(57)【要約】  半透明基材の層を含む半透明な構造要素であって、前記半透明基材の層は、基材平面に対して傾斜角のナノ平面で構造化された表面を含み、かつ前記ナノ平面の少なくとも一部を覆っている中断された金属層でコーティングされており、薄い厚さの金属層における中断の高い密度によって特徴付けられ、記金属層における中断の周期は、通常５０〜１０００ｎｍであり、前記金属層の厚さは、典型的には１〜５０ｎｍの範囲である。構造要素は、例えば、窓、プラスチックフィルム若しくはシート又は窓ガラス中に統合されていてもよく、特に、光管理を目的とする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半透明基材の層を含む半透明な構造要素であって、前記半透明基材の層は、基材平面に対して傾斜角のナノ平面で構造化された表面を含み、かつ前記ナノ平面の少なくとも一部を覆っている中断された金属層でコーティングされている構造要素において、前記金属層の厚さは１〜５０ｎｍの範囲であり、かつ前記金属層における中断の周期は５０〜１０００ｎｍ、特に５０〜５００ｎｍ未満の範囲であることを特徴とする、前記半透明な構造要素。
【請求項２】
半透明基材の層を含む半透明な構造要素であって、前記半透明基材の層は、基材平面に対して傾斜角のナノ平面で構造化された表面を含み、かつ前記ナノ平面の少なくとも一部を覆っている中断された金属層でコーティングされている構造要素において、前記金属層における中断の周期は５０〜５００ｎｍ未満、特に５０〜４９０ｎｍの範囲であり、かつ前記金属層の厚さは１〜７５ｎｍ、特に１〜５０ｎｍの範囲であることを特徴とする、前記半透明な構造要素。
【請求項３】
ファサード要素、又は特に透明な、窓ガラス、例えば建築物の窓若しくは車両窓の窓ガラスである、請求項１又は２に記載の半透明な構造要素。
【請求項４】
前記基材の表面上のナノ平面が、前記金属層における中断の周期に関して請求項１又は２で規定した範囲からの周期かつ３０〜１０００ｎｍの範囲の深さの格子の形態で備えられ、前記格子は、正弦波断面、台形断面、三角形断面、又は好ましくは矩形断面の格子であり、かつ好ましくは１：１０〜１０：１の範囲のアスペクト比を有する、請求項１、２又は３に記載の半透明な構造要素。
【請求項５】
建築物中又は車両中に水平に整列した格子ラインが統合されている、請求項４に記載の半透明な構造要素。
【請求項６】
透明な基材の表面上に中断された金属層を含む素子であって、前記表面は、基材平面に対して傾斜角のナノ平面で構造化され、かつ当該ナノ平面の少なくとも一部に金属コーティングを有し、前記金属層における中断の周期は５０〜１０００ｎｍの範囲であり、かつ前記金属コーティングの厚さは１〜５０ｎｍの範囲である、前記素子。
【請求項７】
基材平面に対する傾斜角が、１０〜９０°の範囲である、請求項６記載の素子又は請求項１から５までのいずれか１項に記載の半透明な構造要素。
【請求項８】
前記基材の平面に対して傾斜角のナノ平面が、５０〜１０００ｎｍの範囲の周期かつ３０〜１０００ｎｍの範囲の深さの格子の形態で備えられ、前記格子は、正弦波格子、台形格子、三角形格子、又は好ましくは矩形断面格子であり、かつ好ましくは１：１０〜１０：１の範囲のアスペクト比を有する、請求項６若しくは７に記載の素子、又は請求項１から５までのいずれか１項に記載の半透明な構造要素。
【請求項９】
前記金属層が、封止層の形態の透明媒体で覆われており、当該媒体は、好ましくは熱可塑性ポリマー又はＵＶ硬化されるポリマーである、請求項６から８までのいずれか１項に記載の素子、又は請求項１から５までのいずれか１項に記載の半透明な構造要素。
【請求項１０】
前記基材と前記金属層の間及び／又は前記金属層と前記封止層の間に、強化材の下層及びカバー層から選択される１以上の更なる層を含んでいる、請求項６から９までのいずれか１項に記載の素子、又は請求項１から５までのいずれか１項に記載の半透明な構造要素。
【請求項１１】
前記金属層が、銀、アルミニウム、金、銅及び白金からなる群から選択される金属を含む、好ましくは本質的に前記金属から成る、請求項６から１０までのいずれか１項に記載の素子、又は請求項１から５までのいずれか１項に記載の半透明な構造要素。
【請求項１２】
前記基材、任意の封止層及び任意のカバー層が、ガラス又はポリマー材料、例えば、熱可塑性ポリマー及びＵＶ硬化されるポリマー、例えば、アクリルポリマー、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリビニルブチレート、ポリオレフィン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトン、ポリエチレンナフタレート、ポリイミド、ポリスチレン、ポリオキシメチレン、ポリ塩化ビニル、低屈折率複合材料又はハイブリッドポリマー、放射線硬化性組成物、又はこれらの２以上である、請求項６から１１までのいずれか１項に記載の素子、又は請求項１から５までのいずれか１項に記載の半透明な構造要素。
【請求項１３】
前記基材が、平坦な若しくは屈曲したポリマーフィルム又はシート、又はガラスシート、又はポリマーフィルム若しくはシートとガラスシートを含む、請求項１から５までのいずれか１項に記載の半透明な構造要素、又は請求項６から１２までのいずれか１項に記載の素子を含む窓ガラス。
【請求項１４】
ガラスシートの表面の少なくとも一部、好ましくはガラスシートの表面の５０〜１００％に中断された金属層を含む素子を有するガラスシートを含んだ請求項１３に記載の窓ガラスであって、前記金属の構造体は、前記ガラスの表面に直接取り付けられているか又は前記基材及び封止媒体を含む透明媒体中に埋め込まれており、前記基材及び封止媒体は、好ましくは熱可塑性ポリマー及びＵＶ硬化されるポリマー、例えば、アクリルポリマー、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリビニルブチレート、ポリオレフィン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトン、ポリエチレンナフタレート、ポリイミド、ポリスチレン、ポリオキシメチレン、ポリ塩化ビニル、低屈折率複合材料又はハイブリッドポリマー、放射線硬化性組成物、又はこれらの２以上から選択される、前記窓ガラス。
【請求項１５】
太陽光の透過を低減する、とりわけ、透明要素、例えば、ポリマーフィルム、プラスチックスクリーン、プラスチックシート、プラスチックプレート、ガラススクリーン、特に、車両若しくは建築物用の窓ガラス要素及び建築ガラス要素からのガラススクリーンを介して、太陽光、例えば７００〜１２００ｎｍの範囲のＩＲ放射線の透過を季節ごとに改善する方法であって、請求項１から５までのいずれか１項に記載の半透明な構造要素、又は請求項６から１２までのいずれか１項に記載の素子を、透明要素、特に、窓ガラス要素又は建築ガラス要素中に統合する工程を含む、前記方法。
【請求項１６】
熱管理、特に、季節ごとの熱及び／又は光管理のための、例えば、ＩＲ放射線の侵入を低減するための及び／又は可視光若しくは紫外光の窓を介した建築物若しくは車両の内部空間中への侵入を改善するための、請求項６から１２までのいずれか１項に記載の素子、又は請求項１から５までのいずれか１項に記載の半透明な構造要素、又は請求項１３又は１４に記載の窓ガラスの使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射の管理に関するものであり、特に、透明基材上に中断された金属構造体を有する素子による、太陽光の窓を介した建築物若しくは車両の内部空間中への透過の季節ごとの改善に関する。
【０００２】
電磁波によって照射されたときに、電磁波の反射に影響するフィルタまたは格子を提供する構造は公知である。これらの構造は、（例えば、紙幣、クレジットカード、パスポート、チケットなどのための）セキュリティ素子、熱反射窓ガラスおよびスペクトルを選択的に反射する色素のような様々な用途で用いられる。
【０００３】
ＥＰ−Ａ−１７６７９６４及びＷＯ２０１２／１４７０５２には、ゼロ次回折フィルタとして、ＺｎＳなどの高屈折性材料の層を含む熱反射構造が記載されている；この窓ガラスは、太陽光制御用途におけるＩＲ管理の目的のために提案されており、その際、建築物又は車両への太陽エネルギーの透過を制御する必要がある。フィルタの機能は、高屈折性層内の特定の格子構造に基づいている。
