调光元件及采用它的显示元件的制作方法

专利名称：调光元件及采用它的显示元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及能控制光的反射率和透射率的调光元件及显示元件。
背景技术：
有这样的报告通过使钇(Y)或镧(La)等金属薄膜与氢结合，变化为能透过可见光的氢化物的现象(美国专利第5635729号说明书、以及Huibert及其他6人，自然(Nature)，(英国)，1996年3月，第380卷，p.231-234)。该现象是可逆的，所以通过调节环境气氛中的氢压力，能使薄膜在金属光泽状态和透明状态之间变化。
如果使上述薄膜的光学特性变化，就能切换呈现金属光泽的状态和透明状态，则能实现能自由地调节光的反射率/透射率的调光镜。如果将调光镜例如作为建筑物或汽车的窗玻璃使用，就能根据需要来遮挡(反射)太阳光，或者使其透过。
这样的调光镜例如有在钇薄膜上形成了钯层的结构。该钯具有防止钇薄膜的表面氧化的功能；以及使环境气氛中的氢分子有效地变成氢原子，供给至钇的功能。如果钇与氢原子化学结合，则形成YH2或YH3。YH2是金属，但YH3是半导体，其禁带宽度比可见光的能量大，所以透明。
另外，即使在温室中，也会迅速(数秒左右)地发生YH2YH3的状态变化，所以能根据环境气氛中的氢含量，在反射(金属光泽)状态和透明状态之间转换。
作为能这样进行金属光泽透明的转换的其他材料，例如在应用物理学会讲演会2001春31-a-ZS-14中公开了Mg2Ni薄膜。
在上述的现有技术中，有以下说明的课题。
第一，为了使薄膜的光学状态变化，需要将薄膜暴露在氢环境气氛中。具体地说，需要控制与薄膜接触的环境气氛气体中的氢含量(氢分压)。因此，难以用上述现有的结构使调光元件实用化。
第二，在现有技术的调光元件中，作为调光层使用包含钇等能进行金属光泽透明的转变的材料(以下称“调光材料)的薄膜。在这样的调光元件中，有以下问题。
由于氢离子浸透在调光层内，所以虽然引起调光层(薄膜)中的金属光泽和透明状态的转换，但即使环境气氛中的氢压力变化，即使引起与调光层表面上的氢离子的反应，氢离子也难以浸透到薄膜内部。因此，有可能一部分钇原子或含有钇的分子未反应而残留下来。其结果，难以扩大调光层呈现的金属光泽状态和透明状态的反射率的差。另外，为了将调光元件用于更广泛的用途，有必要缩短作为调光层的钇薄膜在金属光泽状态和透明状态之间转变所需要的时间(转换速度)。
为了扩大金属光泽状态和透明状态的反射率的差，而且缩短转换速度，例如可以考虑提高调光层中的YH2(或Y)YH3的反应效率。可是，在将薄膜作为调光层用的现有的结构中，上述反应效率的提高有极限。
另外，一般说来如果将调光元件应用于显示装置中，且如果调光层有使光漫反射的状态，则是有利的。可是，上述现有技术的调光元件中的调光层呈金属光泽状态时，对光进行镜面反射，所以难以用于显示装置中。
第三，如果采用上述的现有技术，为了使薄膜的光学状态变化，有必要通过将薄膜暴露在氢环境气氛中，使薄膜中含有的可进行金属光泽透明转变的材料氢化。具体地说，有必要控制与薄膜接触的环境气氛气体中的氢含量(氢分压)。由于在薄膜的全部表面上进行这样的氢含量的控制，使薄膜全部表面的光学状态变化。
因此，在现有的调光元件中，以应用于使调光镜等的薄膜全部表面的光学状态变化的用途为前提，未提出应用于显示装置中。为了应用于显示装置中，有必要将薄膜划分成多个像素，对每个像素控制光学状态。可是，难以对每个像素控制环境气氛气体中的氢含量，因而不实用。
本发明就是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种不依赖于环境气氛气体中的氢含量(氢分压)的控制，就能使薄膜的状态在金属反射状态和透射状态之间转变的调光元件。另外，提供一种通过备有做成颗粒包含能进行金属反射状态和透射状态的转换的材料的调光层，能更高速地转换调光层的光学特性，而且用途更广泛的调光元件。另外，提供一种利用上述调光元件的显示元件。

发明内容
本发明的调光元件是一种备有包含第一层及第二层的层叠结构，上述第一层的光反射率响应外部激发而变化的调光元件，其特征在于上述第一层包含其光学特性随着特定元素的浓度的变化而变化的第一材料，上述第二层包含可含有上述特定元素的第二材料，上述第二材料根据上述外部激发，释放或吸收上述特定元素，由此达到上述目的。
在某一优选实施方式中，上述元素是氢，上述第一材料能随着氢浓度的不同，而在光反射状态和光透射状态之间转变。
在某一优选实施方式中，上述第一材料呈上述光反射状态时，上述第一层使光漫反射。
在某一优选实施方式中，上述第一材料是颗粒。
上述颗粒的直径为350nm以上，而且优选在上述第一层的厚度以下。
上述第一层包含有可见光吸收性的着色颗粒，上述颗粒也可以吸附在上述着色颗粒上。
在某一优选实施方式中，上述第二层包含储氢材料。
优选在上述第一层及上述第二层各自的氢平衡压-组成等温线(PTC特性曲线)大致呈平坦的区域中工作。
优选在上述PTC特性曲线呈大致平坦的区域，上述第一层及上述第二层的氢平衡压力大致等同。
上述第二层中的PTC特性曲线呈大致平坦的区域的氢储藏量的范围，优选包含上述第一层中的PTC特性曲线呈大致平坦的区域的氢储藏量的范围。
在某一优选实施方式中，上述第二材料通过电子的授受，进行上述特定元素的释放或吸收。
在某一优选实施方式中，上述第二材料通过光的照射，进行上述特定元素的释放或吸收。
上述第二层也可以包含具有光催化性的材料。
也可以备有形成电场的一对导电层，该电场用来使上述特定元素的离子从上述第二材料向上述第一材料移动，或者从上述第一材料向上述第二材料移动。
上述第一及第二层也可以位于上述一对导电层之间。
上述第一层有导电性，也可以具有作为上述一对导电层中的一层的功能。
上述第二层有导电性，也可以具有作为上述一对导电层中的一层的功能。
在某一优选实施方式中，上述第二层要求光透射性。
在某一优选实施方式中，在上述第一层的上表面或下表面至少一个表面上有凹凸，上述第一层在使光进行漫反射的状态和使光进行透射的状态之间转变，还备有吸收透过了上述第一层的光的光吸收层。
在某一优选实施方式中，上述第二层要求可见光吸收性。
在某一优选实施方式中，在上述第一层的上表面或下表面至少一个表面上有凹凸，上述第一层在使光进行漫反射的状态和使光进行透射的状态之间转变，上述第二层配置在与上述第一层的光入射面相反侧。
上述第一层及第二层至少一层也可以有多层结构。
本发明的另一调光元件是一种备有其光反射率响应外部激发而变化的调光层的调光元件，其特征在于上述调光层包含其光学特性随着特定元素的浓度的变化而变化的第一材料，上述第一材料是颗粒，由此达到上述目的。
在某一优选实施方式中，上述第一材料能根据上述特定元素的浓度，在光反射状态和光透射状态之间转变。
在某一优选实施方式中，上述第一材料呈上述光反射状态时，上述调光层使光漫反射。
上述颗粒的直径为350nm以上，而且优选在上述调光层的厚度以下。
上述调光层包含有可见光吸收性的着色颗粒，上述颗粒也可以吸附在上述着色颗粒上。
上述特定元素也可以是氢。
本发明的另一调光元件是一种备有其光反射率响应外部激发而变化的调光层的调光元件，其特征在于上述调光层包含其光学特性随着特定元素的浓度的变化而变化的第一材料；以及可含有上述特定元素的第二材料，根据上述外部激发，释放或吸收上述特定元素的第二材料，上述第一材料是颗粒，由此达到上述目的。
本发明的显示元件是包含多个像素的显示元件，其特征在于上述多个像素分别备有包含其光学特性随着特定元素的浓度的变化而变化的第一材料的第一层；可含有上述特定元素的第二材料，上述第二材料一旦被施加电压，便释放或吸收上述特定元素的第二层；以及将上述电压加在上述第二层上用的一对电极，上述第一层的光反射率响应上述电压而变化，由此达到上述目的。
在某一优选实施方式中，上述第一材料能根据上述特定元素的浓度，在光反射状态和光透射状态之间转变。
在某一优选实施方式中，上述第一材料呈光反射状态时，上述第一层使光漫反射。
在某一优选实施方式中，上述第一材料是颗粒。
在某一优选实施方式中，在上述第一层的上表面或下表面至少一个表面上有凹凸。
在某一优选实施方式中，上述第一层还包含着色颗粒，上述第一材料吸附在上述着色颗粒上。
在某一优选实施方式中，上述第一层在使光进行漫反射的状态和使光进行透射的状态之间转变，上述第二层要求光透射性，还备有吸收透过了上述第一层及上述第二层的光的光吸收层。
在某一优选实施方式中，上述第一层在使光进行漫反射的状态和使光进行透射的状态之间转变，上述第二层有可见光吸收性，上述第二层配置在与上述第一层的光入射面相反侧。
上述第二层配置在上述第一层的光入射侧，也可以具有作为滤色片的功能。
上述特定元素是氢，上述第二层也可以包含储氢材料。
上述第二材料优选通过电子的授受，进行上述特定元素的释放或吸收。
上述第一层有导电性，也可以具有作为上述一对电极中的一个电极的功能。
本发明的显示元件也可以是反射型显示元件。
本发明的显示元件还能有背照灯。
上述第一层在使光进行镜面反射的状态和使光透射的状态之间转变，还可以有背照灯。


图1(a)～(c)是模式地表示本发明中利用的调光原理的剖面图。
图2(a)～(c)是表示本发明的调光元件及显示元件的工作原理的图。
图3是表示本发明的调光元件的第一、第九及第十二实施方式的剖面图。
图4是表示调光层及变化层的氢平衡压一组成等温线(PTC特性曲线)的曲线图。
图5(a)及(b)是表示本发明的调光元件的第二实施方式的调光层及变换层的剖面图，图5(a)～(c)是表示本发明的调光元件的第十实施方式的调光层及变换层的剖面图。
图6(a)及(b)是表示本发明的调光元件的第三及第十一实施方式的剖面图。
图7是表示本发明的调光元件的第四实施方式的剖面图。
图8是表示本发明的调光元件的第四实施方式的剖面图。
图9是表示本发明的调光元件的第五实施方式的剖面图。
图10是表示本发明的调光元件的第六实施方式的剖面图。
图11是表示本发明的调光元件的第七实施方式的剖面图。
图12是表示本发明的调光元件的第八实施方式的剖面图。
图13(a)及(b)是表示本发明的调光元件的第十三实施方式的剖面图。
图14是表示本发明的调光元件的第十六实施方式的剖面图。
图15是表示本发明的调光元件的第十六实施方式的剖面图。
图16是表示本发明的调光元件的第十七实施方式的剖面图。
图17是表示本发明的显示元件的第十八实施方式的剖面图。
图18是表示本发明的显示元件的第十八实施方式的剖面图。
图19(a)～(c)是表示本发明的第十八实施方式的调光层及变换层的剖面图。
图20是表示本发明的显示元件的第十九实施方式的剖面图。
图21(a)～(c)是表示本发明的第十九实施方式的调光层及变换层的剖面图。
图22是表示本发明的显示元件的第十九实施方式的剖面图。
图23是表示本发明的显示元件的第二十实施方式的剖面图。
图24是表示本发明的显示元件的第二十一实施方式的剖面图。
图25是表示本发明的第二十一实施方式的调光层及变换层的剖面图。
