JPH11514759A - 光スイッチングデバイス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、透明な基板（３）と、ガドリニウム或いは他の３価の金属の水素化合物を含むスイッチング膜（５）と、パラジウム層（７）により覆われるマグネシウムとを含むスイッチングデバイス（１）に関するものである。水素の転換により、スイッチングフィルムは、透明状態から中間の黒吸収状態を経て透過率０のミラーのような状態にリバーシブルにスイッチすることができる。この両状態間の転換は、リバーシブルであり、この現象は例えば光スイッチング素子或いはサンルーフに使用することができる。

Description

【発明の詳細な説明】 光スイッチングデバイス 本発明は、金属化合物を含むスイッチング膜を具える光スイッチングデバイス に関するものである。又本発明は、このようなスイッチング膜を具える電気化学 的なスイッチングデバイスに関するものでもある。本発明は、更にこのようなス イッチングデバイスの用途に関するものである。 好適なスイッチングデバイスにおいて、光学的特性は、ガス圧力、電位或いは 電流のような外的な影響により左右される。 例えば、ＭｏＯ₃のようなエレクトロクロミック材料の層が２つの透明な導体 電極層、例えばインジウムすず酸化物の層間に挟まれているエレクトロクロミッ クデバイスが知られている。Ｈ⁺イオン導電材料の層或いはＬｉ⁺イオン導電材料 の層は、電極とエレクトロクロミック材料との間に存在する。又このデバイスは 前記イオンを蓄積する為のイオン蓄積層を含む。電極間に数個のボルトの電位を 印加することにより、この積層体の透過率或いは色が変化する。前記透過率の変 化はリバーシブルである。エレクトロクロミック材料は、例えばビルの可変透過 率窓及び車のアンチダズルミラー(anti-dazzle mirror)に使用されている。 酸化物のエレクトロクロミックデバイスの欠点は、このデバイスを動作させる のには積層が広範囲に亘って必要であることである。更に重要な欠点は、このよ うな材料の透過率の変化が相対的に小さく、従ってコントラストが小さくなるこ とである。 出願人により出願された未公開の国際特許出願ｗｏ９６／３８７５９において は、スイッチングデバイスが記載されているが、この記載中には、ガドリニウム の水素化合物ＧｄＨ_xが、水素の交換により低水素（ｘ＜≒２）の組成と過飽和 の光水素（ｘ＞≒２）の組成との間でリバーシブルにスイッチされている。この 両方の組成物は、異なる光学特性を有する。低水素含有量（ｘ＜≒２）では、膜 は金属特性を有し且つ透明ではない。高水素含有量（ｘ＞≒２）では、膜は半導 体特性を示して透明であり且つ透過モードでは黄色である。スイッチングは、室 温で実行することができる。 本発明の目的は、特には、スイッチング膜が不透明或いはミラーのような状態 から透明な状態へ改良されたコントラストを以てリバーシブルに転換できる即ち 両状態の透過率間の大きな比を有する、光スイッチングデバイスを提供すること にある。もう１つの目的は、透明状態での色が中間のグレイである光スイッチン グデバイスを提供することにある。更なる目的は、３つの安定状態即ちミラーの ような状態、吸収性或いは不透明な状態、及び透明な状態を示す光スイッチング デバイスを提供することにある。更に、このスイッチングデバイスは大気温度及 び大気圧で且つ電気化学デバイス中で低電圧即ち１０Ｖ未満で比較的急激に前記 転換を達成することができなければならない。 本発明によれば、この目的は、基板とスイッチング膜とを有し、このスイッチ ング膜が３価の金属とマグネシウムとの水素化合物とを具え、この水素化合物が 水素の転換による低水素でミラーのような組成から過飽和の高水素透明組成にリ バーシブルにスイッチすることができる光スイッチングデバイスにより達成され る。 ガドリニウムのような３価の金属にマグネシウムを添加することによりスイッ チング膜に驚くべき影響を与えることが判明した。 このマグネシウムの添加により、透明状態のスイッチング膜の透過率が増加し 、不透明状態での透過率がほぼ０に減少する。