R2R プリントで作る軽量ラウドスピーカーペーパーからのサラウンド再生

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(Surround Sound from Lightweight Roll-to-Roll Printed Loudspeaker Paper)

2021/1/26 ドイツ連邦共和国・ケムニッツ工科大学(TUChemnitz)

・ TU Chemnitz が、ロール・ツー・ロール(R2R)dで印刷作製できるペーパーラウドスピーカー、TPaper」を開発。
・ 同大学では、ページをめくると紙の内部に配置したスピーカーから音の出る、プリンテッド・エレクトロニクス搭載の大判絵本の「T-Book」を 2015 年に開発している。
・ 同 T-Book では、半自動式のシングルシート製造システムを利用。一般的な用紙やフォイルに電極として導電性の有機ポリマーの 2 層を印刷し、能動素子の圧電材料層をそれらの 2 層で挟むことで紙やフォイルが振動し、空気置換により大きくクリアな音が生み出される。
・ ただし、同製造プロセスで処理できるのはシングルシート毎のみでサイズも制限され、製造速度も遅く効率性に課題があったことから、2017 年 5 月よりコスト効果的な新しい大量製造方法の開発を試みてきた。
・ 今回、従来のシート毎の製造方法を R2R による連続大量製造方法に転換し、機能層のラミネーション等のインライン技術も同時に開発。圧電性ポリマー層のインライン偏光を初めて達成し、プリント作製した機能層のインラインプロセスの完全なモニタリングも可能となった。
・ 新プロセスにより、数 m のラウドスピーカーを巻き取り紙や環状(T-RING)で製造することも可能に。RING のプロトタイプは、56 個のラウドスピーカーを搭載した約 4m のトラックを接続して 7 個のセグメントを環状にしたもので、360°のサラウンドサウンドを提供。スピーカートラックの重さはプリントした電子回路を含み僅か 150gで、その 90%が両面カラーリングできる紙で構成される。
・ 例えば博物館や展示会、広告業界等に向けた低コストのインフォテイメントとしての活用が期待できる。また、公共施設の長い廊下等での放送の均質的な拡声にも利用できる。また、「インダストリー4.0」に向けたインライン計測システムの製造での応用も見込む。
・ 本研究は、ドイツ連邦教育科学研究技術省(BMBF)による科学研究の技術的・社会的ポテンシャルを評価するプログラムの「VIP+」ファンディングの一部として、137 万ユーロ(2017~2020 年)の資金により実施された。
URL: https://www.tu-chemnitz.de/tu/pressestelle/aktuell/10545/en

<NEDO海外技術情報より>

(関連情報)

Advanced Materials 掲載論文(フルテキスト)
Paper‐Embedded Roll‐to‐Roll Mass Printed Piezoelectric Transducers
URL: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202006437

Abstract

The trend to a world with ubiquitous electronics has the need for novel concepts for sensors and actuators that are lightweight, flexible, low‐cost, and also sustainable. Piezoelectric transducers on the basis of functional polymers can meet these expectations. In this work, a novel concept for paper‐embedded large‐area piezoelectric devices realized solely by means of roll‐to‐roll (R2R) mass printing and post printing technologies including inline poling are introduced. The device set‐up, as well as the process technology, offers the great opportunity for a cost‐efficient and environmentally friendly mass production of thin and flexible organic large‐area piezoelectric devices. As the functional layers are embedded into paper by the hot lamination of two poly(vinylidene fluoride‐co‐trifluoroethylene) P(VDF‐TrFE) layers, the printed electronics is protected and invisible. The paper gives insights to the R2R printing of a 500 m long web including R2R post printing processes and electrical and acoustic inline characterization. Fully R2R processed devices show a high remnant polarization of up to 78 mC m−2 and can be realized with high yield of >90%. Finally, a 360° surround‐sound installation realized with a 387 cm long paper web consisting of 56 piezoelectric speakers including wiring is presented.

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