JP2018506611A - ポリアミド−イミド前駆体、ポリアミド−イミドフィルム及びこれを含む表示素子 - Google Patents

ポリアミド−イミド前駆体、ポリアミド−イミドフィルム及びこれを含む表示素子 Download PDF

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Abstract

本発明は、ジアンヒドリドとジアミンとを含む単量体が共重合された第1ブロック及び芳香族ジカルボニル化合物と芳香族ジアミンとを含む単量体が共重合された第2ブロックを分子構造内に含み、前記ジアンヒドリドは、ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(BPDA)及び2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン二無水物(6FDA)を含み、前記ジアミンは、ビストリフルオロメチルベンジジン(TFDB)を含むことを特徴とするポリアミド−イミド前駆体、これをイミド化したポリアミド−イミド、ポリアミド−イミドフィルム及び前記フィルムを含む映像表示素子に関する。

Description

本発明は、ポリアミド−イミド前駆体、これをイミド化したポリアミド−イミドフィルム及び前記ポリアミド−イミドフィルムを含む表示素子に関する。
一般に、ポリイミド(PI)フィルムは、ポリイミド樹脂をフィルム化したものであり、ポリイミド樹脂とは、芳香族ジアンヒドリドと芳香族ジアミンまたは芳香族ジイソシアネートとを溶液重合してポリアミック酸誘導体を製造した後、高温で閉環脱水させてイミド化して製造される高耐熱樹脂をいう。このようなポリイミドフィルムは、優れた機械的特性、耐熱性及び電気絶縁性を持っているので、半導体の絶縁膜、TFT−LCDの電極保護膜フレキシブルプリント配線回路用基板などの電子材料に幅広い分野で用いられている。
ところが、ポリイミド樹脂は、通常、高い芳香族環密度により褐色及び黄色に着色されており、可視光線領域での透過度が低く、黄色系の色を示す。これにより、光透過率が低下し、大きな複屈折率を示すため、光学部材として使用するには困難な点がある。
このような限界を克服するために、単量体及び溶媒を精製して重合する方法が従来試みられたことがあるが、透過率の改善は大きくなかった。これに対し、米国特許第5053480号は、芳香族ジアンヒドリドの代わりに脂肪族環系ジアンヒドリド成分を使用する方法を用いて、液状化またはフィルム化したときの透明度及び色を改善した。ところが、これは、精製方法に比べて向上した効果であっただけで、究極的に透過度を改善するには限界があって高い透過度は達成できず、むしろ熱的及び機械的劣化をもたらす結果を示した。
また、米国特許第4595548号、同第4603061号、同第4645824号、同第4895972号、同第5218083号、同第5093453号、同第5218077号、同第5367046号、同第5338826号、同第5986036号、同第6232428号、及び韓国特許公開公報第2003−0009437号には、−CFなどの置換基を持つか、−O−、−SO−、CH−などの連結基によってp位ではなくm位に連結された屈曲構造の芳香族ジアンヒドリドと芳香族ジアミン単量体を用いて、熱的特性が大きく低下しない範囲内で透過度及び色の透明度を向上させた新規構造のポリイミドが開示されている。しかし、これも、機械的特性、耐熱性、複屈折の面で限界が発生して、OLED、TFT−LCD、フレキシブルディスプレイなどの表示素子の素材として使用するには不十分であることが確認された。
本発明は、複屈折率が低く、無色透明であるとともに、機械的特性及び耐熱性に優れたフィルムを形成するためのポリアミド−イミド前駆体を提供しようとする。また、本発明は、前記ポリアミド−イミド前駆体をイミド化して製造したポリアミド−イミドフィルム及びこれを含む映像表示素子を提供しようとする。
上記課題を解決するための本発明の好適な第1実施形態は、ジアンヒドリドとジアミンとを含む単量体が共重合された第1ブロック及び芳香族ジカルボニル化合物と芳香族ジアミンとを含む単量体が共重合された第2ブロックを分子構造内に含むポリアミド−イミド前駆体である。但し、ここで、前記ジアンヒドリドは、ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(BPDA)及び2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン二無水物(6FDA)を含み、前記ジアミンは、ビストリフルオロメチルベンジジン(TFDB)を含む。
また、本発明の好適な第2実施形態は、前記第1実施形態のポリアミド−イミド前駆体をイミド化させた構造を有するポリアミド−イミドであり、第3実施形態は、前記第1実施形態のポリアミド−イミド前駆体をイミド化して製造されたポリアミド−イミドフィルムである。
さらに、本発明の好適な第4実施形態は、前記第3実施形態のポリアミド−イミドフィルムを含む映像表示素子である。
本発明のポリアミド−イミド前駆体は、イミド化する場合、複屈折率が低く、無色透明であるとともに、機械的特性及び耐熱性に優れたフィルムまたは膜を形成することができる。特に、本発明によって製造されたポリアミド−イミドフィルムは、半導体絶縁膜、TFT−LCD絶縁膜、パッシベーション膜、液晶配向膜、光通信用材料、太陽電池用保護膜、フレキシブルディスプレイ基板などの様々な分野に有用に使用できる。
熱変形解析法(TMA−Method)によって50〜250℃の区間で1〜3回繰り返し測定した、本発明に係るポリイミドフィルム(フィルム厚さ12μm基準)の一例の寸法変化(Dimension change)グラフである。
本発明は、ジアンヒドリドとジアミンとを含む単量体が共重合された第1ブロック及び芳香族ジカルボニル化合物と芳香族ジアミンとを含む単量体が共重合された第2ブロックを分子構造内に含むポリアミド−イミド前駆体である。但し、ここで、前記ジアンヒドリドは、ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(BPDA)及び2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン二無水物(6FDA)を含み、前記ジアミンは、ビストリフルオロメチルベンジジン(TFDB)を含む。
