JPWO2019244713A1 - コロイド構造体、コロイド多重構造体、及びコロイド構造体の製造方法 - Google Patents

Abstract

コロイド構造体（１０）は、複数種類のコロイド粒子と、コロイド粒子を固定している母体（３）とを含む。複数種類のコロイド粒子は、平均粒子径が互いに異なる第１のコロイド粒子（１）と第２のコロイド粒子（２）とを少なくとも含む。そして、複数種類のコロイド粒子は母体中で規則配列構造を形成している。コロイド多重構造体（２０）は、コロイド構造体を複数備える。コロイド構造体の製造方法は、複数種類のコロイド粒子をモノマーと共に分散させることにより、コロイド分散液を調製する分散液調製工程と、コロイド分散液を基板上に塗布し、塗布膜を生成する塗布膜生成工程と、塗布膜中のモノマーを重合させるポリマー化工程とを有する。

Description

本発明は、コロイド構造体、コロイド多重構造体、及びコロイド構造体の製造方法に関する。

ナノサイズのコロイド粒子が三次元的かつ周期的に配列した集合体は、通常の結晶との類似性からコロイド結晶と呼ばれている。このコロイド結晶に光が入射した場合、コロイド結晶の内部で光の回折干渉が生じることから、その周期構造に起因して特定波長の光を反射する現象が起こる。例えば、サブミクロンサイズのコロイド粒子からなるコロイド結晶は、その粒子サイズに応じて、紫外から可視、さらに赤外の範囲の光を反射することができる。このような特性から、コロイド結晶を色材、光メモリ材料、表示デバイス、光フィルタ、光スイッチ、センサーなどに応用することが検討されている。

特許文献１では、分散媒成分中でコロイド粒子が三次元規則配列状態で分散されているコロイド分散液を基材上に塗装して塗膜を形成する工程と、塗膜中の分散媒成分を重合し、コロイド結晶膜を製造する工程を含むコロイド結晶膜の製造方法を開示している。また、特許文献１では、上記製造方法により、反射スペクトルにおいて所定の反射ピークが生じるコロイド結晶膜が得られ、さらに当該コロイド結晶膜を粉砕することにより、コロイド結晶顔料が得られることを開示している。

特許第５５４１６２０号公報

従来より、コロイド結晶膜中のコロイド粒子の濃度を変えることにより、反射スペクトルにおける反射ピーク波長がシフトすることが知られている。言い換えれば、コロイド結晶膜中のコロイド粒子の濃度を調整することにより、反射ピーク波長を適宜制御することは可能である。しかしながら、コロイド粒子の濃度が所定の範囲内の場合にはコロイド結晶膜は高い反射率を示すものの、所定の範囲から外れる場合には反射率が大きく低下する。そのため、コロイド粒子の濃度を変えることにより反射ピーク波長を調整した場合、コロイド結晶膜の光反射能が低下する問題があった。

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、光反射能の低下を抑制しつつも、反射スペクトルにおける反射ピーク波長を簡易な方法で調整することが可能なコロイド構造体、コロイド多重構造体、及び当該コロイド構造体の製造方法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コロイド構造体は、複数種類のコロイド粒子と、コロイド粒子を固定している母体とを含む。複数種類のコロイド粒子は、平均粒子径が互いに異なる第１のコロイド粒子と第２のコロイド粒子とを少なくとも含む。第１のコロイド粒子及び第２のコロイド粒子の粒子径の変動係数は、それぞれ２０％未満である。そして、複数種類のコロイド粒子は、母体中で規則配列構造を形成している。

本発明の第二の態様に係るコロイド多重構造体は、コロイド構造体を複数備える。

本発明の第三の態様に係るコロイド多重構造体は、コロイド構造体と、コロイド結晶体とを備える。コロイド結晶体は、一種類のみのコロイド粒子と、当該一種類のみのコロイド粒子を固定している母体とを含む。そして、一種類のみのコロイド粒子は、母体中で規則配列構造を形成している。

本発明の第四の態様に係るコロイド構造体の製造方法は、平均粒子径が互いに異なる第１のコロイド粒子と第２のコロイド粒子とを少なくとも含む複数種類のコロイド粒子を、一種類以上のモノマーと共に分散させることにより、コロイド分散液を調製する分散液調製工程と、コロイド分散液を基板上に塗布し、塗布膜を生成する塗布膜生成工程と、塗布膜中のモノマーを重合させることにより、複数種類のコロイド粒子をポリマーで固定化するポリマー化工程と、を有する。ポリマー化工程において、複数種類のコロイド粒子はポリマー中で規則配列構造を形成する。第１のコロイド粒子及び第２のコロイド粒子の粒子径の変動係数は、それぞれ２０％未満である。

図１は、本実施形態に係るコロイド構造体の一例を概略的に示す断面図である。 図２は、粒子径が異なる二種類のコロイド粒子がそれぞれ単独で集合し、共晶状態となっている様子を示す概略図である。 図３は、本実施形態に係るコロイド構造体を用いた構造物の一例を概略的に示す断面図である。 図４は、本実施形態に係るコロイド多重構造体及び多重構造物の例を概略的に示す断面図である。 図５は、本実施形態に係るコロイド多重構造体及び多重構造物の例を概略的に示す断面図である。 図６は、本実施形態に係るコロイド多重構造体及び多重構造物の例を概略的に示す断面図である。 図７は、本実施形態に係るコロイド多重構造体及び多重構造物の例を概略的に示す断面図である。 図８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９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１０（ａ）は、本実施形態に係る照明システムにおける灯具を示す分解斜視図である。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）の領域Ａを拡大した光源ユニットを示す概略断面図である。 図１１は、実施例１−１の試験サンプルの反射スペクトルを示す図である。 図１２は、実施例１−２の試験サンプルの反射スペクトルを示す図である。 図１３は、実施例１−３の試験サンプルの反射スペクトルを示す図である。 図１４は、実施例１−１乃至１−３の試験サンプルの反射スペクトルを合わせて示す図である。 図１５は、比較例１−１乃至１−３の試験サンプルの反射スペクトルを合わせて示す図である。 図１６は、実施例１−１の試験サンプルの表面を走査型電子顕微鏡で観察した様子を示す写真である。 図１７は、実施例１−３の試験サンプルの表面を走査型電子顕微鏡で観察した様子を示す写真である。 図１８は、実施例１−１の試験サンプルの断面を走査型電子顕微鏡で観察した様子を示す写真である。 図１９は、図１８における符号Ｂの領域を拡大して示す写真である。 図２０は、実施例２の試験サンプルの反射スペクトルを示す図である。

以下、本実施形態に係るコロイド構造体、コロイド多重構造体、及び当該コロイド構造体の製造方法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。

［コロイド構造体］
本実施形態のコロイド構造体は、コロイド粒子が三次元的かつ周期的に配列したコロイド結晶を備えている。具体的には、図１に示すように、コロイド構造体１０は、複数種類のコロイド粒子と、当該コロイド粒子を固定している母体３とを有している。複数種類のコロイド粒子は、第１のコロイド粒子１と第２のコロイド粒子２とを少なくとも含んでおり、さらに第１のコロイド粒子１と第２のコロイド粒子２は、平均粒子径が互いに異なっている。

図１に示すコロイド構造体１０では、第１のコロイド粒子１と第２のコロイド粒子２が互いに混和した状態で三次元的かつ規則的に配列しており、さらに第１のコロイド粒子１と第２のコロイド粒子２との間に母体３が介在している。つまり、コロイド構造体１０は、複数種類のコロイド粒子同士が互いに接触してなる密充填のコロイド結晶を有しているわけではなく、複数種類のコロイド粒子同士が互いに離間した疎充填のコロイド結晶を有している。このような疎充填のコロイド結晶を有することにより、コロイド構造体１０に照射された光の一部はＢｒａｇｇ反射し、反射されなかった光の一部はコロイド構造体１０を透過することができる。

コロイド構造体１０に含まれるコロイド粒子は、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とが好ましい。つまり、コロイド構造体１０において、第１のコロイド粒子１及び第２のコロイド粒子２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とが好ましい。コロイド粒子が無機材料を含むことにより、得られるコロイド結晶の耐久性を高めることができる。また、コロイド粒子が有機材料を含むことにより、コロイド粒子の形状を真球状にしやすくなるため、コロイド粒子は規則配列構造を形成しやすくなる。なお、コロイド粒子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、コロイド粒子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、スチレン樹脂及びアクリル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。

