WO2021060194A1

WO2021060194A1 - 光学部材、導光システム

Info

Publication number: WO2021060194A1
Application number: PCT/JP2020/035516
Authority: WO
Inventors: 健太渡辺; 小笠原　晶子; 岸　敦史
Original assignee: 日東電工株式会社
Priority date: 2019-09-26
Filing date: 2020-09-18
Publication date: 2021-04-01
Also published as: JPWO2021060194A1; EP4036462A1; US20220413280A1; CN114514400A; EP4036462A4; KR20220070442A

Abstract

本光学部材は、面状の液体層と、前記面状の液体層に導光可能に配置された光源と、を有し、前記液体層は、導光可能な形態を有することが可能である。

Description

光学部材、導光システム

　本発明は、光学部材、導光システムに関する。

　従来、ブラケットやフットライトのように壁面に固定して使用する照明器具が知られている。又、その一方、有機ＥＬ（Organic Electro-Luminescence）発光素子を光源とする有機ＥＬパネルを使用した照明器具が知られている。有機ＥＬパネルは、薄くて軽いため、様々な形状の照明器具に対して好適に採用可能である。又、有機ＥＬパネルを採用した照明器具は、有機ＥＬパネルが面光源であり拡散光を発するため、柔らかい光による温かみのある雰囲気を醸し出すことができる。

　又、省エネを目的として、所定の間隔をおいて対向された二枚の透光性のパネルの隙間に貯留された水によって貯水層を形成し、貯水層にマイクロバブル発生手段によって発生させたマイクロバブルを供給して混入させ、マイクロバブルをパネルの表面に沿って移動させることにより光透過率を変化させて日射からの熱の吸収量を調整し、空調装置の冷房効率を向上する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０－７２４８６号公報

　しかしながら、有機ＥＬパネル等の照明器具は、天井や壁等に取り付けることは可能であるが、可視光を透過できないため、窓に取り付けた場合は外の景観を見る等の行為ができない。

　一方で、特許文献１に開示された技術では、外の景観は見ることが可能であるものの、光源としての機能はない。

　本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、光源としても、可視光を透過する透明部材としても用いることが可能な光学部材を提供することを目的とする。

　開示の技術によれば、光源としても、可視光を透過する透明部材としても用いることが可能な光学部材を提供できる。

第１実施形態に係る導光システムを例示する模式図である。第１実施形態に係る導光システムに含まれる制御部のハードウェアブロック図の例である。第１実施形態に係る導光システムに含まれ制御部の機能ブロック図の例である。第１実施形態に係る導光システムの光学部材を例示する断面図（その１）である。第１実施形態に係る導光システムの光学部材を例示する断面図（その２）である。第１実施形態に係る導光システムの光学部材を例示する断面図（その３）である。シミュレーション結果を示す図（その１）である。シミュレーション結果を示す図（その２）である。シミュレーション結果を示す図（その３）である。シミュレーション結果を示す図（その４）である。シミュレーション結果を示す図（その５）である。シミュレーション結果を示す図（その６）である。第２実施形態に係る導光システムを例示する模式図である。第２実施形態に係る導光システムの光学部材を例示する断面図（その１）である。第２実施形態に係る導光システムの光学部材を例示する断面図（その２）である。第２実施形態に係る導光システムの光学部材を例示する断面図（その３）である。

　本発明の光学部材は、面状の液体層と、前記液体層に導光可能に配置された光源とを有し、前記液体層は、導光可能な形態を有することが可能である。

　ここで、導光可能な前記液体層の形態とは、前記液体層の屈折率が液体層の両方の主面に接する層のいずれの屈折率よりも高い状態であることを意味する。例えば、前記液体層が水（屈折率１．３３）である場合は、前記液体層の両方の主面に接する層のいずれもが空気層（屈折率１．００）である。このような形態をとることで、前記液体層の側面から入射した光が液体層の面方向に導波していく。

　上記形態において、前記液体層が液体層の両方の主面に支持体となる基材層を有しない場合に、前記液体層の主面の表面の形状は、光を導波できる形状であれば、特に限定されないが、公知の樹脂導光板等の個体導光板の表面に設けられる形状を模した形状であることが好ましい。一方で、上記形態において、前記液体層の主面の少なくとも一方に支持体となる基材層を有する場合、該基材層の屈折率は、該基材層の前記液体層と反対側の面に接する層との界面で光を一部又は全て反射させることができれば特に限定されないが、前記液体層の屈折率と同じ又は前記液体層の屈折率より低いことが好ましい。

