JP2023095863A - 光学フィルタ及び多重光学フィルタ、並びにそれらを用いた発光装置及び照明システム - Google Patents

光学フィルタ及び多重光学フィルタ、並びにそれらを用いた発光装置及び照明システム Download PDF

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Abstract

【課題】耐久性に優れ、波長制御が容易である光学フィルタを提供する。【解決手段】光学フィルタ１０は、無機材料及び樹脂材料の少なくともいずれか一方を含む複数の粒子１４と、複数の粒子間に配置され、かつ、複数の粒子を固定するバインダ１６と、を含むコロイド結晶層１２を備える。コロイド結晶層の全体の体積に対する複数の粒子の体積の割合は、２０体積％～６０体積％であり、コロイド結晶層の層厚は、１μｍ～２００μｍである。光学フィルタは、３００ｎｍ以上８００ｎｍ未満の波長範囲における一部の光を反射し、かつ、反射されなかった光を透過し、３００ｎｍ以上８００ｎｍ未満の波長範囲における反射率の最大値が２０％以上１００％未満である。【選択図】図１

Description

本発明は、光学フィルタ及び多重光学フィルタ、並びにそれらを用いた発光装置及び照明システムに関する。
従来、特定の波長の光を吸収又は反射し、その他の光を通過させることができるフィルタが提案されている。そして、このようなフィルタの機能を利用して、フィルタを様々な用途に用いることが提案されている。
例えば、特許文献１では、フラットパネルディスプレイで発生する近赤外線をカットするフィルタが提案されている。具体的には、特許文献１には、ハードコート層又は粘着剤層の少なくとも一方に樹脂微粒子を含有する近赤外線吸収フィルタが記載されている。そして、当該樹脂微粒子は、８００～１１００ｎｍに最大吸収波長を有する近赤外線吸収色素、６４０～７５０ｎｍに最大吸収波長を有する色素、及び５７０～６００ｎｍに最大吸収波長を有する色素の少なくとも一種を含有することが記載されている。
特開２０１０－６０６１７号公報
特許文献１によれば、ハードコート層又は粘着剤層の少なくとも一方が樹脂微粒子を有し、樹脂微粒子に特定の波長を吸収する色素を含有させることによって、色素の耐久性を高めている。
しかしながら、色素として有機分子を用いた場合、酸素などにより分解しやすいため、十分な耐久性を有するフィルタが得られないおそれがある。また、色素は種類によってそれぞれ固有の吸収波長を有する。そのため、所望の波長をフィルタでカットしようとすると、新たな色素を開発しなければならなくなる場合もあるが、開発には時間と費用を要する。
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものである。そして、本発明の目的は、耐久性に優れ、波長制御が容易である光学フィルタ及び多重光学フィルタ、並びにそれらを用いた発光装置及び照明システムを提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明の第一の態様に係る光学フィルタは、無機材料及び樹脂材料の少なくともいずれか一方を含む複数の粒子と、複数の粒子間に配置され、かつ、複数の粒子を固定するバインダと、を含むコロイド結晶層を備える。コロイド結晶層の全体の体積に対する複数の粒子の体積の割合は２０体積％～６０体積％であり、コロイド結晶層の層厚は１μｍ～２００μｍである。光学フィルタは、３００ｎｍ以上８００ｎｍ未満の波長範囲における一部の光を反射し、かつ、反射されなかった光を透過し、３００ｎｍ以上８００ｎｍ未満の波長範囲における反射率の最大値が２０％以上１００％未満である。
本発明の第二の態様に係る多重光学フィルタは、光学フィルタを複数備える。
本発明の第三の態様に係る発光装置は、光学フィルタと光源とを備え、光源が放つ一次光の一部が光学フィルタを透過する。
本発明の第四の態様に係る発光装置は、多重光学フィルタと光源とを備え、光源が放つ一次光の一部が多重光学フィルタを透過する。
本発明の第五の態様に係る照明システムは、発光装置を備える。
図１は、本実施形態に係る光学フィルタの一例を示す断面図である。 図２は、本実施形態に係るコロイド結晶層の表面を観察したＳＥＭ写真を示す図である。 図３は、本実施形態に係るコロイド結晶層の断面を観察したＳＥＭ写真を示す図である。 図４は、光源が発する光のスペクトルの一例を示す図である。 図５は、光源からの光を光学フィルタに透過させたときの透過スペクトルの一例を示す図である。 図６は、半値幅の求め方を説明する図である。 図７Ａは、本実施形態に係る多重光学フィルタの例を示す断面図である。 図７Ｂは、本実施形態に係る多重光学フィルタの例を示す断面図である。 図７Ｃは、本実施形態に係る多重光学フィルタの例を示す断面図である。 図８Ａは、本実施形態に係る多重光学フィルタの例を示す断面図である。 図８Ｂは、本実施形態に係る多重光学フィルタの例を示す断面図である。 図８Ｃは、本実施形態に係る多重光学フィルタの例を示す断面図である。 図９は、本実施形態に係る発光装置の一例を示す断面図である。 図１０Ａは、本実施形態に係る発光装置の別の例を示す斜視図である。 図１０Ｂは、図１０ＡのＩ－Ｉ線に沿った断面図である。 図１１は、本実施形態に係る照明システムの一例を示す斜視図である。 図１２Ａは、本実施形態に係る照明システムである灯具の分解斜視図である。 図１２Ｂは、図１２Ａの領域Ａを拡大した光源ユニットの概略断面図である。 図１３は、実施例１－１の光学フィルタの反射スペクトルを示す図である。 図１４は、実施例１－２の光学フィルタの反射スペクトルを示す図である。 図１５は、実施例１－３の光学フィルタの反射スペクトルを示す図である。 図１６は、実施例１－４の光学フィルタの反射スペクトルを示す図である。 図１７は、実施例１－１～実施例１－４の反射スペクトルを重ね合わせた図である。 図１８は、実施例２－１の多重光学フィルタ及び参考例２－１の光学フィルタの反射スペクトルを示す図である。 図１９は、実施例２－２の多重光学フィルタの反射スペクトルを示す図である。
以下、本実施形態の光学フィルタ及び多重光学フィルタ、並びにそれらを用いた発光装置及び照明システムについて詳細に説明する。なお、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
［光学フィルタ］
図１に示すように、本実施形態の光学フィルタ１０はコロイド結晶層１２を備える。コロイド結晶層１２は、複数の粒子１４と、複数の粒子１４間に配置されたバインダ１６と、を含んでいる。本実施形態におけるコロイド結晶層１２では、コロイド次元の大きさを有する複数の粒子１４が、粒子１４の中心間距離ｄの間隔をおいて規則的に三次元に配列している。ただし、本実施形態の目的を損なわなければ、複数の粒子１４の配列は厳密な規則性を有している必要はない。
本実施形態において、粒子１４はコロイド粒子ということもできる。また、バインダ１６はコロイド結晶層１２の母体として機能し得る。そのため、光学フィルタ１０は、複数のコロイド粒子と、複数のコロイド粒子を固定する母体と、を含んでいてもよい。また、コロイド結晶層１２において、複数のコロイド粒子はそれぞれ離間して配置されていてもよく、コロイド結晶層１２は複数のコロイド粒子による規則配列構造を有していてもよい。
コロイド結晶層１２の走査型電子顕微鏡写真（ＳＥＭ写真）の一例を図２及び図３に示す。図２はコロイド結晶層１２の表面を観察したＳＥＭ写真であり、図３はコロイド結晶層１２の断面を観察したＳＥＭ写真である。図２及び図３より、バインダ１６内に複数の粒子１４が配列しており、コロイド結晶層１２を形成していることが分かる。本実施形態では、このようなコロイド結晶層１２を有することにより、光学フィルタ１０に照射された光の一部がＢｒａｇｇ反射され、反射されなかった光の一部が光学フィルタ１０を透過していると考えられる。
図４は、光源が発する光のスペクトルの一例を示している。図５は、上記光源の光を、コロイド結晶層１２を備える光学フィルタ１０に透過させたときの透過スペクトルの一例を示している。図４と図５を比較すると分かるように、図４の一点鎖線で囲んだ部分の発光強度が、図５では減少している。このことから、光学フィルタ１０は、３００ｎｍ以上８００ｎｍ未満の波長範囲における一部の光を反射していることが分かる。
