JPWO2016009589A1 - 面状光学素子、照明装置及び建材 - Google Patents

面状光学素子、照明装置及び建材 Download PDF

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Abstract

本発明に係る面状光学素子（１）は、光学機能部（２）を一つ以上備える。光学機能部（２）は、一方向に沿って対向し合う二つの電極（３）と、二つの電極（３）間に介在し、電極（３）間に印加される電圧の変化に応じて光散乱性、光反射性及び光吸収性から選択される光学特性の程度が変化する光学機能層（４）とを備える。電極（３）の各々は、低抵抗率部位（１１）と、低抵抗率部位（１１）よりも高い電気抵抗率を有する高抵抗率部位（１２）とを備える。

Description

本発明は、面状光学素子、並びにこの面状光学素子を備える照明装置及び建材に関し、例えば、光散乱性、光反射性、光吸収性等の光学特性の程度を変更可能な面状光学素子、並びにこの面状光学素子を備える照明装置及び建材に関する。
従来、調光ガラス窓などのように、光学的な状態を変更可能な部材が知られている。例えば特許文献１には、調光ガラス窓が二枚のガラス板の間の微小隙間に封入された液晶と、透明電極とを備え、透明電極に所定の電圧が印加されると電圧印加部分の液晶の光学特性が変化することでその部分の光透過度が変化することが、開示されている。
特開平８−１８４２７３号公報
しかし、特許文献１に開示されているような調光ガラス窓には全体に亘って電極が設けられているため、電極により電磁波が減衰してしまう。このため、例えば調光ガラス窓が建築物等の窓に適用される場合、携帯電話が送受信する電磁波のように減衰すべきではない電磁波が減衰してしまうおそれがある。
本発明は上記事由に鑑みてなされたものであり、電極間に電圧を印加することで光学的な状態を変更可能であると共に電極によって電磁波が減衰することを抑制できる面状光学素子、並びにこの面状光学素子を備える照明装置及び建材を提供することを目的とする。
本発明の一態様に係る面状光学素子は、一方向に沿って対向し合う二つの電極と、前記二つの電極間に介在し、前記電極間に印加される電圧の変化に応じて光散乱性、光反射性及び光吸収性から選択される光学特性の程度が変化する光学機能層とを備える光学機能部を、一つ以上備え、前記電極の各々は、低抵抗率部位と、前記低抵抗率部位よりも高い電気抵抗率を有する高抵抗率部位とを備える。
本発明の一態様に係る照明装置は、前記面状光学素子を備える。
本発明の一態様に係る建材は、前記面状光学素子を備える。
本発明によれば、電極間に電圧を印加することで面状光学素子の光学的な状態を変更可能であると共に、高抵抗率部位で電磁波の透過を確保することで電磁波が減衰することを抑制できる。
図１は、本発明の第一実施形態に係る面状光学素子を示す正面図である。 図２は、本発明の第一実施形態に係る面状光学素子を示す、図１のＡ−Ａ断面図である。 図３は、本発明の第一実施形態に係る面状光学素子を示す、図１のＢ−Ｂ断面図である。 図４は、本発明の第二実施形態に係る面状光学素子を示す断面図である。 図５Ａは、本発明の第一実施形態に係る面状光学素子の動作を示す模式図である。 図５Ｂは、本発明の第一実施形態に係る面状光学素子の動作を示す模式図である。 図５Ｃは、本発明の第一実施形態に係る面状光学素子の動作を示す模式図である。 図５Ｄは、本発明の第一実施形態に係る面状光学素子の動作を示す模式図である。 図５Ｅは、本発明の第一実施形態に係る面状光学素子の動作を示す模式図である。 図５Ｆは、本発明の第一実施形態に係る面状光学素子の動作を示す模式図である。 図５Ｇは、本発明の第一実施形態に係る面状光学素子の動作を示す模式図である。
以下では、本発明の実施の形態に係る面状発光体、照明装置及び建材について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の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、構成要素の配置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する趣旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、同じ構成部材については同じ符号を付している。
以下、本発明の実施の形態について説明する（図１〜図３参照）。
面状光学素子１は、一つ以上の光学機能部２を備える。光学機能部２は、一方向（以下、第一方向Ｄ１という）に沿って対向し合う二つの電極３と、二つの電極３間に介在する光学機能層４とを備える。光学機能層４は、電極３間に印加される電圧の変化に応じて光散乱性、光反射性及び光吸収性から選択される光学特性の程度が変化するように構成されている。光学機能部２における電極３の各々は、低抵抗率部位１１と、前記低抵抗率部位１１よりも高い電気抵抗率を有する高抵抗率部位１２とを備える。
このため、電極３間に電圧を印加することで面状光学素子１の光学的な状態を変更可能である。また、低抵抗率部位１１で電極３の性能を確保することができると共に、高抵抗率部位１２で電磁波の透過を確保することができる。このため、面状光学素子１が電磁波を減衰させることが抑制される。
高抵抗率部位１２の可視光透過率と低抵抗率部位１１の可視光透過率とは、いずれも８０％以上であってもよい。この場合、低抵抗率部位１１を備える電極３が光学機能部２の光学的機能を阻害することを抑制できる。
光学機能部２における電極３の高抵抗率部位１２は、全て第一方向Ｄ１に一列に並んでいてもよい。面状光学素子１が一つの光学機能部２を備える場合には、光学機能部２における二つの電極３がそれぞれ備える高抵抗率部位１２は、全て第一方向Ｄ１に一列に並んでいてもよい。また面状光学素子１が複数の光学機能部２を備える場合には、複数の光学機能部２は第一方向Ｄ１に並び、複数の光学機能部２における電極３がそれぞれ備える高抵抗率部位１２が全て第一方向Ｄ１に一列に並んでいてもよい。この場合、高抵抗率部位１２に起因する面状光学素子１の電磁波の透過性能が特に高くなる。
面状光学素子１は、面状発光部６を備えてもよい。面状発光部６は、第一方向Ｄ１に沿って対向し合う二つの電極８と、二つの電極８間に介在する有機発光層９とを備える。
面状光学素子１が面状発光部６を備える場合、面状発光部６の電極８の各々は、低抵抗率部位１１と、低抵抗率部位１１よりも高い電気抵抗率を有する高抵抗率部位１２とを備えてもよい。
面状発光部６の電極８における高抵抗率部位１２の可視光透過率と低抵抗率部位１１の可視光透過率とも、いずれも８０％以上であってもよい。この場合、低抵抗率部位１１を備える電極８が面状発光部６及び光学機能部２の光学的機能を阻害することを抑制できる。
面状光学素子１が面状発光部６を備える場合、光学機能部２の電極３における高抵抗率部位１２、及び面状発光部６の電極８における高抵抗率部位１２は、全て第一方向Ｄ１に一列に並んでいてもよい。この場合、高抵抗率部位１２に起因する面状光学素子１の電磁波の透過性能が特に高くなる。
以下、本発明の、より具体的な実施形態について説明する。
第一実施形態に係る面状光学素子１を図１乃至図３に示す。この面状光学素子１は、二つの光学機能部２と、面状発光部６とを備える。二つの光学機能部２は、第一光学機能部２１及び第二光学機能部２２を含む。
第一実施形態では、面状光学素子１は、第一面Ｆ１と、この第一面Ｆ１とは反対側にある第二面Ｆ２とを備え、第一面Ｆ１と第二面Ｆ２とは第一方向Ｄ１に沿って並んでいる。第一面Ｆ１と第二面Ｆ２との間に、第一光学機能部２１、面状発光部６及び第二光学機能部２２がある。第一光学機能部２１、面状発光部６及び第二光学機能部２２は、この順番に第一面Ｆ１側から第二面Ｆ２側に向かって並んでいる。
第一実施形態における面状光学素子１は、面状発光部６を備えることで、面状に発光することができる。面状光学素子１が発光する場合の発光面は第一面Ｆ１と第二面Ｆ２のうちの一方又は両方である。発光面は平面及び曲面を含んでもよい。発光面は平面のみで構成されていてもよく、曲面のみで構成されていてもよい。例えば、発光面は円弧状の面でもよい。発光面は平面と曲面との両方を含んでいてもよい。
第一実施形態では、面状光学素子１は複数の基板７を備える。複数の基板７はいずれも光透過性を有する。基板７は、例えば面状光学素子１における光学機能部２又は面状発光部６を支持し、或いは光学機能部２又は面状発光部６を封止する。
