JP5928447B2 - フレキシブル基板、表示デバイスおよび受光デバイス - Google Patents

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Description

本発明は、ポリアミド酸樹脂組成物、ポリイミド樹脂組成物およびポリイミドオキサゾール樹脂組成物ならびにそれらを含有するフレキシブル基板に関するものである。さらに詳しくは、フラットパネルディスプレイ、タッチパネル、電子ペーパー、カラーフィルター基板、太陽電池等のフレキシブル基板、フレキシブルプリント基板などに好適に用いられるポリアミド酸樹脂組成物、ポリイミド樹脂組成物およびポリイミドオキサゾール樹脂組成物ならびにそれらを含有するフレキシブル基板に関するものである。
有機フィルムはガラスに比べて屈曲性に富み、割れにくく、軽量といった特長を有する。最近では、フラットパネルディスプレイの基板を、有機フィルムに替えることで、ディスプレイをフレキシブル化する動きが活発化している。
有機フィルム上でディスプレイを作製する場合、有機フィルムを支持基板に成膜し、デバイス作製後に、支持基板から剥離するといったプロセスが一般的である。有機フィルムを支持基板に成膜するには、以下の方法がある。例えば、有機フィルムをガラス基板上に粘着材などを用いて貼り付ける方法がある(例えば、特許文献1)。あるいは、フィルムの原料となる樹脂などを含む溶液を、支持基板にコーティングし、熱などで硬化させて作製する方法がある(例えば、特許文献2)。前者は、支持基板とフィルムとの間に粘着材を設けることが必要であり、粘着剤の耐熱性によって以降のプロセス温度が制限されることがある。一方、後者は粘着剤を使用しないこと、製膜した膜の表面平滑性が高いことなどの点で優れる。
有機フィルムに用いられる樹脂としては、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、アクリル、エポキシなどが挙げられる。このうち、ポリイミドは高耐熱性樹脂としてディスプレイ基板として適している。特にポリイミド樹脂は、高い耐熱性に加え、高機械強度、耐磨耗性、寸法安定性、耐薬品性などの優れた機械特性、絶縁性などの優れた電気特性を併せ持つことから、電気・電子産業分野で広く用いられている。上述のコーティング法にてポリイミドを成膜する場合は、前駆体のポリアミド酸を含む溶液をコーティングし、硬化させてポリイミドに変換する方法が用いられている。一般にポリアミド酸は、溶媒中で酸無水物とジアミンを反応させることで容易に合成することができる。
芳香族酸二無水物と芳香族ジアミンから誘導される全芳香族ポリイミドは高い耐熱性を持つものの、分子内・分子間電荷移動錯体に由来する可視光波長域の吸収帯が存在するため、得られたポリイミド膜が黄〜茶褐色に着色してしまう。また、一般に大きな複屈折性を持つ。そのため、高透明性、低複屈折性が求められるディスプレイ基板として使用できないことが課題であった。ガラス基板の代替材料として使用するには、一般的に膜厚10マイクロメートルで400nmの光透過率が80%以上であること、ガラス転移温度(Tg)や熱分解開始温度が300度以上、可視光波長域(400nmから800nm)における複屈折が0.01以下という低複屈折性を有することが求められる。
ポリイミドの電荷移動相互作用を抑制し、光透過性を向上させる方法としては、酸二無水物およびジアミンのうち、少なくともどちらか一方の成分に脂環式モノマーを使用する方法が挙げられる。
例えば、特許文献3には脂環式酸二無水物と種々の芳香族又は脂環式ジアミンから得られるポリイミドが高透明性、低複屈折を有することが開示されている。
特許文献4には、1S,2S,4R,5R−シクロへキサンテトラカルボン酸二無水物と2,2’−ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン(TFMB)から得られるポリイミドが高透明性、高Tgを有することが開示されている。また特許文献4には、2,2’−ビス(トリフルオロメチル)ベンジジンの代わりに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)を用いたポリイミド膜が、高透明性を有することが記載されている。
特開2006−091822号公報 特表2007−512568号公報 特開平11−080350号公報 特開2010−085992号公報
しかし、特許文献3に記載のポリイミド群はTgが十分高くない。また、特許文献4に記載のポリイミド群においては、Tg及び複屈折が一般的な要求特性を満たさない。
このように、高透明性、高耐熱性、低複屈折性の全ての要求特性を満たすポリイミド材料は知られていないのが現状である。
本発明は、上記課題に鑑み、熱処理後の膜が優れた耐熱性,光透過性,低複屈折性を有するポリアミド酸樹脂組成物、ポリイミド樹脂組成物およびポリイミドオキサゾール樹脂組成物ならびにそれらを含有するフレキシブル基板を提供することをその課題とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるポリアミド酸樹脂組成物は、(a)一般式(1)で表される構造単位を主成分とするポリアミド酸、(b)溶剤を含有することを特徴とする。
Figure 0005928447
(一般式(1)中、X、Xは各々独立に水素原子または炭素数1〜10の1価の有機基を示す。Rは単環式もしくは縮合多環式の脂環構造を有する炭素数4〜40の4価の有機基または単環式の脂環構造を有する有機基が直接もしくは架橋構造を介して相互に連結された炭素数4〜40の4価の有機基を示す。Rは少なくとも2つの水酸基を有する炭素数2〜40の2価の有機基を示す。)
また、本発明にかかるポリイミド樹脂組成物は、(a’)一般式(2)で表される構造単位を主成分とするポリイミドおよび(b)溶剤を含有することを特徴とする。
Figure 0005928447
(一般式(2)中、Rは単環式もしくは縮合多環式の脂環構造を有する炭素数4〜40の4価の有機基または単環式の脂環構造を有する有機基が直接もしくは架橋構造を介して相互に連結された炭素数4〜40の4価の有機基を示す。Rは少なくとも2つの水酸基を有する炭素数2〜40の2価の有機基を示す。)
また、本発明にかかるポリイミドオキサゾール樹脂組成物は、(a’’)一般式(3)で表される構造単位を主成分とするポリイミドオキサゾールおよび(b)溶剤を含有することを特徴とする。
Figure 0005928447
(一般式(3)中、Rは単環式もしくは縮合多環式の脂環構造を有する炭素数4〜40の4価の有機基または単環式の脂環構造を有する有機基が直接もしくは架橋構造を介して相互に連結された炭素数4〜40の4価の有機基を示す。Rは炭素数2〜40の4価の有機基を示す。)
本発明によれば、熱処理後の膜が優れた耐熱性、可視光領域での高い光透過性、低複屈折性を有するポリアミド酸樹脂組成物、ポリイミド樹脂組成物およびポリイミドオキサゾール樹脂組成物ならびにそれらを含有するフレキシブル基板を得ることができる。
以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、以下の説明において参照する各図は、本発明の内容を理解でき得る程度に形状、大きさ、および位置関係を概略的に示してあるに過ぎない。すなわち、本発明は各図で例示された形状、大きさ、および位置関係のみに限定されるものではない。
本発明の第1の形態は,(a)一般式(1)で表される構造単位を主成分とするポリアミド酸および(b)溶剤を含有することを特徴とするポリアミド酸樹脂組成物である。本発明の第2の形態は、(a’)一般式(2)で表される構造単位を主成分とするポリイミドおよび(b)溶剤を含有することを特徴とするポリイミド樹脂組成物である。本発明の第3の形態は、(a’’)一般式(3)で表される構造単位を主成分とするポリイミドオキサゾールおよび(b)溶剤を含有することを特徴とするポリイミドオキサゾール樹脂組成物である。
Figure 0005928447
Figure 0005928447
Figure 0005928447
一般式(1)中、X、Xは各々独立に水素原子または炭素数1〜10の1価の有機基を示す。一般式(1)〜(3)中、Rは単環式もしくは縮合多環式の脂環構造を有する炭素数4〜40の4価の有機基または単環式の脂環構造を有する有機基が直接もしくは架橋構造を介して相互に連結された炭素数4〜40の4価の有機基を示す。一般式(1)、(2)中、Rは少なくとも2つの水酸基を有する炭素数2〜40の2価の有機基を示す。一般式(3)中、Rは炭素数2〜40の4価の有機基を示す。
本発明のポリアミド酸は、前記一般式(1)で表される構造単位を主成分とするものであれば、他の構造単位を含んでもよい。他の構造単位としては、酸二無水物とジアミン化合物の重縮合体であるポリアミド酸、ジカルボン酸誘導体とヒドロキシジアミンの重縮合体であるポリヒドロキシアミド、ポリアミド酸の脱水閉環体であるポリイミド、ポリヒドロキシアミドの脱水閉環体ポリベンゾオキサゾール等が挙げられ、例えば、前記一般式(2)で表される構造単位、前記一般式(3)で表される構造単位、前記一般式(1)中のRが芳香環であるポリアミド酸、前記一般式(2)中のRが芳香環であるポリイミド、前記一般式(3)中のRが芳香環であるポリイミドベンゾオキサゾールを含んでもよい。前記一般式(1)で表される構造単位を、全体の50%以上含むことが好ましく、70%以上含むことがより好ましく、90%以上含むことがさらに好ましい。
ポリアミド酸は後述の通り、ジアミン化合物と酸二無水物又はその誘導体との反応により合成することができる。誘導体としては、該酸二無水物のテトラカルボン酸、そのテトラカルボン酸のモノ、ジ、トリ、又はテトラエステル、酸塩化物などが挙げられる。
本発明のポリイミドは、前記一般式(2)で表される構造単位を主成分とするものであれば、他の構造単位を含んでもよい。他の構造単位としては、ポリアミド酸、ポリヒドロキシアミド、ポリイミド、ポリベンゾオキサゾール等が挙げられる。例えば、前記一般式(1)で表される構造単位、前記一般式(3)で表される構造単位、前記一般式(1)中のRが芳香環であるポリアミド酸、前記一般式(2)中のRが芳香環であるポリイミド、前記一般式(3)中のRが芳香環であるポリイミドベンゾオキサゾールを含んでもよい。前記一般式(2)で表される構造単位を、全体の50%以上含むことが好ましく、70%以上含むことがより好ましく、90%以上含むことがさらに好ましい。
ポリイミドは後述の通り、ジアミン化合物と酸二無水物又はその誘導体との反応により合成されるポリアミド酸の加熱脱水閉環、化学的脱水閉環反応により合成することができる。
本発明のポリイミドオキサゾールは、前記一般式(3)で表される構造単位を主成分とするものであれば、他の構造単位を含んでもよい。他の構造単位としては、ポリアミド酸、ポリヒドロキシアミド、ポリイミド、ポリベンゾオキサゾール等が挙げられ、例えば、前記一般式(1)で表される構造単位、一般式(2)で表される構造単位、前記一般式(1)中のRが芳香環であるポリアミド酸、前記一般式(2)中のRが芳香環であるポリイミド、前記一般式(3)中のRが芳香環であるポリイミドベンゾオキサゾールを含んでもよい。前記一般式(3)で表される構造単位を、全体の50%以上含むことが好ましく、70%以上含むことがより好ましく、90%以上含むことがさらに好ましい。
ポリイミドオキサゾールは後述の通り、ヒドロキシアミド基を有するジアミン化合物と酸二無水物又はその誘導体との反応により合成されるポリアミド酸の加熱脱水閉環、化学的脱水閉環反応により合成することができる。オキサゾール環を有するジアミン化合物と酸二無水物又はその誘導体との反応により合成されるポリアミド酸の加熱脱水閉環、化学的脱水閉環反応により合成することができる。
一般式(1)〜(3)におけるRは酸成分の構造を表しており、単環式もしくは縮合多環式の脂環構造を有する炭素数4〜40の4価の有機基または単環式の脂環構造を有する有機基が直接もしくは架橋構造を介して相互に連結された炭素数4〜40の4価の有機基を示す。ここで、前記脂環構造は一部の水素原子がハロゲンで置換されていてもよい。また、酸成分としてこれらの酸成分を単独で又は複数を組み合わせて用いてもよい。
