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WO2018150675A1 - 光学デバイス及び光学システム - Google Patents

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Publication number
WO2018150675A1
WO2018150675A1 PCT/JP2017/042320 JP2017042320W WO2018150675A1 WO 2018150675 A1 WO2018150675 A1 WO 2018150675A1 JP 2017042320 W JP2017042320 W JP 2017042320W WO 2018150675 A1 WO2018150675 A1 WO 2018150675A1
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WO
WIPO (PCT)
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electrode
layer
electrode layer
optical device
pieces
Prior art date
Application number
PCT/JP2017/042320
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
井出　伸弘
太田　益幸
裕子 鈴鹿
Original Assignee
パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by パナソニックＩｐマネジメント株式会社 filed Critical パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Publication of WO2018150675A1 publication Critical patent/WO2018150675A1/ja

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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1343—Electrodes

Definitions

  • the present invention relates to an optical device and an optical system.
  • An optical device capable of changing the transmission state of external light such as sunlight incident from the outside is known.
  • Patent Document 1 discloses a liquid crystal optical element having a pair of transparent substrates, a pair of transparent electrodes formed on each of the pair of transparent substrates, and a prism layer and a liquid crystal layer sandwiched between the pair of transparent electrodes. It is disclosed.
  • the liquid crystal optical element changes the refractive index of the liquid crystal layer by a voltage applied to the pair of transparent electrodes, thereby changing the refraction angle of light passing through the interface between the inclined surface of the prism and the liquid crystal layer.
  • the conventional liquid crystal optical element has a problem that the control range in the light distribution direction is narrow.
  • an object of the present invention is to provide an optical device and an optical system capable of increasing the control range in the light distribution direction.
  • an optical device includes a first base material having translucency, and a second base having translucency, which is disposed to face the first base material.
  • a refractive index variable layer that is disposed so as to fill a space between the plurality of convex portions and has a refractive index that varies according to a voltage applied between the first electrode layer and the second electrode layer, and the first electrode
  • At least one of the layer and the second electrode layer is composed of a plurality of electrode pieces, and the plurality of electrode pieces are provided with a plurality of first potentials. Including a first electrode piece and a plurality of second electrode pieces to which a second potential is applied, wherein the plurality of first electrode pieces and the plurality of second electrode pieces are alternately arranged in the first direction. Has been placed.
  • the optical system according to an aspect of the present invention is configured to selectively apply a potential to the optical device and the plurality of electrode pieces, so that a predetermined potential is provided between the first electrode layer and the second electrode layer.
  • a controller for applying a voltage is configured to selectively apply a potential to the optical device and the plurality of electrode pieces, so that a predetermined potential is provided between the first electrode layer and the second electrode layer.
  • control range of the light distribution direction can be increased.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of the optical device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the optical device according to the first embodiment.
  • FIG. 3A is a diagram for explaining an operation (light distribution state) when the optical device operates in the non-application mode when the optical device according to Embodiment 1 is installed in a window.
  • FIG. 3B is a diagram for explaining an action (transparent state) when the optical device operates in the uniform application mode when the optical device according to Embodiment 1 is installed in a window.
  • FIG. 3C is a diagram for explaining an operation (light distribution state) when the optical device operates in the partial application mode when the optical device according to Embodiment 1 is installed in a window.
  • FIG. 4A is an enlarged cross-sectional view for explaining a non-application mode (light distribution state) of the optical device according to Embodiment 1.
  • FIG. 4B is an enlarged cross-sectional view for explaining a uniform application mode (transparent state) of the optical device according to Embodiment 1.
  • FIG. 4C is an enlarged cross-sectional view for explaining an example of a partial application mode (light distribution state) of the optical device according to Embodiment 1.
  • FIG. 4D is an enlarged cross-sectional view for explaining another example of the partial application mode (light distribution state) of the optical device according to Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of an optical device according to a modification of the first embodiment.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the optical device according to the second embodiment.
  • FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view of the optical device according to the second embodiment.
  • FIG. 8 is an enlarged cross-sectional view for explaining an operation mode of the optical device according to the second embodiment.
  • FIG. 9 is an enlarged cross-sectional view of an optical device according to a modification of the embodiment.
  • FIG. 10A is an enlarged cross-sectional view for explaining a non-application mode (transparent state) of an optical device according to a modification of the embodiment.
  • FIG. 10B is an enlarged cross-sectional view for explaining a uniform application mode (light distribution state) of an optical device according to a modification of the embodiment.
  • FIG. 10A is an enlarged cross-sectional view for explaining a non-application mode (transparent state) of an optical device according to a modification of the embodiment.
  • FIG. 10B is an enlarged cross-sectional view for explaining a uniform application mode (light distribution state) of an optical device
  • FIG. 10C is an enlarged cross-sectional view for explaining an example of a partial application mode (light distribution state) of the optical device according to the modification of the embodiment.
  • FIG. 10D is an enlarged cross-sectional view for explaining an example of a partial application mode (light distribution state) of the optical device according to the modification of the embodiment.
  • the x axis, the y axis, and the z axis indicate the three axes of the three-dimensional orthogonal coordinate system.
  • the z-axis direction is the vertical direction
  • the direction perpendicular to the z-axis is the horizontal direction.
  • the positive direction of the z-axis is vertically upward.
  • the z-axis is not limited to the vertical direction, and may be a horizontal direction or a direction that obliquely intersects the vertical direction.
  • the “thickness direction” means the thickness direction of the optical device, which is a direction perpendicular to the main surfaces of the first base material and the second base material
  • “plan view” means , When viewed from a direction perpendicular to the main surface of the first substrate or the second substrate.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of an optical device 1 according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the optical device 1 according to the present embodiment, and is an enlarged cross-sectional view of a region II surrounded by a one-dot chain line in FIG.
  • the optical device 1 is a light control device that controls light incident on the optical device 1.
  • the optical device 1 is a light distribution element that can change the traveling direction of light incident on the optical device 1 (that is, distribute light) and emit the light.
  • the optical device 1 is comprised so that the incident light may be permeate
  • an adhesion layer for closely adhering the first electrode layer 40 and the uneven structure layer 31 of the light distribution layer 30 may be provided on the surface of the first electrode layer 40 on the light distribution layer 30 side.
  • the adhesion layer is, for example, a translucent adhesive sheet or a resin material generally referred to as a primer.
  • the first electrode layer 40, the light distribution layer 30, and the second electrode layer 50 are arranged in this order along the thickness direction between the paired first base material 10 and second base material 20. It is a configuration.
  • a plurality of particulate spacers may be dispersed in the plane, or a columnar structure may be formed.
  • the 1st base material 10 and the 2nd base material 20 are translucent base materials which have translucency.
  • a glass substrate or a resin substrate can be used, for example.
  • Examples of the material for the glass substrate include soda glass, alkali-free glass, and high refractive index glass.
  • Examples of the material for the resin substrate include resin materials such as polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate (PC), acrylic (PMMA), and epoxy.
  • PET polyethylene terephthalate
  • PEN polyethylene naphthalate
  • PC polycarbonate
  • PMMA acrylic
  • the glass substrate has the advantages of high light transmittance and low moisture permeability. On the other hand, the resin substrate has an advantage of less scattering at the time of destruction.
  • the first base material 10 and the second base material 20 may be made of the same material, or may be made of different materials. Moreover, the 1st base material 10 and the 2nd base material 20 are not restricted to a rigid board
  • the second base material 20 is an opposing base material that opposes the first base material 10 and is disposed at a position that opposes the first base material 10.
  • the first base material 10 and the second base material 20 are arranged substantially in parallel with a predetermined distance of, for example, 10 ⁇ m to 30 ⁇ m.
  • the 1st base material 10 and the 2nd base material 20 are adhere
  • planar view shape of the 1st base material 10 and the 2nd base material 20 is rectangular shapes, such as a square or a rectangle, for example, it is not restricted to this, Even if it is a polygon other than a circle or a rectangle Well, any shape can be employed.
  • the light distribution layer 30 is disposed between the first electrode layer 40 and the second electrode layer 50.
  • the light distribution layer 30 has translucency and transmits incident light.
  • the light distribution layer 30 distributes the incident light. That is, the light distribution layer 30 changes the traveling direction of light when the light passes through the light distribution layer 30.
  • the light distribution layer 30 includes an uneven structure layer 31 and a refractive index variable layer 32.
  • the concavo-convex structure layer 31 is a finely shaped layer provided to make the surface (interface) of the refractive index variable layer 32 uneven. As shown in FIG. 2, the concavo-convex structure layer 31 has a plurality of convex portions 33 and a plurality of concave portions 34. Specifically, the concavo-convex structure layer 31 is a concavo-convex structure formed by a plurality of micro-order sized convex portions 33. Between the plurality of convex portions 33 are a plurality of concave portions 34. That is, one concave portion 34 is formed between two adjacent convex portions 33.
  • the plurality of protrusions 33 are a plurality of protrusions arranged side by side in the z-axis direction (first direction) parallel to the main surface of the first base material 10 (the surface on which the first electrode layer 40 is provided). . That is, in the present embodiment, the z-axis direction is the arrangement direction of the plurality of convex portions 33.
  • Each of the plurality of convex portions 33 has a shape that tapers from the root 33d to the tip 33c.
  • the cross-sectional shape of each of the plurality of convex portions 33 is a tapered shape tapered along a direction (thickness direction, y-axis positive direction) from the first base material 10 toward the second base material 20.
  • the cross-sectional shape (yz cross-section) of the convex portion 33 is a triangle, but is not limited thereto.
  • the cross-sectional shape of the convex portion 33 may be a trapezoid, other polygons, or a polygon including a curve.
  • the side surface 33a is, for example, a vertically upper side surface (upper side surface) among a plurality of side surfaces constituting the convex portion 33.
  • the side surface 33a is a reflection surface (total reflection surface) that reflects (total reflection) incident light.
  • the side surface 33b is, for example, a vertically lower side surface (lower side surface) among a plurality of side surfaces constituting the convex portion 33.
  • the side surface 33b is a refracting surface that refracts incident light.
  • the plurality of convex portions 33 are formed in a stripe shape extending in the x-axis direction. That is, each of the plurality of convex portions 33 is an elongated convex portion that extends linearly along the x-axis direction. Specifically, each of the plurality of convex portions 33 has a triangular cross-sectional shape and an elongated substantially triangular prism shape extending in the x-axis direction, and is arranged at substantially equal intervals along the z-axis direction. . Each of the plurality of convex portions 33 has the same shape, but may have different shapes.
  • the height (the length in the y-axis direction) of each of the plurality of convex portions 33 is, for example, 2 ⁇ m to 100 ⁇ m, but is not limited thereto.
  • the width (length in the z-axis direction) of the plurality of convex portions 33 is, for example, 1 ⁇ m to 20 ⁇ m, and preferably 10 ⁇ m or less, but is not limited thereto.
  • the distance W1 between the tips 33c of the adjacent convex portions 33 and the distance W2 between the roots 33d, that is, the width of the concave portion 34 (z-axis direction) is, for example, 0 ⁇ m to 100 ⁇ m.
  • the two adjacent convex portions 33 may be disposed at a predetermined interval without being in contact with each other, or may be disposed in contact with each other.
  • the interval between the adjacent convex portions 33 is not limited to 0 ⁇ m to 100 ⁇ m.
  • the material of the convex portion 33 for example, a resin material having optical transparency such as an acrylic resin, an epoxy resin, or a silicone resin can be used.
  • the convex portion 33 is formed of, for example, an ultraviolet curable resin material, and can be formed by molding or nanoimprinting.
  • the concavo-convex structure layer 31 can form, for example, a concavo-convex structure having a triangular cross section using an acrylic resin having a refractive index of 1.5 by mold embossing.
  • the height of the convex portion 33 is, for example, 10 ⁇ m, and the plurality of convex portions 33 are arranged in the z-axis direction at regular intervals with an interval of 2 ⁇ m.
  • the thickness of the root 33d of the convex portion 33 is, for example, 5 ⁇ m.
  • the distance W2 between the roots 33d of the adjacent convex portions 33 can take a value of 0 ⁇ m to 5 ⁇ m, for example.
  • the refractive index variable layer 32 is disposed so as to fill a space between the plurality of convex portions 33 of the concavo-convex structure layer 31 (that is, the concave portion 34).
  • the refractive index variable layer 32 is disposed so as to fill a gap formed between the first electrode layer 40 and the second electrode layer 50.
  • the refractive index variable layer 32 fills the gap between the convex portion 33 and the second electrode layer 50. Be placed.
  • the convex portion 33 and the second electrode layer 50 may be in contact with each other. In this case, the refractive index variable layer 32 may be provided separately for each concave portion 34.
  • the refractive index of the refractive index variable layer 32 changes depending on the voltage applied between the first electrode layer 40 and the second electrode layer 50.
  • the refractive index variable layer 32 functions as a refractive index adjustment layer capable of adjusting the refractive index in the visible light region when an electric field is applied.
  • the refractive index variable layer 32 is composed of a liquid crystal having liquid crystal molecules 35 having electric field responsiveness, the orientation state of the liquid crystal molecules 35 is changed by applying an electric field to the light distribution layer 30 to change the refractive index.
  • the refractive index of the variable layer 32 changes.
  • the birefringent material of the refractive index variable layer 32 is, for example, a liquid crystal including liquid crystal molecules 35 having birefringence.
  • a liquid crystal for example, a nematic liquid crystal, a smectic liquid crystal, or a cholesteric liquid crystal in which the liquid crystal molecules 35 are rod-like molecules can be used.
  • the material of the refractive index variable layer 32 has an ordinary light refractive index (no) of 1.5 and an extraordinary light refractive index (ne) of 1.7.
  • a positive type liquid crystal can be used.
  • the refractive index variable layer 32 includes, for example, end portions of the first base material 10 on which the first electrode layer 40 and the uneven structure layer 31 are formed and the second base material 20 on which the second electrode layer 50 is formed. It is formed by injecting a liquid crystal material by a vacuum injection method with the outer periphery sealed with a sealing resin. Alternatively, the refractive index variable layer 32 is formed by laminating the second base material 20 after dropping a liquid crystal material on the first electrode layer 40 and the concavo-convex structure layer 31 of the first base material 10.
  • FIG. 2 shows a state in which no voltage is applied (the same applies to FIG. 4A described later), and the liquid crystal molecules 35 are aligned so that the major axis is substantially parallel to the x-axis.
  • a voltage is applied between the first electrode layer 40 and the second electrode layer 50, the liquid crystal molecules 35 are aligned so that the major axis is substantially parallel to the y-axis (see FIG. 4B described later). .
  • an electric field may be applied to the refractive index variable layer 32 by AC power, or an electric field may be applied by DC power.
  • the voltage waveform may be a sine wave or a rectangular wave.
