(57)【要約】【課題】赤外線の反射率を従来よりも大きく変化させることが可能な赤外線反射率可変膜を提供する。【解決手段】基板２に積層されて用いられる赤外線反射率可変膜であって、外場によって屈折率が変化する第１層１１と、外場による屈折率の変化量が第１層１１よりも小さい第２層１２と、を備え、第１層１１および第２層１２は、それぞれ複数備えられて交互に積層されており、外場によって第１層１１の屈折率が変化することにより第１層１１と第２層１２との界面での赤外線の反射率が変化する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板（２）に積層されて用いられる赤外線反射率可変膜であって、
外場によって屈折率が変化する第１層（１１）と、
外場による屈折率の変化量が前記第１層よりも小さい第２層（１２）と、を備え、
前記第１層および前記第２層は、それぞれ複数備えられて交互に積層されており、
外場によって前記第１層の屈折率が変化することにより前記第１層と前記第２層との界面での赤外線の反射率が変化する赤外線反射率可変膜。
【請求項２】
前記第１層は、外場によって相転移する強相関材料で構成されている請求項１に記載の赤外線反射率可変膜。
【請求項３】
前記第１層は、バナジウム酸化物、または、ペロブスカイト構造を有する金属複合酸化物で構成される請求項１または２に記載の赤外線反射率可変膜。
【請求項４】
前記第１層は、温度によって屈折率が変化する請求項１ないし３のいずれか１つに記載の赤外線反射率可変膜。
【請求項５】
第１温度における前記界面での赤外線の反射率は、前記第１温度よりも高い第２温度における前記界面での赤外線の反射率よりも低い請求項４に記載の赤外線反射率可変膜。
【請求項６】
前記第１温度における赤外線の反射率が１０％以下であり、
前記第２温度における赤外線の反射率が６０％以上である請求項５に記載の赤外線反射率可変膜。
【請求項７】
波長が８００ｎｍ以上２５００ｎｍ以下の光のうち、少なくとも一部の光の前記界面での反射率が温度により変化する請求項４ないし６のいずれか１つに記載の赤外線反射率可変膜。
【請求項８】
前記第１層および前記第２層は、共に厚さが１μｍ以下である請求項１ないし７のいずれか１つに記載の赤外線反射率可変膜。
【請求項９】
前記第２層と前記基板との波長１５００ｎｍの光の屈折率の差は０．１５以下である請求項１ないし８のいずれか１つに記載の赤外線反射率可変膜。
【請求項１０】
前記第２層と前記基板との波長１５００ｎｍの光の屈折率の差は０．１以下である請求項９に記載の赤外線反射率可変膜。
【請求項１１】
少なくとも波長が３６０ｎｍ以上８００ｎｍ以下の光の透過率が７０％以上である請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の赤外線反射率可変膜。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板に積層されて用いられる赤外線反射率可変膜に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、室内や車室内の温度を比較的簡便にコントロールする技術として、遮光フィルムやエレクトロクロミック材料などが窓ガラスなどに用いられるようになってきた。しかし、遮光フィルムは外気温に関わらず太陽光を遮るものであるため、遮光フィルムを窓ガラスに用いると、冬場など外気温が低い場合には室内や車室内が太陽光によっては十分に暖まらず、暖房器具等により室内を温める必要が生じる。
【０００３】
一方、エレクトロクロミック材料は電気により窓ガラスの反射率を制御できるため、外気温が高い場合には窓ガラスの反射率を高くして室内の温度上昇を抑え、外気温が低い場合には反射率を低くして透過率を上げることで室内の温度低下を防ぐことが可能である。しかし、エレクトロクロミック材料は主に着色することで太陽光の反射率を制御しているため、窓ガラスの透明性が損なわれ、車のフロントガラス等には利用することができない。また、反射率を制御するための電圧印加機構が必要である。
【０００４】
これに対して、温度変化によって相転移し、屈折率が大きく変化する強相関材料をガラスに積層する方法が提案されている。例えば特許文献１では、ガラス基板の上に下地層として酸化ジルコニウム層、酸化スズ層を積層し、下地層の上に強相関材料である酸化バナジウム（ＶＯｘ）の層を積層した赤外線反射率可変膜が提案されている。
【０００５】
このような方法では、強相関材料の層とこれに隣接する層との界面の反射率が温度により変化するため、赤外線による室内の温度上昇を外気温に応じて自動的に調整することができる。したがって、電圧印加機構が不要である。また、ガラスに積層する層を薄くすることにより、透明性を確保することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２９７５００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の赤外線反射率可変膜では、温度により反射率が変化する界面が酸化バナジウム層とこれに隣接する層との界面のみであるため、赤外線反射率可変膜全体での赤外線の反射率変化が小さく、室内や車室内の温度調整に使用するには効果が小さい。
