(57)【要約】【課題】窓に利用された場合に、屋内を明るくすることができ、かつ、屋内に居る人の感じる眩しさを抑制することができる配光制御デバイスを提供する。【解決手段】配光制御デバイス１は、光学デバイス２と、光制御フィルム３とを備える。光学デバイス２は、第１電極層４０及び第２電極層５０と、第１電極層４０と第２電極層５０との間に配置された配光層３０とを備える。配光層３０は、複数の第１凸部３３を有する第１凹凸構造層３１と、複数の第１凸部３３間を充填するように配置された屈折率可変層３２とを含む。光制御フィルム３は、複数の第２凸部６３を有する第２凹凸構造層６０と、複数の第３凸部７３を有する第３凹凸構造層７０と、空気層８０とを備える。第１凸部３３の傾斜角αｕｐは、１２°以上２０°以下であり、傾斜角αｄｏｗｎは、８°以上１３°以下である。第２凸部６３の傾斜角β及び第３凸部７３の傾斜角γは、５５°以上８０°以下である。【選択図】図２
2020003577.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学デバイスと、光制御フィルムとを備える配光制御デバイスであって、
前記光学デバイスは、
光透過性を有する第１基板と、
前記第１基板に対向して配置された、光透過性を有する第２基板と、
前記第１基板と前記第２基板との間に互いに対向して配置された、光透過性を有する第１電極層及び第２電極層と、
前記第１電極層と前記第２電極層との間に配置され、入射した光を配光する配光層とを備え、
前記配光層は、
第１方向に沿って並んで配置された複数の第１凸部を有する第１凹凸構造層と、
前記複数の第１凸部間を充填するように配置され、前記第１電極層及び前記第２電極層間に印加される電圧に応じて屈折率が変化する屈折率可変層とを含み、
前記光制御フィルムは、
複数の第２凸部を有する第２凹凸構造層と、
前記複数の第２凸部の各々に対向して配置された複数の第３凸部を有する第３凹凸構造層と、
前記複数の第２凸部と前記複数の第３凸部との間に位置する空気層とを備え、
前記複数の第１凸部の各々は、前記第１方向に交差する第１面及び第２面を有し、
前記複数の第２凸部の各々は、前記第１方向に交差する第３面及び第４面を有し、
前記複数の第３凸部の各々は、前記第１方向に交差する第５面及び第６面を有し、
前記第１方向に直交する面に対して前記第１面がなす角度は、１２°以上２０°以下であり、
前記第１方向に直交する面に対して前記第２面がなす角度は、８°以上１３°以下であり、
前記第１方向に対して前記第３面及び前記第５面の各々がなす角度は、５５°以上８０°以下である
配光制御デバイス。
【請求項２】
前記複数の第２凸部と前記複数の第３凸部とは、前記第１方向に沿って１つずつ交互に並んでおり、
前記複数の第２凸部の各々の頂部は、隣り合う２つの前記第３凸部の間に位置している
請求項１に記載の配光制御デバイス。
【請求項３】
隣り合う第２凸部及び第３凸部の各々の頂部間の、前記第１基板の法線方向に沿った距離は、当該隣り合う第２凸部及び第３凸部の各々の、前記第１基板の法線方向に沿った長さの８５％以上１００％未満である
請求項２に記載の配光制御デバイス。
【請求項４】
隣り合う第２凸部と第３凸部とにおいて、前記第３面と前記第５面とが平行で、かつ、前記第４面と前記第６面とが平行である
請求項２又は３に記載の配光制御デバイス。
【請求項５】
前記第４面と前記第６面とは、前記第１方向に直交する
請求項１〜４のいずれか１項に記載の配光制御デバイス。
【請求項６】
前記複数の第１凸部、前記複数の第２凸部及び前記複数の第３凸部の各々は、前記第１方向に直交する第２方向に沿って延びた長尺状の凸部である
請求項１〜５のいずれか１項に記載の配光制御デバイス。
【請求項７】
前記屈折率可変層は、
絶縁性液体と、
前記絶縁性液体とは屈折率が異なる、前記絶縁性液体に分散された帯電する複数のナノ粒子とを備える
請求項１〜６のいずれか１項に記載の配光制御デバイス。
【請求項８】
光学デバイスと、光制御フィルムとを備える配光制御デバイスであって、
前記光学デバイスは、
光透過性を有する第１基板と、
前記第１基板に対向して配置された、光透過性を有する第２基板と、
前記第１基板と前記第２基板との間に互いに対向して配置された、光透過性を有する第１電極層及び第２電極層と、
前記第１電極層と前記第２電極層との間に配置され、入射した光を配光する配光層とを備え、
前記配光層は、
第１方向に沿って並んで配置された複数の第１凸部を有する第１凹凸構造層と、
前記複数の第１凸部間を充填するように配置され、前記第１電極層及び前記第２電極層間に印加される電圧に応じて屈折率が変化する屈折率可変層とを含み、
前記光制御フィルムは、
複数の第２凸部を有する第２凹凸構造層と、
前記複数の第２凸部の各々に対向して配置された複数の第３凸部を有する第３凹凸構造層と、
前記複数の第２凸部と前記複数の第３凸部との間に位置する空気層とを備え、
前記配光制御デバイスの配光率は、４８％より高く、
前記配光制御デバイスの直射率は、１４％より低い
配光制御デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配光制御デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、２つの透明電極層間に、液晶層と傾斜断面構造層とを挟んだ構成を有する液晶光学素子が開示されている。透明電極層間に印加される電圧によって、液晶層に含まれる液晶分子の配向を調整することで、傾斜断面構造層と液晶層との界面で屈折率差を生じさせ、液晶光学素子の配光特性を変化させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【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】
【０００４】
上記従来の液晶光学素子は、窓に利用された場合に、透過する光を曲げて屋内の天井を照らすことで、屋内を明るくすることができる。しかしながら、上記従来の液晶光学素子では、窓に利用された場合に、天井に向けて曲げることができない一部の光によって、屋内に居る人が眩しく感じるという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明は、窓に利用された場合に、屋内を明るくすることができ、かつ、屋内に居る人が感じる眩しさを抑制することができる配光制御デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る配光制御デバイスは、光学デバイスと、光制御フィルムとを備える配光制御デバイスであって、前記光学デバイスは、光透過性を有する第１基板と、前記第１基板に対向して配置された、光透過性を有する第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に互いに対向して配置された、光透過性を有する第１電極層及び第２電極層と、前記第１電極層と前記第２電極層との間に配置され、入射した光を配光する配光層とを備え、前記配光層は、第１方向に沿って並んで配置された複数の第１凸部を有する第１凹凸構造層と、前記複数の第１凸部間を充填するように配置され、前記第１電極層及び前記第２電極層間に印加される電圧に応じて屈折率が変化する屈折率可変層とを含み、前記光制御フィルムは、複数の第２凸部を有する第２凹凸構造層と、前記複数の第２凸部の各々に対向して配置された複数の第３凸部を有する第３凹凸構造層と、前記複数の第２凸部と前記複数の第３凸部との間に位置する空気層とを備え、前記複数の第１凸部の各々は、前記第１方向に交差する第１面及び第２面を有し、前記複数の第２凸部の各々は、前記第１方向に交差する第３面及び第４面を有し、前記複数の第３凸部の各々は、前記第１方向に交差する第５面及び第６面を有し、前記第１方向に直交する面に対して前記第１面がなす角度は、１２°以上２０°以下であり、前記第１方向に直交する面に対して前記第２面がなす角度は、８°以上１３°以下であり、前記第１方向に対して前記第３面及び前記第５面の各々がなす角度は、５５°以上８０°以下である。
【０００７】
また、本発明の別の一態様に係る配光制御デバイスは、光学デバイスと、光制御フィルムとを備える配光制御デバイスであって、前記光学デバイスは、光透過性を有する第１基板と、前記第１基板に対向して配置された、光透過性を有する第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に互いに対向して配置された、光透過性を有する第１電極層及び第２電極層と、前記第１電極層と前記第２電極層との間に配置され、入射した光を配光する配光層とを備え、前記配光層は、第１方向に沿って並んで配置された複数の第１凸部を有する第１凹凸構造層と、前記複数の第１凸部間を充填するように配置され、前記第１電極層及び前記第２電極層間に印加される電圧に応じて屈折率が変化する屈折率可変層とを含み、前記光制御フィルムは、複数の第２凸部を有する第２凹凸構造層と、前記複数の第２凸部の各々に対向して配置された複数の第３凸部を有する第３凹凸構造層と、前記複数の第２凸部と前記複数の第３凸部との間に位置する空気層とを備え、前記配光制御デバイスの配光率は、４８％より高く、前記配光制御デバイスの直射率は、１４％より低い。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る配光制御デバイスによれば、窓に利用された場合に、屋内を明るくすることができ、かつ、屋内に居る人が感じる眩しさを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施の形態に係る配光制御デバイスを示す断面図である。
【図２】図２は、実施の形態に係る配光制御デバイスが有する複数の凹凸構造層の構成を説明するための断面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、実施の形態に係る配光制御デバイスの光学デバイスの無印加モード（透明状態）を説明するための断面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、実施の形態に係る配光制御デバイスの光学デバイスの電圧印加モード（配光状態）を説明するための断面図である。
【図４】図４は、電圧印加モードにおいて、実施の形態に係る配光制御デバイスを通過する光の経路を示す断面図である。
