(57)【要約】      （修正有）【課題】基板面内のクロミック材料を比較的に短時間で均一な色調とする調光窓を提供すること。【解決手段】透光性基板１と、透光性基板の表面の少なくとも一部に形成された水素化によって色が変化する化合物を含む層２と、化合物を含む層の少なくとも一部に接して配置された水素吸蔵能を有する金属粒子３と、電極層５とを含む調光窓。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性基板と、前記透光性基板の表面の少なくとも一部に形成された水素化によって色が変化する化合物を含む層と、前記化合物を含む層の少なくとも一部に接して配置された水素吸蔵能を有する金属粒子と、電極層とを含む調光窓。
【請求項２】
前記化合物を含む層が、マグネシウムを少なくとも一部に含む、請求項１に記載の調光窓。
【請求項３】
前記化合物を含む層が、タングステン酸化物を少なくとも一部に含む、請求項１または請求項２に記載の調光窓。
【請求項４】
前記電極層は透光性である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の調光窓。
【請求項５】
前記電極層は、前記化合物を含む層上に形成され、および／または前記化合物を含む層が形成された透光性基板とは異なった別の透光性基板の表面の少なくとも一部に形成され、前記別の透光性基板は前記化合物を含む層の一部に対向して配置される、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の調光窓。
【請求項６】
前記電極層上で生成された水素によって前記化合物を含む層の色調の変化が可能である、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の調光窓。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は調光窓に関する。
【背景技術】
【０００２】
これまで、水素化により材料の色調が変化するクロミック材料が多く提案されている。
例えばマグネシウム（Ｍｇ）・チタン（Ｔｉ）合金やＭｇ・ニオブ（Ｎｂ）合金は、水素化されていない場合は金属光沢を呈し、水素化された場合には無色透明へと変化する（例えば特許文献１および２参照）。また、タングステン酸化物は、水素化されていない場合は無色透明であり、水素化された場合は青色へと変化する。
【０００３】
これらの色調の変化を利用して、窓材の色調を変化させる調光窓やスマートウィンドウが提案されている。これらの窓材は主に、電圧によって水素イオンを拡散させてクロミック材料の色調を変化させるエレクトロクロミック方式を用いたものとして提案されることが多い。
【０００４】
一方、水素ガスの有無で、クロミック材料の色調を調整するガスクロミック方式が特許文献１および２に提案されている。本方式では、クロミック材料への水素ガス供給と酸素ガス供給との切り替えを行う雰囲気制御器により、クロミック材料の色調を変化させることができる。例えば、Ｍｇ合金薄膜をクロミック材料として用いた場合、水素ガスを供給したときは色調は無色透明であり、酸素ガスを供給したときは金属光沢を呈する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２０５８６号公報
【特許文献２】特開２００８−２０５９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１及び２に記載のガスクロミック方式では、水素や酸素が拡散し、その後、クロミック材料の水素化反応や脱水素化反応が開始することにより色調変化が起こるため、比較的短い時間においては、水素ガスや酸素ガスが拡散しやすい部分と拡散しにくい部分において色調ムラが発生することがあった。
【０００７】
本発明の目的は、基板面内のクロミック材料を比較的に短時間で均一な色調とする調光窓を提供することにある。
【０００８】
他の目的は、基板面内のクロミック材料の色調変化の速度を任意に制御することが可能である調光窓を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様に係る調光窓は、透光性基板と、前記透光性基板の表面の少なくとも一部に形成された水素化によって色が変化する化合物を含む層と、前記化合物を含む層の少なくとも一部に接して配置された水素吸蔵能を有する金属粒子と、電極層とを含む。
【発明の効果】
【００１０】
上記によれば、基板面内のクロミック材料を短時間で均一な色調とする調光窓を提供することができる。
【００１１】
上記によれば、基板面内のクロミック材料の色調変化の速度を任意に制御することが可能である調光窓を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、実施例１において作製した調光窓の横断面概略図である。
【図２】図２は、実施例１において作製した電極層の形状を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
＜本発明の実施形態の説明＞
まず、本発明の実施形態を列記して説明する。
【００１４】
