JP4541362B2 - 可逆的電着デバイス及び関連する電気化学媒体 - Google Patents

Description

本出願は、２００３年１０月８日に申請された、同時係属の米国特許出願シリアル番号１０／６８１，５３８の一部継続出願であり、引用により全体が本明細書に組み込まれる。

本発明は、総括的には電気化学デバイスに関し、より詳細には、電気化学媒体を用いない電着デバイスと比べて、電着デバイスの耐久性及び可逆的析出の均一性の両方を高めるのに役立つ電気化学媒体を有する可逆的電着デバイスに関する。

電着デバイスは、この数年にわたって当技術分野において知られてきており、多くの米国特許の対象であって、幾つか例を挙げれば、例えば、名称が「光変調用材料及び製造工程（Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｆｏｒ Ｌｉｇｈｔ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ）」の米国特許第５，０５６，８９９号、名称が「高い光透過率を有する電着セル（Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｃｅｌｌ Ｗｉｔｈ Ｈｉｇｈ Ｌｉｇｈｔ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）」の米国特許第５，９０３，３８２号、名称が「可逆性電気化学ミラー（Ｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｉｒｒｏｒ）」の米国特許第５，９２３，４５６号、名称が「改良された電解質溶液を有する可逆性電気化学ミラー（Ｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｉｒｒｏｒ（ＲＥＭ）Ｗｉｔｈ Ｉｍｐｒｏｖｅｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ）」の米国特許第６，１１１，６８５号、及び名称が「反射放射線の変調のための可逆性電気化学ミラー（Ｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｉｒｒｏｒ Ｆｏｒ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｏｆ Ｒｅｆｌｅｃｔｅｄ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ）」の米国特許第６，１６６，８４７号が挙げられる。

一般的に、電着デバイスは、２つのグループ、すなわち、メッキ−溶解−メッキのメカニズムによって析出／メッキが生じる「ロッキング・チェア」型電着デバイス（例えば米国特許第５，９０３，３８２号）、及びハロゲン化物の酸化がアノードで発生するときに析出が生じる電着デバイス（例えば米国特許第５，０５６，８９９号）に分類することができる。上記で識別された電着デバイスは、当技術分野においてここ数年で知られているが、動作上の制限及びデバイス構成に多くの問題が残されており、或いは少なくとも商業用途としては望ましいものではない。

例えば、ある電着デバイスは、電極又はその近傍での樹状突起形成が生じる可能性があり、その結果、デバイスの電気化学性能に悪影響を与え、状況によっては比較的少ないサイクル（すなわち高透過率性状態から低透過率状態への遷移）後であっても電着デバイスが作動不能になる場合もある。また更に、「ロッキング・チェア」型電着デバイスの一部は、局在化したパターン領域に分配された特別構成のアノードを組み込み、及び／又は米国特許第５，９２３，４５６号に開示されているような特別に修正されたカソードを利用する。こうした構成は、製造の複雑さを著しく増大させると共に、格子線及びドットなどのために光学性能が損なわれる可能性がある。

米国特許第５，０５６，８９９号で開示されたような電着デバイスは、多くの欠点を有し、その詳細は米国特許第５，９０３，３８２号及び関連事例に十分に示されている。

驚くべき事に、電気化学媒体内部のアノード材料及び／又はカソード材料の濃度を制御可能に選定することによって、こうした複雑なデバイス構成を用いなくても耐久性の向上を示す電着デバイスが製作できることが見出された。更に驚くことに、電気化学媒体内にレドックス緩衝剤を組み込むことにより、こうした電着デバイスの電気化学性能を更に向上させることも見出された。（例えば、米国特許第６，１８８，５０５号；米国特許第６，３１０，７１４号；及び米国特許第６，４３３，９１４号を参照。これらの全ては引用により本明細書に全体が組み込まれる。）

従って、本発明の目的は、前述の弊害及び／又は従来型の電着デバイスに伴う複雑さを改善する電気化学媒体を有する電着デバイスを提供することである。

本発明のこれらの目的及び他の目的は、本明細書、請求項、及び図面に照らすと明らかになるであろう。

米国特許第５，０５６，８９９号公報 米国特許第５，９０３，３８２号公報 米国特許第５，９２３，４５６号公報 米国特許第６，１１１，６８５号公報 米国特許第６，１６６，８４７号公報 米国特許第６，１８８，５０５号公報 米国特許第６，３１０，７１４号公報 米国特許第６，４３３，９１４号公報 米国特許第６，２５６，１３５号公報 米国特許第４，２９７，４０１号公報 米国特許第４，４１８，１０２号公報 米国特許第４，６９５，４９０号公報 米国特許第５，５９６，０２３号公報 米国特許第５，５９６，０２４号公報 米国特許第６，１５７，４８０号公報 米国特許第６，７１０，９０６号公報 米国特許第４，９０２，１０８号公報 米国特許第５，９９８，６１７号公報 米国特許出願シリアル番号１０／２０８，５２５公報 米国特許出願シリアル番号１０／０５４，１０８公報 ＷＯ ０１／２７６９０公報 米国特許第６，５５２，８４３号公報 米国特許第５，６７９，２８３号公報 米国特許第６，３６１，７０９Ｂ１公報 米国特許出願シリアル番号１０／２８３，５０６公報 米国特許第６，３９２，７８３号公報 Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｉｍｉｃａ Ａｃｔａ ４４，１８ ｐ３２１１（１９９９）

