を少なくすることができ、光とともに屋内に採り入れられる熱量を少なくすることができる。
Thereby, a difference in refractive index is generated at the interface between the first
本実施の形態では、第1電極層40及び第2電極層50間に印加される電圧の大きさに応じて、光学デバイス1は、透明状態と反射状態(具体的には、再帰反射状態)とが切り替わる。
In the present embodiment, the optical device 1 is in a transparent state and a reflective state (specifically, a retroreflective state) according to the magnitude of the voltage applied between the
以下では、光学デバイス1の各構成部材について、図1及び図2を参照して詳細に説明する。 Below, each structural member of the optical device 1 is demonstrated in detail with reference to FIG.1 and FIG.2.
[第1基板及び第2基板]
第1基板10及び第2基板20は、透光性を有する基材である。第1基板10及び第2基板20としては、例えばガラス基板又は樹脂基板を用いることができる。
[First substrate and second substrate]
The
ガラス基板の材料としては、ソーダガラス、無アルカリガラス又は高屈折率ガラスなどが挙げられる。樹脂基板の材料としては、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリカーボネート(PC)、アクリル(PMMA)又はエポキシなどの樹脂材料が挙げられる。ガラス基板は、光透過率が高く、かつ、水分の透過性が低いという利点がある。一方、樹脂基板は、破壊時の飛散が少ないという利点がある。 Examples of the glass substrate material include soda glass, non-alkali glass, and high refractive index glass. Examples of the material for the resin substrate include resin materials such as polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate (PC), acrylic (PMMA), and epoxy. The glass substrate has the advantages of high light transmittance and low moisture permeability. On the other hand, the resin substrate has an advantage of less scattering at the time of destruction.
第1基板10と第2基板20とは、同じ材料で構成されていてもよく、あるいは、異なる材料で構成されていてもよい。また、第1基板10及び第2基板20は、リジッド基板に限るものではなく、可撓性を有するフレキシブル基板でもよい。本実施の形態において、第1基板10及び第2基板20は、PET樹脂からなる透明樹脂基板である。
The
第2基板20は、第1基板10に対向する対向基板であり、第1基板10に対向する位置に配置される。第1基板10と第2基板20とは、例えば、1μm〜1000μmなどの所定距離を空けて平行に配置されている。第1基板10と第2基板20とは、互いの端部外周に額縁状に形成された接着剤などのシール樹脂によって接着されている。
The
なお、第1基板10及び第2基板20の平面視形状は、例えば、正方形又は長方形などの矩形状であるが、これに限るものではなく、円形又は四角形以外の多角形であってもよく、任意の形状が採用され得る。
The plan view shape of the
[光制御層]
光制御層30は、図1及び図2に示すように、第1電極層40と第2電極層50との間に配置される。光制御層30は、透明状態及び反射状態に光学状態を変更可能である。
[Light control layer]
The
光制御層30は、第1凹凸構造層31と、屈折率可変層32とを有する。本実施の形態では、光制御層30は、反射状態の場合に、第1凹凸構造層31と屈折率可変層32との界面で光が再帰反射されることにより、第1基板10側から入射した光を、第1基板10側から出射させることができる。光制御層30は、透明状態の場合に、光制御層30に入射する光をそのまま透過させる。
The
[第1凹凸構造層]
第1凹凸構造層31は、屈折率可変層32の表面(界面)を凹凸にするために設けられた微細形状層である。具体的には、第1凹凸構造層31は、マイクロオーダーサイズの凹凸を有する凹凸構造体である。
[First uneven structure layer]
The first concavo-
第1凹凸構造層31は、屈折率可変層32との間に屈折率差が発生している場合に、入射する光を再帰反射する再帰反射構造を有する。本実施の形態では、再帰反射構造は、プリズム構造である。なお、再帰反射構造は、ビーズ構造であってもよい。
The first concavo-
具体的には、第1凹凸構造層31は、図2に示されるように、複数の凸部33と、複数の凹部34とを有する。図2に示す例では、複数の凸部33は、根元で接続された例を示しているが、個々に分離していてもよい。また、例えば、複数の凸部33と第2電極層50との間に、複数の凸部33の基台となる層(膜)状の基台部が設けられていてもよい。
Specifically, the first concavo-
複数の凹部34の各々の形状及び大きさはそれぞれ、互いに同じである。複数の凹部34は、入射する光を再帰反射させるプリズム状の凹部である。例えば、複数の凹部34はそれぞれ、正四面体状の凹部である。例えば、正四面体の一面が、凹部34の第1電極層40側の開口面に相当し、残りの三面が凹部34を構成する凸部33の側面に相当する。なお、凹部34の形状は、特に限定されず、入射する光を再帰反射する形状であればよい。
Each of the plurality of
複数の凹部34は、第2基板20を平面視した場合に、面内に並んで設けられている。例えば、複数の凹部34は、ランダムに分散配置されていてもよく、行列状に規則正しく配置されていてもよい。複数の凹部34は、平面視において、平面充填されるように設けられていてもよい。これにより、入射する光の略全てを再帰反射させることができる。
The plurality of
複数の凹部34の各々には、屈折率可変層32が充填するように設けられている。これにより、凹部34と屈折率可変層32との界面で屈折率差が生じた場合に、当該界面で光が複数回反射されることで、入射した光が再帰反射される。
Each of the plurality of
複数の凹部34の深さ(z軸方向の長さ)は、例えば、5μm〜50μmであり、好ましくは、10μmであるが、これに限らない。また、隣り合う2つの凹部34の間隔、すなわち、凸部33の幅は、0μm〜100μmであるが、これに限らない。
The depth (length in the z-axis direction) of the plurality of