［１］本発明の一態様に係る調光窓は、透光性基板と、前記透光性基板の表面の少なくとも一部に形成された水素化によって色が変化する化合物を含む層と、前記化合物を含む層の少なくとも一部に接して配置された水素吸蔵能を有する金属粒子と、電極層とを含む。
【００１５】
上記調光窓によれば、基板面内のクロミック材料を短時間で均一な色調とすることができる。
【００１６】
［２］本実施形態の調光窓は、前記化合物を含む層がマグネシウムを少なくとも一部に含むことが好ましい。このことは、調光窓の耐久性と透明性を向上させるうえで有利である。
【００１７】
［３］本実施形態の調光窓は、前記化合物を含む層がタングステン酸化物を少なくとも一部に含むことが好ましい。このことは、調光窓の透過率の変化率を大きくさせるうえで有利である。
【００１８】
［４］本実施形態の調光窓は、電極層が透光性であることが好ましい。このことは、調光窓の透光性を確保するうえで有利である。
【００１９】
［５］本実施形態の調光窓は、電極層が前記化合物を含む層上に形成され、および／または前記化合物を含む層が形成された透光性基板とは異なった別の透光性基板の表面の少なくとも一部に形成され、前記別の透光性基板は前記化合物を含む層の一部に対向して配置されることが好ましい。このことは、電極層上で生成された水素および酸素によって化合物を含む層の色調を変化させ易くするうえで有利である。
【００２０】
［６］本実施形態の調光窓は、電極層上で生成された水素によって前記化合物を含む層の色調の変化が可能である。このことは、前記化合物を含む層の色調を比較的に短時間で変化させるうえで有利である。
【００２１】
＜本発明の実施形態の詳細＞
［調光窓］
本実施形態の調光窓は、透光性基板と、透光性基板の表面の少なくとも一部に形成された水素化によって色が変化する化合物を含む層と、化合物含有層の少なくとも一部に接して配置された水素吸蔵能を有する金属粒子と、電極層とを含む。
【００２２】
上記調光窓によれば、基板面内のクロミック材料を短時間で均一な色調とすることができる。
【００２３】
調光窓とは、スマートウィンドウや調光ミラーとも呼ばれるものであり、電圧印加などの外部因子によって光の透過状態を変化させ得る部材のことである。調光窓は、建材に用いられる外窓だけでなく、室内の壁などにも用いることができる。
（１）透光性基板
透光性基板（以下、単に基板ともいう）は、各種ガラスや透明樹脂から構成され得る。透明樹脂としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリイミド（ＰＩ）などが挙げられる。
【００２４】
透光性とは、可視光域の一部（５５０ｎｍ以上６００ｎｍ以下）の透過率が３０％以上およびヘイズ値が１０％以下をいう。透光性基板は、可視光域の透過率が好ましくは３５％以上であり、より好ましくは４０％以上である。また、透光性基板は、ヘイズ値が好ましくは９％以下であり、より好ましくは８％以下である。透光性基板の可視光域の透過率が３０％以上およびヘイズ値が１０％以下であることにより、調光窓が光透過状態にあるときに光透過率の高い調光窓が得られ易くなる傾向にある。透光性基板は、好ましくは無色透明基板であることが好ましい。無色透明とは、可視光域の透過率が３０％以上およびヘイズ値が１０％以下であり、かつ目視により着色が確認されないことをいう。無色透明基板は、可視光域の透過率がより好ましくは５０％以上、さらに好ましくは７０％以上、特に好ましくは９０％以上である。無色透明基板は、ヘイズ値がより好ましくは９％以下、さらに好ましくは８％以下である。可視光域の一部（５５０ｎｍ以上６００ｎｍ以下）の透過率は、後述の実施例において説明する測定方法に従って測定した値である。
【００２５】
透光性基板の厚みは、例えば０．０１ｍｍ以上１００ｍｍ以下であってよく、好ましくは０．１ｍｍ以上５０ｍｍ以下、より好ましくは０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。透光性基板の厚みは、調光窓の用途や使用する条件などに応じて適宜選択することができる。
（２）水素化によって色が変化する化合物を含む層
調光窓は、透光性基板の表面の少なくとも一部に形成された水素化によって色が変化する化合物を含む層（以下、化合物含有層ともいう）を含む。水素化によって色が変化する化合物とは、水素化または脱水素化により色調が可逆的に変化する化合物であり、クロミック材料とも呼ばれる。化合物含有層に含まれるクロミック材料としては、遷移金属の酸化物、希土類金属、マグネシウム合金などが挙げられる。これらのクロミック材料は、１種または２種以上を組合わせて用いることができる。化合物含有層に含まれる材料は、Ｘ線光電子分光法によって構成する元素を分析することができる。
【００２６】
色が変化する層に用いるクロミック材料としては、水素化された場合に無色透明となり、水素化されていないかまたは脱水素化された場合に金属光沢を呈するクロミック材料や、水素化された場合に青色を呈し、水素化されていないかまたは脱水素化された場合に無色透明となるクロミック材料などが挙げられる。無色透明とは、上述の透光性基板について説明した無色透明を意味する。
【００２７】
