JP2000010125A - ニオブ酸リチウム対電極と組み合わせたポリ(3,4―エチレンジオキシチオフエン)誘導体を基とするエレクトロクロミックアセンブリ - Google Patents

ニオブ酸リチウム対電極と組み合わせたポリ(3,4―エチレンジオキシチオフエン)誘導体を基とするエレクトロクロミックアセンブリ

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JP2000010125A JP14666299A JP14666299A JP2000010125A JP 2000010125 A JP2000010125 A JP 2000010125A JP 14666299 A JP14666299 A JP 14666299A JP 14666299 A JP14666299 A JP 14666299A JP 2000010125 A JP2000010125 A JP 2000010125A
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conductive
glass
polymer
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ヘルムート−ベルナー・ホイアー
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 光の透過率を制御することができるエレクト
ロクロミックアセンブリ。 【解決手段】 層構造を有するエレクトロクロミックア
センブリを、1つの層が導電性エレクトロクロミックポ
リジオキシチオフェンでありそしてさらなる層が式
(I) LiMeO3 (I) [式中、Meは、メンデレエフ周期律表の遷移族Vの金
属を表す]で表されるイオン貯蔵化合物であることで特
徴付ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】本発明は、光の透過率を制御することがで
きるエレクトロクロミックアセンブリ(electro
chromic assemblies)、それらの製
造およびそれらの使用に関する。
【0002】今までは電磁放射線に関して車の窓の透過
率を調節するのは不可能であった。今までフォトトロピ
ーガラス(phototropic glasses)
が用いられていたのは眼鏡のガラスのみでありまた透過
率の変化も比較的小さいのみであった。建物の窓を暗く
する時、今まではカーテン、シャッター、ローラーブラ
インドまたは他の可動機械的要素が用いられていた。こ
のように、エレクトロクロミックデバイスは幅広く多様
な様式で使用可能である。その例の簡単な概略は下記の
通りである: 1. 車のグレージング(glazing)(自動車の
窓またはサンルーフ) 自動車の場合、エレクトロクロミックデバイスは太陽ま
たは眩しさに対する保護として用いるに適切である。前
方、側面および後方窓またはガラスルーフが含まれ得
る。暗くする度合を太陽の位置および即時的運転状況に
応じた運転者の必要性に区域的(zone wize)
および無段階的(steplessly)に合わせるこ
とができる。コンピューター制御調節システムに一体化
することが可能である。同様に、能動素子(activ
e element)と積層ガラスユニットを組み合わ
せることも可能であり、例えばフィルム系を安全ガラス
に取り付けることも可能である。
【0003】窓の透過率を手でか或は自動的に調節する
ことができ、これは、夜間運転中の眩しさに対する有効
な防護、車を運転してトンネルおよび多階駐車場の中に
入る時および出る時の明るさレベルの自動調節、そして
車の内部を見えないようにすることを通して駐車中の車
への無理な侵入および盗難に対する防護で用いることが
できる。夏では、特に駐車中の車の場合、内部が過剰に
加熱されないようにすることができる(ヨーロッパ特許
出願公開第0 272 428号参照)。 2. 建物のグレージング(エレクトロクロミック窓) 建物の場合、エレクトロクロミックアセンブリは、建物
のサイドウインドおよび明かり取り、住居領域、作業室
または温室の制御可能な太陽防護(可視領域)および熱
防護(IR領域)としてかつまた目の防護(可視領域)
で暗くする目的で用いるに適切である。侵入に対する防
護では、ボタンを押して銀行のカウンターまたは店の窓
のグレージングを暗くすることができる。人がガラス製
ドアに近付く時に傷を負わないようにする目的で自動的
にそれを見ることができるようにすることができる。ま
た、本質的に全ての色合いの色を作り出すことができる
ことからグレージングを建物の外観に建築的に組み込む
ことができる。大きな面積を有する窓の透過率を調節す
る時でもエネルギー消費量は低く、特に上記系のメモリ
ー効果(memory effect)を利用すること
ができる時には低く、エネルギーの消費は切り替え段階
のみである。窓を通って照る太陽光の動的な制御を達成
しようとする場合には熱保護(heat−protec
tion)グレージング(Kガラス)と組み合わせるの
が非常に適切である(「スマートウインド(smart
window)」)。このように、エレクトロクロミ
ック系は建物の空調に必要なエネルギーの調節および制
限に貢献し得る。
【0004】また、ソーラーモジュール(solar
modules)を用いて上記系への電力供給を達成す
ることも可能である。感光センサーは太陽光の強度を測
定する能力を有し、従って光の透過率を制御することが
できる。 3. 表示要素(Display elements) 魅力的な色を大面積で作り出しそして所望の任意輪郭、
