WO2019123967A1 - 配光制御デバイス - Google Patents

配光制御デバイス Download PDF

Info

Publication number
WO2019123967A1
WO2019123967A1 PCT/JP2018/043103 JP2018043103W WO2019123967A1 WO 2019123967 A1 WO2019123967 A1 WO 2019123967A1 JP 2018043103 W JP2018043103 W JP 2018043103W WO 2019123967 A1 WO2019123967 A1 WO 2019123967A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
light distribution
convex portions
control device
layer
distribution control
Prior art date
Application number
PCT/JP2018/043103
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
一樹 北村
旬臣 芝田
伊藤 宜弘
太田 益幸
Original Assignee
パナソニックIpマネジメント株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by パナソニックIpマネジメント株式会社 filed Critical パナソニックIpマネジメント株式会社
Publication of WO2019123967A1 publication Critical patent/WO2019123967A1/ja

Links

Images

Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E06DOORS, WINDOWS, SHUTTERS, OR ROLLER BLINDS IN GENERAL; LADDERS
    • E06BFIXED OR MOVABLE CLOSURES FOR OPENINGS IN BUILDINGS, VEHICLES, FENCES OR LIKE ENCLOSURES IN GENERAL, e.g. DOORS, WINDOWS, BLINDS, GATES
    • E06B5/00Doors, windows, or like closures for special purposes; Border constructions therefor
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00Optical elements other than lenses
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL 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
    • G02F1/00Devices 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
    • G02F1/01Devices 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 
    • G02F1/13Devices 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
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL 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
    • G02F1/00Devices 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
    • G02F1/01Devices 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 
    • G02F1/165Devices 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 translational movement of particles in a fluid under the influence of an applied field
    • G02F1/166Devices 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 translational movement of particles in a fluid under the influence of an applied field characterised by the electro-optical or magneto-optical effect
    • G02F1/167Devices 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 translational movement of particles in a fluid under the influence of an applied field characterised by the electro-optical or magneto-optical effect by electrophoresis
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL 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
    • G02F1/00Devices 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
    • G02F1/01Devices 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 
    • G02F1/17Devices 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 variable-absorption elements not provided for in groups G02F1/015 - G02F1/169
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21LIGHTING
    • F21SNON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S11/00Non-electric lighting devices or systems using daylight
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21LIGHTING
    • F21VFUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V11/00Screens not covered by groups F21V1/00, F21V3/00, F21V7/00 or F21V9/00
    • F21V11/02Screens not covered by groups F21V1/00, F21V3/00, F21V7/00 or F21V9/00 using parallel laminae or strips, e.g. of Venetian-blind type
    • F21V11/04Screens not covered by groups F21V1/00, F21V3/00, F21V7/00 or F21V9/00 using parallel laminae or strips, e.g. of Venetian-blind type adjustable

