JP2020160097A - Optical device - Google Patents

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JP2020160097A
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ちぐさ 尾崎
Chigusa OZAKI
ちぐさ 尾崎
太田 益幸
Masuyuki Ota
益幸 太田
裕子 鈴鹿
Yuko Suzuka
裕子 鈴鹿
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Abstract

To provide an optical device having excellent light distribution performance.SOLUTION: The optical device comprises: a light-transmissive first substrate 10; a light-transmissive second substrate 20 opposed to the first substrate 10; a first electrode 30 arranged on the second substrate 20 side of the first substrate 10; a concavoconvex structure 50 arranged on the second substrate 20 side of the first electrode 30; a second electrode 40 arranged on the first substrate 10 side of the second substrate 20; and a refractive index variable layer 60 arranged between the concavoconvex structure 50 and the second electrode 40, and having a refractive index that changes in accordance with a voltage applied between the first electrode 30 and the second electrode 40. The refractive index variable layer 60 includes: an insulating liquid 61; and charged nanoparticles 62 included in the insulating liquid 61. The refractive index of the nanoparticles 62 is higher than the refractive index of the insulating liquid 61.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 capable of distributing 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(例えば特許文献1、2)。 Conventionally, as an optical device, a light distribution device capable of distributing incident light has been proposed. Such optical devices are used for windows of buildings, cars, and the like. 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 incident from the outside and introduce the outside light toward the ceiling of the room (for example, Patent Document). 1, 2).

この種の配光デバイスとして、液晶を用いたものが知られている。例えば、特許文献3には、一対の透明基板と、一対の透明基板の内側に配置された一対の透明電極と、一対の透明電極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。液晶を用いた配光デバイスでは、一対の透明電極に印加する電圧に応じて液晶層の液晶分子の配向状態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ている。 As a light distribution device of this type, a device using a liquid crystal is known. For example, Patent Document 3 discloses a liquid crystal optical element including a pair of transparent substrates, a pair of transparent electrodes arranged inside the pair of transparent substrates, and a liquid crystal layer arranged between the pair of transparent electrodes. Has been done. In a light distribution device using a liquid crystal, the traveling direction of light incident on the light distribution device is changed by changing the orientation state of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer according to the voltage applied to the pair of transparent electrodes.

特開2012−259951号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-259951 国際公開第2015/056736号International Publication No. 2015/056736 特開2012−173534号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-173534

しかしながら、液晶を用いた配光デバイスでは、十分な配光性能を得ることができない。 However, a light distribution device using a liquid crystal cannot obtain sufficient light distribution performance.

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、優れた配光性能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 excellent light distribution performance.

上記目的を達成するために、本発明に係る第1の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、前記第一電極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帯電するナノ粒子とを有し、前記ナノ粒子の屈折率は、前記絶縁性液体の屈折率よりも高い。 In order to achieve the above object, one aspect of the first optical device according to the present invention is a light-transmitting first substrate and a light-transmitting second substrate arranged to face the first substrate. A substrate, a first electrode arranged on the second substrate side of the first substrate, a concave-convex structure arranged on the second substrate side of the first electrode, and the first substrate side of the second substrate. A refractive index is arranged between the concave-convex structure and the second electrode, and the refractive index changes according to the voltage applied between the first electrode and the second electrode. A variable index layer is provided, and the variable refractive index layer has an insulating liquid and charged nanoparticles dispersed in the insulating liquid, and the refractive index of the nanoparticles is the refractive index of the insulating liquid. Higher than the rate.

また、本発明に係る第2の光学デバイスの一態様は、入射する光を制御する光学デバイスであって、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、前記第一電極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、絶縁性液体及び前記絶縁性液体に分散された帯電するナノ粒子を有するナノ粒子分散層とを備え、前記光学デバイスは、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、前記光学デバイスに入射する光の進行方向を制御する。 Further, one aspect of the second optical device according to the present invention is an optical device that controls incident light, that is, a first substrate having light transmission and light arranged to face the first substrate. A second substrate having transparency, 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 electrode, and the second substrate. The second electrode arranged on the first substrate side of the above, and the nanoparticles arranged between the uneven structure and the second electrode and having an insulating liquid and charged nanoparticles dispersed in the insulating liquid. The optical device includes a dispersion layer, and controls the traveling direction of light incident on the optical device according to a voltage applied between the first electrode and the second electrode.

また、本発明に係る第3の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、前記第一電極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、絶縁性液体及び前記絶縁性液体に分散された帯電するナノ粒子を有するナノ粒子分散層とを備え、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、前記ナノ粒子分散層における前記ナノ粒子の粒子分布が変化する。 Further, one aspect of the third optical device according to the present invention includes a first substrate having light transmission, a second substrate having light transmission arranged opposite to the first substrate, and the first substrate. A first electrode arranged on the second substrate side of the substrate, a concave-convex structure arranged on the second substrate side of the first electrode, and a second arranged on the first substrate side of the second substrate. A nanoparticle dispersion layer having an electrode and a nanoparticle dispersion layer having an insulating liquid and charged nanoparticles dispersed in the insulating liquid, which is arranged between the concave-convex structure and the second electrode, is provided, and the first electrode and the second electrode are provided. The particle distribution of the nanoparticles in the nanoparticle dispersion layer changes according to the voltage applied between the second electrode and the second electrode.

本発明によれば、優れた配光性能を有する光学デバイスを実現できる。 According to the present invention, an optical device having excellent light distribution performance can be realized.

実施の形態に係る光学デバイスの断面図である。It is sectional drawing of the optical device which concerns on 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 enlarged sectional view of the optical device which concerns on embodiment. 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。It is a figure for demonstrating the first optical action of the optical device which concerns on 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。It is a figure for demonstrating the second optical action of the optical device which concerns on 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。It is a figure for demonstrating the third optical action of the optical device which concerns on embodiment.

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、いずれも本発明の好ましい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. In addition, all of the embodiments described below show a preferable specific example of the present invention. Therefore, the numerical values, shapes, materials, components, arrangement positions of the components, connection forms, and the like shown in the following embodiments are examples and are not intended to limit the present invention. Therefore, among the components in the following embodiments, the components not described in the independent claims indicating the highest level concept of the present invention will be 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 figure is a schematic view and is not necessarily exactly illustrated. Therefore, the scales and the like do not always match in each figure. In each figure, substantially the same configuration is designated by the same reference numerals, and duplicate 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。 Further, in the present specification and the drawings, the X-axis, the Y-axis, and the Z-axis represent the three axes of the three-dimensional Cartesian coordinate system. In the present embodiment, the Z-axis direction is the vertical direction and is perpendicular to the Z-axis. (Direction parallel to the XY plane) is the horizontal direction. The X-axis and the Y-axis are orthogonal to each other and both are orthogonal to the Z-axis. The positive direction in the Z-axis direction is vertically downward. Further, 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. 1 and 2. FIG. 1 is a cross-sectional view of the optical device 1 according to the embodiment. FIG. 2 is an enlarged cross-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 an optical control device that controls light incident on the optical device 1. Specifically, the optical device 1 controls the traveling direction of the light incident on the optical device 1. In the present embodiment, the optical device 1 is a light distribution device capable of changing the traveling direction of incident light (for example, distributing light) to emit 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, and a variable refractive index layer 60. To be equipped.

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, the first electrode 30, the concave-convex structure 50, the refractive index variable layer 60, and the second electrode 40 are arranged between the pair of the first substrate 10 and the second substrate 20 in this order along the thickness direction. It has a structure of

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。 Further, as shown in FIG. 1, in the optical device 1, the first substrate 10, the first electrode 30, and the concave-convex structure 50 constitute the first laminated substrate 100, and the second substrate 20 and the second electrode 40 are the first. The two laminated substrates 200 are 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 so as to face each other with a gap, and the entire circumference of the outer peripheral end portion is sealed. As a result, 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 on the inner surface of the first laminated substrate 100 and the second laminated substrate 200 in a frame shape, or the first substrate 10 and the second substrate 20 are welded by a 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 board, second board]
As shown in FIGS. 1 and 2, the first substrate 10 is the base material of the first laminated substrate 100, and the second substrate 20 is the base material of the second laminated 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 (translucent substrate). The first substrate 10 and the second substrate 20 are preferably transparent 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 of the glass substrate include soda glass, non-alkali glass, high refractive index glass and the like. The resin substrate has an advantage that it is less scattered at the time of destruction. On the other hand, the glass substrate has the advantages of high light transmittance and low moisture transmittance.

