JP2004279624A

JP2004279624A - 調光素子

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Publication number: JP2004279624A
Application number: JP2003069232A
Authority: JP
Inventors: Hideki Uchida; 秀樹内田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2003-03-14
Filing date: 2003-03-14
Publication date: 2004-10-07
Also published as: CN100383652C; CN1761909A

Abstract

【課題】調光層の光学的特性をより高速にスイッチングすることができ、かつ、より広い用途に適用が可能な調光素子を提供する。
【解決手段】外部刺激に応答して光反射率が変化する調光層Ｍ１を備えた調光素子である。調光層Ｍ１は、特定元素の濃度に応じて光学的特性が変化する第１材料を含んでいる。第１材料は粒子ｍ１である。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光の反射率や透過率を制御できる調光素子に関している。
【０００２】
【従来の技術】
イットリウム（Ｙ）やランタン（Ｌａ）などの金属薄膜が水素と結合することにより、可視光を透過し得る水素化物に変化する現象が報告されている（特許文献１、非特許文献１）。この現象は可逆的であるため、雰囲気中の水素圧力を調節することにより、薄膜を金属光沢状態と透明状態との間で変化させることが可能である。
【０００３】
上記薄膜の光学特性を変化させ、金属光沢を示す状態と透明な状態とを切り替えることができれば、光の反射率／透過率を自由に調節できる調光ミラーを実現することができる。調光ミラーを例えば建物や自動車の窓ガラスとして使用すれば、太陽光を必要に応じて遮断（反射）し、または透過させることができる。
【０００４】
このような調光ミラーは、例えば、イットリウム薄膜の上にパラジウム層を形成した構造を有している。パラジウムは、イットリウム薄膜の表面酸化を防止する機能と、雰囲気中の水素分子を効率的に水素原子に変化させ、イットリウムに供給する機能とを有している。イットリウムが水素原子と化学的に結合すると、ＹＨ_２またはＹＨ_３が形成される。ＹＨ_２は金属であるが、ＹＨ_３は半導体であり、その禁制帯幅が可視光のエネルギよりも大きいため、透明である。
【０００５】
また、室温においてもＹＨ_２⇔ＹＨ_３の状態変化が迅速（数秒程度）で生じるため、雰囲気中の水素含有量に応じて反射（金属光沢）状態と透明状態との間でスイッチングを行うことが可能である。
【０００６】
このように金属光沢⇔透明の遷移が可能な他の材料として、例えば、Ｍｇ_２Ｎｉ薄膜が非特許文献２に開示されている。
【０００７】
【特許文献１】
米国特許第５６３５７２９号明細書
【非特許文献１】
Ｈｕｉｂｅｒｔ、他６名、ネイチャー（Ｎａｔｕｒｅ）、（英国）、１９９６年３月、第３８０巻、ｐ．２３１−２３４
【非特許文献２】
応用物理学会講演会２００１春３１−ａ−ＺＳ−１４
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術の調光素子では、イットリウムなどの金属光沢⇔透明の遷移が可能な材料（以下、「調光材料」という）を含む薄膜を調光層として用いている。このような調光素子には、以下のような問題がある。
【０００９】
調光層（薄膜）中における金属光沢と透明状態のスイッチングは、調光層内に水素イオンが浸透していくことによって起こるが、雰囲気の水素圧力が変化しても、調光層表面での水素イオンとの反応は起こっても、薄膜内部まで水素イオンが浸透していくことは難しい。そのため、一部のイットリウム原子またはイットリウムを含む分子が未反応のまま残る可能性がある。その結果、調光層の示す金属光沢状態と透明状態との反射率の差を拡大させることが困難となる。また、調光素子をより広い用途に用いるには、調光層であるイットリウム薄膜が金属光沢状態と透明状態との間を遷移するために要する時間（スイッチング速度）を短縮する必要がある。
【００１０】
金属光沢状態と透明状態との反射率の差を拡大し、かつスイッチング速度を短縮するためには、例えば調光層におけるＹＨ_２（またはＹ）⇔ＹＨ_３の反応効率を向上させることが考えられる。しかしながら、薄膜を調光層として用いる従来の構成では、上記反応効率の向上に限界がある。
【００１１】
また、一般的に調光素子を表示装置に適用しようとすると、調光層が光を拡散反射する状態を有すると有利である。しかし、上記従来技術の調光素子における調光層は、金属光沢状態のときに光をミラー反射するので、表示装置への適用は困難である。
【００１２】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、金属光沢状態と透明状態との遷移が可能な材料を粒子として含む調光層を備えることにより、調光層の光学的特性をより高速にスイッチングすることができ、かつより広い用途に適用が可能な調光素子を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明による調光素子は、外部刺激に応答して光反射率が変化する調光層を備えた調光素子であって、前記調光層は、特定元素の濃度に応じて光学的特性が変化する第１材料を含んでおり、前記第１材料は粒子であることを特徴とし、そのことにより前記目的が達成される。
【００１４】
ある好ましい実施形態において、前記第１材料は、前記特定元素の濃度に応じて光反射状態と光透過状態との間を遷移し得る。
【００１５】
ある好ましい実施形態において、前記第１材料が前記光反射状態のとき、前記調光層は光を拡散反射する。
【００１６】
前記粒子の直径は３５０ｎｍ以上であり、かつ前記調光層の厚さ以下であることが好ましい。
【００１７】
ある好ましい実施形態において、前記調光層は可視光吸収性を有する着色粒子を含んでおり、前記粒子は前記着色粒子に吸着している。
【００１８】
前記特定元素は水素であってもよい。
【００１９】
前記特定元素を含有し得る第２材料を含む変換層をさらに備え、前記第２材料は前記外部刺激に応じて前記特定元素を放出または吸収してもよい。
【００２０】
前記特定元素は水素であり、前記変換層は水素貯蔵材料を含んでいてもよい。
【００２１】
前記調光層および前記変換層の各々の水素平衡圧−組成等温線（ＰＴＣ特性曲線）がほぼ平坦である領域において動作することが好ましい。
【００２２】
前記ＰＴＣ特性曲線がほぼ平坦である領域で、前記調光層および前記変換層の水素平衡圧力がほぼ同等であることが好ましい。
【００２３】
前記変換層におけるＰＴＣ特性曲線がほぼ平坦である領域の水素貯蔵量の範囲は、前記調光層におけるＰＴＣ特性曲線がほぼ平坦である領域の水素貯蔵量の範囲を含んでいることが好ましい。
【００２４】
