JP2015101691A - Electrochromic compound and display element - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrochromic material that facilitates color adjustment in color development, and a display element using the electrochromic material.SOLUTION: An electrochromic material is a polymer having a plurality of kinds of chromophores coupled through a coupling group in a main chain.

Description

本発明は、発色時の色調整が容易なエレクトロクロミック化合物、および該エレクトロクロミック化合物を用いた表示素子に関するものである。   The present invention relates to an electrochromic compound that allows easy color adjustment during color development, and a display device using the electrochromic compound.

近年、紙に替わる電子媒体として、電子ペーパーの開発が盛んに行われている。
電子ペーパーは、表示装置が紙のように用いられるところに特徴があるため、CRTや液晶ディスプレイといった従来の表示装置とは異なった特性が要求される。
例えば、反射型表示装置であり、かつ、高い白反射率・高いコントラスト比を有すること、高精細な表示ができること、表示にメモリ効果があること、低電圧でも駆動できること、薄くて軽いこと、安価であること、などの特性が要求される。
このうち特に、表示の品質に関わる特性として、紙と同等な白反射率・コントラスト比、さらにカラー表示についての要求度が高い。
In recent years, electronic paper has been actively developed as an electronic medium replacing paper.
Since electronic paper is characterized in that the display device is used like paper, characteristics different from those of a conventional display device such as a CRT or a liquid crystal display are required.
For example, it is a reflection type display device, has a high white reflectance and a high contrast ratio, can display a high definition, has a memory effect in display, can be driven even at a low voltage, is thin and light, and is inexpensive It is necessary to have characteristics such as
Of these, the white reflectance / contrast ratio equivalent to that of paper and the demand for color display are particularly high as characteristics relating to display quality.

これまで、電子ペーパー用途の表示装置として、例えば反射型液晶を用いる方式、電気泳動を用いる方式、トナー泳動を用いる方式などが提案されている。
しかしながら、上記のいずれの方式も白反射率・コントラスト比を確保しながら多色表示を行うことは大変困難である。
Until now, as a display device for electronic paper, for example, a method using a reflective liquid crystal, a method using electrophoresis, a method using toner migration, and the like have been proposed.
However, it is very difficult for any of the above methods to perform multicolor display while ensuring white reflectance / contrast ratio.

一般に、多色カラー表示を行うためには、カラーフィルタを設けられる。しかし、カラーフィルタを設けると、カラーフィルタ自身が光を吸収し、反射率が低下してしまう。
さらに、カラーフィルタは、一画素をレッド(R)、グリーン(G)、ブルー(B)に3分割するため、表示装置の反射率が低下し、それに伴ってコントラスト比が低下する。
白反射率・コントラスト比が大幅に低下した場合は、視認性が非常に悪くなり、電子ペーパーとして用いることが困難である。
In general, a color filter is provided to perform multicolor display. However, when a color filter is provided, the color filter itself absorbs light and the reflectance decreases.
Furthermore, since the color filter divides one pixel into red (R), green (G), and blue (B), the reflectance of the display device is lowered, and the contrast ratio is lowered accordingly.
When the white reflectance / contrast ratio is significantly reduced, the visibility is very poor and it is difficult to use as electronic paper.

特許文献1,2では、電気泳動素子にカラーフィルタを形成した反射型カラー表示媒体が開示されている。しかし、低い白反射率、低いコントラスト比の電気泳動を用いた表示媒体にカラーフィルタを形成しても良好な画質が得られないことは明白である。 Patent Documents 1 and 2 disclose a reflective color display medium in which a color filter is formed on an electrophoretic element. However, it is clear that good image quality cannot be obtained even when a color filter is formed on a display medium using electrophoresis with low white reflectance and low contrast ratio.

さらに、特許文献3,4では、複数の色にそれぞれ着色された粒子を動かすことによってカラー化をおこなう電気泳動素子が開示されているが、これらの方法を用いることによっては、原理的に、高い白反射率と高いコントラスト比を同時に満たすという、上記の課題を解決することはできない。 Furthermore, Patent Documents 3 and 4 disclose electrophoretic elements that perform colorization by moving particles colored in a plurality of colors. However, in principle, these methods are expensive. The above problem of simultaneously satisfying the white reflectance and the high contrast ratio cannot be solved.

一方、上記のようなカラーフィルタを設けず、反射型の表示装置を実現するための有望な技術として、エレクトロクロミック現象を用いる方式がある。エレクトロクロミック現象は、電圧を印加することで、可逆的に酸化還元反応が起こり、可逆的に色が変化する現象である。
このエレクトロクロミズム現象を引き起こすエレクトロクロミック化合物の発色/消色(以下、発消色ということがある)を利用した表示装置が、エレクトロクロミック表示装置である。
On the other hand, as a promising technique for realizing a reflective display device without providing the color filter as described above, there is a method using an electrochromic phenomenon. The electrochromic phenomenon is a phenomenon in which a redox reaction occurs reversibly and a color changes reversibly by applying a voltage.
An electrochromic display device is a display device that utilizes the coloring / decoloring of an electrochromic compound that causes the electrochromic phenomenon (hereinafter also referred to as color development / decoloration).

このエレクトロクロミック表示装置については、反射型の表示装置であること、メモリ効果があること、低電圧で駆動できることから、電子ペーパー用途の表示装置技術の有力な候補として、材料開発からデバイス設計に至るまで、幅広く研究開発が行われている。
しかし、エレクトロクロミック表示装置には、酸化還元反応を利用して発消色を行う原理ゆえに、発消色の応答速度が遅いという欠点がある。
Since this electrochromic display device is a reflective display device, has a memory effect, and can be driven at a low voltage, it is a leading candidate for display device technology for electronic paper use, from material development to device design. R & D has been conducted extensively.
However, the electrochromic display device has a drawback that the response speed of color development / decoloration is slow because of the principle of performing color development / decoloration using an oxidation-reduction reaction.

