JP2006235484A - Method for manufacturing electrochemical display device, and electrochemical display apparatus using the display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、視認性、質感がきわめて紙に近い、反射型の表示素子の製造方法及び該表示素子を用いた表示装置を提供する。 The present invention provides a method for manufacturing a reflective display element that has very close visibility and texture similar to paper, and a display device using the display element.
表示素子に関して現在までに多種多様な技術が研究開発されている。その中でも視認性が高く目に優しいといわれている反射光による表示素子についても種々の方法が検討されている。反射光による表示素子は、周囲の明るさに表示面が追随する、指向性のある垂直光が目に進入しない等の理由のため、目が疲れにくく長時間の使用に耐える点が最大の長所として挙げられている。この長所を十分に発揮するには、光散乱による自然で柔らかい、紙に近い白さをいかにして出すかが重要である。そのため、表示面の視認性、質感をいかにして紙に近づけるかが最大の開発目標の一つとなっている。 Various technologies have been researched and developed so far for display elements. Among them, various methods have been studied for display elements using reflected light, which are said to have high visibility and are easy on the eyes. The display element with reflected light has the greatest advantage that it can withstand long-term use because the display surface follows the ambient brightness and directional vertical light does not enter the eye. It is mentioned as. In order to make full use of this advantage, it is important how to produce natural and soft whiteness close to paper due to light scattering. For this reason, one of the biggest development goals is how to bring the visibility and texture of the display surface closer to paper.
反射光型表示素子の技術のひとつである液晶を用いた表示素子は、現在最も広く用いられている技術であるが、本方式は偏光子を必要とするため、反射光強度が大きく減衰し、表示面の白さは紙には到底及ばない。加えて、視野角依存性が生じる問題もある。他の表示方式としては、色相の及び帯電特性の異なる2色の領域を有する粒子(2色粒子)を回転させることにより表示を行う、いわゆる粒子回転型ディスプレーが知られている(例えば、特許文献1参照。)。2色回転粒子はその構造上、視面側が明色(たとえば白)の場合は、その反対側は暗色(たとえば黒)になる。また、2色粒子を密に配列させても必ず隙間が生じてしまう。そのため、明色表示の際の視面から来た光が配列した2色粒子により生じた隙間に入ると、反対側の暗色面に光の大部分が吸収されてしまうために、光の反射効率が低く、紙に近い白さを出すことは困難である。 A display device using liquid crystal, which is one of the technologies of the reflected light type display device, is the most widely used technology at present, but since this method requires a polarizer, the reflected light intensity is greatly attenuated, The whiteness of the display surface does not reach that of paper. In addition, there is a problem that viewing angle dependency occurs. As another display method, a so-called particle rotation type display is known in which display is performed by rotating particles (two-color particles) having two-color regions having different hues and charging characteristics (for example, Patent Documents). 1). Due to the structure of the two-color rotating particles, when the viewing surface side is light (for example, white), the opposite side is dark (for example, black). Even if the two-color particles are arranged densely, a gap is always generated. For this reason, when light coming from the viewing surface in bright color display enters a gap generated by the arranged two-color particles, most of the light is absorbed by the dark color surface on the opposite side. Is low and it is difficult to obtain whiteness close to that of paper.
また、粒子泳動法を用いた表示素子の場合では、一般に酸化チタン等の顔料微粒子を表示装置の視面側に移動させることにより白表示を行っている(例えば、特許文献2参照。)。しかしながら本方式では、白さを出すための機構が紙とは根本的に異なるため、粒状感が生じる等の理由により、紙のような自然な白さを出すことができない。 In the case of a display element using a particle migration method, generally, white display is performed by moving pigment fine particles such as titanium oxide to the viewing surface side of the display device (for example, see Patent Document 2). However, in this method, since the mechanism for producing whiteness is fundamentally different from that of paper, natural whiteness such as that of paper cannot be produced due to a grainy feeling or the like.
一方、反射光を利用する他の表示素子として、電圧印加により、固体や液体に生じる可逆的な色相の変化を利用する電気化学型表示素子が知られている。本素子では着色表示の際の色相がクリアで視野角依存性もない優れた表示を行うことが可能である。透明電極上に存在している電気化学的な酸化還元により変色する高分子材料層と、この高分子材料層と接触し酸化チタン等の着色剤を含有した高分子固体電解質層を有する、エレクトロクロミック型表示素子が知られている(例えば、特許文献3参照。)。また同特許文献には、酸化チタン等の着色剤及び発色剤としての金属イオンを含有した高分子固体電解質層を電極間に挟んだ、エレクトロデポシション型表示素子について記載されている。また、銀塩(発色剤)と支持電解質とを溶媒に溶解させた電解液に、酸化チタンや酸化マグネシウム等の白色の半導体または絶縁体粉末を分散させ、この液体を透明電極に挟み込む構成の、エレクトロデポジション型表示装置について記載されている(例えば、特許文献4。)。 On the other hand, as another display element that uses reflected light, an electrochemical display element that uses a reversible change in hue that occurs in a solid or liquid when a voltage is applied is known. With this device, it is possible to perform excellent display with clear hue and no viewing angle dependency during colored display. An electrochromic having a polymer material layer discolored by electrochemical oxidation and reduction existing on a transparent electrode, and a polymer solid electrolyte layer containing a colorant such as titanium oxide in contact with the polymer material layer A type display element is known (see, for example, Patent Document 3). The patent document also describes an electrodeposition type display element in which a polymer solid electrolyte layer containing a colorant such as titanium oxide and a metal ion as a color former is sandwiched between electrodes. In addition, a white semiconductor or insulator powder such as titanium oxide or magnesium oxide is dispersed in an electrolytic solution in which a silver salt (color former) and a supporting electrolyte are dissolved in a solvent, and this liquid is sandwiched between transparent electrodes. An electrodeposition type display device is described (for example, Patent Document 4).
特許文献3及び4のいずれの方法についても、表示素子に白色度を与えるためには、いわゆる白色顔料を用いているため、いずれの表示素子でも視認性および質感は、紙とは大きく異なっている。また、電気化学表示素子は、表示を行う際に対向電極間をイオンがスムーズに移動する必要があるが、特許文献3に示された高分子電解質を用いた方式では電解液を用いた場合に比してイオン伝導度が低くなるため、表示の応答速度が遅くなる上、駆動電圧が上昇してしまう可能性がある。また、イオン伝導性の温度依存性が液体の電解質を用いた場合に比して大きいため、広い温度領域、特に低温度での安定した駆動がしにくくなる。一方、特許文献4のように電解液を表示素子中に液体状態のまま用いると、表示素子が破損した際に漏洩等が起き易く安全性に問題が生じる上、白色粉末が偏在することで、均一な白色度を出せなくなる恐れがある。
In any of the methods of
本発明者らは、シリカ、金属酸化物、金属水酸化物および金属炭酸化物からなる群から選ばれる少なくとも1種の無機化合物の微粒子を含有する、ポリアミド、ポリウレタンおよびポリ尿素からなる群から選ばれる少なくとも1種の有機ポリマーの微粒子と、該ポリマーの微粒子中に保持された電解液とからなるイオン伝導体(以下、イオン伝導体(P)と言う。)を2枚の電極板間に挟持した電気化学型表示素子が、視認性、質感がきわめて紙に近いことを見出した。 The present inventors are selected from the group consisting of polyamide, polyurethane and polyurea containing fine particles of at least one inorganic compound selected from the group consisting of silica, metal oxide, metal hydroxide and metal carbonate. An ionic conductor (hereinafter referred to as an ionic conductor (P)) composed of at least one organic polymer fine particle and an electrolytic solution held in the polymer fine particle is sandwiched between two electrode plates. It has been found that the electrochemical display element is very close to paper in terms of visibility and texture.
イオン伝導体はその内部に電解液を強く保持しているため、イオン伝導体の表面は電解液が滲み出ず、湿潤状態にはない。また、該イオン伝導体表面は密着性が強い特性があり、ITO電極等の平滑な電極板面等に一度設置すると移動させにくい。
このため、空気層が混入しないようにイオン伝導体(P)を電極板面等に設置することが難しく、空気層が混入した部位は全く電極反応を起こさないため表示斑となったり、効率的な消発色が妨げられたりすることが課題であることを見出した。
本発明は、表示斑が少なく、視認性、質感がきわめて紙に近い反射型の電気化学型表示素子ならびに表示装置を提供することを目的とする。
Since the ionic conductor strongly holds the electrolytic solution therein, the electrolytic solution does not ooze out on the surface of the ionic conductor and is not in a wet state. Further, the surface of the ionic conductor has a strong adhesion property and is difficult to move once it is placed on a smooth electrode plate surface such as an ITO electrode.
For this reason, it is difficult to install the ion conductor (P) on the electrode plate surface or the like so that the air layer is not mixed, and the portion where the air layer is mixed does not cause an electrode reaction at all. It has been found that the problem is that obstructing decoloration is prevented.
An object of the present invention is to provide a reflective electrochemical display element and a display device that have few display spots, and have a visibility and texture that are very close to paper.
本発明者らは、イオン伝導体(P)を2枚の電極板間に挟持した電気化学型表示素子が、視認性、質感がきわめて紙に近いこと、及びこのイオン伝導体(P)を電極板に設置する際に、予め該電極板面を液体(以下、液体(Q)と言う。)により湿潤させた後、該イオン伝導体を設置することにより、イオン伝導体と電極板との間にできる空気層(気泡とも称する。)に起因する表示斑を無くし、効率的な消着色が行なわれる表示素子を作製できることを見出し、本発明を完成させるに至った。 The inventors of the present invention have an electrochemical display device in which an ionic conductor (P) is sandwiched between two electrode plates, and the visibility and texture are very close to paper, and the ionic conductor (P) is used as an electrode. When the electrode plate surface is wetted with a liquid (hereinafter referred to as “liquid (Q)”) in advance, the ion conductor is placed between the ion conductor and the electrode plate. The present inventors have found that a display element that eliminates display spots caused by an air layer (also referred to as air bubbles) that can be made and can perform efficient decoloration can be manufactured, and the present invention has been completed.
すなわち本発明は、
シリカ、金属酸化物、金属水酸化物および金属炭酸化物からなる群から選ばれる少なくとも1種の無機化合物の微粒子を含有する、ポリアミド、ポリウレタンおよびポリ尿素からなる群から選ばれる少なくとも1種の有機ポリマーの微粒子と、該ポリマーの微粒子中に保持された電解液とからなるイオン伝導体を、液体で湿潤させた電極板に密着させることによる、2枚の電極板間にイオン伝導体を挟持させた電気化学型表示素子の製造方法を提供する。
That is, the present invention
At least one organic polymer selected from the group consisting of polyamide, polyurethane and polyurea, containing fine particles of at least one inorganic compound selected from the group consisting of silica, metal oxide, metal hydroxide and metal carbonate The ionic conductor composed of the fine particles of the polymer and the electrolytic solution held in the fine particles of the polymer was brought into close contact with the electrode plate wetted with the liquid, thereby sandwiching the ionic conductor between the two electrode plates. A method for manufacturing an electrochemical display element is provided.
また、該方法で作製された電気化学型表示素子を用いた電気化学型表示装置を提供する。 In addition, an electrochemical display device using the electrochemical display element manufactured by the method is provided.
本発明により、視認性、質感がきわめて紙に近く、イオン伝導体と電極との密着性が優れるため表示斑が少なく、効率的な消着色が可能な反射型の電気化学型表示素子の製造方法ならびに、該方法で作製された表示素子を用いた表示装置を提供することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, a method for manufacturing a reflective electrochemical display element that has very close visibility and texture, is close to paper, has excellent adhesion between an ionic conductor and an electrode, has few display spots, and is capable of efficient decolorization. In addition, a display device using the display element manufactured by the method can be provided.
