JP2024519785A - 高分子樹脂組成物、高分子樹脂フィルムの製造方法、高分子樹脂フィルムおよびこれを用いたディスプレイ装置用基板、および光学装置 - Google Patents
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Abstract
本発明は、無機膜でのコーティング性が改善されると同時に優れた耐熱性などの物性を実現することができる高分子樹脂組成物、高分子樹脂フィルムの製造方法、高分子樹脂フィルムおよびこれを用いたディスプレイ装置用基板、および光学装置に関する。
Description
[関連出願との相互引用]
本出願は、2022年3月15日付韓国特許出願第10-2022-0032290号に基く優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は本明細書の一部として含まれる。
本出願は、2022年3月15日付韓国特許出願第10-2022-0032290号に基く優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は本明細書の一部として含まれる。
本発明は、無機膜でのコーティング性が改善され、同時に優れた耐熱性などの物性を実現することができる高分子樹脂組成物、高分子樹脂フィルムの製造方法、高分子樹脂フィルムおよびこれを用いたディスプレイ装置用基板、および光学装置に関する。
表示装置市場は、大面積が容易で薄型および軽量化が可能な平板ディスプレイ(FlatPanel Display;FPD)を中心に急速に変化している。このような平板ディスプレイには、液晶表示装置(Liquid Crystal Display;LCD)、有機発光表示装置(Organic Light Emitting Display;OLED)または、電気泳動表示装置(electrophoretic display;EPD)等がある。
リジッドタイプ(rigid type)のディスプレイは、ガラス基板を基材として使用して製造される。フレキシブルタイプ(flexible type)のディスプレイは、プラスチック素材の基板を基材に使用して製造される。
しかし、フレキシブルタイプのディスプレイには、プラスチック素材の基板が適用されるため、復原残像のような問題が現れる。そして、プラスチック素材の基板は、ガラス基板に比べて耐熱性、熱伝導度、および電気絶縁性が落ちる問題がある。
それにもかかわらず、ガラス基板から代替して軽くて、柔軟で、連続工程で製造可能な長所を有するプラスチック基板をモバイル電話、ノートパソコンPC、TVなどに適用するための研究が活発に行われている。
ポリイミド樹脂は合成が容易で、薄膜で製造でき、高温工程に適用可能な長所を有している。各種電子機器の軽量および精密化の傾向と相まって、ポリイミド樹脂は半導体材料に集積化素材として多く適用されている。特に、ポリイミド樹脂を軽くて柔軟な性質が要求されるフレキシブルプラスチックディスプレイ基板(flexible plastic display board)に適用しようとする多くの研究が行われている。
それだけでなく、ポリイミド樹脂などの基板材料は、ポリイミド樹脂を含む溶液状の組成物で供給されているが、主溶媒に使用されるメチルピロリドンなどの溶媒が有害化合物に該当し、これから代替できる溶媒を活用した組成物の開発が持続的に求められている。
本発明は、無機膜でのコーティング性が改善すると同時に、優れた耐熱性などの物性を実現することができる高分子樹脂組成物に関する。
また、本発明は、前記高分子樹脂組成物を用いた高分子樹脂フィルムの製造方法、高分子樹脂フィルムおよびこれを用いたディスプレイ装置用基板、および光学装置を提供する。
前記課題を解決するため、本明細書では、ポリイミド系樹脂、下記の化学式1で表される化合物および下記の化学式2で表される化合物を含む、高分子樹脂組成物が提供される。
[化学式1]
前記化学式1中、R1~R3は、それぞれ独立して水素または炭素数1~10以下のアルキル基であり、
[化学式2]
[化学式1]
[化学式2]
前記化学式2中、R4は炭素数1~10以下のアルキル基であり、nは0以上3以下の整数である。
本明細書では、また前記高分子樹脂組成物を基板に塗布して塗膜を形成する段階;前記塗膜を乾燥する段階;前記乾燥された塗膜を熱処理して硬化する段階を含む、高分子樹脂フィルムの製造方法が提供される。
本明細書では、またTd1%が560℃以上であり、380nm~780nm波長に対する透過度が65%以上である、高分子樹脂フィルムが提供される。
本明細書では、また前記高分子樹脂フィルムを含む、ディスプレイ装置用基板が提供される。
本明細書では、また前記高分子樹脂フィルムを含む、光学装置が提供される。
以下、発明の具体的な具現例による高分子樹脂組成物、高分子樹脂フィルムの製造方法、高分子樹脂フィルムおよびこれを用いたディスプレイ装置用基板、および光学装置についてより詳細に説明する。
本明細書で明示的な言及がない限り、専門用語は単に特定実施例を言及するためのものであり、本発明を限定しようとする意図はない。
本明細書で使用される単数の表現は、文面がこれと明確に反対の意味を示さない限り複数の表現も含む。
本明細書で使用される「含む」の意味は、特定特性、領域、整数、段階、動作、要素および/または、成分を具体化し、他の特定特性、領域、整数、段階、動作、要素、成分および/または、群の存在や付加を除外するものではない。
そして、本明細書において「第1」および「第2」のように序数を含む用語は、一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的で使用され、前記序数によって限られない。例えば、本発明の範囲内で、第1構成要素は第2構成要素としても命名することができ、同様に第2構成要素は第1構成要素に命名することができる。
本明細書において、(共)重合体は、重合体または共重合体を全て含む意味であり、前記重合体は、単一繰り返し単位で構成される単独重合体を意味し、共重合体は2種以上の繰り返し単位を含む複合重合体を意味する。
本明細書において、置換基の例示は、下記で説明するが、これに限定されるものではない。
本明細書で、「置換」という用語は、化合物内の水素原子の代わりに他の官能基が結合することを意味し、置換される位置は、水素原子が置換される位置、即ち、置換基が置換可能な位置であれば限定されず、2以上置換される場合、2以上の置換基は互いに同一または相異することができる。
