JP5774111B2 - ディスプレイデバイス - Google Patents

Description

本発明は、電気化学的に活性な有機ピクセルデバイス、及び、特に、有機エレクトロクロミック材料を基礎とする印刷可能で電気化学的に活性なピクセルデバイスに関する。

直接アドレス化する（directly addressed）エレクトロクロミックディスプレイにおいて、各ピクセルは別々の電気伝導ラインにより外部駆動電圧源に接続され、ディスプレイにおける全てのピクセルの同時個別電気制御を容易にする。 ディスプレイにおけるピクセルの数が大きいとき、一つの別々のラインを各ピクセルに接続することは物理的に不可能であるか、又は非実用的である。この問題を克服するために、ピクセルは、普通は、それらがマトリクスの端部から行と列のラインを経由して時分割多重化技術（time-multiplexing technique）によりアドレス化されるマトリクス構造に配置される。そのようなディスプレイ及びそれらをアドレスする方法は、マトリクスディスプレイ及びマトリクスアドレッシング（matrix addressing）をそれぞれ示す。

活性マトリクスディスプレイにおいて、各ピクセルは、少なくとも一つのトランジスタを有する電子回路をそれぞれ備え、ここで、各トランジスタの導電状態は各ピクセルの色状態を制御する。

各ピクセル用の別々のトランジスタなしでのマトリクスディスプレイは、単純マトリクス方式（passive matrix）ディスプレイと呼ばれている。活性マトリクスディスプレイのピクセル回路は、ピクセルのアドレッシング特性を改良するが、、活性マトリクスディスプレイの製造は、単純マトリクス方式ディスプレイと比較して複雑で、高価である。他方、遅い応答時間、画像拡散及びクロストークなどの幾つかの欠点は、単純マトリクス方式のアドレス化エレクトロクロミックデバイスの実用性を制限する。画像拡散は、広義でのクロストーク効果と分類できる。それは電解質を通したピクセル間の相互作用であり、そして選択された行と列上の隣接ピクセルに若干の着色をもたらす現象である。望ましくない着色は、選択されたピクセルから距離が増加すると低下する。画像拡散効果を最小化するための普通に用いられている技法は、個別のディスプレイピクセルを互いに物理的に絶縁（isolation）することである。

クロストークの別の源は、マトリクスに関連する電極を経由したピクセル間の相互作用である。即ち、行と列のアドレス化した対の交差点におけるピクセルがその色を変化させるのみならず、隣接した他のピクセルも色を変化させる。クロストークは発生するが、それは、電圧の差異がアドレス化したピクセルの周囲のピクセルにおける電解質の間で、また、存在するからである。その上、電気的に絶縁された着色ディスプレイピクセルは、普通は、透明で非荷電のピクセルに比較してその電極間で異なった電圧を有する。二つのピクセルが異なった色状態に荷電し、そして一緒に接続されるとき、着色したピクセルは、容量放電を通して透明ピクセルを駆動させるか、又は着色する傾向にある。

エレクトロクロミックの単純マトリクス方式ディスプレイの一つの例が、特許文献１に記載されている。ピクセルは二つの有機層間でサンドイッチされた電解質を含み、それぞれは、エレクトロクロミック重合体を含む。更に、ピクセルは二つの電極間でサンドイッチされる。その上、単純マトリクス方式ディスプレイは、一つの電極と有機層の間のダイオード特性を備えた層を加えることにより形成される。即ち、閾値電圧は、ピクセルがその色を変化させる得る前に、越えなければならない。それ故、ディスプレイにおけるクロストークの量は減少する。ピクセルにダイオード機能を有する層を導入することを別にして、適用は、また、受動的にアドレス化可能なピクセルは、ピクセル材料の注意深い組合せにより、実現され得ることを示唆するが、、絶対的に、これらの材料がいかにして選択されるべきかに関するいかなる情報又は例も、この効果を実現するためには与えられない。

ＷＯ第２００４／１１４００８号

本発明の目的は、ピクセルにおける個別のダイオードの必要性なしで受動的にアドレス化可能なピクセルを提供する材料の組合せを提示することである。

これら及びその他の目的は、独立項で提供される主題に合致する。本発明の好ましい実施態様は独立項で提示される。

その第一の態様によると、本発明は、マトリクス中に配置されるピクセルセルのセットを含む単純マトリクス方式ディスプレイに関し、ここで、各ピクセルセルは、異なった可視的に検出可能な着色状態の間で電気化学的に切り替え可能な、エレクトロクロミックで電気化学的に活性な有機高分子材料を含む第一のピクセル層；
前記第一のピクセル層に面する第二のピクセル層；及び、
イオン接触状態にある前記第一の及び第二のピクセル層の間で空間的に配置された固化電解質の第三のピクセル層；
を含み、及びここで、各ピクセルセルの前記第二のピクセル層は、導電性カーボンを配置している。

その第二の態様によると、本発明は、マトリクス中に配置されるピクセルセルのセットを含む単純マトリクス方式ディスプレイに関し、ここで、各ピクセルセルは：
異なった可視的に検出可能な着色状態の間で、電気化学的に切り替え可能な、エレクトロクロミックで、電気化学的活性な有機高分子材料を含む第一のピクセル層；
前記第一のピクセル層に面する第二のピクセル層；及び、
イオン接触状態にある前記第一の及び第二のピクセル層の間で空間的に配置された固化電解質の第三のピクセル層；
を含み、そしてここで、各ピクセルセルの前記第二のピクセル層は、導電性カーボンを配置し、それにより、前記電解質に印加する電圧に少なくとも応答する閾値電圧を提供する。

各ピクセルの着色は、前記エレクトロクロミックで、電気化学的に活性な有機高分子材料のレドックス状態の変化で提供される。換言すれば、電解質は、ｐＨ染料、即ち、周囲のｐＨに応答して色が変化する染料などの着色剤は存在しない。尚、換言すれば、電解質の色は、ピクセルの色切り替え中、変化せずに残留し、又は実質的に変化しない。

第二のピクセル層は、普通は、電気化学的工程における対電極として機能するように配置され、ここで、第一のピクセル層は、ピクセルデバイスの活性着色変化層を形成する。ピクセルデバイスの層は、実質的に、互いに平行に配置される。一つの実施態様によると、前記第一のピクセル層の前の層、例えば、前記第一の絶縁層及び前記第一の電極は、好ましくは、ピクセルデバイスの色変化が視覚的に検出できるように透明又は半透明である。

換言すれば、第二のピクセル層は、電子導電性である。更に、第二のピクセル層はカーボンを含み、又はカーボンを含む電子導電材料で配置される。

本発明の第三の態様によると、ピクセルセルのセットの使用が提供され、各々は：
−異なった可視的に検出可能な着色状態の間で電気化学的に切り替え可能な、エレクトロクロミックで、電気化学的に活性な有機高分子材料を含む第一のピクセル層；
−前記第一のピクセル層に面する第二のピクセル層；及び
−前記第一の及び第二のピクセル層の間で空間的に配置され、そしてイオン接触状態にある固化電解質の第三のピクセル層；
を含み、ここで、前記電解質には、実質的にＰＨ染料が存在せず、及び各ピクセルセルの前記第二のピクセル層は、導電性カーボンを含む材料で配置される；
前記ピクセルセルに印加する電圧に少なくとも応答する閾値電圧を提供するための使用である。

第一の、第二の又は第三の態様に関連して記載する通りにデバイスを配置することにより、エレクトロクロミックディスプレイにおけるクロストークを低下させるために十分に明確な閾値電圧を有するピクセルが提供される。エレクトロクロミックピクセルデバイスの閾値特性を支配する化学的及び物理的機構が、尚、公開されているが、得られた電圧閾値挙動は、電流、及び印加電圧と非直線性であるカラーコントラストの変化などのマトリクスディスプレイ内のクロストーク効果を最小化させるために利点があるかもしれない。

一つの実施態様によると、ディスプレイデバイスは、更に、第一の電極のセット及び第二の電極のセットを含み、それらは、互いに電子的に絶縁され、そして：
−各前記第一の電極は、一つの交差点でのみ、前記第二の電極とそれぞれ交差し；
−各前記第二の電極は、一つの交差点でのみ、前記第一の電極とそれぞれ交差し；及び
−各前記ピクセルセルは、それぞれ、第一の及び第二の電極により形成される前記交差点のそれぞれ一つに配置されるようなパターンに配置され；ここで
−各前記ピクセルセルの前記第一のピクセル層は、それぞれ前記第一の電極の一部と、又は電子的に接触する部分と一致し；及び
−各前記ピクセルセルの前記第二のピクセル層は、それぞれ前記第二の電極の一部、又は電子的に接触する部分と一致する。

ピクセル層が電極層に一致することに関する利点は、より少ない印刷工程しか必要とされないことであり、即ち、より効率的な製造工程が達成され得ることである。

ピクセル層が電極と異なることに関する利点は、異なった材料がピクセル層及び電極に使用し得ることである。ピクセル層と比較してより高い電極導電率を有する電極材料を選択することにより、電極に沿ったより少ない明確な電圧降下が、そしてそれにより各ピクセルの良好な切り替えが提供し得ることである。

