JP2021076624A - Electrochromic element, optical filter using the same, lens unit, image capturing device, and window material - Google Patents
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Description
本発明は、エレクトロクロミック素子、並びに、該エレクトロクロミック素子を用いた光学フィルタ、レンズユニット、撮像装置及び窓材に関する。 The present invention relates to an electrochromic element, and an optical filter, a lens unit, an image pickup device, and a window material using the electrochromic element.
電気化学的な酸化還元反応により物質の光学特性(吸収波長、吸光度等)が変化する化合物を、エレクトロクロミック(EC)化合物という。EC化合物を利用したEC素子は、表示装置、可変反射率ミラー、可変透過窓等に応用されている。EC化合物は、無機化合物と有機化合物の二つに分類されるが、このうち有機EC化合物は、吸収波長を比較的に自由度高く設計して変化させることが可能であり、高い着消色のコントラストを実現できるといった特徴を有する。
有機EC化合物を有する典型的なEC素子では、一対の電極の間に、EC化合物を含むEC層が配置される。また、EC層の外周を囲むように封止シールが配置され、EC層の保持及びEC層の劣化を引き起こす物質の侵入防止の役割を担う。この有機EC化合物を有する典型的なEC素子の一つの種類として、相補型のEC素子がある。この相補型のEC素子では、EC化合物として酸化により着色するアノード性EC化合物と還元により着色するカソード性EC化合物とを用いる。相補型のEC素子では一対の電極間に電圧を印加することによりアノードでアノード性EC化合物の酸化反応が進行して着色体が生成し、同時に対向するカソードでカソード性EC化合物の還元反応が進行して着色体が生成し、電流が流れる。そのため、基本的には素子全体ではアノード性EC化合物の着色体とカソード性EC化合物の着色体の量は等しくなる。
着色・消色時の応答性はEC素子の重要な課題の一つであり、EC素子の応答性を向上させる様々な方法が知られている。例えば、特許文献1には、高い拡散係数を有する電気化学活性物質を添加することで、着色・消色時の応答性を向上させたEC装置が開示されている。さらに応答性を向上させる方法としては、素子の電極間距離を短くすること、EC層中のEC化合物の濃度を上げることが効果的である。電極間距離を短くする場合において電極間距離が長い場合と同じ光学濃度を発現する為には、EC化合物の濃度を上げる事が必要である。つまり上記の方法を実現するためには、EC化合物の濃度を上げる事が要求される。
A compound whose optical properties (absorption wavelength, absorbance, etc.) of a substance are changed by an electrochemical redox reaction is called an electrochromic (EC) compound. EC elements using EC compounds are applied to display devices, variable reflectance mirrors, variable transmission windows, and the like. EC compounds are classified into two types, inorganic compounds and organic compounds. Of these, organic EC compounds can be designed and changed with a relatively high degree of freedom in absorption wavelength, and have high decolorization and decolorization. It has the feature that contrast can be realized.
In a typical EC element having an organic EC compound, an EC layer containing the EC compound is arranged between a pair of electrodes. In addition, a sealing seal is arranged so as to surround the outer periphery of the EC layer, and plays a role of holding the EC layer and preventing intrusion of substances that cause deterioration of the EC layer. As one kind of a typical EC element having this organic EC compound, there is a complementary type EC element. In this complementary EC element, an anodic EC compound colored by oxidation and a cathodic EC compound colored by reduction are used as EC compounds. In the complementary EC element, by applying a voltage between a pair of electrodes, the oxidation reaction of the anodic EC compound proceeds at the anode to form a colored product, and at the same time, the reduction reaction of the cathode EC compound proceeds at the opposite cathode. Then, a colored body is generated and an electric current flows. Therefore, basically, the amounts of the anodic EC compound colored body and the cathodic EC compound colored body are equal in the entire element.
Responsiveness at the time of coloring / bleaching is one of the important issues of the EC element, and various methods for improving the responsiveness of the EC element are known. For example,
本発明者がEC素子の応答性を向上させるため、EC化合物の濃度を増大させたEC素子について検討を行ったところ、封止シール近傍の領域とそれ以外の領域との間でEC層の着色時の色に差が生じ、EC素子内の色が不均一になる事を見出した。このようにEC素子内の色に不均一性(色ムラ)が生じると、EC素子を通過する光の色調に不均一な変化を生じるため問題となる。
本発明の課題は、EC化合物の濃度が高い条件においても高い色均一性を示すEC素子を提供することを目的とする。
When the present inventor examined an EC element in which the concentration of the EC compound was increased in order to improve the responsiveness of the EC element, the EC layer was colored between the region near the sealing seal and the other regions. It has been found that there is a difference in the color of time and the color in the EC element becomes non-uniform. When non-uniformity (color unevenness) occurs in the color inside the EC element in this way, the color tone of the light passing through the EC element changes non-uniformly, which is a problem.
An object of the present invention is to provide an EC element that exhibits high color uniformity even under conditions where the concentration of the EC compound is high.
本発明の第一は、第一の電極と、第二の電極と、前記第一の電極と前記第二の電極との間に配置されている封止シールと、前記第一の電極と前記第二の電極と前記封止シールによって区画された空間に配置されたエレクトロクロミック層と、を有し、
前記エレクトロクロミック層が、アノード性エレクトロクロミック化合物と、カソード性エレクトロクロミック化合物と、を有するエレクトロクロミック素子であって、
前記封止シールが、前記封止シールの近傍でアノード性エレクトロクロミック化合物の酸化反応が優先するアノード優先的封止シールであり、
前記エレクトロクロミック層における前記アノード性エレクトロクロミック化合物の実効拡散係数をDA’、前記エレクトロクロミック層における前記カソード性エレクトロクロミック化合物の実効拡散係数をDC’、とすると、以下の式(I)を満たすことを特徴とする。
0.8≦DA’/DC’<1 (I)
〔DA’:前記エレクトロクロミック層における前記アノード性エレクトロクロミック化合物の個々の濃度と拡散係数の積を前記エレクトロクロミック層に含まれる全てのアノード性エレクトロクロミック化合物にわたって合計した値をアノード性エレクトロクロミック化合物の濃度の合計で割ることにより得られる値。
DC’:前記エレクトロクロミック層における前記カソード性エレクトロクロミック化合物の個々の濃度と拡散係数の積を前記エレクトロクロミック層に含まれる全てのカソード性エレクトロクロミック化合物にわたって合計した値をカソード性エレクトロクロミック化合物の濃度の合計で割ることにより得られる値。〕
本発明の第二は、第一の電極と、第二の電極と、前記第一の電極と前記第二の電極との間に配置されている封止シールと、前記第一の電極と前記第二の電極と前記封止シールによって区画された空間に配置されたエレクトロクロミック層と、を有し、
前記エレクトロクロミック層が、アノード性エレクトロクロミック化合物と、カソード性エレクトロクロミック化合物と、を有するエレクトロクロミック素子であって、
前記封止シールが、前記封止シールの近傍でカソード性エレクトロクロミック化合物の還元反応が優先するカソード優先的封止シールであり、
前記エレクトロクロミック層における前記カソード性エレクトロクロミック化合物の実効拡散係数をDC’、前記エレクトロクロミック層における前記アノード性エレクトロクロミック化合物の実効拡散係数をDA’、とすると、以下の式(III)を満たすことを特徴とする。
0.8≦DC’/DA’<1 (III)
〔DC’:前記エレクトロクロミック層における前記カソード性エレクトロクロミック化合物の個々の濃度と拡散係数の積を前記エレクトロクロミック層に含まれる全てのカソード性エレクトロクロミック化合物にわたって合計した値をカソード性エレクトロクロミック化合物の濃度の合計で割ることにより得られる値。
DA’:前記エレクトロクロミック層における前記アノード性エレクトロクロミック化合物の個々の濃度と拡散係数の積を前記エレクトロクロミック層に含まれる全てのアノード性エレクトロクロミック化合物にわたって合計した値をアノード性エレクトロクロミック化合物の濃度の合計で割ることにより得られる値。〕
The first of the present invention is a sealing seal arranged between the first electrode, the second electrode, the first electrode and the second electrode, and the first electrode and the above. It has a second electrode and an electrochromic layer arranged in a space partitioned by the sealing seal.
The electrochromic layer is an electrochromic device having an anodic electrochromic compound and a cathodic electrochromic compound.
The sealing seal is an anode-priority sealing seal in which the oxidation reaction of the anodic electrochromic compound is prioritized in the vicinity of the sealing seal.
The electrochromic the effective diffusion coefficient D A of the anodic electrochromic compound in electrochromic layer ', the electrochromic the effective diffusion coefficient D C of the cathodic electrochromic compounds in electrochromic layer', and when, the following equation (I) It is characterized by satisfying.
0.8 ≦ D A '/ D C '<1 (I)
[D A ': the electrochromic anodic electrochromic compound total value across all the anodic electrochromic compound contained the product in the electrochromic layer of the individual concentrations and the diffusion coefficient of the anodic electrochromic compound in electrochromic layer The value obtained by dividing by the sum of the concentrations of.
D C ': the cathodic electrochromic compound total value of over all cathodic electrochromic compound contained the product in the electrochromic layer of the individual concentrations and the diffusion coefficient of the cathodic electrochromic compounds in the electrochromic layer The value obtained by dividing by the total concentration. ]
The second aspect of the present invention is the first electrode, the second electrode, the sealing seal arranged between the first electrode and the second electrode, the first electrode and the second electrode. It has a second electrode and an electrochromic layer arranged in a space partitioned by the sealing seal.
The electrochromic layer is an electrochromic device having an anodic electrochromic compound and a cathodic electrochromic compound.
The sealing seal is a cathode-priority sealing seal in which the reduction reaction of the cathodic electrochromic compound is prioritized in the vicinity of the sealing seal.
The electrochromic the effective diffusion coefficient D C of the cathodic electrochromic compounds in electrochromic layer ', the electrochromic the effective diffusion coefficient D A of the anodic electrochromic compound in electrochromic layer', and when, the following equation (III) It is characterized by satisfying.
0.8 ≦ D C '/ D A '<1 (III)
[D C ': cathodic electrochromic compound total value of over all cathodic electrochromic compound contained the product in the electrochromic layer of the individual concentrations and the diffusion coefficient of the cathodic electrochromic compounds in the electrochromic layer The value obtained by dividing by the sum of the concentrations of.
D A ': the electrochromic anodic electrochromic compound total value across all the anodic electrochromic compound contained the product in the electrochromic layer of the individual concentrations and the diffusion coefficient of the anodic electrochromic compound in electrochromic layer The value obtained by dividing by the total concentration. ]
本発明によれば、EC化合物の濃度が高い状況下で発現する、封止シールに起因する色ムラを抑制したEC素子を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an EC element that suppresses color unevenness caused by a sealing seal, which is expressed under a condition where the concentration of the EC compound is high.
