(57)【要約】【課題】優れた配光性能を有する光学デバイスを提供する。【解決手段】光透過性を有する第一基板１０と、第一基板１０に対向して配置された光透過性を有する第二基板２０と、第一基板１０の第二基板２０側に配置された第一電極３０と、第一基板１０の第二基板２０側に配置された凹凸構造５０と、第二基板２０の第一基板１０側に配置された第二電極４０と、凹凸構造５０と第二電極４０との間に配置され、第一電極３０と第二電極４０との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６０とを備え、屈折率可変層６０は、絶縁性液体６１と、絶縁性液体６１に分散された複数の第一ナノ粒子６２ａ及び複数の第二ナノ粒子６２ｂとを有し、第一ナノ粒子６２ａは、帯電されており、第二ナノ粒子６２ｂの帯電量は、第一ナノ粒子６２ａの帯電量よりも小さく、第一ナノ粒子６２ａの屈折率は、絶縁性液体６１の屈折率よりも高い。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光透過性を有する第一基板と、
前記第一基板に対向して配置された光透過性を有する第二基板と、
前記第一基板の前記第二基板側に配置された第一電極と、
前記第一基板の前記第二基板側に配置された凹凸構造と、
前記第二基板の前記第一基板側に配置された第二電極と、
前記凹凸構造と前記第二電極との間に配置され、前記第一電極と前記第二電極との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備え、
前記屈折率可変層は、絶縁性液体と、前記絶縁性液体に分散された複数の第一ナノ粒子及び複数の第二ナノ粒子とを有し、
前記第一ナノ粒子は、帯電しており、
前記第二ナノ粒子の帯電量は、前記第一ナノ粒子の帯電量よりも小さく、
前記第一ナノ粒子の屈折率は、前記絶縁性液体の屈折率よりも高い、
光学デバイス。
【請求項２】
前記第二ナノ粒子は、帯電していない、
請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項３】
前記第二ナノ粒子は、前記第一ナノ粒子の２分の１以下の帯電量で帯電している、
請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項４】
前記第二ナノ粒子は、前記第一ナノ粒子と同じ極性で帯電している、
請求項３に記載の光学デバイス。
【請求項５】
前記第二ナノ粒子の屈折率は、前記絶縁性液体の屈折率よりも高い、
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】
前記第二ナノ粒子の屈折率は、前記第一ナノ粒子の屈折率よりも低い、
請求項５に記載の光学デバイス。
【請求項７】
前記第一電極と前記第二電極との間に電圧が印加されていない場合、前記屈折率可変層の屈折率は、前記凹凸構造の屈折率と略同一である、
請求項１〜６のいずれか１項に記載の光学デバイス。
【請求項８】
前記第一電極と前記第二電極との間に第一電圧が印加されている場合、前記屈折率可変層の前記凹凸構造側の第一領域の屈折率は、前記屈折率可変層の前記第二電極側の第二領域の屈折率より高い、
請求項１〜７のいずれか１項に記載の光学デバイス。
【請求項９】
前記第一電極と前記第二電極との間に前記第一電圧とは逆バイアスの第二電圧が印加されている場合、前記屈折率可変層の前記凹凸構造側の第一領域の屈折率は、前記屈折率可変層の前記第二電極側の第二領域の屈折率より高い、
請求項８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、光学デバイスに関し、特に、入射する光を配光することができる光学デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光学デバイスとして、入射する光を配光することができる配光デバイスが提案されている。このような光学デバイスは、建物又は車等の窓等に用いられる。例えば、光学デバイスを建物の窓に設置することで、室外から入射する太陽光等の外光の進行方向を変更して当該外光を室内の天井に向けて導入することができる。
【０００３】
この種の配光デバイスとして、液晶を用いたものが知られている。例えば、特許文献１には、一対の透明基板と、一対の透明基板の内側に配置された一対の透明電極層と、一対の透明電極の間に配置された液晶層とを備える液晶光学素子が開示されている。液晶を用いた配光デバイスでは、一対の透明電極に印加する電圧に応じて液晶層の液晶分子の配向状態を変化させることで、配光デバイスに入射する光の進行方向を変化させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【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】
【０００５】
しかしながら、液晶を用いた配光デバイスでは、十分な配光性能を得ることができない。
【０００６】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、優れた配光性能を有す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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明に係る光学デバイスの一態様は、光透過性を有する第一基板と、前記第一基板に対向して配置された光透過性を有する第二基板と、前記第一基板の前記第二基板側に配置された第一電極と、前記第一基板の前記第二基板側に配置された凹凸構造と、前記第二基板の前記第一基板側に配置された第二電極と、前記凹凸構造と前記第二電極との間に配置され、前記第一電極と前記第二電極との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備え、前記屈折率可変層は、絶縁性液体と、前記絶縁性液体に分散された複数の第一ナノ粒子及び複数の第二ナノ粒子とを有し、前記第一ナノ粒子は、帯電しており、前記第二ナノ粒子の帯電量は、前記第一ナノ粒子の帯電量よりも小さく、前記第一ナノ粒子の屈折率は、前記絶縁性液体の屈折率よりも高い。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、優れた配光性能を有する光学デバイスを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【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第一光学作用を説明するための図である。
【図３Ｂ】実施の形態に係る光学デバイスの第二光学作用を説明するための図である。
【図３Ｃ】実施の形態に係る光学デバイスの第三光学作用を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について説明する。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、構成要素の配置位置及び接続形態などは、一例であって本発明を限定する主旨ではない。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。
【００１１】
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、各図において縮尺等は必ずしも一致していない。なお、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。
【００１２】
