JP2009048141A - エレクトロクロミック化合物、中間体化合物、及び、それらの製造方法、並びに、エレクトロクロミック化合物を用いた光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】耐久性を有し、応答反応に優れ、鮮鋭な色調で、可逆的なシアンの発消色表示を行うことができるエレクトロクロミック化合物及びその中間体化合物とそれらの製造方法、並びに、エレクトロクロミック装置を提供すること。
【解決手段】エレクトロクロミック化合物は、３，６−ビス(４−ピリジル)−１、２、４、５−テトラキス（トリフルオロメチル）ベンゼンを中間体化合物として、これをハロゲン化物Ａ₁Ｙ、Ａ₂Ｙ（但し、Ｙはアニオンを表しており、Ａ₁、Ａ₂は、置換されていてもよい脂肪族炭化水素基又は芳香族炭化水素基であり、Ａ₁、Ａ₂のうち少なくとも一方は、多孔質電極へ担持するための官能基を有している。）と反応させて合成される。エレクトロクロミック化合物３は、エレクトロクロミック装置１０の表示電極構造体１１の多孔質電極４に担持される。
【選択図】図１

Description

本発明は、発色効率、応答速度、表示色純度に優れた、表示装置用途として好適なエレクトロクロミック化合物及びその中間体化合物とそれらの製造方法、並びに、エレクトロクロミック装置に関するものであり、シアンの発消色表示のためのエレクトロクロミック化合物及びその中間体化合物とそれらの製造方法、並びに、エレクトロクロミック装置に関する。

近年、明るく色純度に優れ、且つ、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いる。従来、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）、ＰＤＰ（Plasma Display Panel）、ＥＬＤ（Electroluminescence Display）ＶＦＤ（Vacuum Fluorescent Display）、ＦＥＤ（Field Emission Display）、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の発光型素子、ＤＭＤ（Digital Micromirror Display）、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、ＥＣＤ（Electrochromic Display）、ＥＰＤ（Electrophoresis Display）等の非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、従来公知の各種発光型素子を用いた表示デバイスは、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。

特に、ＬＣＤは、非発光型素子の中でも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。また、ＬＣＤを使用している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、表示光が相殺されて視認性が悪化するという問題もあった。

非発光型素子のうち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や電気泳動方式の表示デバイスが挙げられる。

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、従来の透過型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、電気泳動方式の表示デバイスは、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。

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と略記する。）素子を用いたものが提案されている。このＥＣ素子は、偏光板等が不要であり、視野角依存性が無く、発色型で視認性に優れ、構造が簡易で且つ大型化も容易で、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。

具体的なＥＣ素子を用いた表示装置の例としては、１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が提案されている（例えば、後記する特許文献１、２を参照。）。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。

なお、イエロー、シアン、マゼンタの各ＥＣ色素をそれぞれ担持させた構造単位を積層させた構成を有し、フルカラー表示を行うことができるＥＣ表示素子は周知であり（例えば、後記する特許文献３、４、５を参照。）、ビオロゲン化合物に関して周知である（例えば、後記する特許文献６を参照。）。

また、後記する非特許文献１には、ピロメリト酸(ベンゼン−１、２、４，５−テトラカルボン酸、Ｃ₁₀Ｈ₆Ｏ₈)とＳＦ₄の反応についての記載がある。

また、後記する非特許文献２には、パーフルオロ−１，３，５，７−テトラハイドロベンゾ（１，２−ｃ：４，５−ｃ’）ジフランをＳｂＦ₅と無水ＨＦにより開裂させ、開裂生成物をＳＦ₄とＨＦにより処理して、ペーフルオロデュレンを合成する記載がある。

また、後記する非特許文献３には、ビス（２−ホスホノエチル）−４、４‘−ビピリジニウム ジクロライドの合成に関する記載がある。

特開２００３−２４８２４２号公報（段落０００８、段落００２５、図１、図２） 特開２００３−２７０６７０号公報（段落０００８、段落００３１、図１〜図４） 特開２００７−１０９７５号公報（段落００２８、段落００４６） 特開２００７−４１２５９号公報（段落００１１〜００１２、段落０１４８、図１〜図４） 特開２００７−１２１７１４号公報（段落００７１〜００８８） 特表２００６−５１９２２２号公報（特許請求の範囲） W. Dmowski and J. Porwsiak,"A re-investigation of the reactions of pyromellitic acid and its dianhydride with sulfur tetrafluoride", Journal of Fluorine Chemistry, 60(1993)233-237（Abstract, Results and discussion, Scheme 1.） W. Dmowski, "Polyhaloaromatics Part VI. The first synthesis of perfluorodurene", Journal of Fluorine Chemistry, 68(1994)57-58（Abstract, Experimental, Scheme 1.） D. Cummins, et al,"Ultrafast Electrochromic Windows Based on Redox-Chomophore Modified Nanostructured Semiconducting and Conducting Films", J. Phys. Chem. B, 104(2000)11449-11459（Experimental Sections, Scheme 1.）

しかし、特許文献１、２に提案されている表示装置においては、ビオロゲンと称されるビピリジン化合物を反応色素として用いており、これは青色の発消色を可逆的に行うものであるため、元々フルカラー表示を行うことを前提していないものである。

特許文献３、４、５に、フルカラー表示を行うために必要とされるシアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）に発色するＥＣ色素を用いた表示装置についての記載があるが、応答反応に優れ、鮮鋭な色調で、多数回繰り返し安定に可逆的な発消色表示を行うことができるエレクトロクロミック化合物については、十分な配慮がなされていない。

また、従来の表示装置は、色純度が低いという点や、精密且つ鮮明なカラー画像の表示を行うことが困難であるという問題があった。

本発明は、上述したような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、優れた性能を有する新規な、エレクトロクロミック化合物、中間体化合物、及び、それらの製造方法、並びに、エレクトロクロミック化合物を用いた光学装置を提供することにあり、特に、耐久性を有し、応答反応に優れ、鮮鋭な色調で、可逆的なシアンの発消色表示を安定して多数回繰り返し行うことが可能であり、フルカラー画像形成に有用なエレクトロクロミック化合物、及び、その中間体化合物とそれらの製造方法、並びに、エレクトロクロミック装置を提供することにある

即ち、本発明は、式（１）によって表される化合物、又はそのＣ₅Ｎ環の炭素原子に結合する水素原子が他の原子又は原子団によって置換された誘導体からなるエレクトロクロミック化合物に係るものである。但し、上記式（１）において、ａ、ｂはａ×ｂ＝２を満たす整数であり、Ｙ^b-はｂ価アニオンを表し、Ａ₁、Ａ₂は置換されていてもよい脂肪族炭化水素基又は芳香族炭化水素基であり、Ａ₁、Ａ₂のうち少なくとも一方は、多孔質電極へ担持するための官能基を有している。

…（１）

また、本発明は、上記式（２）によって表される３，６−ビス(４−ピリジル)−１、２、４、５−テトラキス（トリフルオロメチル）ベンゼン、又はそのＣ₅Ｎ環の炭素原子に結合する水素原子が他の原子又は原子団によって置換された誘導体からなる中間体化合物に係るものである。

