(57)【要約】【課題】  階調制御を容易に行うことができるエレクトロクロミック素子を提供する。【解決手段】  一対の電極と、前記一対の電極の間に設けられた電解質およびエレクトロクロミック材料を有するエレクトロクロミック層と、前記エレクトロクロミック層の周囲を囲むスペーサとを有するエレクトロクロミック素子であって、前記エレクトロクロミック層の厚さを変化させる変化機構を有するエレクトロクロミック素子。前記変化機構は少なくとも１つの電極の外側に形成された透明基板に設けられており、前記変化機構により一対の電極間の距離を変化させることにより、前記エレクトロクロミック層の厚さを変化させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の電極と、前記一対の電極の間に設けられた電解質およびエレクトロクロミック材料を有するエレクトロクロミック層と、前記一対の電極の間に配置されている可撓部材とを有するエレクトロクロミック素子であって、前記エレクトロクロミック層の厚さを変化させる変化機構を有することを特徴とするエレクトロクロミック素子。
【請求項２】
前記可撓部材は、前記エレクトロクロミック層の周囲を囲むように配置されている請求項１に記載のエレクトロクロミック素子。
【請求項３】
前記変化機構は少なくとも１つの電極の外側に形成された透明基板に設けられており、前記変化機構により一対の電極間の距離を変化させることにより、前記エレクトロクロミック層の厚さを変化させることを特徴とする請求項１または２に記載のエレクトロクロミック素子。
【請求項４】
前記変化機構は前記可撓部材に設けられており、前記変化機構により前記可撓部材を変化させることにより、前記エレクトロクロミック層の厚さを変化させることを特徴とする請求項１に記載のエレクトロクロミック素子。
【請求項５】
前記変化機構はアクチュエータであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のエレクトロクロミック素子。
【請求項６】
前記エレクトロクロミック層は、複数種のエレクトロクロミック材料を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のエレクトロクロミック素子。
【請求項７】
前記エレクトロクロミック層は液体またはゲルであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のエレクトロクロミック素子。
【請求項８】
前記エレクトロクロミック層には、前記液体またはゲルからなるエレクトロクロミック層の厚さが変化した場合に、余分の前記液体またはゲルを収容するためのバッファ部が連結されていることを特徴とする請求項７に記載のエレクトロクロミック素子。
【請求項９】
前記エレクトロクロミック層の厚さを変化させることで、前記エレクトロクロミック素子の光透過率を制御することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載のエレクトロクロミック素子。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれかに記載のエレクトロクロミック素子と、前記エレクトロクロミック素子に接続されている能動素子とを有することを特徴とする光学フィルタ。
【請求項１１】
請求項１０に記載の光学フィルタと、前記光学フィルタを通過した光を受光する受光素子とを有することを特徴とする撮像装置。
【請求項１２】
請求項１０に記載の光学フィルタと、複数のレンズを有する光学系とを有することを特徴とするレンズユニット。
【請求項１３】
一対の電極と前記一対の電極の間に電解質およびエレクトロクロミック材料を有するエレクトロクロミック層を有し、前記エレクトロクロミック層の厚さを変化させる変化機構を有するエレクトロクロミック素子の駆動方法であって、前記変化機構によって前記エレクトロクロミック層の厚さを変化させることにより、前記エレクトロクロミック素子の透過率を変化させることを特徴とするエレクトロクロミック素子の駆動方法。
【請求項１４】
前記変化機構により前記一対の電極の間の距離を１０Ｈｚ以上の周波数で繰り返し変動させることを特徴とする請求項１３に記載のエレクトロクロミック素子の駆動方法。
【請求項１５】
前記変化機構によりエレクトロクロミック素子を１０Ｈｚ以上の周波数で繰り返し振動させ、前記エレクトロクロミック層の厚さを変化させることを特徴とする請求項１３に記載のエレクトロクロミック素子の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエレクトロクロミック素子および光学フィルタに関し、特に光路長を制御する機構を備えた有機エレクトロクロミック素子、その駆動方法およびそれを用いた光学フィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
エレクトロクロミック（ＥＣ）現象とは、電圧を加えた時に生ずる可逆的な電気化学反応（酸化反応あるいは還元反応）の誘起により、物質の光吸収域が変化し、物質が着色又は消色する現象をいう。かかるエレクトロクロミック現象を利用する電気化学的着色／消色素子をエレクトロクロミック素子と称し、光透過率を変化させる調光素子として、応用が期待されている。
【０００３】
ＥＣ材料としては、ＷＯ３等の金属酸化物を用いるものが知られているほか、導電性高分子を用いたＥＣ素子や、ビオロゲン等の有機低分子を用いたＥＣ素子（特許文献１）などが知られている。このうち、低分子系有機材料を溶液状態で着色／消色する有機ＥＣ素子は、着色状態において十分なコントラスト比が得られる一方で、消色状態の透過率が高いなどの利点が知られている。
【０００４】
溶液からなる低分子系有機ＥＣ材料は着色により可視光領域に吸収を持つが、一つの材料が可視光領域に持つ吸収ピークは１または２本である。そのため、色の制御は異なる吸収を持つ複数の材料を混合して行われる。
【０００５】
有機ＥＣ素子を調光素子に用いた場合、色の段階（階調）の制御が必要である。階調は有機ＥＣ材料の電気化学的反応量で決まり、反応量は電気的制御（印加電圧）よって調整される。
【０００６】
また、非特許文献１には、酸化反応により着色していく過程で吸収スペクトルを変化させる材料が報告されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭５１−１４６２５３号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】“Ｃｈｅｍ．Ｍａｔｅｒ．”１９９２，４，１１０６から１１１３頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に記載のエレクトロクロミック素子は、電圧を印加することでＥＣ材料の透過率を制御する素子である。素子にかかる電圧を制御することでＥＣ材料の電気化学反応を制御し、透過率を制御することが記載されている。
【００１０】
しかし、電気化学反応を制御するのみでは、素子の光の透過率を十分に制御できない場合がある。
【００１１】
