專利名稱：：電化學(xué)像素器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及電化學(xué)器件，特別是基于導(dǎo)電有機(jī)材料和電致變色(electrochemical)材料的可打印的電化學(xué)像素器件(electrochemicalpixeldevices)。本發(fā)明還涉及電化學(xué)像素器件的生產(chǎn)方法和電化學(xué)像素器件的矩陣(matrices)。
背景技術(shù)：
：既是聚合物又是分子的半導(dǎo)體和導(dǎo)體有機(jī)材料已成功地應(yīng)用在很多電子器件如電化學(xué)器件中，例如在智能窗戶和聚合物電池中作為動(dòng)態(tài)著色劑(dynamiccolorants)。涉及可逆摻雜和去摻雜的流動(dòng)離子使材料在不同的氧化還原態(tài)之間轉(zhuǎn)換。半導(dǎo)體聚合物已經(jīng)用于實(shí)現(xiàn)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)器件。這些器件的晶體管溝道(transistorchannel)包括所述的半導(dǎo)體聚合物，它們的功能是基于由外加電場(chǎng)所導(dǎo)致的半導(dǎo)體聚合物中載荷子(chargecarrier)特征的變化。在這樣的晶體管中，用聚合物作為傳統(tǒng)半導(dǎo)體，因?yàn)殡妶?chǎng)只是將電荷在聚合物材料內(nèi)進(jìn)行再次分布。這樣的一種晶體管已經(jīng)得以實(shí)現(xiàn)，其適合小型化，且可用于生產(chǎn)全部由聚合物材料組成的集成電路(PCT公開文本W(wǎng)O99/10939)。其中描述了一堆夾層，其具有頂門(top-gate)或底門(bottom-gate)結(jié)構(gòu)。歐洲專利申請(qǐng)EP1041653中描述了一種具有類似結(jié)構(gòu)的晶體管器件，也用聚合物作為晶體管溝道中的半導(dǎo)體材料。另一種基于有機(jī)材料的晶體管器件利用有機(jī)材料中的電化學(xué)氧化還原反應(yīng)。這些器件包括電解質(zhì)和能夠在氧化和還原態(tài)之間轉(zhuǎn)換的導(dǎo)電聚合物(conductingpolymer)。其中的一個(gè)氧化態(tài)對(duì)應(yīng)于材料中低的，優(yōu)選是零的電導(dǎo)率，而其它氧化態(tài)對(duì)應(yīng)于相對(duì)于第一個(gè)狀態(tài)的高電導(dǎo)率。電化學(xué)晶體管器件已用作傳感器，如用于探測(cè)溶液中的氧化劑(參見Baughman和Shacklette的綜述，ProceedingsoftheSixthEurophysicsIndustrialWorkshop(1990)，47-61頁)。Rani等人在JSolidStateElectrochem(1998)，第2卷，99-101頁中報(bào)導(dǎo)了電化學(xué)類晶體管。該現(xiàn)有技術(shù)中的門電極(gateelectrode)結(jié)構(gòu)示于該文獻(xiàn)的圖1中。電化學(xué)材料由于電化學(xué)還原和/或氧化反應(yīng)而具有變色或改變光密度的性能。電化學(xué)材料要么作為固體存在，要么在電解質(zhì)溶液中作為分子、中性或離子類物質(zhì)存在。這些材料已經(jīng)被用于生產(chǎn)電致變色電池，其中，電荷的移動(dòng)導(dǎo)致材料內(nèi)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(diǎn)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(jié)構(gòu)，其應(yīng)用領(lǐng)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?shù)?。在這類電致變色器件中，電致發(fā)光材料和電解質(zhì)的連續(xù)層(及其它層，如蓄離子材料(ionreservoirmaterial)層)限定在兩個(gè)電極之間，這兩個(gè)電極將電致發(fā)光材料和電解質(zhì)的所有層完全覆蓋。對(duì)于將要應(yīng)用的電致變色器件來說，至少一個(gè)所述電極必須是透明的，使光線能夠穿過該器件?，F(xiàn)有技術(shù)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?qū)щ娋酆衔锶缇郾桨坊蚓圻量?。?dǎo)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(guān)注，摻入這種聚合物的夾層器件已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。第二類電致變色器件的目的是提供一種在撓性支承體(flexiblesupport)上實(shí)現(xiàn)的可電力更新(electricallyupdateable)的顯示器，US5754329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(gè)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(chǎn)生局部彩色效應(yīng)(localcoloureffects)。US5877888對(duì)這種器件進(jìn)行了進(jìn)一步開發(fā)，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US5754329中器件的布置，考慮到顯示器支承體(support)一側(cè)上的電極只與電致變色材料接觸，電致變色效應(yīng)的產(chǎn)生限定在電極區(qū)域內(nèi)。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(activeaddressing)例如描述在FiresterAH，“ActiveMatrixTechnology”，第5章“Flat-PanelDisplayTechnologies”，Tannas，Glenn，Doane等人編輯，1995(ISBN0-8155-1387-9)中。US6157356、6023259和6072517對(duì)該領(lǐng)域的現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行了進(jìn)一步發(fā)展。例如，Philips和CambridgeDisplayTechnology(CDT)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了有源矩陣(activematrix)驅(qū)動(dòng)的OLED顯示器(有機(jī)發(fā)光顯示器)。與上述晶體管相關(guān)聯(lián)同樣要注意的是，當(dāng)使用聚合物材料時(shí)，所有這些領(lǐng)域中使用的晶體管都用聚合物材料作為傳統(tǒng)半導(dǎo)體。上述現(xiàn)有技術(shù)的顯示器中的像素矩陣所存在的問題包括它們難以生產(chǎn)且成本昂貴。具體來說還沒有公開能夠真正地進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)的電化學(xué)像素器件。另外，現(xiàn)有技術(shù)的器件中的像素元件的實(shí)際應(yīng)用受它們較高的能量消耗所制約?，F(xiàn)有技術(shù)的器件中使用的材料還受到不環(huán)保、加工性及經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)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。發(fā)明概述本發(fā)明的一個(gè)目的是滿足這一需要，開發(fā)電化學(xué)像素器件領(lǐng)域，提供一種加工、生產(chǎn)、處理和其它性能都優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的器件。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種用傳統(tǒng)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(xué)像素器件。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種環(huán)境安全的電化學(xué)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(huì)產(chǎn)生處理問題，從而不會(huì)因?yàn)榘踩拗圃撈骷膽?yīng)用。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種有效尋址的矩陣顯示器，其適用性強(qiáng)且易于設(shè)計(jì)，能夠產(chǎn)生良好的圖像質(zhì)量。