JP2002532764A - 反射率の低い高コントラストフィルタ - Google Patents

反射率の低い高コントラストフィルタ

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Abstract

(57)【要約】 第1の外側主面に入射する光で測定すると可視光合計反射率が約2.0%未満である反射率の低い可変減衰高コントラストフィルタ。この高コントラストフィルタは、第1の外側主面を画成する反射防止用第1の手段と、その第1の外側主面と第2の外側主面との間に配置された可変減衰素子と、その可変減衰素子と第1の外側主面との間に配置された固定減衰用手段と、少なくとも1つの基材とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 背景 可視スペクトルに対する高コントラスト中性フィルタは、自己発光性電子表示
(陰極線管あるいはCRTなど)のコントラストを向上させるが、周囲光の明る
い環境で見るとコントラストが低下する場合も多いことで周知である。高コント
ラストフィルタをその観察者とディスプレイとの間に配置すると、CRTの正面
から反射される光は高コントラストフィルタを2度通過し、CRTが発する光は
この光学フィルタを1度だけ通過することになる。その結果、高コントラストフ
ィルタによって反射光の強度はCRTが発する光の強度よりも低くなるため、デ
ィスプレイのコントラストが向上する。
【0002】 ディスプレイをさまざまな周囲光の条件下で見る場合には、さまざまな密度の
高コントラストフィルタが有用である。フィルタの密度をさまざまに変更可能で
あるため、周囲の照明条件やユーザの好みに応じて、ユーザはフィルタによるコ
ントラストの向上とグレアの削減とを制御することができる。低グレア条件下(
例えば周囲光のレベルが低い)において表示色を本来の色により近くし、ディス
プレイの寿命を長期化し、明度を向上させるには、高コントラストフィルタの吸
収率が低く、透過率が高いと望ましい可能性がある。高グレア条件下においてコ
ントラストを向上させてグレアを低下させるためには、高コントラストフィルタ
の吸収率が高く、透過率が低いと望ましい可能性がある。
【0003】 さまざまな透過率フィルタあるいは減衰器に有用なデバイスが従来技術におい
て周知である。周囲の照明条件の変化に伴ってデバイスの光学密度を変化させ得
る性能を利用することにより、密度の固定されたフィルタによる表示よりも読み
易い表示が提供可能となることを期待できるが、このようなデバイスには幾つも
の欠点があり、その性能は満足のいくものではない。ディスプレイおよびディス
プレイフィルタにおいて特に重要な性能は合計反射率である。コントラストはさ
まざまな種類の減衰器により容易に向上させることができるが、鏡面反射および
他の反射による眼精疲労およびちらつきを起こさないように、反射率を極めて低
くする必要がある。従来技術で周知のユーザにより調節可能な透過率可変デバイ
スでは、材料、層および界面が多数具備されていることから、合計反射率は不当
に高くなっている。
【0004】 例えば、電流あるいは電位の印加により光学性能が変化するエレクトロクロミ
ックデバイスにより可変密度高コントラストフィルタを形成してもよい。米国特
許第4,338,000号(Kamimori他に付与)には、テレビ用のカバ
ーガラスパネルとして使用可能な可変密度エレクトロクロミック高コントラスト
フィルタが報告されている。国際特許出願第WO96/34088号には、デバ
イスの減衰制御に周囲光センサを使用してコントラストのレベルを一定に保つ陰
極線管用エレクトロクロミックデバイスが報告されている。エレクトロクロミッ
クデバイスは通常、導電材料、エレクトロクロミック材料層で形成した電極、イ
オン導電層、対極およびもう1層の導電層を多層構造である。屈折率の異なる層
の間に多数の界面があることから、反射率が累積されて高くなり、デバイスの透
過可能光量が低下し、グレア低下率も予想を下回ることになる。
【0005】 透過率可変デバイスの他の例が従来技術において周知である。電気的活性発色
団および電解液を含むデバイスが、米国特許第5,801,873号(Byke
rに付与)および同第5,808,778号(Bauer他に付与)に報告され
ている。米国特許第1,955,923号(Landに付与)および同第5,1
30,057号(Saxeに付与)には懸濁粒子を含むデバイス技術が報告され
ている。懸濁しているポリヨウ化粒子を電場により位置合わせして光学透過率を
上昇させ、電場のない状態ではこれらを弛緩させて透過率を低下させることがで
きる。米国特許第5,404,244号(VanDine他に付与)には、酸化
コーティングの蒸着層を連続して含むモノリシックエレクトロクロミックデバイ
スが開示されている。これらのすべてデバイスにおいて、光はそこに含まれるさ
まざまな構成要素、複数の界面、正面および裏面から反射される。
【0006】 さらに、密度可変フィルタを使用する場合、そのフィルタの密度可変部分に、
ディスプレイフィルタによるEMシールド、静電荷の消散、正面の反射防止など
の他の通常機能を干渉させず、非常に有用な多機能フィルタの利点を生かすこと
が望ましい。
【0007】 以上の点から、反射率の低い透過率可変高コントラストフィルタが望まれる。
【0008】 概要 本発明により、可視光に対する合計反射率が約2.0%未満、好ましくは約1
.5%未満、最も好ましくは約1.0%未満である可変減衰(すなわち可変透過
)高コントラストフィルタが得られる。
【0009】 本発明による高コントラストフィルタは通常、観察者とディスプレイ(CRT
ディスプレイなど)との間に配置されて、さまざまな照明条件下においてディス
プレイのコントラストを向上させる。任意に、本発明による高コントラストフィ
ルタをディスプレイに直接貼付けてもよい。
【0010】 第1の態様における高コントラストフィルタには、 (i)フィルタの第1の外面を画成する反射防止用第1の手段と、 (ii)反射防止用第1の手段と第2の外面との間に配置された可変減衰素子
と、 (iii)可変減衰素子と第1の外面との間に配置された固定減衰用手段と、 (iv)少なくとも1つの基材と、 を具備する。
【0011】 第2の態様における高コントラストフィルタには、 (i)フィルタの第1の外面を画成する反射防止用第1の手段と、 (ii)反射防止用第1の手段とフィルタの第2の外面との間に配置され、屈