また、本明細書及び図面において、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は、三次元直交座標系の三軸を表しており、本実施の形態では、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。Ｘ軸及びＹ軸は、互いに直交し、かつ、いずれもＺ軸に直交する軸である。なお、Ｚ軸方向のプラス方向を鉛直下方としている。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、第一基板１０及び第二基板２０の主面に垂直な方向（本実施の形態では、Ｙ軸方向）のことである。
【００１３】
（実施の形態）
まず、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、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、同光学デバイス１の拡大断面図であり、図１の破線で囲まれる領域IIの拡大図を示している。
【００１４】
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制御する。本実施の形態において、光学デバイス１は、入射する光の進行方向を変更して（例えば配光して）出射させることができる配光デバイスである。
【００１５】
図１及び図２に示すように、光学デバイス１は、第一基板１０と、第二基板２０と、第一電極３０と、第二電極４０と、凹凸構造５０と、屈折率可変層６０とを備える。
【００１６】
光学デバイス１は、一対の第一基板１０及び第二基板２０の間に、第一電極３０、凹凸構造５０、屈折率可変層６０及び第二電極４０がこの順で厚み方向に沿って配置された構成となっている。
【００１７】
また、図１に示すように、光学デバイス１において、第一基板１０、第一電極３０及び凹凸構造５０は、第一積層基板１００を構成し、第二基板２０及び第二電極４０は、第二積層基板２００を構成している。
【００１８】
第一積層基板１００及び第二積層基板２００は、ギャップを介して互いに対向するように配置されており、外周端部の全周が封止されている。これにより、第一積層基板１００と第二積層基板２００との間に充填された屈折率可変層６０を閉じ込めることができる。例えば、第一積層基板１００及び第二積層基板２００の外周端部に沿って内面に額縁状に接着剤等のシール部材を形成したり、レーザによって第一基板１０と第二基板２０とを溶着したりすることで、第一積層基板１００及び第二積層基板２００の外周端部を封止することができる。
【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】
［第一基板、第二基板］
図１及び図２に示すように、第一基板１０は、第一積層基板１００の基材であり、第二基板２０は、第二積層基板２００の基材である。
【００２１】
第一基板１０及び第二基板２０は、光透過性を有する基板（透光性基板）である。第一基板１０及び第二基板２０は、透明な透明基板であるとよい。
【００２２】
第一基板１０及び第二基板２０としては、例えば、樹脂材料からなる樹脂基板又はガラス材料からなるガラス基板を用いることができる。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）、アクリル又はエポキシ等が挙げられる。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等が挙げられる。樹脂基板は、破壊時の飛散が少ないという利点がある。一方、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。
【００２３】
第一基板１０と第二基板２０とは、同じ材料で構成されていてもよいし、異なる材料で構成されていてもよいが、同じ材料で構成されている方がよい。また、第一基板１０及び第二基板２０は、リジッド基板に限るものではなく、フレキシブル基板又はフィルム基板であってもよい。本実施の形態では、第一基板１０及び第二基板２０として、いずれもＰＥＴからなる透明樹脂基板（ＰＥＴ基板）を用いている。
【００２４】
第一基板１０及び第二基板２０の厚さは、例えば５μｍ〜３ｍｍであるが、これに限るものではない。本実施の形態において、第一基板１０及び第二基板２０の厚さは、いずれも５０μｍである。
【００２５】
また、第一基板１０及び第二基板２０の平面視の形状は、例えば正方形や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く、任意の形状が採用され得る。
【００２６】
［第一電極、第二電極］
図１及び図２に示すように、第一電極３０及び第二電極４０は、電気的に対になっており、屈折率可変層６０に電界を与えることができるように構成されている。また、第一電極３０と第二電極４０とは、配置的にも対になっており、互いに対向するように配置されている。
【００２７】
第一電極３０は、第一基板１０の第二基板２０側に配置されている。また、第二電極４０は、第二基板２０の第一基板１０側に配置されている。具体的には、第一電極３０は、第一基板１０の第二基板２０側の主面に形成されており、第二電極４０は、第二基板２０の第一基板１０側の主面に形成されている。
【００２８】
また、本実施の形態において、一対をなす第一電極３０及び第二電極４０は、少なくとも凹凸構造５０及び屈折率可変層６０を挟むように、第一基板１０と第二基板２０との間に配置されている。具体的には、第一電極３０は、第一基板１０と凹凸構造５０との間に配置されており、第二電極４０は、第二基板２０と屈折率可変層６０との間に配置されている。
【００２９】
第一電極３０及び第二電極４０の各々の厚さは、例えば５ｎｍ〜２μｍであるが、これに限るものではない。本実施の形態において、第一電極３０及び第二電極４０の各々の厚さは、いずれも１００ｎｍである。
【００３０】
また、第一電極３０及び第二電極４０の平面視の形状は、第一基板１０及び第二基板２０と同様に、例えば正方形や長方形の矩形状であるが、これに限るものではない。本実施の形態において、第一電極３０及び第二電極４０は、第一基板１０及び第二基板２０の各々の表面のほぼ全面に形成された平面視形状が矩形状のべた電極である。
【００３１】
第一電極３０及び第二電極４０は、透光性を有する電極であり、入射した光を透過する。第一電極３０及び第二電極４０は、例えば透明導電層からなる透明電極である。透明導電層の材料としては、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）やＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ）等の透明金属酸化物、銀ナノワイヤや導電性粒子等の導電体を含有する樹脂によって構成された導電体含有樹脂、又は、銀薄膜等の金属薄膜等を用いることができる。なお、第一電極３０及び第二電極４０は、これらの単層構造であってもよいし、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）であってもよい。
【００３２】
第一電極３０及び第二電極４０は、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、屈折率可変層６０を封止するシール樹脂の外部にまで第一電極３０及び第二電極４０の各々が引き出されて、この引き出された部分を外部電源に接続するための電極端子にしてもよい。
【００３３】
［凹凸構造］
図１及び図２に示すように、凹凸構造５０は、凹凸面を有する凹凸層であり、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５１が配列された構成である。
【００３４】
凹凸構造５０は、第一基板１０の第二基板２０側に配置されている。本実施の形態において、凹凸構造５０は、第一電極３０の第二基板２０側に配置されている。具体的には、凹凸構造５０は、第一電極３０の第二基板２０側の主面に設けられている。
【００３５】
