成果報告書詳細
管理番号20160000000704
タイトル平成23年度-平成27年度成果報告書 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
公開日2016/8/6
報告書年度2011 - 2015
委託先名次世代プリンテッドエレクトロニクス技術研究組合
プロジェクト番号P10026
部署名IoT推進部
和文要約開発項目「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」
平成23年度-平成27年度 成果報告書

 プリンテッドエレクトロニクス技術は、次世代の電子デバイス製造技術として大きな期待を寄せられ、世界中でその技術開発競争が激しく行われている。現状では、製造はできても、生産としては不完全ということなどが問題となり、市場に広く普及させるには至っていない。そこで本研究開発では、プリンテッドエレクトロニクスの本格的な実用化のために要求される製造技術の高度化、製造デバイス機能の高度化及び評価標準化の推進等に資する基盤技術開発を行うとともに、市場拡大・普及促進等に資する実用化技術の開発を推進し、プリンテッドエレクトロニクスの普及のために必要な基盤技術を確立することを目的として、印刷法を用いたフレキシブル電子デバイス生産基盤技術の開発を行った。
 印刷デバイス製造技術の開発に当たっては、生産システムとして活用可能とするために、連続生産化技術、高速生産化技術、大面積生産化技術の開発などが主要な技術課題となる。本研究開発では、フレキシブルTFTシートの印刷製造技術の確立を具体的な課題として、上記目的をかなえる技術開発に臨んだ。
 高速化の実現のために、特に律速となる位置合わせの高速化技術の開発を行った。パターン歪・変形読み取り技術、歪補正技術、高精度パターン形成技術の開発を行うとともに、装置制御システム等での高精度化の要因などを明らかにすることで、高精度化を実現させた。これらの知見をもとに、フレキシブル基板上でのパターン形成に対して、高速に歪補正、位置合わせなどが実現できるフレキシブルアライメント技術の開発に成功した。
 大面積高均質化のためには、印刷プロセス制御技術の開発を行った。インク滴下/転写時におけるインク条件を制御すると、印刷製造パターンの大面積均質化が制御できることを見出し、フレキシブル基板上に印刷連続一貫製造装置にて作製したTFTアレイにおいて、on 電流の面内ばらつきσを10% 以下に抑えることに成功した。
 これら、TFTアレイ印刷製造技術を統合し、一連の全自動全印刷一貫製造装置を開発した。開発した装置にて、TFTの各部位の構成材料とプロセス条件の検討を行い、連続製造可能な製造システムの構築と各工程での面内、面間バラツキを小さくするプロセス制御技術を開発した。得られた製造装置にて、大面積フレキシブルTFTアレイの連続製造を実現するとともに、それを用いた大面積圧力センサを開発し、実動作実証を行った。
 印刷製造フレキシブルデバイスの信頼性評価技術として、印刷製造デバイスに電圧印加、通電をすることなどの電気的負荷により生じる動作信頼性の評価技術、曲げ、ねじり、折り曲げ、引っ張り、巻き取り、打鍵等の機械的負荷による動作信頼性の評価技術、温度、湿度を変化させるなどの環境負荷による動作信頼性についての評価技術の開発を行い、これら電気的負荷、機械的負荷、環境負荷に対する信頼性評価に関して、標準評価書を作成した。
 TFTアレイ印刷製造の高生産性化を図るため、低損傷高速製造を実現するための低温プロセス化技術を開発した。特に、TFT構成要素を形成する各機能層(絶縁層、半導体層、導電層)を低温形成させる材料、プロセス技術の開発を行った。これらを一連の素子製造工程の中に導入するための、連続工程化技術の開発を行い、プロセス温度は120℃以下を保ち、ほぼ損傷なく印刷製造TFT素子を製造できるプロセス技術を開発し、マシン化まで実現した。
 印刷製造TFTを高動作速度化する技術を開発するために、デバイスを構成する材料、素子構造等の開発を行った。また界面層における低接触抵抗化技術の開発を行った。これらにより、印刷で形成したTFTアレイにおいて、動作周波数1.2MHz以上を得ることに成功した。
 一連の開発技術の実証として、フレキシブル感圧シートデバイス、フレキシブル表示シートデバイス等の開発をおこない、その試作機による物流管理システムなどのデモンストレーションを行った。
英文要約Title: Development of Basic Technology for Next-generation Printed Electronics Materials and Process Technology
(FY2011-FY2015) FY2015 Final Report

 In order to accelerate the development of printed electronics industry, advanced printing techniques for flexible device fabrication have been investigated. Continuous printing process for manufacturing a TFT sheet with high quality and high throughput was examined. Conducting ink, semiconductor ink and dielectric ink materials were developed for fabricating a gate electrode, a gate dielectric layer, a semiconductor layer, source drain electrodes and wiring by using developed printing process. Printing machines, which were suitable for these processes, were also designed. Using these newly developed materials and process, relationship between the performance of printed pattern or TFT devices and the condition of the device fabrication process was examined.
 Alignment techniques for preparing flexible TFT sheet with high resolution and accuracy was investigated. High alignment accuracy within 5 -m on a flexible film substrate was achieved by the newly developed technique. Print techniques for preparation of a large-area device with high quality and high uniformity were also examined. As a result of controlling the printing condition of the printed TFT, variation of the on current was reduced below 10%.
 Low temperature process was examined to reduce the process damage and increase the throughput for fabricating flexible printed devices. In order to reduce the process temperature, advanced sintering techniques using high density external energy were examined for preparation of a dielectric layer and a conductive layer. Ink materials, which are suitable to these low temperature print processes, were also examined using Nano-metal technology. By applying these newly developed processes, process temperature was reduced into below 120-C. In such a condition, prepared printed TFT device was well active without any signal damages.
 In order to improve the performance of printed TFT, a soluble organic semiconductor material, device structure for printed TFT, and measurement method of printed TFT performance was also examined. We have succeeded in the preparation of a printed TFT device which shows fast response over 1 MHz.
 By applying these developed technologies, CIM controlled automated consistently operating print manufacturing line was constructed for manufacturing of all-printed flexible TFT arrays. By using this manufacturing line, we have demonstrated to prepare flexible TFT back planes and pressure sensors. The line enables us to supply the requested back plane for combining with any kinds of front plane.
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