全方向反射器
【課題】０度から４５度の角度から見た場合に１００ｎｍ未満の電磁波バンドを反射する全方向反射器を提供する。
【解決手段】この全方向反射器は、高屈折率材料の複数の層と低屈折率材料の複数の層とを有する多層スタックを含んでいる。複数の高屈折率材料層と低屈折率材料層は交互に積層され或いは互いに交差し、かつ、非周期的層構造が形成されるような厚さを有している。言い換えると、高屈折率材料の複数の層は、Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３・・・Ｈｎとして特定され、低屈折率材料の複数の層は、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３・・・Ｌｎとして特定され、それぞれに予め決定された厚さｄH1、ｄH2、ｄH3・・・ｄHn及びｄL1、ｄL2、ｄL3・・・ｄLnを有する層を備え、かつ、高屈折率層の種々の厚さは通常、互いに等しくなく、および／または、低屈折率層の種々の厚さは通常、互いに等しくない。
【解決手段】この全方向反射器は、高屈折率材料の複数の層と低屈折率材料の複数の層とを有する多層スタックを含んでいる。複数の高屈折率材料層と低屈折率材料層は交互に積層され或いは互いに交差し、かつ、非周期的層構造が形成されるような厚さを有している。言い換えると、高屈折率材料の複数の層は、Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３・・・Ｈｎとして特定され、低屈折率材料の複数の層は、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３・・・Ｌｎとして特定され、それぞれに予め決定された厚さｄH1、ｄH2、ｄH3・・・ｄHn及びｄL1、ｄL2、ｄL3・・・ｄLnを有する層を備え、かつ、高屈折率層の種々の厚さは通常、互いに等しくなく、および／または、低屈折率層の種々の厚さは通常、互いに等しくない。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は全方向反射器に関し、特に、構造色であり、かつ比較的低い屈折率を有する材料で作られた、全方向反射器に関する。
【背景技術】
【０００２】
一次元（１−Ｄ）フォトニック結晶の理論計算に基づいて、全方向（角度に依存しない）構造色のための設計基準が、同時出願の米国特許出願第１１／８３７、５２９号（米国特許出願公開第２００９／００４６３６８号、以下’５２９）において教示されるように、開発されている。’５２９において教示するように、図１ａは、高屈折率ペア低屈折率の関数としてプロットされた、電磁放射の横磁場モード（ＴＭモード）と横電場モード（ＴＥモード）に対するミッドレンジ対レンジ比が０．２％に等しい、グラフを示している。この図はさらに、２個のデータポイントを示している。一個は、屈折率が２．８の第１の材料と屈折率が２．５の第２の材料で形成した“理想的な”多層スタックに該当し、もう一個は、真空蒸着で形成した、結果としての屈折率が２．３のＴｉＯ2と結果としての屈折率が２．０のＨｆＯ2を有する、実際に製造した多層スタックに該当する。
【０００３】
図１ｂを参照すると、入射角の関数としての反射率のプロットが、０度から９０度の間の角度から見た場合の理想的な多層スタックによって提示される、全方向特性を示している。反対に、図１ｃは、実際に製造された多層スタックによって提示される、全方向特性の低下、特に、０−９０度から０−６０度への、角度に依存しない反射率における低下、を示している。
【０００４】
反射率対波長のプロット上で、反射電磁波の角度無依存バンドは、図１ｄにおいて両方向矢印で示される波長範囲によって示されるように、０度とθ度間の角度から見る場合、多層スタックの共通の反射率である。本発明の目的に対して、角度無依存反射放射のこのバンドは、２個の反射率曲線（０度とθ度）に対して半値全幅（ＦＷＨＭ）の平均値において測定され、かつ、以降において、角度０度とθ度間で見た場合の全方向バンドとして言及される。図１ｂと１ｃに対する全方向反射の範囲、即ちθが、それぞれ９０度と６０度であることが好ましい。
【０００５】
所望のものより小さい屈折率で全方向構造色を製造することによって、結果として、所望のものより小さい角度無依存反射を生じうることが好ましい。さらに、比較的高い屈折率を示す材料で全方向構造色を製造することは、恐ろしく高くつくことがある。従って、全方向構造色を提供し、かつ、比較的低い屈折率を有する材料で製造が可能な、多層スタックが望ましい。
【発明の概要】
【０００６】
本発明は、０度と４５度間の角度から見た場合、１００ｎｍ未満の電磁波バンドを反射することが出来る、全方向反射器を開示している。この全方向反射器は、高屈折率材料の複数の層と低屈折率材料の複数の層とを有する多層スタックを含んでいる。複数の高屈折率材料層と低屈折率材料層は交互に積層され或いは互いに交差し、かつ、非周期的層構造が形成されるような厚さを有している。言い換えると、高屈折率材料の複数の層は、Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３・・・Ｈｎとして特定され、低屈折率材料の複数の層は、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３・・・Ｌｎとして特定され、それぞれに予め決定された厚さｄH1、ｄH2、ｄH3・・・ｄHn及びｄL1、ｄL2、ｄL3・・・ｄLnを有する層を備え、かつ、高屈折率層の種々の厚さは通常、互いに等しくなく、および／または、低屈折率層の種々の厚さは通常、互いに等しくない。
【０００７】
場合によっては、全方向反射器は、０度と６５度間の角度から見た場合に１００ｎｍ未満の電磁波反射バンドを有する、多層スタックを含んでいる。他の場合には、全方向反射器は、０度と９０度間の角度から見た場合、１００ｎｍ未満の電磁波バンドを反射することが可能な多層スタックである。
【０００８】
高屈折率材料は、１．５と２．６を含む間の屈折率を有し、低屈折率材料は、０．７５と２．０を含む間の屈折率を有する。多層スタックは少なくとも３層を有し、ある場合には少なくとも７層を有し、他の例では少なくとも１３層を有することができる。さらに別の例では、多層スタックは少なくとも１９層を有する。
【０００９】
本発明はさらに、電磁波の狭いバンドを全方向で反射するための方法を開示し、この方法は、多層スタックを上述したように提供し、広帯域電磁波源を提供し、多層スタックを広帯域電磁波源に暴露し、さらに、多層スタックが、０度と４５度間の角度から見た場合に、又ある場合には、０度と６５度間の角度から見た場合に、或いはその代わりに０度と９０度間の角度から見た場合に、１００ｎｍ未満のバンドを反射する、各ステップを含んでいる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１ａ】全方向構造色に必要な屈折率ゾーンを示すグラフ表現である。
【図１ｂ】完全な全方向性を示す、計算された即ち理想的なバンド構造を示すグラフ表現である。
【図１ｃ】製造された全方向反射器の実際のバンド構造を示すグラフ表現である。
【図１ｄ】多層スタックの全方向バンドを示すグラフ表現である。
【図２】２個の異なる材料と該当する一個の等価層から作られた３層構造を示す。
