JP2020154072A - エレクトロクロミック装置、並びに、それを有するデバイス、窓、プロジェクションスクリーン、加飾材及び服飾材 - Google Patents
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Abstract
Description
このような調光デバイスにおいては、透明状態(消色状態)と発色状態において高いコントラスト比を実現することが重要である。そのためには、一対の電極のうち片方には酸化型エレクトロクロミック材料を含む層を形成し、他方には還元型エレクトロクロミック材料を含む層を形成した構成にすることが好ましい。素子に電流を流した際に、酸化型エレクトロクロミック材料と還元型エレクトロクロミック材料が共に発色することで、より濃い発色濃度が得られるからである。
エレクトロクロミック素子と該エレクトロクロミック素子に印加する電圧を制御する印加電圧制御手段とを備えたエレクトロクロミック装置であって、
前記エレクトロクロミック素子は、
第1の電極および第2の電極と、
前記第1の電極と前記第2の電極との間に設けられた電解質と、
前記第1の電極と前記電解質との間に設けられた、酸化型エレクトロクロミック化合物含む第1のエレクトロクロミック層と、
前記第2の電極と前記電解質との間に設けられた、還元型エレクトロクロミック化合物と金属酸化物とを含む第2のエレクトロクロミック層と、
を有し、前記第1の電極及び前記第2の電極のうちの少なくともいずれか一方が透明であり、
前記印加電圧制御手段は、前記エレクトロクロミック素子の前記第1電極と前記第2電極との間に、前記エレクトロクロミック素子を発色させる発色電圧と、前記発色電圧と同極性で前記発色電圧より絶対値が大きい補正電圧と、を印加する機能を有する、
エレクトロクロミック装置。
(1)エレクトロクロミック素子と該エレクトロクロミック素子に印加する電圧を制御する印加電圧制御手段とを備えたエレクトロクロミック装置であって、
前記エレクトロクロミック素子は、
第1の電極および第2の電極と、
前記第1の電極と前記第2の電極との間に設けられた電解質と、
前記第1の電極と前記電解質との間に設けられた、酸化型エレクトロクロミック化合物を含む第1のエレクトロクロミック層と、
前記第2の電極と前記電解質との間に設けられた、還元型エレクトロクロミック化合物と金属酸化物とを含む第2のエレクトロクロミック層と、
を有し、前記第1の電極及び前記第2の電極のうちの少なくともいずれか一方が透明であり、
前記印加電圧制御手段は、前記エレクトロクロミック素子の前記第1電極と前記第2電極との間に、前記エレクトロクロミック素子を発色させる発色電圧と、前記発色電圧と同極性で前記発色電圧より絶対値が大きい補正電圧と、を印加する機能を有する、
エレクトロクロミック装置。
(2)前記印加電圧制御手段は前記補正電圧の値を任意に変更する機能を有する上記(1)に記載のエレクトロクロミック装置。
(3)前記エレクトロクロミック素子の消色状態の透過率を測定する透過率測定器を有する、上記(1)又は(2)に記載のエレクトロクロミック装置。
(4)前記透過率測定器による透過率の測定値が所定の設定値を下回った時に、該設定値を下回った旨の判定を行う機能を有する、上記(3)に記載のエレクトロクロミック装置。
(5)前記判定を手動で実施する機能を有する、上記(4)に記載のエレクトロクロミック装置。
(6)前記判定を自動で実施する機能を有する、上記(4)に記載のエレクトロクロミック装置。
(7)前記透過率測定器が前記判定を行い、判定結果を通知する機能を有する、上記(5)又は(6)に記載のエレクトロクロミック装置。
(8)前記印加電圧制御手段が前記判定を行い、判定結果を通知する機能を有する上記(5)又は(6)に記載のエレクトロクロミック装置。
(9)前記判定の結果に基づいて、自動で前記補正電圧を印加する機能を有する、上記(4)〜(8)のいずれか1項に記載のエレクトロクロミック装置。
(10)前記判定の結果に基づいて、手動で前記補正電圧を印加する機能を有する、上記(4)〜(8)のいずれか1項に記載のエレクトロクロミック装置。
(11)前記判定の結果に基づいて補正電圧の値を調整する機能を有する、上記(4)〜(10)のいずれか1項に記載のエレクトロクロミック装置。
(12)上記(1)〜(11)のいずれか1項に記載のエレクトロクロミック装置を有する、グラス型デバイス。
(13)上記(1)〜(11)のいずれか1項に記載のエレクトロクロミック装置を有する、光学レンズデバイス。
(14)上記(1)〜(11)のいずれか1項に記載のエレクトロクロミック装置を有する、光学フィルターデバイス。
(15)上記(1)〜(11)のいずれか1項に記載のエレクトロクロミック装置を有する、表示デバイス。
(16)上記(1)〜(11)のいずれか1項に記載のエレクトロクロミック装置を有する、窓。
(17)上記(1)〜(11)のいずれか1項に記載のエレクトロクロミック装置を有する、ミラーデバイス。
(18)上記(1)〜(11)のいずれか1項に記載のエレクトロクロミック装置を有する、プロジェクションスクリーン。
(19)上記(1)〜(11)のいずれか1項に記載のエレクトロクロミック装置を有する、加飾材。
(20)上記(1)〜(11)のいずれか1項に記載のエレクトロクロミック装置を有する、服飾材。
