電化學像素器件制造技術

本發明專利技術提供一種像素器件，其包括：（Ａ）電化學晶體管器件，其包括：源極接點；漏極接點；至少一個門電極；分布在源極接點和漏極接點之間且與之直接電接觸的電化學有源元件，電化學有源元件包括晶體管溝道，并且是一種包括能夠通過改變其氧化還原態電化學地變化其電導率的有機材料的材料；與電化學有源元件和門電極直接電接觸且插入二者之間的固化電解質，以防止電化學有源元件和所述門電極之間的電子流動；其中，利用在所述門電極上施加的電壓可以控制源極接點和漏極接點之間的電子流動，和（Ｂ）電致變色器件，其包括：電致變色元件，該元件包括（ｉ）在至少一種氧化態下能夠導電的材料和（ｉｉ）電致變色材料，其中，所述材料（ｉ）和（ｉｉ）可以相同或不同；和所述電致變色元件直接電接觸的固化電解質層；和兩個用于在其間施加電壓的電極；每一個所述電極都與選自所述電解質層和所述電致變色元件的部件直接電接觸，在該像素器件中，電化學晶體管器件Ａ的所述源極接點和漏極接點中的一個與電致變色器件Ｂ中的一個電極電接觸。本發明專利技術還提供了這些電化學像素器件的矩陣和加入這些矩陣的像素化顯示器。本發明專利技術還提供一種生產電化學像素器件的方法。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及電化學器件，特別是基于導電有機材料和電致變色(electrochemical)材料的可打印的電化學像素器件(electrochemical pixeldevices)。本專利技術還涉及電化學像素器件的生產方法和電化學像素器件的矩陣(matrices)。
技術介紹
既是聚合物又是分子的半導體和導體有機材料已成功地應用在很多電子器件如電化學器件中，例如在智能窗戶和聚合物電池中作為動態著色劑(dynamic colorants)。涉及可逆摻雜和去摻雜的流動離子使材料在不同的氧化還原態之間轉換。半導體聚合物已經用于實現場效應晶體管(FET)器件。這些器件的晶體管溝道(transistor channel)包括所述的半導體聚合物，它們的功能是基于由外加電場所導致的半導體聚合物中載荷子(charge carrier)特征的變化。在這樣的晶體管中，用聚合物作為傳統半導體，因為電場只是將電荷在聚合物材料內進行再次分布。這樣的一種晶體管已經得以實現，其適合小型化，且可用于生產全部由聚合物材料組成的集成電路(PCT公開文本WO99/10939)。其中描述了一堆夾層，其具有頂門(top-gate)或底門(bottom-gate)結構。歐洲專利申請EP1041653中描述了一種具有類似結構的晶體管器件，也用聚合物作為晶體管溝道中的半導體材料。另一種基于有機材料的晶體管器件利用有機材料中的電化學氧化還原反應。這些器件包括電解質和能夠在氧化和還原態之間轉換的導電聚合物(conducting polymer)。其中的一個氧化態對應于材料中低的，優選是零的電導率，而其它氧化態對應于相對于第一個狀態的高電導率。電化學晶體管器件已用作傳感器，如用于探測溶液中的氧化劑(參見Baughman和Shacklette的綜述，Proceedings of the Sixth Europhysics Industrial Workshop(1990)，47-61頁)。Rani等人在J Solid State Electrochem(1998)，第2卷，99-101頁中報導了電化學類晶體管。該現有技術中的門電極(gate electrode)結構示于該文獻的圖1中。電化學材料由于電化學還原和/或氧化反應而具有變色或改變光密度的性能。電化學材料要么作為固體存在，要么在電解質溶液中作為分子、中性或離子類物質存在。這些材料已經被用于生產電致變色電池，其中，電荷的移動導致材料內顏色的變化。電致變色電池用在不同種類的電致變色器件中，這些器件主要可分為兩類。這兩種的不同點主要在于電致變色電池的部件的布置。第一類電致變色器件利用了夾層結構，其應用領域的例子有汽車窗、建筑物的窗戶、太陽鏡、大廣告牌、反射率可變的鏡子、遮陽蓬頂等。在這類電致變色器件中，電致發光材料和電解質的連續層(及其它層，如蓄離子材料(ion reservoir material)層)限定在兩個電極之間，這兩個電極將電致發光材料和電解質的所有層完全覆蓋。對于將要應用的電致變色器件來說，至少一個所述電極必須是透明的，使光線能夠穿過該器件。現有技術通過使用如摻銦的氧化錫(ITO)、二氧化錫或摻氟的二氧化錫的電極材料來滿足這一要求的。