(57)【要約】【課題】  室温の範囲である特定の転移温度よりも低い温度で可視光及び赤外放射を透過し、転移温度よりも高い時に赤外放射を反射する光学構造を提供する。【解決手段】  本発明は、多層誘電光学構造を開示し、多層構造の光学材料の１つが、室温に近い特定の温度Ｔｃを上回る温度で光学的に等方状態を示し、これを下回る温度で複屈折状態を示す。光学構造は、Ｔｃを上回る温度で所定の波長範囲の電磁放射を反射するが、Ｔｃを下回る温度ではこれを透過させる。所定の波長は、７００ｎｍ〜２５００ｎｍの近赤外放射であることができ、光学構造は、夏の暑い日には太陽熱を除去するが、冬の寒い日には、太陽熱を内部に通す。  【選択図】図１
2011521301.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の波長を選択的に反射するための多層誘電光学構造であって、
透明な基板と、
前記基板上に交互に重なる複数の第１の層及び複数の第２の層と、を含み、前記複数の第１の層が、第１の光軸及び前記第１の光軸に沿った第１の屈折率を有する第１の光学材料を含み、前記複数の第２の層が、第２の光軸、特定の転移温度Ｔｃを下回る温度で前記第２の光軸に沿った第２の屈折率、及び前記Ｔｃを上回る温度で第３の屈折率を有する第２の光学材料を含み、前記第１及び第２の光軸は実質的に平行であり、前記第１及び第２の屈折率は実質的に等しく、前記第３の屈性率は前記第２の屈折率及び前記第１の屈折率とは異なり、
前記第１の層のそれぞれの光学的厚さは、前記所定の波長の１／４倍に等しく、前記第２の層のそれぞれの光学的厚さは、温度が前記Ｔｃを上回る時に、前記所定の波長の１／４倍に等しい、多層誘電光学構造。
【請求項２】
前記第１の層の１つの光軸が、前記層の表面と平行である、請求項１に記載の光学構造。
【請求項３】
前記第３の屈折率が、前記第２の屈折率と０．０５以上異なる、請求項１に記載の光学構造。
【請求項４】
前記第１の光学材料が、半結晶性ポリマを含む、請求項２に記載の光学構造。
【請求項５】
前記第１の光学材料が、ポリエチレンテレフタレートを含む、請求項２に記載の光学構造。
【請求項６】
前記第１の光学材料が、光重合が可能な材料である、請求項１に記載の光学構造。
【請求項７】
前記第２の光学材料が、摂氏１５度〜３５度の間の、等方状態から秩序状態への転移温度Ｔｃを有する液晶材料を含む、請求項１に記載の光学構造。
【請求項８】
前記第２の層が、機械的安定性を維持し、かつ前記液晶材料の移動性を制限するために、１０％ｗｔ未満のポリマの網目を含む、請求項１に記載の光学構造。
【請求項９】
前記ポリマの網目が、前記第１の光学材料と実質的に同じ材料である、請求項８に記載の光学構造。
【請求項１０】
前記ポリマメッシュが光重合ポリマである、請求項８に記載の光学構造。
【請求項１１】
前記ポリマメッシュが熱硬化性のポリマである、請求項８に記載の光学構造。
【請求項１２】
前記液晶材料が、前記Ｔｃを下回る温度でネマチック液晶相であり、前記Ｔｃを上回る温度で等方相である、請求項７に記載の光学構造。
【請求項１３】
前記第１の層の１つの光軸が、前記層の表面に垂直であり、前記液晶材料が、前記Ｔｃを下回る温度でディスコティック液晶相であり、前記Ｔｃを上回る温度で等方相である、請求項７に記載の光学構造である。
【請求項１４】
前記第１の光学材料が等方性である、請求項１に記載の光学構造。
【請求項１５】
前記第１の層の数が、１〜１０００である、請求項１に記載の光学構造。
【請求項１６】
前記第１の層が、延伸によりもたらされた光学異方性材料である、請求項１に記載の光学構造。
【請求項１７】
ポリマ層を提供することと、
前記ポリマ層上に網目を配置することであって、前記ポリマの網目が、高さにおいて実質的に均一であり、前記層を複数の部分に分割し、
前記ポリマ層上の前記部分内に液晶混合物の層を堆積させ液晶層を形成することと、
液晶層を封止する最上層を塗布することと、
前記形成されたポリマ層及び液晶層構造を延伸し、前記ポリマ層の前記延伸方向に沿って屈折率を所定の値に変化させ、特定の転移温度を下回る温度で前記延伸方向に液晶を整列させることと、
を含む、多層光学構造の製造方法。
【請求項１８】