なお、後述するように、光学フィルタ１０は、コロイド結晶層１２の構造を調整することによって任意の光成分を反射することができる。そのため、図４及び図５で示すようなスペクトルに限定されず、コロイド結晶層１２の構造によって、様々なスペクトルを示す。また、光学フィルタ１０はコロイド結晶層１２の構造を調整することによって任意の光成分を反射することができるため、３００ｎｍ以上８００ｎｍ未満の波長範囲における一部の光を反射しているのは、光学フィルタ１０のコロイド結晶層１２であるともいえる。なお、光学フィルタ１０は、４５０ｎｍ以上６５０ｎｍ未満の波長範囲における一部の光を反射していてもよい。
光学フィルタ１０は、例えば、３００ｎｍ～５００ｎｍの波長範囲における一部の光を反射してもよい。このような範囲内の光を反射した場合、光学フィルタ１０を透過した光に昆虫が誘引されにくくなる。そのため、このような光学フィルタ１０は、例えば一般の照明用発光装置に好ましく用いることができる。
光学フィルタ１０は、例えば、４７０ｎｍ～５２０ｎｍの波長範囲における一部の光を反射してもよい。このような範囲内の光を反射した場合、夜間にメラトニン分泌が抑制されるのを低減できることから、睡眠のリズムの乱れを抑制することができる。そのため、このような光学フィルタ１０は、例えば一般の照明用発光装置として好ましく用いることができる。
光学フィルタ１０は、例えば、５８０ｎｍ～６００ｎｍの波長範囲における一部の光を反射してもよい。このような範囲内の光を反射した場合、黄色光成分の強度が相対的に低く、緑色光成分及び赤色光成分が強調されるため、食肉等の照射体を鮮明に見せることができる。そのため、このような光学フィルタ１０は、例えばスーパーマーケットなどに陳列された商品の照明用発光装置に好ましく用いることができる。
光学フィルタ１０は、例えば、６００ｎｍ～８００ｎｍの波長範囲における一部の光を反射していてもよい。このような範囲内の光を反射した場合、光周性に関する色素フィトクロムの吸収波長領域の光強度が低くなるため、開花遅延、出穂阻害及び収穫量低下など、農作物に及ぼす光害の影響を抑制することができる。そのため、このような光学フィルタ１０は、例えば街路灯及び防犯灯など、農地に隣接する照明用発光装置として好ましく用いることができる。
光学フィルタ１０は、３００ｎｍ以上８００ｎｍ未満の波長範囲における反射率の最大値が２０％以上１００％未満であることが好ましい。本実施形態の光学フィルタ１０は、後述するように、コロイド結晶層１２の規則配列構造を調整することによって反射する光の波長及び強度を制御することができる。そして、従来の光干渉フィルタのように特定の波長範囲の光を全て反射するのではなく、所望の波長範囲における光の一部を反射することにより、所望する光を光学フィルタ１０から取り出すことができる。例えば、特定の波長範囲の光を全て反射した場合、光学フィルタ１０を透過した光は自然な白色光から遠ざかってしまうが、所望の波長範囲における光の一部を反射することにより、自然な白色光を維持しつつ、例えば昆虫の誘引を抑制することができる。なお、光学フィルタ１０は、３００ｎｍ以上８００ｎｍ未満の波長範囲における反射率の最大値が２０％～９５％であることが好ましく、２０％～８０％であることがより好ましい。
光学フィルタ１０は、３００ｎｍ以上８００ｎｍ未満の波長範囲における最大の反射率を有する反射スペクトルのピークの半値幅（ＦＷＨＭ）が５ｎｍ～１００ｎｍであることが好ましい。半値幅は、コロイド結晶層１２の層厚のばらつき及び粒子１４の配列などを精密に制御する程小さくなる傾向にある。また、粒度分布を狭くする程、粒子１４は規則的に配列するため、半値幅は小さくなる傾向にある。そのため、生産性の観点から、半値幅を５ｎｍ以上とすることが好ましい。また、半値幅を５ｎｍ以上とすることにより、昆虫の誘引を抑制するなどの所望とする効果も得られやすくなる傾向にある。また、半値幅を１００ｎｍ以下とすることにより、例えば照射体を鮮明に演出するために必要とする波長の光が光学フィルタ１０によって反射されるおそれを低減することができる。また、半値幅を１００ｎｍ以下とすることにより、光学フィルタ１０を備える発光装置において、発光効率が低減するのを抑制することができる。なお、半値幅は１０ｎｍ～６０ｎｍであることがより好ましい。また、本明細書では、光学フィルタ１０の表面で生じる反射を考慮し、図６に示すように、半値幅（ＦＷＨＭ）は１１％をベースラインとして求めている。なお、図６中、Ｒｅｆｍａｘは上記ピークにおける反射率を表し、Ｒｅｆｍａｘ／２はＲｅｆｍａｘ／２＝（Ｒｅｆｍａｘ＋１１）／２で表される反射率である。そして、半値幅（ＦＷＨＭ）は、反射率Ｒｅｆｍａｘ／２における大きい方の波長から小さい方の波長を差し引いた値である。
本実施形態の光学フィルタ１０は、固有の吸収スペクトルを有するような色素などを用いなくても、コロイド結晶層１２の構造を調整することによって任意の光成分を反射することができる。そのため、任意の光成分を反射するために特別な吸収スペクトルを有する色素などの材料をその都度開発する必要がない。なお、光学フィルタ１０で反射される光成分は、粒子１４の材料、粒子１４の平均粒子径、バインダ１６の材料、コロイド結晶層１２の層厚、コロイド結晶層１２内の粒子１４の含有率、及び粒子１４の中心間距離ｄなどによって制御することができる。
複数の粒子１４は、無機材料及び樹脂材料の少なくともいずれか一方を含む。このように、光学フィルタ１０は、酸素などによって分解しやすい色素を用いなくとも任意の光成分を反射することができるため、光学フィルタ１０の耐久性を向上させることができる。粒子１４は無機材料のみから形成されていてもよく、樹脂材料のみから形成されていてもよい。また、粒子１４は無機材料及び樹脂材料の両方から形成されていてもよい。
無機材料としては、例えば、金及び銀などの金属、シリカ、アルミナ及びチタニアなどの金属酸化物を用いることができる。また、樹脂材料としては、スチレン系樹脂及びアクリル系樹脂などを用いることができる。これらの材料は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて使用してもよい。
スチレン系樹脂は、スチレン系単量体を主成分として重合させたものである。スチレン系単量体としては、スチレン、ｏ－メチルスチレン、ｍ－メチルスチレン、ｐ－メチルスチレン、α－メチルスチレン、ｐ－メトキシスチレンが挙げられる。また、ｐ－ｔｅｒｔ－ブチルスチレン、ｐ－フェニルスチレン、ｏ－クロロスチレン、ｍ－クロロスチレン、ｐ－クロロスチレンも挙げられる。これらのスチレン系単量体は一種を単独で使用してもよく、二種以上を組み合わせて使用してもよい。なお、本明細書において、主成分は５０質量％以上であることを意味する。
アクリル系樹脂は、（メタ）アクリル系単量体を主成分として重合させたものであり、（メタ）アクリル系単量体と共重合可能な他の単量体を含んでいてもよい。このような（メタ）アクリル系単量体としては、メチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、２－ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、２－ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート、シクロヘキシル（メタ）アクリレートが挙げられる。β－カルボキシエチル（メタ）アクリレート、ジエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、１，６－ヘキサンジオールジ（メタ）アクリレート、トリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、トリプロピレングリコールジ（メタ）アクリレートも挙げられる。また、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート、１，６－ヘキサンジオールジグリシジルエーテルジ（メタ）アクリレートも挙げられる。ビスフェノールＡジグリシジルエーテルジ（メタ）アクリレート、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテルジ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレート、トリシクロデカニル（メタ）アクリレートも挙げられる。（メタ）アクリル系単量体は一種を単独で使用してもよく、二種以上を組み合わせて使用してもよい。なお、本明細書において、（メタ）アクリル系単量体は、メタクリル系単量体及びアクリル系単量体を包含する。
粒子１４の平均粒子径は、一般的には１ｎｍ～１０００ｎｍであるが、５０ｎｍ～３００ｎｍであることが好ましく、７０ｎｍ～２８０ｎｍであることがより好ましい。なお、本明細書において、粒子１４の平均粒子径は、コロイド結晶層１２の表面を走査型電子顕微鏡で観察し、複数の粒子１４の粒子径を測定することにより、求めることができる。
