压电供电的传感器卡及用于其的方法技术

本发明专利技术提供了一种由压电源供电并包括电子元件的电子传感器器件。所述器件可用于测试诸如气体、液体、化学物质或生物物质等的物质的存在。当所述器件暴露于所述物质时，所述电子元件(如晶体管)的电子状态(电阻／电容)改变(例如影响连接的显示元件的颜色)，以允许使用者目测检测所述物质。

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
印刷电子学能够以潜在超低成本将电子、光学和其他功能集成至产品中。为了为电子电路提供供电，通常讨论印刷电池，但印刷电池具有数个缺点。电池使用电解质，所述电解质使得制造(特别是关于密封或封装)相对复杂，此外，电池随时间而损失电荷。压电电源可以以更小的形状系数更容易地制造，且很少存在由于损失电荷而变得不起作用的问题。
技术实现思路
在目前描述的实施例的一个方面，器件包括：基材；在所述基材上的压电电源；连接至所述压电电源的在所述基材上的多个感测元件，所述感测元件在检测物质时能够操作以改变电子状态；以及对应于在所述基材上的所述多个感测元件的在所述基材上的多个显示元件，当所述压电电源被激活时，所述显示元件基于对应的感测元件的电子状态而能够操作以显示。在目前描述的实施例的另一方面，所述感测元件为电阻元件，且所述电子状态为电阻。在目前描述的实施例的另一方面，所述感测元件为电容元件，且所述电子状态为电容。在目前描述的实施例的另一方面，所述感测元件包括薄膜晶体管。在目前描述的实施例的另一方面，所述感测元件包括化学场效应晶体管。在目前描述的实施例的另一方面，所述感测元件具有不同厚度的扩散阻挡层。在目前描述的实施例的另一方面，所述显示元件包括如下中的至少一种：反射性显示元件、发射性显示元件、电泳显示元件、电致变色显示元件、MEMS显示元件、Gyricon显示元件、粉末显示元件、液晶显示元件、电润<br>湿显示元件、电化学显示元件、电致发光显示元件或0LED显示元件。在目前描述的实施例的另一方面，所述显示元件为电压驱动的显示元件。在目前描述的实施例的另一方面，所述显示元件为电流驱动的显示元件。在目前描述的实施例的另一方面，所述基材由如下中的至少一种形成：塑料或聚合物材料、纸、薄的柔性金属、薄的柔性玻璃或陶瓷材料。在目前描述的实施例的另一方面，所述压电电源由聚合物压电材料、压电复合材料、铁电材料或无机压电材料形成。在目前描述的实施例的另一方面，所述方法包括从传感器器件上去除保护片材；将所述传感器器件的传感器区域暴露于物质，以引发所述传感器区域中的感测元件与所述物质之间的反应，从而改变所述感测元件的状态；搅动所述传感器器件上的压电电源；以及基于所述感测元件的状态改变而改变所述器件上的显示器，所述显示器由所述压电电源供电。在目前描述的实施例的另一方面，所述感测元件包括电阻元件。在目前描述的实施例的另一方面，所述感测元件包括电容元件。在目前描述的实施例的另一方面，所述显示器包括显示元件。在目前描述的实施例的另一方面，所述搅动包括弯折、推动或摇动所述压电电源中的至少一种。在目前描述的实施例的另一方面，显示器的改变包括改变显示元件的颜色。在目前描述的实施例的另一方面，显示器的改变包括改变传感器器件上的时间轴。附图说明图1(a)和(b)显示了根据目前描述的实施例的示例器件的代表性视图；图2为示出了根据目前描述的实施例的方法的流程图；且图3为根据目前描述的实施例的另一示例器件的代表性视图。具体实施方式在一个形式中，目前描述的实施例涉及一种电子传感器器件或卡，其由压电源(如带或箔)供电，并包括电子感测元件和显示元件。在至少一些形式中，所述卡的元件印刷于所述器件或卡上。所述卡或器件可用于测试诸如气体、液体、化学物质或生物物质等的物质的存在。例如，如关于图1(a)在下文所述，所述器件可检测氧气、硫化氢或氯气的存在。就此而言，在一个形式中，当所述器件暴露于物质时，电子感测元件(如晶体管)的电子状态(例如电阻或电容)改变(例如影响连接的显示元件的颜色)，以允许使用者目测检测所述物质。更特别参照图1(a)，示出了器件10。