JP2008512727A - 緑色エレクトロクロミック(ec)材料および素子 - Google Patents
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Abstract
Description
例示的な実施形態を参照図面に示す。本明細書に開示する実施形態および図面は、限定的ではなく例示のためのものである。
緑色ECポリマーとして使用することができる、単一吸収ピークを示す第1の緑色材料は、チオフェン誘導体、2,3−ジ−チオフェン−2−イル−チエノ[3,4−b]ピラジンであり、この誘導体は本来、非線形光学材料としての使用を評価されていた。図2は、中性状態と荷電状態との両状態におけるチオフェン誘導体10の化学構造を示す。中性状態において、チオフェン誘導体10は非常に薄い黄色を示す。チオフェン誘導体10をラジカルイオンに還元することができ、このラジカルイオンは、約680nmに吸収ピークを有し、非常に飽和した緑色を示す。ラジカルイオン(濃緑)から中性状態(薄黄)への遷移は可逆的であり、チオフェン誘導体10を緑色EC材料として使用できることを示す。
第1の実証的エレクトロクロミック素子を作製した。この素子は、2つの酸化インジウムスズ(ITO)ガラススライド(透明電極として機能する)、銀箔の参照電極、チオフェン誘導体10、電解質(ヘキサフルオロリン酸テトラブチルアンモニウム)および非水溶媒(アセトニトリルまたはプロピレンカーボネートのどちらか一方)を含む。完成した素子は、約−2ボルトから約0ボルトに及ぶ電源によって、飽和した緑色の状態と通常の透明な薄黄色の状態とを容易に切り替えられる。この実証的研究により、チオフェン誘導体10を使用して、素子の色変化が実質的透明から飽和した緑色であるEC素子を作製することができることが証明された。この素子を図4Aおよび4Bに示す。チオフェン誘導体10は液体電解質に溶解していることに留意されたい。
赤色光を吸収する(好ましくは750nm前後で最大吸収を示す)導電性ポリマーを実現するためには、導電性ポリマーは約1電子ボルト以下でバンドギャップを有さなければならない。このような導電性ポリマーには、低バンドギャップポリマー(「小バンドギャップ」または「狭バンドギャップ」ポリマーの別名でも知られる)が含まれる。低バンドギャップポリマーを合成するために、共役構造の長さを変更すること、ならびに電子供与基および電子求引基を構造に導入することを含めたいくつかの戦略を実施することができる。複数の緑色EC材料が、上述した合成戦略を用いて開発されてきた。一方の状態で緑色を示し、第2の状態で別の実質的に不透明な色を示す、いくつかの材料が特定された。このような材料は、第1の状態で緑色を示し、第2の状態で実質的に透明な色を示すEC材料に比べて望ましくない。他の材料はモノマーとして合成されたが、重合するのは難しいとわかった。いくつかの材料は、望ましい色遷移(すなわち、通常の透明な状態から緑色の状態へ)を示し、その重合に成功した。
図9は、図7Aの化合物1(すなわち、2,5−ジ(チエン−2−イル)−3,4−ジ(2,2,2−トリフルオロ−エトキシ)−チオフェン)の合成を模式的に示す。この化合物1は、重合させると緑色ECポリマーとして有効に利用することができる。
以下の考察において、化合物Aは3,4−ジヒドロキシ−チオフェン−2,5−ジカルボン酸ジメチルエステルであり、化合物Bは3,4−ビス−(2,2,2−トリフルオロエトキシ)−チオフェン−2,5−ジカルボン酸ジメチルエステルである。
この考察において、化合物Cは3,4−ビス−(2,2,2−トリフルオロ−エトキシ)−チオフェン−2,5−ジカルボン酸である。
以下の考察において、化合物Dは3,4−ビス−(2,2,2−トリフルオロ−エトキシ)−チオフェンである。
以下の考察において、化合物Eは、2,5−ジブロモ−3,4−ビス−(2,2,2−トリフルオロ−エトキシ)−チオフェンである。
以下の考察において、化合物1は、2,5−ジ(チエン−2−イル)−3,4−ジ(2,2,2−トリフルオロ−エトキシ)−チオフェンである。
図10Aは、緑色ECポリマーとして利用することができる可能性のある図7Cの化合物3の合成を模式的に示す。
以下の考察において、化合物3は、2,5−(2,3−ジヒドロ−チエノ[3,4−b][1,4]ジオキシン−5−イル)−3,4−ジ(2,2,2−トルフルオロ−エトキシ)−チオフェンである。
二重吸収バンドを含む、緑色を示す導電性有機材料を調査するために、ターチオフェンピラジンのカテゴリに属する緑色のモノマーを調査した。図11Aは、このカテゴリからの3つの既知化合物の構造を示し、それぞれ化合物7、化合物8および化合物9と表す。
図12は、重合させると緑色ECポリマーとして利用することができる可能性のある図11Bの化合物13の合成を模式的に示す。
以下の考察において、化合物13は2,3−ジベンジル−5,7−ジ(チエン−2−イル)チエノ[3,4−b]ピラジンである。
