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JP7112476B2 - ポリイミド形成用組成物を用いた透明ポリイミド樹脂フィルム - Google Patents

ポリイミド形成用組成物を用いた透明ポリイミド樹脂フィルム Download PDF

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Description

本発明は、フレキシブル表示装置に適用可能な、ポリイミド形成用組成物を用いて製造される透明ポリイミド樹脂フィルムに関する。
ポリイミド(Polyimide、PI)樹脂は、不溶不融の超高耐熱性樹脂であって、電気的、化学的、熱的、及び機械的物性に優れているという長所を有するため、自動車材料、航空・宇宙船材料などのような耐熱性の先端材料、並びに絶縁コーティング剤、絶縁膜、半導体、LCD電極保護膜などのような電子材料として広く使用されている。
このようなポリイミド樹脂の合成方法としては、一般に、ジアンヒドリドとジアミンとを有機溶媒中で重合させてポリアミック酸(Polyamic acid)溶液を製造した後、これを熱処理で硬化させてフィルムとして製造する方法、または、化学的にイミド化(Imidazation)を行った後、浸漬、洗浄、再溶解などの過程を経てフィルムとして製造する方法が行われている。
まず、ポリアミック酸溶液を熱処理で硬化させてポリイミド樹脂フィルムを製造する方法は、250~400℃の高温で数時間加熱する過程を含む。その過程で樹脂の着色が生じるため、可視光域での透過度及び黄色度が低下してしまい、透明性が要求される光学材料として使用することが困難である。一方、低温で加熱する場合、ポリイミド樹脂フィルムの製造に要する時間が長くなると共にポリアミック酸の低分子量化が生じるため、製造されるポリイミド樹脂フィルムの強度が低下するという問題点がある。
また、ポリアミック酸溶液を化学的にイミド化してポリイミド樹脂フィルムを製造する方法は、ポリアミック酸溶液にキシレンやトルエンなどを加え、ディーン・スターク方法(Dean Stark Method)でイミド化する過程、または、ポリアミック酸溶液にピリジンなどの触媒と、無水酢酸などの脱水剤を加え、低温でイミド化する過程を含む。しかし、前記化学的にイミド化する方法では、別のディーン・スターク装置を設ける必要があり、または、イミド化後に浸漬、洗浄、乾燥、再溶解などの過程を経る必要があるため、工程が複雑で、廃水が多量に発生するという問題点がある。
従って、比較的簡単な工程によって、高透明性を示し、かつ熱的特性及び機械的特性に優れた、透明ポリイミド樹脂フィルムを製造するためのポリアミック酸溶液の開発が求められている。
本発明は、特定の構造を有するジアンヒドリド単量体とジアミン単量体とを採用し、これらの含有量を特定範囲に調節すると共に特定範囲内の沸点を有する触媒を使用して一定温度で硬化することで、低いYI(Yellow Index)及び高い光透過度を実現し、機械的特性を調節することができる、透明ポリイミドフィルムを製造することを目的としている。
また、本発明は、LCD及びOLEDのフレキシブル表示装置用プラスチック透明基板、TFT基板、フレキシブル印刷回路基板、フレキシブルOLED面照明基板、電子ペーパー用基板材料などに適用可能な透明ポリイミドフィルムを提供することを目的としている。
上述の目的を達成するため、本発明は、(a)下記化学式(1)で示されるジアミンと、下記化学式(2)で示されるジアミン、下記化学式(2A)で示されるジアミン、及び2,2’-ジメチルビフェニル-4,4’-ジアミンからなる群より選ばれる1種以上のジアミンと、を含むジアミン混合物;(b)下記化学式(3)で示されるジアンヒドリドと、下記化学式(4)で示されるジアンヒドリドとを含むジアンヒドリド混合物;(c)2-メチルピペラジン、4-tert-ブチルピリジン、及び2,3,5-コリジンからなる群から選択される1種以上である塩基性触媒;及び(d)有機溶媒;を含み、脱水剤を除いたポリイミド形成用組成物をイミド化して製造され、以下の(i)~(v)の物性条件を満たす、透明ポリイミド樹脂フィルムを提供する。
膜厚さ10μm以下において、
(i)波長550nmでの光透過度が88%以上であり、
(ii)ASTM E313の規格による黄色度が5.0以下であり、
(iii)ヘーズが1.0以下であり、
(iv)弾性率が3~6GPaの範囲であり、
(v)引張強度が120~200MPaの範囲である。
Figure 0007112476000001
(前記化学式(1)中、
Aは、単結合、-C(=O)-、及び-C(=O)NH-、並びにハロゲン、又はハロゲン原子で置換されたC ~C のアルキル基で置換された~C20のアリーレン基からなる群から選択され、
及びXは、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、水素、ハロゲン、C~Cのアルキル基、及び1つ以上の水素がハロゲン原子で置換されたC~Cのアルキル基からなる群から選択され、
但し、Aが単結合である場合、X及びXのうちの少なくとも1つ以上は、ハロゲン、またはハロゲン原子で置換されたC~Cのアルキル基であり
は、0~2の整数である。)
Figure 0007112476000002
(前記化学式(2)中、
、C ~Cのアルキレン基、1つ以上の水素がハロゲン原子で置換されたC~Cのアルキレン基、-O-、-S-、-S(=O)-、-C(=O)NH-、及び ~C のアルキル基で置換または非置換された~C20のアリーレン基からなる群から選択され、
及びXは、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、水素、ハロゲン、C~Cのアルキル基、及び1つ以上の水素がハロゲン原子で置換されたC~Cのアルキル基からなる群から選択される。)
Figure 0007112476000003
(前記化学式(2A)中、
は、単結合、C ~C のアルキレン基、1つ以上の水素がハロゲン原子で置換されたC ~C のアルキレン基、及びC ~C のアルキル基で置換または非置換されたC ~C 20 のアリーレン基からなる群から選択され、
及びX は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、水素、ハロゲン、C ~C のアルキル基、及び1つ以上の水素がハロゲン原子で置換されたC ~C のアルキル基からなる群から選択される。)
Figure 0007112476000004
(前記化学式(3)中、
Cは、4価のC~C20の芳香族環基、及び4価のC~C20の脂肪族環基からなる群から選択され、
前記4価のC~C20の芳香族環基は、C~Cのアルキル基で置換されることがあり、
前記Cは、複数個の環であることができ、複数個の環は、互いに同一または異なり、複数個の環同士が、-C(=O)NH-、及び-C(=O)-O-からなる群から選択される1種以上の連結基を介して連結されている。)
Figure 0007112476000005
(前記化学式(4)中、
Dは、C~Cのアルキレン基、1つ以上の水素がハロゲン原子で置換されたC~Cのアルキレン基、-O-、-S-、-C(=O)-、及び-S(=O)-からなる群から選択され、
及びXは、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、水素、ハロゲン、C~Cのアルキル基、及び1つ以上の水素がハロゲン原子で置換されたC~Cのアルキル基からなる群から選択され、
nは、1~3の整数である。)
さらに、本発明は、前記透明ポリイミド樹脂フィルムを含む透明基板を提供する。
本発明によれば、特定の構造を有するジアミン単量体とジアンヒドリド単量体とを採用し、これらの含有量を特定範囲に調節すると共に特定範囲内の沸点を有する触媒を使用することにより、優れた光学特性、機械的特性、熱的特性などを同時に有する透明ポリイミド樹脂フィルムを提供することができる。
また、本発明によれば、優れた光学特性、機械的特性、熱的特性などを有する前記透明ポリイミド樹脂フィルムを基板に適用することにより、優れた物性と製品信頼性を発揮するフレキシブル表示装置用透明基板を提供することができる。
以下、本発明を詳述する。但し、後述の例は、例示に過ぎず、本発明は、これらの例によって制限されるものではなく、本発明の範疇は、後述の特許請求の範囲によって示される。