本実施の形態において、凹凸構造５０は、複数の凸部５１が屈折率可変層６０側に突出するように第一電極３０の上に設けられている。この場合、第一電極３０と凹凸構造５０との間に密着層が形成されていてもよい。なお、凹凸構造５０の第一電極３０側の面（凸部５１の第一電極３０側の面）は平坦な面となっている。
【００３６】
また、複数の凸部５１は、ストライプ状に形成されている。具体的には、複数の凸部５１の各々は、断面形状が台形でＸ軸方向に延在する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。また、全ての凸部５１が同じ形状となっているが、これに限るものではない。
【００３７】
各凸部５１は、例えば、高さが１００ｎｍ以上１００μｍ以下で、アスペクト比（高さ／下底）が１〜１０程度であるが、これに限るものではない。一例として、各凸部５１は、高さが１０μｍ程度で、下底が５μｍ程度で、上底が２μｍ程度である。
【００３８】
また、Ｚ軸方向に隣り合う２つの凸部５１の間隔は、例えば０以上１００ｍｍ以下である。つまり、Ｚ軸方向に隣り合う２つの凸部５１は、底部が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いし、底部が接触して配置（間隔ゼロで）されていてもよいが、Ｚ軸方向に隣り合う２つの凸部５１の間隔は、凸部５１の底辺以下であるとよい。一例として、上記サイズの凸部５１（高さ１０μｍ、下底５μｍ、上底２μｍ）の場合、隣り合う２つの凸部５１の間隔は、２μｍ程度である。
【００３９】
複数の凸部５１の各々は、一対の側面を有する。本実施の形態において、各凸部５１の断面形状は、第二基板２０から第一基板１０に向かう方向（Ｙ軸マイナス方向）に沿って先細りのテーパ形状である。したがって、各凸部５１の一対の側面の各々は、厚み方向に対して所定の傾斜角で傾斜する傾斜面となっており、各凸部５１において一対の側面の間隔（凸部５１の幅）は、第二基板２０から第一基板１０に向かって漸次小さくなっている。各凸部５１の２つの側面の傾斜角は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。本実施の形態において、各凸部５１の２つの側面の傾斜角（底角）は同じである。
【００４０】
各凸部５１の一対の側面は、屈折率可変層６０と接する面であり、第一基板１０から入射した光は、凸部５１の一対の側面で光学作用を受ける。
【００４１】
具体的には、凸部５１の一対の側面の各々においては、第一基板１０から入射した光は、凸部５１と屈折率可変層６０との屈折率差に応じて、屈折して透過したり屈折せずにそのまま透過したり、あるいは、全反射したりする。つまり、凸部５１の一対の側面は、凸部５１と屈折率可変層６０との屈折率差及び光の入射角に応じて、屈折面又は全反射面となりうる。これにより、凹凸構造５０（凸部５１）は、第一基板１０から入射した光を配光する。
【００４２】
凹凸構造５０（凸部５１）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等の透光性を有する樹脂材料を用いることができる。凹凸構造５０は、例えばレーザ加工又はインプリント等によって形成することができる。本実施の形態において、凹凸構造５０は、屈折率が約１．５のアクリル樹脂を用いて形成した。
【００４３】
なお、凹凸構造５０は、第一電極３０及び第二電極４０によって屈折率可変層６０に電界を与えることができさえすれば、絶縁性の樹脂材料のみによって構成されていてもよいが、導電性を有していてもよい。この場合、凹凸構造５０の材料は、ＰＥＤＯＴ等の導電性高分子、又は、導電体を含む樹脂（導電体含有樹脂）等を用いることができる。
【００４４】
［屈折率可変層］
図１及び図２に示すように、屈折率可変層６０は、絶縁性液体６１と、絶縁性液体６１に分散された複数の第一ナノ粒子６２ａ及び複数の第二ナノ粒子６２ｂとを有する。つまり、屈折率可変層６０は、無数の第一ナノ粒子６２ａと無数の第二ナノ粒子６２ｂとが絶縁性液体６１に分散されたナノ粒子分散層である。
【００４５】
絶縁性液体６１は、絶縁性を有する透明な液体であり、分散質として第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂが分散される分散媒となる溶媒である。絶縁性液体６１としては、例えば、屈折率（溶媒屈折率）が約１．３〜約１．５のもの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６１を用いている。
【００４６】
なお、絶縁性液体６１の動粘度は、１００ｍｍ２／ｓ程度であるとよい。また、絶縁性液体６１は、低誘電率（凹凸構造５０の誘電率以下）で、非引火性（引火点が２５０℃以上の高引火点）及び低揮発性を有するとよい。具体的には、絶縁性液体６１は、炭化水素（脂肪族炭化水素、ナフサ、及びその他の石油系溶剤など）、低分子量ハロゲン含有ポリマー、又は、これらの混合物等である。一例として、絶縁性液体６１は、フッ化炭素水素等のハロゲン化炭素水素である。なお、絶縁性液体６１としては、シリコーンオイル等を用いることもできる。
【００４７】
絶縁性液体６１に分散された第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂの各々は、粒径がナノオーダサイズの微粒子である。具体的には、入射光の波長をλとすると、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂの粒径は、λ／４以下であるとよい。第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂの粒径をλ／４以下にすることで、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂでの光散乱を少なくして、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂと絶縁性液体６１との平均的な屈折率を得ることができる。なお、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂの粒径は、小さいほどよく、好ましくは１００ｎｍ以下、より好ましくは、数ｎｍ〜数十ｎｍである。
【００４８】
第一ナノ粒子６２ａと第二ナノ粒子６２ｂとは、異なった帯電状態で絶縁性液体６１内に分散されている。
【００４９】
具体的には、第一ナノ粒子６２ａは、帯電している荷電粒子である。第一ナノ粒子６２ａは、第一ナノ粒子６２ａの材料自身が電荷を有することで帯電していてもよいし、第一ナノ粒子６２ａの表面を修飾することによって帯電していてもよい。第一ナノ粒子６２ａは、例えば、プラス（正）又はマイナス（負）に帯電している。本実施の形態において、第一ナノ粒子６２ａは、プラスに帯電している。
【００５０】
一方、第二ナノ粒子６２ｂの帯電量は、第一ナノ粒子６２ａの帯電量よりも小さい。具体的には、第一ナノ粒子６２ａの２分の１以下の帯電量で帯電している荷電粒子である。好ましくは、第二ナノ粒子６２ｂの帯電量は、第一ナノ粒子６２ａの帯電量の１００分の１以下であるとよい。なお、第二ナノ粒子６２ｂの帯電量は、必ずしも、第一ナノ粒子６２ａの帯電量の２分の１以下、あるいは、１００分の１以下でなくてもよい。また、第二ナノ粒子６２ｂは、帯電している荷電粒子に限るものではなく、帯電していない（つまり無帯電の）無荷電粒子であってもよい。
【００５１】
第二ナノ粒子６２ｂをプラス又はマイナスに帯電させる場合、第二ナノ粒子６２ｂの材料自身が電荷を有することで帯電させてもよいし、第二ナノ粒子６２ｂの表面を修飾することによって帯電させてもよい。
【００５２】
