(57)【要約】  エレクトロクロミックデバイス（ＥＣＤ）は、エレクトロクロミックセルと、任意選択により、１つまたは複数の付加的なエレクトロクロミックセルとを備え、全てのセルが平行であり、セルの１つの電極の少なくとも１つが、単一壁カーボンナノチューブ（ＳＷＮＴ）フィルムを含む。エレクトロクロミックセルが、ＥＣＤを通る電磁スペクトルの２つ以上の異なった部分の透過率の制御を可能にする。あるセルは、可視光放射の透過率を制御することができ、他のセルは赤外線放射の透過率を制御することができる。ＥＣＤを「スマートウィンドウ」として使用してウィンドウを通る熱および光の透過を制御することができる。ＥＣＤは、既存のウィンドウに付加され得る積層体の形態であり得る。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のエレクトロクロミックセルと、任意選択により、１つまたは複数の付加的なエレクトロクロミックセルとを含むエレクトロクロミックデバイス（ＥＣＤ）であって、全てのセルが互いに平行であり且つ電気的に分離されており、前記セルの各々が独立に制御され、前記セルの少なくとも１つが、単一壁カーボンナノチューブ（ＳＷＮＴ）フィルムを含む電極を含み、前記第１のセルが、電磁スペクトルの第１の部分からの放射線の透過率において変化する第１のエレクトロクロミック層を含み、前記付加的なセルが、前記電磁スペクトルの付加的な部分からの放射線の透過率において独立に変化する付加的なエレクトロクロミック層を含む、エレクトロクロミックデバイス（ＥＣＤ）。
【請求項２】
前記エレクトロクロミックセルの各々が、基材上の電極と第２の基材上の対電極との間に配置された、電解質層によって前記エレクトロクロミック層から分離された電荷平衡化層をさらに含む、請求項１に記載のＥＣＤ。
【請求項３】
前記第１のエレクトロクロミックセルの前記電極または前記対電極が、前記付加的なエレクトロクロミックセルの１つの前記電極または前記対電極と共通の基材を共有する、請求項２に記載のＥＣＤ。
【請求項４】
前記第１のエレクトロクロミック層が、可視線の透過率を変化させる第１のエレクトロクロミック材料を含み、前記付加的なエレクトロクロミック層が、赤外線の透過率を変化させる付加的なエレクトロクロミック材料を含む、請求項１に記載のＥＣＤ。
【請求項５】
前記第１のエレクトロクロミック層が第１のエレクトロクロミックポリマーを含む、請求項１に記載のＥＣＤ。
【請求項６】
前記第１のエレクトロクロミックポリマーが複素環式共役ポリマーを含む、請求項５に記載のＥＣＤ。
【請求項７】
前記付加的なエレクトロクロミック材料が半導性金属酸化物を含む、請求項４に記載のＥＣＤ。
【請求項８】
前記半導性金属酸化物が酸化タングステンまたは酸化ニッケルを含む、請求項７に記載のＥＣＤ。
【請求項９】
前記付加的なエレクトロクロミック材料が付加的なエレクトロクロミックポリマーを含む、請求項４に記載のＥＣＤ。
【請求項１０】
前記付加的なエレクトロクロミックポリマーが、ルテニウム（ＩＩ）ジオキソレン錯体を含むポリマーまたはコポリマー、トリス（ピラゾリル）ボラト−モリブデン錯体を含むポリマーまたはコポリマー、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラフェニル−ｐ−フェニレンジアミンを含むポリマーまたはコポリマー、アントラキノンイミドを含むポリマーまたはコポリマー、複核ルテニウム錯体を含有するジカルボニルヒドラジンを含むポリマーまたはコポリマー、ニトロキシド基、またはポリ（２，２，６，６−テトラメチルピペリジニルオキシメタクリレート）（ＰＴＭＡ）を含むポリマーまたはコポリマーを含む、請求項９に記載のＥＣＤ。
【請求項１１】
少なくとも１つの基材が、放射線の部分反射または減衰を可能にする金属化層を含む、請求項１に記載のＥＣＤ。
【請求項１２】
全ての基材が独立にポリマーを含む、請求項１に記載のＥＣＤ。
【請求項１３】
