JP5642778B2 - 可変透過率光学フィルタおよびその使用 - Google Patents

Description

本発明は、可変透過率光学フィルタの分野に関し、特に、紫外線に曝されると明状態から暗状態に遷移することが可能であり、電圧の印加により暗状態から明状態に遷移することが可能である光学フィルタ、本発明の光学フィルタを含むデバイス、およびその使用に関する。

光学フィルタは、可視および太陽エネルギーを制御するのに広く使用される。とりわけ光学フィルタは、居住快適性に応じてグレージングに入りかつ出ていく光および熱の流れを制御するための、窓の技術におけるグレージングとして使用されてきた。適用例には、例えば建造物、車両、航空機、宇宙船、および船の窓が含まれる。光学フィルタは、照明および暖房レベルを調節し、グレアを低減し、エネルギー負荷を管理するのにも使用されてきた。建造物のエネルギー効率の改善は、エネルギー使用の削減およびＣＯ_２放出の削減の重要な態様である。米国は、単独で毎年、１次エネルギーを約１．０５５×１０^２０Ｊ（１００クワッド）消費する。建造物は、全てのエネルギーの約３９％、米国で使用されている電気の約６８％を消費する。これらの値は、全温室効果ガス（ＧＨＧ）放出の約３８％を占める。窓は、建造物のエネルギー損失の約３０％を占める。したがって、熱損失および太陽熱利得を低減させるために改善された技術を備えた窓は、著しい利益およびコスト削減をもたらすことができる。

光学フィルタは、眼に影響を及ぼす光を制御するための眼用デバイスにおける用途も見出した。これらの用途には、例えば、処方によるおよび処方のない眼鏡、ゴーグル、サングラス、バイザー、および安全アイウェアが含まれる。

フォトクロミック、エレクトロクロミック、液晶、サーモクロミック、および懸濁粒子ディスプレイを含めた、可視光透過度を動的に変化させるための光学フィルタの用途で使用されてきたいくつかの技術がある。

（フォトクロミック）
フォトクロミックは、日光およびある特定の輝く光の状態が暗化すること、および明化するかまたはそれほど暗くない室内になりまたは少ない光の状態に自発的になることによって、自動的に光レベルに反応する。フォトクロミックの周知の適用例は、トランジションオプティカルインコーポレイテッド社（Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｓ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｉｎｃ．）［３３７８２、米国フロリダ州ピネラスパーク（Ｐｉｎｅｌｌａｓ Ｐａｒｋ）ベルヒャーロード（Ｂｅｌｃｈｅｒ Ｒｏａｄ）９２５１所在］製の眼鏡レンズに見出される。これらのレンズは、剛性のプラスチックもしくはガラスのレンズに埋め込まれた（１つ以上の）フォトクロミック化合物、またはレンズに付着させたフォトクロミックフィルムを用いる。例えば、特許文献１は、フォトクロミック染料を含有するレンズに接着しているフィルムを備えたフォトクロミック眼用レンズについて記述している。

フォトクロミックは、透過する可視光の量が低減するように、明るい光を自動的に暗化させる。しかし、暗状態から明状態へのフォトクロミックの復帰はゆっくりであり、手動で制御することができない。またフォトクロミックは、非常に温度依存性があり、ＵＶ光に曝されると崩壊する可能性がある。したがってフォトクロミックは、一部の光学フィルタ適用例に関して実用的な技術であることが証明されていない。

特許文献２、３、および４は、エレクトロニクスによるある程度のユーザ制御を有する
フォトクロミック・デバイスについて記述している。これらのフォトクロミック・デバイスは、このデバイスを暗状態で維持する力を必要とする金属酸化物フォトクロミックをベースにしている。

（エレクトロクロミック）
エレクトロクロミックは、電気の利用を通して材料の可視光透過特性を動的に変化させるのに使用することができる。エレクトロクロミック技術では、エレクトロクロミック材料の薄いコーティングを２つの透明電極に付着させ、その間に電解質材料を挟む。フォトクロミック技術とは異なり、エレクトロクロミック技術では、典型的には、暗化させるために使用者が外部電力を利用する必要がある。エレクトロクロミック技術は、自動防眩自動車ミラー（例えば、ジェンテックスコーポレーション（Ｇｅｎｔｅｘ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）［ミズーリ州ジーランド（Ｚｅｅｌａｎｄ）所在］製のもの）で使用される。

特許文献５は、導電性コーティングおよび周縁シールと共に２枚のガラス基板の間に形成された、ゲル化したエレクトロクロミック材料によるエレクトロクロミック・バックミラーについて記述している。エレクトロクロミック材料は、通電によって暗化および明化するが、自動的に暗化することはない。これらのエレクトロクロミック・ミラーは、電子光センサおよび電子制御の使用を通したミラーの光透過特性が変化することによる、光の状態の変化に応答する。電力は、エレクトロクロミック材料をより暗化させるのに必要である。

エレクトロクロミックの別の例は、窓のガラス層の１つに付着させた薄いコーティングを組み込んだ、窓の適用例（セージエレクトロクロミックスインコーポレイテッド社（Ｓａｇｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｒｏｍｉｃｓ Ｉｎｃ．）［ミネソタ州ファリボールト（Ｆａｒｉｂａｕｌｔ）所在］）にある。一方の電極に接続された正極導線を用いて通電させることにより、窓は暗化し、他方の電極に接続された正極導線を用いて通電させることにより、窓は明化する。ガラスに付着されたエレクトロクロミック・コーティングでは、スパッタリングや化学気相成長などの特殊なコーティング工程を使用する。これはしばしば、コーティング工程が行われるある中心工場までガラスを輸送し、次いでこれらのガラスが使用される場所に輸送する必要がある、専用の工場または施設を必要とする。したがって、エレクトロクロミック技術を使用して作製された窓は、非常に高価になる可能性がある。

エレクトロクロミックは、眼用デバイスでも使用されてきた。例えばクロモジェニックス社（ＣｈｒｏｍｏＧｅｎｉｃｓ）［スウェーデン、ウプサラ（Ｕｐｐｓａｌａ）所在］は、２枚のプラスチック・フィルムの間に多層エレクトロクロミック・デバイスを作製することにより、オートバイ用ヘルメット・バイザーおよびその他の製品に使用される「エレクトロクロミック箔」を作製する。比較的低いＤＣ電圧が、エレクトロクロミックをある状態から別の状態に切り替えるのに使用されるが、電力は、エレクトロクロミック・デバイスを暗状態に維持するのに典型的には必要とされる。

（液晶）
液晶フィルタは、２つの透明電極の間に液晶材料を挟むことによって製造される。これら電極間に電界を印加した場合、液晶は、光がフィルタ内を通過するように、ある配向で並ぶ。電界が存在しない場合、液晶は、ランダム配向を有し光を散乱させ、観察者には半透明に見える。いくらかの光がこの状態を通過することが可能であるが、光学フィルタは、半透明またはほぼ不透明に見えるようになり、光学的に透明ではなくなる。このため液晶は、暗状態で光学フィルタを通して見ることができることが望ましくない場合、プライバシー・ガラスにおけるような適用例でのみ有用になる。液晶を切り替えるのに必要な比較的高い電圧、高くつく製造コスト、および温度依存性が、液晶技術の適用例を室内適用
例および電子デバイスに限定した。

特許文献６は、プライバシー・ウィンドウで使用することができる液晶デバイスについて記述する。この技術は、光をある状態に通し、別の状態で光を散乱させる、電極間に挟まれた液晶複合体を含む。

特許文献７は、やはり液晶技術に基づいた、調節可能に不透明な窓について記述する。
日本板硝子（株）（Ｎｉｐｐｏｎ Ｓｈｅｅｔ Ｇｌａｓｓ）［日本、東京所在］は、比較的高い（例えば、１２０Ｖ）ＡＣ電圧を印加することにより半透明状態から不透明状態に変化させることができる液晶技術を使用して作製された、光学フィルムを製造する。

（懸濁粒子ディスプレイ）
懸濁粒子ディスプレイ（ＳＰＤ）は、導電性電極を備えた２枚のガラス板の間で液体中に懸濁した多くの小粒子を含む。液晶と同様に、電極の両端間に印加された電圧によって、粒子が配列し光が透過する。電圧がない状態では、粒子はランダムに分布し、光を散乱させる。光の散乱は、ＳＰＤデバイスが、暗状態において典型的には光学的に透明でないことを意味する。ＳＰＤデバイスは、製造するのに費用がかかる可能性もあり、典型的には、粒子が移動するのに十分な移動度を有するよう、液体に粒子を懸濁させる必要がある。この技術の適用例には、「封入液体懸濁液」を含む窓用フィルタについて記述している特許文献８が含まれる。特許文献９は、高い熱的快適性を車両に与えるための、ＳＰＤをベースにした自己暗化ガラスについて記述している。

（サーモクロミック）
サーモクロミック・フィルタは、温度変化に応答して暗化および明化し、典型的には、より熱くなるとより暗化し、したがって手動で制御することができない。サーモクロミック技術の例は、特許文献１０に記載されている。

この背景情報は、可能なものであると出願人によって考えられている公知の情報を、本発明に関連あるものとする目的で提供される。承認は必ずしも意図されず、また前述の情報のいずれかが本発明に対する従来技術を構成すると解釈すべきでない。

米国特許第６，０６５，８３６号 米国特許第５，６０４，６２６号 米国特許第５，８３８，４８３号 米国特許第６，２４６，５０５号 米国特許第６，９３４，０６７号 米国特許第７，４５９，１８９号 米国特許第７，３００，１６７号 米国特許第５，４６３，４９１号 米国特許第６，９１０，７２９号 米国特許第６，０８４，７０２号

本発明の目的は、可変透過率光学フィルタを提供することである。

本発明の態様によれば、紫外線に曝されると明状態から暗状態に遷移することが可能で
あり、電圧の印加により暗状態から明状態に遷移することが可能である光学フィルタであって、ａ）第１および第２の実質的に透明な基板と、ｂ）該基板の少なくとも１つの基板の表面に配置された第１および第２の電極と、ｃ）該第１および第２の基板の間に配置され、該第１および第２の電極に接触し、エレクトロクロミック特性およびフォトクロミック特性を有する１つ以上の発色団を含むスイッチング材料と、ｄ）該第１の電極および該第２の電極を電圧供給源に電気的に接続するための電気接続手段とからなる光学フィルタが提供される。

本発明の別の態様によれば、紫外線に曝されると明状態から暗状態に遷移することが可能であり、電圧の印加により暗状態から明状態に遷移することが可能である光学フィルタを調製するための方法であって、ａ）第１および第２の実質的に透明な基板の間にスイッチング材料の層を配置し、該基板の少なくとも１つの基板の表面に第１および第２の電極を、該スイッチング材料が各電極に接触するように配置する工程と、ｂ）該電極を電圧供給源に接続するための電気接続手段を提供する工程とからなる方法が提供される。

本発明の別の態様によれば、エレクトロクロミック特性およびフォトクロミック特性を有する１つ以上の発色団と溶媒とからなるスイッチング材料であって、紫外線に曝されると明状態から暗状態に遷移することが可能であり、電圧の印加により暗状態から明状態に遷移することが可能であるスイッチング材料が提供される。

本発明の別の態様によれば、光学デバイスにおける本発明の光学フィルタの使用が提供される。
本発明の別の態様によれば、フィルタを、デバイスの少なくとも１つの表面に動作可能に結合する工程を含む、光学デバイスで本発明の光学フィルタを使用する方法が提供される。

本発明の別の態様によれば、紫外線に曝されると明状態から暗状態に遷移することが可能であり、電圧の印加により暗状態から明状態に遷移することが可能である可変透過率窓であって、ａ）第１および第２の実質的に透明な基板と、ｂ）該基板の少なくとも１つの基板の表面に配置された第１および第２の電極と、ｃ）該第１および第２の基板の間に配置され、該第１および第２の電極に接触し、エレクトロクロミック特性およびフォトクロミック特性を有する１つ以上の発色団を含むスイッチング材料と、ｄ）該第１の電極および該第２の電極を電圧供給源に電気的に接続するための電気接続手段とからなる可変透過率窓が提供される。

本発明の別の態様によれば、紫外線に曝されると明状態から暗状態に遷移することが可能であり、電圧の印加により暗状態から明状態に遷移することが可能である可変透過率窓を調製するための方法であって、ａ）第１および第２の実質的に透明な基板の間にスイッチング材料の層を配置し、該基板の少なくとも１つの基板の表面に第１および第２の電極を、該スイッチング材料が各電極に接触するように配置する工程と、ｂ）該電極を電圧供給源に接続するための電気接続手段を提供する工程とからなる方法が提供される。

本発明の別の態様によれば、紫外線に曝されると明状態から暗状態に遷移することが可能であり、電圧の印加により暗状態から明状態に遷移することが可能である可変透過率窓であって、ａ）実質的に透明な窓基板と、ｂ）該基板の少なくとも１つの表面に結合された、本発明の少なくとも１つの光学フィルタとからなる可変透過率窓が提供される。

本発明の別の態様によれば、紫外線に曝されると明状態から暗状態に遷移することが可能であり、電圧の印加により暗状態から明状態に遷移することが可能である可変透過率窓を調製するための方法であって、ａ）本発明の光学フィルタを提供する工程と、ｂ）該光
学フィルタを、該窓の少なくとも１つの実質的に透明な表面に結合させる工程とからなる方法が提供される。

本発明の別の態様によれば、紫外線に曝されると明状態から暗状態に遷移することが可能であり、電圧の印加により暗状態から明状態に遷移することが可能である眼用デバイスであって、ａ）第１および第２の実質的に透明な基板と、ｂ）該基板の少なくとも１つの基板の表面に配置された第１および第２の電極と、ｃ）該第１および第２の基板の間に配置され、該第１および第２の電極に接触し、エレクトロクロミック特性およびフォトクロミック特性を有する１つ以上の発色団を含むスイッチング材料と、ｄ）該第１の電極および該第２の電極を電圧供給源に電気的に接続するための電気接続手段とからなる眼用デバイスが提供される。

本発明の別の態様によれば、紫外線に曝されると明状態から暗状態に遷移することが可能であり、電圧の印加により暗状態から明状態に遷移することが可能である眼用デバイスを調製するための方法であって、ａ）第１および第２の実質的に透明な基板の間にスイッチング材料の層を配置し、該基板の少なくとも１つの基板の表面に第１および第２の電極を、該スイッチング材料が各電極に接触するように配置する工程と、ｂ）該電極を電圧供給源に接続するための電気接続手段を提供する工程とからなる方法が提供される。

本発明の別の態様によれば、紫外線に曝されると明状態から暗状態に遷移することが可能であり、電圧の印加により暗状態から明状態に遷移することが可能である眼用デバイスであって、ａ）実質的に透明な眼用基板と、ｂ）該基板の表面に結合された本発明の光学フィルタとからなる眼用デバイスが提供される。

本発明の別の態様によれば、紫外線に曝されると明状態から暗状態に遷移することが可能であり、電圧の印加により暗状態から明状態に遷移することが可能である眼用デバイスを調製するための方法であって、ａ）本発明の光学フィルタを提供する工程と、ｂ）該光学フィルタを、該眼用デバイスの実質的に透明な眼用基板の少なくとも１つの表面に結合させる工程とからなる方法が提供される。

本発明の一実施形態による光学フィルタの横断面概略図。 本発明の一実施形態による、スペーサ要素を備える光学フィルタの横断面概略図。 本発明の一実施形態による、スペーサドットを有する基板の平面図。 本発明の一実施形態による、スペーサ要素パターンを含む光学フィルタの全体図。 本発明の一実施形態による光学フィルタの透過スペクトルのグラフ。 本発明の一実施形態による光学フィルタで使用する制御回路の１配置を例示する図。 本発明の一実施形態による光学フィルタの製造方法を例示する流れ図。 本発明の一実施形態による可変透過率窓の横断面概略図。 本発明の一実施形態による湾曲した可変透過率窓の横断面概略図。 本発明の一実施形態による可変透過率窓の全体切断図。 本発明の一実施形態による可変透過率窓の横断面概略図。 本発明の一実施形態による可変透過率窓の横断面概略図。 本発明の一実施形態による可変透過率窓の横断面概略図。 本発明の一実施形態による可変透過率窓の横断面概略図。 本発明の一実施形態による、複数の可変透過率窓に接続される制御ボックスの全体図。 本発明の一実施形態による、明および暗状態における可変透過率窓の太陽熱取得を示すグラフ。 本発明の一実施形態による可変透過率窓を製作する工程を示す流れ図。 本発明の一実施形態による、その暗状態における可変着色度窓を通る光の透過を示す模式図。 本発明の一実施形態による、その明状態における可変着色度窓を通る光の透過を示す模式図。 本発明の一実施形態による、車両向けの可変着色度窓の全体図。 本発明の一実施形態による、自動車における複数の可変着色度窓の全体図。 本発明の一実施形態による、バスにおける可変着色度窓の全体図。 本発明の一実施形態による、列車における可変着色度窓の全体図。 本発明の一実施形態による可変着色度窓向けの制御回路の概略図。 本発明の一実施形態による複数の可変着色度窓に接続された制御回路の全体図。 本発明の一実施形態による可変着色度窓を製作する工程を示す流れ図。 本発明の一実施形態による眼用デバイスの全体図。 本発明の一実施形態による眼用デバイスの全体図。 本発明の一実施形態による眼用デバイスの全体図。 本発明の一実施形態による可変透過率レンズの概略図。 本発明の一実施形態による可変透過率レンズの概略図。 本発明の一実施形態による可変透過率レンズの概略図。 本発明の一実施形態による眼用デバイス向けの制御回路の概略図。 本発明の一実施形態による眼用デバイスを製作する方法の１例を示す流れ図。 本発明の一実施形態による、種々の紫外光強度下におけるスイッチング材料の吸光度スペクトルを示すグラフ。

本発明は、紫外線に曝されると明状態から暗状態に遷移することが可能であり、電圧の印加により暗状態から明状態に遷移することが可能である可変透過率光学フィルタ、様々なデバイスにおけるその使用、ならびに建築用スマートウィンドウ、自動車用スマートウィンドウ、および眼用デバイスなどの、本発明の光学フィルタを含むデバイスに関する。

本発明の光学フィルタは、多くの異なる適用例で用いてもよい。本発明の光学フィルタの実施形態は、暗化した状態に切り替わるのに外部電圧を必要としないので、様々な商業的適用例で使用してもよい。さらなる実施形態では、本発明の光学フィルタは、暗状態と明状態との間の繰返しに関して低い電力要件を有する。光学フィルタの低消費電力により、本発明の光学フィルタは、大面積での適用例など様々な適用例で商業的に実現可能になる。そのような適用例の例には、建築用および自動車用の窓およびグレージングと、自動車の適用例に向けたサンルーフが含まれる。

別の実施形態では、本発明の光学フィルタは、暗状態と明状態との間での比較的迅速な切替えを表示する。これらの状態の間での迅速な切替えによって、本発明の光学フィルタは、状態の頻繁な変化に遭遇する適用例、例えば建築用および自動車用の窓および眼用デバイスで使用される。

他の実施形態では、本発明の光学フィルタは、温度安定性があり、温度の変化に応答して最小限に変化し、すなわち最小限に暗化しまたは明化し、したがって本発明の光学フィルタは、温度条件の変化に遭遇する適用例で使用可能である。そのような適用例には、建
築用および自動車用の窓の適用例と眼用デバイスが含まれる。

本発明の実施形態により、使用者は、フィルタに印加された電界を制御することによって、光学フィルタの可視光透過率（ＶＬＴ）を制御することが可能になる。一実施形態では、暗化した状態から明化させる動作は、光学フィルタに電圧を印加することによって引き起こされる。別の実施形態では、光学フィルタを明化させる動作は、光学フィルタに電圧を断続的に印加することにより調節可能である。別の実施形態では、ＶＬＴの中間レベルは、自己暗化中に光学フィルタに電圧を印加することにより実現される。別の実施形態では、ＶＬＴの中間レベルは、明化させしている最中に光学フィルタに電圧を非連続的に印加することにより実現される。別の実施形態では、光学フィルタのＶＬＴは、光学フィルタに電圧を断続的に印加することにより様々な環境条件で維持される。

さらなる実施形態では、本発明の光学フィルタは、ある範囲の厚さで製造することができ、それによってこのフィルタを様々な適用例で使用することが可能になる。例えば一実施形態では、本発明の光学フィルタは、２枚のガラス板の間にラミネートされ、窓内に組み込まれる。別の実施形態では、本発明の光学フィルタは、ガラス板の片面に付着され、居住快適性を改善しかつ太陽熱利得を低減するために窓で使用される。別の実施形態では、本発明の光学フィルタは、自動車用サンルーフや眼用デバイスなどの適用例に合わせた窓に形成されるように、ガラスやプラスチックなどの湾曲した基板に付着される。

