JP2020160096A - Optical device - Google Patents
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Abstract
【課題】調光作用又は優れた配光性能等の所望の光学機能を有する光学デバイスを提供する。【解決手段】第一基板10と、第一基板10に対向して配置された第二基板20と、第一基板10の第二基板20側に配置された第一電極30と、第一電極30の第二基板20側に配置された凹凸構造50と、第二基板20の第一基板10側に配置された第二電極41と、凹凸構造50と第二電極41との間に配置され、第一電極30と第二電極41との間に印加される電圧に応じて吸光度及び屈折率の少なくとも一方が変化する屈折率可変層70とを備え、屈折率可変層70は、絶縁性液体71と、絶縁性液体71に含まれる第一微粒子72a及び第二微粒子72bとを有し、第一微粒子72aは、第一極性で帯電しており、第二微粒子72bは、遮光性を有し、かつ、第二極性で帯電しており、第一微粒子72aの屈折率は、絶縁性液体71の屈折率よりも高い。【選択図】図7PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical device having a desired optical function such as dimming action or excellent light distribution performance. SOLUTION: A first substrate 10, a second substrate 20 arranged to face the first substrate 10, a first electrode 30 arranged on the second substrate 20 side of the first substrate 10, and a first electrode The concave-convex structure 50 arranged on the second substrate 20 side of 30 and the second electrode 41 arranged on the first substrate 10 side of the second substrate 20 are arranged between the concave-convex structure 50 and the second electrode 41. The variable refractive electrode layer 70 includes a variable refractive index layer 70 in which at least one of the absorbance and the refractive electrode changes according to the voltage applied between the first electrode 30 and the second electrode 41, and the variable refractive electrode layer 70 is an insulating liquid. It has 71 and the first fine particles 72a and the second fine particles 72b contained in the insulating liquid 71, the first fine particles 72a are charged with the first polarity, and the second fine particles 72b have a light-shielding property. Moreover, it is charged with the second polarity, and the refractive electrode of the first fine particles 72a is higher than the refractive electrode of the insulating liquid 71. [Selection diagram] FIG. 7
Description
本発明は、光学デバイスに関する。 The present invention relates to an optical device.
従来、光学デバイスとして、入射する光を配光することができる配光デバイスが提案されている。このような光学デバイスは、建物又は車等の窓等に用いられる。例えば、光学デバイスを建物の窓に設置することで、室外から入射する太陽光等の外光の進行方向を変更して当該外光を室内の天井に向けて導入することができる(例えば特許文献1、2)。 Conventionally, as an optical device, a light distribution device capable of distributing incident light has been proposed. Such optical devices are used for windows of buildings, cars, and the like. For example, by installing an optical device in a window of a building, it is possible to change the traveling direction of external light such as sunlight incident from the outside and introduce the outside light toward the ceiling of the room (for example, Patent Document). 1, 2).
この種の配光デバイスとして、液晶を用いたものが知られている。例えば、特許文献3には、一対の透明基板と、一対の透明基板の内側に配置された一対の透明電極と、一対の透明電極の間に配置された液晶層とを備える液晶光学素子が開示されている。液晶を用いた配光デバイスでは、一対の透明電極に印加する電圧に応じて液晶層の液晶分子の配向状態を変化させることで、配光デバイスに入射する光の進行方向を変化させている。 As a light distribution device of this type, a device using a liquid crystal is known. For example, Patent Document 3 discloses a liquid crystal optical element including a pair of transparent substrates, a pair of transparent electrodes arranged inside the pair of transparent substrates, and a liquid crystal layer arranged between the pair of transparent electrodes. Has been done. In a light distribution device using a liquid crystal, the traveling direction of light incident on the light distribution device is changed by changing the orientation state of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer according to the voltage applied to the pair of transparent electrodes.
しかしながら、液晶を用いた配光デバイスでは、十分な配光性能を得ることができない。また、液晶を用いることなく、調光制御を行うことができる光学デバイスも要望されている。 However, a light distribution device using a liquid crystal cannot obtain sufficient light distribution performance. There is also a demand for an optical device capable of performing dimming control without using a liquid crystal.
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、調光作用又は優れた配光性能等の所望の光学機能を有する光学デバイスを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide an optical device having a desired optical function such as dimming action or excellent light distribution performance.
上記目的を達成するために、本発明に係る第1の光学デバイスの一態様は、光透過性を有する第一基板と、前記第一基板に対向して配置された光透過性を有する第二基板と、前記第一基板の前記第二基板側に配置された第一電極と、前記第一電極の前記第二基板側に配置された凹凸構造と、前記第二基板の前記第一基板側に配置された第二電極と、前記凹凸構造と前記第二電極との間に配置され、前記第一電極と前記第二電極との間に印加される電圧に応じて吸光度が変化する調光層とを備え、前記調光層は、絶縁性液体と、前記絶縁性液体に分散された帯電する遮光粒子とを有する。 In order to achieve the above object, one aspect of the first optical device according to the present invention is a light-transmitting first substrate and a light-transmitting second substrate arranged to face the first substrate. The substrate, the first electrode arranged on the second substrate side of the first substrate, the uneven structure arranged on the second substrate side of the first electrode, and the first substrate side of the second substrate. Dimming, which is arranged between the concave-convex structure and the second electrode, and whose absorbance changes according to the voltage applied between the first electrode and the second electrode. The dimming layer includes a layer, and the dimming layer has an insulating liquid and charged light-shielding particles dispersed in the insulating liquid.
また、本発明に係る第2の光学デバイスの一態様は、入射する光を制御する光学デバイスであって、光透過性を有する第一基板と、前記第一基板に対向して配置された光透過性を有する第二基板と、前記第一基板の前記第二基板側に配置された第一電極と、前記第一電極の前記第二基板側に配置された凹凸構造と、前記第二基板の前記第一基板側に配置された第二電極と、前記凹凸構造と前記第二電極との間に配置され、絶縁性液体及び前記絶縁性液体に分散された帯電する遮光粒子を有する遮光粒子分散層とを備え、前記光学デバイスは、前記第一電極と前記第二電極との間に印加される電圧に応じて、前記光学デバイスに入射する光の調光制御を行う。 Further, one aspect of the second optical device according to the present invention is an optical device that controls incident light, that is, a first substrate having light transmission and light arranged to face the first substrate. A second substrate having transparency, a first electrode arranged on the second substrate side of the first substrate, an uneven structure arranged on the second substrate side of the first electrode, and the second substrate. A light-shielding particle having a second electrode arranged on the first substrate side of the above, and a charged light-shielding particle arranged between the uneven structure and the second electrode and dispersed in the insulating liquid and the insulating liquid. The optical device includes a dispersion layer, and controls dimming of light incident on the optical device according to a voltage applied between the first electrode and the second electrode.
また、本発明に係る第3の光学デバイスの一態様は、光透過性を有する第一基板と、前記第一基板に対向して配置された光透過性を有する第二基板と、前記第一基板の前記第二基板側に配置された第一電極と、前記第一電極の前記第二基板側に配置された凹凸構造と、前記第二基板の前記第一基板側に配置された第二電極と、前記凹凸構造と前記第二電極との間に配置され、絶縁性液体及び前記絶縁性液体に分散された帯電する遮光粒子を有する遮光粒子分散層とを備え、前記第一電極と前記第二電極との間に印加される電圧に応じて、前記遮光粒子分散層における前記遮光粒子の粒子分布が変化する。 Further, one aspect of the third optical device according to the present invention includes a first substrate having light transmission, a second substrate having light transmission arranged opposite to the first substrate, and the first substrate. A first electrode arranged on the second substrate side of the substrate, a concave-convex structure arranged on the second substrate side of the first electrode, and a second arranged on the first substrate side of the second substrate. The first electrode and the second electrode are provided with an electrode and a light-shielding particle dispersion layer having an insulating liquid and charged light-shielding particles dispersed in the insulating liquid, which is arranged between the concave-convex structure and the second electrode. The particle distribution of the light-shielding particles in the light-shielding particle dispersion layer changes according to the voltage applied between the light-shielding particles and the second electrode.
また、本発明に係る第4の光学デバイスの一態様は、光透過性を有する第一基板と、前記第一基板に対向して配置された光透過性を有する第二基板と、前記第一基板の前記第二基板側に配置された第一電極と、前記第一電極の前記第二基板側に配置された凹凸構造と、前記第二基板の前記第一基板側に配置された第二電極と、前記凹凸構造と前記第二電極との間に配置され、前記第一電極と前記第二電極との間に印加される電圧に応じて吸光度及び屈折率の少なくとも一方が変化する屈折率可変層とを備え、前記屈折率可変層は、絶縁性液体と、前記絶縁性液体に含まれる第一微粒子及び第二微粒子とを有し、前記第一微粒子は、第一極性で帯電しており、前記第二微粒子は、遮光性を有し、かつ、前記第一極性とは逆極性の第二極性で帯電しており、前記第一微粒子の屈折率は、前記絶縁性液体の屈折率よりも高い。 Further, one aspect of the fourth optical device according to the present invention includes a first substrate having light transmission, a second substrate having light transmission arranged opposite to the first substrate, and the first substrate. The first electrode arranged on the second substrate side of the substrate, the uneven structure arranged on the second substrate side of the first electrode, and the second arranged on the first substrate side of the second substrate. A refractive electrode that is arranged between the electrode, the uneven structure, and the second electrode, and at least one of the absorbance and the refractive electrode changes according to the voltage applied between the first electrode and the second electrode. A variable layer is provided, and the variable refractive electrode layer has an insulating liquid and first and second fine particles contained in the insulating liquid, and the first fine particles are charged with the first polarity. The second fine particles have a light-shielding property and are charged with a second polarity opposite to the first polarity, and the refractive electrode of the first fine particles is the refractive electrode of the insulating liquid. Higher than.
また、本発明に係る第5の光学デバイスの一態様は、入射する光を制御する光学デバイスであって、光透過性を有する第一基板と、前記第一基板に対向して配置された光透過性を有する第二基板と、前記第一基板の前記第二基板側に配置された第一電極と、前記第一電極の前記第二基板側に配置された凹凸構造と、前記第二基板の前記第一基板側に配置された第二電極と、前記凹凸構造と前記第二電極との間に配置され、絶縁性液体と、前記絶縁性液体に分散された第一微粒子及び第二微粒子を有する微粒子分散層とを備え、前記第一微粒子は、第一極性で帯電しており、前記第二微粒子は、遮光性を有し、かつ、前記第一極性とは逆極性の第二極性で帯電しており、前記光学デバイスは、前記第一電極と前記第二電極との間に印加される電圧に応じて、前記光学デバイスに入射する光の進行方向及び調光の少なくとも一方を制御する。 Further, one aspect of the fifth optical device according to the present invention is an optical device that controls incident light, that is, a first substrate having light transmission and light arranged to face the first substrate. A second substrate having transparency, a first electrode arranged on the second substrate side of the first substrate, an uneven structure arranged on the second substrate side of the first electrode, and the second substrate. A second electrode arranged on the first substrate side of the above, an insulating liquid arranged between the uneven structure and the second electrode, and first and second fine particles dispersed in the insulating liquid. The first fine particles are charged with the first polarity, and the second fine particles have a light-shielding property and have a second polarity opposite to the first polarity. The optical device is charged with, and controls at least one of the traveling direction and dimming of the light incident on the optical device according to the voltage applied between the first electrode and the second electrode. To do.
また、本発明に係る第6の光学デバイスの一態様は、光透過性を有する第一基板と、前記第一基板に対向して配置された光透過性を有する第二基板と、前記第一基板の前記第二基板側に配置された第一電極と、前記第一電極の前記第二基板側に配置された凹凸構造と、前記第二基板の前記第一基板側に配置された第二電極と、前記凹凸構造と前記第二電極との間に配置され、絶縁性液体と、前記絶縁性液体に分散された第一微粒子及び第二微粒子を有する微粒子分散層とを備え、前記第一微粒子は、第一極性で帯電しており、前記第二微粒子は、遮光性を有し、かつ、前記第一極性とは逆極性の第二極性で帯電しており、前記第一電極と前記第二電極との間に印加される電圧に応じて、前記微粒子分散層における前記第一微粒子及び前記第二微粒子の粒子分布が変化する。 In addition, one aspect of the sixth optical device according to the present invention includes a first substrate having light transmission, a second substrate having light transmission arranged opposite to the first substrate, and the first substrate. The first electrode arranged on the second substrate side of the substrate, the uneven structure arranged on the second substrate side of the first electrode, and the second arranged on the first substrate side of the second substrate. The first particle is provided with an electrode, an insulating liquid, and a fine particle dispersion layer having first fine particles and second fine particles dispersed in the insulating liquid, which are arranged between the concave-convex structure and the second electrode. The fine particles are charged with the first polarity, and the second fine particles have a light-shielding property and are charged with a second polarity opposite to the first polarity, and the first electrode and the above. The particle distribution of the first fine particles and the second fine particles in the fine particle dispersion layer changes according to the voltage applied between the second electrode and the second electrode.
本発明によれば、調光機能又は優れた配光性能等の所望の光学機能を有する光学デバイスを実現できる。 According to the present invention, it is possible to realize an optical device having a desired optical function such as a dimming function or excellent light distribution performance.
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態などは、一例であって本発明を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. In addition, all of the embodiments described below show a preferable specific example of the present invention. Therefore, the numerical values, shapes, materials, components, arrangement positions of the components, connection forms, and the like shown in the following embodiments are examples and are not intended to limit the present invention. Therefore, among the components in the following embodiments, the components not described in the independent claims indicating the highest level concept of the present invention will be described as arbitrary components.
