JP2021102770A - 接着力が向上したポリアミック酸組成物及びこれを含むポリイミドフィルム - Google Patents

接着力が向上したポリアミック酸組成物及びこれを含むポリイミドフィルム Download PDF

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Abstract

【課題】光学特性、熱特性、ガラス基板との接着力特性などに優れたポリアミック酸組成物を提供する。【解決手段】(a)フッ素原子を含有する置換基を有してもよく、直結、又は−O−、−SO2−、パーフルオロアルキリデン基を連結基として有し、且つオルト位に水酸基を有する2環系の芳香族ジアミン(A);並びに、フッ素化第1のジアミン、及びスルホン系第2のジアミンからなる群から選択される1種以上の化合物(B)を含有するジアミン;(b)フッ素化芳香族第1の酸二無水物、脂環族第2の酸二無水物、及び、非フッ素化芳香族第3の酸二無水物からなる群から選択される1種以上の酸二無水物;及び(c)有機溶媒;を含む、フレキシブルディスプレイの基板用透明ポリアミック酸組成物。【選択図】図1

Description

本発明は、特定の化学構造を有するジアミン系モノマーを含み、ガラス基板での接着力特性が向上したポリアミック酸組成物、及び、前記ポリアミック酸組成物で製造され、フレキシブルディスプレイ基板又は保護膜として適用可能な無色透明なポリイミドフィルムに関する。
通常、プラズマディスプレイ、液晶素子用ディスプレイ、有機発光素子用ディスプレイなどのようなフラットパネルディスプレイ(Flat Panel Display:FPD)においては、ガラス基板が使用されている。このようなガラス基板を使用するディスプレイにおいては、軽薄化及び小型化傾向に伴い、ガラス基板の代替品として透明プラスチック基板の検討が行われている。
前記ガラス基板を代替する透明プラスチック基板として、ポリエチレンテレフタレート(Polyethylene terephthalate:PET)フィルムやポリエーテルスルホン(Polyether sulfone:PES)フィルムを用いた基板が開発されている。前記PET又はPESのような高分子樹脂を用いた透明プラスチック基板は、ガラス基板に比べて軟性に優れる一方で、ガラス転移温度(Glass Transition Temperature:Tg)が低いため、耐熱性に劣るという問題を持っている。また、ガラス基板に比べて熱膨張係数(Coefficient of Thermal Expansion:CTE)が高いため、ディスプレイ製造過程において高温で行われる工程(例えば、300℃以上での薄膜トランジスタ(TFT)工程)で変形し易くなるという問題も持っている。従って、ガラス基板と同様な透明性を示しかつ高耐熱性及び低熱膨張係数を有する透明プラスチック基板材料の開発が求められ、幅広い研究が行われており、特に折り曲げ可能なフレキシブルディスプレイ基板に関する研究が盛んに進められている。
一般に、ポリイミド(PI)は、優れた耐熱性を有すると共に、機械的、化学的、電気的特性に優れているため、近年、PIを含むコーティング材料、成形材料、複合材料の分野においても使用が増加している。ポリイミド樹脂は、電荷移動錯体(Charge Transfer Complex:CTC)による影響で褐色又は黄色に着色され、可視光線領域での透過度が低いため、ガラス基板のような高透明性が得られないという限界がある。従って、上述のような問題点を解決するための研究が行われている。一般に、ポリイミド(PI)樹脂とは、芳香族ジアンヒドリドと芳香族ジアミン又は芳香族ジイソシアネートとを溶液重合してポリアミック酸誘導体を製造した後、高温で閉環脱水を行い、イミド化して製造される高耐熱性樹脂を指す。
前記ポリイミド樹脂を製造するための芳香族ジアンヒドリド成分としては、ピロメリト酸二無水物(PMDA)又はビフェニルテトラカルボン酸二無水物(BPDA)などが使用され、芳香族ジアミン成分としては、2,2’−ビス(トリフルオロメチル)−4,4’−ジアミノビフェニル(TFDB)、オキシジアニリン(ODA)、p−フェニレンジアミン(p−PDA)、m−メチレンジアミン(m−MDA)、メチレンジアミン(MDA)、ビスアミノフェニルヘキサフルオロプロパン(HFDA)などが使用されている。このようなジアンヒドリド又はジアミンのモノマーから構成されるポリイミドは、ガラス基板との接着力が低く、又は、ほとんど有しないため、TFT工程中に、フィルムがガラス基板から分離されるという問題が生じる。また、光学特性と熱特性とはトレードオフの関係にあるため、各特性に適した成分の化合物、即ち、透明PI用モノマーの開発が求められ、これにより、高い光学特性を有すると共に、ガラス基板との接着力に優れ、かつ高い熱特性を有する透明プラスチック基板用ポリアミック酸(polyamic acid)組成物及びポリイミドフィルムの開発が要望されている。
本発明者らは、特定の構造と置換基とを有するモノマーを導入することで、光学特性、ガラス基板との接着力特性、耐熱特性及び熱膨張係数特性が、従来のものに比べて向上する点に着目した。
より具体的に、本発明者らは、高透明性、高い接着力及び優れた熱的特性を有するポリイミド樹脂を得るため、特定の化学構造と置換基とを有するジアミン系モノマーを導入することが有効であると判断し、本発明の目的は、前記ジアミンモノマーの含有量を特定の範囲に調節することで、低いY.I(Yellow Index)、高い光透過度、ガラス基板との高い接着力、優れた熱安定性などを同時に実現することができる透明ポリアミック酸組成物及びポリイミドフィルムを提供することにある。
本発明の他の目的は、LCD及びOLEDのフレキシブルディスプレイ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アミック酸組成物及びポリイミドフィルムを提供することにある。
上述の目的を達成するため、本発明は、(a)下記の化1で示される化合物を含有するジアミン、(b)酸二無水物、及び、(c)有機溶媒を含み、下記の化1で示される化合物は、全ジアミン100モル%に対して、10〜80モル%の範囲で含まれるポリアミック酸組成物を提供する。
Figure 2021102770
(式中、Aは、単結合、又は、
Figure 2021102770
からなる群から選択され、X及びXは、互いに同一又は異なって、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、X及びXのうちの少なくとも1つ以上は、ハロゲン、又はハロゲン原子で置換されたC〜Cのアルキル基であり、複数のYは、水素結合性官能基で、それぞれ独立に、ヒドロキシ基であり、nは、1〜2の整数である。)
本発明において、前記X及びXは、それぞれ独立に、F又はCFのような電子吸引性基(Electron Withdrawing Group:EWG)であることができる。
本発明において、前記ジアミンは、フッ素化第1のジアミン、スルホン系第2のジアミン、ヒドロキシ系第3のジアミン、エーテル系第4のジアミン、及び脂環族第5のジアミンからなる群から選択される1種以上をさらに含むことができる。
本発明において、前記フッ素化第1のジアミン、スルホン系第2のジアミン、ヒドロキシ系第3のジアミン、エーテル系第4のジアミン、及び脂環族第5のジアミンの含有量は、それぞれ、全ジアミン100モル%に対して、20〜90モル%であることができる。
本発明において、前記酸二無水物は、フッ素化芳香族第1の酸二無水物、脂環族第2の酸二無水物、及び非フッ素化芳香族第3の酸二無水物からなる群から選択される1種以上を含むことができる。
本発明において、前記第1の酸二無水物、第2の酸二無水物、及び第3の酸二無水物からなる群から選択される1種以上の化合物の含有量は、全酸二無水物100モル%に対して、10〜100モル%であることができる。
本発明において、前記ジアミン(a)と前記酸二無水物(b)とのモル数比(a/b)は、0.7〜1.3の範囲であることができる。
また、本発明は、上述のポリアミック酸組成物をイミド化して製造される透明ポリイミドフィルムを提供する。
本発明において、前記透明ポリイミドフィルムは、下記の(i)〜(vi)の物性条件を満たすものであることができ、より具体的には、(i)ASTM D 3359規格によるガラス基板での接着力が2B以上であり、(ii)ASTM E313−73規格による黄色度が7以下(厚さ10μmを基準に)であり、(iii)波長550nmでの光線透過率が89%以上であり、(iv)ガラス転移温度(T)が330〜400℃の範囲であり、(v)TMA測定による熱膨張係数(CTE)が10〜60ppm/℃の範囲であり、(vi)下記の式で算出される厚さ方向の位相差(Rth)が、厚さ10μmを基準に、80nm〜400nmであることができる。
位相差Rth(nm)=[(n+n)/2−n]×d
