米乐m6官方网站[理事长中钵良二]（以下简称“AIST”）柔性电子研究中心[研究中心主任蒲田敏秀]柔性材料基础设施团队首席研究员Junya Tsutsumi、研究中心首席研究员长谷川龙夫等人由AIST独立开发薄膜晶体管 (TFT)大幅提高阵列批量检测技术的测量灵敏度和检测面积，并应用该技术储能电容器的检查
该印刷方法可实现大面积印刷并节省能源，有望用作显示器和触摸面板等信息输入/输出设备的制造技术。然而，用于信息输入/输出设备的驱动电路具有数百万个排列成阵列的TFT和存储电容器（有源背板)在短时间内难以检测，这已成为实现高生产效率和高质量的主要问题。
这次，我们改进了AIST专有的器件评估技术（栅极调制成像技术），可以通过将TFT阵列的驱动状态转换为光学图像来进行批量检查，将检查时间从10多分钟减少到3分钟以内，并将检查面积从1mm见方大幅增加到3cm见方。这是像素密度 150ppi的背板，这相当于在3分钟内测试大约30,000个TFT元件。此外，还可以使用该技术测试存储电容器。这使得可以非破坏性地创建具有大量 TFT 和存储电容器的大面积器件。在线检查因此，可以使用印刷方法提高大面积器件的质量。
该技术的详细信息于2018年1月15日（当地时间）发表在《欧洲科学杂志》上有机电子
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| 用于提高使用印刷方法制造的器件质量的无损在线检测技术 |
随着信息社会的进步，电子技术正在渗透到日常生活的各个场景，信息输入输出设备的可用性需要进一步提高和多样化，制造技术也需要更简单和更低成本。实现这些目标的关键技术之一是使用节约资源和能源的印刷技术在轻质、柔性塑料薄膜上制造设备。印刷电子产品'' 技术和研究与开发目前在全球范围内从基础知识到产品开发的各个层面上取得进展。
特别是，开发利用全印刷制造大面积、高清显示器的技术是印刷电子领域的一个重要问题。然而，由于控制显示器每个像素的驱动电路（有源背板）通常由数百万个TFT和与像素数量相对应的存储电容器组成，因此采用印刷方法建立制造技术并不容易，这为整平性能留下了改进的空间。因此，液晶、有机EL元件等显示元件(前平面)需要对背板的运行进行高速、无损测试，但在短时间内测试大量的TFT和存储电容器是困难的，开发能够实现高生产效率和高质量的在线测试技术是一个紧迫的问题。
作为旨在印刷电子技术实际应用的研发工作的一部分，AIST一直在开发使用印刷方法制造有源背板的技术以及可以支持该技术的非破坏性高速器件评估技术。特别是用于背板上 TFT 阵列的高速批量检测栅极电压在 TFT 中通过乘法发生透光率/反射率的微小变化。 2014 年，可以在大约 10 分钟内可视化小型 5 x 5 TFT 阵列中的故障位置和性能分布。此次，我们改进了栅极调制成像技术，显着提高了测量灵敏度和检测面积，并将该技术应用于存储电容器的测试。
这项研发的一部分是日本学术振兴会科学研究补助金（A）和国家研究开发机构的研究项目“多晶薄膜器件的高空间分辨率载流子成像技术的开发”（研究项目编号：16H05976）的一部分。这项工作得到了研究开发主题下的研究项目“使用新型高性能聚合物半导体材料和印刷工艺开发基于 AM-TFT 的柔性显示器”的支持。日本科学技术振兴机构战略创新创造促进计划（S-Innove）的“基于有机材料的新型电子技术的开发”。
图1显示了新改进的栅极调制成像装置的轮廓。向 TFT 施加栅极电压，职业生涯当光累积（驱动TFT）时，半导体层的透光率和反射率仅发生轻微变化（约1/10,000）。该器件在对有源背板上的所有 TFT 施加栅极电压（TFT 驱动）和未施加栅极电压（TFT 停止）时拍摄光学图像，并使用图像计算来计算两者之间的差异，以获得微小变化的图像（栅极调制图像）。由于只有正常工作的 TFT 才会出现在栅极调制图像中，因此可以从图像中立即识别出故障的 TFT。
