JP6410946B2 - 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

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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又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、液状化又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、無色透明でありながらも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することを目的とする。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することを目的とする。
上記の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、芳香族ジカルボニル化合物とジアミンとを含む単量体が共重合された第2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3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、前記第1ブロックを形成するジアンヒドリドは、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二無水物(6FDA)を含み、前記第1ブロック及び第2ブロックを形成するジアミンは、9,9−ビス(3−フルオロ−4−アミノフェニル)フルオレン(FFDA)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−イミド樹脂であり、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又は膜を形成することができる。特に、本発明のポリアミド−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。
本発明のポリアミド−イミド前駆体をイミド化させた一例であって、6FDAとFFDAとが重合された第1ブロック(A)、TPCとFFDAとが重合された第2ブロック(B)、及びTPCとTFBDとが重合された第3ブロック(C)を含むポリアミド−イミドの分子構造を示す分子構造式である。
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、芳香族ジカルボニル化合物とジアミンとを含む単量体が共重合された第2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3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。但し、ここで、前記第1ブロックを形成するジアンヒドリドは、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二無水物(6FDA)を含み、前記第1ブロック及び第2ブロックを形成するジアミンは、9,9−ビス(3−フルオロ−4−アミノフェニル)フルオレン(FFDA)を含む。
より具体的に、本発明は、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二無水物(6FDA)を含むジアンヒドリドと、9,9−ビス(3−フルオロ−4−アミノフェニル)フルオレン(FFDA)とを含むジアミンとが共重合された第1ブロック;芳香族ジカルボニル化合物と9,9−ビス(3−フルオロ−4−アミノフェニル)フルオレン(FFDA)を含むジアミンとが共重合された第2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3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又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、アミド結合を含む第2ブロック及び第3ブロック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物性を、アミド結合構造を有する第2ブロック及び第3ブロックによって確保することにより、最終的に熱的安定性、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ンヒドリドとして6FDA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ブロックと第2ブロックを形成するジアミンとして、分子構造内にバルクな結合構造のベンゼン環を含む9,9−ビス(3−フルオロ−4−アミノフェニル)フルオレン(FFDA)を使用することにより、第2ブロックと第3ブロックとに導入される芳香族ジカルボニル化合物による光学的特性低下を効果的に防止することができる。
本発明において、前記第1ブロックと第2ブロックとは、黄色度及び複屈折の改善のために、それらの和が全体ブロック共重合体の総100モルに対して20〜80モル%となるように含まれることが好ましく、機械的物性低下防止の観点から、40〜60モル%となるように含まれることがより好ましい。第1ブロックと第2ブロックとの和が20モル%未満で含まれる場合には、相対的に第3ブロックのモル比が高くなるので、機械的特性は向上できるが、耐熱性及び透過度の低下のみならず、黄色度などの光学特性が急激に低下するおそれがあり、第1ブロックと第2ブロックとの和が80モル%を超える場合には、機械的特性の改善が微々たるものであって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。
本発明において、前記第1ブロックと第2ブロックとは、モル比が2:8〜8:2であることが好ましい。第1ブロックの含有量が上記の範囲を満たさない場合には、熱的安定性及び機械的物性は向上できるが、黄色度や透過度などの光学特性は低下し、複屈折特性が高まって光学用素子への適用には適さないおそれがある。これに対し、第2ブロックの含有量が上記の範囲を満たさない場合には、熱的安定性及び機械的特性の改善効果が期待に及ばないおそれがある。