本發(fā)明的另一個(gè)目的是利用這些導(dǎo)電有機(jī)材料幾種不同性能的組合尋找這些材料新的可能應(yīng)用的領(lǐng)域。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供該器件的生產(chǎn)方法，這些方法使用公知的傳統(tǒng)印刷法或其它沉積技術(shù)，這些方法成本較低，且易于放大生產(chǎn)。本發(fā)明按照獨(dú)立權(quán)利要求定義的發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)上述目的。本發(fā)明的具體實(shí)施方案定義在從屬權(quán)利要求中。另外，從下面的詳述部分可以明白本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)和特征。因此，本發(fā)明提供一種電化學(xué)像素器件，其包括下述部件(A)電化學(xué)晶體管器件，其包括源極接點(diǎn)(sourcecontact)；漏極接點(diǎn)(draincontact)；至少一個(gè)門電極(gateelectrode)；布置在源極接點(diǎn)和漏極接點(diǎn)之間且與之直接電接觸的電化學(xué)有源元件(electrochemicallyactiveelement)，電化學(xué)有源元件包括晶體管溝道(transistorchannel)，并且是一種包括能夠通過改變其氧化還原態(tài)電化學(xué)地變化其電導(dǎo)率的有機(jī)材料的材料；與電化學(xué)有源元件和所述至少一個(gè)門電極直接電接觸且插入二者之間的固化電解質(zhì)，以防止電化學(xué)有源元件和所述門電極之間的電子流動(dòng)；其中，利用在所述門電極上施加的電壓能夠控制源極接點(diǎn)和漏極接點(diǎn)之間的電子流動(dòng)，和(B)電致變色器件(electrochromicdevice)，其包括至少一個(gè)電致變色元件，該元件包括(i)至少一種在至少一種氧化態(tài)下能夠?qū)щ姷牟牧虾?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(zhì)；和至少兩個(gè)用于在其間施加電壓的電極；每一個(gè)所述電極都與選自所述電解質(zhì)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(xué)晶體管器件A的所述源極接點(diǎn)和漏極接點(diǎn)中的一個(gè)與電致變色器件B中的一個(gè)電極電接觸。因此，本發(fā)明基于下述發(fā)現(xiàn)包括晶體管和彩色元件組合的所謂“智能像素”(“smartpixel”)可以用上述新部件組配。根據(jù)電化學(xué)晶體管器件A和電致變色器件B中使用的精密材料的電化學(xué)性能，電致變色器件B可以和電化學(xué)晶體管器件A的源極接點(diǎn)和漏極接點(diǎn)中的一個(gè)連接。該電化學(xué)像素器件的優(yōu)點(diǎn)在于通過控制電化學(xué)晶體管器件A的門電壓可以調(diào)制用于使電致變色元件變色或脫色的電致變色器件B的外加電壓。本發(fā)明的電化學(xué)像素器件的這種有益性能使其適用于建構(gòu)這些像素的矩陣裝配(matrixassemblies)。因此，本發(fā)明的電化學(xué)像素器件可用于形成可以本領(lǐng)域公知方式有效尋址的矩陣。電化學(xué)晶體管器件A本發(fā)明的電化學(xué)像素器件中的電化學(xué)晶體管器件A的結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于可以實(shí)現(xiàn)只有幾層的層狀晶體管器件，例如有一個(gè)有圖案的包括有機(jī)導(dǎo)電材料的材料層，該層包括源極接點(diǎn)、漏極接點(diǎn)、門電極和電化學(xué)有源元件。優(yōu)選用所述材料的一個(gè)連續(xù)片形成源極接點(diǎn)、漏極接點(diǎn)和電化學(xué)有源元件。也可以用和電化學(xué)有源元件直接電接觸的另一種導(dǎo)電材料形成源極接點(diǎn)和漏極接點(diǎn)。門電極也可以是另一種導(dǎo)電材料。為了產(chǎn)生必要的電化學(xué)反應(yīng)，從而改變有源元件中的電導(dǎo)率，布置固化電解質(zhì)，因此使其與有源元件和門電極都直接電接觸。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，源極接點(diǎn)、漏極接點(diǎn)、門電極和電化學(xué)有源元件都分布在一個(gè)共同平面上，而且可以用常規(guī)印刷法進(jìn)一步簡(jiǎn)化該器件的生產(chǎn)過程。因此，本發(fā)明的該實(shí)施方案的電化學(xué)器件使用側(cè)向器件結(jié)構(gòu)。固化電解質(zhì)層可有利地沉積，使其覆蓋，至少部分覆蓋門電極和電化學(xué)有源元件。該固化電解質(zhì)層可以是連續(xù)或斷續(xù)的，這部分取決于要在其上實(shí)現(xiàn)的兩種主要晶體管結(jié)構(gòu)(參見下面的部分)。本發(fā)明的電化學(xué)像素器件中的電化學(xué)晶體管器件A可以控制源極接點(diǎn)和漏極接點(diǎn)之間的電子流動(dòng)，從而能夠控制通過電致變色器件B的電致變色元件的電流。通過改變其中的有機(jī)材料的氧化還原態(tài)可以變化電化學(xué)有源元件的晶體管溝道的電導(dǎo)率。這可以通過在門電極上施加電壓，在電解質(zhì)中產(chǎn)生電場(chǎng)實(shí)現(xiàn)。在電解質(zhì)和電化學(xué)有源元件的接觸區(qū)域中發(fā)生電化學(xué)氧化還原反應(yīng)，這將改變有機(jī)材料的電導(dǎo)率。所述氧化還原反應(yīng)的結(jié)果是使晶體管溝道中的有機(jī)材料發(fā)生變化，要么從導(dǎo)電狀態(tài)變化到非導(dǎo)電狀態(tài)，要么從非導(dǎo)電狀態(tài)變化到導(dǎo)電狀態(tài)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員易于理解，與傳統(tǒng)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(fieldeffecttransistor)類似，本發(fā)明的電化學(xué)像素器件中的電化學(xué)晶體管器件A通過使門電極和源極接點(diǎn)或門電極和漏極接點(diǎn)短路易于制成二極管器件。任何結(jié)構(gòu)的這種電化學(xué)晶體管器件A都可以以這種方式用作二極管。根據(jù)導(dǎo)電有機(jī)材料和電解質(zhì)的確切圖案，本發(fā)明的電化學(xué)像素器件中的電化學(xué)晶體管器件A可以是雙穩(wěn)態(tài)(bi-stable)或動(dòng)態(tài)(dynamic)。在雙穩(wěn)態(tài)晶體管實(shí)施方案中，門電極的外加電壓導(dǎo)致晶體管溝道內(nèi)的電導(dǎo)率變化，當(dāng)外電路斷開，即除去外加電壓時(shí)，電導(dǎo)率保持不變。外加電壓誘發(fā)的電化學(xué)反應(yīng)不可逆，因?yàn)殡娀瘜W(xué)有源元件和門電極相互不是直接電接觸，而是被電解質(zhì)隔開。在該實(shí)施方案中，只用小的瞬時(shí)門電壓就可以使晶體管溝道在非導(dǎo)電和導(dǎo)電狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。可以使雙穩(wěn)態(tài)晶體管在誘發(fā)的氧化還原態(tài)保持幾天，在最優(yōu)選和最理想的情況下可以無限期保持。因此，雙穩(wěn)態(tài)實(shí)施方案的電化學(xué)晶體管器件A具有記憶功能，因?yàn)樵陂T電極上只施加很短的電壓脈沖即可使晶體管開和關(guān)。即使除去外加電壓后，晶體管也能夠保持在導(dǎo)電或非導(dǎo)電的氧化還原態(tài)。這種雙穩(wěn)態(tài)晶體管的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以接近零功率操作，因?yàn)槭┘釉陂T電極上的短電壓脈沖不需要大于操作相應(yīng)的動(dòng)態(tài)器件所需要的那部分門電壓。在電化學(xué)晶體管器件A的動(dòng)態(tài)實(shí)施方案中，當(dāng)除去門電壓時(shí)，材料的氧化還原態(tài)的變化自然可逆。這種可逆是通過在鄰近電化學(xué)有源元件中的晶體管溝道處設(shè)置氧化還原槽容積(redoxsinkvolume)實(shí)現(xiàn)的。還設(shè)置第二門電極，其布置方式使兩個(gè)門電極的位置在電化學(xué)有源元件的一側(cè)上，一個(gè)更靠近晶體管溝道，另一個(gè)更靠近氧化還原槽容積。