KR100186948B1 - 전기 변색 용액 및 이를 이용한 전기 변색 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 일반식 (I)의 2,4'-디피리딜 유도체를 포함하는 전기 변색 용액 및 이를 이용한 전기 변색 장치에 관한 것이다:
상기식에서 R21, R22는 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 치환 또는 비치환 페닐기, 치환 또는 비치환 벤질기, 치환 또는 비치환 펜에틸기이고, X23 -, X24 -는 Cl-, Br-, I-, BF4 -, PF6 -, AsF6 -, ClO4 -, 또는 NO3 -이다.

Description

전기 변색 용액 및 이를 이용한 전기 변색 장치
제1도는 본 발명에 따른 전기 변색 용액의 흡광 스펙트럼을 측정하기 위한 장치를 개략적으로 도시한 것이고,
제2도는 본 발명에 따른 2,4'-디피리딜 유도체를 포함한 전기 변색 용액의 흡광 스펙트럼이다.
[발명의 목적]
본 발명은 전기적으로 색을 바꿀 수 있는 용액 및 이를 이용한 전기 변색 장치에 관한 것이다.
[발명이 속하는기술분야 및 그분야의 종래기술]
산화 상태와 환원 상태의 색이 다른 물질을 이용하여 전기적인 제어로 빛의 투과를 제어하는 방법이 공개된 지는 약 30년이 되었다.[W. R. Heller, J. Kumanoto, J. J. R. Luzzi and J. C. Powers, Jr., Electrochromic Light Valve, 미합중국특허 제 3,317,266호(1967); P. Manos, Electrochromic Device, 미합중국특허 제 3,451,741호(1969); J. G. Kenworthy, Variable Light Transmission Device, 영국특허 제 1314049호(1970)]. 이후 이를 표시 소자에 이용하려는 연구가 많이 행해졌다[C. J. Schoot, J. J. Ponjee, H. T. van Dam, R. A. van Doorn and P. T. Bolwijn, New Electrochromic Memory Display,Applied physics Letters, 23(2), 64(1973); T. Kawata, M, Yamamoto, M. Yamana, M. Tajima and T. Nakano, Characteristics of Viologen Derivatives for Electorchromic Display,Japanese Journal of Applied Physics, 14(5), 725(1975); M. D. Shattuck, An Electrochromic Display Device, 유럽특허출원 제 0012419호(1979)].
이러한 표시 소자 거의 모두가 환원시 가시 광선을 흡수하여 색을 띠는 양극 물질로서 4,4'-디피리딜 유도체를 사용하였다. 가역적으로 산화환원 반응을 할 수 있는, 비올로젠(Viologen)이라고도 알려진 4,4'-디피리딜 유도체가 알려진 지는 100년이 넘었고, 이 유도체의 전기 화학적, 분광 전기 화학적 성질은 잘 알려져 있다[C. L. Bird and A. T. Kuhn, Electrochemistry of the Viologens,Chemical Society Review, 10(1), 49-82(1981) 및 여기에 인용된 논문들].