前記ポリマの網目のネットワークが、重合化されたモノマ添加物である、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記液晶層が、インクジェット印刷技術を使用して堆積される、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記液晶層が、蒸着技術を使用して堆積される、請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記ポリマ層が予め形成されたポリマシートである、請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
前記形成された多層構造が、機械的に延伸される、請求項１７に記載の方法。
【請求項２３】
透明な基板と、
複数の誘電体の対と、を含み、各対が、第１の屈折率を有する第１の光学材料の第１の層、及び温度が転移を上回る時に第３の等方性屈折率を有する液晶層を含み、前記第１の層の光学的厚さが、所定の波長λ０の１／４に等しい前記液晶層の光学的厚さに等しく、誘電体の対の数は、１〜５００であり、
隣接する各対の光学的厚さは以下の式に準じ
ｄＮ＋１＝ｒｄＮ
第１の層ｄ１＝１／４λ０、
ｄＮは、Ｎ番目の対の光学的厚さであり、前記対の各層の前記光学的厚さの２倍であり、
ｒは、０．８５〜０．９９９の間の数値である、
多層誘電光学システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
[0001]  本出願は、２００７年５月１８日に出願された米国特許仮出願第６０／９３０，８９４号「Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ａｃｔｉｖａｔｅｄ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆｉｌｍｓ」の優先権を主張する２００８年５月１９日に出願された米国特許出願第１２／１５２，９６９号「Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ａｃｔｉｖａｔｅｄ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆｉｌｍｓ」の優先権を主張し、その内容が参照により本明細書中に組み込まれる。
【０００２】
[0002]  本発明は概して、所定の波長の電磁放射を選択的に反射する多層誘電光学構造に関する。特に、本発明は、光学特性の変化が温度により活性化される光学構造に関する。
【背景技術】
【０００３】
[0003]  住居用及び商業用建築物において、審美的理由に加え、自然光の集光を目的としたガラス窓が広く用いられている。しかしながら、ガラス窓は一般に、室内、例えばオフィススペースと、外部環境と、を隔てる薄く透明な境界であるため、空気の熱運動による直接的な熱交換と、電磁放射の透過と、の２つの経路により、外部環境と熱を容易に交換することができる。一般に、内部環境と、外部環境と、の間の熱運動による直接的な熱交換を低減させることが常に好ましい。電磁放射については、熱交換を考慮する限りにおいて、室温に近い温度の物体の黒体放射による長波長放射と、太陽の電磁放射と、の２つの主要な要因がある。熱運動による熱交換と同様に、室温に近い温度の物体による黒体放射の伝達は、寒い日には内部による（よい寒い環境への）熱損失を引き起し、暑い日には暑い外部環境からの内部の加熱を引き起すため一般には好ましくない。ただし、太陽放射の加熱は、また別の問題である。一般的に可視光は窓を通して内部に透過するのが好ましいが、太陽放射の近赤外スペクトル又は太陽スペクトルの熱成分は、寒い日においてのみ望ましく、夏の暑い日には、太陽熱の除去が非常に望ましい。
【０００４】
[0004]  熱運動による熱交換を低減するために、空気間隙又は不活性ガスで満たされた間隙を有する二重面ガラス窓又は三重面ガラス窓がしばしば使用される。しかし、これらの窓は、本質的にかつ純粋にフレネル反射によって可視範囲又は赤外範囲の電磁放射のごくわずかな固定量しか吸収又は反射しないので、太陽熱利得を減少又は増大させない。
【０００５】
[0005]  ガラス窓を介した電磁放射の透過を低減させるために利用される現在の技術は、例えば、銀及び硝酸銀の層といった、約１０μｍ？の波長の電磁放射に対して金属鏡のように作用する材料の非常に薄い層又は複数の層をコーティングする技術を含む。そのようなコーティングされた窓は、一般にＬｏｗ−e又は低放射率窓として知られており、長波長の電磁放射を元の環境又は建築物の内部へ反射する。そのようなコーティングは、あらゆる温度において窓の断熱特性を増大する。