本明細書において「置換または非置換された」という用語は、重水素;ハロゲン基;シアノ基;ニトロ基;ヒドロキシル基;カルボニル基;エステル基;イミド基;アミド基;1次アミノ基;カルボキシ基;スルホン酸基;スルホンアミド基;ホスフィンオキシド基;アルコキシ基;アリールオキシ基;アルキルチオキシ基;アリールチオキシ基;アルキルスルホキシ基;アリールスルホキシ基;シリル基;ホウ素基;アルキル基;シクロアルキル基;アルケニル基;アリール基;アラルキル基;アラルケニル基;アルキルアリール基;アルコキシシリルアルキル基;アリールホスフィン基;またはN、OおよびS原子のうち1つ以上を含むヘテロ環基からなる群から選択される1つ以上の置換基に置換または非置換されたり、前記例示した置換基のうち2以上の置換基が連結された置換または非置換されたものを意味する。例えば、「2以上の置換基が連結された置換基」は、ビフェニル基であることができる。
即ち、ビフェニル基はアリール基であってもよく、2つのフェニル基が連結された置換基と解釈することもできる。
本明細書において、
または
は、他の置換基に連結される結合を意味し、直接結合は、Lで示される部分に別途の原子が存在しないことを意味する。
本明細書において、芳香族(aromatic)は、ヒュッケル則(Huckels Rule)を満たす特性であり、前記ヒュッケル則により次の三つ条件を全て満たす場合を芳香族と定義することができる。
1)空のp-オービタル、不飽和結合、ホール電子双などによって完全にコンジュゲーションを形成している4n+2個の電子が存在しなければならない。
2)4n+2個の電子は、平面状異性体を構成しなければならず、環構造をなさなければならない。
3)環の全ての原子がコンジュゲーションに参加できること。
1)空のp-オービタル、不飽和結合、ホール電子双などによって完全にコンジュゲーションを形成している4n+2個の電子が存在しなければならない。
2)4n+2個の電子は、平面状異性体を構成しなければならず、環構造をなさなければならない。
3)環の全ての原子がコンジュゲーションに参加できること。
本明細書において、多価官能基(multivalent functional group)は、任意の化合物に結合された複数の水素原子が除去された形態の残基であり、例えば、2価官能基、3価官能基、4価官能基を挙げることができる。一例に、シクロブタンから由来した4価官能基は、シクロブタンに結合された任意の水素原子4つが除去された形態の残基を意味する。
本明細書において、アリール基は、アレーン(arene)から由来した1価官能基であり、特に限定されないが、炭素数6~20であることが好ましく、単環式アリール基または多環式アリール基であることができる。前記アリール基が単環式アリール基としては、フェニル基、ビフェニル基、ターフェニル基などであり、これに限定されるものではない。前記多環式アリール基としては、ナフチル基、アントラセニル基、フェナントリル基、ピレニル基、ペリレニル基、クライセニル基、フルオレニル基などであることができるが、これに限定されるものではない。前記アリール基は、置換または非置換であってもよく、置換される場合の置換基の例は上述の通りである。
本明細書において、直接結合または単結合は、当該位置にいかなる原子または原子団も存在せず、結合線で連結されることを意味する。具体的には、化学式のうち、L1、L2で表される部分に別の原子が存在しない場合を意味する。
本明細書において、重量平均分子量は、GPC法により測定したポリスチレン換算の重量平均分子量を意味する。前記GPC法によって測定したポリスチレン換算の重量平均分子量を測定する過程では、通常知られた分析装置と示差屈折検出器(Refractive Index Detector)等の検出器および分析用カラムを使用することができ、通常適用される温度条件、溶媒、flow rateを適用することができる。前記測定条件の具体的な例として、Polymer Laboratories PLgel MIX-B300mmの長さカラムを利用してWaters PL-GPC220機器を利用し、評価温度は160℃で、1,2,4-トリクロロベンゼンを溶媒として使用し、流速は1mL/minの速度で、サンプルは10mg/10mLの濃度に調製した後、200μLの量で供給し、ポリスチレン標準を利用して形成された検量線を利用してMwの値を求めることができる。ポリスチレン標準品の分子量は、2,000/10,000/30,000/70,000/200,000/700,000/2,000,000/4,000,000/10,000,000の9種を使用した。
以下、本発明をより詳しく説明する。
発明の一具現例によると、ポリイミド系樹脂、前記化学式1で表される化合物および前記化学式2で表される化合物を含む、高分子樹脂組成物が提供することができる。
本発明者は、前記一具現例の高分子樹脂組成物のように前記化学式1で表される化合物および前記化学式2で表される化合物を含み、従来幅広く使用されるN-メチルピロリドン(NMP)は国内規制事項(NCIS)で有害化学物質に指定されており、これを代替するためのDEAc、GVL、DEFなどの適用時に、硬化過程での浮き上がる問題が発生するが、ケミカル触媒を後添して、浮き上がる現象がない優れた高分子樹脂組成物が提供される可能性があることを実験を通して確認し、発明を完成させた。
また、後述するように本発明による高分子樹脂組成物は、無機膜蒸着基板での浮き上がる現象がないと共に、本発明の高分子樹脂組成物を用いたディスプレイ装置用基板が430℃以上の高温の工程を経た後も、黄色指数や透光度などの光学特性が大きく変化せず、個別層の形態や積層構造の形態の変形が大きくなく、物理的特性の変化も大きくないことを実験を通じて確認し、発明を完成させた。
特に、前記一具現例の高分子樹脂組成物は、前記化学式1で表される化合物および前記化学式2で表される化合物を含むため、400℃以上の高温が適用される工程、特にディスプレイ装置用基板の製造工程でも光学特性の低下や形態の変形が大きくなく、さらに表面抵抗が高くてディスプレイパネルでの残像およびパネル部誤作動が発生することを防止することができ、これにより、高品質の光学装置を提供することができる。
具体的には、前記具現例の高分子樹脂組成物は、ポリイミド系樹脂、下記の化学式1で表される化合物および下記の化学式2で表される化合物を含むことができる。
[化学式1]
