(57)【要約】【課題】  水素の吸蔵／放出による応力を緩和して耐久性を向上させるとともに、鏡状時の反射率の低下を抑制し、さらに応答性も向上し得る、反射調光エレクトロクロミック素子、および当該素子を用いた反射調光ガラスを提供する。【解決手段】  反射調光エレクトロクロミック素子１０は、基板２１上に設けられる、透明導電性膜層３１と、マグネシウムおよびニッケルを含んでなる層４０と、その上に実質的に被覆する形態で存在するキャップ層５０とを含み、反射調光特性を示す。基板は、凹凸形状に形成された成膜側表面２１ａを有している。透明導電性膜層と、マグネシウムおよびニッケルを含んでなる層４０とは、成膜側表面の凹凸形状に沿って設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に設けられる、透明導電性膜層と、マグネシウムおよびニッケルを含んでなる層と、その上に実質的に被覆する形態で存在するキャップ層とを含み、反射調光特性を示す反射調光エレクトロクロミック素子において、
前記基板は、凹凸形状に形成された成膜側表面を有し、
前記透明導電性膜層と、前記マグネシウムおよびニッケルを含んでなる層とが、前記成膜側表面の凹凸形状に沿って設けられていることを特徴とする反射調光エレクトロクロミック素子。
【請求項２】
前記透明導電性膜層と、前記マグネシウムおよびニッケルを含んでなる層とが、前記成膜側表面の凹凸形状における窪み部分に局在することなく設けられていることを特徴とする請求項１に記載の反射調光エレクトロクロミック素子。
【請求項３】
前記キャップ層が、前記マグネシウムおよびニッケルを含んでなる層の凹凸形状に沿って設けられていることを特徴とする請求項１に記載の反射調光エレクトロクロミック素子。
【請求項４】
前記透明導電性膜層が、減圧雰囲気下で成膜されていることを特徴とする請求項１に記載の反射調光エレクトロクロミック素子。
【請求項５】
前記マグネシウムおよびニッケルを含んでなる層が、減圧雰囲気下で成膜されていることを特徴とする請求項１に記載の反射調光エレクトロクロミック素子。
【請求項６】
前記キャップ層が、減圧雰囲気下で成膜されていることを特徴とする請求項１に記載の反射調光エレクトロクロミック素子。
【請求項７】
前記透明導電性膜層、前記マグネシウムおよびニッケルを含んでなる層、および／または前記キャップ層が、真空蒸着、イオンプレーティング、スパッタリングのいずれかにより成膜されることを特徴とする請求項４〜請求項６のいずれか１つに記載の反射調光エレクトロクロミック素子。
【請求項８】
前記成膜側表面の凹凸形状における凹形状のピッチまたは凸形状のピッチが、９５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の反射調光エレクトロクロミック素子。
【請求項９】
前記成膜側表面の凹凸形状における高低差が、９５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の反射調光エレクトロクロミック素子。
【請求項１０】
前記マグネシウムおよびニッケルを含んでなる層が、前記基板に垂直に入射した光が透過する光路長が当該層の膜厚よりも長くなる部位を備えていることを特徴とする請求項１に記載の反射調光エレクトロクロミック素子。
【請求項１１】
前記基板の平坦面に対して、凹状部を形成することにより、凸状部を形成することにより、あるいは凹状部と凸状部とを形成することにより、前記成膜側表面の凹凸形状が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の反射調光エレクトロクロミック素子。
【請求項１２】
前記凹状部は、前記基板の成膜する側から見て円または多角形を呈する、柱状または錐状の穴、あるいは、平行に並んだ溝から構成されていることを特徴とする請求項１１に記載の反射調光エレクトロクロミック素子。
【請求項１３】
前記凸状部は、前記基板の成膜する側から見て円または多角形を呈する、柱状または錐状の突起物から構成されていることを特徴とする請求項１１に記載の反射調光エレクトロクロミック素子。
【請求項１４】
前記凹状部および／または前記凸状部が、規則的なパターンにて配列されていることを特徴とする請求項１１に記載の反射調光エレクトロクロミック素子。
【請求項１５】
前記基板が、透明部材から形成されていることを特徴とする請求項１に記載の反射調光エレクトロクロミック素子。
【請求項１６】
前記透明部材が、ガラス、樹脂フィルム、または樹脂シートであることを特徴とする請求項１５に記載の反射調光エレクトロクロミック素子。
【請求項１７】
前記マグネシウムおよびニッケルを含んでなる層と、前記キャップ層と、前記キャップ層の上にさらに無水の電解質層と、イオン蓄積層と、透明導電性膜層とが積層されてなる積層構成体を有し、
前記積層構成体が、前記基板と、さらに他の基板との２枚の基板によって挟まれていることを特徴とする請求項１に記載の反射調光エレクトロクロミック素子。
【請求項１８】
請求項１７に記載の反射調光エレクトロクロミック素子を用いた反射調光ガラスであって、前記基板および前記他の基板が、ガラスから構成されていることを特徴とする反射調光ガラス。
【請求項１９】