ディスプレイデバイスの一つの実施態様によると、それは別々の制御エレメントのセットを含まない。ここで、該別々の制御エレメントのセットとは、各制御エレメントが前記ピクセルのそれぞれ一つに結び付き、そして前記ピクセルの色をアクティブに制御するためのトランジスタ機能を提供するために配置される制御エレメントのセットである。本発明に関連して、別々の制御エレメントは、ピクセルセルの部分ではない制御エレメントである。即ち、制御エレメントは、ピクセルセルの電気的に上流又は下流に配置される。

ディスプレイデバイスの一つの実施態様によると、それは、可撓性の基板又は可撓性のキャリア上に配置され、そして好ましくは、紙及び／又はプラスチックを含む基板又はキャリア上に配置される。可撓性の基板の使用に関連する利点は、それがディスプレイの製造のための印刷工程の使用を容易にすることである。

ディスプレイデバイスの一つの実施態様によると、それは、少なくとも一つの印刷可能で可撓性の層に配置される。

ディスプレイデバイスの一つの実施態様によると、前記ピクセルセルの前記第一の電極及び第一のピクセル層は、全て配置され、又は同一材料で形成され、及び／又は、前記第一のピクセルセルの前記第二の電極及び第二のピクセル層は、全て同一材料で配置され、又は形成される。数種の構成部材用の同一材料の使用に関連する利益は、それが製造工程を簡略化し、そしてスピードアップすることである。

ディスプレイデバイスの一つの実施態様によると、各前記ピクセルセルの前記第一の電極及び第一のピクセル層は、全て同一層の部分であり、及び／又は、各前記ピクセルセルの前記第二の電極及び第二のピクセル層は、全て同一層の部分である。 この実施態様に関連する利益は、それが、普通は、簡略化された構造を提供することであり、その結果、より少ない印刷段階及びコスト的に効率的な生産をもたらす。

あるいは、前記第二のピクセル層及び第二の電極は、全て同一面に配置されるけれが、異なった材料は、第二のピクセル層及び第二の電極のためにそれぞれ使用される。電極はより高い導電性を有する材料で配置され得るが、それにより、前記第一のピクセル層のための切り替え時間を低下させ、より低い操作電圧の使用を可能とし、及び／又は、より高いカラーコントラストを与える。電極が前記第一のピクセル層より高い導電性を有することは、電極に沿った電圧降下を減少させる。

ディスプレイデバイスの一つの実施態様によると、前記ディスプレイデバイスは、 絶縁層を、好ましくは、前記ピクセルのセットの各ピクセルセルにおいて、前記第二の電極と前記第二のピクセル層の間に配置されるプラスチック絶縁層を含み、そしてここで、絶縁層は、更に、電子伝導体と一緒に配置される各通路（passage）を含み、電子伝導体は、それぞれのピクセルセルのそれぞれの第二のピクセル層及び前記第二の電極を接続する。この実施態様に関する利点は、それが中間キャリア層とのみ一緒に生産することを可能にすることである。

ディスプレイデバイスの一つの実施態様によると、前記第二のピクセル層は、各一つの前記ピクセルセルにおける前記第三のピクセル層の中心部分を覆う。より詳細には、前記第二のピクセル層と第三のピクセル層は、それぞれの層の中心が前記層に対する垂直方向に沿って一致するように配置してもよく、前記層は積み重ね構成を有し、そして互いに平行に配置される。

ディスプレイデバイスの一つの実施態様によると、各ピクセルセルにおける第二のピクセル層の表面積は、電解質の表面積の少なくとも６０％、又は少なくとも７５％、又は少なくとも９０％、又は少なくとも９５％である。換言すれば、 第二のピクセル層は、電解質の後部で配置され、又は電解質により覆われ得る。

ディスプレイデバイスの一つの実施態様によると、固体化化電解質は、ポリカチオン電解質である。更なる実施態様によると、固化電解質は、ポリアニオン電解質である。

一つの例によると、電解質は、それがより小さく、そして実質的に大きいイオン錯体に解離するように配置され、ここで、より小さいイオン錯体は、第一の電荷を有し、そして大きいイオン錯体は、反対の電荷を有する。大きいイオン錯体は、好ましくは、長鎖重合体鎖又は大きい分子を含み、そして、それはカチオン又はアニオンである。換言すれば、一つの例によると、電解質は、大きいカチオン錯体を含むポリ電解質又はオリゴ電解質である。更なる例によると、電解質は、大きいアニオン錯体を含むポリ電解質又はオリゴ電解質である。

基本的に、ピクセルデバイスの前記第一のピクセル層の厚さに限定又は制限がないが、実施態様において、それは、一般的に、０．１μｍ〜７μｍの間であり、主として、製造及び視覚の柔軟性に起因し得るものであり、ここで、選択された厚さは、望ましいデバイス特性に依存し；より薄い層は、普通は、ピクセルデバイスのより短い切り替え時間に等しく、一方、より厚い層は、普通は、より高いカラーコントラストに等しい。その上、ピクセルデバイスの前記第二のピクセル層の厚さは、実施態様において、０．１μｍ〜４０μｍの間であり得る。層の厚さを選択するとき、以下の事項を心に留めておいてもよく、薄すぎる第二のピクセル層は、前記第一のピクセル層の着色特性を分解するかもしれず、そして厚すぎる層は、ピクセルデバイスの曲げ抵抗性及び／又は機械的圧力の抵抗性を低下させるかもしれない。その上、ピクセルデバイスの前記第三のピクセル層の厚さは、実施態様において、１μｍ〜２０μｍの間、又は１μｍ〜１００μｍの間であってもよい。普通は、層が薄くなればなるほど、可撓性がよくなるが、、コントラストは、同時に低下する。各ピクセル層の厚さは、それぞれのピクセル層に対して直角の視覚方向に沿って測定される。ピクセル層を提供する任意の方法によると、それらは、スピンコーティング、インクジェット印刷、スクリーン印刷、イオン性自己組織化多層（ionic self-assembled multilayer）、エアロジェット印刷又はバーコーティングなどの多くの従来の印刷技術により提供されてもよい。

一つの例によると、前記絶縁層における通路は、レーザ技術を用いて、好ましくは、レーザドリリング法を用いて提供される。絶縁層における通路がドリリング又はレーザドリリングを用いて製造されるとき、通路の周囲の面積を損傷するリスクが最小化するように、十分高い融点を有する材料を、好ましくは、選択される。

実施態様において、ピクセルデバイスの通路の断面積は、例えば、１０μｍ²〜２ｍｍ²の間であってもよい。別の実施態様によると、面積は、１００μｍ²〜０．５ｍｍ²の間である。尚、別の例によると、面積は、５００μｍ²〜０．２ｍｍ²の間である。尚、別の例によると、面積は、１０００μｍ²〜０．１ｍｍ²の間である。断面積は、前記通路の伸長部に対して直角に測定し、即ち、通路が半径ｒを有する従来の中空シリンダのような形状である場合、断面積は、πｒ²である。通路の相対的に大きい断面積は、それが高いレベルの導電性を提供することで有利である。しかし、通路の大きすぎる断面積は、製造中、通路を通した第三のピクセル層の漏洩などの問題点を引き起こすかもしれない。

幾つかの製造技術のために、前記通路で提供される導電体は、導電体が、内周及び外周を有する中空又は管状形状有することを意味する前記通路の内側にのみ配置され、ここで、少なくとも前記外周は、前記通路の周囲に対応する。前記通路における導電体の他の配置は、導電体が前記導電性の列ラインと前記第二のピクセル層の間の電子接続を提供する限り可能である。

一般的に、本発明に記載のデバイスは、前記第一のピクセル層に対する第一の電位を印加し、そして前記第二のピクセル層に対する前記第一の電位とは異なる第二の電位を、電場を前記固体化化電解質内で創造するように、印加することにより操作される。電場は、前記ピクセル層のレドックス反応を開始し、その反応は、電位が十分長く持続するならば、前記エレクトロクロミック材料の色変化を引き起こす。

ピクセルデバイスの切り替え時間又は色変化は、一般的に、例えば：
−電解質のイオン移動度、移動度が高ければ高いほど、切り替え時間は短くなる；
−電解質におけるイオン移動度並びに電解質体積の両者で決まる電解質におけるイオン電流の大きさ；
−電気化学的に活性、及び／又は、エレクトロクロミックな材料の選択；
−エレクトロクロミック材料の色を変化させるために、反応を必要とする電気化学的に活性で、及び／又は、エレクトロクロミックの材料の体積；
−印加電圧の大きさ、電圧が高ければ高いほど、切り替え時間が短くなり、逆もまた真である；
で決まるということは理解される。

数個の分離してアドレス化が可能なピクセルを有するディスプレイは、上記の複数のエレクトロクロミックピクセルデバイスを配列することにより提供され得る。都合よく、ピクセルデバイスは、単純マトリクス方式アドレッシングの概念を可能にするマトリクス配列に配置される。

