(57)【要約】      （修正有）【課題】ナノ結晶層を備えたエレクトロクロミック素子の信頼性を向上させる。【解決手段】エレクトロクロミック素子１００は、第１透明電極１と、第１透明電極１に対向するように配置された第２透明電極２と、第２透明電極２に対向するように第１透明電極１上に設けられ、第１ナノ結晶粒子を含む第１ナノ結晶層３と、電解質を含み、第１ナノ結晶層３および第２透明電極２の間に配された電解質層とを備える。第１ナノ結晶層３の表面の水との接触角は、１８°以上１１５°以下である。【選択図】図１
2020197650.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１透明電極と、
前記第１透明電極に対向するように配置された第２透明電極と、
前記第２透明電極に対向するように前記第１透明電極上に設けられ、第１ナノ結晶粒子を含む第１ナノ結晶層と、
電解質を含み、前記第１ナノ結晶層および前記第２透明電極の間に配された電解質層と、
を備え、
前記第１ナノ結晶層の表面の水との接触角は、１８°以上１１５°以下であるエレクトロクロミック素子。
【請求項２】
前記第１ナノ結晶層の表面の水との接触角は、３０°以上１１５°以下である請求項１に記載のエレクトロクロミック素子。
【請求項３】
前記第１ナノ結晶層の表面の水との接触角は、６０°以上１１５°以下である請求項１に記載のエレクトロクロミック素子。
【請求項４】
前記第１ナノ結晶層は、バインダ樹脂をさらに含む請求項１から３のいずれかに記載のエレクトロクロミック素子。
【請求項５】
前記バインダ樹脂は、フルオロ基およびシリル基の少なくとも一方を含む請求項４に記載のエレクトロクロミック素子。
【請求項６】
前記第１ナノ結晶層は、２質量％以上１２質量％以下の前記バインダ樹脂を含む請求項４または５に記載のエレクトロクロミック素子。
【請求項７】
前記第１ナノ結晶粒子は、錫ドープ酸化インジウム、アンチモンドープ酸化錫またはアルミニウムドープ酸化亜鉛から形成されている請求項１から６のいずれかに記載のエレクトロクロミック素子。
【請求項８】
前記第１ナノ結晶層に対向するように前記第２透明電極上に設けられ、第２ナノ結晶粒子を含む第２ナノ結晶層をさらに備え、
前記第２ナノ結晶層の表面の水との接触角は、４０°以上１１５°以下である請求項１から７のいずれかに記載のエレクトロクロミック素子。
【請求項９】
前記第２ナノ結晶層の表面の水との接触角は、６０°以上１１５°以下である請求項８に記載のエレクトロクロミック素子。
【請求項１０】
前記第２ナノ結晶層の表面の水との接触角は、８０°以上１１５°以下である請求項８に記載のエレクトロクロミック素子。
【請求項１１】
前記第２ナノ結晶層の厚さは、前記第１ナノ結晶層の厚さよりも小さい請求項８から１０のいずれかに記載のエレクトロクロミック素子。
【請求項１２】
前記第１ナノ結晶層の厚さは、１００Å以上５００００Å以下であり、
前記第２ナノ結晶層の厚さは、１０Å以上５０００Å以下である請求項１１に記載のエレクトロクロミック素子。
【請求項１３】
前記電解質層は、ゲル化された電解液を含む請求項１から１２のいずれかに記載のエレクトロクロミック素子。
【請求項１４】
前記電解質層は、ＬｉＴＦＳＩ、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＢＦ４、ＮａＴＦＳＩ、ＮａＣｌＯ４およびＮａＢＦ４からなる群から選択された少なくとも１種を含む請求項１から１３のいずれかに記載のエレクトロクロミック素子。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれかに記載のエレクトロクロミック素子を備えたスマートウィンドウ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、エレクトロクロミック素子およびスマートウィンドウに関する。
【背景技術】
【０００２】
電圧の印加によりその光学的性質が可逆的に変化するエレクトロクロミック素子が知られている。エレクトロクロミック素子を用いた製品の１つとして、電気的に光透過率を制御することができるスマートウィンドウが挙げられる。
【０００３】
スマートウィンドウの一種として、赤外光の透過率を制御可能なタイプ（以下では「赤外タイプ」と呼ぶこともある。）が提案されている。特許文献１は、赤外タイプのスマートウィンドウに用いられるエレクトロクロミック素子を開示している。
【０００４】
特許文献１に開示されているエレクトロクロミック素子では、電圧の印加により光の透過スペクトルが変化するエレクトロクロミック層として、ナノ結晶層が設けられている。ここで、図１４を参照しながら、特許文献１のエレクトロクロミック素子の構造を簡単に説明する。
【０００５】
図１４に示すエレクトロクロミック素子９００は、第１基板９１１、第２基板９１２、第１透明電極９０１、第２透明電極９０２、ナノ結晶層９０３、電解液９０５、電源９０６、シール部９０７およびスペーサ９０８を備える。
【０００６】
第１基板９１１および第２基板９１２は、互いに対向するように設けられている。第１基板９１１および第２基板９１２のそれぞれは、透明である。
【０００７】
第１透明電極９０１は、第１基板９１１の第２基板９１２側の表面上に設けられている。第２透明電極９０２は、第２基板９１２の第１基板９１１側の表面上に設けられている。
【０００８】
ナノ結晶層９０３は、第１透明電極９０１上に設けられている。ナノ結晶層９０３は、粒径が数ｎｍ〜数十ｎｍのナノ結晶粒子を含んでいる。
【０００９】
電解液９０５は、シール部９０７によって包囲された領域に封入されており、ナノ結晶層９０３と第２透明電極９０２との間に位置している。電源９０６は、第１透明電極９０１および第２透明電極９０２に電気的に接続されており、第１透明電極９０１および第２透明電極９０２間に所定の電圧を印加し得る。
【００１０】
スペーサ９０８は、ナノ結晶層９０３と第２透明電極９０２との間に設けられており、電解液９０５が封入されている領域の高さを規定する。
【００１１】
エレクトロクロミック素子９００のナノ結晶層９０３は、局在表面プラズモン共鳴（ＬＳＰＲ）を利用してエレクトロクロミズムを発現する。
【００１２】
非特許文献１は、エレクトロクロミック材料として用いられる種々のナノ結晶を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】国際公開第２０１７／１４１５２８号
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】Evan L. Runnerstrom et. al.， 「Nanostructured electrochromic smart windows: traditional materials and NIR-selective plasmonic nanocrystals」， Chem.Commun., 2014, 50, 10555-10572
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
