CN111868621A - 气致变色调光元件 - Google Patents

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Abstract

气致变色调光元件(100)具备：在第一透明基板(10)的一个主表面上设有调光部(30)的调光基板(1)；和与调光基板的调光部相对地配置的第二透明基板(5)。调光部具有透光率通过氢化/脱氢化而可逆地进行变化的调光层。第一透明基板和第二透明基板中的至少任一者为挠性。在调光部和第二透明基板之间设置有多个点状的间隔件。间隔件的数密度优选为70～15000个/m2。

Description

气致变色调光元件
技术领域
本发明涉及一种气致变色调光元件，其能够通过调光材料的氢化和脱氢化来切换光的透射状态。
背景技术
建筑物、交通工具等的窗玻璃、内饰材料等中使用调光元件。特别是近年，从降低冷暖气设备负荷、削减照明负荷、提高舒适性等观点出发，对调光元件的需求、期待日益提高。
通过调光材料的氢化和脱氢化而切换光的透射和反射/吸收的氢活性型的调光元件能够实现基于气致变色方式的切换，因此适合于大面积化和低成本化。气致变色调光元件通常具有将成对玻璃中的一个玻璃板换成调光基板的构成，通过向2个基板间的空隙中充入/排出氢气等气体而进行调光材料的氢化和脱氢化。
调光基板在玻璃基板上具备调光部，所述调光部包含由调光材料形成的调光层。通过配置另一个玻璃基板而使得其与调光基板的调光部相对，从而在2个基板间设置空隙(气体填充空间)(例如专利文献1)。专利文献2公开了一种调光元件，其使用了在薄膜基板上设置有作为调光部的调光层和催化剂层的挠性的调光基板。薄膜基板能够通过辊对辊溅射等连续成膜方式形成调光部，因此可期待调光元件的大面积化、低成本化。
专利文献1、专利文献2公开的气致变色调光元件通过隔着规定的间隔配置2个基板来确保气体填充空间。因此，调光元件的厚度变厚，可应用的范围受到限制。另外，2个基板间的空隙(气体填充空间)的体积大，因此调光材料的氢化和脱氢化需要时间，存在切换速度小等问题。
专利文献3公开了一种调光元件，其按照与调光基板的调光部局部接触的方式配置另一基板(对置基板)。根据专利文献3的记载，在调光基板的调光部与对置基板接触配置的调光元件中，通过表面的极微细的凹凸在调光部与对置基板之间形成间隙，确保氢气等的气体供给通路，因此调光部与对置基板接触的部分也能够实现基于气致变色方式的切换。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2013-83911号公报
专利文献2:日本特开2016-218445号公报
专利文献3:日本特开2014-134676号公报
发明内容
发明要解决的问题
如专利文献3所记载，以2个基板接触的方式配置的调光元件能够小型化。另外，气体填充空间的体积小，因此具有如下优点：可以提高通过气体的供给/排出而进行的氢化和脱氢化的切换速度。
但是，本发明人们的研究表明：当使用薄膜调光基板、并且以与调光部接触的方式配置另一基板(对置基板)来形成调光元件时，会产生即使进行气氛气体的供给/排出、调光层也不进行氢化/脱氢化的区域，产生了面内的调光特性变得不均匀的问题。
用于解决问题的方案
本发明人们对于使用薄膜基板时产生局部调光抑制的原因进行了研究，结果表明：设置在调光基板表面的调光部与对置基板接触而产生了封闭(blocking)，气氛气体接触不到调光部的表面，因此产生了调光抑制。鉴于该见解，本发明的气致变色调光元件的特征在于，在基板间具备点状的间隔件。
气致变色调光元件具备：在第一透明基板的一个主表面上设有调光部的调光基板；和与调光基板的调光部相对地配置的第二透明基板。调光部具有透光率通过氢化/脱氢化而可逆地进行变化的调光层。调光层优选为金属薄膜。作为构成调光层的金属，可列举稀土类金属、稀土类金属与镁的合金、碱土金属与镁的合金、过渡金属与镁的合金等。调光部可以包含促进调光层的氢化/脱氢化的催化剂层。
第一透明基板和第二透明基板中的至少任一者为挠性。从调光基板的生产率等观点出发，优选第一透明基板为挠性。也可以是第一透明基板和第二透明基板两者为挠性。
在调光基板的调光部与第二透明基板之间设置有多个点状的间隔件。间隔件优选固定于调光基板或第二透明基板的主表面，优选在第二透明基板的主表面固定有间隔件。
从抑制由封闭导致的调光不良的观点出发，设置在调光部与第二透明基板之间的间隔件的数密度优选为70个/m2以上。从抑制调光元件的透明状态下的透射光的白浊的观点出发，间隔件的数密度优选为15000个/m2以下。间隔件的高度优选为10～5000μm。间隔件的投影面积圆当量直径优选为30～1000μm。
发明的效果
本发明的气致变色调光元件由于气体填充空间的体积小，因此可以提高基于氢化和脱氢化的透光状态和遮光状态的切换速度。另外，通过在2个基板间设置多个点状间隔件，可以抑制由封闭导致的调光不良。
