(57)【要約】【課題】窓に利用された場合に、太陽の位置によらずに光を効率良く屋内に採り入れる。【解決手段】配光制御デバイス１は、光透過性を有する第１基板１０と、第１基板１０に設けられた、光透過性を有する第１電極層４０と、第１電極層４０上に設けられた、第１方向に延在する複数の第１凸部３４を有する第１凹凸構造層３１と、第１基板１０に対向して設けられた、光透過性を有する第２基板２０と、第２基板２０に設けられた、第１電極層４０に対向する第２電極層５０と、第２電極層５０上に設けられた、第２方向に延在する複数の第２凸部３６を有する第２凹凸構造層３２と、第１電極層４０と第２電極層５０との間において複数の第１凸部３４間及び複数の第２凸部３６間の各々を充填するように設けられた屈折率可変層３３とを備える。第１基板１０を平面視した場合、第１方向と第２方向とがなす角度は、２０°以上８０°以下である。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光透過性を有する第１基板と、
前記第１基板に設けられた、光透過性を有する第１電極層と、
前記第１電極層上に設けられた、第１方向に延在する複数の第１凸部を有する第１凹凸構造層と、
前記第１基板に対向して設けられた、光透過性を有する第２基板と、
前記第２基板に設けられた、前記第１電極層に対向する第２電極層と、
前記第２電極層上に設けられた、第２方向に延在する複数の第２凸部を有する第２凹凸構造層と、
前記第１電極層と前記第２電極層との間において前記複数の第１凸部間及び前記複数の第２凸部間の各々を充填するように設けられた屈折率可変層とを備え、
前記第１基板を平面視した場合、前記第１方向と前記第２方向とがなす角度は、２０°以上８０°以下である
配光制御デバイス。
【請求項２】
前記屈折率可変層は、単層構造であり、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
請求項１に記載の配光制御デバイス。
【請求項３】
前記屈折率可変層は、
前記複数の第１凸部間を充填するように設けられた第１屈折率可変層と、
前記複数の第２凸部間を充填するように設けられた第２屈折率可変層とを備え、
前記配光制御デバイスは、さらに、
前記第１屈折率可変層と前記第２屈折率可変層との間に設けられた第３基板と、
前記第３基板の前記第１屈折率可変層側の面に設けられた第３電極層と、
前記第３基板の前記第２屈折率可変層側の面に設けられた第４電極層とを備え、
前記第１屈折率可変層は、前記第１電極層及び前記第３電極層間に印加される電圧に応じて屈折率が変化し、
前記第２屈折率可変層は、前記第２電極層及び前記第４電極層間に印加される電圧に応じて屈折率が変化する
請求項１に記載の配光制御デバイス。
【請求項４】
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り、前記絶縁性液体内に分散された帯電する複数のナノ粒子とを有し、
前記複数の第１凸部の各々は、第１底角と第２底角とを有し、
前記複数の第２凸部の各々は、第３底角と第４底角とを有し、
前記複数の第２凸部の並び方向において、前記第３底角は前記第１底角と同じ側に位置し、前記第４底角は前記第２底角と同じ側に位置し、
前記第１底角は、７０°より大きく８５°より小さく、
前記第４底角は、７５°より小さい
請求項１〜３のいずれか１項に記載の配光制御デバイス。
【請求項５】
前記屈折率可変層は、複屈折性を有する複数の液晶分子を含む液晶層であり、
前記複数の第１凸部の各々は、第１底角と第２底角とを有し、
前記複数の第２凸部の各々は、第３底角と第４底角とを有し、
前記複数の第２凸部の並び方向において、前記第３底角は前記第１底角と同じ側に位置し、前記第４底角は前記第２底角と同じ側に位置し、
前記第１底角は、７０°より大きく８５°より小さく、
前記第４底角は、７５°より大きい
請求項１〜３のいずれか１項に記載の配光制御デバイス。
【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】
特許文献１には、第１透明電極層及び傾斜断面構造の積層構造と、第２透明電極層とで、液晶層を挟んだ構成を有する液晶光学素子が開示されている。特許文献１に開示された液晶光学素子では、傾斜断面構造と液晶層との界面での屈折率差によって、入射光を曲げることができる。
【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】
しかしながら、上記従来の液晶光学素子は、窓に利用された場合に、左右の斜め方向から入射する光を効率良く屋内に採り入れることができないという問題がある。例えば、太陽光は、太陽の位置によって入射方向が異なるので、太陽の位置によっては、太陽光を効率良く屋内に採り入れることができない。
【０００５】
そこで、本発明は、窓に利用された場合に、太陽の位置によらずに効率良く光を屋内に採り入れ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、光透過性を有する第１基板と、前記第１基板に設けられた、光透過性を有する第１電極層と、前記第１電極層上に設けられた、第１方向に延在する複数の第１凸部を有する第１凹凸構造層と、前記第１基板に対向して設けられた、光透過性を有する第２基板と、前記第２基板に設けられた、前記第１電極層に対向する第２電極層と、前記第２電極層上に設けられた、第２方向に延在する複数の第２凸部を有する第２凹凸構造層と、前記第１電極層と前記第２電極層との間において前記複数の第１凸部間及び前記複数の第２凸部間の各々を充填するように設けられた屈折率可変層とを備え、前記第１基板を平面視した場合、前記第１方向と前記第２方向とがなす角度は、２０°以上８０°以下である。
【発明の効果】
【０００７】
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、太陽の位置によらずに効率良く光を屋内に採り入れることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、実施の形態１に係る配光制御デバイスの断面図である。
【図２】図２は、図１の領域ＩＩを拡大して示す拡大断面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、実施の形態１に係る配光制御デバイスの第１凹凸構造層の正面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、実施の形態１に係る配光制御デバイスの第２凹凸構造層の背面図である。
【図４】図４は、実施の形態１に係る配光制御デバイスの第１凹凸構造層及び第２凹凸構造層を重ねて示す平面図である。
【図５】図５は、実施の形態１に係る配光制御デバイスの無印加モード（透明状態）を説明するための断面図である。
【図６】図６は、実施の形態１に係る配光制御デバイスの電圧印加モード（配光状態）を説明するための断面図である。
【図７】図７は、実施の形態１に係る配光制御デバイスが南向きの窓に設置された場合に、東西方向からの光の配光を説明するための模式図である。
【図８】図８は、実施の形態１に係る配光制御デバイスの東西方向への配光を説明するための模式図である。
【図９】図９は、実施の形態１に係る配光制御デバイスの凹凸構造層の傾斜角と配光率との関係を示す図である。
【図１０】図１０は、実施の形態１に係る配光制御デバイスの水平方向における光の入射角と配光率との関係を示す図である。
【図１１】図１１は、実施の形態１に係る配光制御デバイスの第１凹凸構造層の凸部の上側の底角と配光率との関係を示す図である。
【図１２】図１２は、実施の形態１に係る配光制御デバイスの第２凹凸構造層の凸部の下側の底角と配光率との関係を示す図である。
【図１３】図１３は、実施の形態２に係る配光制御デバイスの拡大断面図である。
【図１４】図１４は、実施の形態２に係る配光制御デバイスの無印加モード（配光状態）を説明するための断面図である。
【図１５】図１５は、実施の形態２に係る配光制御デバイスの電圧印加モード（透明状態）を説明するための断面図である。
【図１６】図１６は、実施の形態２に係る配光制御デバイスの凹凸構造層の傾斜角と配光率との関係を示す図である。
【図１７】図１７は、実施の形態２に係る配光制御デバイスの水平方向における光の入射角と配光率との関係を示す図である。
【図１８】図１８は、実施の形態２に係る配光制御デバイスの第１凹凸構造層の凸部の上側の底角と配光率との関係を示す図である。
【図１９】図１９は、実施の形態２に係る配光制御デバイスの第２凹凸構造層の凸部の下側の底角と配光率との関係を示す図である。
【図２０】図２０は、実施の形態３に係る配光制御デバイスの断面図である。
【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。
【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、配光制御デバイスの厚み方向を意味し、第１基板及び第２基板の主面に垂直な方向のことであり、「平面視」とは、第１基板又は第２基板の主面に対して垂直な方向から見たときのことをいう。具体的には、「平面視」は、ｙ軸に沿った方向に見たときのことをいう。
【００１３】
（実施の形態１）
［概要］
まず、実施の形態１に係る配光制御デバイスの概要について、図１及び図２を用いて説明する。
【００１４】
図１は、本実施の形態に係る配光制御デバイス１の断面図である。図１は、配光制御デバイス１の第１基板１０に垂直な断面を示している。図２は、図１の領域ＩＩを拡大して示す拡大断面図である。
【００１５】
配光制御デバイス１は、配光制御デバイス１に入射する光の出射方向を制御する。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。
【００１６】
図１に示されるように、配光制御デバイス１は、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。配光制御デバイス１は、対をなす第１基板１０と第２基板２０との間に、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。第１基板１０と第２基板２０との間の距離を保つために、粒子状の複数のスペーサが面内に分散されていてもよく、柱状の構造が形成されてもよい。
