(57)【要約】【課題】従来のＥＣ素子を用いた絞り装置は、隣合う電極間はＥＣ材料が着色しない不着色領域が生じ、この不着色領域により光漏れや不要回折光が発生するため、結像性能のコントラストが低下してしまうという課題があった。【解決手段】２つの基板上にそれぞれ設けられた複数の透明電極と、前記透明電極が向かい合うように配置され、前期透明電極の間に電気制御により透過率が可逆変化するエレクトロクロミック材料および電解質が挟まれて設けられているエレクトロクロミック素子において、２つの電極のうち少なくとも１つの電極が凹凸形状基板上に設けられており、前記凹凸基板上の透明電極の断面形状において、電極を基板のベース面に射影したとき、最小電極幅Ｐおよび前記最小電極と隣合う電極との幅Ｗが以下の条件を満たすこと特徴とするＥＣ素子。       ０  ≦  Ｗ／Ｐ  ≦  １．０×１０−５【選択図】図１
2015138060.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの基板上にそれぞれ設けられた複数の透明電極と、
前期透明電極が向かい合うように配置され、前期透明電極の間に電気制御により透過率が可逆変化するエレクトロクロミック材料および電解質が挟まれて設けられているエレクトロクロミック素子において、
２つの電極のうち少なくとも１つの電極が凹凸形状基板上に設けられており、
前記凹凸基板上の透明電極の断面形状において、電極を基板のベース面に射影したとき、最小電極幅Ｐおよび前記最小電極と隣合う電極との幅Ｗが以下の条件を満たすこと特徴とするエレクトロクロミック素子。
０  ≦  Ｗ／Ｐ  ≦  １．０×１０−５
【請求項２】
前記凹凸形状基板が矩形形状基板であり、
透明電極が矩形形状基板上の平坦部に設けられてい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３】
前記凹凸形状基板が鋸形状基板であり、透明電極が鋸形状基板上の斜面部に設けられてい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４】
前記凹凸形状基板の段差部の高さが透明電極の厚さより厚いことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項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材料および電解質の厚さが１０μｍ以上２００μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載のエレクトロクロミック素子。
【請求項６】
前記透明電極の厚さが１０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１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材料の着色時の平均屈折率ｎａと基板の屈折率ｎｓｕｂが以下を満足する請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載のエレクトロクロミック素子。 
｜ｎａ−ｎｓｕｂ｜＜  ０．１０
【請求項８】
前記凹凸基板上の透明電極の断面形状において、電極を基板のベース面に射影したとき、最小電極幅Ｐが１０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載のエレクトロクロミック素子。
【請求項９】
２つの電極が設けられた基板の段差部の高さおよび段差位置が等しく、段差高さ方向が逆であることを特徴とする請求項１乃至請求項８の何れか１項に記載のエレクトロクロミック素子。
【請求項１０】
２つの電極のうち少なくとも１つの電極が共通電極であることを特徴とする請求項１乃至請求項９の何れか１項に記載のエレクトロクロミック素子。
【請求項１１】
前記エレクトロクロミック材料が有機材料で構成され、
エレクトロクロミック特性を示すエレクトロクロミック部位と、前記エレクトロクロミック部位と直接結合している芳香環とから構成され、
前記エレクトロクロミック部位は一つの共役面を形成し、
前記芳香環が有し、かつ前記エレクトロクロミック部位と結合している原子と隣り合う原子は、メチル基以上の体積を有する置換基を有していることを特徴とする請求項１乃至請求項１０の何れか１項に記載のエレクトロクロミック素子。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項１１の何れか１項に記載のエレクトロクロミック素子を有する絞り装置。
【請求項１３】
請求項１２の絞り装置を用いた光学装置。
【請求項１４】
請求項１０に記載の共通電極が像側に配置されていることを特徴とする光学装置。