附图说明
图1为一实施方式的气致变色调光元件的剖视图。
具体实施方式
本发明的调光元件具备第一透明基板和第二透明基板。第一透明基板和第二透明基板中的至少任一者为挠性基板。可以是第一透明基板和第二透明基板两者为挠性基板。在第一基板上设置调光部而构成调光基板，所述调光部具有光学特性通过氢化/脱氢化而可逆地进行变化的调光层。
第二透明基板与调光基板的调光部相对地配置，在调光部与第二透明基板之间设置有多个点状间隔件。通过设置间隔件而在调光部与第二透明基板之间形成空间，通过向该空间(气体填充空间)进行氢气等的供给/排出而进行调光层的氢化和脱氢化。通过设置间隔件，可抑制调光部与第二透明基板的封闭。因此，可在调光元件的整个面内在调光部的表面确保气体填充空间，可以提高透光量的面内均匀性。
图1为本发明的一实施方式的调光元件的剖视图。该调光元件100具备：在作为第一透明基板的挠性透明基板10上设有调光部30的调光基板1；和在第二透明基板50上设置有多个点状间隔件61的对置基板5。调光基板1和对置基板5以调光基板1的调光部30与对置基板5的间隔件61相对的方式而配置。调光部30与间隔件61可以接触。
[调光基板]
调光基板1在挠性透明基板10的一个主表面上具备调光部30。调光部30具备光的透射状态通过氢化和脱氢化而进行变化的调光层31。调光部30除了调光层31以外还可以包含催化剂层32等附加层。
＜挠性透明基板＞
从增大在调光层31被氢化了的状态下透过调光基板的光量的观点出发，挠性透明基板10的可见光透射率优选为80％以上，更优选为85％以上，进一步优选为90％以上。作为挠性透明基板10，优选使用透明塑料材料。作为透明塑料材料，可列举：聚对苯二甲酸乙二醇酯等聚酯；聚烯烃、降冰片烯系等环状聚烯烃；聚碳酸酯、聚醚砜、聚芳酯等。作为挠性透明基板10，也可以使用挠性玻璃(玻璃薄膜)。
挠性透明基板10的厚度没有特别限定，通常为2～500μm左右，优选为20～300μm左右。可以在挠性透明基板10的表面设置易粘接层、抗静电层、硬涂层等。另外，从提高与调光部30的密合性的观点出发，可以对挠性透明基板10的表面实施电晕放电处理、紫外线照射处理、等离子体处理、溅射蚀刻处理等合适的粘接处理。
＜调光部＞
设置在挠性透明基板10上的调光部30只要包含调光层31，则对其构成没有特别限定，只要以使调光层31的光学特性根据氢化/脱氢化而可逆地变化的方式构成即可。
＜调光层＞
调光层31包含调光材料，所述调光材料的氢化时的透明状态和脱氢化时的遮光状态(光反射状态或光吸收状态)可逆地进行变化。调光材料可以为反射型调光材料和吸收型调光材料中的任意者。反射型调光材料为状态在基于氢化的透明状态和基于脱氢化的光反射状态之间可逆地进行变化的材料。吸收型调光材料为状态在基于氢化的透明状态和基于脱氢化的着色状态(光吸收状态)之间可逆地进行变化的材料。调光层31可以为单层结构，也可以为2层以上的层叠结构。可以将反射型调光层和吸收型调光层层叠。
作为反射型调光层的调光材料，可列举：Y、La、Gd、Sm等稀土类金属；稀土类金属与镁的合金；Ca、Sr、Ba等碱土金属与镁的合金；Ni、Mn、Co、Fe等过渡金属与镁的合金等。从氢化时的透明性优异的角度出发，作为反射型调光材料，优选镁合金。其中，从兼顾透明性和耐久性的观点出发，优选稀土类金属元素与镁的合金，特别优选Mg-Y合金。镁通过氢化而成为透明的MgH2，通过脱氢化而成为具有金属反射的Mg。
作为吸收型调光层的调光材料，优选过渡金属氧化物。其中，优选包含选自钨氧化物、钼氧化物、铬氧化物、钴氧化物、镍氧化物和钛氧化物中的1种以上材料的过渡金属氧化物，从脱氢化时的光吸收率高的角度出发，特别优选钨氧化物。
调光层31的膜厚没有特别限定，根据所要求的光透射程度等选择即可。例如，反射型调光层的厚度优选为10～200μm左右，优选为20～150μm，进一步优选为30～100μm。吸收型调光层的厚度优选为100～1500nm，更优选为200～1000nm，进一步优选为300～800nm。在调光层31为多个调光层的层叠体时，优选各调光层的厚度在上述范围。
＜催化剂层＞
调光基板1优选在调光层31上(对置基板5侧)具备用于促进调光层31的氢化和脱氢化的催化剂层32。通过设置催化剂层32，调光层31从基于氢化的遮光状态向透明状态的切换、和调光层31从基于脱氢化的透明状态向遮光状态的切换中的切换速度得到提高。
催化剂层32只要具有促进调光层31的氢化、脱氢化的功能即可，其材料没有特别限定，例如优选具有选自钯、铂、钯合金和铂合金中的至少1种金属。尤其是从氢透过性高的角度出发，优选使用钯。
