KR20060131763A

KR20060131763A - 다공성 기판상에 패턴화된 전극을 접촉시키는 방법 및 이에의한 소자

Info

Publication number: KR20060131763A
Application number: KR1020067010389A
Authority: KR
Inventors: 존 알. 레이놀즈; 아브니 에이. 아르곤; 마티유 베르라드; 피에르 에이치. 알베르트
Original assignee: 유니버시티 오브 플로리다 리서치 파운데이션, 아이엔씨.
Priority date: 2003-11-19
Filing date: 2004-11-19
Publication date: 2006-12-20
Anticipated expiration: 2024-11-19
Also published as: KR100980353B1; JP2007534162A; JP2014123741A; US7333257B2; WO2005053005A2; JP5694627B2; EP1687670B1; EP1687670A2; US20050210672A1; WO2005053005A3

Abstract

패턴화된 전극 소자를 접촉시키는 방법은 다공성 기판을 제공하는 단계, 전기 전도성 물질을 증착시켜 다공성 기판의 전면 상에 적어도 하나의 전극을 형성하는 단계 및 기판의 이면 상에 적어도 하나의 전기 전도성 이면 접촉 교점을 증착하는 단계를 포함한다. 상기 전기 전도성 물질의 일부는 기판으로 침투된다. 상기 기판의 전면 상에 전극이 형성된 소자로서, 상기 전극은 전기 전도성 물질을 포함하는 도통 채널에 의해 기판을 통해 이면 접촉 교점으로 전기적으로 연계되는 소자가 제공된다.

다공성 기판, 전기 전도성 이면 접촉 교점, 전면 전극, 도통 채널

Description

다공성 기판상에 패턴화된 전극을 접촉시키는 방법 및 이에 의한 소자{A METHOD TO CONTACT PATTERNED ELECTRODES ON POROUS SUBSTRATES AND DEVICES THEREBY}

본 발명은 다공성 기판의 이면으로부터 전자기적으로 활성인 소자를 전기적으로 접촉시키는 방법, 및 그 관련 소자에 관한 것이다.

전자기적 활성 소자, 예를 들어, 집적된 전자기 소자, 전기발광 소자, 광전기 소자, 전기 발색 소자, 및 다른 소자들과의 전기적 접촉은 통상, 전극을 본드 패드와 같은 전도성 구조와 연결시키는 전기적으로 전도성인 교점(trace)을 사용하여 이뤄지는데, 그러한 구조들 전부는 소자와 동일한 면에 위치하고 있다. 상기 전도성 교점 및 본드 패드로 인해 활성 소자에게 이용 가능한 영역이 상당히 줄어든다. 더욱이, 그러한 배치는 기능에 한계를 가져올 수 있을뿐더러, 특정 전기 발색 및 전기발광 소자와 같은 디스플레이 적용 물에 대한 소자의 외관에 영향을 줄 수 있다.

[발명의 요약]

패턴화된 전극 소자를 접촉하는 방법은 다공성 기판을 제공하는 단계, 상기 다공성 기판 내로 침투하는 전기적 전도성 물질을 상기 다공성 기판의 전면 (front-side) 상에 증착하는 단계, 및 상기 전기적 전도성 물질로부터 적어도 하나의 전극을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 증착 및 형성 단계는 새도우 마스크를 사용함으로써와 같이 달성되는, 단일 단계일 수 있다. 적어도 하나의 전기적 전도성 이면(back-side) 접촉 교점이 기판의 이면 상에 증착된다. 상기 기판의 전면 상에 전극을 포함하는 소자에 있어서, 상기 기판의 전면 상에 있는 전극은 전기 전도성 물질을 포함하는 도통 채널에 의해 상기 다공성 기판을 통해 이면 접촉 교점에 전기적으로 연계되어 있다.

간단히, 본 명세서에서, 제 일 면은 전면으로, 나머지 다른 면은 이면으로 지칭된다. 디스플레이 관련 적용 물에서, 전극을 포함하는 전면은 일반적으로 위로 향하여 있고 다공성 기판은 광학적으로 불투명하여 이면 도통 교점을 숨기게 될 것이다. 그러나 본 발명은 또한, 특정 적용 물에서 광학적으로 투명한 기판을 사용할 수 있다. 더욱이, 특정 적용 물에서 이면으로 지칭되는 면이 위로 향하거나, 옆으로 향할 수 있고, 전면으로 지칭되는 면이 아래로 향하거나 옆으로 향할 수 있다.

상기 전기 전도성 물질은 도통 채널을 통해 상기 이면 접촉 교점과 직접적으로 전기적 연계를 이룰 수 있다. 이러한 방법은 또한 전기 전도성 용액을 첨가하고 이를 건조시켜 상기 도통 채널을 완성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이러한 구체예에서, 상기 용액은 전기적 전도성 중합체 또는 전기적 전도성 유기 용액을 포함할 수 있다. 이러한 용액은 수용액으로서, 상기 전도성 중합체가 기판 내로 확산 되고 상기 전기 전도성 물질 및 전기 전도성 교점 사이에 도통 다리를 형 성할 수 있는 것이다. 상기 첨가 단계는 잉크 젯 프린팅하여 상기 전기 전도성 용액을 프린트하는 것을 포함할 수 있다. 사기 용액은 도통 채널을 형성하는 유체 금속을 포함할 수 있다.

상기 증착 단계는 증발, 화학 증착 플라즈마 보조 화학 증착(Plasma assisted chemical vapor deposition), 스퍼터 증착, 및 이온 빔 보조 증착(ion beam assisted vapor deposition)을 위시한 다양한 공정을 포함할 수 있지만, 여기에 한정되는 것은 아니다. 상기 전극은 다공성 전극일 수 있다. 상기 소자는 전기 발색 소자로서, 이때 상기 방법은 전극 상에 전기 발색적 활성 중합체를 코팅하는 단계를 더 포함할 수 있다. 코팅 단계는 잉크 젯 프린팅, 마스크를 통한 스프레이 코팅, 또는 스핀 코팅과 같이, 전기화학 코팅, 또는 용액 코팅 방법을 포함할 수 있다.

전자기적 활성 소자는 다공성 기판, 상기 기판의 상면 상에 배치된 전기적 활성 물질로부터 형성되며, 이의 일부가 기판으로 침투된 적어도 하나의 전극을 포함한다. 적어도 하나의 이면 접촉 교점이 기판의 이면 상에 배치되어 있고, 여기서 상기 전극은 전기적 전도성 물질을 포함하는 도통 채널에 의해서 상기 기판을 통해 이면 접촉 교점에 전기적으로 연계된다. 전자기적 활성층은 전극과 전기적으로 연계된다.

상기 소자는 상기 전자기적 활성층이 전기 발색적 활성층을 포함하는 전기 발색 소자(ECD)를 포함할 수 있다. 이러한 ECD는 이면 교점 및 전기화학적 활성층 사이에 배치된 전해질 층을 포함할 수 있다. 전기적 전도성 접촉 층은 상기 전기 화학적 활성층과 접촉되게 배치되어 있다. 일 구체예에서, 상기 적어도 하나의 전극은 복수 개의 전극을 포함할 수 있고, 상기 전기 발색적 활성층은 음극적으로 발색하는 중합체, 양극적으로 발색하는 중합체, 또는 상기 복수 개의 전극의 일부에 있는 양극적으로 발색하는 중합체와 상기 복수개의 전극의 다른 일부 상에 존재하는 음극적으로 발색하는 중합체를 포함한다.

상기 음극적으로 발색하는 중합체는 중성 상태에서 밴드 갭 (Eg)이 2.0 eV 이하이다. 예를 들어, 상기 음극적으로 발색하는 중합체는, 알킬렌디옥시피롤, 알킬렌디옥시티오펜, 또는 알킬렌디옥시퓨란과 같은, 폴리(3,4-알킬렌디옥시헤테로사이클)을 포함할 수 있다. 폴리(3,4-알킬렌디옥시헤테로사이클)은 PProDOT-(메틸)₂, PProDOT-(헥실)₂, 또는 PProDOT-(에틸헥실)₂와 같은 브릿지 알킬-치환 폴리(3,4-알킬렌디옥시티오펜)을 포함할 수 있다.

상기 양극적으로 발색하는 중합체는, 폴리(3,4-알킬렌디옥시헤테로사이클)과 같이 중성 상태에서 밴드 갭 (Eg) > 3.0 eV를 제공할 수 있다. 상기 알킬렌디옥시헤테로사이클은 알킬렌디옥시피롤, 알킬렌디옥시티오펜 또는 알킬렌디옥시퓨란일 수 있다. 상기 폴리(3,4-알킬렌디옥시헤테로사이클)는 N-PrPProDOP, N-Gly PProDOP 또는 N-프로판 설폰화 PProDOP (PProDOP-NPrS)를 포함할 수 있다. ECD는 일 초 미만 내에 광학적 투명 및 발색 상태 사이에서 전환될 수 있다.

패턴화된 전극 소자를 접촉시키는 방법은 다공성 기판을 제공하는 단계, 전기적 전도성 물질을 증착하여 상기 다공성 기판의 전면(front-side) 상에 적어도 하나의 전극을 형성하는 단계, 및 기판의 이면 상에 적어도 하나의 전기적 전도성 교점을 증착하는 단계를 포함한다. 상기 전면 증착 공정의 전도성 물질의 일부는 다공성 기판으로 투과된다. 다음, 상기 제공된 전극을 이용하는 기판상에 소자를 형성시키는데, 여기서 상기 전극은 상기 전기적 전도성 물질을 포함하는 도통 채널에 의해, 기판의 이면 상에 있는 전기적 전도성 교점과 상기 기판을 통해서 전기적으로 연합되어 있다.