〔EC素子(エレクトロクロミック素子)〕
図1を用いて、本発明のEC素子について説明する。図1は、本発明のEC素子の一実施形態の構成を模式的に示す断面図である。ここで、係る断面は素子面(電極面)と直交する面である。EC素子1は、外部から光を取り込み、取り込んだ光をEC層13を通過させることで、所定の波長領域において出射光の強度を変化させるデバイスである。
[EC element (electrochromic element)]
The EC element of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of an embodiment of the EC element of the present invention. Here, the cross section is a plane orthogonal to the element plane (electrode plane). The
本実施形態のEC素子1は、第一の電極11aと第二の電極11bとを有している。第一の電極11a、第二の電極11bは、それぞれ第一の基板10a、第二の基板10b上に配置されていてもよい。本発明のEC素子では、第一の電極11aと第二の電極11bとの間に、封止シール12が配置され、第一の電極11aと第二の電極11bと封止シール12によって区画された空間にEC層(エレクトロクロミック層)13が配置される。EC層13は、溶媒と、アノード性EC化合物(アノード性エレクトロクロミック化合物)と、カソード性EC化合物(カソード性エレクトロクロミック化合物)と、を有する。以下、本発明のEC素子が有する構成要素について、それぞれ説明する。
The
〈電極11a,11b〉
本発明においては、第一の電極11aと第二の電極11bのいずれか一方が透明であることが好ましい。ここで、「透明」とは、該当する電極が光を透過することを意味し、光の透過率が、50%以上100%以下であることが好ましい。第一の電極11a、第二の電極11bのうち少なくとも一方が透明電極であることによって、EC素子1の外部より効率的に光を取り込み、EC化合物と相互作用させて、EC化合物の光学的特性を出射光に反映させることができるからである。また、ここでいう「光」とは、EC素子の対象とする波長領域における光のことである。例えば、EC素子1を可視光領域の撮像装置のフィルタとして使用するのであれば、可視光領域の光が対象となり、赤外線領域の撮像装置のフィルタとして使用するのであれば、赤外線領域の光が対象となる。
<Electrodes 11a, 11b>
In the present invention, it is preferable that either the
第一の電極11a、第二の電極11bはそれぞれ第一の基板10a、第二の基板10b上に配置されていてもよい。本発明においては、第一の基板10aと第二の基板10bのいずれか一方が透明であることが好ましい。電極11a,11bが配置される透明な基板としては、ガラス、透明性樹脂などが挙げられる。ガラスは、光学ガラス、石英ガラス、白板ガラス、青板ガラス、ホウケイ酸ガラス、無アルカリガラス、化学強化ガラス等を用いることができ、特に透明性や耐久性の点から無アルカリガラスを用いることができる。透明性樹脂は、ポリエチレンテレフタラート、ポリエチレンナフタレート、ポリノルボルネン、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリメチルメタクリレート等が挙げられる。電極11a,11bが配置される透明でない基板としては、不透明性樹脂が挙げられる。不透明性樹脂はポリプロピレン、高密度ポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアセタール、ポリブチレンテレフタラート、ポリアミド等が挙げられる。
The
透明電極としては、透明導電性酸化物や、分散されたカーボンナノチューブ等の導電層や、透明な基板上に部分的に金属線が配置された透明電極を用いることができる。
透明導電性酸化物として、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)等が挙げられる。これらの中でも、FTO又はITOが好ましい。透明導電性酸化物で電極を形成する場合、その膜厚は、好ましくは、10nm以上10000nm以下である。特に、膜厚が10nm以上10000nm以下であってFTO又はITOの層である透明導電性酸化物の層が好ましい。これにより、高透過性と化学的安定性を両立することが可能となるからである。尚、透明導電性酸化物の層は、透明導電性酸化物のサブレイヤーが積み重なった構成をなしていてもよい。これにより、高導電性と高透明性を実現しやすくなる。
As the transparent electrode, a transparent conductive oxide, a conductive layer such as dispersed carbon nanotubes, or a transparent electrode in which a metal wire is partially arranged on a transparent substrate can be used.
Examples of the transparent conductive oxide 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 tin oxide. (FTO), niobium-doped titanium oxide (TNO) and the like. Among these, FTO or ITO is preferable. When the electrode is formed of a transparent conductive oxide, the film thickness is preferably 10 nm or more and 10000 nm or less. In particular, a layer of a transparent conductive oxide having a film thickness of 10 nm or more and 10000 nm or less and being a layer of FTO or ITO is preferable. This makes it possible to achieve both high permeability and chemical stability. The layer of the transparent conductive oxide may have a structure in which sublayers of the transparent conductive oxide are stacked. This makes it easier to achieve high conductivity and high transparency.
基板上に配置され得る金属線としては、特に限定されるものではないが、Ag,Au,Pt,Ti等の、電気化学的に安定な金属材料の線が好ましく用いられる。また、金属線の配置パターンとしては、グリッド状のものが好ましく用いられる。金属線を有する電極は、代表的には平面電極であるが、必要に応じて湾曲したものも使用することができる。 The metal wire that can be arranged on the substrate is not particularly limited, but a wire made of an electrochemically stable metal material such as Ag, Au, Pt, and Ti is preferably used. Further, as the arrangement pattern of the metal wires, a grid shape is preferably used. The electrode having a metal wire is typically a flat electrode, but a curved electrode can also be used if necessary.
第一の電極11a、第二の電極11bのうち、上述の透明電極以外の電極としては、EC素子1の用途に応じて好ましいものが選択される。例えば、EC素子1を透過型とする場合には、第一の電極11aも第二の電極11bも上述の透明電極であることが好ましい。さらに電極が基板上に配置される時、第一の基板10aも第二の基板10bも透明であることが好ましい。一方、EC素子1を反射型とする場合には、第一の電極11a、第二の電極11bのうち、一方が上述の透明電極であり、他方が入射光を反射する電極であるのが好ましい。さらに電極が基板上に配置される時、少なくとも透明電極が配置される基板は透明であることが好ましい。一方で、電極間に反射層又は散乱層を形成することで、上述の透明電極以外の電極の光学特性の自由度を向上させることができる。例えば、電極間に反射層又は散乱層を導入した場合には、その後方の電極として、不透明な電極や、光を吸収する電極も用いることができる。
Among the
本発明のEC素子が、いずれの形態の素子であっても、第一の電極11a、第二の電極11bの構成材料としては、EC素子の動作環境において安定に存在し、外部からの電圧印加に応じて速やかに酸化還元反応を進行させることのできる材料が好ましく用いられる。
Regardless of the form of the EC element of the present invention, the constituent materials of the
第一の電極11a及び第二の電極11bの配置については、EC素子の電極配置として一般的に知られている配置を用いることができる。代表的な例としては、基板上にそれぞれ配置された第一の電極11aと第二の電極11bとが対向し、1μm以上500μm以下程度の電極間距離を設けた配置方式がある。電極間距離が長い場合、EC素子として有効に機能させるために十分な量のEC化合物を配置することができる点で着色時の透過率を低減できる点で有利である。一方、電極間距離が短い場合、速い応答速度を達成することができる点で有利である。
As for the arrangement of the
〈EC層13〉
本発明のEC素子は、第一の電極11aと第二の電極11bとの間に、アノード性EC化合物と、カソード性EC化合物を含む、好ましくはさらに溶媒を含むEC層13を有する。
<
The EC element of the present invention has an
[溶媒]
EC層13を構成する溶媒としては、EC化合物を始めとする溶質の溶解性、蒸気圧、粘性、電位窓等を考慮して、用途に応じて選択されるが、極性を有する溶媒であることが好ましい。具体的には、エーテル化合物、ニトリル化合物、アルコール化合物、ジメチルスルホキシド、ジメトキシエタン、スルホラン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルピロリジノン等の有機極性溶媒や水が挙げられる。なかでも、炭酸プロピレン、炭酸エチレン、γ−ブチロラクトン、バレロラクトン、ジオキソラン等の環状エーテルを含む溶媒が、EC化合物の溶解性、沸点、蒸気圧、粘性、電位窓の観点から好ましく用いられ、中でも炭酸プロピレンを含む溶媒が最も好ましく用いられる。
[solvent]
The solvent constituting the
[EC化合物]
本発明において、EC化合物とは、酸化還元物質の一種であり、酸化還元反応により、EC素子の対象とする光波長領域において光吸収特性が変化する物質である。また、この酸化還元物質とは、所定の電位範囲において、繰り返し酸化還元反応を起こすことが可能な化合物である。ここでいう光吸収特性とは、代表的には、光吸収状態と光透過状態とであり、EC化合物は、典型的には光吸収状態と光透過状態とが切り替わる材料である。本発明のEC素子に使用されるEC化合物は、有機化合物であることが好ましい。本発明の有機EC化合物として好ましいのは、分子量が2000以下の低分子有機化合物である。
本明細書においては、EC化合物について、「アノード性EC化合物」、「カソード性EC化合物」と記述する場合がある。以下、それぞれについて詳細に説明する。
[EC compound]
In the present invention, the EC compound is a kind of redox substance, and is a substance whose light absorption characteristics change in the light wavelength region targeted by the EC element by the redox reaction. Further, the redox substance is a compound capable of repeatedly causing a redox reaction in a predetermined potential range. The light absorption characteristic referred to here is typically a light absorption state and a light transmission state, and an EC compound is a material that typically switches between a light absorption state and a light transmission state. The EC compound used in the EC device of the present invention is preferably an organic compound. The organic EC compound of the present invention is preferably a low molecular weight organic compound having a molecular weight of 2000 or less.
In the present specification, the EC compound may be referred to as an "anodic EC compound" or a "cathodic EC compound". Each of them will be described in detail below.
(アノード性EC化合物)
アノード性EC化合物とは、EC素子の対象とする光波長領域において、アノード上で通常EC化合物から電子が取り去られる酸化反応によって光吸収特性が変化する材料を言う。典型的な例としては、光透過状態から光吸収状態に変化する材料が挙げられる。本明細書においては、EC化合物の変化をイメージし易くするために、典型的な例である光透過状態から光吸収状態への変化を取り上げて記述することがある。また本明細書では、光透過状態にある分子を「消色体」、光吸収状態にある分子を「着色体」と表現することがある。その場合、EC素子の対象とする光波長領域において、アノード性EC化合物の還元体は光透過状態であり「消色体」と表現される。また、アノード性EC化合物の酸化体は光吸収状態であり「着色体」と表現される。
(Anodic EC compound)
The anodic EC compound refers to a material whose light absorption characteristics change due to an oxidation reaction in which electrons are usually removed from the EC compound on the anode in the target light wavelength region of the EC element. A typical example is a material that changes from a light transmitting state to a light absorbing state. In this specification, in order to make it easier to imagine the change of the EC compound, the change from the light transmission state to the light absorption state, which is a typical example, may be taken up and described. Further, in the present specification, a molecule in a light transmitting state may be referred to as a "decolorized body", and a molecule in a light absorbing state may be referred to as a "colored body". In that case, in the light wavelength region targeted by the EC element, the reduced product of the anodic EC compound is in a light transmitting state and is expressed as a “decolorizing body”. Further, the oxidant of the anodic EC compound is in a light absorbing state and is expressed as a "colored body".
アノード性EC化合物の例として、例えば、チオフェン誘導体、芳香環を有するアミン類(例えば、フェナジン誘導体、トリアリルアミン誘導体)、ピロール誘導体、チアジン誘導体、トリアリルメタン誘導体、ビスフェニルメタン誘導体、キサンテン誘導体、フルオラン誘導体、スピロピラン誘導体が挙げられる。これらの中でも、アノード性EC分子としては、低分子の芳香環を有するアミン類が好ましく、ジヒドロフェナジン誘導体が最も好ましい。 Examples of anodic EC compounds include thiophene derivatives, amines having an aromatic ring (eg, phenazine derivatives, triallylamine derivatives), pyrrole derivatives, thiadin derivatives, triallylmethane derivatives, bisphenylmethane derivatives, xanthene derivatives, fluoranes. Derivatives and spiropyran derivatives can be mentioned. Among these, as the anodic EC molecule, amines having a low molecular weight aromatic ring are preferable, and a dihydrophenazine derivative is most preferable.
