Zugl. Teildr. von: Erlangen, Nürnberg, Univ., Diss., 2008

Auch im Zeitalter globaler Verfügbarkeit von Informationen in digitaler Form wird weiterhin gedruckt, denn zahlreiche Druckprodukte sind im Alltag bewährt und nur schwer zu ersetzen. Doch die Anforderungen an die Druckindustrie haben sich in den letzten Jahren deutlich gewandelt: Der Trend geht zu kleineren, differenzierten Auflagen bis hin zum personalisierten Drucken. Daraus erwächst die Forderung nach Technologien, die einen schnellen Wechsel zwischen den einzelnen Aufträgen ermöglichen. In dieser Arbeit wird ein Druckverfahren beschrieben, in dem als Bildträger ferroelektrische Keramikschichten eingesetzt werden. Diese Schichten lassen sich lokal umpolarisieren und ermöglichen so die Realisierung einer informationsgesteuerten Modifikation des elektrischen Oberflächenpotenzials. Die einzelnen Prozessschritte des Verfahrens werden kurz diskutiert und insbesondere die Teilprozesse der Entwicklung und des Transfers näher untersucht. Zur Beschreibung von elektrisch determinierten Transportvorgängen in elektrostatischen Druckverfahren wird ein einfaches Potenzialstufenmodell vorgeschlagen, das die gezielte Auslegung und Optimierung von einzelnen Systemkomponenten ermöglicht. Der Entwicklungsvorgang an ferroelektrischen Keramikschichten unterliegt dabei grundsätzlich den gleichen physikalischen Zusammenhängen wie die Entwicklung in anderen elektrografischen und elektrofotografischen Verfahren. Als Druckstoff wurden Flüssigtoner eingesetzt, die wegen ihrer kleinen Partikelgröße eine sehr gute Bildqualität erwarten lassen. Es werden grundsätzliche Modelle zur Ladungsentstehung an Tonerteilchen in nichtwässrigen Dispersionen zusammenfassend vorgestellt und eigene Untersuchungen zur Charakterisierung der elektrophoretischen Beweglichkeit und der Ladung pro Masse diskutiert. Für die Beschreibung der Transferprozesse zur Übertragung des Tonerbildes auf den Bedruckstoff werden Darstellungen aus der konventionellen Drucktechnik mit den für Trockentoner entwickelten Vorstellungen bezüglich der elektrostatischen Verhältnisse verknüpft. Der Einfluss der elektrischen Papiereigenschaften auf die erreichbare optische Dichte wird in eigenen Untersuchungen exemplarisch gezeigt. Unter Berücksichtigung der Forderung nach konstanten Bedingungen für die Entwicklung des Tonerbildes werden Optimierungskriterien für die Auslegung des Transferzylinders abgeleitet, und ein verbesserter Transferzylinder konnte erfolgreich getestet werden.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Anwendung von intelligenten Technologien in der online-Kontrolle von Druckprodukten. Ausgehend von der Qualität der Druckprodukte und den Möglichkeiten der Kontrolle von Druckqualität direkt im Herstellungsprozess werden Lösungen der Druckbildkontrolle diskutiert. Den Kern der Arbeit bildet die Anwendung intelligenter Technologien, wie Fuzzy Logic oder Neuronale Netze, in der Kontrolle von Druckbildern. Aufgrund der Generalisierungsmöglichkeiten und der Modularität der untersuchten Algorithmen eignen sich die beschriebenen Ansätze zur Implementierung in ein Druckkontrollsystem oder in andere zeitkritische Bildverarbeitungssysteme.