これは、両透過率間の比であるコ ントラストが増大することを意味する。例えば５０原子％のＭｇをＧｄ膜に添加 することにより、コントラストの値が２０から３０００に増加する。本明細書の 以下の部分に関しては、スイッチング層のマグネシウムの原子％は、全金属含有 量即ち水素含有量を除外したパーセンテージとして表される。 又マグネシウムの添加により、スイッチング膜はより短い波長でより透明にな る。５０原子％のＭｇを、Ｇｄを含むスイッチング膜に添加することにより、透 過スペクトル１００ｎｍの吸収端部がより短い波長側に移行する。これは、透明 状態のスイッチング膜が中間のグレイであるが、マグネシウムを添加しないガド リニウム膜は透明状態では黄色であることを意味する。このより短い波長側への 移行は、スイッチング膜に添加されたＭｇの量により増加する。９５原子％まで のＭｇを、スイッチング膜に添加することができる。３価の金属の存在は、少量 の場合でさえ不可欠なものである。更に、Ｍｇをスイッチング膜に添加すること により不透明状態で実際にミラーのような様相を呈するが、Ｍｇを添加しないス イッチング膜は、前記不透明な状態では吸収性を有し且つ黒い。 スイッチング膜にＭｇを比較的少量即ち５乃至１５原子％添加することにより 、ミラーのような状態から透明状態へのスイッチング速度が増大する。 ６０原子％より多いＭｇをＧｄを含むスイッチング膜に添加することにより、 ３つの安定状態が得られるが、この３つの安定状態はスイッチング膜の水素含有 量により左右され、即ち水素含有量の増加に伴い、ミラーの様な状態、黒い吸収 性を有する状態及び透明状態となる。 Ｇｄを除いては、他の３価の遷移金属及び希土類金属、及びこれら金属の合金 は、同様な現象を示す。これらの金属の中には例えばルテチウム（Ｌｕ）、イッ トリウム（Ｙ）及びランタン（Ｌａ）がある。 或いは又、３価の金属とマグネシウムとの合金に代わって、３価の金属の薄層 とマグネシウムの薄層とを交互に形成した積層、例えばＭｇ｜Ｇｄの５０対の多 層体が使用できる。このような多層は、光学的な状態間でスイッチング速度を増 大させるという更なる利点を有する。 スイッチング膜の切替えは水素により行う。スイッチング膜の透過率は、水素 含有量により左右される。即ち、この透過率は水素含有量の増加に伴い増大する 。分子状の水素ガスがスイッチング膜に供給された場合には、透過率は水素の圧 力の増加に伴い増大する。水素は、原子状のＨに解離せねばならない。この解離 速度は、例えば５ｎｍの厚さを有するパラジウムの薄層をスイッチング膜の表面 に形成することにより増大する。このような厚さでは、パラジウムの層は不連続 的である。この層の厚さはそれほど重要ではなく、２乃至２５ｎｍの間の範囲内 のものとなるように選択される。しかしながら、２乃至１０ｎｍのこの層は好適 なものであるが、その理由は、パラジウム層の厚さがスイッチングデバイスの最 大透過率を決定する。更に、パラジウム層は酸化物に対して下側にあるスイッチ ング膜を保護する。 パラジウムを除いては、白金、ニッケル、及びコバルト、或いはこれら金属の 合金のような水素解離を促進する他の触媒的に動作する金属は、スイッチング膜 上に形成することができる。 水素分子は、Ｈ₂で満たされたガスシリンダからスイッチング膜まで室温で簡 単に通過させることができる。次に、低水素含有量でミラーのようなスイッチン グ膜は、透明で水素が豊富な状態に変化する。この転換はリバーシブルである。 即ち、透明な膜は水素の加熱及び／又は除去によりミラーのような状態に転換さ れる。このリバーシブルな転換は室温付近或いはより高温で達成できる。 又水素原子は、以下の反応によりスイッチング膜で水の電解質を減少させるこ とによるような、他の方法でも得ることができる。 Ｈ₂Ｏ＋ｅ^-→Ｈ＋ＯＨ^- 更に水素原子は、水素プラズマからも発生させることができる。この場合には 、例えばパラジウムの触媒的に動作する層は必要ない。又水素原子は、本来知ら れてい水素蓄積用の金属合金のようなもう１つの金属の水素化合物からも発生さ せることができる。 