(57)【要約】本発明は、少なくとも１つの環境作用を検出および／または送信するための装置並びにその製造方法に関する。装置は少なくとも１つの受信器エレメントおよび評価回路を有しており、評価回路は実質的に、有機的な機能材料から成っている。
2004514919.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの環境作用を検出および／または送信するための装置であって、
該装置は、実質的に有機材料から形成されておりかつ少なくとも１つの環境作用をピックアップしおよび／または電気信号に変換する少なくとも１つの受信器エレメントと、受信された信号を処理しかつ送信する少なくとも１つの評価回路とを有している装置。
【請求項２】
少なくとも受信器エレメントおよび評価回路は支持板または基板に配置されている
請求項１記載の装置。
【請求項３】
複数の環境作用を並列および／または相前後して受信し、処理しかつ送信する
請求項１または２記載の装置。
【請求項４】
受信された環境信号をデジタルまたはアナログに送信する
請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。
【請求項５】
基板がフレキシブルなフィルムである
請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。
【請求項６】
少なくとも１つの受信器エレメントおよび評価回路の少なくとも１つのエレメントにおける少なくとも１つの有機機能材料は同じである
請求項１から５までのいずれか１項記載の装置。
【請求項７】
少なくとも１つの環境作用を検出および／または送信するための装置を製造する方法であって、
少なくとも１つの基板に有機材料を被膜することによって少なくとも１つの受信器エレメント、評価回路および／またはこれに属する配線を形成する方法。
【請求項８】
被膜を少なくとも部分的にプリントおよび／またはドクタブレードを用いた材料の供給によって行う
請求項７記載の方法。
【請求項９】
被膜を連続的なプロセスにおいて行う
請求項７または８記載の方法。
【請求項１０】
少なくとも１つの環境作用を検出および／または送信するための装置の、工業、監視／センソトロニック、医療技術および／または搬送への使用。
【請求項１１】
実質的に有機材料から形成されている温度センサであって、該温度センサは少なくとも１つの温度変化を測定しおよび／または電気信号に変換する少なくとも１つの受信器エレメントと、受信された信号を処理しかつ送信する少なくとも１つの評価回路とを有している
温度センサ。
【請求項１２】
実質的に有機材料から形成されておりかつ受信された信号／情報を評価しかつ加熱可能なエレメントを受信された信号に相応して調整する回路を有している
ヒーター。
【請求項１３】
加熱可能なエレメントは可逆的なエレメントである
請求項１２記載のヒーター。
【請求項１４】
実質的に有機材料から形成されている圧力センサであって、該圧力センサは少なくとも１つの温度変化を測定しおよび／または電気信号に変換する少なくとも１つの受信器エレメントと、受信された信号を処理しかつ送信する少なくとも１つの評価回路とを有している
圧力センサ。
【請求項１５】
実質的に有機材料から形成されておりかつ受信された信号／情報を評価しかつ圧力を伝達するエレメントを受信された信号に相応して調整する少なくとも１つの回路を有している
スピーカ。
【請求項１６】
実質的に有機材料から形成されているセンサであって、該センサは少なくとも、環境中の物質の濃度および／または凝集状態を解析しおよび／または電気信号に変換する少なくとも１つの受信器エレメントと、受信された信号を処理しかつ送信する少なくとも１つの評価回路とを有している
センサ。
【請求項１７】
実質的に有機材料から形成されている安全エレメントであって、該安全エレメントは少なくとも、環境中の物質の濃度および／または凝集状態を解析しおよび／または電気信号に変換する少なくとも１つの受信器エレメントと、受信された信号を処理しかつ送信する少なくとも１つの評価回路と、制御および調整システムとを有している
安全エレメント。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つの環境作用を検出および／または送信するための装置、その使用並びに製造方法に関する。
【０００２】
ホトダイオード、ライトバリヤ、太陽電池、湿度センサ、圧力および／または温度センサは例えば少なくとも１つの環境作用を検出および／または送信するための装置である。このような装置は、環境作用をピックアップする少なくとも１つの受信エレメントと、該受信エレメントからの信号を引き受け、評価し、場合により増幅しかつ送信する評価回路を有している。
