JP4505648B2 - 全固体エレクトロクロミックデバイス、エレクトロクロミック膜とその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、全固体エレクトロクロミックデバイス、エレクトロクロミック膜とその製造方法に関する。
エレクトロクロミックデバイスは、電圧の印加によって可逆的に色が変化するデバイスである。そして、ＣＲＴやＬＥＤなどの発光タイプのデバイスと異なり自然光の吸収を利用しているため目に優しく、視野角依存性が少なく、メモリー性があり、消費電力が少ない、といった多くの特徴を有する。このような特徴から、エレクトロクロミックデバイスは、電子ペーパー、電光掲示板、標識などのディスプレイ用デバイス、或いは、夏の強い太陽光線を遮るスマートウィンドウとしての応用が期待されている。
エレクトロクロミックデバイスを構成するエレクトロクロミック材料としては、三酸化タングステン（ＷＯ３）が最も一般的に知られている。このＷＯ３は、陽イオンの注入により色が変化する。陽イオン源としては電解質が用いられるが、液体電解質よりも固体電解質の方が製造工程が簡便であって、液漏れの虞がないことなどから、固体電解質を適用した全固体エレクトロクロミックデバイスの検討が活発になされている。
しかし、従来のＷＯ３を用いた全固体エレクトロクロミックデバイスでは、固体電解質のイオン伝導度が低いなどの理由から、変色応答速度が２０〜２００秒と遅く、透過率の変化量も十分ではなかった（非特許文献１〜４を参照）。
また、従来のＷＯ３とほかのエレクトロクロミック材料を複合させた材料において、高速かつ明瞭な多重エレクトロクロミック特性を示すエレクトロクロミック膜は知られていない。
J. Electrochem. Soc. 141 (1994) 2795. J. Electrochem. Soc. 141 (1994) 2061. Solar Energy Mater. Solar Cells 54 (1998) 131. Solar Energy 63 (1998) 199.
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そこで、本発明は上記問題点に鑑み、変色応答速度が速い全固体エレクトロクロミックデバイスを提供することを目的とする。また、高速かつ明瞭な多重エレクトロクロミック特性を有する、全固体エレクトロクロミックデバイス、エレクトロクロミック膜とその製造方法を提供することをその目的とする。
本発明の請求項１記載の全固体エレクトロクロミックデバイスは、一対の電極基板の間にエレクトロクロミック層と固体電解質層とを挟持してなる全固体エレクトロクロミックデバイスにおいて、前記固体電解質層がアガロースゲルからなり、前記エレクトロクロミック層がＷＯ ３ ／Ｒｕ錯体複合膜であることを特徴とする。
本発明の請求項２記載の全固体エレクトロクロミックデバイスは、請求項１において、前記ＷＯ３／Ｒｕ錯体複合膜は、過酸化タングステン酸とＲｕ錯体を含む水溶液に高分子電解質を加えてコロイド溶液を調製し、このコロイド溶液から電解析出法により電極基板上にＷＯ３／Ｒｕ錯体を析出させることによって形成されたものであることを特徴とする。
本発明の請求項３記載のエレクトロクロミック膜は、過酸化タングステン酸とＲｕ錯体を含む水溶液に高分子電解質を加えてコロイド溶液を調製し、このコロイド溶液から電解析出法により電極基板上にＷＯ３／Ｒｕ錯体を析出させることによって形成されたものであることを特徴とする。
本発明の請求項４記載のエレクトロクロミック膜の製造方法は、過酸化タングステン酸とＲｕ錯体を含む水溶液に高分子電解質を加えてコロイド溶液を調製し、このコロイド溶液から電解析出法により電極基板上にＷＯ３／Ｒｕ錯体を析出させることを特徴とする。
本発明の請求項１記載の全固体エレクトロクロミックデバイスによれば、固体電解質層がアガロースゲルからなることで、変色応答速度が速い全固体エレクトロクロミックデバイスを提供することができる。また、エレクトロクロミック層がＷＯ３／Ｒｕ錯体複合膜であることで、高速かつ明瞭な多重エレクトロクロミック特性を有する、全固体エレクトロクロミックデバイスを提供することができる。
本発明の請求項２記載の全固体エレクトロクロミックデバイスによれば、ＷＯ３／Ｒｕ錯体複合膜は、過酸化タングステン酸とＲｕ錯体を含む水溶液に高分子電解質を加えてコロイド溶液を調製し、このコロイド溶液から電解析出法により電極基板上にＷＯ３／Ｒｕ錯体を析出させることによって形成されたものであり、高速かつ明瞭な多重エレクトロクロミック特性を有する全固体エレクトロクロミックデバイスを、安価かつ容易に提供することができる。
