　有機半導体は、軽量かつ柔軟で溶液プロセスによる大面積製造が可能なため、フレキシブルエレクトロニクスやストレッチャブルエレクトロニクスの基幹材料として期待が高まっている。一方、従来の伸縮できる有機光検出器（OPD）は、引き伸ばされると受光位置が対象物に対して相対的に動くことから、空間解像度が損なわれたり、取得した画像が不均一にゆがんだりする課題があった。また、ゆがみの補正には画素の位置ずれを推定する必要があり、これまでは外付けのひずみセンサーを追加して集積するしかなかった。

　開発したセンサーは、あらかじめ引き伸ばした伸縮性基板の上に厚さ数μmの極薄OPDを貼り付け、引き伸ばしを解除することでOPDにしわを寄せている。事前に伸縮性基板の表面に微細な凹凸パターンを形成し、その上にOPDを転写して、幅と高さを制御したしわを持つ構造とした。これにより、伸縮時の応力がデバイス全体に均一に分散し、機械的な耐久性が備わった。

フレキシブルマルチモーダルセンサーの構造図出所：東京大学

　また、短絡電流と開放電圧を計測することにより、光強度とひずみ量の推定が可能になった。光強度のみに依存する開放電圧は、素子の形状やひずみの影響を受けないが、短絡電流は光強度に加えて、実際に光が当たる有効受光面積にも比例する。デバイスを伸長するとしわ構造が平坦化して有効受光面積が増え、短絡電流が増加する。開発したセンサーは、光強度を1W/m²、ひずみを5％の分解能で同時に推定できた。

伸縮性OPDを用いた光とひずみのマルチモーダルセンシング出所：東京大学

　単一の素子で光量とひずみを同時に検知できる同センサーは、ひずみの情報を基に伸縮動作に伴う画像のゆがみを補正するため、より高精度な光センシングが可能になる。同センサーを2次元のアレイ状に配して応用することで、ストレッチャブルイメージセンサーや電子人工皮膚への展開が期待される。

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