複数の基板７は、面状光学素子１の第一方向Ｄ１に沿った両端にそれぞれ配置される二つの基板７１，７２を含み、この二つの基板７１，７２の間に、光学機能部２及び面状発光部６が配置されている。第一実施形態では、複数の基板７は第一方向Ｄ１に間隔をあけて並んでいる。第一光学機能部２１、面状発光部６及び第二光学機能部２２の各々は、隣り合う二つの基板７の間に配置されている。すなわち、第一面Ｆ１から第二面Ｆ２に向かって、第一面Ｆ１を備える基板７１、第一光学機能部２１、基板７３、面状発光部６、基板７４、第二光学機能部２２、第二面Ｆ２を備える基板７２が、この順に並んでいる。これにより、光学機能部２及び面状発光部６が、基板７で保護される。
基板７は、例えばガラス基板、樹脂基板などから構成される。基板７をガラス基板で構成した場合、ガラスは透明性が高いため、基板７が光学機能部２及び面状発光部６の光学的機能を阻害しにくくなる。また、ガラスは水分の透過性が低いので、隣り合う基板７間に水分が浸入することが抑制される。基板７として薄膜ガラスを用いることができる。その場合、高透明性と高防湿性を有すると共にフレキシブルな面状光学素子１を得ることが可能である。また、基板７として樹脂基板を用いた場合、樹脂は破断しにくいために、面状光学素子１が破壊されても破片等の飛散が抑制され、安全な面状光学素子１を得ることができる。また、樹脂基板を用いた場合、フレキシブルな面状光学素子１を得ることが可能である。さらに、樹脂の屈折率が面状発光部６及び光学機能部２と同等である場合に、基板７と面状発光部６又は光学機能部２との界面での光の反射を抑制することができるため、面状光学素子１の透明性を向上させることができる。
複数の基板７のうち、面状光学素子１の両端に配置される二つの基板７１，７２はガラス基板であってもよい。複数の基板７の全てが、ガラス基板であってもよい。複数の基板７のうち、面状光学素子１の両端に配置される二つの基板７１，７２の間に配置される基板７３，７４の一つ以上が、樹脂基板であってもよい。その場合、面状光学素子１が破壊されても破片等の飛散を抑制することができ、安全な面状光学素子１を得ることができる。基板７の表面は防汚材料によって被覆されていてもよい。その場合、基板７表面の汚染を低減することができる。防汚材料の被覆は、外側に配置される基板７の外部側表面に行われていてもよい。基板７は紫外線反射材料または紫外線吸収材料によって被覆されていてもよい。その場合、面状光学素子１を構成する材料の劣化を防ぐことができる。また、基板７が樹脂基板である場合、その表面が防湿材料によって被覆されていてもよい。その場合、基板７の封止性能を高めることができる。
第一実施形態では、第一光学機能部２１と面状発光部６との間にある基板７３は、第一光学機能部２１を支持又は封止すると共に面状発光部６を支持又は封止している。面状発光部６と第二光学機能部２２との間にある基板７４は、面状発光部６を支持又は封止すると共に第二光学機能部２２を支持又は封止している。このように、基板７が光学機能部２及び面状発光部６のうち隣り合う二つの要素を支持又は封止すると、隣り合う二つの要素の間に層状の空隙が形成されないようにすることができる。空隙がないと、面状光学素子１内における光の反射又は屈折が生じる界面の数を減らすことができるため、面状発光部６から面状光学素子１の外部へ光をより多く取り出すことができる。また、空隙が存在すると光の干渉によって光取り出し性が低下する場合があるが、空隙がないと光の干渉を抑制して、光取り出し性を向上させることができる。尚、面状光学素子１内の隣り合う二つの要素間にある基板７は、第一方向Ｄ１に分割されていてもよい。例えば、第一光学機能部２１と面状発光部６との間にある基板７３は、第一光学機能部２１を支持又は封止する部材と面状発光部６を支持又は封止する部材とに分割されていてもよい。その場合、第一光学機能部２１の形成と、面状発光部６の形成とを独立して行うことが可能になるため、製造上有利になり得る。これ以外の二つの要素間にある基板７についても同様である。
光学機能部２の各々は、第一方向Ｄ１に沿って対向し合う二つの電極３と、二つの電極３の間に介在する光学機能層４とを備える。光学機能層４は、電極３間に印加される電圧の変化に応じて光散乱性、光反射性及び光吸収性から選択される光学特性の程度が変化するように構成されている。第一実施形態では、第一光学機能部２１は、第一方向Ｄ１に沿って対向し合う二つの第一電極３１と、第一電極３１間に介在する第一光学機能層４１とを備える。また、第二光学機能部２２は、第一方向Ｄ１に沿って対向し合う二つの第二電極３２と、第二電極３２間に介在する第二光学機能層４２とを備える。第一実施形態における第一光学機能部２１は、例えば第一電極３１間に印加される電圧の変化に応じて光散乱性の程度が変化する第一光学機能層４１（光散乱可変層４０１）を備える光散乱可変部２０１である。また、第一実施形態における第二光学機能部２２は、例えば第二電極３２間に印加される電圧の変化に応じて光反射性の程度が変化する第二光学機能層４２（光反射可変層４０２）を備える光反射可変部２０２である。
また、面状発光部６は、第一方向Ｄ１に沿って対向し合う二つの電極８と、この二つの電極８間に介在する有機発光層９とを備える。有機発光層９は、電極８間に電圧が印加されると有機エレクトロルミネッセンスにより発光するように構成されている。
光学機能部２における電極３及び面状発光部６における電極８は、いずれも光透過性を有する。これらの電極３，８は、面状光学素子１を駆動させるために設けられている。いずれの電極３，８も光透過性を有するため、電極３，８は、光学機能部２及び面状発光部６の光学的な機能を阻害しない。
電極３，８は、例えば透明な導電層で構成される。電極３，８の材料としては、透明金属酸化物、導電性粒子含有樹脂、金属薄膜などが挙げられる。電極３，８の材料の好ましい具体例として、ＩＴＯ、ＩＺＯなどの透明金属酸化物が挙げられる。例えば面状発光部６は、透明金属酸化物製の電極８を備えてもよい。電極３，８は、銀ナノワイヤを含有する層でもよく、銀薄膜などの透明金属層であってもよい。電極３，８は、透明金属酸化物の層と金属層との積層物であってもよい。電極３，８は、透明導電層と補助配線とを備えてもよい。電極３，８は遮熱効果を有していてもよく、それにより、面状光学素子１に断熱性が付与される。
光学機能部２におけるいずれの電極３も、低抵抗率部位１１と、低抵抗率部位１１よりも高い電気抵抗率を有する高抵抗率部位１２とを備える。すなわち、第一光学機能部２１における二つの第一電極３１はいずれも低抵抗率部位１１と高抵抗率部位１２とを備え、第二光学機能部２２における二つの第二電極３２もいずれも低抵抗率部位１１と高抵抗率部位１２とを備える。電極３が低抵抗率部位１１を備えることで電極３の機能が確保され、更に電極３が高抵抗率部位１２を備えることで電極３は電磁波を透過させることができる。高抵抗率部位１２の位置及び形状に特に制限はない。第一実施形態では、各電極３の隅付近に高抵抗率部位１２があり、この高抵抗率部位１２を第一方向Ｄ１に視た形状は円形である。尚、例えば高抵抗率部位１２を第一方向Ｄ１に視た形状は、電極３の外周に沿った枠状であってもよい。各電極３において、高抵抗率部位１２が複数の部分に分断されていてもよい。電極３における高抵抗率部位１２以外の部分が低抵抗率部位１１である。
面状発光部６におけるいずれの電極８も、低抵抗率部位１１と、低抵抗率部位１１よりも高い電気抵抗率を有する高抵抗率部位１２とを備える。電極８が低抵抗率部位１１を備えることで電極８の機能が確保され、更に電極８が高抵抗率部位１２を備えることで電極８は電磁波を透過させることができる。高抵抗率部位１２の位置及び形状に特に制限はない。第一実施形態では、各電極８の隅付近に高抵抗率部位１２があり、この高抵抗率部位１２の第一方向Ｄ１に視た形状は円形である。尚、例えば高抵抗率部位１２の第一方向Ｄ１に視た形状は、電極８の外周に沿った枠状であってもよい。各電極８において、高抵抗率部位１２が複数の部分に分断されていてもよい。電極８における高抵抗率部位１２以外の部分が低抵抗率部位１１である。
第一実施形態では、図２及び図３に示すように、光学機能部２における電極３の高抵抗率部位１２、及び面状発光部６における電極８の高抵抗率部位１２は、全て第一方向Ｄ１に一列に並んでいる。具体的には、第一光学機能部２１における第一面Ｆ１側の第一電極３１の高抵抗率部位１２、第二面Ｆ２側の第一電極３１の高抵抗率部位１２、面状発光部６における第一面Ｆ１側の電極８の高抵抗率部位１２、第二面Ｆ２側の電極８の高抵抗率部位１２、第二光学機能部２２における第一面Ｆ１側の第二電極３２の高抵抗率部位１２、及び第二面Ｆ２側の第二電極３２の高抵抗率部位１２が、この順番に第一方向Ｄ１に一列に並んでいる。このため、電磁波が複数の高抵抗率部位１２を順次透過しやすくなり、面状光学素子１の電磁波透過性能が特に高くなる。
光学機能部２の電極３における高抵抗率部位１２の可視光透過率と電極３における低抵抗率部位１１の可視光透過率とは、いずれも８０％以上であってもよい。また、面状発光部６の電極８における高抵抗率部位１２の可視光透過率と電極８における低抵抗率部位１１の可視光透過率とも、いずれも８０％以上であってもよい。この場合、各高抵抗率部位１２が光学機能部２及び面状発光部６の光学的機能を阻害することが、抑制される。尚、可視光透過率は、例えば日立分光光度計Ｕ−３９００で測定される。