…（２）

また、本発明は、３，６−ビス(４−ピリジル)−１、２、４、５−テトラメチルベンゼン又はその誘導体を酸化して、３，６−ビス(４−ピリジル)−１、２、４、５−テトラキス（カルボキシ）ベンゼンを合成する工程と、この３，６−ビス(４−ピリジル)−１、２、４、５−テトラキス（カルボキシ）ベンゼンをＳｂＦ₅、又はＳＦ₄と反応させる工程とを有する、上記式（２）によって表される３，６−ビス(４−ピリジル)−１、２、４、５−テトラキス（トリフルオロメチル）ベンゼン、又はそのＣ₅Ｎ環の炭素原子に結合する水素原子が他の原子又は原子団によって置換された誘導体からなる中間体化合物の製造方法に係るものである。

また、本発明は、上記式（２）によって表される３，６−ビス(４−ピリジル)−１、２、４、５−テトラキス（トリフルオロメチル）ベンゼン、又はそのＣ₅Ｎ環の炭素原子に結合する水素原子が他の原子又は原子団によって置換された誘導体からなる中間体化合物をハロゲン化物Ａ₁Ｙ、Ａ₂Ｙ（但し、Ｙはアニオンを表しており、Ａ₁、Ａ₂は、置換されていてもよい脂肪族炭化水素基又は芳香族炭化水素基であり、Ａ₁、Ａ₂のうち少なくとも一方は、多孔質電極へ担持するための官能基を有している。）と反応させる工程を有し、上記式（１）によって表される化合物、又はそのＣ₅Ｎ環の炭素原子に結合する水素原子が他の原子又は原子団によって置換された誘導体からなるエレクトロクロミック化合物の製造方法に係るものである。

また、本発明は、上記式（１）によって表される化合物、又はそのＣ₅Ｎ環の炭素原子に結合する水素原子が他の原子又は原子団によって置換された誘導体からなるエレクトロクロミック化合物を用いた光学装置に係るものである。

本発明によるエレクトロクロミック化合物は、耐久性を有し、応答反応に優れ、鮮鋭な色調で、多数回繰り返しに可逆的なシアンの発消色表示を行うことができる、エレクトロクロミック装置に好適に使用することができる。

本発明による中間体化合物は、上記式（１）によって表される化合物、又はそのＣ₅Ｎ環の炭素原子に結合する水素原子が他の原子又は原子団によって置換された誘導体からなるエレクトロクロミック化合物の製造方法に好適に使用することができる。

本発明による中間体化合物の製造方法によれば、上記式（１）によって表される化合物、又はそのＣ₅Ｎ環の炭素原子に結合する水素原子が他の原子又は原子団によって置換された誘導体からなるエレクトロクロミック化合物の製造方法における中間体として好適に使用することができる、上記式（２）によって表される３，６−ビス(４−ピリジル)−１、２、４、５−テトラキス（トリフルオロメチル）ベンゼン、又はそのＣ₅Ｎ環の炭素原子に結合する水素原子が他の原子又は原子団によって置換された誘導体を提供することができる。

本発明によるエレクトロクロミック化合物の製造方法によれば、上記式（２）によって表される３，６−ビス(４−ピリジル)−１、２、４、５−テトラキス（トリフルオロメチル）ベンゼン、又はそのＣ₅Ｎ環の炭素原子に結合する水素原子が他の原子又は原子団によって置換された誘導体からなる中間体化合物を合成原料として用いて、上記式（１）によって表される化合物、又はそのＣ₅Ｎ環の炭素原子に結合する水素原子が他の原子又は原子団によって置換された誘導体からなるエレクトロクロミック化合物を合成することができる。

本発明による光学装置によれば、上記式（１）によって表される化合物、又はそのＣ₅Ｎ環の炭素原子に結合する水素原子が他の原子又は原子団によって置換された誘導体からなるエレクトロクロミック化合物を用いるので、エレクトロクロミズムに基づく高性能な光学装置を提供することができる。

本発明の中間体化合物は、上記式（１）によって表される化合物、又はそのＣ₅Ｎ環の炭素原子に結合する水素原子が他の原子又は原子団によって置換された誘導体からなるエレクトロクロミック化合物を合成するための中間体であり、１，２，４，５−テトラメチルベンゼンを出発物質として用いて中間体は効率よく合成することができ、エレクトロクロミック化合物を効率よく合成することができる。

本発明の中間体化合物の製造方法は、上記式（１）によって表される化合物、又はそのＣ₅Ｎ環の炭素原子に結合する水素原子が他の原子又は原子団によって置換された誘導体からなるエレクトロクロミック化合物を合成するための中間体を合成するものであり、１，２，４，５−テトラメチルベンゼンを出発物質として用いて中間体は効率よく合成することができ、効率よくエレクトロクロミック化合物を合成することができる。

本発明の光学装置では、第１の支持基板、この第１の支持基板上に形成された第１の透明電極、及び、この第１の透明電極上に形成された金属酸化物多孔質電極を含む表示電極構造体と、第２の支持基板、この第２の支持基板上に形成された第２の透明電極を含む対向電極構造体と、前記表示電極構造体及び前記対向電極構造体によって挟持された電解質層とを具備し、前記第１の透明電極と前記第２の透明電極とが対向するように配置され、エレクトロクロミック化合物が前記金属酸化物多孔質電極に担持され、前記第１の透明電極と前記第２の透明電極の間に印加する電圧の制御によって、エレクトロクロミック化合物による可逆的な発消色を行うエレクトロクロミック素子構造体を有し、上記式（１）によって表される化合物、又はそのＣ₅Ｎ環の炭素原子に結合する水素原子が他の原子又は原子団によって置換された誘導体からなる化合物が前記エレクトロクロミック化合物として使用され、前記電圧の印加の制御によってシアンの可逆的な発消色を行う、エレクトロクロミック装置として構成されるのがよい。この構成によれば、耐久性を有し、応答反応に優れ、鮮鋭な色調で、多数回繰り返しに可逆的なシアンの発消色表示を行うことができる、エレクトロクロミック装置を提供することができる。

また、前記エレクトロクロミック素子構造体を第１のエレクトロクロミック素子構造体とし、前記エレクトロクロミック素子構造体において前記エレクトロクロミック化合物としてイエローの可逆的な発色を行う化合物が使用された第２のエレクトロクロミック素子構造体と、前記エレクトロクロミック素子構造体において前記エレクトロクロミック化合物としてマゼンタの可逆的な発色を行う化合物が使用された第３のエレクトロクロミック素子構造体とを有し、前記第１、第２、第３のエレクトロクロミック素子構造体が積層され、フルカラーの画像を表示する構成とするのがよい。この構成によれば、発消色の多数回繰り返しに対して耐久性を有し、応答反応に優れ、鮮鋭な色調で、フルカラー表示を行うことができる、エレクトロクロミック装置を提供することができる。

