WO2018150673A1 - 光学デバイス - Google Patents

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WO2018150673A1
WO2018150673A1 PCT/JP2017/042316 JP2017042316W WO2018150673A1 WO 2018150673 A1 WO2018150673 A1 WO 2018150673A1 JP 2017042316 W JP2017042316 W JP 2017042316W WO 2018150673 A1 WO2018150673 A1 WO 2018150673A1
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WO
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refractive index
layer
light
optical device
pair
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Application number
PCT/JP2017/042316
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English (en)
French (fr)
Inventor
井出　伸弘
太田　益幸
Original Assignee
パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
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    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods

Definitions

  • the present invention relates to an optical device.
  • An optical device capable of changing the transmission state of external light such as sunlight incident from the outside is known.
  • Patent Document 1 discloses a liquid crystal optical element having a pair of transparent substrates, a pair of transparent electrodes formed on each of the pair of transparent substrates, and a prism layer and a liquid crystal layer sandwiched between the pair of transparent electrodes. It is disclosed.
  • the liquid crystal optical element changes the refractive index of the liquid crystal layer by a voltage applied to the pair of transparent electrodes, thereby changing the refraction angle of light passing through the interface between the inclined surface of the prism and the liquid crystal layer.
  • the conventional liquid crystal optical element has a problem that it is difficult to obtain desired optical characteristics. For example, there is a problem that light transmitted through the optical device is dispersed by refraction and appears to be iridescent (colored).
  • an object of the present invention is to provide an optical device that can obtain desired optical characteristics.
  • an optical device is disposed between a pair of first electrode layers having a light-transmitting property and facing each other, and the pair of first electrode layers.
  • the first light distribution layer, the pair of translucent second electrode layers disposed opposite to each other in the thickness direction of the pair of first electrode layers, and the pair of second electrode layers.
  • a second light distribution layer wherein the first light distribution layer is disposed so as to be filled between a plurality of first protrusions and a first uneven structure layer having a plurality of first protrusions, A first refractive index variable layer whose refractive index changes according to a voltage applied between the first electrode layers, wherein the second light distribution layer includes a second concavo-convex structure layer having a plurality of second convex portions, , Disposed so as to be filled between the plurality of second convex portions, and bent according to a voltage applied between the pair of second electrode layers.
  • a second refractive index variable layer having a variable rate and each of the plurality of first convex portions includes a first side surface capable of refracting incident light and the first side surface of the adjacent first convex portion. And a second side surface capable of reflecting the light that has been refracted and passed through the first refractive index variable layer, and each of the plurality of second convex portions can refract the light reflected by the second side surface. It has a 3rd side.
  • the optical device according to the present invention can obtain desired optical characteristics.
  • 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 operation (light distribution state) when the optical device operates in the non-application mode when the optical device according to Embodiment 1 is installed in a window.
  • FIG. 3B is a diagram for explaining an action (transparent state) when the optical device operates in the voltage application mode when the optical device according to Embodiment 1 is installed in a window.
  • 4A is an enlarged cross-sectional view for explaining a non-application mode (light distribution state) of the optical device according to Embodiment 1.
  • 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 operation (light distribution state) when the optical device operates in the non-application mode
  • FIG. 4B is an enlarged cross-sectional view for explaining a voltage application mode (transparent state) of the optical device according to Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view of the optical device according to the second embodiment.
  • FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of the optical device according to the second embodiment.
  • 7A is an enlarged cross-sectional view for explaining a non-application mode (light distribution state) of the optical device according to Embodiment 2.
  • FIG. FIG. 7B is an enlarged cross-sectional view for explaining a voltage application mode (transparent state) of the optical device according to Embodiment 2.
  • FIG. 8 is an enlarged cross-sectional view of an optical device according to a modification of the embodiment.
  • FIG. 9A is an enlarged cross-sectional view for explaining a non-application mode (transparent state) of an optical device according to a modification of the embodiment.
  • FIG. 9B is an enlarged cross-sectional view for explaining a voltage application mode (light distribution state) of an optical device according to a modification of the embodiment.
  • the x axis, the y axis, and the z axis indicate the three axes of the three-dimensional orthogonal coordinate system.
  • the z-axis direction is the vertical direction
  • the direction perpendicular to the z-axis is the horizontal direction.
  • the positive direction of the z-axis is vertically upward.
  • the “thickness direction” means the thickness direction of the optical device, which is a direction perpendicular to the main surfaces of the first base material and the second base material
  • plane view means , When viewed from a 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 present embodiment.
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the optical device 1 according to the present embodiment, and is an enlarged cross-sectional view of a region II surrounded by a one-dot chain 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 is configured to transmit incident light, and includes a pair of first base materials 10 and 11, a pair of first electrode layers 20 and 21, A first light distribution layer 30, a pair of second base materials 40 and 41, a pair of second electrode layers 50 and 51, a second light distribution layer 60, and an adhesive layer 70 are provided.
  • the optical device 1 includes two pairs of base materials (specifically, the first base materials 10 and 11 and the second base materials 40 and 41) arranged along the thickness direction (y-axis direction). It has a layer structure. Specifically, the first electrode layer 20, the first light distribution layer 30, and the first electrode layer 21 are disposed in this order along the thickness direction between the pair of first base materials 10 and 11. Furthermore, between the pair of second base materials 40 and 41, the second electrode layer 50, the second light distribution layer 60, and the second electrode layer 51 are arranged in this order along the thickness direction. In order to maintain the distance between the first base materials 10 and 11 and the distance between the second base materials 40 and 41, a plurality of particulate spacers are dispersed in the plane between the respective base materials. Or a columnar structure may be formed.
  • each component of the optical device 1 will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 2.
  • the pair of first base materials 10 and 11, the first electrode layers 20 and 21, and the first light distribution layer 30 that constitute the first layer of the optical device 1 will be mainly described.
  • the pair of second base materials 40 and 41, the second electrode layers 50 and 51, and the second light distribution layer 60 that constitute the second layer of the optical device 1 are a pair of the first base materials 10 and 11, respectively.
  • a pair of first base materials, a pair of second base materials and an adhesive layer A pair of 1st base materials 10 and 11 are translucent base materials which have translucency.
  • a pair of first base materials 10 and 11 for example, a glass substrate or a resin substrate can be used.
  • Examples of the material for the glass substrate include soda glass, alkali-free glass, and high refractive index glass.
  • Examples of 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
  • PMMA acrylic
  • the glass substrate has the advantages of high light transmittance and low moisture permeability. On the other hand, the resin substrate has an advantage of less scattering at the time of destruction.
  • the pair of first base materials 10 and 11 may be made of the same material, or may be made of different materials. Further, the pair of first base materials 10 and 11 is not limited to a rigid substrate, and may be a flexible substrate having flexibility. In the present embodiment, the pair of first base materials 10 and 11 are transparent resin substrates made of PET resin.
  • the first base material 11 is an opposing base material that opposes the first base material 10, and is disposed at a position that opposes the first base material 10.
  • the first base materials 10 and 11 are arranged substantially in parallel with a predetermined distance of, for example, 10 ⁇ m to 30 ⁇ m.
  • the first base materials 10 and 11 are bonded to each other by a sealing resin such as an adhesive formed in a frame shape on the outer periphery of each end.
  • planar view shape of the pair of first base materials 10 and 11 is, for example, a rectangular shape such as a square or a rectangle, but is not limited thereto, and may be a polygon other than a circle or a rectangle, Any shape can be employed.
  • the second base material 40 is bonded and fixed to the first base material 11 via the adhesive layer 70.
  • the main surface of the second substrate 41 that is opposite to the surface on which the second electrode layer 51 is provided functions as the light emitting surface of the optical device 1.
  • the adhesive layer 70 bonds and fixes the first base material 11 and the second base material 40 together.
  • the adhesive layer 70 is formed in a sheet shape using a resin material having translucency and adhesiveness (tackiness).
  • the adhesive layer 70 is, for example, a translucent adhesive sheet or a resin material generally called a primer.
  • the first base material 11 and the second base material 40 are attached via the adhesive layer 70, but the present invention is not limited to this.
  • the optical device 1 may include a single substrate instead of the first substrate 11, the second substrate 40, and the adhesive layer 70.
  • the first electrode layer 21 may be formed on one surface of the single substrate, and the second electrode layer 50 may be formed on the other surface.
  • the pair of first electrode layers 20 and 21 are electrically paired, and are configured to apply an electric field to the first light distribution layer 30.
  • the pair of first electrode layers 20 and 21 are paired not only electrically but also in terms of arrangement, and are disposed between the pair of first base materials 10 and 11 so as to face each other. Specifically, the pair of first electrode layers 20 and 21 are arranged so as to sandwich the first light distribution layer 30.
  • the pair of first electrode layers 20 and 21 have translucency and transmit incident light.
  • Each of the pair of first electrode layers 20 and 21 is, for example, a transparent conductive layer.
  • a conductor-containing resin made of a resin containing a conductor 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.
  • each of the pair of first electrode layers 20 and 21 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).
  • each of the pair of first electrode layers 20 and 21 is ITO having a thickness of 100 nm.
  • the first electrode layer 20 is disposed between the first base material 10 and the first uneven structure layer 31. Specifically, the first electrode layer 20 is formed on the surface of the first base material 10 on the first light distribution layer 30 side.
  • the first electrode layer 21 is disposed between the first refractive index variable layer 32 and the first base material 11. Specifically, the first electrode layer 21 is formed on the surface of the first base material 11 on the first light distribution layer 30 side.
  • each of the pair of first electrode layers 20 and 21 is configured to be electrically connected to an external power source, for example.
  • an electrode pad or the like for connecting to an external power source may be formed on the pair of first base materials 10 and 11 by being drawn from each of the pair of first electrode layers 20 and 21.
  • Each of the pair of first electrode layers 20 and 21 is formed by depositing a conductive film such as ITO by, for example, vapor deposition or sputtering.
  • the pair of second electrode layers 50 and 51 are translucent electrode layers arranged to face each other in the thickness direction (y-axis direction) of the pair of first electrode layers 20 and 21. Specifically, the pair of second electrode layers 50 and 51 are paired electrically and in terms of arrangement, and the second light distribution layer 60 can apply an electric field to the second light distribution layer 60. Between the two. Since the pair of second electrode layers 50 and 51 have the same configuration as the pair of first electrode layers 20 and 21, detailed description thereof is omitted.
  • the first light distribution layer 30 is disposed between the pair of first electrode layers 20 and 21.
  • the first light distribution layer 30 has translucency and transmits incident light.
  • the first light distribution layer 30 distributes incident light. That is, the first light distribution layer 30 changes the traveling direction of light when the light passes through the first light distribution layer 30.
  • the first light distribution layer 30 includes a first uneven structure layer 31 and a first refractive index variable layer 32.
  • the first light distribution layer 30 has a refractive index difference between the first concavo-convex structure layer 31 and the first refractive index variable layer 32 according to a voltage applied between the pair of first electrode layers 20 and 21. To produce light distribution.
  • the second light distribution layer 60 is disposed between the pair of second electrode layers 50 and 51.
  • the second light distribution layer 60 has translucency and transmits incident light.
  • the second light distribution layer 60 distributes incident light. That is, when light passes through the second light distribution layer 60, the second light distribution layer 60 changes the traveling direction of the light.
  • the second light distribution layer 60 includes a second uneven structure layer 61 and a second refractive index variable layer 62.
  • the second light distribution layer 60 has a difference in refractive index between the second concavo-convex structure layer 61 and the second refractive index variable layer 62 in accordance with a voltage applied between the pair of second electrode layers 50 and 51. To produce light distribution.
  • the refractive index of the first uneven structure layer 31 is n1
  • the refractive index of the second uneven structure layer 61 is n2
  • the refractive index of the first refractive index variable layer 32 is n3
  • the second refractive index is n4
  • n3 varies within the range of 1.5 to 1.7, for example, according to the electric field applied to the first refractive index variable layer 32.
  • n4 varies within the range of 1.5 or more and 1.7 or less, for example, according to the electric field applied to the second refractive index variable layer 62.
  • spectroscopy occurs because the refractive indexes of the first concavo-convex structure layer 31, the second concavo-convex structure layer 61, the first refractive index variable layer 32, and the second refractive index variable layer 62 have wavelength dependency.
  • the refractive index relationship is established for a predetermined wavelength component such as green light.
  • the refraction angle that is, the traveling direction of light
  • the first uneven structure layer 31 of the first light distribution layer 30 and the second uneven structure layer 61 of the second light distribution layer 60 have different cross-sectional shapes. Below, the 1st uneven structure layer 31 and the 2nd uneven structure layer 61 are demonstrated first.
  • the first concavo-convex structure layer 31 is a finely shaped layer provided to make the surface (interface) of the first refractive index variable layer 32 uneven. As shown in FIG. 2, the first uneven structure layer 31 includes a plurality of first protrusions 33 and a plurality of first recesses 34. Specifically, the first concavo-convex structure layer 31 is a concavo-convex structure formed by a plurality of first convex portions 33 having a micro-order size. Between the plurality of first protrusions 33 are a plurality of first recesses 34. That is, one first concave portion 34 is between two adjacent first convex portions 33.
  • the second concavo-convex structure layer 61 is a finely shaped layer provided to make the surface (interface) of the second refractive index variable layer 62 uneven.
  • the second uneven structure layer 61 is provided on the second electrode layer 50 (that is, the light incident side).
  • the second uneven structure layer 61 includes a plurality of second protrusions 63 and a plurality of second recesses 64.
  • the second concavo-convex structure layer 61 is a concavo-convex structure formed of a plurality of second convex portions 63 having a micro-order size. Between the plurality of second protrusions 63 are a plurality of second recesses 64. That is, one second concave portion 64 is between two adjacent second convex portions 63.
  • the plurality of first protrusions 33 are a plurality of protrusions arranged side by side in the z-axis direction (first direction) parallel to the main surface of the first base material 10 (the surface on which the first electrode layer 20 is provided). It is.
  • the plurality of second protrusions 63 are a plurality of protrusions arranged side by side in the z-axis direction (first direction) parallel to the main surface of the second base material 40 (the surface on which the second electrode layer 50 is provided). It is.
  • the z-axis direction is an arrangement direction of the plurality of first protrusions 33 and also an arrangement direction of the plurality of second protrusions 63.
  • Each of the plurality of first protrusions 33 and the plurality of second protrusions 63 has a shape that tapers from the root to the tip.
  • the cross-sectional shape of each of the plurality of first protrusions 33 and the plurality of second protrusions 63 is a direction from the first base material 10 toward the second base material 41 (thickness direction, y-axis positive direction). ) Along the taper.
  • the cross-sectional shape (yz cross section) of the 1st convex part 33 and the 2nd convex part 63 is a triangle, it is not restricted to this.
  • the cross-sectional shapes of the first convex portion 33 and the second convex portion 63 may be trapezoidal, other polygons, or polygons including curves.
  • the plurality of first protrusions 33 and the plurality of second protrusions 63 are each formed in a stripe shape extending in the x-axis direction. That is, each of the plurality of first protrusions 33 and each of the plurality of second protrusions 63 are long protrusions extending linearly along the x-axis direction. Specifically, each of the plurality of first protrusions 33 and each of the plurality of second protrusions 63 is a long, substantially triangular prism shape having a triangular cross-sectional shape and extending in the x-axis direction. It is arranged at substantially equal intervals along the direction. Each of the plurality of first protrusions 33 and each of the plurality of second protrusions 63 have the same shape, but may have different shapes.
  • the first convex portion 33 and the second convex portion 63 have different cross-sectional shapes on the yz plane.
  • each of the plurality of first convex portions 33 has a pair of side surfaces 33a and 33b.
  • the pair of side surfaces 33a and 33b are surfaces that intersect the z-axis direction.
  • Each of the pair of side surfaces 33a and 33b is an inclined surface inclined at a predetermined inclination angle with respect to the thickness direction (y-axis direction), and the distance between the pair of side surfaces 33a and 33b (the width (z of the first convex portion 33 (z The axial length)) gradually decreases from the first base material 10 toward the first base material 11.
  • the side surface 33a is an example of a first side surface (refractive surface) that can refract incident light.
  • the side surface 33 a is, for example, a side surface (lower side surface) on the vertically lower side among the plurality of side surfaces constituting the first convex portion 33.
  • the side surface 33a is inclined at an inclination angle ⁇ 1 [°] with respect to the thickness direction.
  • a straight line parallel to the thickness direction is indicated by a two-dot chain line.
  • the side surface 33b is an example of a second side surface (total reflection surface) capable of reflecting (total reflection) light that is refracted by the side surface 33a of the adjacent first convex portion 33 and passes through the first refractive index variable layer 32.
  • the side surface 33b is, for example, a vertically upper side surface (upper side surface) among a plurality of side surfaces constituting the first convex portion 33.
  • the side surface 33b is inclined at an inclination angle ⁇ 2 [°] with respect to the thickness direction.
  • each of the plurality of second convex portions 63 has a side surface 63a.
  • the side surface 63a is a surface that intersects the z-axis direction.
  • the side surface 63a is an inclined surface that is inclined at a predetermined inclination angle with respect to the thickness direction (y-axis direction).
  • the side surface 63a is an example of a third side surface that can refract the light reflected by the side surface 33b and incident on the second refractive index variable layer 62 from the second convex portion 63.
  • the side surface 63a is inclined at an inclination angle ⁇ 3 [°] with respect to the thickness direction.
  • the inclination angles ⁇ 1 and ⁇ 3 satisfy the following condition (A).
