JP4144022B2

JP4144022B2 - 熱線遮断透光部材

Info

Publication number: JP4144022B2
Application number: JP2002089558A
Authority: JP
Inventors: 孝夫阿部
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 2002-03-27
Filing date: 2002-03-27
Publication date: 2008-09-03
Anticipated expiration: 2022-03-27
Also published as: JP2003285384A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱線遮断透光部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、車内、室内に流入する太陽光線の熱線領域を遮蔽して、熱暑感の低減およびエアコンの負荷の低減をはかる熱線遮断ガラスの要求が高まってきている。特に、自動車や、窓ガラスの壁面占有率が大きい建物では、太陽光線の室内への入射量が大きく、夏季における室温上昇は著しいものがある。これを適温化するためには、エアコンの出力を相当高めなければならないので、単にエアコンに負担がかかるだけでなく、エネルギー消費量も相当なものとなる。また、自動車の場合は、エアコンのコンプレッサーもエンジン駆動されるので、ガソリン消費量や排気ガス放出量が多くなる。また、駐車中の車内温度上昇は居た堪れないものがあり、エアコンをかけっぱなしにしたアイドリングがどうしても長くなる。これは、ガソリンの無駄な消費に留まらず、地球温暖化の原因ともなる炭酸ガスや、アイドリング時特有の未燃成分やＮＯｘ（光化学スモッグ等の原因となる）などの放出量を一挙に増加させるので、地球環境への影響も深刻である。
【０００３】
上記のような問題の解決を図るため、窓ガラスの表面に熱線反射層を設け、室内あるいは車内の温度上昇を抑制する試みがなされている。また、このような熱線反射層を設けた熱線反射ガラスの具体的な構成が、特開平６−３４５４８８号、特開平８−１０４５４４号、あるいは特開平１０−２９１８３９号の各公報に開示されている。さらに、原理的に類似した技術として、温度上昇を防ぐため、ガラスバルブに熱線反射層を設けた白熱電球の発明が、例えば特開平７−２８１０２３号、特開平９−２６５９６１号公報、あるいは特開２０００−１００３９１号の各公報に開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の各公報に開示された熱線反射ガラスは、太陽光線に含まれる主要な熱線波長域（０．８〜４μｍ）において必ずしも十分な熱線反射率が得られない問題がある。例えば、特開平１０−２９１８３９号公報に開示された熱線反射ガラスは、公報図２に開示されているごとく、反射率が最大となる波長１μｍ（＝１０００ｎｍ）付近でせいぜい５５％程度に過ぎない。
【０００５】
また、特開平７−２８１０２３号、特開平９−２６５９６１号公報、特開２０００−１００３９１号の各公報に開示された熱線反射層は、いずれも高屈折材料層と低屈折材料層とを交互に積層した積層反射膜とされ、熱線反射効果を高める工夫がなされているが、いずれも多層干渉膜の原理を採用しており、思ったほど熱線遮断効果が得られていない側面がある。例えば、特開２０００−１００３９１号公報に開示された電球用の熱線反射ガラスは、例えば公報図５や図７に開示されているように、波長１μｍ付近の狭い帯域に限っていえば、９０％以上の高い反射率を示すが、それ以外の波長帯では反射率が低く、太陽光線の熱線に対する遮断効果は十分とはいえない。そして、反射率を十分高めるために必要な層の積層数は、高屈折材料層と低屈折材料層との組の数にして、例えば１０組以上は必要であり、コスト高となる問題がある。
【０００６】
本発明の課題は、太陽光など、可視光と熱線とが含まれる光線の可視光の透過は許容しつつも、熱線は広い波長帯に渡って極めて高い反射率にて反射・遮断することができ、かつ安価に製造可能な熱線遮断透光部材を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
上記の課題を解決するために、本発明の熱線遮断透光部材の第一は、
可視光に対して透過性を有する、車両用のフロントウィンドを形成する２枚の基体と、
各前記基体の表面に形成され、可視光の透過を許容しつつ太陽光線に含まれる０．８〜４μｍの波長域の熱線を反射することにより前記基体に熱線遮断機能を付与する熱線反射材料層であって、前記熱線反射材料層は、互いに隣接した高屈折率層をなすＳｉ層と低屈折率層をなすＳｉＯ _２層とからなる積層周期単位が２周期以上５周期以下にて積層された積層体として形成され、反射すべき熱線に対する前記高屈折率層の屈折率をｎ１、同じく前記低屈折率層の屈折率をｎ２として、１周期の換算厚さθ’＝ｔ１×ｎ１＋ｔ２×ｎ２が０．４〜２μｍであり、かつｔ１×ｎ１とｔ２×ｎ２とがほぼ等しくなるよう調整され、前記熱線に対する一次元フォトニックバンドギャップ構造を形成してなる熱線反射材料層とを有し、
前記２枚の基体を、前記熱線反射材料層の側で強化樹脂層を介して張り合わせたことを特徴とする。
また、第二は、
可視光に対して透過性を有する窓ガラスを形成する基体と、
各前記基体の平滑な表面に形成され、可視光の透過を許容しつつ太陽光線に含まれる０．８〜４μｍの波長域の熱線を反射することにより前記基体に熱線遮断機能を付与する熱線反射材料層であって、前記熱線反射材料層は、互いに隣接した高屈折率層をなすＳｉ層と低屈折率層をなすＳｉＯ _２層とからなる積層周期単位が２周期以上５周期以下にて積層された積層体として形成され、反射すべき熱線に対する前記高屈折率層の屈折率をｎ１、同じく前記低屈折率層の屈折率をｎ２として、１周期の換算厚さθ’＝ｔ１×ｎ１＋ｔ２×ｎ２が０．４〜２μｍであり、かつｔ１×ｎ１とｔ２×ｎ２とがほぼ等しくなるよう調整され、前記熱線に対する一次元フォトニックバンドギャップ構造を形成してなる熱線反射材料層とを有し、