いかなる適切で、従来からある、又は公知の、単純マトリクス方式ディスプレイをアドレスするプロトコルも、現在のデバイスを操作するために使用してもよい。例えば、行方向に配置された電極は、エレクトロクロミックピクセルエレメント又は第一のピクセル層を指定し、一方、列方向に配置された電極は、マトリクスディスプレイの第二のピクセル層を指定する。それぞれの行及び列は、好ましくは、供給電圧で駆動できるデジタル集積回路の出力ピンに接続される。ディスプレイにより提示される望ましい像は、プログラム化可能な回路に保存してもよく、それは、全ディスプレイを、一回又は繰り返し更新することにより像を出力する。マトリクスディスプレイは、列スキャン又は個別のピクセルスキャンによる列は、他の利用可能なアドレッシングする選択肢であるけるども、一般的に、行は行スキャンで更新される。行スキャンした行において、出力可能なシグナルは、望ましいピクセルが電圧をそれぞれの列ラインに印加することにより更新できるように、それぞれの行を活性化させる。非活性行及び非アドレス化列の出力は無効になる。更新された行の出力ピンは、その後、出力を無効にするように設定され、そして後続の行は同一手順で更新される。そのようなアドレッシングプロトコルにおいて、無効の非アドレス化の行及び列の組合せによる閾値電圧は、わずかなクロストークを有する単純マトリクス方式ディスプレイの更新を可能にする。

別の例において、閾値電圧は、アナログ出力のみ有する外部回路との組合せも利用できる。ここに、一つのピクセルセルの完全な着色は、電圧Ｖを印加することにより実施される。その後、アドレス化された行は、この電圧の半分に設定され、一方、アドレス化された列は、また、反対極でこの電圧の半分に設定される。それ故、ピクセルセルにかかる全電圧はＶである。非アドレス化の行及び列は接地される。アドレス化された行と非アドレス化列又は非アドレス化行とアドレス化された列の交差点におけるピクセルセルは、更新電圧Ｖの半分を感知する。それぞれのピクセルセルの閾値電圧は、従って、閾値電圧が、おおよそ更新電圧Ｖの半分に対応する限り、クロストークを最小化できる。

本発明に関連して、第一の電極のセットと第二の電極のセットは、時には、行及び列電極で例示される。行及び列電極に関して述べたことは、また、これらの電極が互いに平行に配置されてなくても、そして互いに直角に配置されていなくても、第一の電極のセットと第二の電極のセットに適用される。

定義：
層：一つの実施態様によると、ピクセルデバイスは、ラミネート構造を有し、そして異なった材料の「層」より成る。これらの層は、連続で、及び／又は、パターン化されてもよく、そして、互いに（自己支持デバイス）又は支持体若しくはキャリア（支持されたデバイス）に適用され得る。これらの用語、「自己支持／支持された」は、また、分離層に対しても使用されてもよい。自己支持層は、崩壊することなく、及び追加の支持層の必要なく、それ自身に取扱いできる層、例えば、印刷機に取り付けてもよい層である。更にその上、用語「層」は、この材料が、面において不連続な「島」を形成するような方法で、パターン化されるか、又は遮断されるかに関係なく、同一面における全て同一材料を含む。

絶縁層：絶縁層は、好ましくは、プラスチックを含み、又はプラスチックを含む層、プラスチック絶縁層、プラスチックフィルム又はポリエステルフォイルなどのプラスチックフォイルで形成される。プラスチック絶縁層又はプラスチックを含む絶縁層用として、それは、例えば、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレイン；ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンテレフタレートなどのポリエステル；ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリイミド、ポリメタクリル酸メチル、ポリブテン、ポリブタジエン、ポリメチルペンテン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン（メタ）アクリル共重合体、エチレン（メタ）アクリレート共重合体、ＡＢＳ樹脂、イオノマー樹脂などを含むが、これらの例に限定されないフィルム、発泡フィルム又はそのラミネートフィルムを含んでもよい。また、層としては、市販のフィルムが使用でき、そして加工用材料を用いるキャストフィルム工程により形成されるフィルムも、また、使用してもよい。

追加的に、数個のピクセルを有するディスプレイは、前記複数のエレクトロクロミックピクセルデバイスの少なくとも幾つかの前記絶縁層を形成する絶縁材料の連続層を含んでもよい。換言すれば、数個のピクセルの絶縁層は連続した絶縁層の各分離部分であってもよい。

エレクトロクロミック層：本発明に関連する「エレクトロクロミック層」は、異なった形にパターン化でき、そして一材料又は複数の材料の組合せより成る連続したジオメトリック本体である。単数又は複数の材料は、有機又は無機であってもよく、低分子量又は高分子量であってもよい。そのようなエレクトロクロミック層は、それが一つの材料で構成されているか、又は一つより多くの材料の組合せであるかどうかに関係なく、次の特性：少なくとも一つの材料が、少なくとも一つの酸化状態において導電性であり、そして、少なくとも一つの材料がエレクトロクロミックであり、即ち、材料内での電気化学レドックス反応の結果として色の変化を示すことを組合わせる。場合により、エレクトロクロミック層は、電気化学的に活性な材料を含んでもよい。

電気化学的活性：本発明に記載の「電気化学的活性な」層は、前記材料のレドックス状態の変化を通して電気化学的に改質できる電子導電性を示す材料の例である。普通は、電気化学的に活性なエレメントの少なくとも一部は、電解質にイオン接触し、そして電気化学的に活性なエレメントは、更に、同一又は異なった材料から成る電極と一体化されてもよい。電極は、また、前記電気化学的に活性な材料の最上部に配置されてもよい。

エレクトロクロミックディスプレイ：本発明に関連する「エレクトロクロミックディスプレイ」は、少なくとも一つのエレクトロクロミックピクセル層を含むデバイスであり、ここで、デバイスは、エレクトロクロミック層の色変化が反射及び／又は透過において視覚的に検出可能であるように配置されている。

色変化：「色変化」を参照するとき、これは、また、例えば、「色変化」が、青から赤へ、青から無色へ、無色から青へ、暗緑色から軽緑色へ、灰色から白色へ、又は暗灰色から軽灰色へなどへの変化を考慮するように、光学密度又は反射率の変化を含むことを意味する。

単純マトリクス方式：活性マトリクスディスプレイにおいて、各ピクセルは、トランジスタ機能を提供する少なくとも一つの制御エレメントを有する電子回路を備えている。換言すれば、単純マトリクス方式ディスプレイは、別々の制御エレメントのセットのないディスプレイデバイスであり、各制御エレメントは、それぞれ一つのピクセルセルと結び付いている（associate with）。制御エレメントは、更に、前記ピクセルセルの色を制御することが可能なトランジスタ機能を提供するように配置されている。制御エレメントの例としては、電界効果トランジスタ及び電気化学トランジスタがある。分けることにより、前記ピクセルセルの電気的に上流又は下流に配置された制御層を意味する。

ピクセル層：本発明に関連して、ピクセル層は、電解質と電気的導電層の間の境界面で定義される。より詳細には、ピクセル層は、その一側面が電解質で覆われている電子導電層の体積である。ピクセル層がエレクトロクロミック層であるとき、層の色変化が、電解質とエレクトロクロミック層の間の境界面の伸長部に対応せず、即ち、ピクセル層として定義されたものに対応しないかもしれない。色変化が、例えば、電解質とエレクトロクロミック層の間の境界面の外側に、並びに、電解質で覆われたものと反対側のエレクトロクロミック層を通して広がるかもしれない。

一つの例によると、電解質は、カーボンを含む電極層とエレクトロクロミックで、電気化学的に活性な有機重合体を含む電極層の間でサンドイッチされ、ここで電極層は一点で互いに横断し、又は交差する。上記で説明した通り、ピクセル層は、電極と電解質の間のそれぞれの境界面で定義される。換言すれば、ピクセル層は電極のそれぞれの部分と一致する。

ピクセルデバイスの任意（option）の実施態様において、電子伝導体は、ＰＥＤＯＴＰＳＳ（ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）ポリ（スチレンスルホナート））などの電子導電性高分子；カーボン；金などの不活性金属又は電気化学的に不活性な金属、又は電気化学的に活性な層と接触するのに好適な他の導電材料又はそのような電子導電材料の組合せなどの電子導電材料を含んでもよい。普通は、電気化学的に活性な層と接触するのに好適な導電性材料は、それらが実質的に電気化学反応を起こさせないように不活性である。これらの材料は、例えば、製造中、又は事前製造工程の間、通路で配置されるインク又はペーストとして提供してもよい。

電極：電極は導電性高分子、金属、導電性カーボン、チタン、白金、黒鉛、グラフェン、貴金属及び不活性金属若しくはそのような電子導電材料の組合せのような電子導電材料を含んでもよい。電極は、更に、金などの電気化学的に不活性な金属又は電気化学的に活性な層と接触するのに好適な他の導電材料を含んでもよい。普通は、電気化学的に活性な層と接触するのに好適な導電性材料は、それらが実質的に電気化学反応を起こさせないように不活性である。これらの材料は、例えば、製造中又は事前製造工程の間、前記絶縁フィルム上で配置されるインク又はペーストとして提供され得る。

