JP2022087023A - ポリイミド前駆体及びポリイミド樹脂組成物 - Google Patents

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Masaki Yonetani
隆行 金田
Takayuki Kaneda
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Toshiaki Okuda
友裕 頼末
Tomohiro Yorisue
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Abstract

【課題】未精製のシロキサン化合物を用いた場合と比較して、上記各評価のすぐれた結果を両立することが可能となる、一部にイミド基を有するポリイミド前駆体(PAI)を有する組成物、及びそれを加熱して得られるポリイミドフィルムを提供すること。【解決手段】 特定の一般式で表される構造単位を含む、一部がイミド化されたポリイミド前駆体と、下記一般式(3)で表される化合物とを含む、樹脂組成物。下記一般式(3)のうちnが4である化合物の総量が、上記樹脂組成物の質量を基準として、0ppmより多く120ppm以下であるか、あるいは、下記一般式(3)のうちnが5である化合物の総量が、上記樹脂組成物の質量を基準として、0ppmより多く50ppm以下である。TIFF2022087023000079.tif36167【選択図】図1

Description

本発明は、ポリイミド前駆体樹脂組成物、及びポリイミド樹脂組成物、並びにこれらの製造方法に関する。本発明は、該ポリイミド前駆体樹脂組成物、及びポリイミド樹脂組成物を用いた、ポリイミドフィルム、ディスプレイ、積層体及びフレキシブルデバイスの製造方法にも関する。
ポリイミド樹脂は、不溶、不融の超耐熱性樹脂であり、耐熱酸化性、耐熱特性、耐放射線性、耐低温性、耐薬品性等に優れた特性を有している。このため、ポリイミド樹脂は、電子材料を含む広範囲な分野で用いられている。電子材料分野におけるポリイミド樹脂の適用例としては、例えば絶縁コーティング材、絶縁膜、半導体、薄膜トランジスタ液晶ディスプレイ(TFT-LCD)の電極保護膜等を挙げることができる。最近は、ポリイミドフィルムの軽さ、柔軟性を利用して、ディスプレイ材料の分野において従来使用されていたガラス基板に代わり、フレキシブル基板としても採用が検討されている。
例えば特許文献1は、ビス(ジアミノジフェニル)スルホン(以下、DASともいう)から重合され、シロキサン単位を有する樹脂前駆体(重量平均分子量3万~9万)を記載している。特許文献1は、当該前駆体を硬化して得られるポリイミドは、ガラス等の支持体との間に発生する残留応力が低く、耐薬品性に優れ、キュア工程時の酸素濃度による黄色度(YI値)及び全光線透過率への影響が小さいことを記載している。特許文献2は、2,2’-ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン(以下、TFMBともいう)から重合され、シロキサン単位を有する樹脂前駆体を記載している。特許文献2は、当該前駆体を硬化して得られるポリイミドフィルムは特定のガラス転移温度を有し、無機膜との間に生じる残留応力が低く、機械的物性及び熱安定性に優れることを記載している。
国際公開第2014/148441号 国際公開第2014/098235号 特開2016-029126号公報 特開2006-028533号公報 特開2002-012666号公報 国際公開第2019/208587号 特開2019-203117号公報 特開平9-263636号公報 国際公開第2020/138360号
信越化学工業株式会社ホームページ、"Q&A"、"シリコーングリース・オイルコンパウンドについて"、[online]、[2020年11月26日検索]、インターネット<URL:https://www.silicone.jp/contact/qa/qa103.shtml>
特許文献1及び2は、ポリイミド前駆体のモノマーとして、シロキサン含有化合物を用いているが、この様なシロキサン含有化合物は、低分子量の環状シロキサン(以下、低分子環状シロキサンともいう)を含有する。この低分子環状シロキサンは揮発性であるため、アウトガスを発生させ、それによってプロセスの製造装置の接点不良を発生するおそれがあることが知られている。例えば、非特許文献1を参照されたい。
この低分子環状シロキサンを精製によって低減したポリイミド前駆体に関する先行技術文献としては、特許文献3~5が挙げられる。特許文献3では、シロキサン含有化合物をアセトンに添加後、遠心分離し、デカンテーションすることにより低分子環状シロキサンを除去しており、得られるポリイミドは、透明性、アウトガスの発生が少ないことが記載されている。特許文献4及び5では、シロキサン含有化合物を特定条件でストリッピングし、またはシロキサン含有化合物を2-ブタノンに溶解してメタノールで再沈殿することにより、シロキサン含有化合物を精製しており、得られるポリイミドの接着性が改善されることが記載されている。
本発明者らは、上記特許文献3~5に記載されたものと同様の精製法で精製したシロキサン含有化合物を用いてポリイミド前駆体及びポリイミドを合成し、それらを用いてポリイミドフィルムを製造した。その結果、樹脂組成物を冷凍保存及び、室温放置を繰り返した場合の樹脂組成物の保存安定性、塗膜のはじき、ポリイミド樹脂膜のリタデーション(Rth)の面内均一性の各評価が不十分であることを見出した。従って本発明は、未精製のシロキサン化合物を用いた場合と比較して、上記各評価のすぐれた結果を両立することが可能となる、一部にイミド基を有するポリイミド前駆体(PAI)を有する組成物、及びそれを加熱して得られるポリイミドフィルムを提供することを目的とする。
本発明者らは、鋭意検討を行った結果、上記先行技術文献に記載の精製方法では、一般式(3)のうち一部の化合物は十分に低減されないことを見出した。そして、ケイ素含有化合物をさらに精製し、一般式(3)の一部の化合物を特定の量に低減し、それを原料として用いた特定構造のPAIで、上記課題を解決することができることを見いだした。以下[1]~[35]に、本発明の実施形態の例を列記する。
[1]
下記一般式(1-1)及び(1-2)で表される構造単位、及び下記一般式(2)で表される構造単位を含む、一部がイミド化されたポリイミド前駆体と;
下記一般式(3)で表される化合物と;
を含む、樹脂組成物であって、
下記一般式(3)のうちnが4である化合物の総量が、上記樹脂組成物の質量を基準として、0ppmより多く120ppm以下であるか、あるいは、
下記一般式(3)のうちnが5である化合物の総量が、上記樹脂組成物の質量を基準として、0ppmより多く50ppm以下である、樹脂組成物。
Figure 2022087023000002
{式中、Pは、2価の有機基を示し、Pは、4価の有機基を示し、pは正の整数を示す。}
Figure 2022087023000003
{式中、Pは、2価の有機基を示し、Pは、4価の有機基を示し、qは正の整数を示す。}
Figure 2022087023000004
{式中、P及びPは、それぞれ独立に、炭素数1~5の一価の脂肪族炭化水素、又は炭素数6~10の一価の芳香族基であり、rは、1~200の整数である。}
Figure 2022087023000005
{式中、nは2以上の整数である。}
[2]
上記一般式(3)のうちnが4である化合物の総量が、上記樹脂組成物の質量を基準として、0ppmより多く70ppm以下であるか、あるいは、
上記一般式(3)のうちnが5である化合物の総量が、上記樹脂組成物の質量を基準として、0ppmより多く30ppm以下である、項目1に記載の樹脂組成物。
[3]
上記一般式(3)のうちnが4である化合物の総量が、上記樹脂組成物の質量を基準として、0ppmより多く30ppm以下であるか、あるいは、
上記一般式(3)のうちnが5である化合物の総量が、上記樹脂組成物の質量を基準として、0ppmより多く15ppm以下である、項目2に記載の樹脂組成物。
[4]
下記一般式(1-1)及び(1-2)で表される構造単位、及び下記一般式(2)で表される構造単位を含む、一部がイミド化されたポリイミド前駆体と;
下記一般式(3)で表される化合物と;
を含む、樹脂組成物であって、
上記樹脂組成物は、以下:
下記一般式(4)で表されるケイ素含有化合物と、下記一般式(3)で表される化合物とを含有する原料組成物を、テトラカルボン酸二無水物及びジアミンと重縮合反応し、イミド化させてポリイミドを得たのち、さらに、テトラカルボン酸二無水物及びジアミンと重縮合反応することで、一部がイミド化されたポリイミド前駆体を提供すること、又は、テトラカルボン酸二無水物及びジアミンと重縮合反応し、イミド化させてポリイミドを得たのち、さらに、下記一般式(4)で表されるケイ素含有化合物と、下記一般式(3)で表される化合物とを含有する原料組成物を、テトラカルボン酸二無水物及びジアミンと重縮合反応することで、一部がイミド化されたポリイミド前駆体を提供することを含む方法により製造され、
上記原料組成物に含まれる、下記一般式(3)のうちnが4である化合物の総量は、下記一般式(3)及び(4)で表されるケイ素含有化合物の合計質量を基準として、0ppmより多く1300ppm以下であるか、あるいは、
上記原料組成物に含まれる、下記一般式(3)のうちnが5である化合物の総量は、上記一般式(3)及び(4)のケイ素含有化合物の合計質量を基準として、0ppmより多く500ppm以下である、樹脂組成物。
Figure 2022087023000006
{式中、Pは、2価の有機基を示し、Pは、4価の有機基を示し、pは正の整数を示す。}
Figure 2022087023000007
{式中、Pは、2価の有機基を示し、Pは、4価の有機基を示し、qは正の整数を示す。}
Figure 2022087023000008
{式中、P及びPは、それぞれ独立に、炭素数1~5の一価の脂肪族炭化水素、又は炭素数6~10の一価の芳香族基であり、rは、1~200の整数である。}
Figure 2022087023000009
{式中、nは2以上の整数である。}
Figure 2022087023000010
{式中、Rは、それぞれ独立に、単結合又は炭素数1~10の二価の有機基であり、R及びRは、それぞれ独立に、炭素数1~10の一価の有機基であり、少なくとも一つは炭素数1~5の一価の脂肪族炭化水素基であり、R及びRは、それぞれ独立に、炭素数1~10の一価の有機基であり、少なくとも一つは炭素数6~10の一価の芳香族基であり、R及びRは、それぞれ独立に、炭素数1~10の一価の有機基であり、L及びLは、それぞれ独立に、アミノ基、酸無水物基、イソシアネート基、カルボキシル基、酸エステル基、酸ハライド基、ヒドロキシ基、エポキシ基、又はメルカプト基であり、iは、1~200の整数であり、j及びkは、それぞれ独立に、0~200の整数であり、0≦j/(i+j+k)≦0.50である。}
[5]
上記原料組成物に含まれる、上記一般式(3)のうちnが4である化合物の総量は、上記一般式(3)及び(4)で表されるケイ素含有化合物の合計質量を基準として、0ppmより多く800ppm以下であるか、あるいは、
上記原料組成物に含まれる、上記一般式(3)のうちnが5である化合物の総量は、上記一般式(3)及び(4)のケイ素含有化合物の合計質量を基準として、0ppmより多く300ppm以下である、項目4に記載の樹脂組成物。
[6]
上記原料組成物に含まれる、上記一般式(3)のうちnが4である化合物の総量は、上記一般式(3)及び(4)で表されるケイ素含有化合物の合計質量を基準として、0ppmより多く30ppm以下であるか、あるいは、
上記原料組成物に含まれる、上記一般式(3)のうちnが5である化合物の総量は、上記一般式(3)及び(4)のケイ素含有化合物の合計質量を基準として、0ppmより多く15ppm以下である、項目4に記載の樹脂組成物。
[7]
下記一般式(1-1)及び(1-2)で表される構造単位、及び下記一般式(2)で表される構造単位を含む、一部がイミド化されたポリイミド前駆体と;
下記一般式(3)で表される化合物と;
を含む、樹脂組成物であって、
下記一般式(3)のうちnが3以上8以下の化合物の総量が、上記樹脂組成物の質量を基準として、0ppmより多く150ppm以下である、樹脂組成物。
Figure 2022087023000011
{式中、Pは、2価の有機基を示し、Pは、4価の有機基を示し、pは正の整数を示す。}
Figure 2022087023000012
{式中、Pは、2価の有機基を示し、Pは、4価の有機基を示し、qは正の整数を示す。}
Figure 2022087023000013
{式中、P及びPは、それぞれ独立に、炭素数1~5の一価の脂肪族炭化水素、又は炭素数6~10の一価の芳香族基であり、rは、1~200の整数である。}
Figure 2022087023000014
{式中、nは2以上の整数である。}
[8]
下記一般式(1-1)及び(1-2)で表される構造単位、及び下記一般式(2)で表される構造単位を含む、一部がイミド化されたポリイミド前駆体と;
下記一般式(3)で表される化合物と;
を含む、樹脂組成物であって、
下記一般式(3)のうちnが3以上8以下の化合物の総量が、上記樹脂組成物の非溶媒成分の質量を基準として、0ppmより多く900ppm以下である、樹脂組成物。
Figure 2022087023000015
{式中、Pは、2価の有機基を示し、Pは、4価の有機基を示し、pは正の整数を示す。}
Figure 2022087023000016
{式中、Pは、2価の有機基を示し、Pは、4価の有機基を示し、qは正の整数を示す。}
Figure 2022087023000017
{式中、P及びPは、それぞれ独立に、炭素数1~5の一価の脂肪族炭化水素、又は炭素数6~10の一価の芳香族基であり、rは、1~200の整数である。}
Figure 2022087023000018
{式中、nは2以上の整数である。}
[9]
下記一般式(1-1)及び(1-2)で表される構造単位、及び下記一般式(2)で表される構造単位を含む、一部がイミド化されたポリイミド前駆体と;
下記一般式(3)で表される化合物と;
を含む、樹脂組成物であって、
上記樹脂組成物は、以下:
下記一般式(4)で表されるケイ素含有化合物と、下記一般式(3)で表される化合物とを含有する原料組成物を、テトラカルボン酸二無水物及びジアミンと重縮合反応し、イミド化させてポリイミドを得たのち、さらに、テトラカルボン酸二無水物及びジアミンと重縮合反応することで、一部がイミド化されたポリイミド前駆体を提供すること、又は、トラカルボン酸二無水物及びジアミンと重縮合反応し、イミド化させてポリイミドを得たのち、さらに、下記一般式(4)で表されるケイ素含有化合物と、下記一般式(3)で表される化合物とを含有する原料組成物を、テトラカルボン酸二無水物及びジアミンと重縮合反応することで、一部がイミド化されたポリイミド前駆体を提供することを含む方法により製造され、
上記原料組成物に含まれる、下記一般式(3)のうちnが3以上8以下の化合物の総量は、下記一般式(3)及び(4)で表されるケイ素含有化合物の合計質量を基準として、0ppmより多く4500ppm以下である、樹脂組成物。
Figure 2022087023000019
{式中、Pは、2価の有機基を示し、Pは、4価の有機基を示し、pは正の整数を示す。}
Figure 2022087023000020
{式中、Pは、2価の有機基を示し、Pは、4価の有機基を示し、qは正の整数を示す。}
Figure 2022087023000021
{式中、P及びPは、それぞれ独立に、炭素数1~5の一価の脂肪族炭化水素、又は炭素数6~10の一価の芳香族基であり、rは、1~200の整数である。}
Figure 2022087023000022
{式中、nは2以上の整数である。}
Figure 2022087023000023
{式中、Rは、それぞれ独立に、単結合又は炭素数1~10の二価の有機基であり、R及びRは、それぞれ独立に、炭素数1~10の一価の有機基であり、少なくとも一つは炭素数1~5の一価の脂肪族炭化水素基であり、R及びRは、それぞれ独立に、炭素数1~10の一価の有機基であり、少なくとも一つは炭素数6~10の一価の芳香族基であり、R及びRは、それぞれ独立に、炭素数1~10の一価の有機基であり、L及びLは、それぞれ独立に、アミノ基、酸無水物基、イソシアネート基、カルボキシル基、酸エステル基、酸ハライド基、ヒドロキシ基、エポキシ基、又はメルカプト基であり、iは、1~200の整数であり、j及びkは、それぞれ独立に、0~200の整数であり、0≦j/(i+j+k)≦0.50である。}
[10]
p及びqが、20≦q/(p+q)×100≦80を満たす、項目1~9のいずれか一項に記載の樹脂組成物。
[11]
上記一般式(4)で表されるケイ素含有化合物の、L及びLが、それぞれ独立に、アミノ基、酸無水物基、エポキシ基、ヒドロキシ基、及びメルカプト基からなる群から選択される、項目4~6及び9のいずれか一項に記載の樹脂組成物。
[12]
上記一般式(4)で表されるケイ素含有化合物の、L及びLが、アミノ基である、項目4~6及び9のいずれか一項に記載の樹脂組成物。
[13]
上記一般式(4)で表されるケイ素含有化合物の官能基当量が800以上である、項目4~6及び9のいずれか一項に記載の樹脂組成物。
[14]
上記テトラカルボン酸二無水物が、ピロメリット酸二無水物(PMDA)、3,3’,4,4’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(BPDA)、9,9-ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)フルオレン二酸無水物(BPAF)、4,4’-オキシジフタル酸無水物(ODPA)、1,2,4,5-シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物(HPMDA)、及び1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物(CBDA)、P-フェニレンビス(トリメリテート無水物)(TAHQ)からなる群から選択される少なくとも1つである、項目4~6、9及び11~13のいずれか一項に記載の樹脂組成物。
[15]
上記ジアミンが、4,4’-ジアミノジフェニルスルホン(4,4’-DAS)、3,3’-ビス(ジアミノジフェニル)スルホン(3,3’-DAS)、9,9-ビス(4-アミノフェニル)フルオレン(BAFL)、ジアミノビス(トリフルオロメチル)ビフェニル(TFMB)、2,2’-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]プロパン(BAPP)、2,2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン(HFBAPP)、1,3-ビス(アミノメチル)シクロヘキサン(BAC)からなる群から選択される少なくとも1つである、項目4~6、9及び11~14のいずれか一項に記載の樹脂組成物。
[16]
上記樹脂組成物を硬化して得られるポリイミド樹脂膜が、フレキシブル基板に用いられる、項目1~15のいずれか一項に記載の樹脂組成物。
[17]
上記樹脂組成物を硬化して得られるポリイミド樹脂膜が、フレキシブルディスプレイに用いられる、項目1~15のいずれか一項に記載の樹脂組成物。
[18]
下記一般式(4)で表されるケイ素含有化合物と、下記一般式(3)で表される化合物とを含有する原料組成物を、テトラカルボン酸二無水物及びジアミンと重縮合反応し、イミド化させてポリイミドを得たのち、さらに、テトラカルボン酸二無水物及びジアミンと重縮合反応することで、一部がイミド化されたポリイミド前駆体を提供すること、又は、テトラカルボン酸二無水物及びジアミンと重縮合反応し、イミド化させてポリイミドを得たのち、さらに、下記一般式(4)で表されるケイ素含有化合物と、下記一般式(3)で表される化合物とを含有する原料組成物を、テトラカルボン酸二無水物及びジアミンと重縮合反応することで、一部がイミド化されたポリイミド前駆体を提供することを含む、樹脂組成物の製造方法であって、
上記樹脂組成物は、下記一般式(4)で表されるケイ素含有化合物と、下記一般式(3)で表される化合物とを含んでいてもよく、上記原料組成物に含まれる、下記一般式(3)のうちnが4である化合物の総量は、下記一般式(3)及び(4)で表されるケイ素含有化合物の合計質量を基準として、0ppmより多く1300ppm以下であるか、あるいは、
