(57)【要約】【課題】局所的な眩しさを軽減することができ、かつ、光を適切に透過させることができる光学デバイスを提供すること。【解決手段】透光性を有する第１基板１０と、第１基板１０に対向し、透光性を有する第２基板２０と、第１基板１０及び第２基板２０の間に配置され、入射した光を配光する配光層３０と、配光層３０を挟むように配置された第１電極４０及び第２電極５０とを備える。配光層３０は、複数の凸部３２を有する凹凸構造部３１と、複数の凸部３２の間である複数の凹部３３に配置された、液晶分子３５を含有する光媒体部３４であって、第１電極４０及び第２電極５０の間に電圧が印加されることで屈折率が変化する光媒体部３４とを有する。複数の凹部３３における、光媒体部３４の第１基板１０側には、入射した光の少なくとも一部を遮光し、かつ、光媒体部３４と接触する接触面６０ａの表面粗さが可視光波長以下である遮光部６０が配置されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性を有する第１基板と、
前記第１基板に対向し、透光性を有する第２基板と、
前記第１基板及び前記第２基板の間に配置され、入射した光を配光する配光層と、
前記配光層を挟むように配置された第１電極及び第２電極とを備え、
前記配光層は、
前記第１基板の主面に平行な第１方向に沿って繰り返す複数の凸部を有する凹凸構造部と、
前記複数の凸部の間である複数の凹部に配置された、液晶分子を含有する光媒体部であって、前記第１電極及び前記第２電極の間に電圧が印加されることで屈折率が変化する光媒体部とを有し、
前記複数の凹部における、前記光媒体部の前記第１基板側には、入射した光の少なくとも一部を遮光し、かつ、前記光媒体部と接触する面である接触面の表面粗さが可視光波長以下である遮光部が配置されている
光学デバイス。
【請求項２】
前記遮光部は、複数の遮光粒子と、前記複数の遮光粒子を固着するバインダーとによって形成されており、
前記バインダーの前記遮光部における体積割合は３０％以上である
請求項１記載の光学デバイス。
【請求項３】
前記遮光部は、入射した光の少なくとも一部を遮光する遮光層と、
前記遮光層及び前記光媒体部の間に配置され、前記接触面を形成する平坦化層とを含む
請求項１記載の光学デバイス。
【請求項４】
前記遮光部の、前記接触面の表面粗さは７５０ｎｍ以下である
請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学デバイス。
【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、光の透過状態を変化させることができる光学デバイスが知られている。例えば、特許文献１には、プリズム層のような凹凸を有する下地の上方に形成される液晶層を有する液晶光学素子が開示されている。特許文献１には、この液晶光学素子において、液晶分子の配向方向が揃っていることにより、例えば、一定方向の入射偏光に対する偏向動作を効率的に行うことができる旨が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−０４１００６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のような光学デバイスでは、凹凸層の凸部頂点及び凹部で光の散乱が発生する。例えば、従来の光学デバイスを建築物の窓に利用した場合に、太陽光が光学デバイスに入射したとき、縦（垂直）方向に沿って光の筋が発生する。このため、屋内に居る人にとって、窓を見た場合に局所的に眩しく感じられ、窓の外側を見にくくなり、窓としての機能が損なわれる。
【０００５】
本発明は、上記従来の課題を考慮し、局所的な眩しさを軽減することができ、かつ、光を適切に透過させ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基板と、前記第１基板に対向し、透光性を有する第２基板と、前記第１基板及び前記第２基板の間に配置され、入射した光を配光する配光層と、前記配光層を挟むように配置された第１電極及び第２電極とを備え、前記配光層は、前記第１基板の主面に平行な第１方向に沿って繰り返す複数の凸部を有する凹凸構造部と、前記複数の凸部の間である複数の凹部に配置された、液晶分子を含有する光媒体部であって、前記第１電極及び前記第２電極の間に電圧が印加されることで屈折率が変化する光媒体部とを有し、前記複数の凹部における、前記光媒体部の前記第１基板側には、入射した光の少なくとも一部を遮光し、かつ、前記光媒体部と接触する面である接触面の表面粗さが可視光波長以下である遮光部が配置されている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る光学デバイスによれば、局所的な眩しさを軽減することができ、かつ、光を適切に透過させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１に係る光学デバイスの断面図である。
【図２】実施の形態１に係る光学デバイスの部分断面図である。
【図３】実施の形態１に係る光学デバイスの拡大断面図である。
【図４Ａ】実施の形態１に係る光学デバイスの配光モードを説明するための拡大断面図である。
【図４Ｂ】実施の形態１に係る光学デバイスの透光モードを説明するための拡大断面図である。
【図５】比較例に係る光学デバイスで発生する光の筋の一要因を説明するための拡大断面図である。
【図６】実施の形態１に係る光学デバイス（配光モード）を窓に設置した場合の使用例を示す図である。