電極は、好ましくは、延長され、そして、例えば、バンド形であってもよく、又は、糸若しくは糸形状であってもよい。電極は、例えば、導電性高分子の層で配置されてもよく、又は金属糸若しくは線で配置されてもよい。一つの実施態様によると、電極の第一のセットは、第一の面において、互いに平行に配置されている。電極の第二のセットは、第二の面において、互いに平行に配置され、ここで、第二の面は前記第一の面とは異なり、そしてここで、前記第一の及び第二の面は、互いに平行に配置されている。好ましくは、第一の及び第二の面は、少なくとも電解質の高さに等しいわずかな距離だけ分離する。更に通常は、前記第一の及び第二のセットの電極は、互いに直角に配置される。他の実施態様によると、前記第一のセット及び／又は第二のセットの電極は、互いに平行には配置されず、又は第一の及び第二の面は互いに平行に配置されていない。更に、電極は直線状に配置されてもよいが、また、湾曲してもよく、不規則形状を有してもよい。換言すれば、マトリクスに配置されるピクセルセルは、電極の前記第一のセットにおける各電極は、一つの交差点でのみ電極の前記第二のセットにおいてのみ各電極と交差する限り、必ずしも直線状の行及び列に配置する必要はなく、不規則な方法で配置してもよい。

直接電気接触：境界面を通して電荷の交換を可能にする二つの相（例えば、電気化学的に活性な有機材料と電解質の間）の間の直接物理接触（共通インターフェース）。境界面を通した電荷交換は、導電相間の電子の伝達、イオン導電相間の電子の伝達、又は、例えば、対エレメントと電解質間、又は電解質とエレクトロクロミックエレメント間での境界面で、電気化学を用いた電子電流とイオン電流間の転換、又はそのような界面でのHelmholtz層の電荷に起因した容量性電流の発生を含む。

二つのエレメント間のイオン接触は、二つのエレメント間でイオンを輸送する能力のある少なくとも一つの材料により提供される。第一の及び第二の電気化学的に活性な層と直接接触下（共通インターフェース）にある電解質は、二つの電気化学的に活性な層の間でイオン接触を提供し得る材料の一つの例である。電解質は、それ故、二つの電気化学的に活性な層とイオン接触にあると参照してもよい。

二つの材料は、互いに、例えば、第三の材料を経由して、電子接触にあってもよい。二つのエレメント間の電子接触は、二つのエレメント間で電子を輸送することが可能な少なくとも一つの材料で提供される。第一の及び第二の電気化学的に活性な層と直接接触下（共通インターフェース）にあるカーボンの層は、二つの層間で電子接触を提供し得る材料の一つの例である。カーボンの層は、その結果、電子伝導体、又は電子導電性と参照してもよい。

直接電子接触：二つの電子伝導体間の直接物理接触（共通インターフェース）。

エレクトロクロミックピクセルデバイスは、エレクトロクロミック材料及び／又は電気化学的に活性な材料として、少なくとも一つの酸化状態において電気的に導電性であり、そして、場合により、また、ポリアニオン化合物を含む重合体を含んでもよい。

本発明のエレクトロクロミックピクセルデバイスに使用するためのエレクトロクロミック高分子は、例えば、エレクトロクロミックポリチオフェン、エレクトロクロミックポリピロール、エレクトロクロミックポリアニリン、エレクトロクロミック ポリイソチアナフタレン、エレクトロクロミック ポリフェニレンビニレン及びその共重合体から成るグループから選択される。実施態様において、エレクトロクロミック重合体は、３，４−ジアルコキシチオフェンホモ重合体又は共重合体であり、ここで、前記二つのアルコキシ基は、同一若しくは異なってもよく、又は、場合により、一緒に置換されるオキシ−アルキレン−オキシ橋かけ基を表してもよい。更なる実施態様において、エレクトロクロミック重合体は、ポリ（３，４−メチレンジオキシチオフェン）、ポリ（３，４−メチレンジオキシチオフェン）誘導体、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）誘導体、ポリ（３，４−プロピレンジオキシチオフェン）、ポリ（３，４−プロピレンジオキシチオフェン）誘導体、ポリ（３，４−ブチレンジオキシチオフェン）、ポリ（３，４−ブチレンジオキシチオフェン）誘導体及びそれらの共重合体から成るグループから選択される３，４−ジアルコキシチオフェンのホモ重合体又は共重合体である。ポリアニオン化合物は、その結果、好ましくは、ポリ（スチレンスルホナート）である。

当業者なら容易に理解する通り、本発明の更なる実施態様において、エレクトロクロミック材料は、いかなる非重合体材料、異なった非重合体材料の組合せ、又は重合体材料と非重合体材料との組合せをも含み、それらは、少なくとも一つの酸化状態において導電性並びにエレクトロクロミック挙動を示す。例えば、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、酸化ニッケル、ポリビニルフェロセン、ポリビオローゲン、酸化タングステン、酸化イリジウム、酸化モリブデン、及びプルシャンブル（フェロシアン化第二の鉄）などの重合体又は非重合体エレクトロクロミック材料と一緒の酸化スズ、ＩＴＯ又はＡＴＯ粒子などの導電性粒子などの導電性材料とエレクトロクロミック材料の組成物を使用できる。本発明のデバイスにおいて使用するためのエレクトロクロミックエレメントの非限定の例としては、導電性とエレクトロクロミック性の両方を有するＰＥＤＯＴ−ＰＳＳの例；Ｆｅ²⁺／ＳＣＮ^-を有するＰＥＤＯＴ−ＰＳＳの例、ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳは導電性とエレクトロクロミック性を有し、そしてＦｅ²⁺／ＳＣＮ^-は、追加のエレクトロクロミック成分である（下記参照）；エレクトロクロミック性のＷＯ₃コーティングと直接電気接触下での、絶縁性の高分子マトリクスにおいて導電性ＩＴＯ粒子の連続ネットワークを構成する例；電解質に溶解したエレクトロクロミック成分との接触下での、絶縁性の高分子マトリクスにおいて導電性ＩＴＯ粒子の連続ネットワークを構成する例が挙げられる。上記の通り、エレクトロクロミックピクセルデバイスは、一つより多くの色を有するディスプレイの実現のために、更に、エレクトロクロミック材料を含んでもよい。この更なるエレクトロクロミック材料は、エレクトロクロミックピクセルエレメント又は固化電解質内で提供でき、それらは、その後、例えば、一方で無色のＦｅ²⁺及びＳＣＮ^-イオン、及び他方で、Ｆｅ³⁺（ＳＣＮ）（Ｈ₂Ｏ）₅ 赤色錯体のレドックス対などのエレクトロクロミックのレドックス系を含む。更なる非限定の例を用いて、そのような材料は、ＴＭＰＤ−Ｎ，Ｎ，Ｎ′，Ｎ′−テトラメチルフェニレンジアミン；ＴＭＢＺ−Ｎ，Ｎ，Ｎ′，Ｎ′−テトラメチルベンジジン；ＴＴＦ−テトラチアフルバレン；フェナントロリン−鉄錯体；エリオグラウシンＡ；ジフェニルアミン；ｐ−エトキシクリソイジン；メチレンブルー；異なったインジゴ類及びフェノサフラニン類並びにそれらの混合物から、ＤＭＰＡ−５，１０−ジヒドロ−５，１０−ジメチルフェナジン；ＤＥＰＡ−５，１０−ジヒドロ−５，１０−ジエチルフェナジン；及びＤＯＰＡ−５，１０−ジヒドロ−５，１０−ジオクチルフェナジンなどの異なったフェナジン類を選択され得る。

固化電解質：本発明の目的のために、「固化電解質」は、それが使用される温度で十分に剛性であり、そのバルク中の粒子／フレークは、電解質の高粘度／剛性により実質的に固定化され、そしてそれが流動又は漏洩しない電解質を意味する。好ましいケースにおいて、そのような電解質は、この材料を、例えば、従来の印刷方法で、統合シート又はパターン化シートの支持に適用することを可能にするための適切なレオロジー性質を有する。析出の後、電解質処方は、溶媒の蒸発時に固体化し、又は化学架橋反応のために、追加の化学試薬により、又は紫外線、赤外線若しくはマイクロ波放射による照射、冷却又はその他の物理効果により引き起こされる。固化電解質は、例えば、ゼラチン又は高分子ゲルなどの水溶性又は有機溶媒含有ゲルを含んでもよい。しかし、固体高分子電解質は、また、本発明の範囲内であると想定され、そしてその範囲内にある。更にその上、定義は、また、紙、織物、多孔質高分子などの適切なマトリクス材料に浸み込むか、又は実施されるその他いかなる方法による液体電解質溶液をも包含する。本発明の幾つかの実施態様において、この材料は、事実、支持部がエレクトロクロミックデバイスの操作の統合部分を形成するように、エレクトロクロミックデバイスが配置される支持部である。固化電解質は結合剤を含んでもよい。この結合剤はゲル特性を有することは好ましい。結合剤は、ゼラチン、ゼラチン誘導体、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリ（ビニルピロリドン）、多糖類、ポリアクリルアミド、ポリウレタン、ポリプロピレンオキシド、ポリエチレンオキシド、ポリ（スチレンスルホン酸）及びポリ（ビニルアルコール）並びにその塩及びその共重合体から成るグループから選択してもよく、そして場合により架橋されてもよい。電解質は、上記のリストアップされた材料の一つより、又は二つ若しくはそれより多くのこれらの材料により形成されてもよい。