  • the height (the length in the y-axis direction) of each of the plurality of first protrusions 33 and the plurality of second protrusions 63 is, for example, 2 ⁇ m to 100 ⁇ m, but is not limited thereto.
  • the width (length in the z-axis direction) of each of the plurality of first protrusions 33 and the plurality of second protrusions 63 is, for example, 1 ⁇ m to 20 ⁇ m, preferably 10 ⁇ m or less, but is not limited thereto. Absent.
  • the width (z-axis direction) of the first recess 34 and the second recess 64 is, for example, 0 ⁇ m to 100 ⁇ m.
  • each of the two adjacent first convex portions 33 and the two adjacent second convex portions 63 may be arranged at a predetermined interval without being in contact, or may be arranged in contact with each other. Good. Note that the interval between the adjacent first convex portions 33 and the interval between the adjacent second convex portions 63 are not limited to 0 ⁇ m to 100 ⁇ m.
  • the material of the first convex portion 33 and the second convex portion 63 for example, a resin material having optical transparency such as acrylic resin, epoxy resin, or silicone resin can be used.
  • the 1st convex part 33 and the 2nd convex part 63 are formed, for example from an ultraviolet curable resin material, and can be formed by mold forming or nanoimprint.
  • the first concavo-convex structure layer 31 and the second concavo-convex structure layer 61 can each form a concavo-convex structure with a triangular cross section using, for example, an acrylic resin having a refractive index of 1.5 by molding.
  • the height of the 1st convex part 33 is 10 micrometers, for example, and the some 1st convex part 33 is arrange
  • the thickness of the base of the 1st convex part 33 is 5 micrometers, for example.
  • the distance between the bases of the adjacent first convex portions 33 can take a value of 0 ⁇ m to 5 ⁇ m, for example.
  • the second protrusion 63 is also formed with the same dimensions.
  • an adhesion layer for closely adhering the first electrode layer 20 and the first uneven structure layer 31 may be provided on the surface of the first electrode layer 20 on the first light distribution layer 30 side.
  • the adhesion layer is, for example, a translucent adhesive sheet or a resin material generally called a primer.
  • an adhesion layer that closely contacts the second electrode layer 50 and the second uneven structure layer 61 may be provided.
  • the first refractive index variable layer 32 is disposed so as to fill a space between the plurality of first protrusions 33 of the first uneven structure layer 31 (that is, the first recess 34).
  • the first refractive index variable layer 32 is disposed so as to fill a gap formed between the first electrode layers 20 and 21.
  • the first refractive index variable layer 32 is between the first convex portion 33 and the first electrode layer 21. It is arranged to fill the gap.
  • the first convex portion 33 and the first electrode layer 21 may be in contact with each other. In this case, the first refractive index variable layer 32 may be provided separately for each first concave portion 34.
  • the refractive index of the first refractive index variable layer 32 changes according to the voltage applied between the pair of first electrode layers 20 and 21.
  • the first refractive index variable layer 32 functions as a refractive index adjustment layer capable of adjusting the refractive index in the visible light region when an electric field is applied.
  • the first refractive index variable layer 32 is composed of a liquid crystal having liquid crystal molecules 35 having electric field responsiveness, the alignment state of the liquid crystal molecules 35 changes when an electric field is applied to the first light distribution layer 30. As a result, the refractive index of the first refractive index variable layer 32 changes.
  • the birefringent material of the first refractive index variable layer 32 is, for example, a liquid crystal containing liquid crystal molecules 35 having birefringence.
  • a liquid crystal for example, a nematic liquid crystal, a smectic liquid crystal, or a cholesteric liquid crystal in which the liquid crystal molecules 35 are rod-like molecules can be used.
  • the refractive index of the first convex portion 33 is 1.5
  • the ordinary light refractive index (no) is 1.5
  • the extraordinary light refractive index (ne) is 1.5.
  • a positive type liquid crystal of 1.7 can be used.
  • the first refractive index variable layer 32 includes, for example, the first base material 10 on which the first electrode layer 20 and the first uneven structure layer 31 are formed, and the first base material 11 on which the first electrode layer 21 is formed. It is formed by injecting a liquid crystal material by a vacuum injection method in a state where the outer periphery of each end is sealed with a sealing resin. Alternatively, the first refractive index variable layer 32 is formed by bonding the first substrate 11 after dropping a liquid crystal material on the first electrode layer 20 and the first uneven structure layer 31 of the first substrate 10. May be.
  • FIG. 2 shows a state in which no voltage is applied (the same applies to FIG. 4A described later), and the liquid crystal molecules 35 are aligned so that the major axis is substantially parallel to the x-axis.
  • a voltage is applied between the first electrode layers 20 and 21, the liquid crystal molecules 35 are aligned so that the major axis is substantially parallel to the y-axis (see FIG. 4B described later).
  • the first refractive index variable layer 32 may be given an electric field by alternating current power or an electric field by direct current power.
  • the voltage waveform may be a sine wave or a rectangular wave.
  • the second refractive index variable layer 62 is disposed so as to fill a space between the plurality of second protrusions 63 of the second uneven structure layer 61 (that is, the second recess 64). Since the shape of the second uneven structure layer 61 is different from that of the first uneven structure layer 31, the shape of the second refractive index variable layer 62 is also different from that of the first refractive index variable layer 32. Except for the difference in shape, in the present embodiment, the second refractive index variable layer 62 has the same configuration as the first refractive index variable layer 32, and thus detailed description thereof is omitted. For example, like the first refractive index variable layer 32, the second refractive index variable layer 62 is a liquid crystal including liquid crystal molecules 35 having birefringence.
  • optical state of optical device Subsequently, the optical state (operation mode) of the optical device 1 will be described with reference to an example of use of the optical device 1 according to the present embodiment. Specifically, an optical system including the optical device 1 will be described with reference to FIGS. 3A and 3B.
  • FIGS. 3A and 3B are diagrams each showing an example in which an optical system 80 including the optical device 1 according to the present embodiment is applied to a building 90.
  • FIG. Specifically, FIGS. 3A and 3B are diagrams for explaining the operation when the optical device 1 operates in each operation mode when the optical device 1 is installed in the window 91.
  • the optical system 80 includes the optical device 1 and a control unit 81.
  • the area shaded with dots extending from the optical device 1 indicates an area through which light (specifically, S-polarized light component) that has passed through the optical device 1 passes.
  • the optical device 1 can transmit incident light.
  • the optical device 1 can be realized as a window with a light distribution function by being installed in the window 91 of the building 90.
  • the optical device 1 is bonded to the existing window 91 via an adhesive layer, for example.
  • the optical device 1 is installed in the window 91 in such a posture that the main surfaces of the pair of first base materials 10 and 11 and the pair of second base materials 40 and 41 are parallel to the vertical direction (z-axis direction). .
  • the optical device 1 has the first base material 10 on the outdoor side and the second base material 41 on the indoor side, and The side surface 33b of the first convex portion 33 and the side surface 63a of the second convex portion 63 are disposed so that the side surface 33a is on the floor 93 side.
  • control unit 81 is installed on the floor 93, this is schematically illustrated, and the installation location of the control unit 81 is not particularly limited.
  • the control unit 81 may be configured integrally with the optical device 1 and fixed to the window frame of the window 91 or the like.
  • the control unit 81 may be embedded in a ceiling 92, a floor 93, a wall, or the like of the building 90.
  • the control unit 81 is a control unit that drives the optical device 1. Specifically, the control unit 81 applies a predetermined voltage between the pair of first electrode layers 20 and 21 and between the pair of second electrode layers 50 and 51, so that the first light distribution is performed. Electric fields are applied to the layer 30 and the second light distribution layer 60, respectively.
  • the control unit 81 has two operation modes corresponding to the voltage application state between the pair of first electrode layers 20 and 21 and between the pair of second electrode layers 50 and 51. .
  • the two operation modes are a non-application mode in which no voltage is applied (first operation mode) and a voltage application mode in which a voltage is applied substantially uniformly between the electrode layers (second operation mode).
  • the control unit 81 performs switching between the two operation modes based on a user operation or predetermined schedule information.
  • the orientation changes. Since the liquid crystal molecules 35 are rod-like liquid crystal molecules having birefringence, the refractive index received by the light varies depending on the polarization state of the incident light.
  • the refractive index of the first convex portion 33 and the second convex portion 63 is 1.5 with respect to the green light included in the incident light, and the liquid crystal molecules 35 have an ordinary refractive index (no).
  • An example of a positive liquid crystal molecule having an extraordinary light refractive index (ne) of 1.5 and an extraordinary refractive index (ne) of 1.5 will be described.
  • Light such as sunlight incident on the optical device 1 includes P-polarized light (P-polarized component) and S-polarized light (S-polarized component).
  • the vibration direction of the P-polarized light is substantially parallel to the minor axis of the liquid crystal molecules 35 in both the non-application mode and the voltage application mode.
  • the refractive index of the liquid crystal molecules 35 for P-polarized light does not depend on the operation mode, and is the ordinary light refractive index (no), specifically 1.5.
  • the refractive index for P-polarized light does not depend on the operation mode, and is substantially constant in the first light distribution layer 30 and the second light distribution layer 60.
  • the second light distribution layer 60 goes straight as it is.
  • the refractive index of the liquid crystal molecules 35 for S-polarized light changes depending on the operation mode.
  • the optical device 1 when the optical device 1 is driven in the non-application mode, the optical device 1 enters a light distribution state in which the traveling direction of incident light (S-polarized light) is changed.
  • the optical device 1 When the optical device 1 is driven in the voltage application mode, the optical device 1 enters a light-transmitting (transparent) state that allows incident light (S-polarized light) to pass through as it is (without changing the traveling direction).
  • both P-polarized light and S-polarized light travel in the same direction.
  • the traveling direction of both P-polarized light and S-polarized light can be bent by refraction and total reflection to realize a light distribution state.
  • FIGS. 4A and 4B are enlarged cross-sectional views for describing each operation mode of the optical device 1 according to the present embodiment.
  • the path of the light L (for example, sunlight) incident on the optical device 1 is indicated by a thick arrow.
  • the light L is refracted when it enters the first base material 10 and when it exits the second base material 41, but the path change due to these refractions is not shown.
  • FIG. 4A schematically shows the state of the optical device 1 when driven in the non-application mode and the path of the light L that passes through the optical device 1.
  • the control unit 81 does not apply a voltage between the pair of first electrode layers 20 and 21 and between the pair of second electrode layers 50 and 51. Specifically, when the pair of first electrode layers 20 and 21 and the pair of second electrode layers 50 and 51 are approximately equal to each other (for example, ground potential), the first light distribution layer 30 and the second An electric field is not applied to the light distribution layer 60. For this reason, the refractive index of the first refractive index variable layer 32 and the refractive index of the second refractive index variable layer 62 can be made substantially uniform in the plane.
  • the control unit 81 may apply a predetermined voltage between the pair of second electrode layers 50 and 51.
  • the control unit 81 may apply a predetermined voltage between the pair of second electrode layers 50 and 51.
  • the refractive indexes of the first light distribution layer 30 and the second light distribution layer 60 are, for example, n3> n1 and n4> n2.
  • the refractive index received by the light L is 1.5 for the first convex portion 33 and the second convex portion 63, whereas the first refractive index variable layer 32 and the second refractive index.
  • the rate variable layer 62 becomes 1.7.
  • the light reflected by the side surface 33b enters the second convex portion 63 of the second light distribution layer 60, is refracted by the side surface 63a, and is emitted obliquely upward.
  • the refractive index n1 of the first concavo-convex structure layer 31 and the refractive index n3 of the first refractive index variable layer 32 have wavelength dependence, they are wavelength-separated (spectroscopic) when light is refracted by the side surface 33a. . That is, since the red component L (R) and the blue component L (B) contained in white light have different refractive indexes, the respective refraction angles are different and the traveling directions are different. For this reason, even after being reflected by the side surface 33b, the red component L (R) and the blue component L (B) proceed so that the distance between them gradually increases. If these lights are emitted from the optical device 1 as they are, color unevenness (rainbow-like unevenness) is caused.
  • the red component L (R) and the blue component L (B) are further refracted by the side surface 63a.
  • the refractive index n2 of the second uneven structure layer 61 and the refractive index n4 of the second refractive index variable layer 62 also have wavelength dependency. Therefore, the split red component L (R) and blue component L (B) are emitted from the second base material 41 in a substantially parallel manner. Thereby, the generation of rainbow-like unevenness is suppressed.
  • the optical device 1 emits the light L incident obliquely downward and obliquely upward. Therefore, as illustrated in FIG. 3A, the light L such as sunlight incident obliquely downward is bent in the traveling direction by the optical device 1 and irradiates the ceiling 92 of the building 90. At this time, the light separated by refraction at the side surface 33a can be condensed by being refracted again at the side surface 63a. Thereby, generation
  • the refractive index difference in the first light distribution layer 30 and the refractive index difference in the second light distribution layer 60 may be different. Specifically, the electric fields applied to each of the first light distribution layer 30 and the second light distribution layer 60 may be different from each other, and the refractive index n3 of the first refractive index variable layer 32 and the second refractive index. The refractive index n4 of the variable layer 62 may be different from each other.
  • FIG. 4B schematically shows the state of the optical device 1 when driven in the voltage application mode and the path of the light L that passes through the optical device 1.
  • the control unit 81 When operating the optical device 1 in the voltage application mode, the control unit 81 applies a predetermined voltage between the pair of first electrode layers 20 and 21 and between the pair of second electrode layers 50 and 51. To do. As a result, the electric field applied to each of the first light distribution layer 30 and the second light distribution layer 60 becomes substantially uniform in the plane, and the refractive index of the first refractive index variable layer 32 and the second refractive index variable layer 62 Each of the refractive indexes can be made substantially uniform in the plane.
  • the refractive index received by the light L is 1.5 for all of the first convex portion 33, the first refractive index variable layer 32, the second convex portion 63, and the second refractive index variable layer 62. It becomes.
  • the light L incident on the optical device 1 obliquely passes through the optical device 1 as it is. That is, the optical device 1 emits the light L incident obliquely downward as it is obliquely downward. Therefore, as shown in FIG. 3B, light L such as sunlight incident obliquely downward passes through the optical device 1 as it is and irradiates a portion near the window 91 of the floor 93 of the building 90.
  • the electric field applied to each of the first light distribution layer 30 and the second light distribution layer 60 (between the first electrode layers 20 and 21, and the first light distribution layer 60).
  • the optical state can be changed according to the voltage applied between the two electrode layers 50 and 51).
  • the transparent state and the light distribution state are switched, but an intermediate optical state between the light distribution state and the transparent state can be formed according to the applied voltage.
  • a plurality of voltage levels to be applied may be set and switched as appropriate.
  • An intermediate optical state is formed by making the applied voltage smaller than that in the transparent state.
  • the angle of light distribution by the optical device 1 is smaller than in the light distribution state.
  • the optical device 1 includes the pair of first electrode layers 20 and 21 having translucency and the pair of first electrode layers 20 and 21 that are disposed to face each other.
  • a first light distribution layer 30 disposed therebetween, and a pair of translucent second electrode layers 50 and 51 disposed opposite to each other in the thickness direction of the pair of first electrode layers 20 and 21;
  • a second light distribution layer 60 disposed between the pair of second electrode layers 50 and 51.
  • the first light distribution layer 30 is disposed so as to be filled between the first concavo-convex structure layer 31 having the plurality of first protrusions 33 and the plurality of first protrusions 33, and the pair of first electrode layers 20 and 21.
  • each of the plurality of first convex portions 33 is refracted by the side surface 33a capable of refracting incident light and the side surface 33a of the adjacent first convex portion 33, and can reflect the light that has passed through the first refractive index variable layer 32.
  • Side surface 33b Each of the plurality of second convex portions 63 has a side surface 63a that can refract the light reflected by the side surface 33b.
  • the light that has been wavelength-separated (spectral) by being refracted by the side surface 33a can be condensed by being refracted again by the side surface 63a. Therefore, the occurrence of rainbow-like unevenness can be suppressed.
  • the optical device 1 since the optical device 1 has a two-layer structure, the degree of freedom of design can be increased.
  • the degree of freedom of design can be increased.
  • the first light distribution layer 30 and the second light distribution layer 60 can be controlled independently. For this reason, an appropriate electric field can be applied to the second light distribution layer 60 in accordance with the degree of spectroscopy generated by the first light distribution layer 30. Thereby, generation
  • one of the first light distribution layer 30 and the second light distribution layer 60 can be in a light distribution state, and the other can be in a transparent state. Thereby, the light distribution range can also be expanded.
  • the optical device 1 that can obtain desired optical characteristics.
  • the second concavo-convex structure layer 61 is provided on the second electrode layer 50 on the pair of first electrode layers 20 and 21 among the pair of second electrode layers 50 and 51, and the side surface 63 a is formed on the side surface 33 b. It is possible to refract the light reflected by the light and incident on the second refractive index variable layer 62 from the second convex portion 63.
  • the second concavo-convex structure layer 61 is disposed on the second base material 40 side, the optical path length of the light from the wavelength separation to the side surface 63a can be shortened. Therefore, the light traveling in the direction away from each other can be incident on the side surface 63a and refracted before it greatly spreads. Thus, since the wavelength-separated light can be effectively incident on the side surface 63a, the occurrence of rainbow-like unevenness can be effectively suppressed.
  • angles formed by the side surface 33a and the side surface 63a with respect to the thickness direction are ⁇ 1 [°] and ⁇ 3 [°], 50 ° ⁇ 1 ⁇ ⁇ 3 ⁇ 70 ° ⁇ 1 is satisfied.
