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エレクトロクロミック素子及びそれを用いた調光部材 コモンズ 新技術説明会 外国出願あり

国内特許コード P170014525
整理番号 2017000738
掲載日 2017年8月22日
出願番号 特願2017-087247
公開番号 特開2018-185424
出願日 平成29年4月26日(2017.4.26)
公開日 平成30年11月22日(2018.11.22)
発明者
  • 田嶌 一樹
  • 川本 徹
  • 渡邊 浩
  • 西野 瑞香
出願人
  • 国立研究開発法人産業技術総合研究所
発明の名称 エレクトロクロミック素子及びそれを用いた調光部材 コモンズ 新技術説明会 外国出願あり
発明の概要 【課題】 応答速度を犠牲にすることなく高コントラストとなる色変化を得られるエレクトロクロミック素子及びそれを用いた調光部材を提供する。
【解決手段】 透明基材の内に多層膜を形成したエレクトロクロミック素子である。少なくとも透明基材の上に、遷移金属酸化物を含む透明電極層、第1のエレクトロクロミック層、電解質層、金属シアノ錯体を含むエレクトロクロミック層、第2の透明電極層を順に形成し、電解質層は、(トリフルオロメタンスルホニル)イミド塩を含むことを特徴とする。
【選択図】 図1
従来技術、競合技術の概要


エレクトロクロミック素子(ECD)は、電気化学的な酸化還元により色の変化するエレクトロクロミック材料(EC材料)を用いた色可変素子である。色の変化によって反射率を制御する車載用ミラーや、光の透過率を制御して空調効率を高めことのできる車や建物の窓への使用が検討されている。さらには、ディスプレイ、サングラスなどへの使用も検討されている。



上記したように、近年では特に建物用や乗り物用の調光ガラスへのECDの応用が盛んに検討されている。調光ガラスをはじめとするECDの用途では、その色が極めて重要な意味を持つ。特に黒、グレー、ブラウン(茶色)などの遮光性の高い色の実現が望まれている。一方、現在市販化されているECDはその多くが青-透明の色変化である。例えば、酸化タングステンに代表される酸化物(特許文献1)、ビオロゲンに代表される小分子(特許文献2)、PEDOT-PSSに代表される高分子(特許文献3)、金属シアノ錯体に代表される配位高分子(特許文献4)のいずれかをECDの材料として用いて現在市販化されているものは、いずれも青-透明の色変化を示す。



また、最近では有機高分子材料や銀ナノ粒子を利用したECDも開発されている。しかしながら、有機高分子材料は一般的に耐光性に課題を抱えることが多く、調光ガラス用途には向いていない。また、銀ナノ粒子ECDは開発が始まったばかりであり、耐光性などの評価も十分になされていない。



このように耐光性などの観点からは、無機材料に一定の優位性があると考えられる。無機材料のなかでは金属酸化物と金属シアノ錯体がすでに商用化されている。特に、金属シアノ錯体は金属置換により多彩な色の実現が可能であり(特許文献5)、多色化への有力な材料と考えられる。



また、利便性・可搬性・可撓性・コスト等の兼ね合いから、透明な基材として樹脂等を用いたフレキシブル調光フィルムの開発が行われている(特許文献4)。しかしながら、主要なEC材料である遷移金属酸化物である酸化タングステンなどを用いたアプリケーションにおいては、固体電解質を含む種々材料はマグネトロンスパッタ法等による物理プロセスで主に製造されている。つまり、基材としてガラスを用いたバッチプロセスであるために大量生産に課題がある。また、特に固体電解質の作製方法により成膜時の投入熱量等による樹脂基材のダメージを抑制するために冷却装置が必要となるなどプロセス上の設備にも依存して高コストとなり、樹脂基材を用いたフレキシブル調光フィルムについては商業化が困難な実態がある。また、上記したように多色に対応できる樹脂基材による構成を未だ得られていない。



たとえば、DOEの予測データからも代表的な調光ガラスの総称であるSmart Glassは、2020年に26億USドル、2023年に42億ドルの市場規模が見込まれているが、これはLow-Eガラス等と同様に蒸着あるいはスパッタによるバッチプロセスでの製造を前提としているため製造コストと導入・ランニングコストの面で普及の障壁となっており、低コストな材料・プロセス開発が望まれている(非特許文献1)。

産業上の利用分野


本発明は、電気化学反応により色変化するエレクトロクロミック素子及びそれを用いた調光部材に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
透明基材の上に多層膜を形成したエレクトロクロミック素子であって、
少なくとも前記透明基材の上に、第1の透明電極層、第1のエレクトロクロミック層、電解質層、第2のエレクトロクロミック層、第2の透明電極層を順に形成し、
前記電解質層は、(トリフルオロメタンスルホニル)イミド塩を含み、
前記第1のエレクトロクロミック層は遷移金属酸化物を含み、
前記第2のエレクトロクロミック層は金属シアノ錯体を含むことを特徴とするエレクトロクロミック素子。

【請求項2】
前記電解質層は、少なくとも、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、リチウム ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、カリウム ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、ナトリウム ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドのいずれか一種類以上の(トリフルオロメタンスルホニル)イミド塩、および、有機溶媒を含むことを特徴とする請求項1記載のエレクトロクロミック素子。

【請求項3】
前記遷移金属酸化物は、酸化タングステン、酸化モリブデン、酸化ニオブ、酸化バナジウム、酸化チタンのうちの少なくとも一種を含み、前記電解質層によって色変化を可能とするものであることを特徴する請求項1又は2に記載のエレクトロクロミック素子。

【請求項4】
前記金属シアノ錯体は、
Aを陽イオン、
Mをバナジウム、クロム、マンガン、鉄、ルテニウム、コバルト、ロジウム、ニッケル、パラジウム、白金、銅、銀、亜鉛、ランタン、ユーロピウム、ガドリニウム、ルテチウム、バリウム、ストロンチウム、及びカルシウムからなる群より選ばれる金属原子、
M’を、バナジウム、クロム、モリブデン、タングステン、マンガン、鉄、ルテニウム、コバルト、ニッケル、白金、及び銅からなる群より選ばれる金属原子、
xを0~3の有理数、yを0.3~1.5の有理数、zを0~30の有理数として、
xM[M’(CN)6]y・zH2
の一般式で表される群より選ばれる1種又は2種以上からなるプルシアンブルー型金属錯体であることを特徴とする請求項1乃至3のうちの1つに記載のエレクトロクロミック素子。

【請求項5】
前記透明基材がガラス又は樹脂シートであることを特徴とする請求項1乃至4のうちの1つに記載のエレクトロクロミック素子。

【請求項6】
請求項1乃至5のうちの1つに記載のエレクトロクロミック素子を用いたことを特徴とする調光部材。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2017087247thum.jpg
出願権利状態 公開
参考情報 (研究プロジェクト等) 産総研ナノ材料研究部門ナノ粒子機能設計グループ
ライセンス等を御希望の方又は特許の内容に興味を持たれた方は,下記「問合せ先」まで直接お問い合わせくださいますよう,お願い申し上げます。


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