請求項１７に記載の反射調光エレクトロクロミック素子を用いた反射調光ガラスであって、前記基板および前記他の基板が、樹脂フィルムまたは樹脂シートから構成され、この反射調光エレクトロクロミック素子をさらに２枚のガラスによって挟み込んで構成されていることを特徴とする反射調光ガラス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建物や車両内の夏期の熱暑感を低減し快適な温熱環境を提供するための材料に関する。さらに詳しくは、本発明は、建物や車両内の熱暑感に関与する、窓ガラスから入射する太陽光の透過をコントロールできるガラスに用いる反射調光エレクトロクロミック素子、当該素子を用いたガラスに関するものである。本発明は、建物や車両における太陽光の透過率を制御するための窓ガラスの材料技術として有用である。
【背景技術】
【０００２】
一般に、建物において窓ガラス（開口部）は大きな熱の出入り場所になっている。例えば、冬の暖房時の熱が窓から流失する割合は４８％程度であり、夏の冷房時に窓から熱が入る割合は７１％程度にも達する。したがって、窓ガラスにおける光・熱の出入を制御できれば、効果的にエネルギー消費を低減できる。光熱の出入を制御できる調光ガラスは、このような目的で開発された技術の一つである。
【０００３】
特に自動車においては、建築物と比較して窓ガラスが空間に対して大きく、かつ、中にいる人間に日射を避ける余地が少なく、かつ、視界確保の要件から透過率を運転時は一定以上にする必要があるため、光・熱の出入、特に流入を制御する必要性が非常に高い。周知のごとく炎天下環境に置かれた自動車の室内は非常な高温になる。日本国内の夏期環境の測定例では駐車の場合において、室内空気温度が約７０℃近くに達する。同時に室内の内装材温度はインスツルメントパネル上面で１００℃近く、天井は７０℃近くに上昇する。こうした状況で乗車したときの不快さは言うまでもないが、換気あるいは冷房装置を作動させた後でも内装材温度は容易に下がらず、長時間にわたって乗員に輻射熱を放射し続け、快適性を大きく損なっている。この温度上昇の主原因は、日射の室内への侵入である。
【０００４】
以下の説明では、簡便のため、ガラスに調光機能を付与できるものを調光素子と呼び、調光素子を含んで当該素子の機能を利用できるガラスを調光ガラスと呼ぶ。さて、このような調光ガラスの調光を行う方式には、いくつかの種類がある。それらのうち、１）電流・電圧の印加により可逆的に透過率の変化する材料を用いた調光素子をエレクトロクロミック素子といい、２）温度により透過率が変化する材料を用いた調光素子をサーモクロミック素子といい、また、３）雰囲気ガスの制御により透過率が変化する材料を用いた調光素子をガスクロミック素子という。この中でも、調光材料に酸化タングステン薄膜を用いたエレクトロクロミック素子およびそれを用いた調光ガラスの研究が最も進められている。
【０００５】
酸化タングステンを初めとして、これまで知られているエレクトロクロミック調光素子は、すべて調光材料で光を吸収することにより調光を行うことをその原理としている。すなわち、光の吸収により、室内側への光の形態をとった熱の進入を抑制している。この場合、調光材料が光を吸収することにより熱を持ち、それがまた室内に再放射されるため、省エネルギー効果が低くなってしまうという欠点を持っている。これをなくすためには、光を吸収することにより調光を行うのではなく、光を反射することにより調光を行う必要がある。つまり、鏡の状態と透明な状態とが可逆的に変化するような特性を有する材料が望まれている。
【０００６】
このような、鏡の状態と透明な状態とに変化する材料は永らく見つかっていなかったが、イットリウムやランタンなどの希土類の水素化物が、水素の吸蔵／放出により透明／鏡状の変化が起きることが発見された（非特許文献１参照）。これらの希土類水素化物は、透過率の変化が大きく、反射調光特性を示す。
【０００７】
しかし、この調光素子は、反射調光材料として希土類元素金属を用いるため、窓ガラスのような大面積に適用する場合、その原材料コストに問題がある。また、イットリウムやランタンなどの希土類の金属および水素化物は、酸素や水分により酸化劣化しやすい。そこで水や酸素の侵入を抑制し、水素を透過し得る、いわゆるキャップ層が必須である。キャップ層としては、パラジウムが専ら用いられている。
【０００８】
また、イットリウムやランタンなどの希土類の水素化物に代えて、希土類金属の水素化物とマグネシウムの合金を用い、パラジウムに代えて、透明でプロトン伝導性のある材料、酸化ニオブ、酸化バナジウム、酸化タンタル、といった酸化物や、フッ化マグネシウム、フッ化鉛といったフッ化物、を用いる反射調光エレクトロクロミック技術も提案されている（特許文献１参照）。しかしながら、透明／鏡状の変化の速度、応答性がパラジウムを用いた場合よりも低下する傾向にある。
【０００９】
また、希土類金属を含まない新たな調光ミラー材料として、マグネシウム・ニッケル合金のＭｇ２Ｎｉが提案されている（非特許文献２）。この材料は、使用する元素がマグネシウムとニッケルであり、希土類元素金属に比べて、コスト的に優位である。したがって、この材料は、希土類元素金属を含んだ反射調光材料に比べると、窓ガラスに適用する上で望ましい。但し、この材料は、鏡状態のときの反射率は高いが、透明状態になったときの可視光透過率が２０％と低く、建築物や自動車への適用を考慮すると、透明時の可視光透過率は不十分である。
【００１０】
これに対し、可視光透過率を改善した調光ミラー材料として、新たな組成ＭｇＮｉｘ（０．１＜ｘ＜０．３）が提案されている（特許文献２）。
【００１１】
