JP2018155796A - エレクトロクロミックデバイスおよび調光窓 - Google Patents

Abstract

【課題】電圧の印加による光の透過スペクトルの変化量を従来よりも大きくする。【解決手段】調光装置（４０）は、電極（１１２）と対向するように、電極（１２２）に対して配されたナノ結晶層（１２３）を備え、ナノ結晶層（１２３）と電極（１１２）との間に電解液（１３１）を有し、電解液（１３１）は、同一ファンデルワールス体積を有する球のイオン半径が０．２３ｎｍ以下のアニオンを含んでいる。【選択図】図２

Description

以下の開示は、電圧を印加することで光の透過率を変化させるエレクトロクロミックデバイスおよび調光窓に関する。

電圧を印加することによって、その光学的性質を変更することができるエレクトロクロミック材料が知られている。このエレクトロクロミック材料を用いた製品の一つとして、着色状態と消色状態とを切り替えることで透過する光量を調整することが可能なエレクトロクロミックデバイスを備えた調光窓（スマートウインドウ）が知られている。

このような調光窓には、近赤外線に対して透過スペクトルを変調可能なものもある。太陽からの赤外線の大部分が近赤外線であるため、近赤外線に対する透過スペクトルを制御することは、太陽光による日射熱の取得率を制御することとほぼ等しい。

特許文献１は、光学的性質を変更する手段として、局在プラズモン共鳴（ＬＳＰＲ）の共鳴周波数をシフトすることが可能なエレクトロクロミックデバイスについて開示している。

特許文献２は、エレクトロクロミック化合物および光エネルギー変換材料を含有する調光体を開示している。

また、非特許文献１は、エレクトロクロミック材料として利用可能であるさまざまなナノ結晶について、個々の特性を開示している。

特表２０１４−５２５６０７公報（２０１４年９月１８日公表） 特開２０１３−２５０５２９公報（２０１３年１２月１２日公開）

Evan L. Runnerstrom et. al.，「Ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｒｏｍｉｃ ｓｍａｒｔ ｗｉｎｄｏｗｓ：ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ ＮＩＲ−ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｐｌａｓｍｏｎｉｃ ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ」，Ｃｈｅｍ．Ｃｏｍｍｕｎ．，２０１４，５０，１０５５５

しかしながら、上述のエレクトロクロミックデバイスでは、電圧を印加することによる光の透過スペクトルの変化量が十分でない。

本開示の一態様は、電圧の印加による光の透過スペクトルの変化量が従来よりも大きいエレクトロクロミックデバイスおよび当該エレクトロクロミックデバイスを備えた調光窓を実現することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本開示の一態様に係るエレクトロクロミックデバイスは、電圧の印加によって透過スペクトルを変調するエレクトロクロミックデバイスであって、第１基材に対して配された第１透明電極と、第２基材に対して配された第２透明電極と、前記第１透明電極と対向するように前記第２透明電極に対して配されたナノ結晶層とを備え、前記ナノ結晶層と前記第１透明電極との間に電解液を有し、前記電解液は、同一ファンデルワールス体積を有する球の半径に相当するイオン半径が０．２３ｎｍ以下のアニオンを含んでいる。

本開示の一態様によれば、電圧を印加することによる光の透過スペクトルの変化量を従来よりも大きくすることができる。

実施形態１に係る調光窓の概略構成を示す断面図である。 前記調光窓が備える調光装置の概略構成の一例を示す断面図である。 調光層に電圧を印加する電極を分割して形成した例を示す図である。 前記調光窓の要部の概略構成を示す機能ブロック図である。 電解液に含まれる電解質の種類と、電圧印加による光の透過スペクトルの変化量との関係を示すグラフである。 実施形態２に係る調光窓の概略構成を示す断面図である。 実施形態３に係る調光窓の概略構成を示す断面図である。 実施形態４に係る調光窓の概略構成を示す断面図である。 実施形態５に係る調光窓の概略構成を示す断面図である。 実施形態６に係る調光窓の概略構成を示す断面図である。 従来のエレクトロクロミックデバイスにおける、電圧の印加に伴う光の透過スペクトルの変化を示す図である。

〔実施形態１〕
以下、実施形態について図１〜図５に基づいて説明すれば、以下のとおりである。本実施形態では、エレクトロクロミックデバイスが調光窓（調光機能窓）に適用された場合を例に挙げて説明するが、本実施形態は、これに限定されるものではない。

図１は、本実施形態にかかる調光窓１の概略構成を示す断面図であり、（ａ）は調光窓１の断面図、（ｂ）は平面図である。図１の（ａ）および（ｂ）に示すように、調光窓１は、窓ガラス１１、グレーチングチャンネル３１および調光装置４０（エレクトロクロミックデバイス）を備えている。