前記ポリマーが独立に、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ（エチレンテレフタレート）（ＰＥＴ）、ポリ（エチレンナフタレート）（ＰＥＮ））、ポリ（フェニレンスルフィド）（ＰＰＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）、ポリイソプレン、ポリブタジエン、および／またはシリコーンを含む、請求項１２に記載のＥＣＤ。
【請求項１４】
基材の少なくとも１つが剛性である、請求項１に記載のＥＣＤ。
【請求項１５】
基材および前記電極の全てが可撓性である、請求項１に記載のＥＣＤ。
【請求項１６】
前記第１のエレクトロクロミックセルと前記付加的なエレクトロクロミックセルとを分離するガスで満たされた容積をさらに含む、請求項１に記載のＥＣＤ。
【請求項１７】
少なくとも１つの光センサーおよび／または少なくとも１つの温度センサーをさらに含む、請求項１に記載のＥＣＤ。
【請求項１８】
前記光センサーが赤外線放射を検出する、請求項１７に記載のＥＣＤ。
【請求項１９】
前記光センサーが可視光放射を検出する、請求項１７に記載のＥＣＤ。
【請求項２０】
前記光センサーおよび／または温度センサーからの信号を入力し且つ前記第１のおよび付加的なエレクトロクロミックセルの１つまたは複数に印加された電位を調節するための信号を出力するマイクロプロセッサをさらに含む、請求項１７に記載のＥＣＤ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１１年６月３０日に出願された米国仮特許出願第６１／５０３，０１５号（一切の数値、表、または図面を含めてその全体を参照によって本明細書に組み込む）の利益を請求する。
【背景技術】
【０００２】
毎年、米国の全エネルギー消費量の約４パーセントが、冷却または加熱コストを増加させる建築物においての望ましくない熱利得または損失を与える太陽放射線の不十分な絶縁および高透過によるウィンドウの非効率性から生じる。ウィンドウを除去または覆うことは、照明のためのコストの増加を伴い、労働生産性および健康生活感を高めることが実証されている自然光の美しさやその他の利点を損なう。ブラインドを使用して強いまぶしさを避ける場合、それらは、まぶしさがなくなっても再び開けられることがないことが多い。
【０００３】
これらの欠点に対処するために、ダイナミックウィンドウがエネルギー効率的なウィンドウの研究の最先端にある。ウィンドウの熱束特性は手動または自動制御され得るので、制御された電圧を印加したときに可視光線、および／または熱束特性を制御可能に変調させることができるエレクトロクロミックウィンドウは、ウィンドウの非効率性を軽減する有望な候補である。しかしながら、熱流（近赤外線（ＮＩＲ）および／または中赤外線（ＭＩＲ）の透過）とウィンドウの可視的な透明性とを独立におよび同時に変化させるシステムは示されていない。ダイナミックウィンドウにおいて酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）を透明電極として使用することができるが、その固有の性質は、可撓性エレクトロクロミックデバイス（ｆ−ＥＣＤ）におけるその使用において多くの欠点を示す。例えば、プラスチック上のＩＴＯは、繰り返して曲げられる場合に亀裂を生じ、使用できなくなり、既存のウィンドウの改良に適さなくなる。さらに、ＩＴＯは赤外線（ＩＲ）光を反射し、したがって、望ましい高いレベルの赤外線透過率を可能にしない。
【０００４】
スマートウィンドウ用途の他に、適した赤外線透明導電性基材上の吸収性／透過性赤外線可撓性エレクトロクロミックデバイスは、曲げられる軽量赤外線シャッターおよび赤外線検出器や画像形成システムのためのフィルターとして使用され得る。赤外線技術分野は、高コストの重機械等価物の代用品として可撓性エレクトロクロミックデバイスの導入から著しく利益を得るであろう。
【発明の概要】
【０００５】
本発明の実施形態は、ＥＣＤ内の１つまたは複数のエレクトロクロミックセルの調整によって熱および光の独立した制御を同時に可能にするＥＣＤに関する。本発明の実施形態によるエレクトロクロミックシステムは少なくとも１つのエレクトロクロミックセルを含み、複数のセルを有するこれらのＥＣＤは、フィルムを含む単一壁カーボンナノチューブ（ＳＷＮＴ）を含むセルの少なくとも１つの、少なくとも１つの電極を備える。