【図３】全方向反射器と一個の等価層設計の、オリジナルプロトタイプ構造を示す。
【図４】屈折率２．５の低屈折率材料と屈折率２．８９の高屈折率材料で作られた１３層構造に置き換えた、第１の材料と第２の材料で形成される３９層等価構造に対する、反射率対波長のグラフ表現である。
【図５】等価層近似の改良された設計概念を示す。
【図６】１３層構造に等価の３９層構造に対する、反射率対波長のグラフ表現である。
【図７】３９層構造と１３層構造間の、最大波長差（ΔＸ）と最大反射率差（ΔＹ）のグラフ表現である。
【図８】０度と４５度の入射角に対する、１３層周期構造と等価１３層非周期的構造間のΔＸの、低屈折率材料と高屈折率材料に対する屈折率値の関数としてのプロットである。
【図９】０度と４５度の入射角に対する、２３層周期構造と等価２３層非周期的構造間のΔＸの、低屈折率材料と高屈折率材料に対する屈折率値の関数としてのプロットである。
【図１０】０度と４５度の入射角に対する、１３層周期構造と等価１３層非周期的構造間のΔＹの、低屈折率材料と高屈折率材料に対する屈折率値の関数としてのプロットである。
【図１１】０度と４５度の入射角に対する、２３層周期構造と等価２３層非周期的構造間のΔＹの、低屈折率材料と高屈折率材料に対する屈折率値の関数としてのプロットである。
【図１２】本発明の一実施形態に係る１３層非周期構造の層に対する、層厚と屈折率のプロットである。
【図１３】本発明の一実施形態に係る２３層非周期構造の層に対する、層厚と屈折率のプロットである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明は、０度と４５度間の角度から見た場合に、１００ｎｍ未満の電磁波バンドを反射することが出来る、全方向反射器を開示する。言い換えると、この全方向反射器は、０度と４５度間の角度から見た場合に、１００ｎｍ未満の全方向バンドを有している。この全方向反射器は、高屈折率材料の複数の層と低屈折率材料の複数の層とを有する多層スタックを含んでいても良い。高屈折率材料の複数の層と低屈折率材料の複数の層は交互に重なり合いおよび／または互いに交差し、かつ、非周期構造が形成されるような厚さを持つことができる。ある場合には、０度と６５度の間の角度から見た場合、この全方向バンドは１００ｎｍ未満であり、その他の場合、全方向バンドは、０度と９０度間の角度から見た場合に１００ｎｍ未満である。
【００１２】
高屈折率材料は、１．５と２．６を含む間の屈折率を有し、低屈折率材料は、０．７５と２．０を含む間の屈折率を有することができる。ある場合には、多層スタックは少なくとも全体で３層を有し、別の場合には、多層スタックは少なくとも全体で７層を有することができる。さらに別の場合には、多層スタックは少なくとも１９層を有する。
【００１３】
非周期構造に関して、高屈折率材料の複数の層は、Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３・・・Ｈｎとして特定され、低屈折率材料の複数の層は、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３・・・Ｌｍとして特定され、これらの層は、ｄH1、ｄH2、ｄH3・・・ｄHnとｄL1、ｄL2、ｄL3・・・ｄLmとして特定される厚さを有する。さらに、厚さｄH1は通常、厚さｄH2、ｄH3又はｄHnの少なくとも１個と同じではなく、厚さｄL1は通常、厚さｄL2、ｄL3又はｄLmの少なくとも１個と同じではない。ある場合には、厚さｄH1はｄH2とｄH3とは異なり、および／または、厚さｄL1はｄL2とｄL3とも異なる。その他の場合、厚さｄH1はｄH2、ｄH3・・・及びｄHnと異なり、および／または、厚さｄL1はｄL2、ｄL3・・・及びｄLmと異なる。
【００１４】
多層スタックは、フレーク（薄片）の形状であっても良く、このフレークは０．５と５μｍ間の範囲の平均厚さおよび／または５と５μｍ間の平均径を有していても良い。このフレークは、塗料および／または紫外保護被膜を提供するために、バインダー（結合剤）と混合されても良い。
【００１５】
電磁波の狭いバンドを全方向に反射する方法も又開示される。この方法は、Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３・・・Ｈｎとして特定される高屈折率材料の複数の層と、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３・・・Ｌｍとして特定される低屈折率材料の複数の層とを有する多層スタックを提供するステップを含む。異なる材料の層が交互に重なり合いおよび／または交互に交差する。高屈折率材料と低屈折率材料の複数の層は、それぞれ、ｄH1、ｄH2、ｄH3・・・ｄHn及びｄL1、ｄL2、ｄL3・・・ｄLmとして特定される既定の厚さを有し、かつ、厚さｄH1はｄH2、ｄH3・・・および／またはｄHnと異なり、さらに、厚さｄL1は、ｄL2、ｄL3・・・および／またはｄLmと異なっても良い。このようにして、多層スタックは非周期層構造を有することができる。
【００１６】
広帯域電磁波源がさらに提供され、かつ、多層スタックを照明するために使用される。その後、１００ｎｍ未満の全方向バンドが、０度から４５度の角度から見た場合に、多層スタックから反射される。ある場合には、０度から６５度の範囲の角度から見た場合、さらに別の場合には、０度から９０度の範囲の角度から見た場合、１００ｎｍ未満の全方向バンドは角度無依存である。全方向バンドは、可視光領域内であり、又は、紫外領域内であり或いは赤外領域内であり得る。さらに、多層スタックはフレーク（薄片）の形状であり、かつ、このフレークは、全方向構造色である塗料を作るために、バインダーと混合されても良く、或いはされなくても良い。
【００１７】
発明性を有する多層スタックの開発を、理論的制約に捕らわれず、以下で議論する。等価層技術の研究において開発され、本発明におけるように全方向性に対処するのではない等価層理論では、単一の材料の光学特性は、予め設定された高及び低屈折率を有する３層構造の対称性のある組合せによって複製可能である、と述べている（Ａｌｅｘａｎｄｅｒ Ｖ．Ｔｉｋｈｏｎｒａｖｏｖ、Ｍｉｃｈａｅｌ Ｋ． Ｔｒｕｂｅｔｓｋｏｖ、 Ｔａｔｉａｎａ Ｖ． Ａｍｏｔｃｈｋｉｎａ、 ａｎｄ Ａｌｆｒｅｄ Ｔｈｅｌｅｎ、 “Ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏａｔｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｌａｙｅｒｓ ｔｈｅｏｒｙ”Ａｐｐｌ．Ｏｐｔｉｃｓ、４５、７、１５３０、２００６参照）。例えば、ｎ1及びｎ2に等しい屈折率を有し、かつ、物理的厚さｄ1及びｄ2を有する３層２材料構造が、屈折率Ｎと厚さＤを有する材料の１個の層に等価であることを、図２が示している。特性マトリックス（Ｍ）は構造光学特性の全てを記述することが可能であり、Ｈｅｒｐｉｎの理論は、等価のマトリックス（ＭE）を達成することが出来れば、等価単層構造は、３層構造と同一の光学特性を有し得る、と述べている。
【００１８】
ＭEに対する解は、結果として、オリジナル構造に近似する、非固有の解集合を生じる。それで、以下の式１及び２に示すＭ及びＭEに対する表現は、２個のマトリックスＭ及びＭEの各マトリックス要素が互いに等しい、等価な３層構造の存在に対する基準を確立するために用いることができる。