第二ナノ粒子６２ｂの帯電量と第一ナノ粒子６２ａの帯電量とを異ならせるには、第二ナノ粒子６２ｂの粒径又は表面処理を調整すればよい。つまり、第二ナノ粒子６２ｂの材料自身が電荷を有する場合は、第二ナノ粒子６２ｂの粒径と第一ナノ粒子６２ａの粒径とを異ならせることで、第二ナノ粒子６２ｂの帯電量を第一ナノ粒子６２ａの帯電量よりも小さくすることができる。また、第二ナノ粒子６２ｂの表面を修飾する表面処理を行うことによって帯電させる場合は、その表面処理を調整することによって、第二ナノ粒子６２ｂの帯電量を第一ナノ粒子６２ａの帯電量よりも小さくすることができる。この場合、第二ナノ粒子６２ｂの粒径を調整するとともに表面処理を行うことで、帯電量を調整してもよい。つまり、粒径の違いにより第二ナノ粒子６２ｂの表面積を異ならせることができるので、表面処理が施される表面の面積を異ならせることができる。これにより、第二ナノ粒子６２ｂの帯電量を調整することができる。
【００５３】
本実施の形態において、第二ナノ粒子６２ｂは、帯電していない。つまり、第二ナノ粒子６２ｂの帯電量はゼロである。なお、第二ナノ粒子６２ｂを帯電させる場合、第二ナノ粒子６２ｂは、第一ナノ粒子６２ａと同じ極性で帯電しているとよい。例えば、第一ナノ粒子６２ａがプラスに帯電している場合、第二ナノ粒子６２ｂも、プラスに帯電しているとよい。
【００５４】
第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂは、いずれも高屈折率材料によって構成されている。具体的には、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂの屈折率は、いずれも絶縁性液体６１の屈折率よりも高い。また、本実施の形態において、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂの屈折率は、凹凸構造５０の屈折率よりも高い。
【００５５】
なお、第一ナノ粒子６２ａと第二ナノ粒子６２ｂとは屈折率が異なっている。この場合、第二ナノ粒子６２ｂの屈折率は、第一ナノ粒子６２ａの屈折率よりも低くても高くてもよいが、本実施の形態では、第二ナノ粒子６２ｂの屈折率は、第一ナノ粒子６２ａの屈折率よりも低い。
【００５６】
第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂとしては、金属酸化物微粒子等の無機微粒子を用いることができる。また、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂは、透過率が高い材料で構成されているとよい。例えば、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂとしては、屈折率が２．１３の酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、屈折率が２．５２〜２．７２の酸化チタン（ＴｉＯ２）、屈折率が１．７６の酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、屈折率が１．９〜２．１の酸化亜鉛（ＺｎＯ）等によって構成された透明金属酸化微粒子を用いることができる。
【００５７】
なお、本実施の形態では、第一ナノ粒子６２ａの屈折率と第二ナノ粒子６２ｂの屈折率とが異なっているので、第一ナノ粒子６２ａと第二ナノ粒子６２ｂとは、異なる材料によって構成されている。一例として、第一ナノ粒子６２ａは、酸化ジルコニウムによって構成された屈折率が２．１３の透明なジルコニア粒子であり、第二ナノ粒子６２ｂは、酸化アルミニウムによって構成された屈折率が１．７６の透明なアルミナ粒子である。
【００５８】
屈折率可変層６０では、所望の屈折率となるように、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂが絶縁性液体６１内の全体に分散されている。本実施の形態において、屈折率可変層６０全体の屈折率（平均屈折率）は、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂが絶縁性液体６１内に均一に分散された状態において、凹凸構造５０の屈折率と略同一に設定されている。具体的には、屈折率可変層６０全体の屈折率は、約１．５となるように調整されている。なお、屈折率可変層６０全体の屈折率は、絶縁性液体６１に分散する第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂの濃度（量）を調整することによって調整することができる。
【００５９】
このように構成された屈折率可変層６０は、凹凸構造５０と第二電極４０との間に配置されている。具体的には、屈折率可変層６０は凹凸構造５０に接している。つまり、屈折率可変層６０における凹凸構造５０の凹凸表面との接触面は、屈折率可変層６０と凹凸構造５０の凹凸表面との界面である。なお、屈折率可変層６０は、第二電極４０にも接しているが、屈折率可変層６０と第二電極４０との間に他の層（膜）が介在していてもよい。
【００６０】
また、屈折率可変層６０は、第一電極３０と第二電極４０と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６０は、第一電極３０と第二電極４０との間に配置されており、第一電極３０と第二電極４０との間に電圧が印加されることによって屈折率可変層６０に電界が与えられる。例えば、第一電極３０と第二電極４０との間には直流電圧が印加される。
【００６１】
絶縁性液体６１中に分散する第一ナノ粒子６２ａは帯電しているので、屈折率可変層６０に電界が与えられると、第一ナノ粒子６２ａは、電界分布にしたがって絶縁性液体６１中を泳動し、絶縁性液体６１内で偏在する。これにより、屈折率可変層６０内の第一ナノ粒子６２ａの粒子分布が変化して屈折率可変層６０内に第一ナノ粒子６２ａの濃度分布を持たせることができるので、屈折率可変層６０内の屈折率分布が変化する。つまり、屈折率可変層６０の屈折率が部分的に変化する。このように、屈折率可変層６０は、主に可視光領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。
【００６２】
なお、第一ナノ粒子６２ａだけではなく第二ナノ粒子６２ｂも帯電している場合は、第一ナノ粒子６２ａとともに第二ナノ粒子６２ｂも、屈折率可変層６０における電界分布にしたがって絶縁性液体６１中を泳動して絶縁性液体６１内で偏在することになる。この場合、屈折率可変層６０内の屈折率分布は、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂの偏在分布にしたがって変化することになる。
【００６３】
このように構成される屈折率可変層６０は、第一積層基板１００と第二積層基板２００との間に配置されている。具体的には、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂが分散された絶縁性液体６１が第一積層基板１００と第二積層基板２００との間に封止されている。
【００６４】
屈折率可変層６０の厚さ（つまり、第一積層基板１００と第二積層基板２００とのギャップ）は、例えば１μｍ〜１００μｍであるが、これに限るものではない。一例として、凹凸構造５０の凸部５１の高さが１０μｍである場合、屈折率可変層６０の厚さは、例えば４０μｍである。
【００６５】
［光学デバイスの製造方法］
次に、光学デバイス１の製造方法について、図１及び図２を参照しながら説明する。
【００６６】
まず、第一基板１０として例えばＰＥＴ基板を用いて、ＰＥＴ基板の上に第一電極３０としてＩＴＯ膜を形成し、ＩＴＯ膜の上にアクリル樹脂（屈折率１．５）によって構成された複数の凸部５１からなる凹凸構造５０をインプリント法により形成することで第一積層基板１００を作製する。
【００６７】
次に、第二基板２０として例えばＰＥＴ基板を用いて、ＰＥＴ基板の上にＩＴＯ膜からなる第二電極４０を形成することで、第二積層基板２００を作製する。
【００６８】