【０００６】
セルの各々が、作業電極、エレクトロクロミック層、電解質層、および電荷平衡化層を備える。一実施形態において、単一エレクトロクロミックセルは、可視線および／または赤外線スペクトル領域のその吸光度（ａｂｓｏｒｂａｎｃｅ）／透過率（ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ）または反射率を変化させるエレクトロクロミック材料を使用し、可視線と赤外線の変調または単に赤外線のコントラストの同時制御を可能にする。ＥＣＤは、「スマートウィンドウ」としてまたは検出／画像形成システムの赤外線シャッター／フィルターとして使用され得る。別の実施形態において、複数の独立したエレクトロクロミックセルの１つは、可視線のその吸光度または反射率を変化させるエレクトロクロミック材料を使用し、他方、第２のセルは、赤外線のその吸光度または反射率を変化させるエレクトロクロミック材料を使用する。したがって、システムが「スマートウィンドウ」として使用されるとき、エレクトロクロミックセルに印加された電位を独立に制御することによって、加熱放射線（ＩＲ）および可視光線の通過を独立に制御することができる。
【０００７】
ＥＣＤはさらに、自動制御のための温度および／または光センサーを含むことができる。一実施形態において、可視線吸収または反射エレクトロクロミック材料を使用するセルへの回路に光センサーが含有され、赤外線吸収または反射エレクトロクロミック材料を使用するセルへの回路内に温度センサーが含有される。
【０００８】
ＥＣＤは自立形であっても、既存の表面に適用され得る積層体の形態であってもよい。ＥＣＤは、システムを通る光および熱（赤外線）の手動または自動制御を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】厚さ１５０ｎｍの自立形ＳＷＮＴフィルムの透過スペクトル（上の曲線）、ＡＭ１．５Ｇ太陽放射スペクトル（λｍａｘ＝１．６４８５Ｗ／ｍ−２・ｎｍ−１）、（ＡＳＴＭ  Ｇ１７３−０３参照スペクトルからの右側の曲線）、およびプランクの式を用いて計算された２３．９℃の黒体放射体からの放射（λｍａｘ２９．８＝Ｗ・ｍ−２・μｍ−１）（左側の曲線）を示し、上の矢印は共通の電磁スペクトル領域を示し、影をつけた領域は、本発明の実施形態によるエレクトロクロミックデバイス（ＥＣＤ）内の少なくとも１つの電極の透明性が望ましいスペクトルの部分を示す。
【図２】中赤外線領域においてＳＷＮＴ／ＰＥの高い（７０〜８０％）透過を示すポリエチレン（ＰＥ）（厚さ０．００１および０．００３インチ）上の６０ｎｍのＳＷＮＴフィルムの透過スペクトルを示す。
【図３】本発明の実施形態による、２つの独立したエレクトロクロミックセルを有するエレクトロクロミックデバイス（ＥＣＤ）を示し、電極を含む２つのＳＷＮＴが中央の共通の基材の２つの面上に堆積される。
【図４】本発明の実施形態による、ＥＣＤ内でＳＷＮＴフィルムと共に使用され得る「スティッキーＰＦ（Ｓｔｉｃｋｙ−ＰＦ）」の化学構造を示す。
【図５】本発明の実施形態による、単一セルを含むＥＣＤを示し、可視光線および赤外線が、電極を含む２つのＳＷＮＴを有する単一エレクトロクロミックセル内で同時に変調される。
【図６】本発明の実施形態によって、可視的着色状態および可視的ブリーチ状態の２つのＰＥ基材を使用して、ＳＷＮＴカソード上に堆積された黒色から透過性へのエレクトロクロミックポリマーとＳＷＮＴアノード上のＭＣＣＰエレクトロクロミックポリマーとを有する単一セルＥＣＤについてＡ）可視線／近赤外線領域およびＢ）中赤外線の透過スペクトルを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施形態は、可視光線とは独立にまたは可視線の変調（ｖｉｓｉｂｌｅ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）と同時に赤外線の吸光度または反射の制御を可能にするエレクトロクロミックデバイス（ＥＣＤ）に関する。デバイスは自立形とすることも、別のデバイスの表面に付着され得る積層体とすることもできる。