CN113330340B - 胶体晶体结构体以及使用了该胶体晶体结构体的发光装置及照明系统 - Google Patents

胶体晶体结构体以及使用了该胶体晶体结构体的发光装置及照明系统 Download PDF

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Abstract

本发明的胶体晶体结构体(10)具备胶体晶体层(3)和折射率控制材料(5)，上述胶体晶体层(3)包含多个胶体颗粒(1)和配置于多个胶体颗粒之间的固定有胶体颗粒的粘结剂(2)，上述折射率控制材料(5)设置于胶体晶体层中的一面且是透明的，并且与粘结剂的折射率之差小于10％。发光装置具备具有胶体晶体结构体的光学滤波器(32)和光源，光源所放出的初级光的一部分从光学滤波器透射。照明系统具备发光装置。

Description

胶体晶体结构体以及使用了该胶体晶体结构体的发光装置及 照明系统
技术领域
本发明涉及胶体晶体结构体以及使用了该胶体晶体结构体的发光装置及照明系统。
背景技术
胶体颗粒三维且周期性地排列而成的集合体由于其与通常的晶体的类似性，因此被称为胶体晶体。在光射入了该胶体晶体的情况下，胶体晶体的内部发生光的衍射干涉，因此起因于其周期结构而发生反射特定波长的光的现象。例如，由亚微米尺寸的胶体颗粒形成的胶体晶体根据其颗粒尺寸可以反射从紫外至可见并且红外的范围的光。由于这样的特性，对将胶体晶体应用于色材、光存储材料、显示器件、光学滤波器、光开关、传感器等进行了研究。
专利文献1公开了胶体晶体膜的制造方法，其包括：以三维规则排列状态将胶体颗粒分散于分散介质成分中得到的胶体分散液涂装于基材上而形成涂膜的工序；以及使涂膜中的分散介质成分聚合来制造胶体晶体膜的工序。另外，专利文献1公开了通过上述制造方法得到在反射光谱中产生规定的反射峰的胶体晶体膜，进一步通过将该胶体晶体膜粉碎，得到胶体晶体颜料。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第5541620号公报
发明内容
专利文献1的实施例记载了在胶体晶体膜的反射光谱中得到峰波长为596nm、反射率为47％、半峰宽为25nm的反射峰。然而，就专利文献1的反射光谱来说，除了峰波长为596nm的反射峰以外还能够在670nm附近确认到反射峰。因此，在将专利文献1的胶体晶体膜用于光学滤波器的情况下，有可能会发生显色性及反射效率的降低。
本发明是鉴于这种现有技术所具有的技术问题而完成的。并且，本发明的目的在于：提供即使在用于光学滤波器的情况下也能够抑制显色性及反射效率降低的胶体晶体结构体以及使用了该胶体晶体结构体的发光装置及照明系统。
为了解决上述问题，本发明的第一方式的胶体晶体结构体具备胶体晶体层和折射率控制材料，上述胶体晶体层包含多个胶体颗粒和配置于多个胶体颗粒之间的固定有胶体颗粒的粘结剂，上述折射率控制材料设置于胶体晶体层中的一面且是透明的，并且与粘结剂的折射率之差小于10％。
本发明的第二方式的胶体晶体结构体具备胶体结构层和折射率控制材料，上述胶体结构层包含多种胶体颗粒和配置于多种胶体颗粒之间并且固定有胶体颗粒的粘结剂，上述折射率控制材料设置于胶体结构层中的一面且是透明的，并且与粘结剂的折射率之差小于10％。多种胶体颗粒至少包含平均粒径互不相同的第一胶体颗粒和第二胶体颗粒。第一胶体颗粒及第二胶体颗粒的粒径的变异系数分别小于20％。多种胶体颗粒在粘结剂中形成了规则排列结构。
本发明的第三方式的发光装置具备光学滤波器和光源，上述光学滤波器具备胶体晶体结构体，光源所放出的初级光的一部分从光学滤波器透射。
本发明的第四方式的照明系统具备发光装置。
附图说明
图1是示意性地表示具备胶体晶体层的结构体的例子的截面图。
图2是表示图1中的胶体晶体层的反射光谱的例子的图。
图3是示意性地表示本实施方式的胶体晶体结构体的一个例子的截面图。
图4是示意性地表示本实施方式的胶体晶体结构体的其它例子的截面图。
图5是表示粒径不同的两种胶体颗粒分别单独聚集而成为共晶状态的情况的示意图。
图6是表示本实施方式的发光装置的一个例子的截面图。
图7是表示本实施方式的照明系统的一个例子的立体图。
图8(a)是表示本实施方式的照明系统的灯具的分解立体图；图8(b)是表示放大了图8(a)的区域A后的光源单元的截面示意图。
图9是表示实施例1及比较例1的试验样品的反射光谱的图。
图10是表示实施例2及比较例2的试验样品的反射光谱的图。
图11是表示以扫描型电子显微镜对实施例1的试验样品的截面进行了观察的结果的照片。
图12是放大表示图11中胶体晶体层与折射率控制材料的界面附近的照片。
图13是表示以原子力显微镜(AFM)对实施例1的试验样品的表面进行了观察的结果的照片。
图14是表示以原子力显微镜对比较例1的试验样品的表面进行了观察的结果的照片。
图15是表示参考例1的试验样品的反射光谱的图。
图16是表示以扫描型电子显微镜对参考例1的试验样品的表面进行了观察的结果的照片。
图17是表示以扫描型电子显微镜对参考例1的试验样品的截面进行了观察的结果的照片。
图18是放大表示图17中的符号B的区域的照片。
具体实施方式
以下，对本实施方式的胶体晶体结构体以及使用了该胶体晶体结构体的发光装置及照明系统进行详细说明。此外，为了便于说明而放大了附图的尺寸比率，有时与实际的比率不同。
[胶体晶体结构体]
(第一实施方式)
图1示出了具备胶体晶体层的结构体。如图1(a)所示的结构体10a具备胶体晶体层3，上述胶体晶体层3包含多个胶体颗粒1和配置于多个胶体颗粒1之间并且固定有胶体颗粒1的粘结剂2。进而，就结构体10a来说，胶体晶体层3由基板4保持。如图1(a)所示，通过使多个胶体颗粒1三维且周期性地排列，形成胶体晶体，进一步粘结剂2夹在相邻的胶体颗粒1之间。即，结构体10a不仅具有多个胶体颗粒彼此相互接触而成的密填充的胶体晶体，还具有多个胶体颗粒彼此相互分离的稀疏填充的胶体晶体。
在此，在制得了在多个胶体颗粒1之间设置有粘结剂2的胶体晶体的情况下，其程度根据材料的不同而不同，有时会在胶体晶体层3的表面形成来源于胶体晶体的周期结构的微细凹凸结构。具体来说，如图1(a)所示，就胶体晶体层3来说，有时会在位于与和基板4相对置的面相反侧的表面形成多个凹凸。凸部3a通过由胶体晶体层3的表面露出胶体颗粒1的一部分而形成。凹部3b由露出的胶体颗粒1和位于相邻的胶体颗粒1之间的粘结剂2形成。而且，胶体晶体层3的表面处的微细凹凸结构是起因于胶体颗粒1的规则排列结构而形成的。
形成于胶体晶体层3的表面的凹凸结构除了如图1(a)所示的结构以外，例如也有可能成为如图1(b)及(c)所示的结构。如图1(b)所示的结构体10b也与结构体10a相同地具备包含多个胶体颗粒1和配置于多个胶体颗粒1之间的粘结剂2的胶体晶体层3以及保持胶体晶体层3的基板4。而且，如图1(b)所示，凹部3b是沿着位于最上部的胶体颗粒1的铅直方向由粘结剂2形成的，凸部3a是由位于相邻的凹部3b之间的粘结剂2形成的。图1(c)所示的结构体10c也与结构体10a及结构体10b相同地具备包含多个胶体颗粒1和配置于多个胶体颗粒1之间的粘结剂2的胶体晶体层3以及保持胶体晶体层3的基板4。而且，如图1(c)所示，凸部3a是沿着位于最上部的胶体颗粒1的铅直方向由粘结剂2形成的，凹部3b是由位于相邻的凸部3a之间的粘结剂2形成的。
形成这样的凸部3a及凹部3b的机理虽然未必明确，但认为如下所述。就胶体晶体层3的制造方法来说，首先，通过使胶体颗粒1分散于作为粘结剂2的前体的单体来制备胶体分散液。接着，将所得到的胶体分散液涂布于基板4上来制作涂布膜。而且，以活性能量射线使涂布膜中的单体聚合，以聚合物使胶体颗粒1固定化。通过这样的工序，可以在基板4上形成胶体晶体层3。在此，使作为粘结剂2的前体的单体聚合而生成聚合物时，单体收缩而体积减少，但胶体颗粒1不收缩。因此推测：通过由单体的聚合而导致的收缩和胶体颗粒1的三维周期结构，在胶体晶体层3的表面形成规则性的凸部3a及凹部3b。