  • first electrode layer 40 and the second electrode layer 50 are electrically paired and configured to be able to apply an electric field to the light distribution layer 30.
  • the first electrode layer 40 and the second electrode layer 50 are paired not only electrically but also in arrangement, so that they face each other between the first base material 10 and the second base material 20. Has been placed. Specifically, the first electrode layer 40 and the second electrode layer 50 are arranged so as to sandwich the light distribution layer 30.
  • the first electrode layer 40 and the second electrode layer 50 are translucent and transmit incident light.
  • the first electrode layer 40 and the second electrode layer 50 are, for example, transparent conductive layers.
  • a conductor-containing resin made of a resin containing a conductor such as a transparent metal oxide such as ITO (Indium Tin Oxide) or IZO (Indium Zinc Oxide), silver nanowires or conductive particles, or A metal thin film such as a silver thin film can be used.
  • the 1st electrode layer 40 and the 2nd electrode layer 50 may be these single layer structures, and these laminated structures (for example, laminated structure of a transparent metal oxide and a metal thin film) may be sufficient as them.
  • each of the first electrode layer 40 and the second electrode layer 50 is ITO having a thickness of 100 nm.
  • the first electrode layer 40 is disposed between the first base material 10 and the uneven structure layer 31. Specifically, the first electrode layer 40 is formed on the surface of the first base material 10 on the light distribution layer 30 side.
  • the second electrode layer 50 is disposed between the refractive index variable layer 32 and the second substrate 20. Specifically, the second electrode layer 50 is formed on the surface of the second base material 20 on the light distribution layer 30 side.
  • the 1st electrode layer 40 and the 2nd electrode layer 50 are comprised so that electrical connection with an external power supply is attained, for example.
  • electrode pads or the like for connecting to an external power supply may be formed on the first base material 10 and the second base material 20 by being drawn from each of the first electrode layer 40 and the second electrode layer 50.
  • the second electrode layer 50 is composed of a plurality of electrode pieces including the first electrode piece 51 and the second electrode piece 52. Specifically, as shown in FIG. 2, the second electrode layer 50 is divided into a plurality of first electrode pieces 51 and a plurality of second electrode pieces 52.
  • the plurality of first electrode pieces 51 and the plurality of second electrode pieces 52 are alternately arranged in the arrangement direction (z-axis direction) of the plurality of convex portions 33.
  • the plurality of first electrode pieces 51 and the plurality of second electrode pieces 52 are each strip-shaped electrode pieces extending in the x-axis direction.
  • the first electrode piece 51 and the second electrode piece 52 have, for example, the same shape and the same size.
  • the first potential is commonly applied to the plurality of first electrode pieces 51.
  • the plurality of first electrode pieces 51 are connected to each other at one end in the extending direction (x-axis direction), for example, and are configured such that the potential applied to each of them is equal.
  • the plurality of first electrode pieces 51 are comb-like electrodes.
  • the second potential is commonly applied to the plurality of second electrode pieces 52.
  • the plurality of second electrode pieces 52 are connected to each other at the other end in the extending direction (x-axis direction), for example, and are configured such that the potential applied to each of them is equal.
  • the plurality of second electrode pieces 52 are comb-like electrodes.
  • the plurality of first electrode pieces 51 and the plurality of second electrode pieces 52 are electrically insulated from each other.
  • the first electrode piece 51 and the second electrode piece 52 are arranged with a gap 53 or 54 therebetween. For this reason, different potentials can be applied to the plurality of first electrode pieces 51 and the plurality of second electrode pieces 52. That is, the first potential applied to the first electrode piece 51 and the second potential applied to the plurality of second electrode pieces 52 may be different or the same.
  • the adjacent first electrode piece 51 and the second electrode piece 52 are located between the tips 33c of the adjacent convex portions 33 in plan view.
  • a line parallel to the thickness direction passing through each of the tip 33c and the root 33d of the convex portion 33 is indicated by a two-dot chain line.
  • the boundary region (that is, the gap 53) between the first electrode piece 51 and the second electrode piece 52 is located between the roots 33d of the adjacent convex portions 33 in plan view. Further, another boundary region (that is, the gap 54) between the first electrode piece 51 and the second electrode piece 52 is located at a position overlapping the tip 33c of the convex portion 33 in plan view. That is, as shown in FIG. 2, the two-dot chain line passing through the tip 33 c passes through the gap 54.
  • the widths of the gaps 53 and 54 (the length in the z-axis direction) are shorter than the widths of the first electrode pieces 51 and the second electrode pieces 52, for example.
  • the first electrode piece 51 when viewed in plan, the first electrode piece 51 is located at a position overlapping the side surface 33b (refractive surface) of the convex portion 33.
  • the first electrode piece 51 does not overlap the side surface 33a (reflection surface) of the convex portion 33.
  • the orientation of the liquid crystal molecules 35 located in the vicinity of the side surface 33b can be changed.
  • the effective refracting surface which is a surface where light is substantially refracted can be changed. Details will be described later with reference to FIG. 4C.
  • the second electrode piece 52 when viewed in a plan view, is located at a position overlapping the side surface 33a (reflection surface) of the convex portion 33.
  • the second electrode piece 52 does not overlap the side surface 33 b (refractive surface) of the convex portion 33.
  • the first electrode layer 40 and the second electrode layer 50 are each formed by, for example, vapor deposition or sputtering.
  • the second electrode layer 50 may be divided into a plurality of electrode pieces by, for example, forming a conductive film such as ITO and then patterning by etching or the like, or may be formed by patterning application of a conductive material. Also good.
  • optical state of optical device Subsequently, the optical state (operation mode) of the optical device 1 will be described with reference to an example of use of the optical device 1 according to the present embodiment. Specifically, an optical system including the optical device 1 will be described with reference to FIGS. 3A to 3C.
  • FIGS. 3A to 3C are diagrams each showing an example in which the optical system 60 including the optical device 1 according to the present embodiment is applied to a building 90.
  • FIG. Specifically, FIGS. 3A to 3C are diagrams for explaining the operation when the optical device 1 operates in each operation mode when the optical device 1 is installed in the window 91.
  • the optical system 60 includes the optical device 1 and a control unit 61.
  • the area shaded with dots extending from the optical device 1 indicates an area through which light (specifically, S-polarized light component) that has passed through the optical device 1 passes.
  • the optical device 1 can transmit incident light.
  • the optical device 1 can be realized as a window with a light distribution function by being installed in the window 91 of the building 90.
  • the optical device 1 is bonded to the existing window 91 via an adhesive layer, for example.
  • the optical device 1 is installed in the window 91 in a posture in which the main surfaces of the first base material 10 and the second base material 20 are parallel to the vertical direction (z-axis direction).
  • the detailed structure of the optical device 1 is not shown.
  • the first base material 10 is on the outdoor side
  • the second base material 20 is on the indoor side
  • the convex portion 33 is disposed such that the side surface 33a is on the ceiling 92 side and the side surface 33b is on the floor 93 side.
  • control unit 61 is installed on the floor 93, this is schematically illustrated, and the installation location of the control unit 61 is not particularly limited.
  • the control unit 61 may be configured integrally with the optical device 1 and fixed to the window frame of the window 91 or the like.
  • the control unit 61 may be embedded in a ceiling 92, a floor 93, a wall, or the like of the building 90.
  • the control unit 61 is a control unit that drives the optical device 1. Specifically, the control unit 61 applies a predetermined voltage between the first electrode layer 40 and the second electrode layer 50. In the present embodiment, the control unit 61 selectively applies a potential to the plurality of electrode pieces constituting the second electrode layer 50, so that a predetermined amount is provided between the first electrode layer 40 and the second electrode layer 50. Apply voltage.
  • the control unit 61 has three operation modes corresponding to the voltage application state between the first electrode layer 40 and the second electrode layer 50.
  • the three operation modes are a non-application mode in which no voltage is applied (first operation mode), a uniform application mode in which voltage is applied substantially uniformly between electrode layers (second operation mode), and an electrode layer.
  • This is a partial application mode (third operation mode) in which a voltage is partially applied.
  • the magnitude and direction of the electric field applied to the light distribution layer 30 change according to each operation mode.
  • the control unit 61 performs switching between the three operation modes based on a user operation or predetermined schedule information. In the second operation mode and the third operation mode, a plurality of voltage levels to be applied may be set and switched as appropriate.
  • the orientation of the liquid crystal molecules 35 included in the refractive index variable layer 32 changes according to the electric field applied to the light distribution layer 30. Since the liquid crystal molecules 35 are rod-like liquid crystal molecules having birefringence, the refractive index received by the light varies depending on the polarization state of the incident light.
  • the refractive index of the convex portion 33 is 1.5
  • the liquid crystal molecule 35 is a positive type in which the ordinary light refractive index (no) is 1.5 and the extraordinary light refractive index (ne) is 1.7.
  • the case of the liquid crystal molecules will be described as an example.
  • Light such as sunlight incident on the optical device 1 includes P-polarized light (P-polarized component) and S-polarized light (S-polarized component).
  • the P-polarized light has a vibration direction substantially parallel to the minor axis of the liquid crystal molecules 35.
  • the refractive index of the liquid crystal molecules 35 for P-polarized light does not depend on the operation mode, and is the ordinary light refractive index (no), specifically 1.5.
  • the refractive index for P-polarized light does not depend on the operation mode and is substantially constant in the light distribution layer 30, so that the P-polarized light travels straight through the light distribution layer 30 as it is.
  • the refractive index of the liquid crystal molecules 35 for S-polarized light changes according to the operation modes shown in FIGS. 3A to 3C.
  • the optical device 1 when the optical device 1 is driven in the non-application mode, the optical device 1 enters a light distribution state in which the traveling direction of the incident light L (S-polarized light) is changed.
  • the optical device 1 When the optical device 1 is driven in the uniform application mode, the optical device 1 enters a light-transmitting (transparent) state that allows the incident light L (S-polarized light) to pass as it is (without changing the traveling direction).
  • the partial application mode is a mode that forms an intermediate optical state between the non-application mode and the uniform application mode. For this reason, when the optical device 1 is driven in the partial application mode, the optical device 1 enters a light distribution state in a direction different from the non-application mode.
  • both P-polarized light and S-polarized light travel in the same direction.
  • the traveling direction of both P-polarized light and S-polarized light can be bent by refraction and total reflection to realize a light distribution state.
  • FIGS. 4A to 4D are enlarged sectional views for explaining each operation mode of the optical device 1 according to the present embodiment.
  • the path of light L for example, sunlight
  • the light L is refracted when it enters the first base material 10 and when it exits from the second base material 20, but the path change due to these refractions is not shown.
  • FIG. 4A schematically shows the state of the optical device 1 when driven in the non-application mode and the path of the light L that passes through the optical device 1.
  • the controller 61 does not apply a voltage between the first electrode layer 40 and the second electrode layer 50 when the optical device 1 is operated in the non-application mode.
  • the plurality of first electrode pieces 51 and the plurality of second electrode pieces 52 constituting the first electrode layer 40 and the second electrode layer 50 have substantially the same potential (for example, ground potential).
  • An electric field is not applied to the optical layer 30.
  • the refractive index of the refractive index variable layer 32 can be made substantially uniform in the plane.
  • the refractive index received by the light L (S-polarized light) is 1.5 for the convex portion 33, whereas the refractive index variable layer 32 is 1.7.
  • the light L incident on the optical device 1 obliquely is refracted by the side surface 33b of the convex portion 33 and the traveling direction is changed, and then reflected by the side surface 33a of the convex portion 33 ( Total reflection).
  • the light reflected by the side surface 33a is emitted obliquely upward.
  • the optical device 1 emits the light L incident obliquely downward and obliquely upward. Therefore, as illustrated in FIG. 3A, the light L such as sunlight incident obliquely downward is bent in the traveling direction by the optical device 1 and irradiates the ceiling 92 of the building 90.
  • FIG. 4B schematically shows the state of the optical device 1 when driven in the uniform application mode and the path of the light L that passes through the optical device 1.
  • control unit 61 When the control unit 61 operates the optical device 1 in the uniform application mode, by applying an equal potential to all of the plurality of first electrode pieces 51 and the plurality of second electrode pieces 52 constituting the second electrode layer 50, A predetermined voltage (first voltage) is applied between the first electrode layer 40 and the second electrode layer 50. Thereby, the electric field applied to the light distribution layer 30 becomes substantially uniform in the plane, and the refractive index of the refractive index variable layer 32 can be made substantially uniform in the plane.
  • first voltage first voltage
  • the refractive index received by the light L is 1.5 for both the convex portion 33 and the refractive index variable layer 32.
  • the light L incident on the optical device 1 obliquely passes through the optical device 1 as it is. That is, the optical device 1 emits the light L incident obliquely downward as it is obliquely downward. Therefore, as shown in FIG. 3B, light L such as sunlight incident obliquely downward passes through the optical device 1 as it is and irradiates a portion near the window 91 of the floor 93 of the building 90.
  • 4C and 4D schematically show the state of the optical device 1 when driven in the partial application mode, and the path of the light L that passes through the optical device 1.
  • 4C shows a case where a voltage is applied between the first electrode piece 51 and the first electrode layer 40 constituting the second electrode layer 50.
  • FIG. 4D the second electrode piece 52 and the first electrode piece The case where a voltage is applied between one electrode layer 40 is shown.
  • the control unit 61 applies different potentials to the first electrode pieces 51 and the plurality of second electrode pieces 52, so that the first electrode layer 40 and the second electrode piece A predetermined voltage (second voltage) is applied between the electrode layer 50 and the electrode layer 50.
  • second voltage predetermined voltage
  • the second voltage applied in the partial application mode is smaller than the first voltage applied in the uniform application mode.
  • the control unit 61 applies a potential different from that of the first electrode layer 40 to the first electrode piece 51, so that the first electrode piece 51 and the first electrode layer 40 A second voltage is applied between them.
  • the controller 61 applies a potential (for example, ground potential) equal to that of the first electrode layer 40 to the second electrode piece 52. Thereby, an electric field is not generated between the second electrode piece 52 and the first electrode layer 40.
  • the liquid crystal molecules 35 positioned between the first electrode layer 40 and the first electrode piece 51 are aligned in a direction in which the major axis is inclined to some extent in the thickness direction (y-axis direction) side.
  • the refractive index is an intermediate value between 1.5 and 1.7, which is different from the refractive index of the convex portion 33, and the voltage. This is also different from the refractive index variable layer 32 to which no voltage is applied. Therefore, in the traveling path of the light L, another refracting surface (or a refracting region) is formed before the side surface 33b.
  • the liquid crystal molecules 35 positioned between the first electrode layer 40 and the second electrode piece 52 remain in a state in which the long axis is aligned along the extending direction (x-axis direction) of the convex portion 33. is there.
