WO2017122245A1 - 光学デバイス及び配光機能付き窓 - Google Patents

光学デバイス及び配光機能付き窓 Download PDF

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WO2017122245A1
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light
substrate
optical device
optical
polarized light
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PCT/JP2016/005036
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一樹 北村
伊藤　宜弘
浩史 久保田
太田　益幸
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パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an optical device and a window with a light distribution function including the optical device.
  • Patent Document 1 discloses a daylighting film that can be guided indoors by changing the traveling direction of incident sunlight by being attached to a window.
  • the daylighting film disclosed in Patent Document 1 includes a first base material, a plurality of daylighting portions, a gap portion, a first adhesive layer, a second base material, a second adhesive layer, and a light scattering layer. Equipped with light that has been suppressed to glare by causing the light incident on the daylighting part to be totally reflected on the lower surface of the daylighting part and proceed diagonally upward or scattered by the light scattering layer. I am letting.
  • the indoor lighting fixture can be turned off or the light output of the lighting fixture can be suppressed, so that power saving can be achieved.
  • the optical device described in Patent Document 1 uses reflection at the concavo-convex interface between the air gap and a plurality of daylighting portions made of resin, and light scattering always occurs by the light scattering layer. And it is cloudy. For this reason, although the room can be brightened, since the outside scenery cannot be seen from inside the room, the function of seeing outside the window itself is lost.
  • an optical device having a layer filled with liquid crystal, which is a birefringent material, instead of an air layer, and a concavo-convex layer in contact with the layer has been studied. Since the birefringent material has birefringence (two refractive indexes), the P-polarized light is made transparent by making one refractive index coincide with the refractive index of the concavo-convex layer, and the other refractive index is Since it is different from the refractive index of the concavo-convex layer, the S-polarized light is distributed toward the ceiling surface.
  • incident light in the conventional optical device, although incident light can be distributed, the incident light includes a plurality of polarizations having different polarization directions. There is a problem that it proceeds to an unintended place. For example, incident light that is not distributed may pass straight through the optical device as it is, and may irradiate light at unintended locations.
  • the present invention has been made in order to solve the above-described problem, and allows incident light including first polarized light and second polarized light having different polarization directions to be irradiated at a predetermined position while controlling light distribution as desired.
  • An object of the present invention is to provide an optical device and a window with a light distribution function.
  • an aspect of the optical device includes a first substrate having translucency, a second substrate having translucency facing the first substrate, and the first substrate.
  • a light distribution layer disposed between the substrate and the second substrate and distributing incident light; a surface of the second substrate opposite to the first substrate; or the second substrate of the first substrate.
  • An optical element disposed on a surface opposite to the substrate side, the light distribution layer includes an optical medium part including a birefringent material and an uneven structure part, and the optical element has a different polarization direction. It has a light characteristic that reduces the amount of light of at least one of the first polarized light and the second polarized light.
  • an aspect of the window with a light distribution function according to the present invention includes the optical device described above and a window on which the optical device is bonded.
  • the present invention it is possible to irradiate light at a predetermined position while controlling the desired light distribution of incident light including first polarized light and second polarized light having different polarization directions.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of the optical device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the optical device according to the first embodiment.
  • FIG. 3A is a diagram for explaining an optical action when the optical device according to Embodiment 1 is in a transparent state.
  • FIG. 3B is a diagram for explaining an optical action when the optical device according to Embodiment 1 is in a light distribution state.
  • FIG. 4A is a diagram illustrating a usage example of the optical device of the comparative example.
  • FIG. 4B is a diagram illustrating a usage example of the optical device according to Embodiment 1.
  • FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of the optical device according to the first modification of the first embodiment.
  • FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of an optical device according to the second modification of the first embodiment.
  • FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view of an optical device according to the third modification of the first embodiment.
  • FIG. 8 is an enlarged cross-sectional view of an optical device according to the fourth modification of the first embodiment.
  • FIG. 9 is an enlarged cross-sectional view of the optical device according to the second embodiment.
  • FIG. 10 is an enlarged cross-sectional view of the optical device according to the third embodiment.
  • the X axis, the Y axis, and the Z axis represent the three axes of the three-dimensional orthogonal coordinate system.
  • the Z axis direction is the vertical direction and the Z axis is perpendicular to the Z axis. This direction (the 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. Note that the plus direction in the Z-axis direction is defined as a vertically downward direction.
  • thickness direction means the thickness direction of the optical device, which is a direction perpendicular to the main surfaces of the first substrate and the second substrate, and “plan view” The time when viewed from the direction perpendicular to the main surface of the first substrate or the second substrate.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of an optical device 1 according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is an enlarged sectional view of the optical device 1 and shows an enlarged sectional view of a region II surrounded by a broken line in FIG.
  • the optical device 1 is a light control device that controls light incident on the optical device 1.
  • the optical device 1 is a light distribution element that can change the traveling direction of light incident on the optical device 1 (that is, distribute light) and emit the light.
  • the optical device 1 includes a first substrate 10, a second substrate 20, a light distribution layer 30, an optical element 40, a first electrode 50, and a second electrode 60.
  • the adhesion layer 70 for closely attaching the 1st electrode 50 and the uneven structure part 32 of the light distribution layer 30 is provided in the surface at the side of the light distribution layer 30 of the 1st electrode 50, the adhesion layer 70 is provided. It does not have to be provided.
  • the first electrode 50, the adhesion layer 70, the light distribution layer 30, and the second electrode 60 are arranged in this order along the thickness direction between the pair of the first substrate 10 and the second substrate 20. It is a configuration.
  • the first substrate 10 and the second substrate 20 shown in FIGS. 1 and 2 are translucent substrates having translucency.
  • a glass substrate or a resin substrate can be used as the first substrate 10 and the second substrate 20, for example.
  • the glass substrate material include soda glass, non-alkali glass, and high refractive index glass.
  • the material for the resin substrate include resin materials such as polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate (PC), acrylic (PMMA), and epoxy.
  • PET polyethylene terephthalate
  • PEN polyethylene naphthalate
  • PC polycarbonate
  • acrylic (PMMA) acrylic
  • epoxy epoxy
  • the first substrate 10 and the second substrate 20 may be made of the same material, or may be made of different materials, but are preferably made of the same material. Moreover, the 1st board
  • substrate 20 are not restricted to a rigid board
  • the second substrate 20 is a counter substrate facing the first substrate 10 and is disposed at a position facing the first substrate 10.
  • substrate 20 are adhere
  • planar view shape of the first substrate 10 and the second substrate 20 is, for example, a square or a rectangular rectangle, but is not limited thereto, and may be a polygon other than a circle or a rectangle. The shape can be adopted.
  • the light distribution layer 30 is disposed between the first substrate 10 and the second substrate 20.
  • the light distribution layer 30 has translucency and transmits incident light.
  • the light distribution layer 30 distributes the incident light. That is, the light distribution layer 30 changes the traveling direction of light when passing through the light distribution layer 30.
  • the light distribution layer 30 includes an optical medium portion 31 including a birefringent material and an uneven structure portion 32.
  • the birefringent material of the optical medium unit 31 is, for example, a liquid crystal including liquid crystal molecules 31a having birefringence.
  • a liquid crystal for example, a nematic liquid crystal or a cholesteric liquid crystal in which the liquid crystal molecules 31a are rod-like molecules can be used.
  • the liquid crystal molecules 31a having birefringence have, for example, an ordinary light refractive index (no) of 1.5 and an extraordinary light refractive index (ne) of 1.7.
  • the concavo-convex structure portion 32 is a concavo-convex structure constituted by a plurality of convex portions 32a having a micro-order size or a nano-order size.
  • the height of each protrusion 32a is, for example, 100 nm to 100 ⁇ m, but is not limited thereto.
  • the interval between the adjacent convex portions 32a is, for example, 0 to 100 ⁇ m, but is not limited thereto.
  • Each of the plurality of convex portions 32a has an inclined surface inclined at a predetermined inclination angle with respect to the thickness direction.
  • the inclined surface of the convex part 32 a is an interface between the convex part 32 a and the optical medium part 31.
  • the light incident on the light distribution layer 30 is totally reflected or transmitted without being reflected on the inclined surface of the convex portion 32a according to the refractive index difference between the convex portion 32a and the optical medium portion 31. That is, the inclined surface of the convex portion 32a functions as a light reflection surface (total reflection surface) or a light transmission surface.
  • Each of the plurality of convex portions 32a is formed in a stripe shape. Specifically, each of the plurality of convex portions 32a has the same shape and is arranged at equal intervals along the Z-axis direction. Each protrusion 32a has a trapezoidal cross-sectional shape and is a long, substantially quadrangular prism shape extending in the X-axis direction.
  • the convex portion 32a for example, a resin material having optical transparency such as an acrylic resin, an epoxy resin, or a silicone resin can be used.
  • the convex portion 32a can be formed by, for example, molding or nanoimprinting.
  • the convex portion 32a is an acrylic resin having a refractive index of 1.5.
  • the optical medium unit 31 functions as a refractive index adjusting layer capable of adjusting the refractive index in the visible light region when an electric field is applied. Specifically, since the optical medium unit 31 is composed of liquid crystal having liquid crystal molecules 31a having electric field responsiveness, the alignment state of the liquid crystal molecules 31a is changed by applying an electric field to the light distribution layer 30. The refractive index of the optical medium unit 31 changes.
  • An electric field is applied to the light distribution layer 30 by applying a voltage to the first electrode 50 and the second electrode 60. Therefore, by controlling the voltage applied to the first electrode 50 and the second electrode 60, the electric field applied to the light distribution layer 30 changes, thereby changing the alignment state of the liquid crystal molecules 31a and The refractive index changes. That is, the refractive index of the optical medium unit 31 is changed by applying a voltage to the first electrode 50 and the second electrode 60.
  • the optical medium portion 31 has a refractive index that is the same or close to the refractive index of the concavo-convex structure portion 32 (convex portion 32a) and the refractive index of the concavo-convex structure portion 32 (convex portion 32a) due to a change in electric field. The difference is changed to two refractive indexes with a large refractive index.
  • the optical action of the optical device 1 is changed by the change in the refractive index of the optical medium section 31, and the incident light can be transmitted without bending or the incident light can be bent and transmitted.
  • the optical device 1 is an active optical control device that can change the optical action by controlling the refractive index matching between the concavo-convex structure part 32 (convex part 32a) and the optical medium part 31 by an electric field. is there.
  • the optical device 1 has a transparent state (transparent mode) in which incident light is transmitted as it is without changing the traveling direction in accordance with the change in the refractive index of the optical medium unit 31, and the traveling direction. It is possible to change to a light distribution state (light distribution mode) in which incident light is transmitted by changing (that is, distributing light).