  • the refractive index of the first uneven structure layer 31 is n1
  • the refractive index of the second uneven structure layer 61 is n2
  • the refractive index of the first refractive index variable layer 32 is n3
  • the second refractive index variable layer is n4
  • the refractive index of 62 is n4
  • the optical device 1 can be in a light-transmitting (transparent) state. Further, for example, by satisfying n3> n1 and n4> n2, the optical device 1 can be brought into a light distribution state, and the occurrence of uneven rainbow colors at the time of light distribution can be suppressed.
  • the configuration of the light distribution layer on the second layer (light emission side) of the optical device 1 is different from that in the first embodiment.
  • it demonstrates centering on difference with Embodiment 1, and abbreviate
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the optical device 101 according to the present embodiment.
  • FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of the optical device 101 according to the present embodiment, and is an enlarged cross-sectional view of a region VI surrounded by an alternate long and short dash line in FIG.
  • the optical device 101 is different from the optical device 1 according to Embodiment 1 in that it includes a second light distribution layer 160 instead of the second light distribution layer 60. ing.
  • the second light distribution layer 160 includes a second uneven structure layer 161 and a second refractive index variable layer 62.
  • the second concavo-convex structure layer 161 is a finely shaped layer provided to make the surface (interface) of the second refractive index variable layer 62 uneven. Unlike the first embodiment, the second concavo-convex structure layer 161 is provided on the second electrode layer 51 (that is, the light emission side).
  • the second concavo-convex structure layer 161 has a plurality of second convex portions 163 and a plurality of second concave portions 164, as shown in FIG.
  • the second concavo-convex structure layer 161 is a concavo-convex structure formed of a plurality of second convex portions 163 having a micro-order size. Between the plurality of second convex portions 163 are a plurality of second concave portions 164. That is, one second concave portion 164 is between two adjacent second convex portions 163.
  • the plurality of second protrusions 163 are a plurality of protrusions arranged side by side in the z-axis direction (first direction) parallel to the main surface of the second base material 41 (the surface on which the second electrode layer 51 is provided). It is.
  • the z-axis direction is an arrangement direction of the plurality of second convex portions 163.
  • Each of the plurality of second convex portions 163 has a shape that tapers from the root to the tip.
  • the cross-sectional shape of each of the plurality of second convex portions 163 is a tapered shape that tapers along the direction from the second base material 41 toward the first base material 10 (thickness direction, negative y-axis direction). It is.
  • the cross-sectional shape (yz cross-section) of the second convex portion 163 is a triangle, but is not limited thereto.
  • the cross-sectional shape of the second convex portion 163 may be a trapezoid.
  • the plurality of second convex portions 163 are formed in a stripe shape extending in the x-axis direction. That is, each of the plurality of second protrusions 163 is a long protrusion that extends linearly along the x-axis direction. Specifically, each of the plurality of second protrusions 163 has a triangular shape with a cross-sectional shape that extends in the x-axis direction, and is arranged at substantially equal intervals along the z-axis direction. ing. Each of the plurality of second convex portions 163 has the same shape, but may have different shapes.
  • each of the plurality of second convex portions 163 has a side surface 163a.
  • the side surface 163a is a surface that intersects the z-axis direction.
  • the side surface 163a is an inclined surface that is inclined at a predetermined inclination angle with respect to the thickness direction (y-axis direction).
  • the side surface 163a is an example of a third side surface that can refract light reflected by the side surface 33b and having passed through the second refractive index variable layer 62.
  • the side surface 163a is inclined at an inclination angle ⁇ 3 [°] with respect to the thickness direction.
  • the inclination angles ⁇ 1, ⁇ 2, and ⁇ 3 satisfy the following condition (B).
  • the size (height, width, etc.) of the plurality of second convex portions 163 is the same as that of the second convex portion 63 according to the first embodiment.
  • the resin material which has light transmittances such as an acrylic resin, an epoxy resin, or a silicone resin, can be used, for example.
  • the 2nd convex part 163 is formed from an ultraviolet curing resin material, for example, and can be formed by mold forming or nanoimprint.
  • the refractive index of the second uneven structure layer 161 is, for example, 1.5.
  • FIGS. 7A and 7B are enlarged cross-sectional views for explaining each operation mode of the optical device 101 according to the present embodiment.
  • the path of light L (for example, sunlight) incident on the optical device 101 is indicated by a thick arrow.
  • the light L is refracted when it enters the first base material 10 and when it exits the second base material 41, but the path change due to these refractions is not shown.
  • FIG. 7A schematically shows the state of the optical device 101 when driven in the non-application mode and the path of the light L that passes through the optical device 101.
  • the control unit 81 When operating the optical device 101 in the non-application mode, the control unit 81, as in the first embodiment, between the pair of first electrode layers 20 and 21, and between the pair of second electrode layers 50 and 51, No voltage is applied to each of these.
  • the refractive indexes of the first light distribution layer 30 and the second light distribution layer 160 are, for example, n3> n1 and n4> n2.
  • the refractive index received by the light L (S-polarized light) is 1.5 for the first convex portion 33 and the second convex portion 163, whereas the first refractive index variable layer 32 and the second refractive index variable layer. 62 becomes 1.7.
  • the controller 81 may apply a predetermined voltage between the pair of second electrode layers 50 and 51. By adjusting the electric field applied to the second light distribution layer 60, the spectrum generated in the first light distribution layer 30 can be effectively suppressed. That is, the refractive index n4 of the second refractive index variable layer 62 may be different from the refractive index n3 of the first refractive index variable layer 32.
  • the light L incident obliquely on the optical device 101 is refracted by the side surface 33a of the first convex portion 33 and the traveling direction is changed, and then the side surface of the first convex portion 33 is changed. It is reflected (total reflection) at 33b.
  • the light reflected by the side surface 33b is incident on the second refractive index variable layer 62 of the second light distribution layer 160, then refracted by the side surface 163a, passes through the second uneven structure layer 161, and exits obliquely upward. Is done.
  • the incident light is wavelength-separated (spectroscopic) when being refracted by the side surface 33a. For this reason, even after being reflected by the side surface 33b, the red component L (R) and the blue component L (B) proceed so that the distance between them gradually increases.
  • the red component L (R) and the blue component L (B) are further refracted by the side surface 163a.
  • the refractive index n2 of the second uneven structure layer 161 and the refractive index n4 of the second refractive index variable layer 62 also have wavelength dependency. For this reason, the split red component L (R) and blue component L (B) travel in the second convex portion 163 substantially in parallel and are emitted from the second base material 41. Thereby, the generation of rainbow-like unevenness is suppressed.
  • the light separated by refraction at the side surface 33a can be condensed by being refracted again at the side surface 163a. Thereby, generation
  • FIG. 7B schematically illustrates the state of the optical device 101 when driven in the voltage application mode and the path of the light L that passes through the optical device 101.
  • the control unit 81 When operating the optical device 101 in the voltage application mode, the control unit 81 applies a predetermined voltage between the pair of first electrode layers 20 and 21 and between the pair of second electrode layers 50 and 51. To do. Thereby, the electric field applied to each of the first light distribution layer 30 and the second light distribution layer 160 becomes substantially uniform in the plane, and the refractive index of the first refractive index variable layer 32 and the second refractive index variable layer 62 Each of the refractive indexes can be made substantially uniform in the plane.
  • the refractive index received by the light L is 1.5 for the first convex portion 33, the first refractive index variable layer 32, the second convex portion 163, and the second refractive index variable layer 62. It becomes.
  • the light L incident on the optical device 101 obliquely passes through the optical device 101 as it is.
  • the second concavo-convex structure layer 161 is opposite to the pair of first electrode layers 20 and 21 out of the pair of second electrode layers 50 and 51.
  • the side surface 163 a provided on the second electrode layer 51 on the side can refract light reflected by the side surface 33 b and having passed through the second refractive index variable layer 62.
  • an optical device 101 that can obtain desired optical characteristics can be provided.
  • angles formed by the side surface 33a, the side surface 33b, and the side surface 163a with respect to the thickness direction are ⁇ 1 [°], ⁇ 2 [°], and ⁇ 3 [°], 2 ⁇ ⁇ 2 + ⁇ 1-10 ° ⁇ ⁇ 3 ⁇ 2 ⁇ ⁇ 2 + ⁇ 1 + 10 ° is satisfied.
  • the refractive index variable material is not limited to the liquid crystal material.
  • an electrophoretic material is used as the refractive index variable material.
  • FIG. 8 is an enlarged cross-sectional view of an optical device 201 according to this modification.
  • the overall configuration of the optical device 201 according to this modification is the same as that of the optical device 1 shown in FIG.
  • FIG. 8 shows a cross section corresponding to a region II surrounded by a one-dot chain line in FIG.
  • the optical device 201 includes the first base materials 10 and 11, the first electrode layers 20 and 21, the first light distribution layer 230, the second base materials 40 and 41, and the second electrode.
  • the layers 50 and 51, the second light distribution layer 260, and the adhesive layer 70 are provided. Configurations other than the first light distribution layer 230 and the second light distribution layer 260 are the same as those in the first embodiment.
  • the first light distribution layer 230 is disposed between the first electrode layers 20 and 21.
  • the second light distribution layer 260 is disposed between the second electrode layers 50 and 51.
  • Each of the first light distribution layer 230 and the second light distribution layer 260 has translucency and transmits incident light. Further, each of the first light distribution layer 230 and the second light distribution layer 260 changes the traveling direction of light when passing through the first light distribution layer 230 and the second light distribution layer 260.
  • the first light distribution layer 230 includes a first uneven structure layer 31 and a first refractive index variable layer 232.
  • the second light distribution layer 260 includes a second uneven structure layer 61 and a second refractive index variable layer 262.
  • the first uneven structure layer 31 and the second uneven structure layer 61 have the same configurations as the first uneven structure layer 31 and the second uneven structure layer 61 of the optical device 1 according to Embodiment 1, respectively.
  • the first refractive index variable layer 232 will be described.
  • the first refractive index variable layer 232 includes an insulating liquid 235 and nanoparticles 236 included in the insulating liquid 235.
  • the first refractive index variable layer 232 is a nanoparticle dispersion layer in which countless nanoparticles 236 are dispersed in the insulating liquid 235.
  • the insulating liquid 235 is a transparent liquid having insulating properties and is a solvent serving as a dispersion medium in which the nanoparticles 236 are dispersed as a dispersoid.
  • a material having a refractive index (solvent refractive index) of about 1.3 to about 1.6 can be used.
  • an insulating liquid 235 having a refractive index of about 1.4 is used.
  • the kinematic viscosity of the insulating liquid 235 is preferably about 100 mm 2 / s.
  • the insulating liquid 235 has a low dielectric constant (for example, less than the dielectric constant of the first uneven structure layer 31), non-flammability (for example, a high flash point having a flash point of 250 ° C. or higher), and low volatility. May be.
  • the insulating liquid 235 is a hydrocarbon such as an aliphatic hydrocarbon, naphtha, and other petroleum solvents, a low molecular weight halogen-containing polymer, or a mixture thereof.
  • the insulating liquid 235 is a halogenated hydrocarbon such as a fluorinated hydrocarbon.
  • silicone oil or the like can be used as the insulating liquid 235.
  • a plurality of nanoparticles 236 are dispersed in the insulating liquid 235.
  • the nanoparticles 236 are fine particles having a particle size of nano-order size. Specifically, when the wavelength of incident light is ⁇ , the particle size of the nanoparticles 236 is preferably ⁇ / 4 or less. By setting the particle size of the nanoparticles 236 to ⁇ / 4 or less, light scattering by the nanoparticles 236 can be reduced, and an average refractive index of the nanoparticles 236 and the insulating liquid 235 can be obtained.
  • the particle size of the nanoparticles 236 is preferably as small as possible, preferably 100 nm or less, more preferably several nm to several tens nm.
  • the nanoparticles 236 are made of, for example, a high refractive index material. Specifically, the refractive index of the nanoparticles 236 is higher than the refractive index of the insulating liquid 235. In this modification, the refractive index of the nanoparticles 236 is higher than the refractive index of the first uneven structure layer 31.
  • the nanoparticles 236 may be made of a material with high transmittance.
  • transparent zirconia particles having a refractive index of 2.1 made of zirconium oxide (ZrO 2 ) are used as the nanoparticles 236.
  • the nanoparticles 236 are not limited to zirconium oxide, and may be composed of titanium oxide (TiO 2 : refractive index 2.5) or the like.
  • the nanoparticles 236 are charged particles that are charged.
  • the nanoparticle 236 can be charged positively (plus) or negatively (minus). In this modification, the nanoparticles 236 are positively (plus) charged.
  • the charged nanoparticles 236 are dispersed throughout the insulating liquid 235.
  • zirconia particles having a refractive index of 2.1 are used as the nanoparticles 236, and the nanoparticles 236 are dispersed in an insulating liquid 235 having a solvent refractive index of about 1.4.
  • Layer 232 is provided.
  • the overall refractive index (average refractive index) of the first refractive index variable layer 232 is substantially equal to the refractive index of the first concavo-convex structure layer 31 in a state where the nanoparticles 236 are uniformly dispersed in the insulating liquid 235. It is set to be the same, and in this modification, it is about 1.5. Note that the overall refractive index of the first refractive index variable layer 232 can be changed by adjusting the concentration (amount) of the nanoparticles 236 dispersed in the insulating liquid 235. Although details will be described later, the amount of the nanoparticles 236 is, for example, such that it is buried in the recesses 34 of the first uneven structure layer 31. In this case, the concentration of the nanoparticles 236 with respect to the insulating liquid 235 is about 10% to about 30%.
  • the first refractive index variable layer 232 is disposed between the first uneven structure layer 31 and the first electrode layer 21. Specifically, the first refractive index variable layer 232 is in contact with the first uneven structure layer 31. That is, the contact surface of the first refractive index variable layer 232 with the uneven surface of the first uneven structure layer 31 is an interface between the first refractive index variable layer 232 and the uneven surface of the first uneven structure layer 31.
  • the first refractive index variable layer 232 is also in contact with the first electrode layer 21, but another layer (film) is interposed between the first refractive index variable layer 232 and the first electrode layer 21. May be.
  • the refractive index of the first refractive index variable layer 232 changes according to the applied electric field.
  • the electric field changes according to the voltage applied between the first electrode layers 20 and 21.
  • the first refractive index variable layer 232 functions as a refractive index adjustment layer that can adjust the refractive index in the visible light region when an electric field is applied. For example, a DC voltage is applied between the first electrode layers 20 and 21.
  • the nanoparticles 236 dispersed in the insulating liquid 235 are charged, when an electric field is applied to the first refractive index variable layer 232, the nanoparticles 236 migrate in the insulating liquid 235 in accordance with the electric field distribution and are insulated. In the ionic liquid 235. As a result, the particle distribution of the nanoparticles 236 in the first refractive index variable layer 232 can be changed and the concentration distribution of the nanoparticles 236 can be provided in the first refractive index variable layer 232, so that the first refractive index variable.
  • the refractive index profile in layer 232 changes. That is, the refractive index of the first refractive index variable layer 232 partially changes.
  • the first refractive index variable layer 232 mainly functions as a refractive index adjustment layer capable of adjusting the refractive index with respect to light in the visible light region.
  • the first refractive index variable layer 232 is disposed between the first base materials 10 and 11. Specifically, an insulating liquid 235 in which nanoparticles 236 are dispersed is sealed between the first base materials 10 and 11.
  • the method for forming the first refractive index variable layer 232 is the same as in the first embodiment.
  • the thickness of the first refractive index variable layer 232 is, for example, 1 ⁇ m to 100 ⁇ m, but is not limited thereto. As an example, when the height of the first convex portion 33 of the first concavo-convex structure layer 31 is 10 ⁇ m, the thickness of the first refractive index variable layer 232 is, for example, 40 ⁇ m.
  • the second refractive index variable layer 262 has an insulating liquid 265 and nanoparticles 266 included in the insulating liquid 265.
  • the second refractive index variable layer 262 is a nanoparticle dispersion layer in which countless nanoparticles 266 are dispersed in the insulating liquid 265.
  • the insulating liquid 265 and the nanoparticles 266 of the second refractive index variable layer 262 are the same as the insulating liquid 235 and the nanoparticles 236 of the first refractive index variable layer 232, respectively.
  • the refractive index relationship between the insulating liquid 265 and the nanoparticles 266 is equal to the refractive index relationship between the insulating liquid 235 and the nanoparticles 236.
  • the nanoparticles 266 are nano-sized in the second refractive index variable layer 262. Similar to the particles 236, the particles migrate in the insulating liquid 265.
  • optical state Next, an optical state of the optical device 201 according to this modification and an operation mode for forming the optical state will be described.
  • FIG. 9A is an enlarged cross-sectional view for explaining a non-application mode (transparent state) of the optical device 201 according to this modification.
  • FIG. 9A no voltage is applied between the first electrode layers 20 and 21 and between the second electrode layers 50 and 51, respectively. Specifically, the first electrode layers 20 and 21 are equipotential with each other, and the second electrode layers 50 and 51 are equipotential with each other. In this case, since no electric field is applied to the first refractive index variable layer 232, the nanoparticles 236 are dispersed throughout the insulating liquid 235. Similarly, since no electric field is applied to the second refractive index variable layer 262, the nanoparticles 266 are dispersed throughout the insulating liquid 265.
  • the refractive index of the first refractive index variable layer 232 in the state where the nanoparticles 236 are dispersed throughout the insulating liquid 235 is about 1.5.
