JP2016018189A - Electrochromic device, and driving method of electrochromic element - Google Patents

Electrochromic device, and driving method of electrochromic element Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrochromic device in which the decoloring response is improved while the drive voltage is reduced.SOLUTION: An AC voltage is applied to an electrochromic element during a decoloring operation of the electrochromic element. With the AC voltage, a maximum voltage (E) is between a positive-side coloring threshold voltage (E) and a negative-side coloring threshold voltage (E), and a minimum voltage (E) is the negative-side coloring threshold voltage (E) or lower. The period (PW) in which the voltage of the negative-side coloring threshold voltage or lower is applied is shorter than the charge transfer period.SELECTED DRAWING: Figure 6

Description

本発明は、エレクトロクロミック装置及びエレクトロクロミック素子の駆動方法に関する。   The present invention relates to an electrochromic device and a method for driving an electrochromic element.

近年、固体撮像素子を用いた動画撮影装置において、光学濃度を無段階に調整できる可変NDフィルタへの要求が高まっている。この用途の光学素子としては、これまでに液晶や無機エレクトロクロミック薄膜を用いたものが多く提案されているが、光量調整範囲や信頼性等の点で従来のNDフィルタに劣るため広く普及するに至っていない。一方、有機エレクトロクロミック分子を用いたものは光量調整範囲が広く、また分光透過率の設計が比較的容易であることから、撮像装置に搭載する可変NDフィルタ用途として特に有望である。   In recent years, there is an increasing demand for a variable ND filter that can adjust an optical density steplessly in a moving image shooting apparatus using a solid-state imaging device. Many optical elements using liquid crystals or inorganic electrochromic thin films have been proposed so far, but they are widely used because they are inferior to conventional ND filters in terms of light amount adjustment range and reliability. Not reached. On the other hand, those using organic electrochromic molecules are particularly promising for use as a variable ND filter mounted in an imaging apparatus because the light amount adjustment range is wide and the spectral transmittance design is relatively easy.

有機エレクトロクロミック分子を用いたエレクトロクロミック素子は、一対の電極間に電気化学的に活性なアノード性材料と電気化学的に活性なカソード性材料とを含む。そして、アノード性材料とカソード性材料の少なくとも一方がエレクトロクロミック性、即ち、電気化学的な酸化還元により可視光領域に吸収帯を発現する材料として構成される場合が多い。このとき一対の電極上では、アノード性材料の酸化反応とカソード性材料の還元反応とが同時に起こり、これにより素子に閉回路が形成されて電流が流れる。   An electrochromic device using organic electrochromic molecules includes an electrochemically active anodic material and an electrochemically active cathodic material between a pair of electrodes. In many cases, at least one of the anodic material and the cathodic material is configured as a material that exhibits electrochromic properties, that is, a material that exhibits an absorption band in the visible light region by electrochemical oxidation and reduction. At this time, the oxidation reaction of the anodic material and the reduction reaction of the cathodic material occur simultaneously on the pair of electrodes, whereby a closed circuit is formed in the element and a current flows.

この様なアノード性材料の反応電流をカソード性材料の反応電流によって相補的に保証する素子では、素子の駆動電圧はアノード性エレクトロクロミック材料の酸化電位とカソード性エレクトロクロミック材料の還元電位との間の電位差によって決められる。そのため、素子として大きな光学濃度変化を得るには、この電位差以上の更に大きな電位差を印加して電流を流す必要がある。しかしながら、大きな電位差の印加は透明電極の腐食やエレクトロクロミック材料の副反応等を引き起こし、素子の耐久性を著しく損なうため、より小さな電位差の印加によって大きな電流を得る素子構成が望まれていた。   In an element in which the reaction current of the anodic material is complementarily ensured by the reaction current of the cathodic material, the driving voltage of the element is between the oxidation potential of the anodic electrochromic material and the reduction potential of the cathodic electrochromic material. It is determined by the potential difference. For this reason, in order to obtain a large optical density change as an element, it is necessary to apply a larger potential difference than this potential difference to flow a current. However, application of a large potential difference causes corrosion of the transparent electrode, side reaction of the electrochromic material, and the like, and the durability of the element is remarkably impaired. Therefore, an element configuration that obtains a large current by applying a smaller potential difference has been desired.

また、アノード性材料とカソード性材料を相補的に用いた素子構成では、着色時には電極表面のみで其々の材料の反応が起きるが、消色時には電極表面と、更に材料間(アノード性材料の酸化体とカソード性材料の還元体間)でも反応が起きることが知られている。特許文献1では、素子に逆電圧を印加して一対の電極表面近傍にアノード性材料の酸化体とカソード性材料の還元体を形成し、これらの材料間消色により消色応答を向上できることが記載されている。   In addition, in an element configuration in which an anodic material and a cathodic material are used in a complementary manner, the reaction of each material occurs only on the electrode surface during coloring. It is known that the reaction also occurs between the oxidant and the reductant of the cathode material. In Patent Document 1, a reverse voltage is applied to the element to form an oxidant of an anodic material and a reductant of a cathodic material in the vicinity of a pair of electrodes, and the decolorization response can be improved by decoloring between these materials. Have been described.

特表2009−540376号公報JP-T 2009-540376

しかし、特許文献1の方法では、電荷移動時間よりも長い、ファラデー電流領域の逆電圧パルスを印加しているため、消色駆動中に着色が起きて最大透過率が低下するという問題があった。   However, in the method of Patent Document 1, since a reverse voltage pulse in the Faraday current region that is longer than the charge transfer time is applied, there is a problem that coloring occurs during decoloring driving and the maximum transmittance is reduced. .

ところで、有機エレクトロクロミック分子を用い、アノード性材料とカソード性材料とを相補的に用いる素子を、可変NDフィルタ用途に適用するためには、アノード性材料の還元体とカソード性材料の酸化体の何れもが可視光領域に吸収帯を持たないことが好ましい。しかしながら、そのような特性を有する材料間の酸化還元電位差は一般に大きく、素子を大きな電圧(電位差)によって駆動する必要がある。大きな駆動電圧(電位差)は透明電極の還元腐食や、アノード性材料及びカソード性材料の副反応を引き起こし、これが素子の信頼性を大きく損なうという課題がある。   By the way, in order to apply an organic electrochromic molecule and an element using an anodic material and a cathodic material in a complementary manner to a variable ND filter application, a reduced form of an anodic material and an oxidized form of a cathodic material. Any of them preferably has no absorption band in the visible light region. However, the oxidation-reduction potential difference between materials having such characteristics is generally large, and it is necessary to drive the device with a large voltage (potential difference). A large driving voltage (potential difference) causes reductive corrosion of the transparent electrode and a side reaction of the anodic material and the cathodic material, which greatly impairs the reliability of the device.

そこで、本発明者らは、アノード性材料の酸化還元電位とカソード性材料の酸化還元電位との間に可逆的な酸化還元電位を有する電極材料を採用すれば、比較的小さな駆動電圧(電位差)によって素子を駆動することが可能となることに着目した。例えば、酸化スズナノ粒子によって形成された多孔質構造を有する電極は、アノード性材料とカソード性材料の間に酸化還元電位を持つ。そして、酸化還元反応によって着色しないので、これを電極として採用すれば、比較的小さな駆動電圧(電位差)によって素子を駆動することができる。   Therefore, the present inventors adopt a relatively small driving voltage (potential difference) if an electrode material having a reversible redox potential between the redox potential of the anodic material and the redox potential of the cathode material is employed. It has been noted that the element can be driven by. For example, an electrode having a porous structure formed of tin oxide nanoparticles has a redox potential between the anodic material and the cathodic material. And since it does not color by oxidation-reduction reaction, if this is employ | adopted as an electrode, an element can be driven with a comparatively small drive voltage (potential difference).

しかし、多孔質構造を有する電極の酸化還元反応は、エレクトロクロミック媒体中に存在するカチオンの吸着/脱離、或いは挿入/放出を伴う。そのため、一般に有機エレクトロクロミック分子の酸化還元反応に対して遅く、特に消色時に透過率が回復するのに時間を要したり、アノード性材料の色残りを生じる場合があった。   However, the redox reaction of an electrode having a porous structure is accompanied by adsorption / desorption or insertion / release of cations present in the electrochromic medium. Therefore, it is generally slow with respect to the redox reaction of organic electrochromic molecules, and it may take time for the transmittance to recover, especially when decolored, and may cause a color residue of the anodic material.

本発明は以上の課題に鑑み、駆動電圧を低減しながら、消色応答を改善したエレクトロクロミック装置及びエレクトロクロミック素子の駆動方法を提供することを目的とする。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide an electrochromic device and a method for driving an electrochromic element that have improved decolorization response while reducing drive voltage.