图26是表示本发明的显示元件的第二十二实施方式的剖面图。
图27是表示本发明的显示元件的第二十三实施方式的剖面图。
图28(a)及(b)是表示本发明的显示元件的第二十四实施方式的剖面图。
图29是表示本发明的显示元件的第二十五实施方式的剖面图。
图30是表示本发明的显示元件的第二十五实施方式的剖面图。
具体实施例方式
首先，说明本发明的显示元件中显示时利用的调光原理。图1(a)～(c)是说明本发明的显示元件的调光原理用的模式剖面图。
图1(a)所示的调光层M1包含光的特性随着特定元素的浓度变化而变化的调光材料。调光材料的优选例是上述的Y、La、Mg2Ni合金，调光层1例如是这些调光材料的薄膜。Y、La、Mg2Ni合金等的材料根据氢浓度，进行金属-半导体(或绝缘体)状态之间的转变。
变换层M2包含可含有氢等特定元素的材料(在本说明书中称为“变换材料”)。变换材料根据电荷(电子或空穴)的注入或光照射等外部激发，释放或吸收上述的特定元素(例如氢)。
图1(a)所示的调光层M1及变换层M2都有吸收/释放氢的能力，同时有能使电荷(电子或空穴)及离子移动的导电性。
以下，说明通过电荷的注入/释放，氢离子从变换层M2向调光层M1移动、或者从调光层M1向变换层M2移动的机理。该机理的特征在于不是通过电化学反应，而是以电荷的移动为媒介，使改变调光层M1的光学特性的特定元素(氢)的离子移动。
图2(a)表示图1所示的结构中包含的调光层M1及变换层M2的初始状态。在该初始状态下，在实际上不储藏氢的调光层M1和预先储藏了氢的变换层M2之间，形成平衡状态。由于在调光层M1中不存在足够浓度的氢，所以调光层M1呈金属状态，呈现金属光泽。
其次，如图2(b)所示，将负电位赋予调光层M1一侧，将正电位赋予变换层M2一侧。这时，电子从负电极(图中未示出)注入到调光层M1中，调光层M1呈富含电子的状态。另一方面，空穴被注入变换层M2中(除去电子)。被注入到变换层M2中的空穴在变换层M2的内部向调光层M1移动。在这样的空穴的移动过程中，如果空穴还继续被注入到变换层M2中，则变换层M2变成富含空穴的状态。因此，在变换层M2中，呈容易释放氢离子的状态，另一方面，在调光层M1中，从变换层M2取得氢离子，增加所保持的量。
因此，在调光层M1和变换层M2之间成立的氢的平衡状态被破坏，调光层M1变成容易更多地保持氢的状态，从变换层M2释放的氢离子移动到调光层M1中。这样，如图2(c)所示，形成新的平衡状态。在该状态下，移动到调光层M1中的氢和调光材料结合，调光层M1变成透明的了。
说明以上的反应，即。这里，M1(H)及M2(H)分别表示调光层M1中保持着氢的状态，以及变换层M2中保持着氢的状态。
从以上的说明可知，在调光层M1和变换层M2之间只进行氢离子的授受，不产生其他离子参与的反应。另外，在图2(c)的状态下，如果将施加电压的极性反转，则进行逆向反应，所以返回图2(a)所示原来的平衡状态。按照该机理，通过施加电压等将外部激发赋予包含变换材料的变换层M2，能改变调光层M1的氢含量。因此，利用该机理的调光元件比需要控制环境气氛中的氢分压的现有技术的调光元件实用。
也可以有图1(b)所示的包含调光层M1及变换层M2的层叠结构，来代替图1(a)所示的结构。图1(b)中的调光层M1包含其光学特性随着特定元素的浓度变化而变化的调光材料的颗粒m1(以下，有时称为“调光颗粒”)。调光材料的优选例是上述的Y、La、Mg2Ni合金。调光层M1例如含有粘合剂树脂，上述调光颗粒m1分散在粘合剂树脂中。另外，调光层M1也含有从变换层M2输送氢离子或氢用的电解质性的材料(导电性高分子等)。变换层M2实际上与参照图1(a)说明的变换层M2相同。
如果采用图1(b)所示的结构，则在调光层M1及变换层M2的初始状态下(图2(a))，由于在调光层M1中不存在足够浓度的氢，所以分散在调光层M1中的各调光颗粒m1呈金属状态，对光进行镜面反射。这样由于各调光颗粒m1使入射到调光层M1中的光向随机的方向反射，所以作为调光层M1总体，对光进行漫反射。因此，能获得白色的反射光。如果氢离子移动到调光层M1中而形成新的平衡状态(图2(c))，则移动到调光层M1中的氢和调光颗粒m1结合，各调光颗粒m1变成透明的了。
或者，也能采用包含图1(c)所示的调光层M1及变换层M2的层叠结构。图1(c)中的调光层M1还包含黑色颗粒等着色颗粒m2，调光颗粒m1吸附在着色颗粒m2上，这一点与图1(b)中的调光层M1不同。图1(c)中的调光层M2实际上与参照图1(a)说明的变换层M2相同。
如果采用图1(c)所示的结构，则在初始状态下(图2(a))，与图1(b)的结构相同，吸附在着色颗粒m2上的各调光颗粒m1呈金属状态，对光进行镜面反射。这样各调光颗粒m1向随机方向反射入射到调光层M1中的光，所以作为调光层M1总体，对光进行漫反射。因此，能获得白色的反射光。如果氢离子移动到调光层M1中而形成新的平衡状态(图2(c))，则移动到调光层M1中的氢和调光颗粒m1结合，各调光颗粒m1变成透明的了。其结果，调光层M1例如呈现黑色等着色颗粒m2的颜色。这样，调光层M1使漫反射状态和着色状态(也称为吸收状态)转变，所以在该结构中，变换层M2不必是透明的。
在本发明中，虽然通过图2(a)～(c)所示的电荷的注入，来利用氢离子在调光层M1和变换层M2之间移动的机理，但本发明不限定于此。本发明的显示元件例如能利用通过电化学反应，氢离子在变换层M2和调光层M1之间移动的机理。在此情况下，在调光层M1和变换层M2之间还可以设置固体电解质层，也可以将图1(b)或(c)中的调光层M1中包含的粘合剂树脂作为固体电解质用。或者，本发明的显示元件也可以不备有变换层M2。在此情况下，调光层M1还包含变换材料，在调光层M1内部，也可以使氢离子在调光颗粒m1和变换材料之间移动。
不管在利用哪一种机理的情况下，都根据加在变换材料上的电压，使调光层M1中的氢离子的浓度变化，调光层M1的光学特性如图1(a)～(c)所示变化。
另外，在以上的说明中，优选利用通过电荷的注入使氢离子移动的机理。在通过利用电荷(电子或空穴)的移动使氢的平衡状态变化来驱动氢的情况下，不需要使氢离子以外的其他离子参与反应。因此，与利用多种离子参与的电化学反应的机理的情况相比，有响应速度快的优点。另外，由于不发生电化学反应，所以在正极侧发生氢气的可能性也小，作为电子元件能进行稳定的工作。
本发明由于利用上述调光原理，所以能通过利用电荷(电子或空穴)的移动使氢的平衡状态变化来驱动氢，所以不需要使氢离子以外的其他离子参与反应。因此，与利用多种离子参与的电化学反应相比，响应速度变快。另外，由于不发生电化学反应，所以在正极侧产生氢气的可能性也小，作为电子元件能进行稳定的工作。
上述调光原理能适用于显示元件。这样的显示元件有多个像素，各像素备有调光层M1及变换层M2的层叠结构。通过改变调光层M1的光反射率，在每个像素上进行显示。
上述显示元件通过将电压加在包含变换材料的变换层M2上，能改变调光层M1的氢含量。因此，本发明的显示元件与需要控制环境气氛中的氢分压的现有技术的调光元件相比，是实用的。另外，在现有技术中，由于氢分压的控制是在调光层M1的全部表面上进行的，所以调光层M1的光学特性在调光层M1的全部表面上变化。与此不同，在本发明中，由于利用上述机理，所以能通过对调光层M1的每个像素控制施加电压，对每个像素改变光学特性。
以下，说明本发明的实施方式。实施方式1～8是利用图1(a)所示的调光原理的调光元件。实施方式9～17是利用图1(b)、(c)所示的调光原理的调光元件。另外，实施方式18～25是利用图1(a)～(c)的任意一种调光原理的调光元件。
(实施方式1)首先，参照图3说明本发明的调光元件的第一实施方式。
本实施方式的调光元件备有包含调光层1及变换层2的层叠结构，调光层1的光反射率(光学特性)响应电气性的激发而变化。该调光元件备有将调光层1及变换层2夹在中间的一对电极3a、3b；以及支撑层叠结构的基板4。适当的电压能从外部加在一对电极3a、3b上，但也可以适当地使电极3a和电极3b单纯地短路。
另外，相对于基板4的变换层2及调光层1的层叠顺序不限定于图示的顺序，也可以将变换层2配置在靠近基板4的一侧，在它上面形成调光层1。
本实施方式的调光层1包含其光学特性随着氢浓度的变化而变化的调光材料(例如钇)。也可以由一层或多层调光材料形成调光层1的总体或一部分，或者，也可以在由其他材料构成的膜中以分散或连接的状态存在调光材料的颗粒。
变换层2包含可含有氢的变换材料。该变换材料通过在与电极3a之间进行电子的授受，能进行氢离子(H+)的释放/吸收。
在图示的例中，如果将正电位赋予电极3a，将负电位赋予电极3b，则能从预先含有充分的氢的变换层2的调光材料中释放氢离子。释放的氢离子在层叠结构中形成的电场中移动，到达了调光层1后，被掺杂到调光材料中。这样的氢的释放及移动的机理如上所述。调光层1中的调光材料通过与氢结合，形成氢金属化合物。其结果，当初呈金属状态的调光材料变成能透过可见光的半导体或绝缘体。
利用蒸镀法、溅射法等能制作调光层1。在使调光层1具有作为呈现金属光泽的反射镜的功能的情况下，优选用平坦性尽可能好的膜形成调光层1。
变换层2中含有的变换材料能在正常状态下储藏保持氢的原子或颗粒，根据外部激发，改变氢储藏量(保持量)。作为这样的能储藏氢的材料，能使用LaNi5、MnNi5、CaNi5·TiMn1.5、ZrMn1.5、ZrMn2、TiNi、TiFe、Mg2Ni等合金。另外，也能使用碳纳米管(CNT)。
变换层2中除了储氢材料以外，也可以包含导电性材料。如果变换层2中包含导电性材料，则在与调光层1之间能迅速地进行氢离子的交换。作为导电性材料，能使用像液体或固体电解质那样能进行离子传导的材料；传导电荷(电子或空穴)的导电性高分子或电荷移动络合物。另外，变换层2中，除了上述的储氢材料或导电性材料以外，也可以根据不同的需要，添加粘合剂树脂等粘接材料。另外，为了可靠地抑制从一个电极注入的电荷直接移动到另一个电极中，也可以将隔离层插入调光层和变换层之间。作为隔离层的材料，优选选择虽然离子有可能移动，但难以产生电荷的移动的材料。例如，能使用离子交换体、多孔质绝缘物、离子导电性高分子材料等。如果配置由这样的材料构成的隔离层，则能可靠地防止从电极注入的电荷穿透到相对的电极上，所以能提高调光层和变换层之间的电荷的移动效率。
在由多种材料的混合物形成变换层2的情况下，准备将这些材料溶解在溶剂后的溶液，如果采用旋涂法或印刷法进行涂敷，则能形成变换层2。也可以用喷墨法或其他的薄膜淀积技术，进行这样的变换层2的形成。
如上所述，如果采用本实施方式，则由于将电压加在电极3a、3b上，所以在变换层2的内部进行电荷及离子的授受的结果，根据上述的机理，能在变换层2和调光层1之间引起氢的移动。因此，例如，使用初始状态下未掺杂氢的调光层1和预先储藏了氢的变换层2，如果施加图1(a)所示的电压，则氢离子从正极侧移动到负极侧，掺杂到调光层1中，即，在正极侧进行氢释放反应，在负极侧进行氢和金属的结合反应，形成氢金属化合物。与此不同，如果施加反向电压，则由于沿着反向产生氢的移动，所以通过变更施加电压的极性，能在金属光泽-透明之间，可逆地切换调光层1的光学状态。