より具体的には、本発明は、ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(BPDA)及び2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン二無水物(6FDA)を含むジアンヒドリドと、ビストリフルオロメチルベンジジン(TFDB)を含むジアミンとが共重合された第1ブロック及び芳香族ジカルボニル化合物と芳香族ジアミンとが共重合された第2ブロックを分子構造内に含むポリアミド−イミド前駆体を提供する。
本発明のポリアミド−イミド前駆体は、映像表示素子の基板または保護層などの用途でフィルム化されたとき、光学特性だけでなく、熱的、機械的特性に優れるように、イミド結合を含む第1ブロックとアミド結合を含む第2ブロックとが分子構造内に同時に存在するように重合したものである。すなわち、通常イミド構造のみからなる場合に不十分な機械的特性を、アミド結合を含む第2ブロックによって確保することにより、最終的に熱安定性、機械的物性、低い複屈折率及び光学特性をバランスよく改善することができる。
特に、本発明では、第1ブロックを形成するジアミンとしてビストリフルオロメチルベンジジン(TFDB)を使用することにより、熱安定性及び光学特性を向上させることができ、ジアンヒドリドとして2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン二無水物(6FDA)とビフェニルテトラカルボン酸二無水物(BPDA)を使用することにより、複屈折の向上及び耐熱性の確保を図ることができる。
第1ブロックを形成する前記ジアンヒドリドは、2種類のジアンヒドリド、すなわち、6FDAとBPDAを同時に含むことにより、第1ブロックには、TFDBと6FDAが結合された重合体、及びTFDBとBPDAが結合された重合体が別途の繰り返し単位を基準にそれぞれ区分されて含まれていてもよく、同じ繰り返し単位内に規則的に配列されていてもよく、または完全にランダムに配列されて含まれていてもよい。
本発明において、前記第1ブロックを形成する単量体のうち、ジアンヒドリドとしてBPDAと6FDAが1:3〜3:1のモル比で含まれることが、光学的特性の確保だけでなく、機械的特性及び耐熱性の低下を防止することができ、優れた複屈折を有する上で有利である。BPDAの比率が6FDAに比べて3分の1未満、すなわち、6FDAがBPDAの3倍を超えて添加される場合、耐熱性及び機械的特性を確保することができず、逆にBPDAが6FDAの3倍を超える、すなわち、6FDAの比率がBPDAの3分の1未満である場合、機械的特性は向上できるものの、複屈折値が一緒に増加するので好ましくない。
本発明において、前記第1ブロックと第2ブロックは、モル比が5:1〜1:1であることが好ましい。第2ブロックの含有量が著しく低い場合、熱的安定性及び機械的特性の改善が微々たるので、ディスプレイ製造工程の際に歪み現象及び破れ現象が発生するおそれがある。これに対し、第1ブロックの含有量よりもさらに高い場合、熱的安定性及び機械的特性は向上できるものの、黄色度や透過度などが低下するなど光学特性が減少し、複屈折特性も高まるので光学用素子に適用されるには不適である。但し、前記第1ブロックと第2ブロックは、ランダム共重合体をなすものであってもよく、ブロック共重合体をなすものであってもよいため、ブロックの繰り返し単位は本発明において特に制限されない。
本発明において、前記第2ブロックを形成する芳香族ジカルボニル化合物としては、テレフタロイルクロリド(p−Terephthaloyl chloride、TPC)、テレフタル酸(Terephthalic acid)、イソフタロイルジクロリド(Iso−phthaloyl dichloride)及び4,4’−ベンゾイルジクロリド(4,4’−benzoyl chloride)よりなる群から選択された1種以上であり、より好ましくは、テレフタロイルクロリド(p−Terephthaloyl chloride、TPC)及びイソフタロイルジクロリド(Iso−phthaloyl dichloride)の中から選択された1種以上を使用することができる。
前記第2ブロックを形成するジアミンとしては、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)、ビス(4−(4−アミノフェノキシ)フェニル)スルホン(BAPS)、ビス(4−(3−アミノフェノキシ)フェニル)スルホン(BAPSM)、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン(4DDS)、3,3’−ジアミノジフェニルスルホン(3DDS)、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プロパン(6HDA)、1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン(134APB)、1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン(133APB)、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ビフェニル(BAPB)、4,4’−ビス(4−アミノ−2−トリフルオロメチルフェノキシ)ビフェニル(6FAPBP)、3,3−ジアミノ−4,4−ジヒドロキシジフェニルスルホン(DABS)、2,2−ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシロキシフェニル)プロパン(BAP)、4,4’−ジアミノジフェニルメタン(DDM)、4,4’−オキシジアニリン(4−ODA)及び3,3’−オキシジアニリン(3−ODA)よりなる群から選択された1種以上の柔軟基を有するジアミンを使用することができる。
