带有或不带有功能元件的包含聚合物材料的电极部件和所述部件构成的电极装置

摘要

在一种用于功能元件(7)寻址的电极部件中,有在第一电极(1)和第二电极(2)之间设置的电绝缘材料层(4),以使在没有直接物理或电接触的情况下电极(1,2)相互交叉,形成桥结构。在两个电极(1,2)上,设有导电或半导体材料的接触层(10),并与两个电极(1,2)电接触。在具有检测、信息存储和/或信息指示功能的电极部件中,设有具备功能元件的无源寻址的功能元件(7)。功能元件(7)被设置在靠近或处于电极(1,2)之间的交叉部分上,可以构成传感器元件或信息存储和/或信息指示元件。接触层(3)形成构图的或一体的球形接触层,与两个电极层电接触,包括各向同性的半导体或导体聚合物。该电极部件可用于光学摄象机、电子摄象机、化学摄象机、可电寻址的存储器装置或可电寻址的数据处理装置和可电寻址的显示装置。

说明书

本发明涉及电极部件，包括第一电极和第二电极，特别用于功能元件的寻址。本发明还涉及具有检测、信息存储和/或信息指示功能的电极部件，该电极部件包括第一电极、第二电极和功能元件的无源寻址。此外，本发明涉及具有检测、信息存储和/或信息指示功能的电极装置，其中，该电极装置包括分别具有功能元件的两个或多个电极部件，并在该电极装置中具有功能元件的无源寻址。

最后，本发明还涉及这种电极装置的使用。

众所周知许多寻址功能元件的技术解决方案，例如在表面上以象素形式。但是，这些方案中极少的方案允许简单的无源寻址功能元件，大多数方案需要相当复杂的薄膜晶体管技术。这样的非常复杂的技术方案使生产率低，当大量表面元件应该用功能元件覆盖时，这个问题就更突出，例如在制造由象素构成的“屏幕”中的情况。

解决功能元件寻址问题的一个方案是设置一些功能元件，以使这些功能元件在x、y矩阵中按行和列形成元件，把x上的电压施加在一行上，把y上的电压施加在一列上，以致在功能元件上提供预定电压，用符号表示为V_x+V_y，V_x+V_y＞V₀，其中，V₀是受功能元件控制的用于处理的临界阈值电压，例如在两个取向状态之间液晶显示材料的开关。为了用这种方式配置的行和列功能元件覆盖表面，除了在将被寻址的x、y位置中的功能元件之外，换句话说，除行x和列y之间的交叉部分外，在任意点上都要求行和列不电连接。当同时需要功能元件应该包括很大部分的活性表面时，这种不电连接的要求是不能实现的。这个问题的一个解决方法是在一个平面上设置行，而在另一个平面上设置列，在从下电极图形至上电极图形的电流路径上电连接它们。例如，如果有n行和n列，那么需要形成应该都工作的n²电流路径。

因此，本发明的目的在于提供一种电极部件，它在不需要形成这种电流路径的情况下可使功能元件的寻址成为可能，特别是，这种功能元件是两维矩阵的一部分，例如，为形成在图象屏幕中的象素。

本发明的另一目的在于提供一种配有功能元件的电极部件，其中，功能元件可以具有检测、信息存储和/或信息指示功能。

本发明的第三目的是提供一种配有上述种类的功能元件的电极部件和由按两维矩阵集成化的这种电极部件构成的电极装置，其中，功能元件未设置在电极之间，而位于电极的一侧上。这将可能形成例如图象屏幕，其中，以象素形式的功能元件朝向外侧，并暴露给观察者或传感器装置，以传感器元件形式的功能元件暴露于环境中。

本发明的第四目的在于提供一种电极部件，其中，可以利用具有各向异性导电体的接触层、在各向异性导体和一个或两个电极之间可提供产生整流(rectifying)连接的某些物质来产生电极之间的电连接，从而相对于现有技术来说，使在构成无源可寻址电极装置中的问题明显简化。

上述特征和优点可利用本发明的电极部件来实现，其特征在于，以基本上为带状结构形式的导电材料设置第一电极，同样以基本上为带状结构形式的导电材料，并以与第一电极基本上成垂直交叉关系地在第一电极上设置第二电极，在第一电极和第二电极之间的交叉部分上设置电绝缘材料层，从而在没有直接物理和电接触的情况下电极相互交叉，形成桥结构，在第一电极和第二电极上设置导电材料或半导体材料的接触层，与第一电极和第二电极电接触；一种电极部件，其特征在于，以基本上为带状结构形式的导电材料来设置第一电极，同样以基本上为带状结构形式的导电材料在第一电极上，并与第一电极大致成垂直交叉关系地设置第二电极，在第一电极和第二电极之间的交叉部分上设置电绝缘材料层，从而电极在没有直接物理和电接触的情况下相互交叉，形成桥结构，在第一电极和第二电极上设置与第一电极和第二电极电接触的导电材料或半导体材料的接触层，基本上在电极交叉点附近或电极交叉点上设置功能元件，由传感器元件或信息存储和/或信息指示元件构成所述功能元件；以及一种电极装置，其特征在于，按准两维矩阵使电极部件集成化，第一电极在矩阵中形成行电极的图形层，在与行电极没有直接的物理或电接触情况下，第二电极在矩阵形成列电极的图形层，集成化的接触层在矩阵中形成球形接触层，或把构图的接触层分配给各分开的电极部件，在两个电极层上设置接触层中的导电材料或半导体材料，并与它们电接触，设置在接触层中或之上的功能元件形成按各两维矩阵设置的一个或多个功能元件的构图层或非构图层，分离的功能元件与电极层中行电极和列电极之间的各交叉点对齐。