비올로젠 화합물을 유기 용매에 용해시킨 용액을 두 투명 전극 사이에 담고 두 투명 전극에 인가하는 전압을 조절하여, 투명 전극과 용액을 투과하는 빛의 양을 조절할 수 있다는 것도 역시 알려져 있다[I. V. Shelepin, O. A. Ushakov, N. I. Karpova and V. A. Barachevskii, Electrochromism of Organic Compounds I. Electrochemical and Spectral Properties of a System Based on Methylviologen and 3-Ethyl-2-benzothiazolone Azine,Elektrokhimiya(translation), 13, 32(1977); I. V. Shelepin, V. I. Gavrilov, V. A. Barachevskii and N. I. Karpova, Electrochromism. of Oraganic Compounds Ⅱ. Spectral and Electrochemical Examination of a System Based on Metylviologen and 5,10-dihydeo-5,10-dimethylphenazine,Elektrokhimiya(translation),13, 404(1977); O. A. Ushakov, I. V. Shelepin, V. A. Barachevskii and E. G. Katyshev, Electrochromism of Organic Compounds Some Properties of Two-electrode Cells,Elektrokhimiya(translation),14, 319(1978)]. 전압이 인가되지 않은 상태에서는 용액이 투명하고, 적당한 전압이 인가되면 전류가 흘러 용액이 색을 띠어 빛을 흡수하므로 가시 광선의 투과율이 낮아진다. 이러한 원리를 바탕으로 비올로젠을 포함한 용액 및 이를 이용한 전기 변색 장치에 대한 여러 특허가 출원되었고, 특히 자동차 후사경의 반사도를 조절하여 운전자의 눈부심을 방지하는 장치는 실제로 응용되었다[D. V. Varaprasad, N. R. Lynam, H. R. Habibi and P. Desaraju, Electrochemichromic Viologens, 유럽특허출원 0 430 686 A2(1990); H. J. Baker, Single-Compartment, Self-Erasing, Solution-Phase Electrochromic Devices, Solutions for Use Therein, And Uses Thereof, 미합중국특허 제 4,902,108호(1990); H. J. Baker, Variable Reflectance Motor Vehicle Mirror, 미합중국특허 제 5,128,799호(1992); D. V. Varaprasad, N. R. Lynam, H. R. Habibi and P. Desaraju, High Performance Electrochemichromic Solutions and Devices Thereof, 미합중국특허 제 5,140,455호(1992); H. J. Baker, Variable Reflectance Mirror, 미합중국특허 제 5,282,077(1994); H. J. Baker, Bipyridinium Salt Solutions, 미합중국특허 제5,294,376호(1994); H. J. Baker, Electorchromic Devices with Bipyridinium Salt Solutions, 미합중국특허 제5,336,448호(1994)](디피리딜 화합물은 비피리딜 또는 비피리딘이라고도 불린다).
오래 전부터 공지되어 전기 변색 용액 및 이를 이용한 전기 변색 장치에 많이 사용된 4,4'-디피리딜 유도체에 비해 2,4'-디피리딜 유도체의 전기 변색 현상에 대해서는 보고된 바가 없다.
[발명이 이루고자 하는 기술적 과제]
본 발명자들은 환원되면 청색을 띠는 4,4'-디피리딜 유도체 대신 2,4'-디피리딜 유도체를 사용하면 청색이 아닌 다른 색을 띠는 전기 변색 용액을 만들 수 있다는 것을 발견하여 본 발명을 완성하게 되었다.
본 발명의 목적은 2,4'-디피리딜 유도체를 이용한 전기 변색 용액 및 이를 이용한 전기 변색 장치를 제공하는 것이다.
[발명의 구성 및 작용]
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 하기 일반식 (I)의 2,4'-디피리딜 유도체를 포함하는 전기 변색 용액을 제공한다:
상기식에서 R21, R22는 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 치환 또는 비치환 페닐기, 치환 또는 비치환 벤질기, 치환 또는 비치환 펜에틸기이고, X23 -, X24 -는 Cl-, Br-, I-, BF4 -, PF6 -, AsF6 -, ClO4 -, 또는 NO3 -이다.
또한 본 발명에서는 상기 일반식 (I)의 혼합물을 포함한 전기 변색 용액을 포함하는 전기 변색 장치를 제공한다.
이하 본 발명에 대하여 보다 상세히 설명한다.
상기 일반식 (I)의 2,4'-디피리딜 유도체는 이들의 용액에 전기를 통하면 색을 나타내므로 전기 변색 용액을 제조하는 데 적당하다.