本発明は、この様な背景技術に鑑みてなされたものであり、ＥＣ素子の電極の間の距離を変化させることで、光の透過率を制御できるエレクトロクロミック素子、その駆動方法および光学フィルタを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
よって、本発明は、一対の電極と、前記一対の電極の間に設けられた電解質およびエレクトロクロミック材料を有するエレクトロクロミック層と、前記エレクトロクロミック層の周囲を囲むスペーサとを有するエレクトロクロミック素子であって、前記エレクトロクロミック層の厚さを変化させる変化機構を有することを特徴とするエレクトロクロミック素子を提供する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、階調制御を容易に行うことができるエレクトロクロミック素子、その駆動方法および光学フィルタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の有機ＥＣ素子の一実施態様を示す模式図である。
【図２】本発明の有機ＥＣ素子の階調を示した模式図である。
【図３】本発明の有機ＥＣ素子のスペーサの機構を示す模式図である。
【図４】有機ＥＣ素子の着色層の形成を示した図である。
【図５】本発明の有機ＥＣ素子の他の実施態様を示す模式図である。
【図６】本発明の有機ＥＣ素子の他の実施態様を示す模式図である。
【図７】有機素子の消色速度を示す図である。
【図８】本発明の有機ＥＣ素子の他の実施態様を示す模式図である。
【図９】本発明の有機ＥＣ素子の他の実施態様を示す模式図である。
【図１０】本発明の光学フィルタを用いたレンズユニット、及びレンズユニットを有する撮像装置を示す模式図である。
【図１１】本発明の光学フィルタを内蔵した撮像装置を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明は、一対の電極と、前記一対の電極の間に設けられた電解質およびエレクトロクロミック材料を有するエレクトロクロミック層と、前記一対の電極の間に配置されている可撓部材とを有するエレクトロクロミック素子である。
【００１６】
このエレクトロクロミック層の厚さを変化させる変化機構を有することを特徴とする。
【００１７】
本発明に係るエレクトロクロミック素子（「ＥＣ素子」とも略記す。）としては、エレクトロクロミック材料（「ＥＣ材料」とも略記す。）として無機材料および有機材料を用いたものが挙げられるが、特にＥＣ材料として有機材料を用いた有機エレクトロクロミック素子（「有機ＥＣ素子」とも略記す。）が好ましい。
【００１８】
可撓部材はエレクトロクロミック層の周囲を囲むように配置されていることが好ましい。
【００１９】
また、本発明に係るエレクトロクロミック素子の駆動方法は、一対の電極と前記一対の電極の間に電解質およびエレクトロクロミック材料を有するエレクトロクロミック層を有し、前記一対の電極の間の距離を変化させる変化機構を有するエレクトロクロミック素子の駆動方法である。前記変化機構によって前記エレクトロクロミック層の厚さを変化させることにより、前記エレクトロクロミック素子の透過率を変化させることを特徴とする。前記変化機構により前記一対の電極の間の距離を１０Ｈｚ以上の周波数で繰り返し変動させることが好ましい。
【００２０】
以下に本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本発明の有機ＥＣ素子の一実施態様を示す模式図である。図１に示すように、本発明の有機ＥＣ素子は、一対の透明電極３、５を形成した一対の透明基板２、６を電極面が対向するようスペーサ４を介して貼り合せて構成されている。前記一対の透明電極３、５とスペーサ４で形成された空隙内に電解質および有機ＥＣ材料を溶媒に溶解した有機ＥＣ層７が存在する構造である。有機ＥＣ素子１は、支持台９によって固定されている。支持台９と透明基板の間には変化機構８が存在する。
【００２２】
透明電極３、５は外部電源１２に接続され、両電極間に電圧を印加することで、有機ＥＣ材料は電気化学的反応を起こす。
【００２３】
有機ＥＣ材料は、電圧未印加の状態で中性状態を取り、可視光領域に吸収を持たない。このような消色状態において、有機ＥＣ素子は高い透過率を示す。両電極間に電圧を印加することで有機ＥＣ材料中で電気化学反応が起き、中性状態から酸化状態あるいは還元状態となる。有機ＥＣ材料は酸化・還元状態で可視光領域に吸収を有すようになり、着色する。このような着色状態において、有機ＥＣ素子は低い透過率を示す。
【００２４】
以下、有機ＥＣ材料として酸化反応により中性種からカチオンを形成して着色する材料を想定し、透過率の制御について説明する。
【００２５】
有機ＥＣ素子の透過率は、下記の式（１）に示すランベルト・ベールの法則に従う。
【００２６】
【数１】
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【００２７】
式中、Ｔは透過率［％］、ＯＤは光学濃度、εはカチオンのモル吸光係数、ｃは生成したカチオンの濃度、Ｌは光路長である。
【００２８】
式（１）から分かるように有機ＥＣ素子の透過率はカチオンの濃度で調整される。また、カチオンの濃度は電気化学反応で調整される。
【００２９】
電気化学反応において、材料は中性状態とカチオン状態の間を行き来する場合、材料自身が持つ酸化に要する電位（酸化電位）よりも正な（大きな）電位を与えることで、材料は中性状態から酸化し、カチオンとなる。反対に還元電位よりも負な（小さな）電位を与えることで、材料はカチオン状態から中性状態へと戻る。
【００３０】
酸化電位と還元電位は室温・一電子反応での理想状況で約６０ｍＶのずれを示す。特に酸化電位と還元電位の和の１／２を酸化還元電位と呼ぶ。電気化学反応では、材料の酸化電位に対して、より大きな電位を与えるほど、酸化反応が進みやすい。速度論的な平衡状態が電位によって変わるため、経験的に酸化電位の大きさによってカチオンの濃度を適宜調整することが可能である。即ち印加する電圧の大きさを調整することで、カチオンの濃度を調整し、透過率の変化量を調整することができる。
【００３１】
一方で、カチオンの濃度を制御因子に用いる場合、非特許文献１のようにダイマーを形成する材料では中間調が変化しやすいこと、また、複数の材料を混合した場合に、各材料の酸化電位のずれに起因して、カチオンの濃度の制御が難しくなることが課題となる。
【００３２】
そこで本発明では、カチオンの濃度ｃではなく、光路長Ｌを制御因子に利用する。式（１）から自明なように、カチオンの濃度ｃがある状態のときに、光路長Ｌを変化させれば透過率の制御が可能である。特に、本発明は、有機ＥＣ素子の光路長をもって階調の制御を行うため、着色状態の吸収スペクトルの形状、即ち吸収の強度比を大きく変動させることなく、中間調を維持することが可能である。そのために、本発明では光路長Ｌの変化を、ＥＣ層の厚さを変化せることにより行う。
【００３３】
変化機構８は、可動・変形することで透明基板同士の間隔（光路長）を制御する。支持台９は外部に固定され不動であり、変化機構８の動作による圧力を透明基板に伝達させる。
【００３４】