本発明において、前記第2ブロック及び第3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'−ビフェニルジカルボニルクロリド(4,4'−biphenyldicarbonyl 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。
また、前記第3ブロックを形成する芳香族ジアミンとしては、ビストリフルオロメチルベンジジン(TFDB)、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)(6HMDA)、4,4’−ジアミノジフェニルプロパン(6HDA)、4,4’−ジアミノジフェニルメタン(MDA)、4,4’−ジアミノジフェニルスルフィド(4,4’−Thiodianiline)、4,4’−ジアミノジフェニルジエチルシラン(4,4’−diaminodiphenyl diethylsilane)、4,4’−ジアミノジフェニルシラン(44DDS)、4,4’−ジアミノジフェニルN−メチルアミン(4,4’−diaminodiphenyl N−methyl amine)、4,4’−ジアミノジフェニルN−フェニルアミン(4,4’−diaminodiphenyl N−phenylamine)、1,3−ジアミノベンゼン(m−PDA)、1,2−ジアミノベンゼン(o−PDA)、4,4’−オキシジアニリン(44’ODA)、3,3’−オキシジアニリン(33’ODA)、2,4−オキシジアニリン(24’ODA)、3,4’−オキシジアニリン(34’ODA)、1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン(TPE−R)、1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン(APB)、4,4’−ビス(3−アミノフェノキシ)ビフェニル(M−Tolidine)、及び4,4’−ビス(4−アミノフェノキシ)ビフェニル(BAPB)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。
本発明において、前記第3ブロックを形成する芳香族ジアミンは、前記第1ブロック及び第2ブロックを形成するジアミンである9,9−ビス(3−フルオロ−4−アミノフェニル)フルオレン(FFDA)と区別されるものである。第3ブロックにもFFDAが含まれる場合には、第2ブロックと構造が同一になることがあり、3成分構造による十分な機械的物性が発現し難いおそれがある。また、第1及び第2ブロックに前記第3ブロックを形成する芳香族ジアミンがFFDAと代替される場合には、同様に第2ブロックと第3ブロックとの構造が同一になるので、光学性の低下及び複屈折の上昇をもたらすおそれがある。つまり、第1及び第2ブロックには、バルク(bulk)な構造のベンゼン環を含むCardo系ジアミンであるFFDAが含まれることが好ましく、第3ブロックには、機械的物性を確保するために上記の芳香族ジアミンを使用することが好ましい。
また、分子構造内に、芳香族ジカルボニル化合物から誘導された構造が含まれている場合には、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、前記第3ブロックを形成する芳香族ジアミンは、分子構造に柔軟基が導入されたものを使用することが、芳香族ジカルボニル化合物による複屈折の低下を防止するための観点からより好ましい。特に、柔軟基の長さが長く、置換基の位置がメタ(meta)位にあるビス(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種以上の芳香族ジアミンであることが、優れた複屈折率実現の観点から有利である。
前記単量体を重合して、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二無水物(6FDA)を含むジアンヒドリドと、9,9−ビス(3−フルオロ−4−アミノフェニル)フルオレン(FFDA)を含むジアミンとが共重合された第1ブロック;芳香族ジカルボニル化合物と、9,9−ビス(3−フルオロ−4−アミノフェニル)フルオレン(FFDA)を含むジアミンとが共重合された第2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3ブロックを分子構造内に含む本発明のポリアミド−イミド前駆体は、約20〜25重量%の固形分濃度範囲でGPC(Gel Permeation Chromatography)で測定した重量平均分子量が60,000〜70,000であり、粘度が400ps〜600ps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−イミド樹脂又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。この際、前記ポリアミド−イミド前駆体を用いてポリアミド−イミド樹脂又はポリアミド−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<ジアンヒドリド及び芳香族ジカルボニル化合物>と<ジアミン及び芳香族ジアミン>を全体単量体のモル比を基準に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時間窒素又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1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又は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。
前記溶媒の含有量は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る。例えば、熱イミド化法、化学イミド化法又は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、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行うことができる。
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。このとき、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。