(ここで、nは、波長550nmの光で測定されるポリイミド樹脂フィルムの面内屈折率のうち最大の屈折率であり、nは、波長550nmの光で測定されるポリイミド樹脂フィルムの面内屈折率のうちnと垂直な屈折率であり、nは、波長550nmの光で測定されるポリイミド樹脂フィルムの厚さ方向の屈折率であり、dは、ポリイミドフィルムの厚さである。)
本発明において、前記透明ポリイミドフィルムは、フレキシブルディスプレイ用基板又は保護膜として使用可能である。
本発明によれば、特定の構造と置換基とを導入したジアミンモノマーを採択し、その含有量を特定の範囲に調節することで、光学特性、熱特性、ガラス基板との接着力特性などに優れたポリアミック酸組成物を提供することができる。
また、本発明によれば、光学特性、熱特性、ガラス基板との接着力などに優れた前記ポリアミック酸組成物をイミド化して透明基板に適用することで、優れた物性及び製品信頼性を発揮し得るフレキシブルディスプレイ基板を提供することができる。
実施例1で製造されたポリイミドフィルムの接着力評価結果(5B)を示す写真である。 比較例1〜8で製造されたポリイミドフィルムの接着力評価(0B)を示す写真である。
以下、本発明を詳述する。但し、下記の例は例示に過ぎないものであり、本発明は、これらの例によって制限されず、後述の特許請求の範囲によって定義される。
<透明ポリアミック酸組成物>
本発明の透明ポリアミック酸組成物は、透明ポリイミドフィルムを製造するためのものであって、下記の化1で示される化合物をジアミン成分として含むことを特徴とする。
より具体的に、前記ポリアミック酸組成物は、(a)下記の化1で示される化合物を含有するジアミン、(b)酸二無水物、及び(c)有機溶媒を含む。
本発明の透明ポリアミック酸の製造に使用されるジアミン(a)単量体は、下記の化1で示される化合物を含む。
Figure 2021102770
(式中、Aは、単結合、又は、
Figure 2021102770
からなる群から選択され、X及びXは、互いに同一又は異なって、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、X及びXのうちの少なくとも1つ以上は、ハロゲン、又はハロゲン原子で置換されたC〜Cのアルキル基であり、
複数のYは、水素結合性官能基で、それぞれ独立に、ヒドロキシ基であり、nは、1又は2の整数である。)
既存の透明ポリイミド(colorless polyimide)は、化合物中のフッ素(fluorine)が置換されたモノマーを使用しているため、低い黄色度を示す一方で、前記フッ素の使用により、ガラス基板との接着力がほとんどなく、又は、接着力が非常に低くなる。従って、ディスプレイを製造する際、薄膜トランジスタ(TFT)工程中にフィルムがガラス基板から分離されるという問題が生じる。このような問題を解決するため、シランカップリング剤(silane coupling agent)のように化学結合で接着力を向上させようとする場合、屈折率のミスマッチ(refractive index mismatching)により、ヘイズ(haze)が発生し、光特性が低下してしまう。
それで、本発明は、光学特性と接着特性とを同時に改善させるため、ガラス基板と水素結合を形成し得る官能基、例えば、ヒドロキシ基(−OH)などが少なくとも1つ以上導入された前記化1の化合物を、ジアミン成分として使用することを特徴とする。
このようなヒドロキシ基などの水素結合性官能基は、ポリイミドの硬化後にも表面に多数存在しているため、ガラス基板との水素結合(hydrogen bonding)を形成することで、ポリイミドフィルムの接着特性が有意に向上することができる。
また、本発明では、上述の化1にフッ素(F)又は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で、上述の光学特性、熱的特性を一層向上させることができる。より具体的に、ポリイミドフィルムは、無色でなく、濃褐色を呈するが、これは、イミド鎖内に存在するπ電子間のCTC(Charge Transfer Complex)によるものである。前記化1に導入された−F、−CFなどは、強い電子吸引性基であるため、π電子間の移動により前記CTCが生じないようにすることで、ポリイミドの高い透明性を示すことができる。
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(EWG)であることができ、それぞれ独立に、フッ素(F)又はCFであることが好ましい。
また、前記Yとしては、当業界で周知の水素結合性官能基を制限なく使用可能である。なお、複数のYは、互いに同一又は異なって、それぞれ独立に、ヒドロキシ基(−OH)であることが好ましく、より好ましくは、2つのヒドロキシ基が導入されるものである。
また、前記Aは、
Figure 2021102770
であることが好ましい。
本発明に係る化1で示される化合物は、より具体的には、下記の化合物1〜化合物12からなる群から選択されるいずれか1つの化合物であることができるが、これに限定されない。
Figure 2021102770
本発明において、前記化1で示されるジアミンモノマーの使用量は、特に制限されないが、例えば、全酸二無水物100モル%に対して、10〜80モル%の範囲であることができ、好ましくは、20〜80モル%の範囲である。
なお、当業界で周知のジアミン化合物を含めて混用することができる。
本発明では、前記化1で示される化合物の他に、当業界で周知のジアミン化合物を含めて混用することができる。
本発明において、前記化1の化合物と混用されるジアミン化合物としては、分子内ジアミン構造を有するものであれば、特に制限されない。例えば、ジアミン構造を有する芳香族、脂環族、又は、脂肪族化合物などが挙げられる。
本発明において使用可能なジアミンとしては、高い透過率(High Transmittance)、低いY.I、低いヘイズなどの光学特性;高いガラス転移温度(High Tg)、低い熱膨張係数(Low CTE)などの熱的特性;高いモジュラス(High Modulus)、高い表面硬度(High Surface Hardness)などの機械的特性などを考慮し、フッ素化置換基を有する直線状構造、又は、スルホン(sulfone)系、ヒドロキシ(hydroxyl)系、エーテル(ether)系などを含む構造を適切に組み合わせて使用する必要がある。それで、本発明では、前記ジアミン化合物として、フッ素置換基が導入されたフッ素化芳香族第1のジアミン、スルホン系第2のジアミン、ヒドロキシ系第3のジアミン、エーテル系第4のジアミン、脂環族系第5のジアミンを、それぞれ、単独で又は2種以上を混合して使用することができる。
使用可能なジアミン単量体(a)としては、例えば、オキシジアニリン(ODA)、2,2’−ビス(トリフルオロメチル)−4,4’−ジアミノビフェニル(2,2’−TFDB)、2,2’−ビス(トリフルオロメチル)−4,3’−ジアミノビフェニル(2,2’−Bis(trifluoromethyl)−4,3’−Diaminobiphenyl)、2,2’−ビス(トリフルオロメチル)−5,5’−ジアミノビフェニル(2,2’−Bis(trifluoromethyl)−5,5’−Diaminobiphenyl)、2,2’−ビス(トリフルオロメチル)−4,4’−ジアミノフェニルエーテル(2,2’−Bis(trifluoromethyl)−4,4’−diaminodiphenyl ether、6−FODA)、ビスアミノヒドロキシフェニルヘキサフルオロプロパン(DBOH)、ビスアミノフェノキシフェニルヘキサフルオロプロパン(4BDAF)、ビスアミノフェノキシフェニルプロパン(6HMDA)、ビスアミノフェノキシジフェニルスルホン(DBSDA)、ビス(4−アミノフェニル)スルホン(4,4’−DDS)、ビス(3−アミノフェニル)スルホン(3,3’−DDS)、スルホニルジフタル酸無水物(SODPA)、4,4’−オキシジアニリン(4,4’−ODA)、ビス(カルボキシフェニル)ジメチルシラン、又は、これらの1種又は2種以上を混合して使用することができるが、これらに制限されない。
高透明性、高ガラス転移温度及び低黄色度を考慮し、前記フッ素化第1のジアミンとしては、直線状の高分子化を誘導し得る2,2’−ビス(トリフルオロメチル)−4,4’−ジアミノビフェニル(2,2’−TFDB)を使用することが好ましい。また、前記スルホン系第2のジアミンとしては、ビス(4−アミノフェニル)スルホン(4,4’−DDS)を使用することが好ましい。また、前記ヒドロキシ系第3のジアミンとしては、2,2−ビス(3−アミノ−4−メチルフェニル)−ヘキサフルオロプロパン(2,2−Bis(3−amino−4−methylphenyl)−hexafluoropropane、BIS−AT−AF)を使用することが好ましい。また、前記エーテル系第4のジアミンとしては、2,2’−ビス(トリフルオロメチル)−4,4’−ジアミノフェニルエーテル(6−FODA)又はオキシジアニリン(ODA)を使用することが好ましい。
本発明のジアミン単量体(a)において、前記フッ素化第1のジアミン、スルホン系第2のジアミン、ヒドロキシ系第3のジアミン、エーテル系第4のジアミン、脂環族第5のジアミンなどの含有量は、特に限定されないが、それぞれ、全ジアミン100モル%に対して、20〜90モル%であることができ、好ましくは、20〜80モル%の範囲である。