【０００４】
いくつかの市販の熱管理フィルムは、銀及び／又は反射の特定の角度依存性を提供する誘電体層を含む多層を有している。ＵＳ−７７２７６３３及びＵＳ−７９０６２０２には、赤外波長領域における太陽光の遮断を助ける、２つの光学層の組み合わせが記載されている：第１の層は、赤外での限定された波長領域で高屈折性を付与するポリマー多層フィルムである；このフィルムは、数十又は数百のサブレイヤー（ブラッグ反射器）から構成され、これにより角度敏感性の反射バンドが得られ、当該反射ハンドは、光の入射角が大きくなるにつれて可視側に向かって移動する。第２の層は、赤外波長領域における光を吸収するナノ粒子を含んでいる。
【０００５】
ＵＳ−Ａ−２０１１−２０３６５６には、太陽電池又は発光ダイオード中の透明電極として使用するための透明ポリマー基材上のいくつかの金属ナノ構造体が記載されている。ＷＯ２００４／０１９０８３には、光通信などの様々な用途のために導電性材料で部分的にコーティングされた、反射ファセットを含んだ回折格子が記載されている。G. Mbise et al., Proc. SPIE 1149, 179 (1989)には、傾斜角でガラス上に堆積されたＣｒフィルムを介した角度依存性の光透過について記載されている。
【０００６】
本発明は、（典型的に平坦な）半透明（典型的には透明）の基材、例えばガラス又は層状ガラスシートを介した光透過の強い角度依存性が、特定の金属ナノ構造体を基材表面上に付し、基材の光学品質を保つことによって達成され得ることを見出した。金属ナノ構造体は、平らな基材から異なった方向に配列され、互いに隔てられている（すなわち、中断された金属層を形成している）。簡便化の理由で、本発明の素子及び窓に含まれる金属ナノ構造体は、「金属構造体」とも称する。
【０００７】
それ故、本発明は、表面上にこれらの金属構造体を有する基材を有する光学素子に関する。当該素子は、窓ガラスに付されているか、又はそのようなガラス中に統合されていてよく、太陽光及び／又は熱管理の用途に有益な光透過を調節する。このようにして強化された窓ガラスは、角度依存性の透過特性を示し、当該透過特性は、高い太陽高度に位置する欧州又は北アメリカなどの温帯気候帯において典型的に夏場に生じる、グレージング入射光（grazing light incidence）で太陽光の透過の低減、並びに、低い太陽高度で典型的に冬場に生じる、ほぼ垂直な入射で比較的高い太陽光の透過をもたらす。その結果、本発明による構造要素が備わった窓は、夏場に熱の遮断を付与し、かつ冬場に熱透過を維持する。
【０００８】
本発明において用いられる「表面」とう用語は、他の固体材料（例えば、金属、封止層など）によって覆われていてもよい材料の表面を表し、本発明の構造要素、素子若しくは窓ガラスの内部表面を形成しているか、又は本発明の構造要素、素子若しくは窓ガラスの外表面を形成する。
【０００９】
本発明において用いられる「基材平面」という用語は、基材のマクロ的拡張（ｘ軸及びｙ軸として図１aに示されている）の平面を表し、金属ナノ構造体は、基材表面上に付されている。一方、基材は、マクロ規模で湾曲していてもよく、マクロ規模における平坦からのずれは無視することができ、それ故、基材表面は、以下では平坦な平面を形成しているとして言及される。金属ナノ構造体を含む基材表面は、半透明若しくは透明な材料の１以上のさらなる層中にさらに埋め込まれているか、又は当該層でさらに覆われていてもよい。
【００１０】
本発明において用いられる「ナノ平面」という用語は、基材平面の全体にわたって基材平面内において一次元に延びていてもよく、かつその一次元の延伸に沿って二次元に１０００ｎｍ（以下の本発明の詳細な説明において挙げられている寸法から明らかなように、一般的にはこれよりはるかに短い）まで延びていてもよい構造を表す。ナノ平面は、湾曲されていてもよく、好ましくは平坦であってもよい。ナノ平面は、金属層に覆われているか、又は部分的に覆われており、いずれの場合の金属層も、半透明若しくは透明な材料の１以上のさらなる層中にさらに埋め込まれているか、又は当該層でさらに覆われていてもよい。
【００１１】
本発明において用いられる「傾斜角」という用語は、基材平面に対する基材のナノ平面の傾斜の角度を表す；それ故、傾斜角のナノ平面は、基材平面に対して垂直に立ち上がっていてもよいが、基材に対して平行ではない。好ましい傾斜角は、以下に定義される通りである。
【００１２】
本発明において用いられる「ナノ構造体」という用語は、例えば、ナノ平面上の金属層に関するものであり、基材平面内において一次元に延びていてもよく、当該次元において基材平面に対して矩形であり各々１０００ｎｍ（以下の本発明の詳細な説明において挙げられている寸法から明らかなように、通常はこれよりはるかに短い）まで延びていてもよく、基材平面内の他の次元が、基材全体にわたって延びていてもよい構造を表す。以下に述べられているように、その最も短い寸法（ナノ構造体の厚さ）は、以下に示されるように、典型的には１から７５ｎｍまでの範囲である。これらの構造のナノ規模は、選択される基材の光学品質、例えば完全な透過度を保持することにも役立つ。
【００１３】
本発明において用いられる「半透明」若しくは「半透過性」という用語は、典型的には基材又は封止媒体の材料の特性を表し、当該材料を介した太陽スペクトル（通常、約３５０〜約２５００ｎｍまでの領域の波長）の光の通過を許容する。本発明において用いられる「透明」若しくは「透過性」という用語は、典型的には基材又は封止媒体の材料の特性を表し、当該材料を介した太陽の可視スペクトルの光の通過を最小限の散乱効果で許容する。当該「透明」若しくは「透過性」は、通常、太陽光の可視領域からの電磁波についての透過性を意味し、可視領域（特に、４００〜７００ｎｍ）の太陽放射エネルギーの少なくとも１０％、好ましくは少なくとも３０％、より好ましくは少なくとも５０％の透過を可能にする。
【００１４】
本発明において用いられる「窓」という用語は、典型的には車両、農業、又は特に、建築における構造要素を表し、壁若しくは当該壁を構成するものにおいて設置され、それにより、壁は、典型的には、内部空間（典型的には、車両若しくは特に建築物の内部空間）を他の内部空間から、又はとりわけ外部空間（典型的には、外部環境）から隔て、壁を介した光の通過（典型的には、外部から内部空間内への太陽光の通過）を許容する。
【００１５】
本発明において用いられる「窓ガラス」という用語は、半透明、特に透明な材料からなる窓、典型的にはフレーム若しくは窓金具のない窓の、半透明、特に透明な構造要素を表す。本発明における透明な窓ガラスの典型例は、建築窓又は例えばバス若しくは電車内の車両窓である。
【００１６】
本発明において用いられる「金属層」という用語は、本質的に等方性であり、通常。両方の次元において金属伝導性を与える。
【００１７】
本発明において用いられる「中断された金属層」という用語は、一つの次元において一定の周期で中断され、当該層の２以上の中断された区分の間では、金属伝導性を本質的に有しておらず、一方で、その二つ目の次元においてこの層の中断されてない縞（stripe）内には、金属導電性を有している金属層を表す。
【００１８】
本発明において用いられる「中断の周期」という用語は、金属層の２つの隣接する区分の間の空間の最も短い幅（平均値）と、金属層の１つの隣接する区分の幅を足したものを表す；これは典型的には、格子周期の周期とほとんど同じである（例えば、格子の長さに対して垂直な次元において、格子の２つの隣接するピークの中心値の距離として測定される）。
【００１９】
本発明における、透明ではない、他の半透明な構造要素の典型例は、可視光を散乱及び／又は吸収するガラスのファサード要素であるが、ある程度の日射の通過を依然として許容する。このタイプの半透明な構造要素は、不透明な材料、例えばコーティング要素若しくは壁要素（例えば、内部への熱橋として黒色コーティング又はフィルム機能）でその内部側に覆われていてもよい。効果として、半透明な構造要素を通過する放射は、不透明な材料によって吸収及び／又は反射される。それ故、本発明における半透明要素を介した光透過の改善は、半透明な構造要素の内部側及びその不透明カバーで、光透過の効果、例えば、熱効果の改善をもたらす。