本発明に係るＥＣ素子は、電極の距離を変化させることで、素子の透過率を変化させることができるので、非特許文献１に開示されているような材料単体には、酸化反応により着色していく過程で吸収スペクトルを変化する材料を用いることができる。
【００３５】
電気化学反応のみで透過率を制御する場合、生成したラジカル種同士が二量体（ダイマー）を形成するような材料により、中間状態の階調（中間調）の制御は困難となる場合がある。
【００３６】
また、複数の材料を混合した場合では、材料毎の酸化電位が異なるため、印加する電圧によって材料毎の着色状態にずれが生じてくる。暗い階調を表現するために印加電圧を大きくした場合は、全ての材料で酸化電位を越えて着色するが、明るい階調を表現するために印加電圧を小さくした場合は、ある材料は酸化電位を越えて着色するが、ある材料は酸化電位を越えず着色しない場合が考えられる。
【００３７】
そのために、複数の材料を使用する場合には、ダイマーを形成しない材料や酸化電位の揃った材料を用いることが好適であるが、そのために材料の選択の幅を大きく狭めてしまう。
【００３８】
すなわち、本発明に係るＥＣ素子が、複数種のＥＣ材料を有するエレクトロクロミック層を有するＥＣ素子である場合でも、中間状態の階調を適切に表現することができる。
【００３９】
本発明に係る光学フィルタは、上記のエレクトロクロミック素子と、前記エレクトロクロミック素子に接続されている能動素子とを有することを特徴とする。
【００４０】
本実施形態において能動素子とは、トランジスタやＭＩＭ素子等が挙げられる。トランジスタは活性層として単結晶シリコン、アモルファスシリコン、微結晶シリコンなどの非単結晶シリコン、インジウム亜鉛酸化物、インジウムガリウム亜鉛酸化物等の非単結晶酸化物半導体が挙げられる。トランジスタは、薄膜トランジスタであってもよい。薄膜トランジスタはＴＦＴ素子とも呼ばれる。
【００４１】
光学フィルタは、カメラの如き撮像装置に用いられてもよい。撮像装置に用いられる場合、光学フィルタは、撮像装置本体に設けられても、レンズユニットに設けられてもよい。
【００４２】
本実施形態に係る撮像装置は、光学フィルタとこの光学フィルタを通過した光を受光するための受光素子とを有する。
【００４３】
本実施形態に係るレンズユニットは、光学フィルタと、複数のレンズを有する光学系を有する。この光学フィルタを通過した光が複数のレンズを通過しても、複数のレンズを通過した光がこの光学フィルタを通過してもよい。
【実施例】
【００４４】
以下に、本発明の実施の形態を図に基づいて詳細に説明する。
【００４５】
（実施例１）
図１は、本発明の有機ＥＣ素子の一実施形態を模式的に示す図である。また、本発明の有機ＥＣ素子の階調を示した模式図である。
【００４６】
本発明の有機ＥＣ素子１は、図１に示すように、一対の透明電極３、５を形成した一対の透明基板２、６を電極面が対向するよう可撓部材であるスペーサ４を介して貼り合せ、一対の透明電極３、５とスペーサ４で形成された空隙内に電解質と有機ＥＣ材料を溶媒に溶解した有機ＥＣ層７が存在する構造である。
【００４７】
有機ＥＣ素子１は、支持台９によって固定されている。変化機構８は少なくとも１つの電極の外側に形成された透明基板に設けられており、前記変化機構により一対の電極間の距離を変化させることにより、ＥＣ層７の厚さを変化させる。図１では、支持台９と透明基板間の少なくとも一部には変化機構８が存在する。
【００４８】
透明電極３、５は外部電源１２に接続され、両電極間に電圧を印加することで、有機ＥＣ材料は電気化学的反応を起こす。
【００４９】
図２は、本実施形態の有機ＥＣ素子の駆動を模式的に示し、図２（ａ）は消色状態を、図２（ｂ）は着色状態を、図２（ｃ）は図２（ａ）と図２（ｂ）の中間調を示す模式図である。有機ＥＣ素子は、電圧未印加で図２（ａ）の消色状態を取る。有機ＥＣ材料の着色が無く、着色に伴う可視光域での吸収が生じないため、高い透過率を示す。消色状態から電圧を印加して有機ＥＣ材料を酸化・着色させると図２（ｂ）の着色状態となる。図２（ｂ）では、酸化反応が十分に生じ、有機ＥＣ層の厚み方向全般に渡って着色している状態を示している。可視光領域での吸収が生じるため、透過率が減少する。有機ＥＣ材料の濃度や光路長の取り方でコントラスト比を大きく稼ぐことが可能である。図２（ｃ）は、図２（ｂ）の状態から変化機構８の動作によって、透明電極間の距離が狭められ、有機ＥＣ層７の厚さが小さくなり、光路長が小さくなった状態である。図２（ｂ）で形成された色の状態で光路長だけを変化させたため、吸収スペクトルを大きく乱すことなく中間調を表示することが可能である。また、有機ＥＣ層７の厚さを制御することにより、光路長の細かい制御でより多くの階調を表示することができる。有機ＥＣ層の厚さを変化させることで、有機ＥＣ素子の光透過率を制御することができる。
【００５０】
有機ＥＣ素子を調光素子に用いる場合、階調を大きくするためには、消色状態で高い透過率を保つことが好ましい。そのため、透明基板や透明電極には可視光を十分に透過させる材料を用いることがより好ましい。
【００５１】
基板には透明基板を用いるのが好ましい。透明基板２，６にはガラス材が用いられ、Ｃｏｒｎｉｎｇ＃７０５９やＢＫ−７等の光学ガラス基板を好適に使用することができる。
【００５２】
また、プラスチックやセラミック等の材料としては透明性があれば適宜使用が可能である。透明基板は変化機構から力を直接受けるため、剛性で歪みを生じることが少ない材料が好ましい。また、基板として可撓性が少ないことがより好ましい。透明基板の厚みは、数十μｍから数ｍｍである。
【００５３】
電極には透明電極を用いるのが好ましい。透明電極３、５は可視光領域における高い光透過性とともに高い導電性を有した材料が好ましい。これら材料として、酸化インジウムスズ合金（ＩＴＯ）、酸化スズ（ＮＥＳＡ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、酸化銀、酸化バナジウム、酸化モリブデン、金、銀、白金、銅、インジウム、クロムなどの金属や金属酸化物、多結晶シリコン、アモルファスシリコン等のシリコン系材料、カーボンブラック、グラファイト、グラッシーカーボン等の炭素材料などを挙げることができる。
【００５４】
また、ドーピング処理などで導電率を向上させた導電性ポリマー（例えば、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）とポリスチレンスルホン酸の錯体など）も好適に用いられる。
【００５５】
本発明の有機ＥＣ素子においては、消色状態で高い透過率を有することが好ましいため、可視光領域に光吸収を示さないＩＴＯ、ＩＺＯ、ＮＥＳＡ、導電率を向上させた導電性ポリマーが特に好ましく用いられる。これらはバルク状、微粒子状など様々な形態で使用できる。尚、これらの電極材料は、単独で使用してもよく、あるいは複数併用してもよい。
【００５６】
スペーサ４は、有機ＥＣ素子の電極間の調整をすることにより、ＥＣ層の厚さを調整する。スペーサは可撓部材である。スペーサ４は電極の光路となる部分を避けて外周を囲繞するように配置される。
【００５７】
このような場合、スペーサ４は有機ＥＣ材料を含む溶液が外部に漏れ出すことがないよう、シール材の役割を兼ねても良い。また、電極面における透過光量のムラを気にしなくても良い用途においては、スペーサ４は電極の光路となる部分に配置されても構わない。