【数１】
このようにすることによって、３層構造のために用いられる２個のマトリックスの構造パラメータに対して、以下の表現が導かれる。
【数２】
そして、理想的な全方向反射器のオリジナル設計が、異なる出発材料で作られた等価構造で複製することができる。
【００１９】
以下に、全方向構造色を設計しおよび／または提供するために、等価層理論を使用する、説明的な事例について議論する。
【００２０】
（事例）
屈折率２．８９の高屈折率材料と屈折率２．５の低屈折率材料から出発し、４分の１波長厚み基準を使用して、与えられたターゲット波長λに対する高屈折率材料ｄHの厚さと低屈折率材料ｄLの厚さは、以下の式４から計算することができる。
ｄH＝λ／４ｎH、 ｄL＝λ／４ｎL （４）
【００２１】
ターゲット波長５７５ｎｍを使用すると、高屈折率材料の層厚は約４９．７ｎｍとなり、低屈折率材料の層厚は約５７．５ｎｍとなる。このような構造の、結果的な波長対反射率は、ＭＡＴＬＡＢのために書かれた一次元（１−Ｄ）フォトニック計算機（Ｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｃａｌｃｕｌａｔｏｒ）を使用して生成することができる。この計算機は、１−Ｄ光学的層状媒質の反射率、透過率及び吸収率を計算するために、行列方法を使用する。
【００２２】
異なる出発材料を用いた等価設計に関して、屈折率１．２８の第１の材料と屈折率２．０の第２の材料が仮定された。さらに、５０％のＴＥモードと５０％のＴＭモードを有する自然光である照射電磁波に対して０度の入射角と、空気の移動媒体と、ガラス基板が仮定された。３個の等価層によってそれぞれのオリジナル層を置き換えた概略表現を図３に示す。この図に示すように、オリジナルプロトタイプの各層に置き換えて使用される各等価層の厚さが、決定すべき値となる。
【００２３】
オリジナルプロトタイプの高屈折率材料に対する屈折率と低屈折率材料に対する屈折率の入力によって、シミュレーションを開始することができる。さらに、２個の材料の厚さを含めることができ、そして、１−Ｄフォトニック計算機が反射率対波長のプロットを生成することができる。
【００２４】
各単層の光学特性に一致させるために３つの等価層を提供することに関して、第１の層と第３の層が等しいと仮定し、結果的な波長対反射率曲線をオリジナル基準と比較して、個々の等価層の厚さを変えることにより、最適化を行うことができる。オリジナル１３層スタックの各層を３つの等価層で置き換えるシミュレーションの一例を、図４に示す。図４では、図３に示す全１３層のオリジナル基準構造を、各オリジナル層を３個の等価層で複製している。従って、１３×３＝３９層に対するシミュレーションを出発材料として選択し、ここで第１の材料（ｎ1＝１．２８）と第２の材料（ｎ2＝２．０）の厚さを、１から５００ｎｍまで変化させた。図４は、第１の材料の厚さ９９ｎｍと第２の材料の厚さ１４ｎｍの等価３９層構造の最適化が、オリジナル１３層構造と比較した場合に、波長の関数としての反射率に対して同様の結果を提供したことを、示している。等価な３９層構造はさらに、オリジナルな１３層構造に存在する側波帯を大きく減少させる結果となる。このように、屈折率２．８９の高屈折率材料と屈折率２．５の低屈折率材料を有する、オリジナルな２材料の１３層構造が、屈折率２．０の高屈折率材料と屈折率１．２８の低屈折率材料を有する２材料の３９層構造と置き換え可能であることを示している。
【００２５】
材料選択と製造技術に関して更なる柔軟性を持たせるために、層厚の最適化計算において層を結合しない概念を導入する。このように、オリジナル１３層スタックの層を等価な３層スタックの繰り返しと置き換える以前の概念は放棄され、そして、各層は、その最終的な厚さを決定する、それぞれの乗数を有する。例えば、３９層構造は、３９個の異なる多重変数を有し、従って、それぞれが異なる厚さを有する３９層を持つことができる。
【００２６】
図５は、２個の材料を使用し、その一個は高屈折率（Ｎhigh）を有し、もう一個は低屈折率（Ｎlow）を有する、３９層構造を示している。この図に示すように、これらの層のそれぞれの厚さは、乗数（Ｍｕｌｔi）に基準波長を掛けたものをそれぞれの屈折率と４又は８の何れかで割ったものに等しい。さらに、高屈折率材料の交互の層は、Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３・・・Ｈｎとして特定され、低屈折率材料の交互の層はＬ１、Ｌ２、Ｌ３・・・Ｌｎとして特定される。さらに、各層は、図示するように、ｄH1、ｄH2、ｄH3・・・ｄHn及びｄL1、ｄL2、ｄL3・・・ｄLmとして特定される厚さを有している。４分の１或いは８分の１の乗算を実施する必要はないが、しかし、この時例において、このような乗数は、以前の実験および／または計算の経験に単に基づいて、含まれた。
【００２７】
以下の表１を参照すると、ＭＡＴＬＡＢからの最適化ツールボックス内のＬＳＱＣＵＲＶＥＦＩＴ（商標）を用いて、３９層構造に対して決定された乗数値のリストが示されている。
【表１】
表１の乗数と、入射角０、１５、３０及び４５度を使用して反射率の計算を行い、色変化、即ち反射バンドのシフトが異なる角度で起こるか否かを決定した。角度を増加させても平均波長は変化せず、その結果、真に全方向色となることが望ましい。図６に示すように、入射角が増加すると、計算は、平均反射波長の連続した“ブルーシフト”を示した。しかし、このシフトは７５ｎｍ未満であり、従って、全方向構造色を示す非周期的層構造が提供された。
【００２８】
全方向反射器を作るために使用することができる可能な材料の広範囲の評価を展開するために、“高”屈折率材料に対して１．４から２．３の範囲で、“低”屈折率材料に対して１．２から２．１範囲の屈折率を有する材料に対して、計算を行った。最適化パラメータは、オリジナルのプロトタイプと等価層設計の間で最大波長差（ΔＸ）の絶対値として、かつオリジナルのプロトタイプと等価層設計の間での最大反射率差（ΔＹ）の絶対値として、定義した。図７にΔＸとΔＹの例を示す。オリジナルなプロトタイプ構造と等価層設計に対するＸ及びＹ座標を、ΔＸ及びΔＹを計算するために選択した。さらに、屈折率ペアの関数として、ΔＸ及びΔＹを可視的に示すために、図８−１１のようなプロットを展開し、以下に検討する。
【００２９】
図８は、入射角０度と４５度における、オリジナルの１３層プロトタイプと等価１３層非周期設計間のΔＸにおける違いを示し、グラフに示す陰影を付した円の直径は、オリジナルプロトタイプと等価層設計間のΔＸに比例している。陰影付きの円が大きくなれば成る程、ΔＸの値が大きくなり、その結果、オリジナル１３層プロトタイプとより低い屈折率を有する２個の材料で作られた等価非周期層設計との間の最大波長シフトも大きくなる。この方法で、オリジナル１３層プロトタイプと等価非周期層設計間の最大波長において、小さな相違が存在する屈折率ペアを、容易に識別することができる。同様に、図９は、入射角が０度と４５度における、オリジナル２３層プロトタイプと等価２３層非周期設計間のΔＸを示している。
【００３０】