バインダ１６は、例えば、樹脂を含んでいることが好ましい。バインダ１６には、３００ｎｍ以上８００ｎｍ未満の範囲内の波長領域において高い光線透過率を有する樹脂を用いることができる。バインダ１６に用いられる樹脂は、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、シクロオレフィン系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂、アクリル－スチレン共重合体及びスチレン系樹脂からなる群より選ばれる少なくとも一つを含有することが好ましい。
アクリル系樹脂は、（メタ）アクリル系単量体を主成分として重合させたものであり、（メタ）アクリル系単量体と共重合可能な他の単量体を含んでいてもよい。このような（メタ）アクリル系単量体としては、メチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、２－ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、２－ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート、シクロヘキシル（メタ）アクリレートが挙げられる。β－カルボキシエチル（メタ）アクリレート、ジエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、１，６－ヘキサンジオールジ（メタ）アクリレート、トリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、トリプロピレングリコールジ（メタ）アクリレートも挙げられる。また、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート、１，６－ヘキサンジオールジグリシジルエーテルジ（メタ）アクリレートも挙げられる。ビスフェノールＡジグリシジルエーテルジ（メタ）アクリレート、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテルジ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレート、トリシクロデカニル（メタ）アクリレートも挙げられる。（メタ）アクリル系単量体は一種を単独で使用してもよく、二種以上を組み合わせて使用してもよい。
ポリカーボネート系樹脂としては、例えば二価フェノールと、ホスゲン又は炭酸ジエステル化合物とを反応させることによって得られる芳香族ポリカーボネート重合体、及びこれらの共重合体である芳香族ポリカーボネート樹脂が挙げられる。また、ポリカーボネート系樹脂としては、二酸化炭素とエポキシドとの共重合体によって得られる脂肪族ポリカーボネート樹脂も挙げられる。さらにポリカーボネート系樹脂としては、これらを共重合した芳香族－脂肪族ポリカーボネートも挙げられる。また、アジピン酸，ピメリン酸，スベリン酸，アゼライン酸，セバシン酸，デカンジカルボン酸等の直鎖状脂肪族二価カルボン酸等も、ポリカーボネート系樹脂の共重合モノマーとして挙げられる。なお、ポリカーボネート系樹脂は一種を単独で使用してもよく、二種以上を組み合わせて使用してもよい。
シクロオレフィン系樹脂は、主鎖が炭素－炭素結合からなり、主鎖の少なくとも一部に環状炭化水素構造を有する樹脂である。シクロオレフィン系樹脂としては、エチレンとノルボルネンの付加共重合体や、エチレンとテトラシクロドデセンの付加共重合体などが挙げられる。
エポキシ系樹脂は、１分子中にエポキシ基を２個以上含むプレポリマーを硬化剤で硬化した樹脂である。エポキシ系樹脂としては、例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ナフタレンジオール型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂を用いることができる。また、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡノボラック型エポキシ樹脂、環状脂肪族エポキシ樹脂、複素環式エポキシ樹脂（トリグリシジルイソシアヌレート、ジグリシジルヒダントイン等）を用いることもできる。さらに、これらのエポキシ系樹脂を種々の材料で変性させた変性エポキシ樹脂等も使用することができる。また、これらのエポキシ系樹脂の臭素化物、塩素化物等のハロゲン化物も用いることができる。エポキシ系樹脂は、これらのうちの一種を単独で使用してもよく、二種以上を組み合わせて使用してもよい。
エポキシ系樹脂を硬化させるための硬化剤としては、エポキシ基と反応し得る活性基を有する化合物であれば、如何なる化合物を用いることができる。公知のエポキシ硬化剤を適宜用いることができるが、特にアミノ基、酸無水物基、ヒドロキシフェニル基を有する化合物が適している。例えば、ジシアンジアミド及びその誘導体、有機酸ヒドラジット、アミンイミド、脂肪族アミン、芳香族アミン、３級アミン、ポリアミンの塩、マイクロカプセル型硬化剤、イミダゾール型硬化剤、酸無水物、フェノールノボラック等が挙げられる。硬化剤は、これらのうちの一種を単独で使用してもよく、二種以上を組み合わせて使用してもよい。
また、上記の硬化剤と併用して各種の硬化促進剤を用いることができる。硬化促進剤としては、例えば、第３級アミン系硬化促進剤、尿素誘導体系硬化促進剤、イミダゾール系硬化促進剤、ジアザビシクロウンデセン（ＤＢＵ）系硬化促進剤を挙げることができる。また、有機りん系硬化促進剤（例えば、ホスフィン系硬化促進剤等）、オニウム塩系硬化促進剤（例えば、ホスホニウム塩系硬化促進剤、スルホニウム塩系硬化促進剤、アンモニウム塩系硬化促進剤等）を挙げることができる。さらに金属キレート系硬化促進剤、酸及び金属塩系硬化促進剤等も挙げることができる。
シリコーン系樹脂は、シロキサン結合からなる直鎖状高分子が架橋することで三次元網状構造となっている樹脂である。シリコーン系樹脂としては、側鎖が例えばメチル基で構成されるジメチル系シリコーンや、一部分が芳香族系分子に置換されている芳香族系シリコーンがある。本実施形態では、シリコーン系樹脂として特に好ましいのは芳香族系シリコーンである。
なお、シリコーン系樹脂は、アルコキシシランを加水分解した後に脱水縮合させて得られる縮合物からなるものであってもよい。アルコキシシランの具体例としては、例えば、トリフェニルエトキシシラン、トリメチルエトキシシラン、トリエチルエトキシシラン、トリフェニルメトキシシラン、トリエチルメトキシシラン、エチルジメチルメトキシシランが挙げられる。メチルジエチルメトキシシラン、エチルジメチルエトキシシラン、メチルジエチルエトキシシラン、フェニルジメチルメトキシシラン、フェニルジエチルメトキシシラン、フェニルジメチルエトキシシラン、フェニルジエチルエトキシシランも挙げられる。また、メチルジフェニルメトキシシラン、エチルジフェニルメトキシシラン、メチルジフェニルエトキシシラン、エチルジフェニルエトキシシラン、ｔｅｒｔ－ブトキシトリメチルシラン、ブトキシトリメチルシランも挙げられる。ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、β－（３，４－エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、γ－グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ－メタクリロキシプロピルトリエトキシシランも挙げられる。Ｎ－β（アミノエチル）γ－アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ－β（アミノエチル）γ－アミノプロピルトリエトキシシラン、γ－アミノプロピルトリメトキシシラン、γ－アミノプロピルトリエトキシシランも挙げられる。メチルトリアセトキシシラン、エチルトリアセトキシシラン、Ｎ－β－フェニル－γ－アミノプロピルトリメトキシシラン、γ－クロロプロピルトリメトキシシラン、γ－メルカプトプロピルトリメトキシシランも挙げられる。トリエトキシシラン、トリメトキシシラン、トリイソプロポキシシラン、トリ－ｎ－プロポキシシラン、トリアセトキシシラン、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラ－ｎ－プロポキシシラン、テトライソプロポキシシランも挙げられる。なお、アルコキシシランの加水分解縮合物は一種を単独で使用してもよく、二種以上を組み合わせて使用してもよい。