折率が一致した層を含む可変減衰素子と、 (iii)少なくとも1つの基材と、 を具備する。
【0012】 好適実施態様では、本発明による高コントラストフィルタの第2の外側主面を
画成する反射防止用第2の手段が設けられている。この反射防止用手段は反射防
止膜であると好ましく、多層式反射防止膜であればより好ましい。さらに好適な
実施態様における反射防止用第1の手段は多層式固定減衰反射防止膜である。
【0013】 別の好適実施態様では、電極対極、イオン導電層、および2層の導電層を含む
複数層構造のエレクトロクロミックデバイスが可変減衰素子である。このエレク
トロクロミックデバイスでは屈折率が一致していると好ましい。つまり、エレク
トロクロミックデバイスを構成する層の屈折率が互いにほぼ等しい。
【0014】 詳細な説明 本発明により、可視光に対する合計反射率が約2.0%未満、好ましくは約1
.5%未満、最も好ましくは約1.0%未満である反射率の低い高コントラスト
フィルタが得られる。本明細書でいう用語「可視光に対する合計反射率」とは、
デバイスから反射される可視光量を指し、デバイスに入射する光の百分率として
表す。本願を通して使用する「可視光」とは、波長が400nm〜700nmで
ある電磁放射線をさす。
【0015】 図1を参照すると、本発明による高コントラストフィルタの第1の実施例を示
す略断面図が示されている。高コントラストフィルタ10には第1の外側主面1
2と第2の外側主面14とがある。第1および反射防止手段が反射防止層16の
形態で設けられて、この第1の外側主面12を画成している。この第1の外側主
面12と第2の外側主面14との間に配置されているのが、可変減衰素子22で
ある。高コントラストフィルタ10には、固定減衰手段24も具備されている。
固定減衰手段24は、可変減衰素子22と第1の外側主面12との間に配置され
た層として示されている。この素子および層は単層として図示しているが、各素
子あるいは層を複数の総、コーティング、基材などで構成してもよいことを理解
されたい。
【0016】 高コントラストフィルタ10には、少なくとも1つの透明基材26も具備され
ている。図1における透明基材26は、固定減衰手段24と可変減衰素子22と
の間に配置されている。任意に、本発明による高コントラストフィルタに、1つ
を超える基材を具備することができる。適した基材の例として、ガラスあるいは
ポリマーフィルムが挙げられる。通常、この基材を出発材料(すなわち担持層)
として使用して、これに、本発明による高コントラストフィルタを構成するさま
ざまな層(単数あるいは複数)あるいはコーティング(単数あるいは複数)を適
用する。この基材を高コントラストフィルタの異なる位置に配置するだけで、本
発明による高コントラストフィルタのさまざまな実施態様を製造可能であること
を理解されたい。任意に、基材をフィルタ内に含まれる素子の1つの一部として
もよい。例えば、着色したポリマーフィルムに、基材と固定減衰素子との双方の
機能を持たせることができる。
【0017】 使用時には高コントラストフィルタ10を観察者28とディスプレイ30との
間に配置する。第1の外側主面12が観察者28の側にくるように配置する。第
2の外側主面14はディスプレイ側となる。任意に、第2の外側主面をディスプ
レイ30に直接貼付ける、あるいは積層してもよい。固定減衰手段24は、観察
者28と可変減衰素子22との間に配置する。ディスプレイ30は、自己発光型
ディスプレイなど、いずれの種類のディスプレイでもよい。ディスプレイ30か
ら発せられる光はフィルタ10を通過して観察者28に到達する。
【0018】 図1aを参照すると、本発明による高コントラストフィルタの好適実施例を示
す略断面図が示されている。高コントラストフィルタ40には、反射防止膜42
の形態で設けられた第2の反射防止手段が具備されている。反射防止膜42が高
コントラストフィルタ40の第2の外側主面14を画成している。
【0019】 図1bを参照すると、本発明による高コントラストフィルタの好適実施例を示
す略断面図が示されている。この実施例において、固定減衰手段および反射防止
手段は、固定減衰反射防止膜44として設けられている。
【0020】 図2を参照すると、本発明による高コントラストフィルタを示す略断面図が示
されている。高コントラストフィルタ50には、第1の外側主面52と第2の外
側主面54とがある。第1の反射防止手段は反射防止膜56の形態で設けられて
おり、これが第1の外側主面52を画成している。反射防止膜56と第2の外側
主面54との間に可変減衰素子58が配置されている。可変減衰素子58には、
屈折率が一致した複数層が具備されている。
【0021】 使用時には高コントラストフィルタ50を観察者28とディスプレイ30との
間に配置する。第1の外側主面52が観察者28の側にくるように配置する。第
2の外側主面54はディスプレイ側となるように配置される。任意に、第2の外
側主面をディスプレイ30に直接貼付ける、あるいは積層してもよい。ディスプ
レイ30から発せられる光はフィルタ50を通過して観察者28に到達する。
【0022】 固定減衰器 本発明の高コントラストフィルタに対するさまざまな実施態様には、固定減衰
用手段が具備される。この固定減衰器の機能は、ディスプレイから発せられる光
、ディスプレイから反射される光、および/または高コントラストフィルタ自体
の表面あるいは界面から反射される光を減衰(すなわち低減)することである。
例えば、固定減衰手段により、可変減衰素子が含む界面からの反射光を減衰して
もよい。この固定減衰器をできるだけ第1の外側主面に近づけて配置すると好ま
しい。しかしながら、反射防止手段、基材、素子の大半と第1の外側主面との間
に配置された可変減衰素子層内に、あるいは同様に配置された別個の素子内に、
有用な固定減衰手段(すなわち透過率可変素子および他の界面からの反射光を低
減する手段)を組み入れてもよい。例えば、エレクトロクロミックデバイスの透
明な導体を変更して固定減衰手段としてもよい。
【0023】 適した固定減衰器の例として、ティンテッドガラスあるいはポリマー フィル
ム、ティンテッド無機材料あるいはポリマー材料のコーティング、あるいは金属
薄層が挙げられる。ティンテッド無機材料の例として、着色金属酸化物(一部酸
素を欠くTiOxなどの遷移金属酸化物)および金属窒化物や金属カーバイドな
どの非酸化物が挙げられる。ティンテッドポリマー材料の例として、染料および
