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2. 发明专利

TWI323972B 有機整流器與具有此有機整流器的電子構件 ORGANISCHER GLEICHRICHTER UND DIESEN AUFWEISENDES ELEKTRONIKBAUTEIL 失效
简体标题：有机整流器与具有此有机整流器的电子构件 ORGANISCHER GLEICHRICHTER UND DIESEN AUFWEISENDES ELEKTRONIKBAUTEIL
公开(公告)号：TWI323972B
公开(公告)日：2010-04-21
申请号：TW094145753
申请日：2005-12-22
申请人：寶利積體電路有限兩合公司
发明人：馬庫斯布姆 , 迪特瑪契波勒 , 安德烈亞斯烏爾曼 , 馬庫斯羅倫茲
IPC分类号： H02M
CPC分类号： H02M3/07
摘要：一種電子構件(5)，呈一可撓性多層膜體形式，特別是用於做一種RFID詢答機(RFID=Radio Frequency Identification)者，另外關於一和此電子構件用的整流器(52)。此整流器(52)具有至少二個有機二極體或有機場效電晶體，它們各至少有一電功能層，該電功能層由一種半導體有機材料構成。此整流器(52)另外有二個或更多之充電或轉充電之電容器，它們與該二個或更多的有機二極體或有機場效電晶體配接，使該充電或轉充電電容器可經由不同電流路徑充電。【創作特點】本發明的目的在利用一有機整流器將隨後的耗電器的供電作用改善。
這種目的利用一種整流器〔它將一股在整流器二個輸入端子之間的交流電壓轉換成一直流電壓〕達成，該整流器有至少二個有機二極體及/或有機場效電晶體(它們具有由一半導體有機材料構成的至少一個電功能層)及二個或更多的充電或轉充電(Umladen)的電容器，該電容器與該二個或更多的有效二極體或有機場效電晶體配接成使得該充電或轉充電電容器可經由不同的電流路徑(Strompfade)充電。這種目的另外利用一種呈一可撓性多層膜體形式的電子構件達成，它具有一電壓源及一整流器，該整流器被該電壓源供應，且如上述設計。
在此，本發明根據一構思：將有機半導體之電荷載體的運動性偏小的缺點藉配接二個或更多的充電或轉充電電容器而補償，該電容器經由整流器的不同電路徑、充電。
藉著如上述將有機構件及電容器配接成一有機整流器，可將整流因數GRS=U直/U交大大增高。因此，舉例而言，實驗顯示，利用傳統有機單向整流器在例如13.56MHz的頻率時，只能將供入的交流電壓振幅U交的約5%轉換成在輸出端的直流電壓U直，這表示整流因數GRS=U直/U交=0.05，因此很難將緊隨在後的耗電器供以直流電壓。因此在今日，要將耦入的HF信號(HF=High Frequency，高頻)利用有機構件整流，在許多專家也認為不可能，在RFID詢答機中使用有機整流器，由於今日習知之有機半導體中電荷載體的運動性很小，因此很難達成這點。在此，用本發明中電荷載體的小的運動性，很難達成這點。在此，用本發明可如上述將有機構件與充電或轉充電電容器配接而提供一種有機整流器，它即使在高頻時，也可將隨後之耗電器供以所需之直流電壓。在此，耗電器係指有機邏輯電路，顯示元件及傳統電子電路。
在此，本發明的整流器由一種多層構造構成，該多層構造由二層、三層或更多層構成，其中至少有一層為有機半導體材料構成的主動(aktive)層。在此，一個在此多層構造中做成的有機二極體有一金屬-半導體過渡區，或一個具有有機半導體的pn過渡區，其中該金屬也可被一有機導體取代。在此，這些個別功能層的順序可垂直設置也側向設置。要改善電性質--例如注射(Injektion)電荷載體--也可考慮放入附加的層，它們將原來的功能層作補充。
此外，可在該整流器中使用有機場效電晶體當作有機二極體，該場效電晶體的閘極電極與源極或汲極(Drain)電極連接。
本發明有利的進一步特點見於申請專利範圍附屬項。
依本發明第一實施例，在一第一線路分支中，設有一第一充電電容器及一第一有機二極體，而在一第二線路分支中，設有一第二充電電容器及一第二有機二極體，第一及第二線路分支係平行設置與整流器輸入端耦合，其中，第一及第二有機二極體係以各陽極與陰極反向設置配接在第一及第二線路分支中。
