JPWO2007020945A1 - 色可逆変化表示装置用電極体及びその製造方法、並びに色可逆変化表示装置及び色可逆変化調光装置 - Google Patents
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Abstract
Description
もう1つの可能性として、プルシアンブルー(Fe4[Fe(CN)6]3)に代表される、プルシアンブルー型金属錯体がある。プルシアンブルー型金属錯体の結晶構造を図23に示して説明する(プルシアンブルー型金属錯体結晶220とは、プルシアンブルーの結晶構造を基本とし、遷移金属及びシアノ基の置換や欠陥の存在、空隙への各種イオン、水の侵入したものを含むものである。)。その構造について詳しくいうと、NaCl型格子を組んだ2種類の金属原子M1、金属原子M2(それぞれ図中の金属原子221及び、金属原子224)の間が、炭素原子222及び窒素原子223からなるシアノ基により三次元的に架橋された構造をとっている。その1つの現象としてエレクトロクロミック現象がある。しかしながら、これらの金属錯体を用いて実用上性能の高い色変化装置とするには、高品質膜の製造や、微細化に問題があった。これを解決するために、その改良を試みた以下の報告があるが、それぞれ下記のような問題を抱えていて、未だ実用化に至っていない。
(1)超微粒子を含有させた分散液により、透明導電性構造層の片側に色可逆変化薄膜層を形成した色可逆変化表示装置用電極体であって、前記色可逆変化薄膜層の片側に電解質層を設け、その外側に対極導電性構造層を設け、前記透明導電性構造層及び対極導電性構造層に電圧を印加して、前記色可逆変化薄膜層の色を制御して変化させうることを特徴とする色可逆変化表示装置用電極体。
(2)前記超微粒子が、プルシアンブルー型金属錯体超微粒子であることを特徴とする(1)記載の色可逆変化表示装置用電極体。
(3)前記超微粒子が、下記金属原子M1と金属原子M2とを有するプルシアンブルー型金属錯体結晶にピリジル基もしくはアミノ基を含有する化合物を保護配位子として1種または2種以上配位させた平均粒子径200nm以下の超微粒子であることを特徴とする(1)又は(2)記載の色可逆変化表示装置用電極体。
[金属原子M1:バナジウム、クロム、モリブデン、タングステン、マンガン、鉄、ルテニウム、コバルト、ニッケル、白金、ロジウム、オスミウム、イリジウム、パラジウム、および銅から選ばれる少なくとも1つの金属原子。]
[金属原子M2:バナジウム、クロム、マンガン、鉄、ルテニウム、コバルト、ロジウム、ニッケル、パラジウム、白金、銅、銀、亜鉛、ランタン、ユーロピウム、ガドリニウム、ルテチウム、バリウム、ストロンチウム、およびカルシウムから選ばれる少なくとも1つの金属原子。]
(4)前記保護配位子の炭素原子数が4以上100以下であることを特徴とする(3)記載の色可逆変化表示装置用電極体。
(5)前記保護配位子が下記一般式(1)〜(3)のいずれかで表されることを特徴とする(3)又は(4)記載の色可逆変化表示装置用電極体。
(6)前記置換基R1〜R4がアルケニル基であることを特徴とする(5)記載の色可逆変化表示装置用電極体。
(7)前記色可逆変化薄膜層中の保護配位子化合物の含有量が、質量比でプルシアンブルー型金属錯体の10倍以下であることを特徴とする(3)〜(6)のいずれか1項に記載の色可逆変化表示装置用電極体。
(8)前記色可逆変化薄膜層が、プルシアンブルー型金属錯体超微粒子を含有させた分散液をスピンコート法、スプレー法、インクジェット法、及び印刷法から選ばれる製膜法により製膜した均一厚液体製膜層であることを特徴とする(1)〜(7)のいずれか1項に記載の色可逆変化表示装置用電極体。
(9)前記分散液が撹拌抽出法により調製したプルシアンブルー型金属錯体超微粒子の分散液であることを特徴とする(1)〜(8)のいずれか1項に記載の色可逆変化表示装置用電極体。
(10)前記色可逆変化薄膜層の製膜時及び/又はその後、加熱処理及び/又は洗浄処理を施して前記保護配位子を除去したことを特徴とする(3)〜(9)のいずれか1項に記載の色可逆変化表示装置用電極体。
(11)前記色可逆変化薄膜層に電気化学特性制御剤及び/又は発色特性制御剤を含有させたことを特徴とする(1)〜(10)のいずれか1項に記載の色可逆変化表示装置用電極体。
(12)前記色可逆変化薄膜層を、前記超微粒子を含有させた層と、電気化学特性制御剤及び/又は発色特性制御剤を含有させた層とを少なくとも有する多層薄膜層としたことを特徴とする(1)〜(10)のいずれか1項に記載の色可逆変化表示装置用電極体。
(13)(1)〜(12)のいずれか1項に記載の色可逆変化表示装置用電極体の前記色可逆変化薄膜層の片側に電解質層を設け、その外側に対極導電性構造層を設けたことを特徴とする色可逆変化表示装置。
(14)前記色可逆変化表示装置用電極体が、透明絶縁層の片側に透明導電性膜を設け、該透明導電性膜のもう一方の片側に色可逆変化薄膜層を設けた電極体であり、
前記対極導電性構造層が対極絶縁層の片側に対極導電性膜を設けた構造層であり、