ある好ましい実施形態において、前記第２材料は、電子の授受により、前記特定元素の放出または吸収を行う。
【００２５】
前記第２材料は、電気化学的反応により、前記特定元素の放出また吸収を行ってもよい。
【００２６】
前記第２材料は、光の照射により、前記特定元素の放出または吸収を行ってもよい。
【００２７】
前記変換層は、光触媒性を有する材料を含むことができる。
【００２８】
ある好ましい実施形態において、前記特定元素のイオンを前記第２材料から前記第１材料へ、または前記第１材料から前記第２材料へ移動させるための電界を形成する１対の導電層を備えている。
【００２９】
前記調光層および前記変換層は、前記一対の導電層の間に位置していることが好ましい。
【００３０】
前記調光層は導電性を有しており、前記一対の導電層の一方として機能してもよい。また、前記変換層は導電性を有しており、前記一対の導電層の一方として機能してもよい。
【００３１】
前記変換層は、光透過性を有していてもよい。
【００３２】
前記調光層は、光を拡散反射する状態と光を透過する状態との間を遷移し、前記調光層を透過した光を吸収する光吸収層を更に備えていてもよい。
【００３３】
前記変換層は、可視光吸収性を有していてもよい。
【００３４】
前記調光層は、光を拡散反射する状態と光を透過する状態との間を遷移し、前記変換層は、前記調光層の光入射面とは反対側に配置されていてもよい。
【００３５】
前記調光層および変換層の少なくとも一方が多層構造を有していてもよい。
【００３６】
本発明による調光素子は、外部刺激に応答して光反射率が変化する調光層を備えた調光素子であって、前記調光層は、特定元素の濃度に応じて光学的特性が変化する第１材料と、前記特定元素を含有し得る第２材料であって、前記外部刺激に応じて前記特定元素を放出または吸収する第２材料とを含んでおり、前記第１材料は粒子であることを特徴とし、そのことにより上記目的が達成される。
【００３７】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の調光素子の基本的な構成を説明する。本発明の調光素子は、図１（ａ）に示すように、調光層Ｍ１および変換層Ｍ２を含む積層構造を備え、調光層Ｍ１の光反射率が外部刺激に応答して変化する。
【００３８】
調光層Ｍ１は、特定元素の濃度に応じて光学的特性が変化する調光材料の粒子ｍ１（以下、「調光粒子」ということがある）を含んでいる。調光材料の好ましい例は、前述したＹ、Ｌａ、Ｍｇ_２Ｎｉ合金であり、Ｙ、Ｌａ、Ｍｇ_２Ｎｉ合金などの材料は、水素濃度に応じて金属−半導体（または絶縁体）状態間の遷移を行う。調光層Ｍ１は、例えばバインダー樹脂を含んでおり、上記調光粒子ｍ１はバインダー樹脂に分散している。また、調光層Ｍ１は、変換層Ｍ２から水素イオンもしくは水素を運ぶためのイオン導電性の材料（導電性高分子など）を含んでいる。
【００３９】
変換層Ｍ２は、水素などの特定元素を含有し得る材料（本明細書では「変換材料」と称する。）を含んでいる。変換材料は、電荷（電子や正孔）の注入／放出または光照射などの外部刺激に応じて、上記の特定元素（例えば水素）を放出または吸収する。
【００４０】
以下、電荷の注入／放出により、水素イオンが変換層Ｍ２から調光層Ｍ１へ、あるいは調光層Ｍ１から変換層Ｍ２へ移動するメカニズムを例示して説明する。このメカニズムの特徴点は、調光層Ｍ１の光学的特性を変化させる特定元素（水素）のイオンを、電気化学的な反応によってではなく、電荷の移動を媒介として移動させる点にある。
【００４１】
まず、図１（ａ）を参照する。図１（ａ）に示されている調光層Ｍ１および変換層Ｍ２は、いずれも、水素を吸収／放出する能力を有するとともに、電荷（電子または正孔）およびイオンを移動させることができる電気伝導性を有している。
【００４２】
図２（ａ）は、図１の構造に含まれる調光層Ｍ１および変換層Ｍ２の初期状態を示している。この初期状態では、水素を実質的に貯蔵していない調光層Ｍ１と、あらかじめ水素を貯蔵した変換層Ｍ２との間で平衡状態が形成されている。調光層Ｍ１には充分な濃度の水素が存在していないため、調光層Ｍ１に分散している各調光粒子ｍ１は金属状態にあり、光をミラー反射する。このように各調光粒子ｍ１が調光層Ｍ１に入射する光をランダムな方向に反射するので、調光層Ｍ１全体としては光を拡散反射する。これにより、白色の反射光が得られる。
【００４３】
次に、図２（ｂ）に示すように、調光層Ｍ１の側に負電位を与えるとともに、変換層Ｍ２の側に正電位を与える。このとき、調光層Ｍ１には負の電極（不図示）から電子が注入され、調光層Ｍ１は電子リッチな状態となる。一方、変換層Ｍ２には正孔が注入される（電子が引き抜かれる）。変換層Ｍ２に注入された正孔は、変換層Ｍ２の内部を調光層Ｍ１に向かって移動してゆく。このような正孔の移動過程で、更に継続して変換層Ｍ２に正孔が注入されると、変換層Ｍ２は正孔リッチな状態となる。このため、変換層Ｍ２では、水素イオンを放出しやすい状態となる一方、調光層Ｍ１では、変換層Ｍ２から水素イオンを受け取り、保持する量が増える。
【００４４】
このため、調光層Ｍ１と変換層Ｍ２との間で成立していた水素の平衡状態が崩れ、調光層Ｍ１が水素をより多く保持しやすい状態となり、変換層Ｍ２から放出された水素イオンが調光層Ｍ１に移動することになる。こうして、図２（ｃ）に示すように、新しい平衡状態が形成される。この状態では、調光層Ｍ１に移動した水素が調光粒子まで運ばれて、調光粒子ｍ１の調光材料と結合するために、調光粒子ｍ１が透明になる。その結果、調光層Ｍ１が透明になる。
【００４５】
以上の反応を記述すると、Ｍ１＋Ｍ２（Ｈ）→Ｍ１（Ｈ）＋Ｍ２となる。ここで、Ｍ１（Ｈ）およびＭ２（Ｈ）は、それぞれ、調光層Ｍ１に水素が保持されている状態、および変換層Ｍ２に水素が保持されている状態を示している。
【００４６】
以上の説明から明らかなように、調光層Ｍ１と変換層Ｍ２との間では水素イオンの受け渡しが行なわれるだけで、他のイオンの関与する反応は生じていない。また、図２（ｃ）の状態で印加電圧の極性を反転すると、逆方向に反応が進行するため、図２（ａ）に示す元の平衡状態に復帰する。このメカニズムによれば、変換材料を含む変換層Ｍ２に電圧印加などの外部刺激を与えることにより、調光層Ｍ１の水素含有量を変化させることができる。従って、このメカニズムを利用する調光素子は、雰囲気の水素分圧を制御する必要がある従来技術の調光素子と比べて実用的である。
【００４７】
図１（ａ）に示す構造の代わりに、図１（ｂ）に示す調光層Ｍ１および変換層Ｍ２を含む積層構造を用いることもできる。図１（ｂ）の調光層Ｍ１は、黒色粒子などの着色粒子ｍ２をさらに含んでおり、調光粒子ｍ１が着色粒子ｍ２に吸着している点で図１（ａ）の調光層Ｍ１と異なっている。図１（ｂ）の変換層Ｍ２は、図１（ａ）を参照して説明した変換層Ｍ２と実質的に同様である。
【００４８】
