WO2008155039A1 - Messvorrichtung mit rfid-transponder und sensor - Google Patents

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WO2008155039A1
WO2008155039A1 PCT/EP2008/004582 EP2008004582W WO2008155039A1 WO 2008155039 A1 WO2008155039 A1 WO 2008155039A1 EP 2008004582 W EP2008004582 W EP 2008004582W WO 2008155039 A1 WO2008155039 A1 WO 2008155039A1
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layer
rfid transponder
sensor
sensor element
transponder according
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PCT/EP2008/004582
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Wolfgang Clemens
Jürgen FICKER
Walter Fix
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Polyic Gmbh & Co. Kg
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Publication date
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    • G06K19/07701—Constructional details, e.g. mounting of circuits in the carrier the record carrier comprising an interface suitable for human interaction
    • G06K19/07703—Constructional details, e.g. mounting of circuits in the carrier the record carrier comprising an interface suitable for human interaction the interface being visual

Definitions

  • the invention relates to a measuring device with an RFID transponder and at least one sensor.
  • Mobile measuring devices with wireless signal transmission can be designed with an RFID (Radio Frequency Identification) transponder.
  • the RFID transponder communicates with a reader that may be remotely located from the RFID transponder. With short distances between the RFID transponder and the reader, the energy required to operate the transponder can be transmitted wirelessly from the reading device to the transponder. At greater distances, the transponder may be formed with an energy source, such as a solar cell or a battery.
  • DE 10 2004 043 956 A1 describes a measuring arrangement for determining a mechanical deformation, in which the position determination of a plurality of RFID transponders is used to determine the deformation of vehicles subjected to a crash test.
  • the RFID transponders are in one predetermined distance attached to a vehicle component. By at least three spatially separated from each other arranged transceiver means the position of the RFID transponder is determined.
  • the RFID transponders simultaneously perform the function of position sensors.
  • DE 696 28 147 T2 describes a device for determining the operating data of a vehicle tire.
  • An RFID transponder, an energy source and various sensors are arranged in a housing, wherein further sensors can also be arranged outside the housing.
  • the measurement data acquired by the RFID transponder are sent to a remote interrogation unit.
  • DE 10 2004 056 379 A1 describes a device of a person wearing a diaper, in which sensors, such as moisture sensors and / or pulse sensors, are connected to an evaluation unit, which may also be an RFID transponder.
  • the individual components of the device are designed as individual components, which can be accommodated in a receiving pocket arranged on the diaper.
  • Object of the present invention is to provide a device for the wireless transmission of measurement data that is inexpensive to manufacture as a mass product and that is easy to handle in the use of anyone.
  • this object is achieved with an RFID transponder designed as a multilayer body and covered with a protective layer having at least one, in particular organic, semiconductor layer applied from a solution, wherein it is provided that the RFID transponder comprises at least one sensor element and transponder electronics and the protective layer has a measuring window arranged above the at least one sensor element, which is permeable to the measured variable to be determined by the sensor element or that the protective layer is permeable to the measured variable to be determined by the sensor element.
  • the RFID transpoder preferably has at least one common layer, which forms both a functional layer of the at least one sensor element and a functional layer of the transponder electronics.
  • the RFID transponder according to the invention is characterized by a simple structure because all required components or assemblies are constructed in layers in a multi-layer body.
  • the layer structure can preferably be applied by repeated printing, whereby a polymer film of about 20 to 50 ⁇ m thickness can be provided as the carrier layer. Because the individual layers are very thin, i. can be applied with thicknesses in the nanometer range or in the micrometer range ⁇ 50 microns, the RFID transponder according to the invention is designed as a flexible assembly. It can also be provided to print the RFID transponder directly onto a substrate, for example onto a packaging, a product label or the like.
  • the RFID transponder according to the invention can have a sensor element for measured variables against which the RFID transponder must be protected, such as humidity, Splashing water, chemicals, oxygen or UV radiation.
  • a sensor element for measured variables against which the RFID transponder must be protected such as humidity, Splashing water, chemicals, oxygen or UV radiation.
  • Such environmental influences can destroy electronic polymer circuits already during storage, so that protective layers are preferred which encapsulate the polymer circuits as gastight as possible, so that neither gases nor liquids nor solid particles can penetrate the protective layer.
  • organic material here includes all types of organic, organometallic and / or organic / inorganic plastics (hybrids), in particular those referred to in English as, for example, "plastics". These are all types of materials, with the exception of the classical semiconductors (germanium, silicon), which are formed from single crystals or doped single crystals and the typical metallic conductor. A restriction in the dogmatic sense to organic material as carbon-containing material is therefore not provided, but is also due to the widespread use of e.g. Thought silicone.
  • the term should not be restricted in terms of molecular size, in particular to polymeric and / or oligomeric materials, but it is also quite possible to use "small molecules.”
  • the word component "polymer” is historical in nature and therefore contains no statement about the presence of an actual polymeric compound.
  • the semiconductor layers applied from a solution can also be inorganic semiconductor layers, for example based on amorphous silicon, in which the semiconductor is present in the form of particles or nanoparticles.
  • the measuring window is dispensable if the protective layer is permeable to the measured variable.
  • a temperature sensor generally does not require a measurement window if it is a measurement of ambient temperature.
  • a measuring window may be provided which, for example, produces a good thermal contact between the surface of the heat sink and the surface of the temperature sensor.
  • the measuring window can be formed for example by a metal foil, preferably made of copper or silver, which has a good thermal conductivity.
  • the RFID transponder has at least one common layer, which serves as a sensor layer and as a functional layer of the transponder electronics, it is generally not necessary to provide for the production of the sensor element special manufacturing steps. However, this does not exclude that it can be provided to optimize the sensor element with basically the same structure as a component of the transponder electronics for the sensor function, for example with respect to its dimensions.
  • a field effect transistor which is provided as a sensor, may be formed, for example, with a larger semiconductor area than a
  • Field effect transistor of the same kind which provides a function for the transponder electronics, for example forms a ring oscillator together with other field effect transistors.
  • the at least one common layer is a layer applied from a solution. It is therefore intended to apply the layer which is decisive for the sensor function with the same technologies as the functional layers of the transponder electronics.
  • the at least one common layer is a layer applied in a printing process.
  • the ability to apply the layers in a printing process leads to Solutions with low production costs and high productivity, such as are typical for the roll-to-roll process. Numerous methods are available for the printing process. Solutions can be applied, for example, with inkjet printing. Pasty material can for example be applied by doctoring, wherein the depressions to be filled can be introduced into a lower layer or a carrier substrate, for example by chemical etching or by laser ablation. Excess material can be wiped off in a subsequent process step.
  • the at least one common layer is a sensor layer of the at least one sensor element whose electrical properties are influenced by the measured variable to be determined.
  • the at least one common layer consists of an organic semiconductor material.
  • the at least one common layer can have two or more partial layers.
  • the partial layers can be applied one after the other and thus form a laminate of superimposed layers.
  • the partial layers are structured and each form regions of the at least one common layer.
  • a first sub-layer may be formed as a porous layer, in the pores then a second sub-layer is introduced, which completely fills the pores.
  • the first sub-layer may have the function of a support matrix, and the second sub-layer may be formed as a functional layer. It can be provided that the at least one sensor element forms a measured value memory.
  • the one sensor element or a plurality of sensor elements may be, for example, elements of a memory circuit whose stored value is changed by the action of the measured variable.
  • the RFID transponder it is possible for the RFID transponder to be modifiable starting from a uniform circuit layout by partial removal of the protective layer via the regions of the measured value memory provided as sensor element for different measuring tasks.
  • the measurement sensitivity can be set, for example, by varying the layer thickness of the sensor layer and / or by varying the doping and / or the material of the sensor layer. In this way, a digitized quantitative measured quantity detection can be formed, wherein, for example, when using 7 sensors of different sensitivity, a measuring range can have 128 graduations, i. a resolution better than 1% is possible.
  • two or more measuring windows are designed with different permeability for the measured variable.
  • the same sensor elements and the windows can be designed differently, for example, the measuring windows can be covered with a protective layer of different thickness or formed as openings with a different effective area. For example, they may be measurement windows having a different number of holes or having an equal number of holes with different hole diameters.
  • a digitized quantitative measured quantity detection can be formed, wherein the sensor element arranged under the measuring window with the highest permeability has the highest measuring sensitivity and therefore emits a measuring signal even at a low measured value amount and the sensor element arranged below the measuring window with the smallest permeability has the smallest measuring sensitivity and therefore only with a large measured quantity amount a measuring signal outputs.
  • the measuring range can already have 32 steps.
  • the RFID transponder a
  • the display element has.
  • the display element can be an optical display element, for example a display, so that the measured value determined by the sensor element or the sensor elements can already be read without using a reading device. But it can also be an acoustic display element, for example, a piezo number.
  • the self-sufficient power source may be a solar cell, so that the shelf life of the RFID transponder is not limited by the shelf life of the self-sufficient power source, as is the case with an electrochemical element.
  • the protective layer has two or more partial layers.
  • the two or more partial layers can be arranged one above the other and / or in regions next to each other. It can thus be provided that the two or more sublayers arranged one above the other together jointly contain all relevant harmful environmental influences from the RFID transponder keep away, wherein in the areas in which at least one of the sub-layers, the measured variable is removed, the protective layer for the measured variable is permeable.
  • the sublayers may be an opaque outer protective layer and an inner protective layer which is designed, for example, as a gas-tight protective layer. Although in the areas in which the outer protective layer is removed, light may fall on a photosensitive sensor element arranged therebelow, however, this sensor element is also protected against the other environmental influences, such as moisture and / or contamination.
  • the measuring window is formed by a region of the protective layer in which the protective layer is at least partially removed.
  • the sensor element arranged under the measurement window can be exposed to gases or liquids, i. E. the sensor element can be designed as a gas sensor or as a liquid sensor.
  • An RFID transponder with integrated gas sensor can be provided, for example, to indicate the loss of a protective gas atmosphere in a gas-tight packaging.
  • a partially removed protective layer may be formed, for example, as a perforated protective layer, wherein the perforation may vary in the number and / or size of the holes introduced into the protective layer.
  • the measuring window can be formed by a region of the protective layer in which the protective layer for the measured variable is permeable.
  • the protective layer can be formed, for example, from a plurality of partial layers, wherein a partial layer permeable to the measured variable can be applied in the region of the measuring window. But it may also be a porous in the initial state protective layer outside the measurement window with a soaked pore-filling material.
  • the covering layer may, for example, be a composite of a protective film and an adhesive layer, wherein the protective film may have a region formed as a tab, which is not provided with the adhesive layer.
  • the cover layer is formed from two or more sub-layers, which are separately removable.
  • a covering layer can be provided, for example, for a gas sensor and be provided in addition to the protective function for setting the measuring sensitivity.
  • the upper, i.e. the outer sub-layer may be formed as a gas-tight layer
  • the further layers arranged below the upper sub-layer may be formed as perforated layers with different hole sizes, i. Each of these layers can release a different sized measuring surface. By removing one or more of the perforated layers, therefore, the desired measuring sensitivity of said gas sensor can be adjustable.
  • Each of the partial layers can be provided on the underside with a release layer, which can facilitate the defined detachment of the layers.
  • the sensor element is a passive sensor.
  • a passive sensor a sensor is understood, which requires an auxiliary power for outputting a sensor signal, for example an electrical voltage.
  • the sensor element is constructed in the manner of a transistor or a diode or a resistor and the sensor layer is a, applied in particular from a solution, in particular organic semiconductor layer.
  • the use of a transistor, in particular of a field-effect transistor, may be advantageous because the transistor is the "standard component" of integrated circuit technology and can be used very simply by exposing the semiconductor layer as a sensor.