  • a light distribution state light distribution mode
  • the refractive index difference between the optical medium part 31 and the concavo-convex structure part 32 (convex part 32a) is small (for example, the refractive index of the optical medium part 31 is the same as or close to the refractive index of the convex part 32a)
  • the optical layer 30 becomes transparent.
  • the refractive index difference between the optical medium part 31 and the concavo-convex structure part 32 (convex part 32a) is large, the light distribution layer 30 is in a light distribution state.
  • the refractive index of the convex portion 32a when the refractive index of the convex portion 32a is 1.5, the refractive index of the optical medium portion 31 when the electric field is not applied (that is, in the transparent state) is 1.5, and the electric field is applied.
  • the refractive index of the optical medium unit 31 when the optical medium is in a light distribution state can be about 1.7.
  • the refractive index of the convex portion 32a when the refractive index of the convex portion 32a is 1.5, as the material of the optical medium portion 31, a liquid crystal containing liquid crystal molecules 31a having a refractive index (ordinary refractive index) of 1.5 can be used.
  • the refractive index of the optical medium portion 31 when no voltage is applied to the first electrode 50 and the second electrode 60 is 1.5.
  • the refractive index of the optical medium portion 31 when a voltage is applied to the first electrode 50 and the second electrode 60 is 1.7.
  • the optical device 1 can be in a light distribution state.
  • the optical medium unit 31 may be provided with an electric field by alternating current power, or may be provided with an electric field by direct current power.
  • the voltage waveform may be a sine wave or a rectangular wave.
  • the optical element 40 is disposed on the surface of the second substrate 20 opposite to the first substrate 10 side.
  • the optical element 40 has, for example, a sheet shape and is provided on the entire surface of the second substrate 20.
  • the optical element 40 has an optical characteristic that reduces the amount of light of at least one of the first polarized light and the second polarized light having different polarization directions.
  • the first polarized light and the second polarized light are lights whose polarization directions are orthogonal to each other.
  • the first polarized light is S polarized light (S wave)
  • the second polarized light is P polarized light (P wave).
  • the optical element 40 is a polarizing plate and has a light characteristic that reduces the light amount of only one of S-polarized light and P-polarized light.
  • the optical element 40 that is a polarizing plate has an optical characteristic that transmits only one of S-polarized light and P-polarized light and does not transmit the other.
  • the optical element 40 is a polarizing plate having an optical characteristic of cutting P-polarized light by absorbing only P-polarized light.
  • the polarizing plate can be composed of, for example, a material containing a dichroic dye.
  • the light absorption amount of the polarizing plate can be adjusted by the content of the dichroic dye or the like.
  • a black pigment can be used as an absorbing material to be contained in the polarizing plate.
  • the first electrode 50 and the second electrode 60 are electrically paired, and are configured to apply an electric field to the light distribution layer 30.
  • the first electrode 50 and the second electrode 60 are paired not only electrically but also in terms of arrangement, and are arranged so as to face each other. Specifically, the first electrode 50 and the second electrode 60 are disposed so as to sandwich the light distribution layer 30.
  • the first electrode 50 and the second electrode 60 have optical transparency and transmit incident light.
  • the first electrode 50 and the second electrode 60 are, for example, transparent conductive layers.
  • a conductor-containing resin made of a resin containing a conductive material such as a transparent metal oxide such as ITO (Indium Tin Oxide) or IZO (Indium Zinc Oxide), silver nanowires or conductive particles, or A metal thin film such as a silver thin film can be used.
  • the first electrode 50 and the second electrode 60 may have a single layer structure or a stacked structure thereof (for example, a stacked structure of a transparent metal oxide and a metal thin film).
  • the first electrode 50 is disposed between the first substrate 10 and the light distribution layer 30. Specifically, the first electrode 50 is formed on the surface of the first substrate 10 on the light distribution layer 30 side.
  • the second electrode 60 is disposed between the light distribution layer 30 and the second substrate 20. Specifically, the second electrode 60 is formed on the surface of the second substrate 20 on the light distribution layer 30 side.
  • FIG. 3A is a diagram for explaining the optical action when the optical device 1 according to Embodiment 1 is in a transparent state
  • FIG. 3B is for explaining the optical action when the optical device 1 is in a light distribution state.
  • the optical device 1 can transmit light.
  • the optical device 1 since the first substrate 10 is a light incident side substrate, the optical device 1 can transmit the light incident from the first substrate 10 and emit the light from the optical element 40.
  • the light incident on the optical device 1 undergoes an optical action when passing through the light distribution layer 30.
  • the light incident on the optical device 1 is subjected to different optical actions depending on the refractive index of the optical medium portion 31 of the light distribution layer 30.
  • the refractive index of the convex portion 32a is 1.5
  • the refractive index of the optical medium portion 31 liquid crystal
  • the optical device 1 since there is no refractive index difference between the convex portion 32a and the optical medium portion 31, the optical device 1 is in a transparent state, and the light incident on the optical device 1 is incident on the convex portion 32a. The light travels straight through the optical device 1 without being totally reflected by the inclined surface.
  • the refractive index of the optical medium unit 31 changes to 1.7.
  • a refractive index difference is generated between the convex portion 32a and the optical medium portion 31, so that the optical device 1 is in a light distribution state and enters the optical device 1 obliquely downward.
  • the light incident on the upper inclined surface of the convex portion 32a at an angle greater than the critical angle is totally reflected by the upper inclined surface of the convex portion 32a, the traveling direction is changed, and the optical device travels obliquely upward. 1 will be transmitted.
  • FIG. 4A is a diagram illustrating a usage example of the optical device 1X of the comparative example.
  • FIG. 4B is a diagram illustrating a usage example of the optical device 1 according to Embodiment 1.
  • the optical device 1X of the comparative example shown in FIG. 4A has a configuration in which the optical element 40 is not provided with respect to the optical device 1 of the first embodiment shown in FIG. Therefore, the optical action of the optical device 1X of the comparative example changes between the transparent state and the light distribution state according to the voltage application state of the first electrode 50 and the second electrode 60, similarly to the optical device 1 of the first embodiment. To do.
  • the optical devices 1 and 1X can be realized as a window with a light distribution function by being installed in the window 110 of the building 100.
  • the optical devices 1 and 1X are bonded to the window 110 via an adhesive layer, for example.
  • the optical devices 1 and 1X are installed on the window 110 in such a posture that the main surfaces of the first substrate 10 and the second substrate 20 are parallel to the vertical direction (Z-axis direction) (that is, a standing posture).
  • optical devices 1 and 1X do not show the detailed structure of the optical devices 1 and 1X, but the optical devices 1 and 1X have the first substrate 10 on the outdoor side and the second substrate 20 on the indoor side. Has been placed. That is, in FIGS. 4A and 4B, the optical devices 1 and 1X are arranged such that the first substrate 10 is on the light incident side and the second substrate 20 is on the light emitting side.
  • the optical medium portion 31 of the light distribution layer 30 includes liquid crystal molecules having birefringence. Therefore, although the S-polarized light (S-polarized component) of sunlight can be distributed toward the ceiling surface, the P-polarized light (P-polarized component) of sunlight cannot be distributed. For this reason, even if the optical device 1X is in a light distribution state, the P-polarized light passes through the optical device 1X straightly toward the floor surface. Therefore, a person at the window in the room feels dazzling.
  • the polarizing plate is provided as the optical element 40 in the optical device 1 according to the present embodiment, sunlight is distributed to irradiate the ceiling surface as shown in FIG. 4B. In this case, the amount of light of P-polarized light that is not distributed by the optical device 1 is reduced by the optical element 40. Therefore, it can suppress that the person in the indoor window feels dazzling.
  • the optical device 1 in the present embodiment it is possible to brighten the room without losing the function (transparency, open feeling, etc.) that allows the outside of the window to be seen, and the person at the window Can suppress dazzling.
  • optical device 1 according to the present embodiment was actually manufactured as an example, and this will be described.
  • a transparent resin substrate made of PET was used as the first substrate 10, and a film thickness of 100 nm was formed as the first electrode 50 on the resin substrate.
  • a plurality of trapezoidal convex portions 32a each having a height of 10 ⁇ m were formed at equal intervals with a gap of 2 ⁇ m by acrylic resin (refractive index 1.5).
  • a first transparent substrate was produced by forming the concavo-convex structure portion 32 by mold pressing.
  • the convex part 32a was made into stripe form.
  • a sealing resin is formed between the first transparent substrate and the second transparent substrate to form a first transparent substrate.
  • the substrate and the second transparent substrate are sealed, and in this sealed state, the dielectric constant is large in the major axis direction and perpendicular to the major axis as the optical medium unit 31 between the first transparent substrate and the second transparent substrate.
  • a positive type liquid crystal having small rod-like liquid crystal molecules 31a was injected by a vacuum injection method in any direction.
  • a polarizing plate was attached as the optical element 40 on the surface of the second substrate 20 opposite to the second electrode 60 side. Thereby, the optical device 1 can be obtained.
  • the liquid crystal molecules 31 a are known to be aligned along the shape of the concavo-convex structure portion 32. For this reason, it is preferable to form an alignment film on the surface of the second electrode 60 and perform rubbing treatment. Thereby, the liquid crystal molecules 31 a can be horizontally aligned with respect to the main surface of the second substrate 20 in the entire region of the second substrate 20. At this time, the liquid crystal had an ordinary light refractive index of 1.5 and an extraordinary light refractive index of 1.7.
  • the optical device 1 since the liquid crystal is used as the optical medium portion 31, both the light distribution state and the transparent state can be achieved. Specifically, by applying a voltage to the first electrode 50 and the second electrode 60 to change the refractive index of the optical medium unit 31, the optical device 1 can be in a light distribution state or in a transparent state. However, since a liquid crystal composed of liquid crystal molecules having birefringence is used, the light transmittance is approximately halved when the optical device 1 is in a light distribution state. Note that when the optical device 1 is in a transparent state, both S-polarized light and P-polarized light are transmitted. Therefore, unlike the light distribution state, the light transmittance is not halved.
  • the optical device 1 configured in this way When the optical device 1 configured in this way is installed in a window and the optical device 1 is in a light distribution state, light incident on the optical device 1 at a solar altitude of 30 ° to 60 ° is transmitted through the light distribution layer 30. The light is distributed and irradiated to the ceiling surface of the room.
  • the optical element 1 Since the optical element 1 is provided in the optical device 1 in the present embodiment, the P-polarized light that is not distributed is absorbed by the optical element 40. As a result, as shown in FIG. 4B, the amount of P-polarized light traveling toward the floor is reduced.