アクリル－スチレン共重合体としては、（メタ）アクリル系単量体及びスチレン系単量体を主成分として重合したものである。また、アクリル－スチレン共重合体は、（メタ）アクリル系単量体及びスチレン系単量体と共重合可能な他の単量体を含んでいてもよい。アクリル－スチレン共重合体としては、スチレン－（メタ）アクリル酸エステル共重合体、スチレン－ジエチルアミノエチルメタアクリレート共重合体、スチレン－ブタジエン－アクリル酸エステル共重合体が挙げられる。
スチレン系樹脂は、スチレン系単量体を主成分として重合させたものである。スチレン系単量体としては、スチレン、ｏ－メチルスチレン、ｍ－メチルスチレン、ｐ－メチルスチレン、α－メチルスチレン、ｐ－メトキシスチレンが挙げられる。また、ｐ－ｔｅｒｔ－ブチルスチレン、ｐ－フェニルスチレン、ｏ－クロロスチレン、ｍ－クロロスチレン、ｐ－クロロスチレンも挙げられる。これらのスチレン系単量体は一種を単独で使用してもよく、二種以上を組み合わせて使用してもよい。
コロイド結晶層１２の層厚は、例えば、１μｍ～２００μｍであることが好ましく、１０μｍ～１００μｍであることがより好ましい。コロイド結晶層１２の層厚が厚い程、コロイド結晶層１２で反射される光の割合を大きくすることができる。
コロイド結晶層１２の全体の体積に対する粒子１４の体積の割合は、例えば、１０体積％～６０体積％であることが好ましく、２０体積％～５０体積％であることがより好ましい。また、コロイド結晶層１２の全体の体積に対するバインダ１６の体積の割合は、例えば、４０体積％～９０体積％であることが好ましく、５０体積％～８０体積％であることがより好ましい。このような範囲とすることにより、コロイド結晶層１２の光透過性及び形状安定性を良好にすることができる。
粒子１４の中心間距離ｄの平均値は、１００ｎｍ～３８０ｎｍであることが好ましく、１４０ｎｍ～３１０ｎｍであることがより好ましい。粒子１４の中心間距離ｄの平均値を調整することにより、所望とする波長の光を反射させることができる。なお、粒子１４の中心間距離ｄの平均値は、コロイド結晶層１２の表面を走査型電子顕微鏡で観察することにより求めることができる。
図１に示すように、本実施形態の光学フィルタ１０は、透光性の基板１８をさらに備えていてもよい。コロイド結晶層１２は基板１８の上に配置されていればよい。コロイド結晶層１２は、図１に示すように基板１８の表面と接していてもよいが、コロイド結晶層１２と基板１８との間に図示しない介在層が配置されていてもよい。
基板１８は高い透光性を有していることが好ましい。例えば、基板１８の全光線透過率は８０％～１００％であることが好ましく、８５％～１００％であることがより好ましい。全光線透過率は、例えば日本工業規格ＪＩＳ Ｋ７３６１－１：１９９７（ＩＳＯ １３４６８－１：１９９６）（プラスチック－透明材料の全光線透過率の試験方法－第１部：シングルビーム法）などの方法により測定することができる。
基板１８としては、例えばソーダ石灰ガラス、低アルカリ硼珪酸ガラス、無アルカリアルミノ硼珪酸ガラスなどのガラス板を使用することができる。また、ポリカーボネート、上述したアクリル系樹脂、ポリエチレンテレフタレートなどの樹脂板も使用することができる。
基板１８の形状は特に限定されず、例えば膜状とすることができる。また、光学フィルタ１０の厚さは特に限定されないが、例えば１０μｍ～５０００μｍであることが好ましく、１０００μｍ～３０００μｍであることがより好ましい。
光学フィルタ１０の形状は特に限定されず、例えば膜状とすることができる。また、光学フィルタ１０の厚さは特に限定されないが、例えば１０μｍ～５０００μｍであることが好ましく、１０００μｍ～３０００μｍであることがより好ましい。なお、光学フィルタ１０の最表面の形状は特に限定されず、平滑であってもよく、または粒子１４に起因する微細な凹凸形状を有していてもよい。
以上の通り、本実施形態の光学フィルタ１０は、無機材料及び樹脂材料の少なくともいずれか一方を含む複数の粒子１４と、複数の粒子１４間に配置されたバインダ１６と、を含むコロイド結晶層１２を備える。光学フィルタ１０は、３００ｎｍ以上８００ｎｍ未満の波長範囲における一部の光を反射する。
光学フィルタ１０は、コロイド結晶層１２によって光学フィルタ１０を透過する光の波長を制御することができるため、光及び酸素などにより分解しやすい有機分子などからなる有機色素を有している必要はなく、耐久性に優れている。また、光学フィルタ１０は、コロイド結晶層１２の層厚、コロイド結晶層１２内の粒子１４の含有率、及び粒子１４の中心間距離ｄなどにより光学フィルタ１０を透過する光の波長を容易に制御することができる。したがって、本実施形態の光学フィルタ１０は、耐久性に優れ、波長制御が容易である。
次に、光学フィルタ１０の製造方法について説明する。本実施形態の光学フィルタ１０の製造方法は、コロイド結晶層１２を形成することができれば特に限定されない。具体的には、上述した（メタ）アクリル系単量体などのバインダ１６の原料中に粒子１４を分散させ、得られた分散液を基板１８などに塗布して硬化させることにより光学フィルタ１０を製造することができる。
分散液を塗布する方法は特に限定されないが、例えばスプレーコート法、スピンコート法、スリットコート法、ロールコート法等が利用できる。また、モノマーを重合させる方法は特に限定されず、加熱によって重合させてもよく、活性エネルギー線（電磁波、紫外線、可視光線、赤外線、電子線、γ線等）によって重合させてもよい。活性エネルギー線によってモノマーを重合させる場合、光重合開始剤などが分散液に添加されていてもよい。光重合開始剤としては、ラジカル光重合開始剤、カチオン光重合開始剤、アニオン光重合開始剤など公知の光重合開始剤を用いることができる。
ここで、専用の製造装置が必要となるような特殊な色素を用いる場合には、色素の量産が困難な上に費用も高額になる傾向にある。しかしながら、本実施形態の光学フィルタ１０は、コロイド結晶層１２の構造を調整することによって波長を制御することができるため、色素を用いなくても波長を容易に制御することができる。また、光学フィルタ１０は、光干渉フィルタのように多層にする必要性も低いため、比較的簡易な設備及び方法によって製造可能である。したがって、光学フィルタ１０は、多品種少量生産などの工業生産性にも適している。
［多重光学フィルタ］
次に、本実施形態の多重光学フィルタについて、図面に基づき詳細に説明する。なお、上述の光学フィルタと同一構成には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
上述のように、本実施形態の光学フィルタ１０は、複数の粒子１４と、複数の粒子１４間に配置されたバインダ１６とを含むコロイド結晶層１２を備える。光学フィルタ１０では、コロイド結晶層１２における粒子１４の配列構造を調整することによって、特定の光成分を反射しつつも反射されなかった光を透過することから、所望のスペクトルを有する光を放つことが可能となる。
ここで、光学フィルタ１０において、特定の光成分の反射率を高めるためにコロイド結晶層１２を厚膜化しようとした場合、コロイド粒子の自己組織化が難しくなることから、コロイド粒子による規則配列構造が形成されない可能性がある。そして、コロイド粒子による規則配列構造が形成されない場合には、所望の反射特性を得ることが難しくなる。
そのため、本実施形態では、離間したコロイド粒子と、個々のコロイド粒子を固定するバインダとを少なくとも含んでなるコロイド結晶層を複数積層させることを特徴とする。具体的には、図７Ａ～図７Ｃに示すように、多重光学フィルタ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃは、コロイド結晶層１２からなる光学フィルタ１０を複数備え、さらに複数の光学フィルタ１０を積層している。上述のように、光学フィルタ１０は所望の反射特性を有していることから、光学フィルタ１０を積層することにより、単層を厚膜化した構造では得られなかった高い反射率（例えば５０％以上）のフィルタを得ることができる。また、互いに異なる規則配列構造を有する光学フィルタ１０を積層することにより、複数の波長の光を反射することが可能なフィルタを得ることができる。
本実施形態の多重光学フィルタ２０において、積層された複数の光学フィルタ１０（コロイド結晶層１２）は、互いに異なる反射特性を持つ構成とすることができる。つまり、多重光学フィルタに関し、複数の光学フィルタ１０から選択した２つの光学フィルタ１０において、一方の光学フィルタの反射スペクトルのピーク波長と、他方の光学フィルタの反射スペクトルのピーク波長との差は、１０ｎｍを超えることが好ましい。
