JP7127681B2 - ポリアミド酸樹脂組成物、ポリイミド樹脂膜およびその製造方法、積層体、ならびに、電子デバイスおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
(a)ポリアミド酸および(b)一般式(1)で表される化合物を含むポリアミド酸樹脂組成物であって、(a)ポリアミド酸が、一般式(10)で表される繰り返し単位を有するポリアミド酸であり、非感光性の樹脂組成物である、ポリアミド酸樹脂組成物。
[2]
(a)ポリアミド酸および(b)一般式(1)で表される化合物を含むポリアミド酸樹脂組成物であって、前記ポリアミド酸樹脂組成物を支持体上に塗布した後、不活性ガス雰囲気下、500℃で30分間焼成して得られるポリイミド樹脂膜が示す膜厚10μmにおける破断伸度が5~150%であるポリアミド酸樹脂組成物である。
(a)ポリアミド酸は、後述の通り、テトラカルボン酸とジアミンを反応させることで得られる。ポリアミド酸は、加熱や化学処理を行うことにより、耐熱性樹脂であるポリイミドに変換することができる。
本発明のポリアミド酸樹脂組成物の第一の態様および第二の態様において、ポリアミド酸樹脂組成物が、(b)一般式(1)で表される化合物を含むことにより、当該ポリアミド酸樹脂組成物を焼成して得られるポリイミド樹脂膜の機械特性および可視光線透過率を損なうことなく、ガラスなどの支持体およびSiOx等の無機膜との密着性を従来のものに比較して飛躍的に高いものとすることができる。
本発明のポリアミド酸樹脂組成物は、溶剤を含む。後述するようにかかるポリアミド酸樹脂組成物を様々な支持体上に塗布することで、ポリアミド酸を含む塗布膜を形成できる。さらに、得られた塗膜を加熱焼成してイミド化させることにより、電子デバイスの基板として使用できるポリイミド樹脂膜を製造することができる。
本発明のポリアミド酸樹脂組成物の第一の態様は、(a)ポリアミド酸および(b)一般式(1)で表される化合物を含むポリアミド酸樹脂組成物であって、(a)ポリアミド酸が、一般式(10)で表される繰り返し単位を有するポリアミド酸であり、非感光性の樹脂組成物である、ポリアミド酸樹脂組成物である。
本発明のポリアミド酸樹脂組成物の第二の態様は、(a)ポリアミド酸および(b)一般式(1)で表される化合物を含むポリアミド酸樹脂組成物であって、前記ポリアミド酸樹脂組成物を支持体上に塗布した後、不活性ガス雰囲気下、500℃で30分間焼成して得られるポリイミド樹脂膜が示す膜厚10μmにおける破断伸度が5~150%であるポリアミド酸樹脂組成物である。
本発明の第一の態様のポリアミド酸樹脂組成物において、ポリアミド酸樹脂組成物を支持体上に塗布した後、不活性ガス雰囲気下、500℃で30分間焼成して得られるポリイミド樹脂膜が示す膜厚10μmにおける破断伸度は5~150%であることが好ましい。係る破断伸度は、本発明の第一の態様および第二の態様のポリアミド酸樹脂組成物において、10%以上であることがより好ましく、15%以上であることがさらに好ましい。また、100%以下であることが好ましく、60%以下であることがより好ましい。破断伸度がこの範囲であることで、後述する支持体からの剥離工程時や剥離後に、ポリイミド樹脂膜に破れなどが生じにくく、フレキシブルデバイスの基板として用いることができる。該破断伸度は後述する実施例におけるポリイミド膜の作製方法および機械特性の測定方法に準じて測定されたものと規定する。
本発明のポリアミド酸樹脂組成物には、耐熱性をより向上させることを目的として無機粒子を含有することができる。かかる目的に用いられる無機粒子としては、白金、金、パラジウム、銀、銅、ニッケル、亜鉛、アルミニウム、鉄、コバルト、ロジウム、ルテニウム、スズ、鉛、ビスマス、タングステンなどの金属無機粒子や、酸化ケイ素(シリカ)、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、酸化錫、酸化タングステン、酸化ジルコニウム、炭酸カルシウム、硫酸バリウムなどの金属酸化物無機粒子などが挙げられる。