第1凹凸構造層31の材料としては、例えばアクリル樹脂、エポキシ樹脂又はシリコーン樹脂などの光透過性を有する樹脂材料を用いることができる。第1凹凸構造層31は、例えば、紫外線硬化樹脂材料から形成され、モールド成形又はナノインプリントなどによって形成することができる。第1凹凸構造層31は、例えば、緑色光に対する屈折率が1.5のアクリル樹脂を用いて断面が台形の凹凸構造を、モールド型押しにより形成することができる。
As a material of the first concavo-
[屈折率可変層]
屈折率可変層32は、複数の凹部34を充填するように配置されている。具体的には、屈折率可変層32は、第1電極層40と第2電極層50との間に形成される隙間を埋めるように配置されている。なお、図2に示されるように、凸部33の先端部と第2電極層50とが離れている場合、屈折率可変層32は、凹部34だけでなく、凸部33の先端部と第2電極層50との間の隙間を埋めるように配置される。
[Refractive index variable layer]
The refractive
屈折率可変層32は、第1電極層40及び第2電極層50間に印加される電圧に応じて屈折率が変化する。具体的には、屈折率可変層32は、電極間に電圧が与えられることによって可視光帯域での屈折率が調整可能な屈折率調整層として機能する。例えば、制御装置(図示せず)などによって、第1電極層40と第2電極層50との間には直流電圧が印加される。
The refractive index of the refractive
図2に示されるように、屈折率可変層32は、絶縁性液体35と、絶縁性液体35に含まれるナノ粒子36とを有する。屈折率可変層32は、無数のナノ粒子36が絶縁性液体35に分散されたナノ粒子分散層である。
As shown in FIG. 2, the refractive
絶縁性液体35は、絶縁性を有する透明な液体であり、分散質としてナノ粒子36が分散される分散媒となる溶媒である。絶縁性液体35としては、例えば、屈折率(溶媒屈折率)が約1.3〜約1.6の材料を用いることができる。本実施の形態では、屈折率が約1.4の絶縁性液体35を用いている。
The insulating
なお、絶縁性液体35の動粘度は、100mm2/s程度であるとよい。また、絶縁性液体35は、低誘電率(例えば、第1凹凸構造層31の誘電率以下)で、非引火性(例えば、引火点が250℃以上の高引火点)及び低揮発性を有してもよい。具体的には、絶縁性液体35は、脂肪族炭化水素、ナフサ、及びその他の石油系溶剤などの炭化水素、低分子量ハロゲン含有ポリマー、又は、これらの混合物などである。一例として、絶縁性液体35は、フッ化炭化水素などのハロゲン化炭化水素である。なお、絶縁性液体35としては、シリコーンオイルなどを用いることもできる。
The kinematic viscosity of the insulating
ナノ粒子36は、絶縁性液体35に複数分散されている。ナノ粒子36は、粒径がナノオーダサイズの微粒子である。具体的には、入射光の波長をλとすると、ナノ粒子36の粒径は、λ/4以下であるとよい。ナノ粒子36の粒径をλ/4以下にすることで、ナノ粒子36による光散乱を少なくして、ナノ粒子36と絶縁性液体35との平均的な屈折率を得ることができる。ナノ粒子36の粒径は、小さい程よく、好ましくは100nm以下、より好ましくは、数nm〜数十nmである。
A plurality of
ナノ粒子36は、例えば、高屈折率材料によって構成されている。具体的には、ナノ粒子36の屈折率は、絶縁性液体35の屈折率よりも高い。本実施の形態において、ナノ粒子36の屈折率は、第1凹凸構造層31の屈折率よりも高い。
The
ナノ粒子36としては、例えば、金属酸化物微粒子を用いることができる。また、ナノ粒子36は、透過率が高い材料で構成されていてもよい。本実施の形態では、ナノ粒子36として、酸化ジルコニウム(ZrO2)によって構成された屈折率が2.1の透明なジルコニア粒子を用いている。なお、ナノ粒子36は、酸化ジルコニウムに限らず、酸化チタン(TiO2:屈折率2.5)などによって構成されていてもよい。
As the
また、ナノ粒子36は、帯電している荷電粒子である。例えば、ナノ粒子36の表面を修飾することで、ナノ粒子36を正(プラス)又は負(マイナス)に帯電させることができる。本実施の形態において、ナノ粒子36は、正(プラス)に帯電している。
The
このように構成された屈折率可変層32では、帯電したナノ粒子36が絶縁性液体35の全体に分散されている。本実施の形態では、一例として、ナノ粒子36として屈折率が2.1のジルコニア粒子を用いて、溶媒屈折率が約1.4の絶縁性液体35に分散させたものを屈折率可変層32としている。
In the refractive
また、屈折率可変層32の全体の屈折率(平均屈折率)は、ナノ粒子36が絶縁性液体35内に均一に分散された状態において、第1凹凸構造層31の屈折率と略同一に設定されており、本実施の形態では、約1.5である。なお、屈折率可変層32の全体の屈折率は、絶縁性液体35に分散するナノ粒子36の濃度(量)を調整することによって変えることができる。詳細は後述するが、ナノ粒子36の量は、例えば、第1凹凸構造層31の凹部34に埋まる程度である。この場合、絶縁性液体35に対するナノ粒子36の濃度は、約10%〜約30%である。
Further, the overall refractive index (average refractive index) of the refractive
絶縁性液体35中に分散するナノ粒子36は帯電しているので、第1電極層40及び第2電極層50間に電圧が印加された場合、ナノ粒子36は、ナノ粒子36が帯びた極性とは異なる極性の電極層に引き寄せられるように絶縁性液体35中を泳動し、絶縁性液体35内で偏在する。本実施の形態では、ナノ粒子36は、プラスに帯電しているので、第1電極層40及び第2電極層50のうち負極側の電極層に引き寄せられる。
Since the
これにより、屈折率可変層32内のナノ粒子36の粒子分布が変化して屈折率可変層32内にナノ粒子36の濃度分布を持たせることができるので、屈折率可変層32内の屈折率分布が変化する。つまり、屈折率可変層32の屈折率が部分的に変化する。このように、屈折率可変層32は、主に可視光帯域の光に対する屈折率を調整することができる屈折率調整層として機能する。
As a result, the particle distribution of the
例えば、本実施の形態によれば、屈折率可変層32の少なくとも一部の領域(具体的には、図3Bに示す第1領域32a)の屈折率は、第1凹凸構造層31との屈折率差が0.3以上になる屈折率に変化可能である。これにより、光の再帰反射を発生させることができる。
For example, according to the present embodiment, the refractive index of at least a part of the refractive index variable layer 32 (specifically, the
屈折率可変層32は、例えば、第1電極層40が形成された第1基板10と、第2電極層50及び第1凹凸構造層31が形成された第2基板20との各々の端部外周をシール樹脂で封止した状態で、屈折率可変材料を真空注入法で注入することで形成される。あるいは、屈折率可変層32は、第2基板20の第2電極層50及び第1凹凸構造層31上に屈折率可変材料を滴下した後に、第1電極層40が形成された第1基板10を貼り合わせることで形成されてもよい。本実施の形態では、屈折率可変材料は、ナノ粒子36が分散された絶縁性液体35である。ナノ粒子36が分散された絶縁性液体35が第1基板10と第2基板20との間に封止されている。屈折率可変層32の厚さは、例えば1μm〜1000μmであるが、これに限らない。
The refractive
[第1電極層及び第2電極層]
