DE112016006211T5

DE112016006211T5 - Optische Vorrichtung und Fenster mit Lichtverteilungsfunktion

Info

Publication number: DE112016006211T5
Application number: DE112016006211.7T
Authority: DE
Inventors: Kazuki KITAMURA; Norihiro Ito; Hirofumi Kubota; Masuyuki Ota
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2016-01-12
Filing date: 2016-12-01
Publication date: 2018-09-20
Also published as: JPWO2017122245A1; WO2017122245A1; CN108474978A; US20180373082A1

Abstract

Eine optische Vorrichtung (1) umfasst ein erstes Substrat (10), das lichtdurchlässig ist, ein zweites Substrat (20), das lichtdurchlässig ist und dem ersten Substrat (10) gegenüberliegt, eine Lichtverteilungsschicht (30), die zwischen dem ersten Substrat (10) und dem zweiten Substrat (20) angeordnet ist und einfallendes Licht verteilt, und ein optisches Element (40), das auf einer von einer Oberfläche des zweiten Substrats (20) auf einer Seite gegenüber einer Seite, die auf das erste Substrat (10) gerichtet ist, und einer Oberfläche des ersten Substrats (10) auf einer Seite gegenüber einer Seite, die auf das zweite Substrat (20) gerichtet ist, angeordnet ist. Die Lichtverteilungsschicht (30) umfasst ein optisches Medium, das ein doppelbrechendes Material enthält, und eine unebene Struktur. Das optische Element (40) weist eine optische Eigenschaft des Verminderns der Menge von mindestens einem eines ersten polarisierten Lichts und eines zweiten polarisierten Lichts, die sich bezüglich der Polarisationsrichtung voneinander unterscheiden, auf.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Vorrichtung und ein Fenster, das die optische Vorrichtung und eine Lichtverteilungsfunktion aufweist.
STAND DER TECHNIK
Es wurde eine optische Vorrichtung vorgeschlagen, die eine Ausbreitungsrichtung von Außenlicht, wie z.B. Sonnenlicht, das von außerhalb eines Raums eintritt, verändern kann, und die Außenlicht in den Raum einführen kann.
Beispielsweise offenbart das Patentdokument 1 (PTL 1) einen Beleuchtungsfilm, der an einem Fenster angebracht ist, so dass die Ausbreitungsrichtung von einfallendem Sonnenlicht verändert wird und das Sonnenlicht in einen Raum eingeführt wird. Der in PTL 1 offenbarte Beleuchtungsfilm umfasst ein erstes Basismaterial, eine Mehrzahl von Beleuchtungsabschnitten, einen Hohlraum, eine erste Haftschicht, ein zweites Basismaterial, eine zweite Haftschicht und eine Lichtstreuschicht. Durch diesen Aufbau wird Licht, das in die Beleuchtungsabschnitte eintritt, von unteren Oberflächen der Beleuchtungsabschnitte einer Totalreflexion unterzogen, so dass es sich schräg aufwärts ausbreitet und durch die Lichtstreuschicht gestreut wird. Als Ergebnis beleuchtet Licht mit verminderter Blendung eine Deckenoberfläche des Raums.
Dokumentenliste
Patentdokument
PTL 1: WO 2015/056736
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
TECHNISCHES PROBLEM
Eine herkömmliche optische Vorrichtung kann Außenlicht, wie z.B. Sonnenlicht, ablenken, so dass eine Deckenoberfläche eines Raums mit diesem Außenlicht beleuchtet wird und dadurch die Innenbeleuchtung verbessert wird. Folglich kann eine Innenbeleuchtungsvorrichtung abgeschaltet werden und die Lichtabgabe der Innenbeleuchtungsvorrichtung kann vermindert werden. Dies führt zu einer Einsparung von elektrischer Energie.
Wenn jedoch die Deckenoberfläche mit dem Außenlicht unter Verwendung der herkömmlichen optischen Vorrichtung beleuchtet wird oder insbesondere wenn die Lichtverteilung so eingestellt wird, dass das Außenlicht unter Verwendung der herkömmlichen optischen Vorrichtung abgelenkt wird, kann eine Außenansicht nicht von innerhalb des Raums betrachtet werden. Insbesondere nutzt die im PTL 1 offenbarte optische Vorrichtung eine Reflexion auf einer unebenen Grenzfläche zwischen dem Hohlraum, der eine Luftschicht ist, und der Mehrzahl von Beleuchtungsabschnitten, die aus Harz ausgebildet sind. Darüber hinaus verursacht die Lichtstreuschicht stets eine Lichtstreuung, was das Fenster trüb macht. Aus diesem Grund kann die Außenansicht nicht von innerhalb des Raums betrachtet werden, obwohl der Raum heller gemacht werden kann. Insbesondere geht eine Primärfunktion eines Fensters, dass die Außenseite betrachtet werden kann, verloren.
Auf der Basis dieser Situation wurde eine optische Vorrichtung untersucht, die anstelle einer Luftschicht eine Schicht, die mit einem Flüssigkristall als doppelbrechendes Material gefüllt ist, und eine unebene Schicht, welche diese Schicht kontaktiert, umfasst. Das doppelbrechende Material weist eine Doppelbrechungseigenschaft auf (d.h., zwei Brechungsindizes). Folglich wird, wenn einer der Brechungsindizes mit dem Brechungsindex der unebenen Schicht übereinstimmt, p-polarisiertes Licht transparent. Andererseits wird s-polarisiertes Licht in der Richtung der Deckenoberfläche verteilt, da sich der andere Brechungsindex von dem Brechungsindex der unebenen Schicht unterscheidet.
In diesem Fall tritt das p-polarisierte Licht, das in dem reflektierten Licht von der Außenansicht enthalten ist, durch die optische Vorrichtung hindurch und tritt in das Auge einer Person innerhalb des Raums ein. Folglich kann selbst dann, wenn die optische Vorrichtung verwendet wird, die Außenansicht von innerhalb des Raums ohne einen Verlust der Primärfunktion als Fenster, dass die Außenansicht betrachtet werden kann, betrachtet werden.
Wenn Sonnenlicht verteilt und in den Raum unter Verwendung der optischen Vorrichtung in der vorstehend beschriebenen Weise eingebracht wird, kann s-polarisiertes Sonnenlicht in der Richtung der Deckenoberfläche verteilt werden. p-polarisiertes Sonnenlicht kann jedoch nicht verteilt werden. Insbesondere tritt p-polarisiertes Sonnenlicht durch die optische Vorrichtung hindurch und breitet sich in einer geraden Linie zu einer Bodenoberfläche aus. Folglich kann eine Person durch das Fenster innerhalb des Raums durch helles Sonnenlicht geblendet werden.
Die herkömmliche optische Vorrichtung kann das einfallende Licht in der vorstehend beschriebenen Weise verteilen. Da jedoch das einfallende Licht eine Vielzahl von polarisierten Lichtstrahlen mit jeweils unterschiedlichen Polarisationsrichtungen umfasst, kann sich jedweder dieser polarisierten Lichtstrahlen in die Richtung eines nicht vorgesehenen Bereichs ausbreiten. Beispielsweise kann das einfallende Licht gerade durch die optische Vorrichtung hindurchtreten, ohne verteilt zu werden, und einen nicht vorgesehenen Bereich beleuchten.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die vorstehend genannten Probleme gemacht und hat die Aufgabe, Folgendes bereitzustellen: eine optische Vorrichtung, die eine gewünschte Lichtverteilungseinstellung mit einfallendem Licht durchführt, das ein erstes polarisiertes Licht und ein zweites polarisiertes Licht umfasst, die sich bezüglich der Polarisationsrichtung unterscheiden, und die bewirkt, dass das Licht einen vorgegebenen Bereich beleuchtet; und ein Fenster mit einer Lichtverteilungsfunktion.
LÖSUNG DES PROBLEMS
Zum Lösen der vorstehend genannten Aufgabe umfasst eine optische Vorrichtung gemäß eines Aspekts der vorliegenden Erfindung: ein erstes Substrat, das lichtdurchlässig ist; ein zweites Substrat, das lichtdurchlässig ist und dem ersten Substrat gegenüberliegt; eine Lichtverteilungsschicht, die zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat angeordnet ist und einfallendes Licht verteilt; und ein optisches Element, das auf einer von (i) einer Oberfläche des zweiten Substrats auf einer Seite gegenüber einer Seite, die auf das erste Substrat gerichtet ist, und (ii) einer Oberfläche des ersten Substrats auf einer Seite gegenüber einer Seite, die auf das zweite Substrat gerichtet ist, angeordnet ist, wobei die Lichtverteilungsschicht (i) ein optisches Medium, das ein doppelbrechendes Material enthält, und (ii) eine unebene Struktur umfasst, und das optische Element eine optische Eigenschaft des Verminderns der Menge von mindestens einem eines ersten polarisierten Lichts und eines zweiten polarisierten Lichts, die sich bezüglich der Polarisationsrichtung voneinander unterscheiden, aufweist.
Darüber hinaus umfasst ein Fenster mit einer Lichtverteilungsfunktion gemäß eines Aspekts der vorliegenden Erfindung: die vorstehend beschriebene optische Vorrichtung; und ein Fenster, an dem die optische Vorrichtung angebracht ist.
VORTEILHAFTER EFFEKT DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Lichtverteilungseinstellung in einer gewünschten Weise mit einfallendem Licht durchgeführt werden, das ein erstes polarisiertes Licht und ein zweites polarisiertes Licht umfasst, die sich bezüglich der Polarisationsrichtung unterscheiden, und das Licht kann einen vorgegebenen Bereich beleuchten.
Figurenliste

1 ist eine Querschnittsansicht einer optischen Vorrichtung gemäß der Ausführungsform 1.
2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht der optischen Vorrichtung gemäß der Ausführungsform 1.
3A ist ein Diagramm zum Erläutern einer optischen Wirkung der optischen Vorrichtung in einem transparenten Zustand gemäß der Ausführungsform 1.
3B ist ein Diagramm zum Erläutern einer optischen Wirkung der optischen Vorrichtung in einem Lichtverteilungszustand gemäß der Ausführungsform 1.
4A ist ein Diagramm, das ein Beispiel der Verwendung einer optischen Vorrichtung gemäß eines Vergleichsbeispiels zeigt.
4B ist ein Diagramm, das ein Beispiel der Verwendung der optischen Vorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 zeigt.
5 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht einer optischen Vorrichtung gemäß der Variation 1 der Ausführungsform 1.
6 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht einer optischen Vorrichtung gemäß der Variation 2 der Ausführungsform 1.
7 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht einer optischen Vorrichtung gemäß der Variation 3 der Ausführungsform 1.
8 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht einer optischen Vorrichtung gemäß der Variation 4 der Ausführungsform 1.
9 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht einer optischen Vorrichtung gemäß der Ausführungsform 2.
10 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht einer optischen Vorrichtung gemäß der Ausführungsform 3.

