(57)【要約】本発明は、多孔性テンプレートを用いたナノチューブ型導電性高分子の電気重合方法、導電性高分子物質の電気変色現象を用いた電気変色素子の製造方法、及びこれにより製造された電気変色素子に係り、より詳しくは、多孔性テンプレートを用いたナノチューブ型導電性高分子の電気重合方法において、第１透明電極及びこの電極の上の多孔性テンプレートを作業電極として電気化学反応セルを構成した後、電気変色導電性高分子物質の前駆体が溶解されている電解質溶液を前記電気化学反応セルに注入して電気変色現象が優れた電気変色素子を製造するための、多孔性テンプレートを用いたナノチューブ型導電性高分子の電気重合方法、導電性高分子物質の電気変色現象を用いた電気変色素子の製造方法、及びこれにより製造された電気変色素子に関するものである。
2005522746.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔性テンプレートを用いたナノチューブ型導電性高分子の電気重合方法において、
多孔性テンプレートを上部に配置した作業電極を含む電気化学反応セルを構成する段階、電解質溶液中の電気変色導電性高分子物質の前駆体から前記電気化学反応セル中で多孔性テンプレートを用いてナノチューブ型導電性高分子の電気重合する段階、及び第１透明電極を用いて導電性高分子を電気重合する段階を含む、ナノチューブ型導電性高分子の電気重合方法。
【請求項２】
前記導電性高分子物質は、ポリピロール、ポリアニリン、ポリアズレン、ポリチオフェン、ポリピリジン、ポリインドール、ポリカルバゾール、ポリアジン、及びポリキノンからなる群より選択される、請求項１に記載の多孔性テンプレートを用いたナノチューブ型導電性高分子の電気重合方法。
【請求項３】
前記多孔性テンプレートは、金属酸化陽極膜又は高分子膜である、請求項１に記載の多孔性テンプレートを用いたナノチューブ型導電性高分子の電気重合方法。
【請求項４】
前記多孔性テンプレートは気孔を含み、その気孔の大きさ（直径）は５乃至５００ｎｍであり、気孔の密度は断面積を基準にして１０乃至５０％である、請求項１に記載の多孔性テンプレートを用いたナノチューブ型導電性高分子の電気重合方法。
【請求項５】
前記金属酸化陽極膜は、酸化アルミニウム陽極膜又はチタニア陽極膜である、請求項３に記載の多孔性テンプレートを用いたナノチューブ型導電性高分子の電気重合方法。
【請求項６】
前記高分子膜は、ポリプロピレン、ナイロン、ポリエステル、又はブロック共重合体を含む高分子物質の多孔性膜である、請求項３に記載の多孔性テンプレートを用いたナノチューブ型導電性高分子の電気重合方法。
【請求項７】
請求項１乃至３のうちのいずれかに記載の方法で製造されるナノチューブ型導電性高分子と第１透明電極とを第１面とし、第２透明電極を第２面として、第１面と第２面との間に電解質溶液を注入する段階を含む、電気変色素子の製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法で製造される、電気変色素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多孔性テンプレートを用いたナノチューブ型導電性高分子の電気重合方法、導電性高分子物質の電気変色現象を用いた電気変色素子の製造方法、及びこれにより製造された電気変色素子に係り、より詳しくは、導電性高分子物質の表面積を増加させて電気変色現象が優れた電気変色素子を製造するための、多孔性テンプレートを用いたナノチューブ型導電性高分子の電気重合方法、導電性高分子物質の電気変色現象を用いた電気変色素子の製造方法、及びこれにより製造された電気変色素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近、電子機器の急速な発展及びネットワークの普及により、莫大な量の情報が共有されている。したがって、このような多量の情報の移送媒体も、従来の紙を用いて文書を伝達する方式から電子機器を用いる方式に変わっている。しかし、従来の様々なディスプレイ装置は、紙に印刷された情報のように気軽に見せることができない。それだけでなく、ノートブックコンピュータ、携帯電話などのモバイル機器の普及が拡大されるのに伴って、ディスプレイ装置の電力消耗も問題として提起されている。
【０００３】
以上で言及した問題を解決するために、優れた視認性を有し、低電力駆動方式の反射型ディスプレイ装置である、ペーパーライク−ディスプレイ（paperlike  display）装置の開発が進められている。ペーパーライク−ディスプレイ装置の有望な候補の一つとして電気変色方式が研究されている。
【０００４】
電気変色方式は、電気化学的反応を利用して物質の色を変化させる方式である。紙印刷された情報と類似した程度の視認性を有し、駆動電圧も非常に低い。しかし、電気変色方式は、着色、脱色の反応速度が遅く、脱色時に残像が残るなど、解決しなければならない問題がある。最近ではこれを解決しようとする多くの努力が行われており、無機物ナノ結晶で形成された電極を用いて電極の表面積を広くすることにより、前記問題を解決する画期的な方式が発明された（米国特許第６，０６７，１８４号）。
【０００５】