図1及び図2に示されるように、第1電極層40及び第2電極層50は、電気的に対となっている。第1電極層40と第2電極層50とは、電気的だけではなく配置的にも対になっており、第1基板10と第2基板20との間に、互いに対向するように配置されている。具体的には、第1電極層40及び第2電極層50は、光制御層30を挟むように配置されている。
[First electrode layer and second electrode layer]
As shown in FIGS. 1 and 2, the
第1電極層40及び第2電極層50は、透光性を有し、入射した光を透過する。第1電極層40及び第2電極層50は、例えば透明導電層である。透明導電層の材料としては、ITO(Indium Tin Oxide)若しくはIZO(Indium Zinc Oxide)などの透明金属酸化物、銀ナノワイヤ若しくは導電性粒子などの導電体を含有する樹脂からなる導電体含有樹脂、又は、銀薄膜などの金属薄膜などを用いることができる。なお、第1電極層40及び第2電極層50は、これらの単層構造でよく、これらの積層構造(例えば透明金属酸化物と金属薄膜との積層構造)でもよい。本実施の形態では、第1電極層40及び第2電極層50はそれぞれ、厚さ100nmのITOである。
The
第1電極層40は、第1基板10と屈折率可変層32との間に配置されている。具体的には、第1電極層40は、第1基板10の光制御層30側の面に形成されている。
The
一方、第2電極層50は、第1凹凸構造層31と第2基板20との間に配置されている。具体的には、第2電極層50は、第2基板20の光制御層30側の面に形成されている。
On the other hand, the
なお、第1電極層40及び第2電極層50は、例えば、外部電源との電気接続が可能となるように構成されている。例えば、外部電源に接続するための電極パッドなどが、第1電極層40及び第2電極層50の各々から引き出されて第1基板10及び第2基板20に形成されていてもよい。
In addition, the
第1電極層40及び第2電極層50はそれぞれ、例えば、蒸着、スパッタリングなどにより、ITOなどの導電膜を成膜することで形成される。
Each of the
[光学デバイスの動作及び光学状態]
続いて、光学デバイス1の動作及び光学状態について説明する。本実施の形態に係る光学デバイス1は、第1電極層40及び第2電極層50間に印加される電圧に応じて、透明状態と反射状態とを切り替え可能である。
[Operation and optical state of optical device]
Next, the operation and optical state of the optical device 1 will be described. The optical device 1 according to the present embodiment can switch between a transparent state and a reflective state according to a voltage applied between the
<透明状態(無印加モード)>
図3Aは、本実施の形態に係る光学デバイス1の無印加モード(透明状態)を説明するための拡大断面図である。また、図3Aには、光学デバイス1に対して斜めに入射する光Lの経路を太線の矢印で示している。
<Transparent state (non-application mode)>
FIG. 3A is an enlarged cross-sectional view for explaining a non-application mode (transparent state) of the optical device 1 according to the present embodiment. In FIG. 3A, the path of the light L incident obliquely on the optical device 1 is indicated by a thick arrow.
図3Aにおいて、第1電極層40及び第2電極層50間には電圧が印加されていない。具体的には、第1電極層40と第2電極層50とは、互いに等電位となっている。この場合、ナノ粒子36は、いずれの電極層にも引き寄せられないので、絶縁性液体35の全体に亘って分散された状態となる。
In FIG. 3A, no voltage is applied between the
本実施の形態では、ナノ粒子36が絶縁性液体35の全体に分散された状態の屈折率可変層32の屈折率は、上述したように、約1.5である。また、第1凹凸構造層31の凸部33の屈折率は、約1.5である。つまり、複数の凸部33と、屈折率可変層32とは、屈折率が同等になる。したがって、光制御層30の全体で、屈折率が均一になる。
In the present embodiment, as described above, the refractive index of the refractive
このため、図3Aに示されるように、斜め上方から斜め下方に向けて光Lが入射した場合、屈折率可変層32と第1凹凸構造層31との界面には屈折率差がないので、光が真っ直ぐに進行する。つまり、yz断面において、光Lの入射角と出射角とは、実質的に同じになる。
For this reason, as shown in FIG. 3A, when the light L is incident from obliquely upward to obliquely downward, there is no refractive index difference at the interface between the refractive
このように、光学デバイス1は、入射した光を実質的にそのまま(進行方向を変えることなく)透過させる透明状態になる。 Thus, the optical device 1 is in a transparent state that allows the incident light to pass through substantially as it is (without changing the traveling direction).
なお、光Lは、実際には、第1基板10に入射するとき、第2基板20から出射するとき、第1基板10と第1電極層40との界面を通過するとき、及び、第2電極層50と第2基板20との界面を通過するとき、などの通過する媒体が変化するときに屈折するが、図3Aには図示していない。後述する図3B及び図6A〜図6Cにおいても同様である。
The light L is actually incident on the
<反射状態(電圧印加モード)>
図3Bは、本実施の形態に係る光学デバイス1の電圧印加モード(反射状態)を説明するための拡大断面図である。また、図3Bには、光学デバイス1に対して斜めに入射する光Lの経路を太線の矢印で示している。
<Reflection state (voltage application mode)>
FIG. 3B is an enlarged cross-sectional view for explaining a voltage application mode (reflection state) of the optical device 1 according to the present embodiment. In FIG. 3B, the path of the light L incident obliquely on the optical device 1 is indicated by a thick arrow.
