半透明反射器
【課題】多層フォトニック構造体を含む半透明反射器を提供すること。
【解決手段】多層フォトニック構造体を含む半透明反射器であって、前記多層フォトニック構造体が、高屈折率誘電材料の複数のコーティング層と低屈折率誘電材料の複数のコーティング層とを含み、前記多層フォトニック構造体の高屈折率誘電材料の複数のコーティング層と低屈折率誘電材料の複数のコーティング層が［ＬＨ・・・（ＬＨ）N・・・Ｌ］構造（ここで、Ｌは低屈折率誘電材料の複数のコーティング層のうちの１つであり、Ｈは高屈折率誘電材料の複数のコーティング層のうちの１つであり、Ｎは正の整数である）で配置されており、前記多層フォトニック構造体は、電磁線の入射角範囲にわたって可視スペクトルの電磁線の波長に対して実質的に一定の反射率値を有する、半透明反射器。
【解決手段】多層フォトニック構造体を含む半透明反射器であって、前記多層フォトニック構造体が、高屈折率誘電材料の複数のコーティング層と低屈折率誘電材料の複数のコーティング層とを含み、前記多層フォトニック構造体の高屈折率誘電材料の複数のコーティング層と低屈折率誘電材料の複数のコーティング層が［ＬＨ・・・（ＬＨ）N・・・Ｌ］構造（ここで、Ｌは低屈折率誘電材料の複数のコーティング層のうちの１つであり、Ｈは高屈折率誘電材料の複数のコーティング層のうちの１つであり、Ｎは正の整数である）で配置されており、前記多層フォトニック構造体は、電磁線の入射角範囲にわたって可視スペクトルの電磁線の波長に対して実質的に一定の反射率値を有する、半透明反射器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、半透明反射器に関し、より詳しくは、多層フォトニック構造体を含む半透明反射器に関する。
【背景技術】
【０００２】
特定の周波数バンドの電磁波、例えば、可視光を反射させるために、反射器が通常使用される。銀又はアルミニウムを通常含む反射性金属コーティングを有する平坦なガラス基材上に、可視光を反射するミラーを作製することができる。同様に、かかる反射性金属コーティングを使用して、入射光の一部、例えば５０％を透過し、残りを１つの入射角、例えば４５°で反射する半透ミラーを作製することもできる。かかるミラー及び半透ミラーは、導電性材料を含み、非可視スペクトル、例えばラジオ周波数スペクトルなどにおいて、望ましくない電磁干渉源として作用することがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従って、非金属の半透明な反射器が望ましく、多層フォトニック構造体を含む代替的な半透明反射器が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一実施態様において、半透明反射器は、多層フォトニック構造体を含むことができる。多層フォトニック構造体は、高屈折率誘電材料の複数のコーティング層と低屈折率誘電材料の複数のコーティング層とを含む。多層フォトニック構造体の高屈折率誘電材料の複数のコーティング層と低屈折率誘電材料の複数のコーティング層は、［ＬＨ・・・（ＬＨ）N・・・Ｌ］構造で配置されている。Ｌは低屈折率誘電材料の複数のコーティング層のうちの１つである。Ｈは高屈折率誘電材料の複数のコーティング層のうちの１つである。Ｎは正の整数である。多層フォトニック構造体は、電磁線の入射角範囲にわたって可視スペクトルの電磁線の波長に対して実質的に一定の反射率値を有することができる。
【０００５】
別の実施態様において、乗物は、通信システムと非金属の乗物コンポーネントを含むことができる。通信システムは、伝送信号を受信又は送信することができる。非金属の乗物コンポーネントは、多層フォトニック構造体を含むことができる。多層フォトニック構造体は、高屈折率誘電材料の複数のコーティング層と低屈折率誘電材料の複数のコーティング層とを含む。多層フォトニック構造体の高屈折率誘電材料の複数のコーティング層と低屈折率誘電材料の複数のコーティング層は［ＬＨ・・・（ＬＨ）N・・・Ｌ］構造で配置されている。Ｌは低屈折率誘電材料の複数のコーティング層のうちの１つである。Ｈは高屈折率誘電材料の複数のコーティング層のうちの１つである。Ｎは正の整数である。多層フォトニック構造体は、約０°〜約４５°の電磁線の入射角範囲にわたって可視スペクトルの電磁線の波長に対して実質的に一定の反射率値を有することができる。多層フォトニック構造体は、伝送信号に対して実質的に透明であることができる。
【０００６】
さらに別の実施態様において、非金属の乗物コンポーネントは、交互に配置された高屈折率誘電材料の複数のコーティング層と低屈折率誘電材料の複数のコーティング層とを含む多層フォトニック構造体を含むことができる。多層フォトニック構造体は、約０°〜約４５°の電磁線の入射角範囲にわたって約４００ｎｍ〜約８００ｎｍの可視スペクトルの電磁線の波長に対して実質的に一定の反射率値を有することができる。実質的に一定の反射率値の平均値は、目標反射率値から実質的に一定の反射率値の標準偏差の２倍の値を引いた差以上であることができる。実質的に一定の反射率値の平均値は、目標反射率値と実質的に一定の反射率値の標準偏差の２倍の値との和以下であることができる。実質的に一定の反射率値の標準偏差は反射率の約３％未満であることができる。目標反射率値は約５１％〜約９５％であることができる。
本明細書に記載の実施態様により示されるこれら及びさらなる特徴は、図面とともに以下の詳細な説明を参照してさらに十分に理解されるであろう。
図面に記載の実施態様は、事実上、例示のため及び代表的なものであり、特許請求の範囲により規定される主題を制限するものではない。例示的な態様についての以下の詳細な説明は、同様な構造が同様な参照番号で示されている以下の図面と併せて読んだ場合に理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、本明細書において示し説明する１又は２以上の実施態様に係る乗物を概略的に示す。
【図２】図２は、本明細書において示し説明する１又は２以上の実施態様に係る多層フォトニック構造体を概略的に示す。
【図３】図３は、本明細書において示し説明する１又は２以上の実施態様に係る多層フォトニック構造体を概略的に示す。
【図４】図４は、本明細書において示し説明する１又は２以上の実施態様に係る多層フォトニック構造体への電磁線の入射角を概略的に示す。
【図５】図５は、本明細書において示し説明する１又は２以上の実施態様に係る多層フォトニック構造体を概略的に示す。
【図６】図６は、本明細書において示し説明する１又は２以上の実施態様に係る半透明反射器の反射プロファイルを概略的に示す。
【図７】図７は、本明細書において示し説明する１又は２以上の実施態様に係る多層フォトニック構造体を概略的に示す。
【図８】図８は、本明細書において示し説明する１又は２以上の実施態様に係る半透明反射器の反射プロファイルを概略的に示す。
【０００８】
図１は、概して、多層フォトニック構造体を含む非金属の乗物コンポーネントを有する乗物の一実施態様を示す。この乗物は、一般的に、伝送信号を受信及び送信するための通信システムを含む。多層フォトニック構造体を含む上記乗物及び半透明反射器についての様々な実施態様を以下に詳述する。
【０００９】
本明細書において、「光」という用語は、電磁スペクトルの様々な波長、特に電磁スペクトルの紫外（ＵＶ）、赤外（ＩＲ）及び可視部分の波長を意味する。
「透明」という用語は、材料について、その材料に入射した電磁線の実質的に全てが透過することを意味する。
【００１０】
図１を参照すると、乗物１０が概略的に示されている。以下で詳述するように、乗物１０の実施態様は、通信システム１２と、多層フォトニック構造体を含む非金属の乗物コンポーネント１４とを含む。自動車が図１に示されているが、乗物１０は、車輪を有する乗物、翼を有する乗物、無限軌道の乗物、水上輸送用の乗物など、例えば車、トラック、オートバイ、飛行機、ヘリコプター、戦車又は船舶などのいかなる乗物であってもよい。
【００１１】