本発明のエレクトロクロミック装置は、
一対の電極と、前記一対の電極の間に配置されたエレクトロクロミック媒体とを有するエレクトロクロミック素子と、前記エレクトロクロミック素子を駆動する駆動手段を有し、
前記エレクトロクロミック媒体は、少なくとも一種類以上のアノード性エレクトロクロミック材料と、少なくとも一種類以上のカソード性エレクトロクロミック材料を含有する液体からなり、
前記一対の電極は、前記アノード性エレクトロクロミック材料の酸化還元を行う第一の電極と、前記カソード性エレクトロクロミック材料の酸化還元を行う第二の電極であり、前記第二の電極の、少なくとも前記エレクトロクロミック媒体と対向する面は多孔質構造を有し、前記第二の電極の酸化還元電位は前記アノード性エレクトロクロミック材料の酸化還元電位と前記カソード性エレクトロクロミック材料の酸化還元電位との間にあり、
前記駆動手段は、前記エレクトロクロミック素子の消色動作時において、前記エレクトロクロミック素子に交流電圧を印加し、前記交流電圧は、最大電圧が正側の着色閾値電圧と負側の着色閾値電圧の間にあり、最小電圧が負側の着色閾値電圧以下であり、負側の着色閾値電圧以下の電圧が印加される時間が電荷移動時間未満であることを特徴とする。
The electrochromic device of the present invention is
An electrochromic element having a pair of electrodes and an electrochromic medium disposed between the pair of electrodes, and a driving means for driving the electrochromic element,
The electrochromic medium is composed of a liquid containing at least one kind of anodic electrochromic material and at least one kind of cathodic electrochromic material,
The pair of electrodes are a first electrode that performs redox of the anodic electrochromic material and a second electrode that performs redox of the cathodic electrochromic material, and at least the second electrode The surface facing the electrochromic medium has a porous structure, and the redox potential of the second electrode is between the redox potential of the anodic electrochromic material and the redox potential of the cathodic electrochromic material. Yes,
The driving means applies an AC voltage to the electrochromic element during a decoloring operation of the electrochromic element, and the AC voltage has a maximum voltage between a positive color threshold voltage and a negative color threshold voltage. The minimum voltage is equal to or lower than the negative coloring threshold voltage, and the time during which the voltage equal to or lower than the negative coloring threshold voltage is applied is less than the charge transfer time.

また、本発明のエレクトロクロミック素子の駆動方法は、
一対の電極と、前記一対の電極の間に配置されたエレクトロクロミック媒体とを有するエレクトロクロミック素子の駆動方法であって、
前記エレクトロクロミック媒体は、少なくとも一種類以上のアノード性エレクトロクロミック材料と、少なくとも一種類以上のカソード性エレクトロクロミック材料を含有する液体からなり、
前記一対の電極は、前記アノード性エレクトロクロミック材料の酸化還元を行う第一の電極と、前記カソード性エレクトロクロミック材料の酸化還元を行う第二の電極であり、前記第二の電極の、少なくとも前記エレクトロクロミック媒体と対向する面は多孔質構造を有し、前記第二の電極の酸化還元電位は前記アノード性エレクトロクロミック材料の酸化還元電位と前記カソード性エレクトロクロミック材料の酸化還元電位との間にあり、
前記エレクトロクロミック素子の消色動作時において、前記エレクトロクロミック素子に交流電圧を印加し、前記交流電圧は、最大電圧が正側の着色閾値電圧と負側の着色閾値電圧の間にあり、最小電圧が負側の着色閾値電圧以下であり、負側の着色閾値電圧以下の電圧が印加される時間が電荷移動時間未満であることを特徴とする。
The driving method of the electrochromic device of the present invention is as follows.
A method for driving an electrochromic device having a pair of electrodes and an electrochromic medium disposed between the pair of electrodes,
The electrochromic medium is composed of a liquid containing at least one kind of anodic electrochromic material and at least one kind of cathodic electrochromic material,
The pair of electrodes are a first electrode that performs redox of the anodic electrochromic material and a second electrode that performs redox of the cathodic electrochromic material, and at least the second electrode The surface facing the electrochromic medium has a porous structure, and the redox potential of the second electrode is between the redox potential of the anodic electrochromic material and the redox potential of the cathodic electrochromic material. Yes,
During the decoloring operation of the electrochromic element, an AC voltage is applied to the electrochromic element, and the AC voltage has a maximum voltage between a positive coloring threshold voltage and a negative coloring threshold voltage, and a minimum voltage. Is equal to or lower than the negative coloring threshold voltage, and the time during which a voltage equal to or lower than the negative coloring threshold voltage is applied is less than the charge transfer time.

本発明によれば、駆動電圧を低減できるため、電極の還元腐食や、エレクトロクロミック材料の副反応を回避することができると共に、消色応答を改善することができる。そのため、例えば可変NDフィルタ用途の光学素子として信頼性を大きく向上することができる。   According to the present invention, since the driving voltage can be reduced, reductive corrosion of the electrode and side reaction of the electrochromic material can be avoided, and the decoloring response can be improved. Therefore, for example, the reliability can be greatly improved as an optical element for use in a variable ND filter.

本発明のエレクトロクロミック装置が有するエレクトロクロミック素子の一例を示す模式的断面図である。It is typical sectional drawing which shows an example of the electrochromic element which the electrochromic apparatus of this invention has. エレクトロクロミック材料及び第二の電極のサイクリックボルタモグラム特性を示す図である。It is a figure which shows the cyclic voltammogram characteristic of an electrochromic material and a 2nd electrode. 本発明のエレクトロクロミック装置が有するエレクトロクロミック素子の他の例を示す模式的断面図である。It is typical sectional drawing which shows the other example of the electrochromic element which the electrochromic apparatus of this invention has. アノード性エレクトロクロミック材料の着色閾値電圧と第二の電極の比表面積との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the coloring threshold voltage of an anodic electrochromic material, and the specific surface area of a 2nd electrode. 実施例1のエレクトロクロミック素子の特性を示した図である。FIG. 4 is a diagram showing characteristics of the electrochromic element of Example 1. 消色動作時における駆動電圧波形の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the drive voltage waveform at the time of erasing operation. 実施例1のエレクトロクロミック素子の透過率の時間変化を示した図である。FIG. 3 is a diagram showing a change over time in the transmittance of the electrochromic device of Example 1. 実施例1のエレクトロクロミック素子の消色応答時間を、比較例で規格化して示した図である。It is the figure which normalized and showed the decoloration response time of the electrochromic element of Example 1 by the comparative example. 実施例2のエレクトロクロミック素子の透過率の時間変化を示した図である。It is the figure which showed the time change of the transmittance | permeability of the electrochromic element of Example 2. FIG. 実施例2のエレクトロクロミック素子の消色応答時間を、比較例で規格化して示した図である。It is the figure which normalized and showed the decoloration response time of the electrochromic element of Example 2 by the comparative example. 本発明の撮像装置の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the imaging device of this invention. 本発明の撮像装置の他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of the imaging device of this invention. 本発明の窓材の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the window material of this invention.

以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。但し、この実施の形態に記載されている構成、相対配置等は特に記載がない限り、本発明の範囲を限定する趣旨のものではない。   Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the configuration, relative arrangement, and the like described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention unless otherwise specified.

≪エレクトロクロミック装置≫
図1は、本発明のエレクトロクロミック装置が有するエレクトロクロミック素子の一実施態様を示す模式的断面図である。図1の素子は、有機エレクトロクロミック分子を用いた透過型の相補型エレクトロクロミック素子である。図1において、1a,1bは基板、2は第一の電極、3は第二の電極、4はエレクトロクロミック媒体である。図1に示す様に、本発明のエレクトロクロミック素子は、一対の電極(第一の電極2、第二の電極3)と、一対の電極の間に配置されたエレクトロクロミック媒体4とを有する。
≪Electrochromic device≫
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing one embodiment of an electrochromic element included in the electrochromic device of the present invention. The element in FIG. 1 is a transmissive complementary electrochromic element using organic electrochromic molecules. In FIG. 1, 1a and 1b are substrates, 2 is a first electrode, 3 is a second electrode, and 4 is an electrochromic medium. As shown in FIG. 1, the electrochromic device of the present invention has a pair of electrodes (first electrode 2 and second electrode 3) and an electrochromic medium 4 disposed between the pair of electrodes.

<基板1a,1b>
基板1a,1bとしては、例えば、石英ガラス、白板ガラス、ホウケイ酸ガラス、無アルカリガラス、化学強化ガラス等のガラス基板を用いることが好ましく、特に耐久性の点から無アルカリガラス基板を好適に使用することが好ましい。
<Substrate 1a, 1b>
As the substrates 1a and 1b, for example, glass substrates such as quartz glass, white plate glass, borosilicate glass, alkali-free glass, and chemically tempered glass are preferably used. Particularly, alkali-free glass substrates are preferably used from the viewpoint of durability. It is preferable to do.

ここで、基板1a,1bの光学特性について説明する。本発明のエレクトロクロミック素子は、撮像光学系、撮像装置等の光路中に配置されるためには、高可視光透過率、低ヘイズであることが好ましい。そのため、基板1a,1bの可視光透過率は80%以上であることが好ましく、更に好ましくは90%以上である。また、基板1a,1bのヘイズ値は1%以下であることが好ましく、更に好ましくは0.5%以下である。   Here, the optical characteristics of the substrates 1a and 1b will be described. The electrochromic device of the present invention preferably has a high visible light transmittance and a low haze in order to be disposed in an optical path of an imaging optical system, an imaging device or the like. Therefore, the visible light transmittance of the substrates 1a and 1b is preferably 80% or more, and more preferably 90% or more. Moreover, it is preferable that the haze value of the board | substrates 1a and 1b is 1% or less, More preferably, it is 0.5% or less.

