特開 2024-4499 輻射デバイス、放射冷却装置及び輻射デバイスの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024004499

(43)【公開日】2024-01-17

(54)【発明の名称】輻射デバイス、放射冷却装置及び輻射デバイスの製造方法

(51)【国際特許分類】

   B32B 7/025 20190101AFI20240110BHJP

   F25B 23/00 20060101ALI20240110BHJP

   C08J 5/18 20060101ALI20240110BHJP

   B32B 3/14 20060101ALI20240110BHJP

【ＦＩ】

B32B7/025

F25B23/00 Z

C08J5/18

B32B3/14

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020185732

(22)【出願日】2020-11-06

(71)【出願人】

【識別番号】504176911

【氏名又は名称】国立大学法人大阪大学

(71)【出願人】

【識別番号】000002130

【氏名又は名称】住友電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100136722

【弁理士】

【氏名又は名称】▲高▼木 邦夫

(74)【代理人】

【識別番号】100174399

【弁理士】

【氏名又は名称】寺澤 正太郎

(74)【代理人】

【識別番号】100140453

【弁理士】

【氏名又は名称】戸津 洋介

(72)【発明者】

【氏名】大塚 節文

(72)【発明者】

【氏名】江畑 惠司

(72)【発明者】

【氏名】井上 武

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼原 淳一

(72)【発明者】

【氏名】君野 和也

【テーマコード（参考）】

4F071

4F100

【Ｆターム（参考）】

4F071AA60

4F071AH12

4F071AH16

4F071AH17

4F071AH19

4F071BC02

4F100AK01A

4F100AK49A

4F100AT00A

4F100AT00E

4F100BA04

4F100BA05

4F100BA07

4F100CB00E

4F100DC23D

4F100EC182

4F100EC18E

4F100EJ50

4F100EJ912

4F100EJ91E

4F100JG01B

4F100JG01C

4F100JG01D

4F100JK17A

(57)【要約】      （修正有）

【課題】湾曲させることができる輻射デバイス、放射冷却装置及び輻射デバイスの製造方法を提供する。
【解決手段】輻射デバイス１００は、可撓性膜１１０と、可撓性膜１１０上に設けられた導電体層１２０と、導電体層１２０上に設けられた半導体層１３０と、半導体層１３０上に設けられ、互いに離間して配置された複数の導電体ディスク１５０と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

可撓性膜と、
前記可撓性膜上に設けられた導電体層と、
前記導電体層上に設けられた半導体層と、
前記半導体層上に設けられ、互いに離間して配置された複数の導電体ディスクと、
を備える、輻射デバイス。

【請求項2】

前記導電体層は、前記可撓性膜の主面上に設けられ、
前記可撓性膜は、前記主面が６０ｍｍ以下の曲率半径を有するように湾曲可能である、請求項１に記載の輻射デバイス。

【請求項3】

前記主面が６０ｍｍの曲率半径を有するように前記可撓性膜が湾曲された場合に、前記複数の導電体ディスクのそれぞれの寸法変化率の絶対値と、隣り合う前記複数の導電体ディスク間の間隔の寸法変化率の絶対値とが１０％以下である、請求項２に記載の輻射デバイス。

【請求項4】

前記可撓性膜が樹脂を含む、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の輻射デバイス。

【請求項5】

前記可撓性膜がポリイミドを含む、請求項４に記載の輻射デバイス。

【請求項6】

前記複数の導電体ディスクは、前記半導体層の主面において同一面積及び同一形状を有する複数の単位構成領域のそれぞれが同じ配置パターンを有するよう配置され、
前記複数の単位構成領域のそれぞれは、４．５μｍ以上５．５μｍ以下の長さの各辺を有する矩形形状を有し、
前記複数の単位構成領域は、前記主面に沿った互いに直交する２つの方向のそれぞれにおいて隣接する単位構成領域同士が共通する辺を有するようにアレイ配置される、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の輻射デバイス。

【請求項7】

前記配置パターンは、前記矩形形状の第１辺に沿って３個の導電体ディスクが並ぶとともに前記第１辺と直交する第２辺に沿って３個の導電体ディスクが並ぶ３×３のマトリクスに対応するように配置された９個の導電体ディスクにより構成され、
前記９個の導電体ディスクは、互いに異なる直径を有する４種類以上の導電体ディスクを含む、請求項６に記載の輻射デバイス。