上記原料組成物に含まれる、下記一般式(3)のうちnが5である化合物の総量は、上記一般式(3)及び(4)のケイ素含有化合物の合計質量を基準として、0ppmより多く500ppm以下である、樹脂組成物の製造方法。
Figure 2022087023000024
{式中、nは2以上の整数である。}
Figure 2022087023000025
{式中、Rは、それぞれ独立に、単結合又は炭素数1~10の二価の有機基であり、
及びRは、それぞれ独立に、炭素数1~10の一価の有機基であり、少なくとも一つは炭素数1~5の一価の脂肪族炭化水素基であり、R及びRは、それぞれ独立に、炭素数1~10の一価の有機基であり、少なくとも一つは炭素数6~10の一価の芳香族基であり、R及びRは、それぞれ独立に、炭素数1~10の一価の有機基であり、L及びLは、それぞれ独立に、アミノ基、酸無水物基、イソシアネート基、カルボキシル基、酸エステル基、酸ハライド基、ヒドロキシ基、エポキシ基、又はメルカプト基であり、iは、1~200の整数であり、j及びkは、それぞれ独立に、0~200の整数であり、0≦j/(i+j+k)≦0.50である。}
[19]
上記原料組成物に含まれる、上記一般式(3)のうちnが4である化合物の総量は、上記一般式(3)及び(4)で表されるケイ素含有化合物の合計質量を基準として、0ppmより多く800ppm以下であるか、あるいは、
上記原料組成物に含まれる、上記一般式(3)のうちnが6である化合物の総量は、上記一般式(3)及び(4)のケイ素含有化合物の合計質量を基準として、0ppmより多く300ppm以下である、項目18に記載の樹脂組成物の製造方法。
[20]
下記一般式(4)で表されるケイ素含有化合物と、下記一般式(3)で表される化合物とを含有する原料組成物を、テトラカルボン酸二無水物及びジアミンと重縮合反応し、イミド化させてポリイミドを得たのち、さらに、テトラカルボン酸二無水物及びジアミンと重縮合反応することで、一部がイミド化された一部にイミド基を有するポリイミド前駆体を提供すること、又は、テトラカルボン酸二無水物及びジアミンと重縮合反応し、イミド化させてポリイミドを得たのち、さらに、下記一般式(4)で表されるケイ素含有化合物と、下記一般式(3)で表される化合物とを含有する原料組成物を、テトラカルボン酸二無水物及びジアミンと重縮合反応することで、一部がイミド化されたポリイミド前駆体を提供することを含む、樹脂組成物の製造方法であって、
上記樹脂組成物は、下記一般式(4)で表されるケイ素含有化合物と、下記一般式(3)で表される化合物とを含んでいてもよく、上記原料組成物に含まれる、下記一般式(3)のうちnが3以上8以下の化合物の総量は、下記一般式(3)及び(4)で表されるケイ素含有化合物の合計質量を基準として、0ppmより多く4500ppm以下である、樹脂組成物の製造方法。
Figure 2022087023000026
{式中、nは2以上の整数である。}
Figure 2022087023000027
{式中、Rは、それぞれ独立に、単結合又は炭素数1~10の二価の有機基であり、R及びRは、それぞれ独立に、炭素数1~10の一価の有機基であり、少なくとも一つは炭素数1~5の一価の脂肪族炭化水素基であり、R及びRは、それぞれ独立に、炭素数1~10の一価の有機基であり、少なくとも一つは炭素数6~10の一価の芳香族基であり、R及びRは、それぞれ独立に、炭素数1~10の一価の有機基であり、L及びLは、それぞれ独立に、アミノ基、酸無水物基、イソシアネート基、カルボキシル基、酸エステル基、酸ハライド基、ヒドロキシ基、エポキシ基、又はメルカプト基であり、iは、1~200の整数であり、j及びkは、それぞれ独立に、0~200の整数であり、0≦j/(i+j+k)≦0.50である。}
[21]
上記一般式(4)で表されるケイ素含有化合物の官能基当量が800以上である、項目18~20のいずれか一項に記載の樹脂組成物の製造方法。
[22]
下記一般式(4)で表されるケイ素含有化合物と、下記一般式(3)で表される化合物とを含有する原料組成物を、テトラカルボン酸二無水物及びジアミンと重縮合反応し、イミド化させてポリイミドを得たのち、さらに、テトラカルボン酸二無水物及びジアミンと重縮合反応することで、一部がイミド化されたポリイミド前駆体を提供すること、又は、テトラカルボン酸二無水物及びジアミンと重縮合反応し、イミド化させてポリイミドを得たのち、さらに、下記一般式(4)で表されるケイ素含有化合物と、下記一般式(3)で表される化合物とを含有する原料組成物を、テトラカルボン酸二無水物及びジアミンと重縮合反応することで、上記ポリイミド前駆体を一部イミド化して一部がイミド化されたポリイミド前駆体を提供することを含む、樹脂組成物の製造方法であって、
上記樹脂組成物は、下記一般式(4)で表されるケイ素含有化合物と、下記一般式(3)で表される化合物とを含んでいてもよく、下記一般式(3)のうちnが5である化合物の総量、またはnが6である化合物の総量、またはnが7である化合物の総量を、下記一般式(4)及び(3)のケイ素含有化合物の合計質量を基準として、低減する工程とを含み、
上記低減する工程は、上記組成物を、150~300℃、300Pa以下で2~12時間処理することを含む、方法。
Figure 2022087023000028
{式中、nは2以上の整数である。}
Figure 2022087023000029
{式中、Rは、それぞれ独立に、単結合又は炭素数1~10の二価の有機基であり、R及びRは、それぞれ独立に、炭素数1~10の一価の有機基であり、少なくとも一つは炭素数1~5の一価の脂肪族炭化水素基であり、R及びRは、それぞれ独立に、炭素数1~10の一価の有機基であり、少なくとも一つは炭素数6~10の一価の芳香族基であり、R及びRは、それぞれ独立に、炭素数1~10の一価の有機基であり、L及びLは、それぞれ独立に、アミノ基、酸無水物基、イソシアネート基、カルボキシル基、酸エステル基、酸ハライド基、ヒドロキシ基、エポキシ基、又はメルカプト基であり、iは、1~200の整数であり、j及びkは、それぞれ独立に、0~200の整数であり、0≦j/(i+j+k)≦0.50である。}
[23]
上記一般式(4)で表されるケイ素含有化合物の、L及びLが、それぞれ独立に、アミノ基、酸無水物基、エポキシ基、ヒドロキシ基、及びメルカプト基からなる群から選択される、項目18~22のいずれか一項に記載の方法。
[24]
上記一般式(4)で表されるケイ素含有化合物の、L及びLが、アミノ基である、項目18~22のいずれか一項に記載の方法。
[25]
上記テトラカルボン酸二無水物が、ピロメリット酸二無水物(PMDA)、3,3’,4,4’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(BPDA)、9,9-ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)フルオレン二酸無水物(BPAF)、4,4’-オキシジフタル酸無水物(ODPA)、1,2,4,5-シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物(HPMDA)、及び1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物(CBDA)からなる群から選択される少なくとも1つである、項目18~24のいずれか一項に記載の方法。
[26]
上記ジアミンが、4,4’-ジアミノジフェニルスルホン(4,4’-DAS)、3,3’-ビス(ジアミノジフェニル)スルホン(3,3’-DAS)、9,9-ビス(4-アミノフェニル)フルオレン(BAFL)、2,2’-ジメチルベンジジン(mTB)、p-フェニレンジアミン(PDA)、ジアミノビス(トリフルオロメチル)ビフェニル(TFMB)、2,2’-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]プロパン(BAPP)、4,4’-ジアミノジフェニルエーテル(ODA)、及び1,4-シクロヘキサンジアミン(CHDA)からなる群から選択される少なくとも1つである、項目18~25のいずれか一項に記載の方法。
[27]
支持体の表面上に、項目1~17のいずれか一項に記載の樹脂組成物を塗布する塗布工程と、
上記樹脂組成物を加熱してポリイミド樹脂膜を形成する膜形成工程と、
上記ポリイミド樹脂膜を上記支持体から剥離する剥離工程と、
を含む、ポリイミドフィルムの製造方法。
[28]
上記剥離工程に先立って、上記支持体側から上記樹脂組成物にレーザーを照射する照射工程を含む、項目27に記載のポリイミドフィルムの製造方法。
[29]
支持体の表面上に、項目1~17のいずれか一項に記載の樹脂組成物を塗布する塗布工程と、
上記樹脂組成物を加熱してポリイミド樹脂膜を形成する膜形成工程と、
上記ポリイミド樹脂膜上に素子を形成する素子形成工程と、
上記素子が形成された上記ポリイミド樹脂膜を上記支持体から剥離する剥離工程と、
を含む、ディスプレイの製造方法。
[30]
支持体の表面上に、項目1~17いずれか一項に記載の樹脂組成物を塗布する塗布工程と、
上記樹脂組成物を加熱してポリイミド樹脂膜を形成する膜形成工程と、
上記ポリイミド樹脂膜上に素子を形成する素子形成工程と、
を含む、積層体の製造方法。
[31]
上記素子が形成された上記ポリイミド樹脂膜を上記支持体から剥離する工程をさらに含む、項目30に記載の積層体の製造方法。
[32]
項目30又は31に記載の方法で積層体を製造することを含む、フレキシブルデバイスの製造方法。
[33]
項目1~17のいずれか一項に記載の樹脂組成物の硬化物である、ポリイミドフィルム。
[34]
下記一般式(1-1)及び(1-2)で表される構造単位を含む、一部がイミド化されたポリイミド前駆体を含む、樹脂組成物であって、
Figure 2022087023000030
{式中、Pは、2価の有機基を示し、Pは、4価の有機基を示し、pは正の整数を示す。}
Figure 2022087023000031
{式中、Pは、2価の有機基を示し、Pは、4価の有機基を示し、qは正の整数を示す。}
が9,9-ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)フルオレン二酸無水物(BPAF)または、P-フェニレンビス(トリメリテート無水物)(TAHQ)に由来する基である、樹脂組成物。
[35]
下記一般式(1-1)及び(1-2)で表される構造単位を含む、一部がイミド化されたポリイミド前駆体を含む、樹脂組成物であって、
Figure 2022087023000032
{式中、Pは、2価の有機基を示し、Pは、4価の有機基を示し、pは正の整数を示す。}
Figure 2022087023000033
{式中、Pは、2価の有機基を示し、Pは、4価の有機基を示し、qは正の整数を示す。}
が4,4’-ジアミノジフェニルスルホン(4,4’-DAS)、3,3’-ビス(ジアミノジフェニル)スルホン(3,3’-DAS)、2,2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン(HFBAPP)、P-フェニレンビス(トリメリテート無水物)(TAHQ)のいずれかから選択される1以上の化合物に由来する基である、樹脂組成物。
本発明によれば、特定構造のケイ素含有化合物を用いて、特定の精製条件を行い、当該ケイ素含有化合物を用いて、一部にイミド基を有するポリイミド前駆体(PAI)構造にすることにより、樹脂組成物の保存安定性、塗膜のはじき、ポリイミド樹脂膜のリタデーション(Rth)の面内均一性の各評価を両立しうる、樹脂組成物及び、ポリイミドフィルムを提供することができる。なお、上述の記載は、本発明の全ての実施形態及び本発明に関する全ての利点を開示したものとみなしてはならない。本発明の更なる実施形態及びその利点は、以下の記載を参照することにより明らかとなる。
図1は、本実施形態のディスプレイの例として、トップエミッション型フレキシブル有機ELディスプレイの、ポリイミド基板より上部の構造を示す模式図である。
以下、本発明の例示の実施の形態(以下、「本実施形態」と略記する。)について、詳細に説明する。本発明は、本実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。本願明細書において、各数値範囲の上限値及び下限値は任意に組み合わせることができる。
《樹脂組成物》
〈ポリイミド前駆体及びポリイミド〉
一般式(1-1)及び(1-2)の構造単位
本実施形態の樹脂組成物は、下記一般式(1-1)で表される構造単位及び、下記一般式(1-2)で表される構造単位を含む、一部がイミド化されたポリイミド前駆体(以下PAIともいう)を含むことができる。
Figure 2022087023000034
{式中、Pは、2価の有機基を示し、Pは、4価の有機基を示し、pは正の整数を示す。}
Figure 2022087023000035
{式中、Pは、2価の有機基を示し、Pは、4価の有機基を示し、qは正の整数を示す。}
このように、ポリイミド前駆体構造と、ポリイミド構造の両者を有することで、それぞれの長所を両立できる。具多的には、ポリイミド前駆体の場合、溶媒溶解性、塗膜はじき等にすぐれ、ポリイミドの場合、組成物の粘度安定性、組成物を低温、室温で保存した場合の保存安定性等に優れるため好ましい。
ここで、P基、P基は、酸無水物残基で、これらは同一であっても異なっていてもよい。また、P基、P基は、ジアミン残基で、これらは同一であっても異なっていてもよい。
ポリイミド構造の割合、すなわち、q/(p+q)×100の値は、好ましくは0より大きく80以下、より好ましくは20以上80以下である。ポリイミド構造の割合がこの範囲内であると、樹脂組成物の保存安定性、塗膜はじき評価、ポリイミドフィルムのRthの面内均一性の各評価を両立することができる。
ポリイミド構造の割合が大きいほど(ポリイミド前駆体構造の割合が小さいほど)、下記の組成物の保存安定性が良好であり、好ましい。この理由は定かではないが、特に樹脂組成物を室温で保存した場合、ポリイミド前駆体構造は、ポリイミド構造と比較して、モノマー(酸二無水物、ジアミン)に分解しやすいためと考えられる。
一方、ポリイミド前駆体構造の割合が大きいほど(ポリイミド構造の割合が小さいほど)、下記の塗膜はじき評価が良好であり、好ましい。この理由は定かではないが、樹脂組成物を塗布するのはガラス基板であるが、ガラス基板の表面には水酸基が存在すると考えられるが、ポリイミド前駆体構造の場合、アミド基、カルボキシル基と、その水酸基の親和性が高いため、はじき評価が良好であったと考えられる。
酸二無水物
一般式(1-1)及び(1-2)における、P基または、P基を含む酸二無水物としては、ピロメリット酸二無水物(PMDA)、3,3’,4,4’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(BPDA)、2,2’,3,3’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、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、5-(2,5-ジオキソテトラヒドロ-3-フラニル)-3-メチル-シクロヘキセン-1,2ジカルボン酸無水物、1,2,3,4-ベンゼンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、2,2’,3,3’-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’―ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、メチレン-4,4’-ジフタル酸二無水物、1,1-エチリデン-4,4’-ジフタル酸二無水物、2,2-プロピリデン-4,4’-ジフタル酸二無水物、1,2-エチレン-4,4’-ジフタル酸二無水物、1,3-トリメチレン-4,4’-ジフタル酸二無水物、1,4-テトラメチレン-4,4’-ジフタル酸二無水物、1,5-ペンタメチレン-4,4’-ジフタル酸二無水物、4,4’-オキシジフタル酸二無水物、p-フェニレンビス(トリメリテート酸無水物)、チオ-4,4’-ジフタル酸二無水物、スルホニル-4,4’-ジフタル酸二無水物、1,3-ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)ベンゼン二無水物、1,3-ビス(3,4-ジカルボキシフェノキシ)ベンゼン二無水物、1,4-ビス(3,4-ジカルボキシフェノキシ)ベンゼン二無水物、1,3-ビス[2-(3,4-ジカルボキシフェニル)-2-プロピル]ベンゼン二無水物、1,4-ビス[2-(3,4-ジカルボキシフェニル)-2-プロピル]ベンゼン二無水物、ビス[3-(3,4-ジカルボキシフェノキシ)フェニル]メタン二無水物、ビス[4-(3,4-ジカルボキシフェノキシ)フェニル]メタン二無水物、2,2-ビス[3-(3,4-ジカルボキシフェノキシ)フェニル]プロパン二無水物、2,2-ビス[4-(3,4-ジカルボキシフェノキシ)フェニル]プロパン二無水物、ビス(3,4-ジカルボキシフェノキシ)ジメチルシラン二無水物、1,3-ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン二無水物、2,3,6,7-ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、1,4,5,8-ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、1,2,5,6-ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、3,4,9,10-ペリレンテトラカルボン酸二無水物、2,3,6,7-アントラセンテトラカルボン酸二無水物、及び1,2,7,8-フェナントレンテトラカルボン酸二無水物、9,9-ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)フルオレン二酸無水物(BPAF)、ビシクロヘキシル-3,3’,4,4’-テトラカルボン酸二無水物(CpODA)、4,4’-オキシジフタル酸無水物(ODPA)、1,2,4,5-シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物(HPMDA)、及び1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物(CBDA)、等が挙げられる。
酸二無水物は、ピロメリット酸二無水物(PMDA)、3,3’,4,4’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(BPDA)、9,9-ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)フルオレン二酸無水物(BPAF)、4,4’-オキシジフタル酸無水物(ODPA)、1,2,4,5-シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物(HPMDA)、p-フェニレンビス(トリメリテート酸無水物)(TAHQ)及び1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物(CBDA)からなる群から選択される少なくとも1つであることが好ましい。
酸二無水物は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。これらの中でも、9,9-ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)フルオレン二酸無水物(BPAF)、ピロメリット酸二無水物(PMDA)、p-フェニレンビス(トリメリテート酸無水物)(TAHQ)及びビフェニルテトラカルボン酸二無水物(BPDA)は、ポリイミドフィルムの機械特性、低い厚み方向リタデーション(Rth)及び低いYI値などの光学特性、並びに高いガラス転移温度の観点から好ましい。一般式(1-1)で表される構造を有するポリイミド前駆体、及び一般式(1-2)で表される構造を有するポリイミドは、テトラカルボン酸二無水物とジアミンとの共重合体であり、かつ該テトラカルボン酸二無水物は9,9-ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)フルオレン二酸無水物(BPAF)を含むことがより好ましい。
全酸二無水物中の、9,9-ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)フルオレン二酸無水物(BPAF)は、ポリイミドフィルムの低いRth及びYI値、並びに高いガラス転移温度の観点から、好ましくは60モル%以上、より好ましくは80モル%以上、更に好ましくは100モル%である。
