JP2021178881A - Polyamide acid, polyamide acid solution, polyimide, polyimide film, laminate and flexible device, and method for producing polyimide film - Google Patents

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伸明 田中
Nobuaki Tanaka
博文 中山
Hirobumi Nakayama
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Abstract

To provide a polyimide that has, in addition to heat resistance and low residual stress, high transparency even when heated at high temperatures, and to provide a product or a member using the polyimide.SOLUTION: Provided is a polyimide that is obtained by imidization of a polyamic acid solution using a polyamic acid obtained by reacting a 2'-oxodispyro[bicyclo[2.2.1]heptane-2,1'-cyclopentane-3',2''-bicyclo[2.2.1]heptane]-5,6:5'',6''-tetra carboxylic dianhydride and three or more kinds of diamine.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、ポリアミド酸、ポリアミド酸溶液、ポリイミド、およびポリイミド膜に関する。さらに、本発明はポリイミドを用いた電子デバイス材料、TFT基板、フレキシブルディスプレイ基板、カラーフィルター、印刷物、光学材料、液晶表示装置、有機EL及び電子ペーパー等の画像表示装置、3−Dディスプレイ、太陽電池、タッチパネル、透明導電膜基板、現在ガラスが使用されている部分の代替材料に関する。 The present invention relates to polyamic acids, polyamic acid solutions, polyimides, and polyimide films. Further, the present invention relates to an electronic device material using polyimide, a TFT substrate, a flexible display substrate, a color filter, a printed matter, an optical material, a liquid crystal display device, an image display device such as an organic EL and electronic paper, a 3-D display, and a solar cell. , Touch panels, transparent polyimide substrates, and alternative materials for parts where glass is currently used.

ディスプレイ、タッチパネル、照明装置、太陽電池等の電子デバイスにおいては、薄型化、軽量化、およびフレキシブル化が要求されており、ガラス基板に代えて樹脂フィルム基板の利用が検討されている。特に、高い耐熱性や、寸法安定性、高機械強度が求められる用途では、ガラス代替材料としてポリイミドフィルムの適用が検討されている。 Electronic devices such as displays, touch panels, lighting devices, and solar cells are required to be thinner, lighter, and more flexible, and the use of resin film substrates instead of glass substrates is being considered. In particular, in applications where high heat resistance, dimensional stability, and high mechanical strength are required, the application of polyimide film as a glass substitute material is being studied.

電子デバイスの製造プロセスでは、基板上に、薄膜トランジスタや透明電極等の電子素子が設けられるが、電子素子の形成は高温プロセスを要し、プラスチックフィルム基板には高温プロセスに適応可能な耐熱性が要求されるため、プラスチックフィルム基板の材料として、ポリイミドの使用が検討されている。 In the manufacturing process of electronic devices, electronic elements such as thin film transistors and transparent electrodes are provided on the substrate, but the formation of electronic elements requires a high temperature process, and the plastic film substrate is required to have heat resistance suitable for the high temperature process. Therefore, the use of polyimide as a material for a plastic film substrate is being considered.

電子デバイスの製造プロセスは、バッチタイプとロール・トゥ・ロールタイプに分けられるが、バッチプロセスでは、ガラス支持体上に樹脂溶液を塗布、乾燥して、ガラス支持体とフィルム基板との積層体を形成し、その上に素子を形成した後、ガラス支持体からフィルム基板を剥離すればよく、現行のガラス基板用プロセス設備を利用できる。 The manufacturing process of electronic devices is divided into batch type and roll-to-roll type. In the batch process, a resin solution is applied on a glass support and dried to form a laminate of a glass support and a film substrate. After forming and forming an element on the film substrate, the film substrate may be peeled off from the glass support, and the current process equipment for a glass substrate can be used.

フィルム基板がポリイミドである場合は、支持体上にポリイミド前駆体としてのポリアミド酸溶液を塗布し、支持体とともにポリアミド酸を加熱してイミド化を行うことにより、支持体とポリイミド膜との積層体が得られる。 When the film substrate is polyimide, a polyamic acid solution as a polyimide precursor is applied onto the support, and the polyamic acid is heated together with the support for imidization to form a laminate of the support and the polyimide film. Is obtained.

ディスプレイ等の光学デバイスでは、素子から発せられる光がフィルム基板を通って出射するため、基板材料に透明性が求められる。このようなポリイミドとして、特許文献1には、フィルムの着色を抑制した、レーザ剥離加工用の樹脂フィルムが開示されている。特許文献2には、位相差が小さく透明性に優れるポリイミドが得られるイミダゾール系化合物を含有するポリアミド酸が記載されている。 In an optical device such as a display, light emitted from an element is emitted through a film substrate, so that the substrate material is required to be transparent. As such a polyimide, Patent Document 1 discloses a resin film for laser peeling processing that suppresses coloration of the film. Patent Document 2 describes a polyamic acid containing an imidazole-based compound that can obtain a polyimide having a small phase difference and excellent transparency.

特開2017−160360号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2017-160360 特開2019−108552号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2019-108552

特許文献1に記載のポリイミドフィルムは、特定の脂環式構造を有する酸二無水物とジアミンから得られるレーザー剥離加工用の樹脂フィルムが開示されているが、基板材料としての特性には改善の余地があった。特許文献2記載の化合物も高温での透明性や、光線透過率など、基板材料としての特性には改善の余地があった。 As the polyimide film described in Patent Document 1, a resin film for laser peeling processing obtained from an acid dianhydride having a specific alicyclic structure and a diamine is disclosed, but the properties as a substrate material are improved. There was room. The compounds described in Patent Document 2 also have room for improvement in properties as a substrate material, such as transparency at high temperatures and light transmittance.

そこで、耐熱性・低残留応力に加え、高温での加熱においても透明性の高いポリイミドを得ることを目的とする。これらの要求を満たすポリイミドを開発することで耐熱性や透明性の要求の高い製品又は部材を提供することも目的とする。 Therefore, it is an object of the present invention to obtain a polyimide having high transparency even when heated at a high temperature in addition to heat resistance and low residual stress. By developing a polyimide that meets these requirements, it is also an object to provide products or members with high requirements for heat resistance and transparency.

本発明者らは、鋭意検討の結果、特定の組成を有するポリアミド酸組成物を用いたたポリイミド膜において、基板材料としての特性のバランスがよく、優れたものであることを見出した。 As a result of diligent studies, the present inventors have found that a polyimide film using a polyamic acid composition having a specific composition has a well-balanced property as a substrate material and is excellent.

すなわち本発明は以下の構成をなす。 That is, the present invention has the following configuration.

1).下記一般式(1)、下記一般式(2)および下記一般式(3)で表される構造単位を含有するポリアミド酸であって、前記一般式(1)〜(3)において、X+Yが40より大きく99未満であり、Zが1より大きく60未満であることを特徴とするポリアミド酸。(式中X,YおよびZは、前記一般式(1)、(2)及び(3)で表される構造単位の合計に対するモル分率を表し、それぞれ0.01以上100未満であり、X+Y+Z=100である。) 1). A polyamic acid containing structural units represented by the following general formulas (1), the following general formula (2) and the following general formula (3), wherein X + Y is 40 in the general formulas (1) to (3). A polyamic acid greater than 99 and less than 60, with a Z greater than 1 and less than 60. (In the formula, X, Y and Z represent mole fractions with respect to the total of the structural units represented by the general formulas (1), (2) and (3), which are 0.01 or more and less than 100, respectively, and X + Y + Z. = 100.)

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2).1)に記載のポリアミド酸と有機溶媒とを含有するポリアミド酸溶液。 2). A polyamic acid solution containing the polyamic acid according to 1) and an organic solvent.

3).1)に記載のポリアミド酸の脱水環化物である、ポリイミド。 3). Polyimide, which is a dehydrated cyclized product of the polyamic acid according to 1).

4).3)に記載のポリイミドを含むポリイミド膜。 4). A polyimide film containing the polyimide according to 3).

