JP2003270432A

JP2003270432A - 可視光反射部材

Info

Publication number: JP2003270432A
Application number: JP2002068568A
Authority: JP
Inventors: Takao Abe; 孝夫阿部
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 2002-03-13
Filing date: 2002-03-13
Publication date: 2003-09-25

Abstract

(57)【要約】【課題】可視光領域の波長領域に属する特定波長領域
の可視光を効率よくかつ簡便に反射させることで、その
可視光に対する反射をより完全反射に近い形で反射させ
ることを可能とする可視光反射部材を提供する。【解決手段】可視光反射部材１は、周期構造体１００
が基体５上に積層された積層体５０を有してなり、該周
期構造体１００は、各々可視光に対して屈折率の違う媒
質よりなる高屈折率層１０と低屈折率層１１とが交互に
周期的に配列されるとともに積層されたものとされる。
また、その周期構造体１００における一周期は、高屈折
率層１０と低屈折率層１１とを一対としたものとされ
る。さらに、その一周期の層厚を、各々高屈折率層１０
および低屈折率層１１を構成する各々媒質における可視
光に対する媒質内波長を平均化した媒質内平均波長λａ
の半波長（λａ／２）の整数倍に対応するように調整す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、可視波長帯に属す
る特定波長領域の可視光を効率よく反射させる反射鏡と
しての可視光反射部材に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、可視波長帯に属する特定波長領域
の可視光を反射させる反射鏡としては、Ａｌに代表され
る金属薄膜を基体上に形成させた反射鏡が一般的に用い
られている。しかしながら、該金属薄膜を用いた反射鏡
においては、その金属薄膜を構成する金属の種類によ
り、反射する波長領域が自ずと限定されてしまう。そこ
で、任意に反射させる波長領域を変化させることが可能
なものとして、可視光に対して屈折率の違う２種の媒質
を交互に積層させるとともに、多重反射を利用した多層
膜反射鏡が用いられている。該多層膜反射鏡は、構成さ
れる媒質の膜厚を調整することで、反射させる波長領域
を調整することができる。

【０００３】上記特定波長領域の可視光を反射させる金
属薄膜を用いた反射鏡および多層膜反射鏡は、可視波長
帯の全波長領域の可視光を反射させるもしくは、青色、
緑色、赤色といった可視光を選択的に反射させるものと
して用いられている。また、その適用分野としては、例
えば、建築部材としての可視光を遮蔽する部材や、複写
機、プリンター、ビデオプロジェクター、ディスプレー
などの電子機器に装備される反射鏡や、光学機器として
の光学ミラー、光学フィルターや、店舗用または医学用
等の照明装置に装備される反射鏡や、さらには、人を含
めた物体を写像させる所謂、鏡としての反射鏡といった
ように列挙するいとまがないほどに多岐にわたるもので
ある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記した適用分野に問
わず、特定波長領域の可視光を反射させる金属薄膜を用
いた反射鏡もしくは多層膜反射鏡としては、その可視光
に対する反射率が高いことが望まれる。しかしながら、
金属薄膜を用いた反射鏡は、該金属薄膜に使用される金
属の種類により、特定波長領域の可視光に対する反射率
が固有のものである。そのために、ある特定波長領域の
可視光に対する反射率を、一定以上に高めることができ
ず、さらに、反射率の低減に繋がる光吸収の効果も高い
という問題がある。一方、特定波長領域の可視光に対す
る屈折率の違う２種の媒質を交互に積層させるととも
に、多重反射を利用した多層膜反射鏡においては、該２
種の媒質の膜厚を調整することで、反射させる可視光の
波長領域を調整することが可能である。また、その可視
光に対する反射率を高めるためには、交互に積層される
２種の媒質の積層数を増やすことにより可能である。し
かしながら、その積層数の増加に伴い、多層膜反射鏡内
を伝播する光の減衰率が高められるので、反射率を高め
るために増加させることができる積層数には限界があ
る。また、このように多層膜反射鏡における積層数を増
加させた場合、一般的にその積層数の増加に伴い、多層
膜反射鏡の耐熱性が低下する問題が発生し、実用上好ま
しくない。

【０００５】上記したように、従来の金属薄膜を用いた
反射鏡もしくは多層膜反射鏡そのものでは、特定波長領
域の可視光に対する反射を完全反射（反射率が１）に近
づけることは困難とされる。そのため、さらなる反射率
の向上を可能とする反射鏡が求められている。本発明
は、まさにこの観点に立ってなされたものである。すな
わち本発明は、可視光領域の波長領域に属する特定波長
領域の可視光を効率よくかつ簡便に反射させることで、
その可視光に対する反射をより完全反射に近づけること
を可能とする可視光反射部材を提供とすることを目的と
する。