【図７】実施の形態２に係る光学デバイスの部分断面図である。
【図８】実施の形態２に係る光学デバイスの拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、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、組み立て順序などは、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。
【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。
【００１２】
（実施の形態１）
［構成］
まず、実施の形態１に係る光学デバイス１の構成について、図１〜図３を用いて説明する。図１は、実施の形態１に係る光学デバイス１の断面図である。図２は、実施の形態１に係る光学デバイス１の部分断面図である。図３は、実施の形態１に係る光学デバイス１の拡大断面図である。具体的には、図２は、図１の一点鎖線で囲まれる領域ＩＩの拡大断面図であり、図３は、図２の円形の破線で囲まれる領域ＩＩＩの拡大断面図である。
【００１３】
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。
【００１４】
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基板１０と、第２基板２０と、配光層３０と、第１電極４０と、第２電極５０と、遮光部６０とを備える。
【００１５】
なお、第１電極４０の配光層３０側の面には、第１電極４０と配光層３０の凹凸構造部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等である。
【００１６】
光学デバイス１は、対をなす第１基板１０及び第２基板２０の間に、第１電極４０、配光層３０及び第２電極５０がこの順で厚み方向に沿って配置された構成である。遮光部６０は、配光層３０の凹凸構造部３１の凹部３３に設けられている。
【００１７】
以下、光学デバイス１の各構成部材について、図１〜図３を参照して詳細に説明する。
【００１８】
［第１基板及び第２基板］
第１基板１０及び第２基板２０は、透光性を有する透光性基板である。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。
【００１９】
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。
【００２０】
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、リジッド基板には限定されず、例えば、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。
【００２１】
第２基板２０は、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、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。
【００２２】
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い。つまり、第１基板１０及び第２基板２０の平面視形状としては、各種の形状が採用され得る。
【００２３】
［配光層］
図１及び図２に示すように、配光層３０は、第１基板１０と第２基板２０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ことができる。
【００２４】
配光層３０は、凹凸構造部３１（凹凸層）と、液晶分子３５を含有する光媒体部３４（光媒体層）とを有する。
【００２５】
凹凸構造部３１は、複数の凸部３２と、複数の凹部３３とを有する。具体的には、凹凸構造部３１は、マイクロオーダサイズ又はナノオーダサイズの複数の凸部３２によって構成された凹凸構造体である。複数の凸部３２の間が、複数の凹部３３である。すなわち、隣り合う２つの凸部３２の間が、１つの凹部３３である。
【００２６】
複数の凸部３２は、第１基板１０の主面（第１電極４０が設けられた面）に平行なｚ軸方向（第１方向）に沿って繰り返して配置されている。複数の凸部３２の各々は、ｘ軸方向（第２方向）に延びる長尺状の凸部である。すなわち、本実施の形態において、複数の凸部３２は、平面視において、ストライプ状に形成されている。
【００２７】
具体的には、複数の凸部３２の各々は、断面形状が台形で、かつ、ｘ軸方向に延在している。つまり、複数の凸部３２の各々は、長尺状の略四角柱形状であり、ｚ軸方向に沿って等間隔に配列されている。なお、本実施の形態では、複数の凸部３２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。
【００２８】
複数の凸部３２の各々は、一対の側面３２ａ及び３２ｂを有する。図２に示すように、一対の側面３２ａ及び３２ｂは、ｚ軸方向に交差する面である。本実施の形態において、複数の凸部３２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（厚み方向）に沿って先細りのテーパ形状である。一対の側面３２ａ及び３２ｂの各々は、厚み方向に対して所定の傾斜角で傾斜する傾斜面であり、一対の側面３２ａ及び３２ｂの間隔（凸部３２の幅（ｚ軸方向の長さ））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。
