JP2020052178A - Optical device - Google Patents

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ちぐさ 尾崎
Chigusa OZAKI
ちぐさ 尾崎
伊藤 宜弘
Nobuhiro Ito
宜弘 伊藤
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Abstract

To provide an optical device including a variable refractive index layer (nanoparticle dispersion layer) having a high maximum refractive index while suppressing viscosity low.SOLUTION: An optical device 1 includes: a first substrate 10 having optical transparency; a second substrate 20 having optical transparency arranged opposite to the first substrate 10; a first electrode 30 arranged on a side of the second substrate 20 of the first substrate 10; an uneven structure 50 arranged on a side of the second substrate 20 of the first substrate 10; a second electrode 40 arranged on a side of the first substrate 10 of the second substrate 20; and a variable refractive index layer 60 which is arranged between the uneven structure 50 and the second electrode 30 and of which refractive index is changed according to a voltage applied between the first electrode 30 and the second electrode 40. The variable refractive index layer 60 includes an insulating liquid 61, a plurality of first nanoparticles 62a and a plurality of second nanoparticles 62b which are dispersed in the insulating liquid 61. Each of the first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b are charged with the same polarity.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、光学デバイスに関し、特に、入射する光を配光することができる光学デバイスに関する。   The present invention relates to an optical device, and more particularly, to an optical device that can distribute incident light.

従来、光学デバイスとして、入射する光を配光することができる配光デバイスが提案されている。このような光学デバイスは、建物又は車等の窓等に用いられる。例えば、光学デバイスを建物の窓に設置することで、室外から入射する太陽光等の外光の進行方向を変更して当該外光を室内の天井に向けて導入することができる。   Conventionally, a light distribution device capable of distributing incident light has been proposed as an optical device. Such an optical device is used for a window of a building or a car. For example, by installing an optical device in a window of a building, it is possible to change the traveling direction of external light such as sunlight entering from the outside and introduce the external light toward the ceiling in the room.

この種の配光デバイスとして、液晶層を用いたものが知られている。例えば、特許文献1には、対向する第一透明基板及び第二透明基板と、第一透明基板の第二透明基板側に配置された第一透明電極層及び凹凸構造と、第二透明基板の第一透明基板側に配置された第二透明電極層と、第一透明電極層及び第二透明電極層の間に配置された液晶層とを備える液晶光学素子が開示されている。液晶層を用いた配光デバイスでは、液晶層を屈折率可変層として用いており、第一透明電極層及び第二透明電極層に印加する電圧に応じて液晶層の屈折率を変化させることで、配光デバイスに入射する光の進行方向を変化させる配光モードと、配光デバイスに入射する光の進行方向を変化させずに直進透過させる透明モードとを切り替えている。   As this kind of light distribution device, a device using a liquid crystal layer is known. For example, Patent Literature 1 discloses a first transparent substrate and a second transparent substrate facing each other, a first transparent electrode layer and an uneven structure disposed on the second transparent substrate side of the first transparent substrate, and a second transparent substrate. A liquid crystal optical element including a second transparent electrode layer disposed on the first transparent substrate side and a liquid crystal layer disposed between the first transparent electrode layer and the second transparent electrode layer is disclosed. In a light distribution device using a liquid crystal layer, the liquid crystal layer is used as a variable refractive index layer, and the refractive index of the liquid crystal layer is changed according to the voltage applied to the first transparent electrode layer and the second transparent electrode layer. A light distribution mode in which the traveling direction of the light incident on the light distribution device is changed, and a transparent mode in which the light incident on the light distribution device is transmitted straight without changing the traveling direction.

特開2015−41006号公報JP 2015-41006 A

近年、屈折率可変層として、液晶層を用いるのではなく、透明な酸化ジルコニウム粒子等のナノ粒子を絶縁性液体に分散させたナノ粒子分散層(ナノ粒子分散液)を用いた配光デバイスが検討されている。ナノ粒子分散層を用いた配光デバイスでは、ナノ粒子分散層のナノ粒子を電気泳動させてナノ粒子分散層の屈折率を変化させることで、配光デバイスに入射した光の進行方向を変化させている。   In recent years, a light distribution device using a nanoparticle dispersion layer (nanoparticle dispersion liquid) in which nanoparticles such as transparent zirconium oxide particles are dispersed in an insulating liquid instead of using a liquid crystal layer as the refractive index variable layer has been developed. Are being considered. In a light distribution device using a nanoparticle dispersion layer, the traveling direction of light incident on the light distribution device is changed by changing the refractive index of the nanoparticle dispersion layer by electrophoresis of the nanoparticles in the nanoparticle dispersion layer. ing.

ナノ粒子分散層を用いた配光デバイスでは、凹凸構造とナノ粒子分散層との屈折率差を大きくすることによって、配光制御範囲(配光角のレンジ)、つまり配光デバイスに入射した光を凹凸構造で反射させるときの角度を大きくしたり小さくしたりすることができる範囲を拡大させることができる。このため、ナノ粒子分散層の最大屈折率は高い方がよい。   In the light distribution device using the nanoparticle dispersion layer, the light distribution control range (range of the light distribution angle), that is, the light incident on the light distribution device, is increased by increasing the refractive index difference between the uneven structure and the nanoparticle dispersion layer. The range in which the angle at which the light is reflected by the concavo-convex structure can be increased or decreased can be expanded. Therefore, the higher the maximum refractive index of the nanoparticle dispersion layer, the better.

しかしながら、ナノ粒子として透明な酸化ジルコニウム粒子を用いてナノ粒子分散層の最大屈折率を高くしようとすると、ナノ粒子分散層におけるナノ粒子濃度が高くなってしまい、ナノ粒子分散層の粘度が高くなる。この結果、分散液中の酸化ジルコニウム粒子の動きが遅くなり、ナノ粒子分散層の屈折率を変化させるときの応答性が悪くなる。   However, when trying to increase the maximum refractive index of the nanoparticle dispersion layer using transparent zirconium oxide particles as the nanoparticles, the nanoparticle concentration in the nanoparticle dispersion layer increases, and the viscosity of the nanoparticle dispersion layer increases. . As a result, the movement of the zirconium oxide particles in the dispersion is slowed, and the responsiveness when changing the refractive index of the nanoparticle dispersed layer is deteriorated.

しかも、実際に、ナノ粒子分散層として酸化ジルコニウム粒子(ジルコニア粒子)のみを分散させたジルコニア粒子分散液を作製し、酸化ジルコニウム粒子の濃度を変えて屈折率を測定してみたところ、図6に示すように、実測値が計算値よりも低くなり、酸化ジルコニウム粒子の濃度を高くしても、所定の屈折率を有するナノ粒子分散層が得られないことも分かった。特に、屈折率が1.7以上のナノ粒子分散層を得ようとすると、酸化ジルコニウム粒子の濃度が高くなり、ナノ粒子分散層の粘度が非常に高くなってしまう。つまり、酸化ジルコニウム粒子のみでは、粘度を小さく抑えつつ屈折率が1.7以上のナノ粒子分散層を得ることが難しい。   In addition, a zirconia particle dispersion in which only zirconium oxide particles (zirconia particles) were dispersed was actually prepared as a nanoparticle dispersion layer, and the refractive index was measured by changing the concentration of the zirconium oxide particles. As shown, the measured value was lower than the calculated value, and it was also found that even if the concentration of the zirconium oxide particles was increased, a nanoparticle dispersed layer having a predetermined refractive index could not be obtained. In particular, when trying to obtain a nanoparticle dispersed layer having a refractive index of 1.7 or more, the concentration of zirconium oxide particles increases, and the viscosity of the nanoparticle dispersed layer becomes extremely high. That is, it is difficult to obtain a nanoparticle dispersed layer having a refractive index of 1.7 or more while keeping the viscosity low by using only zirconium oxide particles.

そこで、酸化ジルコニウム粒子に代えて、屈折率が酸化ジルコニウム粒子よりも高い酸化チタン粒子を用いることが考えられるが、酸化チタン粒子は光散乱性が高いためにナノ粒子分散層のヘイズが高くなり、透明状態のとき(透明モード時)の光学デバイスの透明度が低下する。   Therefore, instead of the zirconium oxide particles, it is conceivable to use titanium oxide particles having a higher refractive index than the zirconium oxide particles, but since the titanium oxide particles have a high light scattering property, the haze of the nanoparticle dispersion layer becomes high, The transparency of the optical device in the transparent state (in the transparent mode) is reduced.

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、粘度を小さく抑えつつ最大屈折率が高い屈折率可変層(ナノ粒子分散層)を有する光学デバイスを提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide an optical device having a variable refractive index layer (nanoparticle dispersed layer) having a high maximum refractive index while suppressing the viscosity to be small. I do.

上記目的を達成するために、本発明に係る光学デバイスの一態様は、光透過性を有する第一基板と、前記第一基板に対向して配置された光透過性を有する第二基板と、前記第一基板の前記第二基板側に配置された第一電極と、前記第一基板の前記第二基板側に配置された凹凸構造と、前記第二基板の前記第一基板側に配置された第二電極と、前記凹凸構造と前記第二電極との間に配置され、前記第一電極と前記第二電極との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、前記屈折率可変層は、絶縁性液体と、前記絶縁性液体に分散された複数の第一ナノ粒子及び複数の第二ナノ粒子とを有し、前記第一ナノ粒子及び前記第二ナノ粒子の各々は、同じ極性で帯電している。   In order to achieve the above object, one aspect of the optical device according to the present invention is a first substrate having light transmittance, and a second substrate having light transmittance disposed opposed to the first substrate, A first electrode arranged on the second substrate side of the first substrate, an uneven structure arranged on the second substrate side of the first substrate, and an irregular structure arranged on the first substrate side of the second substrate; A second electrode, a refractive index variable layer disposed between the concave-convex structure and the second electrode, the refractive index of which changes according to a voltage applied between the first electrode and the second electrode. Comprising, the refractive index variable layer has an insulating liquid, a plurality of first nanoparticles and a plurality of second nanoparticles dispersed in the insulating liquid, the first nanoparticles and the second Each of the two nanoparticles is charged with the same polarity.

本発明によれば、粘度を小さく抑えつつ最大屈折率が高い屈折率可変層(ナノ粒子分散層)を有する光学デバイスを実現できる。   According to the present invention, it is possible to realize an optical device having a refractive index variable layer (nanoparticle dispersed layer) having a high maximum refractive index while keeping the viscosity low.

実施の形態に係る光学デバイスの断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the optical device according to the embodiment. 実施の形態に係る光学デバイスの拡大断面図である。It is an expanded sectional view of the optical device concerning an embodiment. ジルコニア粒子とチタニア粒子との混合分散液におけるチタニア粒子の濃度(割合)と混合分散液との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the density | concentration (ratio) of the titania particle in the mixed dispersion liquid of a zirconia particle and a titania particle, and a mixed dispersion liquid. 実施の形態に係る光学デバイスの第一光学作用を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for describing a first optical action of the optical device according to the embodiment. 実施の形態に係る光学デバイスの第二光学作用を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for describing a second optical action of the optical device according to the embodiment. 実施の形態に係る光学デバイスの第三光学作用を説明するための図である。FIG. 9 is a diagram for explaining a third optical action of the optical device according to the embodiment. 変形例に係る光学デバイスの第一光学作用を説明するための図である。FIG. 9 is a diagram for describing a first optical action of an optical device according to a modification. 変形例に係る光学デバイスの第二光学作用を説明するための図である。FIG. 11 is a diagram for explaining a second optical action of the optical device according to the modification. 変形例に係る光学デバイスの第三光学作用を説明するための図である。FIG. 11 is a diagram for explaining a third optical action of the optical device according to the modification. ジルコニア粒子分散液におけるジルコニア粒子の濃度とジルコニア粒子分散液の屈折率との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the density | concentration of a zirconia particle in a zirconia particle dispersion liquid, and the refractive index of a zirconia particle dispersion liquid.

以下、本発明の実施の形態について説明する。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、構成要素の配置位置及び接続形態などは、一例であって本発明を限定する主旨ではない。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, embodiments of the present invention will be described. Each of the embodiments described below shows a specific example of the present invention. Therefore, the numerical values, shapes, materials, constituent elements, arrangement positions of constituent elements, connection forms, and the like shown in the following embodiments are merely examples and do not limit the present invention. Therefore, among the components in the following embodiments, components that are not described in the independent claims that represent the highest concept of the present invention are described as arbitrary components.

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、各図において縮尺等は必ずしも一致していない。なお、各図において、実質的に同一の構成に対し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 drawing is a schematic diagram, and is not necessarily shown exactly. Therefore, the scale and the like do not always match in each drawing. In each of the drawings, substantially the same components are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted or simplified.

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表しており、本実施の形態では、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。X軸及びY軸は、互いに直交し、かつ、いずれもZ軸に直交する軸である。なお、Z軸方向のプラス方向を鉛直下方としている。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、第一基板10及び第二基板20の主面に垂直な方向(本実施の形態では、Y軸方向)のことである。   In this specification and the drawings, the X axis, the Y axis, and the Z axis represent three axes of a three-dimensional orthogonal coordinate system. In the present embodiment, the Z axis direction is a vertical direction, and the Z axis direction is perpendicular to the Z axis. Direction (direction parallel to the XY plane) is the horizontal direction. The X axis and the Y axis are axes orthogonal to each other and both are orthogonal to the Z axis. The plus direction in the Z-axis direction is defined as vertically downward. In the present specification, the “thickness direction” means the thickness direction of the optical device, and is a direction perpendicular to the main surfaces of the first substrate 10 and the second substrate 20 (in the present embodiment, the Y-axis direction). That is.

(実施の形態)
まず、実施の形態に係る光学デバイス1の構成について、図1及び図2を用いて説明する。図1は、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、同光学デバイス1の拡大断面図であり、図1の破線で囲まれる領域IIの拡大図を示している。
(Embodiment)
First, the configuration of the optical device 1 according to the embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a cross-sectional view of an optical device 1 according to the embodiment. FIG. 2 is an enlarged sectional view of the optical device 1 and shows an enlarged view of a region II surrounded by a broken 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光制御デバイスである。具体的には、光学デバイス1は、光学デバイス1に入射する光の進行方向を制御する。本実施の形態において、光学デバイス1は、入射する光の進行方向を変更して(例えば配光して)出射させることができる配光デバイスである。   The optical device 1 is a light control device that controls light incident on the optical device 1. Specifically, the optical device 1 controls a traveling direction of light incident on the optical device 1. In the present embodiment, the optical device 1 is a light distribution device that can change the traveling direction of incident light (for example, distribute light) and emit the light.

図1及び図2に示すように、光学デバイス1は、第一基板10と、第二基板20と、第一電極30と、第二電極40と、凹凸構造50と、屈折率可変層60とを備える。   As shown in FIGS. 1 and 2, the optical device 1 includes a first substrate 10, a second substrate 20, a first electrode 30, a second electrode 40, an uneven structure 50, a refractive index variable layer 60, Is provided.

光学デバイス1は、一対の第一基板10及び第二基板20の間に、第一電極30、凹凸構造50、屈折率可変層60及び第二電極40がこの順で厚み方向に沿って配置された構成となっている。   In the optical device 1, a first electrode 30, an uneven structure 50, a refractive index variable layer 60, and a second electrode 40 are arranged in this order along a thickness direction between a pair of a first substrate 10 and a second substrate 20. Configuration.

また、図1に示すように、光学デバイス1において、第一基板10、第一電極30及び凹凸構造50は、第一積層基板100を構成し、第二基板20及び第二電極40は、第二積層基板200を構成している。   As shown in FIG. 1, in the optical device 1, the first substrate 10, the first electrode 30, and the concavo-convex structure 50 form a first laminated substrate 100, and the second substrate 20 and the second electrode 40 The two-layer substrate 200 is configured.

第一積層基板100及び第二積層基板200は、ギャップを介して互いに対向するように配置されており、外周端部の全周が封止されている。これにより、第一積層基板100と第二積層基板200との間に充填された屈折率可変層60を閉じ込めることができる。例えば、第一積層基板100及び第二積層基板200の外周端部に沿って内面に額縁状に接着剤等のシール部材を形成したり、レーザによって第一基板10と第二基板20とを溶着したりすることで、第一積層基板100及び第二積層基板200の外周端部を封止することができる。   The first laminated substrate 100 and the second laminated substrate 200 are arranged to face each other with a gap therebetween, and the entire periphery of the outer peripheral end is sealed. Thereby, the variable refractive index layer 60 filled between the first laminated substrate 100 and the second laminated substrate 200 can be confined. For example, a sealing member such as an adhesive is formed in a frame shape on the inner surface along the outer peripheral edge of the first laminated substrate 100 and the second laminated substrate 200, or the first substrate 10 and the second substrate 20 are welded by laser. By doing so, the outer peripheral ends of the first laminated substrate 100 and the second laminated substrate 200 can be sealed.