5).YIが8以下であることを特徴とする4)に記載のポリイミド膜。 5). The polyimide film according to 4), wherein the YI is 8 or less.

6).支持体上に4)または5)に記載のポリイミド膜が設けられた積層体。 6). A laminate in which the polyimide film according to 4) or 5) is provided on a support.

7).25℃における残留応力が20MPa以下である、5)に記載のポリイミド膜。 7). The polyimide film according to 5), wherein the residual stress at 25 ° C. is 20 MPa or less.

8).4)に記載のポリアミド酸溶液を支持体に塗布して、支持体上に膜状のポリアミド酸を形成し、加熱によりポリアミド酸をイミド化して、前記支持体上にポリイミド膜を形成する、積層体の製造方法。 8). The polyamic acid solution described in 4) is applied to a support to form a film-like polyamic acid on the support, and the polyamic acid is imidized by heating to form a polyimide film on the support. How to make a body.

9).4)または5)に記載のポリイミド膜と、前記ポリイミド膜上に形成された電子素子とを有するフレキシブルデバイス。 9). A flexible device having the polyimide film according to 4) or 5) and an electronic element formed on the polyimide film.

10).8)に記載の方法により積層体を形成し、前記積層体の前記ポリイミド膜上に電子素子を形成した後、前記支持体から前記ポリイミド膜を剥離する、フレキシブルデバイスの製造方法。 10). A method for manufacturing a flexible device, wherein a laminate is formed by the method according to 8), an electronic element is formed on the polyimide film of the laminate, and then the polyimide film is peeled off from the support.

上記のポリアミド酸から得られるポリイミド膜は、無機支持体との積層体の残留応力が小さく、耐熱性および透明性に優れ、透明性が必要とされる電子デバイス用の基板材料として好適である。また、本発明のポリイミド膜は特に、高温加熱後の透明性が非常に優れる。 The polyimide film obtained from the above-mentioned polyamic acid has a small residual stress of the laminate with the inorganic support, is excellent in heat resistance and transparency, and is suitable as a substrate material for electronic devices that require transparency. In addition, the polyimide film of the present invention is particularly excellent in transparency after high-temperature heating.

以下、本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described, but the present invention is not limited thereto.

テトラカルボン酸二無水物とジアミンの重付加反応によりポリアミド酸が得られ、ポリアミド酸の脱水閉環反応によりポリイミドが得られる。すなわち、ポリイミドはテトラカルボン酸二無水物とジアミンの重縮合反応物である。 Polyamide acid is obtained by the double addition reaction of tetracarboxylic acid dianhydride and diamine, and polyimide is obtained by the dehydration ring closure reaction of polyamic acid. That is, polyimide is a polycondensation reaction product of tetracarboxylic dianhydride and diamine.

[ポリアミド酸]
本発明の実施形態にかかるポリアミド酸は、下記一般式(1)で表される構造単位(以下、「構造単位1」と記載する場合がある)、下記一般式(2)で表される構造単位(以下、「構造単位2」と記載する場合がある)、および、下記一般式(3)で表される構造単位(以下、「構造単位3」と記載する場合がある)を
含む。
[Polyamide acid]
The polyamic acid according to the embodiment of the present invention has a structural unit represented by the following general formula (1) (hereinafter, may be referred to as “structural unit 1”) and a structure represented by the following general formula (2). It includes a unit (hereinafter, may be referred to as “structural unit 2”) and a structural unit represented by the following general formula (3) (hereinafter, may be referred to as “structural unit 3”).

Figure 2021178881
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前記一般式(1)、(2)及び(3)中、X,Y及びZは、構造単位(1)、(2)及び(3)を含有するポリアミド酸において、構造単位(1)〜(3)のの合計に対するそれぞれの構造単位のモル分率(%)を表し、それぞれ0.01以上、100未満であり、X+Y+Z=100である。 In the general formulas (1), (2) and (3), X, Y and Z are structural units (1) to (3) in the polyamic acid containing the structural units (1), (2) and (3). Represents the mole fraction (%) of each structural unit with respect to the total of 3), which is 0.01 or more and less than 100, respectively, and X + Y + Z = 100.

構造単位1は、2’−オキソジスピロ[ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2,1’−シクロペンタン−3’,2’’−ビシクロ[2.2.1]ヘプタン]−5,6:5’’,6’’−テトラカルボン酸二無水物(以下、CpODAと称することがある)と4,4'-ジアミノベンズアニリド(以下、DABAと称することがある)の反応により形成される。 Structural unit 1 is 2'-oxodispyro [bicyclo [2.2.1] heptane-2, 1'-cyclopentane-3', 2''-bicyclo [2.2.1] heptane] -5,6 :. It is formed by the reaction of 5'', 6''-tetracarboxylic dianhydride (hereinafter, may be referred to as CpODA) and 4,4'-diaminobenzanilide (hereinafter, which may be referred to as DABA).

構造単位2は、CpODAと1,4-フェニレンジアミン(以下、PDAと称することがある)の反応により形成される。 Structural unit 2 is formed by the reaction of CpODA with 1,4-phenylenediamine (hereinafter, may be referred to as PDA).

構造単位3は、CpODAとm-トリジン(以下、m−Tolと称することがある)の反応により形成される。 The structural unit 3 is formed by the reaction of CpODA and m-tridin (hereinafter, may be referred to as m-Tol).

構造単位1から3を製造するためのモノマー原料は適宜市販のものを使用することができる。 As the monomer raw material for producing the structural units 1 to 3, commercially available products can be used as appropriate.

本発明のポリアミド酸組成物は、構造単位1、構造単位2及び構造単位3のすべてを含むことで電子基板材料として好適なポリイミド膜を製造するためのポリアミド酸を得ることができる。
X、YおよびZはそれぞれ0.01以上、100未満であり、X+Y+Z=100である。
The polyamic acid composition of the present invention contains all of the structural unit 1, the structural unit 2, and the structural unit 3 to obtain a polyamic acid for producing a polyimide film suitable as an electronic substrate material.
X, Y and Z are 0.01 or more and less than 100, respectively, and X + Y + Z = 100.

また、X+Yは、40より大きく99未満であり、Zが1より大きく60未満である。すなわち、40<X+Y<99かつ1<Z<60である。 Also, X + Y is greater than 40 and less than 99, and Z is greater than 1 and less than 60. That is, 40 <X + Y <99 and 1 <Z <60.

ポリアミド酸から得られるポリイミド膜の残留応力の観点から、X+Yの下限は50より大きいことがさらに好ましく、60より大きいことが特に好ましく、65より大きいことがとりわけ好ましい。上限値は99未満であれば特に制限されないが、98未満が好ましく、95未満が特に好ましい。 From the viewpoint of the residual stress of the polyimide film obtained from the polyamic acid, the lower limit of X + Y is more preferably larger than 50, particularly preferably larger than 60, and particularly preferably larger than 65. The upper limit is not particularly limited as long as it is less than 99, but is preferably less than 98, and particularly preferably less than 95.

すなわち、Zの上限は60未満であり、より好ましくは50未満であり、40未満がさらに好ましく、35未満がとりわけ好ましい。下限は1より大きく、2より大きいことが好ましく5より大きいことがさらに好ましい。 That is, the upper limit of Z is less than 60, more preferably less than 50, still more preferably less than 40, and particularly preferably less than 35. The lower limit is greater than 1, preferably greater than 2, and even more preferably greater than 5.

X+Yの値と、Zの値を上記範囲内に調節することで、残留応力と透明性、特に高温での透明性にすぐれたポリイミド膜を得ることができる。 By adjusting the values of X + Y and Z within the above range, a polyimide film having excellent residual stress and transparency, particularly transparency at high temperature, can be obtained.

XとYの値が前記した値の範囲内であれば、Xの値は特に制限されないが、高い全光線透過率を得る観点から、85以下が好ましく、80以下がさらに好ましく、下限は、残留応力の点から40以上が好ましく50以上がさらに好ましい。 As long as the values of X and Y are within the above-mentioned values, the value of X is not particularly limited, but from the viewpoint of obtaining high total light transmittance, 85 or less is preferable, 80 or less is more preferable, and the lower limit is residual. From the viewpoint of stress, 40 or more is preferable, and 50 or more is more preferable.