上述した調光材料は、いずれも、水素を取り込む（吸蔵）ことによる水素化物の形成（鏡状から透明に変化）と、水素化物から水素を分離（放出）して金属に戻る（透明から鏡状に変化）反応とを繰り返す。このため、調光材料には、水素吸蔵による体積膨張と、水素放出による体積収縮とが繰り返し起きている。調光材料の膨張／収縮によって、当該材料に隣接する透明導電性膜層やキャップ層との界面、あるいは基板との界面において、応力が繰り返し発生する。このような応力は、調光材料に亀裂や剥離が生じる原因となり得る。調光材料に亀裂や剥離が生じると、水素の移動が妨げられて電気が流れ難くなるため、反射調光エレクトロクロミック素子の耐久性に大きな影響を与える。
【００１２】
従来、調光材料の膨張／収縮に起因する応力の発生に着目して、反射調光エレクトロクロミック素子の耐久性を改善する技術は提案されていない。
【特許文献１】特開２０００−２０４８６２号公報
【特許文献２】特開２００３−３３５５５３号公報
【非特許文献１】Ｊ．Ｎ．Ｈｕｉｂｅｒｔｓ，Ｒ．Ｇｒｉｅｓｓｅｎ，Ｊ．Ｈ．Ｒｅｃｔｏｒ，Ｒ．Ｊ．Ｗｉｊｎｇａａｒｄｅｎ，Ｊ．Ｐ．Ｄｅｋｋｅｒ，Ｄ．Ｇ．ｄｅ  Ｇｒｏｏｔ，Ｎ．Ｊ．Ｋｏｅｍａｎ，Ｎａｔｕｒｅ，  ３８０，２３１（１９９６）
【非特許文献２】Ｔ．Ｊ．Ｒｉｃｈａｒｄｓｏｎ，Ｊ．Ｌ．Ｓｌａｃｋ，Ｒ．Ｄ．Ａｒｍｉｔａｇｅ，Ｒ．Ｋｏｓｔｅｃｋｉ，Ｂ．Ｆａｒａｎｇｉｓ，ａｎｄ  Ｍ．Ｄ．Ｒｕｂｉｎ，Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ．７８，３０４７（２００１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
調光材料の水素の吸蔵／放出に起因する応力は、調光材料の厚みに依存し、薄いほど応力の問題が発生し難いことが知られている。しかしながら、調光材料の厚みを薄くすると、鏡状にしたときの反射率が低下する傾向がある。また、調光材料における鏡状と透明との間の変化は、水素の移動によって起きるので、調光材料の厚みが薄いほど、前記変化の速度、つまり応答性が大きくなる傾向がある。
【００１４】
本発明の目的は、水素の吸蔵／放出による応力を緩和して耐久性を向上させるとともに、鏡状時の反射率の低下を抑制し、さらに応答性も向上し得る、反射調光エレクトロクロミック素子、および当該素子を用いた反射調光ガラスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するための請求項１に記載の発明は、基板上に設けられる、透明導電性膜層と、マグネシウムおよびニッケルを含んでなる層と、その上に実質的に被覆する形態で存在するキャップ層とを含み、反射調光特性を示す反射調光エレクトロクロミック素子において、
前記基板は、凹凸形状に形成された成膜側表面を有し、
前記透明導電性膜層と、前記マグネシウムおよびニッケルを含んでなる層とが、前記成膜側表面の凹凸形状に沿って設けられていることを特徴とする反射調光エレクトロクロミック素子である。
【００１６】
また、反射調光エレクトロクロミック素子を用いた反射調光ガラスであって、反射調光エレクトロクロミック素子は、前記マグネシウムおよびニッケルを含んでなる層と、前記キャップ層と、前記キャップ層の上にさらに無水の電解質層と、イオン蓄積層と、透明導電性膜層とが積層されてなる積層構成体を有し、前記積層構成体が、前記基板と、さらに他の基板との２枚の基板によって挟まれている。そして、前記基板および前記他の基板が、ガラスから構成されている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の反射調光エレクトロクロミック素子にあっては、基板の成膜側表面を凹凸形状に形成してあることから、マグネシウムおよびニッケルを含んでなる層の水素吸蔵時の体積膨張を、凹凸間の隙間によって吸収することができる。このため、水素の吸蔵／放出による応力を緩和して、反射調光エレクトロクロミック素子の耐久性を向上させることが可能となる。
【００１８】
また、基板の成膜側表面を凹凸形状に形成してあるので、成膜側表面の幾何学的表面積が増大し、基板の単位面積当りの堆積量が従来と同じであれば、各層の膜厚を薄くすることができる。マグネシウムおよびニッケルを含んでなる層の膜厚を単に薄くしただけでは、鏡状時の反射率の低下を招く虞があるが、本発明の反射調光エレクトロクロミック素子にあっては、マグネシウムおよびニッケルを含んでなる層が、成膜側表面の凹凸形状に沿って設けられているので、基板に垂直に入射した光は、マグネシウムおよびニッケルを含んでなる層に斜めにあたることになる。このため、マグネシウムおよびニッケルを含んでなる層の膜厚が薄くても、この層を透過する光に関して、十分な長さの光路長を確保することができる。したがって、膜厚を薄くしながらも、鏡状時の反射率の低下を抑制することが可能となる。
【００１９】
さらに、本発明の反射調光エレクトロクロミック素子は、基板の成膜側表面の幾何学的表面積が増大していることから、成膜側表面上に設けられたマグネシウムおよびニッケルを含んでなる層とキャップ層との界面も増加する。界面が増加することにより、２つの層間の水素移動が起こり易くなって水素の移動量が増す。さらに、マグネシウムおよびニッケルを含んでなる層およびキャップ層の膜厚を薄くすることができるので、マグネシウムおよびニッケルを含んでなる層の深さ方向の移動距離が短くなり、水素の移動に要する時間が減少する。したがって、界面が増えることと、各層の膜厚が薄くなることとがあいまって、反射調光エレクトロクロミック素子の応答性を向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明についてさらに詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本発明の実施形態に係る反射調光エレクトロクロミック素子１０の要部を断面で示す模式図である。また、図２は、膜厚と光路長との関係を示す模式図である。
