太陽光透過制御素子
【課題】太陽光透過制御素子及び光透過制御部材を提供する。
【解決手段】高分子分散液晶型ホログラフィック回折素子（ＨＰＤＬＣ回折素子）を用いた光透過制御素子であって、ＨＰＤＬＣ回折素子内に含まれる液晶のネマティック−アイソトロピック（ＮＩ）相転移による屈折率異方性と等方性の変化を利用して、特定の温度範囲で光の伝播方向、偏光状態を変えて、それにより光の透過性を制御して調光を行うようにした光回折型の光透過制御素子、及び、当該光透過制御素子を含み、当該光透過制御素子に対して、光の伝播方向あるいは偏光状態により透過率を変える役割を果たす光処理機能部が配置されたことを特徴とする光透過制御部材。
【効果】ＨＰＤＬＣ回折素子内に含まれる液晶のネマティック−アイソトロピック（ＮＩ）相転移を調光原理とする新しい光透過制御素子を提供できる。
【解決手段】高分子分散液晶型ホログラフィック回折素子（ＨＰＤＬＣ回折素子）を用いた光透過制御素子であって、ＨＰＤＬＣ回折素子内に含まれる液晶のネマティック−アイソトロピック（ＮＩ）相転移による屈折率異方性と等方性の変化を利用して、特定の温度範囲で光の伝播方向、偏光状態を変えて、それにより光の透過性を制御して調光を行うようにした光回折型の光透過制御素子、及び、当該光透過制御素子を含み、当該光透過制御素子に対して、光の伝播方向あるいは偏光状態により透過率を変える役割を果たす光処理機能部が配置されたことを特徴とする光透過制御部材。
【効果】ＨＰＤＬＣ回折素子内に含まれる液晶のネマティック−アイソトロピック（ＮＩ）相転移を調光原理とする新しい光透過制御素子を提供できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高分子分散液晶型ホログラフィック回折素子（以下、ＨＰＤＬＣ回折素子と記載する。）を用いた光透過制御素子及び当該光透過制御素子を含む光透過制御部材に関するものであり、更に詳しくは、上記ＨＰＤＬＣ回折素子を用いた、自動調光窓材等に好適に使用される光透過制御素子、ある特定の波長範囲で透過率制御できる性質を有し、この波長範囲を用途に応じて自在に変えることができる光透過制御素子、及び当該光透過制御素子を含む光透過制御部材、例えば、自動調光遮熱窓材、このような窓材を用いた調光及び空調の方法及び装置等に関するものである。
【０００２】
本発明は、例えば、建築物や自動車、列車、船舶、飛行機などの移動体に、省エネルギー、快適住居性能、採光性能などの機能を付加することを可能とする新しい光透過制御素子、当該光透過制御素子を用いた機能性自動調光遮熱窓材及びその応用技術等を提供するものである。
【背景技術】
【０００３】
従来、多くのサーモクロミック（熱着色型）材料が提案されているが、その中でも、ＶＯ２が環境応答型調光材料として有力候補である。そして、このＶＯ２を用いたサーモクロミック窓材が多く提案されており、これを、単独あるいは他の材料と組み合わせることで、可視波長域において、透明性を保持しつつ、主として近赤外、赤外波長域で、光透過率を温度によって制御することが実現されている（特許文献１、２）。
【０００４】
また、先行技術として、温度に対して、可逆的に透明状態と白濁遮光状態との間を変わる曇天現象を利用した調光技術が報告されている。例えば、ある温度を上回ると白濁化する水溶性化合物を溶解した水性組成物を、調光ガラスに積層した、低温では透明状態であるが、高温になると白濁し、散乱体となって可視波長域を含む広い波長範囲にわたって遮光するため、調光性能が高く、かつ調光温度も生活温度を含めて広い範囲で設定できるという利点を有する調光ガラスを使用した窓材が、開発されている（特許文献３）
【０００５】
しかし、ＶＯ２によるサーモクロミック窓材では、太陽光の室内への光量調整の性能の課題として、（１）可視透過性能が窓材としては低い、（２）調光性能に改善の余地がある、（３）調光温度が生活温度範囲より高い、という問題があるが、これらは、ＶＯ２がもつ材料の本質に強く結びつく問題であり、改善が簡単ではない。
【０００６】
上記（１）の問題は、ＶＯ２の光学バンドギャップが狭く、光吸収端の裾が波長５００ｎｍ付近まで迫っていることに起因する。また、これが要因で、可視透過率が全体に低いだけでなく、短波長側での透過率がより小さいため、茶黄色に着色する傾向がある。また、上記（２）の問題は、ＶＯ２のサーモクロミズムによる透過率変化が主に波長１０００ｎｍより長波長側にあることが理由である。地上に届く太陽光の強度は、可視から赤外にわたって波長とともに緩やかに減少する分布をもつ。
【０００７】
したがって、太陽光の輻射が大きい１０００ｎｍより短波長側で調光する方が近赤外及び赤外域でより効果的であるが、ＶＯ２の本質的な特徴であるサーモクロミック特性を変えることは容易ではない。上記（１）と（２）の問題を改善するためには、ＶＯ２薄膜を適切な屈折率をもつ媒質（例えば、ＴｉＯ２）膜によって挟んで、可視光反射防止とし、調光性能をできるだけ弱めずに可視域の透明度を上げることなどが行われているが、このような手法では、要望によっては不十分な場合がある（特許文献４、非特許文献１）。
【０００８】
更に、上記（３）の問題は、ＶＯ２の相転移温度が７０℃付近と、実生活の温度範囲（例えば、日本では、−１０から４０℃）より高いという意味であるが、これについては、不純物添加を始めとして、種々の方法で転移温度を低減する試みがなされている。しかし、転移温度の低下とともにサーモクロミズムによる透過率変化も減少するといった課題が残されている（非特許文献２、３)。
【０００９】
以上のように、従来技術では、ある程度まで調光性能が得られているが、これを実生活に導入するためには、更に改善の必要性が高く、ＶＯ２を用いて、この要望に応えるには不十分な点が残されているのが実情である。一方、曇天現象を利用した調光材料では、温度上昇にともなう光散乱の発生により可視波長域を含めて広い波長範囲で透過率が変わるため、調光性が非常に高く、また、調光温度についても、材料として生活温度域に合わせて設計されており、既に、実用化レベルに達している。しかしながら、調光の原理上、高温時には可視光においても不透明となるため、室外の景色を見る、あるいは採光するという、窓の基本機能が失われるという問題がある。
【００１０】
一方、従来、ホログラフィック光学素子及びそれを用いた部材に関する研究／開発例が種々報告されており、先行技術として、例えば、ホログラフィック高分子分散液晶光学素子及び画像表示装置（特許文献５）、調光層がマトリックス樹脂と液晶材料からなる液晶光学素子（特許文献６）、第１及び第２の絶縁性基板間に液晶を挟持した調光層を有する反射型液晶表示素子（特許文献７）、が提案されている。
【００１１】
更に、先行技術として、例えば、光吸収基板上に調光層が積層されている高解像度のホログラフィック型高分子分散液晶光学素子（特許文献８）、調光層を挟持した高電荷保持率のホログラフィック高分子分散液晶光学素子（特許文献９）、ホログラフィック光学素子を用いた投影型液晶表示装置（特許文献１０）、ホログラフィック表示装置（特許文献１１）、が提案されている。これらの先行技術は、いずれも、ホログラフィック光学素子を液晶表示装置に利用することを示すものである。
【００１２】
【特許文献１】特開２００４−４７９５号公報
【特許文献２】特開２００２−８６６０６号公報
【特許文献３】特開２０００−１５５３４５号公報
【特許文献４】特開２００３−９４５５１号公報
【特許文献５】特開２００３−３３７２９８号公報
【特許文献６】特開２０００−１４７４７８号公報
【特許文献７】特開平１１−５２３６４号公報
【特許文献８】特開平１１−３８３９２号公報
【特許文献９】特開平１１−２８０２号公報
【特許文献１０】特開平１０−１０４６１８号公報
【特許文献１１】特開平９−２２２５８３号公報
【非特許文献１】M. H. Lee, "Better thermochromic glazing of windows with anti-reflection coating", Thin Solid Films 365, 5 (2000)
【非特許文献２】W. Burkhardt, et al., "Tungsten and fluorine co-doping of VO2 films", Thin Solid Films 402, 226 (2002)
【非特許文献３】M. Soltani, et al., "Effects of Ti-W codoping on the optical and electrical switching of vanadium dioxide thin films grown by a reactive pulsed laser deposition", Appl. Phys. Lett. 85, 1958 (2004)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
このような状況の中で、本発明者らは、上記従来技術に鑑みて、日射透過量制御の性能が高く、かつ可視波長域で良好な透明性を保持できる新しい調光素子を開発することを目標として鋭意研究を積み重ねた結果、高分子分散液晶型ホログラフィック回折素子（ＨＰＤＬＣ回折素子）を用いて光透過制御素子を構築することで所期の目的を達成できるとの新規知見を得ることに成功して、本発明を完成させるに至った。本発明は、上記ＨＰＤＬＣ回折素子を調光に利用した、温度による日射透過量制御の性能が高く、かつ可視波長域で良好な透明性を保持できる新しい光透過制御素子及び当該調光素子を用いた光透過制御部材を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するための本発明は、以下の技術的手段から構成される。
（１）高分子分散液晶型ホログラフィック回折素子（ＨＰＤＬＣ回折素子）を用いた光透過制御素子であって、ＨＰＤＬＣ回折素子内に含まれる液晶のネマティック−アイソトロピック（ＮＩ）相転移による屈折率及び屈折率異方性−等方性の変化を利用して、特定の温度範囲で光の伝播方向あるいは偏光状態を変えて、それにより光の透過率を制御して調光を行うようにしたことを特徴とする光回折型の光透過制御素子。
（２）上記ＨＰＤＬＣ回折素子が、ＰあるいはＳ偏光のどちらか一方の回折光強度を優先的に温度で制御するように構成された、前記（１）記載の光透過制御素子。
（３）０．０４を上回る異方性屈折率を有し、ネマティック−アイソトロピック（ＮＩ）相転移点を有する液晶材料からなるＨＰＤＬＣ回折素子を用いてなる、前記（１）記載の光透過制御素子。
（４）１０〜９０℃にＮＩ相転移点を有する液晶材料からなるＨＰＤＬＣ回折素子を用いてなる、前記（３）記載の光透過制御素子。
（５）前記（１）から（４）のいずれかに記載の光透過制御素子を含み、当該光透過制御素子に対して、光の伝播方向あるいは偏光状態により透過率を変える役割を果たす光処理機能部が配置されたことを特徴とする光透過制御部材。
（６）上記光処理機能部として、視野角制限部材あるいは偏光選択部材、又はこれら両部材が回折光と非回折光の内の一つの光の透過を制御するように配置された、前記（５）記載の光透過制御部材。
（７）ＰあるいはＳ偏光のどちらか一方の回折光強度が優先的に、温度変化により変調されるＨＰＤＬＣ回折素子を２つ組み合わせて、視野角制限部材あるいは偏光選択部材、又はこれら両部材がＰとＳ両偏光の回折による光の透過を制御するように配置された、前記（６）記載の光透過制御部材。
（８）ＨＰＤＬＣ回折素子が、可視光波長域の透過率（可視光透過能）及び日射透過制御能の両性能が高くなる条件として、ＨＰＤＬＣ厚２〜５０μｍ、格子ピッチ０．３〜２．０μｍの範囲で構成された、前記（５）から（７）のいずれかに記載の光透過制御部材。
（９）可視光透過能及び日射透過制御能を高めるために、
（ＨＰＤＬＣ厚）＝Ｋ×（格子ピッチ）２
を満たす関係（ここで、Ｋは、範囲４〜１５μｍ−１を満たす定数。）に、ＨＰＤＬＣ厚と格子ピッチの値が設定されている、前記（８）記載の光透過制御部材。
（１０）上記光透過制御部材が、太陽光の透過を制御する太陽光透過制御窓材である、前記（５）から（９）のいずれかに記載の光透過制御部材。
【００１５】
次に、本発明について更に詳細に説明する。
本発明は、高分子分散液晶型ホログラフィック回折素子（ＨＰＤＬＣ回折素子）を用いた光回折型の光透過制御素子であって、ＨＰＤＬＣ回折素子内に含まれる液晶のネマティック−アイソトロピック（ＮＩ）相転移による屈折率異方性と等方性の変化を利用して、特定の温度範囲で光の伝播方向あるいは偏光状態を変えて、それにより光の透過性を制御して調光を行うようにしたことを特徴とするものである。
