JP2005082472A - 透光性積層膜、光透過性基材およびそれらの透過光制御方法 - Google Patents
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- Surface Treatment Of Glass (AREA)
Abstract
【解決手段】 赤外線の反射は、導電性材料中のキャリア(電荷)のプラズマ振動の影響を受ける。図は電荷密度と赤外反射の臨界波長との関係を示すグラフである。ガラス基板上に、透光性半導体膜、透光性導電膜、透光性絶縁膜等を積層して、pn構造、pin構造、MIS構造、MIM構造又はショットキー接合を形成し、それらの膜中のキャリア濃度を電気的に制御して赤外線の反射をコントロールする。
【選択図】 図1
Description
(1)フッ素添加の酸化スズ膜(例えば特許文献1参照)、
(2)屈折率の異なる膜を積層した誘電体多層膜(例えば特許文献2参照)、
(3)金属酸化物薄膜と金属薄膜との積層膜(例えば特許文献3参照)、
などが代表的なものである。これらの膜の形成されたガラス板を用いることにより、熱暑感を緩和し冷房負荷を軽減することができる。
本発明の課題は、上述した従来技術の問題点を解決することであって、その目的は、赤外光の反射率と透過限界波長を電気的に制御可能とし、冷房負荷と暖房負荷の両方を軽減できるようにして少ない経費で快適な生活空間を実現できるようにしようとするものである。
プラズマはガス状態で現われる場合が多いが、半導体でも電気を運ぶキャリア(具体的には電子やホール)が動ける状態で存在するときにはプラズマの性質を有する。は電気を運ぶのでキャリアと呼ばれる。物質中のキャリアは外部からの電波や光によって揺り動かされて振動し、これがプラズマ振動と呼ばれる。プラズマ振動には外部から入射した電波や光を反射する性質があり、反射の程度は物質の電気特性により制御できる。半導体は赤外線(熱線)を反射するのに適当な電気的性質を有するので熱輻射の制御に利用できる。
図1に電荷密度と赤外反射の臨界波長の関係をプラズマ振動の理論から概算した結果を示す。この図から、波長2ミクロンの赤外光を反射させるには3x1026m-3の電荷密度が適当であることがわかる。このような電荷密度は半導体中のキャリア(電子または正孔)により実現できる値である。半導体中のキャリア密度は添加する不純物元素の増減や電界の印加により制御可能である。
図1の概算結果は、十分厚い層にキャリアが分布した場合について計算されたものであり、赤外反射の臨界波長はキャリアが分布する層が薄い場合にはその層の厚さに依存することが予測できる。たとえば、アルミなどの金属も薄くすればしだいに光を透過するようになることからも、プラズマ反射の臨界波長はキャリア濃度だけでなく、キャリアが分布する層の厚さに依存することが類推できる。
図2では、透光性pn接合を例にしてバイアス電圧とキャリア増減の関係を示したが、絶縁層を挿入した透光性pin接合や透光性半導体と透光性導電膜からなる透光性ショットキー接合の場合にも同様の関係が成り立つ。さらに、静電容量や誘電分極を利用してもキャリア濃度を増減することにより、赤外光の反射率と透過限界波長を電気的に制御できる。
透光性積層膜中に透光性強誘電体膜が含まれているとき、透光性積層膜に電圧を印加することなく(電圧源Eを接続することなく)、透光性強誘電体膜の分極状態を外部から圧力や光、熱などを印加してコントロールすることにより、赤外線の透過、反射を制御するようにすることができる。
図4(a)〜(e)に本発明に係る透光性積層膜10の第1〜第5の実施の形態を示す。図4(a)に示される第1の実施の形態では、透光性n型半導体膜1が透光性p型半導体膜2上に積層されており、両半導体膜間には逆バイアスとなるように可変電圧源Evが接続されている。n型半導体膜の材料としては、酸化スズ(SnO2)、酸化インジウム(In2O3)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化チタン(TiO2)、銅インジウム酸化物(CuInO2)、インジウムスズ酸化物(ITO)、窒化ガリウム(GaN)、炭化ケイ素(SiC)、または、硫化亜鉛(ZnS)を用いることができる。p型半導体膜の材料としては、酸化銅(Cu2O)、銅アルミ酸化物(CuAlO2)、銅ガリウム酸化物(CuGaO2)、銅インジウム酸化物(CuInO2)、銅クロム酸化物(CuCrO2)、銅スカンジウム酸化物(CuScO2)、銅イットリウム酸化物(CuYO2)、銀インジウム酸化物(AgInO2)、ストロンチウム銅酸化物(SrCu2O2)、酸化亜鉛(ZnO)、窒化ガリウム(GaN)、炭化ケイ素(SiC)、または、硫化亜鉛(ZnS)を用いることができる。なお、ここで、例えば、SnO2、酸化スズは化学量論的に正確にSnO2である必要はなく、さらに例えばAl、Zn、ZnO等が添加物として添加されたものをも含むものとする。他の材料についても同様である。また、透光性導電膜の各材料についても同様である。