透明ポリイミド樹脂フィルム
本発明に係る透明ポリイミド樹脂フィルムは、高透明性と共に優れた光学特性を保持しながら機械的特性及び熱的特性の改善されたものであり、(a)下記化学式(1)で示されるジアミンと、下記化学式(2)で示されるジアミン、下記化学式(2A)で示されるジアミン、及び2,2’-ジメチルビフェニル-4,4’-ジアミンからなる群より選ばれる1種以上のジアミンと、を含むジアミン混合物;(b)下記化学式(3)で示されるジアンヒドリドと、下記化学式(4)で示されるジアンヒドリドとを含むジアンヒドリド混合物;(c)2-メチルピペラジン、4-tert-ブチルピリジン、及び2,3,5-コリジンからなる群から選択される1種以上である塩基性触媒;及び(d)有機溶媒;を含み、脱水剤を除いたポリイミド形成用組成物をイミド化して製造され、以下の(i)~(v)の物性条件を満たす。
膜厚さ10μm以下において、
(i)波長550nmでの光透過度が88%以上であり、
(ii)ASTM E313の規格による黄色度が5.0以下であり、
(iii)ヘーズが1.0以下であり、
(iv)弾性率が3~6GPaの範囲であり、
(v)引張強度が120~200MPaの範囲である。
(a)ジアミン混合物
前記ポリイミド形成用組成物は、ジアミン成分として、下記化学式(1)で示され
るジアミンと、下記化学式(2)で示されるジアミンとを含む。
Figure 0007112476000006
(前記化学式(1)中、
Aは、単結合、-C(=O)-、及び-C(=O)NH-、並びにハロゲン、又はハロゲン原子で置換されたC ~C のアルキル基で置換された~C20のアリーレン基からなる群から選択され、
及びXは、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、水素、ハロゲン、C~Cのアルキル基、及び1つ以上の水素がハロゲン原子で置換されたC~Cのアルキル基からなる群から選択され、
但し、Aが単結合である場合、X及びXのうちの少なくとも1つ以上は、ハロゲン、またはハロゲン原子で置換されたC~Cのアルキル基であり
は、0~2の整数である。)
Figure 0007112476000007
(前記化学式(2)中、
、C ~Cのアルキレン基、1つ以上の水素がハロゲン原子で置換されたC~Cのアルキレン基、-O-、-S-、-S(=O)-、-C(=O)NH-、及び ~C のアルキル基で置換または非置換された~C20のアリーレン基からなる群から選択され、
及びXは、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、水素、ハロゲン、C~Cのアルキル基、及び1つ以上の水素がハロゲン原子で置換されたC~Cのアルキル基からなる群から選択される。)
Figure 0007112476000008
(前記化学式(2A)中、
は、単結合、C ~C のアルキレン基、1つ以上の水素がハロゲン原子で置換されたC ~C のアルキレン基、及びC ~C のアルキル基で置換または非置換されたC ~C 20 のアリーレン基からなる群から選択され、
及びX は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、水素、ハロゲン、C ~C のアルキル基、及び1つ以上の水素がハロゲン原子で置換されたC ~C のアルキル基からなる群から選択される。)
本発明の好適な一例によれば、前記X及びXは、当業界で周知の電子吸引性基(Electron Withdrawing Group、EWG)であることができ、それぞれ独立に、フッ素(F)またはCFであることが好ましい。
また、前記Aは、当業界で周知のC~C20のアリーレン基であることができ、その具体例としては、フェニレン、ビフェニレン、トリフェニレンなどが挙げられる。特に、前記Aは、次の化学式(5)で示される置換体群から選択されるものであることが好ましい。
Figure 0007112476000009
前記化学式(5)中、*は、前記化学式(1)における連結部位である。また、R~Rは、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、F、及びCFからなる群から選択される。
上述の化学式(1)において、フッ素(F)やCFなどの電子吸引性基(EWG)を少なくとも1つ以上導入することにより、分子鎖間及び分子鎖内電荷移動錯体(Change Transfer Complex、CTC)の形成を制御することで、ポリイミド樹脂の透明度を向上することができる。
本発明において、前記化学式(1)で示されるジアミンとしては、2,2’-ビス(トリフルオロメチル)ビフェニル-4,4’-ジアミン(TFDB)、4-アミノ-N-(4-アミノフェニル)ベンズアミン、ビス(4-アミノフェニル)メタノンなどに由来する構造のうちから選択することができるが、これらに制限されない。但し、フッ素化ビフェニル構造を含有するジアミンは、ジアンヒドリドとの反応性を調節しながら、高いガラス転移温度及び低い熱膨張性を実現することで、熱的特性を改善することができる。例えば、TFDBを使用する場合は、ポリイミド樹脂の透過度及びガラス転移温度を高くすると共に熱膨張係数を低くすることができる。
このような前記化学式(1)で示されるジアミンの含有量は、特に限定されないが、ジアミン混合物100モル%に対して、50~99.9モル%であることができ、好ましくは、70~99モル%である。化学式(1)で示されるジアミンを上述の範囲内で含む場合、単量体中の置換基間電荷移動効果によって、光学特性がより向上することができる。
本発明において、前記化学式(2)又は前記化学式(2A)で示されるジアミンとしては、4,4’-オキシジベンゼンアミン(4,4’-ODA)、3,4-オキシジベンゼンアミン(3,4’-ODA)、3,3’-オキシジベンゼンアミン(3,3’-ODA)、4,4’-オキシ(3-(トリフルオロメチル)ベンゼンアミン)(FODA)、4,4’-(1,4-フェニレンビス(オキシ))ビス(3-(トリフルオロメチル)ベンゼンアミン)(FAPB)、4,4’-(パーフルオロプロパン-2,2’-ジイル)ジベンゼンアミン、4,4’-(2,2’-(1,4-フェニレン)ビス(1,1,1,3,3,3-ヘキサフルオロプロパン-2,2-ジイル)ジベンゼンアミン、4,4’-スルホニルジベンゼンアミン(4,4’-DDS)、4,4’-(4,4’-(パーフルオロプロパン-2,2-ジイル)ビス(4,1-フェニレン))ビス(オキシ)ジベンゼンアミン、4,4’-(4,4’-スルホニルビス(4,1-フェニレン)ビス(オキシ))ジベンゼンアミン、4,4’-(1,4-フェニレンビス(オキシ))ジベンゼンアミン、4,4’-(4,4’-(プロパン-2,2-ジイル)ビス(4,1-フェニレン))ビス(オキシ)ジベンゼンアミンなどに由来する構造のうちから選択することができるが、これらに制限されない。このような化学式(2)で示されるジアミンは、フェニル、ビフェニル、スルホン基(SO)、シラン基などを含む単量体であることができる。なお、4,4’-ODA、FODA、FAPB、DABA(4,4'-Diaminobenzanilide)、4,4’-DDS、または4,4’-(パーフルオロプロパン-2,2’-ジイル)ジベンゼンアミンを使用する場合は、ポリイミド樹脂の熱的特性が低下することなく、光学特性をより向上することができる。
前記化学式(2)で示されるジアミン、前記化学式(2A)で示されるジアミン、及び2,2’-ジメチルビフェニル-4,4’-ジアミン(m-Tolidine)合計含有量は、特に限定されないが、ジアミン混合物100モル%に対して、0.01~50モル%であることができ、好ましくは、0.1~30モル%である。前記化学式(2)で示されるジアミン、前記化学式(2A)で示されるジアミン、及び2,2’-ジメチルビフェニル-4,4’-ジアミン(m-Tolidine)からなる群より選ばれる1種以上のジアミンを上述の範囲内で含む場合、光学特性(光透過度及び黄色度)がより向上することができる。
本発明に係る(a)ジアミンは、ポリイミド樹脂の高透明性及び低黄色度を考慮して、前記化学式(1)で示されるジアミンとして、TFDBを使用すると共に、前記化学式(2)で示されるジアミン、前記化学式(2A)で示されるジアミン、及び2,2’-ジメチルビフェニル-4,4’-ジアミン(m-Tolidine)からなる群より選ばれる1種以上のジアミンとして、m-Tolidine、4,4’-ODA、FODA、FAPB、DABA、4,4’-DDS、または4,4’-(パーフルオロプロパン-2,2’-ジイル)ジベンゼンアミンを混合して使用することが好ましい。