BESCHREIBUNG VON BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachstehend werden Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Es sollte beachtet werden, dass jede der nachstehenden Ausführungsformen nur ein bevorzugtes spezifisches Beispiel gemäß der vorliegenden Erfindung beschreibt. Daher sind die Zahlenwerte, Formen, Materialien, strukturellen Elemente, die Anordnung und Verbindung der strukturellen Elemente, usw., die in den folgenden Ausführungsformen beschrieben sind, lediglich Beispiele und sollen die vorliegende Erfindung nicht beschränken. Daher werden von den strukturellen Elementen in den folgenden Ausführungsformen strukturelle Elemente, die nicht in irgendeinem der unabhängigen Ansprüche angegeben sind, welche die wichtigsten Konzepte gemäß der vorliegenden Offenbarung angeben, als beliebige strukturelle Elemente beschrieben.
Es sollte beachtet werden, dass jede der beigefügten Zeichnungen nur ein schematisches Diagramm ist und nicht notwendigerweise eine genaue Darstellung ist. Folglich stimmen die Verkleinerungsmaßstäbe und dergleichen in den Zeichnungen nicht immer miteinander überein. Es sollte auch beachtet werden, dass in allen Zeichnungen dieselben Bezugszeichen im Wesentlichen denselben strukturellen Elementen zugeordnet sind und eine überflüssige Beschreibung derselben weggelassen oder vereinfacht ist.
Darüber hinaus beziehen sich die X-, Y- und Z-Achsen, die in der vorliegenden Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen erwähnt werden, auf drei Achsen im dreidimensionalen kartesischen Koordinatensystem. In den folgenden Ausführungsformen bezieht sich die Z-Achsenrichtung auf eine vertikale Richtung und eine Richtung senkrecht zur Z-Achse (eine Richtung parallel zu einer XY-Ebene) bezieht sich auf eine horizontale Richtung.
Die X- und Y-Achsen sind orthogonal zueinander und jede der X- und Y-Achsen ist orthogonal zur Z-Achse. Dabei ist eine positive Richtung der Z-Achsenrichtung eine Richtung vertikal nach unten. Darüber hinaus bezieht sich der Begriff „Dickenrichtung“, der in der vorliegenden Beschreibung verwendet wird, auf eine Dickenrichtung einer optischen Vorrichtung und es handelt sich um eine Richtung senkrecht zu einer Hauptoberfläche eines ersten Substrats und zu einer Hauptoberfläche eines zweiten Substrats. Ferner bezieht sich der Begriff „Draufsicht“ auf eine Ansicht betrachtet von einer Richtung senkrecht zu der Hauptoberfläche des ersten Substrats und zu der Hautoberfläche des zweiten Substrats.
AUSFÜHRUNGSFORM 1
Zuerst wird der Aufbau einer optischen Vorrichtung 1 gemäß der Ausführungsform 1 unter Bezugnahme auf die 1 und die 2 beschrieben. Die 1 ist eine Querschnittsansicht der optischen Vorrichtung 1 gemäß der Ausführungsform 1. Die 2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht der optischen Vorrichtung 1 und es handelt sich um eine vergrößerte Querschnittsansicht des Bereichs II, der in der 1 durch eine gestrichelte Linie umgeben ist.
Die optische Vorrichtung 1 ist eine Lichteinstellvorrichtung, die das Licht einstellt, das in die optische Vorrichtung 1 eintritt. Insbesondere ist die optische Vorrichtung 1 ein Lichtverteilungselement, das die Ausbreitungsrichtung des Lichts, das in die optische Vorrichtung 1 eintritt, ändern kann (oder insbesondere eine Lichtverteilung durchführen kann) und dann das Licht emittiert.
Wie es in der 1 und der 2 gezeigt ist, umfasst die optische Vorrichtung 1 das erste Substrat 10, das zweite Substrat 20, die Lichtverteilungsschicht 30, das optische Element 40, die erste Elektrode 50 und die zweite Elektrode 60. Dabei ist eine Haftschicht 70 auf einer Oberfläche der ersten Elektrode 50 auf der Seite näher an der Lichtverteilungsschicht 30 so bereitgestellt, dass die erste Elektrode 50 und die unebene Struktur 32 der Lichtverteilungsschicht 30 eng anliegend aneinander haften. Die Haftschicht 70 muss jedoch nicht bereitgestellt werden.
Die optische Vorrichtung 1 weist einen Aufbau auf, bei dem die erste Elektrode 50, die Haftschicht 70, die Lichtverteilungsschicht 30 und die zweite Elektrode 60 in dieser Reihenfolge in einer Dickenrichtung zwischen einem Paar aus dem ersten Substrat 10 und dem zweiten Substrat 20 angeordnet sind.
Nachstehend werden strukturelle Elemente der optischen Vorrichtung 1 unter Bezugnahme auf die 1 und die 2 detailliert beschrieben.
[Erstes Substrat und zweites Substrat]
Jedes des ersten Substrats 10 und des zweiten Substrats 20, die in der 1 und der 2 gezeigt sind, ist ein lichtdurchlässiges Substrat, das durchsichtig ist. Beispielsweise können als das erste Substrat 10 und das zweite Substrat 20 Glassubstrate oder Harzsubstrate verwendet werden. Beispiele für ein Material eines Glassubstrats umfassen Natronglas, alkalifreies Glas und Glas mit hohem Brechungsindex. Beispiele für ein Material eines Harzsubstrats umfassen Polyethylenterephthalat (PET), Polyethylennaphthalat (PEN), Polycarbonat (PC), Acryl (PMMA) und Epoxy. Ein Glassubstrat hat den Vorteil einer hohen optischen Durchlässigkeit und einer niedrigen Feuchtigkeitsdurchlässigkeit. Andererseits weist ein Harzsubstrat den Vorteil auf, dass es bei einem Bruch nicht verstreut wird. Das erste Substrat 10 und das zweite Substrat 20 können aus demselben Material oder aus verschiedenen Materialien hergestellt werden. Es ist jedoch bevorzugt, dass das erste Substrat 10 und das zweite Substrat 20 aus demselben Material ausgebildet werden. Ein Substrat, das für jedes des ersten Substrats 10 und des zweiten Substrats 20 verwendet wird, ist nicht auf ein starres Substrat beschränkt und es kann sich um ein flexibles Substrat handeln, das eine Flexibilität aufweist. In der vorliegenden Ausführungsform ist jedes des ersten Substrats 10 und des zweiten Substrats 20 ein transparentes Harzsubstrat, das aus einem PET-Harz ausgebildet ist.
Das zweite Substrat 20 ist ein gegenüberliegendes Substrat, das dem ersten Substrat 10 gegenüberliegt, und es ist so angeordnet, dass es dem ersten Substrat 10 gegenüberliegt. Das erste Substrat 10 und das zweite Substrat 20 sind mit einem Einkapselungsharz miteinander verbunden, wie z.B. einem Haftmittel, das in der Form eines Bilderrahmens um einen Außenumfang für jedes des ersten Substrats 10 und des zweiten Substrats 20 ausgebildet ist.
Dabei liegt jedes des ersten Substrats 10 und des zweiten Substrats 20 in der Draufsicht in der Form z.B. eines Vierecks, wie z.B. eines Quadrats oder Rechtecks, vor. Die Form dieses Substrats ist jedoch nicht darauf beschränkt und es kann sich um einen Kreis oder ein von einem Viereck verschiedenes Vieleck handeln. Folglich kann jedwede Form eingesetzt werden.
[Lichtverteilungsschicht]
Wie es in der 1 und der 2 gezeigt ist, ist die Lichtverteilungsschicht 30 zwischen dem ersten Substrat 10 und dem zweiten Substrat 20 angeordnet. Die Lichtverteilungsschicht 30 ist lichtdurchlässig und ermöglicht daher einfallendem Licht, durch die Lichtverteilungsschicht 30 hindurchzutreten. Darüber hinaus verteilt die Lichtverteilungsschicht 30 das einfallende Licht. Insbesondere ändert die Lichtverteilungsschicht 30 eine Ausbreitungsrichtung des Lichts, das durch die Lichtverteilungsschicht 30 hindurchtritt.
Die Lichtverteilungsschicht 30 umfasst das Folgende: ein optisches Medium 31, das ein doppelbrechendes Material enthält; und eine unebene Struktur 32. Das doppelbrechende Material des optischen Mediums 31 ist z.B. ein Flüssigkristall, der ein Flüssigkristallmolekül 31a enthält, das doppelbrechend ist. Beispiele für einen solchen Flüssigkristall umfassen einen nematischen Flüssigkristall oder einen cholesterischen Flüssigkristall, in dem das Flüssigkristallmolekül 31a die Form eines Stabs aufweist. Darüber hinaus weist das Flüssigkristallmolekül 31a, das doppelbrechend ist, z.B. einen Brechungsindex für gewöhnliches Licht (no) von 1,5 und einen Brechungsindex für nicht-gewöhnliches Licht (ne) von 1,7 auf.
Die unebene Struktur 32 umfasst eine Mehrzahl von Vorwölbungen 32a in der Größe einer Mikro- oder Nanogrößenordnung. Jede der Mehrzahl von Vorwölbungen 32a weist eine Höhe von z.B. 100 nm bis 100 µm auf. Der Bereich der Höhe ist jedoch nicht darauf beschränkt. Darüber hinaus ist ein Intervall zwischen Vorwölbungen 32a, die aneinander angrenzen, z.B. 0 µm bis 100 µm und ist nicht auf diesen Bereich beschränkt.
Jede der Mehrzahl von Vorwölbungen 32a weist eine geneigte Oberfläche auf, die mit einem vorgegebenen Neigungswinkel in Bezug auf die Dickenrichtung geneigt ist. Die geneigte Oberfläche der Vorwölbung 32a ist eine Grenzfläche zwischen der Vorwölbung 32a und dem optischen Medium 31. Licht, das auf die Lichtverteilungsschicht 30 einfällt, wird von der geneigten Oberfläche der Vorwölbung 32a abhängig von der Brechungsindexdifferenz zwischen der Vorwölbung 32a und dem optischen Medium 31 einer Totalreflexion unterzogen, oder tritt durch die Lichtverteilungsschicht 30 hindurch, ohne reflektiert zu werden. Mit anderen Worten, die geneigte Oberfläche der Vorwölbung 32a wirkt als eine lichtreflektierende Oberfläche (eine totalreflektierende Oberfläche) oder eine lichtdurchlässige Oberfläche.
Die Mehrzahl von Vorwölbungen 32a ist in Streifen ausgebildet. Insbesondere liegt die Mehrzahl von Vorwölbungen 32a in der gleichen Form vor und ist in gleich beanstandeten Intervallen in der Z-Achsenrichtung angeordnet. Die Vorwölbung 32a liegt im Querschnitt in einer Trapezform vor und weist nahezu die Form eines länglichen quadratischen Prismas auf, das sich in der X-Achsenrichtung erstreckt.
Beispiele für ein Material der Vorwölbung 32a umfassen ein Harzmaterial, das lichtdurchlässig ist, wie z.B. ein Acrylharz, ein Epoxyharz oder ein Silikonharz. Die Vorwölbung 32a kann z.B. durch Formen oder Nanoprägen gebildet werden. Als ein Beispiel ist die Vorwölbung 32a ein Acrylharz mit einem Brechungsindex von 1,5.