各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、各図において縮尺等は必ずしも一致していない。なお、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。 Each figure is a schematic view and is not necessarily exactly illustrated. Therefore, the scales and the like do not always match in each figure. In each figure, substantially the same configuration is designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted or simplified.
また、本明細書及び図面において、X軸、Y軸及びZ軸は、三次元直交座標系の三軸を表しており、本実施の形態では、Z軸方向を鉛直方向とし、Z軸に垂直な方向(XY平面に平行な方向)を水平方向としている。X軸及びY軸は、互いに直交し、かつ、いずれもZ軸に直交する軸である。なお、Z軸方向のプラス方向を鉛直下方としている。また、本明細書において、「厚み方向」とは、光学デバイスの厚み方向を意味し、第一基板10及び第二基板20の主面に垂直な方向(本実施の形態では、Y軸方向)のことである。
Further, in the present specification and the drawings, the X-axis, the Y-axis, and the Z-axis represent the three axes of the three-dimensional Cartesian coordinate system. In the present embodiment, the Z-axis direction is the vertical direction and is perpendicular to the Z-axis. (Direction parallel to the XY plane) is the horizontal direction. The X-axis and the Y-axis are orthogonal to each other and both are orthogonal to the Z-axis. The positive direction in the Z-axis direction is vertically downward. Further, in the present specification, the "thickness direction" means the thickness direction of the optical device, and is a direction perpendicular to the main surfaces of the
(実施の形態1)
まず、実施の形態に係る光学デバイス1の構成について、図1及び図2を用いて説明する。図1は、実施の形態1に係る光学デバイス1の断面図である。図2は、同光学デバイス1の拡大断面図であり、図1の破線で囲まれる領域IIの拡大図を示している。
(Embodiment 1)
First, the configuration of the
光学デバイス1は、光学デバイス1に入射する光を制御する光制御デバイスである。具体的には、光学デバイス1は、光学デバイス1に入射する光の調光制御を行う調光デバイスである。
The
図1及び図2に示すように、光学デバイス1は、第一基板10と、第二基板20と、第一電極30と、第二電極40と、凹凸構造50と、調光層60とを備える。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
光学デバイス1は、一対の第一基板10及び第二基板20の間に、第一電極30、凹凸構造50、調光層60及び第二電極40がこの順で厚み方向に沿って配置された構成となっている。
In the
また、図1に示すように、光学デバイス1において、第一基板10、第一電極30及び凹凸構造50は、第一積層基板100を構成し、第二基板20及び第二電極40は、第二積層基板200を構成している。
Further, as shown in FIG. 1, in the
第一積層基板100及び第二積層基板200は、ギャップを介して互いに対向するように配置されており、外周端部の全周が封止されている。これにより、第一積層基板100と第二積層基板200との間に充填された調光層60を閉じ込めることができる。例えば、第一積層基板100及び第二積層基板200の外周端部に沿って内面に額縁状に接着剤等のシール部材を形成したり、レーザによって第一基板10と第二基板20とを溶着したりすることで、第一積層基板100及び第二積層基板200の外周端部を封止することができる。
The first
以下、光学デバイス1の各構成部材について、図1及び図2を参照して詳細に説明する。
Hereinafter, each component of the
[第一基板、第二基板]
図1及び図2に示すように、第一基板10は、第一積層基板100の基材であり、第二基板20は、第二積層基板200の基材である。
[First board, second board]
As shown in FIGS. 1 and 2, the
第一基板10及び第二基板20は、光透過性を有する基板(透光性基板)である。第一基板10及び第二基板20は、透明な透明基板であるとよい。
The
第一基板10及び第二基板20としては、例えば、樹脂材料からなる樹脂基板又はガラス材料からなるガラス基板を用いることができる。樹脂基板の材料としては、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリカーボネート(PC)、アクリル又はエポキシ等が挙げられる。ガラス基板の材料としては、ソーダガラス、無アルカリガラス又は高屈折率ガラス等が挙げられる。樹脂基板は、破壊時の飛散が少ないという利点がある。一方、ガラス基板は、光透過率が高く、かつ、水分の透過性が低いという利点がある。
As the
第一基板10と第二基板20とは、同じ材料で構成されていてもよいし、異なる材料で構成されていてもよいが、同じ材料で構成されている方がよい。また、第一基板10及び第二基板20は、リジッド基板に限るものではなく、フレキシブル基板又はフィルム基板であってもよい。本実施の形態では、第一基板10及び第二基板20として、いずれもPETからなる透明樹脂基板(PET基板)を用いている。
The
第一基板10及び第二基板20の厚さは、例えば5μm〜3mmであるが、これに限るものではない。本実施の形態において、第一基板10及び第二基板20の厚さは、いずれも50μmである。
The thickness of the
また、第一基板10及び第二基板20の平面視の形状は、例えば正方形や長方形の矩形状であるが、これに限るものではなく、円形又は四角形以外の多角形であってもよく、任意の形状が採用され得る。
Further, the shape of the
[第一電極、第二電極]
図1及び図2に示すように、第一電極30及び第二電極40は、電気的に対になっており、調光層60に電界を与えることができるように構成されている。また、第一電極30と第二電極40とは、配置的にも対になっており、互いに対向するように配置されている。
[First electrode, second electrode]
As shown in FIGS. 1 and 2, the
第一電極30は、第一基板10の第二基板20側に配置されている。また、第二電極40は、第二基板20の第一基板10側に配置されている。具体的には、第一電極30は、第一基板10の第二基板20側の主面に形成されており、第二電極40は、第二基板20の第一基板10側の主面に形成されている。
The
また、本実施の形態において、一対をなす第一電極30及び第二電極40は、少なくとも凹凸構造50及び調光層60を挟むように、第一基板10と第二基板20との間に配置されている。具体的には、第一電極30は、第一基板10と凹凸構造50との間に配置されており、第二電極40は、第二基板20と調光層60との間に配置されている。
Further, in the present embodiment, the pair of the
第一電極30及び第二電極40の各々の厚さは、例えば5nm〜2μmであるが、これに限るものではない。本実施の形態において、第一電極30及び第二電極40の各々の厚さは、いずれも100nmである。
The thickness of each of the
また、第一電極30及び第二電極40の平面視の形状は、第一基板10及び第二基板20と同様に、例えば正方形や長方形の矩形状であるが、これに限るものではない。本実施の形態において、第一電極30及び第二電極40は、第一基板10及び第二基板20の各々の表面のほぼ全面に形成された平面視形状が矩形状のべた電極である。
Further, the shape of the
第一電極30及び第二電極40は、透光性を有する電極であり、入射した光を透過する。第一電極30及び第二電極40は、例えば透明導電層からなる透明電極である。透明導電層の材料としては、ITO(Indium Tin Oxide)やIZO(Indium Zinc Oxide)等の透明金属酸化物、銀ナノワイヤや導電性粒子等の導電体を含有する樹脂によって構成された導電体含有樹脂、又は、銀薄膜等の金属薄膜等を用いることができる。なお、第一電極30及び第二電極40は、これらの単層構造であってもよいし、これらの積層構造(例えば透明金属酸化物と金属薄膜との積層構造)であってもよい。
The
第一電極30及び第二電極40は、外部電源との電気接続が可能となるように構成されている。例えば、調光層60を封止するシール樹脂の外部にまで第一電極30及び第二電極40の各々が引き出されて、この引き出された部分を外部電源に接続するための電極端子にしてもよい。
The
[凹凸構造]
図1及び図2に示すように、凹凸構造50は、凹凸面を有する凹凸層であり、マイクロオーダサイズ又はナノオーダサイズの複数の凸部51が配列された構成である。
[Concave and convex structure]
As shown in FIGS. 1 and 2, the concavo-
凹凸構造50は、第一基板10の第二基板20側に配置されている。本実施の形態において、凹凸構造50は、第一電極30の第二基板20側に配置されている。具体的には、凹凸構造50は、第一電極30の第二基板20側の主面に設けられている。
The
本実施の形態において、凹凸構造50は、複数の凸部51が調光層60側に突出するように第一電極30の上に設けられている。この場合、第一電極30と凹凸構造50との間に密着層が形成されていてもよい。なお、凹凸構造50の第一電極30側の面(凸部51の第一電極30側の面)は平坦な面となっている。
In the present embodiment, the concave-
また、複数の凸部51は、ストライプ状に形成されている。具体的には、複数の凸部51の各々は、断面形状が三角形でX軸方向に延在する長尺状の略三角柱形状であり、Z軸方向に沿って等間隔に配列されている。また、全ての凸部51が同じ形状となっているが、これに限るものではない。
Further, the plurality of
各凸部51は、例えば、高さが100nm以上100μm以下で、アスペクト比(高さ/下底)が1〜10程度であるが、これに限るものではない。一例として、各凸部51は、高さが10μm程度で、下底が5μm程度で、上底が2μm程度である。
Each
また、Z軸方向に隣り合う2つの凸部51の間隔は、例えば0以上100mm以下である。つまり、Z軸方向に隣り合う2つの凸部51は、底部が接触することなく所定の間隔をあけて配置されていてもよいし、底部が接触して配置(間隔ゼロで)されていてもよいが、Z軸方向に隣り合う2つの凸部51の間隔は、凸部51の底辺の長さ以下であるとよい。一例として、上記サイズの凸部51(高さ10μm、底辺5μm)の場合、隣り合う2つの凸部51の間隔は、2μm程度である。
Further, the distance between the two
複数の凸部51の各々は、一対の側面を有する。本実施の形態において、各凸部51の断面形状は、第二基板20から第一基板10に向かう方向(Y軸マイナス方向)に沿って先細りのテーパ形状である。したがって、各凸部51の一対の側面の各々は、厚み方向に対して所定の傾斜角で傾斜する傾斜面となっており、各凸部51において一対の側面の間隔(凸部51の幅)は、第二基板20から第一基板10に向かって漸次小さくなっている。各凸部51の2つの側面の傾斜角は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。本実施の形態において、各凸部51の断面形状は二等辺三角形でわり、各凸部51の2つの側面の傾斜角(底角)は同じである。
Each of the plurality of
各凸部51の一対の側面は、調光層60と接する面であり、第一基板10から入射した光は、凸部51の一対の側面で光学作用を受ける。
The pair of side surfaces of each
具体的には、凸部51の一対の側面のうちの一方の側面(本実施の形態では下側の側面)では、第一基板10から入射した光は、凸部51と調光層60との屈折率差に応じて、屈折して透過したり屈折せずにそのまま透過したりする。
Specifically, on one side surface (lower side surface in the present embodiment) of the pair of side surfaces of the
また、凸部51の一対の側面のうちの他方の側面(本実施の形態では上側の側面)では、第一基板10から入射した光は、凸部51と調光層60との屈折率差に応じて、屈折して透過したり屈折せずにそのまま透過したり、あるいは、全反射したりする。つまり、凸部51の上側の側面は、凸部51と調光層60との屈折率差及び光の入射角に応じて全反射面となりうる。
Further, on the other side surface (upper side surface in the present embodiment) of the pair of side surfaces of the
凹凸構造50(凸部51)の材料としては、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂又はシリコーン樹脂等の透光性を有する樹脂材料を用いることができる。凹凸構造50は、例えばレーザ加工又はインプリント等によって形成することができる。本実施の形態において、凹凸構造50は、屈折率が約1.5のアクリル樹脂を用いて形成した。
As the material of the concave-convex structure 50 (convex portion 51), for example, a translucent resin material such as an acrylic resin, an epoxy resin, or a silicone resin can be used. The
なお、凹凸構造50は、第一電極30及び第二電極40によって調光層60に電界を与えることができさえすれば、絶縁性の樹脂材料のみによって構成されていてもよいが、導電性を有していてもよい。この場合、凹凸構造50の材料は、PEDOT等の導電性高分子、又は、導電体を含む樹脂(導電体含有樹脂)等を用いることができる。
The concave-
[調光層]
図1及び図2に示すように、調光層60は、絶縁性液体61と、絶縁性液体61に含まれる遮光粒子62とを有する。調光層60は、無数の遮光粒子62が絶縁性液体61に分散された遮光粒子分散層である。
[Dimming layer]
As shown in FIGS. 1 and 2, the dimming
絶縁性液体61は、絶縁性を有する透明な液体であり、分散質として遮光粒子62が分散される分散媒となる溶媒である。絶縁性液体61としては、例えば、屈折率(溶媒屈折率)が約1.3〜約1.6のものを用いることができる。本実施の形態では、屈折率が約1.5の絶縁性液体61を用いている。
The insulating
なお、絶縁性液体61の動粘度は、100mm2/s程度であるとよい。また、絶縁性液体61は、低誘電率(凹凸構造50の誘電率以下)で、非引火性(引火点が250℃以上の高引火点)及び低揮発性を有するとよい。具体的には、絶縁性液体61は、炭化水素(脂肪族炭化水素、ナフサ、及びその他の石油系溶剤など)、低分子量ハロゲン含有ポリマー、又は、これらの混合物等である。一例として、絶縁性液体61は、フッ化炭素水素等のハロゲン化炭素水素である。なお、絶縁性流体61としては、シリコーンオイル等を用いることもできる。