【００２０】
したがって、本発明は、第一に、半透明な構造要素、例えば窓ガラス若しくはファサード要素に関連し、当該構造要素は、半透明の層、特に透明基材を含み、当該基材は、基材平面に対して傾斜角の平坦な若しくは湾曲したナノ平面で構造化された表面を含み、当該ナノ平面は、金属でコーティングされている。よって、基材は、その構造化された表面上に中断された金属層の形態で金属ナノ構造体を備えている。この複合層は、以下に詳細に説明されているように、５０ｎｍ〜１０００ｎｍｍでの範囲の中断の周期及びその最小の次元、典型的には基材のナノ平面の表面に対して垂直な方向において、１ｎｍ〜７５ｎｍまでの範囲の金属構造体の厚さで、通常、特徴付けされている。
【００２１】
基材表面に対する基材のナノ平面の傾斜の角度は、典型的には１０°〜９０°、好ましくは３０°〜９０°であり、その際、９０°は基材平面に対して矩形に延びているナノ平面（すなわち、図１ａに示されるようなｚ軸の次元）を表す。
【００２２】
したがって、本発明は、半透明基材の層を含む半透明な構造要素を提供し、その際、当該半透明基材の層は、基材平面に対して傾斜角の金属化ナノ平面で構造化された表面を含んでいる。金属化は、前記ナノ平面の少なくとも一部を覆っている中断された金属層の形態でのコーティングとして施され、金属層における中断の周期は５０〜１０００ｎｍの範囲であり、かつ金属層の厚さは１〜５０ｎｍの範囲であることによって特徴付けされている。他の態様では、半透明基材の層を含む半透明な構造要素は、当該半透明基材の層が、上述のように、基材平面に対して傾斜角の金属化ナノ平面で構造化された表面を含み、金属層における中断の周期は５０〜５００ｎｍ未満の範囲、特に、以下でさらに特定されているように、５００ｎｍより低く、かつ金属層の厚さは１〜７５ｎｍの範囲である。周期のより好ましい範囲、金属層の厚さのより好ましい範囲は、以下に説明されている。
【００２３】
本発明は、さらに、前記特徴を有する光学素子に関する。
【００２４】
基材は、典型的には平坦な若しくは湾曲したポリマーシート又はガラスシート、或いはポリマーシートとガラスシートを含んでいる。基材上の金属構造体は、典型的には適切な半透明、好ましくは透明媒体で封止されている。
【００２５】
本発明の素子において要求されているように、透明基材の表面上の中断された金属構造体は、典型的には、例えば、真空蒸着、スパッタリング、印刷、キャスティング又はスタンピングなどの方法による構造化された表面の部分的な金属化によって製造される。金属による表面の全被覆は、例えば、シャドーマスク、フォトレジスト技術の適用により防ぐことができる。好ましい方法において、金属構造体は、予め作製された格子構造の上、すなわち、以下でさらに説明されているように、ガラス表面上又は樹脂表面上に傾斜した角度下での金属の直接堆積によって施される。
【００２６】
本発明の素子、例えば、フィルムは、金属構造体を有し、かつ光管理及び／又は熱管理のための公知の手段、例えばフィルムをさらに組み合わせることができる。素子又はフィルムは、有彩色の透過特性若しくは無彩色の透過特性を示すように設計されていてもよい。本発明の素子、例えば、フィルム又はグレージングは、高い費用効果のさらなる利点を有する（ロール・ツー・ロール方式の熱エンボス加工又はＵＶ模写及び誘電体薄膜コーティングプロセスを含むプロセス）。
【００２７】
金属構造体は、好ましくは、基礎となる基材上に線形ストライプ状に構造化された基材の表面に配置され、典型的には、格子、例えば、ゼロ次反射素子として知られているような格子であり、これらのいくつかは、前述したＥＰ−Ａ−１７６７９６４及びＷＯ２０１２／１４７０５２において記載されている。それ故、金属ナノ構造体は、上記の周期で一次元で中断された層を形成し、一方で、その二つ目の次元におけるこの層の中断されていないストライプ内には、金属導電性がある。図１ａに示されるように、その配置は、マクロ的規模で平坦である基板上にあることが最も好ましく、直交座標は、基材表面上に金属ナノ構造体（表面上のラインによって表わされる金属構造体）及び中断（これらのラインの間の空白の間隙によって表わされる）を有する素子全体の好ましい空間定位を示し；ｘ軸は、基材平面内で周期の方向に位置し；ｙ軸は、基材平面内で、格子と平行な方向に位置し；ｚ軸は、基材平面上で垂直に上がっており；ｉは、ｚ軸との角度θを形成する入射光を表す（θ＝０°は、窓に垂直に当たる光を表す）。
【００２８】
それ故、好ましい態様において、最後の窓ガラス（又はファサード要素）は、水平又はほぼ水平な格子ラインで取り付けられる（すなわち、最大１０°まで、特に僅か５°までの正確な水平配向からの偏差）。
【００２９】
（中断された金属層の）金属は、基本的に、金属導電性を示すあらゆる物質から選択することができ、一般に、表面プラズモン又はポーラロン機構を通じて光と相互作用することが可能である。金属の他に、半導体材料、例えば、シリコン（Ｓｉ）、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、酸化インジウム、アルミニウムドープされた酸化亜鉛（ＡＺＯ）、ガリウムドープされた酸化亜鉛（ＧＺＯ）及び類似の材料等を使用することができる。金属は、好ましくは、銀、アルミニウム、金、銅、白金からなる群から選択され；特に、銀が好ましい。
【００３０】
好ましい態様において、本発明の窓又は素子は、夏に高い角度θ（グレージング光）、温帯気候帯での冬に小さい角度θを可能にするために、水平な格子で構造化されたガラスを有する。しかしながら、ニーズと建築形態に応じて、所望の角度依存性の効果を得るために格子の他の配置及び方向を選択することができる。
【００３１】
本発明による素子の特性を特徴付ける数は、入射角θの２つの異なる角度での太陽光の透過率の比であり、例えば、ＴTS（０°）/ＴTS（６０°）である。ＴTSは、工業規格のＩＳＯ  ９０５０及びＩＳＯ  １３８３７に従って定義された全日射透過率である。本発明により提供される素子／フィルムは、ＴTS（０°）/ＴTS（６０°）＞１．２５をもたらす。
【００３２】
基材並びに包埋媒体は、太陽の電磁放射の少なくとも一部に対して、半透明、特に透明である限り、一般的に、あらゆる形態又は材料とすることができる。本発明の素子は、好ましくは、誘電体又は電気絶縁体である少なくとも１つの基材を含む。基材は、そのような半透明、又は好ましくは透明な基材を提供するために当業者に知られているあらゆる材料であってもよい。基材はフレキシブル又は硬質であってもよい。基材は、例えば、金属酸化物、金属硫化物、金属窒化物及びセラミック又はこれらの二種以上からなる群から選択される金属化合物を含んでいるガラスを含んでもよい。素子の形状は、シート又はフィルム又は箔の形態、又は少なくとも箔の一部である形態であってもよい。二つの次元における構造の延伸は、例えば、印刷ロールの場合、数ミリメートルから数メートル、又はキロメートルまでの範囲であってもよい。三つ目の次元における延伸は、好ましくは１０ｎｍから１０ｍｍの間、より好ましくは５０ｎｍから５ｍｍの間、最も好ましくは１００ｎｍから５ｍｍの間である。基材の他に、素子は、ポリマー層又はさらなる層のようなさらなる物質を含んでいてもよい。例えば、包埋媒体は、ポリマー層であってもよい。構造体が、基板の他に少なくとも一つの材料を含む場合、このような構造は層状構造と呼ばれる。
【００３３】
本発明において、素子は、表面を有する基材を含み、当該表面は、好ましくは、三次元パターンを有する。この表面は、好ましくは、素子の２つの広い寸法（表面平面）にわたって延伸しており、それにより、３次元パターンは、基材の三つ目の次元の表面の変化で構築される。基材の表面は、好ましくは、室温、常圧及び常湿のような通常の条件下で、独自の形状に変形又は変更しない。
【００３４】
本発明は、さらに、太陽光の透過を低減するための方法、例えば、上述したような素子又は透明要素又は窓を介して、７００ｎｍから１２００ｎｍの範囲のＩＲ放射線の透過を低減するための方法に関する。本発明の方法は、典型的には、構造要素である透明要素に、上記の素子を組み込むことを含む。透明要素は、建築要素、農業用の要素又は車両用の要素であってよく、窓の形状及び/又は窓の機能において得に好ましい。同様に、可視光又は紫外光の浸入は、上述した本発明の素子によって改善でき、当該「改善」の用語は、所望とする色の変化及び/又はこれらの光の周波数の増加する反射を表すことができ、透明要素又は窓を介した浸入は望ましくない。