  • the refractive index of the first convex portion 33 of the first concavo-convex structure layer 31 is about 1.5. That is, the overall refractive index of the first refractive index variable layer 232 is equal to the refractive index of the first convex portion 33 of the first uneven structure layer 31. Therefore, the refractive index is uniform throughout the first light distribution layer 230.
  • the refractive index of the second refractive index variable layer 262 in a state where the nanoparticles 266 are dispersed throughout the insulating liquid 265 is about 1.5.
  • the refractive index of the second convex portion 63 of the second concavo-convex structure layer 61 is about 1.5. That is, the overall refractive index of the second refractive index variable layer 262 is equal to the refractive index of the second convex portion 63 of the second uneven structure layer 261. Therefore, the refractive index is uniform throughout the second light distribution layer 260.
  • FIG. 9B is an enlarged cross-sectional view for explaining a voltage application mode (light distribution state) of the optical device 201 according to this modification.
  • voltages are applied between the first electrode layers 20 and 21 and between the second electrode layers 50 and 51, respectively.
  • a potential difference of about several tens of volts is applied between the first electrode layers 20 and 21 and between the second electrode layers 50 and 51.
  • the first refractive index variable layer 232 and the second refractive index variable layer 262 are charged.
  • the nanoparticles 236 and 266 migrate in the insulating liquids 235 and 265 according to their electric field distribution. That is, the nanoparticles 236 perform electrophoresis in the insulating liquid 235, and the nanoparticles 266 perform electrophoresis in the insulating liquid 265.
  • the first electrode layer 21 is at a higher potential than the first electrode layer 20. For this reason, the positively charged nanoparticles 236 migrate toward the first electrode layer 20 and enter and accumulate in the first recesses 34 of the first concavo-convex structure layer 31.
  • the nanoparticles 236 are unevenly distributed on the first concavo-convex structure layer 31 side in the first refractive index variable layer 232, whereby the particle distribution of the nanoparticles 236 is changed, and the refraction in the first refractive index variable layer 232 is changed.
  • the rate distribution is not uniform.
  • a concentration distribution of the nanoparticles 236 is formed in the first refractive index variable layer 232.
  • the concentration of the nanoparticles 236 is high, and in the second region 232b on the first electrode layer 21 side, the concentration of the nanoparticles 236 is low. Accordingly, a difference in refractive index occurs between the first region 232a and the second region 232b.
  • the refractive index of the nanoparticles 236 is higher than the refractive index of the insulating liquid 235.
  • the refractive index of the first region 232a in which the concentration of the nanoparticles 236 is high is higher than the refractive index of the second region 232b in which the concentration of the nanoparticles 236 is low, that is, the proportion of the insulating liquid 235 is large.
  • the refractive index of the first region 232a is greater than about 1.5 to about 1.8 depending on the concentration of the nanoparticles 236.
  • the refractive index of the second region 232b is a value less than about 1.4 to less than about 1.5 depending on the concentration of the nanoparticles 236.
  • the refractive index of the plurality of first convex portions 33 is about 1.5, when a voltage is applied between the first electrode layers 20 and 21, the first convex portion 33 is interposed between the first convex portion 33 and the first region 232 a. Causes a difference in refractive index. For this reason, as shown in FIG. 9B, when the light L is incident from an oblique direction, the light L is refracted by the side surface 33a of the first convex portion 33 and then totally reflected by the side surface 33b.
  • the second refractive index variable layer 262 also has a refractive index difference similar to that of the first refractive index variable layer 232 between the second concavo-convex structure layer 61 (second convex portion 63).
  • the second electrode layer 51 is at a higher potential than the second electrode layer 50.
  • the positively charged nanoparticles 266 migrate toward the second electrode layer 50 and enter and accumulate in the second recesses 64 of the second uneven structure layer 61.
  • the refractive index distribution in the second refractive index variable layer 262 is not uniform.
  • the concentration of the nanoparticles 266 is high, and in the second region 262b on the second electrode layer 51 side, the concentration of the nanoparticles 266 is low. Therefore, a difference in refractive index occurs between the first region 262a and the second region 262b.
  • the refractive index of the nanoparticles 266 is higher than the refractive index of the insulating liquid 265.
  • the refractive index of the first region 262a where the concentration of the nanoparticles 266 is high is higher than the refractive index of the second region 262b where the concentration of the nanoparticles 266 is low, that is, the ratio of the insulating liquid 265 is large.
  • the refractive index of the first region 262a is greater than about 1.5 to about 1.8 depending on the concentration of the nanoparticles 266.
  • the refractive index of the second region 262b is a value less than about 1.4 to less than about 1.5 depending on the concentration of the nanoparticles 266.
  • the refractive index of the plurality of second convex portions 63 is about 1.5, when a voltage is applied between the second electrode layers 50 and 51, the second convex portions 63 and the first region 262a are interposed. Causes a difference in refractive index. For this reason, as shown in FIG. 9B, the light L totally reflected by the side surface 33 b in the first light distribution layer 230 is refracted by the side surface 63 a of the second convex portion 63.
  • the refractive index n1 of the first concavo-convex structure layer 31 and the refractive index n3 of the first refractive index variable layer 232 have wavelength dependence, they are wavelength-separated (spectroscopic) when light is refracted by the side surface 33a. . That is, since the red component L (R) and the blue component L (B) contained in white light have different refractive indexes, the respective refraction angles are different and the traveling directions are different. For this reason, even after being reflected by the side surface 33b, the red component L (R) and the blue component L (B) proceed so that the distance between them gradually increases. If these lights are emitted from the optical device 1 as they are, color unevenness (rainbow-like unevenness) is caused.
  • the red component L (R) and the blue component L (B) are further refracted by the side surface 63a.
  • the refractive index n2 of the second uneven structure layer 61 and the refractive index n4 of the second refractive index variable layer 262 also have wavelength dependency. Therefore, the split red component L (R) and blue component L (B) are emitted from the second base material 41 in a substantially parallel manner. Thereby, the generation of rainbow-like unevenness is suppressed.
  • the optical device 201 emits the light L incident obliquely downward toward the obliquely upward. At this time, the light separated by refraction at the side surface 33a can be condensed by being refracted again at the side surface 63a. Thereby, generation
  • the light L is refracted according to the refractive index difference at the interface.
  • the second light distribution layer 260 includes the second uneven structure layer 61
  • the second light distribution layer 260 includes the second uneven structure layer 161 according to Embodiment 2. May be.
  • the second electrode layer 50 is set to a higher potential than the second electrode layer 51.
  • the positively charged nanoparticles 266 migrate toward the second electrode layer 51 and enter and accumulate in the second recess 164 of the second uneven structure layer 161.
  • optical device according to the present invention has been described based on the above-described embodiment and its modifications. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment.
  • the pair of second base materials 40 and 41 may have a configuration different from that of the pair of first base materials 10 and 11.
  • at least one of the pair of second base materials 40 and 41 may be formed using a material different from that of the first base material 10 or 11.
  • the distance between the pair of second substrates 40 and 41 may be different from the distance between the pair of first substrates 10 and 11.
  • the pair of second electrode layers 50 and 51 may have a configuration different from the pair of first electrode layers 20 and 21.
  • at least one of the pair of second electrode layers 50 and 51 may be formed using a material different from that of the first electrode layer 20 or 21.
  • the size or shape of at least one of the pair of second electrode layers 50 and 51 may be different from the size or shape of the first electrode layer 20 or 21.
  • first convex portion 33 and the second convex portion 63 extends in the x-axis direction