  • the transistor can also be used as a chemical sensor if the influence The chemical parameter on the semiconductor layer is reproducible and cross sensitivities are negligible
  • Cross sensitivities such a sensor element can be used if the contributing to the cross sensitivity measurements do not occur in the proposed measurement task.
  • an alcohol sensor may be usable in a breath alcohol test device despite a cross-sensitivity to combustible gases, such as hydrogen, because it is more free
  • Resistors can be used, for example, as a humidity sensor, as a strain sensor or as a temperature sensor.
  • An RFID transponder with an integrated strain sensor can be advantageously used, for example, for measuring the strain on rotating components.
  • the window in the protective layer may advantageously be covered with a stretchable film which is connected to the resistance layer.
  • the organic semiconductor layer consists of an organic semiconductor, for example polytropes, polyterthropes, polyfluorene, pentacene, tetracenes, oligothropes, angoran silicon embedded in a polymer matrix, nano-silicon or polyarylamine.
  • the layer thickness of the organic semiconductor layer is preferably between 5 nm to 1 ⁇ m.
  • the Semiconductor layer is applied from a solution, for example an aqueous solution, by means of a printing process, for example a gravure printing process or tampon printing process, or else by means of spin coating, spraying or casting.
  • the sensor layer can also be formed from a layer consisting essentially of inorganic substances, which are applied from a solution.
  • the layer can consist of a layer of an inorganic semiconductor applied from a solution, for example nanoparticles of an inorganic semiconductor, for example silicon, which are applied from a solution by means of one of the above-mentioned methods, with a layer thickness between 5 nm and 1 ⁇ m.
  • the sensor element is constructed in the manner of a capacitor and the dielectric layer of the sensor element forming a sensor layer is a, in particular, organic dielectric layer applied from a solution.
  • a capacitor may for example be designed as a pressure sensor, wherein the effect is useful that the thickness of the arranged between the capacitor pads dielectric layer through
  • the protective layer can be designed to be more easily deformable than in the other regions and / or elastically to return the pressure sensor to a defined starting position.
  • the organic dielectric layer can be made, for example, of polymethyl methacrylate (PMMA), PVP, PHS, PS, polystyrene copolymers, Urea resins or PMMA copolymers exist.
  • the sensor element it is optionally possible for the sensor element to be an electrical circuit arrangement based on at least one, in particular organic semiconductor layer, applied from a solution.
  • the temperature dependence of the oscillation frequency of a ring oscillator can be used for temperature measurement.
  • a polymer circuit can be manufactured particularly inexpensively, so that it can be applied, for example, to a package for frozen food and can indicate the interruption of the cold chain.
  • the sensor element is an active sensor, in particular a piezoelectric element, a solar cell or a thermocouple.
  • the active sensor is a sensor that does not require auxiliary power to form the sensor signal.
  • the sensor signal may be, for example, an electrical voltage.
  • a piezoelectric element can be used, for example, as an active pressure sensor which, when pressurized, outputs an electrical voltage that can be evaluated by an electronic circuit.
  • the solar cell may preferably be provided to indicate the presence of light or to measure the exposure time.
  • the photoactive layer of the sensor element is a deposited from a solution, in particular organic photoactive layer.
  • the photoactive layer may also be formed of inorganic material. Such solar cells are also known as thin-film solar cells.
  • thermocouple may be advantageous because of its reproducible characteristic set by the pairing of materials, for example to form an RFID transponder for measuring temperature on a rotating component such as a car tire.
  • further measurable characteristics that can be measured on electronic components can be used, such as threshold voltage, inrush current, off current, saturation current, saturation behavior, reverse current, leakage current, Breakdown voltage, dielectric constant, impedance, hysteresis, switching ratio (on-off ratio) and blocking ratio.
  • the sensor element is a sensor with qualitative measured value detection. Such a sensor element can be used if only the presence or absence of the measured variable is to be detected.
  • the sensor element is a sensor with quantitative measured value detection.
  • the sensor element is a sensor with analog measured value detection.
  • These sensor elements include all sensors in which the measurand produces an output signal following the magnitude of the measurand, i. they are sensors with a continuous characteristic.
  • the sensor element is a sensor with digital measured value detection.
  • a sensor has a discontinuous characteristic, i. he shows a jumping behavior.
  • a Zener diode has such a jump behavior that can be used for the voltage regulation of power supplies.
  • the sensor element can be designed as a sensor that can be reversibly changed by the measured variable.
  • This property of the sensor element can be determined either by the nature of the sensor element, be caused by the permeability of the measuring window or by the conditions of use.
  • a sensor layer which can be destroyed by UV action can be provided for a reversibly changeable sensor if the radiation dose recorded during the intended operating time of the sensor is sufficiently small. The latter can be achieved, for example, in the case of a photosensitive sensor by means of a UV filter arranged above the measuring window.
  • the sensor element is designed as a sensor irreversibly changeable by the measured variable.
  • the above-mentioned sensor element with UV-sensitive sensor layer can be used for example as a UV dose sensor by dispensing with the UV filter or the filter density is tuned so that the sensor layer is so far impaired after a predetermined exposure time that with this sensor element provided RFID transponder emits or sends an alarm signal or sends in query by an RFI D reader.
  • a UV filter which can be glued or applied to the measurement window and which is provided in different filter intensities, or a UV filter which can be peeled off in layers from the measurement window can be provided.
  • a plurality of UV sensors of different sensitivity can be provided, which can be selected on the RFID reader or on the RFID transponder.
  • Transponders were assumed that the sensor element is integrated into the layer structure of the RFID transponder by being applied in layers at the same time with the other components. But it can also be provided that the sensor element is a transfer layer of a Stamping foil is.
  • the transfer layer can be a multilayer system which has contact surfaces with which it can be connected to the rest of the structure of the RFID transponder.
  • This hybrid structure can be advantageous, for example, for customer-specific production in which similar RFID transponders are combined with different sensors by applying the sensors to prepared regions of the RFID transponder, for example by means of hot stamping.
  • the RFID transponder according to the invention with integrated sensor element can be used in many ways.
  • the uses listed below are to be understood as examples:
  • Humidity sensor which falls below a minimum moisture content in one
  • Planting container introduced plant substrate reports
  • Fig. 2 is a schematic sectional view of the RFID transponder in
  • FIG. 3 is a schematic sectional view of a first exemplary embodiment of a sensor integrated into the RFID transponder in FIG. 1;
  • Fig. 4 is an output characteristic diagram of the sensor in Fig. 3;
  • Fig. 5 is a schematic sectional view of a second
  • Fig. 6 is an output characteristic diagram of the sensor in Fig. 5;
  • Fig. 7 is a schematic sectional view of a third
  • Fig. 8 is an output characteristic diagram of the sensor in Fig. 7;
  • Fig. 9 is a schematic sectional view of a fourth
  • FIG. 10 is an output characteristic diagram of the sensor in FIG. 9.
  • FIG. FIGS. 1 and 2 show an RFID transponder 1 which has an RFID circuit 13, a sensor element 14 and a display element 15 on a carrier layer 12.
  • the RFID transponder 1 is designed as a multilayer body. The layers can preferably be printed one after the other so that the RFID transponder 1 can be produced inexpensively, for example in a roll-to-roll process.
  • integrated connection elements 19 are provided in the layer structure of the RFID transponder 1.
  • the RFID transponder 1 is electrically connected to an antenna 11, the RFID transponder 1 and the antenna 11 being arranged on a carrier substrate 17 (see FIG. 2).
  • the carrier substrate may be, for example, a plastic film of i.a. Polyester, polyethylene, polycarbonate, polypropylene, polyetheretherketone ketone, polyetheretherketone, polyamide, polyphthalamide, syndiotactic polystyrene, Polyvinylidendiflourid, polytetrafluoroethylene act with a layer thickness of 12 to 50 microns.
  • the RFID transponder 1 is a paper substrate, such as a product label or packaging or the like, on which the RFID transponder 1 and the antenna 11 are printed or applied by means of a transfer process as a semi-production.
  • the antenna 11 may also be integrated in the RFID transponder 1.
  • the RFID transponder 1 is covered by a protective layer 16, which shields the RFID transponder 1 from environmental influences which may adversely affect the function of the RFID transponder. harmful
  • the protective layer may be, for example, a thin laminate Polyester film or a solution applied polymer layer with a layer thickness of 1 to 10 microns act. However, it may also be a transfer by thermal transfer printing protective layer of styrene acrylate or ethylene vinyl acetate copolymer having a layer thickness of 1 to 10 microns.
  • the protective layer 16 has a window 18 formed as an opening in the protective layer, which is arranged above the sensor element 14, so that the surface of the sensor element 14 can interact with the environment.
  • the sensor element is a sensor for determining the blood sugar level, which communicates wirelessly with an evaluation device (not shown).
  • the window 18 can also be a window which selectively allows a measurable variable to be determined with the sensor element 14, but acts as a barrier for the other environmental variables.
  • the protective layer 16 may be composed of several partial layers, wherein in the region of the window 18, at least one of the partial layers may be removed in order to allow access of the measured variable to the sensor element 14. But it can also be provided that the protective layer 16 is formed in the region of the window 18 with a smaller layer thickness, so that the protective layer 16 is reduced there in their protective function and allows at least the passage of the measured variable at high concentration and / or long exposure time.
  • FIG. 3 now shows, in a schematic, not to scale, sectional view a sensor element 3 integrated in an RFID transponder according to the invention, which is designed as a field-effect transistor.
  • a source electrode 32s and a gate electrode 32d are spaced from each other, which are covered by a semiconductor layer 33.
  • the semiconductor layer 33 is preferably an organic semiconductor layer.
  • an insulator layer 34 is applied, which is preferably also formed as an organic layer.
  • a drain electrode 35 is disposed on top of the insulator layer 34.
  • the carrier layer 31 may be the carrier layer of the aforementioned multilayer body.
  • Said field effect transistor may be a component of a memory circuit.
  • the layer structure forming the field-effect transistor is covered by a protective layer formed from two partial layers, which at the same time forms the protective layer of the RFID transponder (not further shown in FIG. 3).
  • An inner protective layer 36 is formed of a transparent thermoplastic material and completely covers the said RFID transponder.
  • the inner protective layer 36 is gas-tightly connected to the carrier layer 31 (not shown in FIG. 3), so that the layers of the RFID transponder are gas-tightly encapsulated.
  • An outer protective layer 37 is formed as an opaque layer and protects the RFID transponder from the effects of light, in particular from the UV component of the light striking the RFID transponder.
  • the outer protective layer 37 can be, for example, a lacquer layer which has color pigments which are impermeable to UV light in particular.
  • the outer protective layer 37 has a region formed as a window 39 in which the protective layer 37 is removed. In this way, light 38 can fall on the sensor element 3 and act on the preferably organic semiconductor layer 33.
  • the action of UV radiation on the organic semiconductor layer 33 can in the short term, for example, the off-stream of the field effect transistor increase. This change can be read out as a sensor signal.
  • Long-term exposure to UV radiation reduces or eliminates the conductivity of the organic semiconductor layer 33 because UV radiation attacks and dissolves the polymer bonds, as described, for example, in the article "Influence of Intensive Light Exposure on Polymer-filed-Transistor" (Applied Physics Letter, Vol. 85, No. 8, Aug. 23, 2004; American Institute of Physics).
  • layer thicknesses and manufacturing processes reference is also made to this article.
  • the semiconductor layer 33 acting as a sensor layer can consist for example of polytropes, polyterthropes, polyfluorene, pentacene, tetracenes, oligothropes, inorganic silicon embedded in a polymer matrix, nano-silicon or polyarylamine with a layer thickness of 5 nm to 1 ⁇ m.
