JP2008089707A - Electrochromic device - Google Patents

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Shinichi Sawada
真一 澤田
Hisanori Tsuboi
寿憲 坪井
Motohiro Tagaya
基博 多賀谷
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrochromic device which has extremely high color purity, with which colors are precisely controlled and which is most suitable as a display element for displaying a full color image. <P>SOLUTION: The electrochromic device: which has a pair of electrode structures (a display electrode structure 11 and a counter electrode structure 12) comprising at least transparent electrodes 2, 7 formed on the supporting substrates 1, 6, and disposed so as to make the transparent electrodes be opposite to each other while interposing an electrolyte layer 5 in between; which has a porous electrode having an electrochromic coloring agent 3 to develop color with oxidation or reduction reactions adsorbed thereto is formed on at least one transparent electrode of the pair of electrode structures; and which has a porous electrode 8, having a polyquinone compound 13 having at least one out of benzoquinone, naphthoquinone, and anthraquinone as its monomer adsorbed thereto, formed on the transparent electrode 7 constituting the counter electrode structure 12, is provided. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、応答速度、発色効率、表示色純度に優れ、明瞭で鮮鋭な画像形成が可能であり、繰り返し耐久性にも優れたエレクトロクロミック装置に関する。   The present invention relates to an electrochromic device excellent in response speed, color development efficiency, display color purity, capable of forming a clear and sharp image and excellent in repeated durability.

近年、明るく色純度に優れ、かつ省消費電力で、フルカラー表示への応用が容易な表示色素材料やこれを用いた表示素子への要望が高まってきており、従来においては、CRT、LCD、PDP、ELD等の発光型素子に関する多くの技術の提案がなされている。
しかしながら、上記従来公知の各種発光型素子は、ユーザーが発光を直視する形式で使用するものであるため、長時間閲覧すると視覚的な疲労を引き起こすという問題があった。
また携帯電話等のモバイル機器は、屋外で使用される場合が多く、太陽光下では、発光が相殺されて視認性が悪化するという問題もあった。
更に、LCDは、発光型素子の中でも特に需要が拡大している技術であり、大型、小型の、様々なディスプレイ用途に用いられているが、LCDは視野角が狭く、見やすさの観点からは改善すべき課題を有している。
In recent years, there has been a growing demand for display dye materials and display elements using the same that are bright and excellent in color purity, consume less power, and can be easily applied to full-color display. Conventionally, CRT, LCD, PDP Many proposals have been made on light-emitting elements such as ELD.
However, since the above-mentioned various conventional light-emitting elements are used in such a manner that the user looks directly at the light emission, there is a problem that visual fatigue is caused when browsing for a long time.
In addition, mobile devices such as mobile phones are often used outdoors, and there is also a problem that the visibility is deteriorated by canceling light emission under sunlight.
Furthermore, LCD is a technology that is especially in demand among light-emitting elements, and is used in various display applications such as large and small. However, LCD has a narrow viewing angle and is easy to see. There are issues to be improved.

ところで、反射型表示素子に関しては、電子ペーパーの需要向上により、従来から様々な技術の提案がなされている。
例えば、反射型LCDや電気泳動方式が挙げられる。
反射型LCDとしては、二色性色素を用いたG−H型液晶方式や、コレステリック液晶等が知られている。これらの方式は、従来の発光型LCDと比較して、バックライトを使用しないため、省消費電力という利点を有しているが、視野角依存性があり、また光反射効率も低いため、必然的に画面が暗くなってしまうという問題がある。
他方、電気泳動方式は、溶媒中に分散された電荷を帯びた粒子が、電界によって移動する現象を利用した方式であり、省消費電力で、視野角依存性がないという利点を有しているが、フルカラー化を行う場合には、カラーフィルターを利用する並置混合法を適用する必要があるため、反射率が低下し、必然的に画面が暗くなってしまうという問題がある。
By the way, regarding the reflective display element, various techniques have been proposed in the past due to an increase in demand for electronic paper.
For example, a reflective LCD or an electrophoretic method can be used.
As the reflective LCD, a GH type liquid crystal system using a dichroic dye, a cholesteric liquid crystal, and the like are known. These methods have the advantage of power saving because they do not use a backlight, compared to conventional light emitting LCDs, but they have a viewing angle dependency and low light reflection efficiency, so There is a problem that the screen becomes dark.
On the other hand, the electrophoresis method is a method that utilizes a phenomenon in which charged particles dispersed in a solvent move by an electric field, and has the advantage of low power consumption and no viewing angle dependency. However, in the case of performing full color, it is necessary to apply a juxtaposed mixing method using a color filter, so that there is a problem that the reflectance is lowered and the screen is inevitably darkened.

また、近年においては、自動車の調光ミラーや時計等に、エレクトロクロミック(以下、ECと略称する。)素子を用いたものが提案されている。
EC素子を用いた表示は、偏光板等が不要であり、視野角依存性が無く、反射型で視認性に優れ、構造が簡易でかつ大型化も容易で、更には材料の選択によって多様な色調の表示が可能であるという利点を有している。
In recent years, a device using an electrochromic (hereinafter abbreviated as EC) element has been proposed for a light control mirror, a timepiece or the like of an automobile.
Display using an EC element does not require a polarizing plate or the like, has no viewing angle dependency, is a reflective type, has excellent visibility, has a simple structure, can be easily enlarged, and can be varied depending on the selection of materials. There is an advantage that a color tone can be displayed.

具体的なEC素子を用いた表示装置としては、対の透明電極の少なくとも一方に半導体ナノ多孔質層を設け、この半導体ナノ多孔質層にEC色素を担持させた構成の表示装置についての提案がなされている(例えば、特許文献1、2、非特許文献1、2参照。)。
これらの表示装置は、開回路を構成して電極間の電子の移動を遮断し酸化還元状態を保持するだけで表示状態を静止できるので、表示画像を維持するための電力が不要であり、消費電力が極めて低いという点で優れている。
As a display device using a specific EC element, there is a proposal for a display device having a structure in which a semiconductor nanoporous layer is provided on at least one of a pair of transparent electrodes and an EC dye is supported on the semiconductor nanoporous layer. (For example, refer to Patent Documents 1 and 2 and Non-Patent Documents 1 and 2.)
These display devices can be held in a static state just by forming an open circuit to block the movement of electrons between the electrodes and maintaining the oxidation-reduction state, so no power is required to maintain the display image and consumption It is excellent in that the power is extremely low.

特開2003−248242号公報JP 2003-248242 A 特開2003−270670号公報JP 2003-270670 A Displays,25(2004)223頁Displays, 25 (2004) 223. J.Phys.Chem.B,104(2000)11449頁J. et al. Phys. Chem. B, 104 (2000) 11449

上記従来の公知文献の各種EC素子を用いた表示装置の構成について具体的に検討したところ、対向電極として、透明電極上にアンチモンドープの酸化錫(ATO)多孔質電極を設けたもの(非特許文献2)や、フェノチアジン誘導体を担持した金属酸化物半導体多孔質電極を設けたもの(特許文献1、2、非特許文献1)が開示されていた。   When the structure of the display device using various EC elements of the above-mentioned conventional publicly known documents was specifically examined, an antimony-doped tin oxide (ATO) porous electrode was provided on the transparent electrode as the counter electrode (non-patent) Document 2) and those provided with a metal oxide semiconductor porous electrode carrying a phenothiazine derivative (Patent Documents 1 and 2 and Non-Patent Document 1) have been disclosed.

しかしながら、非特許文献2の表示装置の対向電極を構成するアンチモンドープの酸化錫(ATO)は、材料として濃い灰色に着色しているものであり、カラー表示を行うための電極材料としては好適な材料ではなかった。
また、特許文献1、2、及び非特許文献1の表示装置の対向電極を構成する金属酸化物半導体多孔質電極に担持したフェノチアジン誘導体は、酸化反応により赤色発色する性質を有するものであるため、表示電極側でEC色素による目的の発色表示を妨げてしまうという欠点を有していた。
特に、透明な表示デバイスを得ようとする場合や、明瞭なフルカラー画像表示を行うことを目的として、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)の3層の発色層を積層させた構成のデバイスを構築する場合には、対向電極は、全体として無色透明の材料により構成されており、かつ担持させた材料が、酸化・還元反応により色相変化を生じないものとすることが理想的である。
However, antimony-doped tin oxide (ATO) that constitutes the counter electrode of the display device of Non-Patent Document 2 is colored dark gray as a material and is suitable as an electrode material for performing color display. It was not material.
Moreover, since the phenothiazine derivative carried on the metal oxide semiconductor porous electrode constituting the counter electrode of the display device of Patent Documents 1 and 2 and Non-Patent Document 1 has a property of red coloration by an oxidation reaction, The display electrode side has a drawback of hindering the desired color display by the EC dye.
In particular, three color layers of cyan (C), magenta (M), and yellow (Y) were laminated for the purpose of obtaining a transparent display device or for clear full-color image display. When constructing a device with a configuration, it is ideal that the counter electrode is made of a colorless and transparent material as a whole, and that the supported material does not cause a hue change due to oxidation / reduction reactions. It is.