【００２９】
側面３２ａは、例えば、一対の側面３２ａ及び３２ｂのうち、鉛直上方側の側面（上側面）である。側面３２ｂは、例えば、一対の側面３２ａ及び３２ｂのうち、鉛直下方側の側面（下側面）である。
【００３０】
凸部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。凸部３２は、例えば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。
【００３１】
本実施の形態において、凹凸構造部３１は、例えば、屈折率が１．５のアクリル樹脂を用いて形成されている。凸部３２の高さは、例えば５μｍであり、複数の凸部３２は、間隔が１μｍで等間隔にｚ軸方向に並んで配置されている。凸部３２の根元部の厚さ（台形の下底）は、例えば５μｍである。なお、凸部３２の断面形状は、台形に限らず、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。
【００３２】
また、上記の凸部３２の高さ等の値は例示であり、凸部３２の高さ（ｙ軸方向の長さ）は、例えば１００ｎｍ〜１００μｍの範囲から適宜決定されてもよい。また、隣り合う凸部３２の間隔、すなわち、凹部３３の幅（ｚ軸方向）は、例えば０〜１００μｍの範囲から適宜決定されてもよい。つまり、隣り合う２つの凸部３２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。
【００３３】
光媒体部３４は、例えば、複屈折性を有する液晶分子３５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３５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。また、液晶分子３５を含む液晶は、例えば、常光屈折率（ｎｏ）が１．５であり、異常光屈折率（ｎｅ）が１．７であるポジ型液晶である。つまり、本実施の形態において、光媒体部３４は、液晶分子３５を含む液晶によって構成された液晶層である。
【００３４】
光媒体部３４は、凹凸構造部３１の複数の凹部３３に配置されている。具体的には、光媒体部３４は、第１電極４０と第２電極５０との間であって、かつ、隣り合う２つの凸部３２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。
【００３５】
本実施の形態において、光媒体部３４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。具体的には、光媒体部３４は、電界応答性を有する液晶分子３５を有する液晶によって構成されているため、配光層３０に電界が与えられることで液晶分子３５の配向状態が変化し、これにより光媒体部３４の屈折率が変化する。
【００３６】
配光層３０には、第１電極４０及び第２電極５０間に電圧が印加されることによって電界が与えられる。したがって、第１電極４０及び第２電極５０に印加する電圧を制御することによって配光層３０に与えられる電界が変化し、これにより、液晶分子３５の配向状態が変化し、その結果、光媒体部３４の屈折率が変化する。つまり、光媒体部３４は、第１電極４０及び第２電極５０に電圧が印加されることで屈折率が変化する。
【００３７】
なお、図２では、電圧が無印加の状態（後述する図４Ａも同様）を示しており、液晶分子３５は、長軸がｘ軸に平行になるように配向されている。第１電極４０及び第２電極５０間に電圧が印加された場合には、液晶分子３５は、長軸がｙ軸に平行になるように配向される（後述する図４Ｂを参照）。
【００３８】
なお、光媒体部３４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。
【００３９】
光媒体部３４は、例えば、第１電極４０及び凹凸構造部３１が形成された第１基板１０と、第２電極５０が形成された第２基板２０との各々の端部外周をシール樹脂で封止した状態で、液晶分子３５を含むポジ型液晶を真空注入法で注入することで形成される。あるいは、光媒体部３４は、第１基板１０の第１電極４０及び凹凸構造部３１上に、液晶分子３５を含むポジ型液晶を滴下した後に、第２基板２０を貼り合わせることで形成される。
【００４０】
［第１電極及び第２電極］
本実施の形態において、第１電極４０及び第２電極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。なお、第１電極４０と第２電極５０とは、電気的だけではなく配置的にも対になっており、対向するように配置されている。具体的には、第１電極４０及び第２電極５０は、配光層３０を挟むように配置されている。
【００４１】
第１電極４０及び第２電極５０は、光透過性を有し、入射した光を透過する。第１電極４０及び第２電極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４０及び第２電極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４０及び第２電極５０はそれぞれ、例えば厚さ１００ｎｍのＩＴＯである。
【００４２】
第１電極４０は、第１基板１０と配光層３０との間に配置されている。具体的には、第１電極４０は、第１基板１０の配光層３０側の面に形成されている。
【００４３】
一方、第２電極５０は、配光層３０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５０は、第２基板２０の配光層３０側の面に形成されている。