前記基体の裏面を粗し面としたことを特徴とする。
さらに、第三は、
可視光に対して透過性を有する基体と、
各前記基体の表面に形成され、可視光の透過を許容しつつ太陽光線に含まれる０．８〜４μｍの波長域の熱線を反射することにより前記基体に熱線遮断機能を付与する熱線反射材料層であって、前記熱線反射材料層は、互いに隣接した高屈折率層をなすＳｉ層と低屈折率層をなすＳｉＯ _２層とからなる積層周期単位が２周期以上５周期以下にて積層された積層体として形成され、反射すべき熱線に対する前記高屈折率層の屈折率をｎ１、同じく前記低屈折率層の屈折率をｎ２として、１周期の換算厚さθ’＝ｔ１×ｎ１＋ｔ２×ｎ２が０．４〜２μｍであり、かつｔ１×ｎ１とｔ２×ｎ２とがほぼ等しくなるよう調整され、前記熱線に対する一次元フォトニックバンドギャップ構造を形成してなる熱線反射材料層とを有し、
建築物又は車両側に設けられるとともに熱線及び可視光に対する透過性を有しかつ前記熱線反射材料層が非形成のベース採光体を覆うように前記建築物又は車両に取り付けて使用され、かつ、前記基体の前記ベース採光体に対する配置形態を変更することにより、前記熱線反射材料層による前記ベース採光体に対する熱線遮断面積率を可変となしたことを特徴とする。
【０００８】
上記のように熱線反射材料層を、積層方向に熱線に対する屈折率が周期的に変化する積層体構造として、かつ、１周期の換算厚さが０．４〜２μｍとなる積層体として形成すると、太陽光等に含まれる０．８〜４μｍの波長域の熱線に対し、比較的広い熱線帯域幅にて、非常に良好な反射率を得ることができ、ひいて反射効率の高い熱線遮断透光部材を実現できる。なお、本明細書において、熱線に対する屈折率を特に明示していない物質の場合、波長１．５μｍでの値にて代表させるものとする。
【０００９】
周期的に屈折率が変化する積層体の層厚方向には、光量子化された電磁波エネルギーに対し、結晶内の電子エネルギーと類似したバンド構造（以下、フォトニックバンド構造という）が形成され、屈折率変化の周期に応じた特定波長の電磁波が積層体構造中に侵入することが妨げられる。この現象は、フォトニックバンド構造において、一定エネルギー域（つまり、一定波長域）の電磁波の存在自体が禁止されることを意味し、電子のバンド理論との関連からフォトニックバンドギャップとも称される。上記積層体の場合、屈折率変化が層厚方向にのみ形成されるので、狭義には一次元フォトニックバンドギャップともいう。
【００１０】
その結果、該積層体は、該波長の電磁波に対する選択的な反射率が向上した反射材料層として機能する。このような電磁波の反射は、電磁波に対する光量子論的なエネルギー禁則原理、つまりフォトニックバンドギャップ形成によって起こるものであり、特開平７−２８１０２３号、特開平９−２６５９６１号公報、特開２０００−１００３９１号等に開示された多層干渉膜による反射原理とは全く異なる。
【００１１】
熱線（赤外線）は電磁波であり、太陽光等に含まれる０．８〜４μｍの波長域の熱線の場合、積層体構造をなす１周期の換算厚さを０．４〜２μｍに設定すると、フォトニックバンドギャップの形成により、上記波長域の特定波長帯に属する熱線の反射効果が高められ、熱線遮断効果に優れた熱線反射材料層を得ることができる。そして、１周期の換算厚さを０．４〜２μｍに設定する限り、電磁波に対する反射効果は０．８〜４μｍの波長域の熱線に対してもっぱら顕著となり、波長０．４〜０．８μｍの可視光帯に対する反射率は、熱線と比較すれば十分低くできるので、可視光の透過性を十分に高く確保することができる。
【００１２】
また、積層体構造中に形成する屈折率変化の周期数は、１周期内の屈折率の変化幅が大きいほど、より少ない周期数で良好な熱線反射率が得られるようになる。本発明においては、上記１周期内の屈折率の変化幅を、１．１以上の大きな値に設定しているので、十分な反射率を得るための上記周期数を削減することができ、ひいては該積層体構造からなる熱線反射材料層を安価に製造することができる。また、屈折率の変化幅を大きくすることは、反射率をより向上させ、かつ、高反射率となる波長帯域を広げる観点においても有利に働く。なお、屈折率の変化幅は、好ましくは１．５以上、さらに好ましくは２．０以上確保されていることが望ましい。
【００１３】
本発明の熱線遮断透光部材の基体は、少なくとも熱線反射材料層との接触面を含む部分を、ガラス材料にて構成することができる。ガラス材料は透明性が高く、また、汎用材料であるため安価である。また、融点が比較的高いため、熱線反射材料層を蒸着やＣＶＤ、あるいはスパッタリング等で成膜する際に、多少温度が上昇しても問題ない利点もある。
【００１４】
本発明の熱線遮断透光部材は、基体を板状に形成すれば、例えば建築物又は車両の採光部形成体として使用することができる。基体をガラス板とすれば、採光部が窓である場合、その窓ガラスとして使用することができる。これにより、採光部から建築物屋内あるいは車内に差し込む太陽光線から、温度上昇の元となる熱線を、従来の熱線反射ガラスよりもはるかに効果的に遮断できる。他方、可視光の透過は十分に許容されるから、日中は特に照明を用いなくとも室内あるいは車内を明るく保つことができる。また、透明な基体を用いれば、部材を介して外部を容易に視認することができる。特に自動車用のフロントガラスなどに適用する場合は、可視光の透過率が高いことが、視認性の向上という観点においても有利に作用する。
【００１５】