以下、本発明で製造した電気化学型表示素子について、図面に基づき詳細に説明する。 Hereinafter, an electrochemical display device manufactured according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の電気化学型表示素子の一実施形態を示す概略断面図である。本発明の電気化学型表示素子の実施形態の一つは、電気化学的な酸化還元により消発色する消発色剤(以下、消発色剤と言う。)を含有する電解液(1)を保持したイオン伝導体(P)を有する表示素子である。図1では電気化学型表示素子は、透明基板1と、その上に設けられた透明電極3と、透明電極3の上に設けられたイオン伝導体(P)5と、対向基板2と、その上に設けられた対向電極4と、封止材7とから概略構成されている。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of an electrochemical display device of the present invention. One embodiment of the electrochemical display device of the present invention holds an electrolytic solution (1) containing a decoloring agent (hereinafter referred to as a decoloring agent) that decolorizes by electrochemical oxidation and reduction. A display element having an ionic conductor (P). In FIG. 1, the electrochemical display element includes a transparent substrate 1, a
図2は、イオン伝導体(P)中に消発色剤を有しなくとも良いかわりに、透明電極3の上に設けられた消発色材料層6を有している点が図1と異なる。このような構成の表示素子の場合は、液体で湿潤させるのは消発色材料層6となるが、本発明においてはこれも電極板と称する。
FIG. 2 differs from FIG. 1 in that it has a decoloring
(電極板)
本発明で使用する電極板は、上記のように基板上に電極が形成された構成であっても、金属板にように自身が電極と基板の役目をするものであってもよい。
(Electrode plate)
The electrode plate used in the present invention may have a structure in which an electrode is formed on a substrate as described above, or it may be a metal plate that itself functions as an electrode and a substrate.
(基板)
本実施形態に用いられる基板としては、視面側に用いる基板1の材料については、表面が平滑で、光の透過率が高く、電極を設置できるものであれば特に限定されない。具体的には、ポリエチレンテレフタレート、ポリエステル、ポリカーボネート等のプラスチックシートやガラス板等を挙げることができる。視面の反対側に用いる対向基板2の場合は、光透過率が高い必要はなく、基板2と同様の材料を用いてもよい。
(substrate)
The substrate used in the present embodiment is not particularly limited as long as the material of the substrate 1 used on the viewing surface side is a surface having a smooth surface, a high light transmittance, and an electrode. Specific examples include plastic sheets such as polyethylene terephthalate, polyester, and polycarbonate, glass plates, and the like. In the case of the
(電極)
本実施形態に用いられる電極としては、視面側に位置する電極3は透明である必要がある。このような電極3としては、現在最も広く用いられているITO(インジウム・スズ酸化物)の他にATO(アンチモン・スズ酸化物)、TO(酸化スズ)、ZO(酸化亜鉛)、IZO(インジウム・亜鉛酸化物)、FTO(フッ素・スズ酸化物)等を例示することができる。一方、透明電極と対向する電極4は必ずしも透明である必要はない。そのため上記金属酸化物の他、電気化学的に安定な金属類、例えば、白金、金、銀、コバルト、パラジウム、銅、ビスマス等やこれらのメッキ層や炭素材料を用いることもできる。
(electrode)
As an electrode used in the present embodiment, the
(封止材)
封止材7は、電極3、4間のギャップを保持すると共に、イオン伝導体(P)5に空気中の水分、酸素や二酸化炭素が混入することを防止する役割を有する。例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂といった熱や紫外線による圧着硬化が可能で、ガスバリア性を有する樹脂等が挙げられる。
(Encapsulant)
The sealing
(イオン伝導体(P))
本実施形態に係るイオン伝導体(P)は、シリカ、金属酸化物、金属水酸化物および金属炭酸化物からなる群から選ばれる少なくとも1種の無機化合物の微粒子を含有する、ポリアミド、ポリウレタンおよびポリ尿素からなる群から選ばれる少なくとも1種の有機ポリマーの微粒子と、該ポリマーの微粒子中に保持された電解液とからなるイオン伝導体である。この無機化合物の微粒子を含有する有機ポリマーの微粒子が、ジカルボン酸ハロゲン化物、ジクロロホーメート化合物及びホスゲン系化合物からなる群から選ばれる少なくとも一種の化合物を有機溶媒に溶解した有機溶液(A)と、珪酸アルカリ及び/または2種以上の金属元素を有しその金属元素の1種がアルカリ金属である、金属酸化物、金属水酸化物および金属炭酸化物からなる群から選ばれる少なくとも一種の金属化合物と、ジアミンとを含有する塩基性の水溶液(B)とを混合攪拌し、重縮合反応させることにより得られた無機化合物の微粒子を含有する有機ポリマーの微粒子であることが好ましい。
(Ion conductor (P))
The ionic conductor (P) according to the present embodiment includes polyamide, polyurethane, and polysiloxane containing fine particles of at least one inorganic compound selected from the group consisting of silica, metal oxide, metal hydroxide, and metal carbonate. An ionic conductor comprising fine particles of at least one organic polymer selected from the group consisting of urea and an electrolytic solution held in the fine particles of the polymer. An organic solution (A) in which organic polymer fine particles containing fine particles of an inorganic compound are dissolved in an organic solvent at least one compound selected from the group consisting of dicarboxylic acid halides, dichloroformate compounds and phosgene compounds, At least one metal compound selected from the group consisting of metal oxides, metal hydroxides and metal carbonates, having an alkali silicate and / or two or more metal elements, and one of the metal elements is an alkali metal; It is preferably organic polymer fine particles containing fine particles of an inorganic compound obtained by mixing and stirring a basic aqueous solution (B) containing diamine and causing a polycondensation reaction.
この製造方法で製造された無機化合物の微粒子を含有する有機ポリマーの微粒子は、単に有機ポリマーと無機化合物とを混ぜ合わせた構造とは異なり、サブミクロン〜ナノメートルオーダーの無機化合物の微粒子が、マトリックスとしての有機ポリマーに微分散した構造を有する無機化合物の微粒子を含有する有機ポリマーの微粒子(以下、有機無機複合体と言う。)である。 The organic polymer fine particles containing inorganic compound fine particles produced by this production method are different from the structure in which organic polymer and inorganic compound are simply mixed, and the inorganic compound fine particles of submicron to nanometer order are matrix. Organic polymer fine particles (hereinafter referred to as organic-inorganic composite) containing fine particles of an inorganic compound having a structure finely dispersed in the organic polymer.
無機化合物の微粒子の表面積が極めて大きく、また、無機化合物の含有量が有機無機複合体に対して多いことから、この有機無機複合体は、自重の4〜25倍の質量の電解液を保持することができる。このため、この有機無機複合体を用いたイオン伝導体(P)は、支持電解質を溶解させた液体に近いイオン伝導性を有する一方で、電子的には絶縁性を保つことができる。発色が良いことでコントラストのより高い電気化学型表示素子を得るためには、イオン伝導体(P)は有機無機複合体の5〜20倍の質量の電解液を保持していることが好ましい。
Since the surface area of the fine particles of the inorganic compound is extremely large and the content of the inorganic compound is larger than that of the organic-inorganic composite, the organic-inorganic composite holds an electrolyte having a mass of 4 to 25 times its own weight. be able to. For this reason, the ionic conductor (P) using this organic-inorganic composite has ionic conductivity close to that of the liquid in which the supporting electrolyte is dissolved, while maintaining electronic insulation. In order to obtain an electrochemical display element having higher contrast by good color development, the ionic conductor (P) preferably holds an electrolyte having a
また、このイオン伝導体(P)の厚さは、100〜1500μmであるのが好ましい。100μm以下であると、表示素子の隠蔽性や白色度が不十分である問題が生じ、1500μmより厚いとイオンの移動距離が長くなったり、素子の内部抵抗が高くなったりすることにより、応答性が悪くなる恐れがある。 Moreover, it is preferable that the thickness of this ion conductor (P) is 100-1500 micrometers. If the thickness is less than 100 μm, there is a problem that the concealability and whiteness of the display element are insufficient, and if it is thicker than 1500 μm, the ion moving distance becomes long or the internal resistance of the element becomes high, resulting in responsiveness. May get worse.
(有機無機複合体)
本発明でのイオン伝導体(P)に用いる有機無機複合体は、好ましくは共役構造を有さずに可視光線の吸収を生じず、高い白色度を有し、電子伝導性を有さないことが電極間セパレーターとして機能でき得る観点から好ましい。このような有機無機複合体に使用する有機ポリマーとしては、ポリアミド、ポリウレタン、及びポリ尿素からなる群から選ばれる少なくとも1種以上が挙げられ、好ましくは脂肪族のモノマーである。そのなかでも、脂肪族ポリアミドが特に好ましい。
(Organic inorganic composite)
The organic-inorganic composite used for the ionic conductor (P) in the present invention preferably has no conjugated structure, does not absorb visible light, has high whiteness, and does not have electronic conductivity. Is preferable from the viewpoint of being able to function as an interelectrode separator. Examples of the organic polymer used in such an organic-inorganic composite include at least one selected from the group consisting of polyamide, polyurethane, and polyurea, and preferably an aliphatic monomer. Among these, aliphatic polyamide is particularly preferable.
また、無機化合物としては、シリカ又は金属酸化物が好ましい態様として挙げられる。このような金属酸化物としては、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化スズからなる群から選ばれる少なくとも1種以上の化合物が好ましい。 Moreover, as an inorganic compound, a silica or a metal oxide is mentioned as a preferable aspect. Such a metal oxide is preferably at least one compound selected from the group consisting of aluminum oxide, zirconium oxide, zinc oxide, and tin oxide.
また、無機化合物は、平均粒子径が1μm以下であって、有機無機複合体100質量%に対する無機化合物の含有率が20〜80質量%であることが好ましい。無機化合物の平均粒子径を1μm以下とすることにより、有機ポリマー微粒子と無機化合物微粒子との界面面積が比較的広くなり、光散乱が良好に生じ、高い白色度を有機無機複合体に付与することができる。これらは電解液保持特性の観点から無機化合物の平均粒子径が500nm以下であることが好ましく、100nm以下であると更に好ましい。 The inorganic compound preferably has an average particle size of 1 μm or less and a content of the inorganic compound with respect to 100% by mass of the organic-inorganic composite is 20 to 80% by mass. By setting the average particle size of the inorganic compound to 1 μm or less, the interface area between the organic polymer fine particles and the inorganic compound fine particles becomes relatively wide, light scattering occurs favorably, and high whiteness is imparted to the organic-inorganic composite. Can do. From the viewpoint of electrolytic solution retention properties, the average particle size of the inorganic compound is preferably 500 nm or less, and more preferably 100 nm or less.
また、無機化合物の含有率を20〜80質量%とすると、平均粒子径が1μm以下の表面積の極めて大きい無機化合物の微粒子が多量に有機無機複合体中に存在していることにより、極性溶媒へのより強い親和性が付与され、有機無機複合体が多量の電解液を保持することができる。また、無機化合物の含有率が20質量%未満であると、無機化合物が有機無機複合体に与える無機化合物固有の機能が不十分となり好ましくなく、一方、80質量%を越えて多すぎると、有機無機複合体に与えるマトリックスとしての有機ポリマーの機能が低下することにより、加工性に乏しくなる弊害が現れ、好ましくない。 Moreover, when the content of the inorganic compound is 20 to 80% by mass, a large amount of inorganic compound fine particles having an average particle size of 1 μm or less and a very large surface area are present in the organic-inorganic composite. Thus, the organic-inorganic composite can hold a large amount of electrolyte. Further, if the content of the inorganic compound is less than 20% by mass, the function inherent to the inorganic compound provided by the inorganic compound to the organic-inorganic composite becomes unpreferable, whereas if it exceeds 80% by mass, the organic compound is too organic. Deterioration of the function of the organic polymer as a matrix given to the inorganic composite causes an adverse effect of poor workability, which is not preferable.
本実施形態に係る有機無機複合体の形状に特に限定はないが、繊維径が20μm以下で、アスペクト比が10以上のパルプ(屈曲微小繊維)形状であるのが好ましい。有機無機複合体をパルプ形状とすることにより抄紙可能になり、結合剤等を用いることなく、紙とほぼ等しい外観の薄いシート状ウエットケーキを得ることができる。また、有機無機複合体をパルプ形状とすることにより、繊維間に多量の電解液を保持することができる。 The shape of the organic-inorganic composite according to this embodiment is not particularly limited, but is preferably a pulp (bent microfiber) shape having a fiber diameter of 20 μm or less and an aspect ratio of 10 or more. By making the organic-inorganic composite into a pulp shape, papermaking becomes possible, and a thin sheet-like wet cake having an appearance almost equal to that of paper can be obtained without using a binder or the like. Moreover, a large amount of electrolyte solution can be hold | maintained between fibers by making an organic inorganic composite body into a pulp shape.