【００１６】
本発明では、上記ＨＰＤＬＣ回折素子が、ＰあるいはＳ偏光のどちらか一方の回折光強度を優先的に温度で制御するように構成されたこと、０．０４を上回る異方性屈折率を有し、ネマティック−アイソトロピック（ＮＩ）相転移点を有する液晶材料からなるＨＰＤＬＣ回折素子を用いてなること、１０〜９０℃にＮＩ相転移点を有する液晶材料からなるＨＰＤＬＣ回折素子を用いてなること、を好ましい実施の態様としている。
【００１７】
また、本発明では、上記光透過制御素子を含み、当該光透過制御素子に対して、光の伝播方向あるいは偏光状態により透過率を変える役割を果たす光処理機能部が配置されたこと、上記光処理機能部として、視野角制限部材あるいは偏光選択部材、又はこれら両部材が回折光と非回折光の内の一つの光の透過を制御するように配置されたこと、ＰあるいはＳ偏光のどちらか一方の回折光強度が優先的に、温度変化により変調されるＨＰＤＬＣ回折素子を２つ組み合わせて、視野角制限部材あるいは偏光選択部材、又はこれら両部材がＰとＳ両偏光の回折による光の透過を制御するように配置されたこと、を好ましい実施の態様としている。
【００１８】
更に、本発明では、ＨＰＤＬＣ回折素子が、可視光波長域の透過率及び日射透過制御能の両方が高くなる条件として、ＨＰＤＬＣ厚２〜５０μｍ、格子ピッチ０．３〜２．０μｍの範囲で構成されたこと、可視光透過能及び日射透過制御能を高めるために、（ＨＰＤＬＣ厚）＝Ｋ×（格子ピッチ）２を満たす関係式（ここで、Ｋは、範囲４〜１５μｍ−１を満たす定数を表わす。）に、ＨＰＤＬＣ厚と格子ピッチの値が設定されていること、上記光透過制御部材が、太陽光の透過を制御する太陽光透過制御窓材であること、を好ましい実施の態様としている。
【００１９】
本発明では、調光原理として、液晶がもつサーモトロピック性、すなわち、ネマティック−アイソトロピック（ＮＩ）相転移の屈折率異方性と等方性の変化を利用する。このような液晶は、低温で屈折率異方性を示すが、温度が上昇し、ＮＩ相転移することによって、光学的に等方性となり、この変化を、本発明の調光作用の基本原理とする。
【００２０】
更に、具体的には、これは、液晶とポリマーとを組み合わせて屈折率の空間分布を適切に調整した光回折格子（ポリマー分散型液晶（ＨＰＤＬＣ）回折素子）を形成し、温度変化により、ＮＩ転移点前後で光の進行方向が変えられる構造とすることで可能となる。そして、このような構造をシート状にするなどして窓材として窓に付随させ、これを通して、外部から室内への日射光量が温度変化によって、自律応答的に制御されるようにする。
【００２１】
本発明は、高分子分散液晶型ホログラフィック回折素子（ＨＰＤＬＣ回折素子）を用いた光透過制御素子であって、ＨＰＤＬＣ回折素子内に含まれる液晶のネマティック−アイソトロピック（ＮＩ）相転移の屈折率異方性と等方性の変化を調光原理として、特定の温度範囲で光透過率が変わり、かつ可視光の高透過性能を保持する点に特徴を有している。
【００２２】
本発明では、光の伝播方向あるいは偏光状態により透過率を変える役割を果たす光処理機能部が配置される。また、ＨＰＤＬＣ回折素子は、ＰあるいはＳ偏光のどちらか一方の回折光強度を優先的に温度で制御するように構成される。また、本発明では、上記光処理機能部として、視野角制限部材あるいは偏光選択部材、又はこれら両部材が回折光と非回折光の内の一つの光の透過を制御するように配置される。
【００２３】
また、本発明では、ＰあるいはＳ偏光のどちらか一方の回折光強度が優先的に、温度変化により変調されるＨＰＤＬＣ回折素子を２つ組み合わせて、視野角制限部材あるいは偏光選択部材、又はこれら両部材がＰとＳ両偏光の回折による光の透過を制御するように配置される。ＨＰＤＬＣ回折素子が、可視光波長域の透過率及び日射透過制御能の両方が高くなる条件としては、好適には、例えば、ＨＰＤＬＣ厚２〜５０μｍ、格子ピッチ０．３〜２．０μｍの範囲で構成する。
【００２４】
可視光波長域の透過率及び日射透過制御能を高めるために、（ＨＰＤＬＣ厚）＝Ｋ×（格子ピッチ）２を満たす関係式（ここで、Ｋは、範囲４〜１５μｍ−１を満たす定数を表わす。）に、ＨＰＤＬＣ厚と格子ピッチの値が設定することが好ましい。本発明では、好適には、０．０４を上回る異方性屈折率を有し、ネマティック−アイソトロピック（ＮＩ）相転移点を有する液晶材料からなるＨＰＤＬＣ回折素子を用いること、また、１０〜９０℃にＮＩ相転移点を有する液晶材料からなるＨＰＤＬＣ回折素子を用いることが好ましい。
【００２５】
ＨＰＤＬＣ回折素子は、温度変化にともなう光回折の発現・消失により、入射される光の一部の伝播方向を変える役割を有する。これは、回折格子を形成する液晶分子とポリマーの屈折率を適切に選択し、光学設計することで、温度変化による回折光の強度や偏光状態が制御されることを意味する。ＨＰＤＬＣ回折素子は、回折という光の波の性質を利用し、光の伝播方向を変える機能のみをもつ。したがって、回折光あるいは非回折光を適切に処理する必要があり、素子の形状やＨＰＤＬＣの設計に応じて、視野角制限部材や偏光選択部材など、角度や偏光状態により透過光量が可変である素子を光処理機能部として別途配置させることが好ましい。
【００２６】
偏光選択部材としては、いわゆる偏光板と呼ばれる特定の角度の直線偏光のみを透過するフィルターを利用でき、また、視野角制限部材としては、いくつかの手法が考えられるが、これらも、例えば、既に、視野角制限透過フィルム（通称、プライバシーフィルターと呼ばれたりするフィルム。）などの市販品を利用でき、これらの従来技術を適宜流用することが可能である（特開２００６−４７５５０号公報）。
【００２７】
本発明では、上記光透過制御素子は、単独で、又は当該光透過制御素子に対して、視野角制限部材や偏光選択部材を配置して、光透過制御部材（調光制御装置）を構築し、これを、例えば、窓部材として使用することができる。ＨＰＤＬＣ回折素子は、例えば、ＮＩ相転移点以下の低温（以下、単に「低温」と記載する。）では、Ｐ偏光が回折し、Ｓ偏光が回折しないように、また、ＮＩ相転移点を超えた高温（以下、単に「高温」と記載する。）では、Ｐ、Ｓ偏光ともに回折しないように設計することで、斜入射する太陽光線に最も機能する回折格子を作製することができる。
【００２８】
また、本発明では、複数のＨＰＤＬＣ回折素子を組み合わせて配置することで、例えば、低温では、２つのＨＰＤＬＣ回折素子でＰ、Ｓの両偏光を回折させ、高温では、どちらも回折させずに、そのまま直進透過させることが可能である。これらに、更に、視野角制限部材や偏光選択部材を組み合わせて、例えば、太陽光のうち、Ｐ偏光を、第１のＨＰＤＬＣ回折素子で回折させ、第２のＨＰＤＬＣ回折素子をそのまま透過させて、その後方にある視野角制限部材に垂直に入射させ、透過制限を受けずに室内まで到達させることが可能である。
【００２９】
一方、Ｓ偏光は、第１のＨＰＤＬＣ回折素子をそのまま透過させ、第２のＨＰＤＬＣ回折素子で回折させて、その後方の視野角制限部材に垂直入射させて、透過制限を受けずに、室内まで到達させることが可能である。また、高温では、Ｐ、Ｓ偏光ともに、第１及び第２のＨＰＤＬＣ回折素子のどちらにも回折させないで、直進透過させ、後方の視野角制限部材の視野角外に入射させ、ここで遮光させることが可能である。
【００３０】
また、本発明では、体積反射型格子を形成したＨＰＤＬＣ回折素子を単独で用いて、例えば、低温において、Ｓ偏光を室外方向に回折させ、Ｐ偏光をそのまま直進透過させ、室内に到達させ、高温において、Ｐ、Ｓ偏光ともに室外に回折させ、光を室内方向に到達させないようにすることができる。
【００３１】
上述のＰ、Ｓ偏光の回折、非回折（透過）については、ＨＰＤＬＣ回折素子内部の液晶分子とポリマーの屈折率ｎｐ、ｎｉ、ｎｏ及びｎｅを適宜選択して設定し（図１参照）、Ｐ、Ｓ偏光の回折、非回折の状態を当該ＨＰＤＬＣ回折素子と視野角制限部材あるいは偏光選択部材との組み合わせ、室外及び室内条件等を総合的に考慮して光学設計することで、任意に設定することができる。それにより、例えば、室外の温度が低いときには、太陽光を室内に入射させ、また、室外の温度が高いときには、遮光により、太陽光を室内に入射しないように設定することで、自立応答的な調光を行うことが可能となる。
【００３２】
従来、ＨＰＤＬＣ回折素子が、温度変化にともなう光回折の発現・消失により、ＮＩ転移点前後で光の進行方向が変わる液晶としての利用は公知である。しかし、従来、ＨＰＤＬＣ回折素子を、太陽光の調光制御部材として有効であるかどうかを確認したこと及び当該ＨＰＤＬＣ回折素子を用いた光透過制御部材については報告されていない。本発明は、上記ＨＰＤＬＣ回折素子を用いた光透過制御素子及び当該光透過制御素子の光透過制御部材としての新規用途を提供するものである。
【発明の効果】
【００３３】
本発明により、次のような効果が奏される。
（１）ＨＰＤＬＣ回折素子内に含まれる液晶のネマティック−アイソトロピック（ＮＩ）相転移を調光原理とする新しい光透過制御素子を提供できる。
（２）本発明により、特定の温度範囲で光透過率が変わり、かつ可視光の透過性が良好な光回折型の太陽光等の光透過制御素子を構築し、提供できる。
（３）上記光透過制御素子をガラスに形成した自動調光断熱窓材を作製し、提供できる。
（４）本発明により、例えば、建築物や自動車、列車、船舶、飛行機などの移動体に、省エネルギー、快適住居性能、採光性能などの機能を付加した光透過制御部材、新しい機能性自動調光断熱窓材及びその応用技術等を提供できる。
（５）上記光透過制御素子は、温度による光回折、偏光の変化を利用した計測センサーや（サーモ）スイッチに応用することができる。
（６）可視光波長域に調光機能を合わせることで、温度による室内外の模様換え（例えば、夏は青く、冬は赤系で目を楽しませること等）が可能となる。
（７）基板の１つを反射型にすることで、反射方向や偏光を温度によって変更する反射率制御が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
次に、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。
【実施例１】
【００３５】
本実施例では、透明ガラス基板２枚とスペーサービーズを用いて１０μｍのギャップを形成し、そこにメルク製液晶とモノマー、オリゴマー、光重合開始剤などの有機分子を流し込み、波長５３２ｎｍのレーザーで干渉露光することでＨＰＤＬＣ回折素子部を作製した。（文献：武田棟一、他、「液晶を用いた回折光学素子の作製と光学特性解析」、信学論Ｃ、Ｊ８９−Ｃ、Ｎｏ．１２５、２００６）。本発明の光透過制御部材は、このＨＰＤＬＣと、視野角制限部材（マイクロルーバーフィルム：スリーエム社製）を組み合わせて、ＨＰＤＬＣ回折素子部と視野角制限部とからなる体積型ＨＰＤＬＣ回折素子を用いた光透過制御部材（調光制御装置）を構築し、窓部材として配置することで実現される。尚、以下に示す実施例では、図１の構成例に基づいて、光透過制御素子及び部材をシミュレーションで設計、作製し、評価した結果について説明する。
【００３６】
上記ＨＰＤＬＣ回折素子は、ＮＩ相転移点以下の低温（単に「低温」と記述する。）では、Ｐ偏光が回折し、Ｓ偏光が回折しないように、また、ＮＩ転移を超えた高温（単に「高温」と記述する。）では、Ｐ、Ｓ偏光ともに回折しないように設計、作製した（図１（ａ）参照）。
【００３７】
図１に、体積型ＨＰＤＬＣ回折素子を用いた調光制御の構成例を示す。図１（ａ）は、本実施例の構成図である。これは、斜入射する太陽光に対応して、ＨＰＤＬＣ回折素子と視野角制限部材とを組み合わせたＰ偏光のみの調光システムの例である。すなわち、この構成では、斜入射する太陽光線に最も機能するように回折格子を設計し、作製した。図中に、液晶屈折率ｎｏ、ｎｅ、ｎｉの温度依存性とポリマーの設定屈折率ｎｐを示す。この場合、ＨＰＤＬＣ回折素子内部の屈折率をｎｐ＝ｎｉ≒ｎｏ＜ｎｅと設定した。構成図と併せて、以下に低温と高温での動作を説明する。
【００３８】
低温では、ｎｅとｎｐの屈折率差が大きいため、太陽光線のＰ偏光の大部分が回折する。回折光は、視野角制限部の面に対し、ほぼ垂直に入射し、透過制限を受けずに通過して、室内に到達する。一方、ｎｐは、ｎｏに近い値のため、太陽光線のＳ偏光成分は、ＨＰＤＬＣ回折素子部にほとんど回折されないで直進透過し、視野角制限部の視野角外で入射し、ここで遮光される。
【００３９】