水素化されていないかまたは脱水素化された場合に金属光沢を呈するクロミック材料としては、希土類金属、Ｍｇ・Ｎｉ合金、Ｇｄ・Ｍｇ合金、Ｍｇ・Ｎｉ合金、Ｍｇ・Ｃａ合金、Ｍｇ・Ｚｒ合金、Ｍｇ・Ｓｒ合金などが挙げられる。化合物含有層がＭｇを少なくとも一部に含む場合、耐久性および透明性が向上し易い傾向にある。中でもＭｇ・Ｃａ合金、Ｍｇ・Ｚｒ合金、Ｍｇ・Ｓｒ合金は、水素化されたときに無色透明となり、水素化を繰り返しても色調変化量の低下が起こりにくい傾向があるため好ましい。
【００２８】
水素化された場合に青色を呈するクロミック材料としては、タングステン酸化物などが挙げられる。化合物含有層がタングステン酸化物を少なくとも一部に含む場合、水素化されたときに光透過率の低減率が大きくなる傾向にある。
【００２９】
タングステン酸化物としては、タングステン（Ｗ）：酸素（Ｏ）＝１：３の化合物であり、非晶質であるものが好ましい。Ｏ／Ｗ比（原子比）としては、例えば２．５以上３．２以下であり、より好ましくは２．７以上３．１以下である。Ｏ／Ｗ比（原子比）が２．５以上３．２以下である場合、色調の変化量が大きくなり易い傾向にある。タングステン酸化物は、耐久性や着色したときの透過率低減率が他の遷移金属の酸化物に比較して優れている点から好ましい。
【００３０】
Ｏ／Ｗ比（原子比）は、Ｘ線光電子分光法によって定量化する。Ｗの結合エネルギーを測定するＯ／Ｗ比＝３／１と２／１は、異なる結合エネルギーを有しており、二つの結合エネルギーの差を１０等分に分割し、１０等分の内５個分の位置に結合エネルギーが存在する場合はＯ／Ｗ＝２．５とする。Ｏ／Ｗ比＝３／１のＷの結合エネルギーに１０等分したうちの２つ分を足した値をＯ／Ｗ＝３．２の値とする。
【００３１】
タングステン酸化物の結晶性は、Ｘ線回折法にて評価することができる。
化合物含有層はクロミック材料を主成分として含むことができる。化合物含有層におけるクロミック材料の含有量は、化合物含有層の全質量を基準に例えば５０質量％以上、好ましくは６０質量％以上、より好ましくは７０質量％以上である。化合物含有層は、クロミック材料を化合物含有層の全質量を基準に例えば１００質量％以下含み、９５質量％以下であってもよい。
【００３２】
化合物含有層はクロミック材料以外に他の成分、例えば酸化ケイ素等を含むことができる。化合物含有層が他の成分を含む場合、他の成分の含有量は、化合物含有層の全質量を基準に例えば０質量％より大きく、５０質量％以下である。
【００３３】
化合物含有層の厚みとしては、良好な色調変化と透明性を確保することができる点から、好ましくは１００ｎｍ以上５μｍ以下である。化合物含有層の厚みが１００ｎｍより小さい場合は、色調の変化において着色したときに光透過率の低減率があまりに小さくなる傾向にある。化合物含有層の厚みが５μｍ以上の場合は、無色透明性を確保することが難しくなる傾向にある。化合物含有層の厚みは、良好な色調変化が確保し易くなる傾向にある点から、より好ましくは２００ｎｍ以上、さらに好ましくは３００ｎｍ以上である。また、化合物含有層の厚みは、無色透明性を確保し易くなる傾向にある点から、より好ましくは３μｍ以下、さらに好ましくは１μｍ以下である。化合物含有層の厚みは、後述する実施例における方法により測定した。
【００３４】
化合物含有層は、透光性基板の表面の少なくとも一部に形成される。化合物含有層は、透光性基板の表面の片側に形成されてもよく、または透光性基板の表面の両側に形成されてもよい。化合物含有層を透明基板上に形成する方法としては、例えばスパッタリング法、真空蒸着法、電子ビーム蒸着法、化学気相蒸着法（ＣＶＤ）、めっき法などが挙げられるが、これらに限定されない。例えば化合物含有層をタングステン酸化物から形成するスパッタリング法においては、真空槽中に導入するＯ２比〔＝Ｏ２／（Ａｒ＋Ｏ２）〕を変化させることでタングステン酸化物のＯ／Ｗ比を変化させることができる。真空槽中のＯ２比が小さくすることにより、タングステン酸化物のＯ／Ｗ比を小さくすることができる。
（３）金属粒子
調光窓は、化合物含有層の少なくとも一部に接して配置された水素吸蔵能を有する金属粒子（以下、単に金属粒子ともいう）を含む。水素を吸蔵するとは、例えば金属粒子の固体結晶中に水素分子が入り込むこと、金属粒子の固体結晶を構成する原子間に水素原子が入り込むこと、金属粒子の固体結晶を構成する原子と水素原子が置き換わること、あるいは金属粒子を構成する原子と水素原子とが化学結合すること、あるいは金属粒子間の粒界に水素原子が入り込むこと、あるいは金属粒子の表面に水素分子、水素原子が吸着していることなどをいう。化合物含有層の少なくとも一部に接して配置されるとは、金属粒子が化合物含有層上に配置される場合、金属粒子が化合物含有層の内部に配置される場合、金属粒子が化合物含有層下に配置される場合を含む。
【００３５】
金属粒子は、例えば水素吸蔵量および水素吸蔵速度などの水素吸蔵能が化合物含有層に含まれるクロミック材料より高いことが望ましい。水素ガスが一旦、水素原子として金属粒子に吸蔵された後、化合物含有層中のクロミック材料と反応することで、化合物含有層の色調を変化させることができる。金属粒子が水素吸蔵能を有することで、化合物含有層と水素原子との接触が積極的に起こることとなり、化合物含有層の色調変化が素早く起こり得る。
