研 究 紹 介

丸文学術賞 受賞者

横田 知之

丸文学術賞受賞者

ル有機イメージセンサのシステム全体が高東京大学 工学系研究科総合研究機構 准教授

いフレキシブル性を有している【4】。

図3 フレキシブル有機イメージセンサのデバイス写真開発したフレキシブル有機イメージセン

生体に密着した撮像素子など
超柔軟有機半導体センサシステムの開拓
超柔軟有機センサが切り開く次世代のウェアラブルセンサ

サの特徴として、光学系を用いずに、皮膚に直接イメージセンサを接触させるだけで、指紋を撮像することができる点がある。実際に、有機イメージセンサを用いて指紋を撮像した結果を図4に示す。撮像した指紋の画像は、隆線の数、分岐点、端点といった特徴点のみならず、汗腺の位置まで検研究の背景

生体間の高い密着性を実現することが非機エレクトロニクスの作製と高性能化の両出できており、生体認証を行ううえで重要常に重要である。

立を実現した【2】。図１に作製した有機発光な指紋情報が撮像できている。光学系をウィズコロナ／アフターコロナの社会やデバイスを示す。作製したデバイスは、封止用いずに高精細な指紋像を撮像できるた

高齢化社会では、日常生活における健康膜を含めて総厚さが3 µmであるため、皮膚め、システム全体を容易に小型化かつフレに非常によく密着していることがわかる。作

キシブル化することが可能である。
さらに、

我々は、フレキシブルなセンサの基板を製した有機発光素子は、外部量子効率

フレキシブル有機イメージセンサと光学レ状態のモニタリングへの重要性が増しており、ウェアラブルデバイスのような新技術を研究 の成 果用いることによる生体情報や健康状態の皮膚の1/10以下の厚さまで薄膜化するこ

10％以上、100％以上の伸縮性、１週間ンズを組みあわせることで、静脈を撮像すモニタリングへの期待が高まっている。従とで、皮膚の表面形状に追従し、かつ密着以上の動作確認という、高い性能と環境ることに成功した。図5にフレキシブル有機来のウェアラブルエレクトロニクスでは、脈するデバイスを実現することに成功した【1】。

安定性を有していた。
また、作製した赤と緑イメージセンサを用いて、指の静脈像を撮拍や活動量などを計測できるデバイスが報

この技術を用いることで、総厚さが3 µm以の有機発光素子と有機受光素子を集積像した結果を示す。静脈を撮像するため告されているものの、体温や血圧、血中酸下の皮膚に貼り付け可能な有機発光素子化することで、フレキシブル有機血中酸素に、指の上部から近赤外のLEDを用いて素濃度といったバイタルサインを正確かつ【2, 3】、厚さが15 µmのフレキシブル有機イ濃度計を実現した（図2）。作製したデバイ光を照射し、指を透過した光をレンズで集連続的にモニタリングできるデバイスは報メージセンサ【4】を開発することに成功した。

スは非常にフレキシブルであるために、指に光することで、静脈の撮像を行った。今回告されていなかった。新型コロナウイルスを以下に、それぞれの成果についてより詳しく巻きつけることが可能であり、光電式容積撮像した静脈像は、静脈認証を行う上ではじめとする感染症は、感染拡大の可能性述べる。

脈波から血中酸素濃度を推定することに一般的に用いられる、静脈の分岐点や分成功した。
さらに、動物実験を行っている共岐角度、本数などの特徴的な情報が明確

同研究者と共にこの極薄有機発光素子をに取得できている。

があるため、医師が直接患者を診断することが困難である。
また、患者の容態が急変

1. 極薄基板上の有機光素子用いることで、MRIの中で動物の神経に光することが報告されており、バイタルサイン

極薄の基板は、熱による影響を大きく受を連続的かつ正確に計測することが患者けるために、従来の高特性なデバイス作製の症状悪化の早期発見に有用であると考に用いられてきた高エネルギープロセスをえられている。バイタルサインなどの生体信用いることができないという課題があった。