調光装置４０は、電界を印加することで光の透過率を変化させる光変調装置であり、電圧を印加することによって、その光学的性質（特に、光の透過率）を変更することができるエレクトロクロミック材料を利用している。そのため、調光装置４０は、エレクトロクロミックデバイスであると言える。

図１の（ｂ）に示すように、調光装置４０は、窓ガラス１１の板面に垂直な方向から見たときに、窓ガラス１１の板面に重畳するように配置される。調光装置４０は、窓ガラス１１を介して調光装置４０に入射された入射光の透過率を変化させることで、調光装置４０を透過する光の透過率を調整する。本実施形態では、調光装置４０は、窓ガラス１１の屋内側の板面に貼り付けられており、屋外に面した窓ガラス１１を介して調光装置４０に入射される入射光の透過率を変更することで調光を行う。

調光装置４０は、例えば、糊剤やＵＶ硬化樹脂等の接着剤層７２で窓ガラス１１に貼り付けられていてもよい。

図１の（ａ）に示すように、調光装置４０は、互いに対向して配置された一対の対向電極部１１０および対向電極部１２０と、これら一対の対向電極部１１０・１２０の間に配置された調光部１３０とを備えている。

本実施形態では、図１の（ａ）・（ｂ）に示すように、調光装置４０は、例えば窓ガラス１１の外形とほぼ同じ外形を有する薄い面状に形成されている。

図２は、調光装置４０の概略構成の一例を示す断面図である。図２に示すように、対向電極部１１０は、ベース基板１１１（第１基材）と電極１１２（第１透明電極）とを備えている。同様に、対向電極部１２０は、ベース基板１２１（第２基材）と電極１２２（第２透明電極）とを備えている。電極１１２は、ベース基板１１１に対して配されており、電極１２２は、ベース基板１２１に対して配されている。

ベース基板１１１・１２１には、例えば、透明なガラス基板あるいはプラスチック基板が用いられる。ベース基板１１１・１２１にガラス基板を用いる場合には、セル化後にエッチング処理により薄型化してもよい。

電極１１２・１２２は、透明電極であり、例えば、ＩｎＴｉＯ（Titanium doped indium oxide）や、アナターゼ型二酸化チタンをシード層としたタンタル置換酸化スズまたはキャリア密度を調整したスズドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）等の近赤外線を透過する材料を用いることができる。これらの材料を、スパッタ法、蒸着法、および塗布法などの方法を用いてベース基板１１１・１２１に対して付与し、透明導電膜とすることにより、透明電極付基板である対向電極部１１０・１２０を製造することができる。

ＬＳＰＲは、明確な電気化学的反応を示さないことが知られている。この特性を利用して、対向する２つの電極（電極１１２・１２２）間には、切り替えに必要な電圧の範囲内で酸化還元を起こすような物質を配置しないことで、酸化還元反応を含む副反応を防ぐことができ、繰り返し特性に優れたエレクトロクロミックデバイスを得ることができる。

この観点から、ベース基板１２１の材質として、ガラスや、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）やＰＩ（ポリイミド）等の樹脂、あるいはこれらに無機物や有機物のガスバリア層を設けたものを用いることが好ましい。後述するナノ結晶層１２３の製造において焼成工程を用いる場合、耐熱性の観点からＰＩが好ましい。

対向基板であるベース基板１１１には、酸化還元を起こしやすい、例えばエレクトロクロミックフィルムや遷移金属酸化物等を設けず、電界形成に必要な電極１１２のみを設ける。

図３の（ａ）および（ｂ）は、電極１２２を分割して形成した例を示す図である。図３の（ａ）に示すように、電極１２２を対向電極部１２０の面内で複数の電極１２２ａに分割してもよい。この場合、各電極１２２ａを引き回して電極取出し部１２４に集約してもよい。このとき、各電極１２２ａの引回し部１２２ｂは、例えばシール材１４２に重なる部分の外側に配置する等、調光部１３０が動作する部分から外すことで、不要な電圧降下を回避することができる。

また、図３の（ｂ）に示すように、電極１２２を複数の電極１２２ａに分割している場合、分割した電極１２２ａそれぞれに対して、引回し部１２２ｂを設けることなく、電極取出し部１２４を設け、各電極取出し部１２４に配線７１を直接接続してもよい。

電極取出し部分が１ヶ所である場合は調光装置４０の組み立て工程が簡略化されるとともに、配線の引き回しを簡素にすることができる。電極１２２の取出し部分を複数個所とした場合は、例えば調光装置４０の調光部１３０に抵抗成分がある、すなわち電流が流れるような場合にも配線接続部分から遠い場所の調光部１３０の動作を確実にでき、部分的な応答速度の遅延を防ぐことができる。

