(57)【要約】【課題】光の配光分布を広げることができ、かつ、入射光の時間変化に対する配光分布の変化を調整す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１０と、第１基材１０に対向して配置された、透光性を有する第２基材２０と、第１基材１０と第２基材２０との間に互いに対向して配置された、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、入射した光を配光する配光層３０とを備え、配光層３０は、光を反射可能な側面３５を各々が有する複数の凸部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とを含み、配光層３０は、平面視において配光方向が異なる複数の領域に区分されて、領域毎に側面３５の向きが異なっている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性を有する第１基材と、
前記第１基材に対向して配置された、透光性を有する第２基材と、
前記第１基材と前記第２基材との間に互いに対向して配置された、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、入射した光を配光する配光層とを備え、
前記配光層は、
前記光を反射可能な反射面を各々が有する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、
前記配光層は、平面視において配光方向が異なる複数の領域に区分され、領域毎に前記反射面の向きが異なっている
光学デバイス。
【請求項２】
前記複数の領域には、
第１方向に並んで配置された複数の第１凸部であって、各々の前記反射面が前記第１方向に直交する方向に延在する複数の第１凸部を有する第１領域と、
前記第１方向とは異なる第２方向に並んで配置された複数の第２凸部であって、各々の前記反射面が前記第２方向に直交する方向に延在する複数の第２凸部を有する第２領域とが含まれ、
前記複数の第１凸部の平面視形状は、前記複数の第２凸部の平面視形状の線対称な形状である
請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項３】
前記複数の領域には、さらに、
前記第１方向及び前記第２方向とは異なる第３方向に並んで配置された複数の第３凸部であって、各々の前記反射面が前記第３方向に直交する方向に延在する複数の第３凸部を有する第３領域が含まれる
請求項１又は２に記載の光学デバイス。
【請求項４】
前記第１電極層及び前記第２電極層の少なくとも一方は、複数の電極片から構成され、
前記複数の電極片は、前記複数の領域の各々に対応している
請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学デバイス。
【請求項５】
さらに、
前記凹凸構造層と前記第１電極層とを接着する接着層を備える
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】
請求項４に記載の光学デバイスと、
前記複数の電極片に選択的に電位を与えることで、前記配光層の光学状態を前記領域毎に制御する制御部とを備える
光学システム。
【請求項７】
前記制御部は、
前記第１領域を配光状態にし、前記第２領域を透光状態にする第１動作モードと、
前記第１領域を透光状態にし、前記第２領域を配光状態にする第２動作モードとを切り替えて実行する
請求項６に記載の光学システム。
【請求項８】
透光性を有する第１基材上に、透光性を有する第１電極層を形成する工程と、
複数の凸部を有する凹凸構造層を複数形成する工程と、
前記第１電極層上に、接着層を介して複数の前記凹凸構造層を貼り付ける工程と、
透光性を有する第２基材上に、透光性を有する第２電極層を形成する工程と、
印加される電界に応じて屈折率が変化する屈折率可変材料を、前記複数の凸部の間に充填する工程と、
前記第１電極層と前記第２電極層とが複数の前記凹凸構造層を間に挟んで対向するように、前記第１基材と前記第２基材とを貼り合わせる工程とを含み、
前記貼り付ける工程では、複数の前記凹凸構造層の１つを、他の１つとは前記凸部の並び方向を異ならせて貼り付ける
光学デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学デバイス、光学システム、及び、光学デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
屋外から入射する太陽光などの外光の透過状態を変化させることができる光学デバイスが知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、一対の透明基板と、一対の透明基板の各々に形成された一対の透明電極と、一対の透明電極に挟まれたプリズム層及び液晶層とを有する液晶光学素子が開示されている。当該液晶光学素子は、一対の透明電極に印加される電圧によって液晶層の屈折率を変化させて、プリズムの斜面と液晶層との界面を通過する光の屈折角を変化させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１７３５３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の液晶光学素子では、プリズム層によって曲げられる光の進行方向は、光の入射方向に対して概ね同一方向である。このため、正面から光が入射した場合と、斜め方向から光が入射した場合とでは、全く異なる方向に光が配光される。したがって、例えば、太陽の日周運動又は年周運動によって入射光（太陽光）の方向が変化した場合、配光分布も変化する。すなわち、入射光の時間変化に対して、配光分布も変化する。なお、配光分布は、入射光を配光したときの出射光（配光）の出射方向（配光方向）の分布を意味する。
【０００６】
そこで、本発明は、光の配光分布を広げることができ、かつ、入射光の時間変化に対する配光分布の変化を調整することができる光学デバイス、当該光学デバイスを備える光学システム、及び、当該光学デバイスの製造方法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】
【０００７】
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基材と、前記第１基材に対向して配置された、透光性を有する第２基材と、前記第１基材と前記第２基材との間に互いに対向して配置された、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、入射した光を配光する配光層とを備え、前記配光層は、前記光を反射可能な反射面を各々が有する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、前記配光層は、平面視において配光方向が異なる複数の領域に区分され、領域毎に前記反射面の向きが異なっている。
【０００８】
また、本発明の一態様に係る光学システムは、前記光学デバイスと、前記複数の電極片に選択的に電位を与えることで、前記配光層の光学状態を前記領域毎に制御する制御部を備える。
【０００９】
また、本発明の一態様に係る光学デバイスの製造方法は、透光性を有する第１基材上に、透光性を有する第１電極層を形成する工程と、複数の凸部を有する凹凸構造層を複数形成する工程と、前記第１電極層上に、接着層を介して複数の前記凹凸構造層を貼り付ける工程と、透光性を有する第２基材上に、透光性を有する第２電極層を形成する工程と、印加される電界に応じて屈折率が変化する屈折率可変材料を、前記複数の凸部の間に充填する工程と、前記第１電極層と前記第２電極層とが複数の前記凹凸構造層を間に挟んで対向するように、前記第１基材と前記第２基材とを貼り合わせる工程とを含み、前記貼り付ける工程では、複数の前記凹凸構造層の１つを、他の１つとは前記凸部の並び方向を異ならせて貼り付ける。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、光の配光分布を広げることができ、かつ、入射光の時間変化に対する配光分布の変化を調整することができる光学デバイスなどを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態に係る光学デバイスの断面図である。