そこで本発明においては、上述した従来公知の表示装置の問題点に鑑みて、特に対向電極側の構成について検討を行い、無色透明であり、かつ酸化・還元反応によっても色相変化が生じない材料を担持させた構成を有し、フルカラー表示に極めて好適であり、更には、鮮明で色純度が高く、繰り返し耐久性にも優れたエレクトロクロミック装置を提供することとした。   Therefore, in the present invention, in view of the problems of the above-described conventionally known display devices, the configuration on the counter electrode side is particularly examined, and a material that is colorless and transparent and does not cause a hue change even by an oxidation / reduction reaction. The present invention provides an electrochromic device that has a supported structure, is extremely suitable for full-color display, and is clear, has high color purity, and is excellent in repeated durability.

本発明においては、支持基板上に、少なくとも透明電極が形成されている一対の電極構造体(表示電極構造体と対向電極構造体)が、透明電極同士が対面するように電解質層を挟持して配置されており、これら一対の電極構造体のうちの、少なくとも一方の透明電極上に、酸化又は還元反応により発色するエレクトロクロミック色素が吸着されている多孔質電極が形成されており、かつ対向電極構造体を構成する透明電極上に、ベンゾキノン、ナフトキノン、アントラキノンのうち、少なくともいずれかをモノマーとするポリキノン化合物が吸着されている多孔質電極が形成されている構成のエレクトロクロミック装置を提供する。   In the present invention, a pair of electrode structures (display electrode structure and counter electrode structure) on which at least a transparent electrode is formed on a support substrate sandwich an electrolyte layer so that the transparent electrodes face each other. A porous electrode on which an electrochromic dye that develops color by oxidation or reduction reaction is adsorbed and formed on at least one transparent electrode of the pair of electrode structures, and the counter electrode Provided is an electrochromic device having a structure in which a porous electrode on which a polyquinone compound containing at least one of benzoquinone, naphthoquinone, and anthraquinone is adsorbed is formed on a transparent electrode constituting the structure.

本発明によれば、対向電極構造体を構成する多孔質電極として無色透明の材料を適用し、かつ、酸化・還元反応によっても色相変化を生じない材料を担持させたので、全体として極めてカラー表示用、特にフルカラー化の応用にも好適で、更には、実用上充分な応答速度、発色効率を備え、色純度が高く、精密な画像制御が可能なエレクトロクロミック表示装置を提供できた。   According to the present invention, a colorless and transparent material is applied as a porous electrode constituting the counter electrode structure, and a material that does not cause a hue change by an oxidation / reduction reaction is supported, so that an extremely color display as a whole is achieved. In particular, the present invention is suitable for full color applications, and has an electrochromic display device having a practically sufficient response speed and color development efficiency, high color purity and capable of precise image control.

本発明のエレクトロクロミック装置について、図を参照して具体的に説明する。
但し、本発明は、以下の例に限定されるものではなく、従来公知の構成を適宜付加することができ、本発明の要旨を何ら逸脱しないものとする。
The electrochromic device of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
However, the present invention is not limited to the following examples, and a conventionally known configuration can be added as appropriate, and does not depart from the gist of the present invention.

図1に本発明のエレクトロクロミック装置の一例の概略断面図を示す。
エレクトロクロミック装置10は、支持基板1上に、透明電極2と、後述するピリジン化合物よりなる有機EC色素3が担持された多孔質電極4とを具備する構成の表示電極構造体11と、支持基板6上に、透明電極7と後述するポリキノン化合物13が担持された多孔質電極8とを具備する構成の対向電極構造体12とが、電解質層5を介して対向配置された構成を有している。
以下、構成要素について順次説明する。
FIG. 1 shows a schematic sectional view of an example of the electrochromic device of the present invention.
The electrochromic device 10 includes a display electrode structure 11 having a structure in which a transparent electrode 2 and a porous electrode 4 on which an organic EC dye 3 made of a pyridine compound described later is supported are provided on a support substrate 1, and a support substrate. A counter electrode structure 12 having a configuration in which a transparent electrode 7 and a porous electrode 8 carrying a polyquinone compound 13 described later are supported on the electrode 6 via the electrolyte layer 5. Yes.
Hereinafter, the components will be sequentially described.

支持基板1、6は、耐熱性に優れ、かつ平面方向の寸法安定性の高い材料が好適であり、具体的には、ガラス材料、透明性樹脂が適用できるが、これに限定されるものではない。
前記透明性樹脂としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリアミド、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン等が挙げられる。
The support substrates 1 and 6 are preferably made of a material having excellent heat resistance and high dimensional stability in the planar direction. Specifically, glass materials and transparent resins can be applied, but the present invention is not limited thereto. Absent.
Examples of the transparent resin include polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polyamide, polysulfone, polyether sulfone, polyether ether ketone, polyphenylene sulfide, polycarbonate, polyimide, polymethyl methacrylate, and polystyrene.

透明電極2、7は、所定の透明基板上に透明電極層が積層されたものとする。
透明電極層の形成用材料としては、例えば、In23とSnO2との混合物、いわゆるITO膜や、SnO2またはIn23をコーティングした膜等が挙げられる。
また、上記ITO膜や、SnO2 またはIn23をコーティングした膜にSn、Sb、F等をドーピングしても良く、その他MgOやZnO等も適用できる。
The transparent electrodes 2 and 7 are formed by laminating a transparent electrode layer on a predetermined transparent substrate.
Examples of the material for forming the transparent electrode layer include a mixture of In 2 O 3 and SnO 2 , a so-called ITO film, and a film coated with SnO 2 or In 2 O 3 .
Further, Sn, Sb, F, or the like may be doped into the ITO film or a film coated with SnO 2 or In 2 O 3 , and other MgO, ZnO, or the like can be applied.

多孔質電極4は、後述する有機EC色素の高い担持機能を確保するために、表面積が大きい材料により構成することが好適である。例えば、表面及び内部に微細孔を有した多孔質形状、ロット形状、ワイヤ形状、メソポーラス形状、集合粒子状等となっているものが挙げられる。
多孔質電極4は、金属、各種半導体材料、導電性高分子により形成されているものとする。
酸化物半導体としては、例えば、TiO2、SnO2、Fe23、SrTiO3、WO3、ZnO、ZrO2、Ta25、Nb25、V25、In23、CdO、MnO、CoO、TiSrO3、KTiO3、Cu2O、チタン酸ナトリウム、チタン酸バリウム、ニオブ酸カリウム等が挙げられる。
複合体酸化物半導体としては、例えば、SnO2−ZnO、Nb25−SrTiO3、Nb25−Ta25、Nb25−ZrO2、Nb25−TiO2、Ti−SnO2、Zr−SnO2、Sb−SnO2、Bi−SnO2、In−SnO2等が挙げられる。
導電性高分子としては、例えば、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアセチレン、ポリフェニレンビニレン、ポリフェニレンスルフィド等が挙げられる。
最終的に目的とするエレクトロクロミック装置を、カラー表示用として構成するためには、多孔質電極材料は無色透明であることが最適であり、上記材料のうち、特に、TiO2、SnO2、Sb−SnO2、In−SnO2が好ましい。
The porous electrode 4 is preferably composed of a material having a large surface area in order to ensure a high supporting function of the organic EC dye described later. Examples thereof include a porous shape having fine pores on the surface and inside, a lot shape, a wire shape, a mesoporous shape, and an aggregated particle shape.
The porous electrode 4 is made of metal, various semiconductor materials, and a conductive polymer.
Examples of the oxide semiconductor include TiO 2 , SnO 2 , Fe 2 O 3 , SrTiO 3 , WO 3 , ZnO, ZrO 2 , Ta 2 O 5 , Nb 2 O 5 , V 2 O 5 , In 2 O 3 , Examples thereof include CdO, MnO, CoO, TiSrO 3 , KTiO 3 , Cu 2 O, sodium titanate, barium titanate, and potassium niobate.
Examples of the complex oxide semiconductor include SnO 2 —ZnO, Nb 2 O 5 —SrTiO 3 , Nb 2 O 5 —Ta 2 O 5 , Nb 2 O 5 —ZrO 2 , Nb 2 O 5 —TiO 2 , Ti -SnO 2, Zr-SnO 2, Sb-SnO 2, Bi-SnO 2, In-SnO 2 and the like.
Examples of the conductive polymer include polythiophene, polypyrrole, polyacetylene, polyphenylene vinylene, and polyphenylene sulfide.
In order to finally configure the target electrochromic device for color display, the porous electrode material is optimally colorless and transparent, and among these materials, in particular, TiO 2 , SnO 2 , Sb -SnO 2 and In-SnO 2 are preferred.