本発明の透明ポリアミック酸の製造に使用される酸二無水物(b)単量体としては、分子内酸二無水物構造を有する、当業界で周知のフッ素化、非フッ素化、脂環族などの酸二無水物などを制限なく使用可能である。例えば、フッ素化第1の酸二無水物、脂環族第2の酸二無水物、非フッ素化第3の酸二無水物を、それぞれ、単独で又は2種以上を混合して使用することができる。
本発明において、前記フッ素化第1の酸二無水物単量体としては、フッ素置換基が導入された芳香族酸二無水物であれば、特に限定されない。
使用可能なフッ素化第1の酸二無水物としては、例えば、2,2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン二無水物(2,2−bis(3,4−dicarboxyphenyl)hexafluoropropane dianhydride、6−FDA)、4−(トリフルオロメチル)ピロメリト酸二無水物(4−(trifluoromethyl)pyromellitic dianhydride、4−TFPMDA)などが挙げられる。これは、単独で又は2種以上を混合して使用することができる。フッ素化酸二無水物のうち6−FDAは、分子鎖間及び分子鎖内の電荷移動錯体(CTC)の形成を制限するという大きな特性を有し、透明化するに適した化合物である。
また、本発明において使用可能な脂環族(alicyclic)第2の酸二無水物としては、化合物内、芳香族環でなく、脂環族環を有しかつ酸二無水物構造を有する化合物であれば、特に制限されない。
本発明において使用可能な脂環族第2の酸二無水物としては、例えば、シクロブタンテトラカルボン酸二無水物(CBDA)、1,2,3,4−シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物(CPDA)、ビシクロ[2,2,2]−7−オクテン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物(BCDA)、又は、これらの1種以上の混合物などが挙げられるが、これらに制限されない。
前記非フッ素化第3の酸二無水物単量体としては、フッ素置換基が導入されていない非フッ素化芳香族酸二無水物であれば、特に限定されない。
使用可能な非フッ素化第3の酸二無水物単量体としては、例えば、ピロメリト酸二無水物(Pyromellitic Dianhydride、PMDA)、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(3,3’,4,4’−biphenyl tetracarboxylic acid dianhydride、BTDA)、オキシジフタル酸二無水物(ODPA)などが挙げられるが、これらに制限されない。これらは、単独で又は2種以上を混合して使用することができる。
本発明において、前記第1の酸二無水物、第2の酸二無水物、及び第3の酸二無水物からなる群から選択される1種以上の化合物の含有量は、特に限定されない。一例では、それぞれ、全酸二無水物100モル%に対して、10〜100モル%であることができ、好ましくは、10〜90モル%の範囲、より好ましくは、20〜80モル%の範囲である。
本発明の好適な一例によれば、前記酸二無水物(b)として、フッ素化第1の酸二無水物と非フッ素化第3の酸二無水物とを混用する場合、その使用比率は、40〜90:10〜60モル%比であることができる。
また、本発明の好適な他の一例によれば、前記酸二無水物(b)として、フッ素化第1の酸二無水物と脂環族第2の酸二無水物とを混用する場合、その使用比率は、30〜80:20〜70モル%比であることができる。
また、本発明の好適な他の一例によれば、前記酸二無水物(b)として、脂環族第2の酸二無水物と非フッ素化第3の酸二無水物とを混用する場合、その使用比率は、30〜70:30〜70モル%比であることができる。
本発明の透明ポリアミック酸組成物において、前記ジアミン成分(a)のモル数と、前記ジアンヒドリド成分(b)のモル数との比(a/b)は、0.7〜1.3であることができ、好ましくは、0.8〜1.2の範囲、より好ましくは、0.9〜1.1の範囲である。
本発明のポリアミック酸組成物に含まれる、上述の単量体の溶液重合反応を行うための溶媒(c)としては、当業界で公知の有機溶媒を制限なく使用可能である。
使用可能な溶媒としては、例えば、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、及びジメチルフタレート(DMP)のうちから選択される1つ以上の極性溶媒を使用することができる。その他、テトラヒドロフラン(THF)、クロロホルムのような低沸点溶液又はγ−ブチロラクトンのような溶媒を使用することができる。
前記溶媒の含有量については、特に限定されないが、適切なポリアミック酸溶液の分子量と粘度を得るため、重合用溶媒(第1の溶媒)の含有量は、ポリアミック酸組成物の全重量に対して、50〜90重量%が好ましく、より好ましくは、70〜90重量%の範囲である。
本発明では、上述の酸二無水物とジアミンとを有機溶媒に投入した後、反応させることで、透明ポリアミック組成物を製造することができる。例えば、化1のジアミン、前記第1のジアミン乃至第5のジアミンのうち少なくとも1つ以上のジアミン成分、及び酸二無水物を含むが、ガラス転移温度及び黄色度の改善を図るため、ジアミン(a)と酸二無水物(b)とを、およそ1:1の当量比として、透明ポリアミック酸組成物を形成することができる。
前記ポリアミック酸組成物の組成は、特に制限されないが、例えば、ポリアミック酸組成物の全100重量%に対して、酸二無水物2.5〜25.0重量%、ジアミン2.5〜25.0重量%、及び残部の有機溶媒を含んで構成することができる。前記有機溶媒の含有量は、例えば、70〜90重量%であることができる。また、本発明において、固形分100重量%に対して、酸二無水物30〜70重量%、ジアミン30〜70重量%の範囲であることができるが、これに制限されない。
このような本発明の透明ポリアミック酸組成物は、約1,000〜200,000cps、好ましくは、約5,000〜50,000cps範囲の粘度を有することができる。ポリアミック酸溶液の粘度が上述の範囲内であれば、ポリアミック酸溶液のコーティング時に厚さの調節が容易であり、コーティング表面の均一性が得られる。
また、本発明のポリアミック酸溶液は、必要に応じて、本発明の目的と効果を損なわない範囲で、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。
<ポリイミドフィルム>
本発明は、上述のポリアミック酸溶液を高温でイミド化及び熱処理して製造されるポリイミドフィルムを提供する。
前記ポリイミド樹脂は、イミド環を含有する高分子物質であって、耐熱性、耐化学性、耐摩耗性、及び電気的特性に優れている。なお、前記ポリイミド樹脂は、ランダム共重合体(random copolymer)又はブロック共重合体(blcok copolymer)形態であることができる。
なお、ポリイミド樹脂フィルムをフレキシブルディスプレイなどに適用するためには、基本的に、高透明性、低熱膨張係数、高ガラス転移温度などの特性有する必要がある。より具体的には、膜厚さ10μmで550nmの光透過率が89%以上、550nmの黄色度の値が7以下、ガラス転移温度(Tg)が300℃以上などが要求される。また、TFT蒸着工程中の信頼性を確保するため、支持体上(ガラス基板)のポリイミドが工程中にガラス基板から剥離されない程度の接着力が要求される。
実際に、上述のポリアミック酸組成物をイミド化して製造される本発明のポリイミドフィルムは、高透明性を示すと共に、低い黄色度、ガラス基板との高い接着力、低い熱膨張係数、高いガラス転移温度(Tg)を有する。より具体的に、前記ポリイミドフィルムは、下記の(i)〜(vi)の物性条件、例えば、(i)ASTM D 3359規格によるガラス基板での接着力が2B以上であり、(ii)ASTM E313−73規格による黄色度が7以下(10μm基準)であり、(iii)波長550nmでの光線透過率が89%以上であり、(iv)ガラス転移温度(T)が330〜400℃の範囲であり、(v)TMA測定による熱膨張係数(CTE)が10〜60ppm/℃の範囲であり、(vi)下記の式で算出される厚さ方向の位相差(Rth)が、厚さ10μmを基準に、80nm〜400nmであることができる。
位相差Rth(nm)=[(n+n)/2−n]×d
(ここで、nは、550nmの光で測定されるポリイミド樹脂フィルムの面内屈折率のうち最大の屈折率であり、nは、波長550nmの光で測定されるポリイミド樹脂フィルムの面内屈折率のうちnと垂直な屈折率であり、nは、波長550nmの光で測定されるポリイミド樹脂フィルムの厚さ方向の屈折率であり、dは、ポリイミドフィルムの厚さである。)