這些用途中使用的電致變色材料是變化的，但是一般還是基于重金屬氧化物如WO3或導電聚合物如聚苯胺或聚吡咯。導電的電致變色聚合物聚(3，4-亞乙基二氧噻吩)(PEDOT)引起眾多關注，摻入這種聚合物的夾層器件已經實現。第二類電致變色器件的目的是提供一種在撓性支承體(flexible support)上實現的可電力更新(electrically updateable)的顯示器，US 5754329描述了這樣的一種顯示器，其中，電致變色器件的電極置于一個平面上，在同一平面上與電致變色材料層接觸，以在電致變色材料和電極的界面處產生局部彩色效應(local colour effects)。US 5877888對這種器件進行了進一步開發，其中描述了一種兩面顯示器。但是，變色器件的元件層的布置類似于US 5754329中器件的布置，考慮到顯示器支承體(support)一側上的電極只與電致變色材料接觸，電致變色效應的產生限定在電極區域內。這些器件中使用的電致變色材料詳述于US5812300。像素顯示器的有效尋址(active addressing)例如描述在Firester AH，“Active Matrix Technology”，第5章“Flat-Panel Display Technologies”，Tannas，Glenn，Doane等人編輯，1995(ISBN 0-8155-1387-9)中。US6157356、6023259和6072517對該領域的現有技術進行了進一步發展。例如，Philips和Cambridge Display Technology(CDT)已經實現了有源矩陣(active matrix)驅動的OLED顯示器(有機發光顯示器)。與上述晶體管相關聯同樣要注意的是，當使用聚合物材料時，所有這些領域中使用的晶體管都用聚合物材料作為傳統半導體。上述現有技術的顯示器中的像素矩陣所存在的問題包括它們難以生產且成本昂貴。具體來說還沒有公開能夠真正地進行大規模生產的電化學像素器件。另外，現有技術的器件中的像素元件的實際應用受它們較高的能量消耗所制約。現有技術的器件中使用的材料還受到不環保、加工性及經濟生產可能性的困擾。因此目前需要一種新的改善的像素器件，能夠加入用在顯示器中的矩陣中。專利技術概述本專利技術的一個目的是滿足這一需要，開發電化學像素器件領域，提供一種加工、生產、處理和其它性能都優于現有技術的器件。本專利技術的另一個目的是提供一種用傳統印刷法能夠沉積在很多種不同的剛性或撓性基底上的電化學像素器件。本專利技術的另一個目的是提供一種環境安全的電化學像素器件，使器件及器件沉積在其上的任何支承體的處理都不會產生處理問題，從而不會因為安全而限制該器件的應用。本專利技術的另一個目的是提供一種有效尋址的矩陣顯示器，其適用性強且易于設計，能夠產生良好的圖像質量。本專利技術的另一個目的是利用這些導電有機材料幾種不同性能的組合尋找這些材料新的可能應用的領域。本專利技術的另一個目的是提供該器件的生產方法，這些方法使用公知的傳統印刷法或其它沉積技術，這些方法成本較低，且易于放大生產。本專利技術按照獨立權利要求定義的專利技術可以實現上述目的。本專利技術的具體實施方案定義在從屬權利要求中。另外，從下面的詳述部分可以明白本專利技術的其它優點和特征。因此，本專利技術提供一種電化學像素器件，其包括下述部件(A)電化學晶體管器件，其包括源極接點(source contact)；漏極接點(draincontact)；至少一個門電極(gate electrode)；布置在源極接點和漏極接點之間且與之直接電接觸的電化學有源元件(electrochemically active element)，電化學有源元件包括晶體管溝道(transistor channel)，并且是一種包括能夠通過改變其氧化還原態電化學地變化其電導率的有機材料的材料；與電化學有源元件和所述至少一個門電極直接電接觸且插入二者之間的固化電解質，以防止電化學有源元本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種像素器件，其包括下述部件：　　　　（Ａ）電化學晶體管器件，其包括：源極接點；漏極接點；至少一個門電極；布置在源極接點和漏極接點之間且與之直接電接觸的電化學有源元件，電化學有源元件包括晶體管溝道，并且是一種包括能夠通過改變其氧化還原態電化學地改變其電導率的有機材料的材料；與電化學有源元件和所述至少一個門電極直接電接觸且插入二者之間的固化電解質，以防止電化學有源元件和所述門電極之間的電子流動；由此，利用在所述門電極上施加的電壓能夠控制源極接點和漏極接點之間的電子流動，和　　　　（Ｂ）電致變色器件，其包括：至少一個電致變色元件，該元件包括（ｉ）至少一種在至少一種氧化態下能夠導電的材料和（ｉｉ）至少一種電致變色材料，其中，所述材料（ｉ）和（ｉｉ）可以相同或不同；至少一層和所述電致變色元件直接電接觸的固化電解質層；和至少兩個適用于在其間施加電壓的電極；每一個所述電極都與選自所述電解質層和所述電致變色元件的部件直接電接觸；　　　　在該像素器件中，電化學晶體管器件Ａ的所述源極接點和漏極接點中的一個與電致變色器件Ｂ中的一個電極電接觸。