次に、有機EC色素3について説明する。
有機EC色素3は、多孔質電極4の表面及び内部の微細孔に担持されているものとし、有機EC色素3としては、エレクトロクロミック色素として公知の物が使用できる。ただし、後述する方法で多孔質電極4に吸着させるため、有機EC色素3は多孔質電極へ吸着するための吸着基を有しているのが好ましい。吸着基の具体例としては、カルボキシル基、スルホン酸基、ホスホン酸基等の酸性基、アミノ基、金属アルコキシド、金属ハロゲン化物等が挙げられる。また、複数の化合物を混合して用いてもよい。
Next, the organic EC dye 3 will be described.
The organic EC dye 3 is assumed to be carried on the surface of the porous electrode 4 and the internal micropores. As the organic EC dye 3, a known material can be used as an electrochromic dye. However, in order to make it adsorb | suck to the porous electrode 4 by the method mentioned later, it is preferable that the organic EC pigment | dye 3 has an adsorption group for adsorb | sucking to a porous electrode. Specific examples of the adsorbing group include an acidic group such as a carboxyl group, a sulfonic acid group, and a phosphonic acid group, an amino group, a metal alkoxide, and a metal halide. A plurality of compounds may be mixed and used.

なお、本例を説明するための図1においては、色表示用の有機EC色素3は、表示電極構造体11側の多孔質電極4のみに担持させた構成を示したが、本発明はこの例に限定されるものではなく、対向電極構造体12側の多孔質電極8にも、担持させた構成としてもよい。但し、かかる場合、有機EC色素の発消色反応において、酸化・還元反応が、逆となる材料を適用する。   In FIG. 1 for explaining the present example, the organic EC dye 3 for color display is shown to be supported only on the porous electrode 4 on the display electrode structure 11 side. The configuration is not limited to the example, and the porous electrode 8 on the counter electrode structure 12 side may be supported. However, in such a case, a material that reverses the oxidation / reduction reaction in the color development / decoloration reaction of the organic EC dye is applied.

有機EC色素3の具体例を下記式(6)〜(19)に示す。   Specific examples of the organic EC dye 3 are shown in the following formulas (6) to (19).

Figure 2008089707
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上記式中、Meは、メチル基である。
上記式(6)〜(19)の有機EC色素のうち、特に、式(7)、(8)、(11)、(18)、(19)に示す材料が、低電圧での発色性に優れていることが確かめられた。
In the above formula, Me is a methyl group.
Of the organic EC dyes of the above formulas (6) to (19), the materials represented by the formulas (7), (8), (11), (18), and (19) are particularly excellent in color developability at a low voltage. It was confirmed that it was excellent.

次に、上記有機EC色素を、多孔質電極4に担持する方法について説明する。
例えば、多孔質電極4の表面に吸着させる方法、多孔質電極表面と有機EC色素とを化学的に結合させる方法等、従来公知の技術を適用できる。
具体的方法としては、真空蒸着法等のドライプロセス、スピンコート等の塗布法、電界析出法、電界重合法、担持させる化合物の溶液に浸す自然吸着法等が適用でき、特に、自然吸着法、及び多孔質電極表面へ有機EC色素を化学結合させる方法が好適である。
Next, a method for supporting the organic EC dye on the porous electrode 4 will be described.
For example, conventionally known techniques such as a method of adsorbing on the surface of the porous electrode 4 and a method of chemically bonding the surface of the porous electrode and the organic EC dye can be applied.
As a specific method, a dry process such as a vacuum deposition method, a coating method such as spin coating, an electric field deposition method, an electric field polymerization method, a natural adsorption method immersed in a solution of a compound to be supported, and the like can be applied. A method of chemically bonding an organic EC dye to the surface of the porous electrode is preferable.

自然吸着法としては、所定の有機EC色素を所定の溶媒に溶解して溶液を作製し、予め乾燥処理を施した多孔質電極4を形成しておいた透明基板を浸漬する方法や、所定の有機EC色素を溶解した溶液を多孔質電極4に塗布する方法が挙げられる。
この自然吸着法において、有機EC色素を多孔質電極4に確実に吸着させるためには、有機EC色素の化学構造中に、吸着性を有する官能基を導入しておくことが必要である。
この吸着性を有する官能基は、多孔質電極4の材料に応じて適宜選定する。例えば、多孔質電極4が酸化物半導体により構成されている場合には、有機EC色素の化学構造中の吸着性官能基として、ホスホン酸基、スルホン酸基、カルボキシル基、ヒドロキシ基、アミノ基等を導入しておくことが好ましい。
As a natural adsorption method, a solution is prepared by dissolving a predetermined organic EC dye in a predetermined solvent, and a transparent substrate on which a porous electrode 4 that has been previously dried is formed is immersed, The method of apply | coating the solution which melt | dissolved organic EC pigment | dye to the porous electrode 4 is mentioned.
In this natural adsorption method, in order to reliably adsorb the organic EC dye to the porous electrode 4, it is necessary to introduce a functional group having adsorptivity into the chemical structure of the organic EC dye.
The functional group having the adsorptivity is appropriately selected according to the material of the porous electrode 4. For example, when the porous electrode 4 is made of an oxide semiconductor, the adsorptive functional group in the chemical structure of the organic EC dye includes a phosphonic acid group, a sulfonic acid group, a carboxyl group, a hydroxy group, an amino group, etc. Is preferably introduced in advance.

前記官能基は、有機EC色素の化学構造の骨格に直接導入してもよく、あるいはその他の所定の官能基を介して結合を形成することにより導入してもよい。前記のうち、所定の官能基を介する場合は、例えばアルキル基、フェニル基、エステル、アミド基等を介して吸着性の官能基を導入することができる。   The functional group may be introduced directly into the skeleton of the chemical structure of the organic EC dye, or may be introduced by forming a bond via another predetermined functional group. Among the above, when a predetermined functional group is used, an adsorptive functional group can be introduced through, for example, an alkyl group, a phenyl group, an ester, an amide group, or the like.

なお、有機EC色素を溶解する溶媒としては、例えば、水、アルコール、アセトニトリル、プロピオニトリル、ハロゲン化炭化水素、エーテル類、ジメチルスルホキシド、N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチルピロリドン、エステル類、炭酸エステル類、ケトン類、炭化水素等が適用できる。これらは単独で用いてもよく、適宜混合して用いてもよい。   Examples of the solvent for dissolving the organic EC dye include water, alcohol, acetonitrile, propionitrile, halogenated hydrocarbons, ethers, dimethyl sulfoxide, N, N-dimethylformamide, N-methylpyrrolidone, esters, Carbonates, ketones, hydrocarbons and the like can be applied. These may be used singly or may be mixed as appropriate.

また、多孔質電極4の表面に前記有機EC色素を化学結合させる際には、多孔質電極4の表面と有機EC色素骨格との間に、所定の官能基を介してもよい。例えば、アルキル基、フェニル基、エステル、アミド等の官能基が挙げられる。
また、多孔質電極4の表面をシランカップリング剤等によって改質した後に、有機EC色素を化学結合して形成させるようにしてもよい。
このような表面改質により、有機EC色素が多孔質電極4の材料と化学結合を形成するようになると、有機EC色素の結合力が強まり、例えば、電界質層5の材料として色素溶解性の高いものを使用するような場合に有利になり、有機色素の材料選択性が高まり、エレクトロクロミック装置の耐久性の向上も図られる。
Further, when the organic EC dye is chemically bonded to the surface of the porous electrode 4, a predetermined functional group may be interposed between the surface of the porous electrode 4 and the organic EC dye skeleton. For example, functional groups such as an alkyl group, a phenyl group, an ester, and an amide can be mentioned.
Further, after the surface of the porous electrode 4 is modified with a silane coupling agent or the like, an organic EC dye may be chemically bonded and formed.
By such surface modification, when the organic EC dye forms a chemical bond with the material of the porous electrode 4, the binding force of the organic EC dye becomes stronger. This is advantageous when using a high-priced material, and the material selectivity of the organic dye is increased, and the durability of the electrochromic device is improved.