本発明の光学フィルタは、商業的に実現可能な製造方法に非常に役立つ。本発明の実施形態では、光学フィルタは、高シート抵抗の基板を含む。別の実施形態では、光学フィルタは、当技術分野で公知の標準的材料の基板を含む。したがって本発明の光学フィルタは、それほど費用がかからない材料になる傾向がある高抵抗基板を使用して、製造することができる。別の実施形態では、本発明の光学フィルタは、より費用のかからない導電性コーティング材料に適合した基板を含む。したがって本発明の光学フィルタは、低い製造コストをもたらす。

他の実施形態では、本発明の光学フィルタは、スイッチング材料を適切な基板上に湿潤コーティングする方法によって製造することができ、それによってスパッタリングや化学気相成長などの高価で特殊なコーティング方法が回避され、ロールツーロール製造方法が可能になる。

本発明の光学フィルタは、様々な適用例、例えば建築および自動車の分野に適している。本発明の実施形態では、光学フィルタは、窓で使用するのに適した光安定性および耐久性を示す。実施形態では、配合物がＵＶに対して安定して、高い光安定性をもたらす。別の実施形態では、部分ＵＶ遮断層が組み込まれて、光安定性を高める。実施形態では、フィルタは耐久性があり、明状態と暗状態との間を何回も行ったり来たり繰り返すことができる。

（定義）
他に定義しない限り、本明細書で使用される全ての技術および科学用語は、本発明が関係する当業者に一般に理解されるものと同じ意味を有する。

本明細書で使用される「可視光」という用語は、波長がほぼ４００ｎｍから７５０ｎｍの範囲にある電磁放射線の帯域を指す。
本明細書で使用される「紫外（ＵＶ）光」という用語は、１０ｎｍから４００ｎｍの範囲にある、可視光よりも波長が短い電磁放射線を指す。

本明細書で使用される「赤外線（ＩＲ）」という用語は、波長が７５０ｎｍから５０，
０００ｎｍの範囲にある電磁放射線を指す。その波長は、可視光の波長よりも長い。
本明細書で使用される「可視光透過率（ＶＬＴ）」という用語は、パーセンテージとして表される、物質または生成物を透過しまたは通過する可視光の量を指す。

本明細書で使用される「自動暗化」という用語は、ＵＶおよび／または日光に曝されると、自動的に暗化することおよび可視光透過率のパーセンテージが低減または低下することを指す。

本明細書で使用される「コントラスト比」という用語は、明状態で光学フィルタ内を透過した可視光を、光学フィルタの暗状態で透過した可視光と比較した比を指す。
本明細書で使用される「ハイブリッド・フォト／エレクトロ染料」、「ハイブリッド・フォトクロミック／エレクトロクロミック発色団」、または「発色団」という用語は、暗状態およびより明るい状態を有する染料材料または発色団を指す。染料材料または発色団は、フォトクロミックおよびエレクトロクロミック特性の両方を示すので、ハイブリッド・フォトクロミックおよびエレクトロクロミック材料であり、ＵＶ光への曝露によって、この材料はより暗い状態にさせられ、染料または発色団に通電させることによって、この材料はより明るい状態にさせられる。

本明細書で使用される「ユーザ制御」または「ユーザ制御された」という用語は、使用者が電圧を印加することにより、本発明の光学フィルタが制御された状態で明化することを指す。

本明細書で使用される「ミル」という用語は、シート形態にある製品の厚さを表すのに使用される、１インチの１／１０００（０．００１）または２５μｍの長さの単位を指す。

本明細書で使用される「眼用デバイス」または「眼用物品」という用語は、眼に影響を及ぼす光を制御するために、眼の前に配置されたデバイスを指す。この用語は、レクリエーションまたは工業用適用例に合わせて設計することができる、例えば眼鏡（処方によるおよび処方のないもの）、ゴーグル、サングラス、およびバイザーを包含する。

「約」という用語は、表示値から±２０％の偏差を指す。そのような偏差は、特に言及されてもされていなくても、本明細書に示される任意の所与の値に常に含まれると理解される。

（光学フィルタ）
本発明は、光学フィルタと、光学フィルタの使用と、本発明の光学フィルタを含むデバイスとを対象とする。本発明による光学フィルタは、紫外線に曝されると明状態から暗状態に遷移することが可能であり、電圧の印加により暗状態から明状態に遷移することが可能である。可視光の透過の減少、すなわち光学フィルタが暗化は、紫外線および／または太陽放射線に曝されると自動的に行われる。可視光の透過の増加、すなわち光学フィルタが明化する状態は、使用者が制御することができる電圧の印加により生ずる。

本発明の光学フィルタは、２枚の基板と、これらの基板の間に収容されたスイッチング材料とを含む。スイッチング材料は、ＵＶまたは日光に曝されると自動的に暗化し、電荷の印加を通して明化する。スイッチング材料がＵＶまたは日光に曝された場合、フィルタの可視光透過率（ＶＬＴ）％は低減する。これは、フィルタが採光ユニットなどの製品に設置された場合、明るい光の中でグレアを低減しかつ居住快適性を改善する助けとなる。光学フィルタは、スイッチング材料に接触している２つの電極をさらに含む。一実施形態では、各電極は、各基板それぞれの対向する表面に配置される。別の実施形態では、両方
の電極が同じ基板の表面に配置される。導線が、スイッチング材料に電圧を印加するために各電極に接続される。スイッチング材料が暗状態にあるときに電圧がこのスイッチング材料に印加されると、スイッチング材料が明化し、明状態に到達するまで入射可視光のかなりのパーセンテージが透過する。制御電子部品によって、使用者は、いつ、どのくらいの量の電圧をフィルタに印加するかを制御することが可能になる。このように、本発明の光学フィルタの構成要素は、明状態または暗状態をとることができる光学フィルタ、すなわち太陽からのＵＶ光に曝されると自動的にその暗状態をとることができるが、望みに応じて電圧を印加することで元のより明るい状態に切り替わることができる光学フィルタを提供する。

本発明の実施形態は、スペクトルのＵＶ部分、すなわち１００から４００ｎｍの光の透過を低減させることもできる光学フィルタを含む。一実施形態では、本発明の光学フィルタのＵＶ光透過率が３０％未満である。本発明の別の実施形態では、光学フィルタのＵＶ光透過率が２０％未満である。本発明の別の実施形態では、光学フィルタのＵＶ光透過率が１０％未満である。本発明の別の実施形態では、光学フィルタのＵＶ光透過率が５％未満である。

本発明の光学フィルタによって、使用者は、光学フィルタの可視光透過率、すなわち４００から７５０ｎｍのスペクトル範囲の電磁放射線を制御することが可能になる。本発明の光学フィルタは、暗状態と明状態との間で切り替わり、光学フィルタの各状態は、異なる量の可視光透過率を実現する。明状態では、比較的高い可視光透過率が実現される。一実施形態では、本発明の光学フィルタは、その明状態にあるときに約５０％以上の可視光透過率を有する。別の実施形態では、本発明の光学フィルタは、その明状態にあるときに約６０％以上の可視光透過率を有する。別の実施形態では、光学フィルタは、その明状態にあるときに約７０％以上の可視光透過率を有する。別の実施形態では、光学フィルタは、その明状態にあるときに８０％以上の可視光透過率を有する。

暗状態は、比較的低い可視光透過率を可能にする。一実施形態では、本発明の光学フィルタは、その暗状態にあるときに約３０％未満の可視光透過率を有する。別の実施形態では、本発明の光学フィルタは、その暗状態にあるときに約２０％未満の可視光透過率を有する。別の実施形態では、光学フィルタは、その暗状態にあるときに約１５％未満の可視光透過率を有する。さらなる実施形態では、光学フィルタは、その暗状態にあるときに約１０％未満の可視光透過率を有する。さらなる実施形態では、光学フィルタは、その暗状態にあるときに約５％未満の可視光透過率を有する。

光学フィルタの明状態と暗状態との間の可視光透過率の差は、可視光透過率の中間状態の範囲を示す広範なコントラスト比をもたらす。本発明の一実施形態では、光学フィルタのコントラスト比が約２よりも大きい。本発明の別の実施形態では、光学フィルタのコントラスト比が約３よりも大きい。本発明のさらなる実施形態では、光学フィルタのコントラスト比が約４よりも大きい。本発明の別の実施形態では、光学フィルタのコントラスト比が約５よりも大きい。眼用デバイスにおけるようなある適用例では、より高いコントラスト比が望まれる可能性がある。本発明の一実施形態では、光学フィルタのコントラスト比が約１から約１０の間である。別の実施形態では、光学フィルタのコントラスト比が約２から約１２の間である。

一実施形態では、本発明の光学フィルタの可視光透過率は、太陽放射線および電圧の組合せによって、中間状態の範囲全体を通して制御可能である。暗状態は、紫外線または太陽放射線に応答して自動的に実現される。暗状態に達すると、この状態は、電圧の印加によって明化が誘発されるまで維持される。電圧が印加される持続時間は、明化する所望量に依存することになる。所望の明化した状態に達すると、必要に応じて電圧を断続的にし
再度印加してもよい。電圧の連続印加は、紫外線または太陽放射線への曝露がない状態では、一旦実現された可視光透過率の所望の状態を維持するのに必要ではない。紫外線または太陽放射線の存在下、本発明の光学フィルタは依然として、電圧の制御された断続的印加により、その明化した状態に切り替えることができかつ維持することができる。中間状態は、所望の状態が実現されるまで、明化させる工程中は電圧を妨げもしくは切断することによって、または暗化させる工程中は電圧を断続的に印加することによって、実現することができる。

本発明の光学フィルタは、明化させる工程を行うために低電圧を印加することしか必要としない。本発明の一実施形態では、暗状態から明化させる動作を引き起こすのに必要な電圧の最小量は、約４２Ｖ ＤＣ未満である。本発明の別の実施形態では、暗状態から明化させる動作を引き起こすのに必要な電圧の最小量は、約１２Ｖ未満である。本発明の別の実施形態では、暗状態から明化させる動作を引き起こすのに必要な電圧の最小量は、約６Ｖ未満である。本発明の別の実施形態では、暗状態から明化させる動作を引き起こすのに必要な電圧の最小量は、約３Ｖ未満である。本発明の別の実施形態では、暗状態から明化させる動作を引き起こすのに必要な電圧の最小量は、約２Ｖ未満である。本発明の別の実施形態では、暗状態から明化させる動作を引き起こすのに必要な電圧の最小量は、約１．８Ｖである。

本発明の他の実施形態では、暗状態から明化させる動作を引き起こすのに必要な電圧の量が、約１から約１０Ｖの間である。本発明の別の実施形態では、暗状態から明化させる動作を引き起こすのに必要な電圧の量が、約０．１から約４２Ｖの間である。本発明の別の実施形態では、暗状態から明化させる動作を引き起こすのに必要な電圧の量が、約１．２から約２．１Ｖの間である。

論じられるように、最小電圧は、本発明の光学フィルタを明化させるためだけに必要とされる。光学フィルタの安定状態での維持は、電圧の定常的な印加を必要としない。そうではなく、紫外線または太陽放射線の存在下にある場合は、自動暗化を調節するのに必要などのような明化させる動作も、一定の明状態を維持するための電圧の断続的印加によってまたは少量の電圧の印加によって、行うことができる。このように、光学フィルタによって消費される電力の量は、最小限に抑えられる。さらに、本発明の光学フィルタの最小電圧要件は、この光学フィルタを、広範なシート抵抗を有するシート材料に適合させる。本発明の光学フィルタは、約１Ω／□から約１０，０００，０００Ω／□に及ぶシート抵抗に適している。一実施形態では、本発明の光学フィルタは、約１０Ω／□から約１０００Ω／□に及ぶシート抵抗に適している。別の実施形態では、本発明の光学フィルタは、約２０Ω／□から約５００Ω／□に及ぶシート抵抗に適している。別の実施形態では、本発明の光学フィルタは、約１００Ω／□から約１，０００Ω／□に及ぶシート抵抗に適している。さらなる実施形態では、本発明の光学フィルタは、約１，０００Ω／□から約１０，０００Ω／□に及ぶシート抵抗に適している。本発明の別の実施形態では、光学フィルタは、約１０，０００Ω／□から約１，０００，０００Ω／□に及ぶシート抵抗に適している。別の実施形態では、本発明の光学フィルタは、約１，０００，０００Ω／□から約５，０００，０００Ω／□に及ぶシート抵抗に適している。別の実施形態では、本発明の光学フィルタは、約５，０００，０００から約１０，０００，０００Ω／□に及ぶシート抵抗に適している。

本発明の光学フィルタが暗状態と明状態との間で切り替わる速度は、その最終的な形に依存することになるが、一般に本発明の光学フィルタは、明化した状態から暗状態の１０％以内に到達するには、その暗化する時間が約１秒から３０分の間になり、また暗化した状態から明状態の９０％に到達するには、その明化する時間が約１秒から３０分の間になる。本発明の一実施形態では、光学フィルタは、暗化する時間および明化する時間が約１
分から約５分の間になる。本発明の一実施形態では、光学フィルタは、暗化する時間が約３分になる。本発明の別の実施形態では、光学フィルタは、明化する時間が約３分になる。別の実施形態では、光学フィルタは、暗化する時間が５分未満になり、明化すなる時間が５分未満になる。

光学フィルタの鮮明度は、光の散乱によって引き起こされた曇りに起因する、トランスミッションヘイズにより引き起こされる可能性がある。光は、物質中に懸濁した粒子によって散乱され得る。その最終的な形では、本発明の光学フィルタは透明であり、光学的鮮明度は、可視光透過率の全ての状態、例えば明状態、暗状態、中間状態で維持される。本発明の一実施形態では、光学フィルタは、５．０％以下のヘイズトランスミッションを有する。本発明の別の実施形態では、光学フィルタは、３．０％以下のヘイズトランスミッションを有する。本発明の別の実施形態では、光学フィルタは、２．０％以下のヘイズトランスミッションを有する。本発明の別の実施形態では、光学フィルタは、１．５％以下のヘイズトランスミッションを有する。本発明の別の実施形態では、光学フィルタは、１．０％未満のヘイズトランスミッションを有する。

本発明による光学フィルタは、様々な適用例に適している。当業者なら、各光学フィルタを、特定の適用例の要件に従い調製できることが理解されよう。例えば、光学フィルタの厚さを変えることができる。より薄いフィルタは、より高い柔軟性とより速いフェード時間を提供し、一方、より厚いフィルタは、より暗い色とより高い剛性を提供することができる。一実施形態によれば、光学フィルタの厚さは、約１２．５μｍ（約０．５ミル）から約１ｍｍ（約４０ミル）の間である。別の実施形態では、光学フィルタの厚さは、約２５μｍ（約１ミル）から約２５０μｍ（約１０ミル）の間である。本発明の別の実施形態では、光学フィルタの厚さは、約２５μｍ（約１ミル）から約１２５μｍ（約５ミル）の間である。

図１は、ＵＶまたは日光の存在下で自動的により暗い状態（より低いＶＬＴ）になるように、また電圧の印加によってより明るい状態（より高いＶＬＴ）になるように設計された、本発明の光学フィルタ１００の一実施形態を示す。基板１２０には、第１の基板１２０の内部対向面に配置された透明導電性層１４０が、コーティングされまたは堆積されている。第２の基板１３０には、第２の基板１３０の内部対向面に配置された第２の導電性層１５０がコーティングされまたは堆積されている。第１の基板１２０および第２の基板１３０は、それぞれの透明導電性層１４０および１５０が互いに内側に向くように、互いに対向して配置されている。スイッチング材料１１０が、各導電性層１４０および１５０の間に挟まれかつ接触している。これら２つの導電性層１４０および１５０を電気接続するために、電気接続手段が設けられる。一実施形態では、電気接続手段は、透明導電性層１４０に接続された導線１７０と、第２の透明導電性層１５０に接続された第２の電気導線１８０である。

１．基板
本発明の光学フィルタの基板は、スイッチング材料を支持するのに十分な構造的完全性を提供する。剛性および柔軟性基板を、以下に論じられる広範な適用例に適用可能となるよう使用することができる。例えば、剛性基板で作製された本発明の光学フィルタは、窓の適用例など、特定の適用例で単独で動作することができる。あるいは、柔軟性基板で作製された本発明の光学フィルタは、例えば選択された適用例上にラミネート化することができる光学フィルタとして動作することができる。本発明において基板として使用できる適切な材料の例には、ガラスおよび熱可塑性ポリマーが含まれるが、これらに限定するものではない。適切な熱可塑性ポリマーには、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエテン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリカーボネート、およびこれらの組合せが含まれる。本発明の一実施形態では、基板材
料がガラスである。本発明の一実施形態では、基板材料がＰＥＴである。本発明の一実施形態では、基板が熱安定化ＰＥＴである。本発明の別の実施形態では、基板の少なくとも１つの基板が、基板内に紫外線遮断物質を組み込む。

当業者であれば、選択された基板の厚さによって、使用の特定の適用例に十分な剛性または柔軟性を提供しながら切替え材料を支持するのに十分な構造的完全性が可能になるべきことが、理解されよう。適切な材料および厚さの決定は、当業者の範囲内にあると見なされる。本発明の一実施形態では、基板材料は、約０．０１２ｍｍから約１０ｍｍの間の厚さを有する。一実施形態では、基板材料は剛性であり、約０．５ｍｍから１０ｍｍの間の厚さを有する。別の実施形態では、基板材料は剛性であり、約１ｍｍから５ｍｍの間の厚さを有する。一実施形態では、基板材料は柔軟性であり、約０．０２４ｍｍから約０．６ｍｍの間の厚さを有する。別の実施形態では、基板材料は柔軟性であり、約０．０５１ｍｍ（２ミル）から約０．１７８ｍｍ（７ミル）の間の厚さを有する。

基板の材料と厚さの組合せも、本発明の光学フィルタで使用するのに企図される。一実施形態では、本発明の光学フィルタは複数の基板を含み、第１の基板のみが紫外線遮断物質材料を含む。別の実施形態では、本発明の光学フィルタは、剛性である第１の基板と柔軟性である第２の基板とを含む。別の実施形態では、本発明の光学フィルタは、約１２５μｍ（５ミル）の厚さを有する第１の基板と、約５０μｍ（２ミル）の厚さを有する第２の基板とを含む。

当業者なら、物質材料のシート抵抗は、明化させるために、光学フィルタ内での実質的に均等な電荷注入を可能にしなければならないことが理解されよう。本発明の一実施形態では、本発明の光学フィルタは、約１００Ω／□までのシート抵抗を有する基板材料を含むことになる。本発明の別の実施形態では、本発明の光学フィルタは、約１０００Ω／□までのシート抵抗を有する基板材料を含むことになる。本発明の別の実施形態では、本発明の光学フィルタは、約１００，０００Ω／□までのシート抵抗を有する基板材料を含むことになる。本発明の別の実施形態では、本発明の光学フィルタは、約１，０００，０００Ω／□までのシート抵抗を有する基板材料を含むことになる。

基板は、より暗い全範囲または色を光学フィルタに与えるための塩基性染色剤および／または電磁放射線のある特定の波長を遮断するための紫外線遮断化合物などの添加剤を、任意選択で含むことができる。一実施形態では、本発明の光学フィルタは、水分を遮断するための障壁コーティングを有する基板を含む。別の実施形態では、基板は反射防止膜を有する。別の実施形態では、基板は、傷防止コーティングを有する。さらなる実施形態では、基板は、光学フィルタをガラス上にラミネートするための感圧接着コーティングを有する。

２．電極
電極は、層として基板に接着することができる任意の導電性材料で作製することができる。導電性層に適した材料は、当業者に周知であり、例えば金属酸化物、カーボンナノチューブ、および細かいワイヤメッシュを含む。例示的な導電性材料には、ドープされたインジウムスズ酸化物、ドープされた酸化スズ、ドープされた酸化亜鉛の層、ならびに金、銀、アルミニウム、およびニッケル合金などの薄くて実質的に透明な金属層が含まれる。

導電性材料を基板に付着させて適切な導電性層を形成する方法は、当技術分野で周知である。例えば、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）で予めコーティングされた基板材料は、シーピーフィルムズ（ＣＰ Ｆｉｌｍｓ）社［ミズーリ州セントルイス（Ｓｔ． Ｌｏｕｉｓ）所在］およびサウスウォールテクノロジーインコーポレイテッド社（Ｓｏｕｔｈｗａｌｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｉｎｃ．）［カリフォルニア州パロアルト（Ｐａｌ
ｏ Ａｌｔｏ）所在］を含めたいくつかの供給業者から入手可能である。当業者なら、多層の導電性材料も本発明の光学フィルタに用いることができることを理解されよう。

導電性層は、コーティングとして基板に堆積される。導電層は、光学フィルタに適したコンダクタンスをもたらしかつ必要な光の透過を目に見えるほど妨げない厚さまで、基板上にコーティングされまたは堆積される。一実施形態では、導電性層の厚さは、約１ｎｍから約９０μｍに及ぶ。別の実施形態では、導電性層の厚さは、約１０ｎｍから約１０μｍに及ぶ。

