JP2011186414A - 光学素子、日射遮蔽装置、建具、窓材および光学素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の一実施形態に係る光学素子は、形状層11と、光学機能層13と、包埋樹脂層12とを具備する。形状層11は、凹部111を形成する構造体11aを有する。光学機能層13は、構造体11aの上に形成され、赤外線を反射し可視光を透過させる。包埋樹脂層12は、凹部111を充填し第1の体積を有する構造層12a(第1の層)と、上記第1の体積の5%以上である第2の体積を有する厚みで構造層12aの上に形成された平坦層12b(第2の層)とを含む。包埋樹脂層12は、上記構造体11a及び光学機能層13を包埋する紫外線硬化樹脂で形成される。
【選択図】図5
Description
上記形状層は、凹部を形成する構造体を有する。
上記光学機能層は、上記構造体の上に形成され、入射光を部分的に反射させる。
上記包埋樹脂層は、上記凹部を充填し第1の体積を有する第1の層と、上記第1の体積の5%以上である第2の体積を有する厚みで上記第1の層の上に形成された第2の層とを含む。上記包埋樹脂層は、上記構造体及び上記光学機能層を包埋するエネルギー線硬化樹脂で形成される。
上記形状層および上記包埋樹脂層の少なくとも一つは、透光性を有するとともに上記入射光の入射面を有する。
これにより、上記構造体および/または光学機能層の保護効果が高まるとともに、光学素子の生産性を高めることができる。
上記第1の支持体は、凹部を形成する構造体を有する。
上記光学機能層は、上記構造体の上に形成され、入射光を部分的に反射させる。
上記第2の支持体は、上記凹部を充填し第1の体積を有する第1の層と、上記第1の体積の5%以上である第2の体積を有する厚みで上記第1の層の上に形成された第2の層とを含む。上記第2の支持体は、上記構造体及び上記光学機能層を包埋するエネルギー線硬化樹脂で形成される。
上記窓本体は、上記第2の支持体と接合される。
図1は、本発明の一実施形態に係る光学素子の一構成例を示す概略断面図である。本実施形態の光学素子1は、形状層11(第1の支持体)と、包埋樹脂層12(第2の支持体)と、これら形状層11及び包埋樹脂層12の間に形成された光学機能層13とを含む積層体10を有する。また、本実施形態の光学素子1は、形状層11に積層される透明な第1の基材21と、包埋樹脂層12に積層される透明な第2の基材22とを有する。光学素子1は、第2の基材22上に形成された接合層23を介して、建築窓あるいは車窓用の窓本体30に接合される。
形状層11は、透明な樹脂材料で形成されており、例えば、ポリカーボネートなどの熱可塑性樹脂、エポキシ等の熱硬化性樹脂、アクリルなどの紫外線硬化樹脂で形成されている。本実施形態では、後述する包埋樹脂層12と同様な紫外線硬化樹脂で形成されている。形状層11は、光学機能層13を支持する支持体としての機能を有し、所定厚みのフィルム状、シート状、プレート状あるいはブロック状に形成される。
光学機能層13は、形状層11の構造体11aの上に形成される。光学機能層13は、特定波長帯域(第1の波長帯域)の光を反射し特定波長帯域以外(第2の波長帯域)の光を透過させる光学多層膜を含む、波長選択反射層である。本実施形態において、上記特定波長帯域の光は近赤外線を含む赤外線帯域であり、上記特定波長帯域以外の光は可視光帯域である。
包埋樹脂層12は、例えば、透明な紫外線硬化樹脂で形成される。包埋樹脂層12は、形状層11の構造体11a及び光学機能層13を包埋する。
図1に示すように、形状層11、光学機能層13及び包埋樹脂層12の積層体10は、第1及び第2の基材21、22によって挟み込まれる。
図13は、光学素子1に対して入射する入射光と、光学素子1により反射された反射光との関係を示す斜視図である。光学素子1は、光Lが入射する平坦な入射面S1を有する。光学素子1は、入射角(θ、φ)で入射面S1に入射した光Lのうち、特定波長帯の光L1を選択的に正反射(−θ、φ+180°)以外の方向に指向反射するのに対して、特定波長帯以外の光L2を透過する。また、光学素子1は、上記特定波長帯以外の光に対して透明性を有する。透明性としては、後述する透過像鮮明度の範囲を有するものであることが好ましい。但し、θは、入射面S1に対する垂線l1と、入射光Lまたは反射光L1とのなす角である。φは、入射面S1内の特定の直線l2と、入射光Lまたは反射光L1を入射面S1に射影した成分とのなす角である。ここで、入射面内の特定の直線l2とは、入射角(θ、φ)を固定し、光学素子1の入射面S1に対する垂線l1を軸として光学素子1を回転したときに、φ方向への反射強度が最大になる軸である。但し、反射強度が最大となる軸(方向)が複数ある場合、そのうちの1つを直線l2として選択するものとする。なお、垂線l1を基準にして時計回りに回転した角度θを「+θ」とし、反時計回りに回転した角度θを「−θ」とする。直線l2を基準にして時計回りに回転した角度φを「+φ」とし、反時計回りに回転した角度φを「−φ」とする。