エレクトロクロミック素子を用いた製品を実用化するにあたり、その信頼性が大きな課題となっている。本願発明者が種々の検討を行ったところ、ナノ結晶層を備えたエレクトロクロミック素子に耐久性試験を行うと、素子の電解液中に気泡が発生し、動作に支障が生じ得ることがわかった。気泡は、電解液の電気分解に起因して発生し、気泡の発生は、封止材の剥離等の原因となる。この現象は、電解液がゲル化剤によってゲル化されている場合に顕著であった。また、耐久性試験を行うと、ナノ結晶層の剥離が生じることもあった。
【００１６】
本開示は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ナノ結晶層を備えたエレクトロクロミック素子の信頼性を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本明細書は、以下の項目に記載のエレクトロクロミック素子およびスマートウィンドウを開示している。
【００１８】
［項目１］
第１透明電極と、
前記第１透明電極に対向するように配置された第２透明電極と、
前記第２透明電極に対向するように前記第１透明電極上に設けられ、第１ナノ結晶粒子を含む第１ナノ結晶層と、
電解質を含み、前記第１ナノ結晶層および前記第２透明電極の間に配された電解質層と、
を備え、
前記第１ナノ結晶層の表面の水との接触角は、１８°以上１１５°以下であるエレクトロクロミック素子。
【００１９】
［項目２］
前記第１ナノ結晶層の表面の水との接触角は、３０°以上１１５°以下である項目１に記載のエレクトロクロミック素子。
【００２０】
［項目３］
前記第１ナノ結晶層の表面の水との接触角は、６０°以上１１５°以下である項目１に記載のエレクトロクロミック素子。
【００２１】
［項目４］
前記第１ナノ結晶層は、バインダ樹脂をさらに含む項目１から３のいずれかに記載のエレクトロクロミック素子。
【００２２】
［項目５］
前記バインダ樹脂は、フルオロ基およびシリル基の少なくとも一方を含む項目４に記載のエレクトロクロミック素子。
【００２３】
［項目６］
前記第１ナノ結晶層は、２質量％以上１２質量％以下の前記バインダ樹脂を含む項目４または５に記載のエレクトロクロミック素子。
【００２４】
［項目７］
前記第１ナノ結晶粒子は、錫ドープ酸化インジウム、アンチモンドープ酸化錫またはアルミニウムドープ酸化亜鉛から形成されている項目１から６のいずれかに記載のエレクトロクロミック素子。
【００２５】
［項目８］
前記第１ナノ結晶層に対向するように前記第２透明電極上に設けられ、第２ナノ結晶粒子を含む第２ナノ結晶層をさらに備え、
前記第２ナノ結晶層の表面の水との接触角は、４０°以上１１５°以下である項目１から７のいずれかに記載のエレクトロクロミック素子。
【００２６】
［項目９］
前記第２ナノ結晶層の表面の水との接触角は、６０°以上１１５°以下である項目８に記載のエレクトロクロミック素子。
【００２７】
［項目１０］
前記第２ナノ結晶層の表面の水との接触角は、８０°以上１１５°以下である項目８に記載のエレクトロクロミック素子。
【００２８】
［項目１１］
前記第２ナノ結晶層の厚さは、前記第１ナノ結晶層の厚さよりも小さい項目８から１０のいずれかに記載のエレクトロクロミック素子。
【００２９】
［項目１２］
前記第１ナノ結晶層の厚さは、１００Å以上５００００Å以下であり、
前記第２ナノ結晶層の厚さは、１０Å以上５０００Å以下である項目１１に記載のエレクトロクロミック素子。
【００３０】
［項目１３］
前記電解質層は、ゲル化された電解液を含む項目１から１２のいずれかに記載のエレクトロクロミック素子。
【００３１】
［項目１４］
前記電解質層は、ＬｉＴＦＳＩ、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＢＦ４、ＮａＴＦＳＩ、ＮａＣｌＯ４およびＮａＢＦ４からなる群から選択された少なくとも１種を含む項目１から１３のいずれかに記載のエレクトロクロミック素子。
【００３２】
［項目１５］
項目１から１４のいずれかに記載のエレクトロクロミック素子を備えたスマートウィンドウ。
【発明の効果】
【００３３】
本開示の実施形態によると、ナノ結晶層を備えたエレクトロクロミック素子の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本開示の実施形態におけるエレクトロクロミック素子１００を模式的に示す断面図である。
【図２】サンプル＃１〜＃７のナノ結晶層表面の水との接触角を示すグラフである。
【図３】エレクトロクロミック素子１００の実施例の作製方法のフローチャートである。
【図４】実施例１〜５および比較例について、サイクル回数と動作シフト範囲との関係を示すグラフである。
【図５】サンプル＃８〜＃１２の厚さ１２０００Åのナノ結晶層表面の水との接触角を示すグラフである。
【図６】サンプル＃８〜＃１２の厚さ１５００Åのナノ結晶層表面の水との接触角を示すグラフである。
【図７】シール材７に囲まれた領域内に気泡Ｂｕが発生している様子を示す図である。
【図８】実施例６〜１０について、サイクル回数と動作シフト範囲との関係を示すグラフである。
【図９】実施例１１〜１５について、サイクル回数と動作シフト範囲との関係を示すグラフである。
【図１０】本開示の実施形態における他のエレクトロクロミック素子２００を模式的に示す断面図である。
【図１１】本開示の実施形態におけるスマートウィンドウ３００を模式的に示すブロック図である。
【図１２Ａ】スマートウィンドウ３００の調光部２０を模式的に示す断面図である。
【図１２Ｂ】スマートウィンドウ３００の調光部２０を模式的に示す平面図である。
【図１３Ａ】スマートウィンドウ３００の調光部２０を模式的に示す断面図である。
【図１３Ｂ】スマートウィンドウ３００の調光部２０を模式的に示す平面図である。
【図１４】特許文献１のエレクトロクロミック素子９００を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、図面を参照しながら本開示の実施形態を説明する。なお、本開示の実施形態は、以下に例示する構成に限定されるものではない。
【００３６】
図１を参照しながら、本開示の実施形態によるエレクトロクロミック素子１００を説明する。図１は、エレクトロクロミック素子１００を模式的に示す断面図である。
【００３７】
エレクトロクロミック素子１００は、図１に示すように、第１透明電極１および第２透明電極２と、第１ナノ結晶層３および第２ナノ結晶層４と、電解質層５とを備える。
【００３８】
第１透明電極１および第２透明電極２は、互いに対向するように配置されている。第１透明電極１および第２透明電極２は、それぞれ透明であり、実質的に無色である。第１透明電極１および第２透明電極２は、電源６に電気的に接続されている。第１透明電極１は、第１基板１１に支持されている。第２透明電極２は、第２基板１２に支持されている。第１基板１１および第２基板１２は、それぞれ透明であり、実質的に無色である。
【００３９】