本発明のポリアミド酸樹脂組成物は、支持体上への塗布性をより向上させるために界面活性剤を含有することが好ましい。界面活性剤としては、住友3M(株)製の“フロラード”(登録商標)、DIC(株)製の“メガファック”(登録商標)、旭硝子(株)製の“スルフロン”(登録商標)などのフッ素系界面活性剤、信越化学工業(株)製のKP341、チッソ(株)製のDBE、共栄社化学(株)製の“ポリフロー”(登録商標)、“グラノール”(登録商標)、ビック・ケミー(株)製のBYKなどの有機シロキサン界面活性剤、共栄社化学(株)製のポリフローなどのアクリル重合物界面活性剤が挙げられる。ポリアミド酸樹脂組成物中の界面活性剤の含有量は、(a)ポリアミド酸100質量部に対し、0.001質量部以上10質量部以下が好ましい。
なお、ポリアミド酸は既知の方法によって重合することができる。例えば、テトラカルボン酸、あるいは対応する酸二無水物、活性エステル、活性アミドなどを酸成分とし、ジアミンあるいは対応するトリメチルシリル化ジアミンなどをジアミン成分として反応溶媒中で重合させることにより、ポリアミド酸を得ることができる。また、ポリアミド酸は、カルボキシ基がアルカリ金属イオン、アンモニウムイオン、イミダゾリウムイオンと塩を形成したものでもあってもよく、炭素数1~10の炭化水素基または炭素数1~10のアルキルシリル基でエステル化されたものであってもよい。
上記(a)ポリアミド酸、一般式(1)で表される化合物、ならびに必要により無機粒子および界面活性剤などを溶剤に溶解させることにより、本発明のポリアミド酸樹脂組成物を得ることができる。溶解方法としては、撹拌や加熱が挙げられる。加熱温度は、通常、室温~80℃である。また、各成分の溶解順序は特に限定されず、例えば、溶解性の低い化合物から順次溶解させる方法がある。また、界面活性剤など撹拌溶解時に気泡を発生しやすい成分については、他の成分を溶解してから最後に添加することで、気泡の発生による他成分の溶解不良を防ぐことができる。
本発明のポリアミド酸樹脂組成物を加熱焼成してイミド化することで、ポリイミド樹脂膜を得ることができる。
本発明の積層体は、上述のポリイミド樹脂膜の上に無機膜を有する。無機膜としては、例えばケイ素酸化物(SiOx)、ケイ素窒化物(SiNy)、ケイ素酸窒化物(SiOxNy)などが挙げられ、これらは単層、あるいは複数の種類を積層して用いることができる。また、これらの無機膜は例えばポリビニルアルコールなどの有機膜と交互に積層して用いることもできる。これらの無機膜の成膜方法は、化学気相成長法(CVD)や物理気相成長法(PVD)などの蒸着法を用いて行われることが好ましい。
本発明の電子デバイスの製造方法は、支持体上に上記ポリイミド樹脂膜を形成する工程と、該ポリイミド樹脂膜の上に表示デバイス、受光デバイスまたはセンサー部材を形成する工程と、該支持体から該ポリイミド樹脂膜を剥離する工程とを含む。
[1]ポリイミド樹脂膜付きガラス基板の作製
スピンコーター(ミカサ(株)製 1H-DX2)を用いて、8インチのガラス基板上にポリアミド酸樹脂組成物をスピンコートした。次いでホットプレート(アズワン(株)製 HPD-3000BZN)を用いて110℃で10分間、乾燥した。つづいて、イナートオーブン(光洋サーモシステム(株)製 INH-21CD)を用いて、窒素雰囲気下(酸素濃度20ppm以下)、50℃から昇温して、220℃で30分、続けて500℃で30分加熱し、ガラス基板上に膜厚10μmのポリイミド樹脂膜を成膜した。なお、昇温速度は4℃/minとした。以下、これをポリイミド樹脂膜付きガラス基板という。
8インチのガラス基板上に、CVDにより、SiO2層およびSi3N4層の積層から成るガスバリア膜をSiO2層が最上層となるように成膜した。続いて上記[1]の方法と同様にして、該積層膜上に膜厚10μmのポリイミド樹脂膜を成膜した。以下、これをポリイミド樹脂膜付きCVD基板という。