図１（ｂ）に示す構造を用いた場合の状態の変化を説明する。初期状態（図２（ａ））では、図１（ａ）の構造と同様に、着色粒子ｍ２に吸着した各調光粒子ｍ１は金属状態にあり、光をミラー反射する。このように各調光粒子ｍ１が調光層Ｍ１に入射する光をランダムな方向に反射するので、調光層Ｍ１全体としては光を拡散反射する。これにより、白色の反射光が得られる。水素イオンが調光層Ｍ１に移動して新しい平衡状態が形成されると（図２（ｃ））、調光層Ｍ１に移動した水素と調光粒子ｍ１とが結合して、各調光粒子ｍ１が透明になる。その結果、調光層Ｍ１は例えば黒色などの着色粒子ｍ２の色を示す。このように、調光層Ｍ１は拡散反射状態と着色状態（吸収状態ともいう）とを遷移するので、この構造では、変換層Ｍ２が透明である必要がない。
【００４９】
本発明において、調光材料を粒子化することにより以下のメリットが得られる。調光材料からなる薄膜を調光層として用いる従来技術と比べて、調光材料の表面積を大きくすることができる。従って、調光材料と水素との反応効率が向上し、より高速なスイッチングが可能になる。また、調光層に含まれる調光材料の状態をより確実に制御することができるので、調光層の拡散反射状態と透明状態との反射率の差を拡大できる。そのため、本発明の調光素子を例えば表示装置に適用すると、より明確な表示が得られる。さらに、本発明の調光素子では、調光層に入射する光が拡散反射されるので、表示装置などへの適用に特に有利である。
【００５０】
調光粒子ｍ１が光を反射するためには、各調光粒ｍ１子は可視光波長よりも大きな粒径を持つことが望ましい。従って、調光粒子ｍ１の粒径は、好ましくは３５０ｎｍ以上である。より好ましくは８００ｎｍ以上である。８００ｎｍ以上であれば、可視光が調光粒子ｍ１を透過することをより確実に防止できるので、調光層Ｍ１の光の反射率を高めることができる。一方、調光粒子ｍ１の粒径は、調光層Ｍ１の厚さよりも小さいことが好ましい。粒径が調光層Ｍ１の厚さよりも大きいと、上述したような調光材料を粒子化するメリットが得られない。より好ましくは、調光粒子ｍ１の粒径は３０μｍ以下である。さらに好ましくは、粒径は３μｍ以下である。調光材料の粒径を例えば１μｍとすると、調光層Ｍ１の厚さは３μｍ程度とすることが好ましい。
【００５１】
上記に加えて、図（ｂ）の調光層Ｍ１では、調光粒子ｍ１を着色粒子ｍ２の表面に確実に吸着させるために、調光粒子ｍ１の粒径が着色粒子ｍ２の粒径よりも小さいことが好ましい。
【００５２】
図１（ａ）および（ｂ）の構造を有する調光素子は、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、電荷の注入／放出により水素イオンが調光層Ｍ１と変換層Ｍ２との間を移動するメカニズムを利用しているが、本発明はこれに限定されない。本発明の調光素子は、例えば電気化学的な反応により、水素イオンが変換層Ｍ２と調光層Ｍ１との間を移動するメカニズムを利用することもできる。この場合は、調光層Ｍ１に含まれるバインダー樹脂を固体電解質として用いてもよいし、調光層Ｍ１と変換層Ｍ２との間に固体電解質の層をさらに設けてもよい。この場合は変換層Ｍ２内に含まれる変換材料は必ずしも水素を貯蔵、放出する材料である必要はなく、調光材料に起こる水素イオン反応に対応するようなカウンターイオンの反応系が起こるものでもよい。
【００５３】
あるいは、本発明の調光素子は、変換層Ｍ２を備えていなくても良い。この場合は、前述の従来技術のように、雰囲気の水素圧力に応じて水素イオンが調光層Ｍ１と雰囲気との間で移動するメカニズムを利用してもよい。または、調光層Ｍ１がさらに変換材料を含んでおり、調光層Ｍ１内部で、水素イオンを調光粒子ｍ１と変換材料との間で移動させてもよい。
【００５４】
何れのメカニズムを利用する場合でも、調光層Ｍ１の光学的特性は、水素イオンの濃度に応じて図１（ａ）または（ｂ）に示すように変化する。
【００５５】
なお、上記のうちでは、電荷の注入／放出により水素イオンを移動させるメカニズムを利用することが好ましい。電荷（電子や正孔）の移動によって水素の平衡状態を変化させることにより水素を駆動する場合は、水素イオン以外の他のイオンを反応に関与させる必要がない。このため、複数種のイオンが関与する電気化学的な反応によるメカニズムを利用する場合と比べて応答速度が高いという利点がある。また、電気化学的な反応が生じないため、正極側で水素ガスが発生する可能性も低く、電子素子としての安定した動作が可能になる。
【００５６】
以下、本発明の実施形態を説明する。
【００５７】
（実施形態１）
まず、図３を参照しながら、本発明による調光素子の第１の実施形態を説明する。
【００５８】
本実施形態の調光素子は、調光層１および変換層２を含む積層構造を備えている。この積層構造は図１（ａ）に示す構造と実質的に同じである。調光層１の光反射率（光学的特性）は電気的刺激に応答して変化する。この調光素子は、調光層１および変換層２を挟みこむ一対の電極３ａ、３ｂと、積層構造を支持する基板４とを備えている。一対の電極３ａ、３ｂには、外部から適切な電圧が印加され得るが、適宜、電極３ａと電極３ｂとを単純に短絡させることも可能である。
【００５９】
なお、基板４に対する変換層２および調光層１の積層順序は、図示されているものに限定されず、基板４に近い側に変換層２を配置し、その上に調光層１を形成してもよい。
【００６０】
本実施形態における調光層１では、水素濃度に応じて光学的特性が変化する調光材料を用いて形成された微粒子（例えばイットリウム、ランタン、以下「調光微粒子」という）がバインダー樹脂に分散している。
【００６１】
変換層２は、水素を含有し得る変換材料を含んでいる。この変換材料は電極３ａとの間で電子の授受を行うことにより、水素のイオン（Ｈ^＋）を放出／吸収を行うことができる。
【００６２】
図示する例では、電極３ａに正の電位を与え、電極３ｂに負の電位を与えると、あらかじめ充分な量の水素を含有している変換層２の変換材料から水素イオンが放出される。放出された水素イオンは、積層構造中に形成された電界中を移動し、調光層１に達した後、調光微粒子にドープされる。このような水素の放出および移動のメカニズムは、前述したとおりである。調光微粒子の調光材料は、水素と結合することにより水素金属化合物を形成する。この結果、当初は金属状態にあった調光微粒子は、可視光を透過する半導体または絶縁体に変化する。
【００６３】
調光層１に含まれる調光微粒子の平均粒径は例えば１μｍである。調光微粒子は典型的にはバインダー樹脂に分散している。バインダー樹脂として、例えばガラスとほぼ同等の屈折率を有するアクリル系樹脂を用いる。また、調光層１は、さらに、調光微粒子と変換層２との間で水素イオンおよび電荷のやりとりを行うための電気導電性材料を含んでいる。電気伝導性材料としては、液体または固体電解質のようにイオン伝導を行うことが出来る材料、電荷（電子または正孔）を伝導させる導電性高分子（例えばＰ２）や電荷移動錯体を用いることができる。
【００６４】