以下、エレクトロクロミック素子、印加電圧制御手段及び透過率測定器のそれぞれについて説明する。
本発明におけるエレクトロクロミック素子の実施形態を図1に基づいて説明する。
図1に示すエレクトロクロミック素子は上面に第1の支持体10を備え、下面に第2の支持体14を備えている。
エレクトロクロミック素子は第1の電極11および第2の電極13と、前記第1の電極11と前記第2の電極13との間に設けられた電解質15と、前記第1の電極11と前記電解質15との間に設けられた、酸化型エレクトロクロミック化合物含む第1のエレクトロクロミック層21と、前記第2の電極13と前記電解質15との間に設けられた、還元型エレクトロクロミック化合物と金属酸化物とを含む第2のエレクトロクロミック層22とを有している。
なお、図1に示すエレクトロクロミック素子においては、第1の電極11は第1の支持体10によって支持され、第2の電極13は第2の支持体14によって支持されている。
また、前記第1の電極11及び前記第2の電極13のうちの少なくともいずれか一方が透明である。
なお、以下に示す図では、第1の支持体10及び第2の支持体14の記載を省略する場合がある。
これらの材料の詳細については、後述する。
(第1の電極、第2の電極)
第1の電極及び第2の電極の材料としては特に制限されず、通常用いられる導電体を用いることができる。前述のように、第1の電極と第2の電極のうち少なくとも一方は透明電極であるが、透明電極については導電性を有する透明材料であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できる。例えば、スズをドープした酸化インジウム(以下、「ITO」と称する場合がある)、フッ素をドープした酸化スズ(以下、「FTO」と称する場合がある)、アンチモンをドープした酸化スズ(以下、「ATO」と称する場合がある)、酸化亜鉛等の無機材料等を用いることができる。これらの中でも、InSnO、GaZnO、SnO、In2O3、ZnOが好ましい。
例えば、第1の電極及び第2の電極の材料としてITOを用いた場合、第1の電極及び第2の電極の夫々の平均厚みは、50nm以上500nm以下程度とすることが好ましい。
前記第1のエレクトロクロミック層に用いる、酸化型エレクトロクロミック化合物としては、トリアリールアミンを有するラジカル重合性化合物と、該トリアリールアミンを有するラジカル重合性化合物とは異なる他のラジカル重合性化合物を含む第1のエレクトロクロミック組成物を架橋した架橋物であることが、重合物の溶解性及び耐久性の点からより好ましい。
前記第1のエレクトロクロミック組成物は、トリアリールアミン構造を有するラジカル重合性化合物を含有し、前記トリアリールアミン構造を有するラジカル重合性化合物以外の他のラジカル重合性化合物を含有することが好ましく、重合開始剤を含有することがより好ましく、更に必要に応じてその他の成分を含有してなる。
前記トリアリールアミン構造を有するラジカル重合性化合物は、第1の電極の表面において酸化還元反応を有するエレクトロクロミック機能を付与するために重要である。
前記トリアリールアミン構造を有するラジカル重合性化合物としては、下記一般式(1)で表される化合物が挙げられる。
前記一般式(2)及び前記一般式(3)における前記一価の有機基としては、各々独立に、水素原子、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。
前記アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基などが挙げられる。
前記アリール基としては、例えば、フェニル基、ナフチル基などが挙げられる。
前記アルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基などが挙げられる。
前記アリールオキシ基としては、例えば、フェノキシ基、1−ナフチルオキシ基、2−ナフチルオキシ基、4−メトキシフェノキシ基、4−メチルフェノキシ基などが挙げられる。
前記複素環基としては、例えば、カルバゾール、ジベンゾフラン、ジベンゾチオフェン、オキサジアゾール、チアジアゾールなどが挙げられる。
前記ラジカル重合性官能基とは、炭素−炭素2重結合を有し、ラジカル重合可能な基であればいずれでもよい。
前記ラジカル重合性官能基としては、例えば、下記に示す1−置換エチレン官能基、1,1−置換エチレン官能基等が挙げられる。
前記アルケニレン基としては、例えば、エテニレン基、プロペニレン基、ブテニレン基などが挙げられる。
前記アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基などが挙げられる。
前記アラルキル基としては、例えば、ベンジル基、ナフチルメチル基、フェネチル基などが挙げられる。
前記アリール基としては、例えば、フェニル基、ナフチル基などが挙げられる。
前記アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基などが挙げられる。
前記アルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基などが挙げられる。
前記アラルキル基としては、例えば、ベンジル基、ナフチルメチル基、フェネチル基などが挙げられる。