【図５】図５は、実施の形態に係る光学デバイスの第１凸部の傾斜角αｕｐ及び傾斜角αｄｏｗｎの組み合わせと配光率との関係を示す図である。
【図６】図６は、実施の形態に係る光学デバイスの第１凸部の傾斜角αｕｐ及び傾斜角αｄｏｗｎの組み合わせと直射率との関係を示す図である。
【図７】図７は、本実施の形態に係る配光制御デバイスの第１凸部の傾斜角αｕｐと配光率との関係を示す図である。
【図８】図８は、本実施の形態に係る配光制御デバイスの第１凸部の傾斜角αｄｏｗｎと配光率との関係を示す図である。
【図９】図９は、本実施の形態に係る配光制御デバイスの第２凸部の傾斜角β及び第３凸部の傾斜角γと配光率との関係を示す図である。
【図１０】図１０は、本実施の形態に係る配光制御デバイスの第２凸部及び第３凸部の頂部間の距離Ｄと配光率との関係を示す図である。
【図１１】図１１は、本実施の形態に係る配光制御デバイスの第１凸部の傾斜角αｕｐと直射率との関係を示す図である。
【図１２】図１２は、本実施の形態に係る配光制御デバイスの第１凸部の傾斜角αｄｏｗｎと直射率との関係を示す図である。
【図１３】図１３は、本実施の形態に係る配光制御デバイスの第２凸部の傾斜角β及び第３凸部の傾斜角γと直射率との関係を示す図である。
【図１４】図１４は、本実施の形態に係る配光制御デバイスの第２凸部及び第３凸部の頂部間の距離Ｄと直射率との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下では、本発明の実施の形態に係る配光制御デバイスについて、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する趣旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【００１１】
また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、例えば、各図において縮尺などは必ずしも一致しない。また、各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。
【００１２】
また、本明細書において、平行又は垂直などの要素間の関係性を示す用語、及び、矩形又は台形などの要素の形状を示す用語、並びに、数値範囲は、厳格な意味のみを表す表現ではなく、実質的に同等な範囲、例えば数％程度の差異をも含むことを意味する表現である。
【００１３】
また、本明細書及び図面において、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸は、三次元直交座標系の三軸を示している。各実施の形態では、ｚ軸方向を鉛直方向とし、ｚ軸に垂直な方向（ｘｙ平面に平行な方向）を水平方向としている。なお、ｚ軸の正方向を鉛直上方としている。また、本明細書において、「厚み方向」とは、配光制御デバイスの厚み方向を意味し、第１基板及び第２基板の主面に垂直な方向のことである。つまり、厚み方向は、第１基板の法線方向に相当し、ｙ軸方向に相当する。「平面視」とは、第１基板又は第２基板の主面に対して垂直な方向から見たときのことをいう。
【００１４】
（実施の形態）
［概要］
まず、実施の形態に係る配光制御デバイスの概要について、図１を用いて説明する。
【００１５】
図１は、本実施の形態に係る配光制御デバイス１を示す断面図である。
【００１６】
配光制御デバイス１は、配光制御デバイス１に入射する光を制御する。具体的には、配光制御デバイス１は、配光制御デバイス１に入射する光の進行方向を変更して、つまり、配光して出射させることができる配光素子である。
【００１７】
図１に示されるように、配光制御デバイス１は、光学デバイス２と、光制御フィルム３とを備える。光学デバイス２及び光制御フィルム３はそれぞれ、入射する光を透過するように構成されている。
【００１８】
光学デバイス２は、図１に示されるように、第１基板１０と、第２基板２０と、配光層３０と、第１電極層４０と、第２電極層５０とを備える。光学デバイス２は、対をなす第１基板１０及び第２基板２０の間に、第１電極層４０、配光層３０及び第２電極層５０がこの順で厚み方向に沿って配置された構成である。なお、第１基板１０と第２基板２０との間の距離を保つために、粒子状の複数のスペーサが面内で分散されていてもよく、柱状の構造が形成されていてもよい。
【００１９】
また、第１電極層４０の配光層３０側の面には、第１電極層４０と配光層３０の第１凹凸構造層３１とを密着させるための密着層が設けられていてもよい。密着層は、例えば、透光性の接着シート、又は、一般にプライマーと称される樹脂材料などである。
【００２０】
光制御フィルム３は、図１に示されるように、第２凹凸構造層６０と、第３凹凸構造層７０と、空気層８０と、基材層９０とを備える。第２凹凸構造層６０と第３凹凸構造層７０とが所定の間隔を空けて配置されることにより、第２凹凸構造層６０と第３凹凸構造層７０との間に空気層８０が設けられている。図示しないが、第２凹凸構造層６０及び第３凹凸構造層７０の各々の外周に沿って環状の封止部材が設けられている。封止部材によって第２凹凸構造層６０と第３凹凸構造層７０との距離が一定に保たれることで、空気層８０の形状が維持される。
【００２１】
図１に示されるように、光学デバイス２の第２基板２０と光制御フィルム３の第２凹凸構造層６０が直接貼り合わされているが、これに限らない。例えば、光制御フィルム３は、第２凹凸構造層６０を支持する基材層を備えてもよい。当該基材層が、第２基板２０に貼り合わされていてもよい。光学デバイス２と光制御フィルム３との間には、粘着層が設けられていてもよい。
【００２２】
配光制御デバイス１は、例えば、建物の窓に設置されることで、配光機能付き窓として実現することができる。配光制御デバイス１は、例えば、粘着層を介して既存の窓ガラスなどの透明基材に貼り付けられて使用される。あるいは、配光制御デバイス１は、建物の窓そのものとして利用されてもよい。配光制御デバイス１は、例えば、光学デバイス２が屋外側で、光制御フィルム３が屋内側になるように配置されている。具体的には、配光制御デバイス１は、第１凹凸構造層３１の第１凸部３３の第１面３６（図２を参照）が上側（天井側）に面し、第２面３７（図２を参照）が下側（床側）に面するように配置されている。
【００２３】
配光制御デバイス１では、光学デバイス２の第１電極層４０及び第２電極層５０間に印加される電圧によって、配光層３０の屈折率可変層３２の屈折率が変化する。これにより、第１凹凸構造層３１と屈折率可変層３２との界面に屈折率の差が生じ、当該界面による光の屈折及び反射（全反射）を利用して光が配光される。例えば、斜め下方に向けて入射する光の少なくとも一部は、第１凸部３３によって反射されることで、斜め上方に向けて出射される。
【００２４】
第１電極層４０及び第２電極層５０間に印加される電圧の大きさに応じて、光学デバイス２は、透明状態及び配光状態が切り替わる。また、光学デバイス２は、第１電極層４０及び第２電極層５０間に印加される電圧の大きさに応じて、配光状態における光の配光方向（出射方向）が変化する。
【００２５】
以下、配光制御デバイス１の各構成部材について、図１を参照して詳細に説明する。
【００２６】
［第１基板、第２基板及び基材層］
第１基板１０、第２基板２０及び基材層９０は、透光性を有する基材である。第１基板１０、第２基板２０及び基材層９０としては、例えばガラス基板又は樹脂基板を用いることができる。
【００２７】
ガラス基板の材料としては、ソーダガラス、無アルカリガラス又は高屈折率ガラスなどが挙げられる。樹脂基板の材料としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、アクリル（ＰＭＭＡ）又はエポキシなどの樹脂材料が挙げられる。ガラス基板は、光透過率が高く、かつ、水分の透過性が低いという利点がある。一方、樹脂基板は、破壊時の飛散が少ないという利点がある。
【００２８】
第１基板１０と第２基板２０と基材層９０とは、同じ材料で構成されていてもよく、あるいは、異なる材料で構成されていてもよい。また、第１基板１０、第２基板２０及び基材層９０は、リジッド基板に限るものではなく、可撓性を有するフレキシブル基板でもよい。本実施の形態において、第１基板１０、第２基板２０及び基材層９０は、ＰＥＴ樹脂からなる透明樹脂基板である。
【００２９】
第２基板２０は、第１基板１０に対向する対向基材であり、第１基板１０に対向する位置に配置される。第１基板１０と第２基板２０とは、例えば、１μｍ〜１０００μｍなどの所定距離を空けて平行に配置されている。第１基板１０と第２基板２０とは、互いの端部外周に額縁状に形成された接着剤などのシール樹脂によって接着されている。
【００３０】
なお、第１基板１０、第２基板２０及び基材層９０の平面視形状は、例えば、正方形又は長方形などの矩形状であるが、これに限るものではなく、円形又は四角形以外の多角形であってもよく、任意の形状が採用され得る。
【００３１】
［配光層］
図１に示されるように、配光層３０は、第１電極層４０と第２電極層５０との間に配置される。配光層３０は、透光性を有しており、入射した光を透過させる。また、配光層３０は、入射した光を配光する。つまり、配光層３０は、配光層３０を光が通過する際に、その光の進行方向を変更する。
【００３２】
配光層３０は、第１凹凸構造層３１と、屈折率可変層３２とを有する。本実施の形態では、第１凹凸構造層３１と屈折率可変層３２との界面で光が反射されることにより、配光制御デバイス１を透過する光の、上下方向における進行方向が曲げられる。
【００３３】
［第１凹凸構造層］
第１凹凸構造層３１は、屈折率可変層３２の表面（界面）を凹凸にするために設けられた微細形状層である。第１凹凸構造層３１は、第１電極層４０上に設けられている。第１凹凸構造層３１は、図１に示されるように、複数の第１凸部３３と、複数の第１凹部３４と、基台層３５とを有する。
【００３４】
具体的には、第１凹凸構造層３１は、マイクロオーダーサイズの複数の第１凸部３３によって構成された凹凸構造体である。複数の第１凸部３３の間が複数の第１凹部３４である。すなわち、隣り合う２つの第１凸部３３の間が１つの第１凹部３４である。図１に示される例では、複数の第１凸部３３が個々に分離されて、根元で基台層３５によって支持された例を示しているが、これに限らない。複数の第１凸部３３は根元（第１電極層４０側）で互いに連結されていてもよい。また、第１凹部３４の底に平坦面が設けられていなくてもよい。
【００３５】
