エレクトロクロミック装置
【課題】極めて色純度が高く、精密な色制御が可能で、鮮鋭かつ明瞭なフルカラー画像表示に寄与可能なイエロー発色のエレクトロクロミック装置を提供する。
【解決手段】支持基板１、６上に少なくとも透明電極２、７が形成されている一対の電極構造体１１、１２が、透明電極２、７同士が対面するように、電解質層５を挟持して配置されており、一対の透明電極２、７のうちの、少なくとも一方の上に、所定の構造のピリジン化合物よりなる有機ＥＣ色素が吸着されている多孔質電極４が形成されているエレクトロクロミック装置を提供する。
【解決手段】支持基板１、６上に少なくとも透明電極２、７が形成されている一対の電極構造体１１、１２が、透明電極２、７同士が対面するように、電解質層５を挟持して配置されており、一対の透明電極２、７のうちの、少なくとも一方の上に、所定の構造のピリジン化合物よりなる有機ＥＣ色素が吸着されている多孔質電極４が形成されているエレクトロクロミック装置を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発色効率、応答速度、表示色純度に優れ、明瞭で鮮鋭な画像形成が可能であり、繰り返し耐久性にも優れたエレクトロクロミック装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、明るく色純度に優れ、かつ省消費電力で、フルカラー表示への応用が容易な表示色素材料やこれを用いた表示素子への要望が高まってきており、従来においては、ＣＲＴ、ＬＣＤ、ＰＤＰ、ＥＬＤ等の発光型素子に関する多くの技術の提案がなされている。
しかしながら、上記従来公知の各種発光型素子は、ユーザーが発光を直視する形式で使用するものであるため、長時間閲覧すると視覚的な疲労を引き起こすという問題があった。
また携帯電話等のモバイル機器は、屋外で使用される場合が多く、太陽光下では、発光が相殺されて視認性が悪化するという問題もあった。
更に、ＬＣＤは、発光型素子の中でも特に需要が拡大している技術であり、大型、小型の、様々なディスプレイ用途に用いられているが、ＬＣＤは視野角が狭く、見やすさの観点からは改善すべき課題を有している。
【０００３】
ところで、反射型表示素子に関しては、電子ペーパーの需要向上により、従来から様々な技術の提案がなされている。
例えば、反射型ＬＣＤや電気泳動方式が挙げられる。
反射型ＬＣＤとしては、二色性色素を用いたＧ−Ｈ型液晶方式や、コレステリック液晶等が知られている。これらの方式は、従来の発光型ＬＣＤと比較して、バックライトを使用しないため、省消費電力という利点を有しているが、視野角依存性があり、また光反射効率も低いため、必然的に画面が暗くなってしまうという問題がある。
他方、電気泳動方式は、溶媒中に分散された電荷を帯びた粒子が、電界によって移動する現象を利用した方式であり、省消費電力で、視野角依存性がないという利点を有しているが、フルカラー化を行う場合には、カラーフィルターを利用する並置混合法を適用する必要があるため、反射率が低下し、必然的に画面が暗くなってしまうという問題がある。
【０００４】
また、近年においては、自動車の調光ミラーや時計等に、エレクトロクロミック（以下、ＥＣと略称する。）素子を用いたものが提案されている。
このＥＣ素子による表示は、偏光板等が不要であり、視野角依存性が無く、発色型で視認性に優れ、構造が簡易でかつ大型化も容易で、更には材料の選択によって多様な色調の表示が可能であるという利点を有している。
【０００５】
具体的なＥＣ素子を用いた表示装置としては、対の透明電極の少なくとも一方に半導体ナノ多孔質層を設け、この半導体ナノ多孔質層にＥＣ色素を担持させた構成の表示装置についての提案がなされている（例えば、特許文献１、２参照。）。
これらの表示装置は、開回路を構成して電極間の電子の移動を遮断し酸化還元状態を保持するだけで表示状態を静止できるので、表示画像を維持するための電力が不要であり、消費電力が極めて低いという点で優れている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２４８２４２号公報
【特許文献２】特開２００３−２７０６７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記公知文献に提案されている表示装置においては、ビオロゲンと称されるビピリジン化合物を反応色素として用いており、これは青色の発消色を可逆的に行うものであるため、元々フルカラー表示を行うことを前提していないものである。
フルカラー表示を行うために必要とされるシアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）に発色するＥＣ色素を用いた表示装置については、従来、技術開示がなされていない。
また、従来の表示装置は、色純度が低いという点や、精密かつ鮮明なカラー画像の表示を行うことが困難であるという問題を有していた。
【０００８】
そこで本発明においては、上述したような従来のＥＣ素子の技術上の問題点に鑑みて、フルカラー画像形成に寄与し得る色素として、イエローの発消色が可能な有機エレクトロミック色素に関して提案を行うこととした。
また更には、有機ＥＣ色素の化学構造について検討を行うことにより、より色純度が高く、鮮明な画像形成が可能で、かつ繰り返し耐久性にも優れたエレクトロクロミック装置を提供することとした。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明においては、支持基板上に少なくとも透明電極が形成されている一対の電極構造体（表示電極構造体と対向電極構造体）が、前記透明電極同士が対面するように電解質層を挟持して配置されており、前記一対の電極構造体を構成する透明電極のうちの、少なくとも一方の上に、下記一般式（１）で示されるピリジン化合物が吸着された多孔質電極が形成されており、前記一対の電極構造体に電圧を印加することにより、シアンの可逆的な発消色を行うことを特徴とするエレクトロクロミック装置を提供する。
【００１０】
【化１】
【００１１】
但し、一般式（１）において、ａ、ｂはａ×ｂ＝２を満たす整数であり、Ｘｂ-はｂ価アニオンを表している。
Ｅは、Ｓ、Ｏ、Ｎ−Ｒのいずれかを表す。ただしＲは水素原子、置換されていても良い脂肪族炭化水素基、置換されていても良い芳香族炭化水素基のいずれかを表す。
Ｙ1、Ｙ2は、水素原子、置換されていても良い脂肪族炭化水素基、置換されていても良い芳香族炭化水素基、エーテル基、ハロゲン基、エステル基、アミド基のいずれかを表す。
Ｂ1、Ｂ2は、置換されていても良い脂肪族炭化水素基である。
Ａ1、Ａ2は、置換されていても良い脂肪族炭化水素基、あるいは置換されていても良い芳香族炭化水素基であり、Ａ1、Ａ2のうち少なくともいずれか一方は、多孔質電極へ吸着するための吸着基を有している。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、明瞭なイエローの発消色を多数回繰り返し安定して表示することが可能な、フルカラー画像形成に寄与し得る有機ＥＣ色素を使用したことにより、応答速度、発色効率に優れ、色純度が高く、精密な画像制御が可能なエレクトロクロミック装置が得られた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明のエレクトロクロミック装置について、図を参照して具体的に説明する。
但し、本発明は、以下の例に限定されるものではなく、従来公知の構成を適宜付加することができ、本発明の要旨を何ら逸脱しないものとする。
【００１４】
図１に本発明のエレクトロクロミック装置の一例の概略断面図を示す。
エレクトロクロミック装置１０は、支持基板１上に、透明電極２と、後述するピリジン化合物よりなる有機ＥＣ色素３が担持された多孔質電極４とを具備する構成の表示電極構造体１１と、支持基板６上に、透明電極７と多孔質電極８とを具備する構成の対向電極構造体１２とが、電解質層５を介して対向配置された構成を有している。