本発明によるスイッチング膜は、薄く即ちその膜の厚さは２μｍ未満である。 好適にはこのスイッチング膜の膜厚は、１００乃至１０００ｎｍの間の範囲であ る。水素がスイッチング膜内で拡散する場合には、この膜の厚さはミラーのよう な状態から透明な状態に及びその反対に完全に転換する割合を決定する。 本発明の目的即ち電気化学的にスイッチすることができる光デバイスを提供す ることは、イオン伝導電解質により離間した第１及び第２電極を有し、この第１ 電極が３価の金属とマグネシウムとの水素化合物のスイッチング膜を含み、この スイッチング膜に、前記電気触媒金属層を電解質と接触するように形成し、水素 化合物が水素の交換により低水素でミラーのような状態から高水素透明状態に電 気化学的に転換される場合には、電極間に電位を印加し或いは電流を供給するこ とによりスイッチング層の光透過の変化が探知可能である光スイッチングデバイ スにより達成される。 本発明の実施例による光スイッチングデバイスは電気化学的なセルであり、こ のデバイス中では、１つの電極は３価の金属とマグネシウムの水素化合物のスイ ッチング膜を含み、この膜は薄い触媒的な金属層を介してイオン導体電解質に接 触する。スイッチング膜は、中性子か或いは水のような水素を含む種類の電解質 の減少によって発生する水素により、或いは電極間に電位を印加することにより Ｈ−イオンの酸化物により発生する水素によって負荷する。この電極／電解質の 境界面では、例えば水が水素原子に変化する。発生した水素原子（Ｈ）により、 ミラーのような状態から透明な状態までの転換が生じる。電位の変化により、透 明状態の酸化物がミラーのような状態になる。このようにして、リバーシブルな 電気光学的なスイッチが得られる。 水素の化合及び水素の脱離、従ってスイッチング速度の割合の増加により、金 属の水素化合物を含むスイッチング膜はパラジウム、白金或いはニッケルのよう な電気触媒的な金属或いは合金の薄い層を具える。これらの金属は、特には水素 に対して陽子を減少させるように触媒作用を促進させる。他の好適な触媒的な金 属は、ＴｉＮｉ₂及びＬａＮｉ₅のような所謂ＡＢ₂及びＡＢ₅型の合金である。更 に、この金属層は電解質による腐食に対して下側に位置するスイッチング膜を保 護する。ここで上述して説明したように、この層の厚さは２乃至２５ｎｍの間の 範囲にある。しかしながら、２乃至１０ｎｍの薄層が好適であるが、その理由は 、膜厚によってスイッチングデバイスの最大透過率が決定されるからである。 電解質は、良好なイオン導体としなければならないが、デバイスの自己放電を 阻止するように電子に対してはアイソレータとしなければならない。電解液とし ては、ＫＯＨの電解液のような電解質を使用することができる。このような電解 液は、良好なイオン導体であり、金属の水素化合物はこの電解液中では安定であ る。又電解質はゲル状態或いは固体状態で存在することができる。 固体状態の電解質を使用するのが最も好適であるが、この理由は、デバイスの 簡素化によるものであり、即ち固体状態の電解質はシーリング問題を回避し、デ バイスが取り扱い易いからである。固体の有機体及び無機体の両者の混合物が使 用される。良好な陽子（Ｈ⁺）の導体である無機体の電解質の例には、Ｔａ₂Ｏ₅. ｎＨ₂Ｏ、Ｎｂ₂Ｏ₅.ｎＨ₂Ｏ、ＣｅＯ₂.ｎＨ₂Ｏ、Ｓｂ₂Ｏ₅.ｎＨ₂Ｏ、Ｚｒ(ＨＰ Ｏ₄)₂.ｎＨ₂Ｏ、及びＶ₂Ｏ₅.ｎＨ₂Ｏ、Ｈ₃ＰＯ₄（ＷＯ₃）₁₂．２９Ｈ₂Ｏ、Ｈ₃Ｐ Ｏ₄（ＭｏＯ₃）₁₂．２９Ｈ₂Ｏ、〔Ｍｇ₂Ｇｄ（ＯＨ）₆〕ＯＨ．２Ｈ₂Ｏ、のよう な水和酸化物、ＫＨ₂ＰＯ₄、ＫＨ₂ＡｓＯ₄、ＣｅＨ ＳｅＯ₄Ｍｇ（ＯＨ）₂のような無水和化合物、及びＭＣｅＯ₃型（Ｍ＝Ｍｇ、Ｂ Ａ、Ｃａ、Ｓｒ）の化合物があり、これらのＣｅの部分はＹｂ、Ｇｄ、或いはＮ ｂによって代用されてきた。又アルカリを含まないりん酸ジルコニウムガラスの ようなガラスを使用することができる。良好なイオン（Ｈ₃Ｏ⁺）導体の例には、 ＨＵＯ₂ＰＯ₄．４Ｈ₂Ｏ及びオキソニウムβアルミナがある。良好なＨ^-イオン導 体の例には、ＣａＣｌ₂／ＣａＨ₂、Ｂａ₂ＮＨ及びＳｒＬｉＨ₃がある。