(カソード性EC化合物)
カソード性EC化合物とは、EC素子の対象とする光波長領域において、カソード上で通常電極からEC化合物に電子が供与される還元反応によって光吸収特性が変化する材料を言う。典型的な例としては、光透過状態から光吸収状態に変化する材料が挙げられる。本明細書の記述においては、EC素子の対象とする光波長領域において、カソード性EC化合物の還元体は光吸収状態であり、「着色体」と表現される。また、カソード性EC化合物の酸化体は光透過状態であり、「消色体」と表現される。
カソード性EC化合物の例としては、ビオロゲン等のピリジン系化合物、キノン化合物等が挙げられる。中でも、ビオロゲン等のピリジン系化合物が最も好ましく用いられる。
(Cathode EC compound)
The cathodic EC compound refers to a material whose light absorption characteristics change due to a reduction reaction in which electrons are usually donated from an electrode to the EC compound on the cathode in the light wavelength region targeted by the EC element. A typical example is a material that changes from a light transmitting state to a light absorbing state. In the description of the present specification, the reduced product of the cathodic EC compound is in a light absorbing state in the light wavelength region targeted by the EC device, and is expressed as a “colored product”. Further, the oxidant of the cathodic EC compound is in a light transmitting state and is expressed as a "decolorized body".
Examples of the cathodic EC compound include pyridine compounds such as viologen and quinone compounds. Among them, pyridine compounds such as viologen are most preferably used.
[EC層13の形成方法]
EC素子1内にEC化合物を含む溶液を導入する方法としては、例えば、対向している電極11a,11bの接合時に、電極11a,11b又は封止シール12の一部に開口部を形成し、その後に開口部を通じて溶液を注入することが挙げられる。またEC化合物を含む溶液をセルに注入する具体的な方法としては、真空注入法、大気注入法、メニスカス法等が挙げられる。上記セルにEC化合物を含む溶液を注入した後は、開口部を封止することで当該溶液をセル中に安定に保持することができる。
[Method of forming EC layer 13]
As a method of introducing a solution containing an EC compound into the
〈封止シール12〉
第一の電極11aと第二の電極11bは、両電極面を対向させた配置で封止シール12によって接合されていることが好ましい。封止シール12は、第一の電極11aと第二の電極11bの空間的配置の保持の他、EC層13のEC素子1外部への漏えい防止、外部物質との接触からの保護の役割を担う。
<Sealing
It is preferable that the
上記の観点から、封止シール12を構成する材料としては、化学的に安定で、低透湿性・低ガス透過性を有し、さらにEC層13に含まれる溶媒への溶解性が低い材料で構成されていることが好ましい。例えば、ガラスフリット等の無機材料、エポキシ系、アクリル系樹脂等の有機材料、金属等を用いることができる。尚、封止シール12は、スペーサー材料を含有する等の手段により第一の電極11aと第二の電極11bとの間の距離を規定する機能を有していてもよい。封止シール12が第一の電極11aと第二の電極11bとの間の距離を規定する機能を有していない場合は、別途スペーサーを配置して両電極間の距離を保持してもよい。スペーサーの素材としては、シリカビーズ、ガラスファイバー等の無機材料や、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリジビニルベンゼン、フッ素ゴム、エポキシ樹脂等の有機材料を用いることができる。この場合、このスペーサーにより、EC素子を構成する第一の電極11aと第二の電極11bとの間の距離を規定、保持することが可能となる。
From the above viewpoint, the material constituting the sealing
本発明者は、EC層13のうち封止シール12の近傍でアノード性EC化合物及びカソード性EC化合物のいずれかが他方よりも優先して着色することがある事を見出した。ここで、「優先して着色する」とは、EC素子1を駆動させ、EC素子1の光学濃度が目的濃度付近を遷移する安定状態に到達した時に、アノード性EC化合物及びカソード性EC化合物のいずれかの着色体が他方の着色体よりも多く存在していることを意味する。例えば、「封止シール12の近傍においてアノード性EC化合物が優先して着色する」とは、封止シール12の近傍において、EC素子駆動後、EC素子の光学濃度が安定した段階で、アノード性EC化合物の着色体がカソード性EC化合物の着色体よりも多く存在していることを示す。具体的には、アノード性EC化合物の着色体の色がカソード性EC化合物の着色体の色よりも強く発現されていることを示す。このように封止シール12の近傍でアノード性EC化合物又はカソード性EC化合物の優先的な着色が見られると、EC層13のうち封止シール12の近傍と、それ以外の領域でEC素子駆動時の色に差が生じ、素子面内に色ムラが生じることとなる。
The present inventor has found that one of the anodic EC compound and the cathodic EC compound may be colored in the vicinity of the sealing
図2に封止シール12の近傍で見られる典型的な優先着色領域の分布を示す。ここで図2はEC素子1を素子面に垂直な方向から俯瞰した図である。図2に示すように優先着色領域は、封止シール12の最近傍の領域13aに発生する。ここで「封止シール最近傍13a」とは、EC層13のうち封止シール12とEC層13が接する境界付近の領域であり、この領域は、封止シール12のEC層13と接する側の境界から典型的には約50〜1000μmの幅を有している。また、「封止シール最近傍13a」における優先着色の現れ方によって、封止シール12はアノード優先的封止シール、カソード優先的封止シール、及びこれら二つに該当しないその他の封止シールの3つに分類される。以下は、アノード優先的封止シール、カソード優先的封止シール二つについて説明する。
FIG. 2 shows the distribution of a typical priority coloring region seen in the vicinity of the sealing
[アノード優先的封止シール]
アノード優先的封止シールは、封止シール最近傍13aにおいてアノード性EC化合物の優先的な着色を示す封止シール12として規定される。アノード優先的封止シールとしての性質を示すシール材料の特徴としては、比較的極性が大きい樹脂で構成されていること、酸化性化合物が含まれていること等が挙げられる。
前者の理由に関しては以下の通りである。代表的なカソード性EC化合物であるビオロゲン系化合物の消色体は正の電荷を有している一方、トリフェニルアミン類やフェナジン類などの芳香族アミン系化合物や、チオフェン系化合物に代表されるようにアノード性EC化合物の消色体は電荷を有していない。そのため、カソード性EC化合物の消色体は、アノード性EC化合物の消色体と比較して大きな極性を有している。封止シール最近傍13aでは、電極表面に封止シール12を構成する材料からなる薄膜が存在する。従って、封止シール最近傍13aの領域では、封止シール12が極性の大きい樹脂で構成される場合、極性の高いカソード性EC化合物の消色体と、極性の大きい樹脂との相互作用が、極性の低いアノード性EC化合物の消色体と比較的して大きい。その結果カソード性EC化合物の消色体の電極表面への移動が、アノード性EC化合物の消色体と比較して大きく阻害される。その結果、封止シール最近傍13aにおいてアノード性EC化合物が優先的に着色する。上述の特徴を満たすものとしては、例えば、エポキシ樹脂を含有する封止シールなどが挙げられる。
[Anode priority sealing seal]
The anode-priority sealing seal is defined as the sealing
The reason for the former is as follows. While the decolorizer of a viologen compound, which is a typical cathode EC compound, has a positive charge, it is represented by an aromatic amine compound such as triphenylamines and phenazines, and a thiophene compound. As described above, the decolorizer of the anodic EC compound has no charge. Therefore, the decolorizing body of the cathodic EC compound has a larger polarity than the decolorizing body of the anodic EC compound. In the vicinity of the sealing
また、後者の理由は以下の通りである。酸化性化合物が封止シール12に含まれている場合、封止シール最近傍13aに存在するアノード性EC化合物へのプロトン付加やアノード性EC化合物から電子を奪い酸化作用を起こすことがある。酸化されたアノード性EC化合物が可視域に吸収を持つ場合には、封止シール最近傍13aでアノード性EC化合物の酸化着色種に由来した吸収が強く表れる。上述の特徴を満たすものとしては、例えば熱・光硬化性エポキシ系樹脂や光硬化性アクリル系樹脂の硬化剤や硬化促進剤などが挙げられ、具体的には酸無水物、フェノール系樹脂、アンチモン系化合物などのオニウム塩から副生したルイス酸などが挙げられる。
The reason for the latter is as follows. When the oxidative compound is contained in the sealing
アノード優先的封止シールとなりうる硬化剤や硬化促進剤のより具体的な例としては、スルホニウム塩、ベンゾチアゾリウム塩、アンモニウム塩、ホスホニウム塩等のオニウム塩と、アンチモネート系やホスフェート系を組み合わせた潜在的熱酸発生剤や、ハロゲン含有トリアジン系化合物、ジアゾケトン系化合物、オニウム塩系化合物、スルホン酸系化合物の潜在的光酸発生剤、ノボラック樹脂やクレゾール樹脂等のフェノール樹脂系硬化剤、無水フタル酸類や無水マレイン酸類、無水ピロメリット酸類等の酸無水物、さらにDBU(1,8−ジアザビシクロ(5,4,0)−ウンデセン−7)、DBN(1,5−ジアザビシクロ(4,3,0)−ノネン−5)等のp−トルエンスルホン酸塩やフェノール塩等の硬化促進剤などが挙げられる。尚、封止シール12の種類の分類は、上述の成分含有の有無によらず、後述する封止シール12の種類の判別方法に従って判断する。
More specific examples of curing agents and curing accelerators that can serve as an anode-priority sealing seal include onium salts such as sulfonium salts, benzothiazolium salts, ammonium salts, and phosphonium salts, and antimonate-based and phosphate-based compounds. Combined potential thermoacid generators, halogen-containing triazine compounds, diazoketone compounds, onium salt compounds, sulfonic acid compounds potential photoacid generators, phenolic resin curing agents such as novolak resin and cresol resin, Acid anhydrides such as phthalic anhydrides, maleic anhydrides, pyromellitic anhydrides, DBU (1,8-diazabicyclo (5,4,0) -undecene-7), DBN (1,5-diazabicyclo (4,3)) , 0) -Nonen-5) and other p-toluene sulfonates and phenol salts and other curing accelerators can be mentioned. The type of the sealing
[カソード優先的封止シール]
カソード優先的封止シールは、封止シール最近傍13aにおいてカソード性EC化合物の優先的な着色を示す封止シール12として規定される。カソード優先的封止シールとしての性質を示すシール材料の特徴としては、比較的に極性が小さい材料で構成されていること、還元性化合物が含まれていること等が挙げられる。
前者の理由に関しては以下の通りである。前述したように、封止シール最近傍13aでは電極表面に封止シールを構成する材料から成る薄膜が存在する。そのため、封止シール12が極性の小さい材料で構成される場合、封止シール最近傍13aでは極性の小さいアノード性EC化合物の消色体と、極性の小さい封止シール12との相互作用が、極性の高いカソード性EC化合物の消色体と比較的して大きい。その結果アノード性EC化合物の消色体の電極表面への移動が、極性の大きいカソード性EC化合物の消色体と比較して大きく阻害される。その結果、封止シール最近傍13aにおいてカソード性EC化合物が優先的に着色する。上述の特徴を満たすものとしては、例えば、合成ゴムを有する封止シールなどが挙げられる。
[Cathode priority sealing seal]
The cathodic priority sealing seal is defined as a sealing
The reason for the former is as follows. As described above, in the vicinity of the sealing
また、後者の理由は以下の通りである。還元性化合物が封止シール12に含まれている時、膜最表面に存在する還元性化合物や溶出した還元性化合物が封止シール近傍に存在するカソード性EC化合物の還元反応を引き起こす場合がある。これにより、封止シール最近傍13aにおいてカソード性EC化合物の着色が強く現れることになる。上述の特徴を満たすものとしては、例えば、低分子アミン系化合物やポリアミドアミン、イミダゾール系化合物、トリアリールホスフィン系化合物などの硬化剤及び硬化促進剤を含む封止シールなどが挙げられる。
The reason for the latter is as follows. When the reducing compound is contained in the sealing
カソード優先的封止シールとなりうる硬化剤や硬化促進剤のより具体的な例としては、カルバメート類、カルバモイルオキシム類、芳香族スルホンアミド類、α−ラクトン類、ベンズヒドリルアンモニウム塩、イミダゾール塩、アミジン塩等の潜在的光アミン発生剤や、ピペリジンカルボキシレート類の潜在的熱アミン発生剤、トリエチレンテトラミン等の脂肪族ポリアミン系やジアミノジフェニルメタン等の芳香族ポリアミン系の低分子アミン、さらにアルキルアミノベンゾフェノン等の増感剤やDBU(1,8−ジアザビシクロ(5,4,0)−ウンデセン−7)、DBN(1,5−ジアザビシクロ(4,3,0)−ノネン−5)等の硬化促進剤などが挙げられる。尚、封止シール12の種類の分類は、上述の成分含有の有無によらず、後述する封止シール12の種類の判別方法に従って判断する。
More specific examples of curing agents and curing accelerators that can serve as a cathode-priority sealing seal include carbamates, carbamoyloximes, aromatic sulfonamides, α-lactones, benzhydryl ammonium salts, and imidazole salts. Potential photoamine generators such as amidine salts, potential thermal amine generators such as piperidine carboxylates, aliphatic polyamines such as triethylenetetramine, aromatic polyamines such as diaminodiphenylmethane, low molecular weight amines, and alkylamino. Acceleration of curing of sensitizers such as benzophenone, DBU (1,8-diazabicyclo (5,4,0) -undecene-7), DBN (1,5-diazabicyclo (4,3,0) -nonen-5), etc. Examples include agents. The type of the sealing