号は非常に小さく、人間の動きによる影響

我々は、薄型基板上に熱膨張係数の低い我々の開発したフレキシブル有機イメーならず、脈拍などの動的な生体情報を同を受けることで信号の質が悪化してしまい、高分子膜の成膜を行うことで、薄膜基板へジセンサのデバイス写真を図3に示す。フ

時に計測することができるといった特徴も正確に計測できない。
そのため、バイタルサのプロセスダメージを低減する技術を開発

レキシブル有機イメージセンサは、近赤外有している。

インを正確に計測するためには、センサとすることで、超薄型フィルム基板上への有図1 極薄基板上に作製した有機発光素子

図2 フレキシブル血中酸素濃度計刺激を行うことにも成功した【3】。

図4 フレキシブル有機イメージセンサで撮像した指紋

図5 フレキシブル有機イメージセンサで撮像した静脈

さらに、今回開発したフレキシブル有機イメージセンサの特徴の1つとして高速撮像があげられる。そのため、指紋や静脈と2．フレキシブル有機イメージセンサいった静的な生体情報を撮像できるのみ
謝辞
本研究は多くの方々のご支援・ご協力の大阪大学の関谷毅教授をはじめ、全ての研光に高感度を有する有機受光素子と低温もとに行われました。学生時代からご指導を究室メンバー、国内外の共同研究者の先生

ポリシリコン（LTPS）薄膜トランジスタを集いただいている東京大学の染谷隆夫教授、方・企業の皆様に深く御礼申し上げます。

積化している。
フレキシブル有機イメージセ

将 来の展望ンサは、508 dpiという高解像度と、41我々の開発した極薄基板上の有機光fpsという高速撮像を同時に実現していデバイスやフレキシブル有機イメージセンサる。
フレキシブル有機イメージセンサに光がは、軽量かつ薄型で、曲げることができる。

照射されると、有機半導体層が光を吸収そのため、ウェアラブル医療機器に容易にすることで、光電変換により光電流が発生組み込むことができる。ウェアラブル医療し、電荷が各セルのセンサ素子のキャパシ機器にイメージセンサを組み込みことがでタに蓄積される。この蓄積された電荷量をきれば、ユーザの生体認証を行いながら、信号として読み出すことで、イメージングを同時に健康状態を測定することが可能と行うことができる。この読み出し・信号処理なるため、近い将来、セルフケアにおけるなを行う回路部分は、フレキシブルケーブル

りすましの防止や病院における患者の取り上に実装を行っているために、
フレキシブ

違え防止が可能になると期待される。

References（参考文献）【1】Martin Kaltenbrunner, Tsuyoshi Sekitani, Jonathan Reeder, Tomoyuki Yokota, Kazunori Kuribara,
Takeyoshi Tokuhara, Michael Drack, Reinhard Schwödiauer, Ingrid Graz, Simona Bauer-Gogonea,
Siegfried Bauer, Takao Someya, Nature, 499, 458‒463（2013）.
【2】Tomoyuki Yokota, Peter Zalar, Martin Kaltenbrunner, Hiroaki Jinno, Naoji Matsuhisa, Hiroki
Kitanosako, Yutaro Tachibana, Wakako Yukita, Mari Koizumi, and Takao Someya, ScienceAdvances, 2, e1501856（2016）.
【3】Dongmin Kim, Tomoyuki Yokota, Toshiki Suzuki, Sunghoon Lee, Taeseong Woo, Wakako Yukita,Mari Koizumi, Yutaro Tachibana, Hiromu Yawo, Hiroshi Onodera, Masaki Sekino, Takao Someya,
Proceedings of the National Academy of Sciences, 117, 21138‒21146（2020）.
【4】Tomoyuki Yokota, Takashi Nakamura, Hirofumi Kato, Marina Mochizuki, Masahiro Tada, Makoto
Uchida, Sunghoon Lee, Mari Koizumi, Wakako Yukita, Akio Takimoto, Takao Someya, Nature
Electronics, 3, 113‒121（2020）.