催化剂层32的膜厚没有特别限定，若膜厚过大，则催化剂层32作为遮光(光反射)层起作用，有调光层31的氢化状态下的调光部的透光率变小的倾向。因此，催化剂层32的厚度优选为30nm以下，更优选为20nm以下，进一步优选为10nm以下。从提高切换速度的观点出发，催化剂层32的厚度优选为2nm以上。
＜调光层和催化剂层的形成＞
调光层31和催化剂层32的形成方法没有特别限定，可任意地采用溅射法、真空蒸镀法、电子束蒸镀法、化学气相沉积法(CVD)、化学溶液沉积法(CBD)、镀覆法、溶胶凝胶法等。
这些中，从可以成膜出均匀且致密的膜的角度出发，优选溅射法。特别是通过使用辊对辊溅射装置一边使长条的挠性透明基板沿着长度方向连续移动一边进行成膜，从而调光基板的生产率得到提高。另外，在辊对辊溅射中，通过采用沿着1个成膜辊的圆周方向配置多个阴极或具备多个成膜辊的溅射装置，从而可以通过1次输送连续成膜出调光层31和催化剂层32。通过将调光层31和催化剂层32连续成膜，可以提高生产率，并且在调光层31的成膜表面暴露于氧化气氛前成膜出催化剂层32，因此可以抑制由氧化导致的调光层劣化。
在溅射成膜中，优选：向溅射装置内装填卷状的挠性透明基板后，在成膜开始前将溅射装置内排气，形成除去了装置内的水分、由挠性透明基板产生的水分和有机气体等杂质的气氛。通过事先除去装置内和基板中的水分、气体，可以抑制由调光层31中摄取氧、水分而导致的氧化。溅射成膜开始前的溅射装置内的真空度(到达真空度)优选为例如1×10- 2Pa以下，优选为5×10-3Pa以下，更优选为1×10-3Pa以下，进一步优选为5×10-4Pa以下，特别优选为5×10-5Pa以下。
当在挠性透明基板10上成膜出镁合金等金属薄膜作为调光层31时，使用金属靶。在成膜出合金层来作为调光层时，可以使用合金靶，也可以使用多种金属靶。另外，也可以使用按照腐蚀部分达到规定的面积比的方式将多种金属板配置、接合在背板上而成的靶(分割靶)形成合金层。当使用多种金属靶时，可以通过调整对各靶的施加电力来形成期望组成的合金层。对于调光层而言，一边导入非活性气体一边进行成膜。
有时在调光层31的与挠性透明基板10的界面形成氧化区域。通过溅射而形成的金属氧化物容易形成致密的膜，因此，通过在调光层31的成膜初期形成氧化区域，氧化区域具有阻隔来自挠性透明基板的释气(outgas)的作用。即，通过使调光层31的与挠性透明基板10的界面侧的氧化区域作为牺牲层起作用，从而可以抑制调光层31的催化剂层32侧的区域的氧化、维持高调光性能。
当调光层31为金属薄膜时，优选催化剂层32侧的界面附近的氧含量尽量小。具体而言，调光层31的距离催化剂层32侧界面5nm的范围内的氧含量优选为小于50原子％，更优选为45原子％以下，进一步优选为40原子％以下。通过将调光层31的催化剂层32侧界面的氧含量设为上述范围，可促进氢在催化剂层32与调光层31之间的移动，得到具有良好的调光性能的调光基板。另外，调光层31的催化剂层32侧界面的氧含量越小，则与切换的重复相伴随的劣化越少，可得到耐久性优异的调光元件。如后所述，为了防止调光层31的氧化，可以在挠性透明基板上设置基底层并在其上成膜调光层。
在调光层31上成膜催化剂层32时，使用金属靶。催化剂层的溅射成膜条件没有特别限定，可以与调光层31的成膜条件相同，也可以不同。
催化剂层32的表面的算术平均粗糙度优选为30nm以下，更优选为20nm以下，进一步优选为15nm以下。通过使催化剂层32的算术平均粗糙度较小，有抑制重复进行氢化和脱氢化的循环时的调光性能劣化、提高耐久性的倾向。尤其是在如后述那样在催化剂层32上设置表面层的情况下，通过使催化剂层32的表面粗糙度较小，从而在通过湿式涂覆形成表面层时催化剂层的表面也均匀地被覆，因此，有调光元件的耐久性提高的倾向。
在本发明的调光元件中，在调光基板1的调光部与对置基板5之间配置有间隔件61，因此可以抑制调光部30与基板10的封闭、在调光部30上确保用于供给/排出气体的空间。因此，不需要增大调光部30的表面粗糙度来确保气体的供给通路。因此，在本发明的调光元件中，通过减小形成在催化剂层及其上的表面层的算术平均粗糙度而提高调光元件的耐久性、并且配置间隔件，能够抑制调光部的封闭。
为了减小催化剂层32的算术平均粗糙度，优选减小成为其基底的调光层31的表面凹凸。例如有如下倾向：通过减小调光层31的溅射成膜时的压力，调光层31的表面凹凸变小。在通过溅射法等干式工艺成膜调光层31时，有表面凹凸随着成膜厚度的增大而变大的倾向。
成为调光层31的成膜基底的挠性透明基板10的表面形状也会对催化剂层32的表面形状造成影响。挠性透明基板10越平滑则调光层31的算术平均粗糙度越小，与此相伴地，催化剂层32表面的算术平均粗糙度也有变小的倾向。因此，挠性透明基板10的调光部30形成面的算术平均粗糙度Ra优选为10nm以下，更优选为5nm以下，进一步优选为3nm以下，特别优选为1nm以下。通过垂直扫描型低相干干涉法(ISO25178)测定三维表面形状，基于从其中提取的粗糙度曲线来计算算术平均粗糙度。