なお、電極１２２を複数の電極１２２ａに分割する場合、電極１２２に対向する電極１１２を電極１２２と同様に分割してもよいし、分割しなくてもよい。また、電極１１２のみを上述のように分割してもよい。

調光部１３０は、図２に示すように、電極１１２・１２２の間に設けられており、電極１１２と対向するように電極１２２に対して配されたナノ結晶層１２３を備えているとともに、電解液１３１を含んでいる。

ナノ結晶層１２３は、粒子径が数ｎｍ〜数十ｎｍの粒子状の結晶体であるナノ結晶によって構成された層である。このナノ結晶層１２３は、対向電極部１１０と対向電極部１２０との間に電圧を印加したときに、電荷が注入される、または電荷が抽出されることによってＬＳＰＲによって透過スペクトルが変化するエレクトロクロミック材料で構成されている。ナノ結晶層１２３には、具体的にはＩＴＯナノ結晶の他に、アルミニウムドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）、アンチモンドープ酸化亜鉛（ＡＴＯ）またはガリウムドープ酸化亜鉛（ＧＺＯ）等の、可視光領域において概ね透明な材料を用いることができる。さらに、ＣｓｘＷｙＯ_３（ｘおよびｙは組成比）で表されるような複合タングステン酸化物や六ホウ化ランタンなどのような、可視光領域に吸収を持つ材料を用いることもできる。

ナノ結晶層１２３の製造方法はどのようなものであってもよい。一例としては、ナノ結晶層１２３は、電極１２２の上にＩＴＯナノ結晶などを塗布し、焼成することによって製造される。この場合、塗布の方法としては、トルエン分散液によるスピンコート、またはビヒクルを適度に添加したペーストによる印刷法を用いてもよい。ＩＴＯトルエン分散液によるスピンコートの場合は、２００℃以上３００℃以下の温度で３０分間焼成する。

なお、ここで焼成に用いる温度は、ナノ結晶表面にある有機成分が除去され、焼結が適度に生じる温度以上であれば、セル化した際の耐溶剤性が得られる。一方、焼成温度が高すぎ、焼結が過度に進むと所望の波長の局在プラズモン共鳴が得られない。ＩＴＯトルエン分散液を用いたスピンコート法による場合、例えば２００℃以上３００℃以下の温度で６０分焼成すればよい。

対向電極部１１０・１２０のうちの一方における、他方との対向面には、スペーサー１４１が設けられている。対向電極部１１０・１２０間にスペーサー１４１を設けることで、対向電極部１１０・１２０間のセル厚を一定に保つことができる。スペーサー１４１としては、電気化学的に安定な、例えば液晶ディスプレイで使われるフォトスペーサー等を用いる。

スペーサー１４１の大きさは任意である。電解液１３１に低粘度の材料を用いる場合は、セルの厚みを確保するために電極１１２の上に感光性樹脂を塗布し、フォトリソグラフィー工程によって、例えば一辺が１０μｍの正方形の底面を有し、高さ１０μｍの大きさを有するスペーサー１４１を設けておくことが好ましい。なお、スペーサー１４１を設けなくても構わない。

対向電極部１１０と対向電極部１２０とは、両対向電極部１１０・１２０の周縁部に設けられたシール材１４２で互いに貼り合わされている。

シール材１４２は、ナノ結晶層１２３と電極１１２との間で電解液１３１を密閉するものである。この構成により、調光部１３０は、ナノ結晶層１２３と電極１１２との間に電解液を有することができる。以下では、シール材１４２によって区切られた領域をセルと定義する。

シール材１４２は、例えば、ＵＶ硬化型の樹脂であり、さらに好ましくは電解液１３１と接する内側には耐溶剤性のあるシール材、外側には接着力の強いシール材を組み合わせたものである。対向電極部１１０と対向電極部１２０とをシール材１４２によって張り合わせた後、シール材１４２を硬化させることで、シール強度が強く、シール材１４２の染み出しの少ない調光装置４０を得ることができる。何れの場合も、シール材１４２に径が一定のガラスファイバー等を混合させることでセルのギャップを形成してもよい。

ベース基板１１１およびベース基板１２１をプラスチック基板とした場合は、ロールツーロール法によってナノ結晶層１２３と電極１１２とを、シール材１４２によって貼り合せる工程を一連のものとすることができるため、製造コストを低減することが可能となる。また、一連の工程を脱酸素乾燥雰囲気下で実施することにより、製造工程における酸素や水等の不純物の混入を抑制し、セルの信頼性を高めることが可能となる。