高抵抗率部位１２の電気抵抗率は、例えば低抵抗率部位１１の電気抵抗率の２〜２０倍の範囲内である。低抵抗率部位１１の電気抵抗率は、例えば１×１０−４〜５×１０−４Ω・ｃｍの範囲内である。また、高抵抗率部位１２の電気抵抗率は、高抵抗率部位１２が電磁波を充分に透過させ得る程度に高くてもよく、高抵抗率部位１２の電気的効率が過度に高くなって高抵抗率部位１２が電極３，８の機能を阻害するようなことがなくてもよい。特に高抵抗率部位１２の電気抵抗率は、１×１０−３〜２×１０−３Ω・ｃｍの範囲内であってもよい。この場合、高抵抗率部位１２の電磁波透過性能を確保しながら、高抵抗率部位１２が電極３，８の性能を阻害することを抑制することができる。
高抵抗率部位１２の寸法に特に制限はないが、高抵抗率部位１２の寸法を調整することで、高抵抗率部位１２を透過し得る電磁波の波長の上限を規制することができる。すなわち、高抵抗率部位１２は、寸法に応じた波長を有する電磁波を選択的に透過させることができる。例えば高抵抗率部位１２の第一方向Ｄ１の投影像の径が１〜５ｃｍの範囲内であれば、高抵抗率部位１２は家庭内無線通信用の機器が送受信する電磁波を透過させることができる。また、高抵抗率部位１２の第一方向Ｄ１の投影像の径が１〜２０ｃｍの範囲内であれば、高抵抗率部位１２は携帯電話などの機器が送受信する電磁波を透過させることができる。
電極３，８を作製する際、低抵抗率部位１１と高抵抗率部位１２とは、適宜の手法で作製できる。例えば、低抵抗率部位１１と高抵抗率部位１２とを、異なる材料から作製してもよい。また、電極３，８に部分的に化学的又は物理的な処理を施して電極３，８を部分的に高抵抗率化することで高抵抗率部位１２を作製してもよい。また、低抵抗率部位１１と高抵抗率部位１２とを同じ材料で蒸着法によって作製すると共に、低抵抗率部位１１と高抵抗率部位１２とで蒸着条件を異ならせることで、高抵抗率部位１２の電気抵抗率を低抵抗率部位１１よりも高くしてもよい。電気抵抗率の異なる複数の膜を積層することで電極３，８を形成してもよい。
低抵抗率部位１１と高抵抗率部位１２とを備える電極３，８の作製方法の具体的な一例を下記に示す。
透明な基板７として無アルカリガラス板（コーニング社製「Ｎｏ．１７３７」）を用意する。この基板７を２５０℃に加熱した状態で、ＩＴＯ（インジウム−スズ酸化物）ターゲット（東ソー社製）を用いてスパッタリングにより、基板７上に電極３，８を形成する。スパッタリングの際、まず基板７に直径２０ｃｍの円形のマスキングプレートを置き、この状態で、電気抵抗率１．２×１０−４Ω・ｃｍの膜を得る成膜条件で、厚み９０ｎｍのＩＴＯ膜を形成する。次に基板７上の円形のマスキングプレートを置いていた箇所以外の領域を覆う別のマスキングプレートを用い、電気抵抗率１．１×１０−３Ω・ｃｍの膜を得る成膜条件で厚み９０ｎｍのＩＴＯ膜を形成する。次に、マスキングプレートを置かずに、電気抵抗率１．２×１０−４Ω・ｃｍを満たす成膜条件で厚み１０ｎｍのＩＴＯ膜を形成する。成膜条件は、例えば導入酸素分圧等の条件を適宜変更することで調整される。これにより、基板７上の円形のマスキングプレートを置いていた箇所に高抵抗率部位１２が形成され、それ以外の箇所に低抵抗率部位１１が形成される。すなわち、基板７上に高抵抗率部位１２及び低抵抗率部位１１を備える電極３，８が形成される。この電極３，８をアセトン、純水及びイソプロピルアルコールで１５分間超音波洗浄をした後、乾燥し、さらにＵＶ−Ｏ３処理（紫外線−オゾン処理）を１５分間行う。この電極３，８の高抵抗率部位１２及び低抵抗率部位１１の可視光透過率を日立分光光度計Ｕ−３９００で測定すると、いずれも８６％という良好な結果が得られる。
面状光学素子１の外周部では、隣り合う基板７同士の間にシール材１３と絶縁性コーキング材１４とが介在している。このため、隣り合う基板７同士の間の隙間がシール材１３及び絶縁性コーキング材１４で封止されている。絶縁性コーキング材１４は、シール材１３よりも外側に配置される。
シール材１３の材料の具体例としては、協立化学産業株式会社製の商品名ワールドロック７８０、株式会社スリーボンド製の品番ＴＢ３０２７ＢなどのＵＶ硬化樹脂が挙げられるが、これに限らず耐湿性のよいものであれば限定されない。また絶縁性コーキング材１４の材料の具体例としては、東レチオコール株式会社製の商品名トプコールＳ及びトプコールＬＭ、コニシ株式会社製の商品名ボンドＰＳシールなどの、市販のポリサルファイド系シーリング材及びポリサルファイド系弾性接着剤が挙げられるが、これに限定されるものではない。
面状光学素子１は、図１及び図３に示すように、第一光学機能部２１における二つの第一電極３１の各々に電気的に接続する接続端子５、第二光学機能部２２における二つの第二電極３２の各々に電気的に接続する接続端子５、及び面状発光部６における二つの電極３の各々に電気的に接続する接続端子５を備える。これらの接続端子５は、面状光学素子１の外周部に設けられている。具体的には、これらの接続端子５の各々は、面状光学素子１の端部に設けられている。各接続端子５は、電極３から面状光学素子１の端部に向けて突出し、面状光学素子１の端部において絶縁性コーキング材１４に埋まっている。
第一実施形態に係る面状光学素子１は、後述するように、照明器具、建材、窓等の種々の用途に適用できる。面状光学素子１を設置する際は、必要に応じ、面状光学素子１にその外周を囲む適宜のフレーム材を取り付けた状態で、面状光学素子１を設置してもよい。
面状光学素子１が設置された状態で、図３に示すように、第一光学機能部２１における接続端子５、第二光学機能部２２における接続端子５、及び面状光学素子１における接続端子５の各々に、電源１０が接続される。例えば電源１０に接続されている配線１０１の端部が、面状光学素子１の端部において絶縁性コーキング材１４に埋め込まれて、接続端子５に接続される。これにより、第一光学機能部２１における二つの第一電極３１間に接続端子５及び配線１０１を介して電源１０が接続され、電源１０から第一電極３１間に電圧を印加可能となる。また、第二光学機能部２２における二つの第二電極３２間にも接続端子５及び配線１０１を介して電源１０が接続され、電源１０から第二電極３２間に電圧を印加可能となる。また、面状発光部６における二つの電極３間にも接続端子５及び配線１０１を介して電源１０が接続され、電源１０から電極３間に電圧を印加可能となる。
このように設置された面状光学素子１の第一光学機能部２１における第一電極３１間に電源１０から電圧が印加されると、電圧の変化に応じて第一光学機能層４１の光学特性の程度が変化する。また、第二光学機能部２２における第二電極３２間に電源１０から電圧が印加されると、電圧の変化に応じて第二光学機能層４２の光学特性の程度が変化する。また、面状発光部６における電極３間に電源１０から電圧が印加されると、面状発光部６が発光し、電圧の印加が停止されると面状発光部６の発光が停止する。これにより、面状光学素子１の光学的な状態が種々切り替えられる。
図４に、本発明の第二実施形態を示す。第二実施形態では、第一実施形態において、面状光学素子１が第三光学機能部２３を備える。すなわち、面状光学素子１は三つの光学機能部２と面状発光部６とを備え、三つの光学機能部２は第一光学機能部２１、第二光学機能部２２及び第三光学機能部２３を含む。
第二実施形態に係る面状光学素子１は、第三光学機能部２３を備える以外は、第一実施形態と同じ構成を有する。このため、第一実施形態と共通する構成については、図４に第一実施形態の場合と同じ符号を付してその説明を省略する。
第二実施形態では、第一面Ｆ１から第二面Ｆ２に向かって、第一面Ｆ１を備える基板７１、第一光学機能部２１、基板７３、面状発光部６、基板７４、第二光学機能部２２、基板７５、第三光学機能部２３、第二面Ｆ２を備える基板７２が、この順に並んでいる。
第三光学機能部２３は、第一方向Ｄ１に沿って対向し合う二つの第三電極３３と、第三電極３３間に介在する第三光学機能層４３とを備える。第二実施形態における第三光学機能部２３は、例えば第三電極３３間に印加される電圧の変化に応じて光吸収性の程度が変化する第三光学機能層４３（光吸収可変層４０３）を備える光吸収可変部２０３である。
第三光学機能部２３における二つの第三電極３３は、いずれも第一電極３１及び第二電極３２と同様に、低抵抗率部位１１と高抵抗率部位１２とを備える。