(有機無機複合体の合成)
この有機無機複合体は、ジカルボン酸ハロゲン化物、ジクロロホルメート化合物、及びホスゲン系化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種以上の化合物を有機溶媒に溶解した有機溶液(A)と、珪酸アルカリ及び/又は2種以上の金属元素を有し該金属元素の1種がアルカリ金属である、金属酸化物、金属水酸化物、及び金属炭酸化物からなる群から選ばれる少なくとも1種以上の金属化合物と、ジアミンとを含有する塩基性の水溶液(B)を混合攪拌し、重合反応させて得ることができる。
(Synthesis of organic-inorganic composites)
This organic-inorganic composite includes an organic solution (A) obtained by dissolving at least one compound selected from the group consisting of a dicarboxylic acid halide, a dichloroformate compound, and a phosgene compound in an organic solvent, an alkali silicate, and / or Or at least one metal compound selected from the group consisting of metal oxides, metal hydroxides, and metal carbonates, having two or more metal elements and one of the metal elements is an alkali metal; It can be obtained by mixing and stirring a basic aqueous solution (B) containing diamine, followed by polymerization reaction.
この重合反応にあっては、常温、常圧下での10秒〜数分程度の攪拌操作を行うことにより、有機溶液(A)中のモノマーと、水溶液(B)中のジアミンとが迅速に反応し、上記有機ポリマーが収率よく得られる。その際、珪酸アルカリ及び/又は金属化合物中のアルカリ金属が、重合の際に発生するハロゲン化水素の除去剤として作用することで、上記有機ポリマーの重合反応が促進される。それと同時に、珪酸アルカリ及び/又は金属化合物中のアルカリ金属元素以外の金属元素を有する無機化合物が固体へと転化する。その際、上記有機ポリマーの重合反応と無機化合物の固体への転化とは、どちらか一方のみが生じるのではなく、両方が平行して起こるため、無機化合物の微粒子が上記有機ポリマーに微分散した構造の本実施形態に係る有機無機複合体を得ることができる。 In this polymerization reaction, the monomer in the organic solution (A) and the diamine in the aqueous solution (B) react rapidly by stirring for about 10 seconds to several minutes at room temperature and normal pressure. And the said organic polymer is obtained with a sufficient yield. At that time, the alkali metal in the alkali silicate and / or the metal compound acts as a removing agent for the hydrogen halide generated during the polymerization, thereby promoting the polymerization reaction of the organic polymer. At the same time, the inorganic compound having a metal element other than the alkali metal element in the alkali silicate and / or metal compound is converted into a solid. At that time, not only one of the polymerization reaction of the organic polymer and the conversion of the inorganic compound to a solid occurs, but both occur in parallel, so that the fine particles of the inorganic compound are finely dispersed in the organic polymer. An organic-inorganic composite according to this embodiment having a structure can be obtained.
(有機溶液(A))
有機溶液(A)としては、ジカルボン酸ハロゲン化物、ジクロロホルメート化合物、及びホスゲン系化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種以上の化合物を有機溶媒に溶解したものが用いられる。このようなジカルボン酸ハロゲン化物としては、例えば、コハク酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸等の脂肪族ジカルボン酸の酸ハロゲン化物、及びイソフタル酸、テレフタル酸等の芳香族ジカルボン酸の酸ハロゲン化物、あるいはこれら芳香環の水素をハロゲン原子、ニトロ基、アルキル基等で置換した芳香族ジカルボン酸の酸ハロゲン化物等が挙げられる。これらは単独で、又は2種以上を組み合わせて使用することができる。そのなかでも、アジポイルクロライド、アゼラオイルクロライド、セバコイルクロライド等の脂肪族のジカルボン酸の酸ハロゲン化物を使用すると、繊維状の有機無機複合体を容易に得ることができ、該複合体をウエットケーキシート等へ加工することもできる上、共役構造をもたないため白色度が高いため特に好ましい。
(Organic solution (A))
As the organic solution (A), a solution in which at least one compound selected from the group consisting of a dicarboxylic acid halide, a dichloroformate compound, and a phosgene compound is dissolved in an organic solvent is used. Examples of such dicarboxylic acid halides include acid halides of aliphatic dicarboxylic acids such as succinic acid, adipic acid, azelaic acid, and sebacic acid, and acid halides of aromatic dicarboxylic acids such as isophthalic acid and terephthalic acid. Or an acid halide of an aromatic dicarboxylic acid obtained by substituting hydrogen of these aromatic rings with a halogen atom, a nitro group, an alkyl group or the like. These can be used alone or in combination of two or more. Among them, when an acid halide of an aliphatic dicarboxylic acid such as adipoyl chloride, azela oil chloride, sebacoyl chloride is used, a fibrous organic-inorganic composite can be easily obtained. Can be processed into a wet cake sheet and the like, and since it does not have a conjugated structure, its whiteness is high, which is particularly preferable.
また、ジクロロホルメート化合物としては、例えば、1,2−エタンジオール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,8−オクタンジオール等の脂肪族ジオール類や、1個又は2個以上の芳香環に水酸基を2個持つレソルシノール(1,3−ジヒドロキシベンゼン)、ヒドロキノン(1,4−ジヒドロキシベンゼン)、1,6−ジヒドロキシナフタレン、2,2’−ビフェノール、ビスフェノールS、ビスフェノールA、テトラメチルビフェノール等の2価フェノール類の水酸基をすべてホスゲン化処理によりクロロホルメート化したものを挙げることができる。これらは単独で、又は2種以上を組み合わせて使用することができる。 Examples of the dichloroformate compound include aliphatic diols such as 1,2-ethanediol, 1,3-propanediol, 1,4-butanediol, 1,6-hexanediol, and 1,8-octanediol. Or resorcinol (1,3-dihydroxybenzene), hydroquinone (1,4-dihydroxybenzene), 1,6-dihydroxynaphthalene, 2,2′- having two hydroxyl groups on one or more aromatic rings Examples thereof include all the hydroxyl groups of dihydric phenols such as biphenol, bisphenol S, bisphenol A, and tetramethylbiphenol that have been chloroformated by phosgenation. These can be used alone or in combination of two or more.
また、ホスゲン系化合物としては、例えば、ホスゲン、ジホスゲン、及びトリホスゲンを挙げることができる。これらは単独で、又は2種以上を組み合わせて使用することができる。 Examples of the phosgene compound include phosgene, diphosgene, and triphosgene. These can be used alone or in combination of two or more.
有機溶液(A)に用いるモノマーを上記の中から選択することにより、有機無機複合体に含まれる有機ポリマーを前記のものとすることができる。具体的には、モノマーとしてジカルボン酸ハロゲン化物を用いた場合は有機ポリマーとしてポリアミドを、モノマーとしてジクロロホルメート化合物を用いた場合は有機ポリマーとしてポリウレタンを、モノマーとしてホスゲン系化合物を用いた場合は有機ポリマーとしてポリ尿素を、各々水溶液(B)との反応によって得ることができる。 By selecting the monomer used for the organic solution (A) from the above, the organic polymer contained in the organic-inorganic composite can be made as described above. Specifically, when a dicarboxylic acid halide is used as a monomer, polyamide is used as an organic polymer, when a dichloroformate compound is used as a monomer, polyurethane is used as an organic polymer, and when a phosgene compound is used as a monomer, it is organic. Polyurea can be obtained as a polymer by reaction with an aqueous solution (B).
この有機溶液(A)に用いる有機溶媒としては、上記の有機溶液(A)中の各種モノマーやジアミンとは反応せず、有機溶液(A)中の各種モノマーを溶解させるものであれば特に制限なく用いることができる。例えば、水と非相溶の有機溶媒としては、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類、n−ヘキサン等の脂肪族炭化水素類、クロロホルム、塩化メチレン等のハロゲン化炭化水素類、シクロヘキサン等の脂環式炭化水素類を挙げることができる。 The organic solvent used in the organic solution (A) is not particularly limited as long as it does not react with the various monomers and diamines in the organic solution (A) and dissolves the various monomers in the organic solution (A). Can be used. For example, the organic solvent incompatible with water includes aromatic hydrocarbons such as toluene and xylene, aliphatic hydrocarbons such as n-hexane, halogenated hydrocarbons such as chloroform and methylene chloride, cyclohexane and the like. An alicyclic hydrocarbon can be mentioned.
また、水と相溶する有機溶媒としては、テトラヒドロフラン等のエーテル類、メチルケトン、メチルエチルケトン等のケトン類等を代表的な例として挙げることができる。 Moreover, as an organic solvent compatible with water, ethers, such as tetrahydrofuran, ketones, such as methyl ketone and methyl ethyl ketone, can be mentioned as a typical example.
有機溶液(A)に用いる有機溶媒として、水に対して非相溶の有機溶剤を用いた場合、重合反応は有機溶液(A)と水溶液(B)の界面のみで生じる界面重合反応となる。水に対して非相溶の有機溶剤を用いると、生成する有機ポリマーの分子量を容易に高くすることができ、繊維形状の有機無機複合体を得ることができるため、好ましい。また、有機溶液(A)と水溶液(B)の界面で生じた膜状の有機無機複合体を引き上げつつ紡糸することにより、強度の高い長繊維の有機無機複合体を得ることができる。 When an organic solvent incompatible with water is used as the organic solvent used in the organic solution (A), the polymerization reaction is an interfacial polymerization reaction that occurs only at the interface between the organic solution (A) and the aqueous solution (B). Use of an organic solvent that is incompatible with water is preferable because the molecular weight of the organic polymer to be produced can be easily increased and a fiber-shaped organic-inorganic composite can be obtained. In addition, a long-strength organic-inorganic composite having high strength can be obtained by spinning the film-like organic-inorganic composite produced at the interface between the organic solution (A) and the aqueous solution (B) while pulling up.
それに対し、有機溶媒として、水に対して相溶する有機溶剤を用いた場合、有機溶媒と水とが乳化した状態で重合反応が進行するため、粉体形状の有機無機複合体が得られる。
いずれの有機溶媒を用いた場合でも得られる有機無機複合体は、繊維形状又は粉体形状であり、バルク形状に比べて外表面積が大きい。そのため、粉砕等の処理を行うことなく、電解液を効率よく複合体に接触させることができるため、容易に電解液を保持させることができる。
On the other hand, when an organic solvent that is compatible with water is used as the organic solvent, the polymerization reaction proceeds in a state where the organic solvent and water are emulsified, so that a powder-shaped organic-inorganic composite is obtained.
The organic-inorganic composite obtained by using any organic solvent is in a fiber shape or a powder shape, and has a larger outer surface area than the bulk shape. Therefore, the electrolytic solution can be efficiently brought into contact with the composite without performing a treatment such as pulverization, so that the electrolytic solution can be easily held.
(水溶液(B))
水溶液(B)としては、珪酸アルカリ及び/又は2種以上の金属元素を有し該金属元素の1種がアルカリ金属である、金属酸化物、金属水酸化物、及び金属炭酸化物からなる群から選ばれる少なくとも1種以上の金属化合物と、ジアミンとを含有する塩基性の水溶液が好ましい。
(Aqueous solution (B))
As aqueous solution (B), it is from the group which consists of a metal oxide, a metal hydroxide, and a metal carbonate which has an alkali silicate and / or 2 or more types of metal elements, and 1 type of this metal element is an alkali metal. A basic aqueous solution containing at least one selected metal compound and diamine is preferred.
