JP2721766B2 - エレクトロクロミック材料 - Google Patents

エレクトロクロミック材料

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亮 廣橋
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  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は新規なエレクトロクロミ
ック材料に関するものである。詳しく述べると本発明
は、鮮明な赤色発色が可能で、かつ合成が比較的容易で
あるエレクトロクロミック材料に関するものである。
【0002】
【従来の技術】エレクトロクロミック表示素子(EC
D)は、電圧印化により電極面あるいは電極面近くで起
こる酸化還元反応による可逆的な色や光透過度の変化
(エレクトロクロミック現象)を利用した表示素子であ
る。このエレクトロクロミック素子は液晶ディスプレイ
と同じ非発光型の表示素子であり、発光ダイオード、螢
光表示管、エレクトロ・ルミネッセンス、プラズマ・デ
ィプレイ、CRTといった発光型の表示素子とくらべ、
低電圧駆動・低消費電力であり、表示の見易さと、他の
ディスプレイにはないメモリ機能を有しており、偏光子
を用いる液晶と比べ、ベース濃度が低くコントラストが
良いこと、視野角依存性がなく、見易いといった特徴を
有している。
【0003】このエレクトロクロミック表示素子の表示
極ないしは対向極として用いられるエレクトロクロミッ
ク材料は、エレクトロクロミック表示素子の表示の安定
性、表示の多様化を左右することから、重要な因子であ
る。
【0004】廣橋らは、先に、新規に合成した次に示す
ナフチルチオヒドラゾン誘導体と言う材料が、エレクト
ロクロミック特性を持つことを見いだした(画像電子学
会全国大会予稿集、第117〜120頁廣橋亮他“新規
有機エレクトロクロミック物質の発消色挙動”1990
年6月)。この材料は、酸化あるいは還元により赤色に
発色するという、エレクトロクロミック材料としては非
常にまれな特性を持つ物質である。
【0005】
【化2】 (但し式中R1 は水素またはメチル基、R2 はメチル基
または水素である。)
【0006】
【化3】 (但し式中R1 は水素またはメチル基、R2 はメチル基
または水素である。)
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ナフチ
ルチオヒドラゾン誘導体は、上記したようにその構造式
が複雑であるために、その合成が困難であり、原料の合
成から含めると合成のステップ数が多いという欠点があ
る。また図3に示す電子スペクトルチャートからも明ら
かなように、このナフチルチオヒドラゾン誘導体が発色
した色は純粋な赤色ではない。これは分子中の発色中心
であるヒドラゾン骨格(A)の他に、ナフタレン環
(B)などの分子団が存在することによる影響である。
【0008】
【化4】
【0009】
【化5】 このためナフチルチオヒドラゾン誘導体をエレクトロク
ロミック材料として用いた場合には、鮮明な赤色発消色
が得られず改善が望まれるところであった。
【0010】本発明は、新規なエレクトロクロミック材
料を提供することを目的とする。さらに、本発明は、化
学構造が比較的単純でその合成が容易であり、かつ発色
が鮮明である赤色発消色が可能なエレクトロクロミック
材料を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明のエレクトロクロミック材料は、次の構造式(I) で表
される1ーフェニルヒドラゾン誘導体からなるものであ
り、赤色に発色することを特徴とするものである。
【0012】
【化6】 (但し、式中R1 は水素またはメチル基、R2 は水素、
メチル基またはフェニル基であり、R3 はメチル基、プ
ロピル基またはフェニル基であり、R2 とR3 が同時に
フェニル基となることはない。)
【0013】
【作用】このように本発明のエレクトロクロミック材料
は、上記したように構造式(I)で表される1ーフェニル
ヒドラゾン誘導体からなるものである。この1ーフェニ
ルヒドラゾン誘導体を支持電解質と共に溶解して電解液
を調製し、これを定電圧のもとに電解すると、試料の可
逆的な酸化還元反応により、明瞭な発消色を繰り返すエ
レクトロクロミック特性を発揮する。即ち、1ーフェニ
ルヒドラゾン誘導体は、電解酸化されることにより、5
00nm近傍に吸収帯を持つ酸化体となり、赤色に着色
し、さらにこの酸化体を還元すればもとの無色透明体へ