芳香族ジカルボニル化合物を使用する場合、高い熱安定性及び機械的物性を実現するには容易であるが、分子構造内のベンゼン環によって高い複屈折を示すことがある。そこで、本発明において第2ブロックによる複屈折の低下を防止するために、前記ジアミンは、分子構造に柔軟基が導入されたものを使用することが好ましく、ビス(4−(3−アミノフェノキシ)フェニル)スルホン(BAPSM)、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン(4DDS)及び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)の中から選択された1種以上のジアミンであることがより好ましい。特に、BAPSMのように柔軟基の長さが長く、置換基の位置がメタ(meta)位にあるジアミンであるほど、優れた複屈折率を示すことができる。
本発明において、前記単量体を重合してビフェニルテトラカルボン酸二無水物(BPDA)と2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン二無水物(6FDA)を含むジアンヒドリドと、ビストリフルオロメチルベンジジン(TFDB)を含むジアミンとが共重合された第1ブロック、及び芳香族ジカルボニル化合物と芳香族ジアミンとが共重合された第2ブロックを分子構造内に含むポリアミド−イミド前駆体は、GPC(Gel Permeation Chromatography)によって測定した重量平均分子量が200,000〜215,000であり、粘度が2400poise〜2600poiseであることが好ましい。
本発明は、前記ポリアミド−イミド前駆体を脱水閉環、すなわち、イミド化させた構造を有するポリアミド−イミド樹脂、またはイミド化して製造されたポリアミド−イミドフィルムを提供することもできる。本発明において、前記ポリアミド−イミド前駆体を用いてポリアミド−イミド樹脂またはポリアミド−イミドフィルムを製造するためには、次のイミド化段階を経ることができる。
まず、上述した本発明の条件を満足する<芳香族ジアンヒドリド>と<芳香族ジカルボニル化合物とジアミン>を1:1の当量比で共重合させてポリアミド−イミド前駆体溶液を製造する。この際、重合反応条件は特に限定されないが、好ましくは−10〜80℃で2〜48時間窒素またはアルゴンなどの不活性雰囲気中で行うことができる。
前記単量体の溶液重合反応のために溶媒を使用することができ、前記溶媒としては、公知の反応溶媒であれば特に限定されないが、好ましくは、m−クレゾール、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルアセトアミド(DMAc)、ジメチルスルホキシド(DMSO)、アセトン、エチルアセテートなどから選択された一つ以上の極性溶媒を使用することができる。この他にも、テトラヒドロフラン(THF)、クロロホルムなどの低沸点溶液またはγ−ブチロラクトンなどの低吸収性溶媒を使用することができる。
前記溶媒の含有量も特に限定されないが、適切なポリアミド−イミド前駆体溶液の分子量と粘度を得るために、溶媒の含有量は、全体ポリアミド−イミド前駆体溶液の50〜95重量%が好ましく、70〜90重量%であることがより好ましい。
次いで、得られたポリアミド−イミド前駆体溶液は、公知のイミド化法で適切に選択してイミド化することができ、その一例としては、熱イミド化法、化学イミド化法、熱イミド化法と化学イミド化法との組み合わせを適用することができる。
前記化学イミド化法は、ポリアミド−イミド前駆体溶液に酢酸無水物などの酸無水物で代表される脱水剤と、イソキノリン、β−ピコリン、ピリジンなどの3級アミン類などで代表されるイミド化触媒を投入して反応させる方法である。熱イミド化法は、ポリアミド−イミド前駆体溶液を40〜300℃の温度範囲で徐々に昇温させながら1〜8時間加熱して反応させる方法である。
本発明では、ポリアミド−イミドフィルムを製造する一例として、熱イミド化法と化学イミド化法とが併用された複合イミド化法を適用することができる。ここで、複合イミド化法は、より具体的には、ポリアミド−イミド前駆体溶液に脱水剤及びイミド化触媒を投入して支持体上にキャスティングした後、80〜200℃、好ましくは100〜180℃で加熱して脱水剤及びイミド化触媒を活性化し、部分的に硬化及び乾燥させた後、200〜400℃で5〜400秒間加熱する一連の過程で実行できる。
また、本発明では、得られたポリアミド−イミド前駆体溶液をイミド化した後、イミド化した溶液を第2溶媒に投入し、沈殿、濾過及び乾燥させてポリアミド−イミド樹脂の固形分を得、得られたポリアミド−イミド樹脂固形分をさらに第1溶媒に溶解させて製膜することにより、ポリアミド−イミドフィルムを製造することも可能である。前記ポリアミド−イミド樹脂固形分を濾別した後、乾燥させる条件は、第2溶媒の沸点を考慮して、温度は50〜120℃、時間は3〜24時間であることが好ましく、製膜工程は、キャスティングして40〜400℃の温度範囲で徐々に昇温させながら1分〜8時間加熱して行うことができる。
前記第1溶媒としては、ポリアミド−イミド前駆体溶液の重合の際に使用した溶媒と同じ溶媒を使用することができ、前記第2溶媒としては、ポリアミド−イミド樹脂の固形分を得るために、第1溶媒よりも極性の低い溶媒、すなわち、水、アルコール類、エーテル類及びケトン類の中から選択された1種以上を使用することができる。この際、前記第2溶媒の含有量は、特に限定されるものではないが、ポリアミド−イミド前駆体溶液の重量に対して5〜20重量倍であることが好ましい。
本発明では、フィルム内に残っている熱履歴及び残留応力を解消するために、得られたポリアミド−イミドフィルムをもう一度熱処理することができる。追加熱処理工程の温度は300〜500℃が好ましく、熱処理時間は1分〜3時間が好ましく、熱処理を済ませたフィルムの残留揮発成分は5%以下であり、好ましくは3%以下である。これにより、熱処理されたフィルムは最終的に熱的特性が非常に安定的に示されるのである。
本発明において、前記ポリアミド−イミドフィルムの厚さは、特に限定されるものではないが、5〜100μmの範囲であることが好ましく、より好ましくは9〜15μmであるのがよい。
