WO2019102813A1

WO2019102813A1 - 選択波長反射体

Info

Publication number: WO2019102813A1
Application number: PCT/JP2018/040693
Authority: WO
Inventors: 義明金森; 羽根　一博; 正斉尾藤
Original assignee: 国立大学法人東北大学
Priority date: 2017-11-24
Filing date: 2018-11-01
Publication date: 2019-05-31
Also published as: JPWO2019102813A1; JP2023133313A; JP7345783B2

Abstract

【課題】反射させる波長以外の波長での透過率が高く、高精度で選択波長の最適化を行うことができる選択波長反射体を提供する。【解決手段】透光性の基体１１の表面に、１または複数の金属製の構造体１２を有する単位パターン１３を、基体１１の表面に沿って縦方向および横方向にそれぞれ規則的に複数並べて配置して成る。単位パターン１３は、隣り合う単位パターン１３と接するよう配置されている。金属製の構造体１２は、金、銀、銅またはアルミニウムから成る。

Description

選択波長反射体

　本発明は、選択波長反射体に関する。

　従来、自動車や建物の窓等からの熱線の侵入を防ぐため、赤外線を反射する熱線遮蔽材が開発されている。このような熱線遮蔽材として、例えば、少なくとも１種の金属粒子を含有する金属粒子含有層を有して成り、その金属粒子が、略六角形状又は略円盤形状の金属平板粒子を６０個数％以上有し、金属平板粒子の主平面が、金属粒子含有層の一方の表面に対して０°～±３０°の範囲で面配向しているものがある（例えば、特許文献１参照）。

　なお、ガラスの表面に、光の反射等の光学的な目的のために、サブミクロンスケールのパターンのアレイを形成する方法（例えば、特許文献２参照）が開発されているが、アレイ状のパターンであり、面的な広がりを有するものではない。また、透明基板の表面に赤外線反射性の規則性を有する透明パターンが印刷された透明シート（例えば、特許文献３参照）が開発されているが、ディスプレイの前面に装着して使用されるものであり、自然光を対象とするものではない。

特開２０１１－１１８３４７号公報特表２００９－５１７３１０号公報特開２００８－２６９５８号公報

　特許文献１に記載の熱線遮蔽材は、赤外線などの選択した波長での反射率は優れているが、金属粒子をランダムに配置するため、他の波長での透過率が低下してしまうという課題があった。また、金属粒子をランダムに配置するため、反射させる波長や透過させる波長の選択、すなわち選択波長の最適化を精度良く行うのも困難であるという課題もあった。

　本発明は、このような課題に着目してなされたもので、反射させる波長以外の波長での透過率が高く、高精度で選択波長の最適化を行うことができる選択波長反射体を提供することを目的とする。

　上記目的を達成するために、本発明に係る選択波長反射体は、透光性の基体の表面に、１または複数の金属製の構造体を有する単位パターンを、前記基体の表面に沿って縦方向および横方向にそれぞれ規則的に複数並べて配置して成ることを特徴とする。

　本発明に係る選択波長反射体は、単位パターンの金属製の構造体の形状やサイズを調整することにより、任意の波長を反射させたり透過させたりすることができ、波長選択性に優れている。また、金属製の構造体の形状やサイズを細かく調整することにより、選択した波長の光の反射率を高めるとともに、その選択波長以外の波長での透過率を高めることができる。また、そのような単位パターンを規則的に並べて配置するため、ランダムに配置する場合と比べて、高精度で選択波長の最適化を行うことができる。

　このように、本発明に係る選択波長反射体は、メタマテリアルの考えに基づき、所望の波長の光を反射したり透過したりするよう、最適な設計を行うことができる。本発明に係る選択波長反射体は、例えば、半導体微細加工技術またはナノインプリント技術を利用して製造することができ、大面積のものでも安価に製造することができる。

　本発明に係る選択波長反射体で、基体は、透光性のものであればいかなる素材および形状から成っていてもよく、例えば、透光性のガラスやプラスチックから成っている。本発明に係る選択波長反射体は、例えば、建築物や自動車の窓として利用することができる。また、例えば、紫外線領域の光を反射するよう設計することにより、携帯電話やパソコン、テレビ等のディスプレイ用の紫外線カットフィルタとして利用したり、斜め方向からの光を透過しにくく設計することにより、携帯電話やパソコン、テレビ等のディスプレイの覗き見防止フィルタとして利用したりすることもできる。また、本発明に係る選択波長反射体で、前記単位パターンは、隣り合う単位パターンと接するよう配置されていることが好ましい。

　本発明に係る選択波長反射体は、近赤外線領域の７８０ｎｍ乃至１１００ｎｍの波長を選択的に反射するのと同時に、３５０ｎｍ乃至７８０ｎｍの波長の可視光に対しては高い透過性を有するよう構成されていてもよい。この場合、７８０ｎｍ乃至１４００ｎｍの波長の光の反射エネルギー量が、８．０Ｗ／ｍ^２以上であることが好ましく、１０．０Ｗ／ｍ^２以上であることがより好ましく、さらに１５．０Ｗ／ｍ^２以上であることがより好ましい。また、７８０ｎｍ乃至２５００ｎｍの波長の光の反射エネルギー量が、９．０Ｗ／ｍ^２以上であることが好ましく、１０．０Ｗ／ｍ^２以上であることがより好ましく、さらに２０．０Ｗ／ｍ^２以上であることがより好ましい。ここで、光の反射エネルギー量は、対象とする波長範囲において、波長ごとに、ＡＭ（エアマス）１．５の太陽光のエネルギーと、本発明に係る選択波長反射体の反射率とを掛けたものを、積分した値である。また、７８０ｎｍ乃至１１００ｎｍの波長の光の最大反射率が４０％以上であることが好ましく、６０％以上であることがより好ましい。また、３５０ｎｍ乃至７８０ｎｍの波長の光の最大透過率が５０％以上であることが好ましく、７０％以上であることがより好ましい。この場合、近赤外線反射フィルタとして使用することができる。例えば、建築物や自動車の窓として利用すると、夏場の太陽光による屋内や車内の温度上昇を防ぐことができ、エアコンなどの消費電力を抑えて、節電や省エネルギーに寄与することができる。

　また、本発明に係る選択波長反射体は、可視光領域の３５０ｎｍ乃至７８０ｎｍの波長を選択的に反射するのと同時に、７８０ｎｍ乃至１１００ｎｍの波長の近赤外線に対しては高い透過性を有するよう構成されていてもよい。この場合、７８０ｎｍ乃至１１００ｎｍの波長の光の最大透過率が３５％以上であり、３５０ｎｍ乃至７８０ｎｍの波長の光の最小透過率が５％以下であることが好ましい。この場合、近赤外線透過フィルタとして使用することができる。例えば、建築物や工場の窓として利用すると、室内の照明の可視光は室内に反射させ、室内にこもった熱を効率的に室外に排出することができる。

　本発明に係る選択波長反射体で、単位パターンおよび金属製の構造体は、いかなる形状を成していてもよい。前記単位パターンは、例えば、前記基体の表面に対して垂直方向から見たときの前記金属製の構造体の形状が、＋形状または＋形の穴を有する形状を成していてもよい。この場合、金属製の構造体の＋形状または＋形の穴が、隣り合う単位パターン同士で接続して格子状または格子状の穴を有する形状を成していてもよく、隣り合う単位パターン同士で接続せずに、単位パターンごとに独立していてもよい。金属製の構造体が格子状または独立した＋形の穴を有する形状を成しているとき、金属製の構造体に通電して加熱することができ、窓などに付着した曇り、霜、氷などを除去することができる。

　また、この場合、前記単位パターンは、前記基体の表面に対して垂直方向から見たときの外形が正方形を成し、前記金属製の構造体の形状が＋形状を成しており、その＋形の縦線および横線の幅をｗ（ｎｍ）、前記縦線および前記横線の長さをｌ（ｎｍ）、前記単位パターン一辺の長さをΛ（ｎｍ）とし、ｋとｐとをパラメータとして、ｗ＝ｋ、ｌ＝ｐ×ｋ、Λ＝１．５×ｌとしたとき、８≦ｋ≦３２、３≦ｐ≦１４であることが好ましい。この場合、ｋとｐとを変化させることにより、反射率が高く透過率が低い光の波長を任意に選択することができる。特に、選択した波長での反射率をより高めるために、１８≦ｋ≦３２であることが好ましく、さらに２３≦ｋ≦３２であることが好ましい。また、近赤外線領域の反射率をより高めるために、４≦ｐ≦９であることが好ましい。

