(57)【要約】【課題】粘度を小さく抑えつつ最大屈折率が高い屈折率可変層（ナノ粒子分散層）を有する光学デバイスを提供する。【解決手段】光学デバイス１は、光透過性を有する第一基板１０と、第一基板１０に対向して配置された光透過性を有する第二基板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、第一基板１０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４０と、凹凸構造５０と第二電極３０との間に配置され、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屈折率が変化する屈折率可変層６０とを備え、屈折率可変層６０は、絶縁性液体６１と、絶縁性液体６１に分散された複数の第一ナノ粒子６２ａ及び複数の第二ナノ粒子６２ｂとを有し、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂの各々は、同じ極性で帯電している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
前記第一基板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屈折率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、前記絶縁性液体に分散された複数の第一ナノ粒子及び複数の第二ナノ粒子とを有し、
前記第一ナノ粒子及び前記第二ナノ粒子の各々は、同じ極性で帯電している、
光学デバイス。
【請求項２】
前記第一ナノ粒子は、透明粒子であり、
前記第二ナノ粒子は、散乱粒子であり、
前記第二ナノ粒子の屈折率は、前記第一ナノ粒子の屈折率よりも高い、
請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項３】
前記第一ナノ粒子の濃度は、前記第二ナノ粒子の濃度よりも大きい、
請求項２に記載の光学デバイス。
【請求項４】
前記第一ナノ粒子と前記第二ナノ粒子とを含めた粒子濃度は、３０％以下である、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学デバイス。
【請求項５】
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、前記屈折率可変層の屈折率は、前記凹凸構造の屈折率と略同一である、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学デバイス。
【請求項６】
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、前記光学デバイスは、前記光学デバイスに入射する光を直進透過させる、
請求項５に記載の光学デバイス。
【請求項７】
前記第一電極と前記第二電極との間に第一電圧が印加されている場合、前記光学デバイスは、前記光学デバイスに入射する光を第一角度で配光させる、
請求項５又は６に記載の光学デバイス。
【請求項８】
前記第一電極と前記第二電極との間に第一電圧とは逆電圧である第二電圧が印加されている場合、前記光学デバイスは、前記光学デバイスに入射する光を第一角度とは異なる第二角度で配光させる、
請求項５又は６に記載の光学デバイス。
【請求項９】
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、前記屈折率可変層の屈折率は、前記凹凸構造の屈折率よりも高い、
請求項１〜６のいずれか１項に記載の光学デバイス。
【請求項１０】
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、前記光学デバイスは、前記光学デバイスに入射する光を第一角度で配光させる、
請求項９に記載の光学デバイス。
【請求項１１】
前記第一電極と前記第二電極との間に第一電圧が印加されている場合、前記光学デバイスは、前記光学デバイスに入射する光を第一角度とは異なる第二角度で配光させる、
請求項１０に記載の光学デバイス。
【請求項１２】
前記第一電極と前記第二電極との間に第一電圧とは逆電圧である第二電圧が印加されている場合、前記光学デバイスは、前記光学デバイスに入射する光を直進透過させる、
請求項１０又は１１に記載の光学デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学デバイスに関し、特に、入射する光を配光することができる光学デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
この種の配光デバイスとして、液晶層を用いたものが知られている。例えば、特許文献１には、対向する第一透明基板及び第二透明基板と、第一透明基板の第二透明基板側に配置された第一透明電極層及び凹凸構造と、第二透明基板の第一透明基板側に配置された第二透明電極層と、第一透明電極層及び第二透明電極層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。液晶層を用いた配光デバイスでは、液晶層を屈折率可変層として用いており、第一透明電極層及び第二透明電極層に印加する電圧に応じて液晶層の屈折率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る配光モードと、配光デバイスに入射する光の進行方向を変化させずに直進透過させる透明モードとを切り替えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−４１００６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、屈折率可変層として、液晶層を用いるのではなく、透明な酸化ジルコニウム粒子等のナノ粒子を絶縁性液体に分散させたナノ粒子分散層（ナノ粒子分散液）を用いた配光デバイスが検討されている。ナノ粒子分散層を用いた配光デバイスでは、ナノ粒子分散層のナノ粒子を電気泳動させてナノ粒子分散層の屈折率を変化させることで、配光デバイスに入射した光の進行方向を変化させている。
【０００６】
ナノ粒子分散層を用いた配光デバイスでは、凹凸構造とナノ粒子分散層との屈折率差を大きくすることによって、配光制御範囲（配光角のレンジ）、つまり配光デバイスに入射した光を凹凸構造で反射させ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を拡大させることができる。このため、ナノ粒子分散層の最大屈折率は高い方がよい。
【０００７】
しかしながら、ナノ粒子として透明な酸化ジルコニウム粒子を用いてナノ粒子分散層の最大屈折率を高くしようとすると、ナノ粒子分散層におけるナノ粒子濃度が高くなってしまい、ナノ粒子分散層の粘度が高くなる。この結果、分散液中の酸化ジルコニウム粒子の動きが遅くなり、ナノ粒子分散層の屈折率を変化させるときの応答性が悪くなる。
【０００８】
しかも、実際に、ナノ粒子分散層として酸化ジルコニウム粒子（ジルコニア粒子）のみを分散させたジルコニア粒子分散液を作製し、酸化ジルコニウム粒子の濃度を変えて屈折率を測定してみたところ、図６に示すように、実測値が計算値よりも低くなり、酸化ジルコニウム粒子の濃度を高くしても、所定の屈折率を有するナノ粒子分散層が得られないことも分かった。特に、屈折率が１．７以上のナノ粒子分散層を得ようとすると、酸化ジルコニウム粒子の濃度が高くなり、ナノ粒子分散層の粘度が非常に高くなってしまう。つまり、酸化ジルコニウム粒子のみでは、粘度を小さく抑えつつ屈折率が１．７以上のナノ粒子分散層を得ることが難しい。
【０００９】
そこで、酸化ジルコニウム粒子に代えて、屈折率が酸化ジルコニウム粒子よりも高い酸化チタン粒子を用いることが考えられるが、酸化チタン粒子は光散乱性が高いためにナノ粒子分散層のヘイズが高くなり、透明状態のとき（透明モード時）の光学デバイスの透明度が低下する。
【００１０】
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、粘度を小さく抑えつつ最大屈折率が高い屈折率可変層（ナノ粒子分散層）を有する光学デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明に係る光学デバイスの一態様は、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、前記第一基板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屈折率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、前記絶縁性液体に分散された複数の第一ナノ粒子及び複数の第二ナノ粒子とを有し、前記第一ナノ粒子及び前記第二ナノ粒子の各々は、同じ極性で帯電している。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、粘度を小さく抑えつつ最大屈折率が高い屈折率可変層（ナノ粒子分散層）を有する光学デバイスを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態に係る光学デバイスの断面図である。
【図２】実施の形態に係る光学デバイスの拡大断面図である。
【図３】ジルコニア粒子とチタニア粒子との混合分散液におけるチタニア粒子の濃度（割合）と混合分散液との関係を示す図である。
【図４Ａ】実施の形態に係る光学デバイスの第一光学作用を説明するための図である。
【図４Ｂ】実施の形態に係る光学デバイスの第二光学作用を説明するための図である。
【図４Ｃ】実施の形態に係る光学デバイスの第三光学作用を説明するための図である。
【図５Ａ】変形例に係る光学デバイスの第一光学作用を説明するための図である。