一実施態様において、乗物１０は、一般的に、伝送信号を受信又は送信するための通信システム１２を含む。具体的には、通信システム１２は、非金属の乗物コンポーネント１４が伝送信号の伝送経路内にあるように乗物に結合されていてもよい。伝送信号は、様々な周波数（例えば、２４ＧＨｚの電磁線又は７７ＧＨｚの電磁線）で伝送することができる。上記通信システムは、乗物１０と、乗物１０の外部に存在する互換性のある通信装置、例えば他の乗物、人工衛星、通信タワーなどとの間で情報を交換するための伝送信号を利用する。通信システム１２は、ラジオ周波数の電磁波、例えばＫバンド、Ｋaバンド、Ｖバンド及びそれらの組み合わせなどの伝送信号を送信及び／又は受信するためのミリメートル波レーダーシステムレーダーであることができる。乗物１０の外部にある互換性のある通信装置と伝送信号を交換する通信システム１２が図１に示されているが、互換性のある通信システムは、乗物１０の内部に位置していてもよく、例えば、乗物の室内と通信する移動体通信装置及び／又は全地球測位システムなどであることができる。
【００１２】
図１を再度参照すると、乗物１０の実施態様は、多層フォトニック構造体１００を含む非金属の乗物コンポーネント１４を含む。非金属の乗物コンポーネント１４は、光を反射又は透過する、乗物に結合できるように作られたいかなる装置であってもよい。例えば、非金属の乗物コンポーネント１４は、金属の外観に近づける反射プロファイルを有してもよい。非金属の乗物コンポーネントは、半透明である反射器であってもよい。
【００１３】
図１及び図２を併せて参照すると、非金属の乗物コンポーネント１４は乗物のエンブレムであることができる。一実施態様において、乗物のエンブレムは、基材１１０の上に多層フォトニック構造体１００を付着させることにより製造できる。基材１１０としては、ガラス、ポリマー材料、セラミック材料、金属材料、複合材料及び／又はそれらの様々な組み合わせが挙げられる。例えば、多層フォトニック構造体１００を構成する層を、約１．５２の屈折率を有するガラス製の基材１１０上に付着させることができる。付着に先立って、基材１１０を、乗物のエンブレムの最終的な形状に近い形状に成形することができる。多層フォトニック構造体１００を基材１１０上に付着させた後、乗物のエンブレムを、例えばエッチング、グラインディング又はミーリングなどの製造プロセスにより仕上げることができる。乗物のエンブレムが完成したら、その乗物のエンブレムを、接着剤及び／又は機械的カップリングによりにより乗物に結合することができる。非金属の乗物コンポーネントは本明細書に記載の実施態様に従う乗物エンブレムとして図１に示されているが、非金属の乗物コンポーネント１４は、電子ディスプレイスクリーン、ウィンドウ、風防、サンルーフ、トリムピース、グリル、フードオーナメント、ホイールカバー、バンパー、ベゼル、ライト、テールライト、反射器又はミラーであることができる。さらに、多層フォトニック構造体１００の透明性は、炭素、銀、クロム、ステンレス鋼、又は他の吸収性合金を含む基材１１０を使用することにより低減できる。
【００１４】
図２に概略的に示されているように、本明細書に記載の多層フォトニック構造体１００は、一般的に、交互に配置された比較的高い屈折率を有する誘電材料（すなわち、高屈折率誘電材料Ｈ）の複数のコーティング層と比較的低い屈折率を有する誘電材料（すなわち、低屈折率誘電材料Ｌ）の複数のコーティング層とを含む。具体的には、高屈折率誘電材料Ｈは、低屈折率誘電材料Ｌと比べて比較的高い屈折率を有し、低屈折率誘電材料Ｌは、高屈折率誘電材料Ｈと比べて比較的低い屈折率を有する。一実施態様において、上記の高い屈折率は約１．９〜約２．３である。別の実施態様において、上記の低い屈折率は約１．４〜約１．６である。
【００１５】
図２及び３を併せて参照すると、高屈折率誘電材料Ｈは、Ｈで概略的に示されている。一方、低屈折率誘電材料Ｌは、Ｌで一般的に示されている。一実施態様において、図２に示されているように、多層フォトニック構造体１００の第１の層１０２は、基材１１０から最も遠い位置にある層であり、低屈折率誘電材料Ｌを含んで成る。多層フォトニック構造体１００の最後の層１０４は、基材１１０に最も近い位置にある層であり、低屈折率誘電材料Ｌを含んで成る。省略記号は、低屈折率誘電材料Ｌと高屈折率誘電材料Ｈの中間層１０６が、任意の全層数ｘとなるようにＮ回繰り返していてもよいことを示す。本明細書では、図２に示されている層構造を有する多層フォトニック構造体１００を指すのに、［ＬＨ・・・（ＬＨ）N・・・Ｌ］の簡単な表記を使用する。ここで、Ｎは正の整数であり、Ｎ＝（ｘ−３）／２である。
【００１６】
別の実施態様において、図３に示されているように、多層フォトニック構造体２００の第１の層２０２は、基材２１０から最も遠い位置にある層であり、高屈折率誘電材料Ｈを含んで成る。多層フォトニック構造体２００の最後の層２０４は、基材２１０に最も近い位置にある層であり、高屈折率誘電材料Ｈを含んで成る。省略記号は、高屈折率誘電材料Ｈと低屈折率誘電材料Ｌの中間層２０６が、任意の全層数ｘとなるようにＮ回繰り返していてもよいことを示す。本明細書では、図３に示されている層構造を有する多層フォトニック構造体２００を指すのに、［ＨＬ・・・（ＨＬ）N・・・Ｈ］の簡単な表記を使用する。ここで、Ｎは正の整数であり、Ｎ＝（ｘ−３）／２である。
【００１７】
図２及び３を再び参照すると、全層数ｘは、層作製方法により生じさせることができる任意の奇数であることができ、例えば、約２１、約１７〜約２５、約９〜約３９、約５〜約９９、または約３から数百の奇数であることができる。各層の厚さは、図２及び３において、ｔj（下付き添え字ｊは１〜ｘであり、それぞれ独自の厚さを有する個々の層を指す）で概略的に示されている。中間層の厚さは、ｔk 及びｔk+1（ｋは３からｘ−２におよぶ）で示されている。
【００１８】
次に図４を参照すると、電磁線の入射角が概略的に示されている。入射角０°は、電磁エネルギーが多層フォトニック構造体１００及び基材１１０に向けられる法線観察経路１２０に対応する。入射角４５°は、法線観察経路から４５°の角度オフセット１２４がある斜め観察経路１２２に対応する。図４には、法線観察経路１２４及び斜め観察経路１２２のみが示されているが、本明細書に記載の実施態様は、さらに、斜め観察経路１２２と斜め観察経路１２２の間の任意の可能な観察経路に関係する。
【００１９】
図２及び３を再び参照すると、多層フォトニック構造体１００，２００の実施態様は、電磁線の入射角範囲にわたって可視スペクトルの電磁線の波長（すなわち、約４００ｎｍ〜約９００ｎｍ、又は約４００ｎｍ〜約８００ｎｍ）に対して実質的に一定の反射率値を生じるようにしてもよい（すなわち、実質的に一定の反射率値は、目標反射率値にほぼ等しい）。目標反射率値は、約Ａから約Ｂまでの範囲内の任意の反射率値であることができる。ここで、Ａは約５１％〜約９４％の任意の値であり、Ｂは約５２％〜約９５％までの任意の値であり、Ａ＜Ｂである。
【００２０】
具体的には、多層フォトニック構造体１００，２００は、層のそれぞれの厚さｔ1，ｔ2，・・・，ｔk，ｔk+1 ，・・・，ｔx及び全層数ｘを調節することにより調整できる。厚さは任意の値をとることができ、例えば、約０．０５ｎｍ〜約５００ｎｍなどの任意の値を取ることができる。一実施態様において、多層フォトニック構造体１００，２００の実質的に一定の反射率値をモデル化する連立方程式を解くために、トランスファーマトリックス法（transfer matrix method）を使用することができる。実質的に一定の反射率値は、構造体に入射した光の角度（例えば、入射角）、偏光度、対象とする波長、多層フォトニック構造体１００，２００の各層の厚さｔj 、高屈折率誘電材料及び低屈折率誘電材料の屈折率、透過媒体、並びに入射媒体に依存する。トランスファーマトリックス法は、特定の多層フォトニック構造体１００，２００の特性に関係して、ユーザーからの様々な入力を受けて実質的に一定の反射率値を決めるようにプログラムされたソフトウェアを組み込んだコンピューターを使用して実施することができる。本明細書では、かかるソフトウェアをフォトニクス計算機（photonics calculator）と呼ぶことがある。