前記色可逆変化薄膜層と前記対極電極膜との間に電解質層を配置するようにしたことを特徴とする(13)に記載の色可逆変化表示装置。
(15)前記透明導電性構造層及び対極導電性構造層を薄板状としたことを特徴とする(13)又は(14)記載の色可逆変化表示装置。
(16)前記電解質層と対極導電性構造層との間に対極修飾層を設けたことを特徴とする(13)〜(15)のいずれか1項に記載の色可逆変化表示装置。
(17)電解質層の周縁を封止材でシールしたことを特徴とする(13)〜(16)のいずれか1項に記載の色可逆変化表示装置。
(18)(1)〜(12)のいずれか1項に記載の電極体の前記色可逆変化薄膜層を、超微粒子を分散させた分散液により図柄及び/又は文字パターンに形成し、該薄膜層の片側に電解質層を設け、その外側に対極導電性構造層を設けた色可逆変化表示装置であって、前記図柄及び/又は文字を電気的に制御して表示することを特徴とする色可逆変化表示装置。
(19)(1)〜(12)のいずれか1項に記載の電極体の前記色可逆変化薄膜層の片側に電解質層を設け、その外側に透明の対極導電性構造層を設けた色可逆変化調光装置であって、透過光を電気的に制御して調光することを特徴とする色可逆変化調光装置。
(20)(1)〜(12)のいずれか1項に記載の電極体を製造するに当り、撹拌抽出法もしくは逆ミセル法により保護配位子を有するプルシアンブルー型金属錯体の超微粒子を分散させた分散液を調製し、透明導電性構造層の片側に前記分散液を塗布して色可逆変化薄膜層を製膜することを特徴とする色可逆変化表示装置用電極体の製造方法。
(21)前記保護配位子をアミノ基もしくはピリジル基を含有する化合物とし、スピンコート法、スプレー法、インクジェット法、及び印刷法から選ばれる製膜法により前記分散液を塗布製膜することを特徴とする(20)記載の色可逆変化表示装置用電極体の製造方法。
(22)前記色可逆変化薄膜層の製膜時及び/又はその後、洗浄及び/又は加熱することにより保護配位子を除去することを特徴とする(20)又は(21)記載の色可逆変化表示装置用電極体の製造方法。
(23)前記プルシアンブルー型金属錯体の金属原子M1及び/又はM2を、それぞれ2種以上の金属の組み合わせとし、その金属組成を変化させて前記錯体の光学特性を調節し、電気的制御により所望の色みに変化させうる超微粒子とすることを特徴とする(20)〜(22)のいずれか1項に記載の色可逆変化表示装置用電極体の製造方法。
10 色可逆変化表示装置
10A 色可逆変化表示装置用電極体
10B 対極導電性構造層
10C 透明導電性構造層
1 透明絶縁層
2 透明導電性膜
3 色可逆変化薄膜層
4 電解質層
6 対極導電性膜
7 対極側絶縁層
21 プルシアンブルー型金属錯体(微結晶)
22 配位子L
31 プルシアンブルー結晶のX線回折測定結果
32 水分散型プルシアンブルー超微粒子のX線回折測定結果
33 有機溶媒分散型プルシアンブルー超微粒子のX線回折測定結果
41 プルシアンブルー結晶の赤外線吸収スペクトル
42 水分散型プルシアンブルー超微粒子の赤外線吸収スペクトル
43 有機溶媒分散型プルシアンブルー超微粒子の赤外線吸収スペクトル
51 プルシアンブルー超微粒子(トルエン分散液)の紫外可視吸収スペクトル
52 プルシアンブルー超微粒子(水分散液)の紫外可視吸収スペクトル
121 色可逆変化表示装置用電極体に1.5Vの電圧を印加したときの吸収スペクトル
122 色可逆変化表示装置用電極体の電圧印加前及び−1.0Vの電圧を印加したときの吸収スペクトル
150A 色可逆変化表示装置用電極体
150B 対極導電性構造層
150C 色可逆変化表示装置
150D 透明導電性構造層
151 透明絶縁層
152 透明導電性膜
153 色可逆変化薄膜層
154 封止材
155 対極導電性膜
156 対極側絶縁層
157 電解質
220 プルシアンブルー型金属錯体
221 金属原子M1
222 炭素原子
223 窒素原子
224 金属原子M2
本発明の色可逆変化表示装置用電極体及びそれを用いた色可逆変化表示装置の好ましい態様の1例を図1に示す。図1に示すように、本発明の色可逆変化表示装置用電極体10Aは、透明導電性構造層10Cの片側に超微粒子を含有させた分散液により形成した色可逆変化薄膜層3を設けた色可逆変化表示装置用電極体10Aである。そして、前記色可逆変化薄膜層3の開放面側に電解質層4を設け、その外側に対極導電性構造層10Bを設け、前記透明導電性構造層10C及び対極導電性構造層10Bに電圧を印加して、前記色可逆変化薄膜層3の色を可逆的に制御して変化させうるものである。なお、本発明において導電性構造層とは、基板等の絶縁層の片側に導電性膜を設けたもののみならず、絶縁層を含まず導電性材料からなる導電体もしくは導電層のみのものを含む意味に用いる。
本発明の色可逆変化表示装置用電極体においては透明導電性構造層10Cが透明絶縁層1及び透明導電性膜2からなることが好ましい。また対極導電性構造層10Bが対極絶縁層7及び対極導電性膜6からなることが好ましい。