具体的には、図７Ａに示す多重光学フィルタ２０Ａにおいて、コロイド結晶層１２Ａとコロイド結晶層１２Ｂは互いに異なる規則配列構造を有していることが好ましい。そして、コロイド結晶層１２Ａの反射スペクトルのピーク波長と、コロイド結晶層１２Ｂの反射スペクトルのピーク波長との差が１０ｎｍを超えることが好ましい。これにより、多重光学フィルタ２０Ａは、コロイド結晶層１２Ａが持つ反射特性と、コロイド結晶層１２Ｂが持つ反射特性とを併せ持つものとなるため、反射特性の多様化が容易なフィルタを得ることができる。また、コロイド結晶層１２Ａとコロイド結晶層１２Ｂが互いに異なる反射特性を持つことにより、二つの波長の光を反射することが可能な多重光学フィルタ２０Ａを得ることができる。
本実施形態の多重光学フィルタ２０において、積層された複数の光学フィルタ１０（コロイド結晶層１２）は、実質的に等しい反射特性を持つ構成とすることができる。つまり、多重光学フィルタに関し、複数の光学フィルタ１０から選択した２つの光学フィルタ１０において、一方の光学フィルタの反射スペクトルのピーク波長と、他方の光学フィルタの反射スペクトルのピーク波長との差は、１０ｎｍ以下であることが好ましい。
具体的には、図７Ａに示す多重光学フィルタ２０Ａにおいて、コロイド結晶層１２Ａとコロイド結晶層１２Ｂは殆ど同じ規則配列構造を有していることが好ましい。そして、コロイド結晶層１２Ａの反射スペクトルのピーク波長と、コロイド結晶層１２Ｂの反射スペクトルのピーク波長との差が１０ｎｍ以下であることが好ましい。これにより、多重光学フィルタ２０Ａにおいて、コロイド結晶層１２Ａが持つ反射特性と、コロイド結晶層１２Ｂが持つ反射特性が殆ど同じとなることから、反射率が増強したフィルタを得ることができる。なお、複数の光学フィルタ１０から選択した２つの光学フィルタ１０において、一方の光学フィルタの反射スペクトルのピーク波長と、他方の光学フィルタの反射スペクトルのピーク波長との差は、５ｎｍ以下であることがより好ましい。
図７Ａに示すように、本実施形態の多重光学フィルタ２０Ａは、透光性の基板１８をさらに備えてもよい。そして、複数の光学フィルタ１０は、基板１８の上に配置されていることが好ましい。これにより、多重光学フィルタ２０Ａの強度が向上することから、多重光学フィルタ２０Ａの取り扱い性を高めることが可能となる。また、基板１８に複数のコロイド結晶層１２Ａ，１２Ｂ（光学フィルタ１０）を設け、さらにコロイド結晶層１２Ａ，１２Ｂを保護膜で被覆する場合、図７Ａに示す構成では、一方の面１８ａ側にのみ保護膜を設ければよい。そのため、多重光学フィルタ２０Ａの製造工程を簡略化することが可能となる。
上述のように、本実施形態の多重光学フィルタ２０Ａは、基板１８の一方の面１８ａのみに複数の光学フィルタ１０（コロイド結晶層１２Ａ，１２Ｂ）を設けることができる。ただ、本実施形態はこのような態様に限定されず、図７Ｂに示すように、基板１８の一方の面１８ａ、及び一方の面１８ａと反対側の他方の面１８ｂの両方に光学フィルタ１０を設けてもよい。このように、多重光学フィルタ２０Ｂにおいて、複数の光学フィルタ１０が基板１８の両面に配置されることにより、多重光学フィルタ２０Ｂの強度が向上し、取り扱い性を高めることが可能となる。また、基板１８の一方の面１８ａ及び他方の面１８ｂは共に平坦な面である。そのため、平坦な面１８ａ及び面１８ｂに設けられたコロイド結晶層１２Ａ，１２Ｂでは、粒子１４が規則配列構造を形成しやすくなることから、所望の光の反射率を高めることが可能となる。さらに、コロイド結晶層１２Ａ，１２Ｂの構成材料を共通化することで、コロイド結晶層１２Ａ，１２Ｂの線膨張率を殆ど等しくすることができる。そのため、基板１８の面１８ａ及び面１８ｂの両方に光学フィルタ１０（コロイド結晶層１２Ａ，１２Ｂ）を設けることにより、多重光学フィルタ２０Ｂの反りを抑制することが可能となる。
本実施形態の多重光学フィルタは、図７Ａに示すように、基板１８の一方の面１８ａにコロイド結晶層１２Ｂを直接積層し、さらにコロイド結晶層１２Ｂにおける基板１８の反対側に、コロイド結晶層１２Ａを直接積層してもよい。ただ、本実施形態はこのような態様に限定されず、図７Ｃに示すように、隣接する光学フィルタ１０の間、つまりコロイド結晶層１２Ａとコロイド結晶層１２Ｂの間に接着層１７を設けてもよい。これにより、光学フィルタ１０の間の密着性を高めて、光学フィルタ１０の剥離を抑制することが可能となる。なお、図示しないが、コロイド結晶層１２Ｂと基板１８との間に接着層１７を設けてもよい。
接着層１７を構成する材料は特に限定されないが、光学フィルタ１０を構成するコロイド結晶層のバインダ１６と屈折率が近い材料を用いることが好ましい。これにより、光学フィルタ１０と接着層１７との間のフレネル反射を抑制し、特定波長の光の透過率を高めることが可能となる。なお、接着層としては、例えばアクリル樹脂を含むアクリル系接着剤を用いることができる。
上述のように、本実施形態の多重光学フィルタ２０は、光学フィルタ１０を複数備えている。そのため、多重光学フィルタは、図７Ａ～図７Ｃに示すような二層の光学フィルタ１０を備えた構成に限定されず、図８Ａ～図８Ｃに示すような三層の光学フィルタ１０（コロイド結晶層１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ）を備えた構成とすることができる。また、図示しないが、多重光学フィルタは、四層以上の光学フィルタ１０を備えた構成とすることもできる。
具体的には、図８Ａに示すように、多重光学フィルタ２０Ｄは、基板１８の一方の面１８ａにコロイド結晶層１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃを積層した構成とすることができる。なお、図８Ａでは、コロイド結晶層１２Ａとコロイド結晶層１２Ｂとの間、及びコロイド結晶層１２Ａとコロイド結晶層１２Ｃとの間に接着層を設けず、コロイド結晶層は互いに接触する構成となっている。また、コロイド結晶層１２Ａ、コロイド結晶層１２Ｂ及びコロイド結晶層１２Ｃは、互いに異なる反射特性を持つ構成であってもよく、実質的に等しい反射特性を持つ構成であってもよい。
また、図８Ｂに示すように、多重光学フィルタ２０Ｅは、コロイド結晶層１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃを備え、コロイド結晶層１２Ａとコロイド結晶層１２Ｂとの間及びコロイド結晶層１２Ａとコロイド結晶層１２Ｃとの間に接着層１７を設けた構成とすることができる。さらに、図８Ｃに示すように、多重光学フィルタ２０Ｆは、基板１８の一方の面１８ａにコロイド結晶層１２Ａ及びコロイド結晶層１２Ｂを積層し、他方の面１８ｂにコロイド結晶層１２Ｃを積層した構成とすることができる。なお、図８Ｃでは、コロイド結晶層１２Ａとコロイド結晶層１２Ｂとの間に接着層１７が介在しているが、このような態様に限定されず、これらの間に接着層１７を介在させなくてもよい。
本実施形態の多重光学フィルタ２０の反射スペクトルは、３００ｎｍ以上８００ｎｍ未満の波長範囲における反射率の極大値が２０％以上１００％未満であるピークを２つ以上有することが好ましい。多重光学フィルタ２０は、光学フィルタ１０（コロイド結晶層）の規則配列構造を調整することによって反射する光の波長及び強度を制御することができる。そして、多重光学フィルタ２０は、特定の波長範囲における光の一部を反射することにより、所望する光を光学フィルタ１０から取り出すことができる。そのため、多重光学フィルタ２０が上述のピークを２つ以上有することにより、不要な波長の光をカットする際に生じる色温度のずれを抑制することができる。
つまり、光学フィルタ１０の反射スペクトルにおいて、上記ピークが一つのみである場合、図４及び図５に示すように、一か所の波長範囲の光を反射し、残りの光を透過することができる。ただ、図５のように一か所の波長範囲の光をカットした場合、光学フィルタ１０に照射された光と光学フィルタ１０を透過した光との間に色ずれが生じ、色温度が変わる可能性がある。しかし、多重光学フィルタ２０の反射スペクトルにおいて、上記ピークが二つ以上存在する場合には、二か所の波長範囲の光をカットすることができるため、光学フィルタ１０を用いた場合と比べて色温度のずれを抑制することが可能となる。
