JP4128528B2 - 透明平面体 - Google Patents

Description

本発明は、２つの電極層の間にあって、任意に部分に再分割され、電界により透明度を変化する活性層をその内部に含む２つの透明被覆層と、好適には制御手段を経由して電極層と接続し、２つの電極の間にある光活性層を構成する光起電要素とを備える透明平面体に関する。

透明平面体は、液晶ディスプレイとして、あるいは窓枠内に形成され、その透明度が制御可能である。該透明平面体は、２つの電極層の間にあって、任意で、部分に細分化され得る活性層を備える。活性層は、電界中において、活性層を制御するために必要な電界が少なくとも一部に印加されることにより、活性層の透明度を変化する。液晶ディスプレイを使用する際、層にほぼ平行な液晶分子は、ねじれネマティックセル（Ｆｌｕｅｓｓｉｇｋｉｒｉｓｔａｌｌｍｏｌｅｋｕｅｌｅ ｎｅｍａｔｉｓｃｈｅ Ｄｒｅｈｚｅｌｌｅｎ）を形成し、電界が印加されると、液晶分子が電界の方向に回転し、電圧の遮断後、電界によって配向した状態からツイスト構造に戻る。活性層の双方の被覆層上に偏光フィルタを使用することによって、電界による配向状態を光の吸収によって可視にすることが可能である。一方、エレクトクロミック活性層は、一方では酸化され得、他方では還元（ｒｅｄｕｚｅｒｂａｒｅｎ）され得る２つの無色又は、わずかに有色の物質の協働に基づく。前記物質の一方が電圧の作用下において還元され、他方は酸化され、それらの物質の少なくとも一方は呈色する。電圧の遮断後、元の２つの酸化還元物質に再び戻り（ｕｒｓｐｒｕｅｎｇｌｉｃｈｅｎ）、即ち無色になるか、あるいは色が明るくなる（Ｆａｒｂａｕｆｈｅｌｌｕｎｇ）。活性層の構造とは関係なく、活性層の透明度を制御するための電界を発生するために必要な電気エネルギーが比較的低いことから、光起電要素の受光感度の結果として活性層の透明度の独立した容易な制御を実現し得るので、光起電要素は電力供給源として自明の選択である。この目的のために使用される光起電要素の課題点は、光起電要素が、必要な電力供給を確実にするために光照射線に対して十分に大きな露光面を有する必要があることである。この目的のために必要とされるスペースが増加し、効率が低下する。これは、特に、従来の手段によるシリコンに基づく光活性層の光起電要素ではなく、別の手段による単結合および二重結合を連続的に有する共役ポリマー材料に基づく光活性層の光起電要素に対して当てはまる。従って、半導体の電子エネルギーと同程度のエネルギー帯が得られるために、光起電要素はドーピングによって非伝導体から金属的な導体にされ得る。共役ポリマーによる光起電ポリマーセルのエネルギー変換効率を改善するため、２つの分子成分、即ち電子ドナーとして共役ポリマー成分と、電子受容体としてフラーレンとから光活性層が構成されることが公知である（米国特許第５６７０７９１Ａ号）。この方法の結果、他の方法では生じる電荷キャリアの再結合をほぼ避けることができ、大幅に効率が上昇したものの、シリコンベースの光起電要素と比較すると、効率は依然として非常に低いものである。

本発明は、活性層の制御のために必要な電力を有する光起電要素、即ち、構成上の複雑性（Ｋｏｎｓｔｒｕｋｔｉｏｎｓａｕｆｗａｎｄ）が比較的少なく、配置のために付加的なスペースを提供する必要がない光起電要素により、上記の種類の透明平面体を提供するという目的に基づく。

この目的は、光起電要素の光活性層が、周知ように、２つの透明分子成分からなるよう
な方法による本発明によって実現される。前記光起電要素において、活性層の２つの電極層の一方が、同時に光起電要素の電極層の一方であり、２つの透明被覆層が、その間に活性層及び光起電要素を包囲する。

光活性層の光起電要素が、電子供与基及び電子受容基として使用される２つの透明分子成分から形成されるため、透明平面体自身が、光起電要素のためのキャリアとして使用され得、光起電要素は透明平面体の表面全体に広がり得る。比較的低いエネルギー変換効率の場合であってさえも、透明平面体の活性層を制御するために十分な電力を提供することが可能である。光起電要素が比較的大きな表面領域を有するにもかかわらず、透明平面体の活性層にある２つの電極層の一方が光起電要素ための電極として使用され、その光起電要素の光活性層は透明平面体の一方の電極層上に形成されるために、構造上の複雑性は、低いままである。これは単に、透明平面体の活性層と光起電要素の光活性層の間の透明被覆層が省略され得ることを意味するのではない。これは、さらに、透明平面体の活性層側の光起電要素のために、別の電極層を製造するための著しい複雑性が、省略され得ることを意味する。光起電要素の光活性層及び透明平面体の活性層は、２つの透明被覆層の間に包囲され、これによって、透明平面体と光起電要素の共通のシーリングを可能にする。