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 may be made of different materials, but it is better that they are made of the same material. Further, the first substrate 10 and the second substrate 20 are not limited to the rigid substrate, and 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 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 to this. In the present embodiment, the thickness of the first substrate 10 and the second substrate 20 are both 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。 Further, the shape of the first substrate 10 and the second substrate 20 in a plan view is, for example, a square or a rectangular rectangle, but the shape is not limited to this, and may be a polygon other than a circle or a quadrangle. Shape can be adopted.

[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 be able to apply an electric field to the variable refractive index layer 60. Further, the first electrode 30 and the second electrode 40 are arranged in pairs 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. It 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。 Further, in the present embodiment, the pair of the first electrode 30 and the second electrode 40 are sandwiched between the first substrate 10 and the second substrate 20 so as to sandwich at least the concave-convex structure 50 and the variable refractive index layer 60. Have been placed. Specifically, the first electrode 30 is arranged between the first substrate 10 and the concave-convex structure 50, and the second electrode 40 is arranged between the second substrate 20 and the variable refractive index 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, the thickness of each of the first electrode 30 and the second electrode 40 is 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が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 a plan view is, for example, a square or a rectangular rectangle 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 having a rectangular shape in a plan view formed on substantially the entire surface of each of the surfaces 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 electrodes having translucency and transmit incident light. The first electrode 30 and the second electrode 40 are transparent electrodes made of, for example, a transparent conductive layer. As the material of the transparent conductive layer, a conductor-containing resin composed of a transparent metal oxide such as ITO (Indium Tin Oxide) or IZO (Indium Zinc Oxide), and a resin containing a conductor such as silver nanowires or conductive particles. Alternatively, a metal thin film such as a silver thin film can be used. The first electrode 30 and the second electrode 40 may have a single-layer structure thereof or 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 source. For example, each of the first electrode 30 and the second electrode 40 is drawn out to the outside of the sealing resin that seals the variable refractive index layer 60, and the drawn out portions are used as electrode terminals for connecting to an external power source. May be 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。
[Concave and convex structure]
As shown in FIGS. 1 and 2, the concavo-convex structure 50 is a concavo-convex layer having a concavo-convex surface, and has a configuration in which a plurality of micro-order-sized or nano-order-sized convex portions 51 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 concave-convex structure 50 is arranged on the second substrate 20 side of the first electrode 30. Specifically, the concave-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 concave-convex structure 50 is provided on the first electrode 30 so that the plurality of convex portions 51 project toward the variable refractive index 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 concave-convex structure 50 on the first electrode 30 side (the surface of the convex portion 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、断面形状が三角形でX軸方向に延在する長尺状の略三角柱形状であり、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 striped shape. Specifically, each of the plurality of convex portions 51 has a triangular cross-sectional shape and is a long substantially triangular prism 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1〜10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 convex portion 51 has, for example, a height of 100 nm or more and 100 μm or less, and an aspect ratio (height / lower base) of about 1 to 10, but is not limited to this. As an example, each convex portion 51 has a height of about 10 μm, a lower base of about 5 μm, and an upper base 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、底辺5μm)の場合、隣り合う2つの凸部51の間隔は、2μm程度である。 Further, the distance between the two convex portions 51 adjacent to each other in the Z-axis direction is, for example, 0 or more and 100 mm or less. That is, the two convex portions 51 adjacent to each other in the Z-axis direction may be arranged with a predetermined interval without contacting the bottoms, or may be arranged with the bottoms in contact with each other (at zero interval). However, the distance between the two convex portions 51 adjacent to each other in the Z-axis direction is preferably equal to or less than the base of the convex portions 51. As an example, in the case of the convex portion 51 of the above size (height 10 μm, base 5 μm), the distance between two adjacent convex portions 51 is about 2 μm.

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の断面形状は二等辺三角形でわり、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 protrusions 51 has a pair of side surfaces. In the present embodiment, the cross-sectional shape of each convex portion 51 is a tapered shape that tapers along the direction (Y-axis minus direction) from the second substrate 20 to the first substrate 10. Therefore, each of the pair of side surfaces of each convex portion 51 is an inclined surface that is inclined at a predetermined inclination angle with respect to the thickness direction, and the distance between the pair of side surfaces in each convex portion 51 (width of the convex portion 51). Is gradually getting smaller from the second substrate 20 toward the first substrate 10. The inclination angles of the two sides of each convex portion 51 may be the same or different. In the present embodiment, the cross-sectional shape of each convex portion 51 is an isosceles triangle, and the inclination angles (base angles) of the two side surfaces of each convex portion 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。 The pair of side surfaces of each convex portion 51 is a surface in contact with the variable refractive index layer 60, and the 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の一対の側面のうちの一方の側面(本実施の形態では下側の側面)では、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する。 Specifically, on one side surface (lower side surface in the present embodiment) of the pair of side surfaces of the convex portion 51, the light incident from the first substrate 10 is the convex portion 51 and the refractive index variable layer 60. Depending on the difference in refractive index with, it may be refracted and transmitted, or it may be transmitted as it is without refraction.

また、凸部51の一対の側面のうちの他方の側面(本実施の形態では上側の側面)では、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の上側の側面は、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全反射面となりうる。 Further, on the other side surface (upper side surface in the present embodiment) of the pair of side surfaces of the convex portion 51, the light incident from the first substrate 10 has the refractive index of the convex portion 51 and the refractive index variable layer 60. Depending on the difference, it may be refracted and transmitted, it may be transmitted as it is without refraction, or it may be totally reflected. That is, the upper side surface of the convex portion 51 can be a total reflection surface depending on the difference in refractive index between the convex portion 51 and the variable refractive index layer 60 and the incident angle of light.

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。 As the material of the concave-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 imprinting. In the present embodiment, the uneven structure 50 is formed by using an acrylic resin having a refractive index of about 1.5.

なお、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 variable refractive index layer 60 by the first electrode 30 and the second electrode 40, but it is conductive. May have. In this case, as the material of the uneven structure 50, a conductive polymer such as PEDOT, a resin containing a conductor (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と、絶縁性液体61に含まれるナノ粒子62とを有する。屈折率可変層60は、無数のナノ粒子62が絶縁性液体61に分散されたナノ粒子分散層である。
[Variable refractive index layer]
As shown in FIGS. 1 and 2, the refractive index variable layer 60 has an insulating liquid 61 and nanoparticles 62 contained in the insulating liquid 61. The variable refractive index layer 60 is a nanoparticle dispersion layer in which innumerable nanoparticles 62 are dispersed in an 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、分散質としてナノ粒子62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1.6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1.5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 that serves as a dispersion medium in which nanoparticles 62 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 1.6 can be used. In this embodiment, an insulating liquid 61 having a refractive index of about 1.5 is used.

なお、絶縁性液体61の動粘度は、100mm/s程度であるとよい。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、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、絶縁性流体61としては、シリコーンオイル等を用いることもできる。 The kinematic viscosity of the insulating liquid 61 is preferably about 100 mm 2 / s. Further, the insulating liquid 61 is preferably having a low dielectric constant (dielectric constant of the concave-convex structure 50 or less), non-flammable (high flash point having a flash point of 250 ° C. or higher), and low volatility. Specifically, the insulating liquid 61 is a hydrocarbon (aliphatic hydrocarbon, naphtha, other petroleum-based solvent, etc.), a low molecular weight halogen-containing polymer, or a mixture thereof. As an example, the insulating liquid 61 is a halogenated carbon hydrogen such as fluorocarbon hydrogen. As the insulating fluid 61, silicone oil or the like can also be used.