　本発明に係る選択波長反射体は、前記単位パターン中の前記金属製の構造体の、前記基体の表面に沿った長さおよび幅、ならびに前記基体の表面からの高さが、１０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下であることが好ましい。この場合、近赤外線領域および可視光領域の波長を選択的に透過または反射するよう、構成することができる。

　本発明に係る選択波長反射体で、前記金属製の構造体は、金、銀、銅またはアルミニウムから成っていてもよい。この場合、反射させる波長の反射率を効果的に高めるとともに、その波長の透過率を効果的に低下させることができる。また、透過させる波長の透過率を効果的に高めるとともに、その波長の反射率を効果的に低下させることができる。

　本発明に係る選択波長反射体で、前記基体は板状を成し、前記基体と前記単位パターンとから成る反射層を、複数積層して成っていてもよい。この場合、層の数を増やすことにより、所望の波長の反射率を高めることができる。また、本発明に係る選択波長反射体は、基体の表面側または裏面側に、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）から成る膜を有していてもよい。この場合、単位パターンで近赤外線領域の波長を選択的に反射するよう構成することにより、近赤外線領域から赤外線領域までの反射率を高めることができる。また、基体の表面と金属製の構造体とを覆うよう、透光性の被覆材を有していてもよく、金属製の構造体のみを覆うよう、透光性の被覆材を有していてもよい。

　本発明によれば、反射させる波長以外の波長での透過率が高く、高精度で選択波長の最適化を行うことができる選択波長反射体を提供することができる。

本発明の実施の形態の選択波長反射体の一例を示す斜視図である。本発明の実施の形態の選択波長反射体の、金属製の構造体が（ａ）格子状の穴を有する形状を成す変形例、（ｂ）円形状を成す変形例、（ｃ）＋形状を成す変形例、（ｄ）三角形状を成し、第１のパターンで配置された変形例、（ｅ）三角形状を成し、第２のパターンで配置された変形例、（ｆ）複数の異なるサイズの円形状を成す変形例、を示す平面図である。（ａ）～（ｆ）は、本発明の実施の形態の選択波長反射体の製造方法の一例を示す断面図である。本発明の実施の形態の選択波長反射体の、クロス構造のシミュレーションに用いる（ａ）金属製の構造体が＋形の穴を有する形状を成す構成の単位パターンを示す平面図、（ｂ）その断面図、（ｃ）金属製の構造体が＋形状を成す構成の単位パターンを示す平面図、（ｄ）その断面図である。本発明の実施の形態の選択波長反射体の、クロス構造のシミュレーションの実施例１（金属製の構造体が金製で、＋形の穴を成す構造）の結果を示す、光の波長と反射率および透過率との関係を示すグラフである。本発明の実施の形態の選択波長反射体の、クロス構造のシミュレーションの実施例２（金属製の構造体が金製で、＋形の穴を成す構造）の結果を示す、（ａ）ｌを変化させたときの、光の波長と透過率との関係を示すグラフ、（ｂ）ｗを変化させたときの、光の波長と透過率との関係を示すグラフである。本発明の実施の形態の選択波長反射体の、クロス構造のシミュレーションの実施例３（金属製の構造体が金製で、＋形を成す構造）の結果を示す、ｈを変化させたときの、（ａ）光の波長と反射率との関係を示すグラフ、（ｂ）光の波長と透過率との関係を示すグラフである。本発明の実施の形態の選択波長反射体の、クロス構造のシミュレーションの実施例４（金属製の構造体が金製で、＋形を成す構造）の結果を示す、θを変化させたときの、（ａ）光の波長と反射率との関係を示すグラフ、（ｂ）光の波長と透過率との関係を示すグラフである（図中の数値はθの値を示す）。本発明の実施の形態の選択波長反射体の、クロス構造のシミュレーションの実施例５（金属製の構造体が銀製で、＋形を成す構造）の結果を示す、θを変化させたときの、（ａ）光の波長と反射率との関係を示すグラフ、（ｂ）光の波長と透過率との関係を示すグラフである（図中の数値はθの値を示す）。本発明の実施の形態の選択波長反射体の、クロス構造のシミュレーションの実施例６（金属製の構造体がアルミニウム製で、＋形を成す構造）の結果を示す、θを変化させたときの、（ａ）光の波長と反射率との関係を示すグラフ、（ｂ）光の波長と透過率との関係を示すグラフである（図中の数値はθの値を示す）。本発明の実施の形態の選択波長反射体の、クロス構造のシミュレーションの実施例７（金属製の構造体がアルミニウム製で、＋形を成す構造）の、図１０のものよりもサイズが大きい構造での結果を示す、θを変化させたときの、（ａ）光の波長と反射率との関係を示すグラフ、（ｂ）光の波長と透過率との関係を示すグラフである（図中の数値はθの値を示す）。本発明の実施の形態の選択波長反射体の、クロス構造のシミュレーションの実施例８（金属製の構造体が金製で、＋形を成す構造）の結果を示す、構造のサイズ（パラメータｋ）を変化させたときの、（ａ）光の波長と反射率との関係を示すグラフ、（ｂ）光の波長と透過率との関係を示すグラフである。本発明の実施の形態の選択波長反射体の、クロス構造のシミュレーションの実施例８（金属製の構造体が金製で、＋形を成す構造）の結果を示す、構造のサイズ（パラメータｐ）を変化させたときの、（ａ）光の波長と反射率との関係を示すグラフ、（ｂ）光の波長と透過率との関係を示すグラフである。本発明の実施の形態の選択波長反射体の、クロス構造のシミュレーションの実施例９（金属製の構造体が金製で、＋形を成す構造）の、（ａ）２層のときの単位パターンを示す断面図、（ｂ）１層および２層のときの、光の波長と反射率との関係を示すグラフ、（ｃ）１層および２層のときの、光の波長と透過率との関係を示すグラフである。本発明の実施の形態の選択波長反射体の、クロス構造のシミュレーションの実施例１０（金属製の構造体が金製で、＋形を成す構造で、単位パターンの中に２行２列で４つ形成され、そのサイズが２種類）の、（ａ）単位パターンを示す平面図、（ｂ）θを変化させたときのシミュレーションの結果を示す、光の波長と反射率との関係を示すグラフ、（ｃ）光の波長と透過率との関係を示すグラフである（図中の数値はθの値を示す）。本発明の実施の形態の選択波長反射体の、クロス構造のシミュレーションの実施例１１（金属製の構造体が金製で、＋形を成す構造で、単位パターンの中に２行２列で４つ形成され、そのサイズが２種類）の、図１５のものよりもサイズが大きい構造での、Λを変化させたときのシミュレーションの結果を示す、（ａ）光の波長と反射率との関係を示すグラフ、（ｂ）光の波長と透過率との関係を示すグラフである（図中の数値はΛの値を示す）。本発明の実施の形態の選択波長反射体の、クロス構造のシミュレーションの実施例１２（金属製の構造体が金製で、＋形を成す構造で、単位パターンの中に２行２列で４つ形成され、そのサイズが２種類）の、図１５のものよりもサイズが大きい構造での、θを変化させたときのシミュレーションの結果を示す、（ａ）光の波長と反射率との関係を示すグラフ、（ｂ）光の波長と透過率との関係を示すグラフである（図中の数値はθの値を示す）。本発明の実施の形態の選択波長反射体の、クロス構造のシミュレーションの実施例１３（金属製の構造体が金製で、＋形を成す構造で、単位パターンの中に２行２列で４つ形成され、そのサイズが２種類）の、図１７のものよりもサイズが大きい構造での、θを変化させたときのシミュレーションの結果を示す、（ａ）光の波長と反射率との関係を示すグラフ、（ｂ）光の波長と透過率との関係を示すグラフである（図中の数値はθの値を示す）。本発明の実施の形態の選択波長反射体の、クロス構造のシミュレーションの実施例１４（金属製の構造体が銀製で、＋形を成す構造で、単位パターンの中に２行２列で４つ形成され、そのサイズが２種類）の、図１７と同じサイズの構造でのシミュレーションの結果を示す、光の波長と反射率および透過率との関係を示すグラフである。本発明の実施の形態の選択波長反射体の、クロス構造のシミュレーションの実施例１５（金属製の構造体が金製で、＋形を成す構造で、単位パターンの中に２行２列で４つ形成され、そのサイズが２種類）の、金属製の構造体と基体との間に、接着用のＴｉ膜を有し、そのＴｉ膜の膜厚を変化させたときのシミュレーションの結果を示す、（ａ）光の波長と反射率との関係を示すグラフ、（ｂ）光の波長と透過率との関係を示すグラフである（図中の数値はＴｉ膜の膜厚を示す）。本発明の実施の形態の選択波長反射体の、クロス構造のシミュレーションの実施例１５（金属製の構造体が金製で、＋形を成す構造で、単位パターンの中に２行２列で４つ形成され、そのサイズが２種類）の、金属製の構造体と基体との間に、接着用のＣｒ膜を有し、そのＣｒ膜の膜厚を変化させたときのシミュレーションの結果を示す、（ａ）光の波長と反射率との関係を示すグラフ、（ｂ）光の波長と透過率との関係を示すグラフである（図中の数値はＣｒ膜の膜厚を示す）。本発明の実施の形態の選択波長反射体の、クロス構造のシミュレーションの実施例１６（金属製の構造体が金製で、＋形を成す構造で、単位パターンの中に３行３列で９つ形成され、そのサイズが３種類）の、（ａ）単位パターンを示す平面図、（ｂ）θを変化させたときのシミュレーションの結果を示す、光の波長と反射率との関係を示すグラフ、（ｃ）光の波長と透過率との関係を示すグラフである（図中の数値はθの値を示す）。本発明の実施の形態の選択波長反射体の、クロス構造のシミュレーションの結果を示す、金属製の構造体のサイズが１種類、２種類（図１５）、３種類（図２２）の、θ＝０°のときの、（ａ）光の波長と反射率との関係を示すグラフ、（ｂ）光の波長と透過率との関係を示すグラフである。図１に示す本発明の実施の形態の選択波長反射体の一例の、メッシュ構造のシミュレーションの実施例１７（金属製の構造体が金製で、格子状を成す構造）の結果を示す、ｔを変化させたときの、光の波長と反射率および透過率との関係を示すグラフである。本発明の実施の形態の選択波長反射体の、メッシュ構造のシミュレーションの実施例１８（金属製の構造体が金製で、格子状を成す構造）の結果を示す、ａ、ｇを変化させたときの、光の波長と反射率および透過率との関係を示すグラフである。本発明の実施の形態の選択波長反射体の、メッシュ構造のシミュレーションの実施例１９（金属製の構造体が金製、銀製、アルミニウム製で、格子状を成す構造）の結果を示す、光の波長と反射率および透過率との関係を示すグラフである。本発明の実施の形態の選択波長反射体の、（ａ）基板の表面に、４つの異なるパターンの金属製の構造体（＋形でアルミニウム製）をそれぞれ規則的に配置した領域を形成したときの平面図、（ｂ）　（ａ）に示す左から２番目の領域の一部を拡大した平面図である。図２７に示す選択波長反射体の、金属製の構造体が（ａ）　（ｗ、ｌ）＝（８０ｎｍ、３６０ｎｍ）、（ｂ）　（ｗ、ｌ）＝（６０ｎｍ、３４０ｎｍ）のパターンでの、反射率および透過率の測定結果（測定値）およびシミュレーション結果（計算値）を示すグラフである。図２７に示す選択波長反射体の、金属製の構造体の４つのパターンでの、反射率および透過率の測定結果を示すグラフである。