  • the light distribution layer 30 having the optical medium portion 31 including the birefringent material and the concavo-convex structure portion 32 between the first substrate 10 and the second substrate 20 is disposed on the surface of the second substrate 20 opposite to the first substrate 10 side, and has an optical characteristic that reduces the amount of light of at least one of the first polarized light and the second polarized light having different polarization directions.
  • Element 40 is arranged.
  • the optical device 1 when the optical device 1 is in the light distribution state, one of the first polarized light and the second polarized light in the incident light is distributed by the birefringence of the birefringent material included in the optical medium unit 31, and the other is distributed. Even when the light is not distributed, the optical element 40 can reduce the light quantity of at least one of the first polarized light and the second polarized light. Therefore, it is possible to irradiate light at a predetermined position while controlling the light distribution of the incident light including the first polarized light and the second polarized light having different polarization directions.
  • the amount of incident light that is not distributed by the optical element 40 is reduced. Therefore, since it becomes easy to control the incident light which permeate
  • the optical element 40 reduces the amount of P-polarized light. Can be made. This makes it possible to brighten the room without losing the function of being able to see the outside of the window, even when outside light is distributed toward the ceiling surface, and to make the person at the window feel dazzling This can also be suppressed.
  • the optical element 40 is a polarizing plate having a light characteristic that reduces the light amount of only one of the first polarized light and the second polarized light having different polarization directions.
  • the optical element 40 which is a polarizing plate. Further, by using the polarizing plate, it is possible to block one of the first polarized light and the second polarized light.
  • the optical element 40 can reduce the amount of P-polarized light. More specifically, it becomes possible to block P-polarized light. In this case, only the S-polarized light distributed is irradiated toward the ceiling surface, and no light is irradiated on the floor surface.
  • the first electrode 50 and the second electrode 60 are provided so as to sandwich the light distribution layer 30, and the optical medium portion 31 of the light distribution layer 30 includes the first electrode 50 and the first electrode 50.
  • the refractive index changes.
  • the optical device 1 can be switched between the transparent state and the light distribution state.
  • FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of an optical device 1A according to the first modification of the first embodiment.
  • the optical element 40 is provided on the second substrate 20.
  • the optical element 40 is provided on the first substrate 10 as shown in FIG. It has been.
  • the optical element 40 is disposed on the surface of the first substrate 10 opposite to the second substrate 20 side.
  • the optical device 1 ⁇ / b> A in the present modification also has the same effect as the optical device 1 in the first embodiment.
  • the optical element 40 may be disposed on the surface of the second substrate 20 opposite to the first substrate 10 as in the first embodiment, or as in this modification example,
  • the first substrate 10 may be disposed on the surface opposite to the second substrate 20 side.
  • FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of an optical device 1B according to the second modification of the first embodiment.
  • the first electrode 50 and the second electrode 60 are provided.
  • the first electrode 50 and the second electrode 60 are provided as shown in FIG. It is not done. Therefore, in this modification, since no electric field is applied to the light distribution layer 30, the alignment state of the liquid crystal molecules 31a of the optical medium part 31 (liquid crystal) does not change, and the refractive index of the optical medium part 31 does not change.
  • the concavo-convex structure portion 32 (convex portion) is provided so that there is always a refractive index difference between the refractive index of the concavo-convex structure portion 32 (convex portion 32a) and the refractive index of the optical medium portion 31 (liquid crystal). 32a) and the material of the optical medium 31 (liquid crystal) are selected.
  • the optical device 1B in the present modification is always in a light distribution state. That is, as shown in FIG. 6, the light incident on the optical device 1B always changes its traveling direction and passes through the optical device 1B.
  • the optical medium portion 31 of the light distribution layer 30 includes the birefringent material.
  • the optical medium unit 31 includes liquid crystal as a birefringent material.
  • the first polarized light and the second polarized light of the incident light tries to pass through the optical device 1B due to the birefringence of the birefringent material included in the optical medium unit 31, but the first polarized light is transmitted by the optical element 40. And the light quantity of one of the second polarized light is reduced. Therefore, also in this modified example, it is possible to irradiate light at a predetermined position while controlling the desired light distribution of incident light including the first polarized light and the second polarized light having different polarization directions.
  • FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view of an optical device 1C according to the third modification of the first embodiment.
  • the plurality of convex portions 32a constituting the concavo-convex structure portion 32 of the light distribution layer 30 are formed separately from each other. As shown in FIG. 7, the plurality of convex portions 32a constituting the concave-convex structure portion 32C of the light distribution layer 30C may be connected to each other.
  • the concavo-convex structure portion 32C includes a thin film layer 32b formed on the first substrate 10 side (adhesion layer 70 side) and a plurality of convex portions 32a protruding from the thin film layer 32b.
  • the thin film layer 32b may be formed intentionally, or may be formed as a residue film when the plurality of convex portions 32a are formed.
  • the thickness of the thin film layer 32b is, for example, 1 ⁇ m or less.
  • the optical device 1 ⁇ / b> C in the present modification also has the same effect as the optical device 1 in the first embodiment.
  • FIG. 8 is an enlarged cross-sectional view of an optical device 1D according to Modification 4 of Embodiment 1.
  • each of the plurality of convex portions 32a constituting the concavo-convex structure portion 32 of the light distribution layer 30 has an elongated rectangular shape with a substantially trapezoidal cross section.
  • each of the plurality of convex portions 32a constituting the concave-convex structure portion 32D of the light distribution layer 30D has a long triangular shape with a substantially triangular cross section. Shape.
  • each protrusion 32a has a height in a cross-sectional shape (triangle) of 100 nm to 100 ⁇ m and an aspect ratio (height / base) of about 1 to 5. Further, the interval (pitch) between the apexes of the adjacent convex portions 32a is, for example, 100 nm to 100 ⁇ m.
  • the height, aspect ratio, and pitch of the protrusions 32a are not limited to these ranges.
  • the cross-sectional shape of the convex part 32a is not restricted to a triangle and a trapezoid.
  • the optical device 1D in the present modification also has the same effect as the optical device 1 in the first embodiment.
  • FIG. 9 is an enlarged cross-sectional view of the optical device 2 according to the second embodiment.
  • an optical element 80 having a light characteristic that reduces the light amount of at least one of the first polarized light and the second polarized light having different polarization directions is used. ing.
  • the optical element 80 is disposed on the surface of the second substrate 20 opposite to the first substrate 10 side.
  • the optical element 80 has a sheet shape, for example, and is provided on the entire surface of the second substrate 20.
  • the optical device 2 in the present embodiment is different from the optical device 1 in the first embodiment in that the optical device 1 in the first embodiment uses a polarizing plate as the optical element 40.
  • a light control plate is used as the optical element 80.
  • the optical element 80 that is a light control plate has a light characteristic that the transmittance is lower as the amount of incident light is larger, and the transmittance is higher as the amount of incident light is smaller.
  • the light control plate may be made of glass or resin. Further, as the light control plate, a plate whose color is reversibly changed by light may be used.
  • the optical device 2 in the present embodiment similarly to the optical element 40 in the first embodiment, the optical device 2 has a light characteristic that reduces the light amount of at least one of the first polarization and the second polarization having different polarization directions.
  • An optical element 80 is disposed.
  • the optical element 80 can reduce the light quantity of at least one of the first polarized light and the second polarized light. Therefore, it is possible to irradiate light at a predetermined position while controlling the light distribution of the incident light including the first polarized light and the second polarized light having different polarization directions.
  • the optical element 80 can reduce the amount of P-polarized light. It can. This makes it possible to brighten the room without losing the function of being able to see the outside of the window, even when outside light is distributed toward the ceiling surface, and to make the person at the window feel dazzling This can be suppressed.
  • the optical element 80 is a light control plate having a light characteristic such that the greater the amount of incident light, the lower the transmittance, and the smaller the amount of incident light, the higher the transmittance.
  • the light quantity of at least one of the first polarized light and the second polarized light can be easily reduced by the optical element 80 which is a light control plate.
  • the optical element 80 light control plate.
  • the optical device 2 using the light control plate can significantly reduce the P-polarized light when the sunlight is strong, and does not reduce the P-polarized light when the sunlight is weak, as compared with the optical device 1 using the polarizing plate.
  • the optical device 2 using the light control plate has a feature that P-polarized light is not cut unnecessarily.
  • FIG. 10 is an enlarged cross-sectional view of the optical device 3 according to the third embodiment.
  • the optical element 40 reduces the light amount of at least one of the first polarized light and the second polarized light having different polarization directions.
  • the light distribution layer 30E reduces the light quantity of at least one of the first polarized light and the second polarized light having different polarization directions. For this reason, the optical device 3 in the present embodiment is not provided with the optical elements 40 and 80.
  • the light distribution layer 30E includes an optical medium portion 31E and an uneven structure portion 32.
  • the optical medium unit 31E includes liquid crystal molecules 31a having birefringence, and dichroic liquid crystal molecules 31b having optical characteristics that reduce the amount of light of at least one of the first polarized light and the second polarized light having different polarization directions. Yes.
  • a liquid crystal containing dichroic liquid crystal molecules is a liquid crystal that can add color to a certain polarized light.
  • a black dichroic liquid crystal a certain amount of polarized light can be absorbed, so that the amount of transmitted light can be reduced.
  • the dichroic liquid crystal molecules 31b have optical characteristics that reduce the amount of P-polarized light by absorbing only P-polarized light, for example, of S-polarized light and P-polarized light.
  • the dichroic liquid crystal molecules 31b are, for example, black, but are not limited thereto.
  • the optical medium portion 31E contains black dichroic liquid crystal molecules 31b, the entire optical device 3 looks dark and the light transmittance in the transparent state decreases, but in the light distribution state, the P-polarized light is reduced. The amount of light can be reduced.
  • the light distribution layer 30E includes the optical medium portion 31E and the concavo-convex structure portion 32, and the optical medium portion 31E includes the liquid crystal molecules 31a having birefringence. And dichroic liquid crystal molecules 31b having optical characteristics for reducing the light quantity of at least one of the first polarized light and the second polarized light having different polarization directions.
  • the optical device 3 when the optical device 3 is in the light distribution state, one of the first polarized light and the second polarized light in the incident light is distributed by the liquid crystal molecules 31a having the birefringence included in the optical medium unit 31E. Even when the other is not distributed, the light quantity of at least one of the first polarized light and the second polarized light can be reduced by the dichroic liquid crystal molecules 31b included in the optical medium portion 31E. Therefore, as in the first and second embodiments, even when incident light is distributed, emitted light can be irradiated to a predetermined position.
  • the optical device 3 can be manufactured at a lower cost than in the first and second embodiments.