本発明に係るポリイミドフィルムは、常法に従って透明ポリアミック酸溶液を発熱溶液重合反応により製造することができる。例えば、前記透明ポリアミック酸組成物を支持体にコーティング(キャスティング)した後、30〜350℃の範囲で徐々に昇温させながら、0.5〜8時間の間、イミド閉環反応(imidazation)を誘導して製造することができる。なお、アルゴンや窒素などの不活性雰囲気下で反応を行うことが好ましい。
この時、前記コーティング方法は、常法を制限なく採用可能であり、例えば、スピンコーティング(spin coating)、ディップコーティング(dip coating)、ソルベントキャスティング(solvent casting)、スロットダイコーティング(slot die coating)及びスプレーコーティングからなる群から選択される少なくとも1つの方法で行うことができる。前記無色透明なポリイミド層の厚さは、数百nm〜数十μmとなるように、透明ポリアミック酸組成物を一回以上コーティングすることができる。
本発明に係るポリイミドフィルムの製造方法において、重合されたポリアミック酸を支持体にキャスティングしてイミド化するステップに適用されるイミド化法としては、熱イミド化法、化学イミド化法、又は、熱イミド化法と化学イミド化法とを併用して適用することができる。
前記熱イミド化法は、ポリアミック酸溶液を支持体上にキャスティングし、30〜400℃の温度範囲で徐々に昇温させながら、1〜10時間加熱してポリイミドフィルムを得る方法である。
また、前記化学イミド化法は、ポリアミック酸溶液に酢酸無水物などの酸無水物に代表される脱水剤と、イソキノリン、β−ピコリン、ピリジンなどのアミン類などに代表されるイミド化触媒とを投入する方法である。このような化学イミド化法に、熱イミド化法、又は、熱イミド化法を併用する場合、ポリアミック酸溶液の加熱条件は、ポリアミック酸溶液の種類、製造されるフィルムの厚さなどにより変化可能である。
前記熱イミド化法と化学イミド化法とを併用する場合のポリイミドフィルムの製造例は、より具体的には、ポリアミック酸溶液に脱水剤及びイミド化触媒を投入して支持体上にキャスティングした後、80〜300℃、好ましくは、150〜250℃で加熱し、脱水剤及びイミド化触媒を活性化することで、部分的に硬化及び乾燥した後、ポリイミドフィルムを得ることができる。
このように形成されたポリイミドフィルムの厚さは、特に制限されないが、適用分野に応じて適切に調整することができる。例えば、10〜150μmの範囲であることができ、好ましくは、10〜80μmの範囲である。
本発明において上述のように製造された透明ポリイミドフィルムは、幅広い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素材のようなフレキシブル用基板及び/又は保護膜として活用可能である。
以下、具体的な実施例を挙げて本発明を詳述するが。後述の実施例は、本発明の理解を助けるための例示に過ぎず、本発明の範囲は、これらの例によって限定されない。
[透明ポリアミック酸組成物の合成及びポリイミドフィルムの製造]
[実施例1]
1.ポリアミック酸溶液の製造
反応器として500mlの3口丸底フラスコを用いて、50mL/分の流量で窒素を通過させながら、N,N−ジメチルアセトアミド(以下「DMAc」と略する)145.9gを反応器に仕込み、反応器の温度を40℃に昇温させた後、化合物2及び4−アミノフェニルスルホン(以下「4,4’−DDS」と略する)を、それぞれ、20.0g(41.1wt%)、3.53g(7.3wt%)加え、1時間攪拌して、化合物2及び4,4’−DDSを完全に溶解させた。次に、反応器の温度を30℃に冷却して維持し、次に、4,4’−(ヘキサフルオロイソプロピリデン)ジフタル酸無水物(以下「6FDA」と略する)18.92g(38.9wt%)を加えた後、2時間攪拌した。最後にピロメリト酸二無水物(以下「PMDA」と略する)6.19g(12.7wt%)を加えた後、さらに48.6gのDMAcを加え、30℃で24時間反応を行った。反応終了後、減圧装置に、ポアサイズ1μmのガラスフィルタを経て、固形分20%で、粘度が約24,000cPであるポリアミック酸溶液を得た。
2.透明ポリイミドフィルムの製造
前記ポリアミック酸溶液を、LCD用ガラスにコーティングした後、窒素雰囲気のコンベクションオーブンで、80℃で30分間、150℃で30分間、200℃で1時間、300℃で1時間、段階的に徐々に昇温させながら、乾燥及びイミド反応(imidazation)を行い、イミド化率が85%以上の透明ポリイミド樹脂フィルムを製造した。次に、LCD用ガラスにコーティングされたポリイミド樹脂フィルムを、蒸留水入りバスタイプ(bath type)の超音波装置に放置し、LCD用ガラス板からポリイミドフィルムを剥離し、厚さ9〜12μmの透明ポリイミドフィルムを得た。次に、ポリイミドフィルム内に存在する水分を除去するため、100℃の真空オーブンにフィルムを放置した後、約1時間水分を除去し、最終のポリイミドフィルムを得た。
[実施例2]
上述の実施例1において、DMAc190.2gを反応器に仕込み、反応器の温度を40℃に昇温させた後、化合物7及び2,2−ビス(3−アミノ−4−メチルフェニル)ヘキサフルオロプロパン(以下「BIS−AT−AF」と略する)を、それぞれ、20.0g(31.5wt%)、6.5g(10.2wt%)加え、1時間攪拌して、化合物7及びBIS−AT−AFを完全に溶解させた。次に、反応器の温度を30℃に冷却して維持し、次に、6FDA31.7g(49.9wt%)を加えた後、2時間攪拌した。最後に、3,3’4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(以下「BPDA」と略する)5.3g(8.4wt%)を加えた後、さらに63.4gのDMAcを加え、30℃で24時間反応を行った。反応終了後、減圧装置に、ポアサイズが1μmのガラスフィルタを経て、固形分20%で、粘度が約11,000cPであるポリアミック酸溶液を得た。
製造されたポリアミック酸溶液を用いて上述の実施例1と同様にして透明ポリイミドフィルムを製造した。
[実施例3]
上述の実施例1において、DMAc127.3gを反応器に仕込み、反応器の温度を40℃に昇温させた後、化合物11及び2,2−ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン(以下「TFDB」と略する)を、それぞれ、20.0g(47.1wt%)、4.4g(10.3wt%)加え、1時間攪拌して、化合物11及びTFDBを完全に溶解させた。次に、反応器の温度を30℃に冷却して維持し、次に、BPDA14.1g(33.2wt%)を加えた後、2時間攪拌した。最後に、シクロブタン−1,2,3,4−テトラカルボン酸二無水物(以下「CBDA」と略する)4.0g(9.4wt%)を加えた後、さらに42.4gのDMAcを加え、30℃で24時間反応を行った。反応終了後、減圧装置に、ポアサイズが1μmのガラスフィルタを経て、固形分20%で、粘度が約10,000cPであるポリアミック酸溶液を得た。
製造されたポリアミック酸溶液を用いて上述の実施例1と同様にして透明ポリイミドフィルムを製造した。
[実施例4]
上述の実施例1において、DMAc147.1gを反応器に仕込み、反応器の温度を40℃に昇温させた後、化合物2及びTFDBを、それぞれ、20.0g(40.7wt%)、4.6g(9.4wt%)加え、1時間攪拌して、化合物2及びTFDBを完全に溶解させた。次に、反応器の温度を30℃に冷却して維持し、次に、6FDA18.9g(38.5wt%)を加えた後、2時間攪拌した。最後に、CBDA5.6g(11.4wt%)を加えた後、さらに49.0gのDMAcを加え、30℃で24時間反応を行った。反応終了後、減圧装置に、ポアサイズが1μmのガラスフィルタを経て、固形分20%で、粘度が約37,000cPであるポリアミック酸溶液を得た。
製造されたポリアミック酸溶液を用いて上述の実施例1と同様にして透明ポリイミドフィルムを製造した。
[実施例5]
上述の実施例1において、DMAc169.9gを反応器に仕込み、反応器の温度を40℃に昇温させた後、化合物2及び4,4’−DDSを、それぞれ、18.0g(31.8wt%)、8.5g(15wt%)加え、1時間攪拌して、化合物2及び4,4’−DDSを完全に溶解させた。次に、反応器の温度を30℃に冷却して維持し、次に、6FDA15.1g(26.7wt%)を加えた後、2時間攪拌した。最後に、BPDA15.0g(26.5wt%)を加えた後、さらに56.6gのDMAcを加え、30℃で24時間反応を行った。反応終了後、減圧装置に、ポアサイズが1μmのガラスフィルタを経て、固形分20%で、粘度が約26,000cPであるポリアミック酸溶液を得た。
製造されたポリアミック酸溶液を用いて上述の実施例1と同様にして透明ポリイミドフィルムを製造した。
[実施例6]