以下、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。   Hereinafter, each component of the optical device 1 will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 2.

[第一基板、第二基板]
図1及び図2に示すように、第一基板10は、第一積層基板100の基材であり、第二基板20は、第二積層基板200の基材である。
[First substrate, second substrate]
As shown in FIGS. 1 and 2, the first substrate 10 is a base material of the first multilayer substrate 100, and the second substrate 20 is a base material of the second multilayer substrate 200.

第一基板10及び第二基板20は、光透過性を有する基板(透光性基板)である。第一基板10及び第二基板20は、透明な透明基板であるとよい。   The first substrate 10 and the second substrate 20 are light-transmitting substrates (light-transmitting substrates). The first substrate 10 and the second substrate 20 are preferably transparent substrates.

第一基板10及び第二基板20としては、例えば、樹脂材料からなる樹脂基板又はガラス材料からなるガラス基板を用いることができる。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)、アクリル又はエポキシ等が挙げられる。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等が挙げられる。樹脂基板は、破壊時の飛散が少ないという利点がある。一方、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。   As the first substrate 10 and the second substrate 20, for example, a resin substrate made of a resin material or a glass substrate made of a glass material can be used. Examples of the material of the resin substrate include polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate (PC), acrylic, and epoxy. Examples of the material for the glass substrate include soda glass, non-alkali glass, and high refractive index glass. The resin substrate has an advantage that scattering at the time of destruction is small. On the other hand, the glass substrate has the advantages of high light transmittance and low moisture permeability.

第一基板10と第二基板20とは、同じ材料で構成されていてもよいし、異なる材料で構成されていてもよいが、同じ材料で構成されている方がよい。また、第一基板10及び第二基板20は、リジッド基板に限るものではなく、フレキシブル基板又はフィルム基板であってもよい。本実施の形態では、第一基板10及び第二基板20として、いずれもPETからなる透明樹脂基板(PET基板)を用いている。   The first substrate 10 and the second substrate 20 may be made of the same material or different materials, but are preferably made of the same material. Further, the first substrate 10 and the second substrate 20 are not limited to the rigid substrate, but may be a flexible substrate or a film substrate. In the present embodiment, a transparent resin substrate (PET substrate) made of PET is used as each of the first substrate 10 and the second substrate 20.

第一基板10及び第二基板20の厚さは、例えば5μm〜3mmであるが、これに限るものではない。本実施の形態において、第一基板10及び第二基板20の厚さは、いずれも50μmである。   The thickness of the first substrate 10 and the second substrate 20 is, for example, 5 μm to 3 mm, but is not limited thereto. In the present embodiment, each of the first substrate 10 and the second substrate 20 has a thickness of 50 μm.

また、第一基板10及び第二基板20の平面視の形状は、例えば正方形や長方形の矩形状であるが、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。   In addition, the shape of the first substrate 10 and the second substrate 20 in plan view is, for example, a square or a rectangular shape, but is not limited thereto, and may be a polygon other than a circle or a quadrangle. May be employed.

[第一電極、第二電極]
図1及び図2に示すように、第一電極30及び第二電極40は、電気的に対になっており、屈折率可変層60に電界を与えることができるように構成されている。また、第一電極30と第二電極40とは、配置的にも対になっており、互いに対向するように配置されている。
[First electrode, second electrode]
As shown in FIGS. 1 and 2, the first electrode 30 and the second electrode 40 are electrically paired, and are configured to apply an electric field to the refractive index variable layer 60. The first electrode 30 and the second electrode 40 are also arranged in a pair, and are arranged so as to face each other.

第一電極30は、第一基板10の第二基板20側に配置されている。また、第二電極40は、第二基板20の第一基板10側に配置されている。具体的には、第一電極30は、第一基板10の第二基板20側の主面に形成されており、第二電極40は、第二基板20の第一基板10側の主面に形成されている。   The first electrode 30 is arranged on the second substrate 20 side of the first substrate 10. Further, the second electrode 40 is arranged on the first substrate 10 side of the second substrate 20. Specifically, the first electrode 30 is formed on the main surface of the first substrate 10 on the second substrate 20 side, and the second electrode 40 is formed on the main surface of the second substrate 20 on the first substrate 10 side. Is formed.

また、本実施の形態において、一対をなす第一電極30及び第二電極40は、少なくとも凹凸構造50及び屈折率可変層60を挟むように、第一基板10と第二基板20との間に配置されている。具体的には、第一電極30は、第一基板10と凹凸構造50との間に配置されており、第二電極40は、第二基板20と屈折率可変層60との間に配置されている。   In the present embodiment, a pair of the first electrode 30 and the second electrode 40 is provided between the first substrate 10 and the second substrate 20 so as to sandwich at least the uneven structure 50 and the refractive index variable layer 60. Are located. Specifically, the first electrode 30 is disposed between the first substrate 10 and the uneven structure 50, and the second electrode 40 is disposed between the second substrate 20 and the refractive index variable layer 60. ing.

第一電極30及び第二電極40の各々の厚さは、例えば5nm〜2μmであるが、これに限るものではない。本実施の形態において、第一電極30及び第二電極40の各々の厚さは、いずれも100nmである。   The thickness of each of the first electrode 30 and the second electrode 40 is, for example, 5 nm to 2 μm, but is not limited thereto. In the present embodiment, each of the first electrode 30 and the second electrode 40 has a thickness of 100 nm.

また、第一電極30及び第二電極40の平面視の形状は、第一基板10及び第二基板20と同様に、例えば正方形や長方形の矩形状であるが、これに限るものではない。本実施の形態において、第一電極30及び第二電極40は、第一基板10及び第二基板20の各々の表面のほぼ全面に形成された平面視形状か矩形状のべた電極である。   Further, the shape of the first electrode 30 and the second electrode 40 in plan view is, for example, a square or a rectangular shape like the first substrate 10 and the second substrate 20, but is not limited thereto. In the present embodiment, the first electrode 30 and the second electrode 40 are solid electrodes in a plan view shape or a rectangular shape formed on substantially the entire surface of each of the first substrate 10 and the second substrate 20.

第一電極30及び第二電極40は、透光性を有する電極であり、入射した光を透過する。第一電極30及び第二電極40は、例えば透明導電層からなる透明電極である。透明導電層の材料としては、ITO(Indium Tin Oxide)やIZO(Indium Zinc Oxide)等の透明金属酸化物、銀ナノワイヤや導電性粒子等の導電体を含有する樹脂によって構成された導電体含有樹脂、又は、銀薄膜等の金属薄膜等を用いることができる。なお、第一電極30及び第二電極40は、これらの単層構造であってもよいし、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)であってもよい。   The first electrode 30 and the second electrode 40 are light-transmitting electrodes and transmit incident light. The first electrode 30 and the second electrode 40 are, for example, transparent electrodes made of a transparent conductive layer. Examples of the material of the transparent conductive layer include a conductive metal-containing resin such as ITO (Indium Tin Oxide) and IZO (Indium Zinc Oxide), and a resin containing a conductive material such as silver nanowires and conductive particles. Alternatively, a metal thin film such as a silver thin film can be used. In addition, the first electrode 30 and the second electrode 40 may have a single-layer structure thereof, or may have a laminated structure thereof (for example, a laminated structure of a transparent metal oxide and a metal thin film).

第一電極30及び第二電極40は、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、屈折率可変層60を封止するシール樹脂の外部にまで第一電極30及び第二電極40の各々が引き出されて、この引き出された部分を外部電源に接続するための電極端子にしてもよい。   The first electrode 30 and the second electrode 40 are configured to enable electrical connection with an external power supply. For example, each of the first electrode 30 and the second electrode 40 is pulled out to the outside of the sealing resin that seals the refractive index variable layer 60, and the drawn portions are used as electrode terminals for connecting to an external power supply. Is also good.

[凹凸構造]
図1及び図2に示すように、凹凸構造50は、凹凸面を有する凹凸層であり、マイクロオーダサイズ又はナノオーダサイズの複数の凸部51が配列された構成である。
[Uneven structure]
As shown in FIGS. 1 and 2, the concave-convex structure 50 is a concave-convex layer having a concave-convex surface, and has a configuration in which a plurality of convex portions 51 of a micro-order size or a nano-order size are arranged.

凹凸構造50は、第一基板10の第二基板20側に配置されている。本実施の形態において、凹凸構造50は、第一電極30の第二基板20側に配置されている。具体的には、凹凸構造50は、第一電極30の第二基板20側の主面に設けられている。   The uneven structure 50 is arranged on the second substrate 20 side of the first substrate 10. In the present embodiment, the concavo-convex structure 50 is arranged on the second substrate 20 side of the first electrode 30. Specifically, the concavo-convex structure 50 is provided on the main surface of the first electrode 30 on the second substrate 20 side.

本実施の形態において、凹凸構造50は、複数の凸部51が屈折率可変層60側に突出するように第一電極30の上に設けられている。この場合、第一電極30と凹凸構造50との間に密着層が形成されていてもよい。なお、凹凸構造50の第一電極30側の面(凸部51の第一電極30側の面)は平坦な面となっている。   In the present embodiment, the concavo-convex structure 50 is provided on the first electrode 30 so that the plurality of protrusions 51 protrude toward the refractive index variable layer 60 side. In this case, an adhesion layer may be formed between the first electrode 30 and the uneven structure 50. The surface of the concavo-convex structure 50 on the first electrode 30 side (the surface of the projection 51 on the first electrode 30 side) is a flat surface.

また、複数の凸部51は、ストライプ状に形成されている。具体的には、複数の凸部51の各々は、断面形状が台形でX軸方向に延在する長尺状の略四角柱形状であり、Z軸方向に沿って等間隔に配列されている。また、全ての凸部51が同じ形状となっているが、これに限るものではない。   Further, the plurality of convex portions 51 are formed in a stripe shape. Specifically, each of the plurality of protrusions 51 has a trapezoidal cross-sectional shape, is a substantially rectangular column shape extending in the X-axis direction, and is arranged at equal intervals along the Z-axis direction. . Further, all the convex portions 51 have the same shape, but the present invention is not limited to this.

各凸部51は、例えば、高さが100nm以上100μm以下で、アスペクト比(高さ/下底)が0.5〜10程度であるが、これに限るものではない。一例として、各凸部51は、高さが10μm程度で、下底が5μm程度で、上底が2μm程度である。   Each of the protrusions 51 has, for example, a height of 100 nm or more and 100 μm or less and an aspect ratio (height / lower bottom) of about 0.5 to 10, but is not limited thereto. As an example, each protrusion 51 has a height of about 10 μm, a lower bottom of about 5 μm, and an upper bottom of about 2 μm.

また、Z軸方向に隣り合う2つの凸部51の間隔は、例えば0以上100mm以下である。つまり、Z軸方向に隣り合う2つの凸部51は、底部が接触することなく所定の間隔をあけて配置されていてもよいし、底部が接触して配置(間隔ゼロで)されていてもよいが、Z軸方向に隣り合う2つの凸部51の間隔は、凸部51の底辺以下であるとよい。一例として、上記サイズの凸部51(高さ10μm、下底5μm、上底2μm)の場合、隣り合う2つの凸部51の間隔は、2μm程度である。なお、凹凸構造50は、隣り合う凸部51が密着層により根元部分で互いに連結されているが、これに限るものではなく、複数の凸部51は互いに分離して形成されていてもよい。   The interval between two convex portions 51 adjacent in the Z-axis direction is, for example, 0 to 100 mm. That is, the two convex portions 51 adjacent to each other in the Z-axis direction may be arranged at a predetermined interval without contacting the bottom portion, or may be arranged with the bottom portion contacting (with an interval of zero). It is preferable that the interval between two adjacent protrusions 51 in the Z-axis direction be equal to or smaller than the bottom of the protrusion 51. As an example, in the case of the protrusions 51 of the above size (height: 10 μm, lower base: 5 μm, upper base: 2 μm), the interval between two adjacent protrusions 51 is about 2 μm. In the concavo-convex structure 50, the adjacent convex portions 51 are connected to each other at the root portion by the adhesive layer. However, the present invention is not limited to this, and the plural convex portions 51 may be formed separately from each other.

複数の凸部51の各々は、一対の側面を有する。本実施の形態において、各凸部51の断面形状は、第二基板20から第一基板10に向かう方向(Y軸マイナス方向)に沿って先細りのテーパ形状である。したがって、各凸部51の一対の側面の各々は、厚み方向に対して所定の傾斜角で傾斜する傾斜面となっており、各凸部51において一対の側面の間隔(凸部51の幅)は、第二基板20から第一基板10に向かって漸次小さくなっている。各凸部51の2つの側面の傾斜角は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。本実施の形態において、各凸部51の2つの側面の傾斜角(底角)は同じである。   Each of the plurality of convex portions 51 has a pair of side surfaces. In the present embodiment, the cross-sectional shape of each protrusion 51 is a tapered shape that tapers along the direction from the second substrate 20 toward the first substrate 10 (Y-axis minus direction). Therefore, each of the pair of side surfaces of each convex portion 51 is an inclined surface inclined at a predetermined inclination angle with respect to the thickness direction, and the interval between the pair of side surfaces in each convex portion 51 (the width of the convex portion 51). Gradually decreases from the second substrate 20 toward the first substrate 10. The inclination angles of the two side surfaces of each protrusion 51 may be the same or different. In the present embodiment, the inclination angles (base angles) of the two side surfaces of each protrusion 51 are the same.

各凸部51の一対の側面は、屈折率可変層60と接する面であり、第一基板10から入射した光は、凸部51の一対の側面で光学作用を受ける。   A pair of side surfaces of each convex portion 51 is a surface in contact with the refractive index variable layer 60, and light incident from the first substrate 10 receives an optical action on the pair of side surfaces of the convex portion 51.

具体的には、凸部51の一対の側面の各々においては、第一基板10から入射した光は、凸部51と屈折率可変層60との屈折率差に応じて、屈折して透過したり屈折せずにそのまま透過したり、あるいは、全反射したりする。つまり、凸部51の一対の側面は、凸部51と屈折率可変層60との屈折率差及び光の入射角に応じて、屈折面又は全反射面となりうる。これにより、凹凸構造50(凸部51)は、第一基板10から入射した光を配光する。   Specifically, on each of the pair of side surfaces of the convex portion 51, the light incident from the first substrate 10 is refracted and transmitted according to the refractive index difference between the convex portion 51 and the refractive index variable layer 60. It is transmitted as it is without refraction, or it is totally reflected. That is, the pair of side surfaces of the protrusion 51 can be a refraction surface or a total reflection surface depending on the difference in the refractive index between the protrusion 51 and the refractive index variable layer 60 and the angle of incidence of light. Thereby, the concave-convex structure 50 (convex portion 51) distributes the light incident from the first substrate 10.

凹凸構造50(凸部51)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等の透光性を有する樹脂材料を用いることができる。凹凸構造50は、例えばレーザ加工又はインプリント等によって形成することができる。本実施の形態において、凹凸構造50は、屈折率が約1.5のアクリル樹脂を用いて形成した。なお、凹凸構造50の屈折率は、1.5に限らない。   As a material of the concavo-convex structure 50 (convex portion 51), for example, a translucent resin material such as an acrylic resin, an epoxy resin, or a silicone resin can be used. The uneven structure 50 can be formed by, for example, laser processing or imprint. In the present embodiment, the concavo-convex structure 50 is formed using an acrylic resin having a refractive index of about 1.5. Note that the refractive index of the uneven structure 50 is not limited to 1.5.

また、凹凸構造50は、第一電極30及び第二電極40によって屈折率可変層60に電界を与えることができさえすれば、絶縁性の樹脂材料のみによって構成されていてもよいが、導電性を有していてもよい。この場合、凹凸構造50の材料は、PEDOT等の導電性高分子、又は、導電体を含む樹脂(導電体含有樹脂)等を用いることができる。   The concave-convex structure 50 may be made of only an insulating resin material as long as an electric field can be applied to the refractive index variable layer 60 by the first electrode 30 and the second electrode 40. May be provided. In this case, as the material of the uneven structure 50, a conductive polymer such as PEDOT, a resin containing a conductor (a conductor-containing resin), or the like can be used.