[封止シール12の種類を判別する方法]
封止シール12は上述したアノード優先的封止シール、カソード優先的封止シール、及びこれら二つに該当しないその他の封止シールに分類される。これらの分類を行うための方法を、図3のフローチャート参照しながら説明する。
[Method for determining the type of sealing seal 12]
The sealing
先ず、EC素子1に電圧を印加して着色状態とし、素子中央部の着色、及び封止シール最近傍13aの着色を確認する。次に、素子中央部の着色と封止シール最近傍13aの着色を比較する。
素子中央部の規定方法について図4を参照しながら説明する。先ず、封止シール12の内側の領域を、最大面積を有する矩形領域14で規定する。このように規定された矩形領域の重心を中心とし、直径が矩形領域の短辺の1/5倍の長さである円形領域15をEC素子1の中央部として規定する。
First, a voltage is applied to the
The method of defining the central portion of the element will be described with reference to FIG. First, the area inside the sealing
また、封止シール最近傍13aの領域の着色を確認する時は、封止シール12とEC層13の境界から1mm以内の距離にあるEC層13中の領域の着色を確認し、その領域の一部、或いは領域全体において、素子中央部15と比較して一方のEC化合物の着色が強く表れる時、「優先着色あり」と判定する。
When confirming the coloring of the
上述の素子中央部15の規定条件から、素子中央部15の着色はEC層13のうち、封止シール12の近傍から離れた領域における着色であり、色ムラ、即ち優先着色がない時のEC素子1の着色を反映している。従って、素子中央部15と比較して、封止シール最近傍13aでアノード性EC化合物又はカソード性EC化合物の着色が強く表れている時、封止シール最近傍13aでは優先着色があると判定される。色の比較は、目視、分光器等による着色スペクトル解析、カメラ等による画像解析等で行うことができるが、このうち分光器を用いた着色スペクトル解析による色の比較について図5を参照しながら詳細に説明する。
From the above-mentioned specified conditions of the element
図5(a)はアノード性EC化合物、及びカソード性EC化合物の着色時のモル吸光係数、及びそれらの重ね合わせとして現れる着色スペクトルの一例を示す。図5(b)はアノード性EC化合物とカソード性EC化合物の着色体濃度の比が異なる2つの着色スペクトルを示す。図5(b)において、着色体濃度比(アノード着色体/カソード着色体)が1の場合が着色スペクトル1であり、1.25の場合が着色スペクトル2である。
先ず、封止シール最近傍13aにおける着色スペクトルを分光器を用いて取得する。ここでLambert−Beerの法則より、吸収スペクトルA(λ)は以下の式(1)で表すことができる。
FIG. 5A shows an example of the molar extinction coefficient of the anodic EC compound and the cathodic EC compound at the time of coloring, and the coloring spectrum appearing as a superposition thereof. FIG. 5B shows two coloring spectra in which the ratio of the colored body concentration of the anodic EC compound and the cathode EC compound is different. In FIG. 5B, when the colorant concentration ratio (anode colorant / cathode colorant) is 1, the
First, the coloring spectrum in the
上記式中、λは波長、Ai(i=1,2・・・n)は各々異なるアノード性EC化合物を、Cj(j=1,2・・・m)は各々異なるカソード性EC化合物を示す。また、εAi(λ)はアノード性EC化合物Aiの着色時のモル吸光係数、εCj(λ)はカソード性EC化合物Cjの着色時のモル吸光係数である。また、C* Aiはアノード性EC化合物の着色体の濃度、C* Cjはカソード性EC化合物の着色体の濃度であり、Lは光軸がEC層13を横切る距離を示す。
In the above formula, λ indicates a wavelength, Ai (i = 1, 2, ... N) indicates a different anodic EC compound, and Cj (j = 1, 2, ... M) indicates a different cathodic EC compound. .. Further, ε Ai (λ) is the molar extinction coefficient of the anodic EC compound Ai during coloring, and ε Cj (λ) is the molar extinction coefficient of the cathodic EC compound Cj during coloring. Further, C * Ai is the concentration of the colored body of the anodic EC compound, C * Cj is the concentration of the colored body of the cathodic EC compound, and L is the distance that the optical axis crosses the
上記式(1)から、EC化合物のモル吸光係数を用いてアノード性EC化合物とカソード性EC化合物の着色比RACを算出する。ここでRACは以下の式(2)で規定される値である。 From the above formula (1), the coloring ratio R AC of the anodic EC compound and the cathodic EC compound is calculated using the molar extinction coefficient of the EC compound. Here, RAC is a value defined by the following equation (2).
同様の手続きを素子中央部15についても行い、アノード性EC化合物とカソード性EC化合物の着色比RAC’を算出する。このようにして算出されたRAC、RAC’の値の関係から優先着色の有無、優先している着色種(アノード性EC化合物/カソード性EC化合物)を判定する。
The same procedure is performed for the
(アノード性EC化合物の優先着色を判定する条件)
以下の式(3)の関係が成り立つ時、「封止シール最近傍13aにおいてアノード性EC化合物の優先着色あり」と判定される。
RAC>1.01RAC’ (3)
(Conditions for determining preferential coloring of anodic EC compounds)
When the relationship of the following formula (3) is established, it is determined that "the anodic EC compound is preferentially colored in the
R AC> 1.01R AC '(3 )
また、上記式(3)に加えて以下の式(4)を満たす時は、カソード性EC化合物の着色がビオロゲン誘導体の典型的な緑色乃至青色で、アノード性EC化合物の着色がジヒドロフェナジン誘導体の典型的な赤色である場合には、カメラでEC素子1を着色領域の露出を適正になるように撮影した画像において、封止シール最近傍13aと素子中央部15での色の差が明瞭にあらわれる。
RAC>1.03RAC’ (4)
When the following formula (4) is satisfied in addition to the above formula (3), the coloring of the cathodic EC compound is typical green to blue of the viologen derivative, and the coloring of the anodic EC compound is that of the dihydrophenazine derivative. In the case of a typical red color, in an image of the
R AC > 1.03R AC '(4)
また、上記式(4)に加えて以下の式(5)を満たす時は、カソード性EC化合物の着色がビオロゲン誘導体の典型的な緑色乃至青色で、アノード性EC化合物の着色がジヒドロフェナジン誘導体の典型的な赤色である場合には、封止シール最近傍13aと素子中央部15での色の差が目視によるEC素子1の直接観察においても明瞭に現れる。
RAC>1.10RAC’ (5)
When the following formula (5) is satisfied in addition to the above formula (4), the coloring of the cathodic EC compound is typical green to blue of the viologen derivative, and the coloring of the anodic EC compound is that of the dihydrophenazine derivative. In the case of a typical red color, the color difference between the sealing seal nearest
R AC> 1.10R AC '(5 )
(カソード性EC化合物の優先着色を判定する条件)
以下の式(6)の関係が成り立つ時、「封止シール最近傍13aにおいてアノード性EC化合物の優先着色あり」と判定される。
RAC<0.99RAC’ (6)
(Conditions for determining preferential coloring of cathodic EC compounds)
When the relationship of the following formula (6) is established, it is determined that "the anodic EC compound is preferentially colored in the
R AC <0.99R AC '(6)
また、上記式(6)に加えて以下の式(7)を満たす時は、カソード性EC化合物の着色がビオロゲン誘導体の典型的な緑色乃至青色で、アノード性EC化合物の着色がジヒドロフェナジン誘導体の典型的な赤色である場合には、カメラでEC素子1を着色領域の露出を適正になるように撮影した画像において、封止シール最近傍13aと素子中央部15での色の差が明瞭にあらわれる。
RAC<0.97RAC’ (7)
When the following formula (7) is satisfied in addition to the above formula (6), the coloring of the cathodic EC compound is typical green to blue of the viologen derivative, and the coloring of the anodic EC compound is that of the dihydrophenazine derivative. In the case of a typical red color, in an image of the
R AC <0.97R AC '(7)
また、上記式(7)に加えて以下の式(8)を満たす時は、カソード性EC化合物の着色がビオロゲン誘導体の典型的な緑色乃至青色で、アノード性EC化合物の着色がジヒドロフェナジン誘導体の典型的な赤色である場合には、封止シール最近傍13aと素子中央部15での色の差が目視によるEC素子1の直接観察においても明瞭に現れる。
RAC<0.91RCA’ (8)
When the following formula (8) is satisfied in addition to the above formula (7), the coloring of the cathodic EC compound is typical green to blue of the viologen derivative, and the coloring of the anodic EC compound is that of the dihydrophenazine derivative. In the case of a typical red color, the color difference between the sealing seal nearest
R AC <0.91 R CA '(8)
従って、優先着色の判定の際には、先ず目視かカメラによるEC素子1の撮影画像から封止シール最近傍13aと素子中央部15の間に明瞭な色の差がないかを確認する。その結果、明瞭な色の差がこれらの方法では不明瞭である場合に着色スペクトルを用いた判定を行うのが良い。
このように、素子中央部15と封止シール最近傍13aの着色を確認した結果、優先着色がない場合、封止シール12は「その他の封止シール」と判定される。優先着色が確認される場合、さらに以下の過程により、封止シール12の種類を判別する。
Therefore, when determining the priority coloring, first, it is confirmed from the photographed image of the
As a result of confirming the coloring of the element
EC素子1に印加する電圧の極性を反転させ、再度封止シール最近傍13aの着色を確認する。この時、優先着色するEC化合物の種類(アノード性EC化合物/カソード性EC化合物)が変化する時、封止シール12は「その他の封止シール」と判定される。
極性反転により、優先着色するEC化合物の種類が変化しなかった場合は以下のように判定される。封止シール最近傍13aで優先着色するEC化合物がアノード性EC化合物である時、封止シールは「アノード優先的封止シール」と判定される。また、封止シール最近傍13aで優先着色するEC化合物がカソード性EC化合物である時、封止シールは「カソード優先的封止シール」と判定される。
The polarity of the voltage applied to the
When the type of the EC compound to be preferentially colored does not change due to the polarity reversal, it is determined as follows. When the EC compound to be preferentially colored in the
この極性反転による判別を実施する理由を以下に記述する。「アノード優先的封止シール」及び「カソード優先的封止シール」のいずれでもない「その他の封止シール」である場合においても、封止シール12の近傍で優先着色が発生する場合がある。このようなケースの代表例としては、電極のどちらか一方にEC化合物の電極表面への移動を妨害する障害物が存在するケースがあげられる。このようなケースでは、EC駆動時において障害物が存在しない側の電極で、その電極の極性に応じたEC化合物の着色が優先的に生じる。(このような現象を電極障害物色ムラと記載することがある。)具体的には、カソードにこのような障害物が存在し、アノードに障害物が存在しない領域ではアノード性EC化合物の着色が優先する。またアノードにこのような障害物が存在し、カソードに障害物が存在しない領域ではカソード性EC化合物の着色が優先する。ここで、封止シール最近傍13aでは、一方の電極が封止シール12を構成する材料から成る薄膜によって被覆され、他方の電極に被覆がない領域が生じることがある。このような領域では、電極障害物色ムラが顕著に現れる。
The reason for performing this discrimination by polarity reversal will be described below. Even in the case of "other sealing seals" that are neither "anode-priority sealing seals" nor "cathode-priority sealing seals", preferential coloring may occur in the vicinity of the sealing
