(57)【要約】【課題】高い応答性と、大きな光学密度変化とを両立でき、消費電力をも低減できるＥＣ素子を提供する。【解決手段】ＥＣ素子２０は、第１電極２１ａと、第２電極２１ｂと、導電層２４及び複数の調光部２００を有する積層体とを備え、前記積層体の積層方向における一方側の外面に第１電極２１ａが配置され、他方側の外面に第２電極２１ｂが配置され、導電層２４は、複数の調光部２００の間に配置され、調光部２００は、第１型ＥＣ層２２ａと、電解質層２３と、第２型ＥＣ層２２ｂとを備え、導電層２４の一方の主面に調光部２００の第１型ＥＣ層２２ａが接し、導電層２４の他方の主面に調光部２００の第２型ＥＣ層２２ｂが接している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極と、第２電極と、導電層及び複数の調光部を有する積層体と、を含むエレクトロクロミック素子であって、
前記積層体の積層方向における一方側の外面に前記第１電極が配置され、他方側の外面に前記第２電極が配置され、
前記導電層は、前記複数の調光部の間に配置され、
前記調光部は、エレクトロクロミック層と、電解質層とを少なくとも含み、
前記導電層の一方の主面に前記調光部における一層が接し、前記導電層の他方の主面に前記調光部の前記一層とは異なる層が接してい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】
前記調光部は、第１型の前記エレクトロクロミック層と、前記電解質層と、第２型の前記エレクトロクロミック層とをこの順で積層させる請求項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型のエレクトロクロミック層は、酸化着色型エレクトロクロミック層であり、前記第２型のエレクトロクロミック層は、還元着色型エレクトロクロミック層である請求項２に記載のエレクトロクロミック素子。
【請求項４】
前記調光部は、一種類の前記エレクトロクロミック層と、前記電解質層とを積層させる請求項１に記載のエレクトロクロミック素子。
【請求項５】
前記エレクトロクロミック層は、酸化着色型エレクトロクロミック層、又は、還元着色型エレクトロクロミック層である請求項４に記載のエレクトロクロミック素子。
【請求項６】
前記調光部は、前記エレクトロクロミック層と、前記電解質層と、非エレクトロクロミック層とをこの順で積層させる請求項１、４又は５に記載のエレクトロクロミック素子。
【請求項７】
前記複数の調光部において、同種のエレクトロクロミック層の厚さが、それぞれ同一である請求項１〜６のいずれか１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の厚さが、５０ｎｍ以上２μｍ以下である請求項１〜７のいずれか１項に記載のエレクトロクロミック素子。
【請求項９】
前記導電層は、導電性材料で形成された単層構造である請求項１〜８のいずれか１項に記載のエレクトロクロミック素子。
【請求項１０】
前記導電層の厚さが、１０ｎｍ以上５００μｍ以下である請求項９に記載のエレクトロクロミック素子。
【請求項１１】
前記導電層の導電率が、前記第１電極及び前記第２電極の導電率よりも低い請求項１〜１０のいずれか１項に記載のエレクトロクロミック素子。
【請求項１２】
前記導電層は、透明材料で形成されている請求項１〜１１のいずれか１項に記載のエレクトロクロミック素子。
【請求項１３】
前記導電層は、第１導電性材料層と、絶縁層と、第２導電性材料層とをこの順で積層させ、前記第１導電性材料層と、前記第２導電性材料層とは、導電部で接続されている請求項１〜８のいずれか１項に記載のエレクトロクロミック素子。
【請求項１４】
前記導電部は、前記絶縁層に形成された開孔部を貫通している請求項１３に記載のエレクトロクロミック素子。
【請求項１５】
前記第１導電性材料層の主成分と、前記第２導電性材料層の主成分とが、同一である請求項１３又は１４に記載のエレクトロクロミック素子。
【請求項１６】
前記第１電極及び前記第２電極は、それぞれ金属パターン部を含む請求項１〜１５のいずれか１項に記載のエレクトロクロミック素子。
【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現象を利用したエレクトロクロミック素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エレクトロクロミック（ＥＣ）素子は、化学物質にキャリアを注入することにより生じる酸化・還元反応により、化学物質の光学物性が変化するエレクトロクロミック現象を利用した光学素子であり、ＥＣ素子の光透過率を電流により任意に制御できるため、省エネルギーや意匠性が求められる光学分野において注目されている。上記ＥＣ素子は、酸化・還元等の化学反応によって物質の色調が変化するために色が変わるが、これは電圧駆動で液晶の配向を変化させる液晶素子とは根本的に異なる。
【０００３】
ＥＣ素子は様々な色調を発現することができ、駆動電力、消費電力等の点でも大きなメリットがあるが、変色の際に化学反応を伴わない液晶素子と比較すると、光透過状態と遮光状態との間の変化時、即ち、スイッチング時の応答速度では大きく劣るという問題がある。
【０００４】