XとYの値が前記した値の範囲内であれば、Yの値は特に制限されないが、高い全光線透過率を得る観点から、50以下が好ましく、40以下がさらに好ましく、下限は5以上が好ましく、10以上がさらに好ましい。 As long as the values of X and Y are within the range of the above-mentioned values, the value of Y is not particularly limited, but from the viewpoint of obtaining high total light transmittance, 50 or less is preferable, 40 or less is more preferable, and the lower limit is 5 or more. Is preferable, and 10 or more is more preferable.

X、Y及びZの決定においては、構造単位(1)〜(3)を含有するポリアミド酸において、各々の構造単位の含有量をNMRのような既知の方法で同定し、決定してもよいし、ポリアミド酸の製造時に使用するDABA、PDAおよびm−Tolのモル%で代用することもできる。 In determining X, Y and Z, in the polyamic acid containing structural units (1) to (3), the content of each structural unit may be identified and determined by a known method such as NMR. Alternatively, mol% of DABA, PDA and m-Tol used in the production of polyamic acid can be substituted.

ポリアミド酸の重量平均分子量は、例えば10,000〜1,000,000であり、10,000〜500,000が好ましく、10,000〜100,000がより好ましい。重量平均分子量が10,000以上であれば、ポリイミド膜の機械強度を確保できる。重量平均分子量が1,000,000以下であれば、ポリアミド酸が溶媒に対して十分な溶解性を示し、表面が平滑で膜厚が均一な塗膜またはフィルムが得られる。分子量は、ゲルパーミレーションクロマトグラフィー(GPC)によるポリエチレンオキシド換算の値である。 The weight average molecular weight of the polyamic acid is, for example, 10,000 to 1,000,000, preferably 10,000 to 500,000, more preferably 10,000 to 100,000. When the weight average molecular weight is 10,000 or more, the mechanical strength of the polyimide film can be ensured. When the weight average molecular weight is 1,000,000 or less, the polyamic acid exhibits sufficient solubility in a solvent, and a coating film or film having a smooth surface and a uniform film thickness can be obtained. The molecular weight is a value in terms of polyethylene oxide by gel permeation chromatography (GPC).

ポリアミド酸における構造単位1、構造単位2及び構造単位3の並びは、ランダムでもブロックでもよい。 The arrangement of the structural unit 1, the structural unit 2, and the structural unit 3 in the polyamic acid may be random or block.

[ポリアミド酸の合成]
有機溶媒中でジアミンとテトラカルボン酸二無水物とを反応させることによりポリアミド酸が得られる。例えば、ジアミンを、有機溶媒中に溶解またはスラリー状に分散させて、ジアミン溶液とし、テトラカルボン酸二無水物を、有機溶媒に溶解もしくはスラリー状に分散させた溶液または固体の状態で、上記ジアミン溶液中に添加すればよい。テトラカルボン酸二無水物溶液中に、ジアミンを添加してもよい。
[Synthesis of polyamic acid]
Polyamide acid is obtained by reacting diamine with tetracarboxylic dianhydride in an organic solvent. For example, the diamine is dissolved in an organic solvent or dispersed in a slurry to form a diamine solution, and the tetracarboxylic acid dianhydride is dissolved in an organic solvent or dispersed in a slurry in a solution or solid state. It may be added to the solution. Diamine may be added to the tetracarboxylic dianhydride solution.

ポリアミド酸の合成反応に使用する有機溶媒は特に限定されない。有機溶媒は、使用するテトラカルボン酸二無水物およびジアミンとを反応させる際に利用可能ものであればよく、重合により生成するポリアミド酸を溶解可能であるものが好ましい。 The organic solvent used for the synthetic reaction of polyamic acid is not particularly limited. The organic solvent may be any one that can be used for reacting with the tetracarboxylic dianhydride and the diamine to be used, and those capable of dissolving the polyamic acid produced by the polymerization are preferable.

ポリアミド酸の合成反応に使用する有機溶媒の具体例としては、テトラメチル尿素、N,N−ジメチルエチルウレア等のウレア系溶媒;ジメチルスルホキシド、ジフェニルスルホン、テトラメチルスルフォン等のスルホキシドあるいはスルホン系溶媒;N,N−ジメチルアセトアミド(DMAC)、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N’−ジエチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、γ―ブチロラクトン等のエステル系溶媒;ヘキサメチルリン酸トリアミド等のアミド系溶媒;クロロホルム、塩化メチレン等のハロゲン化アルキル系溶媒;ベンゼン、トルエン等の芳香族炭化水素系溶媒;フェノール、クレゾール等のフェノール系溶媒:シクロペンタノン等のケトン系溶媒;テトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、1,4−ジオキサン、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、p−クレゾールメチルエーテル等のエーテル系溶媒が挙げられる。通常これらの溶媒を単独で用いるが、必要に応じて2種以上を適宜組み合わせてもよい。ポリアミド酸の溶解性および反応性を高めるために、ポリアミド酸の合成反応に使用する有機溶媒は、アミド系溶媒、ケトン系溶媒、エステル系溶媒およびエーテル系溶媒より選択されることが好ましく、特にDMF、DMAC、NMP等のアミド系溶媒が好ましく、NMPが特に好ましい。
溶液の安定性を高めるために、ジエチレングリコールやテトラヒドロフラン等のエーテル系溶媒を添加してもよい。
Specific examples of the organic solvent used for the synthesis reaction of polyamic acid include urea-based solvents such as tetramethylurea and N, N-dimethylethylurea; sulfoxide or sulfone-based solvents such as dimethylsulfoxide, diphenylsulfone and tetramethylsulphon; Ester-based solvents such as N, N-dimethylacetamide (DMAC), N, N-dimethylformamide (DMF), N, N'-diethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), γ-butyrolactone; hexamethyl Amid solvents such as phosphate triamide; Alkyl halide solvents such as chloroform and methylene chloride; Aromatic hydrocarbon solvents such as benzene and toluene; Phenolic solvents such as phenol and cresol: Ketone solvents such as cyclopentanone Examples thereof include ether solvents such as tetrahydrofuran, 1,3-dioxolane, 1,4-dioxane, dimethyl ether, diethyl ether, and p-cresol methyl ether. Usually, these solvents are used alone, but if necessary, two or more kinds may be appropriately combined. In order to enhance the solubility and reactivity of the polyamic acid, the organic solvent used in the synthetic reaction of the polyamic acid is preferably selected from an amide-based solvent, a ketone-based solvent, an ester-based solvent and an ether-based solvent, and in particular, DMF. , DMAC, NMP and other amide solvents are preferred, and NMP is particularly preferred.
In order to improve the stability of the solution, an ether solvent such as diethylene glycol or tetrahydrofuran may be added.

ジアミンとテトラカルボン酸二無水物を用いてポリアミド酸を合成する場合、ジアミンおよびテトラカルボン酸二無水物のいずれか一方または両方に、複数種を用い、その仕込み量を調整することにより、複数種の構造単位を有するポリアミド酸共重合体が得られる。本発明においては、ジアミンとしてDABA,PDAおよびm−Tolを用いることにより、構造単位1、構造単位2および構造単位3を有するポリアミド酸が得られる。DABA、PDAおよびm−Tolのモル比を変更することにより、ポリアミド酸における構造単位1から構造単位3の比率を任意に調整できる。 When synthesizing a polyamic acid using a diamine and a tetracarboxylic acid dianhydride, a plurality of types are used for either or both of the diamine and the tetracarboxylic acid dianhydride, and the charging amount thereof is adjusted to obtain the plurality of types. A polyamic acid copolymer having the structural unit of is obtained. In the present invention, by using DABA, PDA and m-Tol as diamines, a polyamic acid having structural unit 1, structural unit 2 and structural unit 3 can be obtained. By changing the molar ratio of DABA, PDA and m-Tol, the ratio of the structural unit 1 to the structural unit 3 in the polyamic acid can be arbitrarily adjusted.

