KR101519659B1 - 전기변색 물질 및 이를 이용한 전기변색 소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 구현예들은 전기변색 물질 및 이를 이용한 전기변색 소자에 관한 것으로, 이러한 구현예들의 전기변색 물질은 다양한 색을 구현하므로, RGB 풀 컬러(Full Color)의 구현이 가능하여 각종 전기변색 장치에 다양하게 사용될 수 있다.
전기변색 소자, 전기변색 물질, 이소프탈레이트계 화합물
Description
본 발명의 구현예들은 전기변색 물질 및 이를 이용한 전기변색 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다양한 색을 구현하는 신규한 전기변색 물질 및 이를 이용한 전기변색 소자에 관한 것이다.
전압을 인가할 때 전계 방향에 의해 가역적으로 색상이 변하는 현상을 전기변색(electrochromism)이라 하며, 이러한 특성을 지닌 전기 화학적 산화 환원 반응에 의해서 재료의 광특성이 가역적으로 변할 수 있는 물질을 전기변색 물질이라고 한다. 즉, 전기변색 물질은 외부에서 전기장이 인가되지 않는 경우에는 색을 띠지 않고 있다가 전기장이 인가되면 색을 띠게 되거나, 반대로 외부에서 전기장이 인가되지 않는 경우에는 색을 띠고 있다가 전기장이 인가되면 색이 소멸하는 특성을 갖는다.
이러한 전기변색 원리를 이용한 전기변색 소자는 외부 광원을 필요로 하지 않으며, 반사율이 우수하고, 유연성과 휴대성이 뛰어나며, 경량화가 가능하여 각종 평판 디스플레이에 많은 활용이 예상된다. 특히, 최근 종이를 대체하는 전자 매체인 전자 페이퍼(E-paper)의 응용 가능성이 높아 활발하게 연구가 진행되고 있다.
이러한 전기변색 물질로는 산화 텅스텐, 산화 몰리브덴 등의 무기화합물과 피리딘계 화합물, 아미노퀴논계 화합물, 아진계 화합물 등의 유기화합물이 알려져 있다.
특히, 유기계 전기변색 물질의 경우 무기계 전기변색 물질에 비하여 장기 안정성이 떨어지나, 플렉서블(flexible) 기판에 적용이 가능하고, 습식 공정으로 박막 형성이 가능한 이점 등으로 인하여 최근 활발하게 연구가 진행되고 있다.
한편, 전기변색 소자에 있어서 풀 칼러(full color)를 구현하기 위하여는 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue)의 조합이 이루어져야 한다. 그러나 전기변색 물질 중 적색을 발현하는 물질은 현재까지 알려진 것이 거의 없어, 이러한 물질의 개발이 요구되고 있다.
본 발명의 구현예들은 다양한 색을 구현하는 신규한 전기변색 물질을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 구현예들은 상기 전기변색 물질을 이용하여 제조 공정이 단순한 전기변색 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 하나의 구현예는 하기 화학식 1로 표시되는 전기변색 물질에 관한 것이다.
[화학식 1]
상기 식에서, R1은 수소, 할로겐 원자, 하이드록시기, 아미노기, 시아노기, 니트로기, 카르복실기, 벤조일아미노기, 탄소수 1 내지 50의 알킬술포닐아미노기, 탄소수 1 내지 50의 선형 알킬기, 탄소수 1 내지 50의 분지형 알킬기, 탄소수 1 내지 50의 환형 알킬기, 탄소수 2 내지 50의 선형 알케닐기, 탄소수 2 내지 50의 분지형 알케닐기, 탄소수 2 내지 50의 선형 알키닐기, 탄소수 2 내지 50의 분지형 알 키닐기, 탄소수 1 내지 50의 알콕시기, 탄소수 2 내지 50의 알킬알콕시기, 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 탄소수 5 내지 50의 헤테로아릴기 또는 티에닐기이고,
상기 분지형 알킬기, 환형 알킬기, 분지형 알케닐기, 아릴기 및 헤테로아릴기는 할로겐 원자, 하이드록시기, 아미노기, 시아노기, 니트로기, 티에닐기, 탄소수 1 내지 7의 알킬기 또는 탄소수 2 내지 7의 알케닐기로 치환될 수 있고,
상기 R2는 -(CH2)m-이고,
상기 m은 1 내지 10의 정수이고,
상기 R3은 -CH=CH2, 탄소수 1 내지 10의 선형 알킬기, 탄소수 1 내지 10의 분지형 알킬기, 탄소수 1 내지 10의 환형 알킬기, 탄소수 2 내지 10의 선형 알케닐기, 탄소수 2 내지 10의 분지형 알케닐기, 탄소수 6 내지 12의 아릴기 또는 탄소수 5 내지 12의 헤테로아릴기이다.