そして、熱線は広い波長帯に渡って極めて高い反射率にて反射・遮断することができ、その結果、室内あるいは車内の熱暑感の低減のみならず、エアコンの負荷も低減できる。特に、自動車用の採光部に適用した場合は、エアコン出力の低減により、エンジン負荷も減少し、ガソリン消費量や排気ガス放出量の削減に寄与する。また、駐車中の車内温度上昇も抑制できるので、エアコン作動状態でのアイドリング短縮を図ることができ、地球環境保護の観点からも好ましいといえる。
【００１６】
例えば、建築用あるいは車両用の窓ガラスの場合、基体は周知のソーダガラスからなる板ガラスを使用できる。車両用（特に自動車用）の場合は、ガラスの表面に圧縮応力を残存させた周知の強化ガラスを基体として用いることもできる。
【００１７】
本発明の熱線反射透光部材に使用する熱線反射材料層は、フォトニックバンドギャップ形成により、反射率９０％以上となる高反射率帯の帯域幅を、従来の熱線反射ガラス等と比較して大幅に拡張できることも、重要な利点の一つである。具体的には、０．８〜４μｍの波長帯において、反射率９０％以上となる高反射率帯の帯域幅を、少なくとも０．５μｍ確保することが可能となる。これにより、太陽光線に含まれる熱線の反射率を大幅に高めることができる。他方、波長０．４〜０．８μｍの波長域の平均的な透過率が７０％以上の基体を用いれば、熱線遮断透光部材全体の該帯域の可視光に対する透過率も７０％以上とすることができ、特に、自動車用窓ガラスなど、可視光による透過視認性が要求される分野に好適に使用できる。
【００１８】
熱線反射材料層をなす積層体構造は、屈折率を層厚方向に連続的に変化させることができる。このような構造は、例えば屈折率の相違する２種以上の材料の混在比率を、層厚方向に連続的に変化させた傾斜組成構造により実現できる。しかし、製造がより容易なのは、屈折率を層厚方向に段階的に変化させる構造であり、この構造ならば、屈折率の異なる層を順次積層して形成すれば比較的簡単に得られる。具体的には、熱線反射材料層は、屈折率の異なる互いに隣接した第一及び第二の要素反射層を含む積層周期単位が２周期以上積層された積層体として形成することができる。
【００１９】
次に、本発明の熱線反射透光部材においては、基体の表面に、可視光の透過を許容しつつ紫外線を反射することにより基体に紫外線遮断機能を付与する紫外線反射材料層を、熱線反射材料層とは別に形成することができる。紫外線反射材料層を設けることにより、熱線とともに、皮膚の日焼けや肌荒れ、さらには衣類や印刷物の色あせ等の原因となる紫外線を太陽光線から遮断することができる。
【００２０】
該紫外線反射材料層は、積層方向に紫外線に対する屈折率が周期的に変化する構造を有してなり、その１周期内の屈折率の変化幅が１．１以上（好ましくは１．５以上、さらに好ましくは２．０以上）となるように設定され、かつ、１周期の層厚ｔ方向の紫外線に対する屈折率分布を関数ｎ（ｔ）で表したときの１周期の換算厚さθ’（前記▲１▼式にて計算される）が０．１〜０．２μｍとなるように調整されてなるものを使用することができる。これは、先に説明した熱線反射材料層と同様、紫外線帯域にフォトニックバンドギャップが形成されることに基づくものであり、屈折率変化の１周期の換算厚さを、太陽光の紫外線帯域（波長帯：０．２〜０．４μｍ）に適合するように、０．１〜０．２μｍの範囲に調整する。これにより、上記波長域の特定波長帯に属する紫外線の反射効果が高められ、熱線反射透光部材に良好な紫外線遮断機能も付与することができる。そして、１周期の換算厚さを０．１〜０．２μｍに設定する限り、０．２〜０．４μｍの波長域の紫外線に対する選択反射性が高められ、他方、波長０．４〜０．８μｍの可視光帯に対する反射率は十分低くできるので、可視光の透過性が過度に損なわれることもない。なお、本明細書において、紫外線に対する屈折率を特に明示していない物質の場合、波長０．３３μｍでの値にて代表させるものとする。
【００２１】
フォトニックバンドギャップを有する紫外線反射材料層は、紫外線に対する反射率７０％以上となる高反射率帯の帯域幅を広く確保でき、具体的には、０．２〜０．４μｍの波長帯において、反射率７０％以上となる高反射率帯の帯域幅を、少なくとも０．１μｍ確保することが可能となる。これにより、太陽光線に含まれる紫外線の反射率を大幅に高めることができる。
【００２２】
紫外線反射材料層においても、屈折率を層厚方向に段階的に変化させる構造を採用でき、具体的には、紫外線反射材料層は、屈折率の異なる互いに隣接した第一及び第二の要素反射層を含む積層周期単位が２周期以上積層された積層体として形成することができる。熱線反射材料層の場合と同様、このような紫外線反射材料層は製造が容易である。この場合、第一及び第二の要素反射層間の屈折率差を、１．１以上、好ましくは１．５以上、さらに好ましくは２．０以上確保すればよい。
【００２３】
積層構造にてフォトニックバンド構造が現れるためには、各要素反射層自体は熱線あるいは紫外線の伝播を許容する物質で構成されることが、原理的な前提となる。従って、各要素反射層自体は、熱線あるいは紫外線に対し、透過性を有していなければならない（つまり、１層では熱線あるいは紫外線を透過させるが、上記のような積層構造に組み入れられたときには反射を生じるということである）。なお、反射させるべき熱線あるいは紫外線の透過率は、使用される層の厚さにおいて、８０％以上となっていることが望ましい。透過率が８０％未満であると熱線の吸収率が高まり、熱線あるいは紫外線の反射効果が十分に得られなくなるおそれがある。上記の透過率は９０％以上が好ましく、さらに望ましくは１００％であるのがよい。この場合の透過率１００％とは、通常の透過率測定方法における測定限界（例えば誤差１％以内）の範囲で、ほぼ１００％であるとみなしうる程度のものをいう。
【００２４】