一実施形態では、基板は、導電性層でコーティングされ、７０％よりも高いＶＬＴを有する。本発明の別の実施形態では、コーティングされた基板は、８０％よりも高いＶＬＴを有する。本発明の別の実施形態では、導電性層でコーティングされた基板は、８５％よりも高いＶＬＴを有する。本発明の別の実施形態では、コーティングされた基板は、９０％よりも高いＶＬＴを有する。

３．スイッチング材料
上述のように、本発明の光学フィルタは、フォトクロミックでありかつエレクトロクロミックでもあるスイッチング材料を含む。スイッチング材料のこのハイブリッド・フォト／エレクトロクロミック特性は、ＵＶ光および／または太陽放射線に曝されると自動的に暗化しかつ電圧を印加すると明化する、光学フィルタを提供する。スイッチング材料は、ＵＶ光または太陽放射線に曝されると自動暗化するスイッチング材料の能力により、自動暗化材料としても公知である。

スイッチング材料は、液体形態、固体形態、または粘性ゲル化形態で本発明の光学フィルタに組み込むことができる。一実施形態では、スイッチング材料が液体である。本発明の別の実施形態では、スイッチング材料がゲルである。

スイッチング材料の厚さは、本発明の光学フィルタの透過率に影響を及ぼすことになり、所望の特定の適用例に応じて調節することができる。例えば、スイッチング材料を同じ濃度で有する、より厚い層は、暗状態において、より低いパーセンテージの可視光透過率をもたらすことになる。本発明の一実施形態では、スイッチング材料は、約１から約５０μｍの間の厚さである。本発明の別の実施形態では、スイッチング材料は、約０．１μｍから１０μｍの間の厚さである。本発明の別の実施形態では、スイッチング材料は、約０．５μｍから５μｍの間の厚さである。典型的には、均一な厚さのスイッチング材料がほとんどの適用例で望まれることになり；しかし本発明の光学フィルタは、一部がより暗い領域であり一部がより明るい領域であることが望まれる適用例の場合、不均一な厚さのスイッチング材料を含むことができると考えられる。

スイッチング材料は、１）発色団；および２）溶媒成分を含む。ある実施形態では、追加の成分をスイッチング材料に任意選択で含んでいてもよい。例えば、スイッチング材料は、３）支持電解質成分；４）ポリマー成分；５）電荷補償剤；６）電荷担体；７）紫外線安定化剤；８）紫外線遮断剤；および９）着色剤をさらに含んでいてもよい。当業者なら、ある化合物が、スイッチング材料で２重の役割を果たすことができること、例えばある発色団が自己重合することができかつ発色団とポリマーの両方の役割を果たすことができることが理解されよう。逆に、いくつかの実施形態では、所与の成分がいくつかの個々の化合物で構成されていてもよく、例えばポリマー成分は、種々のモノマー単位を含むコポリマーであってもよい。したがって、以下に詳細に論じるように、スイッチング材料は、１つ以上の任意選択の成分を含んでいてもよい。

一実施形態では、本発明のスイッチング材料は、発色団および溶媒を含む。別の実施形
態では、本発明のスイッチング材料は、発色団と、溶媒と：ａ）支持電解質成分；ｂ）ポリマー成分；ｃ）電荷補償剤；ｄ）電荷担体；ｅ）紫外線安定化剤；ｆ）紫外線遮断剤；およびｇ）着色剤からなる群から選択された少なくとも１種の任意選択の成分とを含む。

３．１ 発色団
本発明によるスイッチング材料は、フォトクロミックおよびエレクトロクロミック特性の両方を示す１つ以上の発色団を含む。これらの２重モード化合物は、電気的にまた光によって刺激を受けたときに、２つの全く異なる形態の間で可逆的に切り替わることが可能である。本発明で使用することができるハイブリッド・フォトクロミック／エレクトロクロミック発色団は、ヘキサトリエンファミリーからの化合物の種類を含み、例えば、ジアリールエテン、ジチエニルシクロペンテン、およびフルギドとして当技術分野で公知の化合物の種類を含む。

本発明の一実施形態によれば、スイッチング材料は、ジアリールエテンとして公知の化合物の種類から得られた１つ以上の発色団を含む。
本発明のスイッチング材料に適した発色団の中には、国際特許公開第ＷＯ２００４／０１５０２４号に記載された、下記の式１の一般構造を有する１，２−ジチエニルシクロペンテンの誘導体がある。

（式中、各Ｒ_１は独立してＨまたはハロゲンであり、各Ｒ_２は独立してＨ、ハロゲンであり、または両方のＲ_２は一緒になってＣＨ＝ＣＨを形成し、またはポリマー形態にある場合にＲ_２はＣＨ＝ＣＨでありポリマー主鎖の一部を形成し、各Ｒ_３は独立してアルキル、アリール、Ｈ、ハロゲン、またはＣＯ_２Ｙ（Ｙ＝Ｈ、Ｎａ、アルキル、アリール）であり、Ｒ_４はアリールであり、各Ｒ_５は独立してＨ、アルキル、またはアリールである。）
本発明のスイッチング材料に組み込まれていてもよい例示的なフッ素化ジチエニルシクロペンテン誘導体の調製は、下記のスキーム１の一般的方法に従う。

本発明の一実施形態では、スイッチング材料は、Ｒ_１およびＲ_２がＦであり、Ｒ_３およびＲ_４が次式（Ｘ＝Ｓ）であり、Ｒ_５がＨである式１の化合物を含む。

本発明の別の実施形態では、スイッチング材料は、Ｒ_１およびＲ_２がＦであり、Ｒ_３がＨであり、Ｒ_４が次式（Ｘ＝Ｓ）であり、Ｒ_５がＨである式１の化合物を含む。

本発明の別の実施形態では、スイッチング材料は、Ｒ_１およびＲ_２がＦであり、Ｒ_３およびＲ_４が次式であり、Ｒ_５がＨである式１の化合物を含む。

本発明の別の実施形態では、スイッチング材料は、Ｒ_１およびＲ_２がＦであり、Ｒ_３がＨであり、Ｒ_４が次式であり、Ｒ_５がＨである式１の化合物を含む。

本発明の別の実施形態では、スイッチング材料は、Ｒ_１およびＲ_２がＦであり、Ｒ_３が次式（Ｘ＝Ｓ）であり、Ｒ_４がＣＨ_３であり、Ｒ_５がＨである式１の化合物を含む。

本発明の別の実施形態では、スイッチング材料は、Ｒ_１およびＲ_２がＦであり、Ｒ_３が次式（Ｘ＝Ｓ）であり、Ｒ_４がＣＨ_３であり、Ｒ_５がＨである式１の化合物を含む。

発色団は、必要とされる機能的な要件に応じてモノマーまたはポリマー形態で、スイッチング材料に組み込むことができる。式１の化合物は、ポリマー主鎖の一部としてまたは側基として、ポリマー形態で組み込まれていてもよい。例えばフッ素化化合物は、下記のスキーム２に従い開環メタセシス重合を使用して重合されていてもよい。

本発明のスイッチング材料に組み込まれていてもよい例示的な非フッ素化ジチエニルアルケン誘導体は、下記のスキーム３の一般的方法により調製することができる。

本発明の一実施形態では、スイッチング材料は、Ｒ_１がＨであり、Ｒ_２がＣＨ＝ＣＨであり、Ｒ_３がＣｌであり、Ｒ_４がＣＨ_３であり、Ｒ_５がＨである式１の化合物を含む。本発明の別の実施形態では、スイッチング材料は、Ｒ_１がＨであり、Ｒ_２がＣＨ＝ＣＨであり、Ｒ_３がＣＯ_２ＣＨ_３であり、Ｒ_４がＣＨ_３であり、Ｒ_５がＨである式１の化合物を含む。本発明の別の実施形態では、スイッチング材料は、Ｒ_１がＨであり、Ｒ_２がＣＨ＝ＣＨであり、Ｒ_３が次式（Ｘ＝Ｓ）であり、Ｒ_４がＣＨ_３であり、Ｒ_５がＨである式１の化
合物を含む。

本発明の他の実施形態では、スイッチング材料は、ポリマーの一部を形成する式１の化合物を含む。本発明の一実施形態では、Ｒ_１がＨであり、Ｒ_２がＣＨ＝ＣＨでありかつポリマー主鎖の一部を形成し、Ｒ_３がＣｌであり、Ｒ_４がＣＨ_３であり、Ｒ_５がＨである。本発明の別の実施形態では、スイッチング材料は、Ｒ_１がＨであり、Ｒ_２がＣＨ＝ＣＨでありかつポリマー主鎖の一部を形成し、Ｒ_３がＣＯ_２ＣＨ_３であり、Ｒ_４がＣＨ_３であり、Ｒ_５がＨである式１の化合物を含む。本発明の別の実施形態では、スイッチング材料は、Ｒ_１がＨであり、Ｒ_２がＣＨ＝ＣＨでありかつポリマー主鎖の一部を形成し、Ｒ_３がＣＯ_２Ｈであり、Ｒ_４がＣＨ_３であり、Ｒ_５がＨである式１の化合物を含む。本発明の別の実施形態では、スイッチング材料は、Ｒ_１がＨであり、Ｒ_２がＣＨ＝ＣＨでありかつポリマー主鎖の一部を形成し、Ｒ_３が次式（Ｘ＝Ｓ）であり、Ｒ_４がＣＨ_３であり、Ｒ_５がＨである式１の化合物を含む。

スイッチング材料に含めるのに適した発色団の例は、光安定性ならびに電気化学的耐久性の両方を示すものである。化合物の光安定性、すなわち光誘導性の分解に対する発色団の耐性は、化合物が、一定の光曝露の下である点まで分解するのに要する時間の長さによって、測定することができる。例えば、一実施形態では、化合物は、試験前にそのコントラスト比を決定するために、その暗状態およびその明状態で測定することができる。試験中、コントラスト比は、分解を決定するために定期的にモニタされる。故障は、コントラスト比がある一定のレベルよりも下がった場合またはコントラスト比が当初のコントラスト比の５０％よりも下がった場合に生じると決定することができる。試験をするためのその他の方法は、当業者の知識の範囲内である。

本発明の実施形態の光安定性は、キューラブ社（Ｑ−Ｌａｂ）［オハイオ州クリーブランド（Ｃｌｅｖｅｌａｎｄ）所在］製のＱＵＶ試験ユニットを使用して試験することができる。一実施形態では、本発明のスイッチング材料は、一定の光曝露が約１０００時間から約５０００時間の範囲で光安定性を有する発色団を含む。別の実施形態では、本発明のスイッチング材料は、一定の光曝露が約５，０００時間を超えて光安定性を有する発色団を含む。

適切な発色団の電気化学的耐久性は、発色団が、明状態および暗状態でそのスイッチング活動を維持することができるサイクル数として測定される。一実施形態では、本発明のスイッチング材料は、約１０００から約５，０００サイクルの範囲で電気化学的耐久性を有する発色団を含む。別の実施形態では、本発明のスイッチング材料は、５，０００を超える電気化学的サイクルの電気化学的耐久性を有する発色団を含む。

典型的には、本発明によるスイッチング材料は、１つ以上の発色団を約１％から約３０
重量％含有する。本発明の別の実施形態では、スイッチング材料は、１つ以上の発色団を約２％から約７重量％含有する。本発明の別の実施形態では、スイッチング材料は、１つ以上の発色団を５重量％超含有する。本発明の別の実施形態では、スイッチング材料は、１つ以上の発色団を約３重量％含有する。本発明の別の実施形態では、スイッチング材料は、１つ以上の発色団を約６重量％含有する。本発明の別の実施形態では、スイッチング材料は、１つ以上の発色団を約５重量％含有する。

３．２ 溶媒成分
スイッチング材料の溶媒成分の主な役割は、１つ以上の発色団およびその他の成分を、このスイッチング材料全体にわたって溶解し、散在させ、拡散させることである。スイッチング材料の調製で使用される溶媒は、典型的には不活性であり、即ち光化学的にかつ電気化学的に不活性であり、無色であり、典型的な動作条件下で溶媒が失われないように十分高い沸点を有する。適切な溶媒の例には、トリグリム、ジクロロエタン、テトラグリム、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、水、ブチロラクトン、シクロペンタノン、およびこれらの混合物が含まれるが、これらに限定するものではない。本発明の一実施形態では、溶媒成分がトリグリムを含む。

典型的には、本発明によるスイッチング材料は、溶媒成分を約５０％から約９０重量％含有する。本発明の別の実施形態では、スイッチング材料は、溶媒成分を約６０％から約８０重量％含有する。本発明の別の実施形態では、スイッチング材料は、溶媒成分を約７０％から約７５重量％含有する。

３．３ 任意選択の成分
スイッチング材料は、支持電解質成分、追加のポリマー成分、着色剤、紫外線安定化剤または遮断剤、電荷担体、および電荷補償剤などのその他の成分を任意選択で含有することができる。スイッチング材料に含めるための任意選択の成分は、光学フィルタの特性に悪影響を及ぼさないように選択されるべきことが、明らかにされよう。

支持電解質成分
スイッチング材料の支持電解質成分は、不活性であり、導電性であり、当技術分野で公知の物質からなり、またはそのような物質の任意の組合せからなる。そのような物質の例には、アルカリ金属塩およびテトラアルキルアンモニウム塩が含まれる。本発明の電解質成分の、特定の非限定的な例には、テトラブチルアンモニウムヘキサフルオロホスフェート、テトラブチルアンモニウムテトラフルオロボレート、テトラブチルアンモニウムパーコレート、過塩素酸リチウム、リチウムビス（トリフルオロメタンスルホンイミド）、リチウムトリフレート、およびこれらの組合せが含まれる。本発明の一実施形態では、電解質成分は、過塩素酸リチウムを含む。本発明の別の実施形態では、電解質成分は、テトラブチルアンモニウムテトラフルオロボレートを含む。

典型的には、本発明によるスイッチング材料は、支持電解質成分を約２重量％まで含有する。本発明の別の実施形態では、スイッチング材料は、支持電解質成分を約１重量％まで含有する。本発明の別の実施形態では、スイッチング材料は、支持電解質成分を約０．５重量％まで含有する。

ポリマー成分
上記にて論じたように、本発明のスイッチング材料に組み込まれた１つ以上の発色団は、ポリマーの形をとることができる。本発明の他の実施形態では、追加のポリマーをスイッチング材料に添加することができる。当業者なら、市販のポリマーを、スイッチング材料の調製で使用できることが理解されよう。本発明で使用できるポリマーの例には、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、ポリ（メタクリル酸メチル）（ＰＭＭＡ）、ポリビニルピ
ロリドン（ＰＶＰ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリ（ジメチルシロキサン）（ＰＤＭＳ）、ポリ（メタクリル酸エチル）（ＰＥＭＡ）、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、およびこれらの組合せが含まれるが、これらに限定するものではない。

一実施形態では、本発明によるスイッチング材料は、ポリマー成分を５０重量％まで含有する。別の実施形態では、本発明によるスイッチング材料は、ポリマー成分を約５％から約４０重量％の間で含有する。さらなる実施形態では、本発明によるスイッチング材料は、ポリマー成分を約１５％から約３０重量％の間で含有する。別の実施形態では、本発明によるスイッチング材料は、ポリマー成分を約２０％から約２５重量％の間で含有する。さらなる実施形態では、本発明によるスイッチング材料は、ポリマー成分を約６０重量％未満含有する。別の実施形態では、本発明によるスイッチング材料は、ポリマー成分を約１０％から約３０重量％の間で含有する。本発明の別の実施形態では、スイッチング材料は、ポリマー成分を約１０％から約２５重量％の間で含有する。本発明の別の実施形態では、スイッチング材料は、ポリマー成分を約１５％から２５重量％の間で含有する。

電荷補償剤
電荷補償剤成分の主な役割は、スイッチング材料の酸化還元化学のバランスをとることであり、適切な電荷補償剤材料であることが当技術分野で公知である物質からなり、またはそのような物質の任意の組合せからなる。スイッチング材料の調製で使用される電荷補償剤は、典型的には、アノード発色団の酸化還元バランスをとるカソード材料であり、還元および酸化の両形態で十分安定である。適切な電荷補償剤の例には、プルシアンブルー、フェロセニウムテトラフルオロボレート、フェロセニウムヘキサフルオロホスフェート、テトラシアノキノジメタン、テトラフルオロ−テトラシアノキノジメタン、１，４−ジシアノベンゼン、１，２，４，５−テトラシアノベンゼン、ピレン、テトラセン、およびペンタセンが含まれるが、これらに限定するものではない。

本発明によるスイッチング材料は、典型的には、電荷補償剤成分を約０．１％から約１０重量％含有する。
電荷担体
電荷担体成分の主な役割は、２つの電極間での電子および正孔の輸送を容易にすることであり、適切な電荷担体材料であることが当技術分野で公知である物質からなり、またはそのような物質の任意の組合せからなる。スイッチング材料の調製で使用される電荷担体は、スイッチング材料の明色化を誘発させるのに必要な電気化学ポテンシャル範囲で、典型的には酸化還元活性である。適切な電荷担体の例には、トリス（４−ブロモフェニル）アミン、トリス（４−クロロフェニル）アミン、１０−メチルフェノチアジン、９，９−（Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラビフェイル−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル）フルオレン、４，４’−ジ（Ｎ−カルボゾリル）ビフェニル、１−（Ｎ−カラボゾリル）−４−ジフェニルアミノベンゼン、および１−（Ｎ−カルボゾリル−４−Ｎ’−α−ナフチル−Ｎ’−フェニルアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’Ｎ’−テトラフェニルベンジジンが含まれるが、これらに限定するものではない。

本発明によるスイッチング材料は、典型的には、電荷担体成分を約０．１％から約１０重量％含有する。
紫外線安定化剤
紫外線安定化剤の主な役割は、光分解方法で形成されたラジカル中間体を一掃することによって、スイッチング材料の光分解を阻害することであり、適切な紫外線安定化材料であることが当技術分野で公知である物質からなり、またはそのような物質の任意の組合せからなる。適切な紫外線安定化剤の例には、ヒンダードアミン光安定化剤（ＨＡＬＳ）として当技術分野で公知の化合物の種類が含まれるが、これらに限定するものではない。

本発明によるスイッチング材料は、典型的には、紫外線安定化剤成分を約０．１％から約１０重量％含有する。
紫外線遮断剤
紫外線遮断剤（または紫外線吸収剤）の主な役割は、より高いエネルギーのＵＶ光を吸収し、このエネルギーを散逸させて光分解を熱的に防止する材料の成分を含むことによって、自動暗化材料の光分解を防止することであり、適切な紫外線遮断材料であることが当技術分野で公知である物質からなり、またはそのような物質の任意の組合せからなる。適切な紫外線遮断剤の例には、ベンゾトリアゾール、ベンゾフェノン、および関連する種類の化合物が含まれるが、これらに限定するものではない。

本発明によるスイッチング材料は、典型的には、紫外線遮断剤成分を約０．１％から約１０重量％含有する。
着色剤
着色剤の主な役割は、所望の色を実現することであり、いくつかの実施形態では、スイッチング材料の光化学的性質または電気化学的性質を妨げない染料化合物を含むことによって、スイッチング材料の明状態でＶＬＴを調節することである。適切な染色化合物の例は、市販されており、当業者に公知である。

４．制御回路
動作させるため、本発明の光学フィルタは、この光学フィルタの電極間に電位差（電圧）を確立することが可能な電源に接続される。制御回路は、使用者からの入力または何らかの別の入力に基づいて電圧をオンまたはオフに切り替えるのに使用することができ、電圧を正確なレベルに調節するのに使用することもできる。光学フィルタをオンまたはオフにするための電力は、グリッド電力およびバッテリー電力を含めた様々な供給源から得ることができる。一実施形態では、電力は、住宅のＡＣ線間電圧から得られる。別の実施形態では、電力は、バッテリーから得られる。電源は、制御回路を通して光学フィルタに接続される。制御回路は、電源と光学フィルタの電極との間で回路を開きかつ閉じるスイッチを含む。制御回路は、発色団をその明状態にするように電源からの電圧を適切な電圧に変換するためのＤＣ−ＤＣコンバータを含むこともできる。ＤＣ−ＤＣレギュレータも、電圧を調整するのに使用することができる。制御回路は、使用者からの入力を受信した後にある固定期間にわたって光学フィルタに電圧を印加するための回路素子を含むこともできる。

図６を参照すると、一実施形態では、明るい状態を引き起こすため光学フィルタの電極に電圧を印加するのに、制御回路６００が使用される。電源６２０は、回路に電力を供給する。一実施形態では、電源６２０は、住宅または商用ビルディングで典型に見られるＡＣ線間電圧である。他の実施形態では、電源６２０は、バッテリーまたは何らかの別のＤＣ電源である。ＡＣ変圧器６１０は、制御回路で使用するためにＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換するのに使用することができる。スイッチ６３０は、ＤＣ電圧を本発明の光学フィルタ６５０に接続しかつこのフィルタ６５０から切り離すのに使用することができる。