  • the refractive index variable layer 32 in the part near the side surface 33a of the convex part 33, the refractive index remains 1.7, which is different from the refractive index of the convex part 33. That is, the side surface 33a functions as a reflection surface of the light L.
  • the refractive index of the variable refractive index layer 32 is not uniform, and a portion having a different refractive index is formed inside the variable refractive index layer 32. Therefore, as shown in FIG. 4C, the light L incident on the optical device 1 is refracted from the initial traveling direction before reaching the side surface 33b, and then refracted by the side surface 33b. In FIG. 4C, this behavior is schematically expressed as being refracted by the effective refracting surface 33e.
  • the shape of the effective refracting surface 33e is merely an example, and is not limited to the illustrated example.
  • the light L refracted by the effective refracting surface 33e is reflected by the side surface 33a and emitted obliquely upward.
  • the control unit 61 applies a potential different from that of the first electrode layer 40 to the second electrode piece 52, so that the second electrode piece 52 and the first electrode layer 40 are provided. A predetermined voltage is applied between the two. At this time, the controller 61 applies a potential (for example, ground potential) equal to that of the first electrode layer 40 to the first electrode piece 51. Thereby, an electric field is not generated between the first electrode piece 51 and the first electrode layer 40.
  • the refractive index of the refractive index variable layer 32 is not uniform, and a portion having a different refractive index is formed inside the refractive index variable layer 32.
  • the liquid crystal molecules 35 positioned between the first electrode layer 40 and the second electrode piece 52 are aligned in a direction in which the major axis is inclined to some extent in the thickness direction (y-axis direction) side.
  • the refractive index is an intermediate value between 1.5 and 1.7, which is different from the refractive index of the convex portion 33, and the voltage. This is also different from the refractive index variable layer 32 to which no voltage is applied. Therefore, in the traveling path of the light L, another refracting surface (or refracting region) is formed in front of the side surface 33a.
  • the liquid crystal molecules 35 located between the first electrode layer 40 and the first electrode piece 51 remain in a state in which the long axis is aligned along the extending direction (x-axis direction) of the convex portion 33. is there.
  • the refractive index variable layer 32 in the part close to the side surface 33b of the convex part 33, the refractive index remains 1.7, which is different from the refractive index of the convex part 33. That is, the side surface 33b functions as a light L reflection surface.
  • the light L incident on the optical device 1 is refracted by the side surface 33b and then refracted from the initial traveling direction before reaching the side surface 33a, and then the side surface 33a. It is reflected by.
  • this behavior is schematically expressed as being reflected by the effective reflection surface 33f.
  • the shape of the effective reflecting surface 33f is merely an example, and is not limited to the illustrated example.
  • the light L reflected by the effective reflecting surface 33f is emitted obliquely upward.
  • the emission direction of the light L in the first mode is illustrated by a thick dotted arrow.
  • the light L is emitted in a direction away from the optical device 1 as compared with the non-application mode. For this reason, as shown in FIG. 3C, the light L such as sunlight incident obliquely downward is bent by the optical device 1 so that it travels farther obliquely upward, and the ceiling 92 of the building 90 Irradiate the back side.
  • 4C and 4D show examples in which the effective refracting surface 33e and the effective reflecting surface 33f are flat surfaces, respectively, but the effective refracting surface 33e and the effective reflecting surface 33f are inclined according to the alignment state of the liquid crystal molecules 35. It can be a curved surface such as a convex surface or a concave surface in addition to a flat surface and a vertical surface.
  • a voltage is applied between only one of the first electrode piece 51 and the second electrode piece 52 and the first electrode layer 40.
  • the present invention is not limited to this.
  • a voltage may be applied between the second electrode piece 52 and the first electrode layer 40. Thereby, a light distribution direction can be adjusted more finely.
  • the optical device 1 includes the first base material 10 having translucency, and the second base material having translucency disposed so as to face the first base material 10. 20, the first electrode layer 40 and the second electrode layer 50 having translucency and disposed between the first base material 10 and the second base material 20 so as to face each other, and the first electrode layer 40
  • the light distribution layer 30 is disposed between the second electrode layer 50 and distributes incident light, and the light distribution layer 30 has a plurality of protrusions 33 arranged in the first direction.
  • a refractive index variable layer 32 that is disposed so as to fill between the structural layer 31 and the plurality of convex portions 33 and has a refractive index that changes according to a voltage applied between the first electrode layer 40 and the second electrode layer 50;
  • the second electrode layer 50 includes a plurality of electrode pieces, and the plurality of electrode pieces includes a plurality of first electrode pieces 51 to which a first potential is applied. And a plurality of second electrode strips 52 second potential is applied, and the plurality of first electrodes 51 and a plurality of second electrode strips 52 are arranged side by side alternately in the first direction.
  • the 2nd electrode layer 50 is comprised from the some 1st electrode piece 51 and the some 2nd electrode piece 52, it makes the electric potential applied to the 2nd electrode layer 50 partially differ in a surface.
  • the second electrode layer 50 is configured by applying only to the first electrode piece 51, applying only to the second electrode piece 52, or applying different potentials between the first electrode piece 51 and the second electrode piece 52. Different potentials can be selectively applied and not applied to the plurality of electrode pieces. For this reason, since the magnitude
  • each of the plurality of convex portions 33 has a shape that tapers from the root 33d toward the tip 33c, and the adjacent first electrode piece 51 and second electrode piece 52 are adjacent to each other in plan view.
  • the boundary region (that is, the gap 53) between the first electrode piece 51 and the second electrode piece 52 adjacent to each other located between the tips 33c of the portions 33 is located between the roots 33d of the adjacent protrusions 33 in plan view. is doing.
  • the orientation of the liquid crystal molecules 35 located in the vicinity of the side surface 33b (refractive surface) of the convex portion 33 is adjusted. Can do.
  • the orientation of the liquid crystal molecules 35 located in the vicinity of the side surface 33a (reflection surface) of the convex portion 33 can be adjusted. it can.
  • the effective refracting surface 33e or the effective reflecting surface 33f of the light L incident on the optical device 1 can be changed, and the light distribution direction can be changed.
  • the plurality of convex portions 33 are formed in a stripe shape extending in the second direction orthogonal to the arrangement direction.
  • the refracting surface (or effective refracting surface) and the reflecting surface (or effective reflecting surface) of the light L extend along the stripe, the areas of the refracting surface and the reflecting surface in the surface of the optical device 1 are increased. For this reason, the light distribution by the optical device 1 can be increased.
  • the optical system 60 for example, provides a predetermined potential between the first electrode layer 40 and the second electrode layer 50 by selectively applying a potential to the optical device 1 and the plurality of electrode pieces.
  • the control part 61 which applies the voltage of this is provided.
  • the electric field applied to the light distribution layer 30 can be partially varied in the plane. For this reason, since the effective refracting surface 33e or the effective reflecting surface 33f of the light L incident on the optical device 1 changes, the control range of the alignment direction can be increased.
  • control unit 61 does not apply a voltage between the first electrode layer 40 and the second electrode layer 50 in the non-application mode, and applies an equal potential to all of the plurality of electrode pieces in the uniform application mode.
  • a first voltage is applied between the first electrode layer 40 and the second electrode layer 50, and different potentials are applied to the plurality of first electrode pieces 51 and the plurality of second electrode pieces 52 in the partial application mode.
  • the second voltage is applied between the first electrode layer 40 and the second electrode layer 50.
  • the optical state of the optical device 1 can be switched according to the operation mode.
  • control unit 61 applies the second voltage between only the plurality of first electrode pieces 51 or only the plurality of second electrode pieces 52 and the opposing electrode layer.
  • each of the effective refracting surface 33e and the effective reflecting surface 33f can be changed independently.
  • the second voltage applied in the partial application mode is smaller than the first voltage applied in the uniform application mode.
  • the magnitude of the electric field applied to the light distribution layer 30 in the partial application mode is smaller than the magnitude of the electric field applied to the light distribution layer 30 in the uniform application mode, so that the alignment state of the liquid crystal molecules 35 is made finer. Can be adjusted.
  • FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of the optical device 1a according to the present modification.
  • the optical device 1 a according to the present modification is different from the optical device 1 according to Embodiment 1 in that a second electrode layer 50 a is provided instead of the second electrode layer 50.
  • the second electrode layer 50a includes a plurality of first electrode pieces 51a, a plurality of second electrode pieces 52a, and a plurality of third electrode pieces 53a.
  • the plurality of first electrode pieces 51a, the plurality of third electrode pieces 53a, and the plurality of second electrode pieces 52a are alternately arranged in this order in the direction in which the plurality of convex portions 33 are arranged (z-axis direction). Is arranged.
  • the plurality of first electrode pieces 51a, the plurality of third electrode pieces 53a, and the plurality of second electrode pieces 52a are each strip-like electrode pieces extending in the x-axis direction.
  • the first electrode piece 51a, the third electrode piece 53a, and the second electrode piece 52a have different widths, for example.
  • the first potential is commonly applied to the plurality of first electrode pieces 51a.
  • the plurality of first electrode pieces 51a are connected to each other at one end in the extending direction (x-axis direction), for example, and are configured such that the potential applied to each of them is equal.
  • the plurality of first electrode pieces 51a are comb-like electrodes.
  • the second potential is commonly applied to the plurality of second electrode pieces 52a.
  • the plurality of second electrode pieces 52a are connected to each other at the other end in the extending direction (x-axis direction), for example, and are configured such that the potential applied to each of them is equal.
  • the plurality of second electrode pieces 52a are comb-like electrodes.
  • the third potential is commonly applied to the plurality of third electrode pieces 53a.
  • the plurality of third electrode pieces 53a are connected to each other at one end or the other end in the extending direction (x-axis direction), for example, so that the potential applied to each of them is equal. It is configured.
  • the plurality of third electrode pieces 53a are comb-like electrodes.
  • the plurality of first electrode pieces 51a, the plurality of second electrode pieces 52a, and the plurality of third electrode pieces 53a are electrically insulated from each other.
  • an insulating layer or the like is provided between the first electrode pieces 51a or the second electrode pieces 52a.
  • the first electrode piece 51a and the second electrode piece 52a are arranged with a gap 54a therebetween.
  • the first electrode piece 51a and the third electrode piece 53a are arranged with a gap 55a therebetween.
  • the third electrode piece 53a and the second electrode piece 52a are arranged with a gap 56a therebetween.
  • first potential applied to the first electrode piece 51a, the second potential applied to the plurality of second electrode pieces 52a, and the third potential applied to the plurality of third electrode pieces 53a are different. May be the same or the same.
  • the first electrode piece 51a, the third electrode piece 53a, and the second electrode piece 52a (that is, a set of electrode pieces) arranged in sequence are arranged at the tip 33c of the adjacent convex portion 33 in plan view. Located between. In FIG. 5, a line parallel to the thickness direction passing through each of the tip 33 c and the root 33 d of the convex portion 33 is indicated by a two-dot chain line.
  • the first electrode piece 51a when viewed in plan, the first electrode piece 51a is located between the tip 33c and the root 33d of the convex portion 33 and at a position overlapping the side surface 33b (refractive surface).
  • the alignment of the liquid crystal molecules 35 located in the vicinity of the side surface 33b can be changed.
  • the effective refracting surface 33e which is a surface where light is substantially refracted can be changed. The details are as described with reference to FIG. 4C.
  • the third electrode piece 53a is located between the roots 33d of the adjacent convex portions 33. Specifically, the third electrode piece 53 a is located at a position that does not overlap the convex portion 33.
  • the boundary region (that is, the gap 54a) between the first electrode piece 51a and the second electrode piece 52a is located at a position overlapping the tip 33c of the convex portion 33 in plan view. That is, as shown in FIG. 5, the two-dot chain line passing through the tip 33c passes through the gap 54a.
  • the boundary region (that is, the gap 55a) between the first electrode piece 51a and the third electrode piece 53a is located at a position overlapping the root 33d on the side surface 33b side of the convex portion 33 in plan view. That is, as shown in FIG. 5, the two-dot chain line passing through the root 33d passes through the gap 55a.
  • the boundary region (that is, the gap 56a) between the second electrode piece 52a and the third electrode piece 53a is located at a position overlapping the root 33d on the side surface 33a side of the convex portion 33 in plan view. That is, as shown in FIG. 5, the two-dot chain line passing through the root 33d passes through the gap 56a.
  • the widths (length in the z-axis direction) of the gap 54a, the gap 55a, and the gap 56a are shorter than the widths of the first electrode piece 51a, the second electrode piece 52a, and the third electrode piece 53a, for example.
  • the plurality of electrode pieces further include the plurality of third electrode pieces 53a to which the third potential is applied, and the plurality of first electrode pieces. 51a, the plurality of third electrode pieces 53a, and the plurality of second electrode pieces 52a are alternately arranged in this order in the direction in which the convex portions 33 are arranged.
  • the magnitude and direction of the electric field applied to the light distribution layer 30 can be adjusted more finely. Therefore, the light distribution direction by the optical device 1a can be controlled more finely.
  • each of the plurality of convex portions 33 has a shape that tapers from the root 33d toward the tip 33c, and the first electrode piece 51a, the third electrode piece 53a, and the second electrode piece 52a arranged in order are:
  • the third electrode piece 53a is positioned between the roots 33d of the adjacent convex portions 33, and is positioned between the tips 33c of the adjacent convex portions 33.
  • the effective refracting surface 33e or the effective reflecting surface 33f of the light L incident on the optical device 1 can be changed between the convex portions 33, and the light distribution direction can be changed.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the optical device 101 according to the present embodiment.
  • FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view of the optical device 101 according to the present embodiment, and is an enlarged cross-sectional view of a region VII surrounded by an alternate long and short dash line in FIG.
  • the optical device 101 is different from the optical device 1 according to the first embodiment in that the first electrode layer 140 is provided instead of the first electrode layer 40.
  • the first electrode layer 140 is provided instead of the first electrode layer 40.
  • the first electrode layer 140 is composed of a plurality of first electrode pieces 141 and a plurality of second electrode pieces 142 as shown in FIG. That is, in the present embodiment, each of the first electrode layer 140 and the second electrode layer 50 is composed of a plurality of electrode pieces.
  • the plurality of first electrode pieces 141 and the plurality of second electrode pieces 142 are alternately arranged in the arrangement direction (z-axis direction) of the plurality of convex portions 33.
  • Each of the plurality of first electrode pieces 141 and the plurality of second electrode pieces 142 is a strip-like electrode piece extending in the x-axis direction.
  • the plurality of first electrode pieces 141 and the plurality of second electrode pieces 142 and the plurality of first electrode pieces 51 and the plurality of second electrode pieces 52 have, for example, the same shape and the same size.
  • the plurality of first electrode pieces 141 and the plurality of second electrode pieces 142 are insulated from each other.