本発明に係る前記ポリアミド−イミドフィルムは、フィルム厚さ10〜50μmを基準にTE(Transverse Electric)−TM(Transverse magnetic)で定義される複屈折(n)が0.017以下であり、550nmで測定した透過度が88%以上であり、黄色度が6.5以下である光学特性を示すので、ディスプレイの基板または保護層などの光学素子として有用に使用できる。
また、本発明に係るポリアミド−イミドフィルムは、フィルム厚さ10〜50μmを基準に熱変形解析法(TMA−Method)によって50〜250℃で2回繰り返し測定した線形熱膨張係数(CTE)が70ppm/℃以下であり、10〜50μmを基準に熱変形解析法(TMA−Method)によって50〜250℃の区間で1〜3回繰り返し測定したとき、一番目の昇温曲線における最小値(50℃で測定された寸法変化値、A)と冷却曲線における最小値(50℃で測定された寸法変化値、B)との差(|A−B|)で定義される寸法変化差(△DC)が100μm以下である。
ASTM D882(フィルム厚さ10〜50μm)に準拠して測定した破断伸度が7%以上であるので、ディスプレイ製作の際に苛酷な工程条件または急激な温度変化にも撓みまたは歪みが容易に起こらないので、優れた収率を示すことができる。
さらに、本発明は、前述したポリイミドフィルムを含むことにより、光学的特性及び物理的特性に同時に優れるうえ、製造歩留まりが高い映像表示素子を提供することができる。
以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明する。これらの実施例は、本発明をより具体的に説明するためのものに過ぎず、本発明を限定するものではない。
実施例1
攪拌器、窒素注入装置、滴下漏斗、温度調節器及び冷却器を取り付けた500mlの反応器に窒素を通過させながら、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)280.215gを充填した後、ビストリフルオロメチルベンジジン(TFDB)30.742g(0.096mol)を溶解した。これにビフェニルテトラカルボン酸ジアンヒドリド(BPDA)21.184g(0.072mol)を1時間反応させた。その後、2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン二無水物(6FDA)9.063g(0.0204mol)を入れて2時間反応させ、しかる後に、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)12.443g(0.024mol)を入れて1時間溶解させる。その後、溶液の温度を15℃以下に維持した後、酸化プロピレン(Propylene oxide)6.434g(0.1104mol)を入れた後、テレフタロイルクロリド(TPC)5.603g(0.0276mol)を入れて18時間反応させることにより、固形分濃度22重量%及び粘度2510poiseのポリアミド−イミド前駆体溶液を得た。
反応が終了した後、得られた溶液をステンレス板に塗布し、その後、60μmにキャスティングし、80℃の熱風で30分、150℃で30分、280℃で30分乾燥させた後、徐々に冷却して板から分離して厚さ12μmのポリアミド−イミドフィルムを製造した。
実施例2
攪拌器、窒素注入装置、滴下漏斗、温度調節器及び冷却器を取り付けた500mlの反応器に窒素を通過させながら、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)291.254gを充填した後、TFDB30.742g(0.096mol)を溶解した。これにBPDA14.123g(0.048mol)を1時間反応させた。その後、6FDA19.725g(0.0444mol)を入れて2時間反応させ、その後、HFBAPP 12.443g(0.024mol)を入れて1時間溶解させる。その後、溶液の温度を15℃以下に維持し、酸化プロピレン6.434g(0.1104mol)を入れた後、TPC5.603g(0.0276mol)を入れて18時間反応させることにより、固形分濃度22重量%及び粘度2010poiseのポリアミド−イミド前駆体溶液を得た。
その後、実施例1と同様の方法でポリアミド−イミドフィルムを製造した。
実施例3
攪拌器、窒素注入装置、滴下漏斗、温度調節器及び冷却器を取り付けた500mlの反応器に窒素を通過させながら、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)291.254gを充填した後、TFDB30.742g(0.096mol)を溶解させた。これにBPDA7.061g(0.024mol)を1時間反応させた。その後、6FDA30.387g(0.0684mol)を入れて2時間反応させ、しかる後に、HFBAPP12.443g(0.024mol)を入れ、1時間溶解させる。その後、溶液の温度を15℃以下に維持し、酸化プロピレン6.434g(0.1104mol)を入れた後、TPC5.603g(0.0276mol)を入れて18時間反応させることにより、固形分濃度22重量%及び粘度1860poiseのポリアミド−イミド前駆体溶液を得た。
その後、実施例1と同様の方法でポリアミド−イミドフィルムを製造した。
実施例4
攪拌器、窒素注入装置、滴下漏斗、温度調節器及び冷却器を取り付けた500mlの反応器に窒素を通過させながら、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)292.981gを充填した後、TFDB30.742g(0.096mol)を溶解させた。これにBPDA14.123g(0.048mol)を1時間反応させた。その後、6FDA19.725g(0.0444mol)を入れて2時間反応させ、しかる後に、HFBAPP12.443g(0.024mol)を入れて1時間溶解させる。その後、溶液の温度を15℃以下に維持し、酸化プロピレン6.434g(0.1104mol)を入れた後、イソフタロイルジクロリド(IPC)5.603g(0.0276mol)を入れて18時間反応させることにより、固形分濃度22重量%及び粘度1460poiseのポリアミド−イミド前駆体溶液を得た。