複数の第１凸部３３は、第１基板１０の主面に、第１電極層４０を介してｚ軸方向（第１方向）に沿って並んで配置された複数の凸部である。すなわち、本実施の形態では、ｚ軸方向は、複数の第１凸部３３の並び方向である。
【００３６】
本実施の形態では、複数の第１凸部３３は、その並び方向に直交する方向に延在する長尺の凸状である。具体的には、複数の第１凸部３３は、ｘ軸方向（第２方向）に延びたストライプ状に形成されている。複数の第１凸部３３の各々は、ｘ軸方向に沿って直線状に延びている。例えば、複数の第１凸部３３の各々は、第１電極層４０に対して横倒しに配置された四角柱である。なお、複数の第１凸部３３は、ｘ軸方向に沿って蛇行しながら延びていてもよい。例えば、複数の第１凸部３３は、平面視において、波線のストライプ状に形成されていてもよい。
【００３７】
図１に示されるように、複数の第１凸部３３の各々は、根元から先端にかけて先細る形状を有する。具体的には、複数の第１凸部３３の各々の断面形状は、第１基板１０から第２基板２０に向かう方向（つまり、ｙ軸の正方向）に沿って先細りのテーパ形状である。本実施の形態では、第１凸部３３のｙｚ断面における断面形状は、配光制御デバイス１の厚み方向に沿って先細る台形であるが、これに限らない。第１凸部３３の断面形状は、三角形でもよく、その他の多角形、又は、カーブを含む多角形などでもよい。本実施の形態では、複数の第１凸部３３は、高さ（ｙ軸方向における長さ）が互いに等しい。複数の第１凸部３３の高さは、例えば２μｍ〜１００μｍであるが、これに限らない。
【００３８】
あるいは、複数の第１凸部３３は、高さが互いに異なる複数の第１凸部を含んでいてもよい。例えば、複数の第１凸部３３の並び方向において、隣り合う２つの第１凸部３３の高さが異なっていてもよい。複数の第１凸部３３の各々の高さは、例えば複数の設定値の中からランダムに選択された値である。
【００３９】
なお、台形又は三角形には、頂点が丸みを帯びた台形又は三角形も含まれる。また、台形又は三角形には、各辺が完全に直線ではない場合、例えば、各辺の長さの数％程度の変位で僅かに屈曲している場合、又は、微小な凹凸が含まれる場合も含まれる。
【００４０】
図２は、本実施の形態に係る配光制御デバイス１が有する複数の凹凸構造層の構成を説明するための断面図である。図２では、説明を分かりやすくするため、断面を表す網掛けを付していない。
【００４１】
また、図２には、配光制御デバイス１に入射する光Ｌ及びその入射角θｉｎと、配光制御デバイス１から出射する光Ｌ及びその出射角θｏｕｔとを示している。光Ｌの出射角θｏｕｔが、３．６°以上８０°以下の範囲の光が配光された光（配光）である。また、光Ｌの出射角θｏｕｔが、−４３°以上３．６°以下の範囲の光が直射する光（直射光）である。配光及び直射光の詳細については、後で説明する。
【００４２】
本実施の形態では、図２に示されるように、複数の第１凸部３３の各々は、第１面３６及び第２面３７を有する。第１面３６及び第２面３７は、ｚ軸方向に交差する面である。第１面３６及び第２面３７の各々は、ｙ軸方向に対して所定の傾斜角で傾斜する傾斜面である。第１面３６及び第２面３７の間隔、すなわち、第１凸部３３の幅は、第１基板１０から第２基板２０に向かって漸次小さくなっている。
【００４３】
第１面３６は、例えば、ｚ軸が鉛直方向に一致するように配光制御デバイス１を配置した場合に、第１凸部３３を構成する複数の側面のうち、鉛直上方側の側面である。第１面３６は、入射光を反射させる反射面である。ここでの、反射は、全反射であり、第１面３６は、全反射面として機能する。
【００４４】
第１面３６の傾斜角αｕｐは、図２に示されるように、ｚ軸方向に直交する面３６ａに対して第１面３６がなす角度である。面３６ａは、例えば、第１面３６のｙ軸方向の正側の端部を通る仮想的な面であって、ｘｙ面に平行な面である。第１面３６の傾斜角αｕｐは、１２°以上２０°以下である。複数の第１凸部３３の各々の第１面３６の傾斜角αｕｐは互いに等しくてもよく、異なっていてもよい。
【００４５】
第２面３７は、例えば、ｚ軸が鉛直方向に一致するように配光制御デバイス１を配置した場合に、第１凸部３３を構成する複数の側面のうち、鉛直下方側の側面である。第２面３７は、入射光を屈折させる屈折面である。
【００４６】
第２面３７の傾斜角αｄｏｗｎは、ｚ軸方向に直交する面３７ａに対して第２面３７がなす角度である。面３７ａは、例えば、第２面３７のｙ軸方向の正側の端部を通る仮想的な面であって、ｘｙ面に平行な面である。第２面３７の傾斜角αｄｏｗｎは、８°以上１３°以下である。複数の第１凸部３３の各々の第２面３７の傾斜角αｄｏｗｎは互いに等しくてもよく、異なっていてもよい。
【００４７】
複数の第１凸部３３の幅（ｚ軸方向の長さ）は、例えば１μｍ〜２０μｍであり、好ましくは１０μｍ以下であるが、これに限らない。また、隣り合う２つの第１凸部３３の間隔は、例えば、０μｍ〜１００μｍであるが、これに限らない。
【００４８】
基台層３５は、第１電極層４０と複数の第１凸部３３との間に設けられ、複数の第１凸部３３を支持する層である。基台層３５は、複数の第１凸部３３と同じ材料を用いて複数の第１凸部３３と一体的に形成されている。複数の第１凸部３３及び基台層３５の材料としては、例えばアクリル樹脂、エポキシ樹脂又はシリコーン樹脂などの光透過性を有する樹脂材料を用いることができる。
【００４９】
複数の第１凸部３３及び基台層３５は、例えば、紫外線硬化樹脂材料から形成され、モールド成型又はナノインプリントなどによって形成することができる。複数の第１凸部３３は、例えば、緑色光に対する屈折率が１．５のアクリル樹脂を用いて、断面が台形の凹凸構造を、モールド型押しすることによって形成することができる。複数の第１凸部３３の成型の際に残膜として残った部分が基台層３５に相当する。基台層３５の厚さは、例えば均一である。
【００５０】
［屈折率可変層］
屈折率可変層３２は、複数の第１凸部３３の間（すなわち、第１凹部３４）を充填するように設けられている。具体的には、屈折率可変層３２は、第１電極層４０と第２電極層５０との間に形成される隙間を埋めるように配置されている。なお、図１に示されるように、第１凸部３３の先端部と第２電極層５０とが離れている場合、屈折率可変層３２は、第１凹部３４だけでなく、第１凸部３３の先端部と第２電極層５０との間の隙間を埋めるように配置される。
【００５１】
屈折率可変層３２は、第１電極層４０及び第２電極層５０間に印加される電圧に応じて屈折率が変化する。具体的には、屈折率可変層３２は、電極層間に電圧が与えられることによって可視光帯域での屈折率が調整可能な屈折率調整層として機能する。例えば、制御部（図示せず）によって、第１電極層４０と第２電極層５０との間には直流電圧が印加される。
【００５２】
図１に示されるように、屈折率可変層３２は、絶縁性液体３８と、絶縁性液体３８に含まれるナノ粒子３９とを有する。屈折率可変層３２は、無数のナノ粒子３９が絶縁性液体３８に分散されたナノ粒子分散層である。絶縁性液体３８は、第１凹凸構造層３１と第２電極層５０との間に充填されている。
【００５３】
絶縁性液体３８は、絶縁性を有する透明な液体であり、分散質としてナノ粒子３９が分散される分散媒となる溶媒である。絶縁性液体３８としては、例えば、屈折率（溶媒屈折率）が約１．３〜約１．６の材料を用いることができる。本実施の形態では、屈折率が約１．４の絶縁性液体３８を用いている。
【００５４】
なお、絶縁性液体３８の動粘度は、１００ｍｍ２／ｓ程度であるとよい。また、絶縁性液体３８は、低誘電率（例えば、第１凹凸構造層３１の誘電率以下）で、非引火性（例えば、引火点が２５０℃以上の高引火点）及び低揮発性を有してもよい。具体的には、絶縁性液体３８は、脂肪族炭化水素、ナフサ、及びその他の石油系溶剤などの炭化水素、低分子量ハロゲン含有ポリマー、又は、これらの混合物などである。一例として、絶縁性液体３８は、フッ化炭化水素などのハロゲン化炭化水素である。なお、絶縁性液体３８としては、シリコーンオイルなどを用いることもできる。
【００５５】
ナノ粒子３９は、絶縁性液体３８に複数分散されている。ナノ粒子３９は、粒径がナノオーダサイズの微粒子である。具体的には、入射光の波長をλとすると、ナノ粒子３９の粒径は、λ／４以下であるとよい。ナノ粒子３９の粒径をλ／４以下にすることで、ナノ粒子３９による光散乱を少なくして、ナノ粒子３９と絶縁性液体３８との平均的な屈折率を得ることができる。ナノ粒子３９の粒径は、小さい程よく、好ましくは１００ｎｍ以下、より好ましくは、数ｎｍ〜数十ｎｍである。
【００５６】
ナノ粒子３９は、例えば、高屈折率材料によって構成されている。具体的には、ナノ粒子３９の屈折率は、絶縁性液体３８の屈折率よりも高い。本実施の形態において、ナノ粒子３９の屈折率は、第１凹凸構造層３１の屈折率よりも高い。
【００５７】
ナノ粒子３９としては、例えば、金属酸化物微粒子を用いることができる。また、ナノ粒子３９は、透過率が高い材料で構成されていてもよい。本実施の形態では、ナノ粒子３９として、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）によって構成された屈折率が２．１の透明なジルコニア粒子を用いている。なお、ナノ粒子３９は、酸化ジルコニウムに限らず、酸化チタン（ＴｉＯ２：屈折率２．５）などによって構成されていてもよい。
【００５８】
また、ナノ粒子３９は、帯電している荷電粒子である。例えば、ナノ粒子３９の表面を修飾することで、ナノ粒子３９を正（プラス）又は負（マイナス）に帯電させることができる。本実施の形態において、ナノ粒子３９は、正（プラス）に帯電している。
【００５９】
このように構成された屈折率可変層３２では、帯電したナノ粒子３９が絶縁性液体３８の全体に分散されている。本実施の形態では、一例として、ナノ粒子３９として屈折率が２．１のジルコニア粒子を用いて、溶媒屈折率が約１．４の絶縁性液体３８に分散させたものを屈折率可変層３２としている。
【００６０】
また、屈折率可変層３２の全体の屈折率（平均屈折率）は、ナノ粒子３９が絶縁性液体３８内に均一に分散された状態において、第１凹凸構造層３１の屈折率と略同一に設定されており、本実施の形態では、約１．５である。なお、屈折率可変層３２の全体の屈折率は、絶縁性液体３８に分散するナノ粒子３９の濃度（量）を調整することによって変えることができる。ナノ粒子３９の量は、例えば、第１凹凸構造層３１の第１凹部３４に埋まる程度である。この場合、絶縁性液体３８に対するナノ粒子３９の濃度は、約１０％〜約３０％である。