ジアミン
一般式(1-1)及び(1-2)における、P基または、P基を含むジアミンとしては、ジアミノジフェニルスルホン(例えば4,4’-ジアミノジフェニルスルホン、3,3’-ジアミノジフェニルスルホン)、p-フェニレンジアミン(PDA)、m-フェニレンジアミン、2,2’-ジメチルベンジジン(mTB)、4,4’-ジアミノジフェニルスルフィド、3,4’-ジアミノジフェニルスルフィド、3,3’-ジアミノジフェニルスルフィド、4,4’-ジアミノビフェニル、3,4’-ジアミノビフェニル、3,3’-ジアミノビフェニル、4,4’-ジアミノベンゾフェノン、3,4’-ジアミノベンゾフェノン、3,3’-ジアミノベンゾフェノン、4,4’-ジアミノジフェニルメタン、3,4’-ジアミノジフェニルメタン、3,3’-ジアミノジフェニルメタン、1,4-ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3-ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3-ビス(3-アミノフェノキシ)ベンゼン、ビス〔4-(4-アミノフェノキシ)フェニル〕スルホン、4,4-ビス(4-アミノフェノキシ)ビフェニル、4,4-ビス(3-アミノフェノキシ)ビフェニル、ビス〔4-(4-アミノフェノキシ)フェニル〕エーテル、ビス〔4-(3-アミノフェノキシ)フェニル〕エーテル、1,4-ビス(4-アミノフェニル)ベンゼン、1,3-ビス(4-アミノフェニル)ベンゼン、9,10-ビス(4-アミノフェニル)アントラセン、2,2-ビス(4-アミノフェニル)プロパン、2,2-ビス(4-アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2-ビス〔4-(4-アミノフェノキシ)フェニル)プロパン、2,2-ビス〔4-(4-アミノフェノキシ)フェニル)ヘキサフルオロプロパン、及び1,4-ビス(3-アミノプロピルジメチルシリル)ベンゼン,9,9-ビス(4-アミノフェニル)フルオレン(BAFL)、2,2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン(HFBAPP)、P-フェニレンビス(トリメリテート無水物)(TAHQ)等が挙げられる。
ジアミンは、4,4’-ジアミノジフェニルスルホン(4,4’-DAS)、3,3’-ビスジアミノジフェニルスルホン(3,3’-DAS)、9,9-ビス(4-アミノフェニル)フルオレン(BAFL)、及び1,4-シクロヘキサンジアミン(CHDA)からなる群から選択される少なくとも1つであることが好ましい。
ジアミンとしては、ジアミノジフェニルスルホン、例えば、4,4’-ジアミノジフェニルスルホン(4,4’-DAS)、及び/又は3,3’-ジアミノジフェニルスルホン(3,3’-DAS)を含むことが好ましい。
得られるポリイミド樹脂膜の厚さ方向Rthの面内均一性の観点から、ジアミンは、4,4’-ジアミノジフェニルスルホン(4,4’-DAS)、3,3’-ジアミノジフェニルスルホン(3,3’-DAS)、及び9,9-ビス(4-アミノフェニル)フルオレン(BAFL)からなる群から選択される少なくとも一つであることがより好ましい。
全ジアミン中のジアミノジフェニルスルホンの含有量は、50モル%以上、又は70モル%以上、又は90モル%以上、又は95モル%以上であってよい。ジアミノジフェニルスルホンの量が多いほど、ポリイミドフィルムのYI値が低減され、高いガラス転移温度が得られるため好ましい。ジアミノジフェニルスルホンとしては、4,4’-ジアミノジフェニルスルホンが、YI値の低減の観点から特に好ましい。
ジアミンは、一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。ジアミノジフェニルスルホンと他のジアミンとを共重合させることが好ましい。ジアミノジフェニルスルホンと共重合させる他のジアミンとしては、ポリイミドフィルムの高い耐熱性、及び低いYI値の観点から、好ましくはジアミドビフェニル類、より好ましくはジアミノビス(トリフルオロメチル)ビフェニル(TFMB)が挙げられる。全ジアミン中のジアミノビス(トリフルオロメチル)ビフェニル(TFMB)の含有量は、ポリイミドフィルムの低いYI値の観点から、好ましくは20モル%以上、より好ましくは30モル%以上である。ジアミンがジアミノジフェニルスルホン等の他の有利なジアミンを含むことができるようにする設計上の観点から、TFMBの含有量は、全ジアミン中、好ましくは80モル%以下、より好ましくは70モル%以下である。
一般式(2)の構造単位
本実施形態の樹脂組成物におけるポリイミド前駆体及びポリイミドは、下記一般式(2)で表される構造単位を更に含む。
Figure 2022087023000036
{式中、P及びPは、それぞれ独立に、炭素数1~5の一価の脂肪族炭化水素、又は炭素数6~10の一価の芳香族基であり、rは、1~200の整数である。P及びPは、それぞれ独立に、好ましくは炭素数1~5の一価の脂肪族炭化水素、より好ましくは炭素数1~3の一価の脂肪族炭化水素、更に好ましくはメチル基である。}
ポリイミド前駆体又はポリイミドの質量を基準として、一般式(2)で表される構造部位の比率の下限は、支持体との間に発生するポリイミドフィルムの残留応力を低減する観点から、好ましくは5質量%以上、より好ましくは6質量%以上、更に好ましくは7質量%以上である。ポリイミド前駆体又はポリイミドの質量を基準として、一般式(2)で表される構造部位の比率の上限は、ポリイミドフィルムの透明性、及び耐熱性の観点から、好ましくは40質量%以下、より好ましくは30質量%以下、更に好ましくは25質量%以下である。上記一般式(2)中、rは1~200の整数であり、得られるポリイミドの耐熱性の観点から3~200の整数が好ましい。
ポリイミド前駆体及びポリイミドは、一般式(2)の構造を分子中のいずれの部位に有してもよい。一般式(2)の構造は、後述する一般式(4)で表されるケイ素含有化合物に由来する構造が好ましい。
上記一般式(2)のP及びPは、芳香族基(具体的はフェニル基)より脂肪族基(具体的はメチル基)であることが、下記の樹脂組成物の保存安定性の評価が良好であり、好ましい。この理由は定かではないが、組成物を室温で保存したばあい、ポリイミド前駆体構造では、各モノマーへの分解する可能性があるが、分解したケイ素含有モノマーは、メチル基を有する化合物より、フェニル基有する化合物の方が凝集しやすい傾向にあり、結果保存安定性が悪化したと推定される。
ジカルボン酸
本実施態様におけるポリイミド前駆体及びポリイミドを形成するための酸成分としては、その性能を損なわない範囲で、酸二無水物(例えば、上記で例示したテトラカルボン酸二無水物)に加えて、ジカルボン酸を使用してもよい。すなわち、本開示のポリイミド前駆体はポリアミドイミド前駆体であってもよく、ポリイミドはポリアミドイミドであってもよい。このようなポリイミド前駆体又はポリイミドから得られるポリイミドフィルムは、機械伸度、ガラス転移温度Tg、YI値等の諸性能が良好であることがある。用いるジカルボン酸としては、芳香環を有するジカルボン酸及び脂環式ジカルボン酸が挙げられる。特に炭素数が8~36の芳香族ジカルボン酸、及び炭素数が6~34の脂環式ジカルボン酸からなる群から選択される少なくとも1つの化合物であることが好ましい。ここでいう炭素数には、カルボキシル基に含まれる炭素の数も含む。これらのうち、芳香環を有するジカルボン酸が好ましい。
芳香環を有するジカルボン酸としては、具体的には、例えばイソフタル酸、テレフタル酸、4,4’-ビフェニルジカルボン酸、3,4’-ビフェニルジカルボン酸、3,3’-ビフェニルジカルボン酸、1,4-ナフタレンジカルボン酸、2,3-ナフタレンジカルボン酸、1,5-ナフタレンジカルボン酸、2,6-ナフタレンジカルボン酸、4,4’-スルホニルビス安息香酸、3,4’-スルホニルビス安息香酸、3,3’-スルホニルビス安息香酸、4,4’-オキシビス安息香酸、3,4’-オキシビス安息香酸、3,3’-オキシビス安息香酸、2,2-ビス(4-カルボキシフェニル)プロパン、2,2-ビス(3-カルボキシフェニル)プロパン、2,2’-ジメチル-4,4’-ビフェニルジカルボン酸、3,3’-ジメチル-4,4’-ビフェニルジカルボン酸、2,2’-ジメチル-3,3’-ビフェニルジカルボン酸、9,9-ビス(4-(4-カルボキシフェノキシ)フェニル)フルオレン、9,9-ビス(4-(3-カルボキシフェノキシ)フェニル)フルオレン、4,4’-ビス(4-カルボキシフェノキシ)ビフェニル、4,4’-ビス(3-カルボキシフェノキシ)ビフェニル、3,4’-ビス(4-カルボキシフェノキシ)ビフェニル、3,4’-ビス(3-カルボキシフェノキシ)ビフェニル、3,3’-ビス(4-カルボキシフェノキシ)ビフェニル、3,3’-ビス(3―カルボキシフェノキシ)ビフェニル、4,4’-ビス(4-カルボキシフェノキシ)-p-ターフェニル、4,4’-ビス(4-カルボキシフェノキシ)-m-ターフェニル、3,4’-ビス(4-カルボキシフェノキシ)-p-ターフェニル、3,3’-ビス(4-カルボキシフェノキシ)-p-ターフェニル、3,4’-ビス(4-カルボキシフェノキシ)-m-ターフェニル、3,3’-ビス(4-カルボキシフェノキシ)-m-ターフェニル、4,4’-ビス(3-カルボキシフェノキシ)-p-ターフェニル、4,4’-ビス(3-カルボキシフェノキシ)-m-ターフェニル、3,4’-ビス(3-カルボキシフェノキシ)-p-ターフェニル、3,3’-ビス(3-カルボキシフェノキシ)-p-ターフェニル、3,4’-ビス(3-カルボキシフェノキシ)-m-ターフェニル、3,3’-ビス(3-カルボキシフェノキシ)-m-ターフェニル、1,1-シクロブタンジカルボン酸、1,4-シクロヘキサンジカルボン酸、1,2-シクロヘキサンジカルボン酸、4,4’-ベンゾフェノンジカルボン酸、1,3-フェニレン二酢酸、1,4-フェニレン二酢酸等;及び国際公開第2005/068535号に記載の5-アミノイソフタル酸誘導体等が挙げられる。これらジカルボン酸をポリマーに実際に共重合させる場合には、塩化チオニル等から誘導される酸クロリド体、活性エステル体等の形で使用してもよい。
本実施形態の樹脂組成物中のポリイミド前駆体及びポリイミドは、ケイ素含有化合物と、テトラカルボン酸二無水物と、ジアミンとを単量体単位として含む共重合体として記載することもできる。この場合、ケイ素含有化合物は、下記一般式(4)と、一般式(3)及び/又は一般式(5)の化合物を含んでいてもよい。ケイ素含有化合物は、出願時の技術常識を用いて合成してもよいし、市販品を用いてもよい。合成して得たケイ素含有化合物、又は市販品のケイ素含有化合物は、後述する精製処理を行った後、ポリイミド前駆体及びポリイミドの単量体単位として用いてもよい。
Figure 2022087023000037
{式中、Rは、それぞれ独立に、単結合又は炭素数1~10の二価の有機基であり、R及びRは、それぞれ独立に、炭素数1~10の一価の有機基であり、少なくとも一つは炭素数1~5の一価の脂肪族炭化水素基であり、R及びRは、それぞれ独立に、炭素数1~10の一価の有機基であり、少なくとも一つは炭素数6~10の一価の芳香族基であり、R及びRは、それぞれ独立に、炭素数1~10の一価の有機基であり、L及びLは、それぞれ独立に、アミノ基、酸無水物基、イソシアネート基、カルボキシル基、酸エステル基、酸ハライド基、ヒドロキシ基、エポキシ基、又はメルカプト基であり、iは、1~200の整数であり、j及びkは、それぞれ独立に、0~200の整数であり、0≦j/(i+j+k)≦0.50である。}
上記一般式(4)で表されるケイ素含有化合物のL及びLは、限定されないが、それぞれ独立に、アミノ基、酸無水物基、イソシアネート基、カルボキシル基、酸エステル基、酸ハライド基、ヒドロキシ基、エポキシ基、又はメルカプト基が好ましい。得られるポリイミド前駆体及びポリイミドの分子量の観点から、L及びLは、アミノ基、酸無水物基、エポキシ基、ヒドロキシ基、及びメルカプト基からなる群から選択されることが好ましく、アミノ基であることがより好ましい。
上記一般式(4)で表されるケイ素含有化合物の官能基当量は、得られるポリイミドフィルムの耐熱性(ガラス転移温度)、及び残留応力の観点から、800以上が好ましく、1500以上がより好ましい。ここで官能基当量とは、官能基1molあたりの、ケイ素含有化合物の分子量である(単位:g/mol)。官能基としては、アミノ基、酸無水物基、イソシアネート基、カルボキシル基、酸エステル基、酸ハライド基、ヒドロキシ基、エポキシ基、及びメルカプト基が挙げられる。官能基当量は、実施例に記載の方法によって測定できる。ケイ素含有化合物の官能基当量が800以上である場合、シリコーンドメインが増えて応力緩和されるため、ポリイミドフィルムの残留応力が低減すると考えられる。
一般式(4)中、Rは、それぞれ独立に、単結合又は炭素数1~10の二価の有機基である。炭素数1~10の二価の有機基としては、直鎖状、環状、分枝状のいずれでもよく、飽和していても不飽和であってもよい。炭素数1~10の二価の脂肪族炭化水素基としては、例えば、メチレン、エチレン、n-プロピレン、i-プロピレン、n-ブチレン、s-ブチレン、t-ブチレン、n-ペンチレン、ネオペンチレン、n-ヘキシレン、n-ヘプチレン、n-オクチレン、n-ノニレン、及びn-デシレン基等の直鎖又は分岐鎖アルキレン基;並びにシクロプロピレン、シクロブチレン、シクロペンチレン、シクロヘキシレン、シクロヘプチレン、及びシクロオクチレン基等のシクロアルキレン基が挙げられる。炭素数1~10の二価の脂肪族炭化水素基としては、エチレン、n-プロピレン、及びi-プロピレンからなる群から選択される少なくとも一つであることが好ましい。
一般式(4)中、R及びRは、それぞれ独立に、炭素数1~10の一価の有機基であり、少なくとも一つは炭素数1~5の一価の脂肪族炭化水素基である。炭素数1~10の一価の有機基としては、直鎖状、環状、分枝状のいずれでもよく、飽和していても不飽和であってもよい。例えば、炭素数1~10の一価の有機基としては、メチル、エチル、n-プロピル、i-プロピル、n-ブチル、s-ブチル、t-ブチル、n-ペンチル、ネオペンチル、n-ヘキシル、n-ヘプチル、n-オクチル、n-ノニル、及びn-デシル基等の直鎖又は分岐鎖アルキル基;並びにシクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチル、及びシクロオクチル基等のシクロアルキル基、フェニル、トリル、キシリル、α-ナフチル、及びβ-ナフチル基等の芳香族基が挙げられる。炭素数1~5の一価の脂肪族炭化水素基としては、直鎖状、環状、分枝状のいずれでもよく、飽和していても不飽和であってもよい。例えば、炭素数1~5の一価の脂肪族炭化水素基としては、メチル、エチル、n-プロピル、i-プロピル、n-ブチル、s-ブチル、t-ブチル、n-ペンチル、及びネオペンチル基等の直鎖または分岐鎖アルキル基;シクロプロピル、シクロブチル、及びシクロペンチル基等のシクロアルキル基が挙げられる。炭素数1~5の一価の脂肪族炭化水素基としては、メチル、エチル、及びn-プロピルからなる群から選択される少なくとも一つであることが好ましく、メチルであることがより好ましい。
一般式(4)中、R及びRは、それぞれ独立に、炭素数1~10の一価の有機基であり、少なくとも一つは炭素数6~10の一価の芳香族基である。炭素数1~10の一価の有機基としては、直鎖状、環状、分枝状のいずれでもよく、飽和していても不飽和であってもよい。例えば、炭素数1~10の一価の有機基としては、メチル、エチル、n-プロピル、i-プロピル、n-ブチル、s-ブチル、t-ブチル、n-ペンチル、ネオペンチル、n-ヘキシル、n-ヘプチル、n-オクチル、n-ノニル、及びn-デシル基等の直鎖又は分岐鎖アルキル基;並びにシクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチル、及びシクロオクチル基等のシクロアルキル基、フェニル、トリル、キシリル、α-ナフチル、及びβ-ナフチル基等の芳香族基が挙げられる。炭素数6~10の一価の芳香族基としては、例えば、フェニル、トリル、キシリル、α-ナフチル、及びβ-ナフチル基等が挙げられ、フェニル、トリル、又はキシリルであることが好ましい。
一般式(4)中、R及びRは、それぞれ独立に、炭素数1~10の一価の有機基であり、一部が不飽和脂肪族炭化水素基を有する有機基であってもよい。炭素数1~10の一価の有機基としては、直鎖状、環状、分枝状のいずれでもよく、例えば、メチル、エチル、n-プロピル、i-プロピル、n-ブチル、s-ブチル、t-ブチル、n-ペンチル、ネオペンチル、n-ヘキシル、n-ヘプチル、n-オクチル、n-ノニル、及びn-デシル基等の直鎖又は分岐鎖アルキル基;並びにシクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチル、及びシクロオクチル基等のシクロアルキル基、フェニル、トリル、キシリル、α-ナフチル、及びβ-ナフチル基等の芳香族基が挙げられる。炭素数1~10の一価の有機基としては、メチル、エチル、及びフェニルからなる群から選択される少なくとも一つであることが好ましい。不飽和脂肪族炭化水素基を有する有機基としては、炭素数3~10の不飽和脂肪族炭化水素基であってよく、直鎖状、環状、分枝状のいずれでもよい。炭素数3~10の不飽和脂肪族炭化水素基としては、例えば、ビニル、アリル、プロペニル、3-ブテニル、2-ブテニル、ペンテニル、シクロペンテニル、ヘキセニル、シクロヘキセニル、ヘプテニル、オクテニル、ノネニル、デセニル、エチニル、プロピニル、ブチニル、ペンチニル、及びヘキシニル基等が挙げられる。炭素数3~10の不飽和脂肪族炭化水素基としては、ビニル、アリル、及び3-ブテニルからなる群から選択される少なくとも一つであることが好ましい。
一般式(4)中、R~Rの水素原子の一部又は全部は、F、Cl、Br等のハロゲン原子等の置換基で置換されていてもよく、非置換であってもよい。
iは、1~200の整数であり、好ましくは2~100の整数、より好ましくは4~80の整数、更に好ましくは8~40の整数である。j及びkは、それぞれ独立に、0~200の整数であり、好ましくは0~50の整数、より好ましくは0~20の整数、更に好ましくは0~50の整数である。
モノマーの種類、コストの観点および、得られるポリイミド前駆体及びポリイミドの分子量の観点から、一般式(4)の、ケイ素含有化合物は、ケイ素含有ジアミンであることが好ましい。ケイ素含有ジアミンとしては、例えば、下記式(6)で表されるジアミノ(ポリ)シロキサンが好ましい。
Figure 2022087023000038
{式中、Pは、それぞれ独立に、二価の炭化水素基を示し、同一でも異なっていてもよく、P及びPは、一般式(2)において定義したものと同様であり、lは、1~200の整数を表す。}
上記一般式(2)中のP及びPの好ましい構造としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、及びフェニル基等が挙げられる。これらの中でも好ましいのは、メチル基である。上記一般式(6)中、lは1~200の整数であり、得られるポリイミドの耐熱性の観点から、3~200の整数が好ましい。
一般式(6)で表される化合物の官能基当量の好ましい範囲は、前述した一般式(4)で表されるケイ素含有化合物と同様、800以上が好ましく、1500以上がより好ましい。
ケイ素含有ジアミンの共重合割合は、ポリイミド前駆体又はポリイミドの全質量に対して、好ましくは0.5~30質量%、より好ましくは1.0質量%~25質量%、更に好ましくは1.5質量%~20質量%である。ケイ素含有ジアミンが0.5質量%以上である場合、支持体との間に発生する残留応力を効果的に低下することができる。ケイ素含有ジアミンが30質量%以下である場合、得られるポリイミドフィルムの透明性(特に低HAZE)が良好であり、高い全光線透過率の実現、及び高いガラス転移温度の観点から好ましい。
