JP2017191304A - 光学体、窓材及びロールカーテン - Google Patents
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Abstract
Description
ひし形に交差する稜線部を持つ複数の四角錐状の凹部が表面に形成された第1の光学透明層と、
前記凹部上に形成された特定波長帯の光を選択的に反射する波長選択反射層と、
前記波長選択反射層上に形成された第2の光学透明層と、
を備え、
入射角(θ=60°、φ=0°)(ただし、θ:入射面となる前記第2の光学透明層に対する垂線と、前記入射面に入射する入射光又は前記入射面から出射される反射光とのなす角、φ:前記入射面内の特定の直線と、前記入射光又は前記反射光を前記入射面に投影した成分とのなす角)で前記入射面に入射した入射光のうち、
反射角(θ=0°〜90°、φ=−90°〜90°)の方向への前記特定波長帯の光の反射率をR1とし、
反射角(θ=−90°〜90°、φ=−90°〜90°)の方向への前記特定波長帯の光の反射率をR2とするとき、
R1≧R2×0.5
を満たすものである。
[光学体の構成]
図1Aは、第1の実施形態に係る光学体の一構成例を示す断面図である。図1Bは、図1Aの光学体を被着体に貼り合わせた例を示す断面図である。光学体1は、いわゆる指向反射性能を有する。光学体1は、内部に凹凸形状の界面を有する光学層2と、この光学層2の界面に設けられた波長選択反射層3とを備える。光学層2は、凹凸形状の第1の面を有する第1の光学透明層4と、凹凸形状の第2の面を有する第2の光学透明層5とを備える。光学層2の内部の界面は、対向配置された凹凸形状の第1の面と第2の面とにより形成されている。具体的には、光学体1は、凹凸面を有する第1の光学透明層4と、第1の光学透明層4の凹凸面上に形成された波長選択反射層3と、波長選択反射層3が形成された凹凸面を埋めるように、波長選択反射層3上に形成された第2の光学透明層5とを備える。光学体1は、太陽光などの光が入射する入射面S1と、この入射面S1より入射した入射光のうち、光学体1を透過した光が出射される出射面S2とを有する。
R1≧R2×0.5 ・・・(1)
を満たしている。したがって、光学体1を窓材10に貼った場合、上空から入射する光のうち、特定波長帯の光を上空に効率良く戻すことができる。これにより、周辺の建物への影響を軽減することができ、ヒートアイランド現象を低減できる。つまり、ヒートアイランド現象は、一般に太陽の仰角(高度)が60°以上になると助長される傾向にある。本実施形態に係る光学体1は、ヒートアイランド現象が開始される入射角θ=60°において入射面S1で反射される特定波長帯の光のうち、50%以上の光を入射光と同じ象限に反射させることができるので、ヒートアイランド現象を低減できる。
測定装置:全自動微細形状測定機 サーフコーダーET4000A(株式会社小坂研究所)
λc=0.8mm、評価長さ4mm、カットオフ×5倍
データサンプリング間隔0.5μm
第1の光学透明層4は、例えば、波長選択反射層3を支持し、かつ保護するためのものである。第1の光学透明層4は、光学体1に可撓性を付与する観点から、例えば、樹脂を主成分とする層からなる。第1の光学透明層4の両主面のうち、例えば、一方の面は平滑面であり、他方の面は凹凸面(第1の面)である。波長選択反射層3は該凹凸面上に形成される。
波長選択反射層3は、入射面に入射した入射光のうち、特定波長帯の光を指向反射するのに対して、特定波長帯以外の光を透過するものである。波長選択反射層3は、非晶質高屈折率層と、金属層とが交互に積層されていてもよい。ただし、波長選択反射層3の最表面が高屈折率層である場合、最表面の高屈折率層は、非晶質であってもよいし、結晶質であってもよい。
金属層の材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、金属単体、合金などが挙げられる。金属単体としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、Au、Ag、Cu、Al、Ni、Cr、Ti、Pd、Co、Si、Ta、W、Mo、Geなどが挙げられる。合金としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、Ag系、Cu系、Al系、Si系又はGe系の材料が好ましく、AlCu、AlTi、AlCr、AlCo、AlNdCu、AlMgSi、AgPdCu、AgPdTi、AgCuTi、AgPdCa、AgPdMg、AgPdFeがより好ましい。また、金属層の腐食を抑えるために、金属層に対してTi、Ndなどの材料を添加することが好ましい。特に、金属層の材料としてAgを用いる場合には、Ti、Ndを添加することが好ましい。