Topic of the thesis is the production of unipolar digital circuits by means of mass-printing technologies. For this purpose accumulation-mode and depletion-mode field-effect transistors have been used. To realize depletion-mode field-effect transistors charges are injected and stored in the gate-dielectric. Consequently, the charge transport on the semiconductor-dielectric interface is influenced and the threshold voltage can be controlled. To inject charges into the dielectric different technologies have been used and will be discussed in terms of their process parameters. Finally, fully-printed digital circuits with enhanced performance are introduced. / Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die drucktechnische Herstellung von unipolaren digitalen Schaltungen durch eine Kombination von organischen Feldeekttransistoren vom Anreicherungs- und Verarmungstyp. Zur Realisierung von Transistoren vom Verarmungstyp werden Überschussladung in den Gate- Isolator eingebracht und gespeichert, wodurch der Ladungstransport im Transistorkanal insbesondere die Schwellspannung beeinflusst wird. Es werden verschiedene Aufladungstechnologien und deren Prozessparameter diskutiert. Abschließend werden vollständig mit Massendruckverfahren prozessierte, digitale Schaltungen mit verbesserter Signalübertragungscharakteristik vorgestellt.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Anwendung von intelligenten Technologien in der online-Kontrolle von Druckprodukten. Ausgehend von der Qualität der Druckprodukte und den Möglichkeiten der Kontrolle von Druckqualität direkt im Herstellungsprozess werden Lösungen der Druckbildkontrolle diskutiert. Den Kern der Arbeit bildet die Anwendung intelligenter Technologien, wie Fuzzy Logic oder Neuronale Netze, in der Kontrolle von Druckbildern. Aufgrund der Generalisierungsmöglichkeiten und der Modularität der untersuchten Algorithmen eignen sich die beschriebenen Ansätze zur Implementierung in ein Druckkontrollsystem oder in andere zeitkritische Bildverarbeitungssysteme.

Auch im Zeitalter globaler Verfügbarkeit von Informationen in digitaler Form wird weiterhin gedruckt, denn zahlreiche Druckprodukte sind im Alltag bewährt und nur schwer zu ersetzen. Doch die Anforderungen an die Druckindustrie haben sich in den letzten Jahren deutlich gewandelt: Der Trend geht zu kleineren, differenzierten Auflagen bis hin zum personalisierten Drucken. Daraus erwächst die Forderung nach Technologien, die einen schnellen Wechsel zwischen den einzelnen Aufträgen ermöglichen. In dieser Arbeit wird ein Druckverfahren beschrieben, in dem als Bildträger ferroelektrische Keramikschichten eingesetzt werden. Diese Schichten lassen sich lokal umpolarisieren und ermöglichen so die Realisierung einer informationsgesteuerten Modifikation des elektrischen Oberflächenpotenzials. Die einzelnen Prozessschritte des Verfahrens werden kurz diskutiert und insbesondere die Teilprozesse der Entwicklung und des Transfers näher untersucht. Zur Beschreibung von elektrisch determinierten Transportvorgängen in elektrostatischen Druckverfahren wird ein einfaches Potenzialstufenmodell vorgeschlagen, das die gezielte Auslegung und Optimierung von einzelnen Systemkomponenten ermöglicht. Der Entwicklungsvorgang an ferroelektrischen Keramikschichten unterliegt dabei grundsätzlich den gleichen physikalischen Zusammenhängen wie die Entwicklung in anderen elektrografischen und elektrofotografischen Verfahren. Als Druckstoff wurden Flüssigtoner eingesetzt, die wegen ihrer kleinen Partikelgröße eine sehr gute Bildqualität erwarten lassen. Es werden grundsätzliche Modelle zur Ladungsentstehung an Tonerteilchen in nichtwässrigen Dispersionen zusammenfassend vorgestellt und eigene Untersuchungen zur Charakterisierung der elektrophoretischen Beweglichkeit und der Ladung pro Masse diskutiert. Für die Beschreibung der Transferprozesse zur Übertragung des Tonerbildes auf den Bedruckstoff werden Darstellungen aus der konventionellen Drucktechnik mit den für Trockentoner entwickelten Vorstellungen bezüglich der elektrostatischen Verhältnisse verknüpft. Der Einfluss der elektrischen Papiereigenschaften auf die erreichbare optische Dichte wird in eigenen Untersuchungen exemplarisch gezeigt. Unter Berücksichtigung der Forderung nach konstanten Bedingungen für die Entwicklung des Tonerbildes werden Optimierungskriterien für die Auslegung des Transferzylinders abgeleitet, und ein verbesserter Transferzylinder konnte erfolgreich getestet werden.

We report on the detailed electrical investigation of all-inkjet-printed thin-film transistor (TFT) arrays focusing on TFT failures and their origins. The TFT arrays were manufactured on flexible polymer substrates in ambient condition without the need for cleanroom environment or inert atmosphere and at a maximum temperature of 150 °C. Alternative manufacturing processes for electronic devices such as inkjet printing suffer from lower accuracy compared to traditional microelectronic manufacturing methods. Furthermore, usually printing methods do not allow the manufacturing of electronic devices with high yield (high number of functional devices). In general, the manufacturing yield is much lower compared to the established conventional manufacturing methods based on lithography. Thus, the focus of this contribution is set on a comprehensive analysis of defective TFTs printed by inkjet technology. Based on root cause analysis, we present the defects by developing failure categories and discuss the reasons for the defects. This procedure identifies failure origins and allows the optimization of the manufacturing resulting finally to a yield improvement.

Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die ortsaufgelöste Untersuchung der Schichtdicke und der elektrischen Eigenschaften von Funktionsschichten in gedruckten Polymersolarzellen. Die massendrucktechnische Realisierung der großflächigen Polymersolarzellen mit dem Schichtaufbau Zink/ZnO/P3HT:PCBM/PEDOT:PSS erfolgt im Tief- und Siebdruckverfahren auf einem papierbasierten Bedruckstoff. Die gedruckten Funktionsschichten werden mit verschieden optischen und elektrischen Messverfahren charakterisiert und die Eignung der Verfahren wird diskutiert. Abschließend wird die gesamte Polymersolarzelle mit einer Kombination aus spektraler und elektrischer Messung positionsgenau untersucht. Dadurch kann ein Zusammenhang zwischen den Solarzelleneigenschaften und den ortsaufgelösten Messwerten aufgezeigt werden. / The aim of this work is the space-resolved investigation of the layer thickness and the electrical properties of functional layers in printed polymer solar cells. The realization of the large-area polymer solar cells with a layer structure of zinc/ZnO/P3HT:PCBM/PEDOT:PSS occurs by gravure and screen printing on a paper-based substrate. The printed functional layers are characterized by different optical and electrical measurement methods and the suitability of these methods is discussed. Finally, the complete polymer solar cell is examined dependent on a position by using a combination of spectral and electrical measurement techniques. With this analysis a correlation between the solar cell characteristics and the space-resolved measurements can be shown.

Topic of the thesis is the production of unipolar digital circuits by means of mass-printing technologies. For this purpose accumulation-mode and depletion-mode field-effect transistors have been used. To realize depletion-mode field-effect transistors charges are injected and stored in the gate-dielectric. Consequently, the charge transport on the semiconductor-dielectric interface is influenced and the threshold voltage can be controlled. To inject charges into the dielectric different technologies have been used and will be discussed in terms of their process parameters. Finally, fully-printed digital circuits with enhanced performance are introduced. / Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die drucktechnische Herstellung von unipolaren digitalen Schaltungen durch eine Kombination von organischen Feldeekttransistoren vom Anreicherungs- und Verarmungstyp. Zur Realisierung von Transistoren vom Verarmungstyp werden Überschussladung in den Gate- Isolator eingebracht und gespeichert, wodurch der Ladungstransport im Transistorkanal insbesondere die Schwellspannung beeinflusst wird. Es werden verschiedene Aufladungstechnologien und deren Prozessparameter diskutiert. Abschließend werden vollständig mit Massendruckverfahren prozessierte, digitale Schaltungen mit verbesserter Signalübertragungscharakteristik vorgestellt.

Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die ortsaufgelöste Untersuchung der Schichtdicke und der elektrischen Eigenschaften von Funktionsschichten in gedruckten Polymersolarzellen. Die massendrucktechnische Realisierung der großflächigen Polymersolarzellen mit dem Schichtaufbau Zink/ZnO/P3HT:PCBM/PEDOT:PSS erfolgt im Tief- und Siebdruckverfahren auf einem papierbasierten Bedruckstoff. Die gedruckten Funktionsschichten werden mit verschieden optischen und elektrischen Messverfahren charakterisiert und die Eignung der Verfahren wird diskutiert. Abschließend wird die gesamte Polymersolarzelle mit einer Kombination aus spektraler und elektrischer Messung positionsgenau untersucht. Dadurch kann ein Zusammenhang zwischen den Solarzelleneigenschaften und den ortsaufgelösten Messwerten aufgezeigt werden. / The aim of this work is the space-resolved investigation of the layer thickness and the electrical properties of functional layers in printed polymer solar cells. The realization of the large-area polymer solar cells with a layer structure of zinc/ZnO/P3HT:PCBM/PEDOT:PSS occurs by gravure and screen printing on a paper-based substrate. The printed functional layers are characterized by different optical and electrical measurement methods and the suitability of these methods is discussed. Finally, the complete polymer solar cell is examined dependent on a position by using a combination of spectral and electrical measurement techniques. With this analysis a correlation between the solar cell characteristics and the space-resolved measurements can be shown.