【００２１】
層のそれぞれの厚さｔ1，ｔ2，・・・，ｔk，ｔk+1 ，・・・，ｔxは、フォトニクス計算機により計算された実質的に一定の反射率値を目標とする反射率値と比較することにより求めることができる。具体的には、フォトニクス計算機と併せて、最適化又は曲線フィッティングプロセスを実施することができる。一実施態様において、フォトニクス計算機により計算された実質的に一定の反射率値のそれぞれと目標反射率値の間の差の２乗の和を最小にする。コンピューターシステム上で実行されるコンピューターソフトウェアにより実施されるオプティマイザによって、最小二乗フィッティングを行うことができる。本明細書では、多層フォトニック構造体１００，２００の特定のモデル化及び最適化方法を説明するが、本明細書に記載の実施態様は、目標反射率値を生成させるために、多層フォトニック構造体１００，２００を調整することができる任意の方法によりモデル化及び最適化できることに注意すべきである。
【００２２】
多層フォトニック構造体１００，２００は、適切な高屈折率誘電材料Ｈ及び低屈折率誘電材料Ｌを選択することにより調整することもできる。一実施態様において、低い屈折率及び高い屈折率は、それらの値が一般的に入手可能な材料と同じであるように選択される。例えば、低い屈折率の値及び高い屈折率の値がそれぞれシリカ（ＳｉＯ2、屈折率１．４６）の屈折率及びチタニア（ＴｉＯ2、屈折率２．３６）の屈折率に近いように、低い屈折率を１．４６に選択し、高い屈折率を２．２９に選択することができる。従って、それぞれ１．４６及び２．２９の低い屈折率及び高い屈折率を用いる多層フォトニック構造体の設計は、シリカ及びチタニア或いは同じ又は類似の屈折率を有する他の材料から構成することができる。他の材料の屈折率に対応する低い屈折率及び高い屈折率についての他の値を選択することもできる。例えばＡｌ2Ｏ3及びＸＦy（ＸはＢａ、Ｃａ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｍｇ及びＡｌのうちのいずれかであることができ、ｙは１〜３の任意の整数であることができる）などの材料を高屈折率誘電材料として使用できる。例えばＺｎＳ、ＺｎＯ、ＺｒＯ2、ＣｅＯ2、Ｎｂ2Ｏ5、Ｔａ2Ｏ5、ＨｆＯ2及びＮｄ2Ｏ3などの材料を低屈折率誘電材料として使用できる。以下に示す表１には、本明細書に記載の多層フォトニック構造体で使用できるさらなる可能な材料及びそれらの対応する屈折率の非排他的リストが掲載されている。
【００２３】
【表１】
【００２４】
本明細書に記載の実施態様によると、実質的に一定の反射率値の平均値が目標反射率値の標準偏差の数倍の値の範囲内にある場合に、実質的に一定の反射率値は目標反射率にほぼ等しい。実質的に一定の反射率値の平均値は、次式：
【００２５】
【数１】
【００２６】
（式中、Ｎは実質的に一定の反射率値の数であり、ｒは個々の実質的に一定の反射率値である）によって与えられる。実質的に一定の反射率値の標準偏差は次式：
【００２７】
【数２】
【００２８】
（式中、Ｎは実質的に一定の反射率値の数であり、ｒは個々の実質的に一定の反射率値であり、μは実質的に一定の反射率値の平均値である）によって与えられる。実質的に一定の反射率値は、
【００２９】
【数３】
【００３０】
（式中、ｔは目標反射率値であり、ｈは約０から約３までの任意の値であり、σは実質的に一定の反射率値の標準偏差であり、μは実質的に一定の反射率値の平均値である）である場合に目標反射率値にほぼ等しい。
【００３１】
本明細書に記載の実施態様の範囲を制限せずにさらに明確にするために、以下の実験結果を示す。
【実施例】
【００３２】
フォトニクス計算機により分析シミュレーションを行った。シミュレーションのそれぞれにおいて以下の条件を設定した：入射角を０°又は４５°に設定し、偏光の程度を自然光（すなわち、約０．５、ここで、０はＴＥ光を表し、１はＴＭ光を表す）に設定し、透過媒体を空気（屈折率１．０）に設定し、対象とする波長を４００ｎｍ〜８００ｎｍに設定し、目標反射率値を約９０％に設定した。図２及び３を併せて参照すると、シミュレーションのそれぞれについて、高屈折率誘電材料Ｈをチタニアに設定し、低屈折率誘電材料Ｌをシリカに設定し、基材１１０をガラス（屈折率１．５２）に設定した。表２及び３に、フォトニクス計算機の結果をまとめた。これらの表では、全層数ｘと構造体の簡略表現を最左欄に示す。
【００３３】
以下に示す表２には、フォトニクス計算機により分析的に求められた実質的に一定の反射率値の平均値についての集計が含まれている。以下に示す表３には、フォトニクス計算機により分析的に求められた実質的に一定の反射率値の標準偏差についての集計が含まれている。
【００３４】
【表２】
【００３５】
【表３】
【００３６】
表２によると、全ての入射角及び両方の波長バンド幅の場合に、実質的に一定の反射率値の平均値は約６７．９から約８９．３に及んだ。０°の入射角及び約４００ｎｍ〜約９００ｎｍの波長の場合に、実質的に一定の反射率値の平均値は約７１．３から約８９．２に及んだ。４５°の入射角及び約４００ｎｍ〜約９００ｎｍの波長の場合に、実質的に一定の反射率値の平均値は約６７．９から約８５．０に及んだ。０°の入射角及び約４００ｎｍ〜約８００ｎｍの波長の場合に、実質的に一定の反射率値の平均値は約７１．１から約８９．３に及んだ。４５°の入射角及び約４００ｎｍ〜約８００ｎｍの波長の場合に、実質的に一定の反射率値の平均値は約６８．７から約８６．２に及んだ。
【００３７】
表３によると、全ての入射角及び両方の波長バンド幅の場合に、実質的に一定の反射率値の標準偏差は約２．８〜約１９．２に及んだ。全体的には、実質的に一定の反射率値の標準偏差のほとんどが、反射率の約７％未満（例えば、反射率の約６％未満、反射率の約５％未満、反射率の約４％未満、又は反射率の約３％未満）であった。０°の入射角及び約４００ｎｍ〜約９００ｎｍの波長の場合に、実質的に一定の反射率値の標準偏差は約２．９から約１１．９に及んだ。４５°の入射角及び約４００ｎｍ〜約９００ｎｍの波長の場合に、実質的に一定の反射率値の標準偏差は約５．０から約１９．２に及んだ。０°の入射角及び約４００ｎｍ〜約８００ｎｍの波長の場合に、実質的に一定の反射率値の標準偏差は約２．８から約１３．１に及んだ。４５°の入射角及び約４００ｎｍ〜約８００ｎｍの波長の場合に、実質的に一定の反射率値の標準偏差は約２．８から約１１．１に及んだ。
【００３８】
表２及び３を併せて参照すると、実質的に一定の反射率値の平均値は、概して、９０％の目標反射率値の標準偏差の３倍以内（すなわち、式３でｈが３以下）であった。シミュレーションのほとんどで、標準偏差の２倍以内（すなわち、ｈが２以下）である実質的に一定の反射率値の平均値がもたらされた。シミュレーションの幾つかで、標準偏差の２倍未満（例えば、ｈが１．５以下、ｈが１以下、又はｈが０．５以下）である実質的に一定の反射率の平均値がもたらされた。
【００３９】
次に図５を参照すると、２１層のフォトニック構造体の一実施態様についての、層のそれぞれについてのフォトニクス計算機により求められた厚さがグラフ表示されている。層の番号（ｊ＝１から２１まで）が横軸に記入されている。厚さｔjが縦軸に記入されている。２１層のフォトニック構造体は、［ＬＨ・・・（ＬＨ）N・・・Ｌ］配列（すなわち、ｘ＝２１及びＮ＝９）で構成されていた。厚さｔjは約２０ｎｍから約６０ｎｍに及んだ。
【００４０】
図５の２１層［ＬＨ・・・（ＬＨ）N・・・Ｌ］フォトニック構造体についての実質的に一定の反射率値が図６にグラフ表示されている。０°の入射角（図６において四角形で示す）及び約４００ｎｍ〜約８００ｎｍの波長の場合に、実質的に一定の反射率値の平均値及び標準偏差はそれぞれ約８８．３及び３．６であった。４５°の入射角（図６において三角形で示す）及び約４００ｎｍ〜約８００ｎｍの波長の場合に、実質的に一定の反射率値の平均値及び標準偏差はそれぞれ約８５．０及び３．２であった。
【００４１】