【００１７】
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。同様に、第２電極層５０の配光層３０側の面には、第２電極層５０と配光層３０の第２凹凸構造層３２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。
【００１８】
配光制御デバイス１は、例えば、建物の窓に設置することで、配光機能付き窓として実現することができる。配光制御デバイス１は、例えば、粘着層を介して既存の窓ガラスなどの透明基材に貼り付けられて使用される。あるいは、配光制御デバイス１は、建物の窓そのものとして利用されてもよい。配光制御デバイス１は、例えば、第１基板１０が屋外側で、第２基板２０が屋内側になり、かつ、図２に示される第１凸部３４の第１面３４ａが上側（天井側）に面し、第２面３４ｂが下側（床側）に面するように配置されている。
【００１９】
配光制御デバイス１では、第１電極層４０及び第２電極層５０間に印加される電圧によって、配光層３０の屈折率可変層３３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３３との界面、及び、第２凹凸構造層３２と屈折率可変層３３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３４及び第２凸部３６によって斜め上方に向けて出射される。
【００２０】
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、配光制御デバイス１は、透明状態及び配光状態が切り替わる。また、配光制御デバイス１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（進行方向）が変化する。
【００２１】
以下、配光制御デバイス１の各構成部材について、図１及び図２を参照して詳細に説明する。
【００２２】
［第１基板及び第２基板］
第１基板１０及び第２基板２０は、透光性を有する基材である。第１基板１０及び第２基板２０としては、例えばガラス基板又は樹脂基板を用いることができる。
【００２３】
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。
【００２４】
第１基板１０と第２基板２０とは、同じ材料で構成されていてもよく、あるいは、異なる材料で構成されていてもよい。また、第１基板１０及び第２基板２０は、リジッド基板に限るものではなく、可撓性を有するフレキシブル基板でもよい。本実施の形態において、第１基板１０及び第２基板２０は、ＰＥＴ樹脂からなる透明樹脂基板である。
【００２５】
第２基板２０は、第１基板１０に対向する対向基板であり、第１基板１０に対向する位置に配置される。第１基板１０と第２基板２０とは、例えば、１μｍ〜１０００μｍなどの所定距離を空けて平行に配置されている。第１基板１０と第２基板２０とは、互いの端部外周に額縁状に形成された接着剤などのシール樹脂によって接着されている。
【００２６】
なお、第１基板１０及び第２基板２０の平面視形状は、例えば、正方形又は長方形などの矩形状であるが、これに限るものではなく、円形又は四角形以外の多角形であってもよく、任意の形状が採用され得る。
【００２７】
［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。
【００２８】
配光層３０は、第１凹凸構造層３１と、第２凹凸構造層３２と、屈折率可変層３３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３３との界面、及び、第２凹凸構造層３２と屈折率可変層３３との界面で光が反射されることにより、配光制御デバイス１を透過する光の進行方向が曲げられる。
【００２９】
［第１凹凸構造層］
第１凹凸構造層３１は、屈折率可変層３３の第１電極層４０側の表面（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、図２に示されるように、複数の第１凸部３４と、複数の第１凹部３５とを有する。
【００３０】
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３４によって構成された凹凸構造体である。複数の第１凸部３４の間が、複数の第１凹部３５である。すなわち、隣り合う２つの第１凸部３４の間が、１つの第１凹部３５である。図２に示される例では、複数の第１凸部３４が個々に分離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３４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、例えば、複数の第１凸部３４の根元には、複数の第１凸部３４を支持する基台層が設けられていてもよい。当該基台層は、例えば、複数の第１凸部３４の成型の際に残膜として残った部分である。
【００３１】
複数の第１凸部３４は、第１基板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、複数の第１凸部３４の並び方向である。
【００３２】
本実施の形態では、複数の第１凸部３４は、その並び方向に交差する方向に延在する長尺の凸状である。図３Ａは、本実施の形態に係る配光制御デバイス１の第１凹凸構造層３１の正面図である。具体的には、図３Ａは、第１凹凸構造層３１を第２基板２０側から見た場合、すなわち、複数の第１凸部３４の先端側から見た場合の平面形状及び配置を模式的に示している。図３Ａでは、複数の第１凸部３４に模式的にドットの網掛けを付している。
【００３３】
図３Ａに示されるように、複数の第１凸部３４は、ｘ軸方向に対して所定の傾斜角θａで傾斜した第１方向に延びたストライプ状に形成されている。なお、図３Ａには、第１方向に平行な仮想的な直線３４ｃを図示している。複数の第１凸部３４は、仮想的な直線３４ｃに沿って延びている。本実施の形態では、ｙ軸の正側からｘｚ面を見た場合に、複数の第１凸部３４は、右肩下がりに傾斜している。つまり、第１凸部３４は、ｘ軸の負方向に進むにつれて、ｚ軸方向の負側に変位するように設けられている。
【００３４】
複数の第１凸部３４の各々は、直線３４ｃに沿って直線状に延びている。例えば、複数の第１凸部３４の各々は、第１電極層４０に対して横倒しに配置された直線形状の四角柱である。なお、第１凸部３４の各々は、蛇行形状の四角柱でもよく、直線３４ｃ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３４は、蛇行形状の四角柱が所望の間隔で配置された波線のストライプ状に形成されていてもよい。また、直線形状の四角柱と蛇行形状の四角柱とが組み合わされて設けられていてもよい。
【００３５】
図２に示されるように、複数の第１凸部３４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３４の各々の断面形状は、第１基板１０から第２基板２０に向かう方向に沿って先細りのテーパ形状である。本実施の形態では、第１凸部３４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３４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。複数の第１凸部３４の形状は、互いに同じであるが、異なっていてもよい。
【００３６】
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。
【００３７】
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３４の各々は、第１面３４ａ及び第２面３４ｂを有する。第１面３４ａ及び第２面３４ｂは、ｚ軸方向に交差する面である。第１面３４ａ及び第２面３４ｂ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３４ａ及び第２面３４ｂの間隔、すなわち、第１凸部３４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。
【００３８】
第１面３４ａ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３４を構成する複数の側面のうち、鉛直上方側に面する側面である。第１面３４ａ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３４ａは、全反射面として機能する。
【００３９】
第２面３４ｂ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３４を構成する複数の側面のうち、鉛直下方側に面する側面である。第２面３４ｂは、入射光を屈折させる屈折面である。
【００４０】
本実施の形態では、第１面３４ａ及び第２面３４ｂは、配光層３０に入射する光の少なくとも一部を屈折及び反射させる。これにより、配光層３０を通過する光の少なくとも一部が上下に曲げられる。
【００４１】
本実施の形態では、複数の第１凸部３４の各々は、底角αｕｐ及び底角αｄｏｗｎを有する。底角αｕｐ及び底角αｄｏｗｎはいずれも、ｙｚ断面における第１凸部３４の底角である。なお、ｙｚ断面は、第１凸部３４の延びる第１方向（図３Ａの直線３４ｃ）と第２凸部３６の延びる第２方向（後述する図３Ｂの直線３６ｃ）とがなす鋭角の二等分線に直交する断面である。
【００４２】
底角αｕｐは、第１凸部３４の第１底角の一例であり、配光制御デバイス１を鉛直方向に沿って立てて配置した場合における上側の底角である。具体的には、底角αｕｐは、図２に示されるように、第１面３４ａと第１電極層４０の面（具体的には、ｘｚ面）とがなす角度である。底角αｕｐは、例えば、７０°より大きく８５°より小さい。
【００４３】
底角αｄｏｗｎは、第１凸部３４の第２底角の一例であり、配光制御デバイス１を鉛直方向に沿って立てて配置した場合における下側の底角である。具体的には、底角αｄｏｗｎは、図２に示されるように、第２面３４ｂと第１電極層４０の面（具体的には、ｘｚ面）とがなす角度である。底角αｄｏｗｎは、例えば、６５°以上９０°未満である。
【００４４】