調光層１は、バインダー樹脂の溶液に上記の調光微粒子を分散させ、さらに電気導電性材料を溶解させた塗布溶液を用意した後、例えばスピンコート法によって塗布溶液を電極３ｂ上に塗布することによって形成できる。調光層１の厚さは例えば３μｍ程度である。調光層１の形成を、インクジェット法やその他の薄膜堆積技術を用いて行っても良い。調光層１の光入射側の面は、平坦であってもよいし、凹凸を有していてもよい。凹凸を有する調光層１は、例えば、凹凸を有する基板４または電極３ｂを用いて、凹凸を有する下地の上に上記塗布溶液を塗布することによって形成できる。
【００６５】
好ましい調光層１の厚さは、１．５μｍ以上５０μｍ以下である。１．５μｍ以下であれば、高い反射率を有する調光層１が得られなかったり、調光層１に用いる調光微粒子の粒径が制限されたりする。一方、５０μｍ以上であれば、調光層１の導電性が低くなる可能性がある。
【００６６】
変換層２に含まれる変換材料は、定常状態で水素の原子またはイオンを貯蔵し保持することができ、外部刺激に応じて、水素貯蔵量（保持量）を変化させる。このような水素を貯蔵できる材料としては、ＬａＮｉ_５、ＭｎＮｉ_５、ＣａＮｉ_５・ＴｉＭｎ_１．５、ＺｒＭｎ１．５、ＺｒＭｎ_２、ＴｉＮｉ、ＴｉＦｅ、Ｍｇ_２Ｎｉなどの合金を用いることができる。また、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）やＮｉＯＯＨを用いることもできる。ＮｉＯＯＨは、Ｎｉ（ＯＨ）_２⇔ＮｉＯＯＨ＋Ｈ^＋＋ｅ⁻の反応により、水素イオンの吸放出が可能な材料である。
【００６７】
変換層２は、水素貯蔵材料のほかに電気導電性材料を含んでいてもよい。電気導電性材料が変換層２に含まれていると、調光層１との間で水素イオンのやりとりを迅速に行うことができる。電気伝導性材料としては、液体または固体電解質のようにイオン伝導を行うことが出来る材料、電荷（電子または正孔）を伝導させる導電性高分子や電荷移動錯体を用いることができる。また、変換層２には、上記の水素貯蔵材料や電気伝導性材料以外とは別に必要に応じてバインダー樹脂などの結合材料を加えても良い。
【００６８】
変換層２が複数の材料の混合物から形成される場合、これらの材料を溶媒に溶解させた溶液を用意し、スピンコート法や印刷法によって塗布すれば、変換層２を用意に形成することができる。このような変換層２の形成は、インクジェット法やその他の薄膜堆積技術用いて行っても良い。
【００６９】
以上説明したように、本実施形態によれば、電極３ａ、３ｂに電圧を印加することにより、変換層２の内部で電荷およびイオンの授受が行われる結果、前述したメカニズムにより、変換層２と調光微粒子との間で水素の移動を引き起こすことができる。このため、例えば、初期状態で水素がドープされていない調光層１と、あらかじめ水素を貯蔵した変換層２とを用い、図１に示すような電圧を印加すると、水素イオンが正極側から負極側に移動して、調光微粒子にドープされる。すなわち、正極側では水素放出反応が進行し、負極側では水素と金属との結合反応が進行して、水素金属化合物が形成される。これに対して、逆方向の電圧を印加すると、逆方向に水素の移動が生じるため、印加電圧の極性を交替することにより、調光層１の光学的状態を金属光沢−透明の間で可逆的に切り替えることができる。
【００７０】
変換層２に貯蔵された水素の移動だけを考えると、電極３ａと電極３ｂと積層構造の外部で短絡させてもよい。このような短絡は、二次電池における放電と同様の現象であり、積層構造の内部状態を初期状態に復帰させることができる。
【００７１】
変換層２と調光層１とが水素を保持する能力を持つため、電圧の印加を行わないとき（外部の回路を開放しているとき）、水素の移動が生じず、調光層１の光学的状態が保持される（調光層のメモリ機能）。このため、水素保持能力に優れた材料を選択すれば、電力を消費することなく調光状態を長期間保持することができる。
【００７２】
上記の例とは逆に、あらかじめ水素をドープした調光層１と、水素を貯蔵していない状態の変換層２とを用いてもよい。その場合は、調光層１に正電位を、変換層２に負電位を与えることにより、調光層１から変換層２に水素を移動させ、それによって調光層１における調光材料の光学的状態を変化させても良い。
【００７３】
本実施形態では、水素のドーピング量によって調光微粒子の光反射率／光透過率を制御することができるため、電極に印加する電圧や印加時間（デューティ比など）を調節することにより、調光層１の光反射率／光透過率を制御することができる。水素保持能力に基づくメモリ性を利用すれば、適切な光反射率／光透過率を保持することも容易である。
【００７４】
このような水素の貯蔵／放出を適切に制御する際には、水素平衡圧−組成等温線（以下、「ＰＴＣ特性曲線」と称する。）に注目する必要がある。ＰＴＣ特性曲線は、図４に示すように、水素の貯蔵量と水素平衡圧力との関係を示す。図４のグラフでは、横軸が水素貯蔵量を示し、縦軸が水素平行圧力を示している。
【００７５】
ＰＴＣ特性曲線が横軸に対して概平行な部分（以下、「プラトー領域」と称する。）では、一定の平衡圧力内のもとで水素の貯蔵量が変化しえるため、水素平衡圧力を一定にした状態で水素の吸収／放出を可逆的に行うことができる。このため、本実施形態の調光素子は、ＰＴＣ特性曲線のプラトー領域でスイッチング動作を行う。
【００７６】
変換層２および調光層１は略同様のＰＴＣ特性を示すことが望ましい。より具体的には、図４に示すように、変換層２および調光層１のＰＴＣ特性曲線におけるプラトー領域の「水素貯蔵量」の範囲が重なり合い、かつ、「水素平衡圧力」のレベルがほぼ等しいことが望ましい。同等の水素平衡圧力を示すことによって、調光層１および変換層２の間で水素の授受をスムーズに行うことができる。調光層１および変換層２の間で、水素平衡圧力差が大きくなると、それぞれの層で水素の吸放出が生じても、２つの層の間で水素のやりとりを行うことができなくなってしまうからである。
【００７７】
また、変換層２におけるＰＴＣ特性曲線のプラトー領域の水素貯蔵量範囲（幅）は、調光層１におけるＰＴＣ特性曲線のプラトー領域の水素貯蔵量範囲（幅）を含む大きさを有していることが更に好ましい。本実施形態の調光素子では、調光層１の水素ドーピング量によって調光層１の光透過率を制御するため、変換層２における水素貯蔵量の変化の幅が調光層１の状態変化に必要な水素ドーピング量の変化の幅よりも少ないと、調光層１の光学的状態を充分に変化させることができなくなるからである。
【００７８】
再び、図３を参照する。図３に示す調光素子は、変換層２が透明である場合、金属拡散反射状態と透明状態との間でスイッチングを行うことができる。透明度の高い状態を形成するには、基板４および電極３ａ、３ｂだけではなく、変換層２を可視光域の全範囲で透過率の高い（吸収の無い）材料から形成する必要がある。しかし、水素貯蔵材料などの変換材料は、金属または着色した材料である場合が多く、このような変換材料の層から透明性の高い変換層２を形成することは難しい。このため、変換材料の微粒子を透明な材料と混合することによって変換層２を形成することが好ましい。具体的には、光の波長以下の粒径を持つナノ粒子を変換材料から形成し、このナノ粒子を透明性に優れたバインダー樹脂で結合することができる。このようにして作製される変換層２は、透明性および水素貯蔵能力の両方を発揮することができるだけではなく、変換材料がナノ粒子化することにより、その表面積が増加するため、水素の吸放出効率も上昇することも期待される。変換材料による水素の吸放出効率が上昇すると、調光動作の応答速度が向上するので好ましい。超微粒子状態の変換材料としては、カーボン系材料（ＣＮＴ、フラーレンなど）やカリウム−黒鉛層間化合物などを用いることもできる。