図3Bにおいて、第1電極層40及び第2電極層50間に所定の電圧が印加されている。例えば、第1電極層40と第2電極層50とには、数十V程度の電位差の電圧が印加されている。これにより、屈折率可変層32では、帯電したナノ粒子36が、ナノ粒子36が帯びた極性とは異なる極性の電極層に引き寄せられるように絶縁性液体35内を泳動する。つまり、ナノ粒子36は、絶縁性液体35内を電気泳動する。
In FIG. 3B, a predetermined voltage is applied between the
図3Bに示す例では、第2電極層50は、第1電極層40よりも低電位になっている。このため、プラスに帯電したナノ粒子36は、第2電極層50に向かって泳動し、第1凹凸構造層31の凹部34に入り込んで集積していく。
In the example illustrated in FIG. 3B, the
このように、ナノ粒子36が屈折率可変層32内の第1凹凸構造層31側に偏在することで、ナノ粒子36の粒子分布が変化し、屈折率可変層32内の屈折率分布が一様ではなくなる。具体的には、図3Bに示すように、屈折率可変層32内でナノ粒子36の濃度分布が形成される。
As described above, the
例えば、第1凹凸構造層31側の第1領域32aでは、ナノ粒子36の濃度が高くなり、第1電極層40側の第2領域32bでは、ナノ粒子36の濃度が低くなる。したがって、第1領域32aと第2領域32bとには、屈折率差が生じる。
For example, the concentration of the
本実施の形態では、ナノ粒子36の屈折率が絶縁性液体35の屈折率よりも高い。このため、ナノ粒子36の濃度が高い第1領域32aの屈折率は、ナノ粒子36の濃度が低い、すなわち、絶縁性液体35の割合が多い第2領域32bの屈折率よりも高くなる。例えば、第1領域32aの屈折率は、ナノ粒子36の濃度に応じて約1.5より大きい値〜約1.9になる。第2領域32bの屈折率は、ナノ粒子36の濃度に応じて約1.4〜約1.5より小さい値になる。
In the present embodiment, the refractive index of the
ここで、本願発明者らは、シミュレーションを行うことで、第1凹凸構造層31によって再帰反射させるのに必要な屈折率差について検討した。その結果、屈折率差が0.2である場合には、再帰反射される光が少なく、光制御層30を第2基板20側に透過する光も存在した。一方で、屈折率差が0.3である場合には、大部分の光を再帰反射させることができた。
Here, the inventors of the present application examined a difference in refractive index necessary for retroreflection by the first concavo-
したがって、本実施の形態では、第1電極層40及び第2電極層50間に電圧を印加することで、屈折率可変層32の第1領域32aの屈折率と第1凹凸構造層31の屈折率との差が0.3以上にすればよい。これにより、第1領域32aと第1凹凸構造層31との界面で光を再帰反射させることができる。なお、屈折率差が0.3より小さい場合であっても再帰反射が発生するように、第1凹凸構造層31の凹凸の形状は適宜調整されてもよい。
Therefore, in the present embodiment, by applying a voltage between the
本実施の形態では、複数の凸部33の屈折率が約1.5であるので、第1電極層40と第2電極層50との間に電圧が印加することで、第1領域32aの屈折率を1.8以上にする。例えば、第1領域32aの屈折率は、1.9である。このため、図3Bに示すように、斜め方向から光Lが入射した場合、入射した光Lは、第1領域32aと凸部33との界面で再帰反射される。
In the present embodiment, since the refractive index of the plurality of
これにより、図3Bに示されるように、光Lは、第1基板10から出射される。つまり、光Lは、第2基板20から屋内側へ出射されないので、屋内に採り入れられる熱量を抑制することができる。
Thereby, as shown in FIG. 3B, the light L is emitted from the
このように、第1電極層40と第2電極層50との間に所定の電圧が印加された場合に、複数の凸部33の各々と屈折率可変層32との界面に屈折率差が発生し、光制御層30に入射する光が再帰反射される。つまり、光学デバイス1は、入射した光を再帰反射する再帰反射状態になる。
As described above, when a predetermined voltage is applied between the
[効果など]
以上のように、本実施の形態に係る光学デバイス1は、透光性を有する第1基板10と、第1基板10に対向して配置された、透光性を有する第2基板20と、第1基板10と第2基板20との間に対向して配置された、透光性を有する第1電極層40及び第2電極層50と、第1電極層40と第2電極層50との間に配置された第1凹凸構造層31と、第1凹凸構造層31の凹凸を埋めるように配置され、第1電極層40及び第2電極層50間に印加される電圧に応じて屈折率が変化する屈折率可変層32とを備える。第1凹凸構造層31は、屈折率可変層32との間に屈折率差が発生している場合に、入射する光を凹凸によって再帰反射する再帰反射構造を有する。
[Effects, etc.]
As described above, the optical device 1 according to the present embodiment includes the
これにより、第1凹凸構造層31が再帰反射構造を有するので、第1基板10側から入射する光を第1基板10側に出射させることができる。つまり、光学デバイス1は、透過する光の量を抑制することができ、窓に利用された場合に屋内に採り入れられる熱量を抑制することができる。
Thereby, since the 1st
また、屈折率可変層32の屈折率を変化させることで、第1凹凸構造層31と屈折率可変層32との屈折率差を実質的に0にすることができる。この場合、第1凹凸構造層31と屈折率可変層32との界面での反射が行われないので、光は光学デバイス1をそのまま透過する。つまり、光学デバイス1は、窓に利用された場合に、屋内に光を採り入れることができる。
Further, by changing the refractive index of the refractive
このように、屈折率可変層32の屈折率を変化させることで、光学デバイス1は、透明状態と反射状態とを切り替えることができる。例えば、ユーザの好み、又は、季節若しくは時間帯などに基づいて光学デバイス1の光学状態を変更することができるので、光学デバイス1は、窓に利用された場合に、遮熱と採光とを両立することができる。
Thus, the optical device 1 can switch between the transparent state and the reflective state by changing the refractive index of the refractive
また、例えば、屈折率可変層32の屈折率は、第1凹凸構造層31との屈折率差が0.3以上になる屈折率に変化可能である。
Further, for example, the refractive index of the refractive
これにより、屈折率可変層32と第1凹凸構造層31との界面で光が全反射するので、複数回反射させることにより、光を再帰反射させることができる。
Thereby, the light is totally reflected at the interface between the refractive
また、例えば、第1凹凸構造層31の凹凸の高さは、5μm以上50μm以下である。
Further, for example, the height of the unevenness of the first
これにより、光の反射面を大きく確保することができるので、再帰反射される光の量を大きくすることができる。 As a result, a large light reflection surface can be secured, and the amount of retroreflected light can be increased.
また、例えば、再帰反射構造は、プリズム構造又はビーズ構造である。 For example, the retroreflective structure is a prism structure or a bead structure.
これにより、容易に光を再帰反射させることができる。 Thereby, light can be easily retroreflected.
また、例えば、屈折率可変層32の屈折率は、第1凹凸構造層31の屈折率と略同一の屈折率に変化可能である。
For example, the refractive index of the refractive
これにより、屈折率可変層32と第1凹凸構造層31との間で屈折率差を実質的に0にすることができるので、屈折率可変層32と第1凹凸構造層31との界面における光の反射及び屈折がほとんど発生しなくなる。したがって、光学デバイス1を透明状態にすることができ、効率良く採光することができる。
As a result, the refractive index difference between the refractive
また、例えば、屈折率可変層32は、絶縁性液体35と、絶縁性液体35とは屈折率が異なる、絶縁性液体35に分散された帯電する複数のナノ粒子36とを備える。
Further, for example, the refractive
これにより、絶縁性液体35に分散された帯電するナノ粒子36の凝集の程度に応じて、屈折率可変層32の屈折率が変化する。ナノ粒子36の凝集の程度は、第1電極層40及び第2電極層50間に印加される電圧に応じて容易に変更することができる。したがって、透明状態及び反射状態を容易に変更することができる。また、反射状態においては、P偏光及びS偏光のいずれの光にも屈折率差の影響を与えることができるので、反射率を高めることができる。
Accordingly, the refractive index of the refractive
(実施の形態2)
続いて、実施の形態2について説明する。なお、以下では、実施の形態1との相違点を中心に説明し、共通点の説明を省略又は簡略化する。
(Embodiment 2)
Next, the second embodiment will be described. In the following description, differences from the first embodiment will be mainly described, and description of common points will be omitted or simplified.