前記化学式1中、R1~R3はそれぞれ独立して水素または炭素数1~10以下のアルキル基であり、
[化学式2]
前記化学式2中、R4は炭素数1~10以下のアルキル基であり、nは0以上3以下の整数である。
[化学式1]
[化学式2]
前記化学式1で表される化合物および前記化学式2で表される化合物は、沸点が150℃以上であることができる。即ち、前記化学式1で表される化合物および前記化学式2で表される化合物は、20℃以上30℃以下の常温で液体状態で存在し、前記具現例の高分子樹脂組成物に溶媒の形態で含まれることができる。
前記化学式1で表される化合物中、R1~R3はそれぞれ独立して炭素数1~10以下のアルキル基であることもでき、例えば、前記化学式1中、R1およびR2は、炭素数2~10以下のアルキル基であることもでき、R3は炭素数1~10以下のアルキル基であることができる。
より具体的には、前記化学式1で表される化合物は、下記の化学式1-1で表される化合物を含むことができる。
[化学式1-1]
前記化学式2で表される化合物中、R4は炭素数1~10以下のアルキル基であり、nは1以上3以下の整数であることができる。
[化学式1-1]
より具体的には、前記化学式2で表される化合物は、下記の化学式2-1で表される化合物を含むことができる。
[化学式2-1]
。
[化学式2-1]
前記化学式1で表される化合物および前記化学式2で表される化合物は、国内規制事項(NCIS)で既存の化学物質として登載されているため、これを含む前記具現例の高分子樹脂組成物が従来の高分子樹脂組成物とは異なり、N-有害化学物質として指定されているメチルピロリドン(NMP)から代替可能な高分子樹脂組成物が提供されることができる。
前記高分子樹脂組成物は、高分子樹脂組成物の全体に対して下記の化学式3で表される化合物を0.0001重量%未満、または0.00001重量%未満で含むことができる。
[化学式3]
前記化学式3中、R5は炭素数1~10以下のアルキル基であり、nは0以上3以下の整数であり、R6は水素または炭素数1~10以下のアルキル基である。
[化学式3]
全体高分子樹脂組成物に対して前記化学式3で表される化合物を0.0001重量%未満含むことは、前記具現例の高分子樹脂組成物が実質的に前記化学式3で表される化合物を含まないことを意味することができる。
前記高分子樹脂組成物は、高分子樹脂組成物の全体に対して前記化学式3で表される化合物を0.0001重量%未満含むことにより、前記具現例の高分子樹脂組成物の溶媒が完全に具現されることができる。
高分子樹脂組成物の全体に対して前記化学式3で表される化合物を0.0001重量%以上含む場合、有害化学物質に指定され、生殖毒性を引き起こす可能性がある。これに従来前記化学式3で表される化合物を含む高分子樹脂組成物の場合、環境安定性が悪く、工程上、作業者の環境安定性が悪く、これから代替できる溶媒の開発が要求されてきた。
一方、前記具現例の高分子樹脂組成物は、前記化学式1で表される化合物および前記化学式2で表される化合物を同時に含むことができる。
前記化学式1で表される化合物のみを含む場合、化学式1で表される化合物の沸点などの物性により、無機膜でのコーティング性などの技術的問題が発生する可能性があり、前記化学式2で表される化合物のみを含む場合、重合度の低下により高分子形成に技術的な問題が発生する可能性がある。
具体的には、前記具現例の高分子樹脂組成物は、前記化学式1で表される化合物100重量部に対して、前記化学式2で表される化合物を99重量部以下、50重量部以上99重量部以下、50重量部以上90重量部以下、50重量部以上80重量部以下、50重量部以上75重量部以下、60重量部以上75重量部以下、60重量部以上70重量部以下含むことができる。
前記具現例の高分子樹脂組成物が前記化学式1で表される化合物100重量部に対して、前記化学式2で表される化合物を99重量部超過含む場合、重合度の低下によって高分子形成が低下することがある。
前記具現例の高分子樹脂組成物は、炭素数5以上の窒素含有多重環化合物を含むことができる。前記炭素数5以上の窒素含有多重環化合物は、高分子樹脂組成物に含まれてポリイミド系樹脂のイミド化を促進する触媒として作用し、溶媒が揮発される前に高分子樹脂組成物内のポリイミド系樹脂の高分子整列および水分除去が効果的に行われるため、最終製造される光学装置で高分子樹脂フィルムの膜浮き現象を最少化することができる。
前記炭素数5以上の窒素含有多重環化合物の種類は特に限定されないが、例えば、炭素数5以上の窒素含有ヘテロ環式化合物を含むことができる。本明細書において、ヘテロ環式化合物は異種原子として、O、N、SiおよびSのうち1つ以上を含む環化合物を意味する。前記炭素数5以上の窒素含有ヘテロ環式化合物は、例えば1,4-diazabicyclo[2,2,2]octane(DABCO)またはレピジン(Lepidine、4-methylquinoline)を含むことができる。
より具体的には、前記炭素数5以上の窒素含有多重環化合物は、炭素数5以上の窒素含有ヘテロ環芳香族化合物を含むことができる。本明細書において、ヘテロ環芳香族化合物は、異種原子としてO、N、SiおよびSのうち1つ以上を含む環芳香族化合物を意味する。ヘテロ環芳香族化合物の例としては、チオフェン、フラン、ピロール、イミダゾール、チアゾール、オキサゾール、オキサジアゾール、トリアゾル、ピリジル基、ビピリジン、ピリミジン、トリアジン、アクリジンピリダジン、ピラジン、キノリン、キナゾリン、キノキサリン、フタラジン、ピリドピリミジン、ピリドピラジン、ピラジノピラジン、イソキノリン、インドール、カルバゾール、ベンゾオキサゾール、ベンゾイミダゾール、ベンゾチアゾール、ベンゾカルバゾール、ベンゾチオフェン、ジベンゾチオフェン、ベンゾフラニル基、フェナントロリン(phenanthroline)、イソオキサゾール、チアジアゾール、フェノチアジンおよびジベンゾフランなどがあるが、これらに限定されるものではない。前記ヘテロ環芳香族化合物は、置換または非置換することができる。
前記炭素数5以上の窒素含有ヘテロ環芳香族化合物は、例えば4-メチルキノリン(4-methylquinoline、Lepidine)を含むことができる。
前記炭素数5以上の窒素含有多重環化合物は、全体高分子樹脂組成物重量に対して0.1重量%以上10重量%以下含まれることができる。