  • the dichroic liquid crystal molecule 31b has an optical characteristic that reduces the amount of P-polarized light by absorbing only P-polarized light out of S-polarized light and P-polarized light.
  • the optical device 3 When the optical device 3 is installed and external light such as sunlight is distributed, the amount of P-polarized light that is not distributed can be reduced by the dichroic liquid crystal molecules 31b. This makes it possible to brighten the room without losing the function of being able to see the outside of the window, even when outside light is distributed toward the ceiling surface, and to make the person at the window feel dazzling This can be suppressed.
  • the dichroic liquid crystal molecules 31b are used. However, instead of the dichroic liquid crystal molecules 31b, light that reduces the light amount of at least one of the first polarized light and the second polarized light having different polarization directions.
  • a dichroic dye having characteristics may be used. That is, the optical medium portion 31E may include the liquid crystal molecules 31a having birefringence and the dichroic dye.
  • optical device 3 according to the present embodiment was actually manufactured as an example, and this will be described.
  • a transparent resin substrate made of PET was used as the first substrate 10, and a film thickness of 100 nm was formed as the first electrode 50 on the resin substrate.
  • a plurality of trapezoidal convex portions 32a each having a height of 10 ⁇ m were formed at equal intervals with a gap of 2 ⁇ m by acrylic resin (refractive index 1.5).
  • a first transparent substrate was produced by forming the concavo-convex structure portion 32 by mold pressing.
  • the convex part 32a was made into stripe form.
  • a sealing resin is formed between the first transparent substrate and the second transparent substrate to form a first transparent substrate.
  • the substrate and the second transparent substrate are sealed, and in this sealed state, the dielectric constant is large in the major axis direction and perpendicular to the major axis as the optical medium unit 31 between the first transparent substrate and the second transparent substrate.
  • a positive type liquid crystal having small rod-like liquid crystal molecules 31a and a liquid crystal having dichroic liquid crystal molecules 31b (dichroic liquid crystal) were injected by a vacuum injection method. Thereby, the optical device 3 can be obtained.
  • the liquid crystal molecules can be horizontally aligned with respect to the main surface of the second substrate 20 in the entire region of the second substrate 20.
  • the liquid crystal had an ordinary light refractive index of 1.5 and an extraordinary light refractive index of 1.7.
  • the optical transmittance of the optical device 3 is about half.
  • the optical device 3 configured in this way When the optical device 3 configured in this way is installed in a window and the optical device 3 is in a light distribution state, light incident on the optical device 3 at a solar altitude of 30 ° to 60 ° is transmitted through the light distribution layer 30E. The light is distributed and irradiated to the ceiling surface of the room.
  • the optical device 3 At this time, 50% of the light incident on the optical device 3 at an incident angle of 30 ° is distributed toward the ceiling surface at an elevation angle of 15 °, but the remaining 50% is not distributed. Specifically, S-polarized light of sunlight is distributed by the light distribution layer 30E, but P-polarized light of sunlight is not distributed by the light distribution layer 30E. If the optical medium portion 31E does not include the dichroic liquid crystal molecules 31b, the non-light-distributed P-polarized light travels straight through the optical device 3 and travels toward the floor surface. Since the optical device 3 in the embodiment includes the dichroic liquid crystal molecules 31b in the optical medium portion 31E, the P-polarized light that is not distributed is absorbed by the dichroic liquid crystal molecules 31b. As a result, the amount of P-polarized light traveling toward the floor surface is reduced.
  • optical device according to the present invention has been described based on the embodiment and the modification.
  • present invention is not limited to the embodiment and the modification.
  • the optical device is arranged in the window so that the longitudinal direction of the convex portion 32a is the X-axis direction, but the present invention is not limited to this.
  • the optical device may be arranged in the window so that the longitudinal direction of the convex portion 32a is the Z-axis direction.
  • it is possible to distribute incident light in the left-right direction instead of distributing incident light in the up-down direction as in the above-described embodiments and modifications.
  • each of the plurality of convex portions 32a constituting the concavo-convex structure portion 32 has a long shape, but is not limited thereto.
  • the convex portions 32a may be arranged so as to be scattered in a matrix or the like. That is, you may arrange
  • each of the plurality of convex portions 32a has the same shape.
  • the shape is not limited to this, and for example, the shape may be different in the plane.
  • the inclination angles of the plurality of convex portions 32 a may be different between the upper half and the lower half in the Z-axis direction of the optical device 1. Thereby, for example, light can be distributed at an elevation angle of 15 ° at the upper part of the window, and light can be distributed at an elevation angle of 30 ° at the lower part of the window.
  • the height of the plurality of convex portions 32a is constant, but is not limited thereto.