高温では、ＮＩ転移によって、Ｐ、Ｓ偏光ともに液晶屈折率がｎｉとｎｐに近づくため、ＨＰＤＬＣ回折素子部は、回折能力を失う。その結果、Ｐ、Ｓ偏光ともに、そのまま直進透過し、その後方の視野角制限部によって遮光される。この例では、ＮＩ転移点を所定の温度範囲に設定することで、窓から室内に入射する太陽光の量を調光することが実現できる。
【実施例２】
【００４０】
本実施例では、実施例１と同様のＨＰＤＬＣ回折素子と視野角制限部材を組み合わせて、ＨＰＤＬＣ回折素子部と視野角制限部とからなる体積型ＨＰＤＬＣ回折素子を用いた調光制御装置を構成し、窓部材として配置した（図１（ｂ）参照）。２つのＨＰＤＬＣ回折素子部を配置することによって、Ｐ、Ｓ偏光の両者を低温で回折させるように設計し、作製した。
【００４１】
２つのＨＰＤＬＣ回折素子部でＰとＳの両偏光を回折させるには、幾つかの手法で実現できるが、ここでは、ＨＰＤＬＣ回折素子部内の屈折率をｎｐ＝ｎｉ≒ｎｏ＜ｎｅとし、更に、ＨＰＤＬＣ回折素子部２での液晶分子の配列方向が、ＨＰＤＬＣ回折素子部１のそれ（この場合、紙面内縦方向）に対して、９０°回転させ、紙面に対し垂直方向にした。
【００４２】
したがって、低温では、それぞれのＨＰＤＬＣ回折素子部１、２でＰ及びＳ偏光が回折され、高温では、回折せず、そのまま直進透過する。また、ＨＰＤＬＣ回折素子部１、２は、どちらが太陽光線の入射側に配置されていても構わない（図では、太陽光側からＰ偏光、次いで、Ｓ偏光を回折するように、ＨＰＤＬＣが配置されている。）。この構成では、実施例１と同様に、斜入射する太陽光線に対応している。
【００４３】
低温では、太陽光線のうち、Ｐ偏光は、ＨＰＤＬＣ回折素子部１で回折され、ＨＰＤＬＣ回折素子部２でそのまま透過して、その後方にある視野角制限部面にほぼ垂直で入射し、透過制限を受けずに、室内まで到達する。一方、Ｓ偏光は、ＨＰＤＬＣ回折素子部１ではそのまま透過し、ＨＰＤＬＣ回折素子部２で回折されて、その後方の視野角制限部に垂直入射して、これも透過制限を受けずに、室内まで到達する。高温では、Ｐ、Ｓ偏光ともに、ＨＰＤＬＣ回折素子部１と２のどちらにも回折されないで、直進透過し、後方の視野角制限部の視野角外で入射され、ここで遮光される。
【実施例３】
【００４４】
本実施例では、実施例１と同様のＨＰＤＬＣ回折素子と視野角制限部材を組み合わせて、ＨＰＤＬＣ回折素子部、視野角制限部とからなる体積型ＨＰＤＬＣ回折素子を用いた調光制御装置を構成し、窓部材として配置した（図１（ｃ）参照）。図１（ｃ）に、垂直入射する太陽光に対応して、ＨＰＤＬＣ回折素子部と視野角制限部を組み合わせた調光システムの例を示す。
【００４５】
ここでは、回折格子を構成する液晶とポリマーの屈折率をｎｉ≒ｎｏ＜ｎｅ＝ｎｐと設定し、ＨＰＤＬＣ回折素子部は、低温でＳ偏光のみ回折し、高温でＰ、Ｓ偏光ともに回折するように設計し、作製した。
【００４６】
低温では、Ｓ偏光が回折し、Ｐ偏光はそのまま直進透過する。その後方の視野角制限部では、回折されたＳ偏光を遮光し、非回折光であるＰ偏光は透過制限を受けずに通過する。高温では、ＨＰＤＬＣ回折素子部で、Ｐ、Ｓ偏光ともに回折される。回折された光は、後方の視野角制限部の視野角外で入射され、ここで遮光され、結果的に、室外には光は到達しない。
【実施例４】
【００４７】
本実施例では、反射型体積ＨＰＤＬＣ回折格子としたＨＰＤＬＣ回折素子を用いて、ＨＰＤＬＣ回折素子部のみからなる調光制御装置を構成し、窓部材として配置した（図１（ｄ）参照）。図１（ｄ）に反射型体積ＨＰＤＬＣ回折格子としたＨＰＤＬＣ回折素子部単独による調光システムの例を示す。回折格子を構成する液晶とポリマーの屈折率をｎｉ≒ｎｏ＜ｎｅ＝ｎｐと設定した点では、実施例３と同様であるが、回折光が反射方向（太陽入射に対して逆方向）へ回折されるように、回折格子の格子面方向が形成される。
【００４８】
実施例１から３では、体積透過型格子と呼ぶのに対して、これは、体積反射型格子と言う。温度による動作に関しては、実施例３と同様で、低温において、Ｓ偏光を回折し、Ｐ偏光が透過するのに対して、高温では、Ｐ、Ｓ偏光ともに回折される。低温では、太陽光線のＳ偏光を室外方向に回折し、Ｐ偏光はそのまま直進透過し、室内に到達する。高温では、Ｐ、Ｓ偏光ともに、室外に回折され、室内方向に到達する光はない。
【実施例５】
【００４９】
本実施例では、上記実施例１から実施例４で示した調光制御装置の構成で得られる光透過性能を、次の（１）から（４）に示す通り、評価した。
（１）波長、光入射角による回折効率の高さについて
（２）可視光波長域での透明性について
【００５０】
ＨＰＤＬＣ回折素子部に入射した光は、回折光と非回折光（透過光）とに分かれる。したがって、回折光強度を増やすと言うことは、すなわち、非回折光強度を低減することであり、ここで述べる回折効率は、非回折光の低減率に相当する。実際、これらの関係を見積もる際は、ＨＰＤＬＣ回折素子部の素子による反射や内部光損失などの影響を考慮する必要があるが、本発明の原理を説明する都合上、ここでは無視する。
【００５１】
波動光学理論に基づいて、回折効率ηと光波長λ及び入射角Δθとの関係を見積もって評価した。図２（ａ）から（ｄ）に、格子ピッチと厚さを変えたときの計算結果を一例として示す。ここで、入射角Δθは、回折効率が最大となる角度（これを、Ｂｒａｇｇ角と言う。）からの角度差とする。ＨＰＤＬＣの作製で設計可能なパラメータは、基本的に厚さｄ、格子ピッチλ、回折格子中の屈折率の変調振幅Δｎである。
【００５２】
図２で明らかなように、ｄが増加すると、主にηの波長分布が変わるのに対して、λが増加すると、ηは角度方向に分布を拡げる。そして、ηとλ及びΔθとの関係は、ｄ、λ、Δｎに強く依存する。実際に、ＨＰＤＬＣ回折素子を作製し、回折効率の測定を行って、回折効率η（％）と波長及び入射角との関係を計算によりシュミレーションした。
【００５３】
図３に、回折効率の角度依存性の測定結果を示す。すなわち、図３は、その一例で、ｄ＝１０μｍ、λ＝１μｍでＨＰＤＬＣ回折素子を作製し、回折効率の角度依存性を評価した結果である。実線は、内部光損失や反射などは考慮せずに見積もった計算結果である。ほぼ設計どおりにＨＰＤＬＣが形成されていることが分かった。
【００５４】
回折によって生じる非回折光の減少を、分光透過率測定により調べた。この実験では、ランダム偏光（すなわち、Ｐ及びＳ偏光がそれぞれ５０％存在）の光を入射しているのに対して、ＨＰＤＬＣ回折素子の回折では、偏光選択性があるため、各偏光成分で回折効率が１００％になったとすると、ランダム偏光の透過率は５０％減少することになる。実線及び破線は、ＮＩ相転移点を間に挟んだ低温（実際には、２７℃）と高温（９０℃）での分光透過率（それぞれ、ＴＬ（λ）、ＴＨ（λ）と記述する。）の測定結果である。
【００５５】
図４に、作製したＨＰＤＬＣ回折素子の分光透過率を示す。図４（ａ）から（ｃ）は、厚さｄ＝１０μｍの素子への入射角Δθを変えたときの結果であり、（ａ）は、入射角Δθを−２°、（ｂ）は入射角を０°、（ｃ）は入射角を＋２°と変えたときの測定結果である。（ｄ）は厚さｄ＝５μｍで入射角Δθ＝０°のときの結果である。また、入射角０°とし、２つのＨＰＤＬＣ回折素子を互いに直交させて光入射方向を軸として９０°回転して重ねて測定した結果を、図４（ｅ）に示す。更に、従来技術との比較として、図４（ｆ）に、ＶＯ２のサーモクロミック特性の測定結果も示す。図中、斜線塗りつぶしの曲線は、視感度係数φｌｕｍ（λ）と日射エネルギーφｓｏｌ（λ）を示す。
【００５６】
ＨＰＤＬＣ回折素子の場合、実線で示すように、低温では回折によりある特定の波長範囲で透過率が減少し、この分布は、Δθとともに波長方向にシフトする。一方、このＨＰＤＬＣ回折素子は、ＮＩ相転移点を上回ると回折能力が失われるように構成されているため、高温では回折光が消失して、透過率（非回折光強度に相当）が上昇する（太い破線参照）。斜線で示したＪＩＳ規格記載の日射エネルギーφｓｏｌ（λ）と透過率ＴＬ（λ）、ＴＨ（λ）とで、下記式により、日射透過制御能、が求められる。
【００５７】
【数１】
【００５８】
ここで、日射透過制御能とは、全波長にわたる太陽光の透過エネルギーを制御する性能の指標であり、例えば、ＨＰＤＬＣ回折素子が全波長にわたり透過率がＴＬ（λ）＝１、ＴＨ（λ）＝０と制御されるという理想条件を仮定すると、日射透過制御能は、最大値ΔＴｓｏｌ＝１となる。一方、波長４００〜７００ｎｍにわたる斜線部は、視感度係数φｌｕｍ（λ）である。対象となる素子の可視光透過能Ｔｌｕｍは、一般に、この視感度曲線と素子の透過率とから、以下の計算式、によって求まる。
【００５９】
【数２】
【００６０】
本発明での調光窓材としての重要な機能は、
＊室内に入射する太陽光輻射エネルギーの温度による制御性能、
＊室外の景色が見えるという点、すなわち、可視光の透過性能、
の二点で、これらは、それぞれ日射透過制御能ΔＴｓｏｌ及び可視光透過能Ｔｌｕｍに相当する。
【００６１】
表１に、実験試料での日射透過制御能と可視光透過能の結果を示す。表１は、図４で示した作製条件の異なるＨＰＤＬＣ回折素子の分光透過率から、式（１）と式（２）を用いて求めたΔＴｓｏｌ、Ｔｌｕｍである。比較のために、（ｆ）に、サーモクロミックＶＯ２での結果も示す。ＶＯ２のサーモクロミック特性は、基本的に、材料の本質で決まるため、この特性を制御することは簡単ではない。一方、ここで提案するＨＰＤＬＣ回折素子は、液晶分子やポリマーの材料選択、素子の厚み、格子ピッチなどの設計条件を変えることで、日射透過制御能と可視光透過能を幅広く変えることができ、目的や要望に柔軟に応えることが可能である。
【００６２】
【表１】
【００６３】
図５（ａ）、（ｂ）に、それぞれ日射透過制御能と可視光透過能と厚さｄ及び格子間ピッチλとの関係のシミュレーション結果を示す。ここでは、ＨＰＤＬＣの屈折率変調振幅Δｎ＝０．１とし、光が素子面垂直方向に対し±１０°の範囲で入射したときの角度平均で示している。すなわち、図は、Δｎ＝０．１と固定したときのｄ及びλと、ΔＴｓｏｌ及びＴｌｕｍとの関係を示すものである。一方、ＨＰＤＬＣ素子は、体積型であることがその性能を満たす光学的要請である。これは、Ｑパラメータ（文献：「ホログラフィーの原理」、Ｐ．ハリハラン著、吉川浩、他訳、オプトロニクス社、ｐｐ．２９−３９、２００４年）で評価され、理論的にはＱ≧１が最低限であるが、更に、実験的にＱ≧１０がより好適である。
【００６４】
図５（ｃ）は、このＱパラメータとｄ、λとの関係を示すもので、太線で示したＱ＝１０より下の領域が、ＨＰＤＬＣが好適となる条件になる。Ｑが大きくなるようにｄとλを選ぶと、ΔＴｓｏｌとＴｌｕｍは減少する傾向にあるため、この場合、結果的に、図５（ｃ）で示した太い曲線上でｄとλを選ぶことが、好適な性能が得られる条件となる。段落００１４の（９）に示した関係式は、この太線で示した曲線が根拠であり、式中の係数Ｋは、この関係曲線の幅に相当するトレーランスである。
【００６５】
ｄが増加するとΔＴｓｏｌは最大ピークを示した後、一定値に近づくのに対して、Ｔｌｕｍは周期的に変化し、その振幅は緩やかに減衰していく。一方、λを増加すると、ΔＴｓｏｌは基本的に緩やかに増加するのに対して、Ｔｌｕｍはｄの値により緩やかに増加あるいは減少する。これらの図から、好適な条件を検討すると、例えば、ｄ＝５μｍ、λ＝０．９μｍとすれば、ΔＴｓｏｌ＝３２％、Ｔｌｕｍ＝８５％、Ｑ＝１０と見積もることができる。本発明では、種々の条件を設定して、このようなシミュレーションをすることで、要求されるΔＴｓｏｌ、Ｔｌｕｍに合わせて素子を設計することができる。
【００６６】
（３）温度による透過率変化の制御性について
温度による透過率変化の制御性は、ＮＩ相転移温度の制御性そのものである。現在、市場には２０℃台から１００℃を超える広い範囲でＮＩ相転移点の異なる液晶が開発されており、これを流用することで達成できる。図６に、異なるＮＩ転移温度をもつ液晶を用いて作製したＨＰＤＬＣ回折素子の回折効率の温度依存性を示す。図中、ＰとＳは偏光状態を示し、ｕｐとｄｏｗｎはそれぞれ昇温及び降温過程で測定した結果を示す。
【００６７】
図６（ａ）から（ｃ）は、市販されている３つの異なるＮＩ相転移点をもつ液晶（メルク製）で作製したＨＰＤＬＣ回折素子の回折効率の温度依存性である。この場合、室温でＰ偏光が回折し、高温でＰ、Ｓともに回折されないように構成されているので、温度上昇とともにＰ偏光の回折光強度が減少して、全偏光での回折光強度がゼロに近づくことが分かる。
【００６８】