＜其它附加层＞
调光部30可以具有除调光层31和催化剂层32以外的功能层。例如，调光部30可以在调光层31的挠性透明基板10侧的表面具有基底层。在调光层31与催化剂层32之间可以设置缓冲层。在催化剂层32的对置基板5侧的表面可以设置表面层。
(基底层)
通过在挠性透明基板10上设置基底层，在其上成膜调光层31时，有时可抑制调光层的氧化。尤其是在挠性透明基板为塑料薄膜基板时，通过在其上设置作为基底层的无机氧化物层，可以阻隔来自塑料薄膜基板的释气、抑制调光层31的氧化。
作为基底层的无机氧化物，优选使用例如Si、Ge、Sn、Pb、Al、Ga、In、Tl、As、Sb、Bi、Se、Te、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Tc、Re、Fe、Ru、Os、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd等金属元素或半金属元素的氧化物。无机氧化物层可以包含多种(半)金属的混合氧化物。这些中，从光吸收少且氧气、水蒸气等气体的阻隔性优异的角度出发，优选Si、Nb、Ti等的氧化物。
为了具有对来自挠性透明基板的气体的阻隔性，基底层的膜厚优选为1nm以上。另一方面，若基底层的膜厚过大，有由于构成基底层的无机氧化物等的光吸收而发生透光率下降的倾向，因此基底层的膜厚优选为200nm以下。
基底层的形成方法没有特别限定。在通过溅射法成膜无机氧化物的基底层时，使用金属靶或氧化物靶。在使用金属靶时，一边在导入氩气等非活性气体的基础上导入反应性气体(例如氧气)一边进行溅射成膜。在使用氧化物靶时，一边导入氩气等非活性气体一边进行成膜。在使用氧化物靶时，也可以根据需要在非活性气体的基础上导入反应性气体。
(缓冲层)
通过在调光层31与催化剂层32之间设置缓冲层，可以抑制调光层的成分和催化剂层的成分的相互扩散。设置在调光层31与催化剂层32之间的缓冲层优选能够透过氢气。缓冲层可以仅包含1层，也可以包含多个层。例如，缓冲层可以为具有抑制来自调光层31的金属的迁移的功能的层与抑制氧从催化剂层32侧向调光层31的透过的层的层叠结构。
通过在调光层31与催化剂层32之间设置作为缓冲层的包含Ti、Nb、V或这些金属的合金等的金属薄膜，有金属等从调光层向催化剂层的迁移得到抑制、并且基于脱氢化的透明状态向反射/吸收状态的切换速度提高的倾向。
通过设置作为缓冲层的包含W、Ta、Hf或这些金属的合金等的金属薄膜，可以抑制氧从催化剂层32侧向调光层31的透过，可以抑制由调光层的氧化引起的劣化。另外，通过***作为缓冲层的、包含与调光层同样的金属的金属薄膜，作为与透过催化剂层32的氧进行反应的牺牲层起作用，可以抑制调光层31的氧化。这样的作为牺牲层起作用的缓冲层优选与氧可逆地结合、并且在调光层31的氢化时(透明状态)被氢化而使透光率上升。
缓冲层的膜厚可根据其目的等适当设定，没有特别限定，为例如1～200nm，优选为1～30nm。缓冲层的形成方法没有特别限定，可以采用溅射法、真空蒸镀法、电子束蒸镀法、化学气相沉积法等。在通过辊对辊溅射来成膜调光层31和催化剂层32时，优选缓冲层也通过辊对辊溅射来成膜。
(表面层)
可以在催化剂层32上设置表面层。通过设置表面层，可以阻隔水、氧气的透过而防止催化剂层32和调光层31的劣化。另外，通过调整表面层的折射率、光学膜厚，可以降低调光基板表面的光反射、提高透明状态下的透光率。
作为表面层的材料，优选能够透过氢气且阻隔水、氧气等会成为调光层氧化的原因的成分的材料。作为表面层的材料，可使用例如Si、Ge、Sn、Pb、Al、Ga、In、Tl、As、Sb、Bi、Se、Te、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Tc、Re、Fe、Ru、Os、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd等金属元素或半金属元素的氧化物。作为表面层的材料，可以使用聚合物等有机材料、有机-无机混合材料等。作为聚合物，可列举聚四氟乙烯、聚乙酸乙烯酯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、醋酸纤维素等聚合物。
表面层的膜厚可根据其目的等适当设定，没有特别限定，为例如10nm～300nm左右。若表面层的膜厚过大，有时会阻隔氢气的透过而使调光性能、切换速度下降，因此表面层的膜厚更优选为200nm以下，进一步优选为150nm以下，特别优选为100nm以下。表面层可以仅包含1层，也可以包含多个层。例如，通过将折射率不同的多个薄膜层叠来调整各层的光学膜厚，可以提高防反射性能、提高透明状态下的透光率。另外，通过将有机层和无机层组合，还可以谋求耐久性的提高。