なお、図１においては、対向する透明電極２、７のいずれにも多孔質電極４、８が形成されているが、本発明はこの構成に限定されず、必要に応じて一方の電極にのみ多孔質電極を形成させ、この多孔質電極に有機ＥＣ色素３を担持させた構成としてもよい。以下、構成要素について順次説明する。
【００１５】
支持基板１、６は、耐熱性に優れ、かつ平面方向の寸法安定性の高い材料が好適であり、具体的には、ガラス材料、透明性樹脂が適用できるが、これに限定されるものではない。
前記透明性樹脂としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリアミド、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン等が挙げられる。
【００１６】
透明電極２、７は、所定の透明基板上に透明電極層が積層されたものとする。
透明電極層の形成用材料としては、例えば、Ｉｎ2Ｏ3とＳｎＯ2との混合物、いわゆるＩＴＯ膜や、ＳｎＯ2またはＩｎ2Ｏ3をコーティングした膜等が挙げられる。
また、上記ＩＴＯ膜や、ＳｎＯ2 またはＩｎ2Ｏ3をコーティングした膜にＳｎ、Ｓｂ、Ｆ等をドーピングしても良く、その他ＭｇＯやＺｎＯ等も適用できる。
【００１７】
多孔質電極４、８は、後述する有機ＥＣ色素の高い担持機能を確保するために、表面積が大きい材料により構成することが好適である。例えば、表面及び内部に微細孔を有した多孔質形状、ロット形状、ワイヤ形状、メソポーラス形状、集合粒子状等となっているものが挙げられる。
多孔質電極４、８の材料としては、例えば、金属、真性半導体、酸化物半導体、複合酸化物半導体、有機半導体、カーボン等が適用できる。
金属としては、例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｃｕ等が挙げられ、真性半導体としては、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔｅ等が挙げられる。酸化物半導体としては、例えば、ＴｉＯ2、ＳｎＯ2、Ｆｅ2Ｏ3、ＳｒＴｉＯ3、ＷＯ3、ＺｎＯ、ＺｒＯ2、Ｔａ2Ｏ5、Ｎｂ2Ｏ5、Ｖ2Ｏ5、Ｉｎ2Ｏ3、ＣｄＯ、ＭｎＯ、ＣｏＯ、ＴｉＳｒＯ3、ＫＴｉＯ3、Ｃｕ2Ｏ、チタン酸ナトリウム、チタン酸バリウム、ニオブ酸カリウム等が挙げられる。
複合体酸化物半導体としては、例えば、ＳｎＯ2−ＺｎＯ、Ｎｂ2Ｏ5−ＳｒＴｉＯ3、Ｎｂ2Ｏ5−Ｔａ2Ｏ5、Ｎｂ2Ｏ5−ＺｒＯ2、Ｎｂ2Ｏ5−ＴｉＯ2、Ｔｉ−ＳｎＯ2、Ｚｒ−ＳｎＯ2、Ｓｂ−ＳｎＯ2、Ｂｉ−ＳｎＯ2、Ｉｎ−ＳｎＯ2等が挙げられ、特にＴｉＯ2、ＳｎＯ2、Ｓｂ−ＳｎＯ2、Ｉｎ−ＳｎＯ2が好適である。
有機半導体としては、例えば、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアセチレン、ポリフェニレンビニレン、ポリフェニレンスルフィド等が挙げられる。
【００１８】
次に、有機ＥＣ色素３について説明する。
有機ＥＣ色素３は、多孔質電極４の表面及び内部の微細孔に担持されているものとし、本発明においては、特に、下記一般式（１）で示されるピリジン化合物を適用する。
【００１９】
【化２】
【００２０】
但し、前記一般式（１）において、ａ、ｂはａ×ｂ＝２を満たす整数であり、Ｘｂ-は、適宜のｂ価アニオンを表している。これは弗素イオン、塩素イオン、臭素イオン、沃素イオン、過塩素酸イオン、過沃素酸イオン、六弗化燐酸イオン、六弗化アンチモン酸イオン、六弗化錫酸イオン、燐酸イオン、硼弗化水素酸イオン、四弗硼素酸イオン等の無機酸イオン、チオシアン酸イオン、ベンゼンスルホン酸イオン、ナフタレンスルホン酸イオン、ナフタレンジスルホン酸イオン、ｐ−トルエンスルホン酸イオン、アルキルスルホン酸イオン、ベンゼンカルボン酸イオン、アルキルカルボン酸イオン、トリハロアルキルカルボン酸イオン、アルキル硫酸イオン、トリハロアルキル硫酸イオン、ニコチン酸イオン、テトラシアノキノジメタンイオン等の有機酸イオンから選択されるものとする。
【００２１】
Ｅは、Ｓ、Ｏ、Ｎ−Ｒのいずれかを表す。但し、Ｒは水素原子、置換されていても良い脂肪族炭化水素基、置換されていても良い芳香族炭化水素基のいずれかを表す。
Ｙ1、Ｙ2は、水素原子、置換されていても良い脂肪族炭化水素基、置換されていても良い芳香族炭化水素基、エーテル基、ハロゲン基、エステル基、アミド基のいずれかを表す。
Ｂ1、Ｂ2は、置換されていても良い脂肪族炭化水素基である。
Ａ1、Ａ2は、置換されていても良い脂肪族炭化水素基、あるいは置換されていても良い芳香族炭化水素基であり、Ａ1、Ａ2のうち少なくともいずれか一方は、多孔質電極へ吸着するための吸着基を有している。
吸着基の具体例としては、カルボキシル基、スルホン酸基、ホスホン酸基等の酸性基、アミノ基、金属アルコキシド、金属ハロゲン化物等が挙げられる。
【００２２】
上記一般式（１）に示した有機ＥＣ色素のピリジン化合物は、例えば下記一般式（２）で表わされるピリジン化合物と、例えば下記一般式（３）で表わされるハロゲン化物（臭素化物、よう化物）を所定の溶媒中で反応させるか、あるいは直接反応させることによって得られる。
【００２３】
【化３】
【００２４】
Ｅは、Ｓ、Ｏ、Ｎ−Ｒのいずれかを表す。ただしＲは水素原子、置換されていても良い脂肪族炭化水素基、置換されていても良い芳香族炭化水素基のいずれかを表す。
Ｙ1、Ｙ2は、水素原子、置換されていても良い脂肪族炭化水素基、置換されていても良い芳香族炭化水素基、エーテル基、ハロゲン基、エステル基、アミド基のいずれかを表す。
【００２５】
Ａ−Ｂ−Ｘ・・・（３）
但し、Ｘは臭素、あるいはヨウ素であるものとする。
Ａは、上記Ａ1、Ａ2の構造に従うものとする。
Ｂは、上記Ｂ1、Ｂ2の構造に従うものとする。
【００２６】
また、上記一般式（２）で表わされる化合物は、例えば下記一般式（４）、（５）あるいは（６）で表わされるピリジン化合物と、下記一般式（７）で表わされる化合物（式中、Ｈａｌはハロゲン原子であるものとし、臭化物、よう化物が好適である。）とを、パラジウム系触媒と塩基の存在下、適当な溶媒中でカップリング反応させることによって得られる。
【００２７】
【化４】
【００２８】
【化５】
【００２９】
【化６】
【００３０】
【化７】
【００３１】
Ｅは、Ｓ、Ｏ、Ｎ−Ｒのいずれかを表す。ただしＲは水素原子、置換されていても良い脂肪族炭化水素基、置換されていても良い芳香族炭化水素基のいずれかを表す。
Ｙ1、Ｙ2は、水素原子、置換されていても良い脂肪族炭化水素基、置換されていても良い芳香族炭化水素基、エーテル基、ハロゲン基、エステル基、アミド基のいずれかを表す。
また、上記一般式（２）で表わされる化合物の、その他の合成法としては、Ｊ．Ｉｎｄｉａｎ Ｃｈｅｍ． Ｓｏｃ． Ｖｏｌ．６６ ｐ２５０（１９８９）、Ｊ．Ｈｅｔｅｒｏｃｙｃｌｉｃ Ｃｈｅｍ． Ｖｏｌ．３６ ｐ１０２９（１９９９）、同誌Ｖｏｌ．１８ ｐ４０９（１９８１年）、同誌Ｖｏｌ．４２ ｐ９９１（２００５年）、同誌Ｖｏｌ．２０ ｐ１３９９（１９８３年）、同誌Ｖｏｌ．３９ ｐ９３（２００２年）、同誌Ｖｏｌ．３７ ｐ６３（２０００年）等に記載されている方法が適用できる。
【００３２】
上記一般式（１）に表す化合物は、前記但し書きに示す各種官能基のいずれにおいても、適宜選定した構造の全てを合成することができ、いずれにおいても本発明の目的である、明瞭かつ鮮鋭で、繰返し特性が良好なイエローの発消色が可能であることが確かめられた。
【００３３】
上記一般式（１）は、２価として表記されているが、イエローの発色を行う際には、還元反応により１価のラジカル状態となる。
この化合物は、１価の状態に安定化させることができ、イエロー発色用の有機ＥＣ色素として極めて優れていることが確かめられた。
上記一般式（１）で表されるピリジン化合物の具体例を下記式（８）〜（１６）に示す。
【００３４】
【化８】
【００３５】
【化９】
【００３６】
【化１０】
【００３７】
【化１１】
【００３８】
【化１２】
【００３９】
【化１３】
【００４０】
【化１４】
【００４１】
【化１５】
【００４２】
【化１６】