본 발명은 전기 발색성 소자, 전기발광 소자, 광전기 소자는 물론 다른 전기화학적 및 전자적 소자를 작동시키는 전기적 도통 전극을 요하는 다양한 전자기적으로 활성인 소자에 사용될 수 있다. 전자적 소자들은 반도체 소자를 포함할 수 있다. 본 발명은 또한 전계 효과 트랜지스터 또는 전계 효과 소자 스위치를 통해 기전 되는 발광 디아오드(LEDs)를 포함하는 전기 발색 소자와 같은 혼합된 소자에 사용될 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "다공성 기판" 또는 "다공성 전극"은 표면이 액체에 의해 침투될 수 있는 물질을 의미한다. 도통 채널은 본 발명에 따라서 기공에 기체 상, 액체 또는 고체 상태의 전기적 전도성 물질을 도입하여 채움으로써 제조될 수 있다. 특정 다공성 기판은 기판의 두께를 관통할 수 있는 일정한 크기의 기공 크기를 가질 수 있다. 이러한 다공성 기판의 주요 타입은, 일정한 크기의 기공, 예를 들어, 일정한 10 μm 직경의 기공을 가지는, 철 궤적이 에칭된 폴리카보네이트 막일 수 있다. 이와는 달리, 다공성 기판은 기판 물질의 두께를 통과하여 연장되어 있지 않은 전체적으로 크기가 일정치 않은 기공을 가지는 섬유성 기판일 수 있다. 섬유성 기판의 예는 폴리프로필렌 예비 필터, 나일론/폴리테트라플루오로에틸렌 막, 실험실 여과지, 또는 완전 불소화된 섬유 상 막계 물질을 포함한다. 상기 다공성 기판은 석판 인쇄 기술을 포함하는 당해 분야에 공지된 다양한 기술을 사용하여 금속으로 패턴 형성될 수 있다. 다공성 기판상에 금속을 패턴화시키는 간단한 방법 한 가지는 기계로 절단한 셔터 마스크(machine cut shutter mask)를 사용하는 것이다. 도 1(a)에서 나타난 바와 같은, 하나의 마스크를 사용하여, 바람직한 전극 패턴을 포함하는 활성 (전) 면을 패턴화할 수 있고, 도 1(b)에서 나타난 바와 같은 제 2 마스크를 사용하여 다공성 기판의 이면 상에 전기적 전도성 교점을 패턴화할 수 있다. 마스크들은 금속 증착 공정을 실시하는 동안 다공성 기판 표면의 일부를 선택적으로 차단한다. 금속 증착(MVD)과 같은 증발 공정을 고도의 진공(<10^-4torr 또는 그 이상) 하에서 사용하여, 금과 같이, 적절하게 낮은 온도에서 쉽게 증발할 수 있는 적절한 금속을 적용할 수 있다. 금속은 상기 다공성 기판의 양면에 동시에 한가지 단계로 또는 두 개의 개별 단계로 증착될 수 있다.

도 1(c)은 도 1(a)에 나타난 마스크를 사용하여 적용된 전면 금속 패턴을 가지는 다공성 폴리카보네이트 기판의 전면을 보여주는 사진이다. 이러한 단계로써 다공성 기판의 표면상으로 복수 개의 개별 전극을 증착할 수 있다. 기판이 상당히 광학적 투명하기 때문에 이면 금속 패턴이 도 1(c)에 나타내 질 수 있다. 도 1(d)은 도 1(a)에 나타난 마스크를 사용하여 형성된 패턴을 나타내는 전면 상에 금으로 패턴화된 불투명한 실험실 여과지의 전면을 보여주는 사진이다.

도 2(a)는 선행기술의 24 픽셀 패널 전기 발색 또는 다른 디스플레이 전극(200)을 나타내는 것으로서, 각 픽셀(220)에 대하여 가시적으로 보이는 전면 접촉 교점(210) 및 본드 패드(215)를 가지고 있다. 도 2(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른, 패턴화된 전극(270)(흰색 부분)을 가지지만 가시적으로 보이는 교점이 없는 24개 픽셀의 패널 전기 발색 전극(250)을 나타낸다. 불투명 다공성 기판을 사용하였다. 검은색 부분(260)은 전기적으로 절연된 부위이다. 본 발명은 따라서 픽셀 화 된 전극 표면상의 접촉 선 및 본드 패드가 나타나지 않게 한다. 더욱이, 본 발명은 전극을 뒤에서부터 접근시킴으로써 패턴화된 전극으로 접점을 형성하는 것을 단순화시킨다.

일정한 기공 크기를 지닌 다공성 기판을 사용할 때, 금을 사용하는 일반적인 MVD 금속 증착 공정은 통상 20 내지 100 nm 미만의 두께의 금으로 기판 기공을 부분적으로 채운다. 도 3(a)은 일정한 기공 크기 (예를 들어, 10 μm) 및 약 10⁵ 기공/cm² (7.6% 기공도) 기공 밀도를 가지는 궤적이 에칭된 막 기판(315)상에 배치된 전극들(311, 312)을 포함하는 전면 금속 층(310)을 나타내는 것으로, 여기서 상기 전극(311, 312)과 통하는 접점(320)은 상기 기판(315)의 이면 상에 숨겨져 있다. 금 두께 (~60 nm)가 10 μm 기공 크기에 비해 적기 때문에, 기판(315) 내의 기공 (325)은 일반적으로 증착하는 동안 막히지 않는다. 이러한 배치 구조에서, 상기 전면(front face)은 소망의 패턴을 포함하는 활성 면이고 이면은 패턴화된 부위 (311, 312)와 통하는 접점(320)을 포함한다.

상기 기판 기공(325)들이 전체적으로 부분적으로 채워졌다고 하지만, 여전히 고도의 전기적 전도성이 전체적으로 실현되어 지는데, 이는 금속 증착 공정 (예를 들어, 50 내지 100 nm)이 일반적으로 다공성 기판(315)의 전체 두께를 통틀어 관통하는 개방된 도통 채널을 제공하기 때문이다. 예를 들어, 전면 전극(311 또는 312) 및 다공성 기판(315)을 통한, 이면 접점(320) 사이의 저항은 25℃에서 기판 두께가 약 100 μm인 1 cm²의 면적당 10^-4 오옴일 수 있다. 기판(315)의 이면으로부터 전면 전극을 접촉하기까지의 직렬 저항은 따라서 통상적인 전면 접점에 비하여 무시될 수 있을 정도이다.

또한, 약 50 nm 이하의 금 두께에 대하여, 상기 다공성 기판의 평탄한 부위 상에 있는 금 (또는 다른) 층은 전체적으로 다공성이라는 것이 확인되었다. 다공성 전극 층은 금 또는 다른 다공성 전극 층 밑에 있는 부위로 상기 금 또는 다른 다공성 전극 층을 통해 후속 공정이 쉽게 적용될 수 있게 하기 때문에, 다공성 전극 층은 유리하다.

도 3(b)은 50 nm 금(gold) 금속 화 공정 후에 부분적으로 채워진 기공(325)을 가지는 막을 스캔 반사 광학 현미경 사진을 이용하여 나타낸 것이다. 사진에서 검은 점은 채워지지 않은 기공들을 표시한다. 금으로 부분적으로 채워진 기공들은 흰색 센터를 가지는 것으로 나타난다. 이러한 도면은 기공 대부분 (검은 구멍)이 금속 화 공정 후에 부분적으로 채워진 채로 남아 있고 따라서 그렇게 보존되어 있는 것을 나타내고 있다.

도 3(c)은 예비필터 또는 실험실 여과지에 기초한 것과 같은 섬유 상 막 기판(365) 상에 배치된 전극(361, 362)을 포함하는 전면 금속 층(360)의 예를 나타낸다. 전술한 바와 같이, 상기 전극(361, 362)과 통하는 접점(370)은 기판(365)의 이면 상으로 감춰져 있고, 전면은 소정의 패턴이 형성된 활성 면이다. 상기, 이면은 패턴화된 부위(361, 362)와 통하는 접점(370)을 포함한다.

섬유 상 막 기판(365)은 일정한 기공이 없는 다공성이다. 이러한 타입의 기판 양면에 금속을 증착하면 금속이 막 기판(365) 속으로 최소한의 양으로 침투된, 절연된 전면 및 이면이 나타나게 된다. 도 3(c)에 나타난 바와 같이, 다공성 기판(365) 내로 용액 또는 용융 가공 가능한 전도체를 도입하여, 이면 접점(370)으로 금속 층(361, 362)을 전기적으로 연계시키는 전기적 도통 채널을 형성함으로써, 소정의 부위에 전기 전도성을 도입할 수 있다. 한 구체예에 있어서, 상업적으로 이용 가능한, 고도의 전기적 전도성, 및 용액 가능한 중합체 분산물, 예를 들어, 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)/폴리(스티렌 설포네이트) (PEDOT/PSS)을 사용하여 기판(365) 의 전면 금속 층(360)과 이면 접점(370)을 전기적으로 연결할 수 있다. 이러한 및 다른 전기적 전도 중합체의 수용액은 다공성 막 기판(365) 내로 확산 될 수 있고 예를 들어 100 내지 120℃에서 한 시간 건조 한 후 양면 사이에 도통 네트워크를 형성할 수 있다. 측면으로 퍼지는 것이 예상되지만, 잘 유착되도록 기판의 표면 에너지를 최적화시키고 도통 중합체 용액의 경화/건조 조건을 최적화시킴으로써 최소화할 수 있다.