  • the heights of the plurality of convex portions 32a may be different at random. By doing in this way, it can suppress that the light which permeate
  • by randomly varying the height of the plurality of convex portions 32a minute diffracted light and scattered light at the concave / convex interface are averaged by wavelength, and coloring of the emitted light is suppressed.
  • a material containing a polymer such as a polymer structure in addition to the liquid crystal material may be used as the material of the optical medium portion of the light distribution layer.
  • the polymer structure is, for example, a network structure, and the refractive index can be adjusted by arranging liquid crystal molecules between the polymer structures (networks).
  • a polymer dispersed liquid crystal PDLC: Polymer Dispersed Liquid Crystal
  • PNLC Polymer Network Liquid Crystal
  • sunlight is exemplified as the light incident on the optical device, but the present invention is not limited to this.
  • the light incident on the optical device may be light emitted from a light emitting device such as an illumination device.
  • the optical device 1 is attached to the indoor side surface of the window 110, but may be attached to the outdoor side surface of the window 110. However, in order to suppress deterioration of the optical element, the optical device 1 is preferably attached to the indoor side surface of the window 110. Further, although the optical device is attached to the window, the optical device may be used as the window of the building 100 itself. The optical device is not limited to being installed on a building window, and may be installed on a car window, for example.

Abstract

光学デバイス（１）は、透光性を有する第１基板（１０）と、第１基板（１０）に対向し、透光性を有する第２基板（２０）と、第１基板（１０）と第２基板（２０）との間に配置され、入射した光を配光する配光層（３０）と、第２基板（２０）の第１基板（１０）側とは反対側の面又は第１基板（１０）の第２基板（２０）側とは反対側の面に配置された光学素子（４０）とを備え、配光層（３０）は、複屈折材料を含む光媒体部（３１）と凹凸構造部（３２）とを有し、光学素子（４０）は、偏光方向が異なる第１偏光及び第２偏光のうち少なくとも一方の光量を低減させる光特性を有する。

Description

光学デバイス及び配光機能付き窓
　本発明は、光学デバイス及びこの光学デバイスを備えた配光機能付き窓に関する。
　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に導入することができる光学デバイスが提案されている。
　例えば、特許文献１には、窓に貼り付けることによって入射する太陽光の進行方向を変更して室内に導くことができる採光フィルムが開示されている。特許文献１に開示された採光フィルムは、第１基材と、複数の採光部と、空隙部と、第１接着層と、第２基材と、第２接着層と、光散乱層とを備えており、採光部に入射した光を採光部の下側面で全反射させて斜め上方に進行させたり光散乱層で散乱させたりすることでグレアを抑制した光を室内の天井面等に照射させている。
国際公開第２０１５／０５６７３６号
　従来の光学デバイスでは、太陽光等の外光を曲げて室内の天井面に照射させることができるので室内照度を向上させることができる。これにより、室内の照明器具を消灯させたり照明器具の光出力を抑えたりできるので、省電力化を図ることができる。
　しかしながら、従来の光学デバイスでは、外光を天井面に照射させている場合、つまり、外光を曲げるように配光制御している場合には、室内から室外の景色が見ることができないという課題がある。特に、特許文献１に記載された光学デバイスでは、空気層である空隙部と樹脂からなる複数の採光部との凹凸界面での反射を利用しており、光散乱層によって常に光の散乱が発生して白濁している。このため、室内を明るくすることができるものの、室内の中から外の景色を見ることができないので、窓本来の外が見えるという機能を失わせてしまう。
　そこで、空気層の代わりに複屈折材料である液晶が充填された層とこれに接する凹凸層とを備える光学デバイスが検討されている。複屈折材料は、複屈折性（２つの屈折率）を有しているので、一方の屈折率を凹凸層の屈折率と一致させておくことでＰ偏光が透明化し、もう一方の屈折率が凹凸層の屈折率と異なるためにＳ偏光については天井面に向けて配光される。
　この場合、外の景色から反射光のうちのＰ偏光は光学デバイスを透過して室内にいる人の目に入るため、光学デバイスを用いても室内の中から外の景色を見ることができ、窓本来の外が見えるという機能を失わせてしまうことがない。
　しかしながら、このような光学デバイスを用いた太陽光を配光させて室内に入射させると、太陽光のＳ偏光は天井面に向けて配光させることができるが、太陽光のＰ偏光については配光させることができない。このため、Ｐ偏光は光学デバイスを床面に向かって直進透過することになるので、室内の窓際にいる人が眩しく感じる。
　このように、従来の光学デバイスでは、入射光を配光することができるものの、入射光には偏光方向が異なる複数の偏光が含まれているので、この入射光における複数の偏光のいずれかが、意図しない箇所に進行してしまうという課題がある。例えば、配光されない入射光がそのまま光学デバイスを直進透過してしまい、意図しない箇所に光を照射させてしまう場合がある。
　本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、偏光方向が異なる第１偏光及び第２偏光を含む入射光を所望に配光制御しつつ所定の位置に光を照射させることができる光学デバイス及び配光機能付き窓を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために、本発明に係る光学デバイスの一態様は、透光性を有する第１基板と、前記第１基板に対向し、透光性を有する第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に配置され、入射した光を配光する配光層と、前記第２基板の前記第１基板側とは反対側の面又は前記第１基板の前記第２基板側とは反対側の面に配置された光学素子とを備え、前記配光層は、複屈折材料を含む光媒体部と凹凸構造部とを有し、前記光学素子は、偏光方向が異なる第１偏光及び第２偏光のうち少なくとも一方の光量を低減させる光特性を有する。
　また、本発明に係る配光機能付き窓の一態様は、上記の光学デバイスと、前記光学デバイスが貼り合わされた窓とを備える。
　本発明によれば、偏光方向が異なる第１偏光及び第２偏光を含む入射光を所望に配光制御しつつ所定の位置に光を照射させることができる。
図１は、実施の形態１に係る光学デバイスの断面図である。 図２は、実施の形態１に係る光学デバイスの拡大断面図である。 図３Ａは、実施の形態１に係る光学デバイスが透明状態のときの光学作用を説明するための図である。 図３Ｂは、実施の形態１に係る光学デバイスが配光状態のときの光学作用を説明するための図である。 図４Ａは、比較例の光学デバイスの使用例を示す図である。 図４Ｂは、実施の形態１に係る光学デバイスの使用例を示す図である。 図５は、実施の形態１の変形例１に係る光学デバイスの拡大断面図である。 図６は、実施の形態１の変形例２に係る光学デバイスの拡大断面図である。 図７は、実施の形態１の変形例３に係る光学デバイスの拡大断面図である。 図８は、実施の形態１の変形例４に係る光学デバイスの拡大断面図である。 図９は、実施の形態２に係る光学デバイスの拡大断面図である。 図１０は、実施の形態３に係る光学デバイスの拡大断面図である。
　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。
　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。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。
　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１基板及び第２基板の主面に垂直な方向のことであり、「平面視」とは、第１基板又は第２基板の主面に対して垂直な方向から見たときのことをいう。
　（実施の形態１）
　まず、実施の形態１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１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の拡大断面図を示している。
　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変更して（つまり配光して）出射させることができる配光素子である。
　図１及び図２に示すように、光学デバイス１は、第１基板１０と、第２基板２０と、配光層３０と、光学素子４０と、第１電極５０と、第２電極６０とを備える。なお、第１電極５０の配光層３０側の面には、第１電極５０と配光層３０の凹凸構造部３２とを密着させるための密着層７０を設けているが、密着層７０は設けなくてもよい。
　光学デバイス１は、一対の第１基板１０及び第２基板２０の間に、第１電極５０、密着層７０、配光層３０、第２電極６０がこの順で厚み方向に沿って配置された構成である。
　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。
　［第１基板、第２基板］
　図１及び図２に示される第１基板１０及び第２基板２０は、透光性を有する透光性基板である。第１基板１０及び第２基板２０としては、例えばガラス基板又は樹脂基板を用いることができる。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。樹脂基板の材料としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、アクリル（ＰＭＭＡ）又はエポキシ等の樹脂材料が挙げられる。ガラス基板は、光透過率が高く、かつ、水分の透過性が低いという利点がある。一方、樹脂基板は、破壊時の飛散が少ないという利点がある。第１基板１０と第２基板２０とは、同じ材料で構成されていてもよいし、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１基板１０及び第２基板２０は、リジッド基板に限るものではなく、可撓性を有するフレキシブル基板であってもよい。本実施の形態において、第１基板１０及び第２基板２０は、ＰＥＴ樹脂からなる透明樹脂基板である。
　第２基板２０は、第１基板１０に対向する対向基板であり、第１基板１０に対向する位置に配置される。第１基板１０と第２基板２０とは、互いの端部外周に額縁状に形成された接着剤等のシール樹脂によって接着されている。
　なお、第１基板１０及び第２基板２０の平面視形状は、例えば、正方形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。
　［配光層］