本発明は、可逆的電着デバイスに関し、このデバイスは、（ａ）導線性材料が関連付けられた第１の基板と、（ｂ）導線性材料が関連付けられた第２の基板と、（ｃ）第１及び第２の基板の導電性材料のうちの少なくとも１つを少なくとも部分的に覆う核形成層と、（ｄ）第１の基板と第２の基板との間に位置するチャンバ内部に収容された、（１）アノード電気活性材料と（２）カソード電気活性材料とを含む電気化学媒体と、（ｅ）電着デバイスの電気化学性能を向上させる電気化学媒体に関連する手段とを備える。

次に、図面を参照しながら本発明を説明する。
ここで、各図面、特に図１を参照すると、電着デバイス１００の概略断面図が示されており、このデバイスは一般に、前面１１２Ａと背面１１２Ｂとを有する第１の基板１１２、前面１１４Ａと背面１１４Ｂとを有する第２の基板１１４、及び電気化学媒体１２４を収容するチャンバ１１６を備える。電着デバイス１００は、例証の目的のみであるが、ミラー、ウィンドウ、表示デバイス、可変リフレクタ、及び同様のものを備えることができる点は理解されるであろう。図１は、電着デバイス１００を概略的に図示したものに過ぎない点も更に理解されるであろう。従って、構成要素の一部は、図を明確にするために実際の寸法から変形されているものもある。実際、多くの他のデバイス構成の使用が企図されており、名称が「光変調用材料及び製造工程（Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｆｏｒ Ｌｉｇｈｔ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ）」の米国特許第５，０５６，８９９号、名称が「高い光透過率を有する電着セル（Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｃｅｌｌ Ｗｉｔｈ Ｈｉｇｈ Ｌｉｇｈｔ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）」の米国特許第５，９０３，３８２号、名称が「可逆性電気化学ミラー（Ｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｉｒｒｏｒ）」の米国特許第５，９２３，４５６号、名称が「改良された電解質溶液を有する可逆性電気化学ミラー（Ｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｉｒｒｏｒ（ＲＥＭ）Ｗｉｔｈ Ｉｍｐｒｏｖｅｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ）」の米国特許第６，１１１，６８５号、及び名称が「反射放射線の変調のための可逆性電気化学ミラー（Ｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｉｒｒｏｒ Ｆｏｒ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｏｆ Ｒｅｆｌｅｃｔｅｄ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ）」の米国特許第６，１６６，８４７号において開示されたものが含まれ、これらの全ては、全体が引用により本明細書に組み込まれる。

第１の基板１１２は、例えば、ホウケイ酸ガラス、ソーダ石灰ガラス、フロートガラス、天然及び合成ポリマー樹脂、プラスチック、及び／又は、ニュージャージー州ＳｕｍｍｉｔのＴｉｃｏｎａから市販されているＴｏｐａｓ（登録商標）を含む複合材料などといった、電磁スペクトルの可視領域で透明又は実質的に透明な幾つかの材料のうちの何れかで作製することができる。第１の基板１１２は、約０．５ミリメートル（ｍｍ）から約１２．７ｍｍの範囲の厚みを有するガラス板で作製されるのが好ましい。勿論、基板の厚みは、電着デバイスの特定の用途によって大きく左右されることになる。特定の基板材料が、例証の目的のみで開示されているが、目的とする使用条件において有効に動作可能な好ましい物理的特性（強度などの）を示す限りは、多くの他の基板材料の使用が同様に企図されることは理解されるであろう。実際、本発明による電着デバイスは、通常動作中に、大きな温度変化に加えて主として太陽から放射される相当なＵＶ放射線に曝される可能性がある。基板１１２は、例えば、引用により全体が本明細書に組み込まれる、名称が「拡散反射型可逆性電気化学ミラー（Ｄｉｆｆｕｓｅｌｙ−ｒｅｆｌｅｃｔｉｎｇ Ｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｉｒｒｏｒ）」の米国特許第６，２５６，１３５号において教示される拡散反射型デバイスを形成するため酸エッチングするなど、表面１１２Ａ又は１１２Ｂの何れか一方をテクスチャ加工することによって改質できることも更に理解されるであろう。

第２の基板１１４は、第１の基板１１２と同様の材料で作製することができる。第２の基板１１４は、約０．５ミリメートル（ｍｍ）から約１２．７ｍｍの範囲の厚みを有するガラス板で作製されるのが好ましい。第１及び第２の基板１１２及び１１４がそれぞれガラス板で作製される場合、そのガラスは、導電性材料（１１８及び１２０）の層でコーティングする前又は後で、任意選択的に焼き戻し、熱強化処理、及び／又は化学的強化処理を行うことができる。

導電性材料１１８の１つ又はそれ以上の層が、第１の基板１１２の背面１１２Ｂに関連付けられる。これらの層は電着デバイスの電極として機能する。導電性材料１１８は、（ａ）電磁スペクトルの可視領域内で実質的に透明であり、（ｂ）第１の基板１１２と十分良好に結合し、（ｃ）シーリング部材と組み合わせたときにこの結合を維持し、（ｄ）電着デバイス内に含まれる材料又は雰囲気からの腐食に一般に耐性があり、（ｅ）ごくわずかな拡散又は正反射率並びに十分な電気伝導度を示す材料であるのが望ましい。導電性材料１１８は、例えばオハイオ州Ｔｏｌｅｄｏ所在のＬｉｂｂｅｙ Ｏｗｅｎｓ−ｆｏｒｄ−Ｃｏ．から市販されているＴＥＣガラスであるフッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）、酸化インジウム／スズ（ＩＴＯ）、ドープ酸化亜鉛、或いは当業者には既知の幾つかの他の材料のうちの何れかで作製できることが企図される。