（４）回折及び非回折光の透過あるいは遮光能力について
基本的に、ＨＰＤＬＣ回折素子は、回折によって光の伝播方向を変えるだけであるため、回折方向によっては、光を適切に透過・遮断する素子が必要になる場合がある。視野角制御部材は、そのような機能をもつ素子の一つであり、プライバシーフィルムなどと言う名称で既に市販されており、これを流用することで達成できる。
【００６９】
図７に、市販されている視野角制御部材シート（スリーエム社のマイクロルーバーフィルム）での分光透過率の角度依存性を測定した結果を示す。垂直入射（角度０°に相当）から角度をつけるとともに、可視から近赤外波長域にわたる透過率が減少することが分かる。
【実施例６】
【００７０】
本実施例では、メルク製あるいは大日本インキ製の液晶材料（Ｋ−１５、ＲＤＰ−９８４８７）と、モノマー（ジメチロールトリシクロデカンジアクリレート、２−ヒドロキシエチルメタクリレート）、オリゴマー（フェニルグリシジルエーテルアクリレートヘキサメチレンジイソシアネートウレタンポリマ）、光重合開始剤（Ｎフェニルグリシン）、及び色素（ジブロモフルオレセイン）を表２のような重量比率（％）で攪拌混合し、それを出発原料とした。
【００７１】
ただし、原料調合としては、これらの材料や比率に制限されるものでなく、液晶材料として、他に、例えば、メルク製のＢＬ００５（ネマティック−アイソトロピック相転移点ＴＮＩ＝６４℃）やＫ−１８（ＴＮＩ＝２９℃）など、また、モノマーとしては、他に、ペンタブロモフェニルメタクリレートやジペンタエリスリトールペンタアクリレートや高分子液晶性モノマー、例えば、メルク製のＲＭ−２５７などを含めた多様な組み合わせでも使用することができる。
【００７２】
次に、透明ガラス基板２枚とスペーサービーズを用いて、５〜５０μｍの範囲で、いろいろな値で形成したギャップ間に前記の出発原料を流し込み、これを５０℃程度に温調しつつ、波長５３２ｎｍ、強度５ｍＷ／ｃｍ２程度のレーザで二光束干渉させて、約５分間露光することで、ＨＰＤＬＣ回折素子部を作製した。ここで示した露光時の条件（温度、照射波長、光強度、時間）は、一例であり、原料や組成により、これらの条件を適切に選ぶことが重要である。
【００７３】
図８に、前記条件で作製した試料の光学的評価の一例として、低温及び高温での透過スペクトルを示す。また、同図中に、日射エネルギーの波長分布と視感度（両者ともＪＩＳ規格：Ｒ３１０６に記載）も併せて示す。図８（ａ）から（ｃ）は、厚さを１０μｍで一定にし、格子ピッチを０．５から１．５μｍに変えて作製した試料の結果である。格子ピッチの変化により、低温、高温でのスペクトルは大きく変わる。
【００７４】
一方、図８（ｄ）は、低温から高温にわたってスペクトルが徐々に変化する様子を詳細に示している。素子の作製条件を適切に制御することで、図８（ｄ）に示すように、可視波長域で透過率を高く保ちつつ、且つ紫外と近赤外領域で温度変化にともなうスペクトル変化を大きくすることができる。図８（ｅ）は、液晶（ＢＬ０２４）と高分子液晶性モノマー（ＲＭ−２５７）との組み合わせで回折格子を形成し、透過率の温度特性を反転させた例である。温度上昇とともに、回折効率が増加し、特定の波長範囲で透過率が下がっている。これらの透過スペクトルの結果を、前述の式（１）と式（２）に適用して、日射制御能ΔＴｓｏｌと可視光透過能Ｔｌｕｍを求めた。
【００７５】
本実施例で作製した種々の格子構造での光学的評価の結果を表３にまとめて示す。表３（ａ）から（ｃ）は、図８（ａ）から（ｃ）に相当し、前記２つの性能（ΔＴｓｏｌ、Ｔｌｕｍ）と格子ピッチとの関係が記載されている。格子ピッチを適切な値に設定することで、日射制御能や可視光透過能を高めることができ、太陽光透過制御素子の特性を幅広い条件で設計することができる。また、表３（ｄ）は、図８（ｄ）の結果に対応し、日射制御能と可視光透過能の両者をバランス良く高めた例である。表３（ｅ）は、図８（ｅ）の結果に対応しており、温度特性が反転した場合でも調光性能が確保されていることが分かる。
【００７６】
この太陽光透過制御素子の動作温度については、作製条件や液晶の種類によって柔軟に調整することができる。図９に、透過率と温度との関係で、露光温度を変えて作製したＨＰＤＬＣ回折素子の結果を示す。この液晶材料（メルク：ＢＬ０２４）のＴＮＩは８１℃であるが、露光温度を変えることで、矢印に示すように転移温度がシフトし、透過率の温度に対する振る舞いを変えることが可能である。
【００７７】
一方、図１０に、回折効率と温度との関係で、より室温に近いＴＮＩをもつ液晶（本実施例では、Ｋ−１５、ＲＤＰ−９８４８７）における回折効率と温度との関係の例を示す。このように、種々のＴＮＩをもつ液晶材料が市販されており、これらを用いて更に作製条件を最適化することで、太陽光透過制御素子の温度特性を柔軟に制御することができる。表２は、出発原料の材料及び混合比率の一例を示したものであり、表３は、作製素子の太陽光透過制御素子の性能の評価例を示したものである。それぞれの値に対応する透過スペクトルは、図８（ａ）から（ｅ）に示されている。低温とは２０℃であり、高温とは（ａ）から（ｃ）及び（ｅ）で１００℃、（ｄ）では４０℃である。
【００７８】
【表２】
【００７９】
【表３】
【００８０】
前述のように、それぞれの値に対応する透過スペクトルは、図８（ａ）から（ｅ）に示されている。図８は、作製した素子の低温、高温時の分光透過率を示している。斜線で塗られた曲線はＪＩＳ規格Ｒ３１０６記載の日射エネルギーφｓｏｌ（λ）と視感度φｌｕｍ（λ）である。（ａ）から（ｃ）は、格子ピッチをそれぞれ０．５、１．０、１．５μｍと変えたときの測定結果である。（ｄ）は、可視域の透過率を高く保ったまま、紫外と近赤外波長域の変化が大きくなるように設計した結果である。また、（ｄ）では、温度とともに透過スペクトルが変わる様子が詳細に示されている。一方、（ｅ）は、温度特性が他のものと反転された結果である。これらのスペクトル変化から、前述の式（１）と（２）を用いて求めたΔＴｓｏｌ、Ｔｌｕｍが、表３に記載されている。
【００８１】
また、前述のように、図９は、透過率と温度との関係を示している。露光時の温度（作製温度）を変えることで、ＮＩ相転移によって生じると見られる透過率の温度依存性の屈曲点（矢印参照）を移動することができることが分かる。図１０は、回折効率と温度との関係を示している。より低いＮＩ相転移点（ＴＮＩ）をもつ液晶材料をＨＰＤＬＣ回折格子の原料とすることで、より室温付近で動作可能な調光素子を作製することができることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】体積型ＨＰＤＬＣ回折素子を用いた調光制御の構成例を示す。（ａ）は斜入射する太陽光に対応して、ＨＰＤＬＣ回折素子と視野角制限部材とを組み合わせたＰ偏光のみの調光システム例、（ｂ）は斜入射する太陽光に対応して、２つのＨＰＤＬＣ回折素子と視野角制限部材とを組み合わせたＰ、Ｓ両偏光の調光システム例、（ｃ）は垂直入射する太陽光に対応して、ＨＰＤＬＣ回折素子と視野角制限部材とを組み合わせた調光システム例、（ｄ）は反射型体積ＨＰＤＬＣ回折格子としＨＰＤＬＣ回折素子部単独による調光システム例、である。
【図２】回折効率η（％）と波長及び入射角との関係の計算例（異なるＨＰＤＬＣ部の厚さｄと格子ピッチλでの結果）を示す。
【図３】回折効率の角度依存性の測定結果を示す。波長５４４ｎｍ、ＨＰＤＬＣの厚さ１０μｍ、格子ピッチ１μｍで作製した。
【図４】作製したＨＰＤＬＣ回折素子の分光透過率を示す。厚さｄ＝１０μｍの素子で入射角Δθを（ａ）：−２°、（ｂ）：０°、（ｃ）：＋２°と変えたときの測定結果、（ｄ）はｄ＝５μｍ、入射角Δθ＝０°での結果、（ｅ）はｄ＝１０μｍの素子二枚を光入射方向を軸として９０°回転して重ね、Δθ＝０°で測定した結果、（ｆ）はＶＯ２薄膜のサーモクロミック特性の一例、である。図中の斜線塗りつぶしの曲線は、視感度係数φｌｕｍ（λ）と日射エネルギーφｓｏｌ（λ）、である。
【図５】日射透過制御能ΔＴｓｏｌ、可視光透過能Ｔｌｕｍ及びＱパラメータと、厚さｄ及び格子間ピッチλとの関係のシミュレーション結果を示す。ここでは、ＨＰＤＬＣの屈折率変調振幅Δｎ＝０．１とし、入射光が素子面垂直方向に対し±１０°の範囲で入ったときの各値の平均で示している。（ａ）はΔＴｓｏｌ、（ｂ）はＴｌｕｍである。（ｃ）はＱパラメータを示し、これは、ＨＰＤＬＣが体積型であることの指標で、理論的にはＱ≧１が要請されるが、実験的にはＱ≧１０（図中の太い曲線より下の領域）がより好適な条件となる。ここで、図（ａ）及び（ｂ）中の点線は、図（ｃ）の太曲線に対応している。
【図６】異なるＮＩ転移温度をもつ液晶を用いて作製したＨＰＤＬＣ回折素子の回折効率の温度依存性を示す。ＰとＳは偏光状態を示し、ｕｐとｄｏｗｎはそれぞれ昇温及び降温過程で測定した結果である。これら３つの液晶はメルクより一般に提供されている製品である。
【図７】スリーエム（３Ｍ）社から市販されているマイクロルーバーフィルムと呼ばれる視野角制限シートの分光透過率の角度依存性の測定結果を示す。
【図８】実施例６で作製した試料の光学的評価の一例である。低温及び高温での透過スペクトルを示す。図（ａ）から（ｃ）は、厚さを１０μｍで一定にし、格子ピッチを０．５から１．５μｍに変えて作製した試験の結果である。図（ｄ）は、低温から高温にわたってスペクトルが徐々に変化する様子を詳細に示している。図（ｅ）は、温度特性が他のものと反転された結果である。低温とは２０℃であり、高温とは（ａ）から（ｃ）及び（ｅ）で１００℃、（ｄ）では、４０℃である。
【図９】透過率と温度との関係で、露光温度を変えて作製したＨＰＤＬＣ回折素子の結果を示す。
【図１０】回折効率と温度との関係で、より低いＮＩ相転移点（ＴＮＩ）をもつ液晶材料をＨＰＤＬＣ回折格子の原料とすることで、より室温付近で動作可能な調光素子を作製できることを示している。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高分子分散液晶型ホログラフィック回折素子（以下、ＨＰＤＬＣ回折素子と記載する。）を用いた光透過制御素子及び当該光透過制御素子を含む光透過制御部材に関するものであり、更に詳しくは、上記ＨＰＤＬＣ回折素子を用いた、自動調光窓材等に好適に使用される光透過制御素子、ある特定の波長範囲で透過率制御できる性質を有し、この波長範囲を用途に応じて自在に変えることができる光透過制御素子、及び当該光透過制御素子を含む光透過制御部材、例えば、自動調光遮熱窓材、このような窓材を用いた調光及び空調の方法及び装置等に関するものである。
【０００２】
本発明は、例えば、建築物や自動車、列車、船舶、飛行機などの移動体に、省エネルギー、快適住居性能、採光性能などの機能を付加することを可能とする新しい光透過制御素子、当該光透過制御素子を用いた機能性自動調光遮熱窓材及びその応用技術等を提供するものである。
【背景技術】
【０００３】
従来、多くのサーモクロミック（熱着色型）材料が提案されているが、その中でも、ＶＯ２が環境応答型調光材料として有力候補である。そして、このＶＯ２を用いたサーモクロミック窓材が多く提案されており、これを、単独あるいは他の材料と組み合わせることで、可視波長域において、透明性を保持しつつ、主として近赤外、赤外波長域で、光透過率を温度によって制御することが実現されている（特許文献１、２）。
【０００４】
また、先行技術として、温度に対して、可逆的に透明状態と白濁遮光状態との間を変わる曇天現象を利用した調光技術が報告されている。例えば、ある温度を上回ると白濁化する水溶性化合物を溶解した水性組成物を、調光ガラスに積層した、低温では透明状態であるが、高温になると白濁し、散乱体となって可視波長域を含む広い波長範囲にわたって遮光するため、調光性能が高く、かつ調光温度も生活温度を含めて広い範囲で設定できるという利点を有する調光ガラスを使用した窓材が、開発されている（特許文献３）
【０００５】
しかし、ＶＯ２によるサーモクロミック窓材では、太陽光の室内への光量調整の性能の課題として、（１）可視透過性能が窓材としては低い、（２）調光性能に改善の余地がある、（３）調光温度が生活温度範囲より高い、という問題があるが、これらは、ＶＯ２がもつ材料の本質に強く結びつく問題であり、改善が簡単ではない。
【０００６】
