JP5123749B2 - Method for reversibly changing reflectance, element thereof, method for manufacturing the element, transmittance variable element, and reflectance variable mirror - Google Patents
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Description
この発明は、反射率を可逆的に変化させる方法、反射率を可逆的に変化させる素子、同素子の製造方法、透過率可変素子、反射率可変ミラーに関する。 The present invention relates to a method for reversibly changing the reflectance, an element for reversibly changing the reflectance, a method for manufacturing the element, a transmittance variable element, and a reflectance variable mirror.
透過率、反射率等の光学特性を変化させる従来の素子としてエレクトロクロミック素子、サーモクロミック素子、フォトクロミック素子、液晶素子等があった。下記特許文献1にはエレクトロクロミック素子を用いた自動車用可変反射率ミラーが記載されている。下記特許文献2には全固体反射調光エレクトロクロミック素子が記載されている。下記特許文献3にはマグネシウム・ニオブ合金薄膜を用いた反射型調光薄膜材料が記載されている。下記特許文献4にはマグネシウム・ニッケル合金薄膜を用いた調光ミラーガラスが記載されている。 Conventional elements that change optical characteristics such as transmittance and reflectance include electrochromic elements, thermochromic elements, photochromic elements, and liquid crystal elements. Patent Document 1 listed below describes a variable reflectance mirror for automobiles using an electrochromic element. Patent Document 2 below describes an all-solid-state reflective dimming electrochromic element. Patent Document 3 below describes a reflective light-control thin film material using a magnesium-niobium alloy thin film. Patent Document 4 listed below describes a light control mirror glass using a magnesium / nickel alloy thin film.
この発明は従来方法とは異なる仕組みによって反射率を可逆的に変化させる方法、反射率を可逆的に変化させる素子、同素子の製造方法、透過率可変素子、反射率可変ミラーを提供しようとするものである。 The present invention seeks to provide a method for reversibly changing the reflectivity by a mechanism different from the conventional method, an element for reversibly changing the reflectivity, a method for manufacturing the element, a variable transmittance element, and a variable reflectivity mirror. Is.
この発明の、反射率を可逆的に変化させる方法は、空隙を隔てて電極対を配置し、前記空隙に、メタノールを含有する非水溶媒中に少なくとも金属イオンおよび電極反応により可逆的にイオン化する化合物材料を分散させた電解液を充填し、前記電極対間の電場の変化に応じて、前記化合物材料を前記金属イオンと同極性にイオン化しかつ前記電解液中の金属イオンおよび前記イオン化した化合物材料を電気泳動により一方の電極の表面に堆積させて鏡にする状態と、逆に該金属イオンおよび該イオン化した化合物を該電極の表面から離脱しかつ該化合物材料を中性化する状態とに変化させて、該電極の表面の反射率を可逆的に変化させるものである。 In the method of reversibly changing the reflectance according to the present invention, an electrode pair is arranged with a gap therebetween, and the gap is reversibly ionized by a metal ion and an electrode reaction in a non-aqueous solvent containing methanol. Filled with an electrolyte solution in which a compound material is dispersed, and ionizes the compound material to the same polarity as the metal ions according to a change in the electric field between the electrode pairs, and the metal ions and the ionized compounds in the electrolyte solution The material is deposited on the surface of one electrode by electrophoresis to form a mirror, and conversely, the metal ion and the ionized compound are separated from the surface of the electrode and the compound material is neutralized. By changing, the reflectance of the surface of the electrode is reversibly changed.
この発明の、反射率が可逆的に変化する素子は、空隙を隔てて配置された電極対と、前記空隙に充填された、メタノールを含有する非水溶媒中に少なくとも金属イオンおよび電極反応により可逆的にイオン化する化合物材料を分散させた電解液とを具備してなり、前記電極対間の電場の変化に応じて、前記化合物材料が前記金属イオンと同極性にイオン化しかつ前記電解液中の金属イオンおよび前記イオン化した化合物材料が電気泳動により一方の電極の表面に堆積して鏡になる状態と、逆に該金属イオンおよび該イオン化した化合物を該電極の表面から離脱しかつ該化合物材料を中性化する状態とに変化して、該電極の表面の反射率が可逆的に変化するものである。この素子において前記金属イオンは例えば銀、アルミニウム、コバルト、銅、ニッケル、モリブデン、イリジウム、白金、ルテニウムから選ばれた一種または複数種の金属イオンとすることができる。また前記電極反応により可逆的にイオン化する化合物材料は例えば錯体(フェロセン等)とすることができる。また前記非水溶媒は例えばテトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレート−プロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、スルホランから選ばれた少なくとも一種を主成分としメタノールを含有するものとすることができる。 The element of this invention whose reversibility changes reversibly is reversible by at least metal ions and an electrode reaction in a non-aqueous solvent containing methanol and filled in the gap with an electrode pair arranged with a gap. In accordance with a change in the electric field between the electrode pair, and the compound material is ionized to the same polarity as the metal ions and in the electrolyte solution. The state in which the metal ions and the ionized compound material are deposited on the surface of one electrode by electrophoresis to become a mirror, and conversely, the metal ions and the ionized compound are detached from the surface of the electrode and the compound material is removed. By changing to a neutralized state, the reflectance of the surface of the electrode changes reversibly. In this element, the metal ions may be one or more metal ions selected from, for example, silver, aluminum, cobalt, copper, nickel, molybdenum, iridium, platinum, and ruthenium. The compound material that is reversibly ionized by the electrode reaction can be, for example, a complex (ferrocene or the like). The non-aqueous solvent may contain, for example, methanol containing at least one selected from tetraethylammonium tetrafluoroborate-propylene carbonate, γ-butyrolactone, and sulfolane as a main component.