と戻るものである。1ーフェニルヒドラゾン誘導体の酸
化発色は、ヒドラゾン核
【0014】
【化7】
【0015】
【化8】 のπ電子、非共有電子対にカチオンが接近し、表示極近
傍で酸化還元反応が起こるために生じるものと思われ
る。構造式(I) で表される1ーフェニルヒドラゾン誘導
体は、他の発色団を持たないのでヒドラゾン骨格の発消
色(無色から赤へあるいは赤から無色への可逆的な変
色)を防げず、鮮明な発消色を得ることができるために
エレクトロクロミック表示素子に用いて好適な材料であ
る。
【0016】以下、本発明を実施態様に基づき詳細に説
明する。
【0017】本発明のエレクトロクロミック材料は、構
造式(I) で表される1ーフェニルヒドラゾン誘導体であ
る。
【0018】
【化9】 (但し、式中R1 は水素またはメチル基、R2 は水素、
メチル基またはフェニル基、R3 はメチル基、プロピル
基またはフェニル基であり、R2 とR3 が同時にフェニ
ル基となることはない。)具体的には、例えば
【0019】
【化10】
【0020】
【化11】
【0021】
【化12】
【0022】
【化13】 などの構造を有する化合物が含まれる。
【0023】このような構造式(I) で表される1ーフェ
ニルヒドラゾン誘導体は、その構造式からも明らかなよ
うに、比較的単純な骨格を有しており、市販の試薬とし
て入手が容易な化合物を出発物質として一段階で合成が
可能である。例えば前記構造式(II)で表されるエタノン
−N−フェニル−N−メチルヒドラゾンは、N−フェニ
ル−N−メチルヒドラジンとジメチルケトンとの付加反
応によって、前記構造式(III) で表されるベンズアルデ
ヒド−1−フェニルヒドラゾンは、1−フェニルヒドラ
ジンとベンズアルデヒドとの付加反応によって、前記構
造式(IV)で表されるベンゾフェノン−1−フェニルヒド
ラジンは、1−フェニルヒドラゾンとベンゾフェノンと
の付加反応によって、また前記構造式(V) で表わされる
プロピルアルデヒド−N−フェニル−N−メチルヒドラ
ゾンは、N−フェニル−N−メチルヒドラジンとプロピ
ルアルデヒドとの付加反応によってそれぞれ容易に合成
することができる。
【0024】本発明に係る1−フェニルヒドラゾン誘導
体からなるエレクトロクロミック材料を用いてエレクト
ロクロミック表示素子を作製するには、この1−フェニ
ルヒドラゾン誘導体を、支持電解質と共に溶媒に溶解
し、これを三極セル中に封入すればよい。
【0025】支持電解質としては、過塩素酸ナトリウム
(NaClO4 )、過塩素酸リチウム(LiCl
4 )、ほう弗化リチウム(LiBF4 )などのアルカ
リ金属カチオンや、(CH3 CH2 4 NClO4
(CH3 CH2 CH2 CH2 )NClO4 、(CH3
2 CH2 CH2 4 NBF4 などの第4級アンモニウ
ム塩等の公知の電解質が用いられ得るが、このうち上記
したようなアルカリ金属カチオンが、低電位発色を行な
うことができるために好ましい。これはイオン半径およ
びヒドラゾン結合とカチオンとの相互作用(イオンの移
動度等)に依存していると考えられる。
【0026】また、溶媒としては、例えばアセトニトリ
ルやジメチルホルムアミド(DMF)などの極性溶媒が
用いられる。カチオンに対する溶媒和はドナー数が大き
い溶媒ほど強く起こり、例えばDMFとアセトニトリル
を比較した場合、DMFの方がドナー数が大きいため、
DMFと溶媒和したカチオンの見かけのイオン半径が大
きくなり、流れる電流値はDMF溶媒の方が大きくな
る。
【0027】電解液における1−フェニルヒドラゾン誘
導体の濃度としては、特に限定されるものではないが、
1×10-4〜1×10-1mol/l 、より好ましくは1×1
-3〜1×10-2mol/l 程度であり、一方支持電解質の
濃度としては、1×10-3〜1mol/l 、より好ましくは
1×10-2〜1×10-1mol/l 程度である。
【0028】また作用極としては、公知の導電材料、例
えば酸化錫や酸化インジウム(ITO)をガラスやプラ
スチック等の透明基板に蒸着したものなどが用いられ、
対極には白金、金、カーボン等の電極が、また参照極と
しては飽和カロメル電極(SCE)、銀・塩化銀(Ag
/Ag+ )等が用いられる。
【0029】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づき具体的に説明
する。
【0030】実施例1:ベンズアルデヒド−1−フェニ
ルヒドラゾンの合成
【0031】
【化14】 ナス型フラスコ内で、ベンズアルデヒド5.31g(5
×10-2mol )をエタノール100mlに溶かした。さ