次に図７を参照すると、２１層のフォトニック構造体の別の実施態様についての、層のそれぞれについてのフォトニクス計算機により求められた厚さがグラフ表示されている。層の番号（ｊ＝１から２１まで）が横軸に記入されている。厚さｔjが縦軸に記入されている。２１層のフォトニック構造体は、［ＨＬ・・・（ＨＬ）N・・・Ｈ］配列（すなわち、ｘ＝２１及びＮ＝９）で構成されていた。厚さｔjは約３０ｎｍから約１５０ｎｍに及んだ。
【００４２】
図７の２１層フォトニック構造体についての実質的に一定の反射率値が図８にグラフ表示されている。０°の入射角（図８において四角形で示す）及び約４００ｎｍ〜約８００ｎｍの波長の場合に、実質的に一定の反射率値の平均値及び標準偏差はそれぞれ約８９．３及び２．８であった。４５°の入射角（図８において三角形で示す）及び約４００ｎｍ〜約８００ｎｍの波長の場合に、実質的に一定の反射率値の平均値及び標準偏差はそれぞれ約８６．１及び２．８であった。
【００４３】
本明細書に記載の多層フォトニック構造体は、導電性材料から通常作られる半透明コンポーネント及び／又はコーティングとして使用できる点に注意すべきである。例えば、多層フォトニック構造体の一実施態様を、ウィンドウ又はミラーなどのガラス基材に適用できる。ウィンドウに適用された場合に、多層フォトニック構造体は、任意の望ましい値に設定できる目標反射率値に従って光を反射することができる。従って、本明細書に記載の多層フォトニック構造体を含んで成るウィンドウは、目標反射率値を高くすることで、高いプライバシーレベルをもたらすことができる。さらに、多層フォトニック構造体の実施態様がラジオ周波数の電磁線に対して透明であるため、かかるウィンドウは、伝送信号を妨害せずに高いプライバシーレベルをもたらすことができる。
【００４４】
「実質的に」及び「約」という語句は、本明細書において、定量的な比較、評価、測定又は他の表現に起因し得る不確かさの固有の程度を表すために使用する。また、これらの用語は、本明細書において、特許請求の範囲に記載の発明の基本的な機能の変化をもたらさずに、定量的表現が示したものから変わりうる程度を表すために使用する。
【００４５】
特定の実施態様を本明細書において例示し説明したが、特許請求の範囲に記載の発明の精神及び範囲から離れずに、様々な他の変更及び改良を行うことができる。さらに、特許請求の範囲に記載の発明についての様々な特徴を明細書に記載したが、かかる特徴を組み合わせて使用する必要はない。従って、特許請求の範囲は、特許請求の範囲に記載の発明の範囲内に含まれるかかる変更及び改良の全てをカバーすることを意図する。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、半透明反射器に関し、より詳しくは、多層フォトニック構造体を含む半透明反射器に関する。
【背景技術】
【０００２】
特定の周波数バンドの電磁波、例えば、可視光を反射させるために、反射器が通常使用される。銀又はアルミニウムを通常含む反射性金属コーティングを有する平坦なガラス基材上に、可視光を反射するミラーを作製することができる。同様に、かかる反射性金属コーティングを使用して、入射光の一部、例えば５０％を透過し、残りを１つの入射角、例えば４５°で反射する半透ミラーを作製することもできる。かかるミラー及び半透ミラーは、導電性材料を含み、非可視スペクトル、例えばラジオ周波数スペクトルなどにおいて、望ましくない電磁干渉源として作用することがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従って、非金属の半透明な反射器が望ましく、多層フォトニック構造体を含む代替的な半透明反射器が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一実施態様において、半透明反射器は、多層フォトニック構造体を含むことができる。多層フォトニック構造体は、高屈折率誘電材料の複数のコーティング層と低屈折率誘電材料の複数のコーティング層とを含む。多層フォトニック構造体の高屈折率誘電材料の複数のコーティング層と低屈折率誘電材料の複数のコーティング層は、［ＬＨ・・・（ＬＨ）N・・・Ｌ］構造で配置されている。Ｌは低屈折率誘電材料の複数のコーティング層のうちの１つである。Ｈは高屈折率誘電材料の複数のコーティング層のうちの１つである。Ｎは正の整数である。多層フォトニック構造体は、電磁線の入射角範囲にわたって可視スペクトルの電磁線の波長に対して実質的に一定の反射率値を有することができる。
【０００５】
別の実施態様において、乗物は、通信システムと非金属の乗物コンポーネントを含むことができる。通信システムは、伝送信号を受信又は送信することができる。非金属の乗物コンポーネントは、多層フォトニック構造体を含むことができる。多層フォトニック構造体は、高屈折率誘電材料の複数のコーティング層と低屈折率誘電材料の複数のコーティング層とを含む。多層フォトニック構造体の高屈折率誘電材料の複数のコーティング層と低屈折率誘電材料の複数のコーティング層は［ＬＨ・・・（ＬＨ）N・・・Ｌ］構造で配置されている。Ｌは低屈折率誘電材料の複数のコーティング層のうちの１つである。Ｈは高屈折率誘電材料の複数のコーティング層のうちの１つである。Ｎは正の整数である。多層フォトニック構造体は、約０°〜約４５°の電磁線の入射角範囲にわたって可視スペクトルの電磁線の波長に対して実質的に一定の反射率値を有することができる。多層フォトニック構造体は、伝送信号に対して実質的に透明であることができる。
【０００６】
さらに別の実施態様において、非金属の乗物コンポーネントは、交互に配置された高屈折率誘電材料の複数のコーティング層と低屈折率誘電材料の複数のコーティング層とを含む多層フォトニック構造体を含むことができる。多層フォトニック構造体は、約０°〜約４５°の電磁線の入射角範囲にわたって約４００ｎｍ〜約８００ｎｍの可視スペクトルの電磁線の波長に対して実質的に一定の反射率値を有することができる。実質的に一定の反射率値の平均値は、目標反射率値から実質的に一定の反射率値の標準偏差の２倍の値を引いた差以上であることができる。実質的に一定の反射率値の平均値は、目標反射率値と実質的に一定の反射率値の標準偏差の２倍の値との和以下であることができる。実質的に一定の反射率値の標準偏差は反射率の約３％未満であることができる。目標反射率値は約５１％〜約９５％であることができる。
本明細書に記載の実施態様により示されるこれら及びさらなる特徴は、図面とともに以下の詳細な説明を参照してさらに十分に理解されるであろう。
図面に記載の実施態様は、事実上、例示のため及び代表的なものであり、特許請求の範囲により規定される主題を制限するものではない。例示的な態様についての以下の詳細な説明は、同様な構造が同様な参照番号で示されている以下の図面と併せて読んだ場合に理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、本明細書において示し説明する１又は２以上の実施態様に係る乗物を概略的に示す。
【図２】図２は、本明細書において示し説明する１又は２以上の実施態様に係る多層フォトニック構造体を概略的に示す。
【図３】図３は、本明細書において示し説明する１又は２以上の実施態様に係る多層フォトニック構造体を概略的に示す。
【図４】図４は、本明細書において示し説明する１又は２以上の実施態様に係る多層フォトニック構造体への電磁線の入射角を概略的に示す。
【図５】図５は、本明細書において示し説明する１又は２以上の実施態様に係る多層フォトニック構造体を概略的に示す。
【図６】図６は、本明細書において示し説明する１又は２以上の実施態様に係る半透明反射器の反射プロファイルを概略的に示す。
【図７】図７は、本明細書において示し説明する１又は２以上の実施態様に係る多層フォトニック構造体を概略的に示す。
【図８】図８は、本明細書において示し説明する１又は２以上の実施態様に係る半透明反射器の反射プロファイルを概略的に示す。
【０００８】
図１は、概して、多層フォトニック構造体を含む非金属の乗物コンポーネントを有する乗物の一実施態様を示す。この乗物は、一般的に、伝送信号を受信及び送信するための通信システムを含む。多層フォトニック構造体を含む上記乗物及び半透明反射器についての様々な実施態様を以下に詳述する。