【０００６】

【課題を解決するための手段および作用・効果】上記課
題を解決するための本発明の可視光反射部材は、可視波
長帯に属する特定波長領域の可視光を反射させるもので
あって、前記可視光に対する屈折率の違う２種以上の媒
質を周期的に配列させた複数の周期構造体が、基体上に
積層された積層体を有してなり、かつ、該周期構造体
は、前記可視光に対して一次元フォトニック結晶となる
ように、その1周期の層厚が調整されてなることを特徴
とする。

【０００７】上記本発明の可視光反射部材は、可視波長
帯に属する特定波長領域の可視光を反射させるための多
層膜反射鏡とされる。しかしながら、本発明の可視光反
射部材は、従来の多重反射を利用した多層膜反射鏡に比
べて、特定波長領域の可視光に対する反射率を高める観
点より、以下の構成要件を有する。第一に、本発明の可
視光反射部材は、屈折率の違う２種以上の媒質を周期的
に配列させた複数の周期構造体を基体上に積層させた積
層体を有する。第二に、該周期構造体は、特定波長領域
の可視光に対して一次元フォトニック結晶となるよう
に、その１周期の層厚が調整されてなる。

【０００８】上記周期構造体を特定波長領域の可視光に
対して一次元フォトニック結晶とするための具体的な構
造を図５の模式図に示す。図５の周期構造体１００は、
特定波長領域の可視光（以下、単に可視光とも呼ぶ。）
に対する屈折率の違う２種の媒質を交互に周期的に配列
するように積層させた場合である。また、高屈折率層１
０と低屈折率層１１との一対が１周期に対応してなる。
さらに、該１周期の層厚は、可視光の各々高屈折率層１
０と低屈折率層１１における媒質内波長を平均化した媒
質内平均波長λａの半波長（λａ／２）の整数倍に対応
するように調整されてなる。

【０００９】上記のように構成される周期構造体１００
においては、図４の模式図に示すように、屈折率が積層
方向に対して周期的に変化することになる。該屈折率の
周期的変化における１周期の長さが、周期構造体１００
内を積層方向に伝播しようとする伝播光の半波長、つま
りは、上記媒質内平均波長の半波長（λａ／２）の整数
倍に対応する場合、そのような伝播光は周期構造体１０
０内を伝播することができず完全反射に近い形で反射さ
れることとなる。このように特定波長領域の光を反射さ
せる現象は、半導体などにおける電子の固体結晶内の分
散関係より説明されるバンドギャップと同じ概念である
ことから、一般的にフォトニックバンドギャップと呼ば
れる。特に、周期構造体１００のように、積層方向への
伝播光に対してのみフォトニックバンドギャップを有す
るものは、一次元フォトニック結晶と呼ばれる。

【００１０】図５においては、可視光に対する屈折率の
違う２種の媒質を用いた場合であったが、可視光に対す
る屈折率の違う３種以上の媒質を周期的に積層させるこ
とで、周期構造体を一次元フォトニック結晶とすること
も勿論可能である。その１例となる図７の周期構造体１
００は、可視光に対する屈折率の違う３種の媒質を用い
た場合である。高屈折率層１０、中屈折率層１２および
低屈折率層１１の一対を１周期とし、該１周期の層厚
は、可視光のそれぞれ高屈折率層１０、中屈折率層１２
および低屈折率層１１における媒質内波長を平均化し
た、媒質内平均波長λａの半波長（λａ／２）の整数倍
に対応するように調整されてなる。このように構成する
ことで、図６に示すように、屈折率は、積層方向に対し
て周期的に変化するとともに、その１周期の長さが、媒
質内波長λａの半波長の整数倍に対応する。その結果、
図７に示す周期構造体１００を、可視光に対する一次元
フォトニク結晶とすることができる。

【００１１】上記のように、本発明の可視光反射部材が
有する周期構造体は、フォトニックバンドギャップによ
り反射される波長領域が、特定波長領域の可視光の波長
領域に対応した一次元フォトニック結晶とされる。その
結果、本発明の可視光反射部材は、可視光に対する反射
率を従来の多重反射を利用した多層膜反射鏡に比べて、
大幅に向上させることが可能となる。また、周期構造体
における１周期の層厚は、媒質内波長の半波長の整数倍
に対応するように調整すればよいが、１周期の層厚が増
加するに従い、光の減衰率が高まる。そこで、特に、１
周期の層厚は、媒質内平均波長の１波長または半波長に
対応するように調整することで、さらに、本発明の可視
光反射部材の可視光に対する反射率を向上させることが
可能となる。このような観点で言えば、周期構造体にお
ける１周期の層厚を、媒質内平均波長の半波長に対応す
るように調整した場合、最も、本発明の可視光反射部材
の可視光に対する反射率を向上させることが可能とな
る。