特許文献5では、エレクトロクロミック化合物を電極近傍に固定させることによって発消色の応答速度の改善を図った例が記載されている。特許文献5の記載によれば、従来、発消色に要する時間は数10秒程度であったが、無色から青色への発色時間、青色から無色への消色時間がともに1秒程度まで向上したとされる。
しかし、これで十分というわけではなく、エレクトロクロミック表示装置の研究開発に際しては、さらなる発消色の応答速度の向上が必要である。
Patent Document 5 describes an example in which an electrochromic compound is fixed in the vicinity of an electrode to improve the response speed of color development and decoloration. According to the description in Patent Document 5, conventionally, the time required for color development / decoloration was about several tens of seconds, but both the color development time from colorless to blue and the color elimination time from blue to colorless have been improved to about 1 second. It is said that
However, this is not sufficient, and in the research and development of electrochromic display devices, it is necessary to further improve the response speed of color development and decoloration.

エレクトロクロミック表示装置は、エレクトロクロミック化合物の構造によって様々な色を発色できるため、多色カラー表示装置として期待されている。特に無色の状態と、カラー発色状態とが可逆的に変化するため、積層多色構成が実現できる。
積層構成でのカラー表示では、従来技術のように一画素をレッド(R)、グリーン(G)、ブルー(B)に3分割する必要がないため、表示装置の反射率、コントラスト比が低下しない。
An electrochromic display device is expected as a multicolor display device because it can generate various colors depending on the structure of the electrochromic compound. In particular, since a colorless state and a color development state are reversibly changed, a stacked multi-color configuration can be realized.
In color display with a stacked structure, it is not necessary to divide one pixel into red (R), green (G), and blue (B) as in the prior art, so the reflectance and contrast ratio of the display device do not decrease. .

このような、エレクトロクロミック表示装置を利用した多色表示装置としては、いくつか公知になっている例がある。
例えば、特許文献6では、複数種のエレクトロクロミック化合物の微粒子を積層したエレクトロクロミック化合物を用いた多色表示装置が開示されている。具体的には、発色を示す電圧の異なる複数の機能性官能基を有する高分子化合物であるエレクトロクロミック化合物を複数積層し、多色表示エレクトロクロミック化合物とした多色表示装置の例が記載されている。
There are some known examples of such a multicolor display device using an electrochromic display device.
For example, Patent Document 6 discloses a multicolor display device using an electrochromic compound in which fine particles of a plurality of types of electrochromic compounds are stacked. Specifically, an example of a multicolor display device is described in which a plurality of electrochromic compounds, which are polymer compounds having a plurality of functional functional groups with different voltages exhibiting color development, are stacked to form a multicolor display electrochromic compound. Yes.

また、特許文献7では、電極上に多層のエレクトロクロミック層を形成し、その発色に必要な電圧値や電流値の差を利用して多色を発色させる表示装置が開示されている。具体的には、異なる色を発色し、かつ、発色する閾値電圧及び発色に必要な必要電荷量が異なる複数のエレクトロクロミック化合物を、積層又は混合して形成した表示層を有する多色表示装置の例が記載されている。   Further, Patent Document 7 discloses a display device in which a multi-layer electrochromic layer is formed on an electrode, and multiple colors are developed by using a difference in voltage value or current value necessary for the color development. Specifically, a multi-color display device having a display layer formed by laminating or mixing a plurality of electrochromic compounds that develop different colors and have different threshold voltages for color development and different charge amounts necessary for color development. An example is given.

さらに、特許文献8では、一対の透明電極の間にエレクトロクロミック層及び電解質を挟持した構造単位を、複数積層してなる多色表示装置の例が記載されている。また、特許文献9では、特許文献8に記載された構造単位を用いて、パッシブマトリクスパネル及びアクティブマトリクスパネルを構成し、RGB3色に対応する多色表示装置の例が記載されている。   Furthermore, Patent Document 8 describes an example of a multicolor display device in which a plurality of structural units each having an electrochromic layer and an electrolyte sandwiched between a pair of transparent electrodes are stacked. Further, Patent Document 9 describes an example of a multicolor display device that forms a passive matrix panel and an active matrix panel using the structural units described in Patent Document 8 and corresponds to RGB three colors.

しかし、特許文献5,6及び特許文献7に記載されるエレクトロクロミック表示装置に用いられるスチリル系色素は、良好なイエロー、マゼンタ、シアン発色をするが、発消色の安定性や繰り返し耐久性に問題がある。   However, the styryl dyes used in the electrochromic display devices described in Patent Documents 5 and 6 and Patent Document 7 produce good yellow, magenta, and cyan colors, but are stable in color development and repeated durability. There's a problem.

また、特許文献8,9,10に例示されているビオロゲン系有機エレクトロクロミック化合物は、安定性や繰り返し耐久性が高い化合物であるが、青色、緑色といった色を発色するものであって、減法混色法によるフルカラー化に必要な、イエロー、マゼンタ、シアンの3原色を発色するものではない。   In addition, the viologen-based organic electrochromic compounds exemplified in Patent Documents 8, 9, and 10 are compounds having high stability and high durability. It does not develop the three primary colors yellow, magenta, and cyan, which are necessary for full color by the law.

イエロー、マゼンタ、シアンを発色するフタル酸系化合物が特許文献11に報告されている。しかしながら、フタル酸系化合物はメモリ性能に乏しいという課題がある。   Patent Document 11 reports a phthalic acid-based compound that develops yellow, magenta, and cyan. However, there is a problem that phthalic acid compounds have poor memory performance.

このようにフルカラー電子ペーパーを実現するために満足なエレクトロクロミック化合物は、未だ存在せず、色調、耐久性、安定性に優れた材料の出現が望まれている。   In this way, satisfactory electrochromic compounds for realizing full-color electronic paper do not yet exist, and the appearance of materials excellent in color tone, durability, and stability is desired.

従来、エレクトロクロミック表示装置で発色する色は、エレクトロクロミック化合物への電荷注入による発色であるため、所望する色を発色させるために、エレクトロクロミック化合物自体を変える必要があり、また、発色する色を微調整する際にもエレクトロクロミック分子の分子構造自体を変えなければならなかった。
本発明は、以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであり、発色の色調整が容易なエレクトロクロミック材料、および該エレクトロクロミック材料を用いた表示素子を提供することを目的とする。
Conventionally, the color developed by an electrochromic display device is a color developed by charge injection into an electrochromic compound, so it is necessary to change the electrochromic compound itself in order to develop a desired color. In order to make fine adjustments, the molecular structure of the electrochromic molecule itself had to be changed.
The present invention has been made in view of the above-described problems in the prior art, and an object thereof is to provide an electrochromic material in which color adjustment of color development is easy, and a display element using the electrochromic material.