この発明の、反射率が可逆的に変化する素子は例えば、前記電極対を構成する少なくとも一方の電極が金属単体で構成され、またはガラス基板、樹脂基板もしくは樹脂フィルムの表面にコーティングされた透明導電膜もしくは金属膜で構成されたものとすることができる。この発明の、反射率が可逆的に変化する素子は例えば、前記電極対間に電圧を印加することにより前記金属イオンおよび前記イオン化した化合物材料が電気泳動により一方の電極の表面に堆積し、この状態から前記電極対間を短絡または開放することにより該金属イオンおよび前記イオン化した化合物材料が該電極の表面から離脱しかつ該イオン化した化合物材料が中性化するものとすることができる。この発明の、反射率が可逆的に変化する素子は前記電解液に増粘剤、PMMA、ポリオールイソシアネート、ポリマーのうちいずれか1つまたは複数を添加して該電解液をゲル状にすることができる。この発明の、反射率が可逆的に変化する素子は前記電解液に紫外線吸収剤を添加することができる。 The element of the present invention whose reflectivity reversibly changes is, for example, a transparent conductive material in which at least one electrode constituting the electrode pair is composed of a single metal, or is coated on the surface of a glass substrate, a resin substrate or a resin film. It may be composed of a film or a metal film. In the element of the present invention in which the reflectance changes reversibly, for example, when a voltage is applied between the electrode pair, the metal ions and the ionized compound material are deposited on the surface of one electrode by electrophoresis. By short-circuiting or opening the electrode pair from the state, the metal ions and the ionized compound material can be released from the surface of the electrode, and the ionized compound material can be neutralized. In the element of the present invention in which the reflectance is reversibly changed, any one or more of a thickener, PMMA, polyol isocyanate, and a polymer may be added to the electrolytic solution to make the electrolytic solution into a gel. it can. In the element of the present invention in which the reflectance changes reversibly, an ultraviolet absorber can be added to the electrolytic solution.
この発明の、反射率が可逆的に変化する素子を製造する方法は、脱水メタノールにNiCl2を溶解し、これにテトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレート−プロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、スルホランから選ばれた少なくとも一種の非水溶媒および電極反応により可逆的にイオン化する化合物材料を添加して非水溶媒中に金属イオンおよび電極反応により可逆的にイオン化する化合物材料を分散させた電解液を調整し、該電解液を電極対の間の空隙に充填して、前記電極対間の電場の変化に応じて、前記化合物材料が前記金属イオンと同極性にイオン化しかつ前記電解液中の金属イオンおよび前記イオン化した化合物材料が電気泳動により一方の電極の表面に堆積して鏡になる状態と、逆に該金属イオンおよび該イオン化した化合物を該電極の表面から離脱しかつ該化合物材料を中性化する状態とに変化して、該電極の表面の反射率が可逆的に変化する素子を製造するものである。 The method of manufacturing a device having a reversible change in reflectance according to the present invention comprises dissolving NiCl 2 in dehydrated methanol, and at least one selected from tetraethylammonium tetrafluoroborate-propylene carbonate, γ-butyrolactone, and sulfolane. A non-aqueous solvent and a compound material that is reversibly ionized by an electrode reaction are added to prepare an electrolyte solution in which a metal ion and a compound material that is reversibly ionized by an electrode reaction are dispersed in the non-aqueous solvent. In the gap between the electrode pairs, and the compound material is ionized to the same polarity as the metal ions according to the change in the electric field between the electrode pairs, and the metal ions and the ionized compounds in the electrolytic solution The material is deposited on the surface of one electrode by electrophoresis to become a mirror, and conversely, the metal ions and the ions The compound is released from the surface of the electrode and changed to a state in which the compound material is neutralized to produce a device in which the reflectance of the electrode surface reversibly changes.