  • the first electrode piece 141 and the second electrode piece 142 are arranged with a gap therebetween. For this reason, different potentials can be applied to the plurality of first electrode pieces 141 and the plurality of second electrode pieces 142.
  • the plurality of electrode pieces constituting the first electrode layer 140 and the plurality of electrode pieces constituting the second electrode layer 50 are arranged so as to be shifted in the arrangement direction of the convex portions 33 in plan view.
  • the first electrode piece 141 overlaps a part of each of the first electrode piece 51 and the second electrode piece 52 of the second electrode layer 50 in plan view.
  • the second electrode piece 142 overlaps a part of each of the first electrode piece 51 and the second electrode piece 52 of the second electrode layer 50 in plan view.
  • the first electrode piece 141 and the second electrode piece 142 overlap with approximately half of the first electrode piece 51 and the second electrode piece 52, respectively.
  • the amount of duplication is not limited to approximately half.
  • the first electrode piece 141 may overlap with 1/4 of the first electrode piece 51 and 3/4 of the second electrode piece 52.
  • the first electrode piece 141 or the second electrode piece 142 is It may completely overlap with one of the first electrode piece 51 and the second electrode piece 52.
  • each of the first electrode layer 140 and the second electrode layer 50 arranged to face each other is composed of a plurality of electrode pieces, and thus is applied to the light distribution layer 30.
  • the magnitude and direction of the electric field can be adjusted more finely.
  • FIG. 8 is an enlarged cross-sectional view for explaining an operation mode of the optical device 101 according to the present embodiment.
  • a predetermined voltage second voltage
  • the control unit 61 gives a positive potential to the first electrode piece 51, gives a negative potential to the first electrode piece 141, and gives a ground potential to the second electrode pieces 52 and 142.
  • the strongest electric field is applied between the first electrode piece 51 of the second electrode layer 50 and the first electrode piece 141 of the first electrode layer 140.
  • the first electrode piece 51 of the second electrode layer 50 and the first electrode piece 141 of the first electrode layer 140 are arranged so as to be shifted in the z-axis direction.
  • the electric field applied between the first electrode piece 51 and the first electrode piece 141 is not parallel to the thickness direction (y-axis direction) but is applied obliquely to the y-axis direction.
  • the liquid crystal molecules 35 located between the first electrode piece 51 and the first electrode piece 141 are oriented in an oblique direction as shown in FIG.
  • the electric field is hardly applied to the liquid crystal molecules 35 positioned between the second electrode piece 52 and the second electrode piece 142, the alignment state does not change.
  • a refractive index difference is generated in the refractive index variable layer 32, and an effective refractive surface 133e is formed.
  • the light L incident on the optical device 101 is refracted by the effective refracting surface 133e, then reflected by the side surface 33a of the convex portion 33, and emitted obliquely upward.
  • the shape of the effective refracting surface 133e is changed depending on the combination of electrode pieces to which a voltage is applied and the magnitude of the voltage to be applied. For this reason, the light distribution direction can be adjusted by adjusting the combination of the electrode pieces and the magnitude of the voltage.
  • the first electrode layer 140 and the second electrode layer 50 are each composed of a plurality of electrode pieces.
  • the magnitude and direction of the electric field applied to the light distribution layer 30 can be adjusted more finely. Therefore, the light distribution direction by the optical device 101 can be controlled more finely.
  • the plurality of electrode pieces constituting the first electrode layer 140 and the plurality of electrode pieces constituting the second electrode layer 50 are shifted in the arrangement direction (z-axis direction) of the convex portions 33 in plan view. Has been placed.
  • the magnitude and direction of the electric field applied to the light distribution layer 30 can be adjusted more finely. Therefore, the light distribution direction by the optical device 101 can be controlled more finely.
  • the refractive index variable material is not limited to the liquid crystal material.
  • an electrophoretic material is used as the refractive index variable material.
  • FIG. 9 is an enlarged cross-sectional view of an optical device 201 according to this modification.
  • the overall configuration of the optical device 201 according to this modification is the same as that of the optical device 1 shown in FIG.
  • FIG. 9 shows a cross section corresponding to a region II surrounded by a one-dot chain line in FIG.
  • the light distribution layer 230 is disposed between the first electrode layer 40 and the second electrode layer 50.
  • the light distribution layer 230 has translucency and transmits incident light. Further, the light distribution layer 230 changes the traveling direction of light when the light passes through the light distribution layer 230.
  • the light distribution layer 230 includes an uneven structure layer 31 and a refractive index variable layer 232.
  • the uneven structure layer 31 has the same configuration as the uneven structure layer 31 of the optical device 1 according to the embodiment.
  • the refractive index variable layer 232 has an insulating liquid 235 and nanoparticles 236 included in the insulating liquid 235.
  • the refractive index variable layer 232 is a nanoparticle dispersion layer in which countless nanoparticles 236 are dispersed in the insulating liquid 235.
  • the insulating liquid 235 is a transparent liquid having insulating properties and is a solvent serving as a dispersion medium in which the nanoparticles 236 are dispersed as a dispersoid.
  • a material having a refractive index (solvent refractive index) of about 1.3 to about 1.6 can be used.
  • an insulating liquid 235 having a refractive index of about 1.4 is used.
  • the kinematic viscosity of the insulating liquid 235 is preferably about 100 mm 2 / s.
  • the insulating liquid 235 has a low dielectric constant (for example, less than the dielectric constant of the concavo-convex structure layer 31), non-flammability (for example, a high flash point having a flash point of 250 ° C. or higher), and low volatility. Also good.
  • the insulating liquid 235 is a hydrocarbon such as an aliphatic hydrocarbon, naphtha, and other petroleum solvents, a low molecular weight halogen-containing polymer, or a mixture thereof.
  • the insulating liquid 235 is a halogenated hydrocarbon such as a fluorinated hydrocarbon. Note that silicone oil or the like can be used as the insulating liquid 235.
  • a plurality of nanoparticles 236 are dispersed in the insulating liquid 235.
  • the nanoparticles 236 are fine particles having a particle size of nano-order size. Specifically, when the wavelength of incident light is ⁇ , the particle size of the nanoparticles 236 is preferably ⁇ / 4 or less. By setting the particle size of the nanoparticles 236 to ⁇ / 4 or less, light scattering by the nanoparticles 236 can be reduced, and an average refractive index of the nanoparticles 236 and the insulating liquid 235 can be obtained.
  • the particle size of the nanoparticles 236 is preferably as small as possible, preferably 100 nm or less, more preferably several nm to several tens nm.
  • the nanoparticles 236 are made of, for example, a high refractive index material. Specifically, the refractive index of the nanoparticles 236 is higher than the refractive index of the insulating liquid 235. In this modification, the refractive index of the nanoparticles 236 is higher than the refractive index of the uneven structure layer 31.
  • the nanoparticles 236 may be made of a material with high transmittance.
  • transparent zirconia particles having a refractive index of 2.1 made of zirconium oxide (ZrO 2 ) are used as the nanoparticles 236.
  • the nanoparticles 236 are not limited to zirconium oxide, and may be composed of titanium oxide (TiO 2 : refractive index 2.5) or the like.
  • the nanoparticles 236 are charged particles that are charged.
  • the nanoparticle 236 can be charged positively (plus) or negatively (minus). In this modification, the nanoparticles 236 are positively (plus) charged.
  • the refractive index variable layer 232 configured in this way, charged nanoparticles 236 are dispersed throughout the insulating liquid 235.
  • zirconia particles having a refractive index of 2.1 are used as the nanoparticles 236 and the nanoparticles 236 are dispersed in an insulating liquid 235 having a solvent refractive index of about 1.4. It is said.
  • the overall refractive index (average refractive index) of the refractive index variable layer 232 is set to be approximately the same as the refractive index of the concavo-convex structure layer 31 in a state where the nanoparticles 236 are uniformly dispersed in the insulating liquid 235. In this variation, it is about 1.5.
  • the overall refractive index of the refractive index variable layer 232 can be changed by adjusting the concentration (amount) of the nanoparticles 236 dispersed in the insulating liquid 235.
  • the amount of the nanoparticles 236 is, for example, such that it is buried in the recess 34 of the concavo-convex structure layer 31. In this case, the concentration of the nanoparticles 236 with respect to the insulating liquid 235 is about 10% to about 30%.
  • the refractive index variable layer 232 is disposed between the uneven structure layer 31 and the second electrode layer 50. Specifically, the refractive index variable layer 232 is in contact with the uneven structure layer 31. That is, the contact surface of the variable refractive index layer 232 with the concave / convex surface of the concave / convex structure layer 31 is an interface between the refractive index variable layer 232 and the concave / convex surface of the concave / convex structure layer 31. Although the refractive index variable layer 232 is also in contact with the second electrode layer 50, another layer (film) may be interposed between the refractive index variable layer 232 and the second electrode layer 50.
  • the refractive index of the refractive index variable layer 232 changes depending on the applied electric field.
  • the electric field changes according to the voltage applied between the first electrode layer 40 and the second electrode layer 50.
  • the refractive index variable layer 232 functions as a refractive index adjustment layer capable of adjusting the refractive index in the visible light region when an electric field is applied. For example, a DC voltage is applied between the first electrode layer 40 and the second electrode layer 50.
  • the nanoparticles 236 dispersed in the insulating liquid 235 are charged, when an electric field is applied to the refractive index variable layer 232, the nanoparticles 236 migrate in the insulating liquid 235 in accordance with the electric field distribution, and the insulating liquid 235 is unevenly distributed.
  • the particle distribution of the nanoparticles 236 in the refractive index variable layer 232 can be changed to have the concentration distribution of the nanoparticles 236 in the refractive index variable layer 232, so that the refractive index in the refractive index variable layer 232 can be obtained. Distribution changes. That is, the refractive index of the refractive index variable layer 232 changes partially.
  • the refractive index variable layer 232 mainly functions as a refractive index adjustment layer that can adjust the refractive index for light in the visible light region.
  • each second electrode layer 50 is composed of a plurality of electrode pieces.
  • different electric fields can be applied to the electrode pieces, and the concentration distribution of the nanoparticles 236 can be made different for each region.
  • a refractive index can be varied for every area
  • each of the first electrode layers 40 may be composed of a plurality of electrode pieces.
  • the refractive index variable layer 232 is disposed between the first base material 10 and the second base material 20. Specifically, the insulating liquid 235 in which the nanoparticles 236 are dispersed is sealed between the first base material 10 and the second base material 20.
  • the method for forming the refractive index variable layer 232 is the same as in the embodiment.
  • the thickness of the refractive index variable layer 232 is, for example, 1 ⁇ m to 100 ⁇ m, but is not limited thereto. As an example, when the height of the convex portion 33 of the concavo-convex structure layer 31 is 10 ⁇ m, the thickness of the refractive index variable layer 232 is, for example, 40 ⁇ m.
  • optical state Next, an optical state of the optical device 201 according to this modification and an operation mode for forming the optical state will be described.
  • FIG. 10A is an enlarged cross-sectional view for explaining a non-application mode (transparent state) of the optical device 201 according to this modification.
  • no voltage is applied between the first electrode layer 40 and the second electrode layer 50.
  • the first electrode layer 40 and the second electrode layer 50 are equipotential with each other.
  • All of the plurality of first electrode pieces 51 and the plurality of second electrode pieces 52 included in the second electrode layer 50 are equipotential to each other.
  • the nanoparticles 236 are dispersed throughout the insulating liquid 235.
  • the refractive index of the refractive index variable layer 232 in a state where the nanoparticles 236 are dispersed throughout the insulating liquid 235 is about 1.5.
  • the refractive index of the convex part 33 of the concavo-convex structure layer 31 is about 1.5. That is, the entire refractive index of the refractive index variable layer 232 is equal to the refractive index of the convex portion 33 of the concavo-convex structure layer 131. Therefore, the refractive index is uniform throughout the light distribution layer 230.
  • FIG. 10B is an enlarged cross-sectional view for explaining a voltage application mode (light distribution state) of the optical device 201 according to this modification.
  • a voltage is applied between the first electrode layer 40 and the second electrode layer 50.
  • a potential difference of about several tens of volts is applied to the first electrode layer 40 and the second electrode layer 50.
  • all of the plurality of first electrode pieces 51 and the plurality of second electrode pieces 52 included in the second electrode layer 50 are at the same potential.
  • a predetermined electric field is applied to the refractive index variable layer 232, and therefore, in the refractive index variable layer 232, the charged nanoparticles 236 migrate in the insulating liquid 235 according to the electric field distribution. That is, the nanoparticles 236 perform electrophoresis in the insulating liquid 235.
  • the second electrode layer 50 has a higher potential than the first electrode layer 40. For this reason, the positively charged nanoparticles 236 migrate toward the first electrode layer 40, enter the concave portion 34 of the concave-convex structure layer 31, and accumulate.
  • the nanoparticles 236 are unevenly distributed on the uneven structure layer 31 side in the refractive index variable layer 232, whereby the particle distribution of the nanoparticles 236 changes, and the refractive index distribution in the refractive index variable layer 232 is not uniform. Disappear. Specifically, as shown in FIG. 10B, a concentration distribution of the nanoparticles 236 is formed in the refractive index variable layer 232.
  • the concentration of the nanoparticles 236 is high, and in the second region 232b on the second electrode layer 50 side, the concentration of the nanoparticles 236 is low. Accordingly, a difference in refractive index occurs between the first region 232a and the second region 232b.
  • the refractive index of the nanoparticles 236 is higher than the refractive index of the insulating liquid 235.
  • the refractive index of the first region 232a in which the concentration of the nanoparticles 236 is high is higher than the refractive index of the second region 232b in which the concentration of the nanoparticles 236 is low, that is, the proportion of the insulating liquid 235 is large.
  • the refractive index of the first region 232a is greater than about 1.5 to about 1.8 depending on the concentration of the nanoparticles 236.
  • the refractive index of the second region 232b is a value less than about 1.4 to less than about 1.5 depending on the concentration of the nanoparticles 236.
  • the refractive index of the plurality of convex portions 33 is about 1.5, when a voltage is applied between the first electrode layer 40 and the second electrode layer 50, the convex portion 33 and the first region 232a There is a difference in refractive index between them. For this reason, as shown in FIG. 10B, when the light L is incident from an oblique direction, the light L is refracted by the side surface 33b of the convex portion 33 and then totally reflected by the side surface 33a. As a result, the light L incident obliquely downward is bent in the traveling direction by the optical device 201 and is irradiated onto an indoor ceiling surface or the like.
  • FIG. 10C and 10D are enlarged cross-sectional views for explaining a partial application mode (light distribution state) of the optical device 201 according to this modification.
  • FIG. 10C shows a case where a voltage is applied between the first electrode piece 51 and the first electrode layer 40 included in the second electrode layer 50.