本実施形態の多重光学フィルタ２０において、反射スペクトルのピークの半値幅が５ｎｍ～１００ｎｍであることが好ましい。半値幅を５ｎｍ以上とすることにより、上述の所望とする効果も得られやすくなる傾向にある。また、半値幅を１００ｎｍ以下とすることにより、例えば照射体を鮮明に演出するために必要とする波長の光が反射されるおそれを低減することができる。また、半値幅を１００ｎｍ以下とすることにより、多重光学フィルタ２０を備える発光装置において、発光効率の低減を抑制することができる。なお、多重光学フィルタ２０における反射スペクトルのピークの半値幅は、光学フィルタ１０における反射スペクトルのピークの半値幅と同様に求めることができる。
次に、多重光学フィルタ２０の製造方法について説明する。本実施形態の多重光学フィルタ２０の製造方法は、光学フィルタ１０の製造方法と同様に、最初に、バインダ１６の原料中に粒子１４を分散させ、得られた分散液を基板１８などに塗布して硬化させる。次に、得られた光学フィルタ１０に表面に、さらに分散液を塗布して硬化させることにより、多重光学フィルタ２０を得ることができる。
例えば、図７Ａに示す多重光学フィルタ２０Ａにおいて、コロイド結晶層１２Ａとコロイド結晶層１２Ｂが殆ど同じ規則配列構造を有しているフィルタは、次のように得ることができる。まず、バインダ１６の原料中に粒子１４を分散させることにより、第一の分散液を調製する。次に、得られた第一の分散液を基板１８に塗布して硬化させることにより、コロイド結晶層１２Ｂを得る。次に、コロイド結晶層１２Ｂの表面に第一の分散液を塗布して硬化させることに、コロイド結晶層１２Ａを得ることができる。
また、図７Ａに示す多重光学フィルタ２０Ａにおいて、コロイド結晶層１２Ａとコロイド結晶層１２Ｂが互いに異なる規則配列構造を有しているフィルタは、次のように得ることができる。まず、バインダの原料中に粒子を分散させることにより、第一の分散液を調製する。同様に、バインダの原料中に粒子を分散させることにより、第二の分散液を調製する。この際、第一の分散液と第二の分散液は、バインダの原料、粒子の材料、粒子の濃度及び粒子の平均粒子径の少なくとも一つを異ならせることが好ましい。そして、第一の分散液を基板１８に塗布して硬化させることにより、コロイド結晶層１２Ｂを得る。次に、コロイド結晶層１２Ｂの表面に第二の分散液を塗布して硬化させることに、コロイド結晶層１２Ａを得ることができる。
このように、本実施形態の多重光学フィルタ２０は、光学フィルタ１０を複数備えている。そのため、単層を厚膜化した構造では得られなかった高い反射率のフィルタを得ることができる。また、互いに異なる規則配列構造を有する光学フィルタ１０を積層することにより、複数の波長の光を反射することが可能なフィルタを得ることができる。
また、従来の薄膜状のフィルタを単純に複数積層しただけの光学フィルタでは、最表層のフィルタの表面及び各フィルタの界面で、フレネル反射が生じてしまう。そのため、特定波長の反射率は向上するが、その他の波長の透過率は大幅に低下してしまう。しかしながら、本実施形態の多重光学フィルタ２０は、バインダの原料中に粒子を分散させてなる分散液を塗布して硬化する工程を繰り返すことにより調製していることから、各光学フィルタ１０の界面におけるフレネル反射を大きく低減することができる。また、各光学フィルタ１０におけるバインダ１６として、屈折率が近似した樹脂を使用することで、フレネル反射をさらに低減することが可能となる。
［発光装置］
次に、本実施形態の発光装置３０について説明する。本実施形態の発光装置３０は、光学フィルタ１０と、光源３１とを備え、光源３１が放つ一次光Ｌ１の一部が光学フィルタ１０を透過する。また、本実施形態の発光装置３０は、多重光学フィルタ２０と、光源３１とを備え、光源３１が放つ一次光Ｌ１の一部が多重光学フィルタ２０を透過する。発光装置３０は、このような光学フィルタ１０及び多重光学フィルタ２０の少なくとも一方を備えることによって、特定の波長の光を反射し、所望の光成分を放射することができる。
図９は、発光装置３０の一例として、ＬＥＤモジュール３０Ａ（Light-emitting diodeモジュール）を示している。本実施形態において、光源３１は、ＬＥＤ素子からなり、回路基板３２に実装された発光素子であるが、これに限定されない。
発光素子は、例えば３８０ｎｍ～５００ｎｍの波長範囲内に主な発光ピークを有し、青色の光を出射する青色ＬＥＤ素子や紫色の光を出射する紫色ＬＥＤ素子を用いることができる。このような発光素子としては、例えば窒化ガリウム系のＬＥＤ素子が挙げられる。
図９に示すように、ＬＥＤモジュール３０Ａは波長変換部材３３をさらに備えていてもよい。すなわち、発光装置３０は波長変換部材３３をさらに備えていてもよい。本実施形態において、波長変換部材３３は光源３１を覆っている。波長変換部材３３は、シリコーン樹脂等の透光性材料内に、例えば青色蛍光体、緑色蛍光体、黄色蛍光体及び赤色蛍光体の少なくとも一種類以上の蛍光体３４を含有している。青色蛍光体は、光源３１の出射光により励起され、青色光を出射する。緑色蛍光体及び黄色蛍光体も光源３１の出射光により励起され、それぞれ緑色光及び黄色光を出射する。
青色蛍光体は４７０ｎｍ～５００ｎｍの波長領域に発光ピークを持ち、緑色蛍光体は５００ｎｍ～５４０ｎｍの波長領域に発光ピークを持ち、黄色蛍光体は５４５ｎｍ～５９５ｎｍの波長領域に発光ピークを持つものである。青色蛍光体としては、例えばＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ２＋、ＣａＭｇＳｉ２Ｏ６：Ｅｕ２＋、Ｂａ３ＭｇＳｉ２Ｏ８：Ｅｕ２＋、Ｓｒ１０（ＰＯ４）６Ｃｌ２：Ｅｕ２＋などが挙げられる。緑色蛍光体としては、例えば（Ｂａ，Ｓｒ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋、Ｃａ８Ｍｇ（ＳｉＯ４）４Ｃｌ２：Ｅｕ２＋、Ｃａ８Ｍｇ（ＳｉＯ４）４Ｃｌ２：Ｅｕ２＋，Ｍｎ２＋が挙げられる。黄色蛍光体としては、例えば（Ｓｒ，Ｂａ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋、（Ｙ，Ｇｄ）３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋、α－Ｃａ－ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ２＋が挙げられる。
赤色蛍光体は、光源３１や、緑色蛍光体及び黄色蛍光体の少なくとも一方の出射光により励起され、赤色光を出射する。赤色蛍光体は、６００ｎｍ～６５０ｎｍの波長領域に発光ピークを持つものである。赤色蛍光体としては、例えばＳｒ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ２＋、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋、ＳｒＡｌＳｉ４Ｎ７：Ｅｕ２＋、ＣａＳ：Ｅｕ２＋、Ｌａ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ３＋、Ｙ３Ｍｇ２（ＡｌＯ４）（ＳｉＯ４）２：Ｃｅ３＋が挙げられる。
図９に示すように、ＬＥＤモジュール３０Ａの出射面側には、光学フィルタ１０が配置されている。そして、光源３１から出射された一次光Ｌ１の一部は、波長変換部材３３及び光学フィルタ１０を透過する。一方、一次光Ｌ１の一部は、上述したように光学フィルタ１０で反射される。波長変換部材３３は、一次光Ｌ１によって励起され得るが、光学フィルタ１０で反射された一次光Ｌ１の反射光Ｒによって励起されていてもよい。すなわち、蛍光体３４が一次光Ｌ１又は反射光Ｒのいずれか一方によって励起され、二次光Ｌ２が発せられてもよい。そして、光学フィルタ１０を透過した透過光Ｔは、ＬＥＤモジュール３０Ａから出射される。
波長変換部材３３が反射光Ｒで励起されると、反射光Ｒに対して長波長側にシフトした二次光Ｌ２が出射される。二次光Ｌ２は、光学フィルタ１０によって反射されない波長を有する場合、光学フィルタ１０を透過して外部に出射される。この場合、反射光Ｒは再利用されて外部に出射されるため、ＬＥＤモジュール３０Ａの発光効率を向上させることができる。
次に、発光装置３０の別の例について説明する。図１０Ａ及び図１０Ｂは、発光装置３０の一例として、ＬＥＤモジュール３０Ｂを示している。なお、ＬＥＤモジュール３０Ａと同様の構成については同一の符号を付しており、説明を省略する。また、本実施形態においても、光源３１は、ＬＥＤ素子からなる発光素子であるが、これに限定されない。