例えば文字、数字、サインおよびシンボルを表示するこ
とができる(適切な構成技術を用いて生じさせることが
できる)ことから、興味の持たれる媒体を用いた広告が
可能になる。装飾および情報効果を容易に得ることがで
きる。
【0005】上記系は窓ガラスの間に配置可能である以
外に、支持体として透明なプラスチックフィルムを2枚
または単に1枚のみ用いる代替法も存在する。それによ
って、変化し得る情報を伴わせたプラカード様広告材料
を達成することができる。
【0006】エレクトロクロミックデバイスは、小型の
表示要素、例えば腕時計および時計または測定装置の
面、幅広く多様な用途の表示、そして大型の表示要素、
例えば交通標識、広告柱、鉄道の駅および空港の情報表
示または駐車の方向を示す情報表示などで使用可能であ
る。スポーツホール内の可変描写装置(プレー領域の境
などの目印)として用いることも同様に可能である。
【0007】これらは情報を見ることができるようにす
る必要がある場合にはどこでも使用可能である。 4. 光学 光学では、エレクトロクロミック系を眼鏡、レンズおよ
び他の光学装置のフィルターと組み合わせて使用するこ
とができることに加えて単独で働く構成要素として使用
することも可能である。それらを光検出装置の色あせ防
護として用いることも同様に可能である。この系を写真
処理における制御可能フィルター系としても使用するこ
とも同様に適切である。 5. 鏡 また、エレクトロクロミックデバイスを暗くできる(d
immable)鏡として用いることも可能であり、例
えば自動車では外部ミラーまたはバックミラー(rea
r−view mirror)として使用することがで
き、それに電位をかけることで暗くすることができ、こ
のように他の車のヘッドライトで目が眩むのを防止する
ことができる[例えば米国特許第3 280 702
号、米国特許第4 902 108号、ヨーロッパ特許
出願公開第0 435 689号、米国特許第5 14
0 455号を参照]。従来技術の系(溶液系)の欠点
は、特に大型の鏡(例えば貨物用車の鏡など)の場合に
は、使用時間が長くなると色が不均一になる(分離が起
こる(segregation))ことにある。高分子
増粘剤を添加して溶液系の粘度を高くすることが記述さ
れている(例えば米国特許第4 902 108号)。 6. EMI遮蔽 また、エレクトロクロミックデバイスを特定波長領域の
電磁放射線を調節する可変フィルター要素として用いる
ことも可能である。
【0008】エレクトロクロミックデバイスには通常1
対のガラスまたはプラスチック板が含まれていて、それ
の1つは、ミラーの場合、反射鏡である。上記板各々の
1つの側が半透明の導電層、例えば酸化インジウム−錫
(ITO)などで被覆されている。このような板を用い
て、それらを導電被覆側が互いに面するように固定する
ことで土台を構成させる。上記板の間に位置させたセル
(cell)の中にエレクトロクロミック系を入れてし
っかりと密封する。上記2枚の板を個別に電源につなげ
て、それの制御を上記導電層を通して行うことができ
る。
【0009】この上で引用した従来技術で公知のエレク
トロクロミック溶液系では、対になった酸化還元物質が
溶媒中に存在していて、上記酸化還元物質は、還元また
は酸化を受けた後、化学反応性を示す正帯電もしくは負
帯電フリーラジカルを発生して着色する。その例はバイ
オロゲン(viologen)系であり、これは長年に
渡って知られている。
【0010】その対になった酸化還元物質として1つの
被還元性物質と1つの被酸化性物質が用いられている。
両方とも無色であるか或は若干のみ色が着いている。電
位を作用させると、1つの物質が還元を受けてもう1つ
の物質が酸化を受け、少なくとも1つが着色する。その
電位を切ると、元々の2つの酸化還元物質が再生する結
果として、脱色、即ち色の明色化が起こる。
【0011】被還元性物質がサイクリックボルタモグラ
ム(cyclic voltammogram)で少な
くとも2つの化学可逆的還元波を示しかつ被酸化性物質
が相当して少なくとも2つの化学可逆的酸化波を示す対
になった酸化還元物質が適切であることは米国特許第
4,902,108号から公知である。この種類の系は
主に自動車の暗くできるバックミラーで用いるに適切で
ある。それらは溶液系であることから通常それらはエレ
クトロクロミック窓における使用には適さない。
【0012】また、実際のエレクトロクロミック酸化還
元対が重合体マトリックス内に分散している系も公知で
ある(例えばWO−A 96/03475を参照)。そ
のようにすると望ましくない分離効果が抑制される。
【0013】無機エレクトロクロミック成分、例えばW
3、NiOまたはIrO2などの組み合わせも同様に公
知であり、エレクトロクロミック窓の成分として使用可
能である[例えば米国特許第5 657 149号、E
lectronique International
No.276、16(1997)参照]。
【0014】このような無機エレクトロクロミック成分
を導電性基質に付着させる時の付着は、蒸着、スパッタ
リングまたはゾル−ゲル技術を用いることでのみ可能で
ある。その結果として、この種類の系の製造は非常に高
価である。無機成分を有機重合体成分に置き換えようと
する努力が行われた結果、例えば導電性重合体であるポ
リアニリン(PANI)とWO3(補足的エレクトロク
ロミック材料として)を基とするエレクトロクロミック
系が知られるようになってきた(例えばB.P.Jel
le,G.Hagen,J.Electrochem.