表面层可以通过溅射法等干式工艺来成膜，也可以通过旋转涂布、浸渍涂布、凹版涂布、模涂布等湿式法来成膜。在表面层为聚合物等有机材料、有机-无机混合材料、溶胶凝胶材料等时，优选通过旋转涂布、浸渍涂布、凹版涂布、模涂布等湿式法来成膜表面层。
[对置基板]
通过以与调光基板1的调光部30相对的方式配置对置基板5，在调光部30与对置基板5之间形成空隙。通过向该空隙中进行氢气等气体的供给/排出，进行与调光部30的调光层的氢化和脱氢化相伴随的、调光元件的透明状态和反射/吸收状态的切换。在图1所示的调光元件100中，对置基板5在透明基板50上具备多个点状间隔件61。
＜透明基板＞
对置基板5的透明基板50可以为刚性基板也可以为挠性基板。通过使用挠性基板作为透明基板50(即，调光基板1和对置基板5均为挠性的情况)，有助于调光元件的小型化、轻质化和挠性化。透明基板50的可见光透射率优选为80％以上，更优选为85％以上，进一步优选为90％以上。作为透明基板50的材料，可以使用与调光基板1的挠性透明基板10同样的透明材料。
＜间隔件＞
在透明基板50上设置有多个点状间隔件61。通过在调光基板1的调光部30与透明基板50之间设置间隔件61，可以使调光部30与透明基板50的距离保持恒定，在调光部30上确保气体填充空间8。因此，不易产生由调光部的封闭导致的调光抑制，可提高调光特性(透光量)的面内均匀性。间隔件61的材料只要透明即可，没有特别限定，可使用各种透明树脂、玻璃等。间隔件61的材料可以与透明基板50相同，也可以不同。间隔件61可以具有粘合性。
间隔件的配置间隔可以是无规的，也可以具有周期性。周期性的配置可以为格子状配置也可以为锯齿状配置。若相邻的间隔件间的距离过大，则在与间隔件的距离大的位置处透明基板50与调光部30容易接触，有时会发生由封闭导致的调光抑制。因此，间隔件的配置间隔L优选为8mm以上，更优选为10mm以上，进一步优选为15mm以上，特别优选为20mm以上。另一方面，若间隔件的配置间隔过小，则由于间隔件而发生折射·散射的光量多，透射光、反射光看起来浑浊，有时会损害设计性。因此，间隔件的配置间隔L优选为120mm以下，更优选为100mm以下，进一步优选为70mm以下，特别优选为50mm以下。
从将间隔件的配置间隔设为合适范围、抑制由封闭导致的调光抑制的观点出发，间隔件的数密度优选为70个/m2以上，更优选为100个/m2以上，进一步优选为300个/m2以上，特别优选为400个/m2以上。另一方面，从抑制起因于由间隔件引起的光的折射·散射的辨识性(透明性)下降的观点出发，间隔件的数密度优选为15000个/m2以下，更优选为1000个/m2以下，进一步优选为5000个/m2以下，特别优选为2000个/m2以下。在间隔件的配置间隔无周期性时，可假定为以相同数密度将间隔件配置为格子状来求出配置间隔L。具体而言，可以通过下述式由间隔件的数密度N计算配置间隔L。
L＝(1/N)1/2
为了使调光部30与透明基板50的距离在调光元件的面内整体保持恒定、并且抑制由透射光和反射光的折射·散射引起的设计性下降，间隔件设置区域的面积优选为调光元件的面积的2～3000ppm，更优选为3～1000ppm，进一步优选为5～500ppm，特别优选为8～100ppm，最优选为10～100ppm。需要说明的是，间隔件设置区域的面积是指间隔件在基板面上的投影面积。调光元件的面积是指能够调光的区域的面积。在将间隔件配置为格子状时，可以通过下述式计算间隔件设置区域的面积比率S。
S(％)＝100×π(D/2)2/L2
为了确保气体填充空间，间隔件61的高度H优选为20μm以上，更优选为30μm以上，进一步优选为40μm以上，特别优选为50μm以上。另外，通过使间隔件高度较大，可以防止由调光部的封闭引起的调光抑制。另一方面，若间隔件高度过大，作为气体填充空间的体积增大，有切换速度下降的倾向，特别是在向气体填充空间供给氢气而进行调光层的氢化(透明化)时，其倾向变得显著。因此，间隔件高度H优选为5000μm以下，更优选为1000μm以下，进一步优选为500μm以下，特别优选为200μm以下。
多个间隔件的高度可以相同也可以不同。在间隔件高度不均匀时，优选间隔件高度的平均值在上述范围。为了使面内的调光特性均匀，优选间隔件61的高度均匀。间隔件61的高度H的变异系数(标准偏差除以数平均而得的值)优选为0.3以下，更优选为0.2以下，进一步优选为0.1以下。
间隔件61的形状没有特别限定，可以为半球状、球状、圆柱状、圆锥状、棱柱状、棱锥状等。从防止由于与间隔件61接触而划伤调光部、形成针孔的观点出发，间隔件61优选与调光部30接触的部分为平面状或曲面状。