なお、コロイド粒子は、無機粒子からなることが好ましく、シリカからなることが特に好ましい。シリカからなるコロイド粒子は調達が容易であるため、コロイド構造体１０の工業生産性を高めることが可能となる。また、コロイド粒子は、ポリマー粒子からなることも好ましく、アクリル樹脂及びポリスチレンの少なくとも一方からなることが特に好ましい。ポリマーからなるコロイド粒子は、真球状のものが入手しやすく、さらにアクリル樹脂及び／又はポリスチレンからなるコロイド粒子は汎用で調達が容易であることから、コロイド構造体１０の工業生産性を高めることが可能となる。

コロイド構造体１０において、コロイド粒子を固定している母体３は、例えば、樹脂を含んでいることが好ましい。母体３が樹脂を含んでいることにより、固体である樹脂がコロイド粒子の規則配列構造を固定化するため、コロイド構造体１０の機械的強度を高めることができる。また、後述するように、樹脂は活性エネルギー線により硬化することができるため、ハンドリング性を高め、生産性を向上させることが可能となる。なお、母体３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好ましい。

母体３に用いられる樹脂は、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、シクロオレフィン樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、アクリル−スチレン共重合体及びスチレン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。

アクリル樹脂及びスチレン樹脂としては、上述のものを使用することができる。ポリカーボネート樹脂としては、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。

コロイド構造体１０中のコロイド粒子の平均粒子径は、０．０１μｍ〜１０μｍであることが好ましく、１０ｎｍ〜１０００ｎｍであることがより好ましく、５０ｎｍ〜３００ｎｍであることがさらに好ましく、７０ｎｍ〜２８０ｎｍであることが特に好ましい。コロイド粒子の平均粒子径が０．０１μｍ以上であることにより、隣接するコロイド粒子の表面間の凝集力が低下し、後述する分散液中で均一に分散し易くなる傾向がある。コロイド粒子の平均粒子径が１０μｍ以下であることにより、コロイド粒子の沈降が抑制され、分散液中で均一に分散し易くなる傾向がある。なお、本明細書において、コロイド粒子の平均粒子径は、コロイド構造体１０の表面を走査型電子顕微鏡で観察し、複数のコロイド粒子の粒子径を測定することにより、求めることができる。

上述のように、コロイド構造体１０は、複数種類のコロイド粒子を有しており、当該コロイド粒子は第１のコロイド粒子１と第２のコロイド粒子２とを少なくとも含んでいる。そして、第１のコロイド粒子１及び第２のコロイド粒子２の粒子径の変動係数は、それぞれ２０％未満であることが好ましい。粒子径の変動係数は、数式１で求められる値であり、この値が小さいほど粒子径のバラツキが小さいことを意味する。
［数１］
［変動係数（％）］＝［粒子径の標準偏差］／［平均粒子径］×１００
第１のコロイド粒子１及び第２のコロイド粒子２の粒子径の変動係数がそれぞれ２０％未満であることにより、第１のコロイド粒子１及び第２のコロイド粒子２が母体３中で規則配列構造を形成しやすくなる。そのため、得られるコロイド構造体１０は、照射された光を高効率で反射することが可能となる。なお、第１のコロイド粒子１及び第２のコロイド粒子２の粒子径の変動係数は、それぞれ１５％未満であることがより好ましく、１２％未満であることがさらに好ましく、１０％未満であることが特に好ましく、８％未満であることが最も好ましい。

なお、複数種類のコロイド粒子は、第１のコロイド粒子１及び第２のコロイド粒子２以外にも、平均粒子径が異なる第３のコロイド粒子、第４のコロイド粒子を含んでいてもよい。そして、第３のコロイド粒子及び第４のコロイド粒子の粒子径の変動係数は、それぞれ２０％未満であることが好ましい。

コロイド構造体１０において、第１のコロイド粒子１と第２のコロイド粒子２は平均粒子径が互いに異なっている。そして、図１に示すように、コロイド構造体１０では、第１のコロイド粒子１の平均粒子径は第２のコロイド粒子２の平均粒子径よりも大きくなっている。このように、粒子径が互いに異なる第１のコロイド粒子１及び第２のコロイド粒子２が規則配列構造をとることにより、光反射能の低下を抑制しつつも、反射スペクトルにおける反射ピーク波長を調整することが可能なコロイド構造体１０を得ることができる。なお、第１のコロイド粒子１及び第２のコロイド粒子２がとる規則配列構造は、例えば最密充填構造、面心立方構造又は体心立方構造であることが好ましい。

ここで、上述のように、従来より、反射スペクトルにおける反射ピーク波長を変化させる方法として、コロイド結晶膜中のコロイド粒子の濃度を変える方法が知られている。しかしながら、コロイド結晶膜中のコロイド粒子の濃度を変えた場合、コロイド粒子の規則配列構造を維持することが困難になり、コロイド結晶膜の光反射能が大きく低下する可能性がある。

これに対して、コロイド構造体１０では、コロイド粒子による規則配列構造は維持しつつ、第１のコロイド粒子１と第２のコロイド粒子２の含有割合及び／又は粒子径を調整することで、反射ピーク波長をシフトさせることができる。そのため、コロイド構造体１０は、高い光反射能を有しつつも、簡易な方法で反射ピークを調整することが可能となる。

本実施形態のコロイド構造体１０は、複数種類のコロイド粒子が混和してコロイド結晶化したコロイド固溶体を成していることが好ましい。本明細書において、「コロイド固溶体」は、複数種類のコロイド粒子が混和した状態でコロイド結晶化し、固溶体に類似の結晶構造を有するものをいう。つまり、図１に示すように、互いに異なる第１のコロイド粒子１と第２のコロイド粒子２が混和した状態で規則配列構造を形成し、あたかも固溶体のような集合体を成しているものをいう。なお、コロイド構造体１０は、規則配列構造を形成した第１のコロイド粒子１の一部が、当該規則配列構造を維持しつつ、第２のコロイド粒子２で置換した構造体ということができる。または、コロイド構造体１０は、規則配列構造を形成した第２のコロイド粒子２の一部が、当該規則配列構造を維持しつつ、第１のコロイド粒子１で置換した構造体ということができる。コロイド構造体１０がこのようなコロイド固溶体を有していることにより、第１のコロイド粒子１からなるコロイド結晶の特性と、第２のコロイド粒子２からなるコロイド結晶の特性とを単に併せたものとは異なる特性を有するコロイド結晶を得ることができる。つまり、コロイド構造体１０は、第１のコロイド粒子１からなるコロイド結晶と第２のコロイド粒子２からなるコロイド結晶の中間的な性質を有する構造体を成すことができる。

具体的には、コロイド構造体１０は、第１のコロイド粒子からなるコロイド結晶の反射ピークと、第２のコロイド粒子からなるコロイド結晶の反射ピークとの間に、反射ピークを持つことができる。上述のように、コロイド構造体１０は、第１のコロイド粒子１と第２のコロイド粒子２の含有割合及び／又は粒子径を調整することで、反射ピーク波長を変化させることができる。そのため、これらを調整することで、第１のコロイド粒子からなるコロイド結晶の反射ピークと、第２のコロイド粒子からなるコロイド結晶の反射ピークとの間の任意の位置に、反射ピークをシフトさせることが可能となる。

上述のように、コロイド構造体１０は、第１のコロイド粒子１と第２のコロイド粒子２が混和して、あたかも固溶体のような集合体を成していることが好ましい。言い換えれば、図２に示すように、粒子径が大きいコロイド粒子１１からなるコロイド結晶と、粒子径が小さいコロイド粒子１２からなるコロイド結晶とが混合してなる共晶状態ではない方が好ましい。この場合、コロイド粒子１１からなるコロイド結晶に起因する反射ピークと、コロイド粒子１２からなるコロイド結晶に起因する反射ピークが発現し、任意の位置に反射ピークをシフトさせることが難しくなる可能性がある。そのため、コロイド構造体１０は、複数種類のコロイド粒子が固溶体のような規則配列構造を成していること好ましい。

ここで、コロイド粒子として第１のコロイド粒子１のみを含むコロイド結晶の反射ピーク波長をλ１とし、コロイド粒子として第２のコロイド粒子２のみを含むコロイド結晶の反射ピーク波長をλ２とする。この場合、コロイド構造体１０は、反射スペクトルの反射ピーク波長λがλ１とλ２との間に存在することが好ましい。これにより、第１のコロイド粒子１及び第２のコロイド粒子２の含有割合及び／又は粒子径を調整することで、λ１とλ２との間の任意の位置に反射ピーク波長λをシフトさせることができる。そのため、コロイド構造体１０における反射ピーク波長λを、簡易な方法で調整することが可能となる。