本発明の実施形態は、使用者によって活動化させることができ、自動的にまたは使用者からの入力に応じて電子部品を制御することにより活動化させることができるスイッチを含み、またはこのスイッチは、光センサなどのセンサによって活動化させることができる。一実施形態では、電力制御電子部品は、ＤＣ電圧を電源から光学フィルタに直接通す、使用者により活動化されるスイッチである。使用者により活動化されるスイッチは、常時開の押ボタンまたは何らかの別のタイプのスイッチにすることができる。ＡＣアダプタからのＤＣ電圧は、明るい状態を誘発させるために光学フィルタにより必要とされる電圧と一致する。光学フィルタを明化させるために印加することができる電圧は、スイッチング材料および電極の抵抗率などの要因に依存することになる。一実施形態では、印加される
電圧は、約１から約１０Ｖ ＤＣの間に及ぶ。別の実施形態では、印加される電圧は、約０．１から約４２Ｖ ＤＣに及ぶ。さらなる実施形態では、本発明の光学フィルタが、約１．８Ｖを印加することで明化する。

本発明の一実施形態では、電力制御電子部品６４０を使用して、本発明の光学フィルタ６５０に印加されている電圧を制御することができ、それと共に電圧が印加される持続時間を制御することができる。一実施形態では、制御電子部品は、ＡＣ変圧器６１０からの電圧を変換および／または調整するための、ＤＣ−ＤＣコンバータを含んでいてもよい。例えばＡＣ変圧器６１０は、１２ＶのＤＣ電圧を出力してもよい。ＤＣ−ＤＣコンバータは、１２ＶのＤＣ電圧を、より低い電圧へと段階的に低下させるのに使用することができる。一実施形態では、本発明の光学フィルタは、明化させるのに１．２Ｖから２．１Ｖの範囲の電圧を使用する。

別の実施形態では、電力制御電子部品６４０がスイッチ６３０を制御する。この実施形態では、電力制御電子部品６４０は、使用者の入力またはセンサなどの電子デバイスからの入力に応答してスイッチ６３０を閉じる。使用者は、常時開のモーメンタリスイッチに接続されたボタンを押して、入力信号を電力制御電子部品６４０に提供する。次いで電力制御電子部品６４０は、ある固定期間にわたりスイッチ６３０を閉じる。固定期間は、電子回路の当業者によく知られている標準的なタイミング回路を使用することにより、事前設定して電力制御電子部品に組み込むことができる。固定期間は、光学フィルタ６５０が明化するのに必要とされる時間の長さに事前設定することが可能である。

光センサは、外側が明るい場合に感知するように、電力制御電子部品６４０に組み込むこともできる。外側が明るくかつ使用者がボタンを押した場合、電力制御電子部品は、明化した状態を維持するために、光学フィルタ６５０上で電圧を維持することができる。光学フィルタ６５０上での電圧の維持は、紫外線に曝された場合であっても、光学フィルタの自動暗化特徴を無効にしかつ明状態で保持する働きをすることができる。一実施形態では、使用者は、再びボタンを押すことによってまたは第２のボタンを押すことによって、光学フィルタをその通常の自動暗化状態に戻す。別の実施形態では、電力制御電子部品６４０は、明化する時間をより早くしかつ寿命をより長くするために、光学フィルタ６５０に方形波信号を印加するのに使用される。

さらなる実施形態では、スイッチ６３０は、光学フィルタ６５０を明化させるように使用者が様々な異なる状態を選択することが可能なポテンシオスタットまたは多位置スイッチなどの多状態制御デバイスである。例えば使用者は、完全な暗さと完全な明るさとの間の途中の状態が望まれることを示すために、中間状態を選択することができる。次いで電力制御電子部品６４０は、この中間状態を実現するのに十分な持続時間にわたり、電圧を光学フィルタ６５０に印加することができる。少量の電圧を印加するなど、本発明の光学フィルタを中間状態に到達させるその他の方法も、可能と考えられる。

電力制御電子部品６４０は、光学フィルタ６５０で明化させる工程が終了したときを感知することができる、電圧または電流センサを含むこともできる。電力制御電子部品６４０が、明化させる工程が終了したことを感知すると、電力を保存するためにスイッチ６３０が開くことになる。電力制御電子部品６４０に組み込むことができるその他の機能および特徴も考えられる。

制御電子部品６４０は、定ＤＣ電圧の代わりにパルスまたは交流波形を光学フィルタ６５０に印加する電子回路を含むこともできる。波形は、方形波、鋸波、正弦波、または何らかのその他の波形の形をとることができる。波の振幅は変えることができる。一実施形態では、方形波は、制御電子部品６４０によって光学フィルタ６５０の電極に印加するこ
とができる。方形波は、約−２Ｖから約＋２Ｖの振幅に及ぶことができる。透明電極の一方が２Ｖである場合、他方の透明電極は−２Ｖである。一実施形態では、波形は、一方の電極で０から正の電圧の範囲であり、他方の電極では、０から対応する負の電圧の範囲である。別の実施形態では、波形は、一方の電極で約０から約２Ｖの範囲であり、他方の電極では約０から約２Ｖの範囲である。電圧を方形波として電極に印加することにより、光学フィルタ６５０の明化する時間を削減することができかつ／またはそのサイクル寿命を延ばすことができる。一実施形態では、波形の周波数が１００Ｈｚである。本発明の別の実施形態では、波形の周波数は約０．１Ｈｚから約１，０００Ｈｚにまで及ぶ。別の実施形態では、波形の周波数は、約０．００１Ｈｚから約１００ＫＨｚにまで及ぶ。

５．光学フィルタの光学成分
論じられるように、本発明の光学フィルタは、その暗状態に遷移するために紫外線を必要とするが、当業者に理解されるように、発色団、特に有機発色団は、紫外線で分解する可能性がある。紫外線で誘発される発色団の分解に対抗するには、１つ以上の紫外線遮断剤を使用して、本発明の光学フィルタが曝される紫外線の一部またはかなりの量を遮断することができる。紫外線遮断剤の目的は、自動暗化を行うのに十分なレベルの紫外線を可能にしながら、かなりの量の紫外線がスイッチング材料に到達するのを阻止することである。

紫外線遮断剤は、物質に組み込んでもよく、または基板上の層として付着させてもよい。光学フィルタ上の紫外線遮断層として存在する場合は、無機材料、有機材料、またはこれら２種の組合せのフィルムまたは層を含んでいてもよい。無機材料の例は、二酸化チタン、酸化亜鉛、酸化カドミウム、三酸化タングステン、およびそのような材料の２種以上を組み合わせた混合酸化物である。無機紫外線遮断層は、化学気相成長、物理気相成長（例えば、スパッタリング、電子線蒸着、およびイオン・メッキ）、プラズマ・スプレー技法、またはゾル・ゲル法などの様々な手段によって、基板に付着させることができる。紫外線遮断剤は、紫外線を反射しまたは吸収するように厚さおよび屈折率が選択された、薄膜材料の積層体（２色性積層体）として提供することができる。有機紫外線遮断剤は、問題の光の波長を本質的に吸収しているポリマー材料、または、ポリマー材料と混合された（溶解しまたは散在し）もしくはポリマー自体に共有結合された光吸収剤もしくは安定化剤材料を含有するポリマー材料の層で、作製してもよい。

ポリマー材料の例には、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブチレン、エポキシ、アクリル、ウレタン、ポリ塩化ビニル、ポリ（ビニルブチラール）、ポリ（ビニルアルコール）を含むビニル、アセテート、ポリスチレン、ポリイミド、ポリアミド、フルオロカーボンポリマー、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリ（メタクリル酸メチル）、ポリ（メタクリル酸エチル）、ポリ（酢酸ビニル）、前述のコポリマー、および前述のポリマーのポリマーブレンドが含まれる。

多数の光吸収剤および／または安定化剤材料が当技術分野で公知であり、特に有用なものには、ベンゾトリアゾール、ベンゾフェノン、シアノアクリレート、ヒンダードアミン、オキサルアニリド、および置換トリアジンが含まれる。

紫外線遮断層中の紫外線吸収剤の濃度、および紫外線遮断層の厚さは、自動暗化を行うのに十分なレベルの紫外線曝露を可能にしながら、（１つ以上の）紫外線遮断層を超えてスイッチング材料層の日光による分解に対して安定性をもたらすように選択される。一実施形態では、紫外線遮断フィルムが光学フィルタの光曝露表面の前に位置決めされ、２５０から４００ｎｍの間の入射紫外線の約８％から１０％を透過させる。別の実施形態では、紫外線遮断剤は、紫外線を５％から２５％まで透過させる。別の実施例では、紫外線遮断剤は、２５０から４００ｎｍの間の紫外線の１％から５０％までを透過させる。

一実施形態では、紫外線遮断フィルムは、ある波長よりも低い紫外線をより多く遮断する。紫外線遮断フィルムは、より低いエネルギーの紫外線の多くを通過させながら、より低い波長の損傷高エネルギー紫外線を遮断する。より低いエネルギー紫外線は、自動暗化を引き起こすのに使用することができる。一実施形態では、紫外線遮断フィルムは、約３５０ｎｍよりも低い紫外線のほとんどを遮断するが、３５０ｎｍから４００ｎｍの間の紫外線は通過させる。

光学フィルタのフォーマット
本発明は、光学フィルタ用の様々なフォーマットを企図するものである。一実施形態では、本発明の光学フィルタは、第１の基板の内部対向面に配置された透明導電性層でコーティングされた基板を含む。第２の基板は、第２の基板の内部対向面に配置された第２の導電性層でコーティングされる。第１の基板および第２の基板は、それぞれの透明導電性層が互いに内向きに面して電気化学セルを生成するように、互いに対向して配置される。スイッチング材料は、各導電性層の間に接触させて挟まれる。シールは、基板間に挟まれた状態でスイッチング材料を保つのに、ならびに２枚の基板を１つに結合するのに必要と考えられるが、いくつかの実施形態では、スイッチング材料は、基板間の接着剤として機能することができ、それによってシールの必要に先んじることができる。スペーサ要素は、電極間の一定の距離を維持するために、電極間に組み込むことができる。スペーサ要素は電極に取着することができ、またはスペーサ要素は、浮動状態にすることができる。

本発明の一実施形態によれば、図２を参照すると、光学フィルタ２００は、透明導電性電極２４０および２５０でそれぞれコーティングされた第１の基板２２０および第２の基板２３０を含む。スイッチング材料２１０は、第１の導電性電極２４０と第２の導電性電極２５０との間で一定距離を維持するための、少なくとも２つのスペーサ要素２６０を含む。一実施形態では、スペーサ要素は、導電性電極２４０および２５０の間の所望の隙間にほぼ等しい直径または厚さを有するガラスまたはプラスチックのビーズである。隙間の厚さは、光学フィルタの所望の特徴に応じて約１ｎｍから約１ｍｍまでの間に及ぶことができる。一実施形態では、所望の隙間が約２５μｍである。別の実施形態では、所望の隙間が約６０μｍである。２つの導電性電極２４０および２５０と２枚の基板２２０および２３０との間に介在させた周縁シール２７０は、スイッチング材料２１０から溶媒が漏れないようにまたは蒸発しないように、光学フィルタ２００の外側の周りで使用することができる。スペーサ要素２６０は、これら基板の一方に接着することもできる。電気導線２８０が導電性電極２４０に接続され、導線２９０が導電性電極２５０に接続される。

本発明の別の実施形態によれば、図３を参照すると、光学フィルタの基板３２０に、スペーサ要素３５０のパターンを印刷することができる。基板３２０は、ＰＥＴなどの材料で作製することができる。ＩＴＯなどの透明導電性コーティング３４０を基板上にコーティングすることができる。次いでスペーサ要素３５０を、光学フィルタラミネートにアセンブルする前に、基板に付着させることができる。一実施形態では、スペーサ要素３５０は、スクリーン印刷技法を使用して基板上に印刷される。スペーサ要素を基板に付着させるその他の方法は、当業者に公知である。スペーサ要素３５０は、ヘンケルコーポレーション（Ｈｅｎｋｅｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）［ドイツ、デュッセルドルフ（Ｄｕｓｓｅｌｄｏｒｆ）所在］から入手可能なＡｃｈｅｓｏｎ ＥｌｅｃｔｒｏＤＡＧ ＰＤ−０３８紫外線硬化性誘電体ドットスペーサ材料などの材料を使用して形成することができる。その他の材料も、スペーサドットを形成するのに使用されることが考えられる。スペーサ要素３５０は、フィルタの光学特性に対するその影響を低減させるため、できる限り間隔を空けて配置すべきであるが、２つの電極間に所望の一貫した隙間が維持されるように共に十分近付けるべきである。一実施形態では、スペーサ要素は、約３ｍｍの間隔を空けて配置され、その直径は約４０μｍである。別の実施形態では、スペーサ要素は、約０．
１ｍｍから約１００ｍｍまでの間隔を空けて配置される。別の実施形態では、スペーサ要素は、その直径が約１０から約５００μｍの間である。周縁シール３６０は、基板３２０の周縁に付着させることができる。周縁シール３６０は、エポキシもしくはその他の接着剤などの材料にすることができ、またはシート材料から形成することができ、基板３２０上にラミネートすることができる。周縁シール３６０に使用される材料が液体材料である場合、この材料も表面にスクリーン印刷することができる。バス・バー３３０は、電気接続を導電性コーティング３４０に設けるために、基板３２０の１縁部に付着させることができる。バス・バー３３０は、銅、アルミニウム、銀、金、またはその他の導電性材料など、一部の導電性材料から形成することができる。バス・バー３３０は、例えば銀エポキシまたは銀インク材料を使用して印刷することができる。バス・バー３３０は、導電性接着剤を有する銅テープを使用して形成することもできる。電気導線３７０は、バス・バー３３０に取着することができる。

本発明の追加の実施形態を図４に示すが、光学フィルタ４００のスイッチング材料４１０は、スペーサ要素パターン４２０により形成された個々のセル内に密閉されている。スペーサ要素パターン４２０は、基板４３０に付着させることができる。基板４３０は、ＩＴＯなどの導電性材料でプレコートすることができる。スペーサ要素パターン４２０は、スイッチング材料４１０のポケットを包封しシールする。基板４４０および４３０の間に一貫した隙間を設ける他、スペーサ要素パターン４２０は基板４４０および４３０を１つに結合することもでき、スイッチング材料４１０で満たされた個々のセルそれぞれにシールを設けて、漏れまたは蒸発を通したスイッチング材料の損失を防止することができる。一実施形態では、スペーサ要素パターン４２０がハニカムパターンである。別の実施形態では、スペーサ要素パターン４２０は、四角形のパターンまたは何らかのその他のタイプの閉じたパターンである。バス・バー４５０は基板４４０に取着され、導線４６０はバス・バー４５０に取着される。第２のバス・バー４８０は基板４３０に取着され、電気導線４７０はバス・バー４８０に取着される。

光学フィルタの調製方法
本発明の光学フィルタは、様々な加工方法に適応する。特に本発明は、光学フィルタを作製するためのロールツーロール加工方法を企図するものであり、一般に、柔軟な透明基板を提供する工程と、透明導電性材料をこの柔軟な透明基板の片面にコーティングしまたは堆積して少なくとも１つの電極を形成する工程と、柔軟な基板の導電性側にスイッチング材料をコーティングしまたは堆積する工程とを含む。この方法はさらに、必要に応じて第２の電極が形成されるよう、透明導電性材料が同様にコーティングされまたは堆積されていてもよい第２の柔軟な基板を提供する工程と、この基板をスイッチング材料の最上部に付着させて、スイッチング材料が２つの透明導電性電極に接触しているサンドイッチ構造を形成する工程とを含む。

図７を参照すると、本発明の一実施形態による光学フィルタを作製する方法は、透明基板を提供する工程を含む。透明基板は、ガラスまたは透明なＰＥＴ材料または何らかのその他のポリマーにすることができ、電極を形成するためにこの透明基板の片側に実質的に透明な導電性コーティングを付着させ、スイッチング材料を含む配合物でこの基板をコーティングし、導電性コーティングでコーティングされた第２の同様に調製された基板をスイッチング材料の最上部にラミネートして、サンドイッチ構造を形成する。

一実施形態では、スイッチング材料は、室温で高粘度を有し、加熱によってより低い粘度の液体に作製し、それによってこの材料を基板上に付着させまたはコーティングする。一実施形態では、スイッチング材料が約１００℃に加熱され、基板間で押圧される。本発明の別の実施形態によれば、スイッチング材料は液体として最初に流延ばされ、次いでこの材料の粘度が上昇してゲルを形成するようにさらに処理される。例えばスイッチング材
料を乾燥させることができ、溶媒または共溶媒をスイッチング材料から蒸発させる。他の実施形態では、スイッチング材料を硬化して粘度を上昇させることにより、ゲルを形成する。スイッチング材料の硬化は、紫外線によって実現してもよい。光開始剤をスイッチング材料に添加してもよく、この場合、紫外線に曝されると配合物を架橋してその粘度を上昇させるのを助けることができる。熱または電子線への曝露によるなど、その他の硬化方法が、種々の配合物で可能と考えられる。当業者なら、この重合および／または架橋は、化学、熱、または光タイプの開始剤によって開始できることが理解されよう。紫外線硬化の一般的方法は、紫外線に曝されるとラジカルを形成して重合および／または架橋を開始することになる構成成分を添加することによって、実現することができる。適切な重合開始剤は、当技術分野で公知であり、例えば、ＡＩＢＮなどの熱感受性開始剤、ＤＡＲＯＣＵＲ ４２６５などの光開始剤を含むがこれらに限定するものではない。次いでゲル化スイッチング材料を、両方の基板に接着して一体構造を形成することができる。

フィルタが作製されたら、このフィルタをサイズに合わせて切断し、必要に応じて周縁をシールすることができ、電気接続を電極に作製することができる。電気接続は、透明導電性コーティングに接触している基板上にバス・バーを印刷することにより作製できる。次いで電気導線をバス・バーに取着することができる。光学フィルタは、完成すると紫外線の存在下で自動的に暗化し、使用者は、適切な電荷を電極に印加したときにより明るい状態に戻すことが可能になる。

光学フィルタの試験
本発明の光学フィルタの性能効力は、例えば光学フィルタの可視光透過率、ヘイズ、スイッチング速度、光安定性、サイクル、および電圧要件の測定も含めた当技術分野で標準的な技法を使用して調査を実施することにより、試験をすることができる。

１．光安定性
紫外線に対する本発明の光学フィルタの光安定性は、人工加速試験法を使用して試験をすることにより、または当業者に公知の屋外試験法により、決定することができる。光安定性試験は、露光、温度、および場合によっては湿度を制御することができる制御条件下で、典型的には行われる。

紫外線耐候試験は、例えばＱＵＶ機器において、５０℃および周囲湿度で行うことができる。一実施形態では、光学フィルタの分解％は、７００時間にわたって５０％未満である。別の実施形態では、光学フィルタの分解％は、１４００時間以上にわたって５０％未満である。さらなる実施形態では、光学フィルタの分解％は２１００時間以上にわたって５０％未満である。別の実施形態では、光学フィルタの分解％は３５００時間以上にわたって５０％未満である。さらなる実施形態では、光学フィルタの分解％は７０００時間以上にわたって５０％未満である。

紫外線耐候試験は、Ｓｏｌａｒ Ｌｉｇｈｔ １６Ｓ加速耐候試験機器で行うこともできる。Ｓｏｌａｒ Ｌｉｇｈｔは、大きく加速された耐候試験に向けて、紫外線の小さな集中ビームが得られるようにフィルタ処理することができる、キセノンアーク・ランプを使用する。一実施形態では、光学フィルタの分解％は、Ｓｏｌａｒ Ｌｉｇｈｔ機器上で１００時間以上にわたり５０％未満である。別の実施形態では、光学フィルタの分解％は、２５０時間以上にわたり５０％未満である。さらなる実施形態では、光学フィルタの分解％は、５００時間以上にわたり５０％未満である。別の実施形態では、光学フィルタの分解％は、７５０時間以上にわたり５０％未満である。さらなる実施形態では、光学フィルタの分解％は、１０００時間以上にわたり５０％未満である。

２．サイクル耐久性
サイクル耐久性またはスイッチング耐久性は、本発明の光学フィルタのサイクル・スイッチング能力を測定する。サイクル耐久性は、光学フィルタが故障する前に受けることができる、明状態と暗状態との間でのサイクル切替え数を測定する。本発明の光学フィルタのサイクル耐久性は、使用者により制御されるサイクル・プロファイルに従って光学フィルタをその暗状態と明状態との間で連続的にサイクルさせる分析技法により、決定することができる。例えば一実施形態では、サイクル耐久性は、光学フィルタが故障したと言われる、コントラスト比が光学フィルタの初期コントラスト比の５０％まで低下する前の、すなわち５０％分解する前の光学フィルタによる、１０％ＶＬＴと９０％ＶＬＴの限度間で実現されたサイクル数として測定される。一実施形態では、光学フィルタのサイクル耐久性は約１００サイクルよりも大きい。別の実施形態では、光学フィルタのサイクル耐久性が約５００サイクルよりも大きい。さらなる実施形態では、光学フィルタのサイクル耐久性が１，０００サイクルよりも大きい。別の実施形態では、光学フィルタのサイクル耐久性が１０，０００サイクルよりも大きい。さらなる実施形態では、光学フィルタのサイクル耐久性が４０，０００サイクルよりも大きい。