  • FIG. 10D shows a case where a voltage is applied between the second electrode piece 52 and the first electrode layer 40 included in the second electrode layer 50.
  • the nanoparticles 236 are contained in the first electrode layer in the region. Run to 40. For this reason, the density
  • the refractive index of the first region 232c is, for example, a value greater than about 1.5 to about 1.8.
  • the nanoparticles 236 remain dispersed in the region.
  • the concentration of the nanoparticles 236 is kept low. Accordingly, the refractive index of the second region 232d becomes a value smaller than about 1.4 to about 1.5, for example.
  • an effective refractive surface 233e is formed below the first region 232c.
  • the effective refracting surface 233e corresponds to the interface with the second region 232d below the first region 232c.
  • the light L when the light L is incident from an oblique direction, the light L can be refracted not only by the side surface 33b of the convex portion 33 but also by the effective refracting surface 233e. At this time, there is almost no difference in refractive index on the side surface 33a of the convex portion 33, and the light L is not totally reflected. Thereby, the light L incident obliquely downward is bent in the traveling direction by the optical device 201 and illuminates a portion closer to the optical device 201 on the indoor floor surface.
  • the nanoparticles 236 in the region Electrophoresis toward the electrode layer 40 since an electric field is mainly applied in a region sandwiched between the second electrode piece 52 and the first electrode layer 40, the nanoparticles 236 in the region Electrophoresis toward the electrode layer 40. For this reason, the density
  • the refractive index of the first region 232e is, for example, a value greater than about 1.5 to about 1.8.
  • the nanoparticles 236 remain dispersed in the region. Therefore, in the second region 232f excluding the first region 232e in the refractive index variable layer 232, the concentration of the nanoparticles 236 is kept low. Accordingly, the refractive index of the second region 232f is, for example, a value smaller than about 1.4 to about 1.5.
  • an effective refracting surface 233f is formed above the first region 232e.
  • the effective refracting surface 233f corresponds to an interface with the second region 232f above the first region 232e.
  • each member such as an interface between the first base material 10 and the first electrode layer 40 or an interface between the refractive index variable layer 232 and the second electrode layer 50 is shown.
  • the light L is refracted in accordance with the refractive index difference at the interface where there is a refractive index difference.
  • the light distribution state and the transparent state of the optical device 201 can be changed by changing the refractive index in the same manner as in the embodiment.
  • a plurality of regions having different refractive indexes in the refractive index variable layer 232 can be obtained by selectively applying a potential to the first electrode piece 51 and the second electrode piece 52. Can be formed in the arrangement direction of electrode pieces (z-axis direction).
  • the control range of the light distribution direction by the optical device 201 can be enlarged.
  • the first electrode layer 40 and the second electrode layer 50 is divided into two types or three types of electrode pieces, but it is divided into four or more types of electrode pieces. May be.
  • segmentation number may differ.
  • the plurality of first electrode pieces 51 and the plurality of second electrode pieces 52 are alternately arranged one by one.
  • a plurality of first electrode pieces 51 and a plurality of second electrode pieces 52 may be alternately arranged. The same applies to the other electrode pieces.
  • a positive liquid crystal material is used as the liquid crystal material constituting the refractive index variable layer 32, but a negative liquid crystal material may be used.
  • the optical device is arranged in the window so that the longitudinal direction of the convex portion 33 is the x-axis direction, but the present invention is not limited to this.
  • the optical device may be arranged in the window such that the longitudinal direction of the convex portion 33 is the z-axis direction.
  • each of the plurality of convex portions 33 constituting the concavo-convex structure layer 31 has a long shape, but is not limited thereto.
  • the plurality of convex portions 33 may be arranged so as to be scattered in a matrix or the like. That is, you may arrange
  • each of the plurality of convex portions 33 has the same shape, but is not limited thereto, and may have different shapes within the plane, for example.
  • the inclination angles of the side surfaces 33a or 33b of the plurality of convex portions 33 may be different between the upper half and the lower half in the z-axis direction of the optical device 1.
  • the height of the plurality of convex portions 33 is constant, but is not limited thereto.
  • the height of the plurality of convex portions 33 may be different at random. By doing in this way, it can suppress that the light which permeate
  • the refractive index of the nanoparticles 236 may be lower than the refractive index of the insulating liquid 235.
  • a transparent state and a light distribution state can be realized by appropriately adjusting the voltage to be applied according to the refractive index of the nanoparticles 236 and the like.
  • the nanoparticles 236 are positively charged, but the present invention is not limited thereto. That is, the nanoparticles 236 may be negatively charged.
  • a direct voltage is applied between the first electrode layer 40 and the second electrode layer 50 by applying a positive potential to the first electrode layer 40 and applying a negative potential to the second electrode layer 50. Good.
  • the plurality of nanoparticles 236 may include a plurality of types of nanoparticles having different optical characteristics.
  • a transparent first nanoparticle charged positively and an opaque (black or the like) second nanoparticle charged negatively may be included.
  • the optical device 201 may have a light shielding function by aggregating and unevenly distributing the second nanoparticles.
  • the sunlight is exemplified as the light incident on the optical device 1, but the present invention is not limited to this.
  • the light incident on the optical device 1 may be light emitted from a light emitting device such as a lighting device.
  • the embodiment can be realized by arbitrarily combining the components and functions in each embodiment without departing from the scope of the present invention, or a form obtained by subjecting each embodiment to various modifications conceived by those skilled in the art. Forms are also included in the present invention.

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Abstract

光学デバイス（１）は、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、第１方向に並んで配置された複数の凸部（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、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、複数の電極片は、第１電位が印加される複数の第１電極片（５１）と、第２電位が印加される複数の第２電極片（５２）とを含み、複数の第１電極片（５１）と複数の第２電極片（５２）とは、第１方向に交互に並んで配置されている。

Description

光学デバイス及び光学システム
　本発明は、光学デバイス及び光学システムに関する。
　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。
　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。
特開２０１２－１７３５３４号公報
　しかしながら、上記従来の液晶光学素子では、配光方向の制御範囲が狭いという問題がある。
　そこで、本発明は、配光方向の制御範囲を大きくすることができる光学デバイス及び光学システムを提供することを目的とする。
　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、第１方向に並んで配置された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、第１電位が印加される複数の第１電極片と、第２電位が印加される複数の第２電極片とを含み、前記複数の第１電極片と前記複数の第２電極片とは、前記第１方向に交互に並んで配置されている。
　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、前記第１電極層と前記第２電極層との間に所定の電圧を印加する制御部とを備える。
　本発明によれば、配光方向の制御範囲を大きくすることができる。
図１は、実施の形態１に係る光学デバイスの断面図である。 図２は、実施の形態１に係る光学デバイスの拡大断面図である。 図３Ａは、実施の形態１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３Ｂは、実施の形態１に係る光学デバイスを窓に設置した場合において、光学デバイスが均一印加モードで動作したときの作用（透明状態）を説明するための図である。 図３Ｃは、実施の形態１に係る光学デバイスを窓に設置した場合において、光学デバイスが部分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４Ａは、実施の形態１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４Ｂは、実施の形態１に係る光学デバイスの均一印加モード（透明状態）を説明するための拡大断面図である。 図４Ｃは、実施の形態１に係る光学デバイスの部分印加モード（配光状態）の一例を説明するための拡大断面図である。 図４Ｄは、実施の形態１に係る光学デバイスの部分印加モード（配光状態）の別の一例を説明するための拡大断面図である。 図５は、実施の形態１の変形例に係る光学デバイスの拡大断面図である。 図６は、実施の形態２に係る光学デバイスの断面図である。 図７は、実施の形態２に係る光学デバイスの拡大断面図である。 図８は、実施の形態２に係る光学デバイスの動作モードを説明するための拡大断面図である。 図９は、実施の形態の変形例に係る光学デバイスの拡大断面図である。 図１０Ａは、実施の形態の変形例に係る光学デバイスの無印加モード（透明状態）を説明するための拡大断面図である。 図１０Ｂは、実施の形態の変形例に係る光学デバイスの均一印加モード（配光状態）を説明するための拡大断面図である。 図１０Ｃは、実施の形態の変形例に係る光学デバイスの部分印加モード（配光状態）の一例を説明するための拡大断面図である。 図１０Ｄは、実施の形態の変形例に係る光学デバイスの部分印加モード（配光状態）の一例を説明するための拡大断面図である。
　以下では、本発明の実施の形態に係る光学デバイス及び光学システムについて、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。
　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。