【０００８】
本発明は上記点に鑑みて、赤外線の反射率を従来よりも大きく変化させることが可能な赤外線反射率可変膜を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、基板（２）に積層されて用いられる赤外線反射率可変膜であって、外場によって屈折率が変化する第１層（１１）と、外場による屈折率の変化量が第１層よりも小さい第２層（１２）と、を備え、第１層および第２層は、それぞれ複数備えられて交互に積層されており、外場によって第１層の屈折率が変化することにより第１層と第２層との界面での赤外線の反射率が変化する。
【００１０】
これによれば、外場によって屈折率が変化する第１層と外場による屈折率の変化が第１層よりも小さい第２層とが複数備えられ、交互に積層されているので、外場により反射率が変化する界面が従来よりも多くなる。したがって、赤外線反射率可変膜全体での赤外線の反射率を従来よりも大きく変化させることが可能となる。
【００１１】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態にかかる赤外線反射率可変膜の断面図である。
【図２】低温時における赤外線の反射の様子を示す断面図である。
【図３】高温時における赤外線の反射の様子を示す断面図である。
【図４】低温時における赤外線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。
【図５】高温時における赤外線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。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。
【００１４】
（第１実施形態）
第１実施形態について説明する。図１に示すように、本実施形態の赤外線反射率可変膜１は、窓ガラスなどの基板２に積層して用いられるものであり、第１層１１と、第２層１２とを備えている。赤外線反射率可変膜１は、基板２に照射される赤外線の反射率を制御するものである。
【００１５】
第１層１１は、温度等の外場によって屈折率が変化する材料で構成されている。本実施形態では、第１層１１は、ある温度で金属−絶縁体転移し、相転移に伴って屈折率が大きく変化する強相関材料で構成されている。このような材料として、例えば酸化バナジウム、ペロブスカイト構造を有する金属複合酸化物を用いることができる。また、酸化バナジウム、ペロブスカイト構造を有する金属複合酸化物の両方が第１層１１に含まれていてもよい。
【００１６】
本実施形態では、第１層１１は酸化バナジウムで構成されており、タングステン、モリブデン等を添加することにより、転移温度が室温付近とされている。第１層１１を構成する材料の転移温度をＴｃとすると、本実施形態では、Ｔｃ＝１５℃とされている。第１層１１の波長１５００ｎｍの光の屈折率をｎＨとすると、転移温度Ｔｃ以下の温度では第１層は絶縁体となり、ｎＨ≒１．４となる。そして、転移温度Ｔｃよりも高い温度では第１層１１は金属状態となり、ｎＨ≒２．５となる。
【００１７】
第２層１２は、温度等の外場による屈折率の変化が第１層１１よりも小さい材料で構成されている。第１層１１と第２層１２との界面の反射率を大きく変化させるためには、外場による第２層１２の屈折率の変化がより小さいことが好ましい。例えば、第２層１２の屈折率の変化量が第１層１１の屈折率の変化量の２／３以下であることが好ましく、１／２以下であることがさらに好ましい。
【００１８】
本実施形態では、第２層１２は、温度等の外場が変化しても屈折率がほとんど変化しない材料で構成されている。具体的には、第２層１２はフッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）で構成されており、第２層１２の波長１５００ｎｍの光の屈折率をｎＬとすると、第１層１１を構成する材料の転移温度Ｔｃ以下の温度と、転移温度Ｔｃよりも高い温度の両方において、ｎＬ≒１．４である。
【００１９】
なお、低温時の透明性を確保するために、低温時の第１層１１の屈折率ｎＨ、および、第２層１２の屈折率ｎＬと、基板２の波長１５００ｎｍの光の屈折率ｎＳとの差が小さいことが好ましい。具体的にはこの差が０．１５以下であることが好ましく、０．１以下であることがさらに好ましい。例えば、屈折率ｎＳが１．５２のガラスで基板２が構成されている場合、低温時の第１層１１の屈折率ｎＨ、および、第２層１２の屈折率ｎＬを１．３７以上１．６７以下とすることが好ましい。さらに、低温時の第１層１１の屈折率ｎＨ、および、第２層１２の屈折率ｎＬを１．４２以上１．６２以下とすることが好ましい。
【００２０】
本実施形態では、赤外線反射率可変膜１は第１層１１と第２層１２とをそれぞれ複数備えており、複数の第１層１１および第２層１２は、基板２の上に交互に積層されている。なお、本実施形態では基板２の上に第２層１２が積層され、その上に第１層１１が積層されているが、基板２の上に第１層１１が積層され、その上に第２層１２が積層されていてもよい。
【００２１】