(b)ジアンヒドリド混合物
本発明に係るポリイミド形成用組成物は、ジアンヒドリド成分として、下記化学式(3)で示されるジアンヒドリドと、下記化学式(4)で示されるジアンヒドリドとを含む。
Figure 0007112476000010
(前記化学式(3)中、
Cは、4価のC~C20の芳香族環基、及び4価のC~C20の脂肪族環基からなる群から選択され、
前記4価のC~C20の芳香族環基は、C~Cのアルキル基で置換されることがあり、
前記Cは、複数個の環であることができ、複数個の環は、互いに同一または異なり、複数個の環同士が、-C(=O)NH-、及び-C(=O)-O-からなる群から選択される1種以上の連結基を介して連結されている。)
Figure 0007112476000011
(前記化学式(4)中、
Dは、C~Cのアルキレン基、1つ以上の水素がハロゲン原子で置換されたC~Cのアルキレン基、-O-、-S-、-C(=O)-、及び-S(=O)-からなる群から選択され、
及びXは、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、水素、ハロゲン、C~Cのアルキル基、及び1つ以上の水素がハロゲン原子で置換されたC~Cのアルキル基からなる群から選択され、
nは、1~3の整数である。)
本発明の好適な一例によれば、前記Cは、当業界で周知の4価の炭化水素環基であり、前記炭化水素環基としては、例えば、C~C20の芳香族環基、またはC~C40の脂肪族環基などが挙げられる。前記Cは、4価の6員芳香族環基、または4価の6員脂環式環基であることが好ましい。なお、Cが4価の6員芳香族環基である場合、化学式(3)で示されるジアンヒドリドは、ジアミン構造を含有する芳香族ジアンヒドリドであり、Cが4価の6員脂肪族環基である場合、化学式(3)で示されるジアンヒドリドは、ジアミン構造を含有する非芳香族ジアンヒドリドであることができる。
前記Cは、複数個の環であることができ、複数個の環は、互いに同一または異なり、複数個の環同士が、-C(=O)-、-C(=O)NH-、-C(=O)-O-、及び-S(=O)-からなる群から選択される1種以上の連結基を介して連結されている。
例えば、前記Cが4価の6員芳香族環基である場合は、当業界で周知の1つ以上のC~C40のアリーレン基、スルホン基、またはアリーレン基とスルホン基とが連結された形態であることができる。その具体例としては、フェニレン、ビフェニレン、トリフェニレン、スルホニルジフェニレンなどが挙げられる。特に、前記Cは、次の化学式(6)で示される置換体群から選択されるものであることが好ましい。
Figure 0007112476000012
前記化学式(6)中、*は、前記化学式(3)における連結部位であり、R~Rは、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、水素、またはC~Cのアルキル基である。好ましくは、それぞれ独立に、水素、またはメチル基であることができる。
前記化学式(3)で示されるジアンヒドリドは、ジアンヒドリドの間にリジッドな構造を有するアリーレン基及び/又はスルホン基が導入されることにより、熱や光による分解が生じることなく外部衝撃に対して安定しているため、これを用いて製造されるポリイミド樹脂の光学特性、熱的特性、機械的特性などが有意に改善される。また、化学式(3)で示される化合物は、ジアンヒドリドの間にアミド基(-C(=O)-NH-)が導入されることにより、他のジアンヒドリド単量体中の酸素原子と反応して水素結合を形成し、高分子の主鎖に一定の結合力が発生することで、ポリイミド樹脂の機械的特性及び耐熱特性が有意に改善される。
また、前記Cが4価の6員脂肪族環基である場合、化合物の構造中にπ電子が存在しないため、電荷移動錯体(CTC)の形成を制御することで、ポリイミド樹脂の高透過度及び低黄色度の実現に大きな役割を果たすようになる。
前記化学式(3)で示されるジアンヒドリドとしては、1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物(CBDA)、1,2,4,5-シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物(CHDA)、1,2,3,4-シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物(CPBA)、ビシクロ[2.2.1]ヘプタン-2,3,5,6-テトラカルボン酸二無水物、ビシクロ[2.2.2]オクト-7-エン-2,3,5,6-テトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(S-BPDA)、2,3,3’,4’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(a-BPDA)、ピロメリット酸二無水物(PMDA)、N,N’-(4,4’-スルホニルビス(4,1-フェニレン))ビス(1,3-ジオキソ-オクタヒドロイソベンゾフラン-5-カルボキサミド)などに由来する構造のうちから選択することができるが、これらに制限されない。
このような化学式(3)で示されるジアンヒドリドの含有量は、特に限定されないが、ジアンヒドリド混合物100モル%に対して、10~95モル%であることができ、好ましくは、50~90モル%である。化学式(3)で示されるジアンヒドリドを上述の範囲内で含む場合、ポリイミド樹脂の高光透過度及び黄色度を保持すると共にポリイミド樹脂の熱膨張係数を低くすることができる。
また、本発明の好適な一例によれば、前記X及びXは、当業界で周知の電子吸引性基(EWG)であることができ、それぞれ独立に、フッ素(F)またはCFであることが好ましい。
前記化学式(4)で示されるジアンヒドリドとしては、5,5’-(パーフルオロプロパン-2,2-ジイル)ジイソベンゾフラン-1,3-ジオン(6-FDA)、5,5’-オキシジイソベンゾフラン-1,3-ジオン(ODPA)、5,5’-スルホニルジイソベンゾフラン-1,3-ジオン(DSDA)、ベンゾフェノン-3,3’,4,4’-テトラカルボン酸二無水物(BTDA)などに由来する構造のうちから選択することができるが、これらに制限されない。なお、6FDAを使用する場合は、分子鎖間及び分子鎖内電荷移動錯体(CTC)の形成を制御することで、ポリイミド樹脂の透明度を向上することができる。
このような化学式(4)で示されるジアンヒドリドの含有量は、特に限定されないが、ジアンヒドリド100モル%に対して、5~90モル%であることができ、好ましくは、10~50モル%である。
上述のように、本発明の一例においては、前記ジアミン成分として、化学式(1)で示されるジアミンと化学式(2)で示されるジアミンとを、ジアンヒドリド成分として、化学式(3)で示されるジアンヒドリドと化学式(4)で示されるジアンヒドリドとを、混合して使用するが、この時、(a)ジアミン混合物と(b)ジアンヒドリド混合物とは、ポリイミド樹脂の黄色度及び機械的特性を改善するため、(a):(b)=1:0.1~10の重量比で混合することができる。
(c)塩基性触媒
塩基性触媒は、140~200℃の沸点を有する塩基性触媒であって、例えば、4-tert-ブチルピリジン、4-エチルピリジン、2-メチルピペラジン、2,6-ジメチルピペラジン、4-tert-ブチルピリジン、2-プロピルピリジン、4-プロピルピリジン、2,3,5-コリジン、2,5-ルチジン、2,6-ルチジン、2,3-ルチジン、4-ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン、3-エチルピリジン、3-ピコリン、2,3-ジメチルピラジン、2,5-ジメチルピラジンなどが挙げられ、これらは単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
なお、塩基性触媒の沸点が140℃未満である場合は、フィルムの形成が困難となる。一方、沸点が200℃を超えると、本発明の硬化温度で触媒を除去し難くなり、触媒を除去するために硬化温度を上げる場合は、光学特性を阻害するようになる。