【００２２】
図示する反射調光エレクトロクロミック素子１０は、概説すれば、基板２１上に設けられる、透明導電性膜層３１と、マグネシウムおよびニッケルを含んでなる層（以下、「マグネシウム・ニッケル合金層４０」と言う）と、その上に実質的に被覆する形態で存在するキャップ層５０とを含み、反射調光特性を示すものである。マグネシウム・ニッケル合金層４０は、水や酸素により容易に酸化劣化する。キャップ層５０は、マグネシウム・ニッケル合金層４０の酸化劣化を防止する保護層として機能する。キャップ層５０の材料には、パラジウムが専ら用いられている。キャップ層５０の上にはさらに、無水の電解質層６０と、イオン蓄積層７０と、透明導電性膜層３２とが積層されて、積層構成体８０が構成されている。
【００２３】
本発明の反射調光エレクトロクロミック素子１０にあっては、基板２１は、凹凸形状に形成された成膜側表面２１ａを有し、透明導電性膜層３１と、マグネシウム・ニッケル合金層４０とが、成膜側表面２１ａの凹凸形状に沿って設けられている。
【００２４】
本発明の反射調光エレクトロクロミック素子１０にあっても、前述したように、水素の吸蔵／放出によって、マグネシウム・ニッケル合金層４０の体積膨張／収縮が繰り返し起きており、マグネシウム・ニッケル合金層４０に隣接する透明導電性膜層３１やキャップ層５０との界面、あるいは基板２１との界面において、応力が繰り返し発生する。本発明の反射調光エレクトロクロミック素子１０にあっては、基板２１の成膜側表面２１ａを凹凸形状に形成してあることから、マグネシウム・ニッケル合金層４０の水素吸蔵時の体積膨張を、凹凸間の隙間によって吸収することができる。このため、水素の吸蔵／放出による応力が緩和され、マグネシウム・ニッケル合金層４０などに亀裂や剥離が生じる虞が減少し、水素の移動が妨げられることがなくなる。したがって、反射調光エレクトロクロミック素子１０の耐久性を向上させることができる。
【００２５】
本発明の反射調光エレクトロクロミック素子１０は、基板２１の成膜側表面２１ａを凹凸形状に形成してあるので、成膜側表面２１ａの幾何学的表面積が増大している。幾何学的表面積が増大することから、基板２１の単位面積当りの堆積量が従来と同じであれば、各層の膜厚を薄くすることができる。成膜側表面が平坦面である従来構成の反射調光エレクトロクロミック素子では、マグネシウム・ニッケル合金層の膜厚は３０ｎｍ−５００ｎｍ、パラジウムからなるキャップ層の膜厚は３ｎｍ−１００ｎｍであったが、本発明では、マグネシウム・ニッケル合金層４０の膜厚は２０ｎｍ−１００ｎｍ、パラジウムからなるキャップ層５０の膜厚は０．５ｎｍ−４ｎｍとなる。
【００２６】
従来の反射調光エレクトロクロミック素子の構成において、マグネシウム・ニッケル合金層の膜厚を単に薄くしただけでは、鏡状時の反射率の低下を招く虞がある。
【００２７】
これに対して、本発明の反射調光エレクトロクロミック素子１０にあっては、マグネシウム・ニッケル合金層４０が、成膜側表面２１ａの凹凸形状に沿って設けられているので、基板２１に垂直に入射した光１１は、マグネシウム・ニッケル合金層４０に斜めにあたることになる（図２を参照）。このため、マグネシウム・ニッケル合金層４０の膜厚Ｄ１が薄くても、マグネシウム・ニッケル合金層４０を透過する光１１に関して、十分な長さの光路長Ｄ２を確保することができる。したがって、膜厚Ｄ１を薄くしながらも、鏡状時の反射率の低下を抑制することができる。
【００２８】
反射調光エレクトロクロミック素子１０の応答性つまり透明／鏡状の変化の速度を決定するのは、水素の移動のし易さである。主としてパラジウムから構成されるキャップ層５０内では、水素の移動は速いが、これに比べると、マグネシウム・ニッケル合金層４０とキャップ層５０との界面、あるいはマグネシウム・ニッケル合金層４０内では、水素の移動は遅い。本発明では、マグネシウム・ニッケル合金層４０とキャップ層５０との界面を増やすこと、および、マグネシウム・ニッケル合金層４０の膜厚を薄くして当該マグネシウム・ニッケル合金層４０の深さ方向の移動距離を短くすることに着目して、応答性の改善を図っている。
【００２９】
すなわち、本発明の反射調光エレクトロクロミック素子１０は、上述したように、基板２１の成膜側表面２１ａの幾何学的表面積が増大していることから、成膜側表面２１ａ上に設けられるマグネシウム・ニッケル合金層４０とキャップ層５０との界面も増加する。界面が増加することにより、２つの層間の水素移動が起こり易くなって水素の移動量が増すため、界面における水素の移動の遅さを補うことができる。さらに、反射調光エレクトロクロミック素子１０は、上述したように、マグネシウム・ニッケル合金層４０およびキャップ層５０の膜厚を薄くすることができる。膜厚を薄くすることにより、マグネシウム・ニッケル合金層４０の深さ方向の移動距離が短くなり、水素の移動に要する時間が減少するため、マグネシウム・ニッケル合金層４０内における水素の移動の遅さを補うことができる。したがって、界面が増えることと、各層の膜厚が薄くなることとがあいまって、反射調光エレクトロクロミック素子１０の応答性を向上させることができる。