【００１２】しかしながら、可視波長領域において可視
光が短波長化するに従い、当然、周期構造体における１
周期の層厚を小さくする必要がある。そのため、実際の
系においては、１周期を構成する各媒質を積層させる際
に、層厚の均一性を制御することが困難な場合が起こり
える。層厚が不均一になると、周期構造体の可視光に対
する反射率を低下させてしまう。そこで、このような内
容も加味して、適宜、周期構造体における１周期の層厚
は、媒質内平均波長の１波長または半波長に対応して調
整することが必要である。

【００１３】次に、本発明の可視光反射部材により反射
される可視光の波長幅について述べる。該波長幅は、周
期構造体の１周期を構成する各媒質の可視光に対する屈
折率に依存する。具体的には、１周期を構成する各媒質
において、可視光に対する屈折率が最大となるものと、
最小となるものとの屈折率差Δｎに依存する。このΔｎ
が大きくなるに従い、反射される可視光の波長幅つまり
は、反射される可視光の波長領域は増加する。よって、
ある特定波長領域の可視光を反射させる場合、複数の周
期構造体を用いることも可能であるし、単一の周期構造
体を用いることも可能である。図８の模式図は、複数の
周期構造体を用いた例として、周期構造体を２つ組み合
わせた場合を示す。第一周期構造体１０１と第二周期構
造体１０２は、反射させる可視光の波長領域を異にする
ように、一方の１周期の層厚が中心波長λ１の可視光を
反射させるように、他方が中心波長λ２の可視光を反射
させるように調整されてなる。このように周期構造体を
２つ組み合わせることにより、全体として反射される可
視光の波長幅Δλは、第一周期構造体１０１および第二
周期構造体１０２にてそれぞれ反射される可視光の波長
幅Δλ１とΔλ２とを合わせたものとなる。他方、同じ
波長幅Δλとなる波長領域の可視光を、単一の周期構造
体にて反射させることも可能である。その場合、周期構
造体の1周期内における屈折率差Δｎを、図８における
第一周期構造体１０１および第二周期構造体１０２の1
周期内における各々の屈折率差Δｎを足し合わせた程度
に大きくするように、その1周期を構成する各媒質の材
質を適宜選択すればよい。

【００１４】上記のように、本発明の可視光反射部材
は、単一の周期構造体もしくは複数の周期構造体のいず
れを用いた場合においても、等しく、特定波長領域の可
視光を完全反射に近い形で反射させることが可能であ
る。特に、単一の周期構造体は、複数の周期構造体に比
べて総積層数が少なくてすむ。このように積層数を減少
させることで、周期構造体内を伝播する可視光の減衰率
を抑制することができる。その結果、本発明の可視光反
射部材を単一の周期構造体を用いた構成とすることで、
さらに可視光に対する反射率を高めることができる。ま
た、周期構造体は、基体上に積層されてなるので、単一
の周期構造体を用いた場合、基体に集中する歪応力等の
応力を低減することができる。その結果、基体および周
期構造体に発生する変形を低減することが可能となる。

【００１５】次に、周期構造体の1周期を構成する媒質
数であるが、上述のように２種以上の媒質より周期構造
体の1周期を構成することで、周期構造体を可視光に対
する一次元フォトニック結晶とすることができる。しか
しながら、1周期を構成する媒質数が増加するに従い、
各媒質よりなる各層の層厚は相対的に減少させる必要が
生じる。このように各媒質よりなる各層の層厚を減少さ
せた場合、その層厚の減少に伴い積層性を制御すること
が困難化する。各媒質よりなる各層の積層性が悪化する
と、各層における屈折率の均一化が抑制され、ひいて
は、周期構造体の可視光に対する反射率を低下させてし
まう。そのため、周期構造体を構成する媒質数は、でき
る限り少なくすることが望ましい。特に、２種の媒質よ
り周期構造体の1周期を構成することで、周期構造体、
ひいては本発明の可視光反射部材の可視光に対する反射
率をさらに向上させることが可能となる。また、周期構
造体の1周期を構成する媒質数を低減させることは、各
媒質よりなる隣接層同士の積層界面における光散乱を抑
制させることも可能となる。このことは、周期構造体の
可視光に対する反射率を向上させることに繋がる。

【００１６】上述したが、本発明の可視光反射部材にて
反射される可視光の波長幅は、周期構造体の1周期内に
おける屈折率差Δｎの増加に伴い、大きくなる。そのた
め、該屈折率差Δｎをより大きくすることで、本発明の
可視光反射部材における可視光の反射をより確実なもの
とすることができる。その場合における屈折率差Δｎと
しては、１．０以上、好ましくは１．２以上、より好ま
しくは、１．５以上確保されることが望ましい。