前記一価の有機基及び前記ラジカル重合性官能基としては、前記一般式(1)と同じものが挙げられる。
前記他のラジカル重合性化合物は、前記トリアリールアミン構造を有するラジカル重合性化合物とは異なり、少なくとも1つのラジカル重合性官能基を有する化合物である。
前記他のラジカル重合性化合物としては、例えば、1官能のラジカル重合性化合物、2官能のラジカル重合性化合物、3官能以上のラジカル重合性化合物、機能性モノマー、ラジカル重合性オリゴマーなどが挙げられる。これらの中でも、2官能以上のラジカル重合性化合物が特に好ましい。
前記他のラジカル重合性化合物におけるラジカル重合性官能基としては、前記トリアリールアミン構造を有するラジカル重合性化合物におけるラジカル重合性官能基と同様であり、これらの中でも、アクリロイルオキシ基、メタクリロイルオキシ基が特に好ましい。
なお、上記において、EO変性はエチレンオキシ変性を指し、PO変性はプロピレンオキシ変性を指す。
前記トリアリールアミン構造を有するラジカル重合性化合物の含有量は、ラジカル重合性化合物の全量に対して、10質量%以上100質量%以下が好ましく、30質量%以上90質量%以下がより好ましい。
前記含有量が、10質量%以上であると、第1のエレクトロクロミック層のエレクトロクロミック機能が充分に発現でき、加電圧による繰り返しの使用で耐久性が良好であり、発色感度が良好である。
前記含有量が、100質量%でもエレクトロクロミック機能が可能であり、この場合、最も厚みに対する発色感度が高い。それに相反して電荷の授受に必要であるイオン液体との相溶性が低くなる場合があるため、加電圧による繰り返しの使用で耐久性の低下などによる電気特性の劣化が現れる。使用されるプロセスによって要求される電気特性が異なるため一概には言えないが、発色感度と繰り返し耐久性の両特性のバランスを考慮すると30質量%以上90質量%以下が特に好ましい。
前記第1のエレクトロクロミック組成物は、前記トリアリールアミン構造を有するラジカル重合性化合物と、前記トリアリールアミン構造を有するラジカル重合性化合物とは異なる他のラジカル重合性化合物との架橋反応を効率よく進行させるため、必要に応じて重合開始剤を含有することが好ましい。
前記重合開始剤としては、熱重合開始剤、光重合開始剤などが挙げられるが、重合効率の観点から光重合開始剤が好ましい。
なお、光重合促進効果を有するものを単独又は前記光重合開始剤と併用して用いることもできる。例えば、トリエタノールアミン、メチルジエタノールアミン、4−ジメチルアミノ安息香酸エチル、4−ジメチルアミノ安息香酸イソアミル、安息香酸(2−ジメチルアミノ)エチル、4,4’−ジメチルアミノベンゾフェノン、などが挙げられる。
前記その他の成分としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、溶媒、可塑剤、レベリング剤、増感剤、分散剤、界面活性剤、酸化防止剤、フィラーなどが挙げられる。
前記トリアリールアミン構造を有するラジカル重合性化合物と、前記トリアリールアミン構造を有するラジカル重合性化合物とは異なる他のラジカル重合性化合物とを含むエレクトロクロミック組成物を架橋した架橋物を含む第1のエレクトロクロミック層は、以下に示す第1のエレクトロクロミック層の形成方法により形成することができる。
前記第1のエレクトロクロミック層の形成方法は、塗布工程を含み、架橋工程を含むことが好ましく、更に必要に応じてその他の工程を含んでなる。
前記塗布工程は、前記第1の電極上に、トリアリールアミン構造を有するラジカル重合性化合物と、前記トリアリールアミン構造を有するラジカル重合性化合物とは異なる他のラジカル重合性化合物とを含むエレクトロクロミック組成物を塗布する工程である。
前記溶媒としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えばメタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール等のアルコール系溶媒;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン系溶媒;酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル系溶媒;テトラヒドロフラン、ジオキサン、プロピルエーテル等のエーテル系溶媒;ジクロロメタン、ジクロロエタン、トリクロロエタン、クロロベンゼン等のハロゲン系溶媒;ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族系溶媒;メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、セロソルブアセテート等のセロソルブ系溶媒、などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
なお、前記溶媒による希釈率は、前記第1のエレクトロクロミック組成物の溶解性、塗工法、目的とするエレクトロクロミック層の厚みなどにより変わり、適宜選択することができる。
前記塗布は、例えば、浸漬塗工法、スプレーコート法、ビードコート法、リングコート法などにより行うことができる。
前記架橋工程は、塗布した第1のエレクトロクロミック組成物に対し加熱又は光エネルギーを付与して架橋する工程である。