【００３５】
本発明による素子は、主にエネルギー管理の分野において適用することができる。この理由のため、素子は、少なくとも１０％、好ましくは少なくとも３０％、より好ましくは少なくとも５０％、最も好ましくは少なくとも７０の％の斜入射の電磁放射（すなわち、とりわけ、７００ｎｍ〜１２００ｎｍ、好ましくは７００ｎｍ〜１１００ｎｍ、最も好ましくは７５０ｎｍ〜１０００ｎｍの領域からの入射角θ下で入射光）を反射するような方法で好ましくは構造化されている。
【００３６】
好ましい態様において、前記基材は、少なくとも部分的に媒体に囲まれており、前記基材と前記媒体との間に、中断された金属構造体を含む前記表面が提供され、前記基材/金属構造体及び前記媒体は、一般的に、互いに直接接触している。少なくとも部分的に媒体により囲まれている基材の構成は、本発明の意義において積層構造体と称する。
【００３７】
前記積層構造体の媒体は、異なる機能を果たすことができる。１つの機能は、その上に金属構造体を有する基材の表面の破壊を防止することができる。したがって、この媒体は、完全に又は少なくとも部分的に基材を囲んでいてもよい。
【００３８】
基材は、一般に、数ｍｍまで、例えば、１マイクロメートル（例えば、ポリマーフィルムの場合）から１０ｍｍまで（例えば、ポリマーシート又はガラスの場合）の範囲の厚さを有していてもよい。１つの好ましい態様において、基材は、ポリマー層、又はポリマー層の組み合わせであり、その厚さ（一緒の厚さ）は、５００ｎｍ〜約３００マイクロメートルの範囲である。
【００３９】
例えば、建築物の窓、または車両の窓などのグレージングにおける使用のために、基材並びに媒体は、３００ｎｍ〜８００ｎｍ、特に４００〜７００ｎｍの範囲の可視域において少なくとも透明であるべきある。しかしながら、一般に、グレージングに使用される材料は、例えば、ガラス又はプラスチックであり、２５００ｎｍまで、特に１４００ｎｍまでの広い領域における電磁波をもしばしば透過する。
【００４０】
基材及び媒体は、前述の用途を提供するために当業者が使用し得るあらゆる材料を含む又は当該材料で構築されていてもよい。媒体は、少なくとも基材に接触した後は、好ましくは固体である。好ましくは、媒体は、その上に金属構造体を含んでいる基材に、パターンを破壊することなく結合することが可能である。適切な材料および好ましい製造方法の例は、以下に示される。
【００４１】
さらに、素子は、１以上のさらなる層を、例えば、さらなるポリマー層の形で含むことができる。さらなる層は、基材及び/又は媒体と材料及び特性が異なっていてもよい。例えば、さらなる層は、機械的な力から、特に金属構造体を保護するために、より硬質の構成を構造体に与えることができる。建築物の窓、ファサード要素又は車両の窓等の構造要素における使用のために、本発明の素子は、典型的には、ガラスの一方の側で又は両側で覆われている。
【００４２】
その製法には、表面を含む基材を提供する工程を含む。基材は、シート、フィルム、箔又は層或いはそれらの一部のみのような平面構造の形態で提供されてもよい。前述の構造体について説明したように、基材の形状および寸法を選択することができる。有利な平面構造体は、構成される材料に応じてフレキシブルであっても硬質であってもよい。
【００４３】
基材の表面の少なくとも一方は、次いで、変形工程において構造化される。本発明の１つの態様において、変形工程は、エンボス加工、スタンピング及び印刷からなる群から選択される。これらのプロセスは、当業者に周知である。
【００４４】
さらなる工程において、以下に詳細に説明されるように、中断された金属構造体は、予め構造化された基材上に取り付けられる。
【００４５】
さらなる好ましい態様において、基材が有機ポリマーを含むプロセスが提供され、当該有機ポリマーは、典型的には、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトン、ポリエチレンナフタレート、ポリイミド、ポリスチレン、ポリオキシメチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリビニルブチラール及びそれらの２種以上からなる群から選択される。基材は、さらに別の材料、好ましくは、熱エンボス加工ポリマー又はＵＶ硬化性樹脂の任意の種類をさらに含むことができる。
【００４６】
さらなる態様において、本発明は、前述したような形態の素子構造を生成するための手段を提供する方法に関する。本発明による素子を製造する方法は、以下の工程を有する：
ｉ．      表面を露出する透明基材を提供する工程、
ｉｉ．    基材を構造化し、５０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲の周期、かつ好ましくは３０          ｎｍ〜１０００ｎｍ、特に５０ｎｍ〜８００ｎｍの深さ（基材平面に対して直          角に測定された）を有する三次元パターンを得る（格子等によるナノ平面を露          出）工程、
ｉｉｉ．  構造化された表面の一部に金属を蒸着する工程、好ましくは、傾斜角で真空蒸          着又はスパッタリングによる蒸着。
【００４７】
金属層をパターニングするための及び中断された金属構造体を形成するための適切な方法は、当技術分野において一般に知られている。好適には、基材上の格子をエンボス加工により得る方法であり、例えば、ＥＰ−Ａ−１７６７９６４、ＷＯ２００９／０６８４６２、ＷＯ２０１２／１４７０５２、ＵＳ−４９１３８５８、ＵＳ−４７２８３７７、ＵＳ−５５４９７７４、ＷＯ２００８／０６１９３０又はGalaらによる、「Optics and Lasers in Engineering 43, 373（2005）」、並びにそれらに引用されている文献に記載されており；適切なエンボス加工ツール、例えば格子マスターの製造は、とりわけ、ＷＯ２０１２／１４７０５２、ＷＯ２００９／０６２８６７、ＵＳ−２００５−２３９９３５、ＷＯ９５／２２４４８において説明されており；好ましい方法は、Zaidiらによる、「Appl. Optics 27, 2999（1988）」によって提供されており、標準的なホログラフィー２光束干渉セットアップを使用したほぼ矩形状のフォトレジスト格子の製造が記載されている。
【００４８】
格子を得るための他の有用な構造化方法、例えば、ホログラフィックパターニング、ドライエッチング等は、例えば、ＵＳ−２００５−１５３４６４、ＷＯ２００８／１２８３６５に記載されている。
【００４９】
典型的な製造プロセスにおいて、干渉リソグラフィは、石英又はシリコン基板の上にフォトレジストをパターニングするために使用する。フォトレジストが現像され、かつパターンがエッチングにより基板に転写される。制御された形状、深さおよびデューティサイクルを有する格子が得られる。
【００５０】
現像工程の結果は、連続的な表面レリーフ構造であってもよく、例えば、正弦波若しくは矩形断面或いは得られた格子のいくつかの正弦波及び/又は矩形断面の組み合わせの断面を保持している。電子ビーム又はプラズマエッチングにさらされるレジストは、典型的には、断面の矩形形状のための典型的なバイナリ表面構造をもたらす。連続的なバイナリ表面レリーフ構造は非常に類似した光学的挙動をもたらす。ガルバニック工程により、典型的に柔らかいレジスト材料は、次いで、硬質で強固な金属表面、例えばニッケルシムに変換することができる。この金属表面は、エンボス加工ツールとして用いることができる。
【００５１】
石英若しくはシリコン格子、又は、好ましくはニッケルシムは、次いで、最終基材、例えば、紫外線硬化されたポリマー材料上に複製のためのマスターとして使用される。一方で、複製は、好ましくは、基材のガラス転移温度以上の温度で熱エンボス加工により行うことができ；この技術は、ＰＥＴ、ＰＭＭＡ、特にＰＣのような基材上に特に有効である。マスター表面を提供するこのエンボス加工ツールを用いて、ポリマー層又はホイルの形態における媒体をエンボス加工することができる。
【００５２】