第二の実施形態では、第一光学機能部２１における第一面Ｆ１側の第一電極３１の高抵抗率部位１２、第二面Ｆ２側の第一電極３１の高抵抗率部位１２、面状発光部６における第一面Ｆ１側の電極８の高抵抗率部位１２、第二面Ｆ２側の電極８の高抵抗率部位１２、第二光学機能部２２における第一面Ｆ１側の第二電極３２の高抵抗率部位１２、第二面Ｆ２側の第二電極３２の高抵抗率部位１２、第三光学機能部２３における第一面Ｆ１側の第三電極３３の高抵抗率部位１２、及び第二面Ｆ２側の第三電極３３の高抵抗率部位１２が、この順番に第一方向Ｄ１に一列に並んでいる。このため、電磁波が複数の高抵抗率部位１２を順次透過しやすくなり、面状光学素子１の電磁波透過性能が特に高くなる。
第一実施形態及び第二実施形態における光学機能部２及び面状発光部６の構成について、更に詳しく説明する。
上述の通り、第一実施形態及び第二実施形態における第一光学機能部２１は、例えば光散乱可変部２０１である。光散乱可変部２０１は、第一方向Ｄ１に沿って対向し合う二つの電極３（第一実施形態及び第二実施形態においては第一電極３１）と、光学機能層４（第一実施形態及び第二実施形態においては第一光学機能層４１）としての光散乱可変層４０１とを備える。光散乱可変層４０１は、二つの電極３間に介在し、電極３間に印加される電圧の変化に応じて光散乱性の程度が変化する。
光散乱可変部２０１における電極３は光透過性を有するため、この電極３は光散乱可変部２０１への光の入射及び光散乱可変部２０１からの光の出射を阻害せず、光散乱部の光を散乱させる機能も阻害しない。このため、光散乱可変部２０１は、面状光学素子１内で光散乱可変部２０１を通過する光を散乱させることができる。
例えば、光散乱可変層４０１の状態は、電極３間に印加される電圧の変化に応じて、高散乱状態と低散乱状態とに切り替えられる。光散乱可変層４０１の状態は、更に中散乱状態に切り替えられてもよい。高散乱状態とは光散乱性の程度が低散乱状態よりも高い状態であり、低散乱状態とは光散乱性の程度が高散乱状態よりも低く或いは光散乱性が無い状態である。中散乱状態とは、光散乱性の程度が低散乱状態よりも高いと共に高散乱状態よりも低い状態である。
高散乱状態は、例えば、光散乱可変層４０１に入射した光が散乱されてこの光の進行方向が種々の方向に変えられて光散乱可変層４０１から出射する状態である。高散乱状態にある光散乱可変層４０１を介して物体を視認した場合、例えば物体がぼやけて見える。高散乱状態は、半透明な状態であってもよい。一方、低散乱状態は、例えば、光散乱可変層４０１に入射した光の進行方向がそのまま維持されて光散乱可変層４０１から出射する状態である。低散乱状態にある光散乱可変層４０１を介して物体を視認した場合、例えば物体が明瞭に視認できる。低散乱状態は、透明な状態であってもよい。
中散乱状態は、一つの状態のみを含んでもよいし、光散乱性の程度が異なる複数の状態を含んでもよい。中散乱状態が複数の状態を含むとは、光散乱可変層４０１の光散乱性の程度が、高散乱状態と低散乱状態との間で複数段階に切り替え可能であることを意味する。また、光散乱可変層４０１の光散乱性の程度が、高散乱状態と低散乱状態との間で連続的に無段階に切り替え可能であってもよい。光散乱可変層４０１が中散乱状態に切り替え可能である場合、面状光学素子１の光学的な状態を更に多様に切り替え可能となる。光散乱可変部２０１は、光散乱可変層４０１の中散乱状態を維持できるように構成されていてもよい。
光散乱可変部２０１は、例えば可視光の少なくとも一部を散乱させるように構成される。光散乱可変部２０１は可視光の全部を散乱させるように構成されてもよい。面状光学素子１の用途によっては、光散乱可変部２０１は赤外線を散乱させるように構成されてもよく、紫外線を散乱させるように構成されてもよい。
光散乱可変層４０１は、例えば光散乱可変部２０１に入射する光の散乱量と散乱方向の少なくともいずれか一方を変化させることが可能なように構成される。散乱量及び散乱方向の変化は、中散乱状態において行われるものであってもよい。散乱量が変化するとは、散乱の強さが変化することである。散乱方向が変化するとは、散乱する方向性が変化することである。散乱量及び散乱方向が変化すると、例えば、面状光学素子１を介して物体を視認したときに、物体の不明瞭性（ぼやけ方）の強さが変化する。そのため、面状光学素子１を通した物体の見え方を異ならせるようにしたり、面状発光部６の発光時に面状発光部６から発する光の配向性の制御を行ったりすることができる。
光散乱可変層４０１が光散乱性を有する状態にあるとき、第一面Ｆ１側から光散乱可変層４０１へ光が入射する場合の光散乱性の程度よりも、第二面Ｆ２側から光散乱可変層４０１へ光が入射する場合の光散乱性の程度の方が高くてもよい。この場合、面状発光部６から発せられて光散乱可変部２０１へ入射する光を、より強く散乱させることができる。
光散乱可変部２０１は、隣り合う基板７の間に配置されていることで封止され、光散乱可変層４０１の劣化が抑制される。第一実施形態では、光散乱可変部２０１は、基板７１と基板７３との間に配置されている。光散乱可変部２０１は、例えば光散乱可変部２０１を構成する複数の層を積層することで形成される。その際、形成基板上に複数の層を積層することを要する。形成基板は、光散乱可変部２０１の両側の二つの基板７のうち、いずれかでよい。二つの基板７のうち形成基板ではない基板７は、形成基板上の光散乱可変部２０１を封止する封止基板となる。
光散乱可変部２０１における電極３に接続される電源１０は、例えば交流電源である。電界の変化に応じて光散乱性の程度が変化する材料のなかには、電圧印加の開始時から時間がたつと、電圧印加時の光散乱性の程度が維持できなくなる材料が多く存在する。このため、電源１０が直流電源であると光散乱可変部２０１の光散乱性の程度を一定に維持できない場合がある。しかし、交流電源は、極性を交互に逆転させながら電極３間に電圧を印加することができ、実質的に断続的に電圧を印加することが可能である。そのため、光散乱性の程度を一定に維持できる。電源１０から電極３間に印加される電圧の波形は矩形波であってもよい。それにより、電極３間に印加される電圧の絶対値が一定になりやすくなるため、光散乱性の程度が安定しやすくなる。もちろん、電圧の波形はパルス波であってもよい。尚、中散乱状態は、電極３間に印加される電圧の値が適宜制御されることによって実現され得る。
光散乱可変層４０１の材料は、電界変調によって分子配向が変化する材料であってもよい。このような材料として、例えば液晶材料が挙げられる。特に光散乱可変層４０１の材料は、高分子分散型液晶（Polymer Dispersed Liquid Crystal、略称ＰＤＬＣ）であってもよい。高分子分散型液晶中では液晶分子が高分子で保持されているため、高分子分散型液晶からは安定な光散乱可変層４０１が作製され得る。尚、光散乱可変層４０１の材料は、電界により光散乱性が変化する固体物質であってもよい。
高分子分散型液晶は、例えば樹脂部と液晶部とを備える。樹脂部は高分子により形成される。樹脂部は光透過性を有してもよい。それにより、光散乱可変部２０１が光透過性を有するようにできる。樹脂部は、熱硬化性樹脂、紫外線硬化性樹脂などにより形成され得る。液晶部は、電界の変化に応じて分子配向が変化する液晶から構成される。液晶部は、例えばネマチック液晶から構成される。高分子分散型液晶は、例えば樹脂部の中に複数の液晶部が点在する構造を有する。高分子分散型液晶は、樹脂部を海、液晶部を島とする海島構造を有してもよい。高分子分散型液晶は、樹脂部の中に網目状に不規則に連なった液晶部が存在している構造を有してもよい。高分子分散型液晶は、液晶部の中に樹脂部が点在している構造を有してもよい。高分子分散型液晶は、液晶部の中に網目状に不規則に連なった樹脂部が存在している構造を有してもよい。
光散乱可変層４０１は、例えば電極３間に電圧が印加されない場合に高散乱状態となり、電圧が印加された場合に低散乱状態となる。光散乱可変層４０１が高分子分散型液晶から作製されると、光散乱可変層４０１はこのような特性を有し得る。これは、液晶の分子配向を電圧の印加によって揃えることが可能だからである。
高分子分散型液晶からは、薄型でも高散乱状態における光散乱性の程度が高い光散乱可変層４０１を作製することができる。尚、光散乱可変層４０１は、電極３間に電圧が印加されない場合に低散乱状態となり、電圧が印加された場合に高散乱状態となってもよい。
光散乱可変層４０１に電圧が印加されている時の光散乱可変層４０１の光散乱性の程度は、電圧が印加されなくなっても維持されてもよい。この場合、光散乱可変層４０１の状態を切り替える時のみに電圧を印加し、切り替えた後は電圧印加を停止すればよいので、省電力化が可能である。光散乱可変層４０１に印加される電圧を変化させて光散乱可変層４０１の光散乱性の程度を変化させる場合にヒステリシスが大きければ、すなわち記憶性（メモリ性）があれば、電圧が印加されなくなっても電圧印加時の光散乱性の程度が維持される。このため、例えば大きなヒステリシスが現れるような高分子分散型液晶から光散乱可変層４０１が作製されてもよい。電圧印加の停止時から光散乱性の程度が維持される時間は長い程よく、例えば１時間以上が好ましく、３時間以上がより好ましく、６時間以上がさらに好ましく、１２時間以上がよりさらに好ましく、２４時間以上がよりもっと好ましい。