ナノ粒子62は、絶縁性液体61に複数分散されている。ナノ粒子62は、粒径がナノオーダサイズの微粒子である。具体的には、入射光の波長をλとすると、ナノ粒子62の粒径は、λ/4以下であるとよい。ナノ粒子62の粒径をλ/4以下にすることで、ナノ粒子62での光散乱を少なくして、ナノ粒子62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。ナノ粒子62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。 A plurality of nanoparticles 62 are dispersed in the insulating liquid 61. The nanoparticles 62 are fine particles having a particle size of nanoorder size. Specifically, assuming that the wavelength of the incident light is λ, the particle size of the nanoparticles 62 is preferably λ / 4 or less. By setting the particle size of the nanoparticles 62 to λ / 4 or less, light scattering in the nanoparticles 62 can be reduced, and an average refractive index between the nanoparticles 62 and the insulating liquid 61 can be obtained. The smaller the particle size of the nanoparticles 62, the better, preferably 100 nm or less, and more preferably several nm to several tens of nm.

ナノ粒子62は、高屈折率材料によって構成されているとよい。具体的には、ナノ粒子62の屈折率は、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、ナノ粒子62の屈折率は、凹凸構造50の屈折率よりも高い。 The nanoparticles 62 are preferably made of a high refractive index material. Specifically, the refractive index of the nanoparticles 62 is higher than that of the insulating liquid 61. In the present embodiment, the refractive index of the nanoparticles 62 is higher than the refractive index of the concave-convex structure 50.

ナノ粒子62としては、金属酸化物微粒子を用いることができる。また、ナノ粒子62は、透過率が高い材料で構成されているとよい。本実施の形態では、ナノ粒子62として、酸化ジルコニウム(ZrO)によって構成された屈折率が2.1の透明なジルコニア粒子を用いている。なお、ナノ粒子62は、酸化ジルコニウムに限らず、酸化チタン等によって構成されていてもよい。 As the nanoparticles 62, metal oxide fine particles can be used. Further, the nanoparticles 62 are preferably made of a material having a high transmittance. In the present embodiment, transparent zirconia particles having a refractive index of 2.1 and composed of zirconium oxide (ZrO 2 ) are used as the nanoparticles 62. The nanoparticles 62 are not limited to zirconium oxide, and may be made of titanium oxide or the like.

また、ナノ粒子62は、帯電している荷電粒子である。例えば、ナノ粒子62の表面を修飾することで、ナノ粒子62を正(プラス)又は負(マイナス)に帯電させることができる。本実施の形態において、ナノ粒子62は、正(プラス)に帯電している。 Further, the nanoparticles 62 are charged particles that are charged. For example, by modifying the surface of the nanoparticles 62, the nanoparticles 62 can be positively (plus) or negatively (minus) charged. In the present embodiment, the nanoparticles 62 are positively charged.

このように構成された屈折率可変層60では、帯電したナノ粒子62が絶縁性液体61全体に分散されている。本実施の形態では、ナノ粒子62として屈折率が2.1のジルコニア粒子を用いて、このナノ粒子62を溶媒屈折率が約1.5の絶縁性液体61に分散させたものを屈折率可変層60としている。 In the variable refractive index layer 60 configured in this way, the charged nanoparticles 62 are dispersed throughout the insulating liquid 61. In the present embodiment, zirconia particles having a refractive index of 2.1 are used as the nanoparticles 62, and the nanoparticles 62 are dispersed in an insulating liquid 61 having a refractive index of about 1.5, and the refractive index is variable. The layer is 60.

また、屈折率可変層60全体の屈折率(平均屈折率)は、ナノ粒子62が屈折率可変層60(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の屈折率と異なっている。具体的には、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るように設定されており、本実施の形態では、約1.6である。なお、屈折率可変層60全体の屈折率は、絶縁性液体61に分散するナノ粒子62の濃度(量)を調整することによって変えることができる。詳細は後述するが、ナノ粒子62の量は凹凸構造50の凹部(隣り合う2つの凸部51の間の領域)に埋まる程度にするとよく、この場合、絶縁性液体61に対するナノ粒子62の濃度は、約10%〜30%である。 Further, the refractive index (average refractive index) of the entire variable refractive index layer 60 is the same as the refractive index of the uneven structure 50 in a state where the nanoparticles 62 are uniformly dispersed in the variable refractive index layer 60 (insulating liquid 61). It's different. Specifically, the refractive index of the entire variable refractive index layer 60 is set to be higher than the refractive index of the concave-convex structure 50, which is about 1.6 in the present embodiment. The refractive index of the entire variable refractive index layer 60 can be changed by adjusting the concentration (amount) of the nanoparticles 62 dispersed in the insulating liquid 61. The details will be described later, but the amount of the nanoparticles 62 should be such that it is buried in the recesses of the concave-convex structure 50 (the region between the two adjacent convex portions 51). In this case, the concentration of the nanoparticles 62 with respect to the insulating liquid 61. Is about 10% to 30%.

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 variable refractive index layer 60 is arranged between the concave-convex structure 50 and the second electrode 40. Specifically, the variable refractive index 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 concave-convex structure 50 is the interface between the variable refractive index layer 60 and the uneven surface of the concave-convex 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。 Further, the refractive index of the variable refractive index layer 60 changes according to the voltage applied between the first electrode 30 and the second electrode 40. Specifically, the variable refractive index layer 60 is arranged 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中に分散するナノ粒子62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、ナノ粒子62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。これにより、屈折率可変層60内のナノ粒子62の粒子分布が変化して屈折率可変層60内にナノ粒子62の濃度分布を持たせることができるので、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。 Since the nanoparticles 62 dispersed in the insulating liquid 61 are charged, when an electric field is applied to the variable refractive index layer 60, the nanoparticles 62 travel in the insulating liquid 61 according to the electric field distribution and have insulating properties. It is unevenly distributed in the liquid 61. As a result, the particle distribution of the nanoparticles 62 in the variable refractive index layer 60 can be changed to give the concentration distribution of the nanoparticles 62 in the variable refractive index layer 60, so that the refractive index in the variable refractive index layer 60 can be provided. The distribution changes. That is, the refractive index of the variable refractive index layer 60 changes partially. As described above, the variable refractive index layer 60 functions mainly as a refractive index adjusting layer capable of adjusting the refractive index with respect to 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、ナノ粒子62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 configured in this way is arranged between the first laminated substrate 100 and the second laminated substrate 200. Specifically, the insulating liquid 61 in which the nanoparticles 62 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〜100μm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 100 μm, but is not limited to this. As an example, when the height of the convex portion 51 of the concave-convex structure 50 is 10 μm, the thickness of the refractive index variable 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。
[Manufacturing method of optical device]
Next, a method of manufacturing the optical device 1 will be described with reference to FIGS. 1 and 2.

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, using, for example, a PET substrate as the first substrate 10, an ITO film is formed as the first electrode 30 on the PET substrate, and a plurality of acrylic resins (refractive index 1.5) are formed on the ITO film. The first laminated substrate 100 is manufactured by forming the concavo-convex structure 50 composed of the convex portions 51 by the 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, the second laminated substrate 200 is manufactured by forming the second electrode 40 made of an ITO film on the PET substrate using, for example, a PET substrate as the second substrate 20.