본 발명의 다른 구현예는 투명 전극; 상기 투명 전극에 대향하는 대향 전극; 및 상기 투명전극과 상기 대향 전극 사이에 위치된 전기변색층을 포함하는 전기변색 소자에 있어서, 상기 전기변색층이 본 발명의 한 구현예에 따른 전기변색 물질을 포함하는 전기변색 소자에 관한 것이다.
본 발명의 구현예들의 전기변색 물질은 다양한 색을 구현하므로, RGB 풀 컬러(Full Color)의 구현이 가능하여 각종 전기변색 장치에 다양하게 사용될 수 있 다.
이하에서 첨부 도면을 참고하여 본 발명의 다양한 구현예들에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명의 하나의 구현예의 전기변색 물질은 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.
상기 식에서, R1은 수소, 할로겐 원자, 하이드록시기, 아미노기, 시아노기, 니트로기, 카르복실기, 벤조일아미노기, 탄소수 1 내지 50의 알킬술포닐아미노기, 탄소수 1 내지 50의 선형 알킬기, 탄소수 1 내지 50의 분지형 알킬기, 탄소수 1 내지 50의 환형 알킬기, 탄소수 2 내지 50의 선형 알케닐기, 탄소수 2 내지 50의 분지형 알케닐기, 탄소수 2 내지 50의 선형 알키닐기, 탄소수 2 내지 50의 분지형 알키닐기, 탄소수 1 내지 50의 알콕시기, 탄소수 2 내지 50의 알킬알콕시기, 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 탄소수 5 내지 50의 헤테로아릴기 또는 티에닐기이고,
상기 분지형 알킬기, 환형 알킬기, 분지형 알케닐기, 아릴기 및 헤테로아릴 기는 할로겐 원자, 하이드록시기, 아미노기, 시아노기, 니트로기, 티에닐기, 탄소수 1 내지 7의 알킬기 또는 탄소수 2 내지 7의 알케닐기로 치환될 수 있고,
상기 R2는 -(CH2)m-이고,
상기 m은 1 내지 10의 정수이고,
상기 R3은 -CH=CH2, 탄소수 1 내지 10의 선형 알킬기, 탄소수 1 내지 10의 분지형 알킬기, 탄소수 1 내지 10의 환형 알킬기, 탄소수 2 내지 10의 선형 알케닐기, 탄소수 2 내지 10의 분지형 알케닐기, 탄소수 6 내지 12의 아릴기 또는 탄소수 5 내지 12의 헤테로아릴기이다.
본 발명의 다른 구현예에 따르면, 상기 화학식 1에서 상기 R1은 수소, 할로겐 원자, 니트로기, 탄소수 1 내지 3의 알킬기, 탄소수 1 내지 3의 알콕시기, 비치환된 페닐기, 오쏘 위치(ortho-position)에서 할로겐으로 치환된 페닐기, 메타 위치(meta-position)에서 할로겐으로 치환된 페닐기, 파라 위치(para-position)에서 할로겐으로 치환된 페닐기, 오쏘 위치에서 알콕시기로 치환된 페닐기, 메타 위치에서 알콕시기로 치환된 페닐기, 파라 위치에서 알콕시기로 치환된 페닐기, 오쏘 위치에서 페닐기로 치환된 페닐기, 메타 위치에서 페닐기로 치환된 페닐기, 파라 위치에서 페닐기로 치환된 페닐기 또는 티에닐기인인 전기변색 물질일 수 있다.
본 발명의 일구현예에서, 상기 화학식 1의 화합물은 비치환되거나 치환된 이소프탈산 유도체를 티오닐 클로라이드에 녹여서 환류시킨 후 5-헥센-1-올(5-hexene-1-ol)을 첨가함으로써 합성할 수 있다.
또한, 상기 전기변색 물질은 하기 화학식 2 내지 10으로 표시되는 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있으나, 반드시 이들로 제한되는 것은 아니다.
이 때, 상기 화학식 2, 화학식7, 화학식 8, 또는 화학식 10의 화합물은 하기 반응식 1과 같이, 비치환되거나 치환된 이소프탈산 유도체를 티오닐 클로라이드에 녹여서 환류시킨 후 5-헥센-1-올(5-hexene-1-ol)을 첨가함으로써 합성할 수 있다.
상기 식에서, R은 H, CH3, OCH3, 또는 NO2일 수 있다.
