KR20070089950A - 유기 정류기 - Google Patents

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KR20070089950A KR1020077014135A KR20077014135A KR20070089950A KR 20070089950 A KR20070089950 A KR 20070089950A KR 1020077014135 A KR1020077014135 A KR 1020077014135A KR 20077014135 A KR20077014135 A KR 20077014135A KR 20070089950 A KR20070089950 A KR 20070089950A
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폴리아이씨 게엠베하 운트 코. 카게
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Abstract

본 발명은 플렉서블 다중층 막 본체의 형태의 전자 장치(5), 특히 RFID 트랜스폰더, 및 전술한 전자 장치를 위한 정류기(52)에 관한 것이다. 상기 정류기(52)는 각각 반전도성 유기 재료로 구성된 하나 이상의 전기 기능 층을 포함하는 둘 이상의 유기 다이오드 또는 유기 전계 효과 트랜지스터를 포함한다. 상기 정류기(52)는 또한 두 개의 또는 그 이상의 유기 다이오드 또는 유기 전계 효과 트랜지스터 및 서로 상이한 전류 경로를 통하여 충전될 수 있는 방식으로 연결된 둘 또는 그 이상의 충전 또는 역-전하 커패시터를 포함한다.

Description

유기 정류기{Organic rectifier}
본 발명은 둘 이상의 유기 다이오드 또는 유기 전계 효과 트랜지스터(field effect transistor)를 포함하는 정류기에 관한 것으로, 상기 정류기는 예를 들면 RFID(Radio Frequency Identification) 트랜스폰더(transponder) 및 플렉서블 다중층 막 본체 형태의 전자 장치에 이용된다.
RFID 트랜스폰더는 전자적으로 읽혀질 수 있는 정보를 가지는 상품, 물품, 또는 보안용 제품에 점점 더 이용되고 있다. 그러므로 상기 트랜스폰더는 예컨대 소비재용 전자 바코드, 수하물을 식별하는 수하물 꼬리표, 또는 여권표지에 결합되어 인증 정보를 저장하는 보안 구성 요소에 이용되고 있다.
RFID 트랜스폰더는 보통 안테나와 실리콘 칩의 두 개의 요소를 포함한다. 기지국에서 전송된 RF 캐리어 신호는 RFID 트랜스폰더의 안테나 공진 회로에 연결된다. 상기 실리콘 칩은 기지국으로 피드백된 신호상에 추가적인 정보 아이템을 변조한다. 이 경우에, 상기 RFID 트랜스폰더는 대개 독립 전원을 공급받지 못한다. 전력은 상기 안테나 공진 회로와 연결된 RF 캐리어 신호를 DC 전압으로 변환하는 정류기에 의해서 상기 실리콘 칩에 공급된다. 따라서 추가적으로 상기 정류기를 상기 실리콘 칩의 전원으로 사용한다.
RFID 트랜스폰더의 생산비용을 줄일 수 있게 하기 위해서 RFID 트랜스폰더 내에 유기 전계 효과 트랜지스터를 주 구성 요소로 하는 유기 집적회로를 사용하는 것이 제안되어 왔다. 따라서 예컨대 WO 99/30432에서는 RFID 트랜스폰더에서 실질적으로 유기재료로 구성된 집적회로의 사용을 제안하는데, 상기 집적회로는 ID 코드 발생기의 기능을 제공한다. 상기 ID 코드 발생기는 상기 안테나 공진 회로와 연결된 두 개의 정류 다이오드에 의해서 공급전압에 연결된다. 상기 정류 다이오드는, 상기 정류 다이오드 출력단에 평활 커패시터가 연결되어 있는데, 두 개의 특별히 상호 연결된 전계 효과 트랜지스터를 포함한다.
전술한 특별히 상호 연결된 전계 효과 트랜지스터의 사용으로 인해 유기 구성 요소로 정류 다이오드를 실현하는 것이 가능함에도 불구하고, 만약 유기 전계 효과 트랜지스터를 정류 다이오드로 사용하기 위해 전술한 방식으로 연결한다면, 유기 전계 효과 트랜지스터가 일반적으로 RF 캐리어 주파수보다 상당히 더 느리게 스위칭하기 때문에 상기 다이오드에서 포착될 수 있는 주파수는 매우 제한된다.
RFID 트랜스폰더에 사용되는 전형적인 주파수 영역은, 예를 들면 125 내지 135 kHz, 13 내지 14 MHz, 6 내지 8 MHz, 20 내지 40 MHz, 860 내지 950 MHz 또는 1.7 내지 2.5 GHz 이다. 그러나 유기 반도체는 일반적으로 실리콘보다 더 낮은 전하 캐리어 이동성을 가지며, 유기 전계 효과 트랜지스터는 전하 캐리어 반전의 원리 보다는 전하 캐리어 누적의 원리를 기반으로 하기 때문에 유기 회로는 모든 실리콘 기반 회로보다 상당히 느리다. 이 결과로 실리콘 트랜지스터와 비교하여 더 낮은 스위칭 속력과 상이한 스위칭 동작(예컨대, AC 전압으로 부적당함)이 따른다. 만약 유기 전계 효과 트랜지스터가 정류기를 구성하기 위해 WO 99/30342에 기술된 대로 연결된다면, 실현된 정류기는 기지국에서 송출된 캐리어 신호의 전송 주파수보다 상당히 더 느리게 (100 KHz 보다 더 낮게) 스위칭하게 된다.
또한 WO 02/21612 에서는 pn으로 도핑된 전도성 층들 중에 적어도 하나 이상의 층에서 종래의 pn 반도체 다이오드가 유기적으로 전도성 있는 재료로 보충되거나 대체된 유기 정류기의 구성이 제안된다. 더욱이 종래의 금속-반도체 다이오드 (Schottky diode, 쇼트키 다이오드)에서 적어도 한 개의 층을 유기층으로 대체할 것이 제안된다. 상기 정류기의 커패시터 영역의 면적을 선택함에 따라 상기 스위칭 정류기의 스위칭 주파수를 설정할 수 있다. 덧붙여 전술한 유기 구성 요소로 구성된 정류기의 출력단에 평활 커패시터를 연결하면 상기 평활 커패시터가 상기 정류기의 출력단에 맥동하는 방식으로 도달하는 DC 전압을 평활하게 하고 상기 평활 커패시터는 부하 저항에 병렬로 연결된다고 기술되었다.