【００４４】
なお、第１電極４０及び第２電極５０は、例えば、外部電源との電気接続が可能な構成を有している。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４０及び第２電極５０の各々から引き出されて第１基板１０及び第２基板２０に形成されていてもよい。
【００４５】
［遮光部］
遮光部６０は、入射した光の少なくとも一部を遮光する。なお、本明細書において、「遮光」とは、入射した光を完全に遮断することだけでなく、一部のみを遮断し、残りを透過させることも意味する。例えば、「遮光」は、光の透過よりも遮断が支配的な状態を言う。具体的には、遮光部６０の可視光に対する透過率は、５０％より低く、好ましくは、２０％以下、又は、１０％以下でもよい。
【００４６】
本実施の形態では、遮光部６０は、凹部３３の底に設けられている。具体的には、遮光部６０は、凹凸構造部３１と同様に、ｘ軸方向に延びるストライプ状に形成されている。本実施の形態では、全ての凹部３３に遮光部６０が設けられているが、これに限らない。例えば、ｚ軸方向に沿って複数の凹部３３のｎ個おき（ｎは１以上の自然数）に遮光部６０が設けられていてもよい。
【００４７】
本実施の形態では、遮光部６０は、略均一な膜厚で形成されている。遮光部６０の膜厚（ｙ軸方向）は、例えば２００ｎｍ〜２μｍである。遮光部６０の膜厚は、例えば、この範囲の中から、遮光部６０の光吸収性または凸部３２の高さを考慮して適宜決定することができる。
【００４８】
本実施の形態に係る遮光部６０は、図３に示すように、複数の遮光粒子６１と、複数の遮光粒子６１を固着するバインダー６２とによって形成されている。遮光粒子６１としては、例えば、カーボンブラックなどの炭素系黒色顔料、又は、酸化物系黒色顔料などが採用される。また、バインダー６２としては、例えば、アクリル樹脂が採用される。
【００４９】
具体的には、カーボンブラック等である複数の遮光粒子６１を含有する樹脂材料を複数の凹部３３内に塗布し、加熱（乾燥）工程を経ることで、複数の凹部３３のそれぞれに遮光部６０が配置される。このように、複数の凹部３３のそれぞれに遮光部６０が配置された後に、上述の、液晶分子３５を含有する光媒体部３４が、遮光部６０上に配置される。なお、遮光部６０は、黒色でなくてもよい。例えば、遮光部６０は、有色顔料を含む溶剤インクを乾燥させたものでもよい。乾燥は、自然乾燥でもよい。
【００５０】
本実施の形態に係る光学デバイス１では、遮光部６０を有することで、従来の光学デバイスで発生していた光の筋の発生を抑制することができる。このことについては、図４Ａ、図４Ｂ及び図５を用いて後述する。
【００５１】
また、上記効果を奏する遮光部６０は、光媒体部３４と接触して配置されるため、遮光部６０は、光媒体部３４と接触する面である接触面６０ａ（図３参照）を有している。さらに、この接触面６０ａは、何ら工夫がなされない場合、遮光部６０に含有される複数の遮光粒子６１の影響によって、表面粗さが大きくなる。
【００５２】
本願発明者らは、接触面６０ａの表面粗さが大きい場合、外観上、遮光部６０の近傍にヘイズ（Ｈａｚｅ）が目立つこと、及び、接触面６０ａの表面粗さが小さい場合、ヘイズが抑制されることを確認した。
【００５３】
具体的には、本実施の形態では、接触面６０ａの表面粗さ（例えば、算術平均粗さ（Ｒａ））は、可視光波長以下である。より詳細には、接触面６０ａの表面粗さは、７５０ｎｍ以下である。これにより、光学デバイス１におけるヘイズが抑制される。なお、接触面６０ａの表面粗さは、３５０ｎｍ以下であることがより好ましく、１００ｎｍ以下であることがさらに好ましい。
【００５４】
なお、接触面６０ａの表面粗さが大きい場合に、ヘイズが増加する原因としては、例えば、接触面６０ａの表面粗さが大きい場合、接触面６０ａの凹凸形状に起因して、接触面６０ａの近傍領域において液晶分子３５の配向不良が発生しやすいためと考えられる。そこで、本願発明者らは、接触面６０ａの表面粗さを可視光波長以下とすることで、接触面６０ａの近傍において液晶分子３５の配向不良の発生が抑制され、その結果、外観上、問題となるほどのヘイズは生じないことを見出した。また、本願発明者らは、原則として、接触面６０ａの表面粗さが小さいほど、ヘイズが小さくなることを確認している。
【００５５】
また、表面粗さが比較的に小さい接触面６０ａを形成するために、本実施の形態では、遮光部６０におけるバインダー６２の体積割合を３０％とする構成が採用されている。具体的には、凹部３３内に配置される、例えば厚みが１μｍ程度の遮光部６０において、仮に、複数の遮光粒子６１を最密配置（球充填）した場合に、遮光部６０の体積における複数の遮光粒子６１が占める体積割合は約７０％である。そこで、本実施の形態では、遮光部６０におけるバインダー６２の体積割合を３０％以上とした。これにより、仮に、遮光部６０の遮光度を高めるために、遮光部６０として許容される容積内に複数の遮光粒子６１を敷き詰めた場合であっても、接触面６０ａの表面粗さは可視光波長以下となる。
【００５６】
ここで、例えば、遮光部６０の厚みを所定の値（例えば１μｍ）のまま維持し、かつ、バインダー６２の体積割合を大きくした場合、遮光部６０が含有する遮光粒子６１の数が減少することで、遮光部６０の遮光度は低下する（遮光部６０の光透過率は増加する）。その結果、上記の光の筋の抑制効果は低下する可能性がある。しかしその一方で、遮光部６０の接触面６０ａの表面粗さは小さくなるため、バインダー６２の体積割合の増加は、液晶分子３５の配向不良の抑制（ヘイズの抑制）の観点からは有利である。そこで、光の筋の抑制効果と、ヘイズの抑制とのバランスを考慮すると、遮光部６０におけるバインダー６２の体積割合は、例えば、３０％以上であって、５０％以下であることが好ましい。