【０００９】
本明細書において、「光」という用語は、電磁スペクトルの様々な波長、特に電磁スペクトルの紫外（ＵＶ）、赤外（ＩＲ）及び可視部分の波長を意味する。
「透明」という用語は、材料について、その材料に入射した電磁線の実質的に全てが透過することを意味する。
【００１０】
図１を参照すると、乗物１０が概略的に示されている。以下で詳述するように、乗物１０の実施態様は、通信システム１２と、多層フォトニック構造体を含む非金属の乗物コンポーネント１４とを含む。自動車が図１に示されているが、乗物１０は、車輪を有する乗物、翼を有する乗物、無限軌道の乗物、水上輸送用の乗物など、例えば車、トラック、オートバイ、飛行機、ヘリコプター、戦車又は船舶などのいかなる乗物であってもよい。
【００１１】
一実施態様において、乗物１０は、一般的に、伝送信号を受信又は送信するための通信システム１２を含む。具体的には、通信システム１２は、非金属の乗物コンポーネント１４が伝送信号の伝送経路内にあるように乗物に結合されていてもよい。伝送信号は、様々な周波数（例えば、２４ＧＨｚの電磁線又は７７ＧＨｚの電磁線）で伝送することができる。上記通信システムは、乗物１０と、乗物１０の外部に存在する互換性のある通信装置、例えば他の乗物、人工衛星、通信タワーなどとの間で情報を交換するための伝送信号を利用する。通信システム１２は、ラジオ周波数の電磁波、例えばＫバンド、Ｋaバンド、Ｖバンド及びそれらの組み合わせなどの伝送信号を送信及び／又は受信するためのミリメートル波レーダーシステムレーダーであることができる。乗物１０の外部にある互換性のある通信装置と伝送信号を交換する通信システム１２が図１に示されているが、互換性のある通信システムは、乗物１０の内部に位置していてもよく、例えば、乗物の室内と通信する移動体通信装置及び／又は全地球測位システムなどであることができる。
【００１２】
図１を再度参照すると、乗物１０の実施態様は、多層フォトニック構造体１００を含む非金属の乗物コンポーネント１４を含む。非金属の乗物コンポーネント１４は、光を反射又は透過する、乗物に結合できるように作られたいかなる装置であってもよい。例えば、非金属の乗物コンポーネント１４は、金属の外観に近づける反射プロファイルを有してもよい。非金属の乗物コンポーネントは、半透明である反射器であってもよい。
【００１３】
図１及び図２を併せて参照すると、非金属の乗物コンポーネント１４は乗物のエンブレムであることができる。一実施態様において、乗物のエンブレムは、基材１１０の上に多層フォトニック構造体１００を付着させることにより製造できる。基材１１０としては、ガラス、ポリマー材料、セラミック材料、金属材料、複合材料及び／又はそれらの様々な組み合わせが挙げられる。例えば、多層フォトニック構造体１００を構成する層を、約１．５２の屈折率を有するガラス製の基材１１０上に付着させることができる。付着に先立って、基材１１０を、乗物のエンブレムの最終的な形状に近い形状に成形することができる。多層フォトニック構造体１００を基材１１０上に付着させた後、乗物のエンブレムを、例えばエッチング、グラインディング又はミーリングなどの製造プロセスにより仕上げることができる。乗物のエンブレムが完成したら、その乗物のエンブレムを、接着剤及び／又は機械的カップリングによりにより乗物に結合することができる。非金属の乗物コンポーネントは本明細書に記載の実施態様に従う乗物エンブレムとして図１に示されているが、非金属の乗物コンポーネント１４は、電子ディスプレイスクリーン、ウィンドウ、風防、サンルーフ、トリムピース、グリル、フードオーナメント、ホイールカバー、バンパー、ベゼル、ライト、テールライト、反射器又はミラーであることができる。さらに、多層フォトニック構造体１００の透明性は、炭素、銀、クロム、ステンレス鋼、又は他の吸収性合金を含む基材１１０を使用することにより低減できる。
【００１４】
図２に概略的に示されているように、本明細書に記載の多層フォトニック構造体１００は、一般的に、交互に配置された比較的高い屈折率を有する誘電材料（すなわち、高屈折率誘電材料Ｈ）の複数のコーティング層と比較的低い屈折率を有する誘電材料（すなわち、低屈折率誘電材料Ｌ）の複数のコーティング層とを含む。具体的には、高屈折率誘電材料Ｈは、低屈折率誘電材料Ｌと比べて比較的高い屈折率を有し、低屈折率誘電材料Ｌは、高屈折率誘電材料Ｈと比べて比較的低い屈折率を有する。一実施態様において、上記の高い屈折率は約１．９〜約２．３である。別の実施態様において、上記の低い屈折率は約１．４〜約１．６である。
【００１５】
図２及び３を併せて参照すると、高屈折率誘電材料Ｈは、Ｈで概略的に示されている。一方、低屈折率誘電材料Ｌは、Ｌで一般的に示されている。一実施態様において、図２に示されているように、多層フォトニック構造体１００の第１の層１０２は、基材１１０から最も遠い位置にある層であり、低屈折率誘電材料Ｌを含んで成る。多層フォトニック構造体１００の最後の層１０４は、基材１１０に最も近い位置にある層であり、低屈折率誘電材料Ｌを含んで成る。省略記号は、低屈折率誘電材料Ｌと高屈折率誘電材料Ｈの中間層１０６が、任意の全層数ｘとなるようにＮ回繰り返していてもよいことを示す。本明細書では、図２に示されている層構造を有する多層フォトニック構造体１００を指すのに、［ＬＨ・・・（ＬＨ）N・・・Ｌ］の簡単な表記を使用する。ここで、Ｎは正の整数であり、Ｎ＝（ｘ−３）／２である。
【００１６】
別の実施態様において、図３に示されているように、多層フォトニック構造体２００の第１の層２０２は、基材２１０から最も遠い位置にある層であり、高屈折率誘電材料Ｈを含んで成る。多層フォトニック構造体２００の最後の層２０４は、基材２１０に最も近い位置にある層であり、高屈折率誘電材料Ｈを含んで成る。省略記号は、高屈折率誘電材料Ｈと低屈折率誘電材料Ｌの中間層２０６が、任意の全層数ｘとなるようにＮ回繰り返していてもよいことを示す。本明細書では、図３に示されている層構造を有する多層フォトニック構造体２００を指すのに、［ＨＬ・・・（ＨＬ）N・・・Ｈ］の簡単な表記を使用する。ここで、Ｎは正の整数であり、Ｎ＝（ｘ−３）／２である。
【００１７】
図２及び３を再び参照すると、全層数ｘは、層作製方法により生じさせることができる任意の奇数であることができ、例えば、約２１、約１７〜約２５、約９〜約３９、約５〜約９９、または約３から数百の奇数であることができる。各層の厚さは、図２及び３において、ｔj（下付き添え字ｊは１〜ｘであり、それぞれ独自の厚さを有する個々の層を指す）で概略的に示されている。中間層の厚さは、ｔk 及びｔk+1（ｋは３からｘ−２におよぶ）で示されている。
【００１８】
次に図４を参照すると、電磁線の入射角が概略的に示されている。入射角０°は、電磁エネルギーが多層フォトニック構造体１００及び基材１１０に向けられる法線観察経路１２０に対応する。入射角４５°は、法線観察経路から４５°の角度オフセット１２４がある斜め観察経路１２２に対応する。図４には、法線観察経路１２４及び斜め観察経路１２２のみが示されているが、本明細書に記載の実施態様は、さらに、斜め観察経路１２２と斜め観察経路１２２の間の任意の可能な観察経路に関係する。
【００１９】
図２及び３を再び参照すると、多層フォトニック構造体１００，２００の実施態様は、電磁線の入射角範囲にわたって可視スペクトルの電磁線の波長（すなわち、約４００ｎｍ〜約９００ｎｍ、又は約４００ｎｍ〜約８００ｎｍ）に対して実質的に一定の反射率値を生じるようにしてもよい（すなわち、実質的に一定の反射率値は、目標反射率値にほぼ等しい）。目標反射率値は、約Ａから約Ｂまでの範囲内の任意の反射率値であることができる。ここで、Ａは約５１％〜約９４％の任意の値であり、Ｂは約５２％〜約９５％までの任意の値であり、Ａ＜Ｂである。
【００２０】