複数の第１凸部３４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３４の間隔は、例えば、０μｍ〜１００μｍであるが、これに限らない。
【００４５】
第１凹凸構造層３１の材料としては、例えばアクリル樹脂、エポキシ樹脂又はシリコーン樹脂などの光透過性を有する樹脂材料を用いることができる。第１凹凸構造層３１は、例えば、紫外線硬化樹脂材料から形成され、モールド成形又はナノインプリントなどによって形成することができる。第１凹凸構造層３１は、例えば、緑色光に対する屈折率が１．５のアクリル樹脂を用いて断面が台形の凹凸構造を、モールド型押しにより形成することができる。
【００４６】
［第２凹凸構造層］
第２凹凸構造層３２は、屈折率可変層３３の第２電極層５０側の表面（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２凹凸構造層３２は、図２に示されるように、複数の第２凸部３６と、複数の第２凹部３７とを有する。
【００４７】
具体的には、第２凹凸構造層３２は、マイクロオーダーサイズの複数の第２凸部３６によって構成された凹凸構造体である。複数の第２凸部３６の間が、複数の第２凹部３７である。すなわち、隣り合う２つの第２凸部３６の間が、１つの第２凹部３７である。図２に示される例では、複数の第２凸部３６が個々に分離された例を示しているが、これに限らない。複数の第２凸部３６は、根元（第２電極層５０）側で互いに連結されていてもよく、第２凹部３７の底に平坦面が設けられていなくてもよい。また、例えば、複数の第２凸部３６の根元には、複数の第２凸部３６を支持する基台層が設けられていてもよい。当該基台層は、例えば、複数の第２凸部３６の成型の際に残膜として残った部分である。
【００４８】
複数の第２凸部３６は、第２基板２０の主面（第２電極層５０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、複数の第２凸部３６の並び方向である。
【００４９】
本実施の形態では、複数の第２凸部３６は、その並び方向に交差する方向に延在する長尺の凸状である。図３Ｂは、本実施の形態に係る配光制御デバイス１の第２凹凸構造層３２の背面図である。具体的には、図３Ｂは、第２凹凸構造層３２を第２基板２０側から見た場合、すなわち、複数の第２凸部３６の根元側から見た場合の平面形状及び配置を模式的に示している。図３Ｂでは、複数の第２凸部３６に模式的にドットの網掛けを付している。
【００５０】
図３Ｂに示されるように、複数の第２凸部３６は、ｘ軸方向に対して所定の傾斜角θｂで傾斜した第２方向に延びたストライプ状に形成されている。なお、図３Ｂには、第２方向に平行な仮想的な直線３６ｃを図示している。複数の第２凸部３６は、仮想的な直線３６ｃに沿って延びている。本実施の形態では、ｙ軸の正側からｘｚ面を見た場合に、複数の第２凸部３６は、右肩上がりに傾斜している。つまり、第２凸部３６は、ｘ軸の負方向に進むにつれて、ｚ軸方向の正側に変位するように設けられている。
【００５１】
複数の第２凸部３６の各々は、直線３６ｃに沿って直線状に延びている。例えば、複数の第２凸部３６の各々は、第２電極層５０に対して横倒しに配置された直線形状の四角柱である。なお、第２凸部３６の各々は、蛇行形状の四角柱でもよく、直線３６ｃ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３６は、蛇行形状の四角柱が所望の間隔では位置された波線のストライプ状に形成されていてもよい。また、直線形状の四角柱と蛇行形状の四角柱とが組み合わされて設けられていてもよい。
【００５２】
図２に示されるように、複数の第２凸部３６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３６の各々の断面形状は、第２基板２０から第１基板１０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、第２凸部３６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２凸部３６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。複数の第２凸部３６の形状は、互いに同じであるが、異なっていてもよい。
【００５３】
本実施の形態では、図２に示されるように、複数の第２凸部３６の各々は、第３面３６ａ及び第４面３６ｂを有する。第３面３６ａ及び第４面３６ｂは、ｚ軸方向に交差する面である。第３面３６ａ及び第４面３６ｂ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３面３６ａ及び第４面３６ｂの間隔、すなわち、第２凸部３６の幅は、第２基板２０から第１基板１０に向かって漸次小さくなっている。
【００５４】
第３面３６ａ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３６を構成する複数の側面のうち、鉛直上方側に面する側面である。第３面３６ａは、入射光を屈折させる屈折面である。
【００５５】
第４面３６ｂ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３６を構成する複数の側面のうち、鉛直下方側に面する側面である。第４面３６ｂ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４面３６ｂは、全反射面として機能する。
【００５６】
本実施の形態では、第３面３６ａ及び第４面３６ｂは、配光層３０に入射する光の少なくとも一部を屈折及び反射させる。これにより、配光層３０を通過する光の少なくとも一部が上下に曲げられる。
【００５７】
本実施の形態では、複数の第２凸部３６の各々は、底角βｕｐ及び底角βｄｏｗｎを有する。底角βｕｐ及び底角βｄｏｗｎはいずれも、ｙｚ断面における第２凸部３６の底角である。
【００５８】
底角βｕｐは、第２凸部３６の第３底角の一例であり、配光制御デバイス１を鉛直方向に沿って立てて配置した場合における上側の底角である。具体的には、底角βｕｐは、図２に示されるように、第３面３６ａと第２電極層５０の面（具体的には、ｘｚ面）とがなす角度である。底角βｕｐは、例えば、６５°以上９０°未満である。
【００５９】
底角βｄｏｗｎは、第２凸部３６の第４底角の一例であり、配光制御デバイス１を鉛直方向に沿って立てて配置した場合における下側の底角である。具体的には、底角βｄｏｗｎは、図２に示されるように、第４面３６ｂと第２電極層５０の面（具体的には、ｘｚ面）とがなす角度である。底角βｄｏｗｎは、例えば、７５°より小さい。
【００６０】
複数の第２凸部３６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２凸部３６の間隔は、例えば、０μｍ〜１００μｍであるが、これに限らない。
【００６１】
第２凹凸構造層３２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。第２凹凸構造層３２は、例えば、紫外線硬化樹脂材料から形成され、モールド成形又はナノインプリントなどによって形成することができる。第２凹凸構造層３２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、モールド型押しにより形成することができる。
【００６２】
［第１凸部と第２凸部との交差角］
ここで、第１凹凸構造層３１の第１凸部３４と、第２凹凸構造層３２の第２凸部３６との交差角について、図４を用いて説明する。図４は、本実施の形態に係る配光制御デバイス１の第１凹凸構造層３１及び第２凹凸構造層３２を重ねて示す平面図である。
【００６３】
第１凸部３４と第２凸部３６との交差角θは、具体的には、第１凸部３４が延びる第１方向と、第２凸部３６が延びる第２方向とがなす角度θのことであり、第１凸部３４が延びる第１方向と、第２凸部３６が延びる第２方向とがなす鋭角（≦９０°）である。つまり、図４に示されるように、交差角θは、第１方向に延びる直線３４ｃと第２方向に延びる直線３６ｃとがなす鋭角である。交差角θは、図３Ａに示される傾斜角θａと図３Ｂに示される傾斜角θｂとの和である。本実施の形態では、交差角θは、２０°以上８０°以下である。
【００６４】
傾斜角θａ及び傾斜角θｂは、交差角θが２０°以上８０°以下の範囲を満たすように定められている。傾斜角θａは、例えば、０°以上４５°以下である。傾斜角θｂは、例えば０°以上４５°以下である。図３Ａ及び図３Ｂに示される例では、傾斜角θａは、傾斜角θｂに等しい。具体的には、複数の第１凸部３４と複数の第２凸部３６とは、ｚ軸方向に平行な基準軸に対して線対称に配置されている。なお、傾斜角θａと傾斜角θｂとは、互いに異なっていてもよい。傾斜角θａ及びθｂは、例えば、配光制御デバイス１の設置方向及び設置姿勢に基づいて適宜調整されてもよい。
【００６５】
［屈折率可変層］
屈折率可変層３３は、複数の第１凸部３４の間（すなわち、第１凹部３５）及び複数の第２凸部３６の間（すなわち、第２凹部３７）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３３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。
【００６６】
屈折率可変層３３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３３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、制御部及び電源（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。
【００６７】
図２に示されるように、屈折率可変層３３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３３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電極層４０と第２電極層５０との間に充填されている。
【００６８】
本実施の形態では、屈折率可変層３３は、単層構造である。つまり、絶縁性液体３８及び複数のナノ粒子３９は、他の基板などに遮られることなく、第１電極層４０及び第２電極層５０間を流動可能である。
【００６９】