　前記液体層の導光可能な別の形態としては、前記液体層の中に一定量以上の気泡が含有されている状態であることを意味する。前記気泡は好ましくは微小気泡（マイクロバブルと称することがある）である。例えば、前記液体層が水である場合は、前記液体層は、空気、二酸化炭素等の微小気泡を形成できる気体を用いた微小気泡を含む。そして、前記液体層の側面から入射した光は、微小気泡による散乱を繰り返し、液体層の面方向に導波していく。

　本発明では、前記光源をオンとした場合、前記液体層の導光可能な形態のいずれかにより、前記光源から前記液体層の側面から入射した光は、前記液体層を面方向に渡って導波し、前記液体層の一方又は両方の面から出射する。

　本発明では、前記光源をオフとし且つ前記液体層が微小気泡等の気泡を含まない場合、前記液体層の表面が平滑である、又は、前記液体層の主面の少なくとも一方に基材層を有することにより、光源以外からの光（以下、外光と称する）を前記液体層の一方の主面から他方の主面へ透過させることができる。又、前記光源をオフとし且つ前記液体層が微小気泡等の気泡を含む場合、外光が前記液体層で気泡により散乱し、プライバシー機能を発揮することができる。

　以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。又、各図面において、本実施形態の内容を理解しやすいように、大きさや形状を一部誇張して描いている場合がある。

　〈第１実施形態〉
　図１は、第１実施形態に係る導光システムを例示する模式図である。図１に示すように、導光システム１は、光学部材１０と、貯水部３０と、ポンプ４０と、電磁弁５０と、気体発生ポンプ６０と、気体供給路６１と、気体還流路６２と、電磁弁７０と、ノズル８０と、制御部９０とを有している。

　光学部材１０は、基材１１及び１２と、支持体１３～１６と、液体層１７と、光源２０とを有している。導光システム１において、光学部材１０は、光源又は透明部材となる部分であり、例えば、ビルや家屋等の建築物の窓部に装着可能である。

　光学部材１０は、所定の間隔を空けて略平行に配置された２枚の板状の基材１１及び１２を有している。基材１１及び１２は透明であり、可視光を透過させることができる。基材１１及び１２の可視光透過率は、７０％以上であることが好ましく、８０％以上であることがより好ましく、９０％以上であることが更に好ましい。基材１１及び１２としては、例えば、ソーダライムガラス等の無機ガラスや、アクリル系樹脂等の有機ガラスを使用可能である。

　基材１１及び１２の形状は、特に限定されないが、例えば、矩形である。基材１１及び１２の形状が矩形である場合、図１のＡ－Ａ線に平行な方向から視たときの基材１１及び１２の大きさは、特に限定されないが、例えば、縦２０３０ｍｍ×横１６９０ｍｍ程度である。基材１１及び１２の厚さは、特に限定されないが、例えば、２ｍｍ～２０ｍｍ程度である。基材１１及び１２の間隔（液体層１７の厚さ）は、特に限定されないが、例えば、５ｍｍ～３０ｍｍ程度である。

　基材１１及び１２は、支持体１３及び１４により上下方向から支持され、支持体１５及び１６により左右方向から支持され、内部の密閉された空隙に面状の液体層１７を形成している。基材１２は、液体層１７を介して基材１１と対向しており、液体層１７は、基材１１及び１２の互いに対向する面に接して形成されている。液体層１７は、例えば、水であるが、水に代えて有機溶剤等を用いてもよい。ここで、面状とは、液体層が基材の所定面に接している状態を指す。

　なお、光学部材１０において、基材１１と基材１２の間に液体層１７が配置される密閉された空隙を形成可能であれば、基材１１及び１２を支持する構造は、図１に示す態様には特に限定されない。

　液体層１７の所定側（図１の例では、支持体１６の外側）に、１つの光源２０が、液体層１７に導光可能に配置されている。光源２０は、例えば、複数のＬＥＤ（Light Emitting Diode）が支持体１６の長手方向に沿って一次元又は二次元に配列されたＬＥＤアレイであるが、ＬＥＤに代えて、有機ＥＬやレーザ等の任意の光源を選択可能である。支持体１６は、光源２０の光を透過する必要があるため、基材１１及び１２と同等の可視光透過率であることが好ましい。

　なお、光源２０の配置は図１に示す態様には特に限定されず、例えば、支持体１５の外側に配置してもよい。或いは、支持体１５の外側と支持体１６の外側に、液体層１７を介して互いに対向する２つの光源２０を配置してもよい。

　貯水部３０は、ポンプ４０及び電磁弁５０を経由して、給水路３１により支持体１４を貫通して光学部材１０の液体層１７と接続されている。又、貯水部３０は、排水路３２により支持体１４を貫通して光学部材１０の液体層１７と接続されている。なお、給水路３１及び排水路３２を光学部材１０の液体層１７と接続する位置は、特に限定されない。