【００５８】
図３は、本発明の有機ＥＣ素子のスペーサの機構を示す模式図である。図３ではスペーサ４の具体的な動作を示す一例を示すものであり、変化機構８の動作による電極間隔の変化に応じて自身を撓ませたり伸縮させたりして変形させる。スペーサ４の変形としては、定常位置から圧縮方向に変形し元の位置に戻る、定常位置から伸長方向に変形し元の位置に戻る、圧縮伸長両方向に変形し元の位置に戻る、などが挙げられる。
【００５９】
図３（ｂ）のように、電極間隔が小さくなり、ＥＣ層の厚さが小さくなった場合は、溶液はスペーサの変形により生じた外周のスペースに逃げる。図３（ａ）のように、電極間隔が元に戻った場合は、スペーサとともに溶液も元の状態に収まる。スペーサの変形により、溶液の体積が一定であっても電極間隔とＥＣ層の厚さを変化させることが可能である。
【００６０】
スペーサとしては、電極間隔の変化に追従できるように、弾性を有することが好ましい。また、スペーサは可撓性を有することが好ましい。また、有機ＥＣ材料を溶解している溶液に対して耐性を有することが好ましい。
【００６１】
好適なスペーサの材料としては、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、ブチルゴム、ニトリルゴム、エチレン・プロピレンゴム、クロロプレンゴム、アクリルゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、エチレン・酢酸ビニルゴム、エピクロムヒドリンゴムの様な各種のゴム材料が挙げられる。
【００６２】
また、材質そのものは剛性を有していても、蛇腹のように構造体として構成することで伸縮性を示す材料であっても構わない。具体的な構造例としては、「く」の字のように２辺をもって折れ曲がったような構造で、力の伝達に対して、２辺の角度を変化させるものが好ましい。
【００６３】
このような構造における材質として、公知である各種汎用プラスチック、エンジニア・プラスチック、スーパーエンジニアリング・プラスチックの様な樹脂材料が挙げられる。また、ガラスやアルミナ、ジルコニア、フェライト、フォルステライト、ジルコン、ステアタイト、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素、の如くの各種セラミック材料が挙げられる。また、各種金属材料が挙げられる。
【００６４】
有機ＥＣ層７は電解質と有機ＥＣ材料を溶媒に溶解したものから構成される。
【００６５】
溶媒としては、電解質を溶解できるものであれば特に限定されないが、特に極性をするものが好ましい。具体的には水や、メタノール、エタノール、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジメチルスルホキシド、ジメトキシエタン、アセトニトリル、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、スルホラン、ジメチルホルムアミド、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、アセトニトリル、プロピオンニトリル、ジメチルアセトアミド、メチルピロリジノン、ジオキソラン等の有機極性溶媒が挙げられる。
【００６６】
電解質としては、イオン解離性の塩で、良好な溶解性を示し、有機ＥＣ材料の着色を確保できる程度に電子供与性を有するカチオンあるいはアニオンを含む塩であれば特に限定されない。各種のアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩などの無機イオン塩や４級アンモニウム塩や環状４級アンモニウム塩などがあげられる。
【００６７】
具体的にはＬｉＣｌＯ４、ＬｉＳＣＮ、ＬｉＢＦ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＰＦ６、ＬｉＩ、ＮａＩ、ＮａＳＣＮ、ＮａＣｌＯ４、ＮａＢＦ４、ＮａＡｓＦ６、ＫＳＣＮ、ＫＣｌ等のＬｉ、Ｎａ、Ｋのアルカリ金属塩等や、（ＣＨ３）４ＮＢＦ４、（Ｃ２Ｈ５）４ＮＢＦ４、（ｎ−Ｃ４Ｈ９）４ＮＢＦ４、（Ｃ２Ｈ５）４ＮＢｒ、（Ｃ２Ｈ５）４ＮＣｌＯ４、（ｎ−Ｃ４Ｈ９）４ＮＣｌＯ４等の４級アンモニウム塩および環状４級アンモニウム塩等が挙げられる。これらの電解質材料は、単独で使用してもよく、あるいは複数併用してもよい。
【００６８】
また、有機ＥＣ材料には、溶媒に対して溶解性を有し、電気化学的な反応で着色と消色を表現できるものであれば、どのようなものであっても構わない。
【００６９】
公知の酸化／還元着色性ＥＣ材料を使用することができる。有機ＥＣ素子を調光素子に用いた場合、透過率コントラストと波長平坦性が求められる。これらを考慮して有機ＥＣ材料はできるだけ消色状態での透過率が高く、且つ着色効率（注入電荷量に対する光学濃度の比）が高い材料を用いることが好ましい。さらに、波長平坦性という点では一つの材料で平坦な吸収を実現することが難しい場合は、複数の材料を併用することも可能である。
【００７０】
有機ＥＣ材料の具体例としては、例えば、ビオロゲン色素、スチリル色素、フルオラン色素、シアニン色素、芳香族アミン色素等の有機色素、金属−ビピリジル錯体、金属−フタロシアニン錯体等の有機金属錯体等を使用することができる。
【００７１】
また、無機ＥＣ材料を溶液に分散させたものを用いることも可能である。無機ＥＣ材料としては、例えば、酸化タングステン、酸化バナジウム、酸化モリブデン、酸化イリジウム、酸化ニッケル、酸化マンガン、酸化チタン等を挙げることができる。
【００７２】
有機ＥＣ層７は液体またはゲルであることが好ましい。有機ＥＣ層７は、好適には上記からなる溶液状態として用いられるが、ゲル状の状態で用いることも可能である。ゲル化には、溶液にさらにポリマーやゲル化剤を含有させる。上記ポリマー（ゲル化剤）としては、特に限定されず、例えばポリアクリロニトリル、カルボキシメチルセルロース、ポリ塩化ビニル、ポリ臭化ビニル、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリウレタン、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリアミド、ポリアクリルアミド、ポリエステル、ポリフッ化ビニリデン、ナフィオンなどが挙げられる。このように有機ＥＣ層７として粘稠若しくはゲル状としたもの等を用いることができる。
【００７３】
また、上記のような混合状態で使用する他、透明かつ柔軟な網目構造を有した構造体（例えばスポンジ状のもの）にこれら溶液を担持させても良い。
【００７４】
変化機構８は、ＥＣ層の厚さである光路長を制御するための機構である。変化機構８は支持台９と透明基板の間の少なくとも一部に配置され、支持台９に接続する部分を支点にして、透明基板側に力を伝達する機構を備える。変化機構が透明基板へ押す力あるいは引く力を伝達することで、電極間隔が制御され、有機ＥＣ層の厚さが制御される。着色した状態から上記動作を行うことで、中間調の表現が可能である。
【００７５】
このような変化機構８として、電気式、油圧式、空気圧式のメカニカルな各種のアクチュエータを用いることが可能である。