独立权利要求35披露了电极装置在电子摄象机中的应用。

独立权利要求36披露了电极装置在化学摄象机中的应用。

独立权利要求37披露了电极装置在可电寻址的存储器装置或可电寻址的数据处理装置中的应用。

独立权利要求38披露了电极装置在可电寻址的显示装置中的应用。

按照本发明，第一电极和第二电极最好由具有高或低功函数的金属构成，反之亦然。

按照本发明，接触层最好形成与第一电极的整流电接触，并与第二电极欧姆接触，反之亦然。

按照本发明，接触层中的导电材料或半导体材料为各向异性导电体或半导体，其中各向异性导电体最好包括以非导电聚合物材料形式的电绝缘矩阵和嵌入其中的至少导电材料，该导电聚合材料在具有延伸至少接触层的厚度的区域中被分离。

此外，按照本发明，功能元件最好设置在交叉电极中或在交叉电极上作为接触层的一部分设置或基本上与其共形，或作为分离元件设置在接触层上，使其基本上与电极交叉部分对齐。功能元件最好分别是电位控制的无机或有机金属，或电位控制的半导体，可电流注入的无机或有机金属或可电流注入的半导体，或储存电荷的无机或有机金属或储存电荷的半导体，所述材料包括导电活性材料和/或电致变色材料，其光学特性随存储的电荷量而改变。

按照本发明，特别优选的是，分隔开的功能元件为作为对特定物理刺激的响应而输出响应信号的无机或有机金属或半导体。

按照本发明，还特别优选的是，分隔开的功能元件为作为对特定化学反应剂的响应而输出响应信号的无机或有机金属或半导体。

按照本发明，还具有这样的优点，即用薄膜技术来实现电极装置，以及由单一的导电聚合物或至少包括一种导电聚合物的溶液淀积的聚合物层来形成功能元件层，所述导电聚合物处于掺杂或非掺杂状态。

本发明的其它特征和优点由所附权利要求书来公开。

下面，通过示范性的实施例并参照附图更详细地说明本发明，其中：

图1a表示现有技术的电极部件的透视图，

图1b表示图1a的电极部件的平面图，

图2a表示本发明电极部件的透视图，

图2b表示图2a的平面图，

图2c表示由在矩阵嵌入的各向异性导体构成的接触层的截面图，

图3a表示配有本发明功能元件的电极部件的透视图，

图3b表示特别作为传感器元件实施的功能元件的结构原理图，

图3c表示图3a的电极部件的剖面图，

图3d表示图3a的电极装置的平面图，

图4表示图3a中电极部件的第一优选实施方案，

图5表示图3a中电极部件的第二优选实施方案，

图6表示图3a中电极部件的第三优选实施方案，

图7表示本发明的电极装置，配有输入和输出装置，用以驱动该电极部件和检测输出信号，

图8表示本发明电极装置的等效二极管网络，

图9示意地表示本发明的电极装置在光学或电子摄象机中的应用，

图10示意地表示本发明的电极装置在化学摄象机中的应用，和

图11示意地表示本发明的电极装置在显示装置中的应用。

图1a表示按照现有技术即按夹层结构方式实现的电极部件的透视图，其中，活性材料层3设置在本例中为活性聚合物的第一电极4上，并在其上再设置第二电极2，例如在未示出的玻璃衬底上的铟锡电极。活性聚合物3a可以包括发光聚合物二极管，该二极管采用在共轭聚合物和金属电极1之间形成的整流连接。这些聚合物大多数为P型，因此通过与具有低功函数的例如铝、钙或铟之类的金属接触，可以获得整流连接。其中聚合物夹在两个电极层之间的电极部件以前已用于光电检测目的。在大多数这类部件中，共同之处在于，上述电极的其中一个在玻璃衬底上是透明的铟锡氧化物(ITO)，而第一电极1即金属电极按蒸发在聚合物材料上的层形式来制成。在这些部件中，光将穿过传感器的透明侧。这类电极部件常用于发光装置。相同的几何形状可以容易地延伸成光电二极管矩阵的结构。但是，由于聚合物材料3将位于电极1、2之间，所以第一电极或下电极的淀积可容易地损伤覆盖的聚合物材料。在蒸发中，例如金属可以渗透聚合物材料，形成短路，并发生可能改变聚合物材料的化学反应。如果基于光刻胶的方法用于构图夹层结构电极部件中的第一电极或下电极，那么聚合物材料必须能够经受住所用的所有溶剂和蚀刻剂。

由于活性聚合物材料位于电极1、2之间，所以夹层结构中的电极部件也不适于多种用途。例如，它不能用于适合于特定化学物质反应的由聚合物传感器构成的寻址检测器矩阵，除非这些化学物质可以穿透其中一层。如果夹层结构中的电极部件用于电子摄象机的检测器矩阵寻址或显示装置的象素，那么这还预示着至少一个电极是透明的。