【００４３】
本発明のエレクトロクロミック装置を構成する上記一般式（１）に示す有機ＥＣ色素化合物は、中心の五員環の２、５位に、２つのピリジン環がその４位で結合していることを特徴とする。このような構造とすることによりイエロー発色領域に吸収波長帯を有するように制御できる。
【００４４】
次に、上記ピリジン化合物よりなる有機ＥＣ色素を、多孔質電極４に担持する方法について説明する。
例えば、多孔質電極４の表面に吸着させる方法、多孔質電極表面と有機ＥＣ色素とを化学的に結合させる方法等、従来公知の技術を適用できる。
具体的方法としては、真空蒸着法等のドライプロセス、スピンコート等の塗布法、電界析出法、電界重合法、担持させる化合物の溶液に浸す自然吸着法等が適用でき、特に、自然吸着法、及び多孔質電極表面への有機ＥＣ色素を化学結合させる方法が好適である。
【００４５】
自然吸着法としては、所定の有機ＥＣ色素を所定の溶媒に溶解して溶液を作製し、予め乾燥処理を施した多孔質電極４を形成しておいた透明基板を浸漬する方法や、所定の有機ＥＣ色素を溶解した溶液を多孔質電極４に塗布する方法が挙げられる。
この自然吸着法において、有機ＥＣ色素を多孔質電極４に確実に吸着させるためには、有機ＥＣ色素の化学構造中に、吸着性を有する官能基を導入しておくことが必要である。
この吸着性を有する官能基は、多孔質電極４の材料に応じて適宜選定する。例えば、多孔質電極４が酸化物半導体により構成されている場合には、有機ＥＣ色素の化学構造中の吸着性官能基として、ホスホン酸基、スルホン酸基、カルボキシル基、ヒドロキシ基、アミノ基等を導入しておくことが好ましい。
【００４６】
前記官能基は、一般式（１）のピリジン環に結合するＡ1、Ａ2のうち少なくともいずれか一方の端部に有しているものとし、有機ＥＣ色素を構成する化合物の化学構造の骨格に直接導入してもよく、あるいはその他の所定の官能基を介して結合を形成することにより導入するようにしてもよい。
所定の官能基を介する場合とは、例えばアルキル基、フェニル基、エステル、アミド基等を介して吸着性の官能基を導入することを言う。
【００４７】
なお、有機ＥＣ色素を溶解する溶媒としては、例えば、水、アルコール、アセトニトリル、プロピオニトリル、ハロゲン化炭化水素、エーテル類、ジメチルスルホキシド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ−メチルピロリドン、エステル類、炭酸エステル類、ケトン類、炭化水素等が適用できる。これらは、単独で用いてもよく、適宜混合して用いてもよい。
【００４８】
また、多孔質電極４の表面に前記有機ＥＣ色素を化学結合させる際には、多孔質電極４の表面と有機ＥＣ色素骨格との間に、所定の官能基を介してもよい。例えば、アルキル基、フェニル基、エステル、アミド等の官能基が挙げられる。
また、多孔質電極４の表面をシランカップリング剤等によって改質した後に、有機ＥＣ色素を化学結合して形成させるようにしてもよい。
このような表面改質により、有機ＥＣ色素が多孔質電極４の材料と化学結合を形成するようになると、有機ＥＣ色素の結合力が強まり、例えば、電界質層５の材料として色素溶解性の高いものを使用するような場合に有利になり、有機色素の材料選択性が高まり、エレクトロクロミック装置の耐久性の向上も図られる。
【００４９】
なお、図１には、有機ＥＣ色素３を表示電極構造体１１側の多孔質電極４のみに担持させた例について示したが、本発明のエレクトロクロミック装置はこの構成に限定されるものではない。
すなわち、対向電極構造体１２側の多孔質電極８にも所定の有機ＥＣ色素を担持させた構成としてもよい。この場合には、発色反応と消色反応とが、酸化反応、還元反応のうち、それぞれ逆反応に応じて生じるように材料選定することが必要である。
例えば、多孔質電極４に担持させたピリジン色素が還元反応によってラジカル状態となり発色する場合には、多孔質電極８には定常状態で多孔質電極４に担持させたピリジン色素と同色調であり、酸化反応によって発色する有機ＥＣ色素を選定する。
このように、両電極構造体１１、１２において有機ＥＣ色素を担持させた構成とすることにより、最終的に得られるエレクトロクロミック装置において、発色が明瞭化し、画像の鮮明さを向上させることができる。
【００５０】
電解質層５は、溶媒に支持電解質が溶解された構成を有している。
支持電解質としては、例えばＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、ＬｉＢＦ4、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＰＦ6、ＬｉＣＦ3ＳＯ3等のリチウム塩や、例えばＫＣｌ、ＫＩ、ＫＢｒ等のカリウム塩や、例えばＮａＣｌ、ＮａＩ、ＮａＢｒ等のナトリウム塩や、例えば、ほうフッ化テトラエチルアンモニウム、過塩素酸テトラエチルアンモニウム、ほうフッ化テトラブチルアンモニウム、過塩素酸テトラブチルアンモニウム、テトラブチルアンモニウムハライド等のテトラアルキルアンモニウム塩が挙げられる。
電解質層５には、必要に応じて公知の酸化還元化合物を添加してもよい。酸化還元物質としては、例えばフェロセン誘導体、テトラシアノキノジメタン誘導体、ベンゾキノン誘導体、フェニレンジアミン誘導体等が適用できる。
溶媒としては、支持電解質を溶解し、上述した有機ＥＣ色素を溶解しないものを選択する。
例えば、水、アセトニトリル、ジメチルホルムアミド、プロピレンカーボネート、ジメチルスルホキシド、炭酸プロピレン、ガンマブチロラクトン、３−メトキシプロピオニトリル等から適宜選定する。
【００５１】
また、電解質層５には、いわゆるマトリックス材を適用してもよい。
マトリックス材は、目的に応じて適宜選択でき、例えば、骨格ユニットがそれぞれ、−(Ｃ−Ｃ−Ｏ)n−、−(ＣＣ(ＣＨ3)−Ｏ)n−、−(Ｃ−Ｃ−Ｎ)n−、若しくは−(Ｃ−Ｃ−Ｓ)n−で表されるポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリエチレンイミン、ポリエチレンスルフィドが挙げられる。
なお、これらを主鎖構造として、適宜枝分かれ構造を有していてもよい。また、ポリメチルメタクリレート、ポリフッ化ビニリデン、ポリ塩化ビニリデン、ポリカーボネート等も好適である。
【００５２】
電解質層５は、高分子固体電解質層としてもよい。
なお、この場合、マトリックス材のポリマーに所定の可塑剤を添加することが好ましい。
可塑剤としては、マトリックスポリマーが親水性の場合には、水、エチルアルコール、イソプロピルアルコール、及びこれらの混合物が好適であり、疎水性の場合には、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、エチレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、アセトニトリル、スルフォラン、ジメトキシエタン、エチルアルコール、イソプロピルアルコール、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、ジメチルアセトアミド、ｎ−メチルピロリドン、及びこれらの混合物が好適である。
【００５３】
次に、本発明のエレクトロクロミック装置１０を用いた表示方法について説明する。
図１のエレクトロクロミック装置１０において、多孔質電極４の表面には、定常状態において可視域に吸収をもたない有機ＥＣ色素である、一般式（１）に示すピリジン化合物が担持されている。
エレクトロクロミック装置１０を構成する対の電極構造体１１、１２に、所定のリード線を結線し表示装置として構成する。
所定のリード線を通じて所定の電圧を印加すると、多孔質電極４とこれに担持された有機ＥＣ色素材料との間に電子の授受がなされ、有機ＥＣ色素において電気化学的な還元反応が起き、ラジカル状態となってイエローに発色する。
【００５４】
なお、本発明のエレクトロクロミック装置は、図１に示した構成に限定されるものではなく、多色表示が可能な装置構成に応用することができる。