図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、ＬＥＤモジュール３０Ｂは、略円柱状の筐体３７と、光源３１とを備えている。筐体３７は、円板状の底壁部３５と、底壁部３５の端部と接続された円筒状の側壁部３６とを有する。ＬＥＤモジュール３０Ｂは、側壁部３６における底壁部３５とは反対側の端部に、光学フィルタ１０が配置されている。ＬＥＤモジュール３０Ｂは、底壁部３５、側壁部３６及び光学フィルタ１０により囲われた内部空間を有している。
底壁部３５と側壁部３６を構成する部材は特に限定されず、任意の固体物質からなる部材を用いることができる。底壁部３５と側壁部３６を構成する部材としては、例えば、金属及び金属酸化物の少なくともいずれか一方を含有する部材を用いることができる。このような材料は、光の散乱光が照射されることにより発生した熱を効率よく排熱できるため好ましい。
さらに、ＬＥＤモジュール３０Ｂは、波長変換部材３３を備えていてもよい。本実施形態において、波長変換部材３３は、底壁部３５及び側壁部３６の内部空間側の壁面にそれぞれ設けられている。底壁部３５に設けられた波長変換部材３３は、光源３１の周囲を囲うように、配置されている。ＬＥＤモジュール３０Ａと同様に、波長変換部材３３は蛍光体３４を含む。波長変換部材３３は、形状が板状又はフィルム状である。
図１０Ｂに示すように、ＬＥＤモジュール３０Ｂの出射面側には、光学フィルタ１０が配置されている。そして、光源３１から出射された一次光Ｌ１の一部は、光学フィルタ１０を透過する。一方、一次光Ｌ１の一部は、上述したように光学フィルタ１０で反射される。波長変換部材３３は、光学フィルタ１０で反射された一次光Ｌ１の反射光Ｒによって励起されていてもよい。すなわち、蛍光体３４が一次光Ｌ１又は反射光Ｒのいずれか一方によって励起され、二次光Ｌ２が発せられてもよい。
波長変換部材３３が反射光Ｒで励起されると、反射光Ｒに対して長波長側にシフトした二次光Ｌ２が出射される。二次光Ｌ２は、光学フィルタ１０によって反射されない波長を有する場合、光学フィルタ１０を透過して外部に放出される。この場合、反射光Ｒは再利用されて外部に出射されるため、ＬＥＤモジュール３０Ｂの発光効率を向上させることができる。そして、光学フィルタ１０を透過した透過光Ｔが、ＬＥＤモジュール３０Ｂから出射される。
なお、発光装置３０は、光学フィルタ１０の代わりに多重光学フィルタ２０を用いた場合でも、上述と同様の作用を発揮することができる。また、発光装置３０は、多重光学フィルタ２０で反射された一次光Ｌ１の反射光Ｒによって励起される波長変換部材３３をさらに備えてもよい。
［照明システム］
次に、本実施形態の照明システム４０について説明する。本実施形態の照明システム４０は、発光装置３０を備える。
図１１では、照明システム４０の一例として、ＬＥＤモジュール３０Ａを備えたデスクスタンド４０Ａを示す。図１１に示すように、デスクスタンド４０Ａは、略円板状のベース４１上に照明本体４２が取り付けられている。照明本体４２はアーム４３を有し、アーム４３の先端側の灯具４４はＬＥＤモジュール３０Ａを備える。照明本体４２にはスイッチ４５が設けられ、このスイッチ４５をオン・オフ操作することでＬＥＤモジュール３０Ａの点灯状態が変更されるようになっている。
図１２Ａに示すように、灯具４４は、略円筒状のベース部４６と、光源ユニット４７と、配向制御部４８と、光学フィルタ１０からなるフィルタ４９と、カバー５０とを備える。本実施形態において、ＬＥＤモジュール３０Ａは、光源ユニット４７と光学フィルタ１０とを備える。図１２Ｂに示すように、光源ユニット４７は、回路基板３２と、回路基板３２に実装された光源３１と、回路基板３２の上に配置され、光源３１を覆う波長変換部材３３と、を備えている。波長変換部材３３は蛍光体３４を含有している。配向制御部４８は、光源ユニット４７の光を所望の配光に制御するために用いられるものであり、本実施形態ではレンズを備えている。ただし、配向制御部４８としては、レンズの他に、照明システム４０の構成によって反射板や導光板を有していてもよい。
このように、本実施形態の照明システム４０は、耐久性に優れ、波長制御が容易な光学フィルタ１０を用いているため、所望のスペクトルを有する光を照射することができる。つまり、本実施形態の照明システム４０は、光学フィルタ１０で波長を制御することにより、昆虫が誘引されるのを抑制したり、メラトニン分泌が抑制されるのを低減したり、照射体を鮮明に演出したりすることができる。
なお、照明システム４０は、光学フィルタ１０の代わりに多重光学フィルタ２０を用いた場合でも、上述と同様の作用を発揮することができる。
以下、本実施形態を実施例及び比較例によりさらに詳細に説明するが、本実施形態はこれら実施例に限定されるものではない。
［実施例１－１］
まず、トリエチレングリコールジメタクリレートモノマー（新中村化学工業株式会社製「ＮＫエステル３Ｇ」）中に、含有量が２８体積％になるようにシリカ粒子（株式会社日本触媒製、平均粒子径：１８０ｎｍ）を添加した。次に、室温（２５℃）条件下において、２０ｋＨｚの超音波を１０分間印加し、粒子がバインダ内で三次元に規則的に配列できるように分散させた。このようにして、コロイド粒子（シリカ粒子）がモノマー中に均一に分散した分散液を得た。
次に、上記のようにして得られた分散液中に、光重合開始剤（ＢＡＳＦ社製「ＩＲＧＡＣＵＲＥ（登録商標）１１７３」）を１．０質量％添加した。そして、この分散液を、室温（２５℃）条件下において、２００ｍｍ角で１．０ｍｍ厚のガラス基板にバーコーターを用いて塗布した。分散液を塗布した基板に紫外光を照射してモノマーを重合させることにより、ガラス基板上に層厚が３０μｍのコロイド結晶層を形成した光学フィルタを得た。
［実施例１－２］
シリカ粒子の含有量を３０体積％に変更した以外は実施例１－１と同様にして光学フィルタを作製した。
［実施例１－３］
シリカ粒子の平均粒子径を１５０ｎｍに変更した以外は実施例１－１と同様にして光学フィルタを作製した。
［実施例１－４］
シリカ粒子の平均粒子径を２００ｎｍに変更した以外は実施例１－１と同様にして光学フィルタを作製した。
［評価］
（反射スペクトル）
上記のようにして作製した光学フィルタの反射スペクトルを、紫外可視分光光度計（株式会社島津製作所製ＵＶ-２６００）を用いて測定した。反射スペクトルは３００ｎｍ～８００ｎｍの波長範囲を測定した。実施例１－１～実施例１－４の反射スペクトルをそれぞれ図１３～図１６に示す。また、実施例１－１～実施例１－４の反射スペクトルを重ね合わせたものを図１７に示す。
実施例１－１の反射スペクトルには、５４０ｎｍ～５７０ｎｍの付近において反射率の極大値が約４９％のピークが見られた。実施例１－２の反射スペクトルには、５３０ｎｍ～５６０ｎｍの付近において反射率の極大値が約５５％のピークが見られた。実施例１－３の反射スペクトルには、４８０ｎｍ～５１０ｎｍの付近において反射率の極大値が約５２％のピークが見られた。実施例１－４の反射スペクトルには、５８０ｎｍ～６３０ｎｍの付近において反射率の極大値が約４３％のピークが見られた。実施例１－１～実施例１－４のピークの半値幅は、それぞれ１０ｎｍ、１６ｎｍ、１４ｎｍ及び１９ｎｍであった。
このように、本実施例では色素を用いなくても、粒子の含有量及び粒子の平均粒子径のいずれか一方を変更するだけで、反射スペクトルが変化した。このような反射スペクトルの変化は、コロイド結晶層によるＢｒａｇｇ反射に起因するものと考えられる。そのため、反射スペクトルの変化がＢｒａｇｇ反射に起因するものと考えると、粒子の材料、バインダの材料、コロイド結晶層の層厚、及び粒子の中心間距離などによっても、反射スペクトルが変化することが予想される。
［実施例２－１］
まず、トリエチレングリコールジメタクリレートモノマー（新中村化学工業株式会社製「ＮＫエステル３Ｇ」）中に、含有量が３２体積％になるようにシリカ粒子（株式会社日本触媒製、平均粒子径：１８０ｎｍ）を添加した。次に、室温（２５℃）条件下において、２０ｋＨｚの超音波を１０分間印加し、粒子がバインダ内で三次元に規則的に配列できるように分散させた。このようにして、コロイド粒子（シリカ粒子）がモノマー中に均一に分散した分散液を得た。
次に、得られた分散液中に、光重合開始剤（ＢＡＳＦ社製「ＩＲＧＡＣＵＲＥ（登録商標）１１７３」）を１．０質量％添加した。そして、この分散液を、室温（２５℃）条件下において、２００ｍｍ角で１．０ｍｍ厚のガラス基板に、バーコーターを用いて塗布した。この際、バーコーターは、番手が＃１８のものを使用した。そして、得られた塗布膜に紫外光を照射してモノマーを重合させることにより、ガラス基板上に第一のコロイド結晶層を形成した。