本発明に用いることができる脂環構造を有する酸二無水物を例示すると、1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物、1,2,4,5−シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−テトラメチル−1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2−ジメチル−1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,3−ジメチル−1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−シクロヘプタンテトラカルボン酸二無水物、2,3,4,5−テトラヒドロフランテトラカルボン酸二無水物、3,4−ジカルボキシ−1−シクロヘキシルコハク酸二無水物、2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物、3,4−ジカルボキシ−1,2,3,4−テトラヒドロ−1−ナフタレンコハク酸二無水物、ビシクロ[3.3.0]オクタン−2,4,6,8−テトラカルボン酸二無水物、ビシクロ[4.3.0]ノナン−2,4,7,9−テトラカルボン酸二無水物、ビシクロ[4.4.0]デカン−2,4,7,9−テトラカルボン酸二無水物、ビシクロ[4.4.0]デカン−2,4,8,10−テトラカルボン酸二無水物、トリシクロ[6.3.0.0<2,6>]ウンデカン−3,5,9,11−テトラカルボン酸二無水物、ビシクロ[2.2.2]オクタン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物、ビシクロ[2.2.2]オクト−7−エン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物、ビシクロ[2.2.1]ヘプタンテトラカルボン酸二無水物、ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−5−カルボキシメチル−2,3,6−トリカルボン酸二無水物、7−オキサビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2,4,6,8−テトラカルボン酸二無水物、オクタヒドロナフタレン−1,2,6,7−テトラカルボン酸二無水物、テトラデカヒドロアントラセン−1,2,8,9−テトラカルボン酸二無水物、3,3’、4,4’−ジシクロへキサンテトラカルボン酸二無水物、3,3’、4,4’−オキシジシクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物、5−(2,5−ジオキソテトラヒドロ−3−フラニル)−3−メチル−3−シクロヘキセン−1,2−ジカルボンサン無水物、及び“リカシッド”(登録商標)BT−100(以上、商品名、新日本理化株式会社製)及びそれらの誘導体などが例示される。
上記の構造の中で、一般式(1)〜(3)におけるRとして好ましいものは、例えば、下記一般式(4)〜(10)で表される構造が挙げられる。
Figure 0005928447
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一般式(4)〜(10)中、R〜R79は各々独立に水素原子、ハロゲン原子またはハロゲン原子で水素原子が置換されていてもよい炭素数1〜3の1価の有機基を示す。一般式(4)〜(6)の脂環構造としては、それぞれシクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン等が挙げられる。一般式(7)中、Xは、酸素原子、硫黄原子、スルホニル基もしくはハロゲン原子で水素原子が置換されていてもよい炭素数1〜3の2価の有機基またはそれらが2以上連結してなる2価の架橋構造である。そのような脂環構造としては、ビシクロ[2.2.1]ヘプタン、ビシクロ[2.2.1]オクタ−2−エン、7−オキサビシクロ[2.2.1]ヘプタン等が挙げられる。一般式(8)、(9)の脂環構造としては、それぞれデカヒドロナフタレン、テトラデカヒドロアントラセンが挙げられる。一般式(10)中、Xは直接結合、酸素原子、硫黄原子、スルホニル基、ハロゲン原子で水素原子が置換されていてもよい炭素数1〜3の2価の有機基もしくはハロゲン原子で水素原子が置換されていてもよいアリーレン基または酸素原子、硫黄原子、スルホニル基、ハロゲン原子で水素原子が置換されていてもよい炭素数1〜3の2価の有機基およびハロゲン原子で水素原子が置換されていてもよいアリーレン基から選ばれた2以上が連結してなる2価の架橋構造である。そのような脂環構造としては、1,1−ビシクロへキサン、オキシジシクロへキサン等が挙げられる。
上記の酸二無水物を例示すると、1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物、1,2,4,5−シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−テトラメチル−1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2−ジメチル−1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,3−ジメチル−1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−シクロヘプタンテトラカルボン酸二無水物、ビシクロ[2.2.2]オクト−7−エン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物、ビシクロ[2.2.1]ヘプタンテトラカルボン酸二無水物、7−オキサビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2,4,6,8−テトラカルボン酸二無水物、オクタヒドロナフタレン−1,2,6,7−テトラカルボン酸二無水物、テトラデカヒドロアントラセン−1,2,8,9−テトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ジシクロへキサンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−オキシジシクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物などが挙げられる。
このうち、市販され手に入れやすい観点、及びジアミン化合物との反応性の観点から、一般式(1)中のRが下記化学式(11)〜(13)で表される、1S,2S,4R,5R−シクロへキサンテトラカルボン酸二無水物、1R,2S,4S,5R−シクロへキサンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ジシクロへキサンテトラカルボン酸二無水物が好ましい。これらの酸二無水物は、岩谷瓦斯株式会社より製品名「PMDA−HH」、「PMDA−HS」、「BPDA−H」として市販されている。なお、これらの酸二無水物は単独、または2種以上を組み合わせて使用することができる。
Figure 0005928447
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また、本発明の効果を妨げない範囲で、該酸二無水物の一部を他の酸二無水物に置き換えて使用することができる。他の酸二無水物としては、芳香族酸二無水物又は、脂肪族酸二無水物が挙げられる。例えば、芳香族酸二無水物としては、ピロメリット酸二無水物、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,3,3’,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,2’,3,3’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ターフェニルテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−オキシフタル酸二無水物、2,3,3’,4’−オキシフタル酸二無水物、2,3,2’,3’−オキシフタル酸二無水物、ジフェニルスルホン−3,3’,4,4’−テトラカルボン酸二無水物、ベンゾフェノン−3,3’,4,4’−テトラカルボン酸二無水物、2,2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)プロパン二無水物、2,2−ビス(2,3−ジカルボキシフェニル)プロパン二無水物、1,1−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エタン二無水物、1,1−ビス(2,3−ジカルボキシフェニル)エタン二無水物、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)メタン二無水物、ビス(2,3−ジカルボキシフェニル)メタン二無水物、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エーテル二無水物、ビス(1,3−ジオキソ−1,3−ジヒドロイソベンズフラン−5−カルボン酸)1,4−フェニレン、2,2−ビス(4−(4−アミノフェノキシ)フェニル)プロパン、1,2,5,6−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、2,3,6,7−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、2,3,5,6−ピリジンテトラカルボン酸二無水物、3,4,9,10−ペリレンテトラカルボン酸二無水物、2,2−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ニ無水物、2,2−ビス(4−(3,4−ジカルボキシフェノキシ)フェニル)ヘキサフルオロプロパン二無水物、2,2−ビス(4−(3,4−ジカルボキシベンゾイルオキシ)フェニル)ヘキサフルオロプロパン二無水物、1,6−ジフルオロプロメリット酸二無水物、1−トリフルオロメチルピロメリット酸二無水物、1,6−ジトリフルオロメチルピロメリット酸二無水物、2,2’−ビス(トリフルオロメチル)−4,4’−ビス(3,4−ジカルボキシフェノキシ)ビフェニル二無水物、“リカシッド”(登録商標)TMEG−100(商品名、新日本理化株式会社製)などの芳香族テトラカルボン酸二無水物及びそれらの誘導体などが挙げられる。脂肪族酸二無水物としては、1,2,3,4−ブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−ペンタンテトラカルボン酸二無水物及びそれらの誘導体などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、これらの他の酸二無水物は、単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
一般式(1)、(2)中のRは少なくとも2つの水酸基を有する炭素数2〜40の2価の有機基であり、例えば、化学式(14)〜(23)で表される構造が挙げられる。
Figure 0005928447
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これらのうち、透明性の観点から、化学式(14)の構造が好ましく、下記化学式(24)で表されるジアミンを用いることが好ましい。
Figure 0005928447
一般式(3)中のRは炭素数2〜40の4価の有機基を示すであり、例えば、化学式(25)〜(34)で表される構造が挙げられる。これらのうち、透明性の観点から、化学式(25)の構造が好ましい。
Figure 0005928447
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なお、一般式(3)中のRが化学式(25)で表されるポリイミドオキサゾールは、上記化学式(24)で表されるジアミンから合成される一般式(1)で表されるポリアミド酸、及び一般式(2)で表されるポリイミドの脱水閉環体である。
また、本発明の効果を妨げない範囲で、該ジアミン化合物の一部を他のジアミン化合物に置き換えて使用することができる。他のジアミン化合物としては、芳香族ジアミン化合物、脂環式ジアミン化合物、又は脂肪族ジアミン化合物が挙げられる。例えば、芳香族ジアミン化合物としては、3,4’−ジアミノジフェニルエーテル、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、3,4’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、3,3’−ジアミノジフェニルスルホン、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、2,2−ビス(4−アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス(3−アミノ−4−メチルフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、3,3’−ジアミノジフェニルスルヒド、4,4’−ジアミノジフェニルスルヒド、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、ベンジジン、2,2’−ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン、3,3’−ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン、2,2’−ジメチルベンジジン、3,3’−ジメチルベンジジン、2,2’,3,3’−テトラメチルベンジジン、m−フェニレンジアミン、p−フェニレンジアミン、1,5−ナフタレンジアミン、2,6−ナフタレンジアミン、ビス{4−(4−アミノフェノキシフェニル)}スルホン、ビス{4−(3−アミノフェノキシフェニル)}スルホン、ビス(4−アミノフェノキシ)ビフェニル、ビス{4−(4−アミノフェノキシ)フェニル}エーテル、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、9,9−ビス(4−アミノフェニル)フルオレン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン、4,4−ジアミノベンズアニリド、3,4−ジアミノベンズアニリド、4,4−ジアミノベンゾフェノン、3,3−ジアミノベンゾフェノンあるいはこれらの芳香族環にアルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子などで置換したジアミン化合物が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