前記外部エネルギーとしては、例えば、熱、光、放射線などが挙げられる。
前記熱のエネルギーを加える方法としては、空気、窒素等の気体、蒸気、又は各種熱媒体、赤外線、電磁波を用い塗工表面側、あるいは支持体側から加熱することによって行われる。
前記加熱温度は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、60℃以上170℃以下が、好ましい。
UVの照射光量は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、5mW/cm2以上15,000mW/cm2以下が好ましい。
前記第2のエレクトロクロミック層に用いる、還元型エレクトロクロミック化合物としては、例えば、アゾベンゼン系、アントラキノン系、ジアリールエテン系、ジヒドロプレン系、ジピリジン系、スチリル系、スチリルスピロピラン系、スピロオキサジン系、スピロチオピラン系、チオインジゴ系、テトラチアフルバレン系、テレフタル酸系、トリフェニルメタン系、トリフェニルアミン系、ナフトピラン系、ビオロゲン系、ピラゾリン系、フェナジン系、フェニレンジアミン系、フェノキサジン系、フェノチアジン系、フタロシアニン系、フルオラン系、フルギド系、ベンゾピラン系、メタロセン系等の低分子系有機エレクトロクロミック化合物などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記ビオロゲン系化合物としては、例えば、特許第3955641号公報、特開2007−171781号公報に記載の化合物などが挙げられる。
これらの中でも、良好な発色の色値を示す点から、下記一般式(4)で表されるジピリジン系化合物が好ましい。
前記一般式(4)において、Xは1価のアニオンを表す。前記一価のアニオンとしては、カチオン部と安定に対をなすものであれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、Brイオン(Br−)、Clイオン(Cl−)、ClO4イオン(ClO4 −)、PF6イオン(PF6 −)、BF4イオン(BF4 −)などが挙げられる。
前記一般式(4)において、n、m、及びlは、0、1又は2を表す。A、B、及びCは、それぞれ独立に置換基を有してもよい炭素数1〜20のアルキル基、アリール基、又は複素環基を表す。
このような構造では、金属酸化物粒子の大きな表面効果を利用して、効率よく有機エレクトロクロミック化合物に電子が注入されるため、従来のエレクトロクロミック表示素子と比較して高速応答が可能となる。更に、金属酸化物粒子を用いることで表示層として透明な膜を形成することができるため、エレクトロクロミック色素の高い発色濃度を得ることができる。また、複数種類の有機エレクトロクロミック化合物を金属酸化物粒子に担持することもできる。
これらの中でも、電気伝導性等の電気的特性や光学的性質等の物理的特性の点から、酸化スズ、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化鉄、酸化マグネシウム、酸化インジウム、酸化タングステンが特に好ましい。
前記第2のエレクトロクロミック層は真空製膜により形成することも可能であるが、生産性の点で粒子分散ペーストとして塗布形成することが好ましい。
前記電解質は、前記第1の電極と前記第2の電極との間に充填されている。前記電解質としては、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、具体的には、LiClO4、LiBF4、LiAsF6、LiPF6、LiCF3SO3、LiCF3COO、KCl、NaClO3、NaCl、NaBF4、NaSCN、KBF4、Mg(ClO4)2、Mg(BF4)2などが挙げられる。
前記有機のイオン性液体の分子構造として、カチオン成分としては、例えば、N,N−ジメチルイミダゾール塩、N,N−メチルエチルイミダゾール塩、N,N−メチルプロピルイミダゾール塩等のイミダゾール誘導体;N,N−ジメチルピリジニウム塩、N,N−メチルプロピルピリジニウム塩等のピリジニウム誘導体;トリメチルプロピルアンモニウム塩、トリメチルヘキシルアンモニウム塩、トリエチルヘキシルアンモニウム塩等の脂肪族4級アンモニウム系などが挙げられる。
また、アニオン成分としては、大気中での安定性を考慮して、フッ素を含んだ化合物を用いることが好ましく、例えば、LiClO4、LiBF4、LiAsF6、LiPF6、LiCF3SO3、LiCF3COO、KCl、NaClO3、NaCl、NaBF4、NaSCN、KBF4、Mg(ClO4)2、Mg(BF4)2などが挙げられる。
前記電解質の材料としては、前記カチオン成分と前記アニオン成分とを任意に組み合わせたイオン性液体を用いることが好ましい。
前記イオン性液体は、光重合性モノマー、オリゴマー、及び液晶材料のいずれかに直接溶解させてもよい。なお、溶解性が悪い場合は、少量の溶媒に溶解させて、該溶液を光重合性モノマー、オリゴマー、及び液晶材料のいずれかと混合して用いればよい。
固体化手法としては、電解質と溶媒をポリマー樹脂中に保持することが好ましい。これにより高いイオン伝導度と固体強度が得られるためである。