兩個(gè)門電極都通過電解質(zhì)與電化學(xué)有源元件隔開。在兩個(gè)門電極之間施加電壓導(dǎo)致電化學(xué)有源元件極化，從而發(fā)生氧化還原反應(yīng)，其中，晶體管溝道中的有機(jī)材料被還原，而氧化還原槽容積中的有機(jī)材料被氧化，反之亦然。因?yàn)榫w管溝道和氧化還原槽容積相互直接電接觸，除去門電極將導(dǎo)致氧化還原反應(yīng)自然逆轉(zhuǎn)，因此晶體管溝道的初始電導(dǎo)率得以重新建立。應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)的是，與現(xiàn)有技術(shù)的電化學(xué)晶體管相反，本發(fā)明該實(shí)施方案所包含的動(dòng)態(tài)晶體管自然恢復(fù)到初始電導(dǎo)率狀態(tài)，而不需要反偏壓(reversingbias)。電致變色器件B本發(fā)明的電化學(xué)像素器件中的電致變色器件B包括和電解質(zhì)直接電接觸的電致變色元件。為了供應(yīng)用于變色(coloring)、脫色電化學(xué)反應(yīng)的載荷子，至少兩個(gè)接有電壓電源(voltagesupply)的電極都和電解質(zhì)或電致變色元件直接電接觸。電極可以用與電致變色元件同樣的材料形成。電極和電致變色元件的直接接觸或通過電解質(zhì)的接觸都可以通過側(cè)向或垂直布置進(jìn)行，這取決于本發(fā)明的電化學(xué)像素器件的設(shè)計(jì)。在一個(gè)實(shí)施方案中，提供電化學(xué)像素器件中的電致變色器件B，其中電極在共用平面中并排布置。這些電極然后形成電極層，這些電極層可用傳統(tǒng)方式沉積在支承體上，可以任何所需的方式形成圖案。當(dāng)使用這種布置的電極時(shí)，與該電解質(zhì)或電致變色元件形成的連接優(yōu)選只用一層所述電解質(zhì)或電致變色元件形成?；蛘撸粋€(gè)電極的位置與電致變色元件側(cè)向關(guān)聯(lián)，而第二個(gè)電極在電致變色元件下面，通過電解質(zhì)與電致變色元件隔開。這種垂直設(shè)計(jì)在電化學(xué)像素器件的結(jié)構(gòu)中是有利的，因?yàn)樵谶@種布置中，除電致變色元件線路外，電致變色器件的幾個(gè)元件對(duì)觀察者來說都可以是隱藏的。電致變色元件在電解質(zhì)和第二個(gè)電極頂部的這種布置在多個(gè)電化學(xué)像素器件的矩陣情況下是特別有利的，該矩陣形成像素顯示器(pixilateddisplay)。這種顯示器的最大部分的可見面由電致變色元件組成的這一事實(shí)產(chǎn)生最高的圖像質(zhì)量和清晰度。而且，電化學(xué)像素器件的矩陣結(jié)構(gòu)用電致變色器件B的這種垂直布置的電極簡(jiǎn)單制成，這是因?yàn)樾枰O(shè)計(jì)的導(dǎo)線相互交叉較少。本發(fā)明的電化學(xué)像素器件的電致變色器件B的這方面設(shè)計(jì)將在下文詳盡探討。在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，電致變色器件B中的電解質(zhì)是連續(xù)層形式，產(chǎn)生動(dòng)態(tài)器件，其中施加的電壓產(chǎn)生顏色變化，一旦除去電壓又恢復(fù)原來的顏色。在本發(fā)明的其它實(shí)施方案提供的電致變色器件中，電解質(zhì)在電極之間形成圖案。從而阻斷離子在該器件內(nèi)的傳導(dǎo)，使得在該器件的電化學(xué)電池上施加的電壓導(dǎo)致氧化還原反應(yīng)，除去電壓時(shí)該反應(yīng)不可逆。因此，利用這些實(shí)施方案的器件的類似儲(chǔ)存器的性能可能實(shí)現(xiàn)狀態(tài)間的雙穩(wěn)態(tài)切換(bi-stableswitching)。在本發(fā)明的一些實(shí)施方案提供的電致變色器件中，包括至少一種其它的電致變色材料來補(bǔ)充在電致變色元件中所述的電致變色材料。這有可能實(shí)現(xiàn)具有不止一種顏色的器件，例如在器件的不同位置處同時(shí)發(fā)生產(chǎn)生顏色的氧化反應(yīng)和產(chǎn)生顏色的還原反應(yīng)。作為更進(jìn)一步的例子，可以設(shè)計(jì)只施加不同的電壓就能在相同的位置產(chǎn)生不同顏色的氧化還原反應(yīng)。在固化電解質(zhì)或電致變色元件內(nèi)還設(shè)置電致變色材料，該電致變色元件例如還包括電致變色氧化還原對(duì)。本發(fā)明的電化學(xué)像素器件內(nèi)的電致變色器件B的實(shí)施方案也可以包括其自身不產(chǎn)生電致變色效應(yīng)的氧化還原活性材料。該材料可以實(shí)現(xiàn)下面兩個(gè)作用中的一個(gè)或全部(i)在一些電致變色器件B的布置中，整個(gè)容量的電致變色元件的電致變色材料在沒有互補(bǔ)的氧化還原反應(yīng)的條件下不能完全氧化或還原；而是，只有部分材料會(huì)分別氧化或還原。因此，添加進(jìn)一步的氧化還原活性材料可能完全氧化或還原電致變色材料。(ii)電致變色材料可以對(duì)太高外加電壓下發(fā)生的過氧化反應(yīng)(over-oxidation)敏感，毀壞電致變色材料，使其失效。該器件中包括的其它氧化還原活性材料可以通過限制電致變色元件中的電極化，使其值低于閾值，以保護(hù)電致變色材料免遭過氧化。在該閾值下，保護(hù)性的其它氧化還原活性材料相反被氧化，保護(hù)該電致變色材料免遭極化，否則將毀壞該電致變色材料。根據(jù)上面所述，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員易于理解的是，合適選擇的具有電致變色效果的氧化還原活性材料可以具有提供互補(bǔ)的產(chǎn)生顏色的反應(yīng)的功能，同時(shí)具有阻止過氧化和能夠使最初的電致變色材料發(fā)生完全還原/氧化的任一個(gè)有益效果或兩個(gè)效果。在本發(fā)明的電化學(xué)像素器件中的電致變色器件B的一些實(shí)施方案中，在電致變色器件中的動(dòng)態(tài)或不同變色效果可以通過使用具有不同離子電導(dǎo)率的不同的固化電解質(zhì)的組合來產(chǎn)生。部分電致變色元件或多個(gè)電致變色元件的某些還可以和該不同的電解質(zhì)直接電接觸。和具有較高離子電導(dǎo)率的電解質(zhì)接觸的電致變色區(qū)域變色或脫色快于和具有較低離子電導(dǎo)率的電解質(zhì)接觸的電致變色區(qū)域，這一點(diǎn)有可能使具有不同變色和脫色速度的圖像元件進(jìn)行不同的組合。如上所述，在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案中，電化學(xué)晶體管器件A的源極接點(diǎn)和漏極接點(diǎn)，電化學(xué)有源元件和門電極都用相同的材料制成。合適地，如果該材料具有電致變色性能，該材料也適用于制成電致變色器件B的電致變色元件，并且，甚至更優(yōu)選的是，也用于制成電致變色器件電極。合適地，鑒于所述材料的各種理想屬性，為不同元件選擇的常見材料是其在至少一個(gè)氧化態(tài)下導(dǎo)電的電致變色聚合物。合適的這些聚合物列舉在下面的“材料”部分。為了成功操作電化學(xué)器件，電化學(xué)晶體管器件A和電致變色器件B都包括固化電解質(zhì)。在A中，電解質(zhì)可能發(fā)生改變晶體管溝道中的電導(dǎo)率的電化學(xué)反應(yīng)，在B中，可能發(fā)生導(dǎo)致電致變色元件中的顏色變化的電化學(xué)反應(yīng)。在A和B中的固化電解質(zhì)可以相同或不同，如下面“材料”部分所定義。鑒于可加工性和易于設(shè)計(jì)性，在A和B中的固化電解質(zhì)優(yōu)選是相同的。本發(fā)明另一方面提供如上所述的電化學(xué)像素器件的矩陣。該電化學(xué)像素器件的有利加工特性使其適合于并入包括多個(gè)簡(jiǎn)單或等同的像素器件的矩陣中，以便形成有效尋址的像素矩陣。對(duì)并入有效尋址矩陣的顯示器領(lǐng)域的技術(shù)人員公知的是，該像素矩陣有可能通過連接到像素的晶體管控制電流流到該像素的變色元件。如果符合本發(fā)明這方面的矩陣由例如三行和三列的本申請(qǐng)所述的新電化學(xué)像素器件組成，則會(huì)有其顏色可以單獨(dú)變化的九種電致變色器件B。也會(huì)有九種電化學(xué)晶體管器件A以控制電流。一行或一列矩陣可以在某個(gè)時(shí)期更新。換句話說，例如兩個(gè)最低行的所有晶體管設(shè)定到“關(guān)”狀態(tài)，因此是非導(dǎo)電狀態(tài)。在最上面一行的晶體管設(shè)定到導(dǎo)電或“開”狀態(tài)，使得在該行的所有電致變色器件的顏色可以獨(dú)立變化。完成第一行顯示器的過程后，第一和第三行的晶體管將會(huì)設(shè)定到其“關(guān)”的狀態(tài)，同時(shí)第二行的晶體管設(shè)定到其“開”的狀態(tài)使得第二行的顯示器可以獨(dú)立更新。