この発明の透過率可変素子は、空隙を隔てて対向配置された2枚の透明基板と、前記2枚の透明基板の対向面にそれぞれ形成された透明導電膜と、前記空隙に充填された、メタノールを含有する非水溶媒中に金属イオンおよび電極反応により可逆的にイオン化する化合物材料を分散させた電解液とを具備し、前記透明導電膜対間の電場の変化に応じて、前記化合物材料が前記金属イオンと同極性にイオン化しかつ前記電解液中の金属イオンおよび前記イオン化した化合物材料が電気泳動により前記いずれかの透明導電膜の表面に堆積して鏡になる状態と、逆に該金属イオンおよび該イオン化した化合物を該透明導電膜の表面から離脱しかつ該化合物材料を中性化する状態とに変化して、該透明導電膜の表面の反射率が可逆的に変化し、もって前記両透明基板を透過して見た透過率が可逆的に変化するものである。 The transmittance variable element according to the present invention includes two transparent substrates disposed to face each other with a gap, transparent conductive films respectively formed on opposite surfaces of the two transparent substrates, and filled in the gap. An electrolyte solution in which a metal ion and a compound material that is reversibly ionized by an electrode reaction are dispersed in a non-aqueous solvent containing methanol, and the compound material according to a change in the electric field between the transparent conductive film pair In a state where the ion is ionized to the same polarity as the metal ion and the metal ion and the ionized compound material in the electrolyte are deposited on the surface of any one of the transparent conductive films by electrophoresis to form a mirror. The metal ion and the ionized compound are separated from the surface of the transparent conductive film, and the compound material is changed to a neutral state, and the reflectance of the surface of the transparent conductive film is reversibly changed. Serial transmission as viewed through the two transparent substrates in which reversibly changes.
この発明の反射率可変ミラーは、裏面に透明導電膜を形成した透明基板と、該透明基板の裏面側で該透明基板に対し空隙を隔てて対向配置され、少なくとも前面が電極を構成し、前面側から見て不透明である背面部材と、前記空隙に充填された、メタノールを含有する非水溶媒中に金属イオンおよび電極反応により可逆的にイオン化する化合物材料を分散させた電解液とを具備し、前記透明導電膜と前記背面部材の電極間の電場の変化に応じて、前記化合物材料が前記金属イオンと同極性にイオン化しかつ前記電解液中の金属イオンおよび前記イオン化した化合物材料が電気泳動により前記透明導電膜と前記背面部材の電極のいずれかの表面に堆積して鏡になる状態と、逆に該金属イオンおよび該イオン化した化合物を該表面から離脱しかつ該化合物材料を中性化する状態とに変化して、該表面の反射率が可逆的に変化し、もって前記透明基板の前面側から見た反射率が可逆的に変化するものである。 The reflectivity variable mirror according to the present invention is disposed opposite to a transparent substrate having a transparent conductive film formed on the back surface thereof, with a gap between the transparent substrate and the transparent substrate on the back surface side of the transparent substrate. A back member that is opaque when viewed from the side, and an electrolytic solution in which a metal material and a compound material that is reversibly ionized by an electrode reaction are dispersed in a methanol-containing nonaqueous solvent that is filled in the gap. The compound material is ionized to the same polarity as the metal ion in response to a change in the electric field between the transparent conductive film and the electrode of the back member, and the metal ion in the electrolyte and the ionized compound material are electrophoresed. leaving life-and-death and state in which the mirror is deposited on either surface of the electrode of the transparent conductive film and the back member, a compound the metal ions and the ionized reversed from the surface by The compound material was changed to a state to neutralize, the reflectivity of the surface is changed reversibly, with in reflectance viewed from the front side of the transparent substrate is one which reversibly changes.