上述の実施例1において、DMAc166.8gを反応器に仕込み、反応器の温度を40℃に昇温させた後、化合物7及びBIS−AT−AFを、それぞれ、16.0g(28.8wt%)、13.8g(24.8wt%)加え、1時間攪拌して、化合物7及びBIS−AT−AFを完全に溶解させた。次に、反応器の温度を30℃に冷却して維持し、次に、BPDA19.6g(35.3wt%)を加えた後、2時間攪拌した。最後に、PMDA6.2g(11.1wt%)を加えた後、さらに55.6gのDMAcを加え、30℃で24時間反応を行った。反応終了後、減圧装置に、ポアサイズが1μmのガラスフィルタを経て、固形分20%で、粘度が約25,000cPであるポリアミック酸溶液を得た。
製造されたポリアミック酸溶液を用いて上述の実施例1と同様にして透明ポリイミドフィルムを製造した。
[実施例7]
上述の実施例1において、DMAc159.1gを反応器に仕込み、反応器の温度を40℃に昇温させた後、化合物11及びTFDBを、それぞれ、21.0g(39.6wt%)、12.2g(23wt%)加え、1時間攪拌して、化合物11及びTFDBを完全に溶解させた。次に、反応器の温度を30℃に冷却して維持し、次に、PMDA10.4g(19.6wt%)を加えた後、2時間攪拌した。最後に、CBDA9.4g(17.7wt%)を加えた後、さらに53.0gのDMAcを加え、30℃で24時間反応を行った。反応終了後、減圧装置に、ポアサイズが1μmのガラスフィルタを経て、固形分20%で、粘度が約31,000cPであるポリアミック酸溶液を得た。
製造されたポリアミック酸溶液を用いて上述の実施例1と同様にして透明ポリイミドフィルムを製造した。
[実施例8]
上述の実施例1において、DMAc157.2gを反応器に仕込み、反応器の温度を40℃に昇温させた後、化合物2及びTFDBを、それぞれ、15.0g(28.6wt%)、9.1g(17.4wt%)加え、1時間攪拌して、化合物2及びTFDBを完全に溶解させた。次に、反応器の温度を30℃に冷却して維持し、次に、6FDA25.2g(48.1wt%)を加えた後、2時間攪拌した。最後に、PMDA3.1g(5.9wt%)を加えた後、さらに52.4gのDMAcを加え、30℃で24時間反応を行った。反応終了後、減圧装置に、ポアサイズが1μmのガラスフィルタを経て、固形分20%で、粘度が約32,000cPであるポリアミック酸溶液を得た。
製造されたポリアミック酸溶液を用いて上述の実施例1と同様にして透明ポリイミドフィルムを製造した。
[実施例9]
上述の実施例1において、DMAc155.8gを反応器に仕込み、反応器の温度を40℃に昇温させた後、化合物2及び4,4’−DDSを、それぞれ、12.5g(24.1wt%)、13.2g(25.4wt%)加え、1時間攪拌して、化合物2及び4,4’−DDSを完全に溶解させた。次に、反応器の温度を30℃に冷却して維持し、次に、6FDA15.8g(30.4wt%)を加えた後、2時間攪拌した。最後に、CBDA10.4g(20wt%)を加えた後、さらに51.9gのDMAcを加え、30℃で24時間反応を行った。反応終了後、減圧装置に、ポアサイズが1μmのガラスフィルタを経て、固形分20%で、粘度が約24,000cPであるポリアミック酸溶液を得た。
製造されたポリアミック酸溶液を用いて上述の実施例1と同様にして透明ポリイミドフィルムを製造した。
[実施例10]
上述の実施例1において、DMAc161.5gを反応器に仕込み、反応器の温度を40℃に昇温させた後、化合物7及びBIS−AT−AFを、それぞれ、10.5g(19.5wt%)、20.4g(37.8wt%)加え、1時間攪拌して、化合物7及びBIS−AT−AFを完全に溶解させた。次に、反応器の温度を30℃に冷却して維持し、次に、BPDA13.8g(25.6wt%)を加えた後、2時間攪拌した。最後に、CBDA9.2g(17.1wt%)を加えた後、さらに53.8gのDMAcを加え、30℃で24時間反応を行った。反応終了後、減圧装置に、ポアサイズが1μmのガラスフィルタを経て、固形分20%で、粘度が約12,000cPであるポリアミック酸溶液を得た。
製造されたポリアミック酸溶液を用いて上述の実施例1と同様にして透明ポリイミドフィルムを製造した。
[実施例11]
上述の実施例1において、DMAc153.7gを反応器に仕込み、反応器の温度を40℃に昇温させた後、化合物11及びTFDBを、それぞれ、10.5g(20.5wt%)、13.8g(26.9wt%)加え、1時間攪拌して、化合物11及びTFDBを完全に溶解させた。次に、反応器の温度を30℃に冷却して維持し、次に、6FDA22.3g(43.5wt%)を加えた後、2時間攪拌した。最後に、PMDA4.7g(9.2wt%)を加えた後、さらに51.2gのDMAcを加え、30℃で24時間反応を行った。反応終了後、減圧装置に、ポアサイズが1μmのガラスフィルタを経て、固形分20%で、粘度が約19,000cPであるポリアミック酸溶液を得た。
製造されたポリアミック酸溶液を用いて上述の実施例1と同様にして透明ポリイミドフィルムを製造した。
[実施例12]
上述の実施例1において、DMAc155.5gを反応器に仕込み、反応器の温度を40℃に昇温させた後、化合物5及びTFDBを、それぞれ、12.5g(24.1wt%)、16.3g(31.4wt%)加え、1時間攪拌して、化合物5及びTFDBを完全に溶解させた。次に、反応器の温度を30℃に冷却して維持し、次に、BPDA17.5g(33.7wt%)を加えた後、2時間攪拌した。最後に、PMDA5.6g(10.8wt%)を加えた後、さらに51.8gのDMAcを加え、30℃で24時間反応を行った。反応終了後、減圧装置に、ポアサイズが1μmのガラスフィルタを経て、固形分20%で、粘度が約37,000cPであるポリアミック酸溶液を得た。
製造されたポリアミック酸溶液を用いて上述の実施例1と同様にして透明ポリイミドフィルムを製造した。
[実施例13]
上述の実施例1において、DMAc155.9gを反応器に仕込み、反応器の温度を40℃に昇温させた後、化合物2及びTFDBを、それぞれ、10.0g(19.3wt%)、13.6g(26.2wt%)加え、1時間攪拌して、化合物2及びTFDBを完全に溶解させた。次に、反応器の温度を30℃に冷却して維持し、次に、6FDA25.2g(48.6wt%)を加えた後、2時間攪拌した。最後に、PMDA3.1g(6wt%)を加えた後、さらに52.6gのDMAcを加え、30℃で24時間反応を行った。反応終了後、減圧装置に、ポアサイズが1μmのガラスフィルタを経て、固形分20%で、粘度が約36,000cPであるポリアミック酸溶液を得た。
製造されたポリアミック酸溶液を用いて上述の実施例1と同様にして透明ポリイミドフィルムを製造した。
[実施例14]
上述の実施例1において、DMAc160.8gを反応器に仕込み、反応器の温度を40℃に昇温させた後、化合物2及び4,4’−DDSを、それぞれ、15.0g(27.9wt%)、15.9g(29.6wt%)加え、1時間攪拌して、化合物2及び4,4’−DDSを完全に溶解させた。次に、反応器の温度を30℃に冷却して維持し、次に、PMDA18.6g(34.6wt%)を加えた後、2時間攪拌した。最後に、6FDA4.2g(7.8wt%)を加えた後、さらに53.6gのDMAcを加え、30℃で24時間反応を行った。反応終了後、減圧装置に、ポアサイズが1μmのガラスフィルタを経て、固形分20%で、粘度が約11,000cPであるポリアミック酸溶液を得た。
製造されたポリアミック酸溶液を用いて上述の実施例1と同様にして透明ポリイミドフィルムを製造した。
[実施例15]
上述の実施例1において、DMAc161.1gを反応器に仕込み、反応器の温度を40℃に昇温させた後、化合物7及びBIS−AT−AFを、それぞれ、5.0g(9.3wt%)、25.9g(48.2wt%)加え、1時間攪拌して、化合物7及びBIS−AT−AFを完全に溶解させた。次に、反応器の温度を30℃に冷却して維持し、次に、BPDA13.1g(24.4wt%)を加えた後、2時間攪拌した。最後に、PMDA9.7g(18.1wt%)を加えた後、さらに53.7gのDMAcを加え、30℃で24時間反応を行った。反応終了後、減圧装置に、ポアサイズが1μmのガラスフィルタを経て、固形分20%で、粘度が約13,000cPであるポリアミック酸溶液を得た。
製造されたポリアミック酸溶液を用いて上述の実施例1と同様にして透明ポリイミドフィルムを製造した。
[実施例16]
上述の実施例1において、DMAc165.7gを反応器に仕込み、反応器の温度を40℃に昇温させた後、化合物11及びTFDBを、それぞれ、6.0g(10.9wt%)、21.0g(38wt%)加え、1時間攪拌して、化合物11及びTFDBを完全に溶解させた。次に、反応器の温度を30℃に冷却して維持し、次に、6FDA21.8g(39.5wt%)を加えた後、2時間攪拌した。最後に、CBDA6.4g(11.6wt%)を加えた後、さらに55.2gのDMAcを加え、30℃で24時間反応を行った。反応終了後、減圧装置に、ポアサイズが1μmのガラスフィルタを経て、固形分20%で、粘度が約17,000cPであるポリアミック酸溶液を得た。
製造されたポリアミック酸溶液を用いて上述の実施例1と同様にして透明ポリイミドフィルムを製造した。