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0.030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5以下である光学特性を示すので、ディスプレイの基板又は保護層などの光学素子として有用に使用できる。
本発明に係る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℃で2回繰り返し測定した線形熱膨張係数(CTE)が60ppm/℃以下であり、ASTM D882に準拠して測定した破断伸度が5%以上であるので、ディスプレイ製作の際に苛酷な工程温度又は急激な温度変化にも撓み又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。
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、光学的特性と物理的特性とに同時に優れ、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)398.628gを充填した後、9,9−ビス(3−フルオロ−4−アミノフェニル)フルオレン(FFDA)49.207g(0.128mol)を溶解させた。その後、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二無水物(6FDA)10.247g(0.032mol)を入れて2時間反応させ、ビストリフルオロメチルベンジジン(TFDB)10.247g(0.032mol)を入れた。次いで、溶液の温度を10℃以下に維持し、テレフタロイルクロリド(TPC)25.987g(0.128mol)を入れて低温状態で1時間反応させた後、常温状態に昇温して18時間反応させた。その結果、固形分濃度20重量%及び粘度120poiseのポリアミド−イミド前駆体溶液を得た。
反応終了の後、得られた溶液をステンレス板に塗布し、その後、10〜20μmにキャスティングし、80℃で20分、120℃で20分、300℃で等温10分間熱風によって乾燥させた。続いて、徐々に冷却して板から分離することにより、厚さ20μm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)386.301gを充填した後、FFDA30.754g(0.08mol)を溶解させた。その後、6FDA14.216g(0.032mol)を入れて2時間反応させ、TFDB25.618g(0.08mol)を入れた。次いで、溶液の温度を10℃以下に維持し、TPC25.987g(0.128mol)を入れた後、低温状態で1時間反応させ、しかる後に、常温状態に昇温して18時間反応させた。その結果、固形分濃度20重量%及び粘度640poise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)401.714gを充填した後、FFDA19.606g(0.051mol)を溶解させた。その後、6FDA15.105g(0.034mol)を入れて2時間反応させ、TFDB38.107g(0.119mol)を入れた。次いで、溶液の温度を10℃以下に維持し、TPC27.611g(0.136mol)を入れた後、低温状態で1時間反応させ、しかる後に、常温状態に昇温して18時間反応させた。その結果、固形分濃度20重量%及び粘度1100poise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)390.410gを充填した後、FFDA36.905g(0.096mol)を溶解させた。その後、6FDA14.216g(0.032mol)を入れて2時間反応させ、TFDB20.495g(0.064mol)を入れた。次いで、溶液の温度を10℃以下に維持し、TPC25.987g(0.128mol)を入れた後、低温状態で1時間反応させ、しかる後に、常温状態に昇温して18時間反応させた。その結果、固形分濃度20重量%及び粘度610poise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)405.849gを充填した後、FFDA36.905g(0.096mol)を溶解させた。その後、6FDA21.324g(0.048mol)を入れて2時間反応させ、TFDB20.495g(0.064mol)を入れた。次いで、溶液の温度を10℃以下に維持し、TPC22.738g(0.112mol)を入れた後、低温状態で1時間反応させ、しかる後に、常温状態に昇温して18時間反応させた。その結果、固形分濃度20重量%及び粘度590poise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)394.957gを充填した後、FFDA34.599g(0.09mol)を溶解させた。その後、6FDA26.655g(0.06mol)を入れて2時間反応させ、TFDB12.914g(0.06mol)を入れた。次いで、溶液の温度を10℃以下に維持し、TPC18.272g(0.09mol)を入れた後、低温状態で1時間反応させ、しかる後に、常温状態に昇温して18時間反応させた。その結果、固形分濃度20重量%及び粘度550poise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)398.288gを充填した後、FFDA31.139g(0.081mol)を溶解させた。その後、6FDA23.99g(0.054mol)を入れて2時間反応させ、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)27.999g(0.054mol)を入れた。次いで、溶液の温度を10℃以下に維持し、TPC16.445g(0.081mol)を入れた後、低温状態で1時間反応させ、しかる後に、常温状態に昇温して18時間反応させた。その結果、固形分濃度20重量%及び粘度420poise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)338.101gを充填した後、FFDA39.212g(0.102mol)を溶解させた。その後、溶液の温度を常温に維持した後、6FDA45.314g(0.102mol)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120poise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)399.466gを充填した後、FFDA65.353g(0.17mol)を溶解させた。