[屈折率可変層]
図1及び図2に示すように、屈折率可変層60は、絶縁性液体61に無数のナノ粒子が分散されたナノ粒子分散層である。本実施の形態において、絶縁性液体61には、複数種類のナノ粒子が分散されている。具体的には、絶縁性液体61には、屈折率が異なる第一ナノ粒子62aと第二ナノ粒子62bとの2種類のナノ粒子が分散されている。このように、屈折率可変層60は、絶縁性液体61と、絶縁性液体61に分散された複数の第一ナノ粒子62a及び複数の第二ナノ粒子62bとを有する。
[Refractive index variable layer]
As shown in FIGS. 1 and 2, the variable refractive index layer 60 is a nanoparticle dispersion layer in which an infinite number of nanoparticles are dispersed in an insulating liquid 61. In the present embodiment, a plurality of types of nanoparticles are dispersed in the insulating liquid 61. Specifically, two kinds of nanoparticles, that is, first nanoparticles 62a and second nanoparticles 62b having different refractive indices, are dispersed in the insulating liquid 61. As described above, the refractive index variable layer 60 includes the insulating liquid 61 and the plurality of first nanoparticles 62a and the plurality of second nanoparticles 62b dispersed in the insulating liquid 61.

絶縁性液体61は、絶縁性を有する透明な液体であり、分散質として第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bが分散される分散媒となる溶媒である。絶縁性液体61としては、例えば、屈折率(溶媒屈折率)が約1.3〜約1.5のもの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61を用いている。   The insulating liquid 61 is a transparent liquid having an insulating property, and is a solvent serving as a dispersion medium in which the first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b are dispersed as a dispersoid. As the insulating liquid 61, for example, a liquid having a refractive index (solvent refractive index) of about 1.3 to about 1.5 can be used. In the present embodiment, an insulating liquid 61 having a refractive index of about 1.4 is used.

なお、絶縁性液体61の動粘度は、100mm/s以下であるとよい。また、絶縁性液体61は、低誘電率(凹凸構造50の誘電率以下)であるとよい。具体的には、凹凸構造50の誘電率は、絶縁性液体61の誘電率よりも高い方がよい。また、絶縁性液体61は、非引火性(引火点が250℃以上の高引火点)及び低揮発性を有するとよい。具体的には、絶縁性液体61は、炭化水素(脂肪族炭化水素、ナフサ、及びその他の石油系溶剤など)、低分子量ハロゲン含有ポリマー、又は、これらの混合物等である。一例として、絶縁性液体61は、フッ化炭素水素等のハロゲン化炭素水素である。なお、絶縁性液体61としては、シリコーンオイル等を用いることもできる。 Note that the kinematic viscosity of the insulating liquid 61 is preferably 100 mm 2 / s or less. The insulating liquid 61 preferably has a low dielectric constant (less than or equal to the dielectric constant of the uneven structure 50). Specifically, the dielectric constant of the uneven structure 50 is preferably higher than the dielectric constant of the insulating liquid 61. Further, the insulating liquid 61 preferably has non-flammability (high flash point whose flash point is 250 ° C. or higher) and low volatility. Specifically, the insulating liquid 61 is a hydrocarbon (such as an aliphatic hydrocarbon, naphtha, or other petroleum-based solvent), a low-molecular-weight halogen-containing polymer, or a mixture thereof. As an example, the insulating liquid 61 is a hydrocarbon halide such as hydrogen fluoride. Note that, as the insulating liquid 61, silicone oil or the like can be used.

絶縁性液体61に分散された第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bの各々は、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、第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bの粒径は、λ/4以下であるとよい。第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bの粒径をλ/4以下にすることで、第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bでの光散乱を少なくして、第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bと絶縁性液体61との平均的な屈折率を得ることができる。なお、第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bの粒径は、小さいほどよく、好ましくは100nm以下、より好ましくは、数nm〜数十nmである。   Each of the first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b dispersed in the insulating liquid 61 is a fine particle having a nano-order size. Specifically, assuming that the wavelength of the incident light is λ, the particle size of the first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b is preferably λ / 4 or less. By reducing the particle size of the first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b to λ / 4 or less, light scattering at the first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b is reduced, and the first nanoparticles 62a and the An average refractive index between the second nanoparticles 62b and the insulating liquid 61 can be obtained. Note that the smaller the particle size of the first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b, the better, preferably 100 nm or less, more preferably several nm to several tens nm.

第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bは、帯電している荷電粒子である。第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bは、同じ極性で帯電している。つまり、第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bは、いずれもプラス(正)に帯電しているか、いずれもマイナス(負)に帯電している。本実施の形態において、第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bは、いずれもプラスに帯電している。   The first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b are charged charged particles. The first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b are charged with the same polarity. That is, the first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b are both positively (positively) charged or both are negatively (negatively) charged. In the present embodiment, the first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b are both positively charged.

第一ナノ粒子62aは、第一ナノ粒子62aの材料自身が電荷を有することで帯電していてもよいし、第一ナノ粒子62aの表面を修飾したり絶縁性液体61に第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bを分散させた後の絶縁性液体61を含めた屈折率可変層60全体のPHを調整したりすることによって帯電していてもよい。なお、第二ナノ粒子62bにつても同様である。   The first nanoparticle 62a may be charged by the material itself of the first nanoparticle 62a having an electric charge, or the surface of the first nanoparticle 62a may be modified or the first nanoparticle 62a may be added to the insulating liquid 61. It may be charged by adjusting the PH of the entire refractive index variable layer 60 including the insulating liquid 61 after the dispersion of the second nanoparticles 62b. The same applies to the second nanoparticles 62b.

第一ナノ粒子62aの帯電量と第二ナノ粒子62bの帯電量とは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。本実施の形態において、第一ナノ粒子62aの帯電量と第二ナノ粒子62bの帯電量とは、同じである。   The charge amount of the first nanoparticles 62a and the charge amount of the second nanoparticles 62b may be the same or different. In the present embodiment, the charge amount of the first nanoparticles 62a and the charge amount of the second nanoparticles 62b are the same.

第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bは、いずれも高屈折率材料によって構成されている。具体的には、第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bの屈折率は、いずれも絶縁性液体61の屈折率よりも高い。本実施の形態において、第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bの屈折率は、凹凸構造50の屈折率よりも高い。   Each of the first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b is made of a high refractive index material. Specifically, the refractive indices of the first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b are both higher than the refractive index of the insulating liquid 61. In the present embodiment, the refractive indexes of the first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b are higher than the refractive index of the concavo-convex structure 50.

また、上述のように、第一ナノ粒子62aと第二ナノ粒子62bとは屈折率が異なっている。この場合、第二ナノ粒子62bの屈折率は、第一ナノ粒子62aの屈折率よりも高くても低くてもよいが、本実施の形態では、第二ナノ粒子62bの屈折率は、第一ナノ粒子62aの屈折率よりも高い。   In addition, as described above, the first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b have different refractive indexes. In this case, the refractive index of the second nanoparticles 62b may be higher or lower than the refractive index of the first nanoparticles 62a, but in the present embodiment, the refractive index of the second nanoparticles 62b is It is higher than the refractive index of the nanoparticles 62a.

第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bとしては、金属酸化物微粒子又は金属粒子等の無機微粒子を用いることができる。   As the first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b, inorganic fine particles such as metal oxide fine particles or metal particles can be used.

本実施の形態において、第一ナノ粒子62aは、透過率が高い材料によって構成されている。具体的には、第一ナノ粒子62aは、透明粒子である。例えば、第一ナノ粒子62aとしては、屈折率が2.13の酸化ジルコニウム(ZrO)、屈折率が1.76の酸化アルミニウム(Al)、屈折率が1.9〜2.1の酸化亜鉛(ZnO)等によって構成された透明な金属酸化物微粒子等を用いることができる。 In the present embodiment, the first nanoparticles 62a are made of a material having a high transmittance. Specifically, the first nanoparticles 62a are transparent particles. For example, the first nanoparticle 62a, zirconium oxide having a refractive index of 2.13 (ZrO 2), aluminum oxide (Al 2 O 3) having a refractive index of 1.76, the refractive index 1.9 to 2.1 Transparent metal oxide fine particles composed of zinc oxide (ZnO) or the like can be used.

一方、第二ナノ粒子62bは、第一ナノ粒子62aよりも透過率が低い材料によって構成されている。具体的には、第二ナノ粒子62bは、光を散乱反射する散乱粒子である。例えば、第二ナノ粒子62bとしては、屈折率が2.52〜2.72の酸化チタン(TiO)等によって構成された金属酸化物微粒子又は不透過の白色金属粒子を用いることができる。 On the other hand, the second nanoparticles 62b are made of a material having a lower transmittance than the first nanoparticles 62a. Specifically, the second nanoparticles 62b are scattering particles that scatter and reflect light. For example, as the second nanoparticles 62b, metal oxide fine particles or non-transparent white metal particles made of titanium oxide (TiO 2 ) having a refractive index of 2.52 to 2.72 can be used.

本実施の形態では、第一ナノ粒子62aとして、酸化ジルコニウムによって構成された透明なジルコニア粒子(酸化ジルコニウム粒子)を用いており、第二ナノ粒子62bとして、酸化チタンによって構成されたチタニア粒子(酸化チタン粒子)を用いている。   In the present embodiment, transparent zirconia particles (zirconium oxide particles) made of zirconium oxide are used as the first nanoparticles 62a, and titania particles (oxidized particles) made of titanium oxide are used as the second nanoparticles 62b. Titanium particles).

屈折率可変層60では、所望の屈折率となるように、第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bが絶縁性液体61内の全体に分散されている。本実施の形態において、屈折率可変層60全体の屈折率(平均屈折率)は、第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bが絶縁性液体61内に均一に分散された状態において、凹凸構造50の屈折率と略同一に設定されている。具体的には、屈折率可変層60全体の屈折率は、約1.5となるように調整されている。なお、屈折率可変層60全体の屈折率は、絶縁性液体61に分散する第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bの濃度(量)を調整することによって調整することができる。   In the variable refractive index layer 60, the first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b are dispersed throughout the insulating liquid 61 so as to have a desired refractive index. In the present embodiment, the refractive index (average refractive index) of the entire refractive index variable layer 60 has an uneven structure in a state where the first nanoparticles 62 a and the second nanoparticles 62 b are uniformly dispersed in the insulating liquid 61. The refractive index is set substantially equal to 50. Specifically, the refractive index of the entire refractive index variable layer 60 is adjusted to be about 1.5. The refractive index of the entire refractive index variable layer 60 can be adjusted by adjusting the concentration (amount) of the first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b dispersed in the insulating liquid 61.

ここで、図3を用いて、絶縁性液体61に第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bが分散された屈折率可変層60において、第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bの割合を変えたときの屈折率可変層60全体の屈折率について説明する。   Here, referring to FIG. 3, in the refractive index variable layer 60 in which the first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b are dispersed in the insulating liquid 61, the ratio of the first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b is determined. The refractive index of the entire refractive index variable layer 60 when changed will be described.

なお、図3では、第一ナノ粒子62aとしてジルコニア粒子を用い、第二ナノ粒子62bとしてチタニア粒子を用いたときの屈折率を示している。また、図3において、横軸は、チタニア粒子(第二ナノ粒子62b)の濃度を示しており、縦軸は、ジルコニア粒子(第一ナノ粒子62a)及びチタニア粒子(第二ナノ粒子62b)が絶縁性液体61に均一に分散された状態での平均的な屈折率を示している。また、図3では、ジルコニア粒子とチタニア粒子との混合分散液における全体粒子の濃度(体積濃度)を、30vol%で一定にしている。したがって、チタニア粒子が30vol%の場合は、ジルコニア粒子が含まれていないことになる。   FIG. 3 shows the refractive index when zirconia particles are used as the first nanoparticles 62a and titania particles are used as the second nanoparticles 62b. In FIG. 3, the horizontal axis represents the concentration of titania particles (second nanoparticles 62b), and the vertical axis represents zirconia particles (first nanoparticles 62a) and titania particles (second nanoparticles 62b). It shows an average refractive index in a state of being uniformly dispersed in the insulating liquid 61. In FIG. 3, the concentration (volume concentration) of the whole particles in the mixed dispersion of zirconia particles and titania particles is fixed at 30 vol%. Therefore, when the content of the titania particles is 30 vol%, no zirconia particles are contained.

図3に示すように、ジルコニア粒子(第一ナノ粒子62a)とチタニア粒子(第二ナノ粒子62b)とを混合することで、ジルコニア粒子及びチタニア粒子を混合させたときの粒子全体の濃度をそれほど高くしなくても、比較的に高い屈折率を有する混合分散液(屈折率可変層60)を実現できることが分かる。   As shown in FIG. 3, by mixing the zirconia particles (first nanoparticles 62 a) and the titania particles (second nanoparticles 62 b), the concentration of the whole particles when the zirconia particles and the titania particles are mixed is not so large. It can be seen that a mixed dispersion having a relatively high refractive index (refractive index variable layer 60) can be realized without increasing the refractive index.

なお、図3では、ジルコニア粒子とチタニア粒子との混合分散液の屈折率は、1.6よりも大きい場合しか図示されていないが、この混合分散液を希釈化してジルコニア粒子及びチタニア粒子の粒子全体の濃度を下げることで、ジルコニア粒子及びチタニア粒子の両方を含んでいても、屈折率が1.6以下(例えば1.5等)の混合分散液を得ることができる。つまり、屈折率が1.6よりも大きい屈折率可変層60だけではなく、屈折率が1.6以下の屈折率可変層60を実現することができる。   FIG. 3 shows only the case where the refractive index of the mixed dispersion of zirconia particles and titania particles is larger than 1.6, but the mixed dispersion is diluted to obtain particles of zirconia particles and titania particles. By lowering the overall concentration, a mixed dispersion having a refractive index of 1.6 or less (for example, 1.5 or the like) can be obtained even when both the zirconia particles and the titania particles are included. That is, not only the refractive index variable layer 60 whose refractive index is larger than 1.6 but also the refractive index variable layer 60 whose refractive index is 1.6 or less can be realized.

また、第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bを絶縁性液体61中に泳動させて屈折率を変化させるとの観点(応答性の観点)からは、屈折率可変層60の粘度は、100mPa・s程度であるとよい。この場合、屈折率可変層60全体の第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bの濃度は、30%以下、より好ましくは、25%以上30%以下にするとよい。   From the viewpoint of changing the refractive index by causing the first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b to migrate in the insulating liquid 61 (response), the viscosity of the refractive index variable layer 60 is 100 mPa.・ It is good to be about s. In this case, the concentration of the first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b in the entire refractive index variable layer 60 is preferably 30% or less, more preferably 25% or more and 30% or less.

また、屈折率可変層60のヘイズを抑制するとの観点では、透明粒子である第一ナノ粒子62aの濃度の方が、散乱粒子である第二ナノ粒子62bの濃度よりも大きい方がよい。つまり、屈折率可変層60に混合される第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62については、第一ナノ粒子62aの割合の方が高い方がよい。   Further, from the viewpoint of suppressing the haze of the refractive index variable layer 60, it is preferable that the concentration of the first nanoparticles 62a as the transparent particles is higher than the concentration of the second nanoparticles 62b as the scattering particles. That is, as for the first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62 mixed in the refractive index variable layer 60, it is better that the ratio of the first nanoparticles 62a is higher.

このように構成された屈折率可変層60は、凹凸構造50と第二電極40との間に配置されている。具体的には、屈折率可変層60は凹凸構造50に接している。つまり、屈折率可変層60における凹凸構造50の凹凸表面との接触面は、屈折率可変層60と凹凸構造50の凹凸表面との界面である。なお、屈折率可変層60は、第二電極40にも接しているが、屈折率可変層60と第二電極40との間に他の層(膜)が介在していてもよい。   The refractive index variable layer 60 thus configured is disposed between the concave-convex structure 50 and the second electrode 40. Specifically, the refractive index variable layer 60 is in contact with the uneven structure 50. That is, the contact surface of the variable refractive index layer 60 with the uneven surface of the uneven structure 50 is the interface between the variable refractive index layer 60 and the uneven surface of the uneven structure 50. Although the variable refractive index layer 60 is also in contact with the second electrode 40, another layer (film) may be interposed between the variable refractive index layer 60 and the second electrode 40.

また、屈折率可変層60は、第一電極30と第二電極40との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60は、第一電極30と第二電極40との間に配置されており、第一電極30と第二電極40との間に電圧が印加されることによって屈折率可変層60に電界が与えられる。例えば、第一電極30と第二電極40との間には直流電圧が印加される。   The refractive index of the refractive index variable layer 60 changes according to the voltage applied between the first electrode 30 and the second electrode 40. Specifically, the refractive index variable layer 60 is disposed between the first electrode 30 and the second electrode 40, and a voltage is applied between the first electrode 30 and the second electrode 40. An electric field is applied to the variable refractive index layer 60. For example, a DC voltage is applied between the first electrode 30 and the second electrode 40.