しかし、この新しい方式も、装置製造においていくつかの問題がある。まず、ピクセル化をさせることにおいて問題があり、電極形成工程中の反応温度が高すぎるという問題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、導電性高分子物質の表面積を増加させて電気変色現象が優れた電気変色素子を製造するための多孔性テンプレートを用いたナノチューブ型導電性高分子の電気重合方法を提供することにある。
【０００７】
本発明の他の目的は、前記ナノチューブ型導電性高分子の電気変色現象を用いた電気変色素子の製造方法を提供することにある。
【０００８】
また本発明の他の目的は、前記方法で製造された電気変色素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するために、本発明は、ナノチューブ型導電性高分子の電気重合方法において、多孔性テンプレートを上部に配置した第１透明作業電極を含む電気化学反応セルを構成する段階、及び電解質溶液中の電気変色導電性高分子物質の前駆体から前記電気化学反応セル中で多孔性テンプレートを用いてナノチューブ型導電性高分子の電気重合する段階を含む、ナノチューブ型導電性高分子の電気重合方法を提供する。
【００１０】
本発明はまた、前記方法で製造されるナノチューブ型導電性高分子と第１透明電極とを含む第１面、第２透明電極を含む第２面、およびこれらの面の間に電解質を含む、電気変色素子の製造方法を提供する。
【００１１】
本発明はまた、前記方法で製造された電気変色素子を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
上述のように、本発明の電気変色素子はチューブ型の導電性高分子を有しており、表面積の増加により、優れたコントラストと速い応答速度を示す。脱色時には残像を残さず、室温にて作成することができる。また、ピクセル化の場合にも有効である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を、図面を参照してより詳細に説明する。
【００１４】
本発明は、図２に示されるように、多孔性テンプレートを上部に配置した第１透明作業電極を含む電気化学反応セルを構成する段階、及び電解質溶液中の電気変色導電性高分子物質の前駆体から前記電気化学反応セル中で多孔性テンプレートを用いてナノチューブ型導電性高分子の電気重合を行う段階を含む、ナノチューブ型導電性高分子の電気重合方法を提供する。
【００１５】
詳細に説明すると、多孔性テンプレートを上部に配置した第１透明作業電極をスパッタリングチャンバーに入れ、一般的な電極蒸着法によってＩＴＯ（indiumtinolide）透明電極を形成して、一般的な電気化学反応セルを構成する。ここで、透明電極の厚さは１５０乃至３００ｎｍであるのが好ましい。
【００１６】
相対電極（陰極）及び基準電極（標準電極）が前記セル内に設置される。その後、重合しようとする電気変色導電性高分子物質の前駆体が溶解されている電解質溶液を注入して、定電流下で電気重合を行う。この時、重合速度を適切に調節すれば、重合される導電性高分子物質は、第１透明電極から重合され始めて多孔性テンプレートの内部壁面に沿って重合されていく。この反応を適切な時間だけ進め、電気変色物質の色が肉眼で十分に区分のつく時点で止める。
【００１７】
このように製造された導電性高分子物質は、図１に示されているように、チューブ形態であり、電気変色する導電性高分子物質の表面積は非常に大きく増加する。増加した導電性高分子物質の表面積により優れたコントラスト及び速い応答速度を示し、脱色時の背景色の問題を解決することができる。
【００１８】
また、本発明は、工程温度を常温まで下げることができる方法であり、素子のピクセル化も容易に行うことができる。
【００１９】
本発明のナノチューブ型導電性高分子の電気重合方法に用いられるテンプレートは、白又は透明な色の多孔性物質を材質として選択するのが好ましい。例としては、酸化アルミニウム陽極膜（anodized  aluminum  oxide  membrane）又はチタニア陽極膜（anodized  titania  membrane）のような金属酸化陽極膜、又はポリプロピレン、ナイロン、ポリエステル、又はブロック共重合体を含む高分子物質の多孔性膜などを好ましく用いることができる。多孔性物質の気孔の大きさ（直径）は５乃至５００ｎｍであり、気孔の密度は断面積を基準にして１０乃至５０％であるのが好ましい。
【００２０】
また、本発明の導電性高分子物質は、電気変色現象を示すものが好ましい。具体的には、ポリピロール、ポリアニリン、ポリアズレン、ポリチオフェン、ポリピリジン、ポリインドール、ポリカルバゾール、ポリアジン、ポリキノン、又はこれらの重合体を好ましく用いることができる。
【００２１】
本発明はまた、前記方法で製造されるナノチューブ型導電性高分子と第１透明電極とを含む第１面、第２透明電極を含む第２面、およびこれらの面の間に電解質を含む、電気変色素子の製造方法を提供する。
【００２２】
電気変色素子を形成する方法は、好ましくは次のとおりである。まず、導電性高分子チューブ、多孔性テンプレート、及びＩＴＯ（indiumtinolide）透明電極を電気重合セルから分離する。その内部でナノチューブ型導電性高分子が成長している多孔質テンプレートとともに、第１透明電極がきれいなＩＴＯでコートされたガラス基板上に乗せられる。上部第２透明電極、好ましくは、ＩＴＯでコートされたガラス基板は第１透明電極の上に乗せられる。その後、二平面の一側面をエポキシ樹脂などの封止剤（sealant）で封止して電解質を注入した後、他側面も同様に封止する。