要約すれば、本発明に記載のピクセルデバイスの材料の選択及び垂直方向の構造物の構成は、従来の印刷技術を含む製造工程を可能にする。そのような従来の印刷技術は、バーコーティング、スクリーン印刷、スピンコーティング、インクジェット印刷、エアロジェット印刷又はその他の製造手法を含めてもよい。ピクセルデバイスの構造は、また、順に、より速く、そして安価な製造が可能となる大規模製造を容易に拡張できる製造の手法の使用を可能にする。例えば、本発明に記載の複数のピクセルデバイスを含むディスプレイ装置は、ロール・ツー・ロール製造法で製造し得る。

ピクセルデバイスの実施態様において、導電列ライン、前記通路における電子伝導体、第二のピクセル層、第三のピクセル層及び第一のピクセル層は、印刷技術を用いて配置できる。その結果、前記第二のピクセル層と導電列ラインの間の電子結合を提供する電子伝導体は、好ましくは、即ち、印刷可能であるために、例えば、好適なレオロジ特性を有する材料を製造することを支援するために、印刷可能材料を含む材料を配置してもよい。インクを含む電気的に導電性の高分子又は導電性カーボンはそのような印刷可能な材料の例である。ピクセルデバイスの製造中、電子導電材料は、バーコーティング、スクリーン印刷、インクジェット印刷、エアロジェット印刷、スピンコーティングなどの多くの異なった印刷技術により、又は、通路で材料に印加し、そして、例えば、前記通路を横切ってスキージを引くことにより、前記通路内へそれを押すことにより、前記通路内に配置され得る。電子伝導体で配置された通路を有する絶縁層は、事前加工され、又は部分的に事前加工されてもよいことは、また、当然である。例えば、通路及び電子伝導体は、事前製造工程中、印加され又は配置されてもよい。

一般的に、本発明の他の目的、機能、利点は、次の詳細な開示から、添付の従属項から、並びに図面から明白になるであろう。本発明の一つの実施態様は、今、添付の図面を参照し、例を用いて記載されるであろう。図面はスケール上、真実ではなく、そして当業者なら容易に認識する通り、図面で示したもの以外の寸法も、同様に、本発明の範囲内で可能であることは当然である。

単純マトリクス方式ディスプレイの拡大透視図を概略を図示し、ここで、ピクセル層と電極は一致する。 図１ａに関連して記載した通りに配置されたピクセルデバイスにおけるピクセルの断面図を概略を図示する。 単純マトリクス方式ディスプレイの拡大透視図を概略を図示し、ここで、第一のピクセル層と第一の電極は一致する。 図２ａに関連して記載した通りに配置されたピクセルデバイスにおけるピクセルの断面図を概略を図示する。 通路を有する絶縁層を含む単純マトリクス方式ディスプレイの拡大透視図を概略を図示する。 図３ａに関連して記載した通りに配置されたピクセルデバイスにおけるピクセルの断面図を概略を図示する。 ディスプレイの充填率を計算するために使用されるパラメータを図示する。 本発明に基づき配置された異なったサンプルのＩ−Ｖ特性を図示する。 本発明に基づき配置された異なったサンプルのＩ−Ｖ特性を図示する。 本発明に基づき配置された異なったサンプルのＩ−Ｖ特性を図示する。 本発明に基づき配置された異なったサンプルのＩ−Ｖ特性を図示する。 本発明に基づき配置された異なったサンプルのＩ−Ｖ特性を図示する。 ａはディスプレイデバイスの写真である。ｂはａの写真に基づく図であり、ディスプレイデバイスの部分を反映する。 本発明に基づいて配置された異なった電解質を含む異なったサンプルのＩ−Ｖ特性を図示する。 本発明に基づいて配置された異なった電解質を含む異なったサンプルのＩ−Ｖ特性を図示する。 本発明に基づいて配置された異なった電解質を含む異なったサンプルのＩ−Ｖ特性を図示する。 本発明に基づいて配置された異なった電解質を含む異なったサンプルのＩ−Ｖ特性を図示する。

本発明に記載の単純マトリクス方式ディスプレイの一つの例が、図１ａ及び１ｂに概略、図示される。図１ａは、単純マトリクス方式ディスプレイの拡大透視図であり、ここで、ピクセル層と電極は一致する。カーボンを含むエレクトロクロミック材料の第一の電極１２１のセット並びに第二の電極１２２のセットが提供される。各電極は直線状に伸びたエレメントとして形成される。第一の電極１２１、即ち、第一の電極の前記セットにおける電極は、共通の第一の面において互いに平行に配置される。第二の電極１２２、即ち、第二の電極の前記セットにおける電極は、共通の第二の面において互いに平行に配置される。更に、二セットの電極１２１、１２２は、各前記第一の電極は、一つの交差点においてのみ、各前記第二の電極と交差するように、互いに関連して配置される。図１において、第一の電極は、前記第二の電極に直角に配置され、即ち、電極は、互いに、９０°の角度で交差する。あるいは、電極は、ほとんど、どのような角度でも、０°から１８０°まで十分離れた、例えば、１０°〜１７０°の範囲内で、互いに交差するように配置されてもよい。

前記第一のと第二の電極の間の交差点のそれぞれにおいて、二つの電極間で空間的に配置された電解質１１３の層が存在する。換言すれば、電解質１１３は、第一の電極の前記セットの第一の電極１２１ａと第二の電極の前記セットの第二の電極１２２ａの間でサンドイッチされる。更に、第一のピクセル層１１１は、電解質１１３と第一の電極１２１ａの間の境界面の伸長部で定義される。第二のピクセル層１１２は、電解質１１３と第二の電極１２２ａの間の境界面の伸長部で定義される。換言すれば、前記第一のピクセル層１１１は、前記第一の電極１２１ａの部分と一致し、そして前記第二のピクセル層１１２は、前記第二の電極１２２ａの部分と一致する。より詳細には、前記第一のピクセル層１１１及び前記第二のピクセル層１１２は、前記第一の１２１ａ及び第二の１２２ａ電極の全体積をそれぞれ構成する。

一つの実施態様によると、第一の電極の前記セットは、第一のキャリア層１１６上に配置され、そして第二の電極の前記セットは、第二のキャリア層１１７上に配置される。第一の及び第二のキャリアは、好ましくは、絶縁材料で配置される。ピクセルデバイスを製造するとき、電解質は、それぞれの交差点における一つ又は両方の電極上に配置されてもよい。その後、キャリアは、イオン連結がそれぞれの第一のと第二の電極の間の交差点で提供されるようにくっつけられる。

図１ｂは、図１ａに関連して記載する通りに配置されたピクセルデバイスにおいて一ピクセルの概略断面図の拡大図を図示する。ピクセル層は、垂直の又は積み重ね配置を有する。より詳細には、電解質１１３は、エレクトロクロミック材料を含む第一のピクセル層１１１とカーボンを含む第二のピクセル層１１２の間でサンドイッチされる。更に、第一のピクセル層は、第一の基剤１１６と電解質１１３の間で空間的に配置され、そして第二のピクセル層は、第二の基剤１１７と電解質の間で空間的に配置される。前記ピクセルの視野角は、矢印１３０で示す前記第一のキャリア層に対して垂直である。

図２ａは、単純マトリクス方式ディスプレイの拡大透視図を概略示す。図２ａで示すピクセルデバイス２００は、前記第二のピクセル層が前記第二の電極に一致しないことを除いて、図１ａ及び１ｂに関連して記載する通りに配置される。代わりに、前記ピクセル層２１２は、前記第一の及び第二の電極２２１ａ、２２２ａ間の交差点で、第二の電極２２２ａと電解質２１３の間で空間的に配置される導電性カーボンを含む分離層である。更に、第二のピクセル層は、前記第二の電極２２２と直接電気接触下で配置される。第二の電極は、前記第二のピクセル層と同じ材料又は銀のような高い電子導電性を有する材料で配置される。より詳細には、第一の電極２２１ａ及び第二の電極２２２ａの間の各交叉点で、電解質２１３のそれぞれの層とカーボン材料の第二のピクセル層２１２は、互いに積み上げられ、そして前記第一のと第二の電極２２１ａ、２２２ａの間で、前記ピクセル層２１２が前記第二の電極２２２ａと直接電子接触下にあり、そして前記電解質２１３は、前記第二のピクセル層２１２及び前記第一の電極２２１ａのエレクトロクロミック材料の前記第一のピクセル層２１１と両方直接イオン接触下にあるように配置される。

より詳細に、そして一つの実施態様に基づいて、第一の電極２２１の前記セットは、第一のキャリア層２１６上に配置され、そして第二の電極２２２の前記セットは、第二のキャリア層２１７上に配置される。第一の及び第二のキャリア層２１６、２１７は、好ましくは、絶縁層で配置される。更に、カーボンの第二のピクセル層２１２は、前記第一の及び第二の電極２２１、２２２の間の各々の又は幾つかの交差点で前記第二の電極２２２ａ上に配置される。更に電解質２１３の層は、それぞれの交差点で第一の及び第二の電極の一つ又は両方上で配置され得る。その後、キャリアは、イオン連結がそれぞれの第一のと第二の電極２２１ａ、２２２ａの間の交差点で、第一のと第二のピクセル層２１１、２１２の間で提供されるように接合される。