【００６１】
絶縁性液体３８中に分散するナノ粒子３９は帯電しているので、第１電極層４０及び第２電極層５０間に電圧が印加された場合、ナノ粒子３９は、ナノ粒子３９が帯びた極性とは異なる極性の電極層に引き寄せられるように絶縁性液体３８中を泳動し、絶縁性液体３８内で偏在する。本実施の形態では、ナノ粒子３９は、プラスに帯電しているので、第１電極層４０及び第２電極層５０のうち負極側の電極層に引き寄せられる。
【００６２】
これにより、屈折率可変層３２内のナノ粒子３９の粒子分布が変化して屈折率可変層３２内にナノ粒子３９の濃度分布を持たせることができるので、屈折率可変層３２内の屈折率分布が変化する。つまり、屈折率可変層３２の屈折率が部分的に変化する。このように、屈折率可変層３２は、主に可視光帯域の光に対する屈折率を調整することができる屈折率調整層として機能する。
【００６３】
屈折率可変層３２は、例えば、第１電極層４０及び第１凹凸構造層３１が形成された第１基板１０と、第２電極層５０が形成された第２基板２０との各々の端部外周をシール樹脂で封止した状態で、屈折率可変材料を真空注入法で注入することで形成される。あるいは、屈折率可変層３２は、第１基板１０の第１電極層４０及び第１凹凸構造層３１上に屈折率可変材料を滴下した後に、第２電極層５０が形成された第２基板２０を貼り合わせることで形成されてもよい。本実施の形態では、屈折率可変材料は、ナノ粒子３９が分散された絶縁性液体３８である。ナノ粒子３９が分散された絶縁性液体３８が第１基板１０と第２基板２０との間に封止されている。屈折率可変層３２の厚さは、例えば１μｍ〜１０００μｍであるが、これに限らない。
【００６４】
［第１電極層及び第２電極層］
図１に示されるように、第１電極層４０及び第２電極層５０は、電気的に対となっている。第１電極層４０と第２電極層５０とは、電気的だけではなく配置的にも対になっており、第１基板１０と第２基板２０との間に、互いに対向するように配置されている。具体的には、第１電極層４０及び第２電極層５０は、配光層３０を挟むように配置されている。
【００６５】
第１電極層４０及び第２電極層５０は、透光性を有し、入射した光を透過する。第１電極層４０及び第２電極層５０は、例えば透明導電層である。透明導電層の材料としては、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）若しくはＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ）などの透明金属酸化物、銀ナノワイヤ若しくは導電性粒子などの導電体を含有する樹脂からなる導電体含有樹脂、又は、銀薄膜などの金属薄膜などを用いることができる。なお、第１電極層４０及び第２電極層５０は、これらの単層構造でよく、これらの積層構造（例えば透明金属酸化物と金属薄膜との積層構造）でもよい。本実施の形態では、第１電極層４０及び第２電極層５０はそれぞれ、厚さ１００ｎｍのＩＴＯである。
【００６６】
第１電極層４０は、第１基板１０と第１凹凸構造層３１との間に配置されている。具体的には、第１電極層４０は、第１基板１０の配光層３０側の面に形成されている。
【００６７】
一方、第２電極層５０は、屈折率可変層３２と第２基板２０との間に配置されている。具体的には、第２電極層５０は、第２基板２０の配光層３０側の面に形成されている。
【００６８】
第１電極層４０及び第２電極層５０は、例えば、外部電源との電気接続が可能となるように構成されている。具体的には、第１電極層４０及び第２電極層５０の各々の端部は、封止部材より外側に引き出されて第１基板１０及び第２基板２０の各々の上に形成されている。
【００６９】
第１電極層４０及び第２電極層５０はそれぞれ、例えば、蒸着、スパッタリングなどにより、ＩＴＯなどの導電膜を成膜することで形成される。
【００７０】
［第２凹凸構造層］
第２凹凸構造層６０は、図１に示されるように、複数の第２凸部６３と、複数の第２凹部６４とを有する。具体的には、第２凹凸構造層６０は、マイクロオーダーサイズの複数の第２凸部６３によって構成された凹凸構造体である。複数の第２凸部６３の間が、複数の第２凹部６４である。すなわち、隣り合う２つの第２凸部６３の間が、１つの第２凹部６４である。図１に示される例では、複数の第２凸部６３が根元で連結されて、鋸歯状に形成されている例を示しているが、これに限らない。複数の第２凸部６３は根元（第１電極層４０側）で個々に分離されていてもよく、第２凹部６４の底に平坦面が設けられていてもよい。
【００７１】
複数の第２凸部６３は、第２基板２０の主面（第１電極層４０が設けられた面とは反対側の面）に、ｚ軸方向に沿って並んで配置された複数の凸部である。本実施の形態では、複数の第２凸部６３の並び方向は、複数の第１凸部３３の並び方向と同じである。
【００７２】
本実施の形態では、複数の第２凸部６３は、その並び方向に直交する方向に延在する長尺の凸部である。具体的には、複数の第２凸部６３は、ｘ軸方向（第２方向）に延びたストライプ状に形成されている。複数の第２凸部６３は、ｘ軸方向に沿って直線状に延びている。例えば、複数の第２凸部６３の各々は、横倒しに配置された三角柱である。なお、複数の第２凸部６３は、ｘ軸方向に沿って蛇行しながら延びていてもよい。例えば、複数の第２凸部６３は、平面視において、波線のストライプ状に形成されていてもよい。
【００７３】
図１に示されるように、複数の第２凸部６３の各々は、根元から先端にかけて先細る形状を有する。具体的には、複数の第２凸部６３の各々の断面形状は、第２基板２０から基材層９０に向かう方向（つまり、ｙ軸の正方向）に沿って先細りのテーパ形状である。本実施の形態では、第２凸部６３のｙｚ断面における断面形状は、配光制御デバイス１の厚み方向に沿って先細る三角形であるが、これに限らない。第２凸部６３の断面形状は、台形でもよく、その他の多角形、又は、カーブを含む多角形などでもよい。
【００７４】
本実施の形態では、複数の第２凸部６３の各々の形状及び大きさは、同じである。例えば、複数の第２凸部６３は、高さ（ｙ軸方向における長さ）が互いに等しい。複数の第２凸部６３の高さＨｂは、例えば、数百μｍ以下であり、一例として２００μｍであるが、これに限らない。複数の第２凸部６３には、高さが異なる凸部が含まれてもよい。
【００７５】
図２に示されるように、複数の第２凸部６３の各々は、第３面６６及び第４面６７を有する。第３面６６及び第４面６７は、ｚ軸方向に交差する面である。第３面６６及び第４面６７の少なくとも一方は、ｙ軸方向に対して所定の傾斜角で傾斜する傾斜面である。第３面６６及び第４面６７の間隔、すなわち、第２凸部６３の幅は、ｙ軸の正方向に向かって漸次小さくなっている。
【００７６】
第３面６６は、例えば、ｚ軸が鉛直方向に一致するように配光制御デバイス１を配置した場合に、第２凸部６３を構成する複数の側面のうち、鉛直上方側の側面である。第３面６６は、空気層８０との界面に相当し、光学デバイス２側から入射する光の一部を全反射させる。第３面６６は全反射面として機能する。
【００７７】
第３面６６の傾斜角βは、ｚ軸方向に対して第３面６６がなす角度である。図２に示されるように、傾斜角βは、ｚ軸方向に平行な面６６ａと第３面６６とがなす角度である。面６６ａは、例えば、第３面６６のｙ軸方向の負側の端部を通る仮想的な面であって、ｘｚ面に平行な面である。第３面６６の傾斜角βは、５５°以上８０°以下である。複数の第２凸部６３の各々の第３面６６の傾斜角βは互いに等しくてもよく、異なっていてもよい。
【００７８】
第４面６７は、例えば、ｚ軸が鉛直方向に一致するように配光制御デバイス１を配置した場合に、第２凸部６３を構成する複数の側面のうち、鉛直下方側の側面である。第４面６７は、空気層８０との界面に相当し、光学デバイス２側から入射する光の第４面６７に対する入射角度によっては、その光を全反射させることができる。第４面６７は、下方照射光を通過させる面としてだけでなく、全反射面としても機能することができる。
【００７９】
第４面６７は、ｚ軸方向に直交している。つまり、第２凸部６３の断面形状は、直角三角形状である。なお、第４面６７は、ｚ軸方向に対して斜めに傾斜していてもよい。
【００８０】
第２凹凸構造層６０は、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂又はシリコーン樹脂などの透明な樹脂材料を用いて形成されている。例えば、第２凹凸構造層６０は、紫外線硬化樹脂材料から形成され、モールド成型又はナノインプリントなどによって形成することができる。第２凹凸構造層６０は、例えば、緑色光に対する屈折率が１．５のアクリル樹脂を用いて、断面が三角形の凹凸構造をモールド型押しすることによって形成することができる。
【００８１】
［第３凹凸構造層］
第３凹凸構造層７０は、図１に示されるように、複数の第３凸部７３と、複数の第３凹部７４とを有する。具体的には、第３凹凸構造層７０は、マイクロオーダーサイズの複数の第３凸部７３によって構成された凹凸構造体である。複数の第３凸部７３の間が、複数の第３凹部７４である。すなわち、隣り合う２つの第３凸部７３の間が、１つの第３凹部７４である。図１に示される例では、複数の第３凸部７３が根元で連結されて、鋸歯状に形成されている例を示しているが、これに限らない。複数の第３凸部７３は根元（基材層９０側）で個々に分離されていてもよく、第３凹部７４の底に平坦面が設けられていてもよい。本実施の形態では、第３凹凸構造層７０は、第２凹凸構造層６０を上下左右反転させた形状を有する。
【００８２】
複数の第３凸部７３は、基材層９０の主面に、ｚ軸方向に沿って並んで配置された複数の凸部である。本実施の形態では、複数の第３凸部７３の並び方向は、複数の第１凸部３３の並び方向と同じである。
【００８３】
本実施の形態では、複数の第３凸部７３は、その並び方向に直交する方向に延在する長尺の凸部である。具体的には、複数の第３凸部７３は、ｘ軸方向（第２方向）に延びたストライプ状に形成されている。複数の第３凸部７３は、ｘ軸方向に沿って直線状に延びている。例えば、複数の第３凸部７３の各々は、横倒しに配置された三角柱である。なお、複数の第３凸部７３は、ｘ軸方向に沿って蛇行しながら延びていてもよい。例えば、複数の第３凸部７３は、平面視において、波線のストライプ状に形成されていてもよい。
【００８４】