【０００６】
[0006]  近赤外放射の選択的反射及び吸収は、多大な商業的成功を収めた円熟した技術である。ＰＰＧ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，  Ｉｎｃ．によって製造されたＳｏｌａｒｂａｎ７０ＸＬコーティングが一例である。そのようなコーティングは、暑い日にも寒い日にも常に近赤外光の殆ど及び可視光の一部をブロックする。
【０００７】
[0007]  しかし、窓又は膜であって、可視光の高い透過率を有し、温度が低い時に赤外放射の高い透過率を有し、温度が特定のレベルに達すると赤外放射の高い反射率を有するように転移し、この転移温度が室温範囲であり、温度による切り替えが自動であり、安価に大量生産ができ、かつ無毒である、窓又は膜を得ることが望ましい。
［先行技術］
【０００８】
[0008]  Ｐｌｏｋｅに対する米国特許第３，２７９，３２７号には、干渉を用いて、赤外放射を選択的に反射する一方、可視光を透過させるための多層光学膜が開示されている。
【０００９】
[0009]  Ｒａｎｃｏｕｒｔらに対する米国特許第４，２２９，０６６号には、赤外波長では反射し、短波長では透過する多層積層構造が開示されている。積層構造は、低屈折率及び高屈折率の複数の層から形成され、高屈折率を有する材料で形成された層と、低屈折率を有する材料で形成された層と、が交互に形成されている。
【００１０】
[0010]  Ａｌｆｒｅｙらに対する米国特許第３，７１１，１７６号には、屈折率に十分な不一致がある複数のポリマ材料の多層膜が開示され、これらの多層膜は光の構造的干渉を引き起こす。これにより、特定の波長の光を透過し、他の波長を反射する膜が得られる。
【００１１】
[0011]  Ｍｉｔｃｈｅｌｌに対する米国特許第３，７９０，２５０号には、光吸収半導体の伝導率が温度によって変化し、逆に、光の吸収又は減衰のレベルは温度によって制御されるシステムが開示されている。開示されたシステムは、８０℃では約８０％の光吸収率であり、室温では吸収率は約１５％まで減少することを示す。このシステムは、温度依存性が広い温度範囲でゆっくりと変化するため本出願には役に立たない。
【００１２】
[0012]  Ｃｈａｈｒｏｕｄｉに対する米国特許第４，３０７，９４２号には、多孔性層からなる多様な構造が、温度に応じて、溶剤を吸収するか又は溶剤をはじき、かつこの構造により、低温で太陽放射に対して透明の状態から、所定の波長の太陽放射を反射する金属表面又は誘電体反射鏡の状態へ、その光学特性が変化するソーラー制御システムが開示されている。そのようなデバイスを実施する際の重大な問題は、性能の問題を別にすると、そのような溶剤を保持するために大きい（significant）リザーバが必要となることである。
【００１３】
[0013]  Ｇｒｅｅｎｂｅｒｇに対する米国特許第４，４０１，６９０号には酸化バナジウムの薄膜を形成する方法が開示され、酸化バナジウムは、この材料を有用にするために必要な転移温度ではないが、それに近い２５℃〜５５℃といった下げられた転移温度で転移する。加えて、転移温度より低い又は高い温度では、酸化バナジウムは、可視光の大部分を吸収するので、この技術は、窓への適用には魅力を欠く。
【００１４】
[0014]  Ｗｈｅａｔｌｅｙに対する米国特許第６，０４９，４１９号には、所定の波長を有する少なくとも１つの偏光を反射する複屈折ポリマ層からなる誘電多層構造が開示されている。しかしながら、反射率を含む光学特性は温度によって変化せず、得られる光学構造は、夏の暖かい日には太陽エネルギを除去するため望ましいが、設計によっては冬の寒い日にも太陽エネルギを除去してしまうため望ましくない。
【００１５】
[0015]  Ｓｐｒｙによる米国発明開示第Ｈ００１８２１号には、温度変化に伴い強誘電相から非強誘電相へと転移する材料及び相転移がない光学的に透明な別の材料を使用した光学フィルタ構造が開示されている。得られる光学フィルタ構造は、相転移する層の屈折率が温度変化に伴って変化するので、所定の波長の放射を選択的にブロックすることができる。しかし、強誘電材料の転移温度は、約１２０℃であり、誘発される屈折率の変化は、約０．０３であり、いずれの層も、高温での反射モードにおいて光学的に等方性であるため、このデバイスは非常に高温でほぼ垂直入射された単一波長光のみを反射し、近赤外放射の広帯域にわたる有意な反射を達成するためには５０００以上の多数の層を必要とし、それゆえ、室温範囲で太陽エネルギを調節するためには適用できない。