【図５Ｂ】変形例に係る光学デバイスの第二光学作用を説明するための図である。
【図５Ｃ】変形例に係る光学デバイスの第三光学作用を説明するための図である。
【図６】ジルコニア粒子分散液におけるジルコニア粒子の濃度とジルコニア粒子分散液の屈折率との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
（実施の形態）
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。
【００１８】
光学デバイス１は、光学デバイス１に入射する光を制御する光制御デバイスである。具体的には、光学デバイス１は、光学デバイス１に入射する光の進行方向を制御する。本実施の形態において、光学デバイス１は、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。
【００１９】
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、屈折率可変層６０とを備える。
【００２０】
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、屈折率可変層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。
【００２１】
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。
【００２２】
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屈折率可変層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。
【００２３】
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。
【００２４】
［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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
［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、屈折率可変層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。
【００３１】
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。
【００３２】
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及び屈折率可変層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と屈折率可変層６０との間に配置されている。
【００３３】
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。
【００３４】
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か矩形状のべた電極である。
【００３５】
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。
【００３６】
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、屈折率可変層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。
【００３７】
［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。
【００３８】
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。
【００３９】
本実施の形態において、凹凸構造５０は、複数の凸部５１が屈折率可変層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。
【００４０】
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、断面形状が台形でＸ軸方向に延在する長尺状の略四角柱形状であり、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。
【００４１】
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０．５〜１０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。
【００４２】
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、下底５μｍ、上底２μｍ）の場合、隣り合う２つの凸部５１の間隔は、２μｍ程度である。なお、凹凸構造５０は、隣り合う凸部５１が密着層により根元部分で互いに連結されているが、これに限るものではなく、複数の凸部５１は互いに分離して形成されていてもよい。
【００４３】
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２つの側面の傾斜角（底角）は同じである。
【００４４】
各凸部５１の一対の側面は、屈折率可変層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。
【００４５】
具体的には、凸部５１の一対の側面の各々においては、第一基板１０から入射した光は、凸部５１と屈折率可変層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の一対の側面は、凸部５１と屈折率可変層６０との屈折率差及び光の入射角に応じて、屈折面又は全反射面となりうる。これにより、凹凸構造５０（凸部５１）は、第一基板１０から入射した光を配光する。
【００４６】
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。なお、凹凸構造５０の屈折率は、１．５に限らない。
【００４７】
また、凹凸構造５０は、第一電極３０及び第二電極４０によって屈折率可変層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。
【００４８】
［屈折率可変層］
図１及び図２に示すように、屈折率可変層６０は、絶縁性液体６１に無数のナノ粒子が分散されたナノ粒子分散層である。本実施の形態において、絶縁性液体６１には、複数種類のナノ粒子が分散されている。具体的には、絶縁性液体６１には、屈折率が異なる第一ナノ粒子６２ａと第二ナノ粒子６２ｂとの２種類のナノ粒子が分散されている。このように、屈折率可変層６０は、絶縁性液体６１と、絶縁性液体６１に分散された複数の第一ナノ粒子６２ａ及び複数の第二ナノ粒子６２ｂとを有する。
【００４９】
絶縁性液体６１は、絶縁性を有する透明な液体であり、分散質として第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂ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１．５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１．４の絶縁性液体６１を用いている。
【００５０】
なお、絶縁性液体６１の動粘度は、１００ｍｍ２／ｓ以下であるとよい。また、絶縁性液体６１は、低誘電率（凹凸構造５０の誘電率以下）であるとよい。具体的には、凹凸構造５０の誘電率は、絶縁性液体６１の誘電率よりも高い方がよい。また、絶縁性液体６１は、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、絶縁性液体６１としては、シリコーンオイル等を用いることもできる。
【００５１】
絶縁性液体６１に分散された第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂの各々は、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、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂの粒径は、λ／４以下であるとよい。第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂの粒径をλ／４以下にすることで、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂでの光散乱を少なくして、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂと絶縁性液体６１との平均的な屈折率を得ることができる。なお、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂ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。
【００５２】
第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂは、帯電している荷電粒子である。第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂは、同じ極性で帯電している。つまり、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂは、いずれもプラス（正）に帯電しているか、いずれもマイナス（負）に帯電している。本実施の形態において、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂは、いずれもプラスに帯電している。