第１層１１、第２層１２の厚さと積層数については、反射率を制御する波長の範囲、および、赤外線反射率可変膜１の透明性を考慮して定められる。具体的には、赤外線反射率可変膜１全体の厚さを例えば１００００ｎｍ以下とすることで、窓ガラスなどに用いたときに透明性が確保される。
【００２２】
例えば本実施形態では、第１層１１の厚さは１５０ｎｍとされ、第２層１２の厚さは２６８ｎｍとされている。また、第１層１１、第２層１２は、５層ずつ積層されている。なお、図１、および、後述する図２、図３では、５層ずつ積層された第１層１１、第２層１２のうち、それぞれ２層のみを図示している。このように第１層１１と第２層１２の厚さが共に１μｍ以下である場合には、積層数を２０程度までとすることにより、少なくとも波長が３６０ｎｍ以上８００ｎｍ以下の可視光の透過率が７０％以上となる。
【００２３】
赤外線反射率の制御方法について説明する。低温時には、第１層１１が絶縁体となり、第１層１１の屈折率ｎＨと第２層１２の屈折率ｎＬとの差が小さくなるため、第１層１１と第２層１２との界面での光の反射率が低くなる。そのため、図２に示すように、赤外線反射率可変膜１に照射される光のほとんどが赤外線反射率可変膜１を透過し、基板２に照射される。
【００２４】
高温時には、第１層１１が金属状態となり、第１層１１の屈折率ｎＨと第２層１２の屈折率ｎＬとの差が大きくなるため、第１層１１と第２層１２との界面での光の反射率が高くなる。そのため、図３に示すように、赤外線反射率可変膜１に照射される光のうち、第１層１１と第２層１２との界面で反射する光の割合が多くなり、基板２に照射される光の割合が少なくなる。
【００２５】
例えば、バナジウム酸化物で構成された第１層１１と、フッ化マグネシウムで構成された第２層１２とが５層ずつ交互に積層された赤外線反射率可変膜１では、図４、図５に示すように、波長８００ｎｍ以上２５００ｎｍ以下の光である赤外光の反射率と透過率が大きく変化する。なお、図４、図５のグラフにおいて、実線は赤外線反射率可変膜１全体での赤外光の反射率を示し、一点鎖線は赤外線反射率可変膜１全体での赤外光の透過率を示す。
【００２６】
具体的には、第１層１１の転移温度以下、すなわち、１５℃以下の低温時には、図４に示すように、赤外光の一部である波長１２５０〜１８４０ｎｍの光の赤外線反射率可変膜１全体での反射率は１０％以下となり、透過率は９０％以上となる。また、１５℃よりも高い温度においては、図５に示すように、波長１２５０〜１８４０ｎｍの光の赤外線反射率可変膜１全体での反射率は６０％以上となる。
【００２７】
このように、第１層１１と第２層１２とが基板２の上に積層された構成では、第１層１１を構成する強相関材料の屈折率が温度などの外場で変化することで、第１層１１と第２層１２との界面の反射率が変化する。さらに、第１層１１と第２層１２とをそれぞれ複数積層し、第１層１１と第２層１２との界面の数を増加させることにより、赤外線反射率可変膜１全体での赤外光の反射率および透過率が従来よりも大きく変化する。
【００２８】
そして、このような赤外線反射率可変膜１を窓ガラスなどの基板２に積層することにより、室内や車室内の温度を自動的に制御することができる。
【００２９】
また、第２層１２を構成する材料については、基板２となるガラスなどに屈折率が近いものが好ましいが、少なくとも外場による屈折率の変化が小さいものであればよく、調光や反射防止等の機能を備えている必要がない。そのため、本実施形態では、第２層１２自体にこれらの機能を備えさせる場合に比べて、材料の選択の幅が広くなる。
【００３０】
また、本実施形態では、第１層１１と第２層１２との界面の反射率を変化させることにより赤外線反射率可変膜１全体での反射率を変化させるので、調光や反射防止等の機能を第１層１１、第２層１２に備えさせる場合に比べて、簡易な構成となる。
【００３１】
また、本実施形態では、第１層１１、第２層１２の厚さによって反射率を制御する波長の範囲を任意に設計することが可能である。例えば、厚さ１０ｎｍの第１層１１、第２層１２を５層ずつ積層した場合よりも、これに加えてさらに厚さ２０ｎｍの第１層１１、第２層１２を５層ずつ積層した場合の方が、反射率を変化させることができる波長の範囲が広くなる。
【００３２】
（他の実施形態）
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
【００３３】
例えば、上記第１実施形態では、赤外光の一部である波長１２５０〜１８４０ｎｍの光について、赤外線反射率可変膜１全体での反射率を外場によって変化させたが、赤外光のうち他の波長の光について反射率を変化させてもよい。また、赤外光全体について反射率を変化させてもよい。
【００３４】
また、第１層１１、第２層１２に加えて、第１層１１および第２層１２とは別の層を積層してもよい。また、温度以外の要因、例えば、光の照射、磁場の印加、電場の印加により屈折率が変化する材料で第１層１１を構成してもよい。
【符号の説明】
【００３５】
１    赤外線反射率可変膜
１１  第１層
１２  第２層
２    基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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