The kinematic viscosity of the insulating
遮光粒子62は、光吸収性を有する粒子であり、絶縁性液体61に複数分散されている。遮光粒子62は、粒径がマイクロオーダサイズ(マイクロ粒子)又はナノオーダサイズの微粒子(ナノ粒子)である。遮光粒子62としては、例えばカーボンブラックからなるカーボン粒子を用いることができる。
The light-shielding
また、遮光粒子62は、帯電している荷電粒子である。例えば、遮光粒子62の表面を修飾することで、遮光粒子62を正(プラス)又は負(マイナス)に帯電させることができる。本実施の形態において、遮光粒子62は、負(マイナス)に帯電している。調光層60では、帯電した遮光粒子62が絶縁性液体61全体に分散されている。
Further, the light-shielding
調光層60は、凹凸構造50と第二電極40との間に配置されている。具体的には、調光層60は凹凸構造50に接している。つまり、調光層60における凹凸構造50の凹凸表面との接触面は、調光層60と凹凸構造50の凹凸表面との界面である。なお、調光層60は、第二電極40にも接している。
The dimming
また、調光層60は、第一電極30と第二電極40との間に印加される電圧に応じて吸光度が変化する吸光度可変層である。具体的には、調光層60は、第一電極30と第二電極40との間に配置されており、第一電極30と第二電極40との間に電圧が印加されることによって調光層60に電界が与えられる。例えば、第一電極30と第二電極40との間には直流電圧が印加される。
Further, the dimming
絶縁性液体61中に分散する遮光粒子62は帯電しているので、調光層60に電界が与えられると、遮光粒子62は、電界分布にしたがって絶縁性液体61中を泳動し、絶縁性液体61内で偏在する。これにより、調光層60内の遮光粒子62の粒子分布が変化して調光層60内に遮光粒子62の濃度分布を持たせることができるので、調光層60内の吸光度分布が変化する。つまり、調光層60の吸光度が部分的に変化する。このように、調光層60は、入射する光を吸収することができる光吸収層として機能し、変化する吸光度に応じて入射する光の調光を行うことができる。つまり、調光層60は、調光層60を透過する光の量(透過量)を制御することができる。
Since the light-shielding
なお、調光層60の吸光度は、絶縁性液体61に分散する遮光粒子62の濃度(量)を調整することによって変えることができる。この場合、遮光粒子62の濃度は、遮光粒子62が凹凸構造50に凝集したときに、遮光粒子62が凹凸構造50の凹部の底部周辺に存在する程度(例えば凹部の底から2μmの高さ)の濃度にすればよい。
The absorbance of the
このように構成される調光層60は、第一積層基板100と第二積層基板200との間に配置されている。具体的には、遮光粒子62が分散された絶縁性液体61が第一積層基板100と第二積層基板200との間に封止されている。
The dimming
調光層60の厚さ(つまり、第一積層基板100と第二積層基板200とのギャップ)は、例えば1μm〜100μmであるが、これに限るものではない。一例として、凹凸構造50の凸部51の高さが10μmである場合、調光層60の厚さは、例えば40μmである。
The thickness of the dimming layer 60 (that is, the gap between the first
[光学デバイスの製造方法]
次に、光学デバイス1の製造方法について、図1及び図2を参照しながら説明する。
[Manufacturing method of optical device]
Next, a method of manufacturing the
まず、第一基板10として例えばPET基板を用いて、PET基板の上に第一電極30としてITO膜を形成し、ITO膜の上にアクリル樹脂(屈折率1.5)によって構成された複数の凸部51からなる凹凸構造50をインプリント法により形成することで第一積層基板100を作製する。
First, using, for example, a PET substrate as the
次に、第二基板20として例えばPET基板を用いて、PET基板の上にITO膜からなる第二電極40を形成することで、第二積層基板200を作製する。
Next, the second
次に、第一積層基板100と第二積層基板200との間に、調光層60として、遮光粒子62が分散された絶縁性液体61を充填するとともに、第一積層基板100と第二積層基板200との外周部分を接合することで第一積層基板100と第二積層基板200との間に調光層60を封止する。
Next, between the first
このようにして、図1に示される構造の光学デバイス1を製造することができる。
In this way, the
[光学デバイスの光学作用]
次に、実施の形態に係る光学デバイス1の光学作用について、図3A及び図3Bを用いて説明する。図3Aは、実施の形態に係る光学デバイス1の第一光学作用を説明するための図であり、図3Bは、同光学デバイス1の第二光学作用を説明するための図である。
[Optical action of optical device]
Next, the optical action of the
光学デバイス1は、例えば建物の窓に設置することによって調光制御機能付き窓として実現することができる。光学デバイス1は、例えば、粘着層を介して建物の窓に貼り合わされる。この場合、凹凸構造50の凸部51の長手方向が水平方向となるように光学デバイス1を窓に設置する。窓に設置された光学デバイス1には、例えば太陽光が入射する。本実施の形態では、第一基板10が光入射側(建物の外側)に位置するように光学デバイス1を設置しているので、光学デバイス1は、第一基板10から入射した光(太陽光)を透過して、第二基板20から光学デバイス1の建物の内側(例えば室内)に出射させることができる。
The
このとき、光学デバイス1に入射した光は、光学デバイス1を透過する際に光学デバイス1から光学作用を受ける。具体的には、光学デバイス1は、調光層60の吸光度の変化によって光学作用が変化する。このため、光学デバイス1に入射した光は、調光層60の吸光度に応じて異なる光学作用を受けることになり、調光層60の吸光度に応じて光透過量が変化する。
At this time, the light incident on the
本実施の形態において、光学デバイス1は、第一電極30と第二電極40との間に印加される電圧に応じて、光学デバイス1に入射する光の調光制御を行うことができる。具体的には、第一電極30と第二電極40との間に印加される電圧に応じて、調光層60(遮光粒子分散層)における遮光粒子62の粒子分布が変化し、これにより、調光層60の吸光度が部分的に変化する。この結果、光学デバイス1の光学作用が変化する。本実施の形態における光学デバイス1は、2つの光学作用を有する。以下、光学デバイス1の2つの光学作用について詳細に説明する。
In the present embodiment, the
まず、図3Aを用いて、光学デバイス1の第一光学作用を説明する。第一電極30及び第二電極40に電位が与えられていない場合、つまり、第一電極30と第二電極40との間に電圧が印加されていない場合(電圧無印加時の場合)、光学デバイス1は、第一光学モードとなり、入射した光に対して第一光学作用を与える。
First, the first optical action of the
第一光学モードでは、調光層60に電界が与えられないので、図3Aに示すように、調光層60において、遮光粒子62は、絶縁性液体61全体にわたって分散された状態となる。
In the first optical mode, no electric field is applied to the
この場合、図3Aに示すように、光学デバイス1に対して斜め方向から光L1が入射すると、光L1は、調光層60で吸収される。具体的には、遮光粒子62が調光層60の全体にわたって分散しているので、光学デバイス1に入射した光L1は、凹凸構造50の凸部51及び凹部(隣り合う2つの凸部51の間の部分)のいずれを通過する場合も遮光粒子62によって遮光される。
In this case, as shown in FIG. 3A, when the light L1 is incident on the
このように、第一電極30と第二電極40との間に電圧が印加されていない場合、光学デバイス1は、第一基板10に入射する光を遮光する。つまり、第一光学モードは遮光モードであり、第一光学モードにおいて、光学デバイス1は遮光状態になっている。
As described above, when no voltage is applied between the
また、光学デバイス1が遮光モードであるとき、光学デバイス1に入射する光L1は、光学デバイス1で完全に吸収されるとは限らず、調光層60の吸光度に応じて減光して透過する場合がある。この場合、本実施の形態における光学デバイス1では、凹凸構造50が設けられているので、凹凸構造50の屈折率と調光層60の屈折率との大小関係によって、光学デバイス1に入射する光L1は、凹凸構造50と調光層60との界面で光学作用を受けて光学デバイス1を透過する。
Further, when the
例えば、本実施の形態では、凹凸構造50の屈折率が約1.5であるので、調光層60の屈折率が約1.5である場合は、図3Aに示すように、光L1は、凹凸構造50と調光層60との界面で屈折しないので、光学デバイス1を直進透過する。また、調光層60の屈折率が凹凸構造50の屈折率と異なる場合、光L1は、凹凸構造50と調光層60との界面で屈折する。このとき、調光層60の屈折率が凹凸構造50の屈折率よりも大きい場合(例えば約1.6)には、光L1は、調光層60と凸部51の下側の側面と調光層60との界面で屈折してから、調光層60と凸部51の上側の側面と調光層60との界面で全反射し、跳ね返る方向に進行方向が曲げられて光学デバイス1の外部に出射する。つまり、光学デバイス1に入射した光L1は、光学デバイス1によって配光されつつ吸収される。
For example, in the present embodiment, the refractive index of the concave-
次に、図3Bを用いて、光学デバイス1の第二光学作用を説明する。第一電極30及び第二電極40に電位が与えられた場合、つまり、第一電極30と第二電極40との間に電圧が印加された場合(電圧印加時の場合)、光学デバイス1は、第二光学モードとなり、入射した光に対して第二光学作用を与える。具体的には、第一電極30と第二電極40との間には電圧として直流電圧が印加される。第一電極30と第二電極40との間に印加する第一電圧(電位差)は、例えば数十V程度である。
Next, the second optical action of the
第二光学モードでは、第一電極30と第二電極40との間に直流電圧が印加されることで調光層60に電界が与えられるので、調光層60では、帯電した遮光粒子62がその電界分布にしたがって絶縁性液体61内を泳動する。つまり、遮光粒子62は、絶縁性液体61内を電気泳動する。
In the second optical mode, an electric field is applied to the
具体的には、第二光学モードでは、第一電極30にプラス電位が印加され、第二電極40にマイナス電位が印加されるので、マイナスに帯電した遮光粒子62は、プラス電位の第一電極30側に向かって泳動し、調光層60内の凹凸構造50側に凝集されて偏在する。このとき、第一電極30に向かって泳動する遮光粒子62は、凹凸構造50の凹部、つまり隣り合う2つの凸部51の間の領域に入り込んで集積していく。
Specifically, in the second optical mode, a positive potential is applied to the
このように、遮光粒子62が調光層60内の凹凸構造50側に偏在することで、遮光粒子62の粒子分布が変化し、調光層60内の吸光度分布が一様ではなくなる。具体的には、調光層60内には、遮光粒子62の泳動により遮光粒子62が集まってきて遮光粒子62の濃度が高くなった凹凸構造50側の第一領域60aと、遮光粒子62の泳動により遮光粒子62が無くなっていって遮光粒子62の濃度が低くなった第二電極40側の第二領域60bとが発生する。
As described above, the light-shielding
また、調光層60の凹凸構造50側に凝集した遮光粒子62は、凹凸構造50の凹部に入り込んで集積しているので、調光層60の凹凸構造50側の領域には、凹凸構造50の凹凸にしたがって、Z軸方向に相対的に吸光度が大きい領域と相対的に吸光度が小さい領域とが交互に生成される。具体的には、相対的に吸光度が大きい領域は、遮光粒子62が凝集した凹凸構造50の凹部が存在する領域であり、相対的に吸光度が小さい領域は、凹凸構造50の凸部51が存在する領域である。
Further, since the light-shielding
この場合、図3Bに示すように、光学デバイス1に対して斜め方向から光L1が入射すると、第一光学モードのときと同様に、光L1は、調光層60によって吸収されるが、第二光学モードでは、遮光粒子62が凹凸構造50側の凹部に集積されているので、第一光学モードとは異なる光学作用を受ける。具体的には、第一基板10に入射された光のうち凹凸構造50の凸部51を通過する光は、遮光粒子62が凝集した領域(吸光度が小さい領域)を通過しないので、遮光粒子62で遮光されずに調光層60を透過する。一方、第一基板10に入射された光のうち凹凸構造50の凹部を通過する光は、遮光粒子62が凝集した領域(吸光度が大きい領域)を通過するので、遮光粒子62で遮光される。
In this case, as shown in FIG. 3B, when the light L1 is incident on the
このように、第一電極30と第二電極40との間に電圧が印加されている場合、光学デバイス1は、第一基板10に入射された光のうち凹凸構造50を通過する光を遮光せずに透過させる。この場合、第一電極30と第二電極40との間に電圧が印加されているとき(第二光学モード)の調光層60の吸光度は、第一電極30と第二電極40との間に電圧が印加されていないとき(第一光学モード)の調光層60の吸光度よりも小さく、第二光学モードでは、第一光学モードよりも光透過量が大きい。つまり、第二光学モードは透光モードであり、第二光学モードにおいて、光学デバイス1は透光状態になっている。
In this way, when a voltage is applied between the
なお、光学デバイス1には凹凸構造50が設けられているので、上記同様に、凹凸構造50の屈折率と調光層60の屈折率との大小関係によって、光学デバイス1に入射する光L1は、凹凸構造50と調光層60との界面で光学作用を受ける。例えば、光学デバイス1に入射する光L1は、光学デバイス1を直進透過したり、凹凸構造50で跳ね返る方向に進行方向が曲げられたりする。
Since the
また、第一電極30と第二電極40とに印加する電位をゼロにして電圧無印加状態にすると、遮光粒子62は絶縁性液体61内を泳動し、図3Aに示すように、遮光粒子62が絶縁性液体61全体にわたって均一に分散された状態に戻る。
Further, when the potential applied to the
以上のように構成される光学デバイス1は、凹凸構造50と調光層60との屈折率マッチングを電界によって制御することで光学作用を変化させることができるアクティブ型の光学制御デバイスである。つまり、第一電極30と第二電極40との間に印加する電圧を制御することによって、光学デバイス1を複数の光学モードに切り替えることができる。本実施の形態では、光学デバイス1を、第一光学モード(遮光モード)及び第二光学モード(透光モード)の2つのモードに切り替えることができる。
The
[まとめ]
以上、本実施の形態に係る光学デバイス1によれば、第一電極30と第二電極40との間に凹凸構造50及び調光層60が配置されており、調光層60として、帯電した遮光粒子62が分散された絶縁性液体61(遮光粒子分散層)を用いている。
[Summary]
As described above, according to the
この構成により、第一電極30と第二電極40との間に電圧を印加することで遮光粒子62が絶縁性液体61内を泳動するので、調光層60の吸光度を変化させることができる。具体的には、調光層60における遮光粒子62の粒子分布が変化して、調光層60の吸光度分布が変化する。つまり、調光層60の光透過率が変化する。これにより、光学デバイス1に入射する光の調光制御を行うことができる。