【請求項8】

湾曲表面を有する部材と、
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の輻射デバイスと、
を備え、
前記輻射デバイスは、前記湾曲表面に前記可撓性膜が対向するように前記部材上に設けられる、放射冷却装置。

【請求項9】

基板上に可撓性膜を設ける工程と、
前記可撓性膜上に、導電体層と、半導体層と、互いに離間して配置された複数の導電体ディスクとを順に形成する工程と、
前記可撓性膜を前記基板から剥離する工程と、
を含む、輻射デバイスの製造方法。

【請求項10】

前記可撓性膜を設ける工程は、前記可撓性膜を接着剤層によって前記基板に接着することを含む、請求項９に記載の輻射デバイスの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、輻射デバイス、放射冷却装置及び輻射デバイスの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、ポリマーと、ポリマー中に分散した複数の誘電体粒子とを含む選択的放出層を備える選択的放射冷却構造体を開示する。微小球体が分散された構造物を作製する場合、微小球体が凝集することがある。

【0003】

特許文献２は、プラズモニックメタマテリアルを利用した輻射デバイスを開示する。輻射デバイスは、リソグラフィー技術を用いて作製されるため、平滑な表面を有するシリコン基板上に形成される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特表２０１９－５１５９６７号公報

【特許文献2】国際公開第２０２０／０２６３４５号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献２は、湾曲表面を有する部材上に輻射デバイスを搭載することを開示していない。

【0006】

本開示は、湾曲させることができる輻射デバイス、放射冷却装置及び輻射デバイスの製造方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の一側面に係る輻射デバイスは、可撓性膜と、前記可撓性膜上に設けられた導電体層と、前記導電体層上に設けられた半導体層と、前記半導体層上に設けられ、互いに離間して配置された複数の導電体ディスクと、を備える。

【発明の効果】

【0008】

本開示によれば、湾曲させることができる輻射デバイス、放射冷却装置及び輻射デバイスの製造方法が提供され得る。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、一実施形態に係る輻射デバイスを模式的に示す断面図である。

【図2】図２は、アレイ配置された複数の単位構成領域を示す平面図である。

【図3】図３は、各単位構成領域における導電体ディスクの配置パターンを示す平面図である。

【図4】図４は、湾曲した図１の輻射デバイスを模式的に示す断面図である。

【図5】図５は、一実施形態に係る放射冷却装置の概略構成を示す図である。

【図6】図６は、一実施形態に係る輻射デバイスの吸収スペクトルの例を示すグラフである。

【図7】図７の（ａ）及び（ｂ）は、一実施形態に係る輻射デバイスの製造方法の各工程を模式的に示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

［本開示の実施形態の説明］
一実施形態に係る輻射デバイスは、可撓性膜と、前記可撓性膜上に設けられた導電体層と、前記導電体層上に設けられた半導体層と、前記半導体層上に設けられ、互いに離間して配置された複数の導電体ディスクと、を備える。

【0011】

上記輻射デバイスによれば、可撓性膜を湾曲させることにより、輻射デバイスを湾曲させることができる。

【0012】

前記導電体層は、前記可撓性膜の主面上に設けられ、前記可撓性膜は、前記主面が６０ｍｍ以下の曲率半径を有するように湾曲可能であってもよい。この場合、輻射デバイスを比較的大きく湾曲させることができる。

【0013】

前記主面が６０ｍｍの曲率半径を有するように前記可撓性膜が湾曲された場合に、前記複数の導電体ディスクのそれぞれの寸法変化率の絶対値と、隣り合う前記複数の導電体ディスク間の間隔の寸法変化率の絶対値とが１０％以下であってもよい。この場合、輻射デバイスを大きく湾曲させても、各導電体ディスク及び各間隔の寸法変化率を小さくできる。これにより、寸法変化による吸収波長のずれの絶対値を例えば５μｍ以下に小さくできる。