【０００３】
シリコンおよび砒化ガリウムのような従来の無機半導体材料をベースとしたこの種の装置は公知である。例えばセンサのようなこれらの装置は従来の半導体テクノロジーの製造プロセスにおいて製造される。使用の生材料並びにプロセスステップのために、装置が高価なものになり、相応に非常に選択的にしか使用されないということになる。
【０００４】
しかし工業、エネルギー、搬送および生活の殆どすべての分野に対する浩瀚なセンソトロニック（Ｓｅｎｓｏｒｉｋ＝Ｓｅｎｓｏｒ＋Ｔｅｃｈｎｉｋ）（センサ・テクノロジー）は、それが瞬時的に生じている状況の改善された検出および／または改善されたエネルギー利用を可能にするという理由で一般に貢献しているので、上述した形式の一層安価な装置を提供するという必要がある。
【０００５】
それ故に本発明の課題は、出力の点で半導体技術から成る従来の装置に匹敵しおよび／またはこれらに比べて安価である、少なくとも１つの環境作用を検出および／または送信するための装置を使用できるようにすることである。
【０００６】
この課題の解決のために原理的には２つのアプローチがある：１つには、製造のために少なくとも１つの比較的安価な生材料を使用することができかつ１つには成膜、ストラクチャ化、エッチングおよびバックエッチングなどに関する半導体技術の煩雑な製造方法を簡単化することができる。
【０００７】
本発明の対象では、新規な有機半導体技術（集積プラスチック回路（ｉｎｔｅｒｇｒａｔｅｄ ｐｌａｓｔｉｃ ｃｉｒｃｕｉｔｓ＝ＩＰＣ）および／または有機電界効果トランジスタ（ｏｒｇａｎｉｃ ｆｉｅｌｄ ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ＝ＯＦＥＴ）をこの分野に導入する両方のアプローチが考慮される。
【０００８】
本発明の対象は、実質的に有機材料から形成されておりかつ少なくとも１つの環境作用をピックアップしおよび／または電気信号に変換する少なくとも１つの受信器エレメントと受信された信号を処理しかつ送信する少なくとも１つの評価回路とを有している、少なくとも１つの環境作用を検出および／または送信するための装置である。更に本発明の対象は、少なくとも１つの基板に有機材料を被膜することによって少なくとも１つの受信器エレメント、評価回路および／またはこれに属する配線を形成する、少なくとも１つの環境作用を検出および／または送信するための装置を製造する方法である。更にまた、本発明の対象は、少なくとも１つの環境作用を検出および／または送信するための装置の、工業、監視／センソトロニックおよび／または搬送への使用である。
【０００９】
環境作用としてここでは、環境のそれぞれ数量化可能でかつ電流および／または電圧に変換可能なインパルスが表される。このための例は、自然からの太陽光線、気圧の変化または工業領域では所定のガスの濃度の上昇、温度および／または湿度の変化である。すべてこれらの作用により、相応に反応する化合物（受信器エレメントに存在している）を介して、導電性の物質が導電性ではなくなるまたは殆ど導電性ではなくなることおよび／または物質内に電圧または電流が発生されることおよび／または物質中の電気的な抵抗が変化されることになる。これらの作用効果は測定可能でありかつ評価回路を介して規定の信号に変化可能であるかまたはエネルギー獲得のために蓄積可能である。
【００１０】
例えばキーボードの場合のように、圧力により電気信号が発生される触知ないし圧力センサも考えられる。
【００１１】
受信器エレメントおよび評価回路の１つのエレメントが１つの基板に集積されて存在している、少なくとも１つの環境作用を検出および／または送信するための装置の実施形態は特別有利である。これにより、シリコン優勢の半導体技術の従来の装置に比べて容積の著しい節約を可能にする非常にコンパクトな装置が生じる。その際Ｓｉセンサの方が新規な装置より小さいことが有り得るが、フレキシブルな基板および／またはいずれにせよ存在している基板（パッケージ、パッキング）に簡単に取り付けることがともかく重要である。これにより装置の完全に新しい使用の道も開かれる。というのは、この実施態様による装置は安さ故に使い捨て製品として使用可能でありかつ容積が小さいことで例えばラベルなどとして使用可能であるからである。これにより例えば、相応の装置を介して使用でき、製剤がどのくらいの長さ、何度に保管されていたかの情報を与えることができる薬剤パッケージが考えられる。
【００１２】
装置の実施形態次第でそれは、温度センサ、湿度センサおよび／または圧力センサ、ライトバリヤ、光センサ、太陽電池および／またはこれらに匹敵するものである。
【００１３】