일단 건조되면, PEDOT/PSS는, 예를 들어, 통상의 용액에 더 이상 용해되지 않고 주위 조건에서 비 전도체 형태로 회귀하지 않는다. 부위에 선별적인 전도성 중합체 다리는 금속 증착 전 또는 후에 적용될 수 있다. 또한, 잉크 젯 프린팅 및 스프레이 프린팅 (새도우 마스크를 통하는 것과 같은)와 같은 다른 용액 공정 방법을 사용하여, PEDOT/PSS 또는 다른 고도의 전기적 도통 및 용액 가공성 중합체 분산액을 다공성 막 기판상에 적용할 수 있다.

관련 구체예에서, 전기적 도통 열가소성 조성물 (예를 들어, 카로멜 (caromel) 페이스트) 또는 금속성 은(silver) 페이스트와 같은 유동 금속을 포함하는 용액을 사용할 수 있다. 다른 예에서, 일반적인 조건에서 액체인 Hg와 같은, 저용융점 금속을 사용할 수 있다. 특정의 경우, 상기 저용융점 금속 또는 다른 용액을 가열하여 유동성을 얻거나 향상시킬 수 있다.

본 발명에 특히 유용하게 적용될 수 있는 것은 전기 발색에 관한 것이다. 전기 발색 (EC) 물질은 전자 흡수 특성에서 가역적인 변화를 보여주는 데, 환원 및/또는 산화 시 전혀 다른 색깔 변화를 가장 뚜렷하게 보여준다. 밴드 갭이 전체 가시광선 영역을 통해 전환되는 전기활성 및 전도성 중합체 (EAP)가 나타남으로 인해, 전기 발색 소자 (ECD)용 물질을 디자인하는 데 새로운 기회가 되었다. 중합체성 EC 물질은 정보 디스플레이, 및 광고하고, 전환 가능한 윈도우 및 열적 거울을 포함하는 적용물에 사용될 수 있는 유력한 후보감이다.

본 발명자의 일부는 약 1.0 eV (1200 nm) 내지 3.0 eV (400 nm) 이상의 범위의 밴드 갭을 가지는, 폴리티오펜류 및 폴리피롤류를 위시한 중합체에 기반한, 많은 EC 중합체를 개발하였다. 이러한 중합체의 일부는, 2004년 9월 14일에 레이놀즈 (Reynolds) 등에 허여된, "전기 발색성 중합체 및 중합체 전기 발색 소자 (Electrochromic Polymers and Polymer Electrochromic Devices)"의 명칭을 가진, 미국 특허 제6,791,738호에 개시되어 있고, 이 특허는 전체가 본 출원서에 참조문헌으로 등재되어 있다. 동일한 주제가 또한 2003년 6월 5일에 국제 공개 번호 WO03/046106호로 공개된, 관련 PCT/US02/37524에 개시되어 있다.

폴리(3,4-알킬렌디옥시티오펜)류 (PXDOTs) 및 폴리(3, 4-알킬렌디옥시피롤) 및 이의 유도체들은, 전자가 많아서 자신들에게 특히 낮은 산화환원 전환 (redox switching) 포텐셜을 제공하게 되는 특성으로 인해 유력한 전기 발색 특성을 나타낸다. 따라서, 이러한 중합체들은 신속한 전환 시간 및 가시광선 및 NIR 범위에서 고도의 대비율 (contrast ratio)를 보이는 전기화학적으로 안정한 투과성/흡수성 (transmissive/absorptive) ECD를 형성하게 한다. 전환 과정 중에 고도의 대비율을 얻기 위해, 밴드 갭 제어는, 낮은 밴드 갭 (음극적으로 발색) 중합체가 고 밴드 갭 (양극적으로 발색)과 대비되는 이중-중합체에 근거한 ECD를 구축하는 데 중요하다.

본 발명은 다공성의 금속 화 된 기판상에 패턴화된 작동 전극 (WE)에 이면 접점을 형성함으로써 반사 ECD의 외양과 밀도 둘 다를 현저히 개선 시킨다. 도 4(a) 및 (b)는, 상기, 이면 접점 방법에 기초한, 각각 환원 및 산화 상태에 있는, 이중(dual) 중합체 반사 ECD의 예를 나타낸 것이다. 도 4(b)는 또한 환원상태에서 산화 상태로 전이하게 하는 메커니즘을 나타내고 있다.

이중 중합체 반사 ECD (400)은 복수 개의 전극(미도시)을 제공하는 전면 금속 층(425)을 그 위에 가지고 있고, 이면에는 전기적 전도성 이면 접촉 층(418) (도 1(b)에 도시된 마스크를 사용하여 프린트된 것과 유사한 도통 교점 (미도시)를 가지고 있는)을 가지는 다공성 막 기판(420)을 포함한다. PEDOT와 같은, "전기적으로 활성"인 대항 전극(CE) 층(410)은 지지층(402) 상에 코팅된 Au 층(405) 상에 놓여있다. 상기 지지체 층(402)은 플라스틱일 수 있다.

다공성 분리체(415)가 도 4에서 3 개의 층으로 도시되어 있는바, 이는 겔 전해질이 상기 다공성 분리체의 상부 및 바닥 둘 다에 증착되어 있기 때문이다. 다수의 구분된 부위를 포함하는 것과 같은, 상기 활성 작동 전극 층(430)은 전면 금속 층(425)에 의해 제공되는 다수의 전극 (미 도시) 상에 배열되어 있다. 상기 작동 전극 층(430)은 일반적으로 중합체이고 상기 활성 EC 중합체로서 폴리(3,4-프로필렌디옥시티오펜) (PProDOT-(Me)₂의 디메틸 유도체를 포함할 수 있다. PProDOT-(Me)₂는 작동 전극 층(430)으로서 금/막 전극 상에 및 이온 저장 층(410)으로서 금이 코팅된 비다공성 플라스틱 기판(405/402) 상에 전기화학적으로 중합될 수 있다. ECD(400)은 외부 환경으로부터 작동 전극 층(430)을 보호하는 선택적인, 투명 보호 플라스틱 윈도우(450)를 포함하고 있다.

전면 금속 층(425) 상부 전극 상에 있는 PProDOT-(Me)₂와 같은 작동 전극(430)은 조립될 때 중성 (발색된) 상태에 있다. 작동시, 컴퓨터 기동 전력 공급원(440)이 대향 전극 층(410) (Au 층(405)을 통한) 및 이면 교점(418)을 통한 작동전극 층(430) 사이에서, 기판(420)을 통해, 전면 층(425)을 포함하는 전극에 DC 바이어스를 인가한다.

도 4(a)에 도시된 바이어스 배치 하에서, 작동 전극(430)은 중성(발색된) 상태에 있다. 도 4(b)에 도시된 바와 같이, +1.0 V와 같은 양성 전압이 이면 교점(418)을 통한 작동 전극(430) 및 대향 전극(410) 사이에 인가될 때, PProDOT-(Me)₂와 같은 작동 전극 물질은 산화되고, 이러한 산화로부터 결과된 작동 전극 중합체의 양전하와 균형을 이루기 위해, 도핑 양이온 (A-로 도시됨)들은 전해질(415)로부터 이온 투과 막(420)을 통해 상부로 이동한다.

본 발명에 따른 이면 접점은 통상적인 전면 접점 기술에 비해 밀도를 증가시키고 디자인에 유연성을 더 부여할 수 있다. 금속 화 된, 다공성 기판에 기초한 소자들은 통상적인 비다공성 기판보다 상당한 기능 향상을 부여할 수 있다. 예를 들어, 금속 화 된 다공성 기판들은 비다공성 기판을 이용하는 종래의 소자 배치에 비하여 ECD 소자의 전환 (switching) 시간을 상당히 낮추는 것으로 밝혀졌다. 산화환원 과정 중에, 전하 운반 이온들은 기판 기공에 의해 제공되는 추가적인 이동 경로로 인해, 중합체 사슬 상의 수많은 전기 활성 장소에 용이하게 접근할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 다공성 기판에 근거한 소자는 종래의 슬릿(slitted) ECD에 비해 하나의 산화환원 상태에서 또 다른 상태로 전환하기 위해 상당히 더 적은 전력을 요구하기 때문에, 실시예에서 나타난 바와 같이, 전기 전류에 대한 요구가 또한 일반적으로 감소 될 것이어서 더 안정한 소자가 예상된다.

바람직하게는 하나의 기판 표면상에 일련의 패턴화된 전극들 및 이면 기판 표면상에 접점들을 가지는 임의의 소자가 본 발명에 따라서 나올 수 있다. 이러한 소자들은 전술한 바와 같이, 전기 발색 디스플레이 소자, 문자 숫자 식의 (alphanumeric) 디스플레이, 전기발광 소자, 박막 트랜지스터, 광전압 소자 및 다른 수직적으로 통합된 전자 소자를 포함할 수 있다.

박막 트랜지스터에 적용되는 것으로, 일 실시예에서, 전계 효과 트랜지스터는 반도체 중합체로 만들어지며, 소스, 드레인 게이트 전극들은 또 다른 반도체 중합체로 만들어질 수 있고, 나머지 중합체는 전기 전도성일 수 있다. 상기 각각의 전극들은 모두 본 발명에 따른 방법을 사용하여 다공성 기판의 이면에서 접점을 이룬다.