１つ又はそれ以上の核形成層１１９が、チャンバ１１６に隣接した導電性材料１１８の内面を少なくとも部分的に覆う。その通常の意味に関係なく、用語「核形成層」は、本明細書では析出のための過電圧を低下させ及び／又は還元されるカソード材料に核形成部位を提供し、その結果、対応する析出フィルムの均一性を向上させるためにチャンバ１１６に隣接する内側表面を少なくとも部分的に覆う材料の層として定義されることを理解されたい。

核形成層１１９は、限定ではないが、金、白金、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、クロム、ニッケル、タンタルなどといった遷移金属、及びこれらの合金を含む、幾つかの材料のうちの何れかで作製することができる。好ましくは、核形成層１１９は、約５オングストロームから約１００オングストローム、より好ましくは約１０オングストロームから約５０オングストロームの厚みの範囲にある。

導電性材料１２０は、第２の基板１１４の前面１１４Ａに関連付けられるのが好ましく、シーリング部材１２２によって導電性材料１１８又は核形成層１１９の何れかに動作可能に結合される。図１で分かるように、結合されると、シーリング部材１２２及び導電性材料１１８又は核形成層１１９と導電性材料１２０の並置部分は、チャンバ１１６の内側周縁の幾何学的形状を定めるのに役立つ。導電性材料１２０は、導電性材料１１８と同様の材料で作製することができる。

シーリング部材１２２は、導電性材料１１８又は核形成層１１９及び導電性材料１２０に接着結合し、電気化学媒体１２４がチャンバから意図せずに漏出しないようにチャンバ１１６をシールすることが可能な何れかの材料を含むことができる。図１に破線で示されるように、シーリング部材はそれぞれの基板の背面１１２Ｂ及び前面１１４Ａまで延びることも企図される。このような実施形態において、導電性材料１１８及び１２０の層並びに核形成層１１９は、シーリング部材１２２が配置されている場所では部分的に除去することができる。導電性材料１１８及び１２０がそれぞれの基板と関連付けられていない場合には、シーリング部材１２２はガラスに良好に結合されるのが好ましい。シーリング部材１２２は、幾つかの材料のうちの何れかで作製することができ、例えば、名称が「液晶ディスプレイ及びそのための光重合シーリング材（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ Ａｎｄ Ｐｈｏｔｏｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｂｌｅ Ｓｅａｌａｎｔ Ｔｈｅｒｅｆｏｒ）」の米国特許第４，２９７，４０１号、名称が「改良された気密シールを有する液晶ディスプレイ(Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙｓ Ｈａｖｉｎｇ Ｉｍｐｒｏｖｅｄ Ｈｅｒｍｅｔｉｃ Ｓｅａｌ)」の米国特許第４，４１８，１０２号、名称が「液晶ディスプレイ用シール（Ｓｅａｌ Ｆｏｒ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）」の米国特許第４，６９５，４９０号、名称が「液晶ディスプレイパネル用のシーリング材料及びこれを用いた液晶ディスプレイパネル（Ｓｅａｌｉｎｇ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｆｏｒ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ， Ａｎｄ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ Ｕｓｉｎｇ Ｉｔ）」の米国特許第５，５９６，０２３号、名称が「液晶用のシーリング組成物（Ｓｅａｌｉｎｇ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｆｏｒ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）」の米国特許第５，５９６，０２４号、及び名称が「エレクトロクロミック・デバイス用のシール（Ｓｅａｌ Ｆｏｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｒｏｍｉｃ Ｄｅｖｉｃｅｓ）」の米国特許第６，１５７，４８０号で開示されたものが含まれ、これらの全ては、全体が引用により本明細書に組み込まれる。

本開示の目的において、電気化学媒体１２４は、アノード材料及びカソード材料を含み、好ましくは、カソード材料に対するアノード材料の濃度が制御可能に選択され、これは、以下で実験的に示されるように、このように制御された媒体濃度のないものと比較して、電着デバイスの耐久性及び／又は可逆析出の均一性を高めるのに役立つ。

アノード材料及びカソード材料の両方は電気活性があり、少なくとも１つはエレクトロクロミックとすることができる。用語「電気活性」は、その通常の意味に関係なく、特定の電位差を受けたときにその酸化状態が変化を生じる材料として本明細書で定義される点が理解されるであろう。更に、用語「エレクトロクロミック」は、その通常の意味に関係なく、特定の電位差を受けたときに１つ又はそれ以上の波長でのその吸光係数の変化を示す材料として本明細書において定義される点が理解されるであろう。

カソード材料は、例えば、銀、銅、ビスマス、ニッケルなどの活性金属の塩、並びに電気化学還元によって核形成層（１１９）上に析出する金属に付随するリガンドを含むことができる。銀は、イオン状態にあるときには無色であり、単電子還元すると無色の高反射性金属フィルムを形成するので特に好ましい。例証の目的でのみ特定のカソード材料が提供されているが、本開示をされた当業者には公知であろう多くの他のカソード材料の使用も同様に企図される。上記で認識されたカソード材料は、核形成層１１９に近接して還元可能である限り、どのような電気化学媒体内に組み込むことも可能である点は理解されるであろう。