固体の有 機電解質の例には、ポリ２アクリルアミド２メチルプロパンスルホン酸がある。 種々の透明材料は、カウンタ電極或いは第２電極に使用することができる。例 えば、Ｔｉ₂、ＷＯ₃、ＮｉＯ₂、Ｒｈ₂Ｏ₃及びＶ₂Ｏ₅のような水素が化合した酸 化物材料がある。前記材料は、水素雰囲気で或いは電気化学的に個々の段階でス パッタリングすることにより水素によって負荷することができる。又、ＴｉＮｉ₂ 及びＬａＮｉ₅のような水素化合物を形成する金属間化合物ＡＢ₂及びＡＢ₅の薄 膜を使用することができる。スイッチング膜に使用するのと同じ材料を使用する こともできるが、その結果スイッチングデバイスの歪みが対称的に生じる。前記 材料は、スイッチング膜の厚さに比較可能な層の形態に形成される。この厚さは 、第２電極の水素容量がミラーのような状態から透明状態まで及びその反対にス イッチングフィルムを転換するには十分となるように選択される。 スイッチングデバイスの層が形成できる基板は、ガラス、石英、ダイアモンド 、酸化アルミニウム或いは（可撓性の）合成樹脂のような透明材料である。この 基板は平坦であるか或いは湾曲している。 スイッチング膜は、真空蒸着、スパッタリング、レイザーアブレーション、化 学気相堆積或いは電気メッキのような従来の方法により基板上に薄層として形成 される。この観点においては、スイッチング層の形成中及び形成後にはスイッチ ング膜の金属が酸化され易くないことが重要である。真空蒸着処理の場合には、 これは、特には残余ガスウォータ及び酸素で１０^-6乃至１０^-7mbarより低い低レ ベルの圧力を維持することにより達成される。３価の金属及びマグネシウムが１ ０^-2mbarの圧力の水素に影響を受けることにより、スイッチング膜の金属は、低 水素含有量の水素化合物状態に転換することができ、膜はミラーのようであって 且つ不透明である。 例えば、Ｐｄのような触媒的に動作する層及び第２電極の層は、同様に上述の 方法のうちの１つにより形成することができる。 又無機物の固体状態の電解質は、上述の方法のうちの１つにより薄層として形 成することもできる。又無機酸化物の電解質は、好適なアルコキシル基を含む化 合物から始動して、ソル−ゲル工程により製造することもできる。有機電解質は 例えばスピンコーティングにより形成することができる。 金属の水素化合物の薄膜が十分な電気コンダクタンスを有するので、基板とス イッチング層との間の酸化すずインジウム（ＩＴＯ）の薄い透明な層を得ること ができる。このようにして、本発明によるスイッチングデバイスは、従来のエレ クトロクロミックディスプレイよりも簡素なものとなる。 本発明による電気化学光スイッチングデバイスの連続する可能な層は、基板： ＧｄＭｇＨ_x、Ｐｄ、ＫＯＨ、ＴｉＯＯＨ_y、ＩＴＯである。 この態様においては、ＧｄＭｇＨ_xは先ず、低水素でミラーのような状態（ｘ ＜≒２）であるが、酸化タングステンはＴｉＯＯＨ_y（０＜ｙ≦１）の水素によ り負荷される。第２電極として作用するＴｉＯＯＨ_y層は、透明である。負の電 位がＧｄＭｇＨ_x膜に印加された場合には、ＯＨ^-イオン及びＨ₂Ｏが、電解質を 介して変換され、Ｈ₂Ｏは、ＧｄＭｇＨ_x膜で減少する。この電気化学的な反応に より、ＧｄＭｇＨ_xはＧｄＭｇＨ_{x+ δ}（水素が豊富な透明な状態即ちｘ＋δ＞≒ ）に変換され、このＧｄＭｇＨ_{x+ δ}は透明であって中間のグレイであるが、Ｔｉ ＯＯＨ_{y- δ}は透明のままである。このデバイスはこの状態では透明となるか或い はＰｄ層が透明な場合にはミラーのような状態から透明状態までスイッチされる 。このスイッチング処理は、リバーシブルなものである。正の電位がＧｄＭｇＨ_{x+ δ} に印加された場合には、この膜は水素を失い、このデバイスはミラーのよう になり及び再び不透明になる。このスイッチング工程は何度も繰り返すことがで き、１０Ｖ未満の低い電圧で行うことができる。 ミラーのようで且つ不透明な状態から光学的に吸収性を有する黒色の状態を介 して透明な状態に、及びその逆にスイッチングすることにより、本発明によるス イッチングデバイスは、多くの用途に使用することができる。