上記[1]および[2]の方法により得られたポリイミド樹脂膜付きガラス基板およびポリイミド樹脂膜付きCVD基板のポリイミド樹脂膜を幅10mmの短冊状にカットした後、端部を基板から剥離し、測定サンプルとした。小型卓上試験機(日本電産シンポ(株)製、スタンド FGS-50V-H、デジタルフォースゲージ FGJN-5)を用いて90°ピール強度を測定した。試験片の幅は10mm、試験速度は50mm/minとし、測定数n=10として、最上位および最下位の値を除いた8点の平均値を算出した。90°ピール強度を下記A~Dの4つのランクに分け、ガラス基板、CVD基板の両方がC以上のものを密着性良好、ガラス基板、CVD基板の両方またはいずれか一方がDのものを密着性不良と判定した。
A:90°ピール強度が0.8N/cm以上
B:90°ピール強度が0.4N/cm以上、0.8N/cm未満
C:90°ピール強度が0.2N/cm以上、0.4N/cm未満
D:90°ピール強度が0.2N/cm未満。
上記[1]の方法により得られたポリイミド樹脂膜付きガラス基板のポリイミド樹脂膜を幅10mm、長さ80mmの短冊状にカットした後、ガラス基板から剥離し、測定サンプルとした。テンシロン万能材料試験機((株)オリエンテック製 RTM-100)を用い、日本工業規格(JIS K 7127:1999)に従って、破断時における元の長さからの伸び率の測定を行った。試験片の幅は10mm、チャック間隔は50mm、試験速度は50mm/minとし、測定数n=10としてそれらの平均値を算出した。
上記[1]の方法により得られたポリイミド樹脂膜付きガラス基板について、紫外可視分光光度計((株)島津製作所製 MultiSpec-1500)を用い、波長500nmにおける透過率を測定した。
以下、製造例に用いた化合物を示す。
BPDA:3,3’,4,4’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物
PMDA:ピロメリット酸二無水物
p-PDA:p-フェニレンジアミン
DAE:4,4’-ジアミノジフェニルエーテル
4,4’-DDS:4,4’-ジアミノジフェニルスルホン
DIBOC:二炭酸ジ-tert-ブチル
NMP:N-メチル-2-ピロリドン。
化合物b-1:p-ヒドロキシアセトアニリド
界面活性剤B:ポリフローNo.77(共栄社化学(株)製)。
300mL4つ口フラスコに、温度計、撹拌羽根付き撹拌棒をセットした。次に、乾燥窒素気流下、NMP90gを投入し、60℃に昇温した。昇温後、撹拌しながらp-PDA5.41g(50mmol)を投入し、NMP10gで洗いこんだ。p-PDAが溶解したことを確認し、BPDA14.71g(50mmol)を投入し、NMP10gで洗いこんだ。60℃で4時間反応させた後、冷却し、固形分濃度15.5質量%のポリアミド酸樹脂溶液(a-1)を得た。
300mL4つ口フラスコに、温度計、撹拌羽根付き撹拌棒をセットした。次に、乾燥窒素気流下、NMP80gを投入し、60℃に昇温した。昇温後、撹拌しながらp-PDA5.41g(50mmol)を投入し、NMP10gで洗いこんだ。p-PDAが溶解したことを確認し、PMDA7.63g(35mmol)およびBPDA4.41g(15mmol)を投入し、NMP10gで洗いこんだ。60℃で4時間反応させた後、冷却し、固形分濃度14.9質量%のポリアミド酸樹脂溶液(a-2)を得た。
300mL4つ口フラスコに、温度計、撹拌羽根付き撹拌棒をセットした。次に、乾燥窒素気流下、NMP80gを投入し、60℃に昇温した。昇温後、撹拌しながらp-PDA5.41g(50mmol)を投入し、NMP10gで洗いこんだ。p-PDAが溶解したことを確認し、NMP5gで希釈したDIBOC0.44g(1mmol)を30分かけて滴下し、NMP5gで洗いこんだ。さらにBPDA14.71g(50mmol)を投入し、NMP10gで洗いこんだ。60℃で4時間反応させた後、冷却し、固形分濃度15.7質量%のポリアミド酸樹脂溶液(a-3)を得た。