その後、実施例1と同様の方法でポリアミド−イミドフィルムを製造した。
実施例5
攪拌器、窒素注入装置、滴下漏斗、温度調節器及び冷却器を取り付けた500mlの反応器に窒素を通過させながら、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)294.343gを充填した後、TFDB26.899g(0.084mol)を溶解させた。これにBPDA12.357g(0.042mol)を1時間反応させた。その後、6FDA17.059g(0.0384mol)を入れて2時間反応させた後、HFBAPP18.665g(0.036mol)を入れて1時間溶解させる。しかる後に、溶液の温度を15℃以下に維持し、酸化プロピレン9.232g(0.1584mol)を入れた後、TPC8.040g(0.0396mol)を入れて18時間反応させることにより、固形分濃度22重量%及び粘度1560poiseのポリアミド−イミド前駆体溶液を得た。
その後、実施例1と同様の方法でポリアミド−イミドフィルムを製造した。
実施例6
攪拌器、窒素注入装置、滴下漏斗、温度調節器及び冷却器を取り付けた500mlの反応器に窒素を通過させながら、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)298.958gを充填した後、TFDB19.214g(0.06mol)を溶解させた。これにBPDA8.827g(0.03mol)を1時間反応させた。その後、6FDA12.261g(0.0276mol)を入れて2時間反応させた後、HFBAPP31.108g(0.06mol)を入れ、1時間溶解させる。その後、溶液の温度を15℃以下に維持し、酸化プロピレン14.826g(0.254mol)を入れた後、TPC12.912g(0.0636mol)を入れて18時間反応させることにより、固形分濃度22重量%及び粘度1364poiseのポリアミド−イミド前駆体溶液を得た。
その後、実施例1と同様の方法でポリアミド−イミドフィルムを製造した。
実施例7
攪拌器、窒素注入装置、滴下漏斗、温度調節器及び冷却器を取り付けた500mlの反応器に窒素を通過させながら、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)285.666gを充填した後、TFDB30.742g(0.096mol)を溶解させた。これにBPDA14.123g(0.048mol)を1時間反応させた。その後、6FDA19.725g(0.0444mol)を入れて2時間反応させた後、ビス(4−(3−アミノフェノキシ)フェニル)スルホン(BAPSM)10.38g(0.024mol)を入れて1時間溶解させる。その後、溶液の温度を15℃以下に維持し、酸化プロピレン6.434g(0.1104mol)を入れた後、TPC5.603g(0.0276mol)を入れて18時間反応させることにより、固形分濃度22重量%及び粘度3010poiseのポリアミド−イミド前駆体溶液を得た。
その後、実施例1と同様の方法でポリアミド−イミドフィルムを製造した。
実施例8
攪拌器、窒素注入装置、滴下漏斗、温度調節器及び冷却器を取り付けた500mlの反応器に窒素を通過させながら、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)291.254gを充填した後、TFDB30.742g(0.096mol)を溶解させた。これにBPDA14.123g(0.048mol)を1時間反応させた。その後、6FDA19.725g(0.0444mol)を入れて2時間反応させた後、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン(4DDS)5.959g(0.024mol)を入れて1時間溶解させる。その後、溶液の温度を15℃以下に維持し、酸化プロピレン6.434g(0.1104mol)を入れた後、TPC5.603g(0.0276mol)を入れて18時間反応させることにより、固形分濃度22重量%及び粘度518poiseのポリアミド−イミド前駆体溶液を得た。
その後、実施例1と同様の方法でポリアミド−イミドフィルムを製造した。
比較例1
攪拌器、窒素注入装置、滴下漏斗、温度調節器及び冷却器を取り付けた500mlの反応器に窒素を通過させながら、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)327.071gを充填した後、HFBAPP41.477g(0.08mol)を入れて溶解させ、しかる後に、溶液の温度を15℃以下に維持し、酸化プロピレン18.65g(0.32mol)を入れた後、TPC16.242g(0.08mol)を入れ、18時間反応させることにより、固形分濃度15重量%及び粘度1640poiseのポリアミド−イミド前駆体溶液を得た。
その後、実施例1と同様の方法でポリアミド−イミドフィルムを製造した。
比較例2
攪拌器、窒素注入装置、滴下漏斗、温度調節器及び冷却器を取り付けた500mlの反応器に窒素を通過させながら、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)327.071gを充填した後、HFBAPP41.477g(0.08mol)を入れて溶解させ、しかる後に、溶液の温度を15℃以下に維持し、酸化プロピレン18.65g(0.32mol)を入れた後、IPC16.242g(0.08mol)を入れ、18時間反応させることにより、固形分濃度15重量%及び粘度1140poiseのポリアミド−イミド前駆体溶液を得た。
その後、実施例1と同様の方法でポリアミド−イミドフィルムを製造した。
比較例3
攪拌器、窒素注入装置、滴下漏斗、温度調節器及び冷却器を取り付けた500mlの反応器に窒素を通過させながら、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)288.098gを充填した後、BAPSM34.599g(0.08mol)を入れて溶解させ、しかる後に、溶液の温度を15℃以下に維持し、酸化プロピレン18.65g(0.32mol)を入れた後、TPC16.242g(0.08mol)を入れて18時間反応させることにより、固形分濃度15重量%及び粘度210poiseのポリアミド−イミド前駆体溶液を得た。