《実施の形態1:透過率可変素子の実施の形態》
この発明の素子を透過率可変素子として構成した実施の形態を以下説明する。図1において透過率可変素子10は空隙12を隔てて対向配置されたガラス製または樹脂製の2枚の透明基板14,16を具えている。透明基板14,16の対向面には電極対を構成する透明導電膜18,20がそれぞれ形成されている。透明導電膜18,20は例えばITO(酸化インジウム・スズ)、酸化スズ、酸化亜鉛等で構成される。空隙12には電解液22が充填されている。空隙12の周囲はシール材24で封止されている。電解液22はテトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレート−プロピレンカーボネート(TEABF4−PC)を主成分としメタノールを含有する非水溶媒25に、溶質として金属陽イオン26(例えばNi2+)、陰イオン28(例えばCl-)、電極反応により可逆的にイオン化する化合物材料30(例えばフェロセン)を分散して構成されている。なお透明基板14,16が破損したときに電解液22が空隙12から外部に漏出するのを防止するために、電解液22に増粘剤、PMMA、ポリオールイソシアネート、ポリマー等を添加して、電解液22をゲル状にすることもできる。また外部から照射される紫外線により溶媒が劣化するのを防止するために、電解液22に紫外線吸収剤を添加することもできる。透明導電膜18,20にはリード線32,34の一端部がそれぞれ接続されている。リード線32,34の他端部間にはスイッチ36および直流電源38の直列接続回路が接続されている。またリード線32,34間にはスイッチ40が、スイッチ36および直流電源38の直列接続回路と並列に接続されている。スイッチ36,40は相互に連動して互いに逆方向にオン、オフ切り換えされる。
<< Embodiment 1: Embodiment of Variable Transmission Element >>
An embodiment in which the element of the present invention is configured as a transmittance variable element will be described below. In FIG. 1, the transmittance
以上の構成の透過率可変素子10の動作を説明する。図1のようにスイッチ36がオフし、スイッチ40がオンしているときは透明導電膜18,20間は短絡状態となり、透明導電膜18,20間に電場は生じない。したがって電解液22中で金属陽イオン26、陰イオン28、化合物材料30は分散した状態にある。このとき化合物材料30は中性状態(非イオン化状態)にある。このとき電解液22は透明であり、透過率可変素子10は透明基板14から透明基板16に至るまで厚み方向全体が透明である。
The operation of the
図1の状態から図2のようにスイッチ36をオンし、スイッチ40をオフすると直流電源38の電圧が透明導電膜18,20間に印加され(透明導電膜18を正電極、透明導電膜20を負電極とする)、透明導電膜18,20間に電場が生じる。この電場により電解液22中の化合物材料30は酸化反応を生じて陽イオン化する。そして電解液22中の金属陽イオン26および陽イオン化した化合物材料30は電気泳動でこれら両イオン26,30と逆極性の電極すなわち負電極20の表面に移動して堆積し、陰イオン28は正電極18に移動する。負電極20の表面に堆積する金属陽イオン26により負電極20の表面に反射膜が析出する。これにより透過率可変素子10は反射率が増大し、透過率が減少してミラーまたはハーフミラーとなる。透明導電膜18,20間に印加する電圧を段階的にまたは無段階に可変できるようにして、反射率、透過率を段階的にまたは無段階に調整可能にすることもできる。
When the
図2の状態から再び図1のようにスイッチ36をオフし、スイッチ40をオンすると透明導電膜18,20間が短絡し、透明導電膜18,20間の電場が消失する。これにより金属陽イオン26および化合物材料30は負電極20の表面から離脱し、化合物材料30は還元反応を生じて元の中性状態に戻る。また陰イオン28は正電極18の表面から離脱してそれぞれ電解液22中に分散する。その結果透過率可変素子10は反射率が低下し、透過率が増大して元の透明な状態に戻る。なお両電極18,20間を短絡するのに代えて、両電極18,20間を開放することによっても両電極18,20間の電場が消失するので、金属陽イオン26を負電極20から離脱させて、透過率可変素子10を元の透明な状態に戻すことができる。
When the
以上のようにして、両電極18,20間に電場を印加し、また電場の印加を解除することにより、透過率可変素子10の反射率および透過率を可逆的に変化させることができる。この可逆動作の過程では金属陽イオン26と負電極20との間では電極反応は生じない(あるいはほとんど生じない)ので金属陽イオン26はイオンの状態を保ち続け、添加された化合物材料30のみが電極反応を生じるので、全体として電流はわずかしか流れない。また図2のように金属陽イオン26と化合物材料30および陰イオン28の移動が終了した状態では直流電源38から電圧を印加し続けても電流はほとんど流れないので、電力消費はほとんど生じない。なお上記動作におけるフェロセンの電極反応は次式のとおりである。
透過率可変素子10は例えば建築用調光窓ガラス、自動車用調光窓ガラス等の用途に好適に用いることができる。すなわち夏は透過率を低くする(反射率を高くする)ことにより紫外線、赤外線を反射させて室内の冷房効率を高め、冬は透過率を高くする(反射率を下げる)ことにより室内の暖房効率を高めることができる。その結果、省エネルギー効果が得られる。また透過率を低くする(反射率を高くする)ことにより、室外からの視線に対して目隠し効果を得ることもできる。
The
また透過率可変素子10はカメラの絞り部の代替デバイスとして利用することもできる。すなわち、透過率可変素子10をカメラ内の光軸上に配置し、両電極18,20間に印加する電圧を段階的にまたは無段階に可変して透過率可変素子10の透過率を段階的にまたは無段階に調整することにより、機械的動作部分を有しない絞り部を構成することができる。
The
また透過率可変素子10は透明導電膜20をセグメントに分割し各セグメントごとに電圧を印加することにより金属反射による表示体として構成することもできる。
The
<実施例>
図1の透過率可変素子10の実施例を説明する。透過率可変素子10を製造し、使用する手順を説明する。ここでは非水溶媒中に金属イオンを溶解する方法として特開2007−103464号公報に記載の方法を利用する。