【図２】実施の形態に係る光学デバイスの拡大断面図である。
【図３Ａ】実施の形態に係る光学デバイスの凹凸構造層の一例を模式的に示す平面図である。
【図３Ｂ】実施の形態に係る光学デバイスの凹凸構造層の別の例を模式的に示す平面図である。
【図４】実施の形態に係る光学デバイスの凹凸構造層の各領域と電極層の電極片との配置を示す分解斜視図である。
【図５Ａ】実施の形態に係る光学デバイスを窓に設置した場合において、光学デバイスが無印加モードで動作したときの作用（配光状態）を説明するための図である。
【図５Ｂ】実施の形態に係る光学デバイスを窓に設置した場合において、光学デバイスが電圧印加モードで動作したときの作用（透光状態）を説明するための図である。
【図６Ａ】実施の形態に係る光学デバイスの無印加モード（配光状態）を説明するための拡大断面図である。
【図６Ｂ】実施の形態に係る光学デバイスの電圧印加モード（透光状態）を説明するための拡大断面図である。
【図７Ａ】実施の形態に係る光学デバイスの凹凸構造層の各領域の光学特性を模式的に示す図である。
【図７Ｂ】実施の形態に係る光学デバイスの凹凸構造層の各領域の光学特性を模式的に示す図である。
【図８】実施の形態に係る光学デバイスの時間帯毎の凹凸構造層の各領域の動作モードを示す図である。
【図９Ａ】実施の形態に係る光学デバイスに対して斜めから光が入射した場合の日中モードにおける配光分布を示す図である。
【図９Ｂ】実施の形態に係る光学デバイスに対して斜めから光が入射した場合の午前モードにおける配光分布を示す図である。
【図１０Ａ】実施の形態に係る光学デバイスの製造方法における第１電極層の形成工程を示す斜視図である。
【図１０Ｂ】実施の形態に係る光学デバイスの製造方法における複数の凹凸構造層の形成工程を示す斜視図である。
【図１０Ｃ】実施の形態に係る光学デバイスの製造方法における凹凸構造層の領域毎の貼り付け工程を示す斜視図である。
【図１０Ｄ】実施の形態に係る光学デバイスの製造方法における第２電極層の形成工程を示す斜視図である。
【図１０Ｅ】実施の形態に係る光学デバイスの製造方法における液晶材料の注入工程を示す斜視図である。
【図１０Ｆ】実施の形態に係る光学デバイスの製造方法における基材の貼り合わせ工程を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下では、本発明の実施の形態に係る光学デバイス、光学システム及び光学デバイスの製造方法について、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、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【００１３】
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。
【００１４】
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基材及び第２基材の主面に垂直な方向のことであり、「平面視」とは、第１基材又は第２基材の主面に対して垂直な方向から見たときのことをいう。
【００１５】
（実施の形態）
［構成］
まず、本実施の形態に係る光学デバイス１の構成について、図１及び図２を用いて説明する。図１は、本実施の形態に係る光学デバイス１の断面図である。図２は、本実施の形態に係る光学デバイス１の拡大断面図であり、図１の一点鎖線で囲まれる領域ＩＩの拡大断面図である。
【００１６】
光学デバイス１は、光学デバイス１に入射する光を制御する光制御デバイスである。具体的には、光学デバイス１は、光学デバイス１に入射する光の進行方向を変更して（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及び図２に示すように、光学デバイス１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１０と、第２基材２０と、配光層３０と、第１電極層４０と、第２電極層５０と、接着層６０とを備える。本実施の形態では、配光層３０は、平面視において複数の領域に区分されており、領域毎に異なる配光方向に光を出射する。
【００１８】
光学デバイス１は、対をなす第１基材１０及び第２基材２０の間に、第１電極層４０、接着層６０、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１０と第２基材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いてもよい。
【００１９】
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。
【００２０】
［第１基材及び第２基材］
第１基材１０及び第２基材２０は、透光性を有する透光性基材である。第１基材１０及び第２基材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。
【００２１】
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。
【００２２】
第１基材１０と第２基材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１０及び第２基材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１０及び第２基材２０は、ＰＥＴ樹脂からなる透明樹脂基板である。
【００２３】
第２基材２０は、第１基材１０に対向する対向基材であり、第１基材１０に対向する位置に配置される。第１基材１０と第２基材２０とは、例えば、１０μｍ〜３０μｍなどの所定距離を空けて略平行に配置されている。第１基材１０と第２基材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。
【００２４】
なお、第１基材１０及び第２基材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。
【００２５】
［配光層］
図１及び図２に示すように、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。
【００２６】
配光層３０は、複数の凸部３３を有する凹凸構造層３１と、屈折率可変層３２とを有する。配光層３０は、凹凸構造層３１と屈折率可変層３２との屈折率の差によって光を配光することができる。
【００２７】
本実施の形態では、図３Ａに示すように、配光層３０は、平面視において、配光方向が異なる複数の領域に区分されている。各領域において、凸部３３が有する反射面である側面３５の向きが異なっている。
【００２８】
図３Ａは、本実施の形態に係る光学デバイス１の配光層３０の一例を模式的に示す平面図である。各図において、各領域に付されたストライプ模様は、各領域の凸部３３が延びる方向を示している。
【００２９】
例えば、図３Ａに示すように、配光層３０は、第１領域３０ａと、第２領域３０ｂと、第３領域３０ｃとを含む３つの領域に区分されている。第１領域３０ａ、第２領域３０ｂ及び第３領域３０ｃはそれぞれ、ｘ軸方向に延びる帯状の領域である。第１領域３０ａ、第２領域３０ｂ及び第３領域３０ｃの平面視形状及び大きさは、例えば互いに同じである。第１領域３０ａと第２領域３０ｂとは、ｚ軸方向に沿って交互に繰り返し並んでいる。第１領域３０ａと第２領域３０ｂとの間に、第３領域３０ｃが配置されている。
【００３０】
なお、配光層３０の各領域の平面視形状は、図３Ａに示した例に限らない。例えば、図３Ｂには、第１領域３０ａ、第２領域３０ｂ及び第３領域３０ｃの各々がｚ軸方向に延びる例を示している。あるいは、第１領域３０ａ、第２領域３０ｂ及び第３領域３０ｃの平面視形状は正方形であり、行列状に配置されていてもよい。各領域が配光層３０の面内で分散されていることで、光学デバイス１の面内均一性を高めることができる。
【００３１】