また、上述のλ１とλ２との差の絶対値（｜λ１−λ２｜）は、２０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることが好ましい。この場合、第１のコロイド粒子１と第２のコロイド粒子２が混和して規則配列構造を形成しやすくなる。そのため、第１のコロイド粒子１と第２のコロイド粒子２とを含むコロイド固溶体を容易に形成し、λ１とλ２との間の任意の位置に反射ピーク波長λをシフトさせることが可能となる。

コロイド構造体１０において、第１のコロイド粒子１の平均粒子径をｄ１とし、第２のコロイド粒子２の平均粒子径をｄ２とした場合、平均粒子径の比ｄ１／ｄ２が、１．０５以上１．６０未満であることが好ましい。この場合、第１のコロイド粒子１と第２のコロイド粒子２が混和して規則配列構造を形成しやすくなる。そのため、第１のコロイド粒子１と第２のコロイド粒子２とを含むコロイド固溶体を容易に形成し、任意の位置に反射ピークをシフトさせることが可能となる。

コロイド構造体１０において、隣接するコロイド粒子の中心間距離ｄは、１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることが好ましく、１４０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることがより好ましい。後述するように、コロイド構造体１０を光学フィルタや色材に用いる場合には、コロイド粒子の中心間距離ｄを調整することにより、所望とする波長を反射させることができる。なお、隣接するコロイド粒子の中心間距離ｄは、コロイド構造体１０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。

コロイド構造体１０において、母体３の体積に対するコロイド粒子の体積の割合は、２０体積％以上５０体積％以下であることが好ましい。なお、「コロイド粒子の体積」は、第１のコロイド粒子１及び第２のコロイド粒子２を含むコロイド粒子全体の体積をいう。当該体積割合が２０体積％以上であることにより、複数種類のコロイド粒子が母体３中で三次元規則配列状態となり、コロイド構造体１０の光反射能をより高めることが可能となる。また、当該体積割合が５０体積％以下であることにより、母体３中で形成する三次元規則配列構造を容易に制御することが可能となる。また、当該体積割合が２０体積％以上５０体積％以下であることにより、複数種類のコロイド粒子同士が互いに離間した疎充填のコロイド結晶となり、コロイド粒子間に母体３を介在させることができる。そのため、コロイド構造体１０の形状安定性をより高めることが可能となる。

上述のように、コロイド構造体１０は、第１のコロイド粒子１と第２のコロイド粒子２の含有割合及び／又は粒子径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、コロイド構造体１０は、反射スペクトルの反射ピーク波長λが３００ｎｍ以上８００ｎｍ未満の波長範囲内にあることが好ましい。この場合、コロイド構造体１０は、可視光領域における反射特性を示すため、光学フィルタや色材など、産業上利用しやすい構造体となる。なお、コロイド構造体１０は、反射スペクトルの反射ピーク波長λが４５０ｎｍ以上６５０ｎｍ未満の波長範囲内にあることがより好ましい。

コロイド構造体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。この場合、コロイド構造体１０は、反射スペクトルの反射ピーク波長λの光強度を選択的に低下させることができるため、光学フィルタなど、産業上利用しやすい構造体となる。

より詳細に説明すると、上述のように、コロイド構造体１０は、第１のコロイド粒子１と第２のコロイド粒子２の含有割合及び／又は粒子径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、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、所望する光をコロイド構造体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、コロイド構造体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、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、自然な白色光を維持しつつも演色性を高めることができる。なお、コロイド構造体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。

コロイド構造体１０を後述する光学フィルタとして使用する場合、コロイド構造体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以上１００ｎｍ以下であることが好ましい。半値幅は、コロイド構造体１０の層厚のばらつき及びコロイド粒子の配列などを精密に制御する程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１００ｎｍ以下とすることにより、例えば演色性を高めるために必要となる波長の光がコロイド構造体１０によって反射される恐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、コロイド構造体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。

本実施形態に係るコロイド構造体１０は、図３に示すように、基板４に支持されることにより、構造物１００を形成してもよい。言い換えれば、構造物１００は、コロイド構造体１０と、コロイド構造体１０を支持する基板４とを備えている。コロイド構造体１０が基板４により支持されることにより、コロイド構造体１０の取り扱い性及び機械的強度を高めることが可能となる。なお、コロイド構造体１０は、図３に示すように基板４の表面と接していてもよいが、コロイド構造体１０と基板４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４は高い透光性を有していることが好ましい。例えば、基板４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４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、基板４としては、ポリカーボネート、アクリル樹脂、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。

構造物１００において、コロイド構造体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、コロイド構造体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、コロイド構造体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、コロイド粒子に起因する微細な凹凸形状を有していてもよい。

構造物１００において、コロイド構造体１０の面積は特に限定されないが、５ｍｍ^２以上１００ｃｍ^２以下とすることが好ましい。この場合、構造物１００を、各種センサーから大型の照明器具までの幅広い用途に適用することが可能となる。

このように、本実施形態のコロイド構造体１０は、複数種類のコロイド粒子と、コロイド粒子を固定している母体３とを含む。複数種類のコロイド粒子は、平均粒子径が互いに異なる第１のコロイド粒子１と第２のコロイド粒子２とを少なくとも含み、第１のコロイド粒子１及び第２のコロイド粒子２の粒子径の変動係数は、それぞれ２０％未満である。そして、複数種類のコロイド粒子は、母体３中で規則配列構造を形成している。

本実施形態のコロイド構造体１０は、母体３でコロイド粒子を固定することにより、疎充填のコロイド結晶を形成している。そのため、コロイド構造体１０に照射された光の一部はＢｒａｇｇ反射し、反射されなかった光の一部はコロイド構造体１０を透過することができる。そして、コロイド構造体１０は、第１のコロイド粒子１と第２のコロイド粒子２の含有割合及び／又は粒子径を調整することで、反射ピーク波長をシフトさせることができる。そのため、コロイド構造体１０は、高い光反射能を維持しつつも、簡易な方法で反射ピークを調整することが可能となる。なお、コロイド構造体１０における規則配列構造は、例えば最密充填構造、面心立方構造又は体心立方構造であることが好ましい。

さらに、コロイド構造体１０は、複数種類のコロイド粒子が混和してコロイド結晶化したコロイド固溶体を成していることが好ましい。これにより、第１のコロイド粒子１からなるコロイド結晶と第２のコロイド粒子２からなるコロイド結晶の中間的な性質を有する構造体となる。そのため、第１及び第２のコロイド粒子の含有割合及び／又は粒子径を調整することで、第１のコロイド粒子からなるコロイド結晶の反射ピークと、第２のコロイド粒子からなるコロイド結晶の反射ピークとの間の任意の位置に、反射ピークを有することができる。

なお、コロイド構造体１０は、母体３によりコロイド粒子を固定しているため、図１に示すように、隣接するコロイド粒子は互いに離間していることが好ましい。これにより、コロイド構造体１０が疎充填のコロイド結晶となることから、高い光反射性を発揮することができる。ただ、全てのコロイド粒子が互いに離間している必要はなく、コロイド粒子の一部が接触していても上記効果を発揮することができる。

なお、本実施形態のコロイド構造体１０は、照射された光の一部はＢｒａｇｇ反射し、反射されなかった光の一部は透過することができる。そのため、コロイド構造体１０は、光の透過、反射及び回折の少なくともいずれか一つを制御する光学部材として適用することができる。具体的には、コロイド構造体１０を、例えば、色材、光メモリ材料、表示デバイス、光スイッチ、センサーなどに適用することができる。また、コロイド構造体１０は、後述するように、発光装置及び照明システムの光学フィルタとして用いることができる。

コロイド構造体１０において、コロイド粒子が高度な三次元規則配列構造をとることが可能ならば、コロイド構造体１０は、フォトニック結晶としての性質を発揮することができる。そのため、このようなコロイド構造体１０は、フォトニック結晶の性質である、特定周波数を有する光の閉じ込め効果、又は、複雑なフォトニックバンド構造に基づく周波数変換効果を利用した光学部材として用いることができる。