図１０及び１１を参照すると、１３層および２３層オリジナルプロトタイプと等価１３層及び２３層非周期層設計間のΔＹがそれぞれ、入射角０度と４５度に対して屈折率ペアの関数として示されている。図８及び９と同様に、図１０及び１１を再検討することによって、オリジナル多層プロトタイプと等価非周期多層設計間のΔＸとΔＹにおいて、差が小さな屈折率ペアを識別することができる。例えば、図８−１１を検討することによって、１．５から１．７の範囲の屈折率を有する第１の材料と２．０から２．３の範囲の屈折率を有する第２の材料が、約５７５ｎｍに中心を有する色／反射バンドを有する全方向構造色を提示する、非周期多層スタックを作るのに適していることが分かる。
【００３１】
ターゲットの反射バンド（即ち、異なる色）を変えること或いは異なるものを選択することで、図８−１１に示す実際の傾向を変化させることが好ましい。しかしながら、傾向は依然として存在し、その結果、適切な屈折率ペアの識別が提供される。
【００３２】
非周期的全方向構造色に対して実際の設計厚さを示す図１２は、屈折率２．０を有する第１の材料と屈折率１．６を有する第２の材料とから形成される１３層非周期的多層に対して、厚さの概略プロットを示している。種々の層の厚さを細長い四角によって示しており、この四角は左側のＹ軸に対応し、各層の屈折率を黒い菱形で示し、これは右側のＹ軸に対応する。同様に、屈折率２．２の第１の材料と屈折率１．７の第２の材料を使用して作られた２３層非周期全方向構造色に対する層厚が、図１３に示されている。
【００３３】
この方法で、以前に入手可能なものよりも大きな範囲の材料を使用して、殆ど全ての所望の波長に対して、全方向構造色を設計し、製造することができる。このような材料は、金属、半導体、セラミック、ポリマー及びそれらの組合せを含む。より大きな範囲の材料を使用する機会は、所望の多層スタック／構造を作るために、より広い範囲の製造技術を利用可能とする。
【００３４】
本発明は、上記の事例に限定されるものではない。これらの事例は、発明の範囲を限定することを意図するものではなく、ここに記載された方法、装置、構成、材料などは、例示的であり、発明の範囲を限定するべく意図されたものではない。当業者は、変更及び他の使用方法を実施しうる。従って、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって定義される。
【技術分野】
【０００１】
本発明は全方向反射器に関し、特に、構造色であり、かつ比較的低い屈折率を有する材料で作られた、全方向反射器に関する。
【背景技術】
【０００２】
一次元（１−Ｄ）フォトニック結晶の理論計算に基づいて、全方向（角度に依存しない）構造色のための設計基準が、同時出願の米国特許出願第１１／８３７、５２９号（米国特許出願公開第２００９／００４６３６８号、以下’５２９）において教示されるように、開発されている。’５２９において教示するように、図１ａは、高屈折率ペア低屈折率の関数としてプロットされた、電磁放射の横磁場モード（ＴＭモード）と横電場モード（ＴＥモード）に対するミッドレンジ対レンジ比が０．２％に等しい、グラフを示している。この図はさらに、２個のデータポイントを示している。一個は、屈折率が２．８の第１の材料と屈折率が２．５の第２の材料で形成した“理想的な”多層スタックに該当し、もう一個は、真空蒸着で形成した、結果としての屈折率が２．３のＴｉＯ2と結果としての屈折率が２．０のＨｆＯ2を有する、実際に製造した多層スタックに該当する。
【０００３】
図１ｂを参照すると、入射角の関数としての反射率のプロットが、０度から９０度の間の角度から見た場合の理想的な多層スタックによって提示される、全方向特性を示している。反対に、図１ｃは、実際に製造された多層スタックによって提示される、全方向特性の低下、特に、０−９０度から０−６０度への、角度に依存しない反射率における低下、を示している。
【０００４】
反射率対波長のプロット上で、反射電磁波の角度無依存バンドは、図１ｄにおいて両方向矢印で示される波長範囲によって示されるように、０度とθ度間の角度から見る場合、多層スタックの共通の反射率である。本発明の目的に対して、角度無依存反射放射のこのバンドは、２個の反射率曲線（０度とθ度）に対して半値全幅（ＦＷＨＭ）の平均値において測定され、かつ、以降において、角度０度とθ度間で見た場合の全方向バンドとして言及される。図１ｂと１ｃに対する全方向反射の範囲、即ちθが、それぞれ９０度と６０度であることが好ましい。
【０００５】
所望のものより小さい屈折率で全方向構造色を製造することによって、結果として、所望のものより小さい角度無依存反射を生じうることが好ましい。さらに、比較的高い屈折率を示す材料で全方向構造色を製造することは、恐ろしく高くつくことがある。従って、全方向構造色を提供し、かつ、比較的低い屈折率を有する材料で製造が可能な、多層スタックが望ましい。
【発明の概要】
【０００６】
本発明は、０度と４５度間の角度から見た場合、１００ｎｍ未満の電磁波バンドを反射することが出来る、全方向反射器を開示している。この全方向反射器は、高屈折率材料の複数の層と低屈折率材料の複数の層とを有する多層スタックを含んでいる。複数の高屈折率材料層と低屈折率材料層は交互に積層され或いは互いに交差し、かつ、非周期的層構造が形成されるような厚さを有している。言い換えると、高屈折率材料の複数の層は、Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３・・・Ｈｎとして特定され、低屈折率材料の複数の層は、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３・・・Ｌｎとして特定され、それぞれに予め決定された厚さｄH1、ｄH2、ｄH3・・・ｄHn及びｄL1、ｄL2、ｄL3・・・ｄLnを有する層を備え、かつ、高屈折率層の種々の厚さは通常、互いに等しくなく、および／または、低屈折率層の種々の厚さは通常、互いに等しくない。
【０００７】
場合によっては、全方向反射器は、０度と６５度間の角度から見た場合に１００ｎｍ未満の電磁波反射バンドを有する、多層スタックを含んでいる。他の場合には、全方向反射器は、０度と９０度間の角度から見た場合、１００ｎｍ未満の電磁波バンドを反射することが可能な多層スタックである。
【０００８】
高屈折率材料は、１．５と２．６を含む間の屈折率を有し、低屈折率材料は、０．７５と２．０を含む間の屈折率を有する。多層スタックは少なくとも３層を有し、ある場合には少なくとも７層を有し、他の例では少なくとも１３層を有することができる。さらに別の例では、多層スタックは少なくとも１９層を有する。
【０００９】
本発明はさらに、電磁波の狭いバンドを全方向で反射するための方法を開示し、この方法は、多層スタックを上述したように提供し、広帯域電磁波源を提供し、多層スタックを広帯域電磁波源に暴露し、さらに、多層スタックが、０度と４５度間の角度から見た場合に、又ある場合には、０度と６５度間の角度から見た場合に、或いはその代わりに０度と９０度間の角度から見た場合に、１００ｎｍ未満のバンドを反射する、各ステップを含んでいる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１ａ】全方向構造色に必要な屈折率ゾーンを示すグラフ表現である。
【図１ｂ】完全な全方向性を示す、計算された即ち理想的なバンド構造を示すグラフ表現である。
【図１ｃ】製造された全方向反射器の実際のバンド構造を示すグラフ表現である。