【００５３】
第一ナノ粒子６２ａは、第一ナノ粒子６２ａの材料自身が電荷を有することで帯電していてもよいし、第一ナノ粒子６２ａの表面を修飾したり絶縁性液体６１に第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂを分散させた後の絶縁性液体６１を含めた屈折率可変層６０全体のＰＨを調整したりすることによって帯電していてもよい。なお、第二ナノ粒子６２ｂにつても同様である。
【００５４】
第一ナノ粒子６２ａの帯電量と第二ナノ粒子６２ｂの帯電量とは、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、第一ナノ粒子６２ａの帯電量と第二ナノ粒子６２ｂの帯電量とは、同じである。
【００５５】
第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂは、いずれも高屈折率材料によって構成されている。具体的には、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂの屈折率は、いずれも絶縁性液体６１の屈折率よりも高い。本実施の形態において、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂの屈折率は、凹凸構造５０の屈折率よりも高い。
【００５６】
また、上述のように、第一ナノ粒子６２ａと第二ナノ粒子６２ｂとは屈折率が異なっている。この場合、第二ナノ粒子６２ｂの屈折率は、第一ナノ粒子６２ａの屈折率よりも高くても低くてもよいが、本実施の形態では、第二ナノ粒子６２ｂの屈折率は、第一ナノ粒子６２ａの屈折率よりも高い。
【００５７】
第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂとしては、金属酸化物微粒子又は金属粒子等の無機微粒子を用いることができる。
【００５８】
本実施の形態において、第一ナノ粒子６２ａは、透過率が高い材料によって構成されている。具体的には、第一ナノ粒子６２ａは、透明粒子である。例えば、第一ナノ粒子６２ａとしては、屈折率が２．１３の酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、屈折率が１．７６の酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、屈折率が１．９〜２．１の酸化亜鉛（ＺｎＯ）等によって構成された透明な金属酸化物微粒子等を用いることができる。
【００５９】
一方、第二ナノ粒子６２ｂは、第一ナノ粒子６２ａよりも透過率が低い材料によって構成されている。具体的には、第二ナノ粒子６２ｂは、光を散乱反射する散乱粒子である。例えば、第二ナノ粒子６２ｂとしては、屈折率が２．５２〜２．７２の酸化チタン（ＴｉＯ２）等によって構成された金属酸化物微粒子又は不透過の白色金属粒子を用いることができる。
【００６０】
本実施の形態では、第一ナノ粒子６２ａとして、酸化ジルコニウムによって構成された透明なジルコニア粒子（酸化ジルコニウム粒子）を用いており、第二ナノ粒子６２ｂとして、酸化チタンによって構成されたチタニア粒子（酸化チタン粒子）を用いている。
【００６１】
屈折率可変層６０では、所望の屈折率となるように、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂが絶縁性液体６１内の全体に分散されている。本実施の形態において、屈折率可変層６０全体の屈折率（平均屈折率）は、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂが絶縁性液体６１内に均一に分散された状態において、凹凸構造５０の屈折率と略同一に設定されている。具体的には、屈折率可変層６０全体の屈折率は、約１．５となるように調整されている。なお、屈折率可変層６０全体の屈折率は、絶縁性液体６１に分散する第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂの濃度（量）を調整することによって調整することができる。
【００６２】
ここで、図３を用いて、絶縁性液体６１に第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂが分散された屈折率可変層６０において、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂの割合を変えたときの屈折率可変層６０全体の屈折率について説明する。
【００６３】
なお、図３では、第一ナノ粒子６２ａとしてジルコニア粒子を用い、第二ナノ粒子６２ｂとしてチタニア粒子を用いたときの屈折率を示している。また、図３において、横軸は、チタニア粒子（第二ナノ粒子６２ｂ）の濃度を示しており、縦軸は、ジルコニア粒子（第一ナノ粒子６２ａ）及びチタニア粒子（第二ナノ粒子６２ｂ）が絶縁性液体６１に均一に分散された状態での平均的な屈折率を示している。また、図３では、ジルコニア粒子とチタニア粒子との混合分散液における全体粒子の濃度（体積濃度）を、３０ｖｏｌ％で一定にしている。したがって、チタニア粒子が３０ｖｏｌ％の場合は、ジルコニア粒子が含まれていないことになる。
【００６４】
図３に示すように、ジルコニア粒子（第一ナノ粒子６２ａ）とチタニア粒子（第二ナノ粒子６２ｂ）とを混合することで、ジルコニア粒子及びチタニア粒子を混合させたときの粒子全体の濃度をそれほど高くしなくても、比較的に高い屈折率を有する混合分散液（屈折率可変層６０）を実現できることが分かる。
【００６５】
なお、図３では、ジルコニア粒子とチタニア粒子との混合分散液の屈折率は、１．６よりも大きい場合しか図示されていないが、この混合分散液を希釈化してジルコニア粒子及びチタニア粒子の粒子全体の濃度を下げることで、ジルコニア粒子及びチタニア粒子の両方を含んでいても、屈折率が１．６以下（例えば１．５等）の混合分散液を得ることができる。つまり、屈折率が１．６よりも大きい屈折率可変層６０だけではなく、屈折率が１．６以下の屈折率可変層６０を実現することができる。
【００６６】
また、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂを絶縁性液体６１中に泳動させて屈折率を変化させるとの観点（応答性の観点）からは、屈折率可変層６０の粘度は、１００ｍＰａ・ｓ程度であるとよい。この場合、屈折率可変層６０全体の第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂの濃度は、３０％以下、より好ましくは、２５％以上３０％以下にするとよい。
【００６７】
また、屈折率可変層６０のヘイズを抑制するとの観点では、透明粒子である第一ナノ粒子６２ａの濃度の方が、散乱粒子である第二ナノ粒子６２ｂの濃度よりも大きい方がよい。つまり、屈折率可変層６０に混合される第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２については、第一ナノ粒子６２ａの割合の方が高い方がよい。
【００６８】
このように構成された屈折率可変層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、屈折率可変層６０は凹凸構造５０に接している。つまり、屈折率可変層６０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６０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６０は、第二電極４０にも接しているが、屈折率可変層６０と第二電極４０との間に他の層（膜）が介在していてもよい。
【００６９】
また、屈折率可変層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屈折率が変化する。具体的には、屈折率可変層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屈折率可変層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。
【００７０】
絶縁性液体６１中に分散する第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂは帯電しているので、屈折率可変層６０に電界が与えられると、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂ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。なお、本実施の形態において、第一ナノ粒子６２ａと第二ナノ粒子６２ｂとの帯電量及び粒径がほぼ同じであるので、屈折率可変層６０に電界が与えられると、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂは、同じ挙動で絶縁性液体６１内を泳動する。つまり、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂの一方が遅れて泳動することがない。
【００７１】
そして、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂが絶縁性液体６１内で偏在すると、屈折率可変層６０内の第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂの粒子分布が変化するので、屈折率可変層６０内に第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂの濃度分布を持たせることができる。この結果、屈折率可変層６０内の屈折率分布が変化する。つまり、屈折率可変層６０の屈折率が部分的に変化する。このように、屈折率可変層６０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。