Soc.,140巻、No12,3560(1993)
を参照)。また、無機成分を伴わない系を用いようとす
る試みも行われ(米国特許第5 187 608号)、
そこでは、ITOまたはSnO2層(対電極)が置換ポ
リ(3,4−アルキレンジオキシチオフェン)類を補足
するエレクトロクロミック成分として働くと思われる。
【0015】しかしながら、そのようなエレクトロクロ
ミックアセンブリはデバイスの特性変化を伴わないで充
分な数の切り替えサイクルを保証する能力を持たないこ
とが確認されている。
【0016】本発明は、層構造を有するエレクトロクロ
ミックアセンブリを提供するものであり、これは、1つ
の層が導電性エレクトロクロミックポリジオキシチオフ
ェンでありそしてさらなる層が式 LiMeO3 (I) [式中、Meは、メンデレエフ周期律表の遷移族Vの金
属、好適にはV、NbおよびTaを表す]で表されるイ
オン貯蔵(ion−storage)化合物であること
を特徴とする。
【0017】下記のイオン貯蔵層: LiNbO3 の使用が非常に特に好適である。
【0018】このイオン貯蔵層は、また、化合物(I)
と他の金属酸化物、例えば ニッケル酸化物 TiO2 CeO225 Nb25 Ta25 の混合物であってもよい。
【0019】このように、本発明のアセンブリに含める
イオン貯蔵層に化合物である金属酸化物または金属酸化
物の混合物を含有させる。このイオン貯蔵層は、Li塩
が生じる時にはそれを含んでいてもよいか、或はさもな
ければ、後でLiイオンを用いてそれを電気化学的に充
填することも可能である。
【0020】式(I)で表される化合物は一般に公知の
化合物であるか、或は無機化学で一般に公知の方法を用
いて調製可能である[例えばLiNbO3に関しては例
えばN.Oezer,C.M.Lampert,Sol
ar Energy Materials and S
olar Cells 37(1995),367に記
述されている如く調製可能である]。
【0021】このように、本発明のエレクトロクロミッ
クアセンブリにイオン貯蔵用の無機層を少なくとも1層
含める。これを導電性基質[これに導電性を向上させる
目的で金属グリッド(grid)を与えてもよい]にゾ
ル−ゲル方法または蒸着/スパッタリングでか或は電気
化学的に取り付けてもよい。上記層にまたナノサイズの
粒子を含めることも可能であり、その場合には、それら
をキャスティング(casting)技術で取り付けて
もよい。
【0022】上記ポリジオキシチオフェン類は、ポリア
ニオンの存在下でカチオン帯電していて、式(II)
【0023】
【化1】 [式中、A1およびA2は、互いに独立して各々、置換も
しくは未置換の(C1−C4)−アルキルを表すか、或は
一緒になって置換もしくは未置換の(C1−C4)−アル
キレンを形成しており、そしてnは、2から10,00
0、好適には5から5000の整数を表す]で表される
構造単位を含んで成る。
【0024】好適なカチオン性ポリジオキシチオフェン
類は式(IIa)または(IIb)
【0025】
【化2】 [式中、R1およびR2は、互いに独立して、水素、置換
もしくは未置換の(C1−C18)−アルキル、好適には
(C1−C10)−、特に(C1−C6)−アルキル、(C2
−C12)−アルケニル、好適には(C2−C8)−アルケ
ニル、(C3−C7)−シクロアルキル、好適にはシクロ
ペンチルまたはシクロヘキシル、(C7−C15)−アラ
ルキル、好適にはフェニル−(C1−C4)−アルキル、
(C6−C10)−アリール、好適にはフェニルまたはナ
フチル、(C1−C18)−アルキルオキシ、好適には
(C1−C10)−アルキルオキシ、例えばメトキシ、エ
トキシ、n−もしくはイソ−プロポキシなど、または
(C2−C18)−アルキルオキシエステルを表し、そし
てR3、R4は、互いに独立して、両方ともが同時ではな
いが水素を表すか、或は各々が少なくとも1個のスルホ
ネート基で置換されている(C1−C18)−アルキル、
好適には(C1−C10)−、特に(C1−C6)−アルキ
ル、(C2−C12)−アルケニル、好適には(C2
8)−アルケニル、(C3−C7)−シクロアルキル、
好適にはシクロペンチルまたはシクロヘキシル、(C7
−C15)−アラルキル、好適にはフェニル−(C1
4)−アルキル、(C6−C10)−アリール、好適には
フェニルまたはナフチル、(C1−C18)−アルキルオ
キシ、好適には(C1−C10)−アルキルオキシ、例え
ばメトキシ、エトキシ、n−もしくはイソ−プロポキシ
など、または(C2−C18)−アルキルオキシエステル
を表し、nは、2から10,000、好適には5から5
000の数を表す]で表される構造単位を含んで成る。
【0026】非常に特に好適には、本発明のエレクトロ
クロミックデバイスに、式(IIa−1)および/また
は(IIb−1)
【0027】
【化3】 [式中、R3は、この上で定義した通りであり、nは、
2から10,000、好適には5から5000の整数を
表す]で表される少なくとも1種のカチオン性もしくは
帯電していない導電性エレクトロクロミックポリジオキ
シチオフェンを含める。
【0028】上記ポリアニオンは、高分子カルボン酸、
例えばポリアクリル酸、ポリメタアクリル酸またはポリ
マレイン酸などのアニオン、または高分子スルホン酸、
例えばポリスチレンスルホン酸およびポリビニルスルホ
ン酸などのアニオンである。このようなポリカルボン酸
およびポリスルホン酸は、また、ビニルカルボン酸およ
びビニルスルホン酸と他の重合性モノマー類、例えばア
クリル酸エステルおよびスチレンなどから作られた共重
合体であってもよい。
【0029】対イオンとしてポリスチレンスルホン酸の
アニオンが特に好適である。
【0030】上記ポリアニオンを与えるポリ酸の分子量
を好適には1000から2,000,000、特に好適
には2000から500,000にする。このようなポ
リ酸またはそれらのアルカリ金属塩、例えばポリスチレ
ンスルホン酸およびポリアクリル酸などは商業的に入手
可能であるか、或は公知方法で調製可能である(例えば
Houben-Weyl,Methoden der
organischen Chemie,E20巻 M
akromolekulare Stoffe、パート
2、(1987)、1141頁以降参照)。
【0031】ポリジオキシチオフェン類とポリアニオン
類の分散物を生じさせる時に要求される遊離ポリ酸の代
わりに、また、上記ポリ酸のアルカリ金属塩と相当する