图2示出了如图1所示的胶体晶体层3的反射光谱的例子。如图2所示，可知：胶体晶体层3在560nm附近具有反射率为50％左右的反射峰P1。胶体晶体层3还在590nm附近、620nm附近、670nm附近具有反射率小于20％的反射峰P2、P3、P4。因此，例如在将胶体晶体层3用于光学滤波器的情况下，除了560nm附近以外，也反射590nm附近、620nm附近及670nm附近的光，因此有可能会发生显色性及反射效率的降低。
本发明人对除了560nm附近的主峰以外还产生多个副峰的原因进行了研究，结果推测：其是起因于形成于胶体晶体层3的表面的规则性的凸部3a及凹部3b而产生的。本发明人进一步推测：多个副峰是反射光因为由凸部3a及凹部3b形成的微细凹凸结构衍射或干涉而产生的。
本发明人为了解决起因于上述副峰的问题而进行了深入研究，结果发现：通过以其它物质填埋形成于胶体晶体层3的表面的微细凹凸结构，能够解决问题而完成了本实施方式。如图3所示，本实施方式的胶体晶体结构体10具备包含多个胶体颗粒1和配置于多个胶体颗粒1之间的粘结剂2的胶体晶体层3以及保持胶体晶体层3的基板4。胶体晶体结构体10还具备设置于胶体晶体层3的表面的折射率控制材料5。
就胶体晶体结构体10中的胶体晶体层3来说，多个胶体颗粒三维并且规则地排列，进而粘结剂2夹在相邻的胶体颗粒1之间。即，胶体晶体层3不仅具有多个胶体颗粒1彼此相互接触而成的密填充的胶体晶体，还具有多个胶体颗粒彼此相互分离的稀疏填充的胶体晶体。通过具有这样的稀疏填充的胶体晶体，照射至胶体晶体层3的光的一部分进行布拉格(Bragg)反射，未被反射的光的一部分可以从胶体晶体层3透射。
就胶体晶体层3来说，胶体颗粒1优选包含无机材料及树脂材料中的至少一者。通过使胶体颗粒1包含无机材料，能够提高所得到的胶体晶体的耐久性。另外，通过使胶体颗粒1包含有机材料，变得容易使胶体颗粒1的形状为正球状，因此胶体颗粒1变得容易形成规则排列结构。此外，胶体颗粒1可以仅由无机材料形成，也可以仅由树脂材料形成。另外，胶体颗粒1还可以由无机材料及树脂材料这两者形成。此外，多个胶体颗粒1所采取的规则排列结构例如优选为最密填充结构、面心立方结构或体心立方结构。
作为无机材料，例如可以使用金及银之类的金属、二氧化硅、氧化铝及氧化钛之类的金属氧化物。另外，作为树脂材料，可以使用苯乙烯树脂及丙烯酸树脂等。这些材料可以单独使用一种，也可以组合使用两种以上。
苯乙烯树脂是以苯乙烯系单体作为主成分聚合而成的。作为苯乙烯系单体，可以列举出：苯乙烯、邻甲基苯乙烯、间甲基苯乙烯、对甲基苯乙烯、α-甲基苯乙烯、对甲氧基苯乙烯。另外，还可以列举出：对叔丁基苯乙烯、对苯基苯乙烯、邻氯苯乙烯、间氯苯乙烯、对氯苯乙烯。这些苯乙烯系单体可以单独使用一种，也可以组合使用两种以上。此外，本说明书中，主成分是指50质量％以上。
丙烯酸树脂是以(甲基)丙烯酸系单体为主成分聚合而成的，还可包含能够与(甲基)丙烯酸系单体共聚的其它单体。作为这样的(甲基)丙烯酸系单体，可以列举出：(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸2-羟基乙酯、(甲基)丙烯酸2-羟基丙酯、(甲基)丙烯酸环己酯。还可以列举出：(甲基)丙烯酸β-羧基乙酯、二乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、1,6-己二醇二(甲基)丙烯酸酯、三乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、三丙二醇二(甲基)丙烯酸酯。另外，还可以列举出：三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯、1,6-己二醇二缩水甘油基醚二(甲基)丙烯酸酯。还可以列举出：双酚A二缩水甘油基醚二(甲基)丙烯酸酯、新戊二醇二缩水甘油基醚二(甲基)丙烯酸酯、二季戊四醇六(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸三环癸基酯。(甲基)丙烯酸系单体可以单独使用一种，也可组合使用两种以上。此外，本说明书中，(甲基)丙烯酸系单体包含甲基丙烯酸系单体及丙烯酸系单体。
此外，胶体颗粒1优选由无机颗粒形成，特别优选由二氧化硅形成。由二氧化硅形成的胶体颗粒1容易获取，因此能够提高胶体晶体层3的工业生产率。另外，胶体颗粒1也优选由聚合物颗粒形成，特别优选由丙烯酸树脂及聚苯乙烯中的至少一者形成。由聚合物形成的胶体颗粒1容易以正球状的形式得到，进而由丙烯酸树脂和/或聚苯乙烯形成的胶体颗粒1是通用并且容易获取的，因此能够提高胶体晶体层3的工业生产率。
就胶体晶体层3来说，固定有胶体颗粒1的粘结剂2例如优选包含树脂。通过使粘结剂2包含树脂，固体的树脂使胶体颗粒1的规则排列结构固定化，因此能够提高胶体晶体层3的机械强度。另外，如后所述，树脂可以通过活性能量射线而固化，因此能够提高操作性，并且提高生产率。此外，粘结剂2优选使用在300nm以上且小于800nm的范围内的波长区域具有高透光率的树脂。
用于粘结剂2的树脂优选为选自丙烯酸树脂、聚碳酸酯树脂、环烯烃树脂、环氧树脂、有机硅树脂、丙烯酸-苯乙烯共聚物及苯乙烯树脂中的至少一个。
作为丙烯酸树脂及苯乙烯树脂，可以使用上述的丙烯酸树脂及苯乙烯树脂。作为聚碳酸酯树脂，例如可以列举出通过使二元酚与碳酰氯或碳酸二酯化合物发生反应而得到的芳香族聚碳酸酯聚合物以及作为它们的共聚物的芳香族聚碳酸酯树脂。另外，作为聚碳酸酯树脂，还可以列举出由二氧化碳与环氧化物的共聚物得到的脂肪族聚碳酸酯树脂。进而，作为聚碳酸酯树脂，还可以列举出使它们共聚而成的芳香族-脂肪族聚碳酸酯。另外，作为聚碳酸酯树脂的共聚单体，可以列举出：己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、癸烷二羧酸之类的直链状脂肪族二元羧酸等。
环烯烃树脂是主链由碳-碳键形成并且主链的至少一部分具有环状烃结构的树脂。作为环烯烃树脂，可以列举出乙烯与降冰片烯的加成共聚物、乙烯与四环十二烯的加成共聚物等。
环氧树脂是以固化剂使一分子中包含两个以上环氧基的预聚物固化而成的树脂。作为环氧树脂，例如可以使用双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚S型环氧树脂、联苯型环氧树脂、萘二醇型环氧树脂、苯酚酚醛清漆型环氧树脂。另外，还可以使用甲酚酚醛清漆型环氧树脂、双酚A酚醛清漆型环氧树脂、环状脂肪族环氧树脂、杂环式环氧树脂(三缩水甘油基异氰脲酸酯、二缩水甘油基乙内酰脲等)。进而，还可以使用以各种材料使这些环氧树脂改性而得到的改性环氧树脂等。另外，还可以使用这些环氧树脂的溴化物、氯化物之类的卤化物。
有机硅树脂是通过由硅氧烷键形成的直链状高分子交联而成为三维网状结构的树脂。作为有机硅树脂，存在侧链例如由甲基构成的二甲基系有机硅、一部分被取代成芳香族系分子的芳香族系有机硅。就本实施方式来说，作为有机硅树脂，特别优选的是芳香族系有机硅。
丙烯酸-苯乙烯共聚物是以(甲基)丙烯酸系单体及苯乙烯系单体为主成分聚合而成的共聚物。另外，丙烯酸-苯乙烯共聚物还可以包含能够与(甲基)丙烯酸系单体及苯乙烯系单体共聚的其它单体。作为丙烯酸-苯乙烯共聚物，可以列举出：苯乙烯-(甲基)丙烯酸酯共聚物、苯乙烯-甲基丙烯酸二乙基氨基乙酯共聚物、苯乙烯-丁二烯-丙烯酸酯共聚物。