또한, 상기 화학식 3, 화학식 4, 화학식 5, 화학식 6 또는 화학식 9의 화합물은 하기 반응식 2와 같이, 하기 화학식 11의 화합물을 출발 물질로 하여 아릴보론산(aryl boronic acid)과의 커플링에 의해 합성할 수 있다.
상기 식에서, R'은 페닐기, 4-플루오로페닐기, 4-메톡시페닐기, 4,4'-바이페닐기 또는 2-티에닐기일 수 있다.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 투명 전극; 상기 투명 전극에 대향하는 대향 전극; 및 상기 투명전극과 상기 대향 전극 사이에 위치된 전기변색층을 포함하는 전기변색 소자에 있어서, 상기 전기변색층이 본 발명에 따른 상기 전기변색 물질을 포함하는 전기변색 소자를 제공할 수 있다.
이러한 전기변색 소자는 본 발명의 전기변색 물질을 사용하는 것을 제외하고는 통상의 방법으로 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일구현예 따른 전기변색 소자의 단면 개략도이다. 도 1을 참고하면, 본 발명의 전기변색 소자는 대향하는 한 쌍의 투명전극(100)과 대향 전극(200) 사이에 전기변색층(30)을 포함하는 구조를 가질 수 있다.
이 때, 투명전극(100)은 투명기판(10)과 도전막(20)으로 구성되고, 상기 투명전극(100)과 대향하여 배치된 대향전극(200)은 도전막(40)과 투명기판(50)으로 구성되며, 상기 투명전극(100)과 대향전극(200) 사이는 셀 갭(cell gap)을 유지할 수 있도록 스페이서(60)가 설치될 수 있다.
또한, 투명전극(100)과 대향전극(200) 사이의 전기변색층(30)은 본 발명에 따른 전기변색 물질을 포함하는데, 상기 전기변색 물질은 전해질에 녹아 전기변색층을 형성할 수도 있다.
본 발명의 일구현예에 사용되는 전해질로는 공지의 물질을 제한 없이 사용할 수 있으며, 그 구체적인 예로는 리튬염 (Lithium salt), 포타슘염 (potassium salt), 소듐염(sodium salt)이 용해된 용액 등을 들 수 있고, 보다 상세하게는 테트라 부틸 암모늄 헥사플로로포스페이트(tetrabutyl ammonium hexafluorophosphate) 또는 LiClO4 용액을 사용할 수 있으나, 반드시 이들로 제한되는 것은 아니다.
이 때, 상기 투명전극(100) 및 대향전극(200) 상에 형성된 도전막(20, 40)은 각각 양극 전극부 또는 음극 전극부를 형성할 수 있는데, 상기 투명전극(100) 및 대향전극(200) 사이에 전압을 인가하게 되면 전기변색 물질은 전해질 속의 이온이나 전자와 반응하여 변색된다.
특히, 상기 전기변색 소자가 하기 화학식 2로 표시되는 전기변색 물질을 포함하는 경우는 전압인가 시 노랑색으로 변색될 수 있다.
[화학식 2]
또한, 상기 전기변색 소자가 하기 화학식 3으로 표시되는 전기변색 물질을 포함하는 경우는 전압인가 시 분홍색으로 변색될 수 있다.
[화학식 3]
또한, 상기 전기변색 소자가 하기 화학식 4로 표시되는 전기변색 물질을 포함하는 경우는 전압인가 시 빨강색으로 변색될 수 있다.
[화학식 4]
또한, 상기 전기변색 소자가 하기 화학식 5로 표시되는 전기변색 물질을 포함하는 경우는 전압인가 시 분홍색으로 변색될 수 있다.
[화학식 5]
또한, 상기 전기변색 소자가 하기 화학식 6으로 표시되는 전기변색 물질을 포함하는 경우는 전압인가 시 보라색으로 변색될 수 있다.
[화학식 6]
또한, 상기 전기변색 소자가 하기 화학식 7로 표시되는 전기변색 물질을 포함하는 경우는 전압인가 시 주황색으로 변색될 수 있다.
[화학식 7]
또한, 상기 전기변색 소자가 하기 화학식 8로 표시되는 전기변색 물질을 포함하는 경우는 전압인가 시 노랑색으로 변색될 수 있다.
[화학식 8]
또한, 상기 전기변색 소자가 하기 화학식 9로 표시되는 전기변색 물질을 포 함하는 경우는 전압인가 시 빨강색으로 변색될 수 있다.
[화학식 9]
한편, 상기 전기변색 소자가 하기 화학식 10으로 표시되는 전기변색 물질을 포함하는 경우는 인가되는 전압의 세기에 따라 하나 이상의 색으로 변색될 수 있다.