量のモノ酸から成る混合物を用いることも可能である。
【0032】式(IIb−1)の場合のポリジオキシチ
オフェン類は、その構造単位内に正電荷と負電荷を持
つ。このようなポリジオキシチオフェン類の製造は例え
ばヨーロッパ特許出願公開第0 440 957号(=
米国特許第5 300 575号)などに記述されてい
る。
【0033】このようなポリジオキシチオフェン類は酸
化重合で得られる。その結果としてそれらは正電荷を取
得するが、それらの価および位置を明確に測定するのは
不可能であることから、それを式中には示していない。
【0034】従って、本発明は、陰極で着色する(ca
thodically colouring)エレクト
ロクロミック重合体として導電性ポリ(3,4−エチレ
ンジオキシチオフェン)誘導体を含有しかつ加うるにL
iイオンを貯蔵する適切なイオン貯蔵層を含有するエレ
クトロクロミックアセンブリを提供するものである。架
橋もしくは未架橋重合体とLi塩と特定量の溶媒が入っ
ているゲル電解液を上記エレクトロクロミック重合体層
と上記イオン貯蔵層の間に位置させる。図式的構造を図
1の本体I)に示す。 図1の解説: 1、2:基質 3、4:導電性被膜(これの1つを鏡として働かせても
よい) 5 :エレクトロクロミック重合体、例えばPEDT
/PSS 6 :イオン貯蔵層 7 :ゲル電解液(架橋もしくは未架橋) 8、9:微細金属グリッド(任意) 上記エレクトロクロミック重合体層はドーピングを受け
た(doped)状態で透明である。これは、陰極の所
で電子を吸収する(還元が起こる)結果として可視スペ
クトル領域における吸光度が高くなることで色が着いた
形態に変化し得る。反対側(陽極)で起こる酸化は、イ
オン貯蔵層とLiイオンの交換反応を伴う。しかしなが
ら、この反応は色の発生にはほとんど貢献せず、その結
果として、これは妨害にならない。
【0035】従って、本発明は、ポリ(3,4−エチレ
ンジオキシチオフェン)誘導体から成る群から選択され
る少なくとも1種の酸化還元活性(redox−act
ive)を示す導電性重合体[これを溶液から加工する
ことができるように、ポリスチレンスルホネートと混ざ
り合っていてもよいか或は可溶化用(solubili
zing)スルホネート基を側鎖に持っていてもよい]
を含有する固体状態のエレクトロクロミック系を提供す
ることにある。好適には、上記重合体層を水溶液から塗
布し、その場合、溶媒を蒸発させると乾燥した固体状の
重合体フィルムが基質上に残存する。しかしながら、ま
た、スクリーン印刷でそれを取り付けることも可能であ
ろう。基質として好適には導電性の透明なガラスまたは
フィルム系を用い、この場合、酸化インジウム−錫(I
TO)の層、フッ素をドープ剤として添加した(flo
rine−doped)酸化錫(FTO)の層、Kガラ
スの層、ドープ剤を添加していない酸化錫の層、または
微細銀の層を電極として働かせる。また、電極の1つの
側に金属層(例えばAl、Cu、Pd)を含めることも
可能であり、その場合にはもはや透明でなくなる(鏡で
用いるに適する)。上記ゲル電解液には少なくとも1種
の重合体(例えばポリエチレンオキサイド、PMM
A)、少なくとも1種のLi塩[例えばLiトリフレー
ト(triflate)、過塩素酸Li]と少なくとも
1種の溶媒(例えばプロピレンカーボネート)が入って
いる。
【0036】本発明は、本発明のエレクトロクロミック
デバイスを建物のグレージングまたは建築のグレージン
グまたは車のサンルーフとして用いること、そしてまた
表示要素として用いること、エレクトロクロミック鏡
(例えば自動的に暗くなる自動車用バックミラー)とし
て用いること、そしていろいろな光学要素で用いること
を提供する。
【0037】鏡として用いる場合には、2つの電極の中
の1つを蒸着もしくは電気化学蒸着させた金属層、例え
ばアルミニウム、銀、銅、白金、パラジウムまたはロジ
ウムなどで構成させてもよい。
【0038】本発明は、また、色を発生するエレクトロ
クロミック重合体化合物それ自身が同時に電極としても
機能する(その結果として必要なのはITO、フッ素が
ドープ剤として添加されている酸化錫または金属の導電
性被膜のみである)エレクトロクロミック系も提供する
[図1の本体II)を参照]。 図1の本体IIの解説: 1、2:基質 4 :導電性被膜(これをまた鏡として働かせること
も可能である) 5 :エレクトロクロミック重合体 6 :イオン貯蔵層 7 :ゲル電解液(架橋もしくは未架橋) 8、9:微細金属グリッド(任意) 本発明のエレクトロクロミックアセンブリを熱保護ガラ
ス(建築のグレージング用途で商業的に入手可能)と組
み合わせると明らかに本アセンブリの肯定的な特徴とし
て部屋に日が当たる場合にエネルギーを節約することが
できることが特に注目に値する。従って、上記熱保護層
はIR放射線の透過を制限すると同時に導電性を示すこ
とでエレクトロクロミックアセンブリの電極機能を引き
受けることから明確に電極を更に別の材料で作成する必
要がなくなる。
【0039】また、本発明のエレクトロクロミックアセ
ンブリのエレクトロクロミック層はまた特定領域のIR
放射線を吸収する能力も有し、従って窓ガラスを通る熱
の透過を制限する能力を有することも注目に値する。
【0040】本発明のエレクトロクロミック層構造物は
エレクトロクロミックデバイスの構成要素として用いる
に適切である。本発明のエレクトロクロミックアセンブ
リはエレクトロクロミックデバイス内で透過率を変え得
る媒体として働く、即ちこの系の光透過率は電位の作用
下で変化し、その結果として無色状態から着色状態に変
化する。従って、本発明は、また、本発明に従うエレク
トロクロミックアセンブリを含有するエレクトロクロミ
ックデバイスも提供する。このようなエレクトロクロミ
ックデバイスの用途は建築のグレージングおよび車のグ
レージング、例えば窓、自動車のサンルーフ、自動車の
バックミラーなど、表示としての用途、または光学要素
としての用途、または情報表示装置の構成要素、例えば
全種類の車の計器表示などとしての用途である。
【0041】このエレクトロクロミックデバイスがエレ
クトロクロミック表示デバイスの場合、2つの導電性層
の少なくとも一方または両方を電気的に分離したセグメ
ント(segments)に分割して、それらを個別に
電源につなげる。
【0042】しかしながら、また、2枚の板の一方のみ
に導電性被膜を持たせて、それをセグメントに分割する
ことも可能である。このようなセグメントの分離は、例