　気体発生ポンプ６０は、空気やオゾン等の気体を発生する装置であり、電磁弁７０、気体供給路６１、及びノズル８０を介して、支持体１４を貫通して光学部材１０の液体層１７と接続されている。又、気体発生ポンプ６０は、気体還流路６２により、支持体１４を貫通して光学部材１０の液体層１７と接続されている。

　ノズル８０は、例えば、細長い筒状の部材であり、支持体１４を介して液体層１７の端部と対向するように、液体層１７の端部に沿って配置されている。ノズル８０の液体層１７側には、例えば、支持体１４を貫通して液体層１７に気泡Ｂ（図５参照）を導入する多数の微細孔が所定ピッチで形成されている。

　気泡Ｂは、例えば、マイクロバブルである。ここで、マイクロバブルとは、直径が１μｍ～１００μｍ程度である気泡を指す。ノズル８０として、エジェクタ方式、キャビテーション方式、旋回流方式、加圧溶解方式等の任意の方式のマイクロバブル発生器を用いることができる。

　又、マイクロバブル発生器であるノズル８０を用いる代わりに、マイクロバブル入りの水を液体層１７に供給する方法を用いてもよい。例えば、光学部材１０の外部に貯水部３０と同様な貯水槽を配置し、この貯水槽に上記のような種々の方式で発生させたマイクロバブルを入れた水を溜めて、この貯水槽から必要なときにポンプ等によりマイクロバブルを入れた水を液体層１７に供給すればよい。

　なお、マイクロバブルの寿命は数分から十数分のため、貯水槽に必要な時にマイクロバブルを導入するか、貯水槽を常時マイクロバブルが導入された状態にしておく必要がある。

　制御部９０は、光源２０、ポンプ４０、電磁弁５０、気体発生ポンプ６０、及び電磁弁７０を制御する。図２及び図３を参照しながら、制御部９０について詳説する。

　図２は、第１実施形態に係る導光システムに含まれる制御部のハードウェアブロック図の例である。図２に示すように、制御部９０は、主要な構成要素として、ＣＰＵ９１と、ＲＯＭ９２と、ＲＡＭ９３と、Ｉ／Ｆ９４と、バスライン９５とを有している。ＣＰＵ９１、ＲＯＭ９２、ＲＡＭ９３、及びＩ／Ｆ９４は、バスライン９５を介して相互に接続されている。制御部９０は、必要に応じ、他のハードウェアブロックを有しても構わない。

　ＣＰＵ９１は、制御部９０の各機能を制御する。記憶手段であるＲＯＭ９２は、ＣＰＵ９１が制御部９０の各機能を制御するために実行するプログラムや、各種情報を記憶している。記憶手段であるＲＡＭ９３は、ＣＰＵ９１のワークエリア等として使用される。又、ＲＡＭ９３は、所定の情報を一時的に記憶できる。Ｉ／Ｆ９４は、他の機器等と接続するためのインターフェイスであり、例えば、外部ネットワーク等と接続される。

　制御部９０は、電子回路により実装されるプロセッサのようにソフトウェアによって各機能を実行するようプログラミングされたプロセッサや、所定の機能を実行するよう設計されたＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＳＯＣ（System On a Chip）、又はＧＰＵ（Graphics Processing Unit）であってもよい。又、制御部９０は、回路モジュール等であってもよい。

　図３は、第１実施形態に係る導光システムに含まれ制御部の機能ブロック図の例である。図３に示すように、制御部９０は、主要な機能ブロックとして、光源制御部９０１と、ポンプ制御部９０２と、電磁弁制御部９０３とを備えている。制御部９０は、必要に応じ、他の機能ブロックを有しても構わない。

　光源制御部９０１は、光源２０の点灯／消灯を切り替える機能を有する。ポンプ制御部９０２は、例えばポンプ４０のモータの回転数を変化させて、液体層１７の給水量及び排水量を制御する機能を有する。又、ポンプ制御部９０２は、気体発生ポンプ６０を制御して、気泡Ｂを発生させる機能を有する。又、電磁弁制御部９０３は、電磁弁５０を制御して、液体層１７への給水をオン／オフする機能を有する。又、電磁弁制御部９０３は、電磁弁７０を制御して、液体層１７への気泡の供給をオン／オフする機能を有する。制御部９０は、必要に応じ、その他の機能を有してもよい。