本発明の目的において、アノード材料は、フェロセン、置換フェロセン、置換フェロセニル塩、置換フェナジン、フェノチアジン、置換フェノチアジン、トリフェノジチアジン、とりわけ引用により全体が本明細書に組み込まれる米国特許第６，７１０，９０６号で開示されている、３，１０−ジメトキシ−７，１４−（トリエチルアンモニウムブチル）トリフェノジチアジン、チアントレン、置換チアントレン、ヒドロキノン、及びトリメチルヒドロキノンなどの置換ヒドロキノンを含む、幾つかの材料のうちの何れかを含むことができる。アノード材料の実施例としては、ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−ジエチルフェロセン、５，１０−ジメチル−５，１０−ジヒドロフェナジン、３，７，１０−トリメチルフェノチアジン、２，３，７，８−テトラメトキシチアントレン、及び１０−メチルフェノチアジン、並びに下記の実験で提供されるものが挙げられる。これらの全てが引用により本明細書に全体が組み込まれる、名称が「単一区画型自己消去式溶液相エレクトロクロミック・デバイス、これに用いる溶液及びその用途（Ｓｉｎｇｌｅ−Ｃｏｍｐａｒｔｍｅｎｔ， Ｓｅｌｆ−Ｅｒａｓｉｎｇ， Ｓｏｌｕｔｉｏｎ−Ｐｈａｓｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｒｏｍｉｃ Ｄｅｖｉｃｅｓ， Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ Ｆｏｒ Ｕｓｅ Ｔｈｅｒｅｉｎ， Ａｎｄ Ｕｓｅｓ Ｔｈｅｒｅｏｆ）」の米国特許第４，９０２，１０８号、名称が「エレクトロクロミック化合物（Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｒｏｍｉｃ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ）」の米国特許第５，９９８，６１７号、名称が「発色安定化エレクトロクロミック・デバイス（Ｃｏｌｏｒ−Ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｒｏｍｉｃ Ｄｅｖｉｃｅｓ）」の米国特許第６，１８８，５０５号Ｂ１、及び名称が「エレクトロクロミック媒体に使用するための制御された拡散係数のエレクトロクロミック材料及び関連するエレクトロクロミック・デバイス（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｒｏｍｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｆｏｒ Ｕｓｅ Ｉｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｒｏｍｉｃ Ｍｅｄｉｕｍｓ Ａｎｄ Ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｒｏｍｉｃ Ｄｅｖｉｃｅｓ）」の米国特許出願シリアル番号１０／０５４，１０８で開示されたものを含む、多くの他のアノード材料の使用が企図される点は理解されるであろう。これらの材料は、電気化学酸化時に溶液中に残存する場合もあれば、残存しない場合もある。アノード材料は、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリマー性メタロセンなどのポリマー・フィルム、或いは、限定ではないが、バナジウム、ニッケル、イリジウムを含む遷移金属の固体酸化物並びに多くのヘテロ環式化合物などを含むことができる点も企図される。アノード材料は、ゾル−ゲル内、或いは共有結合及び／又は静電付着によって不動化することができる点も更に理解されるであろう。

本発明によれば、アノード材料は、大きな静電容量を示す対向電極と置き換えることができる。例えば、Ｎｉｓｈｉｋｉｔａｎｉ他によって開示されている（Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｉｍｉｃａ Ａｃｔａ ４４，１８ ｐ３２１１（１９９９））ような、大きい比表面積を有する活性炭粉末であり、該文献は引用により全体が本明細書に組み込まれる。本明細書に引用により全体が本明細書に組み込まれるＷＯ ０１／２７６９０で教示されているように、ナノ結晶性ドープ酸化スズもまた、静電キャパシタとして又は結合されたアノード材料と組合せて対向電極として使用することができる。

従って、本発明によれば、デバイスを構成する幾つかの方法の使用が企図され、これには、限定ではないが、以下のものが挙げられる。

１．ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）のフィルム。本発明のデバイスを組み立てるために、ポリ（エチレンテレフタレート）上のＯＲＧＡＣＯＮＯＮの商品名で販売されているそのフォイルを、約２５オングストロームのＰｔをコーティングしたガラス上のＩＴＯで作製された電極（ＩＴＯ／Ｐｔ電極）と、ＤＭＦ中に０．１５Ｍ銀トリフレート（ＡｇＴｆ）、０．２Ｍ臭化テトラブチルアンモニウム（ＴＥＡＢｒ）を含む電気化学媒体と併せて使用することができる。例証の目的だけのために特定の置換ポリチオフェンが開示されたが、本開示がされた当業者には公知であろう幾つかの電子伝導性又はレドックス伝導性ポリマー・フィルム／層のうちの何れかは、同様に使用が企図されることは理解されるであろう。

２．本発明のデバイスを組み立てるために、フェロセンのようなメタロセンを含むテトラエチルオルソシリケート及びシランで作られたゾル−ゲルフィルムを、ＩＴＯ／Ｐｔ電極、及びＤＭＦ中に０．１５Ｍ ＡｇＴｆ、０．２Ｍ ＴＥＡＢｒを含む電気化学媒体と併せて使用することができる。例証の目的だけのために特定のゾル−ゲルフィルムが開示されたが、本開示がされた当業者には公知であろう幾つかのゾル−ゲルフィルム／層及び／又はポリマー・フィルム／層のうちの何れかの使用が同様に企図される点は理解されるであろう。