えば、導電性層を例えばスコアリング(scorin
g)、スクラッチング(scratching)、スク
レーピング(scraping)またはミリング(mi
lling)などでか或は化学的手段、例えばFeCl
2またはSnCl2の塩酸溶液などを用いたエッチングな
どで機械的に除去することを通して実施可能である。こ
のような導電性層を除去する位置は、マスク、例えばフ
ォトレジストのマスクなどを用いて調節可能である。し
かしながら、また、例えばマスクを用いた標的塗布、例
えば導電性層のスパッタリングまたは印刷などで、電気
的に分離したセグメントを生じさせることも可能であ
る。上記セグメントがエレクトロクロミックデバイスの
縁の所で接触子に電気的に連結するように、例えば導電
性材料の微細な片を用いて上記セグメントを電源につな
げる。このような微細な接触子片は、上記導電性層自身
と同じ材料で構成されていてもよく、例えば、上記層を
セグメントに分割する時にそれらを一緒に生じさせても
よい。しかしながら、例えば導電性を向上させる目的
で、また、それらを他の材料、例えば微細な金属製導電
体、例えば銅または銀などで構成させることも可能であ
る。また、導電性被膜の材料と金属材料の組み合わせを
用いることも可能である。このような金属製導電体は、
例えば、微細なワイヤー形態で取り付け可能であり、例
えば接着剤で接着させるか或は印刷することも可能であ
る。この上に記述した技術は全部液晶表示(LCD)の
製造で一般に公知である。
【0043】表示の場合、本発明に従って生じさせた表
示は、透過する光の状態でか或は鏡による反射光の状態
で可視化可能である。
【0044】このエレクトロクロミックデバイスがエレ
クトロクロミック窓の場合には、微細な金属グリッドを
電極の一方もしくは両方の上に蒸着させてもよい。それ
によって基質の表面導電性が向上し、大きな面積の場合
に均一な色を達成しようとする時に有利である。
【0045】本発明のエレクトロクロミックアセンブリ
では基質(ガラスまたはプラスチック)上に好適には酸
化インジウム−錫(In23:SnO2(ITO))、
酸化錫(SnO2)、フッ素をドープ剤として添加した
酸化錫(SnO2:F;FTOまたは「Kガラス」、
「熱保護ガラス」)、アンチモンをドープ剤として添加
した酸化錫、アンチモンをドープ剤として添加した酸化
亜鉛、アルミニウムをドープ剤として添加した酸化亜
鉛、または厚みが充分に薄い透明な金属フィルム、例え
ば銀被膜[熱保護ガラス、例えばPLANITHERM
(商標)]などを含んで成る透明な導電性被膜を少なく
とも1層含める。
【0046】また、他の導電性重合体、例えば置換もし
くは未置換のポリチエニル類、ポリピロール類、ポリア
ニリン類、ポリアセチレンまたはポリチオフェン類を用
いることも可能である。
【0047】本発明のアセンブリではまた有利に実際の
エレクトロクロミック重合体自身を導電性電極材料とし
て上述した導電性被膜の1つの代わりに用いる。
【0048】酸化インジウム−錫(In23:SnO2
(ITO))、酸化錫(SnO2)、フッ素をドープ剤
として添加した酸化錫(SnO2:F;FTO、「Kガ
ラス」、「熱保護ガラス」)、または厚みが充分に薄い
透明な銀被膜(熱保護ガラス)の使用が非常に特に好適
である。
【0049】また、板の1枚を反射板にした場合にもそ
のような導電層を用いることができる。この場合には、
銀、アルミニウム、銅、白金、パラジウムおよびロジウ
ムの使用が特に好適である。
【0050】本発明のエレクトロクロミックアセンブリ
に、好適には、透明なゲル電解液を含めて、それに下記
の成分を入れる: 重合体(架橋もしくは未架橋) Li塩 溶媒もしくは溶媒混合物。
【0051】好適な重合体はポリメタアクリル酸メチル
(PMMA)、ポリエチレンオキサイド(PEO)、ポ
リアクリロニトリル(PAN)、ポリ(N,N−ジメチ
ルアクリルアミド)、ポリ(2−(2−メトキシエトキ
シ)−エトキシ)ホスファゼン、ポリ(オキシメチレン
−オリゴ(オキシエチレン))、ポリエチレングリコー
ル(PEG)類、ポリプロピレングリコール(PPG)
類、またはポリエピクロロヒドリンを基とする重合体、
またはポリエーテル類、そしてまたそれらの混合物であ
る。また、エチレンオキサイド−プロピレンオキサイド
(EO/PO)共重合体またはオキシメチレン橋渡しポ
リエチレンオキサイドなどの如き共重合体も適切であ
る。
【0052】ポリエーテル類およびポリエチレンオキサ
イド類の使用が特に好適である。
【0053】また、アクリレート類を基とする光架橋性
重合体系、例えばポリエチレングリコール400のジア
クリレート、ポリエチレングリコール400のジメタア
クリレート、ポリエチレングリコール600のジアクリ
レート、ポリエチレングリコール600のジメタアクリ
レート、ポリエチレングリコールのメタアクリレート、
トリプロピレングリコールのジアクリレート、トリプロ
ピレングリコールモノメチルエーテルのアクリレート、
トリメチロールプロパンのトリアクリレート、エチレン
グリコールのジメタアクリレート、メタアクリル酸ヒド
ロキシエチル(HEMA)、ヘキサンジオールのジアク
リレート、ジアノールのジアクリレート、テトラエチレ
ングリコールのジアクリレート、ペンタエリスリトール
のトリアクリレート、ペンタエリスリトールのテトラア
クリレート、メタアクリル酸ブチル、そしてまたバイエ
ル社(Bayer AG)から入手可能なアクリレート
であるRoskydal(商標)UAVPLS 225
8およびRoskydal(商標)UAV 94/80
0、かつまたそれらのアクリレート前駆体なども特に好
適である。このような光架橋性重合体系は、これを透明
な導電性被膜を与えた厚いガラス板の間に位置させた時
でも、使用する溶媒の存在下およびLi塩の存在下、通
常の光開始剤、例えばDarocure(商標)117
3、1116またはIrgacure(商標)184
(E.Merck KGaA、Darmstadt)な
どによる光活性化で硬化し得るであろう。上記セルを満
たした後、適切なランプ(例えばUVランプ、例えばH
gランプまたはXeランプ)を用いた照射で照射を実施
する。上述した系では、電子ビーム硬化を用いて重合体
系を硬化させることも同様に可能である。
【0054】また、ポリウレタンが生じるようにOH官
能のポリエーテル化合物、例えばポリエーテルポリオー
ル類によるイソシアネート基の架橋を触媒を用いて熱で
起こさせることができる重合体系も非常に特に好適であ