图1b表示图1a所示的夹层结构的电极部件的平面图。电极部件中的活性面积3¹，用阴影线表示，并如看到的那样，由在交叉部分上位于电极1、2之间的整个区域形成。这意味着电极部件的夹层结构很适合用作光电检测器，由于活性面积3¹，为电极宽度之积，所以将产生相当大的光电电流。

本发明的电极部件构成为桥结构，该结构如图2a的透视图所示。其中，在例如由硅构成的图中未示出的衬底上形成例如铝电极的第一电极1。在铝电极1上，设有电绝缘材料层，在该层的顶部设有可以为类似金属例如金的第二电极。第一和第二电极1、2中的材料因以下更详细说明的理由应该分别有不同的功函数。绝缘层4必须仅设置在电极之间的交叉点上，即在该处电极1、2相互重叠，由此电极在没有直接的物理或电接触情况下形成桥结构并相互交叉。最好通过旋转涂敷的方式淀积绝缘层4，以使其形成薄膜。如图2a和图2b的平面图所示，电极1、2基本上呈现带状结构并相互垂直地设置。因此，由两电极的交叉可以粗略地认为其特征在于两个电极相互覆盖的面积并因此大致等于电极宽度之积的电极交叉部分。如图2a所示，第二电极2的上表面露出。如果绝缘层4被淀积，以使它覆盖整个第一电极1，那么在第二电极2淀积之后，例如通过蚀刻方式，可以除去未被第二电极覆盖的绝缘层4。

可以通过蒸发来淀积电极材料本身，如果第一电极1设置在例如硅的衬底上，那么可以在硅的表面上生长氧化层，例如具有约1μm的厚度，以便在按集成工艺制备电极部件即在一个相同的衬底上具有多个电极部件时，可确保电绝缘。由于在除去多余部分绝缘层的蚀刻处理期间容易损坏较薄的电极，所以例如按200和250nm之间的厚度汽相淀积电极。作为绝缘层4中的绝缘材料使用苯并丁烯(BCB)。在第一电极的顶部和衬底上按1000rmp的旋转速率在大致30秒期间内旋转涂敷在1，3，5-三甲基苯中1∶2的苯并丁烯溶液。在200℃下持续一小时进行绝缘层的固化。根据旋转涂敷前的溶液温度，厚度可从200至400nm地变化。

在一个实施例中，在绝缘层4的顶部上汽相淀积金电极。可是在苯并丁烯上的金电极稳定性差，因而在淀积金电极之前，汽相淀积厚2nm的铬层。金电极的适当厚度为50nm。如上所述，去除未被第二电极2覆盖的绝缘层4的部分。当利用反应性离子蚀刻，该去除方法只需不到2分钟的时间，然后形成具有如图2a所示结构的装置。

在电极1和2上，配置导电或半导体材料接触层3，层3与第一和第二电极电接触。在图2b的平面图中示出具有淀积的接触层3的图2a中电极装置的实施方案。沿第二电极2的两条相对的边缘到达第一电极1，接触层3形成激活区域3¹。这比按夹置结构的实施方案中的情况有小得多的延伸部分，但当电极1、2非常薄时，在电流值上的差将无关紧要。在接触层3的实施方案的下列讨论中，不同点是在接触层中的导电或半导体是各向异性的导体或半导体。特别是，将针对由聚合物材料制备的各向异性导体的使用进行讨论。可是，违背它也没有什么，在某些实施方案中经常的权宜之计是在接触层3中使用各向异性材料。通过例如含具有高或低功函数的金属或反之亦然的第一和第二电极1、2如上所述的接触层3将与第二电极1形成整流电接触和与第二电极形成欧姆接触，反之亦然。

图2c中示意性表示具有各向异性导体的接触层3。该接触层包括以非导电聚合物材料形式的电绝缘矩阵6和嵌入其中的至少导电性聚合物材料5。如图2d所示，导电聚合物材料5在具有延伸至少接触层3的厚度的域中被分离。本领域的技术人员将容易地理解，如果具有各向异性导体的接触层3与第一和第二电极1、2形成欧姆接触，那么将不可能选择性地寻址电极之间的交叉点。选择寻址要求正好一个接触是整流接触。众所周知，未掺杂和掺杂的共轭聚合物的金属接触可以是整流接触。例如这是在铝和掺杂或未掺杂的聚噻吩取代物之间接触的情况。另一方面，金形成与掺杂和未掺杂状态中的这些材料欧姆接触。通过铝制备的第一电极1，如果由聚合物的混合物形成各向异性的导体，那么该聚合物的混合物总是与第一电极1形成整流接触，而与顶部上的金电极2欧姆接触。

关于接触层3的设计，通常论述存在具有高导电率的材料或以各向同性形式使用。当存在微观的各向异性导电率时，仅当使用金属或半导体材料的单晶体时，这些各向异性导电性能便清楚地呈现宏观的各向异性导电性。可是，在现有技术中利用大量的其中各向异性导电率是吸引人的情况，并且大量使用具有这些性能的大量混合性材料和装置。经常由经过某些处理的绝缘体中的导体的组合构成它们，或这样进行设计，以便提供各向异性导电率。例如是用于所谓倒装芯片接触中的弹性体。还已知基于包括金属颗粒的基质的各向异性导电粘合剂。这些通常用于厚膜结构中。