絶縁性液体61中に分散する第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bは帯電しているので、屈折率可変層60に電界が与えられると、第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bは、電界分布にしたがって絶縁性液体61中を泳動し、絶縁性液体61内で偏在する。なお、本実施の形態において、第一ナノ粒子62aと第二ナノ粒子62bとの帯電量及び粒径がほぼ同じであるので、屈折率可変層60に電界が与えられると、第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bは、同じ挙動で絶縁性液体61内を泳動する。つまり、第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bの一方が遅れて泳動することがない。   Since the first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b dispersed in the insulating liquid 61 are charged, when an electric field is applied to the refractive index variable layer 60, the first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b become , Migrates in the insulating liquid 61 according to the electric field distribution and is unevenly distributed in the insulating liquid 61. In the present embodiment, since the charge amount and the particle size of the first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b are substantially the same, when an electric field is applied to the refractive index variable layer 60, the first nanoparticles 62a The second nanoparticles 62b migrate in the insulating liquid 61 with the same behavior. That is, one of the first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b does not migrate with a delay.

そして、第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bが絶縁性液体61内で偏在すると、屈折率可変層60内の第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bの粒子分布が変化するので、屈折率可変層60内に第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bの濃度分布を持たせることができる。この結果、屈折率可変層60内の屈折率分布が変化する。つまり、屈折率可変層60の屈折率が部分的に変化する。このように、屈折率可変層60は、主に可視光領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。   When the first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b are unevenly distributed in the insulating liquid 61, the particle distributions of the first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b in the refractive index variable layer 60 change, so that refraction occurs. The concentration distribution of the first nanoparticles 62 a and the second nanoparticles 62 b can be provided in the rate variable layer 60. As a result, the refractive index distribution in the refractive index variable layer 60 changes. That is, the refractive index of the refractive index variable layer 60 partially changes. As described above, the refractive index variable layer 60 functions as a refractive index adjusting layer that can mainly adjust the refractive index for light in the visible light region.

このように構成される屈折率可変層60は、第一積層基板100と第二積層基板200との間に配置されている。具体的には、第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bが分散された絶縁性液体61が第一積層基板100と第二積層基板200との間に封止されている。   The variable refractive index layer 60 thus configured is disposed between the first laminated substrate 100 and the second laminated substrate 200. Specifically, the insulating liquid 61 in which the first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b are dispersed is sealed between the first laminated substrate 100 and the second laminated substrate 200.

屈折率可変層60の厚さ(つまり、第一積層基板100と第二積層基板200とのギャップ)は、例えば1μm〜1mmであるが、これに限るものではない。一例として、凹凸構造50の凸部51の高さが10μmである場合、屈折率可変層60の厚さは、例えば40μmである。   The thickness of the variable refractive index layer 60 (that is, the gap between the first laminated substrate 100 and the second laminated substrate 200) is, for example, 1 μm to 1 mm, but is not limited thereto. As an example, when the height of the protrusion 51 of the uneven structure 50 is 10 μm, the thickness of the variable refractive index layer 60 is, for example, 40 μm.

[光学デバイスの製造方法]
次に、光学デバイス1の製造方法について、図1及び図2を参照しながら説明する。
[Method of Manufacturing Optical Device]
Next, a method for manufacturing the optical device 1 will be described with reference to FIGS.

まず、第一基板10として例えばPET基板を用いて、PET基板の上に第一電極30としてITO膜を形成し、ITO膜の上にアクリル樹脂(屈折率1.5)によって構成された複数の凸部51からなる凹凸構造50をインプリント法により形成することで第一積層基板100を作製する。   First, for example, a PET substrate is used as the first substrate 10, an ITO film is formed as the first electrode 30 on the PET substrate, and a plurality of acrylic films (refractive index: 1.5) are formed on the ITO film. The first laminated substrate 100 is manufactured by forming the concave-convex structure 50 including the convex portions 51 by an imprint method.

次に、第二基板20として例えばPET基板を用いて、PET基板の上にITO膜からなる第二電極40を形成することで、第二積層基板200を作製する。   Next, using a PET substrate as the second substrate 20, for example, the second electrode 40 made of an ITO film is formed on the PET substrate, thereby manufacturing the second laminated substrate 200.

次に、第一積層基板100と第二積層基板200との間に、屈折率可変層60として、第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bが分散された絶縁性液体61を充填するとともに、第一積層基板100と第二積層基板200との外周部分を接合することで第一積層基板100と第二積層基板200との間に屈折率可変層60を封止する。   Next, between the first laminated substrate 100 and the second laminated substrate 200, as the refractive index variable layer 60, while filling the insulating liquid 61 in which the first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b are dispersed, By joining the outer peripheral portions of the first laminated substrate 100 and the second laminated substrate 200, the variable refractive index layer 60 is sealed between the first laminated substrate 100 and the second laminated substrate 200.

このようにして、図1に示される構造の光学デバイス1を製造することができる。   Thus, the optical device 1 having the structure shown in FIG. 1 can be manufactured.

[光学デバイスの光学作用]
次に、実施の形態に係る光学デバイス1の光学作用について、図4A〜図4Cを用いて説明する。図4Aは、実施の形態に係る光学デバイス1の第一光学作用を説明するための図であり、図4Bは、同光学デバイス1の第二光学作用を説明するための図であり、図4Cは、同光学デバイス1の第三光学作用を説明するための図である。
[Optical action of optical device]
Next, the optical action of the optical device 1 according to the embodiment will be described with reference to FIGS. 4A to 4C. FIG. 4A is a view for explaining a first optical action of the optical device 1 according to the embodiment, and FIG. 4B is a view for explaining a second optical action of the optical device 1; FIG. 3 is a diagram for explaining a third optical action of the optical device 1.

光学デバイス1は、例えば建物の窓に設置することによって配光制御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、粘着層を介して建物の窓に貼り合わされる。この場合、凹凸構造50の凸部51の長手方向が水平方向となるように光学デバイス1を窓に設置する。窓に設置された光学デバイス1には、例えば太陽光が入射する。本実施の形態では、凹凸構造50が設けられた第一基板10が光入射側(建物の外側)に位置するように光学デバイス1を設置しているので、光学デバイス1は、第一基板10から入射した光(太陽光)を透過して、第二基板20から光学デバイス1の建物の内側(例えば室内)に出射させることができる。   The optical device 1 can be realized as a window with a light distribution control function, for example, by being installed in a window of a building. The optical device 1 is attached to a window of a building via an adhesive layer, for example. In this case, the optical device 1 is installed on the window such that the longitudinal direction of the convex portion 51 of the concave-convex structure 50 is horizontal. For example, sunlight enters the optical device 1 installed in the window. In the present embodiment, the optical device 1 is installed such that the first substrate 10 provided with the uneven structure 50 is located on the light incident side (outside of the building). The light (sunlight) that has entered from above can be transmitted and emitted from the second substrate 20 to the inside of the building of the optical device 1 (for example, indoors).

このとき、光学デバイス1に入射した光は、光学デバイス1を透過する際に光学デバイス1から光学作用を受ける。具体的には、光学デバイス1は、屈折率可変層60の屈折率の変化によって光学作用が変化する。このため、光学デバイス1に入射した光は、屈折率可変層60の屈折率に応じて異なる光学作用を受けることになり、屈折率可変層60の屈折率に応じて進行方向が制御される。   At this time, the light incident on the optical device 1 receives an optical action from the optical device 1 when transmitting the optical device 1. Specifically, the optical device 1 changes its optical action by a change in the refractive index of the refractive index variable layer 60. For this reason, the light incident on the optical device 1 receives a different optical action according to the refractive index of the variable refractive index layer 60, and the traveling direction is controlled according to the refractive index of the variable refractive index layer 60.

本実施の形態において、光学デバイス1は、第一電極30と第二電極40との間に印加される電圧に応じて、光学デバイス1に入射する光の進行方向を制御することができる。具体的には、第一電極30と第二電極40との間に印加される電圧に応じて、屈折率可変層60(ナノ粒子分散層)における第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bの粒子分布が変化し、これにより、屈折率可変層60の屈折率が部分的に変化する。この結果、光学デバイス1の光学作用が変化する。以下、光学デバイス1の光学作用について詳細に説明する。   In the present embodiment, the optical device 1 can control the traveling direction of light incident on the optical device 1 according to the voltage applied between the first electrode 30 and the second electrode 40. Specifically, depending on the voltage applied between the first electrode 30 and the second electrode 40, the first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b in the refractive index variable layer 60 (nanoparticle dispersion layer) are changed. The particle distribution changes, which causes the refractive index of the refractive index variable layer 60 to partially change. As a result, the optical action of the optical device 1 changes. Hereinafter, the optical action of the optical device 1 will be described in detail.

まず、図4Aを用いて、光学デバイス1の第一光学作用を説明する。第一電極30及び第二電極40に電位が与えられていない場合、つまり、第一電極30と第二電極40との間に電圧が印加されていない場合(電圧無印加時の場合)、光学デバイス1は、第一光学モードとなり、入射した光に対して第一光学作用を与える。   First, the first optical action of the optical device 1 will be described with reference to FIG. 4A. When no potential is applied to the first electrode 30 and the second electrode 40, that is, when no voltage is applied between the first electrode 30 and the second electrode 40 (when no voltage is applied), The device 1 is in a first optical mode, and gives a first optical action to incident light.

第一光学モードでは、屈折率可変層60に電界が与えられないので、図4Aに示すように、屈折率可変層60において、第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bは、絶縁性液体61全体にわたって分散された状態になっている。つまり、第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bは、絶縁性液体61内において等分散状態になっている。   In the first optical mode, no electric field is applied to the refractive index variable layer 60, and therefore, as shown in FIG. 4A, in the refractive index variable layer 60, the first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b It is distributed throughout. That is, the first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b are in a uniform dispersion state in the insulating liquid 61.

このとき、本実施の形態では、上記のように、第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bが絶縁性液体61全体に分散された状態での屈折率可変層60の屈折率は、図4Aに示すように屈折率可変層60全体で一様(一定)で、約1.5である。また、凹凸構造50の屈折率が約1.5である。したがって、第一電極30と第二電極40との間に電圧が印加されていない場合(第一光学モードの場合)、屈折率可変層60全体の屈折率が凹凸構造50の屈折率と略同一となる。この結果、凹凸構造50(凸部51)と屈折率可変層60との間の屈折率差がほぼなくなる(屈折率差Δn≒0)。   At this time, in the present embodiment, as described above, the refractive index of the refractive index variable layer 60 in a state where the first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b are dispersed throughout the insulating liquid 61 is as shown in FIG. As shown in the figure, the refractive index is uniform (constant) throughout the variable refractive index layer 60 and is about 1.5. The refractive index of the concave-convex structure 50 is about 1.5. Therefore, when no voltage is applied between the first electrode 30 and the second electrode 40 (in the case of the first optical mode), the refractive index of the entire refractive index variable layer 60 is substantially the same as the refractive index of the uneven structure 50. Becomes As a result, the refractive index difference between the concave-convex structure 50 (convex portion 51) and the refractive index variable layer 60 almost disappears (refractive index difference Δn ≒ 0).

この場合、図4Aに示すように、光学デバイス1に対して斜め方向から光Lが入射すると、凹凸構造50(凸部51)と屈折率可変層60との界面には屈折率差がないので、光学デバイス1に入射した光Lは、屈折率可変層60と凸部51の側面との界面では屈折されずに進行方向が変わらない。このため、第一光学モードでは、光学デバイス1に入射した光Lは、光学デバイス1で進行方向が曲げられることなく、光学デバイス1内をそのまま直進して光学デバイス1の外部に出射する。   In this case, as shown in FIG. 4A, when light L enters the optical device 1 from an oblique direction, there is no difference in the refractive index at the interface between the concave / convex structure 50 (the convex portion 51) and the refractive index variable layer 60. The light L incident on the optical device 1 is not refracted at the interface between the refractive index variable layer 60 and the side surface of the convex portion 51 and does not change its traveling direction. For this reason, in the first optical mode, the light L incident on the optical device 1 travels straight through the optical device 1 and exits the optical device 1 without being bent in the optical device 1.

このように、第一電極30と第二電極40との間に電圧が印加されていない場合、光学デバイス1は、光学デバイス1に入射する光を直進透過させる。具体的には、光学デバイス1は、第一基板10に入射された光を直進させて第二基板20を透過させる。つまり、第一光学モードは透明モードであり、第一光学モードにおいて、光学デバイス1は透明状態になっている。この場合、第一基板10に入射した光は、光学デバイス1によって配光されることなく直進透過して第二基板20から出射する。   As described above, when no voltage is applied between the first electrode 30 and the second electrode 40, the optical device 1 transmits the light incident on the optical device 1 in a straight line. Specifically, the optical device 1 allows the light incident on the first substrate 10 to travel straight and transmits through the second substrate 20. That is, the first optical mode is a transparent mode, and in the first optical mode, the optical device 1 is in a transparent state. In this case, the light that has entered the first substrate 10 passes straight through without being distributed by the optical device 1 and exits from the second substrate 20.

なお、詳細は図示していないが、第一基板10の光入射側の界面、第一基板10と第一電極30との界面、第一電極30と凹凸構造50との界面、屈折率可変層60と第二電極40との界面、第二電極40と第二基板20との界面、又は、第二基板20の光出射側の界面等、各部材間の界面で屈折率差が存在する箇所においては、第一基板10から入射した光は、その界面で屈折することになる。ただし、第一基板10及び第二基板20が同じ材料(つまり屈折率が同じ)であり、また、第一電極30及び第二電極40が同じ材料(つまり屈折率が同じ)である。このため、第一基板10から入射して第二基板20から出射する光は、第一光学モード(透明モード)においては、第一基板10に入射するときの入射角と第二基板20から出射するときの出射角とは同じになる。つまり、光Lが光学デバイス1に入射する前と光Lが光学デバイス1から出射した後とでは、光Lの進行方向の角度は変化しない。   Although not shown in detail, an interface on the light incident side of the first substrate 10, an interface between the first substrate 10 and the first electrode 30, an interface between the first electrode 30 and the uneven structure 50, a refractive index variable layer Where there is a difference in the refractive index at the interface between the members, such as the interface between 60 and the second electrode 40, the interface between the second electrode 40 and the second substrate 20, or the interface on the light emission side of the second substrate 20 In, the light incident from the first substrate 10 is refracted at the interface. However, the first substrate 10 and the second substrate 20 are made of the same material (that is, the same refractive index), and the first electrode 30 and the second electrode 40 are made of the same material (that is, the same refractive index). For this reason, in the first optical mode (transparent mode), the light incident from the first substrate 10 and emitted from the second substrate 20 is incident on the first substrate 10 and emitted from the second substrate 20. Is the same as the emission angle. That is, the angle in the traveling direction of the light L does not change before the light L enters the optical device 1 and after the light L exits from the optical device 1.

また、第一光学モードにおいて、屈折率可変層60全体の屈折率と凹凸構造50の屈折率とが略同一とは、屈折率可変層60と凹凸構造50との屈折率差が0.01以下、より好ましくは0.005以下のことである(Δn≦0.005)。屈折率可変層60及び凹凸構造50の屈折率差が0.005を超えると、屈折率可変層60と凹凸構造50との界面で光が散乱し、ヘイズが発生するおそれがある。   In the first optical mode, the refractive index of the entire refractive index variable layer 60 and the refractive index of the concavo-convex structure 50 are substantially the same if the refractive index difference between the variable refractive index layer 60 and the concavo-convex structure 50 is 0.01 or less. , More preferably 0.005 or less (Δn ≦ 0.005). If the refractive index difference between the variable refractive index layer 60 and the uneven structure 50 exceeds 0.005, light may be scattered at the interface between the variable refractive index layer 60 and the uneven structure 50, and haze may be generated.

次に、図4Bを用いて、光学デバイス1の第二光学作用を説明する。第一電極30と第二電極40との間に第一電圧が印加された場合(第一電圧印加時の場合)、光学デバイス1は、第二光学モードとなり、入射した光に対して第二光学作用を与える。具体的には、第一電極30と第二電極40との間には直流電圧が印加される。この場合、第一電極30と第二電極40との間に印加する電圧(電位差)は、例えば数V〜数十V程度(例えば20V)である。   Next, a second optical operation of the optical device 1 will be described with reference to FIG. 4B. When the first voltage is applied between the first electrode 30 and the second electrode 40 (when the first voltage is applied), the optical device 1 enters the second optical mode, and the second mode is applied to the incident light. Gives optical action. Specifically, a DC voltage is applied between the first electrode 30 and the second electrode 40. In this case, the voltage (potential difference) applied between the first electrode 30 and the second electrode 40 is, for example, about several V to several tens V (for example, 20 V).