<第一の電極2>
第一の電極2は、アノード性エレクトロクロミック材料の酸化還元を行う電極である。図1において、第一の電極2は基板1a上に形成されている。第一の電極2の、少なくともエレクトロクロミック媒体4と対向する面は、多孔質構造を有さず、平坦又は略平坦(以降、「略平坦」と略記する)な構造を有し、比表面積が略1cm2/cm2とみなせる構造であることが好ましい。
<First electrode 2>
The first electrode 2 is an electrode that performs redox of the anodic electrochromic material. In FIG. 1, the first electrode 2 is formed on a substrate 1a. At least the surface of the first electrode 2 facing the electrochromic medium 4 does not have a porous structure, but has a flat or substantially flat structure (hereinafter abbreviated as “substantially flat”), and has a specific surface area. A structure that can be regarded as approximately 1 cm 2 / cm 2 is preferable.

ここで、本発明における比表面積とは、電極の幾何面積(SA:cm2)に比した実効面積(SB:cm2)としての比表面積(SB/SA:cm2/cm2)を表す。なお、幾何面積(SA)とは投影面積と同義で、基板を投影したときの見かけの面積(cm2)を表す。実効面積(SB)とは、窒素ガス吸着法(BET法)による測定と膜重量の測定により算出した多孔質内部の表面積(cm2)を表す。 Here, the specific surface area in the present invention is a specific surface area (S B / S A : cm 2 / cm 2 ) as an effective area (S B : cm 2 ) relative to the geometric area (S A : cm 2 ) of the electrode. ). The geometric area (S A ) is synonymous with the projected area and represents the apparent area (cm 2 ) when the substrate is projected. The effective area (S B ) represents the surface area (cm 2 ) inside the porous body calculated by measurement by nitrogen gas adsorption method (BET method) and measurement of membrane weight.

第一の電極2としては、例えば、スズドープ酸化インジウム(ITO)、酸化亜鉛、ガリウムドープ酸化亜鉛(GZO)、アルミニウムドープ酸化亜鉛(AZO)、酸化スズ、アンチモンドープ酸化スズ(ATO)、フッ素ドープ酸化スズ(FTO)、ニオビウムドープ酸化チタン(TNO)等の、いわゆる透明導電性酸化物からなる薄膜を使用することができる。さらに導電性と高透明性を考慮して、これらの積層構成とすることも可能である。第一の電極2の厚さは、100nm以上1000nm以下が好ましく、200nm以上500nm以下がより好ましい。特に、高可視光透過率と化学的安定性を両立した材料として、膜厚200nm程度のFTO薄膜を好適に使用することができる。第一の電極2の成膜方法は特に限定されず、例えば、スパッタリング、蒸着、CVD等の気相成膜法や、ゾル−ゲル、スピンコート、印刷、鍍金等の液相成膜法等が挙げられる。   Examples of the first electrode 2 include tin-doped indium oxide (ITO), zinc oxide, gallium-doped zinc oxide (GZO), aluminum-doped zinc oxide (AZO), tin oxide, antimony-doped tin oxide (ATO), and fluorine-doped oxidation. A thin film made of a so-called transparent conductive oxide such as tin (FTO) or niobium-doped titanium oxide (TNO) can be used. Further, in consideration of conductivity and high transparency, it is possible to adopt a laminated structure of these. The thickness of the first electrode 2 is preferably 100 nm or more and 1000 nm or less, and more preferably 200 nm or more and 500 nm or less. In particular, as a material having both high visible light transmittance and chemical stability, an FTO thin film having a thickness of about 200 nm can be suitably used. The film formation method of the first electrode 2 is not particularly limited, and examples thereof include vapor phase film formation methods such as sputtering, vapor deposition, and CVD, and liquid phase film formation methods such as sol-gel, spin coating, printing, and plating. Can be mentioned.

ここで、第一の電極2の光学特性について説明する。本発明のエレクトロクロミック素子は、撮像光学系、撮像装置等の光路中に配置されるためには、高可視光透過率、低ヘイズであることが好ましい。そのため、第一の電極2の可視光透過率は80%以上であることが好ましく、更に好ましくは90%以上である。また、第一の電極2のヘイズ値は1%以下であることが好ましく、更に好ましくは0.5%以下である。   Here, the optical characteristics of the first electrode 2 will be described. The electrochromic device of the present invention preferably has a high visible light transmittance and a low haze in order to be disposed in an optical path of an imaging optical system, an imaging device or the like. Therefore, the visible light transmittance of the first electrode 2 is preferably 80% or more, and more preferably 90% or more. Moreover, it is preferable that the haze value of the 1st electrode 2 is 1% or less, More preferably, it is 0.5% or less.

<第二の電極3>
第二の電極3は、カソード性エレクトロクロミック材料の酸化還元を行う電極である。図1において、第二の電極3は基板1b上に形成されている。
<Second electrode 3>
The second electrode 3 is an electrode that performs redox of the cathodic electrochromic material. In FIG. 1, the second electrode 3 is formed on a substrate 1b.

そして、第二の電極3の、少なくともエレクトロクロミック媒体4と対向する面は多孔質構造を有する。また、第二の電極3の酸化還元電位は、アノード性エレクトロクロミック材料の酸化還元電位とカソード性エレクトロクロミック材料の酸化還元電位との間にある。以下、この様な第二の電極3を用いる理由について、図2を参照しながら説明する。   The surface of the second electrode 3 facing at least the electrochromic medium 4 has a porous structure. The redox potential of the second electrode 3 is between the redox potential of the anodic electrochromic material and the redox potential of the cathodic electrochromic material. Hereinafter, the reason why such a second electrode 3 is used will be described with reference to FIG.

図2は、アノード性エレクトロクロミック材料、カソード性エレクトロクロミック材料及び第二の電極3についてのサイクリックボルタモグラム特性の一例を示す図である。横軸の電位基準は非水溶媒系参照電極(Ag/Ag+)である。図2において、アノード性エレクトロクロミック材料のアノード電流が流れ始める電位は約+0.31V、カソード性エレクトロクロミック材料のカソード電流が流れ始める電位は約−0.70Vである。従って、これらの材料を含有するエレクトロクロミック媒体を、第一の電極2によって挟持した素子は、閾値電圧(電位差)ΔEが1.01Vとなる。一方、第二の電極3の還元電位は約+0.02Vであるので、アノード性エレクトロクロミック材料のみを含むエレクトロクロミック媒体を、第一の電極2と第二の電極3とで挟持した素子では、閾値電圧(電位差)ΔE’が0.29Vとなる。即ち、本発明の素子は、アノード性エレクトロクロミック材料とカソード性エレクトロクロミック材料を第一の電極2で挟持した素子に比べ、素子の駆動電圧(電位差)を大きく低減することが可能となる。さらに、本発明の素子は、ΔE’=0.29Vを維持しながら、さらに電圧を上げていけばカソード性エレクトロクロミック材料の還元電流によって、さらに大きな電流が保証されることになる。 FIG. 2 is a diagram showing an example of cyclic voltammogram characteristics of the anodic electrochromic material, the cathodic electrochromic material, and the second electrode 3. The potential reference on the horizontal axis is a non-aqueous solvent system reference electrode (Ag / Ag + ). In FIG. 2, the potential at which the anode current of the anodic electrochromic material begins to flow is about +0.31 V, and the potential at which the cathode current of the cathodic electrochromic material begins to flow is about −0.70 V. Therefore, an element in which an electrochromic medium containing these materials is sandwiched between the first electrodes 2 has a threshold voltage (potential difference) ΔE of 1.01V. On the other hand, since the reduction potential of the second electrode 3 is about +0.02 V, in an element in which an electrochromic medium including only an anodic electrochromic material is sandwiched between the first electrode 2 and the second electrode 3, The threshold voltage (potential difference) ΔE ′ is 0.29V. That is, the device of the present invention can greatly reduce the drive voltage (potential difference) of the device as compared with the device in which the anodic electrochromic material and the cathodic electrochromic material are sandwiched between the first electrodes 2. Furthermore, in the device of the present invention, if the voltage is further increased while maintaining ΔE ′ = 0.29 V, a larger current is guaranteed by the reduction current of the cathodic electrochromic material.

第二の電極3としては、第一の電極2として例示した透明導電性酸化物に加えて、酸化タングステン、酸化セリウム、或いはこれらの複合酸化物等からなる多孔質膜を用いることができる。第二の電極3の形状及び製法に特に制限は無く、貫通孔を有するナノ粒子膜やナノロッド、ナノワイア、ナノチューブ等のナノ構造体等を用いることができる。これらのうちでもナノ粒子膜が好ましく、特に、平均粒径40nm以下、平均空孔径30nm以下、算術平均粗さ50nm以下のナノ粒子膜は、後述する光学特性を実現でき、好適に使用することができる。さらには、単位体積当たりの比表面積が大きく、且つ光学特性に優れた酸化スズナノ粒子膜を好適に使用することができる。第二の電極3の厚さは、1500nm以上、好ましくは3000nm以上が望ましい。   As the second electrode 3, in addition to the transparent conductive oxide exemplified as the first electrode 2, a porous film made of tungsten oxide, cerium oxide, or a composite oxide thereof can be used. There is no restriction | limiting in particular in the shape and manufacturing method of the 2nd electrode 3, Nano structure bodies, such as a nanoparticle film | membrane which has a through-hole, a nanorod, a nanowire, and a nanotube, etc. can be used. Among these, a nanoparticle film is preferable, and in particular, a nanoparticle film having an average particle diameter of 40 nm or less, an average pore diameter of 30 nm or less, and an arithmetic average roughness of 50 nm or less can realize optical characteristics described later, and can be suitably used. it can. Furthermore, a tin oxide nanoparticle film having a large specific surface area per unit volume and excellent optical properties can be suitably used. The thickness of the second electrode 3 is 1500 nm or more, preferably 3000 nm or more.