電極障害物色ムラは、EC素子1の駆動時に外部から印加する電圧の極性を反転することで、優先的に着色するEC化合物が他方のEC化合物へと変化する。具体的には電圧の極性を反転させることにより、アノード性EC化合物の優先着色はカソード性EC化合物の優先着色に変化し、カソード性EC化合物の優先着色はアノード性EC化合物の優先着色に変化する。一方、アノード優先的封止シール、カソード優先的封止シールに起因する色ムラでは電圧の極性反転に対して、優先着色するEC化合物の種類が変化しないため、これら非優先的封止シールの近傍で生じる色ムラと区別することができる。
In the electrode obstacle color unevenness, the EC compound that is preferentially colored changes to the other EC compound by reversing the polarity of the voltage applied from the outside when the
[EC化合物の濃度と封止シール12に起因する色ムラとの関係]
図6に、EC化合物の濃度と封止シール12に起因する色ムラの程度との関係を示す。図6の横軸であるEC化合物濃度は、EC層13中に含まれる、アノード性EC化合物の濃度とカソード性EC化合物の濃度の和である。尚、図6に示すデータの取得においては、後述するアノード性EC化合物とカソード性EC化合物の実効拡散係数比(DA’/DC’)は1に統一されており、且つアノード性EC化合物とカソード性EC化合物の濃度は等しい。また、図6の縦軸である色ムラの程度(ΔE00)に関しては後に説明する。ここから、EC化合物の濃度が0.1mol/L以上の濃度領域において、封止シール12に起因する色ムラの程度が大きくなり、EC化合物の濃度が0.3mol/L以上の濃度領域においてさらに色ムラの程度が大きくなることがわかる。本発明の目的は、封止シール12に起因する色ムラの程度を低減することであり、本発明の効果は、0.1mol/L以上、特に0.3mol/L以上の濃度領域において強く表れることになる。
[Relationship between EC compound concentration and color unevenness caused by sealing seal 12]
FIG. 6 shows the relationship between the concentration of the EC compound and the degree of color unevenness caused by the sealing
〔封止シール12に起因する色ムラの発現メカニズム〕
本発明者はEC素子1の駆動時において封止シール最近傍13aに優先着色が見られる原因を特定するため、封止シール12の近傍の電極11a,11b表面についての観察と、分析を行った。その結果、封止シール12の近傍の電極11a,11b表面には、封止シール12を構成する成分による薄膜が形成されていることが明らかとなった。さらに、アノード優先的封止シールについて電気化学測定を行った。具体的には、封止シール12を構成する成分からなる薄膜を様々な厚みで形成した電極11a,11bを作製し、薄膜表面でのアノード性EC化合物及びカソード性EC化合物の着色反応性を着色反応時の電流から調べた。その結果、以下のことが明らかとなった。
(1)薄膜の存在する電極上では、薄膜の存在しない電極と比較して、カソード性EC化合物とアノード性EC化合物の着色反応速度が低下し、その度合いは膜厚の増加とともに大きくなる。
(2)薄膜の膜厚が大きくなると、いずれの着色反応速度も大きく低下すると共に、着色反応速度の大小関係は、アノード性EC化合物>カソード性EC化合物となる。
[Mechanism of color unevenness caused by sealing seal 12]
The present inventor observed and analyzed the surfaces of the
(1) On the electrode in which the thin film exists, the coloring reaction rate of the cathodic EC compound and the anodic EC compound decreases as compared with the electrode in which the thin film does not exist, and the degree thereof increases as the film thickness increases.
(2) As the film thickness of the thin film increases, the coloring reaction rate of any of the thin films decreases significantly, and the magnitude relationship of the coloring reaction rate is that anodic EC compound> cathodic EC compound.
以上の2点は、アノード優先的封止シールに関する実験事実である。また、カソード優先的封止シールでは、(1)は同じであるが、(2)に関してアノード優先的封止シールと着色反応速度の大小関係が反転する。つまり、薄膜の膜厚が大きくなると、着色反応速度の大小関係は、カソード性EC化合物>アノード性EC化合物となる。 The above two points are experimental facts regarding the anode-priority sealing seal. Further, in the cathode-priority sealing seal, (1) is the same, but the magnitude relationship between the anode-priority sealing seal and the coloring reaction rate is reversed with respect to (2). That is, as the film thickness of the thin film increases, the magnitude relationship of the coloring reaction rate becomes that the cathodic EC compound> the anodic EC compound.
図7は、これらの実験事実から導かれた色ムラの発現メカニズムを模式的に示す図である。図7は、EC素子1の断面図のうち、封止シール12の近傍を示している。ここで、断面は素子面と直交する面である。図7(a)は封止シール12がアノード優先的封止シールである場合の色ムラの発現メカニズムであり、図7(b)は封止シール12がカソード優先的封止シールである場合の色ムラの発現メカニズムである。
FIG. 7 is a diagram schematically showing the expression mechanism of color unevenness derived from these experimental facts. FIG. 7 shows the vicinity of the sealing
図7において、第一の電極11aがアノード電極、第二の電極11bがカソード電極である。また、黒抜きの「A」(白丸内のA)はアノード性EC化合物の消色体を、白抜きの「A」(黒丸内のA)はアノード性EC化合物の着色体を示す。また、黒抜きの「C」(白丸内のC)はカソード性EC化合物の消色体を示し、白抜きの「C」(黒丸内のC)はカソード性EC化合物の着色体を示す。
In FIG. 7, the
図7(a)が示すように、封止シール12がアノード優先的封止シールである場合、電極上の薄膜(封止シール12)の膜厚が比較的大きい封止シール最近傍13aにおいては、上記(2)の事実からアノード性EC化合物の単位時間当たりの着色量はカソード性EC化合物の単位時間当たりの着色量よりも多くなる。その結果、アノード性EC化合物の優先的な着色が見られることとなる。
As shown in FIG. 7A, when the sealing
また、封止シール12がカソード優先的封止シールである場合、電極上の薄膜(封止シール12)の膜厚が比較的大きい封止シール最近傍13aにおいては、カソード性EC化合物の単位時間当たりの着色量はアノード性EC化合物の単位時間当たりの着色量よりも多くなる。その結果、アノード性EC化合物の優先的な着色が見られることとなる。
Further, when the sealing
〔封止シール12に起因する色ムラの解決方法〕
EC素子において一般に、反応速度は「電子移動過程」と「物質輸送過程」の二つの過程により決定される。本発明者は、それらのうち「物質輸送過程」を用いることで、反応速度の制御を試みた。EC素子に「電子移動過程」が反応速度を律速しない十分な過電圧を印加し、定常電流が流れる状況を想定すると、単位時間の反応量(∝電流i)はフィックの第一法則から以下の式(9)のように記述される。
i∝D(dc/dx) (9)
[Solution for Color Unevenness Caused by Seal 12]
In an EC device, the reaction rate is generally determined by two processes, an "electron transfer process" and a "material transport process". The present inventor attempted to control the reaction rate by using the "substance transport process" among them. Assuming that a sufficient overvoltage is applied to the EC element so that the "electron transfer process" does not determine the reaction rate and a steady current flows, the reaction amount (∝ current i) per unit time is calculated from Fick's first law by the following equation. It is described as (9).
i∝D (dc / dx) (9)
上記式(9)中、Dは物質の拡散係数である。また、xは電極表面に対して垂直な方向(素子の厚み方向)でありdc/dxはその素子の厚み方向におけるEC化合物消色体の濃度勾配である。ここで濃度勾配はEC化合物濃度とEC素子の電極間距離に依存し、このうち電極間距離はEC素子構成で決定され、固定されているとすると、濃度勾配は実質的にEC化合物濃度に比例すると考えることができる。従って、上記式(9)はEC化合物のバルク濃度(即ち、反応開始前の初期濃度)cを用いて、より簡潔に以下の式(10)のように記述される。
i∝D・c (10)
In the above formula (9), D is the diffusion coefficient of the substance. Further, x is a direction perpendicular to the electrode surface (thickness direction of the element), and dc / dx is a density gradient of the EC compound decolorizer in the thickness direction of the device. Here, the concentration gradient depends on the EC compound concentration and the distance between the electrodes of the EC element, and if the distance between the electrodes is determined by the EC element configuration and is fixed, the concentration gradient is substantially proportional to the EC compound concentration. You can think of it as. Therefore, the above formula (9) is more simply described as the following formula (10) using the bulk concentration (that is, the initial concentration before the start of the reaction) c of the EC compound.
i∝D ・ c (10)
式(10)から、反応速度はEC化合物の拡散係数により制御できることがわかる。従って、アノード性EC化合物とカソード性EC化合物の拡散係数の比を調節することで、両者の反応速度の比をコントロールでき、封止シール12の近傍で生じる優先着色を低減する事が可能である。ここでアノード性EC化合物の拡散係数は、アノード種のEC化合物が複数種ありうることを考慮して、以下の式(11)に示す実効拡散係数DA’で規定する。
From the formula (10), it can be seen that the reaction rate can be controlled by the diffusion coefficient of the EC compound. Therefore, by adjusting the ratio of the diffusion coefficients of the anodic EC compound and the cathodic EC compound, the ratio of the reaction rates of both can be controlled, and the preferential coloring that occurs in the vicinity of the sealing
上記式(11)中、Aiは添え字の番号により各々異なるアノード性EC化合物を示す。またcAiはアノード性EC化合物Aiの濃度、DAiはアノード性EC化合物Aiの拡散係数を示す。nはアノード種の数であり、EC層13中にアノード性EC化合物がn種含まれる場合には、A1、A2、…、Anがそれぞれのアノード性EC化合物に対応する。またアノード性EC化合物の実効拡散係数を式(11)のように定義する理由は以下の通りである。
In the above formula (11), A i represents different anodic EC compounds depending on the subscript number. The c Ai is the concentration of the anodic EC compound Ai, the D Ai shows the diffusion coefficient of the anodic EC compound A i. n is the number of anode species, when the anodic EC compound in
各アノード性EC化合物による反応電流の大きさは式(10)から各アノード性EC化合物の濃度と拡散係数の積に対応する。従って、各アノード性EC化合物の濃度と拡散係数の積を全アノード種に渡って足し上げたものがアノード種全体としての反応電流の大きさと対応し、これをアノード性EC化合物の合計濃度で除することで、アノード種全体としての拡散係数に対応した量が得られる。 The magnitude of the reaction current of each anodic EC compound corresponds to the product of the concentration of each anodic EC compound and the diffusion coefficient from the formula (10). Therefore, the product of the concentration of each anodic EC compound and the diffusion coefficient added over all the anodic species corresponds to the magnitude of the reaction current of the anodic species as a whole, and this is divided by the total concentration of the anodic EC compounds. By doing so, an amount corresponding to the diffusion coefficient of the anode species as a whole can be obtained.
同様に、カソード性EC化合物の拡散係数は、以下の式(12)に示す実効拡散係数DC’で規定される。 Similarly, the diffusion coefficient of the cathodic EC compound is defined by the effective diffusion coefficient D C 'shown in the following equation (12).