【００３０】
透明導電性膜層３１と、マグネシウム・ニッケル合金層４０とは、成膜側表面２１ａの凹凸形状における窪み部分に局在することなく設けるのが好ましい。マグネシウム・ニッケル合金層４０の膜厚が局所的に厚くなると、その部位の応答性が低下するからである。応答性が低下する理由は、マグネシウム・ニッケル合金層４０の厚み方向のすべてに水素が分配されないと透明にならないし、すべてから水素が移動されないと反射率の高い鏡状にならないからである。
【００３１】
キャップ層５０は、マグネシウム・ニッケル合金層４０の凹凸形状に沿って設けるのが好ましい。主としてパラジウムから構成されるキャップ層５０内では水素の移動は速いものの、膜厚が薄くなって深さ方向の移動距離が短くなり、水素の移動に要する時間が減少するため、反射調光エレクトロクロミック素子１０の応答性を一層向上させることができる。
【００３２】
透明導電性膜層３１は、減圧雰囲気下で成膜されていることが望ましい。凹凸形状を有する基板２１へのつきまわり性が良くなるからである。ここに、つきまわり性が良いとは、突起部先端のような膜厚が薄くなる部位、あるいは、付着させにくい部位に対する成膜が起こり易いことである。つきまわり性が良くなると、成膜側表面２１ａの凹凸形状に拘らず、膜厚のばらつきが小さくなる。したがって、透明導電性膜層３１を、成膜側表面２１ａの凹凸形状における窪み部分に局在させることなく、均等な膜厚で成膜できる。
【００３３】
マグネシウム・ニッケル合金層４０は、減圧雰囲気下で成膜されていることが望ましい。上記と同様に、凹凸形状へのつきまわり性が良くなるからである。したがって、マグネシウム・ニッケル合金層４０を、成膜側表面２１ａの凹凸形状における窪み部分に局在させることなく、均等な膜厚で成膜でき、応答性が部位ごとに低下することを防止できる。
【００３４】
キャップ層５０は、減圧雰囲気下で成膜されていることが望ましい。上記と同様に、凹凸形状へのつきまわり性が良くなるからである。したがって、キャップ層５０を、マグネシウム・ニッケル合金層４０の凹凸形状に沿って、薄く均等な膜厚で成膜でき、応答性を一層向上させることができるからである。
【００３５】
具体的には、透明導電性膜層３１は、真空蒸着、イオンプレーティング、スパッタリングのいずれかにより成膜されることが望ましい。透明導電性膜層３１の構成材料が窪み部分に優先的に堆積されず、透明導電性膜層３１を薄く均等な膜厚とすることができるからである。
【００３６】
同様に、マグネシウム・ニッケル合金層４０は、真空蒸着、イオンプレーティング、スパッタリングのいずれかにより成膜されることが望ましい。マグネシウム・ニッケル合金層４０の構成材料が窪み部分に優先的に堆積されず、マグネシウム・ニッケル合金層４０を均等な膜厚とすることができるからである。マグネシウム・ニッケル合金層４０のマグネシウム・ニッケルの比率は合金層をＭｇＮｉｘで表現した場合に、０．１＜ｘ＜０．３であることが望ましい。この範囲は、マグネシウム・ニッケル合金層４０が水素を吸蔵して透明になったときの透過率が高くなる範囲である。０．３≦ｘ、または、ｘ≦０．１の場合には、透明になったときの透過率が低下するので望ましくない。
【００３７】
同様に、キャップ層５０は、真空蒸着、イオンプレーティング、スパッタリングのいずれかにより成膜されることが望ましい。キャップ層５０の構成材料が窪み部分に優先的に堆積されず、キャップ層５０を薄く均等な膜厚とすることができるからである。
【００３８】
成膜側表面２１ａの凹凸形状における凹形状のピッチまたは凸形状のピッチ（図６（Ａ）の符号Ｄ４を参照）は、可視光の波長（３８０ｎｍ−７８０ｎｍ）より短い、１／４以下の９５ｎｍ以下であることが好ましい。ピッチが９５ｎｍを超えると、入射角度と波長とによっては、可視光域に反射が起きる場合があり、好ましくないからである。
【００３９】
成膜側表面２１ａの凹凸形状における高低差（図３（Ａ）の符号Ｄ３を参照）は、可視光の波長（３８０ｎｍ−７８０ｎｍ）より短い、１／４以下の９５ｎｍ以下であることが好ましい。高低差が９５ｎｍを超えると、入射角度と波長とによっては、可視光域に反射が起きる場合があり、好ましくないからである。
【００４０】
このように成膜側表面２１ａの凹凸形状のピッチおよび高低差を可視光の波長よりも短くすることにより、可視光の透過率が悪影響を受けることがなくなる。
【００４１】
図２に示したように、マグネシウム・ニッケル合金層４０は、基板２１に垂直に入射した光１１が透過する光路長Ｄ２が当該層の膜厚Ｄ１よりも長くなる部位を備えていることが好ましい。マグネシウム・ニッケル合金層４０の膜厚Ｄ１が薄くても、マグネシウム・ニッケル合金層４０を透過する光１１に関して、十分な長さの光路長Ｄ２を確保して、鏡状時の反射率の低下を確実に抑制することができるからである。
【００４２】
図３（Ａ）〜（Ｇ）、図４（Ａ）〜（Ｇ）、図５（Ａ）〜（Ｆ）は、基板２１の成膜側表面２１ａの凹凸形状を示す図であり、各図において、上段側には側面から見た断面が模式的に示され、下段側には基板２１の成膜する側（上側）から見た平面が模式的に示される。
【００４３】
成膜側表面２１ａの凹凸形状は、基板２１の平坦面に対して、凹状部を形成することにより、凸状部を形成することにより、あるいは凹状部と凸状部とを形成することにより、形成されている。