上記問題を解決する方法の一つとして、ＥＣ層を薄くする方法があり、ＥＣ層を薄くすると、ＥＣ層へのキャリアの移動が速やかに起こるため、応答速度が向上する。しかし、ＥＣ層を薄くすると、光学密度（色調）変化は小さくなる問題がある。一方、光学密度変化を大きくするために、ＥＣ層を厚くすると、ＥＣ層へのキャリアの移動に時間がかかるため、応答速度は低下する。このように、ＥＣ素子では、応答速度と光学密度（色調）変化の大きさとはトレードオフの関係にある。
【０００５】
このような状況において、例えば、特許文献１では、ＥＣ層を２層積層することにより、着色濃度及び応答速度の向上を両立できるＥＣ素子が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５８−１１４０１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１のＥＣ素子では、各ＥＣ層が並列接続されており、ＥＣ層を並列駆動するとＥＣ素子の平面方法に電荷の移動が起こるため、ＥＣ素子の内部抵抗が増大して、消費電力が大きくなるという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記問題を解決したもので、高い応答性と、大きな光学密度変化とを両立できるとともに、消費電力をも低減できるＥＣ素子を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のエレクトロクロミック素子は、第１電極と、第２電極と、導電層及び複数の調光部を有する積層体と、を含むエレクトロクロミック素子であって、前記積層体の積層方向における一方側の外面に前記第１電極が配置され、他方側の外面に前記第２電極が配置され、前記導電層は、前記複数の調光部の間に配置され、前記調光部は、エレクトロクロミック層と、電解質層とを少なくとも含み、前記導電層の一方の主面に前記調光部における一層が接し、前記導電層の他方の主面に前記調光部の前記一層とは異なる層が接している。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、高い応答性と、大きな光学密度変化とを両立できるとともに、消費電力をも低減できるＥＣ素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、従来のＥＣ素子の一例を示す模式断面図である。
【図２】図２は、ＥＣ素子の一例を示す模式断面図である。
【図３】図３は、従来のＥＣ素子の一例を示す模式断面図である。
【図４】図４は、ＥＣ素子の一例を示す模式断面図である。
【図５】図５は、ＥＣ素子の一例を示す模式断面図である。
【図６】図６は、ＥＣ素子の一例を示す模式断面図である。
【図７】図７は、ＥＣ素子の電極と外部電源との接続図である。
【図８】図８は、比較例１の電荷と時間との関係図である。
【図９】図９は、比較例１の波長７００ｎｍの光の透過率と時間との関係図である。
【図１０】図１０は、実施例１の電荷と時間との関係図である。
【図１１】図１１は、実施例１の波長７００ｎｍの光の透過率と時間との関係図である。
【図１２】図１２は、実施例２の電荷と時間との関係図である。
【図１３】図１３は、実施例２の波長７００ｎｍの光の透過率と時間との関係図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明のエレクトロクロミック素子（以下、ＥＣ素子とも言う。）の一実施形態について説明する。
【００１３】
上記ＥＣ素子は、第１電極と、第２電極と、導電層及び複数の調光部を有する積層体と、を備え、上記積層体の積層方向における一方側の外面に上記第１電極が配置され、他方側の外面に上記第２電極が配置され、上記導電層は、上記複数の調光部の間に配置され、上記調光部は、エレクトロクロミック層と、電解質層とを少なくとも含み、上記導電層の一方の主面に上記調光部における一層が接し、上記導電層の他方の主面に上記調光部の上記一層とは異なる層が接している。
【００１４】
上記ＥＣ素子は、複数の調光部を備えているため、各調光部のエレクトロクロミック層（以下、ＥＣ層とも言う。）の厚さを薄くしても、複数のＥＣ層の光学密度変化が合算されるため、ＥＣ素子全体としては大きな光学密度変化を確保できる。また、各ＥＣ層の厚さを薄くすることにより、応答速度が向上する。
【００１５】
また、上記ＥＣ素子では、上記導電層の一方の主面に上記調光部における一層が接し、上記導電層の他方の主面に上記調光部の上記一層とは異なる層が接しているため、直列駆動が可能となり、並列駆動に比べて消費電力を低減できる。
【００１６】
上記調光部は、ＥＣ層と、電解質層とを少なくとも備えていればよいが、第１型のＥＣ層と、電解質層と、第２型のＥＣ層とをこの順で積層させることが好ましい。具体的には、例えば、上記第１型のＥＣ層を酸化着色型ＥＣ層とし、上記第２型のＥＣ層を還元着色型ＥＣ層とすれば、それぞれのＥＣ層での酸化又は還元により効率よく着消色できる相補型のＥＣ素子とすることができる。
【００１７】
但し、上記調光部は、一種類のＥＣ層と、電解質層とを積層させる２層構造とすることも可能である。その場合には、上記ＥＣ層は、酸化着色型ＥＣ層、又は、還元着色型ＥＣ層のいずれかとする。
【００１８】
更に、上記調光部は、ＥＣ層と、電解質層と、非ＥＣ層とをこの順で積層させることもできる。
【００１９】
ＥＣ素子では、上記複数の調光部において、同種のＥＣ層の厚さが、それぞれ同一であることが好ましい。上記ＥＣ素子を直流駆動すると、全てのＥＣ層に同じ電流が流れるため、同種のＥＣ層の厚さがそれぞれ同一であると、各調光部の光学密度の変化が略同じとなり、ＥＣ素子全体での調光の制御が容易となるからである。
