JP6800600B2 - エレクトロクロミック素子 - Google Patents
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Description
前記エレクトロクロミック層は、2種以上のアノードエレクトロクロミック材料を含み、
前記アノードエレクトロクロミック材料同士のすべては、分子長が等しいまたは分子長の比(分子長大/分子長小)が1.2以下であること、
前記エレクトロクロミック層は、2種以上のアノードエレクトロクロミック材料を含み、
前記アノードエレクトロクロミック材料同士のすべては、分子長が等しいまたは分子長の比(分子長大/分子長小)が1.4以下であり、
前記アノードエレクトロクロミック材料同士のすべては、分子長軸長と分子短軸長の積である面積が等しいまたは前記面積の比(面積大/面積小)が1.3以下であること、
前記エレクトロクロミック層は、2種以上のカソードエレクトロクロミック材料を含み、
前記カソードエレクトロクロミック材料同士のすべては、分子長が等しいまたは分子長の比(分子長大/分子長小)が1.4以下であること、
または
前記エレクトロクロミック層は、2種以上のアノードエレクトロクロミック材料と2種以上のカソードエレクトロクロミック材料とを含み、
前記アノードエレクトロクロミック材料同士および前記カソードエレクトロクロミック材料同士のすべては、分子長が等しいまたは分子長の比(分子長大/分子長小)が1.4以下であり、
前記アノードエレクトロクロミック材料と前記カソードエレクトロクロミック材料同士のすべては、分子長が等しいまたは分子長の比(分子長大/分子長小)が1.4以下であること、
を特徴とする。
図1は、本発明のEC素子の一例を示す模式的断面図である。図1のEC素子は、透明な電極3,5を形成した透明な基板2,6を、電極3,5面が対向するようスペーサ4を介して貼り合せ、一対の電極3,5とスペーサ4で形成された空隙内にエレクトロクロミック層(EC層)7が存在する構造である。EC層7は、2種以上のアノードエレクトロクロミック材料と2種以上のカソードエレクトロクロミック材料の少なくとも一方を含む。電極3、5の間に電圧を印加することで、EC材料は電気化学的反応を起こす。
EC素子を調光素子に用いる場合、光学系への影響を小さくするために消色状態では高い透過率を保つことが好ましい。そのため、基板2,6は可視光を十分に透過させる透明基板であることが好ましく、一般的にはガラス材が用いられ、Corning#7059やBK−7等の光学ガラス基板を好適に使用することができる。また、プラスチックやセラミック等の材料であっても十分な透明性があれば適宜使用が可能である。基板2,6は剛性で歪みを生じることが少ない材料が好ましい。また、基板として可撓性が少ないことがより好ましい。基板2,6の厚みは一般に、数十μmから数mmである。
EC素子を調光素子に用いる場合、光学系への影響を小さくするために消色状態では高い透過率を保つことが好ましい。そのため、電極3,5は可視光を十分に透過させる透明電極であることが好ましく、可視光領域における高い光透過性とともに高い導電性を有した材料からなることがより好ましい。これらの材料として、例えば、酸化インジウムスズ合金(ITO)、酸化スズ(NESA)、酸化インジウム亜鉛(IZO)、酸化銀、酸化バナジウム、酸化モリブデン、金、銀、白金、銅、インジウム、クロムなどの金属や金属酸化物、多結晶シリコン、アモルファスシリコン等のシリコン系材料、カーボンブラック、グラフェン、グラファイト、グラッシーカーボン等の炭素材料などを挙げることができる。また、ドーピング処理などで導電率を向上させた導電性ポリマー(例えば、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリエチレンジオキシチオフェンとポリスチレンスルホン酸の錯体(PEDOT:PSS)など)も好適に用いられる。本発明のEC素子においては、消色状態で高い透過率を有することが好ましいため、例えば、ITO、IZO、NESA、PEDOT:PSS、グラフェンなどが特に好ましく用いられる。これらはバルク状、微粒子状など様々な形態で使用できる。尚、これらの電極材料は、単独で使用してもよく、あるいは複数併用してもよい。
EC層7は、電解質と、低分子系有機材料等の有機EC材料とを溶媒に溶解したものであることが好ましい。
カソード性のEC材料としては、ビオロゲン誘導体等のビピリジン誘導体、アントラキノン誘導体、フェロセニウム塩系化合物、スチリル誘導体などが挙げられ、ビオロゲン誘導体が好ましい。
図2は、本発明のEC装置の一例を示す模式図である。図2のEC装置は、EC素子1と、EC素子1を駆動する駆動手段を有する。図2において、駆動手段は、駆動電源8、抵抗切替器9、制御器10を有する。駆動手段は、好ましくはEC素子1の透過率をパルス幅変調により制御する手段であり、パルス電圧波形の波高値を変化させずにEC素子の透過率を維持し、パルス電圧波形の一周期に占める印加電圧の印加期間の割合を変えることでEC素子の透過率を制御する。