【００３６】
金属粒子は、その表面において、化合物含有層の水素化を促進する触媒作用を有することが好ましい。
【００３７】
金属粒子は、水素化された後の化合物含有層内の水素と雰囲気中の酸素との反応の触媒として作用することが好ましく、この場合、化合物含有層の脱水素化を促進することができる。
【００３８】
多くの金属粒子を、化合物含有層と接して配置することは、水素ガスおよび酸素ガスと接触し易くなり、水素吸蔵効果が効率的に発揮されるため好ましい。化合物含有層上に配置される金属粒子の密度は、例えば１×１０２個／ｍｍ２以上１×１０２０個／ｍｍ２以下であり、好ましくは１×１０４個／ｍｍ２以上１×１０１５個／ｍｍ２以下である。
【００３９】
金属粒子は、化合物含有層内部に配置することもできる。金属粒子を化合物含有層内部に配置する方法としては、例えば化合物含有層を形成した後、その上に金属粒子を配置し、その上にさらに化合物含有層を形成する方法、化合物含有層を形成すると同時に金属粒子を形成する方法などが挙げられる。
【００４０】
金属粒子内部の水素原子を、化合物含有層と接触させることで化合物含有層が水素化される観点、および酸素ガスと、化合物含有層内の水素との反応の触媒として働く観点から、金属粒子と化合物含有層の接触面積は多いことが望ましい。このため、金属粒子は化合物含有層に高分散に配置されていることが好ましい。
【００４１】
金属粒子は、例えば平均粒子径が１ｎｍ以上２００μｍ以下である。金属粒子は、平均粒子径が好ましくは１０ｎｍ以上、より好ましくは５０ｎｍ以上である。一方、金属粒子は、平均粒子径が好ましくは１００μｍ以下であり、より好ましくは３０μｍ以下である。金属粒子の平均粒子径が１ｎｍより小さい場合、大気中の水分や二酸化炭素と化学反応してしまい、水素吸蔵能や触媒作用が低減し、化合物含有層の色調変化速度が遅くなる傾向にある。金属粒子の平均粒子径が２００μｍより大きい場合、金属粒子が人間の目に検知され、見栄えが悪くなる傾向にある。平均粒子径は、結晶子径である一次粒子径ではなく、結晶子塊の径である二次粒子径である。平均粒子径は、後述する実施例において説明する方法により測定した。
【００４２】
金属粒子の製造方法は、例えば噴霧法、スパッタリング法などが挙げられるが、これらに限定されない。例えば噴霧法では、金属粒子を構成する金属の金属塩の水溶液を化合物含有層上に噴霧し、乾燥することにより金属粒子を形成することができる。金属塩としては、ハロゲン化物、例えば塩化物などが挙げられる。水溶液中の金属塩の濃度が高い場合、金属粒子の粒子径が大きくなり易い傾向にある。また、粒子径が１μｍ以下である金属粒子を得る場合、超音波噴霧法で水溶液を霧化し、化合物含有層上に付着させることができる。
【００４３】
金属粒子を水素ガスおよび酸素ガスのいずれにも接触させるために、金属粒子と化合物含有層との接触面積は適宜設計することができる。金属粒子と化合物含有層との接触面積は、例えば金属粒子を化合物含有層上に形成するときに用いる水溶液中の金属塩の濃度、水溶液を噴霧する時間などを変えることで調節することができる。
【００４４】
金属粒子は、粒子状であることから、水素との接触面積が大きくなり、効率的に水素を吸蔵することができる。また、金属粒子は、化合物含有層上に配置した場合であっても、化合物含有層を完全に覆いにくいため、化合物含有層との酸素との接触が阻害されにくく、脱水素化が起こりやすい傾向にある。
【００４５】
金属粒子は、パラジウム（Ｐｄ）金属またはプラチナ（Ｐｔ）金属から構成されることが水素吸蔵能および触媒作用の点から好ましい。
（４）電極層
調光窓は、電極層を含む。電極層に負の電圧、電流を印可することにより大気中の水分を電気分解して発生させた水素を、金属粒子に貯蔵し、最終的に化合物含有層の水素化に利用する。化合物含有層の脱水素化に際しては、電極層に正の電圧、電流を印可することにより、大気中の水分を電気分解して発生させた酸素を化合物含有層に含まれる水素と反応させて化合物含有層の脱水素化を行う。
【００４６】
電極層は、化合物含有層上に形成され、および／または化合物含有層が形成された透光性基板とは異なった別の透光性基板の表面の少なくとも一部に形成され、別の透光性基板は化合物含有層の一部に対向して配置されることが好ましい。
【００４７】
電極層を化合物含有層上に形成する場合、電極層は、金属粒子の少なくとも一部が発生させた水素や酸素と接触できるように配置させることが好ましい。例えば電極層は、化合物含有層および金属粒子上に形成することができる。電極層の配置パターンの例としては、格子状や縞状、櫛形状などが挙げられるが、これらに限定されない。
【００４８】
電極層が化合物含有層および金属粒子上に形成される場合、電極層と化合物含有層および金属粒子との間には、電極層上で生じた水や水酸基イオン（以下、ＯＨイオンともいう）へのバリア層を形成することが好ましい。バリア層を形成する場合、水やＯＨイオンが金属粒子や化合物含有層へ拡散することを抑制し易くなる傾向がある。バリア層としては、酸化ケイ素膜、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）膜などの酸化膜などが挙げられる。バリア層は、水やＯＨイオンに対するバリア機能を有するものであればその材質等は特に限定されない。