　以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態について説明する。
　図１乃至２９は、本発明の実施の形態の選択波長反射体を示している。
　図１および図２に示すように、選択波長反射体１０は、基体１１と、金属製の構造体１２とを有している。

　基体１１は、ガラスやプラスチック等の透光性の素材から成っている。図１に示す具体的な一例では、基体１１は、透明なＳｉＯ_２製の薄い板から成っている。
　金属製の構造体１２は、金、銀、銅またはアルミニウムから成り、基体１１の表面に設けられている。

　選択波長反射体１０においては、基体１１の表面に、１または複数の金属製の構造体１２を有する単位パターン１３が、基体１１の表面に沿って縦方向および横方向にそれぞれ規則的に複数並べて配置されている。選択波長反射体１０においては、単位パターン１３が、隣り合う単位パターン１３と接するよう配置されており、所定の形状の金属製の構造体１２が、縦方向および横方向に周期的に現れるよう配置されている。選択波長反射体１０においては、単位パターン１３中の金属製の構造体１２の、基体１１の表面に沿った長さおよび幅、ならびに基体１１の表面からの高さが、１０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下である。

　選択波長反射体１０においては、図１に示すような、金属製の構造体１２が格子状を成すものに限らず、単位パターン１３および金属製の構造体１２が、いかなる形状を成していてもよい。例えば、金属製の構造体１２が、図２（ａ）に示すように、正方形または正方形の穴（図１と同じもの）を有する形状を成していてもよく、図２（ｂ）および（ｆ）に示すように、円形状または円形の穴を有する形状を成していてもよく、図２（ｃ）に示すように、＋形状または＋形の穴を有する形状を成していてもよく、図２（ｄ）および（ｅ）に示すように、三角形状または三角形の穴を有する形状を成していてもよい。なお、図２（ａ）～（ｆ）は、着色部分が金属製の構造体１２を示し、背景が基体１１を示しているが、その反転構造で、着色部分が基体１１を示し、背景が金属製の構造体１２を示す構成であってもよい。

　また、選択波長反射体１０においては、図２（ｄ）および（ｅ）に示すように、同じ形状で向きが異なる金属製の構造体１２が組み合わされていてもよく、図２（ｂ）および（ｆ）に示すように、同じ形状でサイズが異なる金属製の構造体１２が組み合わされていてもよく、形状自体が異なる金属製の構造体１２が組み合わされていてもよい。図２（ａ）～（ｆ）に示すように、選択波長反射体１０においては、単位パターン１３が縦方向および横方向にそれぞれ規則的に配置されている。

　選択波長反射体１０は、半導体微細加工技術またはナノインプリント技術を利用して、例えば、図３に示す方法で製造することができる。すなわち、まず、図３（ａ）に示す透明なＳｉＯ_２製の基板から成る基体１１の表面に、図３（ｂ）に示すように、スパッタリングにより、金属製の構造体１２の材料であるＡｕ膜、Ａｇ膜、Ｃｕ膜、またはＡｌ膜から成る金属膜２１を成膜する。このとき、ＡｕとＳｉＯ_２、ＡｇとＳｉＯ_２との接着力が弱いため、Ａｕ膜やＡｇ膜を成膜する際には、基体１１の表面に、ＡｕやＡｇをＳｉＯ_２に接着させるためのＣｒ膜、Ｔｉ膜またはＩＴＯ膜を薄く成膜した後、Ａｕ膜やＡｇ膜を成膜してもよい。金属膜２１の成膜後、図３（ｃ）に示すように、金属膜２１の表面に、レジスト２２を塗布する。

　レジスト２２を塗布した後、図３（ｄ）に示すように、電子ビーム（ＥＢ）パターニングにより、電子ビームでレジスト２２を一部露光し、現像工程を経て、残ったレジスト２２で所望のパターンを形成する。このとき、残ったレジスト２２で形成されるパターンは、図２（ａ）～（ｆ）に示すような、金属製の構造体１２の平面形状のパターンである。なお、図３（ｃ）～（ｄ）では、ポリマーを塗布後、モールドを用いてパターニングするナノインプリント技術を用いて、所望のパターンを形成してもよい。パターニングの後、図３（ｅ）に示すように、金属膜２１（Ａｕ膜やＡｇ膜の下に、Ｃｒ膜、Ｔｉ膜またはＩＴＯ膜がある場合にはその膜も）をエッチングし、さらに図３（ｆ）に示すように、レジスト２２を除去する。

　こうして、基体１１の表面に金属製の構造体１２が設けられた選択波長反射体１０を製造することができる。このように、選択波長反射体１０は、半導体微細加工技術またはナノインプリント技術を利用して製造することができ、大面積のものでも安価に製造することができる。

　選択波長反射体１０は、単位パターン１３中の金属製の構造体１２の形状やサイズを調整することにより、任意の波長を反射させたり透過させたりすることができ、波長選択性に優れている。また、金属製の構造体１２の形状やサイズを細かく調整することにより、選択した波長の光の反射率を高めるとともに、その選択波長以外の波長での透過率を高めることができる。また、そのような単位パターン１３を規則的に並べて配置するため、ランダムに配置する場合と比べて、高精度で選択波長の最適化を行うことができる。

　このように、選択波長反射体１０は、メタマテリアルの考えに基づき、所望の波長の光を反射したり透過したりするよう、最適な設計を行うことができる。選択波長反射体１０は、金属製の構造体１２が、メタマテリアルの材料として一般的に使用されている金、銀、銅またはアルミニウムから成っているため、反射させる波長の反射率を効果的に高めるとともに、その波長の透過率を効果的に低下させることができる。また、透過させる波長の透過率を効果的に高めるとともに、その波長の反射率を効果的に低下させることができる。