In der vorliegenden Ausführungsform wirkt das optische Medium 31 als Brechungsindexeinstellschicht, in welcher der Brechungsindex in einem Bereich von sichtbarem Licht durch Anlegen eines elektrischen Felds einstellbar ist. Insbesondere umfasst das optische Medium 31 einen Flüssigkristall, der ein Flüssigkristallmolekül 31a enthält, das eine elektrisches Feld-Reaktionsfunktion aufweist. Diesbezüglich bewirkt das Anlegen eines elektrischen Felds an die Lichtverteilungsschicht 30 das Verändern eines Orientierungszustands des Flüssigkristallmoleküls 31a. Diese Veränderung des Orientierungszustands verändert folglich den Brechungsindex des optischen Mediums 31.
An die Lichtverteilungsschicht 30 wird ein elektrisches Feld durch Anlegen einer Spannung an die erste Elektrode 50 und die zweite Elektrode 60 angelegt. Folglich verändert sich durch das Einstellen der Spannung, die an die erste Elektrode 50 und die zweite Elektrode 60 angelegt werden soll, das elektrische Feld, das an die Lichtverteilungsschicht 30 angelegt werden soll. Dadurch verändert sich der Orientierungszustand des Flüssigkristallmoleküls 31a und folglich verändert sich der Brechungsindex des optischen Mediums 31. Insbesondere verändert sich der Brechungsindex des optischen Mediums 31 als Reaktion auf das Anlegen der Spannung an die erste Elektrode 50 und die zweite Elektrode 60. Abhängig von der Veränderung des elektrischen Felds ändert sich der Brechungsindex des optischen Mediums 31 zu einem der folgenden zwei: einem Brechungsindex, der mit dem Brechungsindex der unebenen Struktur 32 (Vorwölbung 32a) identisch ist oder nahe bei diesem liegt; und einem Brechungsindex, der sich von dem Brechungsindex der unebenen Struktur 32 (Vorwölbung 32a) signifikant unterscheidet.
Diese Veränderung des Brechungsindex des optischen Mediums 31 verändert eine optische Wirkung der optischen Vorrichtung 1. Insbesondere kann das einfallende Licht durch die optische Vorrichtung 1 mit oder ohne Ablenkung hindurchtreten. Wie es beschrieben worden ist, ist die optische Vorrichtung 1 eine aktive optische Einstellvorrichtung, welche die optische Wirkung durch Einstellen der Brechungsindexübereinstimmung zwischen der unebenen Struktur 32 (Vorwölbung 32a) und dem optischen Medium 31 unter Verwendung des elektrischen Felds verändern kann.
Insbesondere kann die optische Vorrichtung 1 als Reaktion auf die Veränderung des Brechungsindex des optischen Mediums 31 zwischen dem Folgenden umschalten: einem transparenten Zustand (einem transparenten Modus), der es dem einfallenden Licht ermöglicht, durch die optische Vorrichtung 1 hindurchzutreten, ohne die Ausbreitungsrichtung des einfallenden Lichts zu verändern; und einem Lichtverteilungszustand (einem Lichtverteilungsmodus), der es dem einfallenden Licht ermöglicht, durch die optische Vorrichtung 1 hindurchzutreten, nachdem die Ausbreitungsrichtung des einfallenden Lichts geändert worden ist (oder insbesondere nach dem Verteilen des einfallenden Lichts). Insbesondere wenn eine Brechungsindexdifferenz zwischen dem optischen Medium 31 und der unebenen Struktur 32 (Vorwölbung 32a) klein ist (wie z.B. wenn der Brechungsindex des optischen Mediums 31 mit dem Brechungsindex der unebenen Struktur 32 [Vorwölbung 32a] identisch oder nahezu identisch ist), erreicht die Lichtverteilungsschicht 30 den transparenten Zustand. Wenn andererseits die Brechungsindexdifferenz zwischen dem optischen Medium 31 und der unebenen Struktur 21 (Vorwölbung 32a) groß ist, erreicht die Lichtverteilungsschicht 30 den Lichtverteilungszustand.
Als Beispiel wird angenommen, dass der Brechungsindex der Vorwölbung 32a 1,5 beträgt. In diesem Fall kann dann, wenn das elektrische Feld nicht angelegt ist (d.h., in dem Fall des transparenten Zustands), der Brechungsindex des optischen Mediums 31 1,5 betragen. Wenn andererseits das elektrische Feld angelegt ist (d.h., in dem Fall des Lichtverteilungszustands), kann der Brechungsindex des optischen Mediums 31 etwa 1,7 betragen.
Wenn der Brechungsindex der Vorwölbung 32a 1,5 beträgt, kann ein Flüssigkristall, der ein Flüssigkristallmolekül 31a enthält, mit einem Brechungsindex (Brechungsindex für gewöhnliches Licht) von 1,5 als Material des optischen Mediums 31 verwendet werden. In diesem Fall beträgt dann, wenn an die erste Elektrode 50 und die zweite Elektrode 60 keine Spannung angelegt wird, der Brechungsindex des optischen Mediums 31 1,5. Wenn andererseits an die erste Elektrode 50 und die zweite Elektrode 60 eine Spannung angelegt wird, beträgt der Brechungsindex des optischen Mediums 31 1,7. Dabei unterliegt durch die Brechungsindexdifferenz (= 0,2) zwischen dem optischen Medium 31 und der Vorwölbung 32a während des Anlegens der Spannung das Licht, das auf die optische Vorrichtung 1 fällt, einer Totalreflexion von der Grenzfläche zwischen dem optischen Medium 31 und der unebenen Struktur 32 (d.h., der geneigten Oberfläche der Vorwölbung 32a), und folglich kann die Ausbreitungsrichtung des Lichts verändert werden. Insbesondere kann die optische Vorrichtung 1 den Lichtverteilungszustand erreichen.
Es sollte beachtet werden, dass an das optische Medium 31 das elektrische Feld von einer Wechselstromquelle oder von einer Gleichstromquelle angelegt werden kann. Wenn die Wechselstromquelle verwendet wird, kann die Spannungswellenform eine Sinuswellenform oder einer Rechteckwellenform sein.
[Optisches Element]
Wie es in den 1 und 2 gezeigt ist, ist das optische Element 40 auf einer Oberfläche des zweiten Substrats 20 auf der Seite gegenüber der Seite angeordnet, die auf das erste Substrat 10 gerichtet ist. Das optische Element 40 liegt z.B. in der Form einer Folie vor und ist auf der gesamten Oberfläche des zweiten Substrats 20 angeordnet.
Das optische Element 40 weist die optische Eigenschaft des Verminderns der Menge von mindestens einem des ersten polarisierten Lichts und des zweiten polarisierten Lichts auf, die sich bezüglich der Polarisationsrichtung unterscheiden. Die Polarisationsrichtungen des ersten polarisierten Lichts und des zweiten polarisierten Lichts sind senkrecht zueinander. Beispielsweise ist das erste polarisierte Lichts ein s-polarisiertes Licht (eine s-Welle) und das zweite polarisierte Licht ist ein p-polarisiertes Licht (eine p-Welle).
In der vorliegenden Ausführungsform ist das optische Element 40 eine Polarisationsplatte und weist die optische Eigenschaft des Verminderns der Menge des Lichts nur eines des s-polarisierten Lichts und des p-polarisierten Lichts auf. Beispielsweise weist das optische Element 40, das als die Polarisationsplatte wirkt, die optische Eigenschaft auf, dass es nur einem des s-polarisierten Lichts und des p-polarisierten Lichts ermöglicht, durch das optische Element 40 hindurchzutreten, und es dem anderen nicht ermöglicht, durch das Element 40 hindurchzutreten. Insbesondere ist das optische Element 40 die Polarisationsplatte, welche die optische Eigenschaft aufweist, dass sie das p-polarisierte Licht durch Absorbieren nur des p-polarisierten Lichts vermindert.
Es sollte beachtet werden, dass die Polarisationsplatte z.B. ein Dichroismuspigment enthalten kann. In diesem Fall kann die Menge des Lichts, das durch die Polarisationsplatte absorbiert wird, z.B. durch die Menge des in der Polarisationsplatte enthaltenen Dichroismuspigments eingestellt werden. Darüber hinaus kann z.B. ein schwarzes Pigment als Absorptionsmaterial verwendet werden, das in der Polarisationsplatte enthalten ist.
[Erste Elektrode und zweite Elektrode]
Wie es in der 1 und der 2 gezeigt ist, sind die erste Elektrode 50 und die zweite Elektrode 60 so ausgebildet, dass sie ein elektrisches Paar sind, welches das elektrische Feld an die Lichtverteilungsschicht 30 anlegen kann. Es sollte beachtet werden, dass die erste Elektrode 50 und die zweite Elektrode 60 so ausgebildet sind, dass sie nicht nur elektrisch, sondern auch positionsmäßig ein Paar sind. Folglich sind die erste Elektrode 50 und die zweite Elektrode 60 so angeordnet, dass sie einander gegenüberliegen. Insbesondere sind die erste Elektrode 50 und die zweite Elektrode 60 in einer Weise angeordnet, dass die Lichtverteilungsschicht 30 sandwichartig dazwischen angeordnet ist.
Die erste Elektrode 50 und die zweite Elektrode 60 sind lichtdurchlässig und ermöglichen es einfallendem Licht, durch die erste Elektrode 50 und die zweite Elektrode 60 hindurchzutreten. Die erste Elektrode 50 und die zweite Elektrode 60 sind z.B. transparente leitende Schichten. Beispiele für ein Material der transparenten leitenden Schicht umfassen die Folgenden: ein transparentes Metalloxid, wie z.B. Indiumzinnoxid (ITO) oder Indiumzinkoxid (IZO); ein Leiter-enthaltendes Harz, das einen elektrischen Leiter, wie z.B. einen Silber-Nanodraht oder ein leitendes Teilchen, enthält; und einen Metalldünnfilm, wie z.B. einen Silberdünnfilm. Jede der ersten Elektrode 50 und der zweiten Elektrode 60 kann einen Einschichtaufbau aufweisen, der eines der vorstehend genannten Materialien umfasst. Alternativ kann jede der ersten Elektrode 50 und der zweiten Elektrode 60 einen Mehrschichtaufbau aufweisen, der die vorstehend genannten Materialien umfasst (z.B. einen Mehrschichtaufbau, der das transparente Metalloxid und den Metalldünnfilm umfasst).
Die erste Elektrode 50 ist zwischen dem ersten Substrat 10 und der Lichtverteilungsschicht 30 angeordnet. Insbesondere ist die erste Elektrode 50 auf einer Oberfläche des ersten Substrats 10 auf der Seite näher an der Lichtverteilungsschicht 30 angeordnet.
Andererseits ist die zweite Elektrode 60 zwischen der Lichtverteilungsschicht 30 und dem zweiten Substrat 20 angeordnet. Insbesondere ist die zweite Elektrode 60 auf einer Oberfläche des zweiten Substrats 20 auf der Seite näher an der Lichtverteilungsschicht 30 angeordnet.