ここで、第二の電極3の光学特性について説明する。本発明のエレクトロクロミック素子は、撮像光学系、撮像装置等の光路中に配置されるためには、高可視光透過率、低ヘイズであることが好ましい。そのため、第一の電極2の可視光透過率は80%以上であることが好ましく、更に好ましくは90%以上である。また、第二の電極3のヘイズ値は1%以下であることが好ましく、更に好ましくは0.5%以下である。   Here, the optical characteristics of the second electrode 3 will be described. The electrochromic device of the present invention preferably has a high visible light transmittance and a low haze in order to be disposed in an optical path of an imaging optical system, an imaging device or the like. Therefore, the visible light transmittance of the first electrode 2 is preferably 80% or more, and more preferably 90% or more. The haze value of the second electrode 3 is preferably 1% or less, more preferably 0.5% or less.

図3に示す様に、第二の電極3は、多孔質構造を有する層5と透明導電層6との積層構造を有していてもよい。これは多孔質構造を有する層5の面抵抗が高い場合に、これを低抵抗な透明導電層6で補償する構成となっている。   As shown in FIG. 3, the second electrode 3 may have a laminated structure of a layer 5 having a porous structure and a transparent conductive layer 6. This is configured such that when the surface resistance of the layer 5 having a porous structure is high, this is compensated by the transparent conductive layer 6 having a low resistance.

第二の電極3のエレクトロクロミック媒体4と対向する面の比表面積は、好ましくは300cm2/cm2以上、更に好ましくは600cm2/cm2以上である。比表面積が300cm2/cm2以上であれば、素子に電流が流れ始める閾値電圧の低下が十分であり、好ましい。図4は、下記構造式(A)に示したアノード性エレクトロクロミック材料Aの酸化着色閾値電圧と第二の電極3の比表面積との関係を示す図である。尚、第一の電極2は比表面積が略1cm2/cm2とみなせるフッ素ドープ酸化スズ(FTO)薄膜を使用した。 The specific surface area of the surface of the second electrode 3 facing the electrochromic medium 4 is preferably 300 cm 2 / cm 2 or more, more preferably 600 cm 2 / cm 2 or more. If the specific surface area is 300 cm 2 / cm 2 or more, it is preferable that the threshold voltage at which current starts to flow through the device is sufficiently lowered. FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the oxidation coloring threshold voltage of the anodic electrochromic material A represented by the following structural formula (A) and the specific surface area of the second electrode 3. The first electrode 2 was a fluorine-doped tin oxide (FTO) thin film having a specific surface area of approximately 1 cm 2 / cm 2 .

Figure 2016018189
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ここで、着色閾値電圧とは、エレクトロクロミック材料の吸収波長における光学濃度変化ΔOD(=−log(T/T0))(Tは透過率、T0は初期透過率を表す)が0.01(このときT/T0=97.7%)となるときの電圧とした。図3に示す様に、第二の電極3の比表面積が略1cm2/cm2である場合の閾値電圧2.23Vに対し、第二の電極3の比表面積が300cm2/cm2以上では1V以下、さらに比表面積が600cm2/cm2以上では0.5V以下まで低減できることが分る。 Here, the coloring threshold voltage is an optical density change ΔOD (= −log (T / T 0 )) at the absorption wavelength of the electrochromic material (T represents transmittance, and T 0 represents initial transmittance) of 0.01. The voltage at which T / T 0 = 97.7% was obtained. As shown in FIG. 3, when the specific surface area of the second electrode 3 is 300 cm 2 / cm 2 or more, the threshold voltage is 2.23 V when the specific surface area of the second electrode 3 is approximately 1 cm 2 / cm 2. It can be seen that when the specific surface area is 1 cm or less and further the specific surface area is 600 cm 2 / cm 2 or more, it can be reduced to 0.5 V or less.

<エレクトロクロミック媒体4>
エレクトロクロミック媒体4は、少なくとも一種類以上のアノード性エレクトロクロミック材料と、少なくとも一種類以上のカソード性エレクトロクロミック材料とを含有する液体からなる。
<Electrochromic medium 4>
The electrochromic medium 4 is made of a liquid containing at least one kind of anodic electrochromic material and at least one kind of cathodic electrochromic material.

アノード性エレクトロクロミック材料及びカソード性クロミック材料は、中性状態で可視光領域に吸収を持たない透明な材料であることが好ましく、アノード性エレクトロクロミック材料は酸化されることによって可視光領域の特定波長を吸収する材料、カノード性エレクトロクロミック材料は還元されることによって可視光領域の特定波長を吸収する材料である。それぞれ可視光領域の吸収帯が異なる材料を複数混合することにより、素子として平坦な吸収特性を持たせることが可能である。アノード性エレクトロクロミック材料の具体例としてはチオフェン類等の有機エレクトロクロミック分子が挙げられ、またカソード性クロミック材料の具体例としてはビオロゲン類等の有機エレクトロクロミック分子が挙げられる。   The anodic electrochromic material and the cathodic chromic material are preferably transparent materials that do not absorb in the visible light region in a neutral state, and the anodic electrochromic material is oxidized to a specific wavelength in the visible light region. A material that absorbs light, a canode-like electrochromic material, is a material that absorbs a specific wavelength in the visible light region by being reduced. By mixing a plurality of materials each having a different absorption band in the visible light region, the device can have flat absorption characteristics. Specific examples of the anodic electrochromic material include organic electrochromic molecules such as thiophenes, and specific examples of the cathodic chromic material include organic electrochromic molecules such as viologens.

エレクトロクロミック媒体4には支持電解質を添加してもよい。支持電解質は、電極材料との反応性が低く安定的に使用できるものであれば特に制限はなく、また複数の支持電解質を併用することも可能である。リチウム等のアルカリ金属カチオンや四級アンモニウムカチオン等の有機カチオンと、過塩素酸アニオン等の無機アニオンから成る塩を使用することができる。   A supporting electrolyte may be added to the electrochromic medium 4. The supporting electrolyte is not particularly limited as long as it has low reactivity with the electrode material and can be used stably, and a plurality of supporting electrolytes can be used in combination. A salt composed of an alkali cation such as lithium or an organic cation such as a quaternary ammonium cation and an inorganic anion such as a perchlorate anion can be used.

エレクトロクロミック材料等を溶解する溶媒としては、溶解性、蒸気圧、粘性、電位窓等を考慮し、プロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、ベンゾニトリル、N−メチルピロリドン、3−メトキシプロピオニトリル、N,N−ジメチルアセトアミド等の極性非プロトン溶媒を使用することができる。   As a solvent for dissolving the electrochromic material, etc., considering solubility, vapor pressure, viscosity, potential window, etc., propylene carbonate, γ-butyrolactone, benzonitrile, N-methylpyrrolidone, 3-methoxypropionitrile, N, A polar aprotic solvent such as N-dimethylacetamide can be used.

また、エレクトロクロミック媒体には、以上述べた構成物質の他に、脱水剤、安定化剤、増粘剤等を添加しても構わない。   In addition to the constituent materials described above, a dehydrating agent, a stabilizer, a thickener, and the like may be added to the electrochromic medium.

次に、エレクトロクロミック媒体4を素子に注入する工程について説明する。   Next, a process of injecting the electrochromic medium 4 into the element will be described.

第一の電極2を形成したガラス基板1aと、第二の電極3を形成したガラス基板1bを、電極を内側にして一部に開口部を残して封着材料によって接合する。封着材料は化学的に安定でガスや水を透過せず、エレクトロクロミック材料の酸化還元反応を阻害しない材料、例えばガラスフリット、エポキシ樹脂、金属等を用いることができる。封着材料には一対のガラス基板間隔を規定する部材を混合しても良いし、別に基板間隔規定部材を配置しても構わない。一部に開口部を残して接合した素子は、真空注入法により開口部からエレクトロクロミック媒体4を注入した後、封止する。   The glass substrate 1a on which the first electrode 2 is formed and the glass substrate 1b on which the second electrode 3 is formed are bonded together with a sealing material with the electrode inside and leaving an opening in part. As the sealing material, a material that is chemically stable, does not transmit gas or water, and does not inhibit the oxidation-reduction reaction of the electrochromic material, such as glass frit, epoxy resin, metal, or the like can be used. A member that defines a pair of glass substrate intervals may be mixed with the sealing material, or a substrate interval defining member may be disposed separately. The element bonded with the opening remaining in part is sealed after injecting the electrochromic medium 4 from the opening by a vacuum injection method.

<駆動手段及び駆動方法>
図5は、後述する実施例1で用いたエレクトロクロミック素子の特性を示した図であり、図5(a)は電流−電圧特性、図5(b)は透過率−電圧特性を示す図である。
<Drive means and drive method>
5A and 5B are diagrams showing characteristics of the electrochromic element used in Example 1 described later. FIG. 5A is a current-voltage characteristic, and FIG. 5B is a diagram showing transmittance-voltage characteristics. is there.