【００５７】
また、遮光部６０が含有する遮光粒子６１の数を維持したまま、遮光部６０の体積を増加させることで、遮光部６０におけるバインダー６２の体積割合を増加させることは可能である。この場合、遮光部６０の接触面６０ａの表面粗さは小さくなり、液晶分子３５の配向不良の抑制（ヘイズの抑制）の観点からは有利である。
【００５８】
しかし、凹部３３の形状及びサイズが一定であるため、遮光部６０の体積を増加させるためには、遮光部６０の厚みを増加させる必要があり、その結果、遮光粒子６１の密度が低下することで、遮光部６０の遮光度は低下する（遮光部６０の光透過率は増加する）。これは、光の筋の抑制効果の低下につながる。また、遮光部６０の厚みを増加させると、凹部３３における光媒体部３４の厚みが減少するため、光学デバイス１の本来の目的である、配光機能が低下する可能性がある。これらの事情を考慮すると、遮光部６０の厚みは、例えば、凹部３３の深さ（凸部３２の高さ）の５０％以下であることが好ましい。
【００５９】
なお、複数の凹部３３の各々に遮光部６０を配置した後であって、光媒体部３４を配置する前に、遮光部６０の表面に、スパッタ法等の手法により酸化膜が形成されてもよい。
【００６０】
酸化膜（図示せず）は、遮光部６０が光媒体部３４（液晶）と混ざるのを抑制する機能を有する。酸化膜は、例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）である。なお、酸化膜等の層が、遮光部６０の表面に形成された場合、当該層の光媒体部３４側の面が、遮光部６０の光媒体部３４に接している面（接触面）と解釈することもできる。この場合、当該層の光媒体部３４側の面における表面粗さが可視光波長以下であればよい。
【００６１】
［光学デバイスの光学状態］
続いて、実施の形態１に係る光学デバイス１の光学状態について図４Ａ及び図４Ｂを用いて説明する。光学デバイス１は、配光層３０への電界の印加状態に応じた２つの光学状態（動作モード）を有する。具体的には、光学デバイス１は、入射する光の進行方向を変更させる配光モードと、入射する光をそのまま（進行方向を変更することなく）通過させる透光モードとを有する。
【００６２】
図４Ａは、実施の形態１に係る光学デバイス１の配光モードを説明するための拡大断面図である。図４Ｂは、実施の形態１に係る光学デバイス１の透光モードを説明するための拡大断面図である。
【００６３】
光学デバイス１では、配光層３０に印加される電界、具体的には、第１電極４０と第２電極５０との間に印加される電圧に応じて、光媒体部３４に含まれる液晶分子３５の配向が変化する。液晶分子３５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屈折率が異なる。
【００６４】
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、図４Ａ及び図４Ｂのいずれのモードにおいても、その振動方向が液晶分子３５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３５の屈折率は、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、配光層３０内で略一定となるので、Ｐ偏光は、配光層３０内をそのまま直進する。
【００６５】
Ｓ偏光についての液晶分子３５の屈折率は、図４Ａ及び図４Ｂのモードに応じて変化する。以下では、各々のモードの詳細について説明する。なお、本明細書では、以下では、特に言及しない場合、光学デバイス１に入射する光のうち、Ｓ偏光を中心に説明する。
【００６６】
図４Ａに示すように、光学デバイス１が配光モードである場合、凸部３２と光媒体部３４（凹部３３）との間で屈折率差が生じる。本実施の形態では、凸部３２の屈折率が１．５であり、光媒体部３４の屈折率は、１．７になる。
【００６７】
［光学デバイスに斜めに入射する光］
光学デバイス１に対して斜めから入射する太陽光などの光のうち、遮光部６０に入射しない光Ｌ１は、図４Ａに示すように、凸部３２から光媒体部３４に入射するときに側面３２ｂで屈折された後、光媒体部３４から凸部３２に入射するときに側面３２ａで反射されて、斜め上方に向けて進行する。なお、Ｐ偏光は、側面３２ｂで屈折されることなく、かつ、側面３２ａで反射されることなく、そのまま光学デバイス１を通過して斜め下方に進行する。
【００６８】
一方で、図４Ｂに示すように、光学デバイス１が透光モードである場合、配光層３０内で屈折率の差が生じないので、光Ｌ１（Ｐ偏光及びＳ偏光のいずれも）は、そのまま光学デバイス１を通過して斜め下方に進行する。
【００６９】
［光学デバイスに略垂直に入射する光］
光学デバイス１に略垂直に入射する光のうち、遮光部６０に入射しない光Ｌ２は、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、凸部３２内をそのまま通過する。光Ｌ２は、配光モード及び透光モードのいずれの場合も光学デバイス１を真っ直ぐ通過する。
【００７０】