電解質層5は、溶媒に支持電解質が溶解された構成を有している。
支持電解質としては、例えばLiCl、LiBr、LiI、LiBF4、LiClO4、LiPF6、LiCF3SO3等のリチウム塩や、例えばKCl、KI、KBr等のカリウム塩や、例えばNaCl、NaI、NaBr等のナトリウム塩や、例えば、ほうフッ化テトラエチルアンモニウム、過塩素酸テトラエチルアンモニウム、ほうフッ化テトラブチルアンモニウム、過塩素酸テトラブチルアンモニウム、テトラブチルアンモニウムハライド等のテトラアルキルアンモニウム塩が挙げられる。
電解質層5には、必要に応じて公知の酸化還元化合物を添加してもよい。酸化還元物質としては、例えばフェロセン誘導体、テトラシアノキノジメタン誘導体、ベンゾキノン誘導体、フェニレンジアミン誘導体等が適用できる。
溶媒としては、支持電解質を溶解し、上述した有機EC色素を溶解しないものを選択する。
例えば、水、アセトニトリル、ジメチルホルムアミド、プロピレンカーボネート、ジメチルスルホキシド、炭酸プロピレン等から適宜選定する。
The electrolyte layer 5 has a configuration in which a supporting electrolyte is dissolved in a solvent.
Examples of the supporting electrolyte include lithium salts such as LiCl, LiBr, LiI, LiBF 4 , LiClO 4 , LiPF 6 , and LiCF 3 SO 3 , potassium salts such as KCl, KI, and KBr, and NaCl, NaI, NaBr, and the like. And tetraalkylammonium salts such as tetraethylammonium borofluoride, tetraethylammonium perchlorate, tetrabutylammonium borofluoride, tetrabutylammonium perchlorate, and tetrabutylammonium halide.
A known redox compound may be added to the electrolyte layer 5 as necessary. As the redox substance, for example, a ferrocene derivative, a tetracyanoquinodimethane derivative, a benzoquinone derivative, a phenylenediamine derivative, or the like can be applied.
As the solvent, a solvent that dissolves the supporting electrolyte and does not dissolve the organic EC dye described above is selected.
For example, it is appropriately selected from water, acetonitrile, dimethylformamide, propylene carbonate, dimethyl sulfoxide, propylene carbonate and the like.

また、電解質層5には、いわゆるマトリックス材を適用してもよい。
マトリックス材は、目的に応じて適宜選択でき、例えば、骨格ユニットがそれぞれ、−(C−C−O)n−、−(CC(CH3)−O)n−、−(C−C−N)n−、若しくは−(C−C−S)n−で表されるポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリエチレンイミン、ポリエチレンスルフィドが挙げられる。
なお、これらを主鎖構造として、適宜枝分かれ構造を有していてもよい。また、ポリメチルメタクリレート、ポリフッ化ビニリデン、ポリ塩化ビニリデン、ポリカーボネート等も好適である。
Further, a so-called matrix material may be applied to the electrolyte layer 5.
Matrix material can be appropriately selected depending on the purpose, for example, skeletal unit respectively, - (CC-O) n -, - (CC (CH 3) -O) n -, - (CC-N ) n- , or-(C-C-S) n- , for example, polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyethyleneimine, and polyethylene sulfide.
In addition, you may have a branched structure suitably by making these into a principal chain structure. Polymethyl methacrylate, polyvinylidene fluoride, polyvinylidene chloride, polycarbonate, and the like are also suitable.

電解質層5は、高分子固体電解質層としてもよい。
なお、この場合、マトリックス材のポリマーに所定の可塑剤を添加することが好ましい。
可塑剤としては、マトリックスポリマーが親水性の場合には、水、エチルアルコール、イソプロピルアルコール、及びこれらの混合物が好適であり、疎水性の場合には、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、エチレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、アセトニトリル、スルフォラン、ジメトキシエタン、エチルアルコール、イソプロピルアルコール、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、ジメチルアセトアミド、n−メチルピロリドン、及びこれらの混合物が好適である。
The electrolyte layer 5 may be a polymer solid electrolyte layer.
In this case, it is preferable to add a predetermined plasticizer to the polymer of the matrix material.
As the plasticizer, when the matrix polymer is hydrophilic, water, ethyl alcohol, isopropyl alcohol, and a mixture thereof are preferable. When the matrix polymer is hydrophobic, propylene carbonate, dimethyl carbonate, ethylene carbonate, γ- Preferred are butyrolactone, acetonitrile, sulfolane, dimethoxyethane, ethyl alcohol, isopropyl alcohol, dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, dimethylacetamide, n-methylpyrrolidone, and mixtures thereof.

多孔質電極8は、後述するポリキノン化合物の担持機能を高くするべく、表面積が大きい透明な材料により構成する。例えば、表面及び内部に微細孔を有した多孔質形状、ロット形状、ワイヤ形状等となっているものが好ましい。
多孔質電極8を形成する材料としては、金属、各種半導体材料、導電性高分子が適用できる。
酸化物半導体としては、例えば、TiO2、SnO2、Fe23、SrTiO3、WO3、ZnO、ZrO2、Ta25、Nb25、V25、In23、CdO、MnO、CoO、TiSrO3、KTiO3、Cu2O、チタン酸ナトリウム、チタン酸バリウム、ニオブ酸カリウム等が挙げられる。また、複合体酸化物半導体としては、例えば、SnO2−ZnO、Nb25−SrTiO3、Nb25−Ta25、Nb25−ZrO2、Nb25−TiO2、Ti−SnO2、Zr−SnO2、Sb−SnO2、Bi−SnO2、In−SnO2等が挙げられる。
最終的に目的とするエレクトロクロミック装置をカラー表示用として構成するためには、多孔質電極材料は無色透明であることが最適であり、上記材料のうち、特に、TiO2、SnO2、Sb−SnO2、In−SnO2が好ましい。
The porous electrode 8 is made of a transparent material having a large surface area so as to enhance the function of supporting a polyquinone compound described later. For example, those having a porous shape, a lot shape, a wire shape or the like having fine pores on the surface and inside are preferable.
As a material for forming the porous electrode 8, metals, various semiconductor materials, and conductive polymers can be applied.
Examples of the oxide semiconductor include TiO 2 , SnO 2 , Fe 2 O 3 , SrTiO 3 , WO 3 , ZnO, ZrO 2 , Ta 2 O 5 , Nb 2 O 5 , V 2 O 5 , In 2 O 3 , Examples thereof include CdO, MnO, CoO, TiSrO 3 , KTiO 3 , Cu 2 O, sodium titanate, barium titanate, and potassium niobate. Examples of the complex oxide semiconductor include SnO 2 —ZnO, Nb 2 O 5 —SrTiO 3 , Nb 2 O 5 —Ta 2 O 5 , Nb 2 O 5 —ZrO 2 , Nb 2 O 5 —TiO 2. , Ti-SnO 2, Zr- SnO 2, Sb-SnO 2, Bi-SnO 2, In-SnO 2 and the like.
In order to finally configure the target electrochromic device for color display, the porous electrode material is optimally colorless and transparent, and among these materials, in particular, TiO 2 , SnO 2 , Sb— SnO 2 and In—SnO 2 are preferable.

次に、ポリキノン化合物13について説明する。
本発明において適用するポリキノン化合物13は、下記式(1)、(2)、(3)、(4)、(5)で示されるもののうちの、少なくともいずれか一種であるものとする。
Next, the polyquinone compound 13 will be described.
The polyquinone compound 13 applied in the present invention is at least one of those represented by the following formulas (1), (2), (3), (4), and (5).