300mL4つ口フラスコに、温度計、撹拌羽根付き撹拌棒をセットした。次に、乾燥窒素気流下、NMP80gを投入し、60℃に昇温した。昇温後、撹拌しながらp-PDA4.33g(40mmol)およびDAE2.00g(10mmol)を投入し、NMP10gで洗いこんだ。p-PDAおよびDAEが溶解したことを確認し、NMP5gで希釈したDIBOC0.44g(1mmol)を30分かけて滴下し、NMP5gで洗いこんだ。さらにBPDA14.71g(50mmol)を投入し、NMP10gで洗いこんだ。60℃で4時間反応させた後、冷却し、固形分濃度16.3質量%のポリアミド酸樹脂溶液(a-4)を得た。
300mL4つ口フラスコに、温度計、撹拌羽根付き撹拌棒をセットした。次に、乾燥窒素気流下、NMP90gを投入し、60℃に昇温した。昇温後、撹拌しながらp-PDA4.33g(40mmol)および4,4’-DDS2.48g(10mmol)を投入し、NMP10gで洗いこんだ。p-PDAおよび4,4’-DDSが溶解したことを確認し、BPDA14.71g(50mmol)を投入し、NMP10gで洗いこんだ。60℃で4時間反応させた後、冷却し、固形分濃度16.4質量%のポリアミド酸樹脂溶液(a-5)を得た。
製造例1~5で得られたポリアミド酸樹脂溶液に添加剤を有効成分が表1~2に示す添加量になるように加えて1時間撹拌した。得られた溶液をポリエチレン製のフィルター(フィルター孔径0.2μm)で濾過した。添加剤を加えない場合にはポリアミド酸樹脂溶液をそのままポリエチレン製のフィルター(フィルター孔径0.2μm)で濾過した。このようにして、ポリアミド酸樹脂組成物P-1~P-22を得た。ただし、P-15には添加剤を加えていない。
製造例6で得られたポリアミド酸樹脂組成物P-1~P-22を用いて、上記方法でガラス基板およびCVD基板上にポリイミド樹脂膜を作製した。得られたポリイミド樹脂膜を用いて、密着性、機械特性および可視光線透過率を上記方法で評価した。しかしながら、比較例6のポリアミド酸樹脂組成物P-20については、焼成後の膜が脆く、自己支持膜が得られなかったため、可視光線透過率の評価のみ行った。
実施例1で得られたポリイミド樹脂膜の上に、CVDにより、SiO2層およびSi3N4層の積層から成るガスバリア膜を成膜した。次に実施例1と同様にして該積層膜上にポリイミド樹脂膜を成膜し、さらに、前述と同様にしてポリイミド樹脂膜の上にガスバリア膜を成膜した。つづいてガスバリア膜の上にTFTを形成し、このTFTを覆う状態でSi3N4から成る絶縁膜を形成した。次に、この絶縁膜にコンタクトホールを形成した後、このコンタクトホールを介してTFTに接続される配線を形成した。
p-ヒドロキシアセトアニリドをメタノールで順次希釈して検量線溶液とし、エレクトロスプレーイオン化法(ESI)でLC-MS測定をして検量線を作製した。次いで、製造例6で得られたポリアミド酸樹脂組成物P-1(208.73mg)にN,N-ジメチルホルムアミドを加えて全量を2mLとし、同様にLC-MS測定を行ったところ、p-ヒドロキシアセトアニリドの濃度は0.077質量%であった。
Claims (16)
- (a)ポリアミド酸および(b)一般式(1)で表される化合物を含むポリアミド酸樹脂組成物であって、(a)ポリアミド酸が、一般式(10)で表される繰り返し単位を有するポリアミド酸であり、非感光性の樹脂組成物である、ポリアミド酸樹脂組成物。
(一般式(10)中、Aは炭素数2以上の4価のテトラカルボン酸残基を示し、化学式(11)または(12)で表される4価のテトラカルボン酸残基を主たる化学構造とする。Bは炭素数2以上の2価のジアミン残基を示し、化学式(13)で表される2価のジアミン残基を主たる化学構造とする。R11およびR12は、それぞれ独立に、水素原子、炭素数1~10の炭化水素基、炭素数1~10のアルキルシリル基、アルカリ金属イオン、アンモニウムイオン、イミダゾリウムイオンまたはピリジニウムイオンを示す。rは正の整数である。)