以下、本発明による、エレクトロクロミック化合物及びその中間体化合物とそれらの製造方法、並びに、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。

実施の形態
本実施の形態による、式（２）で表される中間体化合物である３，３，６−ビス(４−ピリジル)−１、２、４、５−テトラキス（トリフルオロメチル）ベンゼン（Ｃ₂₀Ｈ₈Ｆ₁₂Ｎ₂）は、３，６−ビス（４−ピリジル）−１，２，４，５−テトラメチルベンゼン（Ｃ₂₀Ｈ₂₀Ｎ₂）を酸化し、続いてＳＦ４と反応させることによって合成することができ、式（１）によって表されるエレクトロクロミック化合物はこの中間体化合物を用いて合成することができる。

本実施の形態による、式（２）によって表される中間体化合物である３，６−ビス(４−ピリジル)−１、２、４、５−テトラキス（トリフルオロメチル）ベンゼンは、式（２）によって表されるエレクトロクロミック化合物の製造方法に直接好適に使用することができる。

本実施の形態による、式（１）によって表されるエレクトロクロミック化合物は、エレクトロクロミック装置に好適に使用することができ、応答反応に優れ、鮮鋭な色調で、多数回繰り返し安定に可逆的なシアンの発消色表示を行うことができる。

本実施の形態によるエレクトロクロミック装置は、 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、透明電極同士が対向するように電解質層を挟持して配置されており、一対の電極構造体を構成する透明電極のうちの、少なくとも表示電極構造体の上に、式（１）によって表されるエレクトロクロミック化合物が担持された金属酸化物多孔質電極が形成されており、一対の電極構造体の間に印加する電圧の制御によって、シアンの可逆的な発消色を行うことができるエレクトロクロミック装置である。

本発明によれば、明瞭なシアンの発消色を多数回繰り返し安定して表示することが可能な、フルカラー画像形成に寄与し得るエレクトロクロミック化合物を使用したことにより、応答速度、発色効率に優れ、色純度が高く、精密な画像制御が可能であり、屋外でも優れた視認性を有するエレクトロクロミック装置を得ることができた。

また、本発明によれば、エレクトロクロミック化合物による多数回の発消色動作の後において、可視吸収スペクトル形状は発消色動作前の初期状態のスペクトル形状とほぼ同じであり変化を生じることがなく、発色状態が変化して不安定になることがなく、また、発色濃度の低下もなく、多数回の発消色の動作の繰り返しに対して耐久性を有するので、多数回繰り返して発消色動作を行った場合にも、鮮明な発消色を可逆的に行うことができ、極めて安定な発色の画像表示を行うエレクトロクロミック装置を実現することができる。また、精密な画像制御によってフルカラー画像表示を行うエレクトロクロミック装置の場合にも、フルカラー化に寄与し得る有機エレクトロミック色素の発消色によって、フルカラー表示として要求される発色を多数回繰り返しても、明瞭な色表示を安定して行うことができる。

図１は、本発明の実施の形態による、エレクトロクロミック装置の一例の概略構成を説明する断面図である。

図１に示すように、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、本発明のエレクトロクロミック化合物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。

なお、図１においては、対向する透明電極２、７の何れにも多孔質電極４、８が形成されているが、本発明はこの構成に限定されず、必要に応じて一方の電極にのみ多孔質電極を形成させ、この多孔質電極にエレクトロクロミック化合物３を担持させた構成としてもよい。以下、構成要素について順次説明する。

＜支持基板＞
支持基板１、６は、耐熱性に優れ且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。

透明性樹脂を適用する場合には、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリサルフォン（ＰＳ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリスチレン等の高分子材料が挙げられ、これらの何れかによるプラスチック基板を使用することができる。

＜透明電極＞
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２、７を構成する電極材料としては、例えば、Ｉｎ₂Ｏ₃とＳｎＯ₂との混合物、いわゆるＩＴＯ膜（スズ−ドープ酸化インジウム膜）や、ＳｎＯ₂又はＩｎ₂Ｏ₃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 又はＩｎ₂Ｏ₃をコーティングした膜にＳｎ、Ｓｂ、Ｆ等をドーピングしてもよく、フッ素−ドープ酸スズ膜はＦＴＯ膜と呼ばれている。その他、ＭｇＯやＺｎＯ等も適用できる。ＺｎＯにＡｌをドープしたＡＺＯ膜、ＺｎＯにガリウム（Ｇａ）をドープしたＧＺＯ膜、ＺｎＯにインジウム（Ｉｎ）をドープしたもの等も適用することができる。

＜多孔質電極＞
多孔質電極４、８は、後述するエレクトロクロミック化合物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、８の材料としては、例えば、金属、真性半導体、有機半導体、カーボン等が適用できるが、酸化物半導体、複合酸化物半導体等が透過率が高く好適である。

酸化物半導体としては、例えば、ＴｉＯ₂、ＳｎＯ₂、ＳｒＴｉＯ₃、ＷＯ₃、ＺｎＯ、Ｔａ₂Ｏ₅、Ｎｂ₂Ｏ₅、Ｉｎ₂Ｏ₃、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、Ｎｂ₂Ｏ₅−ＳｒＴｉＯ₃、Ｎｂ₂Ｏ₅−Ｔａ₂Ｏ₅、Ｎｂ₂Ｏ₅−ＺｒＯ₂、Ｎｂ₂Ｏ₅−ＴｉＯ₂、Ｔｉ−ＳｎＯ₂、Ｚｒ−ＳｎＯ₂、Ｓｂ−ＳｎＯ₂、Ｂｉ−ＳｎＯ₂、Ｉｎ−ＳｎＯ₂等が挙げられ、特にＴｉＯ₂、ＳｎＯ₂、Ｓｂ−ＳｎＯ₂、Ｉｎ−ＳｎＯ₂が好適である。

また、多孔質電極８については、多孔質電極上に有機ラジカル化合物を担持させると、電極の蓄電容量が向上して、より好ましい。

＜エレクトロクロミック化合物＞
次に、エレクトロクロミック化合物３について説明する。エレクトロクロミック化合物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、本発明においては、特に、上記式（１）で示される化合物を適用する。

但し、上記式（１）において、ａ、ｂはａ×ｂ＝２を満たす整数であり、Ｙ^b-はｂ価アニオンを表している。これは弗素イオン、塩素イオン、臭素イオン、沃素イオン、過塩素酸イオン、過沃素酸イオン、六弗化燐酸イオン、六弗化アンチモン酸イオン、六弗化錫酸イオン、燐酸イオン、硼弗化水素酸イオン、四弗硼素酸イオン等の無機酸イオン、チオシアン酸イオン、ベンゼンスルホン酸イオン、ナフタレンスルホン酸イオン、ナフタレンジスルホン酸イオン、ｐ−トルエンスルホン酸イオン、アルキルスルホン酸イオン、ベンゼンカルボン酸イオン、アルキルカルボン酸イオン、トリハロアルキルカルボン酸イオン、アルキル硫酸イオン、トリハロアルキル硫酸イオン、ニコチン酸イオン、テトラシアノキノジメタンイオン等の有機酸イオンから選択されるものとする。