如果只考虑变换层2中储藏的氢的移动，则也可以在电极3a和电极3b的层叠结构的外部进行短路。这样的短路是与二次电池中的放电相同的现象，能使层叠结构的内部状态回复于初始状态。
由于变换层2和调光层1具有保持氢的能力，所以不进行电压的施加时(使外部电路断开时)，不产生氢的移动，能保持调光层1的光学状态(调光层的记忆功能)。因此，如果选择保持氢的能力好的材料，则不消费电力就能长时间地保持调光状态。
与上述的例相反，也可以使用预先掺杂了氢的调光层1和未储藏氢的状态的变换层2。在此情况下，通过将正电位赋予调光层1，将负电位赋予变换层2，使氢从调光层1移动到变换层2，由此也可以使调光层1中的调光材料的光学状态变化。
在本实施方式中，由于能利用氢的掺杂量控制调光材料的光反射率/光透射率，所以通过调节加在电极上的电压或施加时间(占空比)，能控制调光层1的光反射率/光透射率。如果根据保持氢的能力，利用存储性，则容易保持适当的光反射率/光透射率。
适当地控制这样的氢的储藏/释放时，有必要注意氢平衡压-组成等温线(以下称“PTC特性曲线”)。如图4所示，PTC特性曲线表示氢的储藏量和氢平衡压力的关系。在图4所示的曲线图中，横轴表示氢储藏量，纵轴表示氢平衡压力。
在PTC特性曲线相对于横轴大致平行的部分(以下称“平台区”)中，氢的储藏量在一定的平衡压力内变化，所以在使氢平衡压力一定的状态下，能可逆地进行氢的吸收/释放。因此，本实施方式的调光元件在PTC特性曲线的平台区进行转换工作。
变换层2及调光层1优选呈现大致相同的PTC特性。更具体地说，如图4所示，变换层2及调光层1的PTC特性曲线上的平台区的“氢储藏量”的范围重合，而且，“氢平衡压力”的大小优选大致相等。由于呈现同等的氢平衡压力，所以能在调光层1及变换层2之间平滑地进行氢的授受。因为在调光层1及变换层2之间，如果氢平衡压力差增大，则在各层中即使发生氢的吸收/释放，在两层之间也不能进行氢的授受。
另外，变换层2中的PTC特性曲线的平台区的氢储藏量范围(宽度)，有包含调光层1中的PTC特性曲线的平台区的氢储藏量范围(宽度)的大小就更好。因为在本实施方式的调光元件中，由于根据调光层1的氢掺杂量，控制调光层1的光透射率，所以如果变换层2中的氢储藏量的变化宽度比调光层1的状态变化所需要的氢掺杂量的变化宽度小，就不能充分地使调光层1的光学状态变化。
再参照图3。图3所示的调光元件在变换层2透明的情况下，在金属反射状态和透明状态之间能进行转换。为了形成透明度高的状态，不仅基板4及电极3a、3b，而且有必要在可见光波段的全部范围内，用透射率高的(无吸收的)材料形成变换层2。可是，储氢材料等变换材料多半情况下是金属或着色的材料，难以用这样的变换材料的层形成透明性高的变换层2。因此，优选通过将变换材料的微颗粒和透明的材料混合起来，形成变换层2。更具体地说，能用变换材料形成具有光的波长以下的粒径的纳米离子，用透明性好的粘合剂树脂结合该纳米离子。这样制作的变换层2不仅能发挥透明性及氢储藏能力两种作用，而且由于变换材料纳米离子化，其表面积增大，所以还能期待氢的吸收效率提高。如果变换材料的氢的吸收效率提高，则调光工作的响应速度提高，所以优选。作为超微颗粒状态的变换材料，也能使用碳系材料(CNT、富勒烯等)或钾-石墨层间化合物等。
这样的调光元件，如果使用玻璃板作为基板4，则具有作为调光玻璃的功能。调光玻璃用于建筑物或汽车的窗玻璃等，夏天或夜间外界光强烈时，通过提高光的反射量，能抑制强烈的外界光的入射，营造舒适的空间。另外，能作为兼作透明玻璃和镜子用的室内装饰品使用。
(实施方式2)以下，参照图5(a)及(b)，说明本发明的调光元件的第二实施方式。在本实施方式中，不是进行金属反射状态和透明状态之间的转换，而是进行金属反射状态和吸收(黑)状态之间的转换。
图5(a)及图5(b)表示变换层2和调光层1的层叠顺序有互相反转的结构的调光元件。在图5(a)的结构中，光从基板4的背面侧入射，在图5(b)的结构中，光从基板4的上面侧入射。任何一种调光元件都备有吸收可见光的变换层2。这样的变换层2例如能由黑色的CNT形成。另外，在变换层2着色的情况下，或者，在变换层2即使是透明的，但其中混入了颜料或着色树脂的情况下，金属反射状态和着色状态之间的转换成为可能。
在图5(a)所示的调光元件中，优选用透明的材料形成基板4及下层电极3b。如果基板4是透明的，则能用玻璃或塑料等材料形成。下层电极3b优选用ITO等透明导电性材料形成，该情况下的电极的优选厚度例如设定为150nm。
调光层1例如由厚度为50nm左右的钇膜构成。变换层2能使用例如将作为AB5型Mm氢储藏的Ni合金的超微颗粒(分散中心半径为10nm)、导电性高分子材料P1(能输送电子、空穴两种电荷的材料)、以及用丙烯酸系树脂作为粘合剂树脂而折射率与玻璃大致等同的材料混合起来构成的层。
混合树脂能溶液化，所以能用旋涂法形成膜。能使厚度为500nm左右。关于变换层2用的储氢合金，能使用预先储藏了氢的合金。作为调光材料，除了钇以外，还能使用La、MgNi等。
为了进行调光层1和变换层2之间的电荷或离子的授受，优选在调光层1和变换层2之间配置导电性高分子P1的膜。除了具有电荷移动性的高分子膜以外，也可以配置用电解质材料形成的层。另外，还可以配置包含具有电荷移动性的高分子材料和电解质材料的层。如果配置这样的膜，则通过电解质容易引起氢离子的移动，所以还能提高特性。
具有光吸收性的变换层2能这样形成，即，将具有作为储氢材料的功能的钾-石墨层间化合物及导电性高分子材料P1(能输送电子、空穴两种电荷的材料)与具有作为粘合剂树脂的功能的丙烯酸系列树脂混合起来，用这样混合起来的物质(混合树脂)形成变换层。混合树脂能溶液化，所以能用旋涂法形成变换层2。变换层2的厚度例如能设定为500nm左右。
对于图5(a)所示的调光元件来说，如果将电压加在电极3a、3b上，以便变换层2成为正极侧，调光层1成为负极侧，在初始状态下呈现金属反射的调光元件的光入射面侧逐渐地变成黑状态。这是因为与调光层1变得透明相关联，黑色的变换层2就能被识别出来。即使切断电源，也能保持该状态。另外，如果将电极3a和电极3b之间短路，或者将极性反转后的电压加在电极3a、3b上，则调光元件的光入射侧表面变得呈现金属光泽。
另外，在图5(b)所示的调光元件中，光从图的上方入射。在此情况下，有必要使位于调光层1的上层的电极3a透明，但不需要使基板4或下侧的电极3透明。
(实施方式3)其次，参照图6(a)，说明本发明的调光元件的第三实施方式。
本实施方式的调光元件虽然备有对可见光透明的变换层2，但由于还备有具有作为光吸收层的功能的部件(光吸收片)5，所以能在金属反射状态和黑(光吸收)状态之间转换。光吸收片5可以是在可见光的全部区域中吸收光的片(黑色)，也可以是吸收可见光区域的一部分光的片(其他颜色)。
光吸收体5相对于调光层1，被配置在与光入射侧相反的一侧。在本实施方式中，如图6(a)所示，透明的变换层2被配置在调光层1上，但变换层2和调光层1的上下关系也可以逆转。
代替将光吸收片5配置在基板的背面，也可以将有光吸收性的层配置在基板4的光入射侧表面上、或者，配置在层叠结构的内部。在这样的光吸收层没有导电性的情况下，不能配置在调光层1和电极3b之间，所以配置在基板4和电极3b之间。另一方面，在光吸收层有导电性的情况下，能与电极3b呈一体，或者用光吸收层代替电极3b。
另外，通过使用呈现壁材的颜色和模样相同的颜色和模样的光吸收层，通常具有作为壁的一部分的功能，根据需要，也能实现能发挥作为镜子的功能的调光镜。
(实施方式4)其次，参照图7及图8，说明本发明的调光元件的第四实施方式。本实施方式的调光元件能在金属漫反射(白色)状态和光吸收状态之间进行转换。
如图8所示，本实施方式的调光元件具有在有凹凸的基板4上依次层叠了电极3a、变换层2、调光层1、以及电极3b的结构。为了进行漫反射，在调光层1的表面上存在微细的凸部及/或凹部。
其次，参照图7，说明图8中的调光元件的工作。
在图7中，为了简化，省略了电极3a、3b的记载。由于在调光层1的表面上存在微细的凸部，所以如图7(a)所示，调光层1呈金属反射状态时，能使光漫反射。另一方面，如图7(b)所示，调光层1呈透明状态时，位于下层的变换层2吸收光。
在图7所示的例中，由于基板的表面有微细的凸部，所以变换层2及调光层1的总体的平坦性呈反映了基板的凹凸的形状。换句话说，不仅调光层1的上表面(光反射侧的面)，而且底面也呈反映了基底的凹凸的形状。可是，作为基底的变换层2由于没有呈凹凸结构的必要性，所以基板表面及变换层2平坦地形成后，也可以只在调光层1的上表面上形成微细的凹部及/或凸部。
这样，如果采用本实施方式的调光元件，则调光层1呈金属反射状态时，反射光散射而呈白色，能被识别，所以调光层1的表面能看成白色。另一方面，调光层1呈透明状态时，由于光被变换层2吸收，所以能看成黑色或其他颜色。
本实施方式的调光元件，除了使用在表面上形成了凹凸的基板4以外，还能有与其他实施方式同样的结构。例如，作为变换层2，能适当地使用将作为储氢材料的的钾-石墨层间化合物、导电性高分子材料P1(能输送电子、空穴两种电荷的材料)、以及作为粘合剂树脂的丙烯酸系列树脂混合起来构成的层。
(实施方式5)参照图9，说明本发明的调光元件的第五实施方式。
如图9所示，在本实施方式的调光元件中，调光层1本身兼作一个电极。调光层1基本上是金属薄膜，所以具有作为电极的功能。由于调光层1兼作电极，所以形成电极的工序能简单化，能减少调光元件的制造工序数。
另外，图9中的调光元件虽然是透明-金属反射型调光元件，但即使是上述的其他类型的调光元件，也能用调光层1兼作电极。
(实施方式6)参照图10，说明本发明的调光元件的第六实施方式。
在本实施方式中，有分离成变换层、第一变换层2a和第二变换层2b这样的多层结构。在本发明的调光元件中，通过将氢等特定元素掺杂到调光层1中，使调光层1的状态变化，所以如果采用将调光层1夹在两个变换层2a、2b之间的结构，则能有效地掺杂，提高调光时所必要的状态变化的速度。调光层1由于能具有作为电极的功能，所以在图10所示的例中，用调光层1作为电极。
在图10所示的例中，虽然进行氢的吸收释放的部分有第一变换层2a、调光层1、以及第二变换层2b这样的三层结构，但也能进一步多层化。如果调光层1是单层，则在调光程度不充分的情况下，通过增加调光层1的层数，就能充分地增大调光程度。
(实施方式7)参照图11，说明本发明的调光元件的第七实施方式。
在本实施方式中，为了进行变换层2的功能分离，使变换层2呈多层结构。如上所述，变换层2的功能是储藏氢，另外，还根据电荷的注入/释放，对氢进行释放/再储藏。与用一种材料执行这些功能相比，还是选择各功能不同的材料，将由各自的材料构成的层重叠起来的方法容易。即，通过将变换层分离成由进行电荷或离子的授受用的电荷输送材料或电解质材料形成的第一变换层2a、以及由具有氢储藏功能的材料形成的第二变换层2b，能更有效地进行氢的移动。