上記（１）の問題は、ＶＯ２の光学バンドギャップが狭く、光吸収端の裾が波長５００ｎｍ付近まで迫っていることに起因する。また、これが要因で、可視透過率が全体に低いだけでなく、短波長側での透過率がより小さいため、茶黄色に着色する傾向がある。また、上記（２）の問題は、ＶＯ２のサーモクロミズムによる透過率変化が主に波長１０００ｎｍより長波長側にあることが理由である。地上に届く太陽光の強度は、可視から赤外にわたって波長とともに緩やかに減少する分布をもつ。
【０００７】
したがって、太陽光の輻射が大きい１０００ｎｍより短波長側で調光する方が近赤外及び赤外域でより効果的であるが、ＶＯ２の本質的な特徴であるサーモクロミック特性を変えることは容易ではない。上記（１）と（２）の問題を改善するためには、ＶＯ２薄膜を適切な屈折率をもつ媒質（例えば、ＴｉＯ２）膜によって挟んで、可視光反射防止とし、調光性能をできるだけ弱めずに可視域の透明度を上げることなどが行われているが、このような手法では、要望によっては不十分な場合がある（特許文献４、非特許文献１）。
【０００８】
更に、上記（３）の問題は、ＶＯ２の相転移温度が７０℃付近と、実生活の温度範囲（例えば、日本では、−１０から４０℃）より高いという意味であるが、これについては、不純物添加を始めとして、種々の方法で転移温度を低減する試みがなされている。しかし、転移温度の低下とともにサーモクロミズムによる透過率変化も減少するといった課題が残されている（非特許文献２、３)。
【０００９】
以上のように、従来技術では、ある程度まで調光性能が得られているが、これを実生活に導入するためには、更に改善の必要性が高く、ＶＯ２を用いて、この要望に応えるには不十分な点が残されているのが実情である。一方、曇天現象を利用した調光材料では、温度上昇にともなう光散乱の発生により可視波長域を含めて広い波長範囲で透過率が変わるため、調光性が非常に高く、また、調光温度についても、材料として生活温度域に合わせて設計されており、既に、実用化レベルに達している。しかしながら、調光の原理上、高温時には可視光においても不透明となるため、室外の景色を見る、あるいは採光するという、窓の基本機能が失われるという問題がある。
【００１０】
一方、従来、ホログラフィック光学素子及びそれを用いた部材に関する研究／開発例が種々報告されており、先行技術として、例えば、ホログラフィック高分子分散液晶光学素子及び画像表示装置（特許文献５）、調光層がマトリックス樹脂と液晶材料からなる液晶光学素子（特許文献６）、第１及び第２の絶縁性基板間に液晶を挟持した調光層を有する反射型液晶表示素子（特許文献７）、が提案されている。
【００１１】
更に、先行技術として、例えば、光吸収基板上に調光層が積層されている高解像度のホログラフィック型高分子分散液晶光学素子（特許文献８）、調光層を挟持した高電荷保持率のホログラフィック高分子分散液晶光学素子（特許文献９）、ホログラフィック光学素子を用いた投影型液晶表示装置（特許文献１０）、ホログラフィック表示装置（特許文献１１）、が提案されている。これらの先行技術は、いずれも、ホログラフィック光学素子を液晶表示装置に利用することを示すものである。
【００１２】
【特許文献１】特開２００４−４７９５号公報
【特許文献２】特開２００２−８６６０６号公報
【特許文献３】特開２０００−１５５３４５号公報
【特許文献４】特開２００３−９４５５１号公報
【特許文献５】特開２００３−３３７２９８号公報
【特許文献６】特開２０００−１４７４７８号公報
【特許文献７】特開平１１−５２３６４号公報
【特許文献８】特開平１１−３８３９２号公報
【特許文献９】特開平１１−２８０２号公報
【特許文献１０】特開平１０−１０４６１８号公報
【特許文献１１】特開平９−２２２５８３号公報
【非特許文献１】M. H. Lee, "Better thermochromic glazing of windows with anti-reflection coating", Thin Solid Films 365, 5 (2000)
【非特許文献２】W. Burkhardt, et al., "Tungsten and fluorine co-doping of VO2 films", Thin Solid Films 402, 226 (2002)
【非特許文献３】M. Soltani, et al., "Effects of Ti-W codoping on the optical and electrical switching of vanadium dioxide thin films grown by a reactive pulsed laser deposition", Appl. Phys. Lett. 85, 1958 (2004)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
このような状況の中で、本発明者らは、上記従来技術に鑑みて、日射透過量制御の性能が高く、かつ可視波長域で良好な透明性を保持できる新しい調光素子を開発することを目標として鋭意研究を積み重ねた結果、高分子分散液晶型ホログラフィック回折素子（ＨＰＤＬＣ回折素子）を用いて光透過制御素子を構築することで所期の目的を達成できるとの新規知見を得ることに成功して、本発明を完成させるに至った。本発明は、上記ＨＰＤＬＣ回折素子を調光に利用した、温度による日射透過量制御の性能が高く、かつ可視波長域で良好な透明性を保持できる新しい光透過制御素子及び当該調光素子を用いた光透過制御部材を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するための本発明は、以下の技術的手段から構成される。
（１）高分子分散液晶型ホログラフィック回折素子（ＨＰＤＬＣ回折素子）を用いた光透過制御素子であって、ＨＰＤＬＣ回折素子内に含まれる液晶のネマティック−アイソトロピック（ＮＩ）相転移による屈折率及び屈折率異方性−等方性の変化を利用して、特定の温度範囲で光の伝播方向あるいは偏光状態を変えて、それにより光の透過率を制御して調光を行うようにしたことを特徴とする光回折型の光透過制御素子。
（２）上記ＨＰＤＬＣ回折素子が、ＰあるいはＳ偏光のどちらか一方の回折光強度を優先的に温度で制御するように構成された、前記（１）記載の光透過制御素子。
（３）０．０４を上回る異方性屈折率を有し、ネマティック−アイソトロピック（ＮＩ）相転移点を有する液晶材料からなるＨＰＤＬＣ回折素子を用いてなる、前記（１）記載の光透過制御素子。
（４）１０〜９０℃にＮＩ相転移点を有する液晶材料からなるＨＰＤＬＣ回折素子を用いてなる、前記（３）記載の光透過制御素子。
（５）前記（１）から（４）のいずれかに記載の光透過制御素子を含み、当該光透過制御素子に対して、光の伝播方向あるいは偏光状態により透過率を変える役割を果たす光処理機能部が配置されたことを特徴とする光透過制御部材。
（６）上記光処理機能部として、視野角制限部材あるいは偏光選択部材、又はこれら両部材が回折光と非回折光の内の一つの光の透過を制御するように配置された、前記（５）記載の光透過制御部材。
（７）ＰあるいはＳ偏光のどちらか一方の回折光強度が優先的に、温度変化により変調されるＨＰＤＬＣ回折素子を２つ組み合わせて、視野角制限部材あるいは偏光選択部材、又はこれら両部材がＰとＳ両偏光の回折による光の透過を制御するように配置された、前記（６）記載の光透過制御部材。
（８）ＨＰＤＬＣ回折素子が、可視光波長域の透過率（可視光透過能）及び日射透過制御能の両性能が高くなる条件として、ＨＰＤＬＣ厚２〜５０μｍ、格子ピッチ０．３〜２．０μｍの範囲で構成された、前記（５）から（７）のいずれかに記載の光透過制御部材。
（９）可視光透過能及び日射透過制御能を高めるために、
（ＨＰＤＬＣ厚）＝Ｋ×（格子ピッチ）２
を満たす関係（ここで、Ｋは、範囲４〜１５μｍ−１を満たす定数。）に、ＨＰＤＬＣ厚と格子ピッチの値が設定されている、前記（８）記載の光透過制御部材。
（１０）上記光透過制御部材が、太陽光の透過を制御する太陽光透過制御窓材である、前記（５）から（９）のいずれかに記載の光透過制御部材。
【００１５】
次に、本発明について更に詳細に説明する。
本発明は、高分子分散液晶型ホログラフィック回折素子（ＨＰＤＬＣ回折素子）を用いた光回折型の光透過制御素子であって、ＨＰＤＬＣ回折素子内に含まれる液晶のネマティック−アイソトロピック（ＮＩ）相転移による屈折率異方性と等方性の変化を利用して、特定の温度範囲で光の伝播方向あるいは偏光状態を変えて、それにより光の透過性を制御して調光を行うようにしたことを特徴とするものである。
【００１６】
本発明では、上記ＨＰＤＬＣ回折素子が、ＰあるいはＳ偏光のどちらか一方の回折光強度を優先的に温度で制御するように構成されたこと、０．０４を上回る異方性屈折率を有し、ネマティック−アイソトロピック（ＮＩ）相転移点を有する液晶材料からなるＨＰＤＬＣ回折素子を用いてなること、１０〜９０℃にＮＩ相転移点を有する液晶材料からなるＨＰＤＬＣ回折素子を用いてなること、を好ましい実施の態様としている。
【００１７】
また、本発明では、上記光透過制御素子を含み、当該光透過制御素子に対して、光の伝播方向あるいは偏光状態により透過率を変える役割を果たす光処理機能部が配置されたこと、上記光処理機能部として、視野角制限部材あるいは偏光選択部材、又はこれら両部材が回折光と非回折光の内の一つの光の透過を制御するように配置されたこと、ＰあるいはＳ偏光のどちらか一方の回折光強度が優先的に、温度変化により変調されるＨＰＤＬＣ回折素子を２つ組み合わせて、視野角制限部材あるいは偏光選択部材、又はこれら両部材がＰとＳ両偏光の回折による光の透過を制御するように配置されたこと、を好ましい実施の態様としている。
【００１８】
更に、本発明では、ＨＰＤＬＣ回折素子が、可視光波長域の透過率及び日射透過制御能の両方が高くなる条件として、ＨＰＤＬＣ厚２〜５０μｍ、格子ピッチ０．３〜２．０μｍの範囲で構成されたこと、可視光透過能及び日射透過制御能を高めるために、（ＨＰＤＬＣ厚）＝Ｋ×（格子ピッチ）２を満たす関係式（ここで、Ｋは、範囲４〜１５μｍ−１を満たす定数を表わす。）に、ＨＰＤＬＣ厚と格子ピッチの値が設定されていること、上記光透過制御部材が、太陽光の透過を制御する太陽光透過制御窓材であること、を好ましい実施の態様としている。
【００１９】
本発明では、調光原理として、液晶がもつサーモトロピック性、すなわち、ネマティック−アイソトロピック（ＮＩ）相転移の屈折率異方性と等方性の変化を利用する。このような液晶は、低温で屈折率異方性を示すが、温度が上昇し、ＮＩ相転移することによって、光学的に等方性となり、この変化を、本発明の調光作用の基本原理とする。
【００２０】
更に、具体的には、これは、液晶とポリマーとを組み合わせて屈折率の空間分布を適切に調整した光回折格子（ポリマー分散型液晶（ＨＰＤＬＣ）回折素子）を形成し、温度変化により、ＮＩ転移点前後で光の進行方向が変えられる構造とすることで可能となる。そして、このような構造をシート状にするなどして窓材として窓に付随させ、これを通して、外部から室内への日射光量が温度変化によって、自律応答的に制御されるようにする。
【００２１】
本発明は、高分子分散液晶型ホログラフィック回折素子（ＨＰＤＬＣ回折素子）を用いた光透過制御素子であって、ＨＰＤＬＣ回折素子内に含まれる液晶のネマティック−アイソトロピック（ＮＩ）相転移の屈折率異方性と等方性の変化を調光原理として、特定の温度範囲で光透過率が変わり、かつ可視光の高透過性能を保持する点に特徴を有している。
【００２２】
本発明では、光の伝播方向あるいは偏光状態により透過率を変える役割を果たす光処理機能部が配置される。また、ＨＰＤＬＣ回折素子は、ＰあるいはＳ偏光のどちらか一方の回折光強度を優先的に温度で制御するように構成される。また、本発明では、上記光処理機能部として、視野角制限部材あるいは偏光選択部材、又はこれら両部材が回折光と非回折光の内の一つの光の透過を制御するように配置される。
【００２３】
また、本発明では、ＰあるいはＳ偏光のどちらか一方の回折光強度が優先的に、温度変化により変調されるＨＰＤＬＣ回折素子を２つ組み合わせて、視野角制限部材あるいは偏光選択部材、又はこれら両部材がＰとＳ両偏光の回折による光の透過を制御するように配置される。ＨＰＤＬＣ回折素子が、可視光波長域の透過率及び日射透過制御能の両方が高くなる条件としては、好適には、例えば、ＨＰＤＬＣ厚２〜５０μｍ、格子ピッチ０．３〜２．０μｍの範囲で構成する。
【００２４】