更に、前記ポリマー樹脂としては光硬化可能な樹脂が好ましい。熱重合や溶剤を蒸発させることにより薄膜化する方法に比べて、低温かつ短時間でエレクトロクロミックセルを製造できるためである。
前記その他の部材としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、絶縁性多孔質層、封止材などが挙げられる。
本発明における印加電圧制御手段40は図2に示すように、エレクトロクロミック素子30に電圧を印加する電圧印加装置41と電圧印加装置41の動作を制御する制御装置42とを備えている。
制御装置42がシステムを制御しており、通常時には、電圧印加装置41は制御装置42からの信号に基づいて発色動作及び消色動作を実行する。
そして、エレクトロクロミック素子30が繰り返し動作/熱/光照射などにより本来の消色状態に変化することができなくなった場合には、本来の消色状態にすることを可能にするために、制御装置42からの制御信号に基づいて電圧印加装置41はエレクトロクロミック素子30に通常の発色電圧よりも大きな補正電圧を印加する動作を行う。以下では、通常の発色電圧よりも大きな補正電圧を印加する動作を「消色補正動作」という。
補正電圧を印加する時間は一定時間に固定するか、または、透過率などに応じて任意に変更することができる。
補正電圧を印加する回数は一定の回数に固定するか、または、透過率などに応じて任意に変更することができる。
消色時の透過率を測定するなどの目的で、補正電圧印加と消色電圧印加とを交互に繰り返すことができる。
この場合、繰り返しの回数は一定の回数に固定するか、または、透過率などに応じて任意に変更することができる。
また、エレクトロクロミック素子内部の状態が安定するまで待機するなどの目的で、補正電圧を印加した後や、消色電圧を印加した後に、第1電極と第2電極を一定時間オープンにすることも可能であり、オープンにする時間は、一定時間に固定するか、または、透過率などに応じて任意に変更することができる。
補正電圧は発色電圧よりも大きな電圧であることが必要であるが、大きすぎると素子の劣化が大きくなるので、必要以上に大きな電圧を印加する必要はない。
(発色電圧)
発色電圧とは、エレクトロクロミック化合物が色変化を起こすために必要な閾値電圧以上の電圧であり、通常の発色動作時に使用される電圧である。発色速度を高める為、前記閾値より、エレクトロクロミック化合物が劣化しにくい範囲で電圧を高めて設定する場合が多い。
(補正電圧)
補正電圧とは、前記発色電圧より絶対値が大きい電圧であり、消色補正動作時に使用される電圧である。電圧が高く、長時間印加するとエレクトロクロミック化合物を劣化させる可能性が高い為、通常の発色動作には用いず、頻度の低い消色補正動作にのみ使用する。
−実施形態1−
制御装置42が「発色動作」及び「消色動作」の回数を記録し、規定の回数となると消色状態の透過率が低下したと判定し、電圧印加装置41によって「消色補正動作」を実行することで、エレクトロクロミック素子の消色状態の透過率を上昇させる。
本実施形態1のシーケンス図を図3に示し、また、電圧図を図4に示す。
消色状態の透過率が低下したと判断すると、自動で「消色補正動作」を実行する。
「消色補正動作」で印加する補正電圧の値は固定値である。
本実施形態2のエレクトロクロミック装置システム構成を図5に示す。
このエレクトロクロミック装置システム構成は実施形態1の構成に加え、透過率測定器50を有している。
透過率測定器50はエレクトロクロミック素子の消色状態の透過率を測定する。
そして、その測定結果に基づいて補正電圧をエレクトロクロミック素子に印加する。
(1)透過率測定器50の測定値を印加電圧制御手段40に送り、印加電圧制御手段40は測定値を所定の設定値と比較し、測定値が所定の設定値を下回った時に補正電圧をエレクトロクロミック素子30に印加する。
(2)透過率測定器50は、透過率を測定すると共に、測定値と所定の設定値とを比較し、測定値が所定の設定値を下回った時に、NGであると判定し、この判定結果に基づいて、印加電圧制御手段40がエレクトロクロミック素子30に補正電圧を印加する。
例えば、透過率測定器50が判定結果がNGであることをユーザーに通知し、ユーザーが手動でSW押下などによりトリガ信号を入力して、電圧印加装置41内の「消色補正動作」を実行し、補正電圧をエレクトロクロミック素子に印加する。
または、透過率測定器50の判定結果のNG信号を自動的に制御装置42に送って電圧印加装置41内の「消色補正動作」を実行し、補正電圧をエレクトロクロミック素子30に印加する。
本実施形態2のシーケンス図を図6に、また、電圧図を図7に示す。
「消色補正動作」で印可する補正電圧の値は、消色状態の透過率に応じたより精度の高いFB(フィードバック)値を用いる。
透過率測定結果によるFB(フィードバック)値あるいは動作回数などを元に、補正電圧の値を変化させることで、より精度の高い消色補正動作を実施することができる。
(素子構成)
図8に示す構成のエレクトロクロミック装置を作製した。
以下にエレクトロクロミック装置の作製方法を示す。
第1の支持体であるガラス基板上に、第1の電極であるITOを形成し、ITOガラス基板(40mm×40mm、厚み0.7mm、ITO膜厚:約100nm)とした。
第1の支持体、第1の電極の形成と同様に、
第2の支持体であるガラス基板上に、第2の電極であるITOを形成し、ITOガラス基板(40mm×40mm、厚み0.7mm、ITO膜厚:約100nm)とした。