格子構造は、ガラスの表面に直接転写させることができる。転写技術は、反応性イオンエッチング又は複製された無機ゾル−ゲル材料の使用に基づくことができる。
【００５３】
基材の格子（すなわち、金属層の中断の典型的な周期性）は、好ましく５０ｎｍ〜１０００ｎｍ、より好ましくは１００ｎｍ〜１０００ｎｍ、特に、１００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲の周期性であり；特に技術的に重要な周期は、５００ｎｍ未満、例えば、５０ｎｍ〜４９０ｎｍ、特に５０ｎｍ〜４５０ｎｍ、とりわけ、５０〜２５０ｎｍであり；「周期」の用語は、例えば、（格子長さに対して垂直方向に測定された）格子の２つの隣接するピーク中心間の距離を表す。格子深さは、（溝の最深レベルでの断面により、ピークトップから測定して）、好ましくは３０ｎｍ〜１０００ｎｍ、特に、５０ｎｍ〜８００ｎｍである。格子ピークの断面は、様々な形状であってもよく、例えば、正弦波のような波の形状、または傾斜した形状、例えば、台形、三角形若しくは好ましくは矩形（例えば、アスペクト比がおよそ１：１である正方形）であり、それ故、格子の長さにわたって延びている縁部をもたらす。アスペクト比（断面幅：深さ）は、一般的には、１：１０〜１０：１の範囲、好ましくは、１：５〜５：１の範囲（約１の比は、典型的な格子ピークの矩形断面を表す）。
【００５４】
本発明の素子は、典型的には、デューティサイクル（すなわち、総面積に対するピーク面積の比）が、０．１〜０．９の範囲である矩形格子または台形格子に基づく。
【００５５】
その後、金属の薄い中断した層が、格子付けされた基材上に設けられる。透明基材の表面上の中断された金属構造体は、本発明の素子において必要に応じて、典型的には、蒸着、スパッタリング、印刷、キャスティング又はスタンピングなどのプロセスによる表面の部分的な金属化によって作製される。金属による表面の完全な被覆は、例えば、シャドーマスク、フォトレジスト技術を適用することによって防止できる。好ましい方法では、金属構造体は、予め作製した格子構造体上、例えば、樹脂表面上に傾斜角での金属の制御された堆積によって塗布される。これは、典型的には、基材の平面に対して傾斜角（例えば、３０°〜６０°）で金属蒸気に格子付けされた基材をさらすことによって達成される。（図４ａ及び図５ａに概略的に示されるように）堆積は、典型的には、格子の上、及び格子の片側面又は両側面に行われる。格子の上にある層は、その後、例えば、予め堆積された下地層を溶解することにより、又は粘着テープを用いて除去することにより、又はプラズマエッチングなどのエッチングプロセスによって、除去することができ、そして素子の全体の透明性を拡大し、格子の両側面に金属を堆積する場合には、これにより中断の平均周期を半分にすることができる。（図６ａにおいて概略的に示す）。これらの矩形格子上に、金属で覆われた特定のナノ平面が、基材平面に対して約９０°の角度を形成する。
【００５６】
正弦波格子又は三角格子に基づく他の素子は、図８及び図９に示される。これらの他の格子上に、金属で覆われた特定のナノ平面は、典型的には、基板平面に対して約３０°〜６０°の範囲の角度を形成する。
【００５７】
金属層は、垂直に堆積されていてもよく、すなわち、格子ピーク間の溝を覆っていてもよく、その後、上述のように格子の上の金属層が除去される。
【００５８】
このようにして得られるパターン化された金属膜は、格子全体を覆っていない。
【００５９】
この堆積工程は、例えば、真空蒸着、スパッタリング、印刷、キャスティング若しくはスタンピング又はこれらのプロセスのうちの少なくとも２つの組み合わせにより、確立されていてもよい。堆積される材料の厚さに関して高い精度を有する点で、好ましくは、金属は、真空蒸着によって堆積される。
【００６０】
金属を堆積する前に、例えば、金属の付着を媒介するため及び/又はその後の金属層のコーティング品質を向上させる（例えば、その粗さを減少させる）ために、下地層は、格子付けされた構造体上に堆積されていてもよい。この下地層に有用な材料（強化材）は、金属チタン、クロム、ニッケル、銀酸化物、ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳを含有する。強化材の下地層を含むそのような素子の断面図の概略的な例は、図７ａ（空気中）及び図７ｂ（封止された形態）に示されている。
【００６１】
さらに、別の材料を、このようにして得られた金属化された素子（カバー層）上に堆積してもよい。これは、ポリマー層、例えば、基材に用いられる材料であってもよく、例えば、酸化に対して金属組織を保護し、又は光学特性の調整に役立つ。図７ｃ及び図７ｄは、さらにカバー層を含んだそのような素子を概略的に示している（７ｃ：空気中；７ｄ：封止されたもの；基材と接触している斜線は、強化層を表す；太い黒線は、金属カバーを表す；他の斜線は、カバー層を表す）。
【００６２】
層又はフィルムの表面品質は、モード原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）、Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ３１００閉ループ（デジタル機器Ｖｅｅｃｏ社計測グループ）を用いてチェックすることができる。高さと位相画像の両方は、試料の走査中に得られる。一般的に、高さ画像は、試料表面の全域での構造変化を反映し、一方で、位相画像は、材料の剛性変化を反映する。平均粗さＲａは、中心平面からの偏差の算術平均を表し、下記式：
【数１】
2016525711.tif 000003
で表される。式中、Ｚcpは、中心平面のＺの値である。
【００６３】
金属構造体（例えば、金属層）における中断の周期性は、通常、下地格子（Ｐ）の周期によっても決定され、さらに、典型的には、５０ｎｍ〜１０００ｎｍ、例えば、１００ｎｍ〜１０００ｎｍ、特に１００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲である。
【００６４】
本発明の素子は、通常、０．１〜０．９の範囲のデューティサイクル（すなわち、総面積に対する金属で覆われた面積の比）を有していてもよく;典型的には、透明基材（例えば、窓ガラス）の約５０％（例えば、３０〜７０％は、デューティサイクル０．３〜０．７に相当する）は、金属で覆われている。
【００６５】
金属構造体は、好ましくは、構造化された基材上に中断された層の形態で堆積され；当該構造は、特に、上記のような周期及び深さの格子構造である。それ故、格子構造は、表面上にピークと谷（溝）を提供する。
【００６６】
予め構造化された、典型的には格子付けされた基材上に傾斜角での、典型的には、金属蒸着による製造工程中に提供されるように、金属構造体は、典型的には０〜４０ｎｍの範囲の上面層の厚さ（ピーク層の厚さ）、典型的には０〜２０ｎｍの範囲の側面層の厚さ（図４ａ及び図４ｂに示されるような両側面、又は図５ａ及び図５ｂに示されるような片側面）、及び、典型的には０〜２０ｎｍの範囲の底面層の厚さ（すなわち格子の谷中）を有し、当該層（上面層、側面層又は底面層）の少なくとも１つが、１〜７５ｎｍ、典型的には、１〜５０ｎｍ、好ましくは５〜５０ｎｍ、特に５〜４０ｎｍ、とりわけ５〜３０ｎｍの範囲の厚さを有し、かつ、一般的に、構造体の断面の少なくとも１つ（すなわち、その底面、上面及び／又は側面の少なくとも１部分）は、金属によって覆われていない（上記において「厚さ０ｎｍ」として示されている）ことを条件に従う。原則として、金属層の最適な厚さは、この構造体の正確な材料にも依存し、金属元素、例えば、銀、アルミニウム、金、銅、白金等は、典型的には、より薄い厚さで塗布することができ、一方、本発明の金属層、例えば、ケイ素、インジウム錫酸化物、酸化インジウム、アルミニウムでドープされた酸化亜鉛又はガリウムでドープされた酸化亜鉛に利用され得る典型的な半導体は、より高い厚さで有利に適用することができ、７５ｎｍを超えていてもよい（例えば、最大１５０ｎｍ まで）。（中断の間の）金属構造体又は金属層の区間は、基材平面の法線に対して対称又は非対称であってもよい。５０ｎｍを超える、より厚い金属層は、通常、さらに上記した、５００ｎｍ未満の金属層の中断の比較的短い周期で結合される。
【００６７】
金属層の粗さＲａは、典型的には１０ｎｍ未満であり；５ｎｍ未満の粗さの金属層が特に好ましい。