すなわち、図１に示すエレクトロクロミック構成と同様の構造であって、電気化学的な反応によりラジカル状態となって、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）に発色する有機ＥＣ色素を所定の多孔質電極に担持させて電極構造体を作製し、これら三層を用いて、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）の積層構造とすることにより、発消色表示を可逆的に行うことができるフルカラー表示のエレクトロクロミック装置が得られる。
【実施例】
【００５５】
次に、本発明のエレクトロクロミック装置についての具体的な実施例と、これとの比較例を挙げて説明する。
【００５６】
（表示電極構造体の作製）
厚さ１．１ｍｍのガラス製の支持基板１上に、平面的に１５Ω／□のＦＴＯ膜（透明電極２）を形成した。
次に、ｐＨ＝約１．０の塩酸水溶液に１次粒径２０ｎｍの酸化チタンを１５重量％分散させたスラリーに、ポリエチレングリコールを５重量％の割合で溶解させて塗料を作製した。この塗料を、上記ＦＴＯ膜上にスキージ法によって塗布した。
次に、ホットプレート上で８０℃、１５分間の乾燥処理を行い、さらに、電気炉で５００℃、１時間焼結を行い、膜厚５μｍの酸化チタン多孔質電極４が形成されたＦＴＯ基板が得られた。
【００５７】
（有機ＥＣ色素の多孔質電極への吸着）
上記酸化チタン膜よりなる多孔質電極４が形成されたＦＴＯ基板を、上述のようにして作製した所定のピリジン化合物（ＥＣ色素）の５ｍＭ水溶液に２４時間浸漬させ、酸化チタン電極に色素（有機ＥＣ色素膜）を吸着させた。
その後、エタノール溶液で洗浄処理、乾燥処理を行った。
【００５８】
（対向電極構造体の作製）
厚さ１.１ｍｍのガラス製の支持基板６上に、平面的に１５Ω／□のＦＴＯ膜（透明電極７）を形成した。
次に、酸性水溶液に１次粒径２０ｎｍのアンチモンドープされた酸化スズを２０重量％分散させたスラリーに、ポリエチレングリコールを５重量％の割合で溶解させて塗料を作製した。この塗料を、上記ＦＴＯ膜上にスキージ法によって塗布した。
次に、ホットプレート上で８０℃、１５分間の乾燥処理を行い、さらに、電気炉で５００℃、１時間焼結を行い、膜厚１２μｍのアンチモンドープ酸化スズ多孔質電極８が形成されたＦＴＯ基板が得られた。
【００５９】
（電解質層用の溶液の調製）
電解質層５形成用溶液は、ガンマブチロラクロンに、過塩素酸リチウムを０．１ｍｏｌ／Ｌ溶解させ、脱水、脱気したものを適用した。
【００６０】
（電極構造体の貼り合わせ）
上述のようにして作製した表示電極構造体（色素吸着酸化チタン多孔質電極付き基板）と、対向電極構造体（アンチモンドープ酸化スズ多孔質電極付き基板）とを、厚さ５０μｍの熱可塑性フィルム接着剤を用いて、９０℃で貼り合わせた。
この際、後述の工程により、電解液を注入できるように、一部分に注入口を形成した。
【００６１】
（電解質溶液の注入）
前記電解液を、注入口から真空注入した。
その後、注入口をエポキシ系の熱硬化樹脂で封止することにより、電解質層を挟持した状態で対向した電極構造体を具備するエレクトロクロミック装置が完成した。
上述したエレクトロクロミック装置の製造工程に従い、多孔質電極に担持させる有機ＥＣ色素について異なるものを適用し、下記実施例、及び比較例のサンプルセルを作製した。
【００６２】
〔実施例１〕
有機ＥＣ色素として、上記式（９）に示す化合物を適用し、表示電極構造体を構成する多孔質電極に吸着させて、エレクトロクロミック装置を作製した。
このエレクトロクロミック装置の、表示電極と対向電極の間に、−１．６Ｖの電圧を印加すると、直ちにイエローに発色した。図２に発色時のスペクトルを示した。なお表示変更の応答速度は約１５０ｍｓであり、実用上充分に良好な速度であった。
さらに、電極間に０．５Ｖを印加すると再び直ちに透明となった。表示変更の応答速度は約９０ｍｓであった。
さらに、この例におけるエレクトロクロミック装置の表示電極と対向電極の間に、−１．６Ｖと０．５Ｖを交互に１Ｈｚで１００万回繰返し印加したが、１００万回電圧印加を繰り返した後においても初期の状態とスペクトル形状の変化が殆ど見られず、実用上充分に優れた耐久性を有していることが確認された。
【００６３】
〔実施例２〕
上記実施例サンプルで適用した上記式（９）の有機ＥＣ色素に替えて、上記式（１１）に示す有機ＥＣ色素を適用して表示電極を形成し、表示電極と対向電極の間に、−１．６Ｖの電圧を印加したところ、直ちにイエローの発色が表示できた。図３に発色時のスペクトルを示した。
またこの有機ＥＣ色素を適用したエレクトロクロミック装置における応答速度は、１３０ｍｓ（−１．６Ｖ）、９０ｍｓ（０．５Ｖ）であった。
【００６４】
図２、３のスペクトル、及び応答速度の測定結果から明らかなように、本発明のエレクトロクロミック装置は、鮮やかなイエローの発消色表示を可逆的に行うことができた。
【００６５】
〔比較例〕
有機ＥＣ色素として、下記式（１７）に示す従来公知の有機ＥＣ色素を適用して、上述した実施例と同様にエレクトロクロミック装置を作製し、同様の発消色評価を行った。
【００６６】
【化１７】
【００６７】
このエレクトロクロミック装置の、表示電極と対向電極の間に、−１．８Ｖの電圧を印加すると、青色の発色を示した。この発色スペクトルを図４に示した。図４から明らかなように、本比較例のエレクトロクロミック装置では、フルカラー表示素子において要求される発色は得られないことが確かめられた。
【００６８】
上述したことから明らかなように、本発明によれば、電極構造体を構成する多孔質電極に担持する有機ＥＣ色素として、一般式（１）に示すピリジン化合物を適用したことにより、極めて応答反応に優れ、鮮鋭な色調で、安定に可逆的な発消色表示を行うことができるイエロー発色のエレクトロクロミック装置を提供できた。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明のエレクトロクロミック装置の一例の概略断面図を示す。
【図２】式（９）の化合物を適用した場合の発色時の可視吸収スペクトルを示す。
【図３】式（１１）の化合物を適用した場合の発色時の可視吸収スペクトルを示す。
【図４】式（１７）の化合物を適用した場合の発色時の可視吸収スペクトルを示す。
【符号の説明】
【００７０】
１ ６……支持基板、２……透明電極、３……有機ＥＣ色素、４，８……多孔質電極、５……電解質層、１０……エレクトロクロミック装置、１１……表示電極構造体、１２……対向電極構造体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発色効率、応答速度、表示色純度に優れ、明瞭で鮮鋭な画像形成が可能であり、繰り返し耐久性にも優れたエレクトロクロミック装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、明るく色純度に優れ、かつ省消費電力で、フルカラー表示への応用が容易な表示色素材料やこれを用いた表示素子への要望が高まってきており、従来においては、ＣＲＴ、ＬＣＤ、ＰＤＰ、ＥＬＤ等の発光型素子に関する多くの技術の提案がなされている。
しかしながら、上記従来公知の各種発光型素子は、ユーザーが発光を直視する形式で使用するものであるため、長時間閲覧すると視覚的な疲労を引き起こすという問題があった。
また携帯電話等のモバイル機器は、屋外で使用される場合が多く、太陽光下では、発光が相殺されて視認性が悪化するという問題もあった。
更に、ＬＣＤは、発光型素子の中でも特に需要が拡大している技術であり、大型、小型の、様々なディスプレイ用途に用いられているが、ＬＣＤは視野角が狭く、見やすさの観点からは改善すべき課題を有している。
【０００３】
ところで、反射型表示素子に関しては、電子ペーパーの需要向上により、従来から様々な技術の提案がなされている。
例えば、反射型ＬＣＤや電気泳動方式が挙げられる。
反射型ＬＣＤとしては、二色性色素を用いたＧ−Ｈ型液晶方式や、コレステリック液晶等が知られている。これらの方式は、従来の発光型ＬＣＤと比較して、バックライトを使用しないため、省消費電力という利点を有しているが、視野角依存性があり、また光反射効率も低いため、必然的に画面が暗くなってしまうという問題がある。