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、ナノ粒子62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, an insulating liquid 61 in which nanoparticles 62 are dispersed is filled as a refractive index variable layer 60, and the first laminated substrate 100 and the second laminated substrate 200 are filled. The variable refractive index layer 60 is sealed between the first laminated substrate 100 and the second laminated substrate 200 by joining the outer peripheral portion with the 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。 In this way, 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3A、図3B及び図3Cを用いて説明する。図3A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3B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3C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. 3A, 3B and 3C. FIG. 3A is a diagram for explaining the first optical action of the optical device 1 according to the embodiment, and FIG. 3B is a diagram for explaining the second optical action of the optical device 1, FIG. 3C. Is a diagram for explaining the 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、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 by installing it, for example, in a window of a building. The optical device 1 is attached to a window of a building via, for example, an adhesive layer. In this case, the optical device 1 is installed in the window so that the longitudinal direction of the convex portion 51 of the concave-convex structure 50 is the horizontal direction. For example, sunlight is incident on the optical device 1 installed in the window. In the present embodiment, since the optical device 1 is installed so that the first substrate 10 is located on the light incident side (outside of the building), the optical device 1 is the light (sunlight) incident from the first substrate 10. ) Can be transmitted from the second substrate 20 to the inside of the building (for example, indoors) of the optical device 1.

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 passing through the optical device 1. Specifically, the optical action of the optical device 1 changes depending on the change in the refractive index of the variable refractive index layer 60. Therefore, the light incident on the optical device 1 is subjected to different optical actions depending on 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)におけるナノ粒子62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。本実施の形態における光学デバイス1は、3つの光学作用を有する。以下、光学デバイス1の3つ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 the light incident on the optical device 1 according to the voltage applied between the first electrode 30 and the second electrode 40. Specifically, the particle distribution of the nanoparticles 62 in the variable refractive index layer 60 (nanoparticle dispersion layer) changes according to the voltage applied between the first electrode 30 and the second electrode 40, whereby , The refractive index of the variable refractive index layer 60 is partially changed. As a result, the optical action of the optical device 1 changes. The optical device 1 in this embodiment has three optical actions. Hereinafter, the three optical actions of the optical device 1 will be described in detail.

まず、図3A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. 3A. 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), optics. The device 1 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3Aに示すように、屈折率可変層60において、ナノ粒子62は、絶縁性液体61全体にわたって分散された状態となる。このとき、本実施の形態では、上記のように、ナノ粒子62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の屈折率が約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。 In the first optical mode, no electric field is applied to the variable refractive index layer 60, so that the nanoparticles 62 are dispersed throughout the insulating liquid 61 in the variable refractive index layer 60, as shown in FIG. 3A. .. 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 nanoparticles 62 are dispersed in the entire insulating liquid 61 is about 1.6. Further, 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 variable refractive index layer 60 is higher than that of the concave-convex structure 50. It is high, and there is a difference in refractive index between the refractive index of the concave-convex structure 50 and the variable refractive index layer 60.

この場合、図3Aに示すように、光学デバイス1に対して斜め方向から光L1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L1は、屈折率可変層60と凸部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L1は、光学デバイス1によって配光する。 In this case, as shown in FIG. 3A, when light L1 is incident on the optical device 1 from an oblique direction, there is a difference in refractive index at the interface between the concave-convex structure 50 (convex portion 51) and the variable refractive index layer 60. The light L1 is refracted at the interface between the variable refractive index layer 60 and the lower side surface of the convex portion 51 and the variable refractive index layer 60, and then the upper side surface of the variable refractive index layer 60 and the convex portion 51 and the refractive index. It is totally reflected at the interface with the variable layer 60, the traveling direction is bent in the direction of rebound, and the light is emitted to the outside of the optical device 1. That is, the light L1 incident on the optical device 1 is distributed by 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、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。 In this way, when no voltage is applied between the first electrode 30 and the second electrode 40, the optical device 1 distributes the light incident on the first substrate 10 and transmits it 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 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 as described above, the traveling direction is changed, and the light is emitted from the second substrate 20.

なお、詳細は図示していないが、第一基板10と第一電極30との界面又は屈折率可変層60と第二電極40との界面等、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。 Although details are not shown, there is a difference in refractive index between the members, such as the interface between the first substrate 10 and the first electrode 30, or the interface between the variable refractive index layer 60 and the second electrode 40. At the location, the light incident from the first substrate 10 will be refracted at the interface.

次に、図3B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との間には第一電圧として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一電圧(電位差)は、例えば数十V程度である。 Next, the second optical action of the optical device 1 will be described with reference to FIG. 3B. When a potential is applied to the first electrode 30 and the second electrode 40, that is, 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 gives a second optical action to the incident light. Specifically, a DC voltage is applied as the first voltage between the first electrode 30 and the second electrode 40. The first voltage (potential difference) applied between the first electrode 30 and the second electrode 40 is, for example, about several tens of volts.

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。つまり、ナノ粒子62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. Therefore, in the variable refractive index layer 60, charged nanoparticles 62 runs through the insulating liquid 61 according to its electric field distribution. That is, the nanoparticles 62 are electrophoresed in the insulating liquid 61.

具体的には、第二光学モードでは、第一電極30にマイナス電位が印加され、第二電極40にプラス電位が印加されるので、プラスに帯電したナノ粒子62は、マイナス電位の第一電極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ナノ粒子62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く。 Specifically, 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, so that the positively charged nanoparticles 62 are the first electrode having a negative potential. It migrates toward 30, and is aggregated and unevenly distributed on the uneven structure 50 side in the variable refractive index layer 60. At this time, the nanoparticles 62 that migrate toward the first electrode 30 enter the recesses of the concave-convex structure 50, that is, the region between the two adjacent convex portions 51, and accumulate.

このように、ナノ粒子62が屈折率可変層60内の凹凸構造50側に偏在することで、ナノ粒子62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、ナノ粒子62全体の泳動によりナノ粒子62が集まってきてナノ粒子62の濃度が高くなった凹凸構造50側の第一領域60aと、ナノ粒子62全体の泳動によりナノ粒子62が無くなっていってナノ粒子62の濃度が低くなった第二電極40側の第二領域60bとが発生し、第一領域60aと第二領域60bとで屈折率差が生じる。 As described above, when the nanoparticles 62 are unevenly distributed on the uneven structure 50 side in the variable refractive index layer 60, the particle distribution of the nanoparticles 62 changes, and the refractive index distribution in the variable refractive index layer 60 becomes non-uniform. .. Specifically, in the variable refractive electrode layer 60, the nanoparticles 62 are gathered by the migration of the entire nanoparticles 62, and the first region 60a on the uneven structure 50 side where the concentration of the nanoparticles 62 is increased, and the nanoparticles. By the migration of the entire 62, the nanoparticles 62 disappeared and the second region 60b on the second electrode 40 side where the concentration of the nanoparticles 62 became low was generated, and the refractive index was generated in the first region 60a and the second region 60b. There is a difference.

この場合、ナノ粒子62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。 In this case, since the refractive index of the nanoparticles 62 is higher than that of the insulating liquid 61, the refractive index of the first region 60a on the concave-convex structure 50 side of the variable refractive index layer 60 is the second refractive index of the variable refractive index layer 60. It is higher than the refractive index of the second region 60b on the electrode 40 side.

本実施の形態では、上記のように、屈折率が2.1のジルコニア粒子からなるナノ粒子62を溶媒屈折率が約1.5の絶縁性液体61に分散させることで屈折率可変層60が構成されており、電圧無印加時の屈折率可変層60全体の屈折率が約1.6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1.6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1.6〜約1.5で分布する。 In the present embodiment, as described above, the variable refractive index layer 60 is formed by dispersing the nanoparticles 62 made of zirconia particles having a refractive index of 2.1 in an insulating liquid 61 having a refractive index of about 1.5. Since the refractive index of the entire variable refractive index layer 60 is about 1.6 when no voltage is applied, the first region 60a on the concave-convex structure 50 side of the variable refractive index layer 60 when the first voltage is applied. The refractive index of is distributed in the thickness direction from about 1.8 to about 1.6, and the refractive index of the second region 60b on the second electrode 40 side of the variable refractive index layer 60 is about 1.6 to about 1.6 in the thickness direction. It is distributed at about 1.5.

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1.6〜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。 As a result, as described above, the refractive index of the concave-convex structure 50 is about 1.5, so that 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 of the concave-convex structure 50 (about 1.5) and the refractive index of the first region 60a on the concave-convex structure 50 side of the variable refractive index layer 60 (about 1.6 to about 1.8). Causes a difference in refractive index. At this time, the difference in refractive index 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 variable refractive index layer 60 is larger than that in the first optical mode.