【図１ｄ】多層スタックの全方向バンドを示すグラフ表現である。
【図２】２個の異なる材料と該当する一個の等価層から作られた３層構造を示す。
【図３】全方向反射器と一個の等価層設計の、オリジナルプロトタイプ構造を示す。
【図４】屈折率２．５の低屈折率材料と屈折率２．８９の高屈折率材料で作られた１３層構造に置き換えた、第１の材料と第２の材料で形成される３９層等価構造に対する、反射率対波長のグラフ表現である。
【図５】等価層近似の改良された設計概念を示す。
【図６】１３層構造に等価の３９層構造に対する、反射率対波長のグラフ表現である。
【図７】３９層構造と１３層構造間の、最大波長差（ΔＸ）と最大反射率差（ΔＹ）のグラフ表現である。
【図８】０度と４５度の入射角に対する、１３層周期構造と等価１３層非周期的構造間のΔＸの、低屈折率材料と高屈折率材料に対する屈折率値の関数としてのプロットである。
【図９】０度と４５度の入射角に対する、２３層周期構造と等価２３層非周期的構造間のΔＸの、低屈折率材料と高屈折率材料に対する屈折率値の関数としてのプロットである。
【図１０】０度と４５度の入射角に対する、１３層周期構造と等価１３層非周期的構造間のΔＹの、低屈折率材料と高屈折率材料に対する屈折率値の関数としてのプロットである。
【図１１】０度と４５度の入射角に対する、２３層周期構造と等価２３層非周期的構造間のΔＹの、低屈折率材料と高屈折率材料に対する屈折率値の関数としてのプロットである。
【図１２】本発明の一実施形態に係る１３層非周期構造の層に対する、層厚と屈折率のプロットである。
【図１３】本発明の一実施形態に係る２３層非周期構造の層に対する、層厚と屈折率のプロットである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明は、０度と４５度間の角度から見た場合に、１００ｎｍ未満の電磁波バンドを反射することが出来る、全方向反射器を開示する。言い換えると、この全方向反射器は、０度と４５度間の角度から見た場合に、１００ｎｍ未満の全方向バンドを有している。この全方向反射器は、高屈折率材料の複数の層と低屈折率材料の複数の層とを有する多層スタックを含んでいても良い。高屈折率材料の複数の層と低屈折率材料の複数の層は交互に重なり合いおよび／または互いに交差し、かつ、非周期構造が形成されるような厚さを持つことができる。ある場合には、０度と６５度の間の角度から見た場合、この全方向バンドは１００ｎｍ未満であり、その他の場合、全方向バンドは、０度と９０度間の角度から見た場合に１００ｎｍ未満である。
【００１２】
高屈折率材料は、１．５と２．６を含む間の屈折率を有し、低屈折率材料は、０．７５と２．０を含む間の屈折率を有することができる。ある場合には、多層スタックは少なくとも全体で３層を有し、別の場合には、多層スタックは少なくとも全体で７層を有することができる。さらに別の場合には、多層スタックは少なくとも１９層を有する。
【００１３】
非周期構造に関して、高屈折率材料の複数の層は、Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３・・・Ｈｎとして特定され、低屈折率材料の複数の層は、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３・・・Ｌｍとして特定され、これらの層は、ｄH1、ｄH2、ｄH3・・・ｄHnとｄL1、ｄL2、ｄL3・・・ｄLmとして特定される厚さを有する。さらに、厚さｄH1は通常、厚さｄH2、ｄH3又はｄHnの少なくとも１個と同じではなく、厚さｄL1は通常、厚さｄL2、ｄL3又はｄLmの少なくとも１個と同じではない。ある場合には、厚さｄH1はｄH2とｄH3とは異なり、および／または、厚さｄL1はｄL2とｄL3とも異なる。その他の場合、厚さｄH1はｄH2、ｄH3・・・及びｄHnと異なり、および／または、厚さｄL1はｄL2、ｄL3・・・及びｄLmと異なる。
【００１４】
多層スタックは、フレーク（薄片）の形状であっても良く、このフレークは０．５と５μｍ間の範囲の平均厚さおよび／または５と５μｍ間の平均径を有していても良い。このフレークは、塗料および／または紫外保護被膜を提供するために、バインダー（結合剤）と混合されても良い。
【００１５】
電磁波の狭いバンドを全方向に反射する方法も又開示される。この方法は、Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３・・・Ｈｎとして特定される高屈折率材料の複数の層と、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３・・・Ｌｍとして特定される低屈折率材料の複数の層とを有する多層スタックを提供するステップを含む。異なる材料の層が交互に重なり合いおよび／または交互に交差する。高屈折率材料と低屈折率材料の複数の層は、それぞれ、ｄH1、ｄH2、ｄH3・・・ｄHn及びｄL1、ｄL2、ｄL3・・・ｄLmとして特定される既定の厚さを有し、かつ、厚さｄH1はｄH2、ｄH3・・・および／またはｄHnと異なり、さらに、厚さｄL1は、ｄL2、ｄL3・・・および／またはｄLmと異なっても良い。このようにして、多層スタックは非周期層構造を有することができる。
【００１６】
広帯域電磁波源がさらに提供され、かつ、多層スタックを照明するために使用される。その後、１００ｎｍ未満の全方向バンドが、０度から４５度の角度から見た場合に、多層スタックから反射される。ある場合には、０度から６５度の範囲の角度から見た場合、さらに別の場合には、０度から９０度の範囲の角度から見た場合、１００ｎｍ未満の全方向バンドは角度無依存である。全方向バンドは、可視光領域内であり、又は、紫外領域内であり或いは赤外領域内であり得る。さらに、多層スタックはフレーク（薄片）の形状であり、かつ、このフレークは、全方向構造色である塗料を作るために、バインダーと混合されても良く、或いはされなくても良い。
【００１７】
発明性を有する多層スタックの開発を、理論的制約に捕らわれず、以下で議論する。等価層技術の研究において開発され、本発明におけるように全方向性に対処するのではない等価層理論では、単一の材料の光学特性は、予め設定された高及び低屈折率を有する３層構造の対称性のある組合せによって複製可能である、と述べている（Ａｌｅｘａｎｄｅｒ Ｖ．Ｔｉｋｈｏｎｒａｖｏｖ、Ｍｉｃｈａｅｌ Ｋ． Ｔｒｕｂｅｔｓｋｏｖ、 Ｔａｔｉａｎａ Ｖ． Ａｍｏｔｃｈｋｉｎａ、 ａｎｄ Ａｌｆｒｅｄ Ｔｈｅｌｅｎ、 “Ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏａｔｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｌａｙｅｒｓ ｔｈｅｏｒｙ”Ａｐｐｌ．Ｏｐｔｉｃｓ、４５、７、１５３０、２００６参照）。例えば、ｎ1及びｎ2に等しい屈折率を有し、かつ、物理的厚さｄ1及びｄ2を有する３層２材料構造が、屈折率Ｎと厚さＤを有する材料の１個の層に等価であることを、図２が示している。特性マトリックス（Ｍ）は構造光学特性の全てを記述することが可能であり、Ｈｅｒｐｉｎの理論は、等価のマトリックス（ＭE）を達成することが出来れば、等価単層構造は、３層構造と同一の光学特性を有し得る、と述べている。
【００１８】