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但し、上記式(5)のXは、水素原子、あるいは脂肪族炭化水素基であり、Yは、水素原子、脂肪族炭化水素基、エーテル基、ヒドロキシ基のいずれかである。
ポリキノン化合物13は、ベンゾキノン誘導体、ナフトキノン誘導体、アントラキノン誘導体を繰り返し単位で構成するポリマーであるものとする。
具体的には、下記に示すポリベンゾキノン(下記式(1))、ポリメルカプトベンゾキノン(下記式(2))、ポリ(1,4−ナフトキノン−5,8−ジイル)(下記式(3))、ポリ(アントラキノン−2,6−ジイル)(下記式(4))、ポリ(アントラキノン−1.4−ジイル)(下記式(20))、ポリ(2−メチルアントラキノン−1,4−ジイル)(下記式(21))等が好適である。
However, X in the above formula (5) is a hydrogen atom or an aliphatic hydrocarbon group, and Y is any one of a hydrogen atom, an aliphatic hydrocarbon group, an ether group, and a hydroxy group.
The polyquinone compound 13 is a polymer comprising a benzoquinone derivative, a naphthoquinone derivative, and an anthraquinone derivative as repeating units.
Specifically, the following polybenzoquinone (following formula (1)), polymercaptobenzoquinone (following formula (2)), poly (1,4-naphthoquinone-5,8-diyl) (following formula (3)) , Poly (anthraquinone-2,6-diyl) (following formula (4)), poly (anthraquinone-1.4-diyl) (following formula (20)), poly (2-methylanthraquinone-1,4-diyl) (Formula (21) below) and the like are suitable.

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次に、上記ポリキノン化合物を、対向電極構造体側の多孔質電極8に吸着させる方法について説明する。
例えば、電解重合法、ディップ、スピン、キャスト等の各種コーティング方法等が挙げられる。
コーティングする際には、上記ポリキノン化合物を予め有機溶媒に溶解しておく。
有機溶媒としては、例えば、水、アルコール、アセトニトリル、プロピオニトリル、ハロゲン化炭化水素、エーテル類、ジメチルスルホキシド、N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチルピロリドン、クロロホルム、ジクロロメタン、塩化メチレン、トルエン、テトラヒドロフラン、エステル類、炭酸エステル類、ケトン類、炭化水素等が適用できる。これらは単独で用いてもよく、適宜混合して用いてもよい。
Next, a method for adsorbing the polyquinone compound to the porous electrode 8 on the counter electrode structure side will be described.
For example, various coating methods such as electrolytic polymerization, dip, spin, cast, and the like can be mentioned.
When coating, the polyquinone compound is previously dissolved in an organic solvent.
Examples of the organic solvent include water, alcohol, acetonitrile, propionitrile, halogenated hydrocarbon, ethers, dimethyl sulfoxide, N, N-dimethylformamide, N-methylpyrrolidone, chloroform, dichloromethane, methylene chloride, toluene, and tetrahydrofuran. Esters, carbonates, ketones, hydrocarbons and the like can be applied. These may be used singly or may be mixed as appropriate.

上記電解重合法により、ポリキノン化合物を固定する場合は、キノンモノマーを溶解した電解液中で、酸化反応を起こさせることにより、ポリキノン膜として形成できる。
なお、重合反応の進行度によって着色状態となることがあるため、重合度を制御し、無色透明状態を確保することが好ましい。
重合用のモノマーとしては、例えば以下(22)〜(24)に示す化合物が挙げられる。
When the polyquinone compound is fixed by the electrolytic polymerization method, it can be formed as a polyquinone film by causing an oxidation reaction in an electrolytic solution in which a quinone monomer is dissolved.
In addition, since it may be in a colored state depending on the degree of progress of the polymerization reaction, it is preferable to control the degree of polymerization to ensure a colorless and transparent state.
Examples of the monomer for polymerization include compounds shown in the following (22) to (24).

Figure 2008089707
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また、予めポリマー化しておき、これをコーティングして多孔質電極に付するようにしてもよい。
この場合、ジハロゲン化物キノンモノマーを用いて重合反応を行うことにより、様々なポリキノン化合物が得られる。
例えば、下記式(25)の化合物を、下記式(26)、(27)、(28)と、所定の溶媒中で、窒素雰囲気下で反応させ、続いて反応液に酸を添加して沈殿化することにより、上記式(20)の化合物が得られる。
Alternatively, it may be polymerized in advance and coated to be applied to the porous electrode.
In this case, various polyquinone compounds can be obtained by performing a polymerization reaction using a dihalide quinone monomer.
For example, a compound of the following formula (25) is reacted with the following formulas (26), (27), (28) in a predetermined solvent under a nitrogen atmosphere, and then an acid is added to the reaction solution to precipitate. To obtain the compound of the above formula (20).

Figure 2008089707
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次に、エレクトロクロミック装置10の表示方法について説明する。
図1のエレクトロクロミック装置10の多孔質電極4には、定常状態において可視域に吸収をもたない有機EC色素である所定のピリジン化合物が担持されている。
対の電極構造体11、12に、所定のリード線を結線し表示装置として構成する。
この所定のリード線を通じて所定の電圧を印加すると、多孔質電極4とこれに担持された有機EC色素材料との間に電子の授受がなされ、有機EC色素において電気化学的な還元反応が起き、ラジカル状態となって発色する。
Next, a display method of the electrochromic device 10 will be described.
The porous electrode 4 of the electrochromic device 10 of FIG. 1 carries a predetermined pyridine compound, which is an organic EC dye that does not absorb in the visible region in a steady state.
A predetermined lead wire is connected to the pair of electrode structures 11 and 12 to constitute a display device.
When a predetermined voltage is applied through the predetermined lead wire, electrons are transferred between the porous electrode 4 and the organic EC dye material carried on the porous electrode 4, and an electrochemical reduction reaction occurs in the organic EC dye, Color develops in a radical state.

本発明のエレクトロクロミック装置は、図1に示す、いわゆる単色表示構成に限定されず、多色表示構成に応用することもできる。
すなわち、図1に示すエレクトロクロミック構成と同様の構造であって、電気化学的な反応によりラジカル状態となって、マゼンダ(M)、シアン(C)、イエロー(Y)に発色する性質の有機EC色素を適用し、これを多孔質電極に担持させてそれぞれ電極構造体を作製し、これら三層を用いて、マゼンタ(M)、イエロー(Y)、シアン(C)の積層構造とすることにより、発消色表示を可逆的に行うことができるフルカラー表示のエレクトロクロミック装置が得られる。
The electrochromic device of the present invention is not limited to the so-called monochromatic display configuration shown in FIG. 1, and can be applied to a multicolor display configuration.
That is, an organic EC having the same structure as the electrochromic structure shown in FIG. 1 and having a radical state due to an electrochemical reaction and developing colors of magenta (M), cyan (C), and yellow (Y). By applying a dye and carrying it on a porous electrode to produce an electrode structure, and using these three layers, a laminated structure of magenta (M), yellow (Y), and cyan (C) is obtained. As a result, a full color display electrochromic device capable of reversibly performing color generation and decoloration display is obtained.

次に、本発明のエレクトロクロミック装置についての具体的な実施例と、これとの比較例を挙げて説明する。   Next, specific examples of the electrochromic device of the present invention and a comparative example thereof will be described.

〔表示電極構造体の作製〕
厚さ1.1mmのガラス製の支持基板1上に、平面的に15Ω/□のFTO膜(透明電極2)を形成した。
次に、pH=約1.0の塩酸水溶液に1次粒径20nmの酸化チタンを15重量%分散させたスラリーに、ポリエチレングリコールを5重量%の割合で溶解させて塗料を作製した。この塗料を、上記FTO膜上にスキージ法によって塗布した。
次に、ホットプレート上で80℃、15分間の乾燥処理を行い、さらに、電気炉で500℃、1時間焼結を行い、膜厚5μmの酸化チタン多孔質電極4が形成されたFTO基板が得られた。
上記酸化チタン膜よりなる多孔質電極4が形成されたFTO基板を、上記式(18)に示した有機EC色素の5mM水溶液に24時間浸漬させ、有機EC色素を吸着させた。
その後、エタノール溶液で洗浄処理、乾燥処理を行った。
[Preparation of display electrode structure]
On a support substrate 1 made of glass having a thickness of 1.1 mm, a 15 Ω / □ FTO film (transparent electrode 2) was formed in a plane.
Next, polyethylene glycol was dissolved at a rate of 5% by weight in a slurry in which 15% by weight of titanium oxide having a primary particle diameter of 20 nm was dispersed in an aqueous hydrochloric acid solution having a pH of about 1.0 to prepare a coating material. This paint was applied on the FTO film by a squeegee method.
Next, an FTO substrate on which a titanium oxide porous electrode 4 having a film thickness of 5 μm is formed by performing a drying treatment at 80 ° C. for 15 minutes on a hot plate and further sintering at 500 ° C. for 1 hour in an electric furnace. Obtained.
The FTO substrate on which the porous electrode 4 made of the titanium oxide film was formed was immersed in a 5 mM aqueous solution of the organic EC dye represented by the above formula (18) for 24 hours to adsorb the organic EC dye.
Thereafter, washing treatment and drying treatment were performed with an ethanol solution.