先ず、第一の電極2に印加する電位を正方向に掃引していくと、第一の電極2においてアノード性エレクトロクロミック材料の酸化反応が起きる。同時に、第二の電極3においてイオンの再配列、第二の電極3自体の還元反応、及びカソード性エレクトロクロミック材料の還元反応が起こり、素子に閉回路が形成されて着色が始まる。図5に示す様に、この正側の着色閾値電圧Eth +は+1.1Vとなる。 First, when the potential applied to the first electrode 2 is swept in the positive direction, an oxidation reaction of the anodic electrochromic material occurs in the first electrode 2. At the same time, ion rearrangement in the second electrode 3, a reduction reaction of the second electrode 3 itself, and a reduction reaction of the cathodic electrochromic material occur, and a closed circuit is formed in the device and coloring starts. As shown in FIG. 5, the coloring threshold voltage E th + on the positive side is + 1.1V.

次に、第一の電極2に印加する電位を負方向に掃引していくと、第一の電極2においてカソード性エレクトロクロミック材料の還元反応が起きる。同時に、第二の電極3においてアノード性エレクトロクロミック材料の酸化反応が起こり、素子に閉回路が形成されて着色が始まる。図5に示す様に、この負側の着色閾値電圧Eth -は−1.4Vとなる。 Next, when the potential applied to the first electrode 2 is swept in the negative direction, a reduction reaction of the cathodic electrochromic material occurs at the first electrode 2. At the same time, an oxidation reaction of the anodic electrochromic material occurs in the second electrode 3, a closed circuit is formed in the element, and coloring starts. As shown in FIG. 5, the coloring threshold voltage E th on the negative side is −1.4V.

通常、素子を着色させる場合は低電圧でより多くの電流を流したいため、第一の電極2にEth +より大きな正電圧を印加する。また、消色させる場合は第一の電極2にはEth +とEth -の間の電圧を印加する、典型的には両電極を短絡して接地する。その理由は、アノード性エレクトロクロミック材料とカソード性エレクトロクロミック材料何れも含む素子においては、大きな逆電圧を印加すると逆反応が起きて着色してしまうため、消色時に印加できる電圧の範囲はEth +とEth -の間に限られるからである。 Usually, when coloring an element, it is desired to flow more current at a low voltage, so a positive voltage larger than E th + is applied to the first electrode 2. When the color is to be erased, a voltage between E th + and E th is applied to the first electrode 2. Typically, both electrodes are short-circuited and grounded. The reason for this is that in the anodic electrochromic material and cathodic electrochromic material both comprise elements, since a large reverse voltage is applied when the reverse reaction resulting in coloration occurred, the range of voltage that can be applied during discoloring E th This is because it is limited between + and E th .

一方、第二の電極3自体の酸化還元反応とは、素子着色時においてはカチオンの吸着或いは挿入反応(還元反応)であり、消色時においてはカチオンの脱離或いは放出反応(酸化反応)に他ならない。第二の電極3自体の酸化還元反応は、エレクトロクロミック材料の酸化還元反応に比べて遅いため、特に消色時において対の電極反応を律速して透過率の回復が遅れたり、アノード性エレクトロクロミック材料の色残りが生じる場合がある。第二の電極3自体の酸化還元反応、特に消色時の酸化反応の速度を向上するには、消色時にできるだけ大きな逆電圧を印加することが好ましい。ところが前述したように、アノード性エレクトロクロミック材料とカソード性エレクトロクロミック材料何れも含む本発明の素子においては、大きな逆電圧を印加できない。   On the other hand, the redox reaction of the second electrode 3 itself is a cation adsorption or insertion reaction (reduction reaction) when the element is colored, and a cation desorption or release reaction (oxidation reaction) at the time of decoloration. There is nothing else. Since the redox reaction of the second electrode 3 itself is slower than the redox reaction of the electrochromic material, the paired electrode reaction is rate-determined particularly during decoloring, and the recovery of transmittance is delayed, or the anodic electrochromic A color residue of the material may occur. In order to improve the speed of the oxidation-reduction reaction of the second electrode 3 itself, particularly the oxidation reaction during decoloring, it is preferable to apply a reverse voltage as large as possible during decoloring. However, as described above, a large reverse voltage cannot be applied to the element of the present invention including both an anodic electrochromic material and a cathodic electrochromic material.

そこで、駆動手段(不図示)は、エレクトロクロミック素子の消色動作時において、エレクトロクロミック素子に交流電圧を印加する。図6は消色動作時における駆動電圧波形の一例を示した概念図である。図6に示す波形は、最大電圧Ehighは、Eth +とEth -との間にあり、最小電圧EloはEth -以下にある。さらに、Eth -以下の電圧が印加される時間PWloが電荷移動時間未満である変調電圧波形となっている。ここで、PWloが0.2ms以下であること、Eloのデューティー比が2%以下であること、Eloが−3V以上であることが好ましい。また、駆動手段は、少なくともエレクトロクロミック素子の透過率が80%に達するまで交流電圧を印加することが好ましい。尚、消色動作時における駆動電圧波形矩形波形以外でもよく、正弦波、三角波、台形波なども適用することができる。 Therefore, the driving means (not shown) applies an AC voltage to the electrochromic element during the decoloring operation of the electrochromic element. FIG. 6 is a conceptual diagram showing an example of a drive voltage waveform during the decoloring operation. In the waveform shown in FIG. 6, the maximum voltage E high is between E th + and E th , and the minimum voltage E lo is below E th . Furthermore, the modulation voltage waveform is such that the time PW lo during which a voltage equal to or less than E th is applied is less than the charge transfer time. Here, it is preferable that PW lo is 0.2 ms or less, the duty ratio of E lo is 2% or less, and E lo is −3 V or more. Further, it is preferable that the driving means applies an alternating voltage until at least the transmittance of the electrochromic element reaches 80%. Note that the driving voltage waveform may be other than the rectangular waveform during the decoloring operation, and a sine wave, a triangular wave, a trapezoidal wave, or the like can be applied.

th -以下の直流電圧を印加した場合、素子にはファラデー電流が流れて着色が始まるが、ファラデー電流が流れ始めるまでには一定の時間が必要となる。この時間を電荷移動時間と呼ぶ。電荷移動時間未満の電圧印加ではエレクトロクロミック分子は電極と反応せず、電極表面の電気二重層の形成やエレクトロクロミック分子の配向等が起きていると考えられる。従って、この段階で電圧印加を止めれば、素子を着色させずにカチオンの移動のみを促進して実質的な消色応答速度を改善することが可能となる。この電荷移動時間は素子構成に大きく依存するが、0.1ms程度の時間オーダーである。 When a direct current voltage equal to or less than E th is applied, a Faraday current flows through the element to start coloring, but a certain time is required until the Faraday current starts to flow. This time is called the charge transfer time. When a voltage is applied for less than the charge transfer time, the electrochromic molecule does not react with the electrode, and it is considered that the formation of an electric double layer on the electrode surface, the orientation of the electrochromic molecule, etc. are occurring. Therefore, if the voltage application is stopped at this stage, it is possible to improve the substantial decoloring response speed by promoting only the movement of cations without coloring the element. This charge transfer time largely depends on the element configuration, but is about 0.1 ms.

≪撮像光学系及び撮像装置≫
図11は、本発明のエレクトロクロミック装置を光学フィルタとして用いた撮像光学系を有する撮像装置を示す模式図である。図11に示す様に、撮像光学系102はマウント部材(不図示)を介して撮像装置103に着脱可能に接続されている。
≪Imaging optical system and imaging device≫
FIG. 11 is a schematic diagram showing an imaging device having an imaging optical system using the electrochromic device of the present invention as an optical filter. As shown in FIG. 11, the imaging optical system 102 is detachably connected to the imaging device 103 via a mount member (not shown).

撮像光学系102は、複数のレンズあるいはレンズ群を有するユニットである。例えば、図11において、撮像光学系102は、絞りより後でフォーカシングを行うリアフォーカス式のズームレンズを表している。被写体側(紙面向かって左側)より順に正の屈折力の第1のレンズ群104、負の屈折力の第2のレンズ群105、正の屈折力の第3のレンズ群106、正の屈折力の第4のレンズ群107の4つのレンズ群を有する。第2のレンズ群105と第3のレンズ群106の間隔を変化させて変倍を行い、該第4のレンズ群107の一部のレンズ群を移動させてフォーカスを行う。撮像光学系102は、例えば、第2のレンズ群105と第3のレンズ群106の間に開口絞り108を有し、また、第3のレンズ群106と第4のレンズ群107の間に光学フィルタ101を有する。撮像光学系102を通過する光は、各レンズ群102乃至107、開口絞り108および光学フィルタ101を通過するよう配置されており、開口絞り108および光学フィルタ101を用いて光量の調整を行うことができる。   The imaging optical system 102 is a unit having a plurality of lenses or lens groups. For example, in FIG. 11, the imaging optical system 102 represents a rear focus zoom lens that performs focusing after the stop. The first lens group 104 having a positive refractive power, the second lens group 105 having a negative refractive power, the third lens group 106 having a positive refractive power, and a positive refractive power in order from the subject side (left side as viewed in the drawing). The fourth lens group 107 has four lens groups. Zooming is performed by changing the distance between the second lens group 105 and the third lens group 106, and focusing is performed by moving a part of the fourth lens group 107. The imaging optical system 102 has, for example, an aperture stop 108 between the second lens group 105 and the third lens group 106, and an optical element between the third lens group 106 and the fourth lens group 107. A filter 101 is included. Light passing through the imaging optical system 102 is arranged so as to pass through the lens groups 102 to 107, the aperture stop 108, and the optical filter 101, and the amount of light can be adjusted using the aperture stop 108 and the optical filter 101. it can.