　なお、貯水部３０から液体層１７の給水を行うことは一例であり、例えば、水道等の水源から液体層１７の給水を行ってもよい。

　図４は、第１実施形態に係る導光システムの光学部材を例示する断面図（その１）であり、図１のＡ－Ａ線に沿う縦断面を示している。図４は、光源２０を消灯した状態である。

　図４において、例えば、基材１１がソーダ石灰ガラスである場合、屈折率ｎ１＝１．５１である。又、液体層１７が水である場合、屈折率ｎ２＝１．３３である。この場合、光学部材１０の外部から入射した光が、光学部材１０を透過する。そのため、光学部材１０をガラス等と同様の可視光を透過する透明部材として機能させることができる。なお、光学部材１０は、可視光以外の光を透過してもよい。又、基材１１と基材１２に同じ材料を用いてもよいし、異なる材料を用いてもよい。

　図５は、第１実施形態に係る導光システムの光学部材を例示する断面図（その２）である。図５は、図４において液体層１７に気泡Ｂを導入し、液体層１７を支持体１４側から支持体１３側に流動させた状態であり、光源２０は消灯したままである。

　図５に示すように、液体層１７に気泡Ｂが導入されると、液体層１７が白濁状態となる。つまり、液体層１７が、気泡Ｂを有さない図４の状態（第１状態）から、気泡Ｂを有して可視光透過率や紫外光透過率が下がった状態（第２状態）に可変される。図５において、気泡Ｂは光を散乱するため、液体層１７は光源２０からの光を導光可能な形態である。但し、ここでは光源２０が点灯していないため、液体層１７は導光体としては機能していない。

　気泡Ｂは、液体層１７内に所定の分布状態を有する。気泡Ｂは、大きさの異なる気泡を含んでもよい。所定の分布状態とは、例えば、気泡Ｂが液体層１７の領域毎に異なる密度に制御されている状態である。或いは、所定の分布状態とは、例えば、気泡Ｂが液体層１７に均一に分布する状態である。ここで、均一とは、液体層１７内において、単位体積当たりの気泡Ｂの密度のばらつきが１０％以内であることを指す。

　液体層１７に導入する気泡Ｂの密度は、ノズル８０として、エジェクタ方式、キャビテーション方式、旋回流方式、加圧溶解方式等を用いた場合、マイクロバブル入りの水を液体層１７に供給する方法を用いた場合の何れの場合も、各種方式に応じて調整可能である。気泡Ｂが高密度となるほど、液体層１７の白濁状態が強くなり、液体層１７の可視光透過率や紫外光透過率が低下する。

　ポンプ制御部９０２により液体層１７の白濁状態を適切に制御することで、可視光透過率や紫外光透過率が図４の状態よりも低下するため、可視光や紫外光を遮断できる。

　例えば、液体層１７に導入する気泡Ｂの密度を比較的高めに調整することで、光学部材１０を外光を遮光するプライバシーガラスとして用いることができる。又、液体層１７に導入する気泡Ｂの密度を比較的低めに調整することで、防眩機能を実現できる。又、光学部材１０を建築物の窓部に装着する場合、室内に入射するエネルギーの大小に応じて光学部材１０の白濁状態を調整することで、室内に入射するエネルギーを抑制し、室内側の空調装置による冷房効率を向上できる。なお、光学部材１０は、建築物の床や天窓に用いることも可能である。

　図６は、第１実施形態に係る導光システムの光学部材を例示する断面図（その３）である。図６は、図４において液体層１７に気泡Ｂを導入し、液体層１７を支持体１４側から支持体１３側に流動させた状態であり、光源２０が点灯している。すなわち、図５において、光源２０が点灯した状態である。

　図６において、光源２０に近い側（支持体１６側）では密度が低く、光源２０から遠くなるに従って密度が高くなるように気泡Ｂを分布させることが好ましい。これにより、光学部材１０の液体層１７を導光した光が基材１１及び１２の所定面（液体層１７と接する面の反対面）から面発光する面光源として機能させることができる。

　図６において、光源２０から出射された光Ｌ_１は、支持体１６を介して液体層１７に入射し、導光体として機能する液体層１７、基材１１、及び基材１２内で全反射を繰り返して進み、一部の光が基材１１及び１２側に反射され、基材１１及び１２から外部に出射される。基材１１及び１２からの出射光Ｌ_２の輝度が、基材１１及び１２の出射面の全面において均一化するように、光源２０に近い側から遠い側に行くに従って気泡Ｂの密度を高くすることで、光学部材１０を面光源として機能させることができる。