第二光学モードでは、第一電極30と第二電極40との間に直流電圧が印加されることで屈折率可変層60に電界が与えられるので、屈折率可変層60では、帯電した第一ナノ粒子62aがその電界分布にしたがって絶縁性液体61内を泳動する。つまり、第一ナノ粒子62aは、絶縁性液体61内を電気泳動する。   In the second optical mode, an electric field is applied to the variable refractive index layer 60 by applying a DC voltage between the first electrode 30 and the second electrode 40. The nanoparticles 62a migrate in the insulating liquid 61 according to the electric field distribution. That is, the first nanoparticles 62 a electrophoreses inside the insulating liquid 61.

具体的には、第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bがプラスに帯電している場合、図4Bに示すように、第一電極30にマイナス電位を印加し、第二電極40にプラス電位を印加すると、プラスに帯電した第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bは、第一電極30に向かって泳動し、屈折率可変層60内の凹凸構造50側に凝集されて偏在する。このとき、第一電極30に向かって泳動する第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bは、凹凸構造50の凹部、つまり隣り合う2つの凸部51の間の領域に入り込んで集積していき、凹凸構造50の凹部の第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bの濃度が増加する。   Specifically, when the first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b are positively charged, a negative potential is applied to the first electrode 30 and a positive potential is applied to the second electrode 40, as shown in FIG. 4B. Is applied, the positively charged first nanoparticles 62a and second nanoparticles 62b migrate toward the first electrode 30 and are aggregated and unevenly distributed on the concave-convex structure 50 side in the refractive index variable layer 60. At this time, the first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b migrating toward the first electrode 30 enter the concave portion of the concavo-convex structure 50, that is, the region between the two adjacent convex portions 51, and are accumulated. The concentration of the first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b in the concave portions of the concave-convex structure 50 increases.

このように、第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bが屈折率可変層60内の凹凸構造50側に偏在することで、第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bの粒子分布が変化し、屈折率可変層60内の屈折率分布が一様ではなくなる。具体的には、屈折率可変層60内には、第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bが集まってきて第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bの濃度が高くなった凹凸構造50側の第一領域60a(高濃度領域)と、第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bが無くなっていって第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bの濃度が低くなった第二電極40側の第二領域60b(低濃度領域)とが発生する。   As described above, since the first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b are unevenly distributed on the concave-convex structure 50 side in the refractive index variable layer 60, the particle distribution of the first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b is changed. In addition, the refractive index distribution in the refractive index variable layer 60 is not uniform. Specifically, in the refractive index variable layer 60, the first nanoparticle 62a and the second nanoparticle 62b are gathered and the concentration of the first nanoparticle 62a and the second nanoparticle 62b is increased, and the uneven structure 50 side Of the first electrode 60a (high-concentration area) and the second electrode 40 side where the first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b are eliminated and the concentrations of the first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b are reduced. And the second region 60b (low concentration region).

この場合、第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bの屈折率が絶縁性液体61の屈折率よりも高いので、屈折率可変層60の凹凸構造50側の第一領域60aの屈折率は、屈折率可変層60の第二電極40側の第二領域60bの屈折率よりも高くなる。したがって、屈折率可変層60内には、凹凸構造50側の高屈折率の第一領域60aと、第二電極40側の低屈折率の第二領域60bとが発生する。   In this case, since the refractive index of the first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b is higher than the refractive index of the insulating liquid 61, the refractive index of the first region 60a on the concave-convex structure 50 side of the refractive index variable layer 60 is: It becomes higher than the refractive index of the second region 60b of the refractive index variable layer 60 on the second electrode 40 side. Accordingly, in the refractive index variable layer 60, a first region 60a having a high refractive index on the concave-convex structure 50 side and a second region 60b having a low refractive index on the second electrode 40 side are generated.

本実施の形態では、電圧無印加時の屈折率可変層60全体の屈折率が約1.5であるので、第一電圧印加時において、屈折率可変層60の凹凸構造50側の第一領域60aの屈折率は、厚み方向に約1.8〜約1.5で分布し、また、屈折率可変層60の第二電極40側の第二領域60bの屈折率は厚み方向に約1.5〜約1.4で分布する。   In the present embodiment, since the refractive index of the entire refractive index variable layer 60 when no voltage is applied is about 1.5, the first region on the concave-convex structure 50 side of the variable refractive index layer 60 when the first voltage is applied. The refractive index of the second region 60b on the side of the second electrode 40 of the variable refractive index layer 60 has a refractive index of about 1.8 in the thickness direction. 5 to about 1.4.

これにより、上記のように、凹凸構造50の屈折率は約1.5であるので、第二光学モードの場合(第一電極30と第二電極40との間に第一電圧が印加されている場合)、凹凸構造50の屈折率(約1.5)と屈折率可変層60の凹凸構造50側の第一領域60aの屈折率(約1.5〜約1.8)との間には屈折率差が生じる。   Thereby, as described above, since the refractive index of the uneven structure 50 is about 1.5, in the case of the second optical mode (the first voltage is applied between the first electrode 30 and the second electrode 40). ), Between the refractive index (about 1.5) of the uneven structure 50 and the refractive index (about 1.5 to about 1.8) of the first region 60a of the refractive index variable layer 60 on the uneven structure 50 side. Causes a refractive index difference.

この場合、図4Bに示すように、光学デバイス1に対して斜め方向から光Lが入射すると、凹凸構造50(凸部51)と屈折率可変層60との界面には屈折率差があるので、光Lは、凸部51の下側の側面と屈折率可変層60との界面で屈折してから、下隣りの凸部51の上側の側面と屈折率可変層60との界面で全反射し、跳ね返る方向に進行方向が曲げられて光学デバイス1の外部に出射する。つまり、光学デバイス1に入射した光Lは、光学デバイス1によって、電圧無印加時とは異なる角度で配光される。   In this case, as shown in FIG. 4B, when light L enters the optical device 1 from an oblique direction, there is a difference in the refractive index at the interface between the concavo-convex structure 50 (the convex portion 51) and the refractive index variable layer 60. The light L is refracted at the interface between the lower side surface of the convex portion 51 and the refractive index variable layer 60, and then is totally reflected at the interface between the upper side surface of the lower adjacent convex portion 51 and the refractive index variable layer 60. Then, the traveling direction is bent in the direction in which the optical device 1 rebounds and is emitted to the outside of the optical device 1. That is, the light L incident on the optical device 1 is distributed by the optical device 1 at an angle different from that when no voltage is applied.

このように、第一電極30と第二電極40との間に第一電圧が印加されている場合、光学デバイス1は、第一基板10に入射する光を配光して第二基板20を透過させる。つまり、第二光学モードは配光モードであり、第二光学モードにおいて、光学デバイス1は第一配光状態になっている。この場合、第一基板10に入射した光は、上記のように、光学デバイス1の凹凸構造50で反射させられて進行方向が変化して第二基板20から出射する。つまり、第二光学モードにおいて、光学デバイス1は、光学デバイス1に入射する光を第一角度で配光させる。   As described above, when the first voltage is applied between the first electrode 30 and the second electrode 40, the optical device 1 distributes light incident on the first substrate 10 and causes the second substrate 20 to disperse. Let through. That is, the second optical mode is a light distribution mode, and in the second optical mode, the optical device 1 is in the first light distribution state. In this case, the light incident on the first substrate 10 is reflected by the concave-convex structure 50 of the optical device 1, changes its traveling direction, and exits from the second substrate 20 as described above. That is, in the second optical mode, the optical device 1 distributes light incident on the optical device 1 at the first angle.

なお、詳細は図示していないが、第二光学モードの場合も、第一基板10の光入射側の界面、第一基板10と第一電極30との界面、第一電極30と凹凸構造50との界面、屈折率可変層60と第二電極40との界面、第二電極40と第二基板20との界面、又は、第二基板20の光出射側の界面等、各部材間の界面で屈折率差が存在する箇所においては、上記同様に、第一基板10から入射した光は、その界面で屈折することになる。   Although not shown in detail, also in the case of the second optical mode, the interface on the light incident side of the first substrate 10, the interface between the first substrate 10 and the first electrode 30, the first electrode 30 and the concavo-convex structure 50 , An interface between the variable refractive index layer 60 and the second electrode 40, an interface between the second electrode 40 and the second substrate 20, or an interface on the light emission side of the second substrate 20. As described above, in a portion where the refractive index difference exists, the light incident from the first substrate 10 is refracted at the interface.

また、第一電極30と第二電極40とに印加する電位をゼロにして電圧無印加状態にすると、第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bは絶縁性液体61内を泳動し、図4Aに示すように、第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bが絶縁性液体61全体にわたって均一に分散された状態に戻る。   Further, when the potential applied to the first electrode 30 and the second electrode 40 is set to zero and no voltage is applied, the first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b migrate in the insulating liquid 61, and FIG. As shown in (1), the first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b return to a state in which they are uniformly dispersed throughout the insulating liquid 61.

一方、第一電極30と第二電極40との間に第一電圧とは逆電圧(逆バイアス)の第二電圧が印加された場合(第二電圧印加時の場合)、光学デバイス1は、第一光学モード(電圧無印加時)及び第二光学モード(第一電圧印加時)とは異なる第三光学モードとなり、入射した光に対して第三光学作用を与える。   On the other hand, when a second voltage having a reverse voltage (reverse bias) to the first voltage is applied between the first electrode 30 and the second electrode 40 (when a second voltage is applied), the optical device 1 The third optical mode is different from the first optical mode (when no voltage is applied) and the second optical mode (when the first voltage is applied), and gives a third optical action to incident light.

以下、図4Cを用いて、光学デバイス1の第三光学作用について説明する。第一電極30と第二電極40との間に第一電圧とは逆電圧の第二電圧が印加された場合(第二電圧印加時の場合)、光学デバイス1は、第三光学モードとなり、入射した光に対して第三光学作用を与える。具体的には、第一電極30と第二電極40との間には、第二電圧として、第一電圧とは逆バイアスとなる直流電圧が印加される。例えば、第一電圧が+20Vである場合、第二電圧は−20Vである。   Hereinafter, the third optical action of the optical device 1 will be described with reference to FIG. 4C. When a second voltage opposite to the first voltage is applied between the first electrode 30 and the second electrode 40 (when a second voltage is applied), the optical device 1 enters the third optical mode, A third optical action is given to the incident light. Specifically, a DC voltage having a reverse bias to the first voltage is applied as a second voltage between the first electrode 30 and the second electrode 40. For example, if the first voltage is + 20V, the second voltage is -20V.

第三光学モードでも、第二光学モードと同様に、第一電極30と第二電極40との間に印加された電圧に応じて屈折率可変層60に電界が与えられるので、屈折率可変層60では、帯電した第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bがその電界分布にしたがって絶縁性液体61内を電気泳動する。   In the third optical mode, similarly to the second optical mode, an electric field is applied to the refractive index variable layer 60 according to the voltage applied between the first electrode 30 and the second electrode 40. At 60, the charged first nanoparticles 62a and second nanoparticles 62b electrophorese in the insulating liquid 61 according to the electric field distribution.

具体的には、図4Cに示すように、第一電極30にプラス電位を印加し、第二電極40にマイナス電位を印加すると、プラスに帯電した第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bは、第二電極40に向かって泳動し、屈折率可変層60内の第二電極40側に凝集されて偏在する。   Specifically, as shown in FIG. 4C, when a positive potential is applied to the first electrode 30 and a negative potential is applied to the second electrode 40, the positively charged first nanoparticles 62a and second nanoparticles 62b become , Migrate toward the second electrode 40, and are aggregated and unevenly distributed on the second electrode 40 side in the refractive index variable layer 60.

このように、第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bが屈折率可変層60内の第二電極40側に偏在することで、第一ナノ粒子62aの粒子分布が変化し、屈折率可変層60内の屈折率分布が一様ではなくなる。具体的には、屈折率可変層60内には、第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bが集まってきて第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bの濃度が高くなった第二電極40側の第一領域60a(高濃度領域)と、第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bが無くなっていって第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bの濃度が低くなった凹凸構造50側の第二領域60b(低濃度領域)とが発生する。   As described above, since the first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b are unevenly distributed on the second electrode 40 side in the refractive index variable layer 60, the particle distribution of the first nanoparticles 62a changes, and the refractive index variable layer The refractive index distribution in 60 becomes non-uniform. Specifically, the second electrode 40 in which the first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b are gathered in the refractive index variable layer 60 and the concentration of the first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b is increased. Region 60a (high-concentration region) and the uneven structure 50 side where the first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b are eliminated and the concentrations of the first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b are reduced. And the second region 60b (low concentration region).

この場合、第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bの屈折率が絶縁性液体61の屈折率よりも高いので、屈折率可変層60の第二電極40側の第一領域60aの屈折率は、屈折率可変層60の凹凸構造50側の第二領域60bの屈折率よりも高くなる。言い換えると、屈折率可変層60の凹凸構造50側の第二領域60bの屈折率は、屈折率可変層60の第二電極40側の第一領域60aの屈折率よりも低くなる。したがって、屈折率可変層60内には、第二電極40側の高屈折率の第一領域60aと、凹凸構造50側の低屈折率の第二領域60bとが発生する。   In this case, since the refractive index of the first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b is higher than the refractive index of the insulating liquid 61, the refractive index of the first region 60a on the second electrode 40 side of the refractive index variable layer 60 is The refractive index is higher than the refractive index of the second region 60b of the refractive index variable layer 60 on the side of the concave-convex structure 50. In other words, the refractive index of the second region 60b on the concave-convex structure 50 side of the variable refractive index layer 60 is lower than the refractive index of the first region 60a on the second electrode 40 side of the variable refractive index layer 60. Therefore, in the refractive index variable layer 60, a first region 60a having a high refractive index on the side of the second electrode 40 and a second region 60b having a low refractive index on the side of the uneven structure 50 are generated.

本実施の形態では、電圧無印加時の屈折率可変層60全体の屈折率が約1.5であるので、第二電圧印加時において、屈折率可変層60の第二電極40側の第一領域60aの屈折率は厚み方向に約1.4〜約1.8で分布し、また、屈折率可変層60の凹凸構造50側の第二領域60bの屈折率は厚み方向に約1.4で分布する。   In the present embodiment, the refractive index of the entire refractive index variable layer 60 when no voltage is applied is about 1.5. The refractive index of the region 60a is distributed in the thickness direction from about 1.4 to about 1.8, and the refractive index of the second region 60b of the refractive index variable layer 60 on the side of the uneven structure 50 is about 1.4 in the thickness direction. Distributed in

これにより、上記のように、凹凸構造50の屈折率は約1.5であるので、第三光学モードの場合(第一電極30と第二電極40との間に第二電圧が印加されている場合)、凹凸構造50の屈折率(約1.5)と屈折率可変層60の凹凸構造50側の第二領域60bの屈折率(約1.4)との間には屈折率差が生じる。   Accordingly, as described above, since the refractive index of the concavo-convex structure 50 is about 1.5, in the case of the third optical mode (the second voltage is applied between the first electrode 30 and the second electrode 40). ), The refractive index difference between the refractive index (about 1.5) of the uneven structure 50 and the refractive index (about 1.4) of the second region 60b of the refractive index variable layer 60 on the uneven structure 50 side. Occurs.

この場合、図4Cに示すように、光学デバイス1に対して斜め方向から光Lが入射すると、凹凸構造50(凸部51)と屈折率可変層60との界面には屈折率差があるので、光Lは、凹凸構造50(凸部51)に入射して、凸部51の上側の側面(特に凸部51の第一電極30側よりの側面)と屈折率可変層60との界面で全反射して跳ね返る方向に進行方向が曲げられてから、当該凸部51の上側の側面と屈折率可変層60との界面で屈折して光学デバイス1の外部に出射する。つまり、光学デバイス1に入射した光Lは、光学デバイス1によって、電圧無印加時及び第一電圧印加時とは異なる角度で配光される。   In this case, as shown in FIG. 4C, when light L enters the optical device 1 from an oblique direction, there is a difference in the refractive index at the interface between the concavo-convex structure 50 (the convex portion 51) and the refractive index variable layer 60. The light L is incident on the concave-convex structure 50 (convex portion 51), and at the interface between the upper side surface of the convex portion 51 (particularly, the side surface of the convex portion 51 from the first electrode 30 side) and the refractive index variable layer 60. After the traveling direction is bent in the direction of total reflection and rebound, the light is refracted at the interface between the upper side surface of the convex portion 51 and the refractive index variable layer 60 and is emitted to the outside of the optical device 1. That is, the light L incident on the optical device 1 is distributed by the optical device 1 at an angle different from that when no voltage is applied and when the first voltage is applied.