その後、実施例1と同様の方法でポリアミド−イミドフィルムを製造した。
比較例4
攪拌器、窒素注入装置、滴下漏斗、温度調節器及び冷却器を取り付けた500mlの反応器に窒素を通過させながら、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)324.958gを充填した後、4DDS19.865g(0.08mol)を入れて溶解させ、しかる後に、溶液の温度を15℃以下に維持し、酸化プロピレン18.65g(0.32mol)を入れた後、TPC16.242g(0.08mol)を入れて18時間反応させることにより、固形分濃度10重量%及び粘度24poiseのポリアミド−イミド前駆体溶液を得た。
その後、実施例1と同様の方法でポリアミド−イミドフィルムを製造した。
比較例5
攪拌器、窒素注入装置、滴下漏斗、温度調節器及び冷却器を取り付けた500mlの反応器に窒素を通過させながら、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)312.94gを充填した後、TFDB38.428g(0.12mol)を入れて溶解させ、しかる後に、BPDA26.48g(0.09mol)を入れて2時間反応させた後、これに6FDA13.328g(0.03mol)を入れて18時間反応させることにより、固形分濃度20重量%及び粘度450poiseのポリアミド−イミド前駆体溶液を得た。
その後、実施例1と同様の方法でポリアミド−イミドフィルムを製造した。
比較例6
攪拌器、窒素注入装置、滴下漏斗、温度調節器及び冷却器を取り付けた500mlの反応器に窒素を通過させながら、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)330.943gを充填した後、TFDB38.428g(0.12mol)を入れて溶解させ、しかる後に、BPDA17.653g(0.06mol)を入れて2時間反応させた後、これに6FDA26.655g(0.03mol)を入れて18時間反応させることにより、固形分濃度20重量%及び粘度342poiseのポリアミド−イミド前駆体溶液を得た。
その後、実施例1と同様の方法でポリアミド−イミドフィルムを製造した。
比較例7
攪拌器、窒素注入装置、滴下漏斗、温度調節器及び冷却器を取り付けた500mlの反応器に窒素を通過させながら、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)348.947gを充填した後、TFDB38.428g(0.12mol)を入れて溶解させ、しかる後に、BPDA8.827g(0.03mol)を入れて2時間反応させた後、これに6FDA39.983g(0.09mol)を入れて18時間反応させることにより、固形分濃度20重量%及び粘度245poiseのポリアミド−イミド前駆体溶液を得た。
その後、実施例1と同様の方法でポリアミド−イミドフィルムを製造した。
比較例8
攪拌器、窒素注入装置、滴下漏斗、温度調節器及び冷却器を取り付けた500mlの反応器に窒素を通過させながら、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)317.68gを充填した後、TFDB26.899g(0.084mol)を溶解させた。これに6FDA36.197g(0.08148mol)を入れて2時間反応させ、その後、HFBAPP18.665g(0.036mol)を入れて1時間溶解させる。しかる後に、溶液の温度を15℃以下に維持し、酸化プロピレン8.392g(0.144mol)を入れた後、TPC7.309g(0.036mol)を入れて18時間反応させることにより、固形分濃度22重量%及び粘度1840poiseのポリアミド−イミド前駆体溶液を得た。
その後、実施例1と同様の方法でポリアミド−イミドフィルムを製造した。
比較例9
攪拌器、窒素注入装置、滴下漏斗、温度調節器及び冷却器を取り付けた500mlの反応器に窒素を通過させながら、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)274.343gを充填した後、TFDB26.899g(0.084mol)を溶解させた。BPDA23.973g(0.0814mol)を入れて2時間反応させ、しかる後に、HFBAPP18.665g(0.036mol)を入れて1時間溶解させる。その後、溶液の温度を15℃以下に維持し、酸化プロピレン8.392g(0.144mol)を入れた後、TPC7.309g(0.036mol)を入れて18時間反応させることにより、固形分濃度22重量%及び粘度1140poiseのポリアミド−イミド前駆体溶液を得た。
その後、実施例1と同様の方法でポリアミド−イミドフィルムを製造した。
比較例10
攪拌器、窒素注入装置、滴下漏斗、温度調節器及び冷却器を取り付けた500mlの反応器に窒素を通過させながら、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)273.972gを充填した後、4DDS20.859g(0.084mol)を溶解させた。BPDA12.357g(0.042mol)を入れて2時間反応させ、6FDA17.539g(0.0394mol)を投入した後、2時間反応させる。しかる後に、HFBAPP18.665g(0.036mol)を入れて1時間溶解させる。その後、溶液の温度を15℃以下に維持し、酸化プロピレン8.392g(0.144mol)を入れた後、TPC7.309g(0.036mol)を入れて18時間反応させることにより、固形分濃度22重量%及び粘度214poiseのポリアミド−イミド前駆体溶液を得た。
その後、実施例1と同様の方法でポリアミド−イミドフィルムを製造した。
比較例11