　選択波長反射体１０は、例えば、建築物や自動車の窓として利用することができる。このとき、金属製の構造体１２が格子状（図１および図２（ａ）の反転構造）、または、独立した所定の形の穴を有する形状（図２（ｂ）～（ｆ）の反転構造）を成している場合、金属製の構造体１２に通電して加熱することができ、窓に付着した曇り、霜、氷などを除去することができる。

　なお、選択波長反射体１０は、基体１１の表面側または裏面側に、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）から成る膜を有していてもよい。この場合、単位パターン１３で近赤外線領域の波長を選択的に反射するよう構成することにより、近赤外線領域から赤外線領域までの反射率を高めることができる。

　以下、単位パターン１３の金属製の構造体１２が＋形状（図１または図２（ｃ）の構造）または＋形の穴（図２（ａ）の構造または図２（ｃ）の反転構造）を成す選択波長反射体１０について、金属製の構造体１２が、隣り合う単位パターン１３同士で接続せずに、単位パターン１３ごとに独立した形状（以下、「クロス構造」と呼ぶ）、および、隣り合う単位パターン１３同士で接続して格子状を成す形状（以下、「メッシュ構造」と呼ぶ）に対して、シミュレーションを行った。

　シミュレーションでは、金属製の構造体１２のサイズを変化させて、反射率（０次反射）および透過率（０次透過）の波長依存性について計算を行った。なお、シミュレーションでは、基体１１はＳｉＯ_２製の透明な薄い板から成り、金属製の構造体１２が金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、またはアルミニウム（Ａｌ）から成るものとした。

［クロス構造のシミュレーション］
　ここでは、図４（ａ）および（ｂ）に示す＋形の穴（図２（ｃ）の反転構造の場合）、および、図４（ｃ）および（ｄ）に示す＋形（図２（ｃ）の構造の場合）の、縦線および横線の幅をｗ、縦線および横線の長さをｌ、基体１１からの高さをｈとする。また、基体１１の表面に沿った単位パターン１３の形状が正方形を成し、その一辺の長さをΛとする。また、基体１１の表面に対する光の入射角度（基体１１の表面の法線に対する角度）をθとする。なお、以下のシミュレーションでは、透過率および反射率には、ｐ偏光とｓ偏光の平均値、すなわち、（ｐ偏光の透過率または反射率＋ｓ偏光の透過率または反射率）／２　の値を用いている。

［シミュレーションの実施例１］
　金属製の構造体１２が金（Ａｕ）製で、＋形の穴を成し（図２（ｃ）の反転構造、図４（ａ）および（ｂ）参照）、ｗ＝３０ｎｍ、ｌ＝２４０ｎｍ、ｈ＝２０ｎｍ、Λ＝３６０ｎｍ、θ＝０°の場合のシミュレーション結果を、図５に示す。図５に示すように、近赤外線領域の７８０ｎｍ乃至１１００ｎｍでの特定の波長の光の反射率が高く、最大反射率が約８５％であり、透過率が数％以下まで低下していることが確認された。また、可視光領域の３５０ｎｍ乃至７８０ｎｍでの光の透過率が高く、最大透過率が約５０％であり、反射率が２０％程度まで低下していることが確認された。

　また、７８０ｎｍ乃至１４００ｎｍの波長の光の反射エネルギー量が、２０．２Ｗ／ｍ^２であり、７８０ｎｍ乃至２５００ｎｍの波長の光の反射エネルギー量が、２５．６Ｗ／ｍ^２であった。

［シミュレーションの実施例２］
　金属製の構造体１２が金（Ａｕ）製で、＋形の穴を成し（図２（ｃ）の反転構造、図４（ａ）および（ｂ）参照）、ｗ＝３０ｎｍ、ｌ＝２００～３００ｎｍ、ｈ＝１４０ｎｍ、Λ＝３６０ｎｍ、θ＝０°の場合、および、ｗ＝４０～１００ｎｍ、ｌ＝２４０ｎｍ、ｈ＝１４０ｎｍ、Λ＝３６０ｎｍ、θ＝０°の場合のシミュレーション結果を、それぞれ図６（ａ）および（ｂ）に示す。図６（ａ）および（ｂ）に示すように、近赤外線領域の７８０ｎｍ乃至１１００ｎｍでの特定の波長の光の透過率が最大で２０％～４５％と高く、可視光領域の３５０ｎｍ乃至７８０ｎｍでの光の透過率が５％以下まで低下していることが確認された。

　また、図６（ａ）に示すように、ｌを大きくするに従って、透過する光の波長が長くなるとともに、最大透過率および透過エネルギーも大きくなることが確認された。また、図６（ｂ）に示すように、ｗを小さくするに従って、透過する光の波長が長くなることが確認された。

［シミュレーションの実施例３］
　金属製の構造体１２が金（Ａｕ）製で、＋形を成し（図２（ｃ）の構造、図４（ｃ）および（ｄ）参照）、ｗ＝３０ｎｍ、ｌ＝２４０ｎｍ、ｈ＝６０～１４０ｎｍ、Λ＝３６０ｎｍ、θ＝０°の場合のシミュレーション結果を、図７（ａ）および（ｂ）に示す。図７（ａ）および（ｂ）に示すように、近赤外線領域の７８０ｎｍ乃至１１００ｎｍでの特定の波長の光の反射率が高く、最大反射率が約６５～７０％であり、透過率が１０％以下まで低下していることが確認された。また、可視光領域の３５０ｎｍ乃至７８０ｎｍでの光の透過率が高く、最大透過率が約７０～９０％であり、反射率が概ね１０％以下であることが確認された。

　また、ｈの値が大きくなるに従って、最大反射率および最小透過率を示す波長が、近赤外線領域の７８０ｎｍ乃至１１００ｎｍの中で短波長側に移動し、その最大反射率の値がやや大きくなっていくことが確認された。また、７８０ｎｍ乃至１４００ｎｍの波長の光の反射エネルギー量が、ｈ＝６０ｎｍのとき９．５Ｗ／ｍ^２、ｈ＝１００ｎｍのとき１２．２Ｗ／ｍ^２、ｈ＝１４０ｎｍのとき１３．３Ｗ／ｍ^２であった。また、７８０ｎｍ乃至２５００ｎｍの波長の光の反射エネルギー量が、ｈ＝６０ｎｍのとき１０．２Ｗ／ｍ^２、ｈ＝１００ｎｍのとき１２．９Ｗ／ｍ^２、ｈ＝１４０ｎｍのとき１３．４Ｗ／ｍ^２であった。

［シミュレーションの実施例４］
　金属製の構造体１２が金（Ａｕ）製で、＋形を成し（図２（ｃ）の構造、図４（ｃ）および（ｄ）参照）、ｗ＝３０ｎｍ、ｌ＝２４０ｎｍ、ｈ＝６０ｎｍ、Λ＝３６０ｎｍ、θ＝０°～６０°の場合のシミュレーション結果を、図８（ａ）および（ｂ）に示す。図８（ａ）および（ｂ）に示すように、近赤外線領域およびその近傍の７８０ｎｍ乃至１４００ｎｍでの特定の波長の光の反射率が高く、最大反射率が６０％以上であり、透過率が１０％以下まで低下していることが確認された。また、可視光領域の３５０ｎｍ乃至７８０ｎｍでの光の透過率が高く、最大透過率が約７５～９０％であり、反射率が概ね１５％以下であることが確認された。また、図８（ｂ）に示すように、可視光領域の３５０ｎｍ乃至７８０ｎｍでの光の透過率がほぼ平坦になっており、可視光領域の光をほぼ均一に透過することが確認された。

［シミュレーションの実施例５］
　金属製の構造体１２が銀（Ａｇ）製で、＋形を成し（図２（ｃ）の構造、図４（ｃ）および（ｄ）参照）、ｗ＝３０ｎｍ、ｌ＝２４０ｎｍ、ｈ＝６０ｎｍ、Λ＝３６０ｎｍ、θ＝０°～６０°の場合のシミュレーション結果を、図９（ａ）および（ｂ）に示す。図９（ａ）および（ｂ）に示すように、近赤外線領域およびその近傍の７８０ｎｍ乃至１２００ｎｍでの特定の波長の光の反射率が高く、最大反射率が６５％以上であり、透過率が５％程度まで低下していることが確認された。また、可視光領域の３５０ｎｍ乃至７８０ｎｍでの光の透過率が高く、最大透過率が約７５～９０％であり、反射率が概ね２０％以下であることが確認された。また、７８０ｎｍ乃至１４００ｎｍの波長の光の反射エネルギー量が、１１．２Ｗ／ｍ^２であり、７８０ｎｍ乃至２５００ｎｍの波長の光の反射エネルギー量が、１１．８Ｗ／ｍ^２であった。