(珪酸アルカリ)
水溶液(B)中に、珪酸アルカリを共存させた状態で重合反応を行うことで、上記有機ポリマーとシリカとからなる有機無機複合体を得ることができる。この珪酸アルカリとしては、例えば、JIS K 1408に記載された水ガラス1号、2号、3号等のA2O・nSiO2の組成式で表され、Aがアルカリ金属、nの平均値が1.8〜4のものが挙げられる。また、nの平均値が0.8〜1.1である、メタ珪酸アルカリ(例えば、メタ珪酸ナトリウム1種、2種)の粉末を水に溶解させた液体も、上記水ガラスと同様に用いることができる。珪酸アルカリ中に含まれるアルカリ金属化合物は、重合の際に発生するハロゲン化水素の除去剤として作用することにより、重合反応を促進する。
(Alkali silicate)
An organic-inorganic composite composed of the organic polymer and silica can be obtained by performing a polymerization reaction in the aqueous solution (B) in the presence of an alkali silicate. As this silicate alkali, for example, it is represented by a composition formula of A 2 O.nSiO 2 such as water glass No. 1, No. 2, No. 3, etc. described in JIS K 1408, A is an alkali metal, and the average value of n is The thing of 1.8-4 is mentioned. Moreover, the liquid which melt | dissolved the powder of the alkali metal silicate (for example, sodium metasilicate 1 type, 2 types) whose average value of n is 0.8-1.1 in water is used similarly to the said water glass. be able to. The alkali metal compound contained in the alkali silicate promotes the polymerization reaction by acting as a removing agent for the hydrogen halide generated during the polymerization.
(金属酸化物、金属水酸化物、金属炭酸化物)
また、水溶液(B)に用いる金属化合物としては、2種以上の金属元素を有し該金属元素の1種がアルカリ金属である、金属酸化物、金属水酸化物、及び金属炭酸化物からなる群から選ばれる少なくとも1種以上の金属化合物が好ましい。ここで、Aはアルカリ金属元素であり、Mは周期表第3〜第12族の遷移金属元素、周期表第13〜16族の典型金属元素である。ここで言う遷移金属元素とは、銅や亜鉛を含めた周期表第11族及び第12族も含めた広義の意味での遷移金属元素を意味している。
具体的には、本発明で言う周期表第3〜第12族の遷移金属元素とは、周期表の21Sc〜30Znまでと、39Y〜48Cdまでと、57La〜80Hgまでと、89Ac以上の金属元素を意味する。
(Metal oxide, metal hydroxide, metal carbonate)
Moreover, as a metal compound used for aqueous solution (B), the group which consists of a metal oxide, a metal hydroxide, and a metal carbonate which has 2 or more types of metal elements and 1 type of this metal element is an alkali metal At least one metal compound selected from is preferred. Here, A is an alkali metal element, M is a transition metal element of
Specifically, the transition metal elements belonging to
また、周期表第13〜16族の典型金属元素とは、周期表の13Al、31Ga、32Ge、49In、50Sn、51Sb、81Tl、82Pb、83Bi、および84Poを意味する。これらの金属元素の中でも、特に好ましくはアルミニウム、ジルコニウム、亜鉛、スズからなる群から選ばれる少なくとも1種以上の金属元素であり、BはO、CO3、及びOHからなる群から選ばれる少なくとも1種以上、好ましくはOであり、x、y、zは、AとMとBの結合を可能とする数である。 Further, typical metal elements of Groups 13 to 16 of the periodic table are 13 Al, 31 Ga, 32 Ge, 49 In, 50 Sn, 51 Sb, 81 Tl, 82 Pb, 83 Bi, and 84 Po in the periodic table. means. Among these metal elements, particularly preferably, at least one metal element selected from the group consisting of aluminum, zirconium, zinc, and tin, and B is at least one selected from the group consisting of O, CO 3 , and OH. More than a species, preferably O, and x, y, and z are numbers that allow the combination of A, M, and B.
一般式AxMyBzで表される化合物は、水に完全に又は一部溶解し、塩基性を示すものであることが好ましい。また、化合物中のアルカリ金属Aは、重合の際に発生するハロゲン化水素の除去剤として作用することにより、ハロゲン化塩となり化合物中から除かれるため、残った化合物中の金属元素Mが無機化合物に転化する。有機ポリマーにこの無機化合物を効率的に複合化させる観点から、金属元素Mを有する無機化合物は、水にほとんど又は全く溶解しないものであることが好ましい。 The compound represented by the general formula A x M y B z is preferably completely or partially dissolved in water and exhibits basicity. In addition, since the alkali metal A in the compound acts as a removing agent for the hydrogen halide generated during the polymerization and becomes a halogenated salt and is removed from the compound, the metal element M in the remaining compound is an inorganic compound. Convert to. From the viewpoint of efficiently complexing the inorganic compound with the organic polymer, the inorganic compound having the metal element M is preferably one that hardly or not dissolves in water.
金属化合物AxMyBzの内、BがOである化合物としては、亜鉛酸ナトリウム、アルミン酸ナトリウム、モリブデン酸ナトリウム、スズ酸ナトリウム、タンタル酸ナトリウム、タングステン酸ナトリウム、ジルコン酸ナトリウム等のナトリウム複合酸化物や、亜鉛酸カリウム、アルミン酸カリウム、モリブデン酸カリウム、スズ酸カリウム、タンタル酸カリウム、タングステン酸カリウム、金酸カリウム、銀酸カリウム、ジルコン酸カリウム、テルル酸カリウム、アンチモン酸カリウム等のカリウム複合酸化物、アルミン酸リチウム、モリブデン酸リチウム、スズ酸リチウム、タングステン酸リチウム、亜鉛酸リチウム、ジルコン酸リチウム等のリチウム複合酸化物のほかルビジウム複合酸化物、セシウム複合酸化物を好適に用いることができる。 Among the metal compounds A x M y B z , the compound in which B is O includes sodium zincate, sodium aluminate, sodium molybdate, sodium stannate, sodium tantalate, sodium tungstate, sodium zirconate, and the like. Complex oxides, potassium zincate, potassium aluminate, potassium molybdate, potassium stannate, potassium tantalate, potassium tungstate, potassium goldate, potassium silverate, potassium zirconate, potassium tellurate, potassium antimonate, etc. In addition to lithium composite oxides such as potassium composite oxide, lithium aluminate, lithium molybdate, lithium stannate, lithium tungstate, lithium zincate, and lithium zirconate, rubidium composite oxide and cesium composite oxide are preferably used. Can.
そのなかでも、アルミン酸ナトリウム、ジルコン酸ナトリウム、亜鉛酸ナトリウム、スズ酸ナトリウム等のナトリウム複合酸化物や、アルミン酸カリウム、ジルコン酸カリウム、亜鉛酸カリウム、スズ酸カリウム等のカリウム複合酸化物が入手が容易且つ水溶性が高いために好ましい。 Among them, sodium composite oxides such as sodium aluminate, sodium zirconate, sodium zincate, and sodium stannate, and potassium composite oxides such as potassium aluminate, potassium zirconate, potassium zincate, and potassium stannate are available. Is preferable because it is easy and water-soluble.
また、BがCO3とOHの一方又は双方を含む金属化合物としては、炭酸亜鉛カリウム、炭酸ニッケルカリウム、炭酸ジルコニウムカリウム、炭酸コバルトカリウム、炭酸スズカリウム、及びこれらの水和物を例示することができる。 Examples of the metal compound in which B contains one or both of CO 3 and OH include zinc carbonate potassium, nickel carbonate potassium, zirconium carbonate potassium, cobalt carbonate potassium, tin carbonate potassium, and hydrates thereof. it can.
これらの金属化合物は水に溶解させて用いるため、水和物であってもよい。また、これらは単独で、又は2種以上を組み合わせて使用することができる。 Since these metal compounds are dissolved in water and used, they may be hydrates. Moreover, these can be used individually or in combination of 2 or more types.
(ジアミン)
また、水溶液(B)に用いるジアミンとしては、有機溶液(A)中の各モノマーと反応し、上記有機ポリマーを生成するものであれば特に制限なく用いることができる。例えば、1,2−ジアミノエタン、1,3−ジアミノプロパン、1,4−ジアミノブタン、1,6−ジアミノヘキサン、1,8−ジアミノオクタン等の脂肪族ジアミン、m−キシリレンジアミン、p−キシリレンジアミン、m−フェニレンジアミン、p−フェニレンジアミン、1,5−ジアミノナフタレン、1,8−ジアミノナフタレン、2,3−ジアミノナフタレン等の芳香族ジアミン、あるいはこれら芳香環の水素をハロゲン原子、ニトロ基、又はアルキル基等で置換した芳香族ジアミン等が挙げられる。これらは単独又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。そのなかでも、1,3−ジアミノプロパン、1,4−ジアミノブタン、1,6−ジアミノヘキサン等の脂肪族ジアミンを使用すると、繊維状の有機無機複合体を容易に得ることができ、また不織布等に加工することもできるため、特に好ましい。
(Diamine)
Moreover, as diamine used for aqueous solution (B), if it reacts with each monomer in organic solution (A) and produces | generates the said organic polymer, it can use without a restriction | limiting especially. For example, aliphatic diamines such as 1,2-diaminoethane, 1,3-diaminopropane, 1,4-diaminobutane, 1,6-diaminohexane, 1,8-diaminooctane, m-xylylenediamine, p- Aromatic diamines such as xylylenediamine, m-phenylenediamine, p-phenylenediamine, 1,5-diaminonaphthalene, 1,8-diaminonaphthalene and 2,3-diaminonaphthalene, or hydrogen of these aromatic rings as halogen atoms, An aromatic diamine substituted with a nitro group or an alkyl group is exemplified. You may use these individually or in combination of 2 or more types. Among them, when an aliphatic diamine such as 1,3-diaminopropane, 1,4-diaminobutane, 1,6-diaminohexane is used, a fibrous organic-inorganic composite can be easily obtained, and a nonwoven fabric can be obtained. It is particularly preferable because it can be processed into a similar shape.
(有機無機複合体の合成操作)
本実施形態における有機溶液(A)及び水溶液(B)中のモノマー濃度は、重合反応が十分に進行すれば特に制限されないが、各々のモノマー同士を良好に接触させる観点から、0.01〜3モル/Lの濃度範囲が好ましく、0.05〜1モル/Lが特に好ましい。
(Synthesis operation of organic-inorganic composite)
The monomer concentration in the organic solution (A) and the aqueous solution (B) in this embodiment is not particularly limited as long as the polymerization reaction proceeds sufficiently, but from the viewpoint of bringing the monomers into good contact with each other, 0.01 to 3 A concentration range of mol / L is preferable, and 0.05 to 1 mol / L is particularly preferable.
また、水溶液(B)中の珪酸アルカリ及び/又は金属化合物の濃度は、有機溶液(A)及び水溶液(B)中のモノマー濃度によってある程度は決定されるが、有機無機複合体の高収率を維持し、かつ重合時の過剰な発熱により生じうる有機溶液(A)中のモノマーと水との副反応を防止する理由から、1〜500g/Lの範囲が好ましい。 The concentration of the alkali silicate and / or metal compound in the aqueous solution (B) is determined to some extent by the monomer concentration in the organic solution (A) and the aqueous solution (B). The range of 1 to 500 g / L is preferable because it is maintained and prevents side reactions between the monomer and water in the organic solution (A) that may be generated due to excessive heat generation during polymerization.
この重合反応は、例えば、−10〜50℃の常温付近の温度範囲で十分に反応が進行する。また、加圧、減圧を一切必要としない。また、この重合反応は、用いるモノマーや反応装置にもよるが、通常10分程度の短時間で完結する。 In this polymerization reaction, for example, the reaction proceeds sufficiently in a temperature range of about −10 to 50 ° C. near room temperature. Also, no pressurization or decompression is required. Moreover, although this polymerization reaction is based on the monomer and reaction apparatus to be used, it is usually completed in a short time of about 10 minutes.
(電解液)
本発明の電解液は、支持電解質とこれを溶解させる溶媒とから構成されている。更に電解液は、消発色剤と酸化還元促進剤からなる群から選ばれる少なくとも1種の材料を含有することが好ましい。
(Electrolyte)
The electrolytic solution of the present invention is composed of a supporting electrolyte and a solvent for dissolving the supporting electrolyte. Further, the electrolytic solution preferably contains at least one material selected from the group consisting of a decoloring agent and a redox accelerator.