[Optische Wirkung der optischen Vorrichtung]
Als nächstes wird die optische Wirkung der optischen Vorrichtung 1 gemäß der Ausführungsform 1 unter Bezugnahme auf die FIG. 3A und die 3B beschrieben. Die 3A ist ein Diagramm zum Erläutern der optischen Wirkung der optischen Vorrichtung 1 im transparenten Zustand gemäß der Ausführungsform 1. Die 3B ist ein Diagramm zum Erläutern der optischen Wirkung der optischen Vorrichtung 1 im Lichtverteilungszustand gemäß der Ausführungsform 1.
Die optische Vorrichtung 1 ermöglicht das Hindurchtreten von Licht durch die optische Vorrichtung 1. In der vorliegenden Ausführungsform ist das erste Substrat 10 ein Substrat, das auf einer Lichteintrittsseite angeordnet ist. Folglich ermöglicht die optische Vorrichtung 1, dass das von dem ersten Substrat 10 eintretende Licht durch die optische Vorrichtung 1 hindurchtritt und folglich von dem optischen Element 40 emittiert wird.
Das Licht, das in die optische Vorrichtung 1 eintritt, unterliegt der optischen Wirkung, wenn es durch die Lichtverteilungsschicht 30 hindurchtritt. In diesem Fall wird das Licht, das in die optische Vorrichtung 1 eintritt, der optischen Wirkung unterzogen, die abhängig von dem Brechungsindex des optischen Mediums 31 der Lichtverteilungsschicht 30 unterschiedlich ist.
In der vorliegenden Ausführungsform beträgt der Brechungsindex der Vorwölbung 32a 1,5. Darüber hinaus beträgt, wenn an die erste Elektrode 50 und die zweite Elektrode 60 keine Spannung angelegt wird, der Brechungsindex des optischen Mediums 31 (Flüssigkristall) 1,5. In diesem Fall gibt es keine Brechungsindexdifferenz zwischen der Vorwölbung 32a und dem optischen Medium 31. Folglich erreicht die optische Vorrichtung 1 den transparenten Zustand und das Licht, das auf die optische Vorrichtung 1 fällt, tritt gerade durch die optische Vorrichtung 1 hindurch, ohne einer Totalreflexion von der geneigten Oberfläche der Vorwölbung 32a, wie es in der 3A gezeigt ist, zu unterliegen.
Andererseits ändert sich dann, wenn an die erste Elektrode 50 und die zweite Elektrode 60 die Spannung angelegt wird, der Brechungsindex des optischen Mediums 31 (Flüssigkristall) auf 1,7. In diesem Fall gibt es eine Brechungsindexdifferenz zwischen der Vorwölbung 32a und dem optischen Medium 31. Folglich erreicht die optische Vorrichtung 1 den Lichtverteilungszustand. Dabei wird, wie es in der 3B gezeigt ist, das Licht, das auf die optische Vorrichtung 1 in einer schrägen, nach unten gerichteten Richtung und dann auf eine obere geneigte Oberfläche der Vorwölbung 32a bei einem kritischen Winkel oder mehr fällt, von der oberen geneigten Oberfläche der Vorwölbung 32a totalreflektiert und ändert folglich dessen Ausbreitungsrichtung, so dass es durch die optische Vorrichtung 1 in einer Richtung schräg nach oben hindurchtritt.
[Verwendungsbeispiel und Funktionseffekt der optischen Vorrichtung]
Als nächstes werden ein Verwendungsbeispiel und der Funktionseffekt der optischen Vorrichtung 1 gemäß der Ausführungsform 1 unter Bezugnahme auf die FIG. 4A und die 4B beschrieben. Die 4A ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die Verwendung der optischen Vorrichtung 1X gemäß eines Vergleichsbeispiels zeigt. Die 4B ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die Verwendung der optischen Vorrichtung 1 gemäß der Ausführungsform 1 zeigt.
Die optische Vorrichtung 1X gemäß dem Vergleichsbeispiel, wie es in der 4A gezeigt ist, unterscheidet sich von der optischen Vorrichtung 1 gemäß der Ausführungsform 1, wie sie in der 1 gezeigt ist, darin, dass das optische Element 40 nicht bereitgestellt ist. Folglich schaltet wie in dem Fall der optischen Vorrichtung 1 gemäß der Ausführungsform 1 eine optische Wirkung der optischen Vorrichtung 1X gemäß dem Vergleichsbeispiel abhängig vom Anlegen einer Spannung an die erste Elektrode 50 und die zweite Elektrode 60 zwischen einem transparenten Zustand und einem Lichtverteilungszustand um.
Wie es in der FIG. 4A und der 4B gezeigt ist, ist jede der optischen Vorrichtung 1 und der optischen Vorrichtung 1X als Fenster mit einer Lichtverteilungsfunktion implementiert, wenn sie an einem Fenster 110 eines Gebäudes 100 montiert ist. Jede der optischen Vorrichtung 1 und der optischen Vorrichtung 1X ist z.B. mittels einer klebrigen Schicht mit dem Fenster 110 verbunden. In diesem Fall ist jede der optischen Vorrichtung 1 und der optischen Vorrichtung 1X an dem Fenster 110 in einer Position montiert, bei der jede der Hauptoberflächen des ersten Substrats 10 und des zweiten Substrats 20 parallel zur vertikalen Richtung (d.h., der Z-Achsenrichtung) ist (oder insbesondere in einer aufrechten Position an dem Fenster 110 montiert ist).
Obwohl detaillierte Konfigurationen der optischen Vorrichtung 1 und der optischen Vorrichtung 1X nicht in der FIG. 4A und der 4B gezeigt sind, ist jede der optischen Vorrichtung 1 und der optischen Vorrichtung 1X in einer Weise angeordnet, bei der sich das erste Substrat 10 außerhalb des Raums befindet und sich das zweite Substrat 20 innerhalb des Raums befindet. Insbesondere ist jede der optischen Vorrichtung 1 in der FIG. 4B und der optischen Vorrichtung 1X in der 4A in einer Weise angeordnet, dass sich das erste Substrat 10 auf einer Lichteintrittsseite befindet und sich das zweite Substrat 20 auf einer lichtemittierenden Seite befindet.
Wenn sich die optische Vorrichtung 1X, die in der 4A gezeigt ist, im Lichtverteilungszustand befindet, wird Außenlicht, wie z.B. Sonnenlicht, das in die optische Vorrichtung 1X eintritt, von der Lichtverteilungsschicht 30 totalreflektiert und zu der Decke des Raums geführt. Insbesondere wird Sonnenlicht, das in die optische Vorrichtung 1X in einer Richtung schräg nach unten von schräg oberhalb der optischen Vorrichtung 1X eintritt, durch die Lichtverteilungsschicht 30 in einer Richtung, in der Sonnenlicht zurückreflektiert wird, abgelenkt. Dadurch kann die Decke des Raums mit Sonnenlicht beleuchtet werden, wie es in der 4A gezeigt ist, und eine Innenbeleuchtung kann verstärkt werden. Folglich kann eine Innenleuchte abgeschaltet werden und die optische Ausgangsleistung der Innenleuchte kann vermindert werden. Dies führt zu einer Einsparung von elektrischer Energie.
Es wird davon ausgegangen, dass die optische Vorrichtung 1X gemäß dem Vergleichsbeispiel, wie es in der 4A gezeigt ist, verwendet wird und die Deckenoberfläche durch die Lichtverteilung mit Sonnenlicht beleuchtet wird. Dabei enthält das optische Medium 31 der Lichtverteilungsschicht 30 das doppelbrechende Flüssigkristallmolekül. Im Hinblick darauf kann, obwohl das s-polarisierte Licht (s-polarisierte Lichtkomponente) von Sonnenlicht in der Richtung der Deckenoberfläche verteilt werden kann, das p-polarisierte Licht (p-polarisierte Lichtkomponente) von Sonnenlicht nicht verteilt werden. Folglich tritt selbst dann, wenn sich die optische Vorrichtung 1X im Lichtverteilungszustand befindet, das p-polarisierte Licht durch die optische Vorrichtung 1X hindurch und breitet sich in einer geraden Linie in der Richtung einer Bodenoberfläche aus. Folglich kann eine Person durch das Fenster innerhalb des Raums durch das helle Sonnenlicht geblendet werden.
Andererseits umfasst die optische Vorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Polarisationsplatte als optisches Element 40. Folglich wird dann, wenn die Deckenoberfläche durch die Lichtverteilung mit Sonnenlicht beleuchtet ist, wie es in der 4B gezeigt ist, die Menge des p-polarisierten Lichts, das nicht durch die optische Vorrichtung 1 beleuchtet wird, durch das optische Element 40 vermindert. Dies kann das Blendungsgefühl der Person durch das Fenster innerhalb des Raums unterdrücken.
Auf diese Weise kann die optische Vorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform den Raum erhellen, ohne dass die Primärfunktion des Fensters verlorengeht, dass die Außenansicht betrachtet werden kann (oder insbesondere die Funktion des Bereitstellens einer Transparenz und eines Gefühls der Offenheit). Gleichzeitig kann das Blendungsgefühl der Person durch das Fenster innerhalb des Raums unterdrückt werden.
Dabei wird die optische Vorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, die als Implementierungsbeispiel tatsächlich hergestellt worden ist, beschrieben.
In diesem Implementierungsbeispiel wurde ein aus PET hergestelltes transparentes Harzsubstrat als erstes Substrat 10 verwendet und eine erste Elektrode 50 mit einer Dicke von 100 nm wurde auf diesem Harzsubstrat gebildet. Auf diesem Harzsubstrat, auf dem die erste Elektrode 50 ausgebildet worden ist, wurde eine unebene Struktur 32, in der eine Mehrzahl von Vorwölbungen 32a unter Verwendung eines Acrylharzes (mit einem Brechungsindex von 1,5) in 2 µm-Intervallen ausgebildet war, durch Formwerkzeugprägen ausgebildet. Dabei wies jede der Mehrzahl von Vorwölbungen 32a eine Höhe von 10 µm auf und wies im Querschnitt eine Trapezform auf. Auf diese Weise wurde ein erstes transparentes Substrat hergestellt. Es sollte beachtet werden, dass die Mehrzahl von Vorwölbungen 32a in Streifen ausgebildet ist.
Als nächstes wurde ein zweites Substrat 20, auf dem eine zweite Elektrode 60 ausgebildet war, als zweites transparentes Substrat (ein gegenüberliegendes Substrat) verwendet. Dann wurde ein Einkapselungsharz zwischen dem ersten transparenten Substrat und dem zweiten transparenten Substrat ausgebildet, um das erste transparente Substrat und das zweite transparente Substrat einzukapseln. In diesem eingekapselten Zustand wurde ein einen positiven Flüssigkristall enthaltendes Flüssigkristallmolekül 31a als optisches Medium 31 durch ein Vakuuminjektionsverfahren zwischen das erste transparente Substrat und das zweite transparente Substrat injiziert. Dabei lag das Flüssigkristallmolekül 31a in der Form eines Stäbchens vor und wies eine höhere Durchlässigkeit in einer langen Achsenrichtung und eine geringere Durchlässigkeit in einer Richtung senkrecht zu der langen Achsenrichtung auf.