Definitions

  • the present invention relates to a light distribution control device.
  • wind and inject the sunlight which injects indoor is known (for example, refer patent document 1).
  • the light collecting tool described in Patent Document 1 includes a plurality of low refractive index medium portions periodically provided, and a high refractive index medium portion separating the low refractive index medium portions.
  • the interface between the low refractive index medium portion and the high refractive index medium portion functions as a light reflection surface, so that sunlight can be reflected and directed toward the indoor ceiling side.
  • the light collecting tool described in Patent Document 1 includes a dispersion suppressing member having a concavo-convex structure in order to suppress the occurrence of rainbow unevenness.
  • a dispersion suppressing member having a concavo-convex structure in order to suppress the occurrence of rainbow unevenness.
  • rainbow unevenness caused by the periodicity of the low refractive index medium portion is suppressed by another member called the dispersion suppressing member, and the number of members is increased.
  • an object of the present invention is to provide a light distribution control device capable of alleviating rainbow unevenness without increasing the number of members.
  • a light distribution control device includes a light transmitting first substrate and a light transmitting second substrate disposed opposite to the first substrate.
  • a translucent first electrode layer and a second electrode layer disposed between the first substrate and the second substrate so as to face each other, the first electrode layer and the second electrode layer And a light distribution layer for distributing incident light, wherein the light distribution layer fills the space between the concavo-convex structure layer having a plurality of first convex portions and the plurality of first convex portions.
  • variable refractive index layer whose refractive index changes according to a voltage applied between the first electrode layer and the second electrode layer, and the plurality of first convex portions are formed by
  • the substrate is provided to form a plurality of wavy lines extending in a predetermined direction.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of the light distribution control device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the light distribution control device according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is an enlarged plan view which shows the planar view shape of the uneven structure layer with which the light distribution control device which concerns on Embodiment 1 is equipped.
  • FIG. 4 is an enlarged plan view showing a plan view shape of a convex portion provided in the light distribution control device according to the first embodiment.
  • FIG. 5A is an enlarged cross-sectional view for explaining a non-application mode (transparent state) of the light distribution control device according to the first embodiment.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of the light distribution control device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the light distribution control device according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is an enlarged plan view which shows the planar view shape of the uneven structure layer with which the light distribution control device which concerns on Embodi
  • FIG. 5B is an enlarged cross-sectional view for explaining a voltage application mode (light distribution state) of the light distribution control device according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is an enlarged plan view showing a plan view shape of a convex portion provided in the light distribution control device according to the first modification of the first embodiment.
  • FIG. 7 is an enlarged plan view showing a plan view shape of the uneven structure layer provided in the light distribution control device according to the second modification of the first embodiment.
  • FIG. 8 is an enlarged plan view showing the shape in plan view of the uneven structure layer provided in the light distribution control device according to the third modification of the first embodiment.
  • FIG. 9 is an enlarged plan view showing a plan view shape of a convex portion provided in a light distribution control device according to a fourth modification of the first embodiment, and an enlarged cross sectional view showing a cross sectional view shape.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of a light distribution control device according to the fifth modification of the first embodiment.
  • FIG. 11 is an enlarged plan view showing a plan view shape of the uneven structure layer provided in the light distribution control device according to the second embodiment.
  • FIG. 12A is an enlarged cross-sectional view for explaining a non-application mode (light distribution state) of the light distribution control device according to the modification of the embodiment.
  • FIG. 12B is an enlarged cross-sectional view for explaining a voltage application mode (transparent state) of the light distribution device according to the modification of the embodiment.
  • each drawing is a schematic view, and is not necessarily illustrated exactly. Therefore, for example, the scale and the like do not necessarily match in each figure. Further, in each of the drawings, substantially the same configuration is given the same reference numeral, and overlapping description will be omitted or simplified.
  • the term indicating the relationship between elements such as parallel or perpendicular, and the term indicating the shape of an element such as triangle or trapezoid, and the numerical range are not expressions expressing only strict meanings. This expression is meant to include a substantially equivalent range, for example, a difference of about several percent.
  • the x-axis, the y-axis and the z-axis indicate 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 light distribution control device, and is a direction perpendicular to the main surfaces of the first substrate and the second substrate, and “plan view” When viewed from the direction perpendicular to the main surface of the first substrate or the second substrate.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a light distribution control device 1 according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the light distribution control device 1 according to the present embodiment, and is an enlarged cross-sectional view of a region II surrounded by an alternate long and short dash line in FIG.
  • the light distribution control device 1 is an optical device that controls light incident on the light distribution control device 1.
  • the light distribution control device 1 is a light distribution element capable of changing the traveling direction of light incident on the light distribution control device 1 (that is, distributing light) and emitting the light.
  • the light distribution control device 1 is configured to transmit incident light, and the first substrate 10, the second substrate 20, the light distribution layer 30, and A first electrode layer 40 and a second electrode layer 50 are provided.
  • An adhesion layer may be provided on the surface of the first electrode layer 40 on the light distribution layer 30 side in order to bring the first electrode layer 40 into close contact with the uneven structure layer 31 of the light distribution layer 30.
  • the adhesion layer is, for example, a translucent adhesive sheet, or a resin material generally referred to as a primer.
  • the first electrode layer 40, the light distribution layer 30, and the second electrode layer 50 are disposed in this order along the thickness direction between the first substrate 10 and the second substrate 20 forming a pair. Configuration.
  • a plurality of particle-like spacers may be dispersed in the plane, or a columnar structure may be formed.
  • the light distribution control device 1 can be realized as, for example, a window with a light distribution function by being installed in a window of a building.
  • the light distribution control device 1 is used by, for example, being attached to a transparent substrate such as an existing window glass via an adhesive layer.
  • the light distribution control device 1 may be used as a window of a building itself.
  • the first substrate 10 is on the outdoor side
  • the second substrate 20 is on the indoor side
  • the refractive index of the refractive index variable layer 32 of the light distribution layer 30 is changed by the voltage applied between the first electrode layer 40 and the second electrode layer 50.
  • a difference in refractive index occurs at the interface between the uneven structure layer 31 and the refractive index variable layer 32, and light is distributed using refraction and reflection (total reflection) of light by the interface.
  • the first substrate 10 and the second substrate 20 are substrates having translucency.
  • a glass substrate or a resin substrate can be used as the first substrate 10 and the second substrate 20.
  • the material of the glass substrate examples include soda glass, alkali-free glass and high refractive index glass.
  • the material of the resin substrate examples include resin materials such as polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate (PC), acrylic (PMMA) or 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 that scattering at the time of breakage is small.
  • the first substrate 10 and the second substrate 20 may be made of the same material, or may be made of different materials. Further, the first substrate 10 and the second substrate 20 are not limited to rigid substrates, and may be flexible substrates having flexibility. In the present embodiment, the first substrate 10 and the second substrate 20 are transparent resin substrates made of PET resin.
  • the second substrate 20 is an opposing substrate that faces the first substrate 10, and is disposed at a position that faces the first substrate 10.
  • the first substrate 10 and the second substrate 20 are disposed in parallel at a predetermined distance such as 1 ⁇ m to 1000 ⁇ m, for example.
  • the first substrate 10 and the second substrate 20 are bonded by a sealing resin such as an adhesive formed in the shape of a frame on the outer periphery of each end.
  • substrate 20 is rectangular shapes, such as a square or a rectangle, for example, it does not restrict to this, Polygons other than a circle or a square may be sufficient. Any shape may be employed.
  • the light distribution layer 30 is disposed between the first electrode layer 40 and the second electrode layer 50.
  • the light distribution layer 30 has translucency, and transmits incident light.
  • the light distribution layer 30 distributes the incident light. That is, when light passes through the light distribution layer 30, the light distribution layer 30 changes the traveling direction of the light.
  • the light distribution layer 30 has a concavo-convex structure layer 31 and a refractive index variable layer 32.
  • the light is reflected at the interface between the uneven structure layer 31 and the refractive index variable layer 32, whereby the traveling direction of the light transmitted through the light distribution control device 1 is bent.
  • the uneven structure layer 31 is a fine shape layer provided to make the surface (interface) of the variable-refractive-index layer 32 uneven. As shown in FIG. 2, the uneven structure layer 31 has a plurality of projections 33 which are an example of a plurality of first projections, a plurality of recesses 34, and a base 35.
  • the concavo-convex structure layer 31 is a concavo-convex structure body configured by a plurality of micro-order sized convex portions 33 provided on the base 35.
  • a plurality of concave portions 34 are between the plurality of convex portions 33. That is, one concave portion 34 is between two adjacent convex portions 33.
  • the uneven structure layer 31 may not include the base 35. That is, the plurality of convex portions 33 may be separated individually.
  • each of the plurality of projections 33 has a tapered shape from the root to the tip.
  • the cross-sectional shape of each of the plurality of protrusions 33 is a tapered shape that tapers in the direction from the first substrate 10 toward the second substrate 20.
  • the cross-sectional shape of the convex portion 33 in the yz cross section is a triangle that tapers in the thickness direction of the light distribution control device 1, but is not limited to this.
  • the cross-sectional shape of the convex portion 33 may be a trapezoid, another polygon, or a polygon including a curve.
  • each of the plurality of projections 33 has a pair of side surfaces 36 and 37.
  • the pair of side surfaces 36 and 37 are surfaces intersecting in the z-axis direction.
  • Each of the pair of side surfaces 36 and 37 is an inclined surface which is inclined at a predetermined inclination angle with respect to the y-axis direction.
  • the distance between the pair of side surfaces 36 and 37, that is, the width of the convex portion 33 gradually decreases from the first substrate 10 toward the second substrate 20.
  • the side surface 36 is, for example, a side surface on the vertically lower side among the plurality of side surfaces configuring the convex portion 33 when the light distribution control device 1 is disposed such that the z axis coincides with the vertical direction.
  • the side surface 36 is a refracting surface that refracts incident light.
  • the side surface 37 is, for example, the side surface on the vertically upper side among the plurality of side surfaces constituting the convex portion 33 when the light distribution control device 1 is disposed such that the z axis coincides with the vertical direction.
  • the side surface 37 is a reflective surface that reflects incident light. The reflection here is total reflection, and the side surface 37 functions as a total reflection surface.
  • FIG. 3 is an enlarged plan view which shows the planar view shape of the uneven structure layer 31 with which the light distribution control device 1 which concerns on this Embodiment is provided.
  • FIG. 4 is an enlarged plan view showing a shape in plan view of the convex portion 33 provided in the light distribution control device 1 according to the present embodiment.
  • FIG. 3 shows a plan view shape of the four protrusions 33a to 33d when the first substrate 10 is viewed in plan from the second substrate 20 side.
  • the four convex portions 33a to 33d are all one of the plurality of convex portions 33 provided in the concavo-convex structure layer 31. In the following description, the four convex portions 33a to 33d will be described as the convex portion 33 unless otherwise specified.
  • FIG. 3 and FIG. 4 the front end L1 of the convex portion 33 shown in FIG. 2 is indicated by a solid line, and the upper end L2 and the lower end L3 of the convex portion 33 are respectively indicated by a dotted line.
  • FIGS. 6 to 9 and 11 described later the space between the upper end L 2 and the tip L 1 corresponds to the side surface 37, and the space between the tip L 1 and the lower end L 3 corresponds to the side 36.
  • the plurality of convex portions 33 are provided so as to form a plurality of wavy lines extending in a predetermined direction when the first substrate 10 is viewed in plan. That is, the plurality of convex portions 33 are provided in the form of stripes of wavy lines extending in a predetermined direction.
  • the predetermined direction is a direction parallel to the main surface of the first substrate 10, specifically, the x-axis direction shown in each drawing. Since each of the plurality of convex portions 33 is curved to form a wavy line, the side surfaces 36 and 37 also become curved surfaces along the wavy line.
  • the plurality of convex portions 33 are periodically and repeatedly arranged in a direction (specifically, the z-axis direction) orthogonal to the predetermined direction. That is, in the present embodiment, the z-axis direction is the direction in which the plurality of convex portions 33 are arranged.
  • the arrangement interval between two adjacent ones of the plurality of projections 33 is the same.
  • the arrangement interval is represented, for example, by the distance between peak positions in the direction in which the convex portions 33 are arranged (that is, the z-axis direction).
  • the peak position is, for example, a point at which the amplitude of the dashed line formed by the convex portion 33 is maximized, and corresponds to the position farthest in the z-axis direction with respect to the reference line parallel to the x-axis direction. For example, as shown in FIG.
  • the arrangement interval p 1 between the projections 33 a and the projections 33 b, the arrangement interval p 2 between the projections 33 b and the projections 33 c, and the arrangement between the projections 33 c and the projections 33 d interval p 3 are equal to each other.
  • the arrangement interval p 1 to p 3 is, for example, 2 ⁇ m, but is not limited thereto.
  • a wavy line formed by the convex portion 33 corresponds to, for example, a plan view shape of the tip end portion L1 of the convex portion 33.
  • a wavy line formed by the convex portion 33 is, for example, a sine wave having a period T 1 and an amplitude H 1 .
  • a wave height which is twice as long as the amplitude H 1 is illustrated.
  • the wavy line may not be a sine wave, but may be a triangular wave.
  • each of the plurality of convex portions 33 has the same cross-sectional shape in a cross section orthogonal to the wavy line at any position on the wavy line.
  • FIG. 4 shows cross-sectional lines AA, BB, CC, and DD representing a cross section orthogonal to the wavy line at four places on the wavy line formed by the convex portions 33.
  • the cross-sectional shapes of the convex portions 33 in each of the cross-sectional lines AA, BB, CC and DD are the same. Specifically, for example, as shown in FIG. 2, the cross-sectional shape of the convex portion 33 in each of the cross-sectional lines AA, BB, CC and DD is directed in the positive direction of the y-axis. Tapering triangles.
  • the plurality of convex portions 33 have the same shape and size as one another. Specifically, the period T 1 and the amplitude H 1 of each of the plurality of convex portions 33 are equal to one another.
  • the period T 1 is, for example, 100 ⁇ m to 1500 ⁇ m.
  • the amplitude H 1 is, for example, 10 [mu] m ⁇ 150 [mu] m.
  • the height of each of the plurality of protrusions 33 and the thickness of the roots are equal to one another.
  • the height of the convex portion 33 is, for example, 10 ⁇ m
  • the thickness of the base of the convex portion 33 is, for example, 5 ⁇ m, but is not limited thereto.
  • the peak positions of the wavy line waveform formed by each of the plurality of convex portions 33 are mutually offset in the x-axis direction.
  • FIG. 3 shows peak positions Pa to Pd of the waveform of the wavy line formed by the four convex portions 33a to 33d.
  • an alternate long and short dash line L that is, a line parallel to the z axis passing through the peak position Pa and orthogonal to the x axis direction is illustrated.
  • the peak position Pb of the convex portion 33b, the peak position Pc of the convex portion 33c, and the peak position Pd of the convex portion 33d are shifted in the x-axis direction with respect to the alternate long and short dash line L passing through the peak position Pa of the convex portion 33a.
  • the peak positions Pb to Pd are not located on the alternate long and short dash line L.
  • any one of the peak positions Pb to Pd may be located on the alternate long and short dash line L.
  • At least two peak positions of the plurality of peak positions may be shifted in the x-axis direction.
  • the shift direction of the peak position may be the positive direction of the x axis or the negative direction.
  • the amount of shift of the peak position it is sufficient differs from the period T 1 of the wavy line.
  • the peak position of each waveform of the plurality of wavy lines formed by the plurality of convex portions 33 is random. Specifically, when one peak position is a reference position, the amount and direction of displacement in the x-axis direction are random.
  • the amount of deviation of the peak positions of the plurality of wavy lines does not increase or decrease in order. Further, the amount of deviation of the peak positions of the plurality of wavy lines is not even.
  • the amounts of deviation of the peak positions of the plurality of wavy lines include mutually different amounts of deviation. In the present embodiment, for example, in two adjacent wavy lines, at least one of the shift amount of the peak position and the shift direction is different.
  • the amounts and directions of deviation of all peak positions of the plurality of wavy lines may be different from each other.
  • two or more wavy lines having peak positions at which the amount of displacement and the direction of displacement are the same may be included.
  • the periodicity of the plurality of convex portions 33 is disturbed.
  • the side surfaces 37 functioning as total reflection surfaces are not equally spaced. For this reason, when light is totally reflected at the side surface 37, the diffraction phenomenon is less likely to occur, and rainbow unevenness can be alleviated.
  • the base portion 35 is a portion connecting the plurality of convex portions 33 with each other at the root.
  • the base portion 35 is integrally formed with the convex portion 33, and functions as a reinforcing layer provided to maintain a distance between two adjacent convex portions 33.
  • the base 35 is, for example, a layer having a uniform thickness.
  • the thickness of the base 35 is, for example, half or less of the height of the convex portion 33.
  • the uneven structure layer 31 As a material of the uneven structure layer 31, for example, a resin material having light transmittance such as an acrylic resin, an epoxy resin, or a silicone resin can be used.