【００７６】
また、電気的な通電（電圧の印加）に対して材料として伸縮変形を示すアクチュエータを用いることも可能である。具体例としては、圧電型のアクチュエータのように電場に対して分極し、結晶構造を変化させることで歪をもたらすものが挙げられる。また、イオン移動型の高分子アクチュエータのように、電場に対してイオンが移動し、体積変化で歪をもたらすもの、誘電エラストマー型の高分子アクチュエータのように、電場に対して静電力を発生させて歪をもたらすものも挙げられる。また、液晶型のアクチュエータのように、電場に対して分子配向を変化させて歪をもたらすもの、形状記憶合金のように通電による熱発生（温度変化）に伴い、結晶構造の相変態を生じて歪をもたらすものも挙げられる。
【００７７】
また、バイメタルや熱駆動アクチュエータのように、通電による熱発生に伴い、熱膨張して歪をもたらすものもある。また、ハイドロゲルのように、電気刺激の入力に対して、水分などの溶媒を吸放出することで歪をもたらすものも挙げられる。
【００７８】
また水素吸蔵合金材料のように、温度域に対して水素を吸蔵・放出することで歪をもたらすもの、など各種の形態を挙げることができる。いずれのアクチュエータもサイズや応答速度に制限を付けなければ、本発明で十分使用可能なものである。
【００７９】
このうち、圧電型のアクチュエータは、高速かつ精密な制御が可能であることから、特に好ましい。圧電型のアクチュエータでは、材料的な伸縮量が小さいため、十分な変位量を稼ぐために、ユニモルフ・バイモルフ形状で屈曲動作する形式での使用がより好ましい。
【００８０】
また、高分子アクチュエータも、材料自身の伸縮量および発生力が大きいため、より小型にできるため好ましい。高電圧に対する電気的絶縁が確保できれば、誘電エラストマー型の高分子アクチュエータは高速かつ大変位であり、より好ましい。
【００８１】
支持台９は、変化機構８の力が確実に透明基板に伝達するための支持点として機能する。支持台９は剛性な材料であることが好ましい。有機ＥＣ素子１は支持台９までを含んだ一つのモジュールであると考えても良いし、また、支持台９は、有機ＥＣ素子１を組み入れる、機器筐体の一部であると考えても良い。有機ＥＣ素子１は、初期状態において、支持台９を介して一定の圧力を受けている。このため、スペーサ４が一対の透明電極間で押圧されているため、内部の溶液が漏出することが無い。
【００８２】
本発明の有機ＥＣ素子として取り得る、有機ＥＣ層の厚さである電極間隔（光路長）の大きさについて説明する。図４は有機ＥＣ素子の消色状態から着色状態になる過程での、電極間隔中での着色部分の厚みの変化を示した図である。
【００８３】
有機ＥＣ材料に電圧を印加した場合、片側の電極上で、有機ＥＣ材料の酸化あるいは還元反応が生じる。着色した有機ＥＣ材料は、拡散により、徐々にもう一方の電極へと移動していく。このため、拡散に応じて電極間隔中での着色部分の厚みが大きくなっていく。
【００８４】
図４の有機ＥＣ素子は、ガラス透明基板上に、ＩＴＯ透明電極が形成されたものを、テフロン（登録商標）スペーサを介して３００μｍで貼り合せ、中に有機ＥＣ材料を含む溶液を注入したものである。
【００８５】
溶液は、炭酸プロピレン有機溶媒中に、ＬｉＣｌＯ４（電解質）と、エチルビオロゲン・ジ過塩素酸（有機ＥＣ材料）を溶解したものを用いた。ビオロゲン類は中性状態から還元反応によってラジカルアニオンを形成し、青色に着色することが知られている。ＬｉＣｌＯ４の濃度は０．１Ｍであり、エチルビオロゲンの濃度は３０ｍＭとした。
【００８６】
上記有機ＥＣ素子に一定電圧を印加して着色していく過程を、素子断面で観察し、電極間隔中での着色部分の、時間に対する変化をプロットした。
【００８７】
図４から上記有機ＥＣ素子では５秒で８０μｍにまで着色部分が広がった。反応時間をより長くしたり、電極構造の工夫により、電極間隔中での着色部分をさら広げることも可能である。
【００８８】
ここで、有機ＥＣ素子の初期状態での電極間隔（有機ＥＣ層の厚さ：光路長）を１００μｍとした場合を考える。図４と同条件で着色し、５秒後に電圧を保持する等で電気化学反応を平衡状態に保つ。その状態で電極間隔（有機ＥＣ層の厚さ：光路長）を４０μｍにまで小さくすれば、式（１）に従い、有機ＥＣ素子の光学濃度（ＯＤ）は１００μｍの時に比べて半分近く減少し、ＯＤの変化に従い、透過率も変化する。
【００８９】
光路長制御のタイミングは、必ずしも電圧印加後でなくても良く、光路長を変化させた後に電圧を印加するなど、両者の制御のタイミングは適宜選択可能である。
【００９０】
本発明の有機ＥＣ素子において、有機ＥＣ層の厚さは０．１μｍ以上１０００μｍ以下、好ましくは１μｍ以上１００μｍ以下が望ましい。また、光路長制御のための有機ＥＣ層の厚さの変化量は、上記有機ＥＣ層の厚さの１％以下、好ましくは０．０１％の分解能で制御できることが好ましい。例えば減光（Ｎｅｕｔｒａｌ  Ｄｅｎｓｉｔｙ）フィルタは光量を１／２ｎ（ｎは整数）にできるものが市販されている。有機ＥＣ素子は光量調整を一つの素子で行うことが可能であり、減光量を１／２から１／６４に制御できれば汎用な各種撮像系に使用可能である。
【００９１】
有機ＥＣ層の厚さを１００μｍとし、１００μｍでの減光量が１／６４であるとすれば、１／６４を１／２にするためには１００μｍから１６．７μｍにまで有機ＥＣ層の厚さを小さくできれば良い。減光量に応じて有機ＥＣ層の厚さの変化の分解能を適宜選択すれば良い。
【００９２】
特に、本発明の構成では、有機ＥＣ素子の材料単体、或いは、複数の材料間で生じていた次のような課題に対して有効である。
【００９３】
まず、材料単体において、非特許文献１に見られるように、酸化反応により着色していく過程で吸収スペクトルを変化させる材料が存在する。これは、生成したラジカル種同士が二量体（ダイマー）を形成するような場合に見られる。この様な材料を用いた場合、中間状態の階調（中間調）の制御は困難となる。
【００９４】
また、複数の材料を混合した場合では、材料毎の酸化電位が異なるため、印加する電圧によって材料毎の着色状態にずれが生じてくる。暗い階調を表現するために印加電圧を大きくした場合は、全ての材料で酸化電位を越えて着色するが、明るい階調を表現するために印加電圧を小さくした場合は、ある材料は酸化電位を越えて着色するが、ある材料は酸化電位を越えず着色しない、状況も想定される。
【００９５】
上述の通り、本実施例の構成により、有機ＥＣ素子の有機ＥＣ層の厚さを制御し、光路長を制御して階調の制御を行うことが可能である。また、光路長を変化させる前に電圧を印加して形成した色の状態から光路長のみを変化させる形態のため、上記課題に対しても、中間調は大きく乱れることなく、良好に保持することが可能である。
【００９６】
（実施例２）
本発明の有機ＥＣ素子においては、電極間隔を小さくし、有機ＥＣ層の厚さを小さくした場合に、有機ＥＣ材料を含む溶液が逃げ込むバッファ部を、本実施例のように形成することも可能である。有機ＥＣ層には、液体またはゲルからなる有機ＥＣ層の厚さが変化した場合に、前記液体またはゲルを収容するためのバッファ部が連結されている有機ＥＣ素子の例を示す。
【００９７】