このように、第一電極30と第二電極40との間に第二電圧が印加されている場合も、光学デバイス1は、第一基板10に入射する光を配光して第二基板20を透過させる。つまり、第三光学モードも第二光学モードと同様に配光モードであり、第三光学モードにおいて、光学デバイス1は第二配光状態になっている。この場合、第一基板10に入射した光は、上記のように、光学デバイス1の凹凸構造50で反射させられて進行方向が変化して第二基板20から出射する。つまり、第三光学モードにおいて、光学デバイス1は、光学デバイス1に入射する光を、第二光学モードのときの第一角度とは異なる第二角度で配光させる。   Thus, even when the second voltage is applied between the first electrode 30 and the second electrode 40, the optical device 1 distributes light incident on the first substrate 10 and Through. That is, the third optical mode is also a light distribution mode like the second optical mode, and in the third optical mode, the optical device 1 is in the second light distribution state. In this case, the light incident on the first substrate 10 is reflected by the concave-convex structure 50 of the optical device 1, changes its traveling direction, and exits from the second substrate 20 as described above. That is, in the third optical mode, the optical device 1 distributes the light incident on the optical device 1 at a second angle different from the first angle in the second optical mode.

なお、詳細は図示していないが、第三光学モードの場合も、第一基板10の光入射側の界面、第一基板10と第一電極30との界面、第一電極30と凹凸構造50との界面、屈折率可変層60と第二電極40との界面、第二電極40と第二基板20との界面、又は、第二基板20の光出射側の界面等、各部材間の界面で屈折率差が存在する箇所においては、第一基板10から入射した光は、その界面で屈折することになる。ただし、各部材の表面が全て平行な面であり、光学デバイス1の入射側と出射側の媒体(本実施の形態では空気)が同じである場合には、第一基板10から入射して第二基板20から出射する光は、第三光学モード(透明モード)においては、第一基板10に入射するときの入射角と第二基板20から出射するときの出射角とは同じになる。つまり、進行方向の角度は同じであり変化しない。   Although not shown in detail, also in the case of the third optical mode, the interface on the light incident side of the first substrate 10, the interface between the first substrate 10 and the first electrode 30, the first electrode 30 and the uneven structure 50 , An interface between the variable refractive index layer 60 and the second electrode 40, an interface between the second electrode 40 and the second substrate 20, or an interface on the light emission side of the second substrate 20. In the area where the refractive index difference exists, the light incident from the first substrate 10 is refracted at the interface. However, when the surfaces of the members are all parallel surfaces and the medium (air in the present embodiment) on the entrance side and the exit side of the optical device 1 is the same, the light enters from the first substrate 10 and In the third optical mode (transparent mode), the light emitted from the two substrates 20 has the same incident angle when entering the first substrate 10 and the exit angle when exiting from the second substrate 20. That is, the angle of the traveling direction is the same and does not change.

また、第一電極30と第二電極40とに印加する電位をゼロにして電圧無印加状態にすると、第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bは絶縁性液体61内を泳動し、図4Aに示すように、第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bが絶縁性液体61全体にわたって均一に分散された状態に戻る。一方、第一電極30と第二電極40との間に印加する電圧を第二電圧から第一電圧に切り替えると、第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bは絶縁性液体61内を逆方向に泳動して、図4Bに示すように、第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bが絶縁性液体61全体にわたって均一に分散された状態に戻る。   Further, when the potential applied to the first electrode 30 and the second electrode 40 is set to zero and no voltage is applied, the first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b migrate in the insulating liquid 61, and FIG. As shown in (1), the first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b return to a state in which they are uniformly dispersed throughout the insulating liquid 61. On the other hand, when the voltage applied between the first electrode 30 and the second electrode 40 is switched from the second voltage to the first voltage, the first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b move in the insulating liquid 61 in the opposite direction. Then, as shown in FIG. 4B, the first nanoparticles 62 a and the second nanoparticles 62 b return to a state where they are uniformly dispersed throughout the insulating liquid 61.

以上のように構成される光学デバイス1は、凹凸構造50と屈折率可変層60との屈折率マッチングを電界によって制御することで光学作用を変化させることができるアクティブ型の光学制御デバイスである。つまり、第一電極30と第二電極40との間に印加する電圧を制御することによって、光学デバイス1を複数の光学モードに切り替えることができる。本実施の形態では、光学デバイス1を、第一光学モード(透明モード)、第二光学モード(第一配光モード)及び第三光学モード(第二配光モード)の3つのモードに切り替えることができる。   The optical device 1 configured as described above is an active-type optical control device that can change the optical action by controlling the refractive index matching between the concave-convex structure 50 and the refractive index variable layer 60 by an electric field. That is, by controlling the voltage applied between the first electrode 30 and the second electrode 40, the optical device 1 can be switched to a plurality of optical modes. In the present embodiment, switching of the optical device 1 to three modes of a first optical mode (transparent mode), a second optical mode (first light distribution mode), and a third optical mode (second light distribution mode). Can be.

このように構成される光学デバイス1を建物の窓に設置した場合、第一光学モードでは、室外から室内に向かう太陽光を床側に向けてそのまま直進させることができ、第二光学モード及び第三光学モードでは、室外から室内に向かう太陽光を天井側に向けて配光することができる。つまり、第二光学モード及び第三光学モードは、室内の天井に太陽光を採光することができる採光モードである。   In a case where the optical device 1 configured as described above is installed in a window of a building, in the first optical mode, sunlight traveling from the outside toward the room can be directed straight toward the floor, and the second optical mode and the second optical mode can be used. In the three-optical mode, it is possible to distribute sunlight traveling from the outside to the room toward the ceiling. That is, the second optical mode and the third optical mode are lighting modes in which sunlight can be collected on the ceiling in the room.

また、第一電極30と第二電極40との間に印加する電圧を段階的に切り替えることによって、第一光学モードと第二光学モード又は第三光学モードとの間に複数の中間モードを設定したり、第二光学モードと第三光学モードとの間に複数の中間モードを設定したりすることもできる。あるいは、第一電極30と第二電極40との間に印加する電圧をアナログ的に変化させることによって、第一光学モードと第二光学モード又は第三光学モードとの間で配光状態を徐々に変化させたり、第二光学モードと第三光学モードとの間で配光状態を徐々に変化させたりすることもできる。   In addition, by switching the voltage applied between the first electrode 30 and the second electrode 40 stepwise, a plurality of intermediate modes are set between the first optical mode and the second optical mode or the third optical mode. Alternatively, a plurality of intermediate modes can be set between the second optical mode and the third optical mode. Alternatively, the light distribution state is gradually changed between the first optical mode and the second optical mode or the third optical mode by changing the voltage applied between the first electrode 30 and the second electrode 40 in an analog manner. Or the light distribution state can be gradually changed between the second optical mode and the third optical mode.

[まとめ]
以上、本実施の形態に係る光学デバイス1によれば、第一電極30と第二電極40との間に凹凸構造50及び屈折率可変層60が配置されており、屈折率可変層60として、同じ極性で帯電する第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bが分散された絶縁性液体61を用いている。
[Summary]
As described above, according to the optical device 1 according to the present embodiment, the uneven structure 50 and the refractive index variable layer 60 are disposed between the first electrode 30 and the second electrode 40. The insulating liquid 61 in which the first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b charged with the same polarity are dispersed is used.

この構成により、第一電極30と第二電極40との間に電圧を印加することで、第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bが絶縁性液体61内を泳動するので、屈折率可変層60の屈折率を変化させることができる。具体的には、屈折率可変層60における第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bの粒子分布が変化して、屈折率可変層60の屈折率分布が変化する。これにより、凹凸構造50と屈折率可変層60との屈折率差が変化するので、光学デバイス1に入射する光の進行方向を制御することができる。   With this configuration, when a voltage is applied between the first electrode 30 and the second electrode 40, the first nanoparticles 62 a and the second nanoparticles 62 b migrate within the insulating liquid 61, so that the refractive index variable layer The refractive index of 60 can be changed. Specifically, the particle distribution of the first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b in the variable refractive index layer 60 changes, and the refractive index distribution of the variable refractive index layer 60 changes. Thus, the difference in the refractive index between the concave-convex structure 50 and the variable refractive index layer 60 changes, so that the traveling direction of the light incident on the optical device 1 can be controlled.

しかも、本実施の形態に係る光学デバイス1では、第一ナノ粒子62aに加えて第二ナノ粒子62bが絶縁性液体61に分散されている。つまり、絶縁性液体61には、複数種類のナノ粒子が分散されている。   Moreover, in the optical device 1 according to the present embodiment, the second nanoparticles 62b are dispersed in the insulating liquid 61 in addition to the first nanoparticles 62a. That is, a plurality of types of nanoparticles are dispersed in the insulating liquid 61.

これにより、第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bの割合を調整することで、第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bが等分散状態になっているときの屈折率可変層60の粘度及び屈折率を調整することができる。したがって、粘度を小さく抑えつつ最大屈折率が高い屈折率可変層60を有する光学デバイス1を容易に実現することができる。   Thereby, by adjusting the ratio of the first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b, the viscosity of the refractive index variable layer 60 when the first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b are in a uniform dispersion state. And the refractive index can be adjusted. Therefore, it is possible to easily realize the optical device 1 having the refractive index variable layer 60 having a high maximum refractive index while keeping the viscosity low.

この場合、本実施の形態における光学デバイス1では、第一ナノ粒子62aが透明粒子であり、第二ナノ粒子62bが散乱粒子であり、第二ナノ粒子62bの屈折率は、第一ナノ粒子62aの屈折率よりも高くなっている。   In this case, in the optical device 1 according to the present embodiment, the first nanoparticles 62a are transparent particles, the second nanoparticles 62b are scattering particles, and the refractive index of the second nanoparticles 62b is the first nanoparticle 62a. Is higher than the refractive index.

これにより、第二ナノ粒子62bよりも屈折率が低い第一ナノ粒子62aのみで屈折率可変層60を構成する場合と比べて、小さい粘度で且つ最大屈折率が高い屈折率可変層60を有する光学デバイス1を容易に実現することができる。なお、本実施の形態では、第一ナノ粒子62aとして屈折率が2.13のジルコニア粒子を用いており、第二ナノ粒子62bとして屈折率が2.52〜2.72のチタニア粒子を用いている。   Thereby, compared with the case where the refractive index variable layer 60 is constituted only by the first nanoparticles 62a having a lower refractive index than the second nanoparticles 62b, the refractive index variable layer 60 having a small viscosity and a high maximum refractive index is provided. The optical device 1 can be easily realized. In the present embodiment, zirconia particles having a refractive index of 2.13 are used as the first nanoparticles 62a, and titania particles having a refractive index of 2.52 to 2.72 are used as the second nanoparticles 62b. I have.

また、本実施の形態における光学デバイス1において、第一ナノ粒子62aの濃度は、第二ナノ粒子62bの濃度よりも大きい。   In the optical device 1 according to the present embodiment, the concentration of the first nanoparticles 62a is higher than the concentration of the second nanoparticles 62b.

これにより、透明粒子である第一ナノ粒子62aが絶縁性液体61に占める割合が散乱粒子である第二ナノ粒子62bが絶縁性液体61に占める割合よりも大きくなるので、屈折率可変層60のヘイズを小さくすることができる。したがって、屈折率可変層60に散乱粒子である第二ナノ粒子62bを混合させたとしても、透明状態のときの光学デバイス1の透明度が低下することを抑制できる。   Accordingly, the ratio of the first nanoparticles 62a, which are transparent particles, to the insulating liquid 61 is larger than the ratio of the second nanoparticles 62b, which are scattering particles, to the insulating liquid 61. Haze can be reduced. Therefore, even if the second nanoparticles 62b, which are scattering particles, are mixed in the refractive index variable layer 60, it is possible to suppress a decrease in the transparency of the optical device 1 in the transparent state.

また、本実施の形態における光学デバイス1において、第一ナノ粒子62aと第二ナノ粒子62bとを含めた粒子濃度は、30%以下である。   In the optical device 1 according to the present embodiment, the particle concentration including the first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b is 30% or less.

これにより、屈折率可変層60の粘度を、第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bを電気泳動させるのに適した値にすることができる。したがって、優れた配光性能を有する光学デバイス1を実現できる。   Thereby, the viscosity of the refractive index variable layer 60 can be set to a value suitable for electrophoresing the first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b. Therefore, the optical device 1 having excellent light distribution performance can be realized.

(変形例)
次に、変形例に係る光学デバイス1Aについて、図5A〜図5Cを用いて説明する。図5Aは、図5Aは、変形例に係る光学デバイス1Aの第一光学作用を説明するための図であり、図5Bは、同光学デバイス1Aの第二光学作用を説明するための図であり、図5Cは、同光学デバイス1Aの第三光学作用を説明するための図である。
(Modification)
Next, an optical device 1A according to a modification will be described with reference to FIGS. 5A to 5C. FIG. 5A is a view for explaining a first optical action of the optical device 1A according to the modification, and FIG. 5B is a view for explaining a second optical action of the optical device 1A. FIG. 5C is a view for explaining a third optical action of the optical device 1A.

図5A〜図5Cに示すように、本変形例に係る光学デバイス1Aは、上記実施の形態に係る光学デバイス1と同様に、第一基板10と、第二基板20と、第一電極30と、第二電極40と、凹凸構造50と、屈折率可変層60とを備える。   As shown in FIGS. 5A to 5C, the optical device 1 </ b> A according to the present modified example includes a first substrate 10, a second substrate 20, , A second electrode 40, an uneven structure 50, and a refractive index variable layer 60.

本変形例における光学デバイス1Aと上記実施の形態における光学デバイス1とが異なる点は、電圧無印加時における屈折率可変層60の屈折率である。具体的には、上記実施の形態における光学デバイス1では、電圧無印加時における屈折率可変層60の屈折率と凹凸構造50の屈折率とが同じであったのに対して、本変形例における光学デバイス1Aでは、電圧無印加時における屈折率可変層60の屈折率と凹凸構造50の屈折率とが異なっている。   The difference between the optical device 1A in this modification and the optical device 1 in the above embodiment is the refractive index of the refractive index variable layer 60 when no voltage is applied. Specifically, in the optical device 1 according to the above embodiment, the refractive index of the refractive index variable layer 60 and the refractive index of the concavo-convex structure 50 when no voltage is applied are the same. In the optical device 1A, the refractive index of the refractive index variable layer 60 when no voltage is applied is different from the refractive index of the uneven structure 50.

本変形例における光学デバイス1Aでも、第一電極30と第二電極40との間に印加される電圧に応じて、光学デバイス1Aに入射する光の進行方向を制御することができる。具体的には、第一電極30と第二電極40との間に印加される電圧に応じて、屈折率可変層60(ナノ粒子分散層)における第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bの粒子分布が変化し、これにより、屈折率可変層60の屈折率が部分的に変化する。この結果、光学デバイス1Aの光学作用が変化する。以下、光学デバイス1Aの光学作用について詳細に説明する。   Also in the optical device 1A according to this modification, the traveling direction of light incident on the optical device 1A can be controlled according to the voltage applied between the first electrode 30 and the second electrode 40. Specifically, depending on the voltage applied between the first electrode 30 and the second electrode 40, the first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b in the refractive index variable layer 60 (nanoparticle dispersion layer) are changed. The particle distribution changes, which causes the refractive index of the refractive index variable layer 60 to partially change. As a result, the optical action of the optical device 1A changes. Hereinafter, the optical action of the optical device 1A will be described in detail.

まず、図5Aを用いて、光学デバイス1Aの第一光学作用を説明する。第一電極30及び第二電極40に電位が与えられていない場合、つまり、第一電極30と第二電極40との間に電圧が印加されていない場合(電圧無印加時の場合)、光学デバイス1Aは、第一光学モードとなり、入射した光に対して第一光学作用を与える。   First, the first optical action of the optical device 1A will be described with reference to FIG. 5A. When no potential is applied to the first electrode 30 and the second electrode 40, that is, when no voltage is applied between the first electrode 30 and the second electrode 40 (when no voltage is applied), The device 1A enters the first optical mode and gives the first optical action to the incident light.

第一光学モードでは、屈折率可変層60に電界が与えられないので、図5Aに示すように、屈折率可変層60において、第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bは、絶縁性液体61全体にわたって分散された状態になっている。つまり、第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bは、絶縁性液体61内において等分散状態になっている。   In the first optical mode, an electric field is not applied to the refractive index variable layer 60. Therefore, as shown in FIG. 5A, in the refractive index variable layer 60, the first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b It is distributed throughout. That is, the first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b are in a uniform dispersion state in the insulating liquid 61.