具体的には、多層フォトニック構造体１００，２００は、層のそれぞれの厚さｔ1，ｔ2，・・・，ｔk，ｔk+1 ，・・・，ｔx及び全層数ｘを調節することにより調整できる。厚さは任意の値をとることができ、例えば、約０．０５ｎｍ〜約５００ｎｍなどの任意の値を取ることができる。一実施態様において、多層フォトニック構造体１００，２００の実質的に一定の反射率値をモデル化する連立方程式を解くために、トランスファーマトリックス法（transfer matrix method）を使用することができる。実質的に一定の反射率値は、構造体に入射した光の角度（例えば、入射角）、偏光度、対象とする波長、多層フォトニック構造体１００，２００の各層の厚さｔj 、高屈折率誘電材料及び低屈折率誘電材料の屈折率、透過媒体、並びに入射媒体に依存する。トランスファーマトリックス法は、特定の多層フォトニック構造体１００，２００の特性に関係して、ユーザーからの様々な入力を受けて実質的に一定の反射率値を決めるようにプログラムされたソフトウェアを組み込んだコンピューターを使用して実施することができる。本明細書では、かかるソフトウェアをフォトニクス計算機（photonics calculator）と呼ぶことがある。
【００２１】
層のそれぞれの厚さｔ1，ｔ2，・・・，ｔk，ｔk+1 ，・・・，ｔxは、フォトニクス計算機により計算された実質的に一定の反射率値を目標とする反射率値と比較することにより求めることができる。具体的には、フォトニクス計算機と併せて、最適化又は曲線フィッティングプロセスを実施することができる。一実施態様において、フォトニクス計算機により計算された実質的に一定の反射率値のそれぞれと目標反射率値の間の差の２乗の和を最小にする。コンピューターシステム上で実行されるコンピューターソフトウェアにより実施されるオプティマイザによって、最小二乗フィッティングを行うことができる。本明細書では、多層フォトニック構造体１００，２００の特定のモデル化及び最適化方法を説明するが、本明細書に記載の実施態様は、目標反射率値を生成させるために、多層フォトニック構造体１００，２００を調整することができる任意の方法によりモデル化及び最適化できることに注意すべきである。
【００２２】
多層フォトニック構造体１００，２００は、適切な高屈折率誘電材料Ｈ及び低屈折率誘電材料Ｌを選択することにより調整することもできる。一実施態様において、低い屈折率及び高い屈折率は、それらの値が一般的に入手可能な材料と同じであるように選択される。例えば、低い屈折率の値及び高い屈折率の値がそれぞれシリカ（ＳｉＯ2、屈折率１．４６）の屈折率及びチタニア（ＴｉＯ2、屈折率２．３６）の屈折率に近いように、低い屈折率を１．４６に選択し、高い屈折率を２．２９に選択することができる。従って、それぞれ１．４６及び２．２９の低い屈折率及び高い屈折率を用いる多層フォトニック構造体の設計は、シリカ及びチタニア或いは同じ又は類似の屈折率を有する他の材料から構成することができる。他の材料の屈折率に対応する低い屈折率及び高い屈折率についての他の値を選択することもできる。例えばＡｌ2Ｏ3及びＸＦy（ＸはＢａ、Ｃａ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｍｇ及びＡｌのうちのいずれかであることができ、ｙは１〜３の任意の整数であることができる）などの材料を高屈折率誘電材料として使用できる。例えばＺｎＳ、ＺｎＯ、ＺｒＯ2、ＣｅＯ2、Ｎｂ2Ｏ5、Ｔａ2Ｏ5、ＨｆＯ2及びＮｄ2Ｏ3などの材料を低屈折率誘電材料として使用できる。以下に示す表１には、本明細書に記載の多層フォトニック構造体で使用できるさらなる可能な材料及びそれらの対応する屈折率の非排他的リストが掲載されている。
【００２３】
【表１】
【００２４】
本明細書に記載の実施態様によると、実質的に一定の反射率値の平均値が目標反射率値の標準偏差の数倍の値の範囲内にある場合に、実質的に一定の反射率値は目標反射率にほぼ等しい。実質的に一定の反射率値の平均値は、次式：
【００２５】
【数１】
【００２６】
（式中、Ｎは実質的に一定の反射率値の数であり、ｒは個々の実質的に一定の反射率値である）によって与えられる。実質的に一定の反射率値の標準偏差は次式：
【００２７】
【数２】
【００２８】
（式中、Ｎは実質的に一定の反射率値の数であり、ｒは個々の実質的に一定の反射率値であり、μは実質的に一定の反射率値の平均値である）によって与えられる。実質的に一定の反射率値は、
【００２９】
【数３】
【００３０】
（式中、ｔは目標反射率値であり、ｈは約０から約３までの任意の値であり、σは実質的に一定の反射率値の標準偏差であり、μは実質的に一定の反射率値の平均値である）である場合に目標反射率値にほぼ等しい。
【００３１】
本明細書に記載の実施態様の範囲を制限せずにさらに明確にするために、以下の実験結果を示す。
【実施例】
【００３２】
フォトニクス計算機により分析シミュレーションを行った。シミュレーションのそれぞれにおいて以下の条件を設定した：入射角を０°又は４５°に設定し、偏光の程度を自然光（すなわち、約０．５、ここで、０はＴＥ光を表し、１はＴＭ光を表す）に設定し、透過媒体を空気（屈折率１．０）に設定し、対象とする波長を４００ｎｍ〜８００ｎｍに設定し、目標反射率値を約９０％に設定した。図２及び３を併せて参照すると、シミュレーションのそれぞれについて、高屈折率誘電材料Ｈをチタニアに設定し、低屈折率誘電材料Ｌをシリカに設定し、基材１１０をガラス（屈折率１．５２）に設定した。表２及び３に、フォトニクス計算機の結果をまとめた。これらの表では、全層数ｘと構造体の簡略表現を最左欄に示す。
【００３３】
以下に示す表２には、フォトニクス計算機により分析的に求められた実質的に一定の反射率値の平均値についての集計が含まれている。以下に示す表３には、フォトニクス計算機により分析的に求められた実質的に一定の反射率値の標準偏差についての集計が含まれている。
【００３４】
【表２】
【００３５】
【表３】
【００３６】
表２によると、全ての入射角及び両方の波長バンド幅の場合に、実質的に一定の反射率値の平均値は約６７．９から約８９．３に及んだ。０°の入射角及び約４００ｎｍ〜約９００ｎｍの波長の場合に、実質的に一定の反射率値の平均値は約７１．３から約８９．２に及んだ。４５°の入射角及び約４００ｎｍ〜約９００ｎｍの波長の場合に、実質的に一定の反射率値の平均値は約６７．９から約８５．０に及んだ。０°の入射角及び約４００ｎｍ〜約８００ｎｍの波長の場合に、実質的に一定の反射率値の平均値は約７１．１から約８９．３に及んだ。４５°の入射角及び約４００ｎｍ〜約８００ｎｍの波長の場合に、実質的に一定の反射率値の平均値は約６８．７から約８６．２に及んだ。
【００３７】
表３によると、全ての入射角及び両方の波長バンド幅の場合に、実質的に一定の反射率値の標準偏差は約２．８〜約１９．２に及んだ。全体的には、実質的に一定の反射率値の標準偏差のほとんどが、反射率の約７％未満（例えば、反射率の約６％未満、反射率の約５％未満、反射率の約４％未満、又は反射率の約３％未満）であった。０°の入射角及び約４００ｎｍ〜約９００ｎｍの波長の場合に、実質的に一定の反射率値の標準偏差は約２．９から約１１．９に及んだ。４５°の入射角及び約４００ｎｍ〜約９００ｎｍの波長の場合に、実質的に一定の反射率値の標準偏差は約５．０から約１９．２に及んだ。０°の入射角及び約４００ｎｍ〜約８００ｎｍの波長の場合に、実質的に一定の反射率値の標準偏差は約２．８から約１３．１に及んだ。４５°の入射角及び約４００ｎｍ〜約８００ｎｍの波長の場合に、実質的に一定の反射率値の標準偏差は約２．８から約１１．１に及んだ。
【００３８】
表２及び３を併せて参照すると、実質的に一定の反射率値の平均値は、概して、９０％の目標反射率値の標準偏差の３倍以内（すなわち、式３でｈが３以下）であった。シミュレーションのほとんどで、標準偏差の２倍以内（すなわち、ｈが２以下）である実質的に一定の反射率値の平均値がもたらされた。シミュレーションの幾つかで、標準偏差の２倍未満（例えば、ｈが１．５以下、ｈが１以下、又はｈが０．５以下）である実質的に一定の反射率の平均値がもたらされた。
【００３９】