図２ｂは、図２ａとの関連で記載した通りに配置されたピクセルデバイスにおける一ピクセルの概略の断面図の拡大図である。ピクセル層は、垂直又は積み重ね配置を有する。より詳細には、電解質２１３は、エレクトロクロミック材料を含む第一のピクセル層２１１とカーボンを含む第二のピクセル層２１２の間でサンドイッチされる。更に、第一のピクセル層２１１は、第一の基剤２１６と電解質２１３の間で空間的に配置され、そして第二のピクセル層２１２は、第二の電極２２２と電解質２１３の間で空間的に配置される。その上、第二の電極は、第二のピクセル層と第二のキャリア層２１７の間で空間的に配置される。前記ピクセルの視野角は、矢印２３０で示す通り、前記第一のキャリア層に対して垂直である。

図３ａは、単純マトリクス方式ディスプレイの拡大透視図を概略示す。図３ａで示すピクセルデバイス３００は、前記第二のピクセル層３１２が前記第二の電極３２２と直接電子接触しないことを除いて、図２ａ及び２ｂに関連して記載する通りに配置される。代わりに、通路３１９を含む絶縁層３１８は、前記第二のピクセル層３１２と前記第二の電極３２２の間に配置される。電子伝導体３２０は、各前記通路３１９に配置される。更に、絶縁層は、各電子伝導体３２０が第二の電極３２２と第二のピクセル層３１２を電気的に接続するように配置される。

より詳細に、そして一つの実施態様に基づいて、 絶縁材料の第一のキャリア層３１６は、第一の電極３２１のセットが配置されるその上に提供される。更に、絶縁材料の中間キャリア層３１８は提供され、そして通路３１９のセットがその中に配置される。第二の電極３２２のセットは、前記中間キャリア層３１８の第一の側面に配置され、そして電子伝導体３２０は、前記通路３１９に提供される。その上、導電性カーボンを含む第二のピクセル層３１２のセットは、前記中間キャリア層３１８の反対側に提供され、そして各前記第二のピクセル層３１２は、各電子伝導体３２０がその対応する第二の電極３２２ａと一緒にそれぞれの第二のピクセル層３１２ａと接続するように、前記電子伝導体３２０のそれぞれの一つと電子接触下で配置される。全ての実施態様において、第二のピクセル層は、互いに分離して配置される。電解質３１３を含む第三のピクセル層は、前記第二のピクセル層３１２の各一つに配置される。その後、第一の及び中間キャリア３１６、３１８は、各前記第一の電極３２１が一つの交差点でのみ、各前記第二の電極３２２と交差するように接合される。第一の及び中間キャリア３１６、３１８は、イオン連結が前記第一の電極３２１ａのそれぞれ一つと前記第三のピクセル層３１３のそれぞれの一つを経由して前記第二のピクセル層３１２ａのそれぞれの一つの間で、第一の電極３２１ａと３２２ａの間でのそれぞれの交差点において提供される手法で接合される。第三のピクセル層３１３のセットと第一の電極３２１の間のイオン接触は、上記の通り、第一のピクセル層３１１のセットを提供する。

更に又はあるいは、第一の及び中間キャリア層３１６、３１８が接合される前に、前記第三のピクセル層は、前記第一のと第二の電極３２１、３２２のそれぞれの対の間の所定の交差点に対応する位置において、前記第一の電極３２１とイオン接触下で提供され得る。その後、第一の及び中間キャリア３１６、３１８は、イオン連結が前記第一の電極３２１ａのそれぞれの一つと、前記第三のピクセル層３１３のそれぞれの一つを経由して前記第二のピクセル層３１２ａのそれぞれの一つの間で、第一のと第二の電極３２１ａ、３２２ａの間のそれぞれの交差点において提供されるような手法で接合される。

図３ｂは、図３ａと関連して記載される通りに配置されたピクセルデバイスにおいて一ピクセルの概略の断面図の拡大図である。ピクセルの層は垂直又は積み重ね配置を有する。より詳細には、電解質３１３は、エレクトロクロミック材料を含む第一のピクセル層３１１とカーボンを含む第二のピクセル層３１２の間でサンドイッチされる。更に、第一のピクセル層３１１は、第一の絶縁層３１６と第三のピクセル層３１３の間で空間的に配置される。その上、通路３１９を含む第二の絶縁層３１８は、前記第二のピクセル層３１２と前記第二の電極３２２の間で配置され、そして電子伝導体３２０は前記通路３１９内に配置され、ここで、電子伝導体は、電気的に前記第二のピクセル層３１２と前記第二の電極３２２を接続する。場合により、第二のピクセル層３１２は、前記第二の絶縁層と図３ａ及び３ｂに示されていない追加の絶縁層の間で配置されてもよい。

図４は、図１ａ及び１ｂに関連して記載した通りに配置されたマトリクスに配置されたピクセルセルのセットを含むディスプレイを模式的に図示する。複数のピクセル部分はマトリクス配列に配置され、ここで、各ピクセル部分は、図１ｂに関連して記載した通りにピクセルデバイスを定義する。ディスプレイを測定する一般特性は、充填率（fill factor）に関する。充填率は、完全なディスプレイの所定面積と比較して、各ピクセルの有効面積に関連する。充填率は、図示された寸法Ａ及びＢから誘導され得る。距離Ａは、二つの別々のピクセル部分間の距離に対応し、そして、二つのピクセルがどれほど接近して設置されるか、又は非有効面積がディスプレイにどれほど大きく存在するかを暗示している。距離Ｂは、ピクセルエレメントの断面積に対応するピクセル部分の一般寸法を図示する。通常は、距離Ａの相対的減少は、充填率の上昇を暗示し、そして面積Ｂの相対的上昇は、充填率の上昇を暗示する。実施態様において、本発明に記載のピクセルデバイスを含むディスプレイの充填率は、個別のピクセル部分の面積１×１ｍｍ²を元にして９０％になり得る。

絶縁層を有する単純マトリクス方式アドレッシングディスプレイの製造
厚さ５０μｍのポリエチレンテレフタレート（以後ＰＥＴと呼ぶ）フィルム（Melinex 454：DuPont Teijinフィルム（株）製）を含む絶縁層が提供され、ここで、通路は、レーザ照射により、２０×２０の格子状に創造し、ここで、二つの隣の通路間の距離は１ｃｍであった。通路の入口の直径は、前記絶縁層の第一の側で〜３０μｍであり、前記絶縁層の他方の側で〜７０μｍであった。導電性カーボンペースト（7102 screen printing carbon paste；DuPont社製）をスキージを用いて通路内に析出させた。カーボンペーストを１２０℃で、３分間乾燥した後、カーボン析出工程段階を、通路を通した電子導電性を確実にするため、再度繰り返した。 前記絶縁層の第一の側に、シルバーペースト（Ag 5000 screen printing silver paste、DuPont社製）の２０本の平行ラインをブラシで析出させ、各ラインは前記絶縁層において２０通路で電気的に接続するように、各ラインは、幅：〜２〜３ｍｍ、長さ：＞２００ｍｍであった。シルバーラインは、その後、１２０℃、５分間熱処理した。絶縁層の第二の側面で、導電カーボンペースト(7102)を前記通路の最上部で析出させ、各々、面積〜４〜５ｍｍ²を有する正方形を形成した。エレクトロクロミックピクセルデバイスにおける対電極エレメントとして提供される正方形のカーボンを、その後、１２０℃、３分間乾燥した。２０×２０の電解質の滴下（Luviquat Excellence：BASF社製：ＴｉＯ₂粉末（KRONOS社製）１０質量％含有）を正方形のカーボン上に析出させ、そして６０℃で１分間乾燥した。Luviquatは、ビニルピロリドンと第四級ビニルイミダゾール共重合体の水溶液である。ＴｉＯ₂は、電解質を十分不透明にするために用いた。ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ（Orgacon EL-350；AGFA社製）で事前コートしたＰＥＴフォイルが提供された。ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ層は、ナイフプロッタの道具で２０個の長方形にパターン化し、各長方形は２３×１ｃｍ²の面積を有していた。ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳの長方形は、形成したマトリクスディスプレイにおける第一の電極及び第一のピクセル層として提供された。第二の電極上に電解質滴下の同一長方形パターンに基づき、２０×２０の電解質の滴下を析出させ、６０℃、１分間乾燥した。最終工程段階として、第二の電極及び第一のピクセル層は、層が垂直構造において互いに面し、そして導電シルバーライン及び導電性ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ長方形は、直交方式で配列するようにラミネートした。後者は行と列を含むマトリクスディスプレイを確実にした。

例示デバイス及び参照デバイスの製造：
エレクトロクロミックピクセルデバイスは、同一材料（カーボンペースト、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ及び電解質）と上記のマトリクスディスプレイで使用された基材（ＰＥＴフォイル）を用いて製造することができた。シルバを含む導電ラインは、単一ピクセルデバイスにおいては必要ではなかった。