この場合、図3Bに示すように、光学デバイス1に対して斜め方向から光L1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L1は、屈折率可変層60と凸部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L1は、光学デバイス1によって配光する。 In this case, as shown in FIG. 3B, when light L1 is incident on the optical device 1 from an oblique direction, there is a difference in refractive index at the interface between the concave-convex structure 50 (convex portion 51) and the variable refractive index layer 60. As in the first optical mode, the light L1 is refracted at the interface between the variable refractive index layer 60 and the lower side surface of the convex portion 51 and the variable refractive index layer 60, and then becomes the variable refractive index layer 60. Full reflection occurs at the interface between the upper side surface of the convex portion 51 and the variable refractive index layer 60, and the traveling direction is bent in the direction of rebound and emitted to the outside of the optical device 1. That is, the light L1 incident on the optical device 1 is distributed by the optical device 1.

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1に入射した光L1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L1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, the light is distributed at a different angle than in the first optical mode. Specifically, in the second optical mode, the light is distributed at a steeper angle than in the first optical mode. That is, the reflection angle when the light L1 incident on the optical device 1 is totally reflected on the side surface of the convex portion 51 is smaller in the second optical mode than in the first optical mode. As a result, the angle of rebound (light distribution angle) when the incident light L1 is totally reflected on the side surface of the convex portion 51 and rebounds upward is in the case of the second optical mode than in the case of the first optical mode. The emission angle when emitting from the second substrate 20 is larger in the second optical mode than in 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1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1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1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。 In this way, when the first voltage is applied between the first electrode 30 and the second electrode 40, the optical device 1 directs the light incident on the first substrate 10 between the first electrode 30 and the second electrode. Light is distributed at a steeper angle than when no voltage is applied to and from 40, and the second substrate 20 is transmitted. That is, the second optical mode is a light distribution mode similar to the first optical mode, but the second optical mode is a second light distribution mode in which light is distributed steeper than the first optical mode. In the two optical modes, the optical device 1 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, the traveling direction is significantly changed, and the light is emitted from the second substrate 20.

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と第一電極30との界面又は屈折率可変層60と第二電極40との界面等、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 details are not shown, even in the second optical mode, between each member, such as the interface between the first substrate 10 and the first electrode 30, or the interface between the variable refractive index layer 60 and the second electrode 40, etc. Where there is a difference in refractive index at the interface, the light incident from the first substrate 10 is refracted at the interface, as described above.

次に、図3Cを用いて、光学デバイス1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、第二光学モードのときの直流電圧とは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、例えば数十V程度である。 Next, the third optical action of the optical device 1 will be described with reference to FIG. 3C. 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 is applied between the first electrode 30 and the second electrode 40. When a voltage is applied (when a second voltage is applied), the optical device 1 enters the third optical mode and gives a third optical action to the incident light. Specifically, a DC voltage that is opposite to the DC voltage in the second optical mode is applied as the 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 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。つまり、ナノ粒子62は、絶縁性液体61内を電気泳動する。 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, so that the refractive index is variable as in the second optical mode. In layer 60, the charged nanoparticles 62 travel in the insulating liquid 61 according to their electric field distribution. That is, the nanoparticles 62 are electrophoresed in the insulating liquid 61.

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、プラスに帯電したナノ粒子62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ナノ粒子62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 nanoparticles 62 are the third. It travels toward the two electrodes 40, and is aggregated and unevenly distributed on the side of the second electrode 40 in the variable refractive index layer 60. At this time, the nanoparticles 62 that migrated toward the second electrode 40 are accumulated in layers on the surface of the second electrode 40.

これにより、屈折率可変層60内の第二電極40側の第二領域60bでは、ナノ粒子62が集まってきてナノ粒子62の濃度が高くなる。一方、屈折率可変層60内の凹凸構造50側の第一領域60aでは、ナノ粒子62が無くなっていってナノ粒子62の濃度が低くなる。この結果、屈折率可変層60では凹凸構造50側の第一領域60aと第二電極40側の第二領域60bとで屈折率差が生じる。 As a result, the nanoparticles 62 gather in the second region 60b on the second electrode 40 side in the variable refractive index layer 60, and the concentration of the nanoparticles 62 increases. On the other hand, in the first region 60a on the concave-convex structure 50 side in the variable refractive index layer 60, the nanoparticles 62 disappear and the concentration of the nanoparticles 62 becomes low. As a result, in the variable refractive index layer 60, a difference in refractive index occurs between the first region 60a on the concave-convex structure 50 side and the second region 60b on the second electrode 40 side.

この場合、ナノ粒子62の屈折率が絶縁性液体61の屈折率よりも高いので、ナノ粒子62の濃度が低くなった屈折率可変層60の凹凸構造50側の第一領域60aの屈折率は、ナノ粒子62の濃度が高くなった屈折率可変層60の第二電極40側の第二領域60bの屈折率よりも低くなる。例えば、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1.5〜約1.6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1.6〜約1.8で分布する。 In this case, since the refractive index of the nanoparticles 62 is higher than that 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 in which the concentration of the nanoparticles 62 is low is , The concentration of the nanoparticles 62 is lower than the refractive index of the second region 60b on the second electrode 40 side of the variable refractive index layer 60. For example, 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 from about 1.5 to about 1.6, and the second electrode 40 side of the variable refractive index layer 60. The refractive index of the second region 60b is distributed in the thickness direction from about 1.6 to about 1.8.

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側の第一領域60aにおける凹凸構造50近傍の屈折率は、凹凸構造50の屈折率と略同一となる。この結果、屈折率可変層60の凹凸構造50側の第一領域60a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)。 Further, when the second voltage is applied, the refractive index in the vicinity of the concave-convex structure 50 in the first region 60a on the concave-convex structure 50 side of the variable refractive index layer 60 is substantially the same as the refractive index of the concave-convex structure 50. As a result, the difference in refractive index between the first region 60a on the uneven structure 50 side of the variable refractive index layer 60 and the uneven structure 50 (convex portion 51) is almost eliminated (refractive index difference Δn≈0).

本実施の形態では、上記のように、屈折率が2.1のジルコニア粒子からなるナノ粒子62を溶媒屈折率が約1.5の絶縁性液体61に分散させることで屈折率可変層60が構成されているので、第二電圧印加時において、屈折率可変層60の凹凸構造50側の第一領域60aにおける凹凸構造50近傍の屈折率は、凹凸構造50の屈折率と略同一の約1.5となる。また、屈折率可変層60の第二電極40側の第二領域60bにおける第二電極40近傍の屈折率は、約1.8となる。 In the present embodiment, as described above, the variable refractive index layer 60 is formed by dispersing the nanoparticles 62 made of zirconia particles having a refractive index of 2.1 in the insulating liquid 61 having a refractive index of about 1.5. Therefore, when the second voltage is applied, the refractive index in the vicinity of the concave-convex structure 50 in the first region 60a on the concave-convex structure 50 side of the variable refractive index layer 60 is about 1 which is substantially the same as the refractive index of the concave-convex structure 50. It becomes .5. Further, the refractive index in the vicinity of the second electrode 40 in the second region 60b on the second electrode 40 side of the variable refractive index layer 60 is about 1.8.

この場合、図3Cに示すように、光学デバイス1に対して斜め方向から光L1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L1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1に入射した光L1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. 3C, when light L1 is incident on the optical device 1 from an oblique direction, there is no difference in refractive index at the interface between the concave-convex structure 50 (convex portion 51) and the variable refractive index layer 60. The light L1 incident on the optical device 1 is not refracted at the interface between the variable refractive index layer 60 and the side surface of the convex portion 51, and the traveling direction does not change. Therefore, in the third optical mode, the light L1 incident on the optical device 1 travels straight inside the optical device 1 and is emitted to the outside of the optical device 1 without being bent in the traveling direction by the optical device 1.