  • a characteristic curve 43 describes the profile of an electrical parameter plotted on an ordinate 42, here the source-drain current I 1 as a function of a time duration t removed on an abscissa 41.
  • the output characteristic curve 43 is the characteristic curve of the sensor element 3 in FIG. 3, which is exposed to continuous irradiation with sunlight.
  • the UV component of the sunlight reduces the conductivity of the organic semiconductor layer as a function of the duration t of the irradiation.
  • the source-drain current I decreases and falls below a threshold value 44.
  • the sensor is thus an irreversibly variable sensor intended for single use.
  • the characteristic 43 shown in FIG. 4 can be, for example, the characteristic of a UV sensor for the time limit of a sunbathing.
  • the evaluation logic is set to output a logical "0" when the measurement on the ordinate 42 is above the threshold 44 and to output a logic "1" if the measurement is on the ordinate 42 below the Threshold is 44.
  • the threshold value 44 is undershot, for example, an RFI D reading device integrated in a couch can output an alarm.
  • the RFID transponder having the sensor element 3 can be designed, for example, as a test strip which can be stuck onto the couch, which is removed before the use of a light-tight packaging and which is disposed of after use.
  • FIG. 5 now shows, in a schematic, not to scale, sectional view a sensor element 5 integrated in an RFID transponder according to the invention, which is designed as a diode.
  • a lower electrode 52 is applied, which is covered by a semiconductor layer 53.
  • the semiconductor layer 53 is preferably an organic semiconductor layer.
  • an upper electrode 54 is deposited.
  • the carrier layer 51 may be the carrier layer of the aforementioned RFID transponder.
  • Sensor layer acting semiconductor layer 53 may for example consist of P3HT with a layer thickness of 5 nm to 1 micron.
  • the layer structure forming the diode is covered by a protective layer formed from two partial layers, which at the same time forms the protective layer of the RFID transponder (not further illustrated in FIG. 5).
  • An inner protective layer 55 is formed of a transparent thermoplastic material and completely covers the said RFID transponder.
  • the inner protective layer 55 is connected in a gastight manner to the carrier layer 51 (in FIG. 5) not shown), so that the layers of the RFID transponder are gas-tightly encapsulated.
  • An outer protective layer 56 is designed as an opaque layer and protects the RFID transponder from the effects of light, in particular from the UV component of the light striking the RFID transponder.
  • the outer protective layer 56 can be, for example, a lacquer layer which has color pigments which are impermeable to UV light in particular.
  • the outer protective layer 56 has a region formed as a window 58 in which the protective layer 56 is removed.
  • light 57 can fall on the sensor element 5 and act on the preferably organic semiconductor layer 53.
  • exposure to the organic semiconductor layer 53 in the short term may increase the voltage drop across the diode without compromising the function of the diode. This change in the voltage drop can be read out as a sensor signal.
  • long-term exposure to light in particular with a high UV content, can permanently destroy the organic semiconductor layer 53, as described above.
  • FIG. 6 now shows a characteristic diagram which illustrates the time profile of the current or the voltage of the sensor element 5 according to FIG. 5.
  • a characteristic curve 63 describes the course of an electrical parameter plotted on an ordinate 62, here the diode current I or the voltage U dropping across the diode, as a function of a time duration t removed on an abscissa 61.
  • the characteristic curve 63 is the characteristic curve of the sensor element 5 in FIG. 5, which in this application example is exposed to short-term effects of light. As a result of the action of light, the characteristic curve 63 exceeds a threshold value 64 and falls below the threshold value 64 as soon as the action of light has ended.
  • the sensor is thus a reversibly changeable sensor intended for repeated use.
  • the output characteristic 63 shown in FIG. 6 can be, for example, the output characteristic of a light sensor integrated in an RFID transponder for room monitoring. In this case, the evaluation logic is set to output a logical "1" when the reading is on the
  • Ordinate 62 is above the threshold 64, i. When light falls on the sensor and that it outputs a logical "0" when the measured value on the ordinate 62 is below the threshold value 64, ie when no light falls on the sensor.
  • the reader may issue an alarm indicating that a light source is activated in a darkened room and / or that a door of the room is open, for example, the room may be the interior of a light-tight package, the sensor opening the Can show packaging.
  • FIG. 7 now shows, in a schematic, not to scale, sectional view a sensor element 7 integrated in an RFID transponder according to the invention, which is designed as a capacitor.
  • a carrier layer 71 On a carrier layer 71, a lower electrode layer 72 is applied, which is covered by a dielectric layer 73.
  • the dielectric layer 73 is preferably a polymer layer, for example of polymethylmethacrylate (PMMA), PVP, PHS, PS, polystyrene copolymers, urea resins or PMMA copolymers with a layer thickness of 5 nm to 1 ⁇ m.
  • PMMA polymethylmethacrylate
  • PVP polymethylmethacrylate
  • PHS polystyrene copolymers
  • urea resins or PMMA copolymers with a layer thickness of 5 nm to 1 ⁇ m.
  • an upper electrode layer 74 On top of the dielectric layer 73.
  • the carrier layer 71 may be the carrier layer of the
  • the layer structure forming the capacitor is covered by a protective layer 75, which at the same time the protective layer of the not shown in Fig. 7 RFID transponder forms.
  • the protective layer 75 is connected in a gas-tight manner to the carrier layer 71 (not shown in FIG. 7), so that the layers of the RFID transponder are gas-tightly encapsulated.
  • a window arranged in the protective layer 75 above the sensor element 7 is dispensable, provided that the protective layer 75 is able to transfer force effects 76, 77 to the sensor element 7 designed as a pressure sensor. It can therefore be provided to form the protective layer 75 as an elastically deformable layer. It may be a film of thermoplastic material of suitable thickness. However, it can also be provided to form the protective layer 75 elastically deformable only in the region of the window and to form the protective layer 75 in the regions of the RFID transponder outside the sensor element 7 with a thickness such that pressure loads are at least reduced.
  • the dielectric layer 73 is compressed by the force actions 76, 77, i. decreases in thickness, so that the distance between the upper electrode layer 74 and the lower electrode layer 72 decreases, whereby the capacitance of the sensor element formed as a capacitor 7 increases.
  • FIG. 8 now shows a characteristic diagram which illustrates the time profile of the electrical parameters of the sensor element 7 according to FIG. 7.
  • a characteristic curve 83 describes the course of an electrical parameter plotted on an ordinate 82, in this case the capacitor capacitance C or the voltage U dropping across the capacitor, as a function of a time duration t removed on an abscissa 81.
  • the characteristic curve 83 is the characteristic curve of the sensor element 7 in FIG. 7, which in this example of application is exposed to short-term pressure effects.
  • the output characteristic 83 exceeds a threshold value 84.
  • the output characteristic 83 falls below the threshold value 84 as soon as the pressure is applied.
  • the sensor is thus a reversibly changeable sensor intended for repeated use.
  • the output characteristic 83 shown in FIG. 8 can be, for example, the output characteristic of a pressure sensor integrated in an RFID transponder, the RFID transponder being arranged in the sole of a sports shoe formed with a damping device.
  • the evaluation logic is set to output a logical "1" when the measured value on the ordinate 82 is above the threshold 84, ie, when the damping device no longer fulfills its task and thus the pressure on the sensor exceeds the threshold , and that it outputs a logical "0" when the measured value on the ordinate 62 is below the
  • Threshold 64 is, i. when the attenuation values fall below a predetermined limit.
  • the alarm can be issued by an RFID reader, which carries for example the athlete on the body.
  • the sensor element 7 is therefore constantly trigger an alarm signal under normal stress of the sports shoe, when the damping device has failed, however, with intact damping device only temporarily trigger an alarm when the stress of the sports shoe is above normal, for example as a result of a jump or the like.
  • FIG. 9 shows, in a schematic, not to scale, sectional view a sensor element 9 which is integrated in an RFID transponder according to the invention and which is designed as a resistor.
  • a carrier layer 91 two spaced apart electrodes 92 are applied, which are electrically connected to each other by a resistive layer 93.
  • the Resistance layer 93 is preferably an electrically conductive polymer layer, for example made of P3HT with a layer thickness of 5 nm to 1 ⁇ m.
  • the layer structure forming the resistor is covered by a protective layer 94, which at the same time forms the protective layer of the RFID transponder (not further shown in FIG. 9).
  • the protective layer 94 is connected in a gas-tight manner to the carrier layer 91 (not shown in FIG. 9), so that the layers of the RFID transponder are gas-tightly encapsulated.
  • a window 95 disposed above the sensor element 9 in the protective layer 94 sets the
  • Resistance layer 93 from the environmental influences, in particular the moisture. Moisture 96 entering the resistive layer affects the resistivity of the resistive layer 93.
  • FIG. 10 now shows a characteristic diagram which illustrates the time profile of an electrical parameter of the sensor element 9 according to FIG. 9.
  • a characteristic 103 describes the course of an electrical parameter plotted on an ordinate 102, in this case the resistance R, as a function of a time duration t removed on an abscissa 81.
  • Characteristic curve 103 is the characteristic of the sensor element 9 in FIG. 9, which in this application example is designed as an irreversibly changeable sensor. Moisture action irreversibly increases the resistance of the resistive layer 93 (FIG. 9). As a result of the influence of moisture, the characteristic curve 103 exceeds a threshold value 104.
  • the characteristic curve 103 shown in FIG. 10 may be, for example, the output characteristic of a humidity sensor integrated in an RFID transponder.
  • the RFID transponder can be packed in one package be arranged, the packaging content must be protected against moisture.
  • the contents of the package may be, for example, hygroscopic material, such as common salt.
  • the evaluation logic is set to output a logical "1" when the measured value on the ordinate 82 is above the threshold value 84, ie when the packaging content is no longer usable because it is impermissibly humidified.
  • Reader can be mounted, for example in a kitchenette and give an alarm when the contents of the package is no longer usable.

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Abstract

Es wird ein als Mehrschichtkörper ausgebildeter und mit einer Schutzschicht überdeckter RFID-Transponder mit mindestens einer organischen Halbleiterschicht beschrieben. Der RFID-Transponder (1) umfasst mindestens ein Sensorelement (14) und die Schutzschicht (16) weist ein über dem mindestens einen Sensorelement (14) angeordnetes Messfenster (18) auf, das für die durch das Sensorelement (14) zu bestimmende Messgröße durchlässig ist. Die Schutzschicht kann auch für die durch das Sensorelement (14) zu bestimmende Messgröße durchlässig ausgebildet sein, so dass ein Messfenster nicht benötigt ist.

Description

Messvorrichtung mit RFID-Transponder und Sensor
Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung mit einem RFID-Transponder und mindestens einem Sensor.
Mobile Messvorrichtungen mit drahtloser Signalübertragung können mit einem RFID (Radio Frequency Identification) -Transponder ausgebildet sein. Der RFID-Transponder kommuniziert mit einem Lesegerät, das von dem RFID- Transponder entfernt angeordnet sein kann. Bei kurzen Entfernungen zwischen RFID-Transponder und Lesegerät kann die zum Betrieb des Transponders benötigte Energie vom Lesegerät auf den Transponder drahtlos übertragen werden. Bei größeren Entfernungen kann der Transponder mit einer Energiequelle ausgebildet sein, beispielsweise mit einer Solarzelle oder einer Batterie.