(1)脱水メタノールに5重量%の無水NiCl2を、水分が入らないようにN2雰囲気中で溶解する。
(2)上記(1)で得られた溶液と0.8モル/リットルのテトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレート−プロピレンカーボネート溶液を体積比1:9で混合する。
(3)上記(2)で得られた溶液に0.01〜0.03モル/リットルのフェロセンを添加して電解液22を調整する。調整された電解液22はテトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレート−プロピレンカーボネートを主成分としこれにメタノールを混合した非水溶媒25中に、金属陽イオン26としてのNi2+、陰イオン28としてのCl-、電極反応により可逆的にイオン化する化合物材料30としてのフェロセンが分散した状態にある。このときフェロセンは中性状態(非イオン化状態)にある。
(4)上記(3)で調整された電解液22を、対向面に透明導電膜18,20をそれぞれ形成して対向配置した透明基板14,16間の空隙12(空隙長:1mm)に充填する。充填後空隙12の周囲をシール材24で封止して透過率可変素子10を完成する。完成した透過率可変素子10は厚み方向全体が透明(電解液22がフェロセン含んでいるので、やや黄色味がかった透明)である。
(5)完成した透過率可変素子10に図1のように電気回路を接続し、図2のようにスイッチ36をオンし、スイッチ40をオフして両電極18,20間に直流電源38により2Vの電圧を印加した。その結果、負電極20に金属陽イオン26であるNi2+が堆積して反射膜が析出し、透明基板16の前面側から透明基板16を透過して見て無色の鏡となった。
(6)上記(5)の状態から図1のようにスイッチ36をオフし、スイッチ40をオンして両電極18,20間を短絡すると反射膜が消失し元の透明な状態に戻った。上記(5)の状態からスイッチ36,40を共にオフして両電極18,20間を開放した場合も反射膜が消失し元の透明な状態に戻った。
<Example>
An embodiment of the
(1) 5 wt% anhydrous NiCl 2 is dissolved in dehydrated methanol in an N 2 atmosphere so that moisture does not enter.
(2) The solution obtained in (1) above and 0.8 mol / liter of tetraethylammonium tetrafluoroborate-propylene carbonate solution are mixed at a volume ratio of 1: 9.
(3) 0.01 to 0.03 mol / liter of ferrocene is added to the solution obtained in the above (2) to prepare the
(4) Filling the gap 12 (gap length: 1 mm) between the
(5) An electrical circuit is connected to the completed transmittance
(6) When the
<比較例>
比較例としてフェロセンを添加しない電解液22を調整して上記実施例と同様の実験を行った。その結果、両電極18,20に2Vの電圧を印加すると負電極20に反射膜が析出して鏡となったが、その後両電極18,20を短絡または開放しても鏡の状態のままであり、元の透明な状態には戻らなかった。したがって実施例によればフェロセン(電極反応により可逆的にイオン化する化合物材料)の添加により金属イオンの移動度が上がることがわかった。このような違いが生じる理由は未だ明らかではないが、一つの推測として、フェロセンを添加しない場合は金属イオンが負電極の表面に移動すると金属イオンと負電極20との間で電極反応が生じて金属イオンが負電極20にメッキされる(つまり金属イオンは電解液22中に分散した元の状態に戻らない)のに対し、フェロセンを添加した場合は、イオン化したフェロセンと金属イオンとが混在した状態で負電極の表面に移動するため、金属イオンと負電極20との間で電極反応が生じにくくなる(メッキされにくくなる)のではないかと考えられる。
<Comparative example>
As a comparative example, an experiment similar to the above example was performed by adjusting the
《実施の形態2:反射率可変ミラーの実施の形態》
この発明の素子を反射率可変ミラーとして構成した実施の形態を以下説明する。実施の形態1と共通する部分には同一の符号を用いる。図3において反射率可変ミラー42は空隙12を隔てて対向配置された不透明基板44と透明基板16を具えている。不透明基板44は例えば表面が暗色(黒色等)のガラス、セラミックス、樹脂、金属等の基板で構成されたもので、反射率は低い。不透明基板44と透明基板16の対向面には電極対を構成する透明導電膜18,20がそれぞれ形成されている。空隙12には電解液22が充填されている。空隙12の周囲はシール材24で封止されている。電解液22は実施の形態1で使用したものと同じで、テトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレート−プロピレンカーボネートを主成分としメタノールを含有する非水溶媒25に、溶質として金属陽イオン26(例えばNi2+)、陰イオン28(例えばCl-)、電極反応により可逆的にイオン化する化合物材料30(例えばフェロセン)を分散させて構成されている。なお不透明基板44と透明基板16が破損したときに電解液22が空隙12から外部に漏出するのを防止するために、電解液22に増粘剤、PMMA、ポリオールイソシアネート、ポリマー等を添加して、電解液22をゲル状にすることもできる。また外部から照射される紫外線により溶媒が劣化するのを防止するために、電解液22に紫外線吸収剤を添加することもできる。透明導電膜18,20にはリード線32,34の一端部がそれぞれ接続されている。リード線32,34の他端部間にはスイッチ36および直流電源38の直列接続回路が接続されている。またリード線32,34間にはスイッチ40が、スイッチ36および直流電源38の直列接続回路と並列に接続されている。スイッチ36,40は相互に連動して互いに逆方向にオン、オフ切り換えされる。