３．本発明のデバイスを組み立てるために、電気活性部分が付着されたＳｎＯ２：Ｓｂのナノ結晶性フィルムをＷＯ ０１／２７６９０で開示されているように調製し、ＩＴＯ／Ｐｔ電極、及びＤＭＦ中に０．１５Ｍ ＡｇＴｆ、０．２Ｍ ＴＥＡＢｒを含む電気化学媒体と併せて使用することができる。例証の目的だけのために特定の表面付着構成が開示されたが、本開示がされた当業者には公知であろう幾つかのこうした表面付着構成（すなわちフィルム／層）のうちの何れかの使用が同様に企図される点は理解されるであろう。

４．例えば、Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｉｍｉｃａ Ａｃｔａ ４４，１８ ｐ３２１１（１９９９）で開示されているように、スクリーニング又はインクジェットプリンティングによってプリントされたカーボンベースのペーストで生成された対向電極が、ＩＴＯ／Ｐｔ電極、及びＤＭＦ中に０．１５Ｍ ＡｇＴｆ、０．２Ｍ ＴＥＡＢｒを含む電気化学媒体と併せて使用される。例証の目的だけのために、特定のカーボンベースの大静電容量の電極が開示されたが、本開示がされた当業者には公知であろう幾つかのこうした大静電容量の電極フィルム／層のうちの何れかの使用が同様に企図されることは理解されるであろう。

電気化学媒体１２４はまた、限定ではないが、ピリジン；２，２'−ビピリジンのようなビピリジン；１，１０−フェナトロリン；イミダゾール；クラウンエーテル；ポリエチレングリコール；チオ尿素；塩化物、ヨウ化物、及び臭化物を含むハロゲン化物；及びトリフェニルホスフィン又は他のホスフィンリガンド、並びに下記の実験で提供されたものとなどの錯化剤を含むことができる。このような薬剤は、カソード材料を種々の溶媒中でより安定にし、並びに還元電位を負電位の方に移動させることができ、例えば、陽イオン銀の場合では、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、γ（ガンマ）−ブチロラクトン（ＧＢＬ）、及びＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）のような一般的な溶媒中で約０．５ボルト（Ｖ）から約１．０Ｖのカソードピーク電位の移動が観察された。これらの錯化剤はまた、カソード材料が析出されるときの析出の均一性を高めることも報告されている。

電気化学媒体１２４はまた、全て名称が「発色安定化エレクトロクロミック・デバイス」である米国特許第６，１８８，５０５号、米国特許第６，３１０，７１４号、米国特許第６，４３３，９１４号、及び／又は米国特許出願シリアル番号１０／２０８，５２５（これらの全ては引用により全体が本明細書に組み込まれる）において開示されたものと同じ１つ又はそれ以上のレドックス緩衝剤、色安定剤、及び／又は添加剤を含むことができる。

加えて、電気化学媒体１２４は、光吸収剤、光安定剤、熱安定剤、酸化防止剤、増粘剤、粘度調整剤、着色剤、及びこれらの混合物などの他の材料を含むことができる。適切なＵＶ安定剤には、幾つか例を挙げると、Ｕｖｉｎｕｌ Ｎ−３５の商標でニューヨーク州ＰａｒｓｉｐｐａｎｙのＢＡＳＦにより、及びＶｉｏｓｏｒｂ ９１０の商標でニューヨーク州ＦｌｕｓｈｉｎｇのＡｃｅｔｏ Ｃｏｒｐ．により販売されている材料であるエチル−２−シアノ−３，３−ジフェニル・アクリレート；Ｕｖｉｎｕｌ Ｎ−５３９の商標でＢＡＳＦによって販売されている材料である（２−エチルヘキシル）−２−シアノ−３，３−ジフェニル・アクリレート；Ｔｉｎｕｖｉｎ Ｐの商標でＣｉｂａ−Ｇｅｉｇｙ Ｃｏｒｐ．によって販売されている材料である２−（２'−ヒドロキシ−４'−メチルフェニル）ベンゾトリアゾール；Ｃｉｂａ−Ｇｅｉｇｙ Ｃｏｒｐ．によって販売されているＴｉｎｕｖｉｎから通常の加水分解の後に続きエステル化することによって調製された材料である３−[３−（２Ｈ−ベンゾトリアゾール−２−イル）−５−（１，１−ジメチルエチル）−４−ヒドロキシフェニル]プロピオン酸ペンチルエステル（以後「Ｔｉｎｕｖｉｎ ＰＥ」）；数ある中でＡｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．によって販売されている材料である２，４−ジヒドロキシベンゾフェノン；Ｃｙａｓｏｒｂ ＵＶ９の商標でＡｍｅｒｉｃａｎ Ｃｙａｎａｍｉｄによって販売されている材料である２−ヒドロキシ−４−メトキシベンゾフェノン；及び、Ｓａｎｄｕｖｏｒ ＶＳＵの商標でＳａｎｄｏｚ Ｃｏｌｏｒ ＆ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓによって販売されている材料である２−エチル−２'−エトキシアラニリドが挙げられる。