フォトニックバンドギャップを形成するための、各層の厚さおよび周期数は、反射すべき波長帯の範囲により、計算または実験的に決定することができる。その骨子は以下の通りである。フォトニックバンドギャップの中心波長をλｍとしたとき、屈折率変化の１周期の厚さθは、波長λｍの熱線あるいは紫外線が１／２波長分（あるいはその整数倍でもよいが、その分膜厚が多く必要である。以下、１／２波長の場合で代表させる）だけ存在できるように設定する。これは、層の１周期内に入射した熱線あるいは紫外線が定在波を形成するための条件であり、結晶中の電子波が定在波を形成するブラッグ反射条件と同様である。電子のバンド理論では、このブラッグ反射条件を満足する逆格子の境界位置にエネルギーギャップが現れるが、フォトニックバンド理論でもこれは全く同様である。
【００２５】
ここで、層中に入射した熱線あるいは紫外線は、層の屈折率にほぼ逆比例して波長が短くなる。従って、層厚ｔ方向の屈折率分布を関数ｎ（ｔ）で表せば、１周期の換算厚さθ’が、下記▲２▼式を満たすとき、中心波長λｍのフォトニックバンドギャップが形成され、反射材料層の反射率が高められる。
【００２６】
【数３】

【００２７】
太陽光スペクトルは６０００Ｋの黒体輻射に近く、ピーク波長を０．５μｍ付近の可視域に有するとともに、長波長側（つまり赤外線側）に長く尾を引いた非対称な強度分布を示す。しかし、大気中の水蒸気等の影響により一部の帯域で吸収を生ずる結果、地表に到達する太陽光においては、１〜２．５μｍ、特に１〜１．８μｍの波長帯に高強度の熱線が観測される。熱線反射材料層における屈折率変化の１周期の前記▲１▼式にて計算される換算厚さθ’が、反射すべき熱線の波長の１／２に近づくとき、反射効果は急速に高められる。具体的には、上記換算厚さθ’を２倍したとき、その値が１〜２．５μｍ（望ましくは１〜１．８μｍ）の範囲に属していれば、上記波長帯の熱線に対する反射効果は大幅に高められる。
【００２８】
上記の効果は、紫外線反射材料層においても、熱線を紫外線に置き換えた形で同様の効果が達成される。太陽光に含まれる短波長側の紫外線は、大気を通過する際にオゾン層等により相当量が吸収され、主に０．２〜０．４μｍの波長のものが地表に到達する。強度分布は可視光帯域に近づくほど大きくなり、実質的には０．３〜０．４μｍの紫外線を遮断できれば、効果は相当に大きい。従って、紫外線線反射材料層における１周期の換算厚さθ’の２倍が、０．２〜０．４μｍ、望ましくは０．３〜０．４μｍの幅に収まっていればよい。
【００２９】
次に、熱線反射材料層あるいは紫外線反射材料層を、前記した積層周期単位の積み重ねにより形成する場合、第一の要素反射層と第二の要素反射層のうち、高屈折率層の厚さをｔ１、低屈折率層の厚さをｔ２として、ｔ１＜ｔ２に設定する、すなわち高屈折率層の厚さを低屈折率層の厚さよりも大きく設定すると、熱線あるいは紫外線に対する特定波長帯の反射率がさらに高められる。また、熱線の場合は反射率９５％以上となる高反射率帯の帯域幅を、紫外線の場合は、反射率７０％以上となる高反射率帯の帯域幅を、各々より拡張することができる。
【００３０】
次に、熱線反射材料層においては、反射すべき熱線に対する高屈折率層の屈折率をｎ１、同じく低屈折率層の屈折率をｎ２とすれば、高屈折率層の▲１▼式を用いて計算される換算厚さはｔ１×ｎ１となり、同じく低屈折率層の換算厚さはｔ２×ｎ２となる。従って、一周期の換算厚さθ’はｔ１×ｎ１＋ｔ２×ｎ２にて表される。この値が、反射させるべき熱線の波長λの１／２に等しくなっているとき、λを含む一定波長域にフォトニックバンドギャップに基づく高反射率帯が現れる。特に、ｔ１×ｎ１＝ｔ２×ｎ２の条件を満たす場合は、換算厚さθ’の２倍の波長を中心として、ほぼ左右対称対称な形で、反射率がほぼ１００％に近い（記載を明確化するために、本明細書では９９％以上と定義しておく）完全反射帯域が形成され、本発明の効果が最大限に高められる。紫外線反射材料層においても、ほぼ同様のことがいえるが、波長の短い紫外線では、反射材料層の材質によっては吸収が生じ、必ずしも完全反射にはならない場合があるが、波長０．３〜０．４μｍの太陽光近紫外線の場合は、材質の選定（例えばＳｉ／ＳｉＯ_２）により、７０％以上の反射率を達成することが可能である。
【００３１】
なお、上記の条件（以下、理想条件という）から多少のずれがあっても、高反射率帯が形成されることに変わりはないが、完全反射帯域の幅は小さくなる。具体的には、高屈折率層の換算厚さｔ１×ｎ１が小さくなった場合は、中心波長よりも短波長側において長波長側よりも反射率が相対的に小さくなり、低屈折率層の換算厚さｔ２×ｎ２が小さくなった場合は、その逆となる。熱線あるいは紫外線の反射率をなるべく広い帯域にて確保したいが、高反射率帯域が設計上、一部可視光域にかからざるを得ないときには、その可視光域側の帯域の反射率を小さくするために、上記の理想条件からわざとずれた条件を採用することもありえる。例えば、熱線反射材料層において、高反射率帯域の短波長側が可視光域にかかってしまう場合、高屈折率層の換算厚さｔ１×ｎ１を低屈折率層の換算厚さｔ２×ｎ２よりも適当に小さくして、可視光域での反射率を小さくすることができる。また、紫外線反射材料層において、高反射率帯域の長波長側が可視光域にかかってしまう場合、低屈折率層の換算厚さｔ２×ｎ２を高屈折率層の換算厚さｔ１×ｎ１よりも適当に小さくすれば、可視光域での反射率を小さくすることができる。
【００３２】
次に、本発明のように屈折率差が１．１以上の材料の組合せを採用すれば、上記のような大きな熱線ないし紫外線反射率を有する積層周期構造を、比較的小さい積層周期単位の形成周期数、具体的には、５周期以下にて簡便に実現することができる。特に、屈折率差が１．５以上の組合せを用いると、４周期、３周期、あるいは２周期程度の形成周期数でも上記のような大きな熱線反射率を実現できるようになる。
【００３３】