전계 효과 트랜지스터는 잉크 젯 프린팅을 포함하는 공정에 의한 것과 같이 본 발명을 사용하여 형성될 수 있다. 상기 다공성 기판의 전면 상에서의 전극 접점 및 기판의 이면 상에서의 전기 교점들은 형성될 소스, 드레인 및 게이트와 나중에 접촉하기 위해 먼저 다공성 기판상에 프린트될 수 있다. 예를 들어, 새도우 마스크를 이용한 MVD 공정을 사용할 수 있다. 잉크 젯 프린터에 의해 스프레이 되어, 폴리에틸렌디옥시티오펜 (PEDOT)과 같은 전도성 중합체 방울로부터 소스 및 드레인 전극을 형성할 수 있다. 반도체 중합체를 소스 및 드레인 전극 상에 증착한 후, 폴리비닐 피롤리돈 (PVP)와 같은 전기적 절연 중합체 층을 형성한다. 다음, 소스 및 드레인 사이의 채널 길이를 관통하는 상기 전기적 절연 중합체 상에, 게이트 전극을 일부 다른 것과 중복되게 프린트된다. 게이트 상의 전압은 반도체 중합체에 전하를 유도하고, 소스로부터 드레인으로 전류를 흐르게 할 수 있다. 비록 반도체 중합체의 용어로 기술하였지만, 다른 반도체 물질도 본 발명에 사용되어 박막 트랜지스터를 형성할 수 있다.

본 발명을 이용하면, 많은 다른 소자 및 소자 조합물이 가능하다. 본 발명에 근거한 간단한 소자의 예가 하기 기술된다.

도 5는 다공성 기판(510)의 이면으로부터 바이어스가 걸린 소스(515) 및 드레인(520)을 가지는 다공성 기판(510) 상에 구축된 전계 효과 트랜지스터(500)를 나타내고 있다. 기판(510)의 두께를 관통하는 전기적 채널(518)은 이면 접점(516) 및 (517)을 사용하여 소스(515) 및 드레인(520)에 각각 전기 접점을 제공하고 있다.

반도체 물질(525)이 소스(515) 및 드레인(520) 사이에 배치되어 있다. 유전체 층(535)은 반도체 층(525) 상에 위치한다. 게이트 전극 층 (530)은 상기 유전체 층(535) 위에 존재한다. 작동시, 바이어스를 게이트(530) 및 소스(515) 사이에 인가하여 도통 채널이 생성될 수 있게 할 만큼 충분한 전기장을 반도체 층에 생성한다. 반도체 층(525) 내의 도통 채널로 인해, 소스(515) 및 드레인(520) 사이에 바이어스 전압이 인가될 때 소스(515) 및 드레인(520) 사이에 전류가 흐르게 된다.

도 6은 본 발명에 따른 이면 접점을 가지는 다공성 기질에 기초한, FET 스위치(610)에 의해 기전 되는 LED(650)을 포함하는 복합 소자(600)를 나타내고 있다. FET(610)은 도 5에 도시된 FET(500)과 유사하고 다공성 기판(605)을 사용하여 형성된다. 유전체 층(635)은 반도체 층(625) 상에 배치되어 있고, 이 반도체 층은 기판(605) 상에 배치되어 있다. FET(610)의 드레인(615)은 전도성 채널(618)을 통해 기판(605) 상에 있는 금속 교점(655)과 전기적으로 연결된다. LED(650)은 금속 교점(655) 상에 위치하고 광학적으로 투명한 상부 전극(660) (예를 들어, 인듐 틴 옥사이드 유리)를 포함한다. 비록 도 6에 도시되어 있지 않지만, LED(650)은 발광 연계 중합체 성 활성층(미 도시)을 포함하는 중합체 방광 다이오드(PLED)일 수 있다. 소자(600)가 정상적으로 작동하는 데 있어서, 게이트(630) 및 소스(620) 사이의 적절한 전압이 인가되면 FET(610)을 작동시키게 되고 소스(620) 및 상기 상부 전극 층(660) 사이에 인가된 바이어스가 LED(650)에 걸쳐 부과되게 되면, 이는 빛을 방출하게 한다.

도 7은 본 발명에 따른 이면 접점을 가지는 다공성 기판에 기초한, 측방 전기 발색 소자 (lateral electrochromic device)(710) 및 FET 스위치(760)를 포함하는 혼합 소자(700)를 도시하고 있다. ECD(710)은 일반적으로 전기 발색적으로 활성 물질을 포함하는 픽셀(711)과 (712), 및 픽셀(711)과 (712)를 덮는, 광학적으로 투명한 전해질 층(730)을 포함한다. 금속 접촉 층(721)과 (722)는 각각 픽셀(721)과 (712) 밑에 배치된다. 유전 층(745)을 포함하는 FET(760)은 반도체 층 (748) 상에 배치되어 있고, 이 반도체 층(748)은 픽셀(712) 반대편의 기판(720) 상에 위치한다. FET(760)의 드레인(725)는 기판(720)을 통해 금속 접점(722)으로 연장되어 있는 채널(718)에 의해 픽셀(712)로 연결된다. 픽셀(711)은 또한 전극 (721)을 금속 접점(716)에 연결시키는 채널(719)에 의해 기판(720)의 이면과 접촉되어 있다. 정상적으로 작동시, 게이트(750) 및 소스(740) 사이에 적절한 전압을 인가하여 FET (760)을 구동하고, 이는 픽셀(711)과 (712) 사이에 바이어스를 인가하게 되어서, 전기화학적 반응이 일어나게 한다.

첨부된 도면과 함께하기 상세한 설명을 검토함으로써 본 발명 및 이의 특성과 장점들을 더욱 완벽하게 이해할 수 있을 것이다:

도 1(a)은 전면 금속 증착 마스크의 예를 나타낸 스캔 사진이다.

도 1(b)은 이면 금속 증착 마스크의 예를 나타낸 스캔 사진이다.

도 1(c)은 도 1(a)에서 나타난 마스크를 사용하여 생성된 전면 금속 패턴, 및 도 1(b)에서 나타난 마스크를 사용하여 생성된 이면 금속 패턴을 보여주는 광학적 투명, 다공성 폴리카보네이트 기판의 전면에 대한 스캔 사진이다.

도 1(d)은 도 19(a)에 도시된 마스크를 사용하여 생성된 패턴을 나타내는 이면 상세 금으로 패턴화된 불투명 실험실 여과지의 전면에 대한 스캔 사진이다.

도 2(a)는 각 픽셀에 대해 제공된 가시적인 전면 접점과 본드패를 가지고 있는 선행기술의 24 픽셀 패널 디스플레이 전극을 나타낸다.

도 2(b)는 본 발명에 따른, 가시적인 접점이 없는 24 픽셀 패널 디스플레이 전극을 나타낸다. 백색 부위는 금속 화 된 부위를 표현하고 검은 부위는 전기적 절연 부위를 나타낸다.

도 3(a)은 일정한 기공 크기를 지닌 이온 궤적이 에칭된 막 기판을 도식적으로 나타낸 것으로서, 금속이 막의 전면 및 이면 둘 다에 증착되어 있다. 상기 전 면 및 이면 사이의 전기 전도성은 기공을 통해 이뤄진다.

도 3(b)은 이중 면 금 도금 막의 스캔 반사 광학 현미경 사진으로서, 검은 구멍은 채워지지 않은 기공을 나타낸다.

도 3(c)은 섬유 상 기공 기판을 사용한 이면 접점을 도식적으로 나타낸다. 상부 및 바닥 금(gold) 층 간의 전기 전도성은 용액 또는 용융물로부터 기공된 전도성 물질을 사용하여 유도된다.

도 4(a) 및 (b)는 다공성 금속 화 기판의 이면을 통해 전면 작동 전극들이 접촉되어 있는, 그 이면 상에 전도성 교점을 가지는 기판을 포함하는, 각각, 환원 (발색) 및 산화 (투명) 상태에 있는, 전기 발색 소자의 개요를 나타낸다.

도 5는 다공성 기판의 이면으로부터 바이어스 인가된 소스 및 드레인을 가지는 다공성 기판상에 구축된 전계 효과 트랜지스터 (FET)를 나타내고 있다.

도 6은 본 발명에 따른 이면 접점을 지닌 다공성 기판에 기초한 FET 스위치에 의해 기동 되는 LED를 포함하는 소자를 나타낸다.

도 7은 본 발명에 따른 이면 접점을 지닌 다공성 기판에 기초한 FET 스위치를 포함하는 측방 전기 발색 소자 (ECD)를 나타낸다.

도 8(a)은 숫자 디스플레이 ECD를 이의 이면 접점과 함께 나타낸 스캔 사진이다. 픽셀은 독립적으로 어드레스 되어 있고 이들의 전압 소스와의 접촉은 이면 접점을 사용하는 반면, 도 8(b)-(e)는 금 (gold) 위에서 PProDOT-(Me)₂의 높은 콘트라스트를 장점으로 하는 숫자 표시 디스플레이 ECD로서, 각각 "2", "4", "5", 및 "8"을 표시한다.

도 9(a)는 두 개의 극단적인 산화환원 상태에서 가시광선 영역 (400-800 nm)에서부터 NIR 영역 (800-1600 nm)까지, 본 발명에 따른 다공성 전극 및 다공성 기판을 가진 전기 발색 소자의 전체 반사율 (%R)을 도시하고 있다; 도 9(b)는 완전히 환원되거나 중성 상태에 있는 도 9(a)에 도시된 전기 발색 소자용 활성 중합체에 대한 스캔 사진이고, 도 9(c)는 이면 상에 있는 금 전극 층이 보여 지게 되는, 가시광선 영역에서 고도로 투과성 상태에 있는 활성 중합체 층의 스캔 사진이다.