  • the uneven structure layer 31 is formed of, for example, an ultraviolet curable resin material, and can be formed by molding or nanoimprinting.
  • the concavo-convex structure layer 31 can form a concavo-convex structure having a triangular cross section by molding using, for example, an acrylic resin having a refractive index of 1.5 for green light.
  • the refractive index variable layer 32 is disposed so as to fill the spaces between the plurality of convex portions 33 (that is, the concave portions 34). Specifically, the refractive index variable layer 32 is disposed so as to fill a gap formed between the first electrode layer 40 and the second electrode layer 50. For example, as shown in FIG. 2, since the convex portion 33 and the second electrode layer 50 are separated, the refractive index variable layer 32 not only has the concave portion 34 but also the tip portion L1 of the convex portion 33 and the second electrode It is arranged to fill the gap between the layer 50.
  • the convex portion 33 and the second electrode layer 50 may be in contact with each other, and in this case, the refractive index variable layer 32 may be provided separately for each concave portion 34.
  • the refractive index of the variable-refractive-index layer 32 changes in accordance with the voltage applied between the first electrode layer 40 and the second electrode layer 50.
  • the refractive index variable layer 32 functions as a refractive index adjustment layer whose refractive index in the visible light band can be adjusted by application of an electric field.
  • the electric field changes in response to the voltage applied between the first electrode layer 40 and the second electrode layer 50.
  • a DC voltage is applied between the first electrode layer 40 and the second electrode layer 50 by a control unit (not shown) or the like.
  • variable-refractive-index layer 32 includes an insulating liquid 38 and nanoparticles 39 contained in the insulating liquid 38.
  • the refractive index variable layer 32 is a nanoparticle dispersion layer in which innumerable nanoparticles 39 are dispersed in the insulating liquid 38.
  • the insulating liquid 38 is a transparent liquid having an insulating property, and is a solvent serving as a dispersion medium in which the nanoparticles 39 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.
  • the insulating liquid 38 having a refractive index of about 1.4 is used.
  • the kinematic viscosity of the insulating liquid 38 is preferably about 100 mm 2 / s.
  • the insulating liquid 38 has a low dielectric constant (for example, less than or equal to the dielectric constant of the concavo-convex structure layer 31), non-flammable (for example, high flash point for flash point of 250 ° C. or higher) and low volatility. It is also good.
  • the insulating liquid 38 is a hydrocarbon such as aliphatic hydrocarbon, naphtha, and other petroleum solvents, a low molecular weight halogen-containing polymer, or a mixture thereof.
  • the insulating liquid 38 is a halogenated hydrocarbon such as a fluorinated hydrocarbon.
  • silicone oil can also be used.
  • a plurality of nanoparticles 39 are dispersed in the insulating liquid 38.
  • the nanoparticles 39 are fine particles of nano order size. Specifically, assuming that the wavelength of incident light is ⁇ , the particle diameter of the nanoparticles 39 is preferably ⁇ / 4 or less. By setting the particle size of the nanoparticles 39 to ⁇ / 4 or less, light scattering by the nanoparticles 39 can be reduced, and an average refractive index of the nanoparticles 39 and the insulating liquid 38 can be obtained.
  • the particle diameter of the nanoparticles 39 is preferably as small as possible, preferably 100 nm or less, more preferably several nm to several tens nm.
  • the nanoparticles 39 are made of, for example, a high refractive index material. Specifically, the refractive index of the nanoparticles 39 is higher than the refractive index of the insulating liquid 38. In the present embodiment, the refractive index of the nanoparticles 39 is higher than the refractive index of the uneven structure layer 31.
  • the nanoparticles 39 for example, metal oxide fine particles can be used.
  • the nanoparticles 39 may be made of a material having high transmittance.
  • transparent zirconia particles having a refractive index of 2.1 and made of zirconium oxide (ZrO 2 ) are used as the nanoparticles 39.
  • the nanoparticles 39 are not limited to zirconium oxide, but may be made of titanium oxide (TiO 2 : refractive index 2.5) or the like.
  • the nanoparticles 39 are charged charged particles.
  • the nanoparticles 39 can be charged positively (plus) or negatively (minus).
  • the nanoparticles 39 are positively (plus) charged.
  • the charged nanoparticles 39 are dispersed throughout the insulating liquid 38.
  • zirconia particles having a refractive index of 2.1 as nanoparticles 39 are dispersed in an insulating liquid 38 having a solvent refractive index of about 1.4 as a refractive index variable layer 32.
  • the refractive index (average refractive index) of the entire refractive index variable layer 32 is set to be substantially the same as the refractive index of the concavo-convex structure layer 31 in a state where the nanoparticles 39 are uniformly dispersed in the insulating liquid 38. In the present embodiment, it is about 1.5.
  • the entire refractive index of the refractive index variable layer 32 can be changed by adjusting the concentration (amount) of the nanoparticles 39 dispersed in the insulating liquid 38.
  • the amount of the nanoparticles 39 is, for example, an extent of being buried in the concave portion 34 of the uneven structure layer 31. In this case, the concentration of the nanoparticles 39 relative to the insulating liquid 38 is about 10% to about 30%.
  • the nanoparticles 39 dispersed in the insulating liquid 38 are charged, when an electric field is applied to the refractive index variable layer 32, the nanoparticles 39 migrate in the insulating liquid 38 according to the electric field distribution and the insulating liquid It is unevenly distributed within 38. Thereby, the particle distribution of the nanoparticles 39 in the refractive index variable layer 32 can be changed, and the concentration distribution of the nanoparticles 39 can be provided in the refractive index variable layer 32, so that the refractive index in the refractive index variable layer 32 can be obtained. Distribution changes. That is, the refractive index of the refractive index variable layer 32 partially changes.
  • the refractive index variable layer 32 functions as a refractive index adjustment layer that can mainly adjust the refractive index to light in the visible light band.
  • the refractive index variable layer 32 has, for example, the respective outer peripheries of the first substrate 10 on which the first electrode layer 40 and the concavo-convex structure layer 31 are formed, and the second substrate 20 on which the second electrode layer 50 is formed. It forms by inject
  • the refractive index variable material is the insulating liquid 38 in which the nanoparticles 39 are dispersed. An insulating liquid 38 in which the nanoparticles 39 are dispersed is sealed between the first substrate 10 and the second substrate 20.
  • the thickness of the refractive index variable layer 32 is, for example, 1 ⁇ m to 100 ⁇ m, but is not limited thereto. As an example, when the height of the convex portion 33 of the uneven structure layer 31 is 10 ⁇ m, the thickness of the refractive index variable layer 32 is, for example, 40 ⁇ m.
  • first electrode layer 40 and the second electrode layer 50 are electrically paired and configured to be able to apply an electric field to the light distribution layer 30.
  • the first electrode layer 40 and the second electrode layer 50 are not only electrically but also disposed in a pair, and are disposed between the first substrate 10 and the second substrate 20 so as to face each other. ing. Specifically, the first electrode layer 40 and the second electrode layer 50 are disposed to sandwich the light distribution layer 30.
  • the first electrode layer 40 and the second electrode layer 50 have translucency and transmit incident light.
  • the first electrode layer 40 and the second electrode layer 50 are, for example, transparent conductive layers.
  • the material of the transparent conductive layer is a transparent metal oxide such as ITO (Indium Tin Oxide) or IZO (Indium Zinc Oxide), a conductor containing resin made of a resin containing a conductor such as silver nanowire or conductive particles, or And metal thin films such as silver thin films can be used.
  • the first electrode layer 40 and the second electrode layer 50 may have a single-layer structure of these, or a laminated structure of these (for example, a laminated structure of a transparent metal oxide and a metal thin film).
  • each of the first electrode layer 40 and the second electrode layer 50 is ITO having a thickness of 100 nm.
  • the first electrode layer 40 is disposed between the first substrate 10 and the uneven structure layer 31. Specifically, the first electrode layer 40 is formed on the surface of the first substrate 10 on the light distribution layer 30 side.
  • the second electrode layer 50 is disposed between the refractive index variable layer 32 and the second substrate 20. Specifically, the second electrode layer 50 is formed on the surface of the second substrate 20 on the light distribution layer 30 side.
  • the first electrode layer 40 and the second electrode layer 50 are configured, for example, to enable electrical connection with an external power supply.
  • an electrode pad or the like for connection to an external power source may be drawn out from each of the first electrode layer 40 and the second electrode layer 50 and formed on the first substrate 10 and the second substrate 20.
  • the first electrode layer 40 and the second electrode layer 50 are each formed by depositing a conductive film such as ITO by, for example, vapor deposition or sputtering.
  • FIG. 5A is an enlarged cross-sectional view for explaining the non-application mode (transparent state) of the light distribution control device 1 according to the present embodiment.
  • FIG. 5A no voltage is applied between the first electrode layer 40 and the second electrode layer 50. Specifically, the first electrode layer 40 and the second electrode layer 50 are at the same potential. In this case, since no electric field is applied to the refractive index variable layer 32, the nanoparticles 39 are dispersed throughout the insulating liquid 38.
  • the refractive index of the variable-refractive-index layer 32 in the state in which the nanoparticles 39 are dispersed throughout the insulating liquid 38 is about 1.5, as described above.
  • the refractive index of the convex part 33 of the uneven structure layer 31 is about 1.5. That is, the refractive index of the refractive index variable layer 32 is equal to the refractive index of the uneven structure layer 31. Therefore, the refractive index is uniform throughout the light distribution layer 30.
  • FIG. 5B is an enlarged cross-sectional view for explaining a voltage application mode (light distribution state) of the light distribution control device 1 according to the present embodiment.
  • a voltage is applied between the first electrode layer 40 and the second electrode layer 50.
  • a voltage having a potential difference of about several tens of volts is applied to the first electrode layer 40 and the second electrode layer 50.
  • a predetermined electric field is applied to the refractive index variable layer 32, so in the refractive index variable layer 32, the charged nanoparticles 39 migrate in the insulating liquid 38 according to the electric field distribution. That is, the nanoparticles 39 electrophorese in the insulating liquid 38.
  • the second electrode layer 50 has a higher potential than the first electrode layer 40. For this reason, the positively charged nanoparticles 39 migrate toward the first electrode layer 40 and enter and accumulate in the recesses 34 of the uneven structure layer 31.
  • the particle distribution of the nanoparticles 39 is changed, and the refractive index distribution in the refractive index variable layer 32 is uniform. It disappears. Specifically, as shown in FIG. 5B, the concentration distribution of the nanoparticles 39 is formed in the refractive index variable layer 32.
  • the concentration of the nanoparticles 39 is high, and in the second region 32b on the second electrode layer 50 side, the concentration of the nanoparticles 39 is low. Therefore, a refractive index difference occurs between the first region 32a and the second region 32b.
  • the refractive index of the nanoparticles 39 is higher than the refractive index of the insulating liquid 38. Therefore, the refractive index of the first region 32a in which the concentration of the nanoparticles 39 is high is higher than the refractive index of the second region 32b in which the concentration of the nanoparticles 39 is low, that is, the ratio of the insulating liquid 38 is large.
  • the refractive index of the first region 32a will be a value greater than about 1.5 to about 1.8, depending on the concentration of the nanoparticles 39.
  • the refractive index of the second region 32 b has a value smaller than about 1.4 to about 1.5 depending on the concentration of the nanoparticles 39.
  • the refractive index of the plurality of convex portions 33 is about 1.5, when a voltage is applied between the first electrode layer 40 and the second electrode layer 50, the convex portions 33 and the first region 32a In between, a refractive index difference occurs. Therefore, as shown in FIG. 5B, when light is incident in an oblique direction, the incident light is refracted by the side surface 36 of the convex portion 33 and then totally reflected by the side surface 37. Thereby, the traveling direction of the light incident obliquely downward is bent by the light distribution control device 1, and the indoor ceiling surface or the like is irradiated.
  • the degree of aggregation of the nanoparticles 39 can be changed according to the magnitude of the applied voltage. Depending on the degree of aggregation of the nanoparticles 39, the refractive index of the refractive index variable layer 32 changes. For this reason, it is also possible to change the light distribution direction by changing the difference in refractive index between the side surface 36 and the side surface 37 (interface) of the convex portion 33.
  • the plurality of convex portions 33 are provided so as to form a plurality of wavy lines, and the periodicity is disturbed. Therefore, it is suppressed that the light which advances to a different direction in a light distribution state mixes, a diffraction phenomenon arises, and rainbow nonuniformity is relieved.
  • the light distribution control device 1 includes the light transmitting first substrate 10 and the light transmitting second substrate 20 disposed opposite to the first substrate 10.
  • a light distribution layer 30 disposed between the layer 50 and for distributing incident light.
  • the light distribution layer 30 is disposed so as to fill the space between the plurality of convex portions 33 with the uneven structure layer 31 having the plurality of convex portions 33, and a voltage applied between the first electrode layer 40 and the second electrode layer 50.
  • the variable-refractive-index layer 32 whose refractive index changes according to.
  • the plurality of convex portions 33 are provided so as to form a plurality of wavy lines extending in a predetermined direction when the first substrate 10 is viewed in plan.
  • the light distribution control device 1 can be made in a transparent state by making the refractive index difference between the plurality of convex portions 33 and the refractive index variable layer 32 substantially zero.
  • the interface between the convex portion 33 and the refractive index variable layer 32 (specifically, the side surface 37 of the convex portion 33) by increasing the refractive index difference between the plurality of convex portions 33 and the refractive index variable layer 32. ) Can function as a total reflection surface, and totally reflect incident light to bend the traveling direction. That is, the light distribution control device 1 can be brought into a light distribution state.
  • the plurality of protrusions 33 are provided so as to form a plurality of wavy in plan view, for example, the peak position for each wave line, and the period T 1 and an amplitude H 1
  • the periodicity of the plurality of convex portions 33 can be easily disturbed. By the periodicity being disturbed, the diffraction phenomenon is suppressed, and rainbow unevenness can be alleviated.
  • the side surface 37 functioning as a total reflection surface includes a surface obliquely crossing the x-axis along the dashed line. For this reason, part of the light passing through the light distribution control device 1 is distributed so as to spread in the direction (for example, the left and right direction) along the x axis. For this reason, it is possible to expand the light distribution possible range, specifically, the indoor radiable range.
  • the light distribution control device 1 since the diffraction phenomenon can be suppressed by the configuration of the concavo-convex structure layer 31 itself, it is possible to provide a new light transmission layer for suppressing rainbow unevenness. Good. For this reason, when light is transmitted through the light distribution control device 1, the light transmission layer does not receive the attenuation of the light, so it is possible to suppress the decrease in the light transmittance.
  • the present embodiment it is possible to provide the light distribution control device 1 excellent in optical characteristics.
  • the peak position Pa of the waveform of the wavy line formed by one of the plurality of convex portions 33 a is the peak position Pb of the waveform of the wavy line formed by the other convex portion 33 b of the plurality of convex portions 33. In the predetermined direction.
  • the periodicity of the several convex part 33 is disturbed by the peak position of the waveform of a broken line shifting
  • the peak positions of the waveforms of the plurality of wavy lines formed by the plurality of convex portions 33 are random.
  • the periodicity of the some convex part 33 can be disturbed large. Because the periodicity is greatly disturbed, the diffraction phenomenon can be sufficiently suppressed, and rainbow unevenness can be sufficiently alleviated.
  • the waveforms of the plurality of wavy lines formed by the plurality of convex portions 33 have the same ratio of the amplitude to the period.
  • the side surface 37 functioning as a total reflection surface is in the same proportion, so the proportion of the light distribution direction of the incident light can be made the same.
  • a sufficient amount of light can be distributed in the desired direction.
  • a desired light distribution pattern can be appropriately formed.
  • each of the plurality of convex portions 33 has the same cross-sectional shape in a cross section orthogonal to the broken line at an arbitrary position on the wave line formed by the convex portions 33.
  • the width of the convex portion 33 in the cross section orthogonal to the broken line becomes the same at an arbitrary position, so that the convex portion 33 has no narrow portion. For this reason, since the convex part 33 becomes strong, the convex part 33 becomes difficult to be damaged by impact etc. Thus, the light distribution control device 1 can not only reduce rainbow unevenness but also enhance durability and reliability.
  • variable-refractive-index layer 32 includes the insulating liquid 38, and a plurality of charged nanoparticles 39 dispersed in the insulating liquid 38 that have different refractive indexes from the insulating liquid 38.
  • the transparent state and the light distribution state are switched according to the degree of aggregation of the nanoparticles 39 in the insulating liquid 38.
  • the direction of light distributed in the light distribution state changes in accordance with the degree of aggregation of the nanoparticles 39.
  • the degree of aggregation of the nanoparticles 39 can be easily changed according to the voltage applied between the first electrode layer 40 and the second electrode layer 50. Therefore, switching between the transparent state and the light distribution state, and the light distribution direction in the light distribution state can be easily adjusted.
  • all light can be distributed regardless of polarization components such as P polarization and S polarization, the light distribution can be increased.
  • the shape of the concavo-convex structure layer 31 is different in each of the first to third modifications as compared with the light distribution control device 1 according to the first embodiment.
  • differences from the first embodiment will be mainly described, and the description of the common points will be omitted or simplified.
  • FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view showing a plan view shape of the convex portion 133 provided in the light distribution control device according to the first modification.
  • the convex part 133 which concerns on this modification is the cross-sectional shape orthogonal to the x-axis direction in the arbitrary positions in the direction (namely, x-axis direction) where a broken line extends, ie, the cross-sectional shape of yz cross section is the same.
  • FIG. 6 shows cross-sectional lines AA, BB, CC and DD representing the yz cross section at four locations in the x-axis direction.
  • the cross-sectional shapes of the convex portions 133 at the cross-sectional lines AA, BB, CC, and DD are the same as one another.
  • the cross-sectional shape of the convex portion 133 in each of the cross-sectional lines AA, BB, CC, and DD is directed in the positive direction of the y-axis. Tapering triangles.
