JP5694627B2 - 多孔状基板上にパターン電極をコンタクトさせる方法とその素子 - Google Patents
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Description
クロミック素子であってもよく、電磁気的に活性なポリマー層を電極上にコーティングするステップをさらに含む方法でもよい。コーティングのステップは、インクジェットプリンティングやマスクによるスプレーコーティング、あるいはスピンコーティングなどの電気化学コーティング法あるいは溶液コーティング法からなっていてもよい。
所望のパターンを含んでおり、背面はパターニングされた領域311及び312のアドレスを指定するコンタクト部320を含む。
5の近くに備えられた複数の電極(図示せず)上に配置される。作用電極層430は一般的にポリマー状であり、活性なECポリマーとしてポリ3,4−プロピレンジオキシチオフェン(PProDOT−( Me) 2)のジメチル誘導体からなっていてもよい。PProDOT−( Me) 2は作用電極層430として金/膜電極上で及びイオン格納層410として金でコーティングされた非多孔状プラスチック基板405/402上で電気化学的に重合されてもよい。ECD400はオプションの透明保護プラスチックウィンドウ450を含んでおり、その周囲から作用電極層430をシールドする。
例えばポリビニルピロリドン(PVP)、の層が続く。その後、ゲート電極はソースとドレイン間のチャンネル長さにわたって電気的に絶縁するポリマー層上に、いくらかの重なり部分を持ってプリントされる。ゲート上の電圧は半導体ポリマーで電荷を誘起し、ソースからドレインへと電流を流すことができる。半導体ポリマーに関して記載されているが、他の半導体材料を本発明で使用して薄膜トランジスタを形成することができる。
図5は電界効果トランジスタ(FET)500を示し、そのトランジスタは多孔状基板510の背面からバイアスをかけられたソース515とドレイン520を有する多孔状基板510上に作られている。基板510の厚さにわたる導電チャネル518は、背面コンタクト部516及び517を使用してソース515及びドレイン520とそれぞれ電気コンタクトをする。
(実施例)
下記の実施例はECDに対して本発明の適用例に関する。ECDはパターニング技術を用いて均一な多孔状の基板上に実装された反射型の金表面を覆うエレクトロクロミックポリマーからなる。層ごとの構成に続いて、電気活性の基本構造はポリマーの対向電極と対にされ、反射型ECDを組み立てる。アルキレンジオキシチオフェンをベースにしたポリマーは本発明に係る背面コンタクト部を有する多孔状構造について記載されており、反射型あるいは吸収型の特性を維持するために必要なエネルギーがかなり低く、素早く切り替えることができる安定性の高いECDを作成する。
すると、ポリマーはその漂白状態に切り替わり、従ってそのピクセルはポリマー層の下の金層を示す。素子は、可視領域ではΔ%R=63%の高反射率コントラストを示し、近赤外線領域ではΔ%R=74%のかなり高い反射率コントラストを示す。素子は15%未満のコントラスト損失で10万回以上切り替えることができる。図8B〜8Eは金の上でPProDOT−(Me)2の高いコントラストにより有利となる数字表示ECDを示す。特に、図8B〜8Eはそれぞれ数字「2」、「4」、「5」、「8」を示す。
どの高沸点溶媒がポリマーの電気化学的蒸着に選択された。定電位法は、所望の電荷量が通るまで一定の電位を一つの3電極セル構成に印加するもので、金属化膜上にジオキシチオフェンをベースとするポリマー(PXDOT)を電気化学的にデポジットさせるという最も便利な手法である。しかしながら、ポリ(BEDOT−B)のデポジット処理に関しては、Ag/Ag+に対して−0.5Vと1.0V間のマルチスウィープスキャンのみが膜上でうまく付着したポリマーフィルムをもたらした。金属化基板は表面抵抗が低く(約5Ω/sq)、電極表面に沿った抵抗降下の効果を最小化する。従って、ポリマーは外部から電位をかけられた状態で容易にドーピング/脱ドーピングを行うことができる。全ての場合で、ECポリマーの電気化学的挙動は数千回ものスイッチングにおいても安定であることがわかった。
近赤外線領域(800−1600nm)までの本発明の実施形態に係るD3素子の反射率(%R)を示す。図9Bは、完全な還元状態あるいは中性状態の活性層の写真である。中性状態では、反射率は可視領域で低く、%RVIS=20%である。しかしながら、近赤外線反射率は高く、図9Aの曲線Aで示されるように%RNIR=95%である。酸化状態では可視の反射率は、%RVIS=70%まで上がる。ポリマーは可視領域で高度に透過性となり、金電極層は図9Cで示されるように見える。近赤外線領域で反射率の同時低下が観察され、%RNIR=25%である。電極は還元状態と中性状態の両方で可視である。還元状態では、ポリマーにより着色(例えば、青)されている。酸化状態では、ポリマーは透過性になり、故に、金が可視になるので素子は金になる。