前記炭素数5以上の窒素含有多重環化合物が高分子樹脂組成物の全体重量に対して1重量%未満含まれる場合、前記炭素数5以上の窒素含有多重環化合物が十分に含まれなく、硬化過程での膜浮きなどの技術的な問題が発生する可能性があり、前記炭素数5以上の窒素含有多重環化合物が高分子樹脂組成物の全体重量に対して10重量%超過含まれる場合、前記炭素数5以上の窒素含有多重環化合物が過度に過剰に含まれ、高分子の耐熱および光学特性が低下する技術的問題が発生する可能性がある。
また、前記高分子樹脂組成物は、ポリイミド系樹脂固形分100重量部に対して前記炭素数5以上の窒素含有多重環化合物を0.1重量部以上20重量部以下、1重量部以上20重量部以下、3重量部以上20重量部以下、5重量部以上20重量部以下含むことができる。
前記炭素数5以上の窒素含有多重環化合物がポリイミド系樹脂固形分100重量部に対して0.1重量部未満含まれる場合、前記炭素数5以上の窒素含有多重環化合物が十分に含まれなく、無機膜での膜浮きの技術的問題が発生する可能性があり、20重量部超過含まれる場合、前記炭素数5以上の窒素含有多重環化合物が過度に過剰含まれ、全体的に高分子物性を低下させる技術的問題が発生する可能性がある。
一方、前記ポリイミド系樹脂は、ポリイミド、そしてその前駆体重合体であるポリアミック酸、ポリアミック酸エステルを全て含むことを意味する。即ち、前記ポリイミド系高分子は、ポリアミック酸繰り返し単位、ポリアミック酸エステル繰り返し単位、およびポリイミド繰り返し単位で構成される群から選択される1種以上を含むことができる。即ち、前記ポリイミド系高分子は、ポリアミック酸繰り返し単位1種、ポリアミック酸エステル繰り返し単位1種、ポリイミド繰り返し単位1種、または、これらの2種以上の繰り返し単位が混合された共重合体を含むことができる。
前記ポリアミック酸繰り返し単位、ポリアミック酸エステル繰り返し単位、およびポリイミド繰り返し単位で構成される群から選択される1種以上の繰り返し単位は、前記ポリイミド系高分子の主鎖を形成することができる。
前記ポリイミド系樹脂フィルムは、ポリイミド系樹脂の硬化物を含むことができる。前記ポリイミド系樹脂の硬化物は、前記ポリイミド系樹脂の硬化工程を経て得られる生成物を意味する。
具体的には、前記ポリイミド系樹脂フィルムは、芳香族イミド繰り返し単位を含むポリイミド樹脂を含むことができる。
前記芳香族イミド繰り返し単位は、ポリイミド系樹脂合成に単量体に利用されるテトラカルボン酸またはその無水物およびジアミン化合物において、テトラカルボン酸またはその無水物が芳香族基を含むか、ジアミン化合物が芳香族基を含むか、またはテトラカルボン酸またはその無水物およびジアミン化合物の全てが芳香族基を含むことによって実現することができる。
より具体的には、前記ポリイミド系樹脂フィルムは、芳香族イミド繰り返し単位を含むポリイミド樹脂を含むことができる。
前記芳香族イミド繰り返し単位は、ポリイミド系樹脂合成に単量体に利用されるテトラカルボン酸またはその無水物およびジアミン化合物において、テトラカルボン酸またはその無水物が芳香族基を含むか、ジアミン化合物が芳香族基を含むか、テトラカルボン酸またはその無水物およびジアミン化合物の全が芳香族基を含むことによって実現することができる。
特に、前記ポリイミド系樹脂は、下記の化学式4で表されるポリイミド繰り返し単位を含むことができる。
[化学式4]
前記化学式4中、X1は芳香族4価官能基であり、Y1は炭素数6~10の芳香族2価官能基である。
前記化学式4中、X1は芳香族4価官能基であり、前記X1はポリイミド系樹脂合成に使用されるテトラカルボキシ酸二無水物化合物から誘導された官能基である。
[化学式4]
前記化学式4中、X1は芳香族4価官能基であり、前記X1はポリイミド系樹脂合成に使用されるテトラカルボキシ酸二無水物化合物から誘導された官能基である。
より具体的には、前記X1で表される4価官能基は、下記の化学式5で表される4価官能基を含むことができる。
[化学式5]
[化学式5]
前記化学式5で表される官能基の具体的な例としては、ビフェニルテトラカルボン酸二無水物3、3、4、4-Biphenyltetracarboxylicdianhydride、BPDAから由来した下記の化学式5-1で表される官能基を挙げることができる。
[化学式5-1]
[化学式5-1]
一方、前記化学式4中、Y1は炭素数6~10の芳香族2価官能基であり、前記Y1はポリアミック酸、ポリアミック酸エステル、または、ポリイミド合成時使用されるジアミン化合物から由来した官能基であってもよい。
前記炭素数6~10の芳香族2価官能基はフェニレン基を含むことができる。より具体的には、前記Y1の炭素数6~10の芳香族2価官能基は、下記の化学式3で表される官能基を含むことができる。
[化学式3]
[化学式3]
下記の化学式3で表される官能基の具体的な例としては、m-フェニレンジアミン(1,3-phenylenediamine,m-PDA(登録商標))から由来した下記の化学式3-1で表される官能基およびp-フェニレンジアミン(1,4-phenylenediamine,p-PDA)から由来した下記の化学式3-2で表される官能基がある。
[化学式3-1]
[化学式3-2]
[化学式3-1]
前記化学式3-1で表される官能基を前記Y1に含めると、曲がった形で非対称性構造がポリイミド鎖構造に導入されるため、厚さ方向に配列を維持することができ、面方向と厚さ方向の屈折率差を減らすことで低位相差を実現することができる。
また、前記化学式3-2で表される官能基を前記Y1に含めると、線形状に分子配列された領域が形成され、ポリイミド系樹脂の剛直性を増加させ、優れた熱安定性を実現することができる。
具体的には、前記ポリイミド系樹脂は、前記化学式3-1で表される官能基1モルに対して、前記化学式3-2で表される官能基を0.1モル以上0.9モル以下、0.2モル以上0.9モル以下、0.3モル以上0.9モル以下、0.5モル以上0.9モル以下、0.6モル以上0.9モル以下、0.1モル以上0.8モル以下、0.2モル以上0.8モル以下、0.3モル以上0.8モル以下、0.5モル以上0.8モル以下、0.6モル以上0.8モル以下、0.1モル以上0.7モル以下、0.2モル以上0.7モル以下、0.3モル以上0.7モル以下、0.5モル以上0.7モル以下、0.6モル以上0.7モル以下含むことができる。
前記化学式3-1で表される官能基1モルに対して、前記化学式3-2で表される官能基を0.1モル未満、0.2モル未満、0.3モル未満、0.5モル未満、または0.6モル未満含む場合、高分子と高分子間のバルク構造の配列により、剛性低下、耐薬品性減少および熱的安定性の低下が発生する可能性がある。