ジアミンおよびテトラカルボン酸二無水物の溶解および反応は、アルゴン、窒素等の不活性ガス雰囲気中で実施することが好ましい。ジアミンとテトラカルボン酸二無水物との反応の温度条件は、特に限定されないが、例えば、0℃〜150℃であり、かつポリアミド酸の分解を抑制する観点から、0〜120℃が好ましく、20〜80℃がより好ましい。反応時間は、例えば、10分〜30時間の範囲で任意に設定すればよい。反応の進行に伴ってポリアミド酸の分子量が大きくなり、反応液の粘度が上昇する。 The dissolution and reaction of the diamine and the tetracarboxylic dianhydride are preferably carried out in an atmosphere of an inert gas such as argon or nitrogen. The temperature condition for the reaction between the diamine and the tetracarboxylic dianhydride is not particularly limited, but is, for example, 0 ° C to 150 ° C, and 0 to 120 ° C is preferable from the viewpoint of suppressing the decomposition of the polyamic acid. ~ 80 ° C. is more preferable. The reaction time may be arbitrarily set in the range of, for example, 10 minutes to 30 hours. As the reaction progresses, the molecular weight of the polyamic acid increases, and the viscosity of the reaction solution increases.

反応溶液におけるテトラカルボン酸二無水物およびジアミンの濃度を高めることにより、反応速度を上昇できる。反応溶液における原料(ジアミンおよびテトラカルボン酸二無水物)の仕込み濃度は、15〜30重量%が好ましい。 The reaction rate can be increased by increasing the concentration of tetracarboxylic dianhydride and diamine in the reaction solution. The charging concentration of the raw materials (diamine and tetracarboxylic dianhydride) in the reaction solution is preferably 15 to 30% by weight.

[ポリアミド酸溶液]
ポリアミド酸溶液は、ポリアミド酸と溶媒とを含む。ジアミンとテトラカルボン酸二無水物とを反応させた溶液は、そのままポリアミド酸溶液として使用できる。また、重合溶液から溶媒の一部を除去したり、溶媒を添加することにより、ポリアミド酸の濃度および溶液の粘度を調整してもよい。添加する溶媒は、ポリアミド酸の重合に用いた溶媒と異なっていてもよい。また、重合溶液から溶媒を除去して得られた固体のポリアミド酸樹脂を溶媒に溶解してポリアミド酸溶液を調製してもよい。ポリアミド酸溶液の有機溶媒としては、アミド系溶媒、ケトン系溶媒、エステル系溶媒およびエーテル系溶媒が好ましく、中でも、DMF、DMAC、NMP等のアミド系溶媒が好ましく、NMPが特に好ましい。
[Polyamide acid solution]
The polyamic acid solution contains a polyamic acid and a solvent. The solution obtained by reacting the diamine and the tetracarboxylic dianhydride can be used as it is as a polyamic acid solution. Further, the concentration of the polyamic acid and the viscosity of the solution may be adjusted by removing a part of the solvent from the polymerization solution or adding the solvent. The solvent to be added may be different from the solvent used for the polymerization of the polyamic acid. Alternatively, a solid polyamic acid resin obtained by removing the solvent from the polymerization solution may be dissolved in the solvent to prepare a polyamic acid solution. As the organic solvent of the polyamic acid solution, an amide solvent, a ketone solvent, an ester solvent and an ether solvent are preferable, and among them, an amide solvent such as DMF, DMAC and NMP is preferable, and NMP is particularly preferable.

加工特性や各種機能の付与等を目的として、ポリアミド酸溶液に、有機または無機の低分子または高分子化合物を配合してもよい。添加剤としては、染料、顔料、界面活性剤、レベリング剤、可塑剤、シリコーン、増感剤、充填剤、微粒子等が挙げられる。ポリアミド酸溶液は、ポリアミド酸以外に、光硬化性成分、熱硬化性成分、非重合性樹脂等の樹脂成分を含んでいてもよい。 An organic or inorganic small molecule or polymer compound may be added to the polyamic acid solution for the purpose of imparting processing characteristics and various functions. Examples of the additive include dyes, pigments, surfactants, leveling agents, plasticizers, silicones, sensitizers, fillers, fine particles and the like. The polyamic acid solution may contain a resin component such as a photocurable component, a thermosetting component, and a non-polymerizable resin in addition to the polyamic acid.

イミド化反応の促進等を目的として、ポリアミド酸溶液には、イミド化剤および/または脱水剤を添加してもよい。イミド化剤は特に限定されないが、第三級アミンを用いることが好ましく、中でも複素環式の第三級アミンが好ましい。複素環式の第三級アミンとしては、ピリジン、ピコリン、キノリン、イソキノリン等が挙げられる。脱水触媒としては、無水酢酸、プロピオン酸無水物、n−酪酸無水物、安息香酸無水物、トリフルオロ酢酸無水物等が挙げられる。 An imidizing agent and / or a dehydrating agent may be added to the polyamic acid solution for the purpose of promoting the imidization reaction. The imidizing agent is not particularly limited, but it is preferable to use a tertiary amine, and a heterocyclic tertiary amine is particularly preferable. Examples of the heterocyclic tertiary amine include pyridine, picoline, quinoline, isoquinoline and the like. Examples of the dehydration catalyst include acetic anhydride, propionic anhydride, n-butyric anhydride, benzoic acid anhydride, trifluoroacetic anhydride and the like.

ポリアミド酸溶液に、イミダゾール類を添加してもよい。イミダゾール類とは、1H−イミダゾール、2−メチルイミダゾール、2−ウンデシルイミダゾール、2−ヘプタデシルイミダゾール、1,2−ジメチルイミダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾール、2−フェニルイミダゾール、2−フェニル−4−メチルイミダゾール、1−ベンジル−2−メチルイミダゾール、1−ベンジル2−フェニルイミダゾール等の1,3−ジアゾール環構造を含有する化合物である。中でも、1,2−ジメチルイミダゾール、1−ベンジル−2−メチルイミダゾール、1−ベンジル2−フェニルイミダゾールが好ましく、1,2−ジメチルイミダゾール、1−ベンジル−2−メチルイミダゾールが特に好ましく、1,2−ジメチルイミダゾールがさらに好ましい。 Imidazoles may be added to the polyamic acid solution. The imidazoles are 1H-imidazole, 2-methylimidazole, 2-undecylimidazole, 2-heptadecylimidazole, 1,2-dimethylimidazole, 2-ethyl-4-methylimidazole, 2-phenylimidazole, 2-phenyl. It is a compound containing a 1,3-diazole ring structure such as -4-methylimidazole, 1-benzyl-2-methylimidazole, 1-benzyl2-phenylimidazole and the like. Among them, 1,2-dimethylimidazole, 1-benzyl-2-methylimidazole and 1-benzyl2-phenylimidazole are preferable, 1,2-dimethylimidazole and 1-benzyl-2-methylimidazole are particularly preferable, and 1,2. -Dimethylimidazole is more preferred.

イミダゾール類の添加量は、ポリアミド酸のアミド基1モルに対して0.005〜0.2モル程度が好ましく、0.01〜0.15モルがより好ましく、0.02〜0.10モルがさらに好ましい。 The amount of imidazoles added is preferably about 0.005 to 0.2 mol, more preferably 0.01 to 0.15 mol, and 0.02 to 0.10 mol with respect to 1 mol of the amide group of the polyamic acid. More preferred.

「ポリアミド酸のアミド基」とは、ジアミンとテトラカルボン酸二無水物の重付加反応によって生成したアミド基を意味する。イミダゾール類の添加量が上記範囲であれば、ポリイミド膜耐熱性向上及び機械特性の向上や、無機支持体とポリイミド膜の積層体の残留応力低減が期待できる。 The "amide group of polyamic acid" means an amide group produced by the double addition reaction of diamine and tetracarboxylic acid dianhydride. When the amount of imidazoles added is within the above range, it can be expected that the heat resistance of the polyimide film is improved, the mechanical properties are improved, and the residual stress of the laminate of the inorganic support and the polyimide film is reduced.