도 10은 본 발명에 따른 전기 발색 소자의 상대적 반사성 콘트라스트를 가시광선 및 NIR 영역에 걸쳐 파장의 함수로 나타낸다.

도 11(a)은 중합체 PProDOT-Me₂에 기초한 다공성 기판 (이면 접점이 없는) 상에 구축된 ECD의 분광전기화학 분석을 나타내며, 도 11(b)은 (a) -1.0 V, (b) -0.8 V, (c) -0.6 V, (d)-0.2 V, (e) 0 V, (f) 0.2 V, (g) 0.4 V, (h) 0.7 V, 및 (i) 1.0 V의 인가 전압 하에서 이면 접점 PProDOT-(Me)₂의 동소 반사 (in-situ reflectance) 분광전기화학 분석을 나타낸다.

도 12(a)는 다공성 기판 (이면 접점이 없는) 기판상에 구축된 ECD 상에서 시행된 전위 단계 실험의 결과를 보여주는 것으로서 신속하고 완전히 가역적인 광학 스위칭을 나타내며, 도 12(b)는 도 12(a)에 도시된 시간 축을 확장하여 스위칭 시간을 더욱 정확하게 측정하는 것을 제공하고 있다.

도 13은 -1 V 및 +0.9V 사이에서 180,000 번의 스위치를 통해 다공성 기판 (이면 접점이 없는) 상에 구축된 ECD 소자의 안정성을 나타낸다.

도 14(a) 및 14(b)는 다공성 기판 (이면 접점이 없는) 상에 구축된 활성층 형태 ECD의 산화 및 중성 상태 둘 다에 대하여 각각 가시광선 및 NIR 영역에서 반사율 (%R)의 변화를 나타내고 있다.

본 발명은, 어떠한 방법으로든지 본 발명의 범위 또는 내용을 제한하는 것으로 해석되지 아니하는, 하기 특정의 모의 실시예를 통해 더욱 설명될 것이다.

하기 실시예는 본 발명을 ECD에 예증적으로 적용시키는 것에 관한 것이다. ECD들은 패터닝 기술을 사용하여 균일한 다공성 기판상에 적재된 반사성 금 표면을 덮는 전기 발색성 중합체를 포함한다. 반사성 ECD를 제조하기 위해, 적층 구조 (layer-by-layer configuration) 후, 전기 활성 플랫폼을 중합체 대향 전극과 결합시킨다. 알킬렌디옥시티오펜류계 중합체를 본 발명에 따른 이면 접점을 가지는 다공성 구조체 상에서 사용하여, 반사성 또는 흡수성 특성을 유지하는데 매우 적은 에너지만을 요하는, 신속하게 전환될 수 있고 매우 안정한 ECD를 제조한다.

알드리치 (Aldrich)로부터 프로필렌 카보네이트 (PC) 및 아세토니트릴 (ACN)을 구입하여, 사용 전에 증류하고 건조시켰다. 플루카(Fluka)로부터 LiClO₄(순도 99%)를 구입하여 더 정제하지 않고 사용하였다. 3,4-에틸렌디옥시티오펜 (EDOT)를 아그파 가에버트(Agfa Gaevert)로부터 수득하였다. 3,4- 프로필렌디옥시티오펜 (ProDOT), 이의 디메틸 유도체 (ProDOT-Me₂), 및 1,4-bisEDOT-2,5-디도데실옥시벤젠 (BEDOT-B)를 공개 문헌에 따라 합성하였다.

다공성 기판을 통한 이면의 전기 접점을 포함하는 본 발명에 따른 소자를 구현하기 위해, 숫자에 대한 디스플레이 전기 발색 소자를 고안하고 제조하였다. 이온 궤적이 에칭된 폴리카보네이트 막을 다공성 기판 물질 (약 10 μm의 균일한 기공 크기)로서 사용하였다. 막의 전면을 고진공 금속 증착 방법을 사용하여, 도 1(a)에서 나타난 마스크를 통해 금으로 덮었다. 이러한 금속 화 공정 중에, 상기 막은 구리가 코팅된 에폭시의 조각 및 막 표면을 패터닝 할 수 있게 하는 셔터 마스크 사이에 놓이게 된다. 일곱 개의 전기적으로 독립적인 금 픽셀을 형성하였다. 다음, 금 전기 접점을 도 1(b)에 도시된 마스크를 사용하여 이러한 픽셀의 이면에 증착시켰다.

전기 발색성 중합체 PProDOT-(Me)₂를 각 픽셀 당 30 mC/cm² 전하 밀도로 픽셀 상에 전기화학적으로 증착하여 중합체의 발색된 상태와 탈색된 상태 사이에 최고의 콘트라스트를 얻었다. 삼-전극 전지를 이용하여 0.01 M 단량체 전해질로부터 중합체를 증착하는바, 금 도금된 픽셀이 작동 전극으로 작용하고, 백금 편(flag)은 대향전극으로, 및 은 와이어는 유사-기준 전극(pseudo-reference)으로 사용하였다. PPRoDOT-(Me)₂를 또한 금 도금된 Kapton^TM 기판상에 증착하여 대향 전극을 제조하였다.

숫자 식 디스플레이 ECD를 조립하여, 도 4에 도시된 ECD 구조물을 형성하였 다. 먼저 대향 전극을 바닥층으로서 사용하면서, 상기 중합체가 코팅된 면을 위로 향하였다. 다음, 실험실 여과지를 놓고 박 층의 겔 전해질을 균등하게 적용하였다. 다음, 상부에 패턴화된 막을 놓고, 전면 (픽셀)을 위로 향하게 하였다. 마지막으로, 광학적으로 투명한 플라스틱을 사용하여 상기 소자를 덮어서 상기 겔 전해질이 마르는 것을 방지하였다. 다음, 상기 소자를, 각 픽셀의 전압이 개별적으로 D/A 변환 인터페이스를 통해 컴퓨터 프로그램으로 제어되는 이면 접점을 통해 전압 출력단에 접속시켰다. 상기 대향 전극을 모든 활성 픽셀에 대하여 공통적으로 사용하고 접지시켰다.

도 8(a)은 숫자 식 디스플레이 ECD를 이면 접점과 함께 나타낸 사진이다. 픽셀들은 독립적으로 어드레스되고 이면 접점을 사용하여 확고한 전압 소스로의 접점을 만들었다. 높은 색 대비가 수득 되는바, 이는 금 표면과 전기 발색성 중합체 층의 흡수성에서의 차이에 기인한다.

음전압 (예를 들어, -1 V)를 픽셀에 인가할 때, 상가 중합체는 중성 상태에 있고 이러한 중합체가 양극적으로 발색함에 따라 푸른색으로 나타난다. 양 전압 (예를 들어, +1 V)를 인가할 때는, 상기 중합체는 탈색된 상태로 전환되고, 그러므로 픽셀은 상기 중합체 층 아래의 금 층을 나타낸다. 이러한 소자는 가시광선 부위에서 △%R=63%의 높은 반사 대비율 및 NIR 부위에서 △%R=74%의 매우 높은 반사 대비율을 나타낸다. 이러한 소자는 100,000 번 넘게 스위칭하는 동안 콘트라스트 손실이 15% 이하로 나타난다. 도 8(b)-(e)는 골드 위에 있는 PProDOT-(Me)₂가 높은 콘트라스트에서 강점을 나타내는 숫자 식 디스플레이 ECD를 나타내고 있다. 비록 하기 시험 된 소자들이 본 발명에 따른 이면 접점을 포함하지 않지만, 나타나는 기능 결과는 본 발명에 의한 이면 접점을 가지는 소자와 비교하여 거의 동일한 것으로 예상되며, 이는 이면 접점으로부터 부가된 일련의 저항이 일반적으로 매우 적은, 예를 들어, 10^-4 오옴이기 때문이다.

작동 전극으로서 금-도금된 다공성 막, 대향 전극으로서 백금 편(flag)을 유사-기준 전극으로서 은 와이어를 이용하는 삼-전극 전지를 사용하여 정전위 또는 동전위 방법을 통해 전기 활성 중합 필름을 전기 증착시켰다. EG&G 273A 정전압/정전류기를 사용하여 모든 전기화학을 수행하였다. 1.2V 대 Ag/Ag⁺에서 0.1 M LiCLO4/PC 전해질 용액을 사용하여 0.01 M 단량체로부터 PXDOT 필름을 증착하였다. 도 4에 도시된 ECD(400)을 하기 공정으로 형성하였다.

고진공 챔버 열 증발기 (Denton DV-502A)를 사용하여 다공성 기판(폴리카보네이트, 10 μm 기공 크기, Osmonics, Inc.)(420)에 금을 증착하였다. 도 1(a)에 나타난 바와 같이, 금속 화 공정 중에, 다공성 기판(5x5 cm)(420)을 깨끗한 유리 조각 편 (5x5 cm) 및 셔터 마스크 사이에 놓고 막 표면의 일면에 패턴을 형성한다. 먼저, Au 접점 층(425)을 형성한 다음, 전도성 교점 및 본드 패드를 포함하는 금 층을 다공성 기판(420)의 다른 면에 형성한다. 이러한 금속 화는 고진공 (10^-6 내지 10^-5 Torr)하 약 4.5 옹스트롬/s의 증착 속도로 수행한다. 이러한 조건하에서, DEKTAK 3030 표면윤곽 측정 장치(profilometer)로 측정되었을 때 약 50 nm의 두께를 가지는 전기 전도성이고 빛나는 금 표면이 형성되었다. 금 접점 층(425) 및 기판 이면 상의 전도성 교점 사이의 전기 전도성이 확립되었다.