次に図５を参照すると、２１層のフォトニック構造体の一実施態様についての、層のそれぞれについてのフォトニクス計算機により求められた厚さがグラフ表示されている。層の番号（ｊ＝１から２１まで）が横軸に記入されている。厚さｔjが縦軸に記入されている。２１層のフォトニック構造体は、［ＬＨ・・・（ＬＨ）N・・・Ｌ］配列（すなわち、ｘ＝２１及びＮ＝９）で構成されていた。厚さｔjは約２０ｎｍから約６０ｎｍに及んだ。
【００４０】
図５の２１層［ＬＨ・・・（ＬＨ）N・・・Ｌ］フォトニック構造体についての実質的に一定の反射率値が図６にグラフ表示されている。０°の入射角（図６において四角形で示す）及び約４００ｎｍ〜約８００ｎｍの波長の場合に、実質的に一定の反射率値の平均値及び標準偏差はそれぞれ約８８．３及び３．６であった。４５°の入射角（図６において三角形で示す）及び約４００ｎｍ〜約８００ｎｍの波長の場合に、実質的に一定の反射率値の平均値及び標準偏差はそれぞれ約８５．０及び３．２であった。
【００４１】
次に図７を参照すると、２１層のフォトニック構造体の別の実施態様についての、層のそれぞれについてのフォトニクス計算機により求められた厚さがグラフ表示されている。層の番号（ｊ＝１から２１まで）が横軸に記入されている。厚さｔjが縦軸に記入されている。２１層のフォトニック構造体は、［ＨＬ・・・（ＨＬ）N・・・Ｈ］配列（すなわち、ｘ＝２１及びＮ＝９）で構成されていた。厚さｔjは約３０ｎｍから約１５０ｎｍに及んだ。
【００４２】
図７の２１層フォトニック構造体についての実質的に一定の反射率値が図８にグラフ表示されている。０°の入射角（図８において四角形で示す）及び約４００ｎｍ〜約８００ｎｍの波長の場合に、実質的に一定の反射率値の平均値及び標準偏差はそれぞれ約８９．３及び２．８であった。４５°の入射角（図８において三角形で示す）及び約４００ｎｍ〜約８００ｎｍの波長の場合に、実質的に一定の反射率値の平均値及び標準偏差はそれぞれ約８６．１及び２．８であった。
【００４３】
本明細書に記載の多層フォトニック構造体は、導電性材料から通常作られる半透明コンポーネント及び／又はコーティングとして使用できる点に注意すべきである。例えば、多層フォトニック構造体の一実施態様を、ウィンドウ又はミラーなどのガラス基材に適用できる。ウィンドウに適用された場合に、多層フォトニック構造体は、任意の望ましい値に設定できる目標反射率値に従って光を反射することができる。従って、本明細書に記載の多層フォトニック構造体を含んで成るウィンドウは、目標反射率値を高くすることで、高いプライバシーレベルをもたらすことができる。さらに、多層フォトニック構造体の実施態様がラジオ周波数の電磁線に対して透明であるため、かかるウィンドウは、伝送信号を妨害せずに高いプライバシーレベルをもたらすことができる。
【００４４】
「実質的に」及び「約」という語句は、本明細書において、定量的な比較、評価、測定又は他の表現に起因し得る不確かさの固有の程度を表すために使用する。また、これらの用語は、本明細書において、特許請求の範囲に記載の発明の基本的な機能の変化をもたらさずに、定量的表現が示したものから変わりうる程度を表すために使用する。
【００４５】
特定の実施態様を本明細書において例示し説明したが、特許請求の範囲に記載の発明の精神及び範囲から離れずに、様々な他の変更及び改良を行うことができる。さらに、特許請求の範囲に記載の発明についての様々な特徴を明細書に記載したが、かかる特徴を組み合わせて使用する必要はない。従って、特許請求の範囲は、特許請求の範囲に記載の発明の範囲内に含まれるかかる変更及び改良の全てをカバーすることを意図する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多層フォトニック構造体を含む半透明反射器であって、前記多層フォトニック構造体が、高屈折率誘電材料の複数のコーティング層と低屈折率誘電材料の複数のコーティング層とを含み、前記多層フォトニック構造体の高屈折率誘電材料の複数のコーティング層と低屈折率誘電材料の複数のコーティング層が［ＬＨ・・・（ＬＨ）N・・・Ｌ］構造（ここで、Ｌは低屈折率誘電材料の複数のコーティング層のうちの１つであり、Ｈは高屈折率誘電材料の複数のコーティング層のうちの１つであり、Ｎは正の整数である）で配置されており、前記多層フォトニック構造体は、電磁線の入射角範囲にわたって可視スペクトルの電磁線の波長に対して実質的に一定の反射率値を有する、半透明反射器。
【請求項２】
前記実質的に一定の反射率値の平均値が、目標反射率値から実質的に一定の反射率値の標準偏差の２倍の値を引いた差以上であり、かつ、前記実質的に一定の反射率値の平均値が、目標反射率値と実質的に一定の反射率値の標準偏差の２倍の値との和以下である、請求項１に記載の半透明反射器。
【請求項３】
前記目標反射率値が約５１％〜約９５％である、請求項２に記載の半透明反射器。
【請求項４】
実質的に一定の反射率値の標準偏差が反射率の約７％未満である、請求項２又は３に記載の半透明反射器。
【請求項５】
前記可視スペクトルが約４００ｎｍ〜約９００ｎｍまたは約４００ｎｍ〜約８００ｎｍであり、前記入射角範囲が約０°〜約４５°である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の半透明反射器。
【請求項６】
前記低屈折率誘電材料の複数のコーティング層が約１．４〜約１．６の低屈折率を示し、前記高屈折率誘電材料の複数のコーティング層が約１．９〜約２．３の高屈折率を示す、請求項１〜５のいずれか一項に記載の半透明反射器。
【請求項７】
前記高屈折率誘電材料の複数のコーティング層が８〜１２層の高屈折率誘電材料のコーティング層から成り、前記低屈折率誘電材料の複数のコーティング層が９〜１３層の低屈折率誘電材料のコーティング層からなる、請求項１〜６のいずれか一項に記載の半透明反射器。
【請求項８】
前記高屈折率誘電材料の複数のコーティング層の各々と前記低屈折率誘電材料の複数のコーティング層の各々が約０．０５ｎｍ〜約５００ｎｍの層厚を有する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の半透明反射器。
【請求項９】
伝送信号を受信又は送信する通信システムと、
多層フォトニック構造体を含む非金属の乗物コンポーネントと、
を含み、前記多層フォトニック構造体が、高屈折率誘電材料の複数のコーティング層と低屈折率誘電材料の複数のコーティング層とを含み、前記多層フォトニック構造体の高屈折率誘電材料の複数のコーティング層と低屈折率誘電材料の複数のコーティング層が［ＬＨ・・・（ＬＨ）N・・・Ｌ］構造（ここで、Ｌは低屈折率誘電材料の複数のコーティング層のうちの１つであり、Ｈは高屈折率誘電材料の複数のコーティング層のうちの１つであり、Ｎは正の整数である）で配置されており、前記多層フォトニック構造体は、約０°〜約４５°の電磁線の入射角範囲にわたって可視スペクトルの電磁線の波長に対して実質的に一定の反射率値を有し、前記多層フォトニック構造体は伝送信号に対して実質的に透明である、乗物。
【請求項１０】
前記実質的に一定の反射率値の平均値が、目標反射率値から実質的に一定の反射率値の標準偏差の２倍の値を引いた差以上であり、
実質的に一定の反射率値の平均値が、目標反射率値と実質的に一定の反射率値の標準偏差の２倍の値との和以下であり、
前記目標反射率値が約５１％〜約９５％である、請求項９に記載の乗物。
【請求項１１】
非金属の乗物コンポーネントがトリムピース、乗物エンブレム、グリル、フードオーナメント、ホイールカバー、バンパー、ベゼル、テールライト、反射器、ビデオモニターコーティング、又はミラーである、請求項９又は１０に記載の乗物。
【請求項１２】
伝送信号が、Ｋバンド伝送、Ｋａバンド伝送又はＶバンド伝送である、請求項９〜１１のいずれか一項に記載の乗物。
【請求項１３】
交互に配置された高屈折率誘電材料の複数のコーティング層と低屈折率誘電材料の複数のコーティング層とを含む多層フォトニック構造体を含み、
前記多層フォトニック構造体は、約０°〜約４５°の電磁線の入射角範囲にわたって約４００ｎｍ〜約８００ｎｍの可視スペクトルの電磁線の波長に対して実質的に一定の反射率値を示し、
