特許 5774807 狭い帯域の全方向性反射体および構造色としてのそれらの使用

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5774807

(24)【登録日】2015年7月10日

(45)【発行日】2015年9月9日

(54)【発明の名称】狭い帯域の全方向性反射体および構造色としてのそれらの使用

(51)【国際特許分類】

   G02B 5/28 20060101AFI20150820BHJP

   G02B 5/08 20060101ALI20150820BHJP

【ＦＩ】

   G02B5/28

   G02B5/08 A

【請求項の数】11

【外国語出願】

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2008-208255(P2008-208255)

(22)【出願日】2008年8月12日

(65)【公開番号】特開2009-42763(P2009-42763A)

(43)【公開日】2009年2月26日

【審査請求日】2011年5月30日

(31)【優先権主張番号】11/837,529

(32)【優先日】2007年8月12日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】507342261

【氏名又は名称】トヨタ モーター エンジニアリング アンド マニュファクチャリング ノース アメリカ，インコーポレイティド

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100077517

【弁理士】

【氏名又は名称】石田 敬

(74)【代理人】

【識別番号】100087413

【弁理士】

【氏名又は名称】古賀 哲次

(74)【代理人】

【識別番号】100128495

【弁理士】

【氏名又は名称】出野 知

(74)【代理人】

【識別番号】100093665

【弁理士】

【氏名又は名称】蛯谷 厚志

(74)【代理人】

【識別番号】100144417

【弁理士】

【氏名又は名称】堂垣 泰雄

(72)【発明者】

【氏名】デバシシュ バーネルジー

(72)【発明者】

【氏名】ミンジャン チャン

(72)【発明者】

【氏名】石井 正彦

【審査官】 横川 美穂

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００２−５０４７１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−０３４３２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００６−５０６５１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−１０１９１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６４−０３２２０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００５−５３５９３８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ５／２８

Ｇ０２Ｂ ５／０８

Ｃ０９Ｄ １／００−４／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

フレークの形態にある全方向性構造色反射体と当該全方向性構造色反射体と混合されたバインダーとを含む塗料であって、
前記全方向性構造色反射体は、２〜４の屈折率ｎ_Ｈを有する第一の材料でできた第一の層および１〜３の屈折率ｎ_Ｌを有する第二の材料でできた第二の層を交互に有するマルチレイヤースタックであり、
前記第一の層は、外表面および第一の所定の厚さを有し、
前記第二の層は、前記第一の層の外表面にわたって広がる外表面および第二の所定の厚さを有し、
前記第一の層は、前記第二の層にわたって広がり、前記第二の層に直接に接触し、
前記第一の層および前記第二の層は、０．２〜１．０の屈折率コントラストｎ_Ｈ−ｎ_Ｌを有し、
前記第一の所定の厚さ、前記第二の所定の厚さ、および０．２〜１．０の前記屈折率コントラストにより、前記マルチレイヤースタックは、０度から８０度の角度から眺めたときに２００ナノメートル未満の反射帯域を有し、
前記全方向性構造色反射体は０度〜４５度の角度から眺めたときに一定のままである構造色を示し、及び／又は前記全方向性構造色反射体の中心波長の分散は０度〜９０度の入射角範囲で４０ｎｍ以下であり、
前記マルチレイヤースタックが３より多い層を有する、塗料。

【請求項2】

上記の屈折率ｎ_Ｈおよびｎ_Ｌ並びに屈折率コントラストｎ_Ｈ−ｎ_Ｌの条件下で、第一の層の屈折率ｎ_Ｈと第二の層の屈折率ｎ_Ｌの比ｎ_Ｈ／ｎ_Ｌは１．５以下である、請求項１に記載の塗料。

【請求項3】

前記反射帯域が０度から６５度の角度から眺めたときに２００ナノメートル未満である、請求項１又は２に記載の塗料。

【請求項4】

前記反射帯域が０度から６５度の角度から眺めたときに１００ナノメートル未満である、請求項３に記載の塗料。

【請求項5】

前記屈折率コントラストｎ_Ｈ−ｎ_Ｌが０．２〜０．６である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の塗料。

【請求項6】

前記スタックがゼロより大きな値から１０％のレンジ対ミッドレンジ比百分率を有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の塗料。