本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、複数のエレクトロクロミック色素が共重合した重合体により、記課題が解決されることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies, the present inventors have found that the above problems can be solved by a polymer obtained by copolymerizing a plurality of electrochromic dyes, and have completed the present invention.

即ち、上記課題は本発明の下記(1)〜(4)により解決される。
(1)主鎖中に連結基を介して結合する複数種の発色団を有する重合体であることを特徴とするエレクトロクロミック材料。
(2)下記一般式(I)で表される構成単位からなる重合体であり、該重合体中のAが異なる複数種のユニットであることを特徴とする前記(1)項に記載のエレクトロクロミック材料;
That is, the said subject is solved by following (1)-(4) of this invention.
(1) An electrochromic material, which is a polymer having a plurality of types of chromophores bonded to each other through a linking group in the main chain.
(2) The electro described in the above item (1), which is a polymer composed of structural units represented by the following general formula (I), wherein A is a plurality of types of units different in the polymer. Chromic materials;

Figure 2015101691
(一般式(I)中、R及びRはそれぞれ独立に水素原子または一価の置換基であり、a及びbはそれぞれ独立に0から4の整数を表し、Rは二価の置換基を表し、Aは単結合または共役ユニットから選択される二価の置換基を表す。)。
(3)下記一般式(II)または(III)で表される重合体であることを特徴とする前記(1)項または前記(2)項に記載のエレクトロクロミック材料;
Figure 2015101691
(In the general formula (I), R 1 and R 2 are each independently a hydrogen atom or a monovalent substituent, a and b are each independently an integer of 0 to 4, and R is a divalent substituent. A represents a divalent substituent selected from a single bond or a conjugated unit.
(3) The electrochromic material as described in (1) or (2) above, which is a polymer represented by the following general formula (II) or (III);

Figure 2015101691
Figure 2015101691

Figure 2015101691
(一般式(II)、及び一般式(III)中、Rは二価の置換基を表し、AからAはそれぞれ異なる、単結合または共役ユニットから選択される二価の置換基を表し、x、y、zはそれぞれ繰り返し単位の組成比を表す。)。
(4)表示電極と、該表示電極に対向した状態で間隔をおいて設けられた対向電極と、前記表示電極と前記対向電極との間に配置された電解質とを備え、
前記表示電極における前記対向電極との対向面に表示層を有する表示素子であって、
前記表示層は、少なくとも前記(1)項乃至(3)項のいずれかに記載のエレクトロクロミック材料を含むことを特徴とする表示素子。
Figure 2015101691
(In general formula (II) and general formula (III), R represents a divalent substituent, and A 1 to A 3 each represent a divalent substituent selected from different single bonds or conjugated units. , X, y, and z each represent the composition ratio of the repeating unit.
(4) comprising a display electrode, a counter electrode provided at a distance in opposition to the display electrode, and an electrolyte disposed between the display electrode and the counter electrode,
A display element having a display layer on a surface of the display electrode facing the counter electrode,
The display element includes at least the electrochromic material according to any one of the items (1) to (3).

以下の詳細かつ具体的な説明から理解されるように、本発明によれば、発色の色調整が容易なエレクトロクロミック化合物、および該エレクトロクロミック化合物を用いた表示素子を提供することができる。   As will be understood from the following detailed and specific description, according to the present invention, it is possible to provide an electrochromic compound in which the color adjustment of color development is easy, and a display element using the electrochromic compound.

本発明に係るエレクトロクロミック化合物を用いた一般的な表示素子の構成例を示す概略図である。It is the schematic which shows the structural example of the general display element using the electrochromic compound which concerns on this invention. 実施例3のエレクトロクロミック表示素子の発色時および消色時の吸収スペクトルを示すグラフである。6 is a graph showing absorption spectra at the time of coloring and decoloring of the electrochromic display element of Example 3.

<エレクトロクロミック材料>
本発明のエレクトロミック材料について詳細に説明する。
本発明に係るエレクトロクロミック重合体は、主鎖中に、連結基を介して複数種の発色団を有する重合体である。
具体的には、下記一般式(I)で表される構成単位を有するものであり、Aで表わされるユニットとして異なる複数種のユニットを有する。
<Electrochromic materials>
The electronic material of the present invention will be described in detail.
The electrochromic polymer according to the present invention is a polymer having a plurality of types of chromophores via a linking group in the main chain.
Specifically, it has a structural unit represented by the following general formula (I), and has different types of units as the unit represented by A.

Figure 2015101691

(一般式(I)中、R及びRはそれぞれ独立に水素原子または一価の置換基であり、a及びbはそれぞれ独立に0から4の整数を表し、Rは二価の置換基を表し、Aは単結合または共役ユニットから選択される二価の置換基を表す。)
Figure 2015101691

(In the general formula (I), R 1 and R 2 are each independently a hydrogen atom or a monovalent substituent, a and b are each independently an integer of 0 to 4, and R is a divalent substituent. And A represents a divalent substituent selected from a single bond or a conjugated unit.)

上記一般式(I)におけるR、Rの具体例としては、水素原子、ハロゲン原子、置換または無置換のアルキル基、置換または無置換のアルコキシ基、置換または無置換のアリール基、置換または無置換のアリールオキシ基、置換または無置換のアルキルチオ基、置換または無置換のアリールチオ基などが挙げられる。 Specific examples of R 1 and R 2 in the general formula (I) include hydrogen atom, halogen atom, substituted or unsubstituted alkyl group, substituted or unsubstituted alkoxy group, substituted or unsubstituted aryl group, substituted or Examples thereof include an unsubstituted aryloxy group, a substituted or unsubstituted alkylthio group, and a substituted or unsubstituted arylthio group.

上記一般式(I)におけるRの具体例としては、アルキレン基、アルケニレン基、アルキニレン基、ポリオキシアルキレン基、アリーレン基、または、これらで構成される2価の基などが挙げられ、これらは置換基を有していてもよい。   Specific examples of R in the general formula (I) include an alkylene group, an alkenylene group, an alkynylene group, a polyoxyalkylene group, an arylene group, or a divalent group composed of these, and these are substituted. It may have a group.

