■体裁:B5判・288頁
■発刊:2018年9月27日
■ISBNコード:978-4-7813-1347-4
■シーエムシー出版

【監修】
牛島洋史

【刊行にあたって】
2008年に「プリンタブル有機エレクトロニクスの最新技術」が上梓されて以来,2010年に「プリンテッドエレクトロニクス技術最前線」,そして 2014年には「次世代プリンテッドエレクトロニクス技術」が出版され,エレクトロニクスの製造に印刷技術を適用しようという試みが学術研究から技術開発へと進化してきたことは,我が国の産業界の期待を表しているだけでなく,世界的な大きな潮流でもあったことの証左であると言えよう。20世紀後半にエレクトロニクスを手にした人類が様々な技術革新を誘起し急速な発展を遂げたことによって,21世紀の人類社会の進むべき道が決まっていったと言っても過言ではないだろう。一方で人類はエネルギー問題や資源問題,環境問題などの極めて深刻な問題にも直面している。人類が持続可能な発展を遂げ,豊かで便利な生活を安全かつ安心におくるためにも,必要欠くべからざるものとなったエレクトロニクスを省エネルギー・省資源なプロセスで製造する技術の開発は喫緊の課題となったのである。
15世紀に活版印刷技術が発明されて以来,印刷によって大量に複製された文字や絵図が人類の文化や学問,技術を発展させてきたことに異を唱える者はないだろう。印刷技術はその成立において,既に情報複製や伝達を目的とした技術であったことに因縁を感じるが,現在,われわれが目指しているエレクトロニクスの印刷製造は,これまでに例がなかったのだろうか。エレクトロニクスは微弱な電流を信号として取り扱うため,その電極や配線,部品などに高い寸法精度や再現性が求められる。そこで,フォトリソグラフィが多用されている訳であるが,プリント配線基板の形成や受動部品の製造などにおいて印刷技術が使われてもいる。ここでわれわれがプリンテッドエレクトロニクスと呼ぶ技術は,このような従来技術で製造が可能なデバイスではなく,グラフィック印刷技術よりも高い精細度を要求する微細配線が必要な半導体デバイスや,軽くて薄く曲げることができるような柔軟な形状や構造のデバイスを作製することを目指す技術である。
プリンテッドエレクトロニクスがまだプリンタブルエレクトロニクスと言われていた頃に始まった材料やプロセスなどの基礎研究から,実用化を目指した技術開発のフェイズへと進展してきたこの技術分野は,今まさに製品を生み出そうというところにまで達している。そこで今回,実用化の最前線に立つ方々に各章をご執筆頂くことで,眼前に迫ったプリンテッドエレクトロニクスの実現する社会を予見して頂ければ幸いである。

(国研)産業技術総合研究所
牛島洋史

【著者】
牛島洋史　　(国研)産業技術総合研究所
岡田裕之　　富山大学
中茂樹　　富山大学
内城禎久　　(株)リコー
岡田吉智　　(株)リコー
畠山辰男　　東レエンジニアリング(株)
及川和博　　コニカミノルタ(株)
尾田恵　　(株)菜インテリアスタイリング;(一社)日本インテリア健康学協会(JIHSA)
三島康由　　次世代プリンテッドエレクトロニクス技術研究組合
三成剛生　　(国研)物質・材料研究機構
竹内敬治　　(株)NTTデータ経営研究所
宮崎康次　　九州工業大学
四反田功　　東京理科大学
辻村清也　　筑波大学
吉田学　　(国研)産業技術総合研究所
横田知之　　東京大学
伊東栄次　　信州大学
繁田亮　　東京大学
川原圭博　　東京大学
近藤正俊　　トッパン・フォームズ(株)
日下靖之　　(国研)産業技術総合研究所
池戸裕明　　(株)ミノグループ
小林大介　　(株)セリアコーポレーション
山智博　　(株)ワイ・ドライブ
井上雅博　　群馬大学
田上安宣　　日油(株)
岡部祐輔　　セメダイン(株)
入江達彦　　東洋紡(株)
前田郷司　　東洋紡(株)
能木雅也　　大阪大学
古賀大尚　　大阪大学
中島伸一郎　　日本航空電子工業(株)
佐々木寿朗　　ユアサシステム機器(株)
木村睦　　信州大学
荒木徹平　　大阪大学
関谷毅　　大阪大学
野村健一　　(国研)産業技術総合研究所
白川直樹　　(国研)産業技術総合研究所
延島大樹　　(国研)産業技術総合研究所
竹下俊弘　　(国研)産業技術総合研究所
山本典孝　　(国研)産業技術総合研究所