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
本実施形態の光学素子1は、包埋樹脂層12が外光の入射側(屋外側)、形状層11が外光の出射側となるように窓本体30に接合される。第2の基材22は接合層23を介して窓本体30に接合され、第2の基材22の接合層23との界面S1は平坦面であり、窓本体30を透過した光の入射面を形成する。一方、第1の基材21の空気と接する表面S2は、光学素子1を透過した光の出射面を形成する。これら光学素子1、接合層23、窓本体30等により、本実施形態の熱線反射窓100(窓材)が構成される。
次に、本実施形態の光学素子1の製造方法について説明する。図7及び図8は、光学素子1の製造方法を説明する概略工程図である。
ウレタンアクリレート(東亞合成(株)製「アロニックス(同社の登録商標。以下同じ。)」):97重量%
光重合開始剤(日本化薬(株)社製「イルガキュア184(「イルガキュア」は、スイス国 チバ ホールディング インコーポレーテッド社の登録商標。以下同じ。)」:3重量%
<樹脂Bの基本組成>
ウレタンアクリレート(東亞合成(株)製「アロニックス」):82重量%
架橋剤(東京化成工業(株)製「T2325」):15重量%
光重合開始剤(日本化薬(株)社製「イルガキュア184」:3重量%
<樹脂Cの基本組成>
ウレタンアクリレート(東亞合成(株)製「アロニックス」):48.5重量%
架橋剤(東京化成工業(株)製「T2325」):48.5重量%
光重合開始剤(日本化薬(株)社製「イルガキュア184」:3重量%
金型80の構造面80aに樹脂Bを塗布し、その上に厚み75μmのポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム(東洋紡社製「コスモシャインA4300」)を載置した。次に、PETフィルム側から紫外線を照射することで樹脂Bを硬化させた後、樹脂BとPETフィルムとの積層体を金型80から剥離した。これにより、プリズム形状の凹部111(図2)が配列された構造面を有する樹脂層(形状層11(図7(A))が作製された。
次に、得られた積層体のプリズム構造面に、光学機能層として、酸化亜鉛層及び銀層を交互に積層した。酸化亜鉛35nm、銀11nm、酸化亜鉛80nm、銀11nm、酸化亜鉛35nmという構成の多層膜をスパッタ法によって作製した。
次に、光学機能層の上に樹脂Bを塗布した後、PETフィルム(東洋紡社製「コスモシャインA4300」)を積層した。そして、当該樹脂Bを紫外線の照射によって硬化させることで、包埋樹脂層12(図8(C))を形成した。
実施例1と同様な手順で体積比26%の平坦層を有する光学素子サンプルを作製し、実施例1と同様な条件で高温高湿試験前後の透過率の変化を評価した。
実施例1と同様な手順で体積比50%の平坦層を有する光学素子サンプルを作製し、実施例1と同様な条件で高温高湿試験前後の透過率の変化を評価した。
実施例1と同様な手順で体積比106%の平坦層を有する光学素子サンプルを作製し、実施例1と同様な条件で高温高湿試験前後の透過率の変化を評価した。
実施例1と同様な手順で体積比205%の平坦層を有する光学素子サンプルを作製し、実施例1と同様な条件で高温高湿試験前後の透過率の変化を評価した。
実施例1と同様な手順で体積比301%の平坦層を有する光学素子サンプルを作製し、実施例1と同様な条件で高温高湿試験前後の透過率の変化を評価した。
実施例1と同様な手順で体積比610%の平坦層を有する光学素子サンプルを作製し、実施例1と同様な条件で高温高湿試験前後の透過率の変化を評価した。
樹脂Bの代わりに樹脂Aを用いて、実施例1と同様な手順で体積比5%の平坦層を有する光学素子サンプルを作製し、実施例1と同様な条件で高温高湿試験前後の透過率の変化を評価した。
樹脂Bの代わりに樹脂Cを用いて、実施例1と同様な手順で体積比50%の平坦層を有する光学素子サンプルを作製し、実施例1と同様な条件で高温高湿試験前後の透過率の変化を評価した。