【００４９】
電極層を、化合物含有層が形成された透光性基板とは異なった別の透光性基板上に形成する場合、別の透光性基板は、化合物含有層が形成された透光性基板と対向して配置してよく、別の透光性基板上に形成された電極層の表面と化合物含有層の表面とが向き合う形で配置することが好ましい。それぞれの表面が向き合う形で配置する場合、電極層上で生成された水素が、金属粒子によって吸蔵され、最終的に化合物含有層の色調が変化し易い傾向にある。
【００５０】
電極層が別の透光性基板上に形成される場合、電極層は面状に配置してもよいし、格子状や縞状、櫛形状のように一定のパターンを形成してもよい。
【００５１】
化合物含有層が形成された透光性基板と、電極層が形成された別の透光性基板は、例えば基板間にスペーサーを配置し、一定の間隔で貼り合わせることができる。基板間隔は、例えば１０μｍ以上１０ｍｍ以下であり、好ましくは５０μｍ以上１ｍｍ以下であり、空間部分は、大気雰囲気であってよい。
【００５２】
別の透光性基板としては、化合物含有層が形成される透光性基板として上で例示したものを用いることができる。
【００５３】
電極層は、化合物含有層が形成される透光性基板上に形成する場合と別の透光性基板上に形成する場合の２種類を併用してもよい。
【００５４】
電極層は、調光窓の透光性を確保するために、透光性であることが好ましく、無色透明であることがより好ましい。透光性および無色透明は、上述の透光性基板について説明した透光性および無色透明を意味する。
【００５５】
電極層に用いる材料としては、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）系、酸化スズ系、亜鉛系、これらの複合物、ナノ金属粒子、フラーレン、カーボンナノチューブなどの炭素系などが挙げられる。
【００５６】
電極層は、スパッタリング法などにより形成することができる。電極層をＩＴＯのスパッタリング法により形成する場合、真空槽内に導入するＯ２比（＝Ｏ２／（Ａｒ＋Ｏ２））を変化させることで、光の透過率と導電率を調整することができる。また、スパッタリングの際にメタルマスクを用いて透明電極膜のパターニングを行うこともできる。
【００５７】
電極層の厚みは、膜抵抗値および光透過率低減率を考慮して、適宜変更することが可能であり、例えば１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であってよく、好ましくは１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。電極層の厚みは、後述する実施例における方法により測定した。電極層の膜抵抗率は、例えば１０−６Ωｃｍ以上１０２Ωｃｍ以下であり、１０−５Ωｃｍ以上１０−1Ωｃｍ以下であってよい。電極層の膜抵抗率は、電極層のある点から任意の距離離れた他の点の間に電圧を印加し、電流値を測定することで電気抵抗値（Ｒ）を求める。任意の距離（Ｌ）と電極層の断面積（Ａ）と電気抵抗値から膜抵抗率（＝Ｒ×Ａ／Ｌ）を算出した。
（５）調光窓
調光窓は、上述の通り電極層上で生成された水素を利用することによって化合物含有層の色調を変化させることができる。基板面内のクロミック材料の色調変化の速度は、例えば化合物含有層の厚み、化合物含有層を構成する材料、金属粒子の平均粒子径、金属粒子を化合物含有層上に配置する密度などを変化させることにより任意に制御することが可能である。また、色調を均一に変化できることから電極層に印加する電圧値を変化させることで色調変化の速度を調整させることができる。
【００５８】
化合物含有層、金属粒子および電極層は、透光性基板の全面に形成される必要はなく、調光機能を持たせたい場所に限定したり、他の調光機能の補完的役割として透光性基板の一部に限定して形成させることが可能である。また、化合物含有層、金属粒子および電極層は、他の層や粒子と組み合わせて形成される場合もある。例えば、化合物含有層と基材の下層にシリコン酸化物を形成し、基材から水分などが拡散し、調光窓として劣化を抑えることなどが挙げられる。
【００５９】
調光窓は、例えば１枚の基板から構成されたものであってよく、２枚以上の基板から構成されたものであってもよい。また、調光窓は、そのまま用いることもできるし、調光機能を付与するためにガラスなど貼り合わせて用いることもできる。
【００６０】
調光窓は、化合物含有層が形成され、および金属粒子が配置された透光性基板を１またはそれ以上有してもよい。また、調光窓は、電極層が形成された基板を１またはそれ以上有してもよい。
【００６１】
調光窓は、例えば透光性基板／化合物含有層および金属粒子／電極層の構造、透光性基板／化合物含有層および金属粒子／電極層／（空間）／透光性基板の構造、透光性基板／化合物含有層および金属粒子／（空間）／電極層／透光性基板の構造、透光性基板／化合物含有層および金属粒子／電極層／（空間）／電極層／透光性基板の構造などを有してよい。上記「（空間）」は大気雰囲気であってよい。上記「化合物含有層および金属粒子」は、化合物含有層上に金属粒子が配置されていてもよく、化合物含有層中に金属粒子が分散されていてもよい。