【目次】
【第Ⅰ編　総論:PEによるデバイス実用化の現状】
1　有機ELディスプレイ
2　電子ペーパー
3　有機EL照明
4　有機TFT
5　太陽電池
6　熱電変換モジュール
7　圧力センサ
8　温度センサ
9　生体電位センサ
10　RFID
11　導電性テキスタイル
12　導電性インクや印刷プロセスなど

【第Ⅱ編　PEのデバイス応用への実際】
第1章　フレキシブルディスプレイ
1　有機ELパネルのインクジェット印刷技術
1.1　はじめに
1.2　インクジェットプリント法による有機EL素子の構造例
1.3　使用されているインク材料
1.4　IJP法を用いた自己整合IJP有機EL素子
1.4.1　自己整合IJPプロセスの概略
1.4.2　ボトムエミッション型自己整合IJP有機EL素子
1.4.3　ラミネートプロセスによる自己整合IJP有機EL素子
1.5　IJP法の応用
1.5.1　IJP法による自己整合多機能ダイオード
1.5.2　IJP法を用いた有機フォトダイオード集積化によるイメージスキャナ
1.6　まとめ
2　エレクトロクロミック型カラー電子ペーパー
2.1　はじめに
2.2　エレクトロクロミック材料
2.2.1　ビオロゲン化合物
2.3　積層型エレクトロクロミック表示素子
2.3.1　透明導電膜
2.3.2　液晶電解液によるパターン表示
2.3.3　フレキシブル化
2.3.4　印刷TFT
2.4　おわりに
3　R2Rインクジェット装置によるフレキシブルTFTアレイ製造への取り組み
3.1　はじめに
3.2　フレキシブルTFTアレイ製造の課題
3.3　R2Rインクジェット塗布での取り組み
3.4　フレキシブルTFTおよび微細金属配線の試作

第2章　有機EL照明
1　塗布型有機EL照明
1.1　はじめに
1.2　塗布型有機ELと蒸着型有機ELの比較
1.3　塗布型有機ELのデバイス構造と性能
1.4　塗布型有機ELの劣化解析
1.5　塗布型有機ELデバイスの生産プロセス
1.6　塗布型有機EL照明の最新技術
1.7　まとめと将来展望
2　インテリアから考える有機EL照明の可能性
2.1　はじめに
2.2　「光過敏」との出会い
2.3　光の新たな役割:アクティブ・ケア・ライティングの開発
2.4　インテリアから見た有機EL照明の魅力
2.4.1　有機EL照明の魅力
2.5　有機EL照明の可能性
2.5.1　「睡眠」のための光環境
2.5.2　医療現場の照明環境を改善する
2.5.3　生活環境の中での商品化
2.6　おわりに

第3章　有機トランジスタ
1　有機TFTアレイ生産に向けたプリンテッドエレクトロニクス
1.1　はじめに
1.2　有機TFTアレイ製造
1.2.1　ライン構成
1.2.2　電子デバイス作製のための印刷工程
1.2.3　有機TFTマトリクスアレイ
1.3　有機TFTアレイシートの応用例
1.4　今後の展望
2　室温印刷有機トランジスタ
2.1　はじめに
2.2　機能性材料の微細プリント技術
2.2.1　表面選択的塗布技術
2.2.2　有機半導体層の選択的塗布技術
2.3　室温プリンテッドエレクトロニクス技術
2.3.1　室温プリンテッドエレクトロニクスの目的
2.3.2　室温プリンテッドエレクトロニクスの原理
2.3.3　室温印刷による有機トランジスタ
2.4　室温印刷による短チャネル有機TFTの形成
2.5　まとめ