樹脂Bの代わりに樹脂Cを用いて、実施例1と同様な手順で体積比100%の平坦層を有する光学素子サンプルを作製し、実施例1と同様な条件で高温高湿試験前後の透過率の変化を評価した。
樹脂Bの代わりに樹脂Cを用いて、実施例1と同様な手順で体積比204%の平坦層を有する光学素子サンプルを作製し、実施例1と同様な条件で高温高湿試験前後の透過率の変化を評価した。
樹脂Bの代わりに樹脂Cを用いて、実施例1と同様な手順で体積比303%の平坦層を有する光学素子サンプルを作製し、実施例1と同様な条件で高温高湿試験前後の透過率の変化を評価した。
樹脂Bの代わりに樹脂Cを用いて、実施例1と同様な手順で体積比612%の平坦層を有する光学素子サンプルを作製し、実施例1と同様な条件で高温高湿試験前後の透過率の変化を評価した。
実施例1と同様な手順で体積比0%の平坦層を有する光学素子サンプルを作製し、実施例1と同様な条件で高温高湿試験前後の透過率の変化を評価した。
実施例1と同様な手順で体積比14%の平坦層を有する光学素子サンプルを作製し、実施例1と同様な条件で高温高湿試験前後の透過率の変化を評価した。
樹脂Bの代わりに樹脂Aを用いて、実施例1と同様な手順で体積比0%の平坦層を有する光学素子サンプルを作製し、実施例1と同様な条件で高温高湿試験前後の透過率の変化を評価した。
光学機能層は、例えば、入射角(θ、φ)で入射面に入射した光のうち、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波長選択反射層のほか、入射角(θ、φ)で入射面に入射した光を指向反射する反射層、または散乱が少なく反対側を視認できる透明性を有する半透過層であってもよい。反射層としては上述した金属層を用いることができ、その平均層厚は、好ましくは20μm、より好ましくは5μm以下、さらに好ましくは1μm以下である。反射層3の平均層厚が20μmを超えると、透過光が屈折する光路が長くなり、透過像が歪んで見える傾向がある。反射層の形成方法としては、例えば、スパッタ法、蒸着法、ディップコーティング法、ダイコーティング法などを用いることができる。
(1)構造体上に製膜する反射層をAgTi:8.5nm(Ag/Ti=98.5/1.5at%)として本発明に係る光学素子を得た。
(2)構造体上に製膜する反射層をAgTi:3.4nm(Ag/Ti=98.5/1.5at%)として本発明に係る光学素子を得た。
(3)構造体上に製膜する反射層をAgNdCu:14.5nm(Ag/Nd/Cu=99.0/0.4/0.6at%)として本発明に係る光学素子を得た。
図14は、本発明の変形例2に係る光学素子の一構成例を示す断面図である。変形例2は、光の入射面に対して傾斜した複数の光学機能層13を、形状層および包埋樹脂層の間に備え、これらの光学機能層13が互いに平行または略平行に配列されている。図14は一例として、形状層11および包埋樹脂層12がともに透光性を有し、形状層11側から入射した特定の波長帯域の光L1が光学機能層13によって指向反射し、それ以外の波長帯域の光L2が透過する場合を示している。ただし、光入射面は包埋樹脂層12側であってもよい。また、形状層11および包埋樹脂層12の一方のみに透光性を持たせ、入射光L1の指向反射機能を有し、入射光L2の透過機能を有しない光学素子1とすることもできる。
図16(A)に示すように、構造体11aの形状を、光学素子1の入射面または出射面に垂直な垂線l1に対して非対称な形状としてもよい。この場合、構造体11aの主軸lmが、垂線l1を基準にして構造体11aの配列方向Aに傾くことになる。ここで、構造体11aの主軸lmとは、構造体断面の底辺の中点と構造体の頂点とを通る直線を意味する。地面に対して略垂直に配置された窓本体30に光学素子1を貼る場合には、図16(B)に示すように、構造体11aの主軸lmが、垂線l1を基準にして窓本体30の下方(地面側)に傾いていることが好ましい。一般に窓を介した熱の流入が多いのは昼過ぎ頃の時間帯であり、太陽の高度が45°より高いことが多いため、上記形状を採用することで、これら高角度から入射する光を効率的に上方に反射できるからである。図16(A)および図16(B)では、プリズム形状の構造体11aを垂線l1に対して非対称な形状とした例が示されている。なお、プリズム形状以外の構造体11aを垂線l1に対して非対称な形状としてもよい。例えば、コーナーキューブ体を垂線l1に対して非対称な形状としてもよい。