그러나, 전술한 유기 정류기 역시 1 MHz 이상의 주파수에서 그다지 효과적이지 않다. 이것은 현재 이용할 수 있고 전술한 유기 정류기에서 사용될 수 있는 유기 반도체의 낮은 이동성에 기인한다. 유기 반도체에서의 낮은 전하 캐리어 이동성 때문에 정류 효과를 이끄는 공간 전하 구역은 높은 주파수에서 더 이상 충분히 빠르게 구축되지 않는다. 정류기의 효율은 이 결과로 감소하여, 출력단의 부하에 DC 전압을 공급하는 것을 더욱 어렵게 한다.
본 발명은 따라서 유기 정류기를 사용하여 출력단의 부하에 전압 공급을 개선시키는 것을 목적으로 한다.
상기 목적은 정류기의 두 개의 입력 단자 사이의 AC 전압을 DC전압으로 변환하는 정류기에 의해 달성되는데, 상기 정류기는 적어도 두 개의 유기 다이오드 및/또는 유기 전계 효과 트랜지스터를 포함하며, 각각의 유기 다이오드 내지 유기 전계 효과 트랜지스터는 반전도성(半電導性) 유기 재료로 구성된 적어도 하나 이상의 전기 기능 층 및 충전(charging) 또는 역-전하(charge-reversal) 커패시터가 서로 상이한 전류 경로를 통하여 충전될 수 있는 방식으로 둘 이상의 유기 다이오드 또는 유기 전계 효과 트랜지스터와 연결된 둘 이상의 충전 또는 역-전하 커패시터를 포함한다. 상기 목적은 또한 플렉서블 다중층 막 본체 형태의 전자 장치에 의하여 달성되는데, 상기 전자 장치는 전술한 방법으로 구성된 전원 및 정류기를 포함하며 상기 정류기는 전원에 연결된다.
상기 경우에, 본 발명은 정류기의 서로 상이한 전류 경로를 통하여 충전되는 둘 이상의 충전 또는 역-전하 커패시터의 상호연결에 의해 유기 반도체의 낮은 전하 캐리어 이동성을 보상하는 개념에 기초한다.
유기 정류기를 구성하는 유기 구성 요소들과 커패시터를 전술한 바와 같이 상호 연결하면 정류 계수 GRS =
Figure 112007045087218-PCT00001
가 상당히 증가한다. 실험 결과, 예컨대 13.56 Mhz 의 주파수에서 종래의 유기 반파 정류기에 의하면 연결된 AC 전압 진폭
Figure 112007045087218-PCT00002
의 겨우 약 5% 만이 출력에서 DC 전압
Figure 112007045087218-PCT00003
으로 변환되는데, 그것은 GRV =
Figure 112007045087218-PCT00004
= 0.05 의 정류 계수에 해당하여, DC 전압이 출력단의 부하에 공급되기가 매우 어렵게 된다. 따라서, 결합된 고주파 신호를 유기 구성 요소에 의해 정류하는 것은 현재 많은 전문가들에 의해서도 불가능한 것으로 간주된다. RFID 트랜스폰더에서 유기 정류기의 사용이 거부되는데, 이것은 현재 알려진 유기 반도체의 낮은 전하 캐리어 이동성 때문이다. 이에 본 발명은 개선책을 제시하고 충전 또는 역-전하 커패시터와 전술한 유기 구성 요소들의 상호연결을 통하여 고 주파수에서도 필요한 DC전압을 출력단의 부하에 연결된 유기 정류기에 제공할 수 있다. 이 경우 가능한 부하는 유기 논리 회로, 디스플레이 구성요소 및 종래의 전자 장치들을 포함한다.
이 경우 본 발명에 따른 정류기는 둘, 셋 또는 그 이상의 층으로 이루어진 다중층 구조를 포함하며, 그 중 적어도 하나 이상의 층은 유기 반도체 재료를 구성 요소로 하는 능동 층이다. 이 경우 상기 다중층 구조에서 실현된 유기 다이오드는 유기 반도체와 함께 금속 반도체 접합 또는 pn 접합을 포함하는데, 이 경우에 금속은 유기 전도체로 대체될 수 있다. 이 경우 개별적인 기능 층들의 순서는 수직방향으로 그리고 측면방향으로 둘 다 배열될 수 있다. 또한 전기적 특성(예컨대, 전하 운반체의 주입)을 개선시키기 위해 실제 기능 층을 보충하는 추가적인 사이 층(interlayer) 도입을 생각할 수 있다.
또한 게이트 전극이 소스 또는 드레인 전극과 연결된 유기 전계 효과 트랜지스터를 정류기에서 유기 다이오드로 사용하는 것도 가능하다.
본 발명의 유익한 확장은 종속항에서 언급된다.
본 발명의 제1 실시예에 따르면, 제1 충전 커패시터와 제1 유기 다이오드가 제1 전도선(conductive line branch)에 배치되고 제2 충전 커패시터와 제2 유기 다이오드가 제2 전도선에 배치된다. 제1 및 제2 전도선은 정류기의 입력에 병렬로 연결되고 제1 및 제2 유기 다이오드는 상기 유기 다이오드들 중 하나의 애노드 전극과 다른 하나의 캐소드 전극이 백-투-백(back-to-back) 정렬로 연결된다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제1 유기 다이오드와 제2 유기 다이오드는 상기 유기 다이오드들 중 어느 하나의 애노드 전극과 다른 하나의 캐소드 전극이 백-투-백 정렬로 연결되어 역-전하 커패시터를 통하여 정류기의 제1 입력 단자에 연결된다. 제1 유기 다이오드는 정류기의 제2 입력 단자로 연결된다. 제2 유기 다이오드는 충전 커패시터를 통하여 정류기의 제2 입력 단자로 연결된다. 상기 정렬에 따르면 제1 유기 다이오드의 캐소드 전극과 제2 유기 다이오드의 애노드 전극이 역-전하 커패시터를 통하여 제1 입력 단자로 연결되며, 제1 유기 다이오드의 애노드 전극과 제2 유기 다이오드의 캐소드 전극이 충전 커패시터를 통하여 서로 연결되고, 제1 유기 다이오드의 애노드 전극이 제2 입력 단자에 연결될 수 있다. 그러나 제1 유기 다이오드의 애노드 전극과 제2 유기 다이오드의 캐소드 전극이 역-전하 커패시터를 통하여 제1 입력 단자로 또한 연결되어, 제1 유기 다이오드의 캐소드 전극과 제2 유기 다이오드의 애노드 전극이 충전 커패시터를 통하여 서로 연결되고, 제1 유기 다이오드의 캐소드 전극이 제2 입력 단자에 연결될 수도 있다.