脂環式ジアミン化合物としては、シクロブタンジアミン、イソホロンジアミン、ビシクロ[2.2.1]ヘプタンビスメチルアミン、トリシクロ[3.3.1.13,7]デカン−1,3−ジアミン、1,2−シクロヘキシルジアミン、1,3−シクロヘキシルジアミン、1,4−シクロヘキシルジアミン、4,4’−ジアミノジシクロヘキシルメタン、3,3’−ジメチル−4,4’−ジアミノジシクロヘキシルメタン、3,3’−ジエチル−4,4’−ジアミノジシクロヘキシルメタン、3,3’,5,5’−テトラメチル−4,4’−ジアミノジシクロヘキシルメタン、3,3’,5,5’−テトラエチル−4,4’−ジアミノジシクロヘキシルメタン、3,5−ジエチル−3’,5’−ジメチル−4,4’−ジアミノジシクロヘキシルメタン、4,4’−ジアミノジシクロヘキシルエーテル、3,3’−ジメチル−4,4’−ジアミノジシクロヘキシルエーテル、3,3’−ジエチル−4,4’−ジアミノジシクロヘキシルエーテル、3,3’,5,5’−テトラメチル−4,4’−ジアミノジシクロヘキシルエーテル、3,3’,5,5’−テトラエチル−4,4’−ジアミノジシクロヘキシルエーテル、3,5−ジエチル−3’,5’−ジメチル−4,4’−ジアミノジシクロヘキシルエーテル、2,2−ビス(4−アミノシクロヘキシル)プロパン、2,2−ビス(3−メチル−4−アミノシクロヘキシル)プロパン、2,2−ビス(3−エチル−4−アミノシクロヘキシル)プロパン、2,2−ビス(3,5−ジメチル−4−アミノシクロヘキシル)プロパン、2,2−ビス(3,5−ジエチル−4−アミノシクロヘキシル)プロパン、2,2−(3,5−ジエチル−3’,5’−ジメチル−4,4’−ジアミノジシクロヘキシル)プロパン、2,2’−ビス(4−アミノシクロヘキシル)ヘキサフルオロプロパン、2,2’−ジメチル−4,4’−ジアミノビシクロへキサン、2,2’−ビス(トリフルオロメチル)−4,4’−ジアミノビシクロへキサン、あるいはこれらの脂環にアルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子などで置換したジアミン化合物が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
脂肪族ジアミン化合物としては、エチレンジアミン、1,3−ジアミノプロパン、1,4−ジアミノブタン、1,5−ジアミノペンタン、1,6−ジアミノヘキサン、1,7−ジアミノヘプタン、1,8−ジアミノオクタン、1,9−ジアミノノナン、1,10−ジアミノデカンなどのアルキレンジアミン類、ビス(アミノメチル)エーテル、ビス(2−アミノエチル)エーテル、ビス(3−アミノプロピル)エーテルなどのエチレングリコールジアミン類、及び1,3−ビス(3−アミノプロピル)テトラメチルジシロキサン、1,3−ビス(4−アミノブチル)テトラメチルジシロキサン、α,ω−ビス(3−アミノプロピル)ポリジメチルシロキサンなどのシロキサンジアミン類が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
これらの芳香族ジアミン化合物、脂環式ジアミン化合物、又は脂肪族ジアミン化合物は、単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
これらのうち、下記化学式(35)で表される9,9−ビス(4−アミノフェニル)フルオレンジアミンを用いることが好ましく、焼成膜の透明性や機械特性は維持したまま、ガラス転移温度を上昇させ、複屈折を低減することができることを見出した。
Figure 0005928447
化学式(35)で表されるジアミンを用いることで、分子鎖中に下記一般式(36)、又は下記一般式(37)で表される構造単位を導入することができる。
Figure 0005928447
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(一般式(36)中、X、Xは各々独立に水素原子または炭素数1〜10の1価の有機基を示す。一般式(36)、(37)中、Rは単環式もしくは縮合多環式の脂環構造を有する炭素数4〜40の4価の有機基または単環式の脂環構造を有する有機基が直接もしくは架橋構造を介して相互に連結された炭素数4〜40の4価の有機基を示す。)
一般的に、化学式(35)で表されるジアミンを用いたポリイミド膜では着色が見られることが多い。後述するように(比較例8)、透明PIの原料モノマーとして用いられている4,4’−(ヘキサフルオロイソプロピリデン)ジフタル酸無水物および上記化学式(35)で表されるジアミンなどを用いたポリイミド膜では、本発明のポリイミド、及びポリイミドオキサゾール膜と比較して透明性が悪化する。本発明のポリイミド及びポリイミドオキサゾール膜に関しては、脂環式酸二無水物を用いているため着色を抑制することができる。
前記化学式(35)で表されるジアミンを、全ジアミン残基の10%以上50%以下の範囲で含むことが好ましく、30%以上50%以下の範囲で含むことがより好ましく、40%以上50%以下の範囲で含むことがさらに好ましい。これにより、本発明のポリアミド酸、ポリイミドおよびポリイミドオキサゾールにおいて、一般式(36)または一般式(37)で表される構造単位が、10%〜50%含まれる。
本発明のポリアミド酸、ポリイミドおよびポリイミドオキサゾールは、分子量を好ましい範囲に調整するために末端封止剤により両末端を封止してもよい。酸二無水物と反応する末端封止剤としては、モノアミンや一価のアルコールなどが挙げられる。また、ジアミン化合物と反応する末端封止剤としては、酸無水物、モノカルボン酸、モノ酸クロリド化合物、モノ活性エステル化合物などが挙げられる。また、末端封止剤を反応させることにより、末端基として種々の有機基を導入することができる。
末端封止剤に用いられるモノアミンとしては、5−アミノ−8−ヒドロキシキノリン、4−アミノ−8−ヒドロキシキノリン、1−ヒドロキシ−8−アミノナフタレン、1−ヒドロキシ−7−アミノナフタレン、1−ヒドロキシ−6−アミノナフタレン、1−ヒドロキシ−5−アミノナフタレン、1−ヒドロキシ−4−アミノナフタレン、1−ヒドロキシ−3−アミノナフタレン、1−ヒドロキシ−2−アミノナフタレン、1−アミノ−7−ヒドロキシナフタレン、2−ヒドロキシ−7−アミノナフタレン、2−ヒドロキシ−6−アミノナフタレン、2−ヒドロキシ−5−アミノナフタレン、2−ヒドロキシ−4−アミノナフタレン、2−ヒドロキシ−3−アミノナフタレン、1−アミノ−2−ヒドロキシナフタレン、1−カルボキシ−8−アミノナフタレン、1−カルボキシ−7−アミノナフタレン、1−カルボキシ−6−アミノナフタレン、1−カルボキシ−5−アミノナフタレン、1−カルボキシ−4−アミノナフタレン、1−カルボキシ−3−アミノナフタレン、1−カルボキシ−2−アミノナフタレン、1−アミノ−7−カルボキシナフタレン、2−カルボキシ−7−アミノナフタレン、2−カルボキシ−6−アミノナフタレン、2−カルボキシ−5−アミノナフタレン、2−カルボキシ−4−アミノナフタレン、2−カルボキシ−3−アミノナフタレン、1−アミノ−2−カルボキシナフタレン、2−アミノニコチン酸、4−アミノニコチン酸、5−アミノニコチン酸、6−アミノニコチン酸、4−アミノサリチル酸、5−アミノサリチル酸、6−アミノサリチル酸、アメライド、2−アミノ安息香酸、3−アミノ安息香酸、4−アミノ安息香酸、2−アミノベンゼンスルホン酸、3−アミノベンゼンスルホン酸、4−アミノベンゼンスルホン酸、3−アミノ−4,6−ジヒドロキシピリミジン、2−アミノフェノール、3−アミノフェノール、4−アミノフェノール、5−アミノ−8−メルカプトキノリン、4−アミノ−8−メルカプトキノリン、1−メルカプト−8−アミノナフタレン、1−メルカプト−7−アミノナフタレン、1−メルカプト−6−アミノナフタレン、1−メルカプト−5−アミノナフタレン、1−メルカプト−4−アミノナフタレン、1−メルカプト−3−アミノナフタレン、1−メルカプト−2−アミノナフタレン、1−アミノ−7−メルカプトナフタレン、2−メルカプト−7−アミノナフタレン、2−メルカプト−6−アミノナフタレン、2−メルカプト−5−アミノナフタレン、2−メルカプト−4−アミノナフタレン、2−メルカプト−3−アミノナフタレン、1−アミノ−2−メルカプトナフタレン、3−アミノ−4,6−ジメルカプトピリミジン、2−アミノチオフェノール、3−アミノチオフェノール、4−アミノチオフェノール、2−エチニルアニリン、3−エチニルアニリン、4−エチニルアニリン、2,4−ジエチニルアニリン、2,5−ジエチニルアニリン、2,6−ジエチニルアニリン、3,4−ジエチニルアニリン、3,5−ジエチニルアニリン、1−エチニル−2−アミノナフタレン、1−エチニル−3−アミノナフタレン、1−エチニル−4−アミノナフタレン、1−エチニル−5−アミノナフタレン、1−エチニル−6−アミノナフタレン、1−エチニル−7−アミノナフタレン、1−エチニル−8−アミノナフタレン、2−エチニル−1−アミノナフタレン、2−エチニル−3−アミノナフタレン、2−エチニル−4−アミノナフタレン、2−エチニル−5−アミノナフタレン、2−エチニル−6−アミノナフタレン、2−エチニル−7−アミノナフタレン、2−エチニル−8−アミノナフタレン、3,5−ジエチニル−1−アミノナフタレン、3,5−ジエチニル−2−アミノナフタレン、3,6−ジエチニル−1−アミノナフタレン、3,6−ジエチニル−2−アミノナフタレン、3,7−ジエチニル−1−アミノナフタレン、3,7−ジエチニル−2−アミノナフタレン、4,8−ジエチニル−1−アミノナフタレン、4,8−ジエチニル−2−アミノナフタレン等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
また、末端封止剤として用いられる一価のアルコールとしては、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、1−ペンタノール、2−ペンタノール、3−ペンタノール、1−ヘキサノール、2−ヘキサノール、3−ヘキサノール、1−ヘプタノール、2−ヘプタノール、3−ヘプタノール、1−オクタノール、2−オクタノール、3−オクタノール、1−ノナノール、2−ノナノール、1−デカノール、2−デカノール、1−ウンデカノール、2−ウンデカノール、1−ドデカノール、2−ドデカノール、1−トリデカノール、2−トリデカノール、1−テトラデカノール、2−テトラデカノール、1−ペンタデカノール、2−ペンタデカノール、1−ヘキサデカノール、2−ヘキサデカノール、1−へプタデカノール、2−ヘプタデカノール、1−オクタデカノール、2−オクタデカノール、1−ノナデカノール、2−ノナデカノール、1−イコサノール、2−メチル−1−プロパノール、2−メチル−2−プロパノール、2−メチル−1−ブタノール、3−メチル−1−ブタノール、2−メチル−2−ブタノール、3−メチル−2−ブタノール、2−プロピル−1−ペンタノール、2−エチル−1−ヘキサノール、4−メチル−3−ヘプタノール、6−メチル−2−ヘプタノール、2,4,4−トリメチル−1−ヘキサノール、2,6−ジメチル−4−ヘプタノール、イソノニルアルコール、3,7ジメチル−3−オクタノール、2,4ジメチル−1−ヘプタノール、2−ヘプチルウンデカノール、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコール1−メチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテルシクロペンタノール、シクロヘキサノール、シクロペンタンモノメチロール、ジシクロペンタンモノメチロール、トリシクロデカンモノメチロール、ノルボネオール、テルピネオール等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