図５は、本発明の有機ＥＣ素子の他の実施態様を示す模式図であり、バッファ部１０の構造および動作例を示す模式図である。バッファ部１０は、有機ＥＣ材料を含む溶液に接し、かつ有機ＥＣ素子１の電極間以外の任意の箇所に設けられた空隙部分である。
【００９８】
スペーサ４には溶液が移動する図示せぬ隙間が存在し、有機ＥＣ材料を含む溶液とバッファ部１０とを接続している。
【００９９】
有機ＥＣ素子が着色して色を作りこんだ後、中間調制御のために、変化機構８によって電極間隔を狭くし、有機ＥＣ層の厚さが小さくなると、余分の溶液はバッファ部１０に逃げる。スペーサの変形で生じた外周のスペースに溶液が逃げる場合と比べて、内圧の上昇を防ぐことが可能である。
【０１００】
バッファ部１０は密閉でも、非密閉でも良いが、内圧の過度な上昇による部材の損壊等を防ぐために、非密閉であることがより好ましい。非密閉である場合、水や酸素の浸入を防ぐために、有機ＥＣ素子は、外周に自身を密閉するシール構造１１を更に有していても良い。この場合、密閉構造は窒素やアルゴン等の非活性ガスで満たされることがより好ましい。また、バッファ部１０は、可視光の通過領域以外の場所であれば、電極間に配置されていても構わない。
【０１０１】
本実施例の形態により、電極間隔を変化させる光路長制御時において、有機ＥＣ素子内の圧力の変動を低減できるため、耐久性を向上させ、かつ、スムーズな光路長制御が可能となる。
【０１０２】
（実施例３）
本発明の有機ＥＣ素子においては、本実施例のように、変化機構８を透明基板２、６の間に形成することも可能である。変化機構がスペーサに設けられており、変化機構によりスペーサを変化させることにより、ＥＣ層の厚さを変化させる有機ＥＣ素子の例を示す。
【０１０３】
図６は、本発明の有機ＥＣ素子の他の実施態様を示す模式図であり、本形態で用いることのできる有機ＥＣ素子の構造および動作例を示す。
【０１０４】
変化機構８は、スペーサ４と同様に、透明電極３、５あるいは透明基板２、６の間に配置される。変化機構８は、透明電極あるいは透明基板に接着あるいは接合しており、電極間隔を小さくしＥＣ層の厚さを小さくする場合には引く力を、電極間隔を大きくしＥＣ層の厚さを大きくする場合には押す力を伝達する。
【０１０５】
変化機構８として、圧電型のアクチュエータを用いれば、高速かつ精密な制御が可能である。圧電型のアクチュエータでは、材料の伸縮量が小さいため、十分な変位量を稼ぐために、ユニモルフ・バイモルフ形状で屈曲動作し、電極間隔に力を伝達する形式がより好ましい。
【０１０６】
また、高分子アクチュエータも、材料自身の伸縮量および発生力が大きいため、より小型にできるため好ましい。高電圧に対する電気的絶縁が確保できれば、誘電エラストマー型の高分子アクチュエータは高速かつ大変位であり、より好ましい。
【０１０７】
また、引く力のみ伝達して電極間隔を小さくし、力の伝達を解除し、スペーサの弾性力を利用して電極間隔を戻す場合には、形状記憶合金やバイメタルなどの熱駆動アクチュエータも応答性から好適に用いられる。
【０１０８】
変化機構８はスペーサ４を兼ねても良く、部材点数を減らすことができる。また、変化機構８の動作においては２つの透明基板が力の支点となるため、少なくとも変化機構８の力を伝達する目的においては、支持台９は不要である。
【０１０９】
本発明の形態により、部材点数の削減や、小型化が可能となる。また、基板外側を支持台で挟持する必要がないため、設計上の自由度をより高めることが可能となる。
【０１１０】
（実施例４）
上記の有機ＥＣ素子において、本実施形態のように、有機ＥＣ層７をゲル状の状態で用いることも可能である。
【０１１１】
有機ＥＣ層７は、電解質と有機ＥＣ材料を溶解した溶媒に、さらにポリマー（ゲル化剤）（例えばポリ臭化ビニルなど）を適量加えて、粘度が調整されたものである。有機ＥＣ層７は溶液を内部に保持したセルフスタンディングな膜として扱うことができる。変化機構８の動作による電極間隔の変化に追従して、膜厚さを変化させることができるため、本発明の形態で使用可能である。
【０１１２】
また、セルフスタンディングな膜であるため、有機ＥＣ層７をもってスペーサ４の機能に変えることも可能である。
【０１１３】
また、変形に対して溶液が外部に染み出す場合があるため、シール材は具備した方が好ましいが、粘度が高く、変化機構８の動作に対しても溶液が染み出さない場合は、シール材は必ずしも必要ではない。
【０１１４】
有機ＥＣ層７をゲル状にするとイオン伝導性の低下により応答速度が低下する課題を有するが、破損時の液漏れを抑制できるなどの利点を有する。
【０１１５】
本発明の形態により、ハンドリング性に優れ、破損時の液漏れを抑制した有機ＥＣ素子を提供することができる。
【０１１６】
（実施例５）
本発明の有機ＥＣ素子においては、本実施形態のように、消色状態に戻す場合に、変化機構８を動作して電極間隔を小さくしＥＣ層の厚さを小さくすることで、消色の速度を大きく向上させることが可能である。
【０１１７】
図７は、有機ＥＣ素子の電極間隔および有機ＥＣ材料の濃度を変えた場合の、有機ＥＣ素子の着色と消色の応答性を示した図である。
【０１１８】
図７の有機ＥＣ素子は、ガラス透明基板上に、ＩＴＯ透明電極が形成されたものを、テフロン（登録商標）スペーサを介して貼り合せ、中に有機ＥＣ材料を含む溶液を注入したものである。
テフロン（登録商標）スペーサの厚さ違いで、電極間隔（ＥＣ層の厚さ）０．３５μｍ、０．１７μｍ、０．０６μｍの各種素子を用意した。
【０１１９】
また、溶液は、炭酸プロピレン有機溶媒中に、ＬｉＣｌＯ４（電解質）と、エチルビオロゲン・ジ過塩素酸（有機ＥＣ材料）を溶解したものを用いた。ビオロゲン類は中性状態から還元反応によってラジカルアニオンを形成し、青色に着色することが知られている。
電解質の濃度は０．１Ｍであり、エチルビオロゲンの濃度は、１０ｍＭ、２０ｍＭ、３０ｍＭを用意した。
【０１２０】
着色の応答性は、上記の有機ＥＣ素子にエチルビオロゲンの還元電位を越えるマイナスの一定電圧を印加して着色させ、光学濃度が０から０．３にまで変化したときの時間をもって示している。また、消色の応答性は、光学濃度が０．３になるまで着色した後、電圧の極性を変えて消色を行い、消色が９５％まで行われるまでの時間をもって示している。
【０１２１】
着色の応答性は、少なくとも同じ電極間隔（ＥＣ層の厚さ）の素子においては、エチルビオロゲンの濃度が高いほど、速くなる傾向を示している。しかし、消色の応答性は濃度には大きく依存せず、電極間隔（ＥＣ層の厚さ）が小さいほど速くなる傾向を示している。これは、消色の過程は、有機ＥＣ材料の溶液中での拡散挙動が大きく関わっていることを示している。
【０１２２】
有機ＥＣ素子を調光素子として用いる場合、コントラスト比が大きいこと、応答速度が大きいことが必要である。
【０１２３】
消色速度を大きくするためには、ＥＣ層の厚さを小さくすることが有効である。一方で、ＥＣ層の厚さを小さくすると、光路長が小さいために、着色時の光学濃度を十分に大きくすることが難しくなる。ＥＣ層の厚さが小さい状態で光学濃度を大きくするためには、有機ＥＣ材料を高濃度に溶媒に溶かして使う必要があるが、材料によっては溶解性が小さいものも存在するため、材料的な制約を受けてしまう。
【０１２４】