Ａ₁、Ａ₂は、置換されていてもよい脂肪族炭化水素基又は芳香族炭化水素基であり、Ａ₁、Ａ₂のうち少なくとも何れか一方は、エレクトロクロミック化合物を多孔質電極へ担持させるための官能基を有している。

エレクトロクロミック化合物を多孔質電極に吸着させる吸着基として作用する官能基として、ホスホン酸基、カルボン酸基、水酸基、スルホン酸基等の酸性基が好ましい。アミノ基をこのような官能基とすることもできる。また、金属ハロゲン化物を用いて、多孔質電極表面に共有結合させることも可能である。

以下、上記式（１）に示す色素化合物の製造方法について説明する。

上記式（１）の色素化合物は、上記式（２）の中間体化合物と、例えば、下記式（３）によって表されるハロゲン化物（特に臭化物、よう化物が好適）を適当な溶媒中で反応させるか、或いは、直接反応させることによって得ることができる。

但し、Ｘは臭素又はヨウ素であるものとする。Ａは、上記Ａ₁、Ａ₂の構造に従うものとする。

次に、上記式（２）に示す化合物中間体、及び、上記（１）に示すエレクトロクロミック化合物の製造方法について説明する。

図２は、本発明の実施の形態による製造工程を説明する図であり、図２（Ａ）は中間体の製造工程を説明する図、図２（Ｂ）はエレクトロクロミック化合物の製造工程を説明する図である。

図２（Ａ）（ａ）に示すように、１，２，４，５−テトラメチルベンゼン（図２中の式（２−１）、Ｃ₁₀Ｈ₁₄）を、公知の方法によって、臭素化又はヨウ素化して、図２中の式（２−２）に示す３，６−ジハロゲン化−１，２，４，５−テトラメチルベンゼン（Ｃ₁₀Ｈ₁₂Ｘ₂）を得る。

図２（Ａ）（ｂ）に示すように、図２中の式（２−３）によって表されるピリジン化合物（又はその誘導体）、例えば、４,４,５,５−テトラメチル−２−（４−ピリジル)−１，３，２，−ジオキサボロン（Ｃ₁₁Ｈ₁₆ＢＮＯ₂）（下記式（４）、図２中の式（２−３ａ））、下記式（５）によって表される４−（ジヒドロキシボリル）ピリジン（Ｃ₅Ｈ₆ＢＮＯ₂）（図２中の式（２−３ｂ））、又は、４−（トリメチルスタンニル）ピリジン（Ｃ₈Ｈ₁₃ＮＳｎ）（下記式（６）、図２中の式（２−３ｃ））を、パラジウム系触媒と塩基の存在下において、適当な溶媒中でカップリング反応させることによって、下記式（７）、図２中の式（２−４）によって表される３，６−ビス（４−ピリジル）−１，２，４，５−テトラメチルベンゼンを得る。

図２（Ａ）（ｃ）に示すように、３，６−ビス（４−ピリジル）−１，２，４，５−テトラメチルベンゼン（下記式（７）、図２中の式（２−４））を、ピリジン等の適当な塩基性溶媒中で、大過剰の過マンガン酸カリウム等と反応させることにより、下記式（８）によって表される化合物（図２中の式（２−５）、１，２，４，５−テトラカルボキシル−３，６−ビス（４−ピリジル）ベンゼン、Ｃ₂₀Ｈ₁₂Ｏ₈Ｎ₂）を得る。下記式（８）によって表される化合物は、塩基性水溶液には容溶であるが、酸性水溶液には難溶であるので、容易に精製できる。

…（４）

…（５）

…（６）

…（７）

…（８）

図２（Ａ）（ｄ）に示すように、次に、上記式（８）、図２中の式（２−５）によって表される化合物を、例えば、非特許文献１、非特許文献２等に示された公知の方法によって、ＳｂＦ₅、ＳＦ₄と反応させることにより、上記式（２）、図２中の式（２−６）によって表されるエレクトロクロミック化合物中間体（３，６−ビス(４−ピリジル)−１、２、４、５−テトラキス（トリフルオロメチル）ベンゼン）が得られる。

次に、上記式（１）に示すエレクトロクロミック化合物の製造方法について説明する。

図２（Ｂ）に示すように、図２（Ａ）に示す工程によって合成された上記式（２）、図２中の式（２−６）に示す中間体化合物とハロゲン化物（図２中の式（２−７ａ））、（２−７ｂ）とを反応させることによって、上記式（１）、図２中の式（２−８）に示す目的とするエレクトロクロミック化合物を合成することができる。

上記式（１）に表す化合物は、前述した、ｂ価アニオンであるＹ^b-、置換されていてもよい脂肪族炭化水素基であるＡ₁、Ａ₂の何れにおいても、適宜選定した構造の全てを合成することができ、何れにおいても本発明の目的である、明瞭且つ鮮鋭で、繰返し特性が良好なシアンの発消色が可能であることが確かめられた。

上記式（１）では、２価として表記されているが、シアンの発色を行う際には、還元反応により１価のラジカル状態となる。この化合物は、１価の状態に安定化させることができ、シアン発色用のエレクトロクロミック化合物として極めて優れていることが確かめられた。

なお、３，６−ブロモ−１，２，４，５−テトラキス（トリフルオロメチル）ベンゼン（Ｃ₁₀Ｂｒ₂Ｆ₁₂）が合成されていれば、これと図２中の式（２−３）に示すピリジン化合物（又はその誘導体）をカップリングさせて、目的とするエレクトロクロミック化合物（図２中の式（２−８））を得ることができるはずであるが、１，２，４，５−テトラメチルベンゼン（Ｃ₁₀Ｈ₁₄）を酸化して、１，２，４，５−ベンゼンテトラカルボン酸（Ｃ₁₀Ｈ₆Ｏ₈）を合成し、これをトリフルオロメチル化して１、２、４、５−テトラキス（トリフルオロメチル）ベンゼン（Ｃ₁₀Ｈ₂Ｆ₁₂）を合成し、更に、これをハロゲン化、例えば、臭化して、３，６−ブロモ−１，２，４，５−テトラキス（トリフルオロメチル）ベンゼン（Ｃ₁₀Ｂｒ₂Ｆ₁₂）を合成しようとしても、反応が起こらず、３，６−ブロモ−１，２，４，５−テトラキス（トリフルオロメチル）ベンゼン（Ｃ₁₀Ｂｒ₂Ｆ₁₂）を得ることができないので、目的とするエレクトロクロミック化合物（図２中の式（２−８））を得ることができない。