【００１７】上記のように、周期構造体の1周期内にお
ける屈折率差Δｎを大きく確保するには、周期構造体の
1周期を構成する各媒質において、可視光に対する屈折
率が最大となる媒質と、最小となる媒質との材質を適宜
選択することにより可能である。また、その場合、屈折
率が最大となる媒質を、特に屈折率が３．０以上となる
材質より構成することで、該屈折率が最大となる媒質
と、最小となる媒質との組み合わせにより調整される屈
折率差Δｎを、大きく確保することが容易となる。

【００１８】次に、周期構造体の1周期を構成する各媒
質において、可視光に対する屈折率が最大となる媒質に
適した高屈折率材料群を以下に例示する。・高屈折率材料群Ｓｉ、Ｇｅ、Ｂｅ、Ｓｂ、Ｃｒ、Ｍｎ等の単一元素、お
よび６ｈ−ＳｉＣ、３ｃ−ＳｉＣ、ＢＰ、ＡｌＰ、Ａｌ
Ａｓ、ＡｌＳｂ、Ｓｂ_２Ｓ_３、ＧａＰ、ＺｎＳ、ＴｉＯ
_２等の化合物。

【００１９】上記高屈折率材料群のすべては、可視光に
対する屈折率が２．４以上となるものであるが、可視光
に対して透光性が高い、つまり可視光に対する光吸収効
果が低い、Ｓｉ、６ｈ−ＳｉＣ、３ｃ−ＳｉＣ、ＢＰ、
ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＧａＰ、ＺｎＳ、ＴｉＯ_２からなる
材料群が特に媒質に適したものである。さらには、屈折
率が３．０以上となるＳｉ、６ｈ−ＳｉＣ、ＢＰ、Ａｌ
Ｐ、ＡｌＡｓ、ＧａＰからなる材料群が媒質に適したも
のとされる。この中においても、Ｓｉは比較的安価で薄
膜化も容易であるとともに、その屈折率は３．５と高い
ものであることから最も媒質に適した材料と言える。

【００２０】次に、周期構造体の1周期を構成する各媒
質において、可視光に対する屈折率が最小となる媒質に
適した低屈折率材料群を以下に例示する。・低屈折率材料群Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ａ
ｇ等の単一元素、およびＳｉＯ_２、ＣｅＯ_２、Ｚｒ
Ｏ_２、ＭｇＯ、Ｓｂ_２Ｏ_３、ＢＮ、ＡｌＮ、Ｓｉ
_３Ｎ _４、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＮ、ＣＮ等の化合物。

【００２１】上記低屈折率材料群のすべては、屈折率が
２．２より小さいものよりなるが、上記高屈折率材料群
と組み合わせた際に、屈折率差が大きくなる、特には屈
折率差が１．０以上となるようなものを適宜選択される
ことが望ましい。また、上記低屈折率材料群の中におい
ても、可視光に対する光吸収効果が低い、ＳｉＯ_２、Ｃ
ｅＯ_２、ＺｒＯ_２、ＭｇＯ、Ｓｂ_２Ｏ_３、ＢＮ、Ａｌ
Ｎ、Ｓｉ_３Ｎ_４、Ａｌ_２Ｏ_３からなる材料群が媒質に特
に適したものとされる。さらには、屈折率が１．５と低
いＳｉＯ_２が最も適した材料と言える。

【００２２】さらに上述したことを踏まえると、上記高
屈折率材料群よりＳｉを、上記低屈折率材料群よりＳｉ
Ｏ_２を同じくして選択した場合、その屈折率差を２．０
と大きなものとすることができる。また、周期構造体の
1周期を２種の媒質より構成させる場合、Ｓｉよりなる
層に対して熱酸化処理することで、容易にＳｉＯ_２より
なる層を形成できるという利点がある。

【００２３】上記高屈折率材料群および低屈折率材料群
は、周期構造体の1周期内における屈折率が最大となる
媒質および最小となる媒質それぞれに適した材料群とし
て例示した。また、周期構造体の1周期を３種以上の媒
質より構成する場合に必要となる、屈折率が最大となる
媒質および最小となる媒質を除く媒質においても、上記
高屈折率材料群および低屈折率材料群より適宜選択され
ればよい。特には、可視光に対する光吸収効果が低い材
料を選択することが望ましい。このように、周期構造体
の一周期を構成する各媒質の材料を選定する際には、本
発明の可視光反射部材にて反射させる可視波長帯に属す
る特定波長領域の可視光に対して吸収率の低い材料を選
定することが望ましい。ここで、半導体材料について言
えば、直接遷移型の半導体より、Ｓｉのような間接遷移
型の半導体を選定することが有効となる。