対極導電性構造層(対極導電性膜、対極側絶縁層等)を透明の材料として(具体的には、上記透明導電性膜及び透明絶縁層の材料を用いることができる。)色可逆変化調光装置することもできる。
そのほかさらに具体的な応用例としては、スーパーの商品価格表示など、セグメント式のディスプレイを製造する場合には、例えば図1の色可逆変化表示装置を多数組み合わせたものとして製造することができる。電子ペーパー用途など、多数のピクセルを含む素子を形成する際には、この色可逆変化表示装置からなる素子を格子状に配列させたものを形成することが好ましい。その際の表示制御には、パッシブマトリクス方式、アクティブマトリクス方式などの通常の制御法を用いることができる。また、様々な柄を印刷技術を用いて作成し、家具、建物、車体等の人工物の表面に設置すれば、その表示―非表示の制御を行うことにより、設置したものの見た目を変更することができる。
また、本発明の色可逆変化表示装置においては、電圧を印加して色を変化させ、その後電圧の印加をやめても変化後の色表示が記録され維持される色表示記憶型表示装置として機能させることができる。色表示の記憶時間は用いられる超微粒子材料や電圧印加時間にもよるが、例えば電圧印加をやめて装置を開放した後、例えば約1秒以上の間目視で同一色模様が維持して確認されることが好ましい。
超微粒子調製時の配位子Lの配位量は特に限定されず、超微粒子の粒子径や粒子形状にもよるが、例えば、プルシアンブルー型金属錯体の結晶の中の金属原子(金属原子M1及びM2の総量)に対して、モル比で5〜30%程度であることが好ましい(超微粒子薄膜層中の配位子量については後述する。)。このようにすることで、プルシアンブルー型金属錯体のナノ微粒子を含有する安定な分散液とすることができ、液体製膜による精度の高い超微粒子薄膜層を作製することができる。
プルシアンブルー型金属錯体21は、上述のように、その結晶格子中に欠陥・空孔を有していてもよく、例えば鉄原子の位置に空孔が入りその周りのシアノ基が水に置換されていてもよい。このような空孔の量や配置を調節して光学特性を制御することも好ましい。
本発明において、粒子径とは、特に断らない限り、保護配位子を含まない一次粒子の直径をいい、その円相当直径(電子顕微鏡観察により得た超微粒子の画像より、各粒子の投影面積に相当する円の直径として算出した値)をいう。平均粒子径については、特に断らない限り、少なくとも30個の超微粒子の粒子径を上記のようにして測定した、その平均値をいう。あるいは、超微粒子の粉体の粉末X線回折(XRD)測定から、そのシグナルの半値幅より算出した平均径より見積もってもよい。
ただし、溶媒に分散させた状態では、複数のナノ粒子が集団で二次粒子として運動し、測定法によってはより大きな平均粒子径が観測される場合もある。分散状態で超微粒子が2次粒子となっているとき、その平均粒径は200nm以下であることが好ましい。なお、超微粒子膜として製膜した後の処理などにより、保護配位子が外れるなどしてさらに大きな凝集粒子となっていてもよく、それにより本発明が限定して解釈されるものではない。
撹拌抽出法は、後述する逆ミセル法に用いられるような特殊な化合物によらずに、多様な保護配位子を表面に配位させた微粒子を簡便に大量合成できる点で好ましい。その具体的な手順を示すと、例えば、金属原子M1を中心金属とする金属シアノ錯体(陰イオン)の溶液と、金属原子M2を中心金属とする金属陽イオン溶液とを混合し、金属原子M1及び金属原子M2から成るプルシアンブルー型金属錯体の結晶を析出させ、次いで保護配位子Lを溶解させた溶媒に前記プルシアンブルー型錯体結晶を加え、撹拌し、溶媒を除去することにより、例えば粒子径50nm以下の固体粉末超微粒子集合体を得ることができる。
保護配位子としては、ピリジル基もしくはアミノ基を錯体結晶との結合部位としてもつ化合物の1種もしくは2種以上を用いることが好ましく、なかでも炭素原子数4以上100以下の化合物を用いることがより好ましく(質量平均分子量でいうと2000以下であることが好ましく、50以上1000以下であることがより好ましい。)、下記一般式(1)〜(3)のいずれかで表される化合物の1種もしくは2種以上を用いることが特に好ましい。
一般式(1)で表される化合物の中でも、4−ジ−オクタデシルアミノピリジン、4−オクタデシルアミノピリジン等が好ましい。
なお、一般式(1)〜(3)のいずれかで表される化合物は、本発明の効果を妨げなければ置換基を有していてもよい。
ここでアルコール分離後に得られる固体物に水を加えると、プルシアンブルー型金属錯体の超微粒子を水中に分散した水分散液とすることができる。また、配位子Lの水溶液に直接、工程(A)で調製したプルシアンブルー型金属錯体結晶を加え、撹拌することによっても、プルシアンブルー型金属錯体の超微粒子を水中に分散させた分散液を得ることができる。ただし、得られるプルシアンブルー型金属錯体超微粒子の安定性及び収率の点からアルコール溶媒を用いることが好ましい。