第１ナノ結晶層３は、第１透明電極１の第２透明電極２側の表面上に設けられている。つまり、第１ナノ結晶層３は、第２透明電極２に対向するように第１透明電極１上に設けられている。第１ナノ結晶層３は、ナノ結晶粒子（以下では「第１ナノ結晶粒子」と呼ぶ）と、バインダ樹脂とを含む。
【００４０】
第２ナノ結晶層４は、第２透明電極２の第１透明電極１側の表面上に設けられている。つまり、第２ナノ結晶層４は、第１ナノ結晶層３に対向するように（つまり第１透明電極１に対向するように）第２透明電極２上に設けられている。第２ナノ結晶層４は、ナノ結晶粒子（以下では「第２ナノ結晶粒子」と呼ぶ）と、バインダ樹脂とを含む。
【００４１】
第１ナノ結晶粒子および第２ナノ結晶粒子は、それぞれ１ｎｍ以上１００ｎｍ以下の粒径を有する粒子状の結晶体であり、後述するように、例えば金属酸化物から形成されている。
【００４２】
電解質層５は、電解質を含み、第１ナノ結晶層３と第２ナノ結晶層４との間（第１ナノ結晶層３と第２透明電極２との間ともいえる）に配されている。電解質層５は、シール部７によって包囲されている。電解質層５は、例えば電解液で構成される。
【００４３】
第１ナノ結晶層３に含まれる第１ナノ結晶粒子および第２ナノ結晶層４に含まれる第２ナノ結晶粒子は、エレクトロクロミック材料である。そのため、第１ナノ結晶層３および第２ナノ結晶層４のそれぞれの透過スペクトルは、第１透明電極１と第２透明電極２との間に印加された電圧に応じて変化する。この透過スペクトルの変化は、近赤外領域における透過率変化を伴っている。従って、エレクトロクロミック素子１００は、近赤外光の透過率を制御することができる。本願明細書において、近赤外領域は、波長が約８００ｎｍ以上約２５００ｎｍ以下の範囲を指す。太陽から放射される赤外光の大部分は近赤外光であるので、近赤外光の透過率を制御することにより、太陽光による日射熱の取得率を制御することができる。例えば、夏期には近赤外光の室内への入射を防ぐことができ、冬期には近赤外光を室内に取り込むことができる。
【００４４】
第１ナノ結晶粒子および第２ナノ結晶粒子としては、例えば、錫ドープ酸化インジウム（Tin doped Indium Oxide：ＩＴＯ）、アンチモンドープ酸化錫（Antimony-doped Tin Oxide：ＡＴＯ）またはアルミニウムドープ酸化亜鉛（Aluminum doped Zinc Oxide：ＡＺＯ）から形成されたナノ結晶粒子を好適に用いることができる。第１ナノ結晶層３および第２ナノ結晶層４がエレクトロクロミズムを示す原理については後述する。
【００４５】
なお、第１ナノ結晶層３および第２ナノ結晶層４の透過スペクトルの変化は、近赤外領域における透過率変化だけでなく、可視領域（約４００ｎｍ以上約８００ｎｍ以下の範囲）における透過率変化を伴っていてもよい。
【００４６】
ここで示す例では、第１金属酸化物ナノ粒子と第２金属酸化物ナノ粒子とは、構成元素が同じである（つまり同じ元素を含んでいる）。また、本実施形態では、第１ナノ結晶層３の厚さｔ１と、第２ナノ結晶層４の厚さｔ２とが異なっている。具体的には、第２ナノ結晶層４の厚さｔ２が、第１ナノ結晶層３の厚さｔ１よりも小さい。第１ナノ結晶層３と第２ナノ結晶層４とで厚さを異ならせることにより、エレクトロクロミック素子１００の透明性を向上させることができる。
【００４７】
本実施形態では、第１ナノ結晶層３の電解質層５に接する表面３ａおよび第２ナノ結晶層４の電解質層５に接する表面４ａの濡れ性の程度が所定の範囲内に設定されている。具体的には、第１ナノ結晶層３の表面３ａの水との接触角は、１８°以上１１５°以下であり、第２ナノ結晶層４の表面４ａの水との接触角は、４０°以上１１５°以下である。
【００４８】
第１ナノ結晶層３の表面３ａの水との接触角は、第１ナノ結晶層３のバインダ樹脂含有量やバインダ樹脂の材料を変えることによって調節することができる。同様に、第２ナノ結晶層４の表面４ａの水との接触角は、第２ナノ結晶層４のバインダ樹脂含有量やバインダ樹脂の材料を変えることによって調節することができる。
【００４９】
表１および図２に、バインダ樹脂の含有量を変えて７種類のナノ結晶層（サンプル＃１〜＃７）を作製し、ナノ結晶層表面の水との接触角を測定した結果を示す。ナノ結晶粒子としては、ＡＴＯから形成されたナノ結晶粒子を用い、バインダ樹脂としては、ＤＰＨＡ（ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート）を用いた。サンプル＃１〜＃７のバインダ樹脂含有量は、それぞれ０質量％、２質量％、４質量％、６質量％、８質量％、１０質量％、１２質量%である。なお、一般に、接触角θは、下記のヤングの式で定義される。式中、γＳは固体の表面張力、γＬは液体の表面張力、γＳＬは固体／液体間の表面張力である。
γS＝γＬ・ｃｏｓθ＋γＳＬ
【００５０】
静的な接触角を測定する手法として、液滴法を用いた。測定は、自動接触角測定装置（協和界面科学製、型番ＤＭｓ−４００）を用い、ナノ結晶層の表面上に接触角測定対象液滴として純水１μｌを付着させ、付着してから１１秒後に測定を行った。
【００５１】
【表１】
2020197650.tif 000003
【００５２】
表１および図２に示すように、バインダ樹脂が含まれていない（つまり含有量０質量％の）サンプル＃１では、接触角は１７．３°ともっとも小さい。また、バインダ樹脂含有量が多くなるにつれ、接触角も大きくなっていることがわかる。バインダ樹脂含有量が１０質量％のとき（サンプル＃６）、接触角は３３．１°ともっとも大きくなっている。一方で、バインダ樹脂含有量が１２質量％のとき（サンプル＃７）、接触角は２０．９°とサンプル＃６に比べて小さくなっている。
【００５３】
バインダ樹脂含有量が多くなると、ナノ結晶層表面においてバインダ樹脂の占める面積の割合が高くなるので、バインダ樹脂の影響が大きくなり、それによってナノ結晶層表面の撥水性が高く（つまり接触角が大きく）なると考えられる。また、バインダ含有量が多くなりすぎると、バインダ樹脂がナノ結晶層表面において局在化してくるので、接触角が小さくなると考えられる。
【００５４】
続いて、エレクトロクロミック素子１００の試作例（実施例１〜５）を以下のようにして作製し、それらの耐久性を検証した。図３は、実施例の作製方法のフローチャートである。
【００５５】
・透明電極付き基板の作製（ステップＳ１）
第１基板１１および第２基板１２としてそれぞれ厚さ１２５μｍのＰＥＴフィルムを用意した。次に、第１基板１１上に、第１透明電極１として厚さ３０ｎｍのＩＴＯ層をスパッタ法により形成した。同様にして、第２基板１２上に第２透明電極２を形成した。
【００５６】
・ナノ結晶粒子とバインダ樹脂との混合（ステップＳ２）
ナノ結晶粒子と、バインダ樹脂と、分散媒とを混合して２時間撹拌し、ナノ結晶粒子の分散液を得た。ナノ結晶粒子として、平均粒径が２０ｎｍのＡＴＯナノ結晶粒子を１５ｇ用いた。バインダ樹脂として、ＤＰＨＡを用いた。ＤＰＨＡの量は、バインダ樹脂含有量が表１に示したサンプル＃３〜＃７と同じになるように設定した。分散媒として、ＩＢＯＨ（イソブタノール）を３０ｇ用いた。
【００５７】
・ナノ結晶層の形成（ステップＳ３）