図4は、本実施の形態に係る光学デバイス101の断面図である。図5は、本実施の形態に係る光学デバイス101の一部を拡大して示す拡大断面図であり、図4の一点鎖線で囲まれる領域Vを拡大して示している。
FIG. 4 is a cross-sectional view of the
図4及び図5に示すように、光学デバイス101は、光制御層30の代わりに光制御層130を備える点が、実施の形態1に係る光学デバイス1と相違する。光制御層130は、第1凹凸構造層31及び屈折率可変層32だけでなく、第2凹凸構造層131を備える。
As shown in FIGS. 4 and 5, the
本実施の形態では、光学デバイス101は、第2凹凸構造層131によって光を全反射させることにより、光を配光することができる。すなわち、光学デバイス101は、第1基板10から入射する光の進行方向を曲げて、第2基板20から出射させることができる。
In the present embodiment, the
第2凹凸構造層131は、屈折率可変層32の表面(界面)を凹凸にするために設けられた微細形状層である。第2凹凸構造層131は、図5に示されるように、複数の凸部133と、複数の凹部134とを有する。
The second concavo-
具体的には、第2凹凸構造層131は、マイクロオーダーサイズの複数の凸部133によって構成された凹凸構造体である。複数の凸部133の間が、複数の凹部134である。すなわち、隣り合う2つの凸部133の間が、1つの凹部134である。図5に示される例では、複数の凸部133が根元で接続された例を示しているが、個々に分離していてもよい。また、例えば、複数の凸部133と第1電極層40との間に凸部133の基台となる層(膜)状の基台部が設けられていてもよい。
Specifically, the second concavo-
複数の凸部133は、第1基板10の主面(第1電極層40が設けられた面)に平行なz軸方向に並んで配置された複数の凸部である。すなわち、本実施の形態では、z軸方向は、複数の凸部133の並び方向である。
The plurality of
本実施の形態では、複数の凸部133は、その並び方向に直交する方向に延在する長尺の凸状である。具体的には、複数の凸部133は、x軸方向に延びたストライプ状に形成されている。複数の凸部133の各々は、x軸方向に沿って直線状に延びている。例えば、複数の凸部133の各々は、第1電極層40に対して横倒しに配置された三角柱である。
In the present embodiment, the plurality of
図5に示されるように、複数の凸部133の各々は、根元から先端にかけて先細る形状を有する。具体的には、複数の凸部133の各々の断面形状は、第1基板10から第2基板20に向かう方向に沿って先細りのテーパ形状である。本実施の形態では、凸部133のyz断面における断面形状は、光学デバイス101の厚み方向に沿って先細る略三角形であるが、これに限らない。凸部133の断面形状は、略台形でもよく、その他の多角形、又は、カーブを含む多角形などでもよい。複数の凸部133の形状は、互いに同じであるが、異なっていてもよい。
As shown in FIG. 5, each of the plurality of
なお、略台形又は略三角形には、頂点が丸みを帯びた台形又は三角形も含まれる。また、略台形又は略三角形には、各辺が完全に直線ではない場合、例えば、各辺の長さの数%程度の変位で僅かに屈曲している場合、又は、微小な凹凸が含まれる場合も含まれる。 Note that the substantially trapezoidal or triangular shape includes a trapezoidal or triangular shape with rounded vertices. In addition, the substantially trapezoidal shape or the substantially triangular shape includes a case where each side is not completely straight, for example, a case where the side is slightly bent with a displacement of about several percent of the length of each side, or a minute unevenness. Cases are also included.
本実施の形態では、図5に示されるように、複数の凸部133の各々は、第1側面133a及び第2側面133bを有する。第1側面133a及び第2側面133bは、z軸方向に交差する面である。第1側面133a及び第2側面133bの各々は、y軸方向に対して所定の傾斜角で傾斜する傾斜面である。第1側面133a及び第2側面133bの間隔、すなわち、凸部133の幅は、第1基板10から第2基板20に向かって漸次小さくなっている。
In the present embodiment, as shown in FIG. 5, each of the plurality of
第1側面133aは、例えば、z軸が鉛直方向に一致するように光学デバイス101を配置した場合に、凸部133を構成する複数の側面のうち、鉛直下方側に面する側面である。第1側面133aは、入射光を屈折させる屈折面である。
For example, when the
第2側面133bは、例えば、z軸が鉛直方向に一致するように光学デバイス101を配置した場合に、凸部133を構成する複数の側面のうち、鉛直上方側に面する側面である。第2側面133bは、入射光を反射させる反射面である。ここでの反射は、全反射であり、第2側面133bは、全反射面として機能する。
For example, when the
第1側面133aの傾斜角及び第2側面133bの傾斜角は、例えば0°以上25°以下の範囲である。言い換えると、凸部133の断面形状である略台形又は略三角形の2つの底角はそれぞれ、65°以上90°以下である。あるいは、2つの底角の少なくとも一方は、65°より小さくてもよい。第1側面133aの傾斜角と第2側面133bの傾斜角とは、互いに異なっていてもよく、等しくてもよい。
The inclination angle of the
複数の凸部133の幅(z軸方向の長さ)は、例えば1μm〜20μmであり、好ましくは10μm以下であるが、これに限らない。また、隣り合う2つの凸部133の間隔は、例えば、0μm〜100μmであるが、これに限らない。
The width (length in the z-axis direction) of the plurality of
第2凹凸構造層131の材料としては、例えばアクリル樹脂、エポキシ樹脂又はシリコーン樹脂などの光透過性を有する樹脂材料を用いることができる。第2凹凸構造層131は、例えば、紫外線硬化樹脂材料から形成され、モールド成形又はナノインプリントなどによって形成することができる。第2凹凸構造層131は、例えば、緑色光に対する屈折率が1.5のアクリル樹脂を用いて断面が台形の凹凸構造を、モールド型押しにより形成することができる。本実施の形態では、第2凹凸構造層131の屈折率と、第1凹凸構造層31の屈折率は、例えば同じである。
As a material of the second concavo-
なお、複数の凸部133は、x軸方向に沿って蛇行しながら延びていてもよい。例えば、複数の凸部133は、波線のストライプ状に形成されていてもよい。
The plurality of
また、第2凹凸構造層131と第1電極層40との間には、透光性の接着シート、又は、一般的にプライマーと称される樹脂材料などからなる密着層が設けられていてもよい。
Further, an adhesive layer made of a translucent adhesive sheet or a resin material generally called a primer may be provided between the second
[光学デバイスの動作及び光学状態]
続いて、光学デバイス101の動作及び光学状態について説明する。本実施の形態に係る光学デバイス101は、第1電極層40及び第2電極層50間に印加される電圧に応じて、透明状態と、反射状態と、配光状態とを切り替え可能である。
[Operation and optical state of optical device]
Next, the operation and optical state of the
<透明状態(無印加モード)>
図6Aは、本実施の形態に係る光学デバイス101の無印加モード(透明状態)を説明するための拡大断面図である。また、図6Aには、光学デバイス101に対して斜めに入射する光Lの経路を太線の矢印で示している。
<Transparent state (non-application mode)>
FIG. 6A is an enlarged cross-sectional view for explaining a non-application mode (transparent state) of the
図6Aにおいて、第1電極層40及び第2電極層50間には電圧が印加されていない。具体的には、第1電極層40と第2電極層50とは、互いに等電位となっている。この場合、ナノ粒子36は、いずれの電極層にも引き寄せられないので、絶縁性液体35の全体に亘って分散された状態となる。
In FIG. 6A, no voltage is applied between the