また、撮像光学系102内の構成は適宜変更可能であり、例えば、光学フィルタ101は開口絞り108の前(被写体側)あるいは後(撮像装置103側)に配置でき、また、第1のレンズ群104よりも前に配置しても良く、第4のレンズ群107よりも後に配置しても良い。光の収束する位置に配置すれば、光学フィルタ101の面積を小さくできるなどの利点がある。また、撮像光学系102の形態も適宜選択可能であり、リアフォーカス式の他、絞りより前でフォーカシングを行うインナーフォーカス式であっても良く、その他の方式であっても構わない。また、ズームレンズ以外にも魚眼レンズやマクロレンズなどの特殊レンズも適宜選択可能である。   The configuration in the imaging optical system 102 can be changed as appropriate. For example, the optical filter 101 can be arranged in front of the aperture stop 108 (subject side) or behind (imaging apparatus 103 side), and the first lens group. It may be arranged before 104 or after the fourth lens group 107. If it is arranged at a position where light converges, there is an advantage that the area of the optical filter 101 can be reduced. Also, the form of the imaging optical system 102 can be selected as appropriate. In addition to the rear focus type, an inner focus type in which focusing is performed before the stop may be used, or other methods may be used. In addition to the zoom lens, a special lens such as a fisheye lens or a macro lens can be selected as appropriate.

撮像装置が有するガラスブロック109は、ローパスフィルタやフェースプレートや色フィルタ等のガラスブロックである。また、撮像素子110は、撮像光学系102を通過した光を受光するセンサ部であって、CCDやCMOS等の撮像素子が使用できる。また、フォトダイオードのような光センサであっても良く、光の強度あるいは波長の情報を取得し出力するものを適宜利用可能である。   The glass block 109 included in the imaging apparatus is a glass block such as a low-pass filter, a face plate, or a color filter. The imaging device 110 is a sensor unit that receives light that has passed through the imaging optical system 102, and an imaging device such as a CCD or CMOS can be used. In addition, an optical sensor such as a photodiode may be used, and an optical sensor that acquires and outputs light intensity or wavelength information can be used as appropriate.

図11のように、光学フィルタ101が撮像光学系102に組み込まれている場合、駆動手段は撮像光学系102内に配置されても良く、撮像光学系102外に配置されても良い。撮像光学系102外に配置される場合は、配線を通して撮像光学系102内外のエレクトロクロミック素子と駆動手段を接続し、駆動制御する。   As shown in FIG. 11, when the optical filter 101 is incorporated in the imaging optical system 102, the driving unit may be disposed inside the imaging optical system 102 or may be disposed outside the imaging optical system 102. When arranged outside the imaging optical system 102, the electrochromic element inside and outside the imaging optical system 102 is connected to the driving means through wiring, and drive control is performed.

図12に示す様に、撮像装置103自体が本発明のエレクトロクロミック装置(光学フィルタ101)を有していても良い。図12は、光学フィルタを有する撮像装置の模式図である。光学フィルタ101は撮像装置103内部の適当な箇所に配置され、撮像素子110は光学フィルタ101を通過した光を受光するよう配置されていれば良い。図12においては、例えば光学フィルタ101は撮像素子110の直前に配置されている。撮像装置103自体が光学フィルタ101を内蔵する場合、接続される撮像光学系102自体が光学フィルタ101を持たなくても良いため、既存の撮像光学系を用いた調光可能な撮像装置を構成することが可能となる。   As shown in FIG. 12, the imaging device 103 itself may include the electrochromic device (optical filter 101) of the present invention. FIG. 12 is a schematic diagram of an imaging apparatus having an optical filter. The optical filter 101 may be disposed at an appropriate location inside the imaging device 103, and the imaging element 110 may be disposed so as to receive light that has passed through the optical filter 101. In FIG. 12, for example, the optical filter 101 is disposed immediately before the image sensor 110. When the imaging device 103 itself includes the optical filter 101, the connected imaging optical system 102 itself does not need to have the optical filter 101, so that a dimmable imaging device using an existing imaging optical system is configured. It becomes possible.

このような撮像装置は、光量調整と撮像素子の組合せを有する製品に適用可能である。例えばカメラ、デジタルカメラ、ビデオカメラ、デジタルビデオカメラに使用可能であり、また、携帯電話やスマートフォン、PC、タブレットなど撮像装置を内蔵する製品にも適用できる。   Such an image pickup apparatus can be applied to a product having a combination of light amount adjustment and an image pickup element. For example, it can be used for a camera, a digital camera, a video camera, a digital video camera, and can also be applied to a product incorporating an imaging device such as a mobile phone, a smartphone, a PC, or a tablet.

本発明のエレクトロクロミック装置を調光部材として用いることで、調光量を一つのフィルタで適宜可変させることが可能となり、部材点数の削減や省スペース化といった利点がある。   By using the electrochromic device of the present invention as a dimming member, the dimming amount can be appropriately changed by one filter, and there are advantages such as reduction in the number of members and space saving.

≪窓材≫
図13は、本発明のエレクトロクロミック装置を用いた窓材を示す図であり、図13(a)は斜視図、図13(b)は図13(a)のX−X’断面図である。
≪Window material≫
FIG. 13 is a view showing a window member using the electrochromic device of the present invention, FIG. 13 (a) is a perspective view, and FIG. 13 (b) is a cross-sectional view taken along line XX ′ of FIG. 13 (a). .

図13の窓材111は調光窓であり、エレクトロクロミック素子10と、それを挟持する透明板113と、全体を囲繞して一体化するフレーム112とから成る。尚、7はスペーサである。駆動手段はフレーム112内に一体化されていても良く、フレーム112外に配置され配線を通してエレクトロクロミック素子10と接続されていても良い。   A window material 111 in FIG. 13 is a dimming window, and includes the electrochromic element 10, a transparent plate 113 that sandwiches the electrochromic element 10, and a frame 112 that surrounds and integrates the whole. Reference numeral 7 denotes a spacer. The driving means may be integrated in the frame 112 or may be disposed outside the frame 112 and connected to the electrochromic element 10 through wiring.

透明板113は光透過率が高い材料であれば特に限定されず、窓としての利用を考慮すればガラス素材であることが好ましい。図13において、エレクトロクロミック素子10は透明板113と独立した構成部材であるが、例えば、エレクトロクロミック素子10の基板1a、1bを透明板113と見なしても構わない。   The transparent plate 113 is not particularly limited as long as it is a material having high light transmittance, and is preferably a glass material in consideration of use as a window. In FIG. 13, the electrochromic element 10 is a component independent of the transparent plate 113, but for example, the substrates 1 a and 1 b of the electrochromic element 10 may be regarded as the transparent plate 113.

フレーム112の材質は問わないが、エレクトロクロミック素子10の少なくとも一部を被覆し、一体化された形態を有するもの全般をフレームとして見なして構わない。   The material of the frame 112 is not limited, but it may be considered that the whole of the electrochromic element 10 covering at least a part and having an integrated form is a frame.

係る調光窓は、例えば日中の太陽光の室内への入射量を調整する用途に適用できる。太陽の光量の他、熱量の調整にも適用できるため、室内の明るさや温度の制御に使用することが可能である。また、シャッターとして、室外から室内への眺望を遮断する用途にも適用可能である。このような調光窓は、建造物用のガラス窓の他に、自動車や電車、飛行機、船など乗り物の窓、時計や携帯電話の表示面のフィルタにも適用可能である。   Such a light control window can be applied to, for example, an application for adjusting the amount of sunlight entering the room during the daytime. Since it can be applied to the adjustment of the amount of heat in addition to the amount of sunlight, it can be used to control the brightness and temperature of the room. In addition, the present invention can also be applied as a shutter for blocking the view from the outside to the room. Such a light control window can be applied to a window of a vehicle such as an automobile, a train, an airplane, a ship, a filter of a display surface of a clock or a mobile phone, in addition to a glass window for a building.

以下、本発明の実施例について説明する。   Examples of the present invention will be described below.

<実施例1>
(1)エレクトロクロミック素子の作製
図4に示すエレクトロクロミック素子を作製した。
<Example 1>
(1) Production of electrochromic element The electrochromic element shown in FIG. 4 was produced.

まず、基板1aとして、厚さ0.7mmtのガラス基板(Corning社製 EAGLE XG(登録商標))を用意した。この基板1a上に、第一の電極2として、表面が略平坦な構造を有する、膜厚200nmのフッ素ドープ酸化スズ(FTO)薄膜を形成した。ここで、第一の電極2を有する基板1aの可視光平均透過率は85%、ヘイズは0.1%、またシート抵抗は40Ω/□であった。   First, as a substrate 1a, a glass substrate (EAGLE XG (registered trademark) manufactured by Corning) having a thickness of 0.7 mm was prepared. A 200 nm-thick fluorine-doped tin oxide (FTO) thin film having a substantially flat surface structure was formed on the substrate 1a as the first electrode 2. Here, the substrate 1a having the first electrode 2 had an average visible light transmittance of 85%, a haze of 0.1%, and a sheet resistance of 40Ω / □.