利用共轭和导电聚合物与至少一个绝缘的基质聚合物之间的聚合物混合物膜，可非常简单地实现各向异性导电率。通常在这种混合物中观察到相分离。(参见例如题目为“Colour source and methods for itsfabrication”(彩色源及其制造方法)的国际专利申请PCT/SE95/00549)。当共轭聚合物形成其厚度可与膜厚即接触层的厚度可比拟的区域，以使该导电区域暴露于膜的上侧和下侧时，便可以在用于形成电接触的导体之间提供这些膜。通过选择聚合物混合物的化学配比，以使因缺乏两维渗透通路而使平行于膜的导电率非常低，就可容易形成薄的各向异性导体，正如图2d所示意表示的那样。在沿垂直于膜方向的导电率与平行于膜延伸方向的导电率之间的各向异性关系可容易地为几的数量级值。通过由一种或多种共轭聚合物或一种或多种绝缘聚合物溶液的旋转涂敷，可容易地制备这种膜。也可利用溶解浇铸、熔化浇铸或甚至采用溶液或凝胶体涂敷来制备膜。

最好从聚丙烯酸酯、聚酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚烯烃或从具有非共轭主链的其它聚合物的同聚物和共聚物的种类中选择非导电聚合物材料。特别是，非导电聚合物材料优选为聚甲基丙烯酸酯(PMMA)。

可从聚杂环的聚合物种类中选择具有各向异性导电性能的接触层的导电聚合物材料，例如取代聚噻吩、取代聚噻吩亚乙烯、取代聚吡咯、聚苯胺和取代聚苯胺、取代聚对苯基亚乙烯和其共聚物。导电聚合物材料最好为聚(3-4-辛基-苯基-2.2，-联噻吩)(PTOPT)。

在金表面上淀积厚度为100nm且由PMMA基质中的PTOPT构成的接触层。利用原子力显微镜(AFM)，可以确认区域延伸过100nm厚度的接触层到达其表面，并在其中相当均匀地分布，在剖面方向中的典型直径为几十毫微米。

下面讨论具有功能元件7的电极装置，其中该功能元件可具有检测、信息存储和/或信息指示功能。特别是该功能元件7可以是电敏感的、化学敏感的、光敏感的或辐射发射元件，本发明的电极装置的应用将允许功能元件的无源寻址。接近或在电极1、2的交叉部分中设置功能元件7，并且可以在电极交叉部分之上配置和形成为接触层3的一部分，并与其大体保角，以使功能元件7基本上对应于如图2所示的活性区域3¹。但是，功能元件7也可以作为分离的元件来实现并且配置于电极1、2的交叉部分，但是在接触材料3的顶部上。比如示于图3a的透视图中，在未示出的衬底上配置例如由铝制备的第一电极1。在铝电极上设置电绝缘层4，在该电绝缘层的顶部上设置例如为金的第二导电材料的第二电极2。蚀刻掉未被金电极2覆盖的绝缘层4的各处，以使在电极1、2之间的交叉部分中实现不直接接触，也没有任何电接触。在电极1、2的交叉部分上设置接触层3，在该接触层的顶部上且在交叉部分处设置例如以敏感的聚合物形式的功能元件7，以使它基本上稍微超出交叉部分延伸。

如果功能元件将被用作矩阵装置中的基本元件，例如结合图7的进一步讨论，那么它必须被连接到二极管结构和具有固有的整流性能以避免在矩阵装置无源寻址中的串扰问题。

图3a中示出实现具有检测功能的功能元件7的原理结构。作为铝金属电极表示的第一电极1与PTOPT形式的第一聚合物材料P1形成整流肖特基结，其中金属形成阴极。第二聚合物材料P2本身形成活性或检测元件，并可这样设计，以使物理或化学刺激物改变其导电率。被设计为金的金属电极的第二电极包括该结构的阳极，与聚合物P1(PTOPT)形成非整流连接。

因其具有如4.3eV这样低的功函数，因而选择铝作为第一电极的金属。金阳极具有较高的功函数，即5.2eV。

由于使用如图3b所示的几何结构，因而可以直接根据部件的电流-电压特性监视这里表示为POWT的灵敏的聚合物P2的导电状态。实验表示，在A1和掺杂的PTOPT之间的结的整流效率比具有使用未掺杂的PTOPT的结的整流效率低，即使对于给定电压的电流强度实质上较高。可是，认为结的整流性能比体导电率更重要，并因此最好在传感器元件中使用未掺杂的PTOPT。