(溶媒)
電解液を構成する溶媒は、水系、非水系のどちらでもよく、水のほかに、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、2−エトキシエタノール、2−メトキシメタノール、イソプロピルアルコール、N−メチルピロリドン、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド、アセトニトリル、ブチロニトリル、グルタロニトリル、ジメトキシエタン、γ−ブチロラクトン、エチレングリコール、プロピレングリコール等の極性溶媒を例示することができる。なお、水系の場合には、0℃以下での凝固を防止して低温条件下の動作を満足させるため、上記溶媒のなかでも、水と相溶する溶媒を相溶させて用いることができる。
(solvent)
The solvent constituting the electrolytic solution may be either aqueous or non-aqueous. In addition to water, propylene carbonate, dimethyl carbonate, 2-ethoxyethanol, 2-methoxymethanol, isopropyl alcohol, N-methylpyrrolidone, dimethylacetamide, dimethyl Examples include polar solvents such as formamide, acetonitrile, butyronitrile, glutaronitrile, dimethoxyethane, γ-butyrolactone, ethylene glycol, and propylene glycol. In the case of an aqueous system, in order to prevent coagulation at 0 ° C. or lower and satisfy the operation under a low temperature condition, among the above solvents, a solvent compatible with water can be used by being dissolved.
有機無機複合体中の有機ポリマーの屈折率は1.5近辺であるため、この有機ポリマーとの屈折率差の高い電解液を用いると、電解液の浸漬による有機無機複合体の白色度の低下を最小限に抑えることができ、より高い白色度を維持したイオン伝導体(P)を作製することができる。有機ポリマーがポリアミド6.6である場合は、該ポリマーの屈折率は1.53であるため、好ましくは1.40以下の屈折率の溶媒、さらに好ましくは1.38以下の溶媒を用いる。このような溶媒としては水、アセトニトリル、メタノール、エタノール、2−エトキシエタノール、2−メトキシメタノール、イソプロピルアルコール等やこれらの混合物を例示することができる。 Since the refractive index of the organic polymer in the organic-inorganic composite is around 1.5, when using an electrolytic solution having a high refractive index difference from this organic polymer, the whiteness of the organic-inorganic composite is reduced due to the immersion of the electrolytic solution. Can be minimized, and an ionic conductor (P) maintaining higher whiteness can be produced. When the organic polymer is polyamide 6.6, since the refractive index of the polymer is 1.53, a solvent having a refractive index of 1.40 or less is preferable, and a solvent of 1.38 or less is more preferably used. Examples of such a solvent include water, acetonitrile, methanol, ethanol, 2-ethoxyethanol, 2-methoxymethanol, isopropyl alcohol, and mixtures thereof.
(支持電解質)
また、電解液を構成する支持電解質としては、塩化リチウム、臭化リチウム、ヨウ化リチウム、過塩素酸リチウム、硝酸リチウム、硫酸リチウム、ホウフッ化リチウム等のリチウム塩、塩化ナトリウム、臭化ナトリウム、ヨウ化ナトリウム、塩化カリウム、臭化カリウム、ヨウ化カリウム等のハロゲン化アルカリ金属、テトラブチルアンモニウムブロマイド、テトラブチルアンモニウムクロライド、ホウフッ化テトラエチルアンモニウム、ホウフッ化テトラブチルアンモニウム、過塩素酸アンモニウム、過塩素酸テトラエチルアンモニウム、過塩素酸テトラブチルアンモニウム等のアンモニウム塩等や硫酸、ホウフッ化水素酸、過塩素酸、塩酸等の酸類を例示することができる。
(Supporting electrolyte)
The supporting electrolyte constituting the electrolyte includes lithium salts such as lithium chloride, lithium bromide, lithium iodide, lithium perchlorate, lithium nitrate, lithium sulfate, lithium borofluoride, sodium chloride, sodium bromide, iodine. Alkali metal halides such as sodium chloride, potassium chloride, potassium bromide, potassium iodide, tetrabutylammonium bromide, tetrabutylammonium chloride, tetraethylammonium borofluoride, tetrabutylammonium borofluoride, ammonium perchlorate, tetraethyl perchlorate Examples thereof include ammonium salts such as ammonium and tetrabutylammonium perchlorate, and acids such as sulfuric acid, borohydrofluoric acid, perchloric acid, and hydrochloric acid.
(消発色剤)
本発明の電気化学型表示素子は、消発色剤により表示のオン・オフを行う。図1にしめした通り、イオン伝導体(P)が保持する電解液中に消発色剤を含有させた場合は、電圧印加により消発色剤を電極上で酸化もしくは還元(場合によっては)析出させて着色させ、また酸化もしくは還元(場合によっては)溶解させて消色させる。一方、図2に例示的に示すように、本発明の電気化学型表示素子が、消発色剤を有する消発色剤層を有する場合は、イオン伝導体(P)が保持する電解液は必ずしも消発色剤を有する必要はない。
(Decolorizer)
The electrochemical display element of the present invention turns display on and off with a decoloring agent. As shown in FIG. 1, when the decoloring agent is contained in the electrolyte solution held by the ionic conductor (P), the decoloring agent is oxidized or reduced (in some cases) on the electrode by applying a voltage. And then oxidize or reduce (in some cases) to dissolve and decolorize. On the other hand, as shown in FIG. 2, when the electrochemical display element of the present invention has a decoloring agent layer having a decoloring agent, the electrolyte retained by the ion conductor (P) is not necessarily extinguished. It is not necessary to have a color former.
消発色剤がイオン伝導体(P)中に含有されている場合は、表示素子内の消発色剤含有率を高くすることができることにより、発色を強くすることができる上、金属イオンまた低分子有機化合物が瞬時に変色を伴う化学変化を生じるため、応答速度を早くできる特徴がある。このような構成に用いられる有機化合物としては、ベンゾキノン、ナフサキノン、アントラキノン、ジフェノキノン、ジフェニルキノン、ジベンゾアントラキノン、ビオラントロン、イソビオラントロン、ピラントロン等の有機キノン類を例示することができる。これら有機キノン類は、電極に駆動電圧を印加することにより、還元されて各化合物特有の着色状態を作り出す。これらの化合物を用いる際には、イオン伝導体(P)中の濃度を高くするため前述のキノン系化合物を多量に溶解させることができる非水系溶媒を有する電解液が好ましく用いられる。 When the decoloring agent is contained in the ionic conductor (P), the content of the decoloring agent in the display element can be increased, so that color development can be strengthened and metal ions or low molecules can be used. Since the organic compound instantaneously causes a chemical change accompanied with a color change, there is a feature that the response speed can be increased. Examples of the organic compound used in such a structure include organic quinones such as benzoquinone, naphthaquinone, anthraquinone, diphenoquinone, diphenylquinone, dibenzoanthraquinone, violanthrone, isoviolanthrone, and pyranthrone. These organic quinones are reduced by applying a driving voltage to the electrodes to create a colored state peculiar to each compound. When using these compounds, in order to increase the concentration in the ionic conductor (P), an electrolytic solution having a non-aqueous solvent capable of dissolving a large amount of the above-described quinone compound is preferably used.
また、消発色剤として用いられる金属化合物としては、銀、ビスマス、銅、鉄、クロム、ニッケル等のハロゲン化物、硫化物、硝酸塩、過ハロゲン酸塩等を例示することができる。これらの化合物を電解液中に溶解させることにより、各金属はイオン化するため、該電解液を消発色剤として用いることができる。例えば、銀化合物を溶解させた電解液を用いた場合には、電極に駆動電圧を印加すると、Ag+ + e− → Agの還元反応が陰極側で生じて、このAg析出物により陰極電極が黒色に変化する。上記金属のうちビスマス、銀は、電解液に溶解させた状態がほぼ透明である上に、析出物の色が濃く、消発色の可逆反応が良好であるため、特に好ましく用いられる。これらの化合物は水溶性を有するものも多く、非水系溶媒の他、水系溶媒も電解液溶媒として好適に用いることができる。 Examples of the metal compound used as a decoloring agent include halides such as silver, bismuth, copper, iron, chromium and nickel, sulfides, nitrates, perhalogenates and the like. By dissolving these compounds in the electrolytic solution, each metal is ionized, so that the electrolytic solution can be used as a decoloring agent. For example, when an electrolytic solution in which a silver compound is dissolved is used, when a driving voltage is applied to the electrode, a reduction reaction of Ag + + e − → Ag occurs on the cathode side, and the Ag electrode deposits the cathode electrode. It turns black. Among the above metals, bismuth and silver are particularly preferably used because they are almost transparent when dissolved in an electrolytic solution, and the precipitate has a dark color and good reversible reaction of decoloration. Many of these compounds have water solubility, and in addition to non-aqueous solvents, aqueous solvents can also be suitably used as the electrolyte solvent.
(消発色剤層)
消発色剤が溶媒溶解性に劣る等の理由によりイオン伝導体(P)に発色剤を含有させることが困難である場合は、視面側の透明電極上に、電気化学的な酸化還元により消発色する消発色剤層を設けることでも電気化学型表示素子とすることができる。(図2の構成に相当)
(Decolorizer layer)
If it is difficult to contain the color former in the ionic conductor (P) because the decolorizer is inferior in solvent solubility, it is erased by electrochemical redox on the transparent electrode on the viewing side. An electrochemical display element can also be obtained by providing a decoloring agent layer that develops color. (Equivalent to the configuration of FIG. 2)
このような消発色剤層としては、有機高分子化合物又は金属化合物を用いることができる。消発色剤層を構成する有機化合物としては、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、ポリインドール、及びポリカルバゾール等の有機高分子化合物を例示することができる。そのなかでも、特にポリピロール、ポリチオフェンが、析出物の色が濃く、消発色の可逆反応が良好であるため、好ましい。また、材料層9を構成する無機化合物としては、WO3、MoO3、V2O5、Nb2O5、TiO2、NiO、Cr2O3、MnO2、CoO、及びIrO2等を例示することができる。消発色剤層として有機高分子化合物を用いる場合には、上記高分子化合物の原料モノマーを電解重合もしくは化学的重合することにより、該層を透明電極上に製膜することができる。消発色剤層として金属化合物を用いる場合には、真空蒸着法、電子ビーム真空蒸着法、スパッタリング法等の公知の方法で製膜することができる。
As such a decoloring agent layer, an organic polymer compound or a metal compound can be used. Examples of the organic compound constituting the decolorizer layer include organic polymer compounds such as polypyrrole, polyaniline, polyazulene, polythiophene, polyindole, and polycarbazole. Among these, polypyrrole and polythiophene are particularly preferable because the precipitate color is dark and the reversible reaction of decoloration is good. The inorganic compound constituting the material layer 9, illustrate WO 3, MoO 3, V 2
また、消発色剤の溶媒溶解性が良好な(前述のキノン系化合物や、銀、ビスマス等の金属イオン)各種材料を、支持電解質や溶媒とともに、各種結着樹脂に混合した着色剤含有液体やゲル状物を透明電極上に塗布することによっても、図2と同様な表示素子を作製することができる。この場合は塗工法、スピンコート法等により着色層を設置することができる。この場合は、イオン伝導体(P)に発色剤を必ずしも含有させる必要は無いが、発色を強くするためには含有させたほうが好ましい。 In addition, a colorant-containing liquid in which various materials having good solvent solubility of the decolorizer (the above-described quinone compounds, metal ions such as silver and bismuth) are mixed with various binder resins together with a supporting electrolyte and a solvent, A display element similar to that shown in FIG. 2 can also be produced by applying a gel-like material on the transparent electrode. In this case, the colored layer can be provided by a coating method, a spin coating method, or the like. In this case, it is not always necessary to include a color former in the ion conductor (P), but it is preferable to include it in order to enhance color development.