る。また、いろいろなソフトセグメント(soft s
egments)、例えばポリテトラメチレングリコー
ルまたはポリプロピレングリコールなどを持たせたポリ
ウレタン類も適切である。
【0055】また、例えばガンマ−グリシジルプロピル
トリメトキシシランなどから誘導された修飾シロキサン
も非常に特に好適である。また、例えばプロピレンオキ
サイドを用いた修飾を受けさせた変形も使用可能であ
る。
【0056】上記ゲル電解液にまた有機および/または
無機充填材または添加剤を入れることも可能である。こ
こでは、通常の添加剤、例えば熱安定剤、光学白色化剤
(optical brighteners)、難燃
剤、流動改良剤、防火剤、染料、顔料、充填材もしくは
補強用材料、微細鉱物、繊維、チョーク、石英粉、ガラ
ス、酸化アルミニウム、塩化アルミニウムおよび炭素繊
維などを通常量で添加してもよい。例えば、限定サイズ
のガラス球、重合体粒子、シリカゲルまたは砂粒子など
にスペーサー(spacer)の機能を果させることも
可能である(これが必要な場合には)。
【0057】好適なLi塩はLiClO4、LiCF3
3、LiN(SO2CF3)2、LiCl、LiPF6であ
る。
【0058】ここでは、LiClO4、LiCF3SO3
およびLiN(SO2CF3)2が非常に特に好適である。
【0059】特に好適な溶媒はプロピレンカーボネー
ト、エチレンカーボネート、アセトニトリルおよびγ−
ブチロラクトンそしてまたそれらの混合物である。
【0060】プロピレンカーボネートおよびエチレンカ
ーボネートの使用が非常に特に好適である。
【0061】本発明のエレクトロクロミックアセンブリ
で用いる基質はガラスまたはいろいろな種類のプラスチ
ックである。
【0062】如何なる種類の透明な基質も好適である。
【0063】特に好適な材料は、ガラス、具体的にはエ
レクトロクロミック窓として用いる時の熱保護ガラス
(厚みは「柔軟なガラス、即ち薄いガラス」の場合の1
0μmから3cm)以外に、ポリエステル類[例えばポ
リエチレンテレフタレート(PET)またはポリエチレ
ンナフタレート(PEN)]、いろいろな種類のポリカ
ーボネート[例えばMakrolon(商標)、APE
C−HT]、ポリスルホン類、ポリイミド類およびポリ
シクロオレフィン類である。このような高分子基質は柔
軟なフィルムまたは厚板として使用可能である。また、
上記アセンブリがその下側に位置させる材料の形状に合
致するように上記基質を湾曲させることも可能である。
また、エレクトロクロミック系全体を構成させた後に軟
質プラスチック基質をいろいろな材料、例えば湾曲した
ガラスなどに積層または接着剤で接着させることも可能
である。
【0064】上記プラスチック基質に追加的に水および
酸素を遮断するバリヤー層を与えることも可能である。
【0065】ここでは、TiOx、SiOx(ポリエステ
ル、例えばポリエチレンテレフタレート上)、DuPo
nt(包装用フィルムを参照)またはフッ化重合体およ
びそれらの可能な組み合わせ、そしてまた無機−有機ハ
イブリッド系を基としたバリヤー層が好適である。
【0066】本発明のエレクトロクロミックアセンブリ
を軟質フィルム系として構成させた時には、これを完成
したエレクトロクロミック複合系として自動車の安全窓
ガラスの上に積層または接着剤で接着させることも可能
である。加うるに、これを建物のダブルグレージングシ
ステム(double glazing syste
m)の中空空間部の中に入れて一体化することも可能で
ある。
【0067】本エレクトロクロミックアセンブリの制御
機構は、エレクトロクロミック重合体に可逆的電気化学
ドーピングを受けさせると結果として大きな色変化、例
えば無色から青色への変化が起こることを基とする。限
定した電圧を用いて上記アセンブリを作動させる。
【0068】本発明のエレクトロクロミックアセンブリ
では、一般に、陰極および陽極それぞれの所で電子の吸
収および放出が起こることによって還元および酸化過程
が起こり、電極間の電位差を好適には0.1から5V、
非常に特に好適には0.1から3Vにする。その電位を
切った後でも先に達成した色をある時間保持することが
でき(メモリー効果)、その結果として、最小限のエネ
ルギー消費で永久的な色を達成することができる。極性
を短期間逆にすることによって電荷の平衡、従って脱色
を達成することができる。
【0069】本発明のエレクトロクロミックアセンブリ
では、面積が比較的広い場合でも、ソーラーモジュール
を用いてそれに電力を供給することができる。
【0070】加うるに、上記エレクトロクロミック重合
体フィルムを導電性基質上にインサイチューで生じさせ
る必要はなく、それの塗布を生態学的に受け入れられる
水溶液を用いたキャスティング技術、スピンコーティン
グ/ディップコーティング、スクリーン印刷または噴霧
で行うことができることも見い出した。このような方法
は特に大面積の系の場合に適切である。
【0071】上記基質の湿潤性(wetting)を向
上させる目的で、また、湿潤剤(例えばFluorte
nsid)などを添加することも可能である。
【0072】
【実施例】実施例1 ITO基質へのエレクトロクロミック重合体の塗布 スピンコーター(spin coater)を用いて、
重合体Baytron(商標)P[バイエル社から入手
可能な導電性重合体PEDT/PSS、即ちポリエチレ
ンジオキシチオフェン−ポリスチレンスルホネート
【0073】
【化4】 が入っている水分散液]を水溶液(これに追加的にイソ
プロパノールを入れた)からKガラス板(Merk−B
alzers、Liechtenstein、表面抵抗
<15Ω/sq)の導電性側に4回の塗布(各々150
0rpmの回転速度で15秒間行う)で塗布する。塗布
中、溶媒をヘアドライヤーで蒸発させる。
【0074】それによって、非常に僅かのみ青色がかっ
た透明な重合体フィルムが生じる。プロフィロメーター
(profilometer)を用いて測定した層厚は
0.6μmの値であった。実施例2 KガラスへのBaytron(商標)Pの塗布 スピンコーターを用いて、Baytron(商標)P
(実施例1と同様)を水溶液からKガラス板(Flac
hglasから入手可能な熱保護ガラス、表面抵抗〜2
0Ω/sq)の導電性側に4回の塗布(各々1500r
pmの回転速度で15秒間行う)で塗布する。塗布中、
溶媒をヘアドライヤーで蒸発させる。
【0075】それによって、非常に僅かのみ青色がかっ
た透明な重合体フィルムが生じる。測定した層厚は0.