/または顔料を含むポリオレフィン、ポリアクリレート、あるいはポリエステル
、あるいはポリイミドなどの光学的に吸収性であるポリマーが挙げられる。金属
コーティングの例として、銀、アルミニウム、金などの薄層が挙げられ、これら
を、蒸着あるいはスパッタコーティングなどの周知の技術により蒸着することが
できる。固定減衰器には、米国特許第4,073,571号(Ginberg他
に付与)および同第5,235,443号(Barnik他に付与)に報告され
ているように円形偏向フィルムを、あるいは米国特許第5,254,388号(
Melby他に付与)に報告されているようにマイクロルーバ構造光制御フィル
ムを具備してもよい。
【0024】 固定減衰器の好適な可視光透過率は、高コントラストフィルタに所望スル光透
過率範囲、フィルタ内における界面反射量(すなわち内側層反射率)、高コント
ラストフィルタに所望する最大反射率などの要因に依存する。一般に、固定減衰
器の可視光透過率は、フィルタ内の界面からの反射光を低減できるように十分に
低いものでなければならない。通常、固定減衰器の可視光透過率は約50%〜9
0%であり、約65%〜80%であればより好ましく、約70%であれば最も好
ましい。
【0025】 反射防止手段 本発明による高コントラストフィルタの実施態様に、1つ以上の反射防止用手
段を具備することができる。この反射防止用手段は従来技術で周知の反射防止膜
であればいずれでもよい。反射防止膜を単層コーティングの形態で設けても、多
層コーティングの形態で設けてもよい。空気との界面用の単純な反射防止膜であ
れば、蒸着対象である基材(すなわちその界面に隣接する材料)の屈折率よりも
屈折率が低い透明材料の単層とする。この層の厚さは約520nmの波長におい
て約4分の1波長でよい。この層の屈折率は、基材の屈折率の平方根にほぼ一致
させることができる。多層式反射防止膜であれば、透明な導電材料の2層以上を
基材に蒸着することにより製造可能である。この場合、少なくとも1層の屈折率
を、基材の屈折率より高くする。多層系であれば通常、少なくとも3層を具備す
る。第1あるいは最も外側の層の屈折率を基材の屈折率よりも低くし、その光学
的膜厚を約520nmの波長において約4分の1波長とする。第2あるいは中間
層の屈折率は基材の屈折率よりも高くし、その光学的膜厚は約520nmの波長
において約2分の1波長とする。第3の層の屈折率は基材の屈折率よりも高く、
かつ第2の層の屈折率よりも低くする。この第3の層の膜厚は約520nmの波
長において約4分の1波長とする。米国特許第3,432,225号(Lock
hart他に付与)には、4層式反射防止膜が報告されている。好適な反射防止
膜の例として、米国特許第5,105,310号(Dickeyに付与)に報告
されているものが挙げられる。反射防止層を、基材および透明な導体など、異な
る屈折率(すなわち屈折率が不一致)の2層の間に配置してもよい。
【0026】 固定減衰手段および反射防止手段に、組み合わせた素子あるいは複数の素子を
具備することができる。各素子は、単層からなっていても複数層からなっていて
もよい。通常1層以上を設けて、固定減衰および反射防止の双方の機能を持たせ
る。固定減衰手段を、反射防止手段内に組み入れても、これに隣接させても、あ
るいは別個に設けてもよい。好適実施態様における反射防止手段と固定減衰手段
とは、1つの固定減衰反射防止膜として設けられている。このような固定減衰反
射防止膜は米国特許第5,091,244号(Biornardに付与)に報告
されている。これら固定減衰反射防止膜には、可視光に対して実質的に透明で、
屈折率を約1.35〜1.9とする材料を含む第1の層が具備されている。この
第1の層の光学的膜厚は約480〜560nmにおいて約4分の1波長である。
この第1の層が、高コントラストフィルタの第1の外側主面を構成する。この膜
にはさらに、厚さを約5〜40nmとする遷移金属窒化物を含む第2の層を具備
する。この膜の第3の層には、可視光に対して実質的に透明であり、屈折率を約
1.35〜2.65とする材料を含む。この第3の層の光学的膜厚は、約480
〜560nmにおいて約4分の1波長以下である。この膜のさらに第4の層には
、厚さを約5〜40nmとする遷移金属窒化物を実質的に含む。この膜には任意
に、可視光に対して実質的に透明であり、屈折率を約1.35〜2.65とする
材料の第5の層を含んでもよい。この第5の層の光学的膜厚は約480〜560
nmにおいて4分の1波長以下とする。遷移金属窒化物の例として、チタン、ジ
ルコニウム、ハフニウム、バナジウム、タンタル、ニオブおよびクロムが挙げら
れる。これらの固定減衰反射防止膜は、窒素あるいはアンモニアを含有できる大
気中にてDC反応性スパッタリングにより適用すると好ましい。特に好適な固定
減衰反射防止膜は、ミネソタ州FaribaultのViratec Thin
Films,Inc.から「TDAR」として入手可能である。
【0027】 本発明による高コントラストフィルタには、可変減衰素子も具備する。本明細
書でいう「可変減衰」とは、素子の可視光透過率が、少なくとも2つの可視光透
過率の間で変更可能あるいは調節可能であることをいう。本明細書でいう「可視
光透過率」とは、フィルタ、素子、層、膜あるいは基材を通過する可視光量をさ
し、そのフィルタ、素子、層、膜あるいは基材に入射した光の百分率で表すもの
である。可変減衰素子の可変可視光透過率が連続的あるいは無制限であると好ま
しい。この可視光透過率の範囲が約35%〜75%であると好ましい。この可変
減衰素子には、多分散系液晶デバイス、懸濁ポリヨウ化材料、あるいは電解液中
の発色団などの複数の光変調デバイス類のいずれを含むことも可能である。この
可変減衰素子には通常、複数層を具備し、これらの層の例として透明な導体およ
び光学的機能層が挙げられ、これに無機材料、有機材料、複合材料、あるいはこ
れらの組み合わせを含有することができる。この可変減衰素子がエレクトロクロ
ミックデバイスであると好ましい。本明細書でいう「エレクトロクロミック」は
、電流あるいは電位の印加により変化する光学性能を有する材料をさす。エレク
トロクロミックデバイスは従来技術で周知であり、通常、導電材料層、エレクト
ロクロミック材料層から形成された電極、イオン導電層、対極、およびもう1層
の導電層を含む多層構造である。
【0028】 図3を参照すると、エレクトロクロミック可変減衰素子60の略断面図が示さ