前記実質的に一定の反射率値の平均値が、目標反射率値から実質的に一定の反射率値の標準偏差の２倍の値を引いた差以上であり、
前記実質的に一定の反射率値の平均値が、目標反射率値と実質的に一定の反射率値の標準偏差の２倍の値との和以下であり、
前記実質的に一定の反射率値の標準偏差は反射率値の約３％未満であり、
前記目標反射率値が約５１％〜約９５％である、非金属の乗物コンポーネント。
【請求項１４】
前記多層フォトニック構造体の高屈折率誘電材料の複数のコーティング層と低屈折率誘電材料の複数のコーティング層が、［ＬＨ・・・（ＬＨ）N・・・Ｌ］構造（ここで、Ｌは低屈折率誘電材料の複数のコーティング層のうちの１つであり、Ｈは高屈折率誘電材料の複数のコーティング層のうちの１つであり、Ｎは正の整数である）で配置されている、請求項１３に記載の非金属の乗物コンポーネント。
【請求項１５】
前記多層フォトニック構造体の高屈折率誘電材料の複数のコーティング層と低屈折率誘電材料の複数のコーティング層が、［ＨＬ・・・（ＨＬ）N・・・Ｈ］構造（ここで、Ｌは低屈折率誘電材料の複数のコーティング層のうちの１つであり、Ｈは高屈折率誘電材料の複数のコーティング層のうちの１つであり、Ｎは正の整数である）で配置されている、請求項１３に記載の非金属の乗物コンポーネント。
【請求項１】
多層フォトニック構造体を含む半透明反射器であって、前記多層フォトニック構造体が、高屈折率誘電材料の複数のコーティング層と低屈折率誘電材料の複数のコーティング層とを含み、前記多層フォトニック構造体の高屈折率誘電材料の複数のコーティング層と低屈折率誘電材料の複数のコーティング層が［ＬＨ・・・（ＬＨ）N・・・Ｌ］構造（ここで、Ｌは低屈折率誘電材料の複数のコーティング層のうちの１つであり、Ｈは高屈折率誘電材料の複数のコーティング層のうちの１つであり、Ｎは正の整数である）で配置されており、前記多層フォトニック構造体は、電磁線の入射角範囲にわたって可視スペクトルの電磁線の波長に対して実質的に一定の反射率値を有する、半透明反射器。
【請求項２】
前記実質的に一定の反射率値の平均値が、目標反射率値から実質的に一定の反射率値の標準偏差の２倍の値を引いた差以上であり、かつ、前記実質的に一定の反射率値の平均値が、目標反射率値と実質的に一定の反射率値の標準偏差の２倍の値との和以下である、請求項１に記載の半透明反射器。
【請求項３】
前記目標反射率値が約５１％〜約９５％である、請求項２に記載の半透明反射器。
【請求項４】
実質的に一定の反射率値の標準偏差が反射率の約７％未満である、請求項２又は３に記載の半透明反射器。
【請求項５】
前記可視スペクトルが約４００ｎｍ〜約９００ｎｍまたは約４００ｎｍ〜約８００ｎｍであり、前記入射角範囲が約０°〜約４５°である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の半透明反射器。
【請求項６】
前記低屈折率誘電材料の複数のコーティング層が約１．４〜約１．６の低屈折率を示し、前記高屈折率誘電材料の複数のコーティング層が約１．９〜約２．３の高屈折率を示す、請求項１〜５のいずれか一項に記載の半透明反射器。
【請求項７】
前記高屈折率誘電材料の複数のコーティング層が８〜１２層の高屈折率誘電材料のコーティング層から成り、前記低屈折率誘電材料の複数のコーティング層が９〜１３層の低屈折率誘電材料のコーティング層からなる、請求項１〜６のいずれか一項に記載の半透明反射器。
【請求項８】
前記高屈折率誘電材料の複数のコーティング層の各々と前記低屈折率誘電材料の複数のコーティング層の各々が約０．０５ｎｍ〜約５００ｎｍの層厚を有する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の半透明反射器。
【請求項９】
伝送信号を受信又は送信する通信システムと、
多層フォトニック構造体を含む非金属の乗物コンポーネントと、
を含み、前記多層フォトニック構造体が、高屈折率誘電材料の複数のコーティング層と低屈折率誘電材料の複数のコーティング層とを含み、前記多層フォトニック構造体の高屈折率誘電材料の複数のコーティング層と低屈折率誘電材料の複数のコーティング層が［ＬＨ・・・（ＬＨ）N・・・Ｌ］構造（ここで、Ｌは低屈折率誘電材料の複数のコーティング層のうちの１つであり、Ｈは高屈折率誘電材料の複数のコーティング層のうちの１つであり、Ｎは正の整数である）で配置されており、前記多層フォトニック構造体は、約０°〜約４５°の電磁線の入射角範囲にわたって可視スペクトルの電磁線の波長に対して実質的に一定の反射率値を有し、前記多層フォトニック構造体は伝送信号に対して実質的に透明である、乗物。
【請求項１０】
前記実質的に一定の反射率値の平均値が、目標反射率値から実質的に一定の反射率値の標準偏差の２倍の値を引いた差以上であり、
実質的に一定の反射率値の平均値が、目標反射率値と実質的に一定の反射率値の標準偏差の２倍の値との和以下であり、
前記目標反射率値が約５１％〜約９５％である、請求項９に記載の乗物。
【請求項１１】
非金属の乗物コンポーネントがトリムピース、乗物エンブレム、グリル、フードオーナメント、ホイールカバー、バンパー、ベゼル、テールライト、反射器、ビデオモニターコーティング、又はミラーである、請求項９又は１０に記載の乗物。
【請求項１２】
伝送信号が、Ｋバンド伝送、Ｋａバンド伝送又はＶバンド伝送である、請求項９〜１１のいずれか一項に記載の乗物。
【請求項１３】
交互に配置された高屈折率誘電材料の複数のコーティング層と低屈折率誘電材料の複数のコーティング層とを含む多層フォトニック構造体を含み、
前記多層フォトニック構造体は、約０°〜約４５°の電磁線の入射角範囲にわたって約４００ｎｍ〜約８００ｎｍの可視スペクトルの電磁線の波長に対して実質的に一定の反射率値を示し、
前記実質的に一定の反射率値の平均値が、目標反射率値から実質的に一定の反射率値の標準偏差の２倍の値を引いた差以上であり、
前記実質的に一定の反射率値の平均値が、目標反射率値と実質的に一定の反射率値の標準偏差の２倍の値との和以下であり、
前記実質的に一定の反射率値の標準偏差は反射率値の約３％未満であり、
前記目標反射率値が約５１％〜約９５％である、非金属の乗物コンポーネント。
【請求項１４】
前記多層フォトニック構造体の高屈折率誘電材料の複数のコーティング層と低屈折率誘電材料の複数のコーティング層が、［ＬＨ・・・（ＬＨ）N・・・Ｌ］構造（ここで、Ｌは低屈折率誘電材料の複数のコーティング層のうちの１つであり、Ｈは高屈折率誘電材料の複数のコーティング層のうちの１つであり、Ｎは正の整数である）で配置されている、請求項１３に記載の非金属の乗物コンポーネント。
【請求項１５】
前記多層フォトニック構造体の高屈折率誘電材料の複数のコーティング層と低屈折率誘電材料の複数のコーティング層が、［ＨＬ・・・（ＨＬ）N・・・Ｈ］構造（ここで、Ｌは低屈折率誘電材料の複数のコーティング層のうちの１つであり、Ｈは高屈折率誘電材料の複数のコーティング層のうちの１つであり、Ｎは正の整数である）で配置されている、請求項１３に記載の非金属の乗物コンポーネント。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−８３７５８（Ｐ２０１２−８３７５８Ａ）
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２４２７７（Ｐ２０１１−２２４２７７）
【出願日】平成２３年１０月１１日（２０１１．１０．１１）
【出願人】（５０７３４２２６１）トヨタ モーター エンジニアリング アンド マニュファクチャリング ノース アメリカ，インコーポレイティド (135)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１１日（２０１１．１０．１１）
【出願人】（５０７３４２２６１）トヨタ モーター エンジニアリング アンド マニュファクチャリング ノース アメリカ，インコーポレイティド (135)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]