With this configuration, the light-shielding
本実施の形態では、第一電極30と第二電極40との間に電圧が印加されていない場合(電圧無印加時)には、光学デバイス1は、遮光モードとなって、第一基板10に入射された光を遮光し、第一電極30と第二電極40との間に電圧が印加されている場合(電圧印加時)には、光学デバイス1は透光モードとなって、第一基板10に入射された光のうち凹凸構造50を通過する光を遮光せずに透過させる。
In the present embodiment, when no voltage is applied between the
このとき、電圧印加時には、遮光粒子62は、調光層60(遮光粒子分散層)内の凹凸構造50側に偏在するので、調光層60の凹凸構造50側の領域には、凹凸構造50にしたがって、相対的に吸光度が大きい領域と相対的に吸光度が小さい領域とが交互に生成される。これにより、調光層60に吸光度分布を持たせることができる。
At this time, when the voltage is applied, the light-shielding
このように構成される本実施の形態における光学デバイス1によれば、液晶を用いることなく調光制御を行うことができる。これにより、所望の光学機能を有する光学デバイスを実現することができる。
According to the
なお、本実施の形態において、光学デバイス1は、第一光学モード(遮光モード)及び第二光学モード(透光モード)の2つのモードのみに切り替え可能であったが、これに限らない。例えば、図4に示される光学デバイス1Aのように、第二基板20の第一基板10側に第三電極42を配置することで、さらに、第三光学モードに切り替え可能に構成することもできる。
In the present embodiment, the
図4に示す光学デバイス1Aにおいて、第二電極41は、X軸方向に延在するようにストライプ状に形成されている。同様に、第三電極42は、X軸方向に延在するようにストライプ状に形成されている。また、第二電極41と第三電極42とは、第二基板20の同一面に形成されているとともに、Z軸方向に沿って交互に配置されている。つまり、本変形例における第二電極41と第三電極42は、上記実施の形態1における第二電極40を複数に分割したような形状である。なお、本変形例では、平面視において、第三電極42の総面積は、第二電極41の総面積よりも小さくなっている。これにより、第三電極42で遮光粒子62を凝集させたときに、第二基板20側での遮光粒子62による遮光領域を小さくし透光領域を広くすることができる。
In the
そして、光学デバイス1Aにおいて、第一電極30に印加する電位をV1、第二電極41に印加する電位をV2、第三電極42に印加する電位をV3としたときに、V1<V2<V3の関係を満たすように各電極の電位設定を行う。例えば、第一電極30にマイナス電位を印加し、第二電極41に接地電位を印加し、第三電極42にプラス電位を印加すればよい。一例として、V1=−20V、V2=0V、V3=+20Vである。このように、V1<V2<V3とすることにより、図4に示すように、マイナスに帯電した遮光粒子62は、プラス電位の第三電極42に向かって泳動し、第三電極42に凝集されて偏在する。
Then, in the
この場合、図4に示すように、光学デバイス1Aに対して斜め方向から光L1が入射すると、第二光学モードのときと同様に、第一基板10に入射された光のうち一部の光は遮光され、他の一部の光は遮光されずに透過する。具体的には、第一基板10に入射された光のうち第二電極41を通過する光は、遮光粒子62が凝集した領域を通過しないので、遮光粒子62で遮光されずに調光層60を透過する。一方、第一基板10に入射された光のうち第三電極42を通過する光は、遮光粒子62が凝集した領域を通過するので、遮光粒子62で遮光される。
In this case, as shown in FIG. 4, when the light L1 is incident on the
このように、本変形例における光学デバイス1Aは、第一基板10に入射された光のうち第二電極41を通過する光を遮光せずに透過させ、第一基板10に入射された光のうち第三電極42を通過する光を遮光する。
As described above, the
このとき、本変形例では、第三電極42の総面積が第二電極41の総面積よりも小さいので、V1<V2<V3である場合(本変形例の場合)の調光層60の吸光度は、V1>V2、V3である場合(例えば上記実施の形態1の場合)の調光層60の吸光度よりも小さくなる。つまり、本変形例における第三光学モードは、上記第二光学モードよりも調光層60の吸光度が小さい(透過率が高い)透明モードであり、第三光学モードにおいて、光学デバイス1は透明状態になっている。
At this time, since the total area of the
(実施の形態2)
次に、実施の形態2に係る光学デバイス2の構成について、図5及び図6を用いて説明する。図5は、実施の形態2に係る光学デバイス2の断面図である。また、図6は、同光学デバイス2の拡大断面図であり、図5の破線で囲まれる領域VIの拡大図を示している。
(Embodiment 2)
Next, the configuration of the
光学デバイス2は、実施の形態1と同様に、光学デバイス2に入射する光を制御する光制御デバイスであり光学デバイス2に入射する光の進行方向及び調光の少なくとも一方を制御する。
Similar to the first embodiment, the
本実施の形態において、光学デバイス2は、光学デバイス2に入射する光に対して、進行方向の制御と調光制御との両方を行う。具体的には、光学デバイス2は、光学デバイス2に入射する光の進行方向を変更して(例えば配光して)出射させることができる配光デバイスであるとともに、光学デバイス2に入射する光の調光制御を行う調光デバイスである。
In the present embodiment, the
図5及び図6に示すように、光学デバイス2は、第一基板10と、第二基板20と、第一電極30と、第二電極41と、第三電極42と、凹凸構造50と、屈折率可変層70とを備える。つまり、本実施の形態における光学デバイス2は、上記実施の形態1の変形例における光学デバイス1Aにおいて、調光層60を屈折率可変層70に置き換えた構成となっている。
As shown in FIGS. 5 and 6, the
なお、図5及び図6に示すように、本実施の形態において、第一積層基板100は、実施の形態1と同様に、第一基板10、第一電極30及び凹凸構造50によって構成されている。一方、本実施の形態において、第二積層基板200は、第二基板20、第二電極41及び第三電極42によって構成されている。
As shown in FIGS. 5 and 6, in the present embodiment, the first
第一積層基板100及び第二積層基板200は、実施の形態1と同様に、ギャップを介して互いに対向するように配置されており、外周端部の全周が封止されている。これにより、第一積層基板100と第二積層基板200との間に充填された屈折率可変層70を閉じ込めることができる。
The first
以下、図5及び図6を参照して、光学デバイス2の各構成部材について、実施の形態1と異なる構成部材を中心に説明する。
Hereinafter, each component of the
[第一電極、第二電極、第三電極]
図5及び図6に示すように、第一電極30は、第一基板10の第二基板20側に配置され、第二電極41及び第三電極42は、第二基板20の第一基板10側に配置されている。具体的には、第一電極30は、第一基板10の第二基板20側の主面に形成されており、第二電極41及び第三電極42は、第二基板20の第一基板10側の同一の主面に形成されている。
[First electrode, second electrode, third electrode]
As shown in FIGS. 5 and 6, the
第一電極30の平面視の形状は、実施の形態1と同様に、第一基板10の表面のほぼ全面に形成された平面視形状が矩形状のべた電極である。一方、第二電極41及び第三電極42の各々は、図7に示すように、一定の幅でX軸方向に延在するようにストライプ状に形成されている。つまり、第二電極41及び第三電極42は、凹凸構造50のストライプ方向と同じである。また、第二電極41と第三電極42とは、Z軸方向に沿って交互に配置されている。
The shape of the
このように、本変形例における第二電極41と第三電極42は、実施の形態1における第二電極40を複数に分割したような形状である。なお、図7では、第二電極41及び第三電極42を分かりやすくするために、便宜上、第二電極41及び第三電極42が形成される位置にハッチングを施している。
As described above, the
図7に示すように、第三電極42の幅は、第二電極41の幅よりも小さくなっており、平面視において、第三電極42の総面積は、第二電極41の総面積よりも小さくなっている。これにより、第三電極42で第二微粒子72bを凝集させたときに、第二基板20側での第二微粒子72bによる遮光領域を小さくして透光領域を広くすることができる。
As shown in FIG. 7, the width of the
なお、本実施の形態において、複数の第三電極42は、両端部同士が接続されているが、複数の第三電極42の両端部は、接続されていなくてもよい。また、複数の第三電極42の両端部が接続されていない場合、複数の第二電極41の両端部同士が接続されていてもよい。
In the present embodiment, both ends of the plurality of
第一電極30と第二電極41及び第三電極42とは、少なくとも凹凸構造50及び屈折率可変層70を挟むように、第一基板10と第二基板20との間に配置されている。具体的には、第一電極30は、第一基板10と凹凸構造50との間に配置されており、第二電極41及び第三電極42は、第二基板20と屈折率可変層70との間に配置されている。
The
第一電極30、第二電極41及び第三電極42の各々の厚さは、例えば5nm〜2μmであるが、これに限るものではない。本実施の形態において、第一電極30、第二電極41及び第三電極42の各々の厚さは、いずれも100nmである。第二電極41及び第三電極42は、パターニングにより同時に形成してもよい。
The thickness of each of the
第一電極30、第二電極41及び第三電極42は、透光性を有する電極であり、入射した光を透過する。第一電極30、第二電極41及び第三電極42は、実施の形態1と同様に、例えば、透明金属酸化物(ITO、IZO等)等の透明導電層からなる透明電極である。
The
第一電極30、第二電極41及び第三電極42は、外部電源との電気接続が可能となるように構成されている。例えば、屈折率可変層70を封止するシール樹脂の外部にまで各電極が引き出されて、この引き出された部分を外部電源に接続するための電極端子にしてもよい。
The
[屈折率可変層]
図5及び図6に示すように、屈折率可変層70は、絶縁性液体71と、絶縁性液体71に含まれる第一微粒子72a及び第二微粒子72bとを有する。屈折率可変層70は、第一微粒子72a及び第二微粒子72aが絶縁性液体71に無数に分散された微粒子分散層である。
[Variable refractive index layer]
As shown in FIGS. 5 and 6, the refractive
絶縁性液体71は、絶縁性を有する透明な液体であり、分散質として第一微粒子72a及び第二微粒子72bが分散される分散媒となる溶媒である。絶縁性液体71としては、例えば、屈折率(溶媒屈折率)が約1.3〜約1.6のものを用いることができる。本実施の形態では、屈折率が約1.5の絶縁性液体71を用いている。
The insulating
なお、本実施の形態でも、絶縁性液体71の動粘度は、100mm2/s程度であるとよく、また、絶縁性液体71は、低誘電率(凹凸構造50の誘電率以下)で、非引火性(引火点が250℃以上の高引火点)及び低揮発性を有するとよい。具体的には、絶縁性液体71としては、上記実施の形態1と同様に、ハロゲン化炭素水素等の炭化水素、低分子量ハロゲン含有ポリマー、又は、これらの混合物等を用いてもよいし、シリコーンオイル等を用いてもよい。
Also in this embodiment, the kinematic viscosity of the insulating
第一微粒子72a及び第二微粒子72bは、絶縁性液体71に複数分散されている。第一微粒子72aは、透光性を有する透光粒子である。一方、第二微粒子72bは、遮光性を有する遮光粒子である。
A plurality of the first
第一微粒子72aは、透過率が高い材料で構成されているとよい。具体的には、第一微粒子72aは、透明粒子であるとよい。また、第一微粒子72aは、高屈折率材料によって構成されているとよい。具体的には、第一微粒子72aの屈折率は、絶縁性液体71の屈折率よりも高い。本実施の形態において、第一微粒子72aの屈折率は、凹凸構造50の屈折率よりも高い。このような第一微粒子72aとしては、金属酸化物微粒子を用いることができる。本実施の形態では、第一微粒子72aとして、酸化ジルコニウム(ZrO2)によって構成された屈折率が2.1の透明なジルコニア粒子を用いている。なお、第一微粒子72aは、酸化ジルコニウムに限らず、酸化チタン等によって構成されていてもよい。
The first
第二微粒子72bは、透過率が低い材料で構成されているとよい。具体的には、第二微粒子72bは、遮光粒子であるとよい。本実施の形態では、第二微粒子72bとし、カーボンブラックからなるカーボン粒子を用いている。
The second
第一微粒子72aは、粒径がナノオーダサイズの微粒子(ナノ粒子)である。具体的には、入射光の波長をλとすると、第一微粒子72aの粒径は、λ/4以下であるとよい。第一微粒子72aの粒径をλ/4以下にすることで、第一微粒子72aでの光散乱を少なくして、第一微粒子72aと絶縁性液体71との平均的な屈折率を得ることができる。第一微粒子72aの粒径は、小さいほどよく、好ましくは100nm以下、より好ましくは、数nm〜数十nmである。
The first
一方、第二微粒子72bは、粒径がマイクロオーダサイズ(マイクロ粒子)又はナノオーダサイズの微粒子(ナノ粒子)である。第二微粒子72bの粒径は、第一微粒子72aの粒径よりも大きい方がよい。第二微粒子72bの粒径を第一微粒子72aの粒径よりも大きくすることで、第一微粒子72aで散乱した光が第二微粒子72bに当たる確率が大きくなるので、第一微粒子72aで散乱した光を第二微粒子72bで吸収することができる。具体的には、第二微粒子72bの粒径は、100nm以上であるとよい。
On the other hand, the second
また、第一微粒子72a及び第二微粒子72bは、帯電している荷電粒子である。例えば、第一微粒子72a及び第二微粒子72bの表面を修飾することで、第一微粒子72a及び第二微粒子72bを正(プラス)又は負(マイナス)に帯電させることができる。
The first
本実施の形態において、第一微粒子72aは、第一極性で帯電しており、第二微粒子72bは、第一極性とは逆極性の第二極性で帯電している。具体的には、第一微粒子72aは、正(プラス)に帯電しており、第二微粒子72bは、負(マイナス)に帯電している。
In the present embodiment, the first
このように構成された屈折率可変層70では、それぞれ帯電した第一微粒子72a及び第二微粒子72bが絶縁性液体71全体に分散されている。本実施の形態では、第一微粒子72aとして屈折率が2.1のジルコニア粒子を用いるとともに第二微粒子72bとしてカーボン粒子を用いて、この第一微粒子72a及び第二微粒子72bを溶媒屈折率が約1.5の絶縁性液体71に分散させたものを屈折率可変層70としている。
In the variable
また、屈折率可変層70全体の屈折率(平均屈折率)は、第一微粒子72a及び第二微粒子72bが屈折率可変層70(絶縁性液体71)内に均一に分散された状態において、凹凸構造50の屈折率と異なっている。具体的には、屈折率可変層70全体の屈折率は、凹凸構造50の屈折率よりも高くなるように設定されており、本実施の形態では、約1.6である。
The refractive index (average refractive index) of the entire variable