【００６８】
ＵＶ硬化ポリマー材料、フィルム並びに複製後に得られた格子構造体は、典型的には１μｍ〜１００μｍ、特に、３〜２０μｍの厚さを有する。基材及び封止媒体の材料は、例えば、ポリマー、ガラス、セラミック、又はこれらの二種以上からなる群から選択されてもよい。好ましい態様において、媒体はポリマー層を含む。このポリマー層は、好ましくは、ポリマーの２０質量％以上、より好ましくは５０質量％以上を含み、さらに好ましくは、ポリマー層がポリマーである。媒体又はポリマー層は、１００ｎｍ〜１ｍｍの範囲、好ましくは５００ｎｍ〜０．５ｍｍの範囲、さらに好ましくは８００ｎｍ〜２００μｍの領域の厚さを有していてもよい。
【００６９】
好ましい態様において、基材及び/又は媒体は、少なくとも１種の熱可塑性ポリマーを含む。この熱可塑性ポリマーは、好ましくは熱可塑性ポリマーの２０質量％以上、より好ましくは５０質量％以上を含み、さらに好ましくは、熱可塑性ポリマー層が熱可塑性ポリマーである。基材は、好ましくは、熱エンボス加工可能なポリマー又はＵＶ硬化性樹脂又はこれらの少なくとも２つを含む。
【００７０】
基材並びに包埋媒体/封止材料は、典型的には、ガラス、ポリマー、例えばアクリレート（典型的には、ポリメチルメタクリレート、ＰＭＭＡ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリビニルブチレート（ＰＶＢ）、低屈折率複合材料又はハイブリッドポリマー、例えばＯｒｍｏｃｅｒ（登録商標）（、及びそれらのシート又はフィルム、ホログラフィックフィルム、例えば、アクリレートコーティングされたＰＥＴ、放射線硬化性組成物）から選択される。
【００７１】
基材及び/又は封止媒体は、好ましくは、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトン、ポリエチレンナフタレート、ポリイミド、ポリスチレン、ポリオキシメチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリビニルブチラール、放射線硬化性組成物、及びそれらの二つ以上からなる群から選択されるポリマーを含む。
【００７２】
ＵＶ硬化ポリマー材料、典型的にはポリマーフィルムは、好ましくは、エンボス加工中にエンボス加工の後直接、放射線硬化性組成物を照射することによって作製される。放射線硬化性組成物は、通常、オリゴマー及び/又はポリマーに基づき（本質的にオリゴマー及び/又はポリマーからなり）、当該オリゴマー及び/又はポリマーは、照射により、例えばＵＶ光による照射により架橋反応が可能な部分を含む。それ故、これらの組成物は、所望であれば他のオリゴマー若しくはモノマーと組み合わせて、オリゴマーウレタンアクリレート及び/又はアクリル化アクリレートに基づく紫外線硬化システム；及び、初めに加熱若しくは乾燥し、続いてＵＶ若しくは電子線照射により硬化させる、又はその逆により硬化させるデュアルキュア型システムを含み、その成分は、光開始剤の存在下でのＵＶ光による又は電子ビームによる照射に反応可能なエチレン性二重結合を含有する。放射線硬化性コーティング組成物は、通常、エチレン性不飽和結合（プレポリマー）を含有するモノマー及び/又はオリゴマー化合物を含むバインダーに基づいており、塗布後、化学線により硬化され、すなわち、架橋された、高分子量の形態に変換される。システムは、ＵＶ硬化性であり、多くの場合、光開始剤も含まれている。対応するシステムは、例えば、Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5th Edition, Vol. A18, pages 451 453に記載されている。例として、Ｌｕｍｏｇｅｎシリーズ（ＢＡＳＦ社）、例えばＬｕｍｏｇｅｎ（登録商標）ＯＶＤ３０１のＵＶ硬化性樹脂系が挙げられる。放射線硬化性組成物は、例えば、ＣＲＡＹＮＯＲ（登録商標）（Ｓａｒｔｏｍｅｒ  Ｅｕｒｏｐｅ社）からのエポキシ−アクリレート（１０〜６０％）と、１種又は複数のアクリレート類（単官能及び多官能）、Ｓａｒｔｏｍｅｒ  Ｅｕｒｏｐｅ社から入手可能である単量体（２０〜９０％）及び１種又は複数の光開始剤（１〜１５％）、例えばＤａｒｏｃｕｒｅ（登録商標）１１７３、及びレベリング剤、例えばＢＹＫ  Ｃｈｅｍｉｅ社からＢＹＫ（登録商標）３６１（０．０１〜１％）を含んでいてもよい。
【００７３】
最終的に得られる素子を含む基材、及び当該素子を備える典型的な窓ガラスは、平坦であっても又は屈曲していてもよく；湾曲した形状（例えば、自動車のフロントスクリーン又はリアスクリーン）は、典型的には、本発明の素子の製造後の成形工程において導入される。
【００７４】
したがって、本発明は、以下の態様を含むが、これらに限定されるものではない：
１．透明な基材の表面上に中断された金属層を含む素子であって、前記表面は、基材平面に対して傾斜角のナノ平面で構造化され、かつ当該ナノ平面の少なくとも一部に金属コーティングを有し、前記金属層における中断の周期は５０〜１０００ｎｍ、好ましくは５０〜５００ｎｍ未満、より好ましくは５０〜４９０ｎｍの範囲であり、かつ前記基材平面に対して傾斜角のナノ平面上の前記金属コーティングの厚さは、１〜５０ｎｍ、特に５〜３０ｎｍの範囲である、前記素子。
【００７５】
２．半透明な構造要素、例えば、ファサード要素、建築窓、車両窓、窓ガラス又はそのような要素の半透明部分である、前記態様１の素子。
【００７６】
３．基材平面に対する傾斜角が、１０〜９０°の範囲である、前記態様１又は２の素子。
【００７７】
４．前記基材に対して傾斜角のナノ平面が、前記金属層における中断の周期に関して前記態様１で規定した周期の格子の形態、特に、５０〜２５０ｎｍの範囲の周期の格子の形態で備えられ、格子の深さは、３０〜１０００ｎｍの範囲であり、格子は、本質的に、正弦波断面、台形断面、三角形断面、又は好ましくは矩形断面の格子であり、かつ好ましくは１：１０〜１０：１の範囲のアスペクト比を有する、前記態様１乃至３のいずれかの素子。
【００７８】
５．前記金属層が、封止層の形態の透明媒体で覆われており、当該媒体は、好ましくは熱可塑性ポリマー又はＵＶ硬化されるポリマーである、前記態様１乃至４までのいずれかの素子。
【００７９】
６．前記基材と前記金属層の間及び／又は前記金属層と前記封止層の間に、強化材の下層及びカバー層から選択される１以上の更なる層を含んでいる、前記態様１乃至５までのいずれかの素子。
【００８０】
７．前記金属層の構造体が、銀、アルミニウム、金、銅及び白金からなる群から選択される金属を含む、好ましくは本質的に前記金属から成る、前記態様１乃至６までのいずれかの素子。
【００８１】
８．前記基材、任意の封止層及び任意のカバー層が、ガラス又はポリマー材料であり、前記ポリマー材料は、典型的には熱可塑性ポリマー及びＵＶ硬化されるポリマーから選択され、ＵＶ硬化されるポリマーは、例えば、アクリルポリマー、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリビニルブチレート、ポリオレフィン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトン、ポリエチレンナフタレート、ポリイミド、ポリスチレン、ポリオキシメチレン、ポリ塩化ビニル、低屈折率複合材料又はハイブリッドポリマー、放射線硬化性組成物、又はこれらの２以上である、前記態様１乃至７までのいずれかの素子。
【００８２】
９．半透明基材の層を含む半透明な構造要素であって、前記半透明基材の層は、基材平面に対して傾斜角のナノ平面で構造化された表面を含み、かつ前記ナノ平面の少なくとも一部を覆っている中断された金属層でコーティングされており、前記金属層の厚さは１〜５０ｎｍ、特に５〜３０ｎｍの範囲であり、かつ前記金属層における中断の周期は５０〜１０００ｎｍ、好ましくは５０〜５００ｎｍ未満、より好ましくは５０〜４９０ｎｍ、特に、５０〜２５０ｎｍの範囲であることを特徴とする、前記半透明な構造要素。
【００８３】