光在间隔件61与气体填充空间8的界面(固体与气体的界面)处会发生折射，因此间隔件61起到透镜样作用。若各间隔件61的尺寸过大，由于透射光、反射光的折射而容易看到间隔件，有时会损害调光元件的设计性。因此，间隔件61的直径D优选为1mm以下，更优选为500μm以下，进一步优选为300μm以下。从间隔件的形成性、确保间隔件高度H的观点出发，直径D优选为30μm以上，更优选为50μm以上，进一步优选为100μm以上，特别优选为150μm以上。在间隔件61的俯视形状为圆形以外的形状时，直径D可利用与投影面积等面积的圆的直径(投影面积圆当量直径)来定义。
间隔件61的长径比(直径D和高度H的比：H/D)优选为0.05～10左右，更优选为0.1～5，进一步优选为0.2～1，特别优选为0.25～0.7。
在透明基板50上形成间隔件61的方法没有特别限定。为了使间隔件的形状和配置保持恒定，优选通过喷墨法、丝网印刷法、凸版印刷法、胶版印刷印刷法、凹版印刷法、微接触印刷法、压印法等各种印刷法在透明基板上形成间隔件。透明基板50和间隔件61可以一体成型。例如，可以通过压印法、加压成型、干式蚀刻、湿式蚀刻等形成在表面上具有作为间隔件的凸部的基板。
[调光元件]
通过以调光部30与间隔件61相对的方式配置调光基板1和对置基板5而形成调光元件。通常存在间隔件61，在调光部30与透明基板50之间形成气体填充空间8。通过向该空间供给/排出氢气等而进行透明状态和反射/吸收状态的切换。
优选通过密封构件85而固定调光基板1和对置基板。密封构件只要可以固定调光基板和对置基板即可，可以使用各种粘接剂、带构件等。通过在调光元件的端部设置密封构件，以间隔件61与调光部30的表面接触的状态固定调光基板和对置基板的位置关系，因此可以使气体填充空间的体积保持恒定。另外，通过设置密封构件，可以密封气体填充空间的端部。需要说明的是，调光元件100中，形成于2个基板间的气体填充空间的体积小，氢化和脱氢化时所需的气体的量少。因此，供给到气体填充空间8的气体即使从基板间的间隙泄露其量也非常少，不会发生特别的问题。因此，密封构件85不需要将调光基板1与对置基板5完全密闭。
气体填充空间8与气氛控制装置86在空间上相连接。气氛控制装置86以能够向气体填充空间8供给/排出氢气和氧气等气体的方式构成。若从气氛控制装置86向气体填充空间8供给包含氢气的气体，则调光层31介由催化剂层32而被氢化，成为透明状态。若从气氛控制装置86向气体填充空间8供给氧气或空气，则调光层31介由催化剂层32而脱氢化，成为反射/吸收状态。像这样，可以通过利用来自气氛控制装置86的供给/排出而控制气体填充空间8的气氛，可逆地切换透明状态和遮光状态。
气氛控制装置86例如可以设为下述构成：电解水而供给氢气、氧气，使用真空泵将气体填充空间8内的气体排出到外部。调光元件100的气体填充空间的体积小，氢化所需的氢量少，因此将通过空气中的水的电解而得到的氢供给到气体填充空间也能够将调光层氢化。
在脱氢化时，通过从气氛控制装置86向气体填充空间8中供给不含氢气的气体而强制除去气体填充空间内的氢气即可。作为在脱氢化时供给到气体填充空间8中的气体，可列举氧气和空气等含氧的气体、以及氮气、稀有气体等非活性气体。通过供给含氧气体，气体填充空间内的氢与氧反应而生成水，因此可以提高调光层的脱氢化的速度。
也可以利用真空泵等对气体填充空间8内进行减压而排出氢气，由此进行脱氢化。还可以组合使用利用真空泵等的排气和供给含氧气体等来进行脱氢化。若在排出气体填充空间8的含氢气体后供给含氧气体等，则有脱氢化效率提高、切换速度提高的倾向。另外，通过预先排出含氢气体，供给含氧气体时的、通过与氢反应得到的水产生量减少，因此可以防止调光层等的劣化。在向气体填充空间8内供给含氧气体等而进行脱氢化后，为了除去所产生的水分等，可以进行排气。
基板10为挠性，因此在使气体填充空间8为减压气氛时调光部30与透明基板50有可能会接触，但是由于设有间隔件61，当向气体填充空间8供给气体而恢复常压(大气压)时，调光部30与透明基板50成为非接触状态。因此，不易发生调光部30和透明基板50的封闭，可抑制调光抑制。
在图1中，示出了气氛控制装置86和气体填充空间8借助设置于对置基板5的开口而在空间上连接的方式，但是也可以在调光基板1上设置开口。另外，也可以在基板的侧面或基板的端部的密封构件上设置开口来连接气氛控制装置和气体填充空间。在调光元件的气体填充空间中可以连接有多个气氛控制装置。气氛控制装置可以分别具备用于供给含氢气体、含氧气体的给气部以及真空泵等减压部。给气部可以具备：用于在氢化时向气体填充空间供给含氢气体的第一供给部；和用于供给气体(含氧气体等)以脱氢化的第二气体供给部。
[其它实施方式]
作为图1所示的调光元件100，对构成调光基板1的透明基板10为挠性、在构成对置基板5的透明基板50上固定有间隔件61的实施方式进行了说明，但是，本发明的调光元件只要调光基板和对置基板中的任意透明基板为挠性、在调光基板的调光部与对置基板之间设置有点状的间隔件即可。