また、前記化学式3-1で表される官能基1モルに対して、前記化学式3-2で表される官能基を0.9モル超過、0.8モル超過、または0.7モル超過含む場合、上述したm-フェニレンジアミン(1,3-phenylenediamine、m-PDA)から由来した前記化学式3-1で表される官能基が有する曲がった非対称性構造の実現が難しく、平面一直線方向にポリイミドが重合され、高分子が面方向にのみ成長するため、高分子同士のpackingがよくなり、厚さ方向の屈折率が減少し、面方向と厚さ方向の屈折率差が増加するという問題が発生する可能性がある。
前記ポリイミド系樹脂は、芳香族テトラカルボキシ酸二無水物および炭素数6~10の芳香族ジアミンの結合物を含むことができる。
前記芳香族テトラカルボキシ酸二無水物は、上述した芳香族4価官能基の両末端に無水物基(-OC-O-CO-)が導入された化合物であり、芳香族4価官能基に対する説明は上述した通りである。
前記芳香族テトラカルボキシ酸二無水物の具体的な例としては、4,ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(3,3,4,4-Biphenyltetracarboxylicdianhydride,BPDA)を挙げることができる。
前記炭素数6~10の芳香族ジアミンは、上述した炭素数6~10の芳香族2価官能基の両末端にアミノ基(-NH2)が導入された化合物であり、炭素数6~10の芳香族2価官能基に対する説明は上述した通りである。
前記炭素数6~10の芳香族ジアミンの具体的な例としては、m-フェニレンジアミン(1,3-phenylenediamine,m-PDA)およびp-フェニレンジアミン(1,4-phenylenediamine,p-PDA)を挙げることができる。
より具体的には、前記ポリイミド系樹脂は、前記芳香族テトラカルボキシ酸二無水物の末端無水物基(-OC-O-CO-)と、炭素数6~10の芳香族ジアミンの末端アミノ基(-NH2)の反応でアミノ基の窒素原子と無水物基の炭素原子間の結合が形成されることができる。
前記ポリイミド系樹脂の重量平均分子量(GPC測定)が特に限定されるものではないが、例えば、1000g/mol以上200000g/mol以下、または、10000g/mol以上200000g/mol以下であることができる。
本発明によるポリイミド系樹脂は、剛直な構造による耐熱性、機械的強度などの特性をそのまま維持し、優れた無色透明な特性を示すことができ、素子用基板、ディスプレイ用カバー基板、光学フィルム(optical film)、IC(integrated circuit)パッケージ、電着フィルム(adhesive film)、多層FRC(flexible printed circuit)、テープ、タッチパネル、光ディスク用保護フィルムなどのような様々な分野に用いることができ、特にディスプレイ用カバー基板に適することができる。
一方、発明の他の具現例によると、前記高分子樹脂組成物を基板に塗布して塗膜を形成する段階(段階1);前記塗膜を乾燥する段階(段階2);前記乾燥された塗膜を熱処理して硬化する段階(段階3)を含む、高分子樹脂フィルムの製造方法を提供することができる。
前記段階1は、上述したポリイミド系樹脂を含む樹脂組成物を基板に塗布して塗膜を形成する段階である。前記ポリイミド系樹脂を含む樹脂組成物を基板に塗布する方法は特に限定されるものではなく、例えばスクリーンプリント、オフセットプリント、フレキソプリント、インクジェットなどの方法が用いられることができる。
そして、前記ポリイミド系樹脂を含む樹脂組成物は、有機溶媒に溶解または分散させたものであってもよい。このような形態を有する場合、例えば、ポリイミド系樹脂を有機溶媒中で合成した場合には、溶液は得られる反応溶液そのものであってもよく、また、この反応溶液を他の溶媒に希釈したものであってもよい。また、ポリイミド系樹脂を粉末として得た場合には、これを有機溶媒に溶解して溶液としたものであってもよい。
前記有機溶媒は、前述のように、前記化学式1で表される化合物および前記化学式2で表される化合物を含むことができる。
前記化学式1で表される化合物および前記化学式2で表される化合物は、国内機関(NCIS)の既存化学物質に指定されており、従来の高分子樹脂組成物とは異なり、生殖毒性のために有害化学物質として指定されたN-メチルピロリドン(NMP)等の溶媒として含まないため、相対的に優れた環境安定性を実現することができる。
また、前記有機溶媒は、有機溶媒の全体に対して下記の化学式3で表される化合物を0.0001重量%未満、0.00001重量%未満含むことができる。
[化学式3]
前記化学式3中、R5は炭素数1~10以下のアルキル基であり、nは0以上3以下の整数であり、R6は水素または炭素数1~10以下のアルキル基である。
[化学式3]
有機溶媒の全体に対して前記化学式3で表される化合物を0.0001重量%未満含むということは、前記有機溶媒が実質的に前記化学式3で表される化合物を含まないことを意味することができる。
前記有機溶媒が有機溶媒の全体に対して前記化学式3で表される化合物を0.0001重量%未満含むことにより、前記具現例の高分子樹脂フィルムの製造方法に優れた環境安定性を実現することができる。
前記有機溶媒が有機溶媒の全体に対して前記化学式3で表される化合物を0.0001重量%含む場合、環境安定性が大きく低下する可能性がある。具体的には、前記化学式3で表される化合物は、NCIS上の生殖毒性を有する有害化学物質に該当する。これに従来、前記化学式3で表される化合物を含む場合、環境安定性が悪く、工程作業者の環境安定性が悪く、これから代替できる溶媒に対する開発が要求されてきた。
具体的には、前記有機溶媒は、前記化学式1で表される化合物100重量部に対して、前記化学式2で表される化合物を99重量部以下、50重量部以上99重量部以下、50重量部以上90重量部以下、50重量部以上80重量部以下、50重量部以上75重量部以下、60重量部以上75重量部以下、60重量部以上70重量部以下含むことができる。
前記有機溶媒が前記化学式1で表される化合物100重量部に対して、前記化学式2で表される化合物を99重量部超過含む場合、重合度低下による高分子物性の低下が発生する可能性がある。