【００４４】
前記凹状部は、基板２１の成膜する側から見て円または多角形を呈する、柱状または錐状の穴、あるいは、平行に並んだ溝から構成することができる。また、前記凸状部は、前記基板２１の成膜する側から見て円または多角形を呈する、柱状または錐状の突起物から構成することができる。
【００４５】
図３（Ａ）〜（Ｇ）には、凹状部の具体的な形状として、四角柱状（図３（Ａ））、三角柱状（図３（Ｂ））、円柱状（図３（Ｃ））、底部が半球状とされた円柱状（図３（Ｄ））、三角錐状（図３（Ｅ））、円錐状（図３（Ｆ））、四角錘状（図３（Ｇ））などが例示される。
【００４６】
図４（Ａ）〜（Ｇ）には、凸状部の具体的な形状として、四角柱状（図４（Ａ））、三角柱状（図４（Ｂ））、円柱状（図４（Ｃ））、頂部が半球状とされた円柱状（図４（Ｄ））、三角錐状（図４（Ｅ））、円錐状（図４（Ｆ））、四角錘状（図４（Ｇ））などが例示される。
【００４７】
図５（Ａ）〜（Ｃ）には、平行に並んだ溝からなる連続した凹状部の具体的な形状として、角状の溝（図５（Ａ））、底部が半球状とされた溝（図５（Ｂ））、錘状の溝（図５（Ｃ））などが例示される。また、図５（Ｄ）〜（Ｆ）には、連続した凸状部の具体的な形状として、角状の山（図５（Ｄ））、頂部が半球状とされた山（図５（Ｅ））、錘状の山（図５（Ｆ））などが例示さる。
【００４８】
図６（Ａ）〜（Ｄ）、図７（Ａ）〜（Ｅ）は、基板２１の成膜側表面２１ａの凹凸形状の配列パターンを示す図である。なお、理解の容易のため、図６においては、凹凸部位２２にハッチングを付し、平坦部位２３を白抜きで示してある。また、図７においては、凹凸部位２２を太実線で示し、平坦部位２３を白抜きで示してある。
【００４９】
凹状部および／または凸状部は、規則的なパターンにて配列されていることが好ましい。成膜側表面２１ａを凹凸形状にする加工が容易であり、また、基板２１の全面にわたって光学的な特性を均一にできるからである。
【００５０】
図６（Ａ）〜（Ｄ）には、具体的な配列パターンとして、図中左右方向および上下方向ともに整列させたパターン（図６（Ａ））、互い違いに整列させたパターン（図６（Ｂ））、市松格子状のパターン（図６（Ｃ））、鱗状のパターン（図６（Ｄ））などが例示される。また、図７（Ａ）〜（Ｅ）には、多重線状のパターン（図７（Ａ））、波線状のパターン（図７（Ｂ））、格子状のパターン（図７（Ｃ））、互い違い格子状のパターン（図７（Ｄ））、亀甲状のパターン（図７（Ｅ））などが例示される。図示した以外にも、篭目状のパターンや、麻の葉状のパターンなども採用し得る。
【００５１】
基板２１の凹凸形状の加工方法は任意の方法を採用し得る。基板２１がガラスのように硬い場合は、ドライエッチングやフォトリソグラフィなどの方法が、樹脂のように軟らかい場合は、ナノインプリンティングや自己組織化などを採用しうる。
【００５２】
本発明の主用途は建築用窓ガラス、自動車用窓ガラスなどであるので、基板２１越しに反対側の状態を確認できる程度の光の透過率があることが望ましい。この点を考慮すると、基板２１は、透明部材から形成されていることが望ましい。
【００５３】
前記透明部材としては、ガラス、樹脂フィルム、または樹脂シートが好適である。樹脂のフィルムやシートの場合、マグネシウム・ニッケル合金層４０などの成膜を減圧条件下で実施することから、アウトガスの少ないものが減圧を維持する点で好ましい。樹脂のフィルムやシートとしては、アウトガスが少なく、透明であればよく、種類を問わない。価格や透明性、耐熱性などの観点からみて、特に好適なものとしては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ナイロン、アクリルなどを挙げることができる。
【００５４】
図８（Ａ）（Ｂ）は、２枚の基板２１、２４によって挟まれる反射調光エレクトロクロミック素子１０の構成を断面で示す模式図である。
【００５５】
図示する反射調光エレクトロクロミック素子１０は、透明導電性膜層３１と、マグネシウム・ニッケル合金層４０と、キャップ層５０と、当該キャップ層５０の上にさらに無水の電解質層６０と、イオン蓄積層７０と、透明導電性膜層３２とが積層されてなる積層構成体８０を有している。当該積層構成体８０は、前記基板２１と、さらに他の基板２４との２枚の基板２１、２４によって挟まれている。
【００５６】
図８（Ａ）には、イオン蓄積層７０、透明導電性膜層３２、および他の基板２４が略平坦形状を有する反射調光エレクトロクロミック素子１０が示され、図８（Ｂ）には、無水の電解質層６０、イオン蓄積層７０、透明導電性膜層３２、および他の基板２４がマグネシウム・ニッケル合金層４０に沿う凹凸形状を有する反射調光エレクトロクロミック素子１０が示されている。本発明は、いずれの形態にも適用可能である。
【００５７】
反射調光エレクトロクロミック素子１０の作製順序としては、基板２１上に透明導電性膜層３１を設け、その上にマグネシウム・ニッケル合金層４０およびキャップ層５０を設け、当該キャップ層５０の上にさらに、電解質層６０、イオン蓄積層７０、透明導電性膜層３２を設け、最後に、他の基板２４で挟み込む形態のほか、次のようにしてもよい。基板２１側には、透明導電性膜層３１、マグネシウム・ニッケル合金層４０およびキャップ層５０を設け、他の基板２４側には、透明導電性膜層３２、イオン蓄積層７０および電解質層６０を設けておく。そして、これら２枚の基板２１、２４を、キャップ層５０と電解質層６０とが接触するように突き合わせることによって、反射調光エレクトロクロミック素子１０を作製することもできる。