図17は、本発明の変形例4に係る光学素子の一構成例を示す断面図である。本変形例では、光学素子1の入射面上に、洗浄効果を発現する自己洗浄効果層6をさらに備えている。自己洗浄効果層6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。
本変形例は、光学素子1が、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、上記実施形態とは異なっている。光学素子1は、入射光を散乱する光散乱体を備えている。この散乱体は、例えば、形状層若しくは包埋樹脂層の表面または内部、および光学機能層と形状層若しくは包埋樹脂層との間のうち、少なくとも一の箇所に設けられている。光学素子1を窓材などの部材に貼り合わせる場合、室内側および室外側のどちらにも適用可能である。光学素子1を室外側に対して貼り合わせる場合、光学機能層13と窓本体30などの部材の間にのみ、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。光学素子1を窓材などの部材に貼り合わせる場合、光学機能層13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、室内側に光学素子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、光学機能層13との間に光散乱体を設けることが好ましい。
上記実施形態では、光学素子1の包埋樹脂層12は平坦層12bを有していたが、本変形例では、図19に示すように、光学素子1は、凹凸層12cからなる入射面S1を有している。この入射面S1の凹凸形状と、形状層11の凹凸形状とは、例えば、両者の凹凸形状が対応するように形成されており、両者が有する凸部の頂部と凹部の最下部との位置が略一致しているか、若しくは、入射面S1の凹凸形状は、第1の光学層4の凹凸形状よりもなだらかであることが好ましい。
図20〜図22は、本発明に係る光学素子の構造体の変形例を示す断面図である。
上述の実施形態では、本発明に係る光学素子を窓材などに適用する場合を例として説明したが、本発明に係る光学素子を他の内装部材や外装部材などに適用するようにしてもよい。これらの部材としては、壁や屋根のように固定された部材のみならず、季節や時間変動など、必要に応じて光学体の適用量を変更出来る部材なども挙げられる。光学体を複数の要素に分割し、角度を変更するなどの手段により、光学体への入射光線の透過量を調整可能な部材、例えばブラインドなどが挙げられる。また、巻き取ったり、折りたたんだりする事が可能である本光学体を適用した部材、例えばロールカーテンなどが挙げられる。更に、本光学体を枠組みなどに固定し、必要に応じ枠組み毎取り外しが可能な部材、例えば障子などが挙げられる。
本適用例では、複数の日射遮蔽部材からなる日射遮蔽部材群の角度を変更することにより、日射遮蔽部材群による入射光線の遮蔽量を調整可能な日射遮蔽装置(ブラインド装置)について説明する。
本適用例では、日射遮蔽部材を巻き取る、または巻き出すことで、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スクリーン装置について説明する。
本適用例では、指向反射性能を有する光学体に採光部を備える建具(内装部材または外装部材)に対して本発明を適用した例について説明する。
10…積層体
11…形状層
11a…構造体
12…包埋樹脂層
12a…構造層(第1の層)
12b…平坦層(第2の層)
13…光学機能層
21…第1の基材
22…第2の基材
23…接合層
30…窓本体
100…熱線反射窓
111…凹部
201…ブラインド装置
301…ロールスクリーン装置
401…建具
Claims (21)
- 凹部を形成する構造体を有する形状層と、
前記構造体の上に形成された、入射光を部分的に反射させる光学機能層と、
前記凹部を充填し第1の体積を有する第1の層と、前記第1の体積の5%以上である第2の体積を有する厚みで前記第1の層の上に形成された第2の層とを含み、前記構造体および前記光学機能層を包埋するエネルギー線硬化樹脂で形成された包埋樹脂層とを具備し、
前記形状層および前記包埋樹脂層の少なくとも一つは、透光性を有するとともに前記入射光の入射面を有する光学素子。 - 請求項1に記載の光学素子であって、
前記エネルギー線硬化樹脂は、8体積%以上の硬化収縮率を有し、