上述の通り、第一実施形態及び第二実施形態における第二光学機能部２２は、例えば光反射可変部２０２である。光反射可変部２０２は、第一方向Ｄ１に沿って対向し合う二つの電極３（第一実施形態においては第二電極３２）と、光学機能層４（第一実施形態においては第二光学機能層４２）としての光反射可変層４０２とを備える。光反射可変層４０２は、二つの電極３間に介在し、電極３間に印加される電圧の変化に応じて光反射性の程度が変化する。
光反射可変部２０２における電極３は光透過性を有する。このため、電極３は光反射可変部２０２への光の入射及び光反射可変部２０２からの光の出射を阻害せず、光反射部の光を反射させる機能も阻害しない。このため、光反射可変部２０２は、面状光学素子１内で光反射可変部２０２に到達した光を反射させることができる。
例えば、光反射可変層４０２の状態は、電極３間に印加される電圧の変化に応じて、高反射状態と低反射状態とに切り替えられる。光反射可変層４０２の状態は、更に中反射状態に切り替えられてもよい。高反射状態とは光反射性の程度が低反射状態よりも高い状態であり、低反射状態とは光反射性の程度が高反射状態よりも低く或いは光反射性が無い状態である。中反射状態とは、光反射性の程度が低反射状態よりも高いと共に高反射状態よりも低い状態である。
高反射状態は、例えば、光反射可変層４０２に入射した光の進行方向が反転してこの光が入射側へ出射する状態である。例えば高反射状態にある光反射可変層４０２を介して物体を視認しようとしても、この物体は視認できない。高反射状態にある光反射可変層４０２は鏡の状態であってもよい。光反射可変層４０２が光反射性を有する状態では、光反射可変部２０２は光を反射させる反射層として機能することができる。一方、低反射状態は、例えば、光反射可変層４０２に入射した光の進行方向がそのまま維持されて光反射可変層４０２から出射する状態である。低反射状態にある光反射可変層４０２を介して物体を視認した場合、例えば物体が明瞭に視認できる。低反射状態は、透明な状態であってもよい。
中反射状態は、一つの状態のみを含んでもよいし、光反射性の程度が異なる複数の状態を含んでもよい。中反射状態が複数の状態を含むとは、光反射可変層４０２の光反射性の程度が、高反射状態と低反射状態との間で複数段階に切り替え可能であることを意味する。また、光反射可変層４０２の光反射性の程度が、高反射状態と低反射状態との間で連続的に無段階に切り替え可能であってもよい。光反射可変層４０２が中反射状態に切り替え可能である場合、面状光学素子１の光学的な状態を更に多様に切り替えることが可能となる。光反射可変部２０２は、光反射可変層４０２の中反射状態を維持できるように構成されていてもよい。
光反射可変部２０２は、例えば可視光の少なくとも一部を反射させるように構成される。光反射可変部２０２は可視光の全部を反射させるように構成されてもよい。面状光学素子１の用途によっては、光反射可変部２０２は赤外線を反射させるように構成されてもよく、紫外線を反射させるように構成されてもよい。光反射可変部２０２は、可視光、赤外線及び紫外線を全て反射させるように構成されてもよい。
光反射可変部２０２は、反射スペクトルの波形を変化させることが可能なように構成されてもよい。反射スペクトルとは、光反射可変部２０２に入射した光が光反射可変層４０２で反射されて光反射可変部２０２から出射する場合の、光反射可変部２０２から出射する光のスペクトルである。反射スペクトルの波形を変化させることが可能であるとは、光反射可変層４０２が、反射スペクトルの波形が異なる複数の状態に切り替え可能であることを意味する。反射スペクトルの変化は、例えば光反射可変部２０２が中反射状態にあるときに達成されてもよい。すなわち、例えば高反射状態と中反射状態とで反射スペクトルの波形が異なっていてもよい。中反射状態が反射スペクトルの波形が異なる複数の状態を含んでもよい。
反射スペクトルの変化は、例えば反射波長の変化によって達成される。例えば光反射可変層４０２が、青色光を特に強く反射させる状態とそうでない状態との間で切り替えられ、緑色光を特に強く反射させる状態とそうでない状態との間で切り替えられ、或いは赤色光を特に強く反射させる状態とそうでない状態との間で切り替えられる。これにより反射スペクトルの形状が変化する。反射スペクトルが変化すると、面状光学素子１から出射する光の色が変化する。そのため、面状光学素子１から出射する光を調色（すなわち出射する光の色を調整）することができる。
光反射可変部２０２は、反射スペクトルの波形を変化させないように構成されてもよい。すなわち、光反射可変層４０２の状態が切り替えられることで光反射性の程度が変化しても、光反射可変部２０２から出射する光の強度が変化するだけで、反射スペクトルの波形は変化しなくてもよい。この場合、光反射可変部２０２における光反射性の程度を変化させることで、面状光学素子１から出射する光を調光（すなわち出射する光の明るさを調整）することができる。
光反射可変層４０２が光反射性を有する状態にあるとき、第二面Ｆ２側から光反射可変層４０２へ光が入射する場合の光反射性の程度よりも、第一面Ｆ１側から光反射可変層４０２へ光が入射する場合の光反射性の程度の方が高くてもよい。この場合、面状発光部６から発せられて光反射可変部２０２へ入射する光をより強く反射させて第一面Ｆ１から面状光学素子１の外部へ出射させることができる。
光反射可変部２０２は、隣り合う基板７の間に配置されていることで封止され、光反射可変層４０２の劣化が抑制される。第一実施形態では、光反射可変部２０２は、基板７４と基板７２との間に配置されている。光反射可変部２０２は、例えば光反射可変部２０２を構成する複数の層を積層することで形成される。その際、形成基板上に複数の層を積層することを要する。形成基板は、光反射可変部２０２の両側の二つの基板７のいずれかでよい。二つの基板７のうち形成基板ではない基板７は、形成基板上の光反射可変部２０２を封止する封止基板となる。
光反射可変部２０２における電極３に接続される電源１０は、例えば交流電源である。電界の変化に応じて光反射性の程度が変化する材料のなかには、電圧印加の開始時から時間がたつと、電圧印加時の光反射性の程度が維持できなくなる材料が多く存在する。このため、電源１０が直流電源であると光反射可変部２０２の光反射性の程度を一定に維持できない場合がある。しかし、交流電源は、極性を交互に逆転させながら電極３間に電圧を印加することができ、実質的に断続的に電圧を印加することが可能である。そのため、光反射性の程度を一定に維持できる。交流電源から電極３間に印加される電圧の波形は矩形波であってもよい。それにより、電極３間に印加される電圧の絶対値が一定になりやすくなるため、光反射性の程度が安定しやすくなる。もちろん、電圧の波形はパルス波であってもよい。尚、中反射状態は、電極３間に印加される電圧の値が適宜制御されることによって実現され得る。
光反射可変層４０２の材料は、電界変調によって分子配向が変化する材料であってもよい。このような材料として、例えば、ネマチック液晶、コレステリック液晶、強誘電性液晶、エレクトロクロミック材料などが挙げられる。コレステリック液晶は、螺旋構造を持つネマチック液晶であってもよい。ここでいう螺旋構造を持つネマチック液晶とは、例えばネマチック液晶にカイラル剤を加えて旋光性を付与することで得られた材料である。コレステリック液晶は、キラルネマチック液晶であってもよい。コレステリック液晶は、分子軸の配向方向の連続的な変化を有することで、巨視的な螺旋構造を有する。このためコレステリック液晶、螺旋の周期に対応した波長の光を反射させることができる。コレステリック液晶の螺旋の状態を電界によって変化させることにより、コレステリック液晶の光反射性の程度を変化させることが可能である。この現象を利用して、コレステリック液晶から作製される光反射可変層４０２の光反射性の程度を変化させることができる。また、エレクトロクロミック材料は、電圧が印加されると電気化学的可逆反応（電解酸化還元反応）によって色の変化が起こる。この現象を利用して、エレクトロクロミック材料から作製される光反射可変層４０２の光反射性の程度を変化させることができる。光反射可変層４０２の材料として、特にコレステリック液晶でもよい。
光反射可変層４０２は、例えば電極３間に電圧が印加されない場合に高光反射状態となり、電圧が印加された場合に低光反射状態となる。光反射可変層４０２がコレステリック液晶から作製されると、光反射可変層４０２はこのような特性を有し得る。これは、液晶の分子配向を電圧の印加によって揃えることが可能だからである。例えばコレステリック液晶は電極３間に電圧が印加されない場合にはプレーナ配向状態となって特定の波長の光を反射し、電極３間に電圧が印加されるとフォーカルコニック配向状態となって光を透過させることができる。コレステリック液晶からは、薄型でも高光反射状態における光反射性の程度が高い光反射可変層４０２を作製することができる。尚、光反射可変層４０２は、電極３間に電圧が印加されない場合に低光反射状態となり、電圧が印加された場合に高光反射状態となってもよい。