6μmの値であった。実施例3 Kガラスへのニオブ酸リチウム含有イオン貯蔵層の塗布 1.5gのニオブ(V)エトキサイドおよび0.259
gのリチウムメトキサイドを各々10mlの乾燥エタノ
ールに溶解させる。この2つの溶液(各々0.5のモル
規定を有する)を一緒にする前に室温で1時間撹拌す
る。その後、得た混合物を室温で更に1.5時間撹拌す
る。
【0076】このようにして得たゾルをスピンコーティ
ング(1500rpmで10秒)でKガラス板の導電性
側に塗布する。その後、この層を300℃に2時間加熱
する。この得た層はイオン貯蔵層として使用可能であ
る。実施例4 ゲル電解液1の調製 下記の混合物を生じさせる: 7.0gのアセトニトリル 2.0gのプロピレンカーボネート(乾燥) 0.7gのPMMA(Mw約15,000) 0.3gのCF3SO3Li(Aldrich)。
【0077】全部が溶解した時点で溶液を一度濾過し、
これは使用の準備が出来ている。実施例5 ゲル電解液2の調製 手順は下記を用いる以外実施例4と同様である: 7.0gのアセトニトリル 2.0gのプロピレンカーボネート 0.7gのポリエチレンオキサイド(PEO;Mw約2
00,000) 0.3gのCF3SO3Li(Aldrich)。実施例6 ゲル電解液3の調製 7.7gの不飽和脂肪族ウレタンアクリレートRosk
ydal(商標)UAVP LS 2258(バイエル
社)を0.1925g(2.5重量%)の光開始剤Da
rocure 1173[Merck(Darmsta
dt)から入手可能]および0.3g(3重量%)のト
リフルオロメタンスルホン酸リチウム[Aldrich
から入手可能で、2gの乾燥1,2−プロピレンカーボ
ネート(Aldrichから入手可能)に入っている]
と一緒に混合する。この混合物は注ぎ込み可能で光化学
的に架橋する能力を有し、従ってもはや流動しないゲル
電解液を生じ得る。実施例7 ゲル電解液層の調製;本発明に従うエレクトロクロミッ
クセル1の構築 実施例6で得たまだ架橋していないゲル電解液3を実施
例3で得たイオン貯蔵層に湿潤フィルム厚が200μm
になるように塗布した後、実施例2で得たエレクトロク
ロミック層に接触させる。この複合体を20m/分のベ
ルト速度で移動させてUVランプ(ISTランプ)の下
に通す。その結果としてゲル電解液が架橋することで、
もはや流れないゲル電解液が入っている透明な系が生じ
る。実施例8 (比較:イオン貯蔵層を伴わない)完成エレクトロクロミックセル2および3の製造 実施例4および5で得たゲル電解液1および2をITO
ガラスの導電性側に均一に塗布した後、ガラス基質のB
aytron P被覆側(実施例1で得た)に接触させ
る。それによって各場合ともエレクトロクロミック層構
造物が生じ、これを実施例9で特徴づける。実施例9 エレクトロクロミックセル2および3に関するサイクル
安定性(Cycle stability)試験 実施例8で得たエレクトロクロミック比較セル2および
3のITO層に1.6VのDC電位を短時間かけた後、
電位の極性を逆にする。その結果として、上記セルの周
期的着色および脱色が起こる。それと同時に、上記セル
を通る透過率の変化を時間の関数として観察する。さら
なるイオン貯蔵層を伴わせなかったアセンブリはサイク
ル安定性を示さないことが分かる(図2参照)。実施例
10に示すように、本発明を用いるとそれが改良され
る。実施例10 エレクトロクロミックセル1に関するサイクル安定性試
実施例7で得たエレクトロクロミックセル1において、
実施例2および3で得た被覆Kガラスの導電性層に2.