次に、第一積層基板１００と第二積層基板２００との間に、屈折率可変層６０として、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂが分散された絶縁性液体６１を充填するとともに、第一積層基板１００と第二積層基板２００との外周部分を接合することで第一積層基板１００と第二積層基板２００との間に屈折率可変層６０を封止する。
【００６９】
このようにして、図１に示される構造の光学デバイス１を製造することができる。
【００７０】
［光学デバイスの光学作用］
次に、実施の形態に係る光学デバイス１の光学作用について、図３Ａ〜図３Ｃを用いて説明する。図３Ａは、実施の形態に係る光学デバイス１の第一光学作用を説明するための図であり、図３Ｂは、同光学デバイス１の第二光学作用を説明するための図であり、図３Ｃは、同光学デバイス１の第三光学作用を説明するための図である。
【００７１】
光学デバイス１は、例えば建物の窓に設置することによって配光制御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、粘着層を介して建物の窓に貼り合わされる。この場合、凹凸構造５０の凸部５１の長手方向が水平方向となるように光学デバイス１を窓に設置する。窓に設置された光学デバイス１には、例えば太陽光が入射する。本実施の形態では、第一基板１０が光入射側（建物の外側）に位置するように光学デバイス１を設置しているので、光学デバイス１は、第一基板１０から入射した光（太陽光）を透過して、第二基板２０から光学デバイス１の建物の内側（例えば室内）に出射させることができる。
【００７２】
このとき、光学デバイス１に入射した光は、光学デバイス１を透過する際に光学デバイス１から光学作用を受ける。具体的には、光学デバイス１は、屈折率可変層６０の屈折率の変化によって光学作用が変化する。このため、光学デバイス１に入射した光は、屈折率可変層６０の屈折率に応じて異なる光学作用を受けることになり、屈折率可変層６０の屈折率に応じて進行方向が制御される。
【００７３】
本実施の形態において、光学デバイス１は、第一電極３０と第二電極４０との間に印加される電圧に応じて、光学デバイス１に入射する光の進行方向を制御することができる。具体的には、第一電極３０と第二電極４０との間に印加される電圧に応じて、屈折率可変層６０（ナノ粒子分散層）における第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂの粒子分布が変化し、これにより、屈折率可変層６０の屈折率が部分的に変化する。この結果、光学デバイス１の光学作用が変化する。以下、光学デバイス１の光学作用について詳細に説明する。なお、以下の例では、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂのうち第一ナノ粒子６２ａのみが帯電している場合について説明する。つまり、第二ナノ粒子６２ｂは帯電していない。
【００７４】
まず、図３Ａを用いて、光学デバイス１の第一光学作用を説明する。第一電極３０及び第二電極４０に電位が与えられていない場合、つまり、第一電極３０と第二電極４０との間に電圧が印加されていない場合（電圧無印加時の場合）、光学デバイス１は、第一光学モードとなり、入射した光に対して第一光学作用を与える。
【００７５】
第一光学モードでは、屈折率可変層６０に電界が与えられないので、図３Ａに示すように、屈折率可変層６０において、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂは、絶縁性液体６１全体にわたって分散された状態となる。つまり、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂは、絶縁性液体６１内において等分散状態となっている。
【００７６】
このとき、本実施の形態では、上記のように、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂが絶縁性液体６１全体に分散された状態での屈折率可変層６０の屈折率が約１．５である。また、凹凸構造５０の屈折率が約１．５である。したがって、第一電極３０と第二電極４０との間に電圧が印加されていない場合（第一光学モードの場合）、屈折率可変層６０全体の屈折率が凹凸構造５０の屈折率と略同一となる。この結果、凹凸構造５０（凸部５１）と屈折率可変層６０との間の屈折率差がほぼなくなる（屈折率差Δｎ≒０）。
【００７７】
この場合、図３Ａに示すように、光学デバイス１に対して斜め方向から光Ｌが入射すると、凹凸構造５０（凸部５１）と屈折率可変層６０との界面には屈折率差がないので、光学デバイス１に入射した光Ｌは、屈折率可変層６０と凸部５１の側面との界面では屈折されずに進行方向が変わらない。このため、第一光学モードでは、光学デバイス１に入射した光Ｌは、光学デバイス１で進行方向が曲げられることなく、光学デバイス１内をそのまま直進して光学デバイス１の外部に出射する。
【００７８】
このように、第一電極３０と第二電極４０との間に電圧が印加されていない場合、光学デバイス１は、第一基板１０に入射された光を直進させて第二基板２０を透過させる。つまり、第一光学モードは透明モードであり、第一光学モードにおいて、光学デバイス１は透明状態になっている。この場合、第一基板１０に入射した光は、光学デバイス１によって配光されることなく直進透過して第二基板２０から出射する。
【００７９】
なお、詳細は図示していないが、第一基板１０と第一電極３０との界面又は屈折率可変層６０と第二電極４０との界面等、各部材間の界面で屈折率差が存在する箇所においては、第一基板１０から入射した光は、その界面で屈折することになる。ただし、第一基板１０及び第二基板２０が同じ材料（つまり屈折率が同じ）であり、また、第一電極３０及び第二電極４０が同じ材料（つまり屈折率が同じ）である。このため、第一基板１０から入射して第二基板２０から出射する光は、第一光学モード（透明モード）においては、第一基板１０に入射するときの入射角と第二基板２０から出射するときの出射角とは同じになる。つまり、光Ｌが光学デバイス１に入射する前と光Ｌが光学デバイス１から出射した後とでは、光Ｌの進行方向の角度は変化しない。
【００８０】
また、第一光学モードにおいて、屈折率可変層６０全体の屈折率と凹凸構造５０の屈折率とが略同一とは、屈折率可変層６０と凹凸構造５０との屈折率差が０．０１以下、より好ましくは０．００５以下のことである（Δｎ≦０．００５）。屈折率可変層６０及び凹凸構造５０の屈折率差が０．００５を超えると、屈折率可変層６０と凹凸構造５０との界面で光が散乱し、ヘイズが発生するおそれがある。
【００８１】
次に、図３Ｂを用いて、光学デバイス１の第二光学作用を説明する。第一電極３０と第二電極４０との間に第一電圧が印加された場合（第一電圧印加時の場合）、光学デバイス１は、第二光学モードとなり、入射した光に対して第二光学作用を与える。具体的には、第一電極３０と第二電極４０との間には直流電圧が印加される。この場合、第一電極３０と第二電極４０との間に印加する電圧（電位差）は、例えば数十Ｖ程度（例えば２０Ｖ）である。
【００８２】
第二光学モードでは、第一電極３０と第二電極４０との間に直流電圧が印加されることで屈折率可変層６０に電界が与えられるので、屈折率可変層６０では、帯電した第一ナノ粒子６２ａがその電界分布にしたがって絶縁性液体６１内を泳動する。つまり、第一ナノ粒子６２ａは、絶縁性液体６１内を電気泳動する。
【００８３】
具体的には、第一ナノ粒子６２ａがプラスに帯電している場合、第一電極３０にマイナス電位を印加し、第二電極４０にプラス電位を印加すると、プラスに帯電した第一ナノ粒子６２ａは、第一電極３０に向かって泳動し、屈折率可変層６０内の凹凸構造５０側に凝集されて偏在する。このとき、第一電極３０に向かって泳動する第一ナノ粒子６２ａは、凹凸構造５０の凹部、つまり隣り合う２つの凸部５１の間の領域に入り込んで集積していく。なお、第二ナノ粒子６２ｂは、帯電していないので、絶縁性液体６１内において等分散状態のままとなっている。