［シミュレーションの実施例６］
　金属製の構造体１２がアルミニウム（Ａｌ）製で、＋形を成し（図２（ｃ）の構造、図４（ｃ）および（ｄ）参照）、ｗ＝３０ｎｍ、ｌ＝２４０ｎｍ、ｈ＝６０ｎｍ、Λ＝３６０ｎｍ、θ＝０°～６０°の場合のシミュレーション結果を、図１０（ａ）および（ｂ）に示す。図１０（ａ）および（ｂ）に示すように、θ＝０°～４０°では、近赤外線領域と可視光領域との境界付近で、最も光の反射率が高くなっており、最大反射率が約３５～４０％であることが確認された。また、近赤外線領域の７８０ｎｍ乃至１１００ｎｍでの光の反射率が全体的に高く、透過率が全体的に低いことが確認された。また、可視光領域の３５０ｎｍ乃至７８０ｎｍでの光の透過率が高く、最大透過率が約６０～８０％であり、反射率が１５％以下まで低下していることが確認された。また、θの値が大きくなるに従って、その最大反射率の値が約４０％から約３５％まで小さくなっていき、最小透過率の値はやや大きくなっていくことが確認された。

　図８～図１０を比較すると、同じ条件では、近赤外線領域の反射率は、高い順に、銀、金、アルミニウムであることが確認された。また、可視光領域の透過率は、銀と金では全体的に高いが、θの値が大きくなるに従って低下しており、アルミニウムでは近赤外線領域に近い波長領域で低くなっていることが確認された。

［シミュレーションの実施例７］
　金属製の構造体１２がアルミニウム（Ａｌ）製で、＋形を成し（図２（ｃ）の構造、図４（ｃ）および（ｄ）参照）、ｗ＝８０ｎｍ、ｌ＝３６０ｎｍ、ｈ＝６０ｎｍ、Λ＝４５０ｎｍ、θ＝０°～６０°の場合のシミュレーション結果を、図１１（ａ）および（ｂ）に示す。図１１（ａ）および（ｂ）に示すように、近赤外線領域およびその近傍の７８０ｎｍ乃至１４００ｎｍでの光の反射率が高くなっており、最大反射率が約７０％以上であり、透過率が１０％以下まで低下していることが確認された。また、可視光領域の３５０ｎｍ乃至７８０ｎｍでの光の透過率が高く、最大透過率が約５０～７０％であり、反射率が概ね２０％以下であることが確認された。また、同じＡｌ製の図１０の結果と比較すると、ｗ、ｌ、Λのサイズが大きくなると、最大反射率の値が大きく、最小透過率の値が小さくなると共に、最大反射率および最小透過率を示す波長が大きくなることが確認された。

［シミュレーションの実施例８］
　金属製の構造体１２が金（Ａｕ）製で、＋形を成し（図２（ｃ）の構造、図４（ｃ）および（ｄ）参照）、ｋおよびｐをパラメータとして、ｗ＝ｋ（ｎｍ）、ｌ＝ｐ×ｋ（ｎｍ）、ｈ＝６０ｎｍ、Λ＝１．５×ｌ（ｎｍ）、θ＝０°とする。このとき、ｋ＝１０～３０、ｐ＝８（ｗ＝ｋ＝１０～３０ｎｍ、ｌ＝８ｋ＝８０～２４０ｎｍ、ｈ＝６０ｎｍ、Λ＝１２ｋ＝１２０～３６０ｎｍ、θ＝０°）の場合のシミュレーション結果を、図１２（ａ）および（ｂ）に示す。また、ｋ＝３０、ｐ＝１～１２（ｗ＝ｋ＝３０ｎｍ、ｌ＝３０ｐ＝３０～３６０ｎｍ、ｈ＝６０ｎｍ、Λ＝４５ｐ＝４５～５４０ｎｍ、θ＝０°）の場合のシミュレーション結果を、図１３（ａ）および（ｂ）に示す。なお、図８が、ｋ＝３０、ｐ＝８の場合のシミュレーション結果を示している。

　図１２（ａ）および（ｂ）に示すように、ｋの値が大きくなるに従って、最大反射率および最小透過率を示す特定の波長が、近赤外線領域の７８０ｎｍ乃至１１００ｎｍの中で長波長側に移動し、その最大反射率の値が約４０％から約６５％まで大きくなっていき、最小透過率の値が約２０％から約５％まで小さくなっていくことが確認された。この結果から、ｋの値を調製することにより、反射させる波長の範囲および反射率を任意に設定することができるといえる。

　また、図１３（ａ）および（ｂ）に示すように、ｐの値が大きくなるに従って、最大反射率および最小透過率を示す特定の波長が、可視光領域から近赤外線領域およびその近傍までの６００ｎｍ乃至１５００ｎｍの中で長波長側に移動し、その最大反射率の値が約２５％から約６５％の間で変化し、最小透過率の値が約３０％から約５％の間で変化することが確認された。特に、ｐ＝４～１２のとき、最大反射率が約５０％以上と高く、最小透過率が約１０％以下と低下することが確認された。この結果から、ｋの値だけでなく、ｐの値を調整することによっても、反射させる波長の範囲および反射率を任意に設定することができるといえる。

［シミュレーションの実施例９］
　図１４（ａ）に示すように、金属製の構造体１２が金（Ａｕ）製で、＋形を成し（図２（ｃ）の構造、図４（ｃ）および（ｄ）参照）、ｗ＝３０ｎｍ、ｌ＝２４０ｎｍ、ｈ＝６０ｎｍ、Λ＝３６０ｎｍの選択波長反射体１０を２枚積層したときの、θ＝０°の場合のシミュレーション結果を、図１４（ｂ）および（ｃ）に示す。基体１１に挟まれた金属製の構造体１２の隙間には、基体１１の材質と同じＳｉＯ_２を充填している。また、基体１１の厚みｄを、ｄ＝２０ｎｍとした。なお、比較のため、同じサイズで、選択波長反射体１０が１層のもの（図８（ａ）および（ｂ）のθ＝０°のもの）のシミュレーション結果も図中に示す。図１４（ｂ）および（ｃ）に示すように、近赤外線領域の７８０ｎｍ乃至１１００ｎｍでの特定の波長の光の反射率が、選択波長反射体１０が１層のときよりも、２層のときの方が大きくなることが確認された。

　また、７８０ｎｍ乃至１４００ｎｍの波長の光の反射エネルギー量が、１層のとき９．５Ｗ／ｍ^２であり、２層のとき１２．２Ｗ／ｍ^２であった。また、７８０ｎｍ乃至２５００ｎｍの波長の光の反射エネルギー量が、１層のとき１０．２Ｗ／ｍ^２であり、２層のとき１３．２Ｗ／ｍ^２であった。これらの結果から、選択波長反射体１０を複数積層し、その層の数を増やすことにより、反射率を高めることができるといえる。

［シミュレーションの実施例１０］
　図１５（ａ）に示すように、金属製の構造体１２が金（Ａｕ）製で、＋形を成し（図２（ｃ）の構造、図４（ｃ）および（ｄ）参照）、その金属製の構造体１２を単位パターン１３の中に２行２列で４つ形成したものについて、シミュレーションを行った。４つの金属製の構造体１２のうち、対角に位置するもの２つずつを組とし、各組の金属製の構造体１２を同じサイズとした。すなわち、１組目の金属製の構造体１２を、ｗ_１＝２０ｎｍ、ｌ_１＝１６０ｎｍ、ｈ＝６０ｎｍとし、２組目の金属製の構造体１２を、ｗ_２＝２５ｎｍ、ｌ_２＝２００ｎｍ、ｈ＝６０ｎｍとした。また、Λ＝２７０ｎｍ、θ＝０°～６０°とした。このときのシミュレーション結果を、図１５（ｂ）および（ｃ）に示す。

　図１５（ｂ）および（ｃ）に示すように、最大反射率および最低透過率を示すピークが複数になっており、金属製の構造体１２のサイズが１種類の場合（例えば、図８参照）と比べると、反射率が高く透過率が低い波長領域の幅が広くなっていることが確認された。また、近赤外線領域の７８０ｎｍ乃至１１００ｎｍでの光の反射率が高く、最大反射率が約５０％程度であり、透過率が約２０％からそれ以下まで低下していることが確認された。また、可視光領域の３５０ｎｍ乃至７８０ｎｍでの光の透過率が高く、最大透過率が約７０～８５％であり、反射率が概ね２０％以下であることが確認された。また、可視光領域では、θの値が大きくなるに従って、透過率が低下しており、透過光が赤色に近くなっていくことが確認された。