ＭEに対する解は、結果として、オリジナル構造に近似する、非固有の解集合を生じる。それで、以下の式１及び２に示すＭ及びＭEに対する表現は、２個のマトリックスＭ及びＭEの各マトリックス要素が互いに等しい、等価な３層構造の存在に対する基準を確立するために用いることができる。
【数１】
このようにすることによって、３層構造のために用いられる２個のマトリックスの構造パラメータに対して、以下の表現が導かれる。
【数２】
そして、理想的な全方向反射器のオリジナル設計が、異なる出発材料で作られた等価構造で複製することができる。
【００１９】
以下に、全方向構造色を設計しおよび／または提供するために、等価層理論を使用する、説明的な事例について議論する。
【００２０】
（事例）
屈折率２．８９の高屈折率材料と屈折率２．５の低屈折率材料から出発し、４分の１波長厚み基準を使用して、与えられたターゲット波長λに対する高屈折率材料ｄHの厚さと低屈折率材料ｄLの厚さは、以下の式４から計算することができる。
ｄH＝λ／４ｎH、 ｄL＝λ／４ｎL （４）
【００２１】
ターゲット波長５７５ｎｍを使用すると、高屈折率材料の層厚は約４９．７ｎｍとなり、低屈折率材料の層厚は約５７．５ｎｍとなる。このような構造の、結果的な波長対反射率は、ＭＡＴＬＡＢのために書かれた一次元（１−Ｄ）フォトニック計算機（Ｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｃａｌｃｕｌａｔｏｒ）を使用して生成することができる。この計算機は、１−Ｄ光学的層状媒質の反射率、透過率及び吸収率を計算するために、行列方法を使用する。
【００２２】
異なる出発材料を用いた等価設計に関して、屈折率１．２８の第１の材料と屈折率２．０の第２の材料が仮定された。さらに、５０％のＴＥモードと５０％のＴＭモードを有する自然光である照射電磁波に対して０度の入射角と、空気の移動媒体と、ガラス基板が仮定された。３個の等価層によってそれぞれのオリジナル層を置き換えた概略表現を図３に示す。この図に示すように、オリジナルプロトタイプの各層に置き換えて使用される各等価層の厚さが、決定すべき値となる。
【００２３】
オリジナルプロトタイプの高屈折率材料に対する屈折率と低屈折率材料に対する屈折率の入力によって、シミュレーションを開始することができる。さらに、２個の材料の厚さを含めることができ、そして、１−Ｄフォトニック計算機が反射率対波長のプロットを生成することができる。
【００２４】
各単層の光学特性に一致させるために３つの等価層を提供することに関して、第１の層と第３の層が等しいと仮定し、結果的な波長対反射率曲線をオリジナル基準と比較して、個々の等価層の厚さを変えることにより、最適化を行うことができる。オリジナル１３層スタックの各層を３つの等価層で置き換えるシミュレーションの一例を、図４に示す。図４では、図３に示す全１３層のオリジナル基準構造を、各オリジナル層を３個の等価層で複製している。従って、１３×３＝３９層に対するシミュレーションを出発材料として選択し、ここで第１の材料（ｎ1＝１．２８）と第２の材料（ｎ2＝２．０）の厚さを、１から５００ｎｍまで変化させた。図４は、第１の材料の厚さ９９ｎｍと第２の材料の厚さ１４ｎｍの等価３９層構造の最適化が、オリジナル１３層構造と比較した場合に、波長の関数としての反射率に対して同様の結果を提供したことを、示している。等価な３９層構造はさらに、オリジナルな１３層構造に存在する側波帯を大きく減少させる結果となる。このように、屈折率２．８９の高屈折率材料と屈折率２．５の低屈折率材料を有する、オリジナルな２材料の１３層構造が、屈折率２．０の高屈折率材料と屈折率１．２８の低屈折率材料を有する２材料の３９層構造と置き換え可能であることを示している。
【００２５】
材料選択と製造技術に関して更なる柔軟性を持たせるために、層厚の最適化計算において層を結合しない概念を導入する。このように、オリジナル１３層スタックの層を等価な３層スタックの繰り返しと置き換える以前の概念は放棄され、そして、各層は、その最終的な厚さを決定する、それぞれの乗数を有する。例えば、３９層構造は、３９個の異なる多重変数を有し、従って、それぞれが異なる厚さを有する３９層を持つことができる。
【００２６】
図５は、２個の材料を使用し、その一個は高屈折率（Ｎhigh）を有し、もう一個は低屈折率（Ｎlow）を有する、３９層構造を示している。この図に示すように、これらの層のそれぞれの厚さは、乗数（Ｍｕｌｔi）に基準波長を掛けたものをそれぞれの屈折率と４又は８の何れかで割ったものに等しい。さらに、高屈折率材料の交互の層は、Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３・・・Ｈｎとして特定され、低屈折率材料の交互の層はＬ１、Ｌ２、Ｌ３・・・Ｌｎとして特定される。さらに、各層は、図示するように、ｄH1、ｄH2、ｄH3・・・ｄHn及びｄL1、ｄL2、ｄL3・・・ｄLmとして特定される厚さを有している。４分の１或いは８分の１の乗算を実施する必要はないが、しかし、この時例において、このような乗数は、以前の実験および／または計算の経験に単に基づいて、含まれた。
【００２７】
以下の表１を参照すると、ＭＡＴＬＡＢからの最適化ツールボックス内のＬＳＱＣＵＲＶＥＦＩＴ（商標）を用いて、３９層構造に対して決定された乗数値のリストが示されている。
【表１】
表１の乗数と、入射角０、１５、３０及び４５度を使用して反射率の計算を行い、色変化、即ち反射バンドのシフトが異なる角度で起こるか否かを決定した。角度を増加させても平均波長は変化せず、その結果、真に全方向色となることが望ましい。図６に示すように、入射角が増加すると、計算は、平均反射波長の連続した“ブルーシフト”を示した。しかし、このシフトは７５ｎｍ未満であり、従って、全方向構造色を示す非周期的層構造が提供された。
【００２８】
全方向反射器を作るために使用することができる可能な材料の広範囲の評価を展開するために、“高”屈折率材料に対して１．４から２．３の範囲で、“低”屈折率材料に対して１．２から２．１範囲の屈折率を有する材料に対して、計算を行った。最適化パラメータは、オリジナルのプロトタイプと等価層設計の間で最大波長差（ΔＸ）の絶対値として、かつオリジナルのプロトタイプと等価層設計の間での最大反射率差（ΔＹ）の絶対値として、定義した。図７にΔＸとΔＹの例を示す。オリジナルなプロトタイプ構造と等価層設計に対するＸ及びＹ座標を、ΔＸ及びΔＹを計算するために選択した。さらに、屈折率ペアの関数として、ΔＸ及びΔＹを可視的に示すために、図８−１１のようなプロットを展開し、以下に検討する。
【００２９】
図８は、入射角０度と４５度における、オリジナルの１３層プロトタイプと等価１３層非周期設計間のΔＸにおける違いを示し、グラフに示す陰影を付した円の直径は、オリジナルプロトタイプと等価層設計間のΔＸに比例している。陰影付きの円が大きくなれば成る程、ΔＸの値が大きくなり、その結果、オリジナル１３層プロトタイプとより低い屈折率を有する２個の材料で作られた等価非周期層設計との間の最大波長シフトも大きくなる。この方法で、オリジナル１３層プロトタイプと等価非周期層設計間の最大波長において、小さな相違が存在する屈折率ペアを、容易に識別することができる。同様に、図９は、入射角が０度と４５度における、オリジナル２３層プロトタイプと等価２３層非周期設計間のΔＸを示している。
【００３０】