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。
【００７０】
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及び第２凹凸構造層３２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。
【００７１】
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。
【００７２】
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及び第２凹凸構造層３２の屈折率よりも高い。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
このように構成された屈折率可変層３３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３３としている。
【００７６】
また、屈折率可変層３３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及び第２凹凸構造層３２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３３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３５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。
【００７７】
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。
【００７８】
これにより、屈折率可変層３３内のナノ粒子３９の粒子分布が変化して屈折率可変層３３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３３内の屈折率分布が変化する。つまり、屈折率可変層３３の屈折率が部分的に変化する。このように、屈折率可変層３３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。
【００７９】
［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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
一方、第２電極層５０は、第２凹凸構造層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。
【００８３】
なお、第１電極層４０及び第２電極層５０は、例えば、外部電源との電気接続が可能となるように構成されている。例えば、外部電源に接続するための電極パッドなどが、第１電極層４０及び第２電極層５０の各々から封止部材の外側に引き出されて第１基板１０及び第２基板２０に形成されていてもよい。
【００８４】
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。
【００８５】
［配光制御デバイスの動作及び光学状態］
続いて、配光制御デバイス１の動作及び光学状態について説明する。
【００８６】
＜無印加モード（透明状態）＞
図５は、本実施の形態に係る配光制御デバイス１の無印加モード（透明状態）を説明するための断面図である。また、図５には、配光制御デバイス１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、配光制御デバイス１が窓に利用された場合に、屋外から屋内に斜め下方に向けて入射する太陽光に相当する。
【００８７】
本実施の形態では、無印加モードは、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５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。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。
【００８８】
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３３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３４の屈折率、及び、第２凹凸構造層３２の第２凸部３６の屈折率は、約１．５である。つまり、複数の第１凸部３４と複数の第２凸部３６と屈折率可変層３３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。
【００８９】
このため、図５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３３と第１凹凸構造層３１及び第２凹凸構造層３２の各々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。
【００９０】
このように、配光制御デバイス１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。配光制御デバイス１が透明状態であるので、屋内に居る人が配光制御デバイス１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。
【００９１】
なお、光Ｌ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５には図示していない。後述する図６においても同様である。
【００９２】
＜電圧印加モード（配光状態）＞
図６は、本実施の形態に係る配光制御デバイス１の電圧印加モード（配光状態）を説明するための拡大断面図である。図７は、本実施の形態に係る配光制御デバイス１が南向きの窓に設置された場合に、東西方向からの光の配光を説明するための模式図である。なお、図７では、位置関係が分かりやすくなるように、第１凹凸構造層３１及び第２凹凸構造層３２のみを僅かにずらして示している。
【００９３】
図７に示されるように、ここでは、配光制御デバイス１の第１基板１０が真南を正面に向けて、かつ、鉛直方向に平行になるように立てた状態で配光制御デバイス１が設置された場合を示している。光Ｌ１は、東寄りに位置する太陽Ｓ１からの太陽光である。光Ｌ２は、西寄りに位置する太陽Ｓ２からの太陽光である。また、図６には、図７に示される光Ｌ１及び光Ｌ２の経路をｙｚ断面に投影して示している。
【００９４】
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。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３３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。
【００９５】
図６に示される例では、第１電極層４０は、第２電極層５０よりも低電位になっている。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３５に入り込んで集積していく。
【００９６】
このように、ナノ粒子３９が屈折率可変層３３内の第１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３３内の屈折率分布が一様ではなくなる。具体的には、図６に示されるように、屈折率可変層３３内でナノ粒子３９の濃度分布が形成される。
【００９７】
例えば、第１凹凸構造層３１側の領域（具体的には、第１凹部３５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３３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。
【００９８】
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。一例として、図６に示されるように、第１電極層４０側では屈折率が１．８になり、第２電極層５０側では屈折率が１．５になる。
【００９９】
複数の第１凸部３４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、第１凸部３４と屈折率可変層３３の第１電極層４０側の領域との間には、約０．３の屈折率差が生じる。また、複数の第２凸部３６の屈折率も約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、第２凸部３６と屈折率可変層３３の第２電極層５０側の領域との間には、約０．１の屈折率差が生じる。このため、図６に示されるように、斜め方向から光Ｌ１及びＬ２が入射した場合、入射した光Ｌ１及びＬ２は、屈折率差に応じて屈折及び全反射される。
【０１００】
例えば、光Ｌ１は、第１凸部３４の第２面３４ｂで屈折された後、第２凸部３６の第３面３６ａでさらに屈折され、第２凸部３６内を透過して、第４面３６ｂで全反射される。全反射された光Ｌ１は、第２凸部３６内を透過し、第２基板２０から出射される。
【０１０１】
図７に示されるように、光Ｌ１を全反射する第４面３６ｂは、水平方向（ｘ軸方向）に対して傾斜している。具体的には、第４面３６ｂは、東寄りに位置する太陽Ｓ１に対して向かい合うように傾斜している。
【０１０２】
図８は、本実施の形態に係る配光制御デバイス１の東西（水平）方向への配光を説明するための模式図である。図８は、ｚ軸の正側から、すなわち、鉛直上側から配光制御デバイス１を見たときの光Ｌ１及びＬ２の経路を矢印で示している。なお、配光制御デバイス１は、ｘ軸方向に延びる直線で模式的に表している。
【０１０３】
図８に示されるように、太陽Ｓ１からの光Ｌ１は、角度φ１ｉｎで入射し、角度φ１ｏｕｔで出射される。角度φ１ｉｎ及び角度φ１ｏｕｔはそれぞれ、水平方向（左右方向）における光Ｌ１の入射角及び出射角である。本実施の形態では、全反射面として機能する第２凸部３６の第４面３６ｂが水平方向に対して傾斜していることで、φ１ｏｕｔがφ１ｉｎよりも小さくなる。このため、光Ｌ１は、第２基板２０の正面方向に近い方向に向けて全反射される。なお、図８に示される破線が、第１基板１０及び第２基板２０の正面方向に相当する。
【０１０４】
光Ｌ１は、第２基板２０の正面に近い方向、すなわち、屋内の中心方向に向けて出射されるので、屋内をより明るくすることができる。つまり、斜め入射光に対する採光効率を高めることができる。