　すなわち、制御部９０の光源制御部９０１が光源２０を点灯し、ポンプ制御部９０２及び電磁弁制御部９０３が光源２０に近い側から遠い側に行くに従って気泡Ｂの密度を高くするようにポンプ４０及び電磁弁５０を制御すれば、光学部材１０を面光源として機能させることができる。光源２０に近い側から遠い側に行くに従って気泡Ｂの密度をどの程度高くすると好適であるかは、シミュレーション結果を参照して後述する。

　このように、ポンプ４０及び電磁弁５０は、制御部９０に制御されて、液体層１７を第１状態と第２状態とに可変する液体層変更部である。そして、制御部９０の光源制御部９０１が光源２０を消灯し、制御部９０のポンプ制御部９０２及び電磁弁制御部９０３が液体層１７が第１状態になるように制御すれば、光学部材１０を可視光を透過する透明部材として機能させることができる。

　又、制御部９０の光源制御部９０１が光源２０を消灯し、制御部９０のポンプ制御部９０２及び電磁弁制御部９０３が液体層１７が第２状態になるように制御すれば、光学部材１０を防眩又は遮光機能を有する部材として機能させることができる。

　又、制御部９０の光源制御部９０１が光源２０を点灯し、制御部９０のポンプ制御部９０２及び電磁弁制御部９０３が液体層１７が第２状態になるように制御すれば、光学部材１０を液体層１７を導光した光が面発光する面光源として機能させることができる。

　なお、前述のように、支持体１５の外側と支持体１６の外側に、液体層１７を介して互いに対向する２つの光源２０を配置してもよい。この場合には、制御部９０の光源制御部９０１が光源２０を点灯し、ポンプ制御部９０２及び電磁弁制御部９０３が液体層１７に気泡Ｂが均一に分布するようにポンプ４０及び電磁弁５０を制御すれば、光学部材１０を面光源として機能させることができる。

　又、液体層１７の流速と気泡Ｂの流速とを略等しくすることで、出射光Ｌ_２の揺らぎを演出できるため、光学部材１０を観賞用に使用できる。又、液体層１７内に大小の気泡を混在させてもよい。この場合も、出射光Ｌ_２の揺らぎを演出できるため、光学部材１０を観賞用に使用できる。液体層１７内に大小の気泡を混在させる場合には、ノズル８０に代えて、直径の異なる気泡を発生可能な複数のノズルを用いればよい。

　［シミュレーション］
　導光システム１では、基材１１及び１２の主面の面積の大きさによって、気泡Ｂの密度の好適な範囲が大きく変わる。従って、気泡Ｂの密度は、基材１１及び１２の主面の面積に合わせて面光源として良好になるように適宜調整することが好ましい。ここでは、一例として、基材１１及び１２がガラスであり、主面の面積が狭いパターンと広いパターンの２つの場合について、シミュレーションを行った。以下に結果を示す。

　［計算ソフトによる面内輝度分布の確認］
　Ｌｉｇｈｔｔｏｏｌｓを用いて図１から得られる光学部材をモデルとして本発明の光学的な効果を確認した。

　計算モデルは、面積１５０ｍｍ×１００ｍｍ、厚さ０．５ｍｍ及び屈折率１．４９である２枚のガラスを用いたガラス間距離２ｍｍの水槽において、水槽の長辺側の両端部より光を入光するモデル（ガラスの主面の面積が狭いパターン）と、面積２０３０ｍｍ×１６９０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍ及び屈折率１．４９である２枚のガラスを用いたガラス間距離２ｍｍの水槽において、水槽の長辺側の両端部より光を入光するモデル（ガラスの主面の面積が広いパターン）を組んだ。

　水槽中には、屈折率１．３３の水が封入されており、その水に種々の方法で直径１μｍ、屈折率１のマイクロバブルを導入した。このマイクロバブルの密度をパラメータとしてガラスの面内輝度分布を計算した。

　ガラスの主面の面積が狭いパターン（面積１５０ｍｍ×１００ｍｍのモデル）についてのシミュレーション結果を図７に示す。図７において、上段の数値はマイクロバブルの密度［個／ｍｍ^３］であり、下段はガラスの面内輝度分布の計算結果である。

　図７より、面積１５０ｍｍ×１００ｍｍのモデルでは、面内のマイクロバブル密度が９０００～７００００個／ｍｍ^３の範囲で良好な面内輝度分布が得られるのに対し、範囲外において輝度分布が悪くなっていることがわかる。又、最も面内輝度分布が良くなる密度は、３２０００個／ｍｍ^３であることが分かった。

　又、ガラスの主面の面積が広いパターン（面積２０３０ｍｍ×１６９０ｍｍのモデル）についてのシミュレーション結果を図８に示す。図８において、上段の数値はマイクロバブルの密度［個／ｍｍ^３］であり、下段はガラスの面内輝度分布の計算結果である。