図4(a)に示される構成では、零バイアス状態で赤外線を反射、逆バイアス印加状態で赤外線を透過させることができる。
図4(b)に示される構成では、零バイアス状態で赤外線を透過、順バイアス印加状態で赤外線を反射させることができる。
図4(c)に示される構成では、零バイアス状態で赤外線を反射、逆バイアス印加状態で赤外線を透過させることができる。
図4(d)に示される構成では、零バイアス状態で赤外線を透過、表側の透光性導電膜5が負となるバイアス印加状態で赤外線を反射させることができる。
図4(e)に示される構成では、零バイアス状態で赤外線を透過、n型半導体膜1側が負となるバイアス電圧印加状態で赤外線を反射させることができる。
上記の説明では、図4(a)〜(e)の透光性積層膜10に印加される電圧を2値として、赤外線の反射/透過を制御するものであったが、可変電圧源の電圧を連続的に変化させ反射させる赤外線の波長を所望の値に制御するようにしてもよい。
図4(b)〜(e)に示されるいずれの透光性積層膜も透明基板と組み合わせて用いることができる。
2 透光性p型半導体膜
3 空乏層
4 透光性強誘電体膜
5 透光性導電膜
6 透光性絶縁膜
7 透明基板
8 熱線遮断制御光透過性基材
9 温度調整装置
10 透光性積層膜
11 家屋
E 電圧源
Ev 可変電圧源
IR 赤外線
VL 可視光
Claims (11)
- 透光性半導体膜をS、透光性導電膜をM、透光性絶縁膜をIとして、SpSn構造、SpISn構造、SnM構造(但し、Sの後の添え字はその導電型を示す)、MIM構造またはMIS構造の中のいずれかの構造を有し、その光の透過限界波長が電気的に制御されることを特徴とする透光性積層膜。
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- 透光性半導体膜が、SnO2、TiO2、In2O3、ZnO、Cu2O、CuAlO2、CuCrO2、CuGaO2、CuInO2、CuScO2、CuYO2、AgInO2、SrCu2O2、ITO、GaN、SiC、ZnSの中の何れかの材料により形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の透光性積層膜。
- 透光性導電膜が、SnO2、TiO2、In2O3、ZnO、CuAlO2、CuCrO2、CuGaO2、CuInO2、CuScO2、CuYO2、AgInO2、SrCu2O2、ITO、GaN、SiC、ZnS、金属の中の何れかの材料により形成されていることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の透光性積層膜。
- 透光性絶縁膜が、SiO2、Si3N4、ガラス、セラミックスまたはプラスチックの中の何れかの材料により形成されていることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の透光性積層膜。
- 透光性絶縁膜が、強誘電体材料により形成されていることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の透光性積層膜。
- 光透過性基板上に、請求項1から6のいずれかに記載された透光性積層膜が積層されていることを特徴とする光透過性基材。
- 請求項1から6のいずれかに記載された透光性積層膜の透過光制御方法であって、Sp−Sn間、S−M間またはM−M間に印加される電圧を制御することにより、当該透光性積層膜を透過する光の透過限界波長を制御することを特徴とする透光性積層膜の透過光制御方法。
- 請求項1から6のいずれかに記載された透光性積層膜の透過光制御方法であって、透光性半導体膜、または、透光性導電膜中の電荷状態を制御することにより赤外光に対する反射率を制御することを特徴とする透光性積層膜の透過光制御方法。
- 請求項7に記載された光透過性基材の透過光制御方法であって、Sp−Sn間、S−M間またはM−M間に印加される電圧を制御することにより、当該光透過性基材を透過する光の透過限界波長を制御することを特徴とする光透過性基材の透過光制御方法。
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