シール材１４２は、窓ガラス１１・１２の板面に垂直な方向から見たときに、グレーチングチャンネル３１と重なり合うように配置するか、グレーチングチャンネル３１からはみ出ないように配置することが好ましい。シール材１４２が外部から見えないことにより、意匠性の高い調光窓１を形成することができる。

電解液１３１は、後述する電源部５１による電圧の印加によって電界強度に偏りを生じさせるものである。電解液１３１中の電解質は、イオン化しやすく、切り替えて印加される電圧の範囲内において酸化還元反応を起こしにくい材料であることが望ましい。

さらに、当該電解質は、同一ファンデルワールス体積を有する球の半径に相当するイオン半径が０．２３ｎｍ以下のアニオンを生じるものが望ましい。前記イオン半径とは、注目するイオンと同一のファンデルワールス体積を有する球の半径を当該イオンの半径と見なした場合のイオン半径である。より厳密には、前記イオン半径とは、イオンを構成する各元素をファンデルワールス半径の球に置き換えて、各球をイオンの形に配列したときの球の集合体と同一のファンデルワールス体積を有する球の半径を当該イオンの半径と見なした場合のイオン半径である。

例えば、電解液１３１中の電解質として、テトラフルオロホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ_４）、テトラフルオロホウ酸ナトリウム（ＮａＢＦ_４）、またはテトラフルオロホウ酸テトラエチルアンモニウム（Ｅｔ_４ＮＢＦ_４）を用いることができる。これらの電解質は、前記イオン半径が０．２２７ｎｍのテトラフルオロホウ酸アニオンを発生させる。

なお、以下の説明では、上記球の半径に相当するイオン半径を単にイオン半径と称する。

電解液１３１の溶媒も酸化還元反応を起こしにくい材料であることが望ましい。電解液１３１の溶媒として炭酸エチレン（ＥＣ）、炭酸ジエチル（ＤＥＣ）、上記ＥＣとＤＥＣとの混合物、または、炭酸プロピレン等を用いることができる。また、これらにポリビニルブチラール等を溶解させたゲルを用いてもよい。さらに環状四級アンモニウムカチオンとイオン半径が０．２３ｎｍ以下のアニオンとからなるイオン液体を用いてもよい。

グレーチングチャンネル３１は、図１の（ａ）および（ｂ）に示すように、窓ガラス１１および調光装置４０を挟むように、窓ガラス１１および調光装置４０の周囲に巻き付けられているガスケットである。窓ガラス１１および調光装置４０は、グレーチングチャンネル３１を介してサッシ枠の凹部（図示せず）内に固定される。

図４は、調光窓１の要部の概略構成を示す機能ブロック図である。図４に示すように、調光窓１は、調光装置４０を駆動させる駆動装置５０および通信装置６１（通信端末）を備えている。

駆動装置５０は、調光装置４０を駆動することにより、調光装置４０に入射された入射光の透過率を変更する装置であり、調光装置４０が組み込まれるサッシ枠（図示せず）の内部において、調光装置４０の近傍に配置される。

駆動装置５０は、電源部５１、制御部５２、記憶部５３、通信部５４、およびスイッチ部５５を備えている。

電源部５１は、調光装置４０に、駆動電力を供給する電源回路であり、調光装置４０に所定の電圧を印加する。電源部５１による調光装置４０への電圧の印加は、制御部５２からの制御信号によって制御されている。

電源部５１には、一次電池や二次電池が脱着可能に収められていてもよく、太陽電池からの電力を充電可能な二次電池が収められていてもよい。また、構成を簡素化するために、太陽電池からの電力をそのまま用いるようにしてもよい。また、太陽電池を、窓ガラス１１の端面に設け、導光する光を利用できるようになっていてもよい。

なお、電源部５１と調光装置４０との間には、電源部５１と調光装置４０とを繋ぐ配線７１（図１の（ａ）参照）が設けられている。配線７１は、複数設けられており、調光装置４０には、電源部５１から延出された各配線７１の端子が接続されている。

制御部５２は、調光装置４０の駆動を制御する制御回路を有する回路基板であり、制御部５２に接続された、電源部５１等の、駆動装置５０の各部の動作を制御する。例えば、制御部５２は、電源部５１による調光装置４０への電圧の印加を制御する。

制御部５２は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）や専用プロセッサ等の演算処理部である。制御部５２は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＨＤＤ（Hard Disc Drive）等の記憶部５３に記憶されている各種情報および各種制御を実施するためのプログラムを読み出して実行することで、駆動装置５０の各部の動作を制御する。プログラムが実行されることで、制御部５２は、例えば、電圧切替え制御部、通信制御部として機能する。

また、駆動装置５０は通信部５４を備えていてもよい。通信部５４は、調光装置４０を駆動する信号を受け付ける受信部を少なくとも有している。通信部５４は、例えば、通信装置６１との間でデータ通信が可能に設けられている。