以上の説明では、上記式（２）によって表される中間体化合物、及び、上記式（１）によって表されるエレクトロクロミック化合物の合成について説明したが、以上の説明において、図２（Ａ）（ａ）の式（２−３）によって表されるピリジン化合物のＣ₅Ｎ環のＣ（炭素）原子に結合する水素原子が他の原子又は原子団によって置換されたピリジン化合物誘導体を使用することによって、Ｃ₅Ｎ環のＣ（炭素）原子に結合する水素原子が他の原子又は原子団によって置換された、３，３，６−ビス(４−ピリジル)−１、２、４、５−テトラキス（トリフルオロメチル）ベンゼン誘導体を合成することができ、この誘導体を使用することによって、上記式（１）によって表されるエレクトロクロミック化合物の誘導体を合成することができる。

上記式式（１）によって表されるエレクトロクロミック化合物の具体例を下記式（９）〜（１４）に示す。下記式（９）〜（１４）によって表される化合物はそれぞれ４，４‘−（１，４−フェニレン）ジピリジン誘導体であると見なすことができる。

…（９）

…（１０）

…（１１）

…（１２）

…（１３）

…（１４）

なお、上記式（９）〜（１４）によって表される化合物において、Ｃ₅Ｎ環のＣ（炭素）原子に結合する水素原子が他の原子又は原子団によって置換されたものであってもよいことは言うまでもない。

＜エレクトロクロミック化合物の多孔質電極への担持＞
次に、４，４‘−（１，４−フェニレン）ジピリジン誘導体からなるエレクトロクロミック化合物を、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を適用できる。具体的方法としては、スピンコート等の塗布法や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、特別な装置を必要としない自然吸着法が好適である。

自然吸着法としては、所定のエレクトロクロミック化合物を所定の溶媒に溶解して溶液を作製し、この溶液に、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、所定のエレクトロクロミック化合物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、本発明の化合物は、その構造中にホスホン酸基を有しており、多孔質電極４に確実に担持させることができる。

なお、エレクトロクロミック化合物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、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、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。特に溶解度の観点から、水を用いることが好適である。

エレクトロクロミック化合物を多孔質電極の表面へ化学結合によって担持させる方法も好適である。多孔質電極の表面とエレクトロクロミック化合物骨格との間に、所定の官能基、例えば、アルキル基、フェニル基、エステル基、アミド基等を介在させて、エレクトロクロミック化合物を多孔質電極の表面に化学結合によって担持させることもできる。

また、多孔質電極の表面をシランカップリング剤等によって表面改質した後に、エレクトロクロミック化合物を化学結合させて担持させることもできる。このような化学結合による強い力によって、エレクトロクロミック化合物が多孔質電極の表面に強固に担持されるので、エレクトロクロミック装置の耐久性を向上させることができる。また、エレクトロクロミック化合物の溶解性の高い材料からなる電界質層も使用することができるようになり、使用するエレクトロクロミック化合物の範囲が広くなり、選択の自由度が大きくなる。

なお、多孔質電極の表面とエレクトロクロミック化合物骨格との間に、所定の官能基、例えば、アルキル基、フェニル基、エステル基、アミド基等を介在させて、エレクトロクロミック化合物を多孔質電極の表面に化学結合によって担持させることもできる。

なお、図１においては、エレクトロクロミック化合物３を表示電極構造体１１側の多孔質電極４のみに担持させた例について示したが、本発明のエレクトロクロミック装置はこの構成に限定されるものではない。

即ち、対向電極構造体１２側の多孔質電極８にも所定のエレクトロクロミック化合物を担持させた構成としてもよい。この場合には、発色反応と消色反応とが、酸化反応、還元反応のうち、それぞれ逆反応に応じて生じるように材料選定することが必要である。

例えば、多孔質電極４に担持させたエレクトロクロミック化合物が還元反応によってラジカル状態となり発色する場合には、多孔質電極８には定常状態で多孔質電極４に担持させたエレクトロクロミック化合物と同色調であり、酸化反応によって発色するエレクトロクロミック化合物を選定する。

このように、両電極構造体１１、１２においてエレクトロクロミック化合物を担持させた構成とすることにより、色表示濃度を十分に高くすることができるので、最終的に得られるエレクトロクロミック装置において、発色が明瞭化し、画像の鮮明さを向上させることができる。

＜電解質＞
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。

上記の溶媒としては、支持電解質を溶解し、上述したエレクトロクロミック化合物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、ガンマブチロラクトン、３−メトキシプロピオニトリル等から適宜選定する。

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−によって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、これら骨格ユニットを主鎖構造として、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。

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。

本発明のエレクトロクロミック装置の製造方法について説明する。表示電極構造体１１を作製する。所定の材料と膜厚の支持基板１上に透明電極２を形成し、その後、多孔質電極４を形成する。その後、例えば、有機ＥＣ色素水溶液に浸漬させることにより色素の担持を行い、エタノール溶液で洗浄処理、乾燥処理を行う。

続いて、対向電極構造体１２を、所定の材料と膜厚の支持基板６上に透明電極７を形成し、その後、多孔質電極８を形成することにより作製する。但し、多孔質電極４、８の詳細な形成方法については上述した方法に従うものとする。有機ＥＣ色素を担持させる電極についても、双方とするか一方とするか適宜選定する。

次に、電解質層用の溶液の調製を行う。続いて、表示電極構造体１１と、対向電極構造体１２とを、所定の接着剤を用いて貼り合わせるが、このとき後工程で電解液を注入できるように一部分に注入口を形成しておく。その後、電解液を注入口から注入し、樹脂接着材で封止することにより、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作製される。

次に、本発明のエレクトロクロミック装置１０を用いた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において、多孔質電極４の表面には、定常状態において可視域に吸収をもたない式（２）に示すエレクトロクロミック化合物が担持されている。エレクトロクロミック装置１０を構成する対の電極構造体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。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エレクトロクロミック化合物材料との間に電子の授受がなされ、エレクトロクロミック化合物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シアンに発色する。

なお、対向電極構造体１２側の多孔質電極８は、上記有機ＥＣ色素と逆の電荷をチャージし（有機ＥＣ色素が還元反応によって−の電荷をチャージしているときには、多孔質電極８は＋の電荷をチャージする）、色素による発色機能を高め、且つ、安定化させる。

図１に示すエレクトロクロミック装置を構成する各層の厚さを例示すれば、以下の通りである。

支持基板１の厚さ＝１０μｍ〜１０ｍｍ、
支持基板６の厚さ＝１０μｍ〜１０ｍｍ、
透明電極２の厚さ＝４０ｎｍ〜１０００ｎｍ、
透明電極７の厚さ＝４０ｎｍ〜１０００ｎｍ、
多孔質電極４の厚さ＝１．５μｍ〜３０μｍ、
多孔質電極８の厚さ＝１．５μｍ〜３０μｍ、
表示電極構造体１１の厚さ＝１１μｍ〜１１ｍｍ、
対向電極構造体１２の厚さ＝１１μｍ〜１１ｍｍ、
透明電極２と透明電極７との間隔＝１μｍ〜１ｍｍである。

なお、本発明のエレクトロクロミック装置は、図１に示した構成に限定されるものではなく、多色表示が可能な装置構成に応用することができる。即ち、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）、イエロー（Ｙ）に発色するエレクトロクロミック化合物を所定の多孔質電極に担持させて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。