前記ポリイミド系樹脂を含む樹脂組成物は、フィルム形成工程時の塗布性などの工程性を考慮して、適切な粘度を有するようにする量で固形分を含有することができる。例えば、樹脂全体の含有量が5重量%以上25重量%以下となるように組成物の含有量を調節することができ、または5重量%以上20重量%以下、または5重量%以上15重量%以下に調節することができる。
また、前記ポリイミド系樹脂を含む樹脂組成物は、有機溶媒以外に他の成分をさらに含むことができる。非制限的な例として、前記ポリイミド系樹脂を含む樹脂組成物が塗布された時、膜の厚さの均一性や表面平滑性を向上させたり、あるいは基板との密着性を向上させたり、あるいは誘電率や導電性を変化させたり、あるいは緻密性を増加させることができる化合物をさらに含むことができる。このような化合物として、界面活性剤、シラン系化合物、誘電体または架橋性化合物などが例示されることができる。
より具体的には、前述のように炭素数5以上の窒素含有多重環化合物を含むことができる。前記炭素数5以上の窒素含有多重環化合物に対する説明は前述した全ての内容を含む。
前記段階2は、前記ポリイミド系樹脂を含む樹脂組成物を基板に塗布して形成された塗膜を乾燥する段階である。
前記塗膜の乾燥段階は、ホットプレート、熱風循環炉、赤外線炉などの加熱手段によって行うことができ、50℃以上150℃以下、または50℃以上100℃以下の温度で行うことができる。
前記段階3は、前記乾燥された塗膜を熱処理して硬化する段階である。この時、前記熱処理は、ホットプレート、熱風循環炉、赤外線炉などの加熱手段によって行うことができ、200℃以上、または、200℃以上300℃以下の温度で行うことができる。
前記ポリイミド系樹脂フィルムの厚さは特に限定されるものではないが、例えば、0.01μm以上1000μm以下の範囲内で自由に調節することができる。前記ポリイミド系樹脂フィルムの厚さが特定の数値だけ増加したり減少する場合、ポリイミド系樹脂フィルムから測定される物性も一定の数値だけ変化することができる。
一方、発明のまた他の具現例によれば、Td1%が560℃以上であり、380nm~780nm波長に対する透過度が65%以上である、高分子樹脂フィルムを提供することができる。
前記高分子樹脂フィルムは、上述した高分子樹脂組成物から製造され、上述した高分子樹脂フィルムの製造方法により製造することができる。前記高分子樹脂フィルムは、上述した高分子樹脂組成物から製造されるため、Td1%が560℃以上であり、380nm~780nm波長に対する透過度が65%以上を満たすことができる。
前記一具現例の高分子樹脂フィルムは、Td1%が560℃以上、564℃以上、650℃以下、600℃以下、または560℃以上650℃以下、560℃以上600℃以下、564℃以上600℃以下、570℃以上600℃以下、575℃以上600℃以下であることができる。
前記Td1%は、100℃における試料の質量を基準に重量減少率が1%である時の温度(℃)を意味することができる。前記Td1%の測定方法は特に限定されないが、例えば、TGA装備を利用して測定することができる。より具体的には、TA instruments社のDiscovery TGA装備を利用して測定することができる。
前記一具現例の高分子樹脂フィルムのTd1%が560℃以上であることにより、優れた耐熱性を示し、高温でも変形せずに機械的物性およびサイズ安定性を確保することができる。具体的には、フレキシブルディスプレイ製造時に430℃以上の高温の工程を経ても、樹脂層の変形および変性が著しく減少することができる。
また、前記一具現例の高分子樹脂フィルムは、380nm~780nm波長に対する透過度が65%以上、67%以上、90%以下、65%以上90%以下、67%以上90%以下であることができる。
前記透過度の測定方法は特に限定されないが、例えば、UV-visspectroscopyを利用して測定することができる。より具体的には、UV-visspectroscopy装置を利用して、470nm波長の光に対して測定した透過度であることができる。
前記一具現例の高分子樹脂フィルムの380nm~780nm波長に対する透過度が65%以上であることにより、優れた光学特性を実現することができる。
前記他の具現例の高分子樹脂フィルムを含むディスプレイ装置用基板を提供することができる。前記高分子樹脂フィルムに関する内容は、前記一具現例で上述した内容を全て含むことができる。
前記基板を含むディスプレイ装置は、液晶表示装置(liquid-crystal-display device、LCD)、有機発光ダイオード(organic light emitting diode、OLED)、フレキシブルディスプレイ(Flexible Display)、または、巻取り可能ディスプレイ装置(rollable display or foldable display)などが挙げられるが、これに限定されるものではない。
前記ディスプレイ装置は、適用分野および具体的な形態などによって様々な構造を有することができ、例えばカバープラスチックウィンドウ、タッチパネル、偏光板、バリアフィルム、発光素子(OLED素子など)、透明基板などを含む構造であることができる。
上述した他の具現例のポリイミド系樹脂フィルムは、このような様々なディスプレイ装置において、基板、外部保護フィルムまたはカバーウィンドウなどの様々な用途に使用することができ、より具体的には基板に適用することができる。
例えば、前記ディスプレイ装置用基板は、素子保護層、透明電極層、シリコン酸化物層、ポリイミド系樹脂フィルム、シリコン酸化物層およびハードコーティング層が順次積層された構造を備えることができる。
前記透明ポリイミド基板は、耐溶剤性または水分透過性および光学的特性をより向上させることができる側面から透明ポリイミド系樹脂フィルムと硬化層の間に形成された、シリコン酸化物層を含むことができ、前記シリコン酸化物層は、ポリシラザンを硬化して生成されるものであることができる。
具体的には、前記シリコン酸化物層は、前記透明ポリイミド系樹脂フィルムの少なくとも一面上にコーティング層を形成する段階の前に、ポリシラザンを含む溶液をコーティングおよび乾燥した後、前記コーティングされたポリシラザンを硬化させて形成されるものであることができる。
本発明によるディスプレイ装置用基板は、上述した素子保護層を含むことにより、優れたベンディング特性および耐衝撃性を有し、耐溶剤性、光学特性、水分透過度および耐スクラッチ性を有する透明ポリイミドカバー基板を提供することができる。