【００２４】ここまでに、本発明の可視光反射部材の可
視光に対する反射率を、従来の多層膜反射鏡に比べて向
上させるとともに、その反射率を完全反射に近いものと
するたの構成要件について述べてきた。このような本発
明の可視光反射部材を反射鏡として用いることで、可視
波長帯のある波長領域の可視光に対しのみ、適宜選択的
に完全反射に近い形で反射させることが可能となる。さ
らには、可視波長帯の全波長領域の可視光に対して、完
全反射に近い形で反射させることも可能となる。その結
果、入射される可視光の入射強度を略低減させることな
く効率的に反射させることができるとともに、耐熱性に
優れた反射鏡とすることができる。また、可視波長帯の
全波長領域の可視光を反射させる際にも、波長依存性な
く、つまりは、色収差なく、略均一に反射させることが
できる。そのため、プリンター、ビデオプロジェクター
等において投射像を得る過程において、光源の光を反射
させる反射鏡を、本発明の可視光反射部材とすること
で、色むらのない良好な投射像を得ることが可能とな
る。また、同じ理由により、鏡として、本発明の可視光
反射部材を用いることにより写像にぼけやくすみ等のな
い鮮鋭な写像を得ることが可能となる。これらの分野に
関わらず、可視光に対する反射率の向上が必要となる反
射鏡においては、本発明の可視光反射部材は優位に適用
される。また、本発明の可視反射部材は、平面鏡、凹面
鏡、凸面鏡、放物面鏡、楕円面鏡といった種々の面形状
の反射鏡に適用可能である。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を用いながら以下に説明を行なう。図３は、本発明の可
視光反射部材の一実施形態を示す概略断面である。可視
波長帯に属する特定波長領域の可視光に対する多層膜反
射鏡とされる可視光反射部材１は、周期構造体１００が
基体５上に積層された積層体５０を有してなり、該周期
構造体１００は、各々可視光に対して屈折率の違う媒質
よりなる高屈折率層１０と低屈折率層１１とを交互に周
期的に配列させるとともに積層させたものである。ま
た、周期構造体１００における１周期は、高屈折率層１
０と低屈折率層１１とを一対としたものである。さら
に、その１周期の層厚は、各々高屈折率層１０および低
屈折率層１１を構成する各々媒質における可視光の媒質
内波長を平均化した媒質内平均波長λａの半波長の整数
倍に対応するように調整されてなる。このような構成要
件を満たす周期構造体１００は、可視光に対して一次元
フォトニック結晶と呼ばれるものとなる。その結果、可
視光反射部材１の可視光に対する反射率を、従来の多重
反射を利用した多層膜反射鏡に比べて向上させることが
可能となる。また、高屈折率層１０内における可視光の
媒質内波長は、低屈折率層１１内のものより短くなる。
このことは、高屈折率層１０内における伝播光の層厚方
向への光密度が高いことを意味する。そこで、高屈折率
層１０の層厚を、少なくとも、低屈折率層１１の層厚よ
り小さくすることで、光散乱や光吸収が起こる確率を低
減させることができ、ひいては、可視光反射部材１の可
視光に対する反射率をさらに高めることができる。

【００２６】また、周期構造体１００における１周期の
層厚を、媒質内平均波長λａの１波長（λａ）または半
波長（λａ／２）に対応するようにすることで、可視光
反射部材１の可視光に対する反射率をより高めることが
可能となる。図３における周期構造体１００の１周期
は、可視光に対する屈折率の違う２種の媒質を用いた場
合であるが、図７に示したように、可視光に対して、屈
折率の違う３種以上の媒質を用いることも可能である。
さらに、図３においては、周期構造体１００の最上層
（図面最上層）が、低屈折率層１１となるように周期構
造体１００の１周期が構成されているが、その最上層を
高屈折率層１０となるようにしても勿論よい。このよう
に、周期構造体１００の最上層に位置する層を構成する
媒質においては、その可視光に対する屈折率の大きさ
が、特に限定されるものではない。まず、周期構造体に
おいては、その１周期を構成する各媒質における可視光
に対する屈折率の大きさが最大となるものと、最小とな
るものとの屈折率差を大きくすることが重要である。

【００２７】図２に示すように、基体５上に、波長領域
を異にする可視光に対して、それぞれ一次元フォトニッ
ク結晶となる第一周期構造体１０１と第二周期構造体１
０２とを積層させた積層体５０より可視光反射部材１を
構成させることもできる。このようにした場合、第一周
期構造体１０１および周期構造体１０２のそれぞれにて
反射される可視光の波長幅を合わせたものを、可視光反
射部材１にて反射させることが可能となる。図２におい
ては、２種の周期構造体１００にて積層体５０が構成さ
れているが、３種以上の周期構造体を用いることも勿論
可能である。

【００２８】図２、図３における基体５も含めて、本発
明の可視光反射部材における基体の材質としては、周期
構造体を構成する各媒質にも依存するが、Ｓｉ、ＳｉＯ
_２、ＳｉＣ、ＣｅＯ_２、ＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２、ＭｇＯ、
ＢＮ、ＡｌＮ、Ｓｉ_３Ｎ_４、Ａｌ_２Ｏ_３等を用いること
が可能であり、周期構造体を構成する各媒質におけるい
ずれかと同種のものを基体の材質として用いてもよい。
また、上記の材質のなかにおいては、機械的強度や耐熱
性に優れた、Ｓｉ、ＳｉＯ_２、ＳｉＣ、ＢＮが基体の材
質に好適である。

