JP2020160097A - Optical device - Google Patents
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Abstract
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.
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.
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
(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
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
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
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
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
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
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
[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
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
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
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
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
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
[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
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
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
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
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
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
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
[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-
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
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-
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
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
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
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
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
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
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
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
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-
[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
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
なお、絶縁性液体61の動粘度は、100mm2/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
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
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
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(ZrO2)によって構成された屈折率が2.1の透明なジルコニア粒子を用いている。なお、ナノ粒子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
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
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
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
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
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
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
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
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
[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
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
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
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
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
[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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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-
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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-
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
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
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
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
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
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
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
[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
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
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
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
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
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
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
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
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
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-
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
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
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
(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
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
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
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
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
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
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
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
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
Claims (14)
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2017145865A JP2020160097A (en) | 2017-07-27 | 2017-07-27 | Optical device |
PCT/JP2018/018566 WO2019021580A1 (en) | 2017-07-27 | 2018-05-14 | Optical device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2017145865A JP2020160097A (en) | 2017-07-27 | 2017-07-27 | Optical device |
Publications (1)
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