積層体を構成する要素反射層の材料は、高温に対して安定な材料であって、かつ赤外線反射のために必要十分な屈折率差を確保できる材質の組合せを選択することが望ましい。また、積層体は、屈折率が３以上の半導体又は絶縁体からなる層を、高屈折率層となる第一の要素反射層として含むものとして構成することができる。屈折率が３以上の半導体又は絶縁体を第一の要素反射層として用いることにより、これと組み合わされる第二の要素反射層との間の屈折率差を大きく確保することが容易となる。表１に本発明に適用可能な要素反射層材料の熱線に対する屈折率をまとめて示す。屈折率は、厳密には波長により多少の変化があるが、０．８〜４μｍ程度の範囲であればほぼ無視できる。表中には、この帯域での平均的な熱線の屈折率を示している。屈折率が３以上の物質として、Ｓｉ、Ｇｅ、６ｈ−ＳｉＣ、及びＳｂ_２Ｓ_３、ＢＰ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、ＧａＰ、ＺｎＴｅ等の化合物半導体を例示できる。半導体及び絶縁体の場合、反射すべき熱線のフォトンエネルギーに近いバンドギャップエネルギーを有する直接遷移型のものは、熱線吸収を起こしやすいので、熱線のフォトンエネルギーよりも十分大きいバンドギャップエネルギー（例えば２ｅＶ以上）を有するものを使用することが望ましい。他方、これよりもバンドギャップエネルギーが小さいものであっても、間接遷移型のもの（例えばＳｉやＧｅなど）であれば熱線吸収を低くとどめることができ、本発明に好適に使用できる。このうちＳｉは比較的安価で薄層化も容易であり、屈折率も３．５と高い値を示す。従って、第一の要素反射層をＳｉ層とすることで、反射率の高い積層構造を安価に実現することができる。
【００３４】
次に、第二の要素反射層を構成する低屈折率材料としては、ＳｉＯ_２、ＢＮ、ＡｌＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｓｉ_３Ｎ_４及びＣＮ等を例示できる。この場合、選択した第一の要素反射層の材料種別に応じて、屈折率差が１．１以上となるように、第二の要素反射層の材料選定を行なう必要がある。なお、下記表１は、上記材質の屈折率の値をまとめたものである。このうち、特にＳｉＯ_２層、ＢＮ層あるいはＳｉ_３Ｎ_４層を採用することが、屈折率差を大きく確保する上で有利である。ＳｉＯ_２層は屈折率が１．５と低く、例えばＳｉ層からなる第一の要素反射層との間に特に大きな屈折率差を付与することができる。また、Ｓｉ層の熱酸化等により形成が容易である利点がある。他方、ＢＮ層は、結晶構造や方位により差を生ずるが、その屈折率は１．６５〜２．１の範囲である。また、Ｓｉ_３Ｎ_４層は、膜の品質によっても異なるが、１．６〜２．１程度の屈折率を示す。これらはＳｉＯ_２と比較すれば多少大きい値であるが、それでもＳｉとの間には１．４〜１．８５もの大きな屈折率差を付与することができる。
【表１】

【００３５】
以下、ＳｉとＳｉＯ_２を用いて一次元フォトニックバンドギャップ構造を形成することにより、赤外領域をほぼ完全に反射することができる条件を、計算により検討した結果について説明する。Ｓｉは屈折率が約３．５であり、その薄膜は波長約１．１〜１０μｍの赤外領域の光に対して透明である。また、ＳｉＯ_２は屈折率が約１．５で、その薄膜は波長約０．２〜８μｍ（可視から赤外領域）の光に対して透明である。図１は、通常のソーダガラスからなる板状のガラス基体２３に、１００ｎｍのＳｉ層Ａと２３３ｎｍのＳｉＯ_２層Ｂ（いずれも換算厚さは３５０ｎｍ）との２層からなる積層周期単位を４周期形成した熱反射層の断面図である。この構造は、１周期の換算厚さが７００ｎｍであり、これを２倍すると、１．４μｍである。従って、図２のように、１．４μｍを中心波長として、１〜２μｍ帯での赤外線の反射率がほぼ１００％となり、赤外線の透過は禁止される。
【００３６】
なお、太陽光の主要な熱線波長帯である１μｍ〜３μｍ帯を全てカバーしようとする場合は、反射可能な波長帯の異なる別の周期性のある組合せを付加すればよい。すなわち、前述の１００ｎｍ（Ｓｉ）／２３３ｎｍ（ＳｉＯ_２）の組合せ（図１のＡ／Ｂ）に、それぞれの層厚さを増加させた１５７ｎｍ（Ｓｉ）／３６６ｎｍ（ＳｉＯ_２）の組合せ（図３のＡ’／Ｂ’）を付加した図３のような構成とすればよい。
【００３７】
このような構成にすると、図４に示すように、前述の１００ｎｍ（Ｓｉ）／２３３ｎｍ（ＳｉＯ_２）の４周期構造が１〜２μｍ帯での赤外線の反射率がほぼ１００％となるのに対して、１５７ｎｍ（Ｓｉ）／３６６ｎｍ（ＳｉＯ_２）の４周期構造は２〜３μｍ帯での赤外線の反射率がほぼ１００％となる。従って、これらを重ねた図３の構造では、１〜３μｍ帯の反射率がほぼ１００％の材料が得られる。
【００３８】
同様に、３〜４．５μｍ帯については、Ｓｉ層およびＳｉＯ_２層ともにさらに厚い膜の組合せを適宜選択して４周期構造を形成すればよい。ＳｉとＳｉＯ_２の屈折率差よりも屈折率差の小さい層の組合せでは、必要な周期数を増加させる必要が生ずる場合もあるため、選択する２つの層としては屈折率差が大きい方が有利である。
【００３９】
一方、図５は、ＳｉとＳｉＯ_２同様に、比較的屈折率差の大きい６ｈ−ＳｉＣ（屈折率３．２）とｈ−ＢＮ（屈折率１．６５）とを選択し、９４ｎｍ（ＳｉＣ）／１８２ｎｍ（ＢＮ）の４周期構造を形成した熱反射層の反射率の計算結果である。この場合は、１〜１．５μｍ帯での熱線の反射率がほぼ１００％となることがわかる。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。図６は、熱線反射材料層２４の製造フローを示している。まず、熱線反射材料層の基体２３となる材料を選択し、必要な形状に加工する（図６（ａ））。本実施形態では、例えばソーダガラスからなる透明な板ガラスを基体２３として用いる（以下、ガラス基体２３ともいう）。なお、基体２３としてガラス板以外にも、アクリル樹脂などの透明樹脂板を用いることが可能である。
