特許7186384コロイド結晶構造体、並びにそれを用いた発光装置及び照明システム
(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】
(24)【登録日】2022-12-01
(45)【発行日】2022-12-09
(54)【発明の名称】コロイド結晶構造体、並びにそれを用いた発光装置及び照明システム
(51)【国際特許分類】
G02B 5/26 20060101AFI20221202BHJP
G02B 5/20 20060101ALI20221202BHJP
H01L 33/58 20100101ALI20221202BHJP
F21V 9/08 20180101ALI20221202BHJP
F21V 9/30 20180101ALI20221202BHJP
【ＦＩ】
G02B5/26
G02B5/20
H01L33/58
F21V9/08 100
F21V9/30
【請求項の数】
10
(21)【出願番号】P 2020568087
(86)(22)【出願日】2020-01-15
(86)【国際出願番号】 JP2020001082
(87)【国際公開番号】W WO2020153197
(87)【国際公開日】2020-07-30
【審査請求日】2021-07-15
(31)【優先権主張番号】P 2019009444
(32)【優先日】2019-01-23
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】314012076
【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100095500
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 正和
(74)【代理人】
【識別番号】100141449
【弁理士】
【氏名又は名称】松本 隆芳
(74)【代理人】
【識別番号】100142446
【弁理士】
【氏名又は名称】細川 覚
(74)【代理人】
【識別番号】100170575
【弁理士】
【氏名又は名称】森 太士
(72)【発明者】
【氏名】鴫谷 亮祐
(72)【発明者】
【氏名】藤井 俊平
【審査官】辻本 寛司
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１５－１７７７８１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－０５８０９１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－０２９７７５（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１６／１８６１５８（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１７－０９１８６６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－００３８４３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－２０３８１４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０２Ｂ ５／２６
Ｇ０２Ｂ ５／２０
Ｈ０１Ｌ ３３／５８
Ｆ２１Ｖ ９／０８
Ｆ２１Ｖ ９／３０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数のコロイド粒子と、前記複数のコロイド粒子の間に配置され、前記コロイド粒子を固定しているバインダーとを含むコロイド結晶層と、前記コロイド結晶層における一方の面に設けられ、透明であり、さらに前記バインダーとの屈折率差が１０％未満である屈折率制御材と、
前記コロイド結晶層における前記一方の面と反対側の面に設けられ、透光性を有する基板と、
を備え、
前記複数のコロイド粒子同士は互いに離間しており、前記コロイド粒子間に前記バインダーが介在しており、
前記コロイド結晶層の厚さは、１０μｍ～５０００μｍである、コロイド結晶構造体。
【請求項2】
前記屈折率制御材における前記コロイド結晶層に対向する面と反対側の面は、前記複数のコロイド粒子により形成されたコロイド結晶に由来する規則的な凹凸を有していない、請求項１に記載のコロイド結晶構造体。
【請求項3】
前記コロイド結晶層の厚さは、１０００μｍ～５０００μｍである、請求項１又は２に記載のコロイド結晶構造体。
【請求項4】
複数種類のコロイド粒子と、前記複数種類のコロイド粒子の間に配置され、前記コロイド粒子を固定しているバインダーと、を含むコロイド構造層と、前記コロイド構造層における一方の面に設けられ、透明であり、さらに前記バインダーとの屈折率差が１０％未満である屈折率制御材と、
前記コロイド構造層における前記一方の面と反対側の面に設けられ、透光性を有する基板と、
を備え、
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バインダー中で規則配列構造を形成しており、
前記複数種類のコロイド粒子同士は互いに離間しており、前記コロイド粒子間に前記バインダーが介在しており、
前記コロイド構造層の厚さは、１０μｍ～５０００μｍである、コロイド結晶構造体。
【請求項5】
前記コロイド構造層において、前記複数種類のコロイド粒子は、互いに混和した状態でコロイド結晶化してコロイド固溶体を成している、請求項４に記載のコロイド結晶構造体。
【請求項6】
前記屈折率制御材における前記コロイド構造層に対向する面と反対側の面は、前記複数種類のコロイド粒子により形成されたコロイド結晶に由来する規則的な凹凸を有していない、請求項４又は５に記載のコロイド結晶構造体。
【請求項7】
前記コロイド構造層の厚さは、１０００μｍ～５０００μｍである、請求項４乃至６のいずれか一項に記載のコロイド結晶構造体。
【請求項8】
請求項１乃至７のいずれか一項に記載のコロイド結晶構造体を備える光学フィルタと、光源と、
を備え、
前記光源が放つ一次光の一部が前記光学フィルタを透過する、発光装置。
【請求項9】
前記光学フィルタで反射された前記一次光の反射光によって励起される波長変換部材をさらに備える、請求項８に記載の発光装置。
【請求項10】
請求項８又は９に記載の発光装置を備える照明システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、コロイド結晶構造体、並びにそれを用いた発光装置及び照明システムに関する。
【背景技術】
【0002】
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、光学フィルタ、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。
【0003】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特許第５５４１６２０号公報
【発明の概要】
【0005】
特許文献１の実施例では、コロイド結晶膜の反射スペクトルにおいて、ピーク波長が５９６ｎｍ、反射率が４７％、半値幅が２５ｎｍの反射ピークが得られることが記載されている。ただ、特許文献１の反射スペクトルでは、ピーク波長が５９６ｎｍの反射ピークに加えて、６７０ｎｍ付近にも反射ピークが確認できる。そのため、特許文献１のコロイド結晶膜を光学フィルタに用いた場合、演色性及び反射効率の低下を生じる恐れがあった。
【0006】
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、光学フィルタに用いた場合でも、演色性及び反射効率の低下を抑制することが可能なコロイド結晶構造体、並びに当該コロイド結晶構造体を用いた発光装置及び照明システムを提供することにある。
【0007】
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結晶構造体は、複数のコロイド粒子と複数のコロイド粒子の間に配置され、コロイド粒子を固定しているバインダーとを含むコロイド結晶層と、コロイド結晶層における一方の面に設けられ、透明であり、さらにバインダーとの屈折率差が１０％未満である屈折率制御材と、を備える。
【0008】
本発明の第二の態様に係るコロイド結晶構造体は、複数種類のコロイド粒子と複数種類のコロイド粒子の間に配置され、コロイド粒子を固定しているバインダーとを含むコロイド構造層と、コロイド構造層における一方の面に設けられ、透明であり、さらにバインダーとの屈折率差が１０％未満である屈折率制御材と、を備える。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。複数種類のコロイド粒子は、バインダー中で規則配列構造を形成している。
【0009】
本発明の第三の態様に係る発光装置は、コロイド結晶構造体を備える光学フィルタと、光源とを備え、光源が放つ一次光の一部が光学フィルタを透過する。
【0010】
本発明の第四の態様に係る照明システムは、発光装置を備える。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本実施形態に係るコロイド結晶構造体、並びに当該コロイド結晶構造体を用いた発光装置及び照明システム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。
【0013】
［コロイド結晶構造体］
（第一実施形態）
図１は、コロイド結晶層を備えた構造体を示している。図１（ａ）に示す構造体１０ａは、複数のコロイド粒子１と、複数のコロイド粒子１の間に配置され、コロイド粒子１を固定しているバインダー２とを含むコロイド結晶層３を備えている。さらに、構造体１０ａにおいて、コロイド結晶層３は、基板４により保持されている。図１（ａ）に示すように、複数のコロイド粒子１は、三次元的かつ周期的に配列することにより、コロイド結晶を形成しており、さらに隣接するコロイド粒子１の間には、バインダー２が介在している。つまり、構造体１０ａは、複数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。