イミダゾール類を添加する場合は、ポリアミド酸を重合後に添加を行うことが好ましい。イミダゾール類は、そのままポリアミド酸溶液に添加してもよく、イミダゾール溶液としてポリアミド酸溶液に添加してもよい。 When imidazoles are added, it is preferable to add the polyamic acid after the polymerization. The imidazoles may be added to the polyamic acid solution as they are, or may be added to the polyamic acid solution as an imidazole solution.

ポリアミド酸溶液には、支持体との適切な密着性の発現等を目的として、シランカップリング剤を添加してもよい。シランカップリング剤の種類は特に限定されないが、ポリアミド酸との反応性の観点からアミノ基を含有するシランカップリング剤が好ましい。 A silane coupling agent may be added to the polyamic acid solution for the purpose of developing appropriate adhesion to the support. The type of the silane coupling agent is not particularly limited, but a silane coupling agent containing an amino group is preferable from the viewpoint of reactivity with the polyamic acid.

ポリアミド酸の分子量低下を抑制する観点から、シランカップリング剤の添加量は、ポリアミド酸100重量部に対して、0.5重量部以下が好ましく、0.1重量部以下がより好ましく、0.05重量部以下がさらに好ましい。構造単位2を有するポリアミド酸のイミド化により形成されるポリイミド膜は、支持体との密着性に優れるため、シランカップリング剤を添加しない場合であっても、十分な密着性を示す。ポリイミド膜と支持体との密着性を向上する目的でシランカップリング剤を使用する場合は、シランカップリング剤の添加量は、ポリアミド酸100重量部に対して0.01重量部以上であってもよい。 From the viewpoint of suppressing the decrease in the molecular weight of the polyamic acid, the amount of the silane coupling agent added is preferably 0.5 parts by weight or less, more preferably 0.1 parts by weight or less, and 0. It is more preferably 05 parts by weight or less. Since the polyimide film formed by imidization of the polyamic acid having the structural unit 2 has excellent adhesion to the support, it exhibits sufficient adhesion even when a silane coupling agent is not added. When a silane coupling agent is used for the purpose of improving the adhesion between the polyimide film and the support, the amount of the silane coupling agent added is 0.01 parts by weight or more with respect to 100 parts by weight of the polyamic acid. May be good.

[ポリイミドおよびポリイミド膜]
ポリアミド酸の脱水閉環により、ポリイミドが得られる。脱水閉環は、共沸溶媒を用いた共沸法、熱的手法または化学的手法によって行うことができる。ポリアミド酸からポリイミドへのイミド化は、1〜100%の任意の割合をとることができ、一部がイミド化されたポリアミド酸を合成してもよい。
[Polyimide and polyimide film]
Polyimide is obtained by dehydration ring closure of polyamic acid. Dehydration ring closure can be performed by an azeotropic method using an azeotropic solvent, a thermal method, or a chemical method. The imidization of the polyamic acid to the polyimide can take any ratio of 1 to 100%, and a partially imidized polyamic acid may be synthesized.

ポリイミド膜を得るためには、ガラス板、金属板、PET(ポリエチレンテレフタレート)フィルム等の支持体にポリアミド酸溶液を膜状に塗布し、加熱によりポリアミド酸を脱水閉環する方法が好ましい。加熱時間の短縮や特性発現のために、前述のように、イミド化剤および/または脱水触媒をポリアミド酸溶液に添加してもよい。バッチタイプのデバイス製造プロセスに適応させるためには、支持体としてガラス基板を用いることが好ましく、無アルカリガラスが好適に用いられる。 In order to obtain a polyimide film, a method of applying a polyamic acid solution in a film form on a support such as a glass plate, a metal plate, or a PET (polyethylene terephthalate) film and dehydrating and ring-closing the polyamic acid by heating is preferable. As described above, an imidizing agent and / or a dehydration catalyst may be added to the polyamic acid solution in order to shorten the heating time and develop the characteristics. In order to adapt to a batch type device manufacturing process, it is preferable to use a glass substrate as a support, and non-alkali glass is preferably used.

支持体上へのポリイミド膜の形成においては、まず、支持体にポリアミド酸溶液を塗布して塗膜を形成し、支持体とポリアミド酸の塗膜との積層体を40〜150℃の温度で3〜120分加熱して溶媒を除去する。例えば、50℃にて30分、続いて100℃にて30分のように、2段階以上の温度で乾燥を行ってもよい。 In the formation of the polyimide film on the support, first, a polyamic acid solution is applied to the support to form a coating film, and the laminate of the support and the polyamic acid coating film is formed at a temperature of 40 to 150 ° C. Heat for 3 to 120 minutes to remove the solvent. For example, drying may be performed at two or more stages of temperature, such as 50 ° C. for 30 minutes and then 100 ° C. for 30 minutes.

支持体とポリアミド酸との積層体を、温度200〜450℃で3分〜300分加熱することにより、ポリアミド酸が脱水閉環して、支持体上にポリイミド膜が設けられた積層体が得られる。このとき低温から徐々に高温にし、最高温度まで昇温することが好ましい。 By heating the laminate of the support and the polyamic acid at a temperature of 200 to 450 ° C. for 3 to 300 minutes, the polyamic acid is dehydrated and ring-closed, and a laminate having a polyimide film on the support is obtained. .. At this time, it is preferable to gradually increase the temperature from a low temperature to a high temperature and raise the temperature to the maximum temperature.

昇温速度は2〜10℃/分が好ましく、4〜10℃/分がより好ましい。最高温度は250〜430℃が好ましい。最高温度が250℃以上であれば、十分にイミド化が進行し、最高温度が430℃以下であれば、ポリイミドの熱劣化や着色を抑制できる。イミド化のための加熱においては、最高温度に到達するまでに任意の温度で任意の時間保持してもよい。 The heating rate is preferably 2 to 10 ° C / min, more preferably 4 to 10 ° C / min. The maximum temperature is preferably 250 to 430 ° C. When the maximum temperature is 250 ° C. or higher, imidization proceeds sufficiently, and when the maximum temperature is 430 ° C. or lower, thermal deterioration and coloring of the polyimide can be suppressed. In the heating for imidization, it may be held at an arbitrary temperature for an arbitrary time until the maximum temperature is reached.

加熱雰囲気は、空気下、減圧下、または窒素等の不活性ガス中のいずれでもよい。より高い透明性を発現させるためには、減圧下、または不活性ガス中での加熱が好ましい。加熱装置としては、熱風オーブン、赤外オーブン、真空オーブン、イナートオーブン、ホットプレート等が挙げられる。 The heating atmosphere may be under air, under reduced pressure, or in an inert gas such as nitrogen. In order to develop higher transparency, heating under reduced pressure or in an inert gas is preferable. Examples of the heating device include a hot air oven, an infrared oven, a vacuum oven, an inert oven, a hot plate and the like.

[ポリイミドの特性および用途]
ポリイミドは、そのまま、製品や部材を作製するためのコーティングや成形プロセスに供してもよい。上記のように、ポリイミドは、フィルム状に成形されたポリイミド膜とすることもできる。ポリイミド膜の表面には、金属酸化物や透明電極等の各種無機薄膜を形成していてもよい。これら無機薄膜の製膜方法は特に限定されるものではなく、例えば、CVD法、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法等のPVD法が挙げられる。
[Characteristics and applications of polyimide]
The polyimide may be used as it is for a coating or molding process for producing a product or a member. As described above, the polyimide may be a polyimide film formed into a film. Various inorganic thin films such as metal oxides and transparent electrodes may be formed on the surface of the polyimide film. The method for forming the inorganic thin film is not particularly limited, and examples thereof include a PVD method such as a CVD method, a sputtering method, a vacuum vapor deposition method, and an ion plating method.