【００２０】
上記ＥＣ層の厚さは、５０ｎｍ以上２μｍ以下が好ましく、１００ｎｍ以上１．５μｍ以下がより好ましい。上記ＥＣ層の厚さが小さすぎると、ＥＣ素子全体としても光学密度変化が小さくなり、上記ＥＣ層の厚さが大きすぎると、応答速度が低下するからである。
【００２１】
上記導電層は、導電性材料で形成された単層構造とすることが好ましい。これにより、ＥＣ素子の内部抵抗を低減でき、消費電力を低減できる。その場合、上記導電層の厚さは、１０ｎｍ以上５００μｍ以下が好ましく、５０ｎｍ以上２５０μｍ以下がより好ましい。単層構造の導電層の厚さが小さすぎると、ピンホール等が生じやすく、キャリアが透過する恐れがあり、一方、単層構造の導電層の厚さが大きすぎると、ＥＣ素子の内部抵抗が増大するからである。
【００２２】
上記導電層の導電率は、上記第１電極及び上記第２電極の導電率よりも低くてもよい。一般的に導電層の導電性と透明性とはトレードオフの関係になるが、直流駆動の場合には、キャリアの移動が上記積層体の積層方向のみとなるので、上記導電層の導電率が少し低くてもＥＣ素子の動作上に問題はなく、上記導電層の透明性を高めて、ＥＣ素子全体の透明性を向上させたほうが好ましい。この意味で、上記導電層は、透明材料で形成されている。
【００２３】
上記導電層は、第１導電性材料層と、絶縁層と、第２導電性材料層とをこの順で積層させ、上記第１導電性材料層と、上記第２導電性材料層とを導電部で接続して構成することもできる。上記導電層を上記構成とすることにより、キャリアの透過を略完全に防止できる。
【００２４】
上記第１導電性材料層と上記第２導電性材料層とを接続する導電部は、上記絶縁層に形成された開孔部を貫通して形成することができる。上記導電層を上記構成とすることにより、上記ＥＣ素子を直列駆動した場合、上記積層体の積層方向の抵抗のみとなり、横方向の抵抗がなくなるため、応答速度を向上できる。
【００２５】
上記第１導電性材料層の主成分と、上記第２導電性材料層の主成分とは、同一であることが好ましい。主成分を同一とすることにより、ＥＣ素子の動作の制御が容易になるとともに、上記導電層の製造が容易となる。
【００２６】
上記第１電極及び上記第２電極は、それぞれ金属パターン部を含むことができる。これにより上記ＥＣ素子への外部電力の供給が容易となる。
【００２７】
次に、上記ＥＣ素子の各構成部について説明する。
【００２８】
＜調光部＞
上記調光部は、ＥＣ層と、電解質層とを少なくとも備えており、例えば、第１型のＥＣ層と、電解質層と、第２型のＥＣ層とをこの順で積層させることが好ましく、ＥＣ層と、電解質層と、非ＥＣ層とをこの順で積層させることもできる。
【００２９】
［ＥＣ層］
上記ＥＣ層としては、酸化着色型ＥＣ層、又は、還元着色型ＥＣ層が用いられる。上記ＥＣ層として、上記第１型のＥＣ層と上記第２型のＥＣ層とを用いる場合には、それぞれ異なる種類の着色型ＥＣ層が用いられる。
【００３０】
上記酸化着色型ＥＣ層を構成する材料は、キャリアの移動により酸化反応が生じて着色化する材料であり、また、上記還元着色型ＥＣ層を構成する材料は、キャリアの移動により還元反応が生じて着色化する材料であり、それぞれ無機材料、有機材料のいずれであってもよい。酸化着色型ＥＣ無機材料としては、例えば、プルシアンブルー、ルテニウムパープル、酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化イリジウム等が挙げられ、酸化着色型ＥＣ有機材料としては、例えば、ポリアニリン等が挙げられる。また、還元着色型ＥＣ無機材料としては、例えば、ＷＯ3、ＭｏＯ3、Ｖ2Ｏ5等が挙げられ、還元着色型ＥＣ有機材料としては、例えば、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ）、へブチルピオロゲン、ポリビオロゲン、テトラチオフルバレン、ポリチオール、ポリチオフェン等が挙げられる。
【００３１】
［電解質層］
上記電解質層としては、液体電解質層、固体電解質層又は半固体電解質層の何れであってよい。上記液体電解質層としては、有機溶媒に電解質塩を溶解させたものが使用でき、上記有機溶媒としては、例えば、プロピレンカーボネート、γ−ブチルラクトン等が挙げられ、上記電解質塩としては、例えば、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＢＦ4等が挙げられる。上記固体電解質としては、例えば、β−Ａｌ2Ｏ3、Ｔａ2Ｏ3、ＺｒＯ2等が挙げられる。上記半固体電解質層としては、例えば、上記液体電解質にゲル化剤を添加してゲル状にしたものが使用できる。上記ゲル化剤としては、光硬化性樹脂等が使用できる。
【００３２】
［非ＥＣ層］
上記非ＥＣ層は、一種類のＥＣ層を用いる場合に、ＥＣ層の反応が起こる対極側で電解質中のイオンを保持するために設けられ、例えば、酸化チタン、白金、グラフェン、カーボンナノチューブ等を用いて形成できる。
【００３３】
＜導電層＞