（第一実施形態）
図１は、コロイド結晶層を備えた構造体を示している。図１（ａ）に示す構造体１０ａは、複数のコロイド粒子１と、複数のコロイド粒子１の間に配置され、コロイド粒子１を固定しているバインダー２とを含むコロイド結晶層３を備えている。さらに、構造体１０ａにおいて、コロイド結晶層３は、基板４により保持されている。図１（ａ）に示すように、複数のコロイド粒子１は、三次元的かつ周期的に配列することにより、コロイド結晶を形成しており、さらに隣接するコロイド粒子１の間には、バインダー２が介在している。つまり、構造体１０ａは、複数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。
【0014】
ここで、複数のコロイド粒子１の間にバインダー２を設けたコロイド結晶を作製した場合、材料によって程度は異なるが、コロイド結晶層３の表面には、コロイド結晶の周期構造に由来した微細な凹凸構造が形成される場合がある。具体的には、図１（ａ）に示すように、コロイド結晶層３において、基板４と対向する面と反対側にある表面には、複数の凹凸が形成される場合がある。凸部３ａは、コロイド結晶層３の表面からコロイド粒子１の一部が露出することにより形成されている。凹部３ｂは、露出したコロイド粒子１と、隣接したコロイド粒子１の間に位置するバインダー２とにより形成されている。そして、コロイド結晶層３の表面における微細な凹凸構造は、コロイド粒子１の規則的な配列構造に起因して形成されている。
【0015】
コロイド結晶層３の表面に形成される凹凸構造は、図１（ａ）に示す構造以外にも、例えば、図１の（ｂ）及び（ｃ）に示す構造となる可能性がある。図１（ｂ）に示す構造体１０ｂも、構造体１０ａと同様に、複数のコロイド粒子１と複数のコロイド粒子１の間に配置されるバインダー２とを含むコロイド結晶層３と、コロイド結晶層３を保持する基板４とを備えている。そして、図１（ｂ）に示すように、凹部３ｂは、最上部に位置するコロイド粒子１の鉛直方向に沿って、バインダー２により形成されており、凸部３ａは、隣接する凹部３ｂの間に位置するバインダー２により形成されている。図１（ｃ）に示す構造体１０ｃも、構造体１０ａ及び構造体１０ｂと同様に、複数のコロイド粒子１と複数のコロイド粒子１の間に配置されるバインダー２とを含むコロイド結晶層３と、コロイド結晶層３を保持する基板４とを備えている。そして、図１（ｃ）に示すように、凸部３ａは、最上部に位置するコロイド粒子１の鉛直方向に沿って、バインダー２により形成されており、凹部３ｂは、隣接する凸部３ａの間に位置するバインダー２により形成されている。
【0016】
このような凸部３ａ及び凹部３ｂが形成されるメカニズムは必ずしも明確ではないが、次のことが考えられる。コロイド結晶層３の製造方法は、まず、コロイド粒子１を、バインダー２の前駆体であるモノマーに分散させることにより、コロイド分散液を調製する。次いで、得られたコロイド分散液を基板４上に塗布し、塗布膜を作製する。そして、塗布膜中のモノマーを活性エネルギー線で重合させ、コロイド粒子１をポリマーで固定化する。このような工程により、基板４上にコロイド結晶層３を形成することができる。ここで、バインダー２の前駆体であるモノマーを重合してポリマーを生成する際、モノマーは収縮して体積が減少するが、コロイド粒子１は収縮しない。そのため、モノマーの重合による収縮とコロイド粒子１の三次元周期構造とにより、コロイド結晶層３の表面に規則的な凸部３ａ及び凹部３ｂが形成されると推測される。
【0017】
図２では、図１に示すコロイド結晶層３の反射スペクトルの例を示している。図２に示すように、コロイド結晶層３は、５６０ｎｍ付近に反射率が５０％程度の反射ピークＰ１を有していることが分かる。コロイド結晶層３は、さらに、５９０ｎｍ付近、６２０ｎｍ付近、６７０ｎｍ付近に、反射率が２０％未満の反射ピークＰ２，Ｐ３，Ｐ４も有している。そのため、例えば、コロイド結晶層３を光学フィルタに使用した場合、５６０ｎｍ付近に加えて、５９０ｎｍ付近、６２０ｎｍ付近及び６７０ｎｍ付近の光も反射してしまうことから、演色性及び反射効率の低下を生じる恐れがあった。
【0018】
本発明者は、５６０ｎｍ付近の主ピークに加えて、複数の副ピークが発生する原因を検討した結果、コロイド結晶層３の表面に形成された規則的な凸部３ａ及び凹部３ｂに起因して発生すると推測した。本発明者は、さらに、複数の副ピークは凸部３ａ及び凹部３ｂによって形成された微細凹凸構造により、反射光が回折又は干渉するために発生すると推測した。
【0019】
本発明者は、上述の副ピークに起因した課題を解決するために鋭意検討した結果、コロイド結晶層３の表面に形成された微細凹凸構造を他の物質で埋めることにより、課題が解決できることを見出し、本実施形態を完成するに至った。本実施形態に係るコロイド結晶構造体１０は、図３に示すように、複数のコロイド粒子１と複数のコロイド粒子１の間に配置されるバインダー２とを含むコロイド結晶層３と、コロイド結晶層３を保持する基板４とを備えている。コロイド結晶構造体１０は、さらに、コロイド結晶層３の表面に設けられる屈折率制御材５を備えている。
【0020】
コロイド結晶構造体１０におけるコロイド結晶層３では、複数のコロイド粒子が三次元的かつ規則的に配列しており、さらに隣接するコロイド粒子１の間にバインダー２が介在している。つまり、コロイド結晶層３は、複数のコロイド粒子１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、コロイド結晶層３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層３を透過することができる。
【0021】
コロイド結晶層３において、コロイド粒子１は、無機材料及び樹脂材料の少なくとも一方を含むことが好ましい。コロイド粒子１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１が有機材料を含むことにより、コロイド粒子１の形状を真球状にしやすくなるため、コロイド粒子１は規則配列構造を形成しやすくなる。なお、コロイド粒子１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１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。なお、複数のコロイド粒子１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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
なお、コロイド粒子１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１は調達が容易であるため、コロイド結晶層３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１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１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１は汎用で調達が容易であることから、コロイド結晶層３の工業生産性を高めることが可能となる。
【0026】
コロイド結晶層３において、コロイド粒子１を固定しているバインダー２は、例えば、樹脂を含んでいることが好ましい。バインダー２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１の規則配列構造を固定化するため、コロイド結晶層３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、バインダー２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。
【0027】
バインダー２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であることが好ましい。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
コロイド結晶層３中のコロイド粒子１の平均粒子径は、１０ｎｍ～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１の平均粒子径が１０ｎｍ以上であることにより、隣接するコロイド粒子１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１の平均粒子径が１０μｍ以下であることにより、コロイド粒子１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１の平均粒子径は、コロイド結晶層３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１の粒子径を測定することにより、求めることができる。
【0034】
上述のように、コロイド結晶層３は、複数のコロイド粒子１を有している。そして、コロイド粒子１の変動係数は、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
コロイド粒子１の粒子径の変動係数が２０％未満であることにより、コロイド粒子１がバインダー２中で規則配列構造を形成しやすくなる。そのため、得られるコロイド結晶層３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、コロイド粒子１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。