図１に示されるように、複数の第３凸部７３の各々は、根元から先端にかけて先細る形状を有する。具体的には、複数の第３凸部７３の各々の断面形状は、基材層９０から第２基板２０に向かう方向（つまり、ｙ軸の負方向）に沿って先細りのテーパ形状である。本実施の形態では、第３凸部７３のｙｚ断面における断面形状は、配光制御デバイス１の厚み方向に沿って先細る三角形であるが、これに限らない。第３凸部７３の断面形状は、台形でもよく、その他の多角形、又は、カーブを含む多角形などでもよい。
【００８５】
本実施の形態では、複数の第３凸部７３の各々の形状及び大きさは、同じである。例えば、複数の第３凸部７３は、高さ（ｙ軸方向における長さ）が互いに等しい。複数の第３凸部７３の高さＨｃは、例えば、数百μｍ以下であり、一例として２００μｍであるが、これに限らない。複数の第３凸部７３には、高さが異なる凸部が含まれてもよい。
【００８６】
図２に示されるように、複数の第３凸部７３の各々は、第５面７６及び第６面７７を有する。第５面７６及び第６面７７は、ｚ軸方向に交差する面である。第５面７６及び第６面７７の少なくとも一方は、ｙ軸方向に対して所定の傾斜角で傾斜する傾斜面である。第５面７６及び第６面７７の間隔、すなわち、第３凸部７３の幅は、ｙ軸の負方向に向かって漸次小さくなっている。
【００８７】
第５面７６は、例えば、ｚ軸が鉛直方向に一致するように配光制御デバイス１を配置した場合に、第３凸部７３を構成する複数の側面のうち、鉛直下方側の側面である。第５面７６は、空気層８０との界面に相当する。
【００８８】
第５面７６の傾斜角γは、ｚ軸方向に対して第５面７６がなす角度である。図２に示されるように、傾斜角γは、ｚ軸方向に平行な面７６ａと第５面７６とがなす角度である。面７６ａは、例えば、第５面７６のｙ軸方向の正側の端部を通る仮想的な面であって、ｘｚ面に平行な面である。第５面７６の傾斜角γは、５５°以上８０°以下である。複数の第３凸部７３の各々の第５面７６の傾斜角γは互いに等しくてもよく、異なっていてもよい。
【００８９】
第６面７７は、例えば、ｚ軸が鉛直方向に一致するように配光制御デバイス１を配置した場合に、第３凸部７３を構成する複数の側面のうち、鉛直下方側の側面である。
【００９０】
第６面７７は、ｚ軸方向に直交している。つまり、第３凸部７３の断面形状は、直角三角形状である。なお、第６面７７は、ｚ軸方向に対して斜めに傾斜していてもよい。
【００９１】
第３凹凸構造層７０は、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂又はシリコーン樹脂などの透明な樹脂材料を用いて形成されている。例えば、第３凹凸構造層７０は、紫外線硬化樹脂材料から形成され、モールド成型又はナノインプリントなどによって形成することができる。第３凹凸構造層７０は、例えば、緑色光に対する屈折率が１．５のアクリル樹脂を用いて、断面が三角形の凹凸構造をモールド型押しすることによって形成することができる。
【００９２】
［空気層及び第２凸部と第３凸部との位置関係］
本実施の形態に係る光制御フィルム３では、複数の第２凸部６３と複数の第３凸部７３とが、互いに接触せずに離れて対向して配置されていることにより、空気層８０が形成されている。空気層８０は、複数の第２凸部６３と複数の第３凸部７３との間に位置する空気層である。空気層８０は、屈折率が実質的に１に等しい。
【００９３】
図１に示されるように、複数の第２凸部６３と複数の第３凸部７３とは、ｚ軸方向に沿って１つずつ交互に並んでいる。つまり、複数の第２凸部６３の各々の頂部６３ａは、隣り合う２つの第３凸部７３の間、すなわち、第３凹部７４の内部に位置している。同様に、複数の第３凸部７３の各々の頂部７３ａは、隣り合う２つの第２凸部６３の間、すなわち、第２凹部６４の内部に位置している。このように、第２凸部６３と第３凹部７４とは一対一で対応し、第３凸部７３と第２凹部６４とは一対一で対応している。
【００９４】
なお、第２凸部６３の頂部６３ａは、第２凸部６３の突出方向における先端部に相当する。具体的には、第２凸部６３の頂部６３ａは、ｙ軸の正方向における先端部である。本実施の形態では、第２凸部６３の頂部６３ａは、第３面６６と第４面６７との交差部に相当する。
【００９５】
同様に、第３凸部７３の頂部７３ａは、第３凸部７３の突出方向における先端部に相当する。具体的には、第３凸部７３の頂部７３ａは、ｙ軸の負方向における先端部である。本実施の形態では、第３凸部７３の頂部７３ａは、第５面７６と第６面７７との交差部に相当する。
【００９６】
第２凸部６３の頂部６３ａが第３凹部７４内に位置し、かつ、第３凸部７３の頂部７３ａが第２凹部６４内に位置することにより、図１及び図２に示されるように、空気層８０は、断面視形状がジグザグ状になるように設けられている。具体的には、空気層８０は、第２凸部６３の第３面６６と第３凸部７３の第５面７６との間、及び、第２凸部６３の第４面６７と第３凸部７３の第６面７７との間によって挟まれた空間に相当する。本実施の形態では、第３面６６と第５面７６とは平行であり、かつ、第４面６７と第６面７７とは平行である。これにより、空気層８０は均等な厚みでジグザグ状に設けられている。
【００９７】
このとき、ｙ軸方向における距離であって、第２凸部６３の頂部６３ａと第３凸部７３の頂部７３ａとの間の距離は、図２に示される押し込み距離Ｄで表される。本実施の形態では、押し込み距離Ｄは、第２凸部６３の高さＨｂ及び第３凸部７３の高さＨｃの８５％以上１００％未満である。本実施の形態では、第２凸部６３の高さＨｂは、第３凸部７３の高さＨｃに等しいが、異なっていてもよい。
【００９８】
［光学デバイスの動作及び光学状態］
続いて、本実施の形態に係る配光制御デバイス１の光学デバイス２の動作及び光学状態について説明する。
【００９９】
＜透明状態（無印加モード）＞
図３Ａは、本実施の形態に係る配光制御デバイス１の光学デバイス２の無印加モード（透明状態）を説明するための拡大断面図である。また、図３Ａには、配光制御デバイス１（光学デバイス２）に対して斜めに入射する光Ｌ１〜Ｌ３の経路を矢印で示している。光Ｌ１〜Ｌ３は、太陽光のように互いに平行な入射光である。
【０１００】
図３Ａにおいて、第１電極層４０及び第２電極層５０間には電圧が印加されていない。具体的には、第１電極層４０と第２電極層５０とは、互いに等電位となっている。この場合、ナノ粒子３９は、いずれの電極層にも引き寄せられないので、絶縁性液体３８の全体に亘って分散された状態となる。
【０１０１】
本実施の形態では、ナノ粒子３９が絶縁性液体３８の全体に分散された状態の屈折率可変層３２の屈折率は、上述したように約１．５である。また、第１凹凸構造層３１の第１凸部３３の屈折率は、約１．５である。つまり、複数の第１凸部３３と屈折率可変層３２とは、屈折率が同等になる。したがって、配光層３０の全体で屈折率が均一になる。
【０１０２】
このため、図３Ａに示されるように、斜め上方から斜め下方に向けて光Ｌ１〜Ｌ３が入射した場合、屈折率可変層３２と第１凹凸構造層３１との界面には屈折率差がないので、光が真っ直ぐに進行する。つまり、ｙｚ断面において、光Ｌ１〜Ｌ３の入射角θｉｎと出射角θｏｕｔとは、実質的に同じになる。
【０１０３】
このように、配光制御デバイス１の光学デバイス２は、入射した光を実質的にそのまま（進行方向を変えることなく）透過させる透明状態になる。
【０１０４】
なお、光Ｌ１〜Ｌ３は、実際には、第１基板１０に入射するとき、第２基板２０から出射するとき、第１基板１０と第１電極層４０との界面を通過するとき、及び、第２電極層５０と第２基板２０との界面を通過するとき、などの通過する媒体が変化するときに屈折するが、図３Ａには図示していない。後述する図３Ｂにおいても同様である。
【０１０５】
＜配光状態（電圧印加モード）＞
図３Ｂは、本実施の形態に係る配光制御デバイス１の光学デバイス２の電圧印加モード（配光状態）を説明するための拡大断面図である。また、図３Ｂには、配光制御デバイス１に対して斜めに入射する光Ｌ１〜Ｌ３の経路を太線の矢印で示している。光Ｌ１〜Ｌ３は、太陽光のように互いに平行な入射光である。ここでは、光Ｌ１〜Ｌ３は、いずれも第１凸部３３の第２面３７を通過する光である。
【０１０６】
図３Ｂにおいて、第１電極層４０及び第２電極層５０間に所定の電圧が印加されている。例えば、第１電極層４０と第２電極層５０とには、数十Ｖ程度の電位差の電圧が印加されている。これにより、屈折率可変層３２では、帯電したナノ粒子３９が、ナノ粒子３９が帯びた極性とは異なる極性の電極層に引き寄せられるように絶縁性液体３８内を泳動する。つまり、ナノ粒子３９は、絶縁性液体３８内を電気泳動する。
【０１０７】
図３Ｂに示される例では、第２電極層５０は、第１電極層４０よりも高電位になっている。このため、プラスに帯電したナノ粒子３９は、低電位側の第１電極層４０に向かって泳動し、第１凹凸構造層３１の第１凹部３４に入り込んで集積していく。
【０１０８】
このように、ナノ粒子３９が屈折率可変層３２内の第１凹凸構造層３１側に偏在することで、ナノ粒子３９の粒子分布が変化し、屈折率可変層３２内の屈折率分布が一様ではなくなる。具体的には、図３Ｂに示すように、屈折率可変層３２内でナノ粒子３９の濃度分布が形成される。
【０１０９】
例えば、第１電極層４０側の領域では、ナノ粒子３９の濃度が高くなり、第２電極層５０側の領域では、ナノ粒子３９の濃度が低くなる。したがって、第１電極層４０側の領域と第２電極層５０側の領域とには、屈折率差が生じる。
【０１１０】
本実施の形態では、ナノ粒子３９の屈折率が絶縁性液体３８の屈折率よりも高い。このため、ナノ粒子３９の濃度が高い領域の屈折率は、ナノ粒子３９の濃度が低い、すなわち、絶縁性液体３８の割合が多い領域の屈折率よりも高くなる。例えば、第１電極層４０側の領域の屈折率は、ナノ粒子３９の濃度に応じて約１．５より大きい値〜約１．８になる。第２電極層５０側の領域の屈折率は、ナノ粒子３９の濃度に応じて約１．４〜約１．５より小さい値になる。
【０１１１】
複数の第１凸部３３の屈折率が約１．５であるので、第１電極層４０と第２電極層５０との間に電圧が印加されている場合、第１凸部３３と第１凹部３４内の領域との間には、屈折率差が生じる。このため、図３Ｂに示すように、斜め方向から光Ｌ１〜Ｌ３が入射した場合、入射した光Ｌ１〜Ｌ３は、第１凸部３３の第２面３７で屈折する。第２面３７で屈折した光Ｌ３は、第１面３６で全反射されて、出射角θ３ｏｕｔで第２基板２０から出射される。図３Ｂに示されるように、第１面３６による全反射によって、光Ｌ３は、斜め上方に向けて第２基板２０から出射される。すなわち、光Ｌ３は、配光された光として出射される。