また、上述のように、コロイド構造体１０は色材として用いることができるため、コロイド構造体１０を建築用材又は身飾品に適用することができる。

次に、本実施形態に係るコロイド構造体の製造方法について説明する。なお、複数種類のコロイド粒子、第１のコロイド粒子、第２のコロイド粒子及び母体は、上述のコロイド構造体で説明したものと同じであるため、それらの説明は省略する。

コロイド構造体の製造方法では、まず、第１のコロイド粒子と第２のコロイド粒子とを少なくとも含む複数種類のコロイド粒子を、一種類以上のモノマーと共に分散させることにより、コロイド分散液を調製する。具体的には、重合することにより母体３を形成するモノマーに、複数種類のコロイド粒子を添加する。この際、モノマーとしては液状のものを使用し、コロイド粒子としては粉末状のものを使用することができる。モノマーにコロイド粒子を分散させる方法は特に限定されず、例えば攪拌及び超音波照射により、分散させることができる。

複数種類のコロイド粒子を含むコロイド分散液を調製する際には、第１のコロイド粒子の粉末と第２のコロイド粒子の粉末をそれぞれ秤量した後、これらをモノマーに添加することにより調製してもよい。ただ、コロイド構造体を製造する都度、微細な粉末を秤量するのは煩雑な場合がある。そのため、本実施形態では、第１のコロイド粒子が分散した第１のコロイド分散液と、第２のコロイド粒子が分散した第２のコロイド分散液とを混合することで、複数種類のコロイド粒子を含むコロイド分散液を調製してもよい。つまり、第１のコロイド粒子の粉末をモノマーに添加して分散させた第１のコロイド分散液と、第２のコロイド粒子の粉末をモノマーに添加して分散させた第２のコロイド分散液とを予め準備する。次いで、第１のコロイド粒子と第２のコロイド粒子との含有割合に応じて、第１のコロイド分散液と第２のコロイド分散液を秤量する。そして、秤量した第１のコロイド分散液と第２のコロイド分散液を混合することにより、複数種類のコロイド粒子を含むコロイド分散液を得ることができる。

なお、活性エネルギー線によってモノマーを重合させる場合には、光重合開始剤などがコロイド分散液に添加されてもよい。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。

次に、得られたコロイド分散液を基板上に塗布し、塗布膜を生成する。コロイド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。なお、塗布膜を生成した後、塗布膜を静置することで、コロイド粒子が三次元かつ規則的に配列する。

そして、塗布膜中のモノマーを重合させることにより、複数種類のコロイド粒子をポリマーで固定化する。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。このような工程により、複数種類のコロイド粒子が母体中で規則的に配列したコロイド構造体を得ることができる。

このように、コロイド構造体の製造方法は、平均粒子径が互いに異なる第１のコロイド粒子と第２のコロイド粒子を少なくとも含む複数種類のコロイド粒子を、一種類以上のモノマーと共に分散させることにより、コロイド分散液を調製する分散液調製工程を有する。さらに当該製造方法は、コロイド分散液を基板上に塗布し、塗布膜を生成する塗布膜生成工程と、塗布膜中のモノマーを重合させることにより、複数種類のコロイド粒子をポリマーで固定化するポリマー化工程を有する。ポリマー化工程において、複数種類のコロイド粒子はポリマー中で規則配列構造を形成する。そして、第１のコロイド粒子及び第２のコロイド粒子の粒子径の変動係数は、それぞれ２０％未満である。

従来のように、コロイド結晶膜中のコロイド粒子の濃度を変えることにより反射ピークを調整する場合には、コロイド結晶膜を製造する都度、コロイド粒子を構成する微細な粉体を秤量する必要が生じるため、製造工程が煩雑になる。しかしながら、本実施形態のコロイド構造体の製造方法では、予め調製した第１のコロイド分散液と第２のコロイド分散液とを混合することで、複数種類のコロイド粒子を含むコロイド分散液が得られる。そのため、従来よりも簡易な方法でコロイド構造体を得ることが可能となる。

［コロイド多重構造体］
次に、本実施形態のコロイド多重構造体について、図面に基づき詳細に説明する。なお、上述のコロイド構造体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、本実施形態のコロイド構造体１０は、複数種類のコロイド粒子と、当該コロイド粒子を固定している母体３とを含み、さらに複数種類のコロイド粒子は母体３中で規則配列構造を形成している。上述のように、コロイド構造体１０は、第１のコロイド粒子１と第２のコロイド粒子２の含有割合及び／又は粒子径を調整することで、反射ピーク波長をシフトさせることができる。そのため、高い光反射能を維持しつつも、簡易な方法で反射ピークを調整することが可能となる。

ここで、光反射能を高めるためにコロイド構造体１０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恐れがある。

そのため、本実施形態では、コロイド構造体１０を複数層積層させることを特徴とする。具体的には、図４（ａ）に示すように、コロイド多重構造体２０は、コロイド構造体１０を複数備え、さらに複数のコロイド構造体１０を積層している。上述のように、コロイド構造体１０は所望の反射特性を有していることから、コロイド構造体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）の光学部材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コロイド構造体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光学部材を得ることができる。

本実施形態のコロイド多重構造体２０において、積層された複数のコロイド構造体１０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、コロイド多重構造体に関し、複数のコロイド構造体から選択した２つのコロイド構造体において、一方のコロイド構造体の反射スペクトルのピーク波長と、他方のコロイド構造体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４（ａ）に示すコロイド多重構造体２０において、コロイド構造体１０ａとコロイド構造体１０ｂ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、コロイド構造体１０ａの反射スペクトルのピーク波長と、コロイド構造体１０ｂ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、コロイド多重構造体２０は、コロイド構造体１０ａが持つ反射特性と、コロイド構造体１０ｂ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光学部材を得ることができる。また、コロイド構造体１０ａとコロイド構造体１０ｂ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コロイド多重構造体２０を得ることができる。

本実施形態のコロイド多重構造体２０において、積層された複数のコロイド構造体１０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、コロイド多重構造体に関し、複数のコロイド構造体から選択した２つのコロイド構造体において、一方のコロイド構造体の反射スペクトルのピーク波長と、他方のコロイド構造体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４（ａ）に示すコロイド多重構造体２０において、コロイド構造体１０ａとコロイド構造体１０ｂ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、コロイド構造体１０ａの反射スペクトルのピーク波長と、コロイド構造体１０ｂ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、コロイド多重構造体２０において、コロイド構造体１０ａが持つ反射特性と、コロイド構造体１０ｂが持つ反射特性が殆ど同じとなることから、反射率が増強した光学部材を得ることができる。なお、複数のコロイド構造体１０から選択した２つのコロイド構造体１０において、一方のコロイド構造体の反射スペクトルのピーク波長と、他方のコロイド構造体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。

本実施形態に係るコロイド多重構造体２０は、図４（ａ）に示すように、基板４に支持されることにより、多重構造物２００を形成してもよい。言い換えれば、多重構造物２００は、コロイド多重構造体２０と、コロイド多重構造体２０を支持する基板４とを備えている。これにより、コロイド多重構造体２０の強度が向上することから、コロイド多重構造体２０の取り扱い性を高めることが可能となる。また、基板４に複数のコロイド構造体１０を設け、さらにコロイド構造体１０を保護膜で被覆する場合、図４（ａ）に示す構成では、一方の面４ａ側にのみ保護膜を設ければよい。そのため、多重構造物２００の製造工程を簡略化することが可能となる。

図４（ｂ）に示すように、本実施形態のコロイド多重構造体２０Ａは、隣接するコロイド構造体１０の間、つまりコロイド構造体１０ａとコロイド構造体１０ｂの間に接着層２１を設けてもよい。これにより、コロイド構造体１０の間の密着性を高めて、コロイド構造体１０の剥離を抑制することが可能となる。また、コロイド多重構造体２０Ａは、基板４に支持されることにより、多重構造物２００Ａを形成してもよい。なお、図示しないが、コロイド構造体１０ｂと基板４との間に接着層２１を設けてもよい。