  • present invention is not limited thereto.
  • the first convex portion 33 may extend in the x-axis direction
  • the second convex portion 63 may extend in the z-axis direction.
  • at least one of the first convex portion 33 and the second convex portion 63 may extend in a direction inclined obliquely with respect to the x axis or the z axis.
  • the second refractive index variable layer 62 may be formed using a material different from that of the first refractive index variable layer 32.
  • the optical device is arranged in the window so that the longitudinal direction of the first convex portion 33 is the x-axis direction, but the present invention is not limited to this.
  • the plurality of first protrusions 33 and the plurality of second protrusions 63 may not each be a linear stripe shape.
  • each of the plurality of first protrusions 33 and the plurality of second protrusions 63 may have a wave shape, a wavy line shape, or a zigzag shape.
  • each of the plurality of first protrusions 33 constituting the first uneven structure layer 31 has a long shape, but is not limited thereto.
  • the plurality of first convex portions 33 may be arranged so as to be scattered in a matrix or the like. That is, you may arrange
  • each of the plurality of first convex portions 33 has the same shape, but is not limited thereto, and may have different shapes within the plane, for example.
  • the inclination angles of the side surfaces 33a or 33b of the plurality of first protrusions 33 may be different between the upper half and the lower half in the z-axis direction of the optical device 1. The same applies to the plurality of second convex portions 63.
  • the heights of the plurality of first convex portions 33 are constant, but the present invention is not limited to this.
  • the heights of the plurality of first protrusions 33 may be different at random. By doing in this way, it can suppress that the light which permeate
  • the heights of the plurality of first protrusions 33 minute diffracted light and scattered light at the uneven interface are averaged by wavelength, and coloring of the emitted light is suppressed.
  • the refractive index of the nanoparticles 236 may be lower than the refractive index of the insulating liquid 235.
  • the refractive index of the nanoparticles 266 may be lower than the refractive index of the insulating liquid 265.
  • a transparent state and a light distribution state can be realized by appropriately adjusting the voltage to be applied according to the refractive index of the nanoparticles.
  • the nanoparticles 236 and 266 are positively charged, but the present invention is not limited to this.
  • the nanoparticles 236 may be negatively charged.
  • a DC voltage may be applied between the first electrode layers 20 and 21 by applying a positive potential to the first electrode layer 20 and applying a negative potential to the first electrode layer 21. The same applies when the nanoparticles 266 are negatively charged.
  • At least one of the plurality of nanoparticles 236 and 266 may include a plurality of types of nanoparticles having different optical characteristics.
  • a transparent first nanoparticle charged positively and an opaque (black or the like) second nanoparticle charged negatively may be included.
  • the optical device 201 may have a light shielding function by aggregating and unevenly distributing the second nanoparticles.
  • both the first light distribution layer 230 and the second light distribution layer 260 include the refractive index variable layer using the electrophoretic material.
  • One of the light distribution layers 260 may include a refractive index variable layer using a liquid crystal material as in the first embodiment.
  • the sunlight is exemplified as the light incident on the optical device 1, but the present invention is not limited to this.
  • the light incident on the optical device 1 may be light emitted from a light emitting device such as a lighting device.
  • the optical device 1 is attached to the indoor side surface of the window 91, but may be attached to the outdoor side surface of the window 91. By pasting on the indoor side, deterioration of the optical element can be suppressed. Further, although the optical device 1 is attached to the window 91, the optical device may be used as the window of the building 90 itself.
  • the optical device 1 is not limited to being installed in the window 91 of the building 90, and may be installed, for example, in a car window.
  • the optical device 1 can also be used for a light distribution control member such as a light-transmitting cover of a lighting fixture, for example.
  • the optical device 1 can also be used as a blindfold member that utilizes light scattering at the interface of the concavo-convex structure.
  • the embodiment can be realized by arbitrarily combining the components and functions in each embodiment without departing from the scope of the present invention, or a form obtained by subjecting each embodiment to various modifications conceived by those skilled in the art. Forms are also included in the present invention.

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Abstract

光学デバイス（１）は、透光性の一対の第１電極層（２０、２１）と、第１電極層（２０、２１）の間に配置された第１配光層（３０）と、透光性の一対の第２電極層（５０、５１）と、第２電極層（５０、５１）の間に配置された第２配光層（６０）とを備え、第１配光層（３０）は、複数の第１凸部（３３）を有する第１凹凸構造層（３１）と、屈折率が変化する第１屈折率可変層（３２）とを含み、第２配光層（６０）は、複数の第２凸部（６３）を有する第２凹凸構造層（６１）と、屈折率が変化する第２屈折率可変層（６２）とを含み、複数の第１凸部（３３）の各々は、入射する光を屈折可能な側面（３３ａ）と、隣の第１凸部（３３）の側面（３３ａ）によって屈折され、第１屈折率可変層（３２）を通過した光を反射可能な側面（３３ｂ）とを有し、複数の第２凸部（６３）の各々は、側面（３３ｂ）によって反射された光を屈折可能な側面（６３ａ）を有する。

Description

光学デバイス
　本発明は、光学デバイスに関する。
　屋外から入射する太陽光などの外光の透過状態を変化させることができる光学デバイスが知られている。
　例えば、特許文献１には、一対の透明基板と、一対の透明基板の各々に形成された一対の透明電極と、一対の透明電極に挟まれたプリズム層及び液晶層とを有する液晶光学素子が開示されている。当該液晶光学素子は、一対の透明電極に印加される電圧によって液晶層の屈折率を変化させて、プリズムの斜面と液晶層との界面を通過する光の屈折角を変化させる。
特開２０１２－１７３５３４号公報
　しかしながら、上記従来の液晶光学素子では、所望の光学特性を得ることが難しいという問題がある。例えば、光学デバイスを透過する光が屈折によって分光され、虹色に見えてしまう（色づく）という問題がある。
　そこで、本発明は、所望の光学特性を得ることができる光学デバイスを提供することを目的とする。
　上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る光学デバイスは、互いに対向して配置された、透光性を有する一対の第１電極層と、前記一対の第１電極層間に配置された第１配光層と、前記一対の第１電極層の厚み方向において互いに対向して配置された、透光性を有する一対の第２電極層と、前記一対の第２電極層間に配置された第２配光層とを備え、前記第１配光層は、複数の第１凸部を有する第１凹凸構造層と、前記複数の第１凸部間に充填するように配置され、前記一対の第１電極層間に印加される電圧に応じて屈折率が変化する第１屈折率可変層とを含み、前記第２配光層は、複数の第２凸部を有する第２凹凸構造層と、前記複数の第２凸部間に充填するように配置され、前記一対の第２電極層間に印加される電圧に応じて屈折率が変化する第２屈折率可変層とを含み、前記複数の第１凸部の各々は、入射する光を屈折可能な第１側面と、隣の前記第１凸部の前記第１側面によって屈折され、前記第１屈折率可変層を通過した光を反射可能な第２側面とを有し、前記複数の第２凸部の各々は、前記第２側面によって反射された光を屈折可能な第３側面を有する。
　本発明に係る光学デバイスによれば、所望の光学特性を得ることができる。
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を窓に設置した場合において、光学デバイスが無印加モードで動作したときの作用（配光状態）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を窓に設置した場合において、光学デバイスが電圧印加モードで動作したときの作用（透明状態）を説明するための図である。 図４Ａは、実施の形態１に係る光学デバイスの無印加モード（配光状態）を説明するための拡大断面図である。 図４Ｂは、実施の形態１に係る光学デバイスの電圧印加モード（透明状態）を説明するための拡大断面図である。 図５は、実施の形態２に係る光学デバイスの断面図である。 図６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７Ａは、実施の形態２に係る光学デバイスの無印加モード（配光状態）を説明するための拡大断面図である。 図７Ｂは、実施の形態２に係る光学デバイスの電圧印加モード（透明状態）を説明するための拡大断面図である。 図８は、実施の形態の変形例に係る光学デバイスの拡大断面図である。 図９Ａは、実施の形態の変形例に係る光学デバイスの無印加モード（透明状態）を説明するための拡大断面図である。 図９Ｂは、実施の形態の変形例に係る光学デバイスの電圧印加モード（配光状態）を説明するための拡大断面図である。
　以下では、本発明の実施の形態に係る光学デバイスについて、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。したがって、例えば、各図において縮尺などは必ずしも一致しない。また、各図において、実質的に同一の構成につい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示している。各実施の形態では、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。なお、ｚ軸の正方向を鉛直上方としている。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基材及び第２基材の主面に垂直な方向のことであり、「平面視」とは、第１基材又は第２基材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）
　［構成］
　まず、本実施の形態に係る光学デバイス１の概要について、図１及び図２を用いて説明する。図１は、本実施の形態に係る光学デバイス１の断面図である。図２は、本実施の形態に係る光学デバイス１の拡大断面図であり、図１の一点鎖線で囲まれる領域ＩＩの拡大断面図である。
　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、入射する光を透過するように構成されており、一対の第１基材１０及び１１と、一対の第１電極層２０及び２１と、第１配光層３０と、一対の第２基材４０及び４１と、一対の第２電極層５０及び５１と、第２配光層６０と、接着層７０とを備える。
　光学デバイス１は、対をなす２組の基材（具体的には、第１基材１０及び１１と第２基材４０及び４１）が厚み方向（ｙ軸方向）に沿って配置された２層構造を有する。具体的には、一対の第１基材１０及び１１の間に、第１電極層２０、第１配光層３０及び第１電極層２１がこの順で厚み方向に沿って配置されている。さらに、一対の第２基材４０及び４１の間に、第２電極層５０、第２配光層６０及び第２電極層５１がこの順で厚み方向に沿って配置されている。なお、第１基材１０及び１１の間の距離、並びに、第２基材４０及び４１の間の距離をそれぞれ保つために、それぞれの基材間に粒子状の複数のスペーサが面内に分散されていてもよく、柱状の構造が形成されていてもよい。
　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。なお、以下の説明では、光学デバイス１の１層目を構成する一対の第１基材１０及び１１と、第１電極層２０及び２１と、第１配光層３０とについて主に説明する。光学デバイス１の２層目を構成する一対の第２基材４０及び４１と、第２電極層５０及び５１と、第２配光層６０とはそれぞれ、一対の第１基材１０及び１１と、第１電極層２０及び２１と、第１配光層３０とに対応している。このため、光学デバイス１の２層目の説明は、１層目との相違点を中心に説明する。
　［一対の第１基材、一対の第２基材及び接着層］
　一対の第１基材１０及び１１は、透光性を有する透光性基材である。一対の第１基材１０及び１１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などが挙げられる。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）又はエポキシなど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。
　一対の第１基材１０及び１１は、同じ材料で構成されていてもよく、あるいは、異なる材料で構成されていてもよい。また、一対の第１基材１０及び１１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もよい。本実施の形態において、一対の第１基材１０及び１１とは、ＰＥＴ樹脂からなる透明樹脂基板である。
　第１基材１１は、第１基材１０に対向する対向基材であり、第１基材１０に対向する位置に配置される。第１基材１０及び１１は、例えば、１０μｍ～３０μｍなどの所定距離を空けて略平行に配置されている。第１基材１０及び１１は、互いの端部外周に額縁状に形成された接着剤などのシール樹脂によって接着されている。
　なお、一対の第１基材１０及び１１の平面視形状は、例えば、正方形又は長方形などの矩形状であるが、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。
　一対の第２基材４０及び４１は、一対の第１基材１０及び１１と同じ構成を有するため、詳細な説明を省略する。なお、第２基材４０は、接着層７０を介して第１基材１１に接着されて固定されている。第２基材４１の主面であって、第２電極層５１が設けられた面の反対側の主面は、光学デバイス１の光出射面として機能する。
　接着層７０は、第１基材１１と第２基材４０とを貼り合わせて固定する。接着層７０は、透光性及び接着性（粘着性）を有する樹脂材料を用いてシート状に形成されている。接着層７０は、例えば、透光性の接着シート、又は、一般的にプライマーと称される樹脂材料などである。
