(57)【要約】３ミクロンを超える赤外線スペクトルの領域で特に有用なエレクトロクロミック装置は、順に、後方ガラス基板（１）、少なくとも５０％の赤外線反射率を有するフィルム電極（２）、イオン貯蔵層（３）、及び、イオン透過層（４）を含む。エレクトロクロミック酸化タングステン層（５）は、少なくともある程度の結晶度、シリコン前方電極（６）、及び、反射防止コーティング（７）を有する。層（５）が非荷電状態においては、全ての層（３〜７）は透明であり、大部分の入射光は（２）で反射される。荷電状態に入ると、層（５）は、吸光率及び屈折率に顕著な増加を示す。裸の層（５）を組み込んだ装置においては、この裸の層が前面において反射率を非常に大きく増加させるので、光吸収の増加は覆い隠されがちであり、結果的に装置の反射率の増加をもたらす。層（６）は、屈折率整合層（６）として作用し、それによって層（５）の前面で反射する光が少なくなり、荷電された層（５）に吸収される光が両方の透過方向により多く透過されるので反射率を減少させる。
2004502196.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線スペクトルの領域で使用するためのエレクトロクロミック装置であって、
反対向きの第１及び第２の表面を有するエレクトロクロミック層を含む積層と、
赤外線スペクトルの領域で比較的透明で第１の屈折率を示す第１の状態と、前記領域で比較的吸収性を有し第２の屈折率を示す第２の状態との間で変化させるように、前記エレクトロクロミック層の電荷を変える手段と、備え、
前記領域において少なくとも５０％の反射率を有する反射器が、前記エレクトロクロミック層の前記第２の表面に対向し、
前記積層は、前記第１の表面の空気との境界面に比べて前記第１の表面で反射される前記領域内の光の量を低減するために、前記第１の表面と効果的に光学接触している屈折率整合層を含み、
前記屈折率整合層と前記反射器との間の光路が、前記エレクトロクロミック層がその第１の状態にある時、前記領域においてほぼ光透過性を有する、
ことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記反射光の量の低減は、前記エレクトロクロミック層が荷電状態にある時に効果的であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
赤外線スペクトルの領域で使用するためのエレクトロクロミック装置であって、
反対方向を向く第１及び第２の表面を有するエレクトロクロミック層を含む積層と、
前記エレクトロクロミック層の電荷を、赤外線スペクトルの領域で比較的透明で第１の屈折率を示す第１の状態と、前記領域で比較的吸収性を有し前記第１の屈折率よりも大きい第２の屈折率を示す第２の状態との間で変化させるために、その電荷を変える手段と、
を含み、
前記領域において少なくとも５０％の反射率を有する反射器が、前記第２の表面に対向し、
前記第１の表面と前記反射器との間の光路が、前記エレクトロクロミック層がその第１の状態にある時に前記領域においてほぼ光透過性を有し、
前記積層は、前記エレクトロクロミック層のその第２の状態への切換が装置の反射率を減少させるように、前記エレクトロクロミック層が前記第２の状態にある時に前記第１の表面と屈折率整合させるために前記第１の表面と効果的に光学接触している層を含む、
ことを特徴とする装置。
【請求項４】
前記領域において前記第１の表面で反射される光の量は、前記エレクトロクロミック層がその荷電状態にある時には２５％よりも少ないことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のエレクトロクロミック装置。
【請求項５】
赤外線スペクトルの領域で使用するためのエレクトロクロミック装置であって、
反対方向を向く第１及び第２の表面を有するエレクトロクロミック層を含む積層と、
前記エレクトロクロミック層の電荷を、赤外線スペクトルの領域において比較的透明で第１の屈折率Ｎ１を示す第１の状態と、前記領域において比較的吸収性を有し第２の屈折率Ｎ２を示す第２の状態との間で変化させるために、その電荷を変える手段と、
を含み、
前記領域において少なくとも５０％の反射率を有する反射器が、前記第２の表面に対向し、
前記積層は、前記第１の表面と効果的に光学接触している屈折率整合層を含み、前記屈折率整合層の屈折率Ｎ３は、（Ｎ２−Ｎ３）が＋２に等しいか又はそれよりも小さくなるような値であり、
前記屈折率整合層と前記反射器との間の光路が、前記エレクトロクロミック層がその第１の状態にある時に前記領域においてほぼ光透過性を有する、
ことを特徴とする装置。
【請求項６】
（Ｎ２−Ｎ３）の絶対値は、２に等しいか又はそれよりも小さいことを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記積層の前記反射器から遠い方の端部には、反射防止層又は反射防止積層が設けられることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
前記屈折率整合層は、前記反射防止層として作用することを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記屈折率整合層の前記エレクトロクロミック層から遠い方の表面には、反射防止層又は反射防止積層が設けられることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
赤外線スペクトルの領域で使用するためのエレクトロクロミック装置であって、
反対方向を向く第１及び第２の表面を有するエレクトロクロミック層を含む積層と、
前記エレクトロクロミック層の電荷を、赤外線スペクトルの領域で比較的透明で第１の屈折率を有する第１の状態と、前記領域で比較的吸収性を有し第２の屈折率を有する第２の状態との間で変化させるために、その電荷を変える手段と、
を含み、
前記領域において少なくとも５０％の反射率を有する反射器が、前記第２の表面に対向し、
前記積層は、前記第１の表面の空気との境界面に比べて前記第１の表面で反射される前記領域内の光の量を低減するために、前記第１の表面と効果的に光学接触している屈折率整合層を含み、
前記積層は、前記エレクトロクロミック層がその第１の状態にある時に、前記領域内の光が装置から効果的に反射され、前記エレクトロクロミック層がその第２の状態にある時に、前記エレクトロクロミック層によって吸収される、干渉構造を形成するように配置される、
ことを特徴とする装置。
【請求項１１】
前記整合層の屈折率は、前記第２の屈折率よりも２を超えない値だけ低いことを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記エレクトロクロミック層の電荷を変える手段は、前記エレクトロクロミック層の前記第１の表面上に重なる前方電極を含むことを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１３】