겔 전해질(415)을 폴리메틸메타크릴레이트 및 LiClO₄를 함유하는 ACN 용액으로부터 제조하였다. ACN을 교반하면서 서서히 증발시키고 PC 몇 방울을 혼합물에 첨가하여 점성이 있는, 고 전도성 (약 3 mS/cm) 투명 겔을 얻었다

0.1 M LiClO₄/PC 전해질에서 약 150 mC의 증착 하전을 사용하여, 1.5x2.0 cm 금-도금된 마일라(Mylar) 시트(405)로 구성된 대향 전극(CE) 상에 PProDOT-Me₂ 필름(410)을 전기화학적으로 피복하였다. 유사하게, PEDOT, PProDOT 또는 PProDOT-Me₂를 사용하여 활성 층(430)을 Au 접점 층(425)상에 코팅하였다. CE를 위로 향하게 투명 플라스틱 기판 상에 두고, 박막의 겔 전해질을 균일하게 적용하였다. 또한, 겔 전해질 몇 방울을 활성층(430)에 첨가하여 중합체를 적절히 부풀어 오르게 하였다. 마지막으로, 광학적으로 투과성인 윈도우를 외부로 향하는 활성 전극 상에 두어 상기 중합체 필름을 보호하였다.

통합 구에 적재된 UV-VIS-NIR (Cary 500 Varian)을 사용하여 본 발명에 따라 형성된 소자의 광학적 특성을 조사하였다. 동일한 구조를 가진 블랭크(blank) 소자를 기준으로 사용하였다.

다공성 PC 기판은 건조 시 말리는 경향이 있고 따라서, 프로필렌 카보네이트와 같은 고 비점 용매를 중합체의 전기화학 증착에 사용하기 위해 선택하였다. 소 정 양의 전하가 통과될 때까지 상-전극 전지 구성체에 일정 전위를 인가하는, 정전위적 방법은 디옥시티오펜계 중합체를 금속 화 된 막에 전기화학적으로 증착시키는데 가장 편리한 기술이다. 그러나, 폴리(BEDOT-B)의 증착 공정에 관하여, Ag/Ag+에 대해 -0.5 V 와 1.0 V 사이에서 멀티스윕(multisweep) 스캔함으로써 막에 잘 부착된 중합체 필름을 생성할 수 있다. 금속 화 된 기판은 낮은 표면 저항률 (약 5 Ω/sq)를 가지며, 이는 전극 표면을 따라 오옴 강하의 효과를 최소화시킨다. 그러므로, 상기 중합체들은 외부적으로 인가된 전위 하에서 용이하게 도핑/탈도핑 될 수 있다. 모든 경우에, EC 중합체의 전기화학적 거동은 수천 번의 스위칭에도 안정하다는 것이 나타났다.

컬러 콘트라스트에 대하여 ECD의 성능을 결정하기 위해, 작동 전극 (WE) 활성층을 더 많은 전기 활성 물질을 포함하는 CE와 결합하는 것이 필요하다. CE의 전기화학적 특성은 활성층의 스위칭 속도 및 광학적 콘트라스트를 제한하지 않는다. 그러나, CE 상에 증착된 중합체의 특성은 역학적 성능에 영향을 주지만, 가시광선-NIR 영역에서 정상 상태 특성 (%R과 같은)에 영향을 끼치지 않는다. 하기 표 1은 시행된 실험에 사용된 다섯 개의 폴리(3,4-알킬렌디옥시티오펜)에 기초한 소자 (D1-D5)를 기재하고 있다.

[표 1]

소자 번호#	활성층	대향 전극	비고
1	PProDOT-Me₂	PEDOT^*	활성층은 슬릿화됨
2	PEDOT	PEDOT	O₂ 하에서 조성
3	PProDOT	PEDOT	상동
3‘	PProDOT	PProDOT	상동
4	ProDOT-Me₂	ProDOT-Me₂	상동
4‘	ProDOT-Me₂	ProDOT-Me₂	Ar 하에서 형성되고 봉함
5	PEDOT 및 P(BEDOT-B)	PEDOT	O₂하에서 형성

* 골드-마일라(Mylar)에 코팅됨.

D1은 전술한 비 다공성 기판상에 있는 통상적인 슬릿화 된 소자를 표시한다. D2, D3 및 D4는 본 발명에 따른 다공성 기판상에 있는 활성층으로서, 각각 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)(PEDOT), 폴리(3, 4-프로필렌디옥시티오펜) (PProDOT) 및 PProDOT-Me₂를 사용하여 형성된 소자를 표시한다. D5는 본 발명에 따른 다공성 기판상에 2x2 픽셀 형상을 가진 듀얼-중합체 (PEDOT 및 Poly(BEDOT-B) 반사 소자를 표시한다.

도 9(a)는 두 개의 극단적인 산화환원 상태에서 가시광선 영역 (400-800 nm)에서부터 NIR 영역 (800-1600 nm)까지, 본 발명의 일 구체예에 따른 D3 소자의 반사율 (%R)을 도시하고 있다. 도 9(b)는 완전히 환원된 또는 중성 상태에 있는 활성층의 사진이다. 중성 상태에서, 반사율은 가시광선 영역에서 낮아서, % RVIS=20%이다. 하지만, 도 9(a)에서 곡선 A에 의해 나타나는 바와 같이, NIR 반사율은 높아서 % RNIR=95%이다. 산화 시, 가시광선 반사율은 % RVIS=70%까지 증가한다. 중합체는 가시광선 영역에서 고도로 투과성이 될 수 있고, 도 9(c)에 도시된 바와 같이, 금 전극 층이 보여진다. NIR 영역을 통해서 반사율의 동시 강하가 관 측되는바, % RNIR=25%이다. 환원 및 중성 상태 둘 다에서 전극은 보여진다. 환원된 상태에서, 그것은 중합체로 인해 착색 (청색) 된다. 산화된 상태에서, 중합체는 투과성이 되고, 따라서, 소자는 금이 보이게 됨에 따라 금색으로 전환된다.

도 10은 가시광선 및 NIR 영역에 걸쳐 λ의 함수로서 상대적 반사율 콘트라스트 (△%R=%R중성-%R산화)를 D2 (곡선 A), D3 (곡선 B) 및 D4 (곡선 C)에 대해 나타내고 있다. 이러한 값들을 비교해 보면, D3 및 D4는 NIR (△R_NIR=70%)에서 가장 높은 콘트라스트를 가지며, D4는 가시광선 영역 (△R_VIS=55%)에서 가장 높은 콘트라스트를 가지는 것으로 나타난다. 이러한 것은 더 입체적으로 요구하는 고리에 의해 유도된 더 개방된 형상에 기인하는바, 더 높은 수준의 도핑과 따라서 더 높은 콘트라스트 비율을 나타내게 된다. 하기 표 2에서 나타난 바와 같이, D1은 가시광선 및 NIR 영역에서 D4보다 더 높은 △%R을 가진다. 이러한 것은 Au-마일라 (Mylar) 층 (D1에 대해 사용된)과 Au-코팅 다공성 기판 (D4에 대해 사용된)의 물리적 특성, 두께 및 총 반사율과 같은 특성에서의 차이에 기인한다.

[표 2]

소자 번호#		D1	D2	D3/D3'	D4/D4'	비고
VIS 콘트라스트	△%R_VIS	55%	40%	40%	55%
λ(△R_max)	/nm	600	573	534	549
NIR 콘트라스트	△R_NIR	80%	40%	70%	70%
λ(△R_max)	/nm	~1750	1265	1260	1540
η	/cm₂C^-1	*	256	372	607	△%R=95%
시간	/ms	*	1050	400/170	100/90	△%R=95%
		*	650	380/160	95/88	△%R=80%^**

*N/A **%R=10% 내지 %R=90% 콘트라스트 대비

상기 D4 타입 소자는 글러브 박스에 두어 임의의 산소 및 물을 철저히 배제 시켰다. 도 11(a)에 도시된 PProDOT-Me₂에 기초한 소자의 분광전기화학 분석을 하게 되면, 데스크탑에서 제조한 소자와 동일한 특성, 예를 들어, △%R_VIS=55% 및 △%R_NIR=70%이 나타난다. 산화되었을 때 (곡선 a), 스펙트럼을 보면, π-π^*에 상응하는 λ=620 nm에서의 예리한 흡수 피크 (최소의 %R_VIS)가 나타난다. 산화 시, NIR에서의 폴라로닉(polaronic) (곡선 d-f) 및 바이폴라로닉 (곡선 h-k) 전이가 증가하면서 동시에 흡수는 감소하게 된다. 수 번의 스위치 시, 광학 거동은 안정하고, 가역적이고 재현적으로 나타난다. 그러나 상기 소자의 전기발생 스위칭 특성에서 통상적이지 않는 거동이 관찰되었다. -1.0 V 및 -0.4 V 사이의 전압 (곡선 a-d)에서, NIR 영역에서 반사율의 변화는 20%인 반면, 가시광선 영역에서는 아무런 반사 콘트라스트가 발견되지 않는다 (△%R_VIS=0). 가시 창에서의 제 일 반사 변화는 0.2V에서 나타난다 (△%R_VIS=5%, △%R_NIR=50%에 비해). 이러한 특별한 거동은 중합체의 형태적 변화에 의해 유도되는 것일 수 있다. 산화 시, 형태적 변화가 미세하게 일어나며, 상응하는 파장은 더욱 분산되고 덜 반사된다.