　本実施の形態では、図１及び図２に示すように、第１基材１１と第２基材４０とは、接着層７０を介して貼り付けられているが、これに限らない。例えば、光学デバイス１は、第１基材１１、第２基材４０及び接着層７０の代わりに、一枚の基材を備えてもよい。例えば、当該一枚の基材の一方の面に第１電極層２１が形成され、他方の面に第２電極層５０が形成されていてもよい。
　［一対の第１電極層及び一対の第２電極層］
　図１及び図２に示すように、一対の第１電極層２０及び２１は、電気的に対となっており、第１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。一対の第１電極層２０及び２１は、電気的だけではなく配置的にも対になっており、一対の第１基材１０及び１１の間に、互いに対向するように配置されている。具体的には、一対の第１電極層２０及び２１は、第１配光層３０を挟むように配置されている。
　一対の第１電極層２０及び２１は、透光性を有し、入射した光を透過する。一対の第１電極層２０及び２１はそれぞれ、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）若しくはＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ　Ｚｉｎｃ　Ｏｘｉｄｅ）などの透明金属酸化物、銀ナノワイヤ若しくは導電性粒子などの導電体を含有する樹脂からなる導電体含有樹脂、又は、銀薄膜などの金属薄膜などを用いることができる。
　なお、一対の第１電極層２０及び２１はそれぞれ、これらの単層構造でよく、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）でもよい。本実施の形態では、一対の第１電極層２０及び２１はそれぞれ、厚さ１００ｎｍのＩＴＯである。
　第１電極層２０は、第１基材１０と第１凹凸構造層３１との間に配置されている。具体的には、第１電極層２０は、第１基材１０の第１配光層３０側の面に形成されている。
　一方、第１電極層２１は、第１屈折率可変層３２と第１基材１１との間に配置されている。具体的には、第１電極層２１は、第１基材１１の第１配光層３０側の面に形成されている。
　なお、一対の第１電極層２０及び２１はそれぞれ、例えば、外部電源との電気接続が可能となるように構成されている。例えば、外部電源に接続するための電極パッドなどが、一対の第１電極層２０及び２１の各々から引き出されて一対の第１基材１０及び１１に形成されていてもよい。
　一対の第１電極層２０及び２１はそれぞれ、例えば、蒸着、スパッタリングなどにより、ＩＴＯなどの導電膜を成膜することで形成される。
　一対の第２電極層５０及び５１は、一対の第１電極層２０及び２１の厚み方向（ｙ軸方向）において互いに対向して配置された、透光性を有する電極層である。具体的には、一対の第２電極層５０及び５１は、電気的及び配置的に対になっており、第２配光層６０に電界を与えることができるように、第２配光層６０を間に挟んで配置されている。一対の第２電極層５０及び５１は、一対の第１電極層２０及び２１と同じ構成を有するため、詳細な説明を省略する。
　［第１配光層及び第２配光層］
　図１及び図２に示すように、第１配光層３０は、一対の第１電極層２０及び２１の間に配置される。第１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、第１配光層３０は、入射した光を配光する。つまり、第１配光層３０は、第１配光層３０を光が通過する際に、その光の進行方向を変更する。
　第１配光層３０は、第１凹凸構造層３１と、第１屈折率可変層３２とを有する。第１配光層３０は、一対の第１電極層２０及び２１の間に印加される電圧に応じて、第１凹凸構造層３１と第１屈折率可変層３２との間に屈折率の差を生み出すことで、光の配光を行う。
　第２配光層６０は、一対の第２電極層５０及び５１の間に配置される。第２配光層６０は、透光性を有しており、入射した光を透過させる。また、第２配光層６０は、入射した光を配光する。つまり、第２配光層６０は、第２配光層６０を光が通過する際に、その光の進行方向を変更する。
　第２配光層６０は、第２凹凸構造層６１と、第２屈折率可変層６２とを有する。第２配光層６０は、一対の第２電極層５０及び５１の間に印加される電圧に応じて、第２凹凸構造層６１と第２屈折率可変層６２との間に屈折率の差を生み出すことで、光の配光を行う。
　本実施の形態では、第１凹凸構造層３１の屈折率をｎ１とし、第２凹凸構造層６１の屈折率をｎ２とし、第１屈折率可変層３２の屈折率をｎ３とし、第２屈折率可変層６２の屈折率をｎ４としたとき、ｎ３≧ｎ１、かつ、ｎ４≧ｎ２である。
　本実施の形態では、例えば、ｎ１＝ｎ２＝１．５である。ｎ３は、第１屈折率可変層３２に与えられる電界に応じて、例えば１．５以上１．７以下の範囲内で変化する。ｎ４は、第２屈折率可変層６２に与えられる電界に応じて、例えば１．５以上１．７以下の範囲内で変化する。
　例えば、ｎ１＝ｎ２＝ｎ３＝ｎ４になった場合に、光学デバイス１は、入射する光をそのまま（進行方向を変化させることなく）出射する。また、例えば、ｎ３＞ｎ１になった場合に、光学デバイス１は、入射する光を所定方向に曲げて出射する。また、例えば、ｎ３＞ｎ１、かつ、ｎ４＞ｎ２となった場合に、光学デバイス１は、分光（波長分離）を抑制しつつ、入射する光を所定方向に曲げて出射する。
　なお、分光は、第１凹凸構造層３１、第２凹凸構造層６１、第１屈折率可変層３２及び第２屈折率可変層６２の各々の屈折率が波長依存性を有するために生じる。上記屈折率の関係は、例えば緑色光などの所定の波長成分に対して成立する。
　例えば、白色光に含まれる赤色成分、緑色成分及び青色成分の各々が受ける光学作用（屈折）が異なるので、各波長成分で屈折角（すなわち、光の進行方向）が変化する。詳細については、図４Ａ及び図４Ｂを用いて後で説明する。
　本実施の形態では、第１配光層３０の第１凹凸構造層３１と第２配光層６０の第２凹凸構造層６１との断面形状が異なっている。以下では、まず、第１凹凸構造層３１及び第２凹凸構造層６１について説明する。
　［第１凹凸構造層及び第２凹凸構造層］
　第１凹凸構造層３１は、第１屈折率可変層３２の表面（界面）を凹凸にするために設けられた微細形状層である。第１凹凸構造層３１は、図２に示すように、複数の第１凸部３３と、複数の第１凹部３４とを有する。具体的には、第１凹凸構造層３１は、マイクロオーダサイズの複数の第１凸部３３によって構成された凹凸構造体である。複数の第１凸部３３の間が、複数の第１凹部３４である。すなわち、隣り合う２つの第１凸部３３の間が、１つの第１凹部３４である。
　第２凹凸構造層６１は、第２屈折率可変層６２の表面（界面）を凹凸にするために設けられた微細形状層である。第２凹凸構造層６１は、第２電極層５０（すなわち、光入射側）に設けられている。第２凹凸構造層６１は、図２に示すように、複数の第２凸部６３と、複数の第２凹部６４とを有する。具体的には、第２凹凸構造層６１は、マイクロオーダサイズの複数の第２凸部６３によって構成された凹凸構造体である。複数の第２凸部６３の間が、複数の第２凹部６４である。すなわち、隣り合う２つの第２凸部６３の間が、１つの第２凹部６４である。
　複数の第１凸部３３は、第１基材１０の主面（第１電極層２０が設けられた面）に平行なｚ軸方向（第１方向）に並んで配置された複数の凸部である。複数の第２凸部６３は、第２基材４０の主面（第２電極層５０が設けられた面）に平行なｚ軸方向（第１方向）に並んで配置された複数の凸部である。本実施の形態では、ｚ軸方向は、複数の第１凸部３３の並び方向であり、複数の第２凸部６３の並び方向でもある。
　複数の第１凸部３３及び複数の第２凸部６３の各々は、根元から先端にかけて先細る形状を有する。本実施の形態において、複数の第１凸部３３及び複数の第２凸部６３の各々の断面形状は、第１基材１０から第２基材４１に向かう方向（厚み方向、ｙ軸正方向）に沿って先細りのテーパ形状である。具体的には、第１凸部３３及び第２凸部６３の断面形状（ｙｚ断面）は、三角形であるが、これに限らない。第１凸部３３及び第２凸部６３の断面形状は、台形でもよく、その他の多角形、又は、カーブを含む多角形などでもよい。
　本実施の形態において、複数の第１凸部３３及び複数の第２凸部６３はそれぞれ、ｘ軸方向に延びたストライプ状に形成されている。つまり、複数の第１凸部３３の各々及び複数の第２凸部６３の各々は、ｘ軸方向に沿って直線状に延びる長尺状の凸部である。具体的には、複数の第１凸部３３の各々及び複数の第２凸部６３の各々は、断面形状が三角形でｘ軸方向に延在する長尺状の略三角柱形状であり、ｚ軸方向に沿って略等間隔に配列されている。複数の第１凸部３３の各々及び複数の第２凸部６３の各々は、同じ形状を有するが、互いに異なる形状を有してもよい。
　第１凸部３３と第２凸部６３とでは、ｙｚ面における断面形状が互いに異なっている。
　図２に示すように、複数の第１凸部３３の各々は、一対の側面３３ａ及び３３ｂを有する。一対の側面３３ａ及び３３ｂは、ｚ軸方向に交差する面である。一対の側面３３ａ及び３３ｂの各々は、厚み方向（ｙ軸方向）に対して所定の傾斜角で傾斜する傾斜面であり、一対の側面３３ａ及び３３ｂの間隔（第１凸部３３の幅（ｚ軸方向の長さ））は、第１基材１０から第１基材１１に向かって漸次小さくなっている。
　側面３３ａは、入射する光を屈折可能な第１側面（屈折面）の一例である。側面３３ａは、例えば、第１凸部３３を構成する複数の側面のうち、鉛直下方側の側面（下側面）である。側面３３ａは、厚み方向に対して傾斜角θ１［°］で傾斜している。なお、図２には、厚み方向に平行な直線を二点鎖線で示している。
　側面３３ｂは、隣の第１凸部３３の側面３３ａによって屈折され、第１屈折率可変層３２を通過した光を反射（全反射）可能な第２側面（全反射面）の一例である。側面３３ｂは、例えば、第１凸部３３を構成する複数の側面のうち、鉛直上方側の側面（上側面）である。側面３３ｂは、厚み方向に対して傾斜角θ２［°］で傾斜している。
　また、図２に示すように、複数の第２凸部６３の各々は、側面６３ａを有する。側面６３ａは、ｚ軸方向に交差する面である。側面６３ａは、厚み方向（ｙ軸方向）に対して所定の傾斜角で傾斜する傾斜面である。側面６３ａは、側面３３ｂによって反射された光であって、第２凸部６３から第２屈折率可変層６２に入射する光を屈折可能な第３側面の一例である。側面６３ａは、厚み方向に対して傾斜角θ３［°］で傾斜している。
　本実施の形態では、傾斜角θ１及びθ３は、以下に示す条件（Ａ）を満たしている。
　５０°－θ１≦θ３≦７０°－θ１　…（Ａ）
　複数の第１凸部３３の各々及び複数の第２凸部６３の高さ（ｙ軸方向の長さ）は、例えば２μｍ～１００μｍであるが、これに限らない。複数の第１凸部３３の各々及び複数の第２凸部６３の各々の幅（ｚ軸方向の長さ）は、例えば、１μｍ～２０μｍであり、好ましくは１０μｍ以下であるが、これに限らない。また、第１凹部３４及び第２凹部６４の幅（ｚ軸方向）は、例えば０μｍ～１００μｍである。つまり、隣り合う２つの第１凸部３３及び隣り合う２つの第２凸部６３の各々は、接触することなく所定の間隔をあけて配置されていてもよく、接触して配置されていてもよい。なお、隣り合う第１凸部３３の間隔及び隣り合う第２凸部６３の間隔は、０μｍ～１００μｍに限らない。
　第１凸部３３及び第２凸部６３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などの光透過性を有する樹脂材料を用いることができる。第１凸部３３及び第２凸部６３は、例えば、紫外線硬化樹脂材料から形成され、モールド成形又はナノインプリントなどによって形成することができる。
　第１凹凸構造層３１及び第２凹凸構造層６１はそれぞれ、例えば、屈折率が１．５のアクリル樹脂を用いて断面が三角形の凹凸構造を、モールド型押しにより形成することができる。第１凸部３３の高さは、例えば１０μｍであり、複数の第１凸部３３は、間隔が２μｍで等間隔にｚ軸方向に並んで配置されている。第１凸部３３の根元の厚さは、例えば５μｍである。隣り合う第１凸部３３の根元間の距離は、例えば０μｍ～５μｍの値をとりうる。第２凸部６３についても同様の寸法で形成される。
　なお、第１電極層２０の第１配光層３０側の面には、第１電極層２０と第１凹凸構造層３１とを密着させるための密着層が設けられていてもよい。密着層は、例えば、透光性の接着シート、又は、一般的にプライマーと称される樹脂材料などである。第２電極層５０の第２配光層６０側の面には、第２電極層５０と第２凹凸構造層６１とを密着させる密着層が設けられていてもよい。
　［屈折率可変層］
　次に、第１屈折率可変層３２及び第２屈折率可変層６２について説明する。
　第１屈折率可変層３２は、第１凹凸構造層３１の複数の第１凸部３３の間（すなわち、第１凹部３４）を充填するように配置されている。第１屈折率可変層３２は、第１電極層２０及び２１の間に形成される隙間を充填するように配置されている。例えば、図２に示すように、第１凸部３３と第１電極層２１とが離れているので、第１屈折率可変層３２は、第１凸部３３と第１電極層２１との間の隙間を埋めるように配置される。なお、第１凸部３３と第１電極層２１とは接触していてもよく、この場合、第１屈折率可変層３２は、第１凹部３４毎に分離して設けられていてもよい。
　第１屈折率可変層３２は、一対の第１電極層２０及び２１の間に印加される電圧に応じて屈折率が変化する。具体的には、第１屈折率可変層３２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。例えば、第１屈折率可変層３２は、電界応答性を有する液晶分子３５を有する液晶によって構成されているので、第１配光層３０に電界が与えられることで液晶分子３５の配向状態が変化して第１屈折率可変層３２の屈折率が変化する。
　第１屈折率可変層３２の複屈折材料は、例えば、複屈折性を有する液晶分子３５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３５が棒状分子からなるネマティック液晶、スメクティック液晶又はコレステリック液晶などを用いることができる。例えば、第１凸部３３の屈折率が１．５である場合、第１屈折率可変層３２の材料としては、常光屈折率（ｎｏ）が１．５で、異常光屈折率（ｎｅ）が１．７のポジ型の液晶を用いることができる。
　第１屈折率可変層３２は、例えば、第１電極層２０及び第１凹凸構造層３１が形成された第１基材１０と、第１電極層２１が形成された第１基材１１との各々の端部外周をシール樹脂で封止した状態で、液晶材料を真空注入法で注入することで形成される。あるいは、第１屈折率可変層３２は、第１基材１０の第１電極層２０及び第１凹凸構造層３１上に液晶材料を滴下した後、第１基材１１を貼り合わせることで形成されてもよい。
　なお、図２では、電圧が無印加の状態（後述する図４Ａも同様）を示しており、液晶分子３５は、長軸がｘ軸に略平行になるように配向されている。第１電極層２０及び２１の間に電圧が印加された場合には、液晶分子３５は、長軸がｙ軸に略平行になるように配向される（後述する図４Ｂを参照）。
　また、第１屈折率可変層３２には、交流電力によって電界が与えられてもよく、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、正弦波でもよく、矩形波でもよい。
　第２屈折率可変層６２は、第２凹凸構造層６１の複数の第２凸部６３の間（すなわち、第２凹部６４）を充填するように配置されている。第２凹凸構造層６１の形状が第１凹凸構造層３１と異なっているため、第２屈折率可変層６２の形状も第１屈折率可変層３２とは異なっている。形状が異なる点を除いて、本実施の形態では、第２屈折率可変層６２は、第１屈折率可変層３２と同じ構成を有するので、詳細な説明を省略する。例えば、第２屈折率可変層６２は、第１屈折率可変層３２と同様に、複屈折性を有する液晶分子３５を含む液晶である。
　［光学デバイスの光学状態］
　続いて、本実施の形態に係る光学デバイス１の使用例を示しながら、光学デバイス１の光学状態（動作モード）について説明する。具体的には、光学デバイス１を備える光学システムについて、図３Ａ及び図３Ｂを用いて説明する。
　図３Ａ及び図３Ｂはそれぞれ、本実施の形態に係る光学デバイス１を備える光学システム８０を建物９０に適用した例を示す図である。具体的には、図３Ａ及び図３Ｂは、光学デバイス１を窓９１に設置した場合において、光学デバイス１が各動作モードで動作したときの作用を説明するための図である。
　図３Ａ及び図３Ｂに示すように、光学システム８０は、光学デバイス１と、制御部８１とを備える。なお、各図において、光学デバイス１から延びるドットの網掛けが付された領域は、光学デバイス１を通過した光（具体的にはＳ偏光成分）が通過する領域を示している。
　光学デバイス１は、入射した光を透過させることができる。例えば、光学デバイス１は、建物９０の窓９１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は、例えば、粘着層を介して既存の窓９１に貼り合わされる。この場合、光学デバイス１は、一対の第１基材１０及び１１と一対の第２基材４０及び４１の主面が鉛直方向（ｚ軸方向）に平行になる姿勢で窓９１に設置される。
　なお、図３Ａ及び図３Ｂでは、光学デバイス１の詳細な構造は図示されていないが、光学デバイス１は、第１基材１０が屋外側で第２基材４１が屋内側になり、かつ、第１凸部３３の側面３３ｂ及び第２凸部６３の側面６３ａが天井９２側で側面３３ａが床９３側になるように配置されている。
　また、制御部８１が床９３上に設置されているが、これは模式的に図示したものであり、制御部８１の設置場所には特に限定されない。例えば、制御部８１は、光学デバイス１と一体に構成され、窓９１の窓枠などに固定されていてもよい。あるいは、制御部８１は、建物９０の天井９２、床９３又は壁などに埋め込まれていてもよい。
　制御部８１は、光学デバイス１を駆動する制御部である。具体的には、制御部８１は、一対の第１電極層２０及び２１の間と、一対の第２電極層５０及び５１の間とにそれぞれ所定の電圧を印加することで、第１配光層３０及び第２配光層６０にそれぞれ電界を与える。
　本実施の形態では、制御部８１は、一対の第１電極層２０及び２１の間と一対の第２電極層５０及び５１の間とへの電圧の印加状態に応じた２つの動作モードを有する。具体的には、２つの動作モードは、電圧を印加しない無印加モード（第１動作モード）と、電極層間に略均一に電圧を印加する電圧印加モード（第２動作モード）とである。制御部８１は、ユーザ操作又は予め定められたスケジュール情報などに基づいて、２つの動作モードを切り替えて実行する。
　光学デバイス１では、第１配光層３０及び第２配光層６０に与えられる電界に応じて、第１屈折率可変層３２及び第２屈折率可変層６２の各々に含まれる液晶分子３５の配向が変化する。なお、液晶分子３５は、複屈折性を有する棒状の液晶分子であるので、入射する光の偏光状態に応じて、当該光が受ける屈折率が異なる。ここでは、例えば、入射光に含まれる緑色光に対して、第１凸部３３及び第２凸部６３の屈折率が１．５であり、液晶分子３５としては、常光屈折率（ｎｏ）が１．５で、異常光屈折率（ｎｅ）が１．７のポジ型の液晶分子である場合を例に挙げて説明する。
　光学デバイス１に入射する太陽光などの光は、Ｐ偏光（Ｐ偏光成分）とＳ偏光（Ｓ偏光成分）とを含んでいる。Ｐ偏光は、無印加モード及び電圧印加モードのいずれのモードにおいても、その振動方向が液晶分子３５の短軸に対して略平行になる。このため、Ｐ偏光についての液晶分子３５の屈折率は、動作モードに依存せず、常光屈折率（ｎｏ）であって、具体的には１．５である。このため、Ｐ偏光についての屈折率は、動作モードに依存せず、第１配光層３０及び第２配光層６０内で略一定になるので、Ｐ偏光は、第１配光層３０及び第２配光層６０をそのまま直進する。
　一方で、Ｓ偏光についての液晶分子３５の屈折率は、動作モードに応じて変化する。
　具体的には、光学デバイス１は、無印加モードで駆動された場合に、入射する光（Ｓ偏光）の進行方向を変更させる配光状態になる。光学デバイス１は、電圧印加モードで駆動された場合に、入射する光（Ｓ偏光）をそのまま（進行方向を変更することなく）通過させる透光（透明）状態になる。
　なお、屈折率可変材料として電気泳動材料（後述する）を用いた場合には、Ｐ偏光及びＳ偏光のいずれも同じ方向に進行する。例えば、Ｐ偏光及びＳ偏光の両方の進行方向が屈折及び全反射によって曲げられて配光状態を実現することができる。
　以下では、各動作モードの詳細について、図３Ａ及び図３Ｂを適宜参照しながら、図４Ａ及び図４Ｂを用いて説明する。図４Ａ及び図４Ｂはそれぞれ、本実施の形態に係る光学デバイス１の各動作モードを説明するための拡大断面図である。
　なお、図４Ａ及び図４Ｂでは、光学デバイス１に入射する光Ｌ（例えば太陽光）の経路を太線の矢印で示している。なお、実際には、光Ｌは、第１基材１０に入射する際、及び、第２基材４１から出射する際に屈折するが、これらの屈折による経路の変化は図示していない。
　＜無印加モード（配光状態）＞
　図４Ａは、無印加モードで駆動された場合の光学デバイス１の状態と、光学デバイス１を通過する光Ｌの経路とを模式的に示している。
　制御部８１は、光学デバイス１を無印加モードで動作させる場合、一対の第１電極層２０及び２１の間と、一対の第２電極層５０及び５１の間との各々に電圧を印加しない。具体的には、一対の第１電極層２０及び２１と一対の第２電極層５０及び５１とがそれぞれ、略等しい電位（例えば接地電位）になることで、第１配光層３０及び第２配光層６０には電界が与えられない。このため、第１屈折率可変層３２の屈折率及び第２屈折率可変層６２の屈折率をそれぞれ、面内で略均一にすることができる。
