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世界初、商用ICカード規格スピードで動く有機半導体温度センシングデジタル回路を実現-物流管理やヘルスケア向け電子タグの商品化に前進-

国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構
国立大学法人 東京大学 新領域創成科学研究科
地方独立行政法人 大阪府立産業技術総合研究所
トッパン・フォームズ株式会社
富士フイルム株式会社
株式会社デンソー
JNC株式会社
田中貴金属工業株式会社
日本エレクトロプレイティング・エンジニヤース株式会社
パイクリスタル株式会社

 

 NEDOプロジェクトにおいて、東京大学、大阪府立産業技術総合研究所、トッパンフォームズ等のグループは、印刷で製造可能な有機半導体デジタル回路の高速化に成功し、世界で初めて商用ICカード規格スピードで動作する温度センシングデジタル回路を実現しました。

 今回開発した温度センシングデジタル回路の速度は、近距離無線通信の国際標準規格であるNFC(Near Field Communication)に準拠しており、低コストな温度センサ機能つきプラスティック電子タグとして、物流管理やヘルスケアなどの広範な用途への商品化に大きく前進しました。

写真:印刷できる商用ICカード規格スピードの温度センサつき高速デジタル回路(左)と、
温度センシング機能を搭載した電子タグの利用例(中、右)

概要

有機半導体は、現在、主に用いられているシリコンなどの無機半導体と比べて以下の特長があり、次世代トランジスタなどエレクトロニクス素子への応用開発研究が盛んに行われています。
①塗布法・印刷法といった簡便かつ比較的低温での作製が容易
②薄型
③低コスト
④プラスティックRFIDタグやフレキシブルディスプレイなどのユニークな用途が期待できる
 しかしながら、簡便かつ低コストに成膜し、実際に商用周波数でRFIDタグと通信する高速応答性能を実現することは困難でした。
 そこで、NEDOは、コア技術開発を行う研究機関とそれぞれが異業種に属する企業グループによる産学連携チームを構築し(図1)、有機半導体による革新的プラスティックRFIDタグの研究開発を組織的に推進しています。

 この度、東京大学、大阪府立産業技術総合研究所、トッパンフォームズ等のグループは、印刷で製造可能な有機半導体デジタル回路の高速化に成功し、商用ICカード規格の26.5 kHzで動作するフィルム上の温度センシング電子回路(図2)を世界で初めて実現しました。
 具体的には、有機半導体を塗布し結晶化させる技術を基に、高速応答用に設計されたチャネル長   5 mmの有機CMOS回路を集積化し、従来のスピードを1桁上回る世界最高速のDFF(D-Flip-Flop)回路によるデジタル情報処理を実現しました。得られたデジタルデータを、13.56MHzの商用周波数で信号伝送することにも成功し、開発した有機半導体電子回路が、スマートフォンや交通機関用ICカードで一般的なNFC(Near-Field Communication)規格に準拠できることを実証しました。独自開発した塗布して作れる有機デジタル温度センサと組み合わせて、従来の塗布型有機半導体よりも、10倍以上高い性能で、1/10以下の低コスト化が可能な印刷法で形成できるため、プロジェクトの目標である温度検知機能つき物流管理タグの商品化に大きく前進しました。



図1 本NEDOプロジェクトの研究体制

 

図2 新規に開発した26.5 kHzで動作する有機デジタル温度センサ回路

 

 そのほか、商用規格に準拠した軽く、薄く、曲げられ、低コストな温度センサ機能つきプラスティック電子タグとして、工程管理やヘルスケアなどの広範な普及が期待されます。
 なお、2016年1月27日から29日まで東京ビッグサイトで開催される「nano tech 2016」において、本成果を用いたRFID信号の伝送実験の実演を予定しています。

 

(研究内容についての問い合わせ先)
国立大学法人東京大学 新領域創成科学研究科 教授 竹谷純一
TEL: 04-7136-3790, 080-5484-2760, FAX: 04-7136-3790
E-mail: takeya@k.u-tokyo.ac.jp