例えば、本発明の一実施形態において、ＥＣＤが上に堆積される基材は、既存のウィンドウの質量の大部分を構成するガラスまたはプラスチックとすることができる。米国特許第７，２６１，８５２号明細書（参照によって本明細書に組み込む）に開示されているように、透明導体としての適用のために単一壁ナノチューブ（ＳＷＮＴ）フィルムが開発された。図１は、遠赤外線から紫外線までの範囲のＳＷＮＴの厚さ１５０ｎｍの自立フィルムの透過率スペクトルを示す。大部分の太陽放射加熱は、図１に示されるように４００〜１２５０ｃｍ−１（８〜２５ミクロン）領域の吸収された太陽放射線から生じる。比較的厚いＳＷＮＴフィルムは、中赤外線において５０〜８０％の透過率を示す。ＳＷＮＴフィルムは、ＩＴＯが有効に不透明である領域である赤外線領域において高い透過率（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｖｉｔｙ）を示す。可視線から遠赤外線までの同時的な高い透明性は、ＳＷＮＴフィルムを赤外線熱流と可視光線とを同時に制御するＥＣＤの電極として使用するための有効な導体にする。ＳＷＮＴフィルムの別の有利な特徴は繰り返し曲げに対する強靭性であり、性質に損失がない。これらの特徴は、ＳＷＮＴフィルムを「スマートウィンドウ」用途において可視色濃度と熱放射線とを制御するかまたは検出／画像形成システムにおいて可視線と赤外線のコントラストを制御する可撓性エレクトロクロミックデバイス（ｆ−ＥＣＤ）のために有用にする。２つの異なったポリエチレン（ＰＥ）シートの厚さ上のＳＷＮＴフィルムの赤外線スペクトルが図２に示される。これらのフィルムは中赤外線（ＭＩＲ）において７０〜８０％の透過率を示す。
【００１１】
本発明の実施形態によって、ＥＣＤ１６は、展開して剥離した形態で図３に示されたような、積層体の形態の２つの独立したセルを含む。ＥＣＤは図示された積層体が付着されるウィンドウまたは他のデバイスとして機能する基材を備えることができることは理解されるはずである。この例示的実施形態において、ＥＣＤを含む２つのセルが、共通の中央の基材７を共有する。しかしながら、２つの別個の基材７’および７’’が共通の基材７に取って代わることができることを当業者は容易に理解することができる。第１のセル１４がＥＣＤを通る可視光線を制御し、基材１は、第１のセルのための電極として作用するＳＷＮＴフィルム２を有する。ＰＣＴ特許出願文献：国際公開第／２００８／０４６０１０号パンフレット、国際公開第／２００８／１０３７０３号パンフレット、または国際公開第／２００９／０２３３３７号パンフレット（それらを参照によって本明細書に組み込む）に開示されているように、任意選択により、ＳＷＮＴフィルム２は、側基を有する非共役、部分共役、または完全共役ポリマーを含有してＳＷＮＴとの強い錯化をもたらすことができる。ＳＷＮＴフィルム２は、中性状態と酸化状態との間で電気的に切り換えられるときに可視光線のその吸光度を変化させるエレクトロクロミック層３と電気的に接触する。エレクトロクロミック層３は、電解質層４によって電荷平衡化ポリマー層５に電気的に接続され、これは基材７の両面上にコートされたＳＷＮＴフィルム６および８を含む両面電極と接触し、ＳＷＮＴフィルム６は第１のセル１４の電極であり、ＳＷＮＴフィルム８は第２のセル１５の電極である。ＥＣＤ１６内の第２のセル１５構造物は、第１のセル１４構造物を正確に再現することができるが、ただし、エレクトロクロミック層１１は、例えば中性（または酸化）状態で赤外線光を吸収または反射し且つ例えば酸化（または中性）状態で赤外線光を透過するエレクトロクロミックポリマーを含む。ＳＷＮＴフィルム８は第２の充電平衡化層（ｃｈａｒｇｉｎｇ  ｂａｌａｎｃｉｎｇ  ｌａｙｅｒ）９と接触しており、これは、電荷平衡化層を第２のエレクトロクロミック材料１１から分離する第２の電解質層１０と接触する。第２のセル１５およびデバイス１６は、ＳＷＮＴフィルム１２がコートされた基材１３を含む第２のセルの電極によって完成される。
【００１２】