本発明のポリイミド膜は、耐熱性、透明性および低熱膨張性を有しているため、ガラスの代替材料としての利用が可能であり、印刷物、カラーフィルター、フレキシブルディスプレイ、光学フィルム、液晶表示装置、有機ELおよび電子ペーパー等の画像表示装置、3Dディスプレイ、タッチパネル、透明導電膜基板、太陽電池等に適用可能である。これらの用途において、ポリイミド膜の厚みは、例えば1〜200μm程度であり、5〜100μm程度が好ましい。 Since the polyimide film of the present invention has heat resistance, transparency and low thermal expansion, it can be used as a substitute material for glass, and can be used as a printed matter, a color filter, a flexible display, an optical film, a liquid crystal display device, and the like. It can be applied to image display devices such as organic EL and electronic paper, 3D displays, touch panels, transparent polyimide substrates, solar cells and the like. In these applications, the thickness of the polyimide film is, for example, about 1 to 200 μm, preferably about 5 to 100 μm.

本発明のポリイミド膜はガラス支持体との積層体の残留応力が小さいため、支持体上にポリアミド酸溶液を塗布し、加熱してイミド化し、積層体のポリイミド膜上に電子素子等を形成した後、支持体からポリイミド膜を剥がす、バッチタイプのデバイス作製プロセスを適用できる。 Since the polyimide film of the present invention has a small residual stress of the laminate with the glass support, a polyamic acid solution was applied on the support and heated to imidize, and an electronic element or the like was formed on the polyimide film of the laminate. Later, a batch-type device fabrication process, in which the polyimide film is peeled off from the support, can be applied.

バッチタイプのデバイス作製プロセスにおいては、上記の方法により、支持体上へのポリアミド酸溶液の塗布、および加熱によるイミド化が行われ、支持体上にポリイミド膜が密着積層された積層体が形成される。この積層体のポリイミド膜上に、TFT等の電子素子を形成する。TFT素子の形成においては、一般に300℃以上の高温で酸化物半導体やアモルファスシリコン等が形成される。 In the batch-type device fabrication process, the polyamic acid solution is applied onto the support and imidized by heating by the above method to form a laminate in which a polyimide film is closely laminated on the support. NS. An electronic element such as a TFT is formed on the polyimide film of this laminated body. In the formation of a TFT element, an oxide semiconductor, amorphous silicon, or the like is generally formed at a high temperature of 300 ° C. or higher.

ポリイミド膜の熱分解温度が低い場合、素子形成時の加熱によりポリイミド膜からアウトガスが発生し、ポリイミド膜上に形成した素子の性能低下や剥離の原因となり得る。そのため、ポリイミド膜の1%重量減少温度Td1は450℃以上が好ましい。構造単位1および構造単位2を有するポリアミド酸のイミド化により、耐熱性に優れTd1が450℃以上のポリイミド膜を形成可能である。ポリイミド膜のTd1は高いほど好ましく、455℃以上、460℃以上、または465℃以上であってもよい。 When the thermal decomposition temperature of the polyimide film is low, outgas is generated from the polyimide film due to heating during element formation, which may cause performance deterioration or peeling of the element formed on the polyimide film. Therefore, the 1% weight loss temperature Td1 of the polyimide film is preferably 450 ° C. or higher. By imidizing the polyamic acid having the structural unit 1 and the structural unit 2, it is possible to form a polyimide film having excellent heat resistance and Td1 of 450 ° C. or higher. The higher the Td1 of the polyimide film, the more preferable, and it may be 455 ° C. or higher, 460 ° C. or higher, or 465 ° C. or higher.

ポリイミド膜のガラス転移温度が電子素子形成時のプロセス温度よりも低い場合は、素子形成中および素子形成後の冷却時の寸法変化により、支持体とポリイミド膜との界面に応力が生じ、反りや破損の原因となり得る。そのため、ポリイミド膜のTgは、350℃以上が好ましく、400℃以上がより好ましい。 When the glass transition temperature of the polyimide film is lower than the process temperature at the time of forming the electronic element, stress is generated at the interface between the support and the polyimide film due to the dimensional change during the element formation and the cooling after the element formation, resulting in warpage or warpage. It can cause damage. Therefore, the Tg of the polyimide film is preferably 350 ° C. or higher, more preferably 400 ° C. or higher.

一般的に、ガラスの熱膨張係数は樹脂に比較して小さいため、電子素子形成時の加熱や、その後の冷却の温度変化により、支持体とポリイミド膜との積層体の界面に応力が発生する。支持体と支持体上に形成したポリイミド膜との界面の応力が残留していると、電子素子の形成プロセス等において高温に加熱した後、常温への冷却時にポリイミド膜が収縮すると、積層体の反りやガラス支持体の破損、フレキシブル基板(ポリイミド膜)のガラス支持体からの剥離等の問題が生じる場合がある。 In general, the coefficient of thermal expansion of glass is smaller than that of resin, so stress is generated at the interface between the support and the polyimide film due to the temperature change of heating during formation of the electronic element and subsequent cooling. .. If the stress at the interface between the support and the polyimide film formed on the support remains, the polyimide film shrinks when it is cooled to room temperature after being heated to a high temperature in the process of forming an electronic element or the like. Problems such as warpage, breakage of the glass support, and peeling of the flexible substrate (polyimide film) from the glass support may occur.

本発明のポリアミド酸溶液を用いて作製されるポリイミド膜は、耐熱性、透明性および低熱膨張性に加えて、ガラス支持体との積層体における残留応力を小さくできる。支持体とポリイミド膜との積層体の残留応力は、30MPa以下が好ましく、25MPa以下がより好ましく、20MPa以下がさらに好ましい。 The polyimide film produced by using the polyamic acid solution of the present invention can reduce the residual stress in the laminate with the glass support in addition to heat resistance, transparency and low thermal expansion. The residual stress of the laminate of the support and the polyimide film is preferably 30 MPa or less, more preferably 25 MPa or less, still more preferably 20 MPa or less.

支持体からポリイミド膜を剥離する方法は特に限定されない。例えば、手で引き剥がしてもよく、駆動ロール、ロボット等の剥離装置を用いてもよい。支持体とポリイミド膜との密着性を低下させることにより剥離を行ってもよい。例えば、剥離層を設けた支持体上にポリイミド膜を形成してもよい。多数の溝を有する基板上に酸化シリコン膜を形成し、エッチング液を浸潤させることにより剥離を促進してもよい。レーザー光の照射より剥離を行ってもよい。 The method of peeling the polyimide film from the support is not particularly limited. For example, it may be peeled off by hand, or a peeling device such as a drive roll or a robot may be used. Peeling may be performed by reducing the adhesion between the support and the polyimide film. For example, a polyimide film may be formed on a support provided with a release layer. A silicon oxide film may be formed on a substrate having a large number of grooves and infiltrated with an etching solution to promote peeling. Detachment may be performed by irradiation with laser light.

レーザー照射により支持体からポリイミド膜を剥離する場合は、ポリイミド膜にレーザー光を吸収させる必要があるため、ポリイミド膜のカットオフ波長(透過率が0.1%以下となる波長)は、剥離に使用するレーザー光の波長よりも長波長であることが求められる。レーザー剥離には、波長308nmのXeClエキシマーレーザーが用いられることが多いため、ポリイミド膜のカットオフ波長は320nm以上が好ましく、330nm以上がより好ましい。一方、カットオフ波長が長波長であると、ポリイミド膜が黄色に着色する傾向があるため、カットオフ波長は390nm以下が好ましい。透明性(低黄色度合)とレーザー剥離の加工性とを両立する観点から、ポリイミド膜のカットオフ波長は、320〜390nmが好ましく、330〜380nmがより好ましい。 When peeling the polyimide film from the support by laser irradiation, it is necessary for the polyimide film to absorb the laser light, so the cutoff wavelength of the polyimide film (wavelength with a transmittance of 0.1% or less) is used for peeling. It is required to have a longer wavelength than the wavelength of the laser light used. Since a XeCl excimer laser having a wavelength of 308 nm is often used for laser exfoliation, the cutoff wavelength of the polyimide film is preferably 320 nm or more, more preferably 330 nm or more. On the other hand, when the cutoff wavelength is a long wavelength, the polyimide film tends to be colored yellow, so the cutoff wavelength is preferably 390 nm or less. From the viewpoint of achieving both transparency (low degree of yellowness) and processability of laser peeling, the cutoff wavelength of the polyimide film is preferably 320 to 390 nm, more preferably 330 to 380 nm.