在本实施方式中，将导电性高分子材料P1(能输送电子、空穴两种电荷的材料)、以及折射率与玻璃大致相等的丙烯酸系列树脂混合起来，并将混合后形成的电荷·离子交换层作为第一变换层2a用。另外，将作为AB5型Mm储氢合金的Ni合金的超微颗粒(分散中心半径10nm)和折射率与玻璃大致相等的丙烯酸系列树脂混合起来，并用混合后的混合树脂作为第二变换层2b。
(实施方式8)以下，参照图12，说明本发明的调光元件的第八实施方式。
如图12所示，本实施方式与上述的各实施方式不同的地方在于没有电极结构。在本实施方式中，将有光电荷发生特性的材料添加在变换层2中。所谓有光电荷发生特性的材料，这里是在光照射时释放电子或空穴的材料。具体地说，是荧光色素、SiO2微颗粒、咔唑等这样的有机分子、以及将其高分子化了的高分子材料等。这些材料对应于各自具有的吸收波长，通过光照射，释放空穴或电子。利用这些电荷将储氢材料具有的氢隔离，传递到变换层内，输送到调光层的金属膜上，使金属膜氢化。通常，在可见光区中进行调光，所以说可使用在可见光区中具有吸收性的材料，但在欲利用紫外线或热线(红外线)的强度控制调光量的情况下，也可使用在这样的区域中具有吸收性的材料。
在该变换层中有光电荷发生特性的调光元件的特征在于特别是从电场等的外部，不用控制系统就能调光。在光照射期间进行电荷的释放，所以能控制调光量。
关于初始状态的控制，这样决定，即，将氢储藏在变换层的储氢材料中，如果使调光层呈非掺杂状态，则金属反射状态成为初始状态，如果预先将氢掺杂在调光层中，则调光层变成透明状态，所以由变换层的色调决定。
另外，在由光照射进行的调光量控制中，利用光量的蓄积来改变调光量，所以有时用弱光连续地进行长时间照射，来改变调光量。在只想用光照射强度控制调光量的情况下，会发生不良现象。在这样的情况下，调整变换层和调光层的氢储藏能力，就是说调整与氢的反应速度。在沿调光层的方向平衡强的情况下，照射光，氢被传递到变换层中，变换层即使进行了氢掺杂，但大部分会再次返回调光层。另外，如果调整呈现变换的照射量，则变换层的透明状态(氢掺杂状态)在光照射保持某种程度的强度的情况下，能维持调光层的透明状态。在光照射弱的情况、或当光不照射时，平衡状态移到变换层一侧，所以调光层返回初始状态。即使在光照射时，反复使用调光层的金属反射-透明状态的情况下，也可以控制调光层、变换层的平衡状态。
在本实施方式中，作为调光层1的调光材料，选择PTC特性曲线平坦区域的平衡压力比变换层2的变换材料大的材料。
在变换层2内，追加地添加Ru络合物色素。该色素吸收可见光全部区域的光，具有一旦吸收光，就释放电子的特性。另外。变换层2预先储藏了氢。
如果对本实施方式的调光元件照射光，则光的照射量达到了充分的程度时，金属反射的程度降低，调光元件呈黑色。这是通过光照射生成的电子在变换层2的储氢材料中引起还原反应，由此生成的氢达到调光层1中的氢平衡压力以上而引起的。在调光层1中移动的氢在这里形成氢化化合物，使调光层1透明化。因此，能通过调光层1观察到变换层2的颜色(黑色)。
一旦停止光照射，由于电子的发生/供给停止，所以调光层1的变化也停止。由于产生氢平衡压力差，所以平衡状态转移到变换层一侧，移动到了调光层中的氢也能大部分再移动到变换层中。
这样，如果采用本实施方式，则能通过光照射，自然地调整调光量。在上述的结构例中，如果光的照射强度增加，则虽然调光层1的反射量减少，但变换层采用透明材料，通过预先使调光层掺杂氢，随着光强度的不同，能提供能控制透射和反射的窗玻璃。在此情况下，由于进入变换层内的色素进行着色，所以难以呈完全透明状态，但能容易地做成色玻璃和反射的元件。
也可以代替利用来自外部的光照射来转换调光层的状态变化，而根据照射光的强度或照射量的计算值，控制氢的平衡状态，也能调光。在只利用光照射进行调光的情况下，不能实现对应于使用者的要求的调光。另外，在调光元件的使用过程中氢完全不能移动，还会发生初始状态移动的问题。为了避免这样的问题，优选附加地配置电极。如果利用附加设置的电极，调整氢掺杂量，则与通常的光照射进行的调光相配合，能自由地改变调光量。另外，通过用电极进行电压施加，能使氢的平衡状态初始化，所以能实现再现性好的调光控制。
(实施方式9)本实施方式的调光元件除了调光层1含有调光颗粒以外，具有与参照图3说明的实施方式1的调光元件相同的结构。本实施方式的调光元件利用图1(b)所示的调光原理，进行金属漫反射状态和透明状态之间的转换。
在本实施方式的调光层1中，用随着氢浓度的不同而使光学特性变化的调光材料形成的微颗粒(例如钇、镧，以下称“调光微颗粒”)分散在粘合剂树脂中。
调光层1中包含的调光微颗粒的平均直径例如为1微米。调光微颗粒典型地分散在粘合剂树脂中。作为粘合剂树脂，例如使用有与玻璃大致同等的折射率的丙烯酸系列树脂。另外，调光层1还包含在调光微颗粒和变换层2之间进行氢离子及电荷的授受用的导电性材料。作为导电性材料，能使用能像液体或固体电解质那样进行离子传导的材料、传导电荷(电子或空穴)的导电性高分子(例如P2)或电荷移动络合物。
通过将上述的调光微颗粒分散在粘合剂树脂的溶液中，再准备了使导电性材料溶解的涂敷溶液后，例如用旋涂法将涂敷溶液涂敷在电极3b上，能形成调光层1。调光层1的厚度例如为3微米左右。也可以用喷墨法或其他薄膜淀积技术进行调光层1的形成。调光层1的光入射侧的面既可以是平坦的，也可以有凹凸。例如通过用有凹凸的基板4或电极3b，将上述的涂敷溶液涂敷在有凹凸的基底上，能形成有凹凸的调光层1。
优选的调光层1的厚度为1.5微米以上、50微米以下。如果为1.5微米以下，则不能获得有高反射率的调光层1，或者调光层1中用的调光微颗粒的直径受限制。另一方面，如果为50微米以上，则调光层1的导电性有可能降低。
变换层2有与实施方式1中的变换层2相同的结构，能用同样的材料形成。
在本实施方式中，与实施方式1相同，通过将电压加在电极3a、3b上，在变换层2和调光微颗粒之间引起氢的移动，能使调光元件工作。
如在实施方式1中所述，优选利用图4所示的PTC特性曲线，适当地控制氢的储藏/释放。即，变换层2及调光层1优选呈现大致同样的PTC特性。更具体地说，如图4所示，变换层2及调光层1的PTC特性曲线上的平台区的“氢储藏量”的范围重合，而且，“氢平衡压力”的大小优选大致相等。另外，变换层2中的PTC特性曲线的平台区的氢储藏量范围(宽度)，优选有包含调光层1的PTC特性曲线的平台区的氢储藏量范围(宽度)的大小。
(实施方式10)本实施方式的调光元件除了调光层1含有调光颗粒以外，具有与参照图5(a)～(c)说明的实施方式2的调光元件相同的结构。本实施方式的调光元件能利用图1(b)所示的调光原理，进行金属漫反射(白色)状态和吸收(黑色或着色)状态之间的转换。
调光层1与例如实施方式9中用的调光层1相同。将具有作为储氢材料的功能的钾-石墨层间化合物及导电性高分子材料P1(能输送电子、空穴两种电荷的材料)与具有作为粘合剂树脂功能的丙烯酸系列树脂混合起来，由这样混合的(混合树脂)也能形成有光吸收性的变换层2。由于混合树脂能溶液化，所以采用旋涂法能形成变换层2。变换层2的厚度例如能设定为500nm左右。
为了进行调光层1和变换层2之间的电荷或离子的授受，优选在调光层1和变换层2之间配置导电性高分子P1的膜。也可以配置电解质膜，代替配置具有电荷移动性的高分子膜。如果配置电解质膜，则通过电解质膜容易引起氢离子的移动，所以还能提高特性。
另外，在图5(b)所示的调光元件中，光从图的上方入射。在此情况下，有必要使位于调光层1的上层的电极3a透明，但不需要使基板4或下侧的电极3透明。
对于图5(a)及图5(b)所示的调光元件来说，如果将电压加在电极3a、3b上，以便变换层2成为正极侧，调光层1成为负极侧，则如图5(c)所示，在初始状态下呈现金属漫反射的调光层1逐渐地变成黑状态。这是因为与调光层1中包含的调光微颗粒变得透明相关联，黑色的变换层2能被识别出来。即使切断电源，也能保持该状态。另外，如果使电极3a和电极3b之间短路，或者将极性反转后的电压加在电极3a、3b上，则调光层1变得呈现金属漫射光泽。
(实施方式11)其次，参照图6(a)及(b)，说明本发明的调光元件的第十一实施方式。本实施方式的调光元件除了调光层1含有调光微颗粒以外，具有与参照图6(a)说明的实施方式3相同的结构。即，本实施方式的调光元件能利用图1(b)所示的调光原理，进行金属漫反射状态和黑色(光吸收)状态之间的转换。
本实施方式的调光层1及变换层2，也可以与实施方式9中的调光层1及变换层2相同。另外，光吸收片5也可以与实施方式3中的光吸收片5相同。
对于图6(a)所示的调光元件来说，如果将电压加在电极3a、3b上，以便变换层2成为正极侧，调光层1成为负极侧，则如图6(b)所示，在初始状态下呈现金属漫反射的调光层1逐渐地变成黑状态。这是因为与调光层1中包含的调光微颗粒变得透明相关联，黑色的变换层2能被识别出来。即使切断电源，也能保持该状态。另外，如果使电极3a和电极3b之间短路，或者将极性反转后的电压加在电极3a、3b上，则调光层1变得呈现金属漫射光泽。
(实施方式12)其次，说明本发明的调光元件的第十二实施方式。本实施方式的调光元件有与参照图3说明的实施方式9相同的结构。不同的地方在于本实施方式的调光层1及变换层2利用图1(c)所示的调光原理。因此，如实施方式10所示，用呈现光吸收性的变换层2，或者不设置实施方式11所示的光吸收片5，也能在金属漫反射(白色)状态和光吸收(黑色或着色)状态之间进行转换。
如图3所示，本实施方式的调光元件具有在基板4上依次层叠了电极3a、调光层1、变换层2、以及电极3b的结构。在该调光元件中，光从基板4的上面入射。另外，调光层1和变换层2的层叠顺序也可以互相反转，在此情况下，光从基板4的背面入射。
调光层1包含与实施方式9中用的同样的调光微颗粒(钇微颗粒等)。调光微颗粒例如吸附在碳系列的黑色颗粒上。
这样的调光层1例如能如下形成。通过在粘合剂树脂溶液中，将直径为5微米的黑色颗粒和直径比它小(例如1微米)的调光微颗粒混合起来，吸附调光微颗粒，以便覆盖黑色颗粒的表面。再将导电性高分子材料P2掺杂在所获得的溶液中，然后用旋涂法将所获得的混合溶液涂敷在电极3b上。调光层1的厚度例如为10微米。由于黑色颗粒被分散，所以调光层1的厚度比其他实施方式的调光层1的厚度大。可是，碳系列黑色微颗粒及调光微颗粒都呈现高导电性，所以调光层1总体有充分的导电性。
对于本实施方式的调光元件来说，如果将电压加在电极3a、3b上，以便变换层2成为正极侧，调光层1成为负极侧，在初始状态下呈现金属漫反射的调光元件的光入射面一侧逐渐地变成黑状态。这是因为与吸附在黑色颗粒上的调光微颗粒变得透明相关联，黑色颗粒能被识别出来。即使切断电源，也能保持该状态。另外，如果使电极3a和电极3b之间短路，或者将极性反转后的电压加在电极3a、3b上，则调光元件的光入射侧的面变得呈现金属漫射光泽。