上記一般式(I)におけるAは、単結合または共役ユニットであり、前記共役ユニットは置換基を有していてもよい。
共役ユニットとしては、例えば、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、ニトロ基、シアノ基、カルボキシル基、置換基を有していてもよいアルコキシカルボニル基、置換基を有していてもよいアリールオキシカルボニル基、置換基を有していてもよいアルキルカルボニル基、置換基を有していてもよいアリールカルボニル基、アミド基、置換基を有していてもよいモノアルキルアミノカルボニル基、置換基を有していてもよいジアルキルアミノカルボニル基、置換基を有していてもよいモノアリールアミノカルボニル基、置換基を有していてもよいジアリールアミノカルボニル基、スルホン酸基、置換基を有していてもよいアルコキシスルホニル基、置換基を有していてもよいアリールオキシスルホニル基、置換基を有していてもよいアルキルスルホニル基、置換基を有していてもよいアリールスルホニル基、スルホンアミド基、置換基を有していてもよいモノアルキルアミノスルホニル基、置換基を有していてもよいジアルキルアミノスルホニル基、置換基を有していてもよいモノアリールアミノスルホニル基、置換基を有していてもよいジアリールアミノスルホニル基、アミノ基、置換基を有していてもよいモノアルキルアミノ基、置換基を有していてもよいジアルキルアミノ基、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアルケニル基、置換基を有していてもよいアルキニル基、置換基を有していてもよいアリール基、置換基を有していてもよいアルコキシ基、置換基を有していてもよいアリールオキシ基、置換基を有していてもよいアルキルチオ基、置換基を有していてもよいアリールチオ基、置換基を有していてもよい複素環基などが挙げられる。
A in the general formula (I) is a single bond or a conjugated unit, and the conjugated unit may have a substituent.
Examples of the conjugated unit include a halogen atom, a hydroxyl group, a nitro group, a cyano group, a carboxyl group, an optionally substituted alkoxycarbonyl group, an optionally substituted aryloxycarbonyl group, and a substituted group. An alkylcarbonyl group which may have a group, an arylcarbonyl group which may have a substituent, an amide group, a monoalkylaminocarbonyl group which may have a substituent, and a substituent. May be a dialkylaminocarbonyl group, a monoarylaminocarbonyl group which may have a substituent, a diarylaminocarbonyl group which may have a substituent, a sulfonic acid group, an alkoxy which may have a substituent Sulfonyl group, aryloxysulfonyl group which may have a substituent, alkyls which may have a substituent A sulfonyl group, an optionally substituted arylsulfonyl group, a sulfonamide group, an optionally substituted monoalkylaminosulfonyl group, an optionally substituted dialkylaminosulfonyl group, a substituted group A monoarylaminosulfonyl group which may have a group, a diarylaminosulfonyl group which may have a substituent, an amino group, a monoalkylamino group which may have a substituent, and a substituent A dialkylamino group which may have a substituent, an alkyl group which may have a substituent, an alkenyl group which may have a substituent, an alkynyl group which may have a substituent, and a substituent. An aryl group which may have a substituent, an alkoxy group which may have a substituent, an aryloxy group which may have a substituent, an alkylthio group which may have a substituent, Good arylthio group which may have a group, and heterocyclic group which may have a substituent.

一般式(I)で表わされる本発明の重合体は、一つの繰り返しユニット中に二つのピリジニウム構造を有する。
ピリジニウム構造は一価のカチオンであるため、一般式(I)で表わされる本発明の重合体には、対アニオンが存在している。対アニオンは、ピリジニウム構造のカチオン部と安定に対を成すものであれば特に限定されるものではないが、アニオンの一例を挙げると、Brイオン、Clイオン、ClOイオン、PFイオン、BFイオン、CFSOイオン等が挙げられる。
The polymer of the present invention represented by the general formula (I) has two pyridinium structures in one repeating unit.
Since the pyridinium structure is a monovalent cation, a counter anion exists in the polymer of the present invention represented by the general formula (I). The counter anion is not particularly limited as long as it is stably paired with a cation moiety having a pyridinium structure. Examples of the anion include Br ion, Cl ion, ClO 4 ion, PF 6 ion, and BF. 4 ion, CF 3 SO 3 ion, and the like.

上記一般式(I)に示されるエレクトロクロミック重合体は、1分子中に複数の色素骨格を有する共重合体であり、導入する発色団や該発色団の存在比を変えることにより、エレクトロクロミック反応により発色する色を容易に制御することが可能となる。   The electrochromic polymer represented by the general formula (I) is a copolymer having a plurality of dye skeletons in one molecule. By changing the chromophore to be introduced and the abundance ratio of the chromophore, an electrochromic reaction is performed. This makes it possible to easily control the color to be developed.

一般式(I)で表わされる重合体は、Aで表わされるユニットとして異なる複数種のユニットを有するものであり、具体的には、以下の一般式(II)または一般式(III)で表わされる重合体であることが好ましい。 The polymer represented by the general formula (I) has a plurality of different units as the unit represented by A. Specifically, the polymer is represented by the following general formula (II) or general formula (III). A polymer is preferred.

Figure 2015101691
Figure 2015101691

Figure 2015101691
(一般式(II)、一般式(III)中、Rは、二価の置換基を表し、AからAはそれぞれ異なる、単結合または共役ユニットから選択される二価の置換基を表し、X、Y、Zはそれぞれ繰り返し単位の組成比を表す。)
Figure 2015101691
(In General Formula (II) and General Formula (III), R represents a divalent substituent, and A 1 to A 3 each represent a different divalent substituent selected from a single bond or a conjugated unit. , X, Y, and Z each represent a composition ratio of repeating units.)

一般式(II)に示されるように、AとAの構造を別異とし、重合体中に複数のエレクトロクロミック色素を配置することにより、それぞれの色素を発色させることができ、加えて、各繰り返し単位の組成比を変化させることにより、色調を制御することが可能となる。
さらに、一般式(III)に示すように、さらに、A部分の種類を増加させることも可能である。
As shown in the general formula (II), by differentiating the structures of A 1 and A 2 and arranging a plurality of electrochromic dyes in the polymer, each dye can be colored, The color tone can be controlled by changing the composition ratio of each repeating unit.
Furthermore, as shown in the general formula (III), it is possible to further increase the type of the A portion.