ピクセルデバイスの第一の例によると、カーボンペースト（7102、DuPont社製）及びＰＥＤＯＴ：ＰＳＳペースト（Clevios S V3 screen printing paste；H.C. Starck社製）を、それぞれのＰＥＴフォイル基材上にスクリーン印刷し、各析出層は、面積：３５×３５ｍｍ²を有し、そしてその後、１１０℃、５分及び２分間それぞれ乾燥した。その後、面積：２×２ｍｍ²を有する電解質層を事前コートした基材の角に析出させ、各基材に対して一電解質パターンであった。電解質層を６０℃、１分間乾燥した後、ピクセルデバイスは、層を垂直構造内にラミネートすることにより完結し、ここで、サンドイッチ化した電解質は、第一のと第二のピクセル層の間でのイオン連結を確実にした。

別種類のカーボンペースト（PF-407A：Acheson社製）を活用し、それを、7102カーボンペーストの代わりに前記第二のピクセル層に析出させたことを例外として、第一の例と同じデバイス構造を有するピクセルデバイスの第二の例を製造した。

事前コートされたＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ（Orgacon El-350；AGFA社製）を含むＰＥＴフォイルを前記第一のピクセル層として活用することを例外として、前記第一の例と同じデバイス構造を有するピクセルデバイスの第三の例を製造した。

カーボン対電極をＰＥＤＯＴ：ＰＳＳを含む電極に交換することを例外として、前記第一の例と同じデバイス構造を有する第一の参照サンプルを製造した。

前記第一の例と同じデバイス構造を有する第二の参照サンプルを製造したが、ここで、カーボン対電極をシルバペースト電極（Ag5000；Dupont社製）に交換した。

電気化学的性質の測定；
エレクトロクロミックピクセルデバイスのＩ−Ｖ特性は、それらを半導体パラメータ分析計（Hewlett Packard/Agilent 4155B）に結合して測定した。サンプルのピクセルは、図１ａ及び１ｂに関連して記載した通りに配置したマトリクスディスプレイを提供し、そしてマトリクスディスプレイにおいて残りのピクセルからサンプルピクセルを絶縁して製造した。電位は第二のピクセル層に接続し、一方、第一のピクセル層は接地した。電位は負値（第一のピクセル層が酸化される）で始まり、正値に掃引し（第一のピクセル層が還元される）、その後、再度負値に戻った、例えば、−２Ｖ〜２Ｖ〜−２Ｖ。印加電位は２０ｍｓ毎に１０ｍＶ上昇させた。換言すれば、ピクセル電極層は、その初期の透明酸化状態から、その青色の還元状態へ切り替わり、その後、透明酸化状態へ戻り、そしてパラメータ分析計により、ピクセルデバイスを通して電流値を連続的に記録した。

テスト結果：
ピクセルデバイスの第一の参照サンプル、第一の、第二の、第三の例及び第二の参照サンプルのＩ−Ｖ曲線又はＩ−Ｖ特性は、図５，６，７，８及び９にそれぞれ示した。カーボン対電極が欠けている図５及び９の両方の参照サンプルは、電圧の閾値挙動を示さなかった。何故ならば、電流は、幾分かは、印加電位に直線的に上昇し／低下するからである。図５及び９のサンプルは、対電極として、それぞれＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ及びシルバを含む。他方、図６、７及び８のピクセルデバイスの実施態様は、約０．５〜１．０Ｖで電圧閾値電位を示した。そのような電圧閾値電位は、単純マトリクス方式のアドレッシングにより駆動されるマトリクスディスプレイにおいて利用できる。

図１１〜１４は、異なった電解質１１３を含むピクセルデバイスの例示サンプルのＩ−Ｖ曲線又はＩ〜Ｖ特性を示す。Ｉ−Ｖ曲線を図１１〜１４に図示するサンプルデバイスは、図１ａ及び図１ｂに関連して記載した通りに配置され、ここで、各サンプルピクセルは、マトリクスディスプレイにおけるピクセルの残りから単離された。更に、各ピクセル１１０の第一のピクセル層は、エレクトロクロミック材料として、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳを含み、第二のピクセル層１１２はカーボンを含む。Ｉ−Ｖ曲線を図１１に示すピクセルデバイスのサンプル用の電解質は、ポリ（ジアリルジメチルアンモニウムクロリド）、水溶性ポリカチオン電解質溶液である。そのようなピクセルデバイスは、約±１．０Ｖの閾値電圧を示す。加えて、例示の実施態様は、０Ｖで低い漏洩電流を有している。その結果、そのようなピクセルデバイスは、単純マトリクス方式アドレッシングで駆動するマトリクスディスプレイに使用可能である。

図１２は、サンプルの二つの異なった実施態様のＩ−Ｖ曲線を示す。四角で表されるグラフは、ポリカチオン電解質として、ビニルピロリドンと第四級化ビニルイミダゾール共重合体（Luviquat（登録商標）、水溶液として提供される；BASF社製）を含むサンプルを参照する。円で表されるグラフは、ポリアニオン電解質としてポリスチレンスルホン酸ナトリウム塩の水溶液（ＭＷ：〜７００００；Alfa Aesar社製）を含むサンプルを参照する。図１２のグラフに対応する両方の例示デバイスは、閾値電圧が±１．０Ｖであり、０Ｖにおいて低い漏洩電流を示した。その結果、そのようなピクセルデバイスは、また、単純マトリクス方式アドレッシングにより駆動されるマトリクスディスプレイ使用可能である。

図１３及び１４は、ポリカチオン電解質として、ビニルピロリドンと第四級化ビニルイミダゾール共重合体（Luviquat（登録商標）、水溶液として提供される；BASF社製）を含むサンプルのＩ−Ｖ曲線を示す。しかし、各ピクセルデバイスの電解質は、異なった添加剤を含む。図１３の曲線をもたらすピクセルデバイスの電解質における添加剤の目的は、印刷可能性と硬化可能性を与えることである。 四角で表されるグラフは、Luviquat:ＤＬ−乳酸比＝１００：１８．５質量比である電解質を有するサンプルを参照する。円で表されるグラフは、Luviquat:ＤＬ−乳酸比：グリセロール１，３−ジグリセロレートジアクリレート＝１００：１８．５：２．７質量比である電解質を有するのサンプルを参照する。三角形で表されるグラフは、Luviquat:グリセロール１，３−ジグリセロレートジアクリレート＝１００：１０質量比である電解質を有するのサンプルを参照する。それ故、ＤＬ−乳酸及びグリセロール１，３−ジグリセロレートジアクリレートなどの添加剤は、単純マトリクス方式ディスプレイにおけるアドレッシングの可能性に対して必要とされる維持された閾値電圧を有する硬化可能性と印刷可能性を得るためにLuviquatへの添加剤として使用できる。

図１４のＩ−Ｖ曲線でもたらされるピクセルデバイスのための添加剤は、グリセロール１，３−ジグリセロレートジアクリレート（Sigma-Aldrich社から購入）；ＤＬ−乳酸（Sigma-Aldrich社から購入）；Irgacure2959 （２−ヒドロキシ−４′−（２−ヒトロキシエトキシ）−２−メチルプロピオンフェノン９８％：Sigma-Aldrich社から購入）： ＴＰＯ（ジフェニル（２，４，６−トリメチルベンゾイル）ホルフィンオキシド；Lucirin TPO: BASF社から購入）；ＴｉＯ₂及び水である。四角で表されるグラフは、Luviquat：グリセロール１，３−ジグリセロレートジアクリレート：ＤＬ−乳酸：Irgacure 2959：ＴＰＯ：ＴｉＯ₂＝１００：３：１．９：０．２１：０．１７：１０質量比を含む電解質を有するサンプルを参照する。円で表されるグラフは、Luviquat：グリセロール１，３−ジグリセロレートジアクリレート：ＤＬ−乳酸：Irgacure 2959：ＴＰＯ：ＴｉＯ₂水＝１００：１０．８：１８．５：０．７７：０．６２：９２：１９．２質量比を含む電解質を有するサンプルを参照する。Irgacure 2959とＴＰＯは電解質層のＵＶ硬化を可能とする光開始剤であり、ＴｉＯ₂粒子は、反射モードで操作する不透明化層として使用できる。グラフは、これらの添加剤が閾値電圧を損なうことなく使用できることを示している。