このとき工程(A)において目的の金属を含有する原料化合物を、混合比を変えて加えることで、目的の金属組成を有するプルシアンブルー型金属錯体超微粒子を得ることができる。なお、撹拌抽出法については、特願2006−030481号明細書、国際特許出願第PCT/JP2006−302135号明細書などを参考にすることもできる。撹拌抽出法により得られたプルシアンブルー型金属錯体は、各種の溶媒に(本発明において「溶媒」とは「分散媒」を含む意味に用いる。)、優れた分散安定性を示し(例えば、数ヶ月以上経っても安定な分散状態を保つことができる。)、薄膜化に適し、優れたエレクトロクロミック素子を作製することができる。
逆ミセル法は、アルキル保護剤で覆われた錯体超微粒子の分散液を調製する方法であり、以下に示す3工程からなる。
(i)金属原子M1を中心金属とする金属シアノ錯体(陰イオン)を含む第一逆ミセル溶液と、金属原子M2を中心金属とする金属錯陽イオンを含む第二逆ミセル溶液とをそれぞれ調製する工程。
(ii)第一逆ミセル溶液と第二逆ミセル溶液とを混合する工程。
(iii)工程(ii)で得られた混合液に長鎖アルキル保護剤Lを添加し、必要に応じて得られたナノ結晶を単離する工程。
この工程では、金属原子M1を中心金属とする金属錯陰イオンを含む第一逆ミセル溶液と、金属原子M2の陽イオンを含む第二逆ミセル溶液とをそれぞれ調製する。
この工程では、第一逆ミセル溶液と第二逆ミセル溶液とを混合する。この混合によって金属錯体ナノ結晶が形成される。ナノ結晶の生成速度は、上記溶液の濃度、逆ミセル化剤の濃度等によって調節することができる。混合方法は特に限定されず、通常の混合装置を使用できる。両者の混合割合は、モル比で金属錯陰イオン:金属陽イオン=1:0.7〜1.3程度となるようにすることが好ましい。
この工程では、工程(ii)で得られた混合液に保護配位子化合物を添加する。保護配位子については撹拌抽出法において詳しく述べたとおりである。
本発明の色可逆変化表示装置用電極体において、色可逆変化薄膜層は、上記のような超微粒子分散液により形成して薄膜状にした液体塗布膜層をいい、それに後述する洗浄や加熱等の処理を施してもよい。薄膜内では、個々の超微粒子が製膜時の形状を維持していなくてもよく、また配位子Lが除去調節されていてもよい。また、光学特性や電気化学特性向上のために別種材料を含有させてもよい。具体的には例えば、フェロセン、ナフィオン等の電気化学特性制御剤及び/又は発色特性制御剤を含有させてもよく、また電気化学特性制御剤及び/又は発色特性制御剤を含有させた層と、ナノ微粒子を含有させた層とから少なくともなる多層薄膜層としてもよい。色可逆変化薄膜層の形成は分散液の塗布製膜法によることが好ましく、具体的には、スピンコート法、スプレー法、インクジェット法、及び印刷法(スクリーン印刷法、転写法、凸版印刷法、ソフトグラフィー印刷法など)が挙げられ、なかでもスピンコート法もしくは印刷法によることが好ましい。色可逆変化薄膜層の厚さは特に限定されないが、1×10−8〜1×10−6mであることが好ましく、2×10−8〜5×10−7mであることがより好ましい。さらに、色可逆変化薄膜層は均一厚であり、表面凹凸を抑えたものであることが好ましい。このようにすることで画像むらを抑えた色表示が可能となる。
本発明の色可逆変化表示装置は、必要に応じて保護配位子を配位させた超微粒子を用いたため、水や各種有機溶媒にナノサイズでありながら均一かつ安定に分散し、精度の高い均質で均一厚の薄膜層が実現され、むらのない繊細な画像表示や微妙な色みの制御を可能とする。さらに、超微粒子に配位させた保護配位子は製膜時もしくは製膜後に適宜に除去して電気化学応答性等を調節することができる。さらに、製膜時の製造品質と色可逆変化表示性能に関する製品品質とを両立して実現することができる。
(A)プルシアンブルーバルク体の合成
(NH4)4[Fe(CN)6] 1.0gを水に溶解した水溶液と、Fe(NO3)3・9H2O 1.4gを水に溶解した水溶液とを混合し、プルシアンブルーの微結晶を析出させた。遠心分離により、水に不溶性のプルシアンブルー微結晶を分離し、これを水で3回、続いてメタノールで2回洗浄し、減圧下で乾燥した。
配位子Lとして、長鎖アルキル基を含む配位子オレイルアミンを溶解させたトルエン溶液5mlに水0.5mlを加えた。(A)で合成したプルシアンブルーのバルク体0.2gを上記の溶液に加えた。一日撹拌するとプルシアンブルーの微結晶がすべてトルエン相に分散した濃青色の分散液が得られた。水とトルエン相を分離し、濃青色のトルエン相を濾過すると、プルシアンブルー微粒子の分散液が得られた(このときのFT−IR測定の結果を図4のチャート43に示す。)。この分散液の紫外可視吸収スペクトル測定結果を図5のスペクトル51に示す。680nm付近のピークはプルシアンブルーのFe−Fe間電荷移動吸収として知られており、この微粒子分散液がプルシアンブルーを含んでいることがわかる。また、この保護配位子としてオレイルアミンを有するプルシアンブルー超微粒子の分散液を透過型電子顕微鏡で観察した結果を図6に示す。これより、平均粒子径10〜15nm程度の超微粒子が合成されていることを確認した。このときプルシアンブルーのバルク体は、水には残らず、ほぼすべてトルエン相に超微粒子として抽出できた。