[화학식 10]
이 때, 상기 인가되는 전압이 4.0 내지 4.5V인 경우는 파랑색으로 변색되고, 4.8 내지 5.3V인 경우는 빨강색으로 변색될 수 있다.
본 발명의 전기변색 소자에 사용되는 상기 투명 기판(10, 50)은 석영 및 유리와 같은 투명 무기기판 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 폴리프로필렌 등의 투명 플라스틱 기판을 제한 없이 사용할 수 있으며, 바람직하게는 플렉서블 기판을 사용하는 것이 좋 다.
또한, 상기 투명기판(10, 50) 상에 코팅되는 도전막(20, 40) 물질로는 투명성을 띠는 전도성 물질을 제한 없이 사용할 수 있는데, 그 구체적인 예로는 인듐틴 옥사이드(ITO), 플로린 도핑된 틴 옥사이드(FTO) 등이나 폴리페닐아세틸렌 폴리머 및 폴리티오펜과 같은 전도성 고분자 등이 사용될 수 있으나, 반드시 이들로 제한되는 것은 아니다.
한편, 상기 대향전극(200)의 도전막(40) 상에는 전기변색 물질의 전기 화학적 반응을 효율적으로 수행할 수 있도록 카운터 물질(counter material)층을 형성할 수도 있다. 상기 카운터 물질층의 재료로는 ATO(Antimony doped Tin Oxide), ITO(Indum Tin Oxide) 등을 사용할 수 있으나, 반드시 이들로 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 대향전극(200)의 도전막(40) 재질로는 전도성이 있는 것이면 어느 것이나 제한 없이 사용할 수 있다.
이하에서, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 하나, 하기 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명을 제한하기 위한 것은 아니다.
[전기변색 물질의 제조]
제조예
1:
이소프탈레이트계
화합물의 합성
50 mL의 슈렝크 플라스크(Schlenk flask)에서 이소프탈산(Isophthalic acid) 6.0 mmol을 SOCl2 3mL(41mmol)에 녹인 후 3시간 동안 환류 하에서 76℃로 가열하였다. 이어서, 상기 반응물을 상온으로 냉각시킨 후, 진공 하에서 과량의 SOCl2를 제거하였다. 본 명세서에서, "상온"이라 함은 인간에게 익숙한 밀폐된 공간에서의 특정한 온도 범위를 가리키며, 예를 들어, 22-28℃일 수 있으나, 반드시 이것으로 제한되는 것은 아니다. 상기 산물(oily product)을 진공 하에서 1 시간 동안 건조시킨 후 메틸렌 클로라이드(Methylene chloride) 20mL를 넣어서 녹였다. 그 후, 0℃에서 5-헥센-1-올(5-hexen-1-ol) 2.16mL(18mmol) 및 피리딘(pyridine) 1.94mL(24mmol)을 첨가한 후, 0℃에서 3시간 동안 교반하였다. 이어서, 상기 반응물을 메틸렌클로라이드 및 NH4Cl 수용액을 사용하여 추출하였다. 여과된 액을 MgSO4를 사용하여 건조하여 증발시켰다. 헥산 및 에테르의 혼합물(12:2)을 용리액(eluent)으로 사용하여 컬럼 크로마토크래피로 분리한 다음 얻어진 생성물을 진공 건조하여 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 수득하였다. 수득된 화합물의 1H NMR 결과는 다음과 같다.
[화학식 2]
1H NMR (300 MHz, CDCl3): δ(ppm) = 8.67 (s, 1 H), 8.21 (d, J = 7.8 Hz, 2 H), 7.52 (t, J = 7.5 Hz, 1 H), 5.80 (m, 2H), 5.03 (d, J = 14 Hz, 2H), 4.96 (d, J = 6.9 Hz, 2H), 4.34 (t, J = 6.6 Hz, 4H), 2.12 (q, J = 6.9 Hz, 4H), 1.79 (q, J = 6.9 Hz, 4H), 1.54 (q, J = 6.9 Hz, 4H).
제조예
2:
이소프탈레이트계
화합물의 합성
먼저, 이소프탈산 대신 5-요오도 이소프탈산을 사용하는 것을 제외하고는 제조예 1과 동일한 방법으로 실시하여 하기 화학식 11로 표시되는 화합물을 수득하였다.