胶体晶体层3中的胶体颗粒1的平均粒径优选为10nm～10μm，更优选为10nm～1000nm，进一步优选为50nm～300nm，特别优选为70nm～280nm。通过使胶体颗粒1的平均粒径为10nm以上，相邻的胶体颗粒1的表面之间的凝聚力降低，趋向于变得容易均匀地分散于后述的分散液中。通过使胶体颗粒1的平均粒径为10μm以下，胶体颗粒1的沉降得到抑制，趋向于变得容易均匀地分散于分散液中。此外，本说明书中，胶体颗粒1的平均粒径可以通过以扫描型电子显微镜对胶体晶体层3的表面进行观察并通过对多个胶体颗粒1的粒径进行测定来求出。
如上所述，胶体晶体层3具有多个胶体颗粒1。而且，胶体颗粒1的变异系数优选小于20％。粒径的变异系数是由数学式1求出的值，该值越小，则意味着粒径的不均越小。
[数学式1]
[变异系数(％)]＝[粒径的标准偏差]/[平均粒径]×100
通过使胶体颗粒1的粒径的变异系数小于20％，胶体颗粒1变得容易在粘结剂2中形成规则排列结构。因此，所得到的胶体晶体层3能够以高效率将照射的光反射。此外，胶体颗粒1的变异系数更优选小于15％，进一步优选小于12％，特别优选小于10％，最优选小于8％。
就胶体晶体层3来说，相邻的胶体颗粒1的中心间距离d优选为100nm～300nm，更优选为140nm～300nm。在将胶体晶体层3用于光学滤波器、色材的情况下，通过调整胶体颗粒的中心间距离d，能够使所期望的波长的光反射。此外，相邻的胶体颗粒1的中心间距离d可以通过以扫描型电子显微镜对胶体晶体层3的表面进行观察来求出。
就胶体晶体层3来说，胶体颗粒1的体积与粘结剂2的体积之比例优选为20体积％～50体积％。通过使该体积比例为20体积％以上，多个胶体颗粒1在粘结剂2中成为三维规则排列状态，能够进一步提高胶体晶体层3的光反射能力。另外，通过使该体积比例为50体积％以下，能够容易地控制在粘结剂2中形成的三维规则排列结构。另外，通过使该体积比例为20体积％～50体积％，成为多个胶体颗粒彼此相互分离的稀疏填充的胶体晶体，粘结剂2可以夹在胶体颗粒之间。因此，能够进一步提高胶体晶体层3的形状稳定性。
就胶体晶体层3来说，通过调整胶体颗粒1的含有比例和/或粒径，能够反射任意的光成分。因此，胶体晶体层3的反射光谱的反射峰波长λ优选在300nm以上且小于800nm的波长范围内。在该情况下，胶体晶体层3显示可见光区域内的反射特性，因此成为光学滤波器、色材之类的容易用于工业上的结构体。此外，胶体晶体层3的反射光谱的反射峰波长λ更优选在450nm以上且小于650nm的波长范围内。
胶体晶体层3在300nm以上且小于800nm的波长范围内的反射率的最大值优选为20％以上且小于100％。在该情况下，胶体晶体层3能够选择性地降低反射光谱的反射峰波长λ的光强度，因此成为光学滤波器之类的容易用于工业上的结构体。
进行更详细说明，如上所述，就胶体晶体层3来说，通过调整胶体颗粒1的含有比例和/或粒径，能够控制反射的光的波长及强度。而且，并非像现有的光干涉滤波器那样使特定波长范围的光全部反射，而是使特定波长范围内的光的一部分反射，由此能够将所期望的光从胶体晶体层3中取出。例如，在使特定波长范围的光全部反射的情况下，从胶体晶体层3透射的光会偏离自然的白色光，但通过使特定波长范围内的光的一部分反射并使剩余的光透射，能够维持自然的白色光并且提高显色性。此外，胶体晶体层3在300nm以上且小于800nm的波长范围内的反射率的最大值优选为20％～95％，更优选为20％～80％。
胶体晶体层3优选具有300nm以上且小于800nm的波长范围内的最大反射率的反射光谱的峰的半峰宽(FWHM)为5nm～100nm。就半峰宽来说，越精密地控制胶体晶体层3的层厚的不均及胶体颗粒1的排列等，则其越趋向于变小。因而，从生产率的观点考虑，优选将半峰宽设定为5nm以上。另外，通过将半峰宽设定为100nm以下，例如能够降低为了提高显色性所需的波长的光被胶体晶体层3反射的可能。另外，通过将半峰宽设定为100nm以下，能够抑制发光效率在具备胶体晶体层3的发光装置中降低。此外，半峰宽更优选为10nm～60nm。
如上所述，优选胶体晶体层3的反射光谱的反射峰波长λ在300nm以上且小于800nm的波长范围内。在此，当使用胶体晶体结构体10时，优选反射光谱的反射峰波长λ尽可能不位移。在反射峰波长λ位移了的情况下，由胶体晶体结构体10射出的反射光、透射光的色调变化，可能难以得到所期望的输出光。
当使用胶体晶体结构体10时，为了使反射峰波长λ不位移，优选胶体晶体层3中的胶体颗粒1的三维规则排列结构不变化。进而，相邻的胶体颗粒1的中心间距离d优选是恒定的。因此，当使用胶体晶体结构体10时，优选粘结剂2的体积不变化。另外，即使在粘结剂2的体积变化的情况下，也优选在反射光谱的反射峰波长λ不位移的范围内变化。换言之，用于粘结剂2的树脂优选为当使用胶体晶体结构体10时体积不易变化的树脂，更优选为体积不变化的树脂。具体来说，用于粘结剂2的树脂优选不是吸收或放出水分而体积变化的树脂。
胶体晶体结构体10优选具备支撑胶体晶体层3的基板4。就胶体晶体结构体10来说，基板4不是必须的构成要素。然而，通过以基板4支撑胶体晶体层3，能够提高胶体晶体层3的操作性及机械强度。此外，胶体晶体层3可以如图3所示那样与基板4的表面相接触，还可以在胶体晶体层3与基板4之间配置有未图示的夹层。
优选基板4具有高透光性。例如基板4的总透光率优选为80％～100％，更优选为85％～100％。总透光率例如可以通过日本工业标准JIS K7361-1:1997(塑料-透明材料的总透光率的试验方法-第一部分：单波束法)等方法来进行测定。
作为基板4，例如可以使用钠钙玻璃、低碱硼硅酸玻璃、无碱铝硼硅酸玻璃等玻璃板。另外，作为基板4，还可以使用聚碳酸酯、丙烯酸树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯等树脂板。
就胶体晶体结构体10来说，胶体晶体层3的形状没有特别限定，例如可以设定为膜状。另外，胶体晶体层3的厚度没有特别限定，例如优选为10μm～5000μm，更优选为1000μm～3000μm。另外，就胶体晶体结构体10来说，胶体晶体层3的面积没有特别限定，优选设定为5mm2～100cm2。在该情况下，能够将胶体晶体结构体10应用于从各种传感器至大型照明器具的广泛的用途。
如上所述，在制作在多个胶体颗粒1之间设置有粘结剂2的胶体晶体的情况下，其程度根据材料的不同而不同，但可以在胶体晶体层3的表面形成来源于胶体晶体的周期结构的微细的凹凸结构。而且，起因于其凹凸结构而引起反射光的衍射、干涉等光学现象，因此在将胶体晶体层3本身用于照明等的光学滤波器的情况下，可能会发生显色性及反射效率的降低。为了抑制这样的反射光的衍射、干涉，就胶体晶体结构体10来说，在胶体晶体层3中的具有多个凸部3a及凹部3b的表面设置了折射率控制材料5。
如图3所示，就折射率控制材料5来说，以与胶体晶体层3中的具有多个凸部3a及凹部3b的表面接触的方式设置。而且，折射率控制材料5优选以填埋多个凹部3b的方式设置。通过填埋由多个凸部3a及凹部3b形成的周期结构，能够抑制反射光的衍射、干涉。
折射率控制材料5的厚度只要能够填埋多个凹部3b就没有特别限定，例如优选为10nm～2mm。在折射率控制材料5的厚度大的情况下，折射率控制材料5的透氧性降低，因此能够抑制粘结剂2氧化并且提高胶体晶体层3的耐久性。在折射率控制材料5的厚度小的情况下，折射率控制材料5的透光率提高，因此能够提高胶体晶体结构体10的光学特性。