〔第一の対向電極構造体の作製〕
厚さ1.1mmのガラス製の支持基板6上に、平面的に15Ω/□のFTO膜(透明電極7)を形成した。
次に、pH=約2.0の塩酸水溶液に、1次粒径25nmのITOを15重量%分散させたスラリーに、ポリエチレングリコールを5重量%の割合で溶解させて塗料を作製した。
この塗料を、上記FTO膜上にスキージ法によって塗布した。
次に、ホットプレート上で80℃、15分間の乾燥処理を行い、さらに、電気炉で500℃、1時間焼結を行い、膜厚7μmのITO多孔質電極が形成されたFTO基板を得た。
[Production of first counter electrode structure]
On a support substrate 6 made of glass having a thickness of 1.1 mm, a 15Ω / □ FTO film (transparent electrode 7) was formed in a plane.
Next, a polyethylene glycol was dissolved at a rate of 5% by weight in a slurry in which 15% by weight of ITO having a primary particle size of 25 nm was dispersed in an aqueous hydrochloric acid solution having a pH of about 2.0 to prepare a coating material.
This paint was applied on the FTO film by a squeegee method.
Next, drying was performed at 80 ° C. for 15 minutes on a hot plate, and further, sintering was performed at 500 ° C. for 1 hour in an electric furnace to obtain an FTO substrate on which an ITO porous electrode having a thickness of 7 μm was formed. .

(ポリキノン化合物の合成:上記式(2))
5−ヒドロキシ−1,3−ベンゾキサチオール−2−オンを、2.5g用意し、これをN2ガス雰囲気下で、2M水酸化ナトリウム水溶液25mlに溶解する。
2雰囲気下で100℃、1時間反応させ、反応終了後、室温まで冷却する。
2雰囲気下で、2M硫酸を二酸化炭素が生じるまで加える。
次に、ジエチルエーテルを加えて攪拌し、エーテルを採取する。この操作を3回繰り返した。
採取したエーテル溶液をひとまとめにし、溶媒を除去した後、クロロホルム/酢酸エチル=10:1混合溶媒で結晶化して、メルカプトヒドロキノンを得た。
次に、得られたメルカプトヒドロキノンを用いて、ITO多孔質電極上にポリメルカプトヒドロキノン膜の形成を行った。
ITO多孔質電極を用いて、これを作用電極とし、対極に白金線、参照極に銀/塩化銀を用いて、+0.7Vの電圧を印加し、メルカプトヒドロキノンの電解酸化重合を行った。電解液は50mlのBritton-Robinson 緩衝液(pH7.0)と、0.09gのメルカプトヒドロキノンを溶解したエタノール溶液10mlの混合液で、電解重合はN2ガスを30分間通気して脱酸素した後、室温で攪拌しながら30分間行った。
その後、基板を乾燥し、メタノール洗浄処理を行った。
次に、上述のようにして作製したポリキノン化合物の膜が形成された電極を用いて、C−V測定を行ったところ、明確な酸化還元波が観察でき、ITO多孔質電極にポリキノン膜が形成されていることが確認された。
(Synthesis of polyquinone compound: Formula (2) above)
2.5 g of 5-hydroxy-1,3-benzoxiathiol-2-one is prepared and dissolved in 25 ml of 2M aqueous sodium hydroxide under N 2 gas atmosphere.
The reaction is carried out at 100 ° C. for 1 hour in an N 2 atmosphere.
Under a N 2 atmosphere, 2M sulfuric acid is added until carbon dioxide is produced.
Next, diethyl ether is added and stirred to collect the ether. This operation was repeated three times.
The collected ether solutions were combined and the solvent was removed, followed by crystallization with a mixed solvent of chloroform / ethyl acetate = 10: 1 to obtain mercaptohydroquinone.
Next, using the obtained mercaptohydroquinone, a polymercaptohydroquinone film was formed on the ITO porous electrode.
An ITO porous electrode was used as a working electrode, a platinum wire was used as a counter electrode, and silver / silver chloride was used as a reference electrode, and a voltage of +0.7 V was applied to carry out electrolytic oxidation polymerization of mercaptohydroquinone. The electrolytic solution Britton-Robinson buffer 50ml and (pH 7.0), with a mixture of ethanol 10ml dissolved mercapto hydroquinone 0.09 g, after electrolytic polymerization was deoxygenated by bubbling for 30 minutes with N 2 gas For 30 minutes with stirring at room temperature.
Then, the board | substrate was dried and the methanol washing process was performed.
Next, when CV measurement was performed using the polyquinone compound film formed as described above, a clear redox wave was observed, and a polyquinone film was formed on the ITO porous electrode. It has been confirmed.

〔第二の対向電極構造体の作製〕
(ポリキノン化合物の合成:上記式(20))
2雰囲気下で、ビス(1,5‐シクロオクタジエン)ニッケル(0)1.8g、1,5−シクロオクタジエン0.624ml、2,2−ビピリジル1.032gをDMF84mlに溶解する。
1,4−ジクロロアントラキノン1.5gをDMF20mlに溶解し、この溶液をN2雰囲気下の反応溶液に添加し、60℃、48時間反応させる。
反応終了後、冷却し、1M塩酸に反応液を滴下して、沈殿を生成させる。
この沈殿をろ過により採取し、その後、得られた固形物を1M塩酸で2回洗浄し、次にメタノールで1回洗浄し、次に50℃のエチレンジアミン四酢酸二ナトリウム水溶液で3回洗浄し、次に50℃の温水で洗浄、最後にメタノールで1回洗浄した。
上述の操作により得られた固形物をクロロホルムに溶解し、メタノールを滴下して結晶化して、上記式(20)の化合物を得た。
得られた上記式(20)の化合物を、クロロホルムに溶解し、3wt%溶液とし、これをITO多孔質電極に3000rpm、10秒でスピンコート、乾燥処理を施して、ポリキノン化合物よりなる膜が形成された電極を得た。
[Production of second counter electrode structure]
(Synthesis of polyquinone compound: Formula (20) above)
Under a N 2 atmosphere, 1.8 g of bis (1,5-cyclooctadiene) nickel (0), 0.624 ml of 1,5-cyclooctadiene, and 1.032 g of 2,2-bipyridyl are dissolved in 84 ml of DMF.
1.5 g of 1,4-dichloroanthraquinone is dissolved in 20 ml of DMF, and this solution is added to the reaction solution under N 2 atmosphere and reacted at 60 ° C. for 48 hours.
After completion of the reaction, the mixture is cooled, and the reaction solution is added dropwise to 1M hydrochloric acid to form a precipitate.
The precipitate was collected by filtration, after which the resulting solid was washed twice with 1M hydrochloric acid, then once with methanol and then three times with aqueous 50 ° C. disodium ethylenediaminetetraacetate solution, Next, it was washed with hot water at 50 ° C. and finally washed once with methanol.
The solid obtained by the above operation was dissolved in chloroform, and methanol was added dropwise to crystallize to obtain the compound of the above formula (20).
The obtained compound of the above formula (20) is dissolved in chloroform to make a 3 wt% solution, and this is spin-coated and dried at 3000 rpm for 10 seconds on the ITO porous electrode to form a film made of a polyquinone compound. The obtained electrode was obtained.

(第三の対向電極構造体の作製)
厚さ1.1mmのガラス製の支持基板6上に、平面的に15Ω/□のFTO膜(透明電極
7)を形成した。
次に、水に1次粒径20nmのアンチモンドープされた酸化スズを20重量%分散させたスラリーに、ポリエチレングリコールを5重量%の割合で溶解させて塗料を作製した。
この塗料を、上記FTO膜上にスキージ法によって塗布した。
次に、ホットプレート上で80℃、15分間の乾燥処理を行い、さらに、電気炉で500℃、1時間焼結を行ったところ、膜厚12μmのアンチモンドープ酸化スズ多孔質電極8が形成されたFTO基板が得られた。
(Production of third counter electrode structure)
On a support substrate 6 made of glass having a thickness of 1.1 mm, a 15Ω / □ FTO film (transparent electrode 7) was formed in a plane.
Next, polyethylene glycol was dissolved at a ratio of 5% by weight in a slurry in which 20% by weight of antimony-doped tin oxide having a primary particle diameter of 20 nm was dispersed in water to prepare a paint.
This paint was applied on the FTO film by a squeegee method.
Next, after drying at 80 ° C. for 15 minutes on a hot plate and further sintering at 500 ° C. for 1 hour in an electric furnace, an antimony-doped tin oxide porous electrode 8 having a film thickness of 12 μm is formed. An FTO substrate was obtained.