Danach wurde eine Polarisationsplatte als optisches Element 40 an einer Oberfläche des zweiten Substrats 20a auf der Seite gegenüber der Seite angebracht, die auf die zweite Elektrode 60 gerichtet ist. Auf diese Weise kann die optische Vorrichtung 1 erhalten werden.
Es sollte beachtet werden, dass bekannt ist, dass die Flüssigkristallmoleküle 31a entlang der Form der unebenen Struktur 32 orientiert sind. Diesbezüglich kann ein Orientierungsfilm auf der Oberfläche der zweiten Elektrode 60 ausgebildet sein und mit diesem Film kann eine Reibbehandlung durchgeführt werden. Als Ergebnis können die Flüssigkristallmoleküle 31a horizontal in Bezug auf die Hauptoberfläche des zweiten Substrats 20 in dem gesamten Bereich des zweiten Substrats 20 orientiert werden. Dabei wies der Flüssigkristall einen Brechungsindex für gewöhnliches Licht von 1,5 und einen Brechungsindex für nicht-gewöhnliches Licht von 1,7 auf.
Da die optische Vorrichtung 1, die auf diese Weise hergestellt worden ist, den Flüssigkristall als optisches Medium 31 umfasst, können sowohl der Lichtverteilungszustand als auch der transparente Zustand erreicht werden. Insbesondere kann durch Verändern des Brechungsindex des optischen Mediums 31 durch das Anlegen der Spannung an die erste Elektrode 50 und die zweite Elektrode 60 die optische Vorrichtung 1 zwischen dem Lichtverteilungszustand und dem transparenten Zustand umschalten. Es sollte jedoch beachtet werden, dass, da der Flüssigkristall die doppelbrechenden Flüssigkristallmoleküle enthält, die optische Durchlässigkeit der optischen Vorrichtung 1 in dem Lichtverteilungszustand auf etwa die Hälfte vermindert wird. In dem transparenten Zustand kann andererseits, da sowohl das s-polarisierte Licht als auch das p-polarisierte Licht durch die optische Vorrichtung 1 hindurchtreten können, anders als in dem Fall des Lichtverteilungszustands die optische Durchlässigkeit nicht auf die Hälfte vermindert werden.
Es wird davon ausgegangen, dass die optische Vorrichtung, die einen solchen Aufbau aufweist, an einem Fenster montiert ist und in den Lichtverteilungszustand gebracht ist. In diesem Fall wird Licht, das in die optische Vorrichtung 1 bei einem Sonnenerhebungswinkel von 30° bis 60° einfällt, durch die Lichtverteilungsschicht 30 verteilt und beleuchtet dann die Deckenoberfläche des Raums.
Dabei wird davon ausgegangen, dass Licht in die optische Vorrichtung 1 z.B. bei einem Einfallswinkel von 30° eintritt. In diesem Fall werden 50 % dieses Lichts bei einem Erhebungswinkel von 15° an die Deckenoberfläche verteilt und die restlichen 50 % des Lichts werden nicht verteilt. Ein Teil des einfallenden Lichts wird verteilt und der andere Teil des einfallenden Lichts wird nicht auf diese Weise verteilt, da der Flüssigkristall doppelbrechend ist. Insbesondere trägt nur das s-polarisierte Sonnenlicht zur Lichtverteilung durch die Lichtverteilungsschicht 30 bei und folglich wird das p-polarisierte Sonnenlicht nicht durch die Lichtverteilungsschicht 30 verteilt. Wenn das optische Element 40 nicht bereitgestellt ist, wie dies bei der optischen Vorrichtung 1X gemäß dem Vergleichsbeispiel der Fall ist, das in der 4A gezeigt ist, tritt das gesamte p-polarisierte Licht, das nicht verteilt wird, durch die optische Vorrichtung 1X hindurch und breitet sich in einer geraden Linie in der Richtung der Bodenoberfläche aus. Da andererseits die optische Vorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform das optische Element 40 umfasst, wird das p-polarisierte Licht, das nicht verteilt wird, durch das optische Element 40 absorbiert. Als Ergebnis ist die Menge des p-polarisierten Lichts, das sich in der Richtung der Bodenoberfläche ausbreitet, vermindert, wie es in der 4B gezeigt ist.
[Schlussfolgerung]
Wie es bisher beschrieben worden ist, ist bei der optischen Vorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Lichtverteilungsschicht 30, die das optische Medium 31 umfasst, welches das doppelbrechendes Material und die unebene Struktur 32 enthält, zwischen dem ersten Substrat 10 und dem zweiten Substrat 20 angeordnet. Darüber hinaus ist auf der Oberfläche des zweiten Substrats 20 auf der Seite gegenüber der Seite, die auf das erste Substrat 10 gerichtet ist, das optische Element 40 angeordnet, das die optische Eigenschaft des Verminderns der Menge von mindestens einem des ersten polarisierten Lichts und des zweiten polarisierten Lichts, die sich bezüglich der Polarisationsrichtung unterscheiden, aufweist.
Es wird davon ausgegangen, dass sich die optische Vorrichtung 1 in dem Lichtverteilungszustand befindet und dass aufgrund der Doppelbrechung des doppelbrechenden Materials, das in das optische Medium 31 einbezogen ist, eines des ersten polarisierten Lichts und des zweiten polarisierten Lichts in dem einfallenden Licht verteilt wird und das andere nicht. Selbst in diesem Fall ermöglicht es der vorstehend genannte Aufbau dem optischen Element 40, die Menge von mindestens einem des ersten polarisierten Lichts und des zweiten polarisierten Lichts zu vermindern. Folglich kann die Lichtverteilungseinstellung in der gewünschten Weise mit dem einfallenden Licht durchgeführt werden, welches das erste polarisierte Licht und das zweite polarisierte Licht umfasst, die sich bezüglich der Polarisationsrichtung unterscheiden, und das Licht kann einen vorgegebenen Bereich beleuchten.
Insbesondere wird die Menge des unverteilten einfallenden Lichts durch das optische Element 40 in der vorliegenden Ausführungsform vermindert. Dadurch kann das einfallende Licht, das durch die optische Vorrichtung 1 hindurchtritt, einfach eingestellt werden und folglich kann das Licht ferner den vorgegebenen Bereich beleuchten.
Insbesondere wenn die optische Vorrichtung 1 an dem Fenster 110 montiert ist und Außenlicht, wie z.B. Sonnenlicht, durch die optische Vorrichtung 1 verteilt wird, kann die Menge des p-polarisierten Lichts durch das optische Element 40 vermindert werden, wie es in der 4B gezeigt ist. Dadurch kann selbst dann, wenn das Außenlicht in der Richtung der Deckenoberfläche verteilt wird, die optische Vorrichtung 1 den Raum aufhellen, ohne dass die Primärfunktion des Fensters, dass die Außenansicht betrachtet werden kann, verlorengeht. Gleichzeitig kann das Blendungsgefühl der Person durch das Fenster innerhalb des Raums unterdrückt werden.
Darüber hinaus ist das optische Element 40 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Polarisationsplatte mit der optischen Eigenschaft des Verminderns der Menge nur von einem des ersten polarisierten Lichts und des zweiten polarisierten Lichts, die sich bezüglich der Polarisationsrichtung unterscheiden.
Dadurch kann das optische Element 40, das als die Polarisationsplatte wirkt, die Menge von mindestens einem des ersten polarisierten Lichts und des zweiten polarisierten Lichts einfach vermindern. Darüber hinaus kann die Polarisationsplatte eines des ersten polarisierten Lichts und des zweiten polarisierten Lichts blockieren. Beispielsweise kann in der 4B die Menge des p-polarisierten Lichts durch das optische Element 40 vermindert werden. Insbesondere kann das p-polarisierte Licht blockiert werden. In diesem Fall beleuchtet nur das verteilte s-polarisierte Licht die Deckenoberfläche und kein Licht beleuchtet die Bodenoberfläche.
Ferner sind die erste Elektrode 50 und die zweite Elektrode 60, die in einer Weise angeordnet sind, dass die Lichtverteilungsschicht 30 sandwichartig zwischen diesen angeordnet ist, gemäß der vorliegenden Ausführungsform bereitgestellt. Der Brechungsindex des optischen Mediums 31 der Lichtverteilungsschicht 30 verändert sich als Reaktion auf das Anlegen der Spannung an die erste Elektrode 50 und die zweite Elektrode 60.
Folglich kann durch das Einstellen der Spannung, die an die erste Elektrode 50 und die zweite Elektrode 60 angelegt werden soll, die optische Vorrichtung 1 zwischen dem transparenten Zustand und dem Lichtverteilungszustand umschalten.
VARIATION 1 DER AUSFÜHRUNGSFORM 1
Nachstehend wird eine optische Vorrichtung 1A gemäß der Variation 1 der Ausführungsform 1 unter Bezugnahme auf die 5 beschrieben. Die 5 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht der optischen Vorrichtung 1A gemäß der Variation 1 der Ausführungsform 1.
Die optische Vorrichtung 1 gemäß der Ausführungsform 1, die vorstehend beschrieben worden ist, umfasst das optische Element 40, das auf dem zweiten Substrat 20 angeordnet ist. Andererseits ist das optische Element 40 gemäß der vorliegenden Variation auf dem ersten Substrat 10 angeordnet, wie es in der 5 gezeigt ist. Insbesondere ist das optische Element 40 auf einer Oberfläche des ersten Substrats 10 auf der Seite gegenüber der Seite angeordnet, die auf das zweite Substrat 20 gerichtet ist.
Auch mit der optischen Vorrichtung 1A gemäß der vorliegenden Variation, die vorstehend beschrieben worden ist, kann derselbe vorteilhafte Effekt wie in dem Fall der optischen Vorrichtung 1 gemäß der Ausführungsform 1 erreicht werden.
Wie es bisher beschrieben worden ist, kann das optische Element 40 auf der Oberfläche des zweiten Substrats 20 auf der Seite gegenüber der Seite, die auf das erste Substrat 10 gerichtet ist, wie dies in der Ausführungsform 1 der Fall ist, angeordnet werden, oder auf der Oberfläche des ersten Substrats 10 auf der Seite gegenüber der Seite, die auf das zweite Substrat 20 gerichtet ist, angeordnet werden.
Es sollte beachtet werden, dass die vorliegende Variation auch auf die nachstehend beschriebenen Ausführungsformen 2 und 3 angewandt werden kann.
VARIATION 2 DER AUSFÜHRUNGSFORM 1
Die optische Vorrichtung 1B gemäß der Variation 2 der Ausführungsform 1 wird unter Bezugnahme auf die 6 beschrieben. Die 6 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht der optischen Vorrichtung 1B gemäß der Variation 2 der Ausführungsform 1.
Die optische Vorrichtung 1 gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsform 1 umfasst die erste Elektrode 50 und die zweite Elektrode 60. Andererseits sind in der vorliegenden Variation die erste Elektrode 50 und die zweite Elektrode 60 nicht bereitgestellt, wie es in der 6 gezeigt ist. Dies bedeutet, dass in der vorliegenden Variation an die Lichtverteilungsschicht 30 kein elektrisches Feld angelegt wird. Daher verändert sich der Orientierungszustand der Flüssigkristallmoleküle 31a des optischen Mediums 31 (Flüssigkristall) nicht und folglich verändert sich der Brechungsindex des optischen Mediums 31 nicht.