その後、溶液の温度を10℃以下に維持し、TPC34.513g(0.17mol)を入れて低温状態で1時間反応させた後、常温状態に昇温して18時間反応させた。その結果、固形分濃度20重量%及び粘度150poise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)397.530gを充填した後、TFDB41.630g(0.13mol)を溶解させた。その後、溶液の温度を常温に維持し、6FDA57.753g(0.13mol)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1750poise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)397.670gを充填した後、TFDB60.844g(0.19mol)を溶解させた。その後、溶液の温度を10℃以下に維持し、TPC38.574g(0.19mol)を入れて低温状態で1時間反応させた後、常温状態に昇温して18時間反応させた。その結果、固形分濃度20重量%及び粘度2100poise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)388.660gを充填した後、FFDA9.611g(0.025mol)を溶解させた。その後、溶液の温度を常温に維持し、TFDB32.023g(0.1mol)を入れ、2時間後に6FDA55.531g(0.125mol)を入れて18時間反応させた。その結果、固形分濃度20重量%及び粘度1100poise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)398.290gを充填した後、FFDA24.027g(0.0625mol)を溶解させた。その後、溶液の温度を常温に維持し、TFDB20.014g(0.0625mol)を入れ、2時間後に6FDA55.531g(0.125mol)を入れて18時間反応させた。その結果、固形分濃度20重量%及び粘度550poise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)407.920gを充填した後、FFDA38.443g(0.1mol)を溶解させた。その後、溶液の温度を常温に維持し、TFDB8.006g(0.025mol)を入れ、2時間後に6FDA55.531g(0.125mol)を入れて18時間反応させた。その結果、固形分濃度20重量%及び粘度110poise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)438.887gを充填した後、FFDA26.141g(0.068mol)を溶解させた。その後、6FDA30.209g(0.068mol)を入れて2時間反応させ、TFDB32.663g(0.102mol)を入れた。その後、溶液の温度を10℃以下に維持し、TPC20.708g(0.102mol)を入れて低温状態で1時間反応させた後、常温状態に昇温して18時間反応させた。その結果、固形分濃度20重量%及び粘度920poise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)421.425gを充填した後、TFDB54.439g(0.17mol)を溶解させた。その後、6FDA30.209g(0.068mol)を入れて2時間反応させ、溶液の温度を10℃以下に維持し、TPC20.708g(0.102mol)を入れて低温状態で1時間反応させた後、常温状態に昇温して18時間反応させた。その結果、固形分濃度20重量%及び粘度710poise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)465.081gを充填した後、FFDA65.353g(0.17mol)を溶解させた。その後、6FDA30.209g(0.068mol)を入れて2時間反応させ、溶液の温度を10℃以下に維持し、TPC20.708g(0.102mol)を入れて低温状態で1時間反応させた後、常温状態に昇温して18時間反応させた。その結果、固形分濃度20重量%及び粘度220poise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)417.187gを充填した後、FFDA29.217g(0.076mol)を溶解させ、温度を維持したままTFDB36.506g(0.114mol)を溶解させた。その後、溶液の温度を10℃以下に維持し、TPC38.574g(0.190mol)を入れて低温状態で1時間反応させた後、常温状態に昇温して18時間反応させた。その結果、固形分濃度20重量%及び粘度530poise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)420.722gを充填した後、TFDB46.113g(0.144mol)を溶解させた。その後、6FDA15.993g(0.036mol)を入れて2時間反応させ、FFDA13.839g(0.036mol)を入れた。次いで、溶液の温度を10℃以下に維持し、TPC29.235g(0.144mol)を入れて低温状態で1時間反応させた後、常温状態に昇温して18時間反応させた。その結果、固形分濃度20重量%及び粘度325poise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)450.566gを充填した後、FFDA58.433g(0.152mol)を溶解させた。その後、BPDA11.180g(0.038mol)を入れて6時間反応させ、TFDB12.169g(0.038mol)を入れた。次いで、溶液の温度を10℃以下に維持し、TPC30.859g(0.152mol)を入れて低温状態で1時間反応させた後、常温状態に昇温して18時間反応させた。その結果、固形分濃度20重量%及び粘度280poise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及び2に示した。
