２）エレクトロクロミック材料 樋口 昌芳 ナノ有機センター、物質・材料研究機構 １．電子ペーパーに関する国内外 の研究動向 1.1 電子ペーパーとは ２．有機／金属ハイブリッドポリ マーのエレクトロクロミック 機能 省資源・省エネルギーの次世代表示素子として、近年、「電 2.1 有機／金属ハイブリッドポリマー 子ペーパー」の研究が盛んになってきている。薄く、軽く、 有機／金属ハイブリッドポリマーは、有機部位（有機モ フレキシビリティーのある、文字通り「紙のような」表示媒 ジュール）と金属種がナノスケールでハイブリッド化（複合 体であり、将来、新聞や雑誌の代替品として期待されている。 化）したポリマーであり、従来の有機ポリマーにない電子・ 反射型の表示形式のため、液晶やプラズマディスプレーと異 光・磁気・触媒機能の発現が期待されている 2-6）。我々は最近、 なり、画像を表示するためにバックライトを必要としない。 有機モジュールとしてビス（ターピリジル）ベンゼンを用い、 情報入力時以外は、電気なしで使用する 1） 。 金属イオンを錯形成させることで、有機モジュールと金属イ オンが交互に結合したポリマーを開発した（図１）7-15）。こ 1.2 駆動方式 のポリマーは、金属イオンから有機モジュールへの電荷移動 「電子ペーパー」の駆動方法には、現在、マイクロカプセ 吸収に基づいて紫色に発色する。 ル法や液晶法など複数が提案されているが、それぞれに一長 一短があり決め手に欠けている。また、基本的にモノクロ（白 2.2 エレクトロクロミック機能の特徴 黒）表示であるため、将来、望まれるカラー化に向けて、新 我々は、本ポリマーが優れたエレクトロクロミック特性を しい駆動方式も模索されている。中でも、エレクトロクロミッ 有することを見出した。このポリマーのフィルムに 1.0V vs. ク方式は、電圧を印加することで物質の色が変わる現象（エ Ag/Ag+ の酸化電位を印加すると、にポリマー中の金属イオ レクトロクロミック特性）を利用したものであり、エレクト ンを酸化することで、このポリマーの色が、消失することを ロクロミック物質の選択により、多様な色を表示できる点で、 発見した。逆に、0V の還元電圧を印加するとまた紫色に戻る。 カラー化に適した方式と考えられる。 従来材料と異なり、このエレクトロクロミック現象は、金属 イオンの酸化還元に伴う電荷移動吸収のオン−オフで駆動す 1.3 エレクトロクロミック方式の課題 有機材料におけるエレクトロクロミック現象は、2000 年 にノーベル化学賞を受賞した白川らの研究対象である導電性 ポリマーなどのπ共役系ポリマー全般で広く見られる現象で あり、既に 20 年以上前に盛んに研究が進められていた。し かし、その後ほとんど有機エレクトロクロミック物質を利用 した実用的な応用は進まなかった。その最大の原因は、それ ら有機材料の低い安定性にある。π共役ポリマーのエレクト ロクロミック現象は、電気化学的酸化還元に伴うポリマーの 構造変化（共役の拡大や縮小など）によって生じる。従って、 もともとのポリマーが熱や光に対し安定でも、それを電気化 学的に酸化した構造が不安定であれば、エレクトロクロミッ ク変化の繰り返し駆動の長期安定性は不十分となる。エレク トロクロミック方式の電子ペーパーは、他の方式にない色の 多彩さや鮮やかさを有しながら、以上の理由により、実用化 研究はそれほど進んでいなかった。 図１ 有機／金属ハイブリッドポリマーの模式図 94 材料と全面代替戦略 ∼NIMSにおける取り組みからその可能性を探る∼ るため、有機モジュールの構造変化を伴わない。実際、本ポ リアルとなることは間違いない。 リマーは、従来の有機エレクトロクロミック物質にはない極 めて高い繰り返し駆動の安定性を示した。 また、電荷移動吸収のバンドギャップを変えれば色が変化 する。有機モジュールに電子吸引基や供与基を導入すると、 それらを用いて得たポリマーは青色や緑色となる。さらに、 ２種類の金属を１本のポリマー鎖に導入することも可能であ り、鉄とコバルトを導入したポリマーでは、電位によって、赤、 青、無色の３つの色を単層のポリマーフィルムで表現できる。 引用文献 1）電子ペーパー実用化最前線．エヌティーエス出版、東京、 2005. 2）M. Higuchi, S. Shiki, K. Ariga and K. Yamamoto: J. Am. Chem. Soc. 123（2001）4414. 3）K. Yamamoto, M. Higuchi, S. Shiki, M. Tsuruta and H. Chiba: Nature 415（2002）509. 4）M. Higuchi, M. Tsuruta, H. Chiba, S. Shiki and K. Yamamoto: J. Am. Chem. Soc. 125（2003）9988. ３．元素戦略における本研究の位 置づけ 5）R. Nakajima, M. Tsuruta, M. Higuchi and K. Yamamoto: J. ハイブリッドポリマーのエレクトロクロミック特性は、長 6）H. Kanazawa, M. Higuchi and K. Yamamoto: J. Am. 期間使用に耐える高い安定性以外に、用いる有機モジュール Am. Chem. Soc. 126（2004）1630. Chem. Soc. 127（2005）16404. や金属種を変えるだけで多彩な色を表現できるユニークな特 7）U. Kolb, K. Buscher, C. A. Helm, A. Lindner, A. F. 徴がある。また、最近、発色の吸光係数の増加や、メモリ特 Thunemann, M. Menzel, M. Higuchi and D. G. Kurth: 性の向上など、発色以外のハイブリッドポリマーの物性向上 Proc. Natl. Acad. Sci. USA 103（2006）10202. が、有機モジュールの分子設計により可能となることを明ら 8）M. Higuchi, R. Shomura, Y. Ohtsuka, A. Hayashi, K. かにしつつある。現在、企業と共同で「電子ペーパー」への Yamamoto and D. G. Kurth: Org. Lett. 8（2006）4723. 応用への取り組みを進めている。 鉄などの安価で比較的毒性の少ない金属種と、様々に修飾 した有機モジュールを組み合わせることで簡便に得られる本 材料は、その優れた電気化学的特性を生かして、今回紹介し た「電子ペーパー」への応用に限らず、高エネルギー密度二 9）D. G. Kurth and M. Higuchi: Soft Matter 2（2006）915. 10）M. Higuchi, A. Hayashi and D. G. Kurth: J. Nanosci. Nanotechnol. 6（2006）1533. 11）F. S. Han, M. Higuchi and D. G. Kurth: Org. Lett. 9（2007） 559. 次電池、色素増感型太陽電池、有機エレクトロルミネセンス 12）M. Higuchi and D. G. Kurth: Chem. Rec. 7（2007）203. 素子等への利用も原理的に可能であり、これらについても、 13）F. S. Han, M. Higuchi and D. G. Kurth: Adv. Mater.（2007） 一部、企業と連携した研究をスタートしている。 以上述べてきたように、従来にない機能を有する新材料群 として、今後、有機／金属ハイブリッドポリマーが、情報・ in press. 14）M. Higuchi, Y. Ohtsuka, R. Shomura and D. G. Kurth: Thin Solid Films（2007）in press. エネルギー分野における元素戦略の重要な有機系のキーマテ 第4章 減量・代替への具体的解決 95
© Copyright 2024 Paperzz