前記前方電極は、グリッド電極であることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記グリッド電極は、それが存在する場合、前記屈折率整合層と前記エレクトロクロミック層との間にあることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記屈折率整合層の材料は、シリコン、ゲルマニウム、硫化亜鉛、フッ化カルシウム、及び、酸化錫から選ばれることを特徴とする請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記前方電極は、連続的な層であることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１７】
前記前方電極は、前記屈折率整合層と前記エレクトロクロミック層との間にあるが、前記エレクトロクロミック層と前記屈折率整合層との間の前記効果的な光学接触を壊さないように十分に薄いことを特徴とする請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記屈折率整合層の材料は半導体であり、前記半導体の前記エレクトロクロミック層に隣接する領域は、前記電極を形成するためにドープされることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記前方電極は、前記屈折率整合層により形成されることを特徴とする請求項１６に記載の装置。
【請求項２０】
前記前方電極層の材料は、シリコン及びゲルマニウムから選ばれることを特徴とする請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記反射器は、金属層又は金属基板の表面により形成されることを特徴とする請求項１から請求項２０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２２】
前記反射器は、後方電極であり、前記エレクトロクロミック層の電荷を変える手段の一部を形成することを特徴とする請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
前記反射器は、誘電ミラー又は不活性化された金属層により形成されることを特徴とする請求項１から請求項２０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２４】
前記反射器は、後方電極層又はグリッドによって覆われ、前記エレクトロクロミック層の電荷を変える手段の一部を形成することを特徴とする請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記積層は、前記エレクトロクロミック層の電荷を変える前記手段の一部として、イオン貯蔵層及び／又はイオン透過層を更に含むことを特徴とする請求項１から請求項２４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２６】
前記積層は、前記エレクトロクロミック層の電荷を変える前記手段の一部として、イオン貯蔵層と前記エレクトロクロミック層との間にイオン透過層を更に含むことを特徴とする請求項１から請求項２４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２７】
前記イオン貯蔵層及び／又はイオン透過層は、前記第２の表面に隣接して位置することを特徴とする請求項２５又は請求項２６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２８】
前記イオン貯蔵層及び／又はイオン透過層は、前記エレクトロクロミック層と前記反射器との間に位置することを特徴とする請求項２６に記載の装置。
【請求項２９】
前記イオン貯蔵層又はイオン透過層は、多孔誘電性の前記反射器を含むことを特徴とする請求項２６又は請求項２７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項３０】
前記イオン貯蔵層及び／又はイオン透過層は、前記第１の表面に隣接して位置することを特徴とする請求項２５又は請求項２６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項３１】
前記イオン貯蔵層及び／又はイオン透過層は、前記屈折率整合層を構成することを特徴とする請求項３０に記載の装置。
【請求項３２】
前記エレクトロクロミック層は、前記反射器に接触していることを特徴とする請求項３０に記載の装置。
【請求項３３】
前記イオン透過層は、酸化タンタル、ニオブ酸リチウム、又は、五酸化ニオブから選ばれた材料を含むことを特徴とする請求項２５から請求項３２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項３４】
前記イオン貯蔵層は、酸化セリウム、酸化バナジウム、酸化チタン、酸化ニッケル、酸化錫、非晶質酸化タングステン、及び、それらの混合物から選ばれた材料を含むことを特徴とする請求項２５から請求項３３のいずれか１項に記載のエレクトロクロミック装置。
【請求項３５】
前記積層は、前記エレクトロクロミック層との間に前記反射器を有する基板によって支持されることを特徴とする請求項１から請求項３４のいずれか１項に記載のエレクトロクロミック装置。
【請求項３６】
前記積層は、前記反射器との間に前記エレクトロクロミック層を有する基板によって支持されることを特徴とする請求項１から請求項３４のいずれか１項に記載のエレクトロクロミック装置。
【請求項３７】
前記基板は、可撓性であることを特徴とする請求項３５又は請求項３６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項３８】
前記エレクトロクロミック層は、本明細書で定義されるような結晶質酸化タングステンを含むことを特徴とする請求項１から請求項３７のいずれか１項に記載のエレクトロクロミック装置。
【請求項３９】
前記赤外線領域は、３から５及び８から１２ミクロンウィンドウのうちの選ばれた一方又は両方であるか、又は、その選ばれた一方又は両方を含むことを特徴とする請求項１から請求項３８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項４０】
前記積層は、前記エレクトロクロミック層がその第２の状態にある時、前記３から５ミクロンウィンドウの光の吸収に対して、前記８から１２ミクロンウィンドウの光を優先的に吸収するように構成されることを特徴とする請求項３９及び請求項９、又は、請求項３９及び請求項１０に記載のエレクトロクロミック装置。
【請求項４１】
請求項３９に従って装置を作動させる方法であって、
第２の状態において酸化タングステン層内に挿入されるイオンの量は、８から１２ミクロンウィンドウの光に対して３から５ミクロンウィンドウにおける吸収を優先させるように制御される、
ことを特徴とする方法。
【請求項４２】
赤外線スペクトルの領域で使用するためのエレクトロクロミック装置であって、
反対方向を向く第１及び第２の表面を有するエレクトロクロミック層を含む積層と、
前記エレクトロクロミック層の電荷を、赤外線スペクトルの領域で比較的透明で第１の屈折率を示す第１の状態と、前記領域で比較的吸収性を有し第２の屈折率を示す第２の状態との間で変化させるために、その電荷を変える手段と、
を含み、
前記領域において少なくとも５０％の反射率を有する反射器が、前記第２の表面に対向し、
前記積層は、前記第１の表面と効果的に光学接触しているイオン透過又はイオン貯蔵層を含み、
前記反射器までの光路が、前記エレクトロクロミック層がその第１の状態にある時に前記領域においてほぼ光透過性を有する、
ことを特徴とする装置。
【請求項４３】