　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。ｚ軸は、鉛直方向に限定されるものではなく、水平方向、又は、鉛直方向に対して斜めに交差する方向であってもよい。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。
　（実施の形態１）
　［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。
　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。
　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とを備える。
　なお、第１電極層４０の配光層３０側の面には、第１電極層４０と配光層３０の凹凸構造層３１とを密着させるための密着層が設けられていてもよい。密着層は、例えば、透光性の接着シート、又は、一般的にプライマーと称される樹脂材料等である。
　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、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もよい。
　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。
　［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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　［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。
　配光層３０は、凹凸構造層３１と、屈折率可変層３２とを有する。
　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、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。
　複数の凸部３３は、第１基材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（第１方向）に並んで配置された複数の凸部である。すなわち、本実施の形態では、ｚ軸方向は、複数の凸部３３の並び方向である。
　複数の凸部３３の各々は、根元３３ｄから先端３３ｃ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。
　具体的には、図２に示すように、複数の凸部３３の各々は、一対の側面３３ａ及び３３ｂを有する。一対の側面３３ａ及び３３ｂは、ｚ軸方向に交差する面である。一対の側面３３ａ及び３３ｂ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３３ａ及び３３ｂ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。
　側面３３ａ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３３ａ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３３ｂ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３３ｂは、入射光を屈折させる屈折面である。
　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。
　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の先端３３ｃ間の距離Ｗ１、及び、根元３３ｄ間の距離Ｗ２、すなわち、凹部３４の幅（ｚ軸方向）は、例えば０μｍ～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、０μｍ～１００μｍに限らない。
　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。
　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３３ｄの厚さは、例えば５μｍである。隣り合う凸部３３の根元３３ｄ間の距離Ｗ２は、例えば０μｍ～５μｍの値をとりうる。
　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。
　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３５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３５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。
　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。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。
　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る。
　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３５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４Ｂを参照）。
　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。
　［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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　本実施の形態では、第２電極層５０は、第１電極片５１及び第２電極片５２を含む複数の電極片から構成されている。具体的には、図２に示すように、第２電極層５０は、複数の第１電極片５１と、複数の第２電極片５２とに分割されている。
　複数の第１電極片５１と、複数の第２電極片５２とは、複数の凸部３３の並び方向（ｚ軸方向）に交互に並んで配置されている。複数の第１電極片５１及び複数の第２電極片５２はそれぞれ、ｘ軸方向に延びる帯状の電極片である。第１電極片５１と第２電極片５２とは、例えば、同じ形状及び同じ大きさである。
　複数の第１電極片５１には、第１電位が共通して印加される。複数の第１電極片５１は、例えば、その延在方向（ｘ軸方向）の一方の端部で互いに接続されており、各々に印加される電位が等電位になるように構成されている。例えば、複数の第１電極片５１は、櫛歯状電極である。
　複数の第２電極片５２には、第２電位が共通して印加される。複数の第２電極片５２は、例えば、その延在方向（ｘ軸方向）の他方の端部で互いに接続されており、各々に印加される電位が等電位になるように構成されている。例えば、複数の第２電極片５２は、櫛歯状電極である。
　複数の第１電極片５１と複数の第２電極片５２とは、互いに電気的に絶縁されている。本実施の形態では、図２に示すように、第１電極片５１と第２電極片５２とは、隙間５３又は５４を空けて配置されている。このため、複数の第１電極片５１と複数の第２電極片５２とには、異なる電位を印加することができる。つまり、第１電極片５１に印加される第１電位と、複数の第２電極片５２に印加される第２電位とは、異なっていてもよく、同じでもよい。
　図２に示すように、隣り合う第１電極片５１及び第２電極片５２（すなわち、一対の電極片）は、平面視において、隣り合う凸部３３の先端３３ｃ間に位置している。なお、図２には、凸部３３の先端３３ｃ及び根元３３ｄの各々を通る厚み方向に平行な線を二点鎖線で示している。
　本実施の形態では、第１電極片５１と第２電極片５２との境界領域（すなわち、隙間５３）は、平面視において、隣り合う凸部３３の根元３３ｄ間に位置している。また、第１電極片５１と第２電極片５２との別の境界領域（すなわち、隙間５４）は、平面視において、凸部３３の先端３３ｃに重複する位置に位置している。すなわち、図２に示すように、先端３３ｃを通る二点鎖線が隙間５４を通過している。隙間５３及び隙間５４の幅（ｚ軸方向の長さ）は、例えば、第１電極片５１及び第２電極片５２の幅より短い。
　具体的には、平面視した場合に、第１電極片５１は、凸部３３の側面３３ｂ（屈折面）に重複する位置に位置している。第１電極片５１は、凸部３３の側面３３ａ（反射面）には重複しない。第１電極片５１と第１電極層４０との間に電圧を印加することで、側面３３ｂの近傍に位置する液晶分子３５の配向を変化させることができる。これにより、光が実質的に屈折する面である実効屈折面を変化させることができる。詳細については、図４Ｃを用いて後で説明する。
　また、平面視した場合に、第２電極片５２は、凸部３３の側面３３ａ（反射面）に重複する位置に位置している。第２電極片５２は、凸部３３の側面３３ｂ（屈折面）には重複しない。第２電極片５２と第１電極層４０との間に電圧を印加することで、側面３３ａの近傍に位置する液晶分子３５の配向を変化させることができる。これにより、光が実質的に反射する面である実効反射面を変化させることができる。詳細については、図４Ｄを用いて後で説明する。
　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してもよい。
　［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３Ａ～図３Ｃを用いて説明する。
　図３Ａ～図３Ｃ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６０を建物９０に適用した例を示す図である。具体的には、図３Ａ～図３Ｃ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。
　図３Ａ～図３Ｃに示すように、光学システム６０は、光学デバイス１と、制御部６１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。
　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。
　なお、図３Ａ～図３Ｃ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、凸部３３の側面３３ａが天井９２側で側面３３ｂが床９３側になるように配置されている。
　また、制御部６１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６１の設置場所には特に限定されない。例えば、制御部６１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６１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。
　制御部６１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６１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。本実施の形態では、制御部６１は、第２電極層５０を構成する複数の電極片に選択的に電位を与えることで、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。
　本実施の形態では、制御部６１は、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３つの動作モードを有する。具体的には、３つの動作モードは、電圧を印加しない無印加モード（第１動作モード）と、電極層間に略均一に電圧を印加する均一印加モード（第２動作モード）と、電極層間に部分的に電圧を印加する部分印加モード（第３動作モード）とである。各動作モードに応じて、配光層３０に印加される電界の大きさ及び向きが変化する。制御部６１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、３つの動作モードを切り替えて実行する。また、第２動作モード及び第３動作モードでは、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。
　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３５の配向が変化する。なお、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、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３５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。
　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、３つの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、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。
　一方で、Ｓ偏光についての液晶分子３５の屈折率は、図３Ａ～図３Ｃで示した動作モードに応じて変化する。
　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、均一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。部分印加モードは、無印加モードと均一印加モードとの中間の光学状態を形成するモードである。このため、光学デバイス１は、部分印加モードで駆動された場合に、無印加モードとは異なる方向への配光状態になる。
　なお、屈折率可変材料として電気泳動材料（後述する）を用いた場合には、Ｐ偏光及びＳ偏光のいずれも同じ方向に進行する。例えば、Ｐ偏光及びＳ偏光の両方の進行方向が屈折及び全反射によって曲げられて配光状態を実現することができる。
　以下では、各動作モードの詳細について、図３Ａ～図３Ｃを適宜参照しながら、図４Ａ～図４Ｄを用いて説明する。図４Ａ～図４Ｄ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。なお、図４Ａ～図４Ｄ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。
　＜無印加モード（配光状態）＞
　図４Ａ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。
　制御部６１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を構成する複数の第１電極片５１及び複数の第２電極片５２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。
　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４Ａ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３３ｂで屈折して進行方向が変化した後、凸部３３の側面３３ａで反射（全反射）される。側面３３ａ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３Ａ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。
　＜均一印加モード（透明状態）＞
　図４Ｂは、均一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。
　制御部６１は、光学デバイス１を均一印加モードで動作させる場合、第２電極層５０を構成する複数の第１電極片５１及び複数の第２電極片５２の全てに等しい電位を与えることで、第１電極層４０と第２電極層５０との間に所定の電圧（第１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。
　この場合、光Ｌ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３Ｂ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。
　＜部分印加モード（配光状態）＞
　図４Ｃ及び図４Ｄは、部分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。なお、図４Ｃは、第２電極層５０を構成する第１電極片５１と第１電極層４０との間に電圧を印加した場合を示しており、図４Ｄでは、第２電極片５２と第１電極層４０との間に電圧を印加した場合を示している。
　制御部６１は、光学デバイス１を部分印加モードで動作させる場合、複数の第１電極片５１と複数の第２電極片５２とで互いに異なる電位を与えることで、第１電極層４０と第２電極層５０との間に所定の電圧（第２電圧）を印加する。なお、部分印加モードで印加される第２電圧は、均一印加モードで印加される第１電圧より小さい。
　例えば、図４Ｃに示す例では、制御部６１は、第１電極片５１に対して、第１電極層４０とは異なる電位を与えることで、第１電極片５１と第１電極層４０との間に第２電圧を印加する。このとき、制御部６１は、第２電極片５２に対して、第１電極層４０と等しい電位（例えば、接地電位）を与えている。これにより、第２電極片５２と第１電極層４０との間には電界が生じないようにされている。
　この場合、第１電極層４０と第１電極片５１との間に位置する液晶分子３５は、長軸が厚み方向（ｙ軸方向）側にある程度傾く方向に配向される。このため、屈折率可変層３２における、凸部３３の側面３３ｂに近い部分では、屈折率が１．５と１．７との中間の値になって、凸部３３の屈折率とも異なり、電圧を印加していない屈折率可変層３２とも異なる状態になる。よって、光Ｌの進行経路において、側面３３ｂの手前に別の屈折面（あるいは屈折領域）が形成されることになる。
　一方で、第１電極層４０と第２電極片５２との間に位置する液晶分子３５は、長軸が凸部３３の延在方向（ｘ軸方向）に沿って配向された状態のままである。このため、屈折率可変層３２における、凸部３３の側面３３ａに近い部分では、屈折率が１．７のままであり、凸部３３の屈折率とは相違する。つまり、側面３３ａは、光Ｌの反射面として機能する。
　このように、屈折率可変層３２の屈折率が均一にならず、屈折率可変層３２の内部で屈折率が異なる部分が形成される。したがって、図４Ｃに示すように、光学デバイス１に入射する光Ｌは、側面３３ｂに到達する前に当初の進行方向からは屈折され、その上で、側面３３ｂで屈折される。図４Ｃでは、この振る舞いを実効屈折面３３ｅで屈折されるとして模式的に表現している。なお、実効屈折面３３ｅの形状はあくまでも一例であり、図示した例に限らない。実効屈折面３３ｅで屈折された光Ｌは、側面３３ａによって反射されて、斜め上方に向けて出射される。
　また、例えば、図４Ｄに示す例では、制御部６１は、第２電極片５２に対して、第１電極層４０とは異なる電位を与えることで、第２電極片５２と第１電極層４０との間に所定の電圧を印加する。このとき、制御部６１は、第１電極片５１に対して、第１電極層４０と等しい電位（例えば、接地電位）を与えている。これにより、第１電極片５１と第１電極層４０との間には電界が生じないようにされている。この場合、図４Ａの場合と同様に、屈折率可変層３２の屈折率が均一にならず、屈折率可変層３２の内部で屈折率が異なる部分が形成される。
　具体的には、第１電極層４０と第２電極片５２との間に位置する液晶分子３５は、長軸が厚み方向（ｙ軸方向）側にある程度傾く方向に配向される。このため、屈折率可変層３２における、凸部３３の側面３３ａに近い部分では、屈折率が１．５と１．７との中間の値になって、凸部３３の屈折率とも異なり、電圧を印加していない屈折率可変層３２とも異なる状態になる。よって、光Ｌの進行経路において、側面３３ａの手前に別の屈折面（あるいは屈折領域）が形成されることになる。
　一方で、第１電極層４０と第１電極片５１との間に位置する液晶分子３５は、長軸が凸部３３の延在方向（ｘ軸方向）に沿って配向された状態のままである。このため、屈折率可変層３２における、凸部３３の側面３３ｂに近い部分では、屈折率が１．７のままであり、凸部３３の屈折率とは相違する。つまり、側面３３ｂは、光Ｌの反射面として機能する。