[実施例17]
上述の実施例1において、DMAc153.3gを反応器に仕込み、反応器の温度を40℃に昇温させた後、化合物5及びTFDBを、それぞれ、5.5g(10.8wt%)、19.1g(37.4wt%)加え、1時間攪拌して、化合物5及びTFDBを完全に溶解させた。次に、反応器の温度を30℃に冷却して維持し、次に、6FDA13.3g(26wt%)を加えた後、2時間攪拌した。最後に、BPDA13.2g(25.8wt%)を加えた後、さらに51.1gのDMAcを加え、30℃で24時間反応を行った。反応終了後、減圧装置に、ポアサイズが1μmのガラスフィルタを経て、固形分20%で、粘度が約23,000cPであるポリアミック酸溶液を得た。
製造されたポリアミック酸溶液を用いて上述の実施例1と同様にして透明ポリイミドフィルムを製造した。
[実施例18]
上述の実施例1において、DMAc154.5gを反応器に仕込み、反応器の温度を40℃に昇温させた後、化合物2及びTFDBを、それぞれ、5.0g(9.7wt%)、18.2g(35.3wt%)加え、1時間攪拌して、化合物2及びTFDBを完全に溶解させた。次に、反応器の温度を30℃に冷却して維持し、次に、6FDA25.2g(48.9wt%)を加えた後、2時間攪拌した。最後に、PMDA3.1g(6wt%)を加えた後、さらに51.5gのDMAcを加え、30℃で24時間反応を行った。反応終了後、減圧装置に、ポアサイズが1μmのガラスフィルタを経て、固形分20%で、粘度が約28,000cPであるポリアミック酸溶液を得た。
製造されたポリアミック酸溶液を用いて上述の実施例1と同様にして透明ポリイミドフィルムを製造した。
[実施例19]
上述の実施例1において、DMAc157.8gを反応器に仕込み、反応器の温度を40℃に昇温させた後、化合物2、化合物11及び4,4’−DDSを、それぞれ、3.4g(6.5wt%)、3.5g(6.7wt%)及び19.2(36.5wt%)加え、1時間攪拌して、化合物2、化合物11及び4,4’−DDSを完全に溶解させた。次に、反応器の温度を30℃に冷却して維持し、次に、BPDA22.7g(43.2wt%)を加えた後、2時間攪拌した。最後に、CBDA3.8g(7.2wt%)を加えた後、さらに52.6gのDMAcを加え、30℃で24時間反応を行った。反応終了後、減圧装置に、ポアサイズが1μmのガラスフィルタを経て、固形分20%で、粘度が約9,000cPであるポリアミック酸溶液を得た。
製造されたポリアミック酸溶液を用いて上述の実施例1と同様にして透明ポリイミドフィルムを製造した。
[実施例20]
上述の実施例1において、DMAc160.9gを反応器に仕込み、反応器の温度を40℃に昇温させた後、化合物2、化合物7及びBIS−AT−AFを、それぞれ、3.1g(5.8wt%)、2.5g(4.7wt%)及び25.5g(47.6wt%)加え、1時間攪拌して、化合物2、化合物7及びBIS−AT−AFを完全に溶解させた。次に、反応器の温度を30℃に冷却して維持し、次に、BPDA12.9g(24.1wt%)を加えた後、2時間攪拌した。最後に、PMDA9.6g(17.9wt%)を加えた後、さらに53.6gのDMAcを加え、30℃で24時間反応を行った。反応終了後、減圧装置に、ポアサイズが1μmのガラスフィルタを経て、固形分20%で、粘度が約8,000cPであるポリアミック酸溶液を得た。
製造されたポリアミック酸溶液を用いて上述の実施例1と同様にして透明ポリイミドフィルムを製造した。
[実施例21]
上述の実施例1において、DMAc158.3gを反応器に仕込み、反応器の温度を40℃に昇温させた後、化合物7、化合物11及びTFDBを、それぞれ、2.4g(4.6wt%)、3.1g(5.9wt%)及び21.9g(41.6wt%)加え、1時間攪拌して、化合物7、化合物11及びTFDBを完全に溶解させた。次に、反応器の温度を30℃に冷却して維持し、次に、6FDA15.2g(28.8wt%)を加えた後、2時間攪拌した。最後に、CBDA10.1g(19.2wt%)を加えた後、さらに52.8gのDMAcを加え、30℃で24時間反応を行った。反応終了後、減圧装置に、ポアサイズが1μmのガラスフィルタを経て、固形分20%で、粘度が約11,000cPであるポリアミック酸溶液を得た。
製造されたポリアミック酸溶液を用いて上述の実施例1と同様にして透明ポリイミドフィルムを製造した。
[実施例22]
上述の実施例1において、DMAc157.2gを反応器に仕込み、反応器の温度を40℃に昇温させた後、化合物2、化合物5及びTFDBを、それぞれ、6.5g(12.4wt%)、6.8g(13wt%)及び11.8g(22.5wt%)加え、1時間攪拌して、化合物2、化合物5及びTFDBを完全に溶解させた。次に、反応器の温度を30℃に冷却して維持し、次に、6FA23.0g(43.9wt%)を加えた後、2時間攪拌した。最後に、CBDA4.3g(8.2wt%)を加えた後、さらに52.4gのDMAcを加え、30℃で24時間反応を行った。反応終了後、減圧装置に、ポアサイズが1μmのガラスフィルタを経て、固形分20%で、粘度が約13,000cPであるポリアミック酸溶液を得た。
[実施例23]
上述の実施例1において、DMAc160.0gを反応器に仕込み、反応器の温度を40℃に昇温させた後、化合物2、化合物7及びTFDBを、それぞれ、2.7g(5.1wt%)、2.1g(3.9wt%)及び19.6g(36.8wt%)加え、1時間攪拌して、化合物2、化合物7及びTFDBを完全に溶解させた。次に、反応器の温度を30℃に冷却して維持し、次に、6FDA23.8g(44.7wt%)を加えた後、2時間攪拌した。最後に、PMDA5.0g(9.4wt%)を加えた後、さらに53.3gのDMAcを加え、30℃で24時間反応を行った。反応終了後、減圧装置に、ポアサイズが1μmのガラスフィルタを経て、固形分20%で、粘度が約16,000cPであるポリアミック酸溶液を得た。
製造されたポリアミック酸溶液を用いて上述の実施例1と同様にして透明ポリイミドフィルムを製造した。
[実施例24]
上述の実施例1において、DMAc159.9gを反応器に仕込み、反応器の温度を40℃に昇温させた後、化合物2及び4,4’−DDSを、それぞれ、3.8g(7.1wt%)、24.1g(45.2wt%)加え、1時間攪拌して、化合物2及び4,4’−DDSを完全に溶解させた。次に、反応器の温度を30℃に冷却して維持し、次に、BPDA12.7g(23.8wt%)を加えた後、2時間攪拌した。最後に、CBDA12.7g(23.8wt%)を加えた後、さらに53.3gのDMAcを加え、30℃で24時間反応を行った。反応終了後、減圧装置に、ポアサイズが1μmのガラスフィルタを経て、固形分20%で、粘度が約14,000cPであるポリアミック酸溶液を得た。
製造されたポリアミック酸溶液を用いて上述の実施例1と同様にして透明ポリイミドフィルムを製造した。
[実施例25]
上述の実施例1において、DMAc161.5gを反応器に仕込み、反応器の温度を40℃に昇温させた後、化合物7及びBIS−AT−AFを、それぞれ、2.4g(4.5wt%)、27.9g(51.8wt%)加え、1時間攪拌して、化合物7及びBIS−AT−AFを完全に溶解させた。次に、反応器の温度を30℃に冷却して維持し、次に、BPDA20.2g(37.5wt%)を加えた後、2時間攪拌した。最後に、CBDA3.4g(6.3wt%)を加えた後、さらに53.8gのDMAcを加え、30℃で24時間反応を行った。反応終了後、減圧装置に、ポアサイズが1μmのガラスフィルタを経て、固形分20%で、粘度が約9,000cPであるポリアミック酸溶液を得た。
製造されたポリアミック酸溶液を用いて上述の実施例1と同様にして透明ポリイミドフィルムを製造した。
[実施例26]
上述の実施例1において、DMAc159.3gを反応器に仕込み、反応器の温度を40℃に昇温させた後、化合物11及びTFDBを、それぞれ、2.8g(5.3wt%)、22.0g(41.5wt%)加え、1時間攪拌して、化合物11及びTFDBを完全に溶解させた。次に、反応器の温度を30℃に冷却して維持し、次に、6FDA23.7g(44.7wt%)を加えた後、2時間攪拌した。最後に、CBDA4.5g(8.5wt%)を加えた後、さらに53.1gのDMAcを加え、30℃で24時間反応を行った。反応終了後、減圧装置に、ポアサイズが1μmのガラスフィルタを経て、固形分20%で、粘度が約17,000cPであるポリアミック酸溶液を得た。
製造されたポリアミック酸溶液を用いて上述の実施例1と同様にして透明ポリイミドフィルムを製造した。
[実施例27]
上述の実施例1において、DMAc154.3gを反応器に仕込み、反応器の温度を40℃に昇温させた後、化合物5及びTFDBを、それぞれ、2.7g(5.3wt%)、21.1g(41.1wt%)加え、1時間攪拌して、化合物5及びTFDBを完全に溶解させた。次に、反応器の温度を30℃に冷却して維持し、次に、6FDA22.8g(44.4wt%)を加えた後、2時間攪拌した。最後に、PMDA4.8g(9.3wt%)を加えた後、さらに51.4gのDMAcを加え、30℃で24時間反応を行った。反応終了後、減圧装置に、ポアサイズが1μmのガラスフィルタを経て、固形分20%で、粘度が約15,000cPであるポリアミック酸溶液を得た。