【００１６】
[0016]  よって、この技術では、可視光の高い透過率を有し、温度が低い時に赤外放射の高い透過率を有し、温度が特定のレベルに達すると赤外放射の高い反射率を有するように転移し、この転移温度が室温範囲であり、温度による切り替えが自動であり、安価に大量生産することができ、使用される材料が無毒である、窓又は光学膜に対していまだ満たされないニーズが存在する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
[0017]  本発明は、ポリマ及び液晶材料から作られる多層誘電光学構造を提供することによりこのニーズに応える。光学構造は、温度が摂氏１５〜３５度の範囲の転移温度より低い時に可視光及び赤外光に対して実質的に透明である一方、温度が転移温度よりも高い時には赤外光の高い反射率を有する。広帯域の赤外光を反射するのに必要な層の数は、１００〜１０００である。本発明に係る膜又は窓は、可視光の高い透過率を有し、転移温度を上回る時には赤外光の非常に低い透過率を有し、幅広い気候条件において有用な十分に低い転移温度範囲を有し、かつ必要な活性化は、膜又は窓が直接感知する周囲空気の温度変化だけであるので、受動的な太陽エネルギ制御にとりわけ便利である。
【００１８】
[0018]  以下の実施形態及び目的は、例示および説明を目的とし、範囲を限定するものではないシステム、ツール及び方法に関連して記述及び説明される。多様な実施形態では、本発明により上述の市場の要望の１つ以上が満たされる一方、他の実施形態は、他の向上を対象とする。
【００１９】
[0019]  本発明の主要な目的は、室温の範囲である特定の転移温度よりも低い温度で可視光及び赤外放射を透過し、転移温度よりも高い時に赤外放射を反射する光学構造を提供することである。
【００２０】
[0020]  本発明の別の目的は、あらゆる温度において可視光を透過し、所望の温度設定を上回る温度で太陽電磁放射の近赤外又は熱生成スペクトルを反射するが、より低い温度ではそのような太陽熱を透過させる適応性のある光学膜構造を提供することである。
【００２１】
[0021]  本発明の別の目的は、温度依存性の反射偏光膜であって、所定の温度設定を上回る温度で、膜が、可視及び近赤外スペクトルの特定の波長域にある電磁放射の１つの偏光を反射する一方、このスペクトル域で反射された偏光に実質的に垂直な偏光を有する電磁放射を透過し、かつこのスペクトル域外の総ての偏光の電磁放射を透過する、温度依存性の反射偏光膜を提供することである。所定の温度設定を下回る温度では、膜は可視及び近赤外範囲の総ての波長及び偏光状態の電磁放射に対して実質的に透明である。
【００２２】
[0022]  本発明の別の主要な目的は、容易に大量生産が可能であり、かつ既存の窓にも容易に据付可能であるプラスチック膜ベースの光学膜を提供することである。
【００２３】
[0023]  本発明のさらなる目的は、温度が転移温度を上回る時は広帯域の赤外放射を反射する一方、可視光に対して透明であり、かつ転移温度よりも低い時には可視光及び赤外放射の両方に対して透明である、光学システムを提供することである。
【００２４】
[0024]  他の目的及び利点は、以下の発明の記載から明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
[0025]  図面中の参照される図において、例示的な実施形態が示されている。本明細書において開示された実施形態及び図は、限定的でなく説明的であるとみなされることを意図している。
【００２６】
【図１】[0026]  図１は、本発明の多層構造の断面の概略説明図である。
【図２】[[0027]  図２は、延伸方向に整列した延伸ポリマ及び液晶の概略説明図である。
【図３】[[0028]  図３は、転移温度を上回る時に特定の偏光が反射される概略説明図である。
