(57)【要約】【課題】短時間で光学状態を切り替えることができる光学デバイスを提供する。【解決手段】光学デバイス１は、透光性を有する第１基材層１０及び第２基材層２０と、第１基材層１０と第２基材層２０との間に互いに対向して配置され、透光性を有する第１電極層４０及び第２電極層５０と、第１電極層４０と第２電極層５０との間に配置され、入射する光を配光する配光層３０と、制御部６０とを備える。配光層３０は、複数の凸部３３を有する凹凸構造層３１と、複数の凸部３３間を充填するように配置され、第１電極層４０及び第２電極層５０間に与えられる電位差に応じて屈折率が変化する屈折率可変層３２とを含む。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。制御部６０は、第１電極層４０又は第２電極層５０内の異なる部位間に第１電位差を与える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性を有する第１基材層と、
前記第１基材層に対向して配置された、透光性を有する第２基材層と、
前記第１基材層と前記第２基材層との間に互いに対向して配置され、透光性を有する第１電極層及び第２電極層と、
前記第１電極層と前記第２電極層との間に配置され、入射する光を配光する配光層と、
制御部とを備え、
前記配光層は、
複数の凸部を有する凹凸構造層と、
前記複数の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電極層間に与えられる電位差に応じて屈折率が変化する屈折率可変層とを含み、
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、
前記制御部は、前記第１電極層又は前記第２電極層内の異なる部位間に第１電位差を与える
光学デバイス。
【請求項２】
前記光学デバイスは、
前記複数のナノ粒子が分散配置された第１動作モードと、
前記第１電極層及び前記第２電極層間に第２電位差が与えられることで、前記複数のナノ粒子が前記第１電極層及び前記第２電極層のいずれか一方の電極層側に偏在した第２動作モードとを有し、
前記制御部は、前記第２動作モードから前記第１動作モードに切り替える際に、前記第１電位差を与える
請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項３】
前記制御部は、前記第１電位差を与えた後、前記第１電極層と前記第２電極層との間に前記第２電位差とは逆極性の第３電位差を与える
請求項２に記載の光学デバイス。
【請求項４】
前記制御部は、前記第１電位差の印加と前記第３電位差の印加とを繰り返す
請求項３に記載の光学デバイス。
【請求項５】
前記第１電極層又は前記第２電極層内の異なる部位は、前記第１電極層又は前記第２電極層内の第１端部と、当該第１端部の反対側に位置する第２端部とである
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】
前記凹凸構造層は、前記第１電極層上に設けられている
請求項１〜５のいずれか１項に記載の光学デバイス。
【請求項７】
前記第１動作モードでは、前記複数の凸部の屈折率と前記屈折率可変層の屈折率とが同じであり、
前記第２動作モードでは、前記複数の凸部の屈折率と前記屈折率可変層の屈折率とが異なっている
請求項１〜６のいずれか１項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、光学デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光の透過状態を調整することができる調光素子が知られている。例えば、特許文献１には、第１電極と、第２電極と、第１電極及び第２電極間に形成された懸濁液とを備える調光素子が開示されている。特許文献１に記載の調光素子は、第１電極及び第２電極間に印加される電圧に応じて懸濁液内の調光粒子を制御することで、透過状態及び遮光状態をとりうる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−３５３８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の調光素子では、懸濁液内での調光粒子の移動に時間がかかり、短時間で調光素子の光学状態を切り替えることができないという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明は、短時間で光学状態を切り替えることができる光学デバイスを提供することを目的とする。
【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光学デバイスは、透光性を有する第１基材層と、前記第１基材層に対向して配置された、透光性を有する第２基材層と、前記第１基材層と前記第２基材層との間に互いに対向して配置され、透光性を有する第１電極層及び第２電極層と、前記第１電極層と前記第２電極層との間に配置され、入射する光を配光する配光層と、制御部とを備え、前記配光層は、複数の凸部を有する凹凸構造層と、前記複数の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電極層間に与えられる電位差に応じて屈折率が変化する屈折率可変層とを含み、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、前記制御部は、前記第１電極層又は前記第２電極層内の異なる部位間に第１電位差を与える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る光学デバイスによれば、短時間で光学状態を切り替えることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、実施の形態に係る光学デバイスのデバイス本体の断面構成を含む、光学デバイスの構成を示す図である。
【図２】図２は、実施の形態に係る光学デバイスのデバイス本体の一部を模式的に拡大して示す断面斜視図である。
【図３】図３は、実施の形態に係る光学デバイスの透明モードを説明するための断面斜視図である。
【図４】図４は、実施の形態に係る光学デバイスの配光モードを説明するための断面斜視図である。
【図５】図５は、実施の形態に係る光学デバイスの動作モードの切り替え時を説明するための断面斜視図である。
【図６】図６は、実施の形態に係る光学デバイスの第１動作例を示すタイミングチャートである。
【図７】図７は、実施の形態に係る光学デバイスの第２動作例を示すタイミングチャートである。
