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公開番号2024103478
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-08-01
出願番号2024006810
出願日2024-01-19
発明の名称透明導電層、イオン貯蔵層及び/又はエレクトロクロミック層としてN-ドープ導電性ポリマーを有するエレクトロクロミック装置
出願人アンビライト・インコーポレイテッド
代理人個人,個人,個人
主分類G02F 1/1516 20190101AFI20240725BHJP(光学)
要約【課題】n-ドープ有機導電性ポリマーを含むエレクトロクロミック装置/ディスプレイを提供する。
【解決手段】エレクトロクロミック装置は、2つの基材と、2つの基材の間に配置された複数の領域とを含み、領域の各々は、第1の導電層、第1の導電層の上の電解質層、電解質層の上のエレクトロクロミック層、及びエレクトロクロミック層の上の第2の導電層を含む。第1の導電層はn-ドープ有機導電性ポリマーを有する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
２つの基材と、２つの基材の間に配置された複数の領域とを含むエレクトロクロミック装置であって、領域の各々が、
第１の導電層、
第１の導電層の上の電解質層、
電解質層の上のエレクトロクロミック層、及び
エレクトロクロミック層の上の第２の導電層
を含み、
第１の導電層が、式
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（式中、Ｘは、Ｏ、Ｓ又はＳｅであり、ｍ及びｎの各々は、ゼロよりも大きい整数であり、Ｒ
１
及びＲ
２
の各々は、独立して、水素、ハロゲン又はＣ
１
～Ｃ
１０
アルキルの１つから選択され、Ｍ
＋
は、有機又は金属カチオンである）のｎ－ドープ有機導電性ポリマーを含む、エレクトロクロミック装置。
続きを表示（約 670 文字）【請求項２】
第２の導電層がｎ－ドープ有機導電性ポリマーを含む、請求項１に記載のエレクトロクロミック装置。
【請求項３】
第２の導電層の厚さが第１の導電層の厚さ未満である、請求項１に記載のエレクトロクロミック装置。
【請求項４】
第１の導電層と電解質層との間に配置されたイオン貯蔵層を更に含み、イオン貯蔵層がｎ－ドープ有機導電性ポリマーを含まない、請求項１に記載のエレクトロクロミック装置。
【請求項５】
電解質層とエレクトロクロミック層との各々が、ポリマーから作製されている、請求項１に記載のエレクトロクロミック装置。
【請求項６】
電解質層が固体電解質層である、請求項１に記載のエレクトロクロミック装置。
【請求項７】
領域が、第１の領域と第２の領域とを含み、異なる色を表示するために、第１の領域が、第２の領域の第２のエレクトロクロミック層とは異なる、第１のエレクトロクロミック層を含む、請求項１に記載のエレクトロクロミック装置。
【請求項８】
基材の少なくとも一方が可撓性である、請求項１に記載のエレクトロクロミック装置。
【請求項９】
第１の導電層又は第２の導電層が、透明又は半透明である、請求項１に記載のエレクトロクロミック装置。
【請求項１０】
２つの隣接する領域を接続する導電性ポリマー相互接続を更に含む、請求項１に記載のエレクトロクロミック装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
この出願は、２０２３年１２月１９日に出願された米国出願第１８／５４５，３５５号、２０２３年１２月７日に出願された米国出願第１８／５３２，９１１号、及び２０２３年１月２０日に出願された米国出願第１８／０９９，８５０号の優先権を主張する。上記出願のすべての内容全体が、参照によって本明細書に組み込まれる。
続きを表示（約 5,000 文字）【０００２】
本発明は、透明導電層、又は／及びイオン貯蔵層、又は／及びエレクトロクロミック層としての役割を果たすことができるｎ－ドープ有機導電性ポリマーを有する、エレクトロクロミック装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
エレクトロクロミック装置（ＥＣＤ）は、典型的には、基材としての２層の非導電性層、１層又は２層の透明導電（ＴＣ）層、作用電極（ＷＥ）としてのエレクトロクロミック層、対電極（ＣＥ）としてのイオン貯蔵層及び電解質層を含む７層からなる。エレクトロクロミック層は、外的な電気的偏りが適用されると、色が変化する。その間に、イオン貯蔵層では、エレクトロクロミック層における反応とは反対の反応が起こり、エレクトロクロミック層で発生した電荷を平衡させる。エレクトロクロミック層とイオン貯蔵層との間には、イオン供給源及びイオン伝導チャネルとして機能する、電解質層がある。エレクトロクロミック層及びイオン貯蔵層は、装置のための集電体である透明導体上に配置される。２層の透明導電層が選択される場合、装置は透過型装置として機能する。