상기 방식으로 구성된 유기 정류기는 낮은 소비에서도, 출력 측에서 얻을 수 있는 공급 전압에서 증가를 얻을 수 있는 이익이 있다. 상기 유기 정류기는 특히 예를 들어 롤-투-롤 공정(roll-to-roll process)에 의하여 비용 효율이 높게 제작될 수 있다.
서로 연결된 둘 이상의 단(stage)을 가진 정류기를 구성함으로써 출력 측에서 이용 가능한 공급 전압이 더 많이 증가하게 된다. 정류기의 각 단은 충전 또는 역-전하 커패시터가 서로 상이한 전류 경로를 통하여 충전되는 방식으로 연결되는 두 개의 충전 또는 역-전하 커패시터와 두 개의 유기 다이오드 또는 유기 전계 효과 트랜지스터로 구성되고, 상기 단은 각 경우에 두 개의 입력단자와 다음 단의 입력 단자에 연결하기 위한 두 개의 연결 단자를 포함한다.
이 경우에 정류기는 둘 이상의 종속 접속(cascade) 방식으로 연결되는 동일한 유형의 단을 포함할 수 있다.
전술한 종속 접속에 사용될 수 있도록 특별히 유익하게 구성된 단에서, 제1 유기 다이오드의 캐소드 전극과 제2 유기 다이오드의 애노드 전극이 제1 단의 제1 연결 단자로 연결되고 역-전하 커패시터를 통하여 제1 단의 제1 입력 단자로 연결된다. 제1 유기 다이오드의 애노드 전극과 제2 유기 다이오드의 캐소드 전극이 충전 커패시터를 통하여 연결된다. 제1 유기 다이오드의 애노드 전극은 상기 단의 입력 단자에 연결되고 제2 유기 다이오드의 캐소드 전극은 상기 단의 제2 연결 단자에 연결된다. 상기 방식으로 구성된 단을 이하에서 "제1 단"으로 언급하기로 한다.
또한, 제1 유기 다이오드의 애노드 전극과 제2 유기 다이오드의 캐소드 전극이 상기 단의 제1 연결 단자로 연결되고, 역-전하 커패시터를 통하여 상기 단의 제1 입력 단자로 연결되는 것 또한 가능하다. 제1 유기 다이오드의 캐소드 전극과 제2 유기 다이오드의 애노드 전극이 충전 커패시터를 통하여 서로 연결된다. 제1 유기 다이오드의 캐소드 전극은 상기 단의 제2 입력 단자에 연결되고 제2 유기 다이오드의 애노드 전극은 상기 단의 제2 연결단자에 연결된다. 상기 방식으로 구성된 단을 이하 "제2 단"으로 언급하기로 한다.
제1 단 및 제2 단의 종속 접속에서 맨 앞 단의 제1 및 제2 입력 단자는 각각 정류기의 제1 및 제2 입력 단자를 형성한다. 각 단의 연결 단자는 상기 각 단이 정류기의 마지막 단을 구성하지 않는 한, 다음 단의 입력 단자에 연결된다. 정류기의 출력은 맨 앞 단의 제2 입력 단자와 마지막 단의 제2 연결 단자에 의해서 형성된다.
또한 정류기에서 제1 및 제2 단이 서로 연결되는 것도 가능하다. 상기 방식으로 구성된 정류기에서, 제1 단 및 제2 단의 제1 및 제2 입력 단자는 서로 연결되어 정류기의 입력 단자를 형성한다. 임의의 수의 제1 및 제2 단은 상기 방식대로 각 경우 선행하는 각 제1 및 제2 단의 연결 단자로 연이어 연결된다. 정류기의 출력은 마지막 제1 단의 제2 연결 단자와 마지막 제2 단의 제2 연결 단자에 의해서 형성된다.
두 개의 상이한 유형인 단들의 전술한 배열의 이점은, 같은 공급 전압에서 출력단의 부하에서 이용할 수 있는 DC 전류가 증가될 수 있다는 점이다.
또한 유기 다이오드로서, 유기 다이오드의 기생 커패시턴스를 낮추는 사이층을 포함하는 유기 구성 요소를 이용함으로써 정류 계수가 더 많이 증가 될 수 있다. 유기 다이오드의 기생 커패시턴스 감소의 결과로 충전/역-전하 커패시터에서 충전/역-전하 과정의 효율이 개선되고 따라서 정류기의 효율도 개선된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 정류기의 제1 및/또는 제2 입력 단자는 하나 또는 복수의 제1 전계 효과 트랜지스터를 통하여 역-전하 커패시터에 연결된다. 역-전하 커패시터는 하나 또는 복수의 제2 전계 효과 트랜지스터를 통하여 충전 커패시터에 연결된다. 하나 또는 복수의 제1 및 제2 전계 효과 트랜지스터는 논리 회로에 의해 구동된다. 이 경우에, 논리 회로는 교류 전압이 역-전하 커패시터에 걸리는 방식으로 제1 전계 효과 트랜지스터를 구동한다.