【0014】

前記可撓性膜が樹脂を含んでもよい。前記可撓性膜がポリイミドを含んでもよい。

【0015】

前記複数の導電体ディスクは、前記半導体層の主面において同一面積及び同一形状を有する複数の単位構成領域のそれぞれが同じ配置パターンを有するよう配置され、前記複数の単位構成領域のそれぞれは、４．５μｍ以上５．５μｍ以下の長さの各辺を有する矩形形状を有し、前記複数の単位構成領域は、前記主面に沿った互いに直交する２つの方向のそれぞれにおいて隣接する単位構成領域同士が共通する辺を有するようにアレイ配置されてもよい。この場合、輻射デバイスは、４．５μｍ以上５．５μｍ以下の波長域に相当する「大気の窓」の電磁波を選択的に放出できる。

【0016】

前記配置パターンは、前記矩形形状の第１辺に沿って３個の導電体ディスクが並ぶとともに前記第１辺と直交する第２辺に沿って３個の導電体ディスクが並ぶ３×３のマトリクスに対応するように配置された９個の導電体ディスクにより構成され、前記９個の導電体ディスクは、互いに異なる直径を有する４種類以上の導電体ディスクを含んでもよい。この場合、４．５μｍ以上５．５μｍ以下の長さの各辺を有する矩形形状内に９個の導電体ディスクを適切に配置することができる。

【0017】

一実施形態に係る放射冷却装置は、湾曲表面を有する部材と、上記輻射デバイスと、を備え、前記輻射デバイスは、前記湾曲表面に前記可撓性膜が対向するように前記部材上に設けられる。この場合、湾曲表面に追従するように可撓性膜を湾曲することができる。

【0018】

一実施形態に係る輻射デバイスの製造方法は、基板上に可撓性膜を設ける工程と、前記可撓性膜上に、導電体層と、半導体層と、互いに離間して配置された複数の導電体ディスクとを順に形成する工程と、前記可撓性膜を前記基板から剥離する工程と、を含む。

【0019】

上記輻射デバイスの製造方法によれば、可撓性膜を備える輻射デバイスが得られる。

【0020】

前記可撓性膜を設ける工程は、前記可撓性膜を接着剤層によって前記基板に接着することを含んでもよい。この場合、基板に対する可撓性膜の位置ずれを抑制できる。

【0021】

［本開示の実施形態の詳細］
以下、添付図面を参照しながら本開示の実施形態が詳細に説明される。図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号が用いられ、重複する説明は省略される。図面には、必要に応じて、互いに交差するＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向が示される。Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向は例えば互いに直交している。

【0022】

図１は、一実施形態に係る輻射デバイスを模式的に示す断面図である。図１に示される輻射デバイス１００は、可撓性膜１１０と、可撓性膜１１０上に設けられた導電体層１２０と、導電体層１２０上に設けられた半導体層１３０と、半導体層１３０上に設けられた複数の導電体ディスク１５０とを備える。

【0023】

可撓性膜１１０は、Ｚ軸方向において互いに反対側に配置された下面１１０ａ及び上面１１０ｂ（主面）を有する。Ｚ軸方向は可撓性膜１１０の厚み方向に相当する。導電体層１２０は、可撓性膜１１０の上面１１０ｂ上に設けられる。導電体層１２０は、上面１１０ｂに対向する下面１２０ａと、下面１２０ａと反対側の上面１２０ｂとを有する。半導体層１３０は、導電体層１２０の上面１２０ｂ上に設けられる。半導体層１３０は、上面１２０ｂに対向する下面１３０ａと、下面１３０ａと反対側の上面１３０ｂ（主面）とを有する。複数の導電体ディスク１５０は、半導体層１３０の上面１２０ｂ上に設けられ、互いに離間して配置される。各導電体ディスク１５０は、Ｚ軸方向から見て例えば円形を有する。半導体層１３０の上面１３０ｂ上には、複数の導電体ディスク１５０の保護及び外部からの光入射等の防止のために、複数の導電体ディスク１５０を覆うように表面保護層１４０が設けられてもよい。表面保護層１４０は反射膜としても機能し得る。