(1)粘度:ブルックフィールド(Brookfield)粘度計(RVDV−II+P)によって25rpmで6番又は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での透過度を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)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 0006410946
Figure 0006410946
表1及び表2に示すように、実施例1〜7は、通常のポリイミド基板である比較例1、3及び5〜7と同等レベルの透過度、黄色度及び複屈折を有しながらも熱膨張係数は低いため光学的特性及び耐熱度に優れるとともに、破断伸度はポリアミドである比較例2及び4と同等レベル以上であるので機械的物性に優れることを確認することができた。特に、実施例7のように柔軟基の長さが長いジアミンであるHFBAPPを添加した場合は、複屈折及び破断伸度がより改善されることを確認することができた。
また、比較例8及び9のようにFFDAと芳香族ジカルボニル化合物とが共重合された第2ブロックが分子構造内に含まれない場合には、光学的特性の限界(透過度の低下及び複屈折差異値の上昇)があり、比較例10及び11のように第1ブロックや第2ブロックが形成されない場合には、形成されないブロックに応じて耐熱性(比較例10)或いは複屈折性(比較例11)が低下した。また、第1ブロック及び第2ブロックを形成するジアミンとしてFFDAが含まれない場合には、比較例12のように耐熱特性が十分でなく、第1ブロックを形成するジアンヒドリドとして6FDAが含まれない場合には、比較例13のように黄色度値が好ましくないことが分かった。
本発明は、ポリアミド−イミド前駆体に関するもので、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適用可能である

Claims (12)

  1. 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、
    芳香族ジカルボニル化合物とジアミンとを含む単量体が共重合された第2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3ブロックを分子構造内に含み、
    前記第1ブロックを形成するジアンヒドリドは、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二無水物(6FDA)を含み、
    前記第1ブロック及び第2ブロックを形成するジアミンは、9,9−ビス(3−フルオロ−4−アミノフェニル)フルオレン(FFDA)を含み、
    前記第3ブロックを形成する芳香族ジアミンは、前記第1ブロック及び第2ブロックを形成するジアミンである9,9−ビス(3−フルオロ−4−アミノフェニル)フルオレンとは異なることを特徴とするポリアミド−イミド前駆体。
  2. 前記第2ブロック及び第3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)、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'−ビフェニルジカルボニルクロリド(4,4'−biphenyldicarbonyl 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3ブロックを形成する芳香族ジアミンは、ビストリフルオロメチルベンジジン(TFDB)、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)(6HMDA)、4,4'−ジアミノジフェニルプロパン(6HDA)、4,4'−ジアミノジフェニルメタン(MDA)、4,4'−ジアミノジフェニルスルフィド(4,4'−Thiodianiline)、4,4'−ジアミノジフェニルジエチルシラン(4,4'−diaminodiphenyl diethylsilane)、4,4'−ジアミノジフェニルシラン(44DDS)、4,4'−ジアミノジフェニルN−メチルアミン(4,4'−diaminodiphenyl N−methyl amine)、4,4'−ジアミノジフェニルN−フェニルアミン(4,4'−diaminodiphenyl N−phenylamine)、1,3−ジアミノベンゼン(m−PDA)、1,2−ジアミノベンゼン(o−PDA)、4,4'−オキシジアニリン(44'ODA)、3,3'−オキシジアニリン(33'ODA)、2,4−オキシジアニリン(24'ODA)、3,4'−オキシジアニリン(34'ODA)、1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン(TPE−R)、1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン(APB)、4,4'−ビス(3−アミノフェノキシ)ビフェニル(M−Tolidine)及び4,4'−ビス(4−アミノフェノキシ)ビフェニル(BAPB)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ブロック及び第2ブロックは、それらの和が全体ブロック共重合体の総100モルに対して30〜80モル%で含まれる請求項1に記載のポリアミド−イミド前駆体。
  5. 前記第1ブロックと第2ブロックは、モル比が8:2〜2:8である請求項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したポリアミド−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0.030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60ppm/℃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. 前記ポリアミド−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5%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. 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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