可視光波長域の透過率及び日射透過制御能を高めるために、（ＨＰＤＬＣ厚）＝Ｋ×（格子ピッチ）２を満たす関係式（ここで、Ｋは、範囲４〜１５μｍ−１を満たす定数を表わす。）に、ＨＰＤＬＣ厚と格子ピッチの値が設定することが好ましい。本発明では、好適には、０．０４を上回る異方性屈折率を有し、ネマティック−アイソトロピック（ＮＩ）相転移点を有する液晶材料からなるＨＰＤＬＣ回折素子を用いること、また、１０〜９０℃にＮＩ相転移点を有する液晶材料からなるＨＰＤＬＣ回折素子を用いることが好ましい。
【００２５】
ＨＰＤＬＣ回折素子は、温度変化にともなう光回折の発現・消失により、入射される光の一部の伝播方向を変える役割を有する。これは、回折格子を形成する液晶分子とポリマーの屈折率を適切に選択し、光学設計することで、温度変化による回折光の強度や偏光状態が制御されることを意味する。ＨＰＤＬＣ回折素子は、回折という光の波の性質を利用し、光の伝播方向を変える機能のみをもつ。したがって、回折光あるいは非回折光を適切に処理する必要があり、素子の形状やＨＰＤＬＣの設計に応じて、視野角制限部材や偏光選択部材など、角度や偏光状態により透過光量が可変である素子を光処理機能部として別途配置させることが好ましい。
【００２６】
偏光選択部材としては、いわゆる偏光板と呼ばれる特定の角度の直線偏光のみを透過するフィルターを利用でき、また、視野角制限部材としては、いくつかの手法が考えられるが、これらも、例えば、既に、視野角制限透過フィルム（通称、プライバシーフィルターと呼ばれたりするフィルム。）などの市販品を利用でき、これらの従来技術を適宜流用することが可能である（特開２００６−４７５５０号公報）。
【００２７】
本発明では、上記光透過制御素子は、単独で、又は当該光透過制御素子に対して、視野角制限部材や偏光選択部材を配置して、光透過制御部材（調光制御装置）を構築し、これを、例えば、窓部材として使用することができる。ＨＰＤＬＣ回折素子は、例えば、ＮＩ相転移点以下の低温（以下、単に「低温」と記載する。）では、Ｐ偏光が回折し、Ｓ偏光が回折しないように、また、ＮＩ相転移点を超えた高温（以下、単に「高温」と記載する。）では、Ｐ、Ｓ偏光ともに回折しないように設計することで、斜入射する太陽光線に最も機能する回折格子を作製することができる。
【００２８】
また、本発明では、複数のＨＰＤＬＣ回折素子を組み合わせて配置することで、例えば、低温では、２つのＨＰＤＬＣ回折素子でＰ、Ｓの両偏光を回折させ、高温では、どちらも回折させずに、そのまま直進透過させることが可能である。これらに、更に、視野角制限部材や偏光選択部材を組み合わせて、例えば、太陽光のうち、Ｐ偏光を、第１のＨＰＤＬＣ回折素子で回折させ、第２のＨＰＤＬＣ回折素子をそのまま透過させて、その後方にある視野角制限部材に垂直に入射させ、透過制限を受けずに室内まで到達させることが可能である。
【００２９】
一方、Ｓ偏光は、第１のＨＰＤＬＣ回折素子をそのまま透過させ、第２のＨＰＤＬＣ回折素子で回折させて、その後方の視野角制限部材に垂直入射させて、透過制限を受けずに、室内まで到達させることが可能である。また、高温では、Ｐ、Ｓ偏光ともに、第１及び第２のＨＰＤＬＣ回折素子のどちらにも回折させないで、直進透過させ、後方の視野角制限部材の視野角外に入射させ、ここで遮光させることが可能である。
【００３０】
また、本発明では、体積反射型格子を形成したＨＰＤＬＣ回折素子を単独で用いて、例えば、低温において、Ｓ偏光を室外方向に回折させ、Ｐ偏光をそのまま直進透過させ、室内に到達させ、高温において、Ｐ、Ｓ偏光ともに室外に回折させ、光を室内方向に到達させないようにすることができる。
【００３１】
上述のＰ、Ｓ偏光の回折、非回折（透過）については、ＨＰＤＬＣ回折素子内部の液晶分子とポリマーの屈折率ｎｐ、ｎｉ、ｎｏ及びｎｅを適宜選択して設定し（図１参照）、Ｐ、Ｓ偏光の回折、非回折の状態を当該ＨＰＤＬＣ回折素子と視野角制限部材あるいは偏光選択部材との組み合わせ、室外及び室内条件等を総合的に考慮して光学設計することで、任意に設定することができる。それにより、例えば、室外の温度が低いときには、太陽光を室内に入射させ、また、室外の温度が高いときには、遮光により、太陽光を室内に入射しないように設定することで、自立応答的な調光を行うことが可能となる。
【００３２】
従来、ＨＰＤＬＣ回折素子が、温度変化にともなう光回折の発現・消失により、ＮＩ転移点前後で光の進行方向が変わる液晶としての利用は公知である。しかし、従来、ＨＰＤＬＣ回折素子を、太陽光の調光制御部材として有効であるかどうかを確認したこと及び当該ＨＰＤＬＣ回折素子を用いた光透過制御部材については報告されていない。本発明は、上記ＨＰＤＬＣ回折素子を用いた光透過制御素子及び当該光透過制御素子の光透過制御部材としての新規用途を提供するものである。
【発明の効果】
【００３３】
本発明により、次のような効果が奏される。
（１）ＨＰＤＬＣ回折素子内に含まれる液晶のネマティック−アイソトロピック（ＮＩ）相転移を調光原理とする新しい光透過制御素子を提供できる。
（２）本発明により、特定の温度範囲で光透過率が変わり、かつ可視光の透過性が良好な光回折型の太陽光等の光透過制御素子を構築し、提供できる。
（３）上記光透過制御素子をガラスに形成した自動調光断熱窓材を作製し、提供できる。
（４）本発明により、例えば、建築物や自動車、列車、船舶、飛行機などの移動体に、省エネルギー、快適住居性能、採光性能などの機能を付加した光透過制御部材、新しい機能性自動調光断熱窓材及びその応用技術等を提供できる。
（５）上記光透過制御素子は、温度による光回折、偏光の変化を利用した計測センサーや（サーモ）スイッチに応用することができる。
（６）可視光波長域に調光機能を合わせることで、温度による室内外の模様換え（例えば、夏は青く、冬は赤系で目を楽しませること等）が可能となる。
（７）基板の１つを反射型にすることで、反射方向や偏光を温度によって変更する反射率制御が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
次に、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。
【実施例１】
【００３５】
本実施例では、透明ガラス基板２枚とスペーサービーズを用いて１０μｍのギャップを形成し、そこにメルク製液晶とモノマー、オリゴマー、光重合開始剤などの有機分子を流し込み、波長５３２ｎｍのレーザーで干渉露光することでＨＰＤＬＣ回折素子部を作製した。（文献：武田棟一、他、「液晶を用いた回折光学素子の作製と光学特性解析」、信学論Ｃ、Ｊ８９−Ｃ、Ｎｏ．１２５、２００６）。本発明の光透過制御部材は、このＨＰＤＬＣと、視野角制限部材（マイクロルーバーフィルム：スリーエム社製）を組み合わせて、ＨＰＤＬＣ回折素子部と視野角制限部とからなる体積型ＨＰＤＬＣ回折素子を用いた光透過制御部材（調光制御装置）を構築し、窓部材として配置することで実現される。尚、以下に示す実施例では、図１の構成例に基づいて、光透過制御素子及び部材をシミュレーションで設計、作製し、評価した結果について説明する。
【００３６】
上記ＨＰＤＬＣ回折素子は、ＮＩ相転移点以下の低温（単に「低温」と記述する。）では、Ｐ偏光が回折し、Ｓ偏光が回折しないように、また、ＮＩ転移を超えた高温（単に「高温」と記述する。）では、Ｐ、Ｓ偏光ともに回折しないように設計、作製した（図１（ａ）参照）。
【００３７】
図１に、体積型ＨＰＤＬＣ回折素子を用いた調光制御の構成例を示す。図１（ａ）は、本実施例の構成図である。これは、斜入射する太陽光に対応して、ＨＰＤＬＣ回折素子と視野角制限部材とを組み合わせたＰ偏光のみの調光システムの例である。すなわち、この構成では、斜入射する太陽光線に最も機能するように回折格子を設計し、作製した。図中に、液晶屈折率ｎｏ、ｎｅ、ｎｉの温度依存性とポリマーの設定屈折率ｎｐを示す。この場合、ＨＰＤＬＣ回折素子内部の屈折率をｎｐ＝ｎｉ≒ｎｏ＜ｎｅと設定した。構成図と併せて、以下に低温と高温での動作を説明する。
【００３８】
低温では、ｎｅとｎｐの屈折率差が大きいため、太陽光線のＰ偏光の大部分が回折する。回折光は、視野角制限部の面に対し、ほぼ垂直に入射し、透過制限を受けずに通過して、室内に到達する。一方、ｎｐは、ｎｏに近い値のため、太陽光線のＳ偏光成分は、ＨＰＤＬＣ回折素子部にほとんど回折されないで直進透過し、視野角制限部の視野角外で入射し、ここで遮光される。
【００３９】
高温では、ＮＩ転移によって、Ｐ、Ｓ偏光ともに液晶屈折率がｎｉとｎｐに近づくため、ＨＰＤＬＣ回折素子部は、回折能力を失う。その結果、Ｐ、Ｓ偏光ともに、そのまま直進透過し、その後方の視野角制限部によって遮光される。この例では、ＮＩ転移点を所定の温度範囲に設定することで、窓から室内に入射する太陽光の量を調光することが実現できる。
【実施例２】
【００４０】
本実施例では、実施例１と同様のＨＰＤＬＣ回折素子と視野角制限部材を組み合わせて、ＨＰＤＬＣ回折素子部と視野角制限部とからなる体積型ＨＰＤＬＣ回折素子を用いた調光制御装置を構成し、窓部材として配置した（図１（ｂ）参照）。２つのＨＰＤＬＣ回折素子部を配置することによって、Ｐ、Ｓ偏光の両者を低温で回折させるように設計し、作製した。
【００４１】
２つのＨＰＤＬＣ回折素子部でＰとＳの両偏光を回折させるには、幾つかの手法で実現できるが、ここでは、ＨＰＤＬＣ回折素子部内の屈折率をｎｐ＝ｎｉ≒ｎｏ＜ｎｅとし、更に、ＨＰＤＬＣ回折素子部２での液晶分子の配列方向が、ＨＰＤＬＣ回折素子部１のそれ（この場合、紙面内縦方向）に対して、９０°回転させ、紙面に対し垂直方向にした。
【００４２】
したがって、低温では、それぞれのＨＰＤＬＣ回折素子部１、２でＰ及びＳ偏光が回折され、高温では、回折せず、そのまま直進透過する。また、ＨＰＤＬＣ回折素子部１、２は、どちらが太陽光線の入射側に配置されていても構わない（図では、太陽光側からＰ偏光、次いで、Ｓ偏光を回折するように、ＨＰＤＬＣが配置されている。）。この構成では、実施例１と同様に、斜入射する太陽光線に対応している。
【００４３】
低温では、太陽光線のうち、Ｐ偏光は、ＨＰＤＬＣ回折素子部１で回折され、ＨＰＤＬＣ回折素子部２でそのまま透過して、その後方にある視野角制限部面にほぼ垂直で入射し、透過制限を受けずに、室内まで到達する。一方、Ｓ偏光は、ＨＰＤＬＣ回折素子部１ではそのまま透過し、ＨＰＤＬＣ回折素子部２で回折されて、その後方の視野角制限部に垂直入射して、これも透過制限を受けずに、室内まで到達する。高温では、Ｐ、Ｓ偏光ともに、ＨＰＤＬＣ回折素子部１と２のどちらにも回折されないで、直進透過し、後方の視野角制限部の視野角外で入射され、ここで遮光される。
【実施例３】
【００４４】
本実施例では、実施例１と同様のＨＰＤＬＣ回折素子と視野角制限部材を組み合わせて、ＨＰＤＬＣ回折素子部、視野角制限部とからなる体積型ＨＰＤＬＣ回折素子を用いた調光制御装置を構成し、窓部材として配置した（図１（ｃ）参照）。図１（ｃ）に、垂直入射する太陽光に対応して、ＨＰＤＬＣ回折素子部と視野角制限部を組み合わせた調光システムの例を示す。
【００４５】
ここでは、回折格子を構成する液晶とポリマーの屈折率をｎｉ≒ｎｏ＜ｎｅ＝ｎｐと設定し、ＨＰＤＬＣ回折素子部は、低温でＳ偏光のみ回折し、高温でＰ、Ｓ偏光ともに回折するように設計し、作製した。
【００４６】
低温では、Ｓ偏光が回折し、Ｐ偏光はそのまま直進透過する。その後方の視野角制限部では、回折されたＳ偏光を遮光し、非回折光であるＰ偏光は透過制限を受けずに通過する。高温では、ＨＰＤＬＣ回折素子部で、Ｐ、Ｓ偏光ともに回折される。回折された光は、後方の視野角制限部の視野角外で入射され、ここで遮光され、結果的に、室外には光は到達しない。
【実施例４】
【００４７】
本実施例では、反射型体積ＨＰＤＬＣ回折格子としたＨＰＤＬＣ回折素子を用いて、ＨＰＤＬＣ回折素子部のみからなる調光制御装置を構成し、窓部材として配置した（図１（ｄ）参照）。図１（ｄ）に反射型体積ＨＰＤＬＣ回折格子としたＨＰＤＬＣ回折素子部単独による調光システムの例を示す。回折格子を構成する液晶とポリマーの屈折率をｎｉ≒ｎｏ＜ｎｅ＝ｎｐと設定した点では、実施例３と同様であるが、回折光が反射方向（太陽入射に対して逆方向）へ回折されるように、回折格子の格子面方向が形成される。
【００４８】
実施例１から３では、体積透過型格子と呼ぶのに対して、これは、体積反射型格子と言う。温度による動作に関しては、実施例３と同様で、低温において、Ｓ偏光を回折し、Ｐ偏光が透過するのに対して、高温では、Ｐ、Ｓ偏光ともに回折される。低温では、太陽光線のＳ偏光を室外方向に回折し、Ｐ偏光はそのまま直進透過し、室内に到達する。高温では、Ｐ、Ｓ偏光ともに、室外に回折され、室内方向に到達する光はない。