【０１１２】
なお、第２面３７で屈折した光Ｌ１及びＬ２は、第１面３６に入射しないので、そのまま第２基板２０から出射される。このときの出射角θ１ｏｕｔ及びθ２ｏｕｔは、光Ｌ１及びＬ２の第１基板１０に対する入射角θｉｎとは異なっている。
【０１１３】
このように、第１電極層４０と第２電極層５０との間に所定の電圧が印加された場合に、複数の第１凸部３３の各々と屈折率可変層３２との界面に屈折率差が発生し、配光層３０に入射する光の少なくとも一部の進行方向が曲げられる。つまり、配光制御デバイス１の光学デバイス２は、入射した光の少なくとも一部を、その進行方向を曲げて透過させる配光状態になる。
【０１１４】
また、印加する電圧の大きさによってナノ粒子３９の凝集の程度を変化させることができる。ナノ粒子３９の凝集の程度によって屈折率可変層３２の屈折率が変化する。このため、第１凸部３３の第１面３６及び第２面３７（界面）における屈折率の差を変化させることで、配光方向を変化させることも可能である。
【０１１５】
［光制御フィルムの特性］
本実施の形態では、上述した動作を行う光学デバイス２の光出射側、すなわち、第２基板２０の主面に光制御フィルム３が設けられている。光制御フィルム３が設けられていることで、配光率及び直射率が向上する。以下では、図４を用いて、その原理を模式的に説明する。
【０１１６】
図４は、電圧印加モードにおいて、本実施の形態に係る配光制御デバイス１を通過する光の経路を示す断面図である。図４には、配光制御デバイス１に対して斜めに入射する光Ｌ１〜Ｌ３の経路を矢印で示している。光Ｌ１〜Ｌ３は、太陽光のように互いに平行な入射光である。ここでは、光Ｌ１〜Ｌ３は、いずれも第１凸部３３の第２面３７を通過する光であり、図３Ｂに示される光Ｌ１〜Ｌ３と同じ角度及び同じ位置に入射する光である。
【０１１７】
図４に示されるように、光Ｌ１は、第１凸部３３の第２面３７で屈折した後、第２凹凸構造層６０の第２凸部６３の第３面６６に入射する。第３面６６は、空気層８０との界面であるので、第３面６６に入射した光Ｌ１は、第３面６６によって全反射される。第３面６６で全反射された光Ｌ１は、第４面６７で屈折されて空気層８０を通過した後、第３凹凸構造層７０の第６面７７で再び屈折される。第６面７７で屈折された光Ｌ１は、基材層９０から出射される。
【０１１８】
このとき、光Ｌ１の出射角θ１ｏｕｔは、図３Ｂに示される光Ｌ１の出射角θ１ｏｕｔよりも大きくなる。言い換えると、光Ｌ１は、光制御フィルム３がない場合よりも下側に向かう光として出射される。光制御フィルム３は、図２に示される直射光の範囲（−４３°〜３．６°）から外れて、より下方に出射される下方照射光として出射される。
【０１１９】
このように、光制御フィルム３が設けられていることにより、光制御フィルム３が設けられていない場合には直射光として出射されていた光Ｌ１は、下方照射光として、すなわち、直射光ではない光として出射される。これにより、本実施の形態に係る配光制御デバイス１は、光制御フィルム３を備えることにより、直射光を減らすことができる。
【０１２０】
また、図４に示されるように、光Ｌ２は、第１凸部３３の第２面３７で屈折した後、第２凹凸構造層６０の第２凸部６３の第４面６７に入射する。このとき、光Ｌ２は、第３面６６で全反射された光Ｌ１よりも浅い角度（大きな入射角）で第４面６７に入射する。このため、光Ｌ２は、第４面６７で全反射される。第４面６７で全反射された光Ｌ２は、第３面６６で屈折されて空気層８０を通過した後、第３凹凸構造層７０の第５面７６で再び屈折される。第５面７６で屈折された光Ｌ２は、基材層９０から出射される。
【０１２１】
このとき、光Ｌ２は、図３Ｂに示される光Ｌ２とは異なり、斜め上方に向けて出射される。具体的には、光Ｌ２の出射角θ２ｏｕｔは、図２に示される配光の範囲（３．６°〜８０°）に含まれる。すなわち、光Ｌ２は、配光された光として出射される。
【０１２２】
このように、光制御フィルム３が設けられていることにより、光制御フィルム３が設けられていない場合には直射光として出射されていた光Ｌ２は、配光された光として出射される。これにより、本実施の形態に係る配光制御デバイス１は、光制御フィルム３を備えることにより、直射光を減らし、配光された光を増やすことができる。
【０１２３】
なお、図４に示される光Ｌ３は、図３Ｂと同様に、光制御フィルム３が設けられていない場合においても配光される光である。光Ｌ３は、第２凹凸構造層６０の第２凸部６３の第３面６６で屈折された後、空気層８０を通過し、第３凹凸構造層７０の第３凸部７３の第５面７６で屈折された後、基材層９０から出射される。
【０１２４】
本実施の形態では、第３面６６と第５面７６とが平行であるので、第３面６６で屈折される前の光Ｌ３と、第５面７６で屈折された後の光Ｌ３とは平行になる。つまり、光制御フィルム３が設けられていない場合に配光される光である光Ｌ３は、光制御フィルム３が設けられたとしても、その出射角は実質的に同じになる。したがって、光制御フィルム３が設けられたとして、配光制御デバイス１の配光特性の変化が抑制され、配光される光を増やすことができる。
【０１２５】
以上のように、本実施の形態に係る配光制御デバイス１は、光制御フィルム３を備えることで、光学デバイス２の場合よりも配光率を高くし、かつ、直射率を低くすることができる。
【０１２６】
［光制御フィルムの形状と配光率及び直射率との関係］
以下では、上述したように、配光率を高め、かつ、直射率を低減することができる光制御フィルム３の形状の詳細について、説明する。
【０１２７】
まず、比較例として、配光制御デバイス１が光制御フィルム３を備えない場合、すなわち、光学デバイス２のみの配光率及び直射率の、第１凸部３３の形状に対する依存性を、図５及び図６を用いて説明する。
【０１２８】
図５は、本実施の形態に係る光学デバイス２の第１凸部３３の傾斜角αｕｐ及びαｄｏｗｎの組み合わせと配光率との関係を示す図である。図６は、本実施の形態に係る光学デバイス２の第１凸部３３の傾斜角αｕｐ及びαｄｏｗｎの組み合わせと直射率との関係を示す図である。図５及び図６ではそれぞれ、横軸が傾斜角αｕｐを表し、縦軸は配光率又は直射率を表している。
【０１２９】
本実施の形態において、配光率は、全ての入射光の強度に対する配光の強度の割合を示している。配光とは、図２に示されるように、配光制御デバイス１から出射される光のうち、出射角θｏｕｔが３．６°以上８０°以下の範囲に入る光である。配光の出射角θｏｕｔの範囲は、床面からの高さが１．５ｍ以上２．７ｍ以下の範囲内に配光制御デバイス１が設けられている場合を想定して定められている。なお、後述する直射率の範囲ついても同様である。
【０１３０】
具体的には、配光の範囲の下限値である３．６°は、配光制御デバイス１から１．６ｍ離れた地点に立つ人であって、視線の高さが１．６ｍである人の目に、配光制御デバイス１の下端（すなわち、床面からの高さが１．５ｍの位置）で配光された光が入射するときと入射しないときとの境界に相当する値である。具体的には、下限値は、ｔａｎ−１｛（１．６−１．５）／１．６｝で求められる。
【０１３１】
また、直射率は、全ての入射光の強度に対する直射光の強度の割合を示している。直射光とは、図２に示されるように、配光制御デバイス１から出射される光のうち、出射角θｏｕｔが−４３°以上３．６°以下の範囲に入る光である。ここで、出射角が負の数であることは、光の出射方向が水平面に対して下方側であることを意味する。
【０１３２】
直射光の範囲の下限値である−４３°は、配光制御デバイス１から１．６ｍ離れた地点に座る人であって、視線の高さが１．２ｍである人の目に、配光制御デバイス１の上端（すなわち、床面からの高さが２．７ｍの位置）で配光されずに直射する光が入射するときと入射しないときとの境界に相当する値である。具体的には、下限値は、ｔａｎ−１｛（２．７−１．２）／１．６｝で求められる。
【０１３３】
図５に示されるように、配光率は、傾斜角αｄｏｗｎが８°、１２°、１６°及び２０°の場合は、傾斜角αｕｐが１６°のときに最大になる。また、配光率は、傾斜角αｄｏｗｎが２４°の場合は、傾斜角αｕｐが１２°のときに最大になる。特に、配光率は、傾斜角αｕｐが１６°で、かつ、傾斜角αｄｏｗｎが８°又は１２°の場合に、約５３％で最大になっている。
【０１３４】
一方で、図６に示されるように、直射率は、傾斜角αｄｏｗｎが８°、１２°、１６°及び２０°の場合は、傾斜角αｕｐが１２°のときに最小になる。また、直射率は、傾斜角αｄｏｗｎが２４°の場合は、傾斜角αｕｐが８°のときに最小になる。特に、直射率は、傾斜角αｕｐが１２°で、かつ、傾斜角αｄｏｗｎが１２°の場合に、１４％で最小になっている。一方で、配光率が最大になる組み合わせである、傾斜角αｕｐが１６°で、かつ、傾斜角αｄｏｗｎが８°又は１２°の場合、直射率は、２３％又は１７％になっている。
【０１３５】
必要以上の眩しさを抑えるという観点から、傾斜角αｕｐが１２°であり、かつ、傾斜角αｄｏｗｎが１２°である場合が、配光率が４８％となり、かつ、直射率が１４％となって最適な傾斜角の組み合わせとなる。本実施の形態では、光学デバイス２に光制御フィルム３を積層することで、配光率を高め、かつ、直射率を低減する。具体的には、配光制御デバイス１は、配光率が４８％より高くなり、かつ、直射率が１４％より低くなる。例えば、配光制御デバイス１の配光率は５４％であり、かつ、直射率は７％である。なお、配光制御デバイス１の配光率は５４％より高くなってもよく、直射率は７％より低くなってもよい。
【０１３６】
このため、光学デバイス２の第１凹凸構造層３１の第１凸部３３の傾斜角αｕｐ及びαｄｏｗｎ、並びに、光制御フィルム３の第２凹凸構造層６０の第２凸部６３の傾斜角β、第３凹凸構造層７０の第３凸部７３の傾斜角γ、第２凸部６３及び第３凸部７３の頂部間距離Ｄの適切な範囲を、以下のシミュレーション結果に基づいて定めた。具体的には、αｕｐ、αｄｏｗｎ、β、γ及びＤを、配光制御デバイス１の配光率が４８％以下にならない範囲で、直射率が低くなるように定めた。
【０１３７】
まず、図７〜図１０を用いて、配光率を高める条件について説明する。
【０１３８】
図７は、本実施の形態に係る配光制御デバイス１の第１凸部３３の傾斜角αｕｐと配光率との関係を示す図である。図７では、傾斜角αｕｐが８°、１２°、１６°、２０°及び２４°の場合の配光制御デバイス１の配光率を示している。また、破線は、図５で示したように、光制御フィルム３が設けられていない光学デバイス２単独の最適な配光率である４８％を示している。破線については、図８〜図１０においても同様である。また、図７に示す配光率は、傾斜角αｕｐ以外のパラメータ（具体的には、傾斜角αｄｏｗｎ、β及びγ、並びに、押し込み距離Ｄ）を変化させたときの平均値である。