［数１］
［変動係数（％）］＝［粒子径の標準偏差］／［平均粒子径］×１００
コロイド粒子１の粒子径の変動係数が２０％未満であることにより、コロイド粒子１がバインダー２中で規則配列構造を形成しやすくなる。そのため、得られるコロイド結晶層３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、コロイド粒子１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。
【0035】
コロイド結晶層３において、隣接するコロイド粒子１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。コロイド結晶層３を光学フィルタや色材に用いる場合、コロイド粒子の中心間距離ｄを調整することにより、所望とする波長の光を反射させることができる。なお、隣接するコロイド粒子１の中心間距離ｄは、コロイド結晶層３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。
【0036】
コロイド結晶層３において、バインダー２の体積に対するコロイド粒子１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。当該体積割合が２０体積％以上であることにより、複数のコロイド粒子１がバインダー２中で三次元規則配列状態となり、コロイド結晶層３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、バインダー２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、コロイド粒子間にバインダー２を介在させることができる。そのため、コロイド結晶層３の形状安定性をより高めることが可能となる。
【0037】
コロイド結晶層３は、コロイド粒子１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、コロイド結晶層３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、コロイド結晶層３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、コロイド結晶層３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。
【0038】
コロイド結晶層３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、コロイド結晶層３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。
【0039】
より詳細に説明すると、上述のように、コロイド結晶層３は、コロイド粒子１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、所望の光をコロイド結晶層３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、コロイド結晶層３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しつつ、残りの光を透過することにより、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、コロイド結晶層３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。
【0040】
コロイド結晶層３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、コロイド結晶層３の層厚のばらつき及びコロイド粒子１の配列などを精密に制御するほど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結晶層３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、コロイド結晶層３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。
【0041】
上述のように、コロイド結晶層３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。ここで、コロイド結晶構造体１０の使用時において、反射スペクトルの反射ピーク波長λは、できる限りシフトしない方が好ましい。反射ピーク波長λがシフトした場合、コロイド結晶構造体１０から出射される反射光や透過光の色調が変化してしまい、所望の出力光が得られ難くなる可能性がある。
【0042】
コロイド結晶構造体１０の使用時において、反射ピーク波長λがシフトしないためには、コロイド結晶層３におけるコロイド粒子１の三次元規則配列構造が変化しないことが好ましい。さらに、隣接するコロイド粒子１の中心間距離ｄは、一定であることが好ましい。そのため、コロイド結晶構造体１０の使用時において、バインダー２の体積は変化しないことが好ましい。また、バインダー２の体積が変化する場合でも、反射スペクトルの反射ピーク波長λがシフトしない範囲内で変化することが好ましい。言い換えれば、バインダー２に用いられる樹脂は、コロイド結晶構造体１０の使用時に体積が変化し難い樹脂であることが好ましく、体積が変化しない樹脂であることがより好ましい。具体的には、バインダー２に用いられる樹脂は、水分を吸収又は放出して体積が変化する樹脂ではないことが好ましい。
【0043】
コロイド結晶構造体１０は、コロイド結晶層３を支持する基板４を備えていることが好ましい。コロイド結晶構造体１０において、基板４は必須の構成要素ではない。ただ、コロイド結晶層３が基板４で支持されることにより、コロイド結晶層３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、コロイド結晶層３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、コロイド結晶層３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。
【0044】
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（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。
【0045】
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。
【0046】
コロイド結晶構造体１０において、コロイド結晶層３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、コロイド結晶層３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。また、コロイド結晶構造体１０において、コロイド結晶層３の面積は特に限定されないが、５ｍｍ２以上１００ｃｍ２以下とすることが好ましい。この場合、コロイド結晶構造体１０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。
【0047】
上述のように、複数のコロイド粒子１の間にバインダー２を設けたコロイド結晶を作製した場合、材料によって程度は異なるが、コロイド結晶層３の表面には、コロイド結晶の周期構造に由来した微細な凹凸構造が形成されうる。そして、その凹凸構造に起因して、反射光の回折や干渉などの光学現象が起こることから、コロイド結晶層３自体を照明等の光学フィルタに用いた場合、演色性及び反射効率の低下が生じる可能性がある。このような反射光の回折や干渉を抑制するために、コロイド結晶構造体１０は、コロイド結晶層３における複数の凸部３ａ及び凹部３ｂを有する表面に、屈折率制御材５を設けている。
【0048】
図３に示すように、屈折率制御材５は、コロイド結晶層３における複数の凸部３ａ及び凹部３ｂを有する表面に接触するように設けられている。そして、屈折率制御材５は、複数の凹部３ｂを埋めるように設けられることが好ましい。複数の凸部３ａ及び凹部３ｂからなる周期構造を埋めることにより、反射光の回折や干渉を抑制することが可能となる。
【0049】
屈折率制御材５の厚みは、複数の凹部３ｂを埋めることが可能ならば特に限定されないが、例えば１０ｎｍ以上２ｍｍ以下であることが好ましい。屈折率制御材５の厚みが大きい場合には、屈折率制御材５の酸素透過性が低下することから、バインダー２の酸化を抑制して、コロイド結晶層３の耐久性を向上させることが可能となる。屈折率制御材５の厚みが小さい場合には、屈折率制御材５の光線透過性が向上することから、コロイド結晶構造体１０の光学的特性を高めることが可能となる。
【0050】
屈折率制御材５を構成する材料は、複数の凹部３ｂを埋めることが可能ならば特に限定されない。ただ、屈折率制御材５は、樹脂材料からなることが好ましい。屈折率制御材５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であることが好ましい。また、屈折率制御材５は、無機材料からなることも好ましい。屈折率制御材５に用いられる無機材料は、例えばシリカであることが好ましい。
【0051】
屈折率制御材５は、少なくとも複数の凹部３ｂを埋めるように設けられることが好ましい。また、屈折率制御材５は、複数の凸部３ａ及び凹部３ｂの全体を覆うように設けられることが好ましい。屈折率制御材５は、コロイド結晶層３における複数の凸部３ａ及び凹部３ｂを有する表面全体、つまり、コロイド結晶層３における基板４と対向する面と反対側の表面全体を覆うように設けられることが好ましい。また、屈折率制御材５は、単層からなる薄膜であってもよく、複数の層からなる薄膜であってもよい。具体的には、屈折率制御材５は、コロイド結晶層３及び基板４の積層方向に沿って、複数の層が積層してなる多層膜であってもよい。