(a)下記構造式Aで表される化合物と下記構造式Bで表される化合物とを質量比7:3で混合した組成物と、
(b)ポリエチレングリコールジアクリレート(日本化薬、PEG400DA)とメトキシポリエチレングリコールアクリレート(日油、AME−400)と密着性改良剤(日本化薬、PM−21)を質量比7.125:2.375:0.5で混合し光開始剤(BASF、IRGACURE184)を5質量%添加した組成物と、
(c)シクロヘキサノンと、
を質量比(a):(b):(c)=15:15:70で混合した溶液を作製した。
その後、第1の電極上にインクジェット法により前記溶液を塗布し、窒素雰囲気下でUV硬化させて膜厚1.3umの第1のエレクトロクロミック層を形成して、第1のエレクトロクロミック要素部材を得た。
第2の電極上に、酸化スズ分散液(日産化学、CX−S301H)をフィルムディップ法によって塗布し、80℃10minで乾燥処理することで膜厚3.5umの酸化スズ膜を形成した。
上記で作製した第1のエレクトロクロミック要素部材と第2のエレクトロクロミック要素部材とを、第1のエレクトロクロミック層と第2のエレクトロクロミック層とが対向するようにスペーサを介して貼り合せ、スペースに電解質として以下の材料を基板間に充填した。
次いで、この電解質に紫外線を照射して硬化させてエレクトロクロミック素子を作製した。電解質層の膜厚は33μmであった。
<電解質>
イオン液体1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビス(フルオロスルホニル)イミド(DKS、IL−110)と、ポリエチレングリコールジアクリレート(日油、ADE−400A)とメトキシポリエチレングリコールアクリレート(日油、AME−400)を質量比1:1で混合し光開始剤(BASF、IRGACURE184)を0.5質量%添加した組成物とを、質量比3:2で混合して電解質を得た。
電気化学測定用ガルバノスタットシステム(Solartron、ModuLab)を、上記で得たエレクトロクロミック装置の第1の電極及び第2の電極に接続した。
電気化学測定用ガルバノスタットシステムは電圧印加機能と印加電圧制御機能とを備えた装置である。
通常の発色電圧が−1.6Vであり、本来の消色状態に変化することができなくなった状態のエレクトロクロミック素子の透過率は71%であった。この71%という数値を初期透過率とし、この状態のエレクトロクロミック素子に対して以下の評価を行った。
第1の電極と第2の電極との間に、以下の電圧パターンを印加し、第1のエレクトロクロミック層及び第2のエレクトロクロミック層を発消色させ、同時に透過率測定を実施した。
(補正電圧−1.7V、30s → 消色電圧0.6V、30s)×3set
透過率は光の波長610nm成分をOcean Optics社製、USB4000で測定した。
透過率と時間との関係を示すグラフを図9として示した。
各電圧パターンについてみると、初期透過率71%に対して効果が最も表れるのは3set目の消色後透過率であった。
初期透過率と3set目の消色後透過率を比較した。
結果を表1に示す。
表1に示すとおり、初期透過率71%と比較して、消色後透過率が上昇した。
素子構成、各層の形成、計測環境は、実施例1と同様である。
(動作特性評価)
実施例1において、電圧パターンを以下の電圧パターンに変更した以外は実施例1と同様にして、第1のエレクトロクロミック層及び第2のエレクトロクロミック層を発消色させ、同時に透過率測定を実施した。
(補正電圧−1.8V、30s → 消色電圧0.6V、30s)×3set
初期透過率と3set目の消色後透過率を比較した。
結果を表1に示す。
表1に示すとおり、初期透過率71%と比較して、消色後透過率が上昇した。
素子構成、各層の形成、計測環境は、実施例1と同様である。
(動作特性評価)
実施例1において、電圧パターンを以下の電圧パターンに変更した以外は実施例1と同様にして、第1のエレクトロクロミック層及び第2のエレクトロクロミック層を発消色させ、同時に透過率測定を実施した。
(補正電圧−1.9V、30s → 消色電圧0.6V、30s)×3set
初期透過率と3set目の消色後透過率を比較した。
結果を表1に示す。
表1に示すとおり、初期透過率71%と比較して、消色後透過率が上昇した。
素子構成、各層の形成、計測環境は、実施例1と同様である。
(動作特性評価)
実施例1において、電圧パターンを以下の電圧パターンに変更した以外は実施例1と同様にして、第1のエレクトロクロミック層及び第2のエレクトロクロミック層を発消色させ、同時に透過率測定を実施した。
(補正電圧−2.0V、30s → 消色電圧0.6V、30s)×3set
初期透過率と3set目の消色後透過率を比較した。
結果を表1に示す。
表1に示すとおり、初期透過率71%と比較して、消色後透過率が上昇した。
素子構成、各層の形成、計測環境は、実施例1と同様である。
実施例1において、電圧パターンを以下の電圧パターンに変更した以外は実施例1と同様にして、第1のエレクトロクロミック層及び第2のエレクトロクロミック層を発消色させ、同時に透過率測定を実施した。
(補正電圧−1.3V、30s→消色電圧0.6V、30s)×3set
初期透過率と3set目の消色後透過率を比較した。