　なお、制御部８１は、一対の第２電極層５０及び５１の間には、所定の電圧を印加してもよい。第２凹凸構造層６１と第２屈折率可変層６２との屈折率差を調整することで、第１配光層３０で生じる分光（波長分離）を効果的に抑制することができる。
　この場合、第１配光層３０及び第２配光層６０の各層の屈折率は、例えば、ｎ３＞ｎ１、ｎ４＞ｎ２となる。具体的には、光Ｌ（Ｓ偏光）が受ける屈折率は、第１凸部３３及び第２凸部６３が１．５であるのに対して、第１屈折率可変層３２及び第２屈折率可変層６２が１．７になる。このため、図４Ａに示すように、光学デバイス１に対して斜めに入射する光Ｌは、第１凸部３３の側面３３ａで屈折して進行方向が変化した後、第１凸部３３の側面３３ｂで反射（全反射）される。側面３３ｂで反射された光は、第２配光層６０の第２凸部６３に入射し、側面６３ａで屈折されて斜め上方に向けて出射される。
　このとき、第１凹凸構造層３１の屈折率ｎ１及び第１屈折率可変層３２の屈折率ｎ３は、波長依存性を有するため、側面３３ａで光が屈折する際に波長分離（分光）される。すなわち、白色光に含まれる赤色成分Ｌ（Ｒ）と青色成分Ｌ（Ｂ）とでは、受ける屈折率に差があるため、各々の屈折角が異なり、進行方向が異なる。このため、側面３３ｂで反射された後も、赤色成分Ｌ（Ｒ）及び青色成分Ｌ（Ｂ）はそれぞれ、互いの間隔が徐々に広がるように進行する。これらの光がこのまま光学デバイス１から出射された場合には色むら（虹状のむら）の原因となる。
　本実施の形態では、赤色成分Ｌ（Ｒ）及び青色成分Ｌ（Ｂ）は、さらに側面６３ａで屈折される。第２凹凸構造層６１の屈折率ｎ２と第２屈折率可変層６２の屈折率ｎ４とにも、波長依存性がある。このため、分光された赤色成分Ｌ（Ｒ）及び青色成分Ｌ（Ｂ）は、略平行になって第２基材４１から出射される。これにより、虹状のむらの発生が抑制される。
　このように、光学デバイス１は、斜め下方に入射した光Ｌを、斜め上方に向けて出射する。したがって、図３Ａに示すように、斜め下方に入射する太陽光などの光Ｌは、光学デバイス１によって進行方向が曲げられて、建物９０の天井９２を照射する。このとき、側面３３ａでの屈折によって波長分離した光を、側面６３ａで再度屈折させることにより集光させることができる。これにより、虹状のむらの発生を抑制することができる。
　なお、第１配光層３０における屈折率差と第２配光層６０における屈折率差とは異なっていてもよい。具体的には、第１配光層３０及び第２配光層６０の各々に与えられる電界は、互いに異なっていてもよく、第１屈折率可変層３２の屈折率ｎ３と、第２屈折率可変層６２の屈折率ｎ４とが互いに異なっていてもよい。
　＜電圧印加モード（透明状態）＞
　図４Ｂは、電圧印加モードで駆動された場合の光学デバイス１の状態と、光学デバイス１を通過する光Ｌの経路とを模式的に示している。
　制御部８１は、光学デバイス１を電圧印加モードで動作させる場合、一対の第１電極層２０及び２１の間と、一対の第２電極層５０及び５１の間との各々に所定の電圧を印加する。これにより、第１配光層３０及び第２配光層６０の各々に与えられる電界が面内で略均一になり、第１屈折率可変層３２の屈折率及び第２屈折率可変層６２の屈折率をそれぞれ、面内で略均一にすることができる。
　この場合、第１配光層３０及び第２配光層６０の各層の屈折率は、例えば、ｎ１＝ｎ２＝ｎ３＝ｎ４となる。具体的には、光Ｌ（Ｓ偏光）が受ける屈折率は、第１凸部３３、第１屈折率可変層３２、第２凸部６３及び第２屈折率可変層６２がいずれも１．５となる。このため、図４Ｂに示すように、光学デバイス１に対して斜めに入射する光Ｌは、そのまま光学デバイス１を通過する。つまり、光学デバイス１は、斜め下方に入射した光Ｌを、そのまま斜め下方に出射する。したがって、図３Ｂに示すように、斜め下方に入射する太陽光などの光Ｌは、光学デバイス１をそのまま通過して、建物９０の床９３の窓９１に近い部分を照射する。
　以上のように、本実施の形態に係る光学デバイス１によれば、第１配光層３０及び第２配光層６０の各々に与えられる電界（第１電極層２０及び２１間、並びに、第２電極層５０及び５１間に印加する電圧）に応じて、光学状態を変化させることができる。ここでは、透明状態と配光状態とを切り替えているが、印加する電圧に応じて、配光状態と透明状態との中間の光学状態を形成することができる。
　例えば、印加する電圧水準を複数設定し、適宜切り替えを行ってもよい。印加する電圧を、透明状態の場合よりも小さくすることで、中間の光学状態が形成される。中間の光学状態では、配光状態の場合よりも、光学デバイス１による配光の角度が小さくなる。これにより、例えば、建物９０の屋内のより奥側にまで光を進行させることができる。
　［効果など］
　以上のように、本実施の形態に係る光学デバイス１は、互いに対向して配置された、透光性を有する一対の第１電極層２０及び２１と、一対の第１電極層２０及び２１の間に配置された第１配光層３０と、一対の第１電極層２０及び２１の厚み方向において互いに対向して配置された、透光性を有する一対の第２電極層５０及び５１と、一対の第２電極層５０及び５１の間に配置された第２配光層６０とを備える。第１配光層３０は、複数の第１凸部３３を有する第１凹凸構造層３１と、複数の第１凸部３３間に充填するように配置され、一対の第１電極層２０及び２１の間に印加される電圧に応じて屈折率が変化する第１屈折率可変層３２とを含む。第２配光層６０は、複数の第２凸部６３を有する第２凹凸構造層６１と、複数の第２凸部６３間に充填するように配置され、一対の第２電極層５０及び５１の間に印加される電圧に応じて屈折率が変化する第２屈折率可変層６２とを含む。複数の第１凸部３３の各々は、入射する光を屈折可能な側面３３ａと、隣の第１凸部３３の側面３３ａによって屈折され、第１屈折率可変層３２を通過した光を反射可能な側面３３ｂとを有する。複数の第２凸部６３の各々は、側面３３ｂによって反射された光を屈折可能な側面６３ａを有する。
　これにより、側面３３ａで屈折することにより波長分離（分光）された光を、側面６３ａで再度屈折させることで集光することができる。したがって、虹状のむらの発生を抑制することができる。
　また、光学デバイス１が２層構造を有するので、各々の設計の自由度を高めることができる。例えば、第１配光層３０及び第２配光層６０の各々において、凹凸構造の形状を異ならせることが容易になり、配光方向などを所望の方向に容易に実現することができる。
　また、本実施の形態に係る光学デバイス１では、第１配光層３０と第２配光層６０とをそれぞれ独立して制御することができる。このため、第１配光層３０によって発生する分光の程度に合わせて適切な電界を第２配光層６０に与えることができる。これにより、虹状のむらの発生を効果的に抑制することができる。なお、例えば、第１配光層３０及び第２配光層６０の一方を配光状態とし、他方を透明状態とすることもできる。これにより、配光範囲を広げることもできる。
　このように、本実施の形態によれば、所望の光学特性を得ることができる光学デバイス１を提供することができる。
　また、例えば、第２凹凸構造層６１は、一対の第２電極層５０及び５１のうち、一対の第１電極層２０及び２１側の第２電極層５０に設けられ、側面６３ａは、側面３３ｂによって反射された光であって、第２凸部６３から第２屈折率可変層６２に入射する光を屈折可能である。
　これにより、第２凹凸構造層６１が第２基材４０側に配置されているので、波長分離されてから側面６３ａに至るまでの光の光路長を短くすることができる。したがって、互いに離れる方向に進行する光が大きく広がる前に側面６３ａに入射させて屈折させることができる。このように、効果的に側面６３ａに波長分離した光を入射させることができるので、虹状のむらの発生を効果的に抑制することができる。
　また、例えば、厚み方向に対して側面３３ａ及び側面６３ａの各々がなす角度をθ１［°］及びθ３［°］とした場合、５０°－θ１≦θ３≦７０°－θ１を満たす。
　これにより、側面３３ａでの屈折により発生した分光（波長分離）を、側面６３ａでの屈折により効果的に抑制することができる。よって、虹状のむらの発生を効果的に抑制することができる。
　また、例えば、第１凹凸構造層３１の屈折率をｎ１とし、第２凹凸構造層６１の屈折率をｎ２とし、第１屈折率可変層３２の屈折率をｎ３とし、第２屈折率可変層６２の屈折率をｎ４としたとき、ｎ３≧ｎ１、かつ、ｎ４≧ｎ２である。
　これにより、例えば、ｎ１＝ｎ２＝ｎ３＝ｎ４とすることで、光学デバイス１を透光（透明）状態にすることができる。また、例えば、ｎ３＞ｎ１、かつ、ｎ４＞ｎ２とすることで、光学デバイス１を配光状態にすることができ、かつ、配光時の虹色のむらの発生を抑制することができる。
　（実施の形態２）
　続いて、実施の形態２について説明する。
　本実施の形態では、実施の形態１と比較して、光学デバイス１の２層目（光出射側）の配光層の構成が相違する。以下では、実施の形態１との相違点を中心に説明し、共通点の説明を省略又は簡略化する。
　［構成］
　図５は、本実施の形態に係る光学デバイス１０１の断面図である。図６は、本実施の形態に係る光学デバイス１０１の拡大断面図であり、図５の一点鎖線で囲まれる領域ＶＩの拡大断面図である。
　図５及び図６に示すように、光学デバイス１０１は、実施の形態１に係る光学デバイス１と比較して、第２配光層６０の代わりに第２配光層１６０を備える点が相違している。第２配光層１６０は、第２凹凸構造層１６１と、第２屈折率可変層６２とを備える。
　第２凹凸構造層１６１は、第２屈折率可変層６２の表面（界面）を凹凸にするために設けられた微細形状層である。第２凹凸構造層１６１は、実施の形態１とは異なり、第２電極層５１（すなわち、光出射側）に設けられている。
　第２凹凸構造層１６１は、図６に示すように、複数の第２凸部１６３と、複数の第２凹部１６４とを有する。具体的には、第２凹凸構造層１６１は、マイクロオーダサイズの複数の第２凸部１６３によって構成された凹凸構造体である。複数の第２凸部１６３の間が、複数の第２凹部１６４である。すなわち、隣り合う２つの第２凸部１６３の間が、１つの第２凹部１６４である。
　複数の第２凸部１６３は、第２基材４１の主面（第２電極層５１が設けられた面）に平行なｚ軸方向（第１方向）に並んで配置された複数の凸部である。本実施の形態では、ｚ軸方向は、複数の第２凸部１６３の並び方向である。
　複数の第２凸部１６３の各々は、根元から先端にかけて先細る形状を有する。本実施の形態において、複数の第２凸部１６３の各々の断面形状は、第２基材４１から第１基材１０に向かう方向（厚み方向、ｙ軸負方向）に沿って先細りのテーパ形状である。具体的には、第２凸部１６３の断面形状（ｙｚ断面）は、三角形であるが、これに限らない。第２凸部１６３の断面形状は、台形でもよい。
　本実施の形態において、複数の第２凸部１６３は、ｘ軸方向に延びたストライプ状に形成されている。つまり、複数の第２凸部１６３の各々は、ｘ軸方向に沿って直線状に延びる長尺状の凸部である。具体的には、複数の第２凸部１６３の各々は、断面形状が三角形でｘ軸方向に延在する長尺状の略三角柱形状であり、ｚ軸方向に沿って略等間隔に配列されている。複数の第２凸部１６３の各々は、同じ形状を有するが、互いに異なる形状を有してもよい。
　また、図６に示すように、複数の第２凸部１６３の各々は、側面１６３ａを有する。側面１６３ａは、ｚ軸方向に交差する面である。側面１６３ａは、厚み方向（ｙ軸方向）に対して所定の傾斜角で傾斜する傾斜面である。側面１６３ａは、側面３３ｂによって反射された光であって、第２屈折率可変層６２を通過した光を屈折可能な第３側面の一例である。側面１６３ａは、厚み方向に対して傾斜角θ３［°］で傾斜している。
　本実施の形態では、傾斜角θ１、θ２及びθ３は、以下に示す条件（Ｂ）を満たしている。
　２×θ２＋θ１－１０°≦θ３≦２×θ２＋θ１＋１０°　…（Ｂ）
　複数の第２凸部１６３の大きさ（高さ、幅など）は、実施の形態１に係る第２凸部６３と同様である。第２凸部１６３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などの光透過性を有する樹脂材料を用いることができる。第２凸部１６３は、例えば、紫外線硬化樹脂材料から形成され、モールド成形又はナノインプリントなどによって形成することができる。第２凹凸構造層１６１の屈折率は、例えば、１．５である。
　［光学デバイスの光学状態］
　続いて、本実施の形態に係る光学デバイス１０１の光学状態（動作モード）について、図７Ａ及び図７Ｂを用いて説明する。図７Ａ及び図７Ｂはそれぞれ、本実施の形態に係る光学デバイス１０１の各動作モードを説明するための拡大断面図である。
　なお、図７Ａ及び図７Ｂでは、光学デバイス１０１に入射する光Ｌ（例えば太陽光）の経路を太線の矢印で示している。なお、実際には、光Ｌは、第１基材１０に入射する際、及び、第２基材４１から出射する際に屈折するが、これらの屈折による経路の変化は図示していない。
　＜無印加モード（配光状態）＞
　図７Ａは、無印加モードで駆動された場合の光学デバイス１０１の状態と、光学デバイス１０１を通過する光Ｌの経路とを模式的に示している。
　制御部８１は、光学デバイス１０１を無印加モードで動作させる場合、実施の形態１と同様に、一対の第１電極層２０及び２１の間と、一対の第２電極層５０及び５１の間との各々に電圧を印加しない。この場合、第１配光層３０及び第２配光層１６０の各層の屈折率は、例えば、ｎ３＞ｎ１、かつ、ｎ４＞ｎ２となる。例えば、光Ｌ（Ｓ偏光）が受ける屈折率は、第１凸部３３及び第２凸部１６３が１．５であるのに対して、第１屈折率可変層３２及び第２屈折率可変層６２が１．７になる。
　なお、制御部８１は、一対の第２電極層５０及び５１の間に所定の電圧を印加してもよい。第２配光層６０に与える電界を調整することで、第１配光層３０で生じる分光を効果的に抑制することができる。つまり、第２屈折率可変層６２の屈折率ｎ４は、第１屈折率可変層３２の屈折率ｎ３とは異なっていてもよい。
　このため、図７Ａに示すように、光学デバイス１０１に対して斜めに入射する光Ｌは、第１凸部３３の側面３３ａで屈折して進行方向が変化した後、第１凸部３３の側面３３ｂで反射（全反射）される。側面３３ｂで反射された光は、第２配光層１６０の第２屈折率可変層６２に入射した後、側面１６３ａで屈折されて第２凹凸構造層１６１を通過して斜め上方に向けて出射される。
　このとき、実施の形態１と同様に、入射した光は、側面３３ａで屈折する際に波長分離（分光）される。このため、側面３３ｂで反射された後も、赤色成分Ｌ（Ｒ）及び青色成分Ｌ（Ｂ）はそれぞれ、互いの間隔が徐々に広がるように進行する。
　本実施の形態では、赤色成分Ｌ（Ｒ）及び青色成分Ｌ（Ｂ）は、さらに側面１６３ａで屈折される。第２凹凸構造層１６１の屈折率ｎ２と第２屈折率可変層６２の屈折率ｎ４とにも、波長依存性がある。このため、分光された赤色成分Ｌ（Ｒ）及び青色成分Ｌ（Ｂ）は、略平行になって第２凸部１６３内を進行し、第２基材４１から出射される。これにより、虹状のむらの発生が抑制される。
　このように、実施の形態１と同様に、側面３３ａでの屈折によって波長分離した光を、側面１６３ａで再度屈折させることにより集光させることができる。これにより、虹状のむらの発生を抑制することができる。
　＜電圧印加モード（透明状態）＞
　図７Ｂは、電圧印加モードで駆動された場合の光学デバイス１０１の状態と、光学デバイス１０１を通過する光Ｌの経路とを模式的に示している。
　制御部８１は、光学デバイス１０１を電圧印加モードで動作させる場合、一対の第１電極層２０及び２１の間と、一対の第２電極層５０及び５１の間との各々に所定の電圧を印加する。これにより、第１配光層３０及び第２配光層１６０の各々に与えられる電界が面内で略均一になり、第１屈折率可変層３２の屈折率及び第２屈折率可変層６２の屈折率をそれぞれ、面内で略均一にすることができる。
　この場合、第１配光層３０及び第２配光層１６０の各層の屈折率は、例えば、ｎ１＝ｎ２＝ｎ３＝ｎ４となる。具体的には、光Ｌ（Ｓ偏光）が受ける屈折率は、第１凸部３３、第１屈折率可変層３２、第２凸部１６３及び第２屈折率可変層６２がいずれも１．５となる。このため、図７Ｂに示すように、光学デバイス１０１に対して斜めに入射する光Ｌは、そのまま光学デバイス１０１を通過する。
　［効果など］
　以上のように、本実施の形態に係る光学デバイス１０１では、例えば、第２凹凸構造層１６１は、一対の第２電極層５０及び５１のうち、一対の第１電極層２０及び２１とは反対側の第２電極層５１に設けられ、側面１６３ａは、側面３３ｂによって反射された光であって、第２屈折率可変層６２を通過した光を屈折可能である。
　これにより、側面３３ａで屈折することにより波長分離（分光）された光を、側面１６３ａで再度屈折させることで集光することができる。したがって、虹状のむらの発生を抑制することができる。実施の形態１と同様に、所望の光学特性を得ることができる光学デバイス１０１を提供することができる。
　また、例えば、厚み方向に対して側面３３ａ、側面３３ｂ及び側面１６３ａの各々がなす角度をθ１［°］、θ２［°］及びθ３［°］とした場合、２×θ２＋θ１－１０°≦θ３≦２×θ２＋θ１＋１０°を満たす。
　これにより、屈折により波長分離した光が側面１６３ａに入射した際、側面１６３ａによって光を効果的に屈折させて集光することができる。よって、虹状のむらの発生を効果的に抑制することができる。
　（変形例）
　以下では、上記実施の形態の変形例について説明する。
　上記実施の形態では、屈折率可変材料として液晶材料を用いる場合について説明したが、屈折率可変材料は、液晶材料に限らない。例えば、本変形例では、屈折率可変材料として、電気泳動材料を用いる場合を説明する。以下の説明において、上記実施の形態と異なる点を中心に説明し、共通点の説明を省略又は簡略化する。
　［構成］
　図８は、本変形例に係る光学デバイス２０１の拡大断面図である。なお、本変形例に係る光学デバイス２０１の全体的な構成は、図１に示す光学デバイス１と同様である。図８は、図１の一点鎖線で囲まれる領域ＩＩに相当する断面を示している。
　図８に示すように、光学デバイス２０１は、第１基材１０及び１１と、第１電極層２０及び２１と、第１配光層２３０と、第２基材４０及び４１と、第２電極層５０及び５１と、第２配光層２６０と、接着層７０とを備える。第１配光層２３０及び第２配光層２６０以外の構成は、実施の形態１と同様である。
　第１配光層２３０は、第１電極層２０及び２１間に配置される。第２配光層２６０は、第２電極層５０及び５１間に配置される。第１配光層２３０及び第２配光層２６０はそれぞれ、透光性を有しており、入射した光を透過させる。また、第１配光層２３０及び第２配光層２６０はそれぞれ、自身を光が通過する際に、その光の進行方向を変更する。
　第１配光層２３０は、第１凹凸構造層３１と、第１屈折率可変層２３２とを有する。第２配光層２６０は、第２凹凸構造層６１と、第２屈折率可変層２６２とを有する。第１凹凸構造層３１及び第２凹凸構造層６１はそれぞれ、実施の形態１に係る光学デバイス１の第１凹凸構造層３１及び第２凹凸構造層６１と同じ構成を有する。
　以下では、まず第１屈折率可変層２３２について説明する。
　図８に示すように、第１屈折率可変層２３２は、絶縁性液体２３５と、絶縁性液体２３５に含まれるナノ粒子２３６とを有する。第１屈折率可変層２３２は、無数のナノ粒子２３６が絶縁性液体２３５に分散されたナノ粒子分散層である。
　絶縁性液体２３５は、絶縁性を有する透明な液体であり、分散質としてナノ粒子２３６が分散される分散媒となる溶媒である。絶縁性液体２３５としては、例えば、屈折率（溶媒屈折率）が約１．３～約１．６の材料を用いることができる。本変形例では、屈折率が約１．４の絶縁性液体２３５を用いている。
　なお、絶縁性液体２３５の動粘度は、１００ｍｍ２／ｓ程度であるとよい。また、絶縁性液体２３５は、低誘電率（例えば、第１凹凸構造層３１の誘電率以下）で、非引火性（例えば、引火点が２５０℃以上の高引火点）及び低揮発性を有してもよい。具体的には、絶縁性液体２３５は、脂肪族炭化水素、ナフサ、及びその他の石油系溶剤などの炭化水素、低分子量ハロゲン含有ポリマー、又は、これらの混合物などである。一例として、絶縁性液体２３５は、フッ化炭化水素などのハロゲン化炭化水素である。なお、絶縁性液体２３５としては、シリコーンオイルなどを用いることもできる。
　ナノ粒子２３６は、絶縁性液体２３５に複数分散されている。ナノ粒子２３６は、粒径がナノオーダサイズの微粒子である。具体的には、入射光の波長をλとすると、ナノ粒子２３６の粒径は、λ／４以下であるとよい。ナノ粒子２３６の粒径をλ／４以下にすることで、ナノ粒子２３６による光散乱を少なくして、ナノ粒子２３６と絶縁性液体２３５との平均的な屈折率を得ることができる。ナノ粒子２３６の粒径は、小さい程よく、好ましくは１００ｎｍ以下、より好ましくは、数ｎｍ～数十ｎｍである。
　ナノ粒子２３６は、例えば、高屈折率材料によって構成されている。具体的には、ナノ粒子２３６の屈折率は、絶縁性液体２３５の屈折率よりも高い。本変形例において、ナノ粒子２３６の屈折率は、第１凹凸構造層３１の屈折率よりも高い。
　ナノ粒子２３６としては、例えば、金属酸化物微粒子を用いることができる。また、ナノ粒子２３６は、透過率が高い材料で構成されていてもよい。本変形例では、ナノ粒子２３６として、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）によって構成された屈折率が２．１の透明なジルコニア粒子を用いている。なお、ナノ粒子２３６は、酸化ジルコニウムに限らず、酸化チタン（ＴｉＯ２：屈折率２．５）などによって構成されていてもよい。
　また、ナノ粒子２３６は、帯電している荷電粒子である。例えば、ナノ粒子２３６の表面を修飾することで、ナノ粒子２３６を正（プラス）又は負（マイナス）に帯電させることができる。本変形例において、ナノ粒子２３６は、正（プラス）に帯電している。