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。 In this way, when the second voltage is applied between the first electrode 30 and the second electrode 40, the optical device 1 advances the light incident on the first substrate 10 in a straight line to move the second substrate 20. Make it transparent. 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 incident on the first substrate 10 travels straight through without being distributed by the optical device 1 and is emitted from the second substrate 20.

なお、第三光学モードにおいて、屈折率可変層60の凹凸構造50側の第一領域60a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の第一領域60aと凹凸構造50との屈折率差が0.010以下、より好ましくは0.005以下のことである(Δn≦0.005)。屈折率可変層60の第一領域60aと凹凸構造50との屈折率差が0.005を超えると、屈折率可変層60の第一領域60a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 third optical mode, the refractive index of the first region 60a on the concave-convex structure 50 side of the variable refractive index layer 60 and the refractive index of the concave-convex structure 50 are substantially the same as the first region 60a of the variable refractive index layer 60. The difference in refractive index between the and the concave-convex structure 50 is 0.010 or less, more preferably 0.005 or less (Δn ≦ 0.005). When the difference in refractive index between the first region 60a of the variable refractive index layer 60 and the concave-convex structure 50 exceeds 0.005, light is scattered at the interface between the first region 60a of the variable refractive index layer 60 and the concave-convex structure 50. Haze may occur.

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、ナノ粒子62は絶縁性液体61内を泳動し、図3Aに示すように、ナノ粒子62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 nanoparticles 62 run through the insulating liquid 61, and as shown in FIG. 3A, the nanoparticles 62 Returns to a state in which is 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(第一配光モード)、第二光学モード(第二配光モード)及び第三光学モード(透明モード)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 capable of changing 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, the optical device 1 can be switched to a plurality of optical modes by controlling the voltage applied between the first electrode 30 and the second electrode 40. In the present embodiment, the optical device 1 is switched to three modes: a first optical mode (first light distribution mode), a second optical mode (second light distribution mode), and a third optical mode (transparent mode). Can be done.

なお、第一電極30と第二電極40との間に印加する電圧によって生成される電界は、誘電率が低い方に付与されやすい。このため、凹凸構造50(凸部51)の誘電率は、屈折率可変層60の絶縁性液体61の誘電率よりも大きい方がよい。つまり、凹凸構造50(凸部51)に対して絶縁性液体61の誘電率が低い方がよい。これにより、凹凸構造50の方に電界がくわれてしまうことを抑制できる。 The electric field generated by the voltage applied between the first electrode 30 and the second electrode 40 is likely to be applied to the one having a lower dielectric constant. Therefore, the dielectric constant of the concave-convex structure 50 (convex portion 51) should be larger than the dielectric constant of the insulating liquid 61 of the variable refractive index layer 60. That is, it is preferable that the dielectric constant of the insulating liquid 61 is lower than that of the concave-convex structure 50 (convex portion 51). As a result, it is possible to prevent the electric field from being trapped in the concave-convex structure 50.

[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、帯電したナノ粒子62が分散された絶縁性液体61(ナノ粒子分散層)を用いている。
[Summary]
As described above, according to the optical device 1 according to the present embodiment, the concave-convex structure 50 and the variable refractive index layer 60 are arranged between the first electrode 30 and the second electrode 40, and the variable refractive index layer 60 is used. An insulating liquid 61 (nanoparticle dispersion layer) in which charged nanoparticles 62 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ナノ粒子62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におけるナノ粒子62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, the nanoparticles 62 run through the insulating liquid 61 by applying a voltage between the first electrode 30 and the second electrode 40, so that the refractive index of the variable refractive index layer 60 can be changed. it can. Specifically, the particle distribution of the nanoparticles 62 in the variable refractive index layer 60 changes, and the refractive index distribution of the variable refractive index layer 60 changes. As a result, the difference in 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.

本実施の形態では、ナノ粒子62として高屈折率材料を用いている。具体的には、ナノ粒子62の屈折率を絶縁性液体61の屈折率よりも高くしている。より具体的には、ナノ粒子62の屈折率を凹凸構造50の屈折率よりも高くしている。 In this embodiment, a high refractive index material is used as the nanoparticles 62. Specifically, the refractive index of the nanoparticles 62 is made higher than the refractive index of the insulating liquid 61. More specifically, the refractive index of the nanoparticles 62 is made higher than the refractive index of the uneven structure 50.

そして、光学デバイス1では、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)において、屈折率可変層60の屈折率は、凹凸構造50の屈折率と異なっている。具体的には、電圧無印加時において、屈折率可変層60の屈折率は、凹凸構造50の屈折率よりも高くなっている。したがって、電圧無印加時では、凹凸構造50と屈折率可変層60との間に屈折率差が生じ、光学デバイス1は、第一配光モードとなって、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。 In the optical device 1, when no voltage is applied between the first electrode 30 and the second electrode 40 (when no voltage is applied), the refractive index of the refractive index variable layer 60 is the refraction of the concave-convex structure 50. It is different from the rate. Specifically, when no voltage is applied, the refractive index of the variable refractive index layer 60 is higher than that of the concave-convex structure 50. Therefore, when no voltage is applied, a difference in refractive index occurs between the concave-convex structure 50 and the variable refractive index layer 60, and the optical device 1 enters the first light distribution mode to emit light incident on the first substrate 10. Light is distributed to transmit the second substrate 20.

また、第一電極30と第二電極40との間に第一電圧が印加されると、屈折率が高いナノ粒子62が凹凸構造50に向かって泳動して凹凸構造50側に偏在する。これにより、屈折率可変層60の凹凸構造50側の第一領域60aの屈折率が、屈折率可変層60の第二電極側の第二領域60bの屈折率より高くなる。したがって、第一電圧印加時では、凹凸構造50と屈折率可変層60との間に屈折率差が生じ、光学デバイス1は、第二配光モードとなって、第一配光モードと同様に、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。 Further, when the first voltage is applied between the first electrode 30 and the second electrode 40, the nanoparticles 62 having a high refractive index migrate toward the uneven structure 50 and are unevenly distributed on the uneven structure 50 side. As a result, the refractive index of the first region 60a on the concave-convex structure 50 side of the variable refractive index layer 60 becomes higher than the refractive index of the second region 60b on the second electrode side of the variable refractive index layer 60. Therefore, when the first voltage is applied, a difference in refractive index occurs between the concave-convex structure 50 and the variable refractive index layer 60, and the optical device 1 enters the second light distribution mode, which is the same as the first light distribution mode. , The light incident on the first substrate 10 is distributed and transmitted through the second substrate 20.

このとき、第一電圧印加時では、ナノ粒子61が屈折率可変層60の凹凸構造50側に偏在するので、屈折率可変層60の凹凸構造50側の第一領域60aの屈折率が、電圧無印加時よりも高くなる。この結果、第一電圧印加時(第二配光モード)では、電圧無印加時(第一配光モード)よりも凹凸構造50と屈折率可変層60の第一領域60aとの間の屈折率差が大きくなる。したがって、第一電圧印加時(第二配光モード)では、光学デバイス1は、第一基板10に入射する光を、電圧無印加時(第一配光モード)よりも急な角度で配光して第二基板20を透過させる。 At this time, when the first voltage is applied, the nanoparticles 61 are unevenly distributed on the concave-convex structure 50 side of the variable refractive index layer 60, so that the refractive index of the first region 60a on the concave-convex structure 50 side of the variable refractive index layer 60 is a voltage. It will be higher than when no application is applied. As a result, when the first voltage is applied (second light distribution mode), the refractive index between the concave-convex structure 50 and the first region 60a of the refractive index variable layer 60 is higher than when no voltage is applied (first light distribution mode). The difference becomes large. Therefore, when the first voltage is applied (second light distribution mode), the optical device 1 distributes the light incident on the first substrate 10 at a steeper angle than when no voltage is applied (first light distribution mode). Then, the second substrate 20 is transmitted.