【００５８】
プロトン伝導性の電解質は液体、固体など種々の材料が存在するが、本発明の主用途である建築用窓ガラス、自動車用窓ガラスを考慮すると、固形物であることが望ましい。液体の電解質の場合には、長期間の使用途中で液漏れによる性能低下が懸念されるからである。固形物として有機物、無機物、あるいは両者の混合物を採用し得る。また、電解質としては無水であることが必要である。水分の存在はマグネシウム・ニッケル合金層４０の酸化劣化の要因となり得るからである。好適な電解質としては、例えば、スルホン化ポリエーテルケトンからなるポリマーや酸化タンタルを挙げることができる。本発明では以下に説明するように、２枚の基板２１、２４によってエレクトロクロミック素子材料を挟み込む形態を採ることが望ましいため、電解質として柔軟な有機物が比較的好適である。但し、これに限定されるものではない。
【００５９】
透明導電性膜層３１、３２としては公知の材料が使用できる。例えば、ＩＴＯ（インジウム−錫酸化物）、アンチモニー−錫酸化物、酸化錫、酸化亜鉛である。可能であれば、有機系高分子材料の適用も可能である。透明導電性膜層３１、３２の表面抵抗はエレクトロクロミック素子の応答性に関与し、その値が低いことが望ましく、５０Ω／□以下が好適である。また、透明導電性膜層３１、３２を基板２１、２４に形成後の可視光透過率は高いほど良く、できれば７０％以上であることが望ましい。
【００６０】
イオン蓄積層７０は、マグネシウム・ニッケル合金層４０の透明／鏡状の切り替えに必要なプロトンの貯蔵を行うための層である。イオン蓄積層７０として好適なのは金属酸化物であり、酸化タングステン、酸化モリブデン、酸化ニオブ、酸化バナジウムなどを用いることができる。このうち、特に好適なのが酸化タングステンである。
【００６１】
前述したように、本発明の主用途は建築用窓ガラス、自動車用窓ガラスなどであるので、基板２１および他の基板２４はともに、透明部材から形成されていることが望ましい。透明部材としては、前述したように、ガラス、樹脂フィルム、または樹脂シートが好適である。２枚の基板２１、２４は、ガラスとガラス、ガラスと樹脂フィルム、樹脂フィルムと樹脂フィルム、樹脂シートと樹脂フィルムなどの任意の組み合わせを採り得る。
【００６２】
基板２１に関してさらに望ましくは、その表面に、つまりエレクトロクロミック素子における各層を成膜していく側に、当該透明導電性膜層３１が予め設けられていることが望ましい。予め透明導電性膜層３１を付加しておくことにより、その後のマグネシウム・ニッケル合金層４０およびキャップ層５０を成膜する作業工程を簡便にできるからである。他の基板２４についても同様に、透明導電性膜層３２が予め設けられていることが望ましい。
【００６３】
エレクトロクロミック素子は、少なくとも１枚の基板２１を必要とする。これまでに述べたように、本発明で必須のマグネシウム・ニッケル合金層４０は水や酸素による酸化劣化を受け易いので、２枚の基板２１、２４にエレクトロクロミック素子が挟まれる構造が望ましい。基板２１、２４は、エレクトロクロミック層を載せる台として機能するだけでなく、水や酸素の浸入を抑制する障壁としても機能するからである。すなわち、図８（Ａ）（Ｂ）に示したように、反射調光エレクトロクロミック素子１０は、積層構成体８０を、基板２１と、さらに他の基板２４との２枚の基板２１、２４によって挟み込む形態を採ることが好ましい。
【００６４】
以上の説明より望ましい構成の態様を挙げると以下のようになる。勿論、本発明はこれに限定されるものではない。望ましい構成態様は、透明導電性膜層３１、マグネシウム・ニッケル合金層４０、キャップ層５０、無水の電解質層６０、イオン蓄積層７０および透明導電性膜層３２がこの順に積層した積層構成体８０が、２枚の基板２１、２４に挟まれている。透明導電性膜層３２の側に配置される基板２４は、当該透明導電性膜層３２が予め設けられている。さらに望ましくは、成膜側表面２１ａが凹凸形状に形成された基板２１は、透明導電性膜層３１が予め設けられている。
【００６５】
図９は、２枚の薄い樹脂製基板２５、２６により挟み込んだ反射調光エレクトロクロミック素子１０を用いた反射調光ガラス１０ａの構成を断面で示す模式図である。
【００６６】
窓ガラスへの適用を考えた場合、ガラスを基板とし、反射調光エレクトロクロミック素子１０を２枚のガラスに挟み込む態様、あるいは、２枚の薄い樹脂製基板によって反射調光エレクトロクロミック素子１０を挟みこみ、それら樹脂製基板をさらに２枚のガラスによって挟みこむ態様のいずれかが好適である。
【００６７】
さらに詳しくは、２枚の基板２１、２４によって挟み込んだ反射調光エレクトロクロミック素子１０を用いた反射調光ガラス（図８（Ａ）（Ｂ）を参照）は、基板２１および他の基板２４は、ガラスから構成されている。
【００６８】
一方、図９に示すように、２枚の薄い樹脂製基板２５、２６によって挟み込んだ反射調光エレクトロクロミック素子１０を用いた反射調光ガラス１０ａは、基板２５および他の基板２６は、樹脂フィルムまたは樹脂シートから構成され、この反射調光エレクトロクロミック素子１０をさらに２枚のガラス９１、９２によって挟み込んで構成されている。２枚の薄い樹脂製基板２５、２６には、例えば、ポリビニルブチラール製のフィルムまたはシートが用いられる。２枚の薄い樹脂製基板２５、２６によって挟み込んだ反射調光エレクトロクロミック素子１０をさらに２枚のガラス９１、９２によって挟み込む態様は、ガラスを直接基板とする態様に比べると水や酸素の侵入をより防止できることから、マグネシウム・ニッケル合金層４０の酸化劣化をより防止できる点において好適なものである。