なお、屈折率可変層70全体の屈折率は、絶縁性液体71に分散する第一微粒子72a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、第一微粒子72aの量は凹凸構造50の凹部(隣り合う2つの凸部51の間の領域)に埋まる程度にするとよく、この場合、絶縁性液体71に対する第一微粒子72aの濃度は、約10%〜30%である。
The refractive index of the entire variable
屈折率可変層70は、凹凸構造50と第二電極41及び第三電極42との間に配置されている。具体的には、屈折率可変層70は凹凸構造50に接している。つまり、屈折率可変層70における凹凸構造50の凹凸表面との接触面は、屈折率可変層70と凹凸構造50の凹凸表面との界面である。なお、屈折率可変層70は、第二電極41及び第三電極42にも接しているが、屈折率可変層70と第二電極41及び第三電極42との間に他の層(膜)が介在していてもよい。
The variable
また、屈折率可変層70は、第一電極30と第二電極41との間に印加される電圧に応じて屈折率が変化する。さらに、本実施の形態では、第三電極42が形成されているので、屈折率可変層70は、第一電極30と第三電極42との間に印加される電圧及び第二電極41と第三電極42との間に印加される電圧に応じて屈折率が変化する。
Further, the refractive index of the variable
具体的には、屈折率可変層70は、第一電極30と第二電極41及び第三電極42との間に配置されており、第一電極30、第二電極41及び第三電極42に電圧が印加されることによって屈折率可変層70に電界が与えられる。例えば、第一電極30、第二電極41及び第三電極42とには直流電圧が印加される。
Specifically, the variable
絶縁性液体71中に分散する第一微粒子72aは帯電しているので、屈折率可変層70に電界が与えられると、第一微粒子72aは、その電界分布にしたがって絶縁性液体71中を泳動し、絶縁性液体71内で偏在する。これにより、屈折率可変層70内の第一微粒子72aの粒子分布が変化して屈折率可変層70内に第一微粒子72aの濃度分布を持たせることができるので、屈折率可変層70内の屈折率分布が変化する。つまり、屈折率可変層70の屈折率が部分的に変化する。このように、屈折率可変層70は、主に可視光領域の光に対する屈折率を調整することができる屈折率調整層として機能する。
Since the first
また、絶縁性液体71中に分散する第二微粒子72aは帯電しているので、屈折率可変層70に電界が与えられると、第二微粒子72bは、その電界分布にしたがって絶縁性液体71中を泳動し、絶縁性液体71内で偏在する。これにより、屈折率可変層70内の第二微粒子72bの粒子分布が変化して屈折率可変層70内に第二微粒子72bの濃度分布を持たせることができるので、屈折率可変層70内の吸光度分布が変化する。つまり、屈折率可変層70の吸光度が部分的に変化する。
Further, since the second
このように、屈折率可変層70は、入射する光を吸収することができる光吸収層として機能し、変化する吸光度に応じて入射する光の調光を行うことができる。つまり、屈折率可変層70は、屈折率可変層70を透過する光の量(透過量)を制御することができる。
In this way, the variable
なお、屈折率可変層70の吸光度は、絶縁性液体71に分散する第二微粒子72bの濃度(量)を調整することによって変えることができる。この場合、第二微粒子72bの濃度は、第二微粒子72bが凹凸構造50に凝集したときに、第二微粒子72bが凹凸構造50の凹部の底部周辺に存在する程度(例えば凹部の底から2μmの高さ)の濃度にすればよい。
The absorbance of the variable
このように構成される屈折率可変層70は、第一積層基板100と第二積層基板200との間に配置されている。具体的には、第一微粒子72a及び第二微粒子72bが分散された絶縁性液体71が第一積層基板100と第二積層基板200との間に封止されている。
The variable
屈折率可変層70の厚さ(つまり、第一積層基板100と第二積層基板200とのギャップ)は、例えば1μm〜100μmであるが、これに限るものではない。一例として、凹凸構造50の凸部51の高さが10μmである場合、屈折率可変層70の厚さは、例えば40μmである。
The thickness of the variable refractive index layer 70 (that is, the gap between the first
[光学デバイスの製造方法]
次に、光学デバイス2の製造方法について、図5及び図6を参照しながら説明する。
[Manufacturing method of optical device]
Next, a method of manufacturing the
まず、第一基板10として例えばPET基板を用いて、PET基板の上に第一電極30としてITO膜を形成し、ITO膜の上にアクリル樹脂(屈折率1.5)によって構成された複数の凸部51からなる凹凸構造50をインプリント法により形成することで第一積層基板100を作製する。
First, using, for example, a PET substrate as the
次に、第二基板20として例えばPET基板を用いて、PET基板の上にITO膜からなる第二電極41及び第三電極42を形成することで、第二積層基板200を作製する。
Next, the second
次に、第一積層基板100と第二積層基板200との間に、屈折率可変層70として、第一微粒子72a及び第二微粒子72bが分散された絶縁性液体71を充填するとともに、第一積層基板100と第二積層基板200との外周部分を接合することで第一積層基板100と第二積層基板200との間に屈折率可変層70を封止する。
Next, between the first
このようにして、図5に示される構造の光学デバイス2を製造することができる。
In this way, the
[光学デバイスの光学作用]
次に、実施の形態に係る光学デバイス2の光学作用について、図8A、図8B及び図8Cを用いて説明する。図8Aは、実施の形態2に係る光学デバイス2の第一光学作用を説明するための図であり、図8Bは、同光学デバイス2の第二光学作用を説明するための図であり、図8Cは、同光学デバイス2の第三光学作用を説明するための図である。
[Optical action of optical device]
Next, the optical action of the
本実施の形態における光学デバイス2は、実施の形態1における光学デバイス1と同様に、例えば建物の窓に設置して配光制御機能付き窓として実現することができる。本実施の形態でも、第一基板10が光入射側(建物の外側)に位置するように光学デバイス2が設置される。
Similar to the
このとき、光学デバイス2に入射した光は、光学デバイス2を透過する際に光学デバイス2から光学作用を受ける。具体的には、光学デバイス2は、屈折率可変層70の屈折率及び吸光度の変化によって光学作用が変化する。このため、光学デバイス2に入射した光は、屈折率可変層70の屈折率及び吸光度に応じて異なる光学作用を受けることになり、屈折率可変層70の屈折率及び吸光度に応じて進行方向が変化したり光透過量が変化したりする。
At this time, the light incident on the
本実施の形態において、光学デバイス2は、第一電極30、第二電極41及び第三電極42に印加される電圧に応じて、光学デバイス2に入射する光の進行方向の制御と調光御とを行うことができる。具体的には、第一電極30、第二電極41及び第三電極42に印加される電圧に応じて、屈折率可変層70(微粒子分散層)における第一微粒子72a及び第二微粒子72bの粒子分布が変化し、これにより、屈折率可変層70の屈折率及び吸光度が部分的に変化する。この結果、光学デバイス2の光学作用が変化する。本実施の形態における光学デバイス2は、3つの光学作用を有する。以下、光学デバイス2の3つの光学作用について詳細に説明する。
In the present embodiment, the
まず、図8Aを用いて、光学デバイス2の第一光学作用を説明する。第一電極30、第二電極41及び第三電極42に電位が与えられていない場合、つまり、第一電極30、第二電極41及び第三電極42の各電極間に電圧が印加されていない場合(電圧無印加時の場合)、光学デバイス2は、第一光学モードとなり、入射した光に対して第一光学作用を与える。
First, the first optical action of the
第一光学モードでは、屈折率可変層70に電界が与えられないので、図8Aに示すように、屈折率可変層70において、第一微粒子72a及び第二微粒子72bは、絶縁性液体71全体にわたって分散された状態となる。つまり、遮光粒子である第二微粒子72bが絶縁性液体71全体にわたって存在している。
In the first optical mode, no electric field is applied to the variable
この場合、図8Aに示すように、光学デバイス2に対して斜め方向から光L1が入射すると、光L1は、屈折率可変層70で吸収される。具体的には、遮光粒子である第二微粒子72bが屈折率可変層70の全体にわたって分散しているので、光学デバイス2に入射した光L1は、凹凸構造50の凸部51及び凹部(隣り合う2つの凸部51の間の部分)のいずれを通過する場合も第二微粒子72bによって遮光される。
In this case, as shown in FIG. 8A, when the light L1 is incident on the
このように、第一電極30、第二電極41及び第三電極42の各電極間に電圧が印加されていない場合、光学デバイス2は、第一基板10に入射する光を遮光する。つまり、第一光学モードは遮光モードであり、第一光学モードにおいて、光学デバイス2は遮光状態になっている。
In this way, when no voltage is applied between the
また、光学デバイス2が遮光モードであるとき、光学デバイス2に入射する光L1は、光学デバイス2で完全に吸収されるとは限らず、屈折率可変層70の吸光度に応じて減光して透過する場合がある。この場合、本実施の形態における光学デバイス2では、凹凸構造50が設けられているので、凹凸構造50の屈折率と屈折率可変層70の屈折率との大小関係によって、光学デバイス2に入射する光L1は、凹凸構造50と屈折率可変層70との界面で光学作用を受けて光学デバイス2を透過する。
Further, when the
このとき、本実施の形態では、上記のように、第一微粒子72a及び第二微粒子72bが絶縁性液体71全体に分散された状態での屈折率可変層70の屈折率が約1.6である。また、凹凸構造50の屈折率が約1.5である。したがって、第一電極30、第二電極41及び第三電極42の各電極間に電圧が印加されていない場合(第一光学モードの場合)、屈折率可変層70全体の屈折率は、凹凸構造50の屈折率よりも高くなっており、凹凸構造50の屈折率と屈折率可変層70との間には屈折率差が生じている。
At this time, in the present embodiment, as described above, the refractive index of the refractive
この場合、図8Aに示すように、光学デバイス2に対して斜め方向から光L1が入射すると、凹凸構造50(凸部51)と屈折率可変層70との界面には屈折率差があるので、光L1は、屈折率可変層70と凸部51の下側の側面と屈折率可変層70との界面で屈折してから、屈折率可変層70と凸部51の上側の側面と屈折率可変層70との界面で全反射し、跳ね返る方向に進行方向が曲げられて光学デバイス2の外部に出射する。つまり、光学デバイス2に入射した光L1は、光学デバイス2によって配光されつつ吸収される。
In this case, as shown in FIG. 8A, when light L1 is incident on the
なお、詳細は図示していないが、第一基板10と第一電極30との界面又は屈折率可変層70と第二電極41又は第三電極42との界面等、各部材間の界面で屈折率差が存在する箇所においては、第一基板10から入射した光は、その界面で屈折することになる。
Although details are not shown, refraction occurs at the interface between each member, such as the interface between the
次に、図8Bを用いて、光学デバイス2の第二光学作用を説明する。第一電極30、第二電極41及び第三電極42に電位が与えられた場合、つまり、第一電極30、第二電極41及び第三電極42の各電極間に電圧が印加された場合(第一の電圧印加時の場合)、光学デバイス2は、第二光学モードとなり、入射した光に対して第二光学作用を与える。具体的には、第一電極30、第二電極41及び第三電極42の各電極間には直流電圧が印加される。
Next, the second optical action of the
例えば、光学デバイス2において、第一電極30に印加する電位をV1、第二電極41に印加する電位をV2、第三電極42に印加する電位をV3としたときに、第二光学モードでは、V1>V2、V1>V3の関係を満たすように各電極の電位設定を行う。例えば、第一電極30にプラス電位を印加し、第二電極41及び第三電極42にマイナス電位を印加すればよい。一例として、V1=−20V、V2=V3=+20Vである。
For example, in the
これにより、逆極性で互いに帯電した第一微粒子72a及び第二微粒子72bは、屈折率可変層70内に生成された電界分布にしたがって分離される態様で絶縁性液体71内を泳動する。つまり、第一微粒子72a及び第二微粒子72bは、絶縁性液体71内を電気泳動する。この結果、第一微粒子72a及び第二微粒子72bは、屈折率可変層70内に区分されて偏在するので、第一微粒子72a及び第二微粒子72bの粒子分布が変化し、屈折率可変層70内の屈折率分布及び吸光度分布が一様ではなくなる。
As a result, the first
具体的には、第二光学モードでは、V1>V2=V3の関係を満たすように、第一電極30、第二電極41及び第三電極42の各電極間に電圧が印加されるので、プラスに帯電した第一微粒子72aは、第二電極41及び第三電極42に向かって泳動し、屈折率可変層70内の第二基板20側(第二電極41及び第三電極42側)に凝集されて偏在する。このとき、第二基板20に向かって泳動した第一微粒子72aは、第二電極41及び第三電極42の表面に層状に集積していく。
Specifically, in the second optical mode, a voltage is applied between the
これにより、屈折率可変層70内には、第一微粒子72aの泳動により第一微粒子72aが無くなっていって第一微粒子72aの濃度が低くなった凹凸構造50側の第一領域70aと、第一微粒子72aの泳動により第一微粒子72aが集まってきて第一微粒子72aの濃度が高くなった第二基板20側(第二電極41及び第三電極42側)の第二領域70bとが発生し、第一領域70aと第二領域70bとで屈折率差が生じる。
As a result, in the variable
この場合、第一微粒子72aの屈折率が絶縁性液体71の屈折率よりも高いので、第一微粒子72aの濃度が低くなった屈折率可変層70の凹凸構造50側の第一領域70aの屈折率は、第一微粒子72aの濃度が高くなった屈折率可変層70の第二基板20側の第二領域70bの屈折率よりも低くなる。例えば、屈折率可変層70の凹凸構造50側の第一領域70aの屈折率は厚み方向に約1.5〜約1.6で分布し、また、屈折率可変層70の第二電極40側の第二領域60bの屈折率は厚み方向に約1.6〜約1.8で分布する。
In this case, since the refractive index of the first
さらに、本実施の形態では、屈折率が2.1のジルコニア粒子からなる第一微粒子72aを溶媒屈折率が約1.5の絶縁性液体71に分散させることで屈折率可変層70が構成されているので、この第二光学モードでは、屈折率可変層70の凹凸構造50側の第一領域70aにおける凹凸構造50近傍の屈折率は約1.5となる。つまり、屈折率可変層70の凹凸構造50側の第一領域70aにおける凹凸構造50近傍の屈折率は、凹凸構造50の屈折率と略同一となる。この結果、屈折率可変層70の凹凸構造50側の第一領域70aの凹凸構造50近傍部分と凹凸構造50(凸部51)との間の屈折率差がほぼなくなる(屈折率差Δn≒0)。なお、屈折率可変層70の第二基板20側の第二領域70bの屈折率は約1.8となる。