【図８】図８は、実施の形態に係る光学デバイスの第３動作例を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下では、本発明の実施の形態に係る光学デバイスについて、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する趣旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
また、本明細書及び図面において、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸は、三次元直交座標系の三軸を示している。各実施の形態では、ｚ軸方向を鉛直方向とし、ｚ軸に垂直な方向（ｘｙ平面に平行な方向）を水平方向としている。なお、ｚ軸の正方向を鉛直上方としている。また、本明細書において、「厚み方向」とは、光学デバイスの厚み方向を意味し、第１基材層及び第２基材層の主面に垂直な方向のことであり、「平面視」とは、第１基材層又は第２基材層の主面に対して垂直な方向から見たときのことをいう。
【００１３】
（実施の形態）
［概要］
まず、実施の形態に係る光学デバイスの概要について、図１及び図２を用いて説明する。
【００１４】
図１は、本実施の形態に係る光学デバイス１のデバイス本体２の断面構成を含む、光学デバイス１の構成を示す図である。図２は、本実施の形態に係る光学デバイス１のデバイス本体２の一部を模式的に拡大して示す断面図である。
【００１５】
図１及び図２に示されるように、光学デバイス１は、デバイス本体２と、制御部６０と、電源７０と、電極内スイッチ８０と、電極間スイッチ８２とを備える。図１及び図２では、デバイス本体２の断面構成を断面視又は断面斜視によって模式的に表しており、制御部６０及び電源７０などを回路図のシンボル又はブロックで模式的に表している。
【００１６】
光学デバイス１は、光学デバイス１のデバイス本体２に入射する光を制御する配光制御デバイスである。具体的には、光学デバイス１は、デバイス本体２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、光学デバイス１のデバイス本体２は、入射する光を透過するように構成されており、第１基材層１０と、第２基材層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。
【００１８】
デバイス本体２は、対をなす第１基材層１０及び第２基材層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基材層１０と第２基材層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】
なお、第１電極層４０の配光層３０側の面には、第１電極層４０と配光層３０の凹凸構造層３１とを密着させるための密着層が設けられていてもよい。密着層は、例えば、透光性の接着シート、又は、一般的にプライマーと称される樹脂材料などである。
【００２０】
デバイス本体２は、例えば、建物の窓に設置することで、配光機能付き窓として実現することができる。デバイス本体２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、デバイス本体２は、建物の窓そのものとして利用されてもよい。デバイス本体２は、例えば、第１基材層１０が屋外側で、第２基材層２０が屋内側になり、かつ、図２に示される凹凸構造層３１の凸部３３の第１側面３６が下側（床側）に面し、第２側面３７が上側（天井側）に面するように配置されている。
【００２１】
デバイス本体２では、第１電極層４０及び第２電極層５０間に印加される電圧によって、配光層３０の屈折率可変層３２の屈折率が変化する。これにより、凹凸構造層３１と屈折率可変層３２との界面に屈折率の差が生じ、当該界面による光の屈折及び反射（全反射）を利用して光が配光される。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、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。
【００２２】
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、デバイス本体２は、透明状態及び配光状態が切り替わる。また、デバイス本体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。
【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１基材層及び第２基材層］
第１基材層１０及び第２基材層２０は、透光性を有する基材である。第１基材層１０及び第２基材層２０としては、例えばガラス基板又は樹脂基板を用いることができる。
【００２５】
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。
【００２６】
第１基材層１０と第２基材層２０とは、同じ材料で構成されていてもよく、あるいは、異なる材料で構成されていてもよい。また、第１基材層１０及び第２基材層２０は、リジッド基板に限るものではなく、可撓性を有するフレキシブル基板でもよい。本実施の形態において、第１基材層１０及び第２基材層２０は、ＰＥＴ樹脂からなる透明樹脂基板である。
【００２７】
第２基材層２０は、第１基材層１０に対向する対向基材であり、第１基材層１０に対向する位置に配置される。第１基材層１０と第２基材層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基材層１０と第２基材層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。
【００２８】
なお、第１基材層１０及び第２基材層２０の平面視形状は、例えば、正方形又は長方形などの矩形状であるが、これに限るものではなく、円形又は四角形以外の多角形であってもよく、任意の形状が採用され得る。
【００２９】
［配光層］
図１及び図２に示されるように、配光層３０は、第１電極層４０と第２電極層５０との間に配置される。配光層３０は、透光性を有しており、入射した光を透過させる。また、配光層３０は、入射した光を配光する。つまり、配光層３０は、配光層３０を光が通過する際に、その光の進行方向を変更する。
【００３０】
配光層３０は、凹凸構造層３１と、屈折率可変層３２とを有する。本実施の形態では、凹凸構造層３１と屈折率可変層３２との界面で光が反射されることにより、デバイス本体２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。