このとき、本変形例では、第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bが絶縁性液体61全体に分散された状態での屈折率可変層60の屈折率は、図5Aに示すように屈折率可変層60全体で一様(一定)で、約1.6である。また、凹凸構造50の屈折率が約1.5である。したがって、第一電極30と第二電極40との間に電圧が印加されていない場合(第一光学モードの場合)、屈折率可変層60全体の屈折率は、凹凸構造50の屈折率よりも高くなっており、凹凸構造50の屈折率と屈折率可変層60との間には屈折率差が生じている。   At this time, in the present modification, the refractive index of the refractive index variable layer 60 in a state where the first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b are dispersed throughout the insulating liquid 61 is, as shown in FIG. It is uniform (constant) throughout the variable layer 60 and is about 1.6. The refractive index of the concave-convex structure 50 is about 1.5. Therefore, when no voltage is applied between the first electrode 30 and the second electrode 40 (in the case of the first optical mode), the refractive index of the refractive index variable layer 60 as a whole is smaller than the refractive index of the concavo-convex structure 50. Therefore, a difference in refractive index occurs between the refractive index of the uneven structure 50 and the refractive index variable layer 60.

この場合、図5Aに示すように、光学デバイス1Aに対して斜め方向から光Lが入射すると、凹凸構造50(凸部51)と屈折率可変層60との界面には屈折率差があるので、光Lは、凸部51の下側の側面と屈折率可変層60との界面で屈折してから、凸部51の上側の側面と屈折率可変層60との界面で全反射し、跳ね返る方向に進行方向が曲げられて光学デバイス1Aの外部に出射する。つまり、光学デバイス1Aに入射した光Lは、光学デバイス1Aによって配光する。   In this case, as shown in FIG. 5A, when light L enters the optical device 1A from an oblique direction, there is a difference in the refractive index at the interface between the concave-convex structure 50 (the convex portion 51) and the refractive index variable layer 60. The light L is refracted at the interface between the lower side surface of the convex portion 51 and the refractive index variable layer 60, and then totally reflected at the interface between the upper side surface of the convex portion 51 and the variable refractive index layer 60, and bounces off. The traveling direction is bent in the direction, and the light exits the optical device 1A. That is, the light L incident on the optical device 1A is distributed by the optical device 1A.

このように、第一電極30と第二電極40との間に電圧が印加されていない場合、光学デバイス1Aは、第一基板10に入射する光を配光して第二基板20を透過させる。つまり、第一光学モードは第一配光モードであり、第一光学モードにおいて、光学デバイス1Aは配光状態になっている。この場合、第一基板10に入射した光は、上記のように、光学デバイス1Aの凹凸構造50で反射させられて進行方向が変化して第二基板20から出射する。つまり、第一光学モードにおいて、光学デバイス1Aは、光学デバイス1Aに入射する光を第一角度で配光させる。   As described above, when no voltage is applied between the first electrode 30 and the second electrode 40, the optical device 1A distributes light incident on the first substrate 10 and transmits the light through the second substrate 20. . That is, the first optical mode is the first light distribution mode, and in the first optical mode, the optical device 1A is in the light distribution state. In this case, the light incident on the first substrate 10 is reflected by the concave-convex structure 50 of the optical device 1A, changes its traveling direction, and emerges from the second substrate 20, as described above. That is, in the first optical mode, the optical device 1A distributes light incident on the optical device 1A at the first angle.

次に、図5Bを用いて、光学デバイス1Aの第二光学作用を説明する。第一電極30及び第二電極40に電位が与えられた場合、つまり、第一電極30と第二電極40との間に第一電圧が印加された場合(第一電圧印加時の場合)、光学デバイス1Aは、第二光学モードとなり、入射した光に対して第二光学作用を与える。具体的には、第一電極30と第二電極40との間には第一電圧として例えば数V〜数十V程度直流電圧が印加される。   Next, a second optical operation of the optical device 1A will be described with reference to FIG. 5B. When a potential is applied to the first electrode 30 and the second electrode 40, that is, when a first voltage is applied between the first electrode 30 and the second electrode 40 (when a first voltage is applied), The optical device 1A is in the second optical mode and gives a second optical action to incident light. Specifically, a DC voltage of, for example, several V to several tens V is applied between the first electrode 30 and the second electrode 40 as the first voltage.

第二光学モードでは、第一電極30と第二電極40との間に直流電圧が印加されることで屈折率可変層60に電界が与えられるので、屈折率可変層60では、帯電した第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bがその電界分布にしたがって絶縁性液体61内を泳動する。   In the second optical mode, an electric field is applied to the variable refractive index layer 60 by applying a DC voltage between the first electrode 30 and the second electrode 40. The nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b migrate in the insulating liquid 61 according to the electric field distribution.

具体的には、第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bがプラスに帯電している場合、図5Bに示すように、第一電極30にマイナス電位を印加し、第二電極40にプラス電位を印加すると、プラスに帯電した第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bは、第一電極30に向かって泳動し、屈折率可変層60内の凹凸構造50側に凝集されて偏在する。このとき、第一電極30に向かって泳動する第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bは、凹凸構造50の凹部、つまり隣り合う2つの凸部51の間の領域に入り込んで集積していき、凹凸構造50の凹部の第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bの濃度が増加する。   Specifically, when the first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b are positively charged, a negative potential is applied to the first electrode 30 and a positive potential is applied to the second electrode 40, as shown in FIG. 5B. Is applied, the positively charged first nanoparticles 62a and second nanoparticles 62b migrate toward the first electrode 30 and are aggregated and unevenly distributed on the concave-convex structure 50 side in the refractive index variable layer 60. At this time, the first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b migrating toward the first electrode 30 enter the concave portion of the concavo-convex structure 50, that is, the region between the two adjacent convex portions 51, and are accumulated. The concentration of the first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b in the concave portions of the concave-convex structure 50 increases.

このように、第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bが屈折率可変層60内の凹凸構造50側に偏在することで、第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bの粒子分布が変化し、屈折率可変層60内の屈折率分布が一様ではなくなる。具体的には、屈折率可変層60内には、第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bが集まってきて第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bの濃度が高くなった凹凸構造50側の第一領域60a(高濃度領域)と、第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bが無くなっていって第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bの濃度が低くなった第二電極40側の第二領域60b(低濃度領域)とが発生する。   As described above, since the first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b are unevenly distributed on the concave-convex structure 50 side in the refractive index variable layer 60, the particle distribution of the first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b is changed. In addition, the refractive index distribution in the refractive index variable layer 60 is not uniform. Specifically, in the refractive index variable layer 60, the first nanoparticle 62a and the second nanoparticle 62b are gathered and the concentration of the first nanoparticle 62a and the second nanoparticle 62b is increased, and the uneven structure 50 side Of the first electrode 60a (high-concentration area) and the second electrode 40 side where the first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b are eliminated and the concentrations of the first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b are reduced. And the second region 60b (low concentration region).

具体的には、第一電圧印加時において、屈折率可変層60の凹凸構造50側の第一領域60aの屈折率は、厚み方向に約1.8〜約1.5で分布し、また、屈折率可変層60の第二電極40側の第二領域60bの屈折率は厚み方向に約1.5〜約1.4で分布する。   Specifically, at the time of the first voltage application, the refractive index of the first region 60a on the concave-convex structure 50 side of the variable refractive index layer 60 is distributed in the thickness direction at about 1.8 to about 1.5, The refractive index of the second region 60b of the refractive index variable layer 60 on the second electrode 40 side is distributed in the thickness direction at about 1.5 to about 1.4.

これにより、上記のように、凹凸構造50の屈折率は約1.5であるので、第二光学モードの場合(第一電極30と第二電極40との間に第一電圧が印加されている場合)、凹凸構造50の屈折率(約1.5)と屈折率可変層60の凹凸構造50側の第一領域60aの屈折率(約1.5〜約1.8)との間には屈折率差が生じる。このとき、凹凸構造50の屈折率と屈折率可変層60の凹凸構造50側の第一領域60aの屈折率との屈折率差は、第一光学モードのときよりも大きくなる。   Thereby, as described above, since the refractive index of the uneven structure 50 is about 1.5, in the case of the second optical mode (the first voltage is applied between the first electrode 30 and the second electrode 40). ), Between the refractive index (about 1.5) of the uneven structure 50 and the refractive index (about 1.5 to about 1.8) of the first region 60a of the refractive index variable layer 60 on the uneven structure 50 side. Causes a refractive index difference. At this time, the refractive index difference between the refractive index of the concave-convex structure 50 and the refractive index of the first region 60a on the concave-convex structure 50 side of the refractive index variable layer 60 becomes larger than in the first optical mode.

この場合、図5Bに示すように、光学デバイス1Aに対して斜め方向から光Lが入射すると、凹凸構造50(凸部51)と屈折率可変層60との界面には屈折率差があるので、第一光学モードのときと同様に、光学デバイス1Aに入射した光Lは、凸部51の下側の側面と屈折率可変層60との界面で屈折してから、屈折率可変層60と凸部51の上側の側面との界面で全反射し、跳ね返る方向に進行方向が曲げられて光学デバイス1Aの外部に出射する。つまり、光学デバイス1Aに入射した光Lは、光学デバイス1Aによって配光される。   In this case, as shown in FIG. 5B, when light L is incident on the optical device 1A from an oblique direction, there is a difference in the refractive index at the interface between the concave-convex structure 50 (the convex portion 51) and the refractive index variable layer 60. Similarly to the case of the first optical mode, the light L incident on the optical device 1A is refracted at the interface between the lower side surface of the convex portion 51 and the refractive index variable layer 60, and The light is totally reflected at the interface with the upper side surface of the convex portion 51, and its traveling direction is bent in the direction of rebound and exits the optical device 1A. That is, the light L incident on the optical device 1A is distributed by the optical device 1A.

ただし、第二光学モードでは、第一光学モードの場合とは異なる角度で配光している。具体的には、第二光学モードでは、第一光学モードの場合よりも急な角度で配光している。つまり、光学デバイス1Aに入射した光Lが凸部51の側面で全反射するときの反射角は、第一光学モードの場合よりも第二光学モードの場合の方が小さくなっている。これにより、入射した光Lが凸部51の側面で全反射して上方に向かって跳ね返るときの跳ね返りの角度(配光角)は、第一光学モードの場合よりも第二光学モードの場合の方が大きくなり、第二基板20から出射するときの出射角は、第一光学モードの場合よりも第二光学モードの場合の方が大きくなる。   However, in the second optical mode, light is distributed at an angle different from that in the first optical mode. Specifically, light is distributed at a steeper angle in the second optical mode than in the first optical mode. That is, the reflection angle when the light L incident on the optical device 1A is totally reflected by the side surface of the convex portion 51 is smaller in the second optical mode than in the first optical mode. Thereby, the angle of rebound (light distribution angle) when the incident light L is totally reflected on the side surface of the convex portion 51 and rebounds upward is smaller in the case of the second optical mode than in the case of the first optical mode. The emission angle when the light is emitted from the second substrate 20 is larger in the case of the second optical mode than in the case of the first optical mode.

このように、第一電極30と第二電極40との間に第一電圧が印加されている場合、光学デバイス1Aは、第一基板10に入射する光を、第一電極30と第二電極40との間に電圧が印加されていない場合よりも急な角度で配光して第二基板20を透過させる。つまり、第二光学モードは、第一光学モードと同様に配光モードであるが、第二光学モードは、第一光学モードよりも急峻に光を配光する第二配光モードであり、第二光学モードにおいて、光学デバイス1Aは第二配光状態になっている。第二光学モードでは、第一基板10に入射した光は、光学デバイス1Aの凹凸構造50で反射させられて進行方向が大きく変化して第二基板20から出射する。つまり、第二光学モードにおいて、光学デバイス1は、光学デバイス1Aに入射する光を、第一光学モードのときの第一角度とは異なる第二角度で配光させる。   As described above, when the first voltage is applied between the first electrode 30 and the second electrode 40, the optical device 1A transmits light incident on the first substrate 10 to the first electrode 30 and the second electrode Light is distributed at a steeper angle than when no voltage is applied between the second substrate 20 and the second substrate 20. That is, the second optical mode is a light distribution mode like the first optical mode, but the second optical mode is a second light distribution mode that distributes light more steeply than the first optical mode, In the two-optical mode, the optical device 1A is in the second light distribution state. In the second optical mode, the light incident on the first substrate 10 is reflected by the concave-convex structure 50 of the optical device 1 </ b> A, changes its traveling direction greatly, and exits from the second substrate 20. That is, in the second optical mode, the optical device 1 distributes the light incident on the optical device 1A at a second angle different from the first angle in the first optical mode.

次に、図5Cを用いて、光学デバイス1Aの第三光学作用を説明する。第一電極30及び第二電極40に、第二光学モードのときとは異なる電位が与えられた場合、つまり、第一電極30と第二電極40との間に第一電圧とは異なる第二電圧が印加された場合(第二電圧印加時の場合)、光学デバイス1Aは、第三光学モードとなり、入射した光に対して第三光学作用を与える。具体的には、第一電極30と第二電極40との間には、第二電圧として、第二光学モードのときの直流電圧とは逆電圧(逆バイアス)となる直流電圧が印加される。第一電極30と第二電極40との間に印加する第二電圧(電位差)は、例えば数V〜数十V程度である。   Next, a third optical operation of the optical device 1A will be described with reference to FIG. 5C. When a potential different from that in the second optical mode is applied to the first electrode 30 and the second electrode 40, that is, a second voltage different from the first voltage between the first electrode 30 and the second electrode 40. When a voltage is applied (when a second voltage is applied), the optical device 1A enters a third optical mode, and gives a third optical action to incident light. Specifically, a DC voltage that is a reverse voltage (reverse bias) to the DC voltage in the second optical mode is applied as a second voltage between the first electrode 30 and the second electrode 40. . The second voltage (potential difference) applied between the first electrode 30 and the second electrode 40 is, for example, about several volts to several tens of volts.

第三光学モードでは、第一電極30と第二電極40との間に直流電圧が印加されることで屈折率可変層60に電界が与えられるので、第二光学モードと同様に、屈折率可変層60では、帯電したナノ粒子62がその電界分布にしたがって絶縁性液体61内を泳動する。   In the third optical mode, an electric field is applied to the refractive index variable layer 60 by applying a DC voltage between the first electrode 30 and the second electrode 40. In the layer 60, the charged nanoparticles 62 migrate in the insulating liquid 61 according to the electric field distribution.

ただし、第三光学モードでは、第二光学モードとは異なり、第一電極30にプラス電位が印加され、第二電極40にマイナス電位が印加されるので、プラスに帯電した第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bは、第二電極40に向かって泳動し、屈折率可変層60内の第二電極40側に凝集されて偏在する。このとき、第二電極40に向かって泳動した第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bは、第二電極40の表面に層状に集積していく。   However, in the third optical mode, unlike the second optical mode, a positive potential is applied to the first electrode 30 and a negative potential is applied to the second electrode 40, so that the positively charged first nanoparticles 62a and The second nanoparticles 62b migrate toward the second electrode 40, and are aggregated and unevenly distributed on the side of the second electrode 40 in the refractive index variable layer 60. At this time, the first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b that have migrated toward the second electrode 40 accumulate in layers on the surface of the second electrode 40.

これにより、第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bの粒子分布が変化し、第二光学モードと同様に、屈折率可変層60内の屈折率分布が一様ではなくなる。具体的には、屈折率可変層60内には、第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bが集まってきてナノ粒子62の濃度が高くなった第二電極40側の第一領域60a(高濃度領域)と、第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bが無くなっていって第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bの濃度が低くなった第一電極30側(凹凸構造50側)の第二領域60b(低濃度領域)とが発生する。   Thereby, the particle distribution of the first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b changes, and the refractive index distribution in the refractive index variable layer 60 becomes non-uniform as in the second optical mode. Specifically, in the refractive index variable layer 60, the first area 60a (high area) on the second electrode 40 side where the first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b have gathered and the concentration of the nanoparticles 62 has increased. Concentration region) and the first electrode 30 side (the concavo-convex structure 50 side) where the first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b disappear and the concentrations of the first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b decrease. The second region 60b (low-density region) occurs.

具体的には、第二電極40側の第一領域60aの屈折率は、厚み方向に約1.5〜約1.8で分布し、また、屈折率可変層60の凹凸構造50側の第二領域60bの屈折率は、厚み方向に約1.5で分布する。   Specifically, the refractive index of the first region 60a on the second electrode 40 side is distributed in the thickness direction from about 1.5 to about 1.8, and the refractive index of the refractive index variable layer 60 on the side of the concavo-convex structure 50 is about The refractive index of the two regions 60b is distributed at about 1.5 in the thickness direction.