In der DE 10 2004 043 956 A1 ist eine Messanordnung zur Bestimmung einer mechanischen Verformung beschrieben, bei der die Lagebestimmung mehrerer RFID-Transponder genutzt wird, um die Verformung von einem Crashtest unterzogenen Fahrzeugen zu bestimmen. Die RFID-Transponder sind in einem vorbestimmten Abstand an einem Fahrzeugbauteil angebracht. Durch wenigstens drei räumlich voneinander getrennt angeordnete Sende- Empfangseinrichtungen wird die Lageposition der RFID-Transponder bestimmt. Die RFID-Transponder üben zugleich die Funktion von Lagesensoren aus.
In der DE 696 28 147 T2 wird eine Vorrichtung zur Bestimmung der Betriebsdaten eines Fahrzeugreifens beschrieben. Ein RFID-Transponder, eine Energiequelle und verschiedene Sensoren sind in einem Gehäuse angeordnet, wobei weitere Sensoren auch außerhalb des Gehäuses angeordnet sein können. Die vom RFID-Transponder erfassten Messdaten werden an eine entfernte Abfrageeinheit gesendet.
Die DE 10 2004 056 379 A1 beschreibt eine Vorrichtung einer eine Windel tragende Person, bei der Sensoren, wie Feuchtesensoren und/oder Pulssensoren mit einer Auswertungseinheit verbunden sind, bei der es sich auch um einen RFID-Transponder handeln kann. Die einzelnen Komponenten der Vorrichtung sind als Einzelkomponenten ausgebildet, die in einer an der Windel angeordneten Aufnahmetasche untergebracht sein können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur drahtlosen Übermittlung von Messdaten zu schaffen, die kostengünstig als Massenprodukt zu fertigen ist und die im Einsatz von jedermann leicht handhabbar ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem als Mehrschichtkörper ausgebildeten und mit einer Schutzschicht überdeckten RFID-Transponder mit mindestens einer aus einer Lösung aufgebrachten, insbesondere organischen Halbleiterschicht gelöst, wobei vorgesehen ist, dass der RFID-Transponder mindestens ein Sensorelement und eine Transponder-Elektronik umfasst und dass die Schutzschicht ein über dem mindestens einen Sensorelement angeordnetes Messfenster aufweist, das für die durch das Sensorelement zu bestimmende Messgröße durchlässig ist oder dass die Schutzschicht für die durch das Sensorelement zu bestimmende Messgröße durchlässig ist.
Vorzugsweise weist hierbei der RFID-Transpoder mindestens eine gemeinsame Schicht auf, die sowohl eine Funktionsschicht des mindestens einen Sensorelements als auch eine Funktionsschicht der Transponder-Elektronik bildet.
Der erfindungsgemäße RFID-Transponder zeichnet sich durch einen einfachen Aufbau aus, weil alle benötigten Bauelemente bzw. Baugruppen in einem Mehrschichtkörper schichtweise aufgebaut sind.
Der Schichtaufbau kann vorzugsweise durch mehrmaliges Drucken aufgebracht werden, wobei als Trägerschicht eine Polymerfolie von etwa 20 bis 50 μm Dicke vorgesehen sein kann. Weil die einzelnen Schichten sehr dünn, d.h. mit Dicken im Nanometerbereich bzw. im Mikrometerbereich < 50 μm aufgebracht sein können, ist der erfindungsgemäße RFID-Transponder als flexible Baugruppe ausgebildet. Es kann auch vorgesehen sein, den RFID-Transponder direkt auf ein Substrat zu drucken, beispielsweise auf eine Verpackung, ein Warenetikett oder dergleichen.
Dadurch, dass die für den Langzeiteinsatz des im wesentlichen aus organischem Halbleitermaterial und/oder organischem Leitermaterial aufgebauten RFID-Transponders unverzichtbare Schutzschicht einen für eine Messgröße durchlässigen Bereich aufweist, kann der erfindungsgemäße RFID- Transponder ein Sensorelement für Messgrößen aufweisen, gegen die der RFID-Transponder geschützt sein muss, beispielsweise Luftfeuchtigkeit, Spritzwasser, chemische Stoffe, Sauerstoff oder UV-Strahlung. Derartige Umwelteinflüsse können elektronische Polymer-Schaltungen bereits bei der Lagerung zerstören, so dass Schutzschichten bevorzugt sind, welche die Polymer-Schaltungen möglichst gasdicht kapseln, so dass weder Gase noch Flüssigkeiten noch feste Partikel die Schutzschicht durchdringen können.
Der Begriff „organisches Material" umfasst hier alle Arten organischen, metallorganischen und/oder organisch/anorganischen Kunststoffen (Hybride), insbesondere die, die im Englischen z.B. mit „plastics" bezeichnet werden. Es handelt sich um alle Arten von Stoffen mit Ausnahme der klassischen Halbleiter (Germanium, Silizium), die aus Einkristallen bzw. dotierten Einkristallen gebildet sind und der typischen metallischen Leiter. Eine Beschränkung im dogmatischen Sinn auf organisches material als Kohlenstoff enthaltendes Material ist demnach nicht vorgesehen, vielmehr ist auch an den breiten Einsatz von z.B. Silikonen gedacht. Weiterhin soll der Term keine Beschränkung im Hinblick auf die Molekülgröße, insbesondere auf polymere und/oder oligomere Materialien unterliegen, sondern es ist durchaus auch der Einsatz von „small molecules" möglich. Der Wortbestandteil „Polymer" ist historisch bedingt und enthält insofern keine Aussage über das Vorliegen einer tatsächlich polymeren Verbindung. Bei den aus einer Lösung aufgebrachten Halbleiterschichten kann es sich auch um anorganische Halbleiterschichten, beispielsweise auf der Basis von amorphem Silizium handeln, bei denen der Halbleiter in Form von Partikeln oder Nanopartikeln vorliegt.
Das Messfenster ist entbehrlich, wenn die Schutzschicht für die Messgröße durchlässig ist. Beispielsweise benötigt ein Temperatursensor im allgemeinen kein Messfenster, wenn es sich um eine Messung der Umgebungstemperatur handelt. Wenn die lokal begrenzte Temperatur eines Körpers bestimmt werden soll, beispielsweise die Oberflächentemperatur eines Kühlkörpers, dann kann ein Messfenster vorgesehen sein, das beispielsweise einen guten thermischen Kontakt zwischen der Oberfläche des Kühlkörpers und der Oberfläche des Temperatursensors herstellt. Das Messfenster kann beispielsweise durch eine Metallfolie gebildet sein, vorzugsweise aus Kupfer oder Silber, die eine gute thermische Leitfähigkeit aufweist.
Weil vorgesehen ist, dass der RFID-Transponder mindestens eine gemeinsame Schicht aufweist, die als Sensorschicht und als eine Funktionsschicht der Transponder-Elektronik dient, ist es im allgemeinen nicht notwendig, für die Herstellung des Sensorelements spezielle Fertigungsschritte vorzusehen. Das schließt aber nicht aus, dass vorgesehen sein kann, das Sensorelement bei prinzipiell gleichem Aufbau wie ein Bauelement der Transponder-Elektronik für die Sensorfunktion zu optimieren, beispielsweise hinsichtlich seiner Abmessungen. Ein Feldeffekttransistor, der als Sensor vorgesehen ist, kann beispielsweise mit größerer Halbleiterfläche ausgebildet sein als ein
Feldeffekttransistor der gleichen Art, der eine Funktion für die Transponder- Elektronik bereitstellt, beispielsweise zusammen mit weiteren Feldeffekttransistoren einen Ringoszillator bildet.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen sind in den Unteransprüchen bezeichnet.
Es kann vorgesehen sein, dass die mindestens eine gemeinsame Schicht eine aus einer Lösung aufgebrachte Schicht ist. Es ist also vorgesehen, auch die für die Sensorfunktion entscheidende Schicht mit den gleichen Technologien aufzubringen, wie die Funktionsschichten der Transponder-Elektronik.
Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass die mindestens eine gemeinsame Schicht eine in einem Druckprozess aufgebrachte Schicht ist. Die Möglichkeit, die Schichten in einem Druckprozess aufzubringen, führt zu Lösungen mit geringen Herstellungskosten und hoher Produktivität, wie sie beispielsweise für den Rolle-zu-Rolle-Prozess typisch sind. Für den Druckprozess stehen zahlreiche Verfahren zur Verfügung. Lösungen können beispielsweise mit Tintenstrahldruck aufgebracht werden. Pastöses Material kann beispielsweise durch Rakeln aufgetragen werden, wobei die zu befüllenden Vertiefungen beispielsweise durch chemisches Ätzen oder durch Laserablation in eine untere Schicht oder ein Trägersubstrat eingebracht sein können. Überschüssiges Material kann in einem nachfolgenden Prozessschritt abgewischt werden.
Weiter kann vorgesehen sein, dass die mindestens eine gemeinsame Schicht eine Sensorschicht des mindestens einen Sensorelements ist, deren elektrische Eigenschaften durch die zu bestimmende Messgröße beeinflusst werden.
Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass die mindestens eine gemeinsame Schicht aus einem organischen Halbleitermaterial besteht.
Es ist optional möglich, dass die mindestens eine gemeinsame Schicht zwei oder mehr Teilschichten aufweist. Die Teilschichten können beispielsweise nacheinander aufgebracht werden und so einen Schichtverbund aus übereinander angeordneten Schichten bilden. Es ist aber auch möglich, dass die Teilschichten strukturiert sind und jeweils Bereiche der mindestens einen gemeinsamen Schicht bilden. Beispielsweise kann eine erste Teilschicht als eine poröse Schicht ausgebildet sein, in deren Poren sodann eine zweite Teilschicht eingebracht wird, welche die Poren vollständig ausfüllt. Die erste Teilschicht kann beispielsweise die Funktion einer Stützmatrix haben, und die zweite Teilschicht kann als eine Funktionsschicht ausgebildet sein. Es kann vorgesehen sein, dass das mindestens eine Sensorelement einen Messwertspeicher bildet. Das eine Sensorelement oder mehrere Sensorelemente kann bzw. können beispielsweise Elemente eines Speicherschaltkreises sein, dessen Speicherwert durch das Einwirken der Messgröße verändert wird. Dabei ist es möglich, dass der RFID-Transponder ausgehend von einem einheitlichen Schaltungslayout durch partielles Entfernen der Schutzschicht über den als Sensorelement vorgesehenen Bereichen des Messwertspeichers für unterschiedliche Messaufgaben modifizierbar ist.
Weiter ist es möglich, dass zwei oder mehr Sensorelemente mit unterschiedlicher Messempfindlichkeit ausgebildet sind. Die Messempfindlichkeit kann beispielsweise durch Variation der Schichtdicke der Sensorschicht und/oder durch Variation der Dotierung und/oder des Materials der Sensorschicht eingestellt sein. Auf diese Weise kann eine digitalisierte quantitative Messgrößenerfassung ausgebildet sein, wobei beispielsweise bei Verwendung von 7 Sensoren unterschiedlicher Empfindlichkeit ein Messbereich 128 Abstufungen aufweisen kann, d.h. es ist eine Auflösung besser als 1 % möglich.
Es kann auch vorgesehen sein, dass zwei oder mehr Messfenster mit unterschiedlicher Durchlässigkeit für die Messgröße ausgebildet sind. Es können also in dieser Ausbildung gleiche Sensorelemente vorgesehen sein und die Fenster unterschiedlich ausgebildet sein, beispielsweise können die Messfenster mit einer Schutzschicht unterschiedlicher Dicke überdeckt sein oder als Öffnungen mit einer unterschiedlichen effektiven Fläche ausgebildet sein. Es kann sich beispielsweise um Messfenster handeln, die eine unterschiedliche Anzahl von Löchern aufweisen oder eine gleiche Anzahl von Löchern mit unterschiedlichem Lochdurchmesser aufweisen. Auf diese Weise kann eine digitalisierte quantitative Messgrößenerfassung ausgebildet sein, wobei das unter dem mit der höchsten Durchlässigkeit ausgebildeten Messfenster angeordnete Sensorelement die größte Messempfindlichkeit aufweist und daher bereits bei niedrigem Messgrößenbetrag ein Messsignal ausgibt und das unter dem mit der kleinsten Durchlässigkeit ausgebildeten Messfenster angeordnete Sensorelement die kleinste Messempfindlichkeit aufweist und daher erst bei einem großen Messgrößenbetrag ein Messsignal ausgibt. Mit fünf derart unterschiedlich ausgebildeten Messfenstern kann der Messbereich bereits 32 Abstufungen aufweisen.