れている。可変減衰素子60には、電極62、対極64、およびイオン導電層6
6が具備されている。イオン導電層66は電極62と対極64との間に配置され
ている。電極62、対極64、およびイオン導電層66は、第1の導電層68と
第2の導電層70との間に配置されている。この第1および第2の導電層68お
よび70はそれぞれ、電極62および対極64と電気的に接触しており、電極6
2および対極64はイオン導電層66と電気的に接触している。エレクトロクロ
ミック可変減衰素子60にさらに、1層以上の基材72および74を具備しても
よい。
【0029】 低電圧電池76およびスイッチ78を導電線80および82により素子60に
接続する。素子60の光学性能を変更するには、素子60を通過する電位が電池
76から流れる際にスイッチ78を閉じる。電池の極性により、流れる電位の性
質が決定されて、素子60の光学性能が変更される。
【0030】 電極62をエレクトロクロミック材料(すなわち、酸化状態に応じて光学性能
が可逆的に変更可能な材料)から形成すると好ましい。電極62の厚さは通常、
「着色された」状態においても、高コントラストフィルタの透明度の低減程度が
許容範囲であるように設定する。適したエレクトロクロミック材料の例として、
酸化モリブデン、酸化ニッケル、酸化イリジウム、酸化ニオブ、酸化チタン、酸
化タングステン、およびこれらの混合物が挙げられる。無定形三酸化タングステ
ン(すなわちWO3)が好適材料である。
【0031】 対極64は通常、イオンを貯蔵し、適した電位に応じてそのイオンを放出して
電極62まで透過させられる材料で形成する。対極64の厚さを、十分な量のイ
オンを電極62まで透過させられ、これによる色の変化が許容範囲に収まるよう
に設定すると好ましい。対極材料によっては、通電変色性であるため、電位の印
加に応じてイオンを放出あるいは受容することにより光学性能が変化する。適し
たエレクトロクロミック対極材料の例として、酸化バナジウム、酸化ニオブ、酸
化インジウム、酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化モリブデンおよびこれらの混
合物が挙げられる。酸化バナジウムが好適な対極材料である。
【0032】 場合によっては、電極62と対極64とを相補的なエレクトロクロミック材料
で製造すると有利になる可能性がある。相補的なエレクトロクロミック材料とは
、一方の材料はイオンを獲得により可視光透過率が低下し、もう一方の材料はイ
オンの損失により可視光透過率が低下することをいう。相補的エレクトロクロミ
ック材料を使用する場合、一方のエレクトロクロミック材料からそれに対して相
補的なエレクトロクロミック材料にイオンが移動すると、双方の材料の可視光透
過率が同時に変化するため、可視光透過率の変化が大きくなる。適したエレクト
ロクロミック材料の例として、イオンを獲得すると可視光透過率が低下する三酸
化タングステン (すなわちWO3)と、イオンの損失により可視光透過率が低
下する五酸化バナジウム(すなわちV25)とが挙げられる。
【0033】 イオン導電層66は、電極62と対極64との間でイオンを移動させる媒質で
ある。リチウムイオンを透過させるイオン導電層66に適した材料の例として、
ケイ酸リチウム、ホウケイ酸リチウム、ケイ酸アルミニウムリチウム、ニオブ酸
リチウム、窒化リチウムおよびフッ化アルミニウムリチウムが挙げられる。水素
イオン用の適した材料の例として、五酸化タンタルおよび二酸化ケイ素が挙げら
れる。メトキシポリエチレンオキシドメタクリレートおよびリチウムパーフルオ
ロブタンスルホン酸塩、あるいはリチウムトリフルオロメタンスルホンイミド(
ミネソタ州St.PaulのMinnesota Mining and Ma
nufacturing CompanyからHQ−115として市販)を含む
材料であればイオン導電層66に好適な材料である。メトキシポリエチレンオキ
シドメタクリレートを、2,2−ジメトキシ−2−フェニルアセトフェノン(ペ
ンシルバニア州ExtonのSartomer Corp.から「KB1」とし
て市販)などのフリーラジカル光開始剤の存在下において紫外線に曝露して光硬
化させると好ましい。
【0034】 エレクトロクロミックデバイス60を、反射率の低い可変減衰素子とすると好
ましい。透過率可変素子であると、屈折率の異なる材料による幾つかの層を通常
含むために界面による反射が起こることから、合計反射率が不当に高くなる傾向
にある。デバイスが含む層の屈折率を一致させることにより合計反射率を低下さ
せることができる。本明細書でいう表現「屈折率の一致」あるいは「屈折率を一
致させる」とは、デバイスを構成する複数層の屈折率がほぼ互いに等しいエレク
トロクロミックデバイスを説明するために使用するものである。この素子内の隣
接層の中では屈折率の最も異なる対でも0.4以下であると好ましい。
【0035】 エレクトロクロミックデバイス60には、本発明による高コントラストフィル
タに使用するために十分に屈折率の一致した層を具備すると好ましい。すなわち
、これらの層の屈折率を十分に一致させることにより、可視光合計反射率が約2
.0%未満である高コントラストフィルタを形成する。この高コントラストフィ
ルタが、屈折率の一致した可変減衰素子および固定減衰素子を含むとより好まし
い。
【0036】 イオン導電層66が、界面反射を発生させる重要な原因となり得る。この反射
は、本発明による高コントラストフィルタの効果を低減する場合がある。例えば
、メトキシポリエチレンオキシドメタクリレートおよびLi塩を含むイオン導電
層の屈折率は約1.4未満である。電極62および対極64は通常、屈折率が約
1.7以上である金属酸化物などのエレクトロクロミック材料から形成される。
このように電極層(すなわち電極62および対極64)とイオン導電層66との
屈折率が異なると、これらの層間の界面における可視光に対する反射率が高くな
る可能性がある。本発明による高コントラストフィルタでは、電極層およびイオ
ン導電層66に屈折率調整剤を組み入れて、これらの屈折率の差異を低減すると
好ましい。こうして、電極層の屈折率をイオン導電層66の屈折率にさらに近づ
ける。エレクトロクロミック金属酸化物層の屈折率を低減するための適した反応
性屈折率調節剤は二酸化ケイ素(すなわちSiO2)である。有利なことに、二
酸化ケイ素をエレクトロクロミック金属酸化物に添加して、その屈折率を約2.