有利な実施形態によれば、装置は並列に複数の環境作用を受信し、処理しかつ送信することができる。その際例えば温度、圧力およびガスおよび／または液体混合物の組成を識別し、持続時間と一緒に記憶しおよび／または閉ループおよび開ループ制御装置に送信することができる。温度、湿度、圧力、光の強さにおける所定のしきい値を測定しかつ表示することができる。この過程は可逆性でありかつ実時点の値を捕捉することができるが、非可逆性であって、例えば冷凍品が短期間一度外に出されたかどうかまたはパッケージ／薬剤が一度高い温度または湿度にさらされたかどうかを指示するようにしてもよい。少なくとも１つの環境作用を検出および／または送出するための装置のこれまで公知のすべての使用領域は主として有機材料に基づいている新しい半導体技術によって実現される。同時に、受信器エレメントに使用することができる感応性の化合物に対する選択は制限されておらずかつそれぞれの問題に特有に合わせることができおよび／またはそれぞれの課題設定に対して開発することが可能である。
【００１４】
「有機材料／機能材料」という概念はここでは、有機、金属有機および／または英語で例えば「プラスチック」と称される無機合成材料のすべての種類を含んでいる。すべての種類の材料といっても、古典的なダイオードを形成する半導体（ゲルマニウム、シリコン）、および主に電極および／またはコンタクトピンの枠内でしか使用されない典型的な金属導体（例えば銅、アルミニウム）は除かれる。従って炭素を含んでいる材料としての有機材料に無理矢理に制限するようことはされていないばかりか、例えばシリコーンの広範な使用も考えられる。更に、分子の大きさ、殊にポリマーおよび／またはオリゴマー材料を考慮した制限は言及されるべきではなく、「小さな分子」の使用も全く以て可能である。
【００１５】
「実質的に有機材料から成っている」という表現によって示されるのは、機能的なエレメントが全く、金属、シリコンまたは別の材料から形成されたものであってもよいということである。
【００１６】
少なくとも１つの受信器エレメントおよび評価回路の少なくとも１つのエレメントにおける少なくとも１つの有機機能材料、例えば有機導体、有機絶縁体および／または有機半導体のような材料は同じであるという実施形態は特別有利である。この実施形態は、有機材料が例えばプリントまたはドクタブレードを介する供給によって基板の複数の個所で１つの作業工程で被着されるようにすれば、製造コストが特別有利になるという特徴を有している。
【００１７】
環境作用として温度変化が受信される場合、受信器エレメントの導体路は例えばポリアニリンのような有機材料から成っていてよくおよび／または所定の温度から抵抗値が変わって絶縁体またはほぼ絶縁体になる有機導体であってよい。このことは、材料内部の可逆的または非可逆的なプロセスであってよい。いずれにせよこの装置に対する受信エレメントは、温度が変化すると電荷分離で電圧または電流が発生されるかまたは抵抗の跳躍的な変化が生じる有機導体を備えている。すなわち、受信器エレメントは環境作用「温度変化」をピックアップしかつ測定するのみならず、評価回路に信号も送出する状態に移行する。この種の材料として例えばＰＴＣ（ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）感熱抵抗であり、これはチタン酸バリウムをベースとしたドーピングされた多結晶セラミック材料から製造可能である。
【００１８】
例えば空気中の湿気のような混合ガスの組成が測定されるべきである場合には、測定すべき物質、例えば空気中の水分の濃度に応じて、導体路に電流が発生されるまたは抵抗の変化が行われる（例えば溶解度の変化を介して、ＰＥＤＯＴ参照）という有機導電材料を使用することができる。ここでも、材料により決められるのだが、抵抗の可逆性または非可逆性の変化とすることができる。
【００１９】
圧力が測定されるべきである場合には、伸張または圧縮されると電圧を発生する有機圧電合成樹脂が公知である。
【００２０】
光センサに対して同様に次の例がある：ダイオードの有機機能材料が、光の作用でこれらが電圧を生成するおよび／またはその物理特性を可逆的または非可逆的に変化するように選択される。
【００２１】
有利な実施形態によれば、装置はピックアップされた環境作用または環境信号を増幅しかつこれらを線形に（アナログに）またはデジタルに送信する。
【００２２】
この方法の有利な実施形態によれば、有機機能材料から成る少なくとも１つの層が基板にプリント（例えばタコ印刷、オフセット印刷）またはドクタブレード技術を使用する手法、すなわち下側の層または基板へのストラクチャ化された被着によってまたは凹部への材料導入／充填によって生成される。その際特別有利にも、ストラクチャ化された層はプリント／ドクタブレード技術を使用する手法によって簡単に生成可能であって、従来の半導体技術の場合のように、ホトマスクおよびエッチングステップによって製造される必要はない。