这样，如果采用本实施方式的调光元件，则调光层1中含有的调光微颗粒呈金属反射状态时反射光散射，能识别为白色光，所以调光层1的表面能看成白色。另一方面，调光微颗粒呈透明状态时，由于光被黑色颗粒等着色颗粒吸收，所以调光层1的表面能看成黑色或其他颜色。即，调光层1本身在金属漫射状态和光吸收(着色)状态之间转变。因此，在本实施方式中，不个别地设置吸收片等有光吸收性的层，能提供能进行金属漫射状态光吸收(着色)状态的转换的调光元件。
本实施方式的调光元件，除了采用包含如上所述的着色颗粒的调光层1以外，具有与实施方式9同样的结构。但是，配置在比调光层1更靠近光的入射侧的层(在图3所示的结构中，为变换层2及电极3a)是透明的。另一方面，不配置在比调光层1更靠近光的入射侧的层(在图3所示的结构中，为电极3b和基板4)不需要透明。
(实施方式13)参照图13(a)及(b)，说明本发明的调光元件的第十三实施方式。
图13(a)所示的调光元件有将变换层分离成第一变换层2a和第二变换层2b这样的多层结构。在本发明的调光元件中，通过将氢等特定元素掺杂到调光层1中，使调光层1的状态变化，所以如果采用将调光层1夹在两个变换层2a、2b之间的结构，则能有效地掺杂，提高调光时所必要的状态变化的速度。调光层1由于能具有作为电极的功能，所以在图13(a)所示的例中，用调光层1作为电极。
在图13(a)所示的调光元件中，虽然进行氢的吸收释放的部分有第一变换层2a、调光层1、以及第二变换层2b这样的三层结构，但也能进一步多层化。如果调光层1是单层，则在调光程度不充分的情况下，通过增加调光层1的层数，就能充分地增大调光程度。
在由于降低调光层1的导电性低而不能作为电极用的情况下，如图13(b)所示，将调光层分离成第一调光层1a和第二调光层1b两层，也可以将电极3c插入这些调光层之间。在图13(b)所示的调光元件中，也能使调光层1进一步多层化。
图13(a)及(b)中的任何调光元件也能通过依次层叠各层容易地制作。另外，调光层、变换层、电极及基板除了层叠的层数不同以外，能有与实施方式9～12同样的结构。
(实施方式14)本实施方式的调光元件有与参照图11说明的实施方式6同样的结构。但是，作为调光层1，采用图1(b)、(c)所示结构的调光层1。
在本实施方式中，将变换层2分离成有不同的功能的第一变换层2a及第二变换层2b。第一及第二变换层2a、2b也可以用与实施方式6中的第一及第二变换层2a、2b同样的材料形成。
另外，这样的变换层的功能分离，也能适用于实施方式9～13中的任何调光元件。
(实施方式15)本实施方式的调光元件有与参照图12说明的实施方式8同样的结构。但是，作为调光层1，采用图1(b)、(c)所示结构的调光层1。
在本实施方式的变换层2中添加有光电荷发生特性的材料。作为有光电荷发生特性的材料，能使用实施方式8中举例所示的材料。另外，本实施方式的调光元件能采用实施方式8中说明的控制方法进行工作。
如果采用本实施方式，则由于通过光照射，能自然地调整调光量，所以有不需要将电压加在调光层1及变换层2上的电极3a、3b(例如图5)的优点。
(实施方式16)以下，参照图14及图15，说明本发明的调光元件的第十六实施方式。
如图14所示，本实施方式与上述的各实施方式不同的地方在于在基板4上只层叠调光层1，没有电极和变换层。基板4是透明的基板即可，能使用与其他实施方式中用的相同的基板。
图15表示本实施方式的调光元件中用的调光层1。调光层1包括调光微颗粒11、Ru络合物色素等有光电荷发生特性的材料12、以及储氢材料等变换材料13。它们典型地分散在粘合剂树脂中。另外，调光层1包含氢和电子能在调光层1内移动用的导电性材料。在本实施方式中，作为构成调光微颗粒11的调光材料，选择PTC特性曲线平坦区域的平衡压力比变换材料13大的材料。作为有光电荷发生特性的材料12，能使用与实施方式7中举例示出的材料同样的材料。作为变换材料13，能使用与其他实施方式中变换层中包含的变换材料同样的材料。这样，调光层1包含全部为了引起光调制所必要的构成物。
如果对本实施方式的调光元件照射光，则光的照射量达到了充分的程度时，金属漫反射的程度降低，调光元件变成透明的。以下说明其理由。由光照射生成的电子在变换材料13中引起还原反应，生成氢。如果所生成的氢达到变换材料13中的氢平衡压力以上，则氢移动至调光微颗粒11，形成调光微颗粒的调光材料和氢化化合物。一旦形成氢化化合物，调光微颗粒11就变得透明。其结果，调光元件总体变成透明的。
一旦停止光照射，由于电子的发生/供给停止，所以调光层1的状态变化也停止。由于产生氢平衡压力差，所以平衡状态转移到变换材料13一侧，移动到了调光微颗粒11中的氢也能大部分再移动到变换材料13中。
这样，如果采用本实施方式，则能通过光照射，自然地调整调光量。
在本实施方式中，与实施方式15相同，根据照射光的强度或照射量的累计值，控制氢的平衡状态，也能进行调光。另外，通过附加地配置电极，能调整氢掺杂量。
(实施方式17)以下，参照图14及图16，说明本发明的调光元件的第十七实施方式。
本实施方式的调光元件，如图14所示，在基板4上只层叠调光层1，没有电极和变换层。在本实施方式中，基板4不支撑调光层1即可，即使不透明也可以。
图16表示本实施方式的调光元件中用的调光层1。在调光层1中，着色颗粒(例如黑色颗粒)10分散在粘合剂树脂中，调光微颗粒11吸附在着色颗粒10上。此外，Ru络合物色素等有光电荷发生特性的材料12、以及储氢材料等变换材料13分散在粘合剂树脂中。另外，调光层1包含氢和电子能在调光层1内移动用的导电性材料。在本实施方式中，作为构成调光微颗粒11的调光材料，选择PTC特性曲线平坦区域的平衡压力比变换材料13大的材料。作为有光电荷发生特性的材料12，能使用与实施方式7中举例示出的材料同样的材料。作为变换材料13，能使用与其他实施方式中变换层中包含的变换材料同样的材料。这样，调光层1包含全部为了引起光调制所必要的构成物。
在本实施方式中，作为着色颗粒10，使用钾-石墨层间化合物这样的黑色颗粒。这样，如果着色颗粒10是也能具有作为变换材料的功能的颗粒，则不需要将变换材料13个别地添加在调光层1中，所以是理想的。另外，调光微颗粒11吸附在作为变换材料的着色颗粒10上，所以氢在调光材料和变换材料之间移动所需要的时间短。因此，与氢在粘合剂树脂中移动的情况相比，能使调光层1的光学特性更高速地转换。
如果对本实施方式的调光元件照射光，则光的照射量达到了充分的程度时，金属漫反射的程度降低，调光元件呈黑色等着色颗粒10的颜色。这是由于由光照射生成的电子在变换材料(变换材料13、或者在用变换材料形成着色颗粒10的情况下的着色颗粒10)中引起还原反应，由此生成的氢达到变换材料中的氢平衡压力以上而引起的。氢从变换材料向调光微颗粒11移动，形成调光微颗粒11的调光材料和氢化化合物，使得调光微颗粒11透明。其结果，能识别着色颗粒10的颜色，所以调光元件总体变成着色颗粒10的颜色。
一旦停止光照射，由于电子的发生/供给停止，所以调光层1的状态变化也停止。由于产生氢平衡压力差，所以平衡状态转移到变换材料一侧，移动到了调光微颗粒11中的氢也能大部分再移动到变换材料中。
这样，如果采用本实施方式，则能通过光照射，自然地调整调光量。
在本实施方式中，与实施方式15相同，根据照射光的强度或照射量的累计值，控制氢的平衡状态，也能进行调光。另外，通过附加地配置电极，能调整氢掺杂量。
(实施方式18)
首先，参照图说明本发明的第十八实施方式。本实施方式是利用上述调光原理的显示元件。
图17表示本实施方式的显示元件中的一个像素的模式剖面图，图18表示本实施方式的显示元件的平面图。这里，虽然以反射型全色显示元件为例进行说明，但本发明不限于此。例如也可以是黑白显示元件，还可以是投射型显示元件。
本实施方式的显示元件有在基板1上依次层叠的光吸收层5、电极3b、变换层2、调光层1、电极3a、以及滤色片6。如图18所示，电极3b有平行延伸的多个图形，电极3a有沿着与电极3b垂直的方向延伸的多个图形。虽然能将适当的电压加在一对电极3a、3b上，但也能简单地使电极3a和电极3b短路。滤色片6有与电极3a大致平行延伸的多个图形，这些图形中，每个像素都典型地形成R(红)、G(绿)、B(蓝)三个图形。
另外，变换层2及调光层1对基板4的层叠顺序不限定于图示的顺序，也可以将变换层2配置在靠近基板4的一侧，在它上面形成调光层1。另外，如果基板4是玻璃基板等透明的基板，也可以将光吸收层5设置在基板4的背面。另外，在光吸收层5有导电性的情况下，光吸收层5也可以设置在每个电极3a和电极3b之间。或者，也能与电极3b呈一体地使用有导电性的光吸收层5、或者代替电极3b使用该光吸收层。
本实施方式中的调光层1包含其光学特性随着氢浓度的变化而变化的调光材料(例如钇)。在本实施方式中，如图1(a)所示，作为调光层1是用调光材料形成的膜(例如钇膜)。调光层1可以是一层，也可以有多层结构。
变换层2包含能含有氢的变换材料。该变换材料通过与电极3a之间进行电子的授受，能进行氢离子(H+)的释放/吸收。
在图示的例中，利用呈矩阵状形成的电极3a及电极3b，能将电压加在任意像素的变换层2上。在某一像素中，如果将正电位赋予电极3a，将负电位赋予电极3b，则能从预先含有充分的氢的变换层2的变换材料中释放氢离子。释放的氢离子在层叠结构中形成的电场中移动，到达了调光层1后，被掺杂到调光材料中。这样的氢的释放及移动的机理如上所述。调光层1中的调光材料通过与氢结合，形成氢金属化合物。其结果，当初呈金属状态的调光材料变成能透过可见光的半导体或绝缘体。
在图19(a)中示出了上述这样的调光层1及变换层2的状态变化。调光层1的调光材料呈金属状态时，入射到显示元件中的光在调光层1上反射，透过滤色片6。因此，能识别透过了滤色片6的光。如果调光材料呈半导体或绝缘体，则调光层1变成透明的，所以入射到显示元件中的光透过调光层1，被光吸收层5吸收。因此，被看成黑色。
其次，说明本实施方式的显示元件的制造方法。
首先，准备基板4。基板4能支撑在基板4上形成的层叠结构即可，能使用玻璃基板、塑料基板、金属基板等。基板4不需要是透明的。
在基板1上形成光吸收层5。光吸收层5可以是在全部可见光区域吸收光的层(黑色)，也可以是吸收可见光区域的一部分光的层(其他颜色)。例如通过用旋涂法将包含碳黑系列黑色材料的黑色树脂涂敷在基板1上，进行光吸收层5的形成。
此后，在光吸收层5上形成电极。例如，用ITO(Indium TinOxide)，采用溅射法形成厚150nm的膜。使该膜构成宽100微米(对应于像素的宽度)的多个图形。这些图形互相大致平行，相邻的图形的间隔为10微米。
在电极3b上形成透明的变换层2。变换层2中包含的变换材料在正常状态下能储藏保持氢的原子或离子，对应于外部激发，改变氢储藏量(保持量)。作为这样的能储藏氢的材料，能使用实施方式1中例示的材料。
变换层2除了储氢材料以外，也可以包含导电性材料。作为导电性材料，能使用实施方式1中例示的材料。另外，除了上述的储氢材料和导电性材料以外，也可以根据需要，将粘合剂树脂等结合材料加在变换层2中。