前記第2の体積は、前記第1の体積の15%以上である光学素子。 - 請求項1に記載の光学素子であって、
前記エネルギー線硬化樹脂は、13体積%以上の硬化収縮率を有し、
前記第2の体積は、前記第1の体積の50%以上である光学素子。 - 請求項1に記載の光学素子であって、
前記形状層側および前記包埋樹脂層側の少なくとも一方に積層された、透光性を有する基材をさらに具備する光学素子。 - 請求項1乃至4のいずれか一項に記載の光学素子であって、
前記光学機能層は、波長選択反射層である光学素子。 - 請求項5に記載の光学素子であって、
前記波長選択反射層は、赤外線帯域の光を指向反射し、可視光帯域の光を透過させる光学素子。 - 請求項5に記載の光学素子であって、
入射角(θ、φ)(但し、θ:前記入射面に対する垂線と、前記入射面に入射する入射光また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、前記入射光または前記反射光を前記入射面に射影した成分とのなす角)で前記入射面に入射した光のうち、第1の波長帯の光を正反射(−θ、φ+180°)以外の方向に選択的に指向反射するのに対して、前記第1の波長帯と異なる第2の波長帯の光を透過する光学素子。 - 請求項5に記載の光学素子であって、
前記入射面は平坦面である光学素子。 - 請求項5に記載の光学素子であって、
前記透過する波長の光に対する、JIS K−7105に準拠して測定した0.5mmの光学くしの透過写像鮮明度が、50以上である光学素子。 - 請求項5に記載の光学素子であって、
前記透過する波長の光に対する、JIS K−7105に準拠して測定した0.125mm、0.5mm、1.0mmおよび2.0mmの光学くしの透過写像鮮明度の合計値が、230以上である光学素子。 - 請求項1乃至4のいずれか一項に記載の光学素子であって、
前記光学機能層は、半透過層である光学素子。 - 請求項1乃至4のいずれか一項に記載の光学素子であって、
前記光学機能層が、前記入射面に対して傾斜した複数の光学機能層からなり、
前記複数の光学機能層が、互いに平行に配置されている光学素子。 - 請求項1乃至4のいずれか一項に記載の光学素子であって、
前記形状層と前記包埋樹脂層との屈折率差が、0.010以下である光学素子。 - 請求項1乃至4のいずれか一項に記載の光学素子であって、
前記構造体は、プリズム形状、シリンドリカル形状、半球状、またはコーナーキューブ状である光学素子。 - 請求項1乃至4のいずれか一項に記載の光学素子であって、
前記構造体は、1次元または2次元的に配列されており、
前記構造体の主軸が、前記入射面の垂線を基準にして前記構造体の配列方向に傾いている光学素子。 - 請求項1乃至4のいずれか一項に記載の光学素子であって、
5°以上60°以下の入射角度で前記光学素子の両面のいずれか一方から入射し、前記光学素子により反射された正反射光の色座標xの差の絶対値、およびyの差の絶対値が、前記両面のいずれにおいても、0.05以下である光学素子。 - 請求項1乃至4のいずれか一項に記載の光学素子であって、
前記光学素子の前記入射面上に、撥水性または親水性を有する層をさらに具備する光学素子。 - 日射を遮蔽する1または複数の日射遮蔽部材を備え、
前記日射遮蔽部材が、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の光学素子を備える日射遮蔽装置。 - 請求項1乃至4のいずれか一項に記載の光学素子を採光部に備える建具。
- 凹部を形成する構造体を有する第1の支持体と、
前記構造体の上に形成された、入射光を部分的に反射させる光学機能層と、
前記凹部を充填し第1の体積を有する第1の層と、前記第1の体積の5%以上である第2の体積を有する厚みで前記第1の層の上に形成された第2の層とを含み、前記構造体および前記光学機能層を包埋するエネルギー線硬化樹脂で形成された第2の支持体と、
前記第2の支持体と接合される窓本体とを具備する窓材。 - 凹部を形成する構造体を有する第1の支持体を形成し、
前記構造体の上に、入射光を部分的に反射させる光学機能層を形成し、
前記構造体及び前記光学機能層をエネルギー線硬化樹脂で包埋することで、前記凹部を充填し第1の体積を有する第1の層と、前記第1の体積の5%以上である第2の体積を有する厚みで前記第1の層の上に形成された第2の層とを含む第2の支持体を形成する光学素子の製造方法。
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