　図８より、面積２０３０ｍｍ×１６９０ｍｍのモデルでは、面内のマイクロバブル密度が３０００～５５００個／ｍｍ^３の範囲で良好な面内輝度分布が得られるのに対し、範囲外において輝度分布が悪くなっていることがわかる。又、最も面内輝度分布が良くなる密度は、３５００個／ｍｍ^３であることが分かった。

　又、上記の構成（ガラスの主面の面積が狭いパターンと広いパターン）で水槽の長辺側の一端部より光を入光するモデルにて水槽の短辺距離の４分の１を１ブロックとし、各ブロックのマイクロバブルの密度をパラメータとしてガラスの面内輝度分布を計算した。

　ガラスの主面の面積が狭いパターン（面積１５０ｍｍ×１００ｍｍのモデル）についてのシミュレーション結果を図９Ａ及び図９Ｂに示す。図９Ａはマイクロバブルの密度を最適化する前のガラスの面内輝度分布の計算結果、図９Ｂはマイクロバブルの密度を最適化した後のガラスの面内輝度分布の計算結果である。

　図９Ａ及び図９Ｂより、水槽の長辺側の一端部より光を入光する場合においても、マイクロバブルの密度を最適化することにより、ガラスの面内輝度分布を略均一化できることがわかった。具体的には、良好な泡密度の範囲は、シミュレーションより面積１５０ｍｍ×１００ｍｍのモデルで、光源側からの各ブロックをそれぞれ１ｓｔブロック、２ｎｄブロック、３ｒｄブロック、４ｔｈブロックとしたときに面内輝度分布が良くなる密度は、３０００～６０００、６０００～８６０００、８３０００～１６００００、１０００００～２７００００個／ｍｍ^３であることがわかった。

　ガラスの主面の面積が広いパターン（面積２０３０ｍｍ×１６９０ｍｍのモデル）についてのシミュレーション結果を図１０Ａ及び図１０Ｂに示す。図１０Ａはマイクロバブルの密度を最適化する前のガラスの面内輝度分布の計算結果、図１０Ｂはマイクロバブルの密度を最適化した後のガラスの面内輝度分布の計算結果である。

　図１０Ａ及び図１０Ｂより、水槽の長辺側の一端部より光を入光する場合においても、マイクロバブルの密度を最適化することにより、ガラスの面内輝度分布を略均一化できることがわかった。具体的には、良好な泡密度の範囲は、シミュレーションより面積２０３０ｍｍ×１６９０ｍｍのモデルでは、光源側からの各ブロックをそれぞれ１ｓｔブロック、２ｎｄブロック、３ｒｄブロック、４ｔｈブロックとしたときに最も面内輝度分布が良くなる密度は、２０００～３０００、３７００～５２００、５０００～９４００、７３００～１９３００個／ｍｍ^３であることがわかった。

　上記の結果より、マイクロバブルの密度をある範囲内に制御すれば良好な面光源を得られることがわかる。

　このように、光学部材１０は、面発光する面光源としても、可視光を透過する透明部材としても用いることが可能である。つまり、光学部材１０は、照明器具としても用いることができ、外の景観などの室外を見ることもできる。又、光学部材１０は、観賞、防眩、遮光等の用途に使用可能である。

　〈第２実施形態〉
　第２実施形態では、光学部材が１つの基材を有する例を示す。なお、第２実施形態において、既に説明した実施形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。

　図１１は、第２実施形態に係る導光システムを例示する模式図である。図１１に示すように、導光システム１Ａは、光学部材１０が光学部材１０Ａに置換された点、排水路３２、気体発生ポンプ６０、気体供給路６１、気体還流路６２、ノズル８０を有していない点が、導光システム１（図１参照）と相違する。

　すなわち、導光システム１Ａは、光学部材１０Ａと、ポンプ４０と、電磁弁５０と、制御部９０とを有しており、光学部材１０Ａは、基材１１と、液体層１７Ａと、光源２０と、貯水部３０と、液体供給部１００とを有している。

　基材１１は、枡状の貯水部３０の中に、貯水部３０の底面に対して略垂直になるように配置されている。基材１１は、液体層１７Ａと接する面が上側を向くように、貯水部３０の底面に対して傾斜して配置されてもよい。

　基材１１の上縁側（貯水部３０と反対側）には、基材１１と略同一幅の細長い筒状の部材である液体供給部１００が配置されている。液体供給部１００において、貯水部３０と対向する側には、液体層１７Ａを生成する多数の孔が所定ピッチで形成されている。液体供給部１００は、例えば、塩化ビニル管等で形成できるが、これには限定されない。