反対に、ＥＣ層の厚さを大きくすれば、材料の濃度は小さくて済むため、溶解性に起因した制約は受けにくい。しかしながら、消色速度が小さくなるため、応答性が不十分となる。
【０１２５】
上記課題に対して、本実施例の形態では、有機ＥＣ素子を消色状態に戻す場合には、変化機構８の動作により、ＥＣ層の厚さが小さくなるよう制御する。
【０１２６】
着色時にＥＣ層の厚さを大きくとることで、光学濃度の変化量を大きくできるため、高いコントラスト比を実現できるとともに、消色時にＥＣ層の厚さを小さくすることで、消色の応答性を高めることが可能である。
【０１２７】
このように、本発明の中間調制御の機構を応用することで、消色の応答性の向上を高めることも可能である。
【０１２８】
（実施例６）
本発明の有機ＥＣ素子においては、電極間隔（ＥＣ層の厚さ）の変動に付随して、有機ＥＣ材料を含む溶液を撹拌する撹拌子１３を、本実施形態のように形成することも可能である。
【０１２９】
図８は、本発明の有機ＥＣ素子の他の実施態様を示す模式図であり、本形態で用いることのできる有機ＥＣ素子の構造および動作例を示す。スペーサ４には、撹拌子１３が形成されている。撹拌子１３は、例えばフィンのような構造や機能を有する。変化機構８の動作により、電極間隔が変動して、ＥＣ層の厚さが変化しスペーサ４が変形すると、撹拌子１３もまた溶液中を撹拌するよう変動する。
【０１３０】
変化機構８を連続的に動作させ、電極間隔を上下に震動させると、撹拌子１３の動作が大きくなり、溶液をより撹拌する。電極間隔を変動させる周期は、特に限定されないが、１０Ｈｚ以上であることが好ましい。
【０１３１】
このような振動を用いた撹拌の利用は、第５の実施形態で述べた消色速度の向上に対して効果的である。消色速度は有機ＥＣ材料の拡散挙動に因るため、本発明の形態を用いて溶液を撹拌することで、有機ＥＣ材料の拡散性を向上させるが可能となる。
【０１３２】
撹拌子１３は、スペーサ４でなく、透明電極の一部、或いは、透明基板の一部に設けられていても良い。また、スペーサ４自身、あるいは、透明電極や透明基板自身の振動で同様な効果がある場合は、撹拌子１３はこれら部材と一体であると見なしても良い。
【０１３３】
変化機構８として、圧電型のアクチュエータを用いれば、高速かつ精密な制御が可能である。圧電型のアクチュエータでは、材料の伸縮量が小さいため、十分な変位量を稼ぐために、ユニモルフ・バイモルフ形状で屈曲動作し、電極間隔に力を伝達する形式がより好ましい。
【０１３４】
また、高分子アクチュエータも、材料自身の伸縮量および発生力が大きいため、より小型にできるため好ましい。高電圧に対する電気的絶縁が確保できれば、誘電エラストマー型の高分子アクチュエータは高速かつ大変位であり、より好ましい。
【０１３５】
圧電型のアクチュエータや誘電エラストマー型の高分子アクチュエータでは、駆動周波数が数十Ｈｚから数百ｋＨｚと高速であり、振動撹拌に好適である。
【０１３６】
本発明の形態により、有機ＥＣ素子の消色時において、有機ＥＣ材料の拡散性を向上させることができるため、消色の応答性を高めることができ、素子応答速度の向上が可能である。
【０１３７】
このように、本実施例の中間調制御の機構を応用することで、消色の応答性の向上を高めることも可能である。
【０１３８】
（実施例７）
本発明の有機ＥＣ素子においては、電極間隔の制御の他、有機ＥＣ素子に振動を与えることで、有機ＥＣ層の厚さを変化させることも可能である。
【０１３９】
図９は、本発明の有機ＥＣ素子の他の実施態様を示す模式図であり、本形態でも用いることのできる有機ＥＣ素子の構造および動作例を示す。
【０１４０】
有機ＥＣ素子には、素子の電極面に沿う方向に振動を与える変化機構８が形成されている。
【０１４１】
有機ＥＣ層７は、電解質と有機ＥＣ材料を溶解した溶液であり、液体として用いられる。有機ＥＣ層は透明電極３、５とスペーサ４で囲繞された空隙に一部の気相部１４を除いて満たされている。気相部１４は、通常は透過光の通過する領域から外れた個所に存在する。
【０１４２】
有機ＥＣ素子に対して、変化機構８を連続的に動作させ、素子を電極面に沿った方向に振動させると、空間部１４が振動につれて有機ＥＣ層中を移動する。有機ＥＣ層の厚みが連続的に変化して、溶液の撹拌が促される。
【０１４３】
気相部１４の大きさは特に限定されず、変化機構の動作に対して有機ＥＣ層が振動し、振動の結果、少なくともある箇所における有機ＥＣ層の光路長が変化すれば良い。
【０１４４】
振動の周期は、特に限定されないが、超音波領域を使用することがより好ましい。
【０１４５】
このような振動を用いた撹拌の利用は、第５の実施形態で述べた消色速度の向上に対して効果的である。消色速度は有機ＥＣ材料の拡散挙動に因るため、本発明の形態を用いて溶液を撹拌することで、有機ＥＣ材料の拡散性を向上させるが可能となる。
【０１４６】
変化機構８として、圧電型のアクチュエータや誘電エラストマー型の高分子アクチュエータは、駆動周波数が数十Ｈｚから数百ｋＨｚと高速であり、振動撹拌に好適である。
【０１４７】
本発明の形態により、有機ＥＣ素子の消色時において、有機ＥＣ材料の拡散性を向上させることができるため、消色の応答性を高めることができ、素子応答速度の向上が可能である。
【０１４８】
このように、本実施例の中間調制御の機構を応用することで、消色の応答性の向上を高めることも可能である。
【０１４９】
（実施例８）
本発明の有機ＥＣ素子を用いた光学フィルタとして、減光（Ｎｅｕｔｒａｌ  Ｄｅｎｓｉｔｙ）フィルタを構成した場合の実施形態について述べる。
【０１５０】
減光フィルタは黒色吸収であり、可視光域で均等な光吸収が必要である。有機ＥＣ材料を用いた黒色吸収の実現には、可視光域で異なる吸収域を持つ複数の材料を混合し、可視光域での吸収を平坦なものとすればよい。有機ＥＣ材料を混合した場合の吸収スペクトルは、各材料の吸収スペクトルの和で表現されるため、適切な波長域を持つ材料の選択と、その濃度の調整から黒色吸収を実現することが可能である。
【０１５１】
黒色吸収を示す有機ＥＣ素子の構造例を以下に述べる。透明基板及び透明電極にはガラス上にＩＴＯを形成したものを、スペーサにはフッ素系ゴムを素材としたものを使用できる。２枚の基板電極をスペーサを介してＩＴＯ電極が対向するよう配置する。スペーサは弾性を有し、２枚の基板電極で押圧されると圧縮変形する。また、スペーサの一部には空孔が存在し、溶液が満たされていない空隙を持つバッファ部と連結している。
【０１５２】
基板電極とスペーサで囲繞された空間には、黒色吸収を表現する有機ＥＣ層が注入される。有機ＥＣ層は複数の有機ＥＣ材料と電解質を有機溶媒に溶解したものである。複数の有機ＥＣ材料は黒色吸収を表現できるように、波長域や濃度を適宜調整される。
【０１５３】
有機ＥＣ素子の厚さを変化させる変化機構にはステッピングモータのようにメカニカルな機構を用いることができる。モータの回転により軸心が送りだされる機構を有し、軸心が有機ＥＣ素子の透明基板を押圧する。モータの回転数で変位量を制御できるため、有機ＥＣ素子の厚さの変化を正確に制御することが可能である。また、圧電アクチュエータやポリマーアクチュエータ、形状記憶合金のような材料自身の歪み発生を利用するアクチュエータも利用可能である。
【０１５４】