通信装置６１は、例えば、リモートコントローラ等の端末装置であり、図示しない操作部として、例えば、調光装置４０の調光状態を切換える切換えスイッチ等が配置されたスイッチ部を備えている。

通信装置６１と通信部５４とは、赤外線通信や、Ｗｉ−Ｆｉ（Wireless Fidelity：登録商標）やＺ−ｗａｖｅ（登録商標）等の無線通信等で接続されている。

なお、通信の方向は、通信装置６１から通信部５４の一方向に送る形態でもよく、双方向にして、例えば調光装置４０のエラー信号を通信装置６１に送り、その内容を通信装置６１で表示可能としてもよい。そのために通信部５４は、受信部に加えて、送信部を有していてもよい。

駆動装置５０はスイッチ部５５を備えていてもよい。スイッチ部５５は、例えば、調光装置４０の調光状態を切り替える切替えスイッチを備え、操作者が切替えスイッチを操作することで、調光装置４０の調光状態を切り替える。操作者が切替えスイッチを操作することで、制御部５２に、スイッチ部５５からの操作入力信号が送られる。制御部５２は、この操作入力信号に基づいて、電源部５１を介して調光装置４０の調光状態を切り替える。

調光装置４０の調光状態の切り替えは、このように、通信装置６１やスイッチ部５５から手動で行われてもよく、駆動装置５０に通信部５４やスイッチ部５５を設けず、駆動装置５０内にタイマ部（時計）（図示せず）を設けることで、調光装置４０の調光状態を例えば自動で定期的に切り替えてもよい。この場合、制御部５２は、例えば、記憶部５３に記憶されたタイムスケジュールに基づいて、調光装置４０の調光状態を切り替える。

また、調光装置４０を近赤外線調光装置（近赤外線調光部）とするときは、例えば各地域の天気や気温のインターネット上の情報を反映して近赤外線の室内への取り込みを制御してもよい。通信部５４または通信装置６１は、図示しない外部装置とインターネット等の通信ネットワークを介してデータ通信が可能である。例えばインターネット上に設置されたサーバ装置から、調光装置４０（調光窓１）を設置する住所に対応する天気や気温等の気候情報を、通信装置６１を介して、または、直接、通信部５４で受信し、調光装置４０の制御に反映することができる。

制御部５２は、通信部５４を介して取得した上記気候情報に応じて、目的とする日射熱取得率（赤外線透過率）が得られるように、調光装置４０の駆動を制御する。

また、通信装置６１または通信部５４を、インターネットに接続する代わりに、スマートメータに接続されたＨＥＭＳ（Home Energy Management System）に接続し、温度センサ等との組み合わせで室内温度や屋外温度や消費電力を管理し、調光装置４０の動作に反映させてもよい。

なお、駆動装置５０は、少なくとも電源部５１および制御部５２を備えていればよく、記憶部５３、通信部５４、スイッチ部５５は、必須ではない。また、通信装置６１も必須ではない。

上述のような調光装置４０をガラスやアクリル製の窓に設置することにより、可視光域の透過率を保持したまま、室外からの近赤外光域の透過スペクトルを切り替え、日射熱取得率を制御することができる。

また、調光装置４０を農業用ビニールハウスに設置することにより、可視光域の透過率を保持したまま、室外からの近赤外光域の透過スペクトルを切り替え、日射熱取得率を制御することができる。

日射熱取得率を制御することと近赤外線を制御することについて、以下に補足をする。太陽からの赤外線の大部分は近赤外線であり、日射熱取得率を制御することと近赤外線透過率を制御することとは、ほぼ等しい。また、冬場は室内から赤外線が屋外に出るのを防ぐことが好ましい。このときの赤外線の波長は１０μｍ程度であり、遠赤外線に分類される。

近赤外線を透過する透明導電膜である電極１１２・１２２は、遠赤外線は反射するという特性を有する。そのため、冬場に近赤外線を取り込むように調光装置４０を制御しても、室内の熱は輻射熱としては逃げないため、理想的な状態を得ることができる。また、夏場に近赤外線が入らないように透過スペクトルを制御したときについても、遠赤外線を反射する特性を維持することが可能である。それゆえ、外部からの近赤外線および遠赤外線が入射することを防ぐ、理想的な状態を得ることができる。

（実施例）
非特許文献１に記載されているように、ＩＴＯ（tin doped indium oxide）ナノ結晶層に電子を注入することで近赤外領域の透過スペクトルを変調できることが知られている。この変調は、非特許文献１に記載されているように、ＩＴＯナノ結晶の局在プラズモン共鳴による吸収波長の電圧印加によるシフトによって実現される。