[화학식 11]
이어서, 상기 화학식 11로 표시되는 물질 0.22mmol, 페닐보론산(phenyl boronic acid) 29mg(0.24mmol), 팔라듐 아세테이트(palladium acetate) 5.0mg(0.022mmol), 포타슘 카보네이트(potassium carbonate) 0.15g(1.1mmol) 및 트리톨일 포스핀(tritolyl phosphine) 13.3mg(0.044mmol)을 DMF 20mL에 첨가한 후, 90℃ 에서 4시간 동안 가열하였다. 이어서, 상기 반응물을 메틸렌클로라이드 및 NH4Cl 수용액을 사용하여 추출한 후, MgSO4를 사용하여 건조시켰다. 헥산 및 에테르의 혼합물(12:1)을 용리액(eluent)으로 사용하여 컬럼 크로마토크래피로 분리한 다음 얻어진 생성물을 진공 건조하여 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물을 수득하였다. 수득된 화합물의 1H NMR 결과는 다음과 같다.
[화학식 3]
1H NMR (300 MHz, CDCl3): δ(ppm) = 8.65 (s, 1 H), 8.45 (s, 2 H), 7.66 (d, J = 6.9 Hz,2 H), 7.47 (m, 3H), 5.82 (m, 2H), 5.06 (d, J = 14 Hz, 2H), 4.97 (d, J = 6.9 Hz, 2H), 4.41 (t, J = 6.6 Hz, 4H), 2.14 (q, J = 6.9 Hz, 4H), 1.83 (q, J = 6.9 Hz, 4H), 1.55 (q, J = 6.9 Hz, 4H).
제조예
3:
이소프탈레이트계
화합물의 합성
본 제조예에서는 페닐보론산 대신 4-플루오로페닐보론산을 사용하는 것을 제외하고는 제조예 2와 동일한 방법으로 실시하여 하기 화학식 4로 표시되는 화합물을 수득하였다. 수득된 화합물의 1H NMR 결과는 다음과 같다.
[화학식 4]
1H NMR (300 MHz, CDCl3) : δ(ppm) = 8.64 (s, 1 H), 8.39 (s, 2H), 7.62 (d, J = 8.7 Hz, 2 H), 7.17 (t, J = 8.7 Hz, 2 H), 5.83 (m, 2H), 5.04 (d, J = 14 Hz, 2H), 4.98 (d, J = 6.9 Hz, 2H), 4.39 (t, J = 6.6 Hz, 4H), 2.14 (q, J = 7.2 Hz, 4H), 1.84 (q, J = 6.9 Hz, 4H), 1.58 (q, J = 6.9 Hz, 4H).
제조예
4:
이소프탈레이트계
화합물의 합성
본 제조예에서는 페닐보론산 대신 4-메톡시페닐보론산을 사용하는 것을 제외하고는 제조예 2와 동일한 방법으로 실시하여 하기 화학식 5로 표시되는 화합물을 수득하였다. 수득된 화합물의 1H NMR 결과는 다음과 같다.
[화학식 5]
1H NMR (300 MHz, CDCl3) : δ (ppm) = 8.60 (s, 1 H), 8.41 (s, 2 H), 7.61 (d, J = 6.9 Hz, 2 H), 7.00 (d, J = 6.9 Hz, 2 H), 5.81 (m, 2H), 5.04 (d, J = 15 Hz, 2H), 4.99 (d, J = 7.0 Hz, 2H), 4.40 (t, J = 6.9 Hz, 4H), 3.86 (s, 3H), 2.15 (q, J = 6.9 Hz, 4H), 1.84 (q, J = 6.9 Hz, 4H), 1.59 (q, J = 7.2 Hz, 4H).
제조예
5:
이소프탈레이트계
화합물의 합성
본 제조예에서는 페닐보론산 대신 4,4'-바이페닐보론산을 사용하는 것을 제외하고는 제조예 2와 동일한 방법으로 실시하여 하기 화학식 6으로 표시되는 화합물을 수득하였다. 수득된 화합물의 1H NMR 결과는 다음과 같다.
[화학식 6]
1H NMR (300 MHz, CDCl3) : δ (ppm) = 8.66 (s, 1 H), 8.51 (s, 2 H), 7.74 (s, 4 H), 7.65 (d, J = 7.5 Hz, 2 H), 7.48 (t, J = 7.2 Hz, 2H), 7.40 (t, J = 7.2 Hz, 1 H), 5.84 (m, 2H), 5.05 (d, J = 14 Hz, 2H), 4.98 (d, J = 6.9 Hz, 2H), 4.40 (t, J = 6.6 Hz, 4H), 2.15 (q, J = 7.2 Hz, 4H), 1.84 (q, J = 7.2 Hz, 4H), 1.57 (q, J = 7.2 Hz, 4H).
제조예
6:
이소프탈레이트계
화합물의 합성
본 제조예에서는 이소프탈산 대신 5-메틸이소프탈산을 사용하는 것을 제외하고는 제조예 1과 동일한 방법으로 실시하여 하기 화학식 7로 표시되는 화합물을 수득하였다. 수득된 화합물의 1H NMR 결과는 다음과 같다.