前記エレクトロクロミック層は、前記反射器に直接隣接することを特徴とする請求項４２に記載のエレクトロクロミック装置。
【請求項４４】
前記エレクトロクロミック層は、イオン貯蔵層及び／又はイオン透過層によって前記反射器から間隔を置かれることを特徴とする請求項４２に記載のエレクトロクロミック装置。
【請求項４５】
赤外線領域の少なくとも１つの帯域で使用するための可変透過エレクトロクロミック装置であって、
入射する放射を受け入れるための第１の表面、及び、反対方向を向く第２の表面を有し、エレクトロクロミック層、及び、前記第１の表面に近い方の前記エレクトロクロミック層の一方の表面との光学境界面を形成する屈折率整合層を含む、積層と、
前記エレクトロクロミック層の電荷を、赤外線領域の少なくとも１つの帯域において比較的透明で第１の屈折率を有する第１の状態と、前記帯域において比較的吸収性を有し第２の屈折率を有する第２の状態との間で変化させるために、その電荷を変える手段と、
を含み、
前記屈折率整合層は、空気との境界面と比べて前記境界面で反射される光の量を低減するように選ばれた第３の屈折率を有し、
材料及び構成が、前記エレクトロクロミック層がその第１の状態にある時に、前記第１及び第２表面間の光路がほぼ光透過性を有し、前記エレクトロクロミック層がその第２の状態にある時に、ほぼ光吸収性を有するように選ばれる、
ことを特徴とする装置。
【請求項４６】
前記領域の前記他方の表面で反射される前記光の量の低減は、前記エレクトロクロミック層が前記荷電状態にある時に効果的であることを特徴とする請求項４３に記載のエレクトロクロミック装置。
【請求項４７】
前記領域の前記他方の表面で反射される光の量は、前記エレクトロクロミック層がその荷電状態にある時には２５％よりも少ないことを特徴とする請求項４３に記載のエレクトロクロミック装置。
【請求項４８】
添付図面の図１及び図２、又は、図３、又は、図４に示され、実質的に本明細書に説明されるようなエレクトロクロミック装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、エレクトロクロミック装置に関する。
【０００２】
（背景技術）
「エレクトロクロミック」という用語は、電界の印加や電荷の挿入又は除去（例えば、電子又はイオンの通過に起因する電流）に応答して光学的外観が変化するあらゆる装置、特に可視吸収又は反射において波長選択的変化を受ける装置に適用し得るが、実用的には、その荷電状態の変化、すなわち電荷の挿入又は除去に応じて変化される、必ずしも可視スペクトルにおけるとは限らない光学吸収又は反射を示す装置と関連するとして、かなり異なる意味で使用されるのが普通である。いくつかの装置においては、荷電方向の逆転に対して光学的変化は可逆的でなくてもよいが、多くの用途に対して、可逆的変化は好ましいか又は必要である。
【０００３】
そのような装置は、多年に亘って公知である。一般に、それらの装置は、好ましくは荷電に可逆的に応答するエレクトロクロミック材料を含む。そのような材料の例としては、銀イオンのような容易に還元可能な種を含むガラス状材料と、表面にメッキ可能な銀のような金属イオンを含む溶液又はゲルと、ビオロゲン及びフタロシアニンのような可逆的酸化還元反応を受けることのできる有機材料を含む溶液、ゲル、及び、固体相と、例えば金属酸化物である可逆的に変化させることのできる固体無機材料とが含まれる。最後に挙げた部類では、酸化タングステンがおそらく最もよく知られ、実用的装置において最も一般的に使用されている。
【０００４】
エレクトロクロミック装置の使用は、高速応答が必須要件でない時、及び、変更された光学的状態を例えば可変透過ウィンドウに長期間に亘り更なる通電なしに維持することが必要な時には特に有利になることが可能である。そのようなウィンドウは、封入物又は構成要素、例えばビル内の部屋に入射する光の量を制御するのみならず、封入物又は構成要素、例えば人工衛星、又は、人工衛星上又は人工衛星内に装着された構成要素の温度制御を助けるのにも有用であることが可能である。
【０００５】
電流の通過に対するエレクトロクロミック材料の応答は、常にではないが多くの場合に酸化又は還元反応とみなすことができ、変更された光学特性を示す新たな種の生成をもたらす。しかし、固体無機材料が伴う場合には、この過程は、材料内へのイオンのインターカレーション（挿入）、又は、材料からのイオンのデインターカレーションであるとしばしばみなされる。イオン挿入が必要な場合は、電子又は関連種が直接通過するのを防止するために、電極とエレクトロクロミック材料との間にイオン透過層又は電解質を挿入することが一般に行なわれている。この層は、挿入されるイオンのための貯蔵層として作用してもよく、又は、この目的のために追加の層を設けることもできる。用意された時のエレクトロクロミック材料の状態（しばしば、ゼロ又は低い吸収作用を有する状態、及び、酸化タングステンの場合には、挿入イオンが無い状態）、及び、その電荷の変化に応じて変えられた時のエレクトロクロミック材料の状態（しばしば、増大された光吸収を有する状態）は、今後はそれぞれ非荷電状態及び荷電状態と呼ぶことにする。しかし、文脈上許される場合は、この「荷電」という用語は、電荷の挿入又は除去を含むものとして考えるべきである。
【０００６】
例えば、Ｊｅｆｆｒｅｙ　Ｓ．　Ｈａｌｅ他による「放射率変調用途のためのエレクトロクロミック材料の可視及び赤外線光学定数」、「Ｔｈｉｎ　Ｓｏｌｉｄ　Ｆｉｌｍｓ」掲載、３１３−３１４（１９９８）、２０５−２０９、及び、Ｊｅｆｆｒｅｙ　Ｓ．　Ｈａｌｅ他による「エレクトロクロミック構造を使用した赤外線放射率制御に対する展望」、「Ｔｈｉｎ　Ｓｏｌｉｄ　Ｆｉｌｍｓ」掲載、３３９（１９９９）、１７４−１８０において論じられているように、人工衛星の放射加熱は、それからの黒体放射の放出を通じて平衡化することができる。不透明体に関しては、表面の放射率ｅは、以下のように反射率Ｒと相補的である。
ｅ＝１−Ｒ
人工衛星に対する放射平衡は、一般に、バイメタルスプリングの制御下に放射基板を可変的に覆う一連の高反射羽根で構成された羽板によって達成されるが、エレクトロクロミック装置の使用は、嵩高いブラインド及び可動部なしに放射変調を可能にするであろうし、更に、一層良好な熱制御をもたらすために、熱容量の小さい敏感な装置をエレクトロクロミック・コーティングで直接覆うことができるであろう。
【０００７】
温度制御のためには、中及び遠赤外線領域における光制御、特に、太陽エネルギが比較的高いが地球大気によって吸収されない３から５、及び／又は、８から１２ミクロンのウィンドウにおける光制御を行うことができることが特に必要である。しかし、多くのエレクトロクロミック装置は、それらの荷電の如何に関わらずこれらの領域において高い光吸収を示すので、赤外線領域における可変吸収装置として有用ではない。この光吸収は、エレクトロクロミック材料自体の性質か、又は、例えば電解質が有機材料であるか又はそれを含む場合には、電極又は電解質のような関連構成要素の性質に起因することが可能である。炭酸プロピレン中のリチウムトリフレートのような少数の有機電解質が存在し、これらは、かなりの光吸収を示すが、それらの領域において有用な低い光吸収を有するように十分に薄く、しかも十分な伝導性をもたらす層に形成することができる。
【０００８】