Es kann weiter vorgesehen sein, dass der RFID-Transponder ein
Anzeigeelement aufweist. Bei dem Anzeigeelement kann es sich um ein optisches Anzeigeelement handeln, beispielsweise ein Display, so dass der durch das Sensorelement bzw. die Sensorelemente ermittelte Messwert bereits ohne Verwendung eines Lesegerätes ablesbar ist. Es kann sich aber auch um ein akustisches Anzeigeelement handeln, beispielsweise um einen Piezosummer.
Es können weitere in den RFID-Transponder integrierte Bauelemente vorgesehen sein, beispielsweise eine autarke Stromquelle. Vorteilhafterweise kann es sich bei der autarken Stromquelle um eine Solarzelle handeln, so dass die Lagerfähigkeit des RFID-Transponders nicht durch die Lagerfähigkeit der autarken Stromquelle begrenzt ist, wie das bei einem elektrochemischen Element der Fall ist.
Es ist möglich, dass die Schutzschicht zwei oder mehrere Teilschichten aufweist. Die zwei oder mehreren Teilschichten können übereinander und/oder bereichsweise nebeneinander angeordnet sein. Es kann also vorgesehen sein, dass die zwei oder mehr übereinander angeordneten Teilschichten gemeinsam alle relevanten schädlichen Umwelteinflüsse von dem RFID-Transponder fernhalten, wobei in den Bereichen, in denen mindestens einer der Teilschichten die Messgröße entfernt ist, die Schutzschicht für die Messgröße durchlässig ist. Es kann sich beispielsweise bei den Teilschichten um eine lichtundurchlässige äußere Schutzschicht und um eine innere Schutzschicht handeln, die beispielsweise als gasdichte Schutzschicht ausgebildet ist. In den Bereichen, in denen die äußere Schutzschicht entfernt ist, kann zwar Licht auf ein darunter angeordnetes lichtempfindliches Sensorelement fallen, jedoch ist auch dieses Sensorelement gegen die übrigen Umwelteinflüsse, wie Feuchte und/oder Verschmutzung geschützt.
Es kann aber auch vorgesehen sein, dass das Messfenster durch einen Bereich der Schutzschicht gebildet ist, in dem die Schutzschicht mindestens partiell entfernt ist. Durch das bezeichnete offene Messfenster kann das unter dem Messfenster angeordnete Sensorelement beispielsweise Gasen oder Flüssigkeiten ausgesetzt sein, d.h. das Sensorelement kann als Gassensor oder als Flüssigkeitssensor ausgebildet sein. Ein RFID-Transponder mit integriertem Gassensor kann beispielsweise vorgesehen sein, um den Verlust einer Schutzgasatmosphäre in einer gasdichten Verpackung anzuzeigen. Eine partiell entfernte Schutzschicht kann beispielsweise als eine perforierte Schutzschicht ausgebildet sein, wobei die Perforation in der Anzahl und/oder der Größe der in die Schutzschicht eingebrachten Löcher variieren kann.
Es ist weiter möglich, dass das Messfenster durch einen Bereich der Schutzschicht gebildet ist, in dem die Schutzschicht für die Messgröße durchlässig ausgebildet ist. Wie weiter oben ausgeführt, kann die Schutzschicht beispielsweise aus mehreren Teilschichten gebildet sein, wobei im Bereich des Messfenster eine für die Messgröße durchlässige Teilschicht aufgebracht sein kann. Es kann sich aber auch um eine im Ausgangszustand poröse Schutzschicht handeln, die außerhalb des Messfensters mit einem porenfüllenden Material getränkt ist.
Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass das Messfenster von einer ablösbaren Abdeckschicht überdeckt ist. Bei der Abdeckschicht kann es sich beispielsweise um einen Verbund aus einer Schutzfolie und einer Kleberschicht handeln, wobei die Schutzfolie einen als Lasche ausgebildeten Bereich aufweisen kann, der nicht mit der Kleberschicht versehen ist. Durch Ablösen der Schutzfolie kann das Sensorelement des RFID-Transponders vor Gebrauch aktiviert werden. Ein derart ausgebildeter RFID-Transponder kann ohne Schutzverpackung gelagert werden.
Weiter kann vorgesehen sein, dass die Abdeckschicht aus zwei oder mehr Teilschichten gebildet ist, die separat ablösbar sind. Eine solche Abdeckschicht kann beispielsweise für einen Gassensor vorgesehen sein und neben der Schutzfunktion zur Einstellung der Messempfindlichkeit vorgesehen sein. Die obere, d.h. die äußere Teilschicht kann als eine gasdichte Schicht ausgebildet sein, die unter der oberen Teilschicht angeordneten weiteren Schichten können als perforierte Schichten mit unterschiedlicher Lochgröße ausgebildet sein, d.h. jede dieser Schichten kann eine unterschiedlich große Messfläche freigeben. Durch Entfernen einer oder mehrerer der perforierten Schichten kann also die gewünschte Messempfindlichkeit des besagten Gassensors einstellbar sein. Jede der Teilschichten kann auf der Unterseite mit einer Ablöseschicht versehen sein, die das definierte Ablösen der Schichten erleichtern kann.
Es kann vorgesehen sein, dass das Sensorelement ein passiver Sensor ist. Als passiver Sensor ist ein Sensor verstanden, der zur Ausgabe eines Sensorsignals eine Hilfsenergie benötigt, beispielsweise eine elektrische Spannung. Es ist möglich, dass das Sensorelement nach Art eines Transistors oder einer Diode oder eines Widerstands aufgebaut ist und die Sensorschicht eine aus einer Lösung aufgebrachte, insbesondere organische Halbleiterschicht ist. Die Verwendung eines Transistors, insbesondere eines Feldeffekttransistors, kann vorteilhaft sein, weil der Transistor das „Standardbauelement" der integrierten Schaltungstechnik ist und sehr einfach durch Freilegen der Halbleiterschicht als Sensor nutzbar ist. Beispielsweise kann der Transistor auch als chemischer Sensor eingesetzt werden, wenn der Einfluss der chemischen Messgröße auf die Halbleiterschicht reproduzierbar ist und Querempfindlichkeiten vernachlässigbar sind. Auch bei Vorhandensein größerer
Querempfindlichkeiten kann ein solches Sensorelement eingesetzt werden, wenn die zur Querempfindlichkeit beitragenden Messgrößen bei der vorgesehenen Messaufgabe nicht auftreten. Beispielsweise kann ein Alkoholsensor trotz einer Querempfindlichkeit bezüglich brennbarer Gase, wie Wasserstoff, in einem Atemalkohol-Testgerät einsetzbar sein, weil freier
Wasserstoff nicht Bestandteil der ausgeatmeten Atemluft ist. Auch Dioden sind durch schichtweisen Auftrag leicht herstellbar. Widerstände sind beispielsweise als Feuchtesensor, als Dehnungssensor oder als Temperatursensor einsetzbar. Ein RFID-Transponder mit einem integrierten Dehnungssensor kann beispielsweise vorteilhafterweise zur Dehnungsmessung an rotierenden Bauteilen eingesetzt werden. In dieser Ausbildung kann das Fenster in der Schutzschicht vorteilhafterweise mit einer dehnbaren Folie überdeckt sein, die mit der Widerstandsschicht verbunden ist.
Die organische Halbleiterschicht besteht aus einem organischen Halbleiter, beispielsweise Polytropen, Polyterthropen, Polyfluoren, Pentaceen, Tetraceen, Oligothropen, angoranischem Silizium eingebettet in einer Polymermatrix, Nano-Silizium oder Polyarylamin. Die Schichtdicke der organischen Halbleiterschicht beträgt vorzugsweise zwischen 5 nm bis 1 μm. Die Halbleiterschicht wird aus einer Lösung, beispielsweise einer wässrigen Lösung, mittels eines Druckverfahrens, beispielsweise eines Tiefdruckverfahrens oder Tampon-Druckverfahrens, oder auch mittels Spin- Coating, Sprühen oder Giessen aufgebracht.
Weiter kann die Sensorschicht auch aus einer Schicht bestehend aus im wesentlichen anorganischen Substanzen ausgebildet sein, welche aus einer Lösung aufgebracht sind. So kann die Schicht aus einer aus einer Lösung aufgebrachten Schicht eines anorganischen Halbleiters bestehen, beispielsweise aus Nano-Partikeln eines anorganischen Halbleiters, beispielsweise Silizium, bestehen, die aus einer Lösung mittels eines der oben angeführten Verfahren aufgebracht sind, mit einer Schichtdicke zwischen 5 nm und 1 μm.
Weiter ist es möglich, dass das Sensorelement nach Art eines Kondensators aufgebaut ist und die eine Sensorschicht bildende dielektrische Schicht des Sensorelements eine aus einer Lösung aufgebrachte, insbesondere organische dielektrische Schicht ist. Ein Kondensator kann beispielsweise als Drucksensor ausgebildet sein, wobei der Effekt nutzbar ist, dass die Dicke der zwischen den Kondensatorbelägen angeordneten dielektrischen Schicht durch
Druckeinwirkung verringert wird, wodurch die Kapazität des Kondensators steigt. Im Bereich des Messfensters kann die Schutzschicht leichter verformbar ausgebildet sein, als in den übrigen Bereichen und/oder elastisch, um den Drucksensor in eine definierte Ausgangslage zurückzustellen Die organische dielektrische Schicht kann beispielsweise aus Polymethylmethacrylat (PMMA), PVP, PHS, PS, Polystyrolcopolymeren, Harnstoffharzen oder PMMA- Copolymeren bestehen. Weiter ist es optional möglich, dass das Sensorelement eine elektrische Schaltungsanordnung auf der Basis von mindestens einer aus einer Lösung aufgebrachten, insbesondere organischen Halbleiterschicht ist. Beispielsweise kann die Temperaturabhängigkeit der Schwingfrequenz eines Ringoszillators zur Temperaturmessung genutzt werden. Eine Polymer-Schaltung kann besonders kostengünstig gefertigt werden, so dass sie beispielsweise auf eine Verpackung für Tiefkühlkost aufgebracht sein kann und die Unterbrechung der Kühlkette anzeigen kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung ist vorgesehen, dass das Sensorelement ein aktiver Sensor insbesondere ein Piezoelement, eine Solarzelle oder ein Thermoelement ist. Bei dem aktiven Sensor handelt es sich um einen Sensor, der keine Hilfsenergie zur Ausbildung des Sensorsignals benötigt. Das Sensorsignal kann beispielsweise eine elektrische Spannung sein. Ein Piezoelement kann beispielsweise als ein aktiver Drucksensor verwendet sein, der bei Druckbeaufschlagung eine elektrische Spannung ausgibt, die mit einer elektronischen Schaltung auswertbar ist. Die Solarzelle kann vorzugsweise vorgesehen sein, um das Vorhandensein von Licht anzuzeigen oder um die Belichtungsdauer zu messen. Vorteilhafterweise ist es möglich, dass die photoaktive Schicht des Sensorelements eine aus einer Lösung aufgebrachte, insbesondere organische photoaktive Schicht ist. Die photoaktive Schicht kann aber auch aus anorganischem Material gebildet sein. Solche Solarzellen sind auch als Dünnschicht-Solarzellen bekannt. Ein Thermoelement kann wegen seiner durch die Materialpaarung festgelegten reproduzierbaren Kennlinie von Vorteil sein, beispielsweise um einen RFID- Transponder zur Temperaturmessung an einem rotierenden Bauteil, wie einem Autoreifen, auszubilden. Neben den vorstehend beschriebenen physikalischen und/oder chemischen Effekten oder Wirkungen können weitere an elektronischen Bauelementen messbare Charakteristiken zur Messwerterfassung genutzt werden, wie beispielsweise Schwellspannung, Einschaltstrom (On-Strom), Ausschaltstrom (Off-Strom), Sättigungsstrom, Sättigungsverhalten, Sperrstrom, Leckstrom, Durchbruchspannung, Dielektrizitätskonstante, Impedanz, Hysterese, Schalt- Verhältnis (On-Off-Verhältnis) und Sperrverhältnis.