なお、配光モードの場合、遮光部６０に入射しない光Ｌ２のうち、側面３２ａ又は３２ｂを通過する光（Ｓ偏光、図示せず）は、側面３２ａ又は３２ｂによって屈折する。このとき、側面３２ａ又は３２ｂに対して浅く入射する（入射角が大きい）ので、これらの光は、側面３２ａ又は３２ｂで屈折した後、そのまま（他の側面で反射されることなく）第２基板２０から出射される。なお、Ｐ偏光については、光学デバイス１をそのまま通過する。
【００７１】
［遮光部の機能］
続いて、光学デバイス１の遮光部６０の機能について、図４Ａ及び図４Ｂに加え、図５を参照しながら説明する。図５は、比較例に係る光学デバイス１ｘで発生する光の筋の一要因を説明するための拡大断面図である。図５に示す光学デバイス１ｘは、実施の形態１に係る光学デバイス１（例えば図２参照）と比較して、遮光部６０が設けられていない点が相違する。なお、図５では、光学デバイス１ｘが配光モードである場合を示している。具体的には、配光層３０の光媒体部３４の屈折率が、凸部３２の屈折率より大きくなっている。
【００７２】
このとき、第１電極４０から光媒体部３４（凹部３３）に入射する光Ｌ１は、第１電極４０と光媒体部３４との屈折率の差によって、光が部分的に散乱する（図５に示す散乱光Ｌｘ）。散乱光の多くは、ｙｚ平面内において進行する光であるため、ｚ軸方向に沿った光の筋となって現れる。これにより、光学デバイス１を正面から見る人にとっては、ライン状の局所的な眩しさが感じられる。
【００７３】
これに対して、本実施の形態に係る光学デバイス１では、図１〜図４Ｂに示すように、凹凸構造部３１の凹部３３に遮光部６０が設けられている。
【００７４】
図４Ａ及び図４Ｂ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のうち、遮光部６０に入射する光Ｌ３は、遮光部６０によって遮光される。これにより、図５で示したような散乱光Ｌｘの発生が抑制される。散乱光Ｌｘの各々の強度は、光Ｌ１の主成分に比べて弱いので、遮光部６０によって十分に減衰される。光学デバイス１に対して略垂直に入射する光のうち、遮光部６０に入射する光Ｌ４も同様に、遮光部６０によって遮光される。配光モード及び透光モードのいずれの場合も、光Ｌ３及びＬ４は、遮光部６０によって遮光される。
【００７５】
本実施の形態では、遮光部６０の幅（ｚ軸方向）は、凸部３２の根元部の幅（ｚ軸方向）よりも小さいので、遮光部６０によって遮光される光Ｌ３及びＬ４の光量は、凸部３２を通過する光Ｌ１及びＬ２の光量よりも少ない。したがって、光学デバイス１は、光学デバイス１に入射する光の大部分（例えば、８０％）以上を透過させることができる。
【００７６】
なお、上述したように、遮光部６０は、光Ｌ３及びＬ４の一部を透過してもよい。この場合、光Ｌ３の透過光は、光Ｌ１と同様に、凸部３２の側面３２ａによって反射されて、斜め上方に向けて第２基板２０から出射される。また、光Ｌ４の透過光は、光Ｌ２と同様に、そのまま真っ直ぐ光学デバイス１を透過する。
【００７７】
また、遮光部６０の接触面６０ａ（図３参照）の近傍には、例えば、光媒体部３４内で反射を繰り返した光、及び、第１基板１０から入射して遮光部６０を透過した光が到達し、その光は、接触面６０ａの近傍の、液晶分子３５による屈折の影響を受ける。この点に関し、本実施の形態では、上述のように、接触面６０ａの表面粗さが小さい（可視光波長以下である）ことで、液晶分子３５の配向不良が生じ難い。そのため、液晶分子３５の配向不良に起因するヘイズが抑制される。
【００７８】
［使用例］
ここで、本実施の形態に係る光学デバイス１の使用例について、図６を用いて説明する。図６は、本実施の形態に係る光学デバイス１（配光モード）を窓に設置した場合の使用例を示す図である。
【００７９】
図６に示すように、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基板１０及び第２基板２０の主面が鉛直方向（ｚ軸方向）と平行になる姿勢で窓９１に設置される。
【００８０】
なお、図６では、光学デバイス１の詳細な構造が図示されていないが、光学デバイス１は、第１基板１０が屋外側で第２基板２０が屋内側になり、かつ、凸部３２の側面３２ａが天井側で側面３２ｂが床側になるように配置されている。つまり、光学デバイス１は、第１基板１０が光入射側で、第２基板２０が光出射側になるように配置されている。
【００８１】
光学デバイス１が配光モードである場合、凸部３２と光媒体部３４との間で屈折率差が生じるため、図４Ａで示したように、光Ｌ１（Ｓ偏光）は、側面３２ａによって反射されて斜め上方に向けて進行する。このため、図６に示すように、側面３２ａによって反射された光によって、屋内の天井が照射される。このように、太陽光を採り込んで天井面を照射することで、屋内を明るくすることができる。これにより、例えば、屋内の照明器具を消灯し、又は、光出力を抑えることができるので、省電力化を図ることができる。
【００８２】
このとき、景色からの反射光（光学デバイス１に略垂直に入射する光）のうち、側面３２ａ又は３２ｂを通過しない光は、その進行方向が変化しないため、当該光によって景色を見ることができる。また、側面３２ａ又は３２ｂを通過する光は、Ｓ偏光の進行方向が変化するものの、Ｐ偏光の進行方向は変化しない。
【００８３】
このため、配光モードにおいても、景色からの反射光の透過率を５０％以上にすることができる。したがって、窓本来の透明性による開放感を維持しつつ、屋内を明るくすることができる。
【００８４】
また、光学デバイス１では、遮光部６０によって散乱光を抑制することができる。これにより、光の筋となって現れる局所的な眩しさを抑制することができる。