【請求項7】

前記スタックがゼロより大きな値から５％のレンジ対ミッドレンジ比百分率を有する、請求項６に記載の塗料。

【請求項8】

前記スタックがゼロより大きな値から２％のレンジ対ミッドレンジ比百分率を有する、請求項７に記載の塗料。

【請求項9】

前記スタックが合計で７より多い層を有する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の塗料。

【請求項10】

前記フレークが０．５〜５マイクロメートルの範囲の平均厚さを有する、請求項１〜９のいずれか一項に記載の塗料。

【請求項11】

前記フレークが５〜５０マイクロメートルの範囲の平均直径を有する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の塗料。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、概して反射体および反射体を作る方法に関係する。より具体的には、本発明は全方向性反射体および全方向性反射体を作る方法に関係する。

【背景技術】

【0002】

顔料は特定の色として見える、なぜならばそれが光の或る波長を選択的に反射および吸収するためである。白色光、すなわち全可視光スペクトルの波長を混合したものにほぼ等しい光が顔料に出会うと、いくつかの波長は顔料の置換基および化学結合によって吸収され、そして他の波長は反射される。このタイプの発色メカニズムは光吸収に基づき、そして分子構造は概して適度の反射率（５０〜６０％）で広い範囲の波長を反射する。対照的に、自然は、素晴らしい色や昆虫、蝶、鳥および魚におけるメタルタイプの反射をもたらす。このような自然に見られる色は、顔料を基にするものではなく、高い屈折率材料と低い屈折材料を交互に並べたナノスケールのマルチレイヤー構造、またはナノサイズ粒子の規則的配列のいずれかから反射した光の干渉に基づくものである。これらのタイプのナノ構造アセンブリは、入射光の１００％まで反射可能である。

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

このようなタイプのナノ構造アセンブリ、例えばマルチレイヤー構造、は電磁放射の狭い反射帯域をもたらすためには利用されてこなかった。したがって、該マルチレイヤー構造を様々な角度から眺めたときの反射率が一定であり、狭い反射帯域をもたらすマルチレイヤー構造に対する要求が存在する。以下で説明されるとおり、本願発明は、可視光電磁気範囲における全方向性の狭い帯域の反射体及び／または全方向性構造色を造るために利用可能なマルチレイヤー構造を提供する。このマルチレイヤー構造を造るための方法も説明される。本発明のこれらおよびその他の長所は、ここに示される図面および議論から明らかとなる。

【課題を解決するための手段】

【0004】

マルチレイヤー構造が開示され、ここで外表面および２〜４の屈折率を有する第一の材料でできた第一の層が、１〜３の屈折率を有する第二の材料でできた第二の層の外表面にわたって広がる。このマルチレイヤースタックは、０°から８０°の角度から眺めたときに２００ナノメートル未満の反射帯域を有し、および紫外線、可視光線および赤外線スペクトル範囲における電磁放射の狭い範囲を反射するために使用されることができる。いくつかの例では、該マルチレイヤー構造の反射帯域が１００ナノメートル未満である。また、該マルチレイヤー構造は、２％未満のレンジ対ミッドレンジ比百分率として定義される量を有することができる。

【0005】

本発明の一実施態様において、該マルチレイヤー構造はフレークの形態であってもよい。該フレークは、０．５〜５マイクロメートルの平均厚さ範囲、および５〜５０マイクロメートルの平均直径を有する。いくつかの例では、構造物をコーティングするために使用可能なコーティング材料を形成するために、複数のフレークがバインダーと混ぜ合わされることができる。該コーティング材料は、様々な角度から眺めたときに一定のままである構造色を示す。本発明の該複数のフレークは、他の方法を用いて構造物に適用することもできる。

【発明を実施するための最良の形態】

【0006】

本発明は、任意角の入射からの紫外、可視または赤外の磁気放射の特定の反射帯域を維持するマルチレイヤー全方向性反射体を含む。本発明は、それ自体で、狭い波長範囲の電磁放射に対する全方向性の反射体としての実用性を有する。また、本発明は該全方向性反射体を造るための方法も含む。

【0007】

本発明の全方向性反射体は、第一の屈折率を伴う第一の層および第二の屈折率を伴う第二の層を有するマルチレイヤー体である。いくつかの例では、この二つの層の屈折率間の差が０．２〜１．０の範囲であってもよく、およびこのマルチレイヤー構造は、０°から８０°の角度から眺めたときに２００ナノメートル未満の反射帯域を有する。他の例では、この二つの層の屈折率間の差が０．２〜０．６の範囲であってもよく、およびこのマルチレイヤー構造は、０°から６５°の角度から眺めたときに１００ナノメートル未満の反射帯域を有する。