Further, in the present embodiment, the variable
一方、V1>V2=V3の関係を満たすことで、マイナスに帯電した第二微粒子72bは、プラス電位が印加された第一電極30に向かって泳動し、屈折率可変層70内の凹凸構造50側に凝集されて偏在する。このとき、第一電極30に向かって泳動する第二微粒子72bは、凹凸構造50の凹部、つまり隣り合う2つの凸部51の間の領域に入り込んで集積していく。
On the other hand, by satisfying the relationship of V1> V2 = V3, the negatively charged second
このとき、屈折率可変層70の凹凸構造50側に凝集した第二微粒子72bは、凹凸構造50の凹部に入り込んで集積しているので、屈折率可変層70の凹凸構造50側の領域には、凹凸構造50の凹凸にしたがって、Z軸方向に相対的に吸光度が大きい領域と相対的に吸光度が小さい領域とが交互に生成される。具体的には、相対的に吸光度が大きい領域は、第二微粒子72bが凝集した凹凸構造50の凹部が存在する領域であり、相対的に吸光度が小さい領域は、凹凸構造50の凸部51が存在する領域である。
At this time, since the second
このように、第二光学モードでは、第二微粒子72bは、屈折率可変層70内の凹凸構造50側の第一領域70aに偏在し、第一微粒子72aは、屈折率可変層70内の第二基板20側(第二電極41側)の第二領域70bに偏在している。
As described above, in the second optical mode, the second
この場合、図8Bに示すように、光学デバイス2に対して斜め方向から光L1が入射すると、第一光学モードのときと同様に、光L1は、屈折率可変層70によって吸収されるが、第二光学モードでは、遮光粒子である第二微粒子72bが凹凸構造50側の凹部に集積されているので、第一光学モードとは異なる光学作用を受ける。具体的には、第一基板10に入射された光のうち凹凸構造50の凸部51を通過する光は、第二微粒子72bが凝集した領域(吸光度が小さい領域)を通過しないので、第二微粒子72bで遮光されずに屈折率可変層70を透過する。
In this case, as shown in FIG. 8B, when the light L1 is incident on the
このとき、本実施の形態では、凹凸構造50(凸部51)と屈折率可変層70との界面には屈折率差がないので、光学デバイス2に入射した光L1は、屈折率可変層70と凸部51の側面との界面では屈折されずに進行方向が変わらない。このため、凹凸構造50の凸部51を通過する光は、光学デバイス2で進行方向が曲げられることなく、光学デバイス2内をそのまま直進して光学デバイス2の外部に出射する。
At this time, in the present embodiment, since there is no difference in refractive index at the interface between the concave-convex structure 50 (convex portion 51) and the variable
このように、第一電極30、第二電極41及び第三電極42の各電極間に、V1>V2、V1>V3の関係を満たすように電圧が印加されている場合、光学デバイス2は、第一基板10に入射された光のうち凹凸構造50の凸部51を通過する光を遮光せずに直進させて第二基板20を透過させる。つまり、第二光学モードは透明モードであり、第二光学モードにおいて、光学デバイス2は透明状態になっている。この場合、第一基板10に入射した光のうち凹凸構造50の凸部51を通過する光は、光学デバイス2によって配光されることなく直進透過して第二基板20から出射する。
In this way, when a voltage is applied between the electrodes of the
なお、第一基板10に入射された光のうち凹凸構造50の凹部を通過する光は、第二微粒子72bが凝集した領域(吸光度が大きい領域)を通過するので第二微粒子72bで遮光される。つまり、第一基板10に入射した光の一部は屈折率可変層70で吸収されるが、凹凸構造50の凹部を通過する光のみを吸収するので、第二光学モードのときの屈折率可変層70の吸光度は、第一光学モードのときの屈折率可変層70の吸光度よりも小さく、第二光学モードでは、第一光学モードよりも光透過量が大きい。
Of the light incident on the
また、第二光学モードにおいて、屈折率可変層70の凹凸構造50側の第一領域70aの屈折率と凹凸構造50の屈折率とが略同一とは、屈折率可変層70の第一領域70aと凹凸構造50との屈折率差が0.010以下、より好ましくは0.005以下のことである(Δn≦0.005)。屈折率可変層70の第一領域70aと凹凸構造50との屈折率差が0.005を超えると、屈折率可変層70の第一領域70aと凹凸構造50との界面で光が散乱し、ヘイズが発生するおそれがある。
Further, in the second optical mode, the refractive index of the
また、詳細は図示していないが、第二光学モードの場合も、第一基板10と第一電極30との界面又は屈折率可変層70と第二電極41又は第三電極42との界面等、各部材間の界面で屈折率差が存在する箇所においては、上記同様に、第一基板10から入射した光は、その界面で屈折することになる。
Although details are not shown, even in the second optical mode, the interface between the
次に、図8Cを用いて、光学デバイス2の第三光学作用を説明する。第一電極30、第二電極41及び第三電極42に、第二光学モードのときとは異なる電位が与えられた場合、つまり、第一電極30、第二電極41及び第三電極42の各電極間に、第二光学モードのときとは異なる電圧が印加された場合(第二の電圧印加時の場合)、光学デバイス2は、第三光学モードとなり、入射した光に対して第三光学作用を与える。
Next, the third optical action of the
第三光学モードでは、第一電極30、第二電極41及び第三電極42の各電極間に直流電圧が印加されることで屈折率可変層70に電界が与えられるので、第二光学モードと同様に、屈折率可変層70では、逆極性で互いに帯電した第一微粒子72a及び第二微粒子72bがその電界分布にしたがって分離される態様で絶縁性液体71内を泳動する。
In the third optical mode, an electric field is applied to the refractive
具体的には、第一電極30に印加する電位をV1、第二電極41に印加する電位をV2、第三電極42に印加する電位をV3としたときに、第三光学モードでは、V1<V2<V3の関係を満たすように各電極の電位設定を行う。例えば、第一電極30にマイナス電位を印加し、第二電極41に接地電位を印加し、第三電極42にプラス電位を印加すればよい。一例として、V1=−20V、V2=0V、V3=+20Vである。
Specifically, when the potential applied to the
このように、V1<V2<V3とすることにより、図8Cに示すように、プラスに帯電した第一微粒子72aは、マイナス電位の第一電極30に向かって泳動し、マイナスに帯電した第二微粒子72bは、第三電極42に向かって泳動する。これにより、第一微粒子72a及び第二微粒子72bは、屈折率可変層70内に区分されて偏在するので、第一微粒子72a及び第二微粒子72bの粒子分布が変化し、屈折率可変層70内の屈折率分布及び吸光度分布が一様ではなくなる。
By setting V1 <V2 <V3 in this way, as shown in FIG. 8C, the positively charged first
具体的には、第三光学モードでは、V1<V2<V3の関係を満たすように、第一電極30、第二電極41及び第三電極42の各電極間に電圧が印加されるので、プラスに帯電した第一微粒子72aは、マイナス電位の第一電極30(第一基板10側)に向かって泳動し、屈折率可変層70内の凹凸構造50側に凝集されて偏在する。このとき、第一電極30に向かって泳動する第一微粒子72aは、凹凸構造50の凹部、つまり隣り合う2つの凸部51の間の領域に入り込んで集積していく。
Specifically, in the third optical mode, a voltage is applied between the
これにより、屈折率可変層70内には、第一微粒子72aの泳動により第一微粒子72aが集まってきて第一微粒子72aの濃度が高くなった凹凸構造50側の第一領域70aと、第一微粒子72aの泳動により第一微粒子72aが無くなっていって第一微粒子72aの濃度が低くなった第二基板20側(第二電極41)側の第二領域70bとが発生し、第一領域70aと第二領域70bとで屈折率差が生じる。
As a result, in the variable
この場合、第一微粒子72aの屈折率が絶縁性液体71の屈折率よりも高いので、屈折率可変層70の凹凸構造50側の第一領域70aの屈折率は、屈折率可変層70の第二基板20側の第二領域70bの屈折率よりも高くなる。例えば、屈折率可変層70の凹凸構造50側の第一領域70aの屈折率は厚み方向に約1.8〜約1.6で分布し、また、屈折率可変層70の第二電極40側の第二領域60bの屈折率は厚み方向に約1.6〜約1.5で分布する。
In this case, since the refractive index of the first
本実施の形態では、上記のように、屈折率が2.1のジルコニア粒子からなる第一微粒子72aを溶媒屈折率が約1.5の絶縁性液体71に分散させることで屈折率可変層70が構成されており、電圧無印加時の屈折率可変層70全体の屈折率が約1.6であるので、第三光学モードにおいて、屈折率可変層70の凹凸構造50側の第一領域70aの屈折率は約1.8〜約2.0となり、また、屈折率可変層70の第二基板20側の第二領域70bの屈折率は約1.5となる。
In the present embodiment, as described above, the variable
これにより、上記のように、凹凸構造50の屈折率は約1.5であるので、第三光学モードの場合、凹凸構造50の屈折率(約1.5)と屈折率可変層70の凹凸構造50側の第一領域70aの屈折率(約1.8〜約2.0)との間には屈折率差が生じる。具体的には、屈折率可変層70の凹凸構造50側の第一領域70aの屈折率が、凹凸構造50の屈折率よりも高くなっている。
As a result, as described above, the refractive index of the concave-
一方、V1<V2<V3の関係を満たすことで、マイナスに帯電した第二微粒子72bは、プラス電位が印加された第三電極42に向かって泳動し、第三電極42側に凝集されて偏在する。
On the other hand, by satisfying the relationship of V1 <V2 <V3, the negatively charged second
このように、第三光学モードでは、第一微粒子72aは、屈折率可変層70内の凹凸構造50側の第一領域70aに偏在し、第二微粒子72bは、屈折率可変層70内の第三電極42側に凝集されて偏在している。
As described above, in the third optical mode, the first
この場合、図8Cに示すように、光学デバイス2に対して斜め方向から光L1が入射すると、凹凸構造50(凸部51)と屈折率可変層70との界面には屈折率差があるので、光L1は、屈折率可変層70と凸部51の下側の側面と屈折率可変層70との界面で屈折してから、屈折率可変層70と凸部51の上側の側面と屈折率可変層70との界面で全反射し、跳ね返る方向に進行方向が曲げられて光学デバイス2の外部に出射する。つまり、光学デバイス2に入射した光L1は、光学デバイス2によって配光する。
In this case, as shown in FIG. 8C, when light L1 is incident on the
このように、第一電極30、第二電極41及び第三電極42の各電極間に、V1<V2<V3の関係を満たすように電圧が印加されることで、屈折率可変層70の凹凸構造50側の第一領域70aの屈折率は、屈折率可変層70の第二基板20側(第二電極41)側の第二領域70bの屈折率よりも高く、かつ、凹凸構造50の屈折率よりも高くなる。これにより、光学デバイス2は、第一基板10に入射する光を配光して第二基板20を透過させる。つまり、第三光学モードは配光モードであり、第三光学モードにおいて、光学デバイス2は配光状態になっている。この場合、第一基板10に入射した光は、上記のように、光学デバイス2の凹凸構造50で反射させられて進行方向が変化して第二基板20から出射する。
In this way, the unevenness of the refractive
なお、第三光学モードでは、遮光粒子である第二微粒子72bが第三電極42に凝集しているので、第一基板10に入射された光のうち第三電極42を通過しない光は、第二微粒子72bで遮光されることなく、第二基板20から出射する。一方、第一基板10に入射された光のうち第三電極42を通過する光は、第三電極42に凝集された第二微粒子72bを通過するので、第二微粒子72bで遮光される。
In the third optical mode, the second
詳細は図示していないが、第三光学モードの場合も、第一基板10と第一電極30との界面又は屈折率可変層70と第二電極41又は第三電極42との界面等、各部材間の界面で屈折率差が存在する箇所においては、上記同様に、第一基板10から入射した光は、その界面で屈折することになる。
Although details are not shown, even in the third optical mode, the interface between the
また、第一電極30、第二電極41及び第三電極42に印加する電位をゼロにして電圧無印加状態にすると、第一微粒子72a及び第二微粒子72bは絶縁性液体71内を泳動し、図8Aに示すように、第一微粒子72a及び第二微粒子72bが絶縁性液体71全体にわたって均一に分散された状態に戻る。
Further, when the potentials applied to the
以上のように構成される光学デバイス2は、凹凸構造50と屈折率可変層70との屈折率マッチングを電界によって制御することで光学作用を変化させることができるアクティブ型の光学制御デバイスである。つまり、第一電極30、第二電極41及び第三電極42の各電極間に印加する電圧を制御することによって、光学デバイス2を複数の光学モードに切り替えることができる。本実施の形態では、光学デバイス2を、第一光学モード(遮光モード)、第二光学モード(透明モード)及び第三光学モード(配光モード)の3つのモードに切り替えることができる。
The
なお、第一電極30、第二電極41及び第三電極42の各電極間に印加する電圧によって生成される電界は、誘電率が低い方に付与されやすい。このため、凹凸構造50(凸部51)の誘電率は、屈折率可変層70の絶縁性液体71の誘電率よりも大きい方がよい。つまり、凹凸構造50(凸部51)に対して絶縁性液体71の誘電率が低い方がよい。これにより、凹凸構造50の方に電界がくわれてしまうことを抑制できる。
The electric field generated by the voltage applied between the
[まとめ]
以上、本実施の形態に係る光学デバイス2によれば、第一電極30と第二電極41との間に凹凸構造50及び屈折率可変層70が配置されており、屈折率可変層70として、互いに逆極性で帯電した透光性の第一微粒子72a及び遮光性の第二微粒子72bが分散された絶縁性液体71(微粒子分散層)を用いている。
[Summary]
As described above, according to the
この構成により、第一電極30と第二電極41との間に電圧を印加することで第一微粒子72a及び第二微粒子72bが絶縁性液体71内を泳動するので、屈折率可変層70の屈折率及び吸光度を変化させることができる。具体的には、屈折率可変層70における第一微粒子72a及び第二微粒子72bの粒子分布が変化して、屈折率可変層70の屈折率分布及び吸光度分布が変化する。これにより、凹凸構造50と屈折率可変層70との屈折率差が変化したり屈折率可変層70内の光透過量が変化したりするので、光学デバイス2に入射する光の進行方向を制御したり光学デバイス2に入射する光を調光したりすることができる。