由于PTOPT在非极性的溶剂中是可溶的，因而必须使用在极性的溶剂中可溶的聚合物作为灵敏的聚合物材料，否则在旋转涂敷该聚合物期间会破坏PTOPT层。选择可溶于水的聚噻吩，即聚(3[(S)-5-氨基-5-羧基-3-噁戊烷基)-2，5硫代亚苯基氢氯化物](POWT)。该分子具有未保护的氨基酸侧链，显示与特定的旋转和环形二色光谱有关的显著的溶剂，有时这被认为是由沿聚合物链相邻侧链的共同取向-和反取向局部相互转换引起的。该聚合物也可溶解于甲醇和二甲亚砜中。可用碘(I₂)或硝基四氟硼酸盐(NOBF₄)的乙腈溶液掺杂。该聚合物材料(POWT)具有显著的性能，可以将不同的蛋白质种类链接到该分子的氨基酸侧链上。因此，可以使用在与生物化学刺激物反应时具有改变聚合物导电率作用的蛋白质，如果使用功能元件作为特定化学试剂的检测器时，那么该蛋白质有时是有利的。可旋转涂敷或淀积设计成敏感聚合物的功能元件7，在接触层3的顶部上形成图形，这如图3a所示。在该几何结构中，电流将通过敏感聚合物材料并沿上述电流通路流动，即从金的第二电极到PTOPT层，并且还通过敏感聚合物POWT到达PTOPT与铝的第一电极之间的结。

功能元件7本身可以是相应于被功能元件覆盖的区域的接触层3的一部分，如图3a所示，实际上，如图2b所示，功能元件的活性区域相应于活性区域3¹，即位于第二电极2一侧并且延伸到第一电极1的接触层3的那部分区域那里第一电极的边缘交叉其它的电极。图3d和图3c分别表示电极部件的剖面图和平面图，其中该电极部件在接触层3的顶部并且在电极1、2的交叉部分上设置作为分离元件的功能元件7。在任何情况下都可以从第一电极和第二电极达到功能元件7。根据功能元件7所用的材料，电极部件可以具有检测功能，即作为传感器的功能，具有存储信息的功能，即设计为可电寻址的存储元件或可以具有指示信息的功能，例如通过被设计为发光元件。

如果功能元件以传感器功能实现，那么可以这样制备它，例如使其因刺激物如响应于生物材料、化学试剂、光辐射或压力的作用而呈现可变的电阻，并且输出信号为电流。也可以用其电性能可控或因施加电压或由注入电流和电荷其电性能可改变的材料来设计功能元件7。

特别是，如果用上述共轭聚合物实现功能元件7，这些材料的电或光电性能就使由材料导电率的改变来检测出存在的杂质种类或入射光成为可能。此外，通过形成有发光域功能的区域5，上述共轭聚合物还可发光。并且通过调整相对于特定化学试剂或特定波长的敏感性和选择性，还可以在这方面改变共轭聚合物的性能。许多共轭聚合物具有这些性能，但特别优选使用取代聚噻吩(PTOPT)。

下面参照图4、5和6，说明功能元件是如何被寻址和控制的。

图4表示在电极1、2的交叉处的接触层3之上具有以传感器元件形式配置的功能元件7的电极部件的剖面图。在这种情况下，功能元件7的材料必须是例如有机或无机金属的导体或半导体。特别是，图4中所示的电极部件适于电压寻址，例如相对于配置于功能元件7上的液晶元件的写入。液晶元件可被看作是液晶屏幕中的象素。液晶元件8与形成电极部件的第三电极的导电体9接触。意图是利用波形进行电压寻址，以便控制在该情况下将为液晶元件8的取向状态的某些特定过程。

如果图3a中的电极部件用于驱动液晶显示，那么因驱动不要求特别高的电流，仅需要电压。如果图4中的液晶元件与电致发光元件10交换，那么这将要求实际上较高的电流，但用于驱动的原理与液晶显示的驱动再次非常相似。在这种情况下，用电致发光材料的均匀层10，最好是共轭聚合物，替代电绝缘体8即液晶元件，这正如图5中所示。在电致发光层10上，再次设置覆盖整个层的导电体9形式的第三电极9，并且利用功能元件7同时进行寻址，以使电流流过电致发光层10。在该连接中，必需将足够高的电流注入功能元件7中，以便电致发光层10中的聚合物材料变得发光。这里，功能元件7是电流可注入的无机或有机金属或电流可注入的半导体。

如果功能元件7构成为可存储电荷的无机或有机金属或可存储电荷的半导体，那么它还可以包括电活性或电致变色材料。电致变色材料最好再次为共轭聚合物，如图6所示，功能元件也可构成为电致变色图象屏幕中的象素。在该情况下，在功能元件7之上设置最好为聚合物电解质薄膜形式的固体电解质层11，并在其上设置电活性材料的第三电极12。通过功能元件7的电流和电荷寻址，当电流流过聚合物电解质11和其上覆盖的电活性电极12时，具有功能元件7的电致变色材料的状态将改变。当这种情况发生时，在功能元件7中的电致变色材料的颜色变化，并且这种变化将继续进行直到注入的电荷再次消失。这就是可用于信息的可逆存储的电致变色薄膜屏幕的电寻址基础。对电致变色薄膜屏幕的寻址和写入必须与功能元件7的状态的阅读相结合。大多数电致变色材料当其掺杂状态改变时还改变其电阻率，因而可以首先通过功能元件7注入电流进行控制，其中该功能元件7与在夹置的固体电解质11或聚合物电解质之上的电致变色材料12接触。随后通过利用电流寻址功能元件7和读功能元件的电阻，可发现该变化的掺杂状态。在这方面最好还在电活性电极12之上设置导电体9。这可被用以实现存储元件。即使在这种情况下仅仅产生低速的写和读，但这使以两维矩阵形式集成这样的存储元件和在相互之上互相堆叠这样的矩阵以获得体积的数据存储装置成为可能。