【図４】[[0029]  図４は、互いに垂直な光軸を有し、転移温度を上回る温度で特定の波長の一対の完全反射を形成する重ねられた２つの同一反射膜の概略説明図である。
【図５】[[0030]  図５は、液晶及び機械構造安定性を含むためのポリマメッシュネットワークの概略説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
[0031]  本明細書では、「ａ」又は「ａｎ」とは、１つ以上を意味する。
【００２８】
[0032]  本明細書では、「偏光」とは、電磁波の進行方向に対して垂直な面における電界振動の向きを意味する。
【００２９】
[0033]  本明細書では、「μｍ」とは、１メートルの１／１００００００の長さであるマイクロメートルを意味する。
【００３０】
[0034]  本明細書では、「ｎｍ」とは、１メートルの１／１０００００００００の長さであるナノメートルを意味する。
【００３１】
[0035]  本明細書では、「複屈折の」及び「複屈折」とは、異なる方向に沿った異なる有効屈折率を示す光学材料を意味する。
【００３２】
[0036]  本明細書では、「光軸」及び「複数の光軸」とは、複屈折材料の屈折率楕円体の主要な方向又は主要な複数の方向を意味する。二軸複屈折材料については、３つの互に垂直な光軸が存在する。一軸性材料については、異常屈折率に沿った方向である、１つの軸のみが通常使用される。
【００３３】
[0037]  本明細書では、「光軸に沿った屈折率」とは、電磁放射が光軸に沿って偏光されるときに、媒体内で光の速度がどれほど減速されるかを測る数値を意味する。複屈折光学材料については、３つの主要な光軸にそれぞれ沿った３つの屈折率がある。３つの屈折率が総て同じである場合、材料は等方性である。２つの屈折率が同じである場合は、材料は一軸性である。
【００３４】
[0038]  本明細書では、「光学的厚さ」とは、層の物理的厚さ×その屈折率を意味する。複屈折材料については、屈折率が方向性依存性であるため、光学的厚さは、方向依存性である。
【００３５】
[0039]  本明細書では、「転移温度」又は「Ｔｃ」とは、液晶材料が相転移を起こす温度を意味し、この相転移は、Ｔｃを上回る時の等方性状態から、Ｔｃを下回る時の秩序状態又は液晶状態へ、相転移を起こす温度を意味する。
【００３６】
[0040]  本明細書に開示される実施形態は、多層誘電光学構造に関し、より詳しくは、転移温度Ｔｃを有するポリマ／液晶のスマート光学プラスチック膜に関する。Ｔｃを上回る温度で、近赤外スペクトルの特定のスペクトル域の電磁放射を反射するが、この特定のスペクトル域外の電磁放射は透過する。Ｔｃを下回る時には、光学構造は、可視及び赤外放射に対して実質的に透明である。具体的には、本明細書で開示される１つの好ましい実施形態では、光学構造は、２０℃以上の温度では７００ｎｍ〜２５００ｎｍの波長の近赤外放射を反射し、この選択された温度より下回る温度ではそのような放射を透過する一方、常に４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長の可視光に対して実質的に透明である光学プラスチック膜を有するよう構成される。この構造は、寒い日又は低温の環境において必要な際には太陽熱を利用し、暑い日には赤外放射を除去する光学的にクリアな膜に使用することができる。このような光学膜は、建築、自動車、及び他の産業において広範に適用されるだろう。
【００３７】
[0041]  図１には、例えば、およそ１．０μｍの波長のスペクトル域の電磁放射を反射する一方、他の波長の電磁放射を透過する構造膜の基本構造が示される。膜積層構造は、プラスチック又は固体基板１００上に２つの光学材料の交互に重ねた層である第１の光学層１０１及び第２の光学層１０２からなる。層１０１、１０２の少なくとも１つ又は双方は、複屈折性である。１つの好ましい実施形態では、１つおきの層１０１は、膜の層法線に沿った光軸を有する一軸複屈折光学プラスチック膜からなり、１つおきの層１０２は、材料がディスコティック相である時には層法線に沿った配向子を有するディスコティック液晶からなる。ディスコティック液晶は、等方相からディスコティック相への、室温程度の転移温度を有する。ディスコティック液晶を備える膜１０２は、機械的安定性を得るために重合されてよい。