第4章　IoTセンサとエネルギーハーベスター
1　IoTセンサ向けエネルギーハーベスティング技術
1.1　はじめに
1.2　エネルギーハーベスティングとは
1.3　有機太陽電池
1.4　振動発電デバイス
1.5　有機材料熱電発電デバイス
1.6　エネルギーハーベスティング以外の電源技術
1.7　プリンテッドエレクトロニクスの必要性
2　印刷できる有機―無機ハイブリッド熱電材料
2.1　はじめに
2.2　印刷の取り組み
2.3　PEDOT:PSS-Bi2Te3コンポジット熱電
2.4　有機―無機材料界面の熱抵抗
2.5　まとめ
3　印刷型酵素バイオ燃料電池の開発とエネルギーハーベスターへの応用
3.1　はじめに
3.2　バイオ燃料電池について
3.3　スクリーン印刷について
3.4　スクリーン印刷型紙基板バイオ燃料電池
3.5　多孔質炭素材料の検討
3.6　ウェアラブルバイオ燃料電池・バイオセンサ
4　ストレッチャブル圧力分布センサー
4.1　はじめに
4.2　高耐久・高伸縮配線の実現
4.3　高伸縮性短繊維配向型電極
4.4　高伸縮性マトリクス状圧力センサーシート
4.5　圧力と伸びを同時に検出するセンサー
4.6　まとめ
5　印刷できるフレキシブル温度センサ
5.1　はじめに
5.2　印刷可能な温度センサ
5.2.1　測温抵抗体
5.2.2　熱電対
5.2.3　ポリマーPTC(Positive temperature coefficient)サーミスタ
5.3　印刷可能なフレキシブルポリマーPTCサーミスタ
5.3.1　作製手法とデバイス特性
5.3.2　生体温度の計測
5.4　まとめ
6　印刷形成CNT電極を用いた高速応答静電容量式湿度センサの作製と高性能化
7　薄膜フィルムを用いた農業用土壌センサ
7.1　はじめに
7.2　土壌センサの測定原理
7.3　薄膜実装による土壌センサ
7.4　土壌センサの設計と校正
7.5　実地運用による実用性評価
7.6　おわりに

第5章　RFIDタグ
1　印刷RFID
1.1　はじめに
1.2　RFIDの方式
1.3　RFIDタグの構造
1.4　RFIDの市場動向
1.5　RFIDの製造方法と印刷方式
1.6　インク種類と製造プロセス
1.7　センサ付RFID
1.8　おわりに