也可以容易地以准两维矩阵将如图3a和图4、5和6中所示的电极装置集成为一种电极装置13，其中按分离电极部件形式的电极1、2形成连续的带状结构，在矩阵中分别包括电极1、2的行和列，以下将行表示为电极装置的X电极，将列表示为Y电极。

图7中大致以方框图形式表示按两维矩阵形式实现的电极装置13。更准确地说是准两维矩阵的矩阵，当它必须具有某一厚度时，经用于驱动电压的线14或X电极的行电极与I/O转换板16连接，而线15用于从类似的Y电极将输出信号传送给I/O转换板16。来自Y电极的输出信号被转换成电压，和在线17上输出给A/D转换板20，由此可将数字化的输出信号或响应信号进一步传送给数据母线21上的适当数字处理装置。数字处理装置可以是共用PC或图中未示出的专用工作站。线19用于将行电极的驱动电压，即它们的偏置电压类似地从A/D转换板20输送到I/O转换板16，同时选择线18用于选择将要被驱动的电极行。在电极装置13的矩阵中，接触层3可以集成地形成矩阵中的球形接触层，以使接触层中的导电或半导体材料位于两电极层之上并与它们电接触。也可以在接触层中设置用于各电极部件的功能元件7并构成其一部分，在电极装置13的矩阵所包括的各电极部件中，在X电极与Y电极的交叉部分形成功能元件。功能元件7也可以按分离元件来配置并分配给各电极部件，如图2a中所示。原则上，通过在接触层10之上的层中配置功能元件7和进行构图便可以使各电极部件2获得分离的功能元件。可是，这并不是先决条件，因在用于形成功能元件且淀积于接触层3之上的未构图材料层中也可以非常好地形成功能元件7。首先借助于选址，产生作为分配给矩阵中的分离电极部件的有效结构的功能元件7。

也可以使图7中的电极装置配备多于一层的功能元件7，因为功能元件的分离层必须用电子导体层或离子导体层来分离。

图8表示由图7中电极装置13的矩阵中的X电极和Y电极1、2形成的网络的简化的电等效模式。在行电极和列电极之间的各交叉部分，产生在每一种情况下都具有相同导电方向的二极管23。电极还可以固有的整流功能来实现，以避免寻址中的串扰问题，参照结合图3a和直接在其上的有关功能元件的描述。亦即分离电极部件26的选择寻址要求在各电极部件中例如在第一电极1与接触层3之间实现整流接触。当读矩阵中X、Y位置处电极部件26中的功能元件7时，在相邻位置(X+1，Y)、(X-1，Y)、(X，Y+1)或(X，Y-1)之间必须不产生电流过渡。由图8显然可知，两个相反的二极管阻止这种电流过渡。

例如图8所示利用以矩阵形式设置于电极装置中的电极，电流仅通过接触层3或图2a所示的活性区域3′中的电极1、2之间。如果例如物理或化学刺激物同时改变在该区域中的聚合物材料的导电性能，例如由于入射光，那么通过施加电压和读输出信号的相应电流可检测该变化。如果电极装置中的电极1、2是浮动的，即未偏置X电极1，那么来自功能元件的电流也将流过具有浮动电极的电极装置中相邻的功能元件。使电极2接地，这正如图8所示，通过在它们的输出与地之间的所有列中使用电流/电压转换器22，可解决该问题。由于该电流/电压转换器22的输入阻抗可忽略，因而所有的列电极可以被认为接地。当所有的其它电极1；24浮动时，缓冲电压最好提供给所选的行电极1；25。这样可获得两个优点，即其它电极2的各列中的电流仅取决于由该列和所选行识别的功能元件，并且从原理上讲，可同时监视相同行中的所有功能元件。通过电极装置的监视，在一个实施方案中，使用特别设计的也对所选的行1¹施加正偏置电流的电流/电压转换板16，同时可使用市售的A/D转换板。最好经例如PC对电极装置13软件控制，如图7所示，在这种界面上也可以选择施加给行的电压和在进行第一次测量之前的可能的等待时间。在避免例如电容电流之类的瞬间现象方面，最后的特征是有利的，实际上，获得的约200ms的等待是有利的。被检测的输出电流振幅可以为几pA，于是由矩阵中的网络产生的噪声可以是误差源。通过包括非常简单的低通滤波器可使该缺陷减小到某一程度，其中通过以用户选择的频率多次读各功能元件并且对测量值进行平均可实现该低通滤波器。使用为该网络电压周期的倍数的监视周期，可实现所期望的最好结果。