非晶質高屈折率層は、可視領域において屈折率が高く反射防止層として機能する非晶質な高屈折率層である。非晶質高屈折率層の材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、金属酸化物、金属窒化物などが挙げられる。金属酸化物としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化チタン、酸化インジウムスズ、二酸化ケイ素、酸化セリウム、酸化スズ、酸化アルミニウムなどが挙げられる。金属窒化物としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化チタンなどが挙げられる。
その他の層としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、機能層などが挙げられる。
機能層は、外部刺激により反射性能などが可逆的に変化するクロミック材料を主成分とする。クロミック材料は、例えば、熱、光、侵入分子などの外部刺激により構造を可逆的に変化させる材料である。クロミック材料としては、例えば、フォトクロミック材料、サーモクロミック材料、ガスクロミック材料、エレクトロクロミック材料を用いることができる。
図4は、光学体1の機能の一例を説明するための断面図である。図4に示すように、光学体1をZ(+)方向を上方として設置した場合、光学体1に上空から入射した太陽光(入射光)Lのうち近赤外線L1の一部は、波長選択反射膜3で反射されて、入射した方向と同一象限に指向反射される。これに対して、可視光L2は、光学体1を透過する。本実施形態に係る光学体1は、第1の光学透明層4に四角錐状の凹部4cが形成され、その凹部4c上に波長選択反射層3が成膜されているので、上方向から入射した入射光を上方向に反射させる割合を多くすることが可能である。これにより、入射角60°で上空から入射する近赤外線L1の一部を、波長選択反射膜3による1回の反射で入射光と同一象限に指向反射させることが可能となり、最終的な反射成分を2回以上反射させる形状よりも多くすることができる。例えば、ある波長に対する波長選択反射層の反射率が80%とすると、2回反射の場合の上空反射率は64%となるが、1回反射で済めば上空反射率は80%となる。
図6は、第1の実施形態に係る光学体1の全体形状の一例を示す斜視図である。図6に示すように、光学体1は、全体として帯状又は矩形状の形状を有していることが好ましい。このような形状とすることで、光学体1をロール・ツー・ロール工程により容易に作製することができる。また、ロール状などに光学体1を巻回することで、取り扱いを容易とすることができる。以下では、帯状又は矩形状を有する光学体1の長手方向を長手方向DL、短手方向(幅方向ともいう。)を短手方向DWと称する。また、図3Aに示したY方向を凹部配列方向Dyと称し、Z方向を凹部配列方向Dzと称する。
図7A及び図7Bは、第1の実施形態に係る光学体1の貼り合わせ方法の一例を説明するための概略図である。ビルディングなどの近年の高層建築物に設けられた窓材10は、横幅に比べて縦幅の方が大きい矩形状のものが一般的である。したがって、以下では、このような形状を有する窓材10に対して光学体1を貼り合わせる例について説明する。
図8A、図8Bは、貼り合わせ方向による光学体1の反射機能の相違を説明するための概略図である。
図9は、第1の実施形態に係る光学体1を製造するための製造装置の一構成例を示す概略図である。図9に示すように、この製造装置は、ラミネートロール31、32、ガイドロール33、塗布装置35及び照射装置36を備える。
以下、図9〜図13を参照して、第1の実施形態に係る光学体の製造方法の一例について説明する。なお、以下に示す製造プロセスの一部又は全部は、生産性を考慮して、ロール・ツー・ロールにより行われることが好ましい。
θ2=|α−45°|=|45°−β|
で定義される。なお、基準形状は、直角二等辺三角形に限らず、任意の二等辺三角形とすることができる。
以下、上記実施形態の変形例について説明する。
第2の実施形態は、第1の透明光学層4の四角錐状の凹部4cの稜線部4d1及び稜線部4d2が球面状に形成されている点において、第1の実施形態とは異なっている。したがって、四角錐状の凹部4c上に成膜される波長選択反射膜3も、稜線部4d1及び稜線部4d2に対応する部分が球面状に形成される。