(第四の対向電極構造体の作製)
厚さ1.1mmのガラス製の支持基板6上に、平面的に15Ω/□のFTO膜(透明電極7)を形成した。
次に、pH=約2.0の塩酸水溶液に1次粒径25nmの酸化スズを15重量%分散させたスラリーに、ポリエチレングリコールを5重量%の割合で溶解させて塗料を作製した。
この塗料を、上記FTO膜上にスキージ法によって塗布した。
次に、ホットプレート上で80℃、15分間の乾燥処理を行い、さらに、電気炉で500℃、1時間焼結を行い、膜厚8μmの酸化スズ多孔質電極8が形成されたFTO基板を得た。
上記酸化スズ膜よりなる多孔質電極8が形成されたFTO基板を、下記式(29)に示すフェノチアジン誘導体の5mM水溶液に24時間浸漬させ、酸化スズ電極にフェノチアジン誘導体を吸着させた。
(Fabrication of fourth counter electrode structure)
On a support substrate 6 made of glass having a thickness of 1.1 mm, a 15Ω / □ FTO film (transparent electrode 7) was formed in a plane.
Next, a coating material was prepared by dissolving polyethylene glycol at a ratio of 5% by weight in a slurry in which 15% by weight of tin oxide having a primary particle diameter of 25 nm was dispersed in an aqueous hydrochloric acid solution having a pH of about 2.0.
This paint was applied on the FTO film by a squeegee method.
Next, a FTO substrate on which a tin oxide porous electrode 8 having a thickness of 8 μm is formed by performing a drying process at 80 ° C. for 15 minutes on a hot plate, further sintering at 500 ° C. for 1 hour in an electric furnace. Obtained.
The FTO substrate on which the porous electrode 8 made of the tin oxide film was formed was immersed in a 5 mM aqueous solution of a phenothiazine derivative represented by the following formula (29) for 24 hours to adsorb the phenothiazine derivative to the tin oxide electrode.

Figure 2008089707
Figure 2008089707

(電解質層用の溶液の調製)
電解質層5形成用溶液は、ガンマブチロラクロンに、過塩素酸リチウムを0.1mol/L溶解させ、脱水、脱気したものを適用した。
(Preparation of solution for electrolyte layer)
As the electrolyte layer 5 forming solution, a solution obtained by dissolving 0.1 mol / L of lithium perchlorate in gamma-butyrolaclone, dehydrating and degassing was applied.

(電極構造体の貼り合わせ)
上述のようにして作製した表示電極構造体(色素吸着酸化チタン多孔質電極付き基板)と、第一〜第四の対向電極構造体とを、それぞれ、厚さ50μmの熱可塑性フィルム接着剤を用いて90℃で貼り合わせた。この際、後述の工程により電解液を注入できるように、一部分に注入口を形成した。
(Lamination of electrode structure)
Using the display electrode structure (substrate with a dye-adsorbed titanium oxide porous electrode) produced as described above and the first to fourth counter electrode structures, respectively, using a thermoplastic film adhesive having a thickness of 50 μm. And bonded at 90 ° C. At this time, an injection port was formed in a part so that the electrolyte solution could be injected by a process described later.

(電解質溶液の注入)
前記電解液を、注入口から注入した。
その後、注入口をエポキシ系の熱硬化樹脂で封止することにより、電解質層を挟持した状態で対向した電極構造体を具備するエレクトロクロミック装置が完成した。
上述したエレクトロクロミック装置の製造工程に従い、多孔質電極に担持させる有機EC色素について異なるものを適用し、下記実施例、及び比較例のサンプルセルを作製した。
(Injection of electrolyte solution)
The electrolytic solution was injected from the injection port.
Thereafter, the injection port was sealed with an epoxy-based thermosetting resin, thereby completing an electrochromic device including electrode structures facing each other with the electrolyte layer sandwiched therebetween.
In accordance with the manufacturing process of the electrochromic device described above, different organic EC dyes supported on the porous electrode were applied to prepare sample cells of the following examples and comparative examples.

〔実施例1〕
表示電極構造体と、第一の対向電極構造体とを適用して、図1の構成のエレクトロクロミック装置を作製した。
このエレクトロクロミック装置の、両電極間に、−1.5Vの電圧を印加すると、直ちにシアンに発色した。
なお表示変更の応答速度は約180msであり、実用上充分に良好な速度であった。
更に、電極間に0.5Vを印加すると、再び直ちに透明となった。表示変更の応答速度は約90msであり、実用上充分に良好な速度であった。
図2に、消色時と発色時のスペクトルを示した。この例においては、特に対向電極構造体を構成する多孔質電極として無色の材料のものを用い、かつ担持させるポリキノン化合物も酸化・還元反応により着色しないものを選定したので、消色時には、確実に無色透明状態とすることができ、発色時には鮮やかなシアン色の表示を行うことができた。
更に、この例におけるエレクトロクロミック装置の表示電極と対向電極の間に、−1.5Vと0.5Vを交互に1Hzで100万回繰返し印加したが、100万回電圧印加を繰り返した後においても初期の状態とスペクトル形状の変化が殆ど見られず、実用上充分に優れた耐久性を有していることが確認された。
[Example 1]
The display electrode structure and the first counter electrode structure were applied to produce an electrochromic device having the configuration of FIG.
When a voltage of -1.5 V was applied between both electrodes of this electrochromic device, the color was immediately developed to cyan.
The response speed of the display change was about 180 ms, which was a sufficiently good speed for practical use.
Further, when 0.5 V was applied between the electrodes, it became transparent again immediately. The response speed of the display change was about 90 ms, which was a sufficiently good speed for practical use.
FIG. 2 shows spectra at the time of decoloring and color development. In this example, since the porous electrode constituting the counter electrode structure is made of a colorless material and the polyquinone compound to be supported is selected not to be colored by oxidation / reduction reaction, A colorless and transparent state could be obtained, and a vivid cyan color could be displayed during color development.
Furthermore, -1.5V and 0.5V were alternately applied 1 million times at 1 Hz between the display electrode and the counter electrode of the electrochromic device in this example, but even after the voltage application was repeated 1 million times. Almost no change in the initial state and spectrum shape was observed, and it was confirmed that the material had sufficiently excellent durability for practical use.

〔実施例2〕
表示電極構造体と、第二の対向電極構造体を適用して、図1の構成のエレクトロクロミック装置を作製した。
このエレクトロクロミック装置の、両電極間に、−1.5Vの電圧を印加すると、直ちにシアンに発色した。なお表示変更の応答速度は約160msであり、実用上充分に良好な速度であった。
更に、電極間に0.5Vを印加すると再び直ちに透明となった。表示変更の応答速度は約80msであり、実用上充分に良好な速度であった。
図3に、消色時と発色時のスペクトルを示した。この例においては、特に対向電極構造体を構成する多孔質電極として無色の材料のものを用い、かつ担持させるポリキノン化合物にも酸化・還元反応により着色しないものを選定したので、消色時には、確実に無色透明状態とすることができ、発色時には鮮やかなシアン色の表示を行うことができた。
更に、この例におけるエレクトロクロミック装置の表示電極と対向電極の間に、−1.5Vと0.5Vを交互に1Hzで100万回繰返し印加したが、100万回電圧印加を繰り返した後においても初期の状態とスペクトル形状の変化が殆ど見られず、実用上充分に優れた耐久性を有していることが確認された。
[Example 2]
The display electrode structure and the second counter electrode structure were applied to produce an electrochromic device having the configuration of FIG.
When a voltage of -1.5 V was applied between both electrodes of this electrochromic device, the color was immediately developed to cyan. The response speed for changing the display was about 160 ms, which was a sufficiently good speed for practical use.
Furthermore, when 0.5 V was applied between the electrodes, it became transparent again immediately. The response speed of the display change was about 80 ms, which was a sufficiently good speed for practical use.
FIG. 3 shows the spectrum at the time of decoloring and color development. In this example, a colorless material was used especially as the porous electrode constituting the counter electrode structure, and the polyquinone compound to be supported was selected so as not to be colored by oxidation / reduction reactions. It was possible to achieve a colorless and transparent state, and vivid cyan display could be performed during color development.
Furthermore, -1.5V and 0.5V were alternately applied 1 million times at 1 Hz between the display electrode and the counter electrode of the electrochromic device in this example, but even after the voltage application was repeated 1 million times. Almost no change in the initial state and spectrum shape was observed, and it was confirmed that the material had sufficiently excellent durability for practical use.