如果未按球形实现层中的功能元件，但是按构图的层，那么它将通过接触层3的各向异性导体与X和Y层接触。通过构图层中的功能元件7，分离的功能元件不会与相邻的功能元件短路。当然，可以想像其中功能元件层未构图和为球形的这种应用。功能元件层可以是一种材料，该材料与各向异性导体欧姆接触，但也可使该材料与接触层3中的各向异性导体整流接触。如果功能元件7形成欧姆接触，那么可利用寻址分离的功能元件，即寻址矩阵中X、Y位置来测量分离的功能元件中的电阻。在这种情况下，当功能元件的材料与化学物质接触时，该材料例如具有特定的化学响应输出并以变化的电阻形式发出输出信号。它还可以是一种由生物分子和生物系统相互反应而改变其电阻的生物敏感性材料、一种因施加压力而改变功能元件电阻的压电电阻材料、一种因光改变功能元件电阻的光电材料、或一种因热改变功能元件电阻的热敏材料。这些情况覆盖了本发明的许多有利的应用，可代表性地举出化学摄象机、生物摄象机、光摄象机和热摄象机。通常，利用电极装置13的这种实施方案可读出改变功能元件导电率或电阻的任何反应，而不管该反应是否具有物理、化学或生物的原因。根据其功能或应用，在摄象机应用中被看作是摄象机中单独的象素的各分离功能元件的各尺寸根据要成象的目标尺寸可以为从1μm至1cm。如果摄象机对例如生物细胞的局部pH值进行拍摄，那么应选择具有几微米大小尺寸的功能元件。

如果按大量相同和可重复的装置来制备电极装置，那么可以按10μm和1cm之间的尺寸来制备它们，以使电极装置中的层均匀地具有这些尺寸。也可以想像，在摄象机应用中实现按照本发明的电极装置，特别是用于检测化学试剂或生物分子的分别具有同时检测许多物质和相互反应的生物传感器的化学摄象机中，可设计功能元件，使其仅一次使用，和可以与在表面上不同位置处设置功能元件的方法组合。另一个可想象的应用是使用化学敏感但非特定的聚合物并在功能元件中组合许多不同材料，例如通过对装置中的不同功能元件进行喷墨印刷来淀积，使其可实现人造化学或生物感觉器官，在期望检测存在化学或生物交互反应的地方，用于检测气体或液体环境中的气味或有味的物质。

本发明的电极装置13也可包括不带有各向异性导体的接触层3，但其中在电极结构上直接淀积可与生物分子、化学试剂、光或压力反应的均匀材料构成的接触层。功能元件7包含于该接触层3中并构成其一部分，起检测器的作用，其中活性区域再次相应于如图2所示边缘区域3¹，当它受到特定的刺激时，可以检测这些活性区域3¹中的改变或特定性能。特定的变化可以是例如电阻率、电容或电流/电压特性的改变。

本发明的电极装置13还可用作数据处理装置，如果适当采用功能元件7，以使它们可在不同状态之间进行转换，和可用于配置逻辑门或逻辑网络。另一显然的应用是用本发明的电极装置13作为电可寻址的数据存储装置。由于存储单元相应于分离的电极部件26，并存储装置相应于电极装置13，因而可在存储装置的各存储单元中进行写入。在这种情况下，接触层13本身有利地具有存储材料的功能，和通过改变在各电极部件26或存储单元的活性区域中的接触层的电性能，对存储位置即对分离的存储单元进行写入。例如由破坏导电率使在所述存储位置的电极1、2之间不再电接触，由此可进行写入。也可以使其导电率逐渐降低来实现存储装置13。如果在预定的步骤中发生这种减小，那么各存储位置可存储几比特，和可以存储按照预定多级码的比特。这样可按重要程度增加存储密度。在1997年6月17日申请并转让给本申请人的NO专利申请No.972803中有用于电寻址存储装置的方法的较详细的描述和这种存储装置的完整的实施方案的讨论。也可以在相互之上相互堆积电极装置立体地设计这种存储装置。特别是利用在各存储位置中的编码，可以获得具有非常高的体积存储密度的可电寻址的存储装置。

通过按光电二极管矩阵实现接触层或功能层，本发明的电极装置13也可以用于光学摄象机或电子摄象机。例如，这可以通过使用众所周知的光电二极管材料，例如在接触层中用与buckministerfullerene C₆₀混合的共轭聚噻吩来实现。这种摄象机的功能完全如图9所示。

如上所述，电极装置13也可以用于化学摄象机，严格来说可用于化学传感器，例如检测化学物质的特定分布，如图10所示。因而可以使用包括PTOPT聚合物层的功能元件。

在使其适合化学检测即化学摄象机的电极装置中，缺少对聚合物层大量传送的阻挡层。由于共轭聚噻吩可以与氧化的化学物质反应，形成高导电的聚合物材料，所以该聚合物材料例如可以被看成是这种化学摄象机的模型系统。例如，众所周知，碘蒸气会氧化聚噻吩，包括最好用于本发明中的PTOPT。这会导致导电率的极大提高。因此，可电寻址功能元件7，以使可跟随以增加导电率的形式体现的掺杂处理。

图10示意地表示通过检测在按照本发明设计的分别使用铝和金电极以及覆盖PTOPT的苯并丁烯绝缘层的化学摄象机的检测器上检测碘晶体所获得的结果，其中该绝缘层形成接触层和功能元件层。

本发明的电极装置13还可用在图11中示意表示的显示装置中，例如通过激励以使功能元件开始场致发光。在与结合图9说明的应用相同的结构中，也可以产生光发射。在一个实施方案中，在功能元件层中使用共轭的聚噻吩，并淀积在铟锡氧化物的电极上，该电极被施加+30V的电压，同时铝电极(行电极)接地。对于肉眼来说容易看见光源象素。在一个实施方案中，聚合物象素发射红光。通过对电极装置中的特定电极部件施加电压，将仅从该电极部件发射光。