【0024】

可撓性膜１１０は樹脂を含んでもよい。樹脂の例はポリイミドを含む。可撓性膜１１０は、例えば０．５ＧＰａ以上１００ＧＰａ以下のヤング率を有する材料を含んでもよい。可撓性膜１１０の厚さは、例えば１μｍ以上３０００μｍ以下である。可撓性膜１１０は、例えば２０μｍ以上５００μｍ以下の厚さを有する薄いガラス板（例えば日本電気硝子社製のＧ－Ｌｅａｆ（登録商標）など）であってもよい。可撓性膜１１０は、例えば３００℃以上の耐熱性を有し、有機溶剤及び強酸に対する高い耐性を有し得る。可撓性膜１１０の上面１３０ｂの５０μｍ程度の領域における平均表面粗さＲａは５ｎｍ以下であってもよい。可撓性膜１１０の上面１３０ｂに高さ１００ｎｍ程度の針状突起が設けられている場合、針状突起は酸素プラズマ処理（アッシング）などによって除去可能である。加えて、可撓性膜１１０の上面１３０ｂの全面積における平均表面粗さＲａは５００ｎｍ以下であってもよい。

【0025】

導電体層１２０は、金属を含んでもよい。金属の例は、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）及び銅（Ｃｕ）を含む。導電体層１２０の厚みは、導電体ディスク１５０の厚みよりも大きく、１００ｎｍ以上２００ｎｍ以下であってもよい。導電体層１２０の厚みを大きくすると、電磁波の透過を抑制できる。

【0026】

半導体層１３０は、シリコン（Ｓｉ）及びゲルマニウム（Ｇｅ）の少なくとも１つを含んでもよい。この場合、中赤外波長域の８μｍより短い波長域において半導体層１３０の吸収率が小さくなる。半導体層１３０の厚みは、１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であってもよい。

【0027】

複数の導電体ディスク１５０のそれぞれは、金属を含んでもよい。金属の例は、導電体層１２０の材料の例と同じ材料を含む。各導電体ディスク１５０の厚みは、形状の制御性向上及び製造コストの抑制のために、３０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であってもよい。この場合、導電体ディスク１５０の厚みの変化によって輻射特性が変化しても、波長８μｍ以上１３μｍ以下の波長域で十分な輻射率が得られる。各導電体ディスク１５０の寸法（直径）は、０．８μｍ以上１．５μｍ以下の範囲でＦＤＴＤ法（Finite-difference time-domain：有限差分時間領域法）による解析を繰り返し、８μｍ以上１３μｍ以下の波長域で高い輻射率が得られるように選択され得る。

【0028】

図２は、アレイ配置された複数の単位構成領域を示す平面図である。図３は、各単位構成領域における導電体ディスクの配置パターンを示す平面図である。以下では、図２及び図３の例について説明するが、導電体ディスクの配置パターンは本例に限定されない。

【0029】

複数の導電体ディスク１５０は、半導体層１３０の上面１３０ｂにおいて同一面積及び同一形状を有する複数の単位構成領域Ｒのそれぞれが同じ配置パターンを有するよう配置され得る。複数の単位構成領域Ｒのそれぞれは、４．５μｍ以上５．５μｍ以下の長さの各辺を有する矩形形状を有してもよい。１つの内角を挟んで隣接する２辺の長さは、互いに異なってもよいし、互いに等しくてもよい。本例では、複数の単位構成領域Ｒそれぞれは、４．５μｍ以上５．５μｍ以下の長さの各辺を有する正方形状を有する。複数の単位構成領域Ｒは、上面１３０ｂに沿った互いに直交するＸ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれにおいて隣接する単位構成領域Ｒ同士が共通する辺を有するようにアレイ配置され得る。複数の単位構成領域Ｒは隙間なく配置される。これにより、上面１３０ｂにおいて、複数の導電体ディスク１５０の配置パターンの二次元周期構造が構成される。二次元周期構造は、中赤外波長域の電磁波を発生させる赤外プラズモン周期構造である。単位構成領域Ｒの一辺の長さは、二次元周期構造の周期ピッチＰに相当する。本例では、各単位構成領域Ｒにおける配置パターンは、矩形形状の第１辺に沿って３個の導電体ディスク１５０が並ぶとともに第１辺と直交する第２辺に沿って３個の導電体ディスク１５０が並ぶ３×３のマトリクスに対応するように配置された９個の導電体ディスク１５０により構成される。Ｘ軸方向に平行に等間隔に設定された線ａ１，ａ２及びａ３と、Ｙ軸方向に平行に等間隔に設定された線ｂ１，ｂ２及びｂ３との９つの交点（格子点）Ｃのそれぞれに、対応する導電体ディスク１５０が配置される。各導電体ディスク１５０の中心は各交点Ｃと一致する。線ａ１，ａ２及びａ３はＹ軸方向において順に配置される。線ｂ１，ｂ２及びｂ３は、Ｘ軸方向において順に配置される。