攪拌器、窒素注入装置、滴下漏斗、温度調節器及び冷却器を取り付けた500mlの反応器に窒素を通過させながら、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)261.6gを充填した後、TFDB26.899g(0.084mol)と4DDS8.94g(0.036mol)を溶解させた。BPDA12.357g(0.042mol)と6FDA17.539g(0.0394mol)を入れて溶解させた後、溶液の温度を15℃以下に維持し、酸化プロピレン8.392g(0.144mol)を入れた後、TPC7.309g(0.036mol)を入れて18時間反応させることにより、固形分濃度22重量%及び粘度524poiseのポリアミド−イミド前駆体溶液を得た。
その後、実施例1と同様の方法でポリアミド−イミドフィルムを製造した。
比較例12
攪拌器、窒素注入装置、滴下漏斗、温度調節器及び冷却器を取り付けた500mlの反応器に窒素を通過させながら、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)272.12gを充填した後、TFDB38.428g(0.12mol)を溶解させた。BPDA12.357g(0.042mol)と6FDA17.539g(0.042mol)を入れて溶解させた後、溶液の温度を15℃以下に維持し、酸化プロピレン8.392g(0.144mol)を入れた後、TPC7.309g(0.036mol)を入れて18時間反応させることにより、固形分濃度22重量%及び粘度1420poiseのポリアミド−イミド前駆体溶液を得た。
その後、実施例1と同様の方法でポリアミド−イミドフィルムを製造した。
比較例13
攪拌器、窒素注入装置、滴下漏斗、温度調節器及び冷却器を取り付けた500mlの反応器に窒素を通過させながら、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)270.874gを充填した後、TFDB11.528g(0.036mol)を溶解させた。BPDA3.531g(0.012mol)を2時間反応させた後、6FDA10.129g(0.0228mol)を入れて2時間反応させ、しかる後に、HFBAPP43.551g(0.084mol)を入れて1時間溶解させる。その後、溶液の温度を15℃以下に維持し、酸化プロピレン19.582g(0.336mol)を入れた後、TPC17.054g(0.084mol)を入れて18時間反応させることにより、固形分濃度22重量%及び粘度272poiseのポリアミド−イミド前駆体溶液を得た。
その後、実施例1と同様の方法でポリアミド−イミドフィルムを製造した。
<測定例>
上記の実施例及び比較例で製造されたポリアミド−イミドフィルムの物性を下記の方法で評価し、その結果を下記表1に示した。
(1)粘度:ブルックフィールド(Brookfield)粘度計(RVDV−II+P)を25℃で6番または7番scandalを用いて50rpmで2回測定し、その平均値を求めた。
(2)透過度の測定:UV分光計(コニカミノルタ、CM−3700d)を用いて550nmで透過度を3回測定し、その平均値を表1に示した。
(3)黄色度(Y.I.)の測定:UV分光計(コニカミノルタ、CM−3700d)を用いてASTM E313に準拠して黄色度を測定した。
(4)複屈折の測定:複屈折分析器(Prism Coupler、Sairon SPA4000)を用いて、532nmでTE(Transverse Electric)モードとTM(Transverse magnetic)モードでそれぞれ3回ずつ測定し、その平均値を求め、(TEモード)−(TMモード)を複屈折値として反映した。
(5)熱膨張係数(CTE)の測定:TMA(TA Instrument社、Q400)を用いて、TMA−Methodに基づいて2回にわたって50〜250℃での線形熱膨張係数を測定した。試験片の大きさは4mm×24mm、荷重は0.02N、昇温速度は10℃/minとした。このとき、フィルムを製膜し、熱処理によってフィルム内に残留応力が残っている可能性があるため、1番目の作動(Run)で残留応力を完全に除去した後、2番目の値を実測値として提示した。
(6)寸法変化(Dimension Change(DC))の測定:TMA(TA Instrument社、Q400)を用いて、熱変形解析法(TMA−Method)によって50〜250℃の区間で1〜3回繰り返し測定し、1番目の昇温曲線における最小値(50℃で測定された寸法変化値、A)と冷却曲線における最小値(50℃で測定された寸法変化値、B)との差(寸法変化差△DC=|A−B|)を計算した。
(7)破断伸度(Elongation at break)(%)の測定:Instron社の5967を用いてASTM−D882に準拠して測定した。試験片の大きさを15mm×100mmとし、Load cell 1KNを用いて、引張速度(Tension rate)を10mm/minとして測定した。
Figure 2018506611
Figure 2018506611
表1及び表2に示すように、実施例1〜8は、比較例1〜4と比較したとき、平均的に透過度は高く、黄色度(YI)及び複屈折率は低いため、無色透明でありながらも優れた複屈折率特性を有するフィルムとして適することが分かった。また、熱膨張係数が低いため、耐熱性に優れることが分かった。
一方、比較例5〜7は、透過度及び黄色度の面で優れた特性を示すが、機械的物性(破断伸度%)と寸法変化(Dimension Change)の面で大きな値を示すことを確認することができた。これに対し、実施例1〜8は、比較例5〜7と同等レベルの透過度を有しながらも複屈折率にさらに優れ、さらに寸法変化が小さく、破断伸度に優れるため機械的特性が一般ポリイミドフィルムに比べて優れることが分かった。特に、柔軟基の長さが長く、置換基の位置がメタ(meta)位であるジアミン(BAPSM)を添加した場合(実施例7)は、複屈折及びCTE値がより改善されることを確認することができた。