利用本发明的电极部件26和电极装置13，可实现较大的优点，即能被电寻址时，功能元件层中的功能元件或材料暴露于环境中同时受环境影响，因此可以进行功能元件对其敏感的材料和刺激物的检测。

本发明的电极部件的分离部分的制造本身是公知的，例如由其它相关的说明可知，比如上述国际专利申请PCT/SE95/00549和M.Berggren，O.Ingans & al.的论文“Light emitting diodes with variablecolours from polymer blends”(具有来自聚合物混合物的可变色彩的光发射二极管)Nature 1994，Vol.372，p.44。对于本领域技术人员来说，还作为指导的是在单列的附录中完成的实施例，这些实施例被看成与本发明的电极部件有关的特例和信息。这些实施例涉及本发明的各向异性导电材料的制造、在衬底上的电极部件的制造和在使用以及未使用各向异性导体的的情况下用于电极部件的功能元件层。附录实施例1：形成各向异性导电材料

把5mg/ml聚[3-(4-辛基-苯基)-2.2，噻吩(PTOPT)溶解在三氯甲烷中，同样，把5mg/ml的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)溶解在三氯甲烷中。由这些溶液形成混合物，制备在PMMA中的6％PTOPT溶液。然后，按800rpm的旋转速度在衬底上旋转涂敷该溶液，制成厚度约100nm的膜。然后，该膜厚度与共轭的聚合物区域的厚度是可比的，使与膜正交的导电率高，且与该膜平行的导电率可被忽略。如果需要，可以把PTOPT通过将其暴露于气态氧化剂或不溶解这两种聚合物的溶液中的氧化剂中而转换成掺杂形态。如果聚合物掺合物淀积在导电衬底上，那么通过电化学掺杂还可以将它掺杂至导电状态。实施例2：形成各向异性导电材料

把5mg/ml聚(3-辛基)-噻吩(POT)溶解在三氯甲烷中，同样，把5mg/ml的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)溶解在三氯甲烷中。由这些溶液形成混合物，制备在PMMA中的5％POT溶液。然后按800rpm的旋转速度在衬底上旋转涂敷该溶液，制成厚度约100nm的膜。然后，该膜厚度与共轭聚合物区域的厚度是可比的，使与该膜正交的导电率高，且与该膜平行的导电率可被忽略。如果需要，可以把POT通过将其暴露于气态氧化剂或不溶解这两种聚合物的溶液中的氧化剂中而转换成掺杂形态。如果聚合物掺合物淀积在导电衬底上，那么通过电化学掺杂还可以将它掺杂至导电状态。实施例3：在硅衬底上形成电极装置

通过掩模蒸发铝带(x电极250nm厚度)来覆盖硅片。利用在1，3，5三甲基苯中的1∶10的BCB溶液按1000rpm持续30秒旋转涂敷苯并丁烯层(BCB；(Cyclotene^TM，Dow Chemical)，制成厚度为200-400nm的薄膜。该薄膜在250℃下固化60分钟。通过限定y电极的掩模，蒸发以用作粘合的层厚度为2nm的Cr底涂过的金层(50nm)。通过反应性离子在等离子体中蚀刻该片2分钟。这样保留未受影响的金电极，但从所有其它表面除去BCB。在该蚀刻步骤后，曝光铝电极。按照实例1淀积各向异性层。实施例4：在玻璃衬底上形成电极装置

通过旋转涂敷和固化用苯并丁烯(BCB)覆盖玻璃衬底。它用作淀积另一些层的衬底。通过掩模蒸发铝带(x电极，厚度为50nm)来覆盖该表面。利用在1，3，5-三甲基苯中1∶10的BCB溶液按1000rpm持续30秒旋转涂敷BCB层(CycloteneTM，Dow Chemical)，制成厚度为200-400nm的薄膜。该薄膜在250℃下固化60分钟。通过限定y电极的掩模，蒸发以用作粘合的层厚度为2nm的Cr底涂过的金层(50nm)。利用反应性离子蚀刻该芯片2分钟。从而保留未受影响的金电极，但从所有其它表面除去BCB。在该蚀刻步骤后，曝光铝电极。按照实例1淀积各向异性层。实施例5：功能元件层的淀积

通过聚合物溶液的溶剂浇注，用聚(3[(S)-5-氨基-5-羧基-3-噁戊烷基)-2，5-硫代亚苯基氢氯化物](POWT)的均匀薄膜覆盖按照实施例3的装置。记录POWT各象素的电阻。在象素上设置碘的小晶体。碘是用于POWT的掺杂物，由象素上电阻的下降可判断碘的存在。实施例6：没有各向异性导体的电极装置

用在5mg/ml二甲苯溶液中的聚[3-(4-辛基-苯基)-2.2’噻吩(PTOPT)的均匀薄膜和在5mg/ml二甲苯溶液中的C₆₀(buckministerfullerene)来覆盖按照实例3的但不是各向异性导体的装置。利用热溶液(50℃)按400rmp旋转涂敷来形成该薄膜。该薄膜具有光电响应性，可以检测因曝光而在光电流或电阻率上的局部变化。