Ｔｃを下回る時には、層１０２は、ディスコティック液晶相であり、層１０１及び１０２の屈折率は３つの総ての主要な方向で実質的に一致し、対象となる総ての波長の電磁放射１０００及び総ての偏光に対して透明である。Ｔｃを上回る時には、膜１０２は等方相であり、光軸に沿って層１０１の屈折率と実質的に一致するよう設計されるのが好ましい均一的な屈折率を有する。層面方向の層の屈折率は互いに一致しない。両層の有効光学的厚さは、およそλ０の波長の電磁放射１０００の４分の１波長の厚さであるよう設計され、境界面からの反射は構造的である。それゆえ、積層構造の反射は、屈折率の比と層の数に依存する反射率及び帯域幅を有する波長およそλ０で最大になり、２つの材料の屈折率の比は、高い方の屈折率ｎＨを低い方の屈折率ｎＬで割った数値で定義され、屈折率比が１の場合、複屈折光学材料については反射がなく、この比もまた方向依存性である。屈折率比が大きいほど、高い反射率を達成するのに必要な層の数はより少なくなり、かつ、より広帯域の光を反射する。おおまかな推定では、ピーク波長でほぼ１００％の反射を達成するために必要な層の数は、１／（ｎＨ-ｎＬ）より大きくなくてはならず、ｎＨ及びｎＬはそれぞれ高い屈折率を有する光学膜の屈折率と低い屈折率を有する光学膜の屈折率を表す。ピーク波長域以外では、反射率は、層の数に応じて振動的に減少する。
【００３８】
[0042]  図１に示されるような１つの好ましい実施形態では、基板は、ＤｕＰｏｎｔ  Ｔｅｉｊｉｎ  Ｆｉｌｍｓを含む多数の会社から入手可能なクリアなポリエステル膜である。膜厚は、５０μｍ〜５００μｍの範囲であり、好ましくは、１２５μｍ〜２００μｍである。基板はまた、ポリエステル膜と同じ供給者から入手可能であり、同様の厚さを有するポリエチレン膜といった他の透明なプラスチック膜であってもよい。
【００３９】
[0043]  基板上は、液晶層１０２が設けられる。液晶と、モノマ添加物と、の混合物が、基板上に堆積される。使用される液晶の例示を目的とした一例は、Ｍｅｒｃｋ  ＫＧａＡから入手可能な６ＣＢ（４−シアノー４ヘキシルビフェニル）であり、モノマ添加物ビスアクリロイルビフェニルと、開始剤として少量のベンゾインメチルエーテルが添加され、モノマ添加物の濃度は、２０％ｗｔ以下であり、好ましくは０．３〜５％ｗｔである。厚さ２７１ｎｍの層を堆積した後、モノマは、一般に光重合方法として知られる、ＵＶ光に露光される方法によって重合され、液晶材料を低移動性の細かい部分に分割するため、及び層の機械的安定性を強めるため、ポリマの網目を層内に形成し、層の均一的な厚さを保つ。
【００４０】
［0044］  ポリマ層１０１は、液晶層上にこの層を封止するために、交互に重なる次のポリマ層として配置される。層１０１の材料は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）又はポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）などの半結晶性ポリマである。０．５μｍ程の薄さに二軸延伸された薄いＰＥＴ膜は、Ｇｏｏｄｆｅｌｌｏｗ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、Ｔｏｒａｙ  Ｉｎｄｕｓｔｒｙ，  Ｉｎｃ．などの供給者から容易に入手可能である。これらの膜は、およそ１４０℃の温度でさらに延伸することができ、少なくともおよそ０．２５μｍ程の薄さの膜を得ることができる。一軸延伸されたＰＥＴ膜については、屈折率は、延伸率によって決まる。延伸率が５倍である場合、つまり、膜の長さが延伸前の長さの５倍であるとき、３つの屈折率はそれぞれ、延伸に沿って１．７０、延伸方向に垂直な膜面内において１．５５、法線膜方向に沿って１．５０である。そのような０．２５μｍの厚さの層の延伸方向に沿った光学的厚さは、０．４２５μｍであり、同じ波長で１／４波長の光学的厚さを有する別の光学材料と組み合わせた場合には、波長１．７μｍで最大になる赤外放射を反射することになる。０．０５μｍの厚さに一軸で均一に延伸されたＰＥＴ膜は、延伸又は秩序化方向に沿って０．０８５μｍの光学的厚さを提供するように作製可能である。そのような均一に延伸された膜は、低い屈折率を有する等方相の液晶層と交互に積み重ねられると、中心波長が３４０ｎｍ程の短さで最大になる放射の構造的反射が可能になるので、我々が望む範囲である７００ｎｍ〜２５００ｎｍは容易に達成可能である。
【００４１】