ポリイミド前駆体及びポリイミドに用いる単量体としてのケイ素含有化合物は、上述のとおり、出願時の技術常識を用いて合成してもよいし、市販品を用いてもよい。市販品としては、両末端アミン変性メチルフェニルシリコーンオイル(信越化学社製:X22-1660B-3(官能基当量2200)、X22-9409(官能基当量670))、両末端酸無水物変性メチルフェニルシリコーンオイル(信越化学社製:X22-168-P5-B(官能基当量2100))、両末端エポキシ変性メチルフェニルシリコーンオイル(信越化学社製:X22-2000(官能基当量620))、両末端アミノ変性ジメチルシリコーン(信越化学社製:PAM-E(官能基当量130)、X22-161A(官能基当量800)、X22-161B(官能基当量1500)、KF8012(官能基当量2200)、東レダウコーニング製:BY16-853U(官能基当量450)、JNC社製:サイラプレーンFM3311(数平均分子量1000))、両末端エポキシ変性ジメチルシリコーン(信越化学社製:X-22-163A(官能基当量1750)、両末端脂環式エポキシ変性ジメチルシリコーン(信越化学社製:X-22-169B(官能基当量1700))、両末端ヒドキシ基変性ジメチルシリコーン(信越化学社製:KF-6000)、両末端メルカプト変性ジメチルシリコーン(信越化学社製:X-22-167B(官能基当量1700))、両末端酸無水物変性ジメチルシリコーン(信越化学社製:X-22-168A(官能基当量1000))等が挙げられる。これらの中でも、価格、耐薬品性向上、Tgの向上の観点から、両末端アミン変性ジメチルシリコーンオイルが好ましい。
重量平均分子量
本実施形態において、ポリイミド前駆体及びポリイミドの重量平均分子量は、ポリイミドフィルムのYI値を低減させる観点から、好ましくは50,000以上、より好ましくは60,000以上である。ポリイミドフィルムのヘイズを低減させる観点から、ポリイミド前駆体及びポリイミドの重量平均分子量は、好ましくは150,000以下、より好ましくは120,000以下である。ポリイミド前駆体及びポリイミドの望ましい重量平均分子量は、所望される用途、ポリイミド前駆体及びポリイミドの種類、樹脂組成物の非溶媒成分含有量、樹脂組成物が含み得る溶媒の種類等によって異なってよい。
〈環状シロキサン〉
本実施形態の樹脂組成物は、下記一般式(5)で表される環状シロキサンを含んでもよく、本実施形態の樹脂組成物に用いるケイ素含有化合物(ポリイミド前駆体の重縮合反応に用いるモノマー)は、一般式(3)で表されるケイ素含有化合物と、一般式(4)で表されるケイ素含有化合物を含んでもよい。
Figure 2022087023000039
{式中、P及びPは、それぞれ独立に、炭素数1~5の一価の脂肪族炭化水素基、又は炭素数6~10の芳香族基であり、かつmは、2以上の整数である。}
本実施形態の樹脂組成物は、一般式(5)の化合物のなかでも、下記一般式(3)で表される環状シロキサンで表される化合物を、特定の割合で含む。
Figure 2022087023000040
{式中、nは2以上の整数である。}
一般式(3)のうちnが4である化合物の総量は、樹脂組成物の質量を基準として、好ましくは0ppmより多く120ppm以下、より好ましくは0ppmより多く70ppm以下、更に好ましくは0ppmより多く50ppm以下、より更に好ましくは0ppmより多く40ppm以下、特に好ましくは0ppmより多く30ppm以下である。あるいは、又はこれに加えて、一般式(3)のうちnが5である化合物の総量は、樹脂組成物の質量を基準として、好ましくは0ppmより多く50ppm以下、より好ましくは0ppmより多く30ppm以下、更に好ましくは0ppmより多く20ppm以下、より更に好ましくは0ppmより多く15ppm以下である。一般式(3)のうちnが6の化合物の総量は、樹脂組成物の質量を基準として、好ましくは0ppmより多く70ppm以下、より好ましくは0ppmより多く60ppm以下、更に好ましくは0ppmより多く50ppm以下、より更に好ましくは0ppmより多く40ppm以下である。一般式(3)のうちnが7の化合物の総量は、樹脂組成物の質量を基準として、好ましくは0ppmより多く80ppm以下、より好ましくは0ppmより多く70ppm以下、更に好ましくは0ppmより多く60ppm以下、より更に好ましくは0ppmより多く50ppm以下である。一般式(3)で表される化合物の総量が上記の範囲内であると、樹脂組成物から得られるポリイミド樹脂膜の欠陥が少なくなり、YI値がより低下するため好ましい。
樹脂組成物中の非溶媒成分の質量を基準とする場合、一般式(3)のうちnが4である化合物の総量は、好ましくは0ppmより多く500ppm以下、より好ましくは0ppmより多く400ppm以下、更に好ましくは0ppmより多く300ppm以下、より更に好ましくは0ppmより多く10ppm以下である。樹脂組成物中の非溶媒成分の質量を基準とする場合、一般式(3)のうちnが5である化合物の総量は、好ましくは0ppmより多く200ppm以下、より好ましくは0ppmより多く100ppm以下、更に好ましくは0ppmより多く50ppm以下、より更に好ましくは0ppmより多く5ppm以下である。樹脂組成物中の非溶媒成分の質量を基準とする場合、一般式(3)のうちnが6である化合物の総量は、好ましくは0ppmより多く450ppm以下、より好ましくは0ppmより多く300ppm以下、更に好ましくは0ppmより多く250ppm以下、より更に好ましくは0ppmより多く230ppm以下である。樹脂組成物中の非溶媒成分の質量を基準とする場合、一般式(3)のうちnが7である化合物の総量は、好ましくは0ppmより多く500ppm以下、より好ましくは0ppmより多く400ppm以下、更に好ましくは0ppmより多く300ppm以下、より更に好ましくは0ppmより多く250ppm以下である。一般式(3)で表される化合物の総量が上記の範囲内であると、樹脂組成物から得られるポリイミド樹脂膜の欠陥が少なくなり、Rthの面内均一性が良好になり、YI値がより低下するため好ましい。
上記一般式(3)及び(4)で表されるケイ素含有化合物の合計質量を基準とする場合、一般式(3)のうちnが4である化合物の総量は、好ましくは0ppmより多く1300ppm以下、より好ましくは0ppmより多く800ppm以下、更に好ましくは0ppmより多く500ppm以下、より更に好ましくは0ppmより多く30ppm以下である。上記一般式(3)及び(4)で表されるケイ素含有化合物の合計質量を基準とする場合、一般式(3)のうちnが5である化合物の総量は、好ましくは0ppmより多く500ppm以下、より好ましくは0ppmより多く300ppm以下、更に好ましくは0ppmより多く100ppm以下、より更に好ましくは0ppmより多く15ppm以下である。上記一般式(3)及び(4)で表されるケイ素含有化合物の合計質量を基準とする場合、一般式(3)のうちnが6である化合物の総量は、好ましくは0ppmより多く2000ppm以下、より好ましくは0ppmより多く1000ppm以下、更に好ましくは0ppmより多く500ppm以下、より更に好ましくは0ppmより多く20ppm以下である。上記一般式(3)及び(4)で表されるケイ素含有化合物の合計質量を基準とする場合、一般式(3)のうちnが7である化合物の総量は、好ましくは0ppmより多く2200ppm以下、より好ましくは0ppmより多く1100ppm以下、更に好ましくは0ppmより多く600ppm以下、より更に好ましくは0ppmより多く10ppm以下である。一般式(3)で表される化合物の総量が上記の範囲内であると、樹脂組成物から得られるポリイミド樹脂膜の欠陥が少なくなり、Rthの面内均一性が良好になり、YI値がより低下するため好ましい。
樹脂組成物の質量を基準とする場合、一般式(3)のうち、nが3以上8以下の化合物の総量は、好ましくは0ppmより多く150ppm以下、より好ましくは0ppmより多く130ppm以下、更に好ましくは0ppmより多く100ppm以下である。樹脂組成物中の非溶媒成分の質量を基準とする場合、一般式(3)のうち、nが3以上8以下の化合物の総量は、好ましくは0ppmより多く900ppm以下、より好ましくは0ppmより多く800ppm以下、更に好ましくは0ppmより多く700ppm以下である。上記一般式(3)及び(4)で表されるケイ素含有化合物の合計質量を基準とする場合、一般式(3)のうち、nが3以上8以下の化合物の総量は、好ましくは0ppmより多く4500ppm以下、より好ましくは0ppmより多く4000ppm以下、更に好ましくは0ppmより多く3000ppm以下である。一般式(3)で表される化合物の総量が上記の範囲内であると、樹脂組成物から得られるポリイミド樹脂膜の欠陥が少なくなり、Rthの面内均一性が良好になり、YI値がより低下するため好ましい。
従来は、得られるポリイミド樹脂膜からのアウトガスを低減すること等と目的として、一般式(3)の環状シロキサンのうち、特にnが4以下の化合物の量を低減することが行われていた(特許文献3~5等)。しかし、従来技術の環状シロキサンの低減方法の場合、一般式(3)の環状シロキサンのうち、nが7以下の化合物量の低減が不十分であることを見出した。そして、一般式(3)の化合物の中でもnが5以上7以下の化合物が特定量の場合、得られるポリイミド樹脂膜のRthの面内均一性がより改善されうることを見出した。これらの詳細なメカニズムは不明であるが、発明者らは、下記のとおりと推定している。ポリイミド樹脂膜の製造方法は、典型的には、ポリイミド前駆体組成物/ポリイミド樹脂を含む組成物をガラス基板等の支持体に塗布し、オーブン内で、例えば減圧下100℃で30分間加熱することにより溶媒を除去する工程(溶媒除去工程)と、より高い温度、例えば400℃で1時間加熱することによりイミド化(又は溶媒を除去)して、ポリイミド樹脂膜を形成する工程とを含む。一般式(3)の化合物(メチル側鎖環状シロキサン)は、nが3以上8以下の場合、常圧では沸点が400℃未満であり、上記イミド化工程(例えば400℃で1時間加熱)では、揮発し、排除される。一方、溶媒除去工程はイミド化工程よりも温度が低く、一般式(3)の化合物は、nが3以上8以下の場合、この溶媒除去工程において揮発除去されると考えられる。しかしながら、一般式(3)の化合物のうち、特にnが3以上8以下の化合物の量が多い場合、揮発した跡が残り、それがポリイミド樹脂膜のRthの悪化につながると推定される。また、従来の精製方法である、250℃以上の蒸留の場合、温度が高いため、冷却時に分解したケイ素含有化合物が再度環状化して、一般式(3)の化合物の中でもnが4及び5の化合物の量が増えると考えられる。その結果、ポリイミド樹脂膜上の欠陥が増えると推定している。これらの問題に対して、発明者らは、一般式(3)及び(4)を含む化合物を、特定条件で精製処理(減圧蒸留)し、特に一般式(3)のnが4及び5の化合物の量を特定の量に調整することで、あるいは、一般式(3)のnが3以上8以下の化合物の総量を特定の量に調整することで、ポリイミド樹脂膜のRthの面内均一性を良好にできることを見出した。
なお、一般式(3)のnが4及び5の化合物の量を特定の量に調整する、あるいは、一般式(3)のnが3以上8以下の化合物の総量を特定の量に調整する方法としては、上記の特定条件での精製処理(減圧蒸留)以外に、本開示の樹脂組成物の合成におけるポリイミド前駆体を一部イミド化する工程を利用することもできる。一部イミド化する工程の具体例としては、本開示の樹脂の合成において、ポリイミド前駆体を含む溶液を160℃以上に加熱する工程(熱イミド化)があげられる。この工程を利用して一般式(3)のnが4及び5の化合物の量を特定の量に調整することもできる。
一般式(3)のうちnが3以上8以下の化合物のなかでも、nが3以上7以下の化合物の量、及びnが3及び4の化合物の量を低減することもまた好ましい。すなわち、樹脂組成物の非溶媒成分の質量を基準として、一般式(3)のうちnが3の化合物の総量をd3(ppm)、nが4の化合物の総量をd4(ppm)、nが5の化合物の総量をd5(ppm)、nが6の化合物の総量をd6(ppm)、及びnが7の化合物の総量をd7(ppm)としたとき、d3+d4+d5+d6+d7は、好ましくは0ppmより多く2000ppm未満である。さらに、d3+d4が0ppmより多く10ppm以下であることが好ましい。一般式(3)のうちnが3以上7以下の化合物の量が0ppmより多く2000ppm未満であると、得られるポリイミドフィルムの欠陥評価の観点で好ましい。また、一般式(3)のうちnが3及び4の化合物の量が0ppmより多く10ppm以下であると、精製したケイ素含有化合物を用いたポリイミド前駆体と、精製していないケイ素含有化合物を用いたポリイミド前駆体、それぞれについて得られるポリイミドフィルムのRthの面内均一性の観点で好ましい。
〈溶媒〉
樹脂組成物は典型的に溶媒を含む。溶媒としては、ポリイミド前駆体及びポリイミドの溶解性が良好で、かつ樹脂組成物の溶液粘度を適切に制御できるものが好ましく、ポリイミド前駆体の反応溶媒を、組成物の溶媒として用いることができる。その中でも、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)、γ-ブチロラクトン(GBL)、上記一般式(4)で表される化合物等が好ましい。溶媒組成の具体例としては、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)単独、又はN-メチル-2-ピロリドン(NMP)とγ-ブチロラクトン(GBL)との混合溶媒等が挙げられる。NMPとGBLとの質量比は、例えば、NMP:GBL(質量比)=10:90~90:10であってよい。
〈追加の成分〉
本実施形態の樹脂組成物は、ポリイミド前駆体及びポリイミド、環状シロキサン、及び溶媒に加えて、追加の成分を更に含んでもよい。追加の成分としては、例えば、界面活性剤、及びアルコキシシラン化合物等が挙げられる。
界面活性剤
本実施形態の樹脂組成物に界面活性剤を添加することによって、樹脂組成物の塗布性を向上することができる。具体的には、塗工膜におけるスジの発生を防ぐことができる。
このような界面活性剤は、例えば、シリコーン系界面活性剤、フッ素系界面活性剤、これら以外の非イオン界面活性剤等を挙げることができる。シリコーン系界面活性剤としては、例えば、オルガノシロキサンポリマーKF-640、642、643、KP341、X-70-092、X-70-093(商品名、信越化学工業社製);SH-28PA、SH-190、SH-193、SZ-6032、SF-8428、DC-57、DC-190(商品名、東レ・ダウコーニング・シリコーン社製);SILWET L-77,L-7001,FZ-2105,FZ-2120,FZ-2154,FZ-2164,FZ-2166,L-7604(商品名、日本ユニカー社製);DBE-814、DBE-224、DBE-621、CMS-626、CMS-222、KF-352A、KF-354L、KF-355A、KF-6020、DBE-821、DBE-712(Gelest)、BYK-307、BYK-310、BYK-378、BYK-333(商品名、ビックケミー・ジャパン製);グラノール(商品名、共栄社化学社製)等が挙げられる。フッ素系界面活性剤としては、例えば、メガファックF171、F173、R-08(大日本インキ化学工業株式会社製、商品名);フロラードFC4430、FC4432(住友スリーエム株式会社、商品名)等が挙げられる。これら以外の非イオン界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンウラリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシエチレンオクチルフェノールエーテル等が挙げられる。
これらの界面活性剤の中でも、樹脂組成物の塗工性(塗工スジ抑制)の観点から、シリコーン系界面活性剤、フッ素系界面活性剤が好ましく、キュア工程時の酸素濃度によるYI値及び全光線透過率への影響を低減する観点から、シリコーン系界面活性剤が好ましい。界面活性剤を用いる場合、その配合量は、樹脂組成物中のポリイミド前駆体100質量部に対して、好ましくは0.001~5質量部、より好ましくは0.01~3質量部である。
アルコキシシラン化合物
本実施形態の樹脂組成物から得られるポリイミドフィルムをフレキシブル基板等に用いる場合、製造プロセスにおける支持体とポリイミドフィルムとの良好な密着性を得る観点から、樹脂組成物は、ポリイミド前駆体100質量部に対して、アルコキシシラン化合物を0.01~20質量部含有することができる。ポリイミド前駆体100質量部に対するアルコキシシラン化合物の含有量が0.01質量部以上であることにより、支持体とポリイミドフィルムとの間に良好な密着性を得ることができる。またアルコキシシラン化合物の含有量が20質量部以下であることが、樹脂組成物の保存安定性の観点から好ましい。アルコキシシラン化合物の含有量は、ポリイミド前駆体100質量部に対して、好ましくは0.02~15質量部、より好ましくは0.05~10質量部、更に好ましくは0.1~8質量部である。アルコキシシラン化合物を用いることにより、上記の密着性の向上に加えて、樹脂組成物の塗工性が向上し(スジムラ抑制)、及びキュア時の酸素濃度によるポリイミドフィルムのYI値への影響を低減することもできる。
アルコキシシラン化合物としては、例えば、3-ウレイドプロピルトリエトキシシラン、ビス(2-ヒドロキシエチル)-3-アミノプロピルトリエトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ-アミノプロピルトリメトキシシラン、γ-アミノプロピルトリプロポキシシラン、γ-アミノプロピルトリブトキシシラン、γ-アミノエチルトリエトキシシラン、γ-アミノエチルトリプロポキシシラン、γ-アミノエチルトリブトキシシラン、γ-アミノブチルトリエトキシシラン、γ-アミノブチルトリメトキシシラン、γ-アミノブチルトリプロポキシシラン、γ-アミノブチルトリブトキシシラン、フェニルシラントリオール、トリメトキシフェニルシラン、トリメトキシ(p-トリル)シラン、ジフェニルシランジオール、ジメトキシジフェニルシラン、ジエトキシジフェニルシラン、ジメトキシジ-p-トリルシラン、トリフェニルシラノール、及び下記構造のそれぞれで表されるアルコキシシラン化合物等を挙げることができる。アルコキシシラン化合物は、一種を単独で用いても二種以上を組み合わせて使用してもよい。
Figure 2022087023000041
《樹脂組成物の製造方法》
本実施形態における樹脂組成物の製造方法は、特に限定されるものではなく、例えば、以下の方法によることができる。
〈ケイ素含有化合物の精製〉
本実施形態の樹脂組成物に含まれるポリイミド前駆体は、酸二無水物、ジアミン、及びケイ素含有化合物を含む重縮合成分を重縮合反応させることにより製造することができる。本実施形態の樹脂組成物中に含まれる、一般式(3)の化合物の総量を低減する方法としては、例えば、重縮合反応の前に、ケイ素含有化合物を精製して、一般式(3)の化合物の総量を低減することが挙げられる。あるいは、重縮合反応の後に、樹脂組成物を精製して、一般式(3)の化合物の総量を低減してもよい。
ケイ素含有化合物を精製する方法としては、例えば、任意の容器内でケイ素含有化合物に不活性ガス、例えば窒素ガスを吹き込みながらストリッピングを行うことが挙げられる。ストリッピングの温度としては、好ましくは150℃以上300℃以下、より好ましくは200℃以上300℃以下、更に好ましくは230℃以上300℃以下である。ストリッピングの蒸気圧としては、低いほど好ましく、1000Pa以下、より好ましくは300Pa以下、更に好ましくは200Pa以下、より更に好ましくは133.32Pa(1mmHg)Pa以下である。ストリッピングの時間としては、好ましくは4時間以上12時間以下、より好ましくは6時間以上10時間以下である。上記の条件に調整することにより、一般式(3)の化合物を効率的に除去することができ、また、一般式(3)及び(4)の総量を好ましい範囲に制御することができる。
〈ポリイミド前駆体及びポリイミドの合成〉
一部がイミド化されたポリイミド前駆体は、一般式(4)で表されるケイ素含有化合物と、一般式(3)で表される化合物とを含有する原料組成物を、テトラカルボン酸二無水物及びジアミンと重縮合反応し、イミド化させてポリイミドを得たのち、さらに、テトラカルボン酸二無水物及びジアミンと重縮合反応することで合成することができる。あるいは、一部がイミド化されたポリイミドは、一般式(4)で表されるケイ素含有化合物と、一般式(3)で表される化合物とを含有する原料組成物を、テトラカルボン酸二無水物及びジアミンと重縮合反応させてポリイミド前駆体を得たのち、上記ポリイミド前駆体を一部イミド化することによって合成することができる。ケイ素含有化合物は、上記の精製したものを用いることが好ましい。好ましい態様において、重縮合成分は、酸二無水物と、ジアミンと、ケイ素含有化合物とからなる。重縮合反応は、適当な溶媒中で行うことが好ましい。具体的には、例えば、溶媒に所定量のジアミン成分及びケイ素含有化合物を溶解させた後、得られたジアミン溶液に、酸二無水物を所定量添加し、撹拌する方法が挙げられる。