　図１及び図２に示すように、配光層３０は、第１基板１０と第２基板２０との間に配置される。配光層３０は、透光性を有しており、入射した光を透過させる。また、配光層３０は、入射した光を配光する。つまり、配光層３０は、配光層３０を通過する際の光の進行方向を変更する。
　配光層３０は、複屈折材料を含む光媒体部３１と、凹凸構造部３２とを有する。光媒体部３１の複屈折材料は、例えば、複屈折性を有する液晶分子３１ａを含む液晶である。このような液晶としては、例えば、液晶分子３１ａが棒状分子からなるネマティック液晶又はコレステリック液晶等を用いることができる。また、複屈折性を有する液晶分子３１ａは、例えば、常光屈折率（ｎｏ）が１．５で、異常光屈折率（ｎｅ）が１．７である。
　凹凸構造部３２は、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３２ａによって構成された凹凸構造体である。各凸部３２ａの高さは、例えば１００ｎｍ～１００μｍであるが、これに限るものではない。また、隣り合う凸部３２ａの間隔は、例えば０～１００μｍであるが、これに限定されるものではない。
　複数の凸部３２ａ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を有している。凸部３２ａの傾斜面は、凸部３２ａと光媒体部３１との界面である。配光層３０に入射した光は、凸部３２ａの傾斜面において、凸部３２ａと光媒体部３１との屈折率差に応じて全反射したり反射せずにそのまま透過したりする。つまり、凸部３２ａの傾斜面は、光反射面（全反射面）又は光透過面として機能する。
　複数の凸部３２ａの各々は、ストライプ状に形成されている。具体的には、複数の凸部３２ａの各々は、同じ形状であって、Ｚ軸方向に沿って等間隔に配列されている。各凸部３２ａは、断面形状が台形でＸ軸方向に延在する長尺状の略四角柱形状である。
　凸部３２ａ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光透過性を有する樹脂材料を用いることができる。凸部３２ａは、例えばモールド成形又はナノインプリント等によって形成することができる。一例として、凸部３２ａは、屈折率が１．５のアクリル樹脂である。
　本実施の形態において、光媒体部３１は、電界が与えられることによって可視光領域での屈折率が調整可能な屈折率調整層として機能する。具体的には、光媒体部３１は、電界応答性を有する液晶分子３１ａを有する液晶によって構成されているので、配光層３０に電界が与えられることで液晶分子３１ａの配向状態が変化して光媒体部３１の屈折率が変化する。
　配光層３０には、第１電極５０及び第２電極６０に電圧が印加されることによって電界が与えられる。したがって、第１電極５０及び第２電極６０に印加する電圧を制御することによって配光層３０に与えられる電界が変化し、これにより、液晶分子３１ａの配向状態が変化して光媒体部３１の屈折率が変化する。つまり、光媒体部３１は、第１電極５０及び第２電極６０に電圧が印加されることで屈折率が変化する。光媒体部３１は、電界の変化によって、凹凸構造部３２（凸部３２ａ）の屈折率と同じ値又は近い値の屈折率と、凹凸構造部３２（凸部３２ａ）の屈折率との屈折率差が大きい屈折率との２つの屈折率に変化する。
　この光媒体部３１の屈折率の変化によって光学デバイス１の光学作用が変化して、入射光を曲げることなく透過させたり入射光を曲げて透過させたりできる。このように、光学デバイス１は、凹凸構造部３２（凸部３２ａ）と光媒体部３１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。
　具体的には、光学デバイス１は、光媒体部３１の屈折率の変化に応じて、進行方向を変化させずに入射光をそのまま透過させる状態である透明状態（透明モード）と、進行方向を変化させて（つまり配光させて）入射光を透過させる状態である配光状態（配光モード）とに変化可能である。具体的には、光媒体部３１と凹凸構造部３２（凸部３２ａ）との屈折率差が小さい（例えば光媒体部３１の屈折率が凸部３２ａの屈折率と同じ又は近い）場合、配光層３０は透明状態となる。一方、光媒体部３１と凹凸構造部３２（凸部３２ａ）との屈折率差が大きい場合、配光層３０は配光状態となる。
　一例として、凸部３２ａの屈折率が１．５である場合、電界が与えられていないとき（つまり透明状態の場合）の光媒体部３１の屈折率を１．５とし、電界が与えられているとき（つまり配光状態の場合）の光媒体部３１の屈折率を約１．７とすることができる。
　このとき、凸部３２ａの屈折率が１．５である場合、光媒体部３１の材料としては、屈折率（常光屈折率）が１．５の液晶分子３１ａを含む液晶を用いることができる。この場合、第１電極５０及び第２電極６０に電圧が印加されていないときの光媒体部３１の屈折率は１．５となる。一方、第１電極５０及び第２電極６０に電圧が印加されているときの光媒体部３１の屈折率は１．７となる。そして、電圧印加時における光媒体部３１と凸部３２ａとの屈折率差（＝０．２）によって、光媒体部３１と凹凸構造部３２との界面（つまり凸部３２ａの傾斜面）で光学デバイス１に入射した光を全反射させて進行方向を変化させることができる。つまり、光学デバイス１を配光状態にすることができる。
　なお、光媒体部３１は、交流電力によって電界が与えられてもよいし、直流電力によって電界が与えられてもよい。交流電力の場合には、電圧波形は、正弦波でもよいし矩形波でもよい。
　［光学素子］
　図１及び図２に示すように、光学素子４０は、第２基板２０の第１基板１０側とは反対側の面に配置されている。光学素子４０は、例えばシート状であり、第２基板２０の全面に設けられる。
　光学素子４０は、偏光方向が異なる第１偏光及び第２偏光のうち少なくとも一方の光量を低減させる光特性を有する。第１偏光及び第２偏光は、互いに偏光方向が直交する光であり、例えば、第１偏光がＳ偏光（Ｓ波）で、第２偏光がＰ偏光（Ｐ波）である。
　本実施の形態において、光学素子４０は偏光板であり、Ｓ偏光及びＰ偏光のうち一方のみの光量を低減させる光特性を有する。例えば、偏光板である光学素子４０は、Ｓ偏光及びＰ偏光のうちの一方のみを透過させ、他方を透過させない光特性を有する。具体的には、光学素子４０は、Ｐ偏光のみを吸収することでＰ偏光をカットする光特性を有する偏光板である。
　なお、偏光板は、例えば二色性色素を含むもので構成することができる。この場合、偏光板の光の吸収量は、二色性色素の含有量等で調整することができる。また、偏光板に含有させる吸収材料としては、例えば、黒色顔料を用いることができる。
　［第１電極、第２電極］
　図１及び図２に示すように、第１電極５０及び第２電極６０は、電気的に対となっており、配光層３０に電界を与えることができるように構成されている。なお、第１電極５０と第２電極６０とは、電気的だけではなく配置的にも対になっており、対向するように配置されている。具体的には、第１電極５０及び第２電極６０は、配光層３０を挟むように配置されている。
　第１電極５０及び第２電極６０は、光透過性を有し、入射した光を透過する。第１電極５０及び第２電極６０は、例えば透明導電層である。透明導電層の材料としては、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔｉｎ　Ｏｘｉｄｅ）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からなる導電体含有樹脂、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１電極５０及び第２電極６０は、これらの単層構造であってもよし、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。
　第１電極５０は、第１基板１０と配光層３０との間に配置されている。具体的には、第１電極５０は、第１基板１０の配光層３０側の面に形成されている。
　一方、第２電極６０は、配光層３０と第２基板２０との間に配置されている。具体的には、第２電極６０は、第２基板２０の配光層３０側の面に形成されている。
　［光学デバイスの光学作用］
　次に、実施の形態１に係る光学デバイス１の光学作用について、図３Ａ及び図３Ｂを用いて説明する。図３Ａは、実施の形態１に係る光学デバイス１が透明状態のときの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が配光状態のときの光学作用を説明するための図である。
　光学デバイス１は、光を透過させることができる。本実施の形態では、第１基板１０を光入射側の基板としているので、光学デバイス１は、第１基板１０から入射した光を透過して光学素子４０から出射させることができる。
　光学デバイス１に入射した光は、配光層３０を透過する際に光学作用を受ける。この場合、光学デバイス１に入射した光は、配光層３０の光媒体部３１の屈折率に応じて異なる光学作用を受ける。
　本実施の形態では、凸部３２ａの屈折率が１．５であり、第１電極５０及び第２電極６０に電圧が印加されていない状態では光媒体部３１（液晶）の屈折率が１．５である。この場合、図３Ａに示すように、凸部３２ａと光媒体部３１との間には屈折率差がないので、光学デバイス１は透明状態となり、光学デバイス１に入射する光は、凸部３２ａの傾斜面で全反射されることなく直進して光学デバイス１を透過することになる。
　一方、第１電極５０及び第２電極６０に電圧が印加されると、光媒体部３１（液晶）の屈折率が１．７に変化する。この場合、図３Ｂに示すように、凸部３２ａと光媒体部３１との間には屈折率差が生じるので、光学デバイス１は配光状態となり、斜め下方に向かって光学デバイス１に入射した光のうち凸部３２ａの上側傾斜面に臨界角以上の角度で入射する光は、凸部３２ａの上側傾斜面で全反射して進行方向が変更されて斜め上方に向かって進行して光学デバイス１を透過することになる。
　［光学デバイスの使用例と作用効果］
　次に、実施の形態１に係る光学デバイス１の使用例と作用効果について、図４Ａ及び図４Ｂを用いて説明する。図４Ａは、比較例の光学デバイス１Ｘの使用例を示す図である。図４Ｂは、実施の形態１に係る光学デバイス１の使用例を示す図である。
　図４Ａに示される比較例の光学デバイス１Ｘは、図１に示される実施の形態１の光学デバイス１に対して、光学素子４０が設けられていない構成である。したがって、比較例の光学デバイス１Ｘは、実施の形態１の光学デバイス１と同様に、第１電極５０及び第２電極６０の電圧印加状態に応じて透明状態と配光状態とに光学作用が変化する。
　図４Ａ及び図４Ｂに示すように、光学デバイス１及び１Ｘは、建物１００の窓１１０に設置することで、配光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及び１Ｘは、例えば、粘着層を介して窓１１０に貼り合わされる。この場合、光学デバイス１及び１Ｘは、第１基板１０及び第２基板２０の主面が鉛直方向（Ｚ軸方向）と平行となるような姿勢（つまり立設する姿勢）で窓１１０に設置される。
　また、図４Ａ及び図４Ｂでは光学デバイス１及び１Ｘの詳細な構造が図示されていないが、光学デバイス１及び１Ｘは、第１基板１０が室外側で第２基板２０が室内側となるように配置されている。つまり、図４Ａ及び図４Ｂにおいて、光学デバイス１及び１Ｘは、第１基板１０が光入射側で、第２基板２０が光出射側となるように配置されている。
　このとき、図４Ａに示される光学デバイス１Ｘが配光状態である場合、光学デバイス１Ｘに入射した太陽光等の外光については、配光層３０で全反射して室内の天井に導かれる。つまり、光学デバイス１Ｘに対して斜め上方から斜め下方に向かって入射した太陽光は、配光層３０によって跳ね返る方向に曲げられる。これにより、図４Ａに示すように、太陽光を室内の天井に照射させることができるので、室内照度を向上させることができる。これにより、室内の照明器具を消灯させたり照明器具の光出力を抑えたりできるので、省電力化を図ることができる。
　しかしながら、図４Ａにおける比較例の光学デバイス１Ｘでは、太陽光を配光して天井面に照射させている場合、配光層３０の光媒体部３１が複屈折性を有する液晶分子を含んでいるため、太陽光のＳ偏光（Ｓ偏光成分）については天井面に向けて配光させることができるが、太陽光のＰ偏光（Ｐ偏光成分）については配光させることができない。このため、光学デバイス１Ｘが配光状態であっても、Ｐ偏光については光学デバイス１Ｘを床面に向かって直進透過することになる。したがって、室内の窓際にいる人は、眩しく感じる。
　これに対して、本実施の形態における光学デバイス１には、光学素子４０として偏光板が設けられているので、図４Ｂに示すように、太陽光を配光して天井面に照射させている場合、光学デバイス１で配光されないＰ偏光は光学素子４０によって光量が低減する。したがって、室内の窓際にいる人が眩しく感じることを抑制できる。
　このように、本実施の形態における光学デバイス１によれば、窓本来の外が見えるという機能（透明性と開放感等）を失わせることなく室内を明るくすることができつつ、窓際にいる人が眩しく感じることを抑制できる。
　ここで、実施例として本実施の形態における光学デバイス１を実際に作製したので、これについて説明する。
　本実施例では、第１基板１０としてＰＥＴからなる透明な樹脂基板を用いて、この樹脂基板上に第１電極５０として膜厚が１００ｎｍを形成した。この第１電極５０が形成された樹脂基板上に、アクリル樹脂（屈折率１．５）によって各々の高さが１０μｍの断面台形状の複数の凸部３２ａを隙間２μｍで等間隔に形成された凹凸構造部３２をモールド型押しにより形成することで第１透明基板を作製した。なお、凸部３２ａはストライプ状とした。