(B1)で得られた分散液のトルエンを減圧乾固することで、固体粉末をほぼ定量的に得た。得られた固体粉末は、ジクロロメタン、クロロホルム、もしくはトルエンといった有機溶媒に簡単に再分散し、濃青色の透明な分散液となった。
得られたプルシアンブルー超微粒子固体粉末を粉末X線回折装置で解析した結果、標準試料データベースに含まれるプルシアンブルーのピーク位置と一致した(図3のチャート33参照)。なお低角側のピークは過剰に含まれたオレイルアミンによるブロードなバックグラウンドである。
(A)プルシアンブルーバルク体の合成
調製例1と同様にしてプルシアンブルーバルク体を合成した。
(B2)水分散型プルシアンブルー超微粒子分散液の調製
配位子Lとして、2−アミノエタノールを溶解させたメタノール溶液5mlに、(A)で合成したプルシアンブルーのバルク体0.2gを加え3時間程度撹拌してプルシアンブルー型金属錯体超微粒子の分散液を調製した。この超微粒子は、撹拌後もメタノールに溶解することなく固体物として存在していた。このときのFT−IR測定の結果を図4のチャート42に示す。
(B1)で得られた分散液のメタノールを除去して固体粉末αを分離して得た。その固体粉末αに水を加えるとすべて分散し、濃青色透明な分散液βとなった。
フェリシアン酸カリウム、K3[Fe(CN)6] 0.329g(0.999mmol)の水溶液1.5mlにアンモニア水NH3(28.0%、14.8N)0.1mlを加え、そこに硝酸コバルトCo(NO3)2・6H2O 0.437g(1.50mmol)の水溶液1.0mlを加え、3分程度撹拌した。その後、遠心分離によって赤色の沈殿物としてプルシアンブルー型金属錯体結晶を得た。この結晶沈殿物を水で3回、メタノールで1回洗浄した。収量は0.631gであり、収率は105%であった(100%を超えているのは、乾燥が不十分で、水を含んでいるための誤差だと考えられる。)。
オレイルアミン0.443g(1.66mmol、総金属量の100%(モル比))のトルエン溶液3.0mlに、先の合成で得られたプルシアンブルー型金属錯体結晶(コバルト鉄シアノ錯体結晶)の凝集体0.204g(0.340mmol)を加え、1日程度撹拌した。こうしてプルシアンブルー型金属錯体超微粒子を分散液中に得た。このアンモニアを添加した条件で得たものを分散液試料γとした。
上記の分散液試料γに対して、遠心分離を行い、上澄みを一部取り出し、トルエンで希釈してUV−vis光学測定を行った。この試料の可視域における吸収極大値は480nmに存在し(図8参照)、これはアンモニアを添加しないで得たものの極大位置520nmと異なった。この違いは目視により区別しうる程であり、アンモニアを添加しないものは紫がかっていたが、アンモニアを添加して得たものは赤の色みが増していた。
この結果より、アンモニアの添加によって、プルシアンブルー型金属錯体超微粒子の光学スペクトルを変化させ、光学特性を制御しうることが分かる。
((Fe0.2Ni0.8)3[Fe(CN)6]2の合成)
K3[Fe(CN)6](0.658g(2.00×10−3mol))の水溶液(2ml)を、FeSO4・7H2O(0.167g(6.00×10−4mol))の水溶液(0.4ml)とNi(NO3)2・6H2O(0.698g(2.40×10−3mol))の水溶液(1.6ml)の混合溶液に撹拌しながら加えた。沈殿物を蒸留水で3回遠心洗浄し、メタノールで1回遠心洗浄後、風乾させて目的の金属組成を有するプルシアンブルー型金属錯体結晶を得た。
K3[Fe(CN)6](0.658g(2.00×10−3mol))の水溶液(2ml)を、FeSO4・7H2O(0.334g(1.20×10−3mol))の水溶液(0.8ml)とNi(NO3)2・6H2O(0.523g(1.80×10−3mol))の水溶液(1.2ml)の混合溶液に撹拌しながら加えた。沈殿物を蒸留水で3回遠心洗浄し、メタノールで1回遠心洗浄後、風乾させて、目的の金属組成を有するプルシアンブルー型金属錯体結晶を得た。
K3[Fe(CN)6](0.658g(2.00×10−3mol))の水溶液(2ml)を、FeSO4・7H2O(0.500g(1.80×10−3mol))の水溶液(1.2ml)とNi(NO3)2・6H2O(0.349g(1.20×10−3mol))の水溶液(0.8ml)の混合溶液に撹拌しながら加えた。沈殿物を蒸留水で3回遠心洗浄し、メタノールで1回遠心洗浄後、風乾させて、目的の金属組成を有するプルシアンブルー型金属錯体結晶を得た。
K3[Fe(CN)6](0.658g(2.00×10−3mol))の水溶液(2ml)を、FeSO4・7H2O(0.667g(2.40×10−3mol))の水溶液(1.6ml)とNi(NO3)2・6H2O(0.174g(5.98×10−4mol))の水溶液(0.4ml)の混合溶液に撹拌しながら加えた。沈殿物を蒸留水で3回遠心洗浄し、メタノールで1回遠心洗浄後、風乾させて、目的の金属組成を有するプルシアンブルー型金属錯体結晶を得た。