また、本実施の形態では、第３領域３０ｃの個数が、第１領域３０ａの個数と第２領域３０ｂの個数との合計に等しいが、これに限らない。第１領域３０ａ、第２領域３０ｂ及び第３領域３０ｃの各々の個数が互いに等しくてもよい。
【００３２】
また、配光層３０を平面視した場合に、各領域の大きさ（面積）及び形状が互いに同じであるが、これに限らない。第１領域３０ａ、第２領域３０ｂ及び第３領域３０ｃの各々の大きさ及び形状は、互いに異なっていてもよい。
【００３３】
各領域の光学特性（配光方向）については、図７Ａ及び図７Ｂを用いて後で説明する。
【００３４】
［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、図２に示すように、入射する光を反射可能な反射面である側面３５を有する複数の凸部３３と、複数の凹部３４とを有する。具体的には、凹凸構造層３１は、マイクロオーダ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。
【００３５】
本実施の形態では、配光層３０の領域毎に、凸部３３の並び方向が異なる複数の凹凸構造層が設けられている。具体的には、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、第１領域３０ａには、第１方向に並んだ複数の第１凸部３３ａを有する第１凹凸構造層３１ａが設けられている。第２領域３０ｂには、第２方向に並んだ複数の第２凸部３３ｂを有する第２凹凸構造層３１ｂが設けられている。第３領域３０ｃには、第３方向に並んだ複数の第３凸部３３ｃを有する第３凹凸構造層３１ｃが設けられている。すなわち、本実施の形態では、凹凸構造層３１は、第１凹凸構造層３１ａ、第２凹凸構造層３１ｂ及び第３凹凸構造層３１ｃから構成されている。
【００３６】
まず、領域毎の凹凸構造層の平面視形状について説明する。
【００３７】
第１凹凸構造層３１ａの複数の第１凸部３３ａの並び方向（第１方向）は、ｘ軸及びｚ軸に対して斜めの方向である。複数の第１凸部３３ａは、ストライプ状に形成されている。ストライプの延びる方向（第１方向に直交する方向）に沿って、第１凸部３３ａの側面（反射面）３５が延在している。
【００３８】
側面３５の延在方向は、ｘｚ面内において、ｘ軸を基準とする角度（傾斜角θａ）で表される。として例えば−３０°傾斜した方向である。ここでは、傾斜角θａは、ｘ軸の正側に向かうにつれてｚ軸の正側に傾斜する場合を正の数（＋）とし、ｘ軸の負側に向かうにつれてｚ軸の負側に傾斜する場合を負の数（−）としている。なお、後述する第２凸部３３ｂの側面３５の傾斜角θｂ及び第３凸部３３ｃの側面３５の傾斜角θｃについても同様である。
【００３９】
第１凸部３３ａの側面３５の傾斜角θａは、例えば−３０°であるが、これに限らない。傾斜角θａは、例えば、０°より大きく−４５°以下の範囲である。
【００４０】
第２凹凸構造層３１ｂの複数の第２凸部３３ｂの並び方向（第２方向）は、ｘ軸及びｚ軸に対して斜めの方向である。複数の第２凸部３３ｂは、ストライプ状に形成されている。ストライプの延びる方向（第２方向に直交する方向）に沿って、第２凸部３３ｂの側面（反射面）３５が延在している。
【００４１】
第２凸部３３ｂの側面３５の傾斜角θｂは、例えば＋３０°であるが、これに限らない。傾斜角θｂは、例えば、０°より大きく＋４５°以下の範囲である。
【００４２】
第３凹凸構造層３１ｃの複数の第３凸部３３ｃである並び方向（第３方向）は、第１方向及び第２方向とは異なる方向であり、ｚ軸方向に平行である。複数の第３凸部３３ｃは、ストライプ状に形成されている。ストライプの延びる方向（第３方向に直交する方向）に沿って、第３凸部３３ｃの側面（反射面）３５が延在している。すなわち、第３凸部３３ｃの側面３５の傾斜角θｃは、０°である。なお、傾斜角θｃは０°でなくてもよく、−４５°以上＋４５°以下の範囲で傾斜していてもよい。
【００４３】
本実施の形態では、一例として、第１領域３０ａ及び第２領域３０ｂは、対になっている。第１領域３０ａ及び第２領域３０ｂは、第３領域３０ｃの延びる方向（図３Ａではｘ軸方向、図３Ｂではｚ軸方向）に平行な線を基準として線対称の関係を有する。具体的には、複数の第１凸部３３ａの平面視形状は、複数の第２凸部３３ｂの平面視形状の線対称な形状である。このときの対称軸は、第３凸部３３ｃの並び方向に平行な線（すなわち、ｚ軸方向）である。
【００４４】
このように、各領域において、凸部３３の並び方向が異なっているが、各々の並び方向に沿って切断したときの凸部３３の断面構成は、各領域で略同じになる。例えば、図２は、第３領域３０ｃのｙｚ断面を示している。以下では、各領域を代表して第３領域３０ｃの断面構造を例に挙げて説明する。
【００４５】
図２に示すように、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。本実施の形態において、複数の凸部３３の各々の断面形状は、第１基材１０から第２基材２０に向かう方向（厚み方向、ｙ軸正方向）に沿って先細りのテーパ形状である。具体的には、凸部３３の断面形状（ｙｚ断面）は、三角形であるが、これに限らない。凸部３３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。
【００４６】
具体的には、図２に示すように、複数の凸部３３の各々は、凸部３３の並び方向に直交する延在する一対の側面３５及び３６を有する。一対の側面３５及び３６は、ｚ軸方向に交差する面である。一対の側面３５及び３６の各々は、厚み方向（ｙ軸方向）に対して所定の傾斜角で傾斜する傾斜面であり、一対の側面３５及び３６の間隔（凸部３３の幅（ｚ軸方向の長さ））は、第１基材１０から第２基材２０に向かって漸次小さくなっている。
【００４７】
側面３５は、例えば、凸部３３を構成する複数の側面のうち、鉛直上方側の側面（上側面）である。側面３５は、入射光を反射（全反射）させる反射面（全反射面）である。側面３６は、例えば、凸部３３を構成する複数の側面のうち、鉛直下方側の側面（下側面）である。側面３６は、入射光を屈折させる屈折面である。
【００４８】
本実施の形態において、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。つまり、複数の凸部３３の各々は、ｘ軸方向に沿って直線状に延びる長尺状の凸部である。具体的には、複数の凸部３３の各々は、断面形状が三角形でｘ軸方向に延在する長尺状の略三角柱形状であり、ｚ軸方向に沿って略等間隔に配列されている。複数の凸部３３の各々は、同じ形状を有するが、互いに異なる形状を有してもよい。
【００４９】
複数の凸部３３の各々の高さ（ｙ軸方向の長さ）は、例えば２μｍ〜１００μｍであるが、これに限らない。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、隣り合う凸部３３の間の距離、すなわち、凹部３４の幅（ｚ軸方向）は、例えば０〜１００μｍである。つまり、隣り合う２つの凸部３３は、接触することなく所定の間隔をあけて配置されていてもよく、接触して配置されていてもよい。なお、隣り合う凸部３３の間隔は、０〜１００μｍに限らない。
【００５０】
凸部３３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。凸部３３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。
【００５１】
凹凸構造層３１は、例えば、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、モールド型押しにより形成することができる。凸部３３の高さは、例えば１０μｍであり、複数の凸部３３は、間隔が２μｍで等間隔にｚ軸方向に並んで配置されている。凸部３３の根元の厚さは、例えば５μｍである。隣り合う凸部３３の根元間の距離は、例えば０〜５μｍの値をとりうる。
【００５２】
［屈折率可変層］