［0045］  図２に示されるような別の好ましい実施形態では、多層積層構造は、ベース基板２００上に延伸されたポリエチレンテレフタレートなどの複屈折ポリマ層２０１、２０３、２０５、・・・、ｎ、ｎ＋２と、液晶６ＣＢなどの液晶層２０２、２０４、・・・、ｎ＋１、ｎ＋３と、からなる。液晶分子は、棒状である。ネマチック液晶相、高秩序液晶相又は結晶相では、材料は、光学特性が一軸性又は二軸性であり、等方相では等方性である。図２に示されるようにｙ軸に沿って延伸される場合、ポリマ層は、一般に光学的に一軸性であり、光軸が延伸方向ｙ軸に沿い、かつｘ及びｚ方向に沿う通常屈折率ｎｏ及び延伸方向ｙ軸に沿う異常屈折率ｎｅを有する。さらに、延伸ポリマは、液晶の配向層として機能して、ポリマ膜が延伸方向に沿って液晶配向子を整列させることを可能にする。
【００４２】
［0046］  本発明によると、液晶層がネマチック液晶相又は高秩序の相である低い温度では、ポリマ層及び液晶層の屈折率及び厚さは、ブラッグの干渉条件を満たさず、好ましくはポリマ及び液晶材料の屈折率が、少なくともｘ及びｙ方向で実質的に一致する。それゆえ、膜積層構造は、本発明の対象となる可視及び近赤外スペクトルの総ての波長の入射光１０００及び総ての偏光に対して透明である。６ＣＢのネマチックから等方相への転移温度は、２９℃である。約１３℃では、ｎｘ＝ｎｚ＝ｎｏ＝１．５３であり、ｎｙ＝ｎｅ＝１．７１、であり、実質的にポリマ層の屈折率と一致する。
【００４３】
［0047］  図３に示すとおり、液晶相から等方相への転移温度を上回る温度では、液晶層３０２、３０４、・・・、３＋１、ｎ＋３は等方性となり、液晶の屈折率はｎｘ＝ｎｙ＝ｎｚ＝ｎｌｃで等方性となり、一般に液晶相における液晶の通常屈折率とほぼ同じになる。液晶層はそれゆえ、ｘ及びｚ方向においてポリマ層３０１、３０３、・・・、ｎ、ｎ＋２の屈折率と実質的に一致するが、ｙ方向又はポリマ膜が延伸されている場合にはポリマの延伸方向では一致しない。ｓ−偏光された入射光１００２（ｘ軸に沿って偏光）については、ポリマ層及び液晶層の屈折率は、実質的に一致し、それゆえ、膜積層構造は、入射光に対して透明である。ｐ−偏光された入射光については、ポリマ層及び等方性液晶層の有効偏光率は異なる。
【００４４】
［0048］  一例では、交互に重なるＰＥＴ膜と、液晶６ＣＢと、は、以下のパラメータ及び特性を示す。
ＰＥＴ膜の厚さ：０．２５μｍ、一方向に延伸
６ＣＢ層の厚さ：０．２７１μｍ
層の対Ｎの数＝２２
転移温度：２９℃
近赤外スペクトルの透過率：（１７００ｎｍ）Ｔ＞２９℃で６．５％
Ｔ＜２０℃における近赤外放射及び総ての温度における他の波長の放射の透過率：９０％
【００４５】
［0049］  本明細書に記載の実施形態によると、液晶相から等方相への転移温度を上回る温度では、層３０１、３０２、３０３・・・の厚さは、この層が、ｐ−偏光された電磁放射１００１の特定の波長範囲を反射するように設計される。１つの特定の実施形態では、図３に示す膜積層構造は、液晶膜３０２、３０４・・・が等方相である場合に７００ｎｍ〜２５００ｎｍの波長のｐ−偏光された近赤外電磁放射のみを実質的に反射するが、可視光１００３及びｓ−偏光された近赤外電磁放射１００２は透過するように設計される。別の好ましい実施形態では、液晶層がより高温にあり等方相である時、膜はｐ−偏光された電磁放射の、例えば１０００ｎｍ〜１５００ｎｍの範囲のより狭いスペクトルのみを実質的に反射するように設計される。
【００４６】
［0050］  好ましい実施形態では、図１、図２及び図３で開示された膜による高い温度での広帯域スペクトル反射は、構造的反射の中心波長が膜全体に渡って徐々に変化するように膜の厚さを変えることによって達成される。このようにして層３０１の厚さは、層３０３の厚さとは異なり、さらに両方の層の厚さは、膜積層構造の層ｎの厚さとも異なりうる。別の好ましい実施形態では、特定の異なる範囲の電磁放射を反射する複数の膜が共に積層され、膜積層構造の全体的な反射スペクトル幅が広がる。
【００４７】
