Fully-printed all-polymeric oscillator for dynamic label applications

Development of organic semiconductors gave the possibility to produce an entire new class of electronic devices. Organic electronics exploits processed-by-solution materials, whom are employed at low temperature and without need of vacuum systems; moreover, it uses simple production techniques that don’t require expensive energetic efforts. Organic electronics performances are significantly lower than inorganic ones but, thanks to the characteristics shown above, organic electronics threads its way through applications in those cases where Si-based technology cannot fulfil required or desired features such as flexibility, recyclability, biocompatibility and low-cost on large area. During this thesis, a fully-printed organic Schmitt-trigger based oscillator was fabricated as a demonstrator of a logic device to be applied as core function of a dynamic label. In the latter, an oscillator, driven by an organic photovoltaic (OPV) module, modulates an electrochromic display to show/hide a predefined image. The convenience of employing only roll-to-roll compatible techniques is related to the possibility to use the same process at industrial scale, in which simple processes usually facilitate high throughputs; during this work the main technique adopted was inkjet-printing. To verify the feasibility of the project and optimize all the fabrication steps, basic building blocks as single transistors and logic inverters were realized. Then, a Schmitt Trigger was realized and characterized in order to properly design the oscillator. The realization of printed passive elements like resistances and capacitors was needed in order to realize the final application and its characterization will be showed. Finally, the overall oscillator measurements will be presented.

Lo sviluppo di semiconduttori organici diede la possibilità di produrre un’intera nuova classe di dispositivi elettronici. L’elettronica organica sfrutta materiali processabili da soluzione, i quali vengono utilizzati a basse temperature e senza la necessità di sistemi per il pompaggio del vuoto; inoltre vengono sfruttate semplici tecniche di produzione che non richiedono un dispendioso apporto energetico. Le prestazioni dei dispositivi elettronici organici sono nettamente inferiori a quelle dei dispositivi inorganici ma, grazie alle caratteristiche descritte prima, l’elettronica organica trova il proprio spazio in quelle applicazioni in cui la tecnologia basata sul silicio non può soddisfare le richieste di progetto, come ad esempio flessibilità, riciclabilità, biocompatibilità e basso costo di produzione. Durante il lavoro di tesi è stato prodotto un oscillatore organico completamente stampato basato su trigger di Schmitt, come dimostratore di un dispositivo logico da utilizzare come funzione regolatrice di un’etichetta dinamica; nella quale l’oscillatore, alimentato da un modulo fotovoltaico organico (OPV module), modula la tensione di ingresso di uno schermo elettrocromico per mostrare e nascondere un’immagine predefinita. Il vantaggio di utilizzare una sola tecnica di produzione è legato alla possibilità di utilizzare il medesimo processo su scala industriale, nella quale l’adozione di semplici processi spesso facilita l’ottenimento di grandi volumi di produzione; durante questo lavoro è stata usata principalmente la tecnica di inkjet-printing. Per verificare la realizzabilità del progetto e perfezionare i passaggi di fabbricazione, sono stati inizialmente prodotti elementi più semplici, come singoli transistor e inverter logici. In seguito è stato realizzato e caratterizzato il trigger di Schmitt per ottimizzare la progettazione dell’oscillatore. Per poter realizzare la struttura finale erano necessari elementi passivi, come resistori e condensatori, che sono stati prodotti tramite inkjet-printing e caratterizzati. Infine sono presentati i risultati relativi all’oscillatore completo.