東レは2021年11月17日、「PPS(Polyphenylene Sulfide)」フィルムを透明化したと発表した。PPSは5G対応スマートフォンの内蔵アンテナの基材に使われている「LCP(Liquid Crystal Polymer)」と同程度の誘電特性があることから、Sub6やミリ波用アンテナとしての用途を見込んでいる。このフィルム上に透明なアンテナ配線を施せば、外観を損ねない透明アンテナにできる。室内や車内に設置して、電波の直進性が高く障害物の陰に電波が届きにくい5Gのエリア化につなげる。この他、透明性が重視されるフレキシブルディスプレー用フレキシブル基板などでの活用を見込んでいる。

外観を損なわずに部屋や車にアンテナを設置する
[画像のクリックで拡大表示]
外観を損なわずに部屋や車にアンテナを設置する
開発したPPSの主な用途。フィルム上に配線を形成して、部屋や車にアンテナを設置する。配線には透明電極や通常の視認できる電極を用いたりする。(東レ)

 PPSは、ベンゼン環と硫黄(S)原子から成る合成樹脂。従来のPPSフィルムは黄色く透明度が低い。これはフィルム内部にある大きさ数100nmのボイド(孔)が光を散乱するためだ。このボイドは、縦方向と横方向にフィルムを伸ばす「2軸延伸」という製造工程で、フィルムを構成するPPS粒子と、PPS粒子同士の摩擦を軽減するための添加剤「滑剤粒子」とが引き離されることで発生する。

 そこで東レは、PPS粒子と滑剤粒子の両方を新規開発し、PET(Polyethylene Terephthalate)並みの透明度を達成した。具体的には、両粒子の接着を強め、かつPPS粒子に伸縮性を持たせることで、フィルムが延伸しても粒子同士の接着状態を保つようにした。滑剤には従来無機系を用いていたが、延伸に強い有機系に変えた。

透明度が劇的に改善
[画像のクリックで拡大表示]
透明度が劇的に改善
従来のPPSフィルム(左)と新開発の高透明PPSフィルム(右)の透明度の比較。黄色みが消えてクリアになった。(出所:東レ)
延伸してもボイドができない
[画像のクリックで拡大表示]
延伸してもボイドができない
新開発のPPSにボイドが発生しない理由。PPS粒子と滑剤粒子との間に「親和層」という接着層を設け、PPSに伸縮性を持たせたことで、ボイドができないようにした。(出所:東レ)

 これらの開発で、光の散乱度を表す「ヘイズ」が77%から2%以下に低減、光の透過率が71%から85%に向上した。「(透明アンテナとしての開発例がある)フッ素系樹脂よりも透明度が高い。具体的なコストは非公開だが、低コスト化のポテンシャルもある」(東レ)と、PPSの優位性を強調する。

 10GHzでの誘電特性は、比誘電率が3.1、誘電正接が0.002であり、従来のPPSやLCPと同程度である。透明アンテナの基材として使う際に、「配線を透明にするか、視認できる材料にするかは顧客次第」(東レ)だとする。アンテナの設置場所には、透明性を生かせる窓ガラス周辺や天井などを想定している。2022~2023年度の実用化を目指しており、「数年後に売上高20億円規模にしたい」(東レ)と意気込む。

LCP並みの誘電特性を持つ
[画像のクリックで拡大表示]
LCP並みの誘電特性を持つ
新開発のPPSと、その他のフィルムの誘電特性の比較。40GHzまでの幅広い周波数でLCPと同程度の誘電特性を示した。