构成折射率控制材料5的材料只要能够填埋多个凹部3b就没有特别限定。然而，折射率控制材料5优选由树脂材料形成。用于折射率控制材料5的树脂优选为选自丙烯酸树脂、聚碳酸酯树脂、环烯烃树脂、环氧树脂、有机硅树脂、丙烯酸-苯乙烯共聚物及苯乙烯树脂中的至少一种。另外，折射率控制材料5也优选由无机材料形成。用于折射率控制材料5的无机材料例如优选为二氧化硅。
折射率控制材料5优选以填埋至少多个凹部3b的方式设置。另外，折射率控制材料5优选以覆盖多个凸部3a及凹部3b的整体的方式设置。折射率控制材料5优选以覆盖胶体晶体层3中的具有多个凸部3a及凹部3b的表面整体、即以覆盖胶体晶体层3中的与和基板4相对置的一面相反侧的表面整体的方式设置。另外，折射率控制材料5可以是由单层形成的薄膜，也可以是由多层形成的薄膜。具体来说，折射率控制材料5可以是沿着胶体晶体层3及基板4的层叠方向层叠有多层而成的多层膜。
折射率控制材料5优选是透明的。例如，折射率控制材料5的总透光率优选为80％～100％，更优选为85％～100％。总透光率可以通过上述的JIS K7361-1:1997等方法来进行测定。
折射率控制材料5优选与胶体晶体层3的粘结剂2的折射率之差小于10％。即，在折射率控制材料5的折射率为X的情况下，粘结剂2的折射率优选在超过X×0.90且小于X×1.10的范围内。在折射率控制材料5与粘结剂2的折射率之差为10％以上的情况下，照射光在折射率控制材料5与胶体晶体层3的界面反射。此时，由于存在于胶体晶体层3的表面的凸部3a及凹部3b而发生反射光的干涉、衍射，显色性及反射效率可能降低。然而，在折射率控制材料5与粘结剂2的折射率之差小于10％的情况下，可以使折射率控制材料5与胶体晶体层3的界面的折射率之差实质上相等。因此，能够抑制反射光的衍射现象，并且将光源与胶体晶体结构体10组合时能够防止显色性、反射效率降低。此外，折射率控制材料5更优选与胶体晶体层3的粘结剂2的折射率之差小于5％。在该情况下，能够进一步抑制反射光的衍射现象，并且防止显色性、反射效率降低。
本说明书中，折射率控制材料5及粘结剂2的折射率可以通过JIS K7142:2014(塑料-折射率的求出方法)或光干涉法来进行测定。在以光干涉法对折射率控制材料5及粘结剂2的折射率进行测定的情况下，可以通过使用反射分光膜厚仪并且将测定波长设定为550nm来进行测定。
就胶体晶体结构体10来说，折射率控制材料5中的与和胶体晶体层3相对置的面相反侧的面优选不具有来源于由多个胶体颗粒1形成的胶体晶体的规则性的凹凸。即，如上所述，胶体晶体层3的多个凸部3a及凹部3b是来源于由多个胶体颗粒1形成的胶体晶体而形成的。而且，以覆盖胶体晶体层3的凸部3a及凹部3b的方式形成的折射率控制材料5的最表面优选不具有起因于凸部3a及凹部3b的规则性的凹凸结构。由此，即使在照射光在折射率控制材料5的最表面发生了反射的情况下，反射光的干涉、衍射也能够得到抑制并且抑制显色性及反射效率的降低。另外，在折射率控制材料5的最表面不具有规则性的凹凸的情况下，该最表面的面积变小，因此能够提高防污性。进而，假设在折射率控制材料5的最表面设置功能层的情况下，由于该最表面是平坦的，因此也能够容易地形成功能层。
接下来，对本实施方式的胶体晶体结构体10的制造方法进行说明。就胶体晶体结构体10的制造方法来说，首先，通过使胶体颗粒1与一种以上的单体一起分散来制备胶体分散液。具体来说，通过聚合，向形成粘结剂2的单体添加胶体颗粒1。此时，作为单体可以使用液态单体，作为胶体颗粒1可以使用粉末状胶体颗粒。使胶体颗粒1分散于单体的方法没有特别限定，例如可以通过搅拌及超声波照射使之分散。此外，以活性能量射线使单体聚合时，还可以向胶体分散液添加光聚合引发剂等。作为光聚合引发剂，可以使用自由基光聚合引发剂、阳离子光聚合引发剂、阴离子光聚合引发剂之类的公知的光聚合引发剂。
接下来，将得到的胶体分散液涂布于基板4上来制作涂布膜。涂布胶体分散液的方法没有特别限定，例如可以利用喷涂法、旋涂法、狭缝涂布法、辊涂法等。此外，通过在制得了涂布膜之后静置涂布膜，胶体颗粒1三维并且规则地排列。
而且，通过使涂布膜中的单体聚合，以聚合物使多个胶体颗粒1固定化。使单体聚合的方法没有特别限定，可以通过加热使之聚合，还可以通过活性能量射线(电磁波、紫外线、可见光线、红外线、电子束、γ射线等)使之聚合。通过这样的工序，能够得到多个胶体颗粒1在粘结剂2中规则排列的胶体晶体层3。
接下来，通过聚合，制备包含形成折射率控制材料5的单体的单体溶液。此时，在通过活性能量射线使单体聚合的情况下，可以向单体溶液添加光聚合引发剂等。而且，将单体溶液涂布于胶体晶体层3中的形成有凸部3a及凹部3b的表面来制作涂布膜。涂布单体溶液的方法没有特别限定，例如可以利用喷涂法、旋涂法、狭缝涂布法、辊涂法等。而且，通过使涂布膜中的单体聚合，可以得到折射率控制材料5。此外，使单体聚合的方法没有特别限定，可以通过加热使之聚合，也可以通过活性能量射线使之聚合。
如上所述，通过在胶体晶体层3的表面制得了包含单体的涂布膜之后使该单体聚合，能够形成折射率控制材料5。然而，形成折射率控制材料5的方法不限于这样的方法，只要是能够形成得到本实施方式的效果的折射率控制材料5，就可以应用任何方法。
例如，折射率控制材料5也可以通过如下所述的方法来形成。首先，预先准备构成折射率控制材料5的薄膜。接着，将构成折射率控制材料5的薄膜与胶体晶体层3的表面直接层叠，然后实施真空层压处理，由此可以在胶体晶体层3的表面形成折射率控制材料5。此外，真空层压处理例如可以使用真空层压机来进行。
这样一来，本实施方式的胶体晶体结构体10具备胶体晶体层3，上述胶体晶体层3包含多个胶体颗粒1和配置于多个胶体颗粒1之间的固定有胶体颗粒1的粘结剂2。胶体晶体结构体10还具备折射率控制材料5，上述折射率控制材料5设置于胶体晶体层3中的一面且是透明的，并且与粘结剂2的折射率之差小于10％。根据本实施方式，即使在胶体晶体层3的表面形成有来源于多个胶体颗粒1的周期结构的微细的凹凸结构的情况下，也能够通过折射率控制材料5使凹凸结构的界面的折射率之差实质上相等。因此，能够抑制反射光的衍射现象，并且将光源与胶体晶体结构体10组合时，能够防止显色性、反射效率降低。另外，在折射率控制材料5的透氧性低的情况下，能够抑制粘结剂2氧化，因此能够提高胶体晶体层3的耐久性。进而，由折射率控制材料5覆盖胶体晶体层3而进行保护，因此能够长期维持胶体颗粒1的三维规则排列结构而保持高反射率。
胶体晶体结构体10优选还具备基板4，上述基板4设置于与胶体晶体层3中的和一面相反侧的面并且具有透光性。由此，由基板4保持胶体晶体层3，因此能够提高胶体晶体结构体10的操作性。另外，通过使基板4具有透光性，可以将胶体晶体结构体10用于光学滤波器之类的利用透射光的用途。
(第二实施方式)
接下来，基于附图对第二实施方式的胶体晶体结构体进行详细说明。此外，对与第一实施方式相同的构成标记相同符号，并省略重复的说明。
如图4所示，本实施方式的胶体晶体结构体10A具备胶体结构层3A和基板4，上述胶体结构层3A包含多种胶体颗粒和配置于多种胶体颗粒之间的粘结剂2，上述基板4保持胶体结构层3A。多种胶体颗粒至少包含第一胶体颗粒1A和第二胶体颗粒1B，并且第一胶体颗粒1A与第二胶体颗粒1B的平均粒径互不相同。胶体晶体结构体10A还具备设置于胶体结构层3A的表面的折射率控制材料5。
就胶体结构层3A来说，第一胶体颗粒1A与第二胶体颗粒1B以相互混合的状态三维并且规则地排列，并且粘结剂2夹在第一胶体颗粒1A与第二胶体颗粒1B之间。即，胶体结构层3A并非具有多种胶体颗粒彼此相互接触而成的密填充的胶体晶体，而是具有多种胶体颗粒彼此相互分离的稀疏填充的胶体晶体。通过具有这样的稀疏填充的胶体晶体，照射至胶体结构层3A的光的一部分进行Bragg反射，未被反射的光的一部分可以从胶体结构层3A透射。