본 발명에 따른 정류기가 전압원으로서 안테나 및 커패시터를 포함하는 공진회로를 가지는 전자 장치에서 사용될 때 특별한 이익을 제공한다. 상기 안테나 공진 회로를 본 발명에 따른 정류기에 연결함으로써, 특별히 비용 효율적으로 생산될 수 있으며, 충분한 공급전압을 공급하고, 플렉서블 몸체의 형태로 실현될 수 있는 출력단 전자 조립품의 DC 전압원이 제공될 수 있다. 또한 유기 집적 회로가 출력단의 전자 조립품으로 사용된다면 특별한 이익이 더 많이 제공된다. 유기 집적 회로의 특별한 특성(예컨대, 매우 낮은 전류 요구량) 때문에, 전술한 회로는 본 발명에 따른 정류기의 특성에 특별히 잘 맞는다. 또한 상기 유형의 전자 장치는 대량 생산 적용을 위해 그리고 동일표준의 제조기술을 이용한 일회용품에 비용 효율적으로 제조될 수 있다.
전압원으로서의 전술한 공진 회로의 이용에 더하여, 전압원에서 예컨대 링 오실레이터(ring oscillator)와 같은 오실레이터를 제공하는 것 또는 대응하는 둘 또는 그 이상의 전계 효과 트랜지스터를 구동하여 충전 및/또는 역-전하 커패시터에 AC 전압을 적용하는 것 또한 가능하다.
본 발명은 하기 복수의 실시예를 기초로, 첨부된 도면의 도움과 더불어 예시적으로 설명된다.
도 1은 일 실시예에 따른 유기 정류기를 도시한 블록도이다.
도 2는 다른 실시예에 따른 유기 다이오드를 도시한 블록도이다.
도 3은 또 다른 실시예에 따른 유기 다이오드를 도시한 블록도이다.
도 4는 또 다른 실시예에 따라 종속 연결된 유기 정류기를 도시한 블록도이다.
도 5는 또 다른 실시예에 따라 종속 연결된 유기 정류기를 도시한 블록도이다.
도 6은 정류기를 포함한 전자 장치를 도시한 블록도이다.
도 7은 다른 실시예에 따른 전자 장치를 도시한 블록도이다.
도 8은 또 다른 실시예에 따른 전자 장치를 도시한 블록도이다.
도 1 내지 도 5에 도시된 정류기는 각각 하나 또는 복수의 전기 기능 층을 포함하는 플렉서블 다중층 막 본체를 포함한다. 막 본체의 전기 기능 층은 유기적전도층과 유기적으로 반전도(半電導)되는 층 및/또는 적어도 부분적으로는 구조화 된 형태로 하나 위에 다른 하나가 배열된 유기 절연 층을 포함한다. 상기 전기 기능 층과 나란히, 다중층 막 본체는 또한 선택적으로 하나 또는 다수의 캐리어 층, 보호 층, 장식 층, 점착 증진 층 또는 점착 층을 포함한다. 전기적으로 전도성인 기능층은, 바람직하게는 금 또는 은으로 만들어진 전도성의 금속화 구조를 포함하는 것이 바람직하다. 그러나, 예를 들어, 인듐 주석 산화물이나, 폴리아닐린 또는 폴리피롤과 같은 전도성 고분자와 같은 무기물인 전기적 전도성 물질로부터 상기 기능층을 형성하기 위한 조건이 만들어질 수도 있다. 유기 반도체 관련 기능층은, 예를 들어, 폴리티오펜(polythiophene), 폴리티에닐린비닐렌(polythienylenevinylene) 또는 폴리플루오렌 유도체(polyfluorene derivative)와 같은 결합 고분자를 포함하며, 이는 스핀-코팅, 블레이드 코팅 또는 인쇄에 의해 용액으로부터 가해진다. 진공 기술에 의해 증기-증착되는 것으로서, 소위 "미분자"라고 하는, 즉, 세시티오펜(sexithiophene), 또는 펜타센(pentacene)과 같은 올리고머(oligomer)도 또한 유기 반도체 층으로서 적합하다. 이러한 유기층들은 부분적으로 구조가 있는 방식 또는 인쇄 방법(음각 인쇄, 스크린 인쇄, 패드 인쇄)에 의해 패터닝 형식으로 구성된 방식에 따라 가해지는 것이 바람직하다. 이러한 목적을 위해, 층에 공급되는 유기 물질들은 가용성 고분자로서 형성되며, 여기서 고분자라는 용어에는, 전술한 바와 같이, 올리고머 및 "미분자들"도 포함된다.
이 경우에 각 막 본체의 전기 기능 층은 도 1 내지 도 5에 예시된 전기 회로를 실현하도록 구성된다.
각 경우에 도 1 내지 도 5를 참조하여 기술된 전기 회로는 둘 또는 그 이상 의 충전 또는 역-전하 커패시터와 둘 또는 그 이상의 유기 다이오드를 포함한다.
유기 다이오드는 다중층 막 본체에서 n-전도 및 p-전도 반도체 사이의 금속-반도체 접합 또는 pn 접합에 의해서 실현된다. 이 경우에 개별적인 기능 층들의 순서는 수직방향으로 그리고 측면방향으로 모두 배열될 수 있다. 또한 전기적 특성(예컨대, 뉴트리언트(nutrient) 캐리어 주입)을 개선시키기 위해 상기 기능 층을 보충하는 추가적인 사이 층(interlayer) 도입하는 것도 가능하다. 따라서 유기 다이오드는 예를 들면 세 개의 연속적인 층들에 의해서 실현되는데, 제1 층은 캐소드 전극을 형성하는 전도성 전극 층이며, 제2 층은 유기 반도체 재료로 구성된 층이고, 제3 층은 애노드 전극을 형성하는 전도성 전극 층이다. 이 경우에 유기 반도체 층은 예컨대 60 내지 2000nm의 층 두께를 가진다. 전도 층은 상기 재료중 하나를 포함할 수 있는데, 즉, 인쇄 공정(printing process)에 의해서 적용될 수 있는 금속 또는 유기 전도 재료를 포함할 수 있다.