上記導電層は、単層構造とすることが好ましい。また、上記導電層は、透明導電性酸化物を主成分として形成されることが好ましい。上記透明導電性酸化物としては、例えば、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化錫等を単独又は混合して用いることができる。導電性、透明性、及び長期信頼性の観点から、酸化インジウムを主成分として含んだインジウム系酸化物が好ましい。ここで「主成分」とは、その含有割合が５０質量％より多いことを意味し、７０質量％以上が好ましく、８５質量％以上がより好ましい。また、上記透明導電性酸化物は、利用状況に応じて、Ｓｎ、Ｗ、Ａｓ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｃａ、Ｓｉ、Ｃ等の少なくとも一種の元素をドーパントとして含むことが好ましい。中でもドーパントとしてＳｎを用いた酸化インジウム錫（ＩＴＯ）が特に好ましく用いられる。
【００３４】
上記導電層は、第１導電性材料層と、絶縁層と、第２導電性材料層とをこの順で積層させ、上記第１導電性材料層と、上記第２導電性材料層とを導電部で接続して構成することもできる。上記第１導電性材料層と上記第２導電性材料層とは、上記単層構造の導電層に用いた材料と同じ材料で形成できる。上記絶縁層としては、例えば、樹脂フィルム等で形成できる。
【００３５】
上記導電部の構成は、上記第１導電性材料層と上記第２導電性材料層とを電気的に接続できるものであれば特に限定されず、例えば、上記第１導電性材料層と上記第２導電性材料層との間に金属シートを配置して接続する構造が採用でき、また、上記絶縁層に形成された開孔部に導電性材料を配置して上記第１導電性材料層と上記第２導電性材料層とを接続する構成を採用できる。上記開孔部に配置する導電性材料としては、上記第１導電性材料層と上記第２導電性材料層とに用いる導電性材料と同じ材料が使用できる。また、開孔部を有する絶縁層としては、多孔質樹脂フィルムが使用できるが、レーザー等で開孔部を形成した樹脂フィルムを用いることもできる。
【００３６】
＜第１電極、第２電極＞
上記導電層及び複数の上記調光部を有する積層体の積層方向における一方側の外面に上記第１電極が配置され、他方側の外面に上記第２電極が配置されている。上記第１電極及び上記第２電極は、前述した導電層に用いた材料と同じ材料で形成できる。また、上記第１電極及び上記第２電極は、金、銀、銅、アルミニウム等からなる金属パターン部の一部として形成することもできる。
【００３７】
次に、本実施形態のＥＣ素子を、従来のＥＣ素子と比較しながら図面に基づき説明する。
【００３８】
図１は、従来のＥＣ素子の一例を示す模式断面図である。図１において、ＥＣ素子１０は、第１型ＥＣ層１２ａと、電解質層１３と、第２型ＥＣ層１２ｂとが積層された調光部１００を１ユニット備え、これらの積層体の積層方向における一方側の外面に第１電極１１aが配置され、他方側の外面に第２電極１１ｂが配置されている。
【００３９】
従来のＥＣ素子１０は、調光部１００を１ユニットしか備えていないため、応答速度を上げるために第１型ＥＣ層１２ａ及び第２型ＥＣ層１２ｂを薄くすると、光学密度（色調）変化は小さくなり、一方、光学密度変化を大きくするために、第１型ＥＣ層１２ａ及び第２型ＥＣ層１２ｂを厚くすると、応答速度は低下するという問題がある。
【００４０】
図２は、本発明の一実施形態のＥＣ素子の一例を示す模式断面図である。図２において、ＥＣ素子２０は、第１型ＥＣ層２２ａと、電解質層２３と、第２型ＥＣ層２２ｂとが積層された調光部２００を２ユニット備え、２つの調光部２００の間に単層構造の導電層２４が配置され、これらの積層体の積層方向における一方側の外面に第１電極２１aが配置され、他方側の外面に第２電極２１ｂが配置されている。
【００４１】
ＥＣ素子２０は、調光部２００を２ユニット備えているため、第１型ＥＣ層２２ａ及び第２型ＥＣ層２２ｂを薄くしても、複数のＥＣ層の光学密度変化が合算されるため、ＥＣ素子２０の全体としては大きな光学密度変化を確保でき、また、第１型ＥＣ層２２ａ及び第２型ＥＣ層２２ｂを薄くすることにより、応答速度を向上できる。
【００４２】
また、ＥＣ素子２０では、導電層２４の一方の主面に調光部２００の第１型ＥＣ層２２ａが接し、導電層２４の他方の主面に調光部２００の第２型ＥＣ層２２ｂが接している。即ち、導電層２４の両面に異なる種類のＥＣ層が接しているため、直列駆動が可能となり、電気の流れが積層体の積層方向（縦方向）のみとなり、横方向への電気の流れがないため、内部抵抗が減少し、消費電力を低減できる。
【００４３】
以上のように、ＥＣ素子２０では、高い応答性と、大きな光学密度変化とを両立できるとともに、消費電力をも低減できる。
【００４４】
図３は、従来のＥＣ素子の一例を示す模式断面図である。図３において、ＥＣ素子３０は、第１型ＥＣ層３２ａと、電解質層３３と、第２型ＥＣ層３２ｂとが積層された調光部３００を２ユニット備え、２つの調光部３００の間に単層構造の導電層３４が配置され、これらの積層体の積層方向における一方側の外面に第１電極３１aが配置され、他方側の外面に第２電極３１ｂが配置されている。
【００４５】
従来のＥＣ素子３０では、導電層３４の一方の主面に調光部３００の第２型ＥＣ層３２ｂが接し、導電層３４の他方の主面にも調光部３００の第２型ＥＣ層３２ｂが接している。即ち、導電層３４の両面に同じ種類のＥＣ層が接しているため、直列駆動が不可能となり、必然的に並列駆動となる。このため、電気の流れが積層体の積層方向（縦方向）だけではなく、横方向への流れも加わるため、内部抵抗が増加し、消費電力が増加する問題がある。
【００４６】