【００８５】
さらに、光学デバイス１では、複数の遮光粒子６１を含む遮光部６０における接触面６０ａ（図３参照）の表面粗さが小さい（可視光波長以下である）ことで、ヘイズも抑制されている。
【００８６】
また、光学デバイス１では、側面３２ａで反射した光Ｌ１の進行方向を光媒体部３４の屈折率で制御することができる。つまり、光学デバイス１からの出射光の仰角を調整することができる。具体的には、光媒体部３４の屈折率を調整することで、出射光の仰角を調整することができる。光媒体部３４の屈折率は、第１電極４０及び第２電極５０の間に印加する電圧を制御することで段階的に調整することができる。
【００８７】
例えば、太陽高度は、季節又は時間によって変化するため、光学デバイス１に対して入射する太陽光の入射角が季節又は時間によって変化する。これに対し、光学デバイス１は、光媒体部３４の屈折率を調整することで、光学デバイス１から出射される光の出射角（仰角）を、例えば略一定にすることができる。これにより、季節又は時間によって太陽高度が異なる場合でも、常に天井面の一定の領域を照射することができる。したがって、季節又は時間によらず、採光効率を高めることができ、省電力化を図ることができる。
【００８８】
［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基板１０と、第１基板１０に対向し、透光性を有する第２基板２０と、第１基板１０及び第２基板２０の間に配置され、入射した光を配光する配光層３０と、配光層３０を挟むように配置された第１電極４０及び第２電極５０とを備える。配光層３０は、第１基板１０の主面に平行な第１方向（ｚ軸方向）に沿って繰り返す複数の凸部３２を有する凹凸構造部３１と、複数の凸部３２の間である複数の凹部３３に配置された、液晶分子３５を含有する光媒体部３４であって、第１電極４０及び第２電極５０の間に電圧が印加されることで屈折率が変化する光媒体部３４とを有する。複数の凹部３３における、光媒体部３４の第１基板１０側には、入射した光の少なくとも一部を遮光し、かつ、光媒体部３４と接触する面である接触面６０ａの表面粗さが可視光波長以下である遮光部６０が配置されている。
【００８９】
この構成によれば、凹部３３に遮光部６０が設けられているので、凹部３３で発生する散乱光を遮光部６０が遮断することができる。したがって、図５で説明したような光の筋が発生するのを抑制することができ、これにより、局所的な眩しさを軽減することができる。また、第１電極４０及び第２電極５０間に電圧を印加した場合に、光媒体部３４の屈折率を変化させることができるので、光学デバイス１は、印加電圧に応じて、複数の光学状態を実現することができる。例えば、光学デバイス１は、入射する太陽光などを屋内の天井面に向けて進行させる配光モードと、入射する太陽光などをそのまま進行させる透光モードとを実現することができる。
【００９０】
ここで、遮光部６０は、例えば複数の遮光粒子６１を含んでいるが、光媒体部３４（液晶）と接触する接触面６０ａの粗さは、可視光波長以下である。これにより、接触面６０ａの近傍における液晶分子３５の配向不良は抑制され、その結果、ヘイズも抑制される。
【００９１】
以上のように、本実施の形態によれば、局所的な眩しさを軽減することができ、かつ、光を適切に透過させることができる光学デバイス１を提供することができる。
【００９２】
また、本実施の形態において、遮光部６０は、複数の遮光粒子６１と、複数の遮光粒子６１を固着するバインダー６２とによって形成されており、バインダー６２の遮光部６０における体積割合は３０％以上である。
【００９３】
この構成によれば、例えば、バインダー６２の遮光部６０における体積割合の調整、という簡易な手法で、遮光部６０において、可視光波長以下である表面粗さを有する接触面６０ａを形成することができる。
【００９４】
また、本実施の形態では、具体的には、遮光部６０の接触面６０ａの表面粗さは７５０ｎｍ以下である。なお、接触面６０ａの表面粗さは、３５０ｎｍ以下であることがより好ましく、１００ｎｍ以下であることがさらに好ましい。
【００９５】
このように、例えば可視光波長の上限である７５０ｎｍを基準として、この基準以下の表面粗さを有する接触面６０ａを形成することで、ヘイズの抑制についての実効性を持たせることができる。
【００９６】
（実施の形態２）
続いて、実施の形態２について、上記実施の形態１との差分を中心に説明する。つまり、以下の説明において、実施の形態１との共通点については説明を省略又は簡略化する場合がある。
【００９７】
図７は、実施の形態２に係る光学デバイス１ａの部分断面図である。図８は、実施の形態２に係る光学デバイス１ａの拡大断面図である。具体的には、図８は、図７の楕円形の破線で囲まれる領域ＶＩＩＩの拡大断面図である。
【００９８】
図７に示すように、本実施の形態に係る光学デバイス１ａは、図２に示す実施の形態１に係る光学デバイス１と比較して、遮光部６５の構成が、実施の形態１に係る遮光部６０と異なる。
【００９９】
具体的には、本実施の形態に係る遮光部６５は、入射した光の少なくとも一部を遮光する遮光層６６と、遮光層６６及び光媒体部３４の間に配置され、光媒体部３４と接触する接触面６５ａを形成する平坦化層６７とを含む。
【０１００】
本実施の形態において、遮光層６６は、実施の形態１に係る遮光部６０と同じく、複数の遮光粒子６１と、複数の遮光粒子６１を固着するバインダー６２とによって形成されている。従って、遮光層６６が凹部３３に存在することによる、局所的な眩しさの軽減効果は奏される。