一般式(II)、一般式(III)中のRとしては、前記一般式(I)のRと同様なものを挙げることかでき、A〜Aとしては、前記一般式(I)のAと同様なものを挙げることかできるが、A〜Aはそれぞれ異なるものである。 Examples of R in the general formula (II) and general formula (III) include the same ones as R in the general formula (I). A 1 to A 3 may be the same as those in the general formula (I). It may either be similar to those listed a, a 1 ~A 3 are different from each other.

また、本発明に係るエレクトロクロミック重合体は、分子量が大きく、かつ異なる複数種の発色団を有し、結晶性が低いために電極表面上に安定な薄膜形成が可能である。
本発明に係るエレクトロクロミック重合体の分子量としては、5000以上であることが好ましい。
Further, the electrochromic polymer according to the present invention has a large molecular weight, has a plurality of different chromophores, and has low crystallinity, so that a stable thin film can be formed on the electrode surface.
The molecular weight of the electrochromic polymer according to the present invention is preferably 5000 or more.

<重合体の製造方法>
次に、本発明に係るエレクトロクロミック重合体の製造方法について説明する。
本発明に係るエレクトロクロミック重合体は、例えば、下記の反応式に示すように、二つのピリジン環の間にAで表わされる共役ユニットを有するビピリジン化合物と、二つのピリジン環の間にAで表わされる共役ユニットを有するビピリジン化合物とを、Rで連結させることにより製造することができ、前記Aを含むモノマーと前記Aを含むモノマーとをあわせたモル数と同量のRを含むモノマーを使用することにより合成することができる。
<Method for producing polymer>
Next, the manufacturing method of the electrochromic polymer which concerns on this invention is demonstrated.
The electrochromic polymer according to the present invention includes, for example, a bipyridine compound having a conjugated unit represented by A 1 between two pyridine rings and an A 2 between two pyridine rings as shown in the following reaction formula. a bipyridine compound having conjugated units represented in, can be produced by linking at R, including R number of moles same amount of combined monomer containing the a 2 and monomers containing the a 1 It can be synthesized by using a monomer.

Figure 2015101691
前記Rを含むモノマー中、Xはハロゲン、トリフルオロメタンスルホニルオキシ基、メタンスルホニルオキシ基、トルエンスルホニルオキシ基などの脱離基を表し、これらは反応の進行により生成したピリジニウムカチオンの対アニオンとして存在する。
Figure 2015101691
In the monomer containing R, X represents a leaving group such as halogen, trifluoromethanesulfonyloxy group, methanesulfonyloxy group, and toluenesulfonyloxy group, and these exist as counter anions of the pyridinium cation generated by the progress of the reaction. .

前記反応は、DMF、ニトロメタン、トルエンなどの溶媒中、通常、100℃程度の温度で撹拌することにより進行する。   The reaction proceeds by stirring in a solvent such as DMF, nitromethane, and toluene, usually at a temperature of about 100 ° C.

<表示素子>
次に、本発明に係る表示素子について説明する。
図1に、本発明のエレクトロクロミック化合物を用いた一般的な表示素子の構成例を示す。
<Display element>
Next, the display element according to the present invention will be described.
FIG. 1 shows a configuration example of a general display element using the electrochromic compound of the present invention.

図1(a)に示されるように、本発明の表示素子は、表示電極と、該表示電極に対して間隔をおいて対向して設けられた対向電極と、両電極(表示電極、対向電極)間に配置された電解質とを備え、該表示電極の対向電極側(対向電極との対向面側)の面に、少なくとも本発明のエレクトロクロミック化合物を含む表示層を有する。
図1(a)の表示素子において、表示層は、本発明のエレクトロクロミック化合物を用いて表示電極の対向電極側の面に形成される。
その形成方法は、浸漬、ディッピング法、スピンコート法、印刷法、インクジェット法等のどのような方法を用いても構わない。
As shown in FIG. 1 (a), a display element of the present invention includes a display electrode, a counter electrode provided to face the display electrode at an interval, and both electrodes (display electrode, counter electrode). And a display layer including at least the electrochromic compound of the present invention on the surface of the display electrode on the counter electrode side (the surface facing the counter electrode).
In the display element of FIG. 1A, the display layer is formed on the surface of the display electrode on the counter electrode side using the electrochromic compound of the present invention.
As the formation method, any method such as dipping, dipping, spin coating, printing, and ink jet may be used.

また、図1(b)のように電解質を溶媒に溶解した溶液構成とし、さらに前記溶液中にエレクトロクロミック化合物を溶解させることも可能である。
この場合、エレクトロクロミック化合物は電極表面でのみ酸化還元反応により発消色する。即ち、エレクトロクロミック化合物を含む溶液のうち、表示電極の対向電極との対向面側の表面が表示層として機能する。
In addition, as shown in FIG. 1B, it is possible to have a solution configuration in which an electrolyte is dissolved in a solvent, and it is also possible to dissolve an electrochromic compound in the solution.
In this case, the electrochromic compound develops and discolors only by the oxidation-reduction reaction on the electrode surface. That is, in the solution containing the electrochromic compound, the surface of the display electrode facing the counter electrode functions as a display layer.

また、図1(c)のように、エレクトロクロミック表示層と対向電極の間に白色粒子等からなる、光を散乱する白色反射層を有する構成も可能である。
この場合、エレクトロクロミック反応により白地に着色した像を表示することが可能となる。
Further, as shown in FIG. 1C, a configuration having a white reflective layer made of white particles or the like and scattering light between the electrochromic display layer and the counter electrode is also possible.
In this case, it is possible to display an image colored on a white background by an electrochromic reaction.

次に、本発明の実施の形態に係るエレクトロクロミック表示素子に用いられる材料について説明する。
前記表示電極としては、透明導電基板を用いることが望ましい。透明導電基板としてはガラス、あるいはプラスチックフィルムに透明導電薄膜をコーティングしたものが望ましい。プラスチックフィルムを用いれば軽量でフレキシブルな表示素子を作製することができる。
Next, materials used for the electrochromic display element according to the embodiment of the present invention will be described.
It is desirable to use a transparent conductive substrate as the display electrode. The transparent conductive substrate is preferably glass or a plastic film coated with a transparent conductive thin film. If a plastic film is used, a lightweight and flexible display element can be produced.