在一个或两个透明基板为挠性的调光元件中，若调光基板与对置基板接触则存在发生调光部与对置基板的封闭的情况。尤其是，若在切换时对气体填充空间进行减压则容易产生封闭。若产生封闭，则调光部的表面接触不到气氛气体，因此产生调光抑制，调光特性变得不均匀。与此相对地，通过在调光基板的调光部与对置基板之间配置具有规定的高度H的点状的间隔件，则可以抑制由封闭引起的调光抑制。
在图1所示的调光元件100中，在对置基板5的透明基板50上设有点状间隔件61，但是也可以在调光部的表面设置点状间隔件。还可以在调光基板和对置基板两者上设置点状间隔件。点状间隔件也可以不固定在基板上。当点状间隔件固定在对置基板上时，可以减小间隔件与调光部的接触面积，调光部的有效区域增大，可以提高调光性能且提高调光特性的面内均匀性。
可以在调光基板的基础上在对置基板上也设置调光部。例如，可以在调光基板和对置基板中的任一基板上设置由反射型调光材料形成的调光层，在另一基板上设置由吸收型调光材料形成的调光层。通过组合使用遮光方法不同的调光材料，可以进一步提高脱氢化时的遮光效率。
[调光元件的应用]
本发明的调光元件可以直接作为调光构件使用。例如，在一个基板为玻璃基板时，可以将调光元件直接作为调光窗玻璃使用。可以将调光元件固定在窗玻璃等透明基材上使用。
当在透明基材上固定调光元件时，从防止位置偏移的观点出发，优选通过利用粘接剂的贴合、利用粘接带的贴合、利用夹子夹住等来固定调光元件。作为用于固定调光元件的固定手段，从可以增大固定面积的角度出发，优选粘接剂。作为粘接剂，优选使用粘合剂。通过在调光元件的一个面上预先附设粘合剂，可以容易地进行玻璃等与调光元件的贴合。作为粘合剂，优选使用丙烯酸系粘合剂等透明性优异的粘合剂。
本发明的调光元件可以用于建筑物、交通工具的窗玻璃以及用于保护隐私的遮挡物、各种装饰物、照明设备、娱乐道具等。本发明的调光元件使用了挠性基板，因此容易加工，还能够用于曲面，因此通用性优异。
实施例
以下列举实施例更详细地说明本发明，但本发明不受以下的实施例限定。
[调光基板的制作]
在辊对辊溅射装置内设置厚188μm的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜(三菱化学制)的卷，将溅射装置内排气至到达真空度为5×10-3Pa。在不导入溅射气体的状态下，在溅射装置内输送PET薄膜而进行PET薄膜基板的脱气。
之后，向溅射装置内导入氩气，一边使PET薄膜以1m/分钟前进，一边通过DC溅射在成膜辊上在PET薄膜上依次成膜包含Mg-Y合金的调光层和包含Pd的催化剂层。就Mg-Y合金层而言，使用以腐蚀部的面积比为2：5而具有Mg金属板和Y金属板的Mg-Y分割靶(RAREMETALLIC Co.,Ltd.制)，在功率密度2000mW/cm2、压力0.2Pa下进行成膜。关于Pd层，使用了Pd金属靶(田中贵金属公司制)，在功率密度300mW/cm2、压力0.4Pa下进行成膜。Mg-Y合金层的膜厚为40nm，Pd层的膜厚为7nm，Pd层的算术平均粗糙度为9.1nm。
在Pd层上，通过旋转涂布来涂布烷氧基钛溶液，通过溶胶凝胶法形成膜厚50nm的氧化钛薄膜(表面层)。
[对置基板的制作]
在厚188μm的PET薄膜上，通过丝网印刷形成间隔件。将间隔件配置成格子状，间隔件的大小(投影半径D和高度H)以及与相邻的间隔件的间隔L如表1所示。比较例中不形成间隔件，将PET薄膜直接作为对置基板使用。
[调光元件的制作]
将调光基板和对置基板分别切出50mm×100mm的大小，按照调光基板的表面层和对置基板的点状间隔件相接触的方式重叠，将4条边用粘合带贴合，在用粘合带贴合的位置(侧面)处***针，能够从质量流量控制器借助配管向气体填充空间(调光基板与对置基板之间的空间)导入气体。
[评价]
(膜厚和表面形状)
由截面的TEM图像求出Mg-Y层(调光层)和Pd层(催化剂层)的厚度。利用相干扫描型干涉计(Zygo NewView 7300)在物镜：10倍、变焦透镜20倍、测定范围：0.35mm×0.26mm的条件下测定防反射层形成前的调光薄膜的三维表面形状，由得到的三维表面形状提取粗糙度曲线，基于JIS B0601计算Pd层表面的算术平均粗糙度Ra。在分析时，利用装置附带的程序按照下述的条件进行校正。
Removed:None
Filter:High Pass
Filter Type:Gauss Spline
Low wavelength:300μm
Remove spikes:on
Spike Height(xRMS):2.5
(调光性能)