屈折率可変層３２は、凹凸構造層３１の複数の凸部３３の間（すなわち、凹部３４）を充填するように配置されている。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充填するように配置されている。例えば、図２に示すように、凸部３３と第２電極層５０とが離れているので、屈折率可変層３２は、凸部３３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。なお、凸部３３と第２電極層５０とは接触していてもよく、この場合、屈折率可変層３２は、凹部３４毎に分離して設けられていてもよい。
【００５３】
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、電界が与えられることによって可視光領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３２は、電界応答性を有する液晶分子３７を有する液晶によって構成されているので、配光層３０に電界が与えられることで液晶分子３７の配向状態が変化して屈折率可変層３２の屈折率が変化する。
【００５４】
屈折率可変層３２の複屈折材料は、例えば、複屈折性を有する液晶分子３７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３７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、凸部３３の屈折率が１．５である場合、屈折率可変層３２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。
【００５５】
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１０と、第２電極層５０が形成された第２基材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３２は、第１基材１０の第１電極層４０及び凹凸構造層３１上に液晶材料を滴下した後に第２基材２０を貼り合わせることで形成されてもよい。
【００５６】
なお、図２では、電圧が無印加の状態（後述する図６Ａも同様）を示しており、液晶分子３７は、長軸がｘ軸に略平行にな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は、液晶分子３７は、長軸がｙ軸に略平行になるように配向される（後述する図６Ｂを参照）。
【００５７】
また、屈折率可変層３２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。
【００５８】
［第１電極層及び第２電極層］
図１及び図２に示すように、第１電極層４０及び第２電極層５０は、電気的に対となっており、配光層３０に電界を与えることができるように構成されている。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１０と第２基材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。
【００５９】
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。
【００６０】
第１電極層４０は、第１基材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１０の配光層３０側の面に形成されている。
【００６１】
一方、第２電極層５０は、屈折率可変層３２と第２基材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２０の配光層３０側の面に形成されている。
【００６２】
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の各々から引き出されて第１基材１０及び第２基材２０に形成されていてもよい。
【００６３】
本実施の形態では、第１電極層４０及び第２電極層５０の少なくとも一方は、複数の電極片から構成されている。具体的には、第１電極層４０及び第２電極層５０の両方が、複数の電極片から構成されている。複数の電極片は、配光層３０を区分する複数の領域の各々に対応している。
【００６４】
図４は、本実施の形態に係る光学デバイス１の配光層３０の各領域と第１電極層４０及び第２電極層５０の各々の電極片との配置を示す分解斜視図である。なお、図４では、光学デバイス１の一部のみ、具体的には、第１領域３０ａと、第２領域３０ｂと、２つの第３領域３０ｃとを示している。また、図４には、配光層３０の凹凸構造層３１と第１電極層４０と第２電極層５０とを示しており、第１基材１０、接着層６０、屈折率可変層３２、第２基材２０などの他の部材は図示していない。
【００６５】
第１電極層４０は、図４に示すように、第１電極片４０ａと、第２電極片４０ｂと、第３電極片４０ｃとを備える。第２電極層５０は、第１電極片５０ａと、第２電極片５０ｂと、第３電極片５０ｃとを備える。
【００６６】
第１電極片４０ａ及び第１電極片５０ａは、第１領域３０ａに対応して設けられており、電気的及び配置的に対になっている。具体的には、第１電極片４０ａ及び第１電極片５０ａの平面視形状は、第１領域３０ａの平面視形状と略同じである。第１電極片４０ａと第１電極片５０ａとに電圧が印加された場合、第１領域３０ａに位置する液晶分子３７の配向が制御されて、第１領域３０ａの配光が制御される。
【００６７】
第２電極片４０ｂ及び第２電極片５０ｂは、第２領域３０ｂに対応して設けられており、電気的及び配置的に対になっている。具体的には、第２電極片４０ｂ及び第２電極片５０ｂの平面視形状は、第２領域３０ｂの平面視形状と略同じである。第２電極片４０ｂと第２電極片５０ｂとに電圧が印加された場合、第２領域３０ｂに位置する液晶分子３７の配向が制御されて、第２領域３０ｂの配光が制御される。
【００６８】
第３電極片４０ｃ及び第３電極片５０ｃは、第３領域３０ｃに対応して設けられており、電気的及び配置的に対になっている。具体的には、第３電極片４０ｃ及び第３電極片５０ｃの平面視形状は、第３領域３０ｃの平面視形状と略同じである。第３電極片４０ｃと第３電極片５０ｃとに電圧が印加された場合、第３領域３０ｃに位置する液晶分子３７の配向が制御されて、第３領域３０ｃの配光が制御される。
【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形成される。第１電極層４０及び第２電極層５０は、例えば、ＩＴＯなどの導電膜を成膜した後、エッチングなどによりパターニングすることで、複数の電極片に分割されてもよく、あるいは、導電材料のパターニング塗布によって形成されてもよい。
【００７０】
［接着層］
接着層６０は、凹凸構造層３１と第１電極層４０とを接着する接着層である。接着層６０は、例えば、凹凸構造層３１を構成する複数の第１凹凸構造層３１ａ、複数の第２凹凸構造層３１ｂ及び複数の第３凹凸構造層３１ｃの各々に対して一対一で設けられている。なお、接着層６０は、第１電極層４０上に１枚のシート状に形成されていてもよい。接着層６０は、透光性及び接着性（粘着性）を有する樹脂材料を用いて形成されている。
【００７１】
［光学デバイスの光学状態］
続いて、本実施の形態に係る光学デバイス１の使用例を示しながら、光学デバイス１の光学状態（動作モード）について説明する。具体的には、光学デバイス１を備える光学システムについて、図５Ａ及び図５Ｂを用いて説明する。
【００７２】
図５Ａ及び図５Ｂはそれぞれ、本実施の形態に係る光学デバイス１を備える光学システム７０を建物９０に適用した例を示す図である。具体的には、図５Ａ及び図５Ｂは、光学デバイス１を窓９１に設置した場合において、光学デバイス１が各動作モードで動作したときの作用を説明するための図である。
【００７３】
上述したように、本実施の形態に係る光学デバイス１は、凹凸構造層３１、第１電極層４０及び第２電極層５０の各々が、複数の領域に区分されている。このため、光学デバイス１は、領域毎に異なる動作モードで動作可能である。以下では、まず、第３領域３０ｃに着目して光学デバイス１の光学状態について説明する。第１領域３０ａ、第２領域３０ｂ及び第３領域３０ｃの各々の配光方向の差異については、後で説明する。
【００７４】