[0051]  １つの好ましい実施形態では、多層光学膜は、わずかに異なる光学的厚さを持った複数対の誘電体層の積層構造から形成される。誘電体の対は、１つのポリマ層と、整合する液晶層と、から形成される。形成されたポリマ及び液晶の多層構造には、その後一方向性の機械的な延伸が行われる。延伸された多層構造は、Ｔｃを上回る時には、対の両相が、代表的な公称波長の１／４に等しい、それぞれ同一の光学的厚さを有するという条件を満たす。隣接する層の対の関係は、式：ｄＮ＋１＝ｒ  ｄＮに準じ、ｄＮは対Ｎの光学的厚さであり、ｒは０．８５〜０．９９９の範囲の数因子であり、ｄ１＝１／４λ０であるとき、λ０は対象となる広帯域の上限の波長と実質的に同一の公称波長である。広帯域近赤外線反射デバイスについては、λ０は、１５００ｎｍ〜２５００ｎｍの範囲であることが好ましい。このように形成された多層構造は、広帯域の赤外放射を反射する。以下の例に示すとおり、液晶転移温度で屈折率に大きな違いがあるので、本例において必要となる層の数はそれほど多くない。
【００４８】
[0052]  交互に重なるＰＥＴ膜及び６ＣＢは、以下のパラメータ及び特性を示す。
ＰＥＴ膜の厚さ：０．１μｍ〜０．３５４μｍ、一方向に延伸
６ＣＢ層の厚さ：０．１２８μｍ〜０．４１６μｍ
転移温度：２９℃
層の対Ｎの数：１１５
λ０＝２４００ｎｍ
可視光の透過率（波長４００ｎｍ〜７００ｎｍ）Ｔ＞２９℃で８０％
近赤外スペクトルの透過率：（７００ｎｍ〜２５００ｎｍ）Ｔ＞２９℃で５５％
可視光の透過率Ｔ＜２０℃で９３％
近赤外放射の透過率Ｔ＜２０℃で９３％
【００４９】
[0053]  図４に開示される別の好ましい実施形態では、図２及び図３に開示されたタイプの２つの光学膜４００及び４０１は、それぞれの光軸４１１及び４１２が互いに実質的に垂直な状態で共に積層され、高い温度で所望のスペクトル範囲の電磁放射における総ての偏光光を反射する一方、低い温度ではこれらを透過する複合膜を形成する。複合膜は、あらゆる温度でスペクトル範囲外の電磁放射を透過する。１つの好ましい実施形態では、可視入射光４２０は、複合膜によってあらゆる温度で透過される。しかしながら、近赤外入射光４２５については、複合膜は、液晶層が等方相である高い温度ではこれを４２６として反射し、液晶層がネマチック液晶相又はより高い秩序相である低い温度ではこれを４２７として透過する。
【００５０】
[0054]  液晶に関連した１つの特異的な特性は、その流動能力である。好ましい実施形態では、重合可能なモノマが、液晶層５０２に添加される。添加されたモノマは、図５に示すとおり、光重合され、液晶分子５１１の含有メッシュを形成するネットワーク５１０を形成しうる。あるいは、モノマは、液晶モノマ混合物を加熱することにより重合化されてネットワーク５１０を形成してもよい。そのようなネットワーク５１０は、３次元の網目を形成し、その結果、機械的に安定した液晶膜が得られるだろう。別の好ましい実施形態では、液晶層は、液晶層に剛性及び機械的安定を提供するポリマ骨格を有するポリマ液晶からなる。さらに別の好ましい実施形態では、重合可能なモノマが近接した壁を形成し、液晶がこれらの壁の中に含まれ、液晶の可動性が制限される。
【００５１】
[0055]  本発明では、温度に敏感な光学材料として液晶分子を開示しているが、膜の温度が狭い範囲にかけて変化する場合に、特に温度変化が室温に近い温度で起きる場合に、屈折率が０．０５より大きい有意な変化を示すようなものであれば、温度に敏感な屈折率を有する他の多様なタイプの光学材料を本発明に含むことができる。
【００５２】
[0056]  開示された実施形態の上の記載は、当業者が本発明を実施又は利用できるようにするために提供される。これらの実施形態への多様な変形が当業者には容易に明らかとなり、本明細書に記載の一般原理は、本発明の精神及び範囲を逸脱することなく、他の実施形態に対して適用されうる。それゆえ、本発明は、本明細書に記載の実施形態に限定することを意図したものでなく、本明細書に開示された原理及び新規な特徴と一致する最大範囲を認めることを意図している。したがって、あらゆる変更、変形、置き換え、追加、及び副結合は、以下に添付される特許請求の範囲及びこれ以降導入される請求項に真の精神及び範囲内のものとして含まれるものと解釈されるよう意図されている。
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図１】
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【国際調査報告】
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