【0030】

１つの単位構成領域Ｒ内に配置された９個の導電体ディスク１５０は、互いに異なる直径を有する４種類以上の導電体ディスク１５０を含む。本例では、単位構成領域Ｒ内に、９個の導電体ディスク１５０ａから１５０ｉが、線ａ１からａ３と線ｂ１からｂ３の交点Ｃ上に互いに離間した状態で配置される。第１導電体ディスク１５０ａは、線ａ３と線ｂ１との交点Ｃに配置される。第２導電体ディスク１５０ｂは、線ａ３と線ｂ２との交点Ｃに配置される。第３導電体ディスク１５０ｃは、線ａ３と線ｂ３との交点Ｃに配置される。第４導電体ディスク１５０ｄは、線ａ２と線ｂ１との交点Ｃに配置される。第５導電体ディスク１５０ｅは、線ａ２と線ｂ２との交点Ｃに配置される。第６導電体ディスク１５０ｆは、線ａ２と線ｂ３との交点Ｃに配置される。第７導電体ディスク１５０ｇは、線ａ１と線ｂ１との交点Ｃに配置される。第８導電体ディスク１５０ｈは、線ａ１と線ｂ２との交点Ｃに配置される。第９導電体ディスク１５０ｉは、線ａ１と線ｂ３との交点Ｃに配置される。第１導電体ディスク１５０ａの直径は、０．９μｍである。第２導電体ディスク１５０ｂの直径は、１．１μｍである。第３導電体ディスク１５０ｃの直径は、０．９μｍである。第４導電体ディスク１５０ｄの直径は、１．４μｍである。第５導電体ディスク１５０ｅの直径は、１．５μｍである。第６導電体ディスク１５０ｆの直径は、１．２μｍである。第７導電体ディスク１５０ｇの直径は、０．９μｍである。第８導電体ディスク１５０ｈの直径は、１．３μｍである。第９導電体ディスク１５０ｉの直径は、１．０μｍである。よって、本例では、１つの単位構成領域Ｒ内に配置された９個の導電体ディスク１５０は、最小直径（０．９μｍ）を有する３個の導電体ディスク１５０ａ，１５０ｃ，１５０ｇを含む。９個の導電体ディスク１５０は、互いに異なる直径を有する７種（０．９μｍ、１．０μｍ、１．１μｍ、１．２μｍ、１．３μｍ、１．４μｍ、１．５μｍ）の導電体ディスク１５０ａ，１５０ｂ，１５０ｄ，１５０ｅ，１５０ｆ，１５０ｈ，１５０ｉを含む。本例では、互いに隣接する導電体ディスク１５０の中心間隔（すなわち、交点Ｃ間の間隔）は１．７μｍであり、周期ピッチＰに相当する単位構成領域Ｒの一辺の長さは５．１μｍである。

【0031】

図４は、湾曲した図１の輻射デバイスを模式的に示す断面図である。図４に示されるように、可撓性膜１１０は、可撓性膜１１０の上面１１０ｂが６０ｍｍ以下の曲率半径ＣＲを有するように湾曲可能であってもよい。図４において、可撓性膜１１０は、上面１１０ｂが凸となるように湾曲されているが、上面１１０ｂが凹となるように湾曲されてもよいし、上面１１０ｂが凸領域と凹領域との両方を含むように湾曲されてもよい。Ｙ軸方向に沿った中心軸ＣＮの周りに可撓性膜１１０を湾曲させた場合、曲率半径ＣＲは、中心軸ＣＮから上面１１０ｂまでの距離に相当する。上面１１０ｂが６０ｍｍの曲率半径ＣＲを有するように可撓性膜１１０が湾曲された場合に、複数の導電体ディスク１５０のそれぞれの寸法変化率の絶対値と、隣り合う複数の導電体ディスク１５０間の間隔の寸法変化率の絶対値とは１０％以下であってもよい。各導電体ディスク１５０の寸法及び各間隔の変化は、不可逆的であってもよい。