第3の実施形態は、第1の透明光学層4の四角錐状の凹部4cの稜線部4d1及び稜線部4d2が非球面状に形成されている点において、第1の実施形態とは異なっている。したがって、四角錐状の凹部4c上に成膜される波長選択反射膜3も、稜線部4d1及び稜線部4d2に対応する部分が非球面状に形成される。
第4の実施形態は、特定波長の光を指向反射するのに対して、特定波長以外の光を散乱させる点において、上述の実施形態とは異なっている。光学体1は、入射光を散乱する光散乱体を備えている。散乱体は、例えば、光学層2の表面、光学層2の内部、及び波長選択反射層3と光学層2との間のうち、少なくとも1箇所に設けられている。光散乱体は、好ましくは、波長選択反射層3と第1の光学透明層4との間、第1の光学透明層4の内部及び第1の光学透明層4の表面のうちの少なくとも一箇所に設けられている。光学体1を窓材などの支持体に貼り合わせる場合、室内側及び室外側のどちらにも適用可能である。光学体1を室外側に対して貼り合わせる場合、波長選択反射層3と窓材などの支持体との間にのみ、特定波長以外の光を散乱させる光散乱体を設けることが好ましい。波長選択反射層3と入射面との間に光散乱体が存在すると、指向反射特性が失われてしまうからである。また、室内側に光学体1を貼り合せる場合には、その貼り合わせ面とは反対側の出射面と、波長選択反射層3との間に光散乱体を設けることが好ましい。
図18は、第5の実施形態に係る光学体の一構成例を示す断面図である。第5の実施形態は、光学体1の入射面S1及び出射面S2のうち、被着体に貼り合わされる面とは反対側の露出面上に、洗浄効果を発現する自己洗浄効果層51をさらに備えている点において、上述の実施形態とは異なっている。自己洗浄効果層51は、例えば、光触媒を含んでいる。光触媒としては、例えば、TiO2を用いることができる。
上述の実施形態では、光学体としての光学体1を窓材などに貼り合わせて適用する場合を例として説明したが、光学体自体を窓材として構成してもよい。図19は、第6の実施形態に係る窓材の一構成例を示す断面図である。本実施形態は、第1の光学透明層としての窓材61上に波長選択反射層3を直接形成している点において、上述した実施形態とは異なっている。窓材61は、その一主面にひし形に交差する稜線部を持つ複数の四角錐状の凹部61cが最稠密充填状態で2次元配列されて形成されている。凹部61cが形成された窓材61の一主面上には、波長選択反射層3、第2の光学透明層62が順次積層されている。第2の光学透明層62は、透過写像鮮明度や全光線透過率を向上するとともに、波長選択反射層3を保護するためのものでもある。第2の光学透明層62は、例えば、熱可塑性樹脂、又は活性エネルギー線硬化性樹脂を主成分とする樹脂を硬化してなるものである。
第1〜5の実施形態に示した光学体1は、窓材以外の内装部材や外装部材などに適用することが可能である。また、光学体1は、壁や屋根などのように固定された不動の内装部材及び外装部材のみならず、季節や時間変動などに起因する太陽光の光量変化に応じて、太陽光の透過量及び/又は反射量を内装部材又は外装部材を動かして調整し、屋内などの空間に取り入れ可能な装置にも適用可能である。第7の実施形態では、このような装置の一例として、日射遮蔽部材を巻き取る又は巻き出すことで、日射遮蔽部材による入射光線の遮蔽量を調整可能な日射遮蔽装置の一例であるロールカーテンについて説明する。
まず、バイト(切削工具)を用いた切削加工により、Ni−P製の金型ロール上に、該金属ロールの軸方向と交差する異なる角度方向から溝を付与して、最稠密充填状態で2次元配列されたひし形の四角錐状の凸部を形成した。ここで、金属ロールの軸方向と交差する異なる角度方向とは、図3Aに示した稜線部4d1及び稜線部4d2の方向に相当する角度方向である。次に、この金型ロールとニップロールとの間に平均厚み75μmのPETフィルム(A4300、東洋紡社製)を通紙し、金型ロールとPETフィルムとの間にウレタンアクリレート(アロニックス、東亞合成社製、硬化後屈折率1.533)を供給してニップしながら走行させ、PETフィルム側からUV光を照射して、樹脂を硬化させることでひし形の四角錐状の凹部を付与したフィルム(第1の光学透明層)を作製した。なお、四角錐状の凹部は、稜線部4d1及び稜線部4d2のそれぞれの頂角ηが等しく、図3AのZ方向における、ひし形の開口面の対角線に関して対称である。
ORA社(Optical Research Associates)製照明設計解析ソフトウェアLight Toolsを用いてシミュレーションを行い、入射角(θ=60°、φ=0°)で入射する光(波長300nm〜2500nm)のうち、反射角(θ=0°〜90°、φ=−90°〜90°)の方向に反射する近赤外光(波長780nm〜2100nm)の上方反射率R1と、反射角(θ=−90°〜90°、φ=−90°〜90°)の方向に反射する近赤外光の全角度の反射合計である全方向反射率R2とを算出した。なお、各サンプルにおいて、入射光は、光学体の四角錐状の凹部の最下点を上方に位置させて、上方から入射角60°で入射させた。