３．可視光透過率（ＶＬＴ）
ＶＬＴは、オーシャンオプティクス社（Ｏｃｅａｎ Ｏｐｔｉｃｓ）［米国フロリダ州ダニージン（Ｄｕｎｅｄｉｎ）所在］から入手可能なＯｃｅａｎ Ｏｐｔｉｃｓ分光計を使用して測定することができる。ＶＬＴは、電磁スペクトルの可視部分における透過率の平均である。一実施形態では、光学フィルタの暗状態でのＶＬＴが１％から４０％の間である。別の実施形態では、暗状態でのＶＬＴが２％から２０％の間である。さらなる実施形態では、暗状態でのＶＬＴが５％から１５％の間である。別の実施形態では、光学フィルタの明状態でのＶＬＴが５０％から９０％の間である。別の実施形態では、明状態でのＶＬＴが６０％から８０％の間である。さらなる実施形態では、明状態でのＶＬＴが６５％から７５％の間である。

４．ヘイズ％
本発明の光学フィルタを通過するときの光の散乱、またはヘイズ％は、当技術分野で公知の方法を使用して、例えばビーワイケー−ガードナー社（ＢＹＫ−Ｇａｒｄｎｅｒ）製ＸＬ−２１１ヘイズメータを使用して測定することができる。一実施形態では、ヘイズ％が１０％よりも低い。別の実施形態では、ヘイズ％が約５％よりも低い。さらなる実施形態では、ヘイズ％が約２％よりも低い。別の実施形態では、ヘイズ％が約１％よりも低い。

５．スイッチング速度
スイッチング速度は、明状態と暗状態との間、および暗状態と明状態との間をも遷移するのに要する時間として測定される。一実施形態では、スイッチング速度は、明状態における当初ＶＬＴの９０％と暗状態における当初ＶＬＴの１０％との間を遷移するのに必要な時間である。

光学フィルタの使用
本発明の光学フィルタは、様々な用途に組み込むことができる。特に、本発明の光学フィルタは、とりわけ、動的に制御することが望ましいシステム、およびフィルタライトに適用可能である。本発明の光学フィルタは、そのままで使用することができ、またはガラスもしくはポリカーボネートなどの他の基板上に積層することができる。

１．可変透過率窓
本発明の光学フィルタは、様々な窓システムに組み込んで、その窓システムに制御可能な可変透過率機能を付与することができる。一実施形態において、本発明の可変透過率窓は、本明細書において記述されているスイッチング材料、およびガラスもしくは透明ポリ
マーのシートなどの透明な基板を備えている。ガラスは窓の適用例において使用される最も典型的な基板であるが、透明ポリマー材料および他の材料も使用することができる。前述のように、スイッチング材料は、紫外線もしくは日光に曝露すると自動的に暗化し、また電荷をかけることにより明化するであろう。スイッチング材料を紫外線もしくは日光に曝露すると、窓のＶＬＴが低下する。これは、グレージングを和らげ、居住者の快適さを向上させる助けになる。可変透過率窓は、スイッチング材料と接触する位置にある電極をさらに備えている。一実施形態において、電極は、基板と同一の面上に配置され、スイッチング材料に接触している。別の実施形態において、スイッチング材料は、第１および第２の基板間に挟まれ、それぞれの基板の、それぞれの向き合った面に配置された電極と接触している。スイッチング材料に電圧を印加するために、電極に導線が接続されている。スイッチング材料に電圧を印加すると、スイッチング材料は明るくなり、より大きな割合の入射可視光を透過させる。制御電子部品は、フィルタに電圧がかけられると、使用者が制御することを可能にする。例えば、使用者はボタンを押して、スイッチング材料を明化させるため、電極に電圧を印加することを、制御電子部品に指示することができる。電力制御電子部品は、車両に乗車して入手できるＤＣ電圧を、スイッチング材料を明化させるのに使用するために適したＤＣ電圧に変換する電圧コンバータを含むこともできる。こうして、本発明の可変透過率窓は、紫外光に曝露された場合、自動的により暗い状態に切り替わることができ、また所望される場合、電圧の印加により、より明るい状態に切り替えることができる。

図８は、本発明の可変透過率窓の一実施形態を例示する。記述されるように、本発明の光学フィルタ８１０は、柔軟な基板材料を使用して製作し、それぞれ接着剤８４０および接着剤８５０を有する透明な窓基板８２０と、透明な窓基板８３０との間に積層することができる膜として機能することができる。透明な窓基板８２０は、フロートガラスのシートとすることができる。一実施形態において、この透明な窓基板は、厚さ３ｍｍの透明フロートガラス（例えば、ピーピージーインダストリーズ社（ＰＰＧ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ）［ペンシルバニア州ピッツバーグ（Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈ）所在］から入手できる）である。ポリカーボネートおよび他の透明ポリマー材料などの他の材料も、透明な窓基板８２０向けに使用することができる。透明な窓基板８３０は、透明な窓基板８２０と同一の材料とすることができ、または異なる材料とすることもできる。光学フィルタ８１０は、それぞれ接着剤層８４０および接着剤層８５０を使用して、透明な窓基板８２０と、透明な窓基板８３０との間に積層することができる。光学的に透明な接着剤の一例は、スリーエム社（３Ｍ）［セントポール（Ｓｔ．Ｐａｕｌ）ミネソタ州所在］からの部品番号８１７２として見出すことができる。他の接着剤を使用することもでき、また何ら接着剤を使用しないことも可能である。電気導線８６０および８７０は、光学フィルタ内の電極に接続される。電極はスイッチング材料と接触し、電極に電圧を印加すると、暗化した状態から明化する。

別の実施形態において、透明な窓基板８２０および８３０の内側に直接塗布した、透明な導電性コーティングを有する窓が製作される。上記において検討したように、透明な導電性コーティングは、ＩＴＯまたはいくつかの他の透明な導電性コーティングとすることができる。スイッチング材料は、透明な導電性コーティングの間に直接挟まれ、また電気導線８６０および８７０が、それぞれ透明な窓基板８２０および透明な窓基板８３０上の透明な導電性コーティングに取り付けられる。スイッチング材料は、ＩＴＯコーティングした透明な窓基板に液体として塗布することができ、またはスイッチング材料は、硬化させて、高粘度ゲルを形成することができる。一実施形態において、スイッチング材料は、ＤＵＲＯＣＵＲ（チバスペシャルティーケミカルズ社（ＣＩＢＡ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ）［バーゼル（Ｂａｓｅｌ）スイス国所在］）などの光開始剤を含み、紫外光を使用して硬化されて、両方の透明な窓基板に接着される、半液体高粘度ゲルもしくは固体を形成する。高粘度液体もしくはゲルを形成する他の化合物および硬化方法も
可能である。

図９において一実施形態として例示しているように、本発明の光学フィルタは、非平面窓システムに組み込むこともできる。本発明の柔軟な光学フィルタ９１０は、接着剤９４０を有する非平面の透明な窓基板９２０に取り付けられる。電気導線９４０および９６０が、光学フィルタ９１０内の電極に取り付けられる。非平面の透明な窓基板９２０は、ガラスまたはポリカーボネートもしくは他のポリマーなどの他の透明な材料などの透明な材料の湾曲したシートとすることができる。一実施形態において、光学フィルタ９１０は、本発明の光学フィルタを、１枚の透明な基板に積層することによって、窓システム中に組み込まれる。別の実施形態において、本発明の光学フィルタ９１０は、本発明の光学フィルタを、２枚の湾曲した透明な基板に積層することによって、窓システム中に組み込まれる。

１．１ 建築用スマートウィンドウ
スマートウィンドウは、デザインに組み込まれた、外部刺激によって暗化し、また明化することができる動的グレージングを有している。固定される代わりに、スマートウィンドウの可視光透過率は可変である。こうして、スマートウィンドウは、グレージングおよび太陽熱取得（ｓｏｌａｒ ｈｅａｔ ｇａｉｎ）の緩和を達成して、居住者の快適さならびに建物のエネルギー効率の両方を向上させることができる。

本発明の光学フィルタは、様々な建築用窓システムに組み込んで、スマートウィンドウの機能性を達成することができる。例えば、本発明のスイッチング材料および制御回路を備えた窓を製作することができる。代替的実施形態において、本発明の光学フィルタは、２枚のガラス板の間に積層して、単一の窓ガラスとして使用することができる。さらなる実施形態には、本発明の光学フィルタを、断熱ガラスユニット（ＩＧＵ）またはプライバシーもしくはカーテン壁に組み込むことが含まれる。本発明の光学フィルタは、平面もしくは湾曲窓システムに組み込むことができる。

本発明の光学フィルタは、断熱ガラスユニット（ＩＧＵ）に組み込むこともできる。ＩＧＵは、周縁のスペーサおよびシールによって、外側を取り囲み、一緒に密閉した２枚のガラス板で作られる。２枚のガラス板の間の密閉した隙間に空気を充填し、真空にすることができ、またはアルゴンなどの不活性ガスを充填して、窓の一方の側から他方への伝熱速度を低下させることができる。本発明の可変透過率断熱ガラスユニットは、ＩＧＵの一方の側から他方への熱伝導を低下させるために、１つもしくは複数の密閉した隙間に沿って少なくとも２枚のガラス板もしくはいくつかの他の透明材料を有している。可変透過率断熱ガラスユニットは、さらに、紫外光に曝露すると暗化し、電圧を印加すると明化するスイッチング材料を含む本発明の光学フィルタを備えている。一実施形態において、本発明の光学フィルタは、ＩＧＵの外側もしくは内側窓ガラスの一方のガラス板に積層される。別の実施形態において、本発明の光学フィルタは、密閉した隙間のすぐ次で積層される。さらなる実施形態において、本発明の光学フィルタは、密閉した隙間に接触しないガラス板面に積層される。さらなる実施形態において、本発明の光学フィルタは、ＩＧＵからなる１つの窓ガラスを形成する２枚のガラス板の間に積層される。別の実施形態において、本発明の光学フィルタは、２枚のガラス板の間の密閉した隙間内に、懸垂されている。本発明の可変透過率断熱ガラスユニットは、３枚以上のガラス板、および２か所以上の密閉した隙間を有することもできる。一実施形態において、３重窓ガラス可変透過率ＩＧＵは、２つの密閉した隙間を画定する、２つの周縁シールを有する３枚のガラス板であって、本発明の光学フィルタが、ガラス板の１枚に積層されて、可変透過率機能性をもたらしている３枚のガラス板を備えている。少なくとも１本の電気的導線が、光学フィルタのスイッチング材料に接触する少なくとも１つの電極に接続される。１つまたは複数の電極に電圧を印加すると、スイッチング材料は、その明状態に達するまで明化する。

図１０は、本発明の可変透過率ＩＧＵの一実施形態を例示する。断熱ガラスユニット１０００は、ガラス板１０２０に積層した本発明の光学フィルタ１０１０を備えている。第２のガラス板１０３０は、周縁シール１０６０によりガラス１０２０に取り付けられる。周縁スペーサおよびシール１０６０は、ガラス板１０２０およびガラス板１０３０の間の、密閉した空間１０５０を画定する。密閉した空間１０５０に、空気、アルゴンもしくはいくつかの他のガスを充填することができ、または真空としてよい。第３のガラス板１０４０を、光学フィルタ１０１０の他方の側に積層し、中央に光学フィルタ１０１０を有するサンドイッチ構造を形成する。枠組１０７０は、断熱ガラスユニット１０００の周縁を取り囲んで位置し、建物内への可変透過率窓の設置を容易にしている。ガラス板１０２０およびガラス板１０３０は、これらの表面に塗布したコーティングを含むことができる。このようなコーティングの例には、防眩コーティング、反射防止コーティング、赤外線反射コーティング、低輻射率コーティング、および紫外線を一部遮断する膜も含まれる。低輻射率コーティングは、ガラス板の内側表面から、密閉した隙間を通って他方のガラス板への熱の輻射を低減するのに役立つ。

図１１は、本発明の可変透過率ＩＧＵの別の実施形態を例示する。枠組１１７０内に取り付けられた断熱ガラスユニット１１００が示される。断熱ガラスユニットは、ガラス板１１２０上に積層した本発明の光学フィルタ１１１０を備える。周縁スペーサおよび板１１６０は、ガラス板１１２０およびガラス板１１３０の間の、密閉した空間を画定する。他のガラス板１１４０を、光学フィルタ１１１０の他方の側に積層する。ガラス板の代わりに、ポリカーボネートもしくは他の透明ポリマーなどの透明な材料を使用することができる。光学フィルタ１１１０は、スイッチング材料全体に電圧を印加するための、２つの電極を備える。ワイヤ１１８０は、一方の電極に接続され、ワイヤ１１９０は、他方の電極に接続される。電気的コネクタ１１３０は、制御ボックスおよび電圧供給源（図示されない）への接続を容易にする。シール１１４０を使用して、断熱ガラスユニット１１００を枠組１１７０内に保持することができる。断熱ガラスユニット１１００が紫外線に曝露されると、光学フィルタ３１０は自動的に暗化し、可視光スペクトルにおける断熱ガラスユニット３００の透過率パーセントが、その暗状態に達するまで低下する。これは、晴れた日に太陽熱取得を減らす助けになる可能性がある。ワイヤ１１８０およびワイヤ１１９０を経てスイッチング材料に電圧を印加すると、光学フィルタは明化し、可視光スペクトルにおける断熱ガラスユニット１１００の透過率パーセントが、その明状態に達するまで増加するであろう。

図１２は、本発明の可変透過率ＩＧＵのさらなる実施形態を例示する。この実施形態において、断熱ガラスユニット１２００は、ガラス板１２２０およびガラス板１２３０を備えている。本発明の光学フィルタ１２１０は、密閉した隙間１２５０に接するガラス板１２２０の内側に積層される。パッカーおよびシール１２６０は、ガラス板１２２０およびガラス板１２３０を離して配置し、密閉をもたらして、密閉した隙間１２５０を作り出す。断熱ガラスユニット１２００は、枠組１２７０内に取り付けることができる。上述のように、ワイヤ１２８０およびワイヤ１２９０は、光学フィルタに接触する電極に接続される。

図１３は、本発明の可変透過率ＩＧＵの別の実施形態を例示する。この実施形態において、断熱ガラスユニット１３００は、ガラス板１３２０およびガラス板１３３０を備えている。本発明の光学フィルタ１３１０は、ガラス板１３２０の外側に積層され、密閉した隙間１３５０に接していない。スペーサおよびシール１３６０は、密閉をもたらして、密閉した隙間１３５０を作り出す。断熱ガラスユニット１３００は、枠組１３７０内に取り付けることができる。上述のように、ワイヤ１３８０およびワイヤ１３９０は、光学フィルタに接触する電極に接続される。

図１４は、本発明の可変透過率ＩＧＵの別の実施形態を例示する。この実施形態において、断熱ガラスユニット１４００は、ガラス板１４２０およびガラス板１４３０を備えている。本発明の光学フィルタ１４１０は、ガラス板１４２０とガラス板１４３０の間に懸垂される。周縁スペーサおよびシール１４４０は、ガラス板１４３０と光学フィルタ１４１０の間に、密閉した空間１４５０を作り出す。周縁スペーサおよびシール１４６０は、ガラス板１４２０と光学フィルタ１４１０の間に、密閉した空間１４７０を作り出す。図１４に示した実施形態は、大抵の二重窓ガラスＩＧＵのような密閉空間１つだけよりもむしろ、光学フィルタ１４１０のいずれかの側に、２つの別々の密閉した空間１４７０および１４５０を有する。密閉した空間１４９５および密閉した空間１４５０は、断熱ガラスユニット１４００を通しての熱伝導を低減し、それにより可変透過率窓の断熱能力を向上させる。断熱ガラスユニット７００は、枠組１４８０内に取り付けることができる。上述のように、ワイヤ１４９０およびワイヤ１４９５は、光学フィルタに接触する電極に接続される。コネクタ１４４５は、外部制御回路および電源への接続を可能にする。

本発明の可変透過率窓の操作を制御するため、窓は、上述の制御回路に接続される。単一の可変透過率窓は１つの制御回路に接続することができ、または多重の可変透過率窓は、単一の制御回路に接続することができる。図１５は、本発明の実施形態に従って、複数可変透過率窓に接続される電力制御ユニットの１配置を例示する。電力制御電子部品１５００は、ワイヤ１５３０を通って複数の可変透過率窓に接続される。ＡＣ電力は、ワイヤ１５２０を通って正規の家庭用電力から供給される。ＡＣ電力は、北アメリカで見出される標準１２０ボルト６０Ｈｚ供給電力とすることができる。ヨーロッパまたは他の場所では、ＡＣ電力は、２２０ボルトＡＣの形態である可能性がある。他の電圧および周波数が可能である。電力制御電子部品１５００は、電気ボックス１５５０内に取り付けられる。電気ボックス１５５０は、大抵の居住用および商業用設備において見出される標準的電気ボックスとすることができる。一実施形態において、電気ボックス１５５０は、住居の壁に取り付けることができる。カバープレート１５６０を使用して電気ボックス１５５０を全て覆うことができる。ワイヤ１５２０は、壁を通して延ばすことができる。別の実施形態において、電力制御電子部品１５００は、壁の外側の位置にする設計のボックスに取り付けられる。電力は、標準の電力差込み口にプラグを差し込む標準的電力コードから供給することができる。可変透過率窓１５１０は、ワイヤ１５４０により、並列で一緒に接続される。別法として、可変透過率窓１５１０はそれぞれ、制御ボックス１５５０に戻るそれら自体のワイヤを有することができる。この実施形態では、ボタン１５７０およびボタン１５８０により、使用者が可変透過率窓を制御することが可能になる。使用者が可変透過率窓を明化させようとする場合、ボタン１５７０を押す。一実施形態において、ボタン１５７０には、「クリア（ＣＬＥＡＲ）」の貼り札がある。ボタン１５７０を押すと、電力制御電子部品１５００は、明化させるため可変透過率窓１５１０に一定時間電圧を印加する。一実施形態において、可変透過率窓１５１０を次第にフェードさせるには、約１０秒〜約５分間電圧を印加する。電圧をかけた後、紫外光に曝露されなければ、可変透過率窓１５１０は明るい状態に留まるであろう。しかし、可変透過率窓１５１０が紫外光に曝露される場合、電力制御電子部品１５００のスイッチが開き、もはや可変透過率窓１５１０に電圧が印加されなくなるとすぐに、再び自動的に暗化し始めるであろう。紫外光が存在しても可変透過率窓１５１０が明るい状態に留まる事を使用者が所望する場合、ボタン１５８０を使用することができる。一実施形態において、ボタン１５８０には、「ホールド／キャンセル（ＨＯＬＤ／ＣＡＮＣＥＬ）」の貼り札がある。ボタン１５８０を押すと、電力制御電子部品は、可変透過率窓１５１０に電圧をかけ、より長時間その電圧を保持させるようになる。一実施形態において、電力制御電子部品１５００は、可変透過率窓への電圧を８時間保持する。さらなる実施形態において、電力制御電子部品１５００は、電圧が印加されている間にボタン１５８０を押すと、回路を開くように働き、可変透過率窓１５１０に電圧が印加されるのを止めるような設計になっている。可変透過率窓１５１０
に電圧が印加されている場合使用者に示すため、ボタン１５７０およびボタン１５８０に、発光ダイオードまたは他の指示灯を使用することができる。電力制御電子部品１５００向けの入力をもたらすため、他の制御スキームを使用することができ、いくつかの種々の型および数のスイッチおよびボタンも使用できる。さらなる実施形態において、ボタン１５７０およびボタン１５８０は、３位置用ノブで置き換えられる。

図１７は、本発明の可変透過率ＩＧＵの製造方法の一実施形態を例示している。この方法は、第１のガラス板または他の形態の透明な窓基板例えばポリカーボネートなどを提供する工程を含む。本発明による光学フィルタが提供され、第１の窓用透明基板シート上に積層される。次いで、第２の透明窓基板シートが、第１の透明窓基板シートに、周縁スペーサおよびシール材料によって取り付けられて、断熱ガラスユニットを形成する。密閉した空間に、アルゴンもしくはいくつかの他のガスなどのガスを充填することができる。いくつかの実施形態において、この方法はさらに、１つもしくは複数の透明窓基板にコーティングを施す工程を含む。これらのコーティングは、例えば、密閉した空間を介した一方の透明基板から他方の透明窓基板への熱輻射を低減するための低輻射コーティングとすることができる。

１．２ 車両向け可変着色度窓
サンルーフならびに車、バス、列車、飛行機、ボート、フェリーおよび他の車両のサイドウィンドウなどの車両用途において、着色（ｔｉｎｔｅｄ）窓もしくは着色窓フィルムが一般に使用されている。着色窓は、特に温暖な気候において著しい問題となる恐れのある、日当りのよい日の、車両内の加熱を軽減させる。着色窓は、特に晴れた日に直射日光がグレージングをもたらす恐れがある場合に、乗員の快適さを向上させ、またさらなるプライバシーをもたらすこともできる。