<< Embodiment 2: Embodiment of a reflectivity variable mirror >>
An embodiment in which the element of the present invention is configured as a variable reflectivity mirror will be described below. The same reference numerals are used for portions common to the first embodiment. In FIG. 3, the
以上の構成の反射率可変ミラー42の動作を説明する。図3のようにスイッチ36がオフし、スイッチ40がオンしているときは透明導電膜18,20間は短絡状態となり、透明導電膜18,20間に電場は生じない。したがって電解液22中で金属陽イオン26、陰イオン28、化合物材料30は分散した状態にある。このとき化合物材料30は中性状態(非イオン化状態)にある。このとき電解液22は透明であり、透明基板16の表面側から入射した光は不透明基板44に当たってほとんど吸収される。したがってこのとき透明基板16の前面側から見た反射率は低い。
The operation of the
図3の状態から図4のようにスイッチ36をオンし、スイッチ40をオフすると直流電源38の電圧が透明導電膜18,20間に印加され(透明導電膜18を正電極、透明導電膜20を負電極とする)、透明導電膜18,20間に電場が生じる。この電場により化合物材料30は酸化反応を生じて陽イオン化する。そして電解液22中の金属陽イオン26および陽イオン化した化合物材料30は電気泳動でこれら両イオン26,30と逆極性の電極すなわち負電極20の表面に移動して堆積し、陰イオン28は正電極18に移動する。負電極20の表面に堆積する金属陽イオン26により負電極20の表面に反射膜が析出する。これにより反射率可変ミラー42は透明基板16の前面側から見た反射率が増大する。透明導電膜18,20間に印加する電圧を段階的にまたは無段階に可変できるようにして、反射率を段階的にまたは無段階に調整可能にすることもできる。
When the
図4の状態から再び図3のようにスイッチ36をオフし、スイッチ40をオンすると透明導電膜18,20間が短絡し、透明導電膜18,20間の電場が消失する。これにより金属陽イオン26および化合物材料30は負電極20の表面から離脱し、化合物材料30は還元反応を生じて元の中性状態に戻る。また陰イオン28は正電極18の表面から離脱してそれぞれ電解液22中に分散する。その結果反射率可変ミラー42は透明基板16の前面側から見た反射率が低下して元の状態に戻る。なお両電極18,20間を短絡するのに代えて、両電極18,20間を開放することによっても両電極18,20間の電場が消失するので、金属陽イオン26を負電極20から離脱させて、反射率可変ミラー42の反射率を元の低反射率の状態に戻すことができる。
When the
以上のようにして、両電極18,20間に電場を印加し、また電場の印加を解除することにより、反射率可変ミラー42の透明基板16の前面側から見た反射率を可逆的に変化させることができる。この可逆動作の過程では金属陽イオン26と負電極20との間では電極反応は生じない(あるいはほとんど生じない)ので金属陽イオン26はイオンの状態を保ち続け、添加された化合物材料30のみが電極反応を生じるので、全体として電流はわずかしか流れない。また図4のように金属陽イオン26と化合物材料30および陰イオン28の移動が終了した状態では直流電源38から電圧を印加し続けても電流はほとんど流れないので、電力消費はほとんど生じない。
As described above, by applying an electric field between the
反射率可変ミラー42は例えば車両用防眩ミラーとして利用することができる。また反射率可変ミラー42は透明導電膜20をセグメントに分割し各セグメントごとに電圧を印加することにより金属反射による表示体として構成することもできる。
The
前記各実施の形態では金属イオンを形成する金属としてニッケルを使用した場合について説明したが、銀、アルミニウム、コバルト、銅、モリブデン、イリジウム、白金、ルテニウムその他の金属を使用することができる。また前記各実施の形態では電極反応により可逆的にイオン化する化合物材料としてフェロセンを使用した場合について説明したが、フェロセンと類似の性質を有しかつフェロセンと同様に酸化発色型エレクトロクロミック材料として用いられるフェナジン、その他のエレクトロクロミック材料、その他電極反応により可逆的にイオン化する各種化合物材料を使用することができるものと考えられる。また前記各実施の形態では非水溶媒としてテトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレート−プロピレンカーボネートを使用したが、γ−ブチロラクトン、スルホラン等を使用することもできる。また前記各実施の形態では透明導電膜18,20を形成する基材としてガラス基板、樹脂基板等を使用したが、樹脂フィルムを基材として使用してその表面に導電膜を形成することもできる。
In each of the above-described embodiments, the case where nickel is used as the metal forming the metal ions has been described. However, silver, aluminum, cobalt, copper, molybdenum, iridium, platinum, ruthenium, and other metals can be used. In each of the embodiments described above, the case where ferrocene is used as a compound material that is reversibly ionized by an electrode reaction has been described. However, it has similar properties to ferrocene and is used as an oxidative coloring electrochromic material similar to ferrocene. It is considered that phenazine, other electrochromic materials, and other various compound materials that ionize reversibly by electrode reaction can be used. In each of the above embodiments, tetraethylammonium tetrafluoroborate-propylene carbonate is used as the non-aqueous solvent, but γ-butyrolactone, sulfolane, or the like can also be used. In each of the above embodiments, a glass substrate, a resin substrate, or the like is used as a base material for forming the transparent