末端封止剤として用いられる酸無水物、モノカルボン酸、モノ酸クロリド化合物およびモノ活性エステル化合物としては、無水フタル酸、無水マレイン酸、無水ナジック酸、シクロヘキサンジカルボン酸無水物、3−ヒドロキシフタル酸無水物等の酸無水物、2−カルボキシフェノール、3−カルボキシフェノール、4−カルボキシフェノール、2−カルボキシチオフェノール、3−カルボキシチオフェノール、4−カルボキシチオフェノール、1−ヒドロキシ−8−カルボキシナフタレン、1−ヒドロキシ−7−カルボキシナフタレン、1−ヒドロキシ−6−カルボキシナフタレン、1−ヒドロキシ−5−カルボキシナフタレン、1−ヒドロキシ−4−カルボキシナフタレン、1−ヒドロキシ−3−カルボキシナフタレン、1−ヒドロキシ−2−カルボキシナフタレン、1−メルカプト−8−カルボキシナフタレン、1−メルカプト−7−カルボキシナフタレン、1−メルカプト−6−カルボキシナフタレン、1−メルカプト−5−カルボキシナフタレン、1−メルカプト−4−カルボキシナフタレン、1−メルカプト−3−カルボキシナフタレン、1−メルカプト−2−カルボキシナフタレン、2−カルボキシベンゼンスルホン酸、3−カルボキシベンゼンスルホン酸、4−カルボキシベンゼンスルホン酸、2−エチニル安息香酸、3−エチニル安息香酸、4−エチニル安息香酸、2,4−ジエチニル安息香酸、2,5−ジエチニル安息香酸、2,6−ジエチニル安息香酸、3,4−ジエチニル安息香酸、3,5−ジエチニル安息香酸、2−エチニル−1−ナフトエ酸、3−エチニル−1−ナフトエ酸、4−エチニル−1−ナフトエ酸、5−エチニル−1−ナフトエ酸、6−エチニル−1−ナフトエ酸、7−エチニル−1−ナフトエ酸、8−エチニル−1−ナフトエ酸、2−エチニル−2−ナフトエ酸、3−エチニル−2−ナフトエ酸、4−エチニル−2−ナフトエ酸、5−エチニル−2−ナフトエ酸、6−エチニル−2−ナフトエ酸、7−エチニル−2−ナフトエ酸、8−エチニル−2−ナフトエ酸等のモノカルボン酸類およびこれらのカルボキシル基が酸クロリド化したモノ酸クロリド化合物、およびテレフタル酸、フタル酸、マレイン酸、シクロヘキサンジカルボン酸、3−ヒドロキシフタル酸、5−ノルボルネン−2,3−ジカルボン酸、1,2−ジカルボキシナフタレン、1,3−ジカルボキシナフタレン、1,4−ジカルボキシナフタレン、1,5−ジカルボキシナフタレン、1,6−ジカルボキシナフタレン、1,7−ジカルボキシナフタレン、1,8−ジカルボキシナフタレン、2,3−ジカルボキシナフタレン、2,6−ジカルボキシナフタレン、2,7−ジカルボキシナフタレン等のジカルボン酸類のモノカルボキシル基だけが酸クロリド化したモノ酸クロリド化合物、モノ酸クロリド化合物とN−ヒドロキシベンゾトリアゾールやN−ヒドロキシ−5−ノルボルネン−2,3−ジカルボキシイミドとの反応により得られる活性エステル化合物が挙げられる。
末端封止剤に用いられるモノアミン、一価のアルコールの導入割合は、全アミン成分に対して、0.1〜60モル%の範囲が好ましく、特に好ましくは5〜50モル%である。末端封止剤として用いられる酸無水物、モノカルボン酸、モノ酸クロリド化合物およびモノ活性エステル化合物導入割合は、ジアミン成分に対して、0.1〜100モル%の範囲が好ましく、特に好ましくは5〜90モル%である。複数の末端封止剤を反応させることにより、複数の異なる末端基を導入してもよい。
ポリアミド酸、ポリイミドおよびポリイミドオキサゾール中に導入された末端封止剤は、以下の方法で容易に検出できる。例えば、末端封止剤が導入されたポリマーを酸性溶液に溶解し、ポリマーの構成単位であるアミン成分と酸無水成分とに分解し、これをガスクロマトグラフィー(GC)や、NMR測定することにより、末端封止剤を容易に検出できる。その他に、末端封止剤が導入されたポリマーを直接、熱分解ガスクロマトグラフ(PGC)や赤外スペクトルおよび13C NMRスペクトル測定でも、容易に検出可能である。
本発明のポリアミド酸樹脂組成物、ポリイミド樹脂組成物およびポリイミドオキサゾール樹脂組成物は、(b)溶剤を含有する。溶剤としては、N−メチル−2−ピロリドン、ガンマブチロラクトン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシドなどの極性の非プロトン性溶媒、テトラヒドロフラン、ジオキサン、プロピレングリコールモノメチルエーテルなどのエーテル類、アセトン、メチルエチルケトン、ジイソブチルケトン、ジアセトンアルコールなどのケトン類、酢酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、乳酸エチルなどのエステル類、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素類などを単独、または2種以上使用することができる。
(b)溶剤の含有量は、ポリアミド酸、ポリイミドまたはポリイミドオキサゾール100重量部に対して、好ましくは50重量部以上、より好ましくは100重量部以上であり、好ましくは2,000重量部以下、より好ましくは1,500重量部以下である。50〜2,000重量部の範囲であれば、塗布に適した粘度となり、塗布後の膜厚を容易に調節することができる。
以下では、(a)一般式(1)で表される構造単位を主成分とするポリアミド酸の製造方法について説明する。重合反応の反応方法は、目的のポリアミド酸が製造できれば特に制限はなく、公知の反応方法を用いることができる。
具体的な反応方法としては、所定量の全てのジアミン成分および反応溶媒を反応器に仕込み溶解させた後、所定量の酸二無水物成分を仕込み、室温〜80℃で0.5〜30時間撹拌する方法などが挙げられる。
化学式(24)で表されるジアミン化合物と、1S,2S,4R,5R−シクロへキサンテトラカルボン酸二無水物、1R,2S,4S,5R−シクロへキサンテトラカルボン酸二無水物,3,3’,4,4’−ジシクロへキサンテトラカルボン酸二無水物から得られるポリアミド酸の構造単位としては、下記化学式(38)〜(42)が挙げられる。
Figure 0005928447
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次に、(a’)一般式(2)で表される構造単位を主成分とするポリイミドの製造方法について説明する。上記の公知の反応方法によって得られた一般式(1)で表されるポリアミド酸をイミド化できる製造方法であれば特に制限はなく、公知の反応方法を用いることができる。
具体的な反応方法としては、前述のようにして得たポリアミド酸溶液を室温〜200℃で0.5〜30時間撹拌する方法などが挙げられる。
化学式(24)で表されるジアミン化合物と、1S,2S,4R,5R−シクロへキサンテトラカルボン酸二無水物、1R,2S,4S,5R−シクロへキサンテトラカルボン酸二無水物,3,3’,4,4’−ジシクロへキサンテトラカルボン酸二無水物から得られるポリイミドの構造単位としては、下記化学式(43)〜(45)が挙げられる。
Figure 0005928447
Figure 0005928447
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次に、(a’’)一般式(3)で表される構造単位を主成分とするポリイミドオキサゾールの製造方法について説明する。第1の方法としては、前述した公知の反応方法によって得られた一般式(2)で表されるポリイミドを脱水閉環することが挙げられる。反応方法には特に制限はなく、公知の反応方法を用いることができる。具体的な反応方法としては、ポリイミド粉末を300〜400℃で0.5〜30時間熱処理する方法、ポリイミド溶液に熱酸発生剤などの酸触媒を加え、室温〜250℃で0.5〜30時間撹拌する方法などが挙げられる。
第2の方法としては、下記一般式(46)で表されるオキサゾール環を含むジアミンと酸二無水物から得たポリアミド酸をイミド化することが挙げられる。具体的な反応方法としては、所定量の酸二無水物成分を仕込み、室温〜80℃で0.5〜30時間撹拌した後、室温〜200℃で0.5〜30時間撹拌する方法などが挙げられる。
Figure 0005928447
(一般式(46)中、Rは炭素数2〜40の4価の有機基を示す。)
化学式(24)で表されるジアミン化合物と、1S,2S,4R,5R−シクロへキサンテトラカルボン酸二無水物、1R,2S,4S,5R−シクロへキサンテトラカルボン酸二無水物,3,3’,4,4’−ジシクロへキサンテトラカルボン酸二無水物から得られるポリアミド酸を脱水閉環した場合、又は化学式(47)で表されるジアミンと1S,2S,4R,5R−シクロへキサンテトラカルボン酸二無水物、1R,2S,4S,5R−シクロへキサンテトラカルボン酸二無水物,3,3’,4,4’−ジシクロへキサンテトラカルボン酸二無水物から得られるポリアミド酸を脱水閉環した場合に得られるポリイミドオキサゾールの構造単位としては、下記化学式(48)〜(50)が挙げられる。
Figure 0005928447
Figure 0005928447
Figure 0005928447
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本発明のポリアミド酸樹脂組成物、ポリイミド樹脂組成物およびポリイミドオキサゾール樹脂組成物は、界面活性剤を含有することができる。界面活性剤としては、フロラード(商品名、住友3M株式会社製)、メガファック(商品名、DIC株式会社製)、スルフロン(商品名、旭硝子株式会社製)等のフッ素系界面活性剤があげられる。また、KP341(商品名、信越化学工業株式会社製)、DBE(商品名、チッソ株式会社製)、ポリフロー、グラノール(商品名、共栄社化学株式会社製)、BYK(ビック・ケミー株式会社製)等の有機シロキサン界面活性剤が挙げられる。さらに、ポリフロー(商品名、共栄社化学株式会社製)等のアクリル重合物界面活性剤が挙げられる。
界面活性剤は、ポリアミド酸、ポリイミドまたはポリイミドオキサゾール100重量部に対し、0.01〜10重量部含有することが好ましい。
本発明のポリアミド酸樹脂組成物、ポリイミド樹脂組成物およびポリイミドオキサゾール樹脂組成物は、内部離型剤を含有することができる。内部離型剤としては、長鎖脂肪酸等が挙げられる。
本発明のポリアミド酸樹脂組成物、ポリイミド樹脂組成物およびポリイミドオキサゾール樹脂組成物は、熱架橋剤を含有することができる。熱架橋剤としては、エポキシ化合物やアルコキシメチル基またはメチロール基を少なくとも2つ有する化合物が好ましい。これらの基を少なくとも2つ有することで、樹脂および同種分子と縮合反応して架橋構造体が形成され、機械強度や耐薬品性を向上させることができる。
エポキシ化合物の好ましい例としては、例えば、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、プロピレングリコールジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、ポリメチル(グリシジロキシプロピル)、シロキサン等のエポキシ基含有シリコーンなどを挙げることができるが、本発明は何らこれらに限定されない。具体的には、エピクロン850−S、エピクロンHP−4032、エピクロンHP−7200、エピクロンHP−820、エピクロンHP−4700、エピクロンEXA−4710、エピクロンHP−4770、エピクロンEXA−859CRP、エピクロンEXA−1514、エピクロンEXA−4880、エピクロンEXA−4850−150、エピクロンEXA−4850−1000、エピクロンEXA−4816、エピクロンEXA−4822(以上商品名、大日本インキ化学工業株式会社製)、リカレジンBEO−60E、リカレジンBPO−20E、リカレジンHBE−100、リカレジンDME−100(以上商品名、新日本理化株式会社)、EP−4003S,EP−4000S(以上商品名、株式会社アデカ)、PG−100、CG−500、EG−200(以上商品名、大阪ガスケミカル株式会社)、NC−3000、NC−6000(以上商品名、日本化薬株式会社)、EPOX−MK R508、EPOX−MK R540、EPOX−MK R710、EPOX−MK R1710、VG3101L、VG3101M80(以上商品名、株式会社プリンテック)、セロキサイド2021P、セロキサイド2081、セロキサイド2083、セロキサイド2085(以上商品名、ダイセル化学工業株式会社)などが挙げられる。
アルコキシメチル基またはメチロール基を少なくとも2つ有する化合物としては、例えば、DML−PC、DML−PEP、DML−OC、DML−OEP、DML−34X、DML−PTBP、DML−PCHP、DML−OCHP、DML−PFP、DML−PSBP、DML−POP、DML−MBOC、DML−MBPC、DML−MTrisPC、DML−BisOC−Z、DML−BisOCHP−Z、DML−BPC、DML−BisOC−P、DMOM−PC、DMOM−PTBP、DMOM−MBPC、TriML−P、TriML−35XL、TML−HQ、TML−BP、TML−pp−BPF、TML−BPE、TML−BPA、TML−BPAF、TML−BPAP、TMOM−BP、TMOM−BPE、TMOM−BPA、TMOM−BPAF、TMOM−BPAP、HML−TPPHBA、HML−TPHAP、HMOM−TPPHBA、HMOM−TPHAP(以上、商品名、本州化学工業株式会社製)、NIKALAC(登録商標) MX−290、NIKALAC MX−280、NIKALAC MX−270、NIKALAC MX−279、NIKALAC MW−100LM、NIKALAC MX−750LM(以上、商品名、株式会社三和ケミカル製)が挙げられる。これらを2種以上含有してもよい。