上記式(12)中、Ciは添え字の番号により各々異なるカソード性EC化合物を示す。またcCiはカソード性EC化合物Ciの濃度、DCiはカソード性EC化合物Ciの拡散係数を示す。mはカソード種の数であり、EC層13中にカソード性EC化合物がm種含まれる場合には、C1、C2、…、Cmがそれぞれのカソード性EC化合物に対応する。
In the above formula (12), C i denotes each different cathodic EC compound number suffixes. Further, c Ci indicates the concentration of the cathodic EC compound C i , and D Ci indicates the diffusion coefficient of the cathodic EC compound C i. m is the number of cathodic species, and when m kinds of cathodic EC compounds are contained in the
上述のように規定されたアノード性EC化合物の実効拡散係数DA’、及びカソード性EC化合物の実効拡散係数DC’の比(DA’/DC’)を様々に変化させて、アノード優先的封止シールによる色ムラの程度を測定した。その結果、DA’/DC’が下記の式(I)を満たす場合において、色ムラが顕著に抑制されることが明らかとなった。
0.8≦DA’/DC’<1 (I)
Effective diffusion coefficient D A of anodic EC compound defined as described above 'and the effective diffusion coefficient D C of cathodic EC compounds' ratio of (D A '/ D C') by variously changing an anode The degree of color unevenness due to the preferential sealing was measured. As a result, when the D A '/ D C' satisfies the following formula (I), that color unevenness is remarkably suppressed revealed.
0.8 ≦ D A '/ D C '<1 (I)
さらに、上記式(I)の条件に加えて下記の式(II)を満たす時に色ムラがより高度に抑制されることが確認された。
0.951≦DA’/DC’<1 (II)
Furthermore, it was confirmed that color unevenness was suppressed to a higher degree when the following formula (II) was satisfied in addition to the condition of the above formula (I).
0.951 ≦ D A '/ D C '<1 (II)
即ち、色ムラの顕著な抑制が見られるDA’/DC’の範囲には上限と下限が存在する。このうち上限が存在する理由については以下の通りである。アノード優先的封止シールにおいては、封止シール12の近傍においてアノード性EC化合物の反応速度がカソード性EC化合物の反応速度よりも大きく、その結果アノード性EC化合物の優先的な着色が生じる。従って、DA’をDC’よりも小さく、即ちDA’/DC’を1よりも小さくすることで、アノード性EC化合物とカソード性EC化合物の反応速度の差を抑制し、優先着色の程度を低減することが可能となる。
That is, the range of significant inhibition is observed D A '/ D C' of color unevenness exists an upper limit and a lower limit. The reason why there is an upper limit is as follows. In the anode-priority sealing seal, the reaction rate of the anodic EC compound is higher than the reaction rate of the cathodic EC compound in the vicinity of the sealing
また、下限が存在する理由については以下の通りである。カソード性EC化合物とアノード性EC化合物の反応速度比に対して、アノード性EC化合物の実効拡散係数とカソード性EC化合物の実効拡散係数の比(DA’/DC’)がそれよりも大きくなる場合を考える。この場合には、拡散係数によるカソード性EC化合物の反応速度の補償が過剰となり、封止シール12がアノード優先的封止シールである場合には、その最近傍13aにおいてカソード性EC化合物の優先着色が代わりに生じることとなる。この事からDA’/DC’は最近傍13aにおけるカソード性EC化合物とアノード性EC化合物の反応速度比以上であるべきことが要請される。
The reason why the lower limit exists is as follows. The reaction rate ratio of cathodic EC compound and anodic EC compounds, large ratio of the effective diffusion coefficient of the effective diffusion coefficient and the cathodic EC compound of anodic EC compound (D A '/ D C' ) than it Consider the case. In this case, the compensation of the reaction rate of the cathodic EC compound by the diffusion coefficient becomes excessive, and when the sealing
本発明者は封止シール最近傍13aにおけるカソード性EC化合物とアノード性EC化合物の反応速度比を見積もるため、以下の実験を行った。アノード性EC化合物とカソード性EC化合物の濃度が等しく、さらにDA’/DC’=1の関係にあるEC溶液を調整し、EC素子を作製した。EC素子に電圧を印加し着色状態が安定した後に、アノード優先的封止シールの最近傍13aについて着色時スペクトルを取得した。既知である各EC化合物のモル吸光係数を用いて、当該スペクトル中に含まれるアノード性EC化合物の着色スペクトル成分とカソード性EC化合物の着色スペクトル成分の大きさを見積もった。その結果、スペクトルから計算されるカソード性EC化合物の着色体の量は、当該領域におけるアノード性EC化合物の着色体の0.8倍程度であることが明らかとなった。ここで得られる着色体の量は単位時間に生成する着色体の量の積分値であり、封止シール近傍におけるカソード性EC化合物とアノード性EC化合物の反応速度の比は、上述の実験から得られた着色体の比と等しい。以上の事から、DA’/DC’は0.8以上の値であるべきことが決定される。
The present inventor conducted the following experiment in order to estimate the reaction rate ratio of the cathodic EC compound and the anodic EC compound in the
封止シール12がカソード優先的封止シールである場合には、上述のアノード優先的封止シールの解決法について、アノード性EC化合物の拡散係数をカソード性EC化合物の拡散係数に、カソード性EC化合物の拡散係数をアノード性EC化合物の拡散係数に入れ替えることで有効な解決法が得られる。即ち、カソード性EC化合物の実効拡散係数とアノード性EC化合物の実効拡散係数の比(DC’/DA’)が下記式(I)を見たす場合において、色ムラが顕著に抑制される。
0.8≦DC’/DA’<1 (III)
When the sealing
0.8 ≦ D C '/ D A '<1 (III)
さらに、式(III)の条件に加えて下記の式(IV)を満たす時に色ムラがより高度に抑制される。
0.951≦DC’/DA’<1 (IV)
Further, when the following formula (IV) is satisfied in addition to the condition of the formula (III), the color unevenness is suppressed to a higher degree.
0.951 ≦ D C '/ D A '<1 (IV)
上述したアノード性EC化合物とカソード性EC化合物の実効拡散係数比を調節する具体的な方法としては、EC化合物の材料種を変更する他、以下のような方法が挙げられる。アノード種か、カソード種のどちらか、或いはその両方において拡散係数の比較的小さいEC化合物と拡散係数の比較的大きなEC化合物を用いる。この時、式(11)、及び(12)の定義から、これらのEC化合物の合計濃度を変化させずに濃度比を変えることで、実効拡散係数比を変えることが可能である。具体的には拡散係数の比較的大きなEC化合物の濃度比を大きくすることで実効拡散係数を大きくすることが可能である。また、拡散係数の比較的小さなEC化合物の濃度比を大きくすることで実効拡散係数を小さくすることが可能である。この時、これらのEC化合物同士の着色スペクトルの類似性が高いほうが好ましい。この理由としては、濃度比の変更によってこれらのEC化合物の混合スペクトル形状が変化する程度を、EC化合物同士の着色スペクトルの類似性を高めることで抑制できる為である。 Specific methods for adjusting the effective diffusion coefficient ratio between the anodic EC compound and the cathodic EC compound described above include the following methods in addition to changing the material type of the EC compound. An EC compound having a relatively small diffusion coefficient and an EC compound having a relatively large diffusion coefficient are used for either the anode type, the cathode type, or both. At this time, from the definitions of the formulas (11) and (12), it is possible to change the effective diffusion coefficient ratio by changing the concentration ratio without changing the total concentration of these EC compounds. Specifically, the effective diffusion coefficient can be increased by increasing the concentration ratio of the EC compound having a relatively large diffusion coefficient. Further, the effective diffusion coefficient can be reduced by increasing the concentration ratio of the EC compound having a relatively small diffusion coefficient. At this time, it is preferable that the coloring spectra of these EC compounds are highly similar to each other. The reason for this is that the degree to which the mixed spectral shape of these EC compounds changes due to the change in the concentration ratio can be suppressed by increasing the similarity of the coloring spectra of the EC compounds.
尚、封止シール最近傍13a以外の領域では、アノード性EC化合物とカソード性EC化合物の実効拡散係数の比(DA’/DC’)の値を変化させた場合にも、着色時の色に変化は生じない。前述したように、EC素子駆動時にはアノード・カソードの両電極は電気的に接続している。従って、電極表面に着色反応を阻害する要素が存在しない領域ではアノードおける反応電荷量と、カソードにおける反応電荷量が等しくなる。そのため、封止シール最近傍13a以外の領域では、DA’/DC’の値を変化させた場合においても、EC素子駆動時のアノード性EC化合物とカソード性EC化合物の着色体の量は1:1の関係になり、着色時の色は一定となる。 In the region other than the sealing seal closest 13a, even in the case of changing the value of the ratio of the effective diffusion coefficient of the anodic EC compound and cathodic EC compound (D A '/ D C' ), on coloration There is no change in color. As described above, both the anode and cathode electrodes are electrically connected when the EC element is driven. Therefore, the amount of reaction charge at the anode and the amount of reaction charge at the cathode are equal in the region where there is no element that inhibits the coloring reaction on the electrode surface. Therefore, in a region other than the sealing seal closest 13a, in the case of changing the value of D A '/ D C' also, the amount of coloring of anodic EC compound and cathodic EC compound during EC element drive The relationship is 1: 1 and the color at the time of coloring is constant.
〔EC化合物の拡散係数を測定する方法〕
エレクトロクロミック分子の拡散係数は、既知の電気化学的手法で測定することができる。測定法の例としては、ポテンシャルステップ法による測定を挙げることができる。以下にポシャルステップ法の測定例としてクロノアンペロメトリーによる拡散係数の測定方法について記述する。
[Method of measuring the diffusion coefficient of EC compounds]
The diffusion coefficient of electrochromic molecules can be measured by known electrochemical methods. As an example of the measurement method, the measurement by the potential step method can be mentioned. The measurement method of the diffusion coefficient by chronoamperometry is described below as a measurement example of the positive step method.
〈クロノアンペロメトリーによる拡散係数測定法〉
支持塩を含んだ溶液(例えば0.2Mテトラブチルアンモニウムヘキサフルオロフォスフェートの炭酸プロピレン溶液)に1mM程度のEC化合物を溶解させ、不活性ガスでバブリングし溶存酸素を除く。作用電極(例えばグラッシーカーボン電極)、対電極(例えば白金電極)、参照電極(例えばAg/Ag+電極)を用いた三極セルに先の溶液を導入する。作用電極に、予めサイクリックボルタンモグラム等で決定しておいた、EC化合物の着色体を生成させるのに十分な電位を印加し、流れる電流を数十秒程度測定する。流れた電流の時間応答i(t)は、下記のコットレル(Cottrell)の式に従うことが一般的に知られている。従って、測定した過渡電流を経過時間の平方根の逆数に対してプロットし、その傾きから拡散係数を算出することが可能である。
<Measurement method of diffusion coefficient by chronoamperometry>
An EC compound of about 1 mM is dissolved in a solution containing a supporting salt (for example, a solution of 0.2 M tetrabutylammonium hexafluorophosphate in propylene carbonate) and bubbling with an inert gas to remove dissolved oxygen. The above solution is introduced into a tripolar cell using a working electrode (eg, a glassy carbon electrode), a counter electrode (eg, a platinum electrode), and a reference electrode (eg, Ag / Ag + electrode). A potential sufficient to generate a colored body of the EC compound, which has been determined in advance by a cyclic voltanmogram or the like, is applied to the working electrode, and the flowing current is measured for about several tens of seconds. It is generally known that the time response i (t) of the flowing current follows the following Cottlell equation. Therefore, it is possible to plot the measured transient current against the reciprocal of the square root of the elapsed time and calculate the diffusion coefficient from the slope.