在暗室内，在示踪台上载置调光元件，使稀释为1体积％的氢气从质量流量控制器以流速75sccm流向调光元件的气体填充空间60秒，目视观察调光元件由于调光层的氢化而透明化的样子。将前表面均匀地透明化者设为A，将局部确认到未透明化的位置者设为B，将元件的大部分存在未透明化的位置者设为NG。
(切换时间)
为了测定调光元件的透光率，在作为光源的发光二极管(KODENSHI CORP.制“EL-1KL3”、峰波长：约940nm)和作为受光元件的光电二极管(KODENSHI CORP.制“SP-1ML”)之间配置调光元件。需要说明的是，在波长940nm和作为可见光区的波长750nm下，调光元件的透射率几乎相同。
将稀释为1体积％的氢气从质量流量控制器以流速75sccm流入调光元件的气体填充空间。每隔10秒测定调光元件的透光率，将从导入氢气开始至透光率达到35％以上的时间设为透明化的切换时间。然后，停止氢气的导入，使空气从2片玻璃板的间隙流入，将透光率达到10％以下的时间设为镜面化的切换时间。
(调光元件的外观)
在氢气流入调光元件的气体填充空间而透明化的状态下，在明亮的室内，从距离3m的位置处目视观察调光元件。将调光元件透明者设为A，将看起来白浊者设为B。
将调光元件的点状间隔件的尺寸和配置间隔、以及评价结果示于表1。
[表1]
Figure BDA0002684660210000191
在使用未设置点间隔件的PET薄膜作为对置基板的比较例中，在调光元件的整面存在未透明化的位置，难以称为具有调光性能。因此，未对比较例的元件实施切换时间和外观的评价。
元件1～13的元件的整面通过导入氢而均匀地透明化，显示了良好的调光性能。元件14中，虽然在局部存在未透明化的位置，但是与比较例相比具有充分的调光性能。由这些结果可知，通过在调光层与对置基板之间配置间隔件，从而能够防止封闭，通过调整间隔件的数密度(配置间隔)，可得到具有均匀的调光性能的调光元件。
提高了间隔件的数密度的元件13显示了良好的调光性能，但在透明状态下透射光可见白浊。可认为，这起因于间隔件的密度高、因此可观察到由于间隔件而散射的光。
元件1～3中，观察到随着间隔件高度变大而透明化所需的时间变短、切换速度提高的倾向。可认为，这与通过增大调光基板的表面层与对置基板的间隔而确保了气体填充空间的体积、调光层的氢化得到促进有关。元件4～6中，观察到随着间隔件高度变大而透明化所需要的时间延长、切换速度下降的倾向。可认为，这与由于气体填充空间的体积增大、从而气体填充空间内的气体置换为氢所需要的时间延长有关。由这些结果可知，通过调整设置在调光基板与对置基板之间的间隔件的高度，可得到切换速度大(能够在短时间内切换)的调光元件。
附图标记说明
100 调光元件
1 调光基板
10 挠性透明基板
30 调光部
31 调光层
32 催化剂层
5 对置基板
50 透明基板
61 间隔件
8 气体填充空间
81 密封构件
86 气氛控制装置

Claims (8)

1.一种气致变色调光元件，所述气致变色调光元件的状态在基于氢化的透明状态和基于脱氢化的遮光状态之间可逆地进行变化，所述气致变色调光元件具备：
在第一透明基板的一个主表面上设有调光部的调光基板，所述调光部具有透光率通过氢化/脱氢化而可逆地进行变化的调光层；和
第二透明基板，所述第二透明基板与所述调光基板的调光部相对地配置，
所述第一透明基板和所述第二透明基板中的至少任一者为挠性，
在所述调光部与所述第二透明基板之间设置有多个点状的间隔件，所述间隔件的数密度为70个/m 2以上。
2.根据权利要求1所述的气致变色调光元件，其中，所述间隔件固定在所述第二透明基板的主表面。
3.根据权利要求1或2所述的气致变色调光元件，其中，所述间隔件的高度为10～5000μm。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的气致变色调光元件，其中，所述间隔件的投影面积圆当量直径为30～1000μm。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的气致变色调光元件，其中，所述第一透明基板为挠性。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的气致变色调光元件，其中，所述第一透明基板和所述第二透明基板均为挠性。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的气致变色调光元件，其中，所述调光部还具备促进所述调光层的氢化/脱氢化的催化剂层。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的气致变色调光元件，其中，所述调光层为选自由稀土类金属、稀土类金属与镁的合金、碱土金属与镁的合金、和过渡金属与镁的合金组成的组中的金属的薄膜。
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