또한 유기 다이오드를 두 개의 전극 층과, 그 사이에 위치하며 하나는 n-전도 특성을 가지고 다른 하나는 p-전도 특성을 가지는 두 개의 유기 반도체 층으로 구성된 네 개의 층 구조에 의해서 실현하는 것도 가능하다.
이하 유기 다이오드의 축조에 관해서 WO 02/21612 A1 의 내용을 참조한다.
또한 유기 다이오드를 게이트 전극이 드레인 전극과 연결된 유기 전계 효과 트랜지스터로 구성하는 것도 가능하다.
다중층 막 본체에 실현되는 충전 또는 역-전하 커패시터는 두 개의 전도 층과 그 사이에 오는 절연 층에 의해 형성된다. 전도 층은 상기 재료중 하나로 구성 될 수 있고, 예를 들면 금속성 층 또는 유기 전도 층으로 구성될 수 있는데, 그것은 인쇄 방법에 의해 적용되어 왔다. 이 경우에 충전 또는 역-전하 커패시터는 1pF 내지 2nF의 범위의 커패시턴스를 가진다.
도 1은 두 개의 유기 다이오드(OD1, OD2) 및 두 개의 충전 커패시터(C1, C2) 를 포함하는 정류기(1)를 나타낸다. 정류기(1)는 입력 단자(E11, E12)를 가지는 입력(E1) 및 출력(A1)을 가진다. 입력 단자(E11)는 유기 다이오드(OD1)의 캐소드 전극과 유기 다이오드(OD2)의 애노드 전극에 연결된다. 유기 다이오드(OD1)의 애노드 전극은 충전 커패시터(C1)를 통하여 입력 단자(E12)로 연결되고, 유기 다이오드( OD2)의 캐소드 전극은 충전 커패시터(C2)를 통하여 입력 단자(E12)로 연결된다. 출력 전압은 유기 다이오드(OD2)의 캐소드 전극과 유기 다이오드(OD1)의 애노드 전극 사이에서 탭 오프(tap off)된다.
입력(E1)에 입력된 AC 전압은 충전 커패시터(C1)에 걸리는 음 전압에서 유기다이오드(OD1)에 의해서 정류되고, 유기 다이오드(OD2)에 의해서 정류되어 양 전압을 이룬다. 출력(A1)에서 출력되는 DC 전압은 따라서 커패시터(C1 및 C2) 양단의 전압 크기의 합에 해당한다.
도 2는 역-전하 커패시터(C1), 충전 커패시터(C2) 및 두 개의 유기 다이오드(OD1, OD2)를 가지는 정류기(2)를 나타낸다. 정류기(2)는 두 개의 입력 단자(E21, E22)를 가진 입력(E2), 출력(A2), 및 두 개의 연결 단자(B21, B22)를 가진다. 역-전하 커패시터(C1)는 일단이 입력 단자(E21)로 연결되고, 타단은 연결 단자(B21), 유기 다이오드(OD1)의 캐소드 전극 및 유기 다이오드(OD2)의 애노드 전극 으로 연결된다. 충전 커패시터(C2)는 일단이 유기 다이오드(OD1)의 애노드 전극 및 입력 단자(E22)에 연결되고, 타단은 유기 다이오드(OD2)의 캐소드 전극 및 연결 단자(B22)에 연결된다. 출력 전압은 충전 커패시터(C2)를 통하여 탭 오프된다. 입력( E2)에 인가된 입력 AC전압은 유기 다이오드(OD1)에 의하여 정류되어, 역-전하 커패시터(C1)에 걸리는 전압을 형성한다. 입력 AC 전압의 양의 반 주기 동안, 역-전하 커패시터(C1)에 위치하는 양의 전하는 유기 다이오드(OD2)를 통하여 충전 커패시터(C2)로 전송될 수 있다. 따라서 증가된 양의 전압은 충전 커패시터(C2) 양단에 걸리고, 출력(A2)을 통하여 탭 오프될 수 있다.
도 3은 역-전하 커패시터(C1), 두 개의 유기 다이오드(OD1, OD2) 및 충전 커패시터(C2)를 가지는 정류기(3)를 나타낸다. 정류기(3)는 두 개의 입력 단자(E31, E32)를 가진 입력(E3), 출력(A3) 및 두 개의 연결 단자(B31, B32)를 가진다. 역-전하 커패시터(C1)는 일단이 입력 단자(E31)에 연결되고, 타단이 유기 다이오드(OD1)의 애노드 전극, 유기 다이오드(OD2)의 캐소드 전극 및 연결 단자 B31에 연결된다. 충전 커패시터(C2)는 일단이 유기 다이오드(OD1)의 캐소드 전극 및 입력 단자(E32)에 연결되고, 타단이 유기 다이오드(OD2)의 애노드 전극 및 연결 단자(B32)에 연결된다. 출력 전압은 충전 커패시터 C2를 통하여 탭 오프된다. 정류기(2)와는 반대로 정류기(3)의 경우에는, 입력 AC 전압의 음의 반 주기 동안 역-전하 커패시터 C1에 위치하는 음의 전하는 충전 커패시터(C2)로 향하는 유기 다이오드(OD2)를 통하여 전송된다. 따라서 증가된 음의 전압은 충전 커패시터(C2) 양단에 걸리고, 출력 A3를 통하여 탭 오프된다.
도 2 및 도 3에 도시된 정류기는 각 경우에 다단의 유기 또는 인쇄가능한 정류기를 형성하는 종속접속된 배치로 연결될 수 있다.
도 4는 전술한 정류기를 예시적으로 도시한다. 도 4는 둘 또는 그 이상의 단으로 구성된 정류기(4)를 나타내는데, 두 단(S41, S42)은 도 4에 도시된다. 각 단(S41, S42)은 각 경우에 도 2에 따른 정류기(2)와 같이 구성된다. 따라서 단(S41)은 두 개의 입력 단자(E41, E42)를 가진 입력, 출력(A41) 및 두 개의 연결 단자(B41, B42)를 가진다. 단(S42)는 두 개의 입력 단자(E43, E44), 출력(A42) 및 두 개의 연결 단자(B43, B44)를 가진다. 각 단(S41, S42)의 입력 단자와 연결 단자는 역-전하 커패시터, 충전 커패시터 및 도 2에 도시된 두 개의 유기 다이오드에 연결된다.