さらに、この分散液を、室温（２５℃）条件下において、第一のコロイド結晶層の表面にバーコーターを用いて塗布した。この際、バーコーターは、番手が＃１８のものを使用した。そして、得られた塗布膜に紫外光を照射してモノマーを重合させることにより、第一のコロイド結晶層の表面に、第二のコロイド結晶層を形成した。このようにして、本例の多重光学フィルタを得た。
［実施例２－２］
まず、トリエチレングリコールジメタクリレートモノマー「ＮＫエステル３Ｇ」中に、含有量が３４体積％になるようにシリカ粒子（株式会社日本触媒製、平均粒子径：１５０ｎｍ）を添加した。次に、室温（２５℃）条件下において、２０ｋＨｚの超音波を１０分間印加し、粒子がバインダ内で三次元に規則的に配列できるように分散させた。このようにして、コロイド粒子（シリカ粒子）がモノマー中に均一に分散した分散液を得た。次に、得られた分散液中に、光重合開始剤（ＢＡＳＦ社製「ＩＲＧＡＣＵＲＥ（登録商標）１１７３」）を１．０質量％添加することにより、第一の分散液を調製した。
さらに、実施例２－１と同様に、トリエチレングリコールジメタクリレートモノマー中に、３２体積％になるようにシリカ粒子（平均粒子径：１８０ｎｍ）と、光重合開始剤１．０質量％とを添加することにより、第二の分散液を調製した。なお、実施例２－１と同様に、トリエチレングリコールジメタクリレートモノマーは「ＮＫエステル３Ｇ」を使用し、光重合開始剤は「ＩＲＧＡＣＵＲＥ（登録商標）１１７３」を使用した。
次に、第一の分散液を、室温（２５℃）条件下において、２００ｍｍ角で１．０ｍｍ厚のガラス基板にバーコーターを用いて塗布した。この際、バーコーターは、番手が＃１８のものを使用した。そして、得られた塗布膜に紫外光を照射してモノマーを重合させることにより、ガラス基板上に第一のコロイド結晶層を形成した。
さらに、第二の分散液を、室温（２５℃）条件下において、第一のコロイド結晶層の表面にバーコーターを用いて塗布した。この際、バーコーターは、番手が＃１８のものを使用した。そして、得られた塗布膜に紫外光を照射してモノマーを重合させることにより、第一のコロイド結晶層の表面に、第二のコロイド結晶層を形成した。このようにして、本例の多重光学フィルタを得た。
［参考例２－１］
実施例２－１と同様に、トリエチレングリコールジメタクリレートモノマー中に、３２体積％になるようにシリカ粒子（平均粒子径：１８０ｎｍ）と、光重合開始剤１．０質量％と添加することにより、分散液を調製した。なお、実施例２－１と同様に、トリエチレングリコールジメタクリレートモノマーは「ＮＫエステル３Ｇ」を使用し、光重合開始剤は「ＩＲＧＡＣＵＲＥ（登録商標）１１７３」を使用した。
次に、分散液を、室温（２５℃）条件下において、２００ｍｍ角で１．０ｍｍ厚のガラス基板にバーコーターを用いて塗布した。この際、バーコーターは、番手が＃１８のものを使用した。そして、得られた塗布膜に紫外光を照射してモノマーを重合させることにより、ガラス基板上にコロイド結晶層を形成した。このようにして、本例の光学フィルタを得た。
［評価］
（反射スペクトル）
上記のようにして作製した実施例２－１及び実施例２－２の多重光学フィルタ、並びに参考例２－１の光学フィルタの反射スペクトルを、紫外可視分光光度計（株式会社島津製作所製ＵＶ-２６００）を用いて測定した。反射スペクトルは３００ｎｍ～８００ｎｍの波長範囲を測定した。実施例２－１の反射スペクトルを図１８に示し、実施例２－２の反射スペクトルを図１９に示す。なお、参考例２－１の反射スペクトルを図１８に合わせて示す。
図１８に示すように、実施例２－１の反射スペクトルには、５２０ｎｍ～５４０ｎｍの付近において反射率の極大値が約６８％のピークが見られた。また、参考例２－１の反射スペクトルには、５３０ｎｍ～５５０ｎｍの付近において反射率の極大値が約５８％のピークが見られた。このことから、殆ど同じ規則配列構造を有する光学フィルタを積層することにより、高い反射率のフィルタが得られることが分かる。
図１９に示すように、実施例２－２の反射スペクトルには、４７０ｎｍ～４９０ｎｍの付近において反射率の極大値が約４６％のピークと、５３０ｎｍ～５５０ｎｍの付近において反射率の極大値が約６２％のピークが見られた。このことから、互いに異なる規則配列構造を有する光学フィルタを積層することにより、二つの波長の光を反射することが可能なフィルタが得られることが分かる。
以上、本実施形態を説明したが、本実施形態はこれらに限定されるものではなく、本実施形態の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。
特願２０１８－１００７７６号（出願日：２０１８年５月２５日）及び特願２０１８－２１３６３７号（出願日：２０１８年１１月１４日）の全内容は、ここに援用される。
本開示によれば、耐久性に優れ、波長制御が容易である光学フィルタ及び多重光学フィルタ、並びにそれらを用いた発光装置及び照明システムを提供することができる。
１０ 光学フィルタ
１２，１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ コロイド結晶層
１４ 粒子
１６ バインダ
１８ 基板
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２０Ｅ，２０Ｆ 多重光学フィルタ
３０ 発光装置
３１ 光源
３３ 波長変換部材
４０ 照明システム
Ｌ１ 一次光
Ｒ 反射光

Claims (15)

  1. 無機材料及び樹脂材料の少なくともいずれか一方を含む複数の粒子と、前記複数の粒子間に配置され、かつ、前記複数の粒子を固定するバインダと、を含むコロイド結晶層を備え、
    前記コロイド結晶層の全体の体積に対する前記複数の粒子の体積の割合は、２０体積％～６０体積％であり、
    前記コロイド結晶層の層厚は、１μｍ～２００μｍであり、
    ３００ｎｍ以上８００ｎｍ未満の波長範囲における一部の光を反射し、かつ、反射されなかった光を透過し、３００ｎｍ以上８００ｎｍ未満の波長範囲における反射率の最大値が２０％以上１００％未満である光学フィルタ。
  2. ３００ｎｍ以上８００ｎｍ未満の波長範囲における最大の反射率を有する反射スペクトルのピークの半値幅が５ｎｍ～１００ｎｍである、請求項１に記載の光学フィルタ。
  3. 透光性の基板をさらに備え、
    前記コロイド結晶層は前記基板の上に配置される、請求項１又は２に記載の光学フィルタ。
  4. 請求項１又は２に記載の光学フィルタを複数備える、多重光学フィルタ。
  5. 前記複数の光学フィルタから選択した２つの光学フィルタにおいて、一方の光学フィルタの反射スペクトルのピーク波長と、他方の光学フィルタの反射スペクトルのピーク波長との差は、１０ｎｍを超える、請求項４に記載の多重光学フィルタ。
  6. 前記複数の光学フィルタから選択した２つの光学フィルタにおいて、一方の光学フィルタの反射スペクトルのピーク波長と、他方の光学フィルタの反射スペクトルのピーク波長との差は、１０ｎｍ以下である、請求項４に記載の多重光学フィルタ。
  7. 透光性の基板をさらに備え、
    前記複数の光学フィルタは前記基板の上に配置される、請求項４乃至６のいずれか一項に記載の多重光学フィルタ。
  8. 前記複数の光学フィルタは前記基板の両面に配置される、請求項７に記載の多重光学フィルタ。
  9. 反射スペクトルは、３００ｎｍ以上８００ｎｍ未満の波長範囲における反射率の極大値が２０％以上１００％未満であるピークを２つ以上有する、請求項４乃至８のいずれか一項に記載の多重光学フィルタ。
  10. 前記反射スペクトルのピークの半値幅が５ｎｍ～１００ｎｍである、請求項９に記載の多重光学フィルタ。
  11. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光学フィルタと、
    光源と、
    を備え、
    前記光源が放つ一次光の一部が前記光学フィルタを透過する発光装置。
  12. 前記光学フィルタで反射された前記一次光の反射光によって励起される波長変換部材をさらに備える、請求項１１に記載の発光装置。
  13. 請求項４乃至１０のいずれか一項に記載の多重光学フィルタと、
    光源と、
    を備え、
    前記光源が放つ一次光の一部が前記多重光学フィルタを透過する発光装置。
  14. 前記多重光学フィルタで反射された前記一次光の反射光によって励起される波長変換部材をさらに備える、請求項１３に記載の発光装置。
  15. 請求項１１乃至１４のいずれか一項に記載の発光装置を備える照明システム。
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