【００３１】
［凹凸構造層］
凹凸構造層３１は、屈折率可変層３２の表面（界面）を凹凸にするために設けられた微細形状層である。凹凸構造層３１は、第１電極層４０上に設けられている。凹凸構造層３１は、図２に示されるように、複数の凸部３３と、複数の凹部３４と、基台層３５とを有する。
【００３２】
具体的には、凹凸構造層３１は、マイクロオーダーサイズの複数の凸部３３によって構成された凹凸構造体である。複数の凸部３３の間が複数の凹部３４である。すなわち、隣り合う２つの凸部３３の間が１つの凹部３４である。図２に示される例では、複数の凸部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。複数の凸部３３は根元（第１電極層４０側）で個々に連結されていてもよく、凹部３４の底に平坦面が設けられていなくてもよい。
【００３３】
複数の凸部３３は、第１基材層１０の主面（第１電極層４０が設けられた面）に平行なｚ軸方向に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、複数の凸部３３の並び方向である。
【００３４】
本実施の形態では、複数の凸部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、複数の凸部３３は、ｘ軸方向に延びたストライプ状に形成されている。複数の凸部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。
【００３５】
図２に示されるように、複数の凸部３３の各々は、根元から先端にかけて先細る形状を有する。具体的には、複数の凸部３３の各々の断面形状は、第１基材層１０から第２基材層２０に向かう方向に沿って先細りのテーパ形状である。本実施の形態では、凸部３３のｙｚ断面における断面形状は、デバイス本体２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。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。複数の凸部３３の高さは、例えば２μｍ〜１００μｍであるが、これに限らない。
【００３６】
あるいは、複数の凸部３３は、高さが互いに異なる複数の凸部を含んでいてもよい。例えば、複数の凸部３３の並び方向において、隣り合う２つの凸部３３の高さが異なっている。複数の凸部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。
【００３７】
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。
【００３８】
本実施の形態では、図２に示されるように、複数の凸部３３の各々は、第１側面３６及び第２側面３７を有する。第１側面３６及び第２側面３７は、ｚ軸方向に交差する面である。第１側面３６及び第２側面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側面３６及び第２側面３７の間隔、すなわち、凸部３３の幅は、第１基材層１０から第２基材層２０に向かって漸次小さくなっている。
【００３９】
第１側面３６は、例えば、ｚ軸が鉛直方向に一致するようにデバイス本体２を配置した場合に、凸部３３を構成する複数の側面のうち、鉛直下方側の側面である。第１側面３６は、入射光を屈折させる屈折面である。
【００４０】
第２側面３７は、例えば、ｚ軸が鉛直方向に一致するようにデバイス本体２を配置した場合に、凸部３３を構成する複数の側面のうち、鉛直上方側の側面である。第２側面３７は、入射光を反射させる反射面である。ここでの反射は、全反射であり、第２側面３７は、全反射面として機能する。
【００４１】
第１側面３６の傾斜角及び第２側面３７の傾斜角は、例えば０°以上２５°以下の範囲である。言い換えると、凸部３３の断面形状である台形又は三角形の２つの底角はそれぞれ、６５°以上９０°以下である。あるいは、２つの底角の少なくとも一方は、６５°より小さくてもよい。第１側面３６の傾斜角と第２側面３７の傾斜角とは、互いに異なっていてもよく、等しくてもよい。複数の凸部３３の各々の第１側面３６の傾斜角は互いに等しくてもよく、異なっていてもよい。複数の凸部３３の各々の第２側面３７の傾斜角は互いに等しくてもよく、異なっていてもよい。
【００４２】
複数の凸部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つの凸部３３の間隔は、例えば、０μｍ〜１００μｍであるが、これに限らない。
【００４３】
基台層３５は、第１電極層４０と複数の凸部３３との間に設けられ、複数の凸部３３を支持する層である。基台層３５は、複数の凸部３３と同じ材料を用いて複数の凸部３３と一体的に形成されている。複数の凸部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。
【００４４】
複数の凸部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り形成することができる。複数の凸部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。
【００４５】
［屈折率可変層］
屈折率可変層３２は、複数の凸部３３の間（すなわち、凹部３４）を充填するように設けられている。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、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、凹部３４だけでなく、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。
【００４６】
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６０及び電源７０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。
【００４７】
図２に示されるように、屈折率可変層３２は、絶縁性液体３８と、絶縁性液体３８に含まれるナノ粒子３９とを有する。屈折率可変層３２は、無数のナノ粒子３９が絶縁性液体３８に分散されたナノ粒子分散層である。なお、図が複雑化することを避けるために、図２では、絶縁性液体３８の断面への網掛け及び輪郭などを図示していない。絶縁性液体３８は、凹凸構造層３１と第２電極層５０との間に充填されている。