With this configuration, by applying a voltage between the
具体的には、本実施の形態における光学デバイス2では、第一光学モード(遮光モード)、第二光学モード(透明モード)及び第三光学モード(配光モード)の3つのモードに切り替えることができる。これにより、第一光学モードでは、光学デバイス2に入射する光を遮光することができ、第二光学モードでは、光学デバイス2に入射する光を直進透過させることができ、第三光学モードでは、光学デバイス2に入射する光を配光することができる。しかも、第三光学モードでは、遮光粒子である第二微粒子72bを第三電極42に凝集させているので、高い光透過率で、光学デバイス2に入射する光を配光することができる。
Specifically, the
このように構成される本実施の形態における光学デバイス2は、屈折率可変層が液晶層である光学デバイスと比べて、凹凸構造50と屈折率可変層70との屈折率差(Δn)を大きくすることができるので、配光制御範囲を大きくすることができる。
The
例えば、屈折率可変層が液晶層である場合は、屈折率可変層(液晶層)は、1.5〜1.7の範囲内でしか屈折率が変化しないので、屈折率が1.5の凹凸構造との最大の屈折率差は0.2である。 For example, when the variable refractive index layer is a liquid crystal layer, the variable refractive index layer (liquid crystal layer) has a refractive index of 1.5 because the refractive index changes only within the range of 1.5 to 1.7. The maximum difference in refractive index from the uneven structure is 0.2.
これに対して、本実施の形態における光学デバイス2では、溶媒屈折率約1.5の絶縁性液体71に屈折率2.1の第一微粒子72aを分散させることで屈折率可変層70が構成されているので、屈折率可変層70は、部分的に、1.5〜2.1の範囲で屈折率を変化させることが可能となる。これにより、屈折率可変層70は、屈折率が1.5の凹凸構造50との最大の屈折率差は0.6となる。
On the other hand, in the
このように、凹凸構造50と屈折率可変層70との屈折率差が大きくなることで、光学デバイス2に入射した光が凹凸構造50で反射するときの角度を大きくしたり小さくしたりすることができる範囲(配光制御範囲)を拡大させることができる。つまり、配光角度のレンジを拡大させることができる。
By increasing the difference in refractive index between the concave-
また、本実施の形態における光学デバイス2は、屈折率可変層が液晶層である光学デバイスと比べて、配光率を向上させることができる。つまり、液晶層は、複屈折性を有する液晶分子によって構成されているので、液晶層を用いた光学デバイスでは、S波及びP波のいずれかしか配光させることができない。これに対して、絶縁性液体71及び第一微粒子72aは、S波及びP波に対して無依存であるので、本実施の形態における光学デバイス2は、S波及びP波のいずれに対しても配光させることができる。したがって、本実施の形態における光学デバイス2は、液晶層を用いた光学デバイスに対して、配光率が2倍になる。
Further, the
以上のように、本実施の形態における光学デバイス2によれば、屈折率可変層が液晶層である光学デバイスと比べて、配光制御範囲を大きくすることができるとともに、配光率を向上させることができる。したがって、優れた配光性能を有する光学デバイスを実現できる。これにより、所望の光学機能を有する光学デバイスを実現することができる。
As described above, according to the
また、光学デバイス2が第三光学モード(配光モード)のときに凹凸構造50の凸部51の上側の側面の全面を反射面にするために、第一電極30側に偏在させる第一微粒子72aは、凹凸構造50の凹部(隣り合う2つの凸部51の間の領域)の全てを埋めるように存在するとよい。つまり、第一微粒子72aが凸部51の頂点にまで存在するとよい。この場合、凹凸構造50の凹部の全てを埋めるために必要な第一微粒子72aの量は、凹凸構造50の高さ及び屈折率可変層70の厚さに応じて、絶縁性液体71における第一微粒子72aの濃度を調整して決定すればよい。また、この場合、第二微粒子72bについては、凹凸構造50の凹部の底から2μmの高さを埋めるために必要な粒子量によって、絶縁性液体71における濃度及び透過率を決定すればよい。
Further, when the
(変形例)
以上、本発明に係る光学デバイスについて、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。
(Modification example)
The optical device according to the present invention has been described above based on the embodiment, but the present invention is not limited to the above embodiment.
例えば、上記実施の形態1、2において、第三電極42を形成する場合、第三電極42は、第二電極41と同層に形成したが、これに限らず、第三電極42と第二電極41とを異なる導電層に形成してもよい。例えば、図9に示すように、実施の形態1と同じ第二電極40を用いて、この第二電極40の表面に絶縁層80を形成し、絶縁層80の表面に第三電極42を形成してもよい。この場合、第三電極42は、ストライプ状ではなく、格子状に形成してもよい。
For example, in the above-described first and second embodiments, when the
また、上記実施の形態1、2において、第三電極42を形成する場合、第二電極41及び第三電極42をX軸方向に延在するように形成したが、これに限らない。例えば、第二電極41及び第三電極42は、図10に示すように、Z軸方向に延在するように形成してもよい。つまり、第二電極41及び第三電極42が延在する方向が、凹凸構造50の凸部51が延在する方向とが直交していてもよい。
Further, in the above-described first and second embodiments, when the
また、上記実施の形態1、2において、第一電極30はべた電極としたが、これに限らない。例えば、第一電極30を第二電極41及び第三電極42と同様の形状にしてもよい。つまり、第一電極30を複数に分割された分割電極にしてもよい。
Further, in the first and second embodiments, the
また、上記実施の形態1において、第二微粒子72bは、マイナスに帯電させたが、これに限らない。つまり、第二微粒子72bをプラスに帯電させてもよい。この場合、第一電極30にはマイナス電位を印加し、第二電極40にはプラス電位を印加することで、第一電極30と第二電極40との間に直流電圧を印加すればよい。
Further, in the first embodiment, the second
また、上記実施の形態2において、第一微粒子72aをプラスに帯電させ、第二微粒子72bをマイナスに帯電させたが、第一微粒子72a及び第二微粒子72bは、逆極性で帯電していれば、これに限らない。つまり、第一微粒子72aをマイナスに帯電させ、第二微粒子72bをプラスに帯電させてもよい。この場合、第一電極30、第二電極41及び第三電極42の各電極間の電圧は、所望の電位差関係となるように適宜調整すればよい。
Further, in the second embodiment, the first
また、上記実施の形態1、2において、第二光学モードでは、第一電極30にプラス電位を印加し、第二電極41及び第三電極42にマイナス電位を印加したが、これに限らない。例えば、第一電極30と第二電極41又は第三電極42との間に所定の電圧(電位差)が印加されれば、第二光学モードにおいて、第一電極30と第二電極41及び第三電極42の全てにプラス電位が印加されてもよいしマイナス電位が印加されてもよい。
Further, in the first and second embodiments, in the second optical mode, a positive potential is applied to the
また、上記実施の形態1、2において、凹凸構造50を構成する凸部51は、断面形状が三角形の長尺状の三角柱であったが、これに限らない。例えば、凸部51は、断面形状が略台形の長尺状の略四角柱であってもよい。また、凸部51の側面の断面形状は、直線に限らず、曲線又は鋸状であってもよい。さらに、複数の凸部51の各々は、X軸方向に延在する1本の長尺状部材に限らず、X軸方向に部分的に分断されていてもよい。
Further, in the first and second embodiments, the
また、上記実施の形態1、2において、複数の凸部51の高さは、一定としたが、これに限るものではない。例えば、複数の凸部51の高さがランダムに異なっていてもよい。あるいは、凸部51の間隔がランダムに異なっていてもよいし、高さと間隔の両方がランダムであってもよい。
Further, in the first and second embodiments, the heights of the plurality of
また、上記実施の形態1、2において、光学デバイスに入射する光として太陽光を例示したが、これに限るものではない。例えば、光学デバイスに入射する光は、照明器具等の発光装置が発する光であってもよい。 Further, in the first and second embodiments, sunlight is exemplified as the light incident on the optical device, but the present invention is not limited to this. For example, the light incident on the optical device may be the light emitted by a light emitting device such as a lighting fixture.
また、上記実施の形態1、2において、凸部51の長手方向がX軸方向となるように光学デバイスを窓に配置したが、これに限らない。例えば、凸部51の長手方向がZ軸方向となるように光学デバイスを窓に配置してもよい。
Further, in the first and second embodiments, the optical device is arranged in the window so that the longitudinal direction of the
また、上記実施の形態1、2において、光学デバイスを窓に貼り付けたが、光学デバイス1を建物の窓そのものとして用いてもよい。また、光学デバイスは、建物の窓に設置する場合に限るものではなく、例えば車の窓等に設置してもよい。
Further, although the optical device is attached to the window in the above-described first and second embodiments, the
なお、その他、上記実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態、又は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で上記の各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。 In addition, in addition, a form obtained by applying various modifications to the above-described embodiment, or a combination of components and functions in each of the above-described embodiments without departing from the spirit of the present invention. The embodiment realized by the above is also included in the present invention.
1、1A、2 光学デバイス
10 第一基板
20 第二基板
30 第一電極
40、41 第二電極
42 第三電極
50 凹凸構造
60 調光層(遮光粒子分散層)
60a、70a 第一領域
60b、70b 第二領域
70 屈折率可変層(微粒子分散層)
1, 1A, 2
60a,
Claims (21)
前記第一基板に対向して配置された光透過性を有する第二基板と、
前記第一基板の前記第二基板側に配置された第一電極と、
前記第一電極の前記第二基板側に配置された凹凸構造と、
前記第二基板の前記第一基板側に配置された第二電極と、
前記凹凸構造と前記第二電極との間に配置され、前記第一電極と前記第二電極との間に印加される電圧に応じて吸光度が変化する調光層とを備え、
前記調光層は、絶縁性液体と、前記絶縁性液体に分散された帯電する遮光粒子とを有する、
光学デバイス。 The first substrate with light transmission and
A light-transmitting second substrate arranged to face the first substrate and
The first electrode arranged on the second substrate side of the first substrate and
Concavo-convex structure arranged on the second substrate side of the first electrode and
The second electrode arranged on the first substrate side of the second substrate and
A dimming layer which is arranged between the uneven structure and the second electrode and whose absorbance changes according to the voltage applied between the first electrode and the second electrode is provided.
The light control layer has an insulating liquid and charged light-shielding particles dispersed in the insulating liquid.
Optical device.
請求項1に記載の光学デバイス。 When a voltage is applied between the first electrode and the second electrode, the region on the concave-convex structure side of the dimming layer is relative to the region having a relatively large absorbance according to the concave-convex structure. Areas with low absorbance are alternately generated.
The optical device according to claim 1.
前記第一電極に印加する電位をV1、前記第二電極に印加する電位をV2、前記第三電極に印加する電位をV3とすると、V1<V2<V3である場合の前記調光層の吸光度は、V1>V2、V3である場合の前記調光層の吸光度よりも小さい、
請求項2に記載の光学デバイス。 Further, a third electrode arranged on the first substrate side of the second substrate is provided.