일반식 (I)의 2,4'-디피리딜 유도체는 2,4'-디피리딜과 요드화메탄, 요드화에탄, 브로모벤질, 2-페닐브로모에탄 등의 알킬 할라이드를 반응시켜 합성한 유도체의 할라이드 음이온 염의 수용액에 육플루오로인산칼륨, 사플루오로붕산나트륨 등의 수용액을 넣어 음이온이 치환된 일반식 (I)의 2,4'-디피리딜 유도체를 얻는다.
상기와 같이 제조한 일반식 (I)의 2,4'-디피리딜 유도체가 포함된 전기 변색 용액은 용매에 상기 유도체와 전해질을 용해시켜 제조할 수 있다. 이 때 용매로는 아세토니트릴, N.N-디메틸포름아미드, 테트라히드로푸란, 탄산에틸렌, 탄산프로필렌 등을 사용할 수 있고, 지지 전해질로는 테트라에틸암모늄, 테트라부틸암모늄 등의 테트라알킬암모늄 양이온의 사플루오로붕산염, 육플루오로인산염, 과염소산염 등을 사용할 수 있다.
일반식 (I)의 화합물을 포함하는 전기 변색 용액은 전압 인가시 보라색을 띤다.
본 발명의 전기 변색 장치는 상기와 같이 제조된 일반식 (I)의 2,4'-디피리딜 유도체를 포함하는 전기 변색 용액을 이용하여 제조할 수 있고, 그 예로는 자동차 후사경, 문자 표시 장치 등을 들 수 있다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 단, 본 발명의 범위가 하기 실시예만으로 한정되는 것은 아니다.
[제조예 : 2,4'-디피리딜 유도체(N,N'-디메틸-2,4'-디피리디늄2+)의 제조]
2,4'-디피리딜 0.78g을 메탄올 40ml에 용해시키고 요드화메탄 2.8g을 첨가하고 하루 동안 환류하였다. 용매와 남은 요드화메탄을 증발시켜 N,N'-디메틸-2,4'-디피리디늄2+의 요드화염을 얻었다. 이것의 수용액과 2당량의 육플루오로인산칼륨 수용액을 혼합하고, 생성된 침전을 여과한 다음 메탄올로 세척하고 진공에서 용매를 제거하여 N,N'-디메틸-2,4'-디피리디늄2+의 육플루오로인산염을 얻었다.
[실시예 : 2,4'-디피리딜 유도체를 포함한 전기 변색 용액]
0.13mm만큼 사이를 띄운 두 장의 인듐-주석 산화막 투명전극 사이를 상기 제조예에서 제조한 N,N'-디메틸-2,4'-디피리디늄2+의 육플루오로인산염 70mM, 페로센 140 mM 및 0.2 M 육플루오로인산테트라부틸암모늄염의 탄산프로필렌 용액으로 채웠다. 이것을 제1도에 도시한 것처럼 거울 위에 올려놓고 두 투명전극 사이에 1.96 V의 전압을 인가하여 용액을 변색시킨 후 반사되는 빛의 흡광스펙트럼을 측정하였다. 전압을 인가하면 용액은 보라색을 띠었다. 상기와 같이 측정한 흡광 스펙트럼은 제2도에 나타내었다.
[발명의 효과]
이상에서 살펴본 바와 같이 일반식 (I)의 2,4'-디피리딜 유도체를 사용하면 전압 인가시 보라색을 띠는 전기 변색 장치를 만들 수 있다.

Claims (2)

  1. 하기 일반식 (I)의 2,4'-디피리딜 유도체를 포함하는 전기 변색 용액:
    상기식에서 R21, R22는 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 치환 또는 비치환 페닐기, 치환 또는 비치환 벤질기, 치환 또는 비치환 펜에틸기이고, X23 -, X24 -는 Cl-, Br-, I-, BF4 -, PF6 -, AsF6 -, ClO4 -, 또는 NO3 -이다.
  2. 제1항에 따른 일반식 (I)의 2,4'-디피리딜 유도체를 포함한 전기 변색 용액을 포함하는 전기 변색 장치.
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