【００４８】
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。
【００４９】
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、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。
【００５０】
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、粒径がナノオーダー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。
【００５１】
ナノ粒子３９は、例えば、高屈折率材料によって構成されている。具体的には、ナノ粒子３９の屈折率は、絶縁性液体３８の屈折率よりも高い。本実施の形態において、ナノ粒子３９の屈折率は、凹凸構造層３１の屈折率よりも高い。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
また、屈折率可変層３２の全体の屈折率（平均屈折率）は、ナノ粒子３９が絶縁性液体３８内に均一に分散された状態において、凹凸構造層３１の屈折率と略同一に設定されており、本実施の形態では、約１．５である。なお、屈折率可変層３２の全体の屈折率は、絶縁性液体３８に分散するナノ粒子３９の濃度（量）を調整することによって変えることができる。ナノ粒子３９の量は、例えば、凹凸構造層３１の凹部３４に埋まる程度である。この場合、絶縁性液体３８に対するナノ粒子３９の濃度は、約１０％〜約３０％である。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
屈折率可変層３２は、例えば、第１電極層４０及び凹凸構造層３１が形成された第１基材層１０と、第２電極層５０が形成された第２基材層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基材層１０の第１電極層４０及び凹凸構造層３１上に屈折率可変材料を滴下した後に、第２電極層５０が形成された第２基材層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基材層１０と第２基材層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。
【００５９】
［第１電極層及び第２電極層］
図１及び図２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基材層１０と第２基材層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。
【００６０】
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。
【００６１】
第１電極層４０は、第１基材層１０と凹凸構造層３１との間に配置されている。具体的には、第１電極層４０は、第１基材層１０の配光層３０側の面に形成されている。
【００６２】
一方、第２電極層５０は、屈折率可変層３２と第２基材層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基材層２０の配光層３０側の面に形成されている。
【００６３】
図１及び図２に示されるように、第１電極層４０及び第２電極層５０は、例えば、電源７０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基材層１０及び第２基材層２０の各々の上に形成されている。
【００６４】
例えば、図１に示されるように、第１電極層４０は、第１端部４１と第２端部４２とを有する。第１端部４１及び第２端部４２は、第１電極層４０内の互いに異なる部位である。具体的には、第１端部４１は、第１電極層４０のｚ軸方向の負側に位置する端部である。第２端部４２は、第１端部４１とは反対側の端部であって、第１電極層４０のｚ軸方向の正側に位置する端部である。例えば、第１電極層４０の平面視形状が矩形である場合、第１端部４１と第２端部４２とはそれぞれ、矩形の２つの対辺に設けられている。あるいは、第１端部４１と第２端部４２とは、矩形の２つの対角に設けられていてもよい。例えば、第１端部４１と第２端部４２とを結ぶ直線上に、第１電極層４０の重心が位置していてもよい。
【００６５】
第１端部４１と第２端部４２とを離して設けることで、第１端部４１と第２端部４２との間の第１電極層４０の電気抵抗が大きくなる。このため、第１端部４１と第２端部４２との間に電位差を与えた場合に、第１端部４１と第２端部４２との間で第１電極層４０を流れる電流の電流値を大きくすることができ、第１電極層４０で発生する熱量を大きくすることができる。
【００６６】
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。
【００６７】
［制御部］
制御部６０は、光学デバイス１の動作を制御する。本実施の形態に係る光学デバイス１は、配光モードと透明モードとの２つの動作モードを有する。制御部６０は、２つの動作モードの切り替えを行う。具体的には、制御部６０は、電源７０、電極内スイッチ８０及び電極間スイッチ８２を制御することで、光学デバイス１のデバイス本体２の第１電極層４０及び第２電極層５０の各々に与える電位を制御する。
【００６８】
制御部６０は、電源７０、電極内スイッチ８０及び電極間スイッチ８２と有線又は無線で接続されている。制御部６０は、電源７０が出力する電圧の大きさ及び極性を制御する。また、制御部６０は、電極内スイッチ８０及び電極間スイッチ８２の各々のオン／オフを制御する。制御部６０による具体的な制御内容は、後で説明する。
【００６９】
制御部６０は、例えば、マイコンで実現される。具体的には、制御部６０は、プログラムが格納された不揮発性メモリ、プログラムを実行するための一時的な記憶領域である揮発性メモリ、入出力ポート、プログラムを実行するプロセッサなどで実現される。あるいは、制御部６０が実行する各機能は、ソフトウェアで実現されてもよく、電気回路などのハードウェアで実現されてもよい。
【００７０】
［電源及びスイッチ］
電源７０は、所定の直流電圧を出力する直流電圧源である。本実施の形態では、電源７０は、可変電圧源である。具体的には、電源７０は、出力する電圧の電圧値及び極性を変化させることができる。なお、電源７０は、交流電圧を出力することができてもよい。
【００７１】