【００７２】
このように構成される屈折率可変層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、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂ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。
【００７３】
屈折率可変層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〜１ｍｍ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６０の厚さは、例えば４０μｍである。
【００７４】
［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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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６０として、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂ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との間に屈折率可変層６０を封止する。
【００７８】
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。
【００７９】
［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４Ａ〜図４Ｃを用いて説明する。図４Ａ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４Ｂ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り、図４Ｃは、同光学デバイス１の第三光学作用を説明するための図である。
【００８０】
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配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、凹凸構造５０が設けられた第一基板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。
【００８１】
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、屈折率可変層６０の屈折率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、屈折率可変層６０の屈折率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６０の屈折率に応じて進行方向が制御される。
【００８２】
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に入射する光の進行方向を制御することができる。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、屈折率可変層６０（ナノ粒子分散層）における第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂの粒子分布が変化し、これにより、屈折率可変層６０の屈折率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。以下、光学デバイス１の光学作用について詳細に説明する。
【００８３】
まず、図４Ａ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。
【００８４】
第一光学モードでは、屈折率可変層６０に電界が与えられないので、図４Ａに示すように、屈折率可変層６０において、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂは、絶縁性液体６１全体にわたって分散された状態になっている。つまり、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂは、絶縁性液体６１内において等分散状態になっている。
【００８５】
このとき、本実施の形態では、上記のように、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂが絶縁性液体６１全体に分散された状態での屈折率可変層６０の屈折率は、図４Ａに示すように屈折率可変層６０全体で一様（一定）で、約１．５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と第二電極４０との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６０全体の屈折率が凹凸構造５０の屈折率と略同一となる。この結果、凹凸構造５０（凸部５１）と屈折率可変層６０との間の屈折率差がほぼなくなる（屈折率差Δｎ≒０）。
【００８６】
この場合、図４Ａに示すように、光学デバイス１に対して斜め方向から光Ｌが入射すると、凹凸構造５０（凸部５１）と屈折率可変層６０との界面には屈折率差がないので、光学デバイス１に入射した光Ｌは、屈折率可変層６０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、第一光学モードでは、光学デバイス１に入射した光Ｌは、光学デバイス１で進行方向が曲げられることなく、光学デバイス１内をそのまま直進して光学デバイス１の外部に出射する。
【００８７】
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、光学デバイス１に入射する光を直進透過させる。具体的には、光学デバイス１は、第一基板１０に入射された光を直進させて第二基板２０を透過させる。つまり、第一光学モードは透明モードであり、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に入射した光は、光学デバイス１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。
【００８８】
なお、詳細は図示していないが、第一基板１０の光入射側の界面、第一基板１０と第一電極３０との界面、第一電極３０と凹凸構造５０との界面、屈折率可変層６０と第二電極４０との界面、第二電極４０と第二基板２０との界面、又は、第二基板２０の光出射側の界面等、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。ただし、第一基板１０及び第二基板２０が同じ材料（つまり屈折率が同じ）であり、また、第一電極３０及び第二電極４０が同じ材料（つまり屈折率が同じ）である。このため、第一基板１０から入射して第二基板２０から出射する光は、第一光学モード（透明モード）においては、第一基板１０に入射するときの入射角と第二基板２０から出射するときの出射角とは同じになる。つまり、光Ｌが光学デバイス１に入射する前と光Ｌが光学デバイス１から出射した後とでは、光Ｌの進行方向の角度は変化しない。
【００８９】
また、第一光学モードにおいて、屈折率可変層６０全体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６０と凹凸構造５０との屈折率差が０．０１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６０及び凹凸構造５０の屈折率差が０．００５を超えると、屈折率可変層６０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。
【００９０】
次に、図４Ｂ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と第二電極４０との間に第一電圧が印加された場合（第一電圧印加時の場合）、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との間には直流電圧が印加される。この場合、第一電極３０と第二電極４０との間に印加する電圧（電位差）は、例えば数Ｖ〜数十Ｖ程度（例えば２０Ｖ）である。
【００９１】
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屈折率可変層６０に電界が与えられるので、屈折率可変層６０では、帯電した第一ナノ粒子６２ａ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、第一ナノ粒子６２ａは、絶縁性液体６１内を電気泳動する。
【００９２】
具体的には、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂがプラスに帯電している場合、図４Ｂに示すように、第一電極３０にマイナス電位を印加し、第二電極４０にプラス電位を印加すると、プラスに帯電した第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂは、第一電極３０に向かって泳動し、屈折率可変層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第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂ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き、凹凸構造５０の凹部の第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂの濃度が増加する。