F:ファラデー定数
c:EC素子のバルク濃度(即ち、溶液の初期濃度
A:電極面積
D:EC化合物の拡散係数
t:時間
〔色ムラの評価方法〕
EC素子内の色不均一性である色ムラの評価方法について、図8を参照しながら説明する。図8(a)は評価系の構成要素とその配置を示す。図8(b)はこれにより得られる取得画像と解析領域の関係を模式的に示した図である。
[Evaluation method of color unevenness]
A method for evaluating color unevenness, which is color non-uniformity in the EC element, will be described with reference to FIG. FIG. 8A shows the components of the evaluation system and their arrangement. FIG. 8B is a diagram schematically showing the relationship between the acquired image obtained thereby and the analysis area.
透過型のEC素子1に対し、光軸が素子面に対し垂直となるように面照明21と撮像装置22を配置する。EC素子1駆動直後から24時間の間、経時的に画像を取得する。取得画像23の内、封止シール12に囲まれた領域内の有効光学領域を後述する解析を行う解析領域24とする。ここで、有効光学領域とは、光学装置におけるEC素子1において、そのEC素子1の透過率変化が、光学装置の機能を果たすために機能する領域である。
The
具体的に、カメラシステムにEC素子1が光学フィルタとして組み込まれる場合を考える。この時、カメラシステムの機能とは被写体からの光を撮像素子に結像させることで像を取得することである。従って、被写体からの光が撮像素子の有効画素に到達する際にEC素子1を通過する領域は、カメラシステムの撮像機能を適切に果たすためにEC素子1が光学フィルタとして減光する機能を果たす領域であり、当該領域が有効光学領域となる。
Specifically, consider the case where the
また、具体的に調光窓システムにEC素子1が光学フィルタとして組み込まれる場合を考える。この時、調光窓システムの機能とは窓により隔てられる二つの領域の一方から来た光を、光学フィルタとしてのEC素子1を通して調光し、他方の領域内の観察者に届ける事である。従って、窓により隔てられる二つの領域の一方から来た光が、他方の領域内の観察者に到達する際にEC素子1を通過する領域が有効光学領域となる。
Further, specifically consider the case where the
解析領域24の具体的な規定例として本明細書の実施例での規定方法を挙げる。本明細書の実施例においては、取得画像23のうち、封止シール12に囲まれた領域内で最大面積をとる矩形領域を設定し、この矩形領域に対し下記4つの条件により決定される矩形領域を後述する解析領域24とした。
(i)長辺が0.8倍
(ii)短辺が0.74倍
(iii)重心が一致
(iv)長辺が元の長方形の長辺と平行
As a specific example of specifying the
(I) The long side is 0.8 times (ii) The short side is 0.74 times (iii) The center of gravity is the same (iv) The long side is parallel to the long side of the original rectangle
次に、解析領域24に含まれる全ピクセルのR値、B値、G値それぞれを平均化して基準のRGB値を取得する。さらに解析領域24を縦16×横16の計256の矩形領域に分割し、各領域における平均のRGB値と基準のRGB値の色差ΔE00をCIEDE2000の定義に基づく色差式を用いて算出する。尚、CIEDE2000の色差式はSharma,Gaurav;Wu,Wencheng;Dalal,Edul N.“The CIEDE2000 color−difference formula:Implementation notes,supplementary test data,and mathematical observations”Color Research&Applications30(1),21−30(2005)を参照した。このようにして得られた各点の色差ΔE00のうちの最大値を各時間における色ムラの絶対値とする。
Next, the R value, the B value, and the G value of all the pixels included in the
本発明のEC素子1の応用用途としては、表示装置、可変反射率ミラー、可変透過窓、光学フィルタ等を挙げることができる。これらの応用用途において色ムラが発生した場合には、EC素子面の各点で透過光又は反射光の色のバランスが意図せず変化することになり、いずれの用途においても好ましくない。
Applications of the
このΔE00の値について、一例として、EC素子1をカメラの光学フィルタ、特にNDフィルタとして使用する場合について考える。NDフィルタとして使用するEC素子1に色ムラが生じると、撮像して得られる画像の各点で色味が変化することとなる。具体的には、EC素子1に使用される封止シール12がアノード優先的封止シールである場合には、封止シール最近傍13aの領域においてアノード性化合物の着色(典型的には赤)が強く現れる。これにより封止シール12に起因する色ムラの程度が大きい場合には、取得される画像の品位が著しく低下するため、好ましくない。
Regarding the value of ΔE 00 , consider a case where the
このように、EC素子1を光学フィルタ等の用途に用いる際には、色ムラの程度が抑制されていることが求められる。具体的には、色差ΔE00が3.2以下となる事が好ましい。この理由としては、一般に、二つの色の色差が3.2以下の場合において人間の目視確認で二つの色が同色と判断されるためである。即ちEC素子1を光学フィルタとして用いる場合においても、取得される画像の品位を保つためには面内のΔE00の最大値が3.2以下の条件を満たす事が重要となる。これにより、例えば画面の周辺部で物体が中央部の色よりも緑がかって見える、或いは赤みがかって見える、といったことを抑制することができる。
As described above, when the
〔光学フィルタ、レンズユニット、撮像装置〕
本発明のEC素子1は、光学フィルタに用いることができる。本発明の光学フィルタは、EC素子1と、このEC素子1に接続された能動素子と、を有している。能動素子は、EC素子1を透過する光量を調整する素子であり、具体的には、EC素子1の透過率を制御するためのスイッチング素子が挙げられる。スイッチング素子として、例えば、TFTやMIM素子が挙げられる。TFTは、薄膜トランジスタとも呼ばれ、その構成材料としては、半導体や酸化物半導体が用いられる。具体的には、アモルファスシリコン、低温ポリシリコン、InGaZnOを構成材料とする半導体等が挙げられる。
[Optical filter, lens unit, imaging device]
The
本発明のEC素子1は、撮像装置及びレンズユニットに用いることができる。本発明の撮像装置は、EC素子1を有する上述の光学フィルタと、該光学フィルタを通過した光を受光する受光素子と、を有する。
The
また、本発明のレンズユニットは、EC素子1を有する上述の光学フィルタと、撮像光学系と、を有する。撮像光学系は、好ましくは複数のレンズ或いはレンズ群である。光学フィルタは、光学フィルタを通過した光が撮像光学系を通過するように配置されていてもよいし、撮像光学系を通過した光が光学フィルタを通過するように配置されていてもよい。また、光学フィルタは、複数あるレンズとレンズとの間に配置されていてもよい。光学フィルタは、レンズの光軸上に設けられるのが好ましい。光学フィルタにより撮像光学系を通過する光、または通過した光の光量を調整することができる。
Further, the lens unit of the present invention includes the above-mentioned optical filter having the
図9は、光学フィルタを用いた撮像装置及びレンズユニットの一例を模式的に示す図である。図9(a)は、光学フィルタ41を用いたレンズユニット42と、撮像ユニット43とを有する撮像装置を、図9(b)は、光学フィルタ41を有する撮像ユニット43と、レンズユニットとを有する撮像装置を、それぞれ示している。図9(a)に示すように、レンズユニット42はマウント部材(不図示)を介して撮像ユニット43に着脱可能に接続されている。
FIG. 9 is a diagram schematically showing an example of an image pickup apparatus and a lens unit using an optical filter. FIG. 9A has an imaging device having a
レンズユニット42は、複数のレンズ或いはレンズ群を有するユニットである。例えば、図9(a)において、レンズユニット42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。レンズユニット42は、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44、負の屈折力の第2のレンズ群45、正の屈折力の第3のレンズ群46、正の屈折力の第4のレンズ群47の4つのレンズ群を有する。第2のレンズ群45と第3のレンズ群46の間隔を変化させて変倍を行い、第4のレンズ群47の一部のレンズ群を移動させてフォーカスを行う。レンズユニット42は、例えば、第2のレンズ群45と第3のレンズ群46の間に開口絞り48を有し、また、第3のレンズ群46と第4のレンズ群47の間に光学フィルタ41を有する。レンズユニット42を通過する光は、各レンズ群44乃至47、開口絞り48及び光学フィルタ41を通過するよう配置されており、開口絞り48及び光学フィルタ41を用いて光量の調整を行うことができる。
The
また、レンズユニット42内の構成は適宜変更可能である。例えば、光学フィルタ41は開口絞り48の前(被写体側)或いは後(撮像ユニット43側)に配置でき、また、第1のレンズ群44よりも前に配置しても良く、第4のレンズ群47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41の面積を小さくできるなどの利点がある。また、レンズユニット42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。
Further, the configuration inside the
撮像ユニット43は、ガラスブロック49と受光素子50を有する。ガラスブロック49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、受光素子50は、レンズユニット42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、光の強度或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。
図9(a)のように、光学フィルタ41がレンズユニット42に組み込まれている場合、能動素子等の駆動手段はレンズユニット42内に配置されても良く、レンズユニット42外に配置されても良い。レンズユニット42外に配置される場合は、配線を通してレンズユニット42内外のEC素子1と駆動手段を接続し、駆動制御する。
The
When the
図9(b)に示す様に、撮像装置自体が光学フィルタ41を有していても良い。光学フィルタ41は撮像ユニット43内部の適当な箇所に配置され、受光素子50は光学フィルタ41を通過した光を受光するよう配置されていれば良い。図9(b)においては、例えば光学フィルタ41は受光素子50の直前に配置されている。撮像装置自体が光学フィルタ41を内蔵する場合、接続されるレンズユニット42自体が光学フィルタ41を持たなくても良いため、既存のレンズユニット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. 9B, the image pickup apparatus itself may have an
このような撮像装置は、光量調整と受光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。
本発明の光学フィルタ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。
本発明の光学フィルタ、レンズユニット及び撮像装置によれば、EC素子における封止シールに起因する色ムラを抑制することができる。そのため、光学フィルタを透過または反射させた光を撮像して得られる画像の品位の低下を抑制することができる。
Such an imaging device can be applied to a product having a combination of light intensity adjustment and a light receiving element. For example, it can be used for cameras, digital cameras, video cameras, and digital video cameras, and can also be applied to products with a built-in imaging device such as mobile phones, smartphones, PCs, and tablets.
By using the optical filter of the present invention as a dimming member, the amount of dimming can be appropriately changed by one filter, which has advantages such as reduction in the number of members and space saving.
According to the optical filter, the lens unit, and the image pickup apparatus of the present invention, it is possible to suppress color unevenness caused by the sealing seal in the EC element. Therefore, it is possible to suppress deterioration of the quality of the image obtained by imaging the light transmitted or reflected by the optical filter.
〔窓材〕
本発明の窓材は、本発明のEC素子1と、該EC素子1に接続された能動素子とを有する。図10は、本発明の窓材の一例を模式的に示す図であり、図10(a)は斜視図、図10(b)は図10(a)のA−A’断面図である。
[Window material]
The window material of the present invention has an
図10の窓材61は調光窓であり、EC素子1と、それを挟持する透明板61a,61bと、全体を囲繞して一体化するフレーム62とから成る。能動素子(不図示)は、EC素子1を透過する光量を調整する素子であり、EC素子1に直接接続されていてもよいし、間接的に接続されていてもよい。また、能動素子は、フレーム62内に一体化されていても良く、フレーム62外に配置され配線を通してEC素子1と接続されていても良い。
The window material 61 of FIG. 10 is a dimming window, and is composed of an
透明板61a,61b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10において、EC素子1は透明板61a,61bと独立した構成部材であるが、例えば、EC素子1の基板10a,10bを透明板61a,61bと見なしても構わない。
The
フレーム62は材質を問わないが、EC素子1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
係る調光窓は、電子カーテンを有する窓材と呼ぶこともでき、EC素子1が消色状態では入射光に対して充分な透過光量が得られ、また着色状態では入射光を確実に遮光及び変調した光学的特性が得られる。本発明の窓材は、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 dimming window can also be called a window material having an electronic curtain, and when the
以下、実施例により本発明を更に具体的に説明していくが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.