【００２３】
第１透明電極と第２透明電極との間で通電することにより、多孔性物質の内部に存在する電気変色導電性高分子物質が活性化して変色する。チューブ形態の導電性高分子物質は、そのチューブの厚さは数ナノメートル以下であり、長さは１μｍ以上である。したがって、電解質と導電性高分子物質の接触する領域が広くなり、厚さが非常に薄いので、非常に速い電気変色現象を示す。
【００２４】
ここで、長いチューブは、素子の着・脱色時に優れたコントラストを示す。これは、従来の拡散制限反応とはことなり、導電性高分子物質の電気変色現象は、電極と導電性高分子物質との間の電子注入と導電性高分子物質の内部の電気導電現象とによっておこるためである。それだけでなく、電解質と隣接するチューブ形態の導電性高分子薄膜は、電子やイオンの閉じ込め現象を効果的に防ぐ。
【００２５】
本発明の電気変色素子の製造に用いられる多孔性物質は、白色又は光の散乱現象で半透明のテンプレートが好ましく、酸化アルミニウム陽極膜がより好ましい。多孔性物質が白色又は光の散乱現象で半透明であるので、これらの多孔性物質が背景色を形成し、電気変色素子のコントラストをより向上させる。
【００２６】
前記素子は、様々な形態の駆動素子によって作動する際、着色時には導電性高分子物質の固有色を示し、脱色時には透明の背景色を示す。このような素子は、ピクセル化が可能であり、また、第２透明電極の下部に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）や他の電気配線を形成して、従来の電子ディスプレイのような様々な装置に用いることができる。それだけでなく、透明な背景色を有する場合はスマートウィンドウなどの応用にも用いることができる。
【００２７】
以下、実施例を通じて本発明をより詳細に説明する。但し、実施例は本発明を例示するためのものであり、本発明の内容が下記の実施例に限られるわけではない。
【実施例】
【００２８】
多孔性物質として、気孔の大きさが約１００ｎｍである多孔性の酸化アルミニウム陽極膜（ＡＡＯ、ワットマン社）を用いた。この濾過膜をスパッタリングチャンバーに入れ、透明電極の厚さは約１５０乃至３００ｎｍであり、後面の気孔は完全には封止されないように、一般的なＩＴＯ電極蒸着方法によって後面に透明電極を形成した。蒸着されたＩＴＯ/ＡＡＯ膜は、ＩＴＯ/ｇｌａｓｓ電極の上面に、蒸着されたＩＴＯ表面と電極とが接触するように置いた。その後、膜の上に電気重合シリンダーをプレスして電気重合装置を形成した。この電気重合装置に相手電極と基準電極を入れ、電解質/重合液溶液で満たした。この時、電解質溶液としては、０．１ＭのＬｉＣｌＯ４/アセトニトリルを用い、重合液溶液としては、１０ｍＭの2,3-dihydrothieno[3,4-b]-1,4dioxin又は3,4-ethylenedioxythiopheneを好ましく用いることができる。
【００２９】
前記電気重合装置で、定電圧電解（potentiostat；EG&G  Princeton  Applied  Research  Model  M273）によって定電流条件で６０ｍＡにて１０分間重合した。この時、ＰＥＤＯＴ（poly  3,4-ethylenedioxythiophene）という導電性高分子物質が重合され、ＡＡＯ膜の色が白色から濃い紫色に変化した。その後、ＰＥＤＯＴ/ＡＡＯ/ＩＴＯを電気重合装置から分離して、きれいなＩＴＯ/ｇｌａｓｓ基質の上に乗せた。その後、ＩＴＯ／ｇｌａｓｓ基質を含む第２透明電極を第１透明電極の一番上に置き、２つの電極を、エポキシ樹脂を用いて封止処理（sealing）した。封止処理時に一側面を残し、０．１ＭのＬｉＣｌＯ４/アセトニトリル電解質溶液を封止していない側面から注入し、この側面を再び同じ封止剤で封止処理して、図３に示された素子を製造した。
【００３０】
得られた素子の第１透明電極を陽極、第２透明電極を陰極として、１〜１．５Ｖの電圧を加えれば、電気変色物質の活性化し、濃い紫色に変色した。反対に電圧を加えれば、電気変色物質は活性化されず、脱色した。この時、着・脱色時の応答速度は非常に速く（１００ｍｓ以下）、脱色時に残像が全く残らなかった。
【００３１】
前記では、本発明による導電性高分子物質の製造及び電気変色素子の製造の好ましい実施例について説明したが、当業者は、本発明の精神及び請求の範囲から離れることなく多様に変形又は置換されうることを理解することができる。
【００３２】
本発明はこれに限定されず、本発明の特許請求の範囲、発明の詳細な説明、及び添付した図面の範囲内でして行うことが可能であり、これも本発明の範囲に属する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の多孔性テンプレートを用いた電気重合によって製造されたナノチューブ型導電性高分子の拡大透視図である。
【図２】本発明の多孔性テンプレートを用いたナノチューブ型導電性高分子の電気重合方法に用いられた電気重合反応セルの概念図である。
【図３】実施例の電気変色素子の断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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