図５Ａ及び図５Ｂに示すように、光学システム７０は、光学デバイス１と、制御部７１とを備える。なお、各図において、光学デバイス１から延びるドットの網掛けが付された領域は、光学デバイス１を通過した光（具体的にはＳ偏光成分）が通過する領域を示している。
【００７５】
光学デバイス１は、入射した光を透過させることができる。例えば、光学デバイス１は、建物９０の窓９１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。光学デバイス１は、例えば、粘着層を介して既存の窓９１に貼り合わされる。この場合、光学デバイス１は、第１基材１０及び第２基材２０の主面が鉛直方向（ｚ軸方向）に平行になる姿勢で窓９１に設置される。
【００７６】
なお、図５Ａ及び図５Ｂでは、光学デバイス１の詳細な構造は図示されていないが、光学デバイス１は、第１基材１０が屋外側で第２基材２０が屋内側になり、かつ、第３領域３０ｃの第３凸部３３ｃの側面３５が天井９２側で側面３６が床９３側になるように配置されている。
【００７７】
また、制御部７１が床９３上に設置されているが、これは模式的に図示したものであり、制御部７１の設置場所には特に限定されない。例えば、制御部７１は、光学デバイス１と一体に構成され、窓９１の窓枠などに固定されていてもよい。あるいは、制御部７１は、建物９０の天井９２、床９３又は壁などに埋め込まれていてもよい。
【００７８】
制御部７１は、光学デバイス１を駆動する制御部である。具体的には、制御部７１は、第１電極層４０と第２電極層５０との間に所定の電圧を印加することで、配光層３０に電界を印加する。本実施の形態では、制御部７１は、第１電極層４０を構成する複数の電極片と、第２電極層５０を構成する複数の電極片とに選択的に電位を与えることで、配光層３０の光学状態を領域毎に制御する。例えば、制御部７１は、第１電極片４０ａと第１電極片５０ａとの間、第２電極片４０ｂと第２電極片５０ｂとの間、及び、第３電極片４０ｃと第３電極片５０ｃとの間の各々に選択的に電圧を印加する。
【００７９】
本実施の形態では、制御部７１は、配光層３０の領域毎に、第１電極層４０及び第２電極層５０間への電圧の印加状態に応じた２つの動作モードを有する。具体的には、２つの動作モードは、電圧を印加しない無印加モードと、電極層間に電圧を印加する電圧印加モードとである。制御部７１は、ユーザ操作又は予め定められたスケジュール情報などに基づいて、２つの動作モードを切り替えて実行する。また、電圧印加モードでは、印加する電圧水準を複数設定し、適宜切り替えを行ってもよい。
【００８０】
光学デバイス１では、配光層３０に印加される電界に応じて、屈折率可変層３２に含まれる液晶分子３７の配向が変化する。なお、液晶分子３７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、凸部３３の屈折率が１．５であり、液晶分子３７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。
【００８１】
光学デバイス１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、無印加モード及び電圧印加モードのいずれのモードにおいても、その振動方向が液晶分子３７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３７の屈折率は、動作モードに依存せず、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３０内で略一定になるので、Ｐ偏光は、配光層３０をそのまま直進する。
【００８２】
一方で、Ｓ偏光についての液晶分子３７の屈折率は、動作モードに応じて変化する。
【００８３】
具体的には、光学デバイス１は、無印加モードで駆動された場合に、入射する光Ｌ（Ｓ偏光）の進行方向を変更させる配光状態になる。光学デバイス１は、電圧印加モードで駆動された場合に、入射する光Ｌ（Ｓ偏光）をそのまま（進行方向を変更することなく）通過させる透光（透明）状態になる。
【００８４】
以下では、各動作モードの詳細について、図５Ａ及び図５Ｂを適宜参照しながら、図６Ａ及び図６Ｂを用いて説明する。図６Ａ及び図６Ｂはそれぞれ、本実施の形態に係る光学デバイス１の各動作モードを説明するための拡大断面図である。
【００８５】
ここでは、光学デバイス１に対して正面から入射し、第３領域３０ｃを通過する光について説明する。なお、正面から入射する光とは、ｘｙ断面で見たときの入射角が０°になる光である。
【００８６】
ここで、図６Ａ及び図６Ｂでは、光学デバイス１に入射する光Ｌ（例えば太陽光）の経路を太線の矢印で示している。なお、実際には、光Ｌは、第１基材１０に入射する際、及び、第２基材２０から出射する際に屈折するが、これらの屈折による経路の変化は図示していない。
【００８７】
＜無印加モード（配光状態）＞
図６Ａは、無印加モードで駆動された場合の光学デバイス１の状態と、光学デバイス１を通過する光Ｌの経路とを模式的に示している。
【００８８】
制御部７１は、光学デバイス１を無印加モードで動作させる場合、第１電極層４０と第２電極層５０との間に電圧を印加しない。具体的には、第１電極層４０と第２電極層５０とが略等しい電位（例えば接地電位）になることで、配光層３０には電界が印加されない。このため、屈折率可変層３２の屈折率を面内で略均一にすることができる。
【００８９】
この場合、光Ｌ（Ｓ偏光）が受ける屈折率は、凸部３３が１．５であるのに対して、屈折率可変層３２が１．７になる。このため、図６Ａに示すように、光学デバイス１に対して斜めに入射する光Ｌは、凸部３３の側面３６で屈折して進行方向が変化した後、凸部３３の側面３５で反射（全反射）される。側面３５で反射された光は、斜め上方に向けて出射される。すなわち、光学デバイス１は、斜め下方に入射した光Ｌを、斜め上方に向けて出射する。したがって、図５Ａに示すように、斜め下方に入射する太陽光などの光Ｌは、光学デバイス１によって進行方向が曲げられて、建物９０の天井９２を照射する。
【００９０】
また、屈折率可変層３２の屈折率が１．５より大きく１．７未満の状態にしてもよい。このとき、凸部３３の側面３６における光Ｌの屈折方向が屈折率可変層３２の屈折率が１．５の場合とは異なるので、必要に応じて天井９２の他の方向を照射することができる。
【００９１】
例えば、電圧印加モードにおいて光学デバイス１を透明状態にする場合よりも、印加する電圧を小さくすることで、配光状態（無印加モード）の場合よりも、光学デバイス１による配光の角度を小さくすることができる。この場合、例えば、建物９０の屋内のより奥側にまで光を進行させることができる。このように、光学デバイス１では、印加する電圧の大きさによって配光方向を変化させることができる。
【００９２】
＜電圧印加モード（透光状態）＞
図６Ｂは、電圧印加モードで駆動された場合の光学デバイス１の状態と、光学デバイス１を通過する光Ｌの経路とを模式的に示している。
【００９３】
制御部７１は、光学デバイス１を電圧印加モードで動作させる場合、第１電極層４０と第２電極層５０との間に所定の電圧を印加する。これにより、配光層３０に印加される電界が面内で略均一になり、屈折率可変層３２の屈折率を面内で略均一にすることができる。
【００９４】
この場合、光Ｌ（Ｓ偏光）が受ける屈折率は、凸部３３及び屈折率可変層３２ともに１．５となる。このため、図６Ｂに示すように、光学デバイス１に対して斜めに入射する光Ｌは、そのまま光学デバイス１を通過する。つまり、光学デバイス１は、斜め下方に入射した光Ｌを、そのまま斜め下方に出射する。したがって、図５Ｂに示すように、斜め下方に入射する太陽光などの光Ｌは、光学デバイス１をそのまま通過して、建物９０の床９３の窓９１に近い部分を照射する。
【００９５】
ここでは、第３領域３０ｃについて説明したが、第１領域３０ａ及び第２領域３０ｂについても同様である。すなわち、第１領域３０ａ及び第２領域３０ｂの各々の凸部３３の並び方向に平行な断面において、図６Ａ及び図６Ｂで示したように、各モードに応じて光が進行する。
【００９６】
［領域毎の配光特性］
