電荷移動・光制御技術を駆使した高性能エレクトロクロミックデバイスの創出

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メタロ超分子ポリマーを用いたECデバイスは、可逆的な酸化還元反応を利用した表示デバイスであり、用いる有機配位子と金属イオンの組み合わせで、その電荷移動吸収に基づく多様な色を呈し、±3V以下の電圧で駆動させることができる。メタロ超分子ポリマー膜自体は、10万回のサイクル特性が確認されているが、ECデバイスは数百回程度にとどまっていた。本研究では、デバイス劣化の要因を解明し、デバイスの作製プロセスおよび素子構造を最適化することで、室温ならびに高温環境下においても優れたサイクル特性を示すECデバイスの開発を行った。まず、室温下で300回繰り返し動作させたデバイスを分解し、得られたポリマー膜付きITO基板と対極のITO基板の表面分析をXPS法により行ったところ、解析結果からポリマー膜の劣化はほとんどないことが確認された。一方、対極のITO基板表面上に水酸化インジウムと微量の水酸化リチウムが存在していることが明らかとなった。この結果から、水の混入と対極のITOの還元劣化による水酸化物の形成がデバイス劣化の要因の一つであることがわかったため、次に電解質層と対極電極との間に対極物質層として導電性高分子であるPEDOT:PSSを検討した。その結果、繰り返し通電による対極のITOの劣化を抑制することに成功し、室温下において1000回以上のサイクル特性を得ることができた。さらに、高温動作を可能にするために、不揮発性、難燃性なイオン液体を含む電解質物質を開発し、これを用いたPolyFeおよびPolyRuベースのECデバイスにおいて温度と湿度を制御できる恒温チャンバーを用いた60℃~80℃の雰囲気でも100回の安定した繰り返し駆動を示し、室温まで冷ました後もコントラスト比の低下が抑制された良好なエレクトロクロミック動作を示した。