【００８４】
このように、第一ナノ粒子６２ａが屈折率可変層６０内の凹凸構造５０側に偏在することで、第一ナノ粒子６２ａの粒子分布が変化し、屈折率可変層６０内の屈折率分布が一様ではなくなる。具体的には、屈折率可変層６０内には、第一ナノ粒子６２ａ全体の泳動により第一ナノ粒子６２ａが集まってきて第一ナノ粒子６２ａの濃度が高くなった凹凸構造５０側の第一領域６０ａと、第一ナノ粒子６２ａ全体の泳動により第一ナノ粒子６２ａが無くなっていって第一ナノ粒子６２ａの濃度が低くなった第二電極４０側の第二領域６０ｂとが発生する。
【００８５】
この場合、第一ナノ粒子６２ａの屈折率が絶縁性液体６１の屈折率よりも高いので、屈折率可変層６０の凹凸構造５０側の第一領域６０ａの屈折率は、屈折率可変層６０の第二電極４０側の第二領域６０ｂの屈折率よりも高くなる。したがって、屈折率可変層６０内には、凹凸構造５０側の高屈折率の第一領域６０ａと、第二電極４０側の低屈折率の第二領域６０ｂとが発生する。
【００８６】
本実施の形態では、電圧無印加時の屈折率可変層６０全体の屈折率が約１．５であるので、第一電圧印加時において、屈折率可変層６０の凹凸構造５０側の第一領域６０ａの屈折率は厚み方向に約１．８〜約１．６で分布し、また、屈折率可変層６０の第二電極４０側の第二領域６０ｂの屈折率は厚み方向に約１．６〜約１．４で分布する。
【００８７】
これにより、上記のように、凹凸構造５０の屈折率は約１．５であるので、第二光学モードの場合（第一電極３０と第二電極４０との間に第一電圧が印加されている場合）、凹凸構造５０の屈折率（約１．５）と屈折率可変層６０の凹凸構造５０側の第一領域６０ａの屈折率（約１．６〜約１．８）との間には屈折率差が生じる。
【００８８】
この場合、図３Ｂに示すように、光学デバイス１に対して斜め方向から光Ｌが入射すると、凹凸構造５０（凸部５１）と屈折率可変層６０との界面には屈折率差があるので、光Ｌは、凸部５１の下側の側面と屈折率可変層６０との界面で屈折してから、下隣りの凸部５１の上側の側面と屈折率可変層６０との界面で全反射し、跳ね返る方向に進行方向が曲げられて光学デバイス１の外部に出射する。つまり、光学デバイス１に入射した光Ｌは、光学デバイス１によって、電圧無印加時とは異なる角度で配光される。
【００８９】
このように、第一電極３０と第二電極４０との間に第一電圧が印加されている場合、光学デバイス１は、第一基板１０に入射する光を配光して第二基板２０を透過させる。つまり、第二光学モードは配光モードであり、第二光学モードにおいて、光学デバイス１は配光状態になっている。この場合、第一基板１０に入射した光は、上記のように、光学デバイス１の凹凸構造５０で反射させられて進行方向が変化して第二基板２０から出射する。
【００９０】
なお、詳細は図示していないが、第二光学モードの場合も、第一基板１０と第一電極３０との界面又は屈折率可変層６０と第二電極４０との界面等、各部材間の界面で屈折率差が存在する箇所においては、上記同様に、第一基板１０から入射した光は、その界面で屈折することになる。
【００９１】
また、第一電極３０と第二電極４０とに印加する電位をゼロにして電圧無印加状態にすると、第一ナノ粒子６２ａは絶縁性液体６１内を泳動し、図３Ａに示すように、第一ナノ粒子６２ａが絶縁性液体６１全体にわたって均一に分散された状態に戻る。
【００９２】
一方、第一電極３０と第二電極４０との間に第一電圧とは逆バイアスの第二電圧が印加された場合（第二電圧印加時の場合）、光学デバイス１は、第一光学モード（電圧無印加時）及び第二光学モード（第一電圧印加時）とは異なる第三光学モードとなり、入射した光に対して第三光学作用を与える。
【００９３】
以下、図３Ｃを用いて、光学デバイス１の第三光学作用について説明する。第一電極３０と第二電極４０との間に第一電圧とは逆バイアスの第二電圧が印加された場合（第二電圧印加時の場合）、光学デバイス１は、第三光学モードとなり、入射した光に対して第三光学作用を与える。具体的には、第一電極３０と第二電極４０との間には、第二電圧として、第一電圧とは逆バイアスとなる直流電圧が印加される。例えば、第一電圧が＋２０Ｖである場合、第二電圧は−２０Ｖである。
【００９４】
第三光学モードでも、第二光学モードと同様に、第一電極３０と第二電極４０との間に印加された電圧に応じて屈折率可変層６０に電界が与えられるので、屈折率可変層６０では、帯電した第一ナノ粒子６２ａがその電界分布にしたがって絶縁性液体６１内を電気泳動する。
【００９５】
具体的には、第一電極３０にプラス電位を印加し、第二電極４０にマイナス電位を印加すると、プラスに帯電した第一ナノ粒子６２ａは、第二電極４０に向かって泳動し、屈折率可変層６０内の第二電極４０側に凝集されて偏在する。なお、第二ナノ粒子６２ｂは、帯電していないので、絶縁性液体６１内において等分散状態のままとなっている。
【００９６】
このように、第一ナノ粒子６２ａが屈折率可変層６０内の第二電極４０側に偏在することで、第一ナノ粒子６２ａの粒子分布が変化し、屈折率可変層６０内の屈折率分布が一様ではなくなる。具体的には、屈折率可変層６０内には、第一ナノ粒子６２ａ全体の泳動により第一ナノ粒子６２ａが集まってきて第一ナノ粒子６２ａの濃度が高くなった第二電極４０側の第一領域６０ａと、第一ナノ粒子６２ａ全体の泳動により第一ナノ粒子６２ａが無くなっていって第一ナノ粒子６２ａの濃度が低くなった凹凸構造５０側の第二領域６０ｂとが発生する。
【００９７】
この場合、第一ナノ粒子６２ａの屈折率が絶縁性液体６１の屈折率よりも高いので、屈折率可変層６０の第二電極４０側の第一領域６０ａの屈折率は、屈折率可変層６０の凹凸構造５０側の第二領域６０ｂの屈折率よりも高くなる。言い換えると、屈折率可変層６０の凹凸構造５０側の第二領域６０ｂの屈折率は、屈折率可変層６０の第二電極４０側の第一領域６０ａの屈折率よりも低くなる。したがって、屈折率可変層６０内には、第二電極４０側の高屈折率の第一領域６０ａと、凹凸構造５０側の低屈折率の第二領域６０ｂとが発生する。
【００９８】
本実施の形態では、電圧無印加時の屈折率可変層６０全体の屈折率が約１．５であるので、第二電圧印加時において、屈折率可変層６０の第二電極４０側の第一領域６０ａの屈折率は厚み方向に約１．６〜約１．８で分布し、また、屈折率可変層６０の凹凸構造５０側の第二領域６０ｂの屈折率は厚み方向に約１．４〜約１．５で分布する。
【００９９】
これにより、上記のように、凹凸構造５０の屈折率は約１．５であるので、第三光学モードの場合（第一電極３０と第二電極４０との間に第二電圧が印加されている場合）、凹凸構造５０の屈折率（約１．５）と屈折率可変層６０の凹凸構造５０側の第二領域６０ｂの屈折率（約１．４〜約１．５）との間には屈折率差が生じる。
【０１００】
この場合、図３Ｃに示すように、光学デバイス１に対して斜め方向から光Ｌが入射すると、凹凸構造５０（凸部５１）と屈折率可変層６０との界面には屈折率差があるので、光Ｌは、凹凸構造５０（凸部５１）に入射して、凸部５１の上側の側面（特に凸部５１の第一電極３０側よりの側面）と屈折率可変層６０との界面で全反射して跳ね返る方向に進行方向が曲げられてから、当該凸部５１の上側の側面と屈折率可変層６０との界面で屈折して光学デバイス１の外部に出射する。つまり、光学デバイス１に入射した光Ｌは、光学デバイス１によって、電圧無印加時及び第一電圧印加時とは異なる角度で配光される。
【０１０１】
このように、第一電極３０と第二電極４０との間に第二電圧が印加されている場合も、光学デバイス１は、第一基板１０に入射する光を配光して第二基板２０を透過させる。つまり、第三光学モードも第二光学モードと同様に配光モードであり、第三光学モードにおいて、光学デバイス１は配光状態になっている。この場合、第一基板１０に入射した光は、上記のように、光学デバイス１の凹凸構造５０で反射させられて進行方向が変化して第二基板２０から出射する。