アノード及びカソード材料は、可逆的電着デバイスが所望の低透過率状態を維持するように電気化学媒体中に十分な量で存在することは理解されるであろう。例証の目的のみにおいて、アノード材料及びカソード材料は、約０．００５重量％から約５０重量％、より好ましくは約０．０１重量％から約３５重量％で存在する。アノード材料並びにカソード材料の特定の量が提示されたが、望ましい量は、電気化学媒体１２４を収容するチャンバの幾何学的構成に極めて大きく依存して変化する可能性がある点は理解されるであろう。

何らかの特定の理論に拘束されるものではないが、あらゆる従来技術とは違って、本発明のデバイスに過剰にアノード材料を含有することは、デバイスの劣化につながる媒体中の溶媒などの他の成分の望ましくない酸化を抑制すると考えられている。同様に、レドックス緩衝剤の含有は、デバイスでの望ましくない副反応を抑制する。

電気化学媒体１２４は、幾つかの一般的な市販の溶媒のうちの何れかを含むことができ、この溶媒としては、３−メチルスルホラン；ジメチルスルホキシド；Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）；ジ（エチレングリコール）メチルエーテル、テトラグリム、及び他のポリエーテルなどのグリム類；エトキシエタノール、グリコールなどのアルコール類；アセトニトリル、グルタロニトリル、３−ヒドロキシプロピオニトリル、及び２−メチルグルタロニトリルなどのニトリル類；２−アセチルブチロラクトン、及びシクロペンタノンを含むケトン類；ベータ−プロピオラクトン、ガンマ−ブチロラクトン（ＧＢＬ）、及びガンマ−バレロラクトンを含む環状エステル；プロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート；イオン液体（米国特許第６，５５２，８４３号を参照、該特許は引用により全体が本明細書に組み込まれる）及びその均一混合物が挙げられる。電気化学媒体に関連して特定の溶媒が開示されたが、本開示がされた当業者には公知であろう他の多くの溶媒の使用が同様に企図される。

電気化学媒体はまた、引用により全体が本明細書に組み込まれる、名称が「エレクトロクロミック層及びこれを備えるデバイス（Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｒｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ ａｎｄ Ｄｅｖｉｃｅｓ Ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ Ｓａｍｅ）」の米国特許第５，６７９，２８３号に記載されているように、ゲル状とすることができ、又は架橋ポリマーマトリクスを含むことができる。

電気化学媒体はまた、ポリマーを含むこともでき、該ポリマーは更に可塑剤を含み、不活性塩も同様に含むことができる。ポリマーは、ＰＥＯ、ＰＶＦ、ＰＶＢ、ＰＭＭＡなどといった市販のポリマーとすることができる。ポリマー性固体電解質媒体の一例が、名称が「光学的に透明なポリマー性固体電解質（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ Ｐｏｌｙｍｅｒｉｃ Ｓｏｌｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ）」の米国特許第６，３６１，７０９Ｂ１に開示されており、該特許は引用により本明細書に組み込まれる。

本明細書に開示された電着は、透過光又は反射光を変調することができる広範な用途で使用することができる。こうしたデバイスとしては、幾つか例を挙げると、車両用バックミラー；ビルディング、住宅又は車両の外部ウィンドウ；管状光フィルターを含むビルディング用天窓；オフィス又は室内パーティションのウィンドウ；表示デバイス；可変リフレクタが挙げられる。

本発明の電気化学媒体は、多くの様々な材料を利用し、その材料が当該技術分野で公知である場合を除いては、調製法及び／又は市販の原材料は本明細書に示される。特に明記しない限り、出発試薬は、ワイオミング州ＭｉｌｗａｕｋｅｅのＡｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．、Ｃｈｉｂａ−Ｇｅｉｇｙ Ｃｏｒｐ．、及び／又は他の一般薬品供給業者からの市販のものである点を理解されるであろう。更に、適切な場合には、以下のもの：グラム（ｇ）；ミリリットル（ｍＬ）；モル（ｍｏｌ）；ミリモル（ｍｍｏｌ）；モル濃度（Ｍ）；ミリモル濃度（ｍＭ）；ポンド・平方インチ（ｐｓｉ）；時間（ｈ）；及びセ氏度（℃）を含む、慣習的な化学分野での省略形が使用されることも理解されるであろう。

（６−（トリ−ｔｅｒｔ−ブチルフェロセニル）ヘキシル）トリエチルアンモニウム・テトラフルオロボレートの調製
（６−（トリ−ｔｅｒｔ−ブチルフェロセニル）ヘキシル）トリエチル−アンモニウム・テトラフルオロボレートは、下記の材料の改質により、米国特許第６，１８８，５０５号で開示されている（６−（テトラ−ｔｅｒｔ−ブチルフェロセニル）ヘキシル）トリエチルアンモニウム・テトラフルオロボレートとほぼ類似の方法で調製されたことが理解されるであろう。