从电极3a、3b注入的电荷分别在调光层1及变换层2中进行电荷的授受。从一个电极注入的电荷有时直接移动到另一个电极上，所以在调光层1和变换层2之间，也可以配置离子交换膜等有隔板作用的层(隔离层)。优选用离子能在层内移动，但电荷难以移动的材料形成隔离层。这样的材料例如是离子交换体、多孔质绝缘物、离子导电性高分子材料等。如果设置隔离层，则能抑制从一个电极注入的电荷，穿透到另一个电极上。因此，在调光层1及变换层2中，注入的电荷中与氢离子的授受用的电荷的比例增大，所以能更有效地进行授受。
在本实施方式中，如下形成变换层2。用掺杂了作为AB5型Mm储氢合金的Ni合金的超微颗粒(分散中心半径为10nm)、导电性高分子材料P1(能输送电子、空穴两种电荷的材料)、以及用丙烯酸系列树脂作为粘合剂树脂而折射率与玻璃大致等同的材料构成的物质。准备将这些材料溶解在了溶剂中的溶液，通过用旋涂法或印刷法进行涂敷，能形成例如厚度为500nm的变换层2。也可以采用喷墨法或其他薄膜淀积技术，进行这样的变换层2的形成。
其次，采用蒸镀法、溅射法等，形成调光层1。调光层1例如是厚度为50nm的钇膜。
此后，依次形成电极3a和滤色片6。电极3a是透明的。用ITO，采用与形成电极3b同样的方法，能形成电极3a。但是，如图4所示，沿着与电极3b的图形延伸的方向大致垂直的方向延伸形成电极3a的图形。图形的宽度及相邻的图形的间隔，例如分别为100微米及10微米。例如用众所周知的材料，用印刷法等众所周知的方法，形成滤色片6。如图4所示，滤色片6例如有其宽度与电极3b的图形的宽度相同的多个图形。这样，能获得显示元件。
通过将电压加在该显示元件的电极3a、3b上，在变换层2的内部进行电荷及离子的授受的结果，如在实施方式1中所述，在变换层2和调光层1之间能引起氢的移动。在初始状态下，既可以使用未掺杂氢的调光层1、以及预先储藏了氢的变换层2，也可以使用预先掺杂氢的调光层1、以及未储藏氢的变换层2。另外，如在实施方式1中所述，通过使施加电压的极性交替，能在金属光泽一透明之间，可逆地切换调光层1的光学状态。
如果只考虑储藏在变换层2中的氢的移动，则也可以在电极3a和电极3b层叠结构的外部进行短路。这样的短路是与二次电池中的放电同样的现象，能使层叠结构的内部状态返回初始状态。
由于变换层2和调光层1具有保持氢的能力，不施加电压时(外部电路断开时)，不产生氢的移动，能保持调光层1的光学状态(调光层的记忆功能)。因此，如果选择氢保持能力优异的材料，则不用消费电力，就能长时间保持调光状态。
在本实施方式中，由于能利用氢的掺杂量，控制调光材料的光反射率/光透射率，所以通过调节加在电极上的电压或施加时间(占空比等)，能控制调光层1的光反射率/光透射率。如果利用基于氢保持能力存储性，也能容易地保持适当的光反射率/光透射率。
如在实施方式1中所述，优选利用图4所示的PTC特性曲线，适当地控制氢的储藏/释放。即，变换层2及调光层1优选呈现大致同样的PTC特性。更具体地说，如图4所示，变换层2及调光层1的PTC特性曲线上的平台区的“氢储藏量”的范围重合，而且，“氢平衡压力”的大小优选大致相等。另外，变换层2中的PTC特性曲线的平台区的氢储藏量范围(宽度)，有包含调光层1中的PTC特性曲线的平台区的氢储藏量范围(宽度)的大小就更好。
再者，参照图17。图17所示的显示元件中的变换层2也可以是透明的。因此，能在金属反射状态和透明状态之间进行转换。透明度高的变换层3例如能用与实施方式1中说明的方法同样的方法形成。
调光层1在金属反射状态下，虽然可以对入射的光进行镜面反射(图19(a))，但优选对入射的光进行漫反射。如果调光层1对光进行漫反射，则显示元件良好地显示白色。
调光层1在金属反射状态下，为了对光进行漫反射，例如可以在调光层1的表面上存在微细的凸部及/或凹部(图19(b))，调光层1也可以包含图1(b)所示的调光颗粒(图19(c))。
首先，详细说明表面上有微细的凸部及/或凹部的调光层1。
表面上有微细的凸部及/或凹部的调光层1例如能如下形成。如图19(b)所示，在有凸部的基板4上，依次层叠电极3a、变换层2、调光层1、以及电极3b。调光层1例如是钇膜。因此，能在调光层1的表面上形成微细的凸部。如果在调光层1的表面上存在微细的凸部，则调光层1呈金属反射状态时，反射光散射，能识别为白色，所以调光层1的表面能看成白色。另一方面，调光层1呈透明状态时，由于光被变换层2吸收，所以能看成黑色或其他颜色。
在图19(b)所示的例中，由于基板的表面有微细的凸部，所以变换层2及调光层1的总体的平坦性有反映了基板的凹凸的形状。换句话说，不仅调光层1的上表面(光反射侧的面)，而且底面也有反映了基底的凹凸的形状。可是，由于作为基底的变换层2没有必要有凹凸结构，所以也可以在基板表面及变换层2平坦地形成后，只在调光层1的上表面上形成微细的凹部及/或凸部。
这样，如果钇膜等金属膜平坦，则虽然对光进行镜面反射，但通过在金属膜的表面上形成凹凸，构成对光进行漫反射的调光层1。因此，能提供能进行白色显示的显示元件。这样的显示元件不限于有图3所示的结构的彩色显示元件，也可以是不设滤色片6的黑白显示元件。如果应用于黑白显示元件，则能更好地进行白色显示，所以是有利的。
其次，详细说明包含调光颗粒的调光层1。
图19(c)中示出了包含调光颗粒的调光层1及变换层2。在图19(c)所示的调光层1中，用光学特性随着氢浓度的变化而变化的调光材料形成的调光微颗粒11(例如钇、镧)分散在粘合剂树脂中。调光层1中包含的调光微颗粒11的平均粒径例如为1微米。作为粘合剂树脂，例如用折射率与玻璃大致同等的丙烯酸系列树脂。另外，调光层1还包含在调光微颗粒11和变换层2之间进行氢离子及电荷的授受用的导电性材料。作为导电性材料，能使用能像液体或固体电解质那样进行离子传导的材料、传导电荷(电子或空穴)的导电性高分子(例如P2)或电荷移动络合物。
包含调光颗粒的调光层1有与实施方式9中的调光层1同样的结构，能用同样的方法形成。另外，调光层1的厚度优选为1.5微米以上50微米以下。
如果调光微颗粒11分散在调光层1中，则如参照图1(b)所述，各调光微颗粒11呈金属状态时，各调光微颗粒11使入射到调光层1上的光沿着随机的方向反射，所以作为调光层1总体能对光进行漫反射。
调光层1除了进行漫反射以外，通过将调光材料颗粒化，能获得以下的优点。与将由调光材料构成的薄膜作为调光层1用的情况相比，能增大调光材料的表面积。因此，能提高调光材料和氢的反应效率，能进行速度更高的转换。另外，由于调光材料的表面积增大，所以能更可靠地控制调光层1中包含的调光材料的状态。其结果，能扩大调光层的漫反射状态和透明状态的反射率的差。
调光微颗粒11为了反射光，各调光微颗粒11优选具有比可见光波长大的直径。因此，调光微颗粒11的直径优选为400nm以上。在800nm以上就更好。如果在800nm以上，则能更可靠地防止可见光透过调光微颗粒11，所以能提高调光层1的光的反射率。另一方面，调光颗粒m1的直径优选比调光层1的厚度小。如果直径比调光层1的厚度大，就不能获得上述的使调光材料颗粒化的优点。调光微颗粒11的直径优选在30微米以下。如果直径在30微米以下，则能充分地提高调光材料和氢的反应效率，而且能可靠地使入射到调光层上的光漫反射。直径在3微米以下就更好。调光材料的直径例如为1微米时，调光层1的厚度优选为3微米左右。
在本实施方式的显示元件中，为了进行调光层1和变换层2之间的电荷或离子的授受，优选将导电性高分子P1膜配置在调光层1和变换层2之间。除了具有电荷移动性的高分子膜以外，也可以配置用电解质材料形成的层。或者，也可以配置包含具有电荷移动性的高分子材料和电解质材料的层。如果配置包含电解质材料的层(电解质膜)，则通过电解质膜容易引起氢离子的移动，所以还能提高特性。导电性高分子P1由于掺杂了赋予导电性用的离子，所以一并具有作为电解质膜的功能。另外，如上所述在使用包含调光颗粒的调光层1的情况下，也能使调光层1的粘合剂树脂具有作为上述高分子膜或电解质膜的功能。
在图示的例中，变换层2和调光层1虽然分别为一层，但变换层2及/或调光层1根据需要也可以有多层结构。另外，如果用两层变换层2将调光层1夹在中间配置，则能在调光层1的上表面及下表面上进行氢的吸收或释放，所以能提高显示元件的转换速度。
另外，图17所示的显示元件虽然有简单的矩阵结构，但每个像素也可以是具有有源元件的有源矩阵驱动的显示元件。另外，图17所示的显示元件虽然是备有滤色片6的彩色显示元件，但也可以是黑白显示元件。黑白显示元件基本上有与图17所示的结构相同的结构，但不同的地方在于没有滤色片6。
本实施方式的显示元件与现有的液晶显示元件相比，能显示非常明亮的(亮度大的)白色。另外，还能增大对比度。以下说明其理由。
液晶显示元件为了使与液晶分子的电压施加相伴随的排列变化可视化而备有偏振片。因此，入射到液晶元件上的光中，用于显示的光的比例最大为50％。因此，特别是白色变暗，存在难以识别显示的问题。与此不同，本实施方式的显示元件不需要设置偏振片。因此，通过滤色片6能直接看见在调光层1上进行金属反射(或金属漫反射)的光，所以能显示明亮的白色。另一方面，调光层1呈光透射状态时，能直接看见光吸收层5的颜色，所以能获得品位非常高的黑色显示。其结果，能增大显示的对比度。
本实施方式的显示元件有存储性，所以即使切断电源也能暂时保持写入的信息。因此，只在需要改写时施加电压即可，所以能降低功耗。
另外，只要在基板上依次层叠各层，就能制造本实施方式的显示元件。因此，由于没有像液晶显示元件那样，将两个基板粘接起来，将液晶材料注入到它们之间的工序，所以制造工艺简单。另外，本实施方式的显示元件由于没有液晶层，所以能比液晶显示元件薄、而且轻。
本实施方式的显示元件能适用于各种显示装置。例如，本实施方式的显示元件因为有较高的存储性，所以能适用于电子报纸和电子书等。
(实施方式19)以下，参照图20说明本发明的显示元件的第十九实施方式。如图20所示，本实施方式的显示元件与上述的实施方式18的显示元件不同的地方在于变换层2具有作为光吸收层的功能，因此在基板4和电极3b之间没有光吸收层。
本实施方式的显示元件备有吸收可见光的变换层2。这样的变换层2例如能由黑色的CNT形成。另外，在变换层2着色了的情况下，或者在变换层2即使是透明的，但其中混入了颜料或着色树脂的情况下，能进行金属漫反射状态和着色状态之间的转换。
将具有作为储氢材料的功能的钾-石墨层间化合物及导电性高分子材料P1(能输送电子、空穴两种电荷的材料)与具有作为粘合剂树脂功能的丙烯酸系列树脂混合起来，由这样混合的(混合树脂)也能形成有光吸收性的变换层2。由于混合树脂能溶液化，所以采用旋涂法能形成变换层2。变换层2的厚度例如能设定为500nm左右。另外，在变换层2不能充分地吸收光的情况下，也可以再在变换层2中添加黑色树脂。
调光层1例如与实施方式18中用的调光层1相同。即，既可以是厚度为50nm左右的钇膜，也可以是有钇颗粒等调光材料的颗粒的膜。另外，表面上也可以有微小的凹部及/或凸部。