可能でもある。しかし、素子のエレクトロクロミックスイッチング特性で異常な挙動が観察された。−1.0Vと−0.4V間の電圧(曲線a〜d)では、反射率の変化は近赤外線領域で20%であり、一方可視領域では注目すべき反射率のコントラストは無い(Δ%RVIS=0)。可視のウィンドウでの最初の反射率の変化は−0.2V(Δ%RVIS=5%、比較としてΔ%RNIR=50%)で現れる。この特異な挙動はポリマーの形態進化によって誘起されるかもしれない。酸化では、形態の変化はμmの桁で起こり、相当する波長はより分散していて反射が少ない。
ΔOD=ηΔQdによって電気のドーピング/脱ドーピング電荷量(Qd)と直接関係しており、ここでη(cm2/C)は任意のλでの合成着色効率である。着色効率の実験は一連の定電位ステップからなり、それらは中性状態(−1V)から酸化状態(+1V)までかけられ、一方でセルを通過する電荷は反射率の現場での測定によって時間に対して測定される。記録された電荷(Qtot)はポリマーレドックス電荷(Qd)と、光学的遷移をもたらすのに必要な電荷と、ポリマーの抵抗降下(Qresist)との合計である。抵抗降下は記録される電荷を補正するために決定される。反射率は図12Bで示されるΔ%Rmaxでの可視領域に記録される。
)を切り替えるのに必要な電力が従来のスリット式ECD(D1)と比較された。表3はD1とD4の電気的特徴を含み一つのレドックス状態から別のレドックス状態へ切り替わるのに必要な面積単位毎のエネルギー(E)を計算する。
電池は50日間D4タイプ素子を操作することができ、一方でD1は約21日だけ操作できる。
Claims (30)
- 垂直集積電子デバイスを製造するための方法であって、
複数の孔を有した多孔状膜基板を設けるステップであって、前記多孔状膜基板は、基板材料の厚さにわたって伸長していない、不明瞭な細孔を有する繊維状膜基板である、前記多孔状膜基板を設けるステップと、
前記多孔状膜基板の裏面上に少なくとも1つの導電裏面コンタクト層を形成するステップと、
前記多孔状膜基板の表面上に、多孔状電極である少なくとも1つの表面金属層電極を形成するステップであって、前記裏面コンタクト層と前記表面金属層電極とは前記多孔状膜基板によって隔てられ、かつ電気的に絶縁される、前記表面金属層電極を形成するステップと、
前記少なくとも1つの表面金属層電極と前記裏面コンタクト層とに接触している前記多孔状膜基板上に導電性液体を塗布するステップであって、前記導電性液体は、導電性溶液又は融解プロセスに適した導体を含有するとともに、前記多孔状膜基板を浸透する、前記多孔状膜基板に導電性液体を塗布するステップと、
前記導電性液体を乾燥させて、前記表面金属層電極と前記裏面コンタクト層との間に電気接続を提供するための導電チャネルを形成するステップとを備え、
前記垂直集積電子デバイスは、エレクトロクロミックディスプレイ素子である、製造方法。 - 支持層を設けるステップと、
前記支持層上に少なくとも1つの金属層からなる第1の電極層を形成するステップと、
電気化学的に活性な対向電極層を前記第1の電極層の上にデポジットするステップと、
前記対向電極層と前記裏面コンタクト層との間に、電解質を最上部と底部の両方に有する多孔状セパレータを設けるステップであって、同セパレータの上に、前記裏面コンタクト層及び前記表面金属層電極を両面に備えた前記多孔状膜基板が設けられる、前記多孔状セパレータを設けるステップと、
前記表面金属層電極上に電気化学的に活性な作用電極層をデポジットするステップであ
って、前記電気化学的に活性な作用電極層はエレクトロクロミック的に活性な作用電極層である、前記電気化学的に活性な作用電極層をデポジットするステップとをさらに備える、請求項1に記載の製造方法。 - 前記多孔状膜基板の複数の孔のうちの少なくとも一部が少なくとも部分的に、前記表面金属層電極又は前記裏面コンタクト層によって充填されていないことによって、前記部分的に充填されない孔内を前記対向電極層と前記電気化学的に活性な作用電極層との間で、前記電解質からドーピング陰イオンが移動することが可能である、請求項2に記載の製造方法。
- 導電性液体を塗布する前記ステップは、少なくとも1つの表面金属層電極を形成する前記ステップの後に行われ、前記導電性液体は前記多孔状膜基板を浸透する前に前記表面金属層電極を浸透する、請求項1に記載の製造方法。
- 導電性液体を塗布する前記ステップは、少なくとも1つの表面金属層電極を形成する前記ステップと少なくとも1つの導電裏面コンタクト層を形成する前記ステップとのうちの少なくとも1つの後に行われる、請求項1に記載の製造方法。
- 前記塗布は少なくとも1つの領域を特定した導電ポリマーブリッジを形成し、領域を特定した伝導ネットワークが形成される、請求項1に記載の製造方法。
- 前記塗布は前記導電性液体のインクジェットプリンティングで行う請求項6に記載の製造方法。
- 前記表面金属層電極の厚さは60nm未満である、請求項1に記載の製造方法。