정류기(4)의 제1 단의 입력 단자(E41, E42)는 정류기(4)의 입력을 형성하는데, 이는 도 4의 E4에 의해 명시된다. 다음 단의 입력 단자는 각각 정류기(4)의 한 단의 연결 단자에 연결된다. 따라서 출력 측의 DC 전압은 개별 단 출력의 출력 전압의 합의 결과로 생기는데, 그렇게 정류기(4)의 출력(A4)에서의 전압이 더 증가하게 된다.
도 3에 따른 정류기(3)처럼 구성된 각 개별 단의 종속 접속 배열에 의하여 정류기(4)를 구성하는 것 또한 가능하다.
도 5는 상이하게 구성된 개별 단으로 구성된 정류기(6)를 나타낸다. 정류기(6)은 한편 각각 도 2에 따른 정류기(2)처럼 구성된 둘 또는 그 이상의 단을 가진다. 상기 단들 중 도 5는 각각 입력 단자(E61, E62) 및 입력 단자(E63, E64), 연 결 단자(B61, B62) 및 연결 단자(B63, B64) 및 출력(A61) 및 출력(A62)를 가지는 두 개의 단(S61, S62)을 나타낸다. 상기 단들은, 도 4와 관련하여 이미 설명한 것처럼, 다음 단의 입력 단자가 그에 선행하는 단의 연결단자로 연결되는 방식으로 종속 접속 배열로 서로 연결된다.
정류기(6)은 또한 도 3에 따른 정류기(3)처럼 구성된 둘 또는 그 이상의 단을 가진다. 상기 단들 중 도 5는 각각 입력 단자(E61, E62) 및 입력 단자(E65, E66), 연결 단자(B65, B66) 및 연결 단자(B67, B68) 및 출력(A63) 및 출력(A64)을 가지는 두 개의 단(S63, S64)을 나타낸다. 상기 단들은 마찬가지로 도 4에서 설명된 것처럼 다음 단 입력 단자가 그에 선행하는 단의 연결 단자로 연결되는 방식으로 종속 접속 방식으로 서로 연결된다. 단(S61, S63)의 입력 단자는 각 경우에 정류기(6)의 입력(E6)에 연결되는데, 단(S61, S62)의 출력의 양의 출력 전압은 단(S63, S64)의 출력의 음의 전압에 더해지고, 따라서 정류기(6)의 출력(A6)에서의 출력 전압이 증가된다.
도 6은 전원(51), 정류기(52) 및 정류기(52)에 연결된 전자 회로(53)를 가진 전자 장치(5)를 나타낸다. 전자 장치(5)는 RFID 트랜스폰더이다. 도 1 내지 도 5에 관하여 이미 설명한 것처럼, 전자 장치(5)는 둘 또는 그 이상의 전기 기능 층을 가진 다중층 플렉서블 막 본체를 포함한다. 이 경우에 전원(51)은 안테나 및 튜닝 커패시터로 구성된 안테나 공진 회로에 의해 형성된다. 정류기(52)는 도 1 내지 도 5에 따른 정류기(1, 2, 3, 4 또는 6) 중 하나와 같이 구성된 정류기에 의해 형성된다.
전자 회로(53)는 하나 또는 복수의 능동 또는 수동 유기 구성 요소, 바람직하게는 유기 전계 효과 트랜지스터로 구성된 ID 코드 발생기이다.
그러나 전자 회로(53)가 상이한 기능을 제공하거나 또는 예컨대, 유기 LED 또는 LCD에 의해 형성되는 출력 유니트(unit)로 대체되는 것도 가능하다.
도 7은 유기 또는 인쇄 가능한 논리 회로에 전압을 공급하는 역할을 하는 전자 장치(7)을 나타낸다. 전자 장치(7)는 전압원(71), 논리 회로(72), 복수의 유기 전계 효과 트랜지스터(OF1, OF2, OF3, OF4), 두 개의 역-전하 커패시터(CS1, CS2) 및 충전 커패시터(CO)를 가진다. 두 개의 역-전하 커패시터(CS1, CS2)는 각 경우에 충전 커패시터(CO)의 커패시턴스를 가지며, 상기 커패시턴스의 두 배 또는 더 큰 커패시턴스를 가지는 커패시터로 대체될 수도 있다. 이 경우에 상기 논리 회로는 전자 장치의 출력(A7)의 출력 전압으로부터 전압을 공급받는다.
전압원(71)은 DC 전압 구성 요소를 보유하거나 또는 보유하지 않은 채로 임의의 AC전압을 공급한다. 전압원(71)은 예를 들면 도 6에 따른 안테나 공진 회로 및/또는 예컨대 인쇄 전지(printed battery) 또는 저장 전지(storage battery)와 같은 전지로 형성될 수 있다. 논리 회로(72)는 서로 연결된 하나 또는 복수의 유기 전계 효과 트랜지스터를 포함한다. 상기 논리 회로(72)는 유기 전계 효과 트랜지스터 (OF1 내지 OF4)를 포함하는 스위칭 매트릭스(switching matrix)를 제어한다. 스위칭 매트릭스의 적당한 구성과 구동을 통하여 DC 전압은 스위칭 매트릭스의 출력에서 충전 및 역-전하 과정을 통하여 발생한다. 상기 논리 회로(72)는 유기 전계 효과 트랜지스터(OF1 내지 OF4)를 예컨대 양의 반 주기동안 전계 효과 트랜지스터 (OF1, OF2)는 켜지고 전계 효과 트랜지스터(OF3, OF4)는 꺼지는 방식으로 구동한다. 다음 양의 반 주기 동안에 유기 전계 효과 트랜지스터(OF3, OF4)는 켜지고 유기 전계 효과 트랜지스터(OF1, OF2)는 꺼진다.