次に金属原子M1、M2、配位子L、分散媒を下表のとおりに代えた以外、試料1〜16については調製例1と同様にして、試料17〜19については調製例2と同様してプルシアンブルー型金属錯体超微粒子を作製し、表中に記載した分散媒に分散させた分散液を得た。なお、試料20は調製例3で得た超微粒子、試料21は調製例4で得た超微粒子、試料22は調製例1のオレイルアミンを酢酸ブチルに代えた以外同様にして調製した超微粒子分散液を示す。この結果が示すとおり、多様なプルシアンブルー型金属錯体超微粒子を製造することができることが分かる。
表1試料No.1の分散液、詳しくはFeHCF−OA超微粒子(M1=Fe、M2=Fe、L=オレイルアミンからなるプルシアンブルー型金属錯体超微粒子を、以下「FeHCF−OA超微粒子」という。)の粉末104mgをトルエン4mgに分散させた分散液を調製した。その分散液を、スピンコート法を用いてITO被膜したガラス基板(縦25mm、横25mm、厚さ1mmの矩形ガラス基板)上に室温で製膜して色可逆変化薄膜層とし、本発明の色可逆変化表示装置用電極体を作製した。このときスピンコートは、基板上に分散液を滴下後、30秒間、回転速度400rpmで回転させ、引き続き10秒間1000rpmで回転させて行った。
触針式膜厚測定機を用いてこの薄膜層の膜厚測定を行った。図12の距離d<250μmの部分は色可逆変化薄膜層が存在する部分であり、d>250μmの部分が薄膜層を除去した部分である。これより、薄膜層の膜厚は約250nmであり、その膜厚の場所依存性は10〜20nmにとどまっており、均一厚塗布膜層が得られることが分かる。
表1の試料No.16の分散液、詳しくはNiHCF−OA超微粒子(M1=Fe、M2=Ni、L=オレイルアミンからなるプルシアンブルー型金属錯体超微粒子を、以下「NiHCF−OA」超微粒子という。)の粉末102mgをトルエン1mgに分散させ分散液を調製した。その分散液を、スピンコート法を用いて室温にてITO被膜したガラス基板(縦25mm、横25mm、厚さ1mmの矩形ガラス基板)上に製膜して色可逆変化薄膜層とし、本発明の色可逆変化表示装置用電極体を作製した。スピンコートは、基板上に分散液を滴下後、回転速度300rpmを20秒間、500rpmを20秒間、1000rpmを10秒間、続けて回転させて行った。得られたスピンコート膜は均一厚の超微粒子薄膜層であった。
表1の試料No.16の分散液、詳しくはNiHCF−OA超微粒子粉末102mgをトルエン1mlに分散させ分散液を調製した。その分散液を、スピンコート法を用いて室温にてITO被膜したガラス基板(縦25mm、横25mm、厚さ1mm)上に製膜して色可逆変化薄膜層とし、本発明の色可逆変化表示装置用電極体を作製した。このときのスピンコートは基板上に分散液を滴下後、回転速度300rpmを20秒間、500rpmを20秒間、1000rpmを10秒間、続けて回転させて行った。その後、100mgフェロセンを、2mlのエタノールに溶解させ、その溶液を用い、スピンコートを用いて室温にて上記NiHCF−OA超微粒子薄膜上に製膜した。フェロセン液を滴下後のスピンコートは、回転速度500rpmを30秒間、1000rpmを10秒間、続けて回転させて行った。
表1の試料No.1の分散液、詳しくはFeHCF−OA超微粒子粉末104mgをトルエン4mgに分散させ分散液を調製した。次いで、直径約8mmの円に内接する程度の大きさのハート形の凸型ゴム製支持体に、上記で調製した分散液を塗布し、ITO被膜したガラス基板上に押下接着して色可逆変化薄膜層とした。図16に示すとおり、基板上に支持体と同じ形状の超微粒子薄膜を有する本発明の色可逆変化表示装置用電極体を作製することができた。これにより、所望の形状の色可逆変化薄膜層を有する電極体を簡便に作製することができることが分かる。
図17−1〜17−4に示した手順で、以下のようにして本発明の色可逆変化表示装置を作製した。
実施例1−1で作製した色可逆変化表示装置用電極体を準備した(図17−1(a−1)はその電極体を模式的に示した平面図であり、(a−2)はそのA−A線断面図である。)。この色可逆変化表示装置用電極体150Aは、透明ガラス基板151、ITO導電性膜152、及び色可逆変化薄膜層153からなる。次いで、厚さ100μmのポリエステルシートに穴を空けたものを封止材154として用意した(図17−2(b−1)はその封止材を模式的に示した平面図であり、(b−2)はそのB−B線断面図である。)。さらに、金属薄膜(ITO導電性膜)155を絶縁体(ガラス基板)156の上に設けた対極導電性構造層150Bを作製した(図17−3(c−1)はその対極導電性構造層を模式的に示した平面図であり、(c−2)はそのC−C線断面図である。)。