(一般式(1)中、R1は炭素数1~10の炭化水素基または炭素数1~4のアシル基を示し、Xは一般式(4)~(7)のいずれかで表される基を示し、Yは一般式(2)で表される基またはアセトキシ基を示す。lは0~2の整数であり、lが2の場合、複数のR1は同じでも異なっていてもよい。nは0または1である。kは1または2であり、kが2の場合、複数のXは同じでも異なっていてもよい。mは1~3の整数であり、mが2以上の場合、複数のYは同じでも異なっていてもよい。)
(一般式(2)中、σは酸素原子を示し、R 2 は水素原子または炭素数1~3の炭化水素基を示す。hは0または1である。)
(一般式(4)~(7)中、R 4 ~R 8 はそれぞれ独立に水素原子、炭素数1~6の脂肪族炭化水素基、一部が置換されていてもよい炭素数6~12の芳香族炭化水素基、炭素数1~6のヒドロキシアルキル基または炭素数1~4のアシル基を示す。) - (a)ポリアミド酸および(b)一般式(1)で表される化合物を含むポリアミド酸樹脂組成物であって、前記ポリアミド酸樹脂組成物を支持体上に塗布した後、不活性ガス雰囲気下、500℃で30分間焼成して得られるポリイミド樹脂膜が示す膜厚10μmにおける破断伸度が5~150%であるポリアミド酸樹脂組成物。
(一般式(1)中、R1は炭素数1~10の炭化水素基または炭素数1~4のアシル基を示し、Xは一般式(4)~(7)のいずれかで表される基を示し、Yは一般式(2)で表される基またはアセトキシ基を示す。lは0~2の整数であり、lが2の場合、複数のR1は同じでも異なっていてもよい。nは0または1である。kは1または2であり、kが2の場合、複数のXは同じでも異なっていてもよい。mは1~3の整数であり、mが2以上の場合、複数のYは同じでも異なっていてもよい。)
(一般式(2)中、σは酸素原子を示し、R 2 は水素原子または炭素数1~3の炭化水素基を示す。hは0または1である。)
(一般式(4)~(7)中、R 4 ~R 8 はそれぞれ独立に水素原子、炭素数1~6の脂肪族炭化水素基、一部が置換されていてもよい炭素数6~12の芳香族炭化水素基、炭素数1~6のヒドロキシアルキル基または炭素数1~4のアシル基を示す。) - 前記ポリアミド酸樹脂組成物が非感光性の樹脂組成物である請求項2に記載のポリアミド酸樹脂組成物。
- 前記一般式(4)~(7)中、R4~R8がそれぞれ独立に水素原子またはメチル基である請求項1~5のいずれかに記載のポリアミド酸樹脂組成物。
- 前記(a)ポリアミド酸100質量部に対する前記(b)一般式(1)で表される化合物の含有量が0.05質量部以上、5.0質量部以下である請求項1~7のいずれかに記載のポリアミド酸樹脂組成物。
- LC-MS法で検出される前記(b)一般式(1)で表される化合物のポリアミド酸樹脂組成物中の含有量が0.001質量%以上、2.0質量%以下である請求項1~8のいずれかに記載のポリアミド酸樹脂組成物。
- 請求項1~9のいずれかに記載のポリアミド酸樹脂組成物を加熱焼成によりイミド化して得られるポリイミド樹脂膜。
- 請求項1~9のいずれかに記載のポリアミド酸樹脂組成物を加熱焼成によりイミド化する工程を含む、ポリイミド樹脂膜の製造方法。
- 請求項10に記載のポリイミド樹脂膜、無機膜、および請求項11に記載のポリイミド樹脂膜がこの順に積層された積層体。
- 請求項10に記載のポリイミド樹脂膜を基板として備えた電子デバイス。
- 前記電子デバイスが表示デバイス、受光デバイスまたはセンサー部材である請求項13に記載の電子デバイス。
- 支持体上に請求項10に記載のポリイミド樹脂膜を形成する工程と、
前記ポリイミド樹脂膜上に表示デバイス、受光デバイスまたはセンサー部材を形成する工程と、
前記支持体からポリイミド樹脂膜を剥離する工程と
を含む電子デバイスの製造方法。 - 前記電子デバイスが表示デバイス、受光デバイスまたはセンサー部材である請求項15に記載の電子デバイスの製造方法。
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