本発明のポリアミド酸樹脂組成物、ポリイミド樹脂組成物およびポリイミドオキサゾール樹脂組成物は、着色剤を含有することができる。着色剤を添加することで、ポリアミド酸、ポリイミド、ポリイミドオキサゾール膜の色味を調節することができる。
着色剤としては、染料、有機顔料、無機顔料等を用いることができるが、耐熱性、透明性の面から有機顔料が好ましい。中でも透明性が高く、耐光性、耐熱性、耐薬品性に優れたものが好ましい。代表的な有機顔料の具体的な例をカラ−インデックス(CI)ナンバ−で示すと、次のようなものが好ましく使用されるが、いずれもこれらに限定されるものではない。
黄色顔料の例としては、ピグメントイエロ−(以下PYと略す)12、13、17、20、24、83、86、93、95、109、110、117、125、129、137、138、139、147、148、150、153、154、166、168、185などが使用される。また、オレンジ色顔料の例としては、ピグメントオレンジ(以下POと略す)13、36、38、43、51、55、59、61、64、65、71などが使用される。また、赤色顔料の例としては、ピグメントレッド(以下PRと略す)9、48、97、122、123、144、149、166、168、177、179、180、192、209、215、216、217、220、223、224、226、227、228、240、254などが使用される。また、紫色顔料の例としては、ピグメントバイオレット(以下PVと略す)19、23、29、30、32、37、40、50などが使用される。また、青色顔料の例としては、ピグメントブル−(以下PBと略す)15、15:3、15:4、15:6、22、60、64などが使用される。また、緑色顔料の例としては、ピグメントグリ−ン(以下PGと略す)7、10、36、58などが使用される。これらの顔料は、必要に応じて、ロジン処理、酸性基処理、塩基性処理などの表面処理をされていてもかまわない。
本発明のポリアミド酸樹脂組成物、ポリイミド樹脂組成物およびポリイミドオキサゾール樹脂組成物は、無機フィラーを含有することができる。無機フィラーとしては、シリカ微粒子、アルミナ微粒子、チタニア微粒子、ジルコニア微粒子などが挙げられる。
無機フィラーの形状は特に限定されず、球状、楕円形状、偏平状、ロット状、繊維状などが挙げられる。
含有させた無機フィラーは光の散乱を防ぐため粒径が小さいことが好ましい。平均粒径は0.5〜100nmであり、0.5〜30nmの範囲が好ましい。
無機フィラーの含有量は、ポリアミド酸、ポリイミドまたはポリイミドオキサゾールに対し、好ましくは1〜50重量%、より好ましくは10〜30重量%である。含有量の増加に伴い、可とう性や耐折性が低下する。
ポリアミド酸樹脂組成物、ポリイミド樹脂組成物またはポリイミドオキサゾール樹脂組成物に無機フィラーを含有させる方法としては、種々公知の方法を用いることができる。例えば、オルガノ無機フィラーゾルをポリアミド酸、ポリイミドまたはポリイミドオキサゾールと混合させることが挙げられる。オルガノ無機フィラーゾルは、有機溶剤に無機フィラーを30重量%程度の割合で分散させたもので、有機溶剤としては、メタノール、イソプロパノール、ノルマルブタノール、エチレングリコール、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、プロピレングリコールモノメチルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテル、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチル−2−ピロリドン、1,3−ジメチルイミダゾリジノン、ガンマブチルラクトンなどが挙げられる。
無機フィラーのポリアミド酸、ポリイミドまたはポリイミドオキサゾールに対する分散性を向上させるために、オルガノ無機フィラーゾルをシランカップリング剤で処理してもよい。シランカップリング剤の末端官能基に、エポキシ基やアミノ基を有していると、ポリアミド酸のカルボン酸と結合することで、ポリアミド酸、ポリイミドまたはポリイミドオキサゾールとの親和性が高まり、より効果的な分散を行うことができる。
エポキシ基を有するものとしては、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシランなどが挙げられる。
アミノ基を有するものとしては、N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−トリエトキシシリル−N−(1,3−ジメチル−ブチリデン)プロピルアミン、N−フェニル−3−アミノプロピルトリメトキシシランなどが挙げられる。
オルガノ無機フィラーゾルのシランカップリング剤による処理方法としては、種々公知の方法を用いることができる。例えば、濃度を調整したオルガノ無機フィラーゾルにシランカップリング剤を添加し、室温〜80℃で0.5〜2時間、撹拌することにより処理することができる。
本発明のポリアミド酸樹脂組成物、ポリイミド樹脂組成物およびポリイミドオキサゾール樹脂組成物は、光酸発生剤を含有することができる。光酸発生剤を含有することにより、露光パターンが描かれたマスクを介して光を照射すると露光部に酸が発生し、露光部のアルカリ水溶液に対する溶解性が増大するため、ポジ型感光性樹脂組成物として用いることができる。
本発明に用いられる光酸発生剤としては、キノンジアジド化合物、スルホニウム塩、ホスホニウム塩、ジアゾニウム塩、ヨードニウム塩などが挙げられる。中でも優れた溶解抑止効果を発現し、高感度かつ低膜減りのポジ型感光性樹脂組成物を得られるという点から、キノンジアジド化合物が好ましく用いられる。また、光酸発生剤を2種以上含有してもよい。これにより、露光部と未露光部の溶解速度の比をより大きくすることができ、高感度なポジ型感光性樹脂組成物を得ることができる。
キノンジアジド化合物としては、ポリヒドロキシ化合物にキノンジアジドのスルホン酸がエステルで結合したもの、ポリアミノ化合物にキノンジアジドのスルホン酸がスルホンアミド結合したもの、ポリヒドロキシポリアミノ化合物にキノンジアジドのスルホン酸がエステル結合および/またはスルホンアミド結合したものなどが挙げられる。これらポリヒドロキシ化合物やポリアミノ化合物の全ての官能基がキノンジアジドで置換されていなくても良いが、官能基全体の50モル%以上がキノンジアジドで置換されていることが好ましい。このようなキノンジアジド化合物を用いることで、一般的な紫外線である水銀灯のi線(波長365nm)、h線(波長405nm)、g線(波長436nm)により反応するポジ型感光性樹脂組成物を得ることができる。
本発明において、キノンジアジド化合物は5−ナフトキノンジアジドスルホニル基、4−ナフトキノンジアジドスルホニル基のいずれも好ましく用いられる。同一分子中にこれらの基を両方有する化合物を用いてもよいし、異なる基を用いた化合物を併用してもよい。
本発明に用いられるキノンジアジド化合物は、特定のフェノール化合物から、次の方法により合成される。例えば5−ナフトキノンジアジドスルホニルクロライドとフェノール化合物をトリエチルアミン存在下で反応させる方法が挙げられる。フェノール化合物の合成方法は、酸触媒下で、α−(ヒドロキシフェニル)スチレン誘導体を多価フェノール化合物と反応させる方法などが挙げられる。
光酸発生剤の含有量は、ポリアミド酸、ポリイミドまたはポリイミドオキサゾール100重量部に対して、好ましくは3〜40重量部である。光酸発生剤の含有量をこの範囲とすることにより、より高感度化を図ることができる。さらに増感剤などを必要に応じて含有してもよい。
ポジ型感光性樹脂のパターンを形成するには、ポジ型感光性樹脂のワニスを基板上に塗布し、露光後、現像液を用いて露光部を除去する。現像液としては、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、ジエタノールアミン、ジエチルアミノエタノール、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、トリエチルアミン、ジエチルアミン、メチルアミン、ジメチルアミン、酢酸ジメチルアミノエチル、ジメチルアミノエタノール、ジメチルアミノエチルメタクリレート、シクロヘキシルアミン、エチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミンなどのアルカリ性を示す化合物の水溶液が好ましい。また場合によっては、これらのアルカリ水溶液にN−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、ガンマブチロラクトン、ジメチルアクリルアミドなどの極性溶媒、メタノール、エタノール、イソプロパノールなどのアルコール類、乳酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートなどのエステル類、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、イソブチルケトン、メチルイソブチルケトンなどのケトン類などを単独あるいは数種を組み合わせたものを添加してもよい。現像後は水にてリンス処理をすることが好ましい。ここでもエタノール、イソプロピルアルコールなどのアルコール類、乳酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートなどのエステル類などを水に加えてリンス処理をしてもよい。
以下では、本発明のポリアミド酸樹脂組成物、ポリイミド樹脂組成物およびポリイミドオキサゾール樹脂組成物を用いて耐熱性樹脂膜を製造する方法について説明する。
まず、ポリアミド酸樹脂組成物、ポリイミド樹脂組成物またはポリイミドオキサゾール樹脂組成物を基板上に塗布する。基板としては例えばシリコンウエハ、セラミックス類、ガリウムヒ素、ソーダ石灰硝子、無アルカリ硝子などが用いられるが、これらに限定されない。塗布方法は、例えば、スリットダイコート法、スピンコート法、スプレーコート法、ロールコート法、バーコート法などの方法があり、これらの手法を組み合わせて塗布してもかまわない。
次に、ポリアミド酸樹脂組成物、ポリイミド樹脂組成物またはポリイミドオキサゾール樹脂組成物を塗布した基板を乾燥して、ポリアミド酸樹脂組成物、ポリイミド樹脂組成物またはポリイミドオキサゾール樹脂組成物被膜を得る。乾燥はホットプレート、オーブン、赤外線、真空チャンバーなどを使用する。ホットプレートを用いる場合、プレート上に直接、もしくは、プレート上に設置したプロキシピン等の治具上に被加熱体を保持して加熱する。プロキシピンの材質としては、アルミニウムやステレンレス等の金属材料、あるいはポリイミド樹脂や“テフロン(登録商標)”等の合成樹脂があり、いずれの材質のプロキシピンを用いてもかまわない。プロキシピンの高さは、基板のサイズ、被加熱体である樹脂層の種類、加熱の目的等により様々であるが、例えば300mm×350mm×0.7mmのガラス基板上に塗布した樹脂層を加熱する場合、プロキシピンの高さは2〜12mm程度が好ましい。加熱温度は被加熱体の種類や目的により様々であり、室温から180℃の範囲で1分から数時間行うことが好ましい。
次に、180℃以上400℃以下の範囲で温度を加えて耐熱性樹脂被膜に変換する。この耐熱性樹脂被膜を基板から剥離するには、フッ酸などの薬液に浸漬する方法や、レーザーを耐熱性樹脂被膜と基板の界面に照射する方法などが挙げられるがいずれの方法を用いても構わない。
なお、一般式(1)、(2)で表される構造単位を主成分とする本発明のポリアミド酸、ポリイミドを上記の通り熱処理することで、一般式(2)で表される構造単位を主成分とするポリイミド、又は一般式(3)で表される構造単位を主成分とするポリイミドオキサゾールが得られる。
上記のように得られた耐熱性樹脂膜は高透明性、高耐熱性、低複屈折性、可とう性を有しており、フレキシブル基板として好適に用いることができる。透明性に関しては、波長400nmでの透過率が85%以上であることが好ましく、90%以上であることがより好ましく、95%以上であることがさらに好ましい。ガラス転移温度に関しては、250℃以上であることが好ましく、300℃以上であることがより好ましく、350℃以上であることがさらに好ましい。複屈折に関しては、0.01以下であることが好ましく、0.005以下であることがより好ましく、0.003以下であることがさらに好ましい。
本発明の樹脂組成物を含有するフレキシブル基板は、液晶ディスプレイ、有機ELディスプレイ、タッチパネル、電子ペーパー、カラーフィルターといった表示デバイス、太陽電池、CMOSなどの受光デバイス等のフレキシブルデバイスに使用することができる。
フレキシブルデバイスの製造工程においては、基板上に形成した耐熱性樹脂膜の上に、表示デバイス、受光デバイスに必要な回路を形成する工程を含む。例えば、アモルファスシリコンのTFTをフレキシブル基板上に形成することが出来る。さらにこの上にデバイスに必要な構造を、公知の方法によって形成することも出来る。以上のようにして、回路等が表面に形成された固体状の耐熱性樹脂膜をレーザー照射等の公知の方法を用いて基板から剥離し、フレキシブルデバイスを得ることができる。
以下実施例等をあげて本発明を説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。