【０１０５】
また、図６に示されるように、光Ｌ２は、第１凸部３４の第２面３４ｂで屈折された後、第１面３４ａで全反射される。全反射された光Ｌ２は、屈折率可変層３３内を透過し、第２基板２０から出射される。なお、図６に示されるように、光Ｌ２は、第２凸部３６の第４面３６ｂでさらに屈折されてもよい。
【０１０６】
図７に示されるように、光Ｌ２を全反射する第１面３４ａは、水平方向（ｘ軸方向）に対して傾斜している。具体的には、第１面３４ａは、西寄りに位置する太陽Ｓ２に対して向かい合うように傾斜している。
【０１０７】
図８に示されるように、太陽Ｓ２からの光Ｌ２は、角度φ２ｉｎで入射し、角度φ２ｏｕｔで出射される。角度φ２ｉｎ及び角度φ２ｏｕｔはそれぞれ、水平方向（左右方向）における光Ｌ２の入射角及び出射角である。本実施の形態では、全反射面として機能する第１凸部３４の第１面３４ａが水平方向に対して傾斜していることで、φ２ｏｕｔがφ２ｉｎよりも小さくなる。このため、光Ｌ２は、第２基板２０の正面方向に近い方向に向けて全反射される。
【０１０８】
また、図６に示されるように、垂直断面においては、光Ｌ１及びＬ２のいずれも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Ｌ１及びＬ２はいずれも、斜め上方に向けて配光制御デバイス１から出射される。
【０１０９】
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、複数の第１凸部３４の各々と屈折率可変層３３との界面、及び、複数の第２凸部３６の各々と屈折率可変層３３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、配光制御デバイス１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。
【０１１０】
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３３の屈折率が変化する。このため、第１凸部３４の第１面３４ａ及び第２面３４ｂ（界面）における屈折率の差、並びに、第２凸部３６の第３面３６ａ及び第４面３６ｂに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。
【０１１１】
［配光制御デバイスの配光率］
次に、配光制御デバイス１の配光率について説明する。
【０１１２】
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。具体的には、配光とは、配光制御デバイス１から出射される光のうち、上下方向における出射角θｏｕｔが３．６°以上８０°以下の範囲であり、かつ、水平方向における出射角φｏｕｔが−２０°以上２０°以下の範囲に入る光である。
【０１１３】
配光の上下方向における出射角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。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。
【０１１４】
また、配光の水平方向における出射角φｏｕｔは、第２基板２０の正面方向（すなわち、法線方向）を０°として、正面に対して左側（又は右側）を負の値、右側（又は左側）を正の値で表している。−２０°以上２０°以下の範囲は、例えば室内の正面方向とみなせる範囲として定められた値である。
【０１１５】
本願発明者らは、配光制御デバイス１の配光率を高めるための、凹凸構造の交差角θ及び凸部の底角の適切な範囲を定めるためにシミュレーションを行った。以下では、シミュレーション結果について説明する。
【０１１６】
なお、以下のシミュレーションでは、第１凸部３４の傾斜角θａ及び第２凸部３６の傾斜角θｂ、第１凸部３４の底角αｕｐ及びαｄｏｗｎ、第２凸部３６の底角βｕｐ及びβｄｏｗｎ、並びに、光の水平方向に対する入射角φｉｎの各々に対して、所定の範囲内で複数の候補値を用意し、各値を変化させながら配光率を算出した。具体的には、第１凸部３４の傾斜角θａと第２凸部３６の傾斜角θｂとは等しいとみなした上で、傾斜角θａ及びθｂの候補値は、１０°、２０°、３０°、４０°、５０°である。底角αｕｐ、αｄｏｗｎ、βｕｐ及びβｄｏｗｎの各々の候補値はそれぞれ、８５°、８０°、７５°、７０°である。光の入射角φｉｎの候補値は、−６０°、−４０°、−２０°、０°、２０°、４０°、６０°である。
【０１１７】
なお、光の上下方向に対する入射角θｉｎは、４０°で定数とした。また、第１凸部３４及び第２凸部３６の各々の高さは３０μｍで定数とした。第１凸部３４の先端部の幅、第２凸部３６の先端部の幅、隣り合う第１凸部３４の根元間の隙間、及び、隣り合う第２凸部３６の根元間の隙間は、２μｍで定数とした。また、第１凸部３４及び第２凸部３６の各々の屈折率は１．６、屈折率可変層３３の第１凸部３４側の領域の屈折率は１．８、屈折率可変層３３の第２凸部３６側の領域の屈折率は１．５で、それぞれ定数とした。
【０１１８】
［配光率と交差角］
まず、配光制御デバイス１の配光率と交差角θとの関係について、図９を用いて説明する。なお、交差角θは、上述したように、傾斜角θａと傾斜角θｂとの和である。
【０１１９】
図９は、本実施の形態に係る配光制御デバイス１の凹凸構造層の傾斜角と配光率との関係を示す図である。図９において、横軸は傾斜角θａ（＝θｂ）［°］を表し、縦軸は配光率［％］を表している。図９に示される配光率は、傾斜角θａ（＝θｂ）の候補値毎に、傾斜角θａ（＝θｂ）以外の各パラメータを変化させたときの平均値を表している。
【０１２０】
図９には、第１凹凸構造層３１と第２凹凸構造層３２との両方の傾斜角が０°の場合を比較例（“傾斜なし”）として示している。つまり、比較例では、傾斜角θａと傾斜角θｂとが等しく、交差角θが０°である。比較例において、配光率は、約１２％であった。
【０１２１】
図９に示されるように、傾斜角θａ（＝θｂ）が１０°の場合、配光率が約１２％となり、比較例と同等である。一方で、傾斜角θａ（＝θｂ）が２０°、３０°、４０°の場合には、配光率が１２％より高くなっている。例えば、傾斜角θａが３０°の場合に、配光率は最大値として１４％になる。傾斜角θａが５０°の場合には、配光率が１０％になり、比較例よりも低くなった。
【０１２２】
以上のことから、傾斜角θａが１０°より大きく４０°以下の範囲において、配光制御デバイス１の配光率が、傾斜各θａが０°の場合よりも高くなることが分かる。したがって、交差角θが２０°より大きく８０°以下である場合、配光制御デバイス１の配光率が高くなり、効率良く光を採り入れることができる。
【０１２３】
［配光率と水平方向における入射角］
次に、配光制御デバイス１の配光率と水平方向における光の入射角φｉｎとの関係について、図１０を用いて説明する。
【０１２４】
図１０は、本実施の形態に係る配光制御デバイス１の水平方向における光の入射角と配光率との関係を示す図である。図１０において、横軸は水平方向の光の入射角φｉｎ［°］を表し、縦軸は配光率［％］を表している。図１０に示される配光率は、入射角φｉｎの候補値毎に、入射角φｉｎ並びに傾斜角θａ及びθｂ以外の各パラメータを変化させたときの平均値を表している。
【０１２５】
なお、図１０において、“傾斜なし”は、傾斜角θａ及びθｂが０°である場合を表している。“傾斜あり”は、傾斜角θａ及びθｂがいずれも３０°である場合を表している。このことは、後述する図１１及び図１２においても同様である。
【０１２６】
図１０に示されるように、比較例では、入射角φｉｎが０°、すなわち、第１基板１０の正面から光が入射する場合には、配光率が約３８％となり、高い配光率が得られていることが分かる。しかしながら、入射角φｉｎの絶対値が４０°以上の場合には、配光率が２％以下しかなく、極端に低くなっていることが分かる。
【０１２７】
これに対して、傾斜がある場合、入射角φｉｎの絶対値が４０°以上の場合においても、配光率が約１０％又は１０％より高い値になり、高い配光率が得られていることが分かる。つまり、太陽の位置によらず、光が左右斜め方向から入射する場合であっても高い配光率を維持することができ、効率良く光を屋内に採り入れることができる。
【０１２８】
［配光率と第１凸部の底角］
次に、配光制御デバイス１の配光率と第１凸部３４の底角αｕｐとの関係について、図１１を用いて説明する。
【０１２９】
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３４の上側の底角αｕｐと配光率との関係を示す図である。図１１において、横軸は９０°−αｕｐ［°］を表し、縦軸は配光率［％］を表している。図１１に示される配光率は、底角αｕｐの候補値毎に、底角αｕｐ並びに傾斜角θａ及びθｂ以外の各パラメータを変化させたときの平均値を表している。なお、横軸は、水平面に対する第１面３４ａの傾斜角度に相当している。
【０１３０】
図１１に示されるように、９０°−αｕｐが５°及び２０°（すなわち、αｕｐが８５°及び７０°）の場合、配光率が１２％よりも低くなっている。一方で、９０°−αｕｐが１０°及び１５°（すなわち、αｕｐが８０°及び７５°）の場合、配光率はそれぞれ、１６％及び１５％となり、比較例（“傾斜なし”）よりも高くなっている。
【０１３１】
以上のように、第１凸部３４の底角αｕｐは、７０°より大きく８５°より小さい場合に、配光制御デバイス１の配光率を高めることができる。
【０１３２】
［配光率と第２凸部の底角］
次に、配光制御デバイス１の配光率と第２凸部３６の底角βｄｏｗｎとの関係について、図１２を用いて説明する。
【０１３３】
図１２は、本実施の形態に係る配光制御デバイス１の第２凸部３６の下側の底角βｄｏｗｎと配光率との関係を示す図である。図１２において、横軸は９０°−βｄｏｗｎ［°］を表し、縦軸は配光率［％］を表している。図１２に示される配光率は、底角βｄｏｗｎの候補値毎に、底角βｄｏｗｎ並びに傾斜角θａ及びθｂ以外の各パラメータを変化させたときの平均値を表している。なお。横軸は、水平面に対する第４面３６ｂの傾斜角度に相当している。
【０１３４】
図１２に示されるように、９０°−βｄｏｗｎが５°及び１０°（すなわち、βｄｏｗｎが８５°及び８０°）の場合、配光率が１２％よりも低くなっている。一方で、９０°−βｄｏｗｎが１５°及び２０°（すなわち、βｄｏｗｎが７５°及び７０°）の場合、配光率は１２％より高くなっている。