　貯水部３０は、ポンプ４０及び電磁弁５０を経由して、給水路３１により液体供給部１００と接続されている。なお、給水路３１を光学部材１０Ａの液体供給部１００と接続する位置は、特に限定されない。

　液体層１７Ａは、基材１１の所定面に接する層であり、基材１１の所定面とは接しない側の反対面が平滑である第１状態と、反対面が波状の凹凸を有する第２状態とに可変可能である。液体層１７Ａは、第２状態において、光源２０が点灯している場合、光源２０の出射光を導光する導光体となる。

　制御部９０のポンプ制御部９０２及び電磁弁制御部９０３は、液体層１７Ａが第１状態又は第２状態になるように、ポンプ４０及び電磁弁５０を制御できる。

　図１２は、第２実施形態に係る導光システムの光学部材を例示する断面図（その１）であり、図１１のＢ－Ｂ線に沿う縦断面を示している。図１２では、液体層１７Ａは第１状態であり、光源２０は消灯している。

　図１２において、例えば、基材１１がソーダ石灰ガラスである場合、屈折率ｎ１＝１．５１である。又、液体層１７Ａが水である場合、屈折率ｎ２＝１．３３である。この場合、光学部材１０Ａの外部から入射した光が、光学部材１０Ａを透過する。そのため、光学部材１０Ａをガラス等と同様の可視光を透過する透明部材として機能させることができる。

　すなわち、ポンプ４０及び電磁弁５０は、制御部９０に制御されて、液体層１７Ａを第１状態と第２状態とに可変する液体層変更部である。そして、制御部９０の光源制御部９０１が光源２０を消灯し、制御部９０のポンプ制御部９０２及び電磁弁制御部９０３が液体層１７Ａが第１状態になるように制御すれば、光学部材１０Ａを可視光を透過する透明部材として機能させることができる。なお、光学部材１０Ａは、可視光以外の光を透過してもよい。

　図１３は、第２実施形態に係る導光システムの光学部材を例示する断面図（その２）であり、図１１のＢ－Ｂ線に沿う縦断面を示している。図１３では、液体層１７Ａは第２状態であるが、光源２０は消灯したままである。

　図１３に示すように、液体層１７Ａが第２状態になると、波状の凹凸により液体層１７Ａが白濁状態となる。又、第２状態の波状の凹凸の密度は、ポンプ制御部９０２がポンプ４０のモータの回転数を変化させて、液体層１７Ａの給水量を調整することで制御可能である。液体層１７Ａの給水量が多くなるほど、波状の凹凸が高密度となり、液体層１７Ａの白濁状態が強くなる。すなわち、液体層１７Ａの給水量が多くなるほど、波状の凹凸が高密度となり、液体層１７Ａの可視光透過率や紫外光透過率が低下する。

　ポンプ制御部９０２により液体層１７Ａの白濁状態を適切に制御することで、可視光透過率が図１２の状態よりも低下するため、可視光や紫外光を遮断できる。

　例えば、液体層１７Ａの波状の凹凸の密度を比較的高めに調整することで、光学部材１０Ａをプライバシーガラスとして用いることができる。又、液体層１７Ａの波状の凹凸の密度を比較的低めに調整することで、防眩機能を実現できる。又、光学部材１０Ａを建築物の窓部に装着する場合、室内に入射するエネルギーの大小に応じて光学部材１０Ａの白濁状態を調整することで、室内に入射するエネルギーを抑制し、室内側の空調装置による冷房効率を向上できる。

　図１４は、第２実施形態に係る導光システムの光学部材を例示する断面図（その３）であり、図１１のＢ－Ｂ線に沿う縦断面を示している。図１４において、液体層１７Ａは第２状態であり、光源２０が点灯している。すなわち、図１３において、光源２０が点灯した状態である。

　図１４において、光源２０に近い側から遠い側に行くに従って波状の凹凸の密度を高くすることで、液体層１７Ａを導光体として機能させることが可能である。この場合、光学部材１０Ａの液体層１７Ａ及び基材１１を導光した光が基材１１の所定面（液体層１７Ａと接する面の反対面）から面発光する面光源として機能させることができる。

　図１４において、光源２０から出射された光Ｌ_１は、液体層１７Ａに入射し、導光体として機能する液体層１７Ａ及び基材１１内で全反射を繰り返して進み、一部の光が基材１１側に反射され、基材１１から外部に出射される。基材１１からの出射光Ｌ_２の輝度が、基材１１の出射面の全面において均一化するように、光源２０に近い側から遠い側に行くに従って波状の凹凸の密度を高くすることで、光学部材１０Ａを面光源として機能させることができる。