この光学的な効用 により、スイッチングデバイスは、例えば可変ビームスプリッタ、光シャッタと して、又輝度或いは発光体の光ビームの形状の制御用に使用することができる。 スイッチング膜の膜厚に依存して、この膜の透過率はミラーのような状態ではほ ぼ０を示す。これにより大きなコントラストを有するスイッチングデバイスを製 造することができる。又スイッチングデバイスは、建築上のガラス、ビジョンコ ントロールガラス、サンルーフ及び後方ミラーのような用途においてデータ蓄積 用で光学的なコンピューティングに使用することもできる。ミラーのような状態 においては、可視光が反射するだけでなく、輻射熱或いは赤外光をも反射するの で、又このようなスイッチングデバイスは気候の制御にも使用できる。 又本発明によるスイッチングデバイスは、像のコントラストを改良する為のデ ィスプレイスクリーン上か或いはディスプレイスクリーンの前方にある可変透過 率フィルタとして使用することもできる。 金属の水素化合物の層にパターンを形成することにより、薄いディスプレイを 製造することができる。このようなディスプレイの構造は、ＬＣ層、指向層、妨 害層及び偏向フィルタによりＬＣＤ（液晶ディスプレイ）の構造よりも著しく簡 単なものである。３つの異なる３価の金属を使用することにより、３色のドット パターンが得られる。 本発明のこれらの及び他の態様を以下で記載する実施例により詳細に説明して 明らかにする。 図面において、 図１は、本発明による光スイッチングデバイスの図式的な断面図を示したもの であり、 図２は、Ｇｄを含むスイッチング膜のＭｇの量を変化させた場合の透過率Ｔ（ ％）をスイッチングデバイスの波長λ（ｎｍ）の関数として示したものであり、 図３は、本発明による電気光学的な固体状態のデバイスを示したものであり、 図４Ａ及び図４Ｂは、数個の光学的な状態における本発明によるスイッチング デバイスの透過率及び反射スペクトルを各々示したものである。好適な実施例１ 図１は、本発明によるスイッチングデバイス１の線図的な断面図を示したもの である。この層の厚さは真の寸法で示していない。２０原子％のMg(Gd₃₀Mg₂₀)を 含むＧｄＭｇ合金の２００ｎｍの薄膜の形態のスイッチング膜５を、電子ビーム 蒸着により研磨された石英基板３上に形成する。蒸着装置内に残存する圧力は、 １０^-7mbarより低いものである。堆積速度は１．０ｎｍ／ｓである。同一の装置 においては、１０ｎｍの厚さのパラジウム層７を抵抗加熱により０．２ｎｍ／ｓ の堆積速度でスイッチング膜５上に堆積する。前記スイッチング膜５は金属の様 相を呈し、不透明である。 基板３、スイッチング層５、及びパラジウム層７から構成される試料は、石英 ガラスの２個の窓を具える圧力セルに配置する。又この圧力セルは、空気供給用 連結部及びセルを真空ポンプに連結する連結部を各々具える。圧力セルはスペク トロフォトメータの試料部屋に配置される。２００乃至１０００ｎｍの間の波長 では、試料の透過率Ｔは０．０１％よりも低い。容器を真空にした後には、圧力 セルは、１．２ｂａｒ（１．２×１０⁵Ｐａ）の圧力に達するまで水素分子を室 温で満たす。このパラジウム層７は、その後スイッチング膜５に吸収される原子 Ｈを構成する。数秒以内に試料は２８％の透過率を有する透明体となる。このよ うに形成された層は、水素を多く含む化合物即ちＧｄ_0.8Ｍｇ_0.2Ｈ_x（ｘ＞≒２ ）を有するＧｄ及びＭｇの水素化合物を具える。 次に、圧力セルの圧力を、１０^-2mbar（１Ｐａ）に減圧する。１秒以内にこの 透過率は２８％からほぼ５％に低下し、数十秒後には、更にほぼ１％にまで低下 する。次に、湿気を帯びた空気を大気圧下で流入させる。数秒後には、この透過 率は０．０１％より低く更に低下する。明らかに、酸素或いは水分の存在が、脱 水素処理の速度に強く影響を与える。この状態では、スイッチング膜は、ミラー のようなものであり、低い水素含有量即ちＧｄ_0.8Ｍｇ_0.2Ｈ_x（ｘ＜≒２）を含 むＧｄ及びＭｇの水素化合物を具える。 著しく低い透過率を有するミラーのようなスイッチング膜５は、水素に繰り返 し曝すことにより２８％の透過率を有する透明な膜に変換される。