また、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ると、屈折率が高いナノ粒子62が第二電極40に向かって泳動して第二電極40側に偏在する。これにより、屈折率可変層60の凹凸構造50側の第一領域60aの屈折率が、屈折率可変層60の第二電極40側の第二領域60bの屈折率より低く、かつ、凹凸構造50の屈折率と略同一になる。したがって、第二電圧印加時では、凹凸構造50と屈折率可変層60との間に屈折率差がなくなり、光学デバイス1は、透明モードとなって、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。 Further, when a second voltage different from the first voltage is applied between the first electrode 30 and the second electrode 40, nanoparticles 62 having a high refractive index migrate toward the second electrode 40 and second. It is unevenly distributed on the electrode 40 side. As a result, the refractive index of the first region 60a on the concave-convex structure 50 side of the variable refractive index layer 60 is lower than the refractive index of the second region 60b on the second electrode 40 side of the variable refractive index layer 60, and the concave-convex structure 50 It becomes almost the same as the refractive index of. Therefore, when the second voltage is applied, the difference in the refractive index between the concave-convex structure 50 and the variable refractive index layer 60 disappears, the optical device 1 enters the transparent mode, and the light incident on the first substrate 10 travels straight. The second substrate 20 is allowed to pass through.

このように構成される本実施の形態における光学デバイス1は、屈折率可変層が液晶層である光学デバイスと比べて、凹凸構造50と屈折率可変層60との屈折率差(Δn)を大きくすることができるので、配光制御範囲を大きくすることができる。 The optical device 1 according to the present embodiment configured as described above has a large refractive index difference (Δn) between the concave-convex structure 50 and the variable refractive index layer 60 as compared with the optical device in which the variable refractive index layer is a liquid crystal layer. Therefore, the light distribution control range can be increased.

例えば、屈折率可変層が液晶層である場合は、屈折率可変層(液晶層)は、1.5〜1.7の範囲内でしか屈折率が変化しないので、屈折率が1.5の凹凸構造との最大の屈折率差は0.2である。 For example, when the variable refractive index layer is a liquid crystal layer, the variable refractive index layer (liquid crystal layer) has a refractive index of 1.5 because the refractive index changes only within the range of 1.5 to 1.7. The maximum difference in refractive index from the uneven structure is 0.2.

これに対して、本実施の形態における光学デバイス1では、屈折率可変層60が屈折率2.1のナノ粒子62と溶媒屈折率約1.5の絶縁性液体61とによって構成されているので、屈折率可変層60は、部分的に、1.5〜2.1の範囲で屈折率を変化させることが可能となる。これにより、屈折率可変層60は、屈折率が1.5の凹凸構造50との最大の屈折率差は0.6となる。 On the other hand, in the optical device 1 of the present embodiment, the variable refractive index layer 60 is composed of nanoparticles 62 having a refractive index of 2.1 and an insulating liquid 61 having a refractive index of about 1.5. The variable refractive index layer 60 can partially change the refractive index in the range of 1.5 to 2.1. As a result, the maximum refractive index difference of the variable refractive index layer 60 from the concave-convex structure 50 having a refractive index of 1.5 is 0.6.

このように、凹凸構造50と屈折率可変層60との屈折率差が大きくなることで、光学デバイス1に入射した光が凹凸構造50で反射す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(配光制御範囲)を拡大させることができる。つまり、配光角度のレンジを拡大させることができる。 By increasing the difference in refractive index between the concave-convex structure 50 and the variable refractive index layer 60 in this way, the angle at which the light incident on the optical device 1 is reflected by the concave-convex structure 50 can be increased or decreased. The range (light distribution control range) that can be used can be expanded. That is, the range of the light distribution angle can be expanded.

また、本実施の形態における光学デバイス1は、屈折率可変層が液晶層である光学デバイスと比べて、配光率を向上させることができる。つまり、液晶層は、複屈折性を有する液晶分子によって構成されているので、液晶層を用いた光学デバイスでは、S波及びP波のいずれかしか配光させることができない。これに対して、絶縁性液体61及びナノ粒子62は、S波及びP波に対して無依存であるので、本実施の形態における光学デバイス1は、S波及びP波のいずれに対しても配光させることができる。したがって、本実施の形態における光学デバイス1は、液晶層を用いた光学デバイスに対して、配光率が2倍になる。 Further, the optical device 1 in the present embodiment can improve the light distribution rate as compared with the optical device in which the variable refractive index layer is a liquid crystal layer. That is, since the liquid crystal layer is composed of liquid crystal molecules having birefringence, an optical device using the liquid crystal layer can distribute only one of S wave and P wave. On the other hand, since the insulating liquid 61 and the nanoparticles 62 are independent of the S wave and the P wave, the optical device 1 in the present embodiment can be used for both the S wave and the P wave. Light can be distributed. Therefore, the optical device 1 in the present embodiment has twice the light distribution rate as that of the optical device using the liquid crystal layer.

以上のように、本実施の形態における光学デバイス1によれば、屈折率可変層が液晶層である光学デバイスと比べて、配光制御範囲を大きくすることができるとともに、配光率を向上させることができる。したがって、優れた配光性能を有する光学デバイスを実現できる。 As described above, according to the optical device 1 in the present embodiment, the light distribution control range can be increased and the light distribution rate can be improved as compared with the optical device in which the variable refractive index layer is a liquid crystal layer. be able to. Therefore, an optical device having excellent light distribution performance can be realized.

また、光学デバイス1が第一配光モード(第一電圧印加時)のときに凹凸構造50の凸部51の上側の側面の全面を反射面にするために、第一電極30側に偏在させるナノ粒子62は、凹凸構造50の凹部(隣り合う2つの凸部51の間の領域)の全てを埋めるように存在するとよい。つまり、ナノ粒子62が凸部51の頂点にまで存在するとよい。この場合、凹凸構造50の凹部の全てを埋めるために必要なナノ粒子62の量は、凹凸構造50の高さ及び屈折率可変層60の厚さに応じて、絶縁性液体61におけるナノ粒子62の濃度を調整して決定すればよい。 Further, when the optical device 1 is in the first light distribution mode (when the first voltage is applied), it is unevenly distributed on the first electrode 30 side in order to make the entire upper side surface of the convex portion 51 of the concave-convex structure 50 a reflective surface. The nanoparticles 62 may exist so as to fill all the recesses (the region between the two adjacent protrusions 51) of the concave-convex structure 50. That is, the nanoparticles 62 may be present up to the apex of the convex portion 51. In this case, the amount of nanoparticles 62 required to fill all the recesses of the concave-convex structure 50 depends on the height of the concave-convex structure 50 and the thickness of the variable refractive index layer 60, and the nanoparticles 62 in the insulating liquid 61. It may be determined by adjusting the concentration of.

(変形例)
以上、本発明に係る光学デバイスについて、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。
(Modification example)
The optical device according to the present invention has been described above based on the embodiment, but the present invention is not limited to the above embodiment.

例えば、上記実施の形態において、ナノ粒子62はプラスを帯電させたが、これに限らない。つまり、ナノ粒子62をマイナスに帯電させてもよい。 For example, in the above embodiment, the nanoparticles 62 are positively charged, but are not limited to this. That is, the nanoparticles 62 may be negatively charged.

また、上記実施の形態において、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両方にマイナス電位が印加されてもよい。 Further, in the above embodiment, 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 present invention is not limited to this. 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. A negative potential may be applied to both of them.

同様に、第三光学モードでは、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、第三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。 Similarly, in the third optical mode, a positive potential is applied to the first electrode 30 and a negative potential is applied to the second electrode 40, but the present invention is not limited to this. 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 third optical mode. A negative potential may be applied.