ポリイミド前駆体を合成する際の酸二無水物とジアミンとのモル比は、得られるポリイミド前駆体及びポリイミド樹脂の高分子量化、樹脂組成物のスリットコーティング特性の観点から、酸二無水物:ジアミン=100:90~100:110(酸二無水物1モル部に対してジアミン0.90~1.10モル部)の範囲が好ましく、100:95~100:105(酸二無水物1モル部に対してジアミン0.95~1.05モル部)の範囲が更に好ましい。
ポリイミド前駆体及びポリイミドの分子量は、酸二無水物、ジアミン及びケイ素含有化合物の種類、酸二無水物とジアミンとのモル比の調整、末端封止剤の添加、反応条件の調整等によってコントロールすることが可能である。酸二無水物成分とジアミン成分とのモル比が1:1に近いほど、及び末端封止剤の使用量が少ないほど、ポリイミド前駆体及びポリイミドを高分子量化することができる。
酸二無水物成分及びジアミン成分として、高純度品を使用することが推奨される。その純度としては、それぞれ、好ましくは98質量%以上、より好ましくは99質量%以上、更に好ましくは99.5質量%以上である。酸二無水物成分及びジアミン成分における水分含量を低減することによって高純度化することもできる。複数種類の酸二無水物成分、及び/又は複数種類のジアミン成分を使用する場合には、酸二無水物成分全体として、及びジアミン成分全体として上記の純度を有することが好ましく、使用する全種類の酸二無水物成分及びジアミン成分が、それぞれ上記の純度を有していることがより好ましい。
反応の溶媒としては、酸二無水物成分及びジアミン成分、並びに生じるポリイミド前駆体及びポリイミドを溶解することができ、高分子量の重合体が得られる溶媒であれば特に限定されない。このような溶媒としては、例えば、非プロトン性溶媒、フェノール系溶媒、エーテル及びグリコール系溶媒等が挙げられる。非プロトン性溶媒としては、例えば、N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N-ジメチルアセトアミド(DMAc)、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)、N-メチルカプロラクタム、1,3-ジメチルイミダゾリジノン、テトラメチル尿素、N,N-ジメチルイソブチルアミド、ジメチルアセトアミド、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン、及び下記一般式(7)のアミド系溶媒:
Figure 2022087023000042
{式中、R12=メチル基で表されるエクアミドM100(商品名:出光興産社製)、及び、R12=n-ブチル基で表されるエクアミドB100(商品名:出光興産社製)};γ-ブチロラクトン、γ-バレロラクトン等のラクトン系溶媒;ヘキサメチルホスホリックアミド、ヘキサメチルホスフィントリアミド等の含リン系アミド系溶媒;ジメチルスルホン、ジメチルスルホキシド、スルホラン等の含硫黄系溶媒;シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサノン等のケトン系溶媒;ピコリン、ピリジン等の3級アミン系溶媒;酢酸(2-メトキシ-1-メチルエチル)、3-メトキシ-3-メチル-1-ブチルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート等のエステル系溶媒等が挙げられる。フェノ-ル系溶媒としては、例えば、フェノール、o-クレゾール、m-クレゾール、p-クレゾール、2,3-キシレノール、2,4-キシレノール、2,5-キシレノール、2,6-キシレノール、3,4-キシレノール、3,5-キシレノール等が挙げられる。エーテル及びグリコール系溶媒としては、例えば、1,2-ジメトキシエタン、ビス(2-メトキシエチル)エーテル、1,2-ビス(2-メトキシエトキシ)エタン、ビス[2-(2-メトキシエトキシ)エチル]エーテル、テトラヒドロフラン、1,4-ジオキサン、ジプロピレングリコールメチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等が挙げられる。これらの溶媒は、単独で又は2種類以上混合して用いてもよい。
ポリイミド前駆体及びポリイミドの合成に用いられる溶媒の常圧における沸点は、好ましくは60~300℃、より好ましくは140~280℃、更に好ましくは170~270℃である。溶媒の沸点が300℃より低いことにより、乾燥工程が短時間になる。溶媒の沸点が60℃以上であると、乾燥工程中に、樹脂膜の表面における荒れの発生、樹脂膜中への気泡の混入等が起こりにくく、より均一なフィルムを得ることができる。特に、沸点が170~270℃であり、及び/又は20℃における蒸気圧が250Pa以下である溶媒を使用することが、溶解性及び塗工時のエッジ異常の低減の観点から好ましい。より具体的には、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)、γ-ブチロラクトン(GBL)、及び一般式(7)で表される化合物から成る群より選択される1種以上が好ましい。
溶媒中の水分含量は、重縮合反応を良好に進行させるために、例えば3,000質量ppm以下であることが好ましい。本実施形体における樹脂組成物中、分子量1,000未満の分子の含有量が5質量%未満であることが好ましい。樹脂組成物中に分子量1,000未満の分子が存在するのは、合成時に使用する溶媒や原料(酸二無水物、ジアミン)の水分量が関与しているためと考えられる。すなわち、一部の酸二無水物モノマーの酸無水物基が水分によって加水分解してカルボキシル基になり、高分子量化することなく低分子の状態で残存することによると考えられる。従って、上記の重縮合反応に使用する溶媒の水分量は少ないほど好ましい。溶媒の水分量は、3,000質量ppm以下とすることが好ましく、1,000質量ppm以下とすることがより好ましい。同様に、原料に含まれる水分量についても、3,000質量ppm以下とすることが好ましく、1,000質量ppm以下とすることがより好ましい。
溶媒の水分量は、使用する溶媒のグレード(脱水グレード、汎用グレード等)、溶媒容器(ビン、18L缶、キャニスター缶等)、溶媒の保管状態(希ガス封入の有無等)、開封から使用までの時間(開封後すぐ使用するか、開封後経時した後に使用するか等)等が関与すると考えられる。合成前の反応器の希ガス置換、合成中の希ガス流通の有無等も関与すると考えられる。従って、ポリイミド前駆体の合成時には、原料として高純度品を用い、水分量の少ない溶媒を用いるとともに、反応前および反応中に系内に環境からの水分が混入しないような措置を講ずることが推奨される。
溶媒中に各重縮合成分を溶解させるときには、必要に応じて加熱してもよい。重合度の高いポリイミド前駆体を得る観点から、ポリイミド前駆体合成時の反応温度としては、好ましくは0℃~120℃、40℃~100℃、又は60℃~100℃であってよく、重合時間としては、好ましくは1時間~100時間、又は2時間~10時間であってよい。重合時間を1時間以上とすることによって均一な重合度のポリイミド前駆体となり、100時間以下とすることによって重合度の高いポリイミド前駆体を得ることができる。
本実施形態の樹脂組成物は、本実施形態におけるポリイミド前駆体以外に、他の追加のポリイミド前駆体を含んでもよい。しかしながら、追加のポリイミド前駆体の質量割合は、ポリイミドフィルムのYI値及び全光線透過率の酸素依存性を低減する観点から、樹脂組成物中のポリイミド前駆体の総量に対して、好ましくは30質量%以下、更に好ましくは10質量%以下である。
本実施形態におけるポリイミド前駆体は、その一部がイミド化されていてもよい(部分イミド化)。ポリイミド前駆体を部分イミド化することにより、樹脂組成物を保存する際の粘度安定性を向上できる。この場合のイミド化率は、樹脂組成物中のポリイミド前駆体の溶解性と溶液の保存安定性とのバランスをとる観点から、好ましくは5%以上、より好ましくは8%以上であり、好ましくは80%以下、より好ましくは70%以下、更に好ましくは50%以下である。この部分イミド化は、ポリイミド前駆体を加熱して脱水閉環することにより得られる。この加熱は、好ましくは120℃~200℃、より好ましくは150℃~180℃の温度において、好ましくは15分~20時間、より好ましくは30分~10時間行うことができる。
上述の反応によって得られたポリアミド酸に、N,N-ジメチルホルムアミドジメチルアセタール又はN,N-ジメチルホルムアミドジエチルアセタールを加えて加熱することでカルボン酸の一部又は全部をエステル化したものを、本実施形態のポリイミド前駆体として用いてもよい。エステル化によって、保存時の粘度安定性を向上することができる。これらエステル変性ポリアミド酸は、上述の酸二無水物成分を、酸無水物基に対して1当量の1価のアルコール、及び塩化チオニル、ジシクロヘキシルカルボジイミド等の脱水縮合剤と順次に反応させた後、ジアミン成分と縮合反応させる方法によっても得ることができる。
〈ポリイミドの合成〉
より好ましい様態としては、ポリイミドワニスは、酸二無水物成分及びジアミン成分を、溶媒、例えば有機溶媒に溶解し、トルエンなどの共沸溶媒を加え、イミド化の際に発生する水を系外に除去することでポリイミド及び溶媒を含有するポリイミド溶液(ポリイミドワニスとも言う)として製造することが出来る。ここで、反応時の条件は特に限定されないが、例えば、反応温度は0℃~180℃、反応時間は3時間~72時間である。スルホン基含有ジアミン類との反応を充分に進めるために、180℃で12時間程度加熱反応させることが好ましい。また、反応時、アルゴンや窒素などの不活性雰囲気であることが好ましい。
〈樹脂組成物の調整〉
ポリイミド前駆体又はポリイミドを合成した際に用いた溶媒と、樹脂組成物に含有させる溶媒とが同一の場合には、合成したポリイミド前駆体溶液又はポリイミド溶液をそのまま本実施形態の樹脂組成物として使用することができる。必要に応じて、室温(25℃)~80℃の温度範囲で、ポリイミド前駆体又はポリイミド溶液に更なる溶媒及び追加の成分の1種以上を添加して、攪拌混合することにより、樹脂組成物を調整してもよい。この攪拌混合は、撹拌翼を備えたスリーワンモータ(新東化学株式会社製)、自転公転ミキサー等の適宜の装置を用いて行うことができる。必要に応じて樹脂組成物を40℃~100℃に加熱してもよい。
他方、ポリイミド前駆体又はポリイミドを合成した際に用いた溶媒と、樹脂組成物に含有させる溶媒とが異なる場合には、合成したポリイミド前駆体溶液又はポリイミド溶液中の溶媒を、例えば再沈殿、溶媒留去等の適宜の方法により除去して、ポリイミド前駆体又はポリイミドを単離してもよい。次いで、室温(25℃)~80℃の温度範囲で、単離したポリイミド前駆体又はポリイミドに、所望の溶媒及び必要に応じて追加の成分を添加して、攪拌混合することにより、樹脂組成物を調製してもよい。
ポリイミド前駆体を含む樹脂組成物の場合、上述のように樹脂組成物を調製した後、樹脂組成物を、例えば130℃~200℃で、例えば5分~2時間加熱することにより、ポリマーが析出を起こさない程度にポリイミド前駆体の一部を脱水イミド化してもよい(部分イミド化)。加熱温度及び加熱時間をコントロールすることにより、イミド化率を制御することができる。ポリイミド前駆体を部分イミド化することにより、樹脂組成物を保存する際の粘度安定性を向上することができる。
樹脂組成物の溶液粘度は、スリットコート性能の観点においては、好ましくは500~100,000mPa・s、より好ましくは1,000~50,000mPa・s、更に好ましくは3,000~20,000mPa・sである。具体的には、スリットノズルから液漏れしにくい点で、好ましくは500mPa・s以上、より好ましくは1,000mPa・s以上、更に好ましくは3,000mPa・s以上である。スリットノズルが目詰まりしにくい点で、好ましくは100,000mPa・s以下、より好ましくは50,000mPa・s以下、更に好ましくは20,000mPa・s以下である。
ポリイミド前駆体又はポリイミド合成時における樹脂組成物の溶液粘度については、合成時の撹拌を容易にする観点から、200,000mPa・s以下であることが好ましい。ただし、合成する際に溶液が高粘度になったとしても、反応終了後に溶媒を添加して撹拌することにより、取扱い性のよい粘度の樹脂組成物を得ることが可能である。本実施形態における樹脂組成物の溶液粘度は、E型粘度計(例えばVISCONICEHD、東機産業製)を用い、23℃で測定される値である。
本実施形態の樹脂組成物の水分量は、樹脂組成物を保存する際の粘度安定性の観点から、好ましくは3,000質量ppm以下、より好ましくは2,500質量ppm以下、更に好ましくは2,000質量ppm以下、より更に好ましくは1,500質量ppm以下、特に好ましくは1,000質量ppm以下、特に好ましくは500質量ppm以下、特に好ましくは300質量ppm以下、特に好ましくは100質量ppm以下である。
《ポリイミドフィルム及びその製造方法》
以下に本実施形態におけるポリイミドフィルムの製法について説明する。第一の製法として、ポリイミド前駆体の溶液を支持体上に塗布(キャスト)する塗布工程と、塗布された溶液を加熱することにより、乾燥とイミド化を施してポリイミド樹脂膜を形成する膜形成工程とを含む、ポリイミドフィルムの製造製法が挙げられる(製法1とする)。製法1は、任意にポリイミド樹脂膜を支持体から剥離して、ポリイミドフィルムを得る剥離工程を含んでもよい。第二の製法として、ポリイミドの溶液(ポリイミドワニス)を支持体上に塗布(キャスト)する塗布工程と、塗布された溶液を加熱することにより乾燥してポリイミド樹脂膜を形成する膜形成工程とを含む、ポリイミドフィルムの製造方法が挙げられる(製法2-1とする)。製法1は、任意にポリイミド樹脂膜を支持体から剥離して、ポリイミドフィルムを得る剥離工程を含んでもよい。また、第二の製法は、あらかじめイミド化されたポリイミド溶液から成膜している為、仮乾燥を行った後、支持体から剥離し、更なる乾燥を施して、ポリイミドフィルムを製造することも可能である(製法2-2とする)。
〈塗布工程〉
塗布工程では、支持体の表面上に本実施形態の樹脂組成物を塗布する。支持体は、その後の膜形成工程(加熱工程)における加熱温度に対する耐熱性を有し、かつ剥離工程における剥離性が良好であれば特に限定されない。支持体としては、例えば、ガラス基板、例えば無アルカリガラス基板;シリコンウェハー;PET(ポリエチレンテレフタレート)、OPP(延伸ポリプロピレン)、ポリエチレングリコールテレフタレート、ポリエチレングリコールナフタレート、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルホン、ポリフェニレンスルフィド等の樹脂基板;ステンレス、アルミナ、銅、ニッケル等の金属基板等が挙げられる。
薄膜状のポリイミド成形体を形成する場合には、例えば、ガラス基板、シリコンウェハー等が好ましく、厚膜状のフィルム状又はシート状のポリイミド成形体を形成する場合には、例えばPET(ポリエチレンテレフタラート)、OPP(延伸ポリプロピレン)等からなる支持体が好ましい。
塗布方法としては、一般には、ドクターブレードナイフコーター、エアナイフコーター、ロールコーター、ロータリーコーター、フローコーター、ダイコーター、バーコーター等の塗布方法、スピンコート、スプレイコート、ディップコート等の塗布方法;スクリーン印刷及びグラビア印刷等に代表される印刷技術等が挙げられる。本実施形態の樹脂組成物には、スリットコートによる塗布が好ましい。塗布厚は、所望の樹脂フィルムの厚さと樹脂組成物中のポリイミド前駆体の含有量に応じて適宜調整するべきであるが、好ましくは1μm~1,000μm程度である。塗布工程における温度は室温でもよく、粘度を下げて作業性をよくするために、樹脂組成物を例えば40℃~80℃に加温してもよい。
〈任意の乾燥工程〉
塗布工程に続いて乾燥工程を行ってもよく、又は乾燥工程を省略して直接次の膜形成工程(加熱工程)に進んでもよい。乾燥工程は、樹脂組成物中の有機溶剤除去の目的で行われる。乾燥工程を行う場合、例えば、ホットプレート、箱型乾燥機、コンベヤー型乾燥機等の適宜の装置を使用することができる。乾燥工程の温度は、好ましくは80℃~200℃、より好ましくは100℃~150℃である。乾燥工程の実施時間は、好ましくは1分~10時間、より好ましくは3分~1時間である。上記のようにして、支持体上にポリイミド前駆体を含有する塗膜が形成される。
〈膜形成工程〉
続いて、膜形成工程(加熱工程)を行う。加熱工程は、ポリイミド前駆体溶液の場合、上記の塗膜中に含まれる有機溶剤の除去を行うとともに、塗膜中のポリイミド前駆体のイミド化反応を進行させ、ポリイミド樹脂膜を得る工程である。また、ポリイミド溶液の場合、上記の塗膜中に含まれる有機溶剤の除去を行い、ポリイミド樹脂膜を得る工程である。この加熱工程は、例えば、イナートガスオーブン、ホットプレート、箱型乾燥機、コンベヤー型乾燥機等の装置を用いて行うことができる。この工程は乾燥工程と同時に行っても、両工程を逐次的に行ってもよい。
加熱工程は、空気雰囲気下で行ってもよいが、安全性と、得られるポリイミドフィルムの良好な透明性、低い厚み方向Rth及び低いYI値を得る観点から、不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましい。不活性ガスとしては、例えば、窒素、アルゴン等が挙げられる。加熱温度は、ポリイミド前駆体溶液の場合、ポリイミド前駆体の種類、及び樹脂組成物中の溶媒の種類に応じて適宜に設定されてよいが、好ましくは250℃~550℃、より好ましくは300℃~450℃である。250℃以上であればイミド化が良好に進行し、550℃以下であれば得られるポリイミドフィルムの透明性の低下、耐熱性の悪化等の不都合を回避できる。加熱温度は、ポリイミド溶液の場合、ポリイミドの種類、及び樹脂組成物中の溶媒の種類に応じて適宜に設定してよいが、好ましくは50℃~450℃である。加熱時間は、好ましくは6分~10時間程度である。
本実施形態では、ポリイミド前駆体溶液の場合、上記の加熱工程における周囲雰囲気の酸素濃度は、得られるポリイミドフィルムの透明性及びYI値の観点から、好ましくは2,000質量ppm以下、より好ましくは100質量ppm以下、更に好ましくは10質量ppm以下である。酸素濃度が2,000質量ppm以下の雰囲気中で加熱を行うことにより、得られるポリイミドフィルムのYI値を30以下にすることができる。
〈剥離工程〉
剥離工程では、支持体上のポリイミド樹脂膜を、例えば室温(25℃)~50℃程度まで冷却した後に剥離してもよい。この剥離工程としては、例えば下記の(1)~(4)の態様が挙げられる。
(1)上記の方法によりポリイミド樹脂膜/支持体を含む構成体を作製した後、構造体の支持体側からレーザーを照射して、支持体とポリイミド樹脂膜との界面をアブレーション加工することにより、ポリイミド樹脂を剥離する方法。レーザーの種類としては、固体(YAG)レーザー、ガス(UVエキシマー)レーザー等が挙げられる。波長308nm等のスペクトルを用いることが好ましい(特表2007-512568号公報、特表2012-511173号公報等を参照)。
(2)支持体に樹脂組成物を塗工する前に、支持体に剥離層を形成し、その後ポリイミド樹脂膜/剥離層/支持体を含む構成体を得て、ポリイミド樹脂膜を剥離する方法。剥離層としては、パリレン(登録商標、日本パリレン合同会社製)、酸化タングステンが挙げられ;植物油系、シリコーン系、フッ素系、アルキッド系等の離型剤を用いてもよい(特開2010-067957号公報、特開2013-179306号公報等を参照)。
この方法(2)と方法(1)のレーザー照射とを併用してもよい。
(3)支持体としてエッチング可能な金属基板を用いて、ポリイミド樹脂膜/支持体を含む構成体を得た後、エッチャントで金属をエッチングすることにより、ポリイミド樹脂フィルムを得る方法。金属としては、例えば、銅(具体例としては、三井金属鉱業株式会社製の電解銅箔「DFF」)、アルミニウム等を使用することができる。エッチャントとしては、銅に対しては塩化第二鉄等を、アルミニウムに対しては希塩酸等を使用することができる。
(4)上記方法によりポリイミド樹脂膜/支持体を含む構成体を得た後、ポリイミド樹脂膜表面に粘着フィルムを貼り付けて、支持体から粘着フィルム/ポリイミド樹脂膜を分離し、その後粘着フィルムからポリイミド樹脂膜を分離する方法。