(酸化還元促進剤)
前記消発色剤の電気化学的な酸化還元反応(すなわち消発色反応)を促進させるために電解液中には酸化還元促進剤を導入してもよい。酸化還元促進剤とは、消発色が生じる電極とは反対側の電極上で、ある一定の酸化還元電位において可逆的な酸化還元を行うことで消発色材の酸化還元反応を促進する材料で、ヒドロキノン、カテコールやこれらの誘導体のほか、1,4−ナフタレンジオール、1,5−ナフタレンジオール、2,7−ナフタレンジオールやこれらの誘導体を例示することができる。これらの2価フェノールは可逆的にそれぞれの化合物が対応するキノンへと(例えば、ヒドロキノンの場合はベンゾキノン)変化することで電子を放出したり、収容したりすることで消発色の酸化還元を促進する。また、前記の2価フェノール類に対応するキノンをもちいてもよい。また、同様な作用を持つ材料として、フェロセン、フェロシアンカリウム、フェリシアンカリウム等を用いてもよい。
(Redox accelerator)
In order to accelerate the electrochemical redox reaction (that is, the decoloring reaction) of the decoloring agent, a redox promoter may be introduced into the electrolytic solution. A redox accelerator is a material that promotes the redox reaction of the decoloring material by performing reversible redox at a certain redox potential on the electrode opposite to the electrode where decoloring occurs. In addition to hydroquinone, catechol and derivatives thereof, 1,4-naphthalenediol, 1,5-naphthalenediol, 2,7-naphthalenediol and derivatives thereof can be exemplified. These dihydric phenols promote reversible redox by releasing or containing electrons by reversibly changing each compound to the corresponding quinone (for example, benzoquinone in the case of hydroquinone). To do. Moreover, you may use the quinone corresponding to said dihydric phenols. Further, ferrocene, ferrocyanic potassium, ferricyanic potassium, or the like may be used as a material having a similar action.
この他、消発色の可逆性を良くすることを目的として、めっき用薬剤として用いられる、光沢剤、錯化剤、緩衝剤、pH調整剤等を添加してもよい。 In addition, for the purpose of improving the reversibility of decoloration, a brightener, a complexing agent, a buffering agent, a pH adjusting agent and the like used as a plating agent may be added.
(イオン伝導体(P)の製造方法)
本発明で使用する有機無機複合体は電解液の種類によらず電解液保持特性が極めて高いため、電解液中で該複合体を分散させて得た複合体分散液(スラリー)を濾過する等の簡単な操作を行うのみで、複合体100質量部に対して400〜1500質量部の電解液を保持させたイオン伝導体(P)を得ることができる。また、電解液への分散も該複合体が繊維状または粉体で得られるため、汎用のバッチ式攪拌層を用いて容易に行うことができる。
(Production method of ion conductor (P))
Since the organic-inorganic composite used in the present invention has extremely high electrolytic solution retention characteristics regardless of the type of electrolytic solution, the composite dispersion (slurry) obtained by dispersing the composite in the electrolytic solution is filtered, etc. It is possible to obtain an ionic conductor (P) in which 400 to 1500 parts by mass of an electrolytic solution is held with respect to 100 parts by mass of the composite only by performing the simple operation. Further, since the composite can be obtained in the form of a fiber or powder, the dispersion in the electrolytic solution can be easily performed using a general-purpose batch type stirring layer.
また、有機無機複合体は合成条件によっては繊維(パルプ)形状を持つことができるため、例えば電解液に該複合体を分散させた分散液を公知慣用の方法により濾過することで、結合材を全く用いずにシート形状にすることが可能である。例えば分散液をステンレスやナイロン網やフッ素樹脂網等の濾材に通じる方法や、分散液をスプレーにより電極板に噴霧する方法等が挙げられる。本方法により容易に大面積シート状のイオン伝導体(P)を得ることが出来る。このとき、濾材として特に剥離性に優れたフッ素樹脂性の濾材を用いると、濾材よりイオン伝導体(P)を容易に剥離することができるため、表面に傷等がない平滑なイオン伝導体シートを得ることができるため好ましく用いられる。また、濾材として金属網や炭素繊維不織布等の電子伝導性が高い材料を用いた場合には、該濾材をそのまま対向電極として用いることもできる。この場合は視面側の電極板のみを湿潤させ、イオン伝導体を密着させる操作を行うとよい。このとき、必要とされる電解液保持性や白色度や電子絶縁性を損なわない範囲で、公知慣用の結合材を用いることもできる。 In addition, since the organic-inorganic composite can have a fiber (pulp) shape depending on the synthesis conditions, for example, by filtering a dispersion obtained by dispersing the composite in an electrolytic solution by a known and conventional method, It is possible to form a sheet without using it at all. For example, a method of passing the dispersion liquid through a filter medium such as stainless steel, nylon net or fluororesin net, a method of spraying the dispersion liquid on the electrode plate by spraying, and the like can be mentioned. By this method, a large-area sheet-like ion conductor (P) can be easily obtained. At this time, if a fluororesin-based filter medium that is particularly excellent in releasability is used as the filter medium, the ion conductor (P) can be easily peeled off from the filter medium, so that a smooth ion conductor sheet with no scratches on the surface is obtained. Can be preferably used. In addition, when a material having high electron conductivity such as a metal net or a carbon fiber nonwoven fabric is used as the filter medium, the filter medium can be used as it is as a counter electrode. In this case, it is preferable to perform an operation in which only the electrode plate on the viewing surface side is wetted and the ion conductor is brought into close contact. At this time, a known and commonly used binder can be used as long as required electrolyte solution retention, whiteness, and electronic insulation are not impaired.
電解液を保持させる工程で、有機無機複合体を高い固形分率にまで乾燥させたあとに用いようとすると、有機成分の極性基に由来する水素結合により、複合体が強固に固化する場合がある。一度固化した複合体は、電解液中で再分散することが困難となり、電解液の保持量が大きく減少する上、電解液中での未分散物の残存により均一なイオン伝導性や外観を有するイオン伝導体(P)を得ることができなくなる。そのため、得られた複合体はウエットケーキ状態で電解液保持操作を行うことが好ましい。好ましくは、前記複合体の固形分率が35質量%以下、更に好ましくは20質量%以下の状態のウエットケーキを用いる。このような固形分率にある複合体に電解液を保持させる含浸工程をとることにより、高い保持率で電解液を保持し且つ均一なイオン伝導性や外観を有するイオン伝導体(P)を得ることができる。 In the step of holding the electrolytic solution, if the organic-inorganic composite is used after being dried to a high solid content, the composite may solidify strongly due to hydrogen bonds derived from the polar group of the organic component. is there. Once the composite is solidified, it becomes difficult to re-disperse in the electrolyte, and the amount of electrolyte retained is greatly reduced, and the remaining undispersed material in the electrolyte has a uniform ionic conductivity and appearance. The ion conductor (P) cannot be obtained. Therefore, the obtained composite is preferably subjected to an electrolyte solution holding operation in a wet cake state. Preferably, a wet cake having a solid content of 35% by mass or less, more preferably 20% by mass or less is used. By taking the impregnation step of holding the electrolytic solution in the composite having such a solid content rate, an ionic conductor (P) that holds the electrolytic solution at a high holding rate and has uniform ionic conductivity and appearance is obtained. be able to.
また、上記方法で得られるイオン伝導体(P)は複合体100質量部に対して400〜1500質量部の多量の電解液を保持しているため、支持電解質を溶解させた液体に近いイオン伝導性と有している一方、電子的には絶縁性を保つことができる。 Moreover, since the ionic conductor (P) obtained by the said method hold | maintains a lot of electrolyte solutions of 400-1500 mass parts with respect to 100 mass parts of composite_body | complex, the ionic conduction close | similar to the liquid which melt | dissolved the supporting electrolyte. On the other hand, the insulating property can be maintained electronically.
(表示素子の製造方法)
本発明の電気化学型表示素子を構成するイオン伝導体(P)を用いて表示素子を作製するにはイオン伝導体(P)を、電極板上に設置する工程が必要である。しかし、イオン伝導体(P)は、固体に対する密着性が強いため、ITO電極等の平滑な電極面に一度設置すると移動させにくい。仮に、該イオン伝導体を電極面に設置する際に空気層が混入した場合、空気層が混入した部位は全く電極反応を起こさない。そのため表示が全くできなくなり表示斑が発生し表示品位が著しく損なわれるため、これを除く必要がある。イオン伝導体(P)のシートは、特にパルプ形状を有する有機無機複合体を用いた場合は一定の引っ張り強度を持っているため空気層の占有面積が大きい場合は、ラミネート処理により空気層を押し出し取り除くことができるが、空気層が直径1mm程度の小さい気泡がイオン伝導体(P)と電極面との間に進入した場合は除去することが極めて困難である。
(Display element manufacturing method)
In order to produce a display element using the ion conductor (P) constituting the electrochemical type display element of the present invention, a step of installing the ion conductor (P) on the electrode plate is required. However, since the ion conductor (P) has strong adhesion to a solid, it is difficult to move once it is placed on a smooth electrode surface such as an ITO electrode. If the air layer is mixed when the ion conductor is placed on the electrode surface, the electrode reaction does not occur at all in the portion where the air layer is mixed. For this reason, display cannot be performed at all, and display spots are generated, and the display quality is significantly impaired. The sheet of ionic conductor (P) has a certain tensile strength, especially when using an organic-inorganic composite having a pulp shape. If the area occupied by the air layer is large, the air layer is extruded by lamination. Although it can be removed, it is extremely difficult to remove when a small air bubble having a diameter of about 1 mm enters between the ion conductor (P) and the electrode surface.
このとき、電極板を予め液体(Q)で湿潤させておき、その後イオン伝導体(P)を設置することにより、イオン伝導体(P)を電極板に密着させる際にイオン伝導体(P)と電極板間に均一な厚さで液体層ができることにより、気泡が残存することを高い確率で防止することができる。例えば、液体(Q)と電極板との接触角が高く濡れ性が悪い場合には、液滴が電極板上で独立して存在する。この状態でイオン伝導体(P)が設置されると、イオン伝導体(P)の電極板への密着工程において、液滴が電極板上で押し広げられつつ気泡をイオン伝導体端面方向に追い出すことにより、気泡が残存しない表示素子を容易に作製することができる。 At this time, when the electrode plate is wetted with the liquid (Q) in advance, and then the ion conductor (P) is installed, the ion conductor (P) is brought into close contact with the electrode plate. By forming a liquid layer with a uniform thickness between the electrode plate and the electrode plate, it is possible to prevent bubbles from remaining with a high probability. For example, when the contact angle between the liquid (Q) and the electrode plate is high and the wettability is poor, droplets exist independently on the electrode plate. When the ion conductor (P) is installed in this state, in the step of adhering the ion conductor (P) to the electrode plate, the droplets are pushed out on the electrode plate and the bubbles are driven out toward the end surface of the ion conductor. Thus, a display element in which no bubbles remain can be easily manufactured.
一方液体(Q)と電極板との接触角が低く濡れ性が良い場合には液体(Q)は電極板上で薄い層状で存在することにより気泡ができにくい上、仮に少量の気泡があっても液体(Q)の電極板上での接触角が大きい場合と同様、気泡が素子端面へと除去され、気泡が残存しない表示素子を作製することができる。いずれの場合でも、本発明で用いられるイオン伝導体(P)は液体吸水特性が高いため、電極板上の液体(Q)を吸水しつつ膨潤することにより電極板に密着するため、電極板を湿潤させることにより液体層がイオン伝導体(P)と電極板との間にとどまることがないため、紙的質感や視認性が低下することや、素子破損時に液体が漏洩する恐れはない。 On the other hand, when the contact angle between the liquid (Q) and the electrode plate is low and the wettability is good, the liquid (Q) is formed in a thin layer on the electrode plate, so that bubbles are not easily formed and there are a small amount of bubbles. In the same way as in the case where the contact angle of the liquid (Q) on the electrode plate is large, bubbles are removed to the end face of the element, and a display element in which no bubbles remain can be manufactured. In any case, since the ionic conductor (P) used in the present invention has high liquid water absorption characteristics, it swells while absorbing the liquid (Q) on the electrode plate, and thus adheres to the electrode plate. Since the liquid layer does not stay between the ionic conductor (P) and the electrode plate by being wetted, there is no possibility that the paper texture and visibility are lowered and the liquid leaks when the element is broken.