또한, 예컨대 전압원(71)의 음의 반 주기를 이용하기 위해서 스위칭 매트릭스 안에 훨씬 더 많은 유기 전계 효과 트랜지스터를 공급하는 것 또한 가능하다. 또한 스위칭 매트릭스의 입력 측의 DC 전압을 증가시키는 것도 상기 방식으로 가능하다.
도 8은 전압원(81), 오실레이터(82) 및 정류기(83)을 가지는 전자 장치를 나타낸다. 정류기(83)은 두 개의 입력 단자(A81, A82)를 가지는 입력 및 출력(8)을 가진다. 정류기(83)은 도 1 내지 도 5에 따른 정류기(1, 2, 3, 4 및 6) 중 하나와 같이 구성된다.
전압원(81)은 예를 들면 전지와 같은 DC 전압원이다. 또한 전압원(81)은 도 1 내지 도 5에 따라 구성되고 예를 들면 안테나 공진 회로와 같은 AC 전압원에 연결된 정류기일 수도 있다.
오실레이터(82)는 입력 전압을 AC 전압, 바람직하게는 1 MHz 미만의 주파수를 가지도록 변환하는 인쇄가능한 링 오실레이터이다. 정류기(83)은 도 1 내지 도 5에 따른 정류기 중 하나와 같이 구성된 정류기이다. 상기 구성에 의해서 전압은 출력(8)의 DC 전압으로 효과적으로 정류된다.
도 1 내지 도 5에 따른 정류기가 도 7에 따른 정류기와 상기 방식으로 결합되는 것, 즉, 도 1 내지 도 5에 따른 정류기가 AC 전압원과 함께 도 7에 따른 전압 원(71)을 형성하는 것도 가능하다. 상기 유형의 배열로 예컨대 정류기에 의해 공급되는 전자 회로의 임피던스 매칭을 얻을 수 있다.

Claims (19)

  1. 정류기의 2개의 입력 단자(E11, E12; E21, E22; E31, E32; E41, E42; E61, E62) 사이의 AC 전압을 DC 전압으로 변환하기 위하여, 반전도성 유기 재료로 구성된 하나 이상의 전기 기능 층을 가지는 2개 이상의 유기 다이오드(OD1, OD2) 및/또는 유기 전계 효과 트랜지스터(OF1, OF2, OF3, OF4)를 포함하며, 특히 RFID 트랜스폰더(5)를 위한 정류기에 있어서,
    상기 정류기는, 충전 또는 역-전하 커패시터가 서로 상이한 전류 경로를 통하여 충전될 수 있는 방식으로 2개 또는 그 이상의 유기 다이오드 및/또는 유기 전계 효과 트랜지스터와 연결된, 2개 또는 그 이상의 충전 또는 역-전하 커패시터(C1, C2, CS1, CS2, CU)를 포함하는 것을 특징으로 하는 정류기(1, 2, 3, 4, 6).
  2. 제 1 항에 있어서,
    제1 충전 커패시터(C1) 및 제1 유기 다이오드(OD1)가 제1 전도선에 배치되고,
    제2 충전 커패시터(C2) 및 제2 유기 다이오드(OD2)가 제2 전도선에 배치되며,
    상기 제1 및 제2 전도선이 상기 정류기(1)의 입력(E1)에 병렬로 연결되며,
    상기 제1 및 제2 유기 다이오드(OD1, OD2)의 각 애노드 전극 및 캐소드 전극 이 상기 제1 및 제2 전도선에서 백-투-백 정렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 정류기(1).
  3. 제 1 항에 있어서,
    제1 유기 다이오드(OD1) 및 제2 유기 다이오드(OD2)의 각 애노드 전극 및 캐소드 전극이 역-전하 커패시터(C1)를 통하여 상기 정류기의 제1 입력 단자(E21, E31, E41, E61)에 백-투-백 정렬로 연결되며,
    상기 제1 유기 다이오드(OD1)가 상기 정류기의 제2 입력 단자(E22, E32, E42, E62)에 연결되고,
    상기 제2 유기 다이오드(OD2)가 충전 커패시터(C2)를 통하여 상기 정류기의 제2 입력 단자에 연결되는 것을 특징으로 하는 정류기(2, 3, 4, 6).
  4. 제 3 항에 있어서,
    제1 유기 다이오드(OD1)의 캐소드 전극 및 제2 유기 다이오드(OD2)의 애노드 전극이 역-전하 커패시터(C1)를 통하여 제1 입력 단자(C21)에 연결되고,
    상기 제1 유기 다이오드(OD1)의 애노드 전극 및 상기 제2 유기 다이오드(OD2)의 캐소드 전극이 충전 커패시터(C2)를 통하여 서로 연결되며,
    상기 제1 유기 다이오드(OD1)의 애노드 전극이 제2 입력 단자(E22)에 연결되 는 것을 특징으로 하는 정류기(2).
  5. 제 3 항에 있어서,
    제1 유기 다이오드(OD1)의 애노드 전극 및 제2 유기 다이오드(OD2)의 캐소드 전극이 역-전하 커패시터(C1)를 통하여 제1 입력 단자(E31)에 연결되고,
    상기 제1 유기 다이오드(OD1)의 캐소드 전극 및 상기 제2 유기 다이오드(OD2)의 애노드 전극이 충전 커패시터(C2)를 통하여 서로 연결되며,
    상기 제1 유기 다이오드(OD1)의 캐소드 전극이 제2 입력 단자(E32)에 연결되는 것을 특징으로 하는 정류기(3).
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 정류기는, 2개 또는 그 이상의 단들(S41, S42, S64, S63, S61, S62)이 차례로 연결되어 구성되며,
    상기 각 단은 2개의 충전 또는 역-전하 커패시터 및 상기 2개의 충전 또는 역-전하 커패시터가 서로 상이한 전류 경로를 통하여 충전되는 방식으로 연결되는 2개 이상의 유기 다이오드를 포함하며, 2개의 입력 단자(E41, E42, E43, E44; E61 내지 E66) 및 다음 단의 상기 입력 단자에 연결하기 위한 두 개의 연결 단자(B41, B42, B43, B44; B61 내지 B68)를 포함하는 것을 특징으로 하는 정류기(4, 5).