【0052】
屈折率制御材５は透明であることが好ましい。例えば、屈折率制御材５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、上述のＪＩＳ Ｋ７３６１－１：１９９７などの方法により測定することができる。
【0053】
屈折率制御材５は、コロイド結晶層３のバインダー２との屈折率差が１０％未満であることが好ましい。つまり、屈折率制御材５の屈折率がＸである場合、バインダー２の屈折率は、Ｘ×０．９０を超え、Ｘ×１．１０未満の範囲内であることが好ましい。屈折率制御材５とバインダー２との屈折率差が１０％以上の場合、屈折率制御材５とコロイド結晶層３との界面で照射光が反射する。この際、コロイド結晶層３の表面に存在する凸部３ａ及び凹部３ｂにより、反射光の干渉や回折が発生し、演色性及び反射効率が低下する可能性がある。しかしながら、屈折率制御材５とバインダー２との屈折率差が１０％未満である場合には、屈折率制御材５とコロイド結晶層３との界面での屈折率差を実質的に等しくすることができる。そのため、反射光の回折現象を抑制し、光源とコロイド結晶構造体１０と組み合わせた際に、演色性や反射効率の低下を防ぐことが可能となる。なお、屈折率制御材５は、コロイド結晶層３のバインダー２との屈折率差が５％未満であることがより好ましい。この場合には、反射光の回折現象をより抑制し、演色性や反射効率の低下をさらに防ぐことが可能となる。
【0054】
本明細書において、屈折率制御材５及びバインダー２の屈折率は、ＪＩＳ Ｋ７１４２：２０１４（プラスチック－屈折率の求め方）、又は光干渉法により測定することができる。屈折率制御材５及びバインダー２の屈折率を光干渉法で測定する場合、反射分光膜厚計を用い、測定波長を５５０ｎｍとすることにより、測定することができる。
【0055】
コロイド結晶構造体１０において、屈折率制御材５におけるコロイド結晶層３に対向する面と反対側の面は、複数のコロイド粒子１により形成されたコロイド結晶に由来する規則的な凹凸を有していないことが好ましい。つまり、上述のように、コロイド結晶層３の複数の凸部３ａ及び凹部３ｂは、複数のコロイド粒子１により形成されたコロイド結晶に由来して形成されている。そして、コロイド結晶層３の凸部３ａ及び凹部３ｂを覆うように形成された屈折率制御材５の最表面は、凸部３ａ及び凹部３ｂに起因した規則的な凹凸構造を有していないことが好ましい。これにより、屈折率制御材５の最表面で照射光が反射した場合でも、反射光の干渉や回折が抑制され、演色性及び反射効率の低下を抑制することが可能となる。また、屈折率制御材５の最表面が規則的な凹凸を有していない場合には、当該最表面の面積が小さくなるため、防汚性を高めることが可能となる。さらに、仮に屈折率制御材５の最表面に機能層を設ける場合でも、当該最表面は平坦であることから、機能層を容易に形成することが可能となる。
【0056】
次に、本実施形態に係るコロイド結晶構造体１０の製造方法について説明する。コロイド結晶構造体１０の製造方法では、まず、コロイド粒子１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バインダー２を形成するモノマーにコロイド粒子１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１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１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。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。
【0057】
次に、得られたコロイド分散液を基板４上に塗布し、塗布膜を作製する。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、塗布膜を作製した後、塗布膜を静置することで、コロイド粒子１が三次元かつ規則的に配列する。
【0058】
そして、塗布膜中のモノマーを重合させることにより、複数のコロイド粒子１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、複数のコロイド粒子１がバインダー２中で規則的に配列したコロイド結晶層３を得ることができる。
【0059】
次に、重合することにより屈折率制御材５を形成するモノマーを含むモノマー溶液を調製する。この際、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モノマー溶液に添加されてもよい。そして、モノマー溶液を、コロイド結晶層３における凸部３ａ及び凹部３ｂが形成された表面に塗布し、塗布膜を作製する。モノマー溶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。そして、塗布膜中のモノマーを重合させることにより、屈折率制御材５を得ることができる。なお、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、活性エネルギー線によって重合させてもよい。
【0060】
上述のように、モノマーを含む塗布膜をコロイド結晶層３の表面に作製した後、当該モノマーを重合させることにより、屈折率制御材５を形成することができる。ただ、屈折率制御材５を形成する方法はこのような方法に限定されず、本実施形態の効果が得られる屈折率制御材５を形成できるならば、あらゆる方法を適用することができる。
【0061】
例えば、屈折率制御材５は、次のような方法でも形成することができる。まず、屈折率制御材５を構成する薄膜を予め準備する。次いで、屈折率制御材５を構成する薄膜をコロイド結晶層３の表面に直接積層した後、真空ラミネート処理を施すことにより、コロイド結晶層３の表面に屈折率制御材５を形成することができる。なお、真空ラミネート処理は、例えば真空ラミネーターを用いて行うことができる。
【0062】
このように、本実施形態のコロイド結晶構造体１０は、複数のコロイド粒子１と、複数のコロイド粒子１の間に配置され、コロイド粒子１を固定しているバインダー２とを含むコロイド結晶層３を備える。コロイド結晶構造体１０は、さらに、コロイド結晶層３における一方の面に設けられ、透明であり、さらにバインダー２との屈折率差が１０％未満である屈折率制御材５を備える。本実施形態によれば、コロイド結晶層３の表面に、複数のコロイド粒子１の周期構造に由来した微細な凹凸構造が形成されていた場合であっても、屈折率制御材５によって凹凸構造の界面での屈折率差を実質的に等しくすることができる。そのため、反射光の回折現象を抑制し、光源とコロイド結晶構造体１０と組み合わせた際に、演色性や反射効率の低下を防ぐことが可能となる。また、屈折率制御材５の酸素透過性が低い場合には、バインダー２の酸化を抑制することから、コロイド結晶層３の耐久性を高めることが可能となる。さらに、屈折率制御材５によりコロイド結晶層３が覆われて保護されることから、コロイド粒子１の三次元規則配列構造を長期間維持し、高い反射率を保つことが可能となる。
【0063】
コロイド結晶構造体１０は、コロイド結晶層３における一方の面と反対側の面に設けられ、透光性を有する基板４をさらに備えることが好ましい。これにより、基板４によってコロイド結晶層３が保持されることから、コロイド結晶構造体１０の取り扱い性を高めることが可能となる。また、基板４が透光性を有することにより、コロイド結晶構造体１０を光学フィルタなどの透過光を利用する用途に用いることが可能となる。
【0064】
（第二実施形態）
次に、第二実施形態に係るコロイド結晶構造体について、図面に基づき詳細に説明する。なお、第一実施形態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。
次に、第二実施形態に係るコロイド結晶構造体について、図面に基づき詳細に説明する。なお、第一実施形態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。
【0065】
本実施形態に係るコロイド結晶構造体１０Ａは、図４に示すように、複数種類のコロイド粒子と複数種類のコロイド粒子の間に配置されるバインダー２とを含むコロイド構造層３Ａと、コロイド構造層３Ａを保持する基板４とを備えている。複数種類のコロイド粒子は、第１のコロイド粒子１Ａと第２のコロイド粒子１Ｂとを少なくとも含んでおり、さらに第１のコロイド粒子１Ａと第２のコロイド粒子１Ｂは、平均粒子径が互いに異なっている。コロイド結晶構造体１０Ａは、さらに、コロイド構造層３Ａの表面に設けられる屈折率制御材５を備えている。
【0066】
コロイド構造層３Ａでは、第１のコロイド粒子１Ａと第２のコロイド粒子１Ｂ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１Ａと第２のコロイド粒子１Ｂとの間にバインダー２が介在している。つまり、コロイド構造層３Ａ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、コロイド構造層３Ａ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層３Ａを透過することができる。
【0067】
ここで、複数種類のコロイド粒子の間にバインダー２を設けたコロイド結晶を作製した場合、材料によって程度は異なるが、コロイド構造層３Ａの表面には、コロイド結晶の周期構造に由来した微細な凹凸構造が形成される場合がある。そして、その凹凸構造に起因して、反射光の回折や干渉などの光学現象が起こることから、コロイド構造層３Ａ自体を照明等の光学フィルタに用いた場合、演色性及び反射効率の低下が生じる可能性がある。