米国特許第５，６３８，２０５号明細書（Ｍｅｉｓｅｌに付与）は、宇宙船の熱平衡のための制御可能な熱放射を備えた層システムを開示しており、このシステムは、シリコン、ゲルマニウム、硫化亜鉛又はセレン化亜鉛、フッ化バリウム又はフッ化カルシウム、ポリエチレン、又は、ポリプロピレン又はＰＴＦＥの前方基板と赤外線反射電極層との間に挟まれたポリアニリン、酸化ニッケル、酸化イリジウム、酸化モリブデン、又は、酸化錫インジウムの可変「電気放射性」層を含む。赤外線吸収電解質とイオン貯蔵層とは、赤外線反射電極と後方電極との間に挟まれ、使用時にはこれら２つの電極間に電圧が印加され、可変電気放射性層内へのイオンの通過を許すために、赤外線反射電極は多孔性であることが必要である。更に、本実施形態は、電気放射性層と前方基板との間に、電気放射性層内へのイオンの動きを促進するために多孔性電極と同じ電位に保持されたグリッド電極を含む。上記特許で特許請求されているように、多孔性電極には、高い赤外線反射率を維持するために、１０ミクロンよりも小さい最大平坦寸法を有する非密集性均一分布の開口部が設けられる。２つの関連する従来技術明細書であるＤＥ３６４３６９１及びＤＥ３６４３６９２を参照することができ、そこでは、フッ化鉛のような無機電気放射性層内の作用が金属種への還元であるように見える。
【０００９】
これとは対照的に、多孔性電極は、本発明にとって必須の特徴ではなく、本明細書で説明される本発明の実施形態は、エレクトロクロミック層の両側に２つの連続する電極を含み、使用時にはこれらの電極間、つまりエレクトロクロミック層に亘って電圧差が印加される。
酸化タングステンを含むエレクトロクロミック装置の場合には、非晶質が最も広く使用されて研究されてきており、ほぼ６５０ナノメートルから２．５ミクロンまでの範囲の可視及び近赤外線領域におけるその可変光吸収のために商業的に有用であると考えられている。しかし、２．５ミクロンを超えると、この材料はエレクトロクロミック切換を示さず、また比較的高い吸収性を示す。不特定形態の酸化タングステンを用いる典型的なエレクトロクロミック装置は、米国特許第３，５７８，８４３号明細書（アメリカン・サイアナミッドに付与）（反射装置）、米国特許第６，０５５，０８８号明細書（Ｆｉｘに付与）、及び、国際特許第ＷＯ９３／０５４３８号明細書（サン・アクティブ・グラスに付与）及び国際特許第ＷＯ９４／１５４２７号明細書（サン・アクティブ・グラスに付与）（いずれも可変透過装置）に開示されている。
【００１０】
最近になって、半結晶（又は多結晶）状態の酸化タングステンに注意が向けられてきている。例えば、Ｍ．Ｇ．Ｈｕｔｃｈｉｎｓ、Ｎ．Ｓ．Ｂｕｔｔ，Ａ．Ｊ．Ｔｏｐｐｉｎｇ，Ｊ．Ｇａｌｌｅｇｏ，Ｄ．Ｊｅｆｆｒｅｙ，及び、Ｉ．Ｂｒｏｔｈｅｒｓｔｏｎによる「酸化タングステン式エレクトロクロミック装置における赤外線反射率変調」、２０００年８月スエーデン国ウプサラで開催の「エレクトロクロミックスＩＭＥ４に関する国際会議」、「Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｉｍｉｃａ　Ａｃｔａ」４６／１３−１４，１９８３−１９８８，２００１）を参照されたい。以下で論じる米国特許第６，０９４，２９２号明細書（Ｇｏｌｄｎｅｒに付与）も同じく参照されたい。
【００１１】
結晶性の存在及びその程度は、例えばＸ線回折技術によって判断することができる。ここで使用される「結晶性」という用語は、よく知られた任意の技術によって判断される少なくともある程度の結晶性を呈する材料を説明するために使用されることになり、完全な結晶性材料に限定されない。結晶特性が検知できる限り、これは、材料が「結晶性」として説明されるのに十分である。
金属酸化物を含む無機材料の結晶性フィルムは、ＲＦ／ＤＣマグネトロン・スパッタリングを含む当業技術においてそれ自体公知の様々な方法によって得ることができる。ＲＦ／ＤＣマグネトロン・スパッタフィルムの結晶度を制御する１つの方法は、基板の温度を変えることによるものであり、例えば上述のＨａｌｅ他の論文を参照すべきである。
【００１２】
酸化タングステンフィルムの結晶性が増すと、２ミクロンよりも大きな波長におけるフィルム（荷電されていない）のエネルギ透過率も顕著に増大し、それによって中及び遠赤外線領域における可変光吸収材としてのその用途に道を開き、その理由は、荷電状態でも光吸収がまだ高いからであり、すなわち、その材料が荷電された時、これに入射する光に対する光吸収性が十分に増大するからである。
しかし、荷電されていない（低光吸収）フィルムの屈折率の実部Ｎは約２であるのに反して、荷電された形態のそれは約４である。つまり、荷電状態への遷移は、複素屈折率の実部虚部の両部分における大きな増大によって示される。特に荷電状態における高い実数屈折率は、使用時に比較的大量の光がフィルムに入り込むことなくその表面から反射されることが可能であり、従って吸収することができないということを意味する。実数屈折率ＮＡ及びＮＢを有する基板間の境界から反射される光の小部分は、（ＮＡ−ＮＢ）２／（ＮＡ＋ＮＢ）２で与えられる。空気中の多結晶質酸化タングステン層の場合には、非荷電状態では入射する赤外線の１０％未満を前面から反射し、荷電状態では約６０％を反射する。
【００１３】
従って、結晶質酸化タングステンフィルムの屈折率の実部Ｎの変動を、反射率変調装置における主要な光制御特性として使用する試みが為されてきており、その場合、主反射は、光が始めに入射する酸化タングステンフィルム面において起る。多くの反射率変調エレクトロクロミック装置においては、光吸収の大きな変動（複素屈折率の虚部ｋの変化に対応する）は、比較的重要でない役割を有する。
多結晶質酸化タングステンに基づく装置においては、荷電状態における増大された屈折率は、その状態においてこの装置から反射される光の量が増大することを期待させるかも知れないが、これは常に当てはまるとは限らない。多結晶質酸化タングステン層を組み込んだ可変反射率装置によって示される変調の程度、及び、その装置が荷電された時に反射される光の量が多くなるか少なくなるかということは、その装置の構造と装置を構成する他の材料とによっても変化する。いずれにしても、実用時に得られる変調の程度は、実際にはかなり低いということが一般に分かっている。
【００１４】
例えば、順に、（後方）反射基板、イオン貯蔵層、イオン透過層（電解質）、多結晶質酸化タングステン・エレクトロクロミック層、及び、（前方）グリッド電極を含む典型的な装置について考察する。単純化のために、装置内部の境界においては何等の反射も起こらず、荷電されていない酸化タングステン層は事実上透明であると仮定する。変調率は、反射された光の強度のみの関数である。
イオン貯蔵層とイオン透過層とが事実上透明である場合、非荷電状態において入射光の全てが反射されるべきであり、その理由は、透過又は吸収される入射光が全くないからである。酸化タングステン層が荷電された時、光のかなりの部分がその前面で反射され、残りの一部又は全ては層内に吸収されるから、反射される光の量は減る。従って、荷電状態で前面に起きる大きな反射は、反射率に下限を設定し、変調率を厳しく限定する。
【００１５】
しかし、イオン貯蔵層及び／又はイオン透過層が事実上１００％光を吸収する場合、後方電極による反射の行う役割はない。荷電されていない装置によって反射される光は、前面から反射される比較的低い強度の光のみであり、それは、荷電されていない酸化タングステンの屈折率もまた比較的低いからである。しかし、エレクトロクロミック層が荷電された時の屈折率の増加は、これに対応する顕著な増加を反射される入射放射線の量に引き起こすことが予測されるであろう。従ってこの場合は、酸化タングステン層の吸光率の増加にもかかわらず、荷電状態において一層多くの光が反射される。変調率は、酸化タングステン層が荷電状態と非荷電状態との間で切り換えられる時、主としてこの層の前面における反射の異なる量によって判断される。