【技術特征摘要】
SE 2001-3-7 0100747-5;SE 2001-3-7 0100748-3;US 2001.一種像素器件，其包括下述部件(A)電化學晶體管器件，其包括源極接點；漏極接點；至少一個門電極；布置在源極接點和漏極接點之間且與之直接電接觸的電化學有源元件，電化學有源元件包括晶體管溝道，并且是一種包括能夠通過改變其氧化還原態電化學地改變其電導率的有機材料的材料；與電化學有源元件和所述至少一個門電極直接電接觸且插入二者之間的固化電解質，以防止電化學有源元件和所述門電極之間的電子流動；由此，利用在所述門電極上施加的電壓能夠控制源極接點和漏極接點之間的電子流動，和(B)電致變色器件，其包括至少一個電致變色元件，該元件包括(i)至少一種在至少一種氧化態下能夠導電的材料和(ii)至少一種電致變色材料，其中，所述材料(i)和(ii)可以相同或不同；至少一層和所述電致變色元件直接電接觸的固化電解質層；和至少兩個適用于在其間施加電壓的電極；每一個所述電極都與選自所述電解質層和所述電致變色元件的部件直接電接觸；在該像素器件中，電化學晶體管器件A的所述源極接點和漏極接點中的一個與電致變色器件B中的一個電極電接觸。2.根據權利要求1的電化學像素器件，其中，電化學晶體管器件A的源極接點與電致變色器件B中的一個電極電接觸。3.根據權利要求1的電化學像素器件，其中，電化學晶體管器件A的漏極接點與電致變色器件B中的一個電極電接觸。4.根據任一上述權利要求的電化學像素器件，其中，電化學晶體管器件A的所述源極接點和漏極接點、門電極和電化學有源元件都布置在一個共同平面上。5.根據權利要求4的電化學像素器件，其中，在電化學晶體管器件A中，連續或斷續的固化電解質層覆蓋電化學有源元件且至少部分覆蓋所述的門電極。6.根據任一上述權利要求的電化學像素器件，其中，在電化學晶體管器件A中，所述的源極接點和漏極接點和門電極中的至少一個用與電化學有源元件相同的材料制成。7.根據權利要求6的電化學像素器件，其中，在電化學晶體管器件A中，所述的源極接點和漏極接點和門電極都用與電化學有源元件相同的材料制成。8.根據權利要求6或7的電化學像素器件，其中，在電化學晶體管器件A中，源極接點和漏極接點和電化學有源元件均由一個包括有機材料的所述材料的連續片形成。9.根據任一上述權利要求的電化學像素器件，其中，在電致變色器件B中，電極是用與電致變色元件相同的材料制成的。10.根據任一上述權利要求的電化學像素器件，其中，電化學晶體管器件A的源極接點和漏極接點、電化學有源元件和門電極及電致變色器件B的電致變色元件和電極都是用相同的材料制成的。11.根據任一上述權利要求的電化學像素器件，其中，在電化學晶體管器件A中，有機材料是聚合物。12.根據任一上述權利要求的電化學像素器件，其中，在電致變色器件B中，電致變色材料包括電致變色聚合物。13.根據權利要求11或12的電化學像素器件，其中，電化學晶體管器件A中的有機材料是聚合物，且電致變色器件B中的電致變色材料包括電致變色聚合物。14.根據權利要求13的電化學像素器件，其中，電致變色器件B中的電致變色聚合物與電化學晶體管器件A中的聚合物是同一材料。15.根據權利要求11-14中任一項的電化學像素器件，其中，電致變色器件B中存在的所有電致變色聚合物與電化學晶體管器件A中存在的所有聚合物都選自聚噻吩，聚吡咯，聚苯胺，聚異硫茚，聚苯乙烯和其共聚物。16.根據權利要求15的電化學像素器件，其中，電致變色器件B中存在的所有電致變色聚合物與電化學晶體管器件A中存在的所有聚合物都是3，4-二烷氧基噻吩的聚合物或共聚物，其中的兩個烷氧基可以相同或不同或一起表...

【專利技術屬性】
技術研發人員：馬滕阿姆加思，托馬斯庫格勒，馬格努斯伯格倫，湯米雷莫尼恩，戴維尼爾森，卡爾P安德森，
申請(專利權)人：阿克里奧公司，
類型：發明
國別省市：SE[瑞典]