本発明の請求項３記載のエレクトロクロミック膜によれば、過酸化タングステン酸とＲｕ錯体を含む水溶液に高分子電解質を加えてコロイド溶液を調製し、このコロイド溶液から電解析出法により電極基板上にＷＯ３／Ｒｕ錯体を析出させることによって形成されたものであり、高速かつ明瞭な多重エレクトロクロミック特性を有するエレクトロクロミック膜を、安価かつ容易に提供することができる。
本発明の請求項４記載のエレクトロクロミック膜の製造方法は、過酸化タングステン酸とＲｕ錯体を含む水溶液に高分子電解質を加えてコロイド溶液を調製し、このコロイド溶液から電解析出法により電極基板上にＷＯ３／Ｒｕ錯体を析出させるものであり、高速かつ明瞭な多重エレクトロクロミック特性を有するエレクトロクロミック膜を、安価かつ容易に製造することができる。
以下、本発明の全固体エレクトロクロミックデバイス、エレクトロクロミック膜とその製造方法の一実施例について説明する。
図１は、本実施例の全固体エレクトロクロミックデバイスの基本構成を模式的に示す断面図である。この図１において、１ａは電極基板であり、基板２ａと、この基板２ａ上に形成された電極層３ａとから構成されている。そして、１ｂは電極基板１ａと対をなす電極基板であり、基板２ｂと、この基板２ｂ上に形成された電極層３ｂとから構成されている。
基板２ａ，２ｂは透明なガラスから形成されている。基板２ａ，２ｂの材料としては、ガラスのほか、プラスチックなどを用いることができ、透明あるいは透光性を有するものであれば、特定のものに限定されない。また、電極層３ａ，３ｂはＩＴＯから形成されている。電極層３ａ，３ｂの材料としては、ＩＴＯのほか、ＺｎＯ，ＳｎＯ２などを用いることができ、透明で導電性を有するものであれば、特定のものに限定されない。
一方の電極基板１ａの電極層３ａ上には、エレクトロクロミック層４が形成されている。このエレクトロクロミック層４はＷＯ３／Ｒｕ錯体複合膜から構成されている。エレクトロクロミック層４をＷＯ３／Ｒｕ錯体複合膜から構成することによって、高速かつ明瞭な多重エレクトロクロミック特性を有する、全固体エレクトロクロミックデバイスを提供することができる。なお、このエレクトロクロミック層４を構成する材料はＷＯ３／Ｒｕ錯体複合膜に限定されず、全固体エレクトロクロミックデバイスの目的に応じた材料を適宜選択して用いることができる。
エレクトロクロミック層４と、他方の電極基板１ｂの電極層３ｂとの間には、固体電解質層５が形成されている。この固体電界質層５はアガロースゲルから構成されている。固体電界質層５をアガロースゲルから構成することによって、応答速度が飛躍的に向上し、透過率の変化も増幅される。したがって、変色応答速度が速い全固体エレクトロクロミックデバイスを提供することができる。
そして、電極層３ａ，３ｂにはリード線６が接続し、エレクトロクロミック層４と固体電界質層５を挟持した一対の電極基板１ａ，１ｂは、封止材７で固定されている。
エレクトロクロミック層４として、ＷＯ３／Ｒｕ錯体複合膜を形成する場合は、まず、過酸化タングステン酸とＲｕ錯体を含む水溶液に高分子電解質を加えてコロイド溶液を調製する。そして、このコロイド溶液から電解析出法により電極基板１ａ上にＷＯ３／Ｒｕ錯体を析出させる。ここで、ルテニウム錯体としては、［Ｒｕ（ｂｐｙ）３］２+（ｂｐｙ＝２，２'−ビピリジン）など、高分子電解質としては、ポリスチレンスルホン酸ナトリウム（ＰＳＳ）などが好適に用いられるが、これらに限定されない。
以上の方法で得られた本実施例のＷＯ３／Ｒｕ錯体複合膜は、−０．５Ｖ ｖｓ ＳＣＥで緑、０．５Ｖで黄色、１．３Ｖで無色の多重エレクトロクロミック特性を示し、その応答速度は水溶液中で０．５秒以下である。
また、過酸化タングステン酸とＲｕ錯体を含む水溶液に高分子電解質を加えると安定なコロイド溶液が生成し、電解析出法により、ＷＯ３とＲｕ錯体を含む高分子複合膜が均一に成膜できるため、スパッタ、ＣＶＤなどのような特別な大型装置を必要とせずに、高速かつ明瞭な多重エレクトロクロミック特性を有するエレクトロクロミック膜を、安価かつ容易に製造することができる。その結果、高速かつ明瞭な多重エレクトロクロミック特性を有する全固体エレクトロクロミックデバイスを、安価かつ容易に提供することができる。