【００１６】
事実上透明なイオン貯蔵層とイオン透過層とを備えた上述の典型的装置の一例は、Ｈａｌｅによる上述の論文に説明されている。この装置は、多結晶質酸化タングステン・エレクトロクロミックフィルム上の導電性上部グリッド電極、酸化タンタルイオン透過フィルム、酸化又は水酸化ニッケルイオン貯蔵フィルム、及び、最後に反射金電極を含む。装置のモデリングは、反射率変調に対する計算された結果を提供し、この場合、イオンは、リチウムイオンについても言及されているが、水素イオンである。リチウムイオンに反して水素イオンのインターカレーションを有する酸化タングステンの光学定数には、一層大きな変化のあることが認識され、また、挿入された非晶質フィルムと挿入された結晶質フィルムとの間には光学定数に大きな差異があり、特に赤外線における反射率変調には結晶質材料が最良の選択であることが認識される。
【００１７】
装置が非荷電状態にある間は、金電極が反射の大部分に寄与し、その重なった層は、当該赤外線領域においてほぼ透明であり、荷電された装置は、酸化タングステン層の表面によって決められる反射率を有するということも認識される。酸化ニッケルフィルムと酸化タングステンフィルムとの厚みを適当に調節することにより（３００°Ｋ黒体スペクトルのピーク付近に位置する赤外線の干渉効果を得るための酸化タングステンフィルムの厚み調節については後述する）、放射率は、２から１３．８ミクロンの領域に亘って０．０５７から０．５９５まで変えることができ、その比率は、ベニス風すだれ装置の典型的な比率７と比べて１０．４：１である。
【００１８】
Ｈａｌｅによるこれら２つの従来技術論文の装置においては、導電性グリッドが介在しない場所においては、酸化タングステン層は、入射光に対して直接開かれているということに注目すべきである。酸化タングステンが非荷電状態にある時、金電極の上に重なる層は赤外線に関して全て実質的に透明であるから、反射率は最大であり、いくつかの波長帯において１に近づく。酸化タングステン層が荷電状態にある時、その屈折率と吸収係数とは両者共に大きく増大する。増大された反射が酸化タングステン層の前面（露出面）において起きるが、透過光の多く又は大部分は酸化タングステン層内に吸収されるから、反射光の総量は減少する。
【００１９】
この種類の装置はまた、ネブラスカ・リンカーン大学電気工学部ミクロ電子工学及び光学材料研究センターにおける会議のポスター発表（Ｃ．Ｌ．Ｔｒｉｍｂｌｅ他による「赤外線反射率変調のための多結晶質ＷＯ３に基づくエレクトロクロミック装置」）、及び、講演（Ｃ．Ｌ．Ｔｒｉｍｂｌｅ他による「エレクトロクロミック結晶質酸化タングステン、ポリマー導体、及び、酸化ニッケルを使用した赤外線放射変調装置」）で開示されている。その時にはまた、順に、酸化錫／ガラスの透明電極、（水酸化）酸化ニッケル層、有機成分を含む電解質層、多結晶質酸化タングステン層、及び、入射赤外線を最初に受けるためのシリコン電極を含む装置も開示された。
【００２０】
この後者の装置は、酸化タングステン層の前方を向く面を覆うシリコン電極を含む。この電極層は、酸化タングステン層に屈折率整合をもたらし、後述するように本発明において要求されるような酸化タングステン層内に透過する光の増加を提供し得るが、この従来技術の装置は、この効果を利用するようには構成されていない。有機電解質は、上述のように比較的低い減衰係数を有するように選択し得るが、この層は他のどの層よりもずっと厚いので、例えば酸化タングステン層が非荷電状態にある場合は、有機電解質は、これに透過するあらゆる放射線の大きな部分を吸収し、その状態の装置からは放射線がほとんど反射されないことになることが予想される。更に、多くの金属反射器又は特別に設けられた誘電反射器と比べて、酸化錫／ガラス電極は、赤外線に関して極めて低い反射率、例えば３から５及び８から１２ミクロンの領域において３０％未満の反射率を有するので、一部の光が電解質を通過する場合でさえも、大部分は再び反射されないであろう。これとは対照的に、本発明は良好な赤外線反射器を必要とし、積み重ねの他の全ての層はほぼ光透過性を有するので（エレクトロクロミック層が非荷電状態で）、反射を最大にすることができる。
【００２１】
この従来技術の装置においては、酸化タングステン層が荷電状態にある時に、この状態における大きな屈折率、及び、上に重なるシリコン層との屈折率不整合の増加のために、酸化タングステン層の前面から幾分増大された量の赤外線が反射されることになることに注目する価値がある。しかし、屈折率の不整合は、上に重なるシリコン層によって減少され、シリコン層の屈折率を２．４と仮定すれば、装置が荷電された時に６％ほどの反射光をもたらすことが期待される。このことは、この種の装置の反射率変調が比較的低く見えるという事実と矛盾しない。
【００２２】
米国特許第６，０９４，２９２号明細書（Ｇｏｌｄｎｅｒに付与）はまた、エレクトロクロミック材料として多結晶酸化タングステンを使用する、連続的な電極層（例えば、酸化インジウム又は酸化錫インジウム）を備えた同様の装置を開示しており、この装置は、特に０．６５から２．５ミクロン領域における可変透過に関連して説明されている。各々の実施形態において、装置の反射率は、エレクトロクロミック層が荷電されている時には相当に高く、荷電された層の前面（入射放射線により近い）における反射がその層による光吸収を凌駕することを示している。荷電された酸化タングステンと電極層との間の屈折率不整合は大きいと思われる。更に、電極材料は、２．５ミクロンを大きく超える波長において赤外線を阻止するようになる。
これら従来技術による装置の各々においては、変調をもたらす重要な変数は、酸化タングステン層の実数屈折率の変動であることが分るであろう。これに伴う吸収係数の大きな変化は、幾分かの役割をする場合があるが、それは主要な因子ではない。荷電された層の表面での反射の大きな増加は、それを支配的な特徴とみなすことができ、光の大部分がその層に入って光吸収されるのを防止する。
【００２３】
（発明の開示）
赤外線変調のための反射エレクトロクロミック装置を提供することが本発明の目的であり、その場合、変調に影響を与えるエレクトロクロミック材料の主要な特性は吸光率の変化である。３ミクロンを超える波長において有用なそのような装置の準備を容易にすることも本発明の目的である。公知の従来技術装置におけるように、本発明のエレクトロクロミック装置は、切り換えたいずれの状態においても安定であるように作ることができ（通常は、中間状態においても同様に）、従って、切換が必要な時だけ電力を必要とする。
【００２４】
第１の態様において、本発明は、赤外線スペクトルの領域で使用するためのエレクトロクロミック装置を提供し、本装置は、反対方向を向く第１及び第２の表面を有するエレクトロクロミック層を含む積層、及び、前記領域で比較的透明で第１の屈折率を示す第１の状態と、前記領域で比較的吸収性を有し第２の屈折率を示す第２の状態との間でエレクトロクロミック層の電荷を変化させるためにその電荷を変える手段を含み、
前記領域において少なくとも５０％の反射率を有する反射器は、エレクトロクロミック層の第２の表面に対向し、