　このため、図４Ｄに示すように、光学デバイス１に入射する光Ｌは、側面３３ｂで屈折された後、側面３３ａに到達する前に当初の進行方向からは屈折され、その上で、側面３３ａで反射される。図４Ｄでは、この振る舞いを実効反射面３３ｆで反射されるとして模式的に表現している。なお、実効反射面３３ｆの形状はあくまでも一例であり、図示した例に限らない。実効反射面３３ｆによって反射された光Ｌは、斜め上方に向けて出射される。
　なお、図４Ｃ及び図４Ｄの各々には、太点線の矢印で、第１モードにおける光Ｌの出射方向を図示している。図４Ｃ及び図４Ｄから分かるように、部分印加モードによれば、光Ｌは、無印加モードの場合よりも光学デバイス１から離れる方向に出射される。このため、図３Ｃ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、斜め上方のより遠方にまで届くように進行方向が曲げられて、建物９０の天井９２の奥側を照射する。
　また、図４Ｃ及び図４Ｄでは、実効屈折面３３ｅ及び実効反射面３３ｆがそれぞれ、平面である例を示しているが、液晶分子３５の配向状態によって実効屈折面３３ｅ及び実効反射面３３ｆは、斜め平面、垂直平面の他にも凸面又は凹面などの曲面になりうる。
　また、部分印加モードでは、第１電極片５１及び第２電極片５２のいずれか一方のみと第１電極層４０との間に電圧を印加したが、これに限らない。例えば、図４Ｃで示した場合において、第２電極片５２と第１電極層４０との間に電圧を印加してもよい。これにより、配光方向をより細かく調整することができる。
　［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、配光層３０は、第１方向に並んで配置された複数の凸部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、第２電極層５０は、複数の電極片から構成され、複数の電極片は、第１電位が印加される複数の第１電極片５１と、第２電位が印加される複数の第２電極片５２とを含み、複数の第１電極片５１と複数の第２電極片５２とは、第１方向に交互に並んで配置されている。
　これにより、第２電極層５０が複数の第１電極片５１及び複数の第２電極片５２から構成されているので、第２電極層５０に印加する電位を面内で部分的に異ならせることができる。例えば、第１電極片５１のみに印加、第２電極片５２のみに印加、又は、第１電極片５１と第２電極片５２とで異なる電位を印加するなど、第２電極層５０を構成する複数の電極片に対して、選択的に異なる電位の印加及び無印加を行うことができる。このため、配光層３０に印加される電界の大きさ及び向きを変化させることができるので、光学デバイス１に入射する光Ｌの実効屈折面３３ｅ又は実効反射面３３ｆが変化する。したがって、光学デバイス１による配光方向の制御範囲を大きくすることができる。
　また、例えば、複数の凸部３３の各々は、根元３３ｄから先端３３ｃに向けて先細る形状を有し、隣り合う第１電極片５１及び第２電極片５２は、平面視において、隣り合う凸部３３の先端３３ｃ間に位置し、隣り合う第１電極片５１と第２電極片５２との境界領域（すなわち、隙間５３）は、平面視において、隣り合う凸部３３の根元３３ｄ間に位置している。
　これにより、第１電極片５１と第１電極層４０との間に電圧を印加した場合には、凸部３３の側面３３ｂ（屈折面）の近傍に位置する液晶分子３５の配向を調整することができる。また、第２電極片５２と第１電極層４０との間に電圧を印加した場合には、凸部３３の側面３３ａ（反射面）の近傍に位置する液晶分子３５の配向を調整することができる。いずれの場合も、光学デバイス１に入射する光Ｌの実効屈折面３３ｅ又は実効反射面３３ｆを変化させることができ、配光方向を変更することができる。
　また、例えば、複数の凸部３３は、並び方向に直交する第２方向に延びたストライプ状に形成されている。
　これにより、光Ｌの屈折面（又は実効屈折面）及び反射面（又は実効反射面）がストライプに沿って延びるので、光学デバイス１の面内での屈折面及び反射面の面積が大きくなる。このため、光学デバイス１による配光量を大きくすることができる。
　また、本実施の形態に係る光学システム６０は、例えば、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、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制御部６１とを備える。
　これにより、複数の電極片に選択的に電位を与えることで、配光層３０に印加される電界を面内で部分的に異ならせることができる。このため、光学デバイス１に入射する光Ｌの実効屈折面３３ｅ又は実効反射面３３ｆが変化するので、配向方向の制御範囲を大きくすることができる。
　また、例えば、制御部６１は、無印加モードでは、第１電極層４０及び第２電極層５０の間に電圧を印加せず、均一印加モードでは、複数の電極片の全てに等しい電位を与えることで、第１電極層４０及び第２電極層５０間に第１電圧を印加し、部分印加モードでは、複数の第１電極片５１と複数の第２電極片５２とに互いに異なる電位を与えることで、第１電極層４０及び第２電極層５０間に第２電圧を印加する。
　これにより、光学デバイス１の光学状態を動作モードに応じて切り替えることができる。
　また、例えば、制御部６１は、部分印加モードでは、複数の第１電極片５１のみ又は複数の第２電極片５２のみと、対向する電極層との間に第２電圧を印加する。
　これにより、例えば、実効屈折面３３ｅ及び実効反射面３３ｆの各々を独立して変更することができる。
　また、例えば、部分印加モードで印加する第２電圧は、均一印加モードで印加する第１電圧より小さい。
　これにより、部分印加モードで配光層３０に印加される電界の大きさが、均一印加モードで配光層３０に印加される電界の大きさより小さくなるので、液晶分子３５の配向状態をより細かく調整することができる。
　（実施の形態１の変形例）
　続いて、実施の形態１の変形例について説明する。実施の形態１では、第２電極層５０を構成する複数の電極片が第１電極片５１と第２電極片５２とを含んでいる例について示したが、本変形例では、複数の電極片は、さらに、第３電極片を含んでいる。以下では、実施の形態１との相違点を中心に説明し、共通点の説明を省略又は簡略化する。
　図５は、本変形例に係る光学デバイス１ａの拡大断面図である。
　図５に示すように、本変形例に係る光学デバイス１ａは、実施の形態１に係る光学デバイス１と比較して、第２電極層５０の代わりに第２電極層５０ａを備える点が相違する。第２電極層５０ａは、複数の第１電極片５１ａと、複数の第２電極片５２ａと、複数の第３電極片５３ａとから構成されている。
　複数の第１電極片５１ａと、複数の第３電極片５３ａと、複数の第２電極片５２ａとは、この順で、複数の凸部３３の並び方向（ｚ軸方向）に交互に並んで配置されている。複数の第１電極片５１ａ、複数の第３電極片５３ａ及び複数の第２電極片５２ａはそれぞれ、ｘ軸方向に延びる帯状の電極片である。本変形例では、第１電極片５１ａ、第３電極片５３ａ及び第２電極片５２ａは、例えば、それぞれの幅が互いに異なっている。
　複数の第１電極片５１ａには、第１電位が共通して印加される。複数の第１電極片５１ａは、例えば、その延在方向（ｘ軸方向）の一方の端部で互いに接続されており、各々に印加される電位が等電位になるように構成されている。例えば、複数の第１電極片５１ａは、櫛歯状電極である。
　複数の第２電極片５２ａには、第２電位が共通して印加される。複数の第２電極片５２ａは、例えば、その延在方向（ｘ軸方向）の他方の端部で互いに接続されており、各々に印加される電位が等電位になるように構成されている。例えば、複数の第２電極片５２ａは、櫛歯状電極である。
　複数の第３電極片５３ａには、第３電位が共通して印加される。複数の第３電極片５３ａは、例えば、その延在方向（ｘ軸方向）の一方の端部又は他方の端部で互いに接続されており、各々に印加される電位が等電位になるように構成されている。例えば、複数の第３電極片５３ａは、櫛歯状電極である。
　複数の第１電極片５１ａ、複数の第２電極片５２ａ及び複数の第３電極片５３ａは、互いに電気的に絶縁されている。複数の第３電極片５３ａは、例えば、第１電極片５１ａ又は第２電極片５２ａと交差する部分において絶縁層などが間に設けられている。
　本変形例では、図５に示すように、第１電極片５１ａと第２電極片５２ａとは、隙間５４ａを空けて配置されている。第１電極片５１ａと第３電極片５３ａとは、隙間５５ａを空けて配置されている。第３電極片５３ａと第２電極片５２ａとは、隙間５６ａを空けて配置されている。
　このため、複数の第１電極片５１ａと複数の第２電極片５２ａと複数の第３電極片５３ａとには、異なる電位を印加することができる。つまり、第１電極片５１ａに印加される第１電位と、複数の第２電極片５２ａに印加される第２電位と、複数の第３電極片５３ａに印加される第３電位とは、異なっていてもよく、同じでもよい。
　図５に示すように、順に並んだ第１電極片５１ａ、第３電極片５３ａ及び第２電極片５２ａ（すなわち、一組の電極片）は、平面視において、隣り合う凸部３３の先端３３ｃ間に位置している。なお、図５には、凸部３３の先端３３ｃ及び根元３３ｄの各々を通る厚み方向に平行な線を二点鎖線で示している。
　本変形例では、平面視した場合に、第１電極片５１ａは、凸部３３の先端３３ｃと根元３３ｄとの間で、かつ、側面３３ｂ（屈折面）に重複する位置に位置している。第１電極片５１ａと第１電極層４０との間に電圧を印加することで、側面３３ｂの近傍に位置する液晶分子３５の配向を変化させることができる。これにより、光が実質的に屈折する面である実効屈折面３３ｅを変化させることができる。詳細については、図４Ｃを用いて説明した通りである。
　また、平面視した場合に、第２電極片５２ａは、凸部３３の先端３３ｃと根元３３ｄとの間で、かつ、側面３３ａ（反射面）に重複する位置に位置している。第２電極片５２ａと第１電極層４０との間に電圧を印加することで、側面３３ａの近傍に位置する液晶分子３５の配向を変化させることができる。これにより、光が実質的に反射する面である実効反射面３３ｆを変化させることができる。詳細については、図４Ｄを用いて説明した通りである。
　また、平面視した場合に、第３電極片５３ａは、隣り合う凸部３３の根元３３ｄ間に位置している。具体的には、第３電極片５３ａは、凸部３３に重複しない位置に位置している。
　第１電極片５１ａと第２電極片５２ａとの境界領域（すなわち、隙間５４ａ）は、平面視において、凸部３３の先端３３ｃに重複する位置に位置している。すなわち、図５に示すように、先端３３ｃを通る二点鎖線が隙間５４ａを通過している。
　第１電極片５１ａと第３電極片５３ａとの境界領域（すなわち、隙間５５ａ）は、平面視において、凸部３３の側面３３ｂ側の根元３３ｄに重複する位置に位置している。すなわち、図５に示すように、根元３３ｄを通る二点鎖線が隙間５５ａを通過している。
　第２電極片５２ａと第３電極片５３ａとの境界領域（すなわち、隙間５６ａ）は、平面視において、凸部３３の側面３３ａ側の根元３３ｄに重複する位置に位置している。すなわち、図５に示すように、根元３３ｄを通る二点鎖線が隙間５６ａを通過している。
　隙間５４ａ、隙間５５ａ及び隙間５６ａの幅（ｚ軸方向の長さ）は、例えば、第１電極片５１ａ、第２電極片５２ａ及び第３電極片５３ａの幅より短い。
　以上のように、本変形例に係る光学デバイス１ａによれば、例えば、複数の電極片は、さらに、第３電位が印加される複数の第３電極片５３ａを含み、複数の第１電極片５１ａと、複数の第３電極片５３ａと、複数の第２電極片５２ａとは、この順で凸部３３の並び方向に交互に配置されている。
　これにより、配光層３０に印加される電界の大きさ及び向きを、より細かく調整することができる。したがって、光学デバイス１ａによる配光方向をより細かく制御することができる。
　また、例えば、複数の凸部３３の各々は、根元３３ｄから先端３３ｃに向けて先細る形状を有し、順に並んだ第１電極片５１ａ、第３電極片５３ａ及び第２電極片５２ａは、平面視において、隣り合う凸部３３の先端３３ｃ間に位置し、第３電極片５３ａは、隣り合う凸部３３の根元３３ｄ間に位置している。
　これにより、光学デバイス１に入射する光Ｌの実効屈折面３３ｅ又は実効反射面３３ｆを、凸部３３間で変化させることができ、配光方向を変更することができる。
　（実施の形態２）
　続いて、実施の形態２について説明する。実施の形態１では、第２電極層５０のみが複数の電極片から構成されている例について示したが、本実施の形態では、第１電極層４０も複数の電極片から構成されている。
　図６は、本実施の形態に係る光学デバイス１０１の断面図である。図７は、本実施の形態に係る光学デバイス１０１の拡大断面図であり、図６の一点鎖線で囲まれる領域ＶＩＩの拡大断面図である。
　図６及び図７に示すように、光学デバイス１０１は、実施の形態１に係る光学デバイス１と比較して、第１電極層４０の代わりに第１電極層１４０を備える点が相違する。以下では、実施の形態１との相違点を中心に説明し、共通点の説明を省略又は簡略化する。
　第１電極層１４０は、図７に示すように、複数の第１電極片１４１及び複数の第２電極片１４２から構成されている。つまり、本実施の形態では、第１電極層１４０及び第２電極層５０はそれぞれ、複数の電極片から構成されている。
　複数の第１電極片１４１と、複数の第２電極片１４２とは、複数の凸部３３の並び方向（ｚ軸方向）に交互に並んで配置されている。複数の第１電極片１４１及び複数の第２電極片１４２はそれぞれ、ｘ軸方向に延びる帯状の電極片である。複数の第１電極片１４１及び複数の第２電極片１４２並びに複数の第１電極片５１及び複数の第２電極片５２は、例えば、同じ形状及び同じ大きさである。
　複数の第１電極片１４１と複数の第２電極片１４２とは、互いに絶縁されている。本実施の形態では、第１電極片１４１と第２電極片１４２とは、隙間を空けて配置されている。このため、複数の第１電極片１４１と複数の第２電極片１４２とには、異なる電位を印加することができる。
　本実施の形態では、第１電極層１４０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は、平面視において、凸部３３の並び方向にずれて配置されている。具体的には、第１電極片１４１は、平面視において、第２電極層５０の第１電極片５１及び第２電極片５２の各々の一部と重複している。第２電極片１４２も同様に、平面視において、第２電極層５０の第１電極片５１及び第２電極片５２の各々の一部と重複している。例えば、第１電極片１４１及び第２電極片１４２はそれぞれ、第１電極片５１及び第２電極片５２の各々の略半分と重複している。
　なお、重複量は、略半分に限らない。例えば、第１電極片１４１は、第１電極片５１の１／４と第２電極片５２の３／４とに重複していてもよい。また、第１電極片１４１、第２電極片１４２、第１電極片５１及び第２電極片５２の形状及び大きさが異なる場合には、第１電極片１４１又は第２電極片１４２は、第１電極片５１及び第２電極片５２のいずれか一方と完全に重複していてもよい。
　本実施の形態に係る光学デバイス１０１では、対向して配置された第１電極層１４０及び第２電極層５０のそれぞれが、複数の電極片から構成されているため、配光層３０に印加する電界の大きさ及び向きをより細かく調整することができる。
　図８は、本実施の形態に係る光学デバイス１０１の動作モードを説明するための拡大断面図である。図８には、制御部６１によって、第１電極層１４０の第１電極片１４１と第２電極層５０の第１電極片５１との間に所定の電圧（第２電圧）が印加された場合を図示している。ここでは、第１電極層１４０の第２電極片１４２と第２電極層５０の第２電極片５２との間には、電圧は印加されていない。例えば、制御部６１は、第１電極片５１に正の電位を与え、第１電極片１４１に負の電位を与え、第２電極片５２及び１４２に接地電位を与える。これにより、第２電極層５０の第１電極片５１と第１電極層１４０の第１電極片１４１との間に、最も強い電界が印加される。
　本実施の形態では、第２電極層５０の第１電極片５１と第１電極層１４０の第１電極片１４１とが、ｚ軸方向にずれて配置されている。このため、第１電極片５１と第１電極片１４１との間に印加される電界は、厚み方向（ｙ軸方向）に平行にはならず、ｙ軸方向に斜め方向に印加される。このため、第１電極片５１と第１電極片１４１との間に位置する液晶分子３５は、図８に示すように、斜め方向に配向する。また、第２電極片５２と第２電極片１４２との間に位置する液晶分子３５には、電界がほとんど印加されないので、配向状態は変化しない。
　このため、屈折率可変層３２内において屈折率差が生じ、実効屈折面１３３ｅが形成される。光学デバイス１０１に入射する光Ｌは、実効屈折面１３３ｅで屈折された後、凸部３３の側面３３ａで反射され、斜め上方に向けて出射される。実効屈折面１３３ｅの形状は、電圧を印加する電極片の組み合わせ、及び、印加する電圧の大きさなどによって変更する。このため、電極片の組み合わせ、及び、電圧の大きさを調整することで、配光方向を調整することができる。
　［効果など］
　以上、本実施の形態に係る光学デバイス１０１では、例えば、第１電極層１４０及び第２電極層５０はそれぞれ、複数の電極片から構成されている。
　これにより、配光層３０に印加される電界の大きさ及び向きを、より細かく調整することができる。したがって、光学デバイス１０１による配光方向をより細かく制御することができる。
　また、例えば、第１電極層１４０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は、平面視において、凸部３３の並び方向（ｚ軸方向）にずれて配置されている。
　これにより、配光層３０に対して斜め方向に電界を印加することができるので、配光層３０に印加される電界の大きさ及び向きを、より細かく調整することができる。したがって、光学デバイス１０１による配光方向をより細かく制御することができる。
　（変形例）
　以下では、上記実施の形態の変形例について説明する。
　上記実施の形態では、屈折率可変材料として液晶材料を用いる場合について説明したが、屈折率可変材料は、液晶材料に限らない。例えば、本変形例では、屈折率可変材料として、電気泳動材料を用いる場合を説明する。以下の説明において、上記実施の形態と異なる点を中心に説明し、共通点の説明を省略又は簡略化する。
　［構成］
　図９は、本変形例に係る光学デバイス２０１の拡大断面図である。なお、本変形例に係る光学デバイス２０１の全体的な構成は、図１に示す光学デバイス１と同様である。図９は、図１の一点鎖線で囲まれる領域ＩＩに相当する断面を示している。
　図９に示すように、光学デバイス２０１は、第１基材１０と、第２基材２０と、配光層２３０と、第１電極層４０と、第２電極層５０とを備える。配光層２３０以外の構成は、実施の形態と同様である。
　配光層２３０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２３０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２３０は、配光層２３０を光が通過する際に、その光の進行方向を変更する。
　配光層２３０は、凹凸構造層３１と、屈折率可変層２３２とを有する。凹凸構造層３１は、実施の形態に係る光学デバイス１の凹凸構造層３１と同じ構成を有する。
　図９に示すように、屈折率可変層２３２は、絶縁性液体２３５と、絶縁性液体２３５に含まれるナノ粒子２３６とを有する。屈折率可変層２３２は、無数のナノ粒子２３６が絶縁性液体２３５に分散されたナノ粒子分散層である。
　絶縁性液体２３５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２３６が分散される分散媒となる溶媒である。絶縁性液体２３５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。本変形例では、屈折率が約１．４の絶縁性液体２３５を用いている。
　なお、絶縁性液体２３５の動粘度は、１００ｍｍ２／ｓ程度であるとよい。また、絶縁性液体２３５は、低誘電率（例えば、凹凸構造層３１の誘電率以下）で、非引火性（例えば、引火点が２５０℃以上の高引火点）及び低揮発性を有してもよい。具体的には、絶縁性液体２３５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２３５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２３５としては、シリコーンオイルなどを用いることもできる。