【０１０２】
なお、詳細は図示していないが、第三光学モードの場合も、第一基板１０と第一電極３０との界面又は屈折率可変層６０と第二電極４０との界面等、各部材間の界面で屈折率差が存在する箇所においては、上記同様に、第一基板１０から入射した光は、その界面で屈折することになる。
【０１０３】
また、第一電極３０と第二電極４０とに印加する電位をゼロにして電圧無印加状態にすると、第一ナノ粒子６２ａは絶縁性液体６１内を泳動し、図３Ａに示すように、第一ナノ粒子６２ａが絶縁性液体６１全体にわたって均一に分散された状態に戻る。一方、第一電極３０と第二電極４０との間に印加する電圧を第二電圧から第一電圧に切り替えると、第一ナノ粒子６２ａは絶縁性液体６１内を逆方向に泳動して、図３Ｂに示すように、第一ナノ粒子６２ａが絶縁性液体６１全体にわたって均一に分散された状態に戻る。
【０１０４】
以上のように構成される光学デバイス１は、電流駆動型のデバイスである。したがって、第一電極３０及び第二電極４０に電圧を印加している間は、分散液（絶縁性液体６１）にも電流が流れている。
【０１０５】
また、光学デバイス１は、凹凸構造５０と屈折率可変層６０との屈折率マッチングを電界によって制御することで光学作用を変化させることができるアクティブ型の光学制御デバイスである。つまり、第一電極３０と第二電極４０との間に印加する電圧を制御することによって、光学デバイス１を複数の光学モードに切り替えることができる。本実施の形態では、光学デバイス１を、第一光学モード（透明モード）、第二光学モード（第一配光モード）及び第三光学モード（第二配光モード）の３つのモードに切り替えることができる。
【０１０６】
このように構成される光学デバイス１を建物の窓に設置した場合、第一光学モードでは、室外から室内に向かう太陽光を床側に向けてそのまま直進させることができ、第二光学モード及び第三光学モードでは、室外から室内に向かう太陽光を天井側に向けて配光することができる。つまり、第二光学モード及び第三光学モードは、室内の天井に太陽光を採光することができる採光モードである。
【０１０７】
また、第一電極３０と第二電極４０との間に印加する電圧を段階的に切り替えることによって、第一光学モードと第二光学モード又は第三光学モードとの間に複数の中間モードを設定したり、第二光学モードと第三光学モードとの間に複数の中間モードを設定したりすることもできる。あるいは、第一電極３０と第二電極４０との間に印加する電圧をアナログ的に変化させることによって、第一光学モードと第二光学モード又は第三光学モードとの間で配光状態を徐々に変化させたり、第二光学モードと第三光学モードとの間で配光状態を徐々に変化させたりすることもできる。
【０１０８】
また、本実施の形態では、第二ナノ粒子６２ｂは無帯電であったが、第二ナノ粒子６２ｂは第一ナノ粒子６２ａよりも小さい帯電量で帯電していてもよい。この場合、帯電している第二ナノ粒子６２ｂは、第一電極３０と第二電極４０との間に印加される電圧に応じて、第一ナノ粒子６２ａと同様の挙動で絶縁性液体６１内を泳動することになる。このとき、第二ナノ粒子６２ｂが第一ナノ粒子６２ａと同じ極性で帯電している場合、第二ナノ粒子６２ｂは、第一ナノ粒子６２ａと同じ方向に泳動することになり、第一ナノ粒子６２ａとともに屈折率可変層６０内の第二電極４０側又は凹凸構造５０側に偏在する。これにより、屈折率可変層６０内の第二電極４０側又は凹凸構造５０側では、第一ナノ粒子６２ａと第二ナノ粒子６２ｂとが合わさった屈折率分布となる。なお、第二ナノ粒子６２ｂは、帯電量が第一ナノ粒子６２ａよりも小さいので、第一ナノ粒子６２ａよりも遅れて泳動することになる。
【０１０９】
［まとめ］
以上、本実施の形態に係る光学デバイス１によれば、第一電極３０と第二電極４０との間に凹凸構造５０及び屈折率可変層６０が配置されており、屈折率可変層６０として、帯電した第一ナノ粒子６２ａと第一ナノ粒子６２ａよりも帯電量が小さい第二ナノ粒子６２ｂとが分散された絶縁性液体６１を用いている。
【０１１０】
この構成により、第一電極３０と第二電極４０との間に電圧を印加することで、少なくとも第１ナノ粒子６２ａが絶縁性液体６１内を泳動するので、屈折率可変層６０の屈折率を変化させることができる。具体的には、屈折率可変層６０における第一ナノ粒子６２ａの粒子分布が変化して、屈折率可変層６０の屈折率分布が変化する。これにより、凹凸構造５０と屈折率可変層６０との屈折率差が変化するので、光学デバイス１に入射する光の進行方向を制御することができる。
【０１１１】
本実施の形態では、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂとして高屈折率材料を用いている。具体的には、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂの屈折率を絶縁性液体６１の屈折率よりも高くしている。より具体的には、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂの屈折率を凹凸構造５０の屈折率よりも高くしている。
【０１１２】
そして、光学デバイス１では、第一電極３０と第二電極４０との間に電圧が印加されていない場合（電圧無印加時）において、屈折率可変層６０の屈折率は、凹凸構造５０の屈折率と略同一となっている。したがって、電圧無印加時では、凹凸構造５０と屈折率可変層６０との間に屈折率差がなくなり、光学デバイス１は透明モードとなり、第一基板１０に入射したは、直進して第二基板２０を透過する。
【０１１３】
また、第一電極３０と第二電極４０との間に第一電圧が印加されると、屈折率が高い第一ナノ粒子６２ａは、凹凸構造５０に向かって泳動して凹凸構造５０側に偏在する。これにより、屈折率可変層６０の凹凸構造５０側の第一領域６０ａの屈折率が、屈折率可変層６０の第二電極４０側の第二領域６０ｂの屈折率よりも高くなる。したがって、第一電圧印加時では、凹凸構造５０と屈折率可変層６０との間に屈折率差が生じ、光学デバイス１は配光モードとなり、第一基板１０に入射した光は、電圧無印加時とは異なる角度で配光されて第二基板２０を透過する。
【０１１４】
また、第一電極３０と第二電極４０との間に第一電圧とは逆バイアスの第二電圧が印加されると、屈折率が高い第一ナノ粒子６２ａは、第二電極４０に向かって泳動して第二電極４０側に偏在する。これにより、屈折率可変層６０の凹凸構造５０側の第二領域６０ｂの屈折率が、屈折率可変層６０の第二電極４０側の第一領域６０ａの屈折率よりも低くなり。したがって、第二電圧印加時でも、凹凸構造５０と屈折率可変層６０との間に屈折率差が生じ、光学デバイス１は配光モードとなるが、第二電圧印加時では、第一基板１０に入射した光は、第一電圧無印加時とは異なる角度で配光されて第二基板２０を透過することになる。
【０１１５】
このように構成される本実施の形態における光学デバイス１は、屈折率可変層が液晶層である光学デバイスと比べて、凹凸構造５０と屈折率可変層６０との屈折率差（Δｎ）を大きくすることができるので、配光制御範囲を大きくすることができる。
【０１１６】
例えば、屈折率可変層が液晶層である場合は、屈折率可変層（液晶層）は、１．５〜１．７の範囲内でしか屈折率が変化しないので、屈折率が１．５の凹凸構造との最大の屈折率差は０．２である。
【０１１７】
これに対して、本実施の形態における光学デバイス１では、屈折率可変層６０が屈折率２．１３の第一ナノ粒子６２ａと屈折率が１．７５の第二ナノ粒子６２ｂと溶媒屈折率約１．４０の絶縁性液体６１とによって構成されているので、屈折率可変層６０は、部分的に、１．４０〜２．１３の範囲で屈折率を変化させることが可能となる。これにより、屈折率可変層６０は、屈折率が１．５の凹凸構造５０との最大の屈折率差は０．６程度となる。
【０１１８】