Aus diesem Grund werden die Materialien der unebenen Struktur 32 (Vorwölbung 32a) und des optischen Mediums 31 (Flüssigkristall) so ausgewählt, dass sich der Brechungsindex der unebenen Struktur 32 (Vorwölbung 32a) stets von dem Brechungsindex des optischen Mediums 31 (Flüssigkristall) unterscheidet.
Dadurch befindet sich die optische Vorrichtung 1B gemäß der vorliegenden Variation immer im Lichtverteilungszustand. Mit anderen Worten, die Ausbreitungsrichtung von Licht, das in die optische Vorrichtung 1B eintritt, wird stets in der Ausbreitungsrichtung verändert und tritt dann durch die optische Vorrichtung 1B hindurch.
In dem Fall der optischen Vorrichtung 1B gemäß der vorliegenden Variation, die vorstehend beschrieben worden ist, umfasst das optische Medium 31 der Lichtverteilungsschicht 30 auch ein doppelbrechendes Material. Insbesondere umfasst das optische Medium 31 einen Flüssigkristall als das doppelbrechende Material.
Durch diesen Aufbau tritt eines des ersten polarisierten Lichts und des zweiten polarisierten Lichts des einfallenden Lichts durch die Doppelbrechung des doppelbrechenden Materials, das in das optische Medium 31 einbezogen ist, durch die optische Vorrichtung 1B hindurch. Die Menge des ersten polarisierten Lichts und des zweiten polarisierten Lichts wird jedoch durch das optische Element 40 vermindert. Folglich kann die Lichtverteilungseinstellung auch in der vorliegenden Variation wie gewünscht mit dem einfallenden Licht durchgeführt werden, welches das erste polarisierte Licht und das zweite polarisierte Licht, die sich bezüglich der Polarisationsrichtung unterscheiden, umfasst, und das Licht kann einen vorgegebenen Bereich beleuchten.
Es sollte beachtet werden, dass die vorliegende Variation auch auf die nachstehend beschriebenen Ausführungsformen 2 und 3 angewandt werden kann.
VARIATION 3 DER AUSFÜHRUNGSFORM 1
Nachstehend wird die optische Vorrichtung 1C gemäß der Variation 3 der Ausführungsform 1 unter Bezugnahme auf die 7 beschrieben. Die 7 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht der optischen Vorrichtung 1C gemäß der Variation 3 der Ausführungsform 1.
In dem Fall der optischen Vorrichtung 1 gemäß der Ausführungsform 1, die vorstehend beschrieben worden ist, ist die Mehrzahl von Vorwölbungen 32a, die in die unebene Struktur 32 der Lichtverteilungsschicht 30 einbezogen sind, getrennt voneinander ausgebildet. Andererseits kann in dem Fall der optischen Vorrichtung 1C gemäß der vorliegenden Variation eine Mehrzahl von Vorwölbungen 32a, die in die unebene Struktur 32C der Lichtverteilungsschicht 30C einbezogen sind, miteinander verbunden sein, wie es in der 7 gezeigt ist.
Insbesondere umfasst die unebene Struktur 32C das Folgende: eine Dünnfilmschicht 32b, die auf der Seite näher an dem ersten Substrat 10 (der Seite näher an der Haftschicht 70) ausgebildet ist; und die Mehrzahl von Vorwölbungen 32a, die von der Dünnfilmschicht 32b vorragen. Die Dünnfilmschicht 32b kann durch Gestalten oder als Restfilm ausgebildet werden, der gebildet wird, wenn die Mehrzahl von Vorwölbungen 32a ausgebildet wird. In diesem Fall kann die Dünnfilmschicht 32b (der Restfilm) z.B. eine Dicke von 1 µm oder weniger aufweisen.
Mit der optischen Vorrichtung 1C gemäß der vorliegenden Variation, die vorstehend beschrieben worden ist, kann auch derselbe vorteilhafte Effekt wie in dem Fall der optischen Vorrichtung 1 gemäß der Ausführungsform 1 erreicht werden.
Es sollte beachtet werden, dass die vorliegende Variation auch auf die nachstehend beschriebenen Ausführungsformen 2 und 3 angewandt werden kann.
VARIATION 4 DER AUSFÜHRUNGSFORM 1
Nachstehend wird die optische Vorrichtung 1D gemäß der Variation 4 der Ausführungsform 1 unter Bezugnahme auf die 8 beschrieben. Die 8 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht der optischen Vorrichtung 1D gemäß der Variation 4 der Ausführungsform 1.
In dem Fall der optischen Vorrichtung 1 gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsform 1 weist jede der Mehrzahl von Vorwölbungen 32a, die in die unebene Struktur 32 der Lichtverteilungsschicht 30 einbezogen sind, einen nahezu trapezförmigen Querschnitt auf und weist nahezu die Form des länglichen quadratischen Prismas auf. Andererseits weist in dem Fall der optischen Vorrichtung 1D gemäß der vorliegenden Variation jede der Mehrzahl von Vorwölbungen 32a, die in die unebene Struktur 32D der Lichtverteilungsschicht 30D einbezogen sind, einen nahezu dreieckigen Querschnitt auf und weist nahezu die Form des länglichen dreieckigen Prismas auf.
In diesem Fall weist jede der Mehrzahl von Vorwölbungen 32a in der Querschnittsform (in der Dreiecksform) eine Höhe von 100 nm bis 100 µm auf und das Seitenverhältnis (Höhe zu Basis) beträgt etwa 1 bis 5. Der Abstand zwischen Vorwölbungen 32a, die aneinander angrenzen, beträgt z.B. 100 nm bis 100 µm.
Es sollte beachtet werden, dass die Höhe und das Seitenverhältnis der Vorwölbung 32a nicht auf die vorstehend genannten Bereiche beschränkt sind. Darüber hinaus ist die Querschnittsform der Vorwölbung 32a nicht auf ein Dreieck oder ein Trapez beschränkt.
Mit der optischen Vorrichtung 1D gemäß der vorliegenden Variation, die vorstehend beschrieben worden ist, kann auch derselbe vorteilhafte Effekt wie in dem Fall der optischen Vorrichtung 1 gemäß der Ausführungsform 1 erreicht werden.
Es sollte beachtet werden, dass die vorliegende Variation auch auf die nachstehend beschriebenen Ausführungsformen 2 und 3 angewandt werden kann.
AUSFÜHRUNGSFORM 2
Nachstehend wird die optische Vorrichtung 2 gemäß der Ausführungsform 2 unter Bezugnahme auf die 9 beschrieben. Die 9 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht der optischen Vorrichtung 2 gemäß der Ausführungsform 2.
Die vorliegende Ausführungsform umfasst das optische Element 80, das in der 9 gezeigt ist, das wie in dem Fall der Ausführungsform 1 eine optische Eigenschaft des Verminderns des Ausmaßes von mindestens einem des ersten polarisierten Lichts und des zweiten polarisierten Lichts, die sich bezüglich der Polarisationsrichtung unterscheiden, aufweist. Das optische Element 80 ist auf einer Oberfläche des zweiten Substrats 20 auf der Seite gegenüber der Seite angeordnet ist, die auf das erste Substrat 10 gerichtet ist. Insbesondere liegt das optische Element 80 in der Form von z.B. einer Folie vor und ist auf der gesamten Oberfläche des zweiten Substrats 20 angeordnet.
Die optische Vorrichtung 2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich von der optischen Vorrichtung 1 gemäß der Ausführungsform 1, die vorstehend beschrieben worden ist, darin, dass, obwohl die optische Vorrichtung 1 gemäß der Ausführungsform 1 die Polarisationsplatte als optisches Element 40 umfasst, die optische Vorrichtung 2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Dimmplatte als optisches Element 80 umfasst. Das optische Element 80, das als die Dimmplatte wirkt, weist die optische Eigenschaft auf, dass die Durchlässigkeit geringer ist, wenn die Menge von einfallendem Licht größer ist, und dass die Durchlässigkeit höher ist, wenn die Menge von einfallendem Licht geringer ist. Die Dimmplatte kann unter Verwendung von Glas oder Harz gebildet werden. Darüber hinaus kann die Dimmplatte abhängig vom Licht reversibel die Farbe ändern.
Wie es bisher beschrieben worden ist, umfasst die optische Vorrichtung 2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform das optische Element 80, das wie das optische Element 40 gemäß der Ausführungsform 1 die optische Eigenschaft des Verminderns der Menge von mindestens einem des ersten polarisierten Lichts und des zweiten polarisierten Lichts, die sich bezüglich der Polarisationsrichtung unterscheiden, aufweist.
Es wird davon ausgegangen, dass sich die optische Vorrichtung 2 im Lichtverteilungszustand befindet und aufgrund der Doppelbrechung des doppelbrechenden Materials, das in das optische Medium 31 einbezogen ist, das eine des ersten polarisierten Lichts und des zweiten polarisierten Lichts in dem einfallenden Licht verteilt wird und das andere nicht. Selbst in diesem Fall ermöglicht es der vorstehend genannte Aufbau wie in dem Fall der Ausführungsform 1, dass das optische Element 80 die Menge von mindestens einem des ersten polarisierten Lichts und des zweiten polarisierten Lichts vermindert. Folglich kann eine Lichtverteilungseinstellung wie gewünscht mit dem einfallenden Licht durchgeführt werden, welches das erste polarisierte Licht und das zweite polarisierte Licht, die sich bezüglich der Polarisationsrichtung unterscheiden, umfasst, und das Licht kann einen vorgegebenen Bereich beleuchten.
Wenn darüber hinaus die optische Vorrichtung 2 an einem Fenster montiert und Außenlicht, wie z.B. Sonnenlicht, durch die optische Vorrichtung 2 verteilt wird, kann die Menge des p-polarisierten Lichts durch das optische Element 80 vermindert werden, wie dies bei der Ausführungsform 1 der Fall ist. Dadurch kann selbst dann, wenn das Außenlicht in der Richtung der Deckenoberfläche verteilt wird, die optische Vorrichtung 2 den Raum ohne Verlust der Primärfunktion des Fensters, dass die Außenansicht betrachtet werden kann, beleuchten. Gleichzeitig kann das Blendungsgefühl der Person durch das Fenster innerhalb des Raums unterdrückt werden.
Ferner ist das optische Element 80 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Dimmplatte, welche die optische Eigenschaft aufweist, dass die Durchlässigkeit niedriger ist, wenn die Menge des einfallenden Lichts größer ist und dass die Durchlässigkeit höher ist, wenn die Menge des einfallenden Lichts kleiner ist.
Dadurch kann das optische Element 80, das als die Dimmplatte wirkt, die Menge von mindestens einem des ersten polarisierten Lichts und des zweiten polarisierten Lichts leicht vermindern. Beispielsweise wenn die optische Vorrichtung 2 an einem Fenster montiert wird, kann das optische Element 80 (die Dimmplatte) die Menge des p-polarisierten Lichts, das nicht verteilt wird, vermindern.