その詳細について以下に説明する。局在プラズモン共鳴周波数は、そのプラズマ周波数ω_ｐに比例し、ω_ｐは次式（１）で与えられる。

ω_ｐ ^２=Ｎ・ｅ^２/（ｍ・ε_０）・・・（１）
ここで、Ｎは電子密度、ｅは電子の電荷、ｍは電子の有効質量、ε_０は真空の誘電率である。すなわち、ＩＴＯナノ結晶層に負の電圧を印加し、電子密度を上げることでプラズマ周波数が大きくなり、局在プラズモン共鳴波長は短波長シフトする。ＩＴＯのキャリア密度の調整により局在プラズモン共鳴波長を近赤外領域に設定できるため、近赤外領域の透過スペクトルの変調が可能となる。

局在プラズモン共鳴によるエレクトロクロミックを利用した透過スペクトルについては、特許文献１にて、電解質としてアニオンのイオン半径が０．２３４ｎｍのＬｉＣｌＯ_４を使用して、対電極および参照電極をリチウムホイルとして電気化学的な測定がなされており、図１１に示す結果が得られている。光学濃度は次式（２）で与えられる。

ＯＤ=Ｌｏｇ（Ｔ／Ｉ）・・・（２）
ここで、ＯＤは光学濃度、Ｔは透過光量、Ｉは入射光量である。参照電極に対する電位と光学濃度との関係に着目すると、電圧の印加量を高めることにより、光の透過スペクトルが短波長側にシフトし、近赤外領域の光学濃度が増加している。

透過スペクトルの変化量の増大は、プラズマ周波数を示す式（１）より、印加電圧を高めることによって電子密度を上げて、プラズマ周波数の変化量を増大させることにより達成できる。しかし、この場合、電解液の分解や劣化という問題が発生する。そこで、分解電圧の高い電解液を使用することにより、印加電圧を高めることができる。

透過スペクトルの変化量を増大させる方法は、他には、特許文献２に記載されているように、光エネルギー変換材料を用いることにより、特定の波長をエレクトロミック層の透過率の変化が大きい波長に変換させる方法も挙げられる。特許文献２の発明において、エレクトロミック層の厚みを厚くする試みも行われているが、電圧印加前の透過スペクトルが低下してしまい、かえって透過率の変化が低下したという記載がされている。

本実施形態では、電解質のアニオンのイオン半径により透過スペクトルの変調範囲が異なるのではないかという仮説の下、以下のような比較実験を行った。

図５は、電解液１３１に含まれる電解質の種類と、電圧印加による光の透過スペクトルの変化量との関係を示すグラフである。グラフの横軸は、調光装置４０を透過する光の波長を示し、縦軸は、当該光の透過率を示している。図５には、電解質として、ＬｉＢＦ_４（実施例）、ＬｉＰＦ_６（比較例）、ＬｉＦＳＩ（比較例）を用いた例を示している。１Ｍの各電解質を含む電解液１３１を有する調光装置４０において、電極１１２を０Ｖとし、ナノ結晶層１２３が形成された電極１２２にＤＣ電圧（＋３Ｖおよび−３Ｖ）を印加し、調光装置４０を透過する光の透過率を波長ごとに測定した。

表１は、＋３Ｖを印加したときの透過率４０％の波長と−３Ｖを印加したときの透過率４０％の波長との差（変化量）を示している。

＋３Ｖを印加したときの透過スペクトルと−３Ｖを印加したときの透過スペクトルとの差である変化量を比較すると、アニオンのイオン半径が最も小さい１Ｍ ＢＦ_４ ⁻を用いた場合において当該変化量が最も大きかった。透過率４０％の点では、１Ｍ ＢＦ_４ ⁻を用いた場合の変化量は、１Ｍ ＰＦ_６ ⁻や１Ｍ ＦＳＩ⁻を用いた場合の変化量と比べて１．５倍以上も増加している。ＢＦ_４ ⁻のイオン半径は、０．２２７ｎｍであり、ＰＦ_６ ⁻のイオン半径は、０．２５５ｎｍであり、ＦＳＩ⁻のイオン半径は、０．２８３ｎｍである。

この結果から、イオン半径が０．２３ｎｍ以下のアニオンを電解質として含む電解液１３１を使用することにより、透過スペクトルの変化量の増大が可能となることが明らかになった。

電池等の分野では、ＬｉＰＦ_６は電圧を印加しても劣化しにくいことが知られているため、ＬｉＰＦ_６が一般的に用いられている。このような他の技術分野における固定観念に囚われずに、分解電圧の高いＬｉＰＦ_６に高電圧を印可して透過スペクトルの変化量を増大させるのではなく、透過スペクトルの変化量を増大させるというＬｉＢＦ_４の利点を見出し、ＬｉＢＦ_４を前記電解質として使用したことは、技術的に大いに意義のあることである。