(液体(Q)の溶媒種及び含有する成分)
液体(Q)はイオン伝導体(P)に最終的に吸収されることで電極板上の気泡を除去する。そのため、イオン伝導体(P)が有する電解液と相溶する液体を選定することが好ましく、さらに好ましくは、イオン伝導体(P)の電解液の溶媒と同一の液体であり、最も好ましくは、液体(Q)がイオン伝導体(P)が有する電解液と同一であることである。特に、液体(Q)がイオン伝導体(P)中の電解液と同一の場合(すなわち、支持電解質や消発色剤を含んでいる場合)には、単なる溶媒である場合に比べてイオン伝導体(P)中の電解液中の支持電解質等の濃度を低下させることがないため、発色特性や応答速度を維持し、駆動電圧の上昇を防止することができる。また、電極板上での濡れ性を向上させることにより、イオン伝導体を容易に密着させることを目的として、液体(Q)に界面活性剤、レベリング剤等を、本表示素子内で生じる電気化学反応を阻害しない範囲で添加してもよい。また、前述の通り、本発明で用いるイオン伝導体(P)は電解液中に有機無機複合体を分散させたスラリーを濾過することで作製することもできるが、そのとき発生した濾液を液体(Q)として用いることもできる。
(Liquid (Q) solvent species and contained components)
The liquid (Q) is finally absorbed by the ion conductor (P) to remove bubbles on the electrode plate. Therefore, it is preferable to select a liquid that is compatible with the electrolytic solution of the ionic conductor (P), more preferably the same liquid as the solvent of the electrolytic solution of the ionic conductor (P), most preferably That is, the liquid (Q) is the same as the electrolytic solution of the ionic conductor (P). In particular, when the liquid (Q) is the same as the electrolytic solution in the ionic conductor (P) (that is, when it contains a supporting electrolyte and a decoloring agent), the ionic conductor is compared with the case where it is a simple solvent. Since the concentration of the supporting electrolyte or the like in the electrolyte solution in (P) is not lowered, the color development characteristics and response speed can be maintained, and an increase in drive voltage can be prevented. In addition, by improving the wettability on the electrode plate, a surfactant, a leveling agent, and the like are generated in the liquid crystal (Q) in the display element for the purpose of easily adhering the ionic conductor. You may add in the range which does not inhibit reaction. As described above, the ionic conductor (P) used in the present invention can be prepared by filtering a slurry in which an organic-inorganic composite is dispersed in an electrolytic solution. Q) can also be used.
(液体(Q)による電極板面の湿潤方法)
イオン伝導体を電極板に設置するに先立ち、液体(Q)により電極板面を湿潤させる必要があるが、この方法は液体(Q)が電極板面上に局在化することなく存在できる方法であれば特に限定されない。液体(Q)と接触角が高く濡れ性が悪い場合には、小さい液滴がイオン伝導体を設置する領域全般に分布していると、各液滴がイオン伝導体の設置の際に電極板とイオン伝導体の間で広げられる事で気泡を素子全面に渡って効率的に除去できるため特に好ましい。このような状態に液体(Q)を電極板上に存在させる例としては、液体(Q)を電極板にスプレー等により噴霧する方法が挙げられる。一方、液体(Q)と電極板との親和性が高く濡れ性が高い場合は、液体(Q)に電極板を浸漬させ引き上げる方法や、電極板上に液体(Q)を滴下する方法等が挙げられる。
(Method of wetting electrode plate surface with liquid (Q))
Prior to installing the ion conductor on the electrode plate, it is necessary to wet the electrode plate surface with the liquid (Q), but this method allows the liquid (Q) to exist without being localized on the electrode plate surface. If it is, it will not specifically limit. When the contact angle with the liquid (Q) is high and the wettability is poor, if small droplets are distributed over the entire region where the ion conductor is installed, each droplet is an electrode plate when the ion conductor is installed. It is particularly preferable that the bubbles can be efficiently removed across the entire surface of the device by spreading between the ion conductor and the ion conductor. As an example in which the liquid (Q) is present on the electrode plate in such a state, there is a method of spraying the liquid (Q) on the electrode plate by spraying or the like. On the other hand, when the affinity between the liquid (Q) and the electrode plate is high and wettability is high, there are a method of immersing the electrode plate in the liquid (Q) and pulling it up, a method of dropping the liquid (Q) on the electrode plate, and the like. Can be mentioned.
(液体(Q)による湿潤電極板)
本発明では、表示素子での気泡が原因となる表示欠陥をなくすることが目的であるため、少なくとも視面側の電極板については液体(Q)により湿潤させたのち、イオン伝導体(P)を設置する必要がある。しかしながら視面側電極板、対向電極板の双方を湿潤させることにより、イオン伝導体(P)を双方の電極板に完全に密着させることがより好ましい。なぜなら対向電極板にも密着していることにより、対向極での電気化学反応を十分に生じさせることができ、安定に駆動する表示素子を作製することができるからである。
(Wet electrode plate with liquid (Q))
In the present invention, since it is an object to eliminate display defects caused by bubbles in the display element, at least the electrode plate on the viewing surface side is wetted with the liquid (Q) and then the ion conductor (P). Need to be installed. However, it is more preferable that the ionic conductor (P) is completely adhered to both electrode plates by wetting both the viewing surface side electrode plate and the counter electrode plate. This is because by being in close contact with the counter electrode plate, an electrochemical reaction at the counter electrode can be sufficiently generated, and a display element that can be stably driven can be manufactured.
(電気化学型表示装置)
図1及び図2で示された表示素子に電源部、回路部や必要に応じてシール層、筐体等を設けることにより、表示装置とすることができる。
(Electrochemical display)
A display device can be obtained by providing the display element shown in FIGS. 1 and 2 with a power supply portion, a circuit portion, a seal layer, a housing, and the like as necessary.
以下に実施例を用いて本発明をさらに具体的に説明する。特に断らない限り、「部」は「質量部」を表す。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. Unless otherwise specified, “part” means “part by mass”.
(合成例:シリカ/ポリアミド複合体の合成)
イオン交換水81.1部に、水ガラス3号9.18部、1,6−ジアミノヘキサン1.58部を加え、25℃で15分間攪拌し、均質透明な水溶液(B)を得た。
室温下でこの水溶液(B)をオスタライザー社製ブレンダー瓶中に仕込み、毎分10000回転で攪拌しながら、アジポイルクロライド2.49部をトルエン44.4部に溶解させた有機溶液(A)を、20秒かけて滴下した。
(Synthesis example: synthesis of silica / polyamide composite)
9.81 parts of
An organic solution (A) in which 2.49 parts of adipoyl chloride was dissolved in 44.4 parts of toluene while the aqueous solution (B) was charged into a blender bottle manufactured by Osterizer at room temperature and stirred at 10,000 rpm. Was added dropwise over 20 seconds.
次いで、生成したゲル状物をスパチュラで砕き、さらに毎分10000回転で40秒間攪拌した。この操作で得られたパルプ状の生成物の分散した液を、直径90mmのヌッチェを用い、目開き4μmの濾紙上で減圧濾過した。
ヌッチェ上の生成物をメタノール100部に分散させ、スターラーで30分間攪拌し減圧濾過することで洗浄処理を行った。引き続き同様の洗浄操作を蒸留水100部を用いて行い、減圧濾過することで、純白色のシリカ/ポリアミド複合体の水を含んだケーキシートを得た。
Next, the produced gel was crushed with a spatula and further stirred at 10,000 rpm for 40 seconds. The pulp-like product-dispersed liquid obtained by this operation was filtered under reduced pressure on a filter paper having a mesh size of 4 μm using a Nutsche having a diameter of 90 mm.
The product on Nutsche was dispersed in 100 parts of methanol, stirred for 30 minutes with a stirrer, and filtered under reduced pressure for washing treatment. Subsequently, the same washing operation was performed using 100 parts of distilled water, followed by filtration under reduced pressure to obtain a cake sheet containing pure white silica / polyamide composite water.
得られたシリカ/ポリアミド複合体を、以下の(1)〜(2)の方法に従って分析し、(3)〜(6)に従って電気化学型表示素子を作製した。 The obtained silica / polyamide composite was analyzed according to the following methods (1) to (2), and an electrochemical display device was produced according to (3) to (6).
(1)無機化合物含有率(灰分)の測定
合成例で得られたシリカ/ポリアミド複合体に含まれる無機化合物の含有率の測定を、以下の方法により行った。
この複合体を絶乾後に精秤し、複合体質量を求め、これを空気中、600℃で3時間焼成し、有機ポリマー成分を完全に焼失させ、焼成後の質量を測定し灰分質量(=無機化合物質量)とした。これらの値から下式により無機化合物含有率を算出した。
無機化合物含有率(質量%)=(灰分質量/複合体質量)×100
この複合体中に含まれ、600℃焼成によっても除かれないのはシリカのみであるため、この測定により得られた値を無機化合物含有率をと定義した。本測定での無機化合物含有率は60質量%であった。
(1) Measurement of inorganic compound content (ash content) The content of the inorganic compound contained in the silica / polyamide composite obtained in the synthesis example was measured by the following method.
The composite was precisely dried and then weighed precisely to determine the mass of the complex. This was calcined in air at 600 ° C. for 3 hours to completely burn off the organic polymer component, and the mass after calcination was measured to determine the mass of ash (= Inorganic compound mass). From these values, the inorganic compound content was calculated according to the following formula.
Inorganic compound content (mass%) = (ash content / composite mass) × 100
Since only silica is contained in this composite and is not removed by baking at 600 ° C., the value obtained by this measurement is defined as the inorganic compound content. The inorganic compound content in this measurement was 60% by mass.
(2)シリカ/ポリアミド複合体中の無機化合物の平均粒子径測定および分散状態の観察
シリカ/ポリアミド複合体を170℃、20MPa/cm2の条件で2時間熱プレスを行い、厚さ約1mmのシリカ/ポリアミド複合体からなる薄片を得た。これをマイクロトームを用いて厚さ75nmの超薄切片とした。得られた切片を、日本電子社製透過型電子顕微鏡「JEM−200CX」にて100000倍の倍率で観察した。無機化合物は暗色の像として、明るい有機ポリマー中に微分散しているのが観察された。
(2) Measurement of average particle diameter of inorganic compound in silica / polyamide composite and observation of dispersion state The silica / polyamide composite was hot-pressed under conditions of 170 ° C. and 20 MPa / cm 2 for 2 hours to obtain a thickness of about 1 mm. A flake consisting of a silica / polyamide composite was obtained. This was made into an ultrathin section having a thickness of 75 nm using a microtome. The obtained sections were observed at a magnification of 100,000 with a transmission electron microscope “JEM-200CX” manufactured by JEOL Ltd. It was observed that the inorganic compound was finely dispersed in the bright organic polymer as a dark image.
次いで、100個の無機化合物微粒子の粒径を測定し、その平均値を無機化合物平均粒子径とした。このシリカ/ポリアミド複合体では、平均粒子径約10nmの球状のシリカが網目状、すなわち3次元的にネットワークを形成し、ポリアミド中に微分散しているのが観察された。 Subsequently, the particle diameter of 100 inorganic compound fine particles was measured, and the average value was defined as the inorganic compound average particle diameter. In this silica / polyamide composite, spherical silica having an average particle diameter of about 10 nm was observed to form a network, that is, to form a three-dimensional network and to be finely dispersed in the polyamide.
(3)電気化学型表示素子作製用の分散液の作製
(3−1)ケーキシートの洗浄と固形分率の測定
得られたシリカ/ポリアミド複合体のケーキシート約10部を、100部の超純水中に分散し、減圧濾過をする工程をそれぞれ3回繰り返すことにより洗浄処理を行い、超純水を含んだケーキシートを得た。
このケーキシートの質量(湿潤質量)測定後、150℃で2時間乾燥させ、乾燥質量を測定した。これらの数値より、ケーキシートの固形分率を下式により算出したところ、得られたケーキシートの固形分率は8.5質量%であった。
固形分率(質量%)=(乾燥質量/湿潤質量)×100
(3) Preparation of dispersion for preparing electrochemical display element (3-1) Cleaning of cake sheet and measurement of solid content About 10 parts of cake sheet of the obtained silica / polyamide composite was added to more than 100 parts. A washing process was performed by repeating the steps of dispersing in pure water and filtering under reduced pressure three times to obtain a cake sheet containing ultrapure water.
After measuring the mass (wet mass) of this cake sheet, it was dried at 150 ° C. for 2 hours, and the dry mass was measured. From these numerical values, when the solid content rate of the cake sheet was calculated by the following equation, the solid content rate of the obtained cake sheet was 8.5% by mass.
