NEDOとJAPERA、圧力と温度を同時検出できるフレキシブルシートセンサを開発

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新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)と次世代プリンテッドエレクトロニクス技術研究組合(JAPERA)は2017年2月8日、印刷技術で圧力と温度の面内分布を同時に検出できるフレキシブルシートセンサを開発したと発表した。圧力・温度同時多点検出シート型センサの開発成功は世界初となる。

JAPERAは、NEDOの「次世代プリンテッドエレクトロニクス材料・プロセス基盤技術開発」プロジェクトにおいて、フレキシブルデバイスの基盤となる高度TFTアレイ印刷製造技術を開発。全印刷連続一貫生産ラインによるフレキシブルTFTアレイシートの製造工程を確立してきた。

今回の開発では、印刷製造したフレキシブルTFTアレイシート上に、物性値が圧力によって変化する感圧層と、温度によって変化する感温層をパターン印刷により高密度に配列した、圧力・温度同時多点検出シート型センサの製作に成功した。

このセンサは、下図に示すようにゲート電極、ゲート絶縁膜、ソース・ドレイン電極、有機半導体からなるTFT上に、中間層を介して、画素電極と感圧層または画素電極と感温層が積層されている。感圧層、感温層とも圧力または温度によって抵抗が変化するため、各々の層に直列に接続されたTFTのゲート線を走査しながらソース電流を読み出すことで、圧力/温度の面内分布を検出できる。
170209_nedo_japera_ex感圧層及び感温層をTFTアレイ上にパターン形成するための技術として、スクリーン印刷性に優れTFTの特性にマッチした抵抗値を持つ感圧インク、検出温度範囲拡張のための感温インク材料組成と高精度のパターン形成ができる感温インク印刷方法、及び高精細な画素電極が形成できるグラビアオフセットAgインク印刷方法の開発を行っている。

試作されたシートセンサは総厚約0.3mmで、高いフレキシブル性を持つ。検出エリアはB5サイズで、解像度1.2mmピッチ、圧力0〜500kPa、温度20〜50℃の検出が可能だ。

今後、フレキシブルTFTアレイ製造技術をベースに、同一基板上に複数の機能を集積化したフレキシブル多機能デバイスの開発を行い、開発技術をプラットフォーム化して、ヘルスケア分野、物流分野などでの実用化を図る。また将来、摩擦等の物理センサーやバイオセンサーとの組み合わせができれば、センサーによる人の皮膚感覚を備えたロボットスキンの実現が近づくとしている。

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