为了进行调光层1和变换层2之间的电荷或离子的授受，优选在调光层1和变换层2之间配置导电性高分子P1的膜。除了具有电荷移动性的高分子膜以外，也可以配置用电解质材料形成的层。或者，还可以配置包含具有电荷移动性的高分子材料和电解质材料的层。如果配置包含电解质材料的层(电解质膜)，则由于氢离子通过电解质膜移动，所以还能提高特性。导电性高分子P1由于掺杂了赋予导电性用的离子，所以一并具有作为电解质膜的功能。另外，在包含调光材料的颗粒的调光层1的情况下，能使粘合剂树脂具有作为上述高分子膜或电解质膜的功能。
电极3a与实施方式18同样是透明的电极，但电极3b及基板4不必是透明的。
对本实施方式的显示元件来说，如果将电压加在电极3a、3b上，以便变换层2成为正极侧，调光层1成为负极侧，则如图21(a)～(c)所示，显示元件的光入射面侧从金属(散射)反射状态变成黑色(光吸收)状态。
在调光层1是调光材料的膜的情况下，如图21(a)所示，初始状态下呈现金属反射的显示元件的光入射面侧，通过施加电压，逐渐地变成黑色(光吸收)状态。这是因为调光层1变得透明，与此相关联，能识别出黑色的变换层2。
如图21(a)及(b)所示，调光层1在金属反射状态下，优选对光进行漫反射。如图21(b)所示，如果在调光层1的表面上有微小的凸部，则初始状态下呈现金属反射的显示元件的光入射面侧，通过施加电压，逐渐地变成黑色(光吸收)状态。另外，如图21(c)所示，在调光层1包含调光材料的颗粒(调光微颗粒)的情况下，初始状态下呈现金属反射的显示元件的光入射面侧，通过施加电压，逐渐地变成黑色(光吸收)状态。这是因为调光层1中包含的调光微颗粒变得透明，与此相关联，能识别出黑色的变换层2。
在图21(a)～(c)所示的任何情况下，即使切断电源也能保持该状态。另外，如果将电极3a和电极3b之间短路，或者将极性反转后的电压加在电极3a、3b上，则显示元件的光入射侧表面变成金属(散射)光泽。
另外，如图21(b)及(c)所示，在金属反射状态下，包含对光进行漫反射的调光层1的显示元件，能显示明亮的良好的白色。这样的显示元件也可以是黑白显示元件。图22是表示本实施方式的黑白显示元件的剖面图。如图22所示，黑白显示元件虽然基本结构与图7所示的结构相同，但没有滤色片6这一点不同。
如果采用本实施方式，则由于不需要个别地设置光吸收层，所以能使制造工艺更简单。另外，在上述的实施方式18中，在光吸收状态下，入射到显示元件上的光通过调光层1、变换层2及电极3b后，被光吸收层5吸收。与此不同，在本实施方式中，在光吸收状态下，入射到显示元件上的光只通过调光层1后，被变换层2吸收，所以也能降低在层的界面等上产生的反射光，能提高黑色显示的品位。因此，显示的对比度增大。
(实施方式20)其次，参照图23说明本发明的显示元件的第二十实施方式。本实施方式的显示元件虽然有与实施方式18的显示元件同样的结构，但以下方面不同。在实施方式18中，在电极3a上有滤色片6，但在本实施方式中，变换层2有滤色片的功能，不需要在电极3a上设置滤色片。
在图23所示的结构中，虽然调光层1被设置在靠近基板4的一侧，在它上面形成变换层2，但也可以将变换层2设置在靠近基板4的一侧，在它上面形成调光层1。另外，如果基板4是玻璃基板等透明的基板，那么也可以在基板4的背面设置光吸收层5。
能具有作为滤色片的功能的变换层2，例如能如下形成。通过将RGB的各自的着色材料混合在与实施方式18的透明的变换层2中用的材料相同的材料中，准备RGB各自的分散溶液。用喷墨法将这些分散溶液与像素的图形相对应地涂敷在调光层1上。由此，形成变换层2。涂敷方法除了喷墨法以外，也可以是丝网印刷法或滚筒印刷法等众所周知的其他印刷方法。
本实施方式的显示元件有与实施方式18同样的显示特性。如果采用本实施方式，则由于不需要个别地设置滤色片，所以能简化制造工艺。
(实施方式21)其次，参照图24说明本发明的显示元件的第二十一实施方式。本实施方式的显示元件中的调光层1，如下面所述，与前面所述的实施方式18～20的显示元件中的调光层1不同。除此以外的结构与实施方式18相同。本实施方式的显示元件如图17所示的显示元件所示，设有光吸收层5，或者如图20所示的显示元件所示，不使用有光吸收性的变换层2，能在金属漫反射(白色)状态和光吸收(黑色或着色)状态之间进行转换。
图25是表示本实施方式的显示元件中的调光层1及变换层2的剖面图。如图25所示，调光层1包含与图1(c)所示的调光层1中包含的调光微颗粒同样的调光微颗粒(钇微颗粒等)11。调光微颗粒11例如吸附在碳系列的黑色颗粒等着色颗粒10上。为了将调光微颗粒11可靠地吸附在着色颗粒10的表面上，调光颗粒11的直径优选比着色颗粒10的直径小。
这样的调光层1例如能如下形成。通过将直径为5微米的黑色颗粒、以及直径比它小(例如1微米)的调光微颗粒混合在粘合剂树脂溶液中，覆盖着黑色颗粒的表面吸附调光微颗粒。再将导电性高分子材料P2混合在所获得的溶液中后，用旋涂法涂敷在电极3b上。所获得的调光层1的厚度例如为10微米。由于分散着黑色颗粒，所以调光层1的厚度比其他实施方式的调光层1的厚度大。可是，由于碳系列黑色微颗粒及调光微颗粒都呈现高导电性，所以调光层1总体有充分的导电性。
对于本实施方式的显示元件来说，如果将电压加在电极3a、3b上，以便变换层2成为正极侧，调光层1成为负极侧，如图25所示，在初始状态下呈现金属漫反射的显示元件的光入射面侧逐渐地变成黑状态。这是因为与吸附在黑色颗粒上的调光微颗粒变得透明相关联，能识别出黑色颗粒。即使切断电源，也能保持该状态。另外，如果将电极3a和电极3b之间短路，或者将极性反转后的电压加在电极3a、3b上，则显示元件的光入射侧表面变得呈现金属散射光泽。
在本实施方式中，变换层2不需要是透明的，或者是黑色的，所以变换层2中用的材料的选择余地大。另外，由于电极3b不需要是透明的，所以也可以是金属电极。
本实施方式的显示元件有与实施方式18的显示元件同样的显示特性。
如果采用本实施方式的显示元件，则调光层1中含有的调光微颗粒呈金属反射状态时，反射光散射，能识别为白色光，所以调光层1的表面能看成白色。另一方面，调光微颗粒呈透明状态时，由于光被黑色颗粒等着色颗粒吸收，所以调光层1的表面能看成黑色或其他颜色。这样，调光层1本身在金属漫射状态和光吸收(着色)状态之间转变。因此，在本实施方式中，不需要个别地设置光吸收层等有光吸收性的层，所以能简化制造工艺。
(实施方式22)参照图26说明本发明的显示元件的第二十二实施方式。
本实施方式的显示元件有与实施方式21同样的结构，但如图26所示，不同的地方在于变换层2有滤色片的功能。
调光层1与实施方式21中的调光层1相同。即，包含调光微颗粒，调光微颗粒吸附在黑色颗粒上。调光层1能用与实施方式21中的调光层1的形成方法同样的方法形成。
有滤色片的功能的变换层2与例如实施方式20中的变换层2相同。变换层2能在调光层1上，采用与实施方式20中的变换层2的形成方法同样的方法形成。
如果采用本实施方式，则由于调光层1有光吸收性，所以不需要个别地设置光吸收层等有光吸收性的层，另外，由于变换层2还具有作为滤色片的功能，所以不需要个别地设置滤色片，因此能大幅度地简化制造工艺。另外，与实施方式18的显示元件相比，由于能减少入射光和反射光通过的层数，所以能降低呈白色状态的光的吸收和呈黑色状态的光的反射，其结果，提高了显示的对比度。
(实施方式23)参照图27说明本发明的显示元件的第二十三实施方式。
本实施方式的显示元件有与实施方式21同样的结构，但如图27所示，不同的地方在于在基板4的背面上设置背照灯8。本实施方式的显示元件通过使背照灯8接通/断开，能进行透射型显示元件和反射型显示元件的切换。
变换层2是透明的，例如与实施方式18中的变换层2相同。变换层2能在电极3b上，采用与实施方式18中的变换层2的形成方法同样的方法形成。
本实施方式的显示元件中的调光层1与实施方式21中的调光层1相同。即，包含调光微颗粒，调光微颗粒吸附在黑色颗粒上。调光层1能在变换层2上，用与实施方式21中的调光层1的形成方法同样的方法形成。
变换层2及调光层1相对于基板4的层叠顺序不限定于图示的顺序，也可以将调光层1配置在靠近基板4的一侧，在它上面形成变换层2。在此情况下，变换层2能具有滤色片的功能。这样的变换层2例如与实施方式5中的变换层2相同。如果这样构成，则由于能没有滤色片6，所以是有利的。
在本实施方式中，电极3a、3b及基板4是透明的。例如，电极3a、3b是ITO电极，基板4是玻璃基板。
背照灯8也可以是液晶显示装置等中用的众所周知的背照灯。
本实施方式的显示元件在有外界光时，能作为反射型显示元件用。即，充分的光从基板4的上方入射时，与实施方式4相同，能利用反射光进行显示。另一方面，在外界光少，作为反射型显示元件用有困难时，通过点亮背照灯8，能作为透射型显示元件用。如果像素的调光层1呈光吸收(黑色)状态，则从背照灯8入射到调光层1上的光能被调光层1吸收，所以该像素显示黑色。如果像素的调光层1变成金属漫反射状态，则从背照灯8入射到调光层1上的光被调光层1中的调光微颗粒散射。能从基板4的上方取出被散射的光。因此，该像素显示白色。
这样，如果采用本实施方式，则根据外界光的环境，能作为透射型、反射型任何一种显示元件用，所以能实现多场景识别性好的显示元件。
(实施方式24)参照图28(a)及(b)，说明本发明的显示元件的第二十四实施方式。本实施方式的显示元件有与实施方式23同样的结构，但以下方面不同。在实施方式23中，作为调光层1使用包含吸附在着色颗粒上的调光颗粒的膜，但在本实施方式中，将调光材料的膜作为调光层1用。本实施方式的显示元件通过对背照灯8进行接通/断开，能进行透射型显示元件反射型显示元件的切换。
图28(a)及(b)所示的显示元件中的调光层1在呈金属反射状态下，对光进行镜面反射即可。例如是图1(a)所示的钇膜等金属膜。该金属膜典型地呈大致平坦状态。
有外界光时，如图28(a)所示，本实施方式的显示元件能作为反射型显示元件用。即，充分的光从基板4的上方入射时，与实施方式23相同，能利用反射光进行显示。如果像素的调光层1呈使光透过的状态，则入射光通过调光层1和其他层，被位于透明的基板4的背面的熄灭过程中的背照灯8吸收，所以该像素显示黑色。如果像素的调光层1呈反射光的状态，则入射光在调光层1上被反射，所以该像素显示白色。另一方面，在外界光少，作为反射型显示元件用有困难时，通过点亮背照灯8，能作为图28(b)所示的透射型显示元件用。如果像素的调光层1呈镜面反射状态，则从背照灯8入射到调光层1上的光在调光层1上反射，返回背照灯8中。因此，该像素显示黑色。如果像素的调光层1变成使光透过的状态，则能从基板4的上方直接取出从背照灯8入射到调光层1上的光。因此，该像素的显示呈白色。
在本实施方式中，如上所述，欲进行显示的像素及非显示的像素各自的调光层1的状态，在作为反射型显示元件用的情况下和作为透射型显示元件用的情况下不同。因此，优选伴随着反射型显示元件和透射型显示元件的切换，使各像素的调光层1的状态反转。