Es sollte jedoch beachtet werden, dass, da die Dimmplatte als optisches Element 80 gemäß der vorliegenden Ausführungsform einbezogen ist, die Menge des verteilten p-polarisierten Lichts ebenfalls vermindert wird. Diesbezüglich weist die optische Vorrichtung 2, welche die Dimmplatte umfasst, die Eigenschaften auf, dass sie das p-polarisierte Licht signifikant vermindert, wenn das Sonnenlicht stark ist, und das p-polarisierte Licht kaum vermindert, wenn das Sonnenlicht schwach ist, und zwar verglichen mit der optischen Vorrichtung 1, welche die Polarisationsplatte umfasst. Insbesondere ist die Menge des verminderten p-polarisierten Lichts bei starkem Sonnenlicht groß und die Menge des verminderten p-polarisierten Lichts ist bei schwachem Sonnenlicht gering. Folglich vermindert die optische Vorrichtung 2, welche die Dimmplatte umfasst, das p-polarisierte Licht nicht unnötig.
AUSFÜHRUNGSFORM 3
Nachstehend wird die optische Vorrichtung 3 gemäß der Ausführungsform 3 unter Bezugnahme auf die 10 beschrieben. Die 10 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht der optischen Vorrichtung 3 gemäß der Ausführungsform 3.
Bei der optischen Vorrichtung 1 gemäß der Ausführungsform 1, die vorstehend beschrieben worden ist, vermindert das optische Element 40 die Menge von mindestens einem des ersten polarisierten Lichts und des zweiten polarisierten Lichts, die sich bezüglich der Polarisationsrichtung unterscheiden. Andererseits vermindert bei der optischen Vorrichtung 3 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Lichtverteilungsschicht 30E, die in der 10 gezeigt ist, die Menge von mindestens einem des ersten polarisierten Lichts und zweiten polarisierten Lichts, die sich bezüglich der Polarisationsrichtung unterscheiden. Folglich umfasst die optische Vorrichtung 3 gemäß der vorliegenden Ausführungsform nicht das optische Element 40 oder das optische Element 80.
Die Lichtverteilungsschicht 30E gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst das optische Medium 31E und die unebene Struktur 32. Das optische Medium 31E umfasst das Folgende: Ein Flüssigkristallmolekül 31a, das doppelbrechend ist; und ein dichroitisches Flüssigkristallmolekül 31b, das die optische Eigenschaft des Verminderns der Menge von mindestens einem des ersten polarisierten Lichts und des zweiten polarisierten Lichts, die sich bezüglich der Polarisationsrichtung unterscheiden, aufweist.
Im Allgemeinen kann ein Flüssigkristall, der dichroitische Flüssigkristallmoleküle (d.h., einen dichroitischen Flüssigkristall) enthält, einem bestimmten polarisierten Licht eine Farbe hinzufügen. Beispielsweise wenn ein schwarzer dichroitischer Flüssigkristall verwendet wird, kann ein bestimmtes polarisiertes Licht absorbiert werden, und die Menge von Licht, die durch die optische Vorrichtung hindurchtritt, kann folglich vermindert werden. In der vorliegenden Ausführungsform weist das dichroitische Flüssigkristallmolekül 31b z.B. die optische Eigenschaft des Verminderns der Menge von p-polarisiertem Licht durch Absorbieren nur des p-polarisierten Lichts von dem s-polarisierten Licht und dem p-polarisierten Licht auf. Obwohl das dichroitische Flüssigkristallmolekül 31b z.B. schwarz ist, ist die Farbe nicht auf schwarz beschränkt. Wenn das optische Medium 31E das dichroitische Flüssigkristallmolekül 31b enthält, das schwarz ist, sieht die gesamte optische Vorrichtung 3 schwarz aus und die Lichtdurchlässigkeit im transparenten Zustand nimmt ab. Die Menge von p-polarisiertem Licht in dem Lichtverteilungszustand kann jedoch vermindert werden.
Wie es bisher beschrieben worden ist, umfasst die optische Vorrichtung 3 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Lichtverteilungsschicht 30E, die das optische Medium 31E und die unebene Struktur 32 umfasst. Das optische Medium 31E umfasst das Folgende: Ein Flüssigkristallmolekül 31a, das doppelbrechend ist; und das dichroitische Flüssigkristallmolekül 31b, das die optische Eigenschaft des Verminderns der Menge von mindestens einem des ersten polarisierten Lichts und des zweiten polarisierten Lichts, die sich bezüglich der Polarisationsrichtung voneinander unterscheiden, aufweist.
Es wird davon ausgegangen, dass sich die optische Vorrichtung 3 in dem Lichtverteilungszustand befindet und dass eines des ersten polarisierten Lichts und des zweiten polarisierten Lichts in dem einfallenden Licht verteilt wird und das andere nicht, und zwar aufgrund der Doppelbrechung der Flüssigkristallmoleküle 31a, die in dem optischen Medium 31E enthalten sind. Selbst in diesem Fall können die dichroitischen Flüssigkristallmoleküle 31b, die in dem optischen Medium 31E enthalten sind, die Menge von mindestens einem des ersten polarisierten Lichts und des zweiten polarisierten Lichts vermindern. Folglich kann selbst dann, wenn das einfallende Licht verteilt wird, das emittierte Licht wie in den Ausführungsformen 1 und 2 einen vorgegebenen Bereich beleuchten.
Darüber hinaus ist das optische Element 40 oder 80, das in der Ausführungsform 1 beschrieben ist, gemäß der vorliegenden Ausführungsform nicht erforderlich. Folglich kann die optische Vorrichtung 3 verglichen mit den Ausführungsformen 1 und 2 mit niedrigen Kosten hergestellt werden.
Darüber hinaus weist das dichroitische Flüssigkristallmolekül 31b gemäß der vorliegenden Ausführungsform die optische Eigenschaft des Verminderns der Menge von p-polarisiertem Licht durch Absorbieren nur des p-polarisierten Lichts von dem s-polarisierten Licht und dem p-polarisierten Licht auf. Folglich wird dann, wenn die optische Vorrichtung 3 an einem Fenster montiert wird und Außenlicht, wie z.B. Sonnenlicht, durch die optische Vorrichtung 3 verteilt wird, die Menge des p-polarisierten Lichts, das nicht verteilt wird, durch das dichroitische Flüssigkristallmolekül 31b vermindert. Dadurch kann selbst dann, wenn das Außenlicht in der Richtung der Deckenoberfläche verteilt wird, die optische Vorrichtung 3 den Raum heller machen, ohne dass die Primärfunktion des Fensters, dass die Außenansicht betrachtet werden kann, verlorengeht. Dabei kann das Blendungsgefühl der Person durch das Fenster innerhalb des Raums unterdrückt werden.
In der vorliegenden Ausführungsform wird das dichroitische Flüssigkristallmolekül 31b verwendet. Es sollte jedoch beachtet werden, dass anstelle des dichroitischen Flüssigkristallmoleküls 31b ein dichroitisches Pigment mit der optischen Eigenschaft des Verminderns der Menge von mindestens einem des ersten polarisierten Lichts und des zweiten polarisierten Lichts, die sich bezüglich der Polarisationsrichtung unterscheiden, verwendet werden kann. Insbesondere kann das optische Medium 31E ein Flüssigkristallmolekül 31a, das doppelbrechend ist, und ein dichroitisches Pigment enthalten.
Dabei wird die optische Vorrichtung 3 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, die als Implementierungsbeispiel tatsächlich hergestellt worden ist, beschrieben.
In diesem Implementierungsbeispiel wurde ein transparentes Harzsubstrat, das aus PET hergestellt worden ist, als erstes Substrat 10 verwendet, und eine erste Elektrode 50, die eine Dicke von 100 nm aufwies, wurde auf diesem Harzsubstrat verwendet. Auf diesem Harzsubstrat, auf dem die erste Elektrode 50 ausgebildet worden ist, wurde eine unebene Struktur 32 gebildet, in der eine Mehrzahl von Vorwölbungen 32a unter Verwendung eines Acrylharzes (mit einem Brechungsindex von 1,5) in 2 µm-Intervallen durch Formwerkzeugprägen ausgebildet worden ist. Dabei wies jede der Mehrzahl von Vorwölbungen 32a eine Höhe von 10 um auf und wies im Querschnitt eine Trapezform auf. Auf diese Weise wurde ein erstes transparentes Substrat hergestellt. Es sollte beachtet werden, dass die Mehrzahl von Vorwölbungen 32a in Streifen ausgebildet ist.
Als nächstes wurde ein zweites Substrat 20, auf dem eine zweite Elektrode 60 ausgebildet war, als zweites transparentes Substrat (ein gegenüberliegendes Substrat) verwendet. Dann wurde ein Einkapselungsharz zwischen dem ersten transparenten Substrat und dem zweiten transparenten Substrat zum Einkapseln des ersten transparenten Substrats und des zweiten transparenten Substrats gebildet. In diesem eingekapselten Zustand wurden ein einen positiven Flüssigkristall enthaltendes Flüssigkristallmolekül 31a und ein Flüssigkristall, der ein dichroitisches Flüssigkristallmolekül 31b (einen dichroitischen Flüssigkristall) enthält, als optisches Medium 31 durch ein Vakuuminjektionsverfahren zwischen dem ersten transparenten Substrat und dem zweiten transparenten Substrat injiziert. Dabei lag das Flüssigkristallmolekül 31a in der Form eines Stäbchens vor und wies eine höhere Durchlässigkeit in der langen Achsenrichtung und eine geringere Durchlässigkeit in der Richtung senkrecht zur langen Achsenrichtung auf. Auf diese Weise kann die optische Vorrichtung 3 erhalten werden.
Dabei kann ein Orientierungsfilm auf der Oberfläche der zweiten Elektrode 60 ausgebildet sein und auch in der vorliegenden Ausführungsform kann eine Reibbehandlung mit diesem Film durchgeführt werden. Als Ergebnis können Flüssigkristallmoleküle bezüglich der Hauptoberfläche des zweiten Substrats 20 in dem gesamten Bereich des zweiten Substrats 20 horizontal orientiert werden. Dabei wies der Flüssigkristall einen Brechungsindex für gewöhnliches Licht von 1,5 und einen Brechungsindex für nicht-gewöhnliches Licht von 1,7 auf.
Da die auf diese Weise hergestellte optische Vorrichtung 3 den Flüssigkristall als optisches Medium 31E enthält, können sowohl der Lichtverteilungszustand als auch der transparente Zustand wie in dem Fall der optischen Vorrichtung 1 gemäß der Ausführungsform 1 erreicht werden. Es sollte jedoch beachtet werden, dass die optische Durchlässigkeit der optischen Vorrichtung 3 wie in der Ausführungsform 1 auf etwa die Hälfte vermindert ist.
