ＮＥＤＯ 省エネルギー技術フォーラム 2016 戦略的省エネルギー技術革新プログラム 実用化開発、実証開発 ＜革新的高性能有機トランジスタを用いた プラスティック電子タグの開発＞ 事業実施法人名： トッパン・フォームズ(株)、富士フイルム(株) 、東京大学、 大阪府立産業技術総合研究所、 JNC (株) 、田中貴金属工業(株) 、 日本エレクトロプレイティング・エンジニヤース(株) 、 (株)デンソー、 パイクリスタル(株) 共同研究先： 愛知工業大学 研究開発期間： 平成25年1月～平成30年2月 研究開発の背景 2 ＜位置付け、必要性、重要性＞ 電子タグの普及による物流トレーサビリティ向上への期待： ・輸送効率化による経済効果と省エネ効果 ・広範な普及には低コスト電子タグが必要 ＜国内外の市場動向・技術動向＞ トッパン・フォームズ社：物流業界向けタグのトップシェアを保有 ・特に温度センサ機能付き電子タグ「エコトレースタグ」の確かな 国内市場（生鮮食料品や薬品類の輸送に需要） ・低コスト電子タグをIoTセンサに適用し、巨大な世界市場 応答速度 100 MHz 単結晶有機 デバイス印刷 シリコンチップ 複合実装 10 MHz 1MHz ・配送拠点での自動荷物情報管理 ・物流効率化によるトラック台数の大幅減 多結晶有機 デバイス印刷 生産コスト 研究開発の目的、目標 3 ＜従来の課題＞ ・シリコンチップを用いる従来型半導体技術：低コスト化が困難 ・従来の印刷可能な多結晶有機半導体技術：応答性能が低い ＜目的、目標＞ ・従来より10倍速い有機トランジスタで13.56 MHzの通信が可能に ・真空プロセスを印刷プロセスに置き換え、低コスト化を実現 ・温度トレースなど機能複合化によるコスト増を抑制 ・低コストなプラスチック電子タグが最速で実現、物流システム 効率化による省エネに貢献 応答速度 100 MHz 単結晶有機 デバイス印刷 シリコンチップ 複合実装 10 MHz 1MHz 多結晶有機 デバイス印刷 生産コスト 研究開発内容 4 （１）「エコ・トレースタグ」要素プロセス・材料の高度化・ 大面積化 高移動度かつ熱安定性に優れる有機半導体「アルキルDNBDT」を 自主開発、新しい塗布・印刷法により、大面積化 高いp型移動度：10 MHz以上の高周波応答に必要 熱安定性：150 ℃で安定、デバイス化プロセスに高い優位性 平均移動度10 cm2/Vs：実用可能な有機半導体材料で最高値 デバイス性能のばらつきを10%以内に：集積回路化に必須 研究開発内容 （２）有機集積回路プロセスの開発 5 プリンテッドLSI技術の幕開け 有機半導体にダメージを与えないリソグラフィーによるパターニング法を開発、 最高性能の有機TFT回路を作製 P-type : C10-DNBDT P-type N-type Substrate 研究開発内容 （３）「エコ・トレースタグ」温度センシング回路の開発 ・塗布可能なフィルム状有機温度センサの開発 ・温度データをデジタル化する有機ADコンバーターを開発 Counters (consisted by three D-flip flops) Reference voltage ↓ CMOS Selector V1 V2 Output bit V3 V4 Comparator Sensor signal 6 研究開発内容 （４）「エコ・トレースタグ」プロトタイプデバイスの開発 7 「塗布結晶化法」による世界最高速の印刷できるCMOS集積回路と整流回路 ・従来のスピードを1桁上回る26.5 kHz世界最高速のDFF（D-Flip-Flop）回路 ・スマートフォンや交通機関用ICカードで一般的なNFC規格に準拠可能速度を達成 26.5 kHz論理デバイス動作 -V L C 有機論理回路 ＋V 13.56 MHz整流に成功 印刷できるRFID通信用整流素子の開発に成功 成果 8 高性能塗布型有機半導体単結晶フィルム材料を開発 高性能有機半導体集積回路化プロセスを開発 有機温度センサ回路を開発 プロトタイプ「エコトレースタグ」を開発 2016.1：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 デジタル回路をフィルム基板上に実現 今後の展望 9 トッパン・フォームズ社顧客物流業者にシステムごと販売し、スムースに市場展開をはかり、 以降さらなる低コスト化により市場規模を拡大 機能 2030 2021 2018 温度センサ搭載 従来 有機半導体 0.5 円 5円 Si半導体 生産コスト 50 円 100 円 広範なIoTセンサ市場、ヘルスケアデバイス市場に展開する波及効果 省エネルギー効果 2021年時点： 2万kL/年 2030年時点： 10万kL/年 指標A： 省エネ型電子タグ 1件(1枚)あたりの削減量 0.0032 kL 指標B： 2021年時点の市場導入量 6.4×106件 2030年時点の市場導入量 3.4×107件 ※ 省エネルギー効果量=指標A×指標B 10
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