동소 반사 분광전기화학 분석 (in situ reflectance spectroelectrochemistry)를 수행하여, 도 4(a) 및 (b)에서 도시된 이중 (dual) 중합체 ECD(400)의 상부 중합체 작동 전극 층(430)의 광학 변화를 측정하였다. 작동 전극(430)은 대향 전극(410)에 대하여, -1V (도 4(a))에서 +1V (도 4(b))로 스위치 하였다. 통합 UV-VIS-NIR 분광분석기를 사용하여, 전체 반사 스펙트럼 (반사 +확산)을 도 11(b)에 도시된 바와 같이 각각 인가된 전압에서 기록하였다. 음전압 (예를 들어, -1.0V)를 소자(400)에 인가할 때, 상기 중합체는 중성 상태에 있고 PProDOT-(Me)₂가 양전극적으로 발색함에 따라 짙은 청색으로 나타났다. -1.0 V에서의 스펙트럼 (곡선 a)는 π-π^* 전이에 상응하는 λ=620 nm에서의 예리한 흡수 피크 (최소 %R)을 보인다. 전압이 단계적으로 +1.0 V로 증가함에 따라, 가시광선 흡수가 감소하고 NIR 영역 (700-1200 nm)에서의 새로운 흡수 밴드가 관측되었다. 완전히 산화되었을 때, 중합체(430)는 탈색된 상태로 전환되었다. 이러한 상태에서, 전극 (미도시)을 포함하는 금 (gold) 층(425) 투명 작동 전극(430)을 통해서 가시화되고 따라서 육안으로 관찰할 수 있게 한다. 소자(400)는 가시광선 영역에서 △%R ∼60%, NIR 영역에서 △%R ∼75%의 높은 반사 콘트라스트를 나타낸다.

다른 일련의 실험에서, 다공성 WE를 사용하면, 전극 상에 뚜렷한 슬릿을 나타내는 통상적인 D1 소자에 대비되는 바와 같이, 활성층에 걸쳐 균일한 색깔 전환을 나타내는 것으로 확인되었다. 도 12(a)에서 나타난 D3 소자 상에서 시행된 전위 단계 실험에서, 스위칭 시간을 매 5 초마다 설정하고 중성 상태와 정상 상태 중간을 1초로 설정하였다. NIR (1540 nm)에서 기록된 반사율을 보면, 스위칭 시간이 무엇이든지 간에 동일한 콘트라스트를 보이는 것으로 나타난다. 도 12(b)에 도시된 시간 축을 더 연장하게 되면, 이러한 두 가지 극단적인 산화환원 상태 사이에 약 200 ms인, 실제 스위칭 시간을 좀 더 정확하게 측정할 수 있게 된다. 표 2는 상이한 소자에 대해 스위칭 시간 값을 기재하고 있다. D3 및 D3'는 CE 상에 코팅된 중합체, PEDOT 및 PProDOT의 성격에 의해서만 다른 것으로 각각 약 400 ms 및 200 ms의 스위칭 시간을 가지고 있다. 모든 경우에서, 스위칭 시간은 일 초의 반 이하이고, 반사 ECD의 경우에 최저값이 나타난다. 따라서 상기 슬릿화 된 골드-마일라(Mylar) 전극을 다공성 금속처리된 기판으로 처리하게 되면, ECD 소자의 성능이 상당히 개선된다는 것이 밝혀졌다.

D4'를 매 3초 마다 -1V 및 +1V 사이에 180,000번 스위칭하면서 1540 nm에서 %R을 동시에 측정함으로써 소자의 안정성을 조사하였다. D4'의 초기 콘트라스트는 도 13에 도시된 바와 같이 75%이다. 실험을 통틀어, 상기 활성층의 산화 형태는 △%R_NIR=20%로서 안정하며 활성층의 중성 형태의 반사율을 95%에서 89%로 서서히 감소한다. 180,000 번의 스위칭 완료 후에, 소자를 오랫동안 일정 전압에 놓고 초기 콘트라스트 값을 일 분 내에 회복시켰다. 이것은 콘트라스트의 감소가 감소 된 스위칭 속도 (>3s)에 기인한다는 것을 알려주는 것이다. 만약 소자가 봉함되지 않았다면 (D4), 반사율에서의 감소는 더 빠른 속도, 즉 35,000 스위칭 만에 △%R=15%에서 일어났을 것이다. 이것은 소자의 장기 안정성이 불활성 조건과 밀접하게 연관되어 있다는 증거를 제공하고 있다. 공기 중에서 중합체의 비가역적인 산화 및 용매의 느린 증발은 중성 형체에서 소자 반사율이 빠르게 감소하는 원인이나, 활성층의 산화 형태는 D4 및 D4'에 대해 동일한 안정성을 보인다.

복합 발색 효율(composite coloration efficiency(CCE))은 소자의 전력 효율 을 측정하는 효율적이고 실전적인 도구이다. 이것은 큰 양의 전위 단계, 즉 중합체에서 광학 변화를 생성하는데 필요한 양의 변화 동안에, 주입된/배출된 전자 전하 (Q_d)의 함수로서 유도된 광학 밀도 변화의 양 (△OD)을 결정한다. 이러한 개념은 상이한 물질을 포함하는 ECD를 비교하기 위해 전기 발색 물질에 광범위하게 사용되었다. △OD는 하기 방정식에 의한 전기 도핑/탈도핑 전하 Q_d와 직접적인 연관이 있다: △OD=η△Q_d 상기 식에서, η (cm²/C)는 주어진 λ에서의 복합 발생 효율이다. 기록된 전하 (Q_tot)는 중합체 산화화원 전하 (Q_d), 즉 광학 전이를 생성하는 데 필요한 전하 및 중합체의 오옴 강하 (Q_resist)의 합이다. 기록된 전하를 보정 하기 위해 오옴 강하를 결정한다. 반사율은 도 12(b)에 도시된 바와 같이 △%R_max에서 가시 영역에서 기록된다.

CCE 실험을 투과형 소자 상에서 보통 시행하는 데, 그러나, 이번 실험에 반사형 소자에 대해 η 값을 얻었다. 비교하기 위해, 발색 효율 (η)을 95% 광학 변화에 대해 계산하였고, 관련 스위칭 시간을 표 2에 기재하였다. 폴리(3,4-알킬렌디옥시티오펜) 유도체의 스위칭 시간은 PEDOT (1.05s)로부터, PProDOT (170 ms), PProDOT-Me₂ (90 ms)로 감에 따라 증가하였다. 이들의 내재적인 전도성에 더하여, 이들의 형태는 산화환원 스위치 동안 전하 운반자의 이동성에 중요한 역할을 한다. 디옥시티오펜 링이 치환되고 방해된다면, 중합체의 스위칭 속도를 향상시키는 더 개방된/접근가능한 산화환원 장소가 제공된다. 더하여, 표 2는 임의의 히스테리시스(hysteresis) 효과를 없애기 위해 △%R=10% 내지 90% 스위칭 시간 값을 포함하고 있다. 산화된 상태로부터 실험을 시작할 때, 중합체의 전도성은 낮고 산화 과정의 개시를 방해할 수 있다. PEDOT, PProDOT 및 PProDOT-Me₂에 대해 측정된 발색 효율 값은 각각 259 cm²C^-1, 372 cm²C^-1 및 604 cm²C^- ¹ 이다. PProDOT-Me₂는 도 12(b)에 도시된 바와 같이 다공성 기질에 기초한 소자에서 10 ms 이하에서 95% 완전 콘트라스트를 나타낸다. 그러한 조건에서, 광학 역학은 기기의 광학적 특성에 의한 한계에 도달한다 (매 30 ms마다 한번 측정). 이러한 것은 소자의 전기 발색 성능의 한계가, 반사성 ECD를 구성하는 요소, 예를 들어, 물질, 중합체 전해질 및 조립 단계의 특성 및 선택에 더 이상 달려 있지 않다는 것을 의미한다.

동적 안정성 외에, 본 발명에 따른 수동적 안정성을 조사하였다. 도 14는 활성층의 산화 및 중성 상태에 대하여 가시광선 (a) 및 NIR (b) 영역에서의 반사율 %R의 변화를 도시하고 있다. 이 실험에서, 펄스 (1 초 동안-1V 또는 +1V)를 순환적으로 인가한 후, WE (개방 환)를 5 분간 단속하였다. %R을 시간의 함수로 기록하였다. 따라서, 메모리 효과를 단속 단계 중에 측정하였고, 이는 펄스에 의해 부과된 반사율을 존속시키는 소자의 능력을 정량화한다. 중성 상태의 반사율은 도 12(b)의 가시광선 영역에서 매우 안정하였고, 아무런 펄스도 필요치 않았다. 산화 상태의 반사율은 5 분간 δ/δt(%R_VIS)=0.4% min-1 손실을 나타낸다 (도 7(b)). 초기 %R을 회복하기 위해서 짧은 펄스 (+1V)가 필요하다. 이러한 거동은 NIR 영역에 서는 반대이다. 소자가 중성 상태에서 유지될 때 개방 회로 단계 중에 δ/δt(%R_NIR)=1% min-1이 기록된다. 그러나, 반사율 손실은 △%R이 여전히 높기 (>68%) 때문에 심각한 것은 아니다. 이것은 봉함된 소자가 에너지가 짧게 공급되면 전체적인 반사 특성을 나타낼 수 있다는 것을 드러내는 것이다. 비 봉함 소자의 경우는 유사하지만, NIR 반사율에서의 감소는 더 높게 나타난다 (δ/δt(%R_NIR)=1% min-1).