【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それを用いた絞り装置、光学機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
物性素子として、電気制御によって着色および消色し、透過率が可逆変化するエレクトロクロミック（ＥＣ）材料を用いたＥＣ素子が知られている。特許文献１は、ＥＣ素子を同心円状の複数の領域に配置し、各領域の透過率を独立に制御することによる絞り装置を開示している。特許文献２は、複数の領域を着色（遮光）状態にした場合に、各領域の着色不能領域から光が漏れることを改善するために、複数のＥＣ素子を積層し、光漏れを低減した絞り装置を提案している。  
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−２７３８０６号公報
【特許文献２】特開２００９−１１６２５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示されている電極は基板が平坦であるため、隣合う電極の絶縁性をとるため、電極間に隙間を設けざるを得ない。このため、隣合う電極間はＥＣ材料が着色しない不着色領域が生じてしまう。この不着色領域により光漏れが発生するため、結像性能のコントラストが低下してしまう。また、この不着色領域による不要回折光が発生するため、やはり結像性能のコントラストが低下してしまうという課題があった。
【０００５】
また、特許文献２に開示されている絞り装置は複数のＥＣ素子を積層する必要があり、透明電極数が増大するため消色状態における透過率が低減してしまうという課題がある。また、複数のＥＣ素子を用いるため製造コストも増大してしまうという課題もある。
【０００６】
そこで本発明は、ＥＣ素子による絞り装置において不着色領域を低減させ、光漏れや不要回折光を低減させたＥＣ素子および絞り装置、光学機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のＥＣ素子および絞り装置は２つの基板上にそれぞれ設けられた複数の透明電極と、前記透明電極が向かい合うように配置され、前期透明電極の間に電気制御により透過率が可逆変化するエレクトロクロミック材料および電解質が挟まれて設けられているエレクトロクロミック素子において、２つの電極のうち少なくとも１つの電極が凹凸形状基板上に設けられており、前記凹凸基板上の透明電極の断面形状において、電極を基板のベース面に射影したとき、最小電極幅Ｐおよび前記最小電極と隣合う電極との幅Ｗが以下の条件を満たすこと特徴とする。
０  ≦  Ｗ／Ｐ  ≦  １．０×１０−５
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ＥＣ素子による絞り装置において不着色領域を低減させ、光漏れや不要回折光を低減させたＥＣ素子および絞り装置、光学機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例１のＥＣ素子の素子構造を示す模式図
【図２】実施例２のＥＣ素子の素子構造を示す模式図
【図３】実施例３のＥＣ素子の素子構造を示す模式図
【図４】実施例４の撮影光学系の断面図
【図５】電極構造の断面図とＷ、Ｐの関係図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は本発明のＥＣ素子１１の素子構造を示す模式図で、断面図及び平面図を示している。本発明のＥＣ素子１は基板１１Ａ、１１Ｂの内面に複数の透明電極１２ａ〜１２ｅおよび１３ａ〜１３ｅが同心円状に円および円環形状となっている。外周をスペーサ１４を配置して内部にＥＣ材料および電解質が封入され電極が向かい合うように配置されている。図１は、ＥＣ素子の断面形状を分かりやすくするために、かなりデフォルメされた図となっている。基板１１Ａまたは１１Ｂが複数の電極に対応した複数の段差部を有しており、段差部以外の平坦部（または斜面部）に各電極が設けられている。各段差部の厚さは各電極の厚さより厚くなっているため、隣合う電極間を絶縁させ、基板のベース面（図１の点線１５Ａおよび１５Ｂ）に電極を射影した場合に隣合う電極間の間隔を特許文献１より低減することができる。
【００１１】
前記透明電極１２ａ〜１２ｅおよび１３ａ〜１３ｅはそれぞれ対極を構成しており、電圧を印加することによって、ＥＣ材料が酸化還元反応によって着色および消色するため、透過率が可逆変化する。透明電極１２ａ〜１２ｅおよび１３ａ〜１３ｅを独立に制御することによって開口の大きさを変化させることができ、絞り装置として機能することが可能になる。例えば図１のように電極１２ａおよび１３ａの領域を消色状態とし、電極１２ｂ〜１２ｅおよび１３ｂ〜１３ｅの領域を着色状態とすることによって、電極１２ａおよび１３ａの領域のみ透過率を高め、開口部とすることができる。この複数の領域を着色したとき、特許文献１に開示されている電極構造では隣合う電極間の間隔があるため不着色領域が生じるが本発明のＥＣ素子では隣合う電極間の間隔が低減しているため不着色領域も低減する。このため不着色領域に起因する光漏れや不要回折光を低減することが可能である。