また前記実施の形態2では導電膜18を透明導電膜で構成したが、金属膜(不透明導電膜)を使用することもできる。また前記実施の形態2では不透明基板44の表面に透明導電膜18を形成したものを使用したが、不透明基板44と透明導電膜18の組み合わせに代えて金属板単体を配置して、該金属板単体を基板兼電極として使用することもできる。
In the second embodiment, the
10…透過率可変素子、12…空隙、14,16…透明基板、18,20…透明導電膜(電極対)、22…電解液、24…シール材、25…非水溶媒、26…金属陽イオン、28…陰イオン、30…電極反応により可逆的にイオン化する化合物材料、32,34…リード線、36,40…スイッチ、38…直流電源、42…反射率可変ミラー、44…不透明基板
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記空隙に、メタノールを含有する非水溶媒中に少なくとも金属イオンおよび電極反応により可逆的にイオン化する化合物材料を分散させた電解液を充填し、
前記電極対間の電場の変化に応じて、前記化合物材料を前記金属イオンと同極性にイオン化しかつ前記電解液中の金属イオンおよび前記イオン化した化合物材料を電気泳動により一方の電極の表面に堆積させて鏡にする状態と、逆に該金属イオンおよび該イオン化した化合物を該電極の表面から離脱しかつ該化合物材料を中性化する状態とに変化させて、該電極の表面の反射率を可逆的に変化させる方法。 Place electrode pairs across the gap,
The void is filled with an electrolytic solution in which at least metal ions and a compound material that is reversibly ionized by an electrode reaction are dispersed in a non-aqueous solvent containing methanol ,
The compound material is ionized to the same polarity as the metal ion in accordance with a change in the electric field between the electrode pairs, and the metal ion in the electrolyte and the ionized compound material are deposited on the surface of one electrode by electrophoresis. And changing the state to be a mirror, and conversely, separating the metal ions and the ionized compound from the surface of the electrode and neutralizing the compound material, thereby changing the reflectivity of the surface of the electrode. Reversible change method.
前記電極対間の電場の変化に応じて、前記化合物材料が前記金属イオンと同極性にイオン化しかつ前記電解液中の金属イオンおよび前記イオン化した化合物材料が電気泳動により一方の電極の表面に堆積して鏡になる状態と、逆に該金属イオンおよび該イオン化した化合物を該電極の表面から離脱しかつ該化合物材料を中性化する状態とに変化して、該電極の表面の反射率が可逆的に変化する素子。 An electrode pair disposed with a gap therebetween, and an electrolyte solution in which at least metal ions and a compound material that is reversibly ionized by an electrode reaction are dispersed in a methanol-containing nonaqueous solvent filled in the gap. And
The compound material is ionized to the same polarity as the metal ions in accordance with the change in the electric field between the electrode pairs, and the metal ions and the ionized compound material in the electrolyte are deposited on the surface of one electrode by electrophoresis. The state of being a mirror, and conversely, the metal ions and the ionized compound are separated from the surface of the electrode and the compound material is neutralized, and the reflectance of the surface of the electrode is changed. An element that changes reversibly.