１層の透明導体を使用する（例えば、他方の導電層が反射型導電層である）場合、典型的には反射型装置として機能する。ＥＣＤにおいて最も使用されるＴＣ層は、大部分のＥＣ材料には低いシート抵抗、高い光透過性、及び十分に大きな電位窓のため、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）である。しかしながら、ＩＴＯは、曲げ半径及び曲げ歪みが小さく、機械的に脆弱であり、ロールツーロール製造及びフレキシブルエレクトロニクスにおける用途は限定的である。加えて、インジウムは希土類金属であり、鉱物埋蔵量が乏しい。ＩＴＯの需要の増加に伴い、インジウムの入手性は、２０年以内に非常に抑制されるようになるであろうが、近年でも価格の高騰が見られている。したがって、高い性能を提供すると同時に低コストなＩＴＯ代替物を見つけることは非常に望ましいことであり、ＥＣＤの層数を減少させて装置構造を単純化し、コストを更に下げることは、更に価値が認められる。更に、溶液処理が可能で、色変化が最小限の透過型イオン貯蔵材料を、エレクトロクロミック材料と組み合わせて、性能及び耐久性を改善することも所望される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本開示は、ｎ－ドープ有機導電性ポリマーを含むエレクトロクロミック装置／ディスプレイに関する。
【０００５】
一態様では、開示されるエレクトロクロミック装置は、２つの基材と、２つの基材の間に配置された複数の領域とを含み、領域の各々は、第１の導電層、第１の導電層の上の電解質層、電解質層の上のエレクトロクロミック層、及びエレクトロクロミック層の上の第２の導電層を含む。開示されるエレクトロクロミック装置において、第１の導電層は、式
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のｎ－ドープ有機導電性ポリマーを含む。この式中、Ｘは、Ｏ、Ｓ又はＳｅであり、ｍ及びｎの各々は、ゼロよりも大きい整数であり、Ｒ
１
及びＲ
２
の各々は、独立して、水素、ハロゲン又はＣ
１
～Ｃ
１０
アルキルの１つから選択され、Ｍ
＋
は、有機又は金属カチオンである。いくつかの実施形態では、第２の導電層はｎ－ドープ有機導電性ポリマーを含む。いくつかの実施形態では、第２の導電層の厚さは第１の導電層の厚さ未満である。いくつかの実施形態では、開示されるエレクトロクロミック装置は、第１の導電層と電解質層との間に配置されたイオン貯蔵層を更に含み、ここで、イオン貯蔵層はｎ－ドープ有機導電性ポリマーを含まない。いくつかの実施形態では、電解質層とエレクトロクロミック層との各々は、ポリマーから作製される。いくつかの実施形態では、電解質層は固体電解質層である。いくつかの実施形態では、領域は、第１の領域と第２の領域とを含み、異なる色を表示するために、第１の領域は、第２の領域の第２のエレクトロクロミック層とは異なる、第１のエレクトロクロミック層を含む。いくつかの実施形態では、基材の少なくとも一方は可撓性である。いくつかの実施形態では、第１の導電層又は第２の導電層は、透明又は半透明である。いくつかの実施形態では、開示されるエレクトロクロミック装置は、２つの隣接する領域を接続する導電性ポリマー相互接続を更に含む。いくつかの実施形態では、導電性ポリマー相互接続がｎ－ドープ有機導電性ポリマーを含む。いくつかの実施形態では、エレクトロクロミック装置がシースルーディスプレイになることができるように、退色状態における領域の各々は透明である。いくつかの実施形態では、ｎ－ドープ有機導電性ポリマーは、３８０ｎｍから８００ｎｍの間の波長で色変化が最小限の透過性と、ｎ－ドープ有機導電性ポリマーの酸化状態と還元状態との間で、５未満の色の彩度変化ΔＣ
＊
とを有する。いくつかの実施形態では、開示されるエレクトロクロミック装置は、３ボルト未満で動作する。いくつかの実施形態では、開示されるエレクトロクロミック装置は、各還元電位又は酸化電位のバイアスにおける開回路電位下において、１０００秒の動作の間に、５％未満の透過率減衰ΔＴを有する。いくつかの実施形態では、領域は、第１の領域と第２の領域とを含み、第１の領域のエレクトロクロミック層及び第２の導電層は、第２の領域のエレクトロクロミック層及び第２の導電層から分離しており、第１の領域の第２の導電層と、第２の領域の第２の導電層とは、これらの間に配置された第１の導電性ポリマー相互接続によって接続されている。いくつかの実施形態では、第１の領域の電解質層及び第１の導電層は、第２の領域の電解質層及び第１の導電層から分離しており、第１の領域の第１の導電層と、第２の領域の第１の導電層とは、これらの間に配置された第２の導電性ポリマー相互接続によって接続されている。
【０００６】
一態様では、開示されるエレクトロクロミック装置は、２つの基材と、２つの基材の間に配置された層とを含む。ここで、これらの層は、第１の導電層、第１の導電層の上の電解質層、電解質層の上のエレクトロクロミック層、及びエレクトロクロミック層の上の第２の導電層を含み、第１の導電層は、式