【００６２】
また、調光窓は、例えば透光性基板／電極層／（空間）／化合物含有層および金属粒子／透光性基板／化合物含有層および金属粒子／（空間）／電極層／透光性基板の構造や、透光性基板／電極層／（空間）／電極層／化合物含有層および金属粒子／透光性基板／化合物含有層および金属粒子／電極層／（空間）／電極層／透光性基板の構造、透光性基板／化合物含有層および金属粒子／（空間）／電極層／透光性基板／電極層／（空間）／化合物含有層および金属粒子／透光性基板の構造などを有してよい。上記「（空間）」および「化合物含有層および金属粒子」は上述の意味を有するものである。調光窓は、上記構造を繰返して有してよく、および上記構造を単独でまたは組合わせて有してもよい。
【００６３】
調光窓は、厚みが例えば０．５ｍｍ以上２００ｍｍ以下であり、好ましくは  １ｍｍ以上１００ｍｍ以下、より好ましくは５０ｍｍ以下である。
【００６４】
調光窓は、クロミック材料が無色透明であるときの可視光の一部（５５０ｎｍ以上６００ｎｍ以下）の透過率が高いほうが好ましく、例えば２５％以上であってよく、好ましくは３０％以上、より好ましくは４０％以上である。一方、調光窓は、クロミック材料が無色透明であるときの可視光の一部（５５０ｎｍ以上６００ｎｍ以下）の透過率が、例えば１００％以下であり、９０％以下であってもよい。
【００６５】
調光窓は、クロミック材料が着色しているときの可視光の一部（５５０ｎｍ以上６００ｎｍ以下）の透過率が低いほうが好ましく、例えば２５％未満であってよく、好ましくは２０％以下、より好ましくは１５％以下である。一方、調光窓は、クロミック材料が着色しているときの可視光の一部（５５０ｎｍ以上６００ｎｍ以下）の透過率が、例えば０％以上であり、１％以上であってもよい。
【００６６】
可視光の一部（５５０ｎｍ以上６００ｎｍ以下）の透過率は、後述する実施例における測定方法により測定した値である。
【００６７】
調光窓は、比較的短時間で、例えば０．５分以上３０分以下で基板面内のクロミック材料を短時間で均一な色調とすることができる。
【００６８】
調光窓の好ましい一態様としては、ポリカーボネート、ガラスまたはＰＥＴからなる透光性基板と、前記透光性基板の表面の少なくとも一部に形成されたマグネシウム合金またはタングステン酸化物を含む層と、前記層上に配置されたプラチナまたはパラジウム金属粒子と、前記層と前記金属粒子上に配置された電極層と、前記透光性基板に対向して配置された別の透光性基板と、別の透光性基板上に配置された電極層とを含む調光窓である。
【００６９】
調光窓は、建材に用いられる外窓、室内の壁などに用いることができる。また、調光窓は、自動車や鉄道車両、航空機などにも用いることができる。
【００７０】
以下、実施例について述べるが、この実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【００７１】
［Ｏ／Ｗ比］
Ｏ／Ｗ比は、タングステン酸化物の結合エネルギーをＸ線光電子分光法（アルバックファイ社製ＰＨＩ  ＱｕａｎｔｅｒａＩＩ）によって定量化することにより求めた。Ｗの結合エネルギーを測定するＯ／Ｗ比＝３／１と２／１は、異なる結合エネルギーを有しており、二つの結合エネルギーの差を１０等分に分割し、１０等分の内５個分の位置に結合エネルギーが存在する場合はＯ／Ｗ＝２．５とした。Ｏ／Ｗ比＝３／１のＷの結合エネルギーに１０等分したうちの２つ分を足した値をＯ／Ｗ＝３．２の値とした。
［膜厚］
化合物含有層および電極層の膜厚は、透過電子顕微鏡（日本電子社製ＪＥＭ−２１００Ｆ）を用いて、各層の断面構造を観察することで測定した。着色領域のの中心部の２００μｍ幅をサンプリングして観察する。２００μｍ幅の中で任意の１０点を測定する。このとき、化合物含有層および電極層の膜厚が２０ｎｍ以下の場合は、別の点を選んで１０点測定する。測定した１０点のうち、最大値と最大値から２番目、最小値と最小値から２番目を除去した６個の数値の平均値を膜厚とする。
［結晶性］
タングステン酸化物の膜の結晶性は、Ｘ線回折法（Ｘ線回折装置：リガク社製Ｓｍａｒｔ  Ｌａｂ）により確認した。測定条件は以下のとおりある。
（Ｘ線回折測定条件）
測定方法：Ｉｎ−ｐｌａｎｅ法（スリットコリメーション法）、
Ｘ線発生部：対陰極Ｃｕ、出力５０ｋＶ  ３００ｍＡ、
検出部：シンチレーションカウンタ、
入射部：スリットコリメーション、
ソーラースリット：入射側  縦発散角０．４８°
受光側  縦発散角０．４１°、
スリット：入射側  Ｓ１＝１ｍｍ＊１０ｍｍ
受光側  Ｓ２＝０．２ｍｍ＊１０ｍｍ、
走査条件：走査軸  ２θχ／φ、
走査モード：ステップ測定、走査範囲  １０°以上８０°以下、ステップ幅０．１°、
ステップ時間  ８ｓｅｃ．。
回折線のピークが確認されない場合、非晶質とした。
［平均粒子径］
全ての評価が完了したあと、各サンプルの金属粒子を透過電子顕微鏡（日本電子社製ＪＥＭ−２１００Ｆ）にて１万から１００万倍にて観察した。観察倍率は粒子径計測時の画像において金属粒子の二次粒子が５ｍｍ以上３ｃｍ以下になるよう任意の倍率を選択できる。金属粒子の結晶子の塊である二次粒子において寸法がもっとも大きくなる２点間の距離を、画像処理ソフトＩｍａｇｅＪソフトウェア（開発者Ｗａｙｎｅ  Ｒａｓｂａｎｄによるオープンソース。）を用いて作製サンプル内の範囲で任意に選択した５０個について測定し、最大値から１０個、最小値から１０個を除いた３０個の平均値を求めた。