検討用のEC素子を作製した。EC素子の構成は図1に示す通りであり、150μmのスペーサ4を介して2枚のITO基板(ガラス製の基板2,6にITOからなる電極3,5を形成したもの)を貼り合せている。尚、一方のITO電極上にはSnO2の粒子からなる多孔質層が形成されている。そして、基板2,6とスペーサ4で形成された空隙に、EC層7を有する。EC層7としては、アノードEC材料である化合物1〜4を支持電解質Tetrabutylammonium perchlorate(TBAP)とともに炭酸プロピレン溶媒に溶解した溶液が注入されている。化合物1〜4の濃度はそれぞれ2mM、8mM、13mM、30mMであり、TBAPの濃度は0.1Mである。駆動電圧の印加に対して、化合物1〜4は作用極である平板なITO電極上で反応し、多孔質層付きITO電極は対極として使用される。
本発明の光学フィルタは、上述した本発明のEC素子を有する。本発明の光学フィルタは、EC素子を駆動する駆動手段を有することが好ましく、例えば図2で示したEC装置を光学フィルタとして適用でき、更に周辺装置を含んでいても良い。また、本発明の光学フィルタは、EC素子に接続されている能動素子を有してよい。能動素子は、EC素子に直接接続されていても、他の素子を介して間接的に接続されていてもよい。
本発明の撮像装置は、上述した本発明の光学フィルタと、光学フィルタを通過した光を受光する受光素子とを有する。
本発明の窓材は、上述した本発明のEC素子を有する。本発明の窓材は、EC素子を駆動する駆動手段を有することが好ましく、例えば図2で示したEC装置を窓材として適用できる。図7は、本発明の窓材を示す図であり、図7(a)は斜視図、図7(b)は図7(a)のX−X’断面図である。
本実施例では、有機EC材料として酸化反応により中性種からカチオンを形成して着色するアノード性EC材料を例にあげ、アノード性EC材料同士を組み合わせた時の駆動環境温度に対する吸収スペクトルの形状を測定した結果について説明する。
EC材料として、分子長比が1.4を越え、酸化電位差が60mV以下である2材料(化合物8と化合物9)を用いた以外は、実施例1と同様にしてEC素子を作製した。
本実施例では、アノード性EC材料としてフェナジン誘導体材料を例にあげ、アノード性EC材料同士を組み合わせた時の駆動環境温度に対する吸収スペクトルの形状を測定した結果について説明する。
Claims (25)
- 一対の電極と、前記一対の電極の間に配置されているエレクトロクロミック層を有するエレクトロクロミック素子であって、
前記エレクトロクロミック層は、2種以上のアノードエレクトロクロミック材料を含み、
前記アノードエレクトロクロミック材料同士のすべては、分子長が等しいまたは分子長の比(分子長大/分子長小)が1.2以下であることを特徴とするエレクトロクロミック素子。 - 前記アノードエレクトロクロミック材料同士の酸化電位の差の絶対値が全て60mV以下であ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素子。
- 前記アノードエレクトロクロミック材料同士の酸化電位の差の絶対値が全て20mV以下であることを特徴とする請求項1または2に記載のエレクトロクロミック素子。
- 前記アノードエレクトロクロミック材料同士のすべては、分子長軸長と分子短軸長の積である面積が等しいまたは前記面積の比(面積大/面積小)が2.2以下であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載のエレクトロクロミック素子。
- 前記アノードエレクトロクロミック材料同士のすべては、分子長軸長と分子短軸長の積である面積が等しいまたは前記面積の比(面積大/面積小)が1.3以下であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載のエレクトロクロミック素子。
- 一対の電極と、前記一対の電極の間に配置されているエレクトロクロミック層を有するエレクトロクロミック素子であって、
前記エレクトロクロミック層は、2種以上のアノードエレクトロクロミック材料を含み、
前記アノードエレクトロクロミック材料同士のすべては、分子長が等しいまたは分子長の比(分子長大/分子長小)が1.4以下であり、
前記アノードエレクトロクロミック材料同士のすべては、分子長軸長と分子短軸長の積である面積が等しいまたは前記面積の比(面積大/面積小)が1.3以下であることを特徴とするエレクトロクロミック素子。 - 一対の電極と、前記一対の電極の間に配置されているエレクトロクロミック層を有するエレクトロクロミック素子であって、
前記エレクトロクロミック層は、2種以上のカソードエレクトロクロミック材料を含み、