【0008】

ここで、図１を参照すると、高屈折率（ｎ_Ｈ）および厚さ（ｄ_Ｈ）を備えた第一の材料１００および低屈折率（ｎ_Ｌ）および厚さ（ｄ_Ｌ）を備えた第二の材料２００を交互にした層を有するマルチレイヤー構造が示されている。第一の材料１００は、外表面１１０を含み、それは第二の材料２００の外表面２１０にわたって広がることができる。いくつかの例では、マルチレイヤー構造１０は、層の合計数が３より多い。別の例では、マルチレイヤー構造１０は、層の合計数が７より多い。

【0009】

垂直な電気（Ｅ）および磁気（Ｍ）ベクトル成分からなる電磁波が、入射角θ_０でマルチレイヤー構造に入射するのが示される。この電磁波は二つの独立の電磁モード、ＴＥ（横電）モードとＴＭ（横磁）モードに区別することができる。マルチレイヤー構造１０以外の媒体の屈折率は第一の端部１２においてｎ_０である。例えば、媒体が空気であるとき、ｎ_０は１である。第二の端部１４にある随意的な基材の屈折率は、ｎ_基材である。この随意的な基材は、マルチレイヤー構造１０と適合可能な任意の材料であってよく、およびこの構造物の製造、貯蔵、輸送および／または取り扱いにおいて役に立つことができる。随意的な基材が存在する場合、その基材はマルチレイヤー構造１０の製造後に除去してもよいし、またはしなくてもよい。

【0010】

電磁放射が材料表面に当たる場合、該放射の波はこの材料から反射されるかまたは材料を伝わることができる。さらに、電磁放射がマルチレイヤー構造１０の第一の端部１２に角度θ_０で当たる場合、その電磁波が高屈折率層および低屈折率層の表面で作る反射角は、それぞれθ_Ｈおよびθ_Ｌである。

【0011】

スネルの法則を使用すると：

【数1】

屈折率ｎ_Ｈおよびｎ_Ｌが既知であれば、角度θ_Ｈおよびθ_Ｌは求められる。

【0012】

全方向性反射率について、電磁放射のＴＥモードおよびＴＭモードに関する必要だが十分ではない条件として、第一の層内の最大屈折角度（θ_{Ｈ，ＭＡＸ}）が第一の層および第二の層の間のインターフェースのブルースター角（θ_Ｂ）よりも小さいことが必要である。この条件が満足されない場合、電磁波のＴＭモードは第二のおよびそれに続くインターフェースで反射せず、したがってこの構造物を伝わる。

【0013】

この考察を用いると、

【数2】

および

【0014】

【数3】

【0015】

これにより、次のことが必要である：

【数4】

【0016】

式４で表されるこの必要条件に加えて、波長λの電磁波が角度θ_０でマルチレイヤー構造に向かい、且つマルチレイヤー構造の個々の二重層が、それぞれ屈折率ｎ_Ｈおよびｎ_Ｌを伴う厚さｄ_Ｈおよびｄ_Ｌを有する場合、特性変換（translation）マトリクス（Ｆ_Ｔ）は以下のように表現される。

【0017】

【数5】

【0018】

これは次のようにも表現可能であり：

【数6】

【0019】

ここで：

【数7】

【0020】

【数8】

【0021】

【数9】

および

【0022】

【数10】

である。

【0023】

また、

【数11】

【0024】

ここで、

【数12】

【0025】

および

【数13】

【0026】

ＴＥおよびＴＭについて明確にｐ_Ｔを解くと：

【数14】

および

【0027】

【数15】

【0028】

眺める角度に依存する帯域構造は、全反射ゾーンの、帯域端としても知られる、端部についての境界条件から得ることが可能である。本発明の目的に関して、帯域端は、所与の帯域構造について全反射ゾーンと伝送ゾーンとを分ける線（ライン）の式として定義される。