在此，在制作在多种胶体颗粒之间设置有粘结剂2的胶体晶体的情况下，其程度根据材料的不同而不同，但有时会在胶体结构层3A的表面形成来源于胶体晶体的周期结构的微细的凹凸结构。而且，起因于该凹凸结构而发生反射光的衍射、干涉等光学现象，因此在将胶体结构层3A本身用于照明等的光学滤波器的情况下，可能会发生显色性及反射效率的降低。
为了抑制这样的反射光的衍射、干涉，与第一实施方式相同地，胶体晶体结构体10A在胶体结构层3A中的具有多个凸部3a及凹部3b的表面设置了折射率控制材料5。
如图4所示，折射率控制材料5以与胶体结构层3A中的具有多个凸部3a及凹部3b的表面接触的方式设置。而且，折射率控制材料5优选以填埋多个凹部3b的方式设置。通过填埋由多个凸部3a及凹部3b形成的周期结构，能够抑制反射光的衍射、干涉。此外，折射率控制材料5的厚度、构成折射率控制材料5的材料及折射率控制材料5的总透光率可以设定为与第一实施方式相同。另外，折射率控制材料5与胶体结构层3A的粘结剂2的折射率之差优选小于10％。
折射率控制材料5优选以填埋至少多个凹部3b的方式设置。另外，折射率控制材料5优选以覆盖多个凸部3a及凹部3b整体的方式设置。而且，与第一实施方式相同，关于胶体晶体结构体10A，在折射率控制材料5中的与和胶体结构层3A相对置的一面相反侧的面优选不具有来源于由多种胶体颗粒1形成的胶体晶体的规则性的凹凸。
与第一实施方式相同，胶体结构层3A中所含的胶体颗粒(第一胶体颗粒1A、第二胶体颗粒1B)优选包含无机材料及树脂材料中的至少任一者。另外，固定有胶体颗粒的粘结剂2优选包含树脂。
胶体结构层3A中的胶体颗粒(第一胶体颗粒1A、第二胶体颗粒1B)的平均粒径优选为0.01μm～10μm，更优选为10nm～1000nm，进一步优选为50nm～300nm，特别优选为70nm～280nm。而且，胶体结构层3A中所含的第一胶体颗粒1A及第二胶体颗粒1B的粒径的变异系数优选分别小于20％。通过使第一胶体颗粒1A及第二胶体颗粒1B的粒径的变异系数分别小于20％，第一胶体颗粒1A及第二胶体颗粒1B变得容易在粘结剂2中形成规则排列结构。因此，所得到的胶体结构层3A能够以高效率使所照射的光反射。此外，第一胶体颗粒1A及第二胶体颗粒1B的粒径的变异系数更优选分别小于15％，进一步优选小于12％，特别优选小于10％，最优选小于8％。
多种胶体颗粒除了第一胶体颗粒1A及第二胶体颗粒1B以外还可以包含平均粒径不同的第三胶体颗粒、第四的胶体颗粒。而且，第三胶体颗粒及第四的胶体颗粒的粒径的变异系数优选分别小于20％。
就胶体结构层3A来说，第一胶体颗粒1A与第二胶体颗粒1B的平均粒径互不相同。而且，如图4所示，就胶体结构层3A来说，第一胶体颗粒1A的平均粒径比第二胶体颗粒1B的平均粒径大。这样一来，通过使粒径相互不同的第一胶体颗粒1A及第二胶体颗粒1B采取规则排列结构，可以得到能够抑制光反射能力降低并且能够调整反射光谱中的反射峰波长的胶体结构层3A。此外，第一胶体颗粒1A及第二胶体颗粒1B所采取的规则排列结构例如优选为最密填充结构、面心立方结构或体心立方结构。
在此，以往以来已知：通过改变胶体晶体膜中的胶体颗粒的浓度，反射光谱中的反射峰波长发生位移。换言之，通过调整胶体晶体膜中的胶体颗粒的浓度，能够适当控制反射峰波长。然而，在胶体颗粒的浓度为规定的范围内的情况下，虽然胶体晶体膜显示高反射率，但是在超出规定的范围的情况下反射率大幅降低。因此，在通过改变胶体颗粒的浓度来调整反射峰波长的情况下，有时胶体晶体膜的光反射能力会降低。
与此相对，就胶体结构层3A来说，通过维持由胶体颗粒带来的规则排列结构，并且调整第一胶体颗粒1A和第二胶体颗粒1B的含有比例和/或粒径，能够使反射峰波长位移。因此，胶体结构层3A具有高光反射能力，并且能够以简易的方法调整反射峰。
就胶体结构层3A来说，多种胶体颗粒优选以相互混合的状态胶体晶体化而形成胶体固溶体。本说明书中，“胶体固溶体”是指多种胶体颗粒以混合的状态发生胶体晶体化而在固溶体具有类似的晶体结构的物质。即，如图4所示，其是指相互不同的第一胶体颗粒1A与第二胶体颗粒1B以混合的状态形成规则排列结构，形成了像固溶体那样的集合体的物质。此外，胶体结构层3A可以是指形成了规则排列结构的第一胶体颗粒1A的一部分能够保持该规则排列结构并且被第二胶体颗粒1B置换而得到的结构体。或者，胶体结构层3A可以是指形成了规则排列结构的第二胶体颗粒1B的一部分维持该规则排列结构并且被第一胶体颗粒1A置换而得到的结构体。通过使胶体结构层3A具有这样的胶体固溶体，能够得到具有与仅将由第一胶体颗粒1A形成的胶体晶体的特性与由第二胶体颗粒1B形成的晶体结构的特性合并而成的特性不同的特性的晶体结构。即，胶体结构层3A可以形成具有由第一胶体颗粒1A形成的胶体晶体与由第二胶体颗粒1B形成的胶体晶体的中间性质的结构体。
具体来说，胶体结构层3A能够在由第一胶体颗粒1A形成的胶体晶体的反射峰与由第二胶体颗粒1B形成的胶体晶体的反射峰之间具有反射峰。如上所述，通过调整胶体结构层3A的第一胶体颗粒1A与第二胶体颗粒1B的含有比例和/或粒径，能够使反射峰波长变化。因此，通过调整这些，能够使反射峰在由第一胶体颗粒形成的胶体晶体的反射峰与由第二胶体颗粒形成的胶体晶体的反射峰之间的任意的位置位移。
如上所述，胶体结构层3A优选使第一胶体颗粒1A与第二胶体颗粒1B混合而形成像固溶体那样的集合体。换言之，如图5所示，优选不是由粒径大的胶体颗粒21形成的胶体晶体与由粒径小的胶体颗粒22形成的胶体晶体混合而成的共晶状态。在该情况下，显现起因于由胶体颗粒21形成的胶体晶体的反射峰和起因于由胶体颗粒22形成的胶体晶体的反射峰，有可能变得难以使反射峰在任意的位置位移。因此，胶体结构层3A优选多种胶体颗粒形成像固溶体那样的规则排列结构，
以仅包含第一胶体颗粒1A作为胶体颗粒的胶体晶体的反射峰波长为λ1，以仅包含第二胶体颗粒1B作为胶体颗粒的胶体晶体的反射峰波长为λ2。在该情况下，胶体结构层3A优选反射光谱的反射峰波长λ存在于λ1与λ2之间。由此，通过调整第一胶体颗粒1A及第二胶体颗粒1B的含有比例和/或粒径，能够使反射峰波长λ在λ1与λ2之间的任意的位置位移。因此，可以通过简易的方法来调整胶体结构层3A中的反射峰波长λ。
另外，上述λ1与λ2之差的绝对值(|λ1-λ2|)优选为20nm～200nm。在该情况下，第一胶体颗粒1A容易与第二胶体颗粒1B混合而形成规则排列结构。因此，能够容易地形成包含第一胶体颗粒1A和第二胶体颗粒1B的胶体固溶体，而使反射峰波长λ在λ1与λ2之间的任意的位置位移。
就胶体结构层3A来说，在以第一胶体颗粒1A的平均粒径为d1并以第二胶体颗粒1B的平均粒径为d2的情况下，平均粒径之比d1/d2优选为1.05以上且小于1.60。在该情况下，第一胶体颗粒1A与第二胶体颗粒1B容易形成规则排列结构。因此，可以容易地形成包含第一胶体颗粒1A和第二胶体颗粒1B的胶体固溶体，能够使反射峰在任意的位置位移。
就胶体结构层3A来说，相邻的胶体颗粒的中心间距离d优选为100nm～300nm，更优选为140nm～300nm。如后所述，在将胶体结构层3A用于光学滤波器、色材的情况下，通过调整胶体颗粒的中心间距离d，能够使所期望的波长反射。此外，相邻的胶体颗粒的中心间距离d可以通过以扫描型电子显微镜对胶体结构层3A的表面进行观察来求出。
与第一实施方式相同，就胶体结构层3A来说，胶体颗粒的体积与粘结剂2的体积之比例优选为20体积％～50体积％。此外，“胶体颗粒的体积”是指包含第一胶体颗粒1A及第二胶体颗粒1B的胶体颗粒整体的体积。