在該行更新后通過將一行晶體管設(shè)定到“關(guān)”的狀態(tài)，載入所述電致變色元件中的電荷將會(huì)在那里被俘獲，反過來，這意味著某個(gè)電致變色元件可以在其變化后的顏色狀態(tài)下保持一段時(shí)間。總之，晶體管有可能控制施加于電致變色元件上的電流，從而也能夠切換各個(gè)顯示器元件(displaycell)的選擇。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明創(chuàng)造了一種具有任何數(shù)量的像素而不需要過分的實(shí)驗(yàn)，使用本申請(qǐng)方法的電化學(xué)像素器件的矩陣。具有可替換的矩陣設(shè)計(jì)和用于這些矩陣上的電化學(xué)像素器件的變型的具體實(shí)施方案將在下面詳述。特別是，在形成部分該矩陣的像素中的電化學(xué)晶體管器件A可以具有一個(gè)或兩個(gè)為該晶體管溝道提供門電壓的電極。在不同的情況下，得到不同的特性，這一點(diǎn)將在下面詳述。簡(jiǎn)而言之，為更好控制矩陣系統(tǒng)中的電流，一般提供具有兩個(gè)門電極的設(shè)計(jì)?？墒?，僅有一個(gè)門電極的設(shè)計(jì)防止一行中所有像素的第二個(gè)門電極間的串線(cross-talk)，串線在兩個(gè)門電極設(shè)計(jì)中可能會(huì)作為缺點(diǎn)而發(fā)生。一個(gè)門電極設(shè)計(jì)也有利于導(dǎo)體的較少交叉。在一行中門電極間的串線問題可以通過提供電阻來解決，電阻防止了電流從某個(gè)像素?cái)U(kuò)散到同一行中的其它像素。在另一方面，本發(fā)明也延伸到一種包括這種電化學(xué)像素器件矩陣的像素化的顯示器。本發(fā)明的電化學(xué)像素器件的優(yōu)點(diǎn)在于其容易在支承體例如聚合物膜或紙上實(shí)現(xiàn)。因此，不同的元件可以利用傳統(tǒng)的印刷技術(shù)例如絲網(wǎng)印刷，膠印，噴墨印刷和苯胺(flexographic)印刷術(shù)，或例如描述在“ModernCoatingandDryingTechnology”(1992)，由EDCohen和EBGutoff編輯，VCHPublishersInc，NewYork，NY，USA中的涂覆方法例如刮涂法，刮刀涂布，擠壓涂布和幕涂沉積在支承體上。在本發(fā)明的使用聚合物作為電化學(xué)晶體管器A中的有機(jī)材料或電致變色器件B中的電致變色材料的那些實(shí)施方案中(見下面的材料說明)，該材料也可以通過利用例如電聚合，UV-聚合，熱聚合和化學(xué)聚合等方法的現(xiàn)場(chǎng)聚合法進(jìn)行沉積。作為這些用于形成這些元件圖案的加法技術(shù)(additivetechniques)的替代方案，也可以使用減法技術(shù)，例如通過化學(xué)或氣體蝕刻，借助機(jī)械方式例如摩擦(scratching)，斫刻(scoring)，刮擦(scraping)或碾磨(milling)或借助任何本領(lǐng)域已知的其它減法方法(subtractivemethods)局部破壞材料。本發(fā)明又一方面提供用本申請(qǐng)描述的材料制備電化學(xué)像素器件的這些方法。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，為保護(hù)該器件，部分或全部封裝該電化學(xué)像素器件。這種封裝能夠保持如固化電解質(zhì)發(fā)揮功能所需要的任何溶劑，并且能夠防止氧氣干擾該器件中的電化學(xué)反應(yīng)。通過液相法實(shí)現(xiàn)該封裝。因此，使用例如噴涂，浸涂或任何傳統(tǒng)的上面列出的印刷方法將液相聚合物或有機(jī)單體沉積在該器件上。沉積后，例如借助紫外或紅外輻射、溶劑蒸發(fā)、冷卻或通過使用其中組分在沉積前直接混合的兩組分體系如環(huán)氧膠(epoxyglue)的方法使該封裝劑硬化?；蛘?，通過將固體膜層壓到該電化學(xué)像素器件上實(shí)現(xiàn)封裝。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，其中電化學(xué)像素器件的元件布置在支承體上，該支承體具有底部封裝劑的功能。在這種情況下，封裝能夠更方便便地進(jìn)行，因?yàn)橹挥衅捻敳啃枰靡合喾庋b劑覆蓋或用固體膜層壓。從下面的附圖和其具體實(shí)施方案的詳細(xì)描述來看，本發(fā)明的其它目的和目標(biāo)是顯而易見的。這些說明和附圖旨在作為對(duì)所要求保護(hù)的發(fā)明的舉例說明，而不是以任何方式限制發(fā)明。圖1示出根據(jù)本發(fā)明的電化學(xué)像素器件的一個(gè)實(shí)施方案的元件的俯視圖。圖2是示出如圖1所示的像素變色(coloring)過程中的電流圖，Vds＝2V，Vg＝0V。圖3是示出如圖1所示的像素脫色(decolouring)過程中的電流圖，AVg＝1.4V，BVg＝0V。圖4是示出如圖1所示的像素脫色過程中的電流圖，在最初50秒內(nèi)，Vg＝1.4V，隨后Vg＝0V。圖5是類似圖1所示的電化學(xué)像素器件的5×1矩陣俯視圖。圖6是類似圖1所示的電化學(xué)像素器件的5×5矩陣俯視圖。圖7示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方案的電化學(xué)像素器件的3×3矩陣俯視圖。圖8A-8D示出根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方案，具有垂直三層設(shè)計(jì)的電化學(xué)像素器件的3×3矩陣的另一設(shè)計(jì)。圖8A是只有底層的俯視圖。圖8B是只有中層的俯視圖。圖8C是只有頂層的俯視圖。圖8D是其側(cè)面的橫截面，示出圖8A-8C的三層疊在一起形成電化學(xué)像素器件矩陣。優(yōu)選實(shí)施方案的說明定義源極接點(diǎn)提供載荷子到晶體管溝道的電接觸(electricalcontact)。漏極接點(diǎn)接收來自晶體管的載荷子的電接觸。門電極表面區(qū)域的任何部分和固化電解質(zhì)直接電接觸，從而和電化學(xué)有源元件離子接觸的電接觸。電化學(xué)有源元件本發(fā)明的“電化學(xué)有源元件”是一種包括有機(jī)材料的片材，有機(jī)材料的電導(dǎo)率能夠通過所述有機(jī)材料的氧化還原態(tài)的變化而發(fā)生電化學(xué)改變。電化學(xué)有源元件通過一種固化電解質(zhì)和至少一個(gè)門電極離子接觸。該電化學(xué)有源元件還可以和各個(gè)源極接點(diǎn)和漏極接點(diǎn)或和該兩者結(jié)合成為整體，該源極接點(diǎn)和漏極接點(diǎn)由相同或不同的材料組成。在本發(fā)明的電化學(xué)像素器件中的電化學(xué)晶體管器件A中的電化學(xué)有源元件包括晶體管溝道。晶體管溝道電化學(xué)有源元件的“晶體管溝道”建立了源極接點(diǎn)和漏極接點(diǎn)之間的電接觸。氧化還原槽容積在電化學(xué)晶體管A的某些實(shí)施方案中，電化學(xué)有源元件還包括“氧化還原槽容積”。這是靠近且和晶體管溝道直接電接觸的一部分電化學(xué)有源元件，其提供或接收流向或來自晶體管溝道的電子。因此，在晶體管溝道內(nèi)的任何氧化還原反應(yīng)通過該氧化還原槽容積內(nèi)的對(duì)抗反應(yīng)(opposingreactions)補(bǔ)充。氧化還原態(tài)當(dāng)提及電化學(xué)有源元件和電致變色元件的“氧化還原態(tài)”的變化時(shí)，其旨在包括該元件中的材料既發(fā)生氧化又發(fā)生還原的情況，以及電荷在該元件內(nèi)重新分配的情況，使得一個(gè)端部(end)被還原而另一個(gè)端部被氧化。在后者的情況下，該元件整體保持其總的氧化還原態(tài)，而且根據(jù)本申請(qǐng)使用的定義，由于載荷子的內(nèi)部重新分配，其氧化還原態(tài)從不發(fā)生變化。電致變色元件在本發(fā)明器件中的“電致變色元件”是一種連續(xù)幾何體，其能形成不同的形狀，其由一種材料組成或由幾種材料組合組成。該材料可以是有機(jī)或無機(jī)的，分子的或聚合的。該電致變色元件，無論其是由一種材料組成還是由一種以上的材料組合而成，其具有下面性能的組合至少一種材料在至少一個(gè)氧化態(tài)下是導(dǎo)電的，和至少一種材料是電致變色的，即由于該材料內(nèi)的電化學(xué)氧化還原反應(yīng)而呈現(xiàn)出顏色變化。固化電解質(zhì)對(duì)本發(fā)明來說，“固化電解質(zhì)”是一種在其使用溫度下足夠堅(jiān)硬，其本體(bulk)內(nèi)的粒子/碎片基本上借助該電解質(zhì)的高粘度/硬度固定并且不流動(dòng)或泄漏的電解質(zhì)。在優(yōu)選的情況下，該電解質(zhì)具有適當(dāng)?shù)牧髯冃再|(zhì)使得這種材料容易以整片或一種方式例如用傳統(tǒng)的印刷方法涂布在支承體上。