【0068】
このような反射光の回折や干渉を抑制するために、第一実施形態と同様に、コロイド結晶構造体１０Ａは、コロイド構造層３Ａにおける複数の凸部３ａ及び凹部３ｂを有する表面に、屈折率制御材５を設けている。
【0069】
図４に示すように、屈折率制御材５は、コロイド構造層３Ａにおける複数の凸部３ａ及び凹部３ｂを有する表面に接触するように設けられている。そして、屈折率制御材５は複数の凹部３ｂを埋めるように設けられることが好ましい。複数の凸部３ａ及び凹部３ｂからなる周期構造を埋めることにより、反射光の回折や干渉を抑制することが可能となる。なお、屈折率制御材５の厚み、屈折率制御材５を構成する材料、及び屈折率制御材５の全光線透過率は、第一実施形態と同じにすることができる。また、屈折率制御材５と、コロイド構造層３Ａのバインダー２との屈折率差は、１０％未満であることが好ましい。
【0070】
屈折率制御材５は、少なくとも複数の凹部３ｂを埋めるように設けられることが好ましい。また、屈折率制御材５は、複数の凸部３ａ及び凹部３ｂの全体を覆うように設けられることが好ましい。そして、第一実施形態と同様に、コロイド結晶構造体１０Ａに関し、屈折率制御材５におけるコロイド構造層３Ａに対向する面と反対側の面は、複数種類のコロイド粒子１により形成されたコロイド結晶に由来する規則的な凹凸を有していないことが好ましい。
【0071】
第一実施形態と同様に、コロイド構造層３Ａに含まれるコロイド粒子（第１のコロイド粒子１Ａ，第２のコロイド粒子１Ｂ）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。また、コロイド粒子を固定しているバインダー２は、樹脂を含んでいることが好ましい。
【0072】
コロイド構造層３Ａ中のコロイド粒子（第１のコロイド粒子１Ａ，第２のコロイド粒子１Ｂ）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。そして、コロイド構造層３Ａに含まれる第１のコロイド粒子１Ａ及び第２のコロイド粒子１Ｂ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。第１のコロイド粒子１Ａ及び第２のコロイド粒子１Ｂ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１Ａ及び第２のコロイド粒子１Ｂがバインダー２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層３Ａ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１Ａ及び第２のコロイド粒子１Ｂ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。
【0073】
複数種類のコロイド粒子は、第１のコロイド粒子１Ａ及び第２のコロイド粒子１Ｂ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。
【0074】
コロイド構造層３Ａにおいて、第１のコロイド粒子１Ａと第２のコロイド粒子１Ｂは平均粒子径が互いに異なっている。そして、図４に示すように、コロイド構造層３Ａでは、第１のコロイド粒子１Ａの平均粒子径は第２のコロイド粒子１Ｂ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１Ａ及び第２のコロイド粒子１Ｂ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層３Ａを得ることができる。なお、第１のコロイド粒子１Ａ及び第２のコロイド粒子１Ｂ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。
【0075】
ここで、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場合がある。
【0076】
これに対して、コロイド構造層３Ａ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１Ａと第２のコロイド粒子１Ｂ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、コロイド構造層３Ａ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。
【0077】
コロイド構造層３Ａにおいて、複数種類のコロイド粒子は、互いに混和した状態でコロイド結晶化して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４に示すように、互いに異なる第１のコロイド粒子１Ａと第２のコロイド粒子１Ｂ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、コロイド構造層３Ａは、規則配列構造を形成した第１のコロイド粒子１Ａ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１Ｂで置換した構造体ということができる。または、コロイド構造層３Ａは、規則配列構造を形成した第２のコロイド粒子１Ｂ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１Ａで置換した構造体ということができる。コロイド構造層３Ａ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１Ａからなるコロイド結晶の特性と、第２のコロイド粒子１Ｂ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、コロイド構造層３Ａは、第１のコロイド粒子１Ａからなるコロイド結晶と第２のコロイド粒子１Ｂ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。
【0078】
具体的には、コロイド構造層３Ａは、第１のコロイド粒子１Ａ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１Ｂ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、コロイド構造層３Ａは、第１のコロイド粒子１Ａと第２のコロイド粒子１Ｂ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。
【0079】
上述のように、コロイド構造層３Ａは、第１のコロイド粒子１Ａと第２のコロイド粒子１Ｂ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５に示すように、粒子径が大きいコロイド粒子２１からなるコロイド結晶と、粒子径が小さいコロイド粒子２２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２１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２２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、コロイド構造層３Ａ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。
【0080】
コロイド粒子として第１のコロイド粒子１Ａ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１Ｂ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、コロイド構造層３Ａ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１Ａ及び第２のコロイド粒子１Ｂ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、コロイド構造層３Ａ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。
【0081】
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１Ａと第２のコロイド粒子１Ｂ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１Ａと第２のコロイド粒子１Ｂ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。
【0082】
コロイド構造層３Ａにおいて、第１のコロイド粒子１Ａの平均粒子径をｄ１とし、第２のコロイド粒子１Ｂ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１Ａと第２のコロイド粒子１Ｂ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１Ａと第２のコロイド粒子１Ｂ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。
【0083】
コロイド構造層３Ａ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、コロイド構造層３Ａ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、コロイド構造層３Ａ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。
【0084】
第一実施形態と同様に、コロイド構造層３Ａにおいて、バインダー２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１Ａ及び第２のコロイド粒子１Ｂを含むコロイド粒子全体の体積をいう。
【0085】