［シミュレーションの実施例１１］
　図１５（ａ）に示すものと同様の２行２列のパターンで、１組目の金属製の構造体１２を、ｗ_１＝４０ｎｍ、ｌ_１＝２００ｎｍ、ｈ＝８０ｎｍとし、２組目の金属製の構造体１２を、ｗ_２＝５０ｎｍ、ｌ_２＝２６０ｎｍ、ｈ＝８０ｎｍとし、Λ＝３００～３８０ｎｍ、θ＝０°のときのシミュレーション結果を、図１６（ａ）および（ｂ）に示す。図１６（ａ）および（ｂ）に示すように、図１５と同様に、最大反射率および最低透過率を示すピークが複数になっていることが確認された。また、近赤外線領域およびその近傍の７８０ｎｍ乃至１２００ｎｍでの光の反射率が高く、最大反射率が約５０～６５％程度であり、透過率が約１０％程度まで低下していることが確認された。また、可視光領域の３５０ｎｍ乃至７８０ｎｍでの光の透過率が高く、最大透過率が約８０％であり、反射率が１０％以下まで低下していることが確認された。

　また、同じＡｕ製の図１５の結果と比較すると、ｗ、ｌ、Λのサイズが大きくなると、反射率が高く透過率が低い波長領域の幅がさらに広くなると共に、最大反射率が大きくなることが確認された。また、Λのサイズによって、最大反射率および最低透過率を示すピークの数が変化することが確認された。

［シミュレーションの実施例１２］
　図１５（ａ）に示すものと同様の２行２列のパターンで、１組目の金属製の構造体１２を、ｗ_１＝４０ｎｍ、ｌ_１＝２００ｎｍ、ｈ＝６０ｎｍとし、２組目の金属製の構造体１２を、ｗ_２＝５０ｎｍ、ｌ_２＝２６０ｎｍ、ｈ＝６０ｎｍとし、Λ＝３００ｎｍ、θ＝０°～６０°のときのシミュレーション結果を、図１７（ａ）および（ｂ）に示す。図１７（ａ）および（ｂ）に示すように、図１５と同様に、最大反射率および最低透過率を示すピークが複数になっていることが確認された。また、近赤外線領域およびその近傍の７８０ｎｍ乃至１２００ｎｍでの光の反射率が高く、最大反射率が約５０～６５％程度であり、透過率が約１０％程度まで低下していることが確認された。また、可視光領域の３５０ｎｍ乃至７８０ｎｍでの光の透過率が高く、最大透過率が約７０％であり、反射率が２０％以下まで低下していることが確認された。

　また、同じＡｕ製の図１５の結果と比較すると、ｗ、ｌ、Λのサイズが大きくなると、反射率が高く透過率が低い波長領域の幅がさらに広くなると共に、最大反射率が大きくなることが確認された。また、７８０ｎｍ乃至１４００ｎｍの波長の光の反射エネルギー量が、１１．５Ｗ／ｍ^２であり、７８０ｎｍ乃至２５００ｎｍの波長の光の反射エネルギー量が、１２．９Ｗ／ｍ^２であった。また、可視光領域では、θの値が大きくなるに従って、透過率が低下しており、透過光が赤色に近くなっていくことが確認された。

［シミュレーションの実施例１３］
　図１５（ａ）に示すものと同様の２行２列のパターンで、１組目の金属製の構造体１２を、ｗ_１＝７０ｎｍ、ｌ_１＝２４０ｎｍ、ｈ＝６０ｎｍとし、２組目の金属製の構造体１２を、ｗ_２＝９０ｎｍ、ｌ_２＝２８０ｎｍ、ｈ＝６０ｎｍとし、Λ＝３５０ｎｍ、θ＝０°～６０°のときのシミュレーション結果を、図１８（ａ）および（ｂ）に示す。図１８（ａ）および（ｂ）に示すように、図１５と同様に、最大反射率および最低透過率を示すピークが複数になっていることが確認された。また、近赤外線領域およびその近傍の７８０ｎｍ乃至１２００ｎｍでの光の反射率が高く、最大反射率が約６０～７０％程度であり、透過率が約５％程度まで低下していることが確認された。また、可視光領域の３５０ｎｍ乃至７８０ｎｍでの光の透過率が高く、最大透過率が約５０～７０％であり、反射率が２０％以下まで低下していることが確認された。

　また、同じＡｕ製の図１５の結果と比較すると、ｗ、ｌ、Λのサイズが大きくなると、反射率が高く透過率が低い波長領域の幅がさらに広くなるが、図１７の結果と比較すると、ｗ、ｌ、Λのサイズが大きくなっても、反射率が高く透過率が低い波長領域の幅はほとんど変化しないことが確認された。また、図１５および図１７の結果と比較すると、ｗ、ｌ、Λのサイズが大きくなると、最大反射率が大きくなることが確認された。

［シミュレーションの実施例１４］
　図１５（ａ）に示すものと同様の２行２列のパターンで、金属製の構造体１２が銀（Ａｇ）製で、１組目の金属製の構造体１２を、ｗ_１＝４０ｎｍ、ｌ_１＝２００ｎｍ、ｈ＝６０ｎｍとし、２組目の金属製の構造体１２を、ｗ_２＝５０ｎｍ、ｌ_２＝２６０ｎｍ、ｈ＝６０ｎｍとし、Λ＝３００ｎｍ、θ＝０°のときのシミュレーション結果を、図１９に示す。図１９に示すように、Ａｇ製の場合もＡｕ製の場合と同様に、最大反射率および最低透過率を示すピークが複数になっていることが確認された。また、近赤外線領域およびその近傍の７８０ｎｍ乃至１２００ｎｍでの光の反射率が高く、最大反射率が約７０％程度であり、透過率が１０％以下まで低下していることが確認された。また、可視光領域の３５０ｎｍ乃至７８０ｎｍでの光の透過率が高く、最大透過率が約８０％であり、反射率が１０％以下まで低下していることが確認された。

　また、同じ条件でのＡｕ製の結果を示す図１７と比較すると、反射率が高く透過率が低い波長領域はほぼ同じ範囲であるが、最大反射率の値が大きくなっていることが確認された。また、７８０ｎｍ乃至１４００ｎｍの波長の光の反射エネルギー量が、１２．１Ｗ／ｍ^２であり、７８０ｎｍ乃至２５００ｎｍの波長の光の反射エネルギー量が、１３．４Ｗ／ｍ^２であった。

［シミュレーションの実施例１５］
　図１５（ａ）に示すものと同様の２行２列のパターンで、金属製の構造体１２が金（Ａｕ）製で、１組目の金属製の構造体１２を、ｗ_１＝４０ｎｍ、ｌ_１＝２００ｎｍ、ｈ＝６０ｎｍとし、２組目の金属製の構造体１２を、ｗ_２＝５０ｎｍ、ｌ_２＝２６０ｎｍ、ｈ＝６０ｎｍとし、Λ＝３００ｎｍ、θ＝０°とし、各金属製の構造体１２と基体１１との間に、接着用の膜を１ｎｍ～１０ｎｍの厚さで成膜したときのシミュレーション結果を、図２０および図２１に示す。接着用の膜がＴｉ膜の場合を、図２０（ａ）および（ｂ）に、接着用の膜がＣｒ膜の場合を、図２１（ａ）および（ｂ）に示す。

　図２０および図２１に示すように、Ｔｉ膜またはＣｒ膜を有する以外は同じ条件での結果を示す図１７と比較すると、反射率が高く透過率が低い波長領域はほぼ同じ範囲であり、Ｔｉ膜またはＣｒ膜の厚みが１ｎｍおよび２ｎｍの場合には、反射率および透過率ともに、Ｔｉ膜またはＣｒ膜がない場合とほとんど同じ値を示すことが確認された。また、さらにＴｉ膜またはＣｒ膜が厚くなると、Ｔｉ膜またはＣｒ膜の厚みが大きくなるに従って、近赤外線領域およびその近傍の７８０ｎｍ乃至１２００ｎｍでの反射率の低下量および透過率の上昇量が大きくなると共に、可視光領域の３５０ｎｍ乃至７８０ｎｍおよび１２００ｎｍより高波長側での反射率の上昇量および透過率の低下量が大きくなることが確認された。また、図２０のＴｉ膜と図２１のＣｒ膜とを比較すると、Ｃｒ膜の方が反射率および透過率の変化量が若干大きいことが確認された。なお、これらの結果は、図示していないが、光の入射角度θが０°より大きく６０°以下の場合にも認められることが確認されている。これらの結果から、接着用の膜は、厚みが２～３ｎｍ以下と薄い方が好ましく、Ｃｒ膜よりもＴｉ膜の方が好ましいといえる。