また、ジアンヒドリドにBPDAが含まれていない比較例8の場合は、耐熱性及び伸度の改善に限界があり、比較例9のように6FDAが含まれていない場合は、光学特性及び寸法変化が低下した。また、第1ブロックを形成するジアミンとしてTFDBが使用されない場合は、比較例10のように破断伸度の改善効果が低調であり、第1ブロックと第2ブロックを順序どおりに形成しないため重合がランダムに起こった比較例11の場合は、ブロックが区分されるように重合した実施例5に比べて複屈折率及び透過率が低いことが分かった。
さらに、比較例12のように柔軟基を持つ別途の芳香族ジアミンを使用せずに、第1ブロックが形成されて残ったジアミンを用いて第2ブロックを形成する場合には、複屈折の制御及び伸度の改善が難しいことが分かったとともに、比較例13のように第2ブロックが第1ブロックよりも高いモル比を有する場合には、破断伸度は大きく改善されるが、比較例1〜4のように黄色度などの光学特性及び耐熱度の改善には限界があることが確認された。

Claims (13)

  1. ジアンヒドリドとジアミンを含む単量体が共重合された第1ブロック及び芳香族ジカルボニル化合物と芳香族ジアミンとを含む単量体が共重合された第2ブロックを分子構造内に含み、
    前記ジアンヒドリドは、ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(BPDA)と2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン二無水物(6FDA)とを含み、前記ジアミンは、ビストリフルオロメチルベンジジン(TFDB)を含むことを特徴とするポリアミド−イミド前駆体。
  2. 前記第2ブロックを形成する芳香族ジカルボニル化合物は、テレフタロイルクロリド(p−Terephthaloyl chloride、TPC)、イソフタロイルジクロリド(Iso−phthaloyl dichloride)、及び4,4’−ベンゾイルジクロリド(4,4’−benzoyl chloride)よりなる群から選択された1種以上である請求項1に記載のポリアミド−イミド前駆体。
  3. 前記第2ブロックを形成する芳香族ジアミンは、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)、ビス(4−(4−アミノフェノキシ)フェニル)スルホン(BAPS)、ビス(4−(3−アミノフェノキシ)フェニル)スルホン(BAPSM)、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン(4DDS)、3,3’−ジアミノジフェニルスルホン(3DDS)、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プロパン(6HDA)、1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン(134APB)、1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン(133APB)、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ビフェニル(BAPB)、4,4’−ビス(4−アミノ−2−トリフルオロメチルフェノキシ)ビフェニル(6FAPBP)、3,3−ジアミノ−4,4−ジヒドロキシジフェニルスルホン(DABS)、2,2−ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシロキシフェニル)プロパン(BAP)、4,4’−ジアミノジフェニルメタン(DDM)、4,4’−オキシジアニリン(4−ODA)、及び3,3’−オキシジアニリン(3−ODA)よりなる群から選択された1種以上である請求項1に記載のポリアミド−イミド前駆体。
  4. 前記第1ブロックと前記第2ブロックは、モル比が5:1〜1:1である請求項1に記載のポリアミド−イミド前駆体。
  5. 前記ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(BPDA)と2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン二無水物(6FDA)は、第1ブロックを形成するジアンヒドリド内に1:3〜3:1のモル比で含まれる請求項1に記載のポリアミド−イミド前駆体。
  6. 請求項1〜5のいずれか一項のポリアミド−イミド前駆体をイミド化させた構造を有するポリアミド−イミド樹脂。
  7. 請求項1〜5のいずれか一項のポリアミド−イミド前駆体をイミド化して製造されたポリアミド−イミドフィルム。
  8. 前記ポリアミド−イミドフィルムは、TE(Transverse Electric)−TM(Transverse magnetic)で定義される複屈折(n)が0.017以下である請求項7に記載のポリアミド−イミドフィルム。
  9. 前記ポリアミド−イミドフィルムは、フィルム厚さ10〜50μmを基準に、熱変形解析法(TMA−Method)によって50〜250℃で2回繰り返し測定した線形熱膨張係数(CTE)が70ppm/℃以下である請求項7に記載のポリアミド−イミドフィルム。
  10. 前記ポリアミド−イミドフィルムは、フィルム厚さ10〜50μmを基準に、550nmで測定した透過度が88%以上であり、黄色度が6.5以下である請求項7に記載のポリアミド−イミドフィルム。
  11. 前記ポリイミドフィルムは、ASTM D882(フィルム厚さ10〜50μm)に準拠して測定した破断伸度が7%以上である請求項7に記載のポリアミド−イミドフィルム。
  12. 前記ポリイミドフィルムは、フィルム厚さ10〜50μmを基準に、熱変形解析法(TMA−Method)によって50〜250℃の区間で1〜3回繰り返し測定したとき、1番目の昇温曲線における最小値(50℃で測定された寸法変化値、A)と冷却曲線における最小値(50℃で測定された寸法変化値、B)との差(|A−B|)で定義される寸法変化差(△DC)が100μm以下である請求項7に記載のポリアミド−イミドフィルム。
  13. 請求項7のポリアミド−イミドフィルムを含む映像表示素子。
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