本実施の形態では、ナノ粒子36が絶縁性液体35の全体に分散された状態の屈折率可変層32の屈折率は、上述したように、約1.5である。また、第1凹凸構造層31の凸部33の屈折率、及び、第2凹凸構造層131の凸部133の屈折率は、約1.5である。つまり、複数の凸部33及び複数の凸部133と、屈折率可変層32とは、屈折率が同等になる。したがって、光制御層130の全体で、屈折率が均一になる。
In the present embodiment, as described above, the refractive index of the refractive
このため、図6Aに示されるように、斜め上方から斜め下方に向けて光Lが入射した場合、第2凹凸構造層131と屈折率可変層32との界面、及び、屈折率可変層32と第1凹凸構造層31との界面にはそれぞれ屈折率差がないので、光が真っ直ぐに進行する。つまり、yz断面において、光Lの入射角と出射角とは、実質的に同じになる。
For this reason, as shown in FIG. 6A, when light L is incident from obliquely upward to obliquely downward, the interface between the second
このように、光学デバイス101は、入射した光を実質的にそのまま(進行方向を変えることなく)透過させる透明状態になる。
As described above, the
<反射状態(第1印加モード)>
図6Bは、本実施の形態に係る光学デバイス101の第1印加モード(反射状態)を説明するための拡大断面図である。また、図6Bには、光学デバイス101に対して斜めに入射する光Lの経路を太線の矢印で示している。
<Reflection state (first application mode)>
FIG. 6B is an enlarged cross-sectional view for explaining the first application mode (reflection state) of the
図6Bにおいて、実施の形態1に係る電圧印加モード(図3Bを参照)と同様に、第1電極層40及び第2電極層50間に所定の電圧が印加されている。例えば、第1電極層40と第2電極層50とには、数十V程度の電位差の電圧が印加されている。具体的には、図6Bに示すように、第2電極層50は、第1電極層40よりも低電位になっている。このため、プラスに帯電したナノ粒子36は、第2電極層50に向かって泳動し、第1凹凸構造層31の凹部34に入り込んで集積していく。
6B, a predetermined voltage is applied between the
本実施の形態では、第1基板10側に第2凹凸構造層131が設けられているため、第2凹凸構造層131と屈折率可変層32の第2領域32bとの屈折率差によって、光Lが屈折される。例えば、図6Bに示すように、光Lは、第1側面133aによって屈折した後、第1凹凸構造層31に向かって進行する。
In the present embodiment, since the second concavo-
第1凹凸構造層31では、実施の形態1に係る電圧印加モードと同様に、第1領域32aと凸部33との屈折率差によって光Lが再帰反射されて、第1側面133aに向かって戻る。第1側面133aに戻った光Lは、第1側面133aで屈折されて、第1基板10側から出射される。
In the first concavo-
このように、図6Bに示されるように、光Lは、第1基板10から出射される。つまり、光Lは、第2基板20から屋内側へ出射されないので、屋内に採り入れられる熱量を抑制することができる。
As described above, as illustrated in FIG. 6B, the light L is emitted from the
このように、第1電極層40と第2電極層50との間に所定の電圧が印加された場合に、複数の凸部33の各々と屈折率可変層32との界面に屈折率差が発生し、光制御層30に入射する光が再帰反射される。つまり、光学デバイス101は、入射した光を再帰反射する再帰反射状態になる。
As described above, when a predetermined voltage is applied between the
なお、本願発明者らは、シミュレーションを行うことで、第2凹凸構造層131が設けられている場合に、第1凹凸構造層31によって再帰反射させるのに必要な屈折率差について検討した。その結果、第2凹凸構造層131が設けられていない場合と同様に、屈折率差が0.2である場合には、再帰反射される光が少なく、光制御層130を第2基板20側に透過する光も存在した。一方で、屈折率差が0.3である場合には、大部分の光を再帰反射させることができた。
In addition, this inventor examined the refractive index difference required in order to carry out retroreflection by the 1st
したがって、本実施の形態においても、第1電極層40及び第2電極層50間に電圧を印加することで、屈折率可変層32の第1領域32aの屈折率と第1凹凸構造層31の屈折率との差が0.3以上にすればよい。これにより、第1領域32aと第1凹凸構造層31との界面で光を再帰反射させることができる。なお、屈折率差が0.3より小さい場合であっても再帰反射が発生するように、第1凹凸構造層31の凹凸の形状は適宜調整されてもよい。
Therefore, also in the present embodiment, by applying a voltage between the
<配光状態(第2印加モード)>
図6Cは、本実施の形態に係る光学デバイス101の第2印加モード(配光状態)を説明するための拡大断面図である。また、図6Cには、光学デバイス101に対して斜めに入射する光Lの経路を太線の矢印で示している。
<Light distribution state (second application mode)>
FIG. 6C is an enlarged cross-sectional view for explaining the second application mode (light distribution state) of the
図6Cにおいて、第1電極層40及び第2電極層50間に所定の電圧が印加されている。例えば、第1電極層40と第2電極層50とには、数十V程度の電位差の電圧が印加されている。第2印加モードでは、第1印加モードと比較して、第1電極層40及び第2電極層50間に印加される電圧の極性が異なっている。
In FIG. 6C, a predetermined voltage is applied between the
具体的には、図6Cに示すように、第2電極層50は、第1電極層40よりも高電位になっている。このため、プラスに帯電したナノ粒子36は、第1電極層40に向かって泳動し、第2凹凸構造層131の凹部134に入り込んで集積していく。
Specifically, as shown in FIG. 6C, the
これにより、第2凹凸構造層131側の第1領域32aでは、ナノ粒子36の濃度が高くなり、第2電極層50側の第2領域32bでは、ナノ粒子36の濃度が低くなる。したがって、第1領域32aと第2領域32bとには、屈折率差が生じる。
Accordingly, the concentration of the
本実施の形態では、ナノ粒子36の屈折率が絶縁性液体35の屈折率よりも高い。このため、ナノ粒子36の濃度が高い第1領域32aの屈折率は、ナノ粒子36の濃度が低い、すなわち、絶縁性液体35の割合が多い第2領域32bの屈折率よりも高くなる。例えば、第1領域32aの屈折率は、ナノ粒子36の濃度に応じて約1.5より大きい値〜約1.9になる。第2領域32bの屈折率は、ナノ粒子36の濃度に応じて約1.4〜約1.5より小さい値になる。
In the present embodiment, the refractive index of the
複数の凸部133の屈折率が約1.5であるので、第1電極層40と第2電極層50との間に電圧が印加されている場合、凸部133と第1領域32aとの間には、屈折率差が生じる。このため、図6Cに示すように、斜め方向から光Lが入射した場合、入射した光Lは、凸部133の第1側面133aで屈折した後、第2側面133bで全反射される。その後、光Lは、第2領域32bと第1凹凸構造層31の凸部33との屈折率差によって、屈折されて第2基板20から出射される。
Since the refractive index of the plurality of
これにより、図6Cに示されるように、垂直断面において、光Lの入射角と出射角とが異なる。例えば、斜め上方から斜め下方に向けて入射した光Lは、斜め上方に向けて光学デバイス101から出射される。
Accordingly, as shown in FIG. 6C, the incident angle and the emission angle of the light L are different in the vertical cross section. For example, the light L incident from diagonally upward to diagonally downward is emitted from the
このように、第1電極層40と第2電極層50との間に所定の電圧が印加された場合に、複数の凸部133の各々と屈折率可変層32との界面に屈折率差が発生し、光制御層130に入射する光の進行方向が曲げられる。つまり、光学デバイス101は、入射した光を、その進行方向を曲げて透過させる配光状態になる。