【００９３】
このように、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂが屈折率可変層６０内の凹凸構造５０側に偏在することで、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂの粒子分布が変化し、屈折率可変層６０内の屈折率分布が一様ではなくなる。具体的には、屈折率可変層６０内には、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂが集まってきて第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂの濃度が高くなった凹凸構造５０側の第一領域６０ａ（高濃度領域）と、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂが無くなっていって第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂの濃度が低くなった第二電極４０側の第二領域６０ｂ（低濃度領域）とが発生する。
【００９４】
この場合、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂの屈折率が絶縁性液体６１の屈折率よりも高いので、屈折率可変層６０の凹凸構造５０側の第一領域６０ａの屈折率は、屈折率可変層６０の第二電極４０側の第二領域６０ｂの屈折率よりも高くなる。したがって、屈折率可変層６０内には、凹凸構造５０側の高屈折率の第一領域６０ａと、第二電極４０側の低屈折率の第二領域６０ｂとが発生する。
【００９５】
本実施の形態では、電圧無印加時の屈折率可変層６０全体の屈折率が約１．５であるので、第一電圧印加時において、屈折率可変層６０の凹凸構造５０側の第一領域６０ａの屈折率は、厚み方向に約１．８〜約１．５で分布し、また、屈折率可変層６０の第二電極４０側の第二領域６０ｂの屈折率は厚み方向に約１．５〜約１．４で分布する。
【００９６】
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、第二光学モードの場合（第一電極３０と第二電極４０との間に第一電圧が印加されている場合）、凹凸構造５０の屈折率（約１．５）と屈折率可変層６０の凹凸構造５０側の第一領域６０ａの屈折率（約１．５〜約１．８）との間には屈折率差が生じる。
【００９７】
この場合、図４Ｂに示すように、光学デバイス１に対して斜め方向から光Ｌが入射すると、凹凸構造５０（凸部５１）と屈折率可変層６０との界面には屈折率差があるので、光Ｌは、凸部５１の下側の側面と屈折率可変層６０との界面で屈折してから、下隣りの凸部５１の上側の側面と屈折率可変層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Ｌは、光学デバイス１によって、電圧無印加時とは異なる角度で配光される。
【００９８】
このように、第一電極３０と第二電極４０との間に第一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に入射する光を配光して第二基板２０を透過させる。つまり、第二光学モードは配光モードであり、第二光学モードにおいて、光学デバイス１は第一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１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。つまり、第二光学モードにおいて、光学デバイス１は、光学デバイス１に入射する光を第一角度で配光させる。
【００９９】
なお、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の光入射側の界面、第一基板１０と第一電極３０との界面、第一電極３０と凹凸構造５０との界面、屈折率可変層６０と第二電極４０との界面、第二電極４０と第二基板２０との界面、又は、第二基板２０の光出射側の界面等、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。
【０１００】
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、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂは絶縁性液体６１内を泳動し、図４Ａに示すように、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂ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。
【０１０１】
一方、第一電極３０と第二電極４０との間に第一電圧とは逆電圧（逆バイアス）の第二電圧が印加された場合（第二電圧印加時の場合）、光学デバイス１は、第一光学モード（電圧無印加時）及び第二光学モード（第一電圧印加時）とは異なる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。
【０１０２】
以下、図４Ｃを用いて、光学デバイス１の第三光学作用について説明する。第一電極３０と第二電極４０との間に第一電圧とは逆電圧の第二電圧が印加された場合（第二電圧印加時の場合）、光学デバイス１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。具体的には、第一電極３０と第二電極４０との間には、第二電圧として、第一電圧とは逆バイアスとなる直流電圧が印加される。例えば、第一電圧が＋２０Ｖである場合、第二電圧は−２０Ｖである。
【０１０３】
第三光学モードでも、第二光学モードと同様に、第一電極３０と第二電極４０との間に印加された電圧に応じて屈折率可変層６０に電界が与えられるので、屈折率可変層６０では、帯電した第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂがその電界分布にしたがって絶縁性液体６１内を電気泳動する。
【０１０４】
具体的には、図４Ｃに示すように、第一電極３０にプラス電位を印加し、第二電極４０にマイナス電位を印加すると、プラスに帯電した第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂは、第二電極４０に向かって泳動し、屈折率可変層６０内の第二電極４０側に凝集されて偏在する。
【０１０５】
このように、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂが屈折率可変層６０内の第二電極４０側に偏在することで、第一ナノ粒子６２ａの粒子分布が変化し、屈折率可変層６０内の屈折率分布が一様ではなくなる。具体的には、屈折率可変層６０内には、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂが集まってきて第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂの濃度が高くなった第二電極４０側の第一領域６０ａ（高濃度領域）と、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂが無くなっていって第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂの濃度が低くなった凹凸構造５０側の第二領域６０ｂ（低濃度領域）とが発生する。
【０１０６】
この場合、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂの屈折率が絶縁性液体６１の屈折率よりも高いので、屈折率可変層６０の第二電極４０側の第一領域６０ａの屈折率は、屈折率可変層６０の凹凸構造５０側の第二領域６０ｂの屈折率よりも高くなる。言い換えると、屈折率可変層６０の凹凸構造５０側の第二領域６０ｂの屈折率は、屈折率可変層６０の第二電極４０側の第一領域６０ａの屈折率よりも低くなる。したがって、屈折率可変層６０内には、第二電極４０側の高屈折率の第一領域６０ａと、凹凸構造５０側の低屈折率の第二領域６０ｂとが発生する。
【０１０７】
本実施の形態では、電圧無印加時の屈折率可変層６０全体の屈折率が約１．５であるので、第二電圧印加時において、屈折率可変層６０の第二電極４０側の第一領域６０ａの屈折率は厚み方向に約１．４〜約１．８で分布し、また、屈折率可変層６０の凹凸構造５０側の第二領域６０ｂの屈折率は厚み方向に約１．４で分布する。
【０１０８】
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（第一電極３０と第二電極４０との間に第二電圧が印加されている場合）、凹凸構造５０の屈折率（約１．５）と屈折率可変層６０の凹凸構造５０側の第二領域６０ｂの屈折率（約１．４）との間には屈折率差が生じる。
【０１０９】
この場合、図４Ｃに示すように、光学デバイス１に対して斜め方向から光Ｌが入射すると、凹凸構造５０（凸部５１）と屈折率可変層６０との界面には屈折率差があるので、光Ｌは、凹凸構造５０（凸部５１）に入射して、凸部５１の上側の側面（特に凸部５１の第一電極３０側よりの側面）と屈折率可変層６０との界面で全反射して跳ね返る方向に進行方向が曲げられてから、当該凸部５１の上側の側面と屈折率可変層６０との界面で屈折して光学デバイス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Ｌは、光学デバイス１によって、電圧無印加時及び第一電圧印加時とは異なる角度で配光される。