Es ist möglich, dass das Sensorelement ein Sensor mit qualitativer Messwert- Erfassung ist. Ein solches Sensorelement ist einsetzbar, wenn lediglich die Anwesenheit oder die Abwesenheit der Messgröße erfasst werden soll.
Weiter ist es möglich, dass das Sensorelement ein Sensor mit quantitativer Messwert-Erfassung ist.
Es kann vorgesehen sein, dass das Sensorelement ein Sensor mit analoger Messwerterfassung ist. Zu diesen Sensorelementen zählen alle Sensoren, bei denen die Messgröße ein dem Betrag der Messgröße folgendes Ausgangssignal hervorruft, d.h. es sind Sensoren mit einer stetigen Kennlinie.
Es kann aber auch vorgesehen sein, dass das Sensorelement ein Sensor mit digitaler Messwerterfassung ist. Ein solcher Sensor weist eine unstetige Kennlinie auf, d.h. er zeigt ein Sprungverhalten. Beispielsweise weist eine Zenerdiode ein solches Sprungverhalten auf, das für die Spannungsregelung von Netzteilen nutzbar ist.
Weiter ist es möglich, dass das Sensorelement als ein durch die Messgröße reversibel veränderbarer Sensor ausgebildet ist. Diese Eigenschaft des Sensorelements kann entweder durch die Beschaffenheit des Sensorelements, durch die Durchlässigkeit des Messfenster oder durch die Einsatzbedingungen hervorgerufen sein. Beispielsweise kann eine durch UV-Einwirkung zerstörbare Sensorschicht für einen reversibel veränderbaren Sensor vorgesehen sein, wenn die während der vorgesehenen Einsatzzeit des Sensors aufgenommene Strahlungsdosis hinreichend klein ist. Letzteres kann beispielsweise bei einem lichtempfindlichen Sensor durch ein über dem Messfenster angeordnetes UV- Filter erreicht sein.
In einer weiteren Ausbildung ist vorgesehen, dass das Sensorelement als ein durch die Messgröße irreversibel veränderbarer Sensor ausgebildet ist. Das vorstehend benannte Sensorelement mit UV-empfindlicher Sensorschicht kann beispielsweise als UV-Dosis-Sensor eingesetzt sein, indem auf das UV-Filter verzichtet ist oder die Filterdichte so abgestimmt ist, dass die Sensorschicht nach einer vorgegebenen Einwirkungsdauer so weit beeinträchtigt ist, dass der mit diesem Sensorelement versehene RFID-Transponder ein Alarmsignal abgibt bzw. sendet oder bei Abfrage durch ein RFI D-Lesegerät sendet. Zur Abstufung der vorgesehenen ertragbaren Einwirkungsdauer der UV-Strahlung kann beispielsweise ein auf das Messfenster aufklebbares oder aufbringbares UV-Filter vorgesehen sein, das in verschiedenen Filterstärken vorgehalten ist oder es kann ein vom Messfenster schichtweise abziehbares UV-Filter vorgesehen sein. Weiter können mehrere UV-Sensoren unterschiedlicher Empfindlichkeit vorgesehen sein, die am RFID-Lesegerät oder am RFID- Transponder anwählbar sind.
In den vorgenannten Ausbildungen des erfindungsgemäßen RFID-
Transponders wurde davon ausgegangen, dass das Sensorelement in den Schichtaufbau des RFID-Transponders integriert ist, indem es mit den anderen Bauelementen zugleich schichtweise aufgetragen ist. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass das Sensorelement eine Transferschicht einer Prägefolie ist. Bei der Transferschicht kann es sich um ein Mehrschichtsystem handeln, das Kontaktflächen aufweist, mit denen es mit dem übrigen Aufbau des RFID-Transponders verbindbar ist. Dieser hybride Aufbau kann beispielsweise für eine kundenwunschabhängige Fertigung von Vorteil sein, bei der gleichartige RFID-Transponder mit unterschiedlichen Sensoren kombiniert werden, indem die Sensoren auf vorbereitete Bereiche des RFID-Transponders beispielsweise mittels Heißprägen aufgebracht werden.
Die erfindungsgemäßen RFID-Transponder mit integriertem Sensorelement sind vielfältig verwendbar. Die im folgenden aufgeführten Verwendungen sind beispielhaft zu verstehen:
RFID-Transponder mit
- UV-Sonnenbrand-Sensor, der vor zu langem Aufenthalt in der Sonne warnt; - Feuchtesensor, der in eine gekapselte Verpackung eingebracht ist und das
Eindringen von Feuchte meldet;
Feuchtesensor, der das Unterschreiten einer Mindestfeuchte des in einen
Pflanzbehälter eingebrachten Pflanzsubstrats meldet;
- Feuchtesensor, der die Feuchtesättigung von Windeln, Tampons oder dergleichen meldet;
- Temperatursensor, der das Unterbrechen einer Kühlkette meldet;
- Drucksensor, der in einem Sportschuh angeordnet ist und Alarm gibt, wenn die Dämpfungseigenschaften des Sportschuhs nicht mehr garantiert sind;
- Drucksensor, der als Taster für drahtlose Signalübermittlung zum RFID- Lesegerät vorgesehen ist;
- chemischer Sensor, der die Anwesenheit von Schadstoffen meldet;
- chemischer oder biologischer Sensor für den medizinischen Einsatz, wodurch das Auswertungsgerät vor Kontaminierung durch die biologischen Proben, wie Blut, Speichel und Urin, geschützt ist. Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen RFID-
Transponders in der Draufsicht;
Fig. 2 eine schematische Schnittdarstellung des RFID-Transponders in
Fig. 1 längs der Schnittlinie M-Il;
Fig. 3 eine schematische Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines in den RFID-Transponder in Fig. 1 integrierten Sensors;
Fig. 4 ein Ausgangskennliniendiagramm des Sensors in Fig. 3;
Fig. 5 eine schematische Schnittdarstellung eines zweiten
Ausführungsbeispiels eines in den RFID-Transponder in Fig. 1 integrierten Sensors;
Fig. 6 ein Ausgangskennliniendiagramm des Sensors in Fig. 5;
Fig. 7 eine schematische Schnittdarstellung eines dritten
Ausführungsbeispiels eines in den RFID-Transponder in Fig. 1 integrierten Sensors; Fig. 8 ein Ausgangskennliniendiagramm des Sensors in Fig. 7;
Fig. 9 eine schematische Schnittdarstellung eines vierten
Ausführungsbeispiels eines in den RFID-Transponder in Fig. 1 integrierten Sensors;
Fig. 10 ein Ausgangskennliniendiagramm des Sensors in Fig. 9. Die Fig. 1 und 2 zeigen einen RFID-Transponder 1 , der auf einer Trägerschicht 12 eine RFID-Schaltung 13, ein Sensorelement 14 und ein Anzeigeelement 15 aufweist. Der RFID-Transponder 1 ist als ein Mehrschichtkörper ausgebildet. Die Schichten können vorzugsweise nacheinander aufgedruckt sein, so dass der RFID-Transponder 1 kostengünstig herstellbar ist, beispielsweise in einem Rolle-zu-Rolle-Prozess. Zur elektrischen Verbindung der RFID-Schaltung 13, des Sensorelements 14 und des Anzeigeelements 15 sind in den Schichtaufbau des RFID-Transponders 1 integrierte Verbindungselemente 19 vorgesehen.
Der RFID-Transponder 1 ist mit einer Antenne 11 elektrisch verbunden, wobei der RFID-Transponder 1 und die Antenne 11 auf einem Trägersubstrat 17 (siehe Fig. 2) angeordnet sind. Bei dem Trägersubstrat kann es sich beispielsweise um eine Kunststofffolie aus u.a. Polyester, Polyethylen, Polycarbonat, Polypropylen, Polyetheretherketonketon, Polyetheretherketon, Polyamid, Polyphthalamid, syndiotaktisches Polystyrol, Polyvinylidendiflourid, Polytetraflurethylen mit einer Schichtdicke von 12 bis 50 μm handeln. Es ist aber beispielsweise auch möglich, dass es sich um ein Papiersubstrat handelt, wie ein Warenetikett oder eine Verpackung oder dergleichen, auf das der RFID- Transponder 1 und die Antenne 11 aufgedruckt werden oder mittels eines Transferverfahrens als Halbproduktion aufgebracht werden. Die Antenne 11 kann auch in den RFID-Transponder 1 integriert sein.
Der RFID-Transponder 1 ist von einer Schutzschicht 16 überdeckt, die den RFID-Transponder 1 von Umwelteinflüssen, welche die Funktion des RFID- Transponders negativ beeinflussen können, abschirmt. Schädliche
Umwelteinflüsse können beispielsweise Feuchtigkeit, Luftsauerstoff, Licht oder Schmutzpartikel sein, die insbesondere die Haltbarkeit organischer leitender und/oder halbleitender Schichten signifikant verringern können. Bei der Schutzschicht kann es sich beispielsweise um eine dünne auflaminierte Polyesterfolie oder einer aus Lösung aufgebrachten Polymerschicht mit einer Schichtdicke von 1 bis 10 μm handeln. Es kann sich aber auch um eine mittels Thermotransferdruck übertragene Schutzschicht aus Styrolacrylat oder einem Ethylenvinylacetat-Copolymer mit einer Schichtdicke von 1 bis 10 μm handeln.
Die Schutzschicht 16 weist eine als Öffnung in der Schutzschicht ausgebildetes Fenster 18 auf, das über dem Sensorelement 14 angeordnet ist, so dass die Oberfläche des Sensorelements 14 mit der Umwelt in Wechselwirkung treten kann. In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Sensorelement um einen Sensor zur Bestimmung des Blutzuckerspiegels, der drahtlos mit einem nicht dargestellten Auswertungsgerät kommuniziert. Diese Lösung ist vorteilhaft, weil das Auswertegerät mit der Blutprobe nicht in Kontakt gerät und daher Krankheitserreger nicht übertragbar sind, wenn Blutproben unterschiedlicher Personen ausgewertet werden. Es kann sich bei dem Fenster 18 aber auch um ein Fenster handeln, das selektiv eine mit dem Sensorelement 14 bestimmbare Messgröße hindurchtreten lässt, für die übrigen Umweltgrößen jedoch als Barriere wirkt. Zu diesem Zweck kann beispielsweise die Schutzschicht 16 aus mehreren Teilschichten aufgebaut sein, wobei im Bereich des Fensters 18 mindestens eine der Teilschichten entfernt sein kann, um den Zutritt der Messgröße zum Sensorelement 14 zu ermöglichen. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Schutzschicht 16 im Bereich des Fensters 18 mit geringerer Schichtdicke ausgebildet ist, so dass die Schutzschicht 16 dort in ihrer Schutzfunktion herabgesetzt ist und mindestens den Durchgang der Messgröße bei hoher Konzentration und/oder langer Einwirkungszeit ermöglicht.