らに1−フェニルヒドラジン5.41g(5×10-2
ol)を徐々に滴下しながら反応溶液を撹拌すると、黄
色の粗生成物が析出した。得られた析出物を加熱撹拌す
ることによって溶かし、放冷した。析出する黄色の結晶
を吸引ろ過して集めた。得られた結晶をエタノールから
再結晶すると、黄白色針状結晶(融点162〜167
℃)としてベンズアルデヒド−1−フェニルヒドラゾン
が得られた。
【0032】収率:50%(再結晶後) IR測定(cm-1):3310(νNH) ,3000(νNH),160
1,1496(ベンゼン核) 実施例2:ベンゾフェノン−1−フェニルヒドラゾンの
合成
【0033】
【化15】 ナス型フラスコ内で、ベンゾフェノン9.11g(5×
10-2mol)と1−フェニルヒドラジン5.41g(5
×10-2mol)をエタノールに溶かした。ついで、撹
拌しながら濃塩酸を数滴加えた。反応容器に冷却管を取
付け1時間還流した。放冷後、析出した結晶をろ別し、
減圧乾燥した。得られた組成物をクロロホルムに溶解
し、分液ロートを用いて純水で洗浄した。有機層をNa
2 SO4 で乾燥後、溶媒をエバポレータで除去した。残
った固形物をエタノールから再結晶すると、黄色リン片
状の結晶(融点121〜128℃)としてベンゾフェノ
ン−1−フェニルヒドラゾンが得られた。
【0034】収率:46%(再結晶後) IR測定(cm-1):3325(νNH) ,3056(νNH),160
1,1502(ベンゼン核) 実施例3:ベンズアルデヒド−1−フェニルヒドラゾン
のエレクトロクロミック挙動 実施例1で得られたベンズアルデヒド−1−フェニルヒ
ドラゾンを1×10-3mol/l、支持電解質として
(CH3 CH2 CH2 CH2 4 NClO4 を0.1m
ol/lの濃度にアセトニトリルに溶解し電解液を調製
した。この電解液は無色透明である。
【0035】電気化学測定(サイクリックボルタンメト
リー)は、作用極に酸化インジウム(ITO)蒸着ガラ
ス電極(10Ω/cm2 )、対極に白金電極、参照電極
に飽和カロメル電極(SCE)、印加電位幅−0.5V
〜+1.6Vvs.SCE、走査速度50mV/se
c.の条件により測定した。
【0036】図1は、前記条件により測定したベンズア
ルデヒド−1−フェニルヒドラゾンのサイクリックボル
タモグラムである。電位を+0.5Vvs.SCEから
+方向に走査するに従い、+1Vvs.SCE付近に酸
化ピークが生じた。と同時にITO電極表面が赤色に着
色する現象が観察された。+1.6Vvs.SCEで電
位の走査を繰り返すと0Vvs.SCE付近に還元ピー
クが生じ、同時に電極上の赤色の消色が観察された。
【0037】図2はベンズアルデヒド−1−フェニルヒ
ドラゾンの吸収スペクトルの測定結果である。はベン
ズアルデヒド−1−フェニルヒドラゾンオリジナルの、
はベースラインの、は着色時の、そしては消色時
のスペクトルである。このようにベンズアルデヒド−1
−フェニルヒドラゾンは電解酸化によって、約500n
mに吸収帯をもつ酸化体となり、赤色に着色するもので
ある。
【0038】
【発明の効果】以上述べたように本発明は、構造式(I)
で表される1−フェニルヒドラゾン誘導体からなるエレ
クトロクロミック材料であるから、電解酸化により、ヒ
ドラゾン骨格に基因する鮮明な赤色発色ができ、しかも
容易に入手できる公知の化合物を出発原料として容易に
合成可能であることから、無色から赤色へとあるいは赤
色から無色へと可逆的に明確な消発色表示ができる表示
素子材料として極めて有望なものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例において得られたベンズアルデ
ヒド−1−フェニルヒドラゾンのサイクリックボルタモ
グラムである。
【図2】同実施例において得られたベンズアルデヒド−
1−フェニルヒドラゾンの吸収スペクトルチャートであ
る。
【図3】従来例としてのナフチルチオヒドラゾン誘導体
の吸収スペクトルチャートである。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 次の構造式 (I)で表される1ーフェニル
    ヒドラゾン誘導体からなる赤色発色可能なエレクトロク
    ロミック材料。 【化1】 (但し、式中R1 は水素またはメチル基、R2 は水素、
    メチル基またはフェニル基、R3 はメチル基、プロピル
    基またはフェニル基であり、R2 とR3 が同時にフェニ
    ル基となることはない。)
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