エレクトロクロミック化合物（有機ＥＣ色素）としては、イエロー域（４３０〜４９０ｎｍの範囲）、マゼンタ域（５００〜５８０ｎｍの範囲）、シアン域（６００〜７００ｎｍの範囲）に吸収極大をもつ色素を使用することが望ましい。

フルカラー表示のエレクトロクロミック装置は、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、透明電極同士が対向するように電解質層を挟持して配置されており、一対の電極構造体を構成する透明電極のうちの、少なくとも表示電極構造体の上に、エレクトロクロミック化合物が担持された金属酸化物多孔質電極が形成されており、一対の電極構造体間に印加する電圧の制御によって発消色を行うことができ、（ａ）上記式（１）によって表されるエレクトロクロミック化合物が担持された金属酸化物多孔質電極が形成されており、シアンの可逆的な発消色を行うことができるエレクトロクロミック素子構造体、（ｂ）イエローの可逆的な発色を行うことができるエレクトロクロミック素子構造体、（ｃ）マゼンタの可逆的な発色を行うことができるエレクトロクロミック素子構造体の３つの素子構造体を積層することによって形成され、各エレクトロクロミック素子構造体に印加する電圧を制御することによって、全体としてフルカラーの画像を表示することができる。

図３は、本発明の実施の形態による、カラー表示を行うことができるエレクトロクロミック装置の一例の概略構成を説明する断面図である。

図３に示すエレクトロクロミック素子構造体１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃのそれぞれは、図１に示すエレクトロクロミック装置と同様の構成を有している。

図３に示す、カラー表示を行うことができるエレクトロクロミック装置は、（ａ）第１の支持基板（支持基板１ａ、１ｂ、１ｃ）、この第１の支持基板上に形成された第１の透明電極（透明電極２ａ、２ｂ、２ｃ）、及び、この第１の透明電極上に形成された第１の金属酸化物多孔質電極（多孔質電極４ａ、４ｂ、４ｃ）を含む表示電極構造体１１ａ、１１ｂ、１１ｃと、（ｂ）第２の支持基板（支持基板６ａ、６ｂ、６ｃ）、この第２の支持基板上に形成された第２の透明電極（透明電極７ａ、７ｂ、７ｃ）、及び、この第２の透明電極上に形成された第２の金属酸化物多孔質電極（多孔質電極８ａ、８、８ｃ）を含む対向電極構造体１２ａ、１２ｂ、１２ｃと、（ｃ）表示電極構造体１１ａ、１１ｂ、１１及び対向電極構造体１２ａ、１２ｂ、１２ｃによって挟持された電解質層５ａ、５ｂ、５ｃとを具備している。

電解質層５ａ、５ｂ、５ｃを介して第１の透明電極（２ａ、２ｂ、２ｃ）と第２の透明電極（７ａ、７ｂ、７ｃ）とが対向するように配置され、エレクトロクロミック化合物（有機ＥＣ色素３ａ、３ｂ、３ｃ）が第１の金属酸化物多孔質電極（４ａ、４ｂ、４ｃ）に担持され、エレクトロクロミック素子構造体１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃが形成されている。

エレクトロクロミック素子構造体１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃが積層されており、エレクトロクロミック素子構造体１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃのそれぞれの第１の透明電極（２ａ、２ｂ、２ｃ）と第２の透明電極（７ａ、７ｂ、７ｃ）の間に印加する電圧の制御によって、エレクトロクロミック化合物による可逆的な発消色を行うことができる。

エレクトロクロミック素子構造体１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃのそれぞれの第１の金属酸化物多孔質電極（４ａ、４ｂ、４ｃ）にそれぞれ担持されるエレクトロクロミック化合物（有機ＥＣ色素３ａ、３ｂ、３ｃ）は、図３の上方を目視方向とすると、マゼンタ、イエロー、シアンとする。

なお、図３においては、対向する透明電極２ａ、７ａ；２ｂ、７ｂ；２ｃ、７ｃ；の何れにも多孔質電極４ａ、８ａ；４ｂ、８ｂ；４ｃ、８ｃが形成されているが、本発明はこの構成に限定されず、必要に応じて一方の電極にのみ多孔質電極を形成させ、この多孔質電極にエレクトロクロミック化合物３ａ、３ｂ，３ｃを担持させた構成としてもよい。

図１、図３に示すエレクトロクロミック装置において使用されるエレクトロクロミック化合物としては、電圧が印加されていない状態では可視光領域に吸収を示さず消色状態にあり、電圧が印加された状態では可視光領域に吸収を示し発色状態となる化合物、逆に、電圧が印加された状態では可視光領域に吸収を示さず消色状態にあり、電圧が印加されていない状態では可視光領域に吸収を示し発色状態となる化合物、或いは、印加される電圧の大きさによって発色が異なる多発色状態が可能な化合物の何れであってもよく、目的に応じて適宜選択することができ、エレクトロクロミック素子構造体１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃのそれぞれに印加する電圧を制御することによって、フルカラーの画像を表示することができる。

また、図１、図３に示すエレクトロクロミック装置において、アクティブマトリックス駆動を行うために、第１の支持基板（支持基板１、１ａ、１ｂ、１ｃ）に第１の透明電極（透明電極２、２ａ、２ｂ、２ｃ）を分画として形成し、即ち、各画素に対応するように相互に独立させた分画の複数個をマトリックス状に形成し、各分画上に第１の金属酸化物多孔質電極（多孔質電極４、４ａ、４ｂ、４ｃ）を形成して、各分画に対応して、ゲート線及びソース線によって接続される薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を第１の透明電極上に形成配置する構成を有する装置とすることもできる。この装置によれば、薄膜トランジスタに印加する電圧を制御することによって、エレクトロクロミック素子構造体１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃのそれぞれの各画素に対応する分画における発消色を制御することができる。

更に、上記構成を有する、図１に示すエレクトロクロミック装置において、透明電極２が分画され画素に対応するよう形成され、即ち、アクティブマトリックス駆動を行うために、シアン、マゼンタ、イエローに対応する第１、第２及び第３分画からなる分画の複数個からなるマトリックス状の透明電極２を支持基板１上に形成し、第１、第２及び第３分画上に多孔質電極４を形成して、第１、第２及び第３分画上に形成された多孔質電極４上にそれぞれ、シアン、マゼンタ、イエローの発色が可能なエレクトロクロミック化合物を担持させ、第１、第２及び第３分画に対応して、ゲート線及びソース線によって接続される薄膜トランジスタを透明電極２上に形成配置する構成を有する装置とすることもできる。この装置によれば、薄膜トランジスタに印加する電圧を制御することによって、それぞれの各画素に対応する第１、第２及び第３分画における発消色を制御することができる。

