imecは、フラットパネルディスプレイ(FPD)加工技術と互換性のある圧電マイクロマシン(MEMS)超音波トランスデューサ(piezoelectric Micromachined Ultrasound Transducer:pMUT)アレイを10月10～13日にかけてイタリアで開催された「2022 IEEE International Ultrasonics Symposium」で発表した。

同アレイでは、空中ハプティクス(超音波による触覚)や指向性サウンドを実現するための圧力レベルである1kPa以上の空中の音圧を200～400kHzの範囲の共振周波数で実証できたという。

  • 直径500μmのアニュラリングで構成された大面積圧電マイクロマシン超音波トランスデューサ

    直径500μmのアニュラリングで構成された大面積圧電マイクロマシン超音波トランスデューサ(左)と部分的な拡大写真(右) (出所:imec)

従来のシリコンウェハを用いたプロセスからFPD互換プロセスへの移行により、pMUTテクノロジは、振動ハプティクス、飛行時間センシング、ジェスチャー認識などの将来の空中アプリケーションを、超音波技術を使用して、スマートシステムに触覚フィードバックとして装備し、ユーザーに触覚を与えることができるようになるため、imecではスマートフォンや車のダッシュボードなどの新しいフォームファクタに統合することができるようになり、タッチレスのインタラクティブな画面を作成したり、ゲームに活用したりすることができるようになると説明している。

  • 圧電マイクロマシン超音波トランスデューサにおける印加電圧と焦点圧力の関係

    圧電マイクロマシン超音波トランスデューサにおける印加電圧と焦点圧力の関係 (出所:imec)

空中ハプティクスの場合、超音波が局所的な圧力場を生成し、ユーザーはモノに触れなくても軽い感覚を「感じる」ことができる。このような用途では、低い超音波周波数での高電圧印加が必要であるが、現在のソリューションでは、ユーザーとの正確な相互作用を妨げる比較的高い周波数を生成する大型の標準的な圧電素子が含まれていたり、小さなシリコンベースの微細加工されたトランスデューサアレイでは、触覚フィードバックは小さな領域でかつ近距離でのみ可能といった課題があったという。今回、発表されたpMUT技術は、本質的にディスプレイ製造技術との互換性が高く、大面積アプリケーションでの活用の道が開かれたとimecは主張している。

なお、imecのセンサおよびアクチュエータ担当フェローのXavier Rottenberg氏は、「imecのpMUT技術を大型パネルやディスプレイに統合する可能性を確認できた。私たちは体内イメージング用の超音波トランスデューサから開発を始めて、現在はハプティクスなどの空中アプリケーションに移行してきた。今後さらに超音波技術の用途を広げていく」と述べている。