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JP3553397B2 - 溶液相エレクトロクロミック素子 - Google Patents

溶液相エレクトロクロミック素子 Download PDF

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JP3553397B2 JP37170798A JP37170798A JP3553397B2 JP 3553397 B2 JP3553397 B2 JP 3553397B2 JP 37170798 A JP37170798 A JP 37170798A JP 37170798 A JP37170798 A JP 37170798A JP 3553397 B2 JP3553397 B2 JP 3553397B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、溶液相エレクトロクロミック(以下EC)素子に関し、消色時に着色が残るのを防止するとともに、高温駆動下における外観の異常を防止したものである。
【0002】
【従来の技術】
溶液相EC素子は、アノード化合物およびカソード化合物をともに溶媒中に溶解させた電解液を用いるEC素子である。本出願人は先に特願平10−255997号で新規な溶液相EC素子を提案した。これは、裏面に透明電極膜を成膜した第1のガラス基板と、おもて面に透明電極膜を成膜した第2のガラス基板とを、該第1のガラス基板の裏面と該第2のガラス基板のおもて面どうしを対面させて、所定幅の空隙を介して対向配置し、該空隙内に
【0003】
【化5】
Figure 0003553397
【0004】
(ただし、R、Rは同じかまたは異なり、それぞれ1から10個の炭素原子を有するアルキル基またはフェニル基からなり、X 、X は同じかまたは異なり、それぞれBF またはClO からなる。)の構造を有するカソード化合物と、メタロセン(M(C)の構造にブチル基を置換した誘導体からなるアノード化合物とを非水溶媒で溶解した電解液を封入したものである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
前記特願平10−255997号の溶液相エレクトロクロミック素子のカソード化合物(ビオロゲン誘導体)のX 、X をBF のみで構成すると、消色時に黄色味が生じ、外観上好ましくなかった。また、X 、X をClO のみで構成すると、高温駆動下でビオロゲンの電極上への析出が観察され、外観上異常となり、実用上好ましくなかった。
【0006】
この発明は、前記従来の技術における問題点を解決して、消色時に着色が残るのを防止するとともに、高温駆動下における外観の異常を防止した溶液相EC素子を提供しようとするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
この発明は、裏面に透明電極膜を成膜した第1のガラス基板と、おもて面に透明電極膜を成膜した第2のガラス基板とを、該第1のガラス基板の裏面と該第2のガラス基板のおもて面どうしを対面させて、所定幅の空隙を介して対向配置し、該空隙内に
【0008】
【化6】
Figure 0003553397
【0009】
(ただし、R、Rは同じかまたは異なり、それぞれ1から10個の炭素原子を有するアルキル基またはフェニル基またはベンジル基からなり、X はBF からなる。)の構造を有する化合物および
【0010】
【化7】
Figure 0003553397
【0011】
(ただし、R、Rは同じかまたは異なり、それぞれ1から10個の炭素原子を有するアルキル基またはフェニル基またはベンジル基からなり、X はClO からなる。)の構造を有する化合物を混合したカソード化合物と、メタロセン(M(C)の構造にブチル基を置換した誘導体からなるアノード化合物とを非水溶媒で溶解した電解液を封入してなるものである。第2のガラス基板の裏面に反射金属膜を成膜すればEC防眩ミラーが構成される。
【0012】