光反射可変層４０２に電圧が印加されている時の光反射可変層４０２の光反射性の程度が、電圧が印加されなくなっても維持されてもよい。この場合、光反射可変層４０２の状態を切り替える時のみに電圧を印加し、切り替えた後は電圧印加を停止すればよいので、省電力化が可能である。光反射可変層４０２に印加される電圧を変化させて光反射可変層４０２の光反射性の程度を変化させる場合にヒステリシスが大きければ、すなわち記憶性（メモリ性）があれば、電圧が印加されなくなっても電圧印加時の光反射性の程度が維持される。このため、例えば大きなヒステリシスが現れるような液晶から光反射可変層４０２が作製されてもよい。電圧印加の停止時から光反射性の程度が維持される時間は長い程よく、例えば１時間以上が好ましく、３時間以上がより好ましく、６時間以上がさらに好ましく、１２時間以上がよりさらに好ましく、２４時間以上がよりもっと好ましい。
上述の通り、第二実施形態における第三光学機能部２３は、例えば光吸収可変部２０３である。光吸収可変部２０３は、第一方向Ｄ１に沿って対向し合う二つの電極３（第二実施形態では第三電極３３）と、光学機能層４（第二実施形態では第三光学機能層４３）としての光吸収可変層４０３とを備える。光吸収可変層４０３は、二つの電極３間に介在し、電極３間に印加される電圧の変化に応じて光吸収性の程度が変化する。
光吸収可変部２０３における電極３は光透過性を有するため、この電極３は光吸収可変部２０３への光の入射及び光吸収可変部２０３からの光の出射を阻害せず、光吸収可変部２０３の光を吸収する機能も阻害しない。このため、光吸収可変部２０３は、面状光学素子１内で光吸収可変部２０３に到達した光を吸収することができる。
例えば、光吸収可変層４０３の状態は、電極３間に印加される電圧の変化に応じて、高吸収状態と低吸収状態とに切り替えられる。光吸収可変層４０３の状態は、更に中吸収状態に切り替えられてもよい。高吸収状態とは光吸収性の程度が低吸収状態よりも高い状態であり、低吸収状態とは光吸収性の程度が高吸収状態よりも低く或いは光吸収性が無い状態である。中吸収状態とは、光吸収性の程度が低吸収状態よりも高いと共に高吸収状態よりも低い状態である。
高吸収状態は、例えば第一面Ｆ１側と第二面Ｆ２側のうち一方から光吸収可変部２０３に入射した光が、光吸収可変層４０３に吸収されて他方へ出射しない状態である。高吸収状態は、例えば第一面Ｆ１側から光吸収可変層４０３を介して第二面Ｆ２側にある物体を視認しようとしても視認できず、第二面Ｆ２側から光吸収可変層４０３を介して第一面Ｆ１側にある物体を視認しようとしても視認できない状態であり得る。高吸収状態は、光吸収可変層４０３が不透明な状態であってもよい。高吸収状態では、光吸収可変層４０３の色が黒色であってもよい。光吸収可変層４０３が光吸収性を有する場合、光吸収可変部２０３は、光を吸収する吸収層として機能することができる。
低吸収状態は、例えば第一面Ｆ１側と第二面Ｆ２側のうち一方から光吸収可変部２０３に入射した光が、光吸収可変層４０３に吸収されずにそのまま他方へ出射する状態である。高吸収状態は、例えば第一面Ｆ１側から光吸収可変層４０３を介して第二面Ｆ２側にある物体を明瞭に視認することができ、第二面Ｆ２側から光吸収可変層４０３を介して第一面Ｆ１側にある物体を明瞭に視認できる状態であってもよい。
中吸収状態は、一つの状態のみを含んでもよいし、光吸収性の程度が異なる複数の状態を含んでもよい。中吸収状態が複数の状態を含むとは、光吸収可変層４０３の光吸収性の程度が、高吸収状態と低吸収状態との間で複数段階に切り替え可能であることを意味する。また、光吸収可変層４０３の光吸収性の程度が、高吸収状態と低吸収状態との間で連続的に無段階に切り替え可能であってもよい。光吸収可変層４０３が中吸収状態に切り替え可能である場合、面状光学素子１の光学的な状態を更に多様に切り替えることが可能となる。光吸収可変部２０３は、光吸収可変層４０３の中吸収状態を維持できるように構成されていてもよい。
光吸収可変部２０３は、例えば可視光の少なくとも一部を吸収するように構成される。この場合、外部から第二面Ｆ２を通じて面状光学素子１へ入射する光の少なくとも一部を光吸収可変部２０３で吸収させることができるため、面状発光部６から発せられて第一面Ｆ１を通じて外部へ出射する光を鮮明化することができる。光吸収可変部２０３は可視光の全部を吸収するように構成されてもよい。この場合、面状発光部６から発せられて第一面Ｆ１を通じて外部へ出射する光を更に鮮明化することができる。光吸収可変部２０３は、赤外線を吸収するように構成されてもよい。この場合、面状光学素子１が遮熱効果を得ることができる。光吸収可変部２０３は紫外線を吸収するように構成されてもよい。この場合、面状光学素子１の紫外線による劣化を抑制することができる。また、面状光学素子１が紫外線遮蔽効果を得ることができ、例えば屋外から屋内への紫外線の侵入を面状光学素子１によって抑制することができる。光吸収可変部２０３が赤外線または紫外線を吸収する場合、光吸収可変部２０３は光反射可変部２０２より第二面Ｆ２側に位置してもよい。この場合、赤外線又は紫外線が、面状発光部６、光反射可変部２０２及び光散乱可変部２０１を劣化させることを抑制することができる。光吸収可変部２０３は、可視光、紫外線及び赤外線のいずれか１つを吸収することが好ましく、これらのうちの２つを吸収することがより好ましく、これらの全てを吸収することがさらに好ましい。
光吸収可変部２０３は、吸収スペクトルの波形を変化させることが可能なように構成されてもよい。ここでいう吸収スペクトルとは、光吸収可変部２０３に入射した光が光吸収可変層４０３を通過して光吸収可変部２０３から出射する場合の、光吸収可変部２０３から出射する光のスペクトルである。吸収スペクトルの波形を変化させることが可能であるとは、光吸収可変層４０３が、吸収スペクトルの波形が異なる複数の状態に切り替え可能であることを意味する。吸収スペクトルの変化は、例えば光吸収可変部２０３が中吸収状態にあるときに達成されてもよい。すなわち、例えば高吸収状態と中吸収状態とで吸収スペクトルの波形が異なっていてもよい。中吸収状態が吸収スペクトルの波形が異なる複数の状態を含んでもよい。
吸収スペクトルの変化は、例えば吸収波長の変化によって達成される。例えば光吸収可変層４０３が、青色光を特に強く吸収する状態とそうでない状態との間で切り替えられ、緑色光を特に強く吸収する状態とそうでない状態との間で切り替えられ、或いは赤色光を特に強く吸収する状態とそうでない状態との間で切り替えられる。これにより、吸収スペクトルの形状が変化する。吸収スペクトルが変化すると、面状光学素子１から出射する光の色が変化する。そのため、面状光学素子１から出射する光を調色（すなわち出射する光の色を調整）することができる。
光吸収可変層４０３が光吸収性を有する状態にあるとき、第一面Ｆ１側から光吸収可変層４０３へ光が入射する場合の光吸収性の程度よりも、第二面Ｆ２側から光吸収可変層４０３へ光が入射する場合の光吸収性の程度の方が高くてもよい。この場合、面状発光部６の劣化を特に効果的に抑制したり、紫外線が第一面Ｆ１から面状光学素子１の外部へ出射することを特に効果的に抑制したりすることができる。
光吸収可変部２０３は、隣り合う基板７の間に配置されていることで封止され、光吸収可変層４０３の劣化が抑制される。第二実施形態では、光吸収可変部２０３は、基板７２と基板７５との間に配置されている。光吸収可変部２０３は、例えば光吸収可変部２０３を構成する複数の層を積層することで形成される。その際、形成基板上に複数の層を積層することを要する。形成基板は、光吸収可変部２０３の両側の二つの基板７のいずれかでよい。二つの基板７のうち形成基板ではない基板７は、形成基板上の光吸収可変部２０３を封止する封止基板となる。
光吸収可変部２０３における電極３に接続されている電源は交流電源であってもよいが、直流電源であってもよい。電界の変化に応じて光吸収性の程度が変化する材料は、一方向の電流により光吸収性が変化し得る。そのため、直流電源により、光吸収可変層４０３の安定した光吸収性を得ることができる。尚、中吸収状態は、電極３間に印加される電圧の値が適宜制御されることによって実現され得る。
光吸収可変層４０３の材料は、電界変調によって光吸収性が変化する材料であってもよい。このような材料として、例えば酸化タングステンが挙げられる。