前記カソードエレクトロクロミック材料同士のすべては、分子長が等しいまたは分子長の比(分子長大/分子長小)が1.4以下であることを特徴とするエレクトロクロミック素子。 - 前記カソードエレクトロクロミック材料同士のすべては、分子長が等しいまたは分子長の比(分子長大/分子長小)が1.2以下であることを特徴とする請求項7に記載のエレクトロクロミック素子。
- 前記カソードエレクトロクロミック材料同士の還元電位の差の絶対値が全て60mV以下であることを特徴とする請求項7または8に記載のエレクトロクロミック素子。
- 前記カソードエレクトロクロミック材料同士の還元電位の差の絶対値が全て20mV以下であることを特徴とする請求項7乃至9のいずれか一項に記載のエレクトロクロミック素子。
- 前記カソードエレクトロクロミック材料同士のすべては、分子長軸長と分子短軸長の積である面積が等しいまたは前記面積の比(面積大/面積小)が2.2以下であることを特徴とする請求項7乃至10のいずれか一項に記載のエレクトロクロミック素子。
- 前記カソードエレクトロクロミック材料同士のすべては、分子長軸長と分子短軸長の積である面積が等しいまたは前記面積の比(面積大/面積小)が1.3以下であることを特徴とする請求項7乃至11のいずれか一項に記載のエレクトロクロミック素子。
- 一対の電極と、前記一対の電極の間に配置されているエレクトロクロミック層を有するエレクトロクロミック素子であって、
前記エレクトロクロミック層は、2種以上のアノードエレクトロクロミック材料と2種以上のカソードエレクトロクロミック材料とを含み、
前記アノードエレクトロクロミック材料同士および前記カソードエレクトロクロミック材料同士のすべては、分子長が等しいまたは分子長の比(分子長大/分子長小)が1.4以下であり、
前記アノードエレクトロクロミック材料と前記カソードエレクトロクロミック材料同士のすべては、分子長が等しいまたは分子長の比(分子長大/分子長小)が1.4以下であることを特徴とするエレクトロクロミック素子。 - 前記アノードエレクトロクロミック材料同士および前記カソードエレクトロクロミック材料同士のすべては、分子長が等しいまたは分子長の比(分子長大/分子長小)が1.2以下であることを特徴とする請求項13に記載のエレクトロクロミック素子。
- 前記アノードエレクトロクロミック材料同士および前記カソードエレクトロクロミック材料同士のすべては、分子長軸長と分子短軸長の積である面積が等しいまたは前記面積の比(面積大/面積小)が2.2以下であることを特徴とする請求項13または14に記載のエレクトロクロミック素子。
- 前記アノードエレクトロクロミック材料同士および前記カソードエレクトロクロミック材料同士のすべては、分子長軸長と分子短軸長の積である面積が等しいまたは前記面積の比(面積大/面積小)が1.3以下であることを特徴とする請求項13乃至15のいずれか一項に記載のエレクトロクロミック素子。
- 前記アノードエレクトロクロミック材料と前記カソードエレクトロクロミック材料同士のすべては、分子長軸長と分子短軸長の積である面積が等しいまたは前記面積の比(面積大/面積小)が2.2以下であることを特徴とする請求項13乃至16のいずれか一項に記載のエレクトロクロミック素子。
- 前記アノードエレクトロクロミック材料同士の酸化電位の差の絶対値が全て60mV以下であることを特徴とする請求項13乃至17のいずれか一項に記載のエレクトロクロミック素子。
- 前記カソードエレクトロクロミック材料同士の還元電位の差の絶対値が全て60mV以下であることを特徴とする請求項13乃至18のいずれか一項に記載のエレクトロクロミック素子。
- 請求項1乃至19のいずれか一項に記載のエレクトロクロミック素子と、前記エレクトロクロミック素子を駆動する駆動手段とを有することを特徴とするエレクトロクロミック装置。
- 前記駆動手段は、前記エレクトロクロミック素子の透過率をパルス幅変調で制御する手段であり、パルス電圧波形の波高値を変化させずに前記エレクトロクロミック素子の透過率を維持し、前記パルス電圧波形の一周期に占める印加電圧の印加期間の割合を変えることで前記エレクトロクロミック素子の透過率を制御することを特徴とする請求項20に記載のエレクトロクロミック装置。
- 請求項1乃至19のいずれか一項に記載のエレクトロクロミック素子を有することを特徴とする光学フィルタ。
- 請求項22に記載の光学フィルタと、前記光学フィルタを通過した光を受光する受光素子とを有することを特徴とする撮像装置。
- 請求項22に記載の光学フィルタと、複数のレンズを有する光学系とを有することを特徴とするレンズユニット。
- 請求項1乃至19のいずれか一項に記載のエレクトロクロミック素子を有することを特徴とする窓材。
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