続いて、第１領域３０ａ、第２領域３０ｂ及び第３領域３０ｃの各々の左右方向への（ｘｙ平面における）配光方向の違いについて説明する。ここでは、各領域には電界が印加されておらず、各領域は、図６Ａで示したように、配光状態になっている。
【００９７】
図７Ａ及び図７Ｂは、本実施の形態に係る光学デバイス１の凹凸構造層３１の各領域の光学特性を模式的に示す図である。具体的には、図７Ａ及び図７Ｂは、光学デバイス１の各領域をｚ軸方向から見た場合に、光学デバイス１の入射する光Ｌの左右方向（ｘ軸方向）への配光を示している。
【００９８】
図７Ａは、光学デバイス１に対して正面から、すなわち、光学デバイス１の厚み方向（ｙ軸方向）に沿って入射する光Ｌの経路を示している。
【００９９】
第３領域３０ｃでは、第３凸部３３ｃの延びる方向がｘ軸に略平行である。具体的には、反射面として機能する第３凸部３３ｃの側面３５がｘ軸に略平行になるので、光Ｌは、左右方向には光を曲げずに進行する。具体的には、図６Ａで示したように、斜め下方に入射した光Ｌは、左右方向へは進路を変えることなく、斜め上方に向けて出射される。
【０１００】
一方で、第１領域３０ａでは、第１凸部３３ａの延びる方向がｘ軸に対して傾斜している。具体的には、反射面として機能する第１凸部３３ａの側面３５がｘｙ平面に対して傾斜しているので、光Ｌは、傾斜した方向（図中、左方向）に曲げられる。
【０１０１】
また、第２領域３０ｂでは、第１領域３０ａと線対称な形状を有するので、第２領域３０ｂに入射する光Ｌは、第１領域３０ａとは反対方向（図中、右方向）に曲げられる。
【０１０２】
以上のように、光学デバイス１に対して正面から入射される光は、各領域を通過する際に左右方向に広げられて進行する。このため、光学デバイス１は、天井９２のより広い範囲、及び、窓９１に対して左右方向に位置する壁に向けて光を配光することができる。
【０１０３】
一方で、図７Ｂは、光学デバイス１に対して斜め方向（左側）から入射する光Ｌの経路を示している。この場合、第３領域３０ｃでは、図７Ａの場合と同様に、光Ｌはそのまま進行する。
【０１０４】
第１領域３０ａ及び第２領域３０ｂではそれぞれ、第３領域３０ｃの出射方向を基準として左右に光が曲げられる。このため、第１領域３０ａに入射した光Ｌは、図７Ａに示す場合よりもｙ軸方向（光学デバイス１の厚み方向）に近い方向に出射される。第２領域３０ｂに入射した光Ｌは、図７Ａに示す場合よりも、より右側に出射される。
【０１０５】
［領域毎の動作モードの切り替え］
ここで、本実施の形態に係る光学デバイス１の領域毎の動作モードの切り替えについて説明する。
【０１０６】
図７Ａ及び図７Ｂに示したように、光学デバイス１に対して入射する光の左右方向の角度によっては、光が必要以上に大きく曲げられてしまう場合がある（例えば、図７Ｂの第２領域３０ｂ）。このため、本実施の形態では、一例として、制御部７１は、光学デバイス１に対して入射する光の角度に応じて、領域毎に動作モードを切り替える。
【０１０７】
本実施の形態では、制御部７１は、配光方向が異なる領域毎に、電圧の印加のオンオフ及び印加電圧の電圧水準を切り替える。具体的には、制御部７１は、複数の電極片に選択的に電位を与えることで、配光層３０の光学状態を領域毎に制御する。
【０１０８】
図８は、本実施の形態に係る光学デバイス１の時間帯毎の凹凸構造層の各領域の動作モードを示す図である。
【０１０９】
本実施の形態では、制御部７１は、時間帯毎に各領域の動作モードを切り替える。なお、図８に示す動作モードの組み合わせは、光学デバイス１が建物９０の南側の面に設置された場合を一例として示している。具体的には、日中の所定時刻（太陽の南中時刻）において、光学デバイス１には、正面から光が入射する場合を示している。
【０１１０】
例えば、制御部７１は、午前モード、日中モード、及び、夕方モードを切り替えて実行する。午前モードは、第１領域３０ａを配光状態にし、第２領域３０ｂを透光状態にする第１動作モードの一例である。夕方モードは、第１領域３０ａを透光状態にし、第２領域３０ｂを配光状態にする第２動作モードの一例である。制御部７１は、各動作モードを時間帯に応じて切り替える。なお、制御部７１は、光の入射方向を検出するセンサを備え、検出した入射方向に基づいて各動作モードを切り替えてもよい。あるいは、制御部７１は、ユーザからの指示に基づいて各動作モードを切り替えてもよい。
【０１１１】
具体的には、午前中には、制御部７１は、午前モードとして、第１領域３０ａ及び第３領域３０ｃを無印加モードで動作させ、第２領域３０ｂを電圧印加モードで動作させる。つまり、第１領域３０ａ及び第３領域３０ｃを配光状態とし、第２領域３０ｂを透光状態とする。これにより、光学デバイス１の左側（東側）から斜めに入射する光を効果的に天井９２に向けて配光することができる。詳細については、図９Ａ及び図９Ｂを用いて後で説明する。
【０１１２】
例えば、日中には、制御部７１は、日中モードとして、全ての領域を無印加モードで動作させる。つまり、全ての領域を配光状態とする。あるいは、日中モードでは、第１領域３０ａ及び第２領域３０ｂを電圧印加モードで動作させ、第１領域３０ａ及び第２領域３０ｂを透光状態としてもよい。いずれで動作させるか、及び、印加電圧制御による配光方向は、例えば、ユーザの嗜好又は入射する光の量などに応じて設定されてもよい。これにより、光学デバイス１の正面（南側）から入射する光を効果的に天井９２に向けて配光することができる。
【０１１３】
また、例えば、夕方には、制御部７１は、夕方モードとして、第２領域３０ｂ及び第３領域３０ｃを無印加モードで動作させ、第１領域３０ａを印加モードで動作させる。つまり、第２領域３０ｂ及び第３領域３０ｃを配光状態とし、第１領域３０ａを透光状態とする。これにより、光学デバイス１の右側（西側）から斜めに入射する光を効果的に天井９２に向けて配光することができる。
【０１１４】
なお、本実施の形態では、第１領域３０ａと第２領域３０ｂとが線対称であるため、夕方モードは、午前モードの対称な配光状態を実現する。
【０１１５】
ここで、光が光学デバイス１に対して斜め方向から入射する午前中などの時間帯を例に挙げて、午前モードと日中モードとの違いについて図９Ａ及び図９Ｂを用いて説明する。なお、図９Ａ及び図９Ｂにおいて、ドットの網掛けが付された領域は太陽９５からの光Ｌによって照射される範囲を示している。
【０１１６】
図９Ａ及び図９Ｂはそれぞれ、光学デバイス１に対して斜めから光が入射した場合の日中モード及び午前モードにおける配光分布を示す図である。なお、ここでの日中モードでは、第１領域３０ａ及び第２領域３０ｂの両方が透光状態である場合を示している。
【０１１７】
図９Ａ及び図９Ｂに示すように、日中モード及び午前モードのいずれの場合も、太陽９５からの光ＬのＰ偏光ＬＰは、光学デバイス１を通過する際に、光学デバイス１による屈折及び反射などの光学作用を受けないので、そのまま通過して床９３を照射する。
【０１１８】
一方で、図９Ａに示すように、日中モードでは、太陽９５からの光ＬのＳ偏光は、光学デバイス１を通過する際に、領域毎で異なる光学作用を受ける。具体的には、第３領域３０ｃを通過するＳ偏光ＬＳ３は、第３凸部３３ｃの側面３５によって反射されて、天井９２に向けて出射される。第１領域３０ａ及び第２領域３０ｂの各々を通過するＳ偏光ＬＳ１及びＬＳ２は、第１領域３０ａ及び第２領域３０ｂが透光状態であるため、そのまま床９３を照射する。
【０１１９】
また、図９Ｂに示すように、午前モードでは、太陽９５からの光ＬのＳ偏光のうち、第３領域３０ｃを通過するＳ偏光ＬＳ３は、第３凸部３３ｃの側面３５によって反射されて天井９２に向けて出射される。第１領域３０ａを通過するＳ偏光ＬＳ１も同様に、第１凸部３３ａの側面３５によって反射されて天井９２に向けて出射される。第２領域３０ｂを通過するＳ偏光ＬＳ２は、第２領域３０ｂが透光状態であるため、そのまま床９３を照射する。
【０１２０】
このとき、第１凸部３３ａの側面３５は、第３凸部３３ｃの側面３５とは傾斜が異なっているため、図７Ｂで示したように、Ｓ偏光ＬＳ１は、Ｓ偏光ＬＳ３の斜め方向に出射される。このため、図９Ｂに示すように、Ｓ偏光ＬＳ１によって、天井９２のより広い範囲が照射される。
【０１２１】