  • the plurality of convex portions 133 each have the same cross-sectional shape in the yz cross section orthogonal to the x-axis direction at any position in the x-axis direction.
  • FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view showing a plan view shape of the uneven structure layer 231 provided in the light distribution control device according to the second modification.
  • the arrangement intervals of the plurality of convex portions 33 are random. That is, the arrangement
  • the arrangement intervals are not uniform. The plurality of combinations include combinations having different arrangement intervals. For example, as shown in FIG.
  • the arrangement interval p 1 between the convex portion 33a and the convex portion 33b is the arrangement interval between the arrangement interval p 2 and the convex portion 33c and the convex portion 33d of the convex portion 33b and the convex portion 33c It is different from the p 3.
  • the arrangement intervals of all two adjacent ones of the plurality of convex portions 33 may be different from each other. Alternatively, a combination of two adjacent convex portions 33 having the same arrangement interval may be included.
  • the arrangement interval p 1 of the two projections 33a and 33b adjacent among the plurality of protrusions 33 are random.
  • FIG. 8 is an enlarged plan view showing a plan view shape of the uneven structure layer 331 provided in the light distribution control device according to the third modification.
  • the peak positions of the plurality of wavy lines formed by the plurality of convex portions 33 are located on a straight line extending in a direction different from the direction orthogonal to the extending direction of the wavy lines.
  • peak positions Pa to Pd of a plurality of wavy lines formed by each of the convex portions 33a to 33d are located on the imaginary straight line M.
  • the straight line M is a straight line that obliquely intersects both the x-axis direction and the z-axis direction. That is, in the present modification, the amount of shift of the peak position and the direction of shift are the same between two adjacent convex portions 33, and the arrangement interval of the two adjacent convex portions 33 is also the same.
  • the side surface 36 functioning as a refracting surface and the side surface 37 functioning as a total reflection surface include portions that are oblique to the x-axis direction. . For this reason, the traveling direction of light is easily mixed at the time of refraction and total reflection of incident light. Therefore, even in this modification, rainbow unevenness can be alleviated as in the first embodiment.
  • FIG. 9 is a plan view showing a plan view shape of a convex portion 433 included in the light distribution control device according to the fourth modification, and a cross-sectional view showing a cross-sectional view shape.
  • the convex portion 433 according to the present modification has a cross-sectional shape of the convex portion 433 in a cross section (yz cross section) orthogonal to the direction in which the broken line formed by the convex portion 433 extends (that is, the x-axis direction). Is a triangle.
  • the cross-sectional shape of the convex portion 433 may be trapezoidal.
  • FIG. 9 shows the cross section of the convex portion 433 indicated by the cross section line AA and the cross section of the convex portion 433 indicated by the cross section line CC.
  • the cross-sectional line AA indicates, for example, a cross section at the peak position of the wavy line
  • the cross-sectional line C-C indicates a cross section at the bottom of the wavy line.
  • the inclination angle of the side surface 437 functioning as a total reflection surface differs depending on the position in the x-axis direction.
  • the inclination angle is an angle with respect to the direction in which the plurality of projections 433 are arranged (z-axis direction).
  • the inclination angle ⁇ a of the side surface 437 at the peak position of the wavy line is different from the inclination angle ⁇ c of the side surface 437 at the bottom of the wavy line.
  • the inclination angle has a value of 90 degrees or less, for example, in the range of 70 degrees to 85 degrees, but is not limited thereto.
  • the tilt angle with respect to the position in the x-axis direction may be associated or random. That is, the phase of the dashed line may correspond to the inclination angle.
  • the inclination angle ⁇ a at the peak position may be the same at any peak position.
  • the inclination angle of the side surface 437 may be constant, and the inclination angle of the side surface 436 may be different.
  • the inclination angle of the side surface 436 may be constant and the inclination angle of the side surface 437 may be different.
  • the cross sectional shape of the plurality of convex portions 33 is a triangle or a trapezoid. At least one of the two base angles of the triangle or the trapezoid differs depending on the position in the predetermined direction.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of a light distribution control device 501 according to the fifth modification.
  • a light distribution control device 501 according to the present modification includes a light distribution layer 530.
  • the light distribution layer 530 includes a concavo-convex structure layer 531 having a plurality of convex portions 533 having random heights.
  • the heights of the plurality of convex portions 533 are higher in order or not lower in order when viewed along the z-axis direction. Further, the plurality of convex portions 533 are not uniform in height.
  • the plurality of convex portions 533 includes two or more convex portions 533 having different heights. In the present modification, for example, the heights of two adjacent convex portions 533 are different.
  • the heights of all the convex portions 533 may be different from each other.
  • convex portions 533 having the same height may be included.
  • the height of the projection 533 having the lowest height among the plurality of projections 533 is half or more the height of the projection 533 having the highest height.
  • the heights of the plurality of convex portions 533 are random.
  • the second embodiment is different from the light distribution control device 1 according to the first embodiment in the configuration of the concavo-convex structure layer 31.
  • differences from the first embodiment will be mainly described, and the description of the common points will be omitted or simplified.
  • FIG. 11 is an enlarged plan view showing a plan view shape of the uneven structure layer 631 provided in the light distribution control device according to the present embodiment.
  • the concavo-convex structure layer 631 has a plurality of convex portions 633 which is an example of a plurality of second convex portions disposed between two adjacent convex portions 33.
  • Each of the plurality of convex portions 633 is provided to form a wavy line extending in the same direction as the convex portion 33 (that is, the x-axis direction).
  • Each of the plurality of convex portions 633 has a shorter length in the x-axis direction than the plurality of convex portions 33.
  • the plurality of convex portions 633 are disposed in a widely open portion between two adjacent convex portions 33.
  • the widely vacant portion is, for example, a portion surrounded by the ridges of the broken line of the upper convex portion 33 and the valley of the broken line of the lower convex portion 33 among the two adjacent convex portions 33.
  • the waveforms of the plurality of wavy lines formed by the plurality of convex portions 33 and the waveforms of the plurality of wavy lines formed by the plurality of convex portions 633 have the same ratio of the amplitude to the period. Specifically, as shown in FIG. 11, the ratio of the amplitude H 2 to the period T 2 of the convex portion 633 is equal to the ratio of the amplitude H 1 to the period T 1 of the convex portion 33. That is, the convex portion 633 has a shape in which a part of the convex portion 33 is reduced.
  • the concavo-convex structure layer 631 further has a plurality of convex portions 633 disposed between two adjacent convex portions 33.
  • Each of the plurality of convex portions 633 is provided so as to form a wavy line extending in a predetermined direction when the first substrate 10 is viewed in plan.
  • the plurality of convex portions 633 have a shorter length in the predetermined direction than the plurality of convex portions 33.
  • the interface between the plurality of convex portions 633 and the refractive index variable layer 32 can also function as a total reflection surface.
  • the number of interfaces functioning as a total reflection surface increases, so that the light distribution can be increased.
  • the plurality of convex portions 633 are shorter than the plurality of convex portions 33, the periodicity of the interface functioning as a total reflection surface can be further disturbed. For this reason, the diffraction phenomenon is further suppressed, and rainbow unevenness can be further alleviated.
  • the waveforms of the plurality of wavy lines formed by the plurality of convex portions 33 and the waveforms of the plurality of wavy lines formed by the plurality of convex portions 633 have the same ratio of the amplitude to the period.
  • each of the plurality of convex portions 633 has a shape in which the convex portions 33 are reduced in plan view. For this reason, since the surface functioning as a total reflection surface is provided at the same ratio in the convex portion 33 and the convex portion 633, the ratio of the light distribution direction of incident light is made the same in the convex portion 33 and the convex portion 633. be able to. Thus, a sufficient amount of light can be distributed in the desired direction. As described above, not only can rainbow unevenness be alleviated, but also a desired light distribution pattern can be appropriately formed.
  • the width (the length in the z-axis direction) and the height of the plurality of convex portions 633 may be the same as that of the convex portions 33. Also in the plurality of convex portions 633, the same modification as each modification of the first embodiment may be added.
  • the above-mentioned embodiment showed the example which the peak position of two wavy lines which at least two convex parts 33 comprise among a plurality of convex parts 33 shift in the direction of the x-axis, it does not restrict to this.
  • the peak positions of all wavy lines formed by all the convex portions 33 may be located side by side in the z-axis direction. That is, the plurality of convex portions 33 may be provided in the form of stripes of wavy lines arranged at equal intervals.
  • the peak position of the waveform of the dashed line or the arrangement interval of the convex portions 33 is random over the entire area of the light distribution control device 1 in plan view, but it is not limited thereto.
  • the peak position of the wavy line waveform or the arrangement interval of the convex portions 33 may be random, and a plurality of these areas may be periodically provided.
  • the present invention is not limited to this. Depending on the position in the x-axis direction, at least one of the period and the amplitude of the convex portion 33 and the convex portion 633 may change.
  • the periodicity of the plurality of projections 33 and the projections 633 can be further disturbed. For this reason, the diffraction phenomenon is further suppressed, and rainbow unevenness can be further alleviated.
  • the inclination of the surface functioning as a total reflection surface is variously different, light can be distributed in a wide range.
  • the light distribution control device 1 is disposed in the window such that the longitudinal direction of the convex portion 33 and the convex portion 633 is the x-axis direction, but the present invention is not limited thereto.
  • the light distribution control device 1 may be disposed in the window such that the longitudinal direction of the convex portion 33 and the convex portion 633 is the z-axis direction.
  • the plurality of convex portions 33 may be divided into a plurality of portions in the x-axis direction.
  • the plurality of convex portions 33 may be arranged to be dispersed in a matrix or the like. That is, the plurality of convex portions 33 may be arranged in a dotted manner.
  • each of the plurality of convex portions 33 has the same shape.
  • the shapes may be different in the plane.
  • the inclination angles of the side surfaces 36 or 37 of the plurality of protrusions 33 may be made different between the upper half and the lower half in the z-axis direction in the light distribution control device 1.
  • the refractive index of the nanoparticles 39 may be lower than the refractive index of the insulating liquid 38.
  • the transparent state and the light distribution state can be realized by appropriately adjusting the voltage to be applied according to the refractive index of the nanoparticles 39 and the like.
  • the nanoparticles 39 are positively charged in the above embodiment, the present invention is not limited to this. That is, the nanoparticles 39 may be negatively charged.
  • a direct potential is applied between the first electrode layer 40 and the second electrode layer 50 by applying a positive potential to the first electrode layer 40 and applying a negative potential to the second electrode layer 50. It is good to do.
  • the plurality of nanoparticles 39 may include a plurality of types of nanoparticles having different optical properties. For example, it may include positively charged transparent first nanoparticles and negatively charged opaque (such as black) second nanoparticles.
  • the light distribution control device may be provided with a light shielding function by aggregating and unevenly distributing the second nanoparticles.
  • the present invention is not limited to this.
  • a liquid crystal material may be used as the refractive index variable material.
  • the refractive index of the variable-refractive-index layer changes by utilizing the birefringence of liquid crystal molecules contained in the liquid crystal material.
  • the refractive index of the variable-refractive-index layer changes by changing the alignment of liquid crystal molecules according to the electric field applied to the variable-refractive-index layer.
  • it is possible to control the transparent state, the light distribution state, and the light distribution direction in the light distribution state.
  • FIGS. 12A and 12B the case where a liquid crystal material is used as the refractive index variable material will be described with reference to FIGS. 12A and 12B.
  • the light distribution control device 701 according to the present modification includes a light distribution layer 730 having a variable-refractive-index layer 732 made of a liquid crystal material, instead of the light distribution layer 30.
  • the variable-refractive-index layer 732 is formed using a liquid crystal material including liquid crystal molecules 738 having birefringence.
  • a liquid crystal material for example, nematic liquid crystal, smectic liquid crystal, or cholesteric liquid crystal in which liquid crystal molecules 738 are rod-like molecules can be used.
  • the material of the variable-refractive-index layer 732 has an ordinary light refractive index (no) of 1.5 and an extraordinary light refractive index (ne) of 1.7.
  • a positive liquid crystal can be used.
  • the refractive index variable layer 732 is, for example, an outer periphery of each of the first substrate 10 on which the first electrode layer 40 and the concavo-convex structure layer 31 are formed, and the second substrate 20 on which the second electrode layer 50 is formed. It is formed by injecting a liquid crystal material by a vacuum injection method while sealing with a sealing resin. Alternatively, the refractive index variable layer 732 is formed by dropping a liquid crystal material onto the first electrode layer 40 and the concavo-convex structure layer 31 of the first substrate 10 and then bonding the second substrate 20.
  • the refractive index variable layer 732 is formed of liquid crystal having liquid crystal molecules 738 having electric field responsiveness having birefringence, the alignment state of the liquid crystal molecules 738 is changed by applying an electric field to the light distribution layer 730.
  • the refractive index of the refractive index variable layer 732 changes.
  • the liquid crystal molecules 738 are rod-like liquid crystal molecules having birefringence, the refractive index that the light receives varies depending on the polarization state of the incident light.
  • the refractive index of the convex portion 33 is 1.5
  • the liquid crystal molecules 738 a positive type in which the ordinary light refractive index (no) is 1.5 and the extraordinary light refractive index (ne) is 1.7
  • the ordinary light refractive index (no) is 1.5
  • the extraordinary light refractive index (ne) is 1.7
  • the light such as sunlight incident on the light distribution control device 701 includes p-polarized light (p-polarized light component) and s-polarized light (s-polarized light component).
  • the direction of vibration of P-polarization is substantially parallel to the short axis of the liquid crystal molecule 738 in any of the two modes.
  • the refractive index of the liquid crystal molecules 738 for P-polarization does not depend on the operation mode, and is the ordinary refractive index (no), specifically 1.5.
  • the refractive index for P-polarization does not depend on the operation mode and becomes substantially constant in the light distribution layer 730, so the P-polarization goes straight through the light distribution layer 730 as it is.
  • the refractive index of the liquid crystal molecules 738 for S-polarization varies depending on the operation mode.
  • details of each operation mode will be described.
  • FIG. 12A schematically shows the state of the light distribution control device 701 when driven in the non-application mode and the path of light passing through the light distribution control device 701.
  • FIG. 12A no voltage is applied between the first electrode layer 40 and the second electrode layer 50. Specifically, the first electrode layer 40 and the second electrode layer 50 are at the same potential. In this case, since no electric field is applied to the refractive index variable layer 732, the liquid crystal molecules 738 are aligned in the x-axis direction.
  • the refractive index received by the incident light is 1.5 for the convex portion 33, but 1.7 for the refractive index variable layer 732. Therefore, as shown in FIG. 12A, L incident obliquely to the light distribution control device 701 is refracted by the side surface 36 of the convex portion 33 and then reflected (totally reflected) by the side surface 37. The light reflected by the side surface 37 is emitted obliquely upward. That is, the light distribution control device 701 emits the light L incident obliquely downward toward the obliquely upward.
  • FIG. 12B schematically shows the state of the light distribution control device 701 when driven in the voltage application mode and the path of light passing through the light distribution control device 701.
  • an electric field is applied to the refractive index variable layer 732 by applying a voltage between the first electrode layer 40 and the second electrode layer 50.
  • the liquid crystal molecules 738 are aligned in the y-axis direction.
  • An electric field may be applied to the refractive index variable layer 732 by AC power, or an electric field may be applied by DC power.
  • the voltage waveform may be a sine wave or a square wave.
  • the refractive index that light receives is 1.5 for both the convex portion 33 and the refractive index variable layer 732. Therefore, as shown in FIG. 12B, light obliquely incident on the light distribution control device 701 passes through the light distribution control device 701 as it is. That is, the light distribution control device 701 emits the light that has entered obliquely downward as it is downward.
  • the optical state is changed according to the electric field (voltage applied between the first electrode layer 40 and the second electrode layer 50) applied to the light distribution layer 730.
  • the transparent state and the light distribution state are switched, it is possible to form an intermediate optical state between the light distribution state and the transparent state according to the applied voltage.
  • a plurality of voltage levels to be applied may be set and switching may be performed as appropriate.
  • an intermediate optical state is formed.
  • the angle of light distribution by the light distribution control device 701 is smaller than in the case of the light distribution state.
  • sunlight was illustrated as light which injects into a light distribution control device in said embodiment, it does not restrict to this.
  • the light incident on the light distribution control device may be light emitted by a light emitting device such as a lighting device.
  • the light distribution control device is not limited to being installed in a window of a building, and may be installed in, for example, a window of a car.
  • the light distribution control device can also be used, for example, as a light distribution control member such as a light transmission cover of a lighting fixture.
  • the light distribution control device can also be used as a blind member utilizing scattering of light at the interface of the concavo-convex structure.
  • the present invention can be realized by arbitrarily combining components and functions in each embodiment without departing from the scope of the present invention or embodiments obtained by applying various modifications that those skilled in the art may think to each embodiment.
  • the form is also included in the present invention.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Electrochromic Elements, Electrophoresis, Or Variable Reflection Or Absorption Elements (AREA)
  • Optical Elements Other Than Lenses (AREA)