【０１１０】
このように、第一電極３０と第二電極４０との間に第二電圧が印加されている場合も、光学デバイス１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、第三光学モードも第二光学モードと同様に配光モードであり、第三光学モードにおいて、光学デバイス１は第二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１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。つまり、第三光学モードにおいて、光学デバイス１は、光学デバイス１に入射する光を、第二光学モードのときの第一角度とは異なる第二角度で配光させる。
【０１１１】
なお、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の光入射側の界面、第一基板１０と第一電極３０との界面、第一電極３０と凹凸構造５０との界面、屈折率可変層６０と第二電極４０との界面、第二電極４０と第二基板２０との界面、又は、第二基板２０の光出射側の界面等、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。ただし、各部材の表面が全て平行な面であり、光学デバイス１の入射側と出射側の媒体（本実施の形態では空気）が同じである場合には、第一基板１０から入射して第二基板２０から出射する光は、第三光学モード（透明モード）においては、第一基板１０に入射するときの入射角と第二基板２０から出射するときの出射角とは同じになる。つまり、進行方向の角度は同じであり変化しない。
【０１１２】
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、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂは絶縁性液体６１内を泳動し、図４Ａに示すように、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂ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。一方、第一電極３０と第二電極４０との間に印加する電圧を第二電圧から第一電圧に切り替えると、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂは絶縁性液体６１内を逆方向に泳動して、図４Ｂに示すように、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂ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。
【０１１３】
以上のように構成される光学デバイス１は、凹凸構造５０と屈折率可変層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（透明モード）、第二光学モード（第一配光モード）及び第三光学モード（第二配光モード）の３つのモードに切り替えることができる。
【０１１４】
このように構成される光学デバイス１を建物の窓に設置した場合、第一光学モードでは、室外から室内に向かう太陽光を床側に向けてそのまま直進させることができ、第二光学モード及び第三光学モードでは、室外から室内に向かう太陽光を天井側に向けて配光することができる。つまり、第二光学モード及び第三光学モードは、室内の天井に太陽光を採光することができる採光モードである。
【０１１５】
また、第一電極３０と第二電極４０との間に印加する電圧を段階的に切り替えることによって、第一光学モードと第二光学モード又は第三光学モードとの間に複数の中間モードを設定したり、第二光学モードと第三光学モードとの間に複数の中間モードを設定したりすることもできる。あるいは、第一電極３０と第二電極４０との間に印加する電圧をアナログ的に変化させることによって、第一光学モードと第二光学モード又は第三光学モードとの間で配光状態を徐々に変化させたり、第二光学モードと第三光学モードとの間で配光状態を徐々に変化させたりすることもできる。
【０１１６】
［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及び屈折率可変層６０が配置されており、屈折率可変層６０として、同じ極性で帯電する第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂが分散された絶縁性液体６１を用いている。
【０１１７】
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、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂが絶縁性液体６１内を泳動するので、屈折率可変層６０の屈折率を変化させることができる。具体的には、屈折率可変層６０における第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂの粒子分布が変化して、屈折率可変層６０の屈折率分布が変化する。これにより、凹凸構造５０と屈折率可変層６０との屈折率差が変化するので、光学デバイス１に入射する光の進行方向を制御することができる。
【０１１８】
しかも、本実施の形態に係る光学デバイス１では、第一ナノ粒子６２ａに加えて第二ナノ粒子６２ｂが絶縁性液体６１に分散されている。つまり、絶縁性液体６１には、複数種類のナノ粒子が分散されている。
【０１１９】
これにより、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂの割合を調整することで、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂが等分散状態になっているときの屈折率可変層６０の粘度及び屈折率を調整することができる。したがって、粘度を小さく抑えつつ最大屈折率が高い屈折率可変層６０を有する光学デバイス１を容易に実現することができる。
【０１２０】
この場合、本実施の形態における光学デバイス１では、第一ナノ粒子６２ａが透明粒子であり、第二ナノ粒子６２ｂが散乱粒子であり、第二ナノ粒子６２ｂの屈折率は、第一ナノ粒子６２ａの屈折率よりも高くなっている。
【０１２１】
これにより、第二ナノ粒子６２ｂよりも屈折率が低い第一ナノ粒子６２ａのみで屈折率可変層６０を構成する場合と比べて、小さい粘度で且つ最大屈折率が高い屈折率可変層６０を有する光学デバイス１を容易に実現することができる。なお、本実施の形態では、第一ナノ粒子６２ａとして屈折率が２．１３のジルコニア粒子を用いており、第二ナノ粒子６２ｂとして屈折率が２．５２〜２．７２のチタニア粒子を用いている。
【０１２２】
また、本実施の形態における光学デバイス１において、第一ナノ粒子６２ａの濃度は、第二ナノ粒子６２ｂの濃度よりも大きい。
【０１２３】
これにより、透明粒子である第一ナノ粒子６２ａが絶縁性液体６１に占める割合が散乱粒子である第二ナノ粒子６２ｂが絶縁性液体６１に占める割合よりも大きくなるので、屈折率可変層６０のヘイズを小さくすることができる。したがって、屈折率可変層６０に散乱粒子である第二ナノ粒子６２ｂを混合させたとしても、透明状態のときの光学デバイス１の透明度が低下することを抑制できる。
【０１２４】
また、本実施の形態における光学デバイス１において、第一ナノ粒子６２ａと第二ナノ粒子６２ｂとを含めた粒子濃度は、３０％以下である。
【０１２５】
これにより、屈折率可変層６０の粘度を、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂを電気泳動させるのに適した値にすることができる。したがって、優れた配光性能を有する光学デバイス１を実現できる。
【０１２６】
（変形例）
次に、変形例に係る光学デバイス１Ａについて、図５Ａ〜図５Ｃを用いて説明する。図５Ａは、図５Ａは、変形例に係る光学デバイス１Ａの第一光学作用を説明するための図であり、図５Ｂは、同光学デバイス１Ａの第二光学作用を説明するための図であり、図５Ｃは、同光学デバイス１Ａの第三光学作用を説明するための図である。
【０１２７】
図５Ａ〜図５Ｃに示すように、本変形例に係る光学デバイス１Ａは、上記実施の形態に係る光学デバイス１と同様に、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、屈折率可変層６０とを備える。
【０１２８】
本変形例における光学デバイス１Ａと上記実施の形態における光学デバイス１とが異なる点は、電圧無印加時における屈折率可変層６０の屈折率である。具体的には、上記実施の形態における光学デバイス１では、電圧無印加時における屈折率可変層６０の屈折率と凹凸構造５０の屈折率とが同じであったのに対して、本変形例における光学デバイス１Ａでは、電圧無印加時における屈折率可変層６０の屈折率と凹凸構造５０の屈折率とが異なっている。
【０１２９】
本変形例における光学デバイス１Ａでも、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１Ａに入射する光の進行方向を制御することができる。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、屈折率可変層６０（ナノ粒子分散層）における第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂの粒子分布が変化し、これにより、屈折率可変層６０の屈折率が部分的に変化する。この結果、光学デバイス１Ａの光学作用が変化する。以下、光学デバイス１Ａの光学作用について詳細に説明する。
【０１３０】