(1)耐熱性樹脂膜の作製
6インチのミラーシリコンウェハーに、東京エレクトロン株式会社製の塗布現像装置 Mark−7を用いて、140℃×4分のプリベーク後の膜厚が15±0.5μmになるようにワニスをスピン塗布した。その後、同じくMark−7のホットプレートを用いて140℃×4分のプリベーク処理を行った。プリベーク膜をイナートオーブン(光洋サーモシステム株式会社製 INH−21CD)を用いて窒素気流下(酸素濃度20ppm以下)、3.5℃/minで300℃又は350℃まで昇温し、30分間保持し、5℃/minで50℃まで冷却し耐熱性樹脂膜を作製した。続いてフッ酸に1〜4分間浸漬して耐熱性樹脂膜を基板から剥離し、風乾して耐熱性樹脂膜を得た。
(2)耐熱性樹脂膜(ガラス基板上)の作製
50mm×50mm×1.1mm厚のガラス基板(テンパックス)に、ミカサ株式会社製のスピンコーターMS−A200を用いて140℃×4分のプリベーク後の膜厚が15±0.5μmになるようにワニスをスピン塗布した。その後、大日本スクリーン株式会社製ホットプレートD−SPINを用いて140℃×4分のプリベーク処理を行った。プリベーク膜をイナートオーブン(光洋サーモシステム株式会社製 INH−21CD)を用いて窒素気流下(酸素濃度20ppm以下)、3.5℃/minで300℃又は350℃まで昇温し、30分間保持し、5℃/minで50℃まで冷却し耐熱性樹脂膜(ガラス基板上)を作製した。
(3)耐熱性樹脂膜(シリコン基板上)の作製
1/4に切断した4インチシリコン基板に、ミカサ株式会社製のスピンコーターMS−A200を用いて140℃×4分のプリベーク後の膜厚が5±0.5μmになるようにワニスをスピン塗布した。その後、大日本スクリーン株式会社製ホットプレートD−SPINを用いて140℃×4分のプリベーク処理を行った。プリベーク膜をイナートオーブン(光洋サーモシステム株式会社製 INH−21CD)を用いて窒素気流下(酸素濃度20ppm以下)、3.5℃/minで300℃又は350℃まで昇温し、30分間保持し、5℃/minで50℃まで冷却し耐熱性樹脂膜(シリコン基板上)を作製した。
(4)光透過率(T)の測定
紫外可視分光光度計(株式会社島津製作所製 MultiSpec1500)を用い、400nmにおける光透過率を測定した。なお、測定には(2)で作製した耐熱性樹脂膜を用いた。
(5)全光線透過率(Tt)の測定
直読ヘーズコンピュータ(スガ試験機株式会社製 HGM2DP、C光源)を用い、(1)で作製した耐熱性樹脂膜の全光線透過率を測定した。なお、Ttとしては1回測定の値を用いた。なお、測定には(1)で作製した耐熱性樹脂膜を用いた。
(6)屈折率、面内/面外複屈折の測定
プリズムカプラー(METRICON社製、PC2010)を用い、波長632.8nmのTE屈折率(n(TE))およびTM屈折率(n(TM))を測定した。n(TE)、n(TM)は、それぞれポリイミド膜面に対して、平行、垂直方向の屈折率である。平均屈折率n(AV)は((2×n(TE)+n(TM))/3)^0.5から算出し、面内/面外複屈折はn(TE)とn(TM)の差(n(TE)−n(TM))として計算した。なお、測定には(3)で作製した耐熱性樹脂膜を用いた。
(7)ガラス転移温度(Tg)、線膨張係数(CTE)の測定
熱機械分析装置(エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社製 EXSTAR6000 TMA/SS6000)を用いて、窒素気流下で測定を行った。昇温方法は、以下の条件にて行った。第1段階で昇温レート5℃/minで150度まで昇温して試料の吸着水を除去し、第2段階で降温レート5℃/minで室温まで空冷した。第3段階で、昇温レート5℃/minで本測定を行い、ガラス転移温度を求めた。また第3段階における50〜200℃の線膨張係数の平均から線膨張係数(CTE)を求めた。なお、測定には(1)で作製した耐熱性樹脂膜を用いた。
(8)1%重量減少温度(Td1)の測定
熱重量測定装置(株式会社島津製作所製 TGA−50)を用いて窒素気流下で測定を行った。昇温方法は、以下の条件にて行った。第1段階で、昇温レート3.5℃/minで350度まで昇温して試料の吸着水を除去し、第2段階で、降温レート10℃/min室温まで冷却した。第3段階で、昇温レート10℃/minで本測定を行い、1%熱重量減少温度を求めた。なお、測定には(1)で作製した耐熱性樹脂膜を用いた。
(9)破断応力、破断伸度、ヤング率の測定
テンシロン(株式会社オリエンテック RTM−100)を用いて測定を行った。各試料につき10サンプル以上測定を行い、JIS個数平均(JIS K−6301)を用いてJIS平均値を算出した。なお、測定には(1)で作製した耐熱性樹脂膜を用いた。
(10)b値の測定
代表的な色空間であるCIELABのb値の測定をSMカラーコンピューター(スガ試験機株式会社 SM−7−CH)を用いて行った。光源にはC光源を用い、測定は透過光モードで行った。なお、CIELABにおいてb値は黄色と青色の座標であり、b>0では黄色寄り、b<0では青色寄りに対応する。なお、測定には(1)で作製した耐熱性樹脂膜を用いた。
(11)レリーフパターンの作製
実施例で作製した感光性樹脂組成物(ワニス)を8インチシリコンウエハ上に回転塗布し、次いで、ホットプレート(東京エレクトロン株式会社製、塗布現像装置Mark−7)を用いて、120℃で3分間熱処理(プリベーク)し、厚さ2〜4μmのプリベーク膜を作製した。得られたプリベーク膜を、i線ステッパー(GCA社製、DSW−8000)を用いて20〜320mJ/cmの露光量にて10mJ/cmステップで露光した。露光に用いたライン&スペースパターンは1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20、30、50、100μmである。露光後、2.38重量%のテトラメチルアンモニウム(TMAH)水溶液(三菱ガス化学株式会社製、ELM−D)で60秒間現像し、次いで純水でリンスし、レリーフパターンを得た。なお、プリベーク後および現像後の膜厚は、大日本スクリーン製造株式会社製光干渉式膜厚測定装置ラムダエースSTM−602を使用し、屈折率1.63として測定した。
(12)現像膜減り量の算出
現像膜減り量は以下の式に従って算出した。
現像膜減り量(μm)=プリベーク後の膜厚−現像後の膜厚
(13)感度の算出
露光、現像後、10μm及び20μmのライン&スペースパターン(1L/1S)が1対1に形成される最小の露光量を感度とした。
以下、実施例で使用する化合物の略号を記載する。
PMDA−HH:1S,2S,4R,5R−シクロへキサンテトラカルボン酸二無水物
PMDA−HS:1R,2S,4S,5R−シクロへキサンテトラカルボン酸二無水物
BPDA−H:3,3’,4,4’−ジシクロへキサンテトラカルボン酸二無水物
PMDA:ピロメリット酸二無水物
BPDA:3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物
ODPA:3,3’,4,4’−オキシジフタル酸二無水物
6FDA:4,4’−(ヘキサフルオロイソプロピリデン)ジフタル酸無水物
HFHA:2,2−ビス[3−(3−アミノベンズアミド)−4−ヒドロキシフェニル]ヘキサフルオロプロパン
FDA:9,9−ビス(4−アミノフェニル)フルオレン
CHDA:trans−1,4−ジアミノシクロへキサン
PDA:p−フェニレンジアミン
m−TB:2,2’−ジメチル−4,4’−ジアミノビフェニル
TFMB:2,2’−ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン
m−BAPS:ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]スルホン
SiDA:1,3−ビス(3−アミノプロピル)テトラメチルジシロキサン
MAP:m−アミノフェノール
NMP:N−メチル−2−ピロリドン
GBL:ガンマブチロラクトン
EL:乳酸エチル
DFA:ジメチルホルムアミドジメチルアセタール
実施例1
乾燥窒素気流下、100mL4つ口フラスコにPMDA−HH2.7704g(12mmol)、HFHA7.4706g(12mmol)、NMP50gを入れて80℃で加熱撹拌した。8時間後、冷却してワニスとした。
実施例2
乾燥窒素気流下、100mL4つ口フラスコにPMDA−HS2.7704g(12mmol)、HFHA7.4706g(12mmol)、NMP50gを入れて80℃で加熱撹拌した。8時間後、冷却してワニスとした。
実施例3
乾燥窒素気流下、100mL4つ口フラスコにBPDA−H3.4441g(11mmol)、HFHA6.7969g(11mmol)、NMP50gを入れて80℃で加熱撹拌した。8時間後、冷却してワニスとした。
実施例4
乾燥窒素気流下、100mL4つ口フラスコにPMDA−HH2.7704g(12mmol)、HFHA6.5286g(10.8mmol)、FDA0.4181g(1.2mmol)NMP50gを入れて80℃で加熱撹拌した。8時間後、冷却してワニスとした。
実施例5
乾燥窒素気流下、100mL4つ口フラスコにBPDA1.0238g(3.48mmol)、PMDA−HH1.9099g(8.52mmol)、CHDA0.4110g(3.60mmol)、HFHA5.0778g(8.40mmol)、NMP50gを入れて80℃で加熱撹拌した。8時間後、冷却してワニスとした。
実施例6
乾燥窒素気流下、100mL4つ口フラスコにPMDA−HS3.4345g(15.3mmol)、HFHA8.7985g(14.5mmol)、FDA0.2669g(0.8mmol)、NMP50gを入れて30℃で加熱撹拌した。6時間後、冷却してワニスとした。
実施例7
乾燥窒素気流下、100mL4つ口フラスコにPMDA−HS3.4893g(15.6mmol)、HFHA8.4683g(14.0mmol)、FDA0.5424g(1.6mmol)、NMP50gを入れて30℃で加熱撹拌した。8時間後、冷却してワニスとした。
実施例8
乾燥窒素気流下、100mL4つ口フラスコにPMDA−HS3.6042g(16.1mmol)、HFHA7.7753g(12.9mmol)、FDA1.1204g(3.2mmol)、NMP50gを入れて30℃で加熱撹拌した。6時間後、冷却してワニスとした。
実施例9
乾燥窒素気流下、100mL4つ口フラスコにPMDA−HS3.7270g(16.6mmol)、HFHA7.0351g(11.6mmol)、FDA1.7379g(5.0mmol)、NMP50gを入れて30℃で加熱撹拌した。6時間後、冷却してワニスとした。
実施例10
乾燥窒素気流下、100mL4つ口フラスコにPMDA−HS3.8584g(17.2mmol)、HFHA6.2427g(10.3mmol)、FDA2.3989g(6.9mmol)、NMP50gを入れて30℃で加熱撹拌した。6時間後、冷却してワニスとした。
実施例11
乾燥窒素気流下、100mL4つ口フラスコにPMDA−HS3.9994g(17.8mmol)、HFHA5.3924g(8.9mmol)、FDA3.1082g(8.9mmol)、NMP50gを入れて30℃で加熱撹拌した。6時間後、冷却してワニスとした。
比較例1
乾燥窒素気流下、100mL4つ口フラスコにPMDA2.7154g(12mmol)、HFHA7.5255g(12mmol)、NMP50gを入れて50℃で加熱撹拌した。2時間後、冷却してワニスとした。
比較例2
乾燥窒素気流下、100mL4つ口フラスコにBPDA3.3527g(11mmol)、HFHA6.8883g(11mmol)、NMP50gを入れて50℃で加熱撹拌した。2時間後、冷却してワニスとした。
比較例3
乾燥窒素気流下、100mL4つ口フラスコにODPA3.4731g(11mmol)、HFHA6.7679g(11mmol)、NMP50gを入れて50℃で加熱撹拌した。2時間後、冷却してワニスとした。
比較例4
乾燥窒素気流下、100mL4つ口フラスコにPMDA−HH5.2599g(23mmol)、m−TB4.9811g(23mmol)、NMP50gを入れて50℃で加熱撹拌した。2時間後、冷却してワニスとした。
比較例5
乾燥窒素気流下、100mL4つ口フラスコに6FDA7.0599g(15.9mmol)、HFHA9.6068g(15.9mmol)、NMP50gを入れて30℃で加熱撹拌した。6時間後、冷却してワニスとした。
比較例6
乾燥窒素気流下、100mL4つ口フラスコに6FDA7.2639g(16.4mmol)、TFMB5.2361g(16.4mmol)、NMP50gを入れて30℃で加熱撹拌した。6時間後、冷却してワニスとした。
比較例7
乾燥窒素気流下、100mL4つ口フラスコに6FDA8.4450g(19.0mmol)、m−BAPS8.2216g(19.0mmol)、NMP50gを入れて30℃で加熱撹拌した。6時間後、冷却してワニスとした。
比較例8
乾燥窒素気流下、100mL4つ口フラスコに6FDA7.824g(17.6mmol)、FDA2.4547g(7.0mmol)、HFHA6・3879g(10.6mmol)、NMP50gを入れて30℃で加熱撹拌した。6時間後、冷却してワニスとした。