図５に示した結果を得るに至った調光装置４０の詳細を、実施例のひとつとして次に説明する。まず、ベース基板１２１としてのガラス基板に、近赤外領域が透明となるようなＩｎＴｉＯ（Titanium doped indium oxide）をスパッタ法により成膜し（電極１２２の形成）、透明電極付基板である対向電極部１２０を製造した。対向電極部１２０の製造には、スパッタ法の他に、蒸着法および塗布法などの方法を用いることができる。

ナノ結晶層１２３を形成するために、対向電極部１２０上に、透明導電膜形成用のＩＴＯナノ粒子（粒径１７ｎｍ、Ｉｎ：Ｓｎ組成比９０：１０）のトルエン分散液をスピンコート塗布し、ホットプレート上で、１４０℃で１分乾燥後、２００℃で６０分間焼成を行った。

粒子径が１０μｍのスペーサー樹脂を３重量％混合したＵＶ硬化型樹脂を、対向電極部１２０の動作部周辺に部分的に注入口を設けた状態で塗布したのち、もう一方の対向電極部１１０を重ね合せ、紫外線を照射し、空セルを得た。上記注入口より、１Ｍ ＬｉＢＦ_４電解質を含むＥＣ（Ethylene carbonate）：ＤＥＣ（Diethyl Carbonate）＝１：２溶液を注入し、ＵＶ硬化型樹脂で封止した。

比較例として、１Ｍ ＬｉＰＦ_６電解質または１Ｍ ＬｉＦＳＩ電解質を含むＥＣ：ＤＥＣ＝１：２溶液を注入し、ＵＶ硬化型樹脂で封止した。

〔実施形態２〕
他の実施形態について、図６に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。この点に関しては、以下に記載する実施形態についても同様である。

図６は、本実施形態に係る調光窓１００の概略構成を示す断面図である。図６に示すように、調光窓１００は、二重窓であり、窓ガラス１１・１２からなる複層ガラスを備えている。

窓ガラス１１・１２は、同じ外形を有しており、窓ガラス１１・１２の板面に垂直な方向から見たときに、調光装置４０を挟んで、窓ガラス１１の板面に窓ガラス１２の板面が重畳するように、障子のスペーサー３２を介して互いに離間して対向配置されている。このように調光装置４０は、２枚の窓ガラス１１・１２の間に設けられているため、外部からの衝撃による調光装置４０の破損を避けることができる。

また、調光装置４０を屋外側の窓ガラス１１に貼り付けることで、太陽からの近赤外光が窓ガラス１１・１２間に入る前に遮断することができるため、夏場に高い遮熱効果を得ることができる。

スペーサー３２として、既存のスペーサーを用いることができ、例えば乾燥剤入りのアルミスペーサーや樹脂スペーサーを用いることができる。

シール材１４２は、窓ガラス１１・１２の板面に垂直な方向から見たときに、スペーサー３２およびグレーチングチャンネル３１と重なり合うように設置するか、スペーサー３２およびグレーチングチャンネル３１が重なっている領域よりシール材１４２が大きくなるように構成される。この構成により、２枚の対向電極部１１０・１２０間における強度の強い樹脂製のシール材１４２が存在する部分にスペーサー３２およびグレーチングチャンネル３１の圧力がかかるように設置することができる。

〔実施形態３〕
他の実施形態について、図７に基づいて説明すれば、以下のとおりである。図７は、本実施形態に係る調光窓２００の概略構成を示す断面図である。図７に示すように、調光窓２００では、スペーサー３２の一方の端部は、窓ガラス１２に当接し、他方の端部は、ベース基板１２１に当接している。

この構成では、シール材１４２をスペーサー３２より内側に配置している。より詳細には、ベース基板１２１、スペーサー３２および窓ガラス１２によって形成される構造体の内側にシール材１４２を配置している。スペーサー３２の外側には調光部１３０は存在せず、外部からの圧力がかかる部分にはベース基板１２１のみが存在している。圧力のかかる部分には、配線または配線用のフレキシブル基板がくるように構成することができる。

〔実施形態４〕
他の実施形態について、図８に基づいて説明すれば、以下のとおりである。図８は、本実施形態に係る調光窓３００の概略構成を示す断面図である。図８に示すように、調光窓３００は、窓ガラス１１・１２からなる複層ガラスを備えており、調光装置４０は、窓ガラス１１と窓ガラス１２との間に、窓ガラス１１・１２とは離間して設けられている。

調光装置４０は、トリプルガラスの中央のガラスの代わりとして、その両側をスペーサー３２で保持する等、接着剤層（粘着層）を使用せずに設置されている。スペーサー３２には、実施形態２同様、既存のスペーサーを用いることができる。