　次に、第２電極６０が形成された第２基板２０を第２透明基板（対向基板）として用いて、第１透明基板と第２透明基板との間にシール樹脂を形成して第１透明基板と第２透明基板とを封止し、この封止した状態で第１透明基板と第２透明基板との間に光媒体部３１として、誘電率が長軸方向には大きく長軸に垂直な方向には小さい棒状の液晶分子３１ａを有するポジ型の液晶を真空注入法で注入した。
　次に、第２基板２０の第２電極６０側とは反対側の面に光学素子４０として偏光板を貼り付けた。これにより、光学デバイス１を得ることができる。
　なお、液晶分子３１ａは、凹凸構造部３２の形状に沿って配向することが知られている。このため、第２電極６０の表面に配向膜を形成してラビング処理を行うとよい。これにより、第２基板２０の全領域において、液晶分子３１ａを第２基板２０の主面に対して水平配向にすることができる。このとき、液晶は、常光屈折率が１．５で、異常光屈折率が１．７であった。
　このように作製した光学デバイス１では、光媒体部３１として液晶が用いられているため、配光状態と透明状態とを両立させることができる。具体的には、第１電極５０及び第２電極６０に電圧を印加して光媒体部３１の屈折率を変化させることで、光学デバイス１を配光状態にしたり透明状態にしたりできる。ただし、複屈折性を有する液晶分子からなる液晶を用いているので、光学デバイス１が配光状態の場合には光透過率は約半分となる。なお、光学デバイス１が透明状態の場合にはＳ偏光もＰ偏光も透過するので、配光状態の場合と異なり、光透過率は半分にはならない。
　このように構成された光学デバイス１を窓に設置して、光学デバイス１を配光状態にした場合、３０°～６０°の太陽高度で光学デバイス１に入射する光は、配光層３０で配光されて室内の天井面に照射される。
　このとき、例えば３０°の入射角で光学デバイス１に入射した光は、そのうちの５０％が仰角１５°で天井面に向かって配光されるが、残りの５０％は配光されない。このように、入射光の一部が配光されて他の一部が配光されないのは、液晶が複屈折性を有するからである。具体的には、配光層３０による配光に寄与するのは太陽光のＳ偏光のみであって、太陽光のＰ偏光は配光層３０で配光されない。この配光されないＰ偏光は、図４Ａの比較例の光学デバイス１Ｘのように光学素子４０が設けられていなければ、光学デバイス１Ｘを直進透過して全て床面に向けて進行することになるが、本実施の形態における光学デバイス１には光学素子４０が設けられているので、配光されないＰ偏光は光学素子４０で吸収される。この結果、図４Ｂに示すように、床面に向かって進行するＰ偏光の光量は低減することになる。
　［まとめ］
　以上、本実施の形態における光学デバイス１によれば、第１基板１０と第２基板２０との間には、複屈折材料を含む光媒体部３１と凹凸構造部３２とを有する配光層３０が配置されており、第２基板２０の第１基板１０側とは反対側の面には、偏光方向が異なる第１偏光及び第２偏光のうち少なくとも一方の光量を低減させる光特性を有する光学素子４０が配置されている。
　これにより、光学デバイス１が配光状態のときに、光媒体部３１に含まれる複屈折材料の複屈折性によって、入射光における第１偏光及び第２偏光のうちの一方が配光されて他方が配光されない場合であっても、光学素子４０によって第１偏光及び第２偏光のうち少なくとも一方の光量を低減させることができる。したがって、偏光方向が異なる第１偏光及び第２偏光を含む入射光を所望に配光制御しつつ所定の位置に光を照射させることができる。
　特に、本実施の形態では、光学素子４０で配光されない入射光の光量を低減させている。これにより、光学デバイス１を透過する入射光を制御しやすくなるので、より一層、所定の位置に光を照射させることができる。
　具体的には、図４Ｂに示すように、光学デバイス１を窓１１０に設置して、光学デバイス１によって太陽光等の外光を配光させた場合、光学素子４０によってＰ偏光の光量を低減させることができる。これにより、外光を天井面に向けて配光させた場合であっても、窓本来の外が見えるという機能を失わせることなく室内を明るくすることができつつ、窓際にいる人が眩しく感じることを抑制することもできる。
　また、本実施の形態において、光学素子４０は、偏光方向が異なる第１偏光及び第２偏光のうち一方のみの光量を低減させる光特性を有する偏光板である。
　これにより、偏光板である光学素子４０によって第１偏光及び第２偏光のうち少なくとも一方の光量を容易に低減させることができる。また、偏光板を用いることで、第１偏光及び第２偏光のうちの一方を遮断させることが可能となる。例えば、図４Ｂにおいて、光学素子４０によってＰ偏光の光量を低減させることが可能となる。より具体的には、Ｐ偏光を遮断させることが可能となる。この場合、配光されるＳ偏光のみが天井面に向けて照射され、床面には光が照射されない。
　また、本実施の形態では、配光層３０を挟むように配置された第１電極５０及び第２電極６０を備えており、配光層３０の光媒体部３１が、第１電極５０及び第２電極６０に電圧が印加されることで屈折率が変化する。
　これにより、第１電極５０及び第２電極６０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を透明状態と配光状態とに切り替えることができる。
　（実施の形態１の変形例１）
　次に、実施の形態１の変形例１に係る光学デバイス１Ａについて、図５を用いて説明する。図５は、実施の形態１の変形例１に係る光学デバイス１Ａの拡大断面図である。
　上記実施の形態１における光学デバイス１では、光学素子４０は、第２基板２０に設けられていたが、本変形例では、図５に示すように、光学素子４０は、第１基板１０に設けられている。具体的には、光学素子４０は、第１基板１０の第２基板２０側とは反対側の面に配置されている。
　以上、本変形例における光学デバイス１Ａでも、上記実施の形態１における光学デバイス１と同様の効果を奏する。
　このように、光学素子４０は、上記実施の形態１のように、第２基板２０の第１基板１０側とは反対側の面に配置されていてもよいし、本変形例のように、第１基板１０の第２基板２０側とは反対側の面に配置されていてもよい。
　なお、本変形例は、後述する実施の形態２、３にも適用することができる。
　（実施の形態１の変形例２）
　次に、実施の形態１の変形例２に係る光学デバイス１Ｂについて、図６を用いて説明する。図６は、実施の形態１の変形例２に係る光学デバイス１Ｂの拡大断面図である。
　上記実施の形態１における光学デバイス１では、第１電極５０及び第２電極６０が設けられていたが、本変形例では、図６に示すように、第１電極５０及び第２電極６０が設けられていない。したがって、本変形例では、配光層３０には電界が与えられないので、光媒体部３１（液晶）の液晶分子３１ａの配向状態が変化しないので、光媒体部３１の屈折率が変化しない。
　このため、本変形例では、凹凸構造部３２（凸部３２ａ）の屈折率と光媒体部３１（液晶）の屈折率との屈折率差が常に存在するように、凹凸構造部３２（凸部３２ａ）と光媒体部３１（液晶）の材料が選択されている。
　これにより、本変形例における光学デバイス１Ｂは、常に配光状態となる。つまり、図６に示すように、光学デバイス１Ｂに入射する光は、常に進行方向が変化して光学デバイス１Ｂを透過することになる。
　以上、本変形例における光学デバイス１Ｂにおいても、配光層３０の光媒体部３１は、複屈折材料を含んでいる。具体的には、光媒体部３１は、複屈折材料として液晶を含んでいる。
　これにより、光媒体部３１に含まれる複屈折材料の複屈折性によって入射光の第１偏光及び第２偏光のうちの一方は光学デバイス１Ｂを透過しようとするが、光学素子４０によって第１偏光及び第２偏光のうちの一方の光量が低減する。したがって、本変形例でも、偏光方向が異なる第１偏光及び第２偏光を含む入射光を所望に配光制御しつつ所定の位置に光を照射させることができる。
　なお、本変形例は、後述する実施の形態２、３にも適用することができる。
　（実施の形態１の変形例３）
　次に、実施の形態１の変形例３に係る光学デバイス１Ｃについて、図７を用いて説明する。図７は、実施の形態１の変形例３に係る光学デバイス１Ｃの拡大断面図である。
　上記実施の形態１における光学デバイス１では、配光層３０の凹凸構造部３２を構成する複数の凸部３２ａは、互いに分離して形成されていたが、本変形例における光学デバイス１Ｃでは、図７に示すように、配光層３０Ｃの凹凸構造部３２Ｃを構成する複数の凸部３２ａは、互いに連結されていてもよい。
　具体的には、凹凸構造部３２Ｃは、第１基板１０側（密着層７０側）に形成された薄膜層３２ｂと当該薄膜層３２ｂから突出する複数の凸部３２ａとによって構成されている。なお、薄膜層３２ｂは、意図的に形成してもよいし、複数の凸部３２ａを形成する際の残渣膜として形成されていてもよい。この場合、薄膜層３２ｂ（残渣膜）の厚さとしては、例えば１μｍ以下である。
　以上、本変形例における光学デバイス１Ｃでも、上記実施の形態１における光学デバイス１と同様の効果を奏する。
　なお、本変形例は、後述する実施の形態２、３にも適用することができる。
　（実施の形態１の変形例４）
　次に、実施の形態１の変形例４に係る光学デバイス１Ｄについて、図８を用いて説明する。図８は、実施の形態１の変形例４に係る光学デバイス１Ｄの拡大断面図である。
　上記実施の形態１における光学デバイス１では、配光層３０の凹凸構造部３２を構成する複数の凸部３２ａの各々は、断面形状が略台形の長尺状の略四角柱形状であったが、本変形例における光学デバイス１Ｄでは、図８に示すように、配光層３０Ｄの凹凸構造部３２Ｄを構成する複数の凸部３２ａの各々は、断面形状が略三角形の長尺状の略三角柱形状である。
　この場合、各凸部３２ａは、断面形状（三角形）における高さが１００ｎｍ～１００μｍで、アスペクト比（高さ／底辺）が１～５程度である。また、隣り合う凸部３２ａ同士の頂点の間隔（ピッチ）は、例えば１００ｎｍ～１００μｍである。
　なお、凸部３２ａの高さやアスペクト比、ピッチは、これらの範囲に限定されるものではない。また、凸部３２ａの断面形状は、三角形及び台形に限るものではない。
　以上、本変形例における光学デバイス１Ｄでも、上記実施の形態１における光学デバイス１と同様の効果を奏する。
　なお、本変形例は、後述する実施の形態２、３にも適用することができる。
　（実施の形態２）
　次に、実施の形態２に係る光学デバイス２について、図９を用いて説明する。図９は、実施の形態２に係る光学デバイス２の拡大断面図である。
　本実施の形態では、図９に示すように、実施の形態１と同様に、偏光方向が異なる第１偏光及び第２偏光のうち少なくとも一方の光量を低減させる光特性を有する光学素子８０を用いている。光学素子８０は、第２基板２０の第１基板１０側とは反対側の面に配置されている。具体的には、光学素子８０は、例えばシート状であり、第２基板２０の全面に設けられる。
　本実施の形態における光学デバイス２が上記実施の形態１における光学デバイス１と異なる点は、上記実施の形態１における光学デバイス１では、光学素子４０として偏光板を用いていたのに対して、本実施の形態における光学デバイス２では、光学素子８０として調光板を用いている点である。調光板である光学素子８０は、入射する光の光量が大きいほど透過率が低く、入射する光量が小さいほど透過率が高くなる光特性を有している。調光板は、ガラス製及び樹脂製のいずれであってもよい。また、調光板として、光によって色が可逆的に変化するものを用いてもよい。
　以上、本実施の形態における光学デバイス２によれば、実施の形態１における光学素子４０と同様に、偏光方向が異なる第１偏光及び第２偏光のうち少なくとも一方の光量を低減させる光特性を有する光学素子８０が配置されている。
　これにより、実施の形態１と同様に、光学デバイス２が配光状態のときに、光媒体部３１に含まれる複屈折材料の複屈折性によって、入射光における第１偏光及び第２偏光のうちの一方が配光されて他方が配光されない場合であっても、光学素子８０によって第１偏光及び第２偏光のうち少なくとも一方の光量を低減させることができる。したがって、偏光方向が異なる第１偏光及び第２偏光を含む入射光を所望に配光制御しつつ所定の位置に光を照射させることができる。
　また、実施の形態１と同様に、この光学デバイス２を窓に設置して光学デバイス２によって太陽光等の外光を配光させた場合、光学素子８０によってＰ偏光の光量を低減させることができる。これにより、外光を天井面に向けて配光させた場合であっても、窓本来の外が見えるという機能を失わせることなく室内を明るくすることができつつ、窓際にいる人が眩しく感じることを抑制できる。
　また、本実施の形態において、光学素子８０は、入射する光の光量が大きいほどと透過率が低く、入射する光量が小さいほど透過率が高くなる光特性を有する調光板である。
　これにより、調光板である光学素子８０によって第１偏光及び第２偏光のうち少なくとも一方の光量を容易に低減させることができる。例えば、光学デバイス２を窓に設置した場合、光学素子８０（調光板）によって、配光されないＰ偏光の光量を低減することができる。