器件10包括基材15和显示元件20、22和24。所述基材可采取多种形式，包括由塑料或聚合物材料、纸、薄的柔性金属或薄的柔性玻璃、陶瓷或其他基材材料形成的卡或卡尺寸的器件。显示元件20、22和24经由感测元件(如电子或电阻元件40、42和44)而连接至电源30，如压电电源。对于这些元件，它们的电子状态(例如电阻或电容)的至少部分在与物质反应时改变。因此，这些元件充当传感器，并在器件上限定传感器区域。就此而言，在一个形式中，电子或电阻元件包括构造为化学场效应晶体管(chemFet)的薄膜晶体管(TFT)50、52和54。每个显示元件20、22和24连接至对应的电子或电阻元件40、42和44。ChemFet具有官能化的栅电极(或对化学反应敏感的栅区域)，且与化学物质的反应将改变栅电势。如作为仅实例所示，晶体管50、52和54分别对氧气、硫化氢和氯气具有反应性；然而，可使用可选择的元件和／或使用系统的适当改变而检测多种化学物质。该反应转而改变TFT的跨导，因此改变电源被激活时施加至对应的显示元件的电压。在一个形式中，如果所述改变使得TFT传导性降低，则对应的显示元件经历更高的电压。在这些形式中，显示元件为电压驱动的显示元件。因此，显示器的外观改变。在至少一个形式中，显示元件的颜色改变，以指示物质的检测或感测。也可使用电流驱动的显示元件，在此情况中，晶体管和显示元件可串联连接。显示元件20、22和24通过压电元件30的充电而供电。显示元件20、22和24可采取多种形式。然而，显示元件的一些例子包括反射性和发射性显示元件，如电泳显示元件、电致变色显示元件、MEMS(微机电系统)显示元件、Gyricon显示元件、粉末显示元件、液晶显示元件、电润湿显示元件、电化学显示元件、电致发光显示元件、OLED(有机发光二极管)显示元件和使用其他合适的显示技术的显示元件。如上所述，电池源对于根据目前描述的实施例中的至少一些的器件通常过于复杂，因为传感器的读出仅花费短时间。因此，在至少一些形式中，应用诸如压电电源30的电源。就此而言，可使用印刷或层合方法将聚合物压电材料施用至基材，所述聚合物压电材料如PVDF(聚偏氟乙烯)或PVDF-TrFE(聚偏氟乙烯-三氟乙烯)共聚物或其他已知的压电聚合物材料。压电材料可包括当被机械加压时产生电荷的任何其他材料。例子为压电复合材料、铁电材料和无机压电材料的转移层。就此而言，图1(b)显示了具有整流二极管32、储存电容器34、稳压二极管36和压电材料38的压电电源30的一个例子。这些元件中的全部或子集可用于压电供电电路中。同样，所述元件中的全部或部分可使用已知印本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种传感器器件，其包括：基材；在所述基材上的压电电源；连接至所述压电电源的在所述基材上的多个感测元件，所述感测元件在检测物质时能够操作以改变电子状态；以及对应于在所述基材上的所述多个感测元件的在所述基材上的多个显示元件，当所述压电电源被激活时，所述显示元件基于对应的感测元件的电子状态而能够操作以显示。

【技术特征摘要】
2012.12.21 US 13/723,6061.一种传感器器件，其包括：
基材；
在所述基材上的压电电源；
连接至所述压电电源的在所述基材上的多个感测元件，所述感测元件在
检测物质时能够操作以改变电子状态；以及
对应于在所述基材上的所述多个感测元件的在所述基材上的多个显示
元件，当所述压电电源被激活时，所述显示元件基于对应的感测元件的电子
状态而能够操作以显示。
2.根据权利要求1所述的器件，其中所述感测元件为电阻元件，且所述
电子状态为电阻。
3.根据权利要求1所述的器件，其中所述感测元件为电容元件，且所述
电子状态为电容。
4.根据权利要求1所述的器件，其中所述感测元件包括薄膜晶体管。
5.根据权利要求1所述的器件，其中所述感测元件包括化学场效应...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·H·丹尼尔，
申请(专利权)人：帕洛阿尔托研究中心公司，
类型：发明
国别省市：美国;US