電源７０は、第１電極層４０内の異なる部位に接続されている。具体的には、図１に示されるように、電源７０は、第１電極層４０の第１端部４１と第２端部４２との間に、電極内スイッチ８０を介して接続されている。電極内スイッチ８０が導通状態（オン）になった場合に、電源７０は、制御部６０による制御に基づいて所定の電圧を出力することで、第１電極層４０の第１端部４１と第２端部４２との間に第１電位差を与える。第１端部４１と第２端部４２との間に与えられた第１電位差によって、第１端部４１と第２端部４２との間には電流が流れる。第１電極層４０が有する抵抗によって、第１電極層４０は発熱する。
【００７２】
また、電源７０は、第１電極層４０と第２電極層５０との間に接続されている。具体的には、図１及び図２に示されるように、電源７０は、電極間スイッチ８２を介して第１電極層４０と第２電極層５０との間に接続されている。電極間スイッチ８２が導通状態（オン）になった場合に、電源７０は、第１電極層４０及び第２電極層５０間に、所定の電位差を与える。具体的には、電源７０は、制御部６０による制御に基づいて所定の電圧を出力することで、第１電極層４０及び第２電極層５０間に、第２電位差、及び、当該第２電位差とは逆極性の第３電位差を切り替えて与える。
【００７３】
電極内スイッチ８０及び電極間スイッチ８２は、導通状態（オン）と非導通状態（オフ）とを切り替えることができるスイッチング素子である。電極内スイッチ８０及び電極間スイッチ８２はそれぞれ、リレースイッチ、又は、トランジスタなどの半導体スイッチング素子などであるが、特に限定されない。
【００７４】
電極内スイッチ８０は、第１電極層４０の第１端部４１及び第２端部４２間に、電源７０と直列に接続されている。電極間スイッチ８２は、第１電極層４０と第２電極層５０との間に、電源７０と直列に接続されている。
【００７５】
なお、図１及び図２に示される例では、電源７０が第１電極層４０内への電位差の印加と、第１電極層４０及び第２電極層間の電位差の印加とを行うための電源として兼用されるが、これに限らない。例えば、光学デバイス１は、第１電極層４０内への電位差を与えるための電源と、第１電極層４０及び第２電極層５０間への電位差を与えるための電源とを含む２つの電源を備えてもよい。また、光学デバイス１は、さらに、逆バイアス印加用の電源を備えてもよい。また、光学デバイス１が備える電源の個数に応じてスイッチの個数及び接続は適宜調整される。
【００７６】
［動作及び光学状態］
続いて、光学デバイス１の動作及び光学状態について説明する。
【００７７】
＜透明モード（透明状態）＞
図３は、本実施の形態に係る光学デバイス１の透明モード（透明状態）を説明するための断面斜視図である。また、図３には、光学デバイス１のデバイス本体２に対して斜めに入射する光Ｌの経路を矢印で示している。光Ｌは、デバイス本体２が窓に利用された場合に、屋外から屋内に斜め上方から入射する太陽光に相当する。
【００７８】
本実施の形態では、透明モードは、複数のナノ粒子３９が絶縁性液体３８内で分散配置された第１動作モードの一例である。図３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、電極間スイッチ８２が非導通状態になっている。なお、図３には示されていないが、電極内スイッチ８０も非導通状態になっている。このとき、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。つまり、第１電極層４０と第２電極層５０との間の電位差は、０である。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。
【００７９】
本実施の形態では、ナノ粒子３９が絶縁性液体３８の全体に分散された状態の屈折率可変層３２の屈折率は、上述したように約１．５である。また、凹凸構造層３１の凸部３３の屈折率は、約１．５である。つまり、複数の凸部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。
【００８０】
このため、図３に示されるように、斜め上方から斜め下方に向けて光Ｌが入射した場合、屈折率可変層３２と凹凸構造層３１との界面には屈折率差がないので、光Ｌが真っ直ぐに進行する。つまり、ｙｚ断面において、光Ｌの入射角と出射角とは、実質的に同じになる。
【００８１】
このように、光学デバイス１のデバイス本体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。デバイス本体２が透明状態であるので、図３の破線の矢印で示されるように、屋内に居る人がデバイス本体２を介して屋外を見た場合、屋外の景色をクリアに見ることができる。
【００８２】
なお、光Ｌは、実際には、第１基材層１０に入射するとき、第２基材層２０から出射するとき、第１基材層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基材層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３には図示していない。後述する図４においても同様である。
【００８３】
＜配光モード（配光状態）＞
図４は、本実施の形態に係る光学デバイス１の配光モード（配光状態）を説明するための拡大断面図である。また、図４には、光学デバイス１のデバイス本体２に対して斜めに入射する光Ｌの経路を太線の矢印で示している。
【００８４】
本実施の形態では、配光モードは、第１電極層４０及び第２電極層５０間に第２電位差が与えられることで、複数のナノ粒子３９が第１電極層４０側に偏在した第２動作モードの一例である。図４において、電源７０によって、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。具体的には、電極間スイッチ８２が導通状態になっている。このとき、図４には示されていないが、電極内スイッチ８０は非導通状態になっている。例えば、電源７０は、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。
【００８５】
図４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、凹凸構造層３１の凹部３４に入り込んで集積していく。
【００８６】
このように、ナノ粒子３９が屈折率可変層３２内の凹凸構造層３１側、すなわち、第１電極層４０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４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。
【００８７】