また、上記実施の形態において、凹凸構造50を構成する凸部51は、断面形状が三角形の長尺状の三角柱であったが、これに限らない。例えば、凸部51は、断面形状が略台形の長尺状の略四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 embodiment, the convex portion 51 constituting the concave-convex structure 50 is a long triangular prism having a triangular cross-sectional shape, but the present invention is not limited to this. For example, the convex portion 51 may be an elongated substantially quadrangular prism having a substantially trapezoidal cross section. 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 saw shape. Further, each of the plurality of convex portions 51 is not limited to one elongated 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 embodiment, the heights of the plurality of convex portions 51 are constant, but the height is not limited to this. For example, the heights of the plurality of convex portions 51 may be randomly different. Alternatively, the spacing between the protrusions 51 may be randomly different, or both the height and the spacing may be random.

また、上記実施の形態において、光学デバイス1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 embodiment, sunlight is exemplified as the light incident on the optical device 1, but the present invention is not limited to this. For example, the light incident on the optical device 1 may be light emitted by a light emitting device such as a lighting fixture.

また、上記実施の形態において、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を窓に配置してもよい。 Further, in the above embodiment, the optical device 1 is arranged in the window so that the longitudinal direction of the convex portion 51 is the X-axis direction, but the present invention is not limited to this. For example, the optical device 1 may be arranged in the window so that the longitudinal direction of the convex portion 51 is the Z-axis direction.

また、上記実施の形態において、光学デバイス1を窓に貼り付けたが、光学デバイス1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。 Further, in the above embodiment, the optical device 1 is attached to the window, but the optical device 1 may be used as the window itself of the building. Further, the optical device 1 is not limited to the case where it is installed in a window of a building, and may be installed in, for example, a window of a car.

なお、その他、上記実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態、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, in addition, a form obtained by applying various modifications to the above-described embodiment, or a combination of components and functions in each of the above-described embodiments without departing from the spirit of the present invention. The embodiment realized by the above is also included in the present invention.

1 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(ナノ粒子分散層)
60a 第一領域
60b 第二領域
1 Optical device 10 1st substrate 20 2nd substrate 30 1st electrode 40 2nd electrode 50 Concavo-convex structure 60 Refractive index variable layer (nanoparticle dispersion layer)
60a 1st region 60b 2nd region

Claims (14)

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、
前記第一電極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帯電するナノ粒子とを有し、
前記ナノ粒子の屈折率は、前記絶縁性液体の屈折率よりも高い、
光学デバイス。
The first substrate with light transmission and
A light-transmitting second substrate arranged to face the first substrate and
The first electrode arranged on the second substrate side of the first substrate and
Concavo-convex structure arranged on the second substrate side of the first electrode and
The second electrode arranged on the first substrate side of the second substrate and
It is provided with a refractive index variable layer which is arranged between the uneven structure and the second electrode and whose refractive index changes according to a voltage applied between the first electrode and the second electrode.
The variable refractive index layer has an insulating liquid and charged nanoparticles dispersed in the insulating liquid.
The refractive index of the nanoparticles is higher than the refractive index of the insulating liquid.
Optical device.
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異なる、
請求項1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 variable refractive index layer is different from the refractive index of the concave-convex 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2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 variable refractive index layer is higher than the refractive index of the concave-convex structure.
The optical device according to claim 2.
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、前記屈折率可変層の前記凹凸構造側の第一領域の屈折率は、前記屈折率可変層の前記第二電極側の第二領域の屈折率より高い、
請求項1〜3のいずれか1項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 refractive index of the first region on the concave-convex structure side of the variable refractive index layer is the first of the variable refractive index layers. Higher than the refractive index of the second region on the two-electrode side,
The optical device according to any one of claims 1 to 3.
前記第一電極と前記第二電極との間に前記第一電圧とは異なる第二電圧が印加されている場合、前記屈折率可変層の前記凹凸構造の第一領域の屈折率は、前記屈折率可変層の前記第二電極側の第二領域の屈折率より低く、かつ、前記凹凸構造の屈折率と略同一である、
請求項4に記載の光学デバイス。
When a second voltage different from the first voltage is applied between the first electrode and the second electrode, the refractive index of the first region of the concave-convex structure of the variable refractive index layer is the refraction. It is lower than the refractive index of the second region on the second electrode side of the variable rate layer and is substantially the same as the refractive index of the uneven structure.
The optical device according to claim 4.
前記ナノ粒子の屈折率は、前記凹凸構造の屈折率よりも高い
請求項1〜5のいずれか1項に記載の光学デバイス。
The optical device according to any one of claims 1 to 5, wherein the refractive index of the nanoparticles is higher than the refractive index of the uneven structure.
入射する光を制御する光学デバイスであって、
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、
前記第一電極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、絶縁性液体及び前記絶縁性液体に分散された帯電するナノ粒子を有するナノ粒子分散層とを備え、
前記光学デバイスは、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、前記光学デバイスに入射する光の進行方向を制御する、
光学デバイス。
An optical device that controls incident light
The first substrate with light transmission and
A light-transmitting second substrate arranged to face the first substrate and
The first electrode arranged on the second substrate side of the first substrate and
Concavo-convex structure arranged on the second substrate side of the first electrode and
The second electrode arranged on the first substrate side of the second substrate and
A nanoparticle dispersion layer arranged between the uneven structure and the second electrode and having an insulating liquid and charged nanoparticles dispersed in the insulating liquid is provided.
The optical device controls the traveling direction of light incident on the optical device according to a voltage applied between the first electrode and the second electrode.
Optical device.
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、前記第一基板に入射された光を配光して前記第二基板を透過させる、
請求項7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 the light incident on the first substrate and transmits it through the second substrate.
The optical device according to claim 7.
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、前記第一基板に入射する光を、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とは異なる角度で配光して前記第二基板を透過させる、
請求項8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 transmits light incident on the first substrate between the first electrode and the second electrode. Light is distributed at an angle different from that when no voltage is applied to the second substrate.
The optical device according to claim 8.
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、前記第一基板に入射する光を、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よりも急な角度で配光して前記第二基板を透過させる、
請求項8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 transmits light incident on the first substrate between the first electrode and the second electrode. Light is distributed at a steeper angle than when no voltage is applied to the second substrate.
The optical device according to claim 8.
前記第一電極と前記第二電極との間に前記第一電圧とは異なる第二電圧が印加されている場合、前記光学デバイスは、前記第一基板に入射された光を直進させて前記第二基板を透過させる、
請求項9又は10に記載の光学デバイス。
When a second voltage different from the first voltage is applied between the first electrode and the second electrode, the optical device causes the light incident on the first substrate to travel straight through the first electrode. Make the two substrates transparent,
The optical device according to claim 9 or 10.
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、
前記第一電極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、絶縁性液体及び前記絶縁性液体に分散された帯電するナノ粒子を有するナノ粒子分散層とを備え、
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、前記ナノ粒子分散層における前記ナノ粒子の粒子分布が変化する、
光学デバイス。
The first substrate with light transmission and
A light-transmitting second substrate arranged to face the first substrate and
The first electrode arranged on the second substrate side of the first substrate and
Concavo-convex structure arranged on the second substrate side of the first electrode and
The second electrode arranged on the first substrate side of the second substrate and
A nanoparticle dispersion layer arranged between the uneven structure and the second electrode and having an insulating liquid and charged nanoparticles dispersed in the insulating liquid is provided.
The particle distribution of the nanoparticles in the nanoparticle dispersion layer changes according to the voltage applied between the first electrode and the second electrode.
Optical device.
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、前記ナノ粒子は、前記ナノ粒子分散層内の前記凹凸構造側の第一領域に偏在している、
請求項12に記載の光学デバイス。
When the first voltage is applied between the first electrode and the second electrode, the nanoparticles are unevenly distributed in the first region on the uneven structure side in the nanoparticle dispersion layer.
The optical device according to claim 12.
前記第一電極と前記第二電極との間に前記第一電圧とは異なる第二電圧が印加されている場合、前記ナノ粒子は、前記ナノ粒子分散層内の前記第二電極側の第二領域に偏在している、
請求項13に記載の光学デバイス。
When a second voltage different from the first voltage is applied between the first electrode and the second electrode, the nanoparticles are the second electrode side of the second electrode in the nanoparticle dispersion layer. Unevenly distributed in the area,
The optical device according to claim 13.
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