　ナノ粒子２３６は、絶縁性液体２３５に複数分散されている。ナノ粒子２３６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、ナノ粒子２３６の粒径は、λ／４以下であるとよい。ナノ粒子２３６の粒径をλ／４以下にすることで、ナノ粒子２３６による光散乱を少なくして、ナノ粒子２３６と絶縁性液体２３５との平均的な屈折率を得ることができる。ナノ粒子２３６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。
　ナノ粒子２３６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２３６の屈折率は、絶縁性液体２３５の屈折率よりも高い。本変形例において、ナノ粒子２３６の屈折率は、凹凸構造層３１の屈折率よりも高い。
　ナノ粒子２３６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２３６は、透過率が高い材料で構成されていてもよい。本変形例では、ナノ粒子２３６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２３６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。
　また、ナノ粒子２３６は、帯電している荷電粒子である。例えば、ナノ粒子２３６の表面を修飾することで、ナノ粒子２３６を正（プラス）又は負（マイナス）に帯電させることができる。本変形例において、ナノ粒子２３６は、正（プラス）に帯電している。
　このように構成された屈折率可変層２３２では、帯電したナノ粒子２３６が絶縁性液体２３５の全体に分散されている。本変形例では、ナノ粒子２３６として屈折率が２．１のジルコニア粒子を用いて、ナノ粒子２３６を溶媒屈折率が約１．４の絶縁性液体２３５に分散させたものを屈折率可変層２３２としている。
　また、屈折率可変層２３２の全体の屈折率（平均屈折率）は、ナノ粒子２３６が絶縁性液体２３５内に均一に分散された状態において、凹凸構造層３１の屈折率と略同一に設定されており、本変形例では、約１．５である。なお、屈折率可変層２３２の全体の屈折率は、絶縁性液体２３５に分散するナノ粒子２３６の濃度（量）を調整することによって変えることができる。詳細は後述するが、ナノ粒子２３６の量は、例えば、凹凸構造層３１の凹部３４に埋まる程度である。この場合、絶縁性液体２３５に対するナノ粒子２３６の濃度は、約１０％～約３０％である。
　屈折率可変層２３２は、凹凸構造層３１と第２電極層５０との間に配置されている。具体的には、屈折率可変層２３２は、凹凸構造層３１に接している。つまり、屈折率可変層２３２における凹凸構造層３１の凹凸表面との接触面は、屈折率可変層２３２と凹凸構造層３１の凹凸表面との界面である。なお、屈折率可変層２３２は、第２電極層５０にも接しているが、屈折率可変層２３２と第２電極層５０との間に他の層（膜）が介在していてもよい。
　また、屈折率可変層２３２は、与えられる電界に応じて屈折率が変化する。電界は、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変化する。具体的には、屈折率可変層２３２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、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。
　絶縁性液体２３５中に分散するナノ粒子２３６は帯電しているので、屈折率可変層２３２に電界が与えられると、ナノ粒子２３６は、電界分布に従って絶縁性液体２３５中を泳動し、絶縁性液体２３５内で偏在する。これにより、屈折率可変層２３２内のナノ粒子２３６の粒子分布が変化して屈折率可変層２３２内にナノ粒子２３６の濃度分布を持たせることができるので、屈折率可変層２３２内の屈折率分布が変化する。つまり、屈折率可変層２３２の屈折率が部分的に変化する。このように、屈折率可変層２３２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。
　なお、本変形例においても、第２電極層５０の各々が複数の電極片から構成されている。この場合、実施の形態１と同様に、電極片毎に、異なる電界を与えることが可能になり、ナノ粒子２３６の濃度分布を領域毎に異ならせることができる。これにより、領域毎に屈折率を異ならせることができる。なお、実施の形態２と同様に、第１電極層４０の各々が複数の電極片から構成されていてもよい。
　屈折率可変層２３２は、第１基材１０と第２基材２０との間に配置されている。具体的には、ナノ粒子２３６が分散された絶縁性液体２３５が第１基材１０と第２基材２０との間に封止されている。屈折率可変層２３２の形成方法は、実施の形態と同様である。
　屈折率可変層２３２の厚さは、例えば１μｍ～１００μｍであるが、これに限らない。一例として、凹凸構造層３１の凸部３３の高さが１０μｍである場合、屈折率可変層２３２の厚さは、例えば４０μｍである。
　［光学状態］
　続いて、本変形例に係る光学デバイス２０１の光学状態、及び、光学状態を形成する動作モードについて説明する。
　＜透明状態（無印加モード）＞
　図１０Ａは、本変形例に係る光学デバイス２０１の無印加モード（透明状態）を説明するための拡大断面図である。
　図１０Ａ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。第２電極層５０に含まれる複数の第１電極片５１及び複数の第２電極片５２の全てが、互いに等電位となっている。この場合、屈折率可変層２３２には電界が与えられないので、ナノ粒子２３６は、絶縁性液体２３５の全体にわたって分散された状態となる。
　このとき、本変形例では、上述したように、ナノ粒子２３６が絶縁性液体２３５の全体に分散された状態の屈折率可変層２３２の屈折率は、約１．５である。また、凹凸構造層３１の凸部３３の屈折率は、約１．５である。つまり、屈折率可変層２３２の全体の屈折率は、凹凸構造層１３１の凸部３３の屈折率と同等になる。したがって、配光層２３０の全体で、屈折率が均一になる。
　このため、図１０Ａに示すように、斜め方向から光Ｌが入射した場合、屈折率可変層２３２と凹凸構造層３１（凸部３３）との界面には屈折率差がないので、光Ｌがまっすぐに進行する。
　＜配光状態（電圧印加モード）＞
　図１０Ｂは、本変形例に係る光学デバイス２０１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１０Ｂにおいて、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程度の電位差が印加されている。このとき、第２電極層５０に含まれる複数の第１電極片５１及び複数の第２電極片５２の全てが、互いに等電位となっている。これにより、屈折率可変層２３２には所定の電界が与えられるので、屈折率可変層２３２では、帯電したナノ粒子２３６がその電界分布に従って絶縁性液体２３５内を泳動する。つまり、ナノ粒子２３６は、絶縁性液体２３５内を電気泳動する。
　図１０Ｂに示す例では、第２電極層５０は、第１電極層４０よりも高電位になっている。このため、プラスに帯電したナノ粒子２３６は、第１電極層４０に向かって泳動し、凹凸構造層３１の凹部３４に入り込んで集積していく。
　このように、ナノ粒子２３６が屈折率可変層２３２内の凹凸構造層３１側に偏在することで、ナノ粒子２３６の粒子分布が変化し、屈折率可変層２３２内の屈折率分布が一様ではなくなる。具体的には、図１０Ｂに示すように、屈折率可変層２３２内でナノ粒子２３６の濃度分布が形成される。
　例えば、凹凸構造層３１側の第１領域２３２ａでは、ナノ粒子２３６の濃度が高くなり、第２電極層５０側の第２領域２３２ｂでは、ナノ粒子２３６の濃度が低くなる。したがって、第１領域２３２ａと第２領域２３２ｂとには、屈折率差が生じる。
　本変形例では、ナノ粒子２３６の屈折率が絶縁性液体２３５の屈折率よりも高い。このため、ナノ粒子２３６の濃度が高い第１領域２３２ａの屈折率は、ナノ粒子２３６の濃度が低い、すなわち、絶縁性液体２３５の割合が多い第２領域２３２ｂの屈折率よりも高くなる。例えば、第１領域２３２ａの屈折率は、ナノ粒子２３６の濃度に応じて約１．５より大きい値～約１．８になる。第２領域２３２ｂの屈折率は、ナノ粒子２３６の濃度に応じて約１．４～約１．５より小さい値になる。
　複数の凸部３３の屈折率が約１．５であるので、第１電極層４０と第２電極層５０との間に電圧が印加されている場合、凸部３３と第１領域２３２ａとの間には、屈折率差が生じる。このため、図１０Ｂに示すように、斜め方向から光Ｌが入射した場合、光Ｌは、凸部３３の側面３３ｂで屈折した後、側面３３ａで全反射される。これにより、斜め下方に入射する光Ｌは、光学デバイス２０１によって進行方向が曲げられて、屋内の天井面などに照射される。
　また、印加する電圧によって屈折率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。なお、屈折率可変材料として液晶を用いた場合には、液晶の有する複屈折性に由来し、Ｓ偏光とＰ偏光とで振る舞いは異なるが、電気泳動材料を用いた場合には複屈折率性が抑えられるため、ほぼ全ての光を配光制御することが可能となる。
　＜配光状態（部分印加モード）＞
　図１０Ｃ及び図１０Ｄは、本変形例に係る光学デバイス２０１の部分印加モード（配光状態）を説明するための拡大断面図である。なお、図１０Ｃは、第２電極層５０に含まれる第１電極片５１と第１電極層４０との間に電圧を印加した場合を示している。図１０Ｄは、第２電極層５０に含まれる第２電極片５２と第１電極層４０との間に電圧を印加した場合を示している。
　図１０Ｃに示す例では、第１電極片５１と第１電極層４０とに挟まれた領域内に主に電界が与えられているので、当該領域内で、ナノ粒子２３６は、第１電極層４０に向かって泳動する。このため、凹部３４内で側面３３ｂに沿った第１領域２３２ｃ内でナノ粒子２３６の濃度が高くなる。したがって、第１領域２３２ｃの屈折率は、例えば、約１．５より大きい値～約１．８になる。
　一方で、第２電極片５２と第１電極層４０とに挟まれた領域内では電界がほとんど与えられていないので、当該領域内では、ナノ粒子２３６は、分散されたままとなる。このため、屈折率可変層２３２内の第１領域２３２ｃを除いた第２領域２３２ｄでは、ナノ粒子２３６の濃度は低い状態が保たれている。したがって、第２領域２３２ｄの屈折率は、例えば、約１．４～約１．５より小さい値になる。
　これにより、図１０Ｃに示すように、第１領域２３２ｃの下側に実効屈折面２３３ｅが形成される。実効屈折面２３３ｅは、第１領域２３２ｃの下側における第２領域２３２ｄとの界面に相当する。
　このため、図１０Ｃに示すように、斜め方向から光Ｌが入射した場合、光Ｌは、凸部３３の側面３３ｂだけでなく、実効屈折面２３３ｅでも屈折されうる。このとき、凸部３３の側面３３ａでは、屈折率差がほとんどなく、光Ｌは全反射されない。これにより、斜め下方に入射する光Ｌは、光学デバイス２０１によって進行方向が曲げられて、屋内の床面の光学デバイス２０１により近い部分を照明する。
　また、図１０Ｄに示す例では、第２電極片５２と第１電極層４０とに挟まれた領域内に主に電界が与えられているので、当該領域内で、ナノ粒子２３６は、第１電極層４０に向かって泳動する。このため、凹部３４内で側面３３ａに沿った第１領域２３２ｅ内でナノ粒子２３６の濃度が高くなる。したがって、第１領域２３２ｅの屈折率は、例えば、約１．５より大きい値～約１．８になる。
　一方で、第１電極片５１と第１電極層４０とに挟まれた領域内では電界がほとんど与えられていないので、当該領域内では、ナノ粒子２３６は、分散されたままとなる。このため、屈折率可変層２３２内の第１領域２３２ｅを除いた第２領域２３２ｆでは、ナノ粒子２３６の濃度は低い状態が保たれている。したがって、第２領域２３２ｆの屈折率は、例えば、約１．４～約１．５より小さい値になる。
　これにより、図１０Ｄに示すように、第１領域２３２ｅの上側に実効屈折面２３３ｆが形成される。実効屈折面２３３ｆは、第１領域２３２ｅの上側における第２領域２３２ｆとの界面に相当する。
　このため、図１０Ｄに示すように、斜め方向から光Ｌが入射した場合、光Ｌは、実効屈折面３３ｆで屈折した後、側面３３ａで全反射される。このとき、凸部３３の側面３３ｂでは、屈折率差がほとんどなく、光Ｌは屈折されない。これにより、斜め下方に入射する光Ｌは、光学デバイス２０１によって進行方向が曲げられて、屋内の天井面などに照射される。
　なお、図１０Ａ～図１０Ｄにおいて、詳細は図示していないが、第１基材１０と第１電極層４０との界面又は屈折率可変層２３２と第２電極層５０との界面など、各部材間の界面で屈折率差が存在する箇所においては、光Ｌは、その界面で屈折率差に応じて屈折することになる。
　以上のように、本変形例では、実施の形態と同様に屈折率を変化させて、光学デバイス２０１の配光状態及び透明状態を変化させることができる。また、本変形例でも、実施の形態と同様に、第１電極片５１及び第２電極片５２に選択的に電位を与えることで、屈折率可変層２３２内で、屈折率が異なる複数の領域を電極片の並び方向（ｚ軸方向）において形成することができる。これにより、本変形例によれば、光学デバイス２０１による配光方向の制御範囲を大きくすることができる。
　（その他）
　以上、本発明に係る光学デバイス及び光学システムについて、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。
　例えば、上記の実施の形態では、第１電極層４０及び第２電極層５０の少なくとも一方を、２種類又は３種類の電極片に分割する例について示したが、４種類以上の電極片に分割してもよい。また、第１電極層４０及び第２電極層５０の双方を分割する場合に、分割数が異なっていてもよい。
　また、例えば、上記の実施の形態では、複数の第１電極片５１及び複数の第２電極片５２を１つずつ交互に配置したが、複数個ずつ交互に配置してもよい。他の電極片についても同様である。
　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。
　また、例えば、上記の実施の形態では、凸部３３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、凸部３３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。
　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。
　また、例えば、複数の凸部３３は、直線のストライプ形状でなくてもよい。例えば、複数の凸部３３の各々は、ウェーブ形状、波線形状又はジグザグ形状であってもよい。
　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３３ａ又は３３ｂの傾斜角を異ならせてもよい。
　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。
　また、例えば、上記の実施の形態の変形例において、ナノ粒子２３６の屈折率が絶縁性液体２３５の屈折率より低くてもよい。ナノ粒子２３６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。
　また、例えば、上記の実施の形態の変形例において、ナノ粒子２３６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２３６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するとよい。
　また、複数のナノ粒子２３６には、光学特性の異なる複数種類のナノ粒子が含まれてもよい。例えば、プラスに帯電させた透明の第１ナノ粒子と、マイナスに帯電させた不透明（黒色など）の第２ナノ粒子とを含んでもよい。例えば、第２ナノ粒子を凝集させて偏在させることで、光学デバイス２０１に遮光機能を持たせてもよい。
　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。
　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。また、光学デバイス１は、例えば、照明器具の透光カバーなどの配光制御部材などに利用することもできる。あるいは、光学デバイス１は、凹凸構造の界面での光の散乱を利用した目隠し部材としても利用することができる。
　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。
１、１ａ、１０１、２０１　光学デバイス
１０　第１基材
２０　第２基材
３０、２３０　配光層
３１　凹凸構造層
３２、２３２　屈折率可変層
３３　凸部
３３ｃ　先端
３３ｄ　根元
４０、１４０　第１電極層
５０、５０ａ　第２電極層
５１、５１ａ、１４１　第１電極片
５２、５２ａ、１４２　第２電極片
５３、５４、５４ａ、５５ａ、５６ａ　隙間（境界領域）
５３ａ　第３電極片
６０　光学システム
６１　制御部

Claims (11)

  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、
    　第１方向に並んで配置された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、
    　第１電位が印加される複数の第１電極片と、
    　第２電位が印加される複数の第２電極片とを含み、
    　前記複数の第１電極片と前記複数の第２電極片とは、前記第１方向に交互に並んで配置されている
    　光学デバイス。
  2. 　前記複数の凸部の各々は、根元から先端に向けて先細る形状を有し、
    　隣り合う前記第１電極片及び前記第２電極片は、平面視において、隣り合う前記凸部の先端間に位置し、
    　隣り合う前記第１電極片と前記第２電極片との境界領域は、平面視において、隣り合う前記凸部の根元間に位置している
    　請求項１に記載の光学デバイス。
  3. 　前記第１電極層及び前記第２電極層はそれぞれ、複数の電極片から構成されている
    　請求項１又は２に記載の光学デバイス。
  4. 　前記第１電極層を構成する複数の電極片と前記第２電極層を構成する複数の電極片とは、平面視において、前記第１方向にずれて配置されている
    　請求項３に記載の光学デバイス。
  5. 　前記複数の電極片は、さらに、第３電位が印加される複数の第３電極片を含み、
    　前記複数の第１電極片と、前記複数の第３電極片と、前記複数の第２電極片とは、この順で前記第１方向に交互に配置されている
    　請求項１～４のいずれか１項に記載の光学デバイス。
  6. 　前記複数の凸部の各々は、根元から先端に向けて先細る形状を有し、
    　順に並んだ前記第１電極片、前記第３電極片及び前記第２電極片は、平面視において、隣り合う前記凸部の先端間に位置し、
    　前記第３電極片は、隣り合う前記凸部の根元間に位置している
    　請求項５に記載の光学デバイス。
  7. 　前記複数の凸部は、前記第１方向に直交する第２方向に延びたストライプ状に形成されている
    　請求項１～６のいずれか１項に記載の光学デバイス。
  8. 　請求項１～７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、前記第１電極層と前記第２電極層との間に所定の電圧を印加する制御部とを備える
    　光学システム。
  9. 　前記制御部は、
    　第１動作モードでは、前記第１電極層及び前記第２電極層の間に電圧を印加せず、
    　第２動作モードでは、前記複数の電極片の全てに等しい電位を与えることで、前記第１電極層及び前記第２電極層間に第１電圧を印加し、
    　第３動作モードでは、前記複数の第１電極片と前記複数の第２電極片とに互いに異なる電位を与えることで、前記第１電極層及び前記第２電極層間に第２電圧を印加する
    　請求項８に記載の光学システム。
  10. 　前記制御部は、前記第３動作モードでは、前記複数の第１電極片のみ又は前記複数の第２電極片のみと、対向する電極層との間に前記第２電圧を印加する
    　請求項９に記載の光学システム。
  11. 　前記第２電圧は、前記第１電圧より小さい
    　請求項１０に記載の光学システム。
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