【第Ⅲ編　PE実用化へ向けたプロセス技術・材料開発・国際標準化】
第1章　印刷技術の最新動向
1　反転オフセット印刷と付着力コントラスト平版印刷
1.1　反転オフセット印刷の概要
1.2　反転オフセット印刷の欠陥について
1.2.1　ピンホール欠陥と転写欠陥
1.2.2　ゴミ由来の欠陥と底あたり欠陥
1.3　反転オフセット印刷の寸法インテグリティ
1.3.1　印圧
1.3.2　周速差
1.4　反転オフセット印刷による層間接続
1.5　付着力を利用した印刷
1.6　まとめ
2　スクリーンオフセット印刷技術の特徴と可能性
2.1　はじめに
2.2　スクリーン印刷技術
2.2.1　スクリーン印刷と他工法の違い
2.3　スクリーンオフセット印刷技術
2.3.1　スクリーンオフセット印刷の原理
2.3.2　スクリーンオフセット印刷技術の特徴
2.3.3　スクリーンオフセット印刷技術の可能性
2.3.4　スクリーンオフセット印刷技術の応用事例
2.4　スクリーンパッド印刷技術
2.4.1　三次元形状への従来工法による問題点
2.4.2　スクリーンパッド印刷技術の原理
2.4.3　スクリーンパッド印刷工法の特徴
2.5　おわりに
3　グラビア・オフ・セット(高精細,高精度)印刷技術の活用
3.1　はじめに
3.2　グラビア・オフ・セット印刷のメカニズム
3.2.1　ドクタリング
3.2.2　受理(オフ)
3.2.3　転写(セット)
3.2.4　乾燥/印刷後のメンテナンス
3.3　グラビア・オフ・セット印刷の特長
3.3.1　高精細,高精度
3.4　グラビア・オフ・セット印刷技術の課題と対策
3.5　まとめ(オフセット技術の有効活用と今後)
4　実用化が始まった「インクジェット塗布技術」
4.1　プリンテッドエレクトロニクス技術を振り返って
4.2　インクジェット工法の成長と進化
4.3　管理された塗布量・均一な膜の実現に向けて
4.3.1　インクジェット吐出体積を安定化するDPN技術
4.3.2　ノズル吐出量を±1%精度で計測する飛翔観測
4.4　不吐出・吐出の安定性の実現に向けて
4.4.1　ノズル面のインク水頭値維持制御
4.4.2　不吐出を大幅に軽減する「インク循環」
4.5　着弾位置精度の向上
4.6　パターン描画精度向上に向けた前処理手法「親水・撥水処理」「塗布方向の最適化」「印刷解像度の向上方法」「極性溶媒の効果的利用法と隔壁材料」「コーヒーリング」
4.6.1　コーヒーリング
4.6.2　大面積・高解像度構成
4.6.3　極性溶媒の効果的利用法と隔壁材料
4.7　PI膜・配向膜などの膜形成
4.8　有機半導体TFTなどの構造体製作
4.9　有機EL照明など
4.10　インクジェット工法進化への期待

第2章　材料技術の最新動向
1　導電性インク・ペーストの開発動向
1.1　はじめに
1.2　ナノ粒子および関連材料のインク・ペースト化技術
1.2.1　金属ナノ粒子インク
1.2.2　ミクロ/ナノあるいはミクロ/サブミクロンのハイブリッドペースト
1.2.3　形態制御合成されたナノ材料
1.3　樹脂結合型ペースト
1.3.1　Ag系導電性ペーストの高電気伝導化
1.3.2　非Ag系導電性ペースト
1.3.3　ストレッチャブル導電性ペースト
1.4　導電性高分子を用いたストレッチャブル導電性ペースト
1.5　おわりに
2　大気下硬化型銅ペースト
2.1　はじめに
2.2　銅ペーストの特長
2.3　銅ペーストの印刷性
2.4　銅ペーストで作成した導電膜の性能
2.4.1　密着性
2.4.2　耐久性
2.4.3　耐マイグレーション性
2.5　銅ペーストの硬化方法
2.6　銅ペーストの用途展開
2.7　最後に
3　低温硬化・フレキシブル導電性接着剤の開発と柔軟実装構造への応用
3.1　はじめに
3.2　近年のエレクトロニクス分野
3.3　設計コンセプト
3.4　STPEをベースバインダーとする導電性接着剤“SX-ECA”の特長
3.5　低温硬化可能な伸長性導電性ペースト
3.6　柔軟実装構造の構築
3.7　おわりに
4　衣服型ウェアラブルデバイス向けフィルム状導電素材「COCOMIⓇ」
4.1　はじめに
4.2　ストレッチャブル導電性ペーストについて
4.3　フィルム状導電素材“COCOMIⓇ”について
4.3.1　着心地について
4.3.2　測定精度について
4.3.3　耐久性について
4.4　心拍図計測ウェアの活用
4.5　生体情報計測ウェアの開発の課題
4.6　おわりに
5　プリンテッドエレクトロニクス用基板に対する要求特性と国際標準化動向
5.1　はじめに
5.2　プリンテッドエレクトロニクス
5.2.1　電子産業における印刷技術の適用とプリンテッドエレクトロニクス
5.2.2　パターン複製技術としての印刷技術と印刷技術の特性
5.2.3　プリンテッドエレクトロニクスにおける基板材料への要求特性
5.3　プリンテッドエレクトロニクス用高分子フィルム
5.3.1　代表的な高分子フィルム
5.3.2　表面平滑性
5.3.3　低熱収縮率
5.3.4　低線膨張係数
5.4　プリンテッドエレクトロニクス用基板材料に関する国際標準化動向
5.4.1　国際標準化の意義
5.4.2　IEEEにおける標準化
5.4.3　米国における標準化(IPC,ASTM)
5.4.4　IECにおける国際標準化
5.5　まとめ
6　セルロースナノファイバーと銀ナノワイヤを用いた高誘電率基板
6.1　はじめに
6.2　紙とナノペーパーの誘電率と密度
6.3　無機ナノ材料を添加してナノペーパーの高誘電率化
6.4　銀ナノワイヤ添加ナノペーパーを基板としたアンテナデバイスの小型化
6.5　まとめ
7　フィルム型コネクタとその応用
7.1　はじめに
7.2　フィルム型コネクタ(FTC)を発想するに至った背景
7.3　フィルム型コネクタ(FTC)の構成と作製
7.4　フィルム型コネクタ(FTC)の接続
7.5　フィルム型コネクタ(FTC)の電気的特性
7.5.1　評価用サンプル概要
7.5.2　信頼性試験(恒温恒湿試験,熱衝撃試験)
7.5.3　曲げ試験
7.6　フィルム型コネクタ(FTC)作製への印刷技術の適用
7.7　フィルム型コネクタ(FTC)の部品実装領域への拡張
7.8　フィルム型コネクタ(FTC)が示す将来性(動きに強いセンサデバイスの作製)
7.9　おわりに
8　フレキシブルデバイス材料の信頼性評価装置
8.1　はじめに
8.2　フレキシブルデバイス材料に求められる耐久試験
8.2.1　耐久試験の課題
8.2.2　耐久試験の目的
8.2.3　意図しない負荷による試験結果への影響
8.3　耐久試験へのTension-FreeⓇシステム導入の必要性
8.3.1　ハーネスケーブル屈曲試験の課題
8.3.2　ハーネスケーブル屈曲試験装置へのTension-FreeⓇシステム導入
8.4　フレキシブルデバイス材料耐久試験へのTension-FreeⓇシステム導入
8.5　耐久試験に求められる機能
8.6　おわりに