［着色時間］
３００ｍｍ×３２０ｍｍサイズの透光性基板の基板端からの距離が縦２０ｍｍ、横２０ｍｍの位置４点の透過率を測定した。電極層に電流を流し始めてから、４点の可視光域の一部（５５０ｎｍ以上６００ｎｍ以下）の透過率の平均が２０％以下になる時間を求めた。透過率は、透過率測定器（日本分光社製Ｖ−７３０）を用いて得られた可視光域の一部（５５０ｎｍ以上６００ｎｍ以下）の透過率スペクトルデータから算出した。
［透明時間］
着色後、電極層に正の電圧を印加して、電流を流し始めてしばらくすると化合物含有層であるタングステン酸化物が無色透明になり始めた。透光性基板の３００ｍｍ×３２０ｍｍサイズの基板端からの距離が縦５０ｍｍ、横５０ｍｍの位置４点の可視光域の一部（５５０ｎｍ以上６００ｎｍ以下）の透過率を測定した。４点の可視光の一部（５５０ｎｍ以上６００ｎｍ以下）の透過率の平均が３０％以上になる時間を求めた。透過率は、透過率測定器（日本分光社製Ｖ−７３０）を用いて得られた可視光域の一部（５５０ｎｍ以上６００ｎｍ以下）の透過率スペクトルデータから算出した。
［実施例１］
透光性基板ａとしてポリカーボネート板（三菱エンジニアリングプラスチック社から入手したユーピロン、サイズ：３００ｍｍ×３２０ｍｍ×１ｍｍ）上に、タングステン酸化物から構成される化合物含有層を形成した。タングステン酸化物は、金属タングステンターゲットを原料としてスパッタリング法により形成した。真空槽中に導入するＯ２比（＝Ｏ２／（Ａｒ＋Ｏ２））を変化させることでタングステン酸化物のＯ／Ｗ比を変化させた。Ｘ線回折法にてタングステン酸化物の膜の結晶性を評価したところ非晶質であった。表１に、求めたＯ／Ｗ比、タングステン酸化物の膜厚を示す。
【００７２】
次に、塩化プラチナを水に溶かし、水溶液を得た。得られた水溶液を、超音波噴霧法で水溶液を霧化し、化合物含有層上に付着させ、乾燥させることにより、プラチナ金属粒子からなる金属粒子を化合物含有層上に形成した。表１に金属粒子の平均粒子径を示す。
【００７３】
化合物含有層上に金属粒子を形成した透光性基板ａ上に、ＩＴＯ［Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ  Ｉｎ：Ｓｎ＝９２：８（ｗｔ．％）］からなる電極層を形成した。電極層はスパッタリング法によって形成した。ＩＴＯターゲットをスパッタリングし、真空槽内に導入するＯ２比［＝Ｏ２／（Ａｒ＋Ｏ２）］を変化させることで、光の透過率と導電率を調整した。電極層の厚みは３００ｎｍとした。
【００７４】
図１に得られた調光窓の横断面概略図を示す。
図２に示すとおり、電極層は櫛形形状とした。櫛形の歯の間隔１１は、５００μｍとし、電極の幅１２も５００μｍである。櫛形の歯の部分は３００ｍｍ全面に形成されるため、一つの櫛形電極に歯はおおよそ３００本ほど存在する。これらの電極形状の形成には、電極層の形成時に透光性基板上にメタルマスクを設置し、メタルマスクの開口部を通してＩＴＯをスパッタリングすることにより、透光性基板上に電極層を形成した。開口部以外にはメタルマスク上に電極層の成分がトラップされるため、成膜完了後にメタルマスクを取り除いた後、形成した電極の一部に外部配線を接続し、外部配線に直流電源を接続した。
【００７５】
透光性基板ａと同一の材質でできた透光性基板ｂ上にも、同様にして同一形状を有する電極層を形成した。
【００７６】
電極層を形成した後、透光性基板ａと透光性基板ｂは、２００℃の大気雰囲気中で熱処理を施した。
【００７７】
次に透光性基板ａと透光性基板ｂは、基板の間に２００μｍのスペースを設けて２つを配置する。透光性基板ａの上には化合物含有層、金属粒子が形成されており、この面と電極層が形成された透光性基板ｂの面を向かい合わせる形で対向させた。透光性基板ａと透光性基板ｂの間の２００μｍのスペースは、スペース外部の雰囲気と通気しており、大気の出入りがある。
【００７８】
透光性基板ｂに流れる電流が２Ａとなるように設定し、合計で電流値２Ａが得られるようにした。電極層に負の電圧を印加すると、この大気中の水分が電極上で電気分解され、水素が発生する。電極層に負の電圧を印加して、電流を流し始めてしばらくすると化合物含有層であるタングステン酸化物が着色し始めた。表１に、着色時間および透明時間を示す。
［実施例２］
実施例１において透光性基板ａおよびｂとしてポリカーボネート板に代えてガラス板（旭硝子社から入手したフロートガラス、サイズ：３００ｍｍ×３２０ｍｍ×２ｍｍ）を用いたこと、Ｏ／Ｗ比を３．１に代えて３．０としたこと、およびタングステン酸化物を表１に示す膜厚としたこと以外は、実施例１と同様にして調光窓を作製した。表１に、着色時間および透明時間を示す。
［実施例３］
実施例１において透光性基板ａおよびｂとしてポリカーボネート板に代えてガラス板（旭硝子社から入手したフロートガラス、サイズ：３００ｍｍ×３２０ｍｍ×２ｍｍ）を用いたこと、Ｏ／Ｗ比を３．１に代えて３．０としたこと、および金属粒子の平均粒子径を表１に示す平均粒子径としたこと以外は、実施例１と同様にして調光窓を作製した。表１に、着色時間および透明時間を示す。