Es wird davon ausgegangen, dass die optische Vorrichtung 3, die einen solchen Aufbau aufweist, an einem Fenster montiert wird und in den Lichtverteilungszustand gebracht wird. In diesem Fall wird Licht, das in die optische Vorrichtung 3 bei einem Sonnenerhebungswinkel von 30° bis 60° eintritt, durch die Lichtverteilungsschicht 30E verteilt und beleuchtet dann die Deckenoberfläche des Raums.
Es wird davon ausgegangen, dass Licht in die optische Vorrichtung 3 bei einem Einfallswinkel von 30° eintritt. In diesem Fall werden 50 % dieses Lichts zu der Deckenoberfläche bei einem Erhebungswinkel von 15° verteilt und die restlichen 50 % des Lichts werden nicht verteilt. Insbesondere wird, obwohl das s-polarisierte Sonnenlicht durch die Lichtverteilungsschicht 30 verteilt wird, das p-polarisierte Sonnenlicht durch die Lichtverteilungsschicht 30 nicht verteilt. Wenn das optische Medium 31E das dichroitische Flüssigkristallmolekül 31b nicht umfasst, tritt das p-polarisierte Licht, das nicht verteilt wird, durch die optische Vorrichtung 3 hindurch und breitet sich in einer geraden Linie in der Richtung der Bodenoberfläche aus. Da andererseits das optische Medium 31E der optischen Vorrichtung 3 gemäß der vorliegenden Ausführungsform das dichroitische Flüssigkristallmolekül 31b umfasst, wird das p-polarisierte Licht, das nicht verteilt wird, durch das dichroitische Flüssigkristallmolekül 31b absorbiert. Als Ergebnis wird die Menge des p-polarisierten Lichts, das sich in der Richtung der Bodenoberfläche ausbreitet, vermindert.
WEITERE VARIATIONEN, USW.
Obwohl die optische Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung auf der Basis der Ausführungsformen und Variationen beschrieben worden ist, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen und Variationen beschränkt.
Beispielsweise wird die optische Vorrichtung gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen und Variationen davon in einer Weise an dem Fenster montiert, dass die Längsrichtung der Vorwölbung 32a mit der X-Achsenrichtung ausgerichtet ist. Die Art und Weise des Montierens der optischen Vorrichtung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann die optische Vorrichtung an dem Fenster in einer Weise montiert werden, dass die Längsrichtung der Vorwölbung 32a mit der Z-Achsenrichtung ausgerichtet ist. In diesem Fall kann das einfallende Licht in der horizontalen Richtung anstatt in der vertikalen Richtung verteilt werden, wie dies bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen und Variationen der Fall ist. Als Ergebnis kann die Lichtverteilungseinstellung wie gewünscht mit dem einfallenden Licht durchgeführt werden, welches das erste polarisierte Licht und das zweite polarisierte Licht, die sich bezüglich der Polarisationsrichtung unterscheiden, umfasst, und das Licht kann einen vorgegebenen Bereich beleuchten.
Darüber hinaus weist jede der Mehrzahl von Vorwölbungen 32a, die in die unebene Struktur 32 einbezogen sind, gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen und Variationen davon die längliche Form auf. Die Form der Vorwölbung 32a ist jedoch nicht darauf beschränkt. Als Beispiel kann die Mehrzahl von Vorwölbungen 32a so angeordnet sein, dass sie in einer matrixartigen Weise verteilt sind. Insbesondere kann die Mehrzahl von Vorwölbungen 32a in einer gepunkteten Weise angeordnet sein.
Ferner weist die Mehrzahl von Vorwölbungen 32a gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen und Variationen davon dieselbe Form auf. Die Formen der Mehrzahl von Vorwölbungen 32a sind jedoch nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann die Mehrzahl von Vorwölbungen 32a verschiedene Formen in einer Ebene aufweisen. Beispielsweise können sich die Neigungswinkel der Mehrzahl von Vorwölbungen 32a zwischen einer oberen Hälfte und einer unteren Hälfte der optischen Vorrichtung 1 in der Z-Achsenrichtung unterscheiden. Dadurch kann das Licht z.B. bei einem Erhebungswinkel von 15° in einem oberen Teil des Fensters und bei einem Erhebungswinkel von 30° in einem unteren Teil des Fensters verteilt werden.
Darüber hinaus weist die Mehrzahl von Vorwölbungen 32a gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen und Variationen davon dieselbe Höhe auf. Die Höhen der Mehrzahl von Vorwölbungen 32a sind jedoch nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann die Mehrzahl von Vorwölbungen 32a beliebige verschiedene Höhen aufweisen. Dies kann einen Zustand unterdrücken, in dem das Licht, das durch die optische Vorrichtung hindurchtritt, changierend wird. Insbesondere da die Mehrzahl von Vorwölbungen 32a bezüglich der Höhe beliebig unterschiedlich sind, werden schwache gebeugte oder gestreute Lichtstrahlen auf einer unebenen Oberfläche über die Wellenlängen gemittelt und folglich wird eine Färbung des emittierten Lichts unterdrückt.
Ferner kann in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen und Variationen das Material, das für das optische Medium der Lichtverteilungsschicht verwendet wird, zusätzlich zu dem Flüssigkristallmaterial ein Molekül mit hohem Molekulargewicht, wie z.B. eine Polymerstruktur, enthalten. Die Polymerstruktur ist z.B. eine Netzwerkstruktur. Flüssigkristallmoleküle sind in der Polymerstruktur (Maschen des Netzwerks) angeordnet. Dadurch wird der Brechungsindex einstellbar. Beispiele für das Flüssigkristallmaterial, das Moleküle mit hohem Molekulargewicht enthält, umfassen einen polymerdispergierten Flüssigkristall (PDLC) und einen Polymernetzwerkflüssigkristall (PNLC).
Darüber hinaus ist, obwohl Sonnenlicht als Beispiel für das Licht beschrieben ist, das in die optische Vorrichtung gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen und Variationen davon eintritt, das Licht, das in die optische Vorrichtung eintritt, nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann das Licht, das in die optische Vorrichtung eintritt, Licht sein, das durch eine lichtemittierende Vorrichtung, wie z.B. eine Beleuchtungsvorrichtung, emittiert wird.
Ferner kann, obwohl die optische Vorrichtung 1 gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen und Variationen davon an der Oberfläche des Fensters 110 auf der Innenraumseite angebracht ist, die optische Vorrichtung 1 an der Oberfläche des Fensters 110 an der Außenseite angebracht sein. Um jedoch eine Verschlechterung des optischen Elements zu unterdrücken, ist es bevorzugt, dass die optische Vorrichtung 1 an der Oberfläche des Fensters 110 auf der Innenraumseite angebracht ist. Darüber hinaus kann, obwohl die optische Vorrichtung an dem Fenster angebracht ist, die optische Vorrichtung selbst als Fenster eines Gebäudes 100 verwendet werden. Darüber hinaus ist die Einbauposition der optischen Vorrichtung nicht auf ein Fenster eines Gebäudes beschränkt und es kann sich z.B. um ein Kraftfahrzeugfenster handeln.
Es sollte beachtet werden, dass andere Ausführungsformen, die durch verschiedene Veränderungen und Modifizierungen implementiert werden, die durch einen Fachmann auf der Basis der vorstehenden Ausführungsformen und Variationen oder durch eine Kombination der strukturellen Komponenten und Funktionen in den vorstehend genannten Ausführungsformen und Variationen vorgesehen werden können, solange solche Komponenten nicht von dem Umfang der vorliegenden Erfindung abweichen, in den Umfang in einem Aspekt oder Aspekten gemäß der vorliegenden Erfindung einbezogen werden können.
Bezugszeichenliste

1, 1A, 1B, 1C, 1D, 1X, 2, 3: Optische Vorrichtung
10: Erstes Substrat
20: Zweites Substrat
30, 30C, 30D, 30E: Lichtverteilungsschicht
31, 31E: Optisches Medium
31a: Flüssigkristallmolekül
31b: Dichroitisches Flüssigkristallmolekül
32, 32C, 32D: Unebene Struktur
40, 80: Optisches Element
50: Erste Elektrode
60: Zweite Elektrode
110: Fenster

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2015/056736 [0004]

Claims

Optische Vorrichtung, umfassend: ein erstes Substrat, das lichtdurchlässig ist; ein zweites Substrat, das lichtdurchlässig ist und dem ersten Substrat gegenüberliegt; eine Lichtverteilungsschicht, die zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat angeordnet ist und einfallendes Licht verteilt; und ein optisches Element, das auf einer von (i) einer Oberfläche des zweiten Substrats auf einer Seite gegenüber einer Seite, die auf das erste Substrat gerichtet ist, und (ii) einer Oberfläche des ersten Substrats auf einer Seite gegenüber einer Seite, die auf das zweite Substrat gerichtet ist, angeordnet ist, wobei die Lichtverteilungsschicht (i) ein optisches Medium, das ein doppelbrechendes Material enthält, und (ii) eine unebene Struktur umfasst, und das optische Element eine optische Eigenschaft des Verminderns der Menge von mindestens einem eines ersten polarisierten Lichts und eines zweiten polarisierten Lichts, die sich bezüglich der Polarisationsrichtung voneinander unterscheiden, aufweist.
Optische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das optische Element eine Polarisationsplatte ist, welche die optische Eigenschaft des Verminderns der Menge von nur einem des ersten polarisierten Lichts und des zweiten polarisierten Lichts aufweist.
Optische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das optische Element eine Dimmplatte ist, welche die optische Eigenschaft aufweist, dass die Durchlässigkeit geringer ist, wenn die Menge des einfallenden Lichts größer ist, und dass die Durchlässigkeit höher ist, wenn die Menge des einfallenden Lichts geringer ist.
Optische Vorrichtung, umfassend: ein erstes Substrat, das lichtdurchlässig ist; ein zweites Substrat, das lichtdurchlässig ist und dem ersten Substrat gegenüberliegt; und eine Lichtverteilungsschicht, die zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat angeordnet ist und einfallendes Licht verteilt; wobei die Lichtverteilungsschicht ein optisches Medium und eine unebene Struktur umfasst, und das optische Medium (i) ein doppelbrechendes Flüssigkristallmolekül und (ii) eines von einem dichroitischen Flüssigkristallmolekül und einem dichroitischen Pigment umfasst, welche die optische Eigenschaft des Verminderns der Menge von mindestens einem eines ersten polarisierten Lichts und eines zweiten polarisierten Lichts, die sich bezüglich der Polarisationsrichtung unterscheiden, aufweisen.
Optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner umfassend: eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode, die in einer Weise angeordnet sind, so dass die Lichtverteilungsschicht sandwichartig davon umgeben ist, wobei sich der Brechungsindex des optischen Mediums als Reaktion auf das Anlegen einer Spannung an die erste Elektrode und die zweite Elektrode verändert.
Optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das doppelbrechende Material ein Flüssigkristall ist.
Optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eines des ersten polarisierten Lichts und des zweiten polarisierten Lichts p-polarisiertes Licht ist, und das andere des ersten polarisierten Lichts und des zweiten polarisierten Lichts s-polarisiertes Licht ist.
Fenster mit einer Lichtverteilungsfunktion, umfassend: die optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7; und ein Fenster, an dem die optische Vorrichtung angebracht ist.