【0029】

高反射率帯域の帯域端周波数を決める境界条件は、以下によって与えられる：

【数16】

【0030】

したがって、式３から：

【数17】

【0031】

または違う表現では：

【数18】

【0032】

式１５および７を結合すると、以下の帯域端の式が得られる：

【数19】

ここで、

【数20】

および：

【数21】

上記の帯域端の式の＋記号は、長波長（λ_long）の場合の帯域端を表し、および−記号は短波長（λ_short）の場合の帯域端を表す。

【0033】

式２０および２１を再編すると：
ＴＥモードについて

【数22】

および：

【0034】

ＴＭモードについて

【数23】

である。

【0035】

帯域端についての近似解は、以下の表現で定義可能である：

【0036】

【数24】

四分の一波の設計（以下でより詳細に記載される）および互いに等しくなるように選択された交互の層の光学的な厚さを考慮すれば、この近似解は妥当である。また、交互の層の光学的な厚さが比較的小さいと、コサインは１に近づく。このようにして、式２３および２４は近似的な帯域端の式をもたらす：

【0037】

ＴＥモードについて：

【数25】

【0038】

および、ＴＭモードについて：

【数26】

【0039】

入射角の関数としてのＬ_＋およびｐ_ＴＭの値は、式７、８、１４、１５、２０および２１から得ることができ、それによって入射角の関数としてのＴＥおよびＴＭモードにおけるλ_longおよびλ_shortについての計算が可能となる。

【0040】

図２を見ると、４．６の高屈折率および８００ナノメートルの厚さを有する第一の材料および１．６の屈折率および１６００ナノメートルの厚さを有する第二の層材料を伴うマルチレイヤーシステムでの入射角の関数としてのＴＥおよびＴＭ帯域端が示されている。全方向性帯域は波長範囲で定義され、そこでは強調表示されたボックスで示されるように任意の角度から来る電磁放射が完全に反射される。図２で示される例の場合、全方向性帯域は赤外領域にあり、そして近似的には９．３４マイクロメートルから１５マイクロメートルの波長の間にある。

【0041】

数学的には、図２で示される全方向性の帯域は以下のように記載できる：

【数27】

【0042】

式２３および式２４の帯域端に対する厳密解は、以下のように表現できる：
ＴＥモードについて：

【数28】

および、ＴＭモードについて

【数29】

である。数値評価を用いて、上述したマルチレイヤーシステムについての厳密解と近似解の比較が図３に示される。図３は、このようにして、帯域端の式で求める近似法が妥当且つ適当であることを説明している。

【0043】

全方向性反射体の中心波長（λ_ｃ）は、次の関係から求められる：

【0044】

【数30】

この中心波長は重要なパラメータとなる場合があり、というのはその値が反射される電磁波長および／または色スペクトルの近似範囲を示唆するからである。例えば、通常の入射に対して上述のマルチレイヤーシステムは、１２．５マイクロメートルの中心波長をもたらし、これは図２および３で示されるプロットと一致する。
反射帯域の幅に関する示唆をもたらすことができる、もうひとつの重要なパラメータは、全方向性反射帯域内の波長のレンジ（範囲）対全方向性反射帯域内の波長のミッドレンジ比として定義される。

【0045】

この「レンジ対ミッドレンジ比」（η）は数学的に以下のように表現される：
ＴＥモードについて、

【数31】

【0046】

および、ＴＭモードについて、

【数32】

である。レンジ対ミッドレンジ比は百分率として表現することができ、本発明の目的に関して、この用語「レンジ対ミッドレンジ比」と「レンジ対ミッドレンジ比百分率」は同義的に使用されると理解される。さらに、「％」記号を伴って提示される「レンジ対ミッドレンジ比」の値は、「レンジ対ミッドレンジ比」の百分率の値であると理解される。ＴＭモードおよびＴＥモードについてのレンジ対ミッドレンジ比は、式３１および３２から数値的に計算可能であり、そして図４Ａおよび４Ｂに図解されるように、高屈折率と低屈折率の関数としてプロットできる。さらに、一度レンジ対ミッドレンジ比が決められると、対応する反射率が波長の関数としてプロット可能である。