例えば、凹凸構造層３１側の領域（具体的には、凹部３４内の領域）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、屈折率可変層３２内では、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。
【００８８】
本実施の形態では、ナノ粒子３９の屈折率が絶縁性液体３８の屈折率よりも高い。このため、ナノ粒子３９の濃度が高い第１電極層４０側の領域の屈折率は、ナノ粒子３９の濃度が低い、すなわち、絶縁性液体３８の割合が多い第２電極層５０側の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。
【００８９】
複数の凸部３３の屈折率が約１．５であるので、第１電極層４０と第２電極層５０との間に電位差が与えられている場合、凸部３３と屈折率可変層３２の第１電極層４０側の領域との間には、屈折率差が生じる。このため、図４に示すように、斜め方向から光Ｌが入射した場合、入射した光Ｌは、凸部３３の第１側面３６で屈折した後、第２側面３７で全反射される。
【００９０】
これにより、図４に示されるように、垂直断面において光Ｌの入射角と出射角とが異なる。例えば、斜め上方から斜め下方に向けて入射した光Ｌは、斜め上方に向けてデバイス本体２から出射される。
【００９１】
このように、第１電極層４０と第２電極層５０との間に電位差が与えられた場合に、複数の凸部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に入射する光の進行方向が曲げられる。つまり、光学デバイス１のデバイス本体２は、入射した光を、その進行方向を曲げて透過させる配光状態になる。
【００９２】
また、与える電位差の大きさによってナノ粒子３９の凝集の程度を変化させることができる。ナノ粒子３９の凝集の程度によって屈折率可変層３２の屈折率が変化する。このため、凸部３３の第１側面３６及び第２側面３７（界面）における屈折率の差を変化させることで、配光方向を変化させることも可能である。
【００９３】
＜モードの切り替え＞
続いて、透明モードと配光モードとの切り替え時の動作について説明する。
【００９４】
まず、透明モードから配光モードに切り替える場合、制御部６０は、電極間スイッチ８２を導通状態にし、第１電極層４０と第２電極層５０との間に第２電位差を与える。これにより、透明モードにおいて絶縁性液体３８内で分散されていた複数のナノ粒子３９は、第１電極層４０に向かって移動する。このとき、ナノ粒子３９の移動はスムーズに行われ、デバイス本体２の光学状態が短時間で配光状態に変更される。
【００９５】
一方で、配光モードから透明モードに切り替える場合、制御部６０は、電極間スイッチ８２を非導通状態にし、第１電極層４０と第２電極層５０との間の電位差を０にする。しかしながら、本発明者らの検討により、単に第１電極層４０と第２電極層５０との間の電位差を０にするだけでは、ナノ粒子３９の移動が進まず、十分に分散された状態になるまで、かなりの時間を要することが確認された。
【００９６】
これに対して、ナノ粒子３９を第２電極層５０側に移動させるように、配光モードとは逆極性の電位差を第１電極層４０及び第２電極層５０間に与えることが考えられる。具体的には、制御部６０は、電極間スイッチ８２を導通状態にしたまま、電源７０を制御することで、第１電極層４０と第２電極層５０との間に、配光モードで与えられる第２電位差とは逆極性の第３電位差を与える。しかしながら、この場合であっても、ナノ粒子３９の移動が進まず、十分に分散された状態になるまで、かなりの時間を要することが確認された。
【００９７】
そこで、本実施の形態では、配光モードから透明モードに切り替える場合、すなわち、ナノ粒子３９が第１電極層４０側に偏在した状態から絶縁性液体３８内に分散した状態にする場合において、図５に示されるように、第１電極層４０の異なる部位間に第１電位差を与える。
【００９８】
図５は、本実施の形態に係る光学デバイス１の動作モードの切り替え時を説明するための断面斜視図である。図５に示されるように、制御部６０（図示せず）は、電極内スイッチ８０を導通状態にすることによって、第１電極層４０内の異なる部位間に第１電位差を与える。これにより、第１電極層４０内には、与えられた第１電位差によって電流が流れる。第１電極層４０が抵抗を有するので、内部に流れる電流によって第１電極層４０は発熱する。
【００９９】
このため、図５に示されるように、屈折率可変層３２では、第１電極層４０側で高温になり、第２電極層５０側では低温になる。つまり、屈折率可変層３２内でデバイス本体２の厚み方向（ｙ軸方向）に沿って温度勾配が形成される。この温度勾配によって、図５の太矢印で示されるように、絶縁性液体３８の対流が生まれる。絶縁性液体３８が対流することで、ナノ粒子３９も流れに沿って移動しやすくなる。これにより、ナノ粒子３９の移動が速やかに行われるので、配光モードから透明モードに短時間で切り替えることができる。
【０１００】
以下では、配光モードから透明モードの切り替えの具体的な動作例について、図６〜図８を用いて説明する。
【０１０１】
図６は、本実施の形態に係る光学デバイス１の第１動作例を示すタイミングチャートである。図６に示される第１動作例では、制御部６０は、配光モードから透明モードに切り替える際に、第１電極層４０内の異なる部位間に第１電位差を与える。具体的には、制御部６０は、電極間スイッチ８２を非導通状態にするとともに、電極内スイッチ８０を導通状態にする。スイッチが切り替えられることで、電源７０から電極間に印加されていた電圧が、第１電極層４０内の異なる部位間に印加される。これにより、第１電極層４０内の異なる部位間に第１電位差を与えることができる。制御部６０は、電極内スイッチ８０及び電極間スイッチ８２の状態を所定期間維持し、絶縁性液体３８の対流を発生させた後、電極内スイッチ８０も非導通状態にする。
【０１０２】
また、制御部６０は、スイッチを切り替える際に、電源７０から出力される電圧を小さくしてもよい。つまり、第１電位差の大きさは、配光モードで第１電極層４０と第２電極層５０との間に与えた第２電位差の大きさより小さくてもよい。あるいは、第１電位差の大きさは、第２電位差の大きさと等しくてもよく、第２電位差の大きさより大きくてもよい。
【０１０３】
これにより、上述したように、第１電極層４０内に電流が流れて第１電極層４０が発熱する。発生した熱によって絶縁性液体３８が対流するので、ナノ粒子３９の移動がスムーズに行われる。
【０１０４】