【０１３５】
以上のように、第２凸部３６の底角βｄｏｗｎは、７５°以下である場合に、配光制御デバイス１の配光率を高めることができる。
【０１３６】
［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、光透過性を有する第１基板１０と、第１基板１０に設けられた、光透過性を有する第１電極層４０と、第１電極層４０上に設けられた、第１方向に延在する複数の第１凸部３４を有する第１凹凸構造層３１と、第１基板１０に対向して設けられた、光透過性を有する第２基板２０と、第２基板２０に設けられた、第１電極層４０に対向する第２電極層５０と、第２電極層５０上に設けられた、第２方向に延在する複数の第２凸部３６を有する第２凹凸構造層３２と、第１電極層４０と第２電極層５０との間において複数の第１凸部３４間及び複数の第２凸部３６間の各々を充填するように設けられた屈折率可変層３３とを備える。第１基板１０を平面視した場合、第１方向と第２方向とがなす角度は、２０°以上８０°以下である。
【０１３７】
これにより、窓に利用された場合に、太陽の位置によらずに効率良く光を屋内に採り入れることができる。
【０１３８】
また、例えば、屈折率可変層３３は、単層構造であり、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。
【０１３９】
これにより、屈折率可変層３３が単層構造であるので、配光制御デバイス１の薄型化が実現される。また、第１電極層４０と第２電極層５０との間に印加する電圧を調整するだけでよく、配光制御デバイス１の光学状態を容易に制御することができる。
【０１４０】
また、例えば、屈折率可変層３３は、絶縁性液体３８と、絶縁性液体３８とは屈折率が異なり、絶縁性液体３８内に分散された帯電する複数のナノ粒子３９とを有する。複数の第１凸部３４の各々は、底角αｕｐと底角αｄｏｗｎとを有する。複数の第２凸部３６の各々は、底角βｕｐと底角βｄｏｗｎとを有する。複数の第２凸部３６の並び方向において、底角βｕｐは底角αｕｐと同じ側に位置し、底角βｄｏｗｎは底角αｄｏｗｎと同じ側に位置する。底角αｕｐは、７０°より大きく８５°より小さい。底角βｄｏｗｎは、７５°より小さい。
【０１４１】
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。
【０１４２】
（実施の形態２）
続いて、実施の形態２について説明する。
【０１４３】
実施の形態２に係る配光制御デバイスは、実施の形態１に係る配光制御デバイス１と比較して、屈折率可変層３３を構成する材料が相違する。以下では、実施の形態１との相違点を中心に説明し、共通点の説明を適宜省略又は簡略化する。
【０１４４】
［構成］
まず、本実施の形態に係る配光制御デバイスの構造について、図１３を用いて説明する。図１３は、本実施の形態に係る配光制御デバイス１０１の拡大断面図である。
【０１４５】
図１３に示されるように、配光制御デバイス１０１は、実施の形態１に係る配光制御デバイス１と比較して、配光層３０の代わりに配光層１３０を備える。配光層１３０は、第１凹凸構造層３１と、第２凹凸構造層３２と、屈折率可変層１３３とを有する。なお、第１凹凸構造層３１及び第２凹凸構造層３２は、実施の形態１と同じである。
【０１４６】
屈折率可変層１３３は、第１凹凸構造層３１の複数の第１凸部３４の間（すなわち、第１凹部３５）及び複数の第２凸部３６の間を充填するように配置されている。具体的には、屈折率可変層１３３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充填するように配置されている。
【０１４７】
屈折率可変層１３３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屈折率が変化する。具体的には、屈折率可変層１３３は、電界が与えられることによって可視光帯域での屈折率が調整可能な屈折率調整層として機能する。例えば、屈折率可変層１３３は、電界応答性を有する液晶分子１３９を有する液晶によって構成されているので、電界が与えられることで液晶分子１３９の配向状態が変化して屈折率可変層１３３の屈折率が変化する。
【０１４８】
屈折率可変層１３３の複屈折材料は、例えば、複屈折性を有する液晶分子１３９を含む液晶である。このような液晶としては、例えば、液晶分子１３９が棒状分子からなるネマティック液晶、スメクティック液晶又はコレステリック液晶などを用いることができる。例えば、第１凸部３４の屈折率が１．５である場合、屈折率可変層１３３の材料としては、常光屈折率（ｎｏ）が１．５で、異常光屈折率（ｎｅ）が１．７のポジ型の液晶を用いることができる。
【０１４９】
液晶分子１３９は、屈折率可変層１３３に電界が与えられていない場合、図１３に示されるように、ｘ軸方向に長軸が一致するように配向されている。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に、液晶分子１３９は、配光制御デバイス１０１の厚み方向（すなわち、ｙ軸方向）に長軸が一致するように配向される（後述する図１５を参照）。
【０１５０】
なお、屈折率可変層１３３には、交流電力によって電界が与えられてもよく、直流電力によって電界が与えられてもよい。交流電力の場合には、電圧波形は、正弦波でもよく、矩形波でもよい。
【０１５１】
屈折率可変層１３３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及び第２凹凸構造層３２が形成された第２基板２０との各々の端部外周をシール樹脂で封止した状態で、液晶材料を真空注入法で注入することで形成される。あるいは、屈折率可変層１３３は、第１基板１０の第１電極層４０及び第１凹凸構造層３１上に液晶材料を滴下した後に第２基板２０を貼り合わせることで形成されてもよい。
【０１５２】
［配光制御デバイスの動作及び光学状態］
続いて、配光制御デバイス１０１の動作及び光学状態について説明する。
【０１５３】
配光制御デバイス１０１では、配光層１３０に与えられる電界に応じて、屈折率可変層１３３に含まれる液晶分子１３９の配向が変化する。なお、液晶分子１３９は、複屈折性を有する棒状の液晶分子であるので、入射する光の偏光状態に応じて、当該光が受ける屈折率が異なる。ここでは、例えば、第１凸部３４及び第２凸部３６の各々の屈折率が１．５であり、液晶分子１３９としては、常光屈折率（ｎｏ）が１．５で、異常光屈折率（ｎｅ）が１．７のポジ型の液晶分子である場合を例に挙げて説明する。
【０１５４】
配光制御デバイス１０１に入射する太陽光などの光は、Ｐ偏光（Ｐ偏光成分）とＳ偏光（Ｓ偏光成分）とを含んでいる。Ｐ偏光は、電圧を印加した場合と印加しない場合とのいずれにおいても、その振動方向が液晶分子１３９の短軸に対して略平行になる。このため、Ｐ偏光についての液晶分子１３９の屈折率は、電圧の印加状態に依存せず、常光屈折率（ｎｏ）であって、具体的には１．５である。このため、Ｐ偏光についての屈折率は、動作モードに依存せず、配光層１３０内で略一定になるので、Ｐ偏光は、配光層１３０をそのまま直進する。
【０１５５】
一方で、Ｓ偏光についての液晶分子１３９の屈折率は、電圧の印加状態（すなわち、動作モード）に応じて変化する。以下では、図１４及び図１５を用いて、入射光に含まれるＳ偏光が受ける光学作用について説明する。
【０１５６】
＜無印加モード（配光状態）＞
図１４は、本実施の形態に係る配光制御デバイス１０１の無印加モード（配光状態）を説明するための断面図である。図１４には、図７に示される光Ｌ１及び光Ｌ２の経路をｙｚ断面に投影して示している。なお、水平方向（東西方向）に対しては、光Ｌ１及びＬ２は、実施の形態１と同様に、図８に示されるように、第２基板２０の正面に近い方向に出射される。
【０１５７】
図１４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。このため、配光層１３０には電界が与えられない。この場合、光Ｌ（Ｓ偏光）が受ける屈折率は、第１凸部３４及び第２凸部３６の各々が１．５であるのに対して、屈折率可変層１３３が１．７になる。
【０１５８】
つまり、第１凸部３４及び第２凸部３６の各々と屈折率可変層１３３との間には、約０．２の屈折率差が生じる。このため、図１４に示されるように、斜め方向から光Ｌ１及びＬ２が入射した場合、入射した光Ｌ１及びＬ２は、屈折率差に応じて屈折及び全反射される。
【０１５９】
例えば、光Ｌ１は、第１凸部３４の第２面３４ｂで屈折された後、第２凸部３６の第３面３６ａで全反射される。全反射された光Ｌ１は、第２凸部３６の第４面３６ｂでさらに屈折されて、第２基板２０から出射される。本実施の形態では、第２凸部３６の第３面３６ａが全反射面として機能する。
【０１６０】
また、例えば、光Ｌ２は、第１凸部３４の第２面３４ｂで屈折された後、第１凸部３４の第１面３４ａで全反射される。全反射された光Ｌ２は、屈折率可変層１３３内を透過し、第２基板２０から出射される。
【０１６１】
このように、第１電極層４０と第２電極層５０との間に電位差が等しい場合に、複数の第１凸部３４の各々と屈折率可変層１３３との界面、及び、複数の第２凸部３６の各々と屈折率可変層１３３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、配光制御デバイス１０１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。具体的には、斜め上方から斜め下方に向けて入射した光Ｌ１及びＬ２はいずれも、斜め上方に向けて配光制御デバイス１０１から出射される。
【０１６２】
＜電圧印加モード（透明状態）＞
図１５は、本実施の形態に係る配光制御デバイス１０１の電圧印加モード（透明状態）を説明するための断面図である。図１５には、配光制御デバイス１０１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、配光制御デバイス１０１が窓に利用された場合に、屋外から屋内に斜め下方に向けて入射する太陽光に相当する。
【０１６３】