また、この発明は裏面に透明電極膜を成膜した第1のガラス基板と、おもて面に電極兼用反射金属膜または反射金属膜と透明電極膜の積層体を成膜した第2のガラス基板とを、該第1のガラス基板の裏面と該第2のガラス基板のおもて面どうしを対面させて、所定幅の空隙を介して対向配置し、該空隙内に
【0013】
【化8】
Figure 0003553397
【0014】
(ただし、R、Rは同じかまたは異なり、それぞれ1から10個の炭素原子を有するアルキル基またはフェニル基またはベンジル基からなり、X はBF からなる。)の構造を有する化合物および
【0015】
【化9】
Figure 0003553397
【0016】
(ただし、R、Rは同じかまたは異なり、それぞれ1から10個の炭素原子を有するアルキル基またはフェニル基またはベンジル基からなり、X はClO からなる。)の構造を有する化合物を混合したカソード化合物と、メタロセン(M(C)の構造にブチル基を置換した誘導体からなるアノード化合物とを非水溶媒で溶解した電解液を封入してなるものである。
【0017】
この発明によれば、消色時に着色が残るのが防止され、高温駆動下においてビオロゲンが電極上へ析出して外観上の異常となるのが防止される。非水溶媒は例えば炭酸プロピレン、γ−ブチロラクトン、スルホランの中から選択された単一の溶媒またはこれらの中から選択されたいずれか2つ以上の溶媒の混合溶媒で構成することができる。また、非水溶媒はアクリル系の増粘材を添加して増粘することができる。このアクリル系の増粘材は紫外線吸収剤を含むもの(例えば紫外線吸収剤とメタクリル樹脂(PMMA)が一体となった化合物)を用いることにより、紫外線によるEC物質の劣化を防止することができる。
【0018】
【発明の実施の形態】
(実施の形態1)
この発明の実施の形態を以下説明する。図1はこの発明の溶液相EC素子を用いて構成した自動車用防眩インナーミラーで、EC素子の断面構造の模式図および電気配線図である。EC素子10は、無色透明の前面側のガラス基板12(第1のガラス基板)の裏面12b(光の入射方向から見て裏側の面)にITO,SnO等の透明電極膜14を蒸着、スパッタリング等で成膜している。また、無色透明の背面側のガラス基板20(第2のガラス基板)のおもて面20a(光の入射方向から見ておもて側の面)にITO,SnO等の透明電極膜22を蒸着、スパッタリング等で成膜している。ガラス基板20の裏面20b(光の入射方向から見て裏側の面)にはAl,Cr,Ni,Ag等の金属が蒸着、スパッタリング等で成膜されて、反射金属膜40が形成されている。反射金属膜40の裏面は保護コート層42で被覆されている。透明電極膜14,22は、例えば透過率が80%以上、抵抗値が30オーム/スクエア以下にそれぞれ構成されている。
【0019】
2枚のガラス基板12,20は、透明電極膜14,22どうしを対面させて、300μm以下の幅の空隙26を介して対向配置されている。空隙26はエポキシ接着剤等のシール材28によって周囲が封止されて、外部から遮断されている。
【0020】
空隙26内には電解液30(EC溶液)が封入されている。電解液30は、炭酸プロピレン、γ‐ブチロラクトン、スルホラン等の非水溶媒に、カソード化合物およびアノード化合物を溶質として溶解して構成されている。カソード化合物は、
【0021】
【化10】
Figure 0003553397
【0022】
(ただし、R、Rは同じかまたは異なり、それぞれ1から10個の炭素原子を有するアルキル基またはフェニル基またはベンジル基からなり、X はBF からなる。)の構造を有する化合物および
【0023】
【化11】
Figure 0003553397
【0024】
(ただし、R、Rは同じかまたは異なり、それぞれ1から10個の炭素原子を有するアルキル基またはフェニル基またはベンジル基からなり、X はClO からなる。)の構造を有する混合物からなる。アノード化合物は、メタロセン(M(C)の構造にブチル基を置換した誘導体からなる。カソード化合物、アノード化合物のモル濃度はそれぞれ0.01〜0.1モル/リットル程度である。メタロセン(M(C)のMには、例えばV、Cr、Fe、Co、Ni、Ru、Osを用いることができる。電解液30には、PMMA(ポリメチルメタアクリレート)、エチルメタアクリレート、ブチルメタアクリレート、イソブチルメタアクリレート等のアクリル系増粘材を添加して増粘することができる。また、さらに、紫外線吸収剤を添加することにより、紫外線によるEC物質の劣化を防止することができる。紫外線吸収剤とメタクリル樹脂が一体となった化合物で構成される増粘材を用いることもできる。アクリル系増粘材の添加量は電解液30全体の0.1〜10重量%程度である。