第１基板１１上、より具体的には第１透明電極１上に、ＡＴＯナノ結晶粒子の分散液をスピンコート法により塗布し、ホットプレート上で９０℃で５分間乾燥させた。乾燥後、オーブンにおいて１００℃で１分間、１５０℃で１分間、１００℃で１分間焼成を行った。焼成後、５００ｍＪ／ｃｍ２の露光量で紫外線照射による焼結を行い、厚さ１．３μｍで４０ｍｍ×３５ｍｍサイズの第１ナノ結晶層３を得た。同様にして、厚さ０．１μｍで４０ｍｍ×３５ｍｍサイズの第２ナノ結晶層４を得た。
【００５８】
・スペーサの散布、ダムの形成（ステップＳ４）
セル厚を一定に保つためのスペーサビーズ（粒径３０μｍ）を第２ナノ結晶層４上に散布した。また、第２ナノ結晶層４上に、ＵＶ硬化型樹脂（株式会社スリーボンド製ＴＢ３０３５Ｂ）を用いて、電解液をせき止めるための厚さ５００μｍのダムを形成した。
【００５９】
・電解液の滴下（ステップＳ５）
ダム内に、電解質としてＬｉＴＦＳＩ（キシダ化学製）を１Ｍの濃度で含む電解液を滴下した。電解液は、溶媒としてＥＣ（Ethylene Carbonate：キシダ化学製）を４５重量部、ＤＥＣ（Diethyl Carbonate：キシダ化学製）を４５重量部含み、ゲル化剤としてＰＶＢ（ポリビニルブチラール：キシダ化学製）を２０重量部含む。
【００６０】
・基板の貼り合わせ、電解液およびダムの硬化（ステップＳ６）
第１透明電極１と第２透明電極２とが対向するように第１基板１１と第２基板１２とを貼り合わせ、紫外線照射により電解液およびダムを硬化させた。
【００６１】
・封止（ステップＳ７）
ダムの余白部分を切断し、外気に触れている面をＵＶ硬化型樹脂（積水化学工業株式会社製フォトレック）をシール材として用いて封止した。さらに、シール材の剥離防止のためにＵＶ硬化型樹脂（協立化学産業株式会社製８８４０）で全体を覆うように封止した。
このようにして、実施例１〜５のエレクトロクロミック素子１００が得られた。
【００６２】
・比較例
ナノ結晶層がバインダ樹脂を含まない点以外は実施例１〜５と同様にして、比較例のエレクトロクロミック素子を作製した。
【００６３】
・耐久性試験の方法
実施例１〜５および比較例について、加速試験のために８０℃のホットプレート上にセル（エレクトロクロミック素子）を固定し、第２透明電極２の電位を０Ｖとし、２５０秒ごとに第１透明電極１に＋３Ｖおよび−３Ｖの電圧を交互に印加した。＋３Ｖの電圧印加１回（２５０秒）と−３Ｖの電圧印加１回（２５０秒）とを合わせて１サイクル（計５００秒）としたときの、サイクル回数と動作シフト範囲との関係を図４に示す。なお、「動作シフト範囲」は、光の波長１８００ｎｍにおける＋３Ｖおよび−３Ｖの電圧印加時のセルの透過率の差分である。図４では、動作シフト範囲を、初期動作を１とした相対値で示している。
【００６４】
図４に示すように、ナノ結晶層にバインダ樹脂が含まれていない比較例では、ナノ結晶層の剥離が生じ、１０回目を超えると動作しなかった。これに対し、ナノ結晶層（第１ナノ結晶層１および第２ナノ結晶層２）にバインダ樹脂が含まれている実施例１〜５では、ナノ結晶層の剥離は確認されず、すべての素子が３０回の繰り返し動作に耐えた。このように、ナノ結晶層にバインダ樹脂を含めることでナノ結晶層の透明電極付き基板との密着性を高くすることにより、言い換えると、ナノ結晶層表面の水との接触角が１８°以上である（表１および図２参照）ことにより、動作の信頼性が向上する。また、バインダ樹脂の含有量が多くなると、電極の表面を被覆するようにバインダ樹脂が固まりやすい。電極表面を被覆するバインダ樹脂が電極保護の役割を果たしているため、電極腐食を抑制し、そのことも信頼性向上に繋がると考えられる。
【００６５】
３０回の繰り返し動作時点での動作シフト範囲は、実施例４がもっとも大きく、次いで実施例３、実施例２、実施例１、実施例５の順に大きい。もっともバインダ樹脂含有量が多い実施例５で動作シフト範囲が他の実施例よりも小さいのは、バインダ樹脂含有量が多くなった結果、バインダ樹脂がナノ結晶層表面（電解液との界面）に局在化するようになり、電子の授受を妨害したためと考えられる。
【００６６】
また、実施例１〜５を比較すると、実施例１、５では、３０回の繰り返し動作により動作シフト範囲が初期の２割程度に落ち込んでいるが、実施例２、３では、初期の６〜８割の動作シフト範囲を維持しており、実施例４では、初期とほぼ同等の動作シフト範囲を維持している。このことからわかるように、信頼性のいっそうの向上の観点からは、第１ナノ結晶層３および第２ナノ結晶層４の表面３ａおよび４ａの水との接触角は、３０°以上であることが好ましい。
【００６７】
また、第２ナノ結晶層４の厚さｔ２が第１ナノ結晶層３の厚さｔ１よりも小さい場合は、第２ナノ結晶層４の表面４ａと水との接触角は、信頼性の向上の観点から、第１ナノ結晶３の表面３ａと水との接触角よりも大きく設定することが好ましい。具体的には、第２ナノ結晶層４の表面４ａと水との接触角は、４０°以上であることが好ましく、６０°以上であることがより好ましく、８０°以上であることがさらに好ましい。
【００６８】
（極性の高いバインダ樹脂）
バインダ樹脂として、極性が高い樹脂を用いることにより、透明電極付き基板とナノ結晶層との密着性を高くし、信頼性をいっそう高くすることができる。バインダ樹脂に、フルオロ基やシリル基のような極性基を含めることにより、バインダ樹脂の極性を高くすることができる。つまり、バインダ樹脂がフルオロ基およびシリル基の少なくとも一方を含むことにより、信頼性をいっそう高くすることができる。これに対し、バインダ樹脂の極性が低い場合には、繰り返し動作の回数が多くなると、ナノ結晶層が透明電極から剥離するおそれがある。
【００６９】
ナノ結晶層のバインダ樹脂含有量を１０質量％とし、バインダ樹脂として表２に示す化合物Ａ〜Ｅを用いて５種類のナノ結晶層（サンプル＃８〜＃１２）を作製した。作製は、実施例１〜５のナノ結晶層の形成と同様にして行った。
【００７０】
【表２】
2020197650.tif 000004
【００７１】
表３および図５に、サンプル＃８〜＃１２について、厚さ１２０００Åのナノ結晶層表面の水との接触角を測定した結果を示す。また、表４および図６に、サンプル＃８〜＃１２について、厚さ１５００Åのナノ結晶層表面の水との接触角を測定した結果を示す。接触角の測定は、サンプル＃１〜＃７についての測定と同様にして行った。
【００７２】
【表３】
2020197650.tif 000005
【００７３】
【表４】
2020197650.tif 000006
【００７４】
表３および図５に示すように、バインダ樹脂がフルオロ基およびシリル基を含むサンプル＃１１、バインダ樹脂がシリル基を含むサンプル＃１２では、ナノ結晶層表面の水との接触角が、極性基（フルオロ基および／またはシリル基）を含まないサンプル＃８、＃９、＃１０よりも大きい。
【００７５】
また、表３および図５と、表４および図６との比較からわかるように、ナノ結晶層に同じバインダ樹脂が含まれている場合でも、ナノ結晶層が厚い方が水との接触角が小さい。
【００７６】