Abstract

配光制御デバイス(1)は、透光性を有する第1基板(10)と、第1基板(10)に対向して配置された、透光性を有する第2基板(20)と、第1基板(10)と第2基板(20)との間に互いに対向して配置された、透光性を有する第1電極層(40)及び第2電極層(50)と、第1電極層(40)と第2電極層(50)との間に配置され、入射した光を配光する配光層(30)とを備え、配光層(30)は、複数の凸部(33)を有する凹凸構造層(31)と、複数の凸部(33)間を充填するように配置され、第1電極層(40)及び第2電極層(50)間に印加される電圧に応じて屈折率が変化する屈折率可変層(32)とを含み、複数の凸部(33)は、第1基板(10)を平面視した場合に、所定方向に延びる複数の波線を成すように設けられている。

Description

配光制御デバイス
 本発明は、配光制御デバイスに関する。
 従来、入射する太陽光を曲げて屋内に採り入れることができる採光具が知られている(例えば、特許文献1を参照)。特許文献1に記載の採光具は、周期的に設けられる複数の低屈折率媒質部と、当該低屈折率媒質部同士を隔離する高屈折率媒質部とを備える。低屈折率媒質部と高屈折率媒質部との界面が光の反射面として機能することで、太陽光を反射させて屋内の天井側に向かわせることができる。
特開2016-70941号公報
 上記特許文献1に記載の採光具は、虹むらの発生を抑制するため、凹凸構造を有する分散抑制部材を備える。しかしながら、低屈折率媒質部の周期性に起因する虹むらを分散抑制部材という別部材で抑制しており、部材点数が増える。
 そこで、本発明は、部材点数を増やすことなく、虹むらを緩和することができる配光制御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配光制御デバイスは、透光性を有する第1基板と、前記第1基板に対向して配置された、透光性を有する第2基板と、前記第1基板と前記第2基板との間に互いに対向して配置された、透光性を有する第1電極層及び第2電極層と、前記第1電極層と前記第2電極層との間に配置され、入射した光を配光する配光層とを備え、前記配光層は、複数の第1凸部を有する凹凸構造層と、前記複数の第1凸部間を充填するように配置され、前記第1電極層及び前記第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屈折率可変層とを含み、前記複数の第1凸部は、前記第1基板を平面視した場合に、所定方向に延びる複数の波線を成すように設けられている。
 本発明によれば、虹むらを緩和することができる配光制御デバイスを提供することができる。
図1は、実施の形態1に係る配光制御デバイスの断面図である。 図2は、実施の形態1に係る配光制御デバイスの拡大断面図である。 図3は、実施の形態1に係る配光制御デバイスが備える凹凸構造層の平面視形状を示す拡大平面図である。 図4は、実施の形態1に係る配光制御デバイスが備える凸部の平面視形状を示す拡大平面図である。 図5Aは、実施の形態1に係る配光制御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5Bは、実施の形態1に係る配光制御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。 図6は、実施の形態1の変形例1に係る配光制御デバイスが備える凸部の平面視形状を示す拡大平面図である。 図7は、実施の形態1の変形例2に係る配光制御デバイスが備える凹凸構造層の平面視形状を示す拡大平面図である。 図8は、実施の形態1の変形例3に係る配光制御デバイスが備える凹凸構造層の平面視形状を示す拡大平面図である。 図9は、実施の形態1の変形例4に係る配光制御デバイスが備える凸部の平面視形状を示す拡大平面図、及び、断面視形状を示す拡大断面図である。 図10は、実施の形態1の変形例5に係る配光制御デバイスの断面図である。 図11は、実施の形態2に係る配光制御デバイスが備える凹凸構造層の平面視形状を示す拡大平面図である。 図12Aは、実施の形態の変形例に係る配光制御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12Bは、実施の形態の変形例に係る配光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。
 以下では、本発明の実施の形態に係る配光制御デバイスについて、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、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、本明細書において、平行又は垂直などの要素間の関係性を示す用語、及び、三角形又は台形などの要素の形状を示す用語、並びに、数値範囲は、厳格な意味のみを表す表現ではなく、実質的に同等な範囲、例えば数%程度の差異をも含むことを意味する表現である。
 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、配光制御デバイスの厚み方向を意味し、第1基板及び第2基板の主面に垂直な方向のことであり、「平面視」とは、第1基板又は第2基板の主面に対して垂直な方向から見たときのことをいう。
 (実施の形態1)
 [概要]
 まず、実施の形態1に係る配光制御デバイスの概要について、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配光制御デバイス1の断面図である。図2は、本実施の形態に係る配光制御デバイス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。
 配光制御デバイス1は、配光制御デバイス1に入射する光を制御する光学デバイスである。具体的には、配光制御デバイス1は、配光制御デバイス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に示されるように、配光制御デバイス1は、入射する光を透過するように構成されており、第1基板10と、第2基板20と、配光層30と、第1電極層40と、第2電極層50とを備える。
 なお、第1電極層40の配光層30側の面には、第1電極層40と配光層30の凹凸構造層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。
 配光制御デバイス1は、対をなす第1基板10及び第2基板20の間に、第1電極層40、配光層30及び第2電極層50がこの順で厚み方向に沿って配置された構成である。なお、第1基板10と第2基板20との間の距離を保つために、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もよい。
 配光制御デバイス1は、例えば、建物の窓に設置することで、配光機能付き窓として実現することができる。配光制御デバイス1は、例えば、粘着層を介して既存の窓ガラスなどの透明基材に貼り付けられて使用される。あるいは、配光制御デバイス1は、建物の窓そのものとして利用されてもよい。配光制御デバイス1は、例えば、第1基板10が屋外側で、第2基板20が屋内側になり、かつ、図2に示される凸部33の側面36が下側(床側)で、側面37が上側(天井側)になるように配置されている。
 配光制御デバイス1では、第1電極層40及び第2電極層50間に印加される電圧によって、配光層30の屈折率可変層32の屈折率が変化する。これにより、凹凸構造層31と屈折率可変層32との界面に屈折率の差が生じ、当該界面による光の屈折及び反射(全反射)を利用して光が配光される。印加される電圧の大きさに応じて、透明状態及び配光状態、並びに、配光状態における光の配光方向(進行方向)を変化させることができる。
 以下、配光制御デバイス1の各構成部材について、図1及び図2を参照して詳細に説明する。
 [第1基板及び第2基板]
 第1基板10及び第2基板20は、透光性を有する基材である。第1基板10及び第2基板20としては、例えばガラス基板又は樹脂基板を用いることができる。
 ガラス基板の材料としては、ソーダガラス、無アルカリガラス又は高屈折率ガラスなどが挙げられる。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。
 第1基板10と第2基板20とは、同じ材料で構成されていてもよく、あるいは、異なる材料で構成されていてもよい。また、第1基板10及び第2基板20は、リジッド基板に限るものではなく、可撓性を有するフレキシブル基板でもよい。本実施の形態において、第1基板10及び第2基板20は、PET樹脂からなる透明樹脂基板である。
 第2基板20は、第1基板10に対向する対向基板であり、第1基板10に対向する位置に配置される。第1基板10と第2基板20とは、例えば、1μm~1000μmなどの所定距離を空けて平行に配置されている。第1基板10と第2基板20とは、互いの端部外周に額縁状に形成された接着剤などのシール樹脂によって接着されている。
 なお、第1基板10及び第2基板20の平面視形状は、例えば、正方形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。
 [配光層]
 図1及び図2に示されるように、配光層30は、第1電極層40と第2電極層50との間に配置される。配光層30は、透光性を有しており、入射した光を透過させる。また、配光層30は、入射した光を配光する。つまり、配光層30は、配光層30を光が通過する際に、その光の進行方向を変更する。
 配光層30は、凹凸構造層31と、屈折率可変層32とを有する。本実施の形態では、凹凸構造層31と屈折率可変層32との界面で光が反射されることにより、配光制御デバイス1を透過する光の進行方向が曲げられる。
 [凹凸構造層]
 凹凸構造層31は、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。凹凸構造層31は、図2に示されるように、複数の第1凸部の一例である複数の凸部33と、複数の凹部34と、基部35とを有する。
 具体的には、凹凸構造層31は、基部35上に設けられたマイクロオーダサイズの複数の凸部33によって構成された凹凸構造体である。複数の凸部33の間が、複数の凹部34である。すなわち、隣り合う2つの凸部33の間が、1つの凹部34である。なお、凹凸構造層31は、基部35を備えなくてもよい。つまり、複数の凸部33は個々に分離されていてもよい。
 図2に示されるように、複数の凸部33の各々は、根元から先端にかけて先細る形状を有する。具体的には、複数の凸部33の各々の断面形状は、第1基板10から第2基板20に向かう方向に沿って先細りのテーパ形状である。本実施の形態では、凸部33のyz断面における断面形状は、配光制御デバイス1の厚み方向に向かって先細る三角形であるが、これに限らない。凸部33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。
 本実施の形態では、図2に示されるように、複数の凸部33の各々は、一対の側面36及び37を有する。一対の側面36及び37は、z軸方向に交差する面である。一対の側面36及び37の各々は、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。一対の側面36及び37の間隔、すなわち、凸部33の幅は、第1基板10から第2基板20に向かって漸次小さくなっている。
 側面36は、例えば、z軸が鉛直方向に一致するように配光制御デバイス1を配置した場合に、凸部33を構成する複数の側面のうち、鉛直下方側の側面である。側面36は、入射光を屈折させる屈折面である。
 側面37は、例えば、z軸が鉛直方向に一致するように配光制御デバイス1を配置した場合に、凸部33を構成する複数の側面のうち、鉛直上方側の側面である。側面37は、入射光を反射させる反射面である。ここでの反射は、全反射であり、側面37は、全反射面として機能する。
 図3は、本実施の形態に係る配光制御デバイス1が備える凹凸構造層31の平面視形状を示す拡大平面図である。図4は、本実施の形態に係る配光制御デバイス1が備える凸部33の平面視形状を示す拡大平面図である。
 図3には、第2基板20側から第1基板10を平面視した場合の4つの凸部33a~33dの平面視形状が示されている。4つの凸部33a~33dはいずれも、凹凸構造層31が備える複数の凸部33のうちの1つの凸部である。以下の説明において、4つの凸部33a~33dを特に区別しない場合は、凸部33として説明する。
 図3及び図4では、図2に示される凸部33の先端部L1を実線で表し、凸部33の上端部L2及び下端部L3をそれぞれ点線で表している。なお、これは、後述する図6~図9及び図11についても同様である。図3及び図4において、上端部L2と先端部L1との間が側面37に相当し、先端部L1と下端部L3との間が側面36に相当する。
 複数の凸部33は、図3に示されるように、第1基板10を平面視した場合に、所定方向に延びる複数の波線を成すように設けられている。つまり、複数の凸部33は、所定方向に延びる波線のストライプ状に設けられている。所定方向とは、第1基板10の主面に平行な方向であり、具体的には、各図に示されるx軸方向である。複数の凸部33の各々が波線を成すように湾曲しているので、側面36及び側面37も波線に沿って湾曲した面になる。
 複数の凸部33は、上記所定方向に直交する方向(具体的には、z軸方向)に、周期的に繰り返し並んで配置されている。つまり、本実施の形態では、z軸方向は、複数の凸部33の並び方向である。
 本実施の形態では、複数の凸部33のうち隣り合う2つの凸部33の配置間隔は、同じである。配置間隔は、例えば、凸部33の並び方向(すなわち、z軸方向)におけるピーク位置同士の距離で表される。ここで、ピーク位置は、例えば、凸部33が成す波線の振幅が最大になる点であり、x軸方向に平行な基準線に対してz軸方向に最も離れた位置に相当する。例えば、図3に示されるように、凸部33aと凸部33bとの配置間隔p、凸部33bと凸部33cとの配置間隔p、及び、凸部33cと凸部33dとの配置間隔pは、互いに等しい。配置間隔p~pは、例えば2μmであるが、これに限定されない。
 凸部33が成す波線は、例えば、凸部33の先端部L1の平面視形状に相当する。図4に示されるように、凸部33が成す波線は、例えば、周期T及び振幅Hの正弦波である。なお、図4では、振幅Hの2倍の長さになる波高を図示している。波線は、正弦波でなくてもよく、三角波でもよい。
 本実施の形態では、複数の凸部33はそれぞれ、波線上の任意の位置における当該波線に直交する断面の断面形状が同じである。図4には、凸部33が成す波線上の4ヶ所において、当該波線に直交する断面を表す断面線A-A、B-B、C-C及びD-Dを表している。本実施の形態では、断面線A-A、B-B、C-C及びD-Dの各々における凸部33の断面形状は、互いに同じである。具体的には、断面線A-A、B-B、C-C及びD-Dの各々における凸部33の断面形状は、例えば、図2に示されるように、y軸の正方向に向かって先細りする三角形である。
 本実施の形態では、複数の凸部33は、互いに同じ形状及び大きさを有する。具体的には、複数の凸部33の各々の周期T及び振幅Hがそれぞれ、互いに等しい。周期Tは、例えば、100μm~1500μmである。また、振幅Hは、例えば、10μm~150μmである。また、複数の凸部33の各々の高さ、及び、根元の厚さはそれぞれ、互いに等しい。凸部33の高さは、例えば10μmであり、凸部33の根元の厚さは、例えば5μmであるが、これらに限定されない。
 図3に示されるように、本実施の形態では、複数の凸部33の各々が成す波線の波形のピーク位置がx軸方向に互いにずれている。図3には、4つの凸部33a~33dが成す波線の波形のピーク位置Pa~Pdを示している。また、ピーク位置Paを通り、x軸方向に直交する一点鎖線L(すなわち、z軸に平行な線)を図示している。
 例えば、凸部33bのピーク位置Pb、凸部33cのピーク位置Pc及び凸部33dのピーク位置Pdはそれぞれ、凸部33aのピーク位置Paを通る一点鎖線Lに対してx軸方向にずれている。言い換えると、ピーク位置Pb~Pdは、一点鎖線L上に位置していない。なお、ピーク位置Pb~Pdのいずれか1つは、一点鎖線L上に位置していてもよい。複数のピーク位置のうち少なくとも2つのピーク位置は、x軸方向にずれていればよい。
 ピーク位置のずれる方向は、x軸の正方向でもよく、負方向でもよい。また、ピーク位置のずれる量は、波線の周期Tと異なっていればよい。本実施の形態では、複数の凸部33が成す複数の波線の各々の波形のピーク位置は、ランダムである。具体的には、1つのピーク位置を基準位置としたときの、x軸方向へのずれる量及びずれる方向がランダムである。
 複数の波線の波形のピーク位置のずれる量は、z軸方向に沿って見た場合に、順に大きく、又は、順に小さくなっていない。また、複数の波線の波形のピーク位置のずれる量は、均一でもない。複数の波線の波形のピーク位置のずれる量には、互いに異なるずれる量が含まれている。本実施の形態では、例えば、隣り合う2つの波線において、ピーク位置のずれる量及びずれる方向の少なくとも一方が異なっている。
 なお、複数の波線の全てのピーク位置のずれる量及びずれる方向が互いに異なっていてもよい。あるいは、ずれる量及びずれる方向が同じになるピーク位置を有する2つ以上の波線が含まれていてもよい。
 ピーク位置がx軸方向にずれていることで、複数の凸部33の周期性が乱されている。例えば、z軸に沿った直線上において、全反射面として機能する側面37の間隔が等間隔にならない。このため、側面37で光が全反射される際に、回折現象が発生しにくくなるので、虹むらを緩和することができる。
 基部35は、複数の凸部33同士を根元で接続する部分である。基部35は、凸部33と一体に形成されており、隣り合う2つの凸部33間の間隔を維持するために設けられた補強層として機能する。基部35は、例えば厚さが均一な層である。基部35の厚さは、例えば、凸部33の高さの半分以下である。
 凹凸構造層31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。凹凸構造層31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。凹凸構造層31は、例えば、緑色光に対する屈折率が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。
 [屈折率可変層]