这次，门调制图像计算和信噪比我们开发了一种新型高速图像处理设备，可以以每秒约 1 GB 的数据处理速度同时执行光学图像捕获。这是高分辨率/高帧率CMOS 摄像头结合，门调制图像的分辨率和单位时间的积分次数显着提高，从11万像素、每秒15次提高到415万像素、每秒45次。由于图像的信噪比与积分次数的平方根成正比，因此测量灵敏度随着单位时间积分次数的增加而提高。此外，显着提高的分辨率大大增加了可一次性检查的区域。这次，通过将宽视场光学系统和高强度LED相结合，我们将一次可检查的面积从以前的1平方毫米增加到3平方厘米。这相当于像素密度为 150 ppi 的背板大约有 30,000 个 TFT 元件。
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| 图 1：栅极调制成像器件和可视化 TFT 驱动状态的机制概述 |
图 2 显示了栅极调制图像和噪声水平的积分时间依赖性。使用2014年开发的旧设备，需要10多分钟才能获得具有足够信噪比的门调制图像，但使用新开发的设备，可以在三分钟内获得具有类似信噪比的图像。
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| 图 2 (a) 栅极调制图像和 (b) 噪声水平的积分时间依赖性 |
使用新开发的栅极调制成像设备，我们检查了每个像素中排列有一个 TFT 和一个存储电容器的有源背板（像素密度 150 ppi，完全通过印刷制造）（图 3）。首先，通过将液晶显示元件（前板）附着到有源背板来进行显示测试（图3（a）和3（b））。粗略识别缺陷区域后，移除前平面并使用栅极调制成像设备进行测量。
图3(c)显示了在正常测量模式（TFT缺陷检测模式）下进行的测量结果，用于识别故障TFT。除去图形四个角阴影的面积为4厘米2区域范围内测量的结果（相当于15,000个TFT元件）。每个小红点是由于正常工作的 TFT 中光反射率的变化造成的，而色调没有变化的区域对应于故障的 TFT。栅极调制成像设备识别出的缺陷与显示器测试识别出的缺陷完全一致。这样，可以一次检查大范围内的大量TFT，并可以识别出故障的TFT。
此外，图3(d)示出了识别存储电容器绝缘缺陷的测量模式(电容器缺陷检测模式)的检查结果。在这种测量模式下，与绝缘不良的电容器放置在同一像素中的TFT会改变栅极调制图像，从而可以检测绝缘不良的位置（图中的红点）。新开发的设备可以同时检查大范围的区域，不仅可以检查故障的 TFT 元件，还可以检查绝缘不良的电容器。
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图3（a）全印刷制作的像素密度为150ppi的有源背板，（b）有源背板的等效电路图，（c）TFT缺陷检测模式下测量的有源背板的栅极调制图像和光学显微镜图像，（d）电容器缺陷检测模式下测量的栅极调制图像和光学显微镜图像
(c) 和(d) 中的黑色箭头表示有缺陷的位置。 (c) 四个角的阴影是由于测量设备的相机安装造成的。 |
使用门调制成像技术可以一次检查的区域由相机的分辨率决定。新开发的设备采用4,147,200像素的CMOS相机，当检测区域为3cm见方时，空间分辨率约为10μm。这与像素密度为 150 ppi 的有源背板 TFT 的尺寸相当。因此，如果检查区域超过 3 cm 见方，则分辨率不足，无法识别单个 TFT（图 4）。这样，新开发的栅极调制成像系统在150 ppi有源背板的情况下，可以在3分钟内检查最大3平方厘米面积内的大约30,000个TFT（和存储电容器）。
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| 图4 不同检测区域拍摄的同一位置的栅极调制图像 |
未来，我们将致力于实践研究，旨在将新开发的门调制成像技术的无损在线检测技术应用于针对电子纸等产品的印刷生产线。