ポリイミド膜の透明性は、JIS K7105−1981に従った全光線透過率およびヘイズで評価できる。ポリイミド膜の全光線透過率は、85%以上が好ましく、86%以上がより好ましいく、87%以上がさらに好ましい。 The transparency of the polyimide film can be evaluated by the total light transmittance and haze according to JIS K7105-1981. The total light transmittance of the polyimide film is preferably 85% or more, more preferably 86% or more, still more preferably 87% or more.

ポリイミド膜のヘイズは、1.5%以下が好ましく、1.2%以下がより好ましく、1.0%以下がさらに好ましい。ディスプレイ等の用途においては、可視光の全波長領域で透過率が高いことが要求される。ポリイミド膜の黄色度(YI)は、15以下が好ましく、10以下がより好ましく、5以下がさらに好ましく、4以下がとりわけ好ましい。YIは、JIS K7373−2006に従い測定できる。このように透明性の高いポリイミド膜は、ガラス代替用途等の透明基板として使用できる。 The haze of the polyimide film is preferably 1.5% or less, more preferably 1.2% or less, still more preferably 1.0% or less. In applications such as displays, high transmittance is required in the entire wavelength range of visible light. The yellowness (YI) of the polyimide film is preferably 15 or less, more preferably 10 or less, further preferably 5 or less, and particularly preferably 4 or less. YI can be measured according to JIS K7373-2006. Such a highly transparent polyimide film can be used as a transparent substrate for glass substitute applications and the like.

ポリイミド膜を基板とするフレキシブルデバイスとして有機ELディスプレイや有機EL照明が挙げられる。有機ELデバイスは、基板側から光を取り出すボトムエミッション方式と、基板の反対面から光を取り出すトップエミッション方式の2種類がある。可視光の透過率が高くYIが小さい透明ポリイミド膜は、ボトムエミッション方式の有機ELデバイスの基板材料としても適している。 Examples of flexible devices using a polyimide film as a substrate include organic EL displays and organic EL lighting. There are two types of organic EL devices: a bottom emission method that extracts light from the substrate side and a top emission system that extracts light from the opposite surface of the substrate. A transparent polyimide film having a high visible light transmittance and a small YI is also suitable as a substrate material for a bottom emission type organic EL device.

以下、実施例を示し具体的に説明するが、これらは説明のために記述されるものであり、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, examples will be described in detail, but these are described for the purpose of explanation, and the present invention is not limited to the following examples.

[評価方法]
<ポリイミド膜の光透過率およびYI>
日本分光製紫外可視近赤外分光光度計(V−650)を用いて、ポリイミド膜の200〜800nmにおける光透過率を測定し、450nmの波長における光透過率を透明性の指標とした。また、透過率をXYZ表色系で表し、JIS K7373−2006に記載の方法によってYIを算出した。
[Evaluation method]
<Light transmittance and YI of polyimide film>
The light transmittance of the polyimide film at a wavelength of 200 to 800 nm was measured using an ultraviolet-visible near-infrared spectrophotometer (V-650) manufactured by JASCO Corporation, and the light transmittance at a wavelength of 450 nm was used as an index of transparency. Further, the transmittance was represented by the XYZ color system, and YI was calculated by the method described in JIS K7373-2006.

<ポリイミド膜の全光線透過率およびヘイズ>
日本電色工業製積分球式ヘイズメーター300Aを用い、JIS K7105−1981記載の方法により測定した。
<Total light transmittance and haze of polyimide film>
It was measured by the method described in JIS K7105-1981 using an integrating sphere type haze meter 300A manufactured by Nippon Denshoku Kogyo.

<ガラス転移温度(Tg)>
熱機械分析装置(日立ハイテクサイエンス製「TMA/SS7100」)を用い、幅3mm、長さ10mmの試料に98.0mNの荷重をかけ、10℃/minで20℃から450℃まで昇温し、温度と歪量(伸び)をプロットした(TMA曲線)。傾きが変化する前後のTMA曲線の接線から外挿した交点をガラス転移温度とした。
<Glass transition temperature (Tg)>
Using a thermomechanical analyzer (Hitachi High-Tech Science "TMA / SS7100"), a load of 98.0 mN was applied to a sample with a width of 3 mm and a length of 10 mm, and the temperature was raised from 20 ° C to 450 ° C at 10 ° C / min. The temperature and strain (elongation) were plotted (TMA curve). The intersection point extrapolated from the tangent of the TMA curve before and after the change in slope was defined as the glass transition temperature.

<ヘイズ>
積分球式ヘイズメーター(村上色彩技術研究所製「HM−150N」)により、JIS K7136記載の方法により測定した。
<Haze>
It was measured by an integrating sphere type haze meter (“HM-150N” manufactured by Murakami Color Technology Research Institute) by the method described in JIS K7136.

<残留応力>
あらかじめ反り量を計測していたコーニング社製の無アルカリガラス(厚み0.7mm、100mm×100mm)上に実施例および比較例で調製したポリアミド酸溶液をスピンコーターで塗布し、空気中80℃で30分、窒素雰囲気下430℃で30分加熱し、ガラス基板上に膜厚10μのポリイミド膜を備える積層体を得た。ポリイミド膜の吸水の影響を排除するために、積層体を120℃で10分乾燥させた後、窒素雰囲気下25℃における積層体の反り量を、薄膜応力測定装置(テンコール製「FLX−2320−S」)を用いて測定し、ガラス基板とポリイミド膜の間に生じた残留応力を評価した。
<Residual stress>
The polyamic acid solution prepared in Examples and Comparative Examples was applied to a non-alkali glass (thickness 0.7 mm, 100 mm × 100 mm) manufactured by Corning Inc., for which the amount of warpage had been measured in advance, with a spin coater, and the temperature was 80 ° C. in air. The mixture was heated at 430 ° C. for 30 minutes under a nitrogen atmosphere for 30 minutes to obtain a laminate having a polyimide film having a thickness of 10 μm on a glass substrate. In order to eliminate the influence of water absorption of the polyimide film, the laminate was dried at 120 ° C. for 10 minutes, and then the amount of warpage of the laminate at 25 ° C. under a nitrogen atmosphere was measured by a thin film stress measuring device (Tenkol “FLX-2320-”. S ”) was used for measurement, and the residual stress generated between the glass substrate and the polyimide film was evaluated.

<1%重量減少温度(Td1)>
エスアイアイ・ナノテクノロジー製「TG/DTA/7200」を用い、窒素雰囲気下、20℃/minで25℃から500℃まで昇温し、重量が1%減少した際の温度をポリイミド膜のTd1とした。
<1% weight loss temperature (Td1)>
Using "TG / DTA / 7200" manufactured by SII Nanotechnology, the temperature was raised from 25 ° C to 500 ° C at 20 ° C / min under a nitrogen atmosphere, and the temperature when the weight was reduced by 1% was defined as Td1 of the polyimide film. bottom.

<ポリイミド膜の熱膨張係数(CTE)>
線熱膨張係数の測定は、日立ハイテクサイエンス社製TMA/SS7100を用いて(サンプルサイズ 幅3mm、長さ10mm、膜厚を測定し、フィルムの断面積を算出)、荷重29.4mNとし、10℃/minで10℃から400℃まで一旦昇温させた後、40℃/minで降温させたときの、降温時の100〜400℃における単位温度あたりの試料の歪の変化量から線膨張係数を求めた。
<The coefficient of thermal expansion (CTE) of the polyimide film>
The coefficient of linear thermal expansion was measured using TMA / SS7100 manufactured by Hitachi High-Tech Science Co., Ltd. (sample size width 3 mm, length 10 mm, film thickness measured, film cross-sectional area calculated), load 29.4 mN, 10 The coefficient of linear expansion is based on the amount of change in the strain of the sample per unit temperature at 100 to 400 ° C when the temperature is lowered at 40 ° C / min after the temperature is once raised from 10 ° C to 400 ° C at ° C / min. Asked.