比較例9
乾燥窒素気流下、100mL4つ口フラスコにPMDA−HH5.1472g(23mmol)、TFMB7.3528g(23mmol)、NMP50gを入れて50℃で加熱撹拌した。6時間後、冷却してワニスとした。
比較例10
乾燥窒素気流下、100mL4つ口フラスコにPMDA−HS5.6897g(25.4mmol)、m−BAPS10.9770g(25.4mmol)、NMP50gを入れて50℃で加熱撹拌した。6時間後、冷却してワニスとした。
比較例11
乾燥窒素気流下、100mL4つ口フラスコにBPDA−H9.2384g(30.2mmol)、PDA3.2616g(30.2mmol)、NMP50gを入れて50℃で加熱撹拌した。6時間後、冷却してワニスとした。
実施例1〜11、および比較例1〜11で合成したワニスの組成を表1に示す。また、それらのワニスを用いて、350℃での焼成によって得た耐熱性樹脂膜の光透過率(T)、全光線透過率(Tt)、TE屈折率(n(TE))、TM屈折率(n(TM))、平均屈折率(n(AV))、面内/面外複屈折、ガラス転移温度(Tg)、線膨張係数(CTE)、1%熱重量減少温度(Td1)を測定した結果を表1に示す。
Figure 0005928447
実施例12
乾燥窒素気流下、HFHA121.5804g(0.201mol)をNMP400gに溶解した。ここにPMDA−HS45.5372g(0.203mol)をNMP100gとともに加えて、30℃で6時間撹拌した。その後、室温で12時間撹拌した。その後、180℃で4時間撹拌した。撹拌終了後、溶液を水3Lに投入して、ポリマー固体の沈殿をろ過で集めた。さらに水3Lで5回洗浄を行い、集めたポリマー固体を50℃の乾燥機で72時間乾燥し、ポリイミド粉末を得た。得られたポリイミド粉末15gにGBL47.5gを加えてポリイミドワニスを得た。
実施例13
乾燥窒素気流下、HFHA62.4272g(0.103mol)、FDA23.9891g(0.069mol)をNMP400gに溶解した。ここにPMDA−HS38.9695g(0.174mol)をNMP100gとともに加えて、30℃で6時間撹拌した。その後、室温で12時間撹拌した。その後、180℃で4時間撹拌した。撹拌終了後、溶液を水3Lに投入して、ポリマー固体の沈殿をろ過で集めた。さらに水3Lで5回洗浄を行い、集めたポリマー固体を50℃の乾燥機で72時間乾燥し、ポリイミド粉末を得た。得られたポリイミド粉末15gにGBL47.5gを加えてポリイミドワニスを得た。
実施例12、13のワニスを用いて、350℃での焼成によって得た耐熱性樹脂膜の光透過率(T)、全光線透過率(Tt)、TE屈折率(n(TE))、TM屈折率(n(TM))、平均屈折率(n(AV))、面内/面外複屈折、ガラス転移温度(Tg)、線膨張係数(CTE)、1%熱重量減少温度(Td1)を測定した結果を表2に示す。
Figure 0005928447
実施例14
乾燥窒素気流下、HFHA121.5804g(0.201mol)をNMP400gに溶解した。ここにPMDA−HS45.5372g(0.203mol)をNMP100gとともに加えて、30℃で6時間撹拌した。その後、室温で12時間撹拌した。その後、180℃で4時間撹拌した。撹拌終了後、溶液を水3Lに投入して、ポリマー固体の沈殿をろ過で集めた。さらに水3Lで5回洗浄を行い、集めたポリマー固体を50℃の乾燥機で72時間乾燥し、ポリイミド粉末を得た。得られたポリイミド粉末を窒素気流下350℃のオーブンで30分間熱処理し、ポリイミドオキサゾール粉末を得た。得られたポリイミドオキサゾール粉末15gにNMP47.5gを加えてポリイミドオキサゾールワニスを得た。
実施例15
乾燥窒素気流下、HFHA62.4272g(0.103mol)、FDA23.9891g(0.069mol)をNMP400gに溶解した。ここにPMDA−HS38.9695g(0.174mol)をNMP100gとともに加えて、30℃で6時間撹拌した。その後、室温で12時間撹拌した。その後、180℃で4時間撹拌した。撹拌終了後、溶液を水3Lに投入して、ポリマー固体の沈殿をろ過で集めた。さらに水3Lで5回洗浄を行い、集めたポリマー固体を50℃の乾燥機で72時間乾燥し、ポリイミド粉末を得た。得られたポリイミド粉末を窒素気流下350℃のオーブンで30分間熱処理し、ポリイミドオキサゾール粉末を得た。得られたポリイミドオキサゾール粉末15gにNMP47.5gを加えてポリイミドオキサゾールワニスを得た。
実施例14、15のワニスを用いて、350℃での焼成によって得た耐熱性樹脂膜の光透過率(T)、全光線透過率(Tt)、TE屈折率(n(TE))、TM屈折率(n(TM))、平均屈折率(n(AV))、面内/面外複屈折、ガラス転移温度(Tg)、線膨張係数(CTE)、1%熱重量減少温度(Td1)を測定した結果を表3に示す。
Figure 0005928447
実施例16
実施例1で得たワニス100重量部に対してシリカ微粒子が10重量部となるように、ポリアミド酸ワニスにオルガノシリカゾル(日産化学工業株式会社製、商品名PMA−ST、粒子径10−30nm)を添加し、ポリアミド酸−シリカナノ粒子ワニスを得た。
実施例17
実施例1で得たワニス100重量部に対してシリカ微粒子が20重量部となるように、ポリアミド酸ワニスにオルガノシリカゾル(日産化学工業株式会社製、商品名PMA−ST、粒子径10−30nm)を添加し、ポリアミド酸−シリカナノ粒子ワニスを得た。
実施例18
実施例1で得たワニス100重量部に対してシリカ微粒子が30重量部となるように、ポリアミド酸ワニスにオルガノシリカゾル(日産化学工業株式会社製、商品名PMA−ST、粒子径10−30nm)を添加し、ポリアミド酸−シリカナノ粒子ワニスを得た。
実施例16〜18で調製したワニスの組成を表4に示す。また、それらのワニスを用いて、350℃焼成によって得た耐熱性樹脂膜の光透過率(T)、全光線透過率(Tt)、TE屈折率(n(TE))、TM屈折率(n(TM))、平均屈折率(n(AV))、面内/面外複屈折、ガラス転移温度(Tg)、線膨張係数(CTE)、1%熱重量減少温度(Td1)を測定した結果を表4に示す。
Figure 0005928447
実施例19
実施例13で得たポリイミド粉末4gに界面活性剤ポリフロー77(商品名、共栄社化学株式会社製)0.044g、GBL13.47gを加えてポリイミドワニスを得た。
実施例20
実施例13で得たポリイミド粉末4gに界面活性剤ポリフロー77(商品名、共栄社化学株式会社製)0.044g、エピクロン850−S(商品名、大日本インキ化学工業株式会社)0.2g、GBL13.47gを加えてポリイミドワニスを得た。
実施例21
実施例13で得たポリイミド粉末4gに界面活性剤ポリフロー77(商品名、共栄社化学株式会社製)0.044g、エピクロン850−S(商品名、大日本インキ化学工業株式会社)0.4g、GBL13.47gを加えてポリイミドワニスを得た。
実施例22
実施例13で得たポリイミド粉末4gに界面活性剤ポリフロー77(商品名、共栄社化学株式会社製)0.044g、エピクロン850−S(商品名、大日本インキ化学工業株式会社)0.8g、GBL13.47gを加えてポリイミドワニスを得た。
実施例19〜22のワニスを用いて、300℃での焼成によって得た耐熱性樹脂膜の光透過率(T)、全光線透過率(Tt)、TE屈折率(n(TE))、TM屈折率(n(TM))、平均屈折率(n(AV))、面内/面外複屈折、ガラス転移温度(Tg)、線膨張係数(CTE)、1%熱重量減少温度(Td1)、破断応力、破断伸度、ヤング率を測定した結果を表5に示す。
Figure 0005928447
参考例1
117gのPB15:6(平均一次粒径30nm)、140gの味の素ファインテクノ製“アジスパー”PB821のプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート溶液(30重量%)、93gのダイセル化学工業株式会社製“サイクロマー”ACA250(45重量%溶液)、および627gのプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートをホモディスパーで攪拌してスラリーを作製した。このスラリーを入れたビーカーを循環式ビーズミル分散機(ウイリー・エ・バッコーフェン社製“ダイノーミル”KDL−A)とチューブでつなぎ、メディアとして直径0.3mmのジルコニアビーズを使用して、3200rpm、3時間の分散処理を行い、青色顔料分散液を得た。得られた青色顔料分散液0.4167gにGBL49.5833gを加え希釈溶液を得た。
実施例23
実施例13で得たポリイミド粉末13gに界面活性剤ポリフロー77(商品名、共栄社化学株式会社製)0.013g、GBL36.3gを加えてポリイミドワニスを得た。
実施例24
実施例13で得たポリイミド粉末13gに界面活性剤ポリフロー77(商品名、共栄社化学株式会社製)0.013g、参考例1で得た青色顔料分散液0.325g、GBL36.3gを加えてポリイミドワニスを得た。
実施例25
実施例13で得たポリイミド粉末13gに界面活性剤ポリフロー77(商品名、共栄社化学株式会社製)0.013g、参考例1で得た青色顔料分散液0.650g、GBL36.3gを加えてポリイミドワニスを得た。
実施例26
実施例13で得たポリイミド粉末13gに界面活性剤ポリフロー77(商品名、共栄社化学株式会社製)0.013g、参考例1で得た青色顔料分散液0.975g、GBL36.3gを加えてポリイミドワニスを得た。
実施例27
実施例13で得たポリイミド粉末13gに界面活性剤ポリフロー77(商品名、共栄社化学株式会社製)0.013g、参考例1で得た青色顔料分散液1.300g、GBL36.3gを加えてポリイミドワニスを得た。
実施例28
実施例13で得たポリイミド粉末13gに界面活性剤ポリフロー77(商品名、共栄社化学株式会社製)0.013g、参考例1で得た青色顔料分散液1.625g、GBL36.3gを加えてポリイミドワニスを得た。
実施例29
実施例13で得たポリイミド粉末13gに界面活性剤ポリフロー77(商品名、共栄社化学株式会社製)0.013g、参考例1で得た青色顔料分散液2.600g、GBL36.3gを加えてポリイミドワニスを得た。
実施例23〜29のワニスを用いて、350℃での焼成によって得た耐熱性樹脂膜の光透過率(T)、b値、TE屈折率(n(TE))、TM屈折率(n(TM))、平均屈折率(n(AV))、面内/面外複屈折を測定した結果を表6に示す。
Figure 0005928447
実施例30
乾燥窒素気流下、HFHA22.4g(0.037モル)、SiDA0.58g(0.0023モル)をNMP105gに溶解した。ここにODPA5.75g(0.018モル)をNMP20gとともに加えて、40℃で1時間撹拌した。その後、PMDA−HH6.23gをNMP20gとともに加え、80℃で8時間撹拌し、続いて室温で11時間撹拌した。その後、MAP1.011gをNMP15gとともに加えて、60℃で1時間撹拌した。その後、DFA4.60g(0.038モル)をNMP10gで希釈した溶液を滴下し、滴下後、60℃で1時間撹拌を続けた。その後、同様の操作を2回行った。その後、室温下で酢酸16.69gを加え、1時間撹拌した。撹拌終了後、溶液を水2Lに投入して、ポリマー固体の沈殿をろ過で集めた。さらに水2Lで5回洗浄を行い、集めたポリマー固体を50℃の乾燥機で72時間乾燥し、ポリアミド酸エステル粉末を得た。
得られたポリアミド酸エステル粉末4gにキノンジアジド化合物TP−250(東洋合成株式会社製)0.455g、HAP−170(東洋合成株式会社製)0.455g、溶解促進剤Tris−HAP(本州化学株式会社製)0.421g、熱架橋剤HMOM(本州化学株式会社製)0.682g、界面活性剤ポリフロー77(商品名、共栄社化学株式会社製)0.182g、EL9.3g、GBL6.9gを加えて感光性樹脂組成物のワニスを得た。得られたワニスを用いて上記(9)の方法でレリーフパターンを作製し感光性評価を行ったところ、現像膜減り量は0.17μmと少なく、感度は300mJ/cmであった。
実施例31
実施例12で得たポリイミド粉末4.646gにキノンジアジド化合物HAP−170(東洋合成株式会社製)0.929g、熱架橋剤HMOM(本州化学株式会社製)0.664g、界面活性剤ポリフロー77(商品名、共栄社化学株式会社製)0.011g、GBL18.75gを加えて感光性樹脂組成物のワニスを得た。得られたワニスを用いて上記(9)の方法でレリーフパターンを作製し感光性評価を行ったところ、現像膜減り量は1.27μm、感度は125mJ/cmであった。
本発明によれば、熱処理後の膜が優れた耐熱性、光透過性、低複屈折性を有するポリアミド酸樹脂組成物、ポリイミド樹脂組成物およびポリイミドオキサゾール樹脂組成物を提供することができる。熱処理後の膜は、フラットパネルディスプレイ、タッチパネル、電子ペーパー、カラーフィルター基板、太陽電池等のフレキシブル基板、半導体素子の表面保護膜、層間絶縁膜、有機エレクトロルミネッセンス素子(有機EL素子)の絶縁層やスペーサー層、薄膜トランジスタ基板の平坦化膜、有機トランジスタの絶縁層、フレキシブルプリント基板などに好適に用いることができる。