〔比較例1〕
表示電極構造体と、第三の対向電極構造体を適用して、図1の構成のエレクトロクロミック装置を作製した。
このエレクトロクロミック装置の、電極間に、−1.5Vの電圧を印加すると、くすんだシアンに発色した。
なお表示変更の応答速度は約130msであった。
さらに、電極間に0.5Vを印加すると再び直ちに透明となった。表示変更の応答速度は約60msであった。
図4に消色時と発色時のスペクトルを示した。これによると消色時においても完全に無色透明にはなっていないことが確認される。これは、第三の対向電極構造体を構成する多孔質電極材料であるアンチモンドープ酸化スズが灰色に着色している材料であるためである。よって発色時にはくすんだシアン色に表示されてしまい、本来のEC色素の発色が表現できなかった。
[Comparative Example 1]
The display electrode structure and the third counter electrode structure were applied to produce an electrochromic device having the configuration shown in FIG.
When a voltage of -1.5 V was applied between the electrodes of this electrochromic device, the color developed in dull cyan.
The display change response speed was about 130 ms.
Furthermore, when 0.5 V was applied between the electrodes, it became transparent again immediately. The response speed of the display change was about 60 ms.
FIG. 4 shows spectra at the time of decoloring and color development. This confirms that it is not completely colorless and transparent even at the time of decoloring. This is because antimony-doped tin oxide, which is a porous electrode material constituting the third counter electrode structure, is a material colored gray. Therefore, when the color was developed, it was displayed in a dull cyan color, and the original color development of the EC dye could not be expressed.

〔比較例2〕
表示電極構造体と、第四の対向電極構造体を適用して、図1の構成のエレクトロクロミック装置を作製した。
このエレクトロクロミック装置の、電極間に、−1.5Vの電圧を印加すると、青色に発色した。なお表示変更の応答速度は約280msであった。
更に、電極間に0.5Vを印加すると再び直ちに透明となった。表示変更の応答速度は約160msであった。
図5に消色時と発色時のスペクトルを示した。これによると、消色時には、素子はほぼ無色透明状態となることが確認される。
しかしながら、発色操作を行うと、対向電極構造体の多孔質電極に担持させたフェノチアジン誘導体が発色し、これが有機EC色素の発色と混色してしまうため、全体として青色に表示されてしまい、本来のEC色素の発色が表現できなかった。
[Comparative Example 2]
The display electrode structure and the fourth counter electrode structure were applied to produce an electrochromic device having the configuration of FIG.
When a voltage of -1.5 V was applied between the electrodes of this electrochromic device, the color developed blue. The display change response speed was about 280 ms.
Furthermore, when 0.5 V was applied between the electrodes, it became transparent again immediately. The response speed of the display change was about 160 ms.
FIG. 5 shows the spectrum at the time of decoloring and color development. According to this, it is confirmed that the element is almost colorless and transparent at the time of decoloring.
However, when the coloring operation is performed, the phenothiazine derivative carried on the porous electrode of the counter electrode structure develops color, which is mixed with the coloring of the organic EC dye, so that it is displayed in blue as a whole. The coloring of the EC dye could not be expressed.

上述したことから明らかなように、本発明によれば、対向電極構造体を構成する多孔質電極に、ポリキノン化合物よりなる膜を形成させたことにより、消色時には、略無色透明を確実に確保しながら、発色時には鮮鋭な目的色の表示を行うことができ、高い安定性をもって可逆的な発消色表示を行うことができる、特にフルカラー化への応用を図る上において最適なエレクトロクロミック装置を提供できた。   As is clear from the above, according to the present invention, by forming a film made of a polyquinone compound on the porous electrode constituting the counter electrode structure, it is ensured that substantially colorless and transparent is ensured at the time of decoloring. On the other hand, a sharp target color can be displayed at the time of color development, and reversible color erasing display can be performed with high stability. Especially, it is an optimal electrochromic device for application to full color. I was able to provide it.

本発明のエレクトロクロミック装置の一例の概略断面図を示す。1 shows a schematic cross-sectional view of an example of an electrochromic device of the present invention. 実施例1の発色時・消色時の透過スペクトルを示す。The transmission spectrum at the time of color development and decoloring of Example 1 is shown. 実施例2の発色時・消色時の透過スペクトルを示す。The transmission spectrum at the time of color development and decoloring of Example 2 is shown. 比較例1の発色時・消色時の透過スペクトルを示す。The transmission spectrum at the time of coloring and decoloring of Comparative Example 1 is shown. 比較例2の発色時・消色時の透過スペクトルを示す。The transmission spectrum at the time of coloring and decoloring of Comparative Example 2 is shown.

符号の説明Explanation of symbols

1,6……支持基板、2……透明電極、3……有機EC色素、4,8……多孔質電極、5……電解質層、10……エレクトロクロミック装置、11……表示電極構造体、12……対向電極構造体、13……ポリキノン化合物
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,6 ... Support substrate, 2 ... Transparent electrode, 3 ... Organic EC pigment | dye, 4,8 ... Porous electrode, 5 ... Electrolyte layer, 10 ... Electrochromic device, 11 ... Display electrode structure 12 ... Counter electrode structure 13 ... Polyquinone compound

Claims (3)

支持基板上に、少なくとも透明電極が形成されている一対の電極構造体(表示電極構造体と対向電極構造体)が、
前記透明電極同士が対面するように電解質層を挟持して配置されており、
前記一対の電極構造体のうちの、少なくとも一方の透明電極上に、
酸化又は還元反応により発色するエレクトロクロミック色素が吸着されている多孔質電極が形成されており、
前記対向電極構造体を構成する透明電極上に、
ベンゾキノン、ナフトキノン、アントラキノンのうち、少なくともいずれかをモノマーとするポリキノン化合物が吸着している多孔質電極が形成されていることを特徴とするエレクトロクロミック装置。
A pair of electrode structures (a display electrode structure and a counter electrode structure) in which at least a transparent electrode is formed on a support substrate,
It is arranged with the electrolyte layer sandwiched so that the transparent electrodes face each other,
On at least one transparent electrode of the pair of electrode structures,
A porous electrode is formed on which an electrochromic dye that develops color by oxidation or reduction reaction is adsorbed,
On the transparent electrode constituting the counter electrode structure,
An electrochromic device characterized in that a porous electrode is formed on which a polyquinone compound containing at least one of benzoquinone, naphthoquinone, and anthraquinone as a monomer is adsorbed.
前記ポリキノン化合物が、下記式(1)乃至(5)の、少なくともいずれか一種よりなることを特徴とする請求項1に記載のエレクトロクロミック装置。
Figure 2008089707

Figure 2008089707

Figure 2008089707

Figure 2008089707

Figure 2008089707

但し、上記式(5)において、Xは、水素原子、あるいは脂肪族炭化水素基を表すものとし、Yは、水素原子、脂肪族炭化水素基、エーテル基、ヒドロキシ基のいずれかを表すものとする。
The electrochromic device according to claim 1, wherein the polyquinone compound is composed of at least one of the following formulas (1) to (5).
Figure 2008089707

Figure 2008089707

Figure 2008089707

Figure 2008089707

Figure 2008089707

In the above formula (5), X represents a hydrogen atom or an aliphatic hydrocarbon group, and Y represents any one of a hydrogen atom, an aliphatic hydrocarbon group, an ether group, and a hydroxy group. To do.
前記多孔質電極が、メソポーラス形状、集合粒子状、ロット形状、ワイヤ形状の、金属、半導体材料、あるいは導電性高分子により形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載のエレクトロクロミック装置。   3. The electrochromic according to claim 1, wherein the porous electrode is formed of a metal, a semiconductor material, or a conductive polymer in a mesoporous shape, an aggregated particle shape, a lot shape, or a wire shape. apparatus.
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