【0032】

複数の導電体ディスク１５０のそれぞれの寸法変化率ＲＴ１（％）は、以下の計算式によって算出され得る。
ＲＴ１＝（Ｄｎ２－Ｄｎ１）／Ｄｎ１×１００
Ｄｎ１は、単位構成領域Ｒ内に配置されたｋ個の導電体ディスク１５０のうちｎ番目の導電体ディスク１５０における湾曲前の寸法を表す（図１参照）。Ｄｎ２は、ｎ番目の導電体ディスク１５０における湾曲後の寸法を表す（図４参照）。ｋ及びｎは２以上の自然数である。図２及び図３の例において、ｋは９である。上面１１０ｂが凸となるように可撓性膜１１０が湾曲される場合、寸法変化率ＲＴ１（％）は正の値になる。一方、上面１１０ｂが凹となるように可撓性膜１１０が湾曲される場合、寸法変化率ＲＴ１（％）は負の値になる。

【0033】

隣り合う複数の導電体ディスク１５０間の間隔の寸法変化率ＲＴ２（％）は、以下の計算式によって算出され得る。
ＲＴ２＝（Ｇｎ２－Ｇｎ１）／Ｇｎ１×１００
Ｇｎ１は、単位構成領域Ｒ内におけるｍ個の間隔のうちｎ番目の間隔における湾曲前の寸法を表す（図１参照）。Ｇｎ２は、ｎ番目の間隔における湾曲後の寸法を表す（図４参照）。ｍ及びｎは自然数である。図２及び図３の例において、ｍは１２である。上面１１０ｂが凸となるように可撓性膜１１０が湾曲される場合、寸法変化率ＲＴ２（％）は正の値になる。一方、上面１１０ｂが凹となるように可撓性膜１１０が湾曲される場合、寸法変化率ＲＴ２（％）は負の値になる。

【0034】

図５は、一実施形態に係る放射冷却装置の概略構成を示す図である。図５に示される放射冷却装置１０は例えばスカイラジエータである。放射冷却装置１０は、本実施形態の輻射デバイス１００と部材３００とを備える。部材３００は、湾曲表面３００ａを有する。輻射デバイス１００は、湾曲表面３００ａに可撓性膜１１０が対向するように、部材３００上に設けられる。放射冷却装置１０は、大気の窓波長帯において高い輻射率を有するスペクトルを有する輻射パネル等であってもよい。放射冷却装置１０は、特定波長域の電磁波を放出する表面１０ａと、表面１０ａとは反対側の裏面１０ｂとを有する。表面１０ａに位置する輻射デバイス１００は建物２００から遠くに配置される一方、裏面１０ｂに位置する部材３００は建物２００の近くに配置される。放射冷却装置１０は、建物２００内で熱源２１０により温められた空気に直接的又は間接的に接するように配置され得る。

【0035】

放射冷却装置１０は、建物２００内で熱源２１０により温められた空気の熱を吸収し、大気の窓波長域の電磁波２３０に変換して建物２００の外部へ放出することができる。大気の窓波長域を通じて宇宙との熱平衡が行われるので、放射冷却装置１０は、熱エネルギーを失う。これにより、放射冷却装置１０の温度が下がる。建物２００内の温められた空気は放射冷却装置１０の裏面１０ｂに接しているため、温められた空気は、一旦蓄えた熱エネルギーを放射冷却装置１０へ移すことで冷却される。冷却された空気は建物２００内の自然対流２２０又は強制循環により屋内に還流されるため、本実施形態に係る放射冷却装置１０は冷房として機能し得る。