第3章　今後の展開を見据えたデバイス開発
1　有機導電性繊維を用いたテキスタイルデバイス
1.1　はじめに
1.2　テキスタイルデバイス
1.3　異方的機能を持つ配列ナノファイバー集合体
1.4　導電性高分子の繊維化とデバイス化
1.5　まとめ
2　パッチ式脳波センサのためのストレッチャブル配線
2.1　はじめに
2.2　ストレッチャブル配線
2.3　銀ナノワイヤ配線および脳波計測
2.4　まとめ
3　スクリーンオフセット印刷で作る漏血検出センサ
3.1　はじめに
3.2　布の上への電極の印刷―スクリーンオフセット印刷―
3.3　血液とそれ以外を見分ける方法―血液の誘電緩和―
3.4　まとめ
4　低温プラズマ焼結法
4.1　序:プリンテッド・エレクトロニクスにおける銅配線の重要性および問題点
4.2　酸素ポンプで発生させた極低酸素分圧による,酸化銅の還元
4.3　大気圧プラズマと低温プラズマ焼結(CPS)
4.4　CPSの応用
4.5　他の方法と比べたメリット・デメリット
4.6　まとめと今後の展望
5　ウェアラブルデバイス用起毛電極の作製法
5.1　はじめに
5.2　ウェアラブルデバイス用起毛電極とは
5.3　起毛電極の作製法
5.4　起毛電極の特徴と応用
5.5　おわりに
6　ストレッチャブルハイブリッドエレクトロニクス
6.1　SHEとは
6.2　シリコン薄化技術
6.3　MEMSハイブリッド化(極薄ストレインゲージ)
6.4　実装技術
6.5　各開発品

第4章　プリンテッドエレクトロニクスの国際標準化
1　設立経緯
2　日本の位置づけ
3　日本提案規格についての進捗状況
4　まとめ