本発明の光学フィルタは、窓システムに組み込まれて、可変着色度機能性をもたらすことができる。このような機能性は、車両の窓の適用例において、特に望ましいものである。可変着色度窓は、様々な車両用途に使用することができる。例えば、可変着色度窓は、車のサンルーフ、サイドウィンドウおよびリヤウィンドウ向けに使用することができる。可変着色度窓は、バスおよび列車の乗客用窓向けに使用することができ、また飛行機およびボート内の窓にも使用することができる。本発明の可変着色度窓は、本発明の自動暗化材料および制御回路を含んで、製造することができる。代替的実施形態において、本発明の光学フィルタは、２枚のガラス板の間に積層することができ、またはガラス板の一方の側に取り付けることができる。さらに、可変着色度窓は、平坦とすることができ、または湾曲した窓用に使用することもできる。

図１８Ａおよび図１８Ｂは、本発明の一実施形態による、２つの異なる着色状態における可変着色度窓を通過する光の透過性を例示する。図１８Ａは、より暗着色状態における可変着色度窓１８００を示す。可変着色度窓は、ガラス板１８２０上に積層した本発明の光学フィルタ１８１０を備えている。これは、例えば、自動車におけるサイドウィンドウとすることができる。別の実施形態において、可変着色度窓１８００には、破砕（シャッタリング）を防止し、安全性を向上させる、接着剤樹脂および第２のガラス板などの積層体が含まれる。太陽からの入射光１８３０には、４００〜７５０ｎｍの範囲にある可視光が含まれる。その着色状態にある可変着色度窓は、可視光の顕著な部分を吸収または反射する。可視光のある割合だけが、透過光１８４０の形で可変着色度窓を通って透過されるであろう。一実施形態において、可変着色度窓は、その暗着色状態において約５％〜３０％の光を透過する。晴れた日には、これが、車両乗員に、車両内部におけるグレージングの低減、プライバシーの増大、および太陽熱取得の減少をもたらすであろう。他の暗着色レベルが可能であり、光学フィルタをより薄くもしくはより厚くすることによって、または使用されるスイッチング材料を変更することによって、種々の着色レベルを達成するこ
とができる。種々の波長の可視光を吸収する種々のスイッチング材料により、種々の色を達成することもできる。

図１８Ｂは、より明るい着色もしくは透明な状態における可変着色度窓１８００を示す。暗い日に、可変着色度窓１８００の着色は、可変着色度窓に電荷をかけることによって、明化させもしくは除去することができる。具体的には、電荷の印加によって、光学フィルタ１８１０内のスイッチング材料の光吸収性状を、異なる状態とすることにより変化させるであろう。図１８Ｂにおいて、透過光１８５０は、ここで、図１８Ａで示した暗着色状態におけるよりも、より高い割合の入射光１８３０を含む。より明るい着色度により、車両の乗員は外部をより良好に見ることができ、光が少ないもしくは夜間条件において安全性が増す。本発明の一実施形態に従って、その透明もしくはより明るい着色状態では、可変着色度窓１８００は、入射光１８３０の約４５％〜９０％を透過する。透明な窓基板１８２０は、小さい割合の入射光１８３０を吸収し、また光学フィルタ１８１０も、その透明な状態でも小さい割合の入射光を吸収しており、したがって明着色状態でも可能な可視光透過の最高割合は、１００％透過未満であろう。中間の着色レベルを、暗着色状態から明着色状態まで可変着色度窓１８００にかける電圧持続時間を制御することによって、またはセンサおよび電子部品制御装置を使用することによって、達成することもできる。

可変着色度窓は、スイッチング材料中に、ある化合物を組み込むことによって、またはコーティングもしくは他の材料を、可変着色度窓に付加することによって、紫外（ＵＶ）範囲内で電磁放射線を遮断する、または赤外（ＩＲ）放射線を吸収もしくは反射する設計とすることもできる。このようなコーティングの例には、防眩コーティング、反射防止コーティング、ＩＲ反射コーティング、およびまた紫外光を一部遮断する膜も含まれる。他のコーティングも、企図されている。光学フィルタに使用される透明電極も、ＩＲ反射に寄与する。太陽光スペクトルからのエネルギーの約５０％がＩＲの形態にあり、また約５０％が可視光の形態にある。赤外光を遮断することは、車両内部の太陽熱取得を減少させる助けとなり得る。しかし、最良の太陽熱取得の減少は、車両内への可視および赤外光の透過を防止することによって達成することができる。一実施形態において、本発明の可変着色度窓は、晴れた日には最大の太陽熱取得減少を可能にする一方、光の少ない日もしくは夜間には依然として外部の良好な視認性をもたらしている。これにより、可変でない着色窓よりも暗い着色度を使用することが可能になり、晴れた日の太陽熱取得減少をさらに向上させる。

図１９は、本発明の一実施形態により、車両における本発明の可変着色度窓の適用を例示する。可変着色度窓１９００は、車の屋根内に取り付けられて、可変着色度を有するサンルーフまたはムーンルーフをもたらす設計である。本発明の光学フィルタ１９１０は、湾曲した透明基板上に積層されている。日光の存在において、可変着色度窓１９００は、自動的に暗化する。電気接続１９３０が、制御電子部品を通って、車両電池およびオルタネータにより供給されるＤＣ電圧に接続されている。制御電子部品は、可変着色度窓１９００への電圧を接続し、また接続を切断するボタンもしくはスイッチを備えることができる。制御電子部品には、通例車内で入手できる１２ボルトＤＣを、スイッチング材料に適した電圧に変換するためのＤＣ−ＤＣコンバータもしくはレギュレータも含まれうる。車両内の運転者もしくは乗客がボタンを押すと、またはスイッチを作動させると、可変着色度窓をより明るい着色度もしくは透明な状態にするため、電力制御電子部品が、電気接続１９３０を経て、光学フィルタ１９１０内のスイッチング材料にＤＣ電圧を印加する。可変着色度を有するサンルーフは、日当りのよい日に、車の内部における太陽熱取得を減らし、また車内が明化し過ぎるのを防ぐ顕著な利益をもたらすことができる。可変着色度窓１９００は、晴れた日に、サンルーフを閉じるのに一般に使用される不透明なブラインドへの必要性を無くすることができる。一実施形態において、本発明の可変着色度窓は、晴れた日には、依然として車両乗員が外を見ることができながら、光の透過の減少をもたら
し、不透明なブラインドでサンルーフを覆った場合には、見ることができないであろう何かを見ることを可能にする。この点は、車両の屋根の相当の部分を覆う、自動車の新規なパノラマ式サンルーフでは、特に重要となりうる。

図２０は、本発明の一実施形態による、可変着色度窓を有する自動車の全体図を示す。車両２０００は、サンルーフ２０１０、リヤウィンドウ２０２０、リヤサイドウィンドウ２０３０およびフロントサイドウィンドウ２０４０を備える。サンルーフ２０１０は、より明るい着色状態でも、かなり暗い着色度範囲を有する可変着色度窓を備えることができる。明状態でも、かなり暗い着色度を維持することは、車両内部で低い太陽熱取得を維持するのに役立つことができる。この点は、暑い気候で特に重要であり、空調使用の必要性を低減することによって、車両のエネルギー効率の向上を助けることもできる。一実施形態において、サンルーフ２０１０は、暗着色状態で約１０％、また明着色状態で約３０％の可視光透過率パーセントを可能にする可変着色度範囲を有する。これは、約３：１のコントラスト比（明状態における可視光透過率パーセントを、暗状態における可視光透過率パーセントで割ったもの）をもたらす。

リヤウィンドウ２０２０およびリヤサイドウィンドウ２０３０は、サンルーフ２０１０と同じ着色度範囲を、または異なる着色度範囲を有する可変着色度窓を備えることができる。一実施形態において、リヤウィンドウ２０２０およびリヤサイドウィンドウ２０３０は、異なる可変着色度範囲を有し、それにより、暗着色状態において約１５％、および明着色状態において約６０％の可視光透過率パーセントを可能とし、４：１のコントラスト比をもたらす。このより高いコントラスト比は、特に明着色状態における視認性向上をもたらす。この点は、車両乗客に、より良好な外部視界をもたらすため、望ましいことであろう。リヤウィンドウ２０２０およびサイドウィンドウ２０３０を通る太陽熱取得は、サンルーフ２０１０におけるほど重要ではない。それは、リヤウィンドウ２０２０およびリヤサイドウィンドウ２０３０が、サンルーフ２０１０におけるほど、直接頭上の日光の通り道内にはないからである。フロントサイドウィンドウ２０４０は、暗着色状態および明着色状態両方におけるより一層高い可視光透過率を有して、車両の運転者により一層良好な視認性をもたらす可変着色度窓を備える。一実施形態において、フロントサイドウィンドウは、暗状態において２０％、および明状態において８０％の可視光透過率を有する。いくつかの管轄区域では、法律で、車両のウィンドウシールドについて最小の可視光透過率パーセントを規定している。これにより、着色ウィンドウシールドの使用が排除される恐れがある。しかし、太陽の直接のギラギラする光から運転者を保護するため、ウィンドウシールドの一部が着色される場合がありうる。さらなる実施形態において、ウィンドウシールドの上部は可変着色度窓を備え、太陽に向かってもしくは輝きのある光条件で運転する場合、この窓が自動的に着色され、また光が少ないもしくは夜間条件では、運転者が電気を適用することにより透明にすることができる。車両２０００に組み込まれている可変着色度窓は、１つの制御スイッチで群として制御することができ、または別々の制御スイッチで独立に制御することができる。

図２１は、本発明の一実施形態による、可変着色度窓を有する旅客バスの全体図を示す。旅客バス２１００は、本発明による可変着色度窓である乗客用サイドウィンドウを備えている。可変着色度窓は、紫外光もしくは日光の存在において自動的に暗化し、電気を印加することにより明化しもしくは透明にすることができる。バス２１００の乗客用サイドウィンドウは、群として制御でき、または個々の乗客により個別に制御することができる。一実施形態において、乗客用サイドウィンドウ２１１０が暗着色状態にあり、また乗客用サイドウィンドウ２１２０が明着色状態にあるように、窓は別々に制御される。別の実施形態において、ウィンドウシールド２１４０は、ウィンドウシールドの一部（例えば、上方部分）に可変着色度窓を備えて、特に太陽に向かって運転する場合、運転者を直射光から保護する助けになる一方、依然として完全に前方視認性を保持している。

図２２は、本発明の一実施形態による、可変着色度窓を有する列車の全体図を示す。列車２２００の可変着色度窓は、群として制御でき、またはそれぞれの乗客により個別に制御することができる。一実施形態において、可変着色度窓は別々に制御され、窓２２１０を暗着色状態とし、また可変着色度窓２２２０をその明着色状態とすることが可能である。列車２２００は、乗客用にドーム２２３０を有する車をさらに備えている。展望車は、普通、特に風光明媚な路線の旅客列車に使用される。一実施形態において、ドーム２２３０は、晴れた日当りのよい日には自動的に暗化する可変着色度窓を備えている。これにより、乗客の快適さ向上をもたらし、またドーム内部での太陽熱取得を減少させることができる。電子部品制御装置を使用して、光が少ない状況で、または視認性強化が所望される場合（例えば、特に美しい景色の地域で）、ドーム２２３０を明化させることができる。一実施形態において、ドーム２２３０は、湾曲している可変着色度窓を備える。別の実施形態において、ドーム２２３０は、一緒に接合されてドーム２２３０を形成するいくつかの平坦な窓を備えている。

考察したように、本発明の可変着色度窓は、光学フィルタの１つまたは複数の電極に電圧を印加すると、明化する。制御回路を使用して、使用者からの入力またはいくつかの他の入力に基づき、電圧をオンもしくはオフに切り替えることができ、また、正しいレベルに電圧を調整することもできる。車両用途において、可変着色度窓をオンもしくはオフに切り替える電力は、オルタネータ、電池および補助電力ユニットを含む、様々な供給源から入手することができる。一実施形態において、電力は、自動車の１２ボルト電池からくる。電力源は、制御回路を通して可変着色度窓に接続される。制御回路は、電力源と可変着色度窓内の電極との間の回路を開閉するスイッチを備えている。制御回路には、可変着色度窓をその明状態に入らせる適正な電圧を提供する電圧コンバータも含まれうる。電圧レギュレータを使用して、電圧を調節することもできる。制御回路は、使用者からの入力の受け入れに続いて、可変着色度窓に一定時間電圧を印加するための回路素子を備えることもできる。単一の可変着色度窓を、１つの制御回路に接続することができ、または複数の可変着色度窓を、１つの制御回路に接続することもできる。

図２３は、本発明の一実施形態による、車両において可変着色度窓を制御するのに使用される制御回路２３００を例示する。制御回路２３００を使用して、１つまたは複数の可変着色度窓を制御することができる。例えば、可変着色度窓２３５０は、自動車のサンルーフとすることができる。電力源２３２０は、この回路に電力を供給する。一実施形態において、電力源２３２０は、自動車において通例見出される１２ボルト電池である。別の実施形態において、電力源２３２０は、自動車におけるオルタネータである。さらなる実施形態において、電力源は補助電力ユニットである。いくつかの実施形態において、ＤＣ−ＤＣコンバータ２３１０を使用して、電力源からの１２ボルトを、可変着色度窓２３５０を明化させるのに適したより低い電圧まで変圧して下げる。

スイッチ２３３０は、可変着色度窓２３５０からのＤＣ電圧を接続および切断するのに使用される。スイッチ２３３０は、制御電子部品２３４０により自動的にもしくは使用者からの入力に応答して作動され、使用者が作動させることができ、またはスイッチ２３３０は光センサなどのセンサによって作動させることができる。一実施形態において、電力制御電子部品２３４０は、まさにＤＣ−ＤＣコンバータ２３１０からのＤＣ電圧出力を、単に直接、可変着色度窓２３５０に送る使用者作動スイッチとしてよい。この使用者作動スイッチは、常時開の押ボタン、またはいくつかの他の型のスイッチとすることができる。別の実施形態において、ＤＣ−ＤＣコンバータ２３１０の出力は、可変着色度窓２３５０が明化するのに要する電圧に調節される。一実施形態において、可変着色度窓２３５０は、約１．８ボルトを印加すると明化する。別の実施形態において、要求される電圧は、約１〜約１０ボルトＤＣの範囲にある。さらなる実施形態において、要求される電圧は、
約０．１〜約４２ボルトＤＣの範囲にある。

電力制御電子部品２３４０は、可変着色度窓２３５０にかける電圧を制御するのに、ならびに電圧を印加する持続時間を制御するのに使用することができる。一実施形態において、電力制御電子部品２３４０は、使用者の入力またはセンサなどの電子デバイスからの入力に応答して、スイッチ２３３０を閉じる。使用者は、常時開のモーメンタリスイッチに接続されたボタンを押して、電力制御電子部品２３４０に入力信号をもたらす。次いで、電力制御電子部品２３４０は、一定時間の間、スイッチ２３３０を閉じる。この一定時間は、プリセットし、電子回路の当業者に親しまれている標準的時間設定回路を使用することにより電力制御電子部品２３４０に組み込むことができる。一実施形態において、この一定時間は、可変着色度窓２３５０を明化させるのに要する時間量としてプリセットされる。

光センサを電力制御電子部品２３４０に組み込んで、いつ外部が明化するかを感知することもできる。外部が明るくなり、使用者がボタンを押すと、電力制御電子部品２３４０は、可変着色度窓２３５０をその明状態に保持するために、可変着色度窓２３５０への電圧を保持することができる。可変着色度窓２３５０への電圧を保持することは、可変着色度窓の自動暗化特性に優先させ、可変着色度窓を、紫外光に曝露されても明状態に保つ役割を果たすことができる。一実施形態において、使用者は、再びボタンを押すことによって、または第２のボタンを押すことによって、可変着色度窓２３５０を、その通常の自動暗化状態に戻す。別の実施形態において、電力制御電子部品８４０は、より速やかな明化時間およびより長い継続時間をもたらすために、可変着色度窓２３５０に方形波信号を適用するのに使用される。可変着色度窓２３５０が２つの電極を備える場合、電極の極性をサイクルからサイクルへ切り替えるのに、電力制御電子部品２３４０を使用することもできる。電力制御電子部品２３４０は、蓄積した電荷を放散させるため、サイクル間で２つの電極を短絡するのに使用することもできる。

スイッチ２３３０は、ポテンシオスタットまたは多位置スイッチなどの多状態制御デバイスとすることができ、それにより使用者が、可変着色度窓２３５０について種々の異なる着色度の中間値を選択することを可能にする。一実施形態において、使用者は中間状態を選択して、完全に暗色の着色度および完全に明るい着色度の間の中間状態を所望していることを示す。次いで、電力制御電子部品２３４０は、この中間状態を達成するのにふさわしい時間量の間、可変着色度窓２３５０に電圧を印加する。低い電圧量をかけるなどの、可変着色度窓２３５０を中間状態に到達させる他の方法も可能としてよい。

電力制御電子部品２３４０には、可変着色度窓２３５０において明化過程がいつ完了するか感知することができる電流センサも含まれうる。一実施形態において、電力制御電子部品２３４０が、明化過程が完了していることを感知すると、電力制御電子部品２３４０は電力を一定に保つためスイッチ２３３０を開にする。電力制御電子部品２３４０に組み込むことができる機能および特性の他の例が可能であり、当業者には明らかであろう。

制御電子部品２３４０には、定ＤＣ電圧の代わりに、可変着色度窓２３５０にパルスもしくは交流の波形をかける電子回路も含まれうる。波形は、方形波、のこぎり歯形波、正弦波の形態またはいくつかの他の波形とすることができる。波の振幅は、変動させることができる。一実施形態において、制御電子部品２３４０によって、可変着色度窓２３５０の電極に方形波が印加される。一実施形態において、この方形波は、約−２ボルト〜約＋２ボルトの振幅範囲にある。

図２４は、本発明の一実施形態による、多重可変着色度窓に接続される電力制御ユニットの全体図を示す。電力制御電子部品２４００が、ワイヤ２４３０を通って複数の可変着
色度窓に接続される。可変着色度窓２４１０は、例えば、自動車のリヤウィンドウおよびサイドウィンドウとすることができる。電力は、ワイヤ２４２０を通って電池２４８０から供給される。一実施形態において、電池２４８０は、大抵の自動車において見出される型などの標準１２ボルト電池である。他の電圧の電池および他の電力源も企図されている。電力制御電子部品２４００は、車両のダッシュ２４５０内に取り付けられる。電線２４２０は、電池からダッシュへの経路をとることができる。可変着色度窓２４１０は、ワイヤ２４３０を使用して電力制御電子部品２４００に直接接続することができ、またはこれらは、ワイヤ２４４０により並列で一緒に接続することができる。ボタン２４７０およびダイヤル２４８０は、使用者が、可変着色度窓を制御することを可能にする。ボタン２４７０は、使用者が、可変着色度窓を明化させることを望む場合に押すことができる。ボタン２４７０を押すと、電力制御電子部品２４００が、可変着色度窓２４１０を明化させるために、可変着色度窓２４１０に一定時間の間電圧を印加する。一実施形態において、可変着色度窓２４１０をフェードさせるために、約１０秒〜約５分の範囲内で電圧を印加する。電圧を印加された後、可変着色度窓２４１０は、紫外光に曝されない場合、明るい状態に留まるであろう。しかし、可変着色度窓２４１０が紫外光に曝されると、電力制御電子部品２４００がスイッチを開にし、もはや可変着色度窓２４１０に電圧をかけないと直ぐに、再び自動的に暗化し始めるであろう。

制御電子部品２４００を使用して、可変着色度窓２４１０への電圧を保持し、紫外光が存在しても可変着色度窓２４１０を明るい状態に保つことができる。これは、ボタン２４７０を押し、かつ数秒を超えて保持することによって、行うことができる。ボタン２４７０を押し、かつ数秒を超えて保持することによって、制御電子部品に、可変着色度窓２４１０に電圧をかけさせ、その電圧をより長時間にわたって保持させる。一実施形態において、電力制御電子部品２４００は、可変着色度窓２４１０上の電圧を１時間保持する。可変着色度窓９１０に電圧が印加されている間に、再びボタン２４７０を押すと、明化をキャンセルし、紫外光の存在において可変着色度窓２４１０を再び暗化する役割を果たすことができる。ダイヤル２４８０を使用して、中間レベルの着色度が所望されることを示すことができる。中間レベルの着色度にダイヤルを設定すると、制御電子部品に、ボタン２４７０が押された場合、可変着色度窓に電圧を印加する時間量を短縮させることができる。一実施形態において、可変着色度窓は、完全に明化するのに２分を要し、またダイヤル２４７０は、明および暗状態の半分の中間レベルの着色度が所望されることを示すように設定される。電力制御電子部品は、可変着色度窓２４１０に１分間だけ電圧をかけ、したがって、可変着色度窓がその暗着色状態とその明着色状態の間の半分になると、明化過程は中止される。ボタン２４７０に発光ダイオードまたは他の指示灯を使用して、可変着色度窓２４１０に電圧がいつかけられているかを使用者に示すことができる。電力制御電子部品２４００への入力をもたらす、他の制御スキームを用いることができ、種々の型および数のスイッチおよびボタンを用いることもできる。