【実施例５】
【００４９】
本実施例では、上記実施例１から実施例４で示した調光制御装置の構成で得られる光透過性能を、次の（１）から（４）に示す通り、評価した。
（１）波長、光入射角による回折効率の高さについて
（２）可視光波長域での透明性について
【００５０】
ＨＰＤＬＣ回折素子部に入射した光は、回折光と非回折光（透過光）とに分かれる。したがって、回折光強度を増やすと言うことは、すなわち、非回折光強度を低減することであり、ここで述べる回折効率は、非回折光の低減率に相当する。実際、これらの関係を見積もる際は、ＨＰＤＬＣ回折素子部の素子による反射や内部光損失などの影響を考慮する必要があるが、本発明の原理を説明する都合上、ここでは無視する。
【００５１】
波動光学理論に基づいて、回折効率ηと光波長λ及び入射角Δθとの関係を見積もって評価した。図２（ａ）から（ｄ）に、格子ピッチと厚さを変えたときの計算結果を一例として示す。ここで、入射角Δθは、回折効率が最大となる角度（これを、Ｂｒａｇｇ角と言う。）からの角度差とする。ＨＰＤＬＣの作製で設計可能なパラメータは、基本的に厚さｄ、格子ピッチλ、回折格子中の屈折率の変調振幅Δｎである。
【００５２】
図２で明らかなように、ｄが増加すると、主にηの波長分布が変わるのに対して、λが増加すると、ηは角度方向に分布を拡げる。そして、ηとλ及びΔθとの関係は、ｄ、λ、Δｎに強く依存する。実際に、ＨＰＤＬＣ回折素子を作製し、回折効率の測定を行って、回折効率η（％）と波長及び入射角との関係を計算によりシュミレーションした。
【００５３】
図３に、回折効率の角度依存性の測定結果を示す。すなわち、図３は、その一例で、ｄ＝１０μｍ、λ＝１μｍでＨＰＤＬＣ回折素子を作製し、回折効率の角度依存性を評価した結果である。実線は、内部光損失や反射などは考慮せずに見積もった計算結果である。ほぼ設計どおりにＨＰＤＬＣが形成されていることが分かった。
【００５４】
回折によって生じる非回折光の減少を、分光透過率測定により調べた。この実験では、ランダム偏光（すなわち、Ｐ及びＳ偏光がそれぞれ５０％存在）の光を入射しているのに対して、ＨＰＤＬＣ回折素子の回折では、偏光選択性があるため、各偏光成分で回折効率が１００％になったとすると、ランダム偏光の透過率は５０％減少することになる。実線及び破線は、ＮＩ相転移点を間に挟んだ低温（実際には、２７℃）と高温（９０℃）での分光透過率（それぞれ、ＴＬ（λ）、ＴＨ（λ）と記述する。）の測定結果である。
【００５５】
図４に、作製したＨＰＤＬＣ回折素子の分光透過率を示す。図４（ａ）から（ｃ）は、厚さｄ＝１０μｍの素子への入射角Δθを変えたときの結果であり、（ａ）は、入射角Δθを−２°、（ｂ）は入射角を０°、（ｃ）は入射角を＋２°と変えたときの測定結果である。（ｄ）は厚さｄ＝５μｍで入射角Δθ＝０°のときの結果である。また、入射角０°とし、２つのＨＰＤＬＣ回折素子を互いに直交させて光入射方向を軸として９０°回転して重ねて測定した結果を、図４（ｅ）に示す。更に、従来技術との比較として、図４（ｆ）に、ＶＯ２のサーモクロミック特性の測定結果も示す。図中、斜線塗りつぶしの曲線は、視感度係数φｌｕｍ（λ）と日射エネルギーφｓｏｌ（λ）を示す。
【００５６】
ＨＰＤＬＣ回折素子の場合、実線で示すように、低温では回折によりある特定の波長範囲で透過率が減少し、この分布は、Δθとともに波長方向にシフトする。一方、このＨＰＤＬＣ回折素子は、ＮＩ相転移点を上回ると回折能力が失われるように構成されているため、高温では回折光が消失して、透過率（非回折光強度に相当）が上昇する（太い破線参照）。斜線で示したＪＩＳ規格記載の日射エネルギーφｓｏｌ（λ）と透過率ＴＬ（λ）、ＴＨ（λ）とで、下記式により、日射透過制御能、が求められる。
【００５７】
【数１】
【００５８】
ここで、日射透過制御能とは、全波長にわたる太陽光の透過エネルギーを制御する性能の指標であり、例えば、ＨＰＤＬＣ回折素子が全波長にわたり透過率がＴＬ（λ）＝１、ＴＨ（λ）＝０と制御されるという理想条件を仮定すると、日射透過制御能は、最大値ΔＴｓｏｌ＝１となる。一方、波長４００〜７００ｎｍにわたる斜線部は、視感度係数φｌｕｍ（λ）である。対象となる素子の可視光透過能Ｔｌｕｍは、一般に、この視感度曲線と素子の透過率とから、以下の計算式、によって求まる。
【００５９】
【数２】
【００６０】
本発明での調光窓材としての重要な機能は、
＊室内に入射する太陽光輻射エネルギーの温度による制御性能、
＊室外の景色が見えるという点、すなわち、可視光の透過性能、
の二点で、これらは、それぞれ日射透過制御能ΔＴｓｏｌ及び可視光透過能Ｔｌｕｍに相当する。
【００６１】
表１に、実験試料での日射透過制御能と可視光透過能の結果を示す。表１は、図４で示した作製条件の異なるＨＰＤＬＣ回折素子の分光透過率から、式（１）と式（２）を用いて求めたΔＴｓｏｌ、Ｔｌｕｍである。比較のために、（ｆ）に、サーモクロミックＶＯ２での結果も示す。ＶＯ２のサーモクロミック特性は、基本的に、材料の本質で決まるため、この特性を制御することは簡単ではない。一方、ここで提案するＨＰＤＬＣ回折素子は、液晶分子やポリマーの材料選択、素子の厚み、格子ピッチなどの設計条件を変えることで、日射透過制御能と可視光透過能を幅広く変えることができ、目的や要望に柔軟に応えることが可能である。
【００６２】
【表１】
【００６３】
図５（ａ）、（ｂ）に、それぞれ日射透過制御能と可視光透過能と厚さｄ及び格子間ピッチλとの関係のシミュレーション結果を示す。ここでは、ＨＰＤＬＣの屈折率変調振幅Δｎ＝０．１とし、光が素子面垂直方向に対し±１０°の範囲で入射したときの角度平均で示している。すなわち、図は、Δｎ＝０．１と固定したときのｄ及びλと、ΔＴｓｏｌ及びＴｌｕｍとの関係を示すものである。一方、ＨＰＤＬＣ素子は、体積型であることがその性能を満たす光学的要請である。これは、Ｑパラメータ（文献：「ホログラフィーの原理」、Ｐ．ハリハラン著、吉川浩、他訳、オプトロニクス社、ｐｐ．２９−３９、２００４年）で評価され、理論的にはＱ≧１が最低限であるが、更に、実験的にＱ≧１０がより好適である。
【００６４】
図５（ｃ）は、このＱパラメータとｄ、λとの関係を示すもので、太線で示したＱ＝１０より下の領域が、ＨＰＤＬＣが好適となる条件になる。Ｑが大きくなるようにｄとλを選ぶと、ΔＴｓｏｌとＴｌｕｍは減少する傾向にあるため、この場合、結果的に、図５（ｃ）で示した太い曲線上でｄとλを選ぶことが、好適な性能が得られる条件となる。段落００１４の（９）に示した関係式は、この太線で示した曲線が根拠であり、式中の係数Ｋは、この関係曲線の幅に相当するトレーランスである。
【００６５】
ｄが増加するとΔＴｓｏｌは最大ピークを示した後、一定値に近づくのに対して、Ｔｌｕｍは周期的に変化し、その振幅は緩やかに減衰していく。一方、λを増加すると、ΔＴｓｏｌは基本的に緩やかに増加するのに対して、Ｔｌｕｍはｄの値により緩やかに増加あるいは減少する。これらの図から、好適な条件を検討すると、例えば、ｄ＝５μｍ、λ＝０．９μｍとすれば、ΔＴｓｏｌ＝３２％、Ｔｌｕｍ＝８５％、Ｑ＝１０と見積もることができる。本発明では、種々の条件を設定して、このようなシミュレーションをすることで、要求されるΔＴｓｏｌ、Ｔｌｕｍに合わせて素子を設計することができる。
【００６６】
（３）温度による透過率変化の制御性について
温度による透過率変化の制御性は、ＮＩ相転移温度の制御性そのものである。現在、市場には２０℃台から１００℃を超える広い範囲でＮＩ相転移点の異なる液晶が開発されており、これを流用することで達成できる。図６に、異なるＮＩ転移温度をもつ液晶を用いて作製したＨＰＤＬＣ回折素子の回折効率の温度依存性を示す。図中、ＰとＳは偏光状態を示し、ｕｐとｄｏｗｎはそれぞれ昇温及び降温過程で測定した結果を示す。
【００６７】
図６（ａ）から（ｃ）は、市販されている３つの異なるＮＩ相転移点をもつ液晶（メルク製）で作製したＨＰＤＬＣ回折素子の回折効率の温度依存性である。この場合、室温でＰ偏光が回折し、高温でＰ、Ｓともに回折されないように構成されているので、温度上昇とともにＰ偏光の回折光強度が減少して、全偏光での回折光強度がゼロに近づくことが分かる。
【００６８】
（４）回折及び非回折光の透過あるいは遮光能力について
基本的に、ＨＰＤＬＣ回折素子は、回折によって光の伝播方向を変えるだけであるため、回折方向によっては、光を適切に透過・遮断する素子が必要になる場合がある。視野角制御部材は、そのような機能をもつ素子の一つであり、プライバシーフィルムなどと言う名称で既に市販されており、これを流用することで達成できる。
【００６９】
図７に、市販されている視野角制御部材シート（スリーエム社のマイクロルーバーフィルム）での分光透過率の角度依存性を測定した結果を示す。垂直入射（角度０°に相当）から角度をつけるとともに、可視から近赤外波長域にわたる透過率が減少することが分かる。
【実施例６】
【００７０】
本実施例では、メルク製あるいは大日本インキ製の液晶材料（Ｋ−１５、ＲＤＰ−９８４８７）と、モノマー（ジメチロールトリシクロデカンジアクリレート、２−ヒドロキシエチルメタクリレート）、オリゴマー（フェニルグリシジルエーテルアクリレートヘキサメチレンジイソシアネートウレタンポリマ）、光重合開始剤（Ｎフェニルグリシン）、及び色素（ジブロモフルオレセイン）を表２のような重量比率（％）で攪拌混合し、それを出発原料とした。
【００７１】
ただし、原料調合としては、これらの材料や比率に制限されるものでなく、液晶材料として、他に、例えば、メルク製のＢＬ００５（ネマティック−アイソトロピック相転移点ＴＮＩ＝６４℃）やＫ−１８（ＴＮＩ＝２９℃）など、また、モノマーとしては、他に、ペンタブロモフェニルメタクリレートやジペンタエリスリトールペンタアクリレートや高分子液晶性モノマー、例えば、メルク製のＲＭ−２５７などを含めた多様な組み合わせでも使用することができる。
【００７２】
次に、透明ガラス基板２枚とスペーサービーズを用いて、５〜５０μｍの範囲で、いろいろな値で形成したギャップ間に前記の出発原料を流し込み、これを５０℃程度に温調しつつ、波長５３２ｎｍ、強度５ｍＷ／ｃｍ２程度のレーザで二光束干渉させて、約５分間露光することで、ＨＰＤＬＣ回折素子部を作製した。ここで示した露光時の条件（温度、照射波長、光強度、時間）は、一例であり、原料や組成により、これらの条件を適切に選ぶことが重要である。
【００７３】
図８に、前記条件で作製した試料の光学的評価の一例として、低温及び高温での透過スペクトルを示す。また、同図中に、日射エネルギーの波長分布と視感度（両者ともＪＩＳ規格：Ｒ３１０６に記載）も併せて示す。図８（ａ）から（ｃ）は、厚さを１０μｍで一定にし、格子ピッチを０．５から１．５μｍに変えて作製した試料の結果である。格子ピッチの変化により、低温、高温でのスペクトルは大きく変わる。
【００７４】
一方、図８（ｄ）は、低温から高温にわたってスペクトルが徐々に変化する様子を詳細に示している。素子の作製条件を適切に制御することで、図８（ｄ）に示すように、可視波長域で透過率を高く保ちつつ、且つ紫外と近赤外領域で温度変化にともなうスペクトル変化を大きくすることができる。図８（ｅ）は、液晶（ＢＬ０２４）と高分子液晶性モノマー（ＲＭ−２５７）との組み合わせで回折格子を形成し、透過率の温度特性を反転させた例である。温度上昇とともに、回折効率が増加し、特定の波長範囲で透過率が下がっている。これらの透過スペクトルの結果を、前述の式（１）と式（２）に適用して、日射制御能ΔＴｓｏｌと可視光透過能Ｔｌｕｍを求めた。
【００７５】
本実施例で作製した種々の格子構造での光学的評価の結果を表３にまとめて示す。表３（ａ）から（ｃ）は、図８（ａ）から（ｃ）に相当し、前記２つの性能（ΔＴｓｏｌ、Ｔｌｕｍ）と格子ピッチとの関係が記載されている。格子ピッチを適切な値に設定することで、日射制御能や可視光透過能を高めることができ、太陽光透過制御素子の特性を幅広い条件で設計することができる。また、表３（ｄ）は、図８（ｄ）の結果に対応し、日射制御能と可視光透過能の両者をバランス良く高めた例である。表３（ｅ）は、図８（ｅ）の結果に対応しており、温度特性が反転した場合でも調光性能が確保されていることが分かる。
【００７６】