図４は、本発明の一実施形態のＥＣ素子の一例を示す模式断面図である。図４において、ＥＣ素子４０は、第１型ＥＣ層４２ａと、電解質層４３と、第２型ＥＣ層４２ｂとが積層された調光部４００を３ユニット備え、各調光部４００の間に単層構造の導電層４４が配置され、これらの積層体の積層方向における一方側の外面に第１電極４１aが配置され、他方側の外面に第２電極４１ｂが配置されている。
【００４７】
ＥＣ素子４０は、調光部４００を３ユニット備えているため、第１型ＥＣ層４２ａ及び第２型ＥＣ層４２ｂを薄くしても、複数のＥＣ層の光学密度変化が合算されるため、ＥＣ素子４０の全体としては大きな光学密度変化を確保でき、また、第１型ＥＣ層４２ａ及び第２型ＥＣ層４２ｂを薄くすることにより、応答速度を向上できる。
【００４８】
また、ＥＣ素子４０では、導電層４４の一方の主面に調光部４００の第１型ＥＣ層４２ａが接し、導電層４４の他方の主面に調光部４００の第２型ＥＣ層４２ｂが接している。即ち、導電層４４の両面に異なる種類のＥＣ層が接しているため、直列駆動が可能となり、電気の流れが積層体の積層方向（縦方向）のみとなり、横方向への電気の流れがないため、内部抵抗が減少し、消費電力を低減できる。
【００４９】
以上のように、ＥＣ素子４０では、高い応答性と、大きな光学密度変化とを両立できるとともに、消費電力をも低減できる。
【００５０】
図５は、本発明の一実施形態のＥＣ素子の一例を示す模式断面図である。図５において、ＥＣ素子５０は、第１型ＥＣ層５２ａと、電解質層５３と、第２型ＥＣ層５２ｂとが積層された調光部５００を３ユニット備え、各調光部５００の間に３層構造の導電層５０１が配置され、これらの積層体の積層方向における一方側の外面に第１電極５１aが配置され、他方側の外面に第２電極５１ｂが配置されている。また、導電層５０１は、第１導電性材料層５４ａと、絶縁層５５と、第２導電性材料層５４ｂとをこの順で積層させ、第１導電性材料層５４ａと、第２導電性材料層５４ｂとは、導電部５６で接続されている。
【００５１】
ＥＣ素子５０は、調光部５００を３ユニット備え、また、導電層５０１の一方の主面に調光部５００の第１型ＥＣ層５２ａが接し、導電層５０１の他方の主面に調光部５００の第２型ＥＣ層５２ｂが接しているため、図４に示したＥＣ素子４０と同様に、高い応答性と、大きな光学密度変化とを両立できるとともに、消費電力をも低減できる。
【００５２】
更に、ＥＣ素子５０では、導電層５０１に絶縁層５５を備えているため、各調光部５００の間のキャリアの透過を略完全に防止できる。
【００５３】
図６は、本発明の一実施形態のＥＣ素子の一例を示す模式断面図である。図６において、ＥＣ素子６０は、第１型ＥＣ層６２ａと、電解質層６３と、第２型ＥＣ層６２ｂとが積層された調光部６００を３ユニット備え、各調光部６００の間に３層構造の導電層６０１が配置され、これらの積層体の積層方向における一方側の外面に第１電極６１aが配置され、他方側の外面に第２電極６１ｂが配置されている。また、導電層６０１は、第１導電性材料層６４ａと、絶縁層６５と、第２導電性材料層６４ｂとをこの順で積層させ、第１導電性材料層６４ａと、第２導電性材料層６４ｂとは、絶縁層６５に形成された開孔部を通して導電部６６で接続されている。
【００５４】
ＥＣ素子６０は、調光部６００を３ユニット備え、また、導電層６０１の一方の主面に調光部６００の第１型ＥＣ層６２ａが接し、導電層６０１の他方の主面に調光部６００の第２型ＥＣ層６２ｂが接しているため、図４に示したＥＣ素子４０と同様に、高い応答性と、大きな光学密度変化とを両立できるとともに、消費電力をも低減できる。
【００５５】
更に、ＥＣ素子６０では、導電層６０１に絶縁層６５を備えているため、各調光部６００の間のキャリアの透過を略完全に防止できる。
【実施例】
【００５６】
以下、実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。但し、下記実施例は、本発明を制限するものではない。
【００５７】
（実施例１）
第１電極／第１型ＥＣ層／電解質層／第２型ＥＣ層／単層導電層／第１型ＥＣ層／電解質層／第２型ＥＣ層／第２電極の構成を有するＥＣ素子を下記のように作製した。
【００５８】
（１）先ず、５ｃｍ角の正方形状のＰＥＴフィルムの上に、ＩＴＯをスパッタリングすることにより製膜し、厚さ１００ｎｍの第１電極を形成した。また、同様にして別のＰＥＴフィルムの上に第２電極を形成した。
（２）次に、第１電極上に、１質量％のプルシアンブルー（ＰＢ）水溶液を吐出量０．２ｍｌ／ｍｉｎでスプレーコートにより３回重ね塗りすることで、第１型ＥＣ層を形成した。
（３）電解質層は、次にように形成した。先ず、プロピレンカーボネート：６６．９０７ｇに、カリウムビス（トリフルオロメタンスルホニルイミド）：２．２０６ｇと、ウレタンアクリレート：１０．３６７ｇと、光重合開始剤（ＢＡＳＦ社製の"ＩＲＧＡＣＵＲＥ１１７３"（商品名）と"ＩＲＧＡＣＵＲＥ  ＴＰＯ"（商品名）とを質量比２：１で混合したもの）：０．５１８ｇとを溶解して電解液を作製した。次に、この電解液を第１型ＥＣ層の上に、バーコーターでギャップを制御しながら塗布した後、１０００ｍＪ／ｃｍ2の光を照射することで硬化し、硬化後の厚さが１５０μｍの電解質層を形成した。
（４）次に、電解質層の上に、１質量％のポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ）エタノール溶液を吐出量１．０ｍｌ／ｍｉｎでスプレーコートにより３回重ね塗りすることで、第２型ＥＣ層を形成した。