5VのDC電位を短時間かけた後、電位の極性を逆にす
る。その結果として、上記セルの周期的着色および脱色
が起こる。それと同時に、上記セルを通る透過率の変化
を時間の関数として観察する。ニオブ酸リチウムイオン
貯蔵層を含有するアセンブリはこの上に示したアセンブ
リ(実施例8および9を参照)に比較して有意に向上し
たサイクル安定性を示すことが分かる(図3を参照)。
オンとオフのサイクルを比較的多い数で行った後でも上
記エレクトロクロミックアセンブリの特性変化は本質的
に全く観察されない。
【0078】本発明の特徴および態様は以下のとうりで
ある。
【0079】1. 層構造を有するエレクトロクロミッ
クアセンブリであって、1つの層が導電性エレクトロク
ロミックポリジオキシチオフェンでありそしてさらなる
層が式 LiMeO3 [式中、Meは、メンデレエフ周期律表の遷移族Vの金
属を表す]で表されるイオン貯蔵化合物であることを特
徴とするエレクトロクロミックアセンブリ。
【0080】2. MeがNbを表す上記1記載のエレ
クトロクロミックアセンブリ。
【0081】3. 下記の化合物 LiNbO3、LiVO3、LiTaO3 または少なくとも2種類の化合物から成る混合物がイオ
ン貯蔵層として機能する上記1または2記載のエレクト
ロクロミックアセンブリ。
【0082】4. イオン貯蔵層に下記のさらなる混合
物: TiO2 CeO225 Nb25 ニッケル酸化物 が存在していてもよい上記1から3のいずれか記載のエ
レクトロクロミックアセンブリ。
【0083】5. カチオン性であるか或は電荷を持た
ないポリジオキシチオフェン類が式(II)
【0084】
【化5】 [式中、A1およびA2は、互いに独立して、置換もしく
は未置換の(C1−C4)−アルキルを表すか、或は一緒
になって置換もしくは未置換の(C1−C4)−アルキレ
ンを形成しており、そしてnは、2から10,000の
整数を表す]で表される構造単位を含みそして対イオン
がポリアニオンである上記1記載のエレクトロクロミッ
クアセンブリ。
【0085】6. カチオン性であるか或は電荷を持た
ないポリジオキシチオフェン類が式(IIa)または
(IIb)
【0086】
【化6】 [式中、R1およびR2は、互いに独立して、水素、置換
もしくは未置換の(C1−C18)−アルキル、(C2−C
12)−アルケニル、(C3−C7)−シクロアルキル、
(C7−C15)−アラルキル、(C6−C10)−アリー
ル、(C1−C18)−アルキルオキシまたは(C2
18)−アルキルオキシエステルを表し、そしてR3
4は、互いに独立して、両方ともが同時ではないが水
素を表すか、或は各々が少なくとも1個のスルホネート
基で置換されている(C1−C18)−アルキル、(C2
12)−アルケニル、(C3−C7)−シクロアルキル、
(C7−C15)−アラルキル、(C6−C10)−アリー
ル、(C1−C18)−アルキルオキシまたは(C2
18)−アルキルオキシエステルを表し、nは、2から
10,000の整数を表す]で表される構造単位を含む
上記5記載のエレクトロクロミックアセンブリ。
【0087】7. 式(IIa−1)または(IIb−
1)
【0088】
【化7】 [式中、R3およびnは、上記5で定義した通りであ
る]で表されるカチオン性であるか或は電荷を持たない
ポリジオキシチオフェンを含有する上記6記載のエレク
トロクロミックアセンブリ。
【0089】8. 該ポリアニオンが高分子カルボン酸
および/または高分子スルホン酸のアニオンである上記
6または7記載のエレクトロクロミックアセンブリ。
【0090】9. 該エレクトロクロミックアセンブリ
が透明な導電性被膜を基質上に少なくとも1層含むこと
を特徴とする上記1から8のいずれか記載のエレクトロ
クロミックアセンブリ。
【0091】10. 該導電性電極材料が導電性ポリジ
オキシチオフェンである上記1から8のいずれか記載の
エレクトロクロミックアセンブリ。
【0092】11. 金属によって反射するようになっ
ている板(基質)が電源連結用導電層として用いられて
いる上記1から8のいずれか記載のエレクトロクロミッ
クアセンブリ。
【0093】12. 本発明のエレクトロクロミック構
造物が、下記の成分:重合体(架橋もしくは未架橋)、
Li塩、溶媒もしくは溶媒混合物、が入っている透明な
ゲル電解液を含有することを特徴とする上記1から11
のいずれか記載のエレクトロクロミックアセンブリ。
【0094】13. 光架橋性重合体が用いられている
上記1から12のいずれか記載のエレクトロクロミック
アセンブリ。
【0095】14. 該ゲル電解液にまた有機および/
または無機充填材および/または添加剤も入っているこ
とを特徴とする上記12または13記載のエレクトロク
ロミックアセンブリ。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のエレクトロクロミックアセンブリの図
式的構造を示す。本体I)はエレクトロクロミック重合
体を含有しかつイオン貯蔵層を含有するエレクトロクロ
ミックアセンブリを示す。本体II)は色を発生するエ
レクトロクロミックそれ自身が同時に電極としても機能
するエレクトロクロミック系を示す。
【図2】実施例9におけるエレクトロミックセル2およ
び3に関するサイクル安定性試験の結果を示す。
【図3】実施例10におけるエレクトロミックセル1に
関するサイクル安定性試験の結果を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C08L 65/00 C08L 65/00

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 層構造を有するエレクトロクロミックア
    センブリであって、1つの層が導電性エレクトロクロミ
    ックポリジオキシチオフェンでありそしてさらなる層が
    式 LiMeO3 [式中、Meは、メンデレエフ周期律表の遷移族Vの金
    属を表す]で表されるイオン貯蔵化合物であることを特
    徴とするエレクトロクロミックアセンブリ。
JP14666299A 1998-05-29 1999-05-26 ニオブ酸リチウム対電極と組み合わせたポリ(3,4―エチレンジオキシチオフエン)誘導体を基とするエレクトロクロミックアセンブリ Pending JP2000010125A (ja)

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