【０１３９】
図７に示されるように、傾斜角αｕｐが１２°以上２０°以下の範囲で、配光率が４８％より高くなっている。つまり、傾斜角αｕｐが１２°以上２０°以下の範囲である場合には、光制御フィルム３を設けることで、配光率が向上していることが分かる。
【０１４０】
図８は、本実施の形態に係る配光制御デバイス１の第１凸部３３の傾斜角αｄｏｗｎと配光率との関係を示す図である。図８では、傾斜角αｄｏｗｎが８°、１２°、１６°、２０°及び２４°の場合の配光制御デバイス１の配光率を示している。また、図８に示す配光率は、傾斜角αｄｏｗｎ以外のパラメータ（具体的には、傾斜角αｕｐ、β及びγ、並びに、押し込み距離Ｄ）を変化させたときの平均値である。
【０１４１】
図８に示されるように、傾斜角αｄｏｗｎが１３°以下の範囲で、配光率が４８％より高くなっている。つまり、傾斜角αｄｏｗｎが１３°以下の範囲である場合には、光制御フィルム３を設けることで、配光率が向上していることが分かる。
【０１４２】
図９は、本実施の形態に係る配光制御デバイス１の第２凸部６３の傾斜角β及び第３凸部７３の傾斜角γと配光率との関係を示す図である。傾斜角βと傾斜角γとを同じ値とした。図９では、傾斜角β及びγが１０°、２０°、３０°、４０°、５０°、６０°、７０°及び８０°の場合の配光制御デバイス１の配光率を示している。図９に示す配光率は、傾斜角β及びγ以外のパラメータ（具体的には、傾斜角αｕｐ及びαｄｏｗｎ、並びに、押し込み距離Ｄ）を変化させたときの平均値である。
【０１４３】
図９に示されるように、傾斜角β及びγが４５°以上８０°以下の範囲で、配光率が４８％より高くなっている。つまり、傾斜角β及びγが４５°以上８０°以下の範囲である場合には、光制御フィルム３を設けることで、配光率が向上していることが分かる。
【０１４４】
図１０は、本実施の形態に係る配光制御デバイス１の第２凸部６３と第３凸部７３との頂部間の距離、すなわち、押し込み距離Ｄと配光率との関係を示す図である。図１０では、押し込み距離Ｄが１１０μｍ、１３０μｍ、１５０μｍ、１７０μｍ及び１９０μｍの場合の配光制御デバイス１の配光率を示している。図１０に示す配光率は、押し込み距離Ｄ以外のパラメータ（具体的には、傾斜角αｕｐ、αｄｏｗｎ、β及びγ）を変化させたときの平均値である。このとき、第２凸部６３の高さＨｂ及び第３凸部７３の高さＨｃは、２００μｍである。
【０１４５】
図１０に示されるように、押し込み距離Ｄが１７０μｍ以上の範囲で、配光率が４８％より高くなっている。つまり、高さＨｂ及びＨｃに対する押し込み距離Ｄの割合が８５％以上の範囲で、配光率が４８％より高くなっている。すなわち、高さＨｂ及びＨｃに対する押し込み距離Ｄの割合が８５％以上になる光制御フィルム３を設けることで、配光率が向上していることが分かる。
【０１４６】
以上のように、配光率を４８％より高くするための条件は、第１凸部３３の傾斜角αｕｐが１２°以上２０°以下であり、傾斜角αｄｏｗｎが８°以上１３°以下であり、第２凸部６３の傾斜角β及び第３凸部７３の傾斜角γが４５°以上８０°以下であり、第２凸部６３の高さＨｂ及び第３凸部７３の高さＨｃに対する押し込み距離Ｄの割合が８５％以上１００％未満である。以下では、当該条件を満たした状態で、直射率を低下させる条件について、図１１〜図１４を用いて説明する。
【０１４７】
図１１は、本実施の形態に係る配光制御デバイス１の第１凸部３３の傾斜角αｕｐと直射率との関係を示す図である。図１１では、傾斜角αｕｐが８°、１２°、１６°、２０°及び２４°の場合の配光制御デバイス１の配光率を示している。また、破線は、図６で示したように、光制御フィルム３が設けられていない光学デバイス２単独の最適な直射率である１４％を示している。破線については、図１１〜図１４においても同様である。また、図１１に示す直射率は、傾斜角αｕｐ以外のパラメータ（具体的には、傾斜角αｄｏｗｎ、β及びγ、並びに、押し込み距離Ｄ）を変化させたときの平均値である。
【０１４８】
図１１に示されるように、傾斜角αｕｐの値によらず、直射率が１４％より低くなることはなかった。具体的には、傾斜角αｕｐが８°、１２°、１６°及び２０°の場合、直射率は、１６％〜１７％の範囲に含まれ、ほぼ一定である。傾斜角αｕｐが２４°の場合、直射率は２０％となった。
【０１４９】
このように、傾斜角αｕｐを変化させたとしても、直射率が１４％より低くなることはないが、傾斜角αｕｐが１２°以上２０°以下の範囲であれば、直射率を１６％〜１７％の範囲にすることができる。したがって、傾斜角αｕｐの範囲としては、配光率の範囲がそのまま利用でき、１２°以上２０°以下となる。
【０１５０】
図１２は、本実施の形態に係る配光制御デバイス１の第１凸部３３の傾斜角αｄｏｗｎと直射率との関係を示す図である。図１２では、傾斜角αｄｏｗｎが８°、１２°、１６°、２０°及び２４°の場合の配光制御デバイス１の直射率を示している。また、図１２に示す直射率は、傾斜角αｄｏｗｎ以外のパラメータ（具体的には、傾斜角αｕｐ、β及びγ、並びに、押し込み距離Ｄ）を変化させたときの平均値である。
【０１５１】
図１２に示されるように、傾斜角αｄｏｗｎが２３°以上の範囲で、直射率が１４％より低くなっている。一方で、傾斜角αｄｏｗｎが８°、１２°、１６°及び２０°の場合、直射率が１７％〜２０％の範囲に含まれ、ほぼ一定である。
【０１５２】
このように、傾斜角αｄｏｗｎが２３°以上であれば、直射率を１４％より低くすることができる。しかしながら、図８で示したように、傾斜角αｄｏｗｎが２３°以上の場合、配光率が４８％より低くなってしまう。このため、傾斜角αｄｏｗｎの範囲としては、配光率の範囲をそのまま利用でき、８°以上１３°以下となる。
【０１５３】
図１３は、本実施の形態に係る配光制御デバイス１の第２凸部６３の傾斜角β及び第３凸部７３の傾斜角γと直射率との関係を示す図である。傾斜角βと傾斜角γとを同じ値とした。図１３では、傾斜角β及びγが１０°、２０°、３０°、４０°、５０°、６０°、７０°及び８０°の場合の配光制御デバイス１の直射率を示している。図１３に示す直射率は、傾斜角β及びγ以外のパラメータ（具体的には、傾斜角αｕｐ及びαｄｏｗｎ、並びに、押し込み距離Ｄ）を変化させたときの平均値である。
【０１５４】
図１３に示されるように、傾斜角β及びγが５５°以上８０°以下の範囲で、直射率が１４％より低くなっている。この範囲は、図９で示したように、配光率が４８％より高い範囲である４５°以上８０°以下の範囲に含まれる。つまり、傾斜角β及びγが５５°以上８０°以下の範囲である場合には、光制御フィルム３を設けることで、配光率が高められ、かつ、直射率を低くすることができる。
【０１５５】
図１４は、本実施の形態に係る配光制御デバイス１の第２凸部６３と第３凸部７３との頂部間の距離、すなわち、押し込み距離Ｄと直射率との関係を示す図である。図１４では、押し込み距離Ｄが１１０μｍ、１３０μｍ、１５０μｍ、１７０μｍ及び１９０μｍの場合の配光制御デバイス１の直射率を示している。図１４に示す直射率は、押し込み距離Ｄ以外のパラメータ（具体的には、傾斜角αｕｐ、αｄｏｗｎ、β及びγ）を変化させたときの平均値である。このとき、第２凸部６３の高さＨｂ及び第３凸部７３の高さＨｃは、２００μｍである。
【０１５６】
図１４に示されるように、押し込み距離Ｄの値によらず、直射率が１４％より低くなることはなかった。このため、高さＨｂ及びＨｃに対する押し込み距離Ｄの割合の範囲は、配光率の範囲がそのまま利用でき、８５％以上１００％未満の範囲となる。
【０１５７】
以上のことから、配光率を４８％より高くし、かつ、直射率を１４％より低くするための条件は、第１凸部３３の傾斜角αｕｐが１２°以上２０°以下であり、傾斜角αｄｏｗｎが８°以上１３°以下であり、第２凸部６３の傾斜角β及び第３凸部７３の傾斜角γが５５°以上８０°以下であり、第２凸部６３の高さＨｂ及び第３凸部７３の高さＨｃに対する押し込み距離Ｄの割合が８５％以上１００％未満である。
【０１５８】
［効果など］
以上のように、本実施の形態に係る配光制御デバイス１は、光学デバイス２と、光制御フィルム３とを備える配光制御デバイスである。光学デバイス２は、光透過性を有する第１基板１０と、第１基板１０に対向して配置された、光透過性を有する第２基板２０と、第１基板１０と第２基板２０との間に互いに対向して配置された、光透過性を有する第１電極層４０及び第２電極層５０と、第１電極層４０と第２電極層５０との間に配置され、入射した光を配光する配光層３０とを備える。配光層３０は、第１方向に沿って並んで配置された複数の第１凸部３３を有する第１凹凸構造層３１と、複数の第１凸部３３間を充填するように配置され、第１電極層４０及び第２電極層５０間に印加される電圧に応じて屈折率が変化する屈折率可変層３２とを含む。光制御フィルム３は、複数の第２凸部６３を有する第２凹凸構造層６０と、複数の第２凸部６３の各々に対向して配置された複数の第３凸部７３を有する第３凹凸構造層７０と、複数の第２凸部６３と複数の第３凸部７３との間に位置する空気層８０とを備える。複数の第１凸部３３の各々は、第１方向に交差する第１面３６及び第２面３７を有する。複数の第２凸部６３の各々は、第１方向に交差する第３面６６及び第４面６７を有する。複数の第３凸部７３の各々は、第１方向に交差する第５面７６及び第６面７７を有する。第１方向に直交する面に対して第１面３６がなす角度αｕｐは、１２°以上２０°以下である。第１方向に直交する面に対して第２面３７がなす角度αｄｏｗｎは、８°以上１３°以下である。第１方向に対して第３面６６及び第５面７６の各々がなす角度β及びγは、５５°以上８０°以下である。
【０１５９】
これにより、光制御フィルム３の第２凹凸構造層６０と空気層８０との界面で光の全反射を起こすことができる。例えば、光制御フィルム３が設けられていない場合には、そのまま直射光として抜けていた光の一部を全反射によって天井に向けた配光として出射させることができる。あるいは、光制御フィルム３が設けられていない場合には、そのまま直射光として抜けていた光の別の一部を全反射によって、人の目に入る高さよりも下方に向けて出射させることができる。
【０１６０】