本発明の実施形態において、基材１、７、または１３は透明であり、例えば、プラスチック、例えばポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ（エチレンテレフタレート）（ＰＥＴ）、ポリ（エチレンナフタレート）（ＰＥＮ）、ポリ（フェニレンスルフィド）（ＰＳＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）、または任意の他の透明材料または透明な紫外線安定化材料であり得る。本発明の別の実施形態において、基材１、７、または１３は透明であり、エラストマー、例えば、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）または他のシリコーン、ポリブタジエン、ポリイソプレン、またはそれらの任意のコポリマーであり得る。本発明の他の実施形態において、基材１、７、または１３はガラス、半導体、または所望のエレクトロクロミック波長領域において適した透過率（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｖｉｔｙ）の他の材料であり得る。デバイスが新しいまたは交換用ウィンドウである本発明の実施形態において、透明な基材１、７、または１３はウィンドウの主部分であり得る。透明な基材がウィンドウの外側部分である場合、強靭なプラスチック、例えば、ＰＣまたはＰＥＴの使用は熱伝導率を低下させることができ、既存の構造物において普通に使用される同様な厚さのガラスウィンドウの耐衝撃性に対して耐衝撃性を増加させることができる。
【００１３】
Ｒｉｎｚｌｅｒらの米国特許第７，２６１，８５２号明細書（その内容を参照によって本明細書に組み込む）に教示されているように、フィルム２、６、８、および１２を含むＳＷＮＴを基材１、７、または１３上に製造することができる。基材上にフィルムを含む透明な導電性ＳＷＮＴを堆積する任意の他の方法を使用することができる。フィルムを含むＳＷＮＴは、制御された方法で金属ナノワイヤ、グラフェンシート、導電性ポリマーおよび／または他の半導性または絶縁材料を含有することができる。ＳＷＮＴはドープされなくてもドープされてもよい。ＳＷＮＴドーパントは例えば、硫酸、硝酸、アンモニア、またはハロゲンであってもよい。
【００１４】
本発明のいくつかの実施形態において、ＰＣＴ特許出願公開国際公開第／２００８／０４６０１０号パンフレットに記載されているようないわゆる「スティッキーフット（ｓｔｉｃｋｙ  ｆｏｏｔ）」ポリマーがＳＷＮＴフィルム２、６、８、および１２の１つまたは複数と共に含有され、共役および／または電気導電性ポリマーの組み込みを促進する。このような「スティッキーフット」ポリマーは、ほとんど単一層としてＳＷＮＴの表面への付着を促進する。官能化「スティッキーフット」ポリマーは、側鎖置換基、例えば、ペルフルオロアルキル鎖、エチレンオキシド鎖、アルキル鎖、シロキサン鎖またはそれらの組合せを有してＳＷＮＴフィルムの表面の疎水性を増加または減少させることができる。図４は、本発明の実施形態によって、ＳＷＮＴフィルムへの境界面を安定化するために使用され得る「スティッキーフット」ポリマー「スティッキーＰＦ」の構造を示す。
【００１５】
充電平衡化層５および９は色を変化させないが、スイッチングの間にセルの電荷を平衡させる電気化学レドックス反応を受ける。共役ポリマーの他に、他の電気活性材料を使用して、スイッチングの間に電荷を平衡させることができる。充電平衡化層５または９として使用され得るポリマーには、特定の空間的および静電的に分離されて高度に局在化された電気化学的活性部位を有するレドックスポリマーがある。典型的なレドックスポリマーは、レドックス活性遷移金属系の側基がポリマーの主鎖に共有結合している系からなる。ポリマーの主鎖は共役していても共役していなくてもよい。本発明の実施形態において使用され得るレドックス活性ポリマーの非限定的な例には、ポリ（ビニルフェロセン）およびそのコポリマー、ポリ（ビニルトリピリジルコバルトジクロリド）およびそのコポリマー、ポリ（４−ビニルピリジルオスミウムビスビピリジルジクロリド）およびそのコポリマー、ポリ（ピロール−コ−Ｎ−ベンジルルテニウムビスビピリジルクロリド）、ポリ（Ｎ−２−シアノエチル−３，４−プロピレンジオキシピロール）の他、レドックス活性２，２，６，６−テトラメチルピペリジン−Ｎ−オキシル基を有するポリマー、例えばポリ（２，２，６，６−テトラメチルピペリジニルオキシ−４−イルメタクリレート）およびポリ［２，３−ビス（２，２，６，６−テトラメチルピペリジン−Ｎ−オキシカルボニル）−ノルボルネン］などがある。