Claims (13)

  1. 一般式(2)で表される構造単位を主成分とするポリイミド含有することを特徴とするフレキシブル基板。
    Figure 0005928447

    (一般式(2)中、Rは単環式もしくは縮合多環式の脂環構造を有する炭素数4〜40の4価の有機基または単環式の脂環構造を有する有機基が直接もしくは架橋構造を介して相互に連結された炭素数4〜40の4価の有機基を示す。Rは少なくとも2つの水酸基を有する炭素数2〜40の2価の有機基を示す。)
  2. 一般式(2)中のRが、下記一般式(4)〜(10)から選ばれた1以上であることを特徴とする請求項に記載のフレキシブル基板
    Figure 0005928447

    Figure 0005928447

    Figure 0005928447

    Figure 0005928447

    Figure 0005928447

    Figure 0005928447

    Figure 0005928447

    (一般式(4)〜(10)中、R〜R79は各々独立に水素原子、ハロゲン原子またはハロゲン原子で水素原子が置換されていてもよい炭素数1〜3の1価の有機基を示す。一般式(7)中、Xは、酸素原子、硫黄原子、スルホニル基もしくはハロゲン原子で水素原子が置換されていてもよい炭素数1〜3の2価の有機基またはそれらが2以上連結してなる2価の架橋構造である。一般式(10)中、Xは直接結合、酸素原子、硫黄原子、スルホニル基、ハロゲン原子で水素原子が置換されていてもよい炭素数1〜3の2価の有機基もしくはハロゲン原子で水素原子が置換されていてもよいアリーレン基または酸素原子、硫黄原子、スルホニル基、ハロゲン原子で水素原子が置換されていてもよい炭素数1〜3の2価の有機基およびハロゲン原子で水素原子が置換されていてもよいアリーレン基から選ばれた2以上が連結してなる2価の架橋構造である。)
  3. 一般式(2)中のRが下記式(14)で表されることを特徴とする請求項またはに記載のフレキシブル基板
    Figure 0005928447
  4. 般式(2)で表される構造単位を主成分とするポリイミドが、一般式(37)で表される構造単位を10%〜50%含むことを特徴とする請求項のいずれかに記載のフレキシブル基板
    Figure 0005928447

    (一般式(37)中、Rは単環式もしくは縮合多環式の脂環構造を有する炭素数4〜40の4価の有機基または単環式の脂環構造を有する有機基が直接もしくは架橋構造を介して相互に連結された炭素数4〜40の4価の有機基を示す。)
  5. 前記ポリイミドの複屈折が0.01以下であることを特徴とする請求項のいずれかに記載のフレキシブル基板
  6. 前記ポリイミドのガラス転位温度が300℃以上であることを特徴とする請求項5に記載のフレキシブル基板。
  7. 一般式(3)で表される構造単位を主成分とするポリイミドオキサゾール含有することを特徴とするフレキシブル基板。
    Figure 0005928447

    (一般式(3)中、Rは単環式もしくは縮合多環式の脂環構造を有する炭素数4〜40の4価の有機基または単環式の脂環構造を有する有機基が直接もしくは架橋構造を介して相互に連結された炭素数4〜40の4価の有機基を示す。R下記式(25)または(34)で表される。)
    Figure 0005928447

    Figure 0005928447
  8. 一般式(3)で表される構造単位を主成分とするポリイミドオキサゾール含有することを特徴とするフレキシブル基板。
    Figure 0005928447

    (一般式(3)中、Rは単環式もしくは縮合多環式の脂環構造を有する炭素数4〜40の4価の有機基または単環式の脂環構造を有する有機基が直接もしくは架橋構造を介して相互に連結された炭素数4〜40の4価の有機基を示す。Rは炭素数2〜40の4価の有機基を示す。ただし、一般式(3)で表される構造単位を主成分とするポリイミドオキサゾールは、一般式(37)で表される構造単位を10%〜50%含む。
    Figure 0005928447

    (一般式(37)中、R は単環式もしくは縮合多環式の脂環構造を有する炭素数4〜40の4価の有機基または単環式の脂環構造を有する有機基が直接もしくは架橋構造を介して相互に連結された炭素数4〜40の4価の有機基を示す。)
  9. 一般式(3)中のRが、下記一般式(4)〜(10)から選ばれた1以上であることを特徴とする請求項7または8に記載のフレキシブル基板
    Figure 0005928447

    Figure 0005928447

    Figure 0005928447

    Figure 0005928447

    Figure 0005928447

    Figure 0005928447

    Figure 0005928447

    (一般式(4)〜(10)中、R〜R79は各々独立に水素原子、ハロゲン原子またはハロゲン原子で水素原子が置換されていてもよい炭素数1〜3の1価の有機基を示す。一般式(7)中、Xは、酸素原子、硫黄原子、スルホニル基もしくはハロゲン原子で水素原子が置換されていてもよい炭素数1〜3の2価の有機基またはそれらが2以上連結してなる2価の架橋構造である。一般式(10)中、Xは直接結合、酸素原子、硫黄原子、スルホニル基、ハロゲン原子で水素原子が置換されていてもよい炭素数1〜3の2価の有機基もしくはハロゲン原子で水素原子が置換されていてもよいアリーレン基または酸素原子、硫黄原子、スルホニル基、ハロゲン原子で水素原子が置換されていてもよい炭素数1〜3の2価の有機基およびハロゲン原子で水素原子が置換されていてもよいアリーレン基から選ばれた2以上が連結してなる2価の架橋構造である。)
  10. 前記ポリイミドオキサゾールの複屈折が0.01以下であることを特徴とする請求項のいずれかに記載のフレキシブル基板
  11. 前記ポリイミドオキサゾールのガラス転移温度が300℃以上であることを特徴とする請求項10に記載のフレキシブル基板。
  12. 前記請求項1〜11のいずれかに記載のフレキシブル基板を備えたことを特徴とする表示デバイス。
  13. 前記請求項1〜11のいずれかに記載のフレキシブル基板を備えたことを特徴とする受光デバイス。
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