［シミュレーションの実施例１６］
　図２２（ａ）に示すように、金属製の構造体１２が金（Ａｕ）製で、＋形を成し（図２（ｃ）の構造、図４（ｃ）および（ｄ）参照）、その金属製の構造体１２を、単位パターン１３の中に３行３列で９つ形成したものについて、シミュレーションを行った。金属製の構造体１２のサイズを３種類とし、各種類を各行および各列にそれぞれ１つずつ配置した。１種類目の金属製の構造体１２を、ｗ_１＝２０ｎｍ、ｌ_１＝１６０ｎｍ、ｈ＝６０ｎｍとし、２種類目の金属製の構造体１２を、ｗ_２＝２５ｎｍ、ｌ_２＝２００ｎｍ、ｈ＝６０ｎｍとし、３種類目の金属製の構造体１２を、ｗ_３＝３０ｎｍ、ｌ_３＝２４０ｎｍ、ｈ＝６０ｎｍとした。また、Λ＝３００ｎｍ、θ＝０°～６０°とした。このときのシミュレーション結果を、図２２（ｂ）および（ｃ）に示す。

　図２２（ｂ）および（ｃ）に示すように、最大反射率および最低透過率を示すピークが複数になっており、金属製の構造体１２のサイズが１種類の場合（例えば、図８参照）および２種類の場合（例えば、図１５参照）と比べると、反射率が高く透過率が低い波長領域の幅が広くなっていることが確認された。また、近赤外線領域およびその近傍の７８０ｎｍ乃至１３００ｎｍでの光の反射率が高く、最大反射率が約４５％であり、透過率が約２０％以下まで低下していることが確認された。また、可視光領域の３５０ｎｍ乃至７８０ｎｍでの光の透過率が高く、最大透過率が約７５～８５％であり、反射率が概ね１５％以下であることが確認された。また、可視光領域では、θの値が大きくなるに従って、透過率が低下しており、透過光が赤色に近くなっていくことが確認された。

　図２３（ａ）および（ｂ）に、金属製の構造体１２のサイズの種類が１種類の場合、２種類の場合（図１５）、３種類の場合（図２２）の、θ＝０°のときの反射率および透過率の結果をまとめて示す。なお、サイズが１種類の場合は、ｗ＝２０ｎｍ、ｌ＝１６０ｎｍ、ｈ＝６０ｎｍ、Λ＝２４０ｎｍとした。図２３（ａ）および（ｂ）に示すように、金属製の構造体１２のサイズの種類が増えるに従って、反射率が高く透過率が低い波長領域の幅が広くなっていることが明確にわかる。また、７８０ｎｍ乃至１４００ｎｍの波長の光の反射エネルギー量が、サイズが１種類のとき８．６Ｗ／ｍ^２であり、サイズが２種類のとき９．３Ｗ／ｍ^２であり、サイズが３種類のとき８．４Ｗ／ｍ^２であった。また、７８０ｎｍ乃至２５００ｎｍの波長の光の反射エネルギー量が、サイズが１種類のとき９．０Ｗ／ｍ^２であり、サイズが２種類のとき９．９Ｗ／ｍ^２であり、サイズが３種類のとき９．０Ｗ／ｍ^２であった。

［メッシュ構造のシミュレーション］
　ここでは、図１に示すように、格子の内側が正方形であり、格子の線の幅をａ、１つの格子の一辺の長さ（互いに平行で隣り合う線の中心間の距離）をｇ、基体１１からの格子の高さをｔとする。また、光は、基体１１の表面に対して常に垂直方向から入射するものとした。なお、この場合、基体１１の表面に沿った単位パターン１３の形状は正方形となり、その一辺の長さをΛとすると、Λ＝ｇとなる。

［シミュレーションの実施例１７］
　金属製の構造体１２が金（Ａｕ）製で、格子状を成し（図１の構造および図２（ａ）の反転構造）、ａ＝１００ｎｍ、ｇ＝４５０ｎｍ、ｔ＝１００～２００ｎｍの場合のシミュレーション結果を、図２４に示す。図２４に示すように、近赤外線領域の７８０ｎｍ乃至２５００ｎｍでの光の反射率が全体的に高く、最大反射率が約４５～７５％であり、透過率が２０～５０％程度まで低下していることが確認された。また、可視光領域の３５０ｎｍ乃至７８０ｎｍでの光の透過率が高く、最大透過率が約７０～８５％であり、反射率が１０％以下まで低下していることが確認された。

　また、ｔの値が大きくなるに従って、近赤外線領域で、反射率が全体的に高くなり、透過率が全体的に低下することが確認された。また、７８０ｎｍ乃至１４００ｎｍの波長の光の反射エネルギー量が、ｔ＝１００ｎｍのとき１０．３Ｗ／ｍ^２であり、ｔ＝１５０ｎｍのとき１５．０Ｗ／ｍ^２であり、ｔ＝２００ｎｍのとき１７．７Ｗ／ｍ^２であった。また、７８０ｎｍ乃至２５００ｎｍの波長の光の反射エネルギー量が、ｔ＝１００ｎｍのとき１４．５Ｗ／ｍ^２であり、ｔ＝１５０ｎｍのとき２１．１Ｗ／ｍ^２であり、ｔ＝２００ｎｍのとき２５．０Ｗ／ｍ^２であった。

［シミュレーションの実施例１８］
　金属製の構造体１２が金（Ａｕ）製で、格子状を成し（図１の構造および図２（ａ）の反転構造）、ａ＝１４０～１６０ｎｍ、ｇ＝ａ×４（５６０～６４０ｎｍ）、ｔ＝２００ｎｍの場合のシミュレーション結果を、図２５に示す。図２５に示すように、近赤外線領域の７８０ｎｍ乃至１１００ｎｍでの光の透過率が高く、最大透過率が約７０～８０％であり、反射率が１０％程度まで低下していることが確認された。また、可視光領域の３５０ｎｍ乃至７８０ｎｍでは、光の透過率も反射率も低く、ほぼ２０％以下になっていることが確認された。

　また、近赤外線領域の長波長側の１１００ｎｍ乃至２５００ｎｍでの光の反射率が全体的に高く、波長が長くなるに従って、反射率が増加し、最大反射率が約９０％以上になるとともに、透過率は減少し、最大透過率が５％程度以下になることが確認された。また、ａおよびｇの値が大きくなるに従って、反射率曲線および透過率曲線ともに、全体的に長波長側にシフトしていくことが確認された。

［シミュレーションの実施例１９］
　金属製の構造体１２が金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）またはアルミニウム（Ａｌ）製で、格子状を成し（図１の構造および図２（ａ）の反転構造）、ａ＝１００ｎｍ、ｇ＝４００ｎｍ、ｔ＝２００ｎｍの場合のシミュレーション結果を、図２６に示す。図２６に示すように、金、銀、アルミニウムともに、近赤外線領域の７８０ｎｍ乃至１０００ｎｍでの光の反射率が全体的に高く、反射率が概ね約６０％以上であり、透過率が約３０％以下であることが確認された。この領域での反射率は、アルミニウムと銀が、金よりもやや高くなっていることが確認された。

　また、可視光領域の４００ｎｍ乃至７８０ｎｍでの光の透過率が高く、最大透過率が約８０～９０％であり、反射率が数％以下まで低下していることが確認された。この領域での透過率は、高い順に、銀、金、アルミニウムであることが確認された。また、金属製の構造体１２が金（Ａｕ）製のとき、７８０ｎｍ乃至１４００ｎｍの波長の光の反射エネルギー量が、２２．５Ｗ／ｍ^２であり、７８０ｎｍ乃至２５００ｎｍの波長の光の反射エネルギー量が、３０．５Ｗ／ｍ^２であった。

　以上のシミュレーション結果のうち、シミュレーションの実施例１（図５参照）、実施例３～１７（図７～図１２、図１４～図２４参照）、実施例１９（図２６参照）の選択波長反射体１０は、近赤外線領域の７８０ｎｍ乃至１１００ｎｍの波長を選択的に反射するのと同時に、３５０ｎｍ乃至７８０ｎｍの波長の可視光に対しては高い透過性を有している。このため、これらの選択波長反射体１０は、近赤外線反射フィルタとして使用することができ、建築物や自動車の窓として利用すると、夏場の太陽光による屋内や車内の温度上昇を防ぐことができ、エアコンなどの消費電力を抑えて、節電や省エネルギーに寄与することができる。