一方、発明のまた他の具現例によれば、前記他の具現例の高分子樹脂フィルムを含む光学装置を提供することができる。前記高分子樹脂フィルムに関する内容は、前記一具現例で上述した内容を全て含むことができる。
前記光学装置は、光によって具現される性質を用いた各種装置が全て含まれることができ、例えば、ディスプレイ装置を挙げることができる。前記ディスプレイ装置の具体的な例としては、液晶表示装置(liquid-crystal-display device、LCD)、有機発光ダイオード(organic light emitting diode、OLED)、フレキシブルディスプレイ(Flexible Display)、または、巻取り可能ディスプレイ装置(rollable display or foldabledisplay)などを挙げることができるが、これに限定されるものではない。
前記光学装置は、適用分野および具体的な形態などによって様々な構造を有することができ、例えば、カバープラスチックウィンドウ、タッチパネル、偏光板、バリアフィルム、発光素子(OLED素子など)、透明基板などを含む構造とすることができる。
上述した他の具現例の高分子樹脂フィルムは、このような様々な光学装置において、基板、外部保護フィルム、またはカバーウィンドウなどの様々な用途に使用することができ、より具体的には、基板に適用することができる。
本発明によれば、無機膜でのコーティング性が改善されると同時に、優れた耐熱性などの物性を実現することができる高分子樹脂組成物、高分子樹脂フィルムの製造方法、高分子樹脂フィルムおよびこれを用いたディスプレイ装置用基板、および光学装置が提供することができる。
発明を下記の実施例でより詳細に説明する。但し、下記の実施例は本発明を例示するものであり、本発明の内容が下記の実施例によって限定されるものではない。
<実施例および比較例:ポリイミド組成物およびポリイミドフィルムの製造>
実施例1
(1)ポリイミド組成物の製造
窒素気流が流れる撹拌機内にN,N-ジエチルアセトアミド(DEAc,N,N-diethylacetamide)91.8gおよびγ-バレロラクトン(GVL,γ-Valerolactone)61.2gを充填した後、反応器の温度を25℃に維持した状態でp-フェニレンジアミン(1,4-phenylenediamine、p-PDA)を同じ温度で添加して溶解した。前記溶液に3,3',4,4'-ビフェニルテトラカルボン酸無水物(3,3',4,4'-Biphenyltetracarboxylicdianhydride、BPDA)を同じ温度で添加して24時間攪拌した。この時、製造されたポリイミド前駆体組成物合計180gのうちポリイミド固形分は27gであった。
実施例1
(1)ポリイミド組成物の製造
窒素気流が流れる撹拌機内にN,N-ジエチルアセトアミド(DEAc,N,N-diethylacetamide)91.8gおよびγ-バレロラクトン(GVL,γ-Valerolactone)61.2gを充填した後、反応器の温度を25℃に維持した状態でp-フェニレンジアミン(1,4-phenylenediamine、p-PDA)を同じ温度で添加して溶解した。前記溶液に3,3',4,4'-ビフェニルテトラカルボン酸無水物(3,3',4,4'-Biphenyltetracarboxylicdianhydride、BPDA)を同じ温度で添加して24時間攪拌した。この時、製造されたポリイミド前駆体組成物合計180gのうちポリイミド固形分は27gであった。
その後、レピジン(Lepidine、4-methylquinoline)を全体固形分含有量に対して5重量%、1.35g添加して攪拌してポリイミド前駆体組成物を製造した。
(2)ポリイミドフィルムの製造
前記ポリイミド前駆体組成物をガラス基板上にスピンコーティングした。ポリイミド前駆体組成物が塗布されたガラス基板を80℃で5分~30分、260℃で60分を維持して硬化工程を行い、ガラス基板上に厚さが10μm(±1μm誤差含む)であるポリイミドフィルムを製造した。
前記ポリイミド前駆体組成物をガラス基板上にスピンコーティングした。ポリイミド前駆体組成物が塗布されたガラス基板を80℃で5分~30分、260℃で60分を維持して硬化工程を行い、ガラス基板上に厚さが10μm(±1μm誤差含む)であるポリイミドフィルムを製造した。
実施例2
レピジン(Lepidine、4-methylquinoline)を全体固形分含有量に対して10重量%2.7g添加したこと以外、前記実施例1と同じ方法でポリイミド前駆体組成物およびポリイミドフィルムを製造した。
レピジン(Lepidine、4-methylquinoline)を全体固形分含有量に対して10重量%2.7g添加したこと以外、前記実施例1と同じ方法でポリイミド前駆体組成物およびポリイミドフィルムを製造した。
比較例1-3、参考例1-4
溶媒間混合重量比、単量体のモル比、および添加剤含有量を下記の表2および表3に記載したように変更したこと以外は、前記実施例1と同じ方法でポリイミド前駆体組成物およびポリイミドフィルムを製造した。
溶媒間混合重量比、単量体のモル比、および添加剤含有量を下記の表2および表3に記載したように変更したこと以外は、前記実施例1と同じ方法でポリイミド前駆体組成物およびポリイミドフィルムを製造した。
<実験例:実施例および比較例で得られたポリイミド前駆体組成物およびポリイミドフィルムの物性測定>
前記実施例および比較例で得られたポリイミド前駆体組成物およびポリイミドフィルムから物性を下記の方法で測定し、その結果を表1から表3に示した。
前記実施例および比較例で得られたポリイミド前駆体組成物およびポリイミドフィルムから物性を下記の方法で測定し、その結果を表1から表3に示した。
1.耐熱性(Td1%、℃)
TA instruments社のDiscovery TGA装備を利用して窒素雰囲気下でポリイミド樹脂層試片の重量減少率が1%である時の温度(℃)を測定した。
TA instruments社のDiscovery TGA装備を利用して窒素雰囲気下でポリイミド樹脂層試片の重量減少率が1%である時の温度(℃)を測定した。
具体的には、50℃で5分間等温維持し、200℃まで昇温後、30分等温維持した。その後50℃に冷却して安定化させた後、10℃/分の速度で600℃まで昇温した。安定化後、100℃での質量を基準に重量減少率が1%である時の温度を計算した。