【0036】

図６は、一実施形態に係る輻射デバイスの吸収スペクトルの例を示すグラフである。図６において、横軸は波長（μｍ）を示し、縦軸は吸収率を示す。縦軸の吸収率の値は、最大値を１として正規化されている。図６のグラフは、以下の構造を有する輻射デバイスの例ついて、吸収スペクトルを計算した結果を示す。本例の輻射デバイスは、ポリイミド膜上に順に積層された、厚さ１００ｎｍのアルミニウム層、厚さ５００ｎｍのシリコン層及び厚さ５０ｎｍの複数の導電体ディスクを含む。複数の導電体ディスクの配置パターンは図２及び図３の例の配置パターンと同じである。図６から、８μｍ以上１３μｍ以下の波長域に相当する「大気の窓」において高い吸収率が得られることが分かる。

【0037】

本実施形態の輻射デバイス１００によれば、図４に示されるように可撓性膜１１０を湾曲させることにより、輻射デバイス１００を湾曲させることができる。よって、本実施形態の放射冷却装置１０によれば、例えば図５に示されるように、可撓性膜１１０を湾曲して、部材３００の湾曲表面３００ａに追従させることができる。

【0038】

上面１１０ｂが６０ｍｍ以下の曲率半径ＣＲを有するように可撓性膜１１０が湾曲可能である場合、輻射デバイス１００を比較的大きく湾曲させることができる。

【0039】

上面１１０ｂが６０ｍｍの曲率半径ＣＲを有するように可撓性膜１１０が湾曲された場合に、複数の導電体ディスク１５０のそれぞれの寸法変化率ＲＴ１の絶対値と、隣り合う複数の導電体ディスク１５０間の間隔の寸法変化率ＲＴ２の絶対値とが１０％以下であってもよい。この場合、輻射デバイス１００を大きく湾曲させても、各導電体ディスク１５０及び各間隔の寸法変化率を小さくできる。これにより、寸法変化による吸収波長のずれの絶対値を例えば５μｍ以下に小さくできる。したがって、吸収波長が５μｍとなるように各導電体ディスク１５０及び各間隔を設定すれば、可撓性膜１１０が湾曲されても、４．５μｍ以上５．５μｍ以下の波長域内の吸収波長が得られる。

【0040】

複数の単位構成領域Ｒのそれぞれが、４．５μｍ以上５．５μｍ以下の長さの各辺を有する矩形形状を有する場合、輻射デバイス１００は、４．５μｍ以上５．５μｍ以下の波長域に相当する「大気の窓」の電磁波を選択的に放出できる。

【0041】

９個の導電体ディスク１５０が、３×３のマトリクスに対応するように配置され、互いに異なる直径を有する４種類以上の導電体ディスク１５０を含む場合、４．５μｍ以上５．５μｍ以下の長さの各辺を有する矩形形状内に９個の導電体ディスク１５０を適切に配置することができる。

【0042】

図７の（ａ）及び（ｂ）は、一実施形態に係る輻射デバイスの製造方法の各工程を模式的に示す断面図である。本実施形態の輻射デバイス１００は以下のように製造され得る。

【0043】

まず、図７の（ａ）に示されるように、基板４００上に可撓性膜１１０を設ける。基板４００は、例えばシリコン基板である。可撓性膜１１０は、下面１１０ａが基板４００に対向するように設けられる。可撓性膜１１０は接着剤層４１０によって基板４００に接着されてもよい。この場合、基板４００に対する可撓性膜１１０の位置ずれを抑制できる。接着剤層４１０は、例えば３００℃以上の耐熱性を有し、有機溶剤及び強酸に対する高い耐性を有してもよい。接着剤層４１０は、例えばシリコーン系粘着剤を含んでもよい。接着剤層４１０が設けられた可撓性膜１１０の例は、粘着テープ（株式会社寺岡製作所製のカプトン（登録商標）粘着テープ）である。可撓性膜１１０は、可撓性膜１１０の厚み方向から見て、例えば矩形形状を有する。

【0044】

基板４００上に可撓性膜１１０を設けた後、可撓性膜１１０の上面１１０ｂをアルコール系洗浄液により洗浄してもよい。これにより、上面１１０ｂ上の有機物が除去される。その後、上面１１０ｂに酸素プラズマ処理してもよい。これにより、上面１１０ｂの針状突起及び残留した有機物が除去される。