結果を表1に示す。
表1に示す通り、初期透過率71%と比較して、消色後透過率に変化は無かった。
素子構成、各層の形成、計測環境は、実施例1と同様である。
(動作特性評価)
実施例1において、電圧パターンを以下の電圧パターンに変更した以外は実施例1と同様にして、第1のエレクトロクロミック層及び第2のエレクトロクロミック層を発消色させ、同時に透過率測定を実施した。
(補正電圧−1.4V、30s → 消色電圧0.6V、30s)×3set
初期透過率と3set目の消色後透過率を比較した。
結果を表1に示す。
表1に示す通り、初期透過率71%と比較し、消色後透過率に変化は無かった。
素子構成、各層の形成、計測環境は、実施例1と同様である。
(動作特性評価)
実施例1において、電圧パターンを以下の電圧パターンに変更した以外は実施例1と同様にして、第1のエレクトロクロミック層及び第2のエレクトロクロミック層を発消色させ、同時に透過率測定を実施した。
(補正電圧−1.5V、30s → 消色電圧0.6V、30s)×3set
初期透過率と3set目の消色後透過率を比較した。
結果を表1に示す。
表1に示す通り、初期透過率71%と比較し、消色後透過率に変化は無かった。
図9に示す構成のエレクトロクロミック装置を作製した。
以下にエレクトロクロミック装置の作製方法を示す。
第1の支持体であるポリカーボネート基板上に、第1の電極であるITOを形成し、ITOポリカーボネート基板(50mm×35mm、厚み0.3mm、ITO膜厚:約110nm)とした。
第1の支持体、第1の電極の形成と同様に、
第2の支持体であるポリカーボネート基板上に、第2の電極であるITOを形成し、ITOポリカーボネート基板(50mm×35mm、厚み0.3mm、ITO膜厚:約110nm)とした。
(a)実施例1に記載の構造式Aで表される化合物と実施例1に記載の構造式Bで表される化合物とを質量比7:3で混合した組成物と、
(b)メトキシポリエチレングリコールアクリレート(日油、AME−400)と架橋剤(日本化薬、PET−30)と相溶化剤(新中村化学、BPE−1300N)とシクロヘキサンを質量比9:2.25:3:70で混合し光開始剤(BASF、IRGACURE184)を5質量%添加した組成物と、
(c)密着性改良剤(日本化薬、PM−21)と、
を質量比(a):(b):(c)=1.5:8.425:0.075で混合した溶液を作製した。
その後、第1の電極上にインクジェット法により前記溶液を塗布し、窒素雰囲気下でUV硬化させて膜厚1.3umの第1のエレクトロクロミック層を形成して、第1のエレクトロクロミック要素部材を得た。
第2の電極上に、酸化スズ分散液(日産化学、CX−S301H)をフィルムディップ法によって塗布し、80℃10minで乾燥処理することで膜厚2.5umの酸化スズ膜を形成した。
上記で作製した第1のエレクトロクロミック要素部材と第2のエレクトロクロミック要素部材とを、第1のエレクトロクロミック層と第2のエレクトロクロミック層とが対向するようにスペーサを介して貼り合せ、スペースに電解質として以下の材料を基板間に充填した。
次いで、この電解質に紫外線を照射して硬化させてエレクトロクロミック素子を作製した。電解質層の膜厚は24μmであった。
<電解質>
イオン液体1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビス(フルオロスルホニル)イミド(DKS、IL−110)とポリエチレングリコール(600)ジメタクリレート(アルケマ、SR252)を質量比1:1で混合し光開始剤(BASF、IRGACURE184)を0.5質量%添加して電解質を得た。
実施例1と同様のものを用いた
計測環境は、実施例1と同様である。
通常の発色電圧が−1.6Vであり、本来の消色状態に変化することができなくなった状態のエレクトロクロミック素子の透過率は57%であった。この57%という数値を初期透過率とし、この状態のエレクトロクロミック素子に対して以下の評価を行った。
第1の電極と第2の電極の間に、以下の電圧パターンを印加し、第1のエレクトロクロミック層及び第2のエレクトロクロミック層を発消色させ、同時に透過率測定を実施した。
(補正電圧−2.0V、30s→ オープン 40s→消色電圧0.6V、30s)×3set
初期透過率と3set目の消色後透過率を比較した。
結果を表1に示す。
表1に示すとおり、初期透過率57%と比較して、消色後透過率が上昇した。
(素子構成)
図8に示す構成のエレクトロクロミック装置を作製した。
以下にエレクトロクロミック装置の作製方法を示す。
実施例5と同等とした。
実施例5と同等とした。
(a)実施例1に記載の構造式Aで表される化合物と実施例1に記載の構造式Bで表される化合物とを質量比7:3で混合した組成物と、
(b)メトキシポリエチレングリコールアクリレート(日油、AME−400)と架橋剤(日本化薬、PET−30)と相溶化剤(新中村化学、BPE−1300N)と密着性改良剤(日本化薬、PM−21)を質量比9:2.25:3:0.75で混合し光開始剤(BASF、IRGACURE184)を5質量%添加した組成物と、
(c)シクロヘキサンと、
を質量比(a):(b):(c)=1.5:1.5:7で混合した溶液を作製した。