有機ＥＣ素子と変化機構を組み合わせた減光（ＮＤ）フィルタの駆動例を以下に示す。一般的に減光（ＮＤ）フィルタは光量を１／２ｎ（ｎは整数）とする。１／２では透過率が１００％から５０％になり、１／４では１００％から２５％になる。また、透過率を１／２にした場合、式（１）から光学濃度の変化量ΔＯＤは０．３となり、１／４ではΔＯＤは０．６となる。１／２〜１／６４までの減光を行うには、ΔＯＤを０．３刻みで０．〜１．８まで制御できれば良い。スペーサの厚さを１００μｍとした場合、図４で示したように、有機ＥＣ素子の着色は素子の厚さ方向に対して数秒で８０μｍに到達する。このときの光学濃度の変化量ΔＯＤを１．８であるとすると、有機ＥＣ素子は１００μｍの厚さで１／６４の減光が行えることになる。厚さ８０μｍを着色層と考えれば、有機ＥＣ素子の厚さを１００μｍから６６．７μｍ、５３．３μｍ、４０μｍ、２６．７μｍ、１３．３μｍに制御すれば、ΔＯＤおよび減光量はそれぞれ、１．５（１／３２）、１．２（１／１６）、０．９（１／８）、０．６（１／４）、０．３（１／２）に概ね調整可能である。有機ＥＣ材料は溶液であるため、ゆらぎに起因する着色量の変動分を含んでいる。正確な制御のためには光量を計測する外部モニターを付属させると良い。
【０１５５】
このように有機ＥＣ素子と、有機ＥＣ素子に接続されている能動素子と、を有する光学フィルタにおいて、階調制御を精度良く行うことが可能である。
【０１５６】
このような光学フィルタは、カメラの如き撮像装置に用いられても良い。撮像装置に用いられる場合、光学フィルタは、撮像装置本体に設けられても、レンズユニットに設けられても良い。
【０１５７】
（実施例９）
本発明の光学フィルタを用いた撮像装置およびレンズユニットの実施形態について述べる。
【０１５８】
図１０は本発明の光学フィルタを用いたレンズユニット、及び該レンズユニットを有する撮像装置を示す模式図である。
【０１５９】
光学フィルタ１０１は、有機ＥＣ素子と、有機ＥＣ素子に接続されている能動素子と、を有し、レンズユニット１０２内に配置されている。
【０１６０】
レンズユニット１０２は、複数のレンズあるいはレンズ群を有するユニットである。例えば、図１０において、レンズユニットは、絞りより後でフォーカシングを行うリアフォーカス式のズームレンズを表している。物体側より順に正の屈折力の第１のレンズ群１０４、負の屈折力の第２のレンズ群１０５、正の屈折力の第３のレンズ群１０６、正の屈折力の第４のレンズ群１０７の４つのレンズ群を有する。第２群と第３群の間隔を変化させて変倍を行い、該第４群の一部のレンズ群を移動させてフォーカスを行う。
【０１６１】
レンズユニット１０２は、例えば、第２群と第３群の間に開口絞り１０８を有し、また、第３群と第４群の間に光学フィルタ１０１を有する。
【０１６２】
レンズユニットを通過する光は、レンズ群および絞りおよび光学フィルタを通過するよう配置されており、開口絞りおよび光学フィルタを用いた光量の調整を行うことができる。
【０１６３】
また、レンズユニット内の構成は適宜変更可能であり、例えば、光学フィルタは開口絞りの前あるいは後に配置でき、また、第１群よりも前（物体側）に配置しても良く、第４群よりも後に配置しても良い。光の収束する位置に配置すれば、光学フィルタの面積を小さくできるなどの利点がある。
【０１６４】
また、レンズユニットの形態も適宜選択可能であり、リアフォーカス式の他、絞りより前でフォーカシングを行うインナーフォーカス式であっても良く、その他方式であっても構わない。また、ズームレンズ以外にも魚眼レンズやマクロレンズなどの特殊レンズも適宜選択可能である。
【０１６５】
レンズユニットはマウント部材（不図示）を介して撮像装置１０３に着脱可能に接続されている。
【０１６６】
ガラスブロック１０９はローパスフィルタやフェースプレートや色フィルター等のガラスブロックである。
【０１６７】
また、受光素子１１０は、レンズユニットを通過した光を受光するセンサ部であって、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子が使用できる。また、フォトダイオードのような光センサであっても良く、光の強度あるいは波長の情報を取得し出力するものを適宜利用可能である。
【０１６８】
図１０のように、光学フィルタがレンズユニットに組み込まれている場合、振動機構を光学フィルタとして用いられているエレクトロクロミック素子に必ずしも接着して構成する必要はなく、例えばレンズユニットの動作に使用されるアクチュエータ機構を、光学フィルタに適用することも可能である。レンズ群の移動には、電磁モータや超音波モータを用いることができる。該モータの振動を光学フィルタに与えれば、実施例６や実施例７で記載した有機ＥＣ層である溶液に撹拌作用を与えることが可能であり、特に消色の応答性を高めることができ、素子応答速度の向上が可能である。
【０１６９】
また、撮像装置自体が光学フィルタ１０１を有していても良い。図１１は、光学フィルタを有する撮像装置の模式図である。
【０１７０】
光学フィルタは撮像装置内部の適当な箇所に配置され、受光素子１１０は光学フィルタを通過した光を受光するよう配置されていれば良い。図１１においては、例えば光学フィルタは受光素子の直前に配置されている。撮像装置自体が光学フィルタを内蔵する場合、接続されるレンズユニット自体が光学フィルタを持たなくても良いため、既存のレンズユニットを用いた調光可能な撮像装置を構成することが可能となる。
【０１７１】
このような撮像装置は、光量調整と受光素子の組合せを有する製品に適用可能である。例えばカメラ、デジタルカメラ、ビデオカメラ、デジタルビデオカメラに使用可能であり、また、携帯電話やスマートフォン、ＰＣ、タブレットなど撮像装置を内蔵する製品にも適用できる。
【０１７２】
本実施形態のように、有機ＥＣ素子からなる光学フィルタを調光部材として用いることで、調光量を一つのフィルタで適宜可変させることが可能となり、部材点数の削減や省スペース化といった利点がある。また、本発明で開示された光学フィルタを用いることで、中間調の制御、応答性の向上といった利点を有すことが可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１７３】
本発明のエレクトロクロミック素子は、階調制御を容易に行うことができるので、光学フィルタ、特にカメラ用の減光（ＮＤ）フィルタに利用することができる。
【符号の説明】
【０１７４】
１  有機ＥＣ素子
２、６  透明基板
３、５  透明電極
４  スペーサ
７  有機ＥＣ層
８  変化機構
９  支持台
１０  バッファ部
１１  シール構造
１２  外部電源
１３  撹拌子
１４  気相部
１０１  光学フィルタ
１０２  レンズユニット
１０３  撮像装置
１０４  第１のレンズ群
１０５  第２のレンズ群
１０６  第３のレンズ群
１０７  第４のレンズ群
１０８  絞り
１０９  ガラスブロック
１１０  受光素子
【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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