まず、図５Ａを用いて、光学デバイス１Ａ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１Ａ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。
【０１３１】
第一光学モードでは、屈折率可変層６０に電界が与えられないので、図５Ａに示すように、屈折率可変層６０において、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂは、絶縁性液体６１全体にわたって分散された状態になっている。つまり、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂは、絶縁性液体６１内において等分散状態になっている。
【０１３２】
このとき、本変形例では、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂが絶縁性液体６１全体に分散された状態での屈折率可変層６０の屈折率は、図５Ａに示すように屈折率可変層６０全体で一様（一定）で、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と第二電極４０との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６０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６０との間には屈折率差が生じている。
【０１３３】
この場合、図５Ａに示すように、光学デバイス１Ａに対して斜め方向から光Ｌが入射すると、凹凸構造５０（凸部５１）と屈折率可変層６０との界面には屈折率差があるので、光Ｌは、凸部５１の下側の側面と屈折率可変層６０との界面で屈折してから、凸部５１の上側の側面と屈折率可変層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１Ａの外部に出射する。つまり、光学デバイス１Ａに入射した光Ｌは、光学デバイス１Ａによって配光する。
【０１３４】
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１Ａ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、第一光学モードは第一配光モードであり、第一光学モードにおいて、光学デバイス１Ａ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１Ａ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。つまり、第一光学モードにおいて、光学デバイス１Ａは、光学デバイス１Ａに入射する光を第一角度で配光させる。
【０１３５】
次に、図５Ｂを用いて、光学デバイス１Ａ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との間に第一電圧が印加された場合（第一電圧印加時の場合）、光学デバイス１Ａ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との間には第一電圧として例えば数Ｖ〜数十Ｖ程度直流電圧が印加される。
【０１３６】
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屈折率可変層６０に電界が与えられるので、屈折率可変層６０では、帯電した第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂ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。
【０１３７】
具体的には、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂがプラスに帯電している場合、図５Ｂに示すように、第一電極３０にマイナス電位を印加し、第二電極４０にプラス電位を印加すると、プラスに帯電した第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂは、第一電極３０に向かって泳動し、屈折率可変層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第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂ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き、凹凸構造５０の凹部の第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂの濃度が増加する。
【０１３８】
このように、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂが屈折率可変層６０内の凹凸構造５０側に偏在することで、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂの粒子分布が変化し、屈折率可変層６０内の屈折率分布が一様ではなくなる。具体的には、屈折率可変層６０内には、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂが集まってきて第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂの濃度が高くなった凹凸構造５０側の第一領域６０ａ（高濃度領域）と、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂが無くなっていって第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂの濃度が低くなった第二電極４０側の第二領域６０ｂ（低濃度領域）とが発生する。
【０１３９】
具体的には、第一電圧印加時において、屈折率可変層６０の凹凸構造５０側の第一領域６０ａの屈折率は、厚み方向に約１．８〜約１．５で分布し、また、屈折率可変層６０の第二電極４０側の第二領域６０ｂの屈折率は厚み方向に約１．５〜約１．４で分布する。
【０１４０】
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、第二光学モードの場合（第一電極３０と第二電極４０との間に第一電圧が印加されている場合）、凹凸構造５０の屈折率（約１．５）と屈折率可変層６０の凹凸構造５０側の第一領域６０ａの屈折率（約１．５〜約１．８）との間には屈折率差が生じる。このとき、凹凸構造５０の屈折率と屈折率可変層６０の凹凸構造５０側の第一領域６０ａの屈折率との屈折率差は、第一光学モードのときよりも大きくなる。
【０１４１】
この場合、図５Ｂに示すように、光学デバイス１Ａに対して斜め方向から光Ｌが入射すると、凹凸構造５０（凸部５１）と屈折率可変層６０との界面には屈折率差があるので、第一光学モードのときと同様に、光学デバイス１Ａに入射した光Ｌは、凸部５１の下側の側面と屈折率可変層６０との界面で屈折してから、屈折率可変層６０と凸部５１の上側の側面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１Ａの外部に出射する。つまり、光学デバイス１Ａに入射した光Ｌは、光学デバイス１Ａによって配光される。
【０１４２】
ただし、第二光学モードでは、第一光学モードの場合とは異なる角度で配光している。具体的には、第二光学モードでは、第一光学モードの場合よりも急な角度で配光している。つまり、光学デバイス１Ａに入射した光Ｌが凸部５１の側面で全反射するときの反射角は、第一光学モードの場合よりも第二光学モードの場合の方が小さくなっている。これにより、入射した光Ｌが凸部５１の側面で全反射して上方に向かって跳ね返るときの跳ね返りの角度（配光角）は、第一光学モードの場合よりも第二光学モードの場合の方が大きくなり、第二基板２０から出射するときの出射角は、第一光学モードの場合よりも第二光学モードの場合の方が大きくなる。
【０１４３】
このように、第一電極３０と第二電極４０との間に第一電圧が印加されている場合、光学デバイス１Ａは、第一基板１０に入射する光を、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よりも急な角度で配光して第二基板２０を透過させる。つまり、第二光学モードは、第一光学モードと同様に配光モードであるが、第二光学モードは、第一光学モードよりも急峻に光を配光する第二配光モードであり、第二光学モードにおいて、光学デバイス１Ａは第二配光状態になっている。第二光学モードでは、第一基板１０に入射した光は、光学デバイス１Ａの凹凸構造５０で反射させられて進行方向が大きく変化して第二基板２０から出射する。つまり、第二光学モードにおいて、光学デバイス１は、光学デバイス１Ａに入射する光を、第一光学モードのときの第一角度とは異なる第二角度で配光させる。
【０１４４】
次に、図５Ｃを用いて、光学デバイス１Ａの第三光学作用を説明する。第一電極３０及び第二電極４０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と第二電極４０との間に第一電圧とは異なる第二電圧が印加された場合（第二電圧印加時の場合）、光学デバイス１Ａ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。具体的には、第一電極３０と第二電極４０との間には、第二電圧として、第二光学モードのときの直流電圧とは逆電圧（逆バイアス）となる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二電圧（電位差）は、例えば数Ｖ〜数十Ｖ程度である。
【０１４５】