【００７９】
（実施形態２）
以下、図５（ａ）〜（ｃ）を参照しながら、本発明による調光素子の第２の実施形態を説明する。本実施形態の調光素子は、調光層１および変換層２を含む積層構造を有している。この積層構造は、図１（ａ）に示す構造と実質的に同じである。本実施形態の調光素子は、金属拡散反射状態と透明状態との間のスイッチングではなく、金属拡散反射（白色）状態と吸収（黒または着色）状態との間でのスイッチングを行うことができる。
【００８０】
図５（ａ）および図５（ｂ）は、変換層２と調光層１の積層順序が相互に反転した構成を有する調光素子を示している。図５（ａ）の構成では、基板４の背面側から光が入射され、図５（ｂ）の構成では、基板４の上面側から光が入射される。いずれの調光素子も、可視光を吸収する変換層２を備えている。このような変換層２は、例えば、黒色のＣＮＴから形成することができる。なお、変換層２が着色している場合、あるいは、変換層２が透明であっても、その中に顔料や着色樹脂が混入されている場合は、金属拡散反射状態と着色状態との間でのスイッチングが可能になる。
【００８１】
図５（ａ）に示す調光素子においては、基板４および下層の電極３ｂを透明な材料から形成することが好ましい。基板４は、透明であれば、ガラスやプラスチックなどの材料から形成され得る。下層の電極３ｂは、ＩＴＯなどの透明導電性材料から形成されることが好ましく、この場合の好ましい電極厚さは、例えば１５０ｎｍに設定される。
【００８２】
調光層１は、例えば実施形態１で用いた調光層１と同様である。光吸収性を有する変換層２は、水素貯蔵材料として機能するカリウム−黒鉛層間化合物および導電性高分子材料Ｐ１（電子、正孔両電荷を輸送できる材料）を、バインダー樹脂として機能するアクリル系樹脂と混合したもの（ブレンド樹脂）から形成することもできる。ブレンド樹脂は溶液化できるため、変換層２は、スピンコートによって形成され得る。変換層２の厚さは、例えば５００ｎｍ程度に設定され得る。
【００８３】
調光層１と変換層２との間における電荷やイオンのやりとりを行うため、調光層１と変換層２との間に導電性高分子Ｐ１の膜を配置することが好ましい。電荷移動性をもつ高分子膜を配置する代わりに、電解質膜を配置しても良い。電解質膜を配置すると、水素イオンの移動が電解質を介して起こりやすいので、特性を向上させることも可能である。
【００８４】
なお、図５（ｂ）に示す構成の調光素子では、図面の上方から光が入射する。この場合、調光層１の上層に位置する電極３ａを透明にする必要があるが、基板４や下側の電極３を透明にする必要はない。
【００８５】
図５（ａ）および図５（ｂ）に示す調光素子に対して、変換層２が正極側、調光層１が負極側になるように電極３ａ、３ｂに電圧を印加すると、図５（ｃ）に示すように、初期状態で金属拡散反射を示していた調光層１が徐々に黒状態に変化してゆく。これは、調光層１に含まれる調光微粒子が透明になるに連れて、黒色の変換層２が視認されるようになるためである。電源を切ってもこの状態は保持される。また、電極３ａと電極３ｂとの間をショートさせ、あるいは電極３ａ、３ｂに対して極性を反転させた電圧を印加すると、調光層１が金属拡散光沢を示すように変化する。
【００８６】
（実施形態３）
次に、図６（ａ）および（ｂ）を参照しながら、本発明による調光素子の第３の実施形態を説明する。本実施形態の調光素子は、図１（ａ）に示す構造と実質的に同じ調光層１および変換層２を含む積層構造を有している。本実施形態の調光素子は、可視光に対して透明な変換層２を備えているが、光吸収層として機能する部材（光吸収板）５を更に備えているため、金属拡散反射状態と黒（光吸収）状態との間でのスイッチングが可能である。
【００８７】
本実施形態では、調光層１および変換層２として、例えば第１の実施形態の調光素子に用いられる調光層１および変換層２と同じものを用いることができる。基板４はガラス基板などの透明な基板である。電極３ａ、３ｂはＩＴＯなどを用いて形成された透明電極である。
【００８８】
光吸収板５は、可視光域の全域で光を吸収するもの（黒）であってもよいし、可視光域の全体の光を吸収するもの（他の色）であってもよい。
【００８９】
光吸収体５は、調光層１に対して、光入射側とは反対の側に配置される。本実施形態では、図６（ａ）に示すように、調光層１の上に透明な変換層２が配置されているが、変換層２と調光層１との上下関係は逆転されても良い。
【００９０】
光吸収板５を基板の背面に配置する代わりに、光吸収性を有する層を基板４の光入射側面、または、積層構造の内部に配置しても良い。このような光吸収層が導電性を有しない場合は、調光層１と電極３ｂとの間に配置することができないので、基板４と電極３ｂとの間に配置すればよい。一方、光吸収層が導電性を有する場合、電極３ｂと一体的に、または電極３ｂの代わりに光吸収層を用いることも可能である。
【００９１】
図６（ａ）に示す調光素子に対して、変換層２が正極側、調光層１が負極側になるように電極３ａ、３ｂに電圧を印加すると、図６（ｂ）に示すように、初期状態で金属拡散反射を示していた調光層１が徐々に黒状態に変化してゆく。これは、調光層１に含まれる調光微粒子が透明になるに連れて、黒色の変換層２が視認されるようになるためである。電源を切ってもこの状態は保持される。また、電極３ａと電極３ｂとの間をショートさせ、あるいは電極３ａ、３ｂに対して極性を反転させた電圧を印加すると、調光層１が金属拡散光沢を示すように変化する。
【００９２】
（実施形態４）
次に、本発明による調光素子の第４の実施形態を説明する。本実施形態の調光素子は、図３に示す実施形態１の構成と同様の構成を有している。異なる点は、本実施形態の調光層１および変換層２を含む積層構造が、図１（ｂ）に示す構造と実質的に同じという点である。従って、実施形態２のように光吸収性を示す変換層２を用いたり、実施形態３のような光吸収板５を設けたりすることなく、金属拡散反射（白色）状態と光吸収（黒または着色）状態の間でスイッチングを行うことが可能である。
【００９３】
本実施形態の調光素子は、図３に示すように、基板４上に、電極３ａ、調光層１、変換層２、および電極３ｂが、この順序で積層された構造を有している。この調光素子では、基板４の上面から光が入射される。なお、調光層１と変換層２とは積層順序が相互に反転していてもよく、その場合は、光は基板４の背面から入射される。
【００９４】
調光層１は、上記実施形態で用いたものと同様の調光微粒子（イットリウム微粒子など）を含んでいる。調光微粒子は、例えばカーボン系の黒色粒子に吸着している。
【００９５】