他方、電気泳動方式は、溶媒中に分散された電荷を帯びた粒子が、電界によって移動する現象を利用した方式であり、省消費電力で、視野角依存性がないという利点を有しているが、フルカラー化を行う場合には、カラーフィルターを利用する並置混合法を適用する必要があるため、反射率が低下し、必然的に画面が暗くなってしまうという問題がある。
【０００４】
また、近年においては、自動車の調光ミラーや時計等に、エレクトロクロミック（以下、ＥＣと略称する。）素子を用いたものが提案されている。
このＥＣ素子による表示は、偏光板等が不要であり、視野角依存性が無く、発色型で視認性に優れ、構造が簡易でかつ大型化も容易で、更には材料の選択によって多様な色調の表示が可能であるという利点を有している。
【０００５】
具体的なＥＣ素子を用いた表示装置としては、対の透明電極の少なくとも一方に半導体ナノ多孔質層を設け、この半導体ナノ多孔質層にＥＣ色素を担持させた構成の表示装置についての提案がなされている（例えば、特許文献１、２参照。）。
これらの表示装置は、開回路を構成して電極間の電子の移動を遮断し酸化還元状態を保持するだけで表示状態を静止できるので、表示画像を維持するための電力が不要であり、消費電力が極めて低いという点で優れている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２４８２４２号公報
【特許文献２】特開２００３−２７０６７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記公知文献に提案されている表示装置においては、ビオロゲンと称されるビピリジン化合物を反応色素として用いており、これは青色の発消色を可逆的に行うものであるため、元々フルカラー表示を行うことを前提していないものである。
フルカラー表示を行うために必要とされるシアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）に発色するＥＣ色素を用いた表示装置については、従来、技術開示がなされていない。
また、従来の表示装置は、色純度が低いという点や、精密かつ鮮明なカラー画像の表示を行うことが困難であるという問題を有していた。
【０００８】
そこで本発明においては、上述したような従来のＥＣ素子の技術上の問題点に鑑みて、フルカラー画像形成に寄与し得る色素として、イエローの発消色が可能な有機エレクトロミック色素に関して提案を行うこととした。
また更には、有機ＥＣ色素の化学構造について検討を行うことにより、より色純度が高く、鮮明な画像形成が可能で、かつ繰り返し耐久性にも優れたエレクトロクロミック装置を提供することとした。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明においては、支持基板上に少なくとも透明電極が形成されている一対の電極構造体（表示電極構造体と対向電極構造体）が、前記透明電極同士が対面するように電解質層を挟持して配置されており、前記一対の電極構造体を構成する透明電極のうちの、少なくとも一方の上に、下記一般式（１）で示されるピリジン化合物が吸着された多孔質電極が形成されており、前記一対の電極構造体に電圧を印加することにより、シアンの可逆的な発消色を行うことを特徴とするエレクトロクロミック装置を提供する。
【００１０】
【化１】
【００１１】
但し、一般式（１）において、ａ、ｂはａ×ｂ＝２を満たす整数であり、Ｘｂ-はｂ価アニオンを表している。
Ｅは、Ｓ、Ｏ、Ｎ−Ｒのいずれかを表す。ただしＲは水素原子、置換されていても良い脂肪族炭化水素基、置換されていても良い芳香族炭化水素基のいずれかを表す。
Ｙ1、Ｙ2は、水素原子、置換されていても良い脂肪族炭化水素基、置換されていても良い芳香族炭化水素基、エーテル基、ハロゲン基、エステル基、アミド基のいずれかを表す。
Ｂ1、Ｂ2は、置換されていても良い脂肪族炭化水素基である。
Ａ1、Ａ2は、置換されていても良い脂肪族炭化水素基、あるいは置換されていても良い芳香族炭化水素基であり、Ａ1、Ａ2のうち少なくともいずれか一方は、多孔質電極へ吸着するための吸着基を有している。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、明瞭なイエローの発消色を多数回繰り返し安定して表示することが可能な、フルカラー画像形成に寄与し得る有機ＥＣ色素を使用したことにより、応答速度、発色効率に優れ、色純度が高く、精密な画像制御が可能なエレクトロクロミック装置が得られた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明のエレクトロクロミック装置について、図を参照して具体的に説明する。
但し、本発明は、以下の例に限定されるものではなく、従来公知の構成を適宜付加することができ、本発明の要旨を何ら逸脱しないものとする。
【００１４】
図１に本発明のエレクトロクロミック装置の一例の概略断面図を示す。
エレクトロクロミック装置１０は、支持基板１上に、透明電極２と、後述するピリジン化合物よりなる有機ＥＣ色素３が担持された多孔質電極４とを具備する構成の表示電極構造体１１と、支持基板６上に、透明電極７と多孔質電極８とを具備する構成の対向電極構造体１２とが、電解質層５を介して対向配置された構成を有している。
なお、図１においては、対向する透明電極２、７のいずれにも多孔質電極４、８が形成されているが、本発明はこの構成に限定されず、必要に応じて一方の電極にのみ多孔質電極を形成させ、この多孔質電極に有機ＥＣ色素３を担持させた構成としてもよい。以下、構成要素について順次説明する。
【００１５】
支持基板１、６は、耐熱性に優れ、かつ平面方向の寸法安定性の高い材料が好適であり、具体的には、ガラス材料、透明性樹脂が適用できるが、これに限定されるものではない。
前記透明性樹脂としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリアミド、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン等が挙げられる。
【００１６】
透明電極２、７は、所定の透明基板上に透明電極層が積層されたものとする。
透明電極層の形成用材料としては、例えば、Ｉｎ2Ｏ3とＳｎＯ2との混合物、いわゆるＩＴＯ膜や、ＳｎＯ2またはＩｎ2Ｏ3をコーティングした膜等が挙げられる。
また、上記ＩＴＯ膜や、ＳｎＯ2 またはＩｎ2Ｏ3をコーティングした膜にＳｎ、Ｓｂ、Ｆ等をドーピングしても良く、その他ＭｇＯやＺｎＯ等も適用できる。
【００１７】
多孔質電極４、８は、後述する有機ＥＣ色素の高い担持機能を確保するために、表面積が大きい材料により構成することが好適である。例えば、表面及び内部に微細孔を有した多孔質形状、ロット形状、ワイヤ形状、メソポーラス形状、集合粒子状等となっているものが挙げられる。
多孔質電極４、８の材料としては、例えば、金属、真性半導体、酸化物半導体、複合酸化物半導体、有機半導体、カーボン等が適用できる。
金属としては、例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｃｕ等が挙げられ、真性半導体としては、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔｅ等が挙げられる。酸化物半導体としては、例えば、ＴｉＯ2、ＳｎＯ2、Ｆｅ2Ｏ3、ＳｒＴｉＯ3、ＷＯ3、ＺｎＯ、ＺｒＯ2、Ｔａ2Ｏ5、Ｎｂ2Ｏ5、Ｖ2Ｏ5、Ｉｎ2Ｏ3、ＣｄＯ、ＭｎＯ、ＣｏＯ、ＴｉＳｒＯ3、ＫＴｉＯ3、Ｃｕ2Ｏ、チタン酸ナトリウム、チタン酸バリウム、ニオブ酸カリウム等が挙げられる。
複合体酸化物半導体としては、例えば、ＳｎＯ2−ＺｎＯ、Ｎｂ2Ｏ5−ＳｒＴｉＯ3、Ｎｂ2Ｏ5−Ｔａ2Ｏ5、Ｎｂ2Ｏ5−ＺｒＯ2、Ｎｂ2Ｏ5−ＴｉＯ2、Ｔｉ−ＳｎＯ2、Ｚｒ−ＳｎＯ2、Ｓｂ−ＳｎＯ2、Ｂｉ−ＳｎＯ2、Ｉｎ−ＳｎＯ2等が挙げられ、特にＴｉＯ2、ＳｎＯ2、Ｓｂ−ＳｎＯ2、Ｉｎ−ＳｎＯ2が好適である。