如上所述，就胶体结构层3A来说，通过调整第一胶体颗粒1A和第二胶体颗粒1B的含有比例和/或粒径，能够反射任意的光成分。因此，胶体结构层3A优选反射光谱的反射峰波长λ在300nm以上且小于800nm的波长范围内。在该情况下，胶体结构层3A显示可见光区域内的反射特性，因此成为光学滤波器、色材之类的容易在工业上利用的结构体。此外，胶体结构层3A更优选反射光谱的反射峰波长λ在450nm以上且小于650nm的波长范围内。
与第一实施方式相同，胶体结构层3A优选在300nm以上且小于800nm的波长范围内的反射率的最大值为20％以上且小于100％。另外，胶体结构层3A优选具有300nm以上且小于800nm的波长范围内的最大反射率的反射光谱的峰的半峰宽(FWHM)为5nm～100nm。
胶体晶体结构体10A优选还具备基板4，上述基板4设置于与胶体结构层3A中的和一面相反侧的面，并且具有透光性。由此，通过基板4保持胶体结构层3A，因此能够提高胶体晶体结构体10A的操作性。另外，通过使基板4具有透光性，可以将胶体晶体结构体10A用于光学滤波器之类的利用透射光的用途。
就胶体晶体结构体10来说，胶体结构层3A的形状没有特别限定，例如可以设定为膜状。另外，胶体结构层3A的厚度没有特别限定，例如优选为10μm～5000μm，更优选为1000μm～3000μm。就胶体晶体结构体10来说，胶体结构层3A的面积没有特别限定，优选设定为5mm2～100cm2。
接下来，对本实施方式的胶体晶体结构体10A的制造方法进行说明。就胶体晶体结构体10A的制造方法来说，首先，使至少包含第一胶体颗粒和第二胶体颗粒的多种胶体颗粒与一种以上单体一起分散，由此制备胶体分散液。具体来说，向通过进行聚合形成粘结剂2的单体添加多种胶体颗粒。此时，作为单体可以使用液态的单体，作为胶体颗粒可以使用粉末状的胶体颗粒。此外，在通过活性能量射线使单体聚合的情况下，可以将光聚合引发剂等添加于胶体分散液。
接下来，将所得到的胶体分散液涂布于基板上来制作涂布膜。通过在制得了涂布膜之后静置涂布膜，胶体颗粒三维并且规则地排列。而且，通过使涂布膜中的单体聚合，以聚合物使多种胶体颗粒固定化。使单体聚合的方法没有特别限定，可以通过加热使之聚合，也可以通过活性能量射线使之聚合。通过这样的工序，能够得到多种胶体颗粒在粘结剂中规则排列的胶体结构层3A。
而且，与第一实施方式相同，通过在胶体结构层3A中的形成有凸部3a及凹部3b的表面形成折射率控制材料5，能够得到胶体晶体结构体10A。
这样一来，本实施方式的胶体晶体结构体10A具备胶体结构层3A，上述胶体结构层3A包含多种胶体颗粒和配置于多种胶体颗粒之间的固定有胶体颗粒的粘结剂2。胶体晶体结构体10A还具备折射率控制材料5，上述折射率控制材料5设置于胶体结构层3A中的一面且是透明的，并且与粘结剂2的折射率之差小于10％。多种胶体颗粒至少包含平均粒径相互不同的第一胶体颗粒1A和第二胶体颗粒1B。第一胶体颗粒1A及第二胶体颗粒1B的粒径的变异系数分别小于20％。而且，多种胶体颗粒在粘结剂2中形成了规则排列结构。根据本实施方式，即使在胶体结构层3A的表面形成了来源于多种胶体颗粒的周期结构的微细的凹凸结构的情况下，也可以通过折射率控制材料5使凹凸结构的界面的折射率之差实质上相等。因此，能够抑制反射光的衍射现象，并且将光源与胶体晶体结构体10A组合时，能够防止显色性、反射效率降低。另外，在折射率控制材料5的透氧性低的情况下，能够抑制粘结剂2的氧化，因此能够提高胶体结构层3A的耐久性。进而，由折射率控制材料5覆盖胶体结构层3A来进行保护，因此能够长期维持多种胶体颗粒的三维规则排列结构而保持高反射率。
此外，胶体结构层3A优选多种胶体颗粒混合而形成了胶体晶体化后的胶体固溶体。由此，成为具有由第一胶体颗粒1A形成的胶体晶体与由第二胶体颗粒1B形成的胶体晶体的中间性质的结构体。因此，通过调整第一及第二胶体颗粒的含有比例和/或粒径，能够在由第一胶体颗粒形成的胶体晶体的反射峰与由第二胶体颗粒形成的胶体晶体的反射峰之间的任意的位置具有反射峰。
[发光装置]
接下来，对本实施方式的发光装置进行说明。本实施方式的发光装置具备光学滤波器32和光源31，上述光学滤波器32具有胶体晶体结构体10、10A。而且，光源31所放出的初级光的一部分从光学滤波器32透射。通过具备这样的光学滤波器32，发光装置可以将特定波长的光反射并放射所期望的光成分。
图6作为发光装置的一个例子示出了LED模块30(Light-emitting diode模块，发光二极管模块)。就本实施方式来说，光源33是由LED元件形成并且安装在电路基板32上的发光元件，但并不限于此。
发光元件例如可以使用在380nm～500nm的波长范围内具有主发光峰并且射出蓝色光的蓝色LED元件、射出紫色光的紫色LED元件。作为这种发光元件，例如可以列举出氮化镓系的LED元件。
本实施方式的发光装置可以进一步具备波长转换构件，上述波长转换构件被由光学滤波器32反射的初级光的反射光激发。具体来说，如图6所示，作为发光装置的LED模块30可以进一步具备波长转换构件34。就本实施方式来说，波长转换构件34覆盖光源31。波长转换构件34在有机硅树脂之类的透光性材料内例如含有蓝色荧光体、绿色荧光体、黄色荧光体及红色荧光体中的至少一种以上的荧光体35。蓝色荧光体被初级光的反射光激发而射出蓝色光。绿色荧光体及黄色荧光体也被初级光的反射光激发而分别射出绿色光及黄色光。
蓝色荧光体在470nm～500nm的波长区域内具有发光峰，绿色荧光体在500nm～540nm的波长区域内具有发光峰，黄色荧光体在545nm～595nm的波长区域内具有发光峰。作为蓝色荧光体，例如可以列举出：BaMgAl10O17:Eu2+、CaMgSi2O6:Eu2+、Ba3MgSi2O8:Eu2+、Sr10(PO4)6Cl2:Eu2+等。作为绿色荧光体，例如可以列举出：(Ba,Sr)2SiO4:Eu2+、Ca8Mg(SiO4)4Cl2:Eu2+、Ca8Mg(SiO4)4Cl2:Eu2+,Mn2+。作为黄色荧光体，例如可以列举出：(Sr,Ba)2SiO4:Eu2+、(Y,Gd)3Al5O12:Ce3+、α-Ca-SiAlON:Eu2+。
红色荧光体被初级光的反射光、绿色荧光体及黄色荧光体中的至少一者的出射光激发而射出红色光。红色荧光体在600nm～650nm的波长区域具有发光峰。作为红色荧光体，例如可以列举出：Sr2Si5N8:Eu2+、CaAlSiN3:Eu2+、SrAlSi4N7:Eu2+、CaS:Eu2+、La2O2S:Eu3+、Y3Mg2(AlO4)(SiO4)2:Ce3+。
如图6所示，在LED模块30的出射面侧配置有光学滤波器32。而且，由光源31射出的初级光L1的一部分从波长转换构件34及光学滤波器32透射。另一方面，初级光L1的一部分如上所述被光学滤波器32反射。波长转换构件34的荧光体35可以被初级光L1激发，也可被由光学滤波器32反射的初级光L1的反射光R激发。即，荧光体35也可以被初级光L1或反射光R中的任一者激发而发出次级光L2。进而，从光学滤波器32透射的透射光T由LED模块30射出。
如果波长转换构件34的荧光体35被反射光R激发，则射出相对于反射光R向长波长侧位移的次级光L2。次级光L2在具有不被光学滤波器32反射的波长的情况下，从光学滤波器32透射并被射出至外部。此时，由于反射光R被再利用而射出至外部，因此能够提高LED模块30的发光效率。
[照明系统]
接下来，对本实施方式的照明系统进行说明。本实施方式的照明系统具备发光装置。
图7作为照明系统的一个例子示出了具备LED模块30的桌上架40。如图7所示，桌上架40在大致圆板状的基座41上安装了照明主体42。照明主体42具有臂43，臂43的前端侧的灯具44具备LED模块30。在照明主体42设置开关45，通过该开关45进行打开/关闭操作，可以改变LED模块30的亮灯状态。