【０１０１】
ここで、本実施の形態では、遮光層６６と、平坦化層６７との境界は、遮光層６６が含有する複数の遮光粒子６１の影響を受けて、ｙ軸方向に比較的に大きな凹凸が形成されている。しかし、遮光層６６と光媒体部３４との間には、遮光層６６の凹凸を吸収する平坦化層６７が配置されており、接触面６５ａの表面粗さは、上記実施の形態１に係る接触面６０ａと同じく、可視光波長以下である。そのため、接触面６５ａの近傍における液晶分子３５の配向不良は抑制され、その結果、ヘイズも抑制される。
【０１０２】
また、本実施の形態では、遮光層６６の表面（平坦化層６７との接触面）の表面粗さを小さくする必要がないため、例えば、バインダー６２の量を、複数の遮光粒子６１の固着に必要最小限の量に抑制することができる。また、接触面６５ａを形成する平坦化層６７は、表面を粗くする要因の一つである遮光粒子６１等の個体を含有する必要がないため、接触面６５ａの表面粗さを、例えば、７５０ｎｍ以下とすることが容易である。
【０１０３】
このように、本実施の形態によれば、局所的な眩しさを軽減することができ、かつ、光を適切に透過させることができる光学デバイス１ａを提供することができる。
【０１０４】
なお、平坦化層６７の材料としては、例えば、水で希釈した樹脂材料が採用される。この場合、例えば、凹凸構造部３１を形成する、撥水性を有する樹脂（アクリル樹脂等）に付着し難い。そのため、凹部３３に収容された遮光層６６の上から樹脂材料を塗布した場合に、遮光層６６の上にのみ、平坦化層６７を形成することができる。このような樹脂材料としては、アクリル樹脂が例示される。
【０１０５】
また、例えば、遮光層６６に含まれるカーボンブラック等の遮光粒子６１と親和性の高い樹脂材料を任意に選択して、平坦化層６７の材料として採用することもできる。これにより、例えば、遮光層６６上における平坦化層６７の形成が容易化される。
【０１０６】
（その他）
以上、本発明に係る光学デバイスについて、実施の形態１及び２に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態１及び２に限定されるものではない。
【０１０７】
例えば、上記の実施の形態１では、遮光部６０が光を部分的に透過してもよい例について示したが、遮光部６０は、完全に光を遮断してもよい。また、このとき、遮光部６０は、光を吸収してもよく、反射してもよい。
【０１０８】
また、例えば、上記の実施の形態１では、凸部３２の長手方向がｘ軸方向となるように光学デバイス１を窓に配置したが、これに限らない。例えば、凸部３２の長手方向がｚ軸方向となるように光学デバイス１を窓に配置してもよい。
【０１０９】
また、例えば、上記の実施の形態１では、凹凸構造部３１を構成する複数の凸部３２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３２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３２を、ドット状に点在するように配置してもよい。
【０１１０】
また、例えば、上記の実施の形態１では、複数の凸部３２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３２の側面３２ａの傾斜角を異ならせてもよい。
【０１１１】
また、例えば、上記の実施の形態１では、複数の凸部３２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３２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１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３２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。
【０１１２】
また、上記の実施の形態１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。
【０１１３】
また、上記の実施の形態１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。
【０１１４】
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。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】
【０１１５】
１、１ａ  光学デバイス
１０  第１基板
２０  第２基板
３０  配光層
３１  凹凸構造部
３２  凸部
３３  凹部
３４  光媒体部
３５  液晶分子
４０  第１電極
５０  第２電極
６０、６５  遮光部
６０ａ、６５ａ  接触面
６１  遮光粒子
６２  バインダー
６６  遮光層
６７  平坦化層
【図１】
2020064087.tif 000003
【図２】
2020064087.tif 000004
【図３】
2020064087.tif 000005
【図４Ａ】
2020064087.tif 000006
【図４Ｂ】
2020064087.tif 000007
【図５】
2020064087.tif 000008
【図６】
2020064087.tif 000009
【図７】
2020064087.tif 000010
【図８】
2020064087.tif 000011