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。

実施例
（エレクトロクロミック化合物中間体（上記（２）の化合物）の合成）
１，２，４，５−テトラメチルベンゼン５０．０ｇ（０．３７５ｍｏｌ）とヨウ素２．０ｇ（８．０ｍｍｏｌ）をジクロロメタン１７０ｍＬに溶かし、室温で、臭素１５０ｇ（０．０３５ｍｏｌ）をジクロロメタン７０ｍＬに溶かしたものをゆっくり滴下した。その後、1時間加熱還流した。反応液を室温に戻し、炭酸ナトリウム水溶液で洗浄した。硫酸マグネシウムで乾燥、ろ過し、溶媒を留去した。クロロホルムで再結晶し、透明結晶の１，４−ジブロモ−２，３，５，６−テトラメチルベンゼンを９０．７ｇ得た。
¹³C-NMR (DMSO) δ: 135.10, 127.82, 22.25。

１，４−ジブロモ−２，３，５，６−テトラメチルベンゼン１０．０ｇ（０．０３４ｍｏｌ）、４−（４，４，５，５−テトラメチル−１，３，２−ジオキサボロラン−２−イル）ピリジン１６．８ｇ（０．０８２ｍｏｌ）、ビス（トリフェニルホスフィン）パラジウム（℃）ジクロリド０．５６ｇ（０．８ｍｍｏｌ）に炭酸ナトリウム水溶液（１Ｍ）３８ｍＬと１，４−ジオキサン９５ｍＬを加え、１３０℃で２４時間加熱還流した。溶媒を留去した後水を加え、ろ過した。得られた粉末を酢酸エチルで洗浄し、薄黄色粉末の１，２，４，５−テトラメチル−３，６−ビス（４−ピリジル）ベンゼンが５．３ｇ得られた。
¹H-NMR (CDCL₃) δ: 8.70 (4H, d, J = 5.4 Hz), 7.14 (4H, d, J = 5.6 Hz), 1.93 (12H, s)。

１，２，４，５−テトラメチル−３，６ビス（４−ピリジル）ベンゼン７．５ｇ（２６ｍｍｏｌ）にピリジン４５０ｍＬと水６０ｍＬを加え、１００℃に加熱し、過マンガン酸カリウム４０ｇ（０．２５ｍｏｌ）を数回に分けて加えた後5時間加熱還流した。酸化マンガンを熱ろ過した後、暖めたピリジン、熱湯の順で洗浄した。ろ液をエバポレーターで乾燥した。得られた薄黄色粉末にピリジン４５０ｍＬと水６０ｍＬ、過マンガン酸カリウム４０ｇ（０．２５ｍｏｌ）を加え、４８時間加熱還流した。酸化マンガンを熱ろ過し、熱湯で数回洗浄した。水をエバポレーターで乾燥し、得られた粉末をメタノールで洗浄し、乾燥した。粉末を少量の水に溶かし、塩酸を加え、酸性にし、沈殿物をろ過し、白色粉末の１，２，４，５−テトラカルボキシル−３，６−ビス（４−ピリジル）ベンゼンが７．３ｇ得られた。
¹H-NMR (D₂O NaOH含む) δ: 8.55 (1H, d, J = 5.4 Hz), 7.73 (1H, d, J = 5.4 Hz)、
MS (m/z) 407(M^-)。

１，２，４，５−テトラカルボキシル−３，６−ビス（４−ピリジル）ベンゼン３．５ｇ（８．６ｍｍｏｌ）をステンレス製オートクレーブに入れ、これをアセトン−ドライアイスバス中で冷却した。オートクレーブ中を排気し、四フッ化硫黄１６ｇ（１５０ｍｍｏｌ）を投入した。オートクレーブを１６時間かけて、１５０℃〜２００℃に加熱し、その後冷却した。オートクレーブ中のガスを排気し、内容物を水に投入し、塩基性にしてろ取した（「ろ取の操作」＝ろ過（濾過）して固形物を得る操作）。

析出物を再び、ステンレス製オートクレーブに入れ、これをアセトン−ドライアイスバス中で冷却した。オートクレーブ中を排気し、五フッ化アンチモン５．６ｇ（２６ｍｍｏｌ）と、フッ酸３５ｍＬを投入した。オートクレーブを１５０℃にして１０時間反応させ、その後冷却した。オートクレーブ中のガスを排気し、内容物を水に投入し、塩基性にしてろ取した。

析出物を、更に、ステンレス製オートクレーブに入れ、これをアセトン−ドライアイスバス中で冷却した。オートクレーブ中を排気し、四フッ化硫黄１６ｇ（１５０ｍｍｏｌ）と、フッ酸１０ｍＬを投入した。オートクレーブを２５０℃にして1週間反応させ、その後冷却した。オートクレーブ中のガスを排気し、内容物を水に投入し、塩基性にしてろ取した。析出物を集めて再びオートクレーブ中に入れ、水酸化アンモニウム（２５％、５ｍｌ）を加えて、１６０℃で1時間加熱した。得られた内容物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで分取して、式（２）によって表される化合物を２ｇ得た(収率＝２０〜４０％)。
¹H-NMR (DMSO) δ: 8.70 (4H, d, J = 5.9 Hz), 7.50 (4H, d, J = 5.6 Hz)、
MS (m/z) 460(M^-)。

（エレクトロクロミック化合物（上記（１）によって表される化合物）の合成）
上記の式（９）〜（１４）によって表されるエレクトロクロミック化合物は、上記の方法で得られた上記式（１）の化合物を用いて、公知の方法（非特許文献３を参照。）で合成できた。
¹H-NMR (D2O) δ: 9.46 (4H, d, J = 6.1 Hz), 8.46 (6H, t, J = 31.5 Hz), 7.86 (8H, dd, J = 40.7, 7.8 Hz), 3.09 (4H, d, J = 21.0 Hz)。

（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、更に、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。

（エレクトロクロミック化合物の多孔質電極への担持）
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、上述のようにして作製した所定のエレクトロクロミック化合物の５ｍＭ水溶液に２４時間浸漬させ、酸化チタン電極にエレクトロクロミック化合物を担持させた。その後、エタノール溶液で洗浄処理、乾燥処理を行った。

（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、酸性水溶液に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、更に、電気炉で５００℃、１時間焼結を行い、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。

（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。

（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（色素担持酸化チタン多孔質電極付き基板）と、対向電極構造体（アンチモンドープ酸化スズ多孔質電極付き基板）とを、厚さ５０μｍの熱可塑性フィルム接着剤を用いて、９０℃で熱融着によって貼り合わせた。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。表示及び対向電極構造体の透明電極の間の距離は５０μｍであった。

（電解質溶液の注入）
電解液を、注入口から真空注入した。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。

上記式（９）によって表される化合物を適用したエレクトロクロミック装置の、表示及び対向電極構造体の透明電極の間に、−１．６Ｖの電圧を印加すると、直ちにシアンに発色した。

図４は、本発明の実施の形態による、実施例におけるエレクトロクロミック装置の発色時の可視吸収スペクトルを示す図である。図４において、縦軸は吸光度（任意単位）、横軸は波長（ｎｍ）を示す。