該電解液を電極対の間の空隙に充填して、
前記電極対間の電場の変化に応じて、前記化合物材料が前記金属イオンと同極性にイオン化しかつ前記電解液中の金属イオンおよび前記イオン化した化合物材料が電気泳動により一方の電極の表面に堆積して鏡になる状態と、逆に該金属イオンおよび該イオン化した化合物を該電極の表面から離脱しかつ該化合物材料を中性化する状態とに変化して、該電極の表面の反射率が可逆的に変化する素子を製造する方法。 NiCl 2 is dissolved in dehydrated methanol, and at least one non-aqueous solvent selected from tetraethylammonium tetrafluoroborate-propylene carbonate, γ-butyrolactone, and sulfolane and a compound material that is ionized reversibly by an electrode reaction are added thereto. Prepare an electrolyte solution in which a metal ion and a compound material that is reversibly ionized by an electrode reaction are dispersed in a non-aqueous solvent,
Filling the gap between the electrode pair with the electrolyte,
The compound material is ionized to the same polarity as the metal ions in accordance with the change in the electric field between the electrode pairs, and the metal ions and the ionized compound material in the electrolyte are deposited on the surface of one electrode by electrophoresis. The state of being a mirror, and conversely, the metal ions and the ionized compound are separated from the surface of the electrode and the compound material is neutralized, and the reflectance of the surface of the electrode is changed. A method for producing a reversibly changing element.
前記2枚の透明基板の対向面にそれぞれ形成された透明導電膜と、
前記空隙に充填された、メタノールを含有する非水溶媒中に金属イオンおよび電極反応により可逆的にイオン化する化合物材料を分散させた電解液とを具備し、
前記透明導電膜対間の電場の変化に応じて、前記化合物材料が前記金属イオンと同極性にイオン化しかつ前記電解液中の金属イオンおよび前記イオン化した化合物材料が電気泳動により前記いずれかの透明導電膜の表面に堆積して鏡になる状態と、逆に該金属イオンおよび該イオン化した化合物を該透明導電膜の表面から離脱しかつ該化合物材料を中性化する状態とに変化して、該透明導電膜の表面の反射率が可逆的に変化し、もって前記両透明基板を透過して見た透過率が可逆的に変化する透過率可変素子。 Two transparent substrates disposed opposite each other with a gap between them;
Transparent conductive films respectively formed on opposing surfaces of the two transparent substrates;
An electrolyte solution in which a metal material and a compound material that is reversibly ionized by an electrode reaction are dispersed in a methanol-containing nonaqueous solvent filled in the voids,
The compound material is ionized to the same polarity as the metal ion according to a change in the electric field between the transparent conductive film pair, and the metal ion and the ionized compound material in the electrolyte solution are either of the above transparent by electrophoresis. A state of being deposited on the surface of the conductive film to become a mirror, and conversely, a state in which the metal ions and the ionized compound are separated from the surface of the transparent conductive film and the compound material is neutralized, A transmittance variable element in which the reflectance of the surface of the transparent conductive film reversibly changes, and thus the transmittance seen through both transparent substrates changes reversibly.
該透明基板の裏面側で該透明基板に対し空隙を隔てて対向配置され、少なくとも前面が電極を構成し、前面側から見て不透明である背面部材と、
前記空隙に充填された、メタノールを含有する非水溶媒中に金属イオンおよび電極反応により可逆的にイオン化する化合物材料を分散させた電解液とを具備し、
前記透明導電膜と前記背面部材の電極間の電場の変化に応じて、前記化合物材料が前記金属イオンと同極性にイオン化しかつ前記電解液中の金属イオンおよび前記イオン化した化合物材料が電気泳動により前記透明導電膜と前記背面部材の電極のいずれかの表面に堆積して鏡になる状態と、逆に該金属イオンおよび該イオン化した化合物を該表面から離脱しかつ該化合物材料を中性化する状態とに変化して、該表面の反射率が可逆的に変化し、もって前記透明基板の前面側から見た反射率が可逆的に変化する反射率可変ミラー。 A transparent substrate having a transparent conductive film formed on the back surface;
A back member disposed opposite to the transparent substrate with a gap on the back side of the transparent substrate, at least the front surface constituting an electrode, and opaque when viewed from the front side;
An electrolyte solution in which a metal material and a compound material that is reversibly ionized by an electrode reaction are dispersed in a methanol-containing nonaqueous solvent filled in the voids,
In response to a change in the electric field between the transparent conductive film and the electrode of the back member, the compound material is ionized to the same polarity as the metal ion, and the metal ion and the ionized compound material in the electrolyte are electrophoresed. A state of being deposited on one of the surfaces of the transparent conductive film and the electrode of the back member to become a mirror, and conversely, the metal ions and the ionized compound are separated from the surface and the compound material is neutralized. The reflectivity variable mirror in which the reflectivity of the surface changes reversibly and the reflectivity seen from the front side of the transparent substrate changes reversibly.
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