2.透光度
UV-vis spectroscopy(Agillent、UV8453)装置を利用して470nm波長の光に対する透光度(T)を測定した。
UV-vis spectroscopy(Agillent、UV8453)装置を利用して470nm波長の光に対する透光度(T)を測定した。
3.膜浮き現象の評価
3℃/分の速度で昇温して430℃で2時間熱処理工程を経た後、下記の基準に従って膜浮き現象の発生の有無を目視で評価した。
○:膜浮き現象発生
Х:膜浮き現象が全く発生しない
3℃/分の速度で昇温して430℃で2時間熱処理工程を経た後、下記の基準に従って膜浮き現象の発生の有無を目視で評価した。
○:膜浮き現象発生
Х:膜浮き現象が全く発生しない
前記表1から表3に示したように、実施例の高分子樹脂フィルムは、比較例および参考例の高分子樹脂フィルムと比較して、優れた耐熱性および透光度などの光学特性を示すと同時に、膜浮き現象が発生しないことが確認できた。
前記炭素数6~10の芳香族2価官能基はフェニレン基を含むことができる。より具体的には、前記Y1の炭素数6~10の芳香族2価官能基は、下記の化学式6で表される官能基を含むことができる。
[化学式6]
[化学式6]
下記の化学式6で表される官能基の具体的な例としては、m-フェニレンジアミン(1,3-phenylenediamine,m-PDA(登録商標))から由来した下記の化学式6-1で表される官能基およびp-フェニレンジアミン(1,4-phenylenediamine,p-PDA)から由来した下記の化学式6-2で表される官能基がある。
[化学式6-1]
[化学式6-2]
[化学式6-1]
前記化学式6-1で表される官能基を前記Y1に含めると、曲がった形で非対称性構造がポリイミド鎖構造に導入されるため、厚さ方向に配列を維持することができ、面方向と厚さ方向の屈折率差を減らすことで低位相差を実現することができる。
また、前記化学式6-2で表される官能基を前記Y1に含めると、線形状に分子配列された領域が形成され、ポリイミド系樹脂の剛直性を増加させ、優れた熱安定性を実現することができる。
具体的には、前記ポリイミド系樹脂は、前記化学式6-1で表される官能基1モルに対して、前記化学式6-2で表される官能基を0.1モル以上0.9モル以下、0.2モル以上0.9モル以下、0.3モル以上0.9モル以下、0.5モル以上0.9モル以下、0.6モル以上0.9モル以下、0.1モル以上0.8モル以下、0.2モル以上0.8モル以下、0.3モル以上0.8モル以下、0.5モル以上0.8モル以下、0.6モル以上0.8モル以下、0.1モル以上0.7モル以下、0.2モル以上0.7モル以下、0.3モル以上0.7モル以下、0.5モル以上0.7モル以下、0.6モル以上0.7モル以下含むことができる。
前記化学式6-1で表される官能基1モルに対して、前記化学式6-2で表される官能基を0.1モル未満、0.2モル未満、0.3モル未満、0.5モル未満、または0.6モル未満含む場合、高分子と高分子間のバルク構造の配列により、剛性低下、耐薬品性減少および熱的安定性の低下が発生する可能性がある。
また、前記化学式6-1で表される官能基1モルに対して、前記化学式6-2で表される官能基を0.9モル超過、0.8モル超過、または0.7モル超過含む場合、上述したm-フェニレンジアミン(1,3-phenylenediamine、m-PDA)から由来した前記化学式6-1で表される官能基が有する曲がった非対称性構造の実現が難しく、平面一直線方向にポリイミドが重合され、高分子が面方向にのみ成長するため、高分子同士のpackingがよくなり、厚さ方向の屈折率が減少し、面方向と厚さ方向の屈折率差が増加するという問題が発生する可能性がある。
Claims (14)
- ポリイミド系樹脂、下記の化学式1で表される化合物および下記の化学式2で表される化合物を含む、高分子樹脂組成物:
[化学式1]
R1~R3は、それぞれ独立して、水素または炭素数1~10以下のアルキル基であり、
[化学式2]
R4は、炭素数1~10以下のアルキル基であり、
nは、0以上3以下の整数である。 - 前記化学式1で表される化合物100重量部に対して、
前記化学式2で表される化合物を99重量部以下含む、請求項1に記載の高分子樹脂組成物。 - 前記高分子樹脂組成物は、前記高分子樹脂組成物の全体に対して下記化学式3で表される化合物を0.0001重量%未満含む、請求項1に記載の高分子樹脂組成物:
[化学式3]
R5は、炭素数1~10以下のアルキル基であり、
nは、0以上3以下の整数であり、
R6は、水素、または炭素数1~10以下のアルキル基である。 - 前記高分子樹脂組成物は、炭素数5以上の窒素含有多重環化合物を含む、請求項1に記載の高分子樹脂組成物。
- 前記炭素数5以上の窒素含有多重環化合物は、炭素数5以上の窒素含有ヘテロ環化合物を含む、請求項4に記載の高分子樹脂組成物。
- 前記炭素数5以上の窒素含有多重環化合物は、前記高分子樹脂組成物の全体重量に対して、1重量%以上10重量%以下で含む、請求項4に記載の高分子樹脂組成物。
- 前記高分子樹脂組成物は、ポリイミド系樹脂固形分100重量部に対して、前記炭素数5以上の窒素含有多重環化合物を0.1重量部以上20重量部以下で含む、請求項4に記載の高分子樹脂組成物。
- 前記ポリイミド系樹脂は、
芳香族イミド繰り返し単位を含むポリイミド樹脂を含む、請求項1に記載の高分子樹脂組成物。 - 前記ポリイミド系樹脂は、
下記化学式4で表されるポリイミド繰り返し単位を含む、請求項1に記載の高分子樹脂組成物:
[化学式4]
X1は、エーテル基を含む芳香族4価官能基であり、
Y1は、炭素数6~10の芳香族2価官能基である。 - 前記X1は、下記化学式5で表される4価官能基を含む、請求項9に記載の高分子樹脂組成物:
[化学式5]
- 請求項1から10のいずれか一項に記載の高分子樹脂組成物を基板に塗布して塗膜を形成する段階;
前記塗膜を乾燥する段階;
前記乾燥された塗膜を熱処理して硬化する段階;を含む、高分子樹脂フィルムの製造方法。 - Td1%が560℃以上であり、
380nm~780nm波長に対する透過度が65%以上である、高分子樹脂フィルム。 - 請求項12に記載の高分子樹脂フィルムを含む、ディスプレイ装置用基板。
- 請求項12に記載の高分子樹脂フィルムを含む、光学装置。
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