有機半導体としては、例えば、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアセチレン、ポリフェニレンビニレン、ポリフェニレンスルフィド等が挙げられる。
【００１８】
次に、有機ＥＣ色素３について説明する。
有機ＥＣ色素３は、多孔質電極４の表面及び内部の微細孔に担持されているものとし、本発明においては、特に、下記一般式（１）で示されるピリジン化合物を適用する。
【００１９】
【化２】
【００２０】
但し、前記一般式（１）において、ａ、ｂはａ×ｂ＝２を満たす整数であり、Ｘｂ-は、適宜のｂ価アニオンを表している。これは弗素イオン、塩素イオン、臭素イオン、沃素イオン、過塩素酸イオン、過沃素酸イオン、六弗化燐酸イオン、六弗化アンチモン酸イオン、六弗化錫酸イオン、燐酸イオン、硼弗化水素酸イオン、四弗硼素酸イオン等の無機酸イオン、チオシアン酸イオン、ベンゼンスルホン酸イオン、ナフタレンスルホン酸イオン、ナフタレンジスルホン酸イオン、ｐ−トルエンスルホン酸イオン、アルキルスルホン酸イオン、ベンゼンカルボン酸イオン、アルキルカルボン酸イオン、トリハロアルキルカルボン酸イオン、アルキル硫酸イオン、トリハロアルキル硫酸イオン、ニコチン酸イオン、テトラシアノキノジメタンイオン等の有機酸イオンから選択されるものとする。
【００２１】
Ｅは、Ｓ、Ｏ、Ｎ−Ｒのいずれかを表す。但し、Ｒは水素原子、置換されていても良い脂肪族炭化水素基、置換されていても良い芳香族炭化水素基のいずれかを表す。
Ｙ1、Ｙ2は、水素原子、置換されていても良い脂肪族炭化水素基、置換されていても良い芳香族炭化水素基、エーテル基、ハロゲン基、エステル基、アミド基のいずれかを表す。
Ｂ1、Ｂ2は、置換されていても良い脂肪族炭化水素基である。
Ａ1、Ａ2は、置換されていても良い脂肪族炭化水素基、あるいは置換されていても良い芳香族炭化水素基であり、Ａ1、Ａ2のうち少なくともいずれか一方は、多孔質電極へ吸着するための吸着基を有している。
吸着基の具体例としては、カルボキシル基、スルホン酸基、ホスホン酸基等の酸性基、アミノ基、金属アルコキシド、金属ハロゲン化物等が挙げられる。
【００２２】
上記一般式（１）に示した有機ＥＣ色素のピリジン化合物は、例えば下記一般式（２）で表わされるピリジン化合物と、例えば下記一般式（３）で表わされるハロゲン化物（臭素化物、よう化物）を所定の溶媒中で反応させるか、あるいは直接反応させることによって得られる。
【００２３】
【化３】
【００２４】
Ｅは、Ｓ、Ｏ、Ｎ−Ｒのいずれかを表す。ただしＲは水素原子、置換されていても良い脂肪族炭化水素基、置換されていても良い芳香族炭化水素基のいずれかを表す。
Ｙ1、Ｙ2は、水素原子、置換されていても良い脂肪族炭化水素基、置換されていても良い芳香族炭化水素基、エーテル基、ハロゲン基、エステル基、アミド基のいずれかを表す。
【００２５】
Ａ−Ｂ−Ｘ・・・（３）
但し、Ｘは臭素、あるいはヨウ素であるものとする。
Ａは、上記Ａ1、Ａ2の構造に従うものとする。
Ｂは、上記Ｂ1、Ｂ2の構造に従うものとする。
【００２６】
また、上記一般式（２）で表わされる化合物は、例えば下記一般式（４）、（５）あるいは（６）で表わされるピリジン化合物と、下記一般式（７）で表わされる化合物（式中、Ｈａｌはハロゲン原子であるものとし、臭化物、よう化物が好適である。）とを、パラジウム系触媒と塩基の存在下、適当な溶媒中でカップリング反応させることによって得られる。
【００２７】
【化４】
【００２８】
【化５】
【００２９】
【化６】
【００３０】
【化７】
【００３１】
Ｅは、Ｓ、Ｏ、Ｎ−Ｒのいずれかを表す。ただしＲは水素原子、置換されていても良い脂肪族炭化水素基、置換されていても良い芳香族炭化水素基のいずれかを表す。
Ｙ1、Ｙ2は、水素原子、置換されていても良い脂肪族炭化水素基、置換されていても良い芳香族炭化水素基、エーテル基、ハロゲン基、エステル基、アミド基のいずれかを表す。
また、上記一般式（２）で表わされる化合物の、その他の合成法としては、Ｊ．Ｉｎｄｉａｎ Ｃｈｅｍ． Ｓｏｃ． Ｖｏｌ．６６ ｐ２５０（１９８９）、Ｊ．Ｈｅｔｅｒｏｃｙｃｌｉｃ Ｃｈｅｍ． Ｖｏｌ．３６ ｐ１０２９（１９９９）、同誌Ｖｏｌ．１８ ｐ４０９（１９８１年）、同誌Ｖｏｌ．４２ ｐ９９１（２００５年）、同誌Ｖｏｌ．２０ ｐ１３９９（１９８３年）、同誌Ｖｏｌ．３９ ｐ９３（２００２年）、同誌Ｖｏｌ．３７ ｐ６３（２０００年）等に記載されている方法が適用できる。
【００３２】
上記一般式（１）に表す化合物は、前記但し書きに示す各種官能基のいずれにおいても、適宜選定した構造の全てを合成することができ、いずれにおいても本発明の目的である、明瞭かつ鮮鋭で、繰返し特性が良好なイエローの発消色が可能であることが確かめられた。
【００３３】
上記一般式（１）は、２価として表記されているが、イエローの発色を行う際には、還元反応により１価のラジカル状態となる。
この化合物は、１価の状態に安定化させることができ、イエロー発色用の有機ＥＣ色素として極めて優れていることが確かめられた。
上記一般式（１）で表されるピリジン化合物の具体例を下記式（８）〜（１６）に示す。
【００３４】
【化８】
【００３５】
【化９】
【００３６】
【化１０】
【００３７】
【化１１】
【００３８】
【化１２】
【００３９】
【化１３】
【００４０】
【化１４】
【００４１】
【化１５】
【００４２】
【化１６】
【００４３】
本発明のエレクトロクロミック装置を構成する上記一般式（１）に示す有機ＥＣ色素化合物は、中心の五員環の２、５位に、２つのピリジン環がその４位で結合していることを特徴とする。このような構造とすることによりイエロー発色領域に吸収波長帯を有するように制御できる。
【００４４】
次に、上記ピリジン化合物よりなる有機ＥＣ色素を、多孔質電極４に担持する方法について説明する。
例えば、多孔質電極４の表面に吸着させる方法、多孔質電極表面と有機ＥＣ色素とを化学的に結合させる方法等、従来公知の技術を適用できる。
具体的方法としては、真空蒸着法等のドライプロセス、スピンコート等の塗布法、電界析出法、電界重合法、担持させる化合物の溶液に浸す自然吸着法等が適用でき、特に、自然吸着法、及び多孔質電極表面への有機ＥＣ色素を化学結合させる方法が好適である。
【００４５】
自然吸着法としては、所定の有機ＥＣ色素を所定の溶媒に溶解して溶液を作製し、予め乾燥処理を施した多孔質電極４を形成しておいた透明基板を浸漬する方法や、所定の有機ＥＣ色素を溶解した溶液を多孔質電極４に塗布する方法が挙げられる。
この自然吸着法において、有機ＥＣ色素を多孔質電極４に確実に吸着させるためには、有機ＥＣ色素の化学構造中に、吸着性を有する官能基を導入しておくことが必要である。
この吸着性を有する官能基は、多孔質電極４の材料に応じて適宜選定する。例えば、多孔質電極４が酸化物半導体により構成されている場合には、有機ＥＣ色素の化学構造中の吸着性官能基として、ホスホン酸基、スルホン酸基、カルボキシル基、ヒドロキシ基、アミノ基等を導入しておくことが好ましい。
【００４６】
前記官能基は、一般式（１）のピリジン環に結合するＡ1、Ａ2のうち少なくともいずれか一方の端部に有しているものとし、有機ＥＣ色素を構成する化合物の化学構造の骨格に直接導入してもよく、あるいはその他の所定の官能基を介して結合を形成することにより導入するようにしてもよい。
所定の官能基を介する場合とは、例えばアルキル基、フェニル基、エステル、アミド基等を介して吸着性の官能基を導入することを言う。
【００４７】
なお、有機ＥＣ色素を溶解する溶媒としては、例えば、水、アルコール、アセトニトリル、プロピオニトリル、ハロゲン化炭化水素、エーテル類、ジメチルスルホキシド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ−メチルピロリドン、エステル類、炭酸エステル類、ケトン類、炭化水素等が適用できる。これらは、単独で用いてもよく、適宜混合して用いてもよい。
【００４８】