沉積后，該電解質(zhì)制劑在溶劑蒸發(fā)時(shí)會(huì)固化，或由于添加的化學(xué)試劑或物理效應(yīng)例如紫外，紅外照射或微波輻射，冷卻或任何其它方法而發(fā)生化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)。固化電解質(zhì)優(yōu)選包括含水或含有機(jī)溶劑的凝膠，例如明膠或聚合物膠。但是也可以考慮固體聚合電解質(zhì)，這些電解質(zhì)也在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。而且，該定義也包括液體電解質(zhì)溶液，該電解質(zhì)溶液浸入或以其它任何方式被適當(dāng)?shù)幕|(zhì)材料例如紙、織物或多孔聚合物所支承(hosted)。在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，該材料事實(shí)上是其上布置有電化學(xué)像素器件的支承體，使得該支承體形成該器件的整體操作部分。電極本發(fā)明器件中的“電極”是由導(dǎo)電材料組成的結(jié)構(gòu)。該電極用于在電解質(zhì)上施加外加電壓，從而在固化電解質(zhì)內(nèi)的電場(chǎng)保持足夠長(zhǎng)的一段時(shí)期以便發(fā)生需要的電化學(xué)反應(yīng)。直接電接觸能夠通過界面交換電荷用的兩相(例如電極和電解質(zhì))間的直接物理接觸(共同界面)。通過界面的電荷交換可以包括導(dǎo)電相間的電子遷移，離子導(dǎo)電相間的離子遷移，或電子電流和離子電流間的轉(zhuǎn)化，該電子電流和離子電流的轉(zhuǎn)化通過例如電極和電解質(zhì)、電解質(zhì)和電致變色元件，或電解質(zhì)和電化學(xué)有源元件之間的界面處的電化學(xué)方式，或通過由于該界面處的亥姆霍茲(Helmholtz)層的充電而發(fā)生的電容性電流(capacitivecurrents)進(jìn)行。顏色變化當(dāng)提及“顏色變化”時(shí)，這也意味著包括光密度或反射系數(shù)的變化，因此“顏色變化”例如考慮到從藍(lán)色向紅色、藍(lán)色向無色、深綠色向淺綠色、灰色向白色或深灰色向淺灰色等的變化。材料優(yōu)選的是，電化學(xué)晶體管器件A和電致變色器件B中的一個(gè)或兩個(gè)中的固化電解質(zhì)包括粘結(jié)劑。優(yōu)選該粘結(jié)劑具有凝膠性能。該粘結(jié)劑優(yōu)選選自明膠、明膠衍生物、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚(乙烯吡咯烷酮)、多糖類、聚丙烯酰胺、聚氨酯、聚環(huán)氧丙烷、聚環(huán)氧乙烷、聚(苯乙烯磺酸)和聚(乙烯醇)和其鹽及共聚物；并且可以任選地進(jìn)行交聯(lián)。該固化電解質(zhì)優(yōu)選還包括離子鹽，如果使用的粘結(jié)劑是明膠，優(yōu)選包括硫酸鎂。該固化電解質(zhì)優(yōu)選還含有吸濕鹽例如氯化鎂，以維持其中的水含量。用于本發(fā)明的電化學(xué)像素器件中的電化學(xué)晶體管器件A中的有機(jī)材料優(yōu)選包括在至少一個(gè)氧化態(tài)下導(dǎo)電的一種聚合物，還任選包括聚陰離子聚合物。還可以考慮包括一種以上聚合物材料的組合例如共混聚合物的有機(jī)材料，和幾層聚合物材料，其中不同層由相同的聚合物或不同的聚合物組成。用于本發(fā)明的電化學(xué)晶體管器件的導(dǎo)電聚合物優(yōu)選選自聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺、聚異硫茚、聚苯乙烯(polyphenylenevinylenes)和其共聚物，例如描述在下述文獻(xiàn)中的聚合物JCGustafsson等人在SolidStateIonics，69，145-152(1994)；HandbookofOligo-andPolythioophenes，Ch10.8，EdDFichou，Wiley-VCH，Weinhem(1999)；PSchottland等人在Macromolecules，33，7051-7061(2000)；TechnologyMapConductivePolymers，SRIConsulting(1999)；MOnoda在JournaloftheElectrochemicalSociety，141，338-341(1994)；MChandrasekar在ConductingPolymers，F(xiàn)undamentalsandApplications，aPracticalApproach，KluwerAcademicPublishers，Boston(1999)；和AJEpstein等人在MacromolChem，MacromolSymp，51，217-234(1991)。在特別優(yōu)選的實(shí)施方案中，有機(jī)材料是3，4-二烷氧基噻吩的聚合物或共聚物，其中所述的兩個(gè)烷氧基可以相同或不同或一起表示任選取代的氧-亞烷基-氧橋。在最優(yōu)選的實(shí)施方案中，該聚合物是選自下述物質(zhì)的3，4-二烷氧基噻吩聚合物或共聚物聚(3，4-亞甲基二氧噻吩)，聚(3，4-亞甲基二氧噻吩)衍生物，聚(3，4-亞乙基二氧噻吩)，聚(3，4-亞乙基二氧噻吩)衍生物，聚(3，4-亞丙基二氧噻吩)，聚(3，4-亞丙基二氧噻吩)衍生物，聚(3，4-亞丁基二氧噻吩)，聚(3，4-亞丁基二氧噻吩)衍生物及其共聚物。聚陰離子(polyanion)化合物優(yōu)選是聚(苯乙烯磺酸鹽)。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，用于本發(fā)明的電化學(xué)像素器件中的電致變色器件B中的電致變色元件包括用作電致變色材料的一種在至少一個(gè)氧化態(tài)下導(dǎo)電的電致變色聚合物，還任選包括聚陰離子化合物。用于本發(fā)明的電致變色器件的電致變色元件中的電致變色聚合物優(yōu)選選自電致變色聚噻吩，電致變色聚吡咯，電致變色聚苯胺，電致變色聚異硫茚，電致變色聚苯乙烯和其共聚物，例如由JCGustafsson等人在SolidStateIonics，69，145-152(1994)；HandbookofOligo-andPolythiophenes，Ch10.8，EdDFichou，Wiley-VCH，Weinhem(1999)；P.Schottland等人在Macromolecules，33，7051-7061(2000)；TechnologyMapConductivePolymers，SRIConsulting(1999)；MOnoda在JournaloftheElectrochemicalSociety，141，338-341(1994)；MChandrasekar在ConductingPolymers，F(xiàn)undamentalsandApplications，aPracticalApproach，KluwerAcademicPublishers，Boston(1999)；和AJEpstein等人在MacromolChem，MacromolSymp，51，217-234(1991)中描述的那些聚合物。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，該電致變色聚合物是3，4-二烷氧基噻吩的聚合物或共聚物，其中所述的兩個(gè)烷氧基可以相同或不同或一起表示任選取代的氧-亞烷基-氧橋。在最優(yōu)選的實(shí)施方案中，該電致變色聚合物是選自下面的3，4-二烷氧基噻吩聚合物或共聚物聚(3，4-亞甲基二氧噻吩)，聚(3，4-亞甲基二氧噻吩)衍生物，聚(3，4-亞乙基二氧噻吩)，聚(3，4-亞乙基二氧噻吩)衍生物，聚(3，4-亞丙基二氧噻吩)，聚(3，4-亞丙基二氧噻吩)衍生物，聚(3，4-亞丁基二氧噻吩)，聚(3，4-亞丁基二氧噻吩)衍生物，和其共聚物。聚陰離子聚合物優(yōu)選是聚(苯乙烯磺酸鹽)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員易于理解的是，在本發(fā)明的另一實(shí)施方案中，該電致變色材料包括任何非聚合物材料，不同非聚合物材料的組合以及聚合物材料和非聚合物材料的組合，其在至少一個(gè)氧化態(tài)下具有導(dǎo)電性以及電致變色性能。還可以考慮包括一種以上聚合物材料的組合例如共混聚合物或幾層電致變色材料的電致變色元件，其中不同層由相同的材料或不同的材料組成，例如每層由兩種不同電致變色聚合物組成。例如，可以使用導(dǎo)電材料和電致變色材料的復(fù)合材料，例如導(dǎo)電粒子如氧化錫，ITO或ATO粒子和聚合物或非聚合物電致變色材料如聚苯胺，聚吡咯，聚噻吩，氧化鎳，聚乙烯二茂鐵(polyvinylferrocene)，polyviologen，氧化鎢，氧化銥，氧化鉬和普魯士藍(lán)(亞鐵氰化鐵)。