接着層２１を構成する材料は特に限定されないが、コロイド構造体１０の母体３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、コロイド構造体１０と接着層２１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、多重構造物２００は、基板４の一方の面４ａのみにコロイド多重構造体２０を設けることができる。ただ、本実施形態はこのような構成に限定されず、図４（ｃ）に示すように、基板４の一方の面４ａ、及び一方の面４ａと反対側の他方の面４ｂの両方にコロイド構造体１０を設けてもよい。このように、多重構造物２００Ｂにおいて、複数のコロイド構造体１０が基板４の両面に配置されることにより、多重構造物２００Ｂ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４の一方の面４ａ及び他方の面４ｂは共に平坦な面である。そのため、平坦な面４ａ及び面４ｂに設けられたコロイド構造体１０では、第１のコロイド粒子１と第２のコロイド粒子２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、コロイド構造体１０ａ，１０ｂの構成材料を共通化することで、コロイド構造体１０ａ，１０ｂ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４の面４ａ及び面４ｂの両方にコロイド構造体１０を設けることにより、多重構造物２００Ｂの反りを抑制することが可能となる。

上述のように、本実施形態のコロイド多重構造体は、コロイド構造体１０を複数備えている。そのため、コロイド多重構造体は、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すような二層のコロイド構造体１０を備えた構成に限定されず、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すような三層のコロイド構造体１０を備えた構成とすることができる。また、図示しないが、コロイド多重構造体は、四層以上のコロイド構造体１０を備えた構成とすることもできる。

具体的には、図５（ａ）に示すように、コロイド多重構造体２０Ｂは、コロイド構造体１０ａ，１０ｂ，１０ｃを積層した構成とすることができる。なお、図５（ａ）では、コロイド構造体１０ａとコロイド構造体１０ｂとの間、及びコロイド構造体１０ｂとコロイド構造体１０ｃとの間に接着層を設けず、コロイド構造体は互いに接触する構成となっている。また、コロイド構造体１０ａ、コロイド構造体１０ｂ及びコロイド構造体１０ｃ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。なお、コロイド多重構造体２０Ｂは、図５（ａ）に示すように、基板４に支持されることにより、多重構造物２００Ｃを形成してもよい。

図５（ｂ）のように、コロイド多重構造体２０Ｃは、コロイド構造体１０ａ，１０ｂ，１０ｃを備え、コロイド構造体１０ａとコロイド構造体１０ｂとの間、及びコロイド構造体１０ｂとコロイド構造体１０ｃとの間に接着層２１を設けた構成とすることができる。なお、コロイド多重構造体２０Ｃは、図５（ｂ）に示すように、基板４に支持されることにより、多重構造物２００Ｄを形成してもよい。さらに、図５（ｃ）に示すように、基板４の一方の面４ａにコロイド多重構造体２０を積層し、他方の面４ｂにコロイド構造体１０を積層することにより、多重構造物２００Ｅを形成することもできる。

上述のように、コロイド多重構造体２０は、複数のコロイド構造体１０を積層した構成を有している。ただ、本実施形態のコロイド多重構造体はこのような構成に限定されず、例えば、図６（ａ）に示すような構成とすることもできる。コロイド多重構造体２０Ｄは、コロイド構造体１０とコロイド結晶体１０Ａとを備える。コロイド結晶体１０Ａは、一種類のみのコロイド粒子５と、当該一種類のみのコロイド粒子５を固定している母体６とを含み、一種類のみのコロイド粒子５は母体６中で規則配列構造を形成している。これにより、コロイド多重構造体２０は、コロイド構造体１０が持つ反射特性と、コロイド結晶体１０Ａ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光学部材を得ることができる。

上述のように、コロイド構造体１０は、第１のコロイド粒子１と第２のコロイド粒子２とを少なくとも含んでおり、さらにこれらの平均粒子径が互いに異なっている。これに対して、コロイド結晶体１０Ａは、コロイド粒子として一種類のコロイド粒子５のみを含んでいる。コロイド結晶体１０Ａは、コロイド構造体１０と同様に、コロイド粒子５同士が互いに接触してなる密充填のコロイド結晶を有しているわけではなく、コロイド粒子５同士が互いに離間した疎充填のコロイド結晶を有している。このような疎充填のコロイド結晶を有することにより、コロイド結晶体１０Ａに照射された光の一部はＢｒａｇｇ反射し、反射されなかった光の一部はコロイド結晶体１０Ａを透過することができる。なお、コロイド粒子５が母体６中でとる規則配列構造は、コロイド構造体１０と同様に、例えば最密充填構造、面心立方構造又は体心立方構造であることが好ましい。

コロイド結晶体１０Ａに含まれるコロイド粒子５は、コロイド構造体１０と同様に、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とが好ましい。また、コロイド粒子５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く、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。

コロイド粒子５の平均粒子径は、０．０１μｍ〜１０μｍであることが好ましく、１０ｎｍ〜１０００ｎｍであることがより好ましく、５０ｎｍ〜３００ｎｍであることがさらに好ましく、７０ｎｍ〜２８０ｎｍであることが特に好ましい。また、コロイド粒子５の粒子径の変動係数は、２０％未満であることが好ましい。これにより、コロイド粒子５が母体６中で規則配列構造を形成しやすくなる。なお、コロイド粒子５の粒子径の変動係数は、１５％未満であることがより好ましく、１２％未満であることがさらに好ましく、１０％未満であることが特に好ましく、８％未満であることが最も好ましい。

コロイド結晶体１０Ａにおいて、コロイド粒子５を固定している母体６は、コロイド構造体１０と同様に樹脂を含んでいることが好ましい。コロイド粒子５を構成する無機材料及び樹脂材料、並びに母体６を構成する樹脂は、コロイド構造体１０で説明したものと同じものを使用することができる。

本実施形態のコロイド多重構造体２０Ｄにおいて、積層されたコロイド構造体１０とコロイド結晶体１０Ａ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、コロイド多重構造体２０Ｄに関し、コロイド構造体１０の反射スペクトルのピーク波長と、コロイド結晶体１０Ａ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。これにより、コロイド多重構造体２０Ｄは、コロイド構造体１０が持つ反射特性と、コロイド結晶体１０Ａ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光学部材を得ることができる。また、コロイド構造体１０とコロイド結晶体１０Ａ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コロイド多重構造体２０Ｄを得ることができる。

コロイド多重構造体２０Ｄにおいて、積層されたコロイド構造体１０とコロイド結晶体１０Ａ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、コロイド多重構造体２０Ｄに関し、コロイド構造体１０の反射スペクトルのピーク波長と、コロイド結晶体１０Ａ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。また、コロイド構造体１０の反射スペクトルのピーク波長と、コロイド結晶体１０Ａ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。これにより、コロイド多重構造体２０Ｄにおいて、コロイド構造体１０が持つ反射特性と、コロイド結晶体１０Ａが持つ反射特性が殆ど同じとなることから、反射率が増強された光学部材を得ることができる。

なお、コロイド結晶体１０Ａは、コロイド粒子５の材料、母体６の材料、コロイド粒子５の濃度及びコロイド粒子５の平均粒子径の少なくとも一つを変えることにより、反射スペクトルにおける反射ピーク波長をシフトさせることができる。そのため、これらを調整することにより、コロイド構造体１０の反射スペクトルのピーク波長と、コロイド結晶体１０Ａの反射スペクトルのピーク波長との差を上記範囲内にすることができる。

図６（ａ）に示すコロイド多重構造体２０Ｄは、上層がコロイド結晶体１０Ａであり、下層がコロイド構造体１０となっている。ただ、コロイド多重構造体２０Ｄはこのような構成に限定されず、上層がコロイド構造体１０であり、下層がコロイド結晶体１０Ａであってもよい。

コロイド多重構造体２０Ｄは、図６（ａ）に示すように、基板４に支持されることにより、多重構造物２００Ｆを形成してもよい。言い換えれば、多重構造物２００Ｆは、コロイド多重構造体２０Ｄと、コロイド多重構造体２０Ｄを支持する基板４とを備えている。これにより、コロイド多重構造体２０Ｄの強度が向上することから、コロイド多重構造体２０Ｄの取り扱い性を高めることが可能となる。

図６（ｂ）に示すように、コロイド多重構造体２０Ｅは、コロイド構造体１０とコロイド結晶体１０Ａとの間に接着層２１を設けてもよい。これにより、コロイド構造体１０とコロイド結晶体１０Ａとの間の密着性を高めて、剥離を抑制することが可能となる。なお、コロイド多重構造体２０Ｅは、基板４に支持されることにより、多重構造物２００Ｇを形成してもよい。

図６（ａ）に示す多重構造物２００Ｆのように、基板４の一方の面４ａのみにコロイド多重構造体２０Ｄを設けることができる。ただ、本実施形態はこのような構成に限定されず、図６（ｃ）に示す多重構造物２００Ｈのように、基板４の一方の面４ａにコロイド結晶体１０Ａを設け、一方の面４ａと反対側の他方の面４ｂにコロイド構造体１０を設けてもよい。