両組成間の転 換はリバーシブルであり、光スイッチング膜は、水素の供給或いは放出により得 られる。 図２は、透明状態での２００ｎｍと１０００ｎｍとの間の波長の本発明による 試料及び他の試料の透過率（％）を示したものである。曲線Ｂは、２０原子％の Ｍｇを有する上述の試料の透過率を示したものである。 これと比較して、曲線ＡはＧｄスイッチング膜がマグネシウムを含まない試料 の透過率を示したものである。この図は、Ｇｄに２０原子％のＭｇを加えると、 透過率が１６％から２８％に上昇することを示している。不透明な状態の場合に は、Ｍｇを含むスイッチング膜は波長６００ｎｍで０．０１％よりも低い透過率 を有する。透明ではない状態で且つ同じ波長の場合には、Ｍｇを含まないスイッ チング膜は１％の透過率を示す。その結果、コントラスト比は、２０原子％のＭ ｇをスイッチング膜に加えることにより１６から２８００に上昇する。 又図２は、Ｇｄに対して増量したＭｇを具えるスイッチング膜を有する試料の 結果をも示したものである。曲線Ｃ及びＤは、５０及び９０原子％のＭｇを各々 有するこれらの試料の透過率を示したものである。少なくとも５０原子％のＭｇ 含有量の場合には、３０００よりも高いコントラスト比が得られる。 Ｍｇの内容量の増加に伴い導電性が上昇することは別として、この曲線は又吸 収端がより短い波長側へと移行していることを示す。Ｍｇの含有量が少なくとも ６０原子％である場合には、この試料は透明状態で中間のグレイとなるが、Ｍｇ を含まない試料は透明状態では黄色である。好適な実施例２ 図３は、本発明による固体状態の電気光学スイッチングデバイス１の断面図を 図式的に示したものである。この層の厚さは、寸法通りには示していない。 このデバイスは、ガラス製のプレート３、厚さ２００ｎｍのスイッチング膜と してのＧｄ_0.4Ｍｇ_0.6Ｈ_xの第１電極５、厚さ５ｎｍのパラジウム層７、ＫＯＨ を含むイオン伝導性の電解質の厚さ５０μｍの層９、厚さ３５０ｎｍの透明なＴ ｉＯＯＨの第２電極１１、及び導電性のＩＴＯ層１３を含む。これらの層は、ミ ラーのような低水素状態の膜５を除いては全て透明であるので、この状態ではデ バイス１はミラーのように作用する。 このデバイスは、室温で動作させることができる。層５及び１３は、外部電源 に接続される。カソードＤＣ電流を第１電極５に供給することにより、低水素で ミラーのような組成は、高水素組成に転換され、これは透明且つ中間のグレイで ある。又第２電極１１のＴｉＯＯＨは、透明なＴｉＯ₂に転換される。このデバ イス１は、透明な窓として作用する。電流を反転させる場合には、第１電極５は ミラーのようで不透明な低水素状態に変化し、第２ＴｉＯ₂電極１１は、ＴｉＯ ＯＨに転換する。デバイス１はミラーにスイッチされる。このスイッチング時間 は通常のエレクトロクロミックデバイスのスイッチング時間に匹敵する。好適な実施例３ 実施例１が３０原子％のＧｄ及び７０原子％のＭｇを含むスイッチング膜によ りリピートされたものである。図４Ａはこの試料の波長ラムダ（ｎｍ）の関数と して透過率Ｔ（％）を示したものである。曲線１は高水素で透明状態のスイッチ ング膜を有する試料の透過率を示したものである。この透過モードにおける色は 、中間のグレイである。曲線２は真空にして短時間湿った空気を注入した後の透 過率を示したものである。この工程中には、水素がスイッチング膜から脱着する 。この透過率は約０．０１％であるが、この試料は青紫色の反射性である。曲線 ２に一致する曲線３は、湿気を帯びた大気に曝した後の試料の透過率を示したも のである。この場合には、この試料の色は黒でこの試料は吸収性である。曲線２ 及び３に一致する曲線４は、より長時間湿気を帯びた空気に曝した後の透過率を 示したものである。この場合には、試料はミラーのようであって又不透明である 。 図４Ｂは、青紫色を吸収する場合（曲線２）、黒色を吸収する場合（曲線３） 及びミラーのような場合（曲線４）のこの試料の各反射スペクトルを示したもの である。この図においては、基板を介して測定した反射率Ｒは％で示されている 。 