このような調光層１は、例えば以下のようにして形成できる。バインダー樹脂の溶液中で、粒径５μｍの黒色粒子と、それより小さい粒径（例えば１μｍ）を有する調光微粒子とを混合することにより、黒色粒子の表面を覆うように調光微粒子を吸着させる。得られた溶液に導電性高分子材料Ｐ２をさらにブレンドした後、得られたブレンド溶液をスピンコート法により電極３ｂの上に塗布する。調光層１の厚さは、例えば１０μｍである。黒色粒子が分散されているため、調光層１の厚さは他の実施形態の調光層１の厚さよりも大きい。しかし、カーボン系黒色微粒子および調光微粒子は何れも高い導電性を示すので、調光層１全体は十分な導電性を有する。
【００９６】
本実施形態の調光素子に対して、変換層２が正極側、調光層１が負極側になるように電極３ａ、３ｂに電圧を印加すると、初期状態で金属拡散反射を示していた調光素子の光入射面側が徐々に黒状態に変化してゆく。これは、黒色粒子に吸着している調光微粒子が透明になるに連れて、黒色粒子が視認されるようになるためである。電源を切ってもこの状態は保持される。また、電極３ａと電極３ｂとの間をショートさせ、あるいは電極３ａ、３ｂに対して極性を反転させた電圧を印加すると、調光素子の光入射側面が金属拡散光沢を示すように変化する。
【００９７】
このように、本実施形態の調光素子によれば、調光層１に含まれる調光微粒子が金属反射状態にあるとき、反射光は散乱して白色として認識されるため、調光層１の表面は白色に見える。一方、調光微粒子が透明な状態にあるときには、黒色粒子などの着色粒子によって光が吸収されるため、調光層１の表面は黒または他の色に見える。すなわち、調光層１自体が、金属拡散状態と光吸収（着色）状態との間を遷移する。従って、本実施形態では、吸収板などの光吸収性を有する層を別個に設けることなく、金属拡散状態⇔光吸収（着色）状態のスイッチングが可能な調光素子が提供できる。
【００９８】
本実施形態の調光素子は、上述したような着色粒子を含む調光層１を用いていることを除けば、他の実施形態と同様の構成を有し得る。但し、調光層１よりも光の入射側に配置された層（図３の構成では、変換層２および電極３ａ）は透明である。一方、調光層１よりも光の入射側に配置されていない層（図３の構成では、電極３ｂと基板４）は透明である必要はない。
【００９９】
（実施形態５）
図７（ａ）および（ｂ）を参照しながら、本発明による調光素子の第５の実施形態を説明する。
【０１００】
図７（ａ）の調光素子は、変換層を第１変換層２ａと第２変換層２ｂとの複数層に分離した構成を有している。本発明の調光素子では、水素などの特定元素を調光層１にドープすることによって調光層１の状態を変化させるため、２つの変換層２ａ、２ｂで調光層１を挟み込む構成を採用すれば、効率的なドーピングが可能となり、調光に必要な状態変化の速度が向上する。調光層１は、電極として機能し得るため、図７（ａ）の例では、調光層１を電極として用いている。
【０１０１】
図７（ａ）の調光素子では、水素の吸放出を行う部分が第１変換層２ａ、調光層１、および第２変換層２ｂの３層構造を有しているが、更に多層化することも可能である。調光層１が単層であれば、調光の程度が不充分な場合でも、調光層１の層数を増加させることにより、調光の程度を充分に大きくすることが可能になる。
【０１０２】
調光層１の導電性が低いために電極として用いることができない場合には、図７（ｂ）に示すように、調光層を第１調光層１ａと第２調光層１ｂとの２層に分離し、これらの調光層の間に電極３ｃを挿入してもよい。図７（ｂ）の調光素子においても、調光層１をさらに多層化することができる。
【０１０３】
図７（ａ）および（ｂ）の何れの調光素子も、各層を順次積層することで容易に作製できる。なお、調光層、変換層、電極および基板は、積層数が異なる以外は実施形態１〜３と同様の構成を有し得る。
【０１０４】
（実施形態６）
図８を参照しながら、本発明による調光素子の第６の実施形態を説明する。
【０１０５】
本実施形態では、変換層２の機能分離を行うため、変換層２に多層構造を付与している。前述のように、変換層２の機能は水素を貯蔵し、また、電荷の注入／放出に応じて水素を放出／再貯蔵することである。これらの機能を１つの材料で実行するよりも、機能ごとに異なる材料を選択し、それぞれの材料からなる層を重ねるほうが容易である。すなわち、変換層を、電荷またはイオンのやりとりを行うための電荷輸送材料または電解質材料から形成した第１変換層２ａと、水素貯蔵の機能を持つ材料から形成した第１変換層２ａとに分離することにより、効率のよい水素移動を行うことができる。
【０１０６】
本実施形態では、導電性高分子材料Ｐ１（電子、正孔両電荷を輸送できる材料）と、屈折率がガラスとほぼ同等のアクリル系樹脂を混合して形成した電荷・イオン交換層を第１変換層２ａとして用いている。また、ＡＢ５型Ｍｍ水素貯蔵合金であるＮｉ合金の超微粒子（分散中心半径１０ｎｍ）を屈折率がガラスとほぼ同等のアクリル系樹脂と混合したブレンド樹脂を用いて第２変換層２ｂとして機能させている。
【０１０７】
なお、このような変換層の機能分離は、実施形態１〜５の何れの調光素子にも適用することができる。
【０１０８】
（実施形態７）
以下、図９を参照しながら、本発明による調光素子の第７の実施形態を説明する。
【０１０９】
本実施形態が前述の各実施形態と異なる点は、図９に示すように、電極構造を有していない点にある。本実施形態では、変換層２に光電荷発生特性を有する材料を添加している。光電荷発生特性を有する材料とは、ここでは光照射において電子あるいは正孔を放出する材料系のことである。具体的には、蛍光色素、ＳｉＯ_２微粒子、カルバゾールなどのような有機分子、またそれを高分子化した高分子材料などである。これらの材料はそれぞれが有する吸収波長に応じて、光照射によって正孔、または電子を放出する。これらの電荷によって水素貯蔵材料が有する水素を隔離させ変換層内を伝達して調光層の金属膜に運ばれ金属膜を水素化する。通常、可視光域で調光するので可視光領域に吸収を持つ材料を用いるのがいいが、紫外線や熱線（赤外線）の強度によって調光量を制御したい場合にはそのような領域に吸収を持つような材料系を使えばよい。
【０１１０】
この変換層に光電荷発生特性を有する調光素子は、特に電界などの外部から制御系を用いることなく調光できることが特徴である。光照射している間は電荷の放出が行われるので調光量を制御することができる。
【０１１１】
初期状態の制御については、水素を変換層２の水素貯蔵材料に貯蔵させ、調光層１をノンドープ状態にすれば金属反射状態が初期状態になるし、あらかじめ調光層１に水素をドープしておけば、調光層１は透明状態になるので変換層２の色味によって決まる。
【０１１２】