これらの剥離方法の中でも、得られるポリイミド樹脂フィルムの表裏の屈折率差、YI値及び伸度の観点から、方法(1)又は(2)が好ましい。得られるポリイミド樹脂フィルムの表裏の屈折率差の観点から方法(1)、すなわち、剥離工程に先立って、支持体側からレ-ザ-を照射する照射工程を行うことがより好ましい。なお、方法(3)において、支持体として銅を用いた場合は、得られるポリイミド樹脂フィルムのYI値が大きくなり、伸度が小さくなる傾向が見られる。これは、銅イオンの影響であると考えられる。
得られるポリイミドフィルムの厚さは、限定されないが、好ましくは1~200μm、より好ましくは5~100μmである。
〈黄色度(YI値)〉
本実施形態の樹脂組成物から得られるポリイミドフィルムの、膜厚10μmにおけるYI値は、良好な光学特性を得る観点で、好ましくは20以下、より好ましくは18以下、更に好ましくは16以下、特に好ましくは14以下、特に好ましくは13以下、特に好ましくは10以下、特に好ましくは7以下である。YI値は、ポリイミド前駆体のモノマー骨格によって異なるが、同一のモノマー骨格であれば、ポリイミド前駆体の重量平均分子量が大きいほどYI値が小さい傾向がある。
YI値は、例えば使用するケイ素含有化合物のアミン価に影響され、アミン価が高いとYI値は大きく、アミン価が小さいとYI値も小さくなる傾向にある。しかしながら、精製したケイ素含有化合物を用いた、すなわち一般式(3)で表される化合物の総量が上記の範囲内であるポリイミド前駆体は、同じアミン価を有する精製していないケイ素含有化合物を用いたポリイミド前駆体に比べて、得られるポリイミド樹脂膜のYI値が低い傾向にある。このメカニズムについては未だ明らかではないが、発明者らは以下のように推定している。すなわち、従来の精製方法では、ポリイミド前駆体の製造に用いた、環状ではない低分子量のジアミンが残存し、ポリイミド硬化時に分解してラジカルを発生し、YI値を増大させる(悪化させる)原因になりうる。一般式(3)で表される環状シロキサンの量を少なくすることにより、精製時に一般式(3)で表される環状シロキサンだけが除去されるわけではなく、アミン価を増大させるジアミン成分のうち、比較的揮発しやすい低分子量のジアミンも除去されると考えられる。したがって、本実施形態に従い一般式(3)で表される化合物の総量が低減されたポリイミド前駆体は、ポリイミド樹脂膜のYI値がより改善されると推定される。従来の精製方法では、環状ではない低分子量のジアミンを低減することが難しいため、たとえ精製を行ったとしても、ポリイミド樹脂膜のYI値の改善の程度が本実施形態に比べて小さいと考えられる。
《ポリイミドフィルムの用途》
本実施形態の樹脂組成物を硬化して得られるポリイミドフィルムは、例えば、半導体絶縁膜、薄膜トランジスタ液晶ディスプレイ(TFT-LCD)絶縁膜、電極保護膜として、また、液晶ディスプレイ、有機エレクトロルミネッセンスディスプレイ、フィールドエミッションディスプレイ、電子ペーパー等の表示装置の透明基板等として適用できる。特に、本実施形態の樹脂組成物を硬化して得られるポリイミドフィルムは、フレキシブルデバイスの製造において、フレキシブル基板、フレキシブルディスプレイ、薄膜トランジスタ(TFT)基板、カラーフィルタ基板、タッチパネル基板、透明導電膜(ITO、Indium Thin Oxide)の基板等に好適に使用することができる。本実施形態におけるポリイミドフィルムを適用可能なフレキシブルデバイスとしては、例えば、フレキシブルディスプレイ用TFTデバイス、フレキシブル太陽電池、フレキシブルタッチパネル、フレキシブル照明、フレキシブルバッテリー、フレキシブルプリント基板、フレキシブルカラーフィルター、スマートフォン向け表面カバーレンズ等を挙げることができる。
ポリイミドフィルムを使ったフレキシブル基板上にTFTを形成する工程は、典型的には、150℃~650℃の広い範囲の温度で実施される。具体的にはアモルファスシリコンを使用したTFTデバイスを作製する場合には、一般的に250℃~350℃のプロセス温度が必要となり、本実施形態のポリイミドフィルムはその温度に耐えうる必要があるため、具体的にはプロセス温度以上のガラス転移温度、熱分解開始温度を有するポリマー構造を適宜選択する必要がある。
金属酸化物半導体(IGZO等)を使用したTFTデバイスを作製する場合には、一般的に320℃~400℃のプロセス温度が必要となり、本実施形態のポリイミドフィルムはその温度に耐えうる必要があるため、TFT作製プロセス最高温度以上のガラス転移温度、熱分解開始温度を有するポリマー構造を適宜選択する必要がある。
低温ポリシリコン(LTPS)を使用したTFTデバイスを作製する場合には、一般的に380℃~520℃のプロセス温度が必要となり、本実施形態のポリイミドフィルムはその温度に耐えうる必要があるため、TFT作製プロセス最高温度以上のガラス転移温度、熱分解開始温度を適宜選択有する必要がある。
一方で、これら熱履歴により、ポリイミドフィルムの光学特性(特に、光線透過率、Rth及びYI値)は高温プロセスにさらされるほどに低下する傾向にある。しかし、本実施形態のポリイミド前駆体から得られるポリイミドは、熱履歴を経ても良好な光学特性を有する。
以下に、本実施形態のポリイミドフィルムの用途例として、ディスプレイ及び積層体の製造方法について説明する。
〈ディスプレイの製造方法〉
本実施形態のディスプレイの製造方法は、支持体の表面上に、本実施形態の樹脂組成物を塗布する塗布工程と;上記樹脂組成物を加熱してポリイミド樹脂膜を形成する膜形成工程と;上記ポリイミド樹脂膜上に素子を形成する素子形成工程と;上記素子が形成された上記ポリイミド樹脂膜を上記支持体から剥離する剥離工程とを含む。ディスプレイは、フレキシブルディスプレイであってもよい。
フレキシブル有機ELディスプレイの製造例
図1は、本実施形態のディスプレイの例として、トップエミッション型フレキシブル有機ELディスプレイのポリイミド基板より上部の構造を示す模式図である。図1の有機EL構造部25について説明する。例えば、赤色光を発光する有機EL素子250aと、緑色光を発光する有機EL素子250bと、青色光を発光する有機EL素子250cと1単位として、マトリクス状に配列されており、隔壁(バンク)251により、各有機EL素子の発光領域が画定されている。各有機EL素子は、下部電極(陽極)252、正孔輸送層253、発光層254、上部電極(陰極)255から構成されている。窒化ケイ素(SiN)や酸化ケイ素(SiO)からなるCVD複層膜(マルチバリヤーレイヤー)を示す下部層2a上には、有機EL素子を駆動するためのTFT256(低温ポリシリコン(LTPS)や金属酸化物半導体(IGZO等)から選択される)、コンタクトホール257を備えた層間絶縁膜258、及び下部電極259が複数設けられている。有機EL素子は封止基板2bで封入されており、各有機EL素子と封止基板2bとの間に中空部261が形成されている。
フレキシブル有機ELディスプレイの製造工程は、ガラス基板支持体上にポリイミドフィルムを作製し、その上部に上記図1に示される有機EL基板を製造する工程と、封止基板を製造する工程と、両基板を貼り合わせる組み立て工程と、ガラス基板支持体からポリイミドフィルム上に作製された有機ELディスプレイを剥離する剥離工程とを含む。有機EL基板製造工程、封止基板製造工程、及び組み立て工程は、周知の製造工程を適用することができる。以下ではその一例を挙げるが、これに限定されるものではない。剥離工程は、上述したポリイミドフィルムの剥離工程と同一である。
例えば、図1を参照すれば、まず、上記の方法によりガラス基板支持体上にポリイミドフィルムを作製し、その上部にCVD法やスパッタ法により窒化ケイ素(SiN)と酸化ケイ素(SiO)の複層構造からなるマルチバリアレイヤー(図1中の下部基板2a)を作製し、その上部にTFTを駆動するためのメタル配線層を、フォトレジスト等を使用して作製する。その上部にCVD法を用いてSiO等のアクティブバッファー層を作製し、その上部に金属酸化物半導体(IGZO)や低温ポリシリコン(LTPS)などのTFTデバイス(図1中のTFT256)を作製する。フレキシブルディスプレイ用TFT基板を作製後、感光性アクリル樹脂等でコンタクトホール257を備えた層間絶縁膜258を形成する。スパッタ法等にてITO膜を成膜し、TFTと対をなすように下部電極259を形成する。
次に、感光性ポリイミド等で隔壁(バンク)251を形成した後、隔壁で区画された各空間内に、正孔輸送層253、発光層254を形成する。発光層254及び隔壁(バンク)251を覆うように上部電極(陰極)255を形成する。その後、ファインメタルマスク等をマスクにして、赤色光を発光する有機EL材料(図1中の、赤色光を発光する有機EL素子250aに対応)、緑色光を発光する有機EL材料(図1中の、緑色光を発光する有機EL素子250bに対応)及び青色光を発光する有機EL材料(図1中の、青色光を発光する有機EL素子250cに対応)を公知の方法にて蒸着することで、有機EL基板を作製する。有機EL基板を封止フィルム等(図1中の封止基板2b)で封止し、ガラス基板支持体からポリイミド基板より上部のデバイスをレーザー剥離等の公知の剥離方法で剥離することで、トップエミッション形フレキシブル有機ELディスプレイを作製することができる。本実施形態のポリイミドを使用する場合は、シースルー型のフレキシブル有機ELディスプレイを作製することができる。公知の方法でボトムエミッション形のフレキシブル有機ELディスプレイを作製してもよい。
フレキシブル液晶ディスプレイの製造例
本実施形態のポリイミドフィルムを使用してフレキシブル液晶ディスプレイを作製することができる。具体的な作製方法としては、上記の方法でガラス基板支持体上にポリイミドフィルムを作製し、上記の方法を用いて、例えばアモルファスシリコン、金属酸化物半導体(IGZO等)、及び低温ポリシリコンからなるTFT基板を作製する。別途、本実施形態の塗布工程及び膜形成工程に従って、ガラス基板支持体上にポリイミドフィルムを作製し、公知の方法に従ってカラーレジスト等を使用して、ポリイミドフィルムを備えたカラーフィルターガラス基板(CF基板)を作製する。TFT基板およびCF基板の一方に、スクリーン印刷により、熱硬化性エポキシ樹脂などからなるシール材料を液晶注入口の部分を欠いた枠状パターンに塗布し、他方の基板に液晶層の厚さに相当する直径を持ち、プラスチックまたはシリカからなる球状のスペーサーを散布する。
次いで、TFT基板とCF基板とを貼り合わせ、シール材料を硬化させる。そして、TFT基板及びCF基板並びにシール材料で囲まれる空間に、減圧法により液晶材料を注入し、液晶注入口に熱硬化樹脂を塗布し、加熱によって液晶材料を封止することで液晶層を形成する。最後に、CF側のガラス基板とTFT側のガラス基板とをレーザー剥離法などでポリイミドフィルムとガラス基板の界面で剥離することで、フレキシブル液晶ディスプレイを作製することができる。
〈積層体の製造方法〉
本実施形態の積層体の製造方法は、支持体の表面上に、本実施形態の樹脂組成物を塗布する塗布工程と;上記樹脂組成物を加熱してポリイミド樹脂膜を形成する膜形成工程と;上記ポリイミド樹脂膜上に素子を形成する素子形成工程とを含む。
積層体における素子としては、上記のフレキシブルデバイスの製造に例示したものが挙げられる。支持体としては、例えばガラス基板を用いることができる。塗布工程及び膜形成工程の好ましい具体的手順は、上記のポリイミドフィルムの製造方法に関して記載したものと同様である。素子形成工程においては、支持体上に形成された、フレキシブル基板としてのポリイミド樹脂膜の上に、上記の素子を形成する。その後、任意に剥離工程においてポリイミド樹脂膜及び素子を支持体から剥離して、フレキシブル基板を得てもよい。
以下、実施例及び比較例により本発明の実施形態を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例及び比較例に限定されるものではない。
《測定及び評価方法》
〈非溶媒成分〉
ポリイミド前駆体に用いたモノマーの総質量を樹脂組成物に含まれる非溶媒成分の質量として用いることができる。あるいは、非溶媒成分の質量は、樹脂組成物をガスクロマトグラフィー(以下GCともいう)分析をすることにより溶媒の質量を求め、樹脂組成物の質量から溶媒の質量を差し引くことから求めることができる。
GCの条件としては、下記の条件が挙げられる。
装置:ガスクロマトグラフ(アジレント社製、ガスクロマトグラフ6890N型)
注入口温度:280℃
注入量:1μL
オーブン温度:50℃で1分ホールド後、昇温速度20℃/分で350℃まで昇温し、350℃で5分ホールドする。
キャリアガス:He、1.0ml/min
カラム:SGE社製、BPX5(0.25mmφ×30m、膜厚0.25μm)
スプリット比:50:1
検出器:水素炎イオン化型検出器
検出器温度:355℃
〈重量平均分子量〉
重量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)は、ゲルパーミエ-ションクロマトグラフィー(GPC)にて、下記の条件により測定した。溶媒として、NMP(和光純薬工業社製、高速液体クロマトグラフ用、測定直前に24.8mmol/Lの臭化リチウム一水和物(和光純薬工業社製、純度99.5%)及び63.2mmol/Lのリン酸(和光純薬工業社製、高速液体クロマトグラフ用)を加えて溶解したもの)を使用した。重量平均分子量を算出するための検量線は、スタンダ-ドポリスチレン(東ソ-社製)を用いて作製した。
カラム:Shodex KD-806M(昭和電工社製)
流速:1.0mL/分
カラム温度:40℃
ポンプ:PU-2080Plus(JASCO社製)
検出器:RI-2031Plus(RI:示差屈折計、JASCO社製)及びUV-2075Plus(UV-VIS:紫外可視吸光計、JASCO社製)
〈官能基当量〉
官能基当量は、下記の通り、既存の規格等に従って、測定した。
アミノ基の官能基当量は、JIS K 7237に準拠して測定した。
エポキシ基の官能基当量は、JIS K 7236に準拠して測定した。
ヒドロキシ基の官能基当量は、JIS K 0070に準拠して測定した。
その他の官能基もまた、滴定法によって官能基1モル当たりのケイ素含有化合物の分子量を求めた。
〈環状シロキサン濃度の分析〉
ポリイミド前駆体とケイ素含有化合物(一般式(3))とを含む樹脂組成物中に含まれる、一般式(3)の環状シロキサン濃度の分析は、以下に示すように、GC(ガスクロマトグラフィー分析)により定量を行った(下記、環状シロキサン濃度の分析(ケイ素含有化合物基準)参照)。
〈環状シロキサン濃度の分析(組成物基準・非溶媒成分基準)〉
(1)概要
環状シロキサンの量を定量するための検量線を作成した。検量線は、一般式(3)のn=4の環状シロキサン(以下、D4体ともいう)の標品(東京化成工業製)を用いて、後述する方法に従って作成した。樹脂組成物に含まれる環状シロキサンの量は、パイロライザー内で樹脂組成物を150℃で30分間加熱し、生じた揮発成分をGC/MSで分析することにより測定した。予め作成した検量線を用いて、得られた各化合物のピーク面積をD4体濃度に換算した。
GC/MS測定は、以下の装置を用いて行った。
パイロライザー:Py-3030iD (フロンティアラボ)
GC system:7890B (アジレントテクノロジー)
MSD:5977A (アジレントテクノロジー)
カラム:UA-1 (内径0.25mm、長さ15m、液相厚0.25μm)(フロンティアラボ)
GC/MS測定は全て以下の測定条件で行った。
カラム温度:40℃で5分保持、20℃/分で昇温、320℃で11分保持、合計30分
注入口温度:320℃
注入法:スプリット法(スプリット比1/20)
インターフェース温度:320℃
イオン源温度:230℃
イオン化法:電子イオン化法(EI)
測定法:SCAN法(m/z 10-800)
(2)検量線の作成
一般式(3)のn=4の化合物(以下、D4体ともいう)の標品(東京化成工業製)を10mLメスフラスコに測りとり、クロロホルムを溶媒として用いて、D4体の濃度が0.1mg/mLのサンプルと、0.01mg/mLのサンプルを作製した。400℃に設定したパイロライザーに液体試料用サンプラーを取り付け、濃度を調整した上記サンプルをマイクロシリンジで1μL測りとり、パイロライザーにインジェクションした。パイロライザーを400℃に加熱している間はカラムを液体窒素につけて、揮発成分をカラム内にトラップさせた。加熱終了1分後にカラムを液体窒素から取り出し、GC/MS測定を行った。D4体の濃度と、得られたピーク面積から、D4体検量線の傾きを求めた。使用した装置及び測定条件を用いたGC/MS測定における環状シロキサンの保持時間は下表1のとおりである。以降のGC/MS測定において同様である。
Figure 2022087023000043
上記表1におけるDn(n=3~8)は、上記一般式(3)のn=3~8に対応する環状シロキサンである。
(3)樹脂組成物中の一般式(3)の環状シロキサン濃度の分析
樹脂組成物中に含まれる一般式(3)の化合物の濃度は、樹脂組成物を150℃に加熱し、生じた揮発成分のGC/MS測定を行うことにより測定した。樹脂組成物の揮発成分測定結果のピーク面積から各化合物の濃度を算出した。各化合物のピークが他の化合物と重なっていなければ、トータルイオンクロマトグラム(TIC)から求めたピーク面積を用いた。他の化合物と重なっている場合は、m/z=281のマスクロマトグラム(MS)から求めたピーク面積を用いた。
150℃に設定したパイロライザーの加熱炉(He雰囲気)に、約1mgの樹脂組成物を入れた試料カップを入れ、150℃で30分加熱した。生じた揮発成分をGC/MSで分析することにより測定した。予め作成した検量線を用いて、得られた各化合物のピーク面積をD4体濃度に換算した。
Dn(μg/g)={Dn(GC-Area)}/{D4体検量線の傾き}/{秤量した樹脂組成物の質量(mg)}×1000
式中のnは、一般式(3)の炭素数nに対応し、nは3以上の整数である。
〈原料組成物に含まれる環状シロキサン濃度の分析(ケイ素含有化合物基準)〉
(概要)
環状シロキサン濃度の分析は、アセトン(内部標準物質としてn-テトラデカンを含む)に溶解させた、ケイ素含有化合物(一般式(3)のケイ素含有化合物を含有する。)の溶液をGCで分析することにより測定した。得られた各化合物のピーク面積から、後述する方法に従ってn-テトラデカンのピーク面積を基準として各化合物濃度を求めた。
GC測定は、以下の装置を用いて行った。
GC system:7890A (アジレントテクノロジー)
カラム:J&W Scientific Durabond DB-5MS (MEGABORE 内径0.53mm、長さ30m、液相厚1.0μm)
GC測定は全て以下の測定条件で行った。
カラム温度:50℃、10℃/分で昇温、280℃で17分保持、合計40分
注入口温度:270℃
キャリアガス:He
注入法:スプリット法(スプリット比1/10)
検出器:FID(300℃)
(環状シロキサン量の計算)
一般式(3)の環状シロキサン量は、下記式に従って計算した。
Dn(μg/g)={一般式(3)の化合物の総量(μg)}/{一般式(3)及び(4)の化合物の合計質量(g)}={Dn(GC-Area)}/{n-テトラデカン(GC-Area)×GC-Area Factor}×20×100
式中のnは、一般式(3)の炭素数nに対応し、nは3以上の整数である。
式中のGC-Area Factorは下記式に従って計算した。
GC-Area Factor=分子量/炭素数
使用した装置及び上記測定条件を用いたGC測定における環状シロキサンの保持時間(分)は、下記表2のとおりである。以降のGC測定において同様である。
Figure 2022087023000044
上記表2におけるDn(n=3~8)は、上記一般式(3)のnに対応する環状シロキサンである。
(環状シロキサン濃度の分析)
ケイ素含有化合物に含まれる一般式(3)の環状シロキサン濃度の分析は、下記手順で行った。ケイ素含有化合物0.1gをアセトン10mL(内部標準物質としてn-テトラデカン20μg/mL含有に溶解させ、16時間放置した。放置した溶液をマイクロシリンジで1μL測り取り、GCへ導入し測定を実施した。得られたクロマトグラムにおいて、各環状シロキサンとn-テトラデカンのピーク面積をGC付属のソフトウェアで計算し、上記に示した計算式で、環状シロキサン濃度を求めた。
〈樹脂組成物の保存安定性評価〉
樹脂組成物は通常冷凍庫で保管するが、顧客まで輸送され実際に使用されるまでに、冷凍保管、室温保管を繰り返す。そのような状態に置かれた場合の樹脂組成物の保存安定性を以下の通り評価した。
得られた実施例及び比較例の樹脂組成物を-20℃の冷蔵庫に一昼夜以上保管した。当該サンプルを23℃湿度50%の雰囲気に24時間放置した。次に再度-20℃の冷蔵庫に24時間保管した。続けて、再度23℃湿度50%の雰囲気に24時間放置した。その後、-20℃の冷蔵庫に24時間保管と23℃湿度50%の雰囲気に24時間放置を3回繰り返し、得られたサンプルを下記基準で評価した。