図７は、本実施の形態に係る光学デバイス１の第２動作例を示すタイミングチャートである。図７に示される第２動作例では、制御部６０は、配光モードから透明モードに切り替える際に、第１電極層４０内の異なる部位間に第１電位差を与えた後、第１電極層４０と第２電極層５０との間に、配光モードで与えた第２電位差とは逆極性の第３電位差を与える。具体的には、制御部６０は、第１動作例と同様に、電極間スイッチ８２を非導通状態にするとともに、電極内スイッチ８０を導通状態にする。この状態を所定期間維持することで、第１電極層４０内の異なる部位間に第１電位差を与える。
【０１０５】
第１電位差を与えた後、電極内スイッチ８０を非導通状態にし、電極間スイッチ８２を導通状態にする。さらに、制御部６０は、電源７０を制御することで、電源７０から出力される電圧の極性を逆にする。これにより、第１電極層４０と第２電極層５０との間に、逆極性の第３電位差が与えられる。具体的には、第２電極層５０は、第１電極層４０よりも低電位になる。
【０１０６】
制御部６０は、電極間スイッチ８２を導通状態に所定期間維持した後、電極間スイッチ８２を非導通状態にする。なお、第３電位差は、第２電位差と同じ大きさであるが、これに限らない。第３電位差は、第２電位差より小さくてもよく、第２電位差より大きくてもよい。
【０１０７】
これにより、絶縁性液体３８の対流によって、ナノ粒子３９の移動を促進し、逆バイアス電圧によってナノ粒子３９をさらにスムーズに移動させることができる。これにより、より短時間で複数のナノ粒子３９を絶縁性液体３８内で分散させることができる。
【０１０８】
図８は、本実施の形態に係る光学デバイス１の第３動作例を示すタイミングチャートである。図８に示される第３動作例では、制御部６０は、配光モードから透明モードに切り替える際に、第１電位差の印加と第３電位差の印加とを繰り返す。配光モードから透明モードに切り替える際に、第１電極層４０内の異なる部位間に第１電位差を与えた後、第１電極層４０と第２電極層５０との間に第３電位差を与える。具体的には、制御部６０は、電極間スイッチ８２を非導通状態にし、かつ、電極内スイッチ８０を導通状態にすることと、電極間スイッチ８２を導通状態にし、かつ、電極内スイッチ８０を非導通状態にし、さらに、電源７０から出力される電圧を逆バイアス電圧にすることとを交互に繰り返す。繰り返しの周期は、例えば一定であるが、ランダムであってもよい。また、図８では、第１電位差の印加と第３電位差の印加とを３回繰り返す例を示しているが、繰り返し数は２回でもよく、４回以上であってもよい。
【０１０９】
これにより、絶縁性液体３８の対流によって、ナノ粒子３９の移動を促進し、逆バイアス電圧によってナノ粒子３９をさらにスムーズに移動させることができる。これにより、より短時間で複数のナノ粒子３９を絶縁性液体３８内で分散させることができる。
【０１１０】
なお、本実施の形態では、第１電極層４０内の異なる部位の例として、第１電極層４０の両端に位置する第１端部４１及び第２端部４２を例に挙げたが、これに限らない。例えば、第１電極層４０内の異なる部位は、複数の凸部３３の並び方向（ｚ軸方向）において、少なくとも１つの凸部３３を間に挟むように離れて位置していてもよい。あるいは、第１電極層４０内の異なる部位は、複数の凸部３３のストライプが延びる方向（ｘ軸方向）において離れて位置していてもよい。例えば、第１電極層４０内の異なる部位は、１つの凸部３３のｘ軸方向における両端部に平面視で重なる位置に設けられていてもよい。第１電極層４０内の異なる部位は、第１電極層４０内に電流を流すことができればいかなる位置に位置していてもよい。
【０１１１】
［効果など］
以上のように、本実施の形態に係る光学デバイス１は、透光性を有する第１基材層１０と、第１基材層１０に対向して配置された、透光性を有する第２基材層２０と、第１基材層１０と第２基材層２０との間に互いに対向して配置され、透光性を有する第１電極層４０及び第２電極層５０と、第１電極層４０と第２電極層５０との間に配置され、入射する光を配光する配光層３０と、制御部６０とを備える。配光層３０は、複数の凸部３３を有する凹凸構造層３１と、複数の凸部３３間を充填するように配置され、第１電極層４０及び第２電極層５０間に与えられる電位差に応じて屈折率が変化する屈折率可変層３２とを含む。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。制御部６０は、第１電極層４０内の異なる部位間に第１電位差を与える。
【０１１２】
これにより、第１電極層４０内の異なる部位間に第１電位差を与えるので、第１電極層４０内の異なる部位間に電流を流すことができる。第１電極層４０内を流れる電流によって、第１電極層４０は発熱し、温度が上昇する。このため、屈折率可変層３２は、第１電極層４０側で高温になり、第２電極層５０側で低温になって、温度勾配が生じる。当該温度勾配によって、絶縁性液体３８の対流が起こり、当該対流によってナノ粒子３９が移動しやすくなる。これにより、ナノ粒子３９の移動が速やかに行われるので、光学デバイス１の光学状態を短時間で切り替えることができる。
【０１１３】
また、例えば、光学デバイス１は、複数のナノ粒子３９が分散配置された第１動作モードと、第１電極層４０及び第２電極層５０間に第２電位差が与えられることで、複数のナノ粒子３９が第１電極層４０側に偏在した第２動作モードとを有する。制御部６０は、第２動作モードから第１動作モードに切り替える際に、第１電位差を与える。
【０１１４】
これにより、モードを切り替えるタイミングで絶縁性液体３８の対流を発生させて、ナノ粒子３９の動き出しを補助することができる。つまり、偏在していたナノ粒子３９を動きやすい状態にすることができるので、ナノ粒子３９の移動が行われやすくなる。これにより、光学デバイス１の光学状態を短時間で切り替えることができる。
【０１１５】
また、例えば、制御部６０は、第１電位差を与えた後、第１電極層４０と第２電極層５０との間に第２電位差とは逆極性の第３電位差を与えてもよい。
【０１１６】
これにより、絶縁性液体３８の対流によって移動を開始したナノ粒子３９を、逆バイアス電圧によって速やかに移動させやすくすることができる。これにより、光学デバイス１の光学状態をより短時間で切り替えることができる。
【０１１７】
また、例えば、制御部６０は、第１電位差の印加と第３電位差の印加とを繰り返してもよい。
【０１１８】
これにより、対流による移動と逆バイアス電圧による移動とを繰り返すことができ、ナノ粒子３９を速やかに移動させることができる。これにより、光学デバイス１の光学状態を短時間で切り替えることができる。
【０１１９】
また、例えば、第１電極層４０内の異なる部位は、第１電極層４０の第１端部４１と、第１端部４１の反対側に位置する第２端部４２とである。