- 前記エレクトロクロミック的に活性な作用電極層はポリマーからなる請求項2に記載の製造方法。
- 前記ポリマーは電気化学的コーティングのプロセスを使用して形成される請求項9に記載の製造方法。
- 前記ポリマーは溶液処理を使用して形成される請求項9に記載の製造方法。
- 前記溶液処理ステップは、インクジェットプリンティング又はマスクを通したスプレーコーティングである、請求項11に記載の製造方法。
- 垂直集積電子デバイスであって、
複数の孔を有した多孔状膜基板であって、前記多孔状膜基板は、基板材料の厚さにわたって伸長していない、不明瞭な細孔を有する繊維状膜基板である、前記多孔状膜基板と、
前記多孔状膜基板の表面上に配置された、多孔状電極である少なくとも一つの表面金属層電極と、
前記多孔状膜基板の裏面に配置された、少なくとも1つの裏面コンタクト層であって、前記表面金属層電極は前記複数の孔の内部における少なくとも1つの導電チャネルによって前記裏面コンタクト層と電気接続されており、前記少なくとも1つの導電チャネルは、前記表面金属層電極及び前記裏面コンタクト層を形成する材料とは異なる材料から成る、少なくとも1つの裏面コンタクト層と、
前記表面金属層電極に電気接続された、電気化学的に活性な作用電極層とを備え、
前記垂直集積電子デバイスは、エレクトロクロミックディスプレイ素子である、デバイス。 - 導電性ポリマーが前記表面金属層電極と前記裏面コンタクト層との間に、導電ポリマーブリッジとして導電チャネルをもたらす請求項13に記載のデバイス。
- 前記表面金属層電極と前記裏面コンタクト層との間に金属が導電チャネルを提供する、請求項13に記載のデバイス。
- 前記表面金属層電極の厚さは60nm未満である、請求項13に記載のデバイス。
- 前記垂直集積電子デバイスがエレクトロクロミック素子からなり、前記電気化学的に活性な作用電極層がエレクトロクロミックの活性層からなり、さらに、第2の電気化学的に活性な対向電極層と、多孔状セパレータであって前記裏面コンタクト層と前記第2の電気化学的に活性な作用電極層との間に配置され、かつ電解質を最上部と底部の両方に有する多孔状セパレータと、前記第2の電気化学的に活性な作用電極層とコンタクトしている導電性コンタクト層とを備える、請求項13記載のデバイス。
- 前記多孔状膜基板の複数の孔のうちの少なくとも一部が少なくとも部分的に、前記表面金属層電極又は前記裏面コンタクト層によって充填されていないことによって、前記部分的に充填されない孔内を前記エレクトロクロミックの活性層と前記第2の電気化学的な活性層との間で、前記電解質からドーピング陰イオンが移動することが可能である、請求項17に記載のデバイス。
- 前記エレクトロクロミックの活性層はその中性状態でバンドギャップ(Eg)≦2.0eVとなる、陰極着色ポリマーからなる請求項18に記載のデバイス。
- 前記陰極着色ポリマーがポリ3,4−アルキレンジオキシへテロ環を含むことを特徴とする請求項19に記載のデバイス。
- 前記アルキレンジオキシへテロ環がアルキレンジオキシピロール、アルキレンジオキシチオフェン、アルキレンジオキシフランからなる群から選択される少なくとも一つからなる請求項20に記載のデバイス。
- 前記ポリ3,4−アルキレンジオキシへテロ環がブリッジ−アルキル置換型ポリ3,4−アルキレンジオキシチオフェンからなる請求項21に記載のデバイス。
- 前記ブリッジ−アルキル置換型ポリ3,4−アルキレンジオキシチオフェンがPProDOT−(メチル)2、PProDOT−(ヘキシル)2、あるいはPProDOT−(エチルヘキシル)2である、請求項22に記載のデバイス。
- 前記少なくとも一つの表面金属層電極は複数の表面金属層電極であり、
前記エレクトロクロミックの活性層が陽極着色ポリマーからなる、請求項17に記載のデバイス。 - 前記陽極着色ポリマーがその中性状態でバンドギャップ(Eg)>3.0eVとなる請求項24に記載のデバイス。
- 前記陽極着色ポリマーがポリ3,4−アルキレンジオキシへテロ環を含む請求項25に記載のデバイス。
- 前記アルキレンジオキシへテロ環がアルキレンジオキシピロール、アルキレンジオキシ
チオフェン、アルキレンジオキシフランからなる群から選択される少なくとも一つからなる請求項26に記載のデバイス。 - 前記ポリ3,4−アルキレンジオキシへテロ環がN−アルキル置換型ポリ3,4−アルキレンジオキシピロールからなる請求項26に記載のデバイス。
- 前記N−アルキル置換型ポリ3,4−アルキレンジオキシピロールがN−PrPProDOP、N−GlyPProDOP、あるいはN−プロパンスルホン化PProDOP(PProDOP−NPrS)である請求項28に記載のデバイス。
- 前記エレクトロクロミック素子が光学的に透明な状態と着色された状態との間を1秒未満で切り替わる請求項17に記載のデバイス。
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