 屈折率可変層32は、複数の凸部33の間(すなわち、凹部34)を充填するように配置されている。具体的には、屈折率可変層32は、第1電極層40と第2電極層50との間に形成される隙間を埋めるように配置されている。例えば、図2に示されるように、凸部33と第2電極層50とが離れているので、屈折率可変層32は、凹部34だけでなく、凸部33の先端部L1と第2電極層50との間の隙間を埋めるように配置される。なお、凸部33と第2電極層50とは接触していてもよく、この場合、屈折率可変層32は、凹部34毎に分離して設けられていてもよい。
 屈折率可変層32は、第1電極層40及び第2電極層50間に印加される電圧に応じて屈折率が変化する。具体的には、屈折率可変層32は、電界が与えられることによって可視光帯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。電界は、第1電極層40及び第2電極層50間に印加される電圧に応じて変化する。例えば、図示しない制御部などによって、第1電極層40と第2電極層50との間には直流電圧が印加される。
 図2に示されるように、屈折率可変層32は、絶縁性液体38と、絶縁性液体38に含まれるナノ粒子39とを有する。屈折率可変層32は、無数のナノ粒子39が絶縁性液体38に分散されたナノ粒子分散層である。
 絶縁性液体38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39が分散される分散媒となる溶媒である。絶縁性液体38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。本実施の形態では、屈折率が約1.4の絶縁性液体38を用いている。
 なお、絶縁性液体38の動粘度は、100mm/s程度であるとよい。また、絶縁性液体38は、低誘電率(例えば、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38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38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38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39は、絶縁性液体38に複数分散されている。ナノ粒子39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39の粒径は、λ/4以下であるとよい。ナノ粒子39の粒径をλ/4以下にすることで、ナノ粒子39による光散乱を少なくして、ナノ粒子39と絶縁性液体38との平均的な屈折率を得ることができる。ナノ粒子39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39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39の屈折率は、絶縁性液体38の屈折率よりも高い。本実施の形態において、ナノ粒子39の屈折率は、凹凸構造層31の屈折率よりも高い。
 ナノ粒子39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39は、透過率が高い材料で構成されていてもよい。本実施の形態では、ナノ粒子39として、酸化ジルコニウム(ZrO)によって構成された屈折率が2.1の透明なジルコニア粒子を用いている。なお、ナノ粒子39は、酸化ジルコニウムに限らず、酸化チタン(TiO: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39は、帯電している荷電粒子である。例えば、ナノ粒子39の表面を修飾することで、ナノ粒子39を正(プラス)又は負(マイナス)に帯電させることができる。本実施の形態において、ナノ粒子39は、正(プラス)に帯電している。
 このように構成された屈折率可変層32では、帯電したナノ粒子39が絶縁性液体38の全体に分散されている。本実施の形態では、一例として、ナノ粒子39として屈折率が2.1のジルコニア粒子を用いて、溶媒屈折率が約1.4の絶縁性液体38に分散させたものを屈折率可変層32としている。
 また、屈折率可変層32の全体の屈折率(平均屈折率)は、ナノ粒子39が絶縁性液体38内に均一に分散された状態において、凹凸構造層31の屈折率と略同一に設定されており、本実施の形態では、約1.5である。なお、屈折率可変層32の全体の屈折率は、絶縁性液体38に分散するナノ粒子39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39の量は、例えば、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38に対するナノ粒子39の濃度は、約10%~約30%である。
 絶縁性液体38中に分散するナノ粒子39は帯電しているので、屈折率可変層32に電界が与えられると、ナノ粒子39は、電界分布に従って絶縁性液体38中を泳動し、絶縁性液体38内で偏在する。これにより、屈折率可変層32内のナノ粒子39の粒子分布が変化して屈折率可変層32内にナノ粒子39の濃度分布を持たせることができるので、屈折率可変層32内の屈折率分布が変化する。つまり、屈折率可変層32の屈折率が部分的に変化する。このように、屈折率可変層32は、主に可視光帯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。
 屈折率可変層32は、例えば、第1電極層40及び凹凸構造層31が形成された第1基板10と、第2電極層50が形成された第2基板20との各々の端部外周をシール樹脂で封止した状態で、屈折率可変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、屈折率可変層32は、第1基板10の第1電極層40及び凹凸構造層31上に屈折率可変材料を滴下した後に第2基板20を貼り合わせることで形成されてもよい。本実施の形態では、屈折率可変材料は、ナノ粒子39が分散された絶縁性液体38である。ナノ粒子39が分散された絶縁性液体38が第1基板10と第2基板20との間に封止されている。
 屈折率可変層32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、凹凸構造層31の凸部33の高さが10μmである場合、屈折率可変層32の厚さは、例えば40μmである。
 [第1電極層及び第2電極層]
 図1及び図2に示すように、第1電極層40及び第2電極層50は、電気的に対となっており、配光層30に電界を与えることができるように構成されている。第1電極層40と第2電極層50とは、電気的だけではなく配置的にも対になっており、第1基板10と第2基板20との間に、互いに対向するように配置されている。具体的には、第1電極層40及び第2電極層50は、配光層30を挟むように配置されている。
 第1電極層40及び第2電極層50は、透光性を有し、入射した光を透過する。第1電極層40及び第2電極層50は、例えば透明導電層である。透明導電層の材料としては、ITO(Indium Tin Oxide)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、第1電極層40及び第2電極層50は、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、第1電極層40及び第2電極層50はそれぞれ、厚さ100nmのITOである。
 第1電極層40は、第1基板10と凹凸構造層31との間に配置されている。具体的には、第1電極層40は、第1基板10の配光層30側の面に形成されている。
 一方、第2電極層50は、屈折率可変層32と第2基板20との間に配置されている。具体的には、第2電極層50は、第2基板20の配光層30側の面に形成されている。
 なお、第1電極層40及び第2電極層50は、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、第1電極層40及び第2電極層50の各々から引き出されて第1基板10及び第2基板20に形成されていてもよい。
 第1電極層40及び第2電極層50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。
 [配光制御デバイスの動作及び光学状態]
 続いて、配光制御デバイス1の動作及び光学状態について説明する。
 <透明状態(無印加モード)>
 図5Aは、本実施の形態に係る配光制御デバイス1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5Aにおいて、第1電極層40及び第2電極層50間には電圧が印加されていない。具体的には、第1電極層40と第2電極層50とは、互いに等電位となっている。この場合、屈折率可変層32には電界が与えられないので、ナノ粒子39は、絶縁性液体38の全体に亘って分散された状態となる。
 本実施の形態では、ナノ粒子39が絶縁性液体38の全体に分散された状態の屈折率可変層32の屈折率は、上述したように、約1.5である。また、凹凸構造層31の凸部33の屈折率は、約1.5である。つまり、屈折率可変層32の屈折率は、凹凸構造層31の屈折率と同等になる。したがって、配光層30の全体で、屈折率が均一になる。
 このため、図5Aに示されるように、斜め方向から光が入射した場合、屈折率可変層32と凹凸構造層31との界面には屈折率差がないので、光が真っ直ぐに進行する。
 <配光状態(電圧印加モード)>
 図5Bは、本実施の形態に係る配光制御デバイス1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5Bにおいて、第1電極層40及び第2電極層50間に電圧が印加されている。例えば、第1電極層40と第2電極層50とには、数十V程度の電位差の電圧が印加されている。これにより、屈折率可変層32には所定の電界が与えられるので、屈折率可変層32では、帯電したナノ粒子39がその電界分布に従って絶縁性液体38内を泳動する。つまり、ナノ粒子39は、絶縁性液体38内を電気泳動する。
 図5Bに示す例では、第2電極層50は、第1電極層40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39は、第1電極層40に向かって泳動し、凹凸構造層31の凹部34に入り込んで集積していく。
 このように、ナノ粒子39が屈折率可変層32内の凹凸構造層31側に偏在することで、ナノ粒子39の粒子分布が変化し、屈折率可変層32内の屈折率分布が一様ではなくなる。具体的には、図5Bに示すように、屈折率可変層32内でナノ粒子39の濃度分布が形成される。
 例えば、凹凸構造層31側の第1領域32aでは、ナノ粒子39の濃度が高くなり、第2電極層50側の第2領域32bでは、ナノ粒子39の濃度が低くなる。したがって、第1領域32aと第2領域32bとには、屈折率差が生じる。
 本実施の形態では、ナノ粒子39の屈折率が絶縁性液体38の屈折率よりも高い。このため、ナノ粒子39の濃度が高い第1領域32aの屈折率は、ナノ粒子39の濃度が低い、すなわち、絶縁性液体38の割合が多い第2領域32bの屈折率よりも高くなる。例えば、第1領域32aの屈折率は、ナノ粒子39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32bの屈折率は、ナノ粒子39の濃度に応じて約1.4~約1.5より小さい値になる。
 複数の凸部33の屈折率が約1.5であるので、第1電極層40と第2電極層50との間に電圧が印加されている場合、凸部33と第1領域32aとの間には、屈折率差が生じる。このため、図5Bに示すように、斜め方向から光が入射した場合、入射した光は、凸部33の側面36で屈折した後、側面37で全反射される。これにより、斜め下方に入射する光は、配光制御デバイス1によって進行方向が曲げられて、屋内の天井面などに照射される。
 また、印加する電圧の大きさによってナノ粒子39の凝集の程度を変化させることができる。ナノ粒子39の凝集の程度によって屈折率可変層32の屈折率が変化する。このため、凸部33の側面36及び側面37(界面)における屈折率の差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。
 また、本実施の形態では、図3及び図4に示されるように、複数の凸部33は、複数の波線を成すように設けられており、周期性が乱されている。したがって、配光状態において異なる方向へ進行する光が混ざり合って回折現象が生じるのが抑制され、虹むらが緩和される。
 [効果など]
 以上のように、本実施の形態に係る配光制御デバイス1は、透光性を有する第1基板10と、第1基板10に対向して配置された、透光性を有する第2基板20と、第1基板10と第2基板20との間に互いに対向して配置された、透光性を有する第1電極層40及び第2電極層50と、第1電極層40と第2電極層50との間に配置され、入射した光を配光する配光層30とを備える。配光層30は、複数の凸部33を有する凹凸構造層31と、複数の凸部33間を充填するように配置され、第1電極層40及び第2電極層50間に印加される電圧に応じて屈折率が変化する屈折率可変層32とを含む。複数の凸部33は、第1基板10を平面視した場合に、所定方向に延びる複数の波線を成すように設けられている。
 これにより、屈折率可変層32の屈折率を変化させることで、複数の凸部33と屈折率可変層32との間の屈折率の差を変化させることができる。例えば、複数の凸部33と屈折率可変層32との間の屈折率差を実質的に0にすることで、配光制御デバイス1を透明状態にすることができる。また、複数の凸部33と屈折率可変層32との間の屈折率差を大きくすることで、凸部33と屈折率可変層32との界面(具体的には、凸部33の側面37)を全反射面として機能させることができ、入射光を全反射させて進行方向を曲げることができる。すなわち、配光制御デバイス1を配光状態にすることができる。
 このとき、図3に示されるように、複数の凸部33が平面視において複数の波線を成すように設けられているので、例えば、波線毎にピーク位置、周期T及び振幅Hなどを異ならせた場合に、複数の凸部33の周期性を容易に乱すことができる。周期性が乱されることにより、回折現象が抑制され、虹むらを緩和することができる。
 また、全反射面として機能する側面37は波線に沿って、x軸に対して斜めに交差する面が含まれる。このため、配光制御デバイス1を透過する光の一部は、x軸に沿った方向(例えば、左右方向)に広がるように配光される。このため、配光可能な範囲、具体的には、屋内の照射可能な範囲を拡げることができる。
 なお、本実施の形態に係る配光制御デバイス1では、凹凸構造層31自体の構成によって回折現象を抑制することができるので、虹むらを抑制するための新たな光透過層を備えなくてもよい。このため、配光制御デバイス1を光が透過する際に、光透過層による光の減衰を受けないので、光透過率の低下を抑制することができる。
 以上のように、本実施の形態によれば、光学特性に優れた配光制御デバイス1を提供することができる。
 また、例えば、複数の凸部33のうちの一の凸部33aが成す波線の波形のピーク位置Paは、複数の凸部33のうちの他の凸部33bが成す波線の波形のピーク位置Pbに対して所定方向にずれている。
 これにより、波線の波形のピーク位置がずれていることで、複数の凸部33の周期性が乱れている。周期性が乱れていることで、回折現象が抑制され、虹むらを緩和することができる。
 また、例えば、複数の凸部33が成す複数の波線の各々の波形のピーク位置は、ランダムである。
 これにより、波線の波形のピーク値がランダムであるので、複数の凸部33の周期性を大きく乱すことができる。周期性が大きく乱されていることで、回折現象が十分に抑制され、虹むらを十分に緩和することができる。
 また、例えば、複数の凸部33が成す複数の波線の波形は、周期に対する振幅の比率が互いに等しい。
 これにより、複数の凸部33の各々において、全反射面として機能する側面37が同じ割合になるので、入射光の配光方向の割合を同じにすることができる。したがって、所望の方向に十分な量の光を配光させることができる。このように、虹むらを緩和することができるだけでなく、所望の配光パターンを適切に形成することができる。
 また、例えば、複数の凸部33はそれぞれ、凸部33が成す波線上の任意の位置における当該波線に直交する断面の断面形状が同じである。
 これにより、波線に直交する断面における凸部33の幅が任意の位置で同じになるので、凸部33に幅が狭い部分がなくなる。このため、凸部33が強固になるので、衝撃などによって凸部33が壊れにくくなる。このように、配光制御デバイス1は、虹むらを緩和することができるだけでなく、耐久性及び信頼性が高められる。
 また、例えば、屈折率可変層32は、絶縁性液体38と、絶縁性液体38とは屈折率が異なる、絶縁性液体38に分散された帯電する複数のナノ粒子39とを備える。
 これにより、絶縁性液体38内におけるナノ粒子39の凝集の程度に応じて、透明状態及び配光状態が切り替わる。また、ナノ粒子39の凝集の程度に応じて、配光状態において配光される光の方向が変化する。ナノ粒子39の凝集の程度は、第1電極層40及び第2電極層50間に印加される電圧に応じて容易に変更することができる。したがって、透明状態及び配光状態の切り替え、並びに、配光状態における配光方向などを容易に調整することができる。また、P偏光及びS偏光などの偏光成分によらず、全ての光を配光させることができるので、配光量を増やすことができる。
 [変形例]
 以下では、本実施の形態の変形例1~3について説明する。
 変形例1~3の各々では、実施の形態1に係る配光制御デバイス1と比較して、凹凸構造層31の形状が相違する。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。
 [変形例1]
 図6は、変形例1に係る配光制御デバイスが備える凸部133の平面視形状を示す拡大断面図である。本変形例に係る凸部133は、波線が延びる方向(すなわち、x軸方向)における任意の位置におけるx軸方向に直交する断面、すなわち、yz断面の断面形状が同じである。
 図6には、x軸方向における4ヶ所において、yz断面を表す断面線A-A、B-B、C-C及びD-Dを表している。本変形例では、断面線A-A、B-B、C-C及びD-Dの各々における凸部133の断面形状は、互いに同じである。具体的には、断面線A-A、B-B、C-C及びD-Dの各々における凸部133の断面形状は、例えば、図2に示されるように、y軸の正方向に向かって先細りする三角形である。
 以上のように、本変形例に係る配光制御デバイスでは、複数の凸部133はそれぞれ、x軸方向における任意の位置におけるx軸方向に直交するyz断面の断面形状が同じである。