一般的に、透明度が制御可能である平面体の電力供給は、選択したそれぞれの透明度にかかわらず保証され得るべきなので、光源に面する活性層側に光起電要素を配置することが適切である。

例示した実施形態によれば、透明平面体は、ガラス又はプラスチックから製造される２つの透明被覆層１，２を備える。２つの透明被覆層１，２は、その間に、透明度を制御するための活性層３と、光活性要素５の光活性層４とを囲む。活性層は、通常の方法によって、２つの隣接した電極層６，７の間で電界を印加され、その電界によって活性層３の透明度が制御され得るエレクトロミック層として構成され得る。該電極層６，７は、好適にはインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）を含む。透明度に関して制御可能である従来の平面体、特に窓枠と比較して、２つの電極層６，７の一方のみが、透明被覆層１上に適用され得る。被覆層１から離れている電極層６は、同時に、光起電要素５のための電極層であり、光起電要素５の他方の電極層８が、被覆層２に関連している。複数層で構成され得る光起電要素５の光活性層４は、電子供与基としての共役ポリマーと、電子受容基としてのフラーレンとを含む。正孔収集電極層６は、透明な導電性酸化物を含むが、一方、光起電要素５の電子収集電極層８は、光活性層４上に真空蒸着（ｂａｃｕｕｍｅ−ｍｅｔａｌｌｉｚｅｄ）されたアルミニウムを備える。層厚が薄いため、金属電極層８も透明である。

入射光による共役ポリマーの励起によって、電子は光活性層４のフラーレンに放出され、各電圧が発生する。電極層８は、電気接続９を経由して、活性層３の電極層７の電気接続１０に電気的に接続されるため、光活性層４に発生する電圧は、共通の電極層６の結果、電極６，７の間に電界を生じ、この電界は活性層３の酸化還元物質の化学反応を制御し、その色彩の挙動を制御する。この制御に作用するため、制御手段１１が、２つの電気接続９，１０の間の電気リンク中に設置され得る。

活性層３が、エレクトロミック物質からではなく、液晶に基づいて形成される場合、活性層３の機能は変更されるが、光起電要素５を通じた制御は変更されない。また、透明平面体の色彩（濃淡）を変化させる目的で、液晶分子の電界方向の配向を利用するために、被覆層１，２は、点線によって図に示されたように、それぞれ偏光層１２，１３を備える必要がある。

透明平面体が窓枠の形状により図に示されているが、本発明はこの実施形態によって限
定されない。これに代わって、透明平面体が、液晶ディスプレイに関連して使用されてもよい。この目的のためには、電極層７は、個々に細分され、各部分が互いに独立して起動制御され得る。このようにマトリックスパターンに配列された活性層３の液晶セルの個々の液晶セルを起動制御することによってディスプレイが得られる。

共通の透明平面体内において、透明度を制御するための活性層３と、活性層３の制御電力供給のための光起電要素５との組合せることにより単純な構造状態がもたらされる。この単純な構造の状態は、２つの層３，４に対する透明被覆層１，２と同様に、活性層３及び光活性層４の間の電極６の共用を可能にする。さらに、２つの層３，４は、シール手段１４によって、被覆層１，２の間の空隙を端部においてシールするだけでよいため、層３，４は共にシールされ得る。被覆層１，２の相互の距離は、好適には電気接続９，１０を支持するスペーサ１５によって保証され得る。

本発明の対象を図によって例示的に示し、本発明による透明平面体が示される概略的切断面図。

Claims (2)

1. ２つの電極層の間に位置するとともに、任意で部分に細分され、電界によって透明度が変化する活性層をその間に備える２つの透明被覆層と、制御手段を経由して前記電極層に接続され、２つの電極層の間にある光活性層を有する光起電要素とを備える透明平面体であって、
   前記光起電要素（５）の前記光活性層（４）は、電子供与基及び電子受容基として使用される２つの透明分子成分を含み、前記活性層（３）の前記２つの電極（６，７）の一方は、同時に前記光起電要素（５）の前記電極層（６，８）の一方であり、前記２つの透明被覆層（１，２）は、前記活性層（３）及び前記光起電要素（５）をその間に備えることを特徴とする透明平面体。
2. 前記光起電要素（５）が、光源に面する前記活性層（３）側に配置されることを特徴とする請求項１に記載の透明平面体。

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