光吸収可変層４０３は、例えば電極３間に電圧が印加されない場合に高光吸収状態となり、電圧が印加された場合に低光吸収状態となってもよい。光吸収可変層４０３が液晶から作製されると、光吸収可変層４０３はこのような特性を有し得る。これは、液晶の分子配向を電圧の印加によって揃えることが可能だからである。液晶からは、薄型でも高光吸収状態における光吸収性の程度が高い光吸収可変層４０３を作製することができる。尚、光吸収可変層４０３は、電極３間に電圧が印加されない場合に低光吸収状態となり、電圧が印加された場合に高光吸収状態となってもよい。
光吸収可変層４０３に電圧が印加されている時の光吸収可変層４０３の光吸収性の程度が、電圧が印加されなくなっても維持されてもよい。この場合、光吸収可変層４０３の状態を切り替える時のみに電圧を印加し、切り替えた後は電圧印加を停止すればよいので、省電力化が可能である。光吸収可変層４０３に印加される電圧を変化させて光吸収可変層４０３の光吸収性の程度を変化させる場合にヒステリシスが大きければ、すなわち記憶性（メモリ性）があれば、電圧が印加されなくなっても電圧印加時の光吸収性の程度が維持される。電圧印加の停止時から光吸収性の程度が維持される時間は長い程よく、例えば１時間以上が好ましく、３時間以上がより好ましく、６時間以上がさらに好ましく、１２時間以上がよりさらに好ましく、２４時間以上がよりもっと好ましい。
面状発光部６は、光透過性を有する有機ＥＬ素子で構成されている。光学機能部２の光学的機能が阻害されないためには、面状発光部６は透明であってもよい。面状発光部６は防湿材料で被覆されていてもよい。この場合、面状発光部６の封止性能を向上させることができる。防湿材料は透明であってもよい。
第一実施形態では、面状発光部６は、二つの電極８と、この二つの電極８の間に配置されている有機発光層９とを備える。面状発光部６が有機ＥＬ素子で構成されることにより、薄型で透明な面状発光部６が得られる。有機発光層９は光透過性を有する。更に二つの電極８はいずれも光透過性を有する。そのため、有機発光層９が発光すると、有機発光層９で発した光は、第一方向Ｄ１の両側に出射される。また、有機発光層９が発光していないときは、有機発光層９は、外部から有機発光層９へ入射する光を透過させることができる。
面状発光部６における二つの電極８のうち、一方の電極８は陽極を構成し、他方の電極８は陰極を構成する。二つの電極８のうち、有機発光層９に対して第一面Ｆ１側の電極８が陰極を構成すると共に第二面Ｆ２側の電極８が陽極を構成してもよく、第二面Ｆ２側の電極８が陽極を構成すると共に第二面Ｆ２側の電極８が陰極を構成してもよい。
有機発光層９は、発光を生じさせる機能を有する層であり、例えば発光材料を含有する発光層を備え、更に必要に応じてホール注入層、ホール輸送層、電子輸送層、電子注入層、中間層などから適宜選ばれる一以上の層を備える。もちろん、有機発光層９は発光層のみで構成されてもよい。二つの電極８の間に電圧が印加されてこの電極８間に電流が流れると、発光層で正孔と電子とが電荷結合し、発光が生じる。
面状発光部６は、隣り合う基板７の間に配置されていることで封止され、有機発光層９の劣化が抑制される。第一実施形態では、面状発光部６は、基板７３と基板７４との間に配置されている。通常、有機ＥＬ素子は、有機ＥＬ素子を構成する複数の層を積層することで形成される。その際、形成基板上に複数の層を積層することを要する。形成基板は、面状発光部６の両側の二つの基板７のいずれかでよい。二つの基板７のうち形成基板ではない基板７は、形成基板上の有機ＥＬ素子を封止する封止基板となる。
面状発光部６における電極８が接続される電源１０は、例えば直流電源である。この場合、有機ＥＬ素子の安定した発光を得ることができる。有機ＥＬ素子の発光色は白色でもよいし、青色、緑色、又は赤色でもよい。もちろん、青から緑又は緑から赤までの間の中間色であってもよい。また、電流値に応じて発光色が調色可能であってもよい。
図５Ａ乃至図５Ｇは、第一実施形態及び第二実施形態に係る面状光学素子１を建築物等の窓として用いる場合の、面状光学素子１の動作の例を示す。面状光学素子１が窓として用いられる場合、面状光学素子１の第一面Ｆ１が屋内に配置され、第二面Ｆ２が屋外に配置される。
図５Ａ乃至図５Ｇでは、面状光学素子１の構成は模式的に示されている。矢印は光の進行を示している。図５Ａ乃至図５Ｇでは、光反射可変部２０２には、光反射性を有する状態（例えば高反射状態又は中反射状態）にあるときは斜線を付し、光反射性を有しない状態（低反射状態）にあるときには斜線を付していない。また、光散乱可変部２０１には、光散乱性を有する状態（例えば高散乱状態又は中散乱状態）にあるときは斜線を付し、光散乱性を有しない状態（例えば低散乱状態）にあるときには斜線を付していない。また、面状発光部６には、発光している状態にあるときには斜線を付し、発光していない状態にあるときは斜線を付していない。
図５Ａに示す状態では、光反射可変部２０２が光反射性を有する状態にあり、面状発光部６は発光しておらず、光散乱可変部２０１は光散乱性を有さず透明な状態にある。この状態では、第二面Ｆ２側の外部（屋外）から第二面Ｆ２へ向けて入射する光は光反射可変部２０２で反射されるため面状光学素子１を透過しない。そのため、面状光学素子１は、外部から第二面Ｆ２へ向けて入射する光を遮蔽することができる。一方、第一面Ｆ１側の外部（屋内）から第一面Ｆ１へ向けて入射する光は光反射可変部２０２で反射されて第一面Ｆ１から外部へ出射する。そのため、面状光学素子１は鏡として機能することができる。尚、この状態において、光反射可変部２０２の反射性の程度によっては、面状光学素子１は鏡として機能しなくてもよい。
図５Ｂに示す状態では、面状発光部６が発光している状態にあり、光反射可変部２０２は光反射性を有さず透明な状態にあり、光散乱可変部２０１は光散乱性を有さず透明な状態にある。この状態では、面状発光部６から発せられて第一面Ｆ１へ向かう光は、そのまま第一面Ｆ１から外部へ出射する。そのため、面状光学素子１が屋内などの照明をおこなうことができる。また、第二面Ｆ２側の外部から第二面Ｆ２へ向けて入射する光は、光反射可変部２０２、面状発光部６及び光散乱可変部２０１を通過し、第一面Ｆ１から外部へ出射する。このため、例えば日中においては、面状光学素子１を通じて外光を屋内へ引き込んで利用することができる。このため、面状光学素子１の照明効果を高めることができる。また、面状発光部６から第二面Ｆ２へ向かう光を、第二面Ｆ２から外部へ出射させることもできる。すなわち、面状光学素子１を両面発光させることがきる。このため、例えば夜間に面状光学素子１から屋外を出射す光で屋外を照らすことが可能である。また、面状光学素子１の第一面Ｆ１から出射する光を屋内照明に利用すると共に第二面Ｆ２から出射する光をイルミネーションなどとして利用することもできる。
図５Ｃに示す状態では、光散乱可変部２０１が光散乱性を有する状態にあり、面状発光部６は発光しない状態にあり、光反射可変部２０２は光反射性を有さずに透明な状態にある。この状態では、第二面Ｆ２側の外部（屋外）から第二面Ｆ２へ向けて入射する光は、光反射可変部２０２及び面状発光部６を通過し、更に光散乱可変部２０１を通過しながら散乱されて、第一面Ｆ１から第一面Ｆ１側の外部（屋内）へ出射する。一方、第一面Ｆ１側の外部から第一面Ｆ１へ入射する光は、光散乱可変部２０１を通過しながら散乱され、更に面状発光部６及び光反射可変部２０２を通過して第二面Ｆ２から外部へ出射する。このため、面状光学素子１は光を透過する。しかし、第一面Ｆ１側から面状光学素子１を介して第二面Ｆ２側にある物体を視認しようとする場合、及び第二面Ｆ２側から面状光学素子１を介して第一面Ｆ１側にある物体を視認しようとする場合の、いずれにおいても、物体はぼやけて視認しにくくなる。すなわち、面状光学素子１は半透明の状態となる。半透明の状態とは、例えばすりガラス状又は曇りガラス状である。このため、面状光学素子１がプライバシーの保護を実現できる。また、日中においては、プライバシーを保護しながら、外光を屋外から屋内へ引き込んで利用することができる。
図５Ｄに示す状態では、面状発光部６は発光している状態にあり、光反射可変部２０２は光反射性を有する状態にあり、光散乱可変部２０１は光散乱性を有さず透明な状態にある。この状態では、面状発光部６から発せられて第一面Ｆ１へ向かう光は、そのまま第一面Ｆ１から外部へ出射する。更に、面状発光部６から発せられて第二面Ｆ２へ向かう光は、光反射可変部２０２で反射されて第一面Ｆ１へと向かい、第一面Ｆ１から外部へ出射する。そのため、第一面Ｆ１から外部へ出射する光の量を増大させることができ、これにより例えば屋内照明の効果を高めることができる。また、光散乱可変部２０１は光を散乱させないため、第一面Ｆ１から外部へ出射する光の配向性が高くなる。一方、第二面Ｆ２側の外部から第二面Ｆ２へ向けて入射する光は光反射可変部２０２で反射されるため面状光学素子１を透過しない。そのため、面状光学素子１は、外部から第二面Ｆ２へ向けて入射する光を遮蔽することができる。