コロイド構造体１０とコロイド結晶体１０Ａとを積層したコロイド多重構造体は、図６に示すように、コロイド構造体１０及びコロイド結晶体１０Ａを一層ずつ備える構成に限定されない。例えば、当該コロイド多重構造体は、複数のコロイド構造体１０及び／又は複数のコロイド結晶体１０Ａを備える構成であってもよい。

具体的には、図７（ａ）に示すように、コロイド多重構造体２０Ｆは、一層のコロイド結晶体１０Ａと、二層のコロイド構造体１０とを積層した構成とすることができる。なお、コロイド多重構造体２０Ｆは、図７（ａ）に示すように、基板４に支持されることにより、多重構造物２００Ｉを形成してもよい。また、図７（ｂ）に示すように、コロイド多重構造体２０Ｇは、一層のコロイド結晶体１０Ａと二層のコロイド構造体１０を備える。そして、コロイド結晶体１０Ａとコロイド構造体１０ａとの間、及びコロイド構造体１０ａとコロイド構造体１０ｂとの間に接着層２１を設けた構成とすることができる。なお、コロイド多重構造体２０Ｇは、図７（ｂ）に示すように、基板４に支持されることにより、多重構造物２００Ｊを形成してもよい。さらに、図７（ｃ）に示すように、基板４の一方の面４ａに一層のコロイド結晶体１０Ａと一層のコロイド構造体１０ａを積層し、他方の面４ｂにコロイド構造体１０ｂを積層することにより、多重構造物２００Ｋを形成することもできる。

なお、図７において、コロイド結晶体１０Ａとコロイド構造体１０の積層順序は特に限定されない。例えば、図７（ａ）に示すコロイド多重構造体２０Ｆにおいて、コロイド結晶体１０Ａは上層に限定されず、中層であってもよく、また、下層であってもよい。

次に、コロイド多重構造体の製造方法について説明する。本実施形態のコロイド多重構造体の製造方法は、コロイド構造体１０の製造方法と同様に、最初に、母体３のモノマー中に複数種類のコロイド粒子を分散させ、得られたコロイド分散液を基板４などに塗布して硬化させる。次に、得られたコロイド構造体１０に表面に、さらにコロイド分散液を塗布して硬化させることにより、コロイド多重構造体２０を得ることができる。

例えば、コロイド構造体１０ａとコロイド構造体１０ｂが殆ど同じ規則配列構造を有しているコロイド多重構造体２０は、次のように得ることができる。まず、母体３のモノマー中に複数種類のコロイド粒子を分散させることにより、第１のコロイド分散液を調製する。次に、得られた第１のコロイド分散液を基板４に塗布して硬化させることにより、コロイド構造体１０ｂを得る。次に、コロイド構造体１０ｂの表面に第１のコロイド分散液を塗布して硬化させることに、コロイド構造体１０ａを得ることができる。

また、コロイド構造体１０ａとコロイド構造体１０ｂが互いに異なる規則配列構造を有しているコロイド多重構造体２０は、次のように得ることができる。まず、母体３のモノマー中に複数種類のコロイド粒子を分散させることにより、第１のコロイド分散液を調製する。同様に、母体３のモノマー中に複数種類のコロイド粒子を分散させることにより、第２のコロイド分散液を調製する。この際、第１のコロイド分散液と第２のコロイド分散液は、母体３の原料、コロイド粒子の材料、コロイド粒子の濃度及びコロイド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１のコロイド分散液を基板４に塗布して硬化させることにより、コロイド構造体１０ｂを得る。次に、コロイド構造体１０ｂの表面に第２のコロイド分散液を塗布して硬化させることに、コロイド構造体１０ａを得ることができる。

このように、本実施形態のコロイド多重構造体２０は、コロイド構造体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光学部材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コロイド構造体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光学部材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、コロイド多重構造体２０は、コロイド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、各コロイド構造体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、各コロイド構造体１０における母体３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、本実施形態に係る発光装置について説明する。本実施形態の発光装置は、光源３１と、光源３１が放つ一次光が照射される光学フィルタ３００とを備える。光学フィルタ３００は、コロイド構造体１０、構造物１００、コロイド多重構造体２０及び多重構造物２００からなる群より選ばれる少なくとも一つを有する。そして、光源３１が放つ一次光Ｌ１の一部が光学フィルタ３００を透過する。発光装置は、このような光学フィルタ３００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８は、発光装置の一例として、ＬＥＤモジュール３０（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。

本実施形態に係る発光装置は、光源３１と光学フィルタ３００とを備えているが、さらに波長変換部材３３を備えてもよい。具体的には、図８に示すように、発光装置であるＬＥＤモジュール３０は、波長変換部材３３をさらに備えてもよい。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ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕ^２＋、ＣａＭｇＳｉ_２Ｏ_６：Ｅｕ^２＋、Ｂａ_３ＭｇＳｉ_２Ｏ_８：Ｅｕ^２＋、Ｓｒ_１０（ＰＯ_４）_６Ｃｌ_２：Ｅｕ^２＋などが挙げられる。緑色蛍光体としては、例えば（Ｂａ，Ｓｒ）_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ^２＋、Ｃａ_８Ｍｇ（ＳｉＯ_４）_４Ｃｌ_２：Ｅｕ^２＋、Ｃａ_８Ｍｇ（ＳｉＯ_４）_４Ｃｌ_２：Ｅｕ^２＋，Ｍｎ^２＋が挙げられる。黄色蛍光体としては、例えば（Ｓｒ，Ｂａ）_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ^２＋、（Ｙ，Ｇｄ）_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋、α−Ｃａ−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ^２＋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Ｓｒ_２Ｓｉ_５Ｎ_８：Ｅｕ^２＋、ＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ^２＋、ＳｒＡｌＳｉ_４Ｎ_７：Ｅｕ^２＋、ＣａＳ：Ｅｕ^２＋、Ｌａ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ^３＋、Ｙ_３Ｍｇ_２（ＡｌＯ_４）（ＳｉＯ_４）_２：Ｃｅ^３＋が挙げられる。

図８に示すように、ＬＥＤモジュール３０の出射面側には、光学フィルタ３００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３００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３００で反射される。波長変換部材３３の蛍光体３４は、一次光Ｌ１によって励起され得るが、光学フィルタ３００で反射された一次光Ｌ１の反射光Ｒによって励起されてもよい。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を発してもよい。そして、光学フィルタ３００を透過した透過光Ｔは、ＬＥＤモジュール３０から出射される。

波長変換部材３３の蛍光体３４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３００によって反射されない波長を有する場合、光学フィルタ３００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３０の発光効率を向上させることができる。

［照明システム］
次に、本実施形態に係る照明システムについて説明する。本実施形態に係る照明システムは、発光装置を備える。

図９では、照明システムの一例として、ＬＥＤモジュール３０を備えたデスクスタンド４０を示す。図９に示すように、デスクスタンド４０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３０を備える。照明本体４２にはスイッチ４５が設けられ、スイッチ４５をオン・オフ操作することでＬＥＤモジュール３０の点灯状態が変更されるようになっている。

図１０（ａ）に示すように、灯具４４は、略円筒状のベース部４６と、ＬＥＤモジュール３０と、カバー５０とを備える。ＬＥＤモジュール３０は、光源ユニット４７と、配向制御部４８と、光学フィルタ３００からなるフィルタ４９とを備える。図１０（ｂ）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は、耐久性に優れ、波長制御が容易なコロイド構造体１０、構造物１００、コロイド多重構造体２０及び多重構造物２００からなる群より選ばれる少なくとも一つを用いているため、所望の分光特性を容易に得ることができる。つまり、本実施形態の照明システムは、例えば出射光が照射される紙面の白色度を高め、視認性を向上させることが可能となる。また、肌色を良好に見せ、さらに食材や植物の色を鮮やかに演出することも可能となる。