前記積層は、前記第１の表面の空気との境界面に比べて前記第１の表面で反射される前記領域の光の量を減らすために、前記第１の表面と効果的に光学接触した屈折率整合層を含み、
前記屈折率整合層と反射器との間の光路は、エレクトロクロミック層がその第１の状態にある時、前記領域においてほぼ光透過性を有する。
好ましい実施形態においては、反射光の量の減少は、上述のエレクトロクロミック層が荷電状態にある時に効果的である。
【００２５】
第２の態様において、本発明は、赤外線スペクトルの領域で使用するためのエレクトロクロミック装置を提供し、本装置は、反対方向を向く第１及び第２の表面を有するエレクトロクロミック層を含む積層、及び、前記領域で比較的透明で第１の屈折率を示す第１の状態と、前記領域で比較的吸収性を有し第１の屈折率よりも大きい第２の屈折率を示す第２の状態との間でエレクトロクロミック層の電荷を変化させるためにその電荷を変える手段を含み、
前記領域において少なくとも５０％の反射率を有する反射器は、前記第２の表面に対向し、
前記第１の表面と反射器との間の光路は、エレクトロクロミック層がその第１の状態にある時、前記領域においてほぼ光透過性を有し、
前記積層は、前記エレクトロクロミック層のその第２の状態への切換が装置の反射率を減少させるように、エレクトロクロミック層が第２の状態にある時に前記第１の表面と屈折率整合させるためにその第１の表面と効果的に光学接触した層を含む。
第１及び第２の態様において、エレクトロクロミック層がその荷電状態にある時、前記領域において前記他の表面で反射される光の量は、好ましくは２５％未満である。
【００２６】
第３の態様において、本発明は、赤外線スペクトルの領域で使用するためのエレクトロクロミック装置を提供し、本装置は、エレクトロクロミック層を含む積層、及び、前記領域において比較的透明で第１の実数屈折率Ｎ１を有する第１の状態と、前記領域において比較的吸収性を有し第２の実数屈折率Ｎ２を有する第２の状態との間でエレクトロクロミック層の電荷を変化させるためにその電荷を変える手段を含み、
前記領域において少なくとも５０％の反射率を有する反射器は、エレクトロクロミック層の一方の面に対向し、
積層は、エレクトロクロミック層の他方の面と効果的に光学接触した屈折率整合層を含み、この屈折率整合層の実数屈折率Ｎ３は、（Ｎ２−Ｎ３）の値が２に等しいか又はそれよりも小さいような値であり、
前記屈折率整合層と反射器との間の光路は、エレクトロクロミック層がその第１の状態にある時、前記領域においてほぼ光透過性を有する。
（Ｎ２−Ｎ３）の絶対値は、好ましくは２に等しいか又は２よりも小さい。
【００２７】
屈折率整合層は、エレクトロクロミック層にその第２の状態において他方の表面を通って入る光の量を減らすために設けられるので、より多くの光を吸収することができ、また、エレクトロクロミック層の他方の表面からより少量の光が直接反射される。入射放射線が遭遇する最初の層が屈折率整合層である場合、その前面での反射という問題があり得る。従って、好ましくは、エレクトロクロミック層の反射器から遠い側の積層の端部には、反射防止層又は積層が設けられ、又は、エレクトロクロミック層から遠い方の屈折率整合層の表面に、反射防止層又は積層が設けられる。しかし、ある特定の条件下では、屈折率整合層自体が反射防止干渉層として作用するように構成することが可能であろう。
【００２８】
第４の態様において、本発明は、赤外線スペクトルの領域で使用するためのエレクトロクロミック装置を提供し、本装置は、エレクトロクロミック層を含む積層、及び、前記領域で比較的透明で第１の屈折率を有する第１の状態と、前記領域で比較的吸収性を有し第２の屈折率を有する第２の状態との間でエレクトロクロミック層の電荷を変化させるためにその電荷を変える手段を含み、
前記領域において少なくとも５０％の反射率を有する反射器は、エレクトロクロミック層の一方の表面に対向し、
積層は、エレクトロクロミック層の他方の表面の空気との境界面に比べてその他方の表面で反射される前記領域内の光の量を減らすために、エレクトロクロミック層の前記他方の表面と効果的に光学接触した屈折率整合層を含み、
積層は、前記領域内の光が、エレクトロクロミック層がその第１の状態にある時に装置から効果的に反射され、前記エレクトロクロミック層がその第２の状態にある時にそのエレクトロクロミック層によって吸収される、干渉構造を形成するように配置される。
【００２９】
エレクトロクロミック層内の電荷を変えるための、すなわち、電荷を挿入又は除去するか、又は、いずれかの方向へ電流を流すための手段は、エレクトロクロミック層のいずれかの側に第１及び第２の電極を含むのが普通である。イオン透過層及びイオン貯蔵層のうちの少なくとも一方を、一方の電極とエレクトロクロミック層との間に配置することができる。本発明の実施形態においては、イオン透過層が、エレクトロクロミック層とイオン貯蔵層との間に置かれる。イオン透過層は、使用中に電極間の電位差の影響下で、イオン貯蔵層とエレクトロクロミック層との間で適切なイオンを移動させ、同時に、電位差が存在しない場合はイオンの移動を効果的に防止し、それによって装置の荷電状態と放電状態とに対して安定性を与える。
【００３０】
イオン貯蔵層は、例えば、酸化セリウム、酸化バナジウム、酸化チタン、酸化ニッケル、酸化錫、非晶質酸化タングステン、及び、それらの混合物から選ばれた材料とすることができるであろう。イオン透過（又は電解質）層は、例えば、酸化タンタル、ニオブ酸リチウム、及び、五酸化ニオブから選ばれた材料とすることができる。
イオン貯蔵及び／又はイオン透過層は、好ましくは、エレクトロクロミック層の反射器と同じ側に位置する。しかし、イオン貯蔵及び／又はイオン透過層をエレクトロクロミック層の他方の側に挿入させることも可能であって、その場合には、そのような１つの層は、必ずしも必要というわけではないが、屈折率整合層を構成することができるであろう。その場合にはまた、反射層は、エレクトロクロミック層に直接隣接して位置することができる。
【００３１】
積層の電極及び他の層は、その自体のためにのみ作用するか、又は、１つよりも多い機能を果たすことができる。例えば、前方電極（つまり、エレクトロクロミック層の反射器から遠い側の電極）は、屈折率整合層として働くこともできる。代替的又は追加的に、（後方）電極は、反射器として働くことができる。
前方電極は、例えばそれが酸化錫又は金のような赤外線反射又は吸収材料である場合には格子形態とすることができ、その上に絶縁又は導電性の屈折率整合層を重ねることができる。しかし、それは、例えばシリコン又はゲルマニウムの連続的な層であることが好ましい。そのような場合、この層は、屈折率整合層としても機能することができるであろう。一実施形態においては、シリコン又は他の半導体の屈折率整合層は、導電電極領域として働かせるために、エレクトロクロミック層と直接接触する領域をドーピングすることにより改質される。この領域は、屈折率整合機能と干渉し合うことのないように十分に薄く作られる。
【００３２】