図１５において、第１電極層４０及び第２電極層５０間には所定の電圧が印加されている。例えば、第１電極層４０及び第２電極層５０間において面内で均一な電圧を印加することで、配光層１３０には均一な電界が与えられる。これにより、液晶分子１３９の長軸がｙ軸方向に沿って配向される。この場合、光Ｌ（Ｓ偏光）が受ける屈折率は、第１凸部３４、第２凸部３６及び屈折率可変層１３３のいずれも１．５となる。
【０１６４】
このため、図１５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１３３と第１凹凸構造層３１との界面、及び、屈折率可変層１３３と第２凹凸構造層３２との界面の各々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、垂直断面において、光Ｌの入射角と出射角とは、実質的に同じになる。
【０１６５】
このように、配光制御デバイス１０１は、入射した光を実質的に直進させる透明状態、すなわち、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。
【０１６６】
［配光制御デバイスの配光率］
次に、配光制御デバイス１０１の配光率について説明する。
【０１６７】
本願発明者らは、実施の形態１と同様に、配光制御デバイス１０１の配光率を高めるための、凹凸構造の交差角及び凸部の底角の適切な範囲を定めるためにシミュレーションを行った。以下では、シミュレーション結果について説明する。なお、具体的なシミュレーションの条件は、実施の形態１と同様である。
【０１６８】
［配光率と交差角］
まず、配光制御デバイス１０１の配光率と交差角θとの関係について、図１６を用いて説明する。なお、交差角θは、上述したように、傾斜角θａと傾斜角θｂとの和である。
【０１６９】
図１６は、本実施の形態に係る配光制御デバイス１０１の凹凸構造層の傾斜角と配光率との関係を示す図である。図１６において、横軸は傾斜角θａ（＝θｂ）［°］を表し、縦軸は配光率［％］を表している。図１６に示される配光率は、傾斜角θａ（＝θｂ）の候補値毎に、傾斜角θａ（＝θｂ）以外の各パラメータを変化させたときの平均値を表している。
【０１７０】
図１６には、第１凹凸構造層３１と第２凹凸構造層３２との両方の傾斜角が０°の場合を比較例（“傾斜なし”）として示している。つまり、比較例では、傾斜角θａと傾斜角θｂとが等しく、交差角θが０°である。比較例において、配光率は、約４．１％であった。
【０１７１】
図１６に示されるように、傾斜角θａ（＝θｂ）が１０°の場合、配光率が約４．２％となり、比較例に比べて高くなっている。一方で、傾斜角θａ（＝θｂ）が２０°、３０°、４０°の場合には、配光率が４．５％よりも高くなっている。例えば、傾斜角θａが３０°の場合に、配光率は最大値として４．７％になる。傾斜角θａが５０°の場合には、配光率が３．１％になり、比較例よりも低くなった。
【０１７２】
以上のことから、傾斜角θａが１０°以上４０°以下の範囲において、配光制御デバイス１０１の配光率が、傾斜各θａが０°の場合よりも高くなることが分かる。したがって、交差角θが２０°以上８０°以下である場合、配光制御デバイス１０１の配光率が高くなり、効率良く光を採り入れることができる。
【０１７３】
［配光率と水平方向における入射角］
次に、配光制御デバイス１０１の配光率と水平方向における光の入射角φｉｎとの関係について、図１７を用いて説明する。
【０１７４】
図１７は、本実施の形態に係る配光制御デバイス１０１の水平方向における光の入射角と配光率との関係を示す図である。図１７において、横軸は水平方向の光の入射角φｉｎ［°］を表し、縦軸は配光率［％］を表している。図１７に示される配光率は、入射角φｉｎの候補値毎に、入射角φｉｎ並びに傾斜角θａ及びθｂ以外の各パラメータを変化させたときの平均値を表している。
【０１７５】
なお、図１７において、“傾斜なし”は、傾斜角θａ及びθｂが０°である場合を表している。“傾斜あり”は、傾斜角θａ及びθｂがいずれも３０°である場合を表している。このことは、後述する図１８及び図１９においても同様である。
【０１７６】
図１７に示されるように、比較例では、入射角φｉｎが０°、すなわち、第１基板１０の正面から光が入射する場合には、配光率が約１３％となり、高い配光率が得られていることが分かる。しかしながら、入射角φｉｎの絶対値が４０°以上の場合には、配光率が１％より低く、極端に低くなっていることが分かる。
【０１７７】
これに対して、傾斜がある場合、入射角φｉｎが４０°以上の場合においても、配光率が約５％より大きい値になり、高い配光率が得られていることが分かる。また、入射角φｉｎが−４０°の場合でも比較例に比べて高い配光率が得られている。つまり、太陽の位置によらず、光が左右斜め方向から入射する場合であっても高い配光率を維持することができ、効率良く光を屋内に採り入れることができる。
【０１７８】
［配光率と第１凸部の底角］
次に、配光制御デバイス１０１の配光率と第１凸部３４の底角αｕｐとの関係について、図１８を用いて説明する。
【０１７９】
図１８は、本実施の形態に係る配光制御デバイス１０１の第１凸部３４の上側の底角αｕｐと配光率との関係を示す図である。図１８において、横軸は９０°−αｕｐ［°］を表し、縦軸は配光率［％］を表している。図１８に示される配光率は、底角αｕｐの候補値毎に、底角αｕｐ並びに傾斜角θａ及びθｂ以外の各パラメータを変化させたときの平均値を表している。なお、横軸は、水平面に対する第１面３４ａの傾斜角度に相当している。
【０１８０】
図１８に示されるように、９０°−αｕｐが５°及び２０°（すなわち、αｕｐが８５°及び７０°）の場合、配光率が４．１％よりも低くなっている。一方で、９０°−αｕｐが１０°及び１５°（すなわち、αｕｐが８０°及び７５°）の場合、配光率はそれぞれ、５％を超えており、比較例（“傾斜なし”）よりも高くなっている。
【０１８１】
以上のように、第１凸部３４の底角αｕｐは、７０°より大きく８５°より小さい場合に、配光制御デバイス１０１の配光率を高めることができる。
【０１８２】
［配光率と第２凸部の底角］
次に、配光制御デバイス１０１の配光率と第２凸部３６の底角βｄｏｗｎとの関係について、図１９を用いて説明する。
【０１８３】
図１９は、本実施の形態に係る配光制御デバイス１０１の第２凸部３６の下側の底角βｄｏｗｎと配光率との関係を示す図である。図１９において、横軸は９０°−βｄｏｗｎ［°］を表し、縦軸は配光率［％］を表している。図１９に示される配光率は、底角βｄｏｗｎの候補値毎に、底角βｄｏｗｎ並びに傾斜角θａ及びθｂ以外の各パラメータを変化させたときの平均値を表している。なお。横軸は、水平面に対する第４面３６ｂの傾斜角度に相当している。
【０１８４】
図１９に示されるように、９０°−βｄｏｗｎが１５°及び２０°（すなわち、βｄｏｗｎが７５°及び７０°）の場合、配光率が４．１％よりも低くなっている。一方で、９０°−βｄｏｗｎが５°及び１０°（すなわち、βｄｏｗｎが８５°及び８０°）の場合、配光率は４．１％より高くなっている。
【０１８５】
以上のように、第２凸部３６の底角βｄｏｗｎは、７５°以上である場合に、配光制御デバイス１０１の配光率を高めることができる。
【０１８６】
［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１０１は、例えば、屈折率可変層１３３は、複屈折性を有する複数の液晶分子を含む液晶層である。複数の第１凸部３４の各々は、底角αｕｐと底角αｄｏｗｎとを有する。複数の第２凸部３６の各々は、底角βｕｐと底角βｄｏｗｎとを有する。複数の第２凸部３６の並び方向において、底角βｕｐは底角αｕｐと同じ側に位置し、底角βｄｏｗｎは底角αｄｏｗｎと同じ側に位置する。底角αｕｐは、７０°より大きく８５°より小さい。底角βｄｏｗｎは、７５°より大きい。
【０１８７】
これにより、実施の形態１の場合と同様に、配光制御デバイス１０１は、窓に利用された場合に、太陽の位置によらずに効率良く光を屋内に採り入れることができる。また、本実施の形態では、太陽光に含まれるＰ偏光成分には屈折率差の影響が与えられない。このため、配光制御デバイス１０１が配光状態である場合であっても、Ｐ偏光成分はそのまま配光制御デバイス１０１を透過する。したがって、例えば、屋内に居る人は、配光制御デバイス１０１を介して外側（例えば、窓の外の景色）を見ることができる。
【０１８８】
（実施の形態３）
続いて、実施の形態３について説明する。
【０１８９】
実施の形態３に係る配光制御デバイスは、実施の形態１に係る配光制御デバイス１と比較して、屈折率可変層３３が二層に分離されている点が相違する。以下では、実施の形態１との相違点を中心に説明し、共通点の説明を適宜省略又は簡略化する。
【０１９０】
図２０は、本実施の形態に係る配光制御デバイス２０１の断面図である。図２０に示されるように、配光制御デバイス２０１は、実施の形態１に係る配光制御デバイス１と比較して、配光層３０の代わりに配光層２３０を備える。さらに、配光制御デバイス２０１は、新たに、第３電極層２４０と、第４電極層２５０と、第３基板２６０とを備える。配光層２３０は、第１凹凸構造層３１と、第２凹凸構造層３２と、屈折率可変層２３３とを有する。なお、第１凹凸構造層３１及び第２凹凸構造層３２は、実施の形態１又は２と同じである。
【０１９１】
屈折率可変層２３３は、実施の形態１又は２に係る屈折率可変層３３又は１３３が二層に分離された構成を有する。具体的には、屈折率可変層２３３は、図２０に示されるように、第１屈折率可変層２３３ａと、第２屈折率可変層２３３ｂとを備える。第１屈折率可変層２３３ａと第２屈折率可変層２３３ｂとは、第３基板２６０によって二層に分離されている。
【０１９２】
第１屈折率可変層２３３ａは、第１凹凸構造層３１の複数の第１凸部３４間を充填するように設けられている。具体的には、第１屈折率可変層２３３ａは、第１電極層４０と第３電極層２４０との間に形成される隙間を充填するように設けられている。
【０１９３】
第１屈折率可変層２３３ａは、第１電極層４０及び第３電極層２４０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、第１屈折率可変層２３３ａ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、制御部及び電源（図示せず）によって、第１電極層４０と第３電極層２４０との間には直流電圧が印加される。
【０１９４】