［実施例４］
実施例１において透光性基板ａおよび透光性基板ｂとしてポリカーボネート板に代えてガラス板（旭硝子社から入手したフロートガラス、サイズ：３００ｍｍ×３２０ｍｍ×２ｍｍ）を用いたこと、およびＯ／Ｗ比を３．１に代えて３．０としたこと以外は、実施例１と同様にして調光窓を作製した。表１に、着色時間および透明時間を示す。
［実施例５］
実施例１において透光性基板ａおよび透光性基板ｂとしてポリカーボネート板に代えてガラス板（旭硝子社から入手したフロートガラス、サイズ：３００ｍｍ×３２０ｍｍ×２ｍｍ）を用いたこと、および塩化プラチナに代えて塩化パラジウムを用いてパラジウム金属粒子からなる金属粒子を形成したこと以外は、実施例１と同様にして調光窓を作製した。表１に、着色時間および透明時間を示す。
［実施例６］
実施例１において透光性基板ａおよび透光性基板ｂとしてポリカーボネート板に代えてガラス板（旭硝子社から入手したフロートガラス、サイズ：３００ｍｍ×３２０ｍｍ×２ｍｍ）を用いたこと、Ｏ／Ｗ比を３．１に代えて３．０としたこと、および金属粒子の平均粒子径を表１に示す平均粒子径としたこと以外は、実施例１と同様にして調光窓を作製した。表１に、着色時間および透明時間を示す。
［実施例７］
実施例１において透光性基板ａおよび透光性基板ｂとしてポリカーボネート板に代えてガラス板（旭硝子社から入手したフロートガラス、サイズ：３００ｍｍ×３２０ｍｍ×２ｍｍ）を用いたこと、Ｏ／Ｗ比を３．１に代えて３．０としたこと、およびタングステン酸化物を表１に示す膜厚としたこと以外は、実施例１と同様にして調光窓を作製した。表１に、着色時間および透明時間を示す。
［実施例８］
実施例１において透光性基板ａおよび透光性基板ｂとしてポリカーボネート板に代えてＰＥＴ板（帝人社から入手したテイジンテトロンフィルム、サイズ：３００ｍｍ×３２０ｍｍ×０．２ｍｍ）を用いたこと、およびＯ／Ｗ比を３．１に代えて２．９としたこと以外は、実施例１と同様にして調光窓を作製した。表１に、着色時間および透明時間を示す。
［実施例９］
実施例１において透光性基板ａおよび透光性基板ｂとしてポリカーボネート板に代えてガラス板（旭硝子社から入手したフロートガラス、サイズ：３００ｍｍ×３２０ｍｍ×２ｍｍ）を用いたこと、およびＯ／Ｗ比を３．１に代えて２．８としたこと以外は、実施例１と同様にして調光窓を作製した。表１に、着色時間および透明時間を示す。
［実施例１０］
実施例１において透光性基板ａおよび透光性基板ｂとしてポリカーボネート板に代えてガラス板（旭硝子社から入手したフロートガラス、サイズ：３００ｍｍ×３２０ｍｍ×２ｍｍ）を用いたこと、およびＯ／Ｗ比を３．１に代えて２．７としたこと以外は、実施例１と同様にして調光窓を作製した。表１に、着色時間および透明時間を示す。
［比較例１］
実施例１において透光性基板ａおよび透光性基板ｂとしてポリカーボネート板に代えてガラス板（旭硝子社から入手したフロートガラス、サイズ：３００ｍｍ×３２０ｍｍ×２ｍｍ）を用いたこと、および化合物含有層および金属粒子を形成しなかったこと以外は、実施例１と同様にして調光窓を作製した。表２に、着色時間および透明時間を示す。
［比較例２］
実施例１において透光性基板ａおよび透光性基板ｂとしてポリカーボネート板に代えてガラス板（旭硝子社から入手したフロートガラス、サイズ：３００ｍｍ×３２０ｍｍ×２ｍｍ）を用いたこと、Ｏ／Ｗ比を３．１に代えて２．７としたこと、および金属粒子を形成しなかったこと以外は、実施例１と同様にして調光窓を作製した。表２に、着色時間および透明時間を示す。
［比較例３］
実施例１において透光性基板ａおよび透光性基板ｂとしてポリカーボネート板に代えてガラス板（旭硝子社から入手したフロートガラス、サイズ：３００ｍｍ×３２０ｍｍ×２ｍｍ）を用いたこと、Ｏ／Ｗ比を３．１に代えて２．９としたこと、電極層を形成しなかったことおよび外部に電気分解による水素および酸素発生機構を設けたこと以外は、実施例１と同様にして調光窓を作製した。表２に、着色時間および透明時間を示す。
【００７９】
【表１】
2019086623.tif 000003
【００８０】
【表２】
2019086623.tif 000004
【００８１】
表１に示すとおり、実施例１から１０の調光窓は、色調変化が短時間で起こることが分かる。表２に示すとおり、クロミック材料および水素吸蔵性金属を用いない比較例１および水素吸蔵性金属を用いない比較例２では、色調変化が起こらなかった。また、比較例３では、水素ガスおよび酸素ガスの拡散に時間がかかり、基板端からの距離が縦２０ｍｍ、横２０ｍｍの位置での透過率の変化に時間がかかった。
【００８２】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００８３】
１  透光性基板ａ
２  化合物含有層
３  金属粒子
４  電極
５  電極層
６  透光性基板ｂ
１１  櫛歯の間隔
１２  電極の幅
【図１】
2019086623.tif 000005
【図２】
2019086623.tif 000006