依本發明另一實施例，一第一有機二極體及一第二有機二極體係以各陽極與陰極反向設置經由一「轉充電電容器」與整流器之第一輸入端子連接。第一有機二極體與整流器的第二輸入端子連接。第二有機二極體經一「充電電容器」與整流器之第二輸入端子連接。因此，依此設置，第一有機二極體的陰極及第二有極二極體的陽極可經由該轉充電電容器與第一輸入端子連接，因此第一有機二極體的陽極及第二有機二極體的陰極經該充電電容器互相連接，且第一有接二極體的陽極與第二輸入端子連接。但也可將第一有機二極體的陽極及第二有機二極體的陰極經由該轉充電電容器與第一輸入端子連接，如此第一有機二極體的陰極及第二有機二極體的陽極經該充電電容器互相連接，且第一有機二極體的陽極與第二輸入端子連接。
這種方式建構的有機整流器有一優點，即：只要用小小的成本已可將輸出端能達成之供應電壓提高。因此，該有機整流器，舉例而言，可利用一道「滾子到滾子程序」(捲裝進出)(Rolle-zu-Rolle-Prozess)特別廉價地製造。
要進一步將輸出端可用的供應電壓提高，可用以下方式達成：將整流器由二個或更多互相配接的級構造。整流器的各級由二個充電或轉充電電容器及二個有機二極體或有機場效電晶體構成，它們配接成使該充電或轉充電電容器可經由不同電流路徑充電，且它們各具有二個輸入端子及二個耦合端子，以將另一級的輸入端子耦合。
在此該整流器可由二個或更多串接(級聯)(kaskadieren，英：cascade)的同類的級構成。
在一特別有利方式構建的級(它可用於此種串接)中，第一有機二極體的陰極及第二有機二極體的陽極與第一級的第一耦合端子連接，並經該轉充電電容器與第一級的第一輸入端子連接。第一有機二極體的陽極與第二有機二極體的陰極經由該充電電容器互相連接。第一有機二極體的陽極與該級的第二輸入端子連接，第二有機二極體的陰極與該級的第二耦合端子連接。這種方式建構的級在以下稱為「第一級」。
此外也可將第一有機二極體的陽極及第二有機二極體的陰極與該級的第一耦合端子連接，並經由該轉充電電容器與該級的第一輸入端子連接、第一有機二極體的陰極及第二有機二極體的陽極經該充電電容器互相連接。第一有機二極體的陰極與該級的第二輸入端子連接，而第二有機二極體的陽極與該級的第二耦合端子連接，這種方式建構的級以下稱為「第二級」。
當第一級或第二級串接時，最前面的級的第一及第二輸入端子構成整流器的第一或第二輸入端子。各級的耦合端子與隨後的級的輸入端子連接(只要該級不構成整流器的最後的級)。整流器的輸出端由最前級的第二輸入端子及最後級的第二耦合端子構成。
此外也可在一整流器中將第一級與第二級互相配接。在如此建構的整流器，一第一級及一第二級的第一與第二輸入端子互相連接，且構成整流器的輸入端子。任意數目的第一級及第二級在以下如上述各與先前的第一級或第二級的耦合端子連接，整流器的輸出端係由最後那個第一級的第二耦合端子及最後那個第二級的第二耦合端子構成。
二個不同種類的級的這種設置的優點在於：在相同的供應電壓時，該可供隨後耗電器使用的直流電可提高。
整流因數可如下方式進一步提高：使用有機構件當作有機二極體，該有機構件有一中間層，以降低有機二極體的寄生電容，藉著減少有機二極體的寄生電容，可改善該充電或轉充電電容器的充電/轉充電過程的效率，且因此提高整流器的效率。
依本發明另一實施例，該整流器的第一及/或第二輸入端子經一個或數個第一有機場效電晶體與一轉充電電容器連接。此轉充電電容器經一個或數個第二有機場效電晶體與一充電電容器連接。此一個或數個場效電晶體被一邏輯電路控制。此邏輯電路將第一場效電晶體控制的方式，使得在轉充電電容器上施一交流電壓。
當在一電子構件(它有一振盪回路當作交流電源，由一天線及一電容器構成)中使用本發明的整流器時，造成特別的優點。藉著將這種天線振盪回路與一本發明的整流器耦合，可提供隨後之電子構造組的直流電壓供應，這些電子構造組係可特別廉價製造，提供充分之供應電壓，且可做成一可撓體的形式。如果使用一有機積體電路當作隨後的電子構造組，則還可進一步達成特別的優點。由於有機積體電路的特別之特性(例如電流需求很小)，這種電路可特別有利地配合本發明整流器的特性。此外，這種電子構件可使用一致的製造技術廉價地用於大量用途及拋棄式(使用一次即拋棄)產品。