　すなわち、制御部９０の光源制御部９０１が光源２０を点灯し、ポンプ制御部９０２及び電磁弁制御部９０３が光源２０に近い側から遠い側に行くに従って波状の凹凸の密度を高くするようにポンプ４０及び電磁弁５０を制御すれば、光学部材１０Ａを面光源として機能させることができる。

　なお、前述のように、液体層１７Ａを介して互いに対向する２つの光源２０を配置してもよい。この場合には、制御部９０の光源制御部９０１が光源２０を点灯し、ポンプ制御部９０２及び電磁弁制御部９０３が液体層１７Ａ全域で波状の凹凸の密度が略一定となるようにポンプ４０及び電磁弁５０を制御すれば、光学部材１０Ａを面光源として機能させることができる。

　又、液体層１７Ａ内に大小の波状の凹凸を混在させることで、出射光Ｌ_２の揺らぎを演出できるため、光学部材１０Ａを観賞用に使用できる。

　このように、光学部材１０Ａは、面発光する面光源としても、可視光を透過する透明部材としても用いることが可能である。つまり、光学部材１０Ａは、照明器具としても用いることができ、外の景観などの室外を見ることもできる。又、光学部材１０Ａは、観賞、防眩、遮光等の用途に使用可能である。

　以上、好ましい実施形態等について詳説したが、上述した実施形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。

　本国際出願は２０１９年９月２６日に出願した日本国特許出願２０１９－１７５８３５号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願２０１９－１７５８３５号の全内容を本国際出願に援用する。

１、１Ａ　導光システム
１０、１０Ａ　光学部材
１１、１２　基材
１３、１４、１５、１６　支持体
１７、１７Ａ　液体層
２０　光源
３０　貯水部
３１　給水路
３２　排水路
４０　ポンプ
５０、７０　電磁弁
６０　気体発生ポンプ
６１　気体供給路
６２　気体還流路
８０　ノズル
９０　制御部
１００　液体供給部

Claims

　面状の液体層と、
　前記液体層に導光可能に配置された光源と、を有し、
　前記液体層は、導光可能な形態を有することが可能である光学部材。
　前記液体層は、第１状態と、前記第１状態よりも可視光透過率が低い第２状態と、に可変でき、
　前記液体層が前記第２状態で前記光源が点灯すると、前記液体層は前記光源からの光を導光する請求項１に記載の光学部材。
　前記第１状態では、前記液体層内に気泡を有さず、
　前記第２状態では、前記液体層内に気泡を有する請求項２に記載の光学部材。
　前記気泡は、前記液体層内に所定の分布状態を有する請求項３に記載の光学部材。
　前記気泡は、大きさの異なる気泡を含む請求項３又は４に記載の光学部材。
　前記光源は、前記液体層の所定側に配置された１つの光源であり、
　前記気泡は、前記光源に近い側では密度が低く、前記光源から遠くなるに従って密度が高くなるように分布する請求項３乃至５の何れか一項に記載の光学部材。
　前記光源は、前記液体層を介して互いに対向する２つの光源であり、
　前記気泡は、前記液体層に均一に分布する請求項３乃至５の何れか一項に記載の光学部材。
　前記第１状態では、前記液体層の所定面が平滑であり、
　前記第２状態では、前記液体層の前記所定面が凹凸を有する請求項２に記載の光学部材。
　前記光源が消灯して前記液体層が前記第１状態である場合、可視光を透過する透明部材となる請求項２乃至８の何れか一項に記載の光学部材。
　前記光源が消灯して前記液体層が前記第２状態である場合、防眩又は遮光機能を有する部材となる請求項２乃至８の何れか一項に記載の光学部材。
　前記光源が点灯して前記液体層が前記第２状態である場合、前記液体層を導光した光が面発光する面光源となる請求項２乃至８の何れか一項に記載の光学部材。
　前記液体層が接する少なくとも１つの基材を有する請求項２乃至１１の何れか一項に記載の光学部材。
　複数の基材を有し、
　複数の前記基材の間に前記液体層が配置される請求項２乃至１１の何れか一項に記載の光学部材。
　請求項２乃至１３の何れか一項に記載の光学部材と、
　前記液体層を、前記第１状態と前記第２状態に可変する液体層変更部と、
　前記液体層変更部及び前記光源を制御して、前記光源が消灯して前記液体層が前記第１状態、前記光源が消灯して前記液体層が前記第２状態、又は、前記光源が点灯して前記液体層が前記第２状態、にする制御部と、を有する導光システム。