実施例におけるエレクトロクロミック装置では、発消色による色表示変更の応答速度は約１５０ｍｓであり、実用上充分に良好な速度であった。更に、表示及び対向電極構造体の透明電極の間に０．５Ｖを印加すると再び直ちに透明となった。発消色による色表示変更の応答速度は約９０ｍｓであった。更に、この実施例におけるエレクトロクロミック装置の表示及び対向電極構造体の透明電極の間の間に、−１．６Ｖ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、可視吸収スペクトルの形状は初期の状態と殆ど変化が見られず、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。

図５は、本発明の実施の形態による、他の実施例におけるエレクトロクロミック装置の発色時の可視吸収スペクトルを示す図である。図５において、縦軸は吸光度（任意単位）、横軸は波長（ｎｍ）を示す。

この実施例では、上記式（９）によって表される化合物に変えて上記式（１１）によって表される化合物を適用したエレクトロクロミック装置を、上述の実施例と同様に評価したところ、応答速度はそれぞれ、１８０ｍｓ、９０ｍｓであった。

この実施例におけるエレクトロクロミック装置では、１００万回の発消色繰り返しの後も、可視吸収スペクトルの形状は初期の状態と殆ど変化が見られず、初期状態と特性は変化しなかった。

以上の結果から明らかなように、本発明の方法によれば、極めて応答反応に優れ、鮮鋭な色調で、安定に可逆的な発消色表示を行うことができるシアン発色のエレクトロクロミック化合物とエレクトロクロミック装置を得ることができた。

本発明によるエレクトロクロミック装置は、各種の用途に使用される表示素子や表示板、防眩ミラー、調光素子、光スイッチ、光メモリ等に使用することができる。

以上、本発明を実施の形態について説明したが、本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。

例えば、有機エレクトロクロミック化合物は上記（９）〜（１４）に示すものに限定されことなく、必要に応じて任意に変更可能であり、図１、図３に示すクロミック装置に使用することができる。

以上説明したように、本発明によれば、エレクトロクロミック装置の性能の向上に有用なエレクトロクロミック化合物及びその合成に使用される中間体化合物を提供することができる。

本発明の実施の形態による、エレクトロクロミック装置の一例の概略構成を説明する断面図である。 同上、中間体及びエレクトロクロミック化合物の製造工程を説明する図である。 同上、カラー表示を行うことができるエレクトロクロミック装置の一例の概略構成を説明する断面図である。 同上、実施例におけるエレクトロクロミック装置の発色時の可視吸収スペクトルを示す図である。 同上、実施例におけるエレクトロクロミック装置の発色時の可視吸収スペクトルを示す図である。

符号の説明

１、１ａ、１ｂ、１ｃ、６、６ａ、６ｂ、６ｃ…支持基板、
２、２ａ、２ｂ、２ｃ、７、７ａ、７ｂ、７ｃ…透明電極、
３、３ａ、３ｂ、３ｃ…有機ＥＣ色素、
４、４ａ、４ｂ、４ｃ、８、８ａ、８、８ｃ…多孔質電極、
５、５ａ、５ｂ、５ｃ…電解質層、１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ…表示電極構造体、
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ…エレクトロクロミック素子構造体、
１０…エレクトロクロミック装置、１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ…対向電極構造体

Claims (9)

1. 式（１）によって表される化合物、又はそのＣ₅Ｎ環の炭素原子に結合する水素原子が他の原子又は原子団によって置換された誘導体からなるエレクトロクロミック化合物。
   

   

   …（１）
   但し、上記式（１）において、ａ、ｂはａ×ｂ＝２を満たす整数であり、Ｙ^b-はｂ価アニオンを表し、Ａ₁、Ａ₂は置換されていてもよい脂肪族炭化水素基又は芳香族炭化水素基であり、Ａ₁、Ａ₂のうち少なくとも一方は、多孔質電極へ担持するための官能基を有している。
2. 式（２）によって表される３，６−ビス(４−ピリジル)−１、２、４、５−テトラキス（トリフルオロメチル）ベンゼン、又はそのＣ₅Ｎ環の炭素原子に結合する水素原子が他の原子又は原子団によって置換された誘導体からなる中間体化合物。
   

   

   …（２）
3. 請求項１に記載のエレクトロクロミック化合物を合成するための、請求項２に記載の中間体化合物。
4. ３，６−ビス(４−ピリジル)−１、２、４、５−テトラメチルベンゼン又はその誘導体を酸化して、３，６−ビス(４−ピリジル)−１、２、４、５−テトラキス（カルボキシ）ベンゼンを合成する工程と、この３，６−ビス(４−ピリジル)−１、２、４、５−テトラキス（カルボキシ）ベンゼンをＳｂＦ₅、又はＳＦ₄と反応させる工程とを有する、請求項２に記載の中間体化合物の製造方法。
5. 請求項１に記載のエレクトロクロミック化合物を合成するための、請求項４に記載の中間体化合物の製造方法。
6. 請求項２に記載の中間体化合物をハロゲン化物Ａ₁Ｙ、Ａ₂Ｙ（但し、Ｙはアニオンを表しており、Ａ₁、Ａ₂は、置換されていてもよい脂肪族炭化水素基又は芳香族炭化水素基であり、Ａ₁、Ａ₂のうち少なくとも一方は、多孔質電極へ担持するための官能基を有している。）と反応させる工程を有する、請求項１に記載のエレクトロクロミック化合物の製造方法。
7. 請求項１に記載のエレクトロクロミック化合物を用いた、光学装置。
8. 第１の支持基板、この第１の支持基板上に形成された第１の透明電極、及び、この第
   １の透明電極上に形成された金属酸化物多孔質電極を含む表示電極構造体と、
   第２の支持基板、この第２の支持基板上に形成された第２の透明電極を含む対向電極
   構造体と、
   前記表示電極構造体及び前記対向電極構造体によって挟持された電解質層と
   を具備し、前記第１の透明電極と前記第２の透明電極とが対向するように配置され、エレクトロクロミック化合物が前記金属酸化物多孔質電極に担持され、前記第１の透明電極と前記第２の透明電極の間に印加する電圧の制御によって、エレクトロクロミック化合物による可逆的な発消色を行うエレクトロクロミック素子構造体を有し、前記エレクトロクロミック化合物として、請求項１に記載のエレクトロクロミック化合物が使用され、前記電圧の印加の制御によってシアンの可逆的な発消色を行う、エレクトロクロミック装置として構成された、請求項７に記載の光学装置。
9. 前記エレクトロクロミック素子構造体を第１のエレクトロクロミック素子構造体とし、前記エレクトロクロミック素子構造体において前記エレクトロクロミック化合物としてイエローの可逆的な発色を行う化合物が使用された第２のエレクトロクロミック素子構造体と、前記エレクトロクロミック素子構造体において前記エレクトロクロミック化合物としてマゼンタの可逆的な発色を行う化合物が使用された第３のエレクトロクロミック素子構造体とを有し、前記第１、第２、第３のエレクトロクロミック素子構造体が積層され、フルカラーの画像を表示する、請求項８に記載の光学装置。

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