0から約1.8に低下させることができる。通常、約25容量%の二酸化ケイ素
を金属酸化物フィルムに添加する。重合化メトキシポリエチレンオキシドメタク
リレートのイオン導電層の屈折率を上昇させる適した屈折率調整剤は2−ブロモ
ナフタレンである。有利なことに、2−ブロモナフタレンを添加すると、重合化
メトキシポリエチレンオキシドメタクリレートの屈折率を約1.4から約1.5
に上昇させることができる。通常、約25重量%の2−ブロモナフタレンを、層
を形成する前に、イオン導体を含むリチウム塩とメトキシポリエチレンオキシド
メタクリレートとの混合物に直接添加する。これにより、電極層とイオン導電層
との間の屈折率差異を約0.6から約0.3まで低下させることができる。
【0037】 第1および第2の導電層68および70は、適切で透明な導電体材料であれば
いずれでもよい。層68および70を形成する材料同志は同一である必要はない
。適した材料の例として、ドープしたスズ酸化物、ドープした酸化亜鉛、スズを
ドープした酸化インジウムが挙げられる。フッ素化酸化スズが好適材料である。
通常、導電材料はガラスなどの透明基材上に蒸着される。一方の面フッ素化酸化
スズをコーティングしたにガラスシートが、オハイオ州ToledoのLibb
y−Owens−Fordから「TECH 15」として市販されている。TE
CH 15には、もう1つの大きな反射率源である透明な導体とガラス基材との
間の界面における反射率を低減させる手段も含まれている。
【0038】 エレクトロクロミック可変減衰素子100の好適実施例を図3aに示す。この
好適実施例において、導電層68および70にはそれぞれ、露出した主面86お
よび84がある。これら露出主面84および86が、導電線82および80の導
電層70および68への装着箇所となっている。封水剤層88および90を、可
変減衰素子100を構成するさまざまな層の縁部に適用すると好ましい。適した
封水剤の例として、ポリイソブチレン(オハイオ州ClevelandのTre
mco Inc.から「760−26x」として市販)などが挙げられる。
【0039】 エレクトロクロミック素子を構成する各層の蒸着には、別々の連続状の個別層
が形成できる方法であれば周知の技術を用いてよい。その具体的な各層の蒸着方
法は、蒸着する材料、蒸着する層の厚さなどを含む幾つかのパラメータに依存す
る。RFスパッタリング、化学蒸着、プラズマ化学蒸着、ゾルゲル手法および、
薄膜を蒸着する他の方法などの蒸着技術を通常利用する。
【0040】 以下の非制限的実施例により本発明をさらに説明する。
【0041】 実施例 一般手順I(酸化タングステン前駆物質溶液の調製) 酸化タングステン前駆物質溶液を以下の手順で調製した。まず、メタタングス
テン酸アンモニウム(NH4WO3)99.99%+の20gを脱イオン水100
g内に溶解した。このメタタングステン酸アンモニウム溶液を、Amberli
te IR 120TM(ニューヨーク州Fluka Chemical Cor
p.から市販)酸性イオン交換樹脂約90cm3を含むイオン交換樹脂柱を用い
て酸性化した。この溶液をこの樹脂柱に添加して、約50〜70cm3/分の制
御速度で溶出させた。この樹脂柱からの溶出液のpHをpH計で監視した。この
溶出液のpHが2を下回ったところで、溶出液の収集を開始した。およそ130
ミリリットルの溶出液を収集した。溶出液130mlに対して30重量%過酸化
水素溶液の10gを添加した。こうして得た混合物を室温で約30分間攪拌し、
回転式蒸発器内にて40℃で乾燥させた。得られた乾燥粉末を60℃の無水エタ
ノール90ml内に溶解した。この乾燥粉末の溶解にはおよそ1〜2時間かかっ
た。溶解した後、脱イオン水5ミリリットルをこの溶液に添加した。次に、この
溶液を90分間約77℃にて還流させた。得られた溶液には約18重量%の酸化
タングステンが含有されており、室温における粘度は2.5センチストークであ
った。この酸化タングステン溶液25mlに、エタノール10ml内にケイ酸エ
トキシド3ml(ウィスコンシン州MilwaukeeのAldrich Ch
emical Co.からカタログ番号33,385−9として市販)を含有す
る溶液を添加した。
【0042】 一般手順II(酸化バナジウム前駆物質溶液の調製) 適量のNaVO3粉末を水に溶解して、メタバナジン酸ナトリウム(NaVO3 )の8重量%溶液を調製した。このNaVO3と水とを、NaVO3粉末が完全に
溶解するまで数時間攪拌した。メタバナジン酸ナトリウム溶液4700gをAm
berlite IR−120イオン交換樹脂(ニューヨーク州Fluka C
hemical Corp.から市販)3600ミリリットルで酸性化して、p
Hが2未満のバナジン酸溶液を調製した。酸性化した直後、このバナジン酸溶液
の一部4500gを、水酸化リチウム水和物の12重量%水溶液(LiOH・H 2 O)で中和した。得られた酸性バナジン酸リチウム溶液のpHは約5.30で
あった。溶液中のバナジウムに対するリチウムの比率は、誘導結合プラズマ発光
分光分析装置を使用して測定したところ、0.53〜1.00であった。このバ
ナジン酸リチウム溶液の固形含有量は3重量%であった。この酸性バナジン酸リ
チウム溶液の分取量760gを回転式真空蒸着により40℃で乾燥させてオレン