【００１６】
電解質層４および１０はゲル電解質、固体電解質、またはイオン性液体であり得る。本発明の一実施形態において、電解質層４または１０はゲル電解質、例えばアセトニトリル（ＡＣＮ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、他のアルキルカーボネート、またはポリ（メチルメタクリレート）と電解質塩、例えばＴＢＡＰＦ６もしくはイオン性液体（ＩＬ）とを含有する混合アルキルカーボネート溶液である。電解質塩は、テトラアルキルアンモニウムなどがあるがそれらに限定されない有機カチオンまたはＬｉ＋、Ｎａ＋、Ｋ＋、およびＣｓ＋などのアルカリ金属カチオンとテトラフルオロボレート、過塩素酸塩、トリフレート、ビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド、またはヘキサフルオロアンチモネートなどがあるがそれらに限定されない非求核性アニオンとを含有する。ＩＬの例には、ピリジニウムクロリド、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム１−エチル−３−メチルイミダゾリウムジシアナミド、ビス（トリフルオロ−メチルスルホニル）イミド、および１−ブチル−３，５−ジメチル−ピリジニウムブロミドなどがあるがそれらに限定されない。本発明の別の実施形態において、電解質層４または１０は固体状電解質であり得る。固体電解質には、極性ポリマーホスト、例えばポリ（エチレンオキシド）、ポリ（プロピレンオキシド）、メトキシエトキシエトキシ置換ポリホスファゼン、ポリエーテル系ポリウレタンの他、金属塩を溶解してイオン伝導性錯体を生じることができるその他のポリマーなどがある。１０−５〜１０−３Ｓ／ｃｍの室温導電率が典型的に達せられる。高温のこれらの電解質によってより高いイオン伝導率が達せられる場合、エレクトロクロミックスイッチング速度を高めることができる。
【００１７】
本発明の一実施形態において、エレクトロクロミック層３は可視領域の吸光度を変化させ、エレクトロクロミック層１２は赤外線の吸光度または反射率を変化させる。他の実施形態において、システムの特定の適用のために設計されるとき、エレクトロクロミック層３および／または層１２は紫外線、可視線、近赤外線、短赤外線、中赤外線、遠赤外線、およびマイクロ波などのＥＭスペクトルの他の領域の透過率（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｖｉｔｙ）を変化させる。本発明の別の実施形態において、エレクトロクロミック層３および／または１２は、それぞれ可視線または赤外線光を反射する。本発明の他の実施形態において、エレクトロクロミック層３および／または１２の少なくとも１つが無機半導体を含む。エレクトロクロミック層３のために使用され得るエレクトロクロミックポリマーには、ＰＰｒｏＤＯＴ、ＰＥＤＯＴ、Ｐｐｙ、ＰＡＮＩを含むポリマー、および米国特許第７，８０７，７５８号明細書および米国特許第６，７９１，７３８号明細書、および国際特許国際公開第／２０１１／００３０７６号パンフレット、国際公開第／２０１０／１３８５６６号パンフレット、国際公開第２０１０／０６２９４８号パンフレット、国際公開第／２００９／０５８８７７号パンフレット、国際公開第／２００９／１１７０２５号パンフレット、および国際公開第／２００８／１１８７０４号パンフレット（これらの特許および公開特許出願の全てを参照によって本明細書に組み込む）に教示されたポリマーなどがある。
【００１８】