　また、シミュレーションの実施例２（図６参照）の選択波長反射体１０は、可視光領域の３５０ｎｍ乃至７８０ｎｍの波長を選択的に反射するのと同時に、７８０ｎｍ乃至１１００ｎｍの波長の近赤外線に対しては高い透過性を有している。このため、これらの選択波長反射体１０は、近赤外線透過フィルタとして使用することができ、建築物や工場の窓として使用すると、室内の照明の可視光は室内に反射させ、室内にこもった熱を効率的に室外に排出することができる。

　また、シミュレーションの実施例１８（図２５参照）の選択波長反射体１０は、近赤外線領域の長波長側の１１００ｎｍ乃至２５００ｎｍの波長を選択的に反射するのと同時に、近赤外線領域の短波長側の７８０ｎｍ乃至１１００ｎｍでの光に対しては高い透過性を有している。このように、選択波長反射体１０は、金属製の構造体１２の形状やサイズを調整することにより、任意の波長を反射させたり透過させたりすることができる。

　また、シミュレーションの実施例４（図８参照）、５（図９参照）、７（図１１参照）、１０（図１５参照）、１２（図１７参照）、１３（図１８参照）、１６（図２２参照）の選択波長反射体１０は、可視光領域で、θの値が大きくなるに従って、透過率が低下している。このことから、これらの選択波長反射体１０は、携帯電話やパソコン、テレビ等のディスプレイの覗き見防止フィルタ等として使用すると効果的であると考えられる。

　図３に示す方法で選択波長反射体１０を製造し、反射率および透過率の測定を行った。図２７に示すように、製造した選択波長反射体１０は、基板１１が透明なＳｉＯ_２製であり、金属製の構造体１２がアルミニウム（Ａｌ）製で、＋形を成している（図２（ｃ）の構造、図４（ｃ）および（ｄ）参照）。また、選択波長反射体１０は、基板１１の表面の１．５ｍｍ×１．５ｍｍの４つの領域に、それぞれ金属製の構造体１２を有する複数の単位パターン１３を規則的に並べて配置している。選択波長反射体１０は、図２７の左の領域から順に、金属製の構造体１２のサイズが、（ｗ、ｌ）＝（６０ｎｍ、３４０ｎｍ）、（７０ｎｍ、３５０ｎｍ）、（８０ｎｍ、３６０ｎｍ）、（９０ｎｍ、３７０ｎｍ）の４つの異なるパターンのものを形成している。なお、４つの全てのパターンで、ｈ＝６０ｎｍ、Λ＝４５０ｎｍである。

　反射率および透過率の測定は、400～1700nmの波長領域で、図２７に示す４つの全てのパターンの選択波長反射体１０について行った。測定には、対物レンズおよび分光器を用いた。400～860nmの波長領域のとき、反射率の測定では、積分時間を6msecとし、50回測定した値を平均化した。透過率の測定では、積分時間を20msecとし、20回測定した値を平均化した。また、860～1700nmの波長領域のとき、反射率の測定では、積分時間を650msecとし、2回測定した値を平均化した。透過率の測定では、積分時間を850msecとし、2回測定した値を平均化した。また、光の入射角度θは、いずれも０°とした。

　なお、400～860nmの波長領域での測定には、対物レンズとして、オリンパス株式会社製の「MSPlan20（NA0.4）」を使用し、分光器として、Ocean Optics, Inc. 社製の「HR4000CG-UV-NIR」を使用した。また、860～1700nmの波長領域での測定には、対物レンズとして、オリンパス株式会社製の「MIRPlan20（NA0.4）」を使用し、分光器として、Ocean Optics, Inc. 社製の「NIR512」を使用した。

　（ｗ、ｌ）＝（８０ｎｍ、３６０ｎｍ）および（６０ｎｍ、３４０ｎｍ）のパターンを有する選択波長反射体１０の反射率および透過率の測定結果を、それぞれ図２８（ａ）および（ｂ）に示す。また、それぞれのパターンで、反射率および透過率のシミュレーションを行った計算結果も、図２８（ａ）および（ｂ）中に破線で示す。なお、図２８（ａ）の反射率および透過率のシミュレーション結果は、図１１（ａ）のθ＝０°および図１１（ｂ）のθ＝０°のシミュレーション結果と同じものである。また、図２７に示す４つのパターンでの反射率および透過率の測定結果を、図２９にまとめて示す。

　図２８（ａ）および（ｂ）に示すように、どちらのパターンでも、反射率および透過率とも、測定値とシミュレーションでの計算値とがよく一致していることが確認された。このことから、シミュレーション結果に基づいて、所望の透過率および反射率を有する金属製の構造体１２のパターンを設計することができると考えられる。また、図２９に示すように、これら４つのパターンでは、近赤外線領域およびその近傍の７８０ｎｍから１２００～１５００ｎｍまでの光の反射率が高くなっており、最大反射率が約６０～８０％であり、透過率が１０％程度からそれ以下まで低下していることが確認された。また、ｗおよびｌのサイズが大きくなるほど、その最大反射率が大きくなることも確認された。また、可視光領域の６８０ｎｍ以下での光の透過率が特に高く、概ね６０～８０％であり、反射率が概ね２０％以下であることが確認された。また、ｗおよびｌのサイズが小さくなるほど、その透過率が高くなり、より小さい波長領域まで高い透過率が維持されることも確認された。

　１０　選択波長反射体
　１１　基体
　１２　金属製の構造体
　１３　単位パターン

　２１　金属膜
　２２　レジスト

Claims

　透光性の基体の表面に、１または複数の金属製の構造体を有する単位パターンを、前記基体の表面に沿って縦方向および横方向にそれぞれ規則的に複数並べて配置して成ることを特徴とする選択波長反射体。
　前記単位パターンは、隣り合う単位パターンと接するよう配置されていることを特徴とする請求項１記載の選択波長反射体。
　７８０ｎｍ乃至１４００ｎｍの波長範囲で、波長ごとに、ＡＭ（エアマス）１．５の太陽光のエネルギーと反射率とを掛けたものを積分した光の反射エネルギー量が、８．０Ｗ／ｍ^２以上であることを特徴とする請求項１または２記載の選択波長反射体。
　７８０ｎｍ乃至２５００ｎｍの波長範囲で、波長ごとに、ＡＭ（エアマス）１．５の太陽光のエネルギーと反射率とを掛けたものを積分した光の反射エネルギー量が、９．０Ｗ／ｍ^２以上であることを特徴とする請求項１または２記載の選択波長反射体。
　７８０ｎｍ乃至１１００ｎｍの波長の光の最大反射率が４０％以上であり、３５０ｎｍ乃至７８０ｎｍの波長の光の最大透過率が５０％以上であることを特徴とする請求項１または２記載の選択波長反射体。
　７８０ｎｍ乃至１１００ｎｍの波長の光の最大反射率が６０％以上であり、３５０ｎｍ乃至７８０ｎｍの波長の光の最大透過率が７０％以上であることを特徴とする請求項１または２記載の選択波長反射体。
　７８０ｎｍ乃至１１００ｎｍの波長の光の最大透過率が３５％以上であり、３５０ｎｍ乃至７８０ｎｍの波長の光の最小透過率が５％以下であることを特徴とする請求項１または２記載の選択波長反射体。
　前記単位パターンは、前記基体の表面に対して垂直方向から見たときの前記金属製の構造体の形状が、＋形状または＋形の穴を有する形状を成していることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の選択波長反射体。
　前記単位パターンは、前記基体の表面に対して垂直方向から見たときの外形が正方形を成し、前記金属製の構造体の形状が＋形状を成しており、その＋形の縦線および横線の幅をｗ（ｎｍ）、前記縦線および前記横線の長さをｌ（ｎｍ）、前記単位パターン一辺の長さをΛ（ｎｍ）とし、ｋとｐとをパラメータとして、ｗ＝ｋ、ｌ＝ｐ×ｋ、Λ＝１．５×ｌとしたとき、８≦ｋ≦３２、３≦ｐ≦１４であることを特徴とする請求項８記載の選択波長反射体。
　前記単位パターン中の前記金属製の構造体の、前記基体の表面に沿った長さおよび幅、ならびに前記基体の表面からの高さが、１０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の選択波長反射体。
　前記金属製の構造体は、金、銀、銅またはアルミニウムから成ることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の選択波長反射体。
　前記基体は板状を成し、
　前記基体と前記単位パターンとから成る反射層を、複数積層して成ることを
　特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の選択波長反射体。