以下の評価基準に基づいて、実施例1〜7及び比較例1〜5の総合判定を行った。結果を表1に示す。
〔評価基準〕
○:R1≧R2×0.5
×:R1<R2×0.5
上述の実施例1〜7と同様にして、図15に示した第2の実施形態に係る光学体を有するサンプルを作製した。このサンプルの光学体の稜線部の交差角度θ1は〜30°、四角錐状の凹部の最下点の傾斜角度θ2は10°、稜線部の頂角ηは90°で形状は球面状である。
実施例1、2、4〜7の光学体は、稜線部形状が尖状で、曲率半径Srが0となっている。本発明者らは、この場合の光学体を光学顕微鏡で観察すると、例えば図23に概略図を示すように、四角錐状の凹部4c内に微小な気泡91が白濁して観察される場合があることが判明した。これらの微小な気泡91は、図9に示した製造装置を用いる包埋プロセスにおいて、反射層付き光学層9を電離線硬化樹脂34により包埋する際に、気泡が押し出しきれずに残存したものと推測される。このような光学体は、残存する気泡91が極めて微小であることから、光学体の全体的な光学特性には殆ど影響しないが、品質の低下を招く場合がある。また、気泡が全く残存しないようにするには、例えば図9の包埋プロセスにおける装置の改良や包埋ライン速度の低速化等の変更を要し、製造コストの高騰を招く場合があることが予想される。
実施例8では、光学体の稜線部形状が球面の場合、曲率半径Srは10μm以下が好ましいとした。しかし、交差する稜線部の高低差がない場合、つまり実施例9で説明した交差する稜線部の高低差ΔXがΔX=0の場合は、曲率半径Srが極端に小さいと、包埋プロセスにおいて気泡が逃げにくくなって、図23に示したように微小な気泡91が光学体に残存することが推測される。そのため、実施例9で説明したように、品質の低下を招いたり、製造コストの高騰を招いたりする場合があることが予想される。
2 光学層
3 波長選択反射層
4 第1の光学透明層
4a 第1の基材
4c、61c 四角錐状の凹部
4d1、4d2 稜線部
4e 最下点
4f 重心
5、62 第2の光学透明層
5a 第2の基材
6 貼合層
7 剥離層
8 ハードコート層
10、61 窓材
71 ロールカーテン
S1 入射面
S2 出射面
Claims (10)
- ひし形に交差する稜線部を持つ複数の四角錐状の凹部が表面に形成された第1の光学透明層と、
前記凹部上に形成された特定波長帯の光を選択的に反射する波長選択反射層と、
前記波長選択反射層上に形成された第2の光学透明層と、
を備え、
入射角(θ=60°、φ=0°)(ただし、θ:入射面となる前記第2の光学透明層に対する垂線と、前記入射面に入射する入射光又は前記入射面から出射される反射光とのなす角、φ:前記入射面内の特定の直線と、前記入射光又は前記反射光を前記入射面に投影した成分とのなす角)で前記入射面に入射した入射光のうち、
反射角(θ=0°〜90°、φ=−90°〜90°)の方向への前記特定波長帯の光の反射率をR1とし、
反射角(θ=−90°〜90°、φ=−90°〜90°)の方向への前記特定波長帯の光の反射率をR2とするとき、
R1≧R2×0.5
を満たす、光学体。 - 前記ひし形に交差する稜線部の交差角度は、30°以上120°以下である、請求項1に記載の光学体。
- 前記凹部の最下点と当該凹部のひし形の開口面の重心とを通る主軸と、前記垂線とのなす角度は、25°以下である、請求項1又は2に記載の光学体。
- 前記稜線部は、球面形状又は非球面状の湾曲形状である、請求項1から3のいずれかに記載の光学体。
- 前記稜線部は尖状であり、
前記ひし形に交差する稜線部の高低差をΔXとするとき、
0.2μm<ΔX
を満たす、請求項1から3のいずれかに記載の光学体。 - 前記稜線部は球面形状であり、
前記球面形状の曲率半径をSr、前記ひし形に交差する稜線部の高低差をΔXとするとき、
ΔX=0、かつ、0.3μm≦Sr≦10μm
を満たす、請求項4に記載の光学体。 - 前記波長選択反射層は、少なくとも非晶質高屈折率層と金属層とを含む、請求項1から6のいずれかに記載の光学体。
- 前記特定波長帯の光は、主として波長780nm〜2100nmの光である、請求項1から7のいずれかに記載の光学体。
- 請求項1〜8のいずれかに記載の光学体を備える窓材。
- 請求項1〜8のいずれかに記載の光学体を備えるロールカーテン。
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