【0047】

レンジ対ミッドレンジ比の関数としての反射率の例は、図５Ａおよび５Ｂに図解される。図５ＡはＴＭモードレンジ対ミッドレンジ比についての二つのカーブ−０．２％に等しいη_ＴＭに関するものおよび３０％に等しいη_ＴＭに関するもの−を示す。図５Ｂは、０°から４５°の範囲にある入射角を伴って、図５Ａで「Ａ」および「Ｂ」のラベルがされたレンジ対ミッドレンジ比について対応する反射率を示す。３０％のレンジ対ミッドレンジ比および０°から４５°の範囲にある入射角を伴って、図５Ｂに図解された反射帯域は近似的に３００ナノメートルである。対照的に、０．２％のレンジ対ミッドレンジ比および同上の入射角の場合、反射帯域は近似的に１００ナノメートルである。

【0048】

全方向性反射体の中心波長に関して、式３０は、中心波長、およびしたがって中心波長の分散が入射角の関数であることを示す。いくつかの例では、本発明の全方向性反射体が入射角の関数としての中心波長の小さな分散を有する。中心波長の分散の範囲が狭いほど、観察される色は純粋である、というのはより狭い帯域の波長が反射体から例えば人間の眼に反射されるからである。

【0049】

中心波長の分散を制御する方法は、高反射率および低反射率の関数としてのＴＭモードおよびＴＥモードについてのレンジ対ミッドレンジ比の比較検討を含んでもよい。図６は、高反射率および低反射率の関数としてのＴＭモードおよびＴＥモードについての０．２％のレンジ対ミッドレンジ比を図解する。図６で図解されるように、ＴＭモードおよびＴＥモードについての高屈折率間の比較的大きな分散がケースＩによって示され、中間の分散がケースＩＩによって示され、比較的小さな分散がケースＩＩＩによって示される。したがって、所与のレンジ対ミッドレンジ比について、高反射率および低反射率に対する異なる値を選択することができる。

【0050】

図７Ａをみると、ケースＩについての波長の関数としての反射率が図解されており、ここでは高屈折率が２．６１に等しく、低屈折率が１．２に等しく、および入射角は０°〜４５°の範囲である。この図によって図解されるように、マルチレイヤー構造に対して通常の電磁放射の入射とマルチレイヤー構造に対して４５°の電磁放射の入射を比べると、中心波長は大きく移動している。対照的に、高反射率および低反射率の間の比較的小さな差、および等しい入射角は、結果として図７Ｃに示されるような中心波長の小さな分散をもたらす。したがって、マルチレイヤー構造によって反射される波長の範囲を狭くするためには、第一の材料１００と第二の材料２００の間の反射率間の比較的小さい差が望ましい。図７Ｄは、ケースＩ、ＩＩおよびＩＩＩについて入射角の変化を伴う場合の中心波長の分散を定量化し、そして分散がケースＩの場合の約１４０ｎｍからケースＩＩＩの場合の約４０ｎｍまで低下することを図解している。

【0051】

本発明の別の実施態様では、全方向性反射体用の交互の層の材料の屈折率および厚さを測定するために、四分の一波技術が使用可能である。この方法を用いて、高屈折率材料および低屈折率材料の光学的厚さがお互いに等しくなるように、且つ所望の反射波長の四分の一に等しくなるように、設定される。したがって、一度マルチレイヤー構造の屈折率が選択されると、個々の層の厚さは以下の式に基づいて設定される：

【0052】

【数33】

ここでθ_０＝０のときにλ_０＝λ_ｃである。

【0053】

図８を見ると、四分の一波全方向性反射体の帯域端に対する近似解のグラフ表示が、上述したケースＩＩのパラメータにしたがって示される。この図はまた厳密解も示しており、それにより類似の結果が得られている。この図で図解されるように、４９０ナノメートルにおける狭い全方向性帯域は、図７Ｂで示された反射帯域と一致している。狭い全方向性帯域を得るために、中心波の分散は最小でなければならないことが理解される。したがって、式３０から、中心波の分散が次のように表現できる：

【0054】

【数34】

【0055】

ここで：

【数35】

および、Ｆｃ、中心波長分散係数は次のように表現できる：

【0056】

【数36】

中心波長分散係数は、高屈折率および低屈折率の関数として図９Ａに示される。したがって、式３６および図９Ａから、高屈折率および低屈折率の材料を適当に選択することで、中心波長の分散を低下させることができる。また、中心波長分散係数が比較的低くても、高屈折率と低屈折率の間に大きな差を示すマルチレイヤー構造は広い反射帯域を有する事実も、「広い帯域」矢印を伴う図９Ａで図解される。同様に、交互の層が、第二の材料の低屈折率に近い高屈折率を伴う第一の材料を有する場合、反射した電磁放射のより高い側波帯が「高い側波帯」矢印で図解されるように生じる。このより高い側波帯は、様々な方法（説明用にはルゲートフィルターを含む）を使用することによって、低下させることができる。