そして、このＷＯ３／Ｒｕ錯体複合膜を用いた全固体エレクトロクロミックデバイスは、変色応答速度が約３秒で、従来のエレクトロクロミック層にＷＯ３を用いた全固体エレクトロクロミックデバイスより１〜２桁速い。また、アガロースゲルの光散乱による吸収の増幅効果のため、本実施例の全固体エレクトロクロミックデバイスの透過率の変化量は、水溶液中の場合よりも３０〜５０％増大し、明瞭な多重エレクトロミック特性を実現できる。
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の思想を逸脱しない範囲で種々の変形実施が可能である。例えば、本実施例では電極基板の一方にのみエレクトロクロミック層を形成したものを例にとって説明したが、両方の電極基板にエレクトロクロミック層を形成してもよい。
以下、より具体的に、本発明の全固体エレクトロクロミックデバイス、エレクトロクロミック膜とその製造方法について説明する。
以下の手順で、本発明のエレクトロクロミック膜を作成した。
タングステン粉末を３０％過酸化水素に溶かして過酸化タングステン酸（ＰＴＡ）を生成し、ＰＴＡを安定化させるためにエタノールを加え、１００ｍＭ（Ｗ濃度で）ＰＴＡ ３０％アルコール水溶液を調製した。ＰＴＡに［Ｒｕ（ｂｐｙ）３］２+（ｂｐｙ＝２，２'−ビピリジン）とポリスチレンスルホン酸ナトリウム（ＰＳＳ）を加え、ＰＴＡ、［Ｒｕ（ｂｐｙ）３］２+およびＰＳＳがそれぞれ２０ｍＭ、１ｍＭおよび３０ｍＭになるように調製した。この溶液を室温で数時間放置することで安定なコロイド溶液が得られた。−０．４５Ｖ（ｖｓ．Ａｇ／ＡｇＣｌ）の定電位条件下で電解析出法によりこのコロイド溶液からＩＴＯ電極上に膜を作製した。
つぎに、実施例１で作成したエレクトロクロミック膜を用いて、本発明の全固体エレクトロクロミックデバイスを作成した。
２ｗｔ％のアガロース（８０ｍｇ）を０．１Ｍ ＫＮＯ３水溶液（４ｍｌ）に加えマイクロウェーブ照射により加温し、アガロース電解質水溶液を得た。複合膜被覆ＩＴＯ電極とＩＴＯ対極間にアガロース電解質水溶液浸透させ、室温でゲル化させ、全固体デバイスを作成した。固体デバイスをｐＨ＝１．２水溶液に浸し、アガロース固体電解質内のｐＨを下げてエレクトロクロミック特性を測定した。
図２に、本複合膜を用いた全固体デバイスのエレクトロクロミック特性、図３に全固体デバイスの変色応答特性を示す。図２に示すように、本実施例の全固体エレクトロクロミックデバイスは、−３．０Ｖで緑、０．０Ｖで黄色、２．５Ｖで無色の多重エレクトロクロミック特性を示すとともに、アガロースゲルによる透過率の増加が３０〜５０％みられ、明瞭な多重エレクトロミック特性を有することが確認された。また、図３に示すように、多重エレクトロクロミック特性の変色応答速度が約３秒であり、高速な多重エレクトロクロミック特性を有することが確認された。
Claims (4)
- 一対の電極基板の間にエレクトロクロミック層と固体電解質層とを挟持してなる全固体エレクトロクロミックデバイスにおいて、前記固体電解質層がアガロースゲルからなり、前記エレクトロクロミック層がＷＯ ３ ／Ｒｕ錯体複合膜であることを特徴とする全固体エレクトロクロミックデバイス。
- 前記ＷＯ３／Ｒｕ錯体複合膜は、過酸化タングステン酸とＲｕ錯体を含む水溶液に高分子電解質を加えてコロイド溶液を調製し、このコロイド溶液から電解析出法により電極基板上にＷＯ３／Ｒｕ錯体を析出させることによって形成されたものであることを特徴とする請求項１記載の全固体エレクトロクロミックデバイス。
- 過酸化タングステン酸とＲｕ錯体を含む水溶液に高分子電解質を加えてコロイド溶液を調製し、このコロイド溶液から電解析出法により電極基板上にＷＯ３／Ｒｕ錯体を析出させることによって形成されたものであることを特徴とするエレクトロクロミック膜。
- 過酸化タングステン酸とＲｕ錯体を含む水溶液に高分子電解質を加えてコロイド溶液を調製し、このコロイド溶液から電解析出法により電極基板上にＷＯ３／Ｒｕ錯体を析出させることを特徴とするエレクトロクロミック膜の製造方法。
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| JPS61219935A (ja) * | 1985-03-27 | 1986-09-30 | Toshiba Corp | 光応答性電気発色表示素子 |
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