上述のように、コロイド構造層３Ａは、第１のコロイド粒子１Ａと第２のコロイド粒子１Ｂ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、コロイド構造層３Ａ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、コロイド構造層３Ａ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、コロイド構造層３Ａ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。
【0086】
第一実施形態と同様に、コロイド構造層３Ａ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。また、コロイド構造層３Ａ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。
【0087】
コロイド結晶構造体１０Ａは、コロイド構造層３Ａにおける一方の面と反対側の面に設けられ、透光性を有する基板４をさらに備えることが好ましい。これにより、基板４によってコロイド構造層３Ａが保持されるので、コロイド結晶構造体１０Ａの取り扱い性を高めることが可能となる。また、基板４が透光性を有することにより、コロイド結晶構造体１０Ａを光学フィルタなどの透過光を利用する用途に用いることが可能となる。
【0088】
コロイド結晶構造体１０において、コロイド構造層３Ａ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、コロイド構造層３Ａ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。コロイド結晶構造体１０において、コロイド構造層３Ａの面積は特に限定されないが、５ｍｍ２以上１００ｃｍ２以下とすることが好ましい。
【0089】
次に、本実施形態に係るコロイド結晶構造体１０Ａの製造方法について説明する。コロイド結晶構造体１０Ａ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バインダー２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。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。
【0090】
次に、得られたコロイド分散液を基板上に塗布し、塗布膜を作製する。塗布膜を作製した後、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バインダー中で規則的に配列したコロイド構造層３Ａを得ることができる。
【0091】
そして、第一実施形態と同様に、コロイド構造層３Ａにおける凸部３ａ及び凹部３ｂが形成された表面に屈折率制御材５を形成することにより、コロイド結晶構造体１０Ａを得ることができる。
【0092】
このように、本実施形態のコロイド結晶構造体１０Ａは、複数種類のコロイド粒子と、複数種類のコロイド粒子の間に配置され、コロイド粒子を固定しているバインダー２と、を含むコロイド構造層３Ａを備える。コロイド結晶構造体１０Ａは、さらに、コロイド構造層３Ａにおける一方の面に設けられ、透明であり、さらにバインダー２との屈折率差が１０％未満である屈折率制御材５を備える。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１Ａと第２のコロイド粒子１Ｂとを少なくとも含む。第１のコロイド粒子１Ａ及び第２のコロイド粒子１Ｂ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、バインダー２中で規則配列構造を形成している。本実施形態によれば、コロイド構造層３Ａの表面に、複数種類のコロイド粒子の周期構造に由来した微細な凹凸構造が形成されていた場合であっても、屈折率制御材５によって凹凸構造の界面での屈折率差を実質的に等しくすることができる。そのため、反射光の回折現象を抑制し、光源とコロイド結晶構造体１０Ａと組み合わせた際に、演色性や反射効率の低下を防ぐことが可能となる。また、屈折率制御材５の酸素透過性が低い場合には、バインダー２の酸化を抑制することから、コロイド構造層３Ａの耐久性を高めることが可能となる。さらに、屈折率制御材５によりコロイド構造層３Ａが覆われて保護されることから、複数種類のコロイド粒子の三次元規則配列構造を長期間維持し、高い反射率を保つことが可能となる。
【0093】
さらに、コロイド構造層３Ａ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１Ａからなるコロイド結晶と第２のコロイド粒子１Ｂ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。
【0094】
［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、コロイド結晶構造体１０，１０Ａを備える光学フィルタ３２と、光源３１とを備える。そして、光源３１が放つ一次光の一部が光学フィルタ３２を透過する。このような光学フィルタ３２を備えることによって、発光装置は、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。
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、コロイド結晶構造体１０，１０Ａを備える光学フィルタ３２と、光源３１とを備える。そして、光源３１が放つ一次光の一部が光学フィルタ３２を透過する。このような光学フィルタ３２を備えることによって、発光装置は、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。
【0095】
図６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３３に実装された発光素子であるが、これに限定されない。
【0096】
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。
【0097】
本実施形態に係る発光装置は、光学フィルタ３２で反射された一次光の反射光によって励起される波長変換部材をさらに備えてもよい。具体的には、図６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３４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３４は光源３１を覆っている。波長変換部材３４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の蛍光体３５を含有している。青色蛍光体は、一次光の反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一次光の反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。
【0098】
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ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ２＋、ＣａＭｇＳｉ２Ｏ６：Ｅｕ２＋、Ｂａ３ＭｇＳｉ２Ｏ８：Ｅｕ２＋、Ｓｒ１０（ＰＯ４）６Ｃｌ２：Ｅｕ２＋などが挙げられる。緑色蛍光体としては、例えば（Ｂａ，Ｓｒ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋、Ｃａ８Ｍｇ（ＳｉＯ４）４Ｃｌ２：Ｅｕ２＋、Ｃａ８Ｍｇ（ＳｉＯ４）４Ｃｌ２：Ｅｕ２＋，Ｍｎ２＋が挙げられる。黄色蛍光体としては、例えば（Ｓｒ，Ｂａ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋、（Ｙ，Ｇｄ）３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋、α－Ｃａ－ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ２＋が挙げられる。
【0099】
赤色蛍光体は、一次光の反射光や、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Ｓｒ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ２＋、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋、ＳｒＡｌＳｉ４Ｎ７：Ｅｕ２＋、ＣａＳ：Ｅｕ２＋、Ｌａ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ３＋、Ｙ３Ｍｇ２（ＡｌＯ４）（ＳｉＯ４）２：Ｃｅ３＋が挙げられる。
【0100】
図６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３２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３４及び光学フィルタ３２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３２で反射される。波長変換部材３４の蛍光体３５は、一次光Ｌ１によって励起され得るが、光学フィルタ３２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３５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３２を透過した透過光Ｔは、ＬＥＤモジュール３０から出射される。
【0101】