(d)有機溶媒
前記ポリイミド形成用組成物を合成するための溶媒は、当業界で周知のものであれば、特に限定されない。前記溶媒としては、m-クレゾール、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルアセトアミド(DMAc)、ジメチルスルホキシド(DMSO)、アセトン、ジエチルアセテート、ジメチルフタレート(DMP)などの極性溶媒、テトラヒドロフラン(THF)、クロロホルムなどの低沸点溶媒、γ-ブチロラクトンなどの低吸収性溶媒などが挙げられ、これらは単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
上述のような本発明に係るポリイミド形成用組成物において、ジアミン混合物、ジアンヒドリド混合物、触媒、及び有機溶媒の含有量は、特に限定されないが、ポリイミド形成用組成物の全100重量%に対して、(a)ジアミン混合物が1~20重量%、(b)ジアンヒドリド混合物が1~20重量%、(c)触媒が当業界で周知の含有量、例えば、約0.01~20重量、具体的に約0.01~15重量%、より具体的には、約0.1~10重量%、及び(d)有機溶媒が残部であることができる。ここで、ポリイミド形成用組成物中における各成分の含有量が上記の範囲未満である場合は、前記ポリイミド形成用組成物の粘度が低くなりすぎることがあり、その反面、上記の範囲を超える場合は、ポリイミド形成用組成物の粘度が高くなりすぎることがある。従って、本発明に係るポリイミド形成用組成物中における各成分の含有量を上記の範囲内に調節することにより、ポリイミド形成用組成物が約1,000~500,000cps、好ましくは、約10,000~200,000cpsの範囲の粘度を有することができる。また、ポリイミド形成用組成物の粘度が上記の範囲内であれば、ポリイミド形成用組成物のコーティングの際に厚さの調節が容易に行われ、コーティングされる塗膜の表面が均一に形成されるようになる。
一方、本発明に係るポリイミド形成用組成物は、必要に応じて、本発明の目的及び効果を損なわない範囲内で、可塑剤、酸化防止剤、難燃化剤、分散剤、粘度調節剤、レベリング剤などの添加剤を少量含むことができる。
上述のような本発明に係るポリイミド形成用組成物の溶液重合反応を行うことで、ポリアミック酸が得られる。具体的に、化学式(1)で示されるジアミンと化学式(2)で示されるジアミンとを有機溶媒に投入して溶解させた後、ここに、化学式(3)で示されるジアンヒドリドと化学式(4)で示されるジアンヒドリドとを加えた後、溶液重合反応を行うと、ポリアミック酸が得られる。この時、反応条件は、特に限定されないが、-20~80℃で1~12時間(好ましくは、1~3時間)反応を行うことができる。
なお、ポリイミド樹脂は、ランダム共重合体(Random copolymer)やブロック共重合体(Block copolymer)の形態であることができる。
本発明に係る透明ポリイミド樹脂フィルムは、前記ポリイミド形成用組成物を用いて製造されるため、光学特性(透明度及び黄色度)と共に改善された機械的特性(弾性率、強度)を有しながら、優れた熱的特性(熱膨張係数及びガラス転移温度)を期待することができる。具体的に、本発明に係る透明ポリイミド樹脂フィルムは、波長550nmでの光線透過率が88%以上であり、波長550nmでの黄色度(Yellow Index、YI)が5.0以下であり、ヘーズ(Haze)が1.0以下であり、弾性率(Modulus)が3~6GPaであり、機械的強度(Strength)が120~200MPaである。
また、本発明に係る透明ポリイミド樹脂フィルムは、イミド基を含有するため、耐熱性、耐化学性、耐摩耗性、及び電気的特性に優れている。
このような透明ポリイミド樹脂フィルムの製造方法は、特に限定されないが、例えば、前記ポリイミド形成用組成物を、ガラス基板、金属基板または耐熱性高分子基板にコーティング(キャスティング)した後、80~300℃の範囲で徐々に昇温させながら、1~12時間、イミド化反応(Imidazation)を行うことで、ポリイミド樹脂フィルムを製造することができる。
前記コーティング方法としては、当業界で周知の方法を制限なく使用することができ、例えば、スピンコート法(Spin coating)、ディップコート法(Dip coating)、溶媒キャスト法(Solvent casting)、スロットダイコート法(Slot die coating)、スプレーコート法(Spray coating)などが挙げられる。
前記透明ポリイミド樹脂フィルムの厚さは、特に限定されないが、数百nm~数十μmとなるように、上述のポリイミド形成用組成物を1回以上コーティングして調節することができる。
このような透明ポリイミド樹脂フィルムは、種々の分野で使用可能であり、特に、高透明性及び耐熱性が要求される有機EL素子(OLED)用ディスプレイ、液晶素子用ディスプレイ、TFT基板、フレキシブル印刷回路基板、フレキシブルOLED面照明基板、電子ペーパー用基板材料のようなフレキシブル表示装置用基板及び保護膜として活用することができる。
以下、本発明を実施例及び比較例に基づいて詳述するが、本発明は、後述の実施例及び比較例によって限定されるものではない。
[実施例1]
1-1.ポリイミド形成用組成物の製造
1500mlの3口丸底フラスコに、N,N-ジメチルアセトアミド(DMAc)640.016gを入れた後、フラスコの温度を50℃に昇温させた。次に、フラスコに、2,2’-ビス(トリフルオロメチル)ビフェニル-4,4’-ジアミン(TFDB)85.0gを加え、60分経過後、2,2’-ジメチルビフェニル-4,4’-ジアミン(m-Tol)1.743gを加えた。これを1時間攪拌し、TFDB、m-Tolを完全に溶解させた。次に、フレスコに、1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物(CBDA)45.615g、及び5,5’-(パーフルオロプロパン-2,2-ジイル)ジイソベンゾフラン-1,3-ジオン(6FDA)18.235gをそれぞれ順次加え、溶解させた。この時、固形分は15%であり、次に、5.5時間攪拌して反応を行った。単量体間反応の完了を、粘度が増加したか否かで確認した後、4-tert-ブチルピリジン37gを徐々に加え、4.5時間攪拌した。次に、自然冷却して、ポリイミド形成用組成物(25℃での溶液粘度:85000CPs)を得た。
1-2.透明ポリイミド樹脂フィルムの製造
実施例1の1-1.で得られたポリイミド形成用組成物を、LCD用ガラス板にバーコーター(Bar coater)を用いてコーティングした後、窒素雰囲気下のコンベクションオーブンにて、80℃で30分間、150℃で30分間、200℃で1時間、280℃で1時間、段階的に徐々に昇温させながら乾燥させ、イミド化反応を行った。その結果、膜厚さが52μmである透明ポリイミド樹脂フィルム(イミド化率:85%以上)が得られた。次に、ガラス板からフィルムを分離して透明ポリイミド樹脂フィルムを得た。
[実施例2]
2-1.ポリイミド形成用組成物の製造
前記実施例1の1-1.と同様にしてポリイミド形成用組成物(25℃での溶液粘度:85000CPs)を得た。
2-2.透明ポリイミド樹脂フィルムの製造
窒素雰囲気下、コンベクションオーブンにて、80℃で30分間、150℃で30分間、200℃で1時間、320℃で1時間、段階的に徐々に昇温させながら乾燥させ、イミド化反応を行うこと以外は、実施例1の1-2.と同様にして製造した。
[実施例3]
3-1.ポリイミド形成用組成物の製造
前記実施例1の1-1.と同様にしてポリイミド形成用組成物(25℃での溶液粘度:85000CPs)を得た。
3-2.透明ポリイミド樹脂フィルムの製造
窒素雰囲気下、コンベクションオーブンにて、80℃で30分間、150℃で30分間、200℃で1時間、350℃で1時間、段階的に徐々に昇温させながら乾燥させ、イミド化反応を行うこと以外は、実施例1の1-2.と同様にして製造した。
[実施例4]
4-1ポリイミド形成用組成物の製造
4-tert-ブチルピリジンの代わりに4-ジアザビシクロ[2.2.2]オクタンを使用すること以外は、前記実施例1の1-1.と同様にしてポリイミド形成用組成物(25℃での溶液粘度:79000CPs)を得た。
4-2.透明ポリイミド樹脂フィルムの製造
実施例1の1-2.と同様にして製造した。