 本変形例においても、実施の形態1と同様に、虹むらを緩和することができる。
 [変形例2]
 図7は、変形例2に係る配光制御デバイスが備える凹凸構造層231の平面視形状を示す拡大断面図である。本変形例に係る凹凸構造層231では、複数の凸部33の配置間隔がランダムである。つまり、隣り合う2つの凸部33の配置間隔は、z軸方向に沿って見た場合に、順に大きく、又は、順に小さくなっていない。隣り合う2つの凸部33の複数の組み合わせにおいて、配置間隔は、均一ではない。当該複数の組み合わせには、配置間隔が異なる組み合わせが含まれている。例えば、図7に示されるように、凸部33aと凸部33bとの配置間隔pは、凸部33bと凸部33cとの配置間隔p及び凸部33cと凸部33dとの配置間隔pと異なっている。
 なお、複数の凸部33のうち隣り合う2つの凸部33の全ての配置間隔が互いに異なっていてもよい。あるいは、配置間隔が同じになる隣り合う2つの凸部33の組み合わせが含まれていてもよい。
 以上のように、本変形例に係る配光制御デバイスでは、複数の凸部33のうち隣り合う2つの凸部33a及び33bの配置間隔pは、ランダムである。
 これにより、複数の凸部33の周期性をさらに乱すことができる。このため、回折現象がさらに抑制され、虹むらをさらに緩和することができる。
 [変形例3]
 図8は、変形例3に係る配光制御デバイスが備える凹凸構造層331の平面視形状を示す拡大平面図である。本変形例に係る凹凸構造層331では、複数の凸部33が成す複数の波線のピーク位置が、波線の延びる方向に直交する方向とは異なる方向に延びる直線上に位置している。
 例えば、図8に示されるように、凸部33a~33dの各々が成す複数の波線のピーク位置Pa~Pdは、仮想的な直線M上に位置している。直線Mは、x軸方向及びz軸方向の両方に斜めに交差する直線である。つまり、本変形例では、ピーク位置のずれる量及びずれる方向が、隣り合う2つの凸部33間で同じであり、かつ、隣り合う2つの凸部33の配置間隔も同じである。
 本変形例においては、実施の形態1と同様に、屈折面として機能する側面36、及び、全反射面として機能する側面37には、x軸方向に対して斜めになる部分が含まれている。このため、入射光の屈折及び全反射の際に、光の進行方向が混ざりやすくなる。したがって、本変形例においても、実施の形態1と同様に、虹むらを緩和することができる。
 [変形例4]
 図9は、変形例4に係る配光制御デバイスが備える凸部433の平面視形状を示す平面図、及び、断面視形状を示す断面図である。本変形例に係る凸部433は、実施の形態1と同様に、凸部433が成す波線が延びる方向(すなわち、x軸方向)に直交する断面(yz断面)において、凸部433の断面形状が三角形である。なお、凸部433の断面形状は、台形であってもよい。
 本変形例では、凸部433の断面形状である三角形又は台形の2つの底角の少なくとも一方は、x軸方向における位置に応じて異なっている。図9には、断面線A-Aで示される凸部433の断面と、断面線C-Cで示される凸部433の断面とを示している。断面線A-Aは、例えば波線のピーク位置における断面を示しており、断面線C-Cは、波線の底における断面を示している。
 本変形例では、全反射面として機能する側面437の傾斜角がx軸方向の位置に応じて異なっている。傾斜角は、複数の凸部433の並び方向(z軸方向)に対する角度である。例えば、図9に示されるように、波線のピーク位置における側面437の傾斜角θaは、波線の底における側面437の傾斜角θcと異なっている。傾斜角は、90度以下の値であり、例えば70度~85度の範囲であるが、これに限らない。
 x軸方向における位置に対する傾斜角は、対応付けられていてもよく、ランダムでもよい。つまり、波線の位相と傾斜角とは対応していてもよく、例えば、ピーク位置における傾斜角θaは、いずれのピーク位置においても同じであってもよい。また、側面437の傾斜角は一定で、側面436の傾斜角が異なっていてもよい。あるいは、側面436の傾斜角が一定で、側面437の傾斜角が異なっていてもよい。
 以上のように、本変形例に係る配光制御デバイスでは、所定方向に直交する断面において、複数の凸部33の断面形状は、三角形又は台形である。三角形又は台形の2つの底角の少なくとも一方は、所定方向における位置に応じて異なっている。
 これにより、全反射面として機能する面の傾斜が様々に異なっているので、広い範囲に光を配光させることができる。また、複数の凸部433の周期性がさらに乱れているので、回折現象がさらに抑制され、虹むらをさらに緩和することができる。
 [変形例5]
 図10は、変形例5に係る配光制御デバイス501の断面図である。図10に示されるように、本変形例に係る配光制御デバイス501は、配光層530を備える。配光層530は、高さがランダムである複数の凸部533を有する凹凸構造層531を備える。
 本変形例では、複数の凸部533の高さは、z軸方向に沿って見た場合に、順に高く、又は、順に低くなっていない。また、複数の凸部533は、高さが均一ではない。複数の凸部533には、高さが異なる2つ以上の凸部533が含まれている。本変形例では、例えば、隣り合う2つの凸部533の高さが異なっている。
 なお、全ての凸部533の高さが互いに異なっていてもよい。あるいは、高さが同じになる凸部533が含まれていてもよい。複数の凸部533のうち、最も高さが低い凸部533の高さは、最も高さが高い凸部533の高さの半分以上である。
 以上のように、本変形例に係る配光制御デバイス501では、複数の凸部533の高さは、ランダムである。
 これにより、複数の凸部533の周期性をさらに乱すことができる。このため、回折現象がさらに抑制され、虹むらをさらに緩和することができる。
 (実施の形態2)
 続いて、実施の形態2について説明する。
 実施の形態2では、実施の形態1に係る配光制御デバイス1と比較して、凹凸構造層31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。
 図11は、本実施の形態に係る配光制御デバイスが備える凹凸構造層631の平面視形状を示す拡大平面図である。図11に示されるように、凹凸構造層631は、隣り合う2つの凸部33の間に配置された複数の第2凸部の一例である複数の凸部633を有する。
 複数の凸部633の各々は、凸部33と同じ方向(すなわち、x軸方向)に延びる波線を成すように設けられている。
 複数の凸部633の各々は、複数の凸部33よりもx軸方向における長さが短い。複数の凸部633は、隣り合う2つの凸部33の間の広く空いた部分に配置されている。広く空いた部分とは、例えば、隣り合う2つの凸部33のうち、上側の凸部33の波線の山と、下側の凸部33の波線の谷とで囲まれた部分である。
 本変形例では、複数の凸部33が成す複数の波線の波形、及び、複数の凸部633が成す複数の波線の波形は、周期に対する振幅の比率が互いに等しい。具体的には、図11に示されるように、凸部633の周期Tに対する振幅Hの比率は、凸部33の周期Tに対する振幅Hの比率に等しい。つまり、凸部633は、凸部33の一部を縮小した形状を有する。
 以上のように、本実施の形態に係る配光制御デバイスでは、凹凸構造層631は、さらに、隣り合う2つの凸部33間に配置された複数の凸部633を有する。複数の凸部633の各々は、第1基板10を平面視した場合に、所定方向に延びる波線を成すように設けられている。複数の凸部633は、複数の凸部33よりも所定方向における長さが短い。
 これにより、複数の凸部633がさらに設けられているので、複数の凸部633と屈折率可変層32との界面も全反射面として機能させることができる。このため、全反射面として機能する界面が多くなるので、配光量を多くすることができる。
 このとき、複数の凸部633が複数の凸部33より短いので、全反射面として機能する界面の周期性をさらに乱すことができる。このため、回折現象がさらに抑制され、虹むらをさらに緩和することができる。
 また、例えば、複数の凸部33が成す複数の波線の波形、及び、複数の凸部633が成す複数の波線の波形は、周期に対する振幅の比率が互いに等しい。
 これにより、複数の凸部33と複数の凸部633とで周期に対する振幅の比率が等しいので、複数の凸部633はそれぞれ、平面視において凸部33を縮小した形状を有する。このため、全反射面として機能する面が凸部33と凸部633とで同じ割合で設けられているので、入射光の配光方向の割合を凸部33と凸部633とで同じにすることができる。したがって、所望の方向に十分な量の光を配光させることができる。このように、虹むらを緩和することができるだけでなく、所望の配光パターンを適切に形成することができる。
 なお、複数の凸部633の幅(z軸方向の長さ)及び高さは、凸部33と同じでもよい。複数の凸部633においても、実施の形態1の各変形例と同様の変形が加えられてもよい。
 (その他)
 以上、本発明に係る配光制御デバイスについて、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、上記の実施の形態では、複数の凸部33のうち、少なくとも2つの凸部33が成す2つの波線のピーク位置がx軸方向にずれている例について示したが、これに限らない。全ての凸部33が成す全ての波線のピーク位置は、z軸方向に並んで位置していてもよい。すなわち、複数の凸部33は、等間隔で配置された波線のストライプ状に設けられていてもよい。
 また、例えば、上記の実施の形態では、配光制御デバイス1の平面視における全域で、波線の波形のピーク位置、又は、凸部33の配置間隔がランダムであるが、これに限らない。領域毎に、波線の波形のピーク位置、又は、凸部33の配置間隔がランダムであり、これらの領域が周期的に複数設けられていてもよい。
 また、例えば、上記の実施の形態では、凸部33及び凸部633がそれぞれ、周期及び振幅が一定である例を示したが、これに限らない。x軸方向における位置に応じて、凸部33及び凸部633の周期及び振幅の少なくとも一方が変化してもよい。
 これにより、複数の凸部33及び凸部633の周期性をさらに乱すことができる。このため、回折現象がさらに抑制され、虹むらをさらに緩和することができる。また、全反射面として機能する面の傾斜が様々に異なっているので、広い範囲に光を配光させることができる。
 また、例えば、上記の実施の形態では、凸部33及び凸部633の長手方向がx軸方向となるように配光制御デバイス1を窓に配置したが、これに限らない。例えば、凸部33及び凸部633の長手方向がz軸方向となるように、配光制御デバイス1を窓に配置してもよい。
 また、例えば、複数の凸部33は、x軸方向において複数に分割されていてもよい。例えば、複数の凸部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、複数の凸部33を、ドット状に点在するように配置してもよい。
 また、例えば、上記の実施の形態では、複数の凸部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、配光制御デバイス1におけるz軸方向の上半分と下半分とで複数の凸部33の側面36又は37の傾斜角を異ならせてもよい。
 また、例えば、上記の実施の形態において、ナノ粒子39の屈折率が絶縁性液体38の屈折率より低くてもよい。ナノ粒子39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、上記の実施の形態において、ナノ粒子39はプラスに帯電させたが、これに限らない。つまり、ナノ粒子39をマイナスに帯電させてもよい。この場合、第1電極層40にはプラス電位を印加し、第2電極層50にはマイナス電位を印加することで、第1電極層40と第2電極層50との間に直流電圧を印加するとよい。
 また、複数のナノ粒子39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、配光制御デバイスに遮光機能を持たせてもよい。
 また、例えば、上記実施の形態では、屈折率可変材料として電気泳動材料を利用する例について示したが、これに限らない。例えば、屈折率可変材料として、液晶材料を利用してもよい。この場合、液晶材料に含まれる液晶分子の複屈折性を利用して、屈折率可変層の屈折率が変化する。屈折率可変層に与えられる電界に応じて液晶分子の配向を変化させることにより、屈折率可変層の屈折率が変化する。これにより、透明状態及び配光状態、並びに、配光状態における配光方向を制御することができる。以下、図12A及び図12Bを用いて、屈折率可変材料として液晶材料を利用した場合を説明する。
 図12A及び図12Bはそれぞれ、実施の形態の変形例に係る配光制御デバイス701の拡大断面図である。本変形例に係る配光制御デバイス701では、配光層30の代わりに、液晶材料からなる屈折率可変層732を有する配光層730を備える。
 屈折率可変層732は、複屈折性を有する液晶分子738を含む液晶材料を用いて形成されている。このような液晶材料としては、例えば、液晶分子738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、凸部33の屈折率が1.5である場合、屈折率可変層732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。
 屈折率可変層732は、例えば、第1電極層40及び凹凸構造層31が形成された第1基板10と、第2電極層50が形成された第2基板20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、屈折率可変層732は、第1基板10の第1電極層40及び凹凸構造層31上に液晶材料を滴下した後に第2基板20を貼り合わせることで形成される。
 屈折率可変層732は、複屈折性を有する電界応答性の液晶分子738を有する液晶によって構成されているので、配光層730に電界が与えられることで液晶分子738の配向状態が変化して屈折率可変層732の屈折率が変化する。このとき、液晶分子738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。
 以下では、例えば、凸部33の屈折率が1.5であり、液晶分子738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。
 配光制御デバイス701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、2つの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738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738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、配光層730内で略一定になるので、P偏光は、配光層730をそのまま直進する。
 一方で、S偏光についての液晶分子738の屈折率は、動作モードに応じて変化する。以下では、各動作モードの詳細について説明する。
 <無印加モード(配光状態)>
 図12Aは、無印加モードで駆動された場合の配光制御デバイス701の状態と、配光制御デバイス701を通過する光の経路とを模式的に示している。
 図12Aにおいて、第1電極層40及び第2電極層50間には電圧が印加されていない。具体的には、第1電極層40と第2電極層50とは、互いに等電位となっている。この場合、屈折率可変層732には電界が与えられないので、液晶分子738はx軸方向に配向された状態になる。
 この場合、入射光(S偏光)が受ける屈折率は、凸部33が1.5であるのに対して、屈折率可変層732が1.7になる。このため、図12Aに示すように、配光制御デバイス701に対して斜めに入射するLは、凸部33の側面36で屈折した後、側面37で反射(全反射)される。側面37で反射された光は、斜め上方に向けて出射される。すなわち、配光制御デバイス701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。
 <電圧印加モード(透明状態)>
 図12Bは、電圧印加モードで駆動された場合の配光制御デバイス701の状態と、配光制御デバイス701を通過する光の経路とを模式的に示している。
 図12Bにおいて、第1電極層40及び第2電極層50間には電圧が印加されることで、屈折率可変層732に電界が与えられる。屈折率可変層732に与えられた電界に応じて、液晶分子738はy軸方向に配向された状態になる。
 なお、屈折率可変層732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。
 この場合、光が受ける屈折率は、凸部33及び屈折率可変層732ともに1.5となる。このため、図12Bに示すように、配光制御デバイス701に対して斜めに入射する光は、そのまま配光制御デバイス701を通過する。つまり、配光制御デバイス701は、斜め下方に入射した光を、そのまま斜め下方に出射する。
 このように、配光制御デバイス701によれば、配光層730に与えられる電界(第1電極層40及び第2電極層50の間に印加する電圧)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、配光制御デバイス701による配光の角度が小さくなる。これにより、例えば、配光制御デバイス701が窓に利用された場合、建物の屋内のより奥側にまで光を進行させることができる。
 また、上記の実施の形態では、配光制御デバイスに入射する光として太陽光を例示したが、これに限らない。例えば、配光制御デバイスに入射する光は、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、例えば、配光制御デバイスは、建物の窓に設置する場合に限るものではなく、例えば車の窓などに設置してもよい。また、配光制御デバイスは、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、配光制御デバイスは、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。
 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、501、701 配光制御デバイス
10 第1基板
20 第2基板
30、530、730 配光層
31、231、331、531、631 凹凸構造層
32、732 屈折率可変層
33、33a、33b、33c、33d、133、433、533 凸部(第1凸部)
38 絶縁性液体
39 ナノ粒子
40 第1電極層
50 第2電極層
633 凸部(第2凸部)
738 液晶分子