以下、実施例及び比較例により本実施形態を更に詳しく説明するが、本実施形態はこれらに限定されるものではない。

実施例１−１乃至１−３及び比較例１−１乃至１−３、並びに実施例２の試験サンプルを製造するに際し、次の原料を用いた。
（コロイド粒子）
・シリカ粒子１；平均粒子径（Ｄ５０）：１５０ｎｍ、粒子径の変動係数：５％
・シリカ粒子２；平均粒子径（Ｄ５０）：１８０ｎｍ、粒子径の変動係数：５％
・シリカ粒子３；平均粒子径（Ｄ５０）：２００ｎｍ、粒子径の変動係数：５％
なお、シリカ粒子１〜３は、Ｓｔｏｂｅｒ法にて合成した。
（モノマー）
・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
（光重合開始剤）
・２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニル−プロパン−１−オン；ＢＡＳＦ社製ＩＲＧＡＣＵＲＥ（登録商標）１１７３

［実施例１−１］
まず、シリカ粒子１を含有量が３０体積％になるようにモノマー中に添加した。次に、室温（２５℃）条件下において、２０ｋＨｚの超音波を１０分間印加することにより、シリカ粒子１をモノマー中に分散させた。このようにして、コロイド粒子（シリカ粒子１）がモノマー中に均一に分散したコロイド分散液１を得た。

同様に、シリカ粒子２を含有量が３０体積％になるようにモノマー中に添加した。次に、室温（２５℃）条件下において、２０ｋＨｚの超音波を１０分間印加することにより、シリカ粒子２をモノマー中に分散させた。このようにして、コロイド粒子（シリカ粒子２）がモノマー中に均一に分散したコロイド分散液２を得た。

次に、コロイド分散液１とコロイド分散液２とを３：１の質量比で混合し、さらに光重合開始剤を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、ガラス基板上に層厚が約４０μｍのコロイド構造体を形成した試験サンプルを得た。

［実施例１−２］
分散液中におけるコロイド分散液１とコロイド分散液２との混合比率を質量比で２：１としたこと以外は実施例１−１と同様にして、本例の試験サンプルを得た。

［実施例１−３］
まず、シリカ粒子３を含有量が３０体積％になるようにモノマー中に添加した。次に、室温（２５℃）条件下において、２０ｋＨｚの超音波を１０分間印加することにより、シリカ粒子３をモノマー中に分散させた。このようにして、コロイド粒子（シリカ粒子３）がモノマー中に均一に分散したコロイド分散液３を得た。

次に、実施例１−１のコロイド分散液２とコロイド分散液３とを、１：４の質量比で混合し、さらに光重合開始剤を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、ガラス基板上に層厚が約４０μｍのコロイド構造体を形成した試験サンプルを得た。

［比較例１−１］
まず、シリカ粒子１を含有量が２８体積％になるようにモノマー中に添加した。次に、室温（２５℃）条件下において、２０ｋＨｚの超音波を１０分間印加することにより、シリカ粒子１をモノマー中に分散させた。このようにして、コロイド粒子（シリカ粒子１）がモノマー中に均一に分散し、含有量が２８体積％であるコロイド分散液を得た。

次に、コロイド分散液に光重合開始剤を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、層厚が約４０μｍであり、かつ、コロイド粒子の含有量が２８体積％であるコロイド結晶体を形成した試験サンプルを得た。

上述と同様にして、層厚が約４０μｍであり、かつ、コロイド粒子の含有量がそれぞれ３０体積％、３２体積％、３４体積％、３６体積％であるコロイド結晶体を形成した試験サンプルも作製した。

［比較例１−２］
まず、シリカ粒子２を含有量が２６体積％になるようにモノマー中に添加した。次に、室温（２５℃）条件下において、２０ｋＨｚの超音波を１０分間印加することにより、シリカ粒子２をモノマー中に分散させた。このようにして、コロイド粒子（シリカ粒子２）がモノマー中に均一に分散し、含有量が２６体積％であるコロイド分散液を得た。

次に、コロイド分散液に光重合開始剤を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、層厚が約４０μｍであり、かつ、コロイド粒子の含有量が２６体積％であるコロイド結晶体を形成した試験サンプルを得た。

上述と同様にして、層厚が約４０μｍであり、かつ、コロイド粒子の含有量がそれぞれ２８体積％、３０体積％、３２体積％、３６体積％であるコロイド結晶体を形成した試験サンプルも作製した。

［比較例１−３］
まず、シリカ粒子３を含有量が２６体積％になるようにモノマー中に添加した。次に、室温（２５℃）条件下において、２０ｋＨｚの超音波を１０分間印加することにより、シリカ粒子３をモノマー中に分散させた。このようにして、コロイド粒子（シリカ粒子３）がモノマー中に均一に分散し、含有量が２６体積％であるコロイド分散液を得た。

次に、コロイド分散液に光重合開始剤を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、層厚が約４０μｍであり、かつ、コロイド粒子の含有量が２６体積％であるコロイド結晶体を形成した試験サンプルを得た。

上述と同様にして、層厚が約４０μｍであり、かつ、コロイド粒子の含有量がそれぞれ２８体積％、３０体積％であるコロイド結晶体を形成した試験サンプルも作製した。

［評価］
（反射スペクトル測定）
上記のように作製した各例の試験サンプル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。実施例１−１及び１−２の試験サンプルの反射スペクトルは４５０ｎｍ〜５８０ｎｍの波長範囲を測定し、実施例１−３の試験サンプルの反射スペクトルは５００ｎｍ〜６３０ｎｍの波長範囲を測定した。図１１では実施例１−１の試験サンプルの反射スペクトルを示し、図１２では実施例１−２の試験サンプルの反射スペクトルを示し、図１３では実施例１−３の試験サンプルの反射スペクトルを示す。

なお、図１１及び図１２には、コロイド分散液１及びコロイド分散液２にそれぞれ光重合開始剤を１．０質量％添加した後、実施例１−１と同様にしてコロイド結晶体を形成したサンプルの反射スペクトルも示す。また、図１３には、コロイド分散液２及びコロイド分散液３にそれぞれ光重合開始剤を１．０質量％添加した後、実施例１−３と同様にしてコロイド結晶体を形成したサンプルの反射スペクトルも示す。

図１１及び図１２のように、実施例１−１及び１−２の試験サンプルの反射ピーク波長は、コロイド粒子としてシリカ粒子１のみを含むコロイド結晶の反射ピーク波長と、コロイド粒子としてシリカ粒子２のみを含むコロイド結晶の反射ピーク波長との間に存在する。そのため、シリカ粒子１とシリカ粒子２とを混和させてコロイド結晶化することにより、反射ピーク波長を制御できることが分かる。

また、図１３に示すように、実施例１−３の試験サンプルの反射ピーク波長は、コロイド粒子としてシリカ粒子２のみを含むコロイド結晶の反射ピーク波長と、コロイド粒子としてシリカ粒子３のみを含むコロイド結晶の反射ピーク波長との間に存在する。そのため、シリカ粒子２とシリカ粒子３とを混和させてコロイド結晶化することにより、反射ピーク波長を制御できることが分かる。

さらに図１１及び図１２のように、実施例１−１及び１−２の試験サンプルの反射ピークは反射率が５５％を超えており、シリカ粒子１のみを含むコロイド結晶の反射ピーク、及びシリカ粒子２のみを含むコロイド結晶の反射ピークよりも反射率が高いことが分かる。同様に、図１３に示すように、実施例１−３の試験サンプルの反射ピークも反射率が５５％を超えており、シリカ粒子２のみを含むコロイド結晶の反射ピーク、及びシリカ粒子３のみを含むコロイド結晶の反射ピークよりも反射率が高いことが分かる。そのため、複数種類のコロイド粒子を使用してコロイド構造体を形成することにより、光反射能の低下を抑制できることが分かる。

図１４では、実施例１−１乃至１−３の試験サンプルの反射スペクトルを合わせて示す。実施例１−１は、シリカ粒子１を含むコロイド分散液１とシリカ粒子２を含むコロイド分散液２とを３：１の質量比で混合したものであり、実施例１−２は、コロイド分散液１とコロイド分散液２とを２：１の質量比で混合したものである。図１４に示すように、二種類のコロイド粒子の配合比を変化させることにより、細かい間隔でピーク波長を制御できることが分かる。

また、実施例１−１及び１−２は１５０ｎｍのシリカ粒子１と１８０ｎｍのシリカ粒子２とを混和させたコロイド構造体であり、実施例１−３は１８０ｎｍのシリカ粒子２と２００ｎｍのシリカ粒子３とを混和させたコロイド構造体である。図１４に示すように、二種類のコロイド粒子の組み合わせを変えることにより、大きな間隔でピーク波長を制御できることが分かる。