【0025】
電源32(車両のバッテリーを供給源とする電源等)からは、スイッチ34(アナログスイッチ等)が接点aに接続されている時、配線36を介して透明電極膜22に正極性の電位が与えられ、配線38を介して透明電極膜14に負極性の電位が与えられる。電源32の電圧(着色時駆動電圧)は例えば1.0〜1.6V程度である。スイッチ34が接点aに接続されている状態では、透明電極膜22と電解液30の界面では、
【0026】
【化12】
Figure 0003553397
【0027】
の酸化の反応により着色し、透明電極膜14と電界液30の界面では、
【0028】
【化13】
【0029】
Figure 0003553397
の還元の反応により着色する。着色状態からスイッチ34を接点b側に切り換えると、両電極膜14,22間が短絡されて、アノード化合物およびカソード化合物はゼロ電位平衡となり、瞬時に消色する。
【0030】
両電極膜14,22間にはスイッチ34と並列に抵抗体44が接続されている。着色状態の時に素子の駆動回路が故障すれば、スイッチ34が開放状態となるが、両電極膜14,22は抵抗体44を介して緩やかにゼロ電位平衡となり消色する。
【0031】
(実施の形態2)
この発明の他の実施の形態を図2に示す。このEC素子10′(自動車用防眩ミラー)は、ガラス基板20のおもて面20aにAl,Cr,Ni,Ag等の金属を蒸着、スパッタリング等で成膜して電極兼用反射金属膜として構成したもの、あるいはAl,Cr,Ni,Ag等の金属を蒸着、スパッタリング等で成膜して反射金属膜を形成し、その上にITO,SnO等の透明電極膜を積層したものである。このEC素子10′の他の構成は、電解液の組成を含め前記実施の形態1(図1)と同じである。
【0032】
図2のEC素子10′の構造によれば、入射光がガラス基板20を通過しないで反射されるので、図1のEC素子10に比べて消色反射率が数%高く得られる。
【0033】
【実施例】
図1のEC素子10による自動車用防眩インナーミラーの実施例を説明する。ガラス基板12,20を自動車用インナーミラーの寸法(横280mm×縦60mm)に形成し、それぞれ片面にITO透明電極膜14,22を成膜した。このときのITO透明電極膜14,22の光透過率は550nmの波長の光に対して80%、抵抗値は12オーム/スクエアであった。そして、ガラス基板12,20を140μmのギャップで対向配置し、エポキシ樹脂等のシール材28で接着した。反射金属膜40はAlで構成した。
【0034】
紫外線吸収剤とメタクリル樹脂が一体となった化合物で構成される増粘材として、住友化学(株)のMHU(商標)を5重量%添加して増粘した。γ‐ブチロラクトンを溶媒として用い、カソード化合物として、ClO を有するヘプチルビオロゲンジパークロライド(0.02モル/リットル)およびBF を有するヘプチルビオロゲンジフルオロボレート(0.02モル/リットル)の混合物を用い、アノード化合物としてtert‐ブチルフェロセン((CHCCFeC)(0.04モル/リットル)を用い、これらカソード化合物およびアノード化合物を溶媒に溶解して電解液30を作製し、この電解液30をガラス基板12,20間の空隙26に充填し、封止してEC素子10を作製した。
【0035】
作製されたEC素子10(ただし、反射金属膜40は未成膜状態)の初期の透過率レンジは83%(消色時:スイッチ34を接点bに接続して短絡)〜18%(着色時:スイッチ34を接点aに接続して1.4V印加)であった。このEC素子10を70℃の高温下で着色20秒、消色20秒を1サイクルとして20000サイクルの駆動を行った。テスト後のEC素子は外観の異常もなく、透過率レンジは79%(消色時:短絡)〜18%(着色時:1.4V印加)を示し、特性劣化は軽微なものであった。さらに、同一ロットのセルを100℃の高温下に放置したところ、340時間後に透過率レンジは、消色値が2%低下したのみで、着色透過率は初期と同一であった。また、反射金属膜40をAlで構成したところ、消色反射率73%、着色反射率7%(1.4V印加時)が得られ、自動車用防眩ミラーとして実用上高い性能を有していた。