另外，变换层2及调光层1相对于基板的层叠顺序也可以与图示的例相反。
这样，如果采用本实施方式，则根据外界光的环境，能作为透射型、反射型任何一种显示元件用，所以能实现多场景识别性好的显示元件。
(实施方式25)参照图29说明本发明的显示元件的第二十五实施方式。本实施方式的显示元件与其他实施方式的显示元件不同的地方，如图25所示，在于调光层1本身兼作一个电极。
在调光层1是钇膜等金属膜的情况下，调光层1具有作为电极的功能。另外，调光层1即使是包含调光材料的颗粒(调光微颗粒)的膜，但如果调光层1的粘合剂树脂包含导电性材料，则能将调光层1作为电极用。如果将调光层1配置在变换层2上靠近基板4的一侧，则能使调光层1具有作为电极3b的功能。另外，如图13所示，如果将调光层1配置在变换层2上，则能使调光层1具有作为电极3a的功能。
为了使调光层1具有作为电极的功能，有必要对由调光材料形成的膜进行图形化。作为调光材料，能使用与在实施方式1中用的调光材料同样的材料。在本实施方式中，如下形成调光层1。首先，用溅射法在变换层2上形成金属膜。用掩模蒸镀进行图形化、干·湿图形化工艺等，对该金属膜进行图形化，由此获得调光层1。调光层1由于有作为电极的功能，所以有充分的导电性。
也可以形成包含调光微颗粒的调光层1来代替。在此情况下，准备包含粘合剂树脂、调光微颗粒、导电性材料等必要的材料的溶液，通过用众所周知的印刷法，将该溶液涂敷在变换层2上，能形成图形化后的调光层1。
在本实施方式中，变换层2使用与实施方式19中的变换层2同样的有光吸收性的变换层2。也可以代替它，而使用与实施方式18中设置的变换层2同样的透明的变换层2。在此情况下，也可以在调光层1和基板4之间的某个地方配置光吸收层5
本实施方式的显示元件不限定于图29所示结构的显示元件。此外，对上述的其他实施方式中的显示元件来说，也可以使调光层1具有作为一个电极的功能。例如，在图27所示的透射型显示元件中，不设置电极3a，能使调光层1具有作为电极的功能(图30)。
如果采用本实施方式，则由于调光层1兼作电极，所以能减少显示元件的制造工序数。
工业上利用的可能性如果采用本发明的调光元件，则通过从外部进行电气或光的激发，能进行调光，所以不需要控制环境气体中含有的氢等特定元素的浓度和压力。因此，能提供结构简单、价格便宜的调光玻璃等。
另外，如果采用本发明，则由于备有包含能进行金属光泽状态和透明状态的转变的材料作为颗粒的调光层，所以能提供一种能根据调光层的光学特性，进行高速转换，而且，用途更广泛的调光元件。
本发明的调光元件能使对光进行漫反射的状态和对光进行透射或吸收的状态进行转换，此外，具有高的记忆性，所以用于各种显示装置特别有利。
另外，如果采用本发明，则能用能在金属反射状态和透射状态之间进行转换的材料提供显示元件。本发明的显示元件由于不像液晶显示元件那样有偏振片，所以能进行亮度高、对比度大的显示。
本发明的显示元件能适用于有源矩阵驱动或单纯矩阵驱动的各种显示装置(包括全色、黑白显示装置)。另外，本发明的显示元件也能适用于反射型、透射型、以及投射型等任何一种显示装置。特别是如果使用本发明的显示元件，则能构成具有作为反射型显示装置或作为透射型显示装置的功能的显示装置，所以是有利的。另外，本发明的显示元件有很高的存储性，所以也能适用于电子书和电子报纸。
权利要求
1.一种调光元件，备有包含第一层及第二层的层叠结构，所述第一层的光反射率响应外部激发而变化，其特征在于所述第一层包含其光学特性随着特定元素的浓度的变化而变化的第一材料，所述第二层包含可含有所述特定元素的第二材料，所述第二材料根据所述外部激发，释放或吸收所述特定元素。
2.根据权利要求1所述的调光元件，其特征在于所述元素是氢，所述第一材料能随着氢浓度的不同，而在光反射状态和光透射状态之间转变。
3.根据权利要求2所述的调光元件，其特征在于所述第一材料呈所述光反射状态时，所述第一层使光漫反射。
4.根据权利要求3所述的调光元件，其特征在于所述第一材料是颗粒。
5.根据权利要求4所述的调光元件，其特征在于所述颗粒的直径为350nm以上，而且在所述第一层的厚度以下。
6.根据权利要求4或5所述的调光元件，其特征在于所述第一层包含具有可见光吸收性的着色颗粒，所述颗粒吸附在所述着色颗粒上。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的调光元件，其特征在于所述第二层包含储氢材料。
8.根据权利要求7所述的调光元件，其特征在于在所述第一层及所述第二层各自的氢平衡压-组成等温线(PTC特性曲线)大致呈平坦的区域中工作。
9.根据权利要求8所述的调光元件，其特征在于在所述PTC特性曲线呈大致平坦的区域，所述第一层及所述第二层的氢平衡压力大致等同。
10.根据权利要求9所述的调光元件，其特征在于所述第二层中的PTC特性曲线呈大致平坦的区域的氢储藏量的范围，包含所述第一层中的PTC特性曲线呈大致平坦的区域的氢储藏量的范围。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的调光元件，其特征在于所述第二材料通过电子的授受，进行所述特定元素的释放或吸收。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的调光元件，其特征在于所述第二材料通过光的照射，进行所述特定元素的释放或吸收。
13.根据权利要求12所述的调光元件，其特征在于所述第二层包含具有光催化性的材料。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的调光元件，其特征在于备有形成电场的一对导电层，该电场用来使所述特定元素的离子从所述第二材料向所述第一材料移动，或者从所述第一材料向所述第二材料移动。
15.根据权利要求14所述的调光元件，其特征在于所述第一及第二层位于所述一对导电层之间。
16.根据权利要求14或15所述的调光元件，其特征在于所述第一层有导电性，具有作为所述一对导电层中的一层的功能。
17.根据权利要求14或15所述的调光元件，其特征在于所述第二层有导电性，具有作为所述一对导电层中的一层的功能。
18.根据权利要求1至17中任一项所述的调光元件，其特征在于所述第二层要求光透射性。
19.根据权利要求18所述的调光元件，其特征在于在所述第一层的上表面或下表面至少一个表面上有凹凸，所述第一层在使光进行漫反射的状态和使光透射的状态之间转变，还备有吸收透过了所述第一层的光的光吸收层。
20.根据权利要求1至17中任一项所述的调光元件，其特征在于所述第二层要求可见光吸收性。
21.根据权利要求20所述的调光元件，其特征在于在所述第一层的上表面或下表面至少一个表面上有凹凸，所述第一层在使光进行漫反射的状态和使光进行透射的状态之间转变，所述第二层配置在与所述第一层的光入射面相反侧。
22.根据权利要求1至21中任一项所述的调光元件，其特征在于所述第一层及第二层至少一层有多层结构。
23.一种调光元件，备有其光反射率响应外部激发而变化的调光层，其特征在于所述调光层包含其光学特性随着特定元素的浓度的变化而变化的第一材料，所述第一材料是颗粒。
24.根据权利要求23所述的调光元件，其特征在于所述第一材料能根据所述特定元素的浓度，在光反射状态和光透射状态之间转变。
25.根据权利要求24所述的调光元件，其特征在于所述第一材料呈所述光反射状态时，所述调光层使光漫反射。
26.根据权利要求23至25中任一项所述的调光元件，其特征在于所述颗粒的直径为350nm以上，而且在所述调光层的厚度以下。
27.根据权利要求23至26中任一项所述的调光元件，其特征在于所述调光层包含具有可见光吸收性的着色颗粒，所述颗粒吸附在所述着色颗粒上。
28.根据权利要求23至27中任一项所述的调光元件，其特征在于所述特定元素是氢。
29.一种调光元件，备有其光反射率响应外部激发而变化的调光层，其特征在于所述调光层包含其光学特性随着特定元素的浓度的变化而变化的第一材料；以及可含有所述特定元素的第二材料，根据所述外部激发，释放或吸收所述特定元素的第二材料，所述第一材料是颗粒。
30.一种显示元件，包含多个像素，其特征在于所述多个像素分别备有包含其光学特性随着特定元素的浓度的变化而变化的第一材料的第一层；具有可含有所述特定元素的第二材料、且所述第二材料若被施加电压，则释放或吸收所述特定元素的第二层；以及将所述电压加在所述第二层上用的一对电极，所述第一层的光反射率响应所述电压而变化。
31.根据权利要求30所述的显示元件，其特征在于所述第一材料能根据所述特定元素的浓度，在光反射状态和光透射状态之间转变。
32.根据权利要求31所述的显示元件，其特征在于所述第一材料呈光反射状态时，所述第一层使光漫反射。
33.根据权利要求32所述的显示元件，其特征在于所述第一材料是颗粒。
34.根据权利要求32或33所述的显示元件，其特征在于在所述第一层的上表面或下表面至少一个表面上有凹凸。
35.根据权利要求33所述的显示元件，其特征在于所述第一层还包含着色颗粒，所述第一材料吸附在所述着色颗粒上。
36.根据权利要求32至34中任一项所述的显示元件，其特征在于所述第一层在使光进行漫反射的状态和使光进行透射的状态之间转变，所述第二层要求光透射性，还备有吸收透过了所述第一层及所述第二层的光的光吸收层。
37.根据权利要求32至34中任一项所述的显示元件，其特征在于所述第一层在使光进行漫反射的状态和使光进行透射的状态之间转变，所述第二层有可见光吸收性，所述第二层配置在与所述第一层的光入射面相反侧。
38.根据权利要求30至36中任一项所述的显示元件，其特征在于所述第二层配置在所述第一层的光入射侧，具有作为滤色片的功能。
39.根据权利要求30至38中任一项所述的显示元件，其特征在于所述特定元素是氢，所述第二层包含储氢材料。
40.根据权利要求30至39中任一项所述的显示元件，其特征在于所述第二材料通过电子的授受，进行所述特定元素的释放或吸收。
41.根据权利要求30至40中任一项所述的显示元件，其特征在于所述第一层有导电性，具有作为所述一对电极中的一个电极的功能。
42.根据权利要求30至41中任一项所述的显示元件，其特征在于是反射型显示元件。
43.根据权利要求35所述的显示元件，其特征在于还具有背照灯。
44.根据权利要求30至33中任一项所述的显示元件，其特征在于所述第一层在使光进行镜面反射的状态和使光进行透射的状态之间转变，还具有背照灯。
全文摘要
用能在金属反射状态和透射状态之间进行转换的材料，提供调光元件。调光元件备有包含第一层(1)及第二层(2)的层叠结构，第一层(1)的光反射率响应外部激发而变化。第一层(1)包含其光学特性随着特定元素的浓度而变化的第一材料，第二层(2)包含可含有特定元素的第二材料，第二材料根据外部激发，释放或吸收特定元素。
文档编号G02F1/17GK1761909SQ20048000698
公开日2006年4月19日 申请日期2004年3月9日 优先权日2003年3月14日
发明者内田秀树 申请人:夏普株式会社