本開示の1つの態様は、電解重合を用いてECポリマー膜を作製する方法を対象とする。高品質ECポリマー膜を実現するために、2つの関連する電解重合技法を利用してECモノマーを重合することができる。脱色状態(bleached state)と非脱色状態(unbleached state)との間で高コントラストを実現するためには、密度が必要とされる。多くのサイクルにわたる再現性には高品質が必要とされる。高コントラストを示さず多くのサイクルにわたる再現性を示さないECポリマー膜は、ウインドウやディスプレイのような、ECポリマーをベースとする装置における構成要素としてあまり有用ではない。
以下の技法を使用して、化合物1に基づく安定なポリマーの実現に成功した。
以下の技法を使用して、化合物13に基づく安定なポリマーの実現に成功した。
図15は、詳細に上述した化合物1、3または13のような緑色ECポリマーを含むEC素子を模式的に示す。第1の層をITO透明電極12によって実施し、続いて、(パラフィルム(登録商標)など非導電性で透明なポリマーを用いて実施することができる)絶縁層14を実施する。参照電極18(好ましくは銀電極を用いて実施される)を上部および下部絶縁層14間に挟む。緑色ECポリマー層11を下部絶縁層14と下部透明電極12との間に挟む。各絶縁層は開口部20を含み、この開口部は電解質16で充填されることに留意されたい。これらの開口部により、透明電極と、参照電極と、電解質と、緑色ECポリマーとの間で電荷をやりとりすることが可能となる。
Claims (16)
- 実質的に透明な第1の状態と、飽和した緑色を示す第2の状態との間で切替えが可能なエレクトロクロミック素子であって、
(a)透明電極と、
(b)第1の状態においては通常透明であり、第2の状態においては飽和した緑色を示すエレクトロクロミック有機材料と、
(c)電解質と
を含むことを特徴とするエレクトロクロミック素子。 - 前記エレクトロクロミック有機材料は、チオフェン誘導体を含む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素子。
- 前記チオフェン誘導体は、2,3−ジ−チオフェン−2−イル−チエノ[3,4−b]ピラジンを含むことを特徴とする請求項2に記載のエレクトロクロミック素子。
- 前記エレクトロクロミック有機材料は、ピラジン誘導体を含む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素子。
- 前記ピラジン誘導体は、2,3−ジベンジル−5,7−ジ(チエン−2−イル)チエノ[3,4−b]ピラジンを含むことを特徴とする請求項4に記載のエレクトロクロミック素子。
- 前記ピラジン誘導体は、2,3−ジベンジル−5,7−ジ(チエン−2−イル)チエノ[3,4−b]ピラジンのハロゲン化誘導体を含むことを特徴とする請求項4に記載のエレクトロクロミック素子。
- (a)透明電極と、
(b)第1の状態においては通常透明であり、第2の状態においては飽和した緑色を示すエレクトロクロミック有機材料と、
(c)電解質と
を含むことを特徴とするエレクトロクロミック素子。 - 前記エレクトロクロミック有機材料は、2,3−ジ−チオフェン−2−イル−チエノ[3,4−b]ピラジンを含むことを特徴とする請求項7に記載のエレクトロクロミック素子。
- 参照電極をさらに含むことを特徴とする請求項8に記載のエレクトロクロミック素子。
- 荷電平衡分子をさらに含むことを特徴とする請求項8に記載のエレクトロクロミック素子。
- 前記荷電平衡分子は、5,10−ジヒドロ−5,10,ジメチルフェナジンを含むことを特徴とする請求項10に記載のエレクトロクロミック素子。
- 前記エレクトロクロミック有機材料は、2,3−ジベンジル−5,7−ジ(チエン−2−イル)チエノ[3,4−b]ピラジンおよび2,3−ジベンジル−5,7−ジ(チエン−2−イル)チエノ[3,4−b]ピラジンのハロゲン化誘導体のうち少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項7に記載のエレクトロクロミック素子。
- (a)透明電極と、
(b)第1の状態においては緑色ではなく第2の状態において緑色を示し、単一吸収バンドを示すエレクトロクロミック有機材料と、
(c)電解質と
を含むことを特徴とするエレクトロクロミック素子。 - 前記エレクトロクロミック有機材料は、2,3−ジ−チオフェン−2−イル−チエノ[3,4−b]ピラジンを含むことを特徴とする請求項13に記載のエレクトロクロミック素子。
- 前記エレクトロクロミック有機材料は、2,5−ジ(チエン−2−イル)−3,4−ジ(2,2,2−トリフルオロ−エトキシ)−チオフェンを含むことを特徴とする請求項13に記載のエレクトロクロミック素子。
- 前記エレクトロクロミック有機材料は、2,5−(2,3−ジヒドロ−チエノ[3,4−b][1,4]ジオキシン−5−イル)−3,4−ジ(2,2,2−トリフルオロ−エトキシ)−チオフェンを含むことを特徴とする請求項13に記載のエレクトロクロミック素子。
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