１０．半透明な構造要素であるか又そのような要素の半透明部分を形成し、前記要素は、半透明基材の層を含み、前記半透明基材の層は、基材平面に対して傾斜角のナノ平面で構造化された表面を含み、かつ前記ナノ平面の少なくとも一部を覆っている中断された金属層でコーティングされている素子において、前記金属層における中断の周期は５０〜５００ｎｍ未満、特に５０〜４９０ｎｍ、より好ましくは５０〜２５０ｎｍの範囲であり、かつ前記基材平面に対して傾斜角のナノ平面上の前記金属層の厚さは１〜７５ｎｍ、特に１〜５０ｎｍ、とりわけ５〜３０ｎｍの範囲であることを特徴とする、前記態様１乃至８までのいずれかの素子。
【００８４】
１１．ファサード要素、又は特に透明な、窓ガラス、例えば建築窓若しくは車両窓の窓ガラスである、前記態様２、９又は１０の半透明な構造要素。
【００８５】
１２．前記基材の表面上のナノ平面が、前記金属層における中断の周期に関して前記態様１で規定した範囲からの周期かつ３０〜１０００ｎｍの範囲の深さの格子の形態で備えられ、前記格子は、本質的に、正弦波断面、台形断面、三角形断面、又は好ましくは矩形断面の格子であり、かつ好ましくは１：１０〜１０：１の範囲のアスペクト比を有する、前記態様２又は９乃至１１のいずれかの半透明な構造要素。
【００８６】
１３．建築物中又は車両中に水平に整列した格子ラインが統合されている、前記態様１乃至１２のいずれかの素子又は半透明な構造要素。
【００８７】
１４．前記基材が、平坦な若しくは屈曲したポリマーフィルム又はシート、又はガラスシート、又はポリマーフィルム若しくはシートとガラスシートを含む、前記態様１乃至１３のいずれかの素子又は半透明な構造要素を含む窓ガラス。
【００８８】
１５．ガラスシートの表面の少なくとも一部、好ましくはガラスシートの表面の５０〜１００％に中断された金属層を含む素子を有するガラスシートを含んだ前記態様１４の窓ガラスであって、前記金属構造体は、前記ガラスの表面に直接取り付けられているか又は前記基材及び封止媒体を含む透明媒体中に埋め込まれており、前記基材及び封止媒体は、好ましくは熱可塑性ポリマー及びＵＶ硬化されるポリマー、例えば、アクリルポリマー、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリビニルブチレート、ポリオレフィン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトン、ポリエチレンナフタレート、ポリイミド、ポリスチレン、ポリオキシメチレン、ポリ塩化ビニル、低屈折率複合材料又はハイブリッドポリマー、放射線硬化性組成物、又はこれらの２以上から選択される、前記窓ガラス。
【００８９】
１６．太陽光の透過を低減する、とりわけ半透明な、特に、透明な要素、例えば、ポリマーフィルム、プラスチックスクリーン、プラスチックシート、プラスチックプレート、ガラススクリーン、特に、車両若しくは建築物用の窓ガラス要素及び建築ガラス要素からのガラススクリーンを介して、太陽光、例えば７００〜１２００ｎｍの範囲のＩＲ放射線の透過を季節ごとに改善する方法であって、前記態様１乃至１３のいずれか半透明な構造要素又は素子を、前記要素、特に、窓ガラス要素又は建築ガラス要素中に統合する工程を含む、前記方法。
【００９０】
１７．熱管理、特に、季節ごとの熱及び／又は光管理のための、例えば、ＩＲ放射線の侵入を低減するための及び／又は可視光若しくは紫外光の窓を介した建築物若しくは車両の内部空間中への侵入を改善するための、前記態様１乃至１３のいずれかの素子又は半透明な構造要素、或いは前記態様１４又は１５の窓ガラスの使用。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１ａ】中断された金属構造体（Ｘ軸及びＹ軸）を含む格子の平面を示す格子付けされた素子と入射角の斜視図；ｘ軸は周期の方向を示しており、ｙ軸は格子に平行である；ｚ軸は基材平面上で垂直に立ち上がっている；ｉはｚ軸に対して角度θを形成する入射光を表す（θ＝０°は、窓に垂直に入射した光を表す）。
【図１ｂ】素子と透過率測定が行われている際の光の入射角の断面図（実施例２の本発明の場合、−６０°が選択される）。
【図２】θ＝０°の入射角（透過、破線）及びθ＝６°（反射、実線）に関して、実施例２の素子で検出された透過スペクトル及び反射スペクトル。
【図３】θ＝−６０°の入射角に関して、実施例２の素子で検出された透過スペクトル（破線）及び反射スペクトル（実線）。
【図４】空気中（図４ａ）及び封止された形態（図４ｂ；太い黒線は、金属カバーを表す）における本発明に係る素子の断面図。
【図５】空気中（図５ａ）及び誘電体材料に封止された状態（図５ｂ；太い黒線は、金属カバーを表す）において、傾斜角での金属蒸着によって得られる（実施例２のように）、本発明による代表的な素子の断面図。
【図６】空気中（図６ａ）及び封止された状態（図６ｂ；太い黒線は、金属カバーを表す）において、格子の両側面からの金属蒸着及び引き続く格子上面からの金属層の除去後に得られる、本発明に係る素子の断面図。
【図７】強化材の下地層を含む素子（図７ａ：空気中；７ｂ：封止された形態；斜線は強化層を表す；太い黒線は金属カバーを表す）、及び付加的にカバー層を含む素子（図７ｃ：空気中；図７ｄ：封止された形態；基材と接触している斜線は強化層を表す；太い黒線は金属カバーを表す；他の斜線はカバー層を表す）の断面図。
【図８】空気中（図８ａ）及び封止された形態（図８ｂ；太い黒線は金属カバーを表す）における、正弦波格子に基づく別の素子。
【図９】空気中（図９ａ）及び封止された形態（図９ｂ；太い黒線は金属カバーを表す）における、三角格子に基づく別の素子。
【図１０】０°の入射角に関して、実施例１に示す素子の透過スペクトル及び反射スペクトルを示す。
【図１１】６０°の入射角に関して、実施例１に示す素子の透過スペクトル及び反射スペクトルを示す。
【図１２】定義された形状寸法：周期Ｐ、格子の深さＤ、デューティサイクルＤＣ、上面の金属の厚さｄtop及び側面の銀層の厚さｄside有する、片面金属格子付け素子の断面図。
【図１３】Ｄ＝１６０ｎｍ、Ｐ＝１９０ｎｍ、ＤＣ＝０．２５及び表１に係る銀の厚さ；θ＝０°に関して示されるスペクトルを有する素子に基づく、銀に関する透過スペクトル及び反射スペクトルを示す。
【図１４】Ｄ＝１６０ｎｍ、Ｐ＝１９０ｎｍ、ＤＣ＝０．２５及び表１に係る銀の厚さ；θ＝６０°に関して示されるスペクトルを有する素子に基づく、銀に関する透過スペクトル及び反射スペクトルを示す。
【図１５】Ｄ＝１８０ｎｍ、Ｐ＝１９０ｎｍ、ＤＣ＝０．２５及び表１に係る銀の厚さ；θ＝０°に関して示されるスペクトルを有する素子に基づく、銀に関する透過スペクトル及び反射スペクトルを示す。
【図１６】Ｄ＝１８０ｎｍ、Ｐ＝１９０ｎｍ、ＤＣ＝０．２５及び表１に係る銀の厚さ；θ＝６０°に関して示されるスペクトルを有する素子に基づく、銀に関する透過スペクトル及び反射スペクトルを示す。
【図１７】１９５ｎｍの格子周期（縦線間の間隔）及び１８０ｎｍの深さを有する、実施例４で製造された、短い周期の格子の断面のSEM像を示す。
【図１８】θ＝０°（６°）について、実施例４の銀ベースの素子に関する透過スペクトル及び反射スペクトルを示す。
【図１９】θ＝−６０°について、実施例４の銀ベースの素子に関する透過スペクトル及び反射スペクトルを示す。
【００９２】
以下に、本発明の実施例を示す。ここで、室温（ｒ．ｔ．）は、２２℃〜２５℃の範囲の温度を示し；一晩は、１２〜１５時間の期間を意味し；パーセンテージは、特記しない場合、質量で表される。ＩＳＯ  ９０５０は、２００３年８月１５日第二版において適用され；ＩＳＯ  １３８３７は、２００８年４月１５日初版において適用される。
【００９３】
略語：
ＴTS  日射熱取得率（ＩＳＯ  ９０５０、ＩＳＯ  １３８３７）
ＴVIS  可視光線透過率（ＩＳＯ  ９０５０、ＩＳＯ  １３８３７）
ＳＥＭ  走査電子顕微鏡
【実施例】
【００９４】
実施例
実施例１：ガラス中の構造化された銀層による光反射のシミュレーション