【００２９】図２、図３にて示したような、基体上に周
期構造体を積層させた積層体の形成は、ＣＶＤ（Chemic
al Vapor Deposition）法、ＭＯＶＰＥ（Metalorganic
Vapor Phase Epitaxy）法、ＭＢＥ（Molecular Beam Ep
itaxy）法、高周波スパッタやマグネトロンスパッタも
含めたスパッタ法等の周知の薄膜成長方法を用いて形成
させることができる。また、積層面積を大きく確保する
必要がある、例えば、建築部材や鏡などに本発明の可視
光反射部材を適用する場合、その積層体の形成にスパッ
タ法、特には、マグネトロンスパッタ法を用いることが
有効である。

【００３０】本発明の可視反射部材が有する一次元フォ
トニック結晶とされる周期構造体の可視光に対する反射
率特性を理論計算により検証した。以下、その結果につ
いて示す。

【００３１】（理論計算１）周期構造体を図５に示すよ
うに２種の媒質より構成させるとともに、高屈折率層を
Ｓｉ（屈折率３．５）より、低屈折率層をＳｉＯ_２（屈
折率１．５）より構成させた場合とした。また、中心波
長が７８０ｎｍとなる可視光とするとともに、高屈折率
層の層厚を、媒質内波長（中心波長／３．５）の１／４
波長、低屈折率層の層厚を、媒質内波長（中心波長／
１．５）の１／４波長とすることで、高屈折率層と低屈
折率層とを一対とした層厚が、それぞれの層の中心波長
に対する媒質内波長を平均化した媒質内平均波長の半波
長となる条件とした。また、高屈折率層および低屈折率
層を1周期とし、４周期積層させた条件で反射率特性の
計算を行なった。

【００３２】（理論計算２）中心波長が５８０ｎｍとな
る可視光とした以外は、理論計算１と同様の条件で、高
屈折率層および低屈折率層のそれぞれの層厚を仮定して
計算を行なった。（理論計算３）中心波長を４００ｎｍとなる可視光とし
た以外は、理論計算１と同様の条件で、高屈折率層およ
び低屈折率層のそれぞれの層厚を仮定して計算を行なっ
た。

【００３３】上記理論計算の結果を図９に合わせて示
す。図９（ａ）が理論計算１に、図９（ｂ）が理論計算
２に、図９（ｃ）が理論計算３にそれぞれ対応する。こ
れらの結果より、それぞれの中心波長からなる可視光に
対して、反射率１となる完全反射が実現されることが分
かる。

【００３４】図９（ａ）に示す周期構造体を有する可視
反射部材は、少なくとも赤色に対応する波長領域の可視
光を完全反射させるものとなり、図９（ｂ）に示す周期
構造体を有する可視光反射部材は、少なくも緑色に対応
する波長領域の可視光を完全反射させるものとなり、図
９（ｃ）に示す周期構造体を有する可視光反射部材は、
少なくとも青色に対応する波長領域の可視光を完全反射
させるものとなることが分かる。このように、周期構造
体を一次元フォトニック結晶とすることで、該周期構造
体を有する本発明の可視光反射部材は、可視波長帯に属
する特定波長領域の可視光を完全反射させることができ
る。

【００３５】（理論計算４）周期構造体の1周期を構成
する2種の媒質を、ＴｉＯ_２（屈折率２．４）とＳｉＯ
_２（屈折率１．５）として、中心波長を５００ｎｍとな
る可視光とした以外は、理論計算１と同様の条件で、高
屈折率層および低屈折率層のそれぞれの層厚を仮定して
計算を行なった。（理論計算５）中心波長を７２０ｎｍとなる可視光とし
た以外は、理論計算４と同条件で、高屈折率層および低
屈折率層のそれぞれの層厚を仮定して計算を行なった。

【００３６】上記理論計算４および５の計算結果を合わ
せて図１０に示す。それぞれの周期構造体は、各々仮定
した中心波長の可視光に対して完全反射させるものとな
ることが分かる。しかしながら、ＳｉとＳｉＯ_２とを組
み合わせた場合に比べて、その屈折率差が小さいため
に、完全反射できる波長幅は、減少していることがわか
る。これら理論計算より、周期構造体の1周期を構成す
る媒質において、可視光に対する屈折率が最大となるも
のと、最小となるものを適宜選択することで、反射させ
る可視光の波長幅を自由に調整できることが分かる。そ
の結果、ある特定波長領域の可視光を選択的に反射させ
る光学レンズやフィルターとして、本発明の可視光反射
部材は、優位に適用させることが可能となる。また、図
１（ａ）の模式図に示すように、本発明の可視光反射部
材１は、入射させる白色光に対して、それぞれ、白色光
における赤成分、緑成分、青色成分を概ね選択的に分光
反射させることが可能なフィルターもしくは、ダイクロ
イックミラーとして適用させることも可能である。