製造されたポリアミック酸溶液を用いて上述の実施例1と同様にして透明ポリイミドフィルムを製造した。
[実施例28]
上述の実施例1において、DMAc157.3gを反応器に仕込み、反応器の温度を40℃に昇温させた後、化合物2及びTFDBを、それぞれ、2.5g(4.8wt%)、20.5g(39.1wt%)加え、1時間攪拌して、化合物2及びTFDBを完全に溶解させた。次に、反応器の温度を30℃に冷却して維持し、次に、6FDA25.2g(48.1wt%)を加えた後、2時間攪拌した。最後に、BPDA4.2g(8wt%)を加えた後、さらに52.4gのDMAcを加え、30℃で24時間反応を行った。反応終了後、減圧装置に、ポアサイズが1μmのガラスフィルタを経て、固形分20%で、粘度が約31,000cPであるポリアミック酸溶液を得た。
製造されたポリアミック酸溶液を用いて上述の実施例1と同様にして透明ポリイミドフィルムを製造した。
[実施例29]
上述の実施例1において、DMAc159.6gを反応器に仕込み、反応器の温度を40℃に昇温させた後、化合物2、化合物11及びTFDBを、それぞれ、5.1g(9.6wt%)、5.3g(10.0wt%)及び13.9g(26.1wt%)加え、1時間攪拌して、化合物2、化合物11及びTFDBを完全に溶解させた。次に、反応器の温度を30℃に冷却して維持し、次に、6FDA25.7g(48.3wt%)を加えた後、2時間攪拌した。最後に、PMDA3.2g(6.0wt%)を加えた後、さらに53.2gのDMAcを加え、30℃で24時間反応を行った。反応終了後、減圧装置に、ポアサイズが1μmのガラスフィルタを経て、固形分20%で、粘度が約15,000cPであるポリアミック酸溶液を得た。
製造されたポリアミック酸溶液を用いて上述の実施例1と同様にして透明ポリイミドフィルムを製造した。
[実施例30]
上述の実施例1において、DMAc157.9gを反応器に仕込み、反応器の温度を40℃に昇温させた後、化合物7、化合物11及びTFDBを、それぞれ、5.3g(10.1wt%)、6.9g(13.1wt%)及び18.2g(34.6wt%)加え、1時間攪拌して、化合物7、化合物11及びTFDBを完全に溶解させた。次に、反応器の温度を30℃に冷却して維持し、次に、BPDA11.1g(21.1wt%)を加えた後、2時間攪拌した。最後に、CBDA11.1g(21.1wt%)を加えた後、さらに52.6gのDMAcを加え、30℃で24時間反応を行った。反応終了後、減圧装置に、ポアサイズが1μmのガラスフィルタを経て、固形分20%で、粘度が約16,000cPであるポリアミック酸溶液を得た。
製造されたポリアミック酸溶液を用いて上述の実施例1と同様にして透明ポリイミドフィルムを製造した。
[実施例31]
上述の実施例1において、DMAc155.7gを反応器に仕込み、反応器の温度を40℃に昇温させた後、化合物2、化合物5及びTFDBを、それぞれ、5.3g(10.2wt%)、5.5g(10.6wt%)及び14.5g(27.9wt%)加え、1時間攪拌して、化合物2、化合物5及びTFDBを完全に溶解させた。次に、反応器の温度を30℃に冷却して維持し、次に、6FDA20.1g(38.7wt%)を加えた後、2時間攪拌した。最後に、PMDA6.6g(12.7wt%)を加えた後、さらに51.9gのDMAcを加え、30℃で24時間反応を行った。反応終了後、減圧装置に、ポアサイズが1μmのガラスフィルタを経て、固形分20%で、粘度が約8,000cPであるポリアミック酸溶液を得た。
製造されたポリアミック酸溶液を用いて上述の実施例1と同様にして透明ポリイミドフィルムを製造した。
[比較例1]
上述の実施例1において、DMAc158.7gを反応器に仕込み、反応器の温度を40℃に昇温させた後、TFDB26.0g(49.1wt%)を加え、1時間攪拌して、TFDBを完全に溶解させた。次に、反応器の温度を30℃に冷却して維持し、次に、6FDA18.0g(34wt%)を加えた後、2時間攪拌した。最後に、PMDA8.9g(16.8wt%)を加えた後、さらに52.9gのDMAcを加え、30℃で24時間反応を行った。反応終了後、減圧装置に、ポアサイズが1μmのガラスフィルタを経て、固形分20%で、粘度が約110,000cPであるポリアミック酸溶液を得た。
製造されたポリアミック酸溶液を用いて上述の実施例1と同様にして透明ポリイミドフィルムを製造した。
[比較例2]
上述の実施例1において、DMAc158.9gを反応器に仕込み、反応器の温度を40℃に昇温させた後、TFDB30.0g(56.6wt%)を加え、1時間攪拌して、TFDBを完全に溶解させた。次に、反応器の温度を30℃に冷却して維持し、次に、BPDA13.8g(26wt%)を加えた後、2時間攪拌した。最後に、CBDA9.2g(17.4wt%)を加えた後、さらに53.0gのDMAcを加え、30℃で24時間反応を行った。反応終了後、減圧装置に、ポアサイズが1μmのガラスフィルタを経て、固形分20%で、粘度が約190,000cPであるポリアミック酸溶液を得た。
製造されたポリアミック酸溶液を用いて上述の実施例1と同様にして透明ポリイミドフィルムを製造した。
[比較例3]
上述の実施例1において、DMAc161.0gを反応器に仕込み、反応器の温度を40℃に昇温させた後、4,4’−DDS23.0g(42.8wt%)を加え、1時間攪拌して、4,4’−DDSを完全に溶解させた。次に、反応器の温度を30℃に冷却して維持し、次に、6FDA20.6g(38.4wt%)を加えた後、2時間攪拌した。最後に、PMDA10.1g(18.8wt%)を加えた後、さらに53.7gのDMAcを加え、30℃で24時間反応を行った。反応終了後、減圧装置に、ポアサイズが1μmのガラスフィルタを経て、固形分20%で、粘度が約74,000cPであるポリアミック酸溶液を得た。
製造されたポリアミック酸溶液を用いて上述の実施例1と同様にして透明ポリイミドフィルムを製造した。
[比較例4]
上述の実施例1において、DMAc158.0gを反応器に仕込み、反応器の温度を40℃に昇温させた後、4,4’−DDS26.5g(50.3wt%)を加え、1時間攪拌して、4,4’−DDSを完全に溶解させた。次に、反応器の温度を30℃に冷却して維持し、次に、BPDA15.7g(29.8wt%)を加えた後、2時間攪拌した。最後に、CBDA10.5g(19.9wt%)を加えた後、さらに52.7gのDMAcを加え、30℃で24時間反応を行った。反応終了後、減圧装置に、ポアサイズが1μmのガラスフィルタを経て、固形分20%で、粘度が約81,000cPであるポリアミック酸溶液を得た。
製造されたポリアミック酸溶液を用いて上述の実施例1と同様にして透明ポリイミドフィルムを製造した。
[比較例5]
上述の実施例1において、DMAc157.9gを反応器に仕込み、反応器の温度を40℃に昇温させた後、BIS−AT−AF27.5g(52.2wt%)を加え、1時間攪拌して、BIS−AT−AFを完全に溶解させた。次に、反応器の温度を30℃に冷却して維持し、次に、6FDA16.9g(32.1wt%)を加えた後、2時間攪拌した。最後に、PMDA8.3g(15.7wt%)を加えた後、さらに52.6gのDMAcを加え、30℃で24時間反応を行った。反応終了後、減圧装置に、ポアサイズが1μmのガラスフィルタを経て、固形分20%で、粘度が約45,000cPであるポリアミック酸溶液を得た。
製造されたポリアミック酸溶液を用いて上述の実施例1と同様にして透明ポリイミドフィルムを製造した。
[比較例6]
上述の実施例1において、DMAc161.0gを反応器に仕込み、反応器の温度を40℃に昇温させた後、BIS−AT−AF32.0g(59.6wt%)を加え、1時間攪拌して、BIS−AT−AFを完全に溶解させた。次に、反応器の温度を30℃に冷却して維持し、次に、BPDA13.0g(24.2wt%)を加えた後、2時間攪拌した。最後に、CBDA8.7g(16.2wt%)を加えた後、さらに53.7gのDMAcを加え、30℃で24時間反応を行った。反応終了後、減圧装置に、ポアサイズが1μmのガラスフィルタを経て、固形分20%で、粘度が約56,000cPであるポリアミック酸溶液を得た。
製造されたポリアミック酸溶液を用いて上述の実施例1と同様にして透明ポリイミドフィルムを製造した。
[比較例7]
上述の実施例1において、DMAc159.2gを反応器に仕込み、反応器の温度を40℃に昇温させた後、4,4’−オキシジアニリン(以下「4,4’−ODA」と略する)20.0g(37.7wt%)を加え、1時間攪拌して、4,4’−ODAを完全に溶解させた。次に、反応器の温度を30℃に冷却して維持し、次に、6FDA22.2g(41.8wt%)を加えた後、2時間攪拌した。最後に、PMDA10.9g(20.5wt%)を加えた後、さらに53.1gのDMAcを加え、30℃で24時間反応を行った。反応終了後、減圧装置に、ポアサイズが1μmのガラスフィルタを経て、固形分20%で、粘度が約44,000cPであるポリアミック酸溶液を得た。