【0057】

図９Ｂは、レンジ対ミッドレンジ比、高屈折率および低屈折率に関する目標領域を提示する。ＴＥおよびＴＭモードのレンジ対ミッドレンジ比間の差が比較的大きい場合、マルチレイヤー構造の広いまたは大きい反射帯域が生じる。対照的に、レンジ対ミッドレンジ比間の差が比較的小さい場合、比較的狭い反射帯域がこのダイヤグラムで見られるような値の目標領域を伴って示される。また、図９Ｃおよび９Ｄは、高屈折率および低屈折率材料間で小さな屈折率コントラスト（０．３９）が選択された場合、可視領域において狭い帯域幅の全方向性反射体が得られることを図解する。

【0058】

したがって、いくつかの例では、全方向性反射体が交互の層の材料を有し、ここで一つの材料が１〜３の低屈折率を有し且つもう一つの材料が２〜４の高屈折率を有する。また、低屈折率材料と高屈折率材料の間の差が、ここでは屈折率コントラストとして定義され、０．２〜１．０の範囲にあり、およびレンジ対ミッドレンジ比百分率が０より大きい値から１０％まで変化する。他の例では、全方向性反射体の交互の層に使用される材料は、２〜３の範囲にある低屈折率を有する第一の材料、２．４７〜３．３８の範囲にある高屈折率を有する第二の材料を含む。さらに他の例では、高屈折率および低屈折率材料の間の差が、０．３５〜０．５であってもよく、および／またはレンジ対ミッドレンジ比百分率が０より大きい値および５％であってもよい。いくつかの例では、レンジ対ミッドレンジ比百分率はまた０より大きい値から２％の範囲であってもよい。本発明の全方向性反射体の製造のために好適な材料は、上述の基準に合致するように選択される。

【0059】

表１は、狭い反射帯域を示す全方向性反射体用の、可能性のある、しかし限定はされない、高屈折率および低屈折率材料のそれぞれを示す。したがって、屈折率の差が０．２〜１．０であるように、且つレンジ対ミッドレンジ比百分率が０より大きい正の値から１０％であるように、適当な材料を選択することによって、様々な角度から眺めたときに一定のままである構造色を可能にする全方向性反射体がもたらされる。いくつかの例では、本発明の全方向性反射体によってもたらされる構造色は、０°〜８０°の角度から眺めたときに一定のままである。他の例では、０°〜６５°の角度から眺めたときに、構造色は一定のままである。さらに他の例では、０°〜４５°の角度から眺めたときに、構造色は一定のままである。

【0060】

また、表１は説明目的だけのものであり、決して本願発明の範囲を限定するものではない。屈折率の差が０．２〜１．０であり、レンジ対ミッドレンジ比百分率が０より大きい正の値から１０％までである、任意の二つの層は本発明の範囲内である。また、２より多い異なる材料がマルチレイヤースタックに使用することができること、および／または交互の層のひとつが欠陥層、すなわち所望の屈折率を得るためにそこで意図的に欠陥を伴う材料でできた層であってもよいこと、も本発明の範囲内である。

【0061】

本発明の全方向性反射体は粒子、ディスク、フレークおよびそれらに類するものの形態であってもよいことが理解される。さらに、コーティングを形成するために、粒子、ディスクおよび／またはフレークは好適な有機および／または無機バインダーと混合されてもよい。したがってバインダーと本発明の全方向性反射体は、様々な角度から眺めたときに色が変わらない塗料およびコーティングをもたらすように、使用可能である。また、本発明の粒子、ディスク、および／またはフレークは、他の方法、例えば帯電、ｅ−コーティング、粉末コーティング、スプレー堆積およびこれらに類するものを使用して、表面に適用可能であり、この結果様々な角度から眺めたときに外観において変化しない色を表面にもたらす。