素子は、図４ａに概略的に示されるような、周期３９０ｎｍ、３００ｎｍの格子深さ及び０．５のデューティサイクルの矩形格子を含む（デューティサイクルとは、総面積に対する格子ピークで覆われた面積の比である）。封止材料としてホウケイ酸ガラスＢＫ７を選択し、屈折率は、プラスチックと同様であり、その結果、図４ｂに示されるような封止された素子をもたらす。封止ガラスの厚さは、５μｍより大きく、素子の光学特性に影響を及ぼさない。矩形格子のピークは８ｎｍの厚さの銀によって３面全て（側壁及び上部）上に被覆される。素子の光学特性は、厳密結合波解析（ＲＣＷＡ）を用いてシミュレーションかつ最適化される。格子の光学特性のシミュレーションのための工業規格を表すＲＣＷＡ法の詳細は、例えば、「Diffraction analysis of dielectric surface- relief gratings」, M. G. Moharam, JOSA A, 72, 1385 - 1392 (1982)；及び「Light Propa- gation in Periodic Media」 by Michel Neviere and Evgeny Popov, Marcel Dekker Inc., New York, 2003において公開されている。素子の現れている視覚色は、シミュレートされたスペクトルからの透過と反射で評価される。全太陽光透過率（ＴTS、ＩＳＯ  １３８３７）及び可視のＴVISにおける透過率（ＩＳＯ  ９０５０）は、ゼロ次の透過および反射から、入射角の様々な角度（図１に示されるように、格子の平面及び断面に対して、格子の方向に対してそれぞれ垂直）で計算される。対象とする適用に関して、０°の特定の入射光（光の垂直入射）および±６０℃（グレージング光）が考慮される。
【００９５】
結果（ＩＳＯ  １３８３７及びＩＳＯ  ９０５０に従う）を、以下の表にまとめる；
【表１】
2016525711.tif 000004
【００９６】
得られたＴTS（０°）／ＴTS（６０°）の比は、１．２７である。
【００９７】
図１０及び図１１は、得られた入射角０°及び６０°についての素子の透過スペクトル及び反射スペクトルを示す。
【００９８】
実施例２：構造化された銀層の製造及び試験
図５ａに示されるように、非対称の断面を保持し、かつ、図５ｂに示されるように、誘電体材料内に封入されている素子を製造する。素子は、周期３７０ｎｍ、３００ｎｍの格子深さ及び０．４のデューティサイクルの格子を含む。金属として、１４ｎｍのターゲット厚を有する銀が選択される。封止材料は、ＵＶ硬化性樹脂（ＢＡＳＦ社製のＬｕｍｏｇｅｎ（登録商標）ＯＶＤ  ３０１）である。基材は、５０×５０×０．７ｍｍ３の大きさを有するホウケイ酸ガラスＢ２７０シートである。
【００９９】
素子は、以下のように製造する：
ｉ）  ５〜１０μｍの厚さのＵＶ硬化性材料（ＢＡＳＦ社製のＬｕｍｏｇｅｎ（登録商標）ＯＶＤ  ３０１）の層を、ドロップキャスティングにより最終的なガラス基材（サイズ５０×５０×０．７ｍｍ）の一方の側に適用する。ＵＶ硬化性材料の湿潤層を、Galaらによる「Optics and Lasers in Engineering 43, 373（2005）, section 2.3」に記載されている方法に従って、上記した寸法の矩形格子を含むツールでエンボス加工させ、かつ硬化させる。ＵＶ硬化性材料の厚さは、関与する波長範囲内の光学特性に重大な影響を与えない。
【０１００】
ｉｉ）  複製した格子は、その後、熱蒸着の真空チャンバを使用して、サイドから銀の物理蒸着にさらされる。選択された銀の厚さは１４ｎｍ、蒸着角度は４５°であり、図５ａに示されるように、格子の一部のみが金属化される。
【０１０１】
ｉｉｉ）  最後に、素子を、ＵＶ硬化性材料（ＢＡＳＦ社製のＬｕｍｏｇｅｎ（登録商標）ＯＶＤ  ３０１；約１０μｍ；ＵＶ硬化性材料の厚さは、関与する波長範囲で光学特性に重大な影響を与えない）の別の層を有する構造体をコーティングすることによって封止させ、最終的に同じ大きさのガラスの別のシートで覆わせる。
【０１０２】
透過及び反射スペクトルは、分光光度計によって測定される。Ａｇの構造体は、非対称であるため（図１ｂ参照）、６０°で測定を行うことができる二つの方向がある（＋６０°及び−６０°として示される）。この場合、測定は−６０°で行われる。０°反射（垂直照射）の検出は、本機では不可能であるため、測定は、反射強度が正確な通常の反射とほぼ同一である６°の小さな角度下で行われる。図２は、０°の入射角についての透過スペクトル、及び６°の入射角についての得られた素子の反射スペクトルを示している。図３は、θ＝−６０°についての測定を示す。
【０１０３】
０°（６°）及び−６０℃で測定された透過及び反射スペクトルで、ＩＳＯ数値と透過色を評価し、以下の表に示す：
【表２】
2016525711.tif 000005
【０１０４】
ＩＳＯ数値は、国際規格ＩＳＯ  ９０５０及びＩＳＯ  １３８３７に従って計算される。
【０１０５】
ＴTS（０°）／ＴTS（−６０°）の比は、１．２１である。
【０１０６】
Ｌｕｍｏｇｅｎ（登録商標）ＯＶＤ  ３０１の代わりに、Ｎｏｒｌａｎｄ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ社製のＵＶ硬化性樹脂ＮＯＡ  ６１又はＮＯＡ  ６３を用いても。非常に似た結果をもたらす。
【０１０７】
素子は、良好な角度感度を示す。
【０１０８】
実施例３：短い周期における光反射及び光透過のシミュレーション
シミュレーションは、実施例１に記載されているものと同一のシミュレーションツールを用いて実施される。シミュレートされる素子について、封入材料は、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）である。素子の断面は、図５ｂに示される。素子の周期Ｐは、水平な格子配列で１９０ｎｍである。このような短い格子周期は、可視波長域及び近赤外波長域において回折による光の方向転換をもたらさない。
【０１０９】
図１２には、使用される格子の形状寸法的なパラメータＰ、Ｄ、ＤＣ、ｄtop及びｄsideの定義が示されている。格子の深さＤは、１６０ｎｍ及び１８０ｎｍであり、デューティサイクルは、０．２５である。銀は、金属層のために選択され；格子の上面の銀層の厚さｄtop及び側面の銀層の厚さｄsideは、以下の表１の通りである。
【０１１０】
【表３】
2016525711.tif 000006
【０１１１】
格子の深さＤ＝１６０ｎｍ及びＤ＝１８０ｎｍを持つ２つの素子に関して、シミュレーションが行われ、入射光θ＝０°及びθ＝６０°で算出した透過スペクトル及び反射スペクトルは、図１３〜１６に示されている。
【０１１２】
これらのシミュレートされた透過スペクトル及び反射スペクトルに基づき、各素子について、入射角θに依存する透過率の値であるＴTS、ＴVIS、色ｃ及び角度依存性比ＴVIS（０°）、ＴVIS（６０°）を、表２に示されるように抜粋する。
【０１１３】
【表４】
2016525711.tif 000007
【０１１４】
実施例４：短い周期を有する素子の製造
図１７に示される素子は、以下を除き、実施例１に記載された製造手順（薄膜蒸着、プラズマエッチング、ガルバニック工程、ＵＶ複製、傾斜の銀蒸着及び封止を含む）に従って製造される：ＵＶエンボス加工された素子の格子の断面は、図５ｂに示される通りであり；素子の周期Ｐは、図１７に示されるように、水平な格子配列で１９５ｎｍ、格子の深さは１８０ｎｍ、デューティサイクルは約０．３である。銀は金属として使用され、物理蒸着を行い、垂直な蒸発の結果、銀の厚さは２２ｎｍであるが；蒸発は、３５°の傾斜角で再び行われる。
【０１１５】
入射光の角度θ＝０°（すなわち、６°、実施例２における説明を参照）及び入射光の角度θ＝−６０℃で測定された透過スペクトル及び反射スペクトルを、図１８及び１９に示す。
【０１１６】
これらの測定された透過スペクトル及び反射スペクトルに基づき、入射角θに依存するＩＳＯ透過率の値であるＴTS、ＴVIS、色ｃ及び角度依存性比ＴVIS（０°）、ＴVIS（−６０°）を、表３に示されるように評価した。
【０１１７】
【表５】
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【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図７ｃ】
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【図７ｄ】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【国際調査報告】
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