図２５は、本発明の一実施形態による、可変着色度窓の製造方法を例示する。この方法は、第１の透明な窓基板を提供する工程、および本発明の光学フィルタを透明な窓基板のシートに積層して、可変着色度窓を形成する工程を含む。透明な窓基板は、ガラス板、またはポリカーボネートなどの他の透明な材料のシートとすることができる。次いで、光学フィルタに電気導線を取り付け、車両内に可変着色度窓を取り付ける。次いで、光学フィルタ内のスイッチング材料への、導線を通った電気の印加が可変着色度窓をその明着色状態まで明化させるように、可変着色度窓が電力源に接続される。紫外光への曝露（電気を印加しないで）は、可変着色度窓をその暗着色状態まで暗化させる。

２．可変透過率眼用デバイス
本発明の光学フィルタは、可変透過率レンズとして、様々な眼用デバイスに組み込むことができる。本発明の可変透過率眼用デバイスは、紫外線もしくは日光に曝されると自動
的に暗化し、また電荷の印加により明化するであろう。例えば、本発明の光学フィルタは、可変透過率レンズとしてサングラス、スポーツ用アイウェア例えばスキーゴーグルおよびサイクリンググラスなど、安全用アイウェアなどの工業的用途などにおいて、組み込むことができる。

本発明の一実施形態により、図２６は、サングラスにおける可変透過率レンズとしての本発明の光学フィルタの適用を例示する。可変透過率レンズ２６３０は、眼の前方の位置にあり、フレーム２６２０は、頭でフレーム２６２０を保持するように設計されたアーム２６７０を有する。フレームに組み込まれるものは、電力源２６４０、スイッチ２６５０および制御電子部品２６６０である。使用者がスイッチ２６５０を作動させると、可変透過率レンズ２６３０に電圧がかけられる。電圧に応答して、可変透過率レンズ２６３０は明るくなり、より大きい割合の可視光を通過させる。フレーム２６２０は、金属、プラスチックまたは他の材料で製作することができる。可変透過率レンズ２６３０も、プラスチック、ガラスまたは他の透明な材料で作ることができる。可変透過率レンズ２６３０は、処方（矯正用）または無処方とすることができる。

本発明の別の実施形態により、図２７を参照すると、本発明の光学フィルタは、可変透過率レンズとしてスキーゴーグルおよびサイクリングアイウェアなどのスポーツ用アイウェアに組み込むことができる。可変透過率レンズ２７３０は、フレーム２７２０内に保持され、目の前方の位置にある。帯紐２７８０は、頭でフレームを保持するように設計されている。フレームの１区画に電力源２７６０、例えば電池が入っている。可変透過率レンズの暗さを減らすため、使用者はボタン２７５０を押すことができる。これが、電力源２７６０を可変透過率レンズ２７３０に接続する制御電子部品２７７０に信号を送る。次いで、可変透過率レンズ２７３０は、そのあまり暗くない状態に遷移する。

本発明の別の実施形態により、本発明の光学フィルタは、可変透過率レンズとして安全用眼用デバイスに組み込まれる。図２８において例示されるように、可変透過率レンズ２８３０は、目の前方に着用されて、飛んでくる飛散物から目を保護する。可変透過率レンズは、輝く光もしくは紫外光の中で自動的に暗化されて、使用者のためにより大きな快適さをもたらすことができる。フレーム２８２０は可変透過率レンズ２８３０を支持し、バンド２８８０によって使用者の頭上に保持される。使用者が、可変透過率レンズの暗さを減らしたい場合、制御ボタン２８７０を押すことによって、そうすることができる。これが、デバイスのフレーム２８２０内に収容される電子回路２８４０に信号を送る。次いで、制御電子部品２８４０は、レンズの暗さを減らすために可変透過率レンズ２８３０に電圧を印加する。電圧は、電力源２８６０、例えば電池によって供給される。可変透過率レンズ２８３０は、使用者に安全保護性を提供するため、破砕防止性および耐薬品性であるように設計することもできる。

本発明の光学フィルタは、様々な方法で眼用デバイス中に組み込むことができる。一実施形態において、光学フィルタ自体を、可変透過率レンズ中に作り込む。別の実施形態において、光学フィルタは、眼用デバイスのレンズに取り付けられる。

図２９は、可変透過率レンズとして適用される本発明の光学フィルタの一実施形態を示す概略図である。可変透過率レンズ２９１０は、実質的に光学的に透明な基板２９３０およびその内側面に塗布した導電性層２９４０を備える。実質的に光学的に透明な材料は、例えばガラス、プラスチックまたはいくつかの他の材料とすることができる。透明な（ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ）材料は、透明（ｃｌｅａｒ）とすることができ、またはその中にいくらかの色もしくは着色度を有することができる。色もしくは着色度は、基板における可視光の透過率割合を下げ、これはいくつかの用途において望ましいとすることができる。ワイヤ２９９０を使用して、導電性層２９４０に電気的に接続することができる。スイ
ッチング材料２９２０は、導電性層２９４０に接触する位置にある。スイッチング材料２９２０は、液体、ゲルまたは固体マトリックスとすることができる。導電性コーティング２９６０を有する第２の基板２９５０は、スイッチング材料２９２０の周囲にサンドイッチ構造を形成する。コーティング２９６０に電気的に接続するため、ワイヤ２９８０が使用される。導電性コーティング２９６０は、スイッチング材料２９２０の他の側に接触する位置にある。シール２９７０は、スイッチング材料２９２０を基板２９３０と基板２９５０の間にサンドイッチ状に挟んで保持し、この２枚の基板を合わせて接合させるために、必要とされうる。しかし、スイッチング材料２９２０は、基板２９３０と基板２９５０の間の接着剤としても作用することができる。この実施形態において、可変透過率レンズの全面にわたって均一な光透過性をもたらすために、スイッチング材料２９２０の厚さは一定である。しかし、他の実施形態において、例えば、いくつかのより暗い領域およびいくつかのより明るい領域を有する可変透過率レンズが所望される場合、不均一な厚さのスイッチング材料２９２０を使用することができる。基板２９３０および基板２９５０は透明とすることができ、あるいは、可変透過率レンズ２９１０についてより暗い全体の範囲および色をもたらすために、種々の波長の光を遮断するように、またはそれらに既に組み込まれて、いくらかの基本着色度の量を有するように設計することができる。さらに、基板２９３０および／または基板２９５０に、引っかき抵抗性コーティング、反射防止性コーティングなどのコーティングを塗布することができる。基板２９３０および基板２９５０は、湾曲したまたは平坦なものとすることができる。

他の実施形態において、本発明の光学フィルタは、眼用デバイスのレンズに適用される。図３０は、剛性の眼用レンズ基板３０２０に取り付けられた本発明の柔軟な光学フィルタ３０３０を使用して作製された可変透過率レンズ３０１０の一実施形態を示す。剛性の眼用レンズ基板３０２０は、プラスチックもしくはガラスまたは他の材料で作ることができ、既存の眼用デバイスで使用される標準の静的透過性フィルタとすることができる。この実施形態において、光学フィルタ３０３０は、透明な接着剤を使用して剛性の眼用レンズ基板３０２０に積層される。導線３０４０は柔軟な電極３０６０に接続され、導線３０５０は柔軟な電極３０７０に接続される。光学フィルタ３０３０が紫外光に曝露されると、スイッチング材料３０８０は、自発的に暗化する。導線３０５０および導線３０４０にわたって電荷がかけられると、光学フィルタは明化する。

さらなる実施形態により、図３１を参照すると、光学フィルタ３１３０は、剛性の眼用レンズ基板３１５０と剛性の眼用レンズ基板３１４０との間にサンドイッチ状に挟まれる。剛性の眼用レンズ基板３１５０および剛性の眼用レンズ基板３１４０は、ガラスもしくはプラスチックまたは他の透明な材料で作ることができる。この実施形態において、光学フィルタ３１３０は、ＰＶＢなどの透明な接着剤を使用して基板３１５０および３１４０に積層される。導線３１７０および導線３１９０が、光学フィルタ３１３０に接続される。紫外光に曝されると、光学フィルタ３１３０は暗化する。導線３１７０および３１９０にわたって電荷がかけられると、光学フィルタは明化する。

眼用デバイスはまた、可変透過率レンズ全面にわたって電荷をかけるのに使用することができる電力源をも備える。図３２は、可変透過率レンズ３２５０および可変透過率レンズ３２６０をより明化させるため、これらに電圧を印加するのに使用される制御回路３２１０の一実施形態の概略図を示す。電力源３２２０は、この回路に電力を供給する。一実施形態において、電力源３２２０は電池である。電池は、腕時計または補聴器中に使用される電池と同様とすることができ、またその電池は、再充電可能なまたは再充電可能ではない電池とすることができる。

スイッチ３２３０は、可変透過率レンズ３２５０および３２６０から電力源を切るのに使用される。スイッチ３２６０は、制御電子部品３２４０により自動的にもしくは使用者
からの入力に応答して作動され、使用者が作動させることができ、またはスイッチ３２６０は光センサなどのセンサによって作動させることができる。一実施形態において、電力制御電子部品３２４０は、電力源からの電圧を、そのまま、可変透過率レンズ３２５０および可変透過率レンズ３２６０に直接送る使用者作動スイッチである。この使用者作動スイッチは、常時開の押ボタン、またはいくつかの他の型のスイッチとすることができる。この実施形態において、電力源３２２０の電圧は、可変透過率レンズ３２５０および可変透過率レンズ３２６０がより明化するのに要する電圧と一致しなければならないであろう。一実施形態において、本発明の可変透過率レンズは、約１．４ボルトをかけるとフェードする（より明化する）。他の実施形態において、スイッチング材料にまた電極の抵抗率に応じて、電圧範囲は約１〜１０ボルトの間にある。

制御電子部品３２４０は、可変透過率レンズ３２５０および３２６０にかける電圧を制御するのに、ならびに電圧を印加する時間を制御するのに使用することができる。一実施形態において、電力制御電子部品３２４０には、電池からの電圧を変換かつまたは調節するＤＣ−ＤＣコンバータが含まれる。別の実施形態において、ＤＣ−ＤＣコンバータを使用して、リチウムイオン電池からの電圧を、３．７ボルトからより低い電圧にステップさせる。

別の実施形態において、電力制御電子部品３２４０は、スイッチ３２３０を制御する。この実施形態において、電力制御電子部品３２４０は、使用者の入力またはセンサからの入力に応答して、スイッチ３２３０を閉じる。使用者は、常時開のモーメンタリスイッチに接続されたボタンを押して、電力制御電子部品３２４０に入力信号をもたらす。次いで、電力制御電子部品３２４０は、一定時間の間、スイッチ３２３０を閉じるであろう。この一定時間は、プリセットし、電子回路の当業者に親しまれている標準的時間設定回路を使用することにより電力制御電子部品に組み込むことができる。この一定時間は、可変透過率レンズ３２５０および３２６０を明化させるのに必要とされる時間量としてプリセットされるであろう。

光センサを電力制御電子部品に組み込んで、いつ外部が明化するかを感知することができる。外部が明るくなり、使用者がボタンを押すと、電力制御電子部品は、可変透過率レンズ３２５０および３２６０をそれらの明状態に保持するために、可変透過率レンズ３２５０および３２６０での電圧を保持することができる。この実施形態において、使用者は、再びボタンを押すことによって、または第２のボタンを押すことによって、眼用デバイスを、その通常の自動暗化状態に戻す。別の実施形態において、電力制御電子部品を使用して、より速やかな明化時間およびより長い継続時間をもたらすために、可変透過率レンズ３２５０および３２６０に、方形波信号を適用することができる。

スイッチ３２３０は、ポテンシオスタットまたは多位置スイッチなどの多状態制御デバイスとすることができ、それにより使用者が、可変透過率レンズ３２５０および３２６０を明化する種々の異なる状態を選択することを可能にする。一実施形態において、使用者は中間状態を選択して、完全に暗いから完全に明るいの間の中途の状態を所望していることを示す。次いで、電力制御電子部品３２４０は、この中間状態を達成するのに適した時間量の間、可変透過率レンズ３２５０および３２６０に電圧を印加することができる。低い電圧量をかけるなどの、可変透過率フィルタを中間状態に到達させる他の方法も企図されている。

電力制御電子部品３２４０には、可変透過率レンズ３２５０および３２６０において明化過程がいつ完了するか感知することができる電流センサも含まれうる。電力制御電子部品が、明化過程が完了していることを感知すると、電力制御電子部品は電力を一定に保つためスイッチ３２３０を開にする。電力制御電子部品に組み込むことができる機能および
特性の他の例も企図されている。

制御電子部品３２４０には、定ＤＣ電圧の代わりに、可変透過率レンズ３２５０および３２６０にパルスもしくは交流の波形をかける電子回路も含まれうる。波形は、方形波、のこぎり歯形波、正弦波の形態またはいくつかの他の波形とすることができる。波の振幅は、変動させることができる。一実施形態において、制御電子部品７４０によって、可変透過率レンズ７５０および７６０の電極に方形波が印加される。この方形波は、約−２ボルト〜約＋２ボルトの振幅範囲にある。

図３３は、本発明の一実施形態による、眼用デバイスにおける可変透過率レンズの製造方法を例示する。この方法は、２つの透明な電極間にサンドイッチ状に挟まれたスイッチング材料を提供する工程、およびこのサンドイッチ構造体を可変透過率レンズ中に一体化する工程を含む。次いで、これらの電極は、制御電子部品を通って電力源に接続される。次いで、使用者作動スイッチが、制御電子部品に接続される。可変透過率レンズ、制御電子部品および使用者作動スイッチは、可変透過率レンズが目の前方の位置にあるように着用される設計のフレーム中に一体化される。

本明細書において記述される本発明のより良好な理解を得るために、下記の実施例が示される。これらの実施例は、例示的な目的だけのためであることを理解されたい。したがって、これらは、決して本発明の範囲を限定すべきではないものである。

［実施例１］
可変透過率光学フィルタの調製
方法Ａ：
厚さ約１７８μｍ（７ミル）およびシート抵抗５０Ω／□を有するＩＴＯコーティングしたＰＥＴ基板（ＯＣ５０、シーピーフィルムズ社（ＣＰ Ｆｉｌｍｓ）製）を２枚の１５ｃｍ×１５ｃｍシートに切断する。テクネック社（Ｔｅｋｎｅｋ）粘着性ダスト除去ローラーで清浄にすることにより基板を調製し、一時的にガラスプレートに積層する。鋼製スペーサを、ＰＥＴの周縁を取り囲むガラス上に置く。これらのスペーサは、硬質止め具として作用し、最終の加圧したデバイスのため隙間を設定する。以下に記述しているように調製したスイッチング材料をＰＥＴ上に置いて、デバイスが加圧されるとき、ＰＥＴシート間の隙間を完全に充填する。スイッチング材料を摂氏８０〜１００°に加熱して、分配を容易にする；しかし、実際の加圧では、より少ない熱を要する。第２の、ガラスで裏打ちしたＰＥＴ片を、他方のＰＥＴ片の上部に置く。外部電気接点として働くために、いくらかの露出したＩＴＯコーティングが存在するようにＰＥＴシートを重ね合せる。サンドイッチしたもの（ガラス−ＰＥＴ−スイッチング材料−ＰＥＴ−ガラス）を、４５℃に加熱しているプレスのプラテンの中心に置く。カーバー社（Ｃａｒｖｅｒ）液圧プレスまたはニップローラーを使用して、このフィルタに、少なくとも１０秒〜１分および数時間までの時間の間、１１．２５ｋｇ／ｃｍ^２（１６０ｐｓｉ）を超える圧力をかける。時間を変動させることができるが、スイッチング材料層を均一な厚さに到達させるのに十分な時間とすべきである。配合物を約４０℃まで温めると、材料がより流動し易くなり、また均一な厚さに到達するのに要する時間が短縮される。圧力を解放した後、ガラスプレートを分離し、フィルタ積重ね物（スタック）を取り出す。過剰なスイッチング材料を拭き取り、露出したＩＴＯに導電性テープを貼る。光学フィルタの全体厚さは約４０６μｍ（１６ミル）である。スイッチング材料層の厚さは約５１μｍ（２ミル）である。

方法Ｂ：
ＩＴＯコーティングＰＥＴ基板は、上述の通り調製されている。次いで、スロットダイ、ナイフコーター，もしくはロールツーロールコーティングの助けになる他のコーティング方法で、ＩＴＯコーティングした１枚のＰＥＴシートの導電性側に、低沸点溶媒（ＴＨ
Ｆ）を含むスイッチング材料をコーティングする。コーターの厚さは、低沸点溶媒を蒸発除去して直ぐの最終コーティングが所望の厚さになるように設定される。最終のスイッチング材料厚さ約５０μｍのためには、最初の湿ったコーティングは、約１１４μｍに設定される。低沸点溶媒は、空気吹付け、熱もしくは両方の組合せを使用して、スイッチング材料から蒸発される。このコーティングの上側に、第２のＩＴＯコーティングＰＥＴ層を、導電性側を下にして積層して、サンドイッチ構造を形成させる。積層した構造体は、所望の大きさに切断し（必要とされる場合）、電気接点を付加する。光学フィルタの全体厚さは、約４０６μｍ（１６ミル）である。スイッチング材料層の厚さは約５１μｍ（２ミル）である。

［実施例２］
スイッチング材料の調製
スイッチング材料を配合して、どのように配合物の成分が変化できるか実証した。これらの配合物は、挙げた成分を、本発明による１つ以上の他の成分で置き換えることにより、当業者による所望の用途に容易に適応させることができる。

２．１ スイッチング材料用配合物＃１

配合物＃１において使用される発色団には、

もしくは、４つの周縁のチオフェン環上に異なる官能基を有するその誘導体、または

が含まれる。
ＰＥＧＤＭＡ、トリグリム、過塩素酸リチウムおよびトリス（４−ブロモフェニル）アミンは全て、例えばシグマアルドリッチ社（Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ）［ミズーリ州セントルイス（Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ）所在］から入手できる。ＤＡＲＯＣＵＲは、チバスペシャルティーケミカルズ社（ＣＩＢＡ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ）［バーゼル（Ｂａｓｅｌ）スイス国所在］、ビーエーエスエフ社（ＢＡＳＦ）の１部門、から入手できる光開始剤である。

配合物＃１は、最初に、ＤＡＲＯＣＵＲを室温でトリグリム溶媒中に溶解させることによって調製される。次いで発色団、過塩素酸リチウムおよびＴＢＰＡを組み合わせて、溶媒に添加し、混合する。熱は要しない。次いで、ＰＥＧＤＭＡを添加し、配合物全体が均一になるまで混合される。

２．２ スイッチング材料用配合物＃２

配合物＃２において使用される発色団には：

または、４つのベンゼン環上に異なる官能基を有するその誘導体が含まれる。
配合物＃２は、溶媒中で発色団を混合することによって調製される。
ＰＶＢ Ｂ−９０およびＰＭＭＡなどのゲル化剤を、スイッチング材料配合物に添加して、粘性を増加させることができる。ゲル化剤を含む例示的な配合物は、下記の実施例に
より示される。これらのスイッチング材料配合物は、一般に、最初に発色団、支持電解質および電荷補償剤（存在する場合）を組み合わせることによって調製される。次いで、この混合物を溶媒もしくは溶媒の組合せ物に添加し、均一になるまで混合する。最後に、ポリマー成分を添加して、混合物をゲル化し、全体の混合物を、所望の粘性が得られるまで、必要な場合静かに加熱して混合および撹拌する。

２．３ スイッチング材料用配合物＃３

配合物＃３において使用される発色団には：

もしくは、４つの周縁のチオフェン環上に異なる官能基を有するその誘導体、または

もしくは、４つのベンゼン環上に異なる官能基を有するその誘導体が含まれる。
ＰＭＭＡはゲル化剤であり、シグマアルドリッチ社（Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ）［ミズーリ州セントルイス（Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ）所在］から入手できる。

１，４−ジニトロベンゼンは電荷補償剤であり、やはりシグマアルドリッチ社（Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ）から入手できる。
２．４ スイッチング材料用配合物＃４

配合物＃４において使用される発色団には：

もしくは、４つの周縁のチオフェン環上に異なる官能基を有するその誘導体、または

もしくは、４つのベンゼン環上に異なる官能基を有するその誘導体が含まれる。
ＰＶＢ Ｂ−９０はゲル化剤であり、ブトバー社（Ｂｕｔｖａｒ）、ソリューシアインコーポレイテッド社（Ｓｏｌｕｔｉａ Ｉｎｃ．）［ミズーリ州セントルイス（Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ）所在］の１部門、から入手できる。