また、多孔質電極４の表面に前記有機ＥＣ色素を化学結合させる際には、多孔質電極４の表面と有機ＥＣ色素骨格との間に、所定の官能基を介してもよい。例えば、アルキル基、フェニル基、エステル、アミド等の官能基が挙げられる。
また、多孔質電極４の表面をシランカップリング剤等によって改質した後に、有機ＥＣ色素を化学結合して形成させるようにしてもよい。
このような表面改質により、有機ＥＣ色素が多孔質電極４の材料と化学結合を形成するようになると、有機ＥＣ色素の結合力が強まり、例えば、電界質層５の材料として色素溶解性の高いものを使用するような場合に有利になり、有機色素の材料選択性が高まり、エレクトロクロミック装置の耐久性の向上も図られる。
【００４９】
なお、図１には、有機ＥＣ色素３を表示電極構造体１１側の多孔質電極４のみに担持させた例について示したが、本発明のエレクトロクロミック装置はこの構成に限定されるものではない。
すなわち、対向電極構造体１２側の多孔質電極８にも所定の有機ＥＣ色素を担持させた構成としてもよい。この場合には、発色反応と消色反応とが、酸化反応、還元反応のうち、それぞれ逆反応に応じて生じるように材料選定することが必要である。
例えば、多孔質電極４に担持させたピリジン色素が還元反応によってラジカル状態となり発色する場合には、多孔質電極８には定常状態で多孔質電極４に担持させたピリジン色素と同色調であり、酸化反応によって発色する有機ＥＣ色素を選定する。
このように、両電極構造体１１、１２において有機ＥＣ色素を担持させた構成とすることにより、最終的に得られるエレクトロクロミック装置において、発色が明瞭化し、画像の鮮明さを向上させることができる。
【００５０】
電解質層５は、溶媒に支持電解質が溶解された構成を有している。
支持電解質としては、例えばＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、ＬｉＢＦ4、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＰＦ6、ＬｉＣＦ3ＳＯ3等のリチウム塩や、例えばＫＣｌ、ＫＩ、ＫＢｒ等のカリウム塩や、例えばＮａＣｌ、ＮａＩ、ＮａＢｒ等のナトリウム塩や、例えば、ほうフッ化テトラエチルアンモニウム、過塩素酸テトラエチルアンモニウム、ほうフッ化テトラブチルアンモニウム、過塩素酸テトラブチルアンモニウム、テトラブチルアンモニウムハライド等のテトラアルキルアンモニウム塩が挙げられる。
電解質層５には、必要に応じて公知の酸化還元化合物を添加してもよい。酸化還元物質としては、例えばフェロセン誘導体、テトラシアノキノジメタン誘導体、ベンゾキノン誘導体、フェニレンジアミン誘導体等が適用できる。
溶媒としては、支持電解質を溶解し、上述した有機ＥＣ色素を溶解しないものを選択する。
例えば、水、アセトニトリル、ジメチルホルムアミド、プロピレンカーボネート、ジメチルスルホキシド、炭酸プロピレン、ガンマブチロラクトン、３−メトキシプロピオニトリル等から適宜選定する。
【００５１】
また、電解質層５には、いわゆるマトリックス材を適用してもよい。
マトリックス材は、目的に応じて適宜選択でき、例えば、骨格ユニットがそれぞれ、−(Ｃ−Ｃ−Ｏ)n−、−(ＣＣ(ＣＨ3)−Ｏ)n−、−(Ｃ−Ｃ−Ｎ)n−、若しくは−(Ｃ−Ｃ−Ｓ)n−で表されるポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリエチレンイミン、ポリエチレンスルフィドが挙げられる。
なお、これらを主鎖構造として、適宜枝分かれ構造を有していてもよい。また、ポリメチルメタクリレート、ポリフッ化ビニリデン、ポリ塩化ビニリデン、ポリカーボネート等も好適である。
【００５２】
電解質層５は、高分子固体電解質層としてもよい。
なお、この場合、マトリックス材のポリマーに所定の可塑剤を添加することが好ましい。
可塑剤としては、マトリックスポリマーが親水性の場合には、水、エチルアルコール、イソプロピルアルコール、及びこれらの混合物が好適であり、疎水性の場合には、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、エチレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、アセトニトリル、スルフォラン、ジメトキシエタン、エチルアルコール、イソプロピルアルコール、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、ジメチルアセトアミド、ｎ−メチルピロリドン、及びこれらの混合物が好適である。
【００５３】
次に、本発明のエレクトロクロミック装置１０を用いた表示方法について説明する。
図１のエレクトロクロミック装置１０において、多孔質電極４の表面には、定常状態において可視域に吸収をもたない有機ＥＣ色素である、一般式（１）に示すピリジン化合物が担持されている。
エレクトロクロミック装置１０を構成する対の電極構造体１１、１２に、所定のリード線を結線し表示装置として構成する。
所定のリード線を通じて所定の電圧を印加すると、多孔質電極４とこれに担持された有機ＥＣ色素材料との間に電子の授受がなされ、有機ＥＣ色素において電気化学的な還元反応が起き、ラジカル状態となってイエローに発色する。
【００５４】
なお、本発明のエレクトロクロミック装置は、図１に示した構成に限定されるものではなく、多色表示が可能な装置構成に応用することができる。
すなわち、図１に示すエレクトロクロミック構成と同様の構造であって、電気化学的な反応によりラジカル状態となって、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）に発色する有機ＥＣ色素を所定の多孔質電極に担持させて電極構造体を作製し、これら三層を用いて、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）の積層構造とすることにより、発消色表示を可逆的に行うことができるフルカラー表示のエレクトロクロミック装置が得られる。
【実施例】
【００５５】
次に、本発明のエレクトロクロミック装置についての具体的な実施例と、これとの比較例を挙げて説明する。
【００５６】
（表示電極構造体の作製）
厚さ１．１ｍｍのガラス製の支持基板１上に、平面的に１５Ω／□のＦＴＯ膜（透明電極２）を形成した。
次に、ｐＨ＝約１．０の塩酸水溶液に１次粒径２０ｎｍの酸化チタンを１５重量％分散させたスラリーに、ポリエチレングリコールを５重量％の割合で溶解させて塗料を作製した。この塗料を、上記ＦＴＯ膜上にスキージ法によって塗布した。
次に、ホットプレート上で８０℃、１５分間の乾燥処理を行い、さらに、電気炉で５００℃、１時間焼結を行い、膜厚５μｍの酸化チタン多孔質電極４が形成されたＦＴＯ基板が得られた。
【００５７】
（有機ＥＣ色素の多孔質電極への吸着）
上記酸化チタン膜よりなる多孔質電極４が形成されたＦＴＯ基板を、上述のようにして作製した所定のピリジン化合物（ＥＣ色素）の５ｍＭ水溶液に２４時間浸漬させ、酸化チタン電極に色素（有機ＥＣ色素膜）を吸着させた。
その後、エタノール溶液で洗浄処理、乾燥処理を行った。
【００５８】
（対向電極構造体の作製）
厚さ１.１ｍｍのガラス製の支持基板６上に、平面的に１５Ω／□のＦＴＯ膜（透明電極７）を形成した。
次に、酸性水溶液に１次粒径２０ｎｍのアンチモンドープされた酸化スズを２０重量％分散させたスラリーに、ポリエチレングリコールを５重量％の割合で溶解させて塗料を作製した。この塗料を、上記ＦＴＯ膜上にスキージ法によって塗布した。
次に、ホットプレート上で８０℃、１５分間の乾燥処理を行い、さらに、電気炉で５００℃、１時間焼結を行い、膜厚１２μｍのアンチモンドープ酸化スズ多孔質電極８が形成されたＦＴＯ基板が得られた。
【００５９】
（電解質層用の溶液の調製）
電解質層５形成用溶液は、ガンマブチロラクロンに、過塩素酸リチウムを０．１ｍｏｌ／Ｌ溶解させ、脱水、脱気したものを適用した。
【００６０】
（電極構造体の貼り合わせ）