【0045】

次に、図７の（ｂ）に示されるように、可撓性膜１１０上に、導電体層１２０と、半導体層１３０と、互いに離間して配置された複数の導電体ディスク１５０とを順に形成する。複数の導電体ディスク１５０は、フォトリソグラフィ及びエッチングにより形成され得る。まず、可撓性膜１１０上に、例えばマグネトロンスパッタリングにより導電体層１２０（例えば厚さ１００ｎｍ）及び半導体層１３０（例えば厚さ５００ｎｍ）を連続的に堆積する。基板４００の温度を１５０℃以上３００℃以下の範囲内に調整しながら堆積を行ってもよい。これにより、導電体層１２０及び半導体層１３０の緻密化及び表面の平坦化の効果が得られる。その後、半導体層１３０の上面１３０ｂにレジスト膜を形成した後、ステッパー露光及び現像を行うことにより、レジスト膜に開口パターンを形成する。その後、レジスト膜上及び開口パターン内に、例えばマグネトロンスパッタリングにより導電体層（例えば厚さ５０ｎｍ）を堆積する。その後、有機溶媒を用いてレジスト膜及びレジスト膜上の導電体層を除去することによって、複数の導電体ディスク１５０が得られる。

【0046】

次に、可撓性膜１１０を基板４００から剥離する。可撓性膜１１０は、可撓性膜１１０の角部から機械的に引っ張ることによって基板４００から剥離され得る。このようにして、輻射デバイス１００が得られる。

【0047】

本実施形態の輻射デバイス１００の製造方法によれば、可撓性膜１１０を備える輻射デバイス１００（図１参照）が得られる。複数の導電体ディスク１５０を形成する際に、複数の導電体ディスク１５０が基板４００によって支持されるので、各導電体ディスク１５０の寸法精度を高くできる。可撓性膜１１０が接着剤層４１０によって基板４００に接着される場合、基板４００に対する可撓性膜１１０の位置ずれを抑制できる。よって、各導電体ディスク１５０の寸法精度が更に向上する。

【0048】

以上、本開示の好適な実施形態について詳細に説明されたが、本開示は上記実施形態に限定されない。

【0049】

例えば、上記実施形態では、各単位構成領域Ｒが同じ配置パターンを有しているが、複数の単位構成領域Ｒが互いに異なる配置パターンを有してもよい。例えば、第１単位構成領域Ｒが第１配置パターンを有し、第２単位構成領域Ｒが、第１配置パターンを９０°回転して得られる第２配置パターンを有してもよい。

【0050】

上記実施形態では、各単位構成領域Ｒにおける配置パターンは、３×３のマトリクスに対応するように配置された９個の導電体ディスク１５０により構成されているが、４×４のマトリクスに対応するように配置された１６個の導電体ディスク１５０により構成されてもよいし、５×５のマトリクスに対応するように配置された２５個の導電体ディスク１５０により構成されてもよいし、１０×１０のマトリクスに対応するように配置された１００個の導電体ディスク１５０により構成されてもよい。各単位構成領域Ｒ内の導電体ディスク１５０の数が増えると、吸収スペクトルの特性を高精度に制御することができる。

【符号の説明】

【0051】

１０…放射冷却装置
１０ａ…表面
１０ｂ…裏面
１００…輻射デバイス
１１０…可撓性膜
１１０ａ…下面
１１０ｂ…上面（主面）
１２０…導電体層
１２０ａ…下面
１２０ｂ…上面
１３０…半導体層
１３０ａ…下面
１３０ｂ…上面（主面）
１４０…表面保護層
１５０…導電体ディスク
１５０ａ…第１導電体ディスク
１５０ｂ…第２導電体ディスク
１５０ｃ…第３導電体ディスク
１５０ｄ…第４導電体ディスク
１５０ｅ…第５導電体ディスク
１５０ｆ…第６導電体ディスク
１５０ｇ…第７導電体ディスク
１５０ｈ…第８導電体ディスク
１５０ｉ…第９導電体ディスク
２００…建物
２１０…熱源
２２０…自然対流
２３０…電磁波
３００…部材
３００ａ…湾曲表面
４００…基板
４１０…接着剤層
ａ１…線
ａ２…線
ａ３…線
ｂ１…線
ｂ２…線
ｂ３…線
Ｃ…交点
ＣＮ…中心軸
ＣＲ…曲率半径
Ｐ…周期ピッチ
Ｒ…単位構成領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】