Solid fraction (mass%) = (dry mass / wet mass) × 100
(3−2)シリカ/ポリアミド有機無機複合体が電解液中に分散した分散液の作製
溶媒として超純水669部に、消発色剤としてオキシ過塩素酸ビスマスを12.8部、支持電解質として過塩素酸の60質量%溶液を2.48部、酸化還元促進剤としてヒドロキノン6.93部を、室温で攪拌して溶解させ、均質無色透明な電解液を調製した。
この電解液に、(3−1)の操作によって得られたケーキシート88.4部を入れ攪拌分散させることにより、電解液中にシリカ/ポリアミド有機無機複合体が均一に分散した分散液(スラリー)を得た。
(3-2) Preparation of dispersion in which silica / polyamide organic / inorganic composite is dispersed in electrolyte solution 669 parts of ultrapure water as a solvent, 12.8 parts of bismuth oxyperchlorate as a decoloring agent, and a supporting electrolyte 2.48 parts of a 60% by mass solution of perchloric acid and 6.93 parts of hydroquinone as a redox accelerator were dissolved by stirring at room temperature to prepare a homogeneous, colorless and transparent electrolytic solution.
A dispersion (slurry) in which the silica / polyamide organic-inorganic composite is uniformly dispersed in the electrolytic solution by adding 88.4 parts of the cake sheet obtained by the operation of (3-1) to this electrolytic solution and dispersing by stirring. )
(4)イオン伝導体(P)の作製(電解液を含有したシリカ/ポリアミド有機無機複合体ウエットケーキシートの作製)
(3−2)で用いた分散液65gを、濾過瓶上に直径90mmのヌッチェをセットし、その濾過面にテフロン(登録商標)製濾過材であるミリポア社製メンブレンフィルター“デュラポアー”上から注ぎ込み、0.03MPaで減圧したのち、余剰の電解液を除去した後濾過剤を剥離することで、電解液を多量に保持した700μm厚の有機無機複合体ウエットケーキシートであるイオン伝導体(P)を得た。
(4) Production of ion conductor (P) (production of silica / polyamide organic-inorganic composite wet cake sheet containing electrolyte)
65 g of the dispersion used in (3-2) was set on a filter bottle with a 90 mm diameter nutchet, and poured onto the filtration surface from above a membrane filter “Durapore” manufactured by Millipore, which is a filter material made of Teflon (registered trademark). After removing the pressure at 0.03 MPa, the excess electrolyte solution is removed, and then the filter medium is peeled off, whereby the ion conductor (P) which is a 700 μm-thick organic-inorganic composite wet cake sheet holding a large amount of the electrolyte solution Got.
(5)電極板湿潤用の液体(Q)の作製
(3−2)中の電解液作製工程と同様な方法で電解液を調製し。これを電極板湿潤用液体(Q)とした。
(5) Preparation of electrode plate wetting liquid (Q) An electrolyte solution was prepared in the same manner as the electrolyte solution preparation step in (3-2). This was designated as electrode plate wetting liquid (Q).
(6)電極板及び電極
本発明の表示素子には700μm厚のガラス基板上にITO電極(株式会社イーエッチシー製、表面抵抗10Ω/□)を有する透明電極基板を6cm角に切断して用いた。
(6) Electrode plate and electrode For the display element of the present invention, a transparent electrode substrate having an ITO electrode (manufactured by Eetch Sea Co., Ltd., surface resistance 10 Ω / □) on a 700 μm thick glass substrate is cut into a 6 cm square. It was.
(実施例1:電極板を湿潤させることによる表示素子の作製)
(4)で作製したイオン伝導体(P)を電極板への設置に先立ち4cm×4cmに切断した。引きつづき、(5)で作製した液体(Q)を小型霧吹きにより(6)の透明電極基板(電極板)の電極面側に噴霧した。液体(Q)は該電極上で約1mmΦの多数の液滴として電極板上全域にほぼ均一に分布した。その後テフロン(登録商標)製濾過材を剥離した側をITO電極上に設置した。設置時にはイオン伝導体(P)と電極面の間に少量の気泡が混入したが、イオン伝導体(P)を電極面へ押し付ける操作を行った所、電極上の液体(Q)の液滴がイオン伝導体(P)と電極に挟まれることで電極上で広がり、さらに隣同士の液滴がつながることにより、気泡をイオン伝導体の端面側に移動し完全に除去することで、気泡がまったくない状態で透明電極基板(電極板)上にイオン伝導体(P)が設置されたシートが作製できた。この操作の直後には、透明電極基板(電極板)とイオン伝導体との間の液体(Q)層は、高い液体吸収特性を持つイオン伝導体(P)に吸収され、結果的にイオン伝導体(P)と透明電極とが完全に密着した。
(Example 1: Production of display element by wetting electrode plate)
The ion conductor (P) produced in (4) was cut into 4 cm × 4 cm prior to installation on the electrode plate. Subsequently, the liquid (Q) produced in (5) was sprayed on the electrode surface side of the transparent electrode substrate (electrode plate) in (6) by small spraying. The liquid (Q) was distributed almost uniformly over the entire area of the electrode plate as a large number of droplets of about 1 mmΦ on the electrode. Thereafter, the side from which the Teflon (registered trademark) filter material was peeled was placed on the ITO electrode. At the time of installation, a small amount of air bubbles was mixed between the ion conductor (P) and the electrode surface, but when the ion conductor (P) was pressed against the electrode surface, the liquid (Q) droplet on the electrode By being sandwiched between the ion conductor (P) and the electrode, it spreads on the electrode, and by connecting adjacent droplets, the bubbles are moved to the end face side of the ion conductor and completely removed. A sheet in which the ionic conductor (P) was placed on the transparent electrode substrate (electrode plate) could be produced in the absence. Immediately after this operation, the liquid (Q) layer between the transparent electrode substrate (electrode plate) and the ionic conductor is absorbed by the ionic conductor (P) having high liquid absorption characteristics, resulting in ionic conduction. The body (P) and the transparent electrode were completely adhered.
次に、もう一枚の透明電極基板(電極板)の電極面側にも液体(Q)と噴霧することにより該電極板を湿潤させ、その上に先ほど作製した透明電極上にイオン伝導体(P)が設置されたシートをイオン伝導体側から設置した。このとき、イオン伝導体を挟み込んだ電極板同士に圧を加えることにより、2番目に設置した面側も最初に設置した面側と同様に気泡が完全に除去された。次いで、イオン伝導体(P)の周囲をエポキシ樹脂で封止することにより、約厚さ700μmの電気化学型表示素子(1)を作製した。本表示素子では、テフロン(登録商標)製濾過材を剥離した側のイオン伝導体(P)を視面側として用いる。 Next, the electrode plate is wetted by spraying the liquid (Q) on the electrode surface side of the other transparent electrode substrate (electrode plate), and the ion conductor ( The sheet | seat in which P) was installed was installed from the ion conductor side. At this time, by applying pressure to the electrode plates sandwiching the ionic conductor, the bubbles were completely removed on the second surface side as well as the first surface side. Next, the periphery of the ionic conductor (P) was sealed with an epoxy resin to produce an electrochemical display element (1) having a thickness of about 700 μm. In this display element, the ion conductor (P) on the side from which the Teflon (registered trademark) filter material is peeled is used as the viewing surface side.
(参考例1:電極板を湿潤させない表示素子の作製)
(4)で作製したイオン伝導体(P)を4cm×4cmに切断し、テフロン(登録商標)製濾過材を剥離した側を、実施例1で行った電極板の湿潤操作を行なわずに、透明電極基板(電極板)の透明電極上に設置した。その際に、気泡が電極板をイオン伝導体間に混入したため、イオン伝導体(P)を電極板側に押し付ける操作により電極とイオン伝導体(P)とを密着させる操作を行なったところ、テフロン(登録商標)製濾材を剥離した側であることにより、イオン伝導体(P)面は平滑であったためほとんどの気泡が除くことができたが、3箇所に0.5mm以下の非常に小さい気泡が残存し、これらは最終的に除去できなかった。
続いて電極板上に設置したイオン伝導体(P)上より、対向電極として用いる透明電極を実施例1で行った湿潤処理を行わずに設置した。後から透明電極を設置した側は、電極板の湿潤処理を行わなかったことに加えて、濾過材の無い側(自由表面側)であるためケーキ面が平滑ではないことにより、電極面とケーキ面に気泡が多数混入し気泡の除去ができなかった。本表示素子を電気化学型表示素子(2)と言う。
(Reference Example 1: Production of a display element that does not wet the electrode plate)
The ion conductor (P) produced in (4) was cut into 4 cm × 4 cm, and the side on which the Teflon (registered trademark) filter material was peeled off was not subjected to the wet operation of the electrode plate performed in Example 1. It installed on the transparent electrode of a transparent electrode substrate (electrode board). At that time, since the bubbles mixed the electrode plate between the ion conductors, the operation of pressing the ion conductor (P) against the electrode plate side to make the electrode and the ion conductor (P) closely contact each other. Since the ionic conductor (P) surface was smooth due to the side from which the (registered trademark) filter material was peeled off, most of the bubbles could be removed, but very small bubbles of 0.5 mm or less at three locations. Remained and could not be finally removed.
Subsequently, a transparent electrode used as a counter electrode was placed on the ion conductor (P) placed on the electrode plate without performing the wet treatment performed in Example 1. In addition to the fact that the electrode plate was not wetted on the side where the transparent electrode was installed afterwards, the cake surface was not smooth because it was the side without the filtering material (the free surface side). Many bubbles were mixed on the surface, and the bubbles could not be removed. This display element is referred to as an electrochemical display element (2).
以上の電気化学型表示素子(1)、(2)のそれぞれの電極にリード線を接続したのちファンクションジェネレーターにつなぎ、±1.5V、周期2秒の矩形波を印加したところ、電気化学型表示素子(1)については、電極板が有する電極とイオン伝導体(P)との密着性に優れることより、表示に斑の無い優れた表示特性を示した上に、紙的な質感が良好な特徴を持っていた。 After connecting lead wires to the electrodes of the above electrochemical display elements (1) and (2), they are connected to a function generator, and a rectangular wave with a frequency of ± 1.5 V and a period of 2 seconds is applied. The element (1) has excellent display characteristics with no spots on the display and excellent paper texture due to excellent adhesion between the electrode of the electrode plate and the ion conductor (P). Had characteristics.
一方、表示素子(2)は背面側において、電極とケーキとの密着性が悪かったため、視面側の密着性は比較的良好であったにも係わらず、表示斑が多く良好な表示ができなかった。 On the other hand, the display element (2) has poor adhesion between the electrode and the cake on the back side, so that the display surface has many display spots and good display despite the relatively good adhesion on the viewing surface side. There wasn't.
以上の結果から、本発明によれば、電極板を液体(Q)により湿潤させた後にイオン伝導体(P)を電極板上にを設置することにより、表示斑のない表示特性が良好な電気化学型表示素子を製造できることが確認された。 From the above results, according to the present invention, after the electrode plate is wetted with the liquid (Q), the ion conductor (P) is placed on the electrode plate, so that the display characteristics without display spots are good. It was confirmed that a chemical display element can be manufactured.
1 透明基板
2 対向基板
3 透明電極
4 対向電極
5 イオン伝導体(P)
6 消発色材料層
7 封止材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
6
Claims (4)
The electrochemical type display apparatus using the electrochemical type display element produced with the manufacturing method in any one of Claims 1-3.
Priority Applications (1)
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JP2005053230A JP2006235484A (en) | 2005-02-28 | 2005-02-28 | Method for manufacturing electrochemical display device, and electrochemical display apparatus using the display device |
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US7782518B2 (en) | 2007-12-28 | 2010-08-24 | Fujifilm Corporation | Electrodeposition method light modulating device, electrodeposition method reflective display device, and method of manufacturing transparent electrode for an electrodeposition method |
JP2011048324A (en) * | 2009-07-29 | 2011-03-10 | Seiko Epson Corp | Sealing method of sealing dispersion liquid containing electrophoretic particles, and electrophoretic display |
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2005
- 2005-02-28 JP JP2005053230A patent/JP2006235484A/en active Pending
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