図１０及び１１を参照すると、１３層および２３層オリジナルプロトタイプと等価１３層及び２３層非周期層設計間のΔＹがそれぞれ、入射角０度と４５度に対して屈折率ペアの関数として示されている。図８及び９と同様に、図１０及び１１を再検討することによって、オリジナル多層プロトタイプと等価非周期多層設計間のΔＸとΔＹにおいて、差が小さな屈折率ペアを識別することができる。例えば、図８−１１を検討することによって、１．５から１．７の範囲の屈折率を有する第１の材料と２．０から２．３の範囲の屈折率を有する第２の材料が、約５７５ｎｍに中心を有する色／反射バンドを有する全方向構造色を提示する、非周期多層スタックを作るのに適していることが分かる。
【００３１】
ターゲットの反射バンド（即ち、異なる色）を変えること或いは異なるものを選択することで、図８−１１に示す実際の傾向を変化させることが好ましい。しかしながら、傾向は依然として存在し、その結果、適切な屈折率ペアの識別が提供される。
【００３２】
非周期的全方向構造色に対して実際の設計厚さを示す図１２は、屈折率２．０を有する第１の材料と屈折率１．６を有する第２の材料とから形成される１３層非周期的多層に対して、厚さの概略プロットを示している。種々の層の厚さを細長い四角によって示しており、この四角は左側のＹ軸に対応し、各層の屈折率を黒い菱形で示し、これは右側のＹ軸に対応する。同様に、屈折率２．２の第１の材料と屈折率１．７の第２の材料を使用して作られた２３層非周期全方向構造色に対する層厚が、図１３に示されている。
【００３３】
この方法で、以前に入手可能なものよりも大きな範囲の材料を使用して、殆ど全ての所望の波長に対して、全方向構造色を設計し、製造することができる。このような材料は、金属、半導体、セラミック、ポリマー及びそれらの組合せを含む。より大きな範囲の材料を使用する機会は、所望の多層スタック／構造を作るために、より広い範囲の製造技術を利用可能とする。
【００３４】
本発明は、上記の事例に限定されるものではない。これらの事例は、発明の範囲を限定することを意図するものではなく、ここに記載された方法、装置、構成、材料などは、例示的であり、発明の範囲を限定するべく意図されたものではない。当業者は、変更及び他の使用方法を実施しうる。従って、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって定義される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高屈折率材料Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３・・・Ｈｎの複数の層と低屈折率材料Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３・・・Ｌｍの複数の層を有する多層スタックであって、前記高屈折率材料の複数の層と低屈折率材料の複数の層は、互いの上に交互に積層されている、多層スタックを備え、
前記高屈折率材料の複数の層と前記低屈折率材料の複数の層はそれぞれ、予め定義された厚さｄH1、ｄH2、ｄH3・・・ｄHnとｄL1、ｄL2、ｄL3・・・ｄLmを有し、前記多層スタックが非周期的層構造を有するように、前記厚さｄH1は通常、前記ｄH2、ｄH3・・・又はｄHnとは等しくなく、かつ前記厚さｄL1は通常、前記ｄL2、ｄL3・・・又はｄLmとは等しくなく、さらに、
前記多層スタックは、０度と４５度間の角度から見た場合に１００ｎｍよりも小さい全方向バインドを有する、全方向反射器。
【請求項２】
請求項１に記載の全方向反射器において、前記多層スタックは、０度と６５度間の角度から見た場合、１００ｎｍ未満の全方向バンドを有する、全方向反射器。
【請求項３】
請求項１に記載の全方向反射器において、前記多層スタックは、０度と９０度間の角度から見た場合、１００ｎｍ未満の全方向バンドを有する、全方向反射器。
【請求項４】
請求項１に記載の全方向反射器において、前記高屈折率材料は１．５と２．５を含むその間の屈折率を有し、前記低屈折率材料は０．７５と１．７５を含むその間の屈折率を有する、全方向反射器。
【請求項５】
請求項１に記載の全方向反射器において、前記多層スタックは少なくとも全体で３層を有する、全方向反射器。
【請求項６】
請求項１に記載の全方向反射器において、前記多層スタックは少なくとも全体で７層を有する、全方向反射器。
【請求項７】
請求項１に記載の全方向反射器において、前記多層スタックは少なくとも全体で１３層を有する、全方向反射器。
【請求項８】
請求項１に記載の全方向反射器において、前記厚さｄH1は通常、前記厚さｄH2及びｄH3に等しくなく、かつ前記厚さｄL1は通常、前記ｄL2及びｄL3に等しくない、全方向反射器。
【請求項９】
請求項１に記載の全方向反射器において、前記厚さｄH1は通常、前記厚さｄH2、ｄH3・・・及び厚さｄHnと等しくない、全方向反射器。
【請求項１０】
請求項１に記載の全方向反射器において、前記厚さｄL1は通常、前記厚さｄL2、ｄL3・・・及びｄLmとは等しくない、全方向反射器。
【請求項１１】
請求項１に記載の全方向反射器において、前記厚さｄH1は通常、前記厚さｄH2、ｄH3・・・及びｄHnと等しくなく、かつ、前記厚さｄL1は通常、前記厚さｄL2、ｄL3・・・及びｄLmと等しくない、全方向反射器。
【請求項１２】
請求項１に記載の全方向反射器において、前記多層スタックはフレークの形状である、全方向反射器。
【請求項１３】
請求項１２に記載の全方向反射器において、前記フレークは０．５から５μｍ間の範囲の平均厚さを有している、全方向反射器。
【請求項１４】
請求項１２に記載の全方向反射器において、前記フレークは５から５０μｍの範囲の平均径を有している、全方向反射器。
【請求項１５】
請求項１２に記載の全方向反射器において、前記フレークは、塗料を作るために、バインダーと混合されている、全方向反射器。
【請求項１６】
請求項１２に記載の全方向反射器において、前記フレークは、紫外保護被膜を作るために、バインダーと混合されている、全方向反射器。
【請求項１７】
電磁波の狭いバンドを全方向に反射させるための方法において、前記方法は、
互いに交互に積層された、高屈折率材料Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３・・・Ｈｎの複数の層と低屈折率材料Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３・・・Ｌｎの複数の層を有する、多層スタックを提供し、
前記高屈折率材料の複数の層と前記低屈折率材料の複数の層は、それぞれが、予め定義された厚さｄH1、ｄH2、ｄH3・・・ｄHnとｄL1、ｄL2、ｄL3・・・ｄLmを有し、前記多層スタックが非周期的層構造を有するように、前記厚さｄH1は通常、前記厚さｄH2、ｄH3・・・或いはｄHnとは等しくなく、前記厚さｄL1は通常、前記厚さｄL2、ｄL3・・・或いはｄLmとは等しくなくされており、
広帯域電磁波源を提供し、
前記多層スタックを前記広帯域電磁波源に暴露し、さらに
０度から４５度の角度から見た場合に前記多層スタックによって前記電磁波の１００ｎｍ未満の全方向バンドを反射する、各ステップを備える、方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の方法において、前記厚さｄH1は通常、厚さｄH2及びｄH3とは等しくなく、前記厚さｄL1は通常、前記厚さｄL2及びｄL3とは等しくない、方法。