【００６９】
以上詳述したように、本発明は、基板２１が、凹凸形状に形成された成膜側表面２１ａを有し、透明導電性膜層３１と、マグネシウム・ニッケル合金層４０とが、成膜側表面２１ａの凹凸形状に沿って設けられていることを特徴とした反射調光エレクトロクロミック素子１０およびこれを用いた反射調光ガラス１０ａに係るものである。本発明により奏される格別の作用効果は以下のとおりである。
【００７０】
（１）本発明の反射調光エレクトロクロミック素子１０にあっては、基板２１の成膜側表面２１ａを凹凸形状に形成してあることから、マグネシウム・ニッケル合金層４０の水素吸蔵時の体積膨張を、凹凸間の隙間によって吸収することができる。このため、水素の吸蔵／放出による応力が緩和され、反射調光エレクトロクロミック素子１０の耐久性が向上する。
【００７１】
（２）基板２１の成膜側表面２１ａを凹凸形状に形成してあるので、成膜側表面２１ａの幾何学的表面積が増大し、基板２１の単位面積当りの堆積量が従来と同じであれば、各層の膜厚を薄くすることができる。マグネシウム・ニッケル合金層４０の膜厚を単に薄くしただけでは、鏡状時の反射率の低下を招く虞があるが、本発明の反射調光エレクトロクロミック素子１０にあっては、マグネシウム・ニッケル合金層４０が、成膜側表面２１ａの凹凸形状に沿って設けられているので、基板２１に垂直に入射した光１１は、マグネシウム・ニッケル合金層４０に斜めにあたることになる。このため、マグネシウム・ニッケル合金層４０の膜厚Ｄ１が薄くても、この層を透過する光１１に関して、十分な長さの光路長Ｄ２を確保することができる。したがって、膜厚Ｄ１を薄くしながらも、鏡状時の反射率の低下が抑制される。
【００７２】
（３）本発明の反射調光エレクトロクロミック素子１０は、基板２１の成膜側表面２１ａの幾何学的表面積が増大していることから、成膜側表面２１ａ上に設けられたマグネシウム・ニッケル合金層４０とキャップ層５０との界面も増加する。界面が増加することにより、２つの層間の水素移動が起こり易くなって水素の移動量が増す。さらに、マグネシウム・ニッケル合金層４０およびキャップ層５０の膜厚を薄くすることができるので、マグネシウム・ニッケル合金層４０の深さ方向の移動距離が短くなり、水素の移動に要する時間が減少する。したがって、界面が増えることと、各層の膜厚が薄くなることとがあいまって、反射調光エレクトロクロミック素子１０の応答性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の実施形態に係る反射調光エレクトロクロミック素子の要部を断面で示す模式図である。
【図２】膜厚と光路長との関係を示す模式図である。
【図３】図３（Ａ）〜（Ｇ）は、基板の成膜側表面の凹凸形状を示す図であり、上段側には側面から見た断面が模式的に示され、下段側には基板の成膜する側（上側）から見た平面が模式的に示される。
【図４】図４（Ａ）〜（Ｇ）は、基板の成膜側表面の凹凸形状を示す図であり、上段側には側面から見た断面が模式的に示され、下段側には基板の成膜する側（上側）から見た平面が模式的に示される。
【図５】図５（Ａ）〜（Ｆ）は、基板の成膜側表面の凹凸形状を示す図であり、上段側には側面から見た断面が模式的に示され、下段側には基板の成膜する側（上側）から見た平面が模式的に示される。
【図６】図６（Ａ）〜（Ｄ）は、基板の成膜側表面の凹凸形状の配列パターンを示す図である。
【図７】図７（Ａ）〜（Ｅ）は、基板の成膜側表面の凹凸形状の配列パターンを示す図である。
【図８】図８（Ａ）（Ｂ）は、２枚の基板によって挟まれる反射調光エレクトロクロミック素子の構成を断面で示す模式図である。
【図９】２枚の薄い樹脂製基板により挟み込んだ反射調光エレクトロクロミック素子を用いた反射調光ガラスの構成を断面で示す模式図である。
【符号の説明】
【００７４】
１０    反射調光エレクトロクロミック素子、
１０ａ  反射調光ガラス、
２１    基板、
２１ａ  成膜側表面、
２４    基板（他の基板）、
２５    樹脂製基板、
２６    樹脂製基板、
３１    透明導電性膜層、
３２    透明導電性膜層、
４０    マグネシウム・ニッケル合金層（マグネシウムおよびニッケルを含んでなる層）、
５０    キャップ層、
６０    電解質層、
７０    イオン蓄積層、
８０    積層構成体、
９１、９２    ガラス、
Ｄ１    マグネシウム・ニッケル合金層の膜厚、
Ｄ２    光がマグネシウム・ニッケル合金層を透過する光路長、
Ｄ３    成膜側表面の凹凸形状における高低差、
Ｄ４    成膜側表面の凹凸形状におけるピッチ。
【図１】
2005352405.tif 000003
【図２】
2005352405.tif 000004
【図３】
2005352405.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2005352405.tif 000008
【図７】
2005352405.tif 000009
【図８】
2005352405.tif 000010
【図９】
2005352405.tif 000011