続いて、表３に示したサンプル＃８〜＃１２と同じナノ結晶層を第１ナノ結晶層３、表４に示したサンプル＃８〜＃１２と同じナノ結晶層を第２ナノ結晶層４として備え、さらに電解質としてＬｉＴＦＳＩを含むゲル化された電解液を電解質層５として備えたエレクトロクロミック素子１００の試作例（実施例６〜１０）を作製し、それらにおける気泡の発生の程度を評価した。また、表３に示したサンプル＃８〜＃１２と同じナノ結晶層を第１ナノ結晶層３、表４に示したサンプル＃８〜＃１２と同じナノ結晶層を第２ナノ結晶層４として備え、さらに電解質としてＬｉＣｌＯ４を含むゲル化された電解液を電解質層５として備えたエレクトロクロミック素子１００の試作例（実施例１１〜１５）を作製し、それらにおける気泡の発生の程度を評価した。
【００７７】
図７に示すように、気泡Ｂｕは、エレクトロクロミック素子１００を繰り返し動作させたときに、セル中のわずかな水分や電解液の電気分解に起因して生じ得る。評価は、実施例１〜５について行ったのと同様の耐久性試験を実施例６〜１５について行い、シール材７に囲まれた領域に生じた気泡Ｂｕの面積を算出し、この領域の面積Ｓに占める電解液の面積の割合を算出することによって行った。シール材７で囲まれた領域の面積Ｓは、１４００ｍｍ２（Ｌｘ＝４０ｍｍ、Ｌｙ＝３５ｍｍ）であり、シール材７の厚さＨ（セルギャップ）は、３０μｍである。気泡Ｂｕの面積の算出は、目視で気泡Ｂｕを確認することによって行った。評価結果は、表４に示す１０段階で表わす。
【００７８】
【表５】
2020197650.tif 000007
【００７９】
表６に、実施例６〜１０についての評価結果を示し、表７に、実施例１１〜１５についての評価結果を示す。なお、表６および表７には、評価結果が記載されていない欄が存在するが、これは、セルが十分に動作しなくなったことを意味している。
【００８０】
【表６】
2020197650.tif 000008
【００８１】
【表７】
2020197650.tif 000009
【００８２】
表６から、実施例９、１０では、実施例６、７、８よりも気泡の発生が少ないことがわかる。また、表７から、実施例１４、１５では、実施例１１、１２、１３よりも気泡の発生が少ないことがわかる。
【００８３】
このように、極性基を含むバインダ樹脂を用い、ナノ結晶層表面の水との接触角を大きくすることにより、気泡の発生を抑制することができる。図８に、実施例６〜１０についてのサイクル回数と動作シフト範囲との関係を示し、図９に、実施例１１〜１５についてのサイクル回数と動作シフト範囲との関係を示す。図８および図９では、図４と同様、動作シフト範囲を初期動作を１とした相対値で示している。
【００８４】
図８に示すように、サイクル回数が１００の時点で、実施例６、７、８では、動作シフト範囲が初期の７割以下になっている。これに対し、実施例９、１０では、動作シフト範囲は初期の８割以上である。また、図９に示すように、実施例１１、１２、１３では、サイクル回数が２００に達する前に動作シフト範囲が大きく低下する。これに対し、実施例１４、１５では、サイクル回数が３００を超えても動作シフト範囲が初期の２〜４割を維持しており、この状態はサイクル回数が５００回以上になっても続く。このように、極性基を含むバインダ樹脂を用いると、耐久性がいっそう向上する。
【００８５】
これらの結果から、気泡の発生の抑制の観点からは、第１ナノ結晶層３の表面３ａの水との接触角は、６０°以上であることが好ましいことがわかる。また、第２ナノ結晶層４の表面４ａの水との接触角は、８０°以上であることが好ましいことがわかる
これまでの説明からわかるように、ナノ結晶層（第１ナノ結晶層３および第２ナノ結晶層４）の表面の水との接触角が１８°以上であることにより、ナノ結晶層と透明電極付き基板と密着性を高くして信頼性を向上させることができる。また、ナノ結晶層と透明電極付き基板との密着性をいっそう高くする観点からは、ナノ結晶層表面の水との接触角が３０°以上であることが好ましい。さらに、気泡の発生の抑制の観点からは、ナノ結晶層表面の水との接触角が６０°以上であることが好ましい。
【００８６】
また、第２ナノ結晶層４の厚さｔ２が第１ナノ結晶層３の厚さｔ１よりも小さい場合は、第２ナノ結晶層４の表面４ａと水との接触角は、信頼性の向上の観点から、第１ナノ結晶３の表面３ａと水との接触角よりも大きく設定することが好ましい。具体的には、第２ナノ結晶層４の表面４ａと水との接触角は、４０°以上であることが好ましく、６０°以上であることがより好ましく、８０°以上であることがさらに好ましい。
【００８７】
なお、信頼性の向上の観点からは、ナノ結晶層表面の接触角に特に上限はないが、ナノ結晶層表面の水との接触角が１１５°を超えると、そのような接触角を実現するためのバインダ樹脂の入手・製造が困難となるおそれがある。例えば、撥水性が高い（つまり水との接触角が大きい）ことがよく知られているフッ素樹脂であるＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体）の水との接触角は、それぞれ１１４°、１０９°、１１５°である。また、同じく撥水性が高いことがよく知られているシリコン樹脂の水との接触角は９０〜１００°程度である。そのため、ナノ結晶層の形成の容易さやコストの観点からは、ナノ結晶層表面の水との接触角は、１１５°以下であることが好ましい。
【００８８】
なお、第１ナノ結晶層３の表面３ａ全体にわたって水との接触角は実質的に同じであってよく、同様に、第２ナノ結晶層４の表面４ａ全体にわたって、水との接触角は実質的に同じであってよい。ここで、「実質的に同じ」とは、表面全体（各ナノ結晶層の表面のうちランダムに選択された２０点）において水との接触角の最小値と最大値との差が１０°以下であることを指す。
【００８９】
［ナノ結晶層の動作原理］
ここで、ナノ結晶層（第１ナノ結晶層３および第２ナノ結晶層４）がエレクトロクロミズムを示す原理を説明する。
【００９０】
非特許文献１に記載されているように、ＩＴＯナノ結晶層などの透明導電性酸化物（Transparent Conducting Oxide：ＴＣＯ）ナノ構造体に電子を注入することによって、近赤外領域の透過スペクトルを変化させ得ることが知られている。その原理は、端的に言えば、ＴＣＯナノ構造体の局在表面プラズモン共鳴（ＬＳＰＲ）による吸収波長を、電圧印加によってシフトさせることである。以下、より詳細に説明する。
【００９１】
ＬＳＰＲの共鳴周波数は、プラズマ周波数ωpに比例する。プラズマ周波数ωpは、下記式で表わされる。
ωp２＝Ｎ・ｅ２／（ｍ・ε０）
【００９２】
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、ε０は真空の誘電率である。従って、ＴＣＯナノ構造体に負電圧を印加して電子密度を高くすると、プラズマ周波数ωpが大きくなるので、ＬＳＰＲの共鳴周波数も大きくなる。そのため、ＬＳＰＲの共鳴波長は短くなる（つまり短波長側にシフトする）。ＴＣＯナノ構造体のキャリア密度を調整することにより、ＬＳＰＲの共鳴波長を近赤外領域に設定できるので、近赤外領域における透過スペクトルを変化させることが可能となる。
【００９３】