ジクロロエタン５００ｍＬを充填したＮ₂パージしたフラスコに１，１‘，３，３’−テトラ（ｔｅｒｔ−ブチル）フェロセン（Ｂｕ₄Ｆｃ）５０ｇを加え、続いてジクロロエタン１００ｍＬ中に溶解した６−ブロモヘキサノイル・クロライド２６．８ｇを加えた。ＡｌＣｌ₃２０ｇを温度が約３０℃−３５℃より低く保たれるように十分ゆっくりと溶液に加えた。溶離液としてヘキサンを用いる薄層クロマトグラフィによって出発Ｂｕ₄Ｆｃの微量のみが検出されるまで反応を継続させた。次いで、攪拌しながらゆっくり水中に注いで反応を停止させた。十分な量のジエチルエーテルを攪拌中の混合物に加えて相分離を可能とし、亜鉛末を加えて、水層中に存在するあらゆる緑色のフェロシニウム化学種を有機溶解性のフェロセン誘導体に転化した。水層がほぼ無色になると、相が分離されジエチルエーテルの別の部分で水層を抽出した。２つの有機部分を合わせて、ＮａＨＣＯ₃及び食塩水で洗浄し、続いて、無水ＭｇＳＯ₄上で乾燥させた。溶液を濾過した後、溶媒を除去して、赤色オイルを得た。次に、この赤色オイルを冷へキサンで洗浄して全ての残留Ｂｕ₄Ｆｃを除去し、生成物（６−ブロモ−１−トリ（ｔｅｒｔ−ブチル）フェロセニル−１−ヘキサノン）をシリカ上のクロマトグラフィで単離した。（６−（トリ−ｔｅｒｔ−ブチルフェロセニル）ヘキシル）トリエチルアンモニウム・テトラフルオロボレートの残りの合成は、米国特許第６，１８８，５０５号において（６−（テトラ−ｔｅｒｔ−ブチルフェロセニル）ヘキシル）トリエチルアンモニウム・テトラフルオロボレートの調製に関して提示されものとほぼ同様の方法で行った。

（６−（トリ−ｔｅｒｔ−ブチルフェロシニウム）ヘキシル）トリエチルアンモニウム・テトラフルオロボレートの調整は、米国特許第６，１８８，５０５号において（６−（テトラ−ｔｅｒｔ−ブチルフェロシニウム）ヘキシル）トリエチルアンモニウム・テトラフルオロボレートの調製に関して提示されたものとほぼ同様の方法で行われたことも更に理解されるであろう。

本発明の裏付けとして、幾つかの実験を行い、ここで、電着デバイスの電気化学性能を解析するために、アノード材料の濃度がカソード材料に対して制御可能に構成された。加えて、１つ又はそれ以上のレドックス緩衝剤を有する電着デバイスの電気化学性能を該緩衝剤のない電着デバイスと比較した。

本明細書で以下に提供される実施例の各々において、調製された電着デバイスは約３×３インチであり、ＩＴＯ（シート抵抗〜１０Ω／□）でコーティングされ、白金金属の薄層（２５Å）でオーバーコートされた、第１のガラス片（基板）で作製された。この基板は、ＩＴＯコートのガラス片（シート抵抗〜１０Ω／□）と整列され、電極表面が周辺シールで互いに向かい合い、セル内への媒体の導入のためにＩＴＯコーティングのガラス板内に２つの孔が開けられた。全てのサイクル試験は、０Ｖと０．６５Ｖの印加電位を連続して切り替えた。１つのサイクルは、各印加電位での各３０分から構成された。

実験Ｎｏ．１
この実験においては、２つの電気化学媒体が、下記の材料を以下に提供される濃度で混合することによって調製された。調製後、この電気化学媒体を電着デバイス内に取り込み、上記で開示された試験を行った。



実験Ｎｏ．１Ａ

実験Ｎｏ．１Ｂ

両方のデバイスは、黄色から緑黄色を呈し、白色光透過率が５２％であった。０．６−０．７Ｖが印加されると、均一な明るい銀色層が両方のデバイスで観察され、白色光透過率は１％未満であった。デバイスは、０．６５Ｖで３６０サイクル繰り返した。サイクル終了後、デバイス（１Ａ）は、四日後でも完全には溶解していない濁った析出物を示し、これにより脱色状態（０電位、開回路）における透過率が５２％からサイクル試験後４８％まで低下した。これに比べ、デバイス（１Ｂ）は残留析出物がなく透明であり、脱色状態での透過率は１，３３８サイクル後でも５２％のままであった。従って、実験番号１は、電気化学媒体へのレドックス緩衝剤の添加は、関連する電着デバイスの電気化学性能を同じ濃度のアノード及びカソード材料を有する電着デバイスと比較してかなり向上させることを実証している。

実験Ｎｏ．２
この実験においては、２つの電気化学媒体が、次の材料を以下に提供される濃度で混合することによって調製された。調整後、この電気化学媒体を電着デバイス内に取り込み、上記で開示された試験を行った。

実験Ｎｏ．２Ａ

^*調製に関しては米国特許出願シリアル番号１０／２８３，５０６を参照





実験Ｎｏ．２Ｂ

^*調製に関しては米国特許出願シリアル番号１０／２８３，５０６を参照
^**調製に関しては米国特許第６，３９２，７８３号を参照

デバイス２Ａ及び２Ｂが０．６５Ｖで繰り返したときに、フェロセン／フェロシニウム・レドックス緩衝剤を添加することにより、媒体２Ｂを有するデバイスが優れた耐久性を示すようになった。７５０サイクル後、デバイス２Ａは、銀フィルムが完全には消えなかった電極の広い領域を示した。これに比べ、デバイス２Ｂは、電位が除かれた後に、その高透過率状態にすぐに復帰した。

実験Ｎｏ．３
この実験においては、２つの電気化学媒体が、下記の材料を以下に提供される濃度で混合することによって調製された。調整後、この電気化学媒体を電着デバイス内に取り込み、上記で開示された試験を行った。