次に、基板1bとして、基板1aと同じガラス基板を用意し、この上に、透明導電層6と多孔質層5との積層構造からなる第二の電極3を形成した。具体的には、基板1b上に、透明導電層6として、第一の電極2と同じFTO薄膜を形成した。次に、平均粒径21nmの酸化スズナノ粒子スラリー(CIKナノテック社製 SNAP15WT%−G02)と、平均粒径34nmの酸化亜鉛ナノ粒子スラリー(CIKナノテック社製 ZNAP15WT%−G0)を、酸化スズ:酸化亜鉛の体積比が2:1になるように混合した。この混合物に、さらに膜表面の平坦性向上、剥離防止のために無機系バインダーを少量添加してナノ粒子混合スラリーを得た。この混合スラリーを、透明導電層6上に塗布し、500℃、30分の条件で焼成した。その後、希塩酸により酸化亜鉛のみをエッチングし、酸化スズナノ粒子膜からなる多孔質層5を得た。多孔質層5の比表面積は653cm2/cm2であった。また、第二の電極3を有する基板1bの可視光透過率は87%、ヘイズは0.6%であった。 Next, the same glass substrate as the substrate 1a was prepared as the substrate 1b, and the second electrode 3 having a laminated structure of the transparent conductive layer 6 and the porous layer 5 was formed thereon. Specifically, the same FTO thin film as the first electrode 2 was formed as the transparent conductive layer 6 on the substrate 1b. Next, a tin oxide nanoparticle slurry with an average particle size of 21 nm (SNAP15WT% -G02 manufactured by CIK Nanotech) and a zinc oxide nanoparticle slurry with an average particle size of 34 nm (ZNAP15WT% -G0 manufactured by CIK Nanotech) were oxidized with tin oxide: oxidation. Mixing was performed so that the volume ratio of zinc was 2: 1. To this mixture, a small amount of an inorganic binder was further added to improve the flatness of the film surface and prevent peeling to obtain a nanoparticle mixed slurry. This mixed slurry was applied onto the transparent conductive layer 6 and baked at 500 ° C. for 30 minutes. Thereafter, only zinc oxide was etched with dilute hydrochloric acid to obtain a porous layer 5 made of a tin oxide nanoparticle film. The specific surface area of the porous layer 5 was 653cm 2 / cm 2. The visible light transmittance of the substrate 1b having the second electrode 3 was 87%, and the haze was 0.6%.

次に、基板1a,1bを電極を内側にして、エレクトロクロミック媒体注入用の開口部を残し、エポキシ樹脂により接合した。このときスペーサーとして、厚さ50μmのPETフィルム(帝人デュポンフィルム社製 テイジン(登録商標)テトロン(登録商標)フィルムG2)を使用した。   Next, the substrates 1a and 1b were bonded with an epoxy resin with the electrodes inside, leaving an opening for injecting the electrochromic medium. At this time, a PET film having a thickness of 50 μm (Teijin (registered trademark) Tetron (registered trademark) film G2 manufactured by Teijin DuPont Films Ltd.) was used as a spacer.

次に、エレクトロクロミック媒体4として、前記構造式(A)に示したアノード性エレクトロクロミック材料Aと、下記構造式(B)に示したカソード性エレクトロクロミック材料Bとをプロピレンカーボネート溶媒に溶解したものを作製した。このとき、アノード性エレクトロクロミック材料A及びカソード性エレクトロクロミック材料Bの濃度は30mMとした。   Next, as the electrochromic medium 4, an anodic electrochromic material A shown in the structural formula (A) and a cathodic electrochromic material B shown in the following structural formula (B) are dissolved in a propylene carbonate solvent. Was made. At this time, the concentrations of the anodic electrochromic material A and the cathodic electrochromic material B were 30 mM.

Figure 2016018189
Figure 2016018189

先に準備した開口部を残して接合した素子に、真空注入法により開口部からエレクトロクロミック媒体4を注入し、さらに開口部をエポキシ樹脂により封止してエレクトロクロミック素子を作製した。   The electrochromic medium 4 was injected from the opening by vacuum injection to the element prepared by leaving the opening prepared previously, and the opening was sealed with an epoxy resin to produce an electrochromic element.

(2)エレクトロクロミック素子の駆動
得られた素子を、照射光源と、透過光を検知するフォトダイオードとを備えた装置に設置し、素子の透過率をモニタしながら駆動を行った。尚、前述した通り(図5参照)、得られた素子のEth +=1.1V、Eth -=−1.4Vである。
(2) Driving of electrochromic element The obtained element was installed in an apparatus including an irradiation light source and a photodiode for detecting transmitted light, and was driven while monitoring the transmittance of the element. As described above (see FIG. 5), E th + = 1.1 V and E th = −1.4 V of the obtained element.

着色駆動は+1.8V1sで行った。消色動作時は、図6に示す矩形電圧波形(Ehigh=0V、Elo=−2V、100Hz)を印加した。また、幅PWloは表1に示す通りとした。 The coloring drive was performed at + 1.8V1s. During the decoloring operation, a rectangular voltage waveform (E high = 0 V, E lo = −2 V, 100 Hz) shown in FIG. 6 was applied. The width PW lo was as shown in Table 1.

Figure 2016018189
Figure 2016018189

図7に、各駆動方法における素子の透過率の時間変化を示した。尚、比較のため、消色動作時に直流電圧0Vを印加した場合を比較例として示した。また、図8に、駆動方法(a)〜(c)の消色応答時間を、比較例の消色応答時間(図中×印)で規格化して示した。   FIG. 7 shows the time change of the transmittance of the element in each driving method. For comparison, the case where a DC voltage of 0 V was applied during the decoloring operation was shown as a comparative example. Further, FIG. 8 shows the decolorization response times of the driving methods (a) to (c) normalized by the decolorization response time of the comparative example (x mark in the figure).

図7から、PWloを大きくしていくと、比較例に対して消色応答の立ち上がりが向上していくことが見て取れる。しかし、駆動方法(c)(d)では消色駆動中に着色が起きてしまうため、最大透過率が低下している。また、図8から、駆動方法(b)で、比較例に対して約50%消色応答を向上できることが分かる。従って、好適なPWloは0.2msである。 From FIG. 7, it can be seen that as PW lo is increased, the rise of the decoloring response is improved with respect to the comparative example. However, in the driving methods (c) and (d), coloring occurs during decoloring driving, so that the maximum transmittance is lowered. Further, FIG. 8 shows that the driving method (b) can improve the decoloring response by about 50% with respect to the comparative example. Therefore, the preferred PW lo is 0.2 ms.

尚、素子の電荷移動時間を確認したところ、PWloが0.2ms以下であれば素子の単パルス当たりの透過率低下はなく、0.5msで透過率低下は単パルス当たり約0.2%、1.0msで透過率低下は単パルス当たり約0.5%であった。従って、この素子の電荷移動時間は0.2msより大きく0.5ms以下であるといえる。 When the charge transfer time of the device was confirmed, if PW lo was 0.2 ms or less, there was no decrease in transmittance per single pulse of the device, and the decrease in transmittance was about 0.2% per single pulse at 0.5 ms. In 1.0 ms, the transmittance decrease was about 0.5% per single pulse. Therefore, it can be said that the charge transfer time of this element is larger than 0.2 ms and shorter than 0.5 ms.

<実施例2>
消色動作時における駆動方法を次の通りに変更した以外は実施例1と同様である。本例では、消色動作時に、図6に示す矩形電圧波形(Ehigh=0V、100Hz、PWlo=0.1ms)を印加した。また、Eloは表2に示す通りとした。
<Example 2>
Example 1 is the same as Example 1 except that the driving method during the erasing operation is changed as follows. In this example, a rectangular voltage waveform (E high = 0 V, 100 Hz, PW lo = 0.1 ms) shown in FIG. 6 was applied during the decoloring operation. Elo was as shown in Table 2.

Figure 2016018189
Figure 2016018189

図9に、各駆動方法における素子の透過率の時間変化を示した。尚、比較のため、消色動作時に直流電圧0Vを印加した場合を比較例として示した。また、図10に、駆動方法(a)〜(e)の消色応答時間を、比較例の消色応答時間(図中×印)で規格化して示した。   FIG. 9 shows the time change of the transmittance of the element in each driving method. For comparison, the case where a DC voltage of 0 V was applied during the decoloring operation was shown as a comparative example. FIG. 10 shows the decolorization response times of the driving methods (a) to (e) normalized by the decolorization response time of the comparative example (x mark in the figure).

図9及び図10から、Eloを大きくしていくと、比較例に対して消色応答の立ち上がりが向上していくことが見て取れる。しかし、駆動方法(e)では消色駆動中に僅かに着色が起きてしまうため、消色応答時間が低下している。したがって、Eloは−3V以上であることが好ましく、さらに好ましくは−2.5V以上であり、このとき図10から比較例に対して最大約40%消色応答を向上できることが分かる。 9 and 10, when gradually increasing the E lo, it is seen that continue to improve the rise of the erasing response to Comparative Example. However, in the driving method (e), since the coloring is slightly caused during the erasing driving, the erasing response time is reduced. Therefore, Elo is preferably −3 V or higher, more preferably −2.5 V or higher. From this, it can be seen from FIG. 10 that the maximum decoloring response can be improved by about 40% compared to the comparative example.

