エレクトロクロミック技術は、電流によって色を変えたり、透明にしたりすることができる層です。フォトクロミズムやサーモクロミズムといった他の変色技術に比べ、エレクトロクロミックデバイスは、いつでも希望の透明度になるように完全に制御することができる。この技術は約50年前に発見されましたが、最近になって、主に自動車のバックミラーや飛行機の窓などに使われるエレクトロクロミックガラスとして、実用化されました。
エレクトロクロミックデバイスの大きな潜在市場は、省エネが期待できるスマートウィンドウです。年間排出される温室効果ガスのうち、建築物の占める割合は50％を超え、そのうち冷暖房を含む建築物の運用は30％近くを占めている（出典：2021 Global Status ABC Report）。エレクトロクロミックデバイスを使用すれば、静的な光学特性を持つ他のどのグレージングにも勝る省エネ制御戦略を実現することが可能です。しかし、エレクトロクロミックモジュールが高価であることが普及の大きな課題となっています。
ブリリアントエレクトロクロミック材料
このような市場課題に対し、当社は有機半導体（OSC）を用いてエレクトロクロミックデバイスに特化した製品群を構築する機会を得ました。OSCは修飾が可能なため、インクに配合しやすく、リジッド基板（ガラスなど）やフレキシブル基板（プラスチック、布など）に簡単な印刷技術でコスト効率の良い製造が可能になる。
炭素系であり、染料や顔料のように分子レベルでの修飾が容易なため、当社の製品は色調を調整することができ、競合するどの技術よりも美的で色鮮やかなエレクトロクロミックガラスを作り出すことができる。第一弾として、印刷インキの原色（CMYK：シアン、マゼンタ、イエロー、ブラック）に近い4色の材料を作製しました。それぞれを試験装置でテストしたところ、いずれも5V以下の電圧をかけると色が変化することが確認できました。 マゼンタ素材のデモ機を動画でご覧ください。 すべてのデバイスは完全にヘイズフリーです。
図1：Brilliant Matters社のカラフルなCMYK有機半導体（ガラス上にスピンコートで成膜したもの）
すべての製品がトルエンやキシレンなどの溶剤に等しく溶解するため、スロットダイ、インクジェット、スプレーコーティングなど、現在のほとんどの成膜技術に対応する液体インクに使用することができます。また、可溶性で粒子を含まないため、ヘイズフリーで均一な層を形成し、厚みを制御することができる。例えば、単色で使用する場合、インクの成膜パラメータやインクの充填量を変えることで膜厚を変化させ、淡い色から非常に強い色まで変化させることができます。
図2：当社マゼンタ色の厚みによる色調調整例（ガラスにスピンコートで成膜したもの）
また、この可溶性インクの利点は、材料を混ぜ合わせることで、元の色から別の色を作ることができる点にもあります。例えば、イエローとマゼンタを混ぜてオレンジ色のエレクトロクロミックデバイスを作るなど、材料を混ぜて新しい色を作る実験をしました。このとき、材料が1層であっても、それぞれのスイッチング電圧で別々に色が変わるという特異な挙動を示しました。この場合、オレンジ→イエロー→ライトブルー（透過状態）と徐々に変化していく様子が観察される。これは、マゼンタの材料がイエローの材料よりも低い電圧で色を切り替えるためで、製造プロセスを複雑にすることなく、必要に応じて1つのデバイスで複数の色を切り替えることができます。. (動画を見る).
図3：当社マゼンタ色から様々な厚みでカラーチューニングした例
さらに重要なことは、基本的な材料のセットから非常に幅広い色を実現できる可能性が出てきたことです。材料の光学特性、つまり光吸収スペクトルや吸収係数を測定することで、材料をブレンドして希望の色を実現するための予測ツールを作ることができるのです。このように、通常のインクのように予測的に色を混ぜ合わせることができるため、インクジェット印刷などで複雑なグラフィックデザインを印刷したエレクトロクロミックデバイスを実現する上で重要な鍵となります。
この材料は、500サイクルの間、デバイスの可視光透過率にわずかな変化しか観測されなかったことから、デバイスにおいて良好な堅牢性を示している。しかし、現段階で作成したデバイスは最適化されておらず、電解液や電極の選択、汚染物質の管理などが、エレクトロクロミックデバイスの耐久性に大きな影響を与える可能性がある。現在進行中の技術開発、および戦略的パートナーシップにより、私たちの材料を用いたモジュールの低コスト化、および10000サイクル以上の色変化という最先端の耐久性を達成することができると考えています。 足が向く 有機エレクトロクロミックデバイスの研究開発で
表1. マゼンタ色の最適化されていないエレクトロクロミック試験デバイスの1～500回の電圧サイクル試験後の平均視感度透過率
まとめと展望
結論として、Brilliant Matters はカラフルなエレクトロクロミックデバイスを製造するためのユニークな材料セットを開発しました。私たちが製品に対して実証している主な特徴は以下の通りです。
- CMYKカラーでカラフルな有機エレクトロクロミック材料。
- ブレンドすることで、予測可能な新しい色を作り出すことができます。
- すべての材料は、ヘイズフリーフィルムを形成する流動性インクに加工可能です。
- 着色状態から脱色状態への可逆的なサイクルを実証。
- スロットダイ、インクジェット、スプレーコーティングに対応したフルイドインク製剤を形成します。
この製品群を使用することで、スマートウィンドウだけでなく、自動車、スマートラベル、IoT、広告などのアプリケーションで美観を向上させることができます。Brilliant Mattersは、この製品群から、標準的な印刷機器を使用して完全な機能と堅牢性を備えたモジュールを作成するための、互換性がありすぐに使用できるインクの完全なセットを作成したいと考えています。
会社概要
Brilliant Matters は、新しい持続可能なエレクトロニクス産業を創出する基盤となる新世代半導体を市場に投入するために、情熱的な材料科学者によって2016年に設立されました。当社は、新興のプリンテッドエレクトロニクスに使用される有機エレクトロニクス材料の研究および化学製造会社として運営されており、市場での製品の競争力に決定的な影響を与える重要な材料を開発し、確実に供給する専門パートナーを必要としているお客様を対象としています。当社の材料開発プラットフォームとクリーンな生産技術により、プリンテッド太陽電池、エレクトロクロミックデバイス、SWIRセンサー、マイクロチップなどのアプリケーション向けに、研究開発からパイロットスケールまで、信頼性とカスタマイズ性に優れた半導体を提供しています。
www.brilliantmatters.com [This is automatically translated from English]