[実施例5]
5-1.ポリイミド形成用組成物の製造
4-tert-ブチルピリジンの代わりに4-エチルピリジンを使用すること以外は、前記実施例1の1-1.と同様にしてポリイミド形成用組成物(25℃での溶液粘度:82000CPs)を得た。
5-2.透明ポリイミド樹脂フィルムの製造
実施例1の1-2.で使用されたポリイミド形成用組成物の代わりに、実施例5の5-1.で製造されたポリイミド形成用組成物を使用する以外は、実施例1の1-2.と同様にして透明ポリイミド樹脂フィルムを製造した。
[実施例6]
6-1.ポリイミド形成用組成物の製造
4-tert-ブチルピリジンの代わりに2-メチルピペラジンを使用すること以外は、前記実施例1の1-1.と同様にしてポリイミド形成用組成物(25℃での溶液粘度:81000CPs)を得た。
6-2.透明ポリイミド樹脂フィルムの製造
実施例1の1-2.で使用されたポリイミド形成用組成物の代わりに、実施例6の6-1.で製造されたポリイミド形成用組成物を使用する以外は、実施例1の1-2.と同様にして透明ポリイミド樹脂フィルムを製造した。
[実施例7]
7-1.ポリイミド形成用組成物の製造
TFDB:4,4’-ODA:CBDA:6FDAを9:1:9:1のモル比で使用すること以外は、前記実施例1の1-1.と同様にしてポリイミド形成用組成物(25℃での溶液粘度:122000CPs)を得た。
7-2.透明ポリイミド樹脂フィルムの製造
実施例1の1-2.で使用されたポリイミド形成用組成物の代わりに、実施例7の7-1.で製造されたポリイミド形成用組成物を使用する以外は、実施例1の1-2.と同様にして透明ポリイミド樹脂フィルムを製造した。
[実施例8]
8-1.ポリイミド形成用組成物の製造
4-tert-ブチルピリジンの代わりに4-ジアザビシクロ[2.2.2]オクタンを使用すること以外は、前記実施例7の7-1.と同様にしてポリイミド形成用組成物(25℃での溶液粘度:118000CPs)を得た。
8-2.透明ポリイミド樹脂フィルムの製造
実施例1の1-2.で使用されたポリイミド形成用組成物の代わりに、実施例8の8-1.で製造されたポリイミド形成用組成物を使用する以外は、実施例1の1-2.と同様にして透明ポリイミド樹脂フィルムを製造した。
[実施例9]
9-1.ポリイミド形成用組成物の製造
4-tert-ブチルピリジンの代わりに4-メトキシピリジンを使用すること以外は、前記実施例7の7-1.と同様にしてポリイミド形成用組成物(25℃での溶液粘度:119000CPs)を得た。
9-2.透明ポリイミド樹脂フィルムの製造
実施例1の1-2.で使用されたポリイミド形成用組成物の代わりに、実施例9の9-1.で製造されたポリイミド形成用組成物を使用する以外は、実施例1の1-2.と同様にして透明ポリイミド樹脂フィルムを製造した。
[実施例10]
10-1.ポリイミド形成用組成物の製造
TFDB:FODA: CHDA:6FDAを9:1:8:2のモル比で使用し、4-tert-ブチルピリジンの代わりに4-メトキシピリジンを使用すること以外は、前記実施例1の1-1.と同様にしてポリイミド形成用組成物(25℃での溶液粘度:47000CPs)を得た。
10-2.透明ポリイミド樹脂フィルムの製造
実施例1の1-2.で使用されたポリイミド形成用組成物の代わりに、実施例10の10-1.で製造されたポリイミド形成用組成物を使用する以外は、実施例1の1-2.と同様にして透明ポリイミド樹脂フィルムを製造した。
[実施例11]
11-1.ポリイミド形成用組成物の製造
実施例10の10-1.と同様にしてポリイミド形成用組成物(25℃での溶液粘度:47000CPs)を得た。
11-2.透明ポリイミド樹脂フィルムの製造
実施例1の1-2.で使用されたポリイミド形成用組成物の代わりに、実施例11の11-1.で製造されたポリイミド形成用組成物を使用して、窒素雰囲気下のコンベクションオーブンにて、80℃で30分間、150℃で30分間、200℃で1時間、320℃で1時間、段階的に徐々に昇温させながら乾燥させ、イミド化反応を行うこと以外は、実施例1の1-2.と同様にして透明ポリイミド樹脂フィルムを製造した。
[実施例12]
12-1.ポリイミド形成用組成物の製造
実施例10の10-1.と同様にしてポリイミド形成用組成物(25℃での溶液粘度:47000CPs)を得た。
12-2.透明ポリイミド樹脂フィルムの製造
実施例1の1-2.で使用されたポリイミド形成用組成物の代わりに、実施例12の12-1.で製造されたポリイミド形成用組成物を使用して、窒素雰囲気下のコンベクションオーブンにて、80℃で30分間、150℃で30分間、200℃で1時間、350℃で1時間、段階的に徐々に昇温させながら乾燥させ、イミド化反応を行うこと以外は、実施例1の1-2.と同様にして透明ポリイミド樹脂フィルムを製造した。
[実施例13]
13-1.ポリイミド形成用組成物の製造
TFDB:FODA:s-BPDA:6FDAを9:1:9:1のモル比で使用し、4-tert-ブチルピリジンの代わりに4-メトキシピリジンを使用すること以外は、前記実施例1の1-1.と同様にしてポリイミド形成用組成物(25℃での溶液粘度:112000CPs)を得た。
13-2.透明ポリイミド樹脂フィルムの製造
実施例1の1-2.で使用されたポリイミド形成用組成物の代わりに、実施例13の13-1.で製造されたポリイミド形成用組成物を使用する以外は、実施例1の1-2.と同様にして透明ポリイミド樹脂フィルムを製造した。
[実施例14]
14-1.ポリイミド形成用組成物の製造
4-メトキシピリジンの代わりに4-tert-ブチルピリジンを使用すること以外は、前記実施例13の13-1.と同様にしてポリイミド形成用組成物(25℃での溶液粘度:113000CPs)を得た。
14-2.透明ポリイミド樹脂フィルムの製造
実施例1の1-2.で使用されたポリイミド形成用組成物の代わりに、実施例14の14-1.で製造されたポリイミド形成用組成物を使用する以外は、実施例1の1-2.と同様にして透明ポリイミド樹脂フィルムを製造した。
[実施例15]
15-1.ポリイミド形成用組成物の製造
4-メトキシピリジンの代わりに3-ピコリンを使用すること以外は、前記実施例13の13-1.と同様にしてポリイミド形成用組成物(25℃での溶液粘度:110000CPs)を得た。
15-2.透明ポリイミド樹脂フィルムの製造
実施例1の1-2.で使用されたポリイミド形成用組成物の代わりに、実施例15の15-1.で製造されたポリイミド形成用組成物を使用する以外は、実施例1の1-2.と同様にして透明ポリイミド樹脂フィルムを製造した。
[実施例16]
16-1.ポリイミド形成用組成物の製造
4-メトキシピリジンの代わりに2,3-ルチジンを使用すること以外は、前記実施例13の13-1.と同様にしてポリイミド形成用組成物(25℃での溶液粘度:112000CPs)を得た。
16-2.透明ポリイミド樹脂フィルムの製造
実施例1の1-2.で使用されたポリイミド形成用組成物の代わりに、実施例16の16-1.で製造されたポリイミド形成用組成物を使用する以外は、実施例1の1-2.と同様にして透明ポリイミド樹脂フィルムを製造した。
[実施例17]
17-1.ポリイミド形成用組成物の製造
4-メトキシピリジンの代わりに2,3,5-コリジンを使用すること以外は、前記実施例13の13-1.と同様にしてポリイミド形成用組成物(25℃での溶液粘度:119000CPs)を得た。
17-2.透明ポリイミド樹脂フィルムの製造
実施例1の1-2.で使用されたポリイミド形成用組成物の代わりに、実施例17の17-1.で製造されたポリイミド形成用組成物を使用する以外は、実施例1の1-2.と同様にして透明ポリイミド樹脂フィルムを製造した。
[実施例18]
18-1.ポリイミド形成用組成物の製造
TFDB:FAPB:a-BPDA:ODPAを9:1:7:3のモル比で使用し、4-tert-ブチルピリジンの代わりに4-ジアザビシクロ[2.2.2]オクタンを使用すること以外は、前記実施例1の1-1.と同様にしてポリイミド形成用組成物(25℃での溶液粘度:52000CPs)を得た。
18-2.透明ポリイミド樹脂フィルムの製造
実施例1の1-2.で使用されたポリイミド形成用組成物の代わりに、実施例18の18-1.で製造されたポリイミド形成用組成物を使用する以外は、実施例1の1-2.と同様にして透明ポリイミド樹脂フィルムを製造した。
[実施例19]