透明導電薄膜材料としては、導電性を有する材料であれば特に限定されるものではないが、光の透過性を確保する必要があるため、透明且つ導電性に優れた透明導電性材料が用いられる。これにより、発色させる色の視認性をより高めることができる。   The transparent conductive thin film material is not particularly limited as long as it is a conductive material, but a transparent conductive material that is transparent and excellent in conductivity is used because it is necessary to ensure light transmission. . Thereby, the visibility of the color to develop can be improved more.

透明導電性材料としては、スズをドープした酸化インジウム(以下、ITOという。)、フッ素をドープした酸化スズ(以下、FTOという。)、アンチモンをドープした酸化スズ(以下、ATOという。)等の無機材料を用いることができるが、特に、インジウム酸化物(以下、In酸化物という。)、スズ酸化物(以下、Sn酸化物という。)又は亜鉛酸化物(以下、Zn酸化物という。)の何れか1つを含む無機材料であることが好ましい。
In酸化物、Sn酸化物及びZn酸化物は、スパッタ法により、容易に成膜が可能な材料であると共に、良好な透明性と電気伝導度が得られる材料である。また、特に好ましい材料は、InSnO、GaZnO、SnO、In、ZnOである。
Examples of the transparent conductive material include indium oxide doped with tin (hereinafter referred to as ITO), tin oxide doped with fluorine (hereinafter referred to as FTO), and tin oxide doped with antimony (hereinafter referred to as ATO). An inorganic material can be used, but in particular, an indium oxide (hereinafter referred to as In oxide), a tin oxide (hereinafter referred to as Sn oxide), or a zinc oxide (hereinafter referred to as Zn oxide). It is preferable that it is an inorganic material containing any one.
In oxides, Sn oxides, and Zn oxides are materials that can be easily formed by sputtering, and are materials that can provide good transparency and electrical conductivity. Particularly preferable materials are InSnO, GaZnO, SnO, In 2 O 3 and ZnO.

対向電極としては、ITO、FTO、酸化亜鉛等の透明導電膜、あるいは亜鉛、白金等の導電性金属膜、さらにはカーボンなどが用いられる。対向電極も一般的には基板上に形成する。対向電極基板もガラス、あるいはプラスチックフィルムが望ましい。
対向電極として、亜鉛等の金属板が用いられる場合、対向電極が基板を兼ねる。
As the counter electrode, a transparent conductive film such as ITO, FTO, or zinc oxide, or a conductive metal film such as zinc or platinum, or carbon is used. The counter electrode is also generally formed on the substrate. The counter electrode substrate is also preferably glass or plastic film.
When a metal plate such as zinc is used as the counter electrode, the counter electrode also serves as the substrate.

さらに、対向電極の材料が、表示層のエレクトロクロミック組成物が起こす酸化還元反応と逆の逆反応を起こす材料を含む場合、安定した発消色が可能である。
すなわち、エレクトロクロミック組成物が酸化により発色する場合は還元反応を起こし、エレクトロクロミック組成物が還元により発色する場合は酸化反応を起こす材料を対向電極として用いると、エレクトロクロミック組成物を含む表示層における発消色の反応がより安定となる。
Further, when the material of the counter electrode includes a material that causes a reverse reaction opposite to the oxidation-reduction reaction caused by the electrochromic composition of the display layer, stable color development and decoloration is possible.
That is, when the electrochromic composition develops color by oxidation, it causes a reduction reaction. When the electrochromic composition develops color by reduction, a material that causes oxidation reaction is used as a counter electrode in the display layer containing the electrochromic composition. The reaction of color development and decoloration becomes more stable.

電解質としては、一般的に、支持塩を溶媒に溶解させたものが用いられる。
支持塩として、例えば、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩等の無機イオン塩、4級アンモニウム塩や酸類、アルカリ類の支持塩を用いることができる。
具体的には、LiClO、LiBF、LiAsF、LiPF、CFSOLi、CFCOOLi、KCl、NaClO、NaCl、NaBF、NaSCN、KBF、Mg(ClO、Mg(BF等を用いることができる。
As the electrolyte, generally, an electrolyte obtained by dissolving a supporting salt in a solvent is used.
As the supporting salt, for example, inorganic ion salts such as alkali metal salts and alkaline earth metal salts, quaternary ammonium salts, acids, and alkali supporting salts can be used.
Specifically, LiClO 4 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiPF 6 , CF 3 SO 3 Li, CF 3 COOLi, KCl, NaClO 3 , NaCl, NaBF 4 , NaSCN, KBF 4 , Mg (ClO 4 ) 2 , Mg (BF 4 ) 2 or the like can be used.

また、溶媒として、例えば、プロピレンカーボネート、アセトニトリル、γ―ブチロラクトン、エチレンカーボネート、スルホラン、ジオキソラン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、ジメチルスルホキシド、1,2−ジメトキシエタン、1,2−エトキシメトキシエタン、ポリエチレングリコール、アルコール類、等が用いられる。
その他、支持塩を溶媒に溶解させた液体状の電解質に特に限定されるものではないため、ゲル状の電解質や、ポリマー電解質等の固体電解質も用いられる。
例えば、パーフルオロスルホン酸系高分子膜などの固体系などがある。溶液系はイオン伝導度が高いという利点があり、固体系は劣化がなく高耐久性の素子を作製することに適している。
Examples of the solvent include propylene carbonate, acetonitrile, γ-butyrolactone, ethylene carbonate, sulfolane, dioxolane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-ethoxymethoxyethane, and polyethylene glycol. , Alcohols, and the like are used.
In addition, since it is not particularly limited to a liquid electrolyte in which a supporting salt is dissolved in a solvent, a gel electrolyte or a solid electrolyte such as a polymer electrolyte is also used.
For example, there are solid systems such as perfluorosulfonic acid polymer membranes. The solution system has an advantage of high ionic conductivity, and the solid system is suitable for producing a highly durable element without deterioration.