如图8(a)所示，灯具44具备大致圆筒状的基座部46、LED模块30和外罩50。LED模块30具备光源单元47、取向控制部48和由光学滤波器32形成的滤波器49。如图8(b)所示，光源单元47具备电路基板33、安装在电路基板33的光源31以及配置于电路基板33之上并且覆盖光源31的波长转换构件34。波长转换构件34含有荧光体35。取向控制部48用于将光源单元47的光控制成所期望的配光，就本实施方式来说其具备透镜。然而，作为取向控制部48，除了透镜之外，还可根据照明系统的构成而具有反射板、导光板。
这样一来，本实施方式的照明系统使用耐久性优异并且容易控制波长的胶体晶体结构体，因此能够容易地得到所期望的分光特性。即，本实施方式的照明系统例如能够提高被出射光照射的纸面的白色度而提高视觉辨认性。另外，能够良好地呈现肤色，进而也能够清楚地表现出食材、植物的颜色。
实施例
以下，通过实施例、比较例及参考例对本实施方式进行更详细说明，但本实施方式不限于此。
[实施例及比较例]
制造实施例1及2以及比较例1及2的试验样品时使用了以下的原料。
(胶体颗粒)
二氧化硅颗粒；平均粒径(D50)：180nm、粒径的变异系数：5％
此外，二氧化硅颗粒通过Stober法合成。
(粘结剂用单体)
·三乙二醇二甲基丙烯酸酯单体；新中村化学工业株式会社制，NK ESTER 3G
(光聚合引发剂)
·2-羟基-2-甲基-1-苯基-丙烷-1-酮；BASF公司制造的IRGACURE(注册商标)1173
(折射率控制材料用单体)
·三羟甲基丙烷三丙烯酸酯单体；新中村化学工业株式会社制，NK ESTER A-TMPT
(实施例1)
首先，以含量成为28体积％的方式将二氧化硅颗粒添加于粘结剂用单体中。接下来，在室温(25℃)条件下施加20kHz的超声波10分钟，由此使二氧化硅颗粒分散于单体中。这样一来，得到了胶体颗粒(二氧化硅颗粒)均匀地分散于单体中而成的胶体分散液。
接下来，向胶体分散液添加了1.0质量％光聚合引发剂。然后，在室温(25℃)条件下使用棒涂机将该分散液以200mm见方涂布于1.0mm厚的玻璃基板。此时，棒涂机使用了#18的型号。进一步对所得到的涂布膜照射紫外光而使粘结剂用单体聚合，由此在玻璃基板上形成了层厚为约40μm的胶体晶体层。
接着，在室温(25℃)条件下使用棒涂机将添加了1.0质量％光聚合引发剂的折射率控制材料用单体涂布于胶体晶体层的表面。此时，棒涂机使用#4的型号。然后，对所得到的涂布膜照射紫外光而使折射率控制材料用单体聚合，由此在胶体晶体层的表面形成了层厚为约5μm的折射率控制材料。这样一来，得到了在玻璃基板上形成有胶体晶体层并且在胶体晶体层上形成有折射率控制材料的试验样品。
以光干涉法对所得到的试验样品测定了使粘结剂用单体聚合而得到的丙烯酸树脂的折射率及使折射率控制材料用单体聚合而得到的丙烯酸树脂的折射率。具体来说，使用大塚电子株式会社制造的反射分光膜厚仪FE-3000并将测定波长设定为550nm对这些丙烯酸树脂的折射率进行了测定。其结果是使粘结剂用单体聚合而得到的丙烯酸树脂的折射率为1.490。另外，使折射率控制材料用单体聚合而得到的丙烯酸树脂的折射率为1.535。折射率控制材料的折射率在超过1.416(1.490×0.95)且小于1.565(1.490×1.05)的范围内，因此折射率控制材料与粘结剂的折射率之差小于5％。
(比较例1)
除了未形成折射率控制材料以外，与实施例1相同地得到了在玻璃基板上形成了胶体晶体层的试验样品。
(实施例2)
首先，以含量成为32体积％的方式将二氧化硅颗粒添加于粘结剂用单体中。接下来，在室温(25℃)条件下施加20kHz的超声波10分钟，由此使二氧化硅颗粒分散于单体中。这样一来，得到了胶体颗粒(二氧化硅颗粒)均匀地分散于单体中而成的胶体分散液。
接下来，向胶体分散液添加了1.0质量％光聚合引发剂。然后，在室温(25℃)条件下使用棒涂机将该分散液以200mm见方涂布于1.0mm厚的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)基板。此时，棒涂机使用了#18的型号。然后，对所得到的涂布膜照射紫外光而使粘结剂用单体聚合，由此在PMMA基板上形成了层厚为约40μm的胶体晶体层。
接着，准备厚度为1mm的由聚甲基丙烯酸甲酯形成的挤出板。然后，在胶体晶体层的表面层叠挤出板，然后使用真空层压机实施了真空层压处理。这样一来，得到了在PMMA基板上形成有胶体晶体层并且在胶体晶体层上形成有折射率控制材料的试验样品。
以与实施例1相同的光干涉法对所得到的试验样品测定了使粘结剂用单体聚合而得到的丙烯酸树脂的折射率及由聚甲基丙烯酸甲酯形成的挤出板的折射率。其结果是使粘结剂用单体聚合而得到的丙烯酸树脂的折射率为1.490。另外，由聚甲基丙烯酸甲酯形成的挤出板的折射率为1.489。挤出板的折射率在超过1.416(1.490×0.95)且小于1.565(1.490×1.05)的范围内，因此折射率控制材料与粘结剂的折射率之差小于5％。
(比较例2)
除了未形成折射率控制材料以外，与实施例2相同地得到了在PMMA基板上形成有胶体晶体层的试验样品。
[实施例及比较例的试验样品的评价]
(反射光谱测定)
使用紫外可见分光光度计(株式会社岛津制作所制造的UV-2600)对如上所述得到的实施例1及2以及比较例1及2的试验样品的反射光谱进行了测定。图9示出实施例1及比较例1的试验样品的反射光谱，图10示出实施例2及比较例2的试验样品的反射光谱。
如图9所示，可知：比较例1的试验样品在590nm附近、620nm附近、670nm附近具有反射率小于20％的反射峰；与此相对，实施例1的试验样品不存在这些反射峰。因此，可知：通过设置折射率控制材料，能够抑制起因于副峰的显色性的降低。另外，可知：实施例1中的560nm附近的主峰的反射率与比较例1等同，因此即使在设置有折射率控制材料的情况下，也不易发生反射率降低。
如图10所示，可知：比较例2的试验样品在575nm附近、600nm附近、640nm附近具有反射率小于20％的反射峰；与此相对，实施例2的试验样品不存在这些反射峰。因此，可知：通过设置折射率控制材料，能够抑制起因于副峰的显色性的降低。另外，可知：实施例2中的530nm附近的主峰的反射率比比较例2高，因此通过设置折射率控制材料，反射效率提高。
(扫描型电子显微镜观察)
以扫描型电子显微镜对实施例1的试验样品的截面进行了观察。图11示出了实施例1的试验样品的截面。另外，图12放大示出了实施例1的试验样品的截面中的胶体晶体层3与折射率控制材料5的界面附近。如图11所示，可知：折射率控制材料5以直接接触的方式形成于胶体晶体层3的表面。此外，如图12所示，可知：就胶体晶体层3来说，多个胶体颗粒1规则排列，并且粘结剂2夹在相邻的胶体颗粒1之间。
(原子力显微镜观察)
以原子力显微镜(AFM)对实施例1及比较例1的试验样品的表面进行了观察。图13示出了以原子力显微镜对实施例1的试验样品的表面进行了观察的结果，图14示出了以原子力显微镜对比较例1的试验样品的表面进行了观察的结果。
如图13所示，可知：虽然实施例1的试验样品的表面存在凹凸，但不存在来源于胶体晶体的规则排列结构的规则性的凹凸。与此相对，如图14所示，可知：比较例1的试验样品的表面存在来源于胶体颗粒的规则排列结构的规则性的微细凹凸结构。因此，由图9及图14的结果推测：由于规则性的微细凹凸结构，反射光进行衍射或干涉，在波长590nm附近、620nm附近、670nm附近产生反射峰。另外，由图9及图13的结果可知：由于以折射率控制材料填埋来源于胶体颗粒的规则排列结构的规则性的微细凹凸结构，能够抑制反射光的衍射及干涉。