〔EC素子の作製〕
図1に示される構造を有するEC素子1を以下の方法により作製した。
インジウムドープ酸化スズ(ITO)膜(電極11a,11b)が成膜されている透明導電性ガラス基板(10a,10b)を2枚用意した。片方の基板について、二箇所の貫通孔(不図示)を形成した。次に、ギャップ制御粒子(50μm)を含んだ熱硬化性エポキシ樹脂(三井化学製、「ストラクトボンドHC−1850」)を用いて二枚の基板を電極(11a、11b)が対向するように貼り合わせた。
[Manufacturing of EC element]
An
Two transparent conductive glass substrates (10a, 10b) on which an indium-doped tin oxide (ITO) film (
次に、下記構造式1,2で示されるカソード性EC化合物(ビオロゲン誘導体)と下記構造式3で示されるアノード性EC化合物(ジヒドロフェナジン誘導体)とを表1に示す濃度で炭酸プロピレンに溶解し、計12種類のEC溶液を調整した。尚、表1におけるDA’/DC’とは前述したようにアノード性EC化合物とカソード性EC化合物の実効拡散係数の比を示す。また、使用したEC化合物の特性を表2に示す。尚、表2に示す拡散係数の値は前述したクロノアンペロメトリーの手法を用いて測定したものである。
Next, the cathodic EC compound (viologen derivative) represented by the following
次に、上記EC溶液1乃至12を、対向する電極(11a、11b)と封止シール12によって区画された空間に前述の貫通孔を経由して充填し、EC層13を得た。次に、紫外線硬化型アクリル樹脂で貫通孔を封止し、EC素子1を得た。
Next, the
〔色ムラの評価〕
上記EC素子を素子面が水平となるように配置した。次に、図8に示すように、光軸が素子面に対し垂直となるようにEC素子1の上方に撮像装置22(Canon Eos kiss x5)を、素子1の下方に面照明21を配置した。アノード・カソード間に0.7Vの電圧をかけることでEC素子1を駆動させ、EC素子駆動直後から24時間の間、30分間隔で画像を取得した。前述した解析領域24に含まれる全ピクセルのR値、B値、G値それぞれを平均化して基準のRGB値を取得した。さらに解析領域24を縦16個×横16個の計256個の長方形領域に分割し、各領域における平均のRGB値と基準のRGB値の色差ΔE00をCIEDE2000の定義に基づく色差式を用いて算出した。このようにして得られた各点の色差ΔE00のうちの最大値を各時間における色ムラの絶対値とし、24時間後の色ムラの絶対値で評価を行った。
[Evaluation of color unevenness]
The EC element was arranged so that the element surface was horizontal. Next, as shown in FIG. 8, an image pickup device 22 (Canon Eos kiss x5) was arranged above the
〔評価結果〕
先ず、溶液1を充填したEC素子1について、電圧を印加し着色状態とした後、素子中央部15、及び封止シール最近傍13aの着色スペクトルを取得した。得られたスペクトル形状から、封止シール最近傍13aでは、アノード性EC化合物が優先着色していることが確認された。さらに、EC素子1に印加する電圧の極性を反転し、再度封止シール最近傍13aの着色スペクトルを確認したところ、反転前と同様にアノード性EC化合物の優先着色が確認された。以上の結果から、実施例の封止シールはアノード優先的封止シールであることが確認された。
〔Evaluation results〕
First, a voltage was applied to the
図11は、アノード性EC化合物とカソード性EC化合物の実効拡散係数の比であるDA’/DC’の値と、色ムラの指標であるΔE00の関係を示すグラフである。図11からは、0.8≦DA’/DC’<1の範囲では、前述のΔE00≦3.2の条件を満たしており色ムラが顕著に抑制されることが確認された、特に、0.951≦DA’/DC’<1の範囲ではさらに色ムラが高度に抑制されることが確認された。
この実施例より、以下の効果が確認された。
相補型のEC素子であって、封止シール12がアノード優先的封止シールであるEC素子において、アノード性EC化合物とカソード性EC化合物の実効拡散係数比DA’/DC’が0.8≦DA’/DC’<1を満たすことにより、封止シール12に起因する色ムラを高度に抑制することができる。
さらに、DA’/DC’が0.951≦DA’/DC’<1を満たすことにより、封止シール12に起因する色ムラをさらに高度に抑制することができる。
上記0.8≦DA’/DC’<1又は0.951≦DA’/DC’<1を満たすEC素子は、EC化合物の濃度が0.1mol/Lより高い濃度においても、封止シール12に起因する色ムラを高度に抑制することができる。
尚、封止シール12がカソード優先的封止シールであるEC素子においても、同様の効果が確認された。
Figure 11 is a graph showing the value of D A '/ D C' which is the ratio of the effective diffusion coefficient of the anodic EC compound and cathodic EC compound, the relationship between Delta] E 00 is an indicator of color unevenness. From Figure 11, in the 0.8 ≦ D A '/ D C '<1 range, it was confirmed that the color unevenness satisfies the conditions of the aforementioned Delta] E 00 ≦ 3.2 is remarkably suppressed, in particular, 0.951 ≦ D a '/ D C'< be further uneven color in one range is highly inhibited was confirmed.
From this example, the following effects were confirmed.
A EC element complementary in EC element
Furthermore, by D A '/ D C' satisfies 0.951 ≦ D A '/ D C '<1, can be more highly suppressed color unevenness caused by the
The 0.8 ≦ D A '/ D C '<1 or 0.951 ≦ D A '/ D C '<EC element satisfying 1, even at concentrations higher than 0.1 mol / L concentration of EC compound, Color unevenness caused by the sealing
The same effect was confirmed in the EC element in which the sealing
1:EC素子、11a:第一の電極、11b:第二の電極、12:封止シール、13:EC層、41:光学フィルタ、42:レンズユニット、44〜47:レンズ群、50:受光素子 1: EC element, 11a: 1st electrode, 11b: 2nd electrode, 12: Sealing seal, 13: EC layer, 41: Optical filter, 42: Lens unit, 44-47: Lens group, 50: Light receiving element
Claims (12)
前記エレクトロクロミック層が、アノード性エレクトロクロミック化合物と、カソード性エレクトロクロミック化合物と、を有するエレクトロクロミック素子であって、
前記封止シールが、前記封止シールの近傍でアノード性エレクトロクロミック化合物の酸化反応が優先するアノード優先的封止シールであり、
前記エレクトロクロミック層における前記アノード性エレクトロクロミック化合物の実効拡散係数をDA’、前記エレクトロクロミック層における前記カソード性エレクトロクロミック化合物の実効拡散係数をDC’、とすると、以下の式(I)を満たすことを特徴とするエレクトロクロミック素子。
0.8≦DA’/DC’<1 (I)
〔DA’:前記エレクトロクロミック層における前記アノード性エレクトロクロミック化合物の個々の濃度と拡散係数の積を前記エレクトロクロミック層に含まれる全てのアノード性エレクトロクロミック化合物にわたって合計した値をアノード性エレクトロクロミック化合物の濃度の合計で割ることにより得られる値。
DC’:前記エレクトロクロミック層における前記カソード性エレクトロクロミック化合物の個々の濃度と拡散係数の積を前記エレクトロクロミック層に含まれる全てのカソード性エレクトロクロミック化合物にわたって合計した値をカソード性エレクトロクロミック化合物の濃度の合計で割ることにより得られる値。〕 The first electrode, the second electrode, the sealing seal arranged between the first electrode and the second electrode, the first electrode, the second electrode, and the sealing. It has an electrochromic layer, which is arranged in a space partitioned by a stop seal, and has.
The electrochromic layer is an electrochromic device having an anodic electrochromic compound and a cathodic electrochromic compound.
The sealing seal is an anode-priority sealing seal in which the oxidation reaction of the anodic electrochromic compound is prioritized in the vicinity of the sealing seal.
The electrochromic the effective diffusion coefficient D A of the anodic electrochromic compound in electrochromic layer ', the electrochromic the effective diffusion coefficient D C of the cathodic electrochromic compounds in electrochromic layer', and when, the following equation (I) An electrochromic element characterized by satisfying.
0.8 ≦ D A '/ D C '<1 (I)
[D A ': the electrochromic anodic electrochromic compound total value across all the anodic electrochromic compound contained the product in the electrochromic layer of the individual concentrations and the diffusion coefficient of the anodic electrochromic compound in electrochromic layer The value obtained by dividing by the sum of the concentrations of.
D C ': the cathodic electrochromic compound total value of over all cathodic electrochromic compound contained the product in the electrochromic layer of the individual concentrations and the diffusion coefficient of the cathodic electrochromic compounds in the electrochromic layer The value obtained by dividing by the total concentration. ]
0.951≦DA’/DC’<1 (II) The electrochromic device of claim 1, wherein the D A 'and the D C' is characterized by satisfying the following formula (II).
0.951 ≦ D A '/ D C '<1 (II)
前記エレクトロクロミック層が、アノード性エレクトロクロミック化合物と、カソード性エレクトロクロミック化合物と、を有するエレクトロクロミック素子であって、
前記封止シールが、前記封止シールの近傍でカソード性エレクトロクロミック化合物の還元反応が優先するカソード優先的封止シールであり、
前記エレクトロクロミック層における前記カソード性エレクトロクロミック化合物の実効拡散係数をDC’、前記エレクトロクロミック層における前記アノード性エレクトロクロミック化合物の実効拡散係数をDA’、とすると、以下の式(III)を満たすことを特徴とするエレクトロクロミック素子。
0.8≦DC’/DA’<1 (III)
〔DC’:前記エレクトロクロミック層における前記カソード性エレクトロクロミック化合物の個々の濃度と拡散係数の積を前記エレクトロクロミック層に含まれる全てのカソード性エレクトロクロミック化合物にわたって合計した値をカソード性エレクトロクロミック化合物の濃度の合計で割ることにより得られる値。
DA’:前記エレクトロクロミック層における前記アノード性エレクトロクロミック化合物の個々の濃度と拡散係数の積を前記エレクトロクロミック層に含まれる全てのアノード性エレクトロクロミック化合物にわたって合計した値をアノード性エレクトロクロミック化合物の濃度の合計で割ることにより得られる値。〕 The first electrode, the second electrode, the sealing seal arranged between the first electrode and the second electrode, the first electrode, the second electrode, and the sealing. It has an electrochromic layer, which is arranged in a space partitioned by a stop seal, and has.
The electrochromic layer is an electrochromic device having an anodic electrochromic compound and a cathodic electrochromic compound.
The sealing seal is a cathode-priority sealing seal in which the reduction reaction of the cathodic electrochromic compound is prioritized in the vicinity of the sealing seal.
The electrochromic the effective diffusion coefficient D C of the cathodic electrochromic compounds in electrochromic layer ', the electrochromic the effective diffusion coefficient D A of the anodic electrochromic compound in electrochromic layer', and when, the following equation (III) An electrochromic element characterized by satisfying.
0.8 ≦ D C '/ D A '<1 (III)
[D C ': cathodic electrochromic compound total value of over all cathodic electrochromic compound contained the product in the electrochromic layer of the individual concentrations and the diffusion coefficient of the cathodic electrochromic compounds in the electrochromic layer The value obtained by dividing by the sum of the concentrations of.
D A ': the electrochromic anodic electrochromic compound total value across all the anodic electrochromic compound contained the product in the electrochromic layer of the individual concentrations and the diffusion coefficient of the anodic electrochromic compound in electrochromic layer The value obtained by dividing by the total concentration. ]
0.951≦DC’/DA’<1 (IV) The electrochromic device of claim 3, wherein the D C 'and the D A' is characterized by satisfying the following formula (IV).
0.951 ≦ D C '/ D A '<1 (IV)
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