[화학식 7]
1H NMR (300 MHz, CDCl3) : δ (ppm) = 8.47 (s, 1 H), 8.02 (s, 2H), 5.81 (m, 2H), 5.01 (d, J = 15 Hz, 2H), 4.96 (d, J = 6.9 Hz, 2H), 4.32 (t, J = 6.9 Hz, 4H), 2.45 (s, 3H), 2.14 (q, J = 6.9 Hz, 4H), 1.80 (q, J = 6.9 Hz, 4H), 1.53 (q, J = 6.9 Hz, 4H).
제조예
7:
이소프탈레이트계
화합물의 합성
본 제조예에서는 이소프탈산 대신 5-메톡시이소프탈산을 사용하는 것을 제외하고는 제조예 1과 동일한 방법으로 실시하여 하기 화학식 8로 표시되는 화합물을 수득하였다. 수득된 화합물의 1H NMR 결과는 다음과 같다.
[화학식 8]
1H NMR (300 MHz, CDCl3) : δ (ppm) = 8.26 (s, 1 H), 7.73 (s, 2 H), 5.82 (m, 2H), 5.03 (d, J = 14 Hz, 2H), 4.97 (d, J = 6.9 Hz, 2H), 4.36 (t, J = 6.6 Hz, 4H), 3.88 (s, 3H), 2.12 (q, J = 6.9 Hz, 4H), 1.79 (q, J = 6.9 Hz, 4H), 1.54 (q, J = 6.9 Hz, 4H).
제조예
8:
이소프탈레이트계
화합물의 합성
본 제조예에서는 페닐보론산 대신 2-티에닐보론산을 사용하는 것을 제외하고는 제조예 2와 동일한 방법으로 실시하여 하기 화학식 9로 표시되는 화합물을 수득하였다. 수득된 화합물의 1H NMR 결과는 다음과 같다.
[화학식 9]
1H NMR (300 MHz, CDCl3) : δ (ppm) = 8.56 (s, 1 H), 8.43 (s, 2 H), 7.46 (d, J = 3.6 Hz,1 H), 7.36 (d, J = 5.1 Hz,1 H), 7.12 (dd, J = 3.6, 5.0 Hz,1 H ), 5.84 (m, 2H), 5.07 (d, J = 14 Hz, 2H), 4.98 (d, J = 6.9 Hz, 2H), 4.40 (t, J = 6.6 Hz, 4H), 2.14 (q, J = 6.9 Hz, 4H), 1.84 (q, J = 6.9 Hz, 4H), 1.57 (q, J = 6.9 Hz, 4H).
제조예
9:
이소프탈레이트계
화합물의 합성
본 제조예에서는 이소프탈산 대신 5-니트로이소프탈산을 사용하는 것을 제외하고는 제조예 1과 동일한 방법으로 실시하여 하기 화학식 10으로 표시되는 화합물을 수득하였다. 수득된 화합물의 1H NMR 결과는 다음과 같다.
[화학식 10]
1H NMR (300 MHz, CDCl3) : δ (ppm) = 8.99 (s, 2 H), 8.93 (s, 1 H), 5.79 (m, 2H), 5.04 (d, J = 14 Hz, 2H), 4.95 (d, J = 6.9 Hz, 2H), 4.38 (t, J = 6.9 Hz, 4H), 2.14 (q, J = 7.0 Hz, 4H), 1.79 (q, J = 6.9 Hz, 4H), 1.54 (q, J = 6.9 Hz, 4H).
[전기변색 소자의 제조]
실시예
1-9
0.2M의 무수 테트라부틸암모늄 헥사플루오로포스페이트(tetrabutyl ammonium hexafluorophosphate)를 함유하는 γ-부티로락톤(γ-butyrolactone)에 상기 제조예 1-9에서 제조된 전기 변색물질을 녹여서 0.225M의 전기 변색 용액을 제조하였다. 이어서 전극으로서 ITO가 코팅된 두 개의 유리 사이에 셀 갭(cell gap)을 유지할 수 있는 스페이서를 설치하여 밀봉한 후, 시린지(syringe)로 상기에서 제조된 전기 변색 용액을 주입하여 전기변색 테스트 소자를 제조하였다.