なお、このように透過スペクトルを変化させる機能は、ＩＴＯナノ粒子を含むＩＴＯナノ結晶層だけに特有のものではない。ナノ結晶粒子が、ＬＳＰＲが生じるようなサイズ（例えば１００ｎｍ以下）であり、且つ、ナノ結晶層が透明電極からの電子を注入され得るような構成であれば、原理的には上述した機能を奏し得る。
【００９４】
続いて、エレクトロクロミック素子１００の各構成要素の具体例や好ましい構成を説明する。
【００９５】
［ナノ結晶層］
第１ナノ結晶粒子および第２ナノ結晶粒子の材料として用いられる金属酸化物は、例示したＩＴＯ、ＡＴＯおよびＡＺＯに限定されるものではない。例えば、ＧＺＯ（Gallium-doped Zinc Oxide：ガリウムドープ酸化亜鉛）を用いることもできる。また、上述したような可視領域においてほぼ透明な材料に限定されず、ＣｓｘＷｙＯ３（ｘ、ｙは組成比を示す）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、可視領域の光を吸収する材料を用いることもできる。
【００９６】
第１ナノ結晶粒子および第２ナノ結晶粒子の平均粒径は、典型的には、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。ただし、ナノ粒子の平均粒径が大きすぎると、動作しにくくなるおそれがあるので、動作のしやすさの観点からは、ナノ粒子の平均粒径は、３０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００９７】
第１ナノ結晶層３および第２ナノ結晶層４のそれぞれの厚さは、典型的には、１００Å以上５００００Å以下、および、１０Å以上５０００Å以下である。可視光の透明性と透過スペクトルの動作シフト範囲の観点からは、第１ナノ結晶層３および第２ナノ結晶層４のそれぞれの厚さは、１０００Å以上１５０００Å以下、および、１００Å以上３０００Å以下であることが好ましい。
【００９８】
第１ナノ結晶層３および第２ナノ結晶層４の形成方法に特に限定はない。ナノ結晶粒子およびバインダ樹脂を含む液体または半固体を第１基板１１または第２基板１２上に塗布し、焼成・焼結を行うことによって、第１ナノ結晶層３および第２ナノ結晶層４を形成することができる。ナノ結晶粒子等を含む分散液をスピンコート法により塗布してもよいし、ビヒクルを適度に添加されたペーストを用いた印刷法により塗布してもよい。また、バーコート法、スリットコート法、グラビアコート法またはダイコート法により塗布を行ってもよい。
【００９９】
バインダ樹脂としては、光硬化型樹脂（例えば紫外線硬化型樹脂）を好適に用いることができる。また、バインダ樹脂として、熱硬化型樹脂や電子線硬化型樹脂を用いてもよい。
【０１００】
ナノ結晶層（第１ナノ結晶層３および第２ナノ結晶層４）のバインダ樹脂含有量は、２質量％以上１２質量％以下であることが好ましい。
【０１０１】
［電解質層］
電解質層５は、例えば電解液で構成される。電解液の電解質としては、例えば、ＬｉＴＦＳＩ（リチウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド）やＬｉＣｌＯ４（過塩素酸リチウム）、ＬｉＢＦ４（ホウフッ化リチウム）、ＮａＴＦＳＩ（ナトリウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド）、ＮａＣｌＯ４（過塩素酸ナトリウム）およびＮａＢＦ４（テトラフルオロホウ酸ナトリウム）のうちの少なくとも１種を好適に用いることができる。電解液の溶媒としては、炭酸エチレン（ＥＣ）、炭酸ジエチル（ＤＥＣ）、ＥＣとＤＥＣとの混合物、炭酸プロピレン等を用いることができる。また、電解液は、ゲル化剤によりゲル化されていてもよい。ゲル化剤としては、例えば、ポリビニルブチラールを用いることができる。
【０１０２】
また、電解質層５は、固体電解質で構成されてもよい。固体電解質は、例えば、多孔質材料に電解質を含ませた構成を有する。
【０１０３】
［基板］
第１基板１１および第２基板１２としては、例えばガラス基板を用いることができる。また、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）やＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ポリイミドなどの樹脂材料から形成されたプラスチック基板であってもよい。例示したこれらの基板に、無機材料または有機材料から形成されたガスバリア層が設けられたものを用いてもよい。ナノ結晶層を形成する工程が焼成工程を含む場合、プラスチック基板としては、耐熱性が高いポリイミド基板を用いることが好ましい。また、ガラス基板を用いる場合、両基板を貼り合わせた後にエッチング処理により薄型化してもよい。
【０１０４】
［透明電極］
第１透明電極１および第２透明電極２の材料としては、キャリア密度を調整したＩＴＯの他、チタンドープ酸化インジウム（Titanium-doped Indium Oxide：ＩｎＴｉＯ）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等の近赤外光を透過する材料を用いることができる。これらの材料を、スパッタ法や蒸着法、塗布法などにより第１基板１１および第２基板１２上に堆積することによって、第１透明電極１および第２透明電極２を形成することができる。
【０１０５】
また、第１透明電極１および第２透明電極２の材料は、遠赤外光を反射する特性を有することが好ましい。冬期に室内の温度を高く保つためには、室内から屋外に赤外光が出ることを防ぐ必要がある。室内から輻射される赤外光は、波長が１０μｍ程度の、遠赤外光に分類されるものである。そのため、第１透明電極１および第２透明電極２が遠赤外光を反射する特性を有していると、近赤外光の透過率が高くなるように第１ナノ結晶層３および第２ナノ結晶層４の状態を制御しても、室内の熱は輻射熱として屋外に逃げない、理想的な状態を実現することができる。また、夏期に近赤外光の透過率が低くなるように制御したときも、屋外からの遠赤外光が室内に入ることを防止できるので、やはり理想的な状態を実現できる。
【０１０６】
エレクトロクロミック素子１００が表示を目的としないものである場合、第１透明電極１の電極取り出し（外部配線への接続）は、１箇所で行われてもよいし、複数箇所で行われてもよい。１箇所の場合、エレクトロクロミック素子１００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。複数箇所の場合、第１透明電極１と第２透明電極２との間に抵抗成分がある、すなわち電流が流れるような場合にも部分的な応答速度の遅延を防ぐことができる。
【０１０７】
第１透明電極１は、電気的に独立した複数のサブ電極に分割されていてもよい。第１透明電極１が複数のサブ電極に分割されていると、サブ電極に対応する領域ごとに透過スペクトルを変化させることができる。第２透明電極２は、第１透明電極１と同様、電気的に独立した複数のサブ電極に分割されていてもよいし、分割されていなくてもよい。
【０１０８】
［シール部］