ジ色の固形物を得た。この固形物をエタノール380g内に溶解させた。この溶
解を室温にて数時間かけて行った後、沸点にて少なくとも一時間還流させた。還
流後、少量の不溶固形分が残留したため沈殿させたところ、透明なオレンジ色の
酸化バナジウム先駆物質溶液が得られた。
【0043】 実施例1 図4に図示した高コントラストフィルタ102を以下の手順にしたがって製造
した。
【0044】 サブアセンブリ118の準備 第1の導電層112を具備する基材110を、透明なフッ素化酸化鈴コーティ
ングを施した25.4cm(10in)×27.9cm(11in)のガラスシ
ート(Libby−Owens−Fordから「TECH−15」として市販)
の形態で準備した。次に、約70%の可視光透過率である固定減衰反射防止コー
ティング114を、基材110のうち導電層112とは反対側の主面にスパッタ
リングした。固定減衰反射防止コーティング114を、ミネソタ州Fariba
ultのViratec Thin Films Inc.(「TDAR−70
」として市販)製装置により塗布した。この固定減衰反射防止コーティングの上
にポリエチレンカバーシート(図示せず)を適用した。これに引き続き、電極1
16を第1の導電層112上に適用した。基材110を、一般手順Iにしたがっ
て調製した酸化タングステン先駆物質溶液1.5リットル内に含浸させて、電極
116を適用した。基材110を酸化タングステン先駆物質溶液から、約20c
m/分の速度で引き抜いた。第1の導電層112の露出面121にはコーティン
グを施さず、導電線113を装着する箇所とした。酸化タングステン先駆物質溶
液をコーティングした後、ポリエチレンカバーシートを固定減衰反射防止コーテ
ィングから剥離した。次に、酸化タングステン先駆物質コーティングに、10分
間225℃で箱型炉内において熱処理を加えた。電極116を適用したことによ
る増量値を特定し、酸化タングステンの密度を5.00g/cm3として電極の
コーティング厚さを算出した。電極116の厚さは約3000オングストローム
となった。
【0045】 サブアセンブリ128の準備 第2の導電層122を具備する基材120を、透明なフッ素化酸化スズコーテ
ィングを施した25.4cm(10in)×27.9cm(11in)のガラス
シート(Libby−Owens−Fordから「TECH−15」として市販
)の形態で準備した。次に、約95%の可視光透過率である反射防止コーティン
グ124を、基材120のうち導電層122とは反対側の主面にスパッタリング
した。反射防止コーティング124を、ミネソタ州FaribaultのVir
atec Thin Films Inc.(「CDAR−95」として市販)
製装置により塗布した。この反射防止コーティングの上にポリエチレンカバーシ
ートを適用した。これに引き続き、対極126を第2の導電層122上に適用し
た。基材120を、一般手順IIにしたがって調製した酸化バナジウム先駆物質
溶液1.5リットル内に含浸させて、対極126を適用した。第2の導電層12
2の露出面123にはコーティングを施さず、導電線119を装着する箇所とし
た。基材120を酸化バナジウム先駆物質溶液から、約22cm/分の速度で引
き抜いた。酸化バナジウム先駆物質溶液をコーティングした後、ポリエチレンカ
バーシートを反射防止コーティングから剥離した。次に、乾燥させた酸化バナジ
ウム先駆物質コーティングに、20分間190℃で箱型炉内において熱処理を加
えた。対極126を適用したことによる増量値を特定し、酸化バナジウムの密度
を5.00g/cm3として対極のコーティング厚さを算出した。電極126の
厚さは約3000オングストロームとなった。
【0046】 サブアセンブリ118および128を組立てるまで乾燥窒素環境内に保管した
。以下に説明するようにイオン導電接着剤層130を用いてこれらのサブアセン
ブリ118および128を積層することによりデバイスを組立てた。
【0047】 イオン導電接着剤130の準備 イオン導電接着剤層130を電極116と対極126との間に配置する液体樹
脂として調製し、硬化した。この液体樹脂は、表1に示す成分を組み合わせるこ
とにより調製した。
【0048】
【表1】
【0049】 厚さ約51ミクロメートル(0.002in)のスペーサテープ(ミネソタ州
St.PaulのMinnesota Mining and Manufac
turing CompanyからNo.810として市販)を電極116の縁
部周囲に巻き、およそ30ミリリットルの液体樹脂をデ匿116の表面上に配置
して、サブアセンブリ118とサブアセンブリ128とを積層した。次に、サブ
アセンブリ128を押圧してスペーサテープに密着させ、液体樹脂が対極126
を湿潤するようにした。余分な樹脂をアセンブリの縁部から除去した後、このア
センブリを5分間、複数の15ワットUVランプ(Sylvaniaから「TY
PE 350 BACKLIGHT BULBS」として入手可能)に曝露した
。これらのランプは、白い拡散反射体を具備する標準蛍光灯固定部に配置したも
のである。
【0050】 こうして得られた高コントラストフィルタを、導電層112および122にそ
れぞれ接続された導電線113および119を介してDC電源117に接続した
。このDC電源は、9ボルト電池と、導電線間に印可する予め定められた電圧の