As described above, when a predetermined voltage is applied between the
また、印加する電圧の大きさによってナノ粒子36の凝集の程度を変化させることができる。ナノ粒子36の凝集の程度によって屈折率可変層32の屈折率が変化する。このため、凸部133の第1側面133a及び第2側面133b(界面)における屈折率の差を変化させることで、配光方向を変化させることも可能である。
Further, the degree of aggregation of the
[効果など]
以上のように、本実施の形態に係る光学デバイス101は、第1電極層40と第2電極層50との間に配置された、所定方向に並ぶ複数の凸部133を有する第2凹凸構造層131を備える。屈折率可変層32は、さらに、複数の凸部133間を埋めるように配置されている。第2凹凸構造層131は、屈折率可変層32との間に屈折率差が発生している場合に、第1基板10から入射する光を第2基板20に向けて、複数の凸部133と屈折率可変層32との界面で反射させる。
[Effects, etc.]
As described above, the
これにより、反射状態及び透明状態だけでなく、配光状態を実現することができる。具体的には、光学デバイス101は、窓に利用された場合に、太陽光などの斜め下方に向けて入射する光を透過させる際に、斜め上方に向けて出射させることができる。これにより、屋内の天井を照らすことができるので、屋内を明るくすることができる。
Thereby, not only a reflection state and a transparent state but a light distribution state can be realized. Specifically, when the
また、本実施の形態によれば、反射状態(すなわち、遮熱状態)、透明状態及び配光状態を切り替えることができるので、光学デバイス101は、窓に利用された場合に、遮熱と採光とを両立することができる。
In addition, according to the present embodiment, since the reflection state (that is, the heat shielding state), the transparent state, and the light distribution state can be switched, the
また、例えば、複数の凸部133の平面視形状は、ストライプ状である。複数の凸部133の各々の断面の形状は、略台形又は略三角形である。
For example, the planar view shape of the plurality of
これにより、凸部133の断面形状が略台形である場合、例えばナノインプリントによる成形の際の型抜きなどが容易に行えるなど、凸部133の成形性が高まる。このため、凸部133の形状の信頼性などが高まり、信頼性の高い配光性能などを実現することができる。また、凸部133の断面形状が略三角形である場合、面内に配置できる凸部133の数を増やすことができる。したがって、配光率を高めることができる。
Thereby, when the cross-sectional shape of the
また、例えば、略台形又は略三角形の2つの底角はそれぞれ、65°以上90°以下である。 Further, for example, the two base angles of a substantially trapezoid or a substantially triangle are 65 ° or more and 90 ° or less, respectively.
これにより、第2側面133bを光の全反射面として機能させやすくなるので、配光率を高めることができる。
Accordingly, the
(その他)
以上、本発明に係る光学デバイスについて、上記の実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。
(Other)
Although the optical device according to the present invention has been described based on the above embodiment, the present invention is not limited to the above embodiment.
例えば、第1凹凸構造層31は、第1基板10側、すなわち、屋外側に設けられていてもよい。例えば、第1凹凸構造層31は、再帰反射を行うプリズム状の凸部33又はビーズを有し、第1基板10側に設けられていてもよい。このとき、反射状態において、屈折率可変層32と凸部33との屈折率の関係は、上述した実施の形態とは異なる。具体的には、屈折率可変層32の屈折率は、凸部33の屈折率よりも低くなる。より具体的には、屈折率可変層32の屈折率は、凸部33の屈折率よりも0.3以上低くなる。凸部33を構成する樹脂材料、及び、屈折率可変層32を構成する電気泳動材料を適宜調整することで、所望の屈折率の関係を得ることができる。
For example, the first concavo-
また、例えば、第1凹凸構造層31の屈折率と、第2凹凸構造層131の屈折率とは異なっていてもよい。
Further, for example, the refractive index of the first
また、例えば、複数の凸部133は、x軸方向において複数に分割されていてもよい。例えば、複数の凸部133は、マトリクス状などに点在するように配置されていてもよい。つまり、複数の凸部133を、ドット状に点在するように配置してもよい。
Further, for example, the plurality of
また、例えば、上記の実施の形態において、ナノ粒子36の屈折率が絶縁性液体35の屈折率より低くてもよい。ナノ粒子36の屈折率などに応じて印加する電圧を適宜調整することで、透明状態及び配光状態を実現することができる。例えば、第1電極層40及び第2電極層50間に電圧が印加されていない場合に配光状態が実現され、電圧が印加された場合に透明状態が実現されてもよい。
For example, in the above-described embodiment, the refractive index of the
また、例えば、上記の実施の形態において、ナノ粒子36はプラスに帯電させたが、これに限らない。つまり、ナノ粒子36をマイナスに帯電させてもよい。この場合、第1電極層40にはプラス電位を印加し、第2電極層50にはマイナス電位を印加することで、第1電極層40と第2電極層50との間に直流電圧を印加するとよい。
Further, for example, in the above-described embodiment, the
また、複数のナノ粒子36には、光学特性の異なる複数種類のナノ粒子が含まれてもよい。例えば、プラスに帯電させた透明の第1ナノ粒子と、マイナスに帯電させた不透明(黒色など)の第2ナノ粒子とを含んでもよい。例えば、第2ナノ粒子を凝集させて偏在させることで、光学デバイスに遮光機能を持たせてもよい。
The plurality of
また、例えば、上記実施の形態では、屈折率可変材料として電気泳動材料を利用する例について示したが、これに限らない。例えば、屈折率可変材料として、液晶材料を利用してもよい。この場合、液晶材料に含まれる液晶分子の複屈折性を利用して、屈折率可変層の屈折率が変化する。屈折率可変層に与えられる電界に応じて液晶分子の配向を変化させることにより、屈折率可変層の屈折率が変化する。これにより、透明状態、反射状態及び配光状態、並びに、配光状態における配光方向を制御することができる。 For example, in the above-described embodiment, an example in which an electrophoretic material is used as the refractive index variable material has been described. For example, a liquid crystal material may be used as the refractive index variable material. In this case, the refractive index of the refractive index variable layer changes using the birefringence of the liquid crystal molecules contained in the liquid crystal material. By changing the orientation of the liquid crystal molecules in accordance with the electric field applied to the refractive index variable layer, the refractive index of the refractive index variable layer changes. Thereby, it is possible to control the transparent state, the reflection state, the light distribution state, and the light distribution direction in the light distribution state.