실시예
10-18
1-비닐-2-피롤리돈(1-vinyl-2-pyrrolidinone) 3.33g(30 mmol), N,N'-메틸렌비스아크릴아마이드(N,N'-methylenebisacrylamide) 0.031g(0.2 mmol), 1-메틸-2피롤리돈(1-methyl-2-pyrrolidinone) 0.99g(10mmol), 암모늄퍼설페이트(ammonium persulfate) 4.6 mg(0.02 mmol), N,N,N',N'-테트라메틸에틸렌디아민(N,N,N',N'-tetramethylethylenediamine) 1.2 mg(0.01mmol), 테트라부틸암모늄 헥사플루오로포스페이트(tetrabutyl ammonium hexafluorophosphate) 0.068g(0.2 mmol) 및 제조예 1-9에서 합성된 전기변색 물질을 혼합하여 0.225M의 전기변색 용액을 제조하였다. 이어서 전극으로서 ITO가 코팅된 두 개의 유리 사이에 셀 갭(cell gap)을 유지할 수 있는 스페이서를 설치하여 밀봉한 후, 시린지(syringe)로 상기에서 제조된 전기변색 용액을 주입하고, 70℃에서 12시간 동안 열처리를 하여 젤 형태의 전기변색물질을 포함하는 전기변색 테스트 소자를 제조하였다.
[전기변색 소자의 특성 평가]
상기 실시예 1-18에서 제조된 각각의 전기변색 소자에 하기 표 1과 같이 전압을 인가했을 때 나타나는 색변화를 관찰하고, 그 결과를 표 1에 나타내었다..
상기 표 1을 참고하면, 이소프탈레이트계의 신규한 화합물을 이용하여 용액이나 젤 형태로 전기변색층을 제조한 본 발명에 따른 전기변색 소자는 파랑색, 노랑색 뿐 아니라, 적색계통으로도 변색됨을 확인할 수 있다.
한편, 실시예 1-9에서 제조된 각각의 전기변색 소자에 전압을 인가하여 소자를 변색시킨 후, 그 상태에서 Ocean Optics USB4000 spectrometer로 그 소자를 구성하는 전기변색 물질의 UV 스펙트럼을 측정하여 그 결과를 도 2에 도시하였다. 도 2를 참고하면, 실시예 1-9에서 제조된 소자에 전압을 인가하여 변색시킨 경우, 그 소자를 구성하는 각각의 전기변색 물질은 450 nm, 509 nm, 510 nm, 449 nm, 562 nm, 448 nm, 446 nm, 530 nm 및 544 nm의 파장에서 피크를 보이는데, 이로써 소자를 구성하는 전기변색 물질들은 노랑색, 보라색뿐 아니라, 적색계통으로도 변색됨을 확인할 수 있다.
또한, 표 1을 참고하면, 실시예 9에 의해 제조된 전기변색 소자는 인가되는 전압의 세기에 따라 다양한 색을 구현함을 확인할 수 있다. 즉, 전압을 인가하기 이전에는 무색이었다가 4.17V의 전압을 인가한 경우는 파랑색을 나타내고, 5.19V의 전압을 인가한 경우는 빨강색을 구현함을 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 구현예에 대하여 상세하게 설명하였으나, 당업자들은 본 발명의 정신 및 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 가하여 실시할 수 있을 것이다. 따라서 이러한 모든 가능한 수정이나 변형은 본 발명의 보호 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.
이하의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 이해를 돕는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 이들 도면에 기재된 사항으로만 한정되어 해석되어서는 안된다.
도 1은 본 발명의 일구현예에 따른 전기변색 소자의 단면개략도,
도 2는 본 발명의 실시예 1-9에 의해 제조된 전기변색 소자의 전기변색 후 그를 구성하는 전기변색 물질의 UV 스펙트럼이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10, 50: 기판 20, 40: 도전막
30: 전기변색층 60: 스페이서
100: 투명 전극 200: 대향 전극
Claims (14)
- 하기 화학식 1로 표시되는 전기변색 물질:[화학식 1]