その後、第1の電極上にインクジェット法により前記溶液を塗布し、窒素雰囲気下でUV硬化させて膜厚1.3umの第1のエレクトロクロミック層を形成して、第1のエレクトロクロミック要素部材を得た。
第2の電極上に、酸化スズ分散液(日産化学、CX−S301H)をスクリーン印刷法によって塗布し、80℃20minで乾燥処理することで膜厚2.5umの酸化スズ膜を形成した。
イオン液体1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビス(フルオロスルホニル)イミド(DKS、IL−110)とポリエチレングリコール(600)ジメタクリレート(アルケマ、SR252)を質量比1:1で混合した組成物を、第1のエレクトロクロミック層と第2のエレクトロクロミック層との間に介在させて紫外線を照射して硬化させてエレクトロクロミック素子を作製した。電解質層の膜厚は59μmであった。
実施例1と同様のものを用いた。
計測環境は、実施例1と同様である。
通常の発色電圧が−1.6Vであり、本来の消色状態に変化することができなくなった状態のエレクトロクロミック素子に対して以下の評価を行った。初期透過率は58%であった。
第1の電極と第2の電極の間に、以下の電圧パターンを印加し、第1のエレクトロクロミック層及び第2のエレクトロクロミック層を発消色させ、同時に透過率測定を実施した。
(補正電圧−2.0V、30s → オープン 40s→消色電圧0.6V、30s)×3set
初期透過率と3set目の消色後透過率を比較した。
結果を表1に示す。
表1に示すとおり、初期透過率58%と比較して、消色後透過率が上昇した。
11 第1の電極
13 第2の電極
14 第2の支持体
15 電解質
21 第1のエレクトロクロミック層
22 第2のエレクトロクロミック層
30 エレクトロクロミック素子
40 印加電圧制御手段
41 電圧印加装置
42 制御装置
50 透過率測定器
Claims (20)
- エレクトロクロミック素子と該エレクトロクロミック素子に印加する電圧を制御する印加電圧制御手段とを備えたエレクトロクロミック装置であって、
前記エレクトロクロミック素子は、
第1の電極および第2の電極と、
前記第1の電極と前記第2の電極との間に設けられた電解質と、
前記第1の電極と前記電解質との間に設けられた、酸化型エレクトロクロミック化合物を含む第1のエレクトロクロミック層と、
前記第2の電極と前記電解質との間に設けられた、還元型エレクトロクロミック化合物と金属酸化物とを含む第2のエレクトロクロミック層と、
を有し、前記第1の電極及び前記第2の電極のうちの少なくともいずれか一方が透明であり、
前記印加電圧制御手段は、前記エレクトロクロミック素子の前記第1電極と前記第2電極との間に、前記エレクトロクロミック素子を発色させる発色電圧と、前記発色電圧と同極性で前記発色電圧より絶対値が大きい補正電圧と、を印加する機能を有する、
エレクトロクロミック装置。 - 前記印加電圧制御手段は前記補正電圧の値を任意に変更する機能を有する請求項1に記載のエレクトロクロミック装置。
- 前記エレクトロクロミック素子の消色状態の透過率を測定する透過率測定器を有する、請求項1または2に記載のエレクトロクロミック装置。
- 前記透過率測定器による透過率の測定値が所定の設定値を下回った時に、該設定値を下回った旨の判定を行う機能を有する、請求項3に記載のエレクトロクロミック装置。
- 前記判定を手動で実施する機能を有する、請求項4に記載のエレクトロクロミック装置。
- 前記判定を自動で実施する機能を有する、請求項4に記載のエレクトロクロミック装置。
- 前記透過率測定器が前記判定を行い、判定結果を通知する機能を有する、請求項5又は6に記載のエレクトロクロミック装置。
- 前記印加電圧制御手段が前記判定を行い、判定結果を通知する機能を有する請求項5又は6に記載のエレクトロクロミック装置。
- 前記判定の結果に基づいて、自動で前記補正電圧を印加する機能を有する、請求項4〜8のいずれか1項に記載のエレクトロクロミック装置。
- 前記判定の結果に基づいて、手動で前記補正電圧を印加する機能を有する、請求項4〜8のいずれか1項に記載のエレクトロクロミック装置。
- 前記判定の結果に基づいて補正電圧の値を調整する機能を有する、請求項4〜10のいずれか1項に記載のエレクトロクロミック装置。
- 請求項1〜11のいずれか1項に記載のエレクトロクロミック装置を有する、グラス型デバイス。
- 請求項1〜11のいずれか1項に記載のエレクトロクロミック装置を有する、光学レンズデバイス。
- 請求項1〜11のいずれか1項に記載のエレクトロクロミック装置を有する、光学フィルターデバイス。
- 請求項1〜11のいずれか1項に記載のエレクトロクロミック装置を有する、表示デバイス。
- 請求項1〜11のいずれか1項に記載のエレクトロクロミック装置を有する、窓。
- 請求項1〜11のいずれか1項に記載のエレクトロクロミック装置を有する、ミラーデバイス。
- 請求項1〜11のいずれか1項に記載のエレクトロクロミック装置を有する、プロジェクションスクリーン。
- 請求項1〜11のいずれか1項に記載のエレクトロクロミック装置を有する、加飾材。
- 請求項1〜11のいずれか1項に記載のエレクトロクロミック装置を有する、服飾材。
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