【表1】

【0062】

本発明のフレークは、０．５〜５マイクロメートルの平均厚み、および５〜５０マイクロメートルの平均直径を有してもよい。本発明の目的に関して、平均厚みという語は少なくとも３つの異なる厚さの測定から得た平均値として定義され、平均直径という語は少なくとも３つの異なる直径の測定から得た平均値として定義される。フレークは、そこに付着した随意的な基材を有してもよく、または独立したフレークであってもよいことが理解される。基材は、当業者に既知の任意の材料（説明用には金属、合金、プラスチック、セラミックス、ガラスおよびそれらの組み合わせを含む）から作られてもよく、およびフレークが製造された後で除去してもよいし、またはされなくてもよい。

【0063】

本発明の狭い帯域の全方向性反射体は、紫外（ＵＶ）光を反射するように設計され、製造されおよび使用できることが理解される。したがって、本発明の狭い帯域の全方向性反射体は、ＵＶ反射コーティングを製造するために使用可能であり、ここで作られたＵＶ反射の狭い帯域の全方向性反射体は、（１）現在入手可能な塗料、染色液およびそれらに類するもの：（２）可視色をもたらす狭い帯域の全方向性反射体を含む本発明のコーティング：および／または（３）好適な透明のバインダーに加えられ、ＵＶ保護性能を有するクリアーなコーティングを製造する。本発明の狭い帯域の全方向性反射体は、電気通信および光電子デバイスで使用可能であることも理解される。

【0064】

本発明の全方向性反射体を製造する方法は、ゾルゲルプロセス、交互層の電子ガン蒸発、交互層の真空蒸発、熱的蒸発、ＣＶＤプロセス、電気化学堆積およびエッチングプロセス、高真空蒸気堆積および酸化プロセス、交互層のスパッタリング、分子−ビーム−エピタキシープロセス、熱的機械的プロセス、化学的プロセス、「レイヤー・バイ・レイヤー」プロセスによるポリ電解質多層堆積および／またはこれらの組み合わせを含む。

【0065】

このやり方で、狭い帯域幅の全方向性反射器およびそれらの製造方法が提示される。前述の図面、議論および記載は、本発明の特定の実施態様の説明であるが、それらの実施に関して限定となることを意図していない。本発明の数値的な改良および変更は、ここで示された教示を考慮すれば当業者には容易に明らかである。特許請求の範囲は、本発明の範囲を規定する均等物の全てを含む。