２．５ スイッチング材料用配合物＃５

配合物＃５において使用される発色団には：

または、４つのベンゼン環上に異なる官能基を有するその誘導体が含まれる。
２．６ スイッチング材料用配合物＃６

配合物＃６において使用される発色団には：

もしくは、４つの周縁のチオフェン環上に異なる官能基を有するその誘導体、または

もしくは、４つのベンゼン環上に異なる官能基を有するその誘導体が含まれる。
２．７ スイッチング材料用配合物＃７
このスイッチング材料は、アルドリッチ社（Ａｌｄｒｉｃｈ）から入手できるテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）などの第２の低沸点溶媒をさらに含むように配合されて、コーティングのために配合物の粘性を低下させる。コーティングされると直ぐに、この低沸点溶媒は実質的に蒸発除去され、他の成分が後に残る。

配合物＃７において使用される発色団には：

または、４つのベンゼン環上に異なる官能基を有するその誘導体が含まれる。
２．８ スイッチング材料用配合物＃８

配合物＃８において使用される発色団には：

が含まれる。
［実施例３］
スイッチング材料の光学的性質
スイッチング材料の光学的性質を、スイッチング材料の試料により試験している。

ＶＬＴスペクトル
実施例２．３において記述した配合物により調製しているスイッチング材料のＶＬＴスペクトルを、その明および暗状態について測定した。その手順は、オーシャンオプティクス社（Ｏｃｅａｎ Ｏｐｔｉｃｓ）分光計を使用して、その明および暗状態における試料の可視光透過率％を、電磁スペクトルにわたって測定する。試料は、実施例２において記述される方法により調製している。

図５において例示されるように、分子が紫外光に曝されると、スイッチング材料はその暗状態に切り替わり、４００および７５０ｎｍの間の可視範囲におけるこの材料の透過率パーセントの低下を招く。次いで、このスイッチング材料の試料に、電荷２ボルトを３分間かけると、この試料をその明状態に逆戻りさせる。明状態において、より多くの光がスイッチング材料を通過することが可能になり、４００〜７５０ｎｍの範囲における透過率パーセントの上昇をもたらす。明状態における可視光透過率は約８０％であり、また暗状態における可視光透過率は約２０％である。これはコントラスト比４をもたらす。

ＵＶ感度
紫外光の強度へのスイッチング材料の感度を解析した。実施例２．２において記述した配合物により調製しているスイッチング材料を、エネルギーフィルム社（Ｅｎｅｒｇｙ Ｆｉｌｍ）［オレゴン州ポートランド（Ｐｏｒｔｌａｎｄ）所在］製の紫外線遮断フィルム有りおよび無しにおいて、３６５ｎｍにおける紫外光および太陽放射線（太陽シミュレータ使用）の両方に曝露させた。エネルギーフィルム社（Ｅｎｅｒｇｙ Ｆｉｌｍ）紫外線遮断フィルムは、帯域フィルタとして作用し、高強度の紫外光（約３６５ｎｍ未満）を効果的に遮断する。種々の紫外光強度下のスイッチング材料の吸光度スペクトルを示す図３４において例示されるように、このスイッチング材料は、暗化するための、低強度の紫外光（約３６５ｎｍ超）への感度を保持している。

［実施例４］
光学フィルタの可視光透過率（ＶＬＴ）の測定
実施例２．４において記述した配合物により調製しているスイッチング材料を含む、実施例１において記述した方法により調製した光学フィルタのＶＬＴを、オーシャンオプティクス社（Ｏｃｅａｎ Ｏｐｔｉｃｓ）分光計を使用して測定した。３６５ｎｍの紫外光に約３分間曝露した光学フィルタは、ＶＬＴ１７％を有していた。電荷２ボルトを約３分間かけた後、透過率は６９％に上昇した。

［実施例５］
光学フィルタのヘイズ測定
実施例２．４において記述した配合物により調製しているスイッチング材料を含む、実施例１において記述した方法により調製した光学フィルタの透明度を、ビーワイケーガードナー社（ＢＹＫ Ｇａｒｄｎｅｒ）により製作されたＸＬ−２１１Ｈａｚｅｇａｒｄヘイズ計を使用して測定した。この光学フィルタのヘイズは、２％であることが測定された。

［実施例６］
光学フィルタの切替わり速度の測定
光学フィルタが、暗状態から明状態になる、およびその逆に要する時間量によって、切替わり速度を測定している。明状態から暗状態に遷移させるため、光学フィルタは、３６５ｎｍの紫外光に３分間曝露される。暗状態から明状態に遷移させるため、このフィルタに、電荷２ボルトが３分間かけられる。明状態から暗状態への切替わり時間は、完全な明状態から、暗状態であるＶＬＴ９０％を達成するのに要する時間として測定される。暗状態から明状態への切替わり時間は、完全な暗状態から、明状態であるＶＬＴ９０％を達成するのに要する時間として測定される。

実施例２．４において記述した配合物により調製しているスイッチング材料を含み、またエネルギーフィルム社（Ｅｎｅｒｇｙ Ｆｉｌｍ）［オレゴン州ポートランド（Ｐｏｒｔｌａｎｄ）所在］製の紫外線遮断フィルムを備える、実施例１において記述した方法により調製した光学フィルタを試験した。この光学フィルタの切替わり速度は、明状態から暗状態まで約３０秒であり、また暗状態から明状態に切り替わるのに約２分である。実施例２．１において記述した配合物により調製した光学フィルタの切替わり速度は、暗状態から明状態まで約３５秒であり、また明状態から暗状態まで２分であると測定された。実施例２．７において記述した配合物により調製した光学フィルタの切替わり速度は、暗状態から明状態まで約３分２０秒であり、また明状態から暗状態まで１２秒であると測定された。

明状態から暗状態に遷移する切替わり時間は、暗状態から明状態に遷移する切替わり時間と異なることが可能である。
［実施例７］
光学フィルタの光安定性の測定
試料を、太陽スペクトル中の紫外光と類似した紫外光に曝露することにより光学フィルタの光安定性を測定している。劣化を測定するため、試料を規則正しい間隔で試験している。コントラスト比が、デバイスの元のコントラスト比（試験前に測定した）の５０％まで低下している場合、このデバイスは失格しているとみなされる。

キューラボ社（Ｑ−Ｌａｂｓ）のＱＵＶ促進耐候性試験機を使用して、光学フィルタの光安定性を測定している。光学フィルタの光安定性はまた、より高い電力密度における光学フィルタの光安定性を試験するため、ソーラーライト社（Ｓｏｌａｒ Ｌｉｇｈｔ）のＳ１６促進試験機器を使用して測定してもいる。

実施例２．５において記述した配合物により調製しているスイッチング材料を含む、実施例１において記述した方法により作製した光学フィルタの光安定性をＱＵＶで、約７．３ｍＷ／ｃｍ^２において試験し、５０％劣化に達するまで、１３００時間であった。同一の光学フィルタを、ソーラーライト社（Ｓｏｌａｒ Ｌｉｇｈｔ）ユニットで、１３５ｍＷ／ｃｍ^２において試験し、５０％劣化に達するまで５４０時間であった。

［実施例８］
光学フィルタのサイクリング耐久性の測定
スペクトロライン社（Ｓｐｅｃｔｒｏｌｉｎｅ）トランスイルミネータを使用し、また規則的な時間間隔で光学フィルタに電圧をかけ、光学フィルタを連続紫外光に曝露することによるサイクリング耐久性を測定している。最初に、光学フィルタを暗化するのに、また明化するのに要する時間量を測定する。次いで、これを使用して、自動化試験において、どの位の回数にわたって、電圧をオンに、またオフにすべきか測定する。典型的には、電圧「オン」時間は、光学フィルタを、その初期値の約９０％まで白化させる（ｂｌｅａｃｈ）のに要する時間量として設定される。電圧「オフ」時間は、光学フィルタを、その元の値の９０％まで暗化するのに要する時間量として設定される。次いで、サイクリングは、ＰＣ、ＬａｂＪａｃｋ機器（ラブジャックコーポレーション（ＬａｂＪａｃｋ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）［コロラド州レークウッド（Ｌａｋｅｗｏｏｄ）所在］から入手できる）を使用した自動化サイクリング装置により制御される。「オフ」状態で、２つの電極は一緒に短絡されて、光学フィルタの電荷を消散させる。

実施例２．６において記述した配合物により調製したスイッチング材料を含み、またエネルギーフィルム社（Ｅｎｅｒｇｙ Ｆｉｌｍ）［オレゴン州ポートランド（Ｐｏｒｔｌａｎｄ）所在］の紫外線遮断フィルムを備える、実施例１において記述した方法により作製した光学フィルタのサイクリング耐久性を試験した。この光学フィルタは、５０％劣化点に達するまで７４１サイクル試験された。酸素の無い環境下で、この光学フィルタは、５０％劣化点に達するまで１５５３サイクル試験された。

［実施例９］
光学フィルタのシート抵抗測定
異なるシート抵抗の基板を使用した光学フィルタの操業性を試験した。実施例２．４において記述した配合物により調製しているスイッチング材料を含む光学フィルタを、５０Ω／□、１０．１００Ω／□および３００Ω／□の基板を使用して、実施例１において記述した方法により作製した。実施例２．８において記述した配合物により調製しているスイッチング材料を含む光学フィルタも、１，０００Ω／□および１００，０００Ω／□の基板を使用して、実施例１において記述した方法により作製した。これらの光学フィルタは、明および暗状態の間を遷移する能力について試験された。全ての実施例について、光学フィルタは、電気をかけると依然として明化することができた。

［実施例１０］
光学フィルタの要求電圧の測定
光学フィルタを暗状態から明状態に切り替わらせるのに要する最小電圧を測定するため、デバイスが暗状態から明状態に遷移し始めるまで、少しずつより高い電圧をかけている。実施例２．４において記述した配合物により調製しているスイッチング材料を含み、実施例１において記述した方法により作製した光学フィルタにおいて、約１．８ボルトで暗状態から明状態へのフェード（ｆａｄｉｎｇ）が、観察されている。遷移は、約２ボルトで、より速くなる。しかし、高過ぎる電圧は、他の電気化学的反応が導入され、それが電極の汚れを招く恐れがあるので、望ましくない。例えば、約２．５ボルトを超える電圧を印加すると、光学フィルタにおける遷移が影響を受け、光学フィルタがより長い時間その電位に放置されると、褐色のスポットが観察される。

［実施例１１］
電力消費およびＣＯ_２放出への光学フィルタの影響
著しいエネルギーおよびコストの節約をもたらす、本発明の可変透過率窓の能力を測定した。ローレンスバークレー国立研究所（Ｌａｗｒｅｎｃｅ Ｂｅｒｋｅｌｅｙ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ）［カリフォルニア州バークレー（Ｂｅｒｋｅｌ
ｅｙ）所在］から入手できる窓およびエネルギーモデル化ソフトウェアを使用して、可変透過率ＩＧＵを有する建物をモデル化した。モデル化した建物は、壁−対−窓比率０．９を有する３７．１６ｍ^２（４００平方フィート）の小さい事務所であった。米国の５都市（マイアミ、ロサンゼルス、ニューヨーク、ヒューストンおよびシカゴ）で、建物をモデル化した。モデル用に使用した可変透過率スマートウィンドウは、その窓ガラスの片側上に光学フィルタを積層し、また密閉した空間に面する、外側窓ガラスの内側に低輻射率コーティングを有する断熱性ガラスユニットである。この配置の可変透過率窓は、暗状態で約０．１５および明状態で約０．３２の太陽熱取得率（ｓｏｌａｒ ｈｅａｔ ｇａｉｎ
ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）（ＳＨＧＣ）を達成することが測定された。このモデルにより、本発明による可変透過率窓を、その窓が暗状態で使用すると、２８％の平均電力節約をもたらした。この電力節約は、可変透過率窓のため、空調への必要性が減少したことからもたらされた。大部分は電気の使用が減少したため、ＣＯ_２放出が約１９％〜約２５％低減された。

図１６は、その暗および明状態における可変透過率窓の太陽熱取得率を例示する。図１６におけるグラフから見ることができるように、可変透過率窓は、暗状態において、対応する可視光透過率パーセント（ＶＬＴ）約１０％により、約０．１５の太陽熱取得率（ＳＨＧＣ）を達成している。明状態で、この可変透過率窓の可視光透過率パーセントは約６０％に増加し、太陽熱取得率は０．３２に増大する。暗状態で、可変透過率窓は、標準的な低輻射率（低Ｅ）ガラスよりも、著しく低い太陽熱取得率を有する。標準低Ｅガラスは、比較の目的のためグラフ上に示され、標準フロートガラス（コーティングなし）および、ピーピージーインダストリーズ社（ＰＰＧ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ）［ペンシルバニア州ピッツバーグ（Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈ）所在］からのＳｏｌａｒｂａｎ ７０ＸＬガラスも同様である。動的でないグレージングについて、標準フロートガラスは最高（最低）の太陽熱取得率を有し、一方Ｓｏｌａｒｂａｎ ７０ＸＬガラスは最良のＳＨＧＣを有する。標準フロートガラスを使用したＩＧＵのＳＨＧＣは、約０．７０である。Ｓｏｌａｒｂａｎ ７０ＸＬガラスを使用して作製したＩＧＵのＳＨＧＣは、約０．２５である。このグラフでは、可変透過率スマートウィンドウおよび動的なグレージングにより、０．２５未満のＳＨＧＣを達成することができる点が示される。本実施例において、可変透過率窓は、コントラスト比約６を有する。

［実施例１２］
光学フィルタの中間状態
実施例２．３の配合物を使用して作製した試作品デバイスは、中間状態を達成する能力について試験された。このデバイスは、最初紫外光（３６５ｎｍ）下で暗化させる（日光も同様に使用することができるが）。次いで、このデバイスに、約２ボルトのＤＣ電圧を、切り替わるまでの短時間（例えば、全切替わり時間の約１０％）かける。電力を適用している時間の間、デバイスのＶＬＴは増加するが、明状態まで達しなかった。電圧のスイッチをオフにすると直ぐに、デバイスは、さらに電力をかける必要がなく、その中間の暗状態のままとなる。再び、電圧をオンにすると、デバイスは続いてその明状態に遷移する。

［実施例１３］
光学フィルタのスイッチング材料における発色団の光安定性
スイッチング材料の種々の組合せにおける発色団の光安定性を、太陽スペクトル中の紫外光に類似した紫外光に、この組合せを曝露することにより、試験している。この組合せを含む光学フィルタを規則的な間隔で試験して、劣化を測定している。コントラスト比が、元のコントラスト比（試験前に測定した）の５０％まで落ちると、この組合せは失格していると見なされる。

キューラボ社（Ｑ−Ｌａｂｓ）のＱＵＶ促進耐候性試験機を使用して、この組合せを含む光学フィルタの光安定性を測定している。光学フィルタの光安定性はまた、より高い電力密度における組合せの光安定性を試験するため、ソーラーライト社（Ｓｏｌａｒ Ｌｉｇｈｔ）のＳ１６促進試験機器を使用して測定してもいる。

実施例２により調製した種々のスイッチング材料成分による組合せにおいて、発色団を試験した。それらの結果は、以下のテーブル１に示している。テーブル１を参照すると、試験した発色団には、下記が含まれる：

それぞれの発色団は、スイッチング材料の少なくとも１つの組合せにおいて、５０％の劣化に達するまでに、７００時間を達成することが可能であった。

本願明細書において援用した全ての特許、公開特許出願を含む出版物およびデータベース入力は、それぞれのこのような個々の特許、出版物およびデータベース入力が具体的かつ個別に示されて援用されるべきものと同一の範囲まで、それら全体において援用されている。

本発明はこうして記述されているが、この記述が、多くの形で変動しうることは明らかであろう。このような変動は、本発明の精神および範囲から逸脱するものとみなされるべきではなく、当業者には明らかであろう全てのこのような修正は、下記の特許請求範囲の範囲内に含まれることを意図しているものである。

Claims (14)

1. 紫外線への曝露によって明状態から暗状態に遷移し、電圧の印加によって暗状態から明状態に遷移することの可能な光学フィルタにおいて、
   ａ）第１および第２の実質的に透明な基板と、
   ｂ）該基板のうちの少なくとも１つの基板の表面に配置された第１および第２の電極と、
   ｃ）該第１および第２の基板の間に該第１および第２の電極に接触するように配置されたスイッチング材料であって、エレクトロクロミック特性およびフォトクロミック特性を有する１つ以上の発色団を含むスイッチング材料と、を備える光学フィルタ。
2. 請求項１に記載の光学フィルタであって、
   ｄ）該第１の電極および該第２の電極を電圧供給源に電気的に接続するための電気接続手段を更に備える光学フィルタ。
3. 前記スイッチング材料が溶液であって随意でポリマーによって増粘されているか、前記スイッチング材料がゲルである、請求項１または２に記載の光学フィルタ。
4. 遷移が、電圧の印加によって制御可能であり、随意で該電圧の印加が、紫外線曝露中に前記光学フィルタを明化させる、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光学フィルタ。
5. 前記光学フィルタが、前記明状態で５０％以上の可視光透過率を実現することが可能であるか、前記光学フィルタが、前記暗状態で３０％以下の可視光透過率を実現することが可能であるか、前記光学フィルタが、２よりも大きいコントラスト比を実現することが可能であるか、のうちの１つ以上であり、随意で暗状態におけるＶＬＴが、温度に伴って実質的に変化しない、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光学フィルタ。
6. 前記光学フィルタが、１秒〜３０分の時間で前記明状態と前記暗状態との間を遷移することが可能であるか、前記光学フィルタが、０．１Ｖ以上の印加によって前記暗状態から前記明状態に遷移することが可能であるか、前記光学フィルタが、３６５ｎｍよりも長い
   波長の紫外線への曝露によって前記明状態から前記暗状態に遷移可能であるか、のうちの１つ以上である、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光学フィルタ。
7. 前記１つ以上の発色団が、ジアリールエテン、ジチエニルシクロペンテン、およびフルギドからなる化合物の群から選択され、随意では前記ジアリールエテンが式Ｉの一般構造を有する請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光学フィルタ。
   （式中、
   Ｒ_１は、独立してＨまたはハロゲンであり、
   Ｒ_２は、独立してＨ、ハロゲンであるか、両方のＲ_２が一緒になってＣＨ＝ＣＨを形成するか、またはポリマー形態にある場合、Ｒ_２がＣＨ＝ＣＨであり、ポリマー主鎖の一部を形成するか、であり、
   Ｒ_３は、独立してアルキル、アリール、Ｈ、ハロゲン、またはＣＯ_２Ｙ（Ｙ＝Ｈ、Ｎａ、アルキル、アリール）であり、
   Ｒ_４は、アリールであり、
   Ｒ_５は、独立してＨ、アルキル、またはアリールである。）
8. 前記光学フィルタが、３６５ｎｍ未満の波長の紫外線を遮断することが可能である紫外線遮断剤をさらに含む、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光学フィルタ。
9. 請求項１乃至８のいずれか一項に記載の光学フィルタを備えた光学デバイスであって、窓であるか、眼用デバイスである、光学デバイス。
10. 紫外線への曝露によって明状態から暗状態に遷移し、電圧の印加によって暗状態から明状態に遷移することの可能な光学フィルタを調製するための方法であって、
    ａ）第１および第２の実質的に透明な基板の間にスイッチング材料の層を配置する工程であって、該基板のうちの少なくとも１つの基板の表面に第１および第２の電極が配置され、該第１および第２の電極は該スイッチング材料が各電極に接触するように配置され、該スイッチング材料はエレクトロクロミック特性およびフォトクロミック特性を有する１つ以上の発色団を含む、工程と、
    ｂ）該電極を電圧供給源に接続するための電気接続手段を提供する工程と、
    ｃ）前記スイッチング材料を硬化して、該スイッチング材料の粘度を上昇させる工程と、
    からなる方法。
11. 紫外線への曝露によって明状態から暗状態に遷移し、電圧の印加によって暗状態から明状態に遷移可能である可変透過率窓であって、
    ａ）実質的に透明な窓基板と、
    ｂ）該基板の少なくとも１つの表面に結合された、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の少なくとも１つの光学フィルタと
    からなる可変透過率窓。
12. 紫外線への曝露によって明状態から暗状態に遷移し、電圧の印加によって暗状態から明状態に遷移可能可変透過率窓を調製するための方法であって、
    ａ）請求項１乃至８のいずれか一項に記載の光学フィルタを提供する工程と
    ｂ）該光学フィルタを、前記窓の少なくとも１つの実質的に透明な表面に結合させる工程と
    からなる方法。
13. 紫外線への曝露によって明状態から暗状態に遷移し、電圧の印加により暗状態から明状態に遷移することの可能な眼用デバイスであって、
    ａ）実質的に透明な眼用基板と、
    ｂ）該基板の表面に結合された、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の光学フィルタと
    からなる眼用デバイス。
14. 紫外線への曝露によって明状態から暗状態に遷移し、電圧の印加によって暗状態から明状態に遷移することの可能な眼用デバイスを調製するための方法であって、
    ａ）請求項１乃至８のいずれか一項に記載の光学フィルタを提供する工程と、
    ｂ）該光学フィルタを、前記眼用デバイスの実質的に透明な眼用基板のうちの少なくとも１つの表面に結合させる工程と
    からなる方法。