作為用于本發(fā)明器件的電致變色元件的非限定性例子，可以提及一片既導(dǎo)電又電致變色的PEDOT-PSS；一片具有Fe2+/SCN-的PEDOT-PSS，PEDOT-PSS既導(dǎo)電又電致變色并且Fe2+/SCN-是附加的電致變色組分(見下文)；由絕緣聚合物基質(zhì)中的導(dǎo)電ITO粒子連續(xù)網(wǎng)絡(luò)組成的片，該片和電致變色WO3涂層直接電接觸；由絕緣聚合物基質(zhì)中的導(dǎo)電ITO粒子連續(xù)網(wǎng)絡(luò)組成的片，該片和溶解在電解質(zhì)中的電致變色組分接觸。本發(fā)明的一些實(shí)施方案還包括用于實(shí)現(xiàn)具有一種以上顏色的像素器件的電致變色材料。在該電致變色器件B的電致變色元件或固化電解質(zhì)內(nèi)還可以設(shè)置這種進(jìn)一步的電致變色材料，例如還包括電致變色氧化還原體系，如一方面無色的Fe2+和SCN-的氧化還原對(duì)，另一方面是紅色的Fe3+(SCN-)(H2O)5配合物。作為非限定性的例子，這些材料可以選自不同的吩嗪例如DMPA-5，10-二氫-5，10-二甲基吩嗪，DEPA-5，10-二氫-5，10-二乙基吩嗪和DOPA-5，10-二氫-5，10-二辛基吩嗪，選自TMPD-N，N，N’，N’-四甲基苯二胺，TMBZ-N，N，N’，N’-四甲基聯(lián)苯胺，TTF-四硫富瓦烯，菲咯啉-鐵配合物，罌紅A，二苯胺，對(duì)乙氧基柯衣定(p-ethoxychrysoidine)，亞甲基藍(lán)，不同的靛藍(lán)和酚藏紅以及其混合物。如上所述，本發(fā)明的電化學(xué)像素器件中的電致變色器件B可以包括氧化還原活性材料，其原因不同于附加染色效應(yīng)。這種氧化還原活性材料與上文剛列舉的其它電致變色材料中的任何一種可以相同或不同。因此，可以使用任何合適的抗氧化劑或抗還原劑，例如有機(jī)物質(zhì)，如維生素C、醇、多元醇(如甘油)或糖、在合適時(shí)以高pH值存在的醇、多元醇或糖、共軛聚合物、低聚物和單一分子；無機(jī)物質(zhì)，如包括可被氧化的物質(zhì)(如Fe2+至Fe3+、Sn2+至Sn4+)的鹽、金屬簇(如Cu簇或Fe簇)、或包括可被還原的物質(zhì)(如Fe3+至Fe2+、Sn4+至Sn2+)的鹽；金屬有機(jī)絡(luò)合物，如二茂鐵、酞菁染料、金屬卟啉(metallo-prophyrines)。在本發(fā)明的電化學(xué)像素器件中，優(yōu)選的是，電化學(xué)晶體管器件A中的有機(jī)材料是聚合物且電致變色器件B中的電致變色材料包含電致變色聚合物。在最優(yōu)選的情況下，電致變色器件B中的電致變色聚合物與電化學(xué)晶體管器件A中的聚合物是相同的材料。在本發(fā)明的電化學(xué)像素器件的一些實(shí)施方案中，支承體優(yōu)選選自聚對(duì)苯二甲酸乙二酯；聚萘二甲酸乙二酯；聚乙烯；聚丙烯；紙；涂料紙，如涂覆有樹脂、聚乙烯或聚丙烯的紙；層壓紙(paperlaminates)；紙板；瓦楞紙板；玻璃和聚碳酸酯。支承體還優(yōu)選是反射性的。電化學(xué)像素器件的實(shí)施方案圖1示意性地示出本發(fā)明典型的電化學(xué)像素器件。電化學(xué)像素器件1通過將適當(dāng)?shù)牟牧?如上所述)形成圖案而建成，其包括電化學(xué)晶體管器件(2-5、10-11)和電致變色器件(6-9)。電化學(xué)晶體管器件包括源極接點(diǎn)2和漏極接點(diǎn)3。分布在源極接點(diǎn)2和漏極接點(diǎn)3之間且與之直接電接觸的是電化學(xué)有源元件4，其導(dǎo)電率通過施加在正門電極5上的門電壓而改變。電化學(xué)有源元件4和部分正門電極5被固化電解質(zhì)層覆蓋。在該實(shí)施方案中，源極接點(diǎn)2、漏極接點(diǎn)3和電化學(xué)有源元件4均由一個(gè)連續(xù)片材形成。該片材與門電極5之間隔有窄間隙，因此，電化學(xué)有源元件4和門電極5之間沒有直接電接觸。電致變色器件包括電致變色元件6和兩個(gè)電極7、8。固化電解質(zhì)層9覆蓋電致變色元件6和第一電極7。第一電極7和電致變色元件6之間沒有直接電接觸，而電致變色元件6和第二電極8之間直接電接觸。電致變色器件的第一電極7與電化學(xué)晶體管器件的源極接點(diǎn)2直接電接觸或者相重合。在電化學(xué)像素器件1發(fā)揮功能時(shí)，通過在漏極接點(diǎn)3和電極8之間施加對(duì)應(yīng)于漏極-源極電壓Vds的電壓而為電致變色元件6供應(yīng)變色電流(coloringcurrent)或脫色電流(decolouringcurrent)。實(shí)際供應(yīng)給電致變色元件6的電流受到電化學(xué)有源元件4中的導(dǎo)電率的控制。這種導(dǎo)電率反過來受到正門電極5處的門電壓Vg的控制。在某些實(shí)施方案中，門電壓Vg可以施加在正門電極(positivegateelectrode)5和第二負(fù)門電極(negativegateelectrode)11之間，負(fù)門電極11與電化學(xué)有源元件4可以直接電接觸或不直接電接觸。一種替代方案是，門電壓施加在正門電極5和源極接點(diǎn)2或漏極接點(diǎn)3之間。在使用本發(fā)明的該實(shí)施方案的電化學(xué)像素器件的實(shí)驗(yàn)中，用下述方法生產(chǎn)該器件使用的原料是OrgaconTM箔片，該箔片可從Agfa商購，其包括導(dǎo)電且電致變色的聚合物PEDOT-PSS(摻雜有聚(苯乙烯磺酸鹽)的聚(3，4-亞乙基二氧噻吩))。用裝備有手術(shù)刀的繪圖工具對(duì)PEDOT-PSS基底刻劃圖案。使用的電解質(zhì)是購自Apoteksbolaget，Sweden的BlagelTM。用絲網(wǎng)印刷法涂布凝膠，用厚度為45μm的帶有圖案的乙烯基箔片(vinylfoil)作為模板(template)。也可以用在水中的10％的羥乙基纖維素作為電解質(zhì)凝膠。PEDOT-PSS是在其天然的部分氧化態(tài)下具有非常輕的淡藍(lán)色且具有良好導(dǎo)電性的材料。當(dāng)PEDOT-PSS還原時(shí)，其導(dǎo)電性大大降低，該材料變成深藍(lán)色。在這種PEDOT-PSS像素器件作為剛才所述的具有圖1所示結(jié)構(gòu)的器件中，電致變色器件B一般由1.5-2V的Vds電壓驅(qū)動(dòng)，顯示面積在1-2cm2之間變化。這種情況下的電致變色元件6被還原后變成深藍(lán)色。還存在有被氧化的電極7，否則電致變色元件可能被過氧化所破壞。這種反電極并不總是有用，因?yàn)樗鼫p小了有效顯示面積，但是已經(jīng)設(shè)計(jì)了一種用垂直結(jié)構(gòu)代替圖1所示的側(cè)向結(jié)構(gòu)的方法解決這一問題(參見下文對(duì)圖8A-8D的說明)。在使用PEDOT-PSS像素的實(shí)驗(yàn)中，開始時(shí)通過電致變色器件的電流約為200-300μA，Vds是2V，電致變色元件的面積是1-2cm2。大約10秒后，該器件充分轉(zhuǎn)換和飽和。在這種飽和狀態(tài)下流過電致變色器件的電流約為50μA。即使在PEDOT-PSS的還原、非導(dǎo)電狀態(tài)下還具有該電流值的原因是顯示器元件的泄漏。在這些實(shí)驗(yàn)中，電化學(xué)晶體管器件由0-1.5V的門電壓驅(qū)動(dòng)。門電壓為0V時(shí)，電化學(xué)有源元件充分導(dǎo)電，在1.5V時(shí)，處于“關(guān)”的狀態(tài)。在0.3-0.4V時(shí)，從藍(lán)色外觀可以明顯看出晶體管溝道正在被還原，這對(duì)應(yīng)于電阻增加。晶體管溝道內(nèi)的電阻在其導(dǎo)電狀態(tài)下約為10kΩ，這對(duì)應(yīng)于2V時(shí)200μA的電流。在切斷狀態(tài)下，在約1.5V的門電壓時(shí)，電阻大大增加。電流值達(dá)到約200nA，對(duì)應(yīng)于10MΩ的電阻。因此，在這種情況下，電化學(xué)像素器件的電化學(xué)晶體管器件部分的開/關(guān)比是1000。另外，使用用替代方法制成的部件時(shí)，達(dá)到的極端開/關(guān)比是105。這種電化學(xué)像素器件的一些工作性能如下-晶體管溝道在0V的門電壓Vg時(shí)導(dǎo)電，在1V的門電壓Vg時(shí)基本上不導(dǎo)電。-如果已經(jīng)還原，即深藍(lán)色時(shí)，電致變色元件在Vds是0V時(shí)脫色，否則什么也不會(huì)發(fā)生。在Vds是2V時(shí)，發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，電致變色元件變成其還原的深藍(lán)色狀態(tài)，只要施加有電壓，就能夠保持在該狀態(tài)。施加在像素上的四種可能的電壓組合的效應(yīng)Vg＝0V，Vds＝0V；什么也沒有發(fā)生，或者，如果從開始上已被還原，則像素脫色。Vg＝0V，Vds＝2V；像素變色，然后保持這一狀態(tài)。Vg＝1V，Vds＝0V；晶體管溝道成為非導(dǎo)電的。如果像素已經(jīng)還原，則溝道內(nèi)增加的阻抗使電荷保持在像素區(qū)域內(nèi)。Vg＝1V，Vds＝2V；什么也沒有發(fā)生。