　ただし、本実施の形態では、光学素子８０として調光板を用いているので、配光されるＰ偏光の光量も低下する。したがって、調光板を用いた光学デバイス２は、偏光板を用いた光学デバイス１と比べて、日差しが強いときはＰ偏光を大幅に低減でき、日差しが弱いときにはＰ偏光をあまり低減しないという特徴を有する。つまり、日差しが強いときはＰ偏光の光量の低減量が大きく、日差しが弱いときはＰ偏光の光量の低減量が小さい。これにより、調光板を用いた光学デバイス２は、無駄にＰ偏光をカットすることがないという特徴を有する。
　（実施の形態３）
　次に、実施の形態３に係る光学デバイス３について、図１０を用いて説明する。図１０は、実施の形態３に係る光学デバイス３の拡大断面図である。
　上記実施の形態１における光学デバイス１では、光学素子４０によって、偏光方向が異なる第１偏光及び第２偏光のうち少なくとも一方の光量を低減させたが、本実施の形態における光学デバイス３では、図１０に示すように、配光層３０Ｅによって、偏光方向が異なる第１偏光及び第２偏光のうち少なくとも一方の光量を低減させている。このため、本実施の形態における光学デバイス３には、光学素子４０及び８０が設けられていない。
　本実施の形態において、配光層３０Ｅは、光媒体部３１Ｅと凹凸構造部３２とを有する。光媒体部３１Ｅは、複屈折性を有する液晶分子３１ａと、偏光方向が異なる第１偏光及び第２偏光のうち少なくとも一方の光量を低減させる光特性を有する二色性液晶分子３１ｂとを含んでいる。
　一般的に、二色性液晶分子を含む液晶（二色性液晶）は、ある偏光に色を付加することができる液晶である。例えば、黒色の二色性液晶を用いることで、ある偏光を吸収できるので透過する光の光量を低減させることができる。本実施の形態において、二色性液晶分子３１ｂは、例えば、Ｓ偏光及びＰ偏光のうちＰ偏光のみを吸収することでＰ偏光の光量を低減させる光特性を有する。二色性液晶分子３１ｂは、例えば黒色であるが、これに限るものではない。光媒体部３１Ｅに黒色の二色性液晶分子３１ｂが含まれていると、光学デバイス３全体としてダークに見え、透明状態での光透過率が低下してしまうが、配光状態においてＰ偏光の光量を低減させることができる。
　以上、本実施の形態における光学デバイス３によれば、配光層３０Ｅが光媒体部３１Ｅと凹凸構造部３２とを有しており、光媒体部３１Ｅは、複屈折性を有する液晶分子３１ａと、偏光方向が異なる第１偏光及び第２偏光のうち少なくとも一方の光量を低減させる光特性を有する二色性液晶分子３１ｂとを含んでいる。
　これにより、光学デバイス３が配光状態のときに、光媒体部３１Ｅに含まれる複屈折性を有する液晶分子３１ａによって、入射光における第１偏光及び第２偏光のうちの一方が配光されて他方が配光されない場合であっても、光媒体部３１Ｅに含まれる二色性液晶分子３１ｂによって第１偏光及び第２偏光のうち少なくとも一方の光量を低減させることができる。したがって、実施の形態１、２と同様に、入射光を配光する場合であっても所定の位置に出射光を照射させることができる。
　しかも、本実施の形態では、実施の形態１のような光学素子４０及び８０を用いる必要がないので、実施の形態１、２と比べて、低コストで光学デバイス３を作製することができる。
　また、本実施の形態において、二色性液晶分子３１ｂは、Ｓ偏光及びＰ偏光のうちＰ偏光のみを吸収することでＰ偏光の光量を低減させる光特性を有するので、光学デバイス３を窓に設置して光学デバイス３によって太陽光等の外光を配光させた場合、配光されないＰ偏光の光量を二色性液晶分子３１ｂによって低減させることができる。これにより、外光を天井面に向けて配光させた場合であっても、窓本来の外が見えるという機能を失わせることなく室内を明るくすることができつつ、窓際にいる人が眩しく感じることを抑制できる。
　なお、本実施の形態では、二色性液晶分子３１ｂを用いたが、二色性液晶分子３１ｂに代えて、偏光方向が異なる第１偏光及び第２偏光のうち少なくとも一方の光量を低減させる光特性を有する二色性色素を用いてもよい。つまり、光媒体部３１Ｅは、複屈折性を有する液晶分子３１ａと、二色性色素とを含むものであってもよい。
　ここで、実施例として本実施の形態における光学デバイス３を実際に作製したので、これについて説明する。
　本実施例では、第１基板１０としてＰＥＴからなる透明な樹脂基板を用いて、この樹脂基板上に第１電極５０として膜厚が１００ｎｍを形成した。この第１電極５０が形成された樹脂基板上に、アクリル樹脂（屈折率１．５）によって各々の高さが１０μｍの断面台形状の複数の凸部３２ａを隙間２μｍで等間隔に形成された凹凸構造部３２をモールド型押しにより形成することで第１透明基板を作製した。なお、凸部３２ａはストライプ状とした。
　次に、第２電極６０が形成された第２基板２０を第２透明基板（対向基板）として用いて、第１透明基板と第２透明基板との間にシール樹脂を形成して第１透明基板と第２透明基板とを封止し、この封止した状態で第１透明基板と第２透明基板との間に光媒体部３１として、誘電率が長軸方向には大きく長軸に垂直な方向には小さい棒状の液晶分子３１ａを有するポジ型の液晶と、二色性液晶分子３１ｂを有する液晶（二色性液晶）とを真空注入法で注入した。これにより、光学デバイス３を得ることができる。
　なお、本実施例でも、第２電極６０の表面に配向膜を形成してラビング処理を行うとよい。これにより、第２基板２０の全領域において、液晶分子を第２基板２０の主面に対して水平配向にすることができる。このとき、液晶は、常光屈折率が１．５で、異常光屈折率が１．７であった。
　このように作製した光学デバイス３では、光媒体部３１Ｅとして液晶が用いられているため、実施の形態１の光学デバイス１と同様に、配光状態と透明状態とを両立させることができる。ただし、実施の形態１と同様に、光学デバイス３の光透過率は約半分となる。
　このように構成された光学デバイス３を窓に設置して、光学デバイス３を配光状態にした場合、３０°～６０°の太陽高度で光学デバイス３に入射する光は、配光層３０Ｅで配光されて室内の天井面に照射される。
　このとき、３０°の入射角で光学デバイス３に入射した光は、そのうちの５０％が仰角１５°で天井面に向かって配光されるが、残りの５０％は配光されない。具体的には、太陽光のＳ偏光は配光層３０Ｅで配光されるが、太陽光のＰ偏光は配光層３０Ｅで配光されない。この配光されないＰ偏光は、光媒体部３１Ｅに二色性液晶分子３１ｂが含まれていなければ、光学デバイス３を直進透過して全て床面に向けて進行することになるが、本実施の形態における光学デバイス３には光媒体部３１Ｅに二色性液晶分子３１ｂが含まれているので、配光されないＰ偏光は二色性液晶分子３１ｂで吸収される。この結果、床面に向かって進行するＰ偏光の光量は低減することになる。
　（その他変形例等）
　以上、本発明に係る光学デバイスについて、実施の形態及び変形例に基づいて説明したが、本発明は、上記実施の形態及び変形例に限定されるものではない。
　例えば、上記の各実施の形態及び変形例において、凸部３２ａの長手方向がＸ軸方向となるように光学デバイスを窓に配置したが、これに限らない。例えば、凸部３２ａの長手方向がＺ軸方向となるように光学デバイスを窓に配置してもよい。この場合、上記実施の形態及び変形例のように上下方向に入射光を配光するのではなく、左右方向に入射光を配光することができる。この結果、偏光方向が異なる第１偏光及び第２偏光を含む入射光を左右方向に所望に配光制御しつつ所定の位置に光を照射させることができる。
　また、上記実施の形態及び変形例において、凹凸構造部３２を構成する複数の凸部３２ａの各々は、長尺状であったが、これに限るものではない。例えば、各凸部３２ａは、マトリクス状等に点在するように配置されていてもよい。つまり、各凸部３２ａを、ドット状に点在するように配置してもよい。
　また、上記実施の形態及び変形例において、複数の凸部３２ａの各々は、同じ形状としたが、これに限るものではなく、例えば、面内において異なる形状であってもよい。例えば、光学デバイス１におけるＺ軸方向の上半分と下半分とで複数の凸部３２ａの傾斜角を異ならせてもよい。これにより、例えば、窓の上部では１５°の仰角で配光し、窓の下部では３０°の仰角で配光することができる。
　また、上記実施の形態及び変形例において、複数の凸部３２ａ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３２ａの高さは、ランダムに異なっていてもよい。このようにすることで、光学デバイスを透過する光が虹色に見えてしまうことを抑制できる。つまり、複数の凸部３２ａの高さをランダムに異ならせることで、凹凸界面での微小な回折光や散乱光が波長で平均化されて出射光の色付きが抑制される。
　また、上記実施の形態及び変形例において、配光層の光媒体部の材料として、液晶材料以外にポリマー構造等の高分子を含むものを用いてもよい。ポリマー構造は、例えば、網目状の構造であり、ポリマー構造（網目）の間に液晶分子が配置されることによって屈折率の調整が可能となる。高分子を含む液晶材料としては、例えば高分子分散型液晶（ＰＤＬＣ：Ｐｏｌｙｍｅｒ　Ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ）又はポリマーネットワーク型液晶（ＰＮＬＣ：Ｐｏｌｙｍｅｒ　Ｎｅｔｗｏｒｋ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ）を用いることができる。
　また、上記実施の形態及び変形例において、光学デバイスに入射する光として太陽光を例示したが、これに限るものではない。例えば、光学デバイスに入射する光は、照明装置等の発光装置が発する光であってもよい。
　また、上記実施の形態及び変形例において、光学デバイス１は、窓１１０の室内側の面に貼り付けたが、窓１１０の屋外側の面に貼り付けてもよい。ただし、光学素子の劣化を抑制するには、光学デバイス１は、窓１１０の室内側の面に貼り付けた方がよい。また、光学デバイスを窓に貼り付けたが、光学デバイスを建物１００の窓そのものとして用いてもよい。また、光学デバイスは、建物の窓に設置する場合に限るものではなく、例えば車の窓等に設置してもよい。
　なお、その他、上記実施の形態及び変形例に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態、又は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で上記の各実施の形態及び変形例における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。
　１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｘ、２、３　光学デバイス
　１０　第１基板
　２０　第２基板
　３０、３０Ｃ、３０Ｄ、３０Ｅ　配光層
　３１、３１Ｅ　光媒体部
　３１ａ　液晶分子
　３１ｂ　二色性液晶分子
　３２、３２Ｃ、３２Ｄ　凹凸構造部
　４０、８０　光学素子
　５０　第１電極
　６０　第２電極
　１１０　窓

Claims (8)

  1. 　透光性を有する第１基板と、
    　前記第１基板に対向し、透光性を有する第２基板と、
    　前記第１基板と前記第２基板との間に配置され、入射した光を配光する配光層と、
    　前記第２基板の前記第１基板側とは反対側の面又は前記第１基板の前記第２基板側とは反対側の面に配置された光学素子とを備え、
    　前記配光層は、複屈折材料を含む光媒体部と凹凸構造部とを有し、
    　前記光学素子は、偏光方向が異なる第１偏光及び第２偏光のうち少なくとも一方の光量を低減させる光特性を有する、
    　光学デバイス。
  2. 　前記光学素子は、前記第１偏光及び前記第２偏光のうち一方のみの光量を低減させる光特性を有する偏光板である、
    　請求項１に記載の光学デバイス。
  3. 　前記光学素子は、入射する光の光量が大きいほど透過率が低く、入射する光量が小さいほど透過率が高くなる光特性を有する調光板である、
    　請求項１に記載の光学デバイス。
  4. 　透光性を有する第１基板と、
    　前記第１基板に対向し、透光性を有する第２基板と、
    　前記第１基板と前記第２基板との間に配置され、入射した光を配光する配光層とを備え、
    　前記配光層は、光媒体部と凹凸構造部とを有し、
    　前記光媒体部は、複屈折性を有する液晶分子と、偏光方向が異なる第１偏光及び第２偏光のうち少なくとも一方の光量を低減させる光特性を有する二色性液晶分子又は二色性色素とを含む、
    　光学デバイス。
  5. 　さらに、前記配光層を挟むように配置された第１電極及び第２電極を備え、
    　前記光媒体部は、前記第１電極及び前記第２電極に電圧が印加されることで屈折率が変化する、
    　請求項１～４のいずれか１項に記載の光学デバイス。
  6. 　前記複屈折材料は、液晶である、
    　請求項１～５のいずれか１項に記載の光学デバイス。
  7. 　前記第１偏光及び前記第２偏光の一方は、Ｐ偏光であり、
    　前記第１偏光及び前記第２偏光の他方は、Ｓ偏光である、
    　請求項１～６のいずれか１項に記載の光学デバイス。
  8. 　請求項１～７のいずれか１項に記載の光学デバイスと、
    　前記光学デバイスが貼り合わされた窓とを備える、
    　配光機能付き窓。
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