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1 단(S41, S42; S61, S62)에서 상기 제1 유기 다이오드의 캐소드 전극 및 상기 제2 유기 다이오드의 애노드 전극이, 상기 제1 단의 제1 연결 단자(B41, B43; B61, B63)에 연결되고, 상기 역-전하 커패시터를 통하여 상기 제1 단의 제1 입력 단자(E41, E43; E61, E63)에 연결되며,
    상기 제1 유기 다이오드의 애노드 전극 및 상기 제2 유기 다이오드의 캐소드 전극이 상기 충전 커패시터를 통하여 서로 연결되고,
    상기 제1 유기 다이오드의 애노드 전극이 상기 제1 단의 제2 입력 단자 (E42, E44; E62, E64)에 연결되며,
    상기 제2 유기 다이오드의 캐소드 전극이 상기 제1 단의 제2 연결 단자(B42, B44; B62, B64)에 연결되는 것을 특징으로 하는 정류기(4, 6).
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 정류기는,
    2개 또는 그 이상의 상기 제1 단(S41, S42);
    상기 정류기(4)의 제1 및 제2 입력 단자를 형성하는, 가장 앞의 제1 단(S41)의 제1 및 제2 입력 단자(E41, E42);
    상기 각 제1 단이 상기 정류기의 마지막 단을 형성하지 않는 경우에 다음 제1 단의 제1 및 제2 입력 단자(E43, E44)에 연결되는, 상기 각 제1 단(S41)의 제1 및 제2 연결단자(B41, B42); 및
    상기 가장 앞의 제1 단의 제2 입력 단자(E42) 및 마지막 제1 단(S42)의 제2 연결 단자 (B44)에 의해서 형성되는 상기 정류기의 출력(A4)을 포함하는 것을 특징으로 하는 정류기(4).
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 제2 단(S63, S64)에서 상기 제1 유기 다이오드의 애노드 전극 및 상기 제2 유기 다이오드의 캐소드 전극이, 상기 제2 단의 제1 연결 단자 (B65, B67)에 연결되고, 상기 역-전하 커패시터를 통하여 상기 제2 단의 제1 입력 단자 (E61, E65)에 연결되며,
    상기 제1 유기 다이오드의 캐소드 전극 및 상기 제2 유기 다이오드의 애노드 전극이 충전 커패시터를 통하여 서로 연결되고,
    상기 제1 유기 다이오드의 캐소드 전극이 상기 제2 단의 제2 입력 단자 (E62, E66)에 연결되며,
    상기 제2 유기 다이오드의 애노드 전극이 상기 제2 단의 제2 연결 단자 (B66, B68)에 연결되는 것을 특징으로 하는 정류기(6).
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 정류기는,
    2개 또는 그 이상의 상기 제2 단;
    상기 정류기의 제1 및 제2 입력 단자를 형성하는, 가장 앞의 제 2단의 제1 및 제2 입력 단자;
    상기 각 제2 단이 상기 정류기의 마지막 단을 형성하지 않는 경우에 다음 제2 단의 제1 및 제2 입력 단자에 각각 연결되는, 상기 각 제2 단의 제1 및 제2 연결 단자; 및
    상기 가장 앞의 제2 단의 제2 입력 단자 및 마지막 제2 단의 제2 연결단자에 의해서 형성되는 상기 정류기의 출력을 포함하는 것을 특징으로 하는 정류기.
  11. 제 7 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 정류기는, 하나 또는 복수의 상기 제1 단(S61, S62) 및 하나 또는 복수의 상기 제2 단(S63, S64)를 포함하고,
    상기 가장 앞의 제1 단(S61)의 제1 및 제2 입력 단자(E61, E62)가 상기 가장 앞의 제2 단 (S63)의 제1 및 제2 입력 단자(E61, E62)에 각각 연결되어 상기 정류기(6)의 제1 및 제2 입력 단자를 각각 형성하며,
    상기 마지막 제1 단(S62)의 제2 연결 단자(B64) 및 상기 마지막 제2 단(S64) 의 제2 연결 단자(B68)에 의해서 상기 정류기의 출력이 형성되는 것을 특징으로 하는 정류기(6).
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 또는 복수의 유기 다이오드는, 게이트 전극이 소스 또는 드레인 전극에 연결된 유기 전계 효과 트랜지스터에 의해서 형성되는 것을 특징으로 하는 정류기.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 또는 복수의 유기 다이오드는, 상기 유기 다이오드의 기생 커패시턴스를 낮추는 사이층(interlayer)을 포함하는 것을 특징으로 하는 정류기.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 정류기의 제1 및/또는 제2 입력 단자는, 하나 또는 복수의 제1 유기 전계 효과 트랜지스터(OF1, OF3, OF2)를 통하여 상기 역-전하 커패시터(CS1, CS2)에 연결되고,
    상기 역-전하 커패시터(CS1, CS2)는, 하나 또는 복수의 제2 전계 효과 트랜 지스터(OF4)를 통하여 상기 충전 커패시터(CO)에 연결되며,
    상기 하나 또는 복수의 제1 유기 전계 효과 트랜지스터는 논리 회로(72)에 의하여 구동되는 것을 특징으로 하는 정류기.
  15. 플렉서블 다중층 막 본체 형태의 전자 장치, 특히 RFID 트랜스폰더(5)에 있어서,
    상기 전자 장치는, 전압원(51, 71, 81) 및 상기 전압원에 연결된 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 정류기(53, 83)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 장치(5, 7, 8).
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 전압원은, 상기 전자 장치상에 복사되는 전자기 복사에서 결합(coupling) 되기에 적당한 안테나 및 커패시터를 포함하는 안테나 공진 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 장치(5).
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 전압원은, 링 오실레이터(82)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 장 치(8).
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 전자 장치는, 교류 전압을 상기 정류기의 역-전하 커패시터(CS1, CS2)에 인가하기 위한 논리 회로(72)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 장치(7).
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 전자 장치는, 상기 정류기(52)에 연결된 하나 또는 복수의 능동 또는 수동 유기 구성 요소에 기초한 전자 회로(53)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 장치(5).
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