圖2-4是在具有圖1所示設(shè)計(jì)的PEDOT-PSS像素器件上進(jìn)行的測(cè)試結(jié)果的座標(biāo)圖。圖2示出用2V的Vds使電致變色器件變色的過程。晶體管溝道處于“開”的狀態(tài)，即Vg＝0V。開始時(shí)通過溝道的電流約為150μA，然后由于顯示器元件中的電致變色元件還原至不導(dǎo)電狀態(tài)而下降。在這種測(cè)試中，電致變色元件面積是64mm2，反電極面積是90mm2。約5秒后，像素完全轉(zhuǎn)換。圖3是示出在兩種不同情況下像素脫色的座標(biāo)圖。上面的曲線A對(duì)應(yīng)于Vg為1.4V，即晶體管溝道關(guān)閉時(shí)來自電致變色元件的電流。下面的曲線B示出Vg為0V，即晶體管溝道開放時(shí)來自電致變色元件的電流。圖4是示出在不同Vg值時(shí)一個(gè)像素脫色的座標(biāo)圖。在頭50秒晶體管溝道關(guān)閉(Vg＝1.4V)，在后10秒是開放的(Vg＝0V)。在晶體管溝道關(guān)閉的情況下脫色50秒后，從圖4可以清楚地看出在電致變色元件中仍有大量電荷。當(dāng)晶體管溝道開放，即門電壓設(shè)置為0V時(shí)，出現(xiàn)脫色電流峰。這個(gè)峰的大小約為20μA，這可以與溝道關(guān)閉時(shí)幾百nA的漏電流相比。電化學(xué)像素器件的側(cè)向矩陣使用與上一部分中所述實(shí)施方案的電化學(xué)像素器件中相同的材料已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了電化學(xué)像素器件的幾種不同的矩陣。圖5所示的是一列5個(gè)像素或5×1矩陣。使用圖1中的標(biāo)號(hào)，5個(gè)像素中的每一個(gè)像素的漏極接點(diǎn)3都與同時(shí)為所有像素供應(yīng)Vds的導(dǎo)體連接。相反，門電極5和11的布置是使各個(gè)門電壓獨(dú)立地施加到每一個(gè)像素上。圖6示出電化學(xué)像素器件的更復(fù)雜、也更有用的矩陣。這里，在5×5矩陣中組合了5列5像素。與行和列的接點(diǎn)能夠同時(shí)為一列施加變色或脫色Vds，而晶體管的門電極連接在一起，從而能夠?qū)ⅹ?dú)立于其它行晶體管的一行中的所有晶體管設(shè)置為“開”或“關(guān)”。為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，為了減少為各個(gè)電極供應(yīng)電流的導(dǎo)體和接點(diǎn)之間的交叉數(shù)，用電化學(xué)像素器件的一個(gè)變體形成3×3矩陣，該矩陣如圖7所示。在該變體中，不使用負(fù)門電極11，這意味著少使用一個(gè)導(dǎo)體。另外，在使用兩個(gè)門電極的器件的矩陣中，可能出現(xiàn)通過連接負(fù)門電極的導(dǎo)體在像素間產(chǎn)生串音的問題。每一個(gè)像素器件只使用一個(gè)門電極是解決這一問題的一種方法。另一種替代性的方法是在每一個(gè)負(fù)電極11上設(shè)置一個(gè)電阻(這將在下面的垂直矩陣設(shè)計(jì)中說明)。電化學(xué)像素器件的垂直矩陣現(xiàn)在參考圖8A-8D，圖中示出垂直設(shè)計(jì)的同樣電化學(xué)像素器件的3×3矩陣。該矩陣由三個(gè)不同的層形成，這些層夾層結(jié)構(gòu)一起形成電化學(xué)像素器件組(ensemble)。圖8A中所示的底層I包括每一個(gè)晶體管器件的電化學(xué)有源元件4。該層中還有正門電極(5)和負(fù)門電極(11)及與每一行門電極連接的導(dǎo)體。為了減少串音，負(fù)門電極11上都設(shè)置有電阻，電阻在圖中表示為中斷每一個(gè)負(fù)門電極11的線段。該層中還存在有電化學(xué)晶體管器件的源極接點(diǎn)2和漏極接點(diǎn)3及電致變色器件的一個(gè)電極7。圖8B示出中間層II或間隔層。該層包括在電化學(xué)像素器件中發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)所必需的固化電解質(zhì)元件。因此提供了用于電致變色器件B的電解質(zhì)9，使得當(dāng)這些層結(jié)合在一起時(shí)，電解質(zhì)9與底層I的電極7及頂層III的電致變色元件6接觸。同樣提供了用于電化學(xué)晶體管器件A的電解質(zhì)10，使得當(dāng)這些層結(jié)合在一起時(shí)，電解質(zhì)10與底層的電化學(xué)有源元件4和門電極5接觸。中間層II還包括通道(vias)12，通道12由導(dǎo)電材料形成，用于介導(dǎo)從下述的頂層III向底層I的漏極接點(diǎn)3輸送電荷。圖8C示出頂層III。在該層中，導(dǎo)體13通過中間層的通道12為頂層供應(yīng)Vds。底層也包括垂直電致變色器件的電致變色元件6。在這個(gè)特殊的實(shí)施方案中，一列中所有像素的電致變色元件6是由同一片電致變色且導(dǎo)電的材料形成，為該列中的電化學(xué)像素器件供應(yīng)Vds的電極8可以被認(rèn)為是該片中不與下面的凝膠電解質(zhì)接觸的那些部分。這種布置可以以類似于圖1所示的單一側(cè)向電化學(xué)像素器件的操作方式為漏極接點(diǎn)3和電極8供應(yīng)Vds。頂層III還包括區(qū)域14，該區(qū)域14不導(dǎo)電或被隔離，與上述層中的電化學(xué)晶體管器件電解質(zhì)10接觸，用于防止從電化學(xué)有源元件4中泄漏電流。圖8D是三個(gè)層結(jié)合在一起時(shí)的草圖，該圖的主要目的是演示通道12，通道12為層I和III的部件間建立了電接觸。權(quán)利要求1.一種像素器件，其包括下述部件(A)電化學(xué)晶體管器件，其包括源極接點(diǎn)；漏極接點(diǎn)；至少一個(gè)門電極；布置在源極接點(diǎn)和漏極接點(diǎn)之間且與之直接電接觸的電化學(xué)有源元件，電化學(xué)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(tài)電化學(xué)地改變其電導(dǎo)率的有機(jī)材料的材料；與電化學(xué)有源元件和所述至少一個(gè)門電極直接電接觸且插入二者之間的固化電解質(zhì)，以防止電化學(xué)有源元件和所述門電極之間的電子流動(dòng)；由此，利用在所述門電極上施加的電壓能夠控制源極接點(diǎn)和漏極接點(diǎn)之間的電子流動(dòng)，和(B)電致變色器件，其包括至少一個(gè)電致變色元件，該元件包括(i)至少一種在至少一種氧化態(tài)下能夠?qū)щ姷牟牧虾?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(zhì)層；和至少兩個(gè)適用于在其間施加電壓的電極；每一個(gè)所述電極都與選自所述電解質(zhì)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(xué)晶體管器件A的所述源極接點(diǎn)和漏極接點(diǎn)中的一個(gè)與電致變色器件B中的一個(gè)電極電接觸。2.根據(jù)權(quán)利要求1的電化學(xué)像素器件，其中，電化學(xué)晶體管器件A的源極接點(diǎn)與電致變色器件B中的一個(gè)電極電接觸。3.根據(jù)權(quán)利要求1的電化學(xué)像素器件，其中，電化學(xué)晶體管器件A的漏極接點(diǎn)與電致變色器件B中的一個(gè)電極電接觸。4.根據(jù)任一上述權(quán)利要求的電化學(xué)像素器件，其中，電化學(xué)晶體管器件A的所述源極接點(diǎn)和漏極接點(diǎn)、門電極和電化學(xué)有源元件都布置在一個(gè)共同平面上。5.根據(jù)權(quán)利要求4的電化學(xué)像素器件，其中，在電化學(xué)晶體管器件A中，連續(xù)或斷續(xù)的固化電解質(zhì)層覆蓋電化學(xué)有源元件且至少部分覆蓋所述的門電極。6.根據(jù)任一上述權(quán)利要求的電化學(xué)像素器件，其中，在電化學(xué)晶體管器件A中，所述的源極接點(diǎn)和漏極接點(diǎn)和門電極中的至少一個(gè)用與電化學(xué)有源元件相同的材料制成。7.根據(jù)權(quán)利要求6的電化學(xué)像素器件，其中，在電化學(xué)晶體管器件A中，所述的源極接點(diǎn)和漏極接點(diǎn)和門電極都用與電化學(xué)有源元件相同的材料制成。8.根據(jù)權(quán)利要求6或7的電化學(xué)像素器件，其中，在電化學(xué)晶體管器件A中，源極接點(diǎn)和漏極接點(diǎn)和電化學(xué)有源元件均由一個(gè)包括有機(jī)材料的所述材料的連續(xù)片形成。9.