[化合物および試薬類の略称]
以下において、化合物および試薬類は下記の略称で記載している。
<溶媒>
NMP:N−メチル−2−ピロリドン
<テトラカルボン酸二無水物>
CpODA:2’−オキソジスピロ[ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2,1’−シクロペンタン−3’,2’’−ビシクロ[2.2.1]ヘプタン]−5,6:5’’,6’’−テトラカルボン酸二無水物(別名: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)
<ジアミン>
DABA:4,4’−ジアミノベンズアニリド
PDA:1,4−フェニレンジアミン
m−Tol:m-トリジン
<イミダゾール>
DMI:1,2−ジメチルイミダゾール
[Abbreviations for compounds and reagents]
In the following, compounds and reagents are described by the following abbreviations.
<Solvent>
NMP: N-methyl-2-pyrrolidone <tetracarboxylic dianhydride>
CpODA: 2'-oxodispyro [bicyclo [2.2.1] heptane-2, 1'-cyclopentane-3', 2''-bicyclo [2.2.1] heptane] -5, 6: 5'' , 6''-Tetracarboxylic dianhydride (also known as: norbornane-2-spiro-α-cyclopentanone-α'-spiro-2''-norbornane-5,5'', 6,6''-tetra (Carboxylic dianhydride)
<Diamine>
DABA: 4,4'-diaminobenzanilide PDA: 1,4-phenylenediamine m-Tol: m-tridine <imidazole>
DMI: 1,2-dimethylimidazole

(実施例1)
ステンレス製撹拌棒を備えた撹拌機および窒素導入管を装着した300Lのガラス製セパラブルフラスコに、NMP40g、およびDABA1.591g(0.0070mol)、PDA0.568g(0.00525mol)およびm−Tol1.115g(0.00525mol)を仕込んだ後、溶液を撹拌しながら、CpODA6.727g(JXTG社製、0.0175mol)を加えて50℃で攪拌し、溶解させた。溶解後、室温(23℃)にて12時間撹拌し、ポリアミド酸を含むポリアミド酸溶液を得た。この反応溶液におけるジアミン成分およびテトラカルボン酸二無水物成分の仕込み濃度は、反応溶液全量に対して20.0重量%であった。ここに、DMI0.1g(0.00104mol)を添加した。
(Example 1)
In a 300 L glass separable flask equipped with a stirrer equipped with a stainless stir bar and a nitrogen introduction tube, NMP 40 g, DABA 1.591 g (0.0070 mol), PDA 0.568 g (0.00525 mol) and m-Tol 1. After charging 115 g (0.00525 mol), 6.727 g of CpODA (manufactured by JXTG, 0.0175 mol) was added while stirring the solution, and the mixture was stirred at 50 ° C. to dissolve. After dissolution, the mixture was stirred at room temperature (23 ° C.) for 12 hours to obtain a polyamic acid solution containing polyamic acid. The concentration of the diamine component and the tetracarboxylic dianhydride component in this reaction solution was 20.0% by weight based on the total amount of the reaction solution. To this, 0.1 g (0.00104 mol) of DMI was added.

得られたポリアミド酸溶液をコーニング社製の無アルカリガラス(厚み0.7mm、100mm×100mm)上にスピンコーターで塗布し、空気中80℃で30分、窒素雰囲気下430℃で30分加熱し、ガラス基板上に膜厚10μのポリイミド膜を備える積層体を得た。得られた積層体のガラス基材からポリイミド膜を剥離して、特性の評価を行った。
得られたポリイミド膜の評価結果を表1に示す。
The obtained polyamic acid solution was applied on a non-alkali glass (thickness 0.7 mm, 100 mm × 100 mm) manufactured by Corning Inc. with a spin coater, and heated in air at 80 ° C. for 30 minutes and in a nitrogen atmosphere at 430 ° C. for 30 minutes. , A laminate having a polyimide film having a thickness of 10 μm on a glass substrate was obtained. The polyimide film was peeled off from the glass substrate of the obtained laminate, and the characteristics were evaluated.
Table 1 shows the evaluation results of the obtained polyimide film.

(実施例2〜5、比較例1〜5)DABA、PDAおよびm−Tolの仕込み比率を表1のように変更した以外は、実施例1と同様にしてポリアミド酸を含むポリアミド酸溶液を得た。得られたポリアミド酸溶液を実施例1と同様にして、ポリイミド膜とした。 (Examples 2 to 5, Comparative Examples 1 to 5) A polyamic acid solution containing polyamic acid was obtained in the same manner as in Example 1 except that the charging ratios of DABA, PDA and m-Tol were changed as shown in Table 1. rice field. The obtained polyamic acid solution was used as a polyimide film in the same manner as in Example 1.

Figure 2021178881
Figure 2021178881

Claims (10)

下記一般式(1)、下記一般式(2)および下記一般式(3)で表される構造単位を含有するポリアミド酸であって、前記一般式(1)〜(3)において、X+Yは40より大きく99未満であり、Zは1より大きく60未満であることを特徴とするポリアミド酸。(式中X,YおよびZは、前記一般式(1)、(2)及び(3)で表される構造単位の合計に対するモル分率を表し、それぞれ0.01以上100未満であり、X+Y+Z=100である。)
Figure 2021178881
Figure 2021178881
Figure 2021178881

A polyamic acid containing structural units represented by the following general formulas (1), the following general formulas (2) and the following general formulas (3), wherein X + Y is 40 in the general formulas (1) to (3). A polyamic acid greater than 99 and less than 99, with Z greater than 1 and less than 60. (In the formula, X, Y and Z represent mole fractions with respect to the total of the structural units represented by the general formulas (1), (2) and (3), which are 0.01 or more and less than 100, respectively, and X + Y + Z. = 100.)
Figure 2021178881
Figure 2021178881
Figure 2021178881

請求項1に記載のポリアミド酸と有機溶媒とを含有するポリアミド酸溶液。
A polyamic acid solution containing the polyamic acid according to claim 1 and an organic solvent.
請求項1に記載のポリアミド酸の脱水環化物である、ポリイミド。
Polyimide, which is the dehydrated cyclized product of the polyamic acid according to claim 1.
請求項3に記載のポリイミドを含むポリイミド膜。
A polyimide film containing the polyimide according to claim 3.
YIが8以下であることを特徴とする請求項4に記載のポリイミド膜。
The polyimide film according to claim 4, wherein the YI is 8 or less.
支持体上に請求項4または5に記載のポリイミド膜が設けられた積層体。
A laminate in which the polyimide film according to claim 4 or 5 is provided on a support.
25℃における残留応力が20MPa以下である、請求項5に記載のポリイミド膜。
The polyimide film according to claim 5, wherein the residual stress at 25 ° C. is 20 MPa or less.
請求項2に記載のポリアミド酸溶液を支持体に塗布して、支持体上に膜状のポリアミド酸を形成し、加熱によりポリアミド酸をイミド化して、前記支持体上にポリイミド膜を形成する、積層体の製造方法。
The polyamic acid solution according to claim 2 is applied to a support to form a film-like polyamic acid on the support, and the polyamic acid is imidized by heating to form a polyimide film on the support. Method for manufacturing a laminate.
請求項4または5に記載のポリイミド膜と、前記ポリイミド膜上に形成された電子素子とを有するフレキシブルデバイス。
A flexible device having the polyimide film according to claim 4 or 5 and an electronic element formed on the polyimide film.
請求項8に記載の方法により積層体を形成し、前記積層体の前記ポリイミド膜上に電子素子を形成した後、前記支持体から前記ポリイミド膜を剥離する、フレキシブルデバイスの製造方法。






A method for manufacturing a flexible device, wherein a laminate is formed by the method according to claim 8, an electronic element is formed on the polyimide film of the laminate, and then the polyimide film is peeled off from the support.






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