波長変換部材３４の蛍光体３５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３２によって反射されない波長を有する場合、光学フィルタ３２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。
【0102】
［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。
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。
【0103】
図７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７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。
【0104】
図８（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３２からなるフィルタ４９とを備える。図８（ｂ）に示すように、光源ユニット４７は、回路基板３３と、回路基板３３に実装された光源３１と、回路基板３３の上に配置され、光源３１を覆う波長変換部材３４とを備えている。波長変換部材３４は蛍光体３５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。
【0105】
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結晶構造体を用いているため、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。
【実施例】
【0106】
以下、実施例、比較例及び参考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。
【0107】
［実施例及び比較例］
実施例１及び２並びに比較例１及び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；平均粒子径（Ｄ５０）：１８０ｎｍ、粒子径の変動係数：５％
なお、シリカ粒子は、Ｓｔｏｂｅｒ法にて合成した。
（バインダー用モノマー）
・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
（屈折率制御材用モノマー）
・トリメチロールプロパントリア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Ａ－ＴＭＰＴ
実施例１及び２並びに比較例１及び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；平均粒子径（Ｄ５０）：１８０ｎｍ、粒子径の変動係数：５％
なお、シリカ粒子は、Ｓｔｏｂｅｒ法にて合成した。
（バインダー用モノマー）
・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
（屈折率制御材用モノマー）
・トリメチロールプロパントリア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Ａ－ＴＭＰＴ
【0108】
（実施例１）
まず、含有量が２８体積％になるように、シリカ粒子をバインダー用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）がモノマー中に均一に分散したコロイド分散液を得た。
まず、含有量が２８体積％になるように、シリカ粒子をバインダー用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）がモノマー中に均一に分散したコロイド分散液を得た。
【0109】
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バインダー用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のコロイド結晶層を形成した。
【0110】
次いで、光重合開始剤を１．０質量％添加した屈折率制御材用モノマーを、室温（２５℃）条件下において、コロイド結晶層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＃４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屈折率制御材用モノマーを重合させることにより、コロイド結晶層の表面に、層厚が約５μｍの屈折率制御材を形成した。このようにして、ガラス基板上にコロイド結晶層を形成し、さらにコロイド結晶層上に屈折率制御材を形成した試験サンプルを得た。
【0111】
得られた試験サンプルに関し、バインダー用モノマーを重合して得られたアクリル樹脂の屈折率、及び屈折率制御材用モノマーを重合して得られたアクリル樹脂の屈折率を、光干渉法で測定した。具体的には、大塚電子株式会社製の反射分光膜厚計ＦＥ－３０００を用い、測定波長を５５０ｎｍとして、これらのアクリル樹脂の屈折率を測定した。その結果、バインダー用モノマーを重合して得られたアクリル樹脂の屈折率は、１．４９０であった。また、屈折率制御材用モノマーを重合して得られたアクリル樹脂の屈折率は、１．５３５であった。屈折率制御材の屈折率は、１．４１６（１．４９０×０．９５）を超え、１．５６５（１．４９０×１．０５）未満の範囲内にあることから、屈折率制御材は、バインダーとの屈折率差が５％未満であった。
【0112】
（比較例１）
屈折率制御材を形成しなかったこと以外は実施例１と同様にして、ガラス基板上にコロイド結晶層を形成した試験サンプルを得た。
屈折率制御材を形成しなかったこと以外は実施例１と同様にして、ガラス基板上にコロイド結晶層を形成した試験サンプルを得た。
【0113】
（実施例２）
まず、含有量が３２体積％になるように、シリカ粒子をバインダー用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）がモノマー中に均一に分散したコロイド分散液を得た。
まず、含有量が３２体積％になるように、シリカ粒子をバインダー用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）がモノマー中に均一に分散したコロイド分散液を得た。
【0114】
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厚のポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）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バインダー用モノマーを重合させることにより、ＰＭＭＡ基板上に層厚が約４０μｍのコロイド結晶層を形成した。
【0115】
次いで、厚みが１ｍｍであり、ポリメチルメタクリレートからなる押出板を準備した。そして、コロイド結晶層の表面に押出板を積層した後、真空ラミネーターを用いて真空ラミネート処理を施した。このようにして、ＰＭＭＡ基板上にコロイド結晶層を形成し、さらにコロイド結晶層上に屈折率制御材を形成した試験サンプルを得た。
【0116】
得られた試験サンプルに関し、バインダー用モノマーを重合して得られたアクリル樹脂の屈折率、及びポリメチルメタクリレートからなる押出板の屈折率を、実施例１と同じ光干渉法で測定した。その結果、バインダー用モノマーを重合して得られたアクリル樹脂の屈折率は、１．４９０であった。また、ポリメチルメタクリレートからなる押出板の屈折率は、１．４８９であった。押出板の屈折率は、１．４１６（１．４９０×０．９５）を超え、１．５６５（１．４９０×１．０５）未満の範囲内にあることから、屈折率制御材は、バインダーとの屈折率差が５％未満であった。
【0117】
（比較例２）
屈折率制御材を形成しなかったこと以外は実施例２と同様にして、ＰＭＭＡ基板上にコロイド結晶層を形成した試験サンプルを得た。
屈折率制御材を形成しなかったこと以外は実施例２と同様にして、ＰＭＭＡ基板上にコロイド結晶層を形成した試験サンプルを得た。
【0118】
［実施例及び比較例の試験サンプルの評価］
（反射スペクトル測定）
上記のようにして得られた実施例１及び２並びに比較例１及び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。図９では実施例１及び比較例１の試験サンプルの反射スペクトルを示し、図１０では実施例２及び比較例２の試験サンプルの反射スペクトルを示す。
（反射スペクトル測定）
上記のようにして得られた実施例１及び２並びに比較例１及び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。図９では実施例１及び比較例１の試験サンプルの反射スペクトルを示し、図１０では実施例２及び比較例２の試験サンプルの反射スペクトルを示す。
【0119】
図９に示すように、比較例１の試験サンプルは、５９０ｎｍ付近、６２０ｎｍ付近、６７０ｎｍ付近に、反射率が２０％未満の反射ピークを有しているのに対して、実施例１の試験サンプルは、これらの反射ピークが存在しないことが分かる。そのため、屈折率制御材を設けることにより、副ピークに起因した演色性の低下を抑制できることが分かる。また、実施例１における５６０ｎｍ付近の主ピークの反射率は比較例１と同等であることから、屈折率制御材を設けた場合でも反射率の低下が生じ難いことが分かる。
【0120】
図１０に示すように、比較例２の試験サンプルは、５７５ｎｍ付近、６００ｎｍ付近、６４０ｎｍ付近に、反射率が２０％未満の反射ピークを有しているのに対して、実施例２の試験サンプルは、これらの反射ピークが存在しないことが分かる。そのため、屈折率制御材を設けることにより、副ピークに起因した演色性の低下を抑制できることが分かる。また、実施例２における５３０ｎｍ付近の主ピークの反射率は比較例２よりも高いことから、屈折率制御材を設けることにより、反射効率が高まることが分かる。
【0121】
（走査型電子顕微鏡観察）
