他物質との違い デナトロンのベースとなる導電性ポリマー「PEDOT:PSS」と他物質を用途別で比較

デナトロンのキーマテリアルである、
導電性ポリマー「PEDOT:PSS」と他物質を用途別で比較しました。

透明電極用途

スマートフォン、タブレットなど、透明なタッチパネルは身近で一般的なものとなりました。最近では自動車のオーディオ操作に凹凸のない洗練されたタッチスイッチが搭載されるなど、「触れるだけ」のデバイスは増えてきています。
タッチパネルやタッチスイッチは人の指が触れたら感知するセンサー電極が張り巡らされています(パターニング)。
画面の内容を美しく表示するために、センサー電極は目に見えない程度の透明導電体である必要があり、その材料として使用される物質をご紹介します。

  ITOスパッタ膜
(酸化インジウムスズ)
銀ナノワイヤ膜 銀メッシュ PEDOT:PSS膜
導電性
透明性 /黄色 /銀色 /青色
ヘイズ
耐久性
フレキシビリティ
(柔軟性)
×
平滑性 ×
工程 スパッタ コーティング or 印刷 スパッタ or 印刷 コーティング or 印刷
焼成温度 高温(焼成) 高温 or 加圧 高温 低温(乾燥・硬化)
パターニング フォトリソ 印刷 or フォトリソ フォトリソ 印刷 or フォトリソ
生産性
大面積・形状変化
資源の安定性
基材選択性
  ITOスパッタ膜
(酸化インジウムスズ)
銀ナノワイヤ膜 銀メッシュ PEDOT:PSS膜

◎:特に優れている ○:優れている △:あまり良くない ×:悪い

(→) がついている項目は配合技術で調整可能

【ITO】
高い透明性を持ち、耐久性に優れ、スマートフォンなどのタッチパネルに広く採用されています。導電膜作成には専用のスパッタ装置が必要となり、製造コストは高くなります。また、曲げるとクラックが入るため、曲面には使用できません。
ITOは希少金属であるインジウムが含まれるため、将来の原料供給に不安があり、代替材料開発が進んでいます。
【銀ナノワイヤ】
導電性が良く、屈曲性もあるため平面以外に使用可能で用途が広がってきています。
分散しているワイヤ同士を密着させるため、高温処理や加圧が必要となります。
ワイヤ末端が尖っているため、重ねる膜が薄い場合は、膜を傷つける恐れがあります。
【銀メッシュ】
導電性が非常に良く、耐久性も高い素材です。
メッシュ部分の高さが出てしまうため、平坦性は他に劣ります。
【PEDOT:PSS】
平滑性、ヘイズに優れ、柔軟性があり、印刷での導電膜作成が容易です。溶剤を揮発させるだけで所望の導電性が得られるため、耐熱温度が70℃程度のフィルムにも適応できます。水系材料で生体適合性があるため、人や環境に優しい材料です。

帯電防止用途

TV、スマートフォンなどの表示デバイスや電子機器の製造現場では静電気は大敵。静電気によって製品が故障してしまったり、ホコリが付着したりと良いことがありません。
静電気は異なる物質同士を摩擦、剥離することで表面に電荷の偏り(帯電)が起こり、その電荷が一気に放電されることでおきます。
そこで、物質の表面に電気が通りやすい膜を作り、帯電しにくい状態にし、静電気の発生をおさえます。
帯電防止用途の代表的な物質を表にまとめました。

  界面活性剤 ポリピロール
ポリアニリン
PEDOT:PSS
(ポリチオフェン)
導電性
透明性
耐久性 ×→
接触面の汚染 やや多い 少ない 非常に少ない
低湿度安定性 × イオン伝導  電子伝導  電子伝導
工程 コーティング
練り込み
コーティング
練り込み
コーティング
必要量 多い 多い 少ない
部材コスト 非常に安い 安い やや高い
取り扱い 水系 or 溶剤系 溶剤系 水系
基材選択性
  界面活性剤 ポリピロール
ポリアニリン
PEDOT:PSS
(ポリチオフェン)

◎:特に優れている ○:優れている △:あまり良くない ×:悪い

(→) がついている項目は配合技術で調整可能

【界面活性剤】
安価で非常に広く使用されています。しかし、周辺の水分(湿気)を基材表面に取り込み、水が電気を逃がすイオン伝導となっているため、湿度が低いクリーンルームなどでは、十分に性能が発揮できないことがあります。
【ポリピロール、ポリアニリン】
それぞれが導電性ポリマーの一種で、そのものが導電性を持つため、低湿度の環境でも安定した性能が発揮できることが特長です。
短所として色が見えやすいことと、耐久性が悪いことがあげられます。
【PEDOT:PSS】
ポリチオフェン系導電性ポリマーであり、導電性、透明性に優れます。低湿度の環境でも安定した性能が発揮できることが特長です。
PEDOT:PSSのコストは他と比べると割高ですが、必要量は少なく、0.03μm程度の膜で十分な性能を発揮します。