さらに、第二電圧印加時において、屈折率可変層60の凹凸構造50側の第二領域60bにおける凹凸構造50近傍の屈折率は、凹凸構造50の屈折率と平均的に略同一となるように電圧が制御されている。この結果、屈折率可変層60の凹凸構造50側の第二領域60bと凹凸構造50(凸部51)との間の屈折率差がほぼなくなる(屈折率差Δn≒0)。   Furthermore, when the second voltage is applied, the refractive index in the vicinity of the concave-convex structure 50 in the second region 60 b on the concave-convex structure 50 side of the refractive index variable layer 60 is substantially equal to the refractive index of the concave-convex structure 50 on average. Voltage is controlled. As a result, the refractive index difference between the second region 60b of the variable refractive index layer 60 on the concave-convex structure 50 side and the concave-convex structure 50 (the convex portion 51) is almost eliminated (refractive index difference ΔnΔ0).

この場合、図5Cに示すように、光学デバイス1Aに対して斜め方向から光Lが入射すると、凹凸構造50(凸部51)と屈折率可変層60との界面には屈折率差がないので、光学デバイス1Aに入射した光Lは、屈折率可変層60と凸部51の側面との界面では屈折されずに進行方向が変わらない。このため、第三光学モードでは、光学デバイス1Aに入射した光Lは、光学デバイス1Aで進行方向が曲げられることなく、光学デバイス1A内をそのまま直進して光学デバイス1Aの外部に出射する。   In this case, as shown in FIG. 5C, when light L enters the optical device 1A from an oblique direction, there is no difference in the refractive index at the interface between the concave-convex structure 50 (the convex portion 51) and the refractive index variable layer 60. The light L incident on the optical device 1A is not refracted at the interface between the refractive index variable layer 60 and the side surface of the convex portion 51 and the traveling direction does not change. For this reason, in the third optical mode, the light L that has entered the optical device 1A travels straight through the optical device 1A and exits the optical device 1A without being bent in the optical device 1A.

このように、第一電極30と第二電極40との間に第二電圧が印加されている場合、光学デバイス1Aは、第一基板10に入射された光を直進させて第二基板20を透過させる。つまり、第三光学モードは透明モードであり、第三光学モードにおいて、光学デバイス1は透明状態になっている。この場合、第一基板10に入射した光は、光学デバイス1Aによって配光されることなく直進透過して第二基板20から出射する。   As described above, when the second voltage is applied between the first electrode 30 and the second electrode 40, the optical device 1A causes the light incident on the first substrate 10 to go straight and the second substrate 20 to move. Let through. That is, the third optical mode is a transparent mode, and in the third optical mode, the optical device 1 is in a transparent state. In this case, the light that has entered the first substrate 10 passes straight through without being distributed by the optical device 1 </ b> A, and exits from the second substrate 20.

なお、詳細は図示していないが、第三光学モードの場合も、第一基板10の光入射側の界面、第一基板10と第一電極30との界面、第一電極30と凹凸構造50との界面、屈折率可変層60と第二電極40との界面、第二電極40と第二基板20との界面、又は、第二基板20の光出射側の界面等、各部材間の界面で屈折率差が存在する箇所においては、第一基板10から入射した光は、その界面で屈折することになる。ただし、各部材の表面が全て平行な面であり、光学デバイス1の入射側と出射側の媒体(本実施の形態では空気)が同じである場合には、第一基板10から入射して第二基板20から出射する光は、第三光学モード(透明モード)においては、第一基板10に入射するときの入射角と第二基板20から出射するときの出射角とは同じになる。つまり、進行方向の角度は同じであり変化しない。   Although not shown in detail, also in the case of the third optical mode, the interface on the light incident side of the first substrate 10, the interface between the first substrate 10 and the first electrode 30, the first electrode 30 and the uneven structure 50 , An interface between the variable refractive index layer 60 and the second electrode 40, an interface between the second electrode 40 and the second substrate 20, or an interface on the light emission side of the second substrate 20. In the area where the refractive index difference exists, the light incident from the first substrate 10 is refracted at the interface. However, when the surfaces of the members are all parallel surfaces and the medium (air in the present embodiment) on the entrance side and the exit side of the optical device 1 is the same, the light enters from the first substrate 10 and In the third optical mode (transparent mode), the light emitted from the two substrates 20 has the same incident angle when entering the first substrate 10 and the exit angle when exiting from the second substrate 20. That is, the angle of the traveling direction is the same and does not change.

また、第三光学モードにおいて、屈折率可変層60の凹凸構造50側の第二領域60bの屈折率と凹凸構造50の屈折率とが略同一とは、屈折率可変層60の第二領域60bと凹凸構造50(凸部51)との平均の屈折率差が0.010以下、より好ましくは0.005以下のことである(Δn≦0.005)。   In the third optical mode, the refractive index of the second region 60b of the refractive index variable layer 60 on the side of the concave-convex structure 50 and the refractive index of the concave-convex structure 50 are substantially the same. The average refractive index difference between the first and second uneven structures 50 (projections 51) is 0.010 or less, more preferably 0.005 or less (Δn ≦ 0.005).

また、第一電極30と第二電極40とに印加する電位をゼロにして電圧無印加状態にすると、第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bは絶縁性液体61内を泳動し、図5Aに示すように、第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bが絶縁性液体61全体にわたって均一に分散された状態に戻る。   Further, when the potential applied to the first electrode 30 and the second electrode 40 is set to zero and no voltage is applied, the first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b migrate in the insulating liquid 61, and FIG. As shown in (1), the first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b return to a state in which they are uniformly dispersed throughout the insulating liquid 61.

このように、本変形例における光学デバイス1Aについても、上記実施の形態における光学デバイス1と同様の効果を奏する。例えば、粘度を小さく抑えつつ最大屈折率が高い屈折率可変層60を有する光学デバイス1Aを実現できる等の効果を奏する。   As described above, the optical device 1 </ b> A according to the present modification also has the same effect as the optical device 1 according to the above-described embodiment. For example, the optical device 1A having the refractive index variable layer 60 having a high maximum refractive index while suppressing the viscosity to be small can be realized.

(その他の変形例)
以上、本発明に係る光学デバイスについて、実施の形態及び変形例に基づいて説明したが、本発明は、上記実施の形態及び変形例に限定されるものではない。
(Other modifications)
As described above, the optical device according to the present invention has been described based on the embodiments and the modifications, but the present invention is not limited to the above embodiments and the modifications.

例えば、上記実施の形態において、第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bはプラスに帯電されていたが、これに限らない。つまり、第一ナノ粒子62a及び第二ナノ粒子62bはマイナスに帯電されていてもよい。   For example, in the above embodiment, the first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b are positively charged, but the invention is not limited thereto. That is, the first nanoparticles 62a and the second nanoparticles 62b may be negatively charged.

また、上記実施の形態及び変形例において、第二光学モードでは、第一電極30にマイナス電位を印加し、第二電極40にプラス電位を印加したが、これに限らない。例えば、第一電極30と第二電極40との間に所定の電圧(電位差)が印加されれば、第二光学モードにおいて、第一電極30及び第二電極40の両方にプラス電位が印加されてもよいしマイナス電位が印加されてもよい。   Further, in the above-described embodiment and modified examples, in the second optical mode, a negative potential is applied to the first electrode 30 and a positive potential is applied to the second electrode 40, but the invention is not limited thereto. For example, if a predetermined voltage (potential difference) is applied between the first electrode 30 and the second electrode 40, a positive potential is applied to both the first electrode 30 and the second electrode 40 in the second optical mode. Alternatively, a negative potential may be applied.

また、上記実施の形態及び変形例において、凹凸構造50を構成する凸部51は、断面形状が台形の長尺状の四角柱であったが、これに限らない。例えば、凸部51は、断面形状が三角形(例えば二等辺三角形)の長尺状の三角柱であってもよい。また、凸部51の側面の断面形状は、直線に限らず、曲線又は鋸状であってもよい。さらに、複数の凸部51の各々は、X軸方向に延在する1本の長尺状部材に限らず、X軸方向に部分的に分断されていてもよい。   Further, in the above-described embodiment and the modified example, the convex portion 51 configuring the concave-convex structure 50 is a long rectangular column having a trapezoidal cross section, but is not limited thereto. For example, the protrusion 51 may be a long triangular prism having a triangular cross section (for example, an isosceles triangle). Further, the cross-sectional shape of the side surface of the convex portion 51 is not limited to a straight line, but may be a curved line or a sawtooth shape. Further, each of the plurality of protrusions 51 is not limited to one long member extending in the X-axis direction, and may be partially divided in the X-axis direction.

また、上記実施の形態及び変形例において、複数の凸部51の高さは、一定としたが、これに限るものではない。例えば、複数の凸部51の高さがランダムに異なっていてもよい。あるいは、凸部51の間隔がランダムに異なっていてもよいし、高さと間隔の両方がランダムであってもよい。   Further, in the above-described embodiment and modified examples, the height of the plurality of convex portions 51 is fixed, but is not limited thereto. For example, the heights of the plurality of protrusions 51 may be randomly different. Alternatively, the intervals between the convex portions 51 may be randomly different, and both the height and the intervals may be random.

また、上記実施の形態及び変形例において、光学デバイス1及び1Aに入射する光として太陽光を例示したが、これに限るものではない。例えば、光学デバイス1及び1Aに入射する光は、照明器具等の発光装置が発する光であってもよい。   Further, in the above-described embodiments and modified examples, sunlight is illustrated as light incident on the optical devices 1 and 1A, but the present invention is not limited to this. For example, the light incident on the optical devices 1 and 1A may be light emitted from a light emitting device such as a lighting fixture.

また、上記実施の形態及び変形例において、凸部51の長手方向がX軸方向となるように光学デバイス1及び1Aを窓に配置したが、これに限らない。例えば、凸部51の長手方向がZ軸方向となるように光学デバイス1及び1Aを窓に配置してもよい。   Further, in the above-described embodiment and modified examples, the optical devices 1 and 1A are arranged on the window so that the longitudinal direction of the convex portion 51 is in the X-axis direction, but the present invention is not limited to this. For example, the optical devices 1 and 1A may be arranged in a window such that the longitudinal direction of the convex portion 51 is in the Z-axis direction.

また、上記実施の形態及び変形例において、光学デバイス1及び1Aを窓に貼り付けたが、光学デバイス1及び1Aを建物の窓そのものとして用いてもよい。また、光学デバイス1及び1Aは、建物の窓に設置する場合に限るものではなく、例えば車の窓等に設置してもよい。   In addition, in the above-described embodiment and the modified example, the optical devices 1 and 1A are attached to windows, but the optical devices 1 and 1A may be used as windows of buildings. Further, the optical devices 1 and 1A are not limited to being installed in a window of a building, but may be installed in, for example, a window of a car.

なお、その他、上記実施の形態及び変形例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、又は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で上記の各実施の形態及び変形例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, a form obtained by applying various modifications conceived by those skilled in the art to the above-described embodiments and modifications, or a component in each of the above-described embodiments and modifications without departing from the spirit of the present invention. The present invention also includes a mode realized by arbitrarily combining the functions and the functions.

1、1A 光学デバイス
10 第一基板
20 第二基板
30 第一電極
40 第二電極
50 凹凸構造
60 屈折率可変層
61 絶縁性液体
62a 第一ナノ粒子
62b 第二ナノ粒子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1A Optical device 10 First substrate 20 Second substrate 30 First electrode 40 Second electrode 50 Concavo-convex structure 60 Refractive index variable layer 61 Insulating liquid 62a First nanoparticle 62b Second nanoparticle

Claims (12)

光透過性を有する第一基板と、
前記第一基板に対向して配置された光透過性を有する第二基板と、
前記第一基板の前記第二基板側に配置された第一電極と、
前記第一基板の前記第二基板側に配置された凹凸構造と、
前記第二基板の前記第一基板側に配置された第二電極と、
前記凹凸構造と前記第二電極との間に配置され、前記第一電極と前記第二電極との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、
前記屈折率可変層は、絶縁性液体と、前記絶縁性液体に分散された複数の第一ナノ粒子及び複数の第二ナノ粒子とを有し、
前記第一ナノ粒子及び前記第二ナノ粒子の各々は、同じ極性で帯電している、
光学デバイス。
A first substrate having optical transparency,
A second substrate having light transmissivity disposed opposite to the first substrate,
A first electrode disposed on the second substrate side of the first substrate,
An uneven structure arranged on the second substrate side of the first substrate,
A second electrode disposed on the first substrate side of the second substrate,
A refractive index variable layer arranged between the uneven structure and the second electrode, the refractive index of which changes according to a voltage applied between the first electrode and the second electrode,
The refractive index variable layer, having an insulating liquid, a plurality of first nanoparticles and a plurality of second nanoparticles dispersed in the insulating liquid,
Each of the first nanoparticles and the second nanoparticles are charged with the same polarity,
Optical device.
前記第一ナノ粒子は、透明粒子であり、
前記第二ナノ粒子は、散乱粒子であり、
前記第二ナノ粒子の屈折率は、前記第一ナノ粒子の屈折率よりも高い、
請求項1に記載の光学デバイス。
The first nanoparticles are transparent particles,
The second nanoparticles are scattering particles,
The refractive index of the second nanoparticles is higher than the refractive index of the first nanoparticles,
The optical device according to claim 1.
前記第一ナノ粒子の濃度は、前記第二ナノ粒子の濃度よりも大きい、
請求項2に記載の光学デバイス。
The concentration of the first nanoparticles is greater than the concentration of the second nanoparticles,
The optical device according to claim 2.
前記第一ナノ粒子と前記第二ナノ粒子とを含めた粒子濃度は、30%以下である、
請求項1〜3のいずれか1項に記載の光学デバイス。
The particle concentration including the first nanoparticles and the second nanoparticles is 30% or less,
The optical device according to claim 1.
前記第一電極と前記第二電極との間に電圧が印加されていない場合、前記屈折率可変層の屈折率は、前記凹凸構造の屈折率と略同一である、
請求項1〜4のいずれか1項に記載の光学デバイス。
When no voltage is applied between the first electrode and the second electrode, the refractive index of the refractive index variable layer is substantially the same as the refractive index of the uneven structure,
The optical device according to claim 1.
前記第一電極と前記第二電極との間に電圧が印加されていない場合、前記光学デバイスは、前記光学デバイスに入射する光を直進透過させる、
請求項5に記載の光学デバイス。
When no voltage is applied between the first electrode and the second electrode, the optical device transmits light incident on the optical device in a straight line,
The optical device according to claim 5.
前記第一電極と前記第二電極との間に第一電圧が印加されている場合、前記光学デバイスは、前記光学デバイスに入射する光を第一角度で配光させる、
請求項5又は6に記載の光学デバイス。
When a first voltage is applied between the first electrode and the second electrode, the optical device distributes light incident on the optical device at a first angle,
The optical device according to claim 5.
前記第一電極と前記第二電極との間に第一電圧とは逆電圧である第二電圧が印加されている場合、前記光学デバイスは、前記光学デバイスに入射する光を第一角度とは異なる第二角度で配光させる、
請求項5又は6に記載の光学デバイス。
When a second voltage that is a reverse voltage to the first voltage is applied between the first electrode and the second electrode, the optical device defines light incident on the optical device as a first angle. Distribute light at different second angles,
The optical device according to claim 5.
前記第一電極と前記第二電極との間に電圧が印加されていない場合、前記屈折率可変層の屈折率は、前記凹凸構造の屈折率よりも高い、
請求項1〜6のいずれか1項に記載の光学デバイス。
When no voltage is applied between the first electrode and the second electrode, the refractive index of the refractive index variable layer is higher than the refractive index of the uneven structure,
The optical device according to claim 1.
前記第一電極と前記第二電極との間に電圧が印加されていない場合、前記光学デバイスは、前記光学デバイスに入射する光を第一角度で配光させる、
請求項9に記載の光学デバイス。
When no voltage is applied between the first electrode and the second electrode, the optical device distributes light incident on the optical device at a first angle,
The optical device according to claim 9.
前記第一電極と前記第二電極との間に第一電圧が印加されている場合、前記光学デバイスは、前記光学デバイスに入射する光を第一角度とは異なる第二角度で配光させる、
請求項10に記載の光学デバイス。
When a first voltage is applied between the first electrode and the second electrode, the optical device distributes light incident on the optical device at a second angle different from the first angle,
The optical device according to claim 10.
前記第一電極と前記第二電極との間に第一電圧とは逆電圧である第二電圧が印加されている場合、前記光学デバイスは、前記光学デバイスに入射する光を直進透過させる、
請求項10又は11に記載の光学デバイス。
When a second voltage that is a reverse voltage to the first voltage is applied between the first electrode and the second electrode, the optical device transmits light incident on the optical device in a straight line,
The optical device according to claim 10.
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