【０１２０】
これにより、第１端部４１と第２端部４２との間の距離を長くすることができるので、第１端部４１と第２端部４２との間の第１電極層４０の抵抗を大きくすることができる。このため、小さい電位差で大きい電流を流すことができ、発熱量を大きくすることができる。したがって、消費エネルギーを抑制しながら、光学デバイス１の光学状態を短時間で切り替えることができる。
【０１２１】
また、例えば、凹凸構造層３１は、第１電極層４０上に設けられている。
【０１２２】
これにより、凹凸構造層３１の凹部３４内にナノ粒子３９が固まって存在する場合であっても、第１電極層４０の発熱によって生じた絶縁性液体３８の対流によってナノ粒子３９をスムーズに移動させることができる。このため、光学デバイス１の光学状態を短時間で切り替えることができる。
【０１２３】
また、例えば、第１動作モードでは、複数の凸部３３の屈折率と屈折率可変層３２の屈折率とが同じである。第２動作モードでは、複数の凸部３３の屈折率と屈折率可変層３２の屈折率とが異なっている。
【０１２４】
これにより、配光モードから透明モードに短時間で切り替えることができる。
【０１２５】
（その他）
以上、本発明に係る光学デバイスについて、上記の実施の形態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。
【０１２６】
例えば、第２電極層５０は、第１電極層４０と同じ構成を有してもよい。つまり、第２電極層５０は、第１端部と、当該第１端部の反対側である第２端部とを有してもよい。これにより、第１電極層４０及び第２電極層５０の両方に、内部で電流を流し、発熱させることができる。例えば、光学デバイス１の動作モードとして、第１電極層４０側にナノ粒子３９を偏在させる動作モードと、第２電極層５０側にナノ粒子３９を偏在させる動作モードとを有する場合に、いずれの動作モードから、ナノ粒子３９を分散させる状態にする場合においても、ナノ粒子３９が偏在した側の電極層に電流を流すことができる。これにより、偏在したナノ粒子３９が離れる方向に絶縁性液体３８を対流させることができるので、ナノ粒子３９の移動をスムーズに行わせることができる。また、例えば、ナノ粒子３９が偏在していない側の電極層に第１電位差を印加してもよい。
【０１２７】
また、例えば、上記の実施の形態では、第１電極層４０と第２電極層５０との間に第２電位差を与えることで、ナノ粒子３９を複数の凸部３３の間に偏在させる例を示したが、これに限らない。例えば、第１電極層４０と第２電極層５０との間に逆バイアス電圧を印加してもよい。この場合、ナノ粒子３９は、第２電極層５０の表面を覆うように集まる。このとき、ナノ粒子３９が偏在した側の第２電極層５０が第１電極層に相当するので、動作モードの切り替えの際に、ナノ粒子３９が偏在した側の第２電極層５０内の異なる部位間に第１電位差を印加する。
【０１２８】
また、例えば、凹凸構造層３１は、第２基材層２０側に設けられていてもよい。つまり、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と複数の凸部３３との間に設けられる。
【０１２９】
また、例えば、複数の凸部３３は、ｘ軸方向において複数に分割されていてもよい。例えば、複数の凸部３３は、マトリクス状などに点在するように配置されていてもよい。つまり、複数の凸部３３を、ドット状に点在するように配置してもよい。
【０１３０】
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に配光状態が実現され、電圧が印加された場合に透明状態が実現されてもよい。
【０１３１】
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。
【０１３２】
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、光学デバイス１のデバイス本体２に遮光機能を持たせてもよい。
【０１３３】
また、例えば、第１動作モードにおいて、複数のナノ粒子３９が分散配置された状態で、複数の凸部３３の屈折率と屈折率可変層３２の屈折率とが異なっていてもよい。つまり、第１動作モードにおいて、光学デバイス１が配光状態になってもよい。また、第２動作モードにおいて、複数のナノ粒子３９が第１電極層４０側に偏在した状態で、複数の凸部３３の屈折率と屈折率可変層３２の屈折率とが同じであってもよい。つまり、第２動作モードにおいて、光学デバイス１が透明状態になってもよい。
【０１３４】
また、例えば、本発明は、光学デバイス１の駆動方法として実現することもできる。具体的には、光学デバイス１の駆動方法は、第２動作モードから第１動作モードに切り替える際に、第１電極層４０内の異なる部位間に第１電位差を与えるステップを含む。当該ステップでは、第１電位差を与えた後、第１電極層４０と第２電極層５０との間に、第２動作モードで与えられる第２電位差とは逆極性の第３電位差を与えてもよい。また、当該ステップでは、第１電位差の印加と第３電位差の印加とを繰り返してもよい。
【０１３５】
また、上記の実施の形態では、光学デバイス１のデバイス本体２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、デバイス本体２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。
【０１３６】
また、例えば、光学デバイス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、光学デバイス１は、例えば、照明器具の透光カバーなどの配光制御部材などに利用することもできる。あるいは、光学デバイス１は、凹凸構造の界面での光の散乱を利用した目隠し部材としても利用することができる。
【０１３７】
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】
【０１３８】
１  光学デバイス
１０  第１基材層
２０  第２基材層
３０  配光層
３１  凹凸構造層
３２  屈折率可変層
３３  凸部
３８  絶縁性液体
３９  ナノ粒子
４０  第１電極層
４１  第１端部
４２  第２端部
５０  第２電極層
６０  制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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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