実施例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１１では、実施例１の試験サンプルの断面を示している。また、図１２では、実施例１の試験サンプルの断面における、コロイド結晶層３と屈折率制御材５の界面付近を拡大して示している。図１１に示すように、コロイド結晶層３の表面には、屈折率制御材５が直接接触するように形成されていることが分かる。さらに、図１２に示すように、コロイド結晶層３において、複数のコロイド粒子１は規則的に配列しており、さらに隣接するコロイド粒子１の間には、バインダー２が介在していることが分かる。
実施例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１１では、実施例１の試験サンプルの断面を示している。また、図１２では、実施例１の試験サンプルの断面における、コロイド結晶層３と屈折率制御材５の界面付近を拡大して示している。図１１に示すように、コロイド結晶層３の表面には、屈折率制御材５が直接接触するように形成されていることが分かる。さらに、図１２に示すように、コロイド結晶層３において、複数のコロイド粒子１は規則的に配列しており、さらに隣接するコロイド粒子１の間には、バインダー２が介在していることが分かる。
【0122】
（原子間力顕微鏡観察）
実施例１及び比較例１の試験サンプルの表面を、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で観察した。図１３では、実施例１の試験サンプルの表面を原子間力顕微鏡で観察した結果を示しており、図１４では、比較例１の試験サンプルの表面を原子間力顕微鏡で観察した結果を示している。
実施例１及び比較例１の試験サンプルの表面を、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で観察した。図１３では、実施例１の試験サンプルの表面を原子間力顕微鏡で観察した結果を示しており、図１４では、比較例１の試験サンプルの表面を原子間力顕微鏡で観察した結果を示している。
【0123】
図１３に示すように、実施例１の試験サンプルの表面は、凹凸が存在するものの、コロイド結晶の規則配列構造に由来する規則的な凹凸は存在しないことが分かる。これに対して、図１４に示すように、比較例１の試験サンプルの表面は、コロイド粒子の規則配列構造に由来する規則的な微細凹凸構造が存在することが分かる。そのため、図９及び図１４の結果から、規則的な微細凹凸構造により反射光が回折又は干渉し、波長５９０ｎｍ付近、６２０ｎｍ付近、６７０ｎｍ付近に反射ピークが発生すると推測される。また、図９及び図１３の結果から、コロイド粒子の規則配列構造に由来する規則的な微細凹凸構造を屈折率制御材で埋めることにより、反射光の回折及び干渉が抑制できることが分かる。
【0124】
［参考例］
参考例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％
なお、シリカ粒子１及び２は、Ｓｔｏｂｅｒ法にて合成した。
（バインダー用モノマー、光重合開始剤）
バインダー用モノマー及び光重合開始剤は、実施例１と同じものを使用した。
参考例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％
なお、シリカ粒子１及び２は、Ｓｔｏｂｅｒ法にて合成した。
（バインダー用モノマー、光重合開始剤）
バインダー用モノマー及び光重合開始剤は、実施例１と同じものを使用した。
【0125】
まず、含有量が３０体積％になるように、シリカ粒子１をバインダー用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をバインダー用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）がバインダー用モノマー中に均一に分散したコロイド分散液１を得た。
【0126】
同様に、含有量が３０体積％になるように、シリカ粒子２をバインダー用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をバインダー用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）がバインダー用モノマー中に均一に分散したコロイド分散液２を得た。
【0127】
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のコロイド構造層を形成した試験サンプルを得た。
【0128】
［参考例の試験サンプルの評価］
（反射スペクトル測定）
上記のようにして得られた参考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。図１５では参考例の試験サンプルの反射スペクトルを示す。なお、図１５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、参考例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。
（反射スペクトル測定）
上記のようにして得られた参考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。図１５では参考例の試験サンプルの反射スペクトルを示す。なお、図１５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、参考例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。
【0129】
図１５に示すように、参考例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。
【0130】
さらに図１５に示すように、参考例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。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層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。
【0131】
（走査型電子顕微鏡観察）
参考例の試験サンプルの表面を走査型電子顕微鏡で観察した。図１６では、参考例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（１Ｂ）及び平均粒子径が１８０ｎｍのシリカ粒子２（１Ａ）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、参考例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。
参考例の試験サンプルの表面を走査型電子顕微鏡で観察した。図１６では、参考例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（１Ｂ）及び平均粒子径が１８０ｎｍのシリカ粒子２（１Ａ）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、参考例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。
【0132】
図１７では、参考例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１８では、図１７における符号Ｂの領域を拡大して示している。図１８に示すように、試験サンプルの断面でも、シリカ粒子１（１Ｂ）とシリカ粒子２（１Ａ）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。
【0133】
このように、参考例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、さらにバインダー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。そして、参考例の試験サンプルに関し、実施例１及び２と同様に、コロイド構造層の表面に屈折率制御材を形成することにより、反射スペクトルにおいて副ピークの発生を防ぎ、演色性及び反射効率の低下を抑制できることは容易に推測できる。
【0134】
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。具体的には、コロイド結晶構造体において、コロイド結晶層は単層であってもよく、複数層であってもよい。同様に、コロイド結晶構造体において、コロイド構造層は単層であってもよく、複数層であってもよい。また、コロイド結晶構造体において、コロイド結晶層とコロイド構造層とを積層して、多重構造としてもよい。
【0135】
特願２０１９－００９４４４号（出願日：２０１９年１月２３日）の全内容は、ここに援用される。
【産業上の利用可能性】
【0136】
本開示によれば、光学フィルタに用いた場合でも、演色性及び反射効率の低下を抑制することが可能なコロイド結晶構造体、並びに当該コロイド結晶構造体を用いた発光装置及び照明システムを提供することができる。
【符号の説明】
【0137】
１ コロイド粒子
１Ａ 第１のコロイド粒子
１Ｂ 第２のコロイド粒子
２ バインダー
３ コロイド結晶層
３Ａ コロイド構造層
３ａ 凸部
３ｂ 凹部
４ 基板
５ 屈折率制御材
１０，１０Ａ コロイド結晶構造体
３２ 光学フィルタ
３４ 波長変換部材
１Ａ 第１のコロイド粒子
１Ｂ 第２のコロイド粒子
２ バインダー
３ コロイド結晶層
３Ａ コロイド構造層
３ａ 凸部
３ｂ 凹部
４ 基板
５ 屈折率制御材
１０，１０Ａ コロイド結晶構造体
３２ 光学フィルタ
３４ 波長変換部材
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