Claims (13)

  1.  透光性を有する第1基板と、
     前記第1基板に対向して配置された、透光性を有する第2基板と、
     前記第1基板と前記第2基板との間に互いに対向して配置された、透光性を有する第1電極層及び第2電極層と、
     前記第1電極層と前記第2電極層との間に配置され、入射した光を配光する配光層とを備え、
     前記配光層は、
     複数の第1凸部を有する凹凸構造層と、
     前記複数の第1凸部間を充填するように配置され、前記第1電極層及び前記第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屈折率可変層とを含み、
     前記複数の第1凸部は、前記第1基板を平面視した場合に、所定方向に延びる複数の波線を成すように設けられている
     配光制御デバイス。
  2.  前記複数の第1凸部のうちの一の第1凸部が成す波線の波形のピーク位置は、前記複数の第1凸部のうちの他の第1凸部が成す波線の波形のピーク位置に対して前記所定方向にずれている
     請求項1に記載の配光制御デバイス。
  3.  前記複数の第1凸部が成す複数の波線の各々の波形のピーク位置は、ランダムである
     請求項1又は2に記載の配光制御デバイス。
  4.  前記凹凸構造層は、さらに、隣り合う2つの第1凸部間に配置された複数の第2凸部を有し、
     前記複数の第2凸部の各々は、前記第1基板を平面視した場合に、前記所定方向に延びる波線を成すように設けられ、
     前記複数の第2凸部は、前記複数の第1凸部よりも前記所定方向における長さが短い
     請求項1~3のいずれか1項に記載の配光制御デバイス。
  5.  前記複数の第1凸部が成す複数の波線の波形、及び、前記複数の第2凸部が成す複数の波線の波形は、周期に対する振幅の比率が互いに等しい
     請求項4に記載の配光制御デバイス。
  6.  前記複数の第1凸部が成す複数の波線の波形は、周期に対する振幅の比率が互いに等しい
     請求項1~4のいずれか1項に記載の配光制御デバイス。
  7.  前記複数の第1凸部のうち隣り合う2つの第1凸部の配置間隔は、ランダムである
     請求項1~6のいずれか1項に記載の配光制御デバイス。
  8.  前記所定方向に直交する断面において、前記複数の第1凸部の断面形状は、三角形又は台形であり、
     前記三角形又は前記台形の2つの底角の少なくとも一方は、前記所定方向における位置に応じて異なっている
     請求項1~7のいずれか1項に記載の配光制御デバイス。
  9.  前記複数の第1凸部はそれぞれ、前記所定方向における任意の位置における前記所定方向に直交する断面の断面形状が同じである
     請求項1~7のいずれか1項に記載の配光制御デバイス。
  10.  前記複数の第1凸部はそれぞれ、前記第1凸部が成す波線上の任意の位置における当該波線に直交する断面の断面形状が同じである
     請求項1~7のいずれか1項に記載の配光制御デバイス。
  11.  前記複数の第1凸部の高さは、ランダムである
     請求項1~8のいずれか1項に記載の配光制御デバイス。
  12.  前記屈折率可変層は、
     絶縁性液体と、
     前記絶縁性液体とは屈折率が異なる、前記絶縁性液体に分散された帯電する複数のナノ粒子とを備える
     請求項1~11のいずれか1項に記載の配光制御デバイス。
  13.  前記屈折率可変層は、複屈折性を有する複数の液晶分子を含む液晶材料からなる
     請求項1~11のいずれか1項に記載の配光制御デバイス。
PCT/JP2018/043103 2017-12-18 2018-11-22 配光制御デバイス WO2019123967A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017-242167 2017-12-18
JP2017242167 2017-12-18

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019123967A1 true WO2019123967A1 (ja) 2019-06-27

Family

ID=66994170

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2018/043103 WO2019123967A1 (ja) 2017-12-18 2018-11-22 配光制御デバイス

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2019123967A1 (ja)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016163079A1 (ja) * 2015-04-07 2016-10-13 パナソニックIpマネジメント株式会社 光制御デバイス
WO2017098687A1 (ja) * 2015-12-08 2017-06-15 パナソニックIpマネジメント株式会社 光学デバイス
WO2017119021A1 (ja) * 2016-01-07 2017-07-13 パナソニックIpマネジメント株式会社 光学デバイス及び配光機能付き窓

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016163079A1 (ja) * 2015-04-07 2016-10-13 パナソニックIpマネジメント株式会社 光制御デバイス
WO2017098687A1 (ja) * 2015-12-08 2017-06-15 パナソニックIpマネジメント株式会社 光学デバイス
WO2017119021A1 (ja) * 2016-01-07 2017-07-13 パナソニックIpマネジメント株式会社 光学デバイス及び配光機能付き窓

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6473957B2 (ja) 光制御デバイス
WO2017098687A1 (ja) 光学デバイス
WO2017122245A1 (ja) 光学デバイス及び配光機能付き窓
WO2018150673A1 (ja) 光学デバイス
WO2019021578A1 (ja) 光学デバイス
WO2019123967A1 (ja) 配光制御デバイス
WO2018150662A1 (ja) 光学デバイス及び光学システム
JP2020052178A (ja) 光学デバイス
JP6402959B2 (ja) 光学デバイス
WO2019187753A1 (ja) 光学デバイス
WO2018150674A1 (ja) 光学デバイス
WO2019130913A1 (ja) 配光制御デバイス
JP2019184756A (ja) 配光制御デバイス
WO2018154893A1 (ja) 光学デバイス、光学システム、及び、光学デバイスの製造方法
JP2019204064A (ja) 光学デバイス
JP2019191407A (ja) 配光制御デバイス
JP2020016707A (ja) 配光制御デバイス
JP6628167B2 (ja) 光学デバイス
WO2018150675A1 (ja) 光学デバイス及び光学システム
WO2019188191A1 (ja) 配光制御デバイス
WO2019163474A1 (ja) 配光制御デバイス
WO2019163377A1 (ja) 配光制御デバイス
JP6681588B2 (ja) 光学デバイス及び光学デバイスの製造方法
JP2019168573A (ja) 光学デバイス
WO2019021576A1 (ja) 光学デバイス及び光学システム

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18890730

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18890730

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: JP