Assuming that the potential applied to the first electrode is V1, the potential applied to the second electrode is V2, and the potential applied to the third electrode is V3, the absorbance of the dimming layer when V1 <V2 <V3. Is smaller than the absorbance of the dimming layer when V1> V2 and V3.
The optical device according to claim 2.
光透過性を有する第一基板と、
前記第一基板に対向して配置された光透過性を有する第二基板と、
前記第一基板の前記第二基板側に配置された第一電極と、
前記第一電極の前記第二基板側に配置された凹凸構造と、
前記第二基板の前記第一基板側に配置された第二電極と、
前記凹凸構造と前記第二電極との間に配置され、絶縁性液体及び前記絶縁性液体に分散された帯電する遮光粒子を有する遮光粒子分散層とを備え、
前記光学デバイスは、前記第一電極と前記第二電極との間に印加される電圧に応じて、前記光学デバイスに入射する光の調光制御を行う、
光学デバイス。 An optical device that controls incident light
The first substrate with light transmission and
A light-transmitting second substrate arranged to face the first substrate and
The first electrode arranged on the second substrate side of the first substrate and
Concavo-convex structure arranged on the second substrate side of the first electrode and
The second electrode arranged on the first substrate side of the second substrate and
A light-shielding particle dispersion layer arranged between the uneven structure and the second electrode and having an insulating liquid and charged light-shielding particles dispersed in the insulating liquid is provided.
The optical device controls dimming of light incident on the optical device according to a voltage applied between the first electrode and the second electrode.
Optical device.
前記第一電極と前記第二電極との間に電圧が印加されていない場合、前記第一基板に入射された光を遮光し、
前記第一電極と前記第二電極との間に電圧が印加されている場合、前記第一基板に入射された光のうち前記凹凸構造を通過する光を遮光せずに透過させる、
請求項4に記載の光学デバイス。 The optical device is
When no voltage is applied between the first electrode and the second electrode, the light incident on the first substrate is blocked.
When a voltage is applied between the first electrode and the second electrode, the light incident on the first substrate that passes through the uneven structure is transmitted without shading.
The optical device according to claim 4.
前記第一電極に印加する電位をV1、前記第二電極に印加する電位をV2、前記第三電極に印加する電位をV3とすると、V1<V2<V3である場合、前記光学デバイスは、前記第一基板に入射された光のうち前記第二電極を通過する光を遮光せずに透過させ、前記第一基板に入射された光のうち前記第三電極を通過する光を遮光する、
請求項5に記載の光学デバイス。 Further, a third electrode arranged on the first substrate side of the second substrate is provided.
Assuming that the potential applied to the first electrode is V1, the potential applied to the second electrode is V2, and the potential applied to the third electrode is V3, when V1 <V2 <V3, the optical device is described. Of the light incident on the first substrate, the light passing through the second electrode is transmitted without shading, and among the light incident on the first substrate, the light passing through the third electrode is blocked.
The optical device according to claim 5.
前記第一基板に対向して配置された光透過性を有する第二基板と、
前記第一基板の前記第二基板側に配置された第一電極と、
前記第一電極の前記第二基板側に配置された凹凸構造と、
前記第二基板の前記第一基板側に配置された第二電極と、
前記凹凸構造と前記第二電極との間に配置され、絶縁性液体及び前記絶縁性液体に分散された帯電する遮光粒子を有する遮光粒子分散層とを備え、
前記第一電極と前記第二電極との間に印加される電圧に応じて、前記遮光粒子分散層における前記遮光粒子の粒子分布が変化する、
光学デバイス。 The first substrate with light transmission and
A light-transmitting second substrate arranged to face the first substrate and
The first electrode arranged on the second substrate side of the first substrate and
Concavo-convex structure arranged on the second substrate side of the first electrode and
The second electrode arranged on the first substrate side of the second substrate and
A light-shielding particle dispersion layer arranged between the uneven structure and the second electrode and having an insulating liquid and charged light-shielding particles dispersed in the insulating liquid is provided.
The particle distribution of the light-shielding particles in the light-shielding particle dispersion layer changes according to the voltage applied between the first electrode and the second electrode.
Optical device.
請求項7に記載の光学デバイス。 When a voltage is applied between the first electrode and the second electrode, the light-shielding particles are unevenly distributed on the uneven structure side in the light-shielding particle dispersion layer.
The optical device according to claim 7.
前記第一電極に印加する電位をV1、前記第二電極に印加する電位をV2、前記第三電極に印加する電位をV3とすると、V1<V2<V3である場合、前記遮光粒子は、前記第三電極に凝集されて偏在している、
請求項8に記載の光学デバイス。 Further, a third electrode arranged on the first substrate side of the second substrate is provided.
Assuming that the potential applied to the first electrode is V1, the potential applied to the second electrode is V2, and the potential applied to the third electrode is V3, when V1 <V2 <V3, the light-shielding particles are described as described above. Aggregated and unevenly distributed on the third electrode,
The optical device according to claim 8.
前記第一基板に対向して配置された光透過性を有する第二基板と、
前記第一基板の前記第二基板側に配置された第一電極と、
前記第一電極の前記第二基板側に配置された凹凸構造と、
前記第二基板の前記第一基板側に配置された第二電極と、
前記凹凸構造と前記第二電極との間に配置され、前記第一電極と前記第二電極との間に印加される電圧に応じて吸光度及び屈折率の少なくとも一方が変化する屈折率可変層とを備え、
前記屈折率可変層は、絶縁性液体と、前記絶縁性液体に含まれる第一微粒子及び第二微粒子とを有し、
前記第一微粒子は、第一極性で帯電しており、
前記第二微粒子は、遮光性を有し、かつ、前記第一極性とは逆極性の第二極性で帯電しており、
前記第一微粒子の屈折率は、前記絶縁性液体の屈折率よりも高い、
光学デバイス。 The first substrate with light transmission and
A light-transmitting second substrate arranged to face the first substrate and
The first electrode arranged on the second substrate side of the first substrate and
Concavo-convex structure arranged on the second substrate side of the first electrode and
The second electrode arranged on the first substrate side of the second substrate and
A refractive index variable layer arranged between the uneven structure and the second electrode, in which at least one of the absorbance and the refractive index changes according to the voltage applied between the first electrode and the second electrode. With
The variable refractive index layer has an insulating liquid and first and second fine particles contained in the insulating liquid.
The first fine particles are charged with the first polarity and are charged.
The second fine particles have a light-shielding property and are charged with a second polarity opposite to the first polarity.
The refractive index of the first fine particles is higher than the refractive index of the insulating liquid.
Optical device.
請求項10に記載の光学デバイス。 When a voltage is applied between the first electrode and the second electrode, the region on the concave-convex structure side of the dimming layer is relative to the region having a relatively large absorbance according to the concave-convex structure. Areas with low absorbance are alternately generated.
The optical device according to claim 10.
請求項10又は11に記載の光学デバイス。 When a voltage is applied between the first electrode and the second electrode, the refractive index of the first region on the concave-convex structure side of the variable refractive index layer is the second electrode of the variable refractive index layer. It is lower than the refractive index of the second region on the side and is substantially the same as the refractive index of the uneven structure.
The optical device according to claim 10 or 11.
前記第一電極に印加する電位をV1、前記第二電極に印加する電位をV2、前記第三電極に印加する電位をV3とすると、V1<V2<V3である場合、前記屈折率可変層の前記凹凸構造側の第一領域の屈折率は、前記屈折率可変層の前記第二電極側の第二領域の屈折率よりも高く、かつ、前記凹凸構造の屈折率よりも高い、
請求項12に記載の光学デバイス。 Further, a third electrode arranged on the first substrate side of the second substrate is provided.
Assuming that the potential applied to the first electrode is V1, the potential applied to the second electrode is V2, and the potential applied to the third electrode is V3, when V1 <V2 <V3, the refractive index variable layer The refractive index of the first region on the concave-convex structure side is higher than the refractive index of the second region on the second electrode side of the variable refractive index layer, and is higher than the refractive index of the concave-convex structure.
The optical device according to claim 12.
光透過性を有する第一基板と、
前記第一基板に対向して配置された光透過性を有する第二基板と、
前記第一基板の前記第二基板側に配置された第一電極と、
前記第一電極の前記第二基板側に配置された凹凸構造と、
前記第二基板の前記第一基板側に配置された第二電極と、
前記凹凸構造と前記第二電極との間に配置され、絶縁性液体と、前記絶縁性液体に分散された第一微粒子及び第二微粒子を有する微粒子分散層とを備え、
前記第一微粒子は、第一極性で帯電しており、
前記第二微粒子は、遮光性を有し、かつ、前記第一極性とは逆極性の第二極性で帯電しており、
前記光学デバイスは、前記第一電極と前記第二電極との間に印加される電圧に応じて、前記光学デバイスに入射する光の進行方向及び調光の少なくとも一方を制御する、
光学デバイス。 An optical device that controls incident light
The first substrate with light transmission and
A light-transmitting second substrate arranged to face the first substrate and
The first electrode arranged on the second substrate side of the first substrate and
Concavo-convex structure arranged on the second substrate side of the first electrode and
The second electrode arranged on the first substrate side of the second substrate and
An insulating liquid and a fine particle dispersion layer having first fine particles and second fine particles dispersed in the insulating liquid are provided between the uneven structure and the second electrode.
The first fine particles are charged with the first polarity and are charged.
The second fine particles have a light-shielding property and are charged with a second polarity opposite to the first polarity.
The optical device controls at least one of the traveling direction and dimming of light incident on the optical device according to the voltage applied between the first electrode and the second electrode.
Optical device.
請求項14に記載の光学デバイス。 When no voltage is applied between the first electrode and the second electrode, the optical device blocks the light incident on the first substrate.
The optical device according to claim 14.
請求項14又は15に記載の光学デバイス。 When a voltage is applied between the first electrode and the second electrode, the optical device causes light incident on the first substrate to travel straight through the second substrate.
The optical device according to claim 14 or 15.
前記第一電極に印加する電位をV1、前記第二電極に印加する電位をV2、前記第三電極に印加する電位をV3とすると、V1<V2<V3である場合、前記光学デバイスは、前記第一基板に入射された光を配光して前記第二基板を透過させる、
請求項14〜16のいずれか1項に記載の光学デバイス。 Further, a third electrode arranged on the first substrate side of the second substrate is provided.
Assuming that the potential applied to the first electrode is V1, the potential applied to the second electrode is V2, and the potential applied to the third electrode is V3, when V1 <V2 <V3, the optical device is described. The light incident on the first substrate is distributed and transmitted through the second substrate.
The optical device according to any one of claims 14 to 16.
前記第一基板に対向して配置された光透過性を有する第二基板と、
前記第一基板の前記第二基板側に配置された第一電極と、
前記第一電極の前記第二基板側に配置された凹凸構造と、
前記第二基板の前記第一基板側に配置された第二電極と、
前記凹凸構造と前記第二電極との間に配置され、絶縁性液体と、前記絶縁性液体に分散された第一微粒子及び第二微粒子を有する微粒子分散層とを備え、
前記第一微粒子は、第一極性で帯電しており、
前記第二微粒子は、遮光性を有し、かつ、前記第一極性とは逆極性の第二極性で帯電しており、
前記第一電極と前記第二電極との間に印加される電圧に応じて、前記微粒子分散層における前記第一微粒子及び前記第二微粒子の粒子分布が変化する、
光学デバイス。 The first substrate with light transmission and
A light-transmitting second substrate arranged to face the first substrate and
The first electrode arranged on the second substrate side of the first substrate and
Concavo-convex structure arranged on the second substrate side of the first electrode and
The second electrode arranged on the first substrate side of the second substrate and
An insulating liquid and a fine particle dispersion layer having first fine particles and second fine particles dispersed in the insulating liquid are provided between the uneven structure and the second electrode.
The first fine particles are charged with the first polarity and are charged.
The second fine particles have a light-shielding property and are charged with a second polarity opposite to the first polarity.
The particle distribution of the first fine particles and the second fine particles in the fine particle dispersion layer changes according to the voltage applied between the first electrode and the second electrode.
Optical device.
請求項18に記載の光学デバイス。 When the first voltage is applied between the first electrode and the second electrode, the second fine particles are unevenly distributed in the first region on the uneven structure side in the fine particle dispersion layer, and the first. The fine particles are unevenly distributed in the second region on the second electrode side in the fine particle dispersion layer.
The optical device according to claim 18.
前記第一電極に印加する電位をV1、前記第二電極に印加する電位をV2、前記第三電極に印加する電位をV3とすると、V1<V2<V3である場合、前記第一微粒子は、前記微粒子分散層内の前記凹凸構造側の第一領域に偏在し、前記第二微粒子は、前記微粒子分散層内の前記第三電極側に凝集されて偏在している、
請求項18又は19に記載の光学デバイス。 Further, a third electrode arranged on the first substrate side of the second substrate is provided.
Assuming that the potential applied to the first electrode is V1, the potential applied to the second electrode is V2, and the potential applied to the third electrode is V3, when V1 <V2 <V3, the first fine particles are: The second fine particles are unevenly distributed in the first region on the uneven structure side in the fine particle dispersion layer, and the second fine particles are aggregated and unevenly distributed on the third electrode side in the fine particle dispersion layer.
The optical device according to claim 18 or 19.
請求項3、6、9、13、17及び20のいずれか1項に記載の光学デバイス。 The total area of the third electrode is smaller than the total area of the second electrode.
The optical device according to any one of claims 3, 6, 9, 13, 17 and 20.
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