【００３７】ここまでに、本発明の可視光反射部材を、
特定波長領域の可視光を完全反射の形で選択的に反射さ
せるものとして捉えてきた。しかしながら、一次元フォ
トニック結晶である周期構造体を複数用いることによ
り、特定波長領域の可視光を、選択的に透過させること
も可能である。その例を理論計算４および５にて得た結
果をもとに説明を行なう。理論計算４および５における
周期構造体のような２種を用いて、図２に示したような
積層体を構成させる。この場合、それぞれの周期構造体
において、完全反射される波長幅が重ならないように、
それぞれの１周期を構成する媒質および層厚を適宜選択
・調整させる。その結果、図１１に示すように、２種の
周期構造体にて反射される波長領域の間に位置する可視
光は、透過率１に近い形にて透過されることになる。ま
た、ＴｉＯ_２とＳｉＯ_２は、可視波長帯において透明で
あるので、このことは実現可能である。また、選択的に
透過される透過光の波長領域、半値幅は、周期構造体の
１周期を構成する媒質および層厚を適宜選択・調整する
ことにより可能である。このように、図１（ｂ）の模式
図に示すように、本発明の可視光部材は、可視光とされ
る入射光に対して、ある特定波長領域の可視光のみを選
択的に透過させるフィルターやレンズに優位に適用させ
ることが可能である。また、図１１に示す図において、
例えば、計算結果４を、その完全反射される中心波長を
長波長側にシフトするようなものにすれば、透過される
透過光の透過率は、低減される。このように、透過光の
光量を調整するフィルターとすることも可能である。

【００３８】ここまでに述べた計算結果における媒質の
材料は、可視波長帯において、概ね透明とできるものを
用いた。このように、周期構造体の１周期を構成する媒
質は、可視波長帯において、より透明であるものを選択
することが望ましい。さらには、基体の材質にも同様な
ことが言える。また、本発明の可視光反射部材が有する
周期構造体は、その周期数が４周期あれば、十分にその
効果が現れることが分かる。このようにして、本発明の
可視光反射部材は、また簡便にその効果を現すことがで
きる。勿論、よりその効果を確実なものとするために、
周期構造体の周期数を４周期より大きなものとすること
を妨げるものではない。また、実際の系においては、作
業効率の観点からおよび、この計算結果から類推して１
０周期程度あれば十分であると考えられる。

【００３９】（理論計算６）次に、可視波長帯の全波長
領域の可視光を反射させる場合について計算した。中心
波長を５００ｎｍとなる可視光とした以外は、理論計算
１と同条件で、高屈折率層および低屈折率層のそれぞれ
の層厚を仮定して計算を行なった。（理論計算７）中心波長を５５０ｎｍとなる可視光とし
た以外は、理論計算１と同条件で、高屈折率層および低
屈折率層のそれぞれの層厚を仮定して計算を行なった。

【００４０】上記理論計算６および７にて得られた結果
を合わせて図１２に示す。理論計算６の結果が実線に、
理論計算７の結果が破線に対応する。図１２より、周期
構造体の１周期を構成する媒質として、ＳｉとＳｉＯ_２
の組み合わせを選択することで、単一の周期構造体にて
可視波長帯の全波長領域の可視光を完全反射させること
が可能である。また、より確実にするために、この２種
の周期構造体より積層体を構成させたものを用いること
も可能である。

【００４１】このように本発明の可視反射部材は、可視
波長帯の全波長領域の可視光を反射させるものとしても
優位に適用させることが可能となる。そこで、該本発明
の可視光反射部材を、例えば、図１３（ａ）の模式図に
示すような放物面鏡とした場合、光源Sからの可視光を
その強度を低減させることなく、均一に平行光として外
部へ照射させることが可能となる。このように、例え
ば、照明用ランプやビデオプロジェクター用の光源に対
する反射鏡として、優位に適用させることができる。ま
た、図１３（ｂ）に示すように、平面鏡とした場合にお
いては、入射光Sに対して、可視波長帯のみ遮光する建
築材や、可視光波長帯の全波長に対応する入射光Sを効
率よく反射させるミラーとして使用することが可能とな
る。また、基体５を、例えばソーダガラスからなる透明
な板ガラスやアクリル樹脂などの透明樹脂板として、可
視反射部材１をガラス建材として用いることも可能であ
る。また、ここに示したもの以外にも、多面鏡、凹面
鏡、凸面鏡、楕円面鏡といった形状のものにも勿論適用
可能である。