除了可用這種振盪回路當作電壓源外，可可在電壓源中設一振盪器，例如環形振盪器(Ring-Oszillator)，或藉著將二個或更多的場效電晶體作相關控制而將該充電電容器及/或轉充電電容器施以一交流電壓。
以下配合圖式為例說明本發明數個實施例。
简体摘要：一种电子构件(5)，呈一可挠性多层膜体形式，特别是用于做一种RFID询答机(RFID=Radio Frequency Identification)者，另外关于一和此电子构件用的整流器(52)。此整流器(52)具有至少二个有机二极管或有机场效应管，它们各至少有一电功能层，该电功能层由一种半导体有机材料构成。此整流器(52)另外有二个或更多之充电或转充电之电容器，它们与该二个或更多的有机二极管或有机场效应管配接，使该充电或转充电电容器可经由不同电流路径充电。【创作特点】本发明的目的在利用一有机整流器将随后的耗电器的供电作用改善。这种目的利用一种整流器〔它将一股在整流器二个输入端子之间的交流电压转换成一直流电压〕达成，该整流器有至少二个有机二极管及/或有机场效应管(它们具有由一半导体有机材料构成的至少一个电功能层)及二个或更多的充电或转充电(Umladen)的电容器，该电容器与该二个或更多的有效二极管或有机场效应管配接成使得该充电或转充电电容器可经由不同的电流路径(Strompfade)充电。这种目的另外利用一种呈一可挠性多层膜体形式的电子构件达成，它具有一电压源及一整流器，该整流器被该电压源供应，且如上述设计。在此，本发明根据一构思：将有机半导体之电荷载体的运动性偏小的缺点藉配接二个或更多的充电或转充电电容器而补偿，该电容器经由整流器的不同电路径、充电。借着如上述将有机构件及电容器配接成一有机整流器，可将整流因子GRS=U直/U交大大增高。因此，举例而言，实验显示，利用传统有机单向整流器在例如13.56MHz的频率时，只能将供入的交流电压振幅U交的约5%转换成在输出端的直流电压U直，这表示整流因子GRS=U直/U交=0.05，因此很难将紧随在后的耗电器供以直流电压。因此在今日，要将耦入的HF信号(HF=High Frequency，高频)利用有机构件整流，在许多专家也认为不可能，在RFID询答机中使用有机整流器，由于今日习知之有机半导体中电荷载体的运动性很小，因此很难达成这点。在此，用本发明中电荷载体的小的运动性，很难达成这点。在此，用本发明可如上述将有机构件与充电或转充电电容器配接而提供一种有机整流器，它即使在高频时，也可将随后之耗电器供以所需之直流电压。在此，耗电器系指有机逻辑电路，显示组件及传统电子电路。在此，本发明的整流器由一种多层构造构成，该多层构造由二层、三层或更多层构成，其中至少有一层为有机半导体材料构成的主动(aktive)层。在此，一个在此多层构造中做成的有机二极管有一金属-半导体过渡区，或一个具有有机半导体的pn过渡区，其中该金属也可被一有机导体取代。在此，这些个别功能层的顺序可垂直设置也侧向设置。要改善电性质--例如注射(Injektion)电荷载体--也可考虑放入附加的层，它们将原来的功能层作补充。此外，可在该整流器中使用有机场效应管当作有机二极管，该场效应管的闸极电极与源极或汲极(Drain)电极连接。本发明有利的进一步特点见于申请专利范围附属项。依本发明第一实施例，在一第一线路分支中，设有一第一充电电容器及一第一有机二极管，而在一第二线路分支中，设有一第二充电电容器及一第二有机二极管，第一及第二线路分支系平行设置与整流器输入端耦合，其中，第一及第二有机二极管系以各阳极与阴极反向设置配接在第一及第二线路分支中。依本发明另一实施例，一第一有机二极管及一第二有机二极管系以各阳极与阴极反向设置经由一“转充电电容器”与整流器之第一输入端子连接。第一有机二极管与整流器的第二输入端子连接。第二有机二极管经一“充电电容器”与整流器之第二输入端子连接。因此，依此设置，第一有机二极管的阴极及第二有极二极管的阳极可经由该转充电电容器与第一输入端子连接，因此第一有机二极管的阳极及第二有机二极管的阴极经该充电电容器互相连接，且第一有接二极管的阳极与第二输入端子连接。