このように、光学デバイス１は、左右方向の斜めから入射する光を効率良く天井９２に向けて配光することができる。したがって、例えば、制御部７１は、時間帯に合わせて領域毎の動作モードを選択的に制御することで、入射光に合わせた配光を実現することができる。
【０１２２】
［製造方法］
続いて、本実施の形態に係る光学デバイス１の製造方法について、図１０Ａ〜図１０Ｆを用いて説明する。図１０Ａ〜図１０Ｆはそれぞれ、本実施の形態に係る光学デバイス１の製造方法における各工程を示す斜視図である。具体的には、図１０Ａ〜図１０Ｆはそれぞれ、第１電極層４０の形成工程、凹凸構造層３１の形成工程、凹凸構造層３１の領域毎の貼り付け工程、第２電極層５０の形成工程、液晶材料３８の注入工程、及び、基材の貼り合わせ工程を示している。
【０１２３】
まず、図１０Ａに示すように、透光性を有する第１基材１０上に、透光性を有する第１電極層４０を形成する。例えば、ＰＥＴフィルムなどの第１基材１０を準備し、スパッタリングなどによってＩＴＯなどの透明導電膜を形成する。形成した透明導電膜をドライエッチングなどによりパターニングすることで第１電極層４０を形成する。
【０１２４】
次に、図１０Ｂに示すように、複数の凸部３３を有する凹凸構造層を複数形成する。具体的には、凸部３３の並び方向（又は、延在方向）が異なる第１凹凸構造層３１ａ、第２凹凸構造層３１ｂ及び第３凹凸構造層３１ｃを複数形成する。各々の凹凸構造層は、例えば、モールド成形などによって形成される。このとき、１枚の大きな凹凸構造層を形成した後、領域毎に切断することで、複数の凹凸構造層を形成してもよい。切断する方向及び切断位置を異ならせることで、１枚の凹凸構造層から、凸部３３の延びる方向、及び、大きさが異なる複数の凹凸構造層を形成することができる。
【０１２５】
次に、第１電極層４０上に、接着層６０を介して複数の凹凸構造層を貼り付ける。例えば、図１０Ｃに示すように、第３凹凸構造層３１ｃの下面に接着層６０を貼り付けた状態で、第１電極層４０の第３電極片４０ｃ上に載置する。これにより、第３凹凸構造層３１ｃが第３電極片４０ｃ上に固定される。本実施の形態では、複数の凹凸構造層の１つを、他の１つとは凸部３３の並び方向を異ならせて貼り付ける。複数の領域毎に、凹凸構造層３１を貼り付ける。これにより、凹凸構造層３１の配置及び形状などを容易に変更することが可能になる。
【０１２６】
次に、図１０Ｄに示すように、透光性を有する第２基材２０上に、透光性を有する第２電極層５０を形成する。具体的な方法は、第１電極層４０の形成方法と同じである。なお、第２電極層５０の形成工程は、次の基材の貼り合わせ工程より前に行われていればよく、例えば、第１電極層４０の形成と同時に行ってもよい。
【０１２７】
次に、図１０Ｅに示すように、印加される電界に応じて屈折率が変化する液晶材料３８を、複数の凸部３３の間に充填する。例えば、液晶分子３７を含む液晶材料３８を滴下することにより、凸部３３間に均一に液晶材料３８を充填する。
【０１２８】
最後に、図１０Ｆに示すように、第１電極層４０と第２電極層５０とが複数の凹凸構造層３１を間に挟んで対向するように、第１基材１０と第２基材２０とを貼り合わせる。具体的には、第１基材１０及び第２基材２０の少なくとも一方に、外周に沿って環状の封止部材を形成し、他方を貼り合わせる。封止部材としては、例えば、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂などを用いる。第１基材１０と第２基材２０とを貼り合わせた後、封止部材を硬化させる。
【０１２９】
なお、液晶材料３８の注入は、基材の貼り合わせ後に行ってもよい。例えば、環状に設けられた封止部材の一部に注入口を設けておき、真空注入法によって液晶材料３８を基材間に注入してもよい。
【０１３０】
［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１０と、第１基材１０に対向して配置された、透光性を有する第２基材２０と、第１基材１０と第２基材２０との間に互いに対向して配置された、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、入射した光を配光する配光層３０とを備える。配光層３０は、光を反射可能な反射面を各々が有する複数の凸部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。配光層３０は、平面視において配光方向が異なる複数の領域に区分され、領域毎に反射面の向きが異なっている。
【０１３１】
これにより、配光方向が異なる複数の領域に配光層３０が区分されているので、一方向だけでなく複数の方向に光を配光させることができる。具体的には、光反射面として機能する側面３５の向きが領域毎に異なっているので、側面３５の角度に応じた方向に光を配光させることができる。例えば、光学デバイス１は、上下方向だけでなく左右方向に光を配光することができる。このように、光学デバイス１によれば、光の配光分布を広げることができる。
【０１３２】
また、光学デバイス１が窓９１に設置されて太陽光などを採り入れる場合、光学デバイス１に対する入射光（太陽光）は、日周運動又は年周運動によって、入射方向が変化する。このとき、例えば、光の入射方向に応じて配光方向を制御することで、入射光の時間変化に対する配光分布の変化を調整することができる。例えば、正面から光が入射した場合と同様の配光分布を、斜めから光が入射した場合にも実現することができる。このように、光の入射方向が異なる場合でも、互いに同様（類似）の配光分布を実現することができる。
【０１３３】
また、例えば、複数の領域には、第１方向に並んで配置された複数の第１凸部３３ａであって、各々の反射面が第１方向に直交する方向に延在する複数の第１凸部３３ａを有する第１領域３０ａと、第１方向とは異なる第２方向に並んで配置された複数の第２凸部３３ｂであって、各々の反射面が第２方向に直交する方向に延在する複数の第２凸部３３ｂを有する第２領域３０ｂとが含まれる。複数の第１凸部３３ａの平面視形状は、複数の第２凸部３３ｂの平面視形状の線対称な形状である。
【０１３４】
これにより、第１領域３０ａと第２領域３０ｂとで配光方向を対称にすることができる。このため、例えば、光学デバイス１に対して左側から入射した光だけでなく、右側から入射した光も所望の方向に配光させることができる。
【０１３５】
また、例えば、複数の領域には、さらに、第１方向及び第２方向とは異なる第３方向に並んで配置された複数の第３凸部３３ｃであって、各々の反射面が第３方向に直交する方向に延在する複数の第３凸部３３ｃを有する第３領域３０ｃが含まれる。複数の第１凸部３３ａの平面視形状は、複数の第２凸部３３ｂの平面視形状の、第３方向に平行な線を対称軸とする線対称な形状である。
【０１３６】
これにより、配光方向が異なる３つの領域が設けられているので、配光分布をより広くすることができる。
【０１３７】
また、例えば、第１電極層４０及び第２電極層５０の少なくとも一方は、複数の電極片から構成されている。複数の電極片は、複数の領域の各々に対応している。
【０１３８】
これにより、領域毎に光学状態を変化させることができる。したがって、例えば、光学デバイス１に対して入射する光の角度に応じて配光状態を変化させることができるので、所望の配光状態を容易に実現することができる。
【０１３９】
また、例えば、光学デバイス１は、さらに、凹凸構造層３１と第１電極層４０とを接着する接着層６０を備える。
【０１４０】
これにより、凹凸構造層３１と第１電極層４０との固着強度が高められて、信頼性の高い光学デバイス１を実現することができる。
【０１４１】
また、本実施の形態に係る光学システム７０は、光学デバイス１と、複数の電極片に選択的に電位を与えることで、配光層３０の光学状態を領域毎に制御する制御部７１を備える。
【０１４２】
これにより、領域毎に光学状態を変化させることができる。例えば、光学デバイス１に対して左右の一方向から光が入射する午前中などの時間帯と、光学デバイス１に対して左右の他方向から光が入射する夕方などの時間帯とで光学デバイス１の配光状態を変化させることができる。
【０１４３】