図５Ｅに示す状態では、面状発光部６は発光している状態にあり、光散乱可変部２０１は光散乱性を有する状態にあり、光反射可変部２０２は光反射性を有さずに透明な状態にある。この状態では、面状発光部６から発せられて第一面Ｆ１へ向かう光は、光散乱可変部２０１を通過しながら散乱され、第一面Ｆ１から外部へ出射する。このため、面状光学素子１は配向性の低い光を第一面Ｆ１から外部へ出射することができ、それにより独特の照明効果を得ることができる。また、光散乱可変部２０１で光を散乱させることで面状光学素子１内における光の界面反射を低減し、第一面Ｆ１からの光の取り出し効率を向上することができる。一方、面状発光部６から発せられて第二面Ｆ２へ向かう光は、光反射可変部２０２をそのまま透過し、第二面Ｆ２から外部へ出射する。このため、面状光学素子１を両面発光させることがきる。
図５Ｆに示す状態では、面状発光部６は発光している状態にあり、光散乱可変部２０１は光散乱性を有する状態にあり、光反射可変部２０２は光反射性を有する状態にある。この状態では、面状発光部６から発せられて第一面Ｆ１へ向かう光は、光散乱可変部２０１を通過しながら散乱され、第一面Ｆ１から外部へ出射する。面状発光部６から発せられて第二面Ｆ２へ向かう光は、光反射可変部２０２で反射されることで第一面Ｆ１へ向かい、光散乱可変部２０１を通過しながら散乱され、第一面Ｆ１から外部へ出射する。そのため、第一面Ｆ１から外部へ出射する光の量を増大させることができ、これにより例えば屋内照明の効果を高めることができる。また、面状光学素子１は配向性の低い光を第一面Ｆ１から外部へ出射することができ、それにより独特の照明効果を得ることができる。また、光散乱可変部２０１で光を散乱させることで面状光学素子１内における光の界面反射を低減し、第一面Ｆ１からの光の取り出し効率を向上することができる。一方、第二面Ｆ２側の外部から第二面Ｆ２へ向けて入射する光は光反射可変部２０２で反射されるため面状光学素子１を透過しない。そのため、面状光学素子１は、外部から第二面Ｆ２へ向けて入射する光を遮蔽することができる。
図５Ｇに示す状態では、面状発光部６は発光しない状態にあり、光散乱可変部２０１は光散乱性を有さずに透明な状態にあり、光反射可変部２０２は光反射性を有さずに透明な状態にある。この状態では、第一面Ｆ１側の外部から第一面Ｆ１へ入射する光は散乱されずに面状光学素子１を透過して第二面Ｆ２から外部へ出射し、第二面Ｆ２側の外部から第二面Ｆ２へ入射する光は反射されずに面状光学素子１を透過して第一面Ｆ１から外部へ出射する。このため、面状光学素子１は透明な状態になり、例えば一般的な透明な窓と同様に屋外から屋内への採光が可能である。
第二実施形態のように面状光学素子１が光吸収可変部２０３を更に備える場合は、光吸収可変部２０３が光吸収性を有さない状態にあれば、面状光学素子１は上記図５Ａ〜図５Ｇに示す場合と同様に動作する。
光吸収可変部２０３が光吸収性を有する状態にあれば、第二面Ｆ２側の外部から第二面Ｆ２へ入射する光の一部又は全部が光吸収可変部２０３で吸収されるため、面状光学素子１の光による劣化が抑制される。また、第一面Ｆ１側の外部から第二面Ｆ２側の外部への紫外線の侵入を抑制する紫外線カット効果、又は第一面Ｆ１側の外部から第二面Ｆ２側の外部への赤外線の侵入を抑制する遮熱効果を得ることもできる。
また、図５Ａ、図５Ｄ及び図５Ｆに示すように光反射可変部２０２が光反射性を有する状態で、光吸収可変部２０３が光吸収性を有する状態にあれば、第二面Ｆ２側の外部から第二面Ｆ２へ入射する光の一部又は全部を、光反射可変部２０２へ到達する前に光吸収可変部２０３に吸収させることができる。このため、第二面Ｆ２側の外部から第二面Ｆ２へ入射した光が面状光学素子１で反射して第二面Ｆ２側の外部へ出射することを抑制することができる。
また、図５Ｂ及び図５Ｅに示すように面状発光部６が発光している状態にあると共に光反射可変部２０２が光反射性を有さない状態で、光吸収可変部２０３が光吸収性を有する状態にあれば、第二面Ｆ２側の屋外から第二面Ｆ２へ入射し第一面Ｆ１へ向かう光の一部又は全部を光吸収可変部２０３に吸収させることができる。このため、面状発光部６から発せられて第一面Ｆ１から外部へ出射する光のコントラストを高めることができる。
また、図５Ｇに示す状態で光吸収可変部２０３が光吸収性を有する状態にあると、面状光学素子１に遮光作用を発揮させることができる。
また、光吸収可変部２０３は、可視光の特定波長を吸収する状態にあれば、この光吸収可変部２０３を通過する光を調色することで、面状光学素子１から出射する光に種々の色彩を与えることもできる。
以上の通り、面状光学素子１における光学機能部２の光学特性の程度が切り替えられ、或いは更に面状発光部６の発光のオン・オフが切り替えられることで、面状光学素子１が種々の光学的な状態をとることができる。面状光学素子１は、このような光学的な状態を利用できる種々の用途に適用可能である。
このように面状光学素子１は種々の光学的な状態をとりえるため、光を透過させる機能、遮光機能、鏡としての機能、プライバシー保護機能、照明としての機能などの、種々の機能を有し得る。このため、面状光学素子１を、多機能な照明装置、建材、窓などして利用することができる。
例えば、面状光学素子１で、光学的に異なる複数の状態に切り替え可能な窓を構成することができる。このような窓をアクティブウィンドウということができる。このような窓は、利用価値が高い。面状光学素子１から構成される窓は、内窓、外窓のいずれにも利用可能である。また、面状光学素子１から構成される窓を、車載窓のような乗物用の窓に適用してもよい。例えば面状光学素子１から構成される窓を、自動車、電車、機関車、列車などの車両、飛行機、船などの窓に適用してもよい。例えば透明性を変化させることが可能な窓は、高級自動車用に好適である。
面状光学素子１を、建材として利用することもできる。建材としては、壁材、パーティション、サイネージなどが挙げられる。サイネージはいわゆる照明広告であってもよい。壁材は、外壁用であってもよいし、内壁用であってもよい。
尚、上述の実施形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論のことである。
例えば面状光学素子１は、一つのみの光学機能部２を備えてもよく、四つ以上の光学機能部２を備えてもよい。また面状光学素子１は面状発光部６を備えなくてもよい。
また、第一実施形態において、第一光学機能部２１及び第二光学機能部２２のうちの一方が光吸収可変部２０３であってもよい。
その他、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。
１ 面状光学素子
２ 光学機能部
３ 電極
４ 光学機能層
６ 面状発光部
１１ 低抵抗率部位
１２ 高抵抗率部位

Claims (8)

  1. 一方向に沿って対向し合う二つの電極と、
    前記二つの電極間に介在し、前記電極間に印加される電圧の変化に応じて光散乱性、光反射性及び光吸収性から選択される光学特性の程度が変化する光学機能層と、
    を備える光学機能部を、一つ以上備え、
    前記電極の各々は、低抵抗率部位と、前記低抵抗率部位よりも高い電気抵抗率を有する高抵抗率部位とを備える、
    面状光学素子。
  2. 前記高抵抗率部位の可視光透過率と前記低抵抗率部位の可視光透過率とは、いずれも８０％以上である、
    請求項１に記載の面状光学素子。
  3. 前記高抵抗率部位は、全て前記方向に一列に並んでいる、
    請求項１又は２に記載の面状光学素子。
  4. 前記方向に沿って対向し合う二つの電極と、
    前記二つの電極間に介在する有機発光層と、
    を備える面状発光部を備え、
    前記面状発光部の前記電極の各々は、低抵抗率部位と、前記低抵抗率部位よりも高い電気抵抗率を有する高抵抗率部位とを備える、
    請求項１乃至３のいずれか一項に記載の面状光学素子。
  5. 前記面状発光部の前記電極における前記高抵抗率部位の可視光透過率と前記低抵抗率部位の可視光透過率とは、いずれも８０％以上である、
    請求項４に記載の面状光学素子。
  6. 前記光学機能部の前記電極における前記高抵抗率部位、及び前記面状発光部の前記電極における前記高抵抗率部位は、全て前記方向に一列に並んでいる、
    請求項４又は５に記載の面状光学素子。
  7. 請求項４乃至６のいずれか一項に記載の面状光学素子を備える照明装置。
  8. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の面状光学素子を備える建材。
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