【００４１】
次に、この基体２３の表面に、Ｓｉ層からなる第一の要素反射層Ａを形成し、その後、該Ｓｉ層Ｃの表面にＳｉＯ_２層よりなる第二の要素反射層Ｂを形成する（図６：工程（ｂ））。Ｓｉ層及びＳｉＯ_２層は、スパッタリング法（例えば高周波スパッタリング）やＣＶＤ法（例えばプラズマＣＶＤ法）を用いて形成できる。この後、工程（ｃ）に示すように、Ｓｉ層からなる第一の要素反射層Ａ及び第二の要素反射層Ｂを交互に積層形成すれば、工程（ｄ）に示すように、熱線反射材料層２４が形成される。
【００４２】
熱線反射材料層２４は、図７の熱線反射透光部材１のように、基体２３の一方の表面のみに形成してもよいし、熱線反射透光部材２のように両面に形成してもよい。また、これらの層の厚さおよび周期数は、前述のＳｉＯ_２とＳｉの例からわかる様に、反射すべき波長帯の範囲により、計算または実験的に決定することができる。そして、反射すべき波長帯の範囲は、発熱体の温度に依存する。
【００４３】
以下、図７を用いて、熱線反射透光部材のさらなる変形態様について説明する。熱線反射透光部材３においては、熱線反射材料層２４が衝撃等により損傷することを防止するため、透明樹脂からなる保護皮膜２５で覆っている。また、熱線反射透光部材４においては、２枚の基体２３，２３の間に熱線反射材料層２４を挟み込んだ構成として、保護機能を高めている。この構造は、一方の基体２３の表面に熱線反射材料層２４を形成しておき、その後この熱線反射材料層２４の側に他方の基体２３を張り合わせることにより製造できる。この張り合わせは、熱接着法を用いてもよいし、接着剤層を介して行ってもよい。
【００４４】
熱線反射透光部材５は、基体２３を半透明に構成した例である。これは、外部から室内あるいは車内を視認不能にし、かつ透光性は確保したいような採光用の窓に好適に使用できる。本実施形態では、基体２３の裏面を粗し面（あるいは、つや消し面）２３ａとしている（つまり、ガラス基体の場合はすりガラス面にするのである）。熱線反射材料層２４は、当然、これと反対側の平滑面側に形成される。
【００４５】
また、熱線反射透光部材６は、基体２３の裏面側に透明（あるいは半透明）の着色層２６を形成した例である。これは、このような着色層２６は、透明樹脂をビヒクルとする樹脂フィルムや塗膜により形成できる。なお、基体２３自体を透明な着色ガラスにて構成してもよい。
【００４６】
さらに、熱線反射透光部材７は、２枚のガラス基体２３，２３の間に、強化樹脂層２７をはさみこんだ合わせガラスとして構成した例である。これは、飛来物が当たってもガラスが飛び散ることが防止されるので、車両用の窓ガラス、特に自動車用のフロントウィンド３１（図１０）のガラスに好適に使用できる。熱線反射材料層２４は、ガラス基体２３，２３の４つの面の少なくともいずれかに形成できる。本実施形態では、一方のガラス基体２３の強化樹脂層２７に面する表面に熱線反射材料層２４を形成し、この熱線反射材料層２４の側にて強化樹脂層２７に、接着剤層を介して又は熱溶着法により張り合わせている。ただし、図中、一点鎖線で示すように、他方のガラス基体２３の強化樹脂層２７に面する表面に対しても、熱線反射材料層２４を形成することは可能である。
【００４７】
次に、図８に示す熱線反射透光部材８〜１０は、基体２３に対し、熱線反射材料層２４とともに紫外線反射材料層１２４が形成されている。これにより、紫外線遮断機能も合わせて付与される。熱線反射透光部材８においては、熱線反射材料層２４と紫外線反射層１２４とを、基体２３の同じ面に重ねて形成している。なお、図では、熱線反射材料層２４の上に紫外線反射材料層１２４を形成しているが、これらは形成の順序を入れ替えてもよい。また、熱線反射透光部材９においては、基体２３の一方の面に熱線反射材料層２４を、他方の面に紫外線反射材料層１２４を形成している。
【００４８】
また、熱線反射透光部材１０は、図７の熱線反射透光部材７と同様の強化樹脂層２７を有する。熱線反射材料層２４と紫外線反射材料層１２４とは、ガラス基体２３，２３の４つの面のどれに形成すかは、特に限定されない。例えば、１つの面に熱線反射材料層２４と紫外線反射材料層１２４を重ねて形成することも可能であるし、別の面に振り分けて形成することもできる。本実施形態では、強化樹脂層２７の一方の側に熱線反射材料層２４を、他方の側に紫外線反射材料層１２４を配置している。この構造は、例えば一方の基体２３に熱線反射材料層２４を形成し、他方の基体２３に紫外線反射材料層１２４を形成して、各々強化樹脂層２７に対して張り合わせる方法により製造できる。
【００４９】
紫外線反射材料層１２４は、熱線反射材料層２４と同様の積層構造体として形成することができる。例えば、第一の要素反射層ＡをＳｉにより、第二の要素反射層ＢをＳｉＯ_２により、それぞれ既に説明した、紫外線に対するフォトニックバンドギャップが生ずるように厚さ調整した形で積層形成すれば、紫外線に対する良好な反射率を有した紫外線反射材料層を得ることができる。図９は、図１と同様の４周期構造により、Ｓｉ（紫外域での屈折率を３．２１とした（波長０．３３μｍ））からなる第一の要素反射層Ａの厚さを２５．７ｎｍ、ＳｉＯ_２（紫外域での屈折率を１．４８とした（波長０．３３μｍ））よりなる第二の要素反射層Ｂの厚さを５５．８ｎｍとしたときの、反射率の波長依存性を計算した結果を図示したものである。１周期の換算厚さは１６５．１ｎｍであり、フォトニックバンドギャップの中心波長は３３０ｎｍ程度と考えられる。２６０〜４００ｎｍにかけて、フォトニックバンドギャップ形成による高反射率帯が生じていることがわかる。
【００５０】