但也可将第一有机二极管的阳极及第二有机二极管的阴极经由该转充电电容器与第一输入端子连接，如此第一有机二极管的阴极及第二有机二极管的阳极经该充电电容器互相连接，且第一有机二极管的阳极与第二输入端子连接。这种方式建构的有机整流器有一优点，即：只要用小小的成本已可将输出端能达成之供应电压提高。因此，该有机整流器，举例而言，可利用一道“滚子到滚子进程”(卷装进出)(Rolle-zu-Rolle-Prozess)特别廉价地制造。要进一步将输出端可用的供应电压提高，可用以下方式达成：将整流器由二个或更多互相配接的级构造。整流器的各级由二个充电或转充电电容器及二个有机二极管或有机场效应管构成，它们配接成使该充电或转充电电容器可经由不同电流路径充电，且它们各具有二个输入端子及二个耦合端子，以将另一级的输入端子耦合。在此该整流器可由二个或更多串接(级联)(kaskadieren，英：cascade)的同类的级构成。在一特别有利方式构建的级(它可用于此种串接)中，第一有机二极管的阴极及第二有机二极管的阳极与第一级的第一耦合端子连接，并经该转充电电容器与第一级的第一输入端子连接。第一有机二极管的阳极与第二有机二极管的阴极经由该充电电容器互相连接。第一有机二极管的阳极与该级的第二输入端子连接，第二有机二极管的阴极与该级的第二耦合端子连接。这种方式建构的级在以下称为“第一级”。此外也可将第一有机二极管的阳极及第二有机二极管的阴极与该级的第一耦合端子连接，并经由该转充电电容器与该级的第一输入端子连接、第一有机二极管的阴极及第二有机二极管的阳极经该充电电容器互相连接。第一有机二极管的阴极与该级的第二输入端子连接，而第二有机二极管的阳极与该级的第二耦合端子连接，这种方式建构的级以下称为“第二级”。当第一级或第二级串接时，最前面的级的第一及第二输入端子构成整流器的第一或第二输入端子。各级的耦合端子与随后的级的输入端子连接(只要该级不构成整流器的最后的级)。整流器的输出端由最前级的第二输入端子及最后级的第二耦合端子构成。此外也可在一整流器中将第一级与第二级互相配接。在如此建构的整流器，一第一级及一第二级的第一与第二输入端子互相连接，且构成整流器的输入端子。任意数目的第一级及第二级在以下如上述各与先前的第一级或第二级的耦合端子连接，整流器的输出端系由最后那个第一级的第二耦合端子及最后那个第二级的第二耦合端子构成。二个不同种类的级的这种设置的优点在于：在相同的供应电压时，该可供随后耗电器使用的直流电可提高。整流因子可如下方式进一步提高：使用有机构件当作有机二极管，该有机构件有一中间层，以降低有机二极管的寄生电容，借着减少有机二极管的寄生电容，可改善该充电或转充电电容器的充电/转充电过程的效率，且因此提高整流器的效率。依本发明另一实施例，该整流器的第一及/或第二输入端子经一个或数个第一有机场效应管与一转充电电容器连接。此转充电电容器经一个或数个第二有机场效应管与一充电电容器连接。此一个或数个场效应管被一逻辑电路控制。此逻辑电路将第一场效应管控制的方式，使得在转充电电容器上施一交流电压。当在一电子构件(它有一振荡回路当作交流电源，由一天线及一电容器构成)中使用本发明的整流器时，造成特别的优点。借着将这种天线振荡回路与一本发明的整流器耦合，可提供随后之电子构造组的直流电压供应，这些电子构造组系可特别廉价制造，提供充分之供应电压，且可做成一可挠体的形式。如果使用一有机集成电路当作随后的电子构造组，则还可进一步达成特别的优点。由于有机集成电路的特别之特性(例如电流需求很小)，这种电路可特别有利地配合本发明整流器的特性。此外，这种电子构件可使用一致的制造技术廉价地用于大量用途及抛弃式(使用一次即抛弃)产品。除了可用这种振荡回路当作电压源外，可可在电压源中设一振荡器，例如环形振荡器(Ring-Oszillator)，或借着将二个或更多的场效应管作相关控制而将该充电电容器及/或转充电电容器施以一交流电压。以下配合图式为例说明本发明数个实施例。

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