A:樹脂組成物の肉眼観察による濁り、粘度増加等の異常が確認されない(良)
B:樹脂組成物の肉眼観察による濁りの発生が確認されるが、粘度増加が観察さない(可)
C:樹脂組成物の肉眼観察による濁りの発生が確認され、粘度増加が観察される(不可)
〈塗膜のはじき評価〉
縦300mm×横350mm×厚さ0.5mmの無アルカリガラス基板(以下、「ガラス基板」又は単に「基板」ともいう)に、ガラス基板の端から5mm内側のエリアに、実施例及び比較例の樹脂組成物を、硬化後の膜厚が10μmになるように塗布した。塗布はスリットコーター(LC-R300G、SCREENファインテックソリューションズ製)を用いた。得られた塗膜付きガラス基板を、減圧乾燥機(東京応化工業製)をもちいて、80℃、100Pa、30分間の条件で溶媒を除去し、縦290mm×横340mm×厚さ10μmの樹脂組成物塗膜を有するガラス基板を得た。塗膜の端部(塗布はじめ、側部、塗布終わり)をレーザー顕微鏡で観察し、はじき部分の長さを測定した。同条件で5枚塗布を行い、はじき部分の長さの平均値をもとめ、下記基準で評価した。
A:塗膜はじき部分の長さが10mm未満(良)
B:塗膜はじき部分の長さが10mm以上30mm未満(可)
C:塗膜のはじき部分の長さが30mm以上(不可)
〈ポリイミド樹脂膜のリタデーション(Rth)の面内均一性〉
縦300mm×横350mm×厚さ0.5mmの無アルカリガラス基板(以下、「ガラス基板」又は単に「基板」ともいう)に、ガラス基板の端から5mm内側のエリアに、実施例及び比較例の樹脂組成物を、硬化後の膜厚が10μmになるように塗布した。塗布はスリットコーター(LC-R300G、SCREENファインテックソリューションズ製)を用いた。得られた塗膜付きガラス基板を、減圧乾燥機(東京応化工業製)をもちいて、80℃、100Pa、30分間の条件で溶媒を除去し、縦290mm×横340mm×厚さ10μmの樹脂組成物塗膜を有するガラス基板を得た。この時、同一組成物のガラス基板上に形成された組成物を10枚連続で処理するようにした。なお、別の組成物の処理を行う際は、減圧乾燥機を600℃で5時間以上空焼きしてから使用した。得られた樹脂組成物塗膜を有するガラス基板を、オーブン(INH-9N1 光洋サーモシステム株式会社製)を用いて、窒素雰囲気下(酸素濃度300ppm以下)、400℃で1時間加熱して、ガラス基板上にポリイミド樹脂膜を形成した。作製したポリイミド樹脂膜を用いて、Rthの面内均一性を評価した。縦(290mm幅)についてはポリイミド樹脂膜の端から25mm内側から80mm間隔で4箇所、横(340mm幅)についてはポリイミド樹脂膜の端から50mm内側から80mm間隔で4箇所、合計16箇所(4×4)の測定点について、位相差複屈折測定装置(KOBRA-WR、王子計測機器社製)を用いて厚さ方向Rth(10μm換算)を測定した。その結果から、±3シグマの範囲を算出し、PI前駆体塗膜のRth面内均一性を下記基準で評価した。
A:面内均一性(±3シグマ)が10未満(良)
B:面内均一性(±3シグマ)が10以上20未満(可)
C:面内均一性(±3シグマ)が20以上(不可)
《ケイ素含有化合物の精製方法》
後述する実施例及び比較例に記載のケイ素含有化合物は、下記の精製方法で処理し、含まれる環状シロキサンを低減した。精製後の環状シロキサンの濃度は上記の方法で分析した。
〈精製A〉
ケイ素含有化合物10kgをフラスコ内に入れ、窒素ガスを吹き込みながら、温度200℃、圧力200Paで、8時間ストリッピングを行った。
〈精製B〉
ケイ素含有化合物10kgをフラスコ内に入れ、窒素ガスを吹き込みながら、温度160℃、圧力270Paで、8時間ストリッピングを行った。
〈精製C〉特開2016-029126号公報に記載の両末端アミノ変性シリコーンオイル(精製品)の合成例に準拠
ケイ素含有化合物100g中に、アセトン1000gを添加し、室温で30分間撹拌した。遠心分離機で2500rpm、15分間の遠心分離を行い、アセトンとシリコーンオイルを分離した後、アセトンをデカンテーションにより除去した。この操作を3回繰り返した後に、アセトンをエバポレータで留去して、精製されたケイ素含有化合物を得た。
〈精製D〉特開2006-028533号公報に記載の精製例1に準拠
ケイ素含有化合物500gをフラスコ内に入れ、窒素ガスを吹き込みながら、温度250℃、圧力1330Paで2時間ストリッピングを行った。
〈精製E〉特開2006-028533号公報に記載の精製例2に準拠
ケイ素含有化合物100gを2-ブタノン300g中に入れて均一に溶解した。この溶液をメタノール中に攪拌しながらゆっくり投入して、再沈殿を行った。上記の再沈殿を合計3回繰り返した後、乾燥して精製されたケイ素含有化合物を得た。
〈精製F〉
ケイ素含有化合物10kgをフラスコ内に入れ、窒素ガスを吹き込みながら、温度150℃、圧力300Paで、2時間ストリッピングを行った。
《実施例1》
ディーン・スターク管及び還流管を上部に備えた撹拌棒付きセパラブルフラスコに、窒素ガスを導入しながら、表1及び2に記載する様に、溶媒としてNMP(307g)、トルエン(31g)、ジアミンとして44DAS(7.1g)、精製処理Aを行ったケイ素含有化合物(1)(9.94g)(一般式(4)において、L及びLがアミノ基(-NH)、Rがトリメチレン基(-CHCHCH-)であり、R、Rがメチル基、j,kが0であり、官能基当量1500の化合物)を撹拌しながら加え、続いて酸二無水物としてBPAF(22.9g)を室温で加えた。その後、内温160℃まで昇温し、160℃で1時間加熱還流を行い、イミド化を行った。イミド化完了後、180℃まで昇温し、トルエンを抜き出しながら反応を続けた。12時間反応後、オイルバスを外して室温に戻した。次に、ジアミンとして44DAS(7.6g)、酸二無水物としてPMDA(10.9g)を撹拌しながら加えた。そして、混合物を室温で48時間撹拌し、一部がイミド化されたポリイミド前駆体(PAI)を得た。得られたワニスを冷凍庫(設定-20℃、以下同様)で保管し、評価をする際は解凍して使用した。
《実施例2~15》
実施例1において、溶媒、酸二無水物、ジアミン、ケイ素含有化合物の種類、量、ケイ素含有化合物の精製条件を表3及び4に記載したものに変更したことを除いて、実施例1と同様に行った。
表中のケイ素含有化合物の種類は、下記のとおりである。
ケイ素含有化合物(2):一般式(4)において、L及びLが酸無水物基、Rがトリメチレン基(-CHCHCH-)であり、R、Rがメチル基、j,kが0であり、官能基当量が800の化合物
ケイ素含有化合物(3):一般式(4)において、L及びLがアミノ基(-NH)、Rがトリメチレン基(-CHCHCH-)であり、R、Rがフェニル基、j,kが0であり、官能基当量が2200の化合物
ケイ素含有化合物(4):一般式(4)において、L及びLがアミノ基(-NH)、Rがトリメチレン基(-CHCHCH-)であり、R、Rがフェニル基、j,kが0であり、官能基当量が670の化合物
ケイ素含有化合物(5):(一般式(4)において、L及びLがアミノ基(-NH)、Rがトリメチレン基(-CHCHCH-)であり、R、Rがメチル基、j,kが0であり、官能基当量800の化合物
《比較例1》
ディーン・スターク管及び還流管を上部に備えた撹拌棒付きセパラブルフラスコに、窒素ガスを導入しながら、表1及び2に記載する様に、溶媒としてNMP(307g)、トルエン(31g)、ジアミンとして44DAS(7.6g)を撹拌しながら加え、続いて酸二無水物としてPMDA(10.9g)を室温で加えた。その後、内温160℃まで昇温し、160℃で1時間加熱還流を行い、イミド化を行った。イミド化完了後、180℃まで昇温し、トルエンを抜き出しながら反応を続けた。12時間反応後、オイルバスを外して室温に戻した。次に、ジアミンとして44DAS(7.1g)、未処理のケイ素含有化合物(1)(9.94g)(一般式(4)において、L及びLがアミノ基(-NH)、Rがトリメチレン基(-CHCHCH-)であり、R、Rがメチル基、j,kが0であり、官能基当量1500の化合物)、酸二無水物としてBPAF(22.9g)を撹拌しながら加えた。そして、混合物を室温で48時間撹拌し、一部がイミド化されたポリイミド前駆体(PAI)を得た。得られたワニスを冷凍庫(設定-20℃、以下同様)で保管し、評価をする際は解凍して使用した。
《比較例2》
温度計、撹拌棒付きセパラブルフラスコに、窒素ガスを導入しながら、表3に記載する様に、溶媒としてNMP(158g)、トルエン(16g)、ジアミンとして44DAS(7.1g)、及び精製D処理を行ったケイ素含有化合物(1)(9.94g)を撹拌しながら加え、室温で12時間撹拌して、ポリアミド酸溶液を得た。このポリアミド酸溶液に、NMP90g、およびイミド化触媒としてピリジン13.45gを添加し完全に分散させた後、無水酢酸17.33gを添加し、80℃で4時間攪拌した。室温まで冷却した溶液を攪拌しながら、110gの2-プロピルアルコール(以下「IPA」と記載)と20gのNMPを混合した溶液を2~3滴/秒の速度で滴下し、ポリイミドを析出させた。さらにIPA375gを添加し、30分程度撹拌後、桐山ロートを使用して吸引ろ過を行った。得られた固体をIPAで洗浄し、洗浄作業を5回繰り返した後、120℃に設定した真空オーブンで8時間乾燥させて、NMPを溶解し、固形分25%のポリイミド(PI)のNMP溶液を得た。得られたワニスを冷凍庫(設定-20℃、以下同様)で保管し、評価をする際は解凍して使用した。
《比較例3》
比較例2において、溶媒、酸二無水物、ジアミン、ケイ素含有化合物の種類、量、ケイ素含有化合物の精製条件を表3及び4に記載したものに変更したことを除いて、比較例2と同様に行った。
《比較例4》特開平9-263636公報に準拠
比較例2において、溶媒、酸二無水物、ジアミン、ケイ素含有化合物の種類、量、ケイ素含有化合物の精製条件を表3及び4に記載したものに変更したことを除いて、比較例2と同様に行った。(特開平9-263636公報に準拠して、ケイ素含有化合物の全ジアミン中のモル%を2mol%以下の1.9mol%にした)
《比較例5》
撹拌棒付き3Lセパラブルフラスコに、窒素ガスを導入しながら、溶媒としてNMP(313g)、ジアミンとして44DAS(11.6g)、及び処理Cの精製をしたケイ素含有化合物(1)(10.56g)を撹拌しながら加え、続いて酸二無水物としてBPAF(36.7g)を加えた。混合物を室温で48時間撹拌し、ポリアミド酸(PAA)のNMP溶液(以下、ワニスともいう)を得た。得られたワニスを冷凍庫(設定-20℃、以下同様)で保管し、評価をする際は解凍して使用した。
《比較例6》
比較例5において、溶媒、酸二無水物、ジアミン、ケイ素含有化合物の種類、量、ケイ素含有化合物の精製条件を表3及び4に記載したものに変更したことを除いて、比較例5と同様に行った。
《比較例7》
300mL4つ口フラスコに、温度計、撹拌羽根付き撹拌棒をセットした。次に、乾燥素気流下、NMP109gを投入し、60℃に昇温した。昇温後、撹拌しながらCHDA 14.9g、精製D処理を行ったケイ素含有化合物(4) 2.68gを入れて、NMP20gで洗いこんだ。CHDAが溶解したことを確認し、BPDA 32.1g、BSAA 15.6gを投入し、NMP20gで洗いこんだ。4時間後に冷却し、ポリイミド前駆体(PAA)のNMP溶液を得た。
《比較例8》
ステンレス製半月型撹拌翼、窒素導入管、冷却管を取り付けたディーンスーク、温度計、ガラス製エンドキャップを備えた500mLの5つ口丸底フラスコに、6FODAを20.2g、及びNMPを113g投入し、系内温度70℃、窒素雰囲気下、回転数200rpmで撹拌して溶液を得た。この溶液に、CpODA19.2g、及びNMP 20gを一括で添加した後、イミド化触媒としてTEAを0.302g投入し、マントルヒーターで加熱し、約20分かけて反応系内温度を190℃まで上げた。留去される成分を捕集し、回転数を粘度上昇に合わせて調整しつつ、反応系内温度を190℃に保持して1時間還流した。その後、NMPを50g添加して、反応系内温度を50℃まで冷却し、イミド繰り返し構造単位を有するオリゴマーを含む溶液を得た。得られた溶液に、s-BPDA 40g、及びNMP 8gを一括で添加し、50℃で5時間撹拌した。その後、NMPを107.143g添加し、均一化した後、NMP 10gにケイ素含有化合物(3)を9.19g溶解させた混合液を投入し、更に約1時間撹拌した。その後、固形分濃度が約15質量%になるようにNMPを添加し均一化させることで、一部がイミド化されたポリイミド前駆体(PAI)のNMP溶液を得た。
実施例及び比較例における略号は以下のとおりである。
〈酸二無水物〉
BPAF:9,9-ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)フルオレン二酸無水物
PMDA:ピロメリット酸二無水物
CpODA:ノルボルナン-2-スピロ-α-シクロペンタノン-α’-スピロ-2’’-ノルボルナン-5,5’’,6,6’’-テトラカルボン酸二無水物
BPDA:3,3’,4,4’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物
BSAA:2,2’-ビス[(ジカルボキシフェノキシ)フェニル]プロパン二無水物
ODPA:4,4’-オキシジフタル酸無水物
〈ジアミン〉
44DAS:4,4’-ビス(ジアミノジフェニル)スルホン
33DAS:3,3’-ビス(ジアミノジフェニル)スルホン
CHDA:1,4-シクロヘキサンジアミン
6FODA:2,2’ビス(トリフロロメチル)-4,4’ジアミノジフェニルエーテル
HFBAPP:2,2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン
BAC:1,3-ビス(アミノメチル)シクロヘキサン
Figure 2022087023000045
Figure 2022087023000046
2a 下部基板
2b 封止基板
25 有機EL構造部
250a 赤色光を発光する有機L素子
250b 緑色光を発光する有機EL素子
250c 青色光を発光する有機EL素子
251 隔壁(バンク)
252 下部電極(陽極)
253 正孔輸送層
254 発光層
255 上部電極(陰極)
256 TFT
257 コンタクトホール
258 層間絶縁膜
259 下部電極
261 中空部

Claims (35)

  1. 下記一般式(1-1)及び(1-2)で表される構造単位、及び下記一般式(2)で表される構造単位を含む、一部がイミド化されたポリイミド前駆体と;
    下記一般式(3)で表される化合物と;
    を含む、樹脂組成物であって、
    下記一般式(3)のうちnが4である化合物の総量が、前記樹脂組成物の質量を基準として、0ppmより多く120ppm以下であるか、あるいは、
    下記一般式(3)のうちnが5である化合物の総量が、前記樹脂組成物の質量を基準として、0ppmより多く50ppm以下である、樹脂組成物。
    Figure 2022087023000047
    {式中、Pは、2価の有機基を示し、Pは、4価の有機基を示し、pは正の整数を示す。}
    Figure 2022087023000048
    {式中、Pは、2価の有機基を示し、Pは、4価の有機基を示し、qは正の整数を示す。}
    Figure 2022087023000049
    {式中、P及びPは、それぞれ独立に、炭素数1~5の一価の脂肪族炭化水素、又は炭素数6~10の一価の芳香族基であり、rは、1~200の整数である。}
    Figure 2022087023000050
    {式中、nは2以上の整数である。}
  2. 前記一般式(3)のうちnが4である化合物の総量が、前記樹脂組成物の質量を基準として、0ppmより多く70ppm以下であるか、あるいは、
    前記一般式(3)のうちnが5である化合物の総量が、前記樹脂組成物の質量を基準として、0ppmより多く30ppm以下である、請求項1に記載の樹脂組成物。
  3. 前記一般式(3)のうちnが4である化合物の総量が、前記樹脂組成物の質量を基準として、0ppmより多く30ppm以下であるか、あるいは、
    前記一般式(3)のうちnが5である化合物の総量が、前記樹脂組成物の質量を基準として、0ppmより多く15ppm以下である、請求項2に記載の樹脂組成物。
  4. 下記一般式(1-1)及び(1-2)で表される構造単位、及び下記一般式(2)で表される構造単位を含む、一部がイミド化されたポリイミド前駆体と;
    下記一般式(3)で表される化合物と;
    を含む、樹脂組成物であって、
    前記樹脂組成物は、以下:
    下記一般式(4)で表されるケイ素含有化合物と、下記一般式(3)で表される化合物とを含有する原料組成物を、テトラカルボン酸二無水物及びジアミンと重縮合反応し、イミド化させてポリイミドを得たのち、さらに、テトラカルボン酸二無水物及びジアミンと重縮合反応することで、一部がイミド化されたポリイミド前駆体を提供すること、又は、テトラカルボン酸二無水物及びジアミンと重縮合反応し、イミド化させてポリイミドを得たのち、さらに、下記一般式(4)で表されるケイ素含有化合物と、下記一般式(3)で表される化合物とを含有する原料組成物を、テトラカルボン酸二無水物及びジアミンと重縮合反応することで、一部がイミド化されたポリイミド前駆体を提供することを含む方法により製造され、
    前記原料組成物に含まれる、下記一般式(3)のうちnが4である化合物の総量は、下記一般式(3)及び(4)で表されるケイ素含有化合物の合計質量を基準として、0ppmより多く1300ppm以下であるか、あるいは、
    前記原料組成物に含まれる、下記一般式(3)のうちnが5である化合物の総量は、前記一般式(3)及び(4)のケイ素含有化合物の合計質量を基準として、0ppmより多く500ppm以下である、樹脂組成物。
    Figure 2022087023000051
    {式中、Pは、2価の有機基を示し、Pは、4価の有機基を示し、pは正の整数を示す。}
    Figure 2022087023000052
    {式中、Pは、2価の有機基を示し、Pは、4価の有機基を示し、qは正の整数を示す。}
    Figure 2022087023000053
    {式中、P及びPは、それぞれ独立に、炭素数1~5の一価の脂肪族炭化水素、又は炭素数6~10の一価の芳香族基であり、rは、1~200の整数である。}
    Figure 2022087023000054
    {式中、nは2以上の整数である。}
    Figure 2022087023000055
    {式中、Rは、それぞれ独立に、単結合又は炭素数1~10の二価の有機基であり、R及びRは、それぞれ独立に、炭素数1~10の一価の有機基であり、少なくとも一つは炭素数1~5の一価の脂肪族炭化水素基であり、R及びRは、それぞれ独立に、炭素数1~10の一価の有機基であり、少なくとも一つは炭素数6~10の一価の芳香族基であり、R及びRは、それぞれ独立に、炭素数1~10の一価の有機基であり、L及びLは、それぞれ独立に、アミノ基、酸無水物基、イソシアネート基、カルボキシル基、酸エステル基、酸ハライド基、ヒドロキシ基、エポキシ基、又はメルカプト基であり、iは、1~200の整数であり、j及びkは、それぞれ独立に、0~200の整数であり、0≦j/(i+j+k)≦0.50である。}
  5. 前記原料組成物に含まれる、前記一般式(3)のうちnが4である化合物の総量は、前記一般式(3)及び(4)で表されるケイ素含有化合物の合計質量を基準として、0ppmより多く800ppm以下であるか、あるいは、
    前記原料組成物に含まれる、前記一般式(3)のうちnが5である化合物の総量は、前記一般式(3)及び(4)のケイ素含有化合物の合計質量を基準として、0ppmより多く300ppm以下である、請求項4に記載の樹脂組成物。
  6. 前記原料組成物に含まれる、前記一般式(3)のうちnが4である化合物の総量は、前記一般式(3)及び(4)で表されるケイ素含有化合物の合計質量を基準として、0ppmより多く30ppm以下であるか、あるいは、
    前記原料組成物に含まれる、前記一般式(3)のうちnが5である化合物の総量は、前記一般式(3)及び(4)のケイ素含有化合物の合計質量を基準として、0ppmより多く15ppm以下である、請求項4に記載の樹脂組成物。
  7. 下記一般式(1-1)及び(1-2)で表される構造単位、及び下記一般式(2)で表される構造単位を含む、一部がイミド化されたポリイミド前駆体と;