[参考例]
制造参考例的试验样品时，使用了以下的原料。
(胶体颗粒)
·二氧化硅颗粒1；平均粒径(D50)：150nm，粒径的变异系数：5％
·二氧化硅颗粒2；平均粒径(D50)：180nm，粒径的变异系数：5％
此外，二氧化硅颗粒1及2通过Stober法合成。
(粘结剂用单体、光聚合引发剂)
粘结剂用单体及光聚合引发剂使用了与实施例1相同的物质。
首先，以含量成为30体积％的方式将二氧化硅颗粒1添加于粘结剂用单体中。接下来，在室温(25℃)条件下施加20kHz的超声波10分钟，由此使二氧化硅颗粒1分散于粘结剂用单体中。这样一来，得到了胶体颗粒(二氧化硅颗粒1)均匀地分散于粘结剂用单体中而成的胶体分散液1。
相同地，以含量成为30体积％的方式将二氧化硅颗粒2添加于粘结剂用单体中。接下来，在室温(25℃)条件下施加20kHz的超声波10分钟，由此使二氧化硅颗粒2分散于粘结剂用单体中。这样一来，得到了胶体颗粒(二氧化硅颗粒2)均匀地分散于粘结剂用单体中而成的胶体分散液2。
接下来，以3:1的质量比使胶体分散液1与胶体分散液2混合，进一步添加了光聚合引发剂1.0质量％。然后，在室温(25℃)条件下使用棒涂机将该分散液以200mm见方涂布于1.0mm厚的玻璃基板。此时，棒涂机使用#18的型号。进而，对所得到的涂布膜照射紫外光而使单体聚合，由此得到了在玻璃基板上形成了层厚为约40μm的胶体结构层的试验样品。
[参考例的试验样品的评价]
(反射光谱测定)
使用紫外可见分光光度计(株式会社岛津制作所制造的UV-2600)对如上所述得到的参考例的试验样品的反射光谱进行了测定。图15示出了参考例的试验样品的反射光谱。此外，图15也示出了向胶体分散液1及胶体分散液2分别添加了光聚合引发剂1.0质量％之后与参考例相同地形成了胶体结构体的样品的反射光谱。
如图15所示，参考例的试验样品的反射峰波长存在于仅包含二氧化硅颗粒1作为胶体颗粒的胶体晶体的反射峰波长和仅包含二氧化硅颗粒2作为胶体颗粒的胶体晶体的反射峰波长之间。因此，可知：通过使二氧化硅颗粒1与二氧化硅颗粒2混合并胶体晶体化，能够控制反射峰波长。
此外，如图15所示，可知：参考例的试验样品的反射峰的反射率超过55％，反射率比仅包含二氧化硅颗粒1的胶体晶体的反射峰及仅包含二氧化硅颗粒2的胶体晶体的反射峰高。因此，可知：通过使用多种胶体颗粒来形成胶体结构层，能够抑制光反射能力降低。
(扫描型电子显微镜观察)
以扫描型电子显微镜对参考例的试验样品的表面进行了观察。图16示出了以扫描型电子显微镜对参考例的试验样品的表面进行了观察的结果。如图16所示，可知：平均粒径为150nm的二氧化硅颗粒1(1B)及平均粒径为180nm的二氧化硅颗粒2(1A)这两者均规则地排列。另外，还可知：二氧化硅颗粒1与二氧化硅颗粒2数之比例成为了约3:1。而且，就参考例的试验样品来说，二氧化硅颗粒1与二氧化硅颗粒2并不是分别分离并凝聚而成为共晶状态，而是二氧化硅颗粒1与二氧化硅颗粒2混合而成为了像固溶体这样的状态。
图17示出了以扫描型电子显微镜对参考例的试验样品的截面进行了观察的结果，图18放大示出了图17中的符号B的区域。如图18所示，可知：即使在试验样品的截面中二氧化硅颗粒1(1B)与二氧化硅颗粒2(1A)也一起规则地排列。另外，还可知：二氧化硅颗粒1与二氧化硅颗粒2并不是分别分离并凝聚而成为共晶状态，而是二氧化硅颗粒1与二氧化硅颗粒2混合而成为像固溶体这样的状态。
这样一来，可知：就参考例的试验样品来说，二氧化硅颗粒1与二氧化硅颗粒2相互混合而胶体晶体化，并且在作为粘结剂的聚合物中形成了三维规则排列结构。而且，可以容易地推测：关于参考例的试验样品，与实施例1及2相同地，通过在胶体结构层的表面形成折射率控制材料，能够防止在反射光谱中产生副峰并且抑制显色性及反射效率降低。
以上对本实施方式进行了说明，但本实施方式并不限于这些，在本实施方式的要旨范围内可进行各种变形。具体来说，就胶体晶体结构体来说，胶体晶体层可以是单层，也可以是多层。相同地，就胶体晶体结构体来说，胶体结构层可以是单层，也可以是多层。另外，就胶体晶体结构体来说，可以使胶体晶体层与胶体结构层层叠而制成多重结构。
将日本特愿2019-009444号(申请日：2019年1月23日)的全部内容援引于此。
产业上的可利用性
根据本申请，能够提供即使在用于光学滤波器的情况下也能够抑制显色性及反射效率降低的胶体晶体结构体以及使用了该胶体晶体结构体的发光装置及照明系统。
符号说明
1 胶体颗粒
1A 第一胶体颗粒
1B 第二胶体颗粒
2 粘结剂
3 胶体晶体层
3A 胶体结构层
3a 凸部
3b 凹部
4 基板
5 折射率控制材料
10、10A 胶体晶体结构体
32 光学滤波器
34 波长转换构件

Claims (10)

1.一种胶体晶体结构体，其具备胶体晶体层和折射率控制材料，
所述胶体晶体层包含多个胶体颗粒和配置于所述多个胶体颗粒之间的固定所述胶体颗粒的粘结剂，
所述折射率控制材料设置于所述胶体晶体层中的一面且是透明的，并且与所述粘结剂的折射率之差小于10％，
其中，在胶体晶体层的表面形成规则性的凸部及凹部，
所述折射率控制材料以与所述胶体晶体层中的具有多个所述凸部及所述凹部的表面接触的方式设置，并且所述折射率控制材料以填埋多个所述凹部的方式设置，
所述多个胶体颗粒彼此相互分离，所述粘结剂夹在所述胶体颗粒之间。
2.根据权利要求1所述的胶体晶体结构体，其中，所述折射率控制材料中的与和所述胶体晶体层相对置的面相反侧的面不具有来源于由所述多个胶体颗粒形成的胶体晶体的规则性的凹凸。
3.根据权利要求1或2所述的胶体晶体结构体，其还具备基板，所述基板设置于所述胶体晶体层中的与所述一面相反侧的面，并且具有透光性。
4.一种胶体晶体结构体，其具备胶体结构层和折射率控制材料，
所述胶体结构层包含多种胶体颗粒和配置于所述多种胶体颗粒之间的固定所述胶体颗粒的粘结剂，
所述折射率控制材料设置于所述胶体结构层中的一面且是透明的，并且与所述粘结剂的折射率之差小于10％，
其中，在胶体结构层的表面形成规则性的凸部及凹部，
所述折射率控制材料以与所述胶体结构层中的具有多个所述凸部及所述凹部的表面接触的方式设置，并且所述折射率控制材料以填埋多个所述凹部的方式设置，
所述多种胶体颗粒至少包含平均粒径互不相同的第一胶体颗粒和第二胶体颗粒，
所述第一胶体颗粒及所述第二胶体颗粒的粒径的变异系数分别小于20％，
所述多种胶体颗粒在所述粘结剂中形成规则排列结构，
所述多种胶体颗粒彼此相互分离，所述粘结剂夹在所述胶体颗粒之间。
5.根据权利要求4所述的胶体晶体结构体，其中，所述多种胶体颗粒在所述胶体结构层中以相互混合的状态胶体晶体化而成为胶体固溶体。
6.根据权利要求4或5所述的胶体晶体结构体，其中，所述折射率控制材料中的与和所述胶体结构层相对置的面相反侧的面不具有来源于由所述多种胶体颗粒形成的胶体晶体的规则性的凹凸。
7.根据权利要求4或5所述的胶体晶体结构体，其还具备基板，所述基板设置于所述胶体结构层中的与所述一面相反侧的面，并且具有透光性。
8.一种发光装置，其具备光学滤波器和光源，
所述光学滤波器具备权利要求1～7中任一项所述的胶体晶体结构体，其中，所述光源所放出的初级光的一部分从所述光学滤波器透射。
9.根据权利要求8所述的发光装置，其还具备波长转换构件，所述波长转换构件被由所述光学滤波器反射的所述初级光的反射光激发。
10.一种照明系统，其具备权利要求8或9所述的发光装置。
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