実験Ｎｏ．３Ａ

^*調製に関しては米国特許出願シリアル番号１０／２８３，５０６を参照
^**調製に関しては米国特許第６，３９２，７８３号を参照

実験Ｎｏ．３Ｂ

^*調製に関しては米国特許出願シリアル番号１０／２８３，５０６を参照
^**調製に関しては米国特許第６，３９２，７８３号を参照

デバイス３Ａは、約０．４Ｖの印加電圧で開始する銀析出を示したが、０．６Ｖのより高い電位ではその析出物は不均一となった。これに比べ、デバイス３Ｂは、０．４Ｖで開始する厚い均一な銀析出物を生成し、その銀析出物は０．６Ｖで均一のままであり−従って溶液中の過剰のアノード材料が析出された金属フィルムの安定性を高めることを示した。

実験Ｎｏ．４
この実験においては、次の材料を以下に与えられる濃度で混合することによって電気化学媒体が調製された。調整後、この電気化学媒体を電着デバイス内に取り込み、上記で開示された試験を行った。

実験Ｎｏ．４

^*調製に関しては米国特許出願シリアル番号１０／２８３，５０６を参照
^**調製に関しては米国特許第６，３９２，７８３号を参照

デバイス４は、高透過率状態で６２％の白色光透過率を示し、低透過率状態で４％を示した。デバイスは、４週間にわたり（６００サイクル）高透過率状態と低透過率状態との間で繰り返したが、その特性に目立った変化はなかった。

本発明のデバイスが、低透過率又は反射状態に長期間維持されたときに測定電流が増加する可能性があり、その結果、幾つか例を挙げると、電気化学媒体劣化、核形成層又はその近傍での樹状突起形成、不均一メッキなどの幾つかの不都合な状況のうちの何れかを生じる可能性があることが分かった。低振幅電圧（すなわち維持電位）の印加が長期間にわたってデバイスを低透過率状態に維持し、通過電流もまた維持されることが見出された。一例として、アノード材料にトリメチルヒドロキノンを使用して作製されたデバイスは、約０．７Ｖ（すなわち遷移電位）の印加によって反射性にすることができ、約１分後、電圧を約０．３−０．４Ｖ（すなわち維持電位）の値にまで低下させることが可能であり、デバイスの透過率及び電流が同じレベルに維持される。

本発明をその特定の好ましい実施形態に従って本明細書で詳細に説明してきたが、多くの修正及び変更が当業者により達成可能である。従って、発明者らの目的は、添付の請求項の範囲によってのみ限定され、本明細書に示された実施形態を記述する詳細内容及び手段によっては限定されない。

本発明に従って作製された電着デバイスの概略断面図である。

符号の説明

１００ 電着デバイス
１１２ 第１の基板
１１４ 第２の基板
１１６ チャンバ
１１８ 導電性材料
１１９ 核形成層
１２０ 導電性材料
１２２ シーリング部材
１２４ 電気化学媒体

Claims (13)

1. 可逆的電着デバイスであって、
   導線性材料に隣接する第１の基板と、
   導線性材料に隣接する第２の基板と、
   前記第１及び第２の基板の導電性材料のうちの少なくとも１つを少なくとも部分的に覆う核形成層と、
   前記第１及び第２の基板の間に位置するチャンバ内部に収容された電気化学媒体と、
   を含み、
   前記電気化学媒体が、
   少なくとも１つの溶媒と、
   アノード電気活性材料と、
   カソード電気活性材料と、
   レドックス緩衝剤と、
   を含み、前記アノード電気活性材料の濃度が前記カソード電気活性材料の濃度よりも高いことを特徴とする可逆的電着デバイス。
2. 前記レドックス緩衝剤が、前記カソード材料よりも容易に還元されることを特徴とする請求項１に記載の可逆的電着デバイス。
3. 前記レドックス緩衝剤が、前記アノード材料よりも容易に酸化されることを特徴とする請求項１に記載の可逆的電着デバイス。
4. 前記レドックス緩衝剤が、前記カソード材料よりも容易に還元される第１の成分と、前記アノード材料よりも容易に酸化される第２の成分とを含むことを特徴とする請求項１に記載の可逆的電着デバイス。
5. 前記カソード材料が、活性材料の塩を含むことを特徴とする請求項１に記載の可逆的電着デバイス。
6. 前記レドックス緩衝剤の濃度が、約１ｍＭから約５０ｍＭの範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の可逆的電着デバイス。
7. 前記電気化学媒体が、錯化剤を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の可逆的電着デバイス。
8. 前記レドックス緩衝剤が、前記カソード材料よりも容易に還元されることを特徴とする請求項７に記載の可逆的電着デバイス。
9. 前記レドックス緩衝剤が、前記アノード材料よりも容易に酸化されることを特徴とする請求項７に記載の可逆的電着デバイス。
10. 前記レドックス緩衝剤が、前記カソード材料よりも容易に還元される第１の成分と、前記アノード材料よりも容易に酸化される第２の成分とを含むことを特徴とする請求項７
    に記載の可逆的電着デバイス。
11. 前記カソード材料が、活性金属の塩を含むことを特徴とする請求項７に記載の可逆的電着デバイス。
12. 前記レドックス緩衝剤の濃度が、約１ｍＭから約５０ｍＭの範囲にあることを特徴とする請求項７に記載の可逆的電着デバイス。
13. 前記デバイスが、エレクトロクロミック・ウィンドウであることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１つの請求項に記載の可逆的電着デバイス。

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