19-1.ポリイミド形成用組成物の製造
実施例18の18-1.と同様にしてポリイミド形成用組成物(25℃での溶液粘度:52000CPs)を得た。
19-2.透明ポリイミド樹脂フィルムの製造
実施例1の1-2.で使用されたポリイミド形成用組成物の代わりに、実施例19の19-1.で製造されたポリイミド形成用組成物を使用して、窒素雰囲気下のコンベクションオーブンにて、80℃で30分間、150℃で30分間、200℃で1時間、320℃で1時間、段階的に徐々に昇温させながら乾燥させ、イミド化反応を行うこと以外は、実施例1の1-2.と同様にして透明ポリイミド樹脂フィルムを製造した。
[実施例20]
20-1.ポリイミド形成用組成物の製造
実施例18の18-1.と同様にしてポリイミド形成用組成物(25℃での溶液粘度:52000CPs)を得た。
20-2.透明ポリイミド樹脂フィルムの製造
実施例1の1-2.で使用されたポリイミド形成用組成物の代わりに、実施例20の20-1.で製造されたポリイミド形成用組成物を使用して、窒素雰囲気下のコンベクションオーブンにて、80℃で30分間、150℃で30分間、200℃で1時間、350℃で1時間、段階的に徐々に昇温させながら乾燥させ、イミド化反応を行うこと以外は、実施例1の1-2.と同様にして透明ポリイミド樹脂フィルムを製造した。
[実施例21]
21-1.ポリイミド形成用組成物の製造
TFDB:DABA:CBDA:DSDAを8:2:8:2のモル比で使用すること以外は、前記実施例1の1-1.と同様にしてポリイミド形成用組成物(25℃での溶液粘度:83000CPs)を得た。
21-2.透明ポリイミド樹脂フィルムの製造
実施例1の1-2.で使用されたポリイミド形成用組成物の代わりに、実施例21の21-1.で製造されたポリイミド形成用組成物を使用する以外は、実施例1の1-2.と同様にして透明ポリイミド樹脂フィルムを製造した。
[実施例22]
22-1.ポリイミド形成用組成物の製造
4-tert-ブチルピリジンの代わりに2,3,5-コリジンを使用すること以外は、前記実施例21の21-1.と同様にしてポリイミド形成用組成物(25℃での溶液粘度:81000CPs)を得た。
22-2.透明ポリイミド樹脂フィルムの製造
実施例1の1-2.で使用されたポリイミド形成用組成物の代わりに、実施例22の22-1.で製造されたポリイミド形成用組成物を使用する以外は、実施例1の1-2.と同様にして透明ポリイミド樹脂フィルムを製造した。
[実施例23]
23-1.ポリイミド形成用組成物の製造
4-tert-ブチルピリジンの代わりに4-メトキシピリジンを使用すること以外は、前記実施例21の21-1.と同様にしてポリイミド形成用組成物(25℃での溶液粘度:82000CPs)を得た。
23-2.透明ポリイミド樹脂フィルムの製造
実施例1の1-2.で使用されたポリイミド形成用組成物の代わりに、実施例23の23-1.で製造されたポリイミド形成用組成物を使用する以外は、実施例1の1-2.と同様にして透明ポリイミド樹脂フィルムを製造した。
[実施例24]
24-1.ポリイミド形成用組成物の製造
TFDB:4,4’-DDS:s-BPDA:6FDAを9:1:7:3のモル比で使用し、4-tert-ブチルピリジンの代わりに4-ジアザビシクロ[2.2.2]オクタンを使用すること以外は、前記実施例1の1-1.と同様にしてポリイミド形成用組成物(25℃での溶液粘度:61000CPs)を得た。
24-2.透明ポリイミド樹脂フィルムの製造
実施例1の1-2.で使用されたポリイミド形成用組成物の代わりに、実施例24の24-1.で製造されたポリイミド形成用組成物を使用する以外は、実施例1の1-2.と同様にして透明ポリイミド樹脂フィルムを製造した。
[実施例25]
25-1.ポリイミド形成用組成物の製造
実施例24の24-1.と同様にしてポリイミド形成用組成物(25℃での溶液粘度:61000CPs)を得た。
25-2.透明ポリイミド樹脂フィルムの製造
実施例1の1-2.で使用されたポリイミド形成用組成物の代わりに、実施例25の25-1.で製造されたポリイミド形成用組成物を使用して、窒素雰囲気下のコンベクションオーブンにて、80℃で30分間、150℃で30分間、200℃で1時間、350℃で1時間、段階的に徐々に昇温させながら乾燥させ、イミド化反応を行うこと以外は、実施例1の1-2.と同様にして透明ポリイミド樹脂フィルムを製造した。
[実施例26]
26-1.ポリイミド形成用組成物の製造
TFDB:4,4-(パーフルオロプロパン-2,2’-ジイル)ジベンゼンアミン:CBDA:6FDAを9:1:7:3のモル比で使用し、4-tert-ブチルピリジンの代わりに4-メトキシピリジンを使用すること以外は、前記実施例1の1-1.と同様にしてポリイミド形成用組成物(25℃での溶液粘度:47000CPs)を得た。
26-2.透明ポリイミド樹脂フィルムの製造
実施例1の1-2.で使用されたポリイミド形成用組成物の代わりに、実施例26の26-1.で製造されたポリイミド形成用組成物を使用する以外は、実施例1の1-2.と同様にして透明ポリイミド樹脂フィルムを製造した。
[実施例27]
27-1.ポリイミド形成用組成物の製造
TFDB:FODA:s-BPDA:DSDAを9:1:9:1のモル比で使用すること以外は、前記実施例1の1-1.と同様にしてポリイミド形成用組成物(25℃での溶液粘度:107000CPs)を得た。
27-2.透明ポリイミド樹脂フィルムの製造
実施例1の1-2.で使用されたポリイミド形成用組成物の代わりに、実施例27の27-1.で製造されたポリイミド形成用組成物を使用する以外は、実施例1の1-2.と同様にして透明ポリイミド樹脂フィルムを製造した。
[実施例28]
28-1.ポリイミド形成用組成物の製造
TFDB:FODA:s-BPDA:BTDAを9:1:9:1のモル比で使用すること以外は、前記実施例1の1-1.と同様にしてポリイミド形成用組成物(25℃での溶液粘度:89000CPs)を得た。
28-2.透明ポリイミド樹脂フィルムの製造
実施例1の1-2.で使用されたポリイミド形成用組成物の代わりに、実施例28の28-1.で製造されたポリイミド形成用組成物を使用する以外は、実施例1の1-2.と同様にして透明ポリイミド樹脂フィルムを製造した。
[実施例29]
29-1.ポリイミド形成用組成物の製造
4-tert-ブチルピリジンの代わりに4-メトキシピリジンを使用すること以外は、前記実施例28の28-1.と同様にしてポリイミド形成用組成物(25℃での溶液粘度:85000CPs)を得た。
29-2.透明ポリイミド樹脂フィルムの製造
実施例1の1-2.で使用されたポリイミド形成用組成物の代わりに、実施例29の29-1.で製造されたポリイミド形成用組成物を使用する以外は、実施例1の1-2.と同様にして透明ポリイミド樹脂フィルムを製造した。
[実施例30]
30-1.ポリイミド形成用組成物の製造
4-tert-ブチルピリジンの代わりに4-ジアザビシクロ[2.2.2]オクタンを使用すること以外は、前記実施例28の28-1.と同様にしてポリイミド形成用組成物(25℃での溶液粘度:87000CPs)を得た。
30-2.透明ポリイミド樹脂フィルムの製造
実施例1の1-2.で使用されたポリイミド形成用組成物の代わりに、実施例30の30-1.で製造されたポリイミド形成用組成物を使用する以外は、実施例1の1-2.と同様にして透明ポリイミド樹脂フィルムを製造した。
[実施例31]
31-1ポリイミド形成用組成物の製造
TFDB:4,4’-DDS:s-BPDA:6FDAを8:2:7:3のモル比で使用し、4-tert-ブチルピリジンの代わりに4-ジアザビシクロ[2.2.2]オクタンを使用すること以外は、前記実施例1の1-1.と同様にしてポリイミド形成用組成物(25℃での溶液粘度:46000CPs)を得た。
31-2.透明ポリイミド樹脂フィルムの製造
実施例1の1-2.で使用されたポリイミド形成用組成物の代わりに、実施例31の31-1.で製造されたポリイミド形成用組成物を使用する以外は、実施例1の1-2.と同様にして透明ポリイミド樹脂フィルムを製造した。
[実施例32]
32-1.ポリイミド形成用組成物の製造
TFDB:4,4’-DDS:ビシクロ[2.2.1]ヘプタン-2,3,5,6-テトラカルボン酸二無水物:6FDAを8:2:7:3のモル比で使用すること以外は、前記実施例1の1-1.と同様にしてポリイミド形成用組成物(25℃での溶液粘度:37000CPs)を得た。