以下、本発明の熱線反射透光部材の種々の応用例について説明する。図７あるいは図８に例示する本発明の熱線反射透光部材は、図１０に示すように、自動車ＡＭの窓ガラスとして、フロントウィンド３１、サイドウィンド３２、クウォーターウィンド３３、リアウィンド３４及びサンルーフ３５などに使用できる。基体２３は、強化ガラスか、あるいは図７の符号７あるいは図８の符号１０に示す貼り合わせガラスとして構成するのがよい。なお、搭乗者の日焼けなどを防止するために、図８に示すような紫外線反射材料層１２４を設けた構成にすると、さらに効果的である。
【００５１】
また、図７あるいは図８に例示する本発明の熱線反射透光部材は、建築物ＢＨの壁部に形成された窓３６、あるいは天窓３７などの窓ガラスとしても好適に使用できる。
【００５２】
なお、自動車及び建築物のいずれにおいても、本発明の熱線反射透光部材を窓ガラスとして用いると、夏期においては熱線遮断効果により、室内の温度上昇が抑制され、エアコン電力を節約することができる（また、冬期においては、室内の暖房による熱線を室外に放出させない効果も有する）。しかし、冬期においては、室温を上げるために、むしろ積極的に熱線（太陽光）を入射させたい場合もありうる。この場合は、建築物又は車両側に設けられた熱線及び可視光に対する透過性を有するベース採光体を覆うように、熱線遮断透光部材を建築物又は車両に適宜取り付けて使用することができる。この場合、熱線遮断透光部材の基体のベース採光体に対する被覆形態を変更することにより、熱線反射材料層によるベース採光体に対する熱線遮断面積率を可変としておけば、熱線遮断面積率を季節に応じて自由に調整でき、例えば夏季においては熱線遮断面積率を増加させて室温上昇を抑制し、冬期においては熱線遮断面積率を減少させて室温上昇を促進する、という対応が可能である。以下、その具体的な構成をいくつか例示する。
【００５３】
図１２は、ブラインドへの適用例である。ブラインドは、本来は遮光用の窓付属品であり、その遮光板を本発明の熱線遮断透光部材にて置き換えると、可視光に対する遮断機能が熱線に対する遮断機能に置換される。本明細書では、これを「熱線遮断用透光ブラインド」と称する。図１２のブラインド４０は、いわゆるベネシアンブラインドであり、ヘッドレール４７とボトムレール４８との間に複数のよろい板４１を上下に連結した状態で懸架配置したものである。図示しない窓枠にヘッドレール４７を取り付けて吊り下げると、図１４に示すように、上下に連なったよろい板４１は、ベース採光体をなす窓ガラスＷＧを覆う。図１４に示すように、これらのよろい板４１は、それぞれ横長の透明基体２３の上に熱線反射材料層２４を形成したものである。従って、窓から差し込む太陽光の可視部は透過して室内に入射することを許容し、熱線は反射により遮断する機能を有する。
【００５４】
ブラインド４０の基本的な構造は、従来のベネシアンブラインドと全く変わりがない。図１３に示すように、よろい板４１は、幅方向の一方の側にて角度変更用の第一懸架コード４５により、他方の側にて旋回支点形成用の第二懸架コード５３により、それぞれ上下に連結されている。また、図１５に示すように、各よろい板４１を貫いて昇降コード４２が設けられ、末端がボトムレール４８にクリップ５５を用いて固定されている。図１２に示すように、昇降コード４２の基端側はストッパ４４を経て下方に垂れ下がる形で引き出され、末端に操作グリップ４３が設けられて、操作コード部を形成している。なお、昇降コード４２を旋回支点形成用の第二懸架コードに兼用する形としてもよい。
【００５５】
また、ヘッドレール４７内には回転軸５０が収容され、これにドラム４９が一体回転可能に取り付けられるとともに、該ドラム４９に第一懸架コード４５の上端部が、巻き取り／巻き戻し可能に装着されている。回転軸５０には、ギア５２が取り付けられ、これにかみ合うウォーム５１が操作棒４６により手動回転操作できるようになっている。
【００５６】
図１５に示すように、ストッパ４４を解除して、昇降コード４２の操作コード部を引き出すと（５４は補助ロールである）、ボトムレール４８が引上げられ、よろい板４１は該ボトムレール４８の上に積層形態でまとまりながら上昇する。これにより、窓ガラスに対する熱線遮断面積率は減少する。なお、ボトムレール４８を、最上端位置に至るまでの中間位置まで引上げ、その状態でストッパ４４により昇降コード４２を止めて、ボトムレール４８の位置を該中間位置に固定することができる。ボトムレール４８の固定位置により熱線遮断面積率を自由に調整できる。また、図１３に示すように、操作棒４６を回転させると、回転軸５０を介してドラム４９が回転して、第一懸架コード４５が巻き取り、あるいは巻き戻される。図１４に示すように、各よろい板４１は、これに伴い連携的に回転して、窓ガラスＷＧに対する角度が変わる。この角度変更により、入射する熱線ＩＲの入射量を自由に調整することができる。
【００５７】
次に、図１６は、ロールアップブラインド型の熱線遮断用透光ブラインド６０を示すものである。これは、横長の熱線反射部材６１を、連結コード６２ですだれ状に上下に連ねて連結したものである。図１７に示すように、ブラインド６０の上端を窓枠ＷＦの上端に取り付け、上下に連なった熱線反射部材６１を下方に垂れ下げて配置することにより、窓ガラスＷＧを覆うことができる。この状態では、窓ガラスＷＧを介して入射する熱線を反射させて遮断することができる。他方、熱線の遮断状態を解除したい場合は、上下に連なった熱線反射部材６１を巻き上げて固定用コード６３（図１６）で窓枠直下位置に固定すればよい。
【００５８】