    下記一般式(3)で表される化合物と;
    を含む、樹脂組成物であって、
    下記一般式(3)のうちnが3以上8以下の化合物の総量が、前記樹脂組成物の質量を基準として、0ppmより多く150ppm以下である、樹脂組成物。
    Figure 2022087023000056
    {式中、Pは、2価の有機基を示し、Pは、4価の有機基を示し、pは正の整数を示す。}
    Figure 2022087023000057
    {式中、Pは、2価の有機基を示し、Pは、4価の有機基を示し、qは正の整数を示す。}
    Figure 2022087023000058
    {式中、P及びPは、それぞれ独立に、炭素数1~5の一価の脂肪族炭化水素、又は炭素数6~10の一価の芳香族基であり、rは、1~200の整数である。}
    Figure 2022087023000059
    {式中、nは2以上の整数である。}
  8. 下記一般式(1-1)及び(1-2)で表される構造単位、及び下記一般式(2)で表される構造単位を含む、一部がイミド化されたポリイミド前駆体と;
    下記一般式(3)で表される化合物と;
    を含む、樹脂組成物であって、
    下記一般式(3)のうちnが3以上8以下の化合物の総量が、前記樹脂組成物の非溶媒成分の質量を基準として、0ppmより多く900ppm以下である、樹脂組成物。
    Figure 2022087023000060
    {式中、Pは、2価の有機基を示し、Pは、4価の有機基を示し、pは正の整数を示す。}
    Figure 2022087023000061
    {式中、Pは、2価の有機基を示し、Pは、4価の有機基を示し、qは正の整数を示す。}
    Figure 2022087023000062
    {式中、P及びPは、それぞれ独立に、炭素数1~5の一価の脂肪族炭化水素、又は炭素数6~10の一価の芳香族基であり、rは、1~200の整数である。}
    Figure 2022087023000063
    {式中、nは2以上の整数である。}
  9. 下記一般式(1-1)及び(1-2)で表される構造単位、及び下記一般式(2)で表される構造単位を含む、一部がイミド化されたポリイミド前駆体と;
    下記一般式(3)で表される化合物と;
    を含む、樹脂組成物であって、
    前記樹脂組成物は、以下:
    下記一般式(4)で表されるケイ素含有化合物と、下記一般式(3)で表される化合物とを含有する原料組成物を、テトラカルボン酸二無水物及びジアミンと重縮合反応し、イミド化させてポリイミドを得たのち、さらに、テトラカルボン酸二無水物及びジアミンと重縮合反応することで、一部がイミド化されたポリイミド前駆体を提供すること、又は、トラカルボン酸二無水物及びジアミンと重縮合反応し、イミド化させてポリイミドを得たのち、さらに、下記一般式(4)で表されるケイ素含有化合物と、下記一般式(3)で表される化合物とを含有する原料組成物を、テトラカルボン酸二無水物及びジアミンと重縮合反応することで、一部がイミド化されたポリイミド前駆体を提供することを含む方法により製造され、
    前記原料組成物に含まれる、下記一般式(3)のうちnが3以上8以下の化合物の総量は、下記一般式(3)及び(4)で表されるケイ素含有化合物の合計質量を基準として、0ppmより多く4500ppm以下である、樹脂組成物。
    Figure 2022087023000064
    {式中、Pは、2価の有機基を示し、Pは、4価の有機基を示し、pは正の整数を示す。}
    Figure 2022087023000065
    {式中、Pは、2価の有機基を示し、Pは、4価の有機基を示し、qは正の整数を示す。}
    Figure 2022087023000066
    {式中、P及びPは、それぞれ独立に、炭素数1~5の一価の脂肪族炭化水素、又は炭素数6~10の一価の芳香族基であり、rは、1~200の整数である。}
    Figure 2022087023000067
    {式中、nは2以上の整数である。}
    Figure 2022087023000068
    {式中、Rは、それぞれ独立に、単結合又は炭素数1~10の二価の有機基であり、R及びRは、それぞれ独立に、炭素数1~10の一価の有機基であり、少なくとも一つは炭素数1~5の一価の脂肪族炭化水素基であり、R及びRは、それぞれ独立に、炭素数1~10の一価の有機基であり、少なくとも一つは炭素数6~10の一価の芳香族基であり、R及びRは、それぞれ独立に、炭素数1~10の一価の有機基であり、L及びLは、それぞれ独立に、アミノ基、酸無水物基、イソシアネート基、カルボキシル基、酸エステル基、酸ハライド基、ヒドロキシ基、エポキシ基、又はメルカプト基であり、iは、1~200の整数であり、j及びkは、それぞれ独立に、0~200の整数であり、0≦j/(i+j+k)≦0.50である。}
  10. p及びqが、20≦q/(p+q)×100≦80を満たす、請求項1~9のいずれか一項に記載の樹脂組成物。
  11. 前記一般式(4)で表されるケイ素含有化合物の、L及びLが、それぞれ独立に、アミノ基、酸無水物基、エポキシ基、ヒドロキシ基、及びメルカプト基からなる群から選択される、請求項4~6及び9のいずれか一項に記載の樹脂組成物。
  12. 前記一般式(4)で表されるケイ素含有化合物の、L及びLが、アミノ基である、請求項4~6及び9のいずれか一項に記載の樹脂組成物。
  13. 前記一般式(4)で表されるケイ素含有化合物の官能基当量が800以上である、請求項4~6及び9のいずれか一項に記載の樹脂組成物。
  14. 前記テトラカルボン酸二無水物が、ピロメリット酸二無水物(PMDA)、3,3’,4,4’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(BPDA)、9,9-ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)フルオレン二酸無水物(BPAF)、4,4’-オキシジフタル酸無水物(ODPA)、1,2,4,5-シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物(HPMDA)、及び1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物(CBDA)、P-フェニレンビス(トリメリテート無水物)(TAHQ)からなる群から選択される少なくとも1つである、請求項4~6、9及び11~13のいずれか一項に記載の樹脂組成物。
  15. 前記ジアミンが、4,4’-ジアミノジフェニルスルホン(4,4’-DAS)、3,3’-ビス(ジアミノジフェニル)スルホン(3,3’-DAS)、9,9-ビス(4-アミノフェニル)フルオレン(BAFL)、ジアミノビス(トリフルオロメチル)ビフェニル(TFMB)、2,2’-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]プロパン(BAPP)、2,2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン(HFBAPP)、1,3-ビス(アミノメチル)シクロヘキサン(BAC)からなる群から選択される少なくとも1つである、請求項4~6、9及び11~14のいずれか一項に記載の樹脂組成物。
  16. 前記樹脂組成物を硬化して得られるポリイミド樹脂膜が、フレキシブル基板に用いられる、請求項1~15のいずれか一項に記載の樹脂組成物。
  17. 前記樹脂組成物を硬化して得られるポリイミド樹脂膜が、フレキシブルディスプレイに用いられる、請求項1~15のいずれか一項に記載の樹脂組成物。
  18. 下記一般式(4)で表されるケイ素含有化合物と、下記一般式(3)で表される化合物とを含有する原料組成物を、テトラカルボン酸二無水物及びジアミンと重縮合反応し、イミド化させてポリイミドを得たのち、さらに、テトラカルボン酸二無水物及びジアミンと重縮合反応することで、一部がイミド化されたポリイミド前駆体を提供すること、又は、テトラカルボン酸二無水物及びジアミンと重縮合反応し、イミド化させてポリイミドを得たのち、さらに、下記一般式(4)で表されるケイ素含有化合物と、下記一般式(3)で表される化合物とを含有する原料組成物を、テトラカルボン酸二無水物及びジアミンと重縮合反応することで、一部がイミド化されたポリイミド前駆体を提供することを含む、樹脂組成物の製造方法であって、
    前記樹脂組成物は、下記一般式(4)で表されるケイ素含有化合物と、下記一般式(3)で表される化合物とを含んでいてもよく、前記原料組成物に含まれる、下記一般式(3)のうちnが4である化合物の総量は、下記一般式(3)及び(4)で表されるケイ素含有化合物の合計質量を基準として、0ppmより多く1300ppm以下であるか、あるいは、
    前記原料組成物に含まれる、下記一般式(3)のうちnが5である化合物の総量は、前記一般式(3)及び(4)のケイ素含有化合物の合計質量を基準として、0ppmより多く500ppm以下である、樹脂組成物の製造方法。
    Figure 2022087023000069
    {式中、nは2以上の整数である。}
    Figure 2022087023000070
    {式中、Rは、それぞれ独立に、単結合又は炭素数1~10の二価の有機基であり、
    及びRは、それぞれ独立に、炭素数1~10の一価の有機基であり、少なくとも一つは炭素数1~5の一価の脂肪族炭化水素基であり、R及びRは、それぞれ独立に、炭素数1~10の一価の有機基であり、少なくとも一つは炭素数6~10の一価の芳香族基であり、R及びRは、それぞれ独立に、炭素数1~10の一価の有機基であり、L及びLは、それぞれ独立に、アミノ基、酸無水物基、イソシアネート基、カルボキシル基、酸エステル基、酸ハライド基、ヒドロキシ基、エポキシ基、又はメルカプト基であり、iは、1~200の整数であり、j及びkは、それぞれ独立に、0~200の整数であり、0≦j/(i+j+k)≦0.50である。}
  19. 前記原料組成物に含まれる、前記一般式(3)のうちnが4である化合物の総量は、前記一般式(3)及び(4)で表されるケイ素含有化合物の合計質量を基準として、0ppmより多く800ppm以下であるか、あるいは、
    前記原料組成物に含まれる、前記一般式(3)のうちnが6である化合物の総量は、前記一般式(3)及び(4)のケイ素含有化合物の合計質量を基準として、0ppmより多く300ppm以下である、請求項18に記載の樹脂組成物の製造方法。
  20. 下記一般式(4)で表されるケイ素含有化合物と、下記一般式(3)で表される化合物とを含有する原料組成物を、テトラカルボン酸二無水物及びジアミンと重縮合反応し、イミド化させてポリイミドを得たのち、さらに、テトラカルボン酸二無水物及びジアミンと重縮合反応することで、一部がイミド化された一部にイミド基を有するポリイミド前駆体を提供すること、又は、テトラカルボン酸二無水物及びジアミンと重縮合反応し、イミド化させてポリイミドを得たのち、さらに、下記一般式(4)で表されるケイ素含有化合物と、下記一般式(3)で表される化合物とを含有する原料組成物を、テトラカルボン酸二無水物及びジアミンと重縮合反応することで、一部がイミド化されたポリイミド前駆体を提供することを含む、樹脂組成物の製造方法であって、
    前記樹脂組成物は、下記一般式(4)で表されるケイ素含有化合物と、下記一般式(3)で表される化合物とを含んでいてもよく、前記原料組成物に含まれる、下記一般式(3)のうちnが3以上8以下の化合物の総量は、下記一般式(3)及び(4)で表されるケイ素含有化合物の合計質量を基準として、0ppmより多く4500ppm以下である、樹脂組成物の製造方法。
    Figure 2022087023000071
    {式中、nは2以上の整数である。}
    Figure 2022087023000072
    {式中、Rは、それぞれ独立に、単結合又は炭素数1~10の二価の有機基であり、R及びRは、それぞれ独立に、炭素数1~10の一価の有機基であり、少なくとも一つは炭素数1~5の一価の脂肪族炭化水素基であり、R及びRは、それぞれ独立に、炭素数1~10の一価の有機基であり、少なくとも一つは炭素数6~10の一価の芳香族基であり、R及びRは、それぞれ独立に、炭素数1~10の一価の有機基であり、L及びLは、それぞれ独立に、アミノ基、酸無水物基、イソシアネート基、カルボキシル基、酸エステル基、酸ハライド基、ヒドロキシ基、エポキシ基、又はメルカプト基であり、iは、1~200の整数であり、j及びkは、それぞれ独立に、0~200の整数であり、0≦j/(i+j+k)≦0.50である。}
  21. 前記一般式(4)で表されるケイ素含有化合物の官能基当量が800以上である、請求項18~20のいずれか一項に記載の樹脂組成物の製造方法。
  22. 下記一般式(4)で表されるケイ素含有化合物と、下記一般式(3)で表される化合物とを含有する原料組成物を、テトラカルボン酸二無水物及びジアミンと重縮合反応し、イミド化させてポリイミドを得たのち、さらに、テトラカルボン酸二無水物及びジアミンと重縮合反応することで、一部がイミド化されたポリイミド前駆体を提供すること、又は、テトラカルボン酸二無水物及びジアミンと重縮合反応し、イミド化させてポリイミドを得たのち、さらに、下記一般式(4)で表されるケイ素含有化合物と、下記一般式(3)で表される化合物とを含有する原料組成物を、テトラカルボン酸二無水物及びジアミンと重縮合反応することで、前記ポリイミド前駆体を一部イミド化して一部がイミド化されたポリイミド前駆体を提供することを含む、樹脂組成物の製造方法であって、
    前記樹脂組成物は、下記一般式(4)で表されるケイ素含有化合物と、下記一般式(3)で表される化合物とを含んでいてもよく、下記一般式(3)のうちnが5である化合物の総量、またはnが6である化合物の総量、またはnが7である化合物の総量を、下記一般式(4)及び(3)のケイ素含有化合物の合計質量を基準として、低減する工程とを含み、
    前記低減する工程は、前記組成物を、150~300℃、300Pa以下で2~12時間処理することを含む、方法。
    Figure 2022087023000073
    {式中、nは2以上の整数である。}
    Figure 2022087023000074
    {式中、Rは、それぞれ独立に、単結合又は炭素数1~10の二価の有機基であり、R及びRは、それぞれ独立に、炭素数1~10の一価の有機基であり、少なくとも一つは炭素数1~5の一価の脂肪族炭化水素基であり、R及びRは、それぞれ独立に、炭素数1~10の一価の有機基であり、少なくとも一つは炭素数6~10の一価の芳香族基であり、R及びRは、それぞれ独立に、炭素数1~10の一価の有機基であり、L及びLは、それぞれ独立に、アミノ基、酸無水物基、イソシアネート基、カルボキシル基、酸エステル基、酸ハライド基、ヒドロキシ基、エポキシ基、又はメルカプト基であり、iは、1~200の整数であり、j及びkは、それぞれ独立に、0~200の整数であり、0≦j/(i+j+k)≦0.50である。}
  23. 前記一般式(4)で表されるケイ素含有化合物の、L及びLが、それぞれ独立に、アミノ基、酸無水物基、エポキシ基、ヒドロキシ基、及びメルカプト基からなる群から選択される、請求項18~22のいずれか一項に記載の方法。
  24. 前記一般式(4)で表されるケイ素含有化合物の、L及びLが、アミノ基である、請求項18~22のいずれか一項に記載の方法。
  25. 前記テトラカルボン酸二無水物が、ピロメリット酸二無水物(PMDA)、3,3’,4,4’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(BPDA)、9,9-ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)フルオレン二酸無水物(BPAF)、4,4’-オキシジフタル酸無水物(ODPA)、1,2,4,5-シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物(HPMDA)、及び1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物(CBDA)からなる群から選択される少なくとも1つである、請求項18~24のいずれか一項に記載の方法。
  26. 前記ジアミンが、4,4’-ジアミノジフェニルスルホン(4,4’-DAS)、3,3’-ビス(ジアミノジフェニル)スルホン(3,3’-DAS)、9,9-ビス(4-アミノフェニル)フルオレン(BAFL)、2,2’-ジメチルベンジジン(mTB)、p-フェニレンジアミン(PDA)、ジアミノビス(トリフルオロメチル)ビフェニル(TFMB)、2,2’-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]プロパン(BAPP)、4,4’-ジアミノジフェニルエーテル(ODA)、及び1,4-シクロヘキサンジアミン(CHDA)からなる群から選択される少なくとも1つである、請求項18~25のいずれか一項に記載の方法。
  27. 支持体の表面上に、請求項1~17のいずれか一項に記載の樹脂組成物を塗布する塗布工程と、
    前記樹脂組成物を加熱してポリイミド樹脂膜を形成する膜形成工程と、
    前記ポリイミド樹脂膜を前記支持体から剥離する剥離工程と、
    を含む、ポリイミドフィルムの製造方法。
  28. 前記剥離工程に先立って、前記支持体側から前記樹脂組成物にレーザーを照射する照射工程を含む、請求項27に記載のポリイミドフィルムの製造方法。
  29. 支持体の表面上に、請求項1~17のいずれか一項に記載の樹脂組成物を塗布する塗布工程と、
    前記樹脂組成物を加熱してポリイミド樹脂膜を形成する膜形成工程と、
    前記ポリイミド樹脂膜上に素子を形成する素子形成工程と、
    前記素子が形成された前記ポリイミド樹脂膜を前記支持体から剥離する剥離工程と、
    を含む、ディスプレイの製造方法。
  30. 支持体の表面上に、請求項1~17いずれか一項に記載の樹脂組成物を塗布する塗布工程と、
    前記樹脂組成物を加熱してポリイミド樹脂膜を形成する膜形成工程と、
    前記ポリイミド樹脂膜上に素子を形成する素子形成工程と、
    を含む、積層体の製造方法。
  31. 前記素子が形成された前記ポリイミド樹脂膜を前記支持体から剥離する工程をさらに含む、請求項30に記載の積層体の製造方法。
  32. 請求項30又は31に記載の方法で積層体を製造することを含む、フレキシブルデバイスの製造方法。
  33. 請求項1~17のいずれか一項に記載の樹脂組成物の硬化物である、ポリイミドフィルム。
  34. 下記一般式(1-1)及び(1-2)で表される構造単位を含む、一部がイミド化されたポリイミド前駆体を含む、樹脂組成物であって、
    Figure 2022087023000075
    {式中、Pは、2価の有機基を示し、Pは、4価の有機基を示し、pは正の整数を示す。}
    Figure 2022087023000076
    {式中、Pは、2価の有機基を示し、Pは、4価の有機基を示し、qは正の整数を示す。}
    が9,9-ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)フルオレン二酸無水物(BPAF)または、P-フェニレンビス(トリメリテート無水物)(TAHQ)に由来する基である、樹脂組成物。
  35. 下記一般式(1-1)及び(1-2)で表される構造単位を含む、一部がイミド化されたポリイミド前駆体を含む、樹脂組成物であって、
    Figure 2022087023000077
    {式中、Pは、2価の有機基を示し、Pは、4価の有機基を示し、pは正の整数を示す。}
    Figure 2022087023000078
    {式中、Pは、2価の有機基を示し、Pは、4価の有機基を示し、qは正の整数を示す。}
    が4,4’-ジアミノジフェニルスルホン(4,4’-DAS)、3,3’-ビス(ジアミノジフェニル)スルホン(3,3’-DAS)、2,2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン(HFBAPP)、P-フェニレンビス(トリメリテート無水物)(TAHQ)のいずれかから選択される1以上の化合物に由来する基である、樹脂組成物。
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