調光装置４０を２枚の窓ガラス１１・１２の中央に配置したトリプルガラス構成の調光窓３００では、少なくとも、例えばガラスのような固体と例えば空気のような気体との界面が６つ形成される。これらの界面においては、界面反射が起こるため、可視光線を含む光の透過率が低くなる。このため、例えば、調光装置４０の両表面に反射防止膜８１を形成することが好ましい。反射防止膜８１として、ＡＲ（Anti Reflective）フィルム、ＬＲ（Low Reflective）フィルム、またはモスアイ（登録商標）フィルムのような反射防止膜を形成することがのぞましい。

シール材１４２と、スペーサー３２およびグレーチングチャンネル３１との好ましい位置関係は、実施形態２における位置関係と同様である。この構成により、２枚の対向電極部１１０・１２０間における強度の強い樹脂製のシール材１４２が存在する部分にスペーサー３２およびグレーチングチャンネル３１の圧力がかかるように設置することができる。

〔実施形態５〕
他の実施形態について、図９に基づいて説明すれば、以下のとおりである。図９は、本実施形態に係る調光窓４００の概略構成を示す断面図である。図９に示すように、調光窓４００では、シール材１４２をスペーサー３２の内側に配置し、調光装置４０の片側のベース基板１２１が２つのスペーサー３２に挟持されるようにする。

シール材１４２の外側には調光部１３０は存在しないため、圧力のかかる部分にはベース基板１２１のみが存在していることになる。圧力のかかる部分には、配線または配線用のフレキシブル基板がくるように構成することができる。

〔実施形態６〕
他の実施形態について、図１０に基づいて説明すれば、以下のとおりである。図１０は、本実施形態に係る調光装置４１の概略構成を示す断面図である。図１０に示すように、調光装置４１が備える対向電極部１１０・１２０では、厚さ２５μｍのＰＩフィルム１１５（第１基材）およびＰＩフィルム１２５（第２基材）に、近赤外領域が透明となるようなＩｎＴｉＯをスパッタ法により堆積させることにより電極１１２・１２２を形成している。

このようにして製造した対向電極部１２０上に、透明導電膜形成用のＩＴＯナノ粒子（例えば、粒径１７ｎｍ、Ｉｎ：Ｓｎ組成比９０：１０）のトルエン分散液をスピンコート塗布し、ホットプレート上で、１４０℃で１分乾燥後、２００℃で６０分間焼成を行う。

粒子径が１０μｍのスペーサー樹脂を３重量％混合したＵＶ硬化型樹脂を、この対向電極部１２０の動作部周辺に部分的に注入口を設けた状態で塗布したのち、もう一方の対向電極部１１０を重ね合せ、紫外線を照射することにより、空セルが得られる。上記注入口より、１Ｍ ＬｉＢＦ_４電解質を含むＥＣ（Ethylene Carbonate）：ＤＥＣ（Diethyl Carbonate）＝１：２溶液を注入し、ＵＶ硬化型樹脂で封止することにより、調光装置４１としての調光フィルムを製造できる。

調光装置４１をフィルム状にすることにより、窓ガラス等への設置を簡易にすることができる。

本開示は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本開示の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

１、１００、２００、３００、４００ 調光窓
４０、４１ 調光装置（エレクトロクロミックデバイス）
１１１ ベース基板（第１基材）
１１５ ＰＩフィルム（第１基材）
１２１ ベース基板（第２基材）
１１２ 電極（第１透明電極）
１２２ 電極（第２透明電極）
１２３ ナノ結晶層
１２５ ＰＩフィルム（第２基材）
１３０ 調光部
１３１ 電解液

Claims (4)

1. 電圧の印加によって透過スペクトルを変調するエレクトロクロミックデバイスであって、
   第１基材に対して配された第１透明電極と、
   第２基材に対して配された第２透明電極と、
   前記第１透明電極と対向するように前記第２透明電極に対して配されたナノ結晶層とを備え、
   前記ナノ結晶層と前記第１透明電極との間に電解液を有し、
   前記電解液は、同一ファンデルワールス体積を有する球の半径に相当するイオン半径が０．２３ｎｍ以下のアニオンを含むエレクトロクロミックデバイス。
2. 前記アニオンは、テトラフルオロホウ酸アニオンである請求項１に記載のエレクトロクロミックデバイス。
3. 前記電解液は、テトラフルオロホウ酸リチウム、テトラフルオロホウ酸ナトリウムまたはテトラフルオロホウ酸テトラエチルアンモニウムを含む請求項１または２に記載のエレクトロクロミックデバイス。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のエレクトロクロミックデバイスを備える調光窓。

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