また、本発明の表示素子を反射型表示素子として用いる場合、図1(c)に示すように、表示電極と対向電極の間に白色反射層を設けることが望ましい。
白色反射層としては、白色顔料微粒子を樹脂に分散させ対向電極上に塗布することが最も簡便な作製方法である。
When the display element of the present invention is used as a reflective display element, it is desirable to provide a white reflective layer between the display electrode and the counter electrode as shown in FIG.
For the white reflective layer, the simplest production method is to disperse white pigment fine particles in a resin and apply it on the counter electrode.

白色顔料微粒子としては、一般的な金属酸化物からなる粒子が適用でき、具体的には酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、酸化ケイ素、酸化セシウム、酸化イットリウムなどが挙げられる。
また、ポリマー電解質に白色顔料粒子を混合することによって、白色反射層を兼ねることもできる。
As the white pigment fine particles, particles made of a general metal oxide can be applied, and specific examples include titanium oxide, aluminum oxide, zinc oxide, silicon oxide, cesium oxide, yttrium oxide and the like.
Moreover, it can also serve as a white reflective layer by mixing white pigment particles in the polymer electrolyte.

表示素子の駆動方法としては、任意の電圧、電流を印加することができればどのような方法を用いても構わない。
パッシブ駆動方法を用いれば安価な表示素子を作製することができる。また、アクティブ駆動方法を用いれば高精細、かつ高速な表示をおこなうことができる。対向基板上にアクティブ駆動素子を設けることで容易にアクティブ駆動ができる。
As a driving method of the display element, any method may be used as long as an arbitrary voltage and current can be applied.
If a passive driving method is used, an inexpensive display element can be manufactured. Further, if the active driving method is used, high-definition and high-speed display can be performed. Active driving can be easily performed by providing an active driving element on the counter substrate.

以下、実施例にて本発明のエレクトロクロミック重合体及びそれを用いた表示素子について説明するが、本発明は下記実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, although the electrochromic polymer of the present invention and the display element using the same will be described in Examples, the present invention is not limited to the following Examples.

[実施例1]
(エレクトロクロミック重合体(P−1)の合成)
以下のスキームに従い、エレクトロクロミック化合物(P−1)を合成した。
[Example 1]
(Synthesis of electrochromic polymer (P-1))
The electrochromic compound (P-1) was synthesized according to the following scheme.

Figure 2015101691
50mlフラスコにモノマー(m−1)0.079g(0.266mmol)、モノマー(m−2)0.100g(0.266mmol)、モノマー(m−3)0.192g(0.532mmol)を入れ、アルゴン置換した。脱水DMF 5mlを加え、100℃で8時間撹拌した。
室温に戻した後、反応溶液を2−プロパノールに滴下し、析出した固体を濾取した。得られた固体を酢酸エチルで洗浄した後、真空乾燥し、目的の共重合体(P−1)を0.371g得た。収率79%。
Figure 2015101691
Into a 50 ml flask was charged 0.079 g (0.266 mmol) of monomer (m-1), 0.100 g (0.266 mmol) of monomer (m-2), 0.192 g (0.532 mmol) of monomer (m-3), Argon substitution was performed. 5 ml of dehydrated DMF was added and stirred at 100 ° C. for 8 hours.
After returning to room temperature, the reaction solution was added dropwise to 2-propanol, and the precipitated solid was collected by filtration. The obtained solid was washed with ethyl acetate and then vacuum-dried to obtain 0.371 g of the desired copolymer (P-1). Yield 79%.

共重合体(P−1)赤外吸収スペクトルのデータを示す。
IR(NaCl)ν/cm-1;3391,3035,2927,2466,1633,1597,1556,1532,1513,1493,1464,1418,1227,1163,1027,841,822,751.
The data of a copolymer (P-1) infrared absorption spectrum are shown.
IR (NaCl) ν / cm -1; 3391, 3035, 2927, 2466, 1633, 1597, 1556, 1532, 1513, 1493, 1464, 1418, 1227, 1163, 1027, 841, 822, 751.

[実施例2]
(エレクトロクロミック表示素子の作製)
まず、30mm×30mmのガラス基板を準備し、その上面の16mm×23mmの領域に、ITO膜をスパッタ法により約100nmの厚さになるように成膜することによって、表示電極を形成した。この表示電極の電極端部間のシート抵抗を測定したところ、約200Ωであった。
次に、実施例1にて合成したエレクトロクロミック重合体(P−1)の2,2,3,3−テトラフロロプロパノール溶液をキャストし乾燥することによって、ITO膜上にエレクトロクロミック表示層を形成した。
[Example 2]
(Production of electrochromic display element)
First, a 30 mm × 30 mm glass substrate was prepared, and an ITO film was formed in a 16 mm × 23 mm region on the upper surface by a sputtering method so as to have a thickness of about 100 nm, thereby forming a display electrode. The sheet resistance between the electrode ends of this display electrode was measured and found to be about 200Ω.
Next, the 2,2,3,3-tetrafluoropropanol solution of the electrochromic polymer (P-1) synthesized in Example 1 was cast and dried to form an electrochromic display layer on the ITO film. did.

表示基板とITO付対向基板を75μmのスペーサを介して貼り合わせ、セルを作製した。次に過塩素酸テトラブチルアンモニウムをジメチルスルホキシドに20wt%を溶解させた電解質溶液を調製し、セル内に封入することでエレクトロクロミック重合体(P−1)を用いた表示素子を作製した。   The display substrate and the counter substrate with ITO were bonded to each other through a 75 μm spacer to produce a cell. Next, an electrolyte solution in which 20% by weight of tetrabutylammonium perchlorate was dissolved in dimethyl sulfoxide was prepared and sealed in a cell to produce a display element using an electrochromic polymer (P-1).