【００４２】ここまでに述べてきたように本発明の可視
光反射部材は、可視波長帯に属する特定波長領域（全波
長領域も含む）の可視光を完全反射に近い形で、簡便に
反射させることを可能とする。なお、上記した、実施形
態および理論計算の形態に本発明の可視光反射部材は限
定されるものではない。可視波長帯に属する特定波長領
域の可視光に対して、その反射率の向上が求められるも
のについては、その概念として本発明の可視光反射部材
は、内包されるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を説明するための模式図。

【図２】本発明の一実施形態を示す概略断面図。

【図３】本発明の一実施形態を示す概略断面図。

【図４】本発明における周期構造体を説明するための模
式図。

【図５】本発明における周期構造体を示す概略断面図。

【図６】本発明における周期構造体を説明するための模
式図。

【図７】本発明における周期構造体を示す概略断面図。

【図８】本発明の周期構造体を説明するための模式図。

【図９】本発明の可視光反射部材が有する一次元フォト
ニック結晶の周期構造体の反射率を理論計算した計算結
果。

【図１０】図９に続く理論計算の計算結果。

【図１１】図１０に続く理論計算の計算結果。

【図１２】図１１に続く理論計算の計算結果。

【図１３】本発明の一実施形態を示す模式図。

【符号の説明】

１可視光反射部材５基体１０高屈折率層１１低屈折率層１２中屈折率層５０積層体１００周期構造体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H042 DA08 DA09 2H048 FA05 FA09 FA15 FA24 GA04 GA07 GA12 GA33 GA61 2H091 FA01Z FA05Z FA14Z FD01 FD21 FD23 MA07 4F100 AA12C AA12E AA13C AA13E AA14C AA14E AA18C AA18E AA19C AA19E AA20C AA20E AA26C AA26E AA29C AA29E AB11B AB11D AG00 AK25 AT00A BA05 BA07 BA10A BA10E GB07 GB48 GB66 JN06 JN18B JN18C JN18D JN18E YY00B YY00C YY00D YY00E

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】可視波長帯に属する特定波長領域の可視
光を反射させる可視光反射部材であって、前記可視光に対する屈折率の違う２種以上の媒質を周期
的に配列させた複数の周期構造体が、基体上に積層され
た積層体を有してなり、かつ、該周期構造体は、前記可
視光に対して一次元フォトニック結晶となるように、そ
の1周期の層厚が調整されてなることを特徴とする可視
光反射部材。
【請求項２】前記積層体は、基体上に単一の前記周期
構造体が積層されたものであることを特徴とする請求項
１記載の可視光反射部材。
【請求項３】前記周期構造体は、前記可視光に対する
屈折率の違う２種の媒質を周期的に配列させたものであ
ることを特徴とする請求項１又は２に記載の可視光反射
部材。
【請求項４】前記周期構造体の1周期を構成する各媒
質において、前記可視光に対する屈折率が最大となるも
のと、最小となるものとの屈折率差が、１．０以上であ
ることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか1項に
記載の可視光反射部材。
【請求項５】前記周期構造体の１周期を構成する各媒
質において、前記可視光に対する屈折率が最大となるも
のは、その屈折率が３．０以上であることを特徴とする
請求項１ないし４のいずれか1項に記載の可視光反射部
材。
【請求項６】前記可視光に対する屈折率が３．０以上
となる媒質は、Ｓｉよりなることを特徴とする請求項５
記載の可視光反射部材。
【請求項７】前記周期構造体の1周期を構成する各媒
質において、前記可視光に対する屈折率が最小となるも
のは、ＳｉＯ_２、ＣｅＯ_２、ＺｒＯ_２、ＭｇＯ、Ｓｂ_２
Ｏ_３、ＢＮ、ＡｌＮ、Ｓｉ_３Ｎ_４、Ａｌ_２Ｏ_３のいずれ
かよりなるものであることを特徴とする請求項１ないし
６のいずれか1項に記載の可視光反射部材。
【請求項８】前記周期構造体の1周期を構成する各媒
質において、前記可視光に対する屈折率が最大となるも
のは、Ｓｉよりなり、一方、最小となるものはＳｉＯ_２
よりなるものであることを特徴とする請求項４記載の可
視光反射部材。
【請求項９】前記可視光は、前記可視波長帯の全波長
領域に対応するものであることを特徴とする請求項１な
いし８のいずれか1項に記載の可視光反射部材。
【請求項１０】前記積層体は、基体上に単一の前記周
期構造体が積層されたものであり、かつ、該周期構造体
は、前記可視光に対して屈折率の違う２種の媒質を周期
的に配列させたものであるとともに、該２種の媒質は、
一方がＳｉよりなり、他方がＳｉＯ_２よりなることを特
徴とする請求項９記載の可視光反射部材。