赤外線において吸収および反射し、本発明の実施形態によってエレクトロクロミック層１２のために使用され得るエレクトロクロミック材料には、ルテニウム（ＩＩ）ジオキソレン錯体、それらから誘導されるポリマーおよびコポリマー、トリス（ピラゾリル）ボラト−モリブデン錯体、それらから誘導されるポリマーおよびコポリマー、置換および非置換Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラフェニル−ｐ−フェニレンジアミン（ＴＰＰＡ）、それらから誘導されるポリマーおよびコポリマー、置換アントラキノンイミド、それらから誘導されるポリマーおよびコポリマー、複核ルテニウム錯体を含有するジカルボニルヒドラジン、それらから誘導されるポリマーおよびコポリマー、およびポリ（Ｎ−アルキルアルキレンジオキシピロール）、および金属酸化物半導体、例えばニッケル、および／または酸化タングステンを含む半導体などがあるがそれらに制限されない。
【００１９】
本発明の他の実施形態において、ＥＣＤは両面ＳＷＮＴ電極によって結合された２つの独立したエレクトロクロミックセルを備え、エレクトロクロミック、電解質、および電荷平衡化層の構成は図３の構成とは異なる。例えば、エレクトロクロミック層３、電荷平衡化層５、および／またはエレクトロクロミック層１２および電荷平衡化層９の相対位置を逆にすることができる。本発明の別の実施形態において、ＥＣＤは、複数の両面電極が積層された複数のエレクトロクロミックセルを備え、各々のエレクトロクロミックセルは他のセルから電気的に分離される。
【００２０】
本発明の別の実施形態において、ＥＣＤは、ＳＷＮＴフィルムを含む少なくとも１つの電極を備え、他の電極は、透明導電性酸化物（ＴＣＯ）などの透明導体、例えば、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、ＭＷＮＴ、ＤＷＮＴ、グラフェン、およびカーボンナノホーンを含む。炭素を含む導体は、ドープされてもドープされなくてもよい。本発明の別の実施形態において、基材を薄い半透明な金属化層でコートして放射線の部分反射／部分透過率を可能にする。本発明のさらに別の実施形態において、基材を金属化層、例えば、金層でコートして放射線の減衰反射率を可能にする。
【００２１】
本発明の別の実施形態において、図５に示されるようにＥＣＤが単一セル２８を含み、可視光線および赤外線がそれぞれエレクトロクロミック層２３および２５によって同時に変調されるが、それらは電解質層２４によって分離されている。本発明のこの実施形態において、２つの電極２２および２６は基材２１および２７上のＳＷＮＴフィルム、例えば、ポリエチレンシートであり得る。負電圧が印加されるとき、ＥＣＤは可視領域において吸収性であり、色表示し、近赤外線および中赤外線において低い吸光度を有する。正電圧が印加されるとき、ＥＣＤは可視線において高度に透過性になるが、近赤外線および中赤外線において比較的高い吸光度を有する。例示的セルは、スティッキーＰＦがコートされた６０ｎｍのＳＷＮＴフィルムカソードと接触する電子供与体３，４−プロピレンジオキシチオフェン（ＰｒｏＤＯＴ）と電子受容体２，１，３−ベンゾチアジアゾール（ＢＴＤ）とを含む黒色から透過性へのエレクトロクロミック供与体−受容体（ＤＡ）コポリマーと、スティッキーＰＦがコートされた６０ｎｍのＳＷＮＴフィルムアノード上の最小着色Ｎ−オクタデシル置換ポリ（３，４−プロピレンジオキシピロール）に結合された０．００１インチのポリエチレン（ＰＥ）基材と、７．２％の１−エチル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド（ＥＭＩ−ＢＴＩ）、７．０％のＰＭＭＡ、４８．１％のＰＣ、および３７．７％のＥｃ（ｗｔ％）ならびに２ｍｇのＰＥビーズ（７０μｍ）／１２ｍＬの溶剤を有するゲル電解質（これが２つのエレクトロクロミックポリマーを分離する）とを有する。このＥＣＤの可視線、近赤外線および中赤外線スペクトルが図６に示される。
【００２２】
本発明の別の実施形態は、ウィンドウの少なくとも１つの表面上に少なくとも１つのＥＣＤ積層体を含むウィンドウに関する。本発明の別の実施形態において、ウィンドウ取付具が、ウィンドウの少なくとも１つの表面に本質的に平行に配置された少なくとも１つのＥＣＤ積層体を含み、そこで密閉容積がエレクトロクロミック積層体とウィンドウとの間に存在する。一実施形態において、ＥＣＤ積層体とウィンドウとの間の容積にガス、概して乾燥ガス、例えば、乾燥空気または不活性ガス、例えば窒素またはアルゴンを充填するか、または脱気してウィンドウと積層体との間に真空を形成する。