図１８は、本発明の熱線反射透光部材を用いた、熱線入射調整機能付窓構造７０を示すものである。該窓構造７０においては、上下に並ぶ複数の横長の熱線反射透光部材７１のそれぞれに、周方向に熱線反射材料層２４の形成面と非形成面とが設けてられている。それら熱線反射透光部材７１を軸支点７２の周りに連動回転させることにより、熱線反射材料層２４の形成面が窓ガラスＧに対向する状態と、同じく非形成面が対向する状態とが切換可能となる。本実施形態では、熱線反射透光部材７１の断面は直角二等辺三角形状であり、その２つの等辺の一方を熱線反射材料層２４の形成面、他方を非形成面としている。このような熱線反射部材７１が、２枚の窓ガラスＧ，Ｇの間に封入されている。図１９に示すように、例えば熱線反射透光部材７１の軸支点７２にピニオンギア７３を取り付け、これにかみ合うラックバー７４を、別のピニオンギア７５を介してモータ（もちろん手動でもよい）７６により正逆両方向に移動させれば、各熱線反射透光部材７１は一斉に回転して、熱線反射材料層２４が窓ガラスＧに正対した熱線遮断状態と、水平に退避した熱線入射許容状態との間で切り替えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｓｉ層とＳｉＯ_２層の４周期構造を有する熱線反射材料層の断面図。
【図２】図１の構造を有する熱線反射材料層の熱線反射率特性を示す図。
【図３】図１の４周期構造に、厚さの異なるＳｉとＳｉＯ_２の４周期構造を積層した構造を有する熱線反射材料層の断面図。
【図４】図３の構造を有する熱線反射材料層の熱線反射率特性を示す図。
【図５】本発明の６ｈ−ＳｉＣ層とｈ−ＢＮの４周期構造を有する熱線反射材料層の熱線反射率特性を示す図。
【図６】本発明の周期構造を有する熱線反射材料層の製造フローを示す図。
【図７】本発明の熱線反射透光部材における熱線反射材料層の種々の形成形態を示す模式図。
【図８】本発明の熱線反射透光部材に紫外線反射材料層を形成する種々の実施形態を示す模式図。
【図９】積層周期構造体により構成した紫外線反射材料層の、紫外線反射率特性を示す図。
【図１０】本発明の熱線反射透光部材を自動車用窓ガラスに適用する例を示す図。
【図１１】本発明の熱線反射透光部材を建築用窓ガラスに適用する例を示す図。
【図１２】本発明の熱線反射透光部材を、ベネシアンブラインド型の熱線遮断用透光ブラインドに適用した例を示す正面図。
【図１３】図１２のブラインドの第一の作用説明図。
【図１４】図１２のブラインドの第二の作用説明図。
【図１５】図１２のブラインドの第三の作用説明図。
【図１６】本発明の熱線反射透光部材を、ロールブラインド型の熱線遮断用透光ブラインドに適用した例を示す正面図。
【図１７】図１６のブラインドの第一の作用説明図。
【図１８】本発明の熱線反射透光部材を用いた、熱線入射調整機能付窓構造の一例をその作用とともに示す模式図。
【図１９】図１８における熱線反射透光部材の駆動機構の一例を示す図。
【符号の説明】
１〜１０，６１，７１熱線遮断透光部材
２３基体
２４熱線反射材料層
Ａ第一の要素反射層
Ｂ第二の要素反射層
１２４紫外線反射材料層
ＢＨ建築物
ＡＭ自動車（車両）
３１〜３７窓ガラス
ＷＧ窓ガラス（ベース採光体）

Claims

可視光に対して透過性を有する、車両用のフロントウィンドを形成する２枚の基体と、
各前記基体の表面に形成され、可視光の透過を許容しつつ太陽光線に含まれる０．８〜４μｍの波長域の熱線を反射することにより前記基体に熱線遮断機能を付与する熱線反射材料層であって、前記熱線反射材料層は、互いに隣接した高屈折率層をなすＳｉ層と低屈折率層をなすＳｉＯ _２層とからなる積層周期単位が２周期以上５周期以下にて積層された積層体として形成され、反射すべき熱線に対する前記高屈折率層の屈折率をｎ１、同じく前記低屈折率層の屈折率をｎ２として、１周期の換算厚さθ’＝ｔ１×ｎ１＋ｔ２×ｎ２が０．４〜２μｍであり、かつｔ１×ｎ１とｔ２×ｎ２とがほぼ等しくなるよう調整され、前記熱線に対する一次元フォトニックバンドギャップ構造を形成してなる熱線反射材料層とを有し、
前記２枚の基体を、前記熱線反射材料層の側で強化樹脂層を介して張り合わせたことを特徴とする熱線遮断透光部材。
可視光に対して透過性を有する窓ガラスを形成する基体と、
各前記基体の平滑な表面に形成され、可視光の透過を許容しつつ太陽光線に含まれる０．８〜４μｍの波長域の熱線を反射することにより前記基体に熱線遮断機能を付与する熱線反射材料層であって、前記熱線反射材料層は、互いに隣接した高屈折率層をなすＳｉ層と低屈折率層をなすＳｉＯ _２層とからなる積層周期単位が２周期以上５周期以下にて積層された積層体として形成され、反射すべき熱線に対する前記高屈折率層の屈折率をｎ１、同じく前記低屈折率層の屈折率をｎ２として、１周期の換算厚さθ’＝ｔ１×ｎ１＋ｔ２×ｎ２が０．４〜２μｍであり、かつｔ１×ｎ１とｔ２×ｎ２とがほぼ等しくなるよう調整され、前記熱線に対する一次元フォトニックバンドギャップ構造を形成してなる熱線反射材料層とを有し、
前記基体の裏面を粗し面としたことを特徴とする熱線遮断透光部材。
可視光に対して透過性を有する基体と、
各前記基体の表面に形成され、可視光の透過を許容しつつ太陽光線に含まれる０．８〜４μｍの波長域の熱線を反射することにより前記基体に熱線遮断機能を付与する熱線反射材料層であって、前記熱線反射材料層は、互いに隣接した高屈折率層をなすＳｉ層と低屈折率層をなすＳｉＯ _２層とからなる積層周期単位が２周期以上５周期以下にて積層された積層体として形成され、反射すべき熱線に対する前記高屈折率層の屈折率をｎ１、同じく前記低屈折率層の屈折率をｎ２として、１周期の換算厚さθ’＝ｔ１×ｎ１＋ｔ２×ｎ２が０．４〜２μｍであり、かつｔ１×ｎ１とｔ２×ｎ２とがほぼ等しくなるよう調整され、前記熱線に対する一次元フォトニックバンドギャップ構造を形成してなる熱線反射材料層とを有し、
建築物又は車両側に設けられるとともに熱線及び可視光に対する透過性を有しかつ前記熱線反射材料層が非形成のベース採光体を覆うように前記建築物又は車両に取り付けて使用され、かつ、前記基体の前記ベース採光体に対する配置形態を変更することにより、前記熱線反射材料層による前記ベース採光体に対する熱線遮断面積率を可変となしたことを特徴とする熱線遮断透光部材。