スイッチング膜の水素含有量が増大することにより、このスイッチングデバイ スは、数個の光学的な状態即ちミラー状で、吸収性を有し、及び透明であること を示す。水素含有量及び及びスイッチング膜の厚さに応じて、この膜は、吸収状 態の場合には、種々の色が得られる。 同じ現象が、電気化学的なセル内で生じうるが、このセル内では、スイッチン グ膜は電極の一方である。水が減少する場合には、スイッチング層の電位が低く なればなるほど、より多くの水素がスイッチング膜により吸収される。次にこの スイッチング膜は、ミラー状のものから吸収性のものを介して透明なものに変化 する。 上述した現象はリバースブルである。 ガドリニウム−マグネシウム合金のような３価の金属とマグネシウムとの水素 化合物のスイッチング膜を有する本発明による光スイッチングデバイスは、ミラ ーのようで透明でない状態から水素の変換による薄鼠色がかった透明な状態にリ バーシブルに転換することができる。透明な状態と少なくとも３０００の不透明 な状態との間のコントラスト比が得られる。前記転換は室温で著しく急激に発生 する。少なくとも６０原子％のＭｇを３価の金属に添加することにより、元の金 属合金の元の反射を復活させる第３の状態を導く。このようなスイッチングデバ イスは、特には、背面観察ミラー、サンルーフ、建築学上のガラス、ビジョンコ ントロールガラス、ディスプレイ及び多様な透過率を有するディスプレイスクリ ーン用に、光学的スイッチング素子として使用することができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．基板とスイッチング膜とを有し、このスイッチング膜が３価の金属とマグネ シウムとの水素化合物とを具え、この水素化合物が水素の転換による低水素でミ ラーのような組成から過飽和の高水素透明組成にリバーシブルにスイッチするこ とができる光スイッチングデバイス。 ２．前記スイッチング膜が、全金属含有量に対して５乃至９５原子％のマグネシ ウム含むことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。 ３．前記３価の金属がガドリニウム、ルテチウム、イットリウム或いはランタン であることを特徴とする請求項１に記載の光スイッチングデバイス。 ４．前記スイッチング膜に、パラジウム、白金、コバルト及びニッケルからなる グループから選択された少なくとも１つの金属を含む触媒的な活性層を形成した ことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。 ５．前記スイッチング膜が２０乃至１０００ｎｍの範囲の厚さを有することを特 徴とする請求項１に記載のデバイス。 ６．前記スイッチング膜が３価の金属とマグネシウムとの合金の水素化合物か或 いはこれらの素子の副層を含むことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。 ７．前記合金が少なくとも５０原子％のマグネシウムを含むことを特徴とする請 求項１に記載のスイッチングデバイス。 ８．前記水素化合物が中間の不透明な組成を介してリバーシブルにスイッチする ことができることを特徴とする請求項７に記載のデバイス。 ９．イオン伝導電解質により離間した第１及び第２電極を有し、この第１電極が ３価の金属とマグネシウムとの水素化合物のスイッチング膜を含み、このスイッ チング膜に、前記電気触媒金属層を電解質と接触するように形成し、水素化合物 が水素の交換により低水素でミラーのような状態から高水素透明状態に電気化学 的に転換される場合には、電極間に電位を印加し或いは電流を供給することによ りスイッチング層の光透過の変化が探知可能である光スイッチングデバイス。 10．前記スイッチングデバイスを利用するに際して、ディスプレイ、光スイッチ ング素子、多様な透過率を有するミラー或いは建築ガラス或いはサンルーフに使 用することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載のスイッチングデ バイスの利用方法。