第２屈折率可変層２３３ｂは、第２凹凸構造層３２の複数の第２凸部３６間を充填するように設けられている。具体的には、第２屈折率可変層２３３ｂは、第２電極層５０と第４電極層２５０との間に形成される隙間を充填するように設けられている。
【０１９５】
第２屈折率可変層２３３ｂは、第２電極層５０及び第４電極層２５０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、第２屈折率可変層２３３ｂ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、制御部及び電源（図示せず）によって、第２電極層５０と第４電極層２５０との間には直流電圧が印加される。
【０１９６】
第１屈折率可変層２３３ａ及び第２屈折率可変層２３３ｂはそれぞれ、実施の形態１と同様に、電気泳動材料を用いて形成されている。あるいは、第１屈折率可変層２３３ａ及び第２屈折率可変層２３３ｂの少なくとも一方は、実施の形態２と同様に、液晶材料を用いて形成されていてもよい。
【０１９７】
第３電極層２４０は、第３基板２６０の第１屈折率可変層２３３ａ側の面に設けられている。第３電極層２４０は、第１電極層４０と電気的に対となっている。第３電極層２４０は、第１電極層４０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と第３電極層２４０とは、第１凹凸構造層３１と第１屈折率可変層２３３ａとを挟むように配置されている。
【０１９８】
第４電極層２５０は、第３基板２６０の第２屈折率可変層２３３ｂ側の面に設けられている。第４電極層２５０は、第２電極層５０と電気的に対となっている。第４電極層２５０は、第２電極層５０に対向するように配置されている。具体的には、第２電極層５０と第４電極層２５０とは、第２凹凸構造層３２と第２屈折率可変層２３３ｂとを挟むように配置されている。
【０１９９】
第３電極層２４０及び第４電極層２５０は、透光性を有し、入射した光を透過する。第３電極層２４０及び第４電極層２５０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若しくはＩＺＯ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３電極層２４０及び第４電極層２５０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３電極層２４０及び第４電極層２５０はそれぞれ、厚さ１００ｎｍのＩＴＯである。
【０２００】
なお、第３電極層２４０及び第４電極層２５０は、例えば、外部電源との電気接続が可能となるように構成されている。例えば、外部電源に接続するための電極パッドなどが、第３電極層２４０及び第４電極層２５０の各々から封止部材の外側に引き出されて第３基板２６０に形成されていてもよい。
【０２０１】
第３電極層２４０及び第４電極層２５０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。
【０２０２】
第３基板２６０は、透光性を有する基材である。第３基板２６０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。本実施の形態において、第３基板２６０は、ＰＥＴ樹脂からなる透明樹脂基板である。
【０２０３】
第３基板２６０は、第１屈折率可変層２３３ａと第２屈折率可変層２３３ｂとの間に設けられている。第３基板２６０は、第１基板１０に対向し、かつ、第２基板２０に対向する位置に配置される。第１基板１０と第３基板２６０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３基板２６０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。第２基板２０と第３基板２６０とも同様である。
【０２０４】
なお、第３基板２６０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。
【０２０５】
以上のように、本実施の形態に係る配光制御デバイス２０１は、例えば、屈折率可変層２３３は、複数の第１凸部３４間を充填するように設けられた第１屈折率可変層２３３ａと、複数の第２凸部３６間を充填するように設けられた第２屈折率可変層２３３ｂとを備える。配光制御デバイス２０１は、さらに、第１屈折率可変層２３３ａと第２屈折率可変層２３３ｂとの間に設けられた第３基板２６０と、第３基板２６０の第１屈折率可変層２３３ａ側の面に設けられた第３電極層２４０と、第３基板２６０の第２屈折率可変層２３３ｂ側の面に設けられた第４電極層２５０とを備える。第１屈折率可変層２３３ａは、第１電極層４０及び第３電極層２４０間に印加される電圧に応じて屈折率が変化する。第２屈折率可変層２３３ｂは、第２電極層５０及び第４電極層２５０間に印加される電圧に応じて屈折率が変化する。
【０２０６】
これにより、第１屈折率可変層２３３ａと第２屈折率可変層２３３ｂとを、実施の形態１又は２と同様に制御することで、配光率を高めることができる。このため、配光制御デバイス２０１は、窓に利用された場合に、太陽の位置によらずに効率良く光を屋内に採り入れることができる。
【０２０７】
また、第１屈折率可変層２３３ａと第２屈折率可変層２３３ｂとを、互いに独立して制御することもできる。例えば、入射光の角度などに応じて第１屈折率可変層２３３ａ及び第２屈折率可変層２３３ｂの各々の屈折率を独立して調整することができるので、配光率を高めることができる。
【０２０８】
なお、本実施の形態では、第３基板２６０の両面にそれぞれ、第３電極層２４０と第４電極層２５０とが設けられているが、これに限らない。例えば、第３基板２６０は、第３電極層２４０が設けられた基板と、第４電極層２５０が設けられた基板とを有してもよい。つまり、第３基板２６０は、複数の基板に分離されてもよい。例えば、配光制御デバイス２０１は、第１電極層４０、第３電極層２４０、第１凹凸構造層３１及び第１屈折率可変層２３３ａを含む第１デバイスと、第２電極層５０、第４電極層２５０、第２凹凸構造層３２及び第２屈折率可変層２３３ｂを含む第２デバイスとを備えてもよい。第１デバイスと第２デバイスとは、透光性を有する接着層などを介して接着されていてもよい。
【０２０９】
（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。
【０２１０】
また、例えば、複数の第１凸部３４及び複数の第２凸部３６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３４及び複数の第２凸部３６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３４及び複数の第２凸部３６を、ドット状に点在するように配置してもよい。
【０２１１】
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。
【０２１２】
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。
【０２１３】
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。
【０２１４】
また、例えば、複数のナノ粒子３９が分散配置された状態で、複数の第１凸部３４及び複数の第２凸部３６の各々の屈折率と屈折率可変層３３の屈折率とが異なっていてもよい。例えば、電極間に電圧が印加されずに無印加状態で、配光制御デバイス１が配光状態になってもよい。また、複数のナノ粒子３９が第１電極層４０側に偏在した状態で、複数の第１凸部３４の屈折率と屈折率可変層３３の屈折率とが同じであってもよい。つまり、例えば、電極間に所定の電圧が印加された状態で、配光制御デバイス１が透明状態になってもよい。
【０２１５】
また、例えば、上記の実施の形態では、屈折率可変層１３３がポジ型液晶分子を含む液晶材料から形成される例について示したが、ネガ型液晶分子を含む液晶材料から形成されてもよい。
【０２１６】
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。
【０２１７】
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。
【０２１８】
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】
【０２１９】
１、１０１、２０１  配光制御デバイス
１０  第１基板
２０  第２基板
３１  第１凹凸構造層
３２  第２凹凸構造層
３３、１３３、２３３  屈折率可変層
３４  第１凸部
３４ｃ  直線（第１方向）
３６  第２凸部
３６ｃ  直線（第２方向）
３８  絶縁性液体
３９  ナノ粒子
４０  第１電極層
５０  第２電極層
１３９  液晶分子
２３３ａ  第１屈折率可変層
２３３ｂ  第２屈折率可変層
２４０  第３電極層
２５０  第４電極層
２６０  第３基板
【図１】
2020016707.tif 000003
【図２】
2020016707.tif 000004
【図３Ａ】
2020016707.tif 000005
【図３Ｂ】
2020016707.tif 000006
【図４】
2020016707.tif 000007
【図５】
2020016707.tif 000008
【図６】
2020016707.tif 000009
【図７】
2020016707.tif 000010
【図８】
2020016707.tif 000011
【図９】
2020016707.tif 000012
【図１０】
2020016707.tif 000013
【図１１】
2020016707.tif 000014
【図１２】
2020016707.tif 000015
【図１３】
2020016707.tif 000016
【図１４】
2020016707.tif 000017
【図１５】
2020016707.tif 000018
【図１６】
2020016707.tif 000019
【図１７】
2020016707.tif 000020
【図１８】
2020016707.tif 000021
【図１９】
2020016707.tif 000022
【図２０】
2020016707.tif 000023