本発明による装置は、作動的赤外線領域の直角入射光の少なくとも５０％の反射、好ましくは少なくとも７５％の反射、より好ましくは少なくとも９０％の反射をもたらす良好な反射器又は反射面を含む。エレクトロクロミック層がその第１の状態にある時、反射器の前の積層の他の全ての層が事実上光透過性になるように構成することにより、装置は、全体的に一層反射性を大きくすることができる（例えば、好ましくは少なくとも５０％、より好ましくは少なくとも７５％、更に好ましくは少なくとも９０％、理想的には実質的に１００％）。このことは、逆に、反射器の前の全ての層を一緒にしたものによる光透過性、又は、５０％、７５％、９０％、及び、１００％の反射器の前の任意の単一層による光透過性も同じく、その下限を設定する。好ましい実施形態においては、最も吸収性の大きな層による光透過性は、少なくとも８０％、より好ましくは９０％、更に好ましくは９５％であり、最も好ましくは、全ての層が実質的に１００％の透過性を有する。これは、部分的には材料の選択によって達成されるが、層の薄さによっても助けられる（以下を参照されたい）。
【００３３】
反射面は、積層上の反射層、基板上の反射層、又は、固体基板によって与えることができ、又は、例えば金又はアルミニウムで形成されてもよい。上述したように、反射器が導電性か又は金属で作られている場合、それは、電極としても作用することができ、エレクトロクロミック層内に電流又はイオンを送る（エレクトロクロミック層内の電荷を変える）手段の一部を形成する。
しかし、この目的のために別個の電極を設けることができ、この場合にも反射器は金属及び／又は導電性とすることができるが、代替的には非導電性としてもよく、その典型的な例は、不活性化された金属（例えば、陽極処理されたアルミニウム）又は公知の種類の誘電性反射器である。赤外線透過性の導電材料、例えば半導体又は酸化錫を、非導電性反射器上に置くこともできる。
代替的に、多孔誘電性反射器を、積層の一端ではなく積層内、例えばイオン透過層又はイオン貯蔵層内に収容することができる。そうすることにより反射器をエレクトロクロミック層に一層近づける効果が得られるので、反射器の背後の層（例えば、イオン貯蔵層及び／又はイオン透過層）に対する光学的要件は低減されるか又は最早存在しない。
【００３４】
屈折率整合層の材料は、シリコン、ゲルマニウム、硫化亜鉛、フッ化カルシウム、及び、酸化錫から選ぶことができる。エレクトロクロミック層の上述の他方の表面における反射率は、好ましくは１０％未満、より好ましくは５％未満、更に好ましくは実質的にゼロである。エレクトロクロミック層が多結晶酸化タングステンを含み、屈折率整合層がシリコンである好ましい実施形態においては、計算される境界面反射率は４％程度である。
【００３５】
本発明の第２の態様による屈折率整合は、実数屈折率の差（Ｎ２−Ｎ３）の絶対値の差が２未満、より好ましくは１未満として定義される。エレクトロクロミック材料が多結晶酸化タングステンである場合、Ｎ２は約４である。Ｎ３を２に設定すると、算出される境界面反射率は１６．７％となり、この値はＮ３が約５５より大きくなるまでは２５％を超えることはない。Ｎ２が６といった大きな値である場合でさえも、屈折率Ｎ３が４であれば、僅か２５％の算出反射率を依然として与える。
【００３６】
おそらく反射防止層と反射器とは除外される積層の全ての層は、薄い層としてもよく、好ましくは薄い層である。好ましくは、積層のどの層又は積層のどの内部層も１ミクロンよりも大きな厚みを持たず、実施形態においては、そのような層は、厚さ０．４ミクロンを超えない。従って、積層は、その第１又は第２の表面のいずれかにおいて、基板により又は十分に厚い外部層を使用して支持されることがしばしば必要である。
【００３７】
例えば、後方反射器を基板上に置いてもよく、この場合は、それ自体公知の方法によって、基板から始めてスタックを順次底部から積み重ねてゆくことが可能であろう。基板は、ガラス又は金属、又は、例えばポリマー（後述）のような可撓性材料とすることができる。反射器は、金属フィルム又は干渉ミラーとすることができるであろう。
代替的に、上部層が適切な厚みのシリコン又は他のウエーハで屈折率整合層として作用する場合か、又は、上部反射防止積層が十分に厚い場合は、ウエーハ上にスタックを上部から底部へ置いていくことが可能であろう。
【００３８】
勿論、スタックを２つの相補的な半分の部分としてそれぞれ比較的厚い支持体上に置き、その後でそれらを接合することも可能である。更に、感受性を有する構成要素の周りにそれと合致する層を置くことによる構成要素の局所的保護のような特定の用途により、積層が成長する方法が判断されることになる。更に、基板は、十分な支持をもたらすことは必要であるが、可撓性又は剛性とすることができる。その使用寿命中にある程度の変形が予想される対象物に装置を使用する場合、可撓性基板が有用であろう。代替的に、そのような対象物は、装置の残りがそこに形成される基板として実際に役立つことがある。
【００３９】
結晶質酸化タングステン層を用いた従来技術による装置は、一般的に、空気との境界を形成するか又はせいぜい電極で覆われた酸化タングステン層の表面を有するので、酸化タングステンフィルムの反射率の変化を利用することができる。本発明は、エレクトロクロミック層による吸収性の変化に一層大きく依存しており、エレクトロクロミック層が入射光に直接露出されること、すなわち、装置の前部に隣接するか又は向くことを必要としない。後述する一実施形態においては、エレクトロクロミック層は、複数の層の下に位置し、実際に後方反射器に隣接することができる。そのような構成においては、装置の作動に必要なイオン透過層又はイオン貯蔵層のような層を含む別の層が、エレクトロクロミック層に対する屈折率整合機能を充足する。
【００４０】
すなわち、本発明の第５の態様において、本発明は、赤外線スペクトルの領域で使用するためのエレクトロクロミック装置を提供し、本装置は、エレクトロクロミック層を含む積層、及び、前記領域で比較的透明で第１の屈折率を有する第１の状態と、前記領域で比較的吸収性を有し第２の屈折率を有する第２の状態との間でエレクトロクロミック層の電荷を変化させるためにその電荷を変える手段を含み、
前記領域において少なくとも５０％の反射率を有する反射器は、エレクトロクロミック層の一方の表面に対向し、
積層は、エレクトロクロミック層の他方の表面と効果的に光学接触したイオン透過又はイオン貯蔵層を含み、
反射器までの光路は、エレクトロクロミック層がその第１の状態にある時、前記領域においてほぼ光透過性を有する。
本発明の最初の４つの態様に適用できる考察は、この第５の態様にも当てはまる。一実施形態においては、エレクトロクロミック層は、後方反射電極に直接隣接する。
【００４１】
本発明の好ましい実施形態においては、エレクトロクロミック層は、本明細書で定義したような結晶質酸化タングステンを含む。これは、３から５及び８から１２ミクロンのスペクトルウィンドウを包含する吸収帯域を示す。多結晶酸化タングステンフィルムが置かれる条件の制御は、その結晶度の程度のみならず正確な吸収スペクトル及び屈折率の制御をも可能にし、それによって本発明による装置の光学特性の調節を容易にすることが見出された。しかし、より高い屈折率の状態に切り換えられた時には、少なくとも４０％、より好ましくは少なくとも７５％、そして最も好ましくは少なくとも９０％の屈折率の増大を受けるいかなるエレクトロクロミック層に使用した場合にも本発明は有用であり得ると考えられる。
本発明による装置を使用すれば、２ミクロンよりも大きい、より好ましくは３ミクロンよりも大きい波長における光変調を達成することが可能であり、好ましい適用は、２（又は３）から１５ミクロン領域の赤外線光の変調に対するものである。
【００４２】