（５）次に、第２型ＥＣ層の上に、ＩＴＯをスパッタリングすることにより製膜し、厚さ５０ｎｍの単層導電層を形成した。
（６）次に、単層導電層の上に、上記と同様にして、第１型ＥＣ層、電解質層、第２型ＥＣ層をこの順で形成し、最後に先に形成したＰＥＴフィルム上の第２電極を積層体の端部の第２型ＥＣ層に接合して、実施例１のＥＣ素子を作製した。
（７）作製したＥＣ素子は、図７に示すように、第１電極及び第２電極を外部電源に接続した。
【００５９】
（実施例２）
第１電極／第１型ＥＣ層／電解質層／第２型ＥＣ層／単層導電層／第１型ＥＣ層／電解質層／第２型ＥＣ層／単層導電層／第１型ＥＣ層／電解質層／第２型ＥＣ層／第２電極の構成を有するＥＣ素子を下記のように作製した。
【００６０】
（１）先ず、実施例１と同様にして、第１電極と第２電極を形成した。
（２）次に、重ね塗り回数を２回とした以外は、実施例１と同様にして、第１型ＥＣ層を形成した。
（３）次に、硬化後の電解質層の厚さを１００μｍとした以外は、実施例１と同様にして、電解質層を形成した。
（４）次に、重ね塗り回数を２回とした以外は、実施例１と同様にして、第２型ＥＣ層を形成した。
（５）次に、実施例１と同様にして、単層導電層を形成した。
（６）次に、単層導電層の上に、上記と同様にして、第１型ＥＣ層、電解質層、第２型ＥＣ層、単層導電層、第１型ＥＣ層、電解質層、第２型ＥＣ層をこの順で形成し、最後に先に形成したＰＥＴフィルム上の第２電極を積層体の端部の第２型ＥＣ層に接合して、実施例２のＥＣ素子を作製し、実施例１と同様にして、外部電源に接続した。
【００６１】
（実施例３）
第１電極／第１型ＥＣ層／電解質層／第２型ＥＣ層／３層開孔導電層（第１導電性材料層／開孔付き絶縁層／第２導電性材料層）／第１型ＥＣ層／電解質層／第２型ＥＣ層／第２電極の構成を有するＥＣ素子を下記のように作製した。
【００６２】
（１）先ず、実施例１と同様にして、第１電極と第２電極を形成した。
（２）次に、実施例１と同様にして、第１型ＥＣ層を形成した。
（３）次に、実施例１と同様にして、電解質層を形成した。
（４）次に、実施例１と同様にして、第２型ＥＣ層を形成した。
（５）３層開孔導電層は、次のように形成した。先ず、開孔付き絶縁層として、厚さ５０μｍ、５ｃｍ角の正方形状の多孔質ＰＥＴフィルムを準備した。次に、上記多孔質ＰＥＴフィルムの両面に、ＩＴＯをスパッタリングすることにより製膜し、それぞれ厚さ５０ｎｍの第１導電性材料層及び第２導電性材料層を形成し、上記多孔質フィルムの開孔部を通して第１導電性材料層と第２導電性材料層とを導通させた。続いて、作製した３層開孔導電層を第２型ＥＣ層に接合した。
（６）次に、３層開孔導電層の上に、上記と同様にして、第１型ＥＣ層、電解質層、第２型ＥＣ層をこの順で形成し、最後に先に形成したＰＥＴフィルム上の第２電極を積層体の端部の第２型ＥＣ層に接合して、実施例３のＥＣ素子を作製し、実施例１と同様にして、外部電源に接続した。
【００６３】
（実施例４）
第１電極／第１型ＥＣ層／電解質層／第２型ＥＣ層／３層開孔導電層（第１導電性材料層／開孔付き絶縁層／第２導電性材料層）／第１型ＥＣ層／電解質層／第２型ＥＣ層／３層開孔導電層（第１導電性材料層／開孔付き絶縁層／第２導電性材料層）／第１型ＥＣ層／電解質層／第２型ＥＣ層／第２電極の構成を有するＥＣ素子を下記のように作製した
【００６４】
（１）先ず、実施例１と同様にして、第１電極と第２電極を形成した。
（２）次に、重ね塗り回数を２回とした以外は、実施例１と同様にして、第１型ＥＣ層を形成した。
（３）次に、硬化後の電解質層の厚さを１００μｍとした以外は、実施例１と同様にして、電解質層を形成した。
（４）次に、重ね塗り回数を２回とした以外は、実施例１と同様にして、第２型ＥＣ層を形成した。
（５）次に、実施例３と同様にして、３層開孔導電層を形成した。
（６）次に、３層開孔導電層の上に、上記と同様にして、第１型ＥＣ層、電解質層、第２型ＥＣ層、３層開孔導電層、第１型ＥＣ層、電解質層、第２型ＥＣ層をこの順で形成し、最後に先に形成したＰＥＴフィルム上の第２電極を積層体の端部の第２型ＥＣ層に接合して、実施例４のＥＣ素子を作製し、実施例１と同様にして、外部電源に接続した。
【００６５】
（実施例５）
第１電極／第１型ＥＣ層／電解質層／第２型ＥＣ層／３層外部導電層（第１導電性材料層／絶縁層／第２導電性材料層）／第１型ＥＣ層／電解質層／第２型ＥＣ層／第２電極の構成を有するＥＣ素子を下記のように作製した。
【００６６】
（１）先ず、実施例１と同様にして、第１電極と第２電極を形成した。
（２）次に、重ね塗り回数を１２回とした以外は、実施例１と同様にして、第１型ＥＣ層を形成した。
（３）次に、実施例１と同様にして、電解質層を形成した。
（４）次に、重ね塗り回数を１２回とした以外は、実施例１と同様にして、第２型ＥＣ層を形成した。
（５）３層外部導電層は、次のように形成した。先ず、絶縁層として、厚さ５０μｍ、５ｃｍ角の正方形状のＰＥＴフィルムを準備した。次に、上記ＰＥＴフィルムの両面に、ＩＴＯをスパッタリングすることにより製膜し、それぞれ厚さ５０ｎｍの第１導電性材料層及び第２導電性材料層を形成した。続いて、第１導電性材料層と第２導電性材料層の外周部を金属テープにより接続して導通させた。その後、作製した３層外部導電層を第２型ＥＣ層に接合した。