製造されたポリアミック酸溶液を用いて上述の実施例1と同様にして透明ポリイミドフィルムを製造した。
[比較例8]
上述の実施例1において、DMAc153.5gを反応器に仕込み、反応器の温度を40℃に昇温させた後、4,4’−ODA23.0g(44.9wt%)を加え、1時間攪拌して、4,4’−ODAを完全に溶解させた。次に、反応器の温度を30℃に冷却して維持し、次に、BPDA16.9g(33wt%)を加えた後、2時間攪拌した。最後に、CBDA11.3g(22.1wt%)を加えた後、さらに51.2gのDMAcを加え、30℃で24時間反応を行った。反応終了後、減圧装置に、ポアサイズが1μmのガラスフィルタを経て、固形分20%で、粘度が約53,000cPであるポリアミック酸溶液を得た。
製造されたポリアミック酸溶液を用いて上述の実施例1と同様にして透明ポリイミドフィルムを製造した。
上述の実施例1〜31及び比較例1〜8で製造されたポリアミック酸組成物の組成を下記の表1及び2に示す。
Figure 2021102770
Figure 2021102770
[物性評価]
実施例1〜31及び比較例1〜8で製造された透明ポリイミドフィルムの物性を、下記のような方法で評価し、その結果を下記の表3に示す。
<物性評価方法>
1)フィルム厚さの測定:Mitutoyo社製のマイクロメーター(Model No.293−140)で厚さを測定し、装置の偏差はΔ0.5%以下である。
2)光透過度(transmittance):UV−Vis−NIR Spectrophotometerを用いて、550nmの波長帯で測定した。
3)Y.I(Yellow Index):UV分光計(KONICA MINOLTA CM3700d)を用いて、ASTM E313−73規格による黄色度の測定を行った。
4)位相差(Rth):RETS−100(大塚電子社製)を用いて、入社角45°で測定して垂直方向位相差を測定した。より具体的に、サンプルは、縦5cm×横5cmの正方形状で、試験片をサンプルホルダーに装着し、モノクロメーターを用いて550nmに固定し、厚さ方向位相差(Rth)は、入射角45°で測定した。
th=[(n+n)/2−n]×d
式中、nは、面内屈折率のうち最大の屈折率、nは、面内屈折率のうちnと垂直な屈折率、nは、垂直屈折率、dは、ポリイミドフィルムの厚さを10μmに換算して計算した値である。
5)ガラス転移温度(Tg):DMA(TAインスツルメント社製、型番:Q800)を用いて、30〜400℃の範囲でガラス転移温度を測定した。
6)熱膨張係数(CTE):TMA(TAインスツルメント社製、型番:Q400)を用いて、50〜350℃で測定した。
7)接着力評価:ASTM D 3359に基づいて評価した。
ガラス基板の上に透明ポリアミック酸樹脂を、膜厚さ15μm以下となるようにコーティングした後、乾燥及びイミド閉環反応を行い、形成されたポリイミド薄膜表面を刃物でカットし、カットされた表面の上に接着力測定用テープを貼り付けた後、剥離し、ポリイミド接着面の剥離状態を確認した。
なお、5Bは、剥離されたポリイミドの百分率が0%、4Bは、剥離されたポリイミドの百分率が5%以下、3Bは、剥離されたポリイミドの百分率が5〜15%、2Bは、剥離されたポリイミドの百分率が15〜35%、1Bは、剥離されたポリイミドの百分率が35〜65%、0Bは、剥離されたポリイミドの百分率が65%超であることを示す。
なお、図1は、接着力評価結果が5Bである実施例1のポリイミドフィルムを示す写真であり、図2は、接着力評価結果が0Bである比較例1〜8のポリイミドフィルムを示す写真である。
Figure 2021102770
上記表3の結果から、本発明に係る化1のジアミンモノマーが使用された実施例1〜31で得られたフィルムは、前記化1のジアミンを含まない比較例1〜8で得られたフィルムに比べて、光透過度の上昇、黄色度の減少及び位相差の減少のような優れた光学特性を有すると共に、ガラス転移温度の上昇による優れた耐熱特性及び熱膨張係数特性を有することがわかった。特に、化1のジアミンを含む実施例1〜31のフィルムは、比較例1〜8のフィルムに比べて高い接着力を有することがわかった。
従って、本発明のポリイミドフィルムは、従来のポリイミドフィルムよりも光学的、熱的、接着力特性が向上することがわかり、前記ポリイミドフィルムは、フラットパネルディスプレイを製造する際、LCDガラス基板を代替する、無色透明なフレキシブルディスプレイプラスチック基板として有用に適用可能であることが確認された。

Claims (6)

  1. (a)下記の化学式1−3、及び5−12からなる群から選択される1種以上の化合物(A)と、フッ素化第1のジアミン及びスルホン系第2のジアミンからなる群から選択される1種以上の化合物(B)と、を含有するジアミン;
    (b)フッ素化芳香族第1の酸二無水物、脂環族第2の酸二無水物、及び非フッ素化芳香族第3の酸二無水物からなる群から選択される1種以上の酸二無水物;及び
    (c)有機溶媒;を含み、
    前記化合物(A)は、全ジアミン100モル%に対して、40〜80モル%の範囲で含まれ、
    前記化合物(B)は、全ジアミン100モル%に対して、60〜20モル%の範囲で含まれ、
    前記化合物(B)は、2,2’−ビス(トリフルオロメチル)−4,4’−ジアミノビフェニル(2,2’−TFDB)、2,2’−ビス(トリフルオロメチル)−4,3’−ジアミノビフェニル(2,2’−Bis(trifluoromethyl)−4,3’−Diaminobiphenyl)、2,2’−ビス(トリフルオロメチル)−5,5’−ジアミノビフェニル(2,2’−Bis(trifluoromethyl)−5,5’−Diaminobiphenyl)、2,2−ビス(3−アミノ−4−メチルフェニル)−ヘキサフルオロプロパン(2,2−Bis(3−amino−4−methylphenyl)−hexafluoropropane、BIS−AT−AF)、ビス(4−アミノフェニル)スルホン(4,4’−DDS)、 及びビス(3−アミノフェニル)スルホン(3,3’−DDS)からなる群から選択される、フレキシブルディスプレイの基板用透明ポリアミック酸組成物。
    Figure 2021102770
  2. 前記ジアミンは、エーテル系第4のジアミン、及び、脂環族第5のジアミンからなる群から選択される1種以上をさらに含み、
    前記エーテル系第4のジアミンは、2,2’−ビス(トリフルオロメチル)−4,4’−ジアミノフェニルエーテル(2,2’−Bis(trifluoromethyl)−4,4’−diaminodiphenyl ether、6−FODA)、 及びオキシジアニリン(ODA)からなる群から選択される1種以上である、フレキシブルディスプレイの基板用透明ポリアミック酸組成物。
  3. 前記第1の酸二無水物、第2の酸二無水物、及び、第3の酸二無水物からなる群から選択される1種以上の化合物の含有量は、全酸二無水物100モル%に対して、10〜100モル%であることを特徴とする請求項1に記載のフレキシブルディスプレイの基板用透明ポリアミック酸組成物。
  4. 前記ジアミン(a)と前記酸二無水物(b)とのモル数比(a/b)は、0.7〜1.3の範囲であることを特徴とする請求項1に記載のフレキシブルディスプレイの基板用透明ポリアミック酸組成物。
  5. 請求項1〜4のいずれか1項に記載のポリアミック酸組成物をイミド化して製造されるフレキシブルディスプレイの基板用透明ポリイミドフィルム。
  6. (i)ASTM D 3359規格によるガラス基板での接着力が2B〜5Bであり、
    (ii)ASTM E313−73規格による黄色度が1.1〜7(10μm基準)であり、
    (iii)波長550nmでの光線透過率が89%〜92%であり、
    (iv)DMA(TAインスツルメント社製、型番:Q800)を用いて、30〜400℃で測定したガラス転移温度(T)が330〜400℃の範囲であり、
    (v)TMAを用いて50〜350℃で測定した熱膨張係数(CTE)が10〜60ppm/℃の範囲であり、
    (vi)下記の式で算出される厚さ方向の位相差(Rth)が、厚さ10μmを基準に、80nm〜400nmであることを特徴とする請求項5に記載のフレキシブルディスプレイの基板用透明ポリイミドフィルム。
    位相差Rth(nm)=[(n+n)/2−n]×d
    (ここで、nは、波長550nmの光で測定されるポリイミド樹脂フィルムの面内屈折率のうち最大の屈折率であり、nは、波長550nmの光で測定されるポリイミド樹脂フィルムの面内屈折率のうちnと垂直な屈折率であり、nは、波長550nmの光で測定されるポリイミド樹脂フィルムの厚さ方向の屈折率であり、dは、ポリイミドフィルムの厚さである。)
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