根據(jù)任一上述權(quán)利要求的電化學(xué)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(jù)任一上述權(quán)利要求的電化學(xué)像素器件，其中，電化學(xué)晶體管器件A的源極接點(diǎn)和漏極接點(diǎn)、電化學(xué)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(jù)任一上述權(quán)利要求的電化學(xué)像素器件，其中，在電化學(xué)晶體管器件A中，有機(jī)材料是聚合物。12.根據(jù)任一上述權(quán)利要求的電化學(xué)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(jù)權(quán)利要求11或12的電化學(xué)像素器件，其中，電化學(xué)晶體管器件A中的有機(jī)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(jù)權(quán)利要求13的電化學(xué)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(xué)晶體管器件A中的聚合物是同一材料。15.根據(jù)權(quán)利要求11-14中任一項(xiàng)的電化學(xué)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(xué)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(jù)權(quán)利要求15的電化學(xué)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(xué)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(gè)烷氧基可以相同或不同或一起表示任選取代的氧-亞烷基-氧橋。17.根據(jù)權(quán)利要求16的電化學(xué)像素器件，其中，所述3，4-二烷氧基噻吩的聚合物或共聚物選自聚(3，4-亞甲基二氧噻吩)，聚(3，4-亞甲基二氧噻吩)衍生物，聚(3，4-亞乙基二氧噻吩)，聚(3，4-亞乙基二氧噻吩)衍生物，聚(3，4-亞丙基二氧噻吩)，聚(3，4-亞丙基二氧噻吩)衍生物，聚(3，4-亞丁基二氧噻吩)，聚(3，4-亞丁基二氧噻吩)衍生物及其共聚物。18.根據(jù)任一上述權(quán)利要求的電化學(xué)像素器件，其中，電致變色器件B中的電致變色材料和/或電化學(xué)晶體管器件A中的有機(jī)材料包括聚陰離子化合物。19.根據(jù)權(quán)利要求18的電化學(xué)像素器件，其中，所述的聚陰離子化合物是聚(苯乙烯磺酸鹽)或其鹽。20.根據(jù)任一上述權(quán)利要求的電化學(xué)像素器件，其中，電化學(xué)晶體管器件A中的固化電解質(zhì)和/或電致變色器件B中的固化電解質(zhì)包括粘結(jié)劑。21.根據(jù)權(quán)利要求20的電化學(xué)像素器件，其中，所述粘結(jié)劑是膠凝劑，選自明膠，明膠衍生物，聚丙烯酸，聚甲基丙烯酸，聚(乙烯吡咯烷酮)，多糖類，聚丙烯酰胺，聚氨酯，聚環(huán)氧丙烷，聚環(huán)氧乙烷，聚(苯乙烯磺酸)，和聚(乙烯醇)和其鹽及共聚物。22.根據(jù)任一上述權(quán)利要求的電化學(xué)像素器件，其中，電化學(xué)晶體管器件A中的固化電解質(zhì)和/或電致變色器件B中的固化電解質(zhì)包括離子鹽。23.根據(jù)任一上述權(quán)利要求的電化學(xué)像素器件，其中，同樣的固化電解質(zhì)既用在電化學(xué)晶體管器件A中又用在電致變色器件B中。24.根據(jù)任一上述權(quán)利要求的電化學(xué)像素器件，其布置在支承體上。25.根據(jù)權(quán)利要求24的電化學(xué)像素器件，其中，所述支承體選自聚對(duì)苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二酯、聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、紙、涂料紙、樹脂涂覆的紙、層壓紙、紙板、瓦楞紙板和玻璃。26.根據(jù)權(quán)利要求24或25的電化學(xué)像素器件，其中，所述支承體是反射性的。27.根據(jù)任一上述權(quán)利要求的電化學(xué)像素器件，其中，在電致變色器件B中，電極和電致變色元件在共同平面中并排布置。28.根據(jù)權(quán)利要求1-26中任一項(xiàng)的電化學(xué)像素器件，其中，在電致變色器件B中，電極和電致變色元件垂直布置。29.一種矩陣，包括多個(gè)根據(jù)權(quán)利要求1-28中任一項(xiàng)的電化學(xué)像素器件。30.根據(jù)權(quán)利要求29的矩陣，其中，每一個(gè)電化學(xué)像素器件有一個(gè)門電極。31.根據(jù)權(quán)利要求29的矩陣，其中，每一個(gè)電化學(xué)像素器件有至少兩個(gè)門電極。32.根據(jù)權(quán)利要求31的矩陣，其中，每一個(gè)電化學(xué)像素器件的一個(gè)門電極上設(shè)置有一個(gè)電阻，以減少像素之間的串音。33.一種像素化顯示器，其包括根據(jù)權(quán)利要求29-32中任一項(xiàng)的矩陣。34.一種生產(chǎn)根據(jù)權(quán)利要求1的電化學(xué)像素器件的方法，該方法包括在支承體上沉積所述接點(diǎn)、電極、電化學(xué)有源元件、電致變色元件和電解質(zhì)。35.根據(jù)權(quán)利要求34的方法，其中，用印刷技術(shù)沉積所述接點(diǎn)、電極、電化學(xué)有源元件、電致變色元件和/或電解質(zhì)。36.根據(jù)權(quán)利要求34的方法，其中，用涂布技術(shù)沉積所述接點(diǎn)、電極、電化學(xué)有源元件、電致變色元件和電解質(zhì)。37.根據(jù)權(quán)利要求34-36中任一項(xiàng)的方法，在器件中，電化學(xué)晶體管器件A的所述有機(jī)材料和/或電致變色器件B的所述電致變色元件包括聚合物，該方法包括通過現(xiàn)場(chǎng)聚合法將所述聚合物沉積在支承體上。38.根據(jù)權(quán)利要求34-37中任一項(xiàng)的方法，其包括用減法對(duì)接點(diǎn)、電極、電化學(xué)有源元件和電致變色元件中的任何一種形成圖案。39.根據(jù)權(quán)利要求38的方法，其中，所述的形成圖案是通過化學(xué)蝕刻進(jìn)行的。40.根據(jù)權(quán)利要求38的方法，其中，所述的形成圖案是通過氣蝕進(jìn)行的。41.根據(jù)權(quán)利要求38的方法，其中，所述的形成圖案是通過機(jī)械方法進(jìn)行的，機(jī)械方法包括摩擦，斫刻，刮擦和碾磨。42.根據(jù)權(quán)利要求34-41中任一項(xiàng)的方法，其中，所述的電化學(xué)像素器件是權(quán)利要求2-28中任一項(xiàng)所定義的電化學(xué)像素器件。全文摘要本發(fā)明提供一種像素器件，其包括(A)電化學(xué)晶體管器件，其包括源極接點(diǎn)；漏極接點(diǎn)；至少一個(gè)門電極；分布在源極接點(diǎn)和漏極接點(diǎn)之間且與之直接電接觸的電化學(xué)有源元件，電化學(xué)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(tài)電化學(xué)地變化其電導(dǎo)率的有機(jī)材料的材料；與電化學(xué)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(zhì)，以防止電化學(xué)有源元件和所述門電極之間的電子流動(dòng)；其中，利用在所述門電極上施加的電壓可以控制源極接點(diǎn)和漏極接點(diǎn)之間的電子流動(dòng)，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(tài)下能夠?qū)щ姷牟牧虾?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(zhì)層；和兩個(gè)用于在其間施加電壓的電極；每一個(gè)所述電極都與選自所述電解質(zhì)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(xué)晶體管器件A的所述源極接點(diǎn)和漏極接點(diǎn)中的一個(gè)與電致變色器件B中的一個(gè)電極電接觸。本發(fā)明還提供了這些電化學(xué)像素器件的矩陣和加入這些矩陣的像素化顯示器。本發(fā)明還提供一種生產(chǎn)電化學(xué)像素器件的方法。文檔編號(hào)C09K9/02GK1496491SQ02806127公開日2004年5月12日申請(qǐng)日期2002年3月7日優(yōu)先權(quán)日2001年3月7日發(fā)明者馬滕·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,庫格勒,P安德森,尼爾森,斯伯格倫,雷莫尼恩,馬滕阿姆加思申請(qǐng)人:阿克里奧公司