実施例2−1で作製した色可逆変化表示装置に用いた色可逆変化表示装置用電極体に代えて、実施例1−3の色可逆変化表示装置用電極体(ただし、NiHCF−OAをFeHCF−OAにした。)を用いた以外、実施例2−1と同様にして本発明の色可逆変化表示装置を作製した。このFeHCF−OA層の上にフェロセン層を製膜した多層膜を用いた装置について、色変化の測定試験を行った結果、色変化速度が大幅に向上した。図19はその結果を示す(各色可逆変化表示装置における波長700nmの吸収係数の時間変化を示す。)。フェロセン層が存在しない実施例2−1で作製した素子の場合(図中の破線)、吸収係数変化がほぼ終了するのに約1秒を必要とした。これに対し、フェロセン層が存在する場合(図中の実線)、約200ミリ秒で色変化がほぼ完了した。この結果から、超微粒子層に、電気化学特性制御剤を含有させる、ないしはその層との多層膜構造とすることで、色可逆変化表示装置の表示性能を向上させることができることが分かる。また、この色可逆変化表示装置の表示画像はむらのない鮮明なものであった。
実施例2−1で作製した色可逆変化表示装置に用いた色可逆変化表示装置用電極体に代えて、実施例1−2で作製した色可逆変化表示装置用電極体を用いた以外、実施例2−1と同様にして本発明の色可逆変化表示装置を作製した。このNiHCF−OA超微粒子層を具備するエレクトロクロミック素子についてもその吸収及び透過スペクトル測定を行った。その結果、この装置においても、電気化学変化を示し電圧印加による吸収及び透過スペクトルの変化がみられた(但し、電位の基準が異なるため、エレクトロクロミック現象が起こる電圧は異なっていた。)。図20は電圧を2.0V印可したときの波長420nmにおける透過率を示す。電圧を印可することによって、透過率が減少し、色が濃くなっていることがわかる。
原料として塩化鉄6水和物、フェロシアン化ナトリウム10水和物を用いて、調製例1と同様の撹拌抽出法によりFeHCF−OA超微粒子を合成し、その超微粒子0.0676gをトルエン1mlに分散させて超微粒子分散液を得た。その超微粒子分散液を用いて、実施例1−1と同様にしてスピンコート(500rpm10秒後、1000rpm30秒)して色可逆変化薄膜層とし、本発明の色可逆変化表示装置用電極体を作製した。この電極体を10分間アセトン中に静置し洗浄処理を施した。
原料として塩化鉄6水和物、フェロシアン化ナトリウム10水和物を用いて、調製例1と同様の撹拌抽出法によりFeHCF−OA超微粒子を合成し、その超微粒子0.0676gをトルエン1mlに分散させて超微粒子分散液を得た。その超微粒子分散液を用いて、実施例1−1と同様にしてスピンコート(500rpm10秒後、1000rpm30秒)して色可逆変化薄膜層とし、本発明の色可逆変化表示装置用電極体を作製した。この電極体を2時間高温下(50℃、100℃、150℃)にそれぞれ静置し加熱処理を施した。
上記の電極体を用い、サイクリックボルタンメトリー測定を行った結果を図22に示す。150℃に静置したものについては、電気化学応答性が明確に向上した(図中の実線)。100℃で処理したものにおいても電気化学応答性が向上した(図中の破線)。これに対し、50℃で処理したものでは電気化学応答性は向上しなかった(図中、一点鎖線)。この結果より、加熱処理を施すことにより、本発明の色可逆変化表示装置用電極体の電気化学的応答性を向上させることができることが分かる。
さらにまた、本発明の色可逆変化表示装置用電極体においては、スピンコートなどの安価であり、かつ超微細加工に適し、均一膜厚を実現しうる製膜法が利用できるため、デバイスの製造コストの改善、品質の向上、表示画質の向上が見込める。さらには、簡便なプロセスでの製造が可能なため大量生産にも適している。また、発色材料として超微粒子を用いたため、絶縁体などの構造材料に柔軟な材料を利用したとき、屈曲可能なフレキシブル画像表示装置とすることもできる。
Claims (23)
- 超微粒子を含有させた分散液により、透明導電性構造層の片側に色可逆変化薄膜層を形成した色可逆変化表示装置用電極体であって、前記色可逆変化薄膜層の片側に電解質層を設け、その外側に対極導電性構造層を設け、前記透明導電性構造層及び対極導電性構造層に電圧を印加して、前記色可逆変化薄膜層の色を制御して変化させうることを特徴とする色可逆変化表示装置用電極体。
- 前記超微粒子が、プルシアンブルー型金属錯体超微粒子であることを特徴とする請求項1記載の色可逆変化表示装置用電極体。
- 前記超微粒子が、下記金属原子M1と金属原子M2とを有するプルシアンブルー型金属錯体結晶にピリジル基もしくはアミノ基を含有する化合物を保護配位子として1種または2種以上配位させた平均粒子径200nm以下の超微粒子であることを特徴とする請求項1又は2記載の色可逆変化表示装置用電極体。
[金属原子M1:バナジウム、クロム、モリブデン、タングステン、マンガン、鉄、ルテニウム、コバルト、ニッケル、白金、ロジウム、オスミウム、イリジウム、パラジウム、および銅から選ばれる少なくとも1つの金属原子。]
[金属原子M2:バナジウム、クロム、マンガン、鉄、ルテニウム、コバルト、ロジウム、ニッケル、パラジウム、白金、銅、銀、亜鉛、ランタン、ユーロピウム、ガドリニウム、ルテチウム、バリウム、ストロンチウム、およびカルシウムから選ばれる少なくとも1つの金属原子。] - 前記保護配位子の炭素原子数が4以上100以下であることを特徴とする請求項3記載の色可逆変化表示装置用電極体。