極性を逆転でき、予め定められた時間経過後、あるいはスイッチ115を開くこ
とにより電力回路を開くための計時、切換、および電圧制御回路とを具備したも
のであった。
【0051】 本発明により得られた高コントラストフィルタの可視光透過率は約25%〜5
5%であり、カラーCRTディスプレイとの併用によるコントラスト向上に適し
ていることがわかった。このデバイスに、1000サイクルにわたり極性を交互
させながら2.5ボルトの電圧を印可して寿命試験を行ったところ、1000サ
イクルにわたり、可視光透過率範囲および光学密度の全周期に必要な合計電荷移
動は実質的に一定であった。
【0052】 比較例A〜比較例C 比較例A この比較例は、以下の点を除き、実施例1と同様に準備した。第1に、固定減
衰反射防止膜114と反射防止膜124とを省略した。第2に、酸化タングステ
ン先駆物質溶液からケイ酸エトキシド/エタノール溶液を省略し(一般手順Iを
参照)、イオン導電接着剤配合物から2−ブロモナフタレンを省略した(表1を
参照)。
【0053】 比較例B この比較例は、固定減衰反射防止膜114と反射防止膜124とを省略した点
を除き、実施例1と同様に準備した。
【0054】 比較例C この比較例は、酸化タングステン先駆物質溶液からケイ酸エトキシド/エタノ
ール溶液を省略し(一般手順Iを参照)、イオン導電接着剤配合物から2−ブロ
モナフタレンを省略した(表1を参照)点を除き、実施例1と同様に準備した。
【0055】 反射率の測定 絶対スペ反射率接続機構を備えたShimadzu model UV PC
3101分光光度計(Shimadzu Corp.から市販)を用いて、実
施例1および比較例A〜比較例Cの反射率を測定した。得られた結果を表2に示
す。この分光光度計ビームは、表2に示したデバイスの側部に入射した。
【0056】
【表2】
【0057】 当業者であれば本発明に対するさまざまな修正および変更を本発明の範囲およ
び趣旨を逸脱することなく加えられることが明白であろう。本発明は、本明細書
に記載した例示的実施例により不当に制限されるものでないことを理解されたい
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明による高コントラストフィルタの第1の実施例を示す略断面図である。
【図1a】 本発明による高コントラストフィルタの第2の実施例を示す略断面図である。
【図1b】 本発明による高コントラストフィルタの第3の実施例を示す略断面図である。
【図2】 本発明による高コントラストフィルタの第4の実施例を示す略断面図である。
【図3】 可変減衰素子を示す略断面図である。
【図3a】 可変減衰素子を示す略断面図である。
【図4】 本発明による高コントラストフィルタの第5の実施例を示す略断面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SL,SZ,TZ,UG,ZW ),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU, TJ,TM),AE,AL,AM,AT,AU,AZ, BA,BB,BG,BR,BY,CA,CH,CN,C R,CU,CZ,DE,DK,DM,EE,ES,FI ,GB,GD,GE,GH,GM,HR,HU,ID, IL,IN,IS,JP,KE,KG,KP,KR,K Z,LC,LK,LR,LS,LT,LU,LV,MA ,MD,MG,MK,MN,MW,MX,NO,NZ, PL,PT,RO,RU,SD,SE,SG,SI,S K,SL,TJ,TM,TR,TT,TZ,UA,UG ,UZ,VN,YU,ZA,ZW (72)発明者 バッド,ケントン ディー. アメリカ合衆国,ミネソタ 55133−3427, セント ポール,ピー.オー.ボックス 33427 (72)発明者 ベイリー,ジョン イー. アメリカ合衆国,ミネソタ 55133−3427, セント ポール,ピー.オー.ボックス 33427 (72)発明者 フリー,マシュー エイチ. アメリカ合衆国,ミネソタ 55133−3427, セント ポール,ピー.オー.ボックス 33427 (72)発明者 セイル,スコット ジー. アメリカ合衆国,ミネソタ 55133−3427, セント ポール,ピー.オー.ボックス 33427 Fターム(参考) 2H048 CA01 CA04 CA05 CA14 CA19 CA23 CA24 2K001 AA06 CA08 CA09 CA20 CA37 CA38 FA06 2K009 AA03 BB02 BB11 DD04 FF02 5C032 AA02 EE01 EE03 EF01 EF02 5C058 BA08 DA01 DA03

Claims (30)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1の外側主面と第2の外側主面とを含む反射率の低い高コ
    ントラストフィルタであって、 (i)該第1の外側主面を画成する反射防止用第1の手段と、 (ii)該第1の外側主面と該第2の外側主面との間に配置された可変減衰素
    子と、 (iii)該可変減衰素子と該第1の外側主面との間に配置された固定減衰用
    手段と、 (iv)少なくとも1つの基材と、 を含み、該第1の外側主面に入射する光で測定すると可視光合計反射率が約2.