また、光照射による調光量制御では、光量による蓄積によって調光量が変わるので、弱い光でも長時間照射が続くと調光量が変化していく場合がある。調光量を光照射の強さのみで制御したい場合には不都合が生じる。このような場合は、変換層２と調光層１の水素貯蔵能力、つまりは水素との反応スピードを調整する。平衡が調光層の方向に強い場合は光があたって水素が変換層２に伝達され変換層２が水素ドープしてもほとんどが再度調光層１のほうへ引き戻されてしまう。更に、変換を示す照射量を調整すれば、変換層２の透明状態（水素ドープ状態）は光照射がある程度の強さを保って当たっている場合調光層１の透明状態を維持することができる。光照射が弱い場合や、光照射がなくなった場合には、平衡状態が変換層２のほうに移るので、調光層１は初期状態に戻る。光の照射で調光層１の金属拡散反射−透明状態を繰り返し使う場合にも、調光層１、変換層２の平衡状態の方向を制御するとよい。
【０１１３】
本実施形態では、調光層１の調光材料として、ＰＴＣ特性曲線平坦領域の平衡圧力が変換層２の変換材料に比べて大きい材料を選択している。
【０１１４】
変換層２内には、追加的にＲｕ錯体色素が添加している。この色素は可視光全体域の光を吸収し、光を吸収すると、電子を放出する特性を有している。また、変換層２は、あらかじめ水素を貯蔵させている。
【０１１５】
本実施形態の調光素子に対して、光を照射すると、光の照射量が充分なレベルに達したとき、金属拡散反射の程度が低くなって調光素子が黒色などの変換層２の色を呈してくる。この理由を以下に説明する。光照射によって生成された電子が変換層２の水素貯蔵材料において還元反応を引き起こすので、水素を生じる。生じた水素が変換層２における水素平衡圧力以上になると、調光層１の調光微粒子に水素が移動する。水素は調光微粒子の調光材料と水素化化合物を形成するので、調光微粒子が透明になる。このため、調光層１が透明となり、変換層２の色（黒色）が視認される。
【０１１６】
光照射を停止すると、電子の発生／供給が停止すため、調光層１の状態変化も停止する。水素平衡圧力の差が生じているため、平衡状態が変換層側に移り、調光層に移動した水素も変換層にほとんど再移動することができる。
【０１１７】
このように、本実施形態によれば、光照射によって自然に調光量を調整できる。
【０１１８】
外部からの光照射によって調光層１の状態変化をスイッチングする代わりに、照射光の強さや照射量の積算値に応じて水素の平衡状態を制御し、調光することも可能である。光照射のみによって調光する場合は、使用者の要求に応じた調光が実現できない。また、調光素子の使用中に水素が完全に移動できずに、初期状態がシフトする問題も生じ得る。このような問題を回避するためには、電極を付加的に配置することが好ましい。付加的に設けた電極によって水素ドープ量を調整すれば、通常の光照射による調光とあわせて、調光量を自在に変化させることが可能になる。また、電極を用いた電圧印加により、水素の平衡状態に初期化することが可能になるため、再現性に優れた調光の制御が実現する。
【０１１９】
（実施形態８）
以下、図１０および図１１を参照しながら、本発明による調光素子の第８の実施形態を説明する。
【０１２０】
本実施形態が前述の各実施形態と異なる点は、図１０に示すように、基板４上に調光層１のみが積層され、電極や変換層を有してない点にある。基板４は透明な基板であればよく、他の実施形態で用いたものと同様の基板を用いることができる。
【０１２１】
図１１は、本実施形態の調光素子に用いられる調光層１を示す。調光層１は、調光微粒子１１と、Ｒｕ錯体色素などの光電荷発生特性を有する材料１２と、水素貯蔵材料などの変換材料１３を含んでいる。これらは、典型的にはバインダー樹脂に分散している。また、調光層１は、水素や電子が調光層１内を移動できるようにするための電気導電性材料を含んでいる。本実施形態では、調光微粒子１１を構成する調光材料として、ＰＴＣ特性曲線平坦領域の平衡圧力が変換材料１３に比べて大きい材料を選択している。光電荷発生特性を有する材料１２として、実施形態７に例示したものと同様のものを用いることができる。変換材料１３として、他の実施形態において変換層に含まれている変換材料と同じものを用いることができる。このように、調光層１は光変調を起こすために必要な構成物を全て含んでいる。
【０１２２】
本実施形態の調光素子に対して、光を照射すると、光の照射量が充分なレベルに達したとき、金属拡散反射の程度が低くなって調光素子が透明になってくる。この理由を以下に説明する。光照射によって生成された電子が変換材料１３において還元反応を引き起こすので、水素を生じる。生じた水素が変換材料１３における水素平衡圧力以上になると、水素は調光微粒子１１に移動し、調光微粒子の調光材料と水素化化合物を形成する。水素化化合物が形成されると、調光微粒子１１が透明となる。その結果、調光素子全体が透明となる。
【０１２３】
光照射を停止すると、電子の発生／供給が停止すため、調光層１の状態変化も停止する。水素平衡圧力の差が生じているため、平衡状態が変換材料１３側に移り、調光微粒子１１に移動した水素も変換材料１３にほとんど再移動することができる。
【０１２４】
このように、本実施形態によれば、光照射によって自然に調光量を調整できる。
【０１２５】
本実施形態においても、実施形態７と同様に、照射光の強さや照射量の積算値に応じて水素の平衡状態を制御し、調光することも可能である。また、電極を付加的に配置することによって水素ドープ量を調整することもできる。
【０１２６】
（実施形態９）
以下、図１０および図１２を参照しながら、本発明による調光素子の第９の実施形態を説明する。
【０１２７】
本実施形態の調光素子は、図１０に示すように、基板４上に調光層１のみが積層され、電極や変換層を有してない。本実施形態では、基板４は調光層１を支持できればよく、透明でなくてもよい。
【０１２８】
図１２は、本実施形態の調光素子に用いられる調光層１を示す。調光層１では、着色粒子（例えば黒色粒子）１０がバインダー樹脂に分散しており、着色粒子１０に調光微粒子１１が吸着している。この他、バインダー樹脂には、Ｒｕ錯体色素などの光電荷発生特性を有する材料１２と、水素貯蔵材料などの変換材料１３とが分散している。さらに、調光層１は、水素や電子が調光層１内を移動できるようにするための電気導電性材料を含んでいる。本実施形態では、調光微粒子１１を構成する調光材料として、ＰＴＣ特性曲線平坦領域の平衡圧力が変換材料１３に比べて大きい材料を選択している。光電荷発生特性を有する材料１２として、実施形態７に例示したものと同様のものを用いることができる。変換材料１３として、他の実施形態において変換層に含まれている変換材料と同じものを用いることができる。このように、調光層１は光変調を起こすために必要な構成物を全て含んでいる。
【０１２９】
本実施形態では、着色粒子１０として、カリウム−黒鉛層間化合物の黒色粒子を用いる。このように、着色粒子１０が変換材料としても機能し得る粒子であれば、変換材料１３を別個に調光層１に添加する必要がないので好ましい。また、調光微粒子１１は変換材料である着色粒子１０に吸着しているので、水素が調光材料と変換材料と間の移動に要する時間が短い。従って、水素がバインダー樹脂中を移動する場合と比べて、調光層１の光学的特性をより高速にスイッチングできる。
【０１３０】