図１５では、比較例１−１乃至１−３の試験サンプル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）を用いて測定した結果を示す。図１５に示すように、比較例１−１乃至１−３のいずれでも、コロイド粒子であるシリカ粒子の濃度が減少するにつれて、反射ピークが高波長側にシフトすることが分かる。つまり、コロイド粒子の濃度を変化させることで、コロイド結晶の反射ピークを制御できることが分かる。

ただ、図１５に示すように、比較例１−１では、シリカ粒子１の濃度が減少するにつれて、反射率が低下することが分かる。比較例１−２では、シリカ粒子２の濃度が２８〜３２体積％の試験サンプルに比べて、２６体積％及び３６体積％の試験サンプルは、反射率が大きく低下することが分かる。比較例１−３では、シリカ粒子３の濃度が高まるにつれて、反射率が低下することが分かる。このように、コロイド粒子の濃度を調整することでコロイド結晶の反射ピークが制御できるものの、光反射能が大きく変化することが分かる。

（走査型電子顕微鏡観察）
実施例１−１及び実施例１−３の試験サンプルの表面を走査型電子顕微鏡で観察した。さらに、実施例１−１の試験サンプルの断面を走査型電子顕微鏡で観察した。

図１６では、実施例１−１の試験サンプルの表面を走査型電子顕微鏡で観察した結果を示している。図１６に示すように、平均粒子径が１５０ｎｍのシリカ粒子１（５１）及び平均粒子径が１８０ｎｍのシリカ粒子２（５２）は、両方とも規則的に配列していることが分かる。また、シリカ粒子１とシリカ粒子２の数の割合が約３：１となっていることも分かる。そして、実施例１−１の試験サンプルでは、シリカ粒子１とシリカ粒子２がそれぞれ分離して凝集することにより共晶状態となっているわけではなく、シリカ粒子１とシリカ粒子２が混和して固溶体のような状態となっていることが分かる。

図１７では、実施例１−３の試験サンプルの表面を走査型電子顕微鏡で観察した結果を示している。図１７に示すように、平均粒子径が１８０ｎｍのシリカ粒子２（５２）及び平均粒子径が２００ｎｍのシリカ粒子３（５３）は、両方とも規則的に配列していることが分かる。また、シリカ粒子２とシリカ粒子３の数の割合が約１：４となっていることも分かる。そして、実施例１−３の試験サンプルでは、シリカ粒子２とシリカ粒子３がそれぞれ分離して凝集することにより共晶状態となっているわけではなく、シリカ粒子２とシリカ粒子３が混和して固溶体のような状態となっていることが分かる。

図１８では、実施例１−１の試験サンプルの断面を走査型電子顕微鏡で観察した結果を示し、図１９では、図１８における符号Ｂの領域を拡大して示している。図１９に示すように、試験サンプルの断面でも、シリカ粒子１（５１）とシリカ粒子２（５２）が共に規則的に配列していることが分かる。また、シリカ粒子１とシリカ粒子２がそれぞれ分離して凝集することにより共晶状態となっているわけではなく、シリカ粒子１とシリカ粒子２が混和して固溶体のような状態となっていることも分かる。

このように、実施例１−１の試験サンプルでは、シリカ粒子１とシリカ粒子２は、互いに混和してコロイド結晶化しており、さらに母体であるポリマー中で三次元規則配列構造を形成していることが分かる。

［実施例２］
まず、実施例１−１で調製した、平均粒子径が１５０ｎｍのシリカ粒子１を含むコロイド分散液１と、平均粒子径が１８０ｎｍのシリカ粒子２を含むコロイド分散液２とを３：１の質量比で混合した。そして、当該混合物に、光重合開始剤を１．０質量％添加することにより、コロイド構造体用分散液を調製した。

次に、平均粒子径が１８０ｎｍのシリカ粒子２を含むコロイド分散液２に、光重合開始剤を１．０質量％添加することにより、コロイド結晶体用分散液を調製した。

そして、コロイド構造体用分散液を、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構造体を形成した。

さらに、コロイド結晶体用分散液を、室温（２５℃）条件下において、コロイド構造体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、コロイド構造体上にコロイド結晶体を形成した。このようにして、ガラス基板上にコロイド多重構造体を形成した試験サンプルを得た。

［評価］
上記のように作製した実施例２の試験サンプル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。実施例２の試験サンプルの反射スペクトルは３００ｎｍ〜８００ｎｍの波長範囲を測定した。

図２０に示すように、実施例２の反射スペクトルには、５００ｎｍ〜５２０ｎｍの付近において反射率の極大値が約４５％のピークと、５４０ｎｍ〜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。このことから、互いに異なる規則配列構造を有するコロイド構造体及びコロイド結晶体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コロイド多重構造体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２０１８−１１６８５９号（出願日：２０１８年６月２０日）及び特願２０１８−２１３６４１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、光反射能の低下を抑制しつつも、反射スペクトルにおける反射ピーク波長を簡易な方法で調整することが可能なコロイド構造体、コロイド多重構造体、及び当該コロイド構造体の製造方法を提供することができる。

１ 第１のコロイド粒子
２ 第２のコロイド粒子
３ 母体
１０，１０ａ，１０ｂ コロイド構造体
１０Ａ コロイド結晶体
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２０Ｅ，２０Ｆ，２０Ｇ コロイド多重構造体

Claims (12)

1. 複数種類のコロイド粒子と、
   前記コロイド粒子を固定している母体と、
   を含み、
   前記複数種類のコロイド粒子は、平均粒子径が互いに異なる第１のコロイド粒子と第２のコロイド粒子とを少なくとも含み、
   前記第１のコロイド粒子及び前記第２のコロイド粒子の粒子径の変動係数は、それぞれ２０％未満であり、
   前記複数種類のコロイド粒子は前記母体中で規則配列構造を形成している、コロイド構造体。
2. 前記複数種類のコロイド粒子が混和してコロイド結晶化したコロイド固溶体を成している、請求項１に記載のコロイド構造体。
3. コロイド粒子として前記第１のコロイド粒子のみを含むコロイド結晶の反射ピーク波長をλ１とし、コロイド粒子として前記第２のコロイド粒子のみを含むコロイド結晶の反射ピーク波長をλ２とした場合、反射スペクトルの反射ピーク波長λが前記λ１と前記λ２との間に存在する、請求項１又は２に記載のコロイド構造体。
4. 前記第１のコロイド粒子の平均粒子径をｄ１とし、前記第２のコロイド粒子の平均粒子径をｄ２とした場合、平均粒子径の比ｄ１／ｄ２が、１．０５以上１．６０未満である、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のコロイド構造体。
5. 隣接する前記コロイド粒子の中心間距離が１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下である、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のコロイド構造体。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載のコロイド構造体を複数備える、コロイド多重構造体。
7. 前記複数のコロイド構造体から選択した２つのコロイド構造体において、一方のコロイド構造体の反射スペクトルのピーク波長と、他方のコロイド構造体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６に記載のコロイド多重構造体。
8. 前記複数のコロイド構造体から選択した２つのコロイド構造体において、一方のコロイド構造体の反射スペクトルのピーク波長と、他方のコロイド構造体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６に記載のコロイド多重構造体。
9. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載のコロイド構造体と、
   一種類のみのコロイド粒子と、前記一種類のみのコロイド粒子を固定している母体とを含み、前記一種類のみのコロイド粒子は前記母体中で規則配列構造を形成しているコロイド結晶体と、
   を備える、コロイド多重構造体。
10. 前記コロイド構造体の反射スペクトルのピーク波長と、前記コロイド結晶体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９に記載のコロイド多重構造体。
11. 前記コロイド構造体の反射スペクトルのピーク波長と、前記コロイド結晶体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９に記載のコロイド多重構造体。
12. 平均粒子径が互いに異なる第１のコロイド粒子と第２のコロイド粒子とを少なくとも含む複数種類のコロイド粒子を、一種類以上のモノマーと共に分散させることにより、コロイド分散液を調製する分散液調製工程と、
    前記コロイド分散液を基板上に塗布し、塗布膜を生成する塗布膜生成工程と、
    前記塗布膜中の前記モノマーを重合させることにより、前記複数種類のコロイド粒子をポリマーで固定化するポリマー化工程と、
    を有し、
    前記ポリマー化工程において、前記複数種類のコロイド粒子は前記ポリマー中で規則配列構造を形成し、
    前記第１のコロイド粒子及び前記第２のコロイド粒子の粒子径の変動係数は、それぞれ２０％未満である、コロイド構造体の製造方法。

Images