【0036】
なお、前記実施の形態では、この発明を自動車用防眩インナーミラーに適用した場合について示したが、自動車用防眩アウターミラーに適用することもできる。また、図1の構造において反射金属膜40をなくして光透過性とすれば、自動車用や建造物用等の窓ガラス等として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の溶液相EC素子を用いて構成した自動車用防眩インナーミラーの実施の形態を示す図で、EC素子の断面構造を示す模式図および電気配線図である。
【図2】この発明の溶液相EC素子を用いて構成した自動車用防眩インナーミラーの他の実施の形態を示す図で、EC素子の断面構造を示す模式図および電気配線図である。
【符号の説明】
10,10′ EC素子
12 第1のガラス基板
14,22 透明電極膜
20 第2のガラス基板
26 空隙
30 電解液
32 電源
34 スイッチ
40 反射金属膜
44 抵抗体
46 電極兼用反射金属膜または反射金属膜と透明電極膜の積層体

Claims (6)

  1. 裏面に透明電極膜を成膜した第1のガラス基板と、おもて面に透明電極膜を成膜した第2のガラス基板とを、該第1のガラス基板の裏面と該第2のガラス基板のおもて面どうしを対面させて、所定幅の空隙を介して対向配置し、該空隙内に
    Figure 0003553397
    (ただし、R、Rは同じかまたは異なり、それぞれ1から10個の炭素原子を有するアルキル基またはフェニル基またはベンジル基からなり、X はBF からなる。)の構造を有する化合物および
    Figure 0003553397
    (ただし、R、Rは同じかまたは異なり、それぞれ1から10個の炭素原子を有するアルキル基またはフェニル基またはベンジル基からなり、X はClO からなる。)の構造を有する化合物を混合したカソード化合物と、メタロセン(M(C)の構造にブチル基を置換した誘導体からなるアノード化合物とを非水溶媒で溶解した電解液を封入してなる溶液相エレクトロクロミック素子。
  2. 前記第2のガラス基板の裏面に反射金属膜を成膜してなる請求項1記載のエレクトロクロミック素子。
  3. 裏面に透明電極膜を成膜した第1のガラス基板と、おもて面に電極兼用反射金属膜または反射金属膜と透明電極膜の積層体を成膜した第2のガラス基板とを、該第1のガラス基板の裏面と該第2のガラス基板のおもて面どうしを対面させて、所定幅の空隙を介して対向配置し、該空隙内に
    Figure 0003553397
    (ただし、R、Rは同じかまたは異なり、それぞれ1から10個の炭素原子を有するアルキル基またはフェニル基またはベンジル基からなり、X はBF からなる。)の構造を有する化合物および
    Figure 0003553397
    (ただし、R、Rは同じかまたは異なり、それぞれ1から10個の炭素原子を有するアルキル基またはフェニル基またはベンジル基からなり、X はClO からなる。)の構造を有する化合物を混合したカソード化合物と、メタロセン(M(C)の構造にブチル基を置換した誘導体からなるアノード化合物とを非水溶媒で溶解した電解液を封入してなる溶液相エレクトロクロミック素子。
  4. 前記非水溶媒が、炭酸プロピレン、γ−ブチロラクトン、スルホランの中から選択された単一の溶媒またはこれらの中から選択されたいずれか2つ以上の溶媒の混合溶媒で構成されている請求項1から3のいずれかに記載の溶液相エレクトロクロミック素子。
  5. 前記非水溶媒がアクリル系増粘材を添加して増粘されている請求項1〜4のいずれにか記載の溶液相エレクトロクロミック素子。
  6. 前記非水溶媒が紫外線吸収剤とメタクリル樹脂が一体となった化合物で構成される増粘材を添加して増粘されている請求項1〜4のいずれかに記載の溶液相エレクトロクロミック素子。
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