本実施形態の調光素子に対して、光を照射すると、光の照射量が充分なレベルに達したとき、金属拡散反射の程度が低くなって調光素子が黒色などの着色粒子１０の色を呈してくる。これは、光照射によって生成された電子が変換材料（変換材料１３または、着色粒子１０が変換材料を用いて形成されている場合には、着色粒子１０）において還元反応を引き起し、それによって生じた水素が変換材料における水素平衡圧力以上になるために起こる。水素は変換材料から調光微粒子１１へ移動して、調光微粒子１１の調光材料と水素化化合物を形成し、調光微粒子１１を透明化する。この結果、着色粒子１０の色が視認されるので、調光素子全体が着色粒子１０の色となる。
【０１３１】
光照射を停止すると、電子の発生／供給が停止すため、調光層１の状態変化も停止する。水素平衡圧力の差が生じているため、平衡状態が変換材料側に移り、調光微粒子１１に移動した水素も変換材料にほとんど再移動することができる。
【０１３２】
このように、本実施形態によれば、光照射によって自然に調光量を調整できる。
【０１３３】
本実施形態においても、実施形態７と同様に、照射光の強さや照射量の積算値に応じて水素の平衡状態を制御し、調光することも可能である。また、電極を付加的に配置することによって水素ドープ量を調整することもできる。
【０１３４】
【発明の効果】
本発明によれば、金属光沢状態と透明状態との遷移が可能な材料を粒子として含む調光層を備えることにより、調光層の光学的特性をより高速にスイッチングすることができ、かつ、より広い用途に適用が可能な調光素子を提供することができる。
【０１３５】
本発明の調光素子は、光を拡散反射する状態と光を透過または吸収する状態とを遷移することができ、また高いメモリ性を有するので、各種表示装置に適用すると特に有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）および（ｂ）は、本発明による調光素子の構成を模式的に示す断面図である。
【図２】図１に示す調光素子の動作原理を示す図である。
【図３】本発明による調光素子の第１の実施形態を示す断面図である。
【図４】調光層および変換層の水素平衡圧−組成等温線（ＰＴＣ特性曲線）を示すグラフである。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、本発明による調光素子の第２の実施形態を示す断面図である。
【図６】（ａ）および（ｂ）は、本発明による調光素子の第３の実施形態を示す断面図である。
【図７】（ａ）および（ｂ）は、本発明による調光素子の第５の実施形態について、その動作を示す図である。
【図８】本発明による調光素子の第６の実施形態を示す断面図である。
【図９】本発明による調光素子の第７の実施形態を示す断面図である。
【図１０】本発明による調光素子の第８および第９の実施形態を示す断面図である。
【図１１】本発明による調光素子の第８の実施形態における調光層を模式的に示す断面図である。
【図１２】本発明による調光素子の第９の実施形態における調光層を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
Ｍ１調光層
Ｍ２変換層
ｍ１調光粒子
ｍ２着色粒子
１調光層
１ａ第１調光層
１ｂ第２調光層
２変換層
２ａ第１変換層
２ｂ第２変換層
３電極
３ａ上層の電極
３ｂ下層の電極
４基板
５吸収板
１０着色粒子
１１調光微粒子

Claims

外部刺激に応答して光反射率が変化する調光層を備えた調光素子であって、
前記調光層は、特定元素の濃度に応じて光学的特性が変化する第１材料を含んでおり、前記第１材料は粒子である、調光素子。
前記第１材料は、前記特定元素の濃度に応じて光反射状態と光透過状態との間を遷移し得る、請求項１に記載の調光素子。
前記第１材料が前記光反射状態のとき、前記調光層は光を拡散反射する、請求項２に記載の調光素子。
前記粒子の直径は３５０ｎｍ以上であり、かつ前記調光層の厚さ以下である、請求項１から３のいずれかに記載の調光素子。
前記調光層は可視光吸収性を有する着色粒子を含んでおり、前記粒子は前記着色粒子に吸着している、請求項１から４のいずれかに記載の調光素子。
前記特定元素は水素である、請求項１から５のいずれかに記載の調光素子。
前記特定元素を含有し得る第２材料を含む変換層をさらに備え、前記第２材料は前記外部刺激に応じて前記特定元素を放出または吸収する、請求項１から６のいずれかに記載の調光素子。
前記特定元素は水素であり、前記変換層は水素貯蔵材料を含んでいる、請求項７に記載の調光素子。
前記調光層および前記変換層の各々の水素平衡圧−組成等温線（ＰＴＣ特性曲線）がほぼ平坦である領域において動作する請求項８に記載の調光素子。
前記ＰＴＣ特性曲線がほぼ平坦である領域で、前記調光層および前記変換層の水素平衡圧力がほぼ同等である請求項９に記載の調光素子。
前記変換層におけるＰＴＣ特性曲線がほぼ平坦である領域の水素貯蔵量の範囲は、前記調光層におけるＰＴＣ特性曲線がほぼ平坦である領域の水素貯蔵量の範囲を含んでいる請求項１０に記載の調光素子。
前記第２材料は、電子の授受により、前記特定元素の放出または吸収を行う請求項１から１１のいずれかに記載の調光素子。
前記第２材料は、電気化学的反応により、前記特定元素の放出また吸収を行う請求項１から１１のいずれかに記載の調光素子。
前記第２材料は、光の照射により、前記特定元素の放出または吸収を行う請求項１から１３のいずれかに記載の調光素子。
前記変換層は、光触媒性を有する材料を含んでいる請求項１４に記載の調光素子。
前記特定元素のイオンを前記第２材料から前記第１材料へ、または前記第１材料から前記第２材料へ移動させるための電界を形成する１対の導電層を備えている請求項１から１５のいずれかに記載の調光素子。
前記調光層および前記変換層は、前記一対の導電層の間に位置している請求項１６に記載の調光素子。
前記調光層は導電性を有しており、前記一対の導電層の一方として機能する請求項１６または１７に記載の調光素子。
前記変換層は導電性を有しており、前記一対の導電層の一方として機能する請求項１６または１７に記載の調光素子。
前記変換層は、光透過性を有している請求項１から１９のいずれかに記載の調光素子。
前記調光層は、光を拡散反射する状態と光を透過する状態との間を遷移し、
前記調光層を透過した光を吸収する光吸収層を更に備えている、請求項２０に記載の調光素子。
前記変換層は、可視光吸収性を有している請求項１から１９のいずれかに記載の調光素子。
前記調光層は、光を拡散反射する状態と光を透過する状態との間を遷移し、
前記変換層は、前記調光層の光入射面とは反対側に配置されている請求項２２に記載の調光素子。
前記調光層および変換層の少なくとも一方が多層構造を有している請求項１から２３のいずれかに記載の調光素子。
外部刺激に応答して光反射率が変化する調光層を備えた調光素子であって、前記調光層は、
特定元素の濃度に応じて光学的特性が変化する第１材料と、
前記特定元素を含有し得る第２材料であって、前記外部刺激に応じて前記特定元素を放出または吸収する第２材料とを含んでおり、
前記第１材料は粒子である、調光素子。