상기 식에서, R1은 할로겐 원자, 하이드록시기, 아미노기, 시아노기, 니트로기, 카르복실기, 벤조일아미노기, 탄소수 1 내지 50의 알킬술포닐아미노기, 탄소수 1 내지 50의 선형 알킬기, 탄소수 1 내지 50의 분지형 알킬기, 탄소수 1 내지 50의 환형 알킬기, 탄소수 2 내지 50의 선형 알케닐기, 탄소수 2 내지 50의 분지형 알케닐기, 탄소수 2 내지 50의 선형 알키닐기, 탄소수 2 내지 50의 분지형 알키닐기, 탄소수 1 내지 50의 알콕시기, 탄소수 2 내지 50의 알킬알콕시기, 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 탄소수 5 내지 50의 헤테로아릴기 또는 티에닐기이고,상기 분지형 알킬기, 환형 알킬기, 분지형 알케닐기, 아릴기 및 헤테로아릴기는 할로겐 원자, 하이드록시기, 아미노기, 시아노기, 니트로기, 티에닐기, 탄소수 1 내지 7의 알킬기 또는 탄소수 2 내지 7의 알케닐기로 치환될 수 있고,상기 R2는 -(CH2)m-이고,상기 m은 1 내지 10의 정수이고,상기 R3은 -CH=CH2, 탄소수 1 내지 10의 선형 알킬기, 탄소수 1 내지 10의 분지형 알킬기, 탄소수 1 내지 10의 환형 알킬기, 탄소수 2 내지 10의 선형 알케닐기, 탄소수 2 내지 10의 분지형 알케닐기, 탄소수 6 내지 12의 아릴기 또는 탄소수 5 내지 12의 헤테로아릴기이다. - 제 1 항에 있어서, 상기 R1은 할로겐 원자, 니트로기, 탄소수 1 내지 3의 알킬기, 탄소수 1 내지 3의 알콕시기, 비치환된 페닐기, 오쏘 위치(ortho-position)에서 할로겐으로 치환된 페닐기, 메타 위치(meta-position)에서 할로겐으로 치환된 페닐기, 파라 위치(para-position)에서 할로겐으로 치환된 페닐기, 오쏘 위치에서 알콕시기로 치환된 페닐기, 메타 위치에서 알콕시기로 치환된 페닐기, 파라 위치에서 알콕시기로 치환된 페닐기, 오쏘 위치에서 페닐기로 치환된 페닐기, 메타 위치에서 페닐기로 치환된 페닐기, 파라 위치에서 페닐기로 치환된 페닐기 또는 티에닐기인 것을 특징으로 하는 전기변색 물질.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전기변색 물질이 하기 화학식 3 내지 10으로 표시되는 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 전기변색 물질.[화학식 3]
[화학식 4]
[화학식 5]
[화학식 6]
[화학식 7]
[화학식 8]
[화학식 9]
[화학식 10]
- 투명 전극; 상기 투명 전극에 대향하는 대향 전극; 및 상기 투명전극과 상기 대향 전극 사이에 위치된 전기변색층을 포함하는 전기변색 소자에 있어서, 상기 전기변색층이 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 따른 전기변색 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기변색 소자.
- 삭제
- 제 4 항에 있어서, 상기 전기변색 소자가 하기 화학식 3으로 표시되는 전기변색 물질을 포함하는 경우는 전압인가 시 분홍색으로 변색되는 것을 특징으로 하는 전기변색 소자.[화학식 3]
- 제 4 항에 있어서, 상기 전기변색 소자가 하기 화학식 4로 표시되는 전기변색 물질을 포함하는 경우는 전압인가 시 빨강색으로 변색되는 것을 특징으로 하는 전기변색 소자.[화학식 4]
- 제 4 항에 있어서, 상기 전기변색 소자가 하기 화학식 5로 표시되는 전기변색 물질을 포함하는 경우는 전압인가 시 분홍색으로 변색되는 것을 특징으로 하는 전기변색 소자.[화학식 5]
- 제 4 항에 있어서, 상기 전기변색 소자가 하기 화학식 6으로 표시되는 전기 변색 물질을 포함하는 경우는 전압인가 시 보라색으로 변색되는 것을 특징으로 하는 전기변색 소자.[화학식 6]
- 제 4 항에 있어서, 상기 전기변색 소자가 하기 화학식 7로 표시되는 전기변색 물질을 포함하는 경우는 전압인가 시 주황색으로 변색되는 것을 특징으로 하는 전기변색 소자.[화학식 7]
- 제 4 항에 있어서, 상기 전기변색 소자가 하기 화학식 8로 표시되는 전기변색 물질을 포함하는 경우는 전압인가 시 노랑색으로 변색되는 것을 특징으로 하는 전기변색 소자.[화학식 8]
- 제 4 항에 있어서, 상기 전기변색 소자가 하기 화학식 9로 표시되는 전기변색 물질을 포함하는 경우는 전압인가 시 빨강색으로 변색되는 것을 특징으로 하는 전기변색 소자.[화학식 9]
- 제 4 항에 있어서, 상기 전기변색 소자가 하기 화학식 10으로 표시되는 전기 변색 물질을 포함하는 경우는 인가되는 전압의 세기에 따라 하나 이상의 색으로 변색되는 것을 특징으로 하는 전기변색 소자.[화학식 10]
- 제 13 항에 있어서, 상기 인가되는 전압이 4.0 내지 4.5V인 경우는 파랑색으로 변색되고, 4.8 내지 5.3V인 경우는 빨강색으로 변색되는 것을 특징으로 하는 전기변색 소자.
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