この太陽光透過制御素子の動作温度については、作製条件や液晶の種類によって柔軟に調整することができる。図９に、透過率と温度との関係で、露光温度を変えて作製したＨＰＤＬＣ回折素子の結果を示す。この液晶材料（メルク：ＢＬ０２４）のＴＮＩは８１℃であるが、露光温度を変えることで、矢印に示すように転移温度がシフトし、透過率の温度に対する振る舞いを変えることが可能である。
【００７７】
一方、図１０に、回折効率と温度との関係で、より室温に近いＴＮＩをもつ液晶（本実施例では、Ｋ−１５、ＲＤＰ−９８４８７）における回折効率と温度との関係の例を示す。このように、種々のＴＮＩをもつ液晶材料が市販されており、これらを用いて更に作製条件を最適化することで、太陽光透過制御素子の温度特性を柔軟に制御することができる。表２は、出発原料の材料及び混合比率の一例を示したものであり、表３は、作製素子の太陽光透過制御素子の性能の評価例を示したものである。それぞれの値に対応する透過スペクトルは、図８（ａ）から（ｅ）に示されている。低温とは２０℃であり、高温とは（ａ）から（ｃ）及び（ｅ）で１００℃、（ｄ）では４０℃である。
【００７８】
【表２】
【００７９】
【表３】
【００８０】
前述のように、それぞれの値に対応する透過スペクトルは、図８（ａ）から（ｅ）に示されている。図８は、作製した素子の低温、高温時の分光透過率を示している。斜線で塗られた曲線はＪＩＳ規格Ｒ３１０６記載の日射エネルギーφｓｏｌ（λ）と視感度φｌｕｍ（λ）である。（ａ）から（ｃ）は、格子ピッチをそれぞれ０．５、１．０、１．５μｍと変えたときの測定結果である。（ｄ）は、可視域の透過率を高く保ったまま、紫外と近赤外波長域の変化が大きくなるように設計した結果である。また、（ｄ）では、温度とともに透過スペクトルが変わる様子が詳細に示されている。一方、（ｅ）は、温度特性が他のものと反転された結果である。これらのスペクトル変化から、前述の式（１）と（２）を用いて求めたΔＴｓｏｌ、Ｔｌｕｍが、表３に記載されている。
【００８１】
また、前述のように、図９は、透過率と温度との関係を示している。露光時の温度（作製温度）を変えることで、ＮＩ相転移によって生じると見られる透過率の温度依存性の屈曲点（矢印参照）を移動することができることが分かる。図１０は、回折効率と温度との関係を示している。より低いＮＩ相転移点（ＴＮＩ）をもつ液晶材料をＨＰＤＬＣ回折格子の原料とすることで、より室温付近で動作可能な調光素子を作製することができることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】体積型ＨＰＤＬＣ回折素子を用いた調光制御の構成例を示す。（ａ）は斜入射する太陽光に対応して、ＨＰＤＬＣ回折素子と視野角制限部材とを組み合わせたＰ偏光のみの調光システム例、（ｂ）は斜入射する太陽光に対応して、２つのＨＰＤＬＣ回折素子と視野角制限部材とを組み合わせたＰ、Ｓ両偏光の調光システム例、（ｃ）は垂直入射する太陽光に対応して、ＨＰＤＬＣ回折素子と視野角制限部材とを組み合わせた調光システム例、（ｄ）は反射型体積ＨＰＤＬＣ回折格子としＨＰＤＬＣ回折素子部単独による調光システム例、である。
【図２】回折効率η（％）と波長及び入射角との関係の計算例（異なるＨＰＤＬＣ部の厚さｄと格子ピッチλでの結果）を示す。
【図３】回折効率の角度依存性の測定結果を示す。波長５４４ｎｍ、ＨＰＤＬＣの厚さ１０μｍ、格子ピッチ１μｍで作製した。
【図４】作製したＨＰＤＬＣ回折素子の分光透過率を示す。厚さｄ＝１０μｍの素子で入射角Δθを（ａ）：−２°、（ｂ）：０°、（ｃ）：＋２°と変えたときの測定結果、（ｄ）はｄ＝５μｍ、入射角Δθ＝０°での結果、（ｅ）はｄ＝１０μｍの素子二枚を光入射方向を軸として９０°回転して重ね、Δθ＝０°で測定した結果、（ｆ）はＶＯ２薄膜のサーモクロミック特性の一例、である。図中の斜線塗りつぶしの曲線は、視感度係数φｌｕｍ（λ）と日射エネルギーφｓｏｌ（λ）、である。
【図５】日射透過制御能ΔＴｓｏｌ、可視光透過能Ｔｌｕｍ及びＱパラメータと、厚さｄ及び格子間ピッチλとの関係のシミュレーション結果を示す。ここでは、ＨＰＤＬＣの屈折率変調振幅Δｎ＝０．１とし、入射光が素子面垂直方向に対し±１０°の範囲で入ったときの各値の平均で示している。（ａ）はΔＴｓｏｌ、（ｂ）はＴｌｕｍである。（ｃ）はＱパラメータを示し、これは、ＨＰＤＬＣが体積型であることの指標で、理論的にはＱ≧１が要請されるが、実験的にはＱ≧１０（図中の太い曲線より下の領域）がより好適な条件となる。ここで、図（ａ）及び（ｂ）中の点線は、図（ｃ）の太曲線に対応している。
【図６】異なるＮＩ転移温度をもつ液晶を用いて作製したＨＰＤＬＣ回折素子の回折効率の温度依存性を示す。ＰとＳは偏光状態を示し、ｕｐとｄｏｗｎはそれぞれ昇温及び降温過程で測定した結果である。これら３つの液晶はメルクより一般に提供されている製品である。
【図７】スリーエム（３Ｍ）社から市販されているマイクロルーバーフィルムと呼ばれる視野角制限シートの分光透過率の角度依存性の測定結果を示す。
【図８】実施例６で作製した試料の光学的評価の一例である。低温及び高温での透過スペクトルを示す。図（ａ）から（ｃ）は、厚さを１０μｍで一定にし、格子ピッチを０．５から１．５μｍに変えて作製した試験の結果である。図（ｄ）は、低温から高温にわたってスペクトルが徐々に変化する様子を詳細に示している。図（ｅ）は、温度特性が他のものと反転された結果である。低温とは２０℃であり、高温とは（ａ）から（ｃ）及び（ｅ）で１００℃、（ｄ）では、４０℃である。
【図９】透過率と温度との関係で、露光温度を変えて作製したＨＰＤＬＣ回折素子の結果を示す。
【図１０】回折効率と温度との関係で、より低いＮＩ相転移点（ＴＮＩ）をもつ液晶材料をＨＰＤＬＣ回折格子の原料とすることで、より室温付近で動作可能な調光素子を作製できることを示している。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子分散液晶型ホログラフィック回折素子（ＨＰＤＬＣ回折素子）を用いた光透過制御素子であって、ＨＰＤＬＣ回折素子内に含まれる液晶のネマティック−アイソトロピック（ＮＩ）相転移による屈折率及び屈折率異方性−等方性の変化を利用して、特定の温度範囲で光の伝播方向あるいは偏光状態を変えて、それにより光の透過率を制御して調光を行うようにしたことを特徴とする光回折型の光透過制御素子。
【請求項２】
上記ＨＰＤＬＣ回折素子が、ＰあるいはＳ偏光のどちらか一方の回折光強度を優先的に温度で制御するように構成された、請求項１記載の光透過制御素子。
【請求項３】
０．０４を上回る異方性屈折率を有し、ネマティック−アイソトロピック（ＮＩ）相転移点を有する液晶材料からなるＨＰＤＬＣ回折素子を用いてなる、請求項１記載の光透過制御素子。
【請求項４】
１０〜９０℃にＮＩ相転移点を有する液晶材料からなるＨＰＤＬＣ回折素子を用いてなる、請求項３記載の光透過制御素子。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の光透過制御素子を含み、当該光透過制御素子に対して、光の伝播方向あるいは偏光状態により透過率を変える役割を果たす光処理機能部が配置されたことを特徴とする光透過制御部材。
【請求項６】
上記光処理機能部として、視野角制限部材あるいは偏光選択部材、又はこれら両部材が回折光と非回折光の内の一つの光の透過を制御するように配置された、請求項５記載の光透過制御部材。
【請求項７】
ＰあるいはＳ偏光のどちらか一方の回折光強度が優先的に、温度変化により変調されるＨＰＤＬＣ回折素子を２つ組み合わせて、視野角制限部材あるいは偏光選択部材、又はこれら両部材がＰとＳ両偏光の回折による光の透過を制御するように配置された、請求項６記載の光透過制御部材。
【請求項８】
ＨＰＤＬＣ回折素子が、可視光波長域の透過率（可視光透過能）及び日射透過制御能の両性能が高くなる条件として、ＨＰＤＬＣ厚２〜５０μｍ、格子ピッチ０．３〜２．０μｍの範囲で構成された、請求項５から７のいずれかに記載の光透過制御部材。
【請求項９】
可視光透過能及び日射透過制御能を高めるために、
（ＨＰＤＬＣ厚）＝Ｋ×（格子ピッチ）２
を満たす関係式（ここで、Ｋは、範囲４〜１５μｍ−１を満たす定数を表わす。）に、ＨＰＤＬＣ厚と格子ピッチの値が設定されている、請求項８記載の光透過制御部材。
【請求項１０】
上記光透過制御部材が、太陽光の透過を制御する太陽光透過制御窓材である、請求項５から９のいずれかに記載の光透過制御部材。
【請求項１】
高分子分散液晶型ホログラフィック回折素子（ＨＰＤＬＣ回折素子）を用いた光透過制御素子であって、ＨＰＤＬＣ回折素子内に含まれる液晶のネマティック−アイソトロピック（ＮＩ）相転移による屈折率及び屈折率異方性−等方性の変化を利用して、特定の温度範囲で光の伝播方向あるいは偏光状態を変えて、それにより光の透過率を制御して調光を行うようにしたことを特徴とする光回折型の光透過制御素子。
【請求項２】
上記ＨＰＤＬＣ回折素子が、ＰあるいはＳ偏光のどちらか一方の回折光強度を優先的に温度で制御するように構成された、請求項１記載の光透過制御素子。
【請求項３】
０．０４を上回る異方性屈折率を有し、ネマティック−アイソトロピック（ＮＩ）相転移点を有する液晶材料からなるＨＰＤＬＣ回折素子を用いてなる、請求項１記載の光透過制御素子。
【請求項４】
１０〜９０℃にＮＩ相転移点を有する液晶材料からなるＨＰＤＬＣ回折素子を用いてなる、請求項３記載の光透過制御素子。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の光透過制御素子を含み、当該光透過制御素子に対して、光の伝播方向あるいは偏光状態により透過率を変える役割を果たす光処理機能部が配置されたことを特徴とする光透過制御部材。
【請求項６】
上記光処理機能部として、視野角制限部材あるいは偏光選択部材、又はこれら両部材が回折光と非回折光の内の一つの光の透過を制御するように配置された、請求項５記載の光透過制御部材。
【請求項７】
ＰあるいはＳ偏光のどちらか一方の回折光強度が優先的に、温度変化により変調されるＨＰＤＬＣ回折素子を２つ組み合わせて、視野角制限部材あるいは偏光選択部材、又はこれら両部材がＰとＳ両偏光の回折による光の透過を制御するように配置された、請求項６記載の光透過制御部材。
【請求項８】
ＨＰＤＬＣ回折素子が、可視光波長域の透過率（可視光透過能）及び日射透過制御能の両性能が高くなる条件として、ＨＰＤＬＣ厚２〜５０μｍ、格子ピッチ０．３〜２．０μｍの範囲で構成された、請求項５から７のいずれかに記載の光透過制御部材。
【請求項９】
可視光透過能及び日射透過制御能を高めるために、
（ＨＰＤＬＣ厚）＝Ｋ×（格子ピッチ）２
を満たす関係式（ここで、Ｋは、範囲４〜１５μｍ−１を満たす定数を表わす。）に、ＨＰＤＬＣ厚と格子ピッチの値が設定されている、請求項８記載の光透過制御部材。
【請求項１０】
上記光透過制御部材が、太陽光の透過を制御する太陽光透過制御窓材である、請求項５から９のいずれかに記載の光透過制御部材。
【図３】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１】
【図２】
【図４】
【図５】
【図８】
【図１０】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１】
【図２】
【図４】
【図５】
【図８】
【図１０】
【公開番号】特開２００８−１３４６２８（Ｐ２００８−１３４６２８Ａ）
【公開日】平成２０年６月１２日（２００８．６．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２７９６９８（Ｐ２００７−２７９６９８）
【出願日】平成１９年１０月２６日（２００７．１０．２６）
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【出願人】（５０４２３７０５０）独立行政法人国立高等専門学校機構 (656)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年６月１２日（２００８．６．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月２６日（２００７．１０．２６）
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【出願人】（５０４２３７０５０）独立行政法人国立高等専門学校機構 (656)
【Ｆターム（参考）】
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