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のｎ－ドープポリ（３，７－ジヒドロベンゾ［１，２－ｂ：４，５－ｂ’］ジフラン－２，６－ジオン）（ｎ－ＰＢＤＦ）を含む。この式中、ｍ及びｎの各々は、ゼロよりも大きい整数である。いくつかの実施形態では、第２の導電層はｎ－ＰＢＤＦを含む。いくつかの実施形態では、第２の導電層の厚さは第１の導電層の厚さ未満である。いくつかの実施形態では、開示されるエレクトロクロミック装置は、第１の導電層と電解質層との間に配置されたイオン貯蔵層を含み、イオン貯蔵層はｎ－ＰＢＤＦを含まない。いくつかの実施形態では、電解質層とエレクトロクロミック層との各々は、ポリマーから作製される。いくつかの実施形態では、電解質層は固体電解質層である。いくつかの実施形態では、基材の少なくとも一方は可撓性である。いくつかの実施形態では、第１の導電層又は第２の導電層は、透明又は半透明である。いくつかの実施形態では、第１の導電層は、３８０ｎｍから８００ｎｍの間の波長で色変化が最小限の透過性と、第１の導電層の酸化状態と還元状態との間で、５未満の色の彩度変化ΔＣ
＊
とを有する。いくつかの実施形態では、開示されるエレクトロクロミック装置は、３ボルト未満で動作する。いくつかの実施形態では、開示されるエレクトロクロミック装置は、各還元電位又は酸化電位のバイアスにおける開回路電位下において、１０００秒の動作の間に、５％未満の透過率減衰ΔＴを有する。
【０００７】
一態様では、エレクトロクロミック装置を形成するための方法が開示される。この方法は、第１の基材上に第１の導電層をコーティングする工程であって、第１の導電層は、式
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170
（この式中、Ｘは、Ｏ、Ｓ又はＳｅであり、ｍ及びｎの各々は、ゼロよりも大きい整数であり、Ｒ
１
及びＲ
２
の各々は、独立して、水素又はＣ
１
～Ｃ
１０
アルキルの１つから選択され、Ｍ
＋
は、有機又は金属カチオンである）のｎ－ドープ有機導電性ポリマーを含む、工程、第１の導電層をパターニングして、第１の領域と、隣接する第１の領域同士の間の第１の電気的相互接続とを形成する工程、第２の基材上に第２の導電層をコーティングする工程、第２の導電層をパターニングして、第２の領域と、隣接する第２の領域同士の間の第２の電気的相互接続とを形成する工程、並びに以下の工程の組の１つ：ａ）第１の領域の各々の上に第１の電解質層を形成する工程であって、第１の電解質層同士が互いに分離している、工程；第２の領域の各々の上にエレクトロクロミック層を形成する工程であって、エレクトロクロミック層同士が互いに分離している、工程；エレクトロクロミック層の各々の上に、第２の電解質層を形成する工程であって、第２の電解質層同士が互いに分離している、工程；及び第１の電解質層が第２の電解質層と接触するように、第１の基材と第２の基材とを積層させる工程、又はｂ）第１の領域の各々の上に電解質層を形成する工程であって、電解質層同士が互いに分離している、工程；電解質層の各々の上にエレクトロクロミック層を形成する工程であって、エレクトロクロミック層同士が互いに分離している、工程；及びエレクトロクロミック層が第２の領域と接触するように、第１の基材と第２の基材とを積層させる工程、又はｃ）第２の領域の各々の上にエレクトロクロミック層を形成する工程であって、エレクトロクロミック層同士が互いに分離している、工程；エレクトロクロミック層の各々の上に電解質層を形成する工程であって、電解質層同士が互いに分離している、工程；及び電解質層が第１の領域と接触するように、第１の基材と第２の基材とを積層させる工程を実行する工程を含む。
【０００８】
別の態様では、エレクトロクロミック装置を形成するための方法が提供される。この方法は、第１の基材上に第１の導電層を形成する工程、第１の導電層上に第１の電解質層を形成する工程、第２の基材上に第２の導電層を形成する工程、第２の導電層上にエレクトロクロミック層を形成する工程、エレクトロクロミック層上に第２の電解質層を形成する工程、及び第１の電解質層が第２の電解質層と接触するように、第１の基材と第２の基材とを積層させる工程を含む。
【０００９】
いくつかの実施形態では、この方法は、第２の導電層をパターニングして、第２の領域と、隣接する第２の領域同士の間の第２の電気的相互接続とを形成する工程を更に含む。
【００１０】
いくつかの実施形態では、第２の導電層上にエレクトロクロミック層を形成する工程は、エレクトロクロミック層をパターニングして、第２の領域の各々の上にエレクトロクロミックフィルムを形成する工程であって、エレクトロクロミックフィルム同士が互いに分離している、工程を含み、エレクトロクロミック層上に第２の電解質層を形成する工程は、エレクトロクロミックフィルム及び第２の電気的相互接続の各々の上に、並びに隣接する第２の領域同士の間の間隙に、第２の電解質層を形成する工程を含む。
（【００１１】以降は省略されています）

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