【００１２】
つまり、前記凹凸基板上の透明電極の断面形状において、電極を基板のベース面に射影したときの、電極間の幅を極めて小さくすることが可能となる。そのときの最小電極幅Ｐおよび前記最小電極と隣合う電極との幅Ｗが以下の条件を満たすことによって不要光の発生を抑制することができるため、好ましい構成となる。
０  ≦  Ｗ／Ｐ  ≦  １．０×１０−５                    （１）
なお、電極をベース面に射影したとき、隣合う電極が重なった場合は０と定義する。
【００１３】
（１）式に関して、図５に電極構造の断面図とＷ、Ｐの関係を示す。図５（ａ）は本発明、図５（ｂ）は従来のものである。図５では最小電極幅を持つ電極を１３ｅおよび４３ｅとして図示している。図５（ｂ）ではベース面４５ａに射影したときのＷが大きく、図５（ａ）ではベース面１５ａに射影したときのＷが小さい。本発明がベース面への射影で定義しているのは後に示す実施例２のように電極がベース面と並行でない場合も含むためである。なお、最小電極に対して隣合う電極は両側に存在するため両側の電極間の間隔が（１）式を満たすことが好ましい構成である。
【００１４】
透明電極層は可視波長帯域において透明性を示す導電性材料を主成分とする透明電極層である。透明電極層の材料としては、例えばインジウムドープ酸化錫（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化錫（ＦＴＯ）、ガリウムドープ酸化亜鉛（ＧＺＯ）、アルミニウムドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）等の透明導電性材料を用いることができる。また、カーボンナノチューブ含有物もしくは導電性を有するナノ粒子や金属のナノ粒子、ナノロッド、ナノワイヤーを高密度に分散させた層を用いることができる。
【００１５】
これらの材料は透明性を有するが本発明のように高い透過率を要求される光学系に適用する場合、膜厚は１０ｎｍ以上３００ｎｍ以下が好ましい。特に膜厚が３００ｎｍより厚くなると透過率が低下するため、光学系に適用することが困難になるためである。
【００１６】
また、前記エレクトロクロミック材料の着色時の平均屈折率ｎａと基板の屈折率ｎｓｕｂが以下を満足しないと凹凸形状によって発生する不要光が大きくなるので好ましくない。 
【００１７】
｜ｎａ−ｎｓｕｂ｜＜  ０．１０
また、前記凹凸基板上の透明電極の断面形状において、電極を基板のベース面に射影したとき、最小電極幅Ｐが１０ｍｍ以下でないと不要光の低減が困難になるので、好ましくない。
【００１８】
また、２つの電極が設けられた基板の段差部の高さおよび段差位置が略等しく、段差高さ方向が逆にすることによって、基板の凹凸形状で発生する不要光を相殺することができるので、より好ましい。
【００１９】
ＥＣ素子におけるＥＣ材料は、有機材料で構成され、エレクトロクロミック特性を示すエレクトロクロミック部位と、該エレクトロクロミック部位と直接結合している芳香環とから構成される。該エレクトロクロミック部位は一つの共役面を形成し、該芳香環が有し、かつ該エレクトロクロミック部位と結合している原子と隣り合う原子は、メチル基以上の体積を有する置換基を有していることが好ましい。周辺部位がエレクトロクロミック部位を保護するので、化合物の酸化に対する安定性が高く、酸化に対する安定性が高い化合物を有することによって、素子の耐久性を高くすることができる。これら芳香環が有する置換基は、エレクトロクロミック部位の共役面と周辺部位が有する面とを直交させるとともに、立体障害の効果によりラジカルカチオンが生成するエレクトロクロミック部位を保護する役割を持つ。この観点では、メチル基以上の体積を有する置換基が好ましい。
【００２０】
ＥＣ素子においてＥＣ材料は着色状態において波長平坦性を得るために複数のＥＣ材料を混合したほうが好ましいまた、着色状態において波長平坦性を得るために、異なる種類の複数の層を積層したものから構成されていてもよい。
【００２１】
また、ＥＣ素子におけるＥＣ材料は、酸化タングステン（ＷＯ３）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）等の無機ＥＣ材料で構成されてもよい。
【００２２】
［実施例１］
図１は本発明の実施例１のＥＣ素子１の素子構造を示す模式図で、断面図及び平面図を示している。本発明のＥＣ素子１は基板１１Ａ、１１Ｂの内面に複数の透明電極１２ａ〜１２ｅおよび１３ａ〜１３ｅが同心円状に円および円環形状となっている。外周をスペーサ１４を配置して内部にＥＣ材料および電解質１６が封入され電極が向かい合うように配置されている。図１は、ＥＣ素子の断面形状を分かりやすくするために、かなりデフォルメされた図となっている。基板１１Ａまたは１１Ｂが複数の電極に対応した複数の段差部を有し、断面形状が矩形形状になっており、段差部以外の平坦部に各電極が設けられている。各段差部の厚さは各電極の厚さより厚くすることにより、隣合う電極間を絶縁させ、基板のベース面（図１の点線１５Ａおよび１５Ｂ）に電極を射影した場合に隣合う電極間の間隔を低減することができる。