【図面の簡単な説明】

【0066】

【図1】本発明のマルチレイヤー構造の概略図。

【図2】入射角の関数としての帯域端のグラフ表示。

【図3】入射角の関数としての帯域端に関する厳密解と近似解を比較するグラフ表示。

【図4A】電磁放射のＴＭモードに関するレンジ対ミッドレンジ比のグラフ表示。

【図4B】電磁放射のＴＥモードに関するレンジ対ミッドレンジ比のグラフ表示。

【図5A】３０％および０．２％に等しいレンジ対ミッドレンジ比のグラフ表示。

【図5B】図５Ａで示された３０％および０．２％のレンジ対ミッドレンジ比の場合の対応する反射スペクトルのグラフ表示。

【図6】電磁放射のＴＭモードおよびＴＥモードに関する、０．２％のレンジ対ミッドレンジ比の比較を示すグラフ表示。

【図7A】図６で示されたケースＩの場合の波長の関数としての反射率のグラフ表示。

【図7B】図６で示されたケースＩＩの場合の波長の関数としての反射率のグラフ表示。

【図7C】図６で示されたケースＩＩＩの場合の波長の関数としての反射率のグラフ表示。

【図7D】ケースＩ、ＩＩおよびＩＩＩにおける中心波長の分散のグラフ表示。

【図8】四分の一波長技術により設計されたマルチレイヤー構造の帯域端に関する近似解と厳密解の比較のグラフ表示。

【図9A】高屈折率および低屈折率の関数としての中心波長分散係数のグラフ表示。

【図9B】ＴＥモードおよびＴＭモードの場合のレンジ対ミッドレンジ比のグラフ表示であって、ここで高屈折率および低屈折率の所望の領域が強調表示されている。

【図9C】高屈折率材料から低屈折材料までの間で低屈折率コントラストを伴うケースの狭い帯域の全方向性反射率のグラフ表示。

【図9D】高屈折率材料から低屈折材料までの間で低屈折率コントラストを伴う狭い帯域の全方向性反射設計の帯域構造のグラフ表示。

【0067】

本発明に関連する発明の実施態様の一部を以下に記載する。
［態様１］
外表面および２〜４の屈折率を有する第一の材料でできた第一の層；および
前記第一の層の外表面にわたって広がる外表面、および１〜３の屈折率を有する第二の材料でできた第二の層；を有し、
０度から８０度の角度から眺めたときに２００ナノメートル未満の反射帯域を有する、マルチレイヤースタック。
［態様２］
前記反射帯域が０度から６５度の角度から眺めたときに２００ナノメートル未満である、上記態様１に記載のマルチレイヤースタック。
［態様３］
前記反射帯域が０度から６５度の角度から眺めたときに１００ナノメートル未満である、上記態様１に記載のマルチレイヤースタック。
［態様４］
前記第一の層が２．４〜３．４の屈折率を有し、および前記第二の層が２〜３の屈折率を有する、上記態様１に記載のマルチレイヤースタック。
［態様５］
前記第一の層の屈折率と前記第二の層の屈折率の差が０．２〜１である、上記態様１に記載のマルチレイヤースタック。
［態様６］
前記第一の層の屈折率と前記第二の層の屈折率の差が０．３５〜０．５である、上記態様１に記載のマルチレイヤースタック。
［態様７］
ゼロより大きな値から１０％のレンジ対ミッドレンジ比百分率を有する、上記態様１に記載のマルチレイヤースタック。
［態様８］
ゼロより大きな値から５％のレンジ対ミッドレンジ比百分率を有する、上記態様１に記載のマルチレイヤースタック。
［態様９］
ゼロより大きな値から２％のレンジ対ミッドレンジ比百分率を有する、上記態様１に記載のマルチレイヤースタック。
［態様１０］
合計で３より多い層を有する、上記態様１に記載のマルチレイヤースタック。
［態様１１］
合計で７より多い層を有する、上記態様１に記載のマルチレイヤースタック。
［態様１２］
フレークの形態である、上記態様１に記載のマルチレイヤースタック。
［態様１３］
前記フレークが０．５〜５マイクロメートルの範囲の平均厚さを有する、上記態様１２に記載のマルチレイヤースタック。
［態様１４］
前記フレークが５〜５０マイクロメートルの範囲の平均直径を有する、上記態様１２に記載のマルチレイヤースタック。
［態様１５］
前記フレークがバインダーと混合されて塗料を作る、上記態様１２に記載のマルチレイヤースタック。
［態様１６］
前記フレークがバインダーと混合されてＵＶ保護コーティングを作る、上記態様１２に記載のマルチレイヤースタック。
［態様１７］
外表面および２〜４の屈折率を有する第一の材料でできた第一の層；および
前記第一の層の外表面にわたって広がり且つマルチレイヤースタックを形成する外表面、および１〜３の屈折率を有する第二の材料でできた第二の層；を有する全方向性反射体であって、
前記第一の層の屈折率と前記第二の層の屈折率の差が０．２〜１であり；
前記マルチレイヤースタックがゼロより大きい正の百分率から１０％のレンジ対ミッドレンジ比百分率を有し；
前記マルチレイヤースタックは、０度から８０度の角度から眺めたときに２００ナノメートル未満の反射帯域も有する、全方向性反射体。
［態様１８］
前記反射帯域が０度から６５度の角度から眺めたときに１００ナノメートル未満である、上記態様１７に記載のマルチレイヤースタック。
［態様１９］
前記第一の層が２．４〜３．４の屈折率を有し、および前記第二の層が２〜３の屈折率を有する、上記態様１７に記載のマルチレイヤースタック。
［態様２０］
外表面および２．４〜３．４の屈折率を有する第一の材料でできた第一の層；
２〜３の屈折率を有する第二の材料でできた第二の層；を有する狭い帯域幅の全方向性反射体であって、
前記第一の層の外表面が前記第二の層にわたって広がり且つマルチレイヤースタックを形成し、
前記マルチレイヤースタックがゼロより大きい正の百分率から５％のレンジ対ミッドレンジ比百分率を有し；
前記マルチレイヤースタックはまた、０度から６５度の角度から眺めたときに１００ナノメートル未満の反射帯域を有する、狭い帯域幅の全方向性反射体。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図7C】

【図7D】

【図8】

【図9A】

【図9B】

【図9C】

【図9D】