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东京大学不足1mm厚的薄膜扫描仪!

作者:未知  来源:日经BP   更新:2004-12-8 8:34:00  点击:  切换到繁體中文

东京大学研究生院工学系研究专业于20041210日发表了采用有机TFT(薄膜晶体管)和有机光学二极管的薄膜型图像扫描仪。采用很薄的塑料材料制成、可弯曲,因此可扫取在曲面上印刷的图像。特点是超薄、质轻,由于不需要传统扫描仪的机械装置,包括封装薄膜在内厚度还不到1mm

  该扫描仪是由东京大学工学系研究科量子相电子研究中心的副教授染谷隆夫和该校国际产学共同研究中心的教授樱井贵康领导的研究小组共同开发的。使有机发光二极管构成的微小的光传感器和有机TFT分别在塑料薄膜上形成格子状,再将它们粘合在一起就制成了此次的薄膜型扫描仪。分辨率为36dpi,尺寸为58cm2

  扫描仪为薄膜型,除金属电极以外,几乎全是透明的(染谷),可透光。将扫描仪放在印刷有黑白图案的纸张或标签上时,透过薄膜型的光线经过印刷面的反射就会入射到光传感器上。通过将入射进的光转换为电信号就能完成对图案的读取。除分辨率为36dpi的产品外,目前还开发出了分辨率为250dpi、未采用有机TFT仅使用光传感器的产品。在分辨率为250dpi的产品上布线后,成功地在字母表中读取了大小为1mm×1mm的字母“T”。光传感器的灵敏度方面,离荧光灯几厘米距离处的亮度即可正常使用(染谷)。相关技术专利方面,樱井表示:希望能获得电路结构、制造方法和应用软件等多方面的专利。

  有机TFT半导体方面,采用P型半导体中载流子迁移率较高的并五苯(Pentacene)。另一方面,有机光电二极管则采用基于蓝色颜料的P型和N型有机半导体(染谷),与现有的光电二极管一样由P型和N型半导体结合而成。以上3种有机材料均为低分子材料,通过真空蒸镀在塑料薄膜上形成薄膜。塑料材料类似‘PET(聚乙烯对苯二酸酯),是一种具有耐热性能的树脂(染谷)。

  染谷及樱井的研究小组在半导体中采用有机材料的原因是:(1)能够使有机材料可弯曲(2)可通过印刷技术制造(3)大面积生产时成本很低。染谷介绍说:我们已经证实,有机TFT制成的薄膜型在弯曲半径达5mm时仍可以正常工作。成本方面,樱井表示:“10cm的硅晶片价格大约在10万日元(约合人民币7700元)左右,此次的扫描仪大小为10cm2,价格应该低于1000日元(约合人民币77元)。不过,目前该产品的一大课题就是工作寿命太短。此次开发的产品在空气中存放1周左右性能就会下降。如果采用为有机EL而开发的封装技术的话,其性能应该可保持几个月(染谷)。

  染谷和樱井曾在20042月举行的电路技术国际会议“ISSCC 2004”上,发表过在塑料薄膜上粘贴格子状的压力传感器和有机TFT制成的人工皮肤。此外,此次成果还将在20041213日~15日于美国旧金山举行的半导体元件国际会议“2004 IEEE International Electron Devices MeetingIEDM 200420052月于旧金山举行的半导体电路国际会议“ISSCC 2005”上发表。

東京大学大学院 工学系研究科は20041210日,有機TFT(薄膜トランジスタ)と有機フォトダイオードを使ったシート型画像スキャナを発表した。基材に薄いプラスチックを使い,曲げることができるため,曲面に印刷されている画像も読み取れる。また,これまでのスキャナにあった機械的な可動部分がないため,封止膜も含めて1mm以下と薄く軽量という特徴がある。

 同スキャナを開発したのは,同大学工学系研究科 量子相エレクトロニクス研究センター 助教授の染谷隆夫氏と,同大学 国際・産学共同研究センター 教授の桜井貴康氏らの研究チーム。シート型スキャナは,有機フォトダイオードからなる微小な光センサと有機TFTを,それぞれ格子状になるようにプラスチック・フィルム上に形成し,それらを張り合わせて作製した。解像度は36dpi,寸法は5cm角~8cm角である。

 シートは「金属の電極以外はほとんど透明」(染谷氏)で光を透過する。白黒のパターンを印刷した紙やラベルにこのシートを当てると,シートを透過した光が印刷面に反射して光センサに入射する。この光を電気信号に変換することで同パターンを読み取る仕組みである。36dpiのものとは別に,250dpiだが有機TFTのない光センサだけのシートも開発済み。この250dpiのシートに多数の配線を施したものを使って,大きさが1mm角のアルファベットの「T」という文字を読み取ることに成功したという。光センサの感度は「蛍光灯から数cm離した距離の明るさなら利用できる程度」(染谷氏)。関連技術の特許については「回路の構造,製造方法,アプリケーションなどで数件の特許を出願している」(桜井氏)という。

 有機TFTの半導体には,p型半導体でキャリア移動度が比較的高いペンタセンを採用した。一方,有機フォトダイオードは「青系の顔料をベースにしたp型とn型の有機半導体」(染谷氏)を使い,既存のフォトダイオードと同じpn接合で実現した。これら3種類の有機材料はいずれも低分子系で,プラスチック・フィルム上に真空蒸着で薄膜形成させた。プラスチックには「PET(ポリエチレンテレフタレート)に近い,耐熱性のある樹脂」(染谷氏)を利用したという。

 今回,染谷氏と桜井氏の研究チームが半導体に有機材料を使った理由は,有機材料に(1)曲げられる,(2)印刷技術で製造可能,(3)大面積でも低コスト――などの優位性があるため。染谷氏は「有機TFTのシートは曲率半径5mmまで曲げても動作することを確認済み」とする。コストの点では「Siウエハーでは10cm10万円程度するが,今回のシートのコストは,10cm角で1000円以下になる」(桜井氏)。ただし,現状では動作寿命が短いという大きな課題がある。「今回開発したものは大気中では1週間ぐらいで性能が劣化する。有機EL用に開発された封止技術を使えば,数カ月はもつはず」(染谷氏)という。

 染谷氏と桜井氏の両氏は20042月の回路技術の国際学会「ISSCC 2004」で,プラスチック・フィルム上に圧力センサと有機TFTを格子状に張り付けた「人工皮膚」を発表している。今回の成果はそれに続く第2弾で,20041213日~15日に米サンフランシスコ市で開催するデバイス関連の国際学会「2004 IEEE International Electron Devices MeetingIEDM 2004)」と,20052月にやはりサンフランシスコ市で開催する「ISSCC 2005」で発表する予定である。

 


 

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