また、例えば、制御部７１は、第１領域３０ａを配光状態にし、第２領域３０ｂを透光状態にする第１動作モード（午前モード）と、第１領域３０ａを透光状態にし、第２領域３０ｂを配光状態にする第２動作モード（夕方モード）とを切り替えて実行する。
【０１４４】
これにより、光の入射方向などに応じて動作モードを切り替えることで、光学デバイス１の光学状態を適切な状態に変化させることができる。
【０１４５】
また、例えば、本実施の形態に係る光学デバイス１の製造方法は、透光性を有する第１基材１０上に、透光性を有する第１電極層４０を形成する工程と、複数の凸部３３を有する凹凸構造層３１を複数形成する工程と、第１電極層４０上に、接着層６０を介して複数の凹凸構造層３１を貼り付ける工程と、透光性を有する第２基材２０上に、透光性を有する第２電極層５０を形成する工程と、印加される電界に応じて屈折率が変化する液晶材料３８を、複数の凸部３３の間に充填する工程と、第１電極層４０と第２電極層５０とが複数の凹凸構造層３１を間に挟んで対向するように、第１基材１０と第２基材２０とを貼り合わせる工程とを含んでいる。貼り付ける工程では、複数の凹凸構造層３１の１つを、他の１つとは凸部３３の並び方向を異ならせて貼り付ける。
【０１４６】
これにより、複数の凹凸構造層を別体で形成した後、接着層６０を介して第１電極層４０に貼り付けることで光学デバイス１を製造することができる。このため、各領域の配置、大きさ及び形状の異なる複数の光学デバイス１を容易に実現することができる。
【０１４７】
（その他）
以上、本発明に係る光学デバイス、光学システム、及び、光学デバイスの製造方法について、上記の実施の形態及びその変形例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。
【０１４８】
例えば、上記の実施の形態では、制御部７１は、領域毎に動作モードを切り替えたが、これに限らない。例えば、第１電極層４０及び第２電極層５０の両方が複数の電極片に分割されている例について示したが、これに限らない。第１電極層４０及び第２電極層５０の一方のみが複数の電極片から構成されていてもよい。あるいは、第１電極層４０及び第２電極層５０の両方が分割されていなくてもよい。この場合、領域毎の配光状態及び透光状態の切り替えができなくなるが、配光状態における光の配光方向を広げることができる。
【０１４９】
また、例えば、上記の実施の形態では、凹凸構造層３１を領域毎に個別に作製した後、接着層６０を介して第１電極層４０上に貼り付けたが、これに限らない。凹凸構造層３１は、一体に形成されていてもよい。具体的には、凸部３３の並び方向が異なる複数の形状を備えたモールドを用いて、一括して凹凸構造層３１を形成してもよい。
【０１５０】
また、例えば、凹凸構造層３１は、第１電極層４０上に直接形成されていてもよく、光学デバイス１は、接着層６０を備えなくてもよい。例えば、凹凸構造層３１は、一般的にプライマーと称される樹脂材料からなる薄膜を第１電極層４０上に形成した後、凹凸構造層３１をインプリントで形成してもよい。
【０１５１】
また、例えば、上記の実施の形態では、第１領域３０ａと第２領域３０ｂとにおいて、線対称な関係を有する例について説明したが、これは、光学デバイス１が真南に面する窓９１に設置された場合に特に有用である。したがって、例えば、南南西などの真南以外に面する窓に光学デバイス１が設置された場合には、第１領域３０ａと第２領域３０ｂとは、線対称な関係を有しなくてもよい。第１領域３０ａにおける側面（反射面）３５の傾斜角と、第２領域３０ｂにおける側面３５の傾斜角とは、互いに異なっていてもよい。また、第３領域３０ｃにおける側面３５も地面に平行な方向に延在していなくてもよく、傾斜していてもよい。
【０１５２】
また、例えば、領域毎に、第１基材１０及び第２基材２０も分離していてもよい。つまり、領域毎に個別に駆動可能な複数の光学デバイスを面内に並べてもよい。
【０１５３】
また、例えば、上記の実施の形態では、屈折率可変層３２を構成する液晶材料としてポジ型の液晶材料を用いたが、ネガ型の液晶材料を用いてもよい。
【０１５４】
また、例えば、上記の実施の形態では、第３凸部３３ｃの長手方向がｘ軸方向となるように光学デバイスを窓に配置したが、これに限らない。例えば、第３凸部３３ｃの長手方向がｚ軸方向となるように光学デバイスを窓に配置してもよい。
【０１５５】
また、例えば、上記の実施の形態では、凹凸構造層３１を構成する複数の凸部３３の各々は、長尺状であったが、これに限らない。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。
【０１５６】
また、例えば、上記の実施の形態では、複数の凸部３３の各々は、同じ形状としたが、これに限るものではなく、例えば、面内において異なる形状であってもよい。例えば、光学デバイス１におけるｚ軸方向の上半分と下半分とで複数の凸部３３の側面３５又は３６の傾斜角を異ならせてもよい。
【０１５７】
また、例えば、上記の実施の形態では、複数の凸部３３の高さは、一定としたが、これに限るものではない。例えば、複数の凸部３３の高さは、ランダムに異なっていてもよい。このようにすることで、光学デバイスを透過する光が虹色に見えてしまうことを抑制できる。つまり、複数の凸部３３の高さをランダムに異ならせることで、凹凸界面での微小な回折光や散乱光が波長で平均化されて出射光の色付きが抑制される。
【０１５８】
また、上記の実施の形態では、光学デバイス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、光学デバイス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。
【０１５９】
また、上記の実施の形態では、光学デバイス１は、窓９１の屋内側の面に貼り付けたが、窓９１の屋外側の面に貼り付けてもよい。屋内側に貼り付けることで、光学素子の劣化を抑制することができる。また、光学デバイス１を窓９１に貼り付けたが、光学デバイスを建物９０の窓そのものとして用いてもよい。また、光学デバイス１は、建物９０の窓９１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。
【０１６０】
なお、これらの変形例は、他の実施の形態及び変形例にも適用できる。
【０１６１】
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】
【０１６２】
１  光学デバイス
１０  第１基材
２０  第２基材
３０  配光層
３０ａ  第１領域
３０ｂ  第２領域
３０ｃ  第３領域
３１  凹凸構造層
３２  屈折率可変層
３３  凸部
３３ａ  第１凸部
３３ｂ  第２凸部
３３ｃ  第３凸部
３８  液晶材料（屈折率可変材料）
４０  第１電極層
４０ａ、５０ａ  第１電極片
４０ｂ、５０ｂ  第２電極片
４０ｃ、５０ｃ  第３電極片
５０  第２電極層
６０  接着層
７０  光学システム
７１  制御部
【図１】
2020064089.tif 000003
【図２】
2020064089.tif 000004
【図３Ａ】
2020064089.tif 000005
【図３Ｂ】
2020064089.tif 000006
【図４】
2020064089.tif 000007
【図５Ａ】
2020064089.tif 000008
【図５Ｂ】
2020064089.tif 000009
【図６Ａ】
2020064089.tif 000010
【図６Ｂ】
2020064089.tif 000011
【図７Ａ】
2020064089.tif 000012
【図７Ｂ】
2020064089.tif 000013
【図８】
2020064089.tif 000014
【図９Ａ】
2020064089.tif 000015
【図９Ｂ】
2020064089.tif 000016
【図１０Ａ】
2020064089.tif 000017
【図１０Ｂ】
2020064089.tif 000018
【図１０Ｃ】
2020064089.tif 000019
【図１０Ｄ】
2020064089.tif 000020
【図１０Ｅ】
2020064089.tif 000021
【図１０Ｆ】
2020064089.tif 000022