이러한 소자들의 에너지 소비를 확정하기 위해, 본 발명에 따른 다공성 타입의 ECD (D4)를 스위치 하는 데 필요한 전력들을 통상적인 슬릿화 된 형태 ECD (D1)와 비교하였다. 표 3은 하나의 산화환원 상태로부터 다음 상태로 전환하는데 필요한 단위 면적당 에너지 (E)를 계산하는 D1 및 D4의 전기적 특성을 나타내고 있다.

[표 3]

	D1 슬릿형 소자	D4 다공성 소자
△V^*	2V	2V
면적	10 cm²	3 cm²
전하 Q	1.5 mC/cm²	0.67 mC/cm²
전력 P_max	0.6 mW/cm²	12 mW/cm²
펄스 시간 t	10 sec	1 sec
에너지 E	3 mJ/cm²	1.33 mJ/cm²

* -1V 내지 +1V ** 피크 강도

에너지는 하기식으로 주어진다

, 상기 식에서 △V는 소자를 스위치 하는데 인가된 펄스 (-1V 내지 +1V)이다. 이러한 조건에서,

이 고 Q(t)는 펄스 동안 필요한 전하이다. 본 발명에 따른 다공성 기판형 소자 (D4)는 통상적인 슬릿형 ECD (D1)에 비해 스위치 하는 데 훨씬 적은 전력을 요하는 것이 명확하다.

당해 분야에서 사용되는 Li 배터리 (400 kJㆍKg^-1, 111 WㆍKg^-1)에 접속된 1 m² 표면 활성 소자 (약 600g/m²)을 고려하면, D4는 8000 시간 (1년)을 사용하게 될 것이다. 더하여, D1 및 D4는 각각 13,000 및 30,000 번을 스위치 하게 될 것이다. 만약 하루에 500번 스위치되고 하나의 산화환원 상태로 유지된다면, 1 Kg 배터리는 D4 형태 소자를 50일간 작동시킬 수 있는 반면, D1에 대해서는 약 21 일간 밖에 작동시키지 못한다.

설명된 실시예 및 구체예는 예증적 목적으로만 제시되었을 뿐이며 이에 비추어 다양한 변경 또는 변화가 당해 분야의 기술자에게 제시될 것이고, 따라서 본 출원의 사상 및 범위 내에 포함되어야 한다는 것이 이해될 것이다. 본 발명은 이의 사상 또는 본질에 벗어나지 않고 다른 특정 형태를 취할 수 있다.

Claims

패턴화된 전극 소자를 접속하는 방법에 있어서,

다공성 기판을 제공하는 단계;

상기 기판상에 전기 전도성 물질을 증착하여, 상기 전기 전도성 물질의 일부가 상기 기판 내로 침투하게 하는 단계;

상기 전기 전도성 물질로부터, 상기 기판의 전면 상에 적어도 하나의 전극을 형성하는 단계;

상기 기판의 이면 상에 적어도 하나의 전기 전도성 접속 교점을 증착하는 단계; 및

상기 기판의 상기 전면 상에 상기 전극을 포함하는 소자를 형성하는 단계를 포함하는 바, 상기 전극은 상기 전기 전도성 물질을 포함하는 도통 채널에 의해 상기 기판을 통해 상기 이면 접속 교점과 전기적으로 연계되는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 전기 전도성 물질은 상기 이면 접속 교점을 상기 전극에 직접 전기적으로 연계시키는 방법.
제 1 항에 있어서, 전기 전도성 용액을 첨가하고 상기 용액을 건조시켜 상기 도통 채널을 완성하는 단계를 더 포함하는 방법.
제 3 항에 있어서, 상기 용액은 전기 전도성 중합체 또는 전기 전도성 유기 용액을 포함하는 방법.
제 4 항에 있어서, 상기 용액은 수용액으로서, 상기 전도성 중합체는 상기 기판으로 확산 되고 상기 전기 전도성 물질과 상기 전기 전도성 교점 사이에 도통 다리를 형성하는 방법.
제 3 항에 있어서, 상기 첨가 단계는 상기 전도성 용액을 잉크 젯 프린팅하는 것을 포함하는 방법.
제 3 항에 있어서, 상기 용액은 상기 도통 채널을 형성하는 유체 금속을 포함하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 증착 단계는 증발, 화학 증착, 플라즈마 보조 화학 증착, 스퍼터 증착 또는 이온빔 보조 증착을 포함하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 전극은 다공성 전극인 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 소자는 전기 발색 소자이고, 상기 전극 상에 전기 발색적 활성 중합체를 코팅하는 단계를 더 포함하는 방법.
제 10 항에 있어서, 상기 코팅 단계는 전기화학적으로 코팅하는 것을 포함하는 방법.
제 10 항에 있어서, 상기 코팅 단계는 용액 공정을 포함하는 방법.
제 12 항에 있어서, 상기 용액 공정 단계는 잉크 젯 프린팅 또는 마스크를 통한 스프레이 코팅을 포함하는 방법.
다공성 기판;

상기 기판의 상면 상에 배치된 전기 전도성 물질로부터 형성된, 적어도 하나의 전극으로서, 이의 일부가 상기 기판 내로 침투되어 있는 전극;

상기 기판의 이면 상에 배치된 적어도 하나의 이면 접촉 교점으로서, 상기 전극은 상기 전기 전도성 물질을 포함하는 도통 채널에 의해 상기 기판을 통해 상기 이면 접속 교점에 연계되어 있는 교점; 및

상기 전극과 전기적으로 연계되어 있는 전자기적 활성층을 포함하는, 전자기적 활성 소자.
제 14 항에 있어서, 상기 전기 전도성 물질은 상기 이면 접속 교점을 상기 전극에 직접적으로 연계시키는 소자.
제 14 항에 있어서, 상기 전기 전도성 중합체는 상기 전극 및 상기 이면 교점 사이에 도통 다리를 제공하는 소자.
제 14 항에 있어서, 금속이 상기 전극 및 이면 교점 사이에 도통 다리를 제공하는 소자.
제 14 항에 있어서, 상기 전극은 다공성 전극인 소자.
제 14 항에 있어서, 상기 소자는, 상기 활성층이 전기 발색적 활성층을 포함하는, 전기 발색 소자를 포함하고, 전기화학적 활성층 및 상기 이면 교점과 상기 전기화학적 활성층 사이에 배치된 전해질, 및 상기 전기화학적 활성층과 접촉하고 있는 전기 전도성 접촉 층을 포함하는 소자.
제 19 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 전극은 복수 개의 전극을 포함하며, 상기 전기 발색적 활성층은 음극적으로 발색하는 중합체를 포함하는 소자.
제 19 항에 있어서, 상기 음극적으로 발색하는 중합체는 중성 상태에서 밴드 갭 (Eg)< 또는 =2.0 eV인 소자.
제 21 항에 있어서, 상기 음극적으로 발색하는 중합체는 폴리(3,4-알킬렌디옥시헤테로사이클)을 포함하는 소자.
제 22 항에 있어서, 상기 알킬렌디옥시헤테로사이클은 알킬렌디옥시피롤, 알킬렌디옥시티오펜 및 알킬렌디옥시퓨란으로 구성되는 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 소자.
제 23 항에 있어서, 상기 폴리(3,4-알킬렌디옥시헤테로사이클)는 브릿지-알킬 치환 폴리(3,4-알킬렌디옥시티오펜)를 포함하는 방법.
제 24 항에 있어서, 상기 브릿지-알킬 치환 폴리(3,4-알킬렌디옥시티오펜은 PProDOT-(메틸)₂, PPro-DOT-(헥실)₂ 또는 PProDOT-(에틸헥실)₂인 소자.
제 19 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 전극은 복수 개의 전극을 포함하고, 상기 전기 발색적 활성층은 양극적으로 발색하는 중합체를 포함하는 소자.
제 26 항에 있어서, 상기 양극적으로 발색하는 중합체는 중성 상태에서 밴드 갭 (Eg)>3.0 eV를 제공하는 소자.
제 27 항에 있어서, 상기 양극적으로 발색하는 중합체는 폴리(3,4-알킬렌디옥시헤테로사이클)을 포함하는 소자.
제 28 항에 있어서, 상기 알킬렌디옥시헤테로사이클은 알킬렌디옥시피롤, 알킬렌디옥시티오펜 및 알킬렌디옥시퓨란으로 구성되는 군으로부터 적어도 하나 선택되는 소자.
제 28 항에 있어서, 상기 폴리(3,4-알킬렌디옥시헤테로사이클)은 N-알킬 치환 폴리(3,4-알킬렌디옥시피롤)를 포함하는 소자.
제 30 항에 있어서, 상기 N-알킬 치환 폴리(3,4-알킬렌디옥시피롤)는 N-PrPProDOP, N-GlyPProDOP 또는 N-프로판 설폰화 PProDOP (PProDOP-NPrS)인 소자.
제 19 항에 있어서, 상기 전기 발색성 소자는 일 초 미만의 시간 안에 광학적으로 투명한 및 발색된 상태 사이를 스위치하는 소자.