Fig. 3 zeigt nun in einer schematischen unmaßstäblichen Schnittdarstellung ein in einen erfindungsgemäßen RFID-Transponder integriertes Sensorelement 3, das als ein Feldeffekttransistor ausgebildet ist. Auf einer Trägerschicht 31 sind eine Source-Elektrode 32s und eine Gate- Elektrode 32d voneinander beabstandet aufgebracht, die von einer Halbleiterschicht 33 überdeckt sind. Bei der Halbleiterschicht 33 handelt es sich vorzugsweise um eine organische Halbleiterschicht. Auf die Oberseite der Halbleiterschicht 33 ist eine Isolatorschicht 34 aufgebracht, die vorzugsweise ebenfalls als eine organische Schicht ausgebildet ist. Eine Drain-Elektrode 35 ist auf der Oberseite der Isolatorschicht 34 angeordnet. Bei der Trägerschicht 31 kann es sich um die Trägerschicht des vorgenannten Mehrschichtkörpers handeln. Der besagte Feldeffekttransistor kann ein Bauelement einer Speicherschaltung sein.
Der den Feldeffekttransistor bildende Schichtaufbau ist durch eine aus zwei Teilschichten gebildete Schutzschicht überdeckt, die zugleich die Schutzschicht des in Fig. 3 nicht weiter dargestellten RFID-Transponder bildet. Eine innere Schutzschicht 36 ist aus einem transparenten thermoplastischen Kunststoff gebildet und überdeckt den besagten RFID-Transponder vollständig. Die innere Schutzschicht 36 ist gasdicht mit der Trägerschicht 31 verbunden (in Fig. 3 nicht dargestellt), so dass die Schichten des RFID-Transponder gasdicht gekapselt sind. Eine äußere Schutzschicht 37 ist als eine opake Schicht ausgebildet und schützt den RFID-Transponder vor Lichteinwirkungen, insbesondere vor dem UV-Anteil des auf den RFID-Transponder auftreffenden Lichtes. Bei der äußeren Schutzschicht 37 kann es sich beispielsweise um eine Lackschicht handeln, die Farbpigmente aufweist, die insbesondere für UV-Licht undurchlässig sind. Die äußere Schutzschicht 37 weist einen als Fenster 39 ausgebildeten Bereich auf, in dem die Schutzschicht 37 entfernt ist. Auf diese Weise kann Licht 38 auf das Sensorelement 3 fallen und auf die vorzugsweise organische Halbleiterschicht 33 einwirken. Das Einwirken von UV-Strahlung auf die organische Halbleiterschicht 33 kann kurzfristig beispielsweise den Offstrom des Feldeffekttransistors erhöhen. Diese Änderung ist als Sensorsignal auslesbar. Langfristige Einwirkung von UV-Strahlung verringert dagegen die Leitfähigkeit der organischen Halbleiterschicht 33 oder hebt sie völlig auf, weil UV-Strahlung die Polymerbindungen angreift und auflöst, wie beispielsweise in dem Artikel "Influence of Intensive light exposure on polymer filed-effect transistors" (Applied Physics Letter, Vol. 85, Nr. 8, 23.08.2004; American Institute of Physics) beschrieben. Bezüglich zu verwendender Materialien, Schichtdicken und Herstellungsverfahren wird ebenfalls auf diesen Artikel verwiesen.
Die als Sensorschicht wirkende Halbleiterschicht 33 kann beispielsweise aus Polytropen, Polyterthropen, Polyfluoren, Pentaceen, Tetraceen, Oligothropen, anorganischem Silizium eingebettet in einer Polymermatrix, Nano-Siliziium oder Poilyarylamin mit einer Schichtdicke von 5 nm bis 1 μm bestehen.
Fig. 4 zeigt nun ein Kennliniendiagramm, welches den zeitlichen Verlauf des Source-Drain-Stromes des Sensorelements 3 nach Fig. 3 verdeutlicht.
Eine Kennlinie 43 beschreibt den Verlauf eines auf einer Ordinate 42 abgetragenen elektrischen Parameters, hier des Source-Drain-Stromes I1 in Abhängigkeit von einer auf einer Abszisse 41 abgetragenen zeitlichen Dauer t. Bei der Ausgangskennlinie 43 handelt es sich um die Kennlinie des Sensorelements 3 in Fig. 3, das einer Dauerbestrahlung mit Sonnenlicht ausgesetzt ist. Der UV-Anteil des Sonnenlichtes verringert die Leitfähigkeit der organischen Halbleiterschicht in Abhängigkeit von der Dauer t der Bestrahlung. Infolgedessen sinkt der Source-Drain-Strom I ab und unterschreitet dabei einen Schwellwert 44. Bei dem Sensor handelt es sich folglich um einen irreversibel veränderbarer Sensor, der für einen einmaligen Gebrauch bestimmt ist. Die in Fig. 4 dargestellte Kennlinie 43 kann beispielsweise die Kennlinie eines UV-Sensors für die zeitliche Begrenzung eines Sonnenbades sein. In diesem Fall ist die Auswertungslogik so eingestellt, dass sie eine logische „0" ausgibt, wenn der Messwert auf der Ordinate 42 oberhalb des Schwellwertes 44 ist, und dass sie eine logische „1 " ausgibt, wenn der Messwert auf der Ordinate 42 unterhalb des Schwellwertes 44 ist. Bei Unterschreitung des Schwellwertes 44 kann beispielsweise ein in eine Liege integriertes RFI D-Lesegerät einen Alarm ausgeben. Der das Sensorelement 3 aufweisende RFID-Transponder kann beispielsweise als ein auf die Liege aufklebbarer Teststreifen ausgebildet sein, der vor der Verwendung einer lichtdichten Verpackung entnommen wird und der nach der Verwendung entsorgt wird.
Fig. 5 zeigt nun in einer schematischen unmaßstäblichen Schnittdarstellung ein in einen erfindungsgemäßen RFID-Transponder integriertes Sensorelement 5, das als eine Diode ausgebildet ist. Auf einer Trägerschicht 51 ist eine untere Elektrode 52 aufgebracht, die von einer Halbleiterschicht 53 überdeckt ist. Bei der Halbleiterschicht 53 handelt es sich vorzugsweise um eine organische Halbleiterschicht. Auf die Oberseite der Halbleiterschicht 53 ist eine obere Elektrode 54 aufgebracht. Bei der Trägerschicht 51 kann es sich um die Trägerschicht des vorgenannten RFID-Transponders handeln. Die als
Sensorschicht wirkende Halbleiterschicht 53 kann beispielsweise aus P3HT mit einer Schichtdicke von 5 nm bis 1 μm bestehen.
Der die Diode bildende Schichtaufbau ist durch eine aus zwei Teilschichten gebildete Schutzschicht überdeckt, die zugleich die Schutzschicht des in Fig. 5 nicht weiter dargestellten RFID-Transponders bildet. Eine innere Schutzschicht 55 ist aus einem transparenten thermoplastischen Kunststoff gebildet und überdeckt den besagten RFID-Transponder vollständig. Die innere Schutzschicht 55 ist gasdicht mit der Trägerschicht 51 verbunden (in Fig. 5 nicht dargestellt), so dass die Schichten des RFID-Transponders gasdicht gekapselt sind. Eine äußere Schutzschicht 56 ist als eine opake Schicht ausgebildet und schützt den RFID-Transponder vor Lichteinwirkungen, insbesondere vor dem UV-Anteil des auf den RFID-Transponder auftreffenden Lichtes. Bei der äußeren Schutzschicht 56 kann es sich beispielsweise um eine Lackschicht handeln, die Farbpigmente aufweist, die insbesondere für UV-Licht undurchlässig sind. Die äußere Schutzschicht 56 weist einen als Fenster 58 ausgebildeten Bereich auf, in dem die Schutzschicht 56 entfernt ist. Auf diese Weise kann Licht 57 auf das Sensorelement 5 fallen und auf die vorzugsweise organische Halbleiterschicht 53 einwirken. Lichteinwirkung auf die organische Halbleiterschicht 53 kann kurzfristig beispielsweise den Spannungsabfall über der Diode erhöhen, ohne die Funktion der Diode in Frage zu stellen. Diese Änderung des Spannungsabfalls ist als Sensorsignal auslesbar. Langfristige Lichteinwirkung, insbesondere mit hohem UV-Anteil, kann hingegen, wie weiter oben beschrieben, die organische Halbleiterschicht 53 dauerhaft zerstören.
Fig. 6 zeigt nun ein Kennliniendiagramm, welches den zeitlichen Verlauf des Stromes bzw. der Spannung des Sensorelements 5 nach Fig. 5 verdeutlicht.
Eine Kennlinie 63 beschreibt den Verlauf eines auf einer Ordinate 62 abgetragenen elektrischen Parameters, hier des Diodenstromes I oder der über der Diode abfallenden Spannung U, in Abhängigkeit von einer auf einer Abszisse 61 abgetragenen zeitlichen Dauer t. Bei der Kennlinie 63 handelt es sich um die Kennlinie des Sensorelements 5 in Fig. 5, das in diesem Anwendungsbeispiel kurzzeitigen Lichteinwirkungen ausgesetzt ist. Infolge der Lichteinwirkung überschreitet die Kennlinie 63 einen Schwellwert 64 und unterschreitet den Schwellwert 64, sobald die Lichteinwirkung beendet ist. Bei dem Sensor handelt es sich folglich um einen reversibel veränderbaren Sensor, der für einen mehrmaligen Gebrauch bestimmt ist. Die in Fig. 6 dargestellte Ausgangskennlinie 63 kann beispielsweise die Ausgangskennlinie eines in einen RFID-Transponder integrierten Licht-Sensors für eine Raumüberwachung sein. In diesem Fall ist die Auswertungslogik so eingestellt, dass sie eine logische „1" ausgibt, wenn der Messwert auf der
Ordinate 62 oberhalb des Schwellwertes 64 ist, d.h. wenn Licht auf den Sensor fällt, und dass sie eine logische „0" ausgibt, wenn der Messwert auf der Ordinate 62 unterhalb des Schwellwertes 64 ist, d.h. wenn kein Licht auf den Sensor fällt. Bei Überschreitung des Schwellwertes 64 kann beispielsweise ein RFI D-Lesegerät einen Alarm ausgeben, der anzeigt, dass in einem abgedunkelten Raum eine Lichtquelle aktiviert ist und/oder dass eine Tür des Raumes geöffnet ist. Bei dem Raum kann es sich beispielsweise auch um den Innenraum einer lichtdichten Verpackung handeln, wobei der Sensor das Öffnen der Verpackung anzeigen kann.
Fig. 7 zeigt nun in einer schematischen unmaßstäblichen Schnittdarstellung ein in einen erfindungsgemäßen RFID-Transponder integriertes Sensorelement 7, das als ein Kondensator ausgebildet ist. Auf einer Trägerschicht 71 ist eine untere Elektrodenschicht 72 aufgebracht, die von einer dielektrischen Schicht 73 überdeckt ist. Bei der dielektrischen Schicht 73 handelt es sich vorzugsweise um eine Polymerschicht, beispielsweise aus Polymethylmethacrylat (PMMA), PVP, PHS, PS, Polystyrolcopolymeren, Harnstoffharzen oder PMMA- Copolymeren mit einer Schichtdicke von 5nm bis 1 μm. Auf die Oberseite der dielektrischen Schicht 73 ist eine obere Elektrodenschicht 74 aufgebracht. Bei der Trägerschicht 71 kann es sich um die Trägerschicht des vorgenannten RFID-Transponders handeln.