【請求項１９】
請求項１７に記載の方法において、前記多層スタックはフレークの形状である、方法。
【請求項２０】
請求項１７に記載の方法において、前記電磁波の１００ｎｍ未満の前記全方向バンドは可視光領域内である、方法。
【請求項２１】
請求項１７に記載の方法において、前記電磁波の１００ｎｍ未満の前記全方向バンドは紫外領域内である、方法。
【請求項１】
高屈折率材料Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３・・・Ｈｎの複数の層と低屈折率材料Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３・・・Ｌｍの複数の層を有する多層スタックであって、前記高屈折率材料の複数の層と低屈折率材料の複数の層は、互いの上に交互に積層されている、多層スタックを備え、
前記高屈折率材料の複数の層と前記低屈折率材料の複数の層はそれぞれ、予め定義された厚さｄH1、ｄH2、ｄH3・・・ｄHnとｄL1、ｄL2、ｄL3・・・ｄLmを有し、前記多層スタックが非周期的層構造を有するように、前記厚さｄH1は通常、前記ｄH2、ｄH3・・・又はｄHnとは等しくなく、かつ前記厚さｄL1は通常、前記ｄL2、ｄL3・・・又はｄLmとは等しくなく、さらに、
前記多層スタックは、０度と４５度間の角度から見た場合に１００ｎｍよりも小さい全方向バインドを有する、全方向反射器。
【請求項２】
請求項１に記載の全方向反射器において、前記多層スタックは、０度と６５度間の角度から見た場合、１００ｎｍ未満の全方向バンドを有する、全方向反射器。
【請求項３】
請求項１に記載の全方向反射器において、前記多層スタックは、０度と９０度間の角度から見た場合、１００ｎｍ未満の全方向バンドを有する、全方向反射器。
【請求項４】
請求項１に記載の全方向反射器において、前記高屈折率材料は１．５と２．５を含むその間の屈折率を有し、前記低屈折率材料は０．７５と１．７５を含むその間の屈折率を有する、全方向反射器。
【請求項５】
請求項１に記載の全方向反射器において、前記多層スタックは少なくとも全体で３層を有する、全方向反射器。
【請求項６】
請求項１に記載の全方向反射器において、前記多層スタックは少なくとも全体で７層を有する、全方向反射器。
【請求項７】
請求項１に記載の全方向反射器において、前記多層スタックは少なくとも全体で１３層を有する、全方向反射器。
【請求項８】
請求項１に記載の全方向反射器において、前記厚さｄH1は通常、前記厚さｄH2及びｄH3に等しくなく、かつ前記厚さｄL1は通常、前記ｄL2及びｄL3に等しくない、全方向反射器。
【請求項９】
請求項１に記載の全方向反射器において、前記厚さｄH1は通常、前記厚さｄH2、ｄH3・・・及び厚さｄHnと等しくない、全方向反射器。
【請求項１０】
請求項１に記載の全方向反射器において、前記厚さｄL1は通常、前記厚さｄL2、ｄL3・・・及びｄLmとは等しくない、全方向反射器。
【請求項１１】
請求項１に記載の全方向反射器において、前記厚さｄH1は通常、前記厚さｄH2、ｄH3・・・及びｄHnと等しくなく、かつ、前記厚さｄL1は通常、前記厚さｄL2、ｄL3・・・及びｄLmと等しくない、全方向反射器。
【請求項１２】
請求項１に記載の全方向反射器において、前記多層スタックはフレークの形状である、全方向反射器。
【請求項１３】
請求項１２に記載の全方向反射器において、前記フレークは０．５から５μｍ間の範囲の平均厚さを有している、全方向反射器。
【請求項１４】
請求項１２に記載の全方向反射器において、前記フレークは５から５０μｍの範囲の平均径を有している、全方向反射器。
【請求項１５】
請求項１２に記載の全方向反射器において、前記フレークは、塗料を作るために、バインダーと混合されている、全方向反射器。
【請求項１６】
請求項１２に記載の全方向反射器において、前記フレークは、紫外保護被膜を作るために、バインダーと混合されている、全方向反射器。
【請求項１７】
電磁波の狭いバンドを全方向に反射させるための方法において、前記方法は、
互いに交互に積層された、高屈折率材料Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３・・・Ｈｎの複数の層と低屈折率材料Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３・・・Ｌｎの複数の層を有する、多層スタックを提供し、
前記高屈折率材料の複数の層と前記低屈折率材料の複数の層は、それぞれが、予め定義された厚さｄH1、ｄH2、ｄH3・・・ｄHnとｄL1、ｄL2、ｄL3・・・ｄLmを有し、前記多層スタックが非周期的層構造を有するように、前記厚さｄH1は通常、前記厚さｄH2、ｄH3・・・或いはｄHnとは等しくなく、前記厚さｄL1は通常、前記厚さｄL2、ｄL3・・・或いはｄLmとは等しくなくされており、
広帯域電磁波源を提供し、
前記多層スタックを前記広帯域電磁波源に暴露し、さらに
０度から４５度の角度から見た場合に前記多層スタックによって前記電磁波の１００ｎｍ未満の全方向バンドを反射する、各ステップを備える、方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の方法において、前記厚さｄH1は通常、厚さｄH2及びｄH3とは等しくなく、前記厚さｄL1は通常、前記厚さｄL2及びｄL3とは等しくない、方法。
【請求項１９】
請求項１７に記載の方法において、前記多層スタックはフレークの形状である、方法。
【請求項２０】
請求項１７に記載の方法において、前記電磁波の１００ｎｍ未満の前記全方向バンドは可視光領域内である、方法。
【請求項２１】
請求項１７に記載の方法において、前記電磁波の１００ｎｍ未満の前記全方向バンドは紫外領域内である、方法。
【図１ａ】
【図１ｂ】
【図１ｃ】
【図１ｄ】
【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１ｂ】
【図１ｃ】
【図１ｄ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−２５７７５５（Ｐ２０１１−２５７７５５Ａ）
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１１−１２６５４５（Ｐ２０１１−１２６５４５）
【出願日】平成２３年６月６日（２０１１．６．６）
【出願人】（５０７３４２２６１）トヨタ モーター エンジニアリング アンド マニュファクチャリング ノース アメリカ，インコーポレイティド (135)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２６５４５（Ｐ２０１１−１２６５４５）
【出願日】平成２３年６月６日（２０１１．６．６）
【出願人】（５０７３４２２６１）トヨタ モーター エンジニアリング アンド マニュファクチャリング ノース アメリカ，インコーポレイティド (135)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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