また、上記の実施の形態では、光学デバイスに入射する光として太陽光を例示したが、これに限らない。例えば、光学デバイスに入射する光は、照明装置などの発光装置が発する光であってもよい。 Moreover, in said embodiment, although sunlight was illustrated as light which injects into an optical device, it is not restricted to this. For example, the light incident on the optical device may be light emitted from a light emitting device such as a lighting device.
また、例えば、光学デバイスは、建物の窓に設置する場合に限るものではなく、例えば車の窓などに設置してもよい。また、光学デバイスは、例えば、照明器具の透光カバーなどの配光制御部材などに利用することもできる。あるいは、光学デバイスは、凹凸構造の界面での光の散乱を利用した目隠し部材としても利用することができる。 For example, the optical device is not limited to being installed in a building window, and may be installed in a car window, for example. Moreover, an optical device can also be utilized for light distribution control members, such as a translucent cover of a lighting fixture, for example. Alternatively, the optical device can also be used as a blindfold member that utilizes light scattering at the interface of the concavo-convex structure.
その他、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。 In addition, the embodiment can be realized by arbitrarily combining the components and functions in each embodiment without departing from the scope of the present invention, or a form obtained by subjecting each embodiment to various modifications conceived by those skilled in the art. Forms are also included in the present invention.
1、101 光学デバイス
10 第1基板
20 第2基板
31 第1凹凸構造層
32 屈折率可変層
33、133 凸部
34、134 凹部
35 絶縁性液体
36 ナノ粒子
40 第1電極層
50 第2電極層
131 第2凹凸構造層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,101
Claims (9)
前記第1基板に対向して配置された、透光性を有する第2基板と、
前記第1基板と前記第2基板との間に対向して配置された、透光性を有する第1電極層及び第2電極層と、
前記第1電極層と前記第2電極層との間に配置された第1凹凸構造層と、
前記第1凹凸構造層の凹凸を埋めるように配置され、前記第1電極層及び前記第2電極層間に印加される電圧に応じて屈折率が変化する屈折率可変層とを備え、
前記第1凹凸構造層は、前記屈折率可変層との間に屈折率差が発生している場合に、入射する光を前記凹凸によって再帰反射する再帰反射構造を有する
光学デバイス。 A first substrate having translucency;
A second substrate having translucency, disposed opposite to the first substrate;
A translucent first electrode layer and a second electrode layer disposed opposite to each other between the first substrate and the second substrate;
A first concavo-convex structure layer disposed between the first electrode layer and the second electrode layer;
A refractive index variable layer that is arranged so as to fill the irregularities of the first concavo-convex structure layer and whose refractive index changes according to a voltage applied between the first electrode layer and the second electrode layer;
The optical device having a retroreflective structure in which incident light is retroreflected by the unevenness when a refractive index difference is generated between the first uneven structure layer and the refractive index variable layer.
請求項1に記載の光学デバイス。 The optical device according to claim 1, wherein the refractive index of the refractive index variable layer can be changed to a refractive index at which a refractive index difference from the first uneven structure layer is 0.3 or more.
請求項1又は2に記載の光学デバイス。 The optical device according to claim 1, wherein a height of the unevenness of the first uneven structure layer is 5 μm or more and 50 μm or less.
請求項1〜3のいずれか1項に記載の光学デバイス。 The optical device according to claim 1, wherein the retroreflective structure is a prism structure or a bead structure.
請求項1〜4のいずれか1項に記載の光学デバイス。 The optical device according to claim 1, wherein a refractive index of the refractive index variable layer can be changed to a refractive index substantially the same as a refractive index of the first uneven structure layer.
前記屈折率可変層は、さらに、前記複数の凸部間を埋めるように配置されており、
前記第2凹凸構造層は、前記屈折率可変層との間に屈折率差が発生している場合に、前記第1基板から入射する光を前記第2基板に向けて、前記複数の凸部と前記屈折率可変層との界面で反射させる
請求項1〜5のいずれか1項に記載の光学デバイス。 And a second concavo-convex structure layer having a plurality of convex portions arranged in a predetermined direction, disposed between the first electrode layer and the second electrode layer,
The refractive index variable layer is further arranged so as to fill between the plurality of convex portions,
When the refractive index difference occurs between the second uneven structure layer and the refractive index variable layer, the plurality of protrusions directs light incident from the first substrate toward the second substrate. The optical device according to claim 1, wherein the optical device is reflected at an interface between the refractive index variable layer and the refractive index variable layer.
前記複数の凸部の各々の断面の形状は、略台形又は略三角形である
請求項6に記載の光学デバイス。 The planar view shape of the plurality of convex portions is a stripe shape,
The optical device according to claim 6, wherein a shape of a cross section of each of the plurality of convex portions is a substantially trapezoidal shape or a substantially triangular shape.
請求項7に記載の光学デバイス。 The optical device according to claim 7, wherein two base angles of the substantially trapezoidal shape or the substantially triangular shape are 65 ° or more and 90 ° or less, respectively.
絶縁性液体と、
前記絶縁性液体とは屈折率が異なる、前記絶縁性液体に分散された帯電する複数のナノ粒子とを備える
請求項1〜8のいずれか1項に記載の光学デバイス。 The refractive index variable layer is
An insulating liquid;
The optical device according to claim 1, comprising a plurality of charged nanoparticles dispersed in the insulating liquid and having a refractive index different from that of the insulating liquid.
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