Der den Kondensator bildende Schichtaufbau ist durch eine Schutzschicht 75 überdeckt, die zugleich die Schutzschicht des in Fig. 7 nicht weiter dargestellten RFID-Transponders bildet. Die Schutzschicht 75 ist gasdicht mit der Trägerschicht 71 verbunden (in Fig. 7 nicht dargestellt), so dass die Schichten des RFID-Transponders gasdicht gekapselt sind. Ein über dem Sensorelement 7 angeordnetes Fenster in der Schutzschicht 75 ist entbehrlich, sofern die Schutzschicht 75 Krafteinwirkungen 76, 77 auf das als Drucksensor ausgebildete Sensorelement 7 zu übertragen vermögen. Es kann also vorgesehen sein, die Schutzschicht 75 als eine elastisch verformbare Schicht auszubilden. Es kann sich dabei um eine Folie aus thermoplastischem Kunststoff geeigneter Dicke handeln. Es kann aber auch vorgesehen sein, die Schutzschicht 75 nur im Bereich des Fensters elastisch verformbar auszubilden und die Schutzschicht 75 in den Bereichen des RFID-Transponders außerhalb des Sensorelements 7 mit einer solchen Dicke auszubilden, dass Druckbelastungen zumindest verringert werden.
Die dielektrische Schicht 73 wird durch die Krafteinwirkungen 76, 77 zusammengepresst, d.h. in der Dicke verringert, so dass der Abstand zwischen der oberen Elektrodenschicht 74 und der unteren Elektrodenschicht 72 sinkt, wodurch die Kapazität des als Kondensator ausgebildeten Sensorelements 7 ansteigt.
Fig. 8 zeigt nun ein Kennliniendiagramm, welches den zeitlichen Verlauf de-rs elektrischen Parameter des Sensorelements 7 nach Fig. 7 verdeutlicht.
Eine Kennlinie 83 beschreibt den Verlauf eines auf einer Ordinate 82 abgetragenen elektrischen Parameters, hier der Kondensator-Kapazität C oder die über dem Kondensator abfallenden Spannung U, in Abhängigkeit von einer auf einer Abszisse 81 abgetragenen zeitlichen Dauer t. Bei der Kennlinie 83 handelt es sich um die Kennlinie des Sensorelements 7 in Fig. 7, das in diesem Anwendungsbeispiel kurzzeitigen Druckeinwirkungen ausgesetzt ist. Infolge der Druckeinwirkung überschreitet die Ausgangskennlinie 83 einen Schwellwert 84. Die Ausgangskennlinie 83 unterschreitet den Schwellwert 84, sobald die Druckeinwirkung beendet ist. Bei dem Sensor handelt es sich folglich um einen reversibel veränderbaren Sensor, der für einen mehrmaligen Gebrauch bestimmt ist.
Die in Fig. 8 dargestellte Ausgangskennlinie 83 kann beispielsweise die Ausgangskennlinie eines in einen RFID-Transponder integrierten Drucksensors sein, wobei der RFID-Transponder in der Sohle eines mit einer Dämpfungsvorrichtung ausgebildeten Sportschuhs angeordnet ist. In diesem Fall ist die Auswertungslogik so eingestellt, dass sie eine logische „1" ausgibt, wenn der Messwert auf der Ordinate 82 oberhalb des Schwellwertes 84 ist, d.h. wenn die Dämpfungsvorrichtung nicht mehr ihre Aufgabe erfüllt und folglich der Druck auf den Sensor den Grenzwert überschreitet, und dass sie eine logische „0" ausgibt, wenn der Messwert auf der Ordinate 62 unterhalb des
Schwellwertes 64 ist, d.h. wenn die Dämpfungswerte unter einen vorgegeben Grenzwert absinken. Der Alarm kann von einem RFID-Lesegerät abgegeben werden, das beispielsweise der Sportler am Körper trägt. Das Sensorelement 7 wird also bei normaler Beanspruchung des Sportschuhs ständig ein Alarmsignal auslösen, wenn die Dämpfungsvorrichtung ausgefallen ist, hingegen bei intakter Dämpfungsvorrichtung nur zeitweilig ein Alarmsignal auslösen, wenn die Beanspruchung des Sportschuhs über dem Normalwert ist, beispielsweise infolge eines Sprunges oder dergleichen.
Fig. 9 zeigt nun in einer schematischen unmaßstäblichen Schnittdarstellung ein in einen erfindungsgemäßen RFID-Transponder integriertes Sensorelement 9, das als ein Widerstand ausgebildet ist. Auf einer Trägerschicht 91 sind zwei voneinander beabstandete Elektroden 92 aufgebracht, die durch eine Widerstandsschicht 93 elektrisch miteinander verbunden sind. Bei der Widerstandsschicht 93 handelt es sich vorzugsweise um eine elektrisch leitfähige Polymerschicht, beispielsweise aus P3HT mit einer Schichtdicke von 5 nm bis 1μm.
Der den Widerstand bildende Schichtaufbau ist durch eine Schutzschicht 94 überdeckt, die zugleich die Schutzschicht des in Fig. 9 nicht weiter dargestellten RFID-Transponders bildet. Die Schutzschicht 94 ist gasdicht mit der Trägerschicht 91 verbunden (in Fig. 9 nicht dargestellt), so dass die Schichten des RFID-Transponders gasdicht gekapselt sind. Ein über dem Sensorelement 9 angeordnetes Fenster 95 in der Schutzschicht 94 setzt die
Widerstandsschicht 93 den Umwelteinflüssen aus, hier insbesondere der Feuchtigkeit. In die Widerstandsschicht eindringende Feuchtigkeit 96 beeinflusst den spezifischen Widerstand der Widerstandsschicht 93.
Fig. 10 zeigt nun ein Kennliniendiagramm, welches den zeitlichen Verlauf eines elektrischen Parameters des Sensorelements 9 nach Fig. 9 verdeutlicht.
Eine Kennlinie 103 beschreibt den Verlauf eines auf einer Ordinate 102 abgetragenen elektrischen Parameters, hier der Widerstand R, in Abhängigkeit von einer auf einer Abszisse 81 abgetragenen zeitlichen Dauer t. Bei der
Kennlinie 103 handelt es sich um die Kennlinie des Sensorelements 9 in Fig. 9, das in diesem Anwendungsbeispiel als irreversibel veränderbarer Sensor ausgebildet ist. Durch Feuchteeinwirkung wird der Widerstand der Widerstandsschicht 93 (Fig. 9) irreversibel erhöht. Infolge der Feuchteeinwirkung überschreitet die Kennlinie 103 einen Schwellwert 104.
Die in Fig. 10 dargestellte Kennlinie 103 kann beispielsweise die Ausgangskennlinie eines in einen RFID-Transponder integrierten Feuchtesensors sein. Der RFID-Transponder kann in einer Verpackung angeordnet sein, deren Verpackungsinhalt gegen Feuchtigkeit geschützt werden muss. Bei dem Verpackungsinhalt kann es sich beispielsweise um hygroskopisches Material, wie Kochsalz, handeln. In diesem Fall ist die Auswertungslogik so eingestellt, dass sie eine logische „1" ausgibt, wenn der Messwert auf der Ordinate 82 oberhalb des Schwellwertes 84 ist, d.h. wenn der Verpackungsinhalt nicht mehr gebrauchsfähig ist, weil er unzulässig durchfeuchtet ist. Ein RFI D-Lesegerät kann beispielsweise in einer Küchenzeile angebracht sein und ein Alarmsignal abgeben, wenn der Verpackungsinhalt nicht mehr gebrauchsfähig ist.

Claims

Ansprüche
1. Als Mehrschichtkörper ausgebildeter und mit einer Schutzschicht überdeckter RFID-Transponder mit mindestens einer aus einer Lösung aufgebrachten, insbesondere organischen Halbleiterschicht, dadurch gekennzeichnet, dass der RFID-Transponder (1) mindestens ein Sensorelement (14, 3, 5, 9) und eine Transponder-Elektronik umfasst und dass die Schutzschicht (16, 37, 56, 94) ein über dem mindestens einen Sensorelement (14, 3, 5, 9) angeordnetes Messfenster (18, 39, 58, 95) aufweist, das für die durch das Sensorelement (14, 3, 5, 9) zu bestimmende Messgröße durchlässig ist oder dass die Schutzschicht für die durch das Sensorelement (14, 3, 5, 9) zu bestimmende Messgröße durchlässig ist.
2. RFID-Transponder nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass der RFID-Transponder mindestens eine gemeinsame Schicht aufweist, die sowohl eine Funktionsschicht des mindestens einen Sensorelements als auch eine Funktionsschicht der Transponder-Elektronik bildet.
3. RFID-Transponder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine gemeinsame Schicht eine aus einer Lösung aufgebrachte Schicht ist.
4. RFID-Transponder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine gemeinsame Schicht eine in einem Druckprozess aufgebrachte Schicht ist.
5. RFID-Transponder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine gemeinsame Schicht eine Sensorschicht des mindestens einen Sensorelements ist, deren elektrische Eigenschaften durch die zu bestimmende Messgröße beeinflusst werden.
6. RFID-Transponder nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine gemeinsame Schicht aus einem organischen Halbleitermaterial besteht.
7. RFID-Transponder nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens ein Sensorelement (14, 3, 5, 7, 9) einen Messwertspeicher bildet.
8. RFID-Transponder nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr der Sensorelemente (14, 3, 5, 7, 9) mit unterschiedlicher Messempfindlichkeit ausgebildet sind.
9. RFID-Transponder nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr der Messfenster mit unterschiedlicher Durchlässigkeit für die Messgröße ausgebildet sind.
10. RFID-Transponder nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht zwei oder mehr Teilschichten (55, 56) aufweist.
11. RFID-Transponder nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messfenster (18, 39, 95) durch einen Bereich der Schutzschicht gebildet ist, in dem die Schutzschicht (16, 37, 94) mindestens partiell entfernt ist.
12. RFID-Transponder nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Messfenster (58) durch einen Bereich der Schutzschicht gebildet ist, in dem die Schutzschicht (55, 56) für die Messgröße durchlässig ausgebildet ist.
13. RFID-Transponder nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messfenster (18, 39, 58, 95) von einer ablösbaren Abdeckschicht überdeckt ist.
14.RFID-Transponder nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckschicht aus zwei oder mehr Teilschichten gebildet ist, die separat ablösbar sind.
15. RFID-Transponder nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (14, 3, 5, 7, 9) ein passiver Sensor ist.
16. RFID-Transponder nach Anspruch 5 und 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (3) nach Art eines Transistors oder einer Diode oder eines Widerstands aufgebaut ist und die Sensorschicht eine aus einer
Lösung aufgebrachte, insbesondere organische Halbleiterschicht ist.
17. RFID-Transponder nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (7) nach Art eines Kondensators aufgebaut ist und die eine Sensorschicht bildende dielektrische Schicht des Sensorelements (7) eine aus einer Lösung aufgebrachte, insbesondere organische dielektrische Schicht ist.
18. RFID-Transponder nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (14) ein aktiver Sensor insbesondere ein Piezoelement, eine Solarzelle oder ein Thermoelement ist.
19.RFID-Transponder nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (14) als ein durch die Messgröße irreversibel veränderbarer Sensor ausgebildet ist.
20.RFID-Transponder nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (14, 3, 5, 7, 9) eine Transferschicht einer Prägefolie ist.
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