【００２３】
本発明の実施形態において、ウィンドウがＥＣＤを含み、ウィンドウはＥＣＤの透明な基材である。本発明のこの実施形態において、ＥＣＤは平板であってもよく、または例えば、ドーム形などの任意の他の形状を有する曲率を示すことができる。本発明のこの実施形態によって、ウィンドウは建物ではない構造物、例えば、自動車およびその他の車両用のフェイスシールド、ウインドシールドのために使用されてもよく、または形状が有利には平板ではなく可視線および赤外線放射の透過率の独立した制御が有利である任意の他の用途のために使用されてもよい。
【００２４】
本発明の実施形態において、ＥＣＤは１つまたは複数の光センサーを備えることができる。光センサーは、ＥＣＤの一方または両方の面上に任意の望ましい波長または或る範囲の波長を検出することができる。センサーは、電磁スペクトルの可視線および／または赤外線部分において１つまたは複数の波長または或る範囲の波長を検出することができる。例えば、ＥＣＤの一方の面上の可視線および赤外線光の量を独立に検出する２つのセンサーを備えることができ、その結果、センサーによって測定された放射線の強度に基づいて所望の方法でＥＣＤの可視線または赤外線放射透明性を変化させるためにＥＣＤの一方または両方のエレクトロクロミックセルの電極間の印加された電位差を減少または増加させることができる。本発明の別の実施形態において、１つまたは複数の温度センサーをＥＣＤの一方または両方の面上に備えることができ、その結果、測定された温度を用いて、ＥＣＤの１つまたは複数のエレクトロクロミックセルの電極間の印加された電位差の変化を起こすことができる。他のセンサー、例えば動作検知器をＥＣＤと接続することができる。光および／または温度センサーからの信号をマイクロプロセッサまたは他のプログラム可能デバイスに入力して、予め決められた方法でＥＣＤのエレクトロクロミックセル間の電位差の調節を可能にすることができる。光および／または温度センサーはＥＣＤと一体化することも、ＥＣＤの表面に対して離すこともできる。このようにして、ＥＣＤは、外部温度が所望の温度より低いときに構造物内の太陽放射加熱を促進し、外部温度が所望の温度よりも高いときに太陽放射加熱を妨げ、独立に、日光の所望の量、しばしば最大量がウィンドウを通り抜けることを可能にする「スマートウィンドウ」として機能することができる。
【００２５】
本発明の別の実施形態において、ＥＣＤは、図５に示された単一セルに似た単一セルを含む。セルは、可視線および赤外線吸光度／透過率の変調に関与する１つだけのエレクトロクロミック層、ゲル電解質、および２つの可視線／赤外線透明電極、例えば、ＳＷＮＴフィルムまたはグラフェンシートを可撓性基材上に含有する。対電極は、エレクトロクロミック層と共に作業電極上の電荷を有効に補償するための厚めの導電性層を含有することができる。検出および画像形成システム用途のための効率的赤外線シャッター／フィルターのために必要に応じて、例えば、負電圧が印加されるとき、ＥＣＤは可視領域において吸収性であり、色表示するが、近赤外線、中赤外線および遠赤外線においては低い吸光度を有し、正電圧が印加されるとき、ＥＣＤは可視線において高度に透過性になるが、近赤外線、中赤外線および遠赤外線においては比較的高い吸光度を有する。
【００２６】
本明細書の明示的教示と矛盾しない程度に、全ての数値および表を含めて、本明細書において参照されるかまたは引用された全ての特許および特許出願をそれらの全体において参照によって組み込む。
【００２７】
本明細書に記載された実施例および実施形態は例示目的にすぎず、それらを考慮に入れて様々な修正形態または変更形態が当業者に提案され、本出願の精神および範囲内に含まれることは理解されるはずである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【国際調査報告】
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