【００２３】
少なくとも１つの環境作用を検出および／または送信するための装置は有利には工業、監視／センソトロニックおよび／または搬送に使用される。医用技術ではこれらは使い捨てセンサとして重要である。
【００２４】
例えば装置はラベルまたはラベルの部分として用いられて、ラベルの付けられている物体がどのような環境作用にさらされてきたかが一目瞭然であるようにされる。更に装置は、ＲＦＩＤタグとして、郵便切手として、搬送用包装に、薬品に、冷凍品に、湿気に敏感な部分に、フォトセルの部分として、およびおもちゃに効果的に取り付けることができる。特に、装置は温度センサとして（逆に、エレクトロニクスによって調整されるミニ・ヒーターであってもよい）、圧力センサとして（逆に、ミニ・スピーカであってもよい）、ガスセンサとして、および／または安全エレメントとして（ＣＯ中毒の警報）用いることができる。
【００２５】
以下に本発明を更に、本発明の実施例を示している４つの図に基づいて詳細に説明する。
【００２６】
図１には、少なくとも１つの環境作用１を検出および／または送信するための装置がブロック図にて略示されている。少なくとも１つの環境作用４により受信器エレメントまたはセンサ２において抵抗が変化するおよび／または電圧が発生され、ひいては評価回路のエレメント３に流れる電流が変化するおよび／または電流が流れ始める。評価回路のエレメント３は給電電圧５およびアース６に接続されている。評価回路は有機電界効果トランジスタに基づいている評価電子装置を使用することができ、これを用いて受信された信号がデジタルでまたはアナログで信号出力側７に送信される。
【００２７】
図２には、少なくとも１つの環境作用１を検出および／または送信するための装置が断面にて略示されている。例えばフレキシブル、すなわちフィルムであってよい基板または支持板９の完全に左側にカプセル８があるのが分かる。これは環境作用に応じて種々様々に、すなわち透明または受信器エレメント２のところを切り欠いて（例えば圧力またはガス組成が測定されるべきとき）取り付けられていてよい。カプセル８の下方に図示の例では受信器エレメント２があり、この上にカプセル８を通って環境作用４、例えば光、熱および／または湿気など（カプセルの種類に応じて）が作用する。どの環境作用を受信するのかに応じて、カプセルは透光性であるかまたは受信個所が開放されている。
【００２８】
カプセル８の下方には、有機評価電子回路を含んでるエレメント３も存在している。カプセル８の外には、出力信号および／または接続コンタクト７がある。センサの形式に応じて、本来のセンサエレメントはカプセルの外部に存在していても構わない（例えば湿度センサ）。
【００２９】
図３には、環境作用、例えば光を受光することができる受信器エレメント２の最も簡単な基本的な構成が示されている。第１のリード１１を介して第１の有機導体材料１２に接続されているホト電圧またはホト電流１０を測定するための装置が分かる。この第１の有機導体材料１２に光４が当たりかつ例えば電荷分離によって材料に電流または電圧を発生する。この電流は有機半導体材料１３を通りかつ第２の導体材料１４に流れる。第２の導体材料は第２のリード１５を介してホト電圧またはホト電流を測定するための機器に接続されている。
【００３０】
図４には、評価用電子装置として使用することができるような簡単な有機電界効果トランジスタの基本構成が示されている。基板９に相互に間隔を置いて２つの電極、すなわちソースＳおよびドレイン電極Ｄが被着されている。これらは１つの層を通って半導体有機材料１３に接続されている。ドレイン電極Ｄは給電電圧５に接続されておりかつソース電極Ｓはアース６に接続されている。上側のゲート電極Ｇは受信器エレメント２のリードに接続されている。受信器エレメント２を介して電流がゲート電極Ｇに流れるや、アイソレーション層１７を通って作用する生じた電界効果によって導電性の通路１６がソースとドレイン電極との間の半導体層に生成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】
環境作用の検出および／または送信装置の略図である。
【図２】
環境作用の検出および／または送信装置の断面略図である。
【図３】
受信器エレメントの最も簡単な基本的な構成を示す略図である。
【図４】
有機電界効果トランジスタの基本構成を示す略図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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