【００２３】
前記透明電極１２ａ〜１２ｅおよび１３ａ〜１３ｅはそれぞれ対極を構成しており、電圧を印加することによって、ＥＣ材料が酸化還元反応によって着色および消色するため、透過率が可逆変化する。透明電極１２ａ〜１２ｅおよび１３ａ〜１３ｅを独立に制御することによって開口の大きさを変化させることができ、絞り装置として機能することが可能になる。
【００２４】
本実施例のＥＣ素子では隣合う電極間の間隔が低減しているため、複数の領域を着色したとき、不着色領域も低減する。このため不着色領域に起因する光漏れや不要回折光を低減した絞り装置となる。
【００２５】
本実施例のＥＣ素子は矩形形状の凸部の電極と凹部の電極が対極している。これによりＥＣ材料の膜厚がどの対極電極においても均一になるので、透過率（遮光性）の均一性も向上する。また、矩形形状によって回折光が発生するが、基板形状が反転しているため、に回折光をキャンセルさせ、不要回折光を低減することも可能になる。
【００２６】
また、基板の形状が矩形形状でなくてもよく、（１）式を満たせば、台形形状でも良い。さらに正弦曲線形状であっても（１）を満たせば良い。
【００２７】
［実施例２］
図２は本発明の実施例２のＥＣ素子２の素子構造を示す模式図で断面図を示している。平面図は実施例１の図１と同じである。実施例１と異なる点は基板の凹凸形状が矩形形状でなく鋸型形状になっている点である。複数の電極は段差部以外の斜面部に各電極が設けられている。各段差部の厚さは各電極の厚さより厚くすることにより、隣合う電極間を絶縁させ、基板のベース面に電極を射影した場合に隣合う電極間の間隔を低減することができる。実施例１と同様、隣合う電極間の間隔が低減しているため、複数の領域を着色したとき、不着色領域も低減する。このため不着色領域に起因する光漏れや不要回折光を低減した絞り装置となる。
【００２８】
［実施例３］
図３は本発明の実施例３のＥＣ素子３の素子構造を示す模式図で断面図を示している。平面図は実施例１の図１と同じである。実施例１、２と異なる点は対極電極の片方が共通電極３３になっている点である。共通電極ではない電極のほうは、複数の電極が凹凸基板の段差部以外の平坦部または斜面部に設けられている。各段差部の厚さは各電極の厚さより厚くすることにより、隣合う電極間を絶縁させ、基板のベース面に電極を射影した場合に隣合う電極間の間隔を低減することができる。片方の電極が共通電極であっても透明電極３２ａ〜３２ｅを独立に制御することによって開口の大きさを変化させることができ、絞り装置として機能することが可能になる。
【００２９】
実施例１、２と同様、隣合う電極間の間隔が低減しているため、複数の領域を着色したとき、不着色領域も低減する。このため不着色領域に起因する光漏れや不要回折光を低減した絞り装置となる。
【００３０】
［実施例４］
図４はカメラ等の撮影光学系の断面図であり、１０１〜１０６はレンズで、１０７は光軸、１０８は結像面であり、フィルムまたはＣＣＤ等の光電変換素子が配置されている。ＥＣ素子１０９は、実施例１〜３に示したＥＣ素子および絞り装置１〜３のいずれかから構成され、不図示の電気信号線で制御回路と電気的に接続されている。制御回路によりＥＣ素子１０９の透過率を電気的に制御している。
【００３１】
本発明のＥＣ素子１０９によって、機械的駆動を伴わない電気制御で駆動する、電極間の不着色領域に起因する光漏れや不要回折光を低減した絞り装置および高性能な撮影光学系が得られる。図４では平板基板の貼り合せ面に透過率可変素子を設けたが、これに限定されるものではなく、レンズ表面やレンズ貼り合せ面に設けてもよい。
【００３２】
また、本実施例では、カメラの撮影レンズの場合を示したが、これに限定するものではなく、ビデオカメラの撮影レンズ、事務機のイメージスキャナーや、デジタル複写機のリーダーレンズなどで使用される結像光学系に使用しても同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【００３３】
１：ＥＣ素子、１１：基板、１２、１３：電極、１４：スペーサ、１５：ベース面、１６：ＥＣ材料および電解質
【図１】
2015138060.tif 000003
【図２】
2015138060.tif 000004
【図３】
2015138060.tif 000005
【図４】
2015138060.tif 000006
【図５】
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