第三光学モードでは、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屈折率可変層６０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６０では、帯電したナノ粒子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。
【０１４６】
ただし、第三光学モードでは、第二光学モードとは異なり、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、プラスに帯電した第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂは、第二電極４０に向かって泳動し、屈折率可変層６０内の第二電極４０側に凝集されて偏在する。このとき、第二電極４０に向かって泳動した第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂは、第二電極４０の表面に層状に集積していく。
【０１４７】
これにより、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂの粒子分布が変化し、第二光学モードと同様に、屈折率可変層６０内の屈折率分布が一様ではなくなる。具体的には、屈折率可変層６０内には、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂが集まってきてナノ粒子６２の濃度が高くなった第二電極４０側の第一領域６０ａ（高濃度領域）と、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂが無くなっていって第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂの濃度が低くなった第一電極３０側（凹凸構造５０側）の第二領域６０ｂ（低濃度領域）とが発生する。
【０１４８】
具体的には、第二電極４０側の第一領域６０ａの屈折率は、厚み方向に約１．５〜約１．８で分布し、また、屈折率可変層６０の凹凸構造５０側の第二領域６０ｂの屈折率は、厚み方向に約１．５で分布する。
【０１４９】
さらに、第二電圧印加時において、屈折率可変層６０の凹凸構造５０側の第二領域６０ｂにおける凹凸構造５０近傍の屈折率は、凹凸構造５０の屈折率と平均的に略同一となるように電圧が制御されている。この結果、屈折率可変層６０の凹凸構造５０側の第二領域６０ｂ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）。
【０１５０】
この場合、図５Ｃに示すように、光学デバイス１Ａに対して斜め方向から光Ｌが入射すると、凹凸構造５０（凸部５１）と屈折率可変層６０との界面には屈折率差がないので、光学デバイス１Ａに入射した光Ｌは、屈折率可変層６０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、第三光学モードでは、光学デバイス１Ａに入射した光Ｌは、光学デバイス１Ａで進行方向が曲げられることなく、光学デバイス１Ａ内をそのまま直進して光学デバイス１Ａの外部に出射する。
【０１５１】
このように、第一電極３０と第二電極４０との間に第二電圧が印加されている場合、光学デバイス１Ａは、第一基板１０に入射された光を直進させて第二基板２０を透過させる。つまり、第三光学モードは透明モードであり、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。この場合、第一基板１０に入射した光は、光学デバイス１Ａ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。
【０１５２】
なお、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の光入射側の界面、第一基板１０と第一電極３０との界面、第一電極３０と凹凸構造５０との界面、屈折率可変層６０と第二電極４０との界面、第二電極４０と第二基板２０との界面、又は、第二基板２０の光出射側の界面等、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。ただし、各部材の表面が全て平行な面であり、光学デバイス１の入射側と出射側の媒体（本実施の形態では空気）が同じである場合には、第一基板１０から入射して第二基板２０から出射する光は、第三光学モード（透明モード）においては、第一基板１０に入射するときの入射角と第二基板２０から出射するときの出射角とは同じになる。つまり、進行方向の角度は同じであり変化しない。
【０１５３】
また、第三光学モードにおいて、屈折率可変層６０の凹凸構造５０側の第二領域６０ｂ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６０の第二領域６０ｂと凹凸構造５０（凸部５１）との平均の屈折率差が０．０１０以下、より好ましくは０．００５以下のことである（Δｎ≦０．００５）。
【０１５４】
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、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂは絶縁性液体６１内を泳動し、図５Ａに示すように、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂ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。
【０１５５】
このように、本変形例における光学デバイス１Ａについても、上記実施の形態における光学デバイス１と同様の効果を奏する。例えば、粘度を小さく抑えつつ最大屈折率が高い屈折率可変層６０を有する光学デバイス１Ａを実現できる等の効果を奏する。
【０１５６】
（その他の変形例）
以上、本発明に係る光学デバイスについて、実施の形態及び変形例に基づいて説明したが、本発明は、上記実施の形態及び変形例に限定されるものではない。
【０１５７】
例えば、上記実施の形態において、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂはプラスに帯電されていたが、これに限らない。つまり、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂはマイナスに帯電されていてもよい。
【０１５８】
また、上記実施の形態及び変形例において、第二光学モードでは、第一電極３０にマイナス電位を印加し、第二電極４０にプラ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４０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及び第二電極４０の両方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。
【０１５９】
また、上記実施の形態及び変形例において、凹凸構造５０を構成する凸部５１は、断面形状が台形の長尺状の四角柱であったが、これに限らない。例えば、凸部５１は、断面形状が三角形（例えば二等辺三角形）の長尺状の三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。
【０１６０】
また、上記実施の形態及び変形例において、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。
【０１６１】
また、上記実施の形態及び変形例において、光学デバイス１及び１Ａ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１及び１Ａ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。
【０１６２】
また、上記実施の形態及び変形例において、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１及び１Ａ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１及び１Ａを窓に配置してもよい。
【０１６３】
また、上記実施の形態及び変形例において、光学デバイス１及び１Ａを窓に貼り付けたが、光学デバイス１及び１Ａ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１及び１Ａ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。
【０１６４】
なお、その他、上記実施の形態及び変形例に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態、又は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で上記の各実施の形態及び変形例における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。
【符号の説明】
【０１６５】
１、１Ａ  光学デバイス
１０  第一基板
２０  第二基板
３０  第一電極
４０  第二電極
５０  凹凸構造
６０  屈折率可変層
６１  絶縁性液体
６２ａ  第一ナノ粒子
６２ｂ  第二ナノ粒子
【図１】
2020052178.tif 000003
【図２】
2020052178.tif 000004
【図３】
2020052178.tif 000005
【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
2020052178.tif 000009
【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
2020052178.tif 000012