32-2.透明ポリイミド樹脂フィルムの製造
実施例1の1-2.で使用されたポリイミド形成用組成物の代わりに、実施例32の32-1.で製造されたポリイミド形成用組成物を使用する以外は、実施例1の1-2.と同様にして透明ポリイミド樹脂フィルムを製造した。
[実施例33]
33-1.ポリイミド形成用組成物の製造
4-tert-ブチルピリジンの代わりに2,3,5-コリジンを使用すること以外は、前記実施例32の32-1.と同様にしてポリイミド形成用組成物(25℃での溶液粘度:35000CPs)を得た。
33-2.透明ポリイミド樹脂フィルムの製造
実施例1の1-2.で使用されたポリイミド形成用組成物の代わりに、実施例33の33-1.で製造されたポリイミド形成用組成物を使用する以外は、実施例1の1-2.と同様にして透明ポリイミド樹脂フィルムを製造した。
[実施例34]
34-1.ポリイミド形成用組成物の製造
4-tert-ブチルピリジンの代わりに4-メトキシピリジンを使用すること以外は、前記実施例32の32-1.と同様にしてポリイミド形成用組成物(25℃での溶液粘度:35000CPs)を得た。
34-2.透明ポリイミド樹脂フィルムの製造
実施例1の1-2.で使用されたポリイミド形成用組成物の代わりに、実施例34の34-1.で製造されたポリイミド形成用組成物を使用する以外は、実施例1の1-2.と同様にして透明ポリイミド樹脂フィルムを製造した。
[実施例35]
35-1.ポリイミド形成用組成物の製造
TFDB:FODA:ビシクロ[2.2.2]オクト-7-エン-2,3,5,6-テトラカルボン酸二無水物:6FDAを9:1:7:3のモル比で使用すること以外は、前記実施例1の1-1.と同様にしてポリイミド形成用組成物(25℃での溶液粘度:41000CPs)を得た。
35-2.透明ポリイミド樹脂フィルムの製造
実施例1の1-2.で使用されたポリイミド形成用組成物の代わりに、実施例35の35-1.で製造されたポリイミド形成用組成物を使用する以外は、実施例1の1-2.と同様にして透明ポリイミド樹脂フィルムを製造した。
[実施例36]
36-1.ポリイミド形成用組成物の製造
4-tert-ブチルピリジンの代わりに4-ジアザビシクロ[2.2.2]オクタンを使用すること以外は、前記実施例35の35-1.と同様にしてポリイミド形成用組成物(25℃での溶液粘度:41000CPs)を得た。
36-2.透明ポリイミド樹脂フィルムの製造
実施例1の1-2.で使用されたポリイミド形成用組成物の代わりに、実施例36の36-1.で製造されたポリイミド形成用組成物を使用する以外は、実施例1の1-2.と同様にして透明ポリイミド樹脂フィルムを製造した。
[実施例37]
37-1.ポリイミド形成用組成物の製造
4-tert-ブチルピリジンの代わりに4-メトキシピリジンを使用すること以外は、前記実施例35の35-1.と同様にしてポリイミド形成用組成物(25℃での溶液粘度:40000CPs)を得た。
37-2.透明ポリイミド樹脂フィルムの製造
実施例1の1-2.で使用されたポリイミド形成用組成物の代わりに、実施例37の37-1.で製造されたポリイミド形成用組成物を使用する以外は、実施例1の1-2.と同様にして透明ポリイミド樹脂フィルムを製造した。
[比較例1]
1-1.ポリイミド形成用組成物の製造
4-tert-ブチルピリジンの代わりにピリジン19.987gを使用すること以外は、前記実施例1の1-1.と同様にしてポリイミド形成用組成物(25℃での溶液粘度:82000CPs)を得た。
1-2.透明ポリイミド樹脂フィルムの製造
実施例1の1-2.で使用されたポリイミド形成用組成物の代わりに、比較例1の1-1.で製造されたポリイミド形成用組成物を使用する以外は、実施例1の1-2.と同様にして製造した後、ガラス板からフィルムを分離しようとしたが、形成された膜の割れが生じ、フィルムが得られなかった。
[比較例2]
2-1.ポリイミド形成用組成物の製造
ピリジンの代わりにイソキノリンを使用すること以外は、前記比較例1の1-1.と同様にしてポリイミド形成用組成物(25℃での溶液粘度:80000CPs)を得た。
2-2.透明ポリイミド樹脂フィルムの製造
比較例1の1-2.で使用されたポリイミド形成用組成物の代わりに、比較例2の2-1.で製造されたポリイミド形成用組成物を使用する以外は、比較例1の1-2.と同様にして製造したが、イソキノリンの残量が多すぎて正常なフィルムが得られなかった。
[比較例3]
3-1.ポリイミド形成用組成物の製造
TFDB:BTDA:6FDAを10:7:3のモル比で使用すること以外は、前記比較例1の1-1.と同様にしてポリイミド形成用組成物(25℃での溶液粘度:73000CPs)を得た。
3-2.透明ポリイミド樹脂フィルムの製造
実施例1の1-2.で使用されたポリイミド形成用組成物の代わりに、比較例3の3-1.で製造されたポリイミド形成用組成物を使用する以外は、比較例1の1-2.と同様にして製造した後、ガラス板からフィルムを分離しようとしたが、形成された膜の割れが生じ、フィルムが得られなかった。
[比較例4]
4-1.ポリイミド形成用組成物の製造
TFDB:BTDA:6FDAを10:7:3のモル比で使用すること以外は、前記比較例1の1-1.と同様にしてポリイミド形成用組成物(25℃での溶液粘度:73000CPs)を得た。
4-2.透明ポリイミド樹脂フィルムの製造
実施例1の1-2.で使用されたポリイミド形成用組成物の代わりに、 比較例4の4-1.で製造されたポリイミド形成用組成物を使用して、窒素雰囲気下のコンベクションオーブンにて、80℃で30分間、150℃で30分間、200℃で1時間、350℃で1時間、段階的に徐々に昇温させながら乾燥させ、イミド化反応を行うこと以外は、実施例1の1-2.と同様にして製造した。次に、ガラス板からポリイミドフィルムを分離して得た。
上述の実施例1~37及び比較例1~4において使用される、ジアミン混合物、ジアンヒドリド混合物、及び触媒の組成を、次の表1に示す。
Figure 0007112476000013
[実験例1]透明ポリイミド樹脂フィルムの物性評価
上述の実施例1~37及び比較例1~4において得られた透明ポリイミド樹脂フィルムの物性を、以下のような方法で評価し、その結果を表2に示す。
(1)光透過度(T%)の測定
波長550nmにおいて、UV-Vis NIR Spectrophotometer(島津製作所製、モデル名:UV-3150)を用いて、ASTM E313-73の規格によるC光源と視野角2°での測定を行った。
(2)黄色度(Yellow Index、YI)の測定
分光測色計(コニカミノルタ社製、モデル名:CM-3700d)を用いて、波長550nmでの黄色度を、ASTM E313の規格によって測定した。
(3)機械的特性の測定
UTM(インストロン社製、モデル名:5942)を用いて、ISO 527-3の規格によって引張強度(Strength、MPa)及び弾性率(Modulus、GPa)を測定した。
Figure 0007112476000014
上記の表1及び表2から、得られた透明ポリイミド樹脂フィルムの組成による特性の変化がわかる。
先ず、実施例1~37の結果から、同一の組成及び同一の触媒を使用する一方で、それぞれ異なる硬化温度を適用する場合、硬化温度が高くなるほど光学特性が劣化し、機械的特性には大差がないことがわかる。即ち、硬化温度が280℃であるイミド化工程において優れた特性を有する透明ポリイミド樹脂フィルムが得られることがわかる。
また、実施例1及び4~6の結果から、同一の硬化温度(280℃)で、異なる沸点を有する触媒を使用する場合、類似する特性を有する透明ポリイミド樹脂が得られることがわかる。但し、実施例5では、得られたフィルムには部分的な損傷が生じることが確認される。
さらに、実施例7~37の結果から、140~200℃の沸点を有する、種々の塩基性触媒を使用する場合、硬化温度が300以下と比較的低いイミド化工程においても優れた特性を有する透明ポリイミド樹脂フィルムが得られることがわかる。即ち、製作時において高温工程の改善が可能となることが確認される。
上述のような結果から、組成、硬化温度、触媒の種類を組み合わせることで、光学特性及び機械的特性を調節することが可能であることが確認される。