上述のようにして作製した表示電極構造体（色素吸着酸化チタン多孔質電極付き基板）と、対向電極構造体（アンチモンドープ酸化スズ多孔質電極付き基板）とを、厚さ５０μｍの熱可塑性フィルム接着剤を用いて、９０℃で貼り合わせた。
この際、後述の工程により、電解液を注入できるように、一部分に注入口を形成した。
【００６１】
（電解質溶液の注入）
前記電解液を、注入口から真空注入した。
その後、注入口をエポキシ系の熱硬化樹脂で封止することにより、電解質層を挟持した状態で対向した電極構造体を具備するエレクトロクロミック装置が完成した。
上述したエレクトロクロミック装置の製造工程に従い、多孔質電極に担持させる有機ＥＣ色素について異なるものを適用し、下記実施例、及び比較例のサンプルセルを作製した。
【００６２】
〔実施例１〕
有機ＥＣ色素として、上記式（９）に示す化合物を適用し、表示電極構造体を構成する多孔質電極に吸着させて、エレクトロクロミック装置を作製した。
このエレクトロクロミック装置の、表示電極と対向電極の間に、−１．６Ｖの電圧を印加すると、直ちにイエローに発色した。図２に発色時のスペクトルを示した。なお表示変更の応答速度は約１５０ｍｓであり、実用上充分に良好な速度であった。
さらに、電極間に０．５Ｖを印加すると再び直ちに透明となった。表示変更の応答速度は約９０ｍｓであった。
さらに、この例におけるエレクトロクロミック装置の表示電極と対向電極の間に、−１．６Ｖと０．５Ｖを交互に１Ｈｚで１００万回繰返し印加したが、１００万回電圧印加を繰り返した後においても初期の状態とスペクトル形状の変化が殆ど見られず、実用上充分に優れた耐久性を有していることが確認された。
【００６３】
〔実施例２〕
上記実施例サンプルで適用した上記式（９）の有機ＥＣ色素に替えて、上記式（１１）に示す有機ＥＣ色素を適用して表示電極を形成し、表示電極と対向電極の間に、−１．６Ｖの電圧を印加したところ、直ちにイエローの発色が表示できた。図３に発色時のスペクトルを示した。
またこの有機ＥＣ色素を適用したエレクトロクロミック装置における応答速度は、１３０ｍｓ（−１．６Ｖ）、９０ｍｓ（０．５Ｖ）であった。
【００６４】
図２、３のスペクトル、及び応答速度の測定結果から明らかなように、本発明のエレクトロクロミック装置は、鮮やかなイエローの発消色表示を可逆的に行うことができた。
【００６５】
〔比較例〕
有機ＥＣ色素として、下記式（１７）に示す従来公知の有機ＥＣ色素を適用して、上述した実施例と同様にエレクトロクロミック装置を作製し、同様の発消色評価を行った。
【００６６】
【化１７】
【００６７】
このエレクトロクロミック装置の、表示電極と対向電極の間に、−１．８Ｖの電圧を印加すると、青色の発色を示した。この発色スペクトルを図４に示した。図４から明らかなように、本比較例のエレクトロクロミック装置では、フルカラー表示素子において要求される発色は得られないことが確かめられた。
【００６８】
上述したことから明らかなように、本発明によれば、電極構造体を構成する多孔質電極に担持する有機ＥＣ色素として、一般式（１）に示すピリジン化合物を適用したことにより、極めて応答反応に優れ、鮮鋭な色調で、安定に可逆的な発消色表示を行うことができるイエロー発色のエレクトロクロミック装置を提供できた。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明のエレクトロクロミック装置の一例の概略断面図を示す。
【図２】式（９）の化合物を適用した場合の発色時の可視吸収スペクトルを示す。
【図３】式（１１）の化合物を適用した場合の発色時の可視吸収スペクトルを示す。
【図４】式（１７）の化合物を適用した場合の発色時の可視吸収スペクトルを示す。
【符号の説明】
【００７０】
１ ６……支持基板、２……透明電極、３……有機ＥＣ色素、４，８……多孔質電極、５……電解質層、１０……エレクトロクロミック装置、１１……表示電極構造体、１２……対向電極構造体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板上に少なくとも透明電極が形成されている一対の電極構造体（表示電極構造体と対向電極構造体）が、前記透明電極同士が対面するように電解質層を挟持して配置されており、
前記一対の電極構造体を構成する透明電極のうちの、少なくとも一方の上に、下記一般式（１）で示されるピリジン化合物が吸着された多孔質電極が形成されており、
前記一対の電極構造体間に電圧を印加することにより、イエローの可逆的な発消色を行うことを特徴とするエレクトロクロミック装置。
【化１】
但し、一般式（１）において、ａ、ｂはａ×ｂ＝２を満たす整数であり、Ｘｂ-はｂ価アニオンを表している。
Ｅは、Ｓ、Ｏ、Ｎ−Ｒのいずれかを表す。ただしＲは水素原子、置換されていても良い脂肪族炭化水素基、置換されていても良い芳香族炭化水素基のいずれかを表す。
Ｙ1、Ｙ2は、水素原子、置換されていても良い脂肪族炭化水素基、置換されていても良い芳香族炭化水素基、エーテル基、ハロゲン基、エステル基、アミド基のいずれかを表す。
Ｂ1、Ｂ2は、置換されていても良い脂肪族炭化水素基である。
Ａ1、Ａ2は、置換されていても良い脂肪族炭化水素基、あるいは置換されていても良い芳香族炭化水素基であり、Ａ1、Ａ2のうち少なくともいずれか一方は、多孔質電極へ吸着するための吸着基を有している。
【請求項２】
前記多孔質電極が、メソポーラス形状、集合粒子状、ロット形状、ワイヤ形状の、金属、半導体材料、あるいは導電性高分子により形成されていることを特徴とする請求項１に記載のエレクトロクロミック装置。
【請求項１】
支持基板上に少なくとも透明電極が形成されている一対の電極構造体（表示電極構造体と対向電極構造体）が、前記透明電極同士が対面するように電解質層を挟持して配置されており、
前記一対の電極構造体を構成する透明電極のうちの、少なくとも一方の上に、下記一般式（１）で示されるピリジン化合物が吸着された多孔質電極が形成されており、
前記一対の電極構造体間に電圧を印加することにより、イエローの可逆的な発消色を行うことを特徴とするエレクトロクロミック装置。
【化１】
但し、一般式（１）において、ａ、ｂはａ×ｂ＝２を満たす整数であり、Ｘｂ-はｂ価アニオンを表している。
Ｅは、Ｓ、Ｏ、Ｎ−Ｒのいずれかを表す。ただしＲは水素原子、置換されていても良い脂肪族炭化水素基、置換されていても良い芳香族炭化水素基のいずれかを表す。
Ｙ1、Ｙ2は、水素原子、置換されていても良い脂肪族炭化水素基、置換されていても良い芳香族炭化水素基、エーテル基、ハロゲン基、エステル基、アミド基のいずれかを表す。
Ｂ1、Ｂ2は、置換されていても良い脂肪族炭化水素基である。
Ａ1、Ａ2は、置換されていても良い脂肪族炭化水素基、あるいは置換されていても良い芳香族炭化水素基であり、Ａ1、Ａ2のうち少なくともいずれか一方は、多孔質電極へ吸着するための吸着基を有している。
【請求項２】
前記多孔質電極が、メソポーラス形状、集合粒子状、ロット形状、ワイヤ形状の、金属、半導体材料、あるいは導電性高分子により形成されていることを特徴とする請求項１に記載のエレクトロクロミック装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００８−１１６７１８（Ｐ２００８−１１６７１８Ａ）
【公開日】平成２０年５月２２日（２００８．５．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３００１９７（Ｐ２００６−３００１９７）
【出願日】平成１８年１１月６日（２００６．１１．６）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年５月２２日（２００８．５．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月６日（２００６．１１．６）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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