積層の各層の厚みと任意選択的にそれらの組成とを調節することにより、優先的に光吸収が起こる領域を調節し、これらの領域を幾分移動させることが可能である。本発明の第４の態様は、干渉構造に関するものであり、公知の方法で光をエレクトロクロミック層に集中させる手段としての干渉の使用を包含している。しかし、本発明のいずれの態様においても、例えば積層の各層の厚みを調節することによる積層の境界面における干渉及び／又は多重反射の利用は、装置が効果的である波長領域を調節するのに使用することができる。特に、エレクトロクロミック層がその第２の状態にある時、３から５ミクロンウィンドウの光の吸収に対して８から１２ミクロンウィンドウの光を優先的に吸収するように積層を構成することができる。
【００４３】
非荷電状態においては、屈折率の虚部ｋはゼロに近い。多結晶酸化タングステン内へのイオン挿入が進むにつれて、吸光率及びｋの値も増大する。しかし、これは線形過程ではなく、少なくとも２つの連続する段階を伴うように見える。第１の段階において、３から５ミクロンのウィンドウにおける吸収作用は、８から１２ミクロンのウィンドウよりも優先して発達し、後者の帯域の吸収作用は、第２の段階においてより多く発達する。従って、第２の状態で酸化タングステン層に挿入されるイオンの量が、８から１２ミクロンウィンドウの光に対する３から５ミクロンウィンドウの優先的吸収のために制御されるように、多結晶酸化タングステンを含む装置を作動させることができる。これに対して、屈折率の実部Ｎの電荷による変化は、ほぼ線形過程である。
【００４４】
本発明においては、装置に入射し、第２の状態にあるエレクトロクロミック層の第１の表面で直ちに反射される光の量は、第２の状態にあるエレクトロクロミック層と屈折率整合層との間の適切な屈折率整合により、好ましくは十分に、減少される。より多くの量の光がエレクトロクロミック層内に伝達され、そのかなりの部分が吸収されて装置から反射して出て行くことはできない。同じく反射基板を含むが「裸」の酸化タングステン層である上述の公知の従来技術装置と比べて、第２の状態で反射される光の量は、それを大きく低減することができる。
【００４５】
エレクトロクロミック層がその第１の状態にある時、屈折率整合は、全ての他の層がほぼ透過性を有するために関連度が低くなりがちであり、屈折率整合又は不整合の程度に関係なく、エレクトロクロミック層を透過したほとんどの光は、基板で反射されて装置から外に戻され、上述の第１の表面から反射された光に加わり、従って、エレクトロクロミック層がその第１の最も吸収性が小さい状態にある時は、光の大部分は反射される。これは、他の公知の従来技術装置、例えば高分子電解質を含み、エレクトロクロミック層がそのより大きな吸収性を有する状態にある時により大きな反射率を生じることができる上述の装置を用いて得られる結果と逆の結果である。
【００４６】
屈折率整合層は、透過性装置に対する使用はそれが逆効果を招くと考えられるので、そのようには提案されていないことが分かるであろう。エレクトロクロミック層が不完全な吸収材であると仮定すると、これに入射する光のある一定部分は、他方の側から逃げることになる。「透過性」状態においては、入射光の反射される部分は、整合層の存在に関わらず非常に類似であると期待される。しかし、この屈折率整合層は、「光を遮る」荷電状態にあるエレクトロクロミック層に入る光の量を増加させる働きをするので、透過光の量を増加させ、「裸」又は非屈折率整合のエレクトロクロミック層に比べて変調率を減少させる。
本発明の更なる特徴及び利点は、読者により参照される特許請求の範囲を考察することにより、また、添付図面を参照して為される本発明の好ましい典型的実施形態に関する以下の説明を読むことにより得ることができるであろう。
【００４７】
（発明を実施するための最良の形態）
全ての図面において、同等な形態に対しては同じ参照番号が使用される。
図１において、堅いガラス基板１上に例えばアルミニウム又は金などの赤外線を反射する対電極フィルム２が置かれ、その上に例えば厚さ２００ナノメートルの酸化ニッケルの赤外線を透過するイオン貯蔵層３と１００ナノメートルの酸化タンタル層のような赤外線を透過するイオン透過層４とが置かれ、更に、厚さ２００ナノメートルの非荷電多結晶酸化タングステン層５、シリコン電極層６、及び、反射防止層７が順番に続く。ここで、シリコン電極層６は、エレクトロクロミック層５に対する屈折率整合をもたらす。
いくつかの小さな反射１１（細い矢印で示す）が各層間の境界面において生じるが、主要な反射１０は、フィルム２によって与えられる。どこで反射が起っても光吸収は僅少又は皆無であり、透過も皆無であるから、結局は実質的に光の全てがこの装置から反射されて外に出ることが理解されるであろう。
【００４８】
図２は、酸化タングステン層５への水素イオン移動が生じた場合の同じ装置を示す。層７、６、及び、５の前面において少量の光反射１１は残るが、光の大部分は吸収層５に入り、そのいずれの側にも再び出現しない。いくらかの光１２が電極２まで透過される場合でさえも、その多くは戻る行程で層５に吸収されることになり、そのために反射ビーム１３の強度は非常に低い値である。
図１及び図２に示す装置の第１の変形においては、イオン貯蔵層３は、非晶質酸化タングステンから成るが、十分に薄いので低い赤外線吸収性を示す。第２の変形においては、イオン貯蔵層３は、酸化バナジウムチタンから成り、層３から層５までの間で又はそれらを横切ってリチウムイオンが移動される。
【００４９】
図３は、後方電極が、例えばアルミニウムから成る固体金属基板９によって構成された装置を示す。イオン透過性媒体を含む層８は、イオン貯蔵層３とエレクトロクロミック層５との間に位置し、更に、公知の構成の多孔誘電反射器の形態を有する反射器を含む。誘電反射器の表面は、イオン透過性媒体によって層８の境界から間隔を空けることができるであろうが、図示のようにイオン透過性媒体は液体又はゲルであって反射器の孔内に収容されており、従って、隣接する層と接触する層８の物理的境界を形成する。イオン貯蔵層５が代替的又は追加的に同様な方法で誘電反射器を含む類似の構成が可能であることが理解されるであろう。
【００５０】
図４は、上述の実施形態と比べて層３から層５までの順序が逆になった装置を示す。基板９の上にエレクトロクロミック層５が置かれ、イオン透過層４、イオン貯蔵層３、上部電極層８、及び、反射防止層又は積層７が続く。ここで、イオン透過層４は、エレクトロクロミック層５に対して屈折率整合をもたらす。
図５は、本発明による１つの半導体反射装置に関する実験結果を示しており、非荷電状態で反射率がより大きく、非荷電状態と荷電状態とにおいて、装置が約０．７の最大反射率と約０．４の最小反射率とを示すことが分かる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明による構成をエレクトロクロミック層の異なる一状態に対して装置の形で示す側面断面図である。
【図２】
本発明による構成をエレクトロクロミック層の異なる一状態に対して装置の形で示す側面断面図である。
【図３】
本発明による他の装置を示す側面断面図である。
【図４】
本発明による他の装置を示す側面断面図である。
【図５】
本発明による実験的装置の測定反射率を波長に対してプロットしたグラフである。
【図５】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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