シール部７の材料としては、例えばＵＶ硬化型の樹脂材料を用いることができる。シール部７は、異なる材料（シール材）から形成された２つの領域を有してもよい。相対的に内側に位置する領域（「内側領域」と呼ぶ）を、相対的に外側に位置する領域（「外側領域」と呼ぶ）を形成するシール材よりも耐溶剤性の高いシール材から形成し、外側領域を、内側領域を形成するシール材よりも接着力の強いシール材から形成すると、シール部７の高い信頼性および強い接着力を両立させることができる。
【０１０９】
［製造方法］
エレクトロクロミック素子１００を製造する際、液晶パネルや色素増感型太陽電池等の製造に用いられる種々の方法・工程を用いることができる。第１基板１１および第２基板１２としてプラスチック基板（樹脂基板）を用いる場合には、ロール・ツー・ロール法によって貼り合せ工程を連続的に行うことができるので、製造コストを低減することが可能である。また、一連の工程を脱酸素乾燥雰囲気下で行うことにより、エレクトロクロミック素子１００の信頼性を向上させることができる。
【０１１０】
（実施形態２）
図１０を参照しながら、本実施形態におけるエレクトロクロミック素子２００を説明する。図１０は、エレクトロクロミック素子２００を模式的に示す断面図である。以下では、エレクトロクロミック素子２００が実施形態１のエレクトロクロミック素子１００と異なる点を中心に説明を行う。
【０１１１】
エレクトロクロミック素子２００は、第１透明電極１上に第１ナノ結晶層３を有しているが、第２透明電極２上にはナノ結晶層を有していない。つまり、エレクトロクロミック素子２００は、実施形態１におけるエレクトロクロミック素子１００の第２ナノ結晶層４が省略された構成を有している。このように、一対の透明電極（第１透明電極１および第２透明電極２）の両側ではなく、片側のみにナノ結晶層を設けてもよい。ただし、実施形態１のように、一対の透明電極の両側にナノ結晶層が設けられていることにより、以下の利点が得られる。
【０１１２】
（両側にナノ結晶層を設けることによる利点）
実施形態１のエレクトロクロミック素子１００は、一対の透明電極（第１透明電極１および第２透明電極２）の一方側および他方側に設けられた一対のナノ結晶層（第１ナノ結晶層３および第２ナノ結晶層４）を備える。これにより、一対の透明電極の一方側にのみナノ結晶層を設けた場合よりもナノ結晶粒子の総表面積が増大する。そのため、電圧印加時により多くの電荷をナノ結晶層に蓄えることができ、回路を遮断した状態（電源６からの電力供給が停止した状態）でも所望の透過スペクトルを長時間維持することができる。つまり、好適なメモリ性を実現することができる。
【０１１３】
また、実施形態１で例示したように、第１ナノ結晶粒子と第２ナノ結晶粒子とで、構成元素が同じであると、電解質層５の両側で電気化学的なバランスが取れるので、第１透明電極１、第２透明電極２および電解液５の劣化を抑制することができる。さらに、第１ナノ結晶粒子と第２ナノ結晶粒子とで構成元素が同じであることは、製造コストや製造工程の簡略化等の点でも有利である。
【０１１４】
なお、ナノ結晶層を両側に配置すると、一方側のみに配置する場合に比べ、透過スペクトルの動作シフト範囲が狭まってしまうことがある。同じエレクトミック材料を両側に配置した場合、電圧印可時に両側のエレクトロクロミック材料の透過スペクトルがお互い逆の方向にシフトするためである。
【０１１５】
これに対し、実施形態１で例示したように、第１ナノ結晶層３の厚さｔ１と、第２ナノ結晶層４の厚さｔ２とが異なっていると、透過スペクトルの動作シフト範囲を十分に広くすることができる。
【０１１６】
１つのナノ結晶層についての透過スぺクトルの動作シフト範囲を考えた場合、ナノ結晶層の厚さが小さくなるほど動作シフト範囲が狭くなる（言い換えると、ナノ結晶層の厚さが大きくなるほど動作シフト範囲が広くなる）。これは、ナノ結晶層の厚さが小さくなるほどナノ結晶層内を透過する光の光路長が短くなるためである。
【０１１７】
このように、ナノ結晶層の厚さを調整することにより動作シフト範囲を異ならせることができるので、厚さが互いに異なる一対のナノ結晶層を組み合わせて用いることにより、エレクトロクロミック素子の透過スペクトルの動作シフト範囲を十分に広くすることができる。具体的には、一方のナノ結晶層の動作シフト範囲を、他方のナノ結晶層の動作シフト範囲の半分以下にすることにより、エレクトロクロミック素子全体としての動作シフト範囲を十分に広くすることができる。
【０１１８】
なお、動作シフト範囲が狭くなることを防止するために、一方のナノ結晶層を遮蔽物により覆うことが考えられる。ただし、その場合、当然ながら、エレクトロクロミック素子が全体として透明ではなくなるので、スマートウィンドウのような用途には用いることができなくなる。
【０１１９】
十分に動作シフト範囲を広くする観点からは、第２ナノ結晶層４の透過スペクトルの波長２０００ｎｍの光に対する動作シフト範囲が、第１ナノ結晶層３の透過スペクトルの波長２０００ｎｍの光に対する動作シフト範囲の半分以下であることが好ましい。具体的には、第２ナノ結晶層４の厚さｔ２が、第１ナノ結晶層３の厚さｔ１の１％以上３０％以下であることが好ましい。
【０１２０】
（実施形態３）
実施形態１および２のエレクトロクロミック素子１００および２００は、例えばスマートウィンドウ（調光窓）に好適に用いることができる。エレクトロクロミック素子１００および２００を、窓の透光板（ガラス板やアクリル板）に重ねて設置することにより、可視光域の透過率を保持したまま、室外からの近赤外域の透過スペクトルを切り替えて日射熱取得率を制御することができる。
【０１２１】
以下、図１１を参照しながら、本実施形態におけるスマートウィンドウ３００を説明する。図１１は、スマートウィンドウ３００を模式的に示すブロック図である。
【０１２２】
スマートウィンドウ３００は、図１１に示すように、調光部２０、制御部３０、スイッチ部３２、通信部３４および電源部３６を備える。
【０１２３】
調光部２０は、エレクトロクロミック素子を含む窓状の部分であり、いわばスマートウィンドウ３００の本体部である。調光部２０の具体的な構成については後に詳述する。
【０１２４】
制御部３０は、スイッチ部３２または通信部３４から送信された信号に基づいて、調光部２０の動作を制御する。制御部３０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）や専用プロセッサ等の演算部と、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の記憶部とを備えた回路基板である。
【０１２５】
電源部３６は、制御部３０および調光部２０に電力を供給する電源回路である。電源部３６は、脱着可能な一次電池、二次電池等を含み得る。
【０１２６】
スイッチ部３２は、ユーザによる入力を受け付ける。スイッチ部３２は、例えばユーザによって操作される切替えスイッチを含み、切替えスイッチの操作に応じた信号（操作入力信号）を制御部３０に送信する。
【０１２７】