1a,1b:基板、2:第一の電極、3:第二の電極、4:エレクトロクロミック媒体、5:多孔質層、6:透明導電層 1a, 1b: substrate, 2: first electrode, 3: second electrode, 4: electrochromic medium, 5: porous layer, 6: transparent conductive layer

Claims (19)

一対の電極と、前記一対の電極の間に配置されたエレクトロクロミック媒体とを有するエレクトロクロミック素子と、前記エレクトロクロミック素子を駆動する駆動手段を有し、
前記エレクトロクロミック媒体は、少なくとも一種類以上のアノード性エレクトロクロミック材料と、少なくとも一種類以上のカソード性エレクトロクロミック材料を含有する液体からなり、
前記一対の電極は、前記アノード性エレクトロクロミック材料の酸化還元を行う第一の電極と、前記カソード性エレクトロクロミック材料の酸化還元を行う第二の電極であり、前記第二の電極の、少なくとも前記エレクトロクロミック媒体と対向する面は多孔質構造を有し、前記第二の電極の酸化還元電位は前記アノード性エレクトロクロミック材料の酸化還元電位と前記カソード性エレクトロクロミック材料の酸化還元電位との間にあり、
前記駆動手段は、前記エレクトロクロミック素子の消色動作時において、前記エレクトロクロミック素子に交流電圧を印加し、前記交流電圧は、最大電圧が正側の着色閾値電圧と負側の着色閾値電圧の間にあり、最小電圧が負側の着色閾値電圧以下であり、負側の着色閾値電圧以下の電圧が印加される時間が電荷移動時間未満であることを特徴とするエレクトロクロミック装置。
An electrochromic element having a pair of electrodes and an electrochromic medium disposed between the pair of electrodes, and a driving means for driving the electrochromic element,
The electrochromic medium is composed of a liquid containing at least one kind of anodic electrochromic material and at least one kind of cathodic electrochromic material,
The pair of electrodes are a first electrode that performs redox of the anodic electrochromic material and a second electrode that performs redox of the cathodic electrochromic material, and at least the second electrode The surface facing the electrochromic medium has a porous structure, and the redox potential of the second electrode is between the redox potential of the anodic electrochromic material and the redox potential of the cathodic electrochromic material. Yes,
The driving means applies an AC voltage to the electrochromic element during a decoloring operation of the electrochromic element, and the AC voltage has a maximum voltage between a positive color threshold voltage and a negative color threshold voltage. The electrochromic device is characterized in that the minimum voltage is equal to or lower than the negative coloring threshold voltage, and the time during which a voltage equal to or lower than the negative coloring threshold voltage is applied is less than the charge transfer time.
前記負側の着色閾値電圧以下の電圧を印加する時間は、0.2ms以下であ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。   2. The electrochromic device according to claim 1, wherein a time for applying a voltage equal to or lower than the negative coloring threshold voltage is 0.2 ms or less. 前記交流電圧における前記最小電圧のデューティー比が2%以下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装置。   The electrochromic device according to claim 1, wherein a duty ratio of the minimum voltage in the AC voltage is 2% or less. 前記最小電圧は、−3V以上であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載のエレクトロクロミック装置。   The electrochromic device according to claim 1, wherein the minimum voltage is −3 V or more. 前記駆動手段は、少なくとも前記エレクトロクロミック素子の透過率が80%に達するまで前記交流電圧を印加することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載のエレクトロクロミック装置。   The electrochromic device according to any one of claims 1 to 4, wherein the driving unit applies the alternating voltage until at least a transmittance of the electrochromic element reaches 80%. 前記第二の電極の、前記エレクトロクロミック媒体と対向する面の比表面積が300cm2/cm2以上であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載のエレクトロクロミック装置。 6. The electrochromic device according to claim 1, wherein a specific surface area of a surface of the second electrode facing the electrochromic medium is 300 cm 2 / cm 2 or more. 前記多孔質構造はナノ粒子によって形成されることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載のエレクトロクロミック装置。   The electrochromic device according to any one of claims 1 to 6, wherein the porous structure is formed of nanoparticles. 前記ナノ粒子は酸化スズナノ粒子である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装置。   The electrochromic device according to claim 7, wherein the nanoparticles are tin oxide nanoparticles. 請求項1乃至8のいずれか一項に記載のエレクトロクロミック装置を有することを特徴とする撮像光学系。   An imaging optical system comprising the electrochromic device according to any one of claims 1 to 8. 請求項1乃至8のいずれか一項に記載のエレクトロクロミック装置と、前記エレクトロクロミック装置が有するエレクトロクロミック素子を通過した光を受光する撮像素子を有することを特徴とする撮像装置。   An image pickup apparatus comprising: the electrochromic device according to claim 1; and an image pickup device that receives light that has passed through an electrochromic element included in the electrochromic device. 請求項1乃至の8いずれか一項に記載のエレクトロクロミック装置を有することを特徴とする窓材。   A window member comprising the electrochromic device according to claim 1. 一対の電極と、前記一対の電極の間に配置されたエレクトロクロミック媒体とを有するエレクトロクロミック素子の駆動方法であって、
前記エレクトロクロミック媒体は、少なくとも一種類以上のアノード性エレクトロクロミック材料と、少なくとも一種類以上のカソード性エレクトロクロミック材料を含有する液体からなり、
前記一対の電極は、前記アノード性エレクトロクロミック材料の酸化還元を行う第一の電極と、前記カソード性エレクトロクロミック材料の酸化還元を行う第二の電極であり、前記第二の電極の、少なくとも前記エレクトロクロミック媒体と対向する面は多孔質構造を有し、前記第二の電極の酸化還元電位は前記アノード性エレクトロクロミック材料の酸化還元電位と前記カソード性エレクトロクロミック材料の酸化還元電位との間にあり、
前記エレクトロクロミック素子の消色動作時において、前記エレクトロクロミック素子に交流電圧を印加し、前記交流電圧は、最大電圧が正側の着色閾値電圧と負側の着色閾値電圧の間にあり、最小電圧が負側の着色閾値電圧以下であり、負側の着色閾値電圧以下の電圧が印加される時間が電荷移動時間未満であることを特徴とするエレクトロクロミック素子の駆動方法。
A method for driving an electrochromic device having a pair of electrodes and an electrochromic medium disposed between the pair of electrodes,
The electrochromic medium is composed of a liquid containing at least one kind of anodic electrochromic material and at least one kind of cathodic electrochromic material,
The pair of electrodes are a first electrode that performs redox of the anodic electrochromic material and a second electrode that performs redox of the cathodic electrochromic material, and at least the second electrode The surface facing the electrochromic medium has a porous structure, and the redox potential of the second electrode is between the redox potential of the anodic electrochromic material and the redox potential of the cathodic electrochromic material. Yes,
During the decoloring operation of the electrochromic element, an AC voltage is applied to the electrochromic element, and the AC voltage has a maximum voltage between a positive coloring threshold voltage and a negative coloring threshold voltage, and a minimum voltage. Is a negative coloring threshold voltage or less, and the time during which a voltage equal to or less than the negative coloring threshold voltage is applied is less than the charge transfer time.
前記負側の着色閾値電圧以下の電圧を印加する時間は、0.2ms以下であることを特徴とする請求項12に記載のエレクトロクロミック素子の駆動方法。   13. The method of driving an electrochromic device according to claim 12, wherein a time for applying a voltage equal to or lower than the negative coloring threshold voltage is 0.2 ms or less. 前記交流電圧における前記最小電圧のデューティー比が2%以下であることを特徴とする請求項12または13に記載のエレクトロクロミック素子の駆動方法。   The method of driving an electrochromic device according to claim 12 or 13, wherein a duty ratio of the minimum voltage in the AC voltage is 2% or less. 前記最小電圧は、−3V以上であることを特徴とする請求項12乃至14のいずれか一項に記載のエレクトロクロミック素子の駆動方法。   The method of driving an electrochromic device according to claim 12, wherein the minimum voltage is −3 V or more. 前記駆動手段は、少なくとも前記エレクトロクロミック素子の透過率が80%に達するまで前記交流電圧を印加することを特徴とする請求項12乃至15のいずれか一項に記載のエレクトロクロミック素子の駆動方法。   16. The method of driving an electrochromic element according to claim 12, wherein the driving unit applies the AC voltage until at least the transmittance of the electrochromic element reaches 80%. 前記第二の電極の、前記エレクトロクロミック媒体と対向する面の比表面積が300cm2/cm2以上であることを特徴とする請求項12乃至16のいずれか一項に記載のエレクトロクロミック素子の駆動方法。 The electrochromic element driving according to any one of claims 12 to 16, wherein a specific surface area of the surface of the second electrode facing the electrochromic medium is 300 cm 2 / cm 2 or more. Method. 前記多孔質構造はナノ粒子によって形成されることを特徴とする請求項12乃至17のいずれか一項に記載のエレクトロクロミック素子の駆動方法。   The method of driving an electrochromic device according to any one of claims 12 to 17, wherein the porous structure is formed of nanoparticles. 前記ナノ粒子は酸化スズナノ粒子であることを特徴とする請求項18に記載のエレクトロクロミック素子の駆動方法。   The method of driving an electrochromic device according to claim 18, wherein the nanoparticles are tin oxide nanoparticles.
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