このように、本実施の形態に係る配光制御デバイス１によれば、光学デバイス２のみの場合よりも配光率を高く、かつ、直射率を低くすることができる。したがって、配光制御デバイス１は、窓に利用された場合に、光を多く屋内に採り入れることができるので、屋内を明るくすることができる。また、配光制御デバイス１は、窓に利用された場合に、人の目に直接入りうる光を少なくすることができるので、屋内に居る人が感じる眩しさを抑制することができる。
【０１６１】
また、例えば、複数の第２凸部６３と複数の第３凸部７３とは、第１方向に沿って１つずつ交互に並んでいる。複数の第２凸部６３の各々の頂部６３ａは、隣り合う２つの第３凸部７３の間に位置している。
【０１６２】
これにより、空気層８０を薄くすることができ、配光率をより高めることができる。
【０１６３】
また、例えば、隣り合う第２凸部６３の頂部６３ａ及び第３凸部７３の頂部７３ａ間の、第１基板１０の法線方向に沿った距離Ｄは、当該隣り合う第２凸部６３及び第３凸部７３の各々の、第１基板の法線方向に沿った長さ（すなわち、高さＨｂ及びＨｃ）の８５％以上１００％未満である。
【０１６４】
これにより、空気層８０をさらに薄くすることができ、配光率をより一層高めることができる。
【０１６５】
また、例えば、隣り合う第２凸部６３と第３凸部７３とにおいて、第３面６６と第５面７６とが平行で、かつ、第４面６７と第６面７７とが平行である。
【０１６６】
これにより、光制御フィルム３が設けられていない場合において配光される光は、光制御フィルム３が設けられたとしても、その出射角は実質的に同じになる。したがって、光制御フィルム３が設けられたとして、配光制御デバイス１の配光特性の変化が抑制され、配光される光を増やすことができる。
【０１６７】
また、例えば、第４面６７と第６面７７とは、第１方向に直交する。
【０１６８】
これにより、第２凹凸構造層６０を平面視した場合に、全反射面として機能する第３面６６の占める割合を最大にすることができる。したがって、光学デバイス２を透過した光のうち、第３面６６によって全反射させることによって直射光よりも下方に出射させる光を多くすることができる。したがって、配光制御デバイス１の直射率をより低くすることができる。
【０１６９】
また、例えば、複数の第１凸部３３、複数の第２凸部６３及び複数の第３凸部７３の各々は、第１方向に直交する第２方向に沿って延びた長尺状の凸部である。
【０１７０】
これにより、光の反射面及び屈折面の面積を大きく確保することができるので、配光率を高めることができ、かつ、直射率を低くすることができる。
【０１７１】
また、例えば、屈折率可変層３２は、絶縁性液体３８と、絶縁性液体３８とは屈折率が異なる、絶縁性液体３８に分散された帯電する複数のナノ粒子３９とを備える。
【０１７２】
これにより、絶縁性液体３８に分散された帯電するナノ粒子３９の凝集の程度に応じて、配光状態において配光される光の方向が変化する。ナノ粒子３９の凝集の程度は、第１電極層４０及び第２電極層５０の間に印加される電圧に応じて容易に変更することができる。したがって、透明状態及び配光状態を容易に変更することができる。また、配光状態においては、Ｐ偏光及びＳ偏光のいずれの光にも屈折率差の影響を与えることができるので、配光性及び透明性を高めることができる。
【０１７３】
なお、本実施の形態において、第１凸部３３の傾斜角αｕｐが１２°以上２０°以下でなくてもよい。傾斜角αｕｐは、１２°より小さくてもよく、２０°より大きくてもよい。同様に、傾斜角αｄｏｗｎが８°以上１３°以下でなくてもよい。傾斜角αｄｏｗｎは、８°より小さくてもよく、１３°より大きくてもよい。また、第２凸部６３の傾斜角β及び第３凸部７３の傾斜角γの少なくとも一方は、５５°以上８０°以下でなくてもよい。傾斜角β及びγの少なくとも一方は、５５°より小さくてもよく、８０°より大きくてもよい。また、第２凸部６３の高さＨｂ及び第３凸部７３の高さＨｃに対する押し込み距離Ｄの割合が８５％以上１００％未満でなくてもよい。高さＨｂ及びＨｃに対する押し込み距離Ｄの割合は、８５％より小さくてもよい。配光制御デバイス１は、配光率が４８％より高く、かつ、直射率が１４％より低くなれば、αｕｐ、αｄｏｗｎ、β、γ及びＤの値は特に限定されない。
【０１７４】
また、例えば、本実施の形態に係る配光制御デバイス１は、光学デバイス２と、光制御フィルム３とを備える配光制御デバイスである。光学デバイス２は、光透過性を有する第１基板１０と、第１基板１０に対向して配置された、光透過性を有する第２基板２０と、第１基板１０と第２基板２０との間に互いに対向して配置された、光透過性を有する第１電極層４０及び第２電極層５０と、第１電極層４０と第２電極層５０との間に配置され、入射した光を配光する配光層３０とを備える。配光層３０は、第１方向に沿って並んで配置された複数の第１凸部３３を有する第１凹凸構造層３１と、複数の第１凸部３３間を充填するように配置され、第１電極層４０及び第２電極層５０間に印加される電圧に応じて屈折率が変化する屈折率可変層３２とを含む。光制御フィルム３は、複数の第２凸部６３を有する第２凹凸構造層６０と、複数の第２凸部６３の各々に対向して配置された複数の第３凸部７３を有する第３凹凸構造層７０と、複数の第２凸部６３と複数の第３凸部７３との間に位置する空気層８０とを備える。配光制御デバイス１の配光率は、４８％より高い。配光制御デバイス１の直射率は、１４％より低い。
【０１７５】
これにより、光学デバイス２のみの場合よりも配光率を高く、かつ、直射率を低くすることができる。したがって、配光制御デバイス１は、窓に利用された場合に、光を多く屋内に採り入れることができるので、屋内を明るくすることができる。また、配光制御デバイス１は、窓に利用された場合に、人の目に直接入りうる光を少なくすることができるので、屋内に居る人が感じる眩しさを抑制することができる。
【０１７６】
（その他）
以上、本発明に係る配光制御デバイスについて、上記の実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。
【０１７７】
例えば、上記の実施の形態では、第２凸部６３の頂部６３ａが第３凹部７４内に位置し、かつ、第３凸部７３の頂部７３ａが第２凹部６４内に位置する例について示したが、これに限らない。例えば、第２凸部６３の頂部６３ａは第３凹部７４の外側に位置し、第３凸部７３の頂部７３ａが第２凹部６４の外側に位置していてもよい。つまり、第２凸部６３と第３凸部７３とが離れていてもよく、例えば、押し込み距離Ｄが負の値になっていてもよい。
【０１７８】
また、例えば、第１凹凸構造層３１は、第２基板２０側に設けられていてもよい。つまり、第１凹凸構造層３１は、第２電極層５０上に設けられていてもよい。この場合、基台層３５は、第２電極層５０と複数の第１凸部３３との間に設けられる。
【０１７９】
また、例えば、複数の第１凸部３３は、ｘ軸方向において複数に分割されていてもよい。例えば、複数の第１凸部３３は、マトリクス状などに点在するように配置されていてもよい。つまり、複数の第１凸部３３を、ドット状に点在するように配置してもよい。
【０１８０】
また、例えば、上記の実施の形態において、ナノ粒子３９の屈折率が絶縁性液体３８の屈折率より低くてもよい。ナノ粒子３９の屈折率などに応じて印加する電圧を適宜調整することで、透明状態及び配光状態を実現することができる。例えば、第１電極層４０及び第２電極層５０間に電圧が印加されていない場合であってナノ粒子３９が絶縁性液体３８内で分散された場合に配光状態が実現されてもよい。電圧が印加された場合であってナノ粒子３９が一方の電極層側に偏在した場合に透明状態が実現されてもよい。
【０１８１】
また、例えば、上記の実施の形態において、ナノ粒子３９はプラスに帯電させたが、これに限らない。つまり、ナノ粒子３９をマイナスに帯電させてもよい。この場合、第１電極層４０にはプラス電位を印加し、第２電極層５０にはマイナス電位を印加することで、第１電極層４０と第２電極層５０との間に直流電圧を印加してもよい。
【０１８２】
また、複数のナノ粒子３９には、光学特性の異なる複数種類のナノ粒子が含まれてもよい。例えば、プラスに帯電させた透明の第１ナノ粒子と、マイナスに帯電させた不透明（黒色など）の第２ナノ粒子とを含んでもよい。例えば、第２ナノ粒子を凝集させて偏在させることで、配光制御デバイス１に遮光機能を持たせてもよい。
【０１８３】
また、例えば、上記実施の形態では、屈折率可変材料として電気泳動材料を利用する例について示したが、これに限らない。例えば、屈折率可変材料として、液晶材料を利用してもよい。この場合、液晶材料に含まれる液晶分子の複屈折性を利用して、屈折率可変層の屈折率が変化する。屈折率可変層に与えられる電界に応じて液晶分子の配向を変化させることにより、屈折率可変層の屈折率が変化する。これにより、透明状態及び配光状態、並びに、配光状態における配光方向を制御することができる。
【０１８４】
また、上記の実施の形態では、配光制御デバイス１に入射する光として太陽光を例示したが、これに限らない。例えば、配光制御デバイス１に入射する光は、照明装置などの発光装置が発する光であってもよい。
【０１８５】
また、例えば、配光制御デバイス１は、建物の窓に設置する場合に限るものではなく、例えば車の窓などに設置してもよい。また、配光制御デバイス１は、例えば、照明器具の透光カバーなどの配光制御部材などに利用することもできる。あるいは、配光制御デバイス１は、凹凸構造の界面での光の散乱を利用した目隠し部材としても利用することができる。
【０１８６】
その他、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。
【符号の説明】
【０１８７】
１  配光制御デバイス
２  光学デバイス
３  光制御フィルム
１０  第１基板
２０  第２基板
３０  配光層
３１  第１凹凸構造層
３２  屈折率可変層
３３  第１凸部
３６  第１面
３７  第２面
３８  絶縁性液体
３９  ナノ粒子
４０  第１電極層
５０  第２電極層
６０  第２凹凸構造層
６３  第２凸部
６３ａ、７３ａ  頂部
６６  第３面
６７  第４面
７０  第３凹凸構造層
７３  第３凸部
７６  第５面
７７  第６面
８０  空気層
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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