（６）次に、３層外部導電層の上に、上記と同様にして、第１型ＥＣ層、電解質層、第２型ＥＣ層をこの順で形成し、最後に先に形成したＰＥＴフィルム上の第２電極を積層体の端部の第２型ＥＣ層に接合して、実施例５のＥＣ素子を作製し、実施例１と同様にして、外部電源に接続した。
【００６７】
（実施例６）
第１電極／第１型ＥＣ層／電解質層／第２型ＥＣ層／３層外部導電層（第１導電性材料層／絶縁層／第２導電性材料層）／第１型ＥＣ層／電解質層／第２型ＥＣ層／３層外部導電層（第１導電性材料層／絶縁層／第２導電性材料層）／第１型ＥＣ層／電解質層／第２型ＥＣ層／第２電極の構成を有するＥＣ素子を下記のように作製した。
【００６８】
（１）先ず、実施例１と同様にして、第１電極と第２電極を形成した。
（２）次に、重ね塗り回数を８回とした以外は、実施例１と同様にして、第１型ＥＣ層を形成した。
（３）次に、硬化後の電解質層の厚さを１００μｍとした以外は、実施例１と同様にして、電解質層を形成した。
（４）次に、重ね塗り回数を８回とした以外は、実施例１と同様にして、第２型ＥＣ層を形成した。
（５）次に、実施例５と同様にして、３層外部導電層を形成した。
（６）次に、３層外部導電層の上に、上記と同様にして、第１型ＥＣ層、電解質層、第２型ＥＣ層、３層外部導電層、第１型ＥＣ層、電解質層、第２型ＥＣ層をこの順で形成し、最後に先に形成したＰＥＴフィルム上の第２電極を積層体の端部の第２型ＥＣ層に接合して、実施例６のＥＣ素子を作製し、実施例１と同様にして、外部電源に接続した。
【００６９】
（比較例１）
第１電極／第１型ＥＣ層／電解質層／第２型ＥＣ層／第２電極の構成を有するＥＣ素子を下記のように作製した。
【００７０】
（１）先ず、実施例１と同様にして、第１電極と第２電極を形成した。
（２）次に、重ね塗り回数を６回とした以外は、実施例１と同様にして、第１型ＥＣ層を形成した。
（３）次に、硬化後の電解質層の厚さを３００μｍとした以外は、実施例１と同様にして、電解質層を形成した。
（４）次に、重ね塗り回数を６回とした以外は、実施例１と同様にして、第２型ＥＣ層を形成した。
（５）最後に先に形成したＰＥＴフィルム上の第２電極を第２型ＥＣ層に接合して、比較例１のＥＣ素子を作製し、実施例１と同様にして、外部電源に接続した。
【００７１】
（比較例２）
第１電極／第１型ＥＣ層／電解質層／第２型ＥＣ層／第２電極の構成を有するＥＣ素子を下記のように作製した。
【００７２】
（１）先ず、実施例１と同様にして、第１電極と第２電極を形成した。
（２）次に、重ね塗り回数を２４回とした以外は、実施例１と同様にして、第１型ＥＣ層を形成した。
（３）次に、硬化後の電解質層の厚さを１ｍｍとした以外は、実施例１と同様にして、電解質層を形成した。
（４）次に、重ね塗り回数を２４回とした以外は、実施例１と同様にして、第２型ＥＣ層を形成した。
（５）最後に先に形成したＰＥＴフィルム上の第２電極を第２型ＥＣ層に接合して、比較例２のＥＣ素子を作製し、実施例１と同様にして、外部電源に接続した。
【００７３】
次に、作製したＥＣ素子を用いて下記のとおり特性評価を行った。
【００７４】
＜応答速度＞
作製した実施例３、実施例４及び比較例１のＥＣ素子を用いて、下記のように応答速度を評価した。
【００７５】
遮光状態における波長７００ｎｍの光の透過率から、直流定電圧を印加した２０秒後の透明状態における波長７００ｎｍの光の透過率へ変化する際に、透過率の変化幅の８０％の変化が終了するまでの時間を応答時間として測定した。波長７００ｎｍの光の透過率は、Ｐｅｒｋｉｎ  Ｅｌｍｅｒ社製の分光計“Ｌａｍｂｄａ７５０”を用いて測定し、透過率の時間変化を検出した。その結果を表１に示す。
【００７６】
【表１】
2018138969.tif 000003
【００７７】
表１から、実施例３及び実施例４では、比較例１に比べて、応答時間が１／２以下となっていることが分かる。即ち、第１型ＥＣ層及び第２型ＥＣ層の塗布回数の合計が各例において同じ（実施例３：３回塗り×調光部２ユニット、実施例４：２回塗り×調光部３ユニット、比較例１：６回塗り）であっても、実施例３及び４のほうが比較例１よりも短い応答時間となる。
【００７８】
＜電気化学特性＞
作製した実施例３、実施例４及び比較例１のＥＣ素子を用いて、下記のように電気化学特性を評価した。
【００７９】
サイクリックボルタンメトリー測定によってＥＣ素子の酸化・還元ピークから酸化・還元電位を求めた。上記測定は、ビー・エー・エス社製のＡＬＳ電気化学アナライザー“ＡＬＳ−６００Ｅ”を用い、第１電極を作用電極、第２電極を対向電極とし、２極系の状態で測定を行った。参照電極のリード線は対向電極と同じ第２電極に接続した。また、走査電圧速度は０．００５Ｖ／ｓｅｃとした。その結果を表２に示す。
【００８０】
【表２】
2018138969.tif 000004
【００８１】
酸化・還元電位は、調光部を２ユニット（実施例３）、３ユニット（実施例４）とユニット数が増加するにつれて、そのユニット数に比例して大きくなると考えられる。例えば、１ユニットの比較例１の酸化電位が１．４Ｖであれば、実施例３の酸化電位は２．８Ｖ、実施例４の酸化電位は４．２Ｖとなるはずであるが、実際にはそれぞれ２．４Ｖ、３．４Ｖに低下している。これは、導電層の横方向の電子移動がなく、抵抗ロスが抑えられた分だけ酸化・還元電位は低下していると考えられる。酸化・還元電位の低下は駆動電圧の低下を意味しており、実施例３及び実施例４では、比較例１に比べて消費電力が小さいことが分かる。
【００８２】