一方、比較例1~2の結果から、同一の組成で115℃の低い沸点を有するピリジンを触媒として使用する場合、フィルムが得られておらず(比較例1)、240℃の沸点を有するイソキノリンを触媒として使用する場合、フィルムは得られているが、触媒の残量が多すぎることが確認される。このような問題点は、大量生産後のデバイスに適用する場合、大きなトラブルを招くおそれがあることは言うまでもない。
また、比較例3~4の結果から、115℃の沸点を有する触媒を使用する場合、280℃の低い硬化温度ではフィルムが得られておらず(比較例3)、350℃の硬化温度では、フィルムが得られているが、部分的な損傷が生じることが確認される(比較例4)。
上述のような結果を分析した結果、本発明に係る実施例1~37の透明ポリイミド樹脂フィルムは、優れた光学特性を有すると共に、引張強度及び弾性率の上昇など、優れた機械的特性を有するものであることがわかった。
具体的に、実施例1~37で得られた透明ポリイミド樹脂フィルムは、透過度88%以上、黄色度5.0以下、弾性率3~6GPa、強度120~60MPaであって、比較例1~4で得られた透明ポリイミド樹脂フィルムに比べて、光透過度が高く、黄色度が低く、かつ、機械的特性に優れているため、フレキシブル表示装置用材料として適用可能な条件を満たしていることがわかった。
上述のように、本発明に係るポリイミド形成用組成物を用いて製造される透明ポリイミド樹脂フィルムは、製作の際において高温工程が改善されると共に、光透過度が高く、黄色度が低く、かつ、機械的特性に優れているため、フレキシブル表示装置用材料、基板または保護膜として適用可能であることが確認された。

Claims (9)

  1. (a)下記化学式(1)で示されるジアミンと、下記化学式(2)で示されるジアミン、下記化学式(2A)で示されるジアミン、及び2,2’-ジメチルビフェニル-4,4’-ジアミンからなる群より選ばれる1種以上のジアミンと、を含むジアミン混合物;
    (b)下記化学式(3)で示されるジアンヒドリドと、下記化学式(4)で示されるジアンヒドリドとを含むジアンヒドリド混合物;
    (c)2-メチルピペラジン、4-tert-ブチルピリジン、及び2,3,5-コリジンからなる群から選択される1種以上である塩基性触媒;及び
    (d)有機溶媒;
    を含み、且つ脱水剤を含まないポリイミド形成用組成物をイミド化して製造され、以下の(i)~(v)の物性条件を満たす、透明ポリイミド樹脂フィルム。
    (i)膜厚さ52μm以下において、波長550nmでの光透過度が88~89.5%であり、
    (ii)ASTM E313の規格による黄色度が1.4~5.0であり、
    (iii)ヘーズが0.4~1.0であり、
    (iv)弾性率が3~6GPaの範囲であり、
    (v)引張強度が120~200MPaの範囲である。
    Figure 0007112476000015
    (前記化学式(1)中、
    Aは、単結合、-C(=O)-、及び-C(=O)NH-、並びにハロゲン、又はハロゲン原子で置換されたC~Cのアルキル基で置換されたC~C20のアリーレン基からなる群から選択され、
    及びXは、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、水素、ハロゲン、C~Cのアルキル基、及び1つ以上の水素がハロゲン原子で置換されたC~Cのアルキル基からなる群から選択され、
    但し、Aが単結合である場合、X及びXのうちの少なくとも1つ以上は、ハロゲン、またはハロゲン原子で置換されたC~Cのアルキル基であり、
    mは、0~2の整数である。)
    Figure 0007112476000016
    (前記化学式(2)中、
    は、C~Cのアルキレン基、1つ以上の水素がハロゲン原子で置換されたC~Cのアルキレン基、-O-、-S-、-S(=O)-、及びC~Cのアルキル基で置換または非置換されたC~C20のアリーレン基からなる群から選択され、
    及びXは、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、水素、ハロゲン、C~Cのアルキル基、及び1つ以上の水素がハロゲン原子で置換されたC~Cのアルキル基からなる群から選択される。)
    Figure 0007112476000017
    (前記化学式(2A)中、
    は、C~Cのアルキレン基、1つ以上の水素がハロゲン原子で置換されたC~Cのアルキレン基、及びC~Cのアルキル基で置換または非置換されたC~C20のアリーレン基からなる群から選択され、
    及びXは、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、水素、ハロゲン、C~Cのアルキル基、及び1つ以上の水素がハロゲン原子で置換されたC~Cのアルキル基からなる群から選択される。)
    Figure 0007112476000018
    (前記化学式(3)中、
    Cは、4価のC~C20の芳香族環基、及び4価のC~C20の脂肪族環基からなる群から選択され、
    前記4価のC~C20の芳香族環基は、C~Cのアルキル基で置換されることがあり、
    前記Cは、複数個の環であることができ、複数個の環は、互いに同一または異なり、複数個の環同士が、単結合、-C(=O)NH-、及び-C(=O)-O-からなる群から選択される1種以上の連結基を介して連結されている。)
    Figure 0007112476000019
    (前記化学式(4)中、
    Dは、C~Cのアルキレン基、1つ以上の水素がハロゲン原子で置換されたC~Cのアルキレン基、-O-、-S-、-C(=O)-、及び-S(=O)-からなる群から選択され、
    及びXは、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、水素、ハロゲン、C~Cのアルキル基、及び1つ以上の水素がハロゲン原子で置換されたC~Cのアルキル基からなる群から選択され、
    nは、1~3の整数である。)
  2. 前記X~Xは、それぞれ独立に、FまたはCFである電子吸引性基(EWG)である、請求項1に記載の透明ポリイミド樹脂フィルム。
  3. 前記Aは、次の化学式(5)で示される置換体群から選択されるものである、請求項1に記載の透明ポリイミド樹脂フィルム:
    Figure 0007112476000020
    (前記化学式(5)中、
    *は、前記化学式(1)における連結部位であり、
    ~Rは、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、F、及びCFからなる群から選択される。)
  4. 前記Cは、次の化学式(6)で示される置換体群から選択されるものである、請求項1に記載の透明ポリイミド樹脂フィルム:
    Figure 0007112476000021
    (前記化学式(6)中、
    *は、前記化学式(3)における連結部位であり、
    ~Rは、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、水素、またはC~Cのアルキル基から選択される。)
  5. 前記化学式(1)で示されるジアミンの含有量は、前記ジアミン混合物100モル%に対して、50~99.9モル%であり、
    前記化学式(2)で示されるジアミン、前記化学式(2A)で示されるジアミン、及び2,2’-ジメチルビフェニル-4,4’-ジアミンの合計含有量は、前記ジアミン混合物100モル%に対して、0.1~50モル%である、請求項1に記載の透明ポリイミド樹脂フィルム。
  6. 前記化学式(3)で示されるジアンヒドリドの含有量は、前記ジアンヒドリド混合物100モル%に対して、10~95モル%である、請求項1に記載の透明ポリイミド樹脂フィルム。
  7. 前記(a)ジアミン混合物と(b)ジアンヒドリド混合物との含有比率が、(a):(b)=1:0.1~10重量比である、請求項1に記載の透明ポリイミド樹脂フィルム。
  8. 前記ポリイミド形成用組成物の粘度が、1,000~500,000cpsである、請求項1に記載の透明ポリイミド樹脂フィルム。
  9. 請求項1~8のいずれか1項に記載の透明ポリイミド樹脂フィルムを含む透明基板。
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