図１０ａは、上記の第三の例に基づいて製造され、チェスボードパターンに基づいて更新された単純マトリクス方式アドレス化ディスプレイの写真である。２０×２０のエレクトロクロミックピクセルデバイスを含み、そして実質的にクロストークがないこの特別なマトリクスディスプレイが観察でき、即ち、それぞれのピクセルは暗色又は透明である。図１０ｂは、図１０ａの破線の円での内容物に相当するディスプレイの部分を映すスケッチである。図１０ｂのスケッチは、図１０ａと比較して若干時計方向に回転することを示している。写真において、Ａｇ電極は、ピクセルエレメントの下部で水平方向に伸びる。 図１０ｂのスケッチにおいて、Ａｇ電極は、長方形として図示され、それは右から左に見るとき、傾いている（時計方向の回転に起因して）。電極はカーボン電極を経由して含む絶縁基材上に提供される。 絶縁基材の他側面の上に、カーボンを含むピクセル層が提供される。更に、白色電解質の滴下がカーボンを含む各ピクセル層の最上部に提供される。最終的に、導電性高分子を含む半透明性シートが提供され、そして、それが全ての電解質を覆い、即ち、前記電解質が前記半透明シートに接触するところで第一のピクセル層が形成されるように配置される。薄い直線的に垂直な切断部が、互いにピクセルのセクションを電子的に絶縁するために、半透明シートに提供され、ここで、各セクションにおけるピクセルは、写真の底から写真の最上部へ、次々に、配置される。垂直切断部の間の距離は１ｃｍである。各セクションにおけるピクセルは、半透明シートにより互いに電子接触にある。写真で見て分かる通り、各ピクセルの着色、即ち、半透明シートの着色は、ほとんど完全な正方形に対応している。ピクセルの周囲の白色材料は、半透明シートに接触していないが、それを通して可視的な電解質である。図１０ｂにおいて、Ａｇ電極の最上部に配置されている不連続な島は、電解質に対応する。より詳細には、行において配置される第一の電極のセットは、エレクトロクロミックピクセルエレメント又は第一のピクセル層を指定し、一方、列に配置される第二の電極のセットは、マトリクスディスプレイの第二のピクセル層を指定する。各行及び列は、供給電圧により駆動するデジタル集積回路の出力ピンに接続される。ディスプレイで提示される望ましい像は、一回又は繰り返して全ディスプレイを更新することにより像を出力するプログラム化可能な回路に保存される。列ごと走査又は個別ピクセル走査がその他の利用可能なアドレッシングの選択肢ではあるけれど、マトリクスディスプレイは、行ごと更新される。行ごと走査において、出力は、信号がそれぞれの行を、望ましいピクセルが電圧をそれぞれの列ラインに印加することにより更新できるように、活性化することを可能にする。非活性行と非アドレス化列の出力は無効である。更新行の出力ピンは、その後、無効になり、そしてその後の行は、同一の手順で更新される。

上記の記述において、本発明は、主として、多くの明確に開示した実施態様を参照して説明された。しかし、当業者には容易に認識される通り、上記で開示されたもの以外の実施態様も、添付の特許請求範囲で定義される通り、同様に本発明の範囲内で可能である。例えば、図５〜９における実施態様のエレクトロクロミックピクセル層は、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳで形成される。しかし、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳで形成されるもの以外のその他のエレクトロクロミック材料もエレクトロクロミックピクセル層用に使用してもよく、そして本発明の範囲内に入る。更に、上記で開示したもの以外の印加電位のその他の大きさも、同様に、本発明の範囲内に可能である。

Claims (13)

1. マトリクスに配置されたピクセルセル（１１０；２００）のセットを含んでなる単純マトリクス方式ディスプレイ（１００；２００）であって、
   ここで、各ピクセルセルは、視覚的に検出可能な異なる着色状態の間で電気化学的に切り替え可能な、エレクトロクロミックで、電気化学的に活性な有機高分子材料を含む第一のピクセル層（１１１；２１１）；
   該第一のピクセル層に面する第二のピクセル層（１１２；２１２）；及び
   該第一の及び第二のピクセル層の間に空間的に配置され、そしてそれらとイオン接触する固化電解質からなる第三のピクセル層（１１３：２１３）、を含み、
   そしてここで、
   該第三のピクセル層は、ＰＨ染料及びエレクトロクロミック材料を含まず、
   各ピクセルセル（１１０；２１０）の該第二のピクセル層（１１２；２１２）は、導電性カーボンを含む材料からなり、そして
   ここで上記固化電解質はポリカチオン電解質又はポリアニオン電解質であり、
   それにより、前記ピクセルセルを交差して印加される電圧に少なくとも応答する閾値電
   圧を提供する、
   上記単純マトリクス方式ディスプレイ。
2. 第一の電極（１２１；２２１）のセット及び第二の電極（１２２；２２２）のセットを更に含んでなり、それらは互いに電子的に絶縁され、そして：
   −該第一の電極（１２１；２２１）のそれぞれは、一つの交差点でのみ該第二の電極（２２１；２２２）のそれぞれと交差し、そして
   −前記ピクセルセル（１１０、２１０）のそれぞれは、それぞれの第一の及び第二の電極（１２１ａ、１２２ａ；２２１ａ、２２２ａ）により形成された前記交差点のそれぞれ一つに配置されるように構成され、ここで：
   −上記ピクセルセル（１１０、２１０）のそれぞれの前記第一のピクセル層（１１１；２１１）は、それぞれの上記第一の電極（１２１ａ；２２１ａ）の一部と一致し、そして
   −各該ピクセルセル（１１０、２１０）の前記第二のピクセル層（１１２；２１２）は、それぞれの上記第二の電極（１２２ａ；２２２ａ）の一部と一致するか又は電子接触する、請求項１に記載のディスプレイデバイス。
3. 第一の電極（１２１；２２１）のセット及び第二の電極（１２２；２２２）のセットを更に含んでなり、それらは互いに電子的に絶縁され、そして：
   −該第一の電極（１２１；２２１）のそれぞれは、一つの交差点でのみ該第二の電極（２２１；２２２）のそれぞれと交差し、そして
   −前記ピクセルセル（１１０、２１０）のそれぞれは、それぞれの第一の及び第二の電極（１２１ａ、１２２ａ；２２１ａ、２２２ａ）により形成された上記交差点のそれぞれ一つに配置されるように構成され、ここで：
   −上記ピクセルセル（１１０、２１０）のそれぞれの前記第一のピクセル層（１１１；２１１）は、それぞれの上記第一の電極（１２１ａ；２２１ａ）と電子接触し、そして
   −各該ピクセルセル（１１０、２１０）の上記第二のピクセル層（１１２；２１２）は、上記それぞれの第二の電極（１２２ａ；２２２ａ）の一部と一致するか又はそれと電子接触する、請求項１に記載のディスプレイデバイス。
4. 別々の制御エレメントのセットを有しないディスプレイデバイスであって、ここで、該別々の制御エレメントのセットとは、各制御エレメントが前記ピクセルセルのそれぞれ一つずつと関連し、ピクセルセルの色をアクティブに制御するためのトランジスタ機能を提供するように配置される制御エレメントのセットである、請求項１〜３のいずれか１項に記載のディスプレイデバイス。
5. 可撓性基板（１１７；２１７）上に配置される、請求項１〜４のいずれか１項に記載のディスプレイデバイス。
6. 少なくとも印刷可能であるか可撓性である、層状に形成された請求項１〜５のいずれか１項に記載のディスプレイデバイス。
7. 請求項２〜６のいずれか１項に記載のディスプレイデバイスであって、
   前記ピクセルセル（１１０；２１０）の前記第一の電極（１２１；２２１）及び第一のピクセル層（１１１；２１１）の全てが、同一材料を含み、そして／又は該ピクセルセル（１１０；２１０）の前記第二の電極（１２２；２２２）及び第二のピクセル層（１１２；２１２）は、全て同一材料で構成される、上記ディスプレイデバイス。
8. 請求項７に記載のディスプレイデバイスであって、
   前記ピクセルセル（１１０；２１０）のそれぞれの前記第一の電極（１２１；２２１）及び第一のピクセル層（１１１；２１１）は、全て同一層の部分であり、そして／又は
   該ピクセルセル（１１０；２１０）のそれぞれの前記第二の電極及び第二のピクセル層（１１２；２１２）は、全て同一層の部分である、上記ディスプレイデバイス。
9. 前記ピクセルセル（１１０；２１０）のそれぞれの前記第二のピクセル層（１１２；２１２）が、前記のそれぞれの第二の電極（１２２ａ；２２２ａ）と電子接触にあり、そしてディスプレイデバイスは更に、該ピクセルセルのセットの各ピクセルセル（３１０）中の上記第二の電極（３２２）と上記第二のピクセル層（３１２）の間に配置された、絶縁層（３１８）を含み、そしてその絶縁層は更に、それぞれ電子伝導体（３２０）を配した通路（３１９）を含み、その電子伝導体は、それぞれのピクセルセル（３１０）のそれぞれの第二のピクセル層（３１２）と上記第二の電極（３２２）とを電子的に接続する、請求項３〜７のいずれか１項に記載のディスプレイデバイス。
10. それぞれのピクセルセルにおいて、前記第二のピクセル層は、前記第三のピクセル層の中心部分を覆う、請求項１〜９のいずれか１項に記載のディスプレイデバイス。
11. それぞれのピクセルセルにおいて、第二のピクセル層の表面積は、第三のピクセル層の表面積の少なくとも６０％である、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のディスプレイデバイス。
12. 前記固化電解質がポリカチオン電解質である、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のディスプレイデバイス。
13. −視覚的に検出可能な異なる着色状態の間で電気化学的に切り替え可能な、エレクトロクロミックで、電気化学的に活性な有機高分子材料を含む第一のピクセル層（１１１；２１１）、
    −導電性カーボンを含む材料で形成されている、前記第一のピクセル層に面する第二のピクセル層（１１２；２１２）、及び
    −該第一の及び第二のピクセル層の間で空間的に配置され、そしてそれらとイオン接触する固化電解質からなる第三のピクセル層（１１３；２１３）、
    の使用であって、
    ここで、該第三のピクセル層は、ＰＨ染料及びエレクトロクロミック材料を含まず、そして
    該固化電解質はポリカチオン電解質又はポリアニオン電解質であり、電圧が該ピクセルセルと交差して印加されるとき、各々は閾値電圧応答を有する、ピクセルセルのセットで使用可能なピクセルセルを提供するための使用。

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