有機トランジスタでノーベル賞

こういったフレキシブルエレクトロニクスの元になっているプリンテッドエレクトロニクスが活発になってきた背景には、有機トランジスタの発明がある。有機トランジスタは、1970年代後半に東京工業大学の白川英樹氏が電気を通すポリアセチレン（プラスチック材料）を発明したことで、開発競争が始まった。（同氏は筑波大学の教授だった2000年に、電気を通すプラスチックの発明でノーベル化学賞を受賞）。その後研究者たちの手によって高性能化が進められ、電子移動度は1cm2/vs程度まで高まったが、残念ながら400〜500cm2/vsの移動度をもつ単結晶シリコンに性能で勝つことはできなかった。そのため、高い性能が求められる一般の演算や制御には使われず、ある程度のスイッチ機能さえあれば動作するディスプレイのような大面積の用途に限定して、最近は利用される傾向にある。

[図6] 英Novalia社が製作した音の出るブラシやブレスレット、ブック型ピアノ、音源ポスターなど。タッチすると音が出る　撮影：津田建二

プリンテッドエレクトロニクスは、フレキシブルなプラスチックを使うことが多く、軽くて曲げられるという特性を持つため、曲面状の筐体を持つフレキシブルエレクトロニクスにぴったり合う技術である。紙にさえ印刷できるだけではなく、配線の紙をコンデンサの誘電体とみなしてタッチセンサを作った例(図6)もある。ただし、タッチセンサを動かす回路にはごく一般的なプリント回路基板にシリコンチップを実装している。つまり高性能な回路を安く作っている。有機トランジスタはあえて使っていない。これが08号で紹介した英国のNovalia社(参考資料3^＊3)の製品だ。

量産性も追求

試作品だけではなく、量産性を考えた開発も進んでいる。大面積の薄い基板の上に回路を構成する場合は、量産性を考慮して、ロール・ツー・ロール（R2R）法を使う。これは、一方の端に巻紙のような処理前の基板のロールを用意し、もう一方の端には空のロールを用意して、処理と同時に巻き取っていくやり方だ。アルミホイールや食品を包むラップのような薄いプラスチックのフレキシブルな基板に回路を書いていくため、連続作業ができ処理時間はかなり速い。イギリスでは大学でさえも、このR2R法の機械を設置している（図7）。

[図7] ロール・ツー・ロール法による量産機械を学内に設置、量産性を研究する英Swansea大学　撮影：津田建二

フレキシブルエレクトロニクスの利用先として大きな面積を有する製品を優先するなら、ディスプレイやソーラーパネルなどに用途が限定されるが、ウェアラブル製品に応用できれば、触覚センサやヘルスケア端末など、体に沿った形のデバイスまで用途が広がる。実用化して世の役に立つ製品やサービスを出荷することを優先し、トランジスタやLSIは、市販のシリコン製品を利用する。プラスチックにこだわることなく回路を構成できるようになってきたため、フレキシブルエレクトロニクスは実用化のフェーズに入ったのだ。 　次回は、有機ELやソーラー、フレキシブルテレビなど最近発表のあった製品を中心に、フレキシブルエレクトロニクスの最新動向を紹介する。