このように、凹凸構造５０と屈折率可変層６０との屈折率差が大きくなることで、光学デバイス１に入射した光が凹凸構造５０で反射するときの角度を大きくしたり小さくしたりすることができる範囲（配光制御範囲）を拡大させることができる。つまり、配光角度のレンジを拡大させることができる。
【０１１９】
また、本実施の形態における光学デバイス１は、屈折率可変層が液晶層である光学デバイスと比べて、配光率を向上させることができる。つまり、液晶層は、複屈折性を有する液晶分子によって構成されているので、液晶層を用いた光学デバイスでは、Ｓ波及びＰ波のいずれかしか配光させることができない。これに対して、絶縁性液体６１、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂは、Ｓ波及びＰ波に対して無依存であるので、本実施の形態における光学デバイス１は、Ｓ波及びＰ波のいずれに対しても配光させることができる。したがって、本実施の形態における光学デバイス１は、液晶層を用いた光学デバイスに対して、配光率が２倍になる。
【０１２０】
このように、本実施の形態における光学デバイス１によれば、屈折率可変層が液晶層である光学デバイスと比べて、配光制御範囲を大きくすることができるとともに、配光率を向上させることができる。したがって、優れた配光性能を有する光学デバイス１を実現できる。
【０１２１】
しかも、本実施の形態に係る光学デバイス１では、第一ナノ粒子６２ａに加えて第二ナノ粒子６２ｂが絶縁性液体６１に分散されている。
【０１２２】
これにより、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂが絶縁性液体６１内で等分散状態である場合において、屈折率可変層６０全体の屈折率を所望の値に容易に調整することができる。つまり、第二ナノ粒子６２ｂを屈折率可変層６０の屈折率を微調整するための屈折率調整部材として用いることができる。例えば、第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂが絶縁性液体６１内で等分散状態のときに、凹凸構造５０と屈折率可変層６０との屈折率差を少なくとも少数点第３位までを容易に揃えることができる。したがって、設計通りの所望の配光性能を有する光学デバイス１を実現することができる。なお、本実施の形態では、第二ナノ粒子６２ｂの屈折率が第一ナノ粒子６２ａの屈折率よりも低いので、第二ナノ粒子６２ｂの濃度（量）を調整することによって、凹凸構造５０の屈折率と第一ナノ粒子６２ａの屈折率との間の範囲の屈折率となるように屈折率可変層６０の屈折率を容易に調整することができる。
【０１２３】
さらに、第一ナノ粒子６２ａよりも帯電量の小さい第二ナノ粒子６２ｂを加えることによって、電圧無印加時及び電圧印加時における第一ナノ粒子６２ａ及び第二ナノ粒子６２ｂが絶縁性液体６１内で静止した均衡状態において、屈折率可変層６０内の屈折率分布を滑らかにすることもできる。これにより、配光性能に優れた光学デバイス１を実現することができる。
【０１２４】
また、第一ナノ粒子６２ａよりも帯電量の小さい第二ナノ粒子６２ｂを加えることによって、絶縁性液体６１内において第二ナノ粒子６２ｂが第一ナノ粒子６２ａが遅れて泳動することになる。これにより、第一電極３０と第二電極４０との間に印加する電圧を変化させて光学デバイス１の光学モードを切り替える際に、光学デバイス１を透過する光の進行方向を滑らかに変化させることができる。例えば、第一光学モード（電圧無印加時）から第二光学モード（第一電圧印加時）に切り替える場合、光学デバイス１を透過する光は、光学デバイス１を直進透過する直進状態から光学デバイス１内で跳ね返る方向に進行する配光状態に切り替わるが、直進状態から配光状態にデジタル的に切り替わるのではなく、直進状態から配光状態へと滑らかに切り替わることになる。したがって、光の進行方向を徐々に変化させることができるので、光学モードの切り替え時におけるユーザへの光の刺激を軽減することができる。
【０１２５】
また、第二ナノ粒子６２ｂを加えることによって、第一光学モード、第二光学モード及び第三光学モードの各モード間（遷移状態）で制御を行う場合に、より細かな制御を行うこともできる。
【０１２６】
以上のように、本実施の形態における光学デバイス１によれば、優れた配光性能を有する光学デバイスを実現できる。
【０１２７】
（変形例）
以上、本発明に係る光学デバイスについて、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。
【０１２８】
例えば、上記実施の形態において、第一ナノ粒子６２ａはプラスに帯電されていたが、これに限らない。つまり、第一ナノ粒子６２ａはマイナスに帯電されていてもよい。この場合、第二ナノ粒子６２ｂもマイナスに帯電されているとよい。
【０１２９】
また、上記実施の形態において、第二光学モードでは、第一電極３０にマイナス電位を印加し、第二電極４０にプラス電位を印加したが、これに限らない。例えば、第一電極３０と第二電極４０との間に所定の電圧（電位差）が印加されれば、第二光学モードにおいて、第一電極３０及び第二電極４０の両方にプラス電位が印加されてもよいしマイナス電位が印加されてもよい。
【０１３０】
また、上記実施の形態において、凹凸構造５０を構成する凸部５１は、断面形状が台形の長尺状の四角柱であったが、これに限らない。例えば、凸部５１は、断面形状が三角形（例えば二等辺三角形）の長尺状の三角柱であってもよい。また、凸部５１の側面の断面形状は、直線に限らず、曲線又は鋸状であってもよい。さらに、複数の凸部５１の各々は、Ｘ軸方向に延在する１本の長尺状部材に限らず、Ｘ軸方向に部分的に分断されていてもよい。
【０１３１】
また、上記実施の形態において、複数の凸部５１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５１の高さがランダムに異なっていてもよい。あるいは、凸部５１の間隔がランダムに異なっていてもよいし、高さと間隔の両方がランダムであってもよい。
【０１３２】
また、上記実施の形態において、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、これに限るものではない。例えば、光学デバイス１に入射する光は、照明器具等の発光装置が発する光であってもよい。
【０１３３】
また、上記実施の形態において、凸部５１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５１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。
【０１３４】
また、上記実施の形態において、光学デバイス１を窓に貼り付けたが、光学デバイス１を建物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、建物の窓に設置する場合に限るものではなく、例えば車の窓等に設置してもよい。
【０１３５】
なお、その他、上記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、又は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で上記の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】
【０１３６】
１  光学デバイス
１０  第一基板
２０  第二基板
３０  第一電極
４０  第二電極
５０  凹凸構造
６０  屈折率可変層
６１  絶縁性液体
６２ａ  第一ナノ粒子
６２ｂ  第二ナノ粒子
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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