通信部３４は、外部の通信装置４０からの信号を受信する受信部を含んでいる。通信部３４は、通信装置４０と例えば無線通信により接続されている。無線通信としては、赤外線通信や、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）、Ｚ―Ｗａｖｅ（登録商標）などを用いることができる。通信装置４０は、リモートコントローラ等の端末装置である。通信部３４と通信装置４０との間の通信は、通信装置４０から通信部３４に、調光部２０の制御に関する信号が一方的に送られる片方向通信であってもよいし、双方向通信であってもよい。双方向通信の場合、例えば、調光部２０のエラー信号を通信装置４０に送り、その内容を通信装置４０で表示可能とすることができる。双方向通信を行う場合、通信部３４は、受信部に加えて送信部を含む。
【０１２８】
調光部２０の制御は、上述したように、スイッチ部３２や通信装置４０から手動で行うことができる。あるいは、調光部２０の状態を自動的および／または定期的に切り替えてもよい。例えば、スマートウィンドウ３００内にタイマ部（例えば時計）を設けることによって、スイッチ部３２や通信部３４を設けずに、調光部の状態を定期的に切り換えることができる。また、各地域の天気や気温に関するインターネット上の情報を利用して、近赤外光の室内への取り込みを制御してもよい。具体的には、例えば、スマートウィンドウ３００を設置する住所に対応する天気や気温の情報をサービスとして配信し、これを通信装置４０または直接通信部３４で受信して調光部２０の制御に利用することができる。また、インターネット上の情報を用いる代わりに、通信装置４０または通信部３４を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、消費電力等を管理して、調光部２０の動作に反映させてもよい。
【０１２９】
続いて、図１２Ａおよび図１２Ｂを参照しながら、調光部２０の具体的な構成を説明する。以下では、調光部２０が実施形態１のエレクトロクロミック素子１００を含む場合を例示する。また、図１２Ａでは、第１透明電極１、第１ナノ結晶層３、電解質層５、第２ナノ結晶層４および第２透明電極２の積層構造を１つの調光層９として示している。
【０１３０】
調光部２０は、図１２Ａおよび図１２Ｂに示すように、エレクトロクロミック素子１００と、ガラス板（透光板）２１と、グレージングチャンネル（「グレチャン」と呼ばれることもある）２２とを有する。
【０１３１】
ガラス板２１は、例示しているように典型的には矩形状である。なお、ここでは透光板としてガラス板２１を例示しているが、透光板はこれに限定されるものでなく、透光性を有する板状の部材であればよい。例えば、透光板としてアクリル板を用いてもよい。
【０１３２】
エレクトロクロミック素子１００は、接着層２３を介してガラス板２１に貼り合わされている。接着層２３は、糊剤、ＵＶ硬化樹脂等から形成される。エレクトロクロミック素子１００は、典型的には、ガラス板２１と同じ外形を有している。図示している例では、エレクトロクロミック素子１００は、ガラス板２１の屋内側に配置されている。言い換えると、ガラス板２１はエレクトロクロミック素子１００の屋外側に配置されている。エレクトロクロミック素子１００は、上述した電源部３６に配線２４を介して電気的に接続されている。
【０１３３】
グレージングチャンネル２２は、ガラス板２１の周縁部およびエレクトロクロミック素子１００の周縁部を囲む（挟む）ように配置されている。
【０１３４】
ガラス板２１、エレクトロクロミック素子１００およびグレージングチャンネル２２は、框（図１２Ａおよび図１２Ｂでは不図示）によって支持される。図１３Ａおよび図１３Ｂに、框２８が配置された状態を示す。
【０１３５】
図１３Ａおよび図１３Ｂに示すように、框２８は、ガラス板２１、エレクトロクロミック素子１００およびグレージングチャンネル２２を支持する枠状の支持体である。ガラス板、エレクトロクロミック素子１００およびグレージングチャンネル２２は、一体的に框２８に組み付けられている。グレージングチャンネル２２は、ガラス板２１およびエレクトロクロミック素子１００と、框２８との間に位置しており、ガラス板２１およびエレクトロクロミック素子１００と框２８との隙間を塞いで気密性および水密性を確保している。
【０１３６】
スマートウィンドウ３００では、屋外からガラス板２１を介して屋内に入射する近赤外光の透過率をエレクトロクロミック素子１００で調節することにより、日射熱取得率を制御することができる。
【０１３７】
ガラス板（透光板）２１の法線方向から見たとき、エレクトロクロミック素子１００のシール部７は、図１２Ａおよび図１３Ａに示すように、グレージングチャンネル２２からはみ出ないように配置される（つまりグレージングチャンネル２２に重なっている）ことが好ましい。これにより、シール部７が外部から見えなくなるので、スマートウィンドウ５００の意匠性を高くすることができる。
【０１３８】
既に説明したように、エレクトロクロミック素子１００の第１ナノ結晶層３および第２ナノ結晶層４のそれぞれの透過スペクトルは、印加電圧の変化に応じて変化する。第１ナノ結晶層３および第２ナノ結晶層４のうちの、印加電圧の変化に応じた透過スペクトルの変化が相対的に大きい方のナノ結晶層（ここでは第１ナノ結晶層３）が、相対的に小さい方のナノ結晶層（ここでは第２ナノ結晶層４とガラス板（透光板）２１との間（つまり屋外側）に位置していることが好ましい。これにより、太陽からの近赤外光を、電解質層５に入射する前に効率よく遮断することができるので、スマートウィンドウ３００の耐久性を向上させることができる。
【０１３９】
なお、本開示の実施形態によるエレクトロクロミック素子は、窓ガラス以外のものに設置されてもよく、例えば、農業用のビニールハウスに設置されてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１４０】
本開示の実施形態によると、ナノ結晶層を備えたエレクトロクロミック素子の信頼性を向上させることができる。
【符号の説明】
【０１４１】
１    第１透明電極
２    第２透明電極
３    第１ナノ結晶層
４    第２ナノ結晶層
５    電解液
６    電源
７    シール部
９    調光層
１１    第１基板
１２    第２基板
２０    調光部
２１    透光板（ガラス板）
２２    グレージングチャンネル
２３    接着層
２４    配線
２８    框
３０    制御部
３２    スイッチ部
３４    通信部
３６    電源部
４０    通信装置
１００、２００    エレクトロクロミック素子
３００    スマートウィンドウ
９００    エレクトロクロミック素子
９０１    第1透明電極
９０２    第２透明電極
９０３    ナノ結晶層
９０５    電解液
９０６    電源
９０７    シール部
９０８    スペーサ
９１１    第１基板
９１２    第２基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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