- 前記保護配位子が下記一般式(1)〜(3)のいずれかで表されることを特徴とする請求項3又は4記載の色可逆変化表示装置用電極体。
- 前記置換基R1〜R4がアルケニル基であることを特徴とする請求項5記載の色可逆変化表示装置用電極体。
- 前記色可逆変化薄膜層中の保護配位子化合物の含有量が、質量比でプルシアンブルー型金属錯体の10倍以下であることを特徴とする請求項3〜6のいずれか1項に記載の色可逆変化表示装置用電極体。
- 前記色可逆変化薄膜層が、プルシアンブルー型金属錯体超微粒子を含有させた分散液をスピンコート法、スプレー法、インクジェット法、及び印刷法から選ばれる製膜法により製膜した均一厚液体製膜層であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の色可逆変化表示装置用電極体。
- 前記分散液が撹拌抽出法により調製したプルシアンブルー型金属錯体超微粒子の分散液であることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の色可逆変化表示装置用電極体。
- 前記色可逆変化薄膜層の製膜時及び/又はその後、加熱処理及び/又は洗浄処理を施して前記保護配位子を除去したことを特徴とする請求項3〜9のいずれか1項に記載の色可逆変化表示装置用電極体。
- 前記色可逆変化薄膜層に電気化学特性制御剤及び/又は発色特性制御剤を含有させたことを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の色可逆変化表示装置用電極体。
- 前記色可逆変化薄膜層を、前記超微粒子を含有させた層と、電気化学特性制御剤及び/又は発色特性制御剤を含有させた層とを少なくとも有する多層薄膜層としたことを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の色可逆変化表示装置用電極体。
- 請求項1〜12のいずれか1項に記載の色可逆変化表示装置用電極体の前記色可逆変化薄膜層の片側に電解質層を設け、その外側に対極導電性構造層を設けたことを特徴とする色可逆変化表示装置。
- 前記色可逆変化表示装置用電極体が、透明絶縁層の片側に透明導電性膜を設け、該透明導電性膜のもう一方の片側に色可逆変化薄膜層を設けた電極体であり、
前記対極導電性構造層が対極絶縁層の片側に対極導電性膜を設けた構造層であり、
前記色可逆変化薄膜層と前記対極電極膜との間に電解質層を配置するようにしたことを特徴とする請求項13に記載の色可逆変化表示装置。 - 前記透明導電性構造層及び対極導電性構造層を薄板状としたことを特徴とする請求項13又は14記載の色可逆変化表示装置。
- 前記電解質層と対極導電性構造層との間に対極修飾層を設けたことを特徴とする請求項13〜15のいずれか1項に記載の色可逆変化表示装置。
- 電解質層の周縁を封止材でシールしたことを特徴とする請求項13〜16のいずれか1項に記載の色可逆変化表示装置。
- 請求項1〜12のいずれか1項に記載の電極体の前記色可逆変化薄膜層を、超微粒子を分散させた分散液により図柄及び/又は文字パターンに形成し、該薄膜層の片側に電解質層を設け、その外側に対極導電性構造層を設けた色可逆変化表示装置であって、前記図柄及び/又は文字を電気的に制御して表示することを特徴とする色可逆変化表示装置。
- 請求項1〜12のいずれか1項に記載の電極体の前記色可逆変化薄膜層の片側に電解質層を設け、その外側に透明の対極導電性構造層を設けた色可逆変化調光装置であって、透過光を電気的に制御して調光することを特徴とする色可逆変化調光装置。
- 請求項1〜12のいずれか1項に記載の電極体を製造するに当り、撹拌抽出法もしくは逆ミセル法により保護配位子を有するプルシアンブルー型金属錯体の超微粒子を分散させた分散液を調製し、透明導電性構造層の片側に前記分散液を塗布して色可逆変化薄膜層を製膜することを特徴とする色可逆変化表示装置用電極体の製造方法。
- 前記保護配位子をアミノ基もしくはピリジル基を含有する化合物とし、スピンコート法、スプレー法、インクジェット法、及び印刷法から選ばれる製膜法により前記分散液を塗布製膜することを特徴とする請求項20記載の色可逆変化表示装置用電極体の製造方法。
- 前記色可逆変化薄膜層の製膜時及び/又はその後、洗浄及び/又は加熱することにより保護配位子を除去することを特徴とする請求項20又は21記載の色可逆変化表示装置用電極体の製造方法。
- 前記プルシアンブルー型金属錯体の金属原子M1及び/又はM2を、それぞれ2種以上の金属の組み合わせとし、その金属組成を変化させて前記錯体の光学特性を調節し、電気的制御により所望の色みに変化させうる超微粒子とすることを特徴とする請求項20〜22のいずれか1項に記載の色可逆変化表示装置用電極体の製造方法。
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