　このように構成された第１屈折率可変層２３２では、帯電したナノ粒子２３６が絶縁性液体２３５の全体に分散されている。本変形例では、ナノ粒子２３６として屈折率が２．１のジルコニア粒子を用いて、ナノ粒子２３６を溶媒屈折率が約１．４の絶縁性液体２３５に分散させたものを第１屈折率可変層２３２としている。
　また、第１屈折率可変層２３２の全体の屈折率（平均屈折率）は、ナノ粒子２３６が絶縁性液体２３５内に均一に分散された状態において、第１凹凸構造層３１の屈折率と略同一に設定されており、本変形例では、約１．５である。なお、第１屈折率可変層２３２の全体の屈折率は、絶縁性液体２３５に分散するナノ粒子２３６の濃度（量）を調整することによって変えることができる。詳細は後述するが、ナノ粒子２３６の量は、例えば、第１凹凸構造層３１の凹部３４に埋まる程度である。この場合、絶縁性液体２３５に対するナノ粒子２３６の濃度は、約１０％～約３０％である。
　第１屈折率可変層２３２は、第１凹凸構造層３１と第１電極層２１との間に配置されている。具体的には、第１屈折率可変層２３２は、第１凹凸構造層３１に接している。つまり、第１屈折率可変層２３２における第１凹凸構造層３１の凹凸表面との接触面は、第１屈折率可変層２３２と第１凹凸構造層３１の凹凸表面との界面である。なお、第１屈折率可変層２３２は、第１電極層２１にも接しているが、第１屈折率可変層２３２と第１電極層２１との間に他の層（膜）が介在していてもよい。
　また、第１屈折率可変層２３２は、与えられる電界に応じて屈折率が変化する。電界は、第１電極層２０及び２１間に印加される電圧に応じて変化する。具体的には、第１屈折率可変層２３２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。例えば、第１電極層２０及び２１の間には直流電圧が印加される。
　絶縁性液体２３５中に分散するナノ粒子２３６は帯電しているので、第１屈折率可変層２３２に電界が与えられると、ナノ粒子２３６は、電界分布に従って絶縁性液体２３５中を泳動し、絶縁性液体２３５内で偏在する。これにより、第１屈折率可変層２３２内のナノ粒子２３６の粒子分布が変化して第１屈折率可変層２３２内にナノ粒子２３６の濃度分布を持たせることができるので、第１屈折率可変層２３２内の屈折率分布が変化する。つまり、第１屈折率可変層２３２の屈折率が部分的に変化する。このように、第１屈折率可変層２３２は、主に可視光領域の光に対する屈折率を調整することができる屈折率調整層として機能する。
　第１屈折率可変層２３２は、第１基材１０及び１１の間に配置されている。具体的には、ナノ粒子２３６が分散された絶縁性液体２３５が第１基材１０及び１１の間に封止されている。第１屈折率可変層２３２の形成方法は、実施の形態１などと同様である。
　第１屈折率可変層２３２の厚さは、例えば１μｍ～１００μｍであるが、これに限らない。一例として、第１凹凸構造層３１の第１凸部３３の高さが１０μｍである場合、第１屈折率可変層２３２の厚さは、例えば４０μｍである。
　同様に、第２屈折率可変層２６２は、絶縁性液体２６５と、絶縁性液体２６５に含まれるナノ粒子２６６とを有する。第２屈折率可変層２６２は、無数のナノ粒子２６６が絶縁性液体２６５に分散されたナノ粒子分散層である。
　第２屈折率可変層２６２の絶縁性液体２６５及びナノ粒子２６６はそれぞれ、第１屈折率可変層２３２の絶縁性液体２３５及びナノ粒子２３６と同様である。具体的には、絶縁性液体２６５及びナノ粒子２６６間の屈折率の関係は、絶縁性液体２３５及びナノ粒子２３６間の屈折率の関係に等しい。このため、第１電極層２０及び２１間に印加された電圧と同じ電圧を、第２電極層５０及び５１間に印加した場合、第２屈折率可変層２６２内では、ナノ粒子２６６は、ナノ粒子２３６と同様に、絶縁性液体２６５内を泳動する。
　［光学状態］
　続いて、本変形例に係る光学デバイス２０１の光学状態、及び、光学状態を形成する動作モードについて説明する。
　＜透明状態（無印加モード）＞
　図９Ａは、本変形例に係る光学デバイス２０１の無印加モード（透明状態）を説明するための拡大断面図である。
　図９Ａにおいて、第１電極層２０及び２１間、並びに、第２電極層５０及び５１間にはそれぞれ、電圧が印加されていない。具体的には、第１電極層２０及び２１は互いに等電位になっており、かつ、第２電極層５０及び５１は、互いに等電位となっている。この場合、第１屈折率可変層２３２には電界が与えられないので、ナノ粒子２３６は、絶縁性液体２３５の全体にわたって分散された状態となる。同様に、第２屈折率可変層２６２には電界が与えられないので、ナノ粒子２６６は、絶縁性液体２６５の全体にわたって分散された状態となる。
　このとき、本変形例では、上述したように、ナノ粒子２３６が絶縁性液体２３５の全体に分散された状態の第１屈折率可変層２３２の屈折率は、約１．５である。また、第１凹凸構造層３１の第１凸部３３の屈折率は、約１．５である。つまり、第１屈折率可変層２３２の全体の屈折率は、第１凹凸構造層３１の第１凸部３３の屈折率と同等になる。したがって、第１配光層２３０の全体で、屈折率が均一になる。
　同様に、ナノ粒子２６６が絶縁性液体２６５の全体に分散された状態の第２屈折率可変層２６２の屈折率は、約１．５である。また、第２凹凸構造層６１の第２凸部６３の屈折率は、約１．５である。つまり、第２屈折率可変層２６２の全体の屈折率は、第２凹凸構造層２６１の第２凸部６３の屈折率と同等になる。したがって、第２配光層２６０の全体で、屈折率が均一になる。
　このように、第１屈折率可変層２３２と第１凹凸構造層３１（第１凸部３３）との界面には屈折率差がなく、かつ、第２屈折率可変層２６２と第２凹凸構造層６１（第２凸部６３）との界面にも屈折率差がない。したがって、図９Ａに示すように、斜め方向から光Ｌが入射した場合、光Ｌがまっすぐに進行する。
　＜配光状態（電圧印加モード）＞
　図９Ｂは、本変形例に係る光学デバイス２０１の電圧印加モード（配光状態）を説明するための拡大断面図である。
　図９Ｂにおいて、第１電極層２０及び２１間、並びに、第２電極層５０及び５１間にそれぞれ電圧が印加されている。例えば、第１電極層２０及び２１間、並びに、第２電極層５０及び５１間にはそれぞれ、数十Ｖ程度の電位差が印加されている。
　これにより、第１屈折率可変層２３２及び第２屈折率可変層２６２の各々には所定の電界が与えられるので、第１屈折率可変層２３２及び第２屈折率可変層２６２ではそれぞれ、帯電したナノ粒子２３６及び２６６が各々の電界分布に従って絶縁性液体２３５及び２６５内を泳動する。つまり、ナノ粒子２３６は、絶縁性液体２３５内を電気泳動し、ナノ粒子２６６は、絶縁性液体２６５内を電気泳動する。
　図９Ｂに示す例では、第１電極層２１は、第１電極層２０よりも高電位になっている。このため、プラスに帯電したナノ粒子２３６は、第１電極層２０に向かって泳動し、第１凹凸構造層３１の第１凹部３４に入り込んで集積していく。
　このように、ナノ粒子２３６が第１屈折率可変層２３２内の第１凹凸構造層３１側に偏在することで、ナノ粒子２３６の粒子分布が変化し、第１屈折率可変層２３２内の屈折率分布が一様ではなくなる。具体的には、図９Ｂに示すように、第１屈折率可変層２３２内でナノ粒子２３６の濃度分布が形成される。
　例えば、第１凹凸構造層３１側の第１領域２３２ａでは、ナノ粒子２３６の濃度が高くなり、第１電極層２１側の第２領域２３２ｂでは、ナノ粒子２３６の濃度が低くなる。したがって、第１領域２３２ａと第２領域２３２ｂとには、屈折率差が生じる。
　本変形例では、ナノ粒子２３６の屈折率が絶縁性液体２３５の屈折率よりも高い。このため、ナノ粒子２３６の濃度が高い第１領域２３２ａの屈折率は、ナノ粒子２３６の濃度が低い、すなわち、絶縁性液体２３５の割合が多い第２領域２３２ｂの屈折率よりも高くなる。例えば、第１領域２３２ａの屈折率は、ナノ粒子２３６の濃度に応じて約１．５より大きい値～約１．８になる。第２領域２３２ｂの屈折率は、ナノ粒子２３６の濃度に応じて約１．４～約１．５より小さい値になる。
　複数の第１凸部３３の屈折率が約１．５であるので、第１電極層２０及び２１間に電圧が印加されている場合、第１凸部３３と第１領域２３２ａとの間には、屈折率差が生じる。このため、図９Ｂに示すように、斜め方向から光Ｌが入射した場合、光Ｌは、第１凸部３３の側面３３ａで屈折した後、側面３３ｂで全反射される。
　さらに、第２屈折率可変層２６２でも、第２凹凸構造層６１（第２凸部６３）との間に、第１屈折率可変層２３２と同様の屈折率差が形成される。
　具体的には、図９Ｂに示すように、第２電極層５１は、第２電極層５０よりも高電位になっている。このため、プラスに帯電したナノ粒子２６６は、第２電極層５０に向かって泳動し、第２凹凸構造層６１の第２凹部６４に入り込んで集積していく。このため、第２屈折率可変層２６２内の屈折率分布が一様ではなくなる。
　例えば、第２凹凸構造層６１側の第１領域２６２ａでは、ナノ粒子２６６の濃度が高くなり、第２電極層５１側の第２領域２６２ｂでは、ナノ粒子２６６の濃度が低くなる。したがって、第１領域２６２ａと第２領域２６２ｂとには、屈折率差が生じる。
　本変形例では、ナノ粒子２６６の屈折率が絶縁性液体２６５の屈折率よりも高い。このため、ナノ粒子２６６の濃度が高い第１領域２６２ａの屈折率は、ナノ粒子２６６の濃度が低い、すなわち、絶縁性液体２６５の割合が多い第２領域２６２ｂの屈折率よりも高くなる。例えば、第１領域２６２ａの屈折率は、ナノ粒子２６６の濃度に応じて約１．５より大きい値～約１．８になる。第２領域２６２ｂの屈折率は、ナノ粒子２６６の濃度に応じて約１．４～約１．５より小さい値になる。
　複数の第２凸部６３の屈折率が約１．５であるので、第２電極層５０及び５１間に電圧が印加されている場合、第２凸部６３と第１領域２６２ａとの間には、屈折率差が生じる。このため、図９Ｂに示すように、第１配光層２３０内において側面３３ｂで全反射された光Ｌは、第２凸部６３の側面６３ａで屈折される。
　このとき、第１凹凸構造層３１の屈折率ｎ１及び第１屈折率可変層２３２の屈折率ｎ３は、波長依存性を有するため、側面３３ａで光が屈折する際に波長分離（分光）される。すなわち、白色光に含まれる赤色成分Ｌ（Ｒ）と青色成分Ｌ（Ｂ）とでは、受ける屈折率に差があるため、各々の屈折角が異なり、進行方向が異なる。このため、側面３３ｂで反射された後も、赤色成分Ｌ（Ｒ）及び青色成分Ｌ（Ｂ）はそれぞれ、互いの間隔が徐々に広がるように進行する。これらの光がこのまま光学デバイス１から出射された場合には色むら（虹状のむら）の原因となる。
　本実施の形態では、赤色成分Ｌ（Ｒ）及び青色成分Ｌ（Ｂ）は、さらに側面６３ａで屈折される。第２凹凸構造層６１の屈折率ｎ２と第２屈折率可変層２６２の屈折率ｎ４とにも、波長依存性がある。このため、分光された赤色成分Ｌ（Ｒ）及び青色成分Ｌ（Ｂ）は、略平行になって第２基材４１から出射される。これにより、虹状のむらの発生が抑制される。
　以上のように、本変形例においても、光学デバイス２０１は、斜め下方に入射した光Ｌを、斜め上方に向けて出射する。このとき、側面３３ａでの屈折によって波長分離した光を、側面６３ａで再度屈折させることにより集光させることができる。これにより、虹状のむらの発生を抑制することができる。
　また、第１電極層２０及び２１間、並びに、第２電極層５０及び５１間に印加する電圧によって屈折率を変化させることで、配光方向を変化させることも可能である。なお、屈折率可変材料として液晶を用いた場合には、液晶の有する複屈折性に由来し、Ｓ偏光とＰ偏光とで振る舞いは異なるが、電気泳動材料を用いた場合には複屈折率性が抑えられるため、ほぼ全ての光を配光制御することが可能となる。
　なお、図９Ａ及び図９Ｂにおいて、詳細は図示していないが、第１基材１０と第１電極層２０との界面又は第１屈折率可変層２３２と第１電極層２１との界面など、各部材間の界面で屈折率差が存在する箇所においては、光Ｌは、その界面で屈折率差に応じて屈折することになる。
　また、本変形例では、第２配光層２６０が第２凹凸構造層６１を備える例を説明したが、第２配光層２６０は、実施の形態２に係る第２凹凸構造層１６１を備えてもよい。この場合、図６に示すように、第２凹凸構造層１６１は、第２電極層５１側に配置されているので、例えば第２電極層５０及び５１間に印加する電圧の極性を、上述した変形例とは反対にする。具体的には、第２電極層５０を、第２電極層５１よりも高電位にする。これにより、プラスに帯電したナノ粒子２６６は、第２電極層５１に向かって泳動し、第２凹凸構造層１６１の第２凹部１６４に入り込んで集積していく。ナノ粒子２６６が第２凹部１６４に集積することにより、第２凸部１６３と第２屈折率可変層２６２との間に屈折率差が発生し、図９Ｂと同様に、側面１６３ａで光Ｌを屈折させることができる。
　（その他）
　以上、本発明に係る光学デバイスについて、上記の実施の形態及びその変形例に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。
　例えば、一対の第２基材４０及び４１は、一対の第１基材１０及び１１と異なる構成を有してもよい。例えば、一対の第２基材４０及び４１の少なくとも一方は、第１基材１０又は１１と異なる材料を用いて形成されていてもよい。また、一対の第２基材４０及び４１の間の距離（基材間距離）は、一対の第１基材１０及び１１の基材間距離と異なっていてもよい。
　また、例えば、一対の第２電極層５０及び５１は、一対の第１電極層２０及び２１と異なる構成を有してもよい。例えば、一対の第２電極層５０及び５１の少なくとも一方は、第１電極層２０又は２１と異なる材料を用いて形成されていてもよい。一対の第２電極層５０及び５１の少なくとも一方の大きさ又は形状は、第１電極層２０又は２１の大きさ又は形状と異なっていてもよい。
　また、例えば、第１凸部３３と第２凸部６３との各々がｘ軸方向に延在している例について示したが、これに限らない。例えば、第１凸部３３がｘ軸方向に延在し、第２凸部６３がｚ軸方向に延在してもよい。あるいは、第１凸部３３及び第２凸部６３の少なくとも一方が、ｘ軸又はｚ軸に対して斜めに傾斜した方向に延在していてもよい。
　また、例えば、第２屈折率可変層６２は、第１屈折率可変層３２と異なる材料を用いて形成されていてもよい。
　また、例えば、上記の実施の形態では、第１凸部３３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、第１凸部３３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。
　また、例えば、複数の第１凸部３３及び複数の第２凸部６３はそれぞれ、直線のストライプ形状でなくてもよい。例えば、複数の第１凸部３３及び複数の第２凸部６３の各々は、ウェーブ形状、波線形状又はジグザグ形状であってもよい。
　また、例えば、上記の実施の形態では、第１凹凸構造層３１を構成する複数の第１凸部３３の各々は、長尺状であったが、これに限らない。例えば、複数の第１凸部３３は、マトリクス状などに点在するように配置されていてもよい。つまり、複数の第１凸部３３を、ドット状に点在するように配置してもよい。複数の第２凸部６３についても同様である。
　また、例えば、上記の実施の形態では、複数の第１凸部３３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第１凸部３３の側面３３ａ又は３３ｂの傾斜角を異ならせてもよい。複数の第２凸部６３についても同様である。
　また、例えば、上記の実施の形態では、複数の第１凸部３３の高さは、一定としたが、これに限るものではない。例えば、複数の第１凸部３３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、複数の第１凸部３３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。複数の第２凸部６３についても同様である。
　また、例えば、上記の実施の形態の変形例において、ナノ粒子２３６の屈折率が絶縁性液体２３５の屈折率より低くてもよい。同様に、ナノ粒子２６６の屈折率が絶縁性液体２６５の屈折率より低くてもよい。ナノ粒子の屈折率などに応じて印加する電圧を適宜調整することで、透明状態及び配光状態を実現することができる。
　また、例えば、上記の実施の形態の変形例において、ナノ粒子２３６及び２６６はプラスに帯電させたが、これに限らない。例えば、ナノ粒子２３６をマイナスに帯電させてもよい。この場合、第１電極層２０にはプラス電位を印加し、第１電極層２１にはマイナス電位を印加することで、第１電極層２０及び２１の間に直流電圧を印加するとよい。ナノ粒子２６６をマイナスに帯電させた場合も同様である。
　また、複数のナノ粒子２３６及び２６６の少なくとも一方には、光学特性の異なる複数種類のナノ粒子が含まれてもよい。例えば、プラスに帯電させた透明の第１ナノ粒子と、マイナスに帯電させた不透明（黒色など）の第２ナノ粒子とを含んでもよい。例えば、第２ナノ粒子を凝集させて偏在させることで、光学デバイス２０１に遮光機能を持たせてもよい。
　また、上記変形例において、第１配光層２３０及び第２配光層２６０の両方が電気泳動材料を用いた屈折率可変層を備える例を説明したが、第１配光層２３０及び第２配光層２６０の一方は、実施の形態１などと同様に、液晶材料を用いた屈折率可変層を備えてもよい。
　また、上記の実施の形態では、光学デバイス１に入射する光として太陽光を例示したが、これに限らない。例えば、光学デバイス１に入射する光は、照明装置などの発光装置が発する光であってもよい。
　また、上記の実施の形態では、光学デバイス１は、窓９１の屋内側の面に貼り付けたが、窓９１の屋外側の面に貼り付けてもよい。屋内側に貼り付けることで、光学素子の劣化を抑制することができる。また、光学デバイス１を窓９１に貼り付けたが、光学デバイスを建物９０の窓そのものとして用いてもよい。また、光学デバイス１は、建物９０の窓９１に設置する場合に限るものではなく、例えば車の窓などに設置してもよい。また、光学デバイス１は、例えば、照明器具の透光カバーなどの配光制御部材などに利用することもできる。あるいは、光学デバイス１は、凹凸構造の界面での光の散乱を利用した目隠し部材としても利用することができる。
　なお、これらの変形例は、他の実施の形態及び変形例にも適用できる。
　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、１０１、２０１　光学デバイス
２０、２１　第１電極層
３０、２３０　第１配光層
３１　第１凹凸構造層
３２、２３２　第１屈折率可変層
３３　第１凸部
３３ａ　側面（第１側面）
３３ｂ　側面（第２側面）
５０、５１　第２電極層
６０、１６０、２６０　第２配光層
６１、１６１　第２凹凸構造層
６２、２６２　第２屈折率可変層
６３、１６３　第２凸部
６３ａ、１６３ａ　側面（第３側面）

Claims (6)

  1. 　互いに対向して配置された、透光性を有する一対の第１電極層と、
    　前記一対の第１電極層間に配置された第１配光層と、
    　前記一対の第１電極層の厚み方向において互いに対向して配置された、透光性を有する一対の第２電極層と、
    　前記一対の第２電極層間に配置された第２配光層とを備え、
    　前記第１配光層は、
    　複数の第１凸部を有する第１凹凸構造層と、
    　前記複数の第１凸部間に充填するように配置され、前記一対の第１電極層間に印加される電圧に応じて屈折率が変化する第１屈折率可変層とを含み、
    　前記第２配光層は、
    　複数の第２凸部を有する第２凹凸構造層と、
    　前記複数の第２凸部間に充填するように配置され、前記一対の第２電極層間に印加される電圧に応じて屈折率が変化する第２屈折率可変層とを含み、
    　前記複数の第１凸部の各々は、
    　入射する光を屈折可能な第１側面と、
    　隣の前記第１凸部の前記第１側面によって屈折され、前記第１屈折率可変層を通過した光を反射可能な第２側面とを有し、
    　前記複数の第２凸部の各々は、
    　前記第２側面によって反射された光を屈折可能な第３側面を有する
    　光学デバイス。
  2. 　前記第２凹凸構造層は、前記一対の第２電極層のうち、前記一対の第１電極層側の第２電極層に設けられ、
    　前記第３側面は、前記第２側面によって反射された光であって、前記第２凸部から前記第２屈折率可変層に入射する光を屈折可能である
    　請求項１に記載の光学デバイス。
  3. 　前記厚み方向に対して前記第１側面及び前記第３側面の各々がなす角度をθ１［°］及びθ３［°］とした場合、
    　５０°－θ１≦θ３≦７０°－θ１
    　を満たす
    　請求項２に記載の光学デバイス。
  4. 　前記第２凹凸構造層は、前記一対の第２電極層のうち、前記一対の第１電極層とは反対側の第２電極層に設けられ、
    　前記第３側面は、前記第２側面によって反射された光であって、前記第２屈折率可変層を通過した光を屈折可能である
    　請求項１に記載の光学デバイス。
  5. 　前記厚み方向に対して前記第１側面、前記第２側面及び前記第３側面の各々がなす角度をθ１［°］、θ２［°］及びθ３［°］とした場合、
    　２×θ２＋θ１－１０°≦θ３≦２×θ２＋θ１＋１０°
    　を満たす
    　請求項４に記載の光学デバイス。
  6. 　前記第１凹凸構造層の屈折率をｎ１とし、前記第２凹凸構造層の屈折率をｎ２とし、前記第１屈折率可変層の屈折率をｎ３とし、前記第２屈折率可変層の屈折率をｎ４としたとき、ｎ３≧ｎ１、かつ、ｎ４≧ｎ２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。
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