＜コントラスト＞
実施例５、実施例６及び比較例２のＥＣ素子を用いて、直流定電圧を印加した際の透明時及び遮光時の全光線透過率を測定した。全光線透過率は、日本電色工業社製の分光計“ＨＡＺＥ  ＭＡＴＥＲ  ＮＤＨ−５０００”を用いて、ＪＩＳ  Ｋ  ７３６１に規定する方法に基づいて測定した。その結果を表３に示す。
【００８３】
【表３】
2018138969.tif 000005
【００８４】
コントラスト比を透明時透過率／遮光時透過率と定義した場合、実施例５及び実施例６ではコントラスト比は、比較例２に比べて上昇していることが分かる。ここで、濃色時の透過率は比較例２においてはほぼ限界に近付いていると考えられる。即ち、比較例２ではＥＣ層を２４回塗布で厚くしているが、厚みの影響でイオンや電子の注入がうまくいかず、色変化が頭打ちになっていると考えられる。一方、実施例５及び実施例６では、合計でＥＣ層を２４回塗布しているが、薄いＥＣ層を有する調光部を積層しているため、キャリアの注入がスムーズに行われ、比較例２と比較してコントラスト比が上昇したものと考えられる。
【００８５】
＜ＥＣ層の可逆性＞
実施例５、実施例６及び比較例２のＥＣ素子を用いて、下記のように耐久性試験を行ってＥＣ層の可逆性を評価した。
【００８６】
実施例５においては４．０Ｖと−４．０Ｖ、実施例６においては６．０Ｖと−６．０Ｖ、比較例２においては２．０Ｖと−２．０Ｖの直流定電圧を第１電極と第２電極間に交互に６０秒ずつ印加し、２００回動作させ、その後に動作状態を確認した。その結果、初期状態と動作が変わらないものを可逆性が良好と判断し、面内に斑点模様の色残りが生じたものを可逆性が不良と判断した。その結果を表４に示す。また、表４では、耐久性試験前の初期の透明時透過率、及び、２００回動作後の透明時透過率を示した。
【００８７】
【表４】
2018138969.tif 000006
【００８８】
表４から、実施例５及び実施例６では、比較例１に比べて、ＥＣ層の可逆性が優れていることが分かる。
【００８９】
＜シミュレーション＞
実施例１及び実施例２において、第１電極と第２電極の間に直流定電圧を２０秒間印加した際の応答速度をシミュレーションし、比較例１と比較を行った。実施例１と実施例２においては、比較例１の構成に加えてＩＴＯ層が中間層として増えているため、その分だけ飽和時の透明時・遮光時ともに透過率が低下すると考えられる。実施例１及び実施例２における電解質層とＥＣ層の合計の厚さは比較例１と変化はない。ＩＴＯ層の抵抗率を２．６×１０-4Ωｃｍとしたとき、厚さ５０ｎｍの中間層の電気抵抗は第１電極と第２電極の平面方向（５ｃｍ）の電気抵抗と比較すると遥かに小さく、ここでは無視できるとした。調光部１層の抵抗と、駆動の際にかかる電圧が一定として、比較例１において駆動電圧を印加した際に流れた電荷量と時間の関係を単純なＲＣ回路の式で近似した。即ち、流れた電荷量をＱとすると、Ｑ＝ＣＶ（１−ｅ(-t/RC)）と近似できる。ここで、Ｃ：電気容量（Ｆ）、Ｒ：抵抗（Ω）、Ｖ：印加した電圧（Ｖ）、ｔ：時間（ｓｅｃ）である。
【００９０】
各調光部単位で考えると、電気抵抗は一定としているので抵抗Ｒは変わらないが、電気容量Ｃは実施例１では比較例１の１／２、実施例２では比較例１の１／３となり、各調光部にかかる電圧は比較例１と変わらない。ここで、ＥＣ層の着色効率をｗ、ＥＣ層の７００ｎｍにおける吸光度の変化を△Ａｂｓとすると、△Ａｂｓ＝ｗＱとなる。遮光状態の７００ｎｍにおける透過率をＴ０（％）、直流定電圧印加後の透過率をＴ（ｔ）とすると、Ｔ（ｔ）＝１０(-LOG10(T0/100)+△Abs)と表すことができる。この関係式から、初期状態の透過率からの応答時間を求めた。その結果を表５に示す。また、図８〜図１３に、比較例１、実施例１及び実施例２の電荷と時間との関係及び波長７００ｎｍにおける透過率と時間との関係を示す。
【００９１】
【表５】
2018138969.tif 000007
【００９２】
表５から、実施例１及び実施例２では、比較例１に比べて、応答時間が１／２以下となっていることが分かる。
【符号の説明】
【００９３】
１０、３０  従来のＥＣ素子
２０、４０、５０、６０  実施形態のＥＣ素子
１１ａ、２１ａ、３１ａ、４１ａ、５１ａ、６１ａ  第１電極
１１ｂ、２１ｂ、３１ｂ、４１ｂ、５１ｂ、６１ｂ  第２電極
１３、２３、３３、４３、５３、６３  電解質層
２４、３４、４４、５０１、６０１  導電層
５４ａ、６４ａ  第１導電性材料層
５４ｂ、６４ｂ  第２導電性材料層
５５、６５  絶縁層
５６、６６  導電部
１００、２００、３００、４００、５００、６００  調光部
【図１】
2018138969.tif 000008
【図２】
2018138969.tif 000009
【図３】
2018138969.tif 000010
【図４】
2018138969.tif 000011
【図５】
2018138969.tif 000012
【図６】
2018138969.tif 000013
【図７】
2018138969.tif 000014
【図８】
2018138969.tif 000015
【図９】
2018138969.tif 000016
【図１０】
2018138969.tif 000017
【図１１】
2018138969.tif 000018
【図１２】
2018138969.tif 000019
【図１３】
2018138969.tif 000020