[実施例3]
(作製したエレクトロクロミック表示素子の発消色試験)
実施例2で作製したエレクトロクロミック表示素子について、発消色の比較評価を実施した。
表示素子の表示電極に負極を、対向電極に正極を繋ぎ、0Vから-2Vまでの電圧印加に伴う吸収スペクトルを測定した。結果を図2に示す。
電圧印加に伴い、N−フェニルピロールを含むピリジニウムユニットのエレクトクロミック反応に由来する、550nm付近のシャープな吸収帯、ジフェニルオキサジアゾールを含むピリジニウムユニットのエレクトクロミック反応に由来する、600から800nmと400から500nmにかけてのブロードな吸収帯が同時に出現した。
[Example 3]
(Decoloration test of the produced electrochromic display element)
The electrochromic display element produced in Example 2 was subjected to comparative evaluation of color development and decoloration.
The negative electrode was connected to the display electrode of the display element and the positive electrode was connected to the counter electrode, and the absorption spectrum accompanying voltage application from 0 V to −2 V was measured. The results are shown in FIG.
With application of voltage, a sharp absorption band near 550 nm derived from an electrochromic reaction of a pyridinium unit containing N-phenylpyrrole, 600 to 800 nm and 400 derived from an electrochromic reaction of a pyridinium unit containing diphenyloxadiazole A broad absorption band from 1 to 500 nm appeared at the same time.

[実施例4]
(エレクトロクロミック重合体(P−2)の合成)
以下のスキームに従い、エレクトロクロミック化合物(P−2)を合成した。
[Example 4]
(Synthesis of electrochromic polymer (P-2))
An electrochromic compound (P-2) was synthesized according to the following scheme.

Figure 2015101691

50mlフラスコに、モノマー(m−2)36.2mg(96.2μmol)、モノマー(m−4)22.4mg(96.2μmol)、モノマー(m−5)47.6mg(96.2μmol)を入れ、アルゴン置換した。
脱水DMF 8ml及びトルエン2mlを加え、100℃で10分撹拌した。この溶液に、モノマー(m−6) 94.7mg (288.7μmol)を引き続き100℃で27時間撹拌した。
室温に戻した後、反応溶液を2−プロパノールに滴下し、析出した固体を濾取した。得られた固体を酢酸エチルで洗浄した後、真空乾燥し、目的の共重合体(P−2)を190mg得た。収率95%。
Figure 2015101691

Into a 50 ml flask was placed 36.2 mg (96.2 μmol) of monomer (m-2), 22.4 mg (96.2 μmol) of monomer (m-4), and 47.6 mg (96.2 μmol) of monomer (m-5). And replaced with argon.
8 ml of dehydrated DMF and 2 ml of toluene were added and stirred at 100 ° C. for 10 minutes. To this solution, 94.7 mg (288.7 μmol) of monomer (m-6) was subsequently stirred at 100 ° C. for 27 hours.
After returning to room temperature, the reaction solution was added dropwise to 2-propanol, and the precipitated solid was collected by filtration. The obtained solid was washed with ethyl acetate and then vacuum-dried to obtain 190 mg of the target copolymer (P-2). Yield 95%.

共重合体(P−2)赤外吸収スペクトルのデータを示す。
IR(NaCl)ν/cm-1;2925,2863,1712,1634,1598,1559,1489,1463,1409,1292,1247,1176,1010,829,750,666.
The data of a copolymer (P-2) infrared absorption spectrum are shown.
IR (NaCl) ν / cm @ -1; 2925, 2863, 1712, 1634, 1598, 1559, 1489, 1463, 1409, 1292, 1247, 1176, 1010, 829, 750, 666.

特開2003−161964号公報JP 2003-161964 A 特開2004−361514号公報JP 2004-361514 A 特表2004−520621号公報Japanese translation of PCT publication No. 2004-520621 特表2004−536344号公報Special table 2004-536344 gazette 特表2001−510590号公報Special table 2001-510590 gazette 特開2003−121883号公報JP 2003-121883 A 特開2006−106669号公報JP 2006-106669 A 特開2003−270671号公報JP 2003-270671 A 特開2004−151265号公報JP 2004-151265 A 特開2008−122578号公報JP 2008-122578 A 特開2006−71767号公報JP 2006-71767 A

Claims (4)

主鎖中に連結基を介して結合する複数種の発色団を有する重合体であることを特徴とするエレクトロクロミック材料。 An electrochromic material which is a polymer having a plurality of kinds of chromophores bonded to each other through a linking group in the main chain. 下記一般式(I)で表される構成単位からなる重合体であり、該重合体中のAが異なる複数種のユニットであることを特徴とする請求項1記載のエレクトロクロミック材料。
Figure 2015101691

(一般式(I)中、R及びRはそれぞれ独立に水素原子または一価の置換基であり、a及びbはそれぞれ独立に0から4の整数を表し、Rは二価の置換基を表し、Aは単結合または共役ユニットから選択される二価の置換基を表す。)
2. The electrochromic material according to claim 1, wherein the electrochromic material is a polymer composed of structural units represented by the following general formula (I), wherein A is a plurality of different units in the polymer.
Figure 2015101691

(In the general formula (I), R 1 and R 2 are each independently a hydrogen atom or a monovalent substituent, a and b are each independently an integer of 0 to 4, and R is a divalent substituent. And A represents a divalent substituent selected from a single bond or a conjugated unit.)
下記一般式(II)または(III)で表される重合体であることを特徴とする請求項1または2に記載のエレクトロクロミック材料。
Figure 2015101691
Figure 2015101691

(一般式(II)、及び一般式(III)中、Rは二価の置換基を表し、AからAはそれぞれ異なる、単結合または共役ユニットから選択される二価の置換基を表し、x、y、zはそれぞれ繰り返し単位の組成比を表す。)
The electrochromic material according to claim 1 or 2, which is a polymer represented by the following general formula (II) or (III).
Figure 2015101691
Figure 2015101691

(In general formula (II) and general formula (III), R represents a divalent substituent, and A 1 to A 3 each represent a divalent substituent selected from different single bonds or conjugated units. , X, y, and z each represent the composition ratio of the repeating unit.)
表示電極と、該表示電極に対向した状態で間隔をおいて設けられた対向電極と、前記表示電極と前記対向電極との間に配置された電解質とを備え、
前記表示電極における前記対向電極との対向面に表示層を有する表示素子であって、
前記表示層は、少なくとも請求項1乃至3のいずれかに記載のエレクトロクロミック材料を含むことを特徴とする表示素子。
A display electrode, a counter electrode provided at a distance in opposition to the display electrode, and an electrolyte disposed between the display electrode and the counter electrode,
A display element having a display layer on a surface of the display electrode facing the counter electrode,
The display element comprising the electrochromic material according to claim 1 at least.
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