    0%未満であるフィルタ。
  2. 【請求項2】 前記第1の外側主面に入射する光で測定すると可視光合計反
    射率が約1.5%未満である請求項1に記載の高コントラストフィルタ。
  3. 【請求項3】 前記第1の外側主面に入射する光で測定すると可視光合計反
    射率が約1.0%未満である請求項1に記載の高コントラストフィルタ。
  4. 【請求項4】 前記可変減衰素子が屈折率の一致した層を含む請求項1に記
    載の高コントラストフィルタ。
  5. 【請求項5】 前記反射防止手段用第1の手段と前記固定減衰用手段とが、
    固定減衰防止膜の形態で設けられている請求項1に記載の高コントラストフィル
    タ。
  6. 【請求項6】 前記固定減衰反射防止膜が、可視光に対して実質的に透明な
    材料を含み、屈折率が約1.35〜1.9であり、光学的膜厚が約480nm〜
    約560nmの間にて約4分の1波長であり、かつ前記第1の外側主面を画成す
    る第1の層と、遷移金属窒化物を含み、約5nm〜40nmの厚さである第2の
    層と、可視光に対して実質的に透明な材料を含み、屈折率が約1.35〜2.6
    5であり、光学的膜厚が約480nm〜約560nmの間にて約4分の1波長以
    下である第3の層と、実質的に遷移金属窒化物を含み、約5nm〜40nmの厚
    さである第4の層と、可視光に対して実質的に透明な材料を含み、屈折率が約1
    .35〜2.65であり、光学的膜厚が約480nm〜約560nmの間にて約
    4分の1波長以下である第5の層と、実質的に遷移金属窒化物を含み、約5nm
    〜40nmの厚さである第6の層とを含む請求項5に記載の高コントラストフィ
    ルタ。
  7. 【請求項7】 前記遷移金属窒化物層が、窒化チタン、窒化ジルコニウム、
    窒化ハフニウム、窒化バナジウム、窒化ニオブ、窒化タンタル、窒化クロムから
    なる群から選択された材料を実質的に含む請求項6に記載の高コントラストフィ
    ルタ。
  8. 【請求項8】 前記第2の外側主面を画成する反射防止用第2の手段をさら
    に含む請求項1に記載の高コントラストフィルタ。
  9. 【請求項9】 前記可変減衰素子が、 (i)エレクトロクロミック材料で形成され、第1の屈折率を有する電極と、 (ii)第2の屈折率を有する対極と、 (iii)該電極と該対極との間でイオンを伝導し、第3の屈折率を有するイ
    オン導電層と、 を含むエレクトロクロミックデバイスであって、電位を印加するように第1の導
    電層と第2の導電層との間に配置されており、該第1の屈折率と該第3の屈折率
    との差異が約0.4未満であり、該第2の屈折率と該第3の屈折率との差異が約
    0.4未満である請求項1に記載の高コントラストフィルタ。
  10. 【請求項10】 前記固定減衰用手段が、色合いのあるポリマー材料、色合
    いのある無機材料、金属コーティング、円形偏光フィルム、あるいはマイクロル
    ーバ構造フィルムを含む請求項9に記載の高コントラストフィルタ。
  11. 【請求項11】 前記色合いのあるポリマー材料が、染色ポリエステルフィ
    ルム、染色ポリオレフィンフィルム、染色ポリアクリレートフィルム、顔料ポリ
    エステルフィルム、顔料ポリオレフィンフィルム、顔料ポリアクリレートフィル
    ム、あるいはこれらの組み合わせである請求項10に記載の高コントラストフィ
    ルタ。
  12. 【請求項12】 前記金属コーティングが、銀、アルミニウム、金、あるい
    はこれらの組み合わせを含む請求項10に記載の高コントラストフィルタ。
  13. 【請求項13】 前記電極が、酸化タングステンおよび二酸化ケイ素を含む
    請求項9に記載の高コントラストフィルタ。
  14. 【請求項14】 前記対極が、酸化バナジウムおよび二酸化ケイ素を含む請
    求項9に記載の高コントラストフィルタ。
  15. 【請求項15】 前記イオン導電層が、メトキシポリエチレンオキシドメタ
    クリレートおよび2−ブロモナフタレンを含む請求項9に記載の高コントラスト
    フィルタ。
  16. 【請求項16】 前記可変減衰素子の可視光透過率が、約35%〜75%の
    範囲で可変である請求項1に記載の高コントラストフィルタ。
  17. 【請求項17】 前記固定減衰用手段の可視光透過率が、約50%〜90%
    である請求項1に記載の高コントラストフィルタ。
  18. 【請求項18】 前記固定減衰用手段の可視光透過率が、約65%〜80%
    である請求項1に記載の高コントラストフィルタ。
  19. 【請求項19】 前記固定減衰用手段の可視光透過率が約70%である請求
    項1に記載の高コントラストフィルタ。
  20. 【請求項20】 前記第2の外側主面がディスプレイに貼付けられている請
    求項1に記載の高コントラストフィルタ。
  21. 【請求項21】 第1の外側主面と第2の外側主面とを含む反射率の低い高
    コントラストフィルタであって、 (i)該第1の外側主面を画成する反射防止用第1の手段と、 (ii)該反射防止用第1の手段と第2の外側主面との間に配置され、屈折率
    の一致した層を含む可変減衰素子と、 (iii)少なくとも1つの基材と、 を含み、該第1の外側主面に入射する光で測定すると可視光合計反射率が約2.
    0%未満であるフィルタ。
  22. 【請求項22】 前記第1の外側主面に入射する光で測定すると可視光合計
    反射率が約1.5%未満である請求項21に記載の高コントラストフィルタ。
  23. 【請求項23】 前記第1の外側主面に入射する光で測定すると可視光合計
    反射率が約1.0%未満である請求項21に記載の高コントラストフィルタ。
  24. 【請求項24】 前記第2の外側主面を画成する反射防止用第2の手段をさ
    らに含む請求項21に記載の高コントラストフィルタ。
  25. 【請求項25】 前記可変減衰素子が、 (i)エレクトロクロミック材料で形成され、第1の屈折率を有する電極と、 (ii)第2の屈折率を有する対極と、 (iii)該電極と該対極との間でイオンを伝導し、第3の屈折率を有するイ
    オン導電層と、 を含むエレクトロクロミックデバイスであって、電位を印加するように第1の導
    電層と第2の導電層との間に配置されており、該第1の屈折率と該第3の屈折率
    との差異が約0.4未満であり、該第2の屈折率と該第3の屈折率との差異が約
    0.4未満である請求項21に記載の高コントラストフィルタ。
  26. 【請求項26】 前記電極が、酸化タングステンおよび二酸化ケイ素を含む
    請求項25に記載の高コントラストフィルタ。
  27. 【請求項27】 前記対極が、酸化バナジウムおよび二酸化ケイ素を含む請
    求項25に記載の高コントラストフィルタ。
  28. 【請求項28】 前記イオン導電層が、メトキシポリエチレンオキシドメタ
    クリレートおよび2−ブロモナフタレンを含む請求項25に記載の高コントラス
    トフィルタ。
  29. 【請求項29】 前記可変減衰素子の可視光透過率が約35%〜75%の範
    囲で可変である請求項25に記載の高コントラストフィルタ。
  30. 【請求項30】 前記第2の外側主面がディスプレイに貼付けられている請
    求項21に記載の高コントラストフィルタ。
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