JP7134598B2 - 光学フィルム、これを備えたフレキシブルデバイス部材、及び樹脂組成物 - Google Patents

Description

本発明は、フィルム、これを備えたフレキシブルデバイス部材、及び樹脂組成物に関する。

最近のディスプレイの傾向として、軽量で、スリムな形状を有し、非平坦な表面においてムラのない表示が可能であることが求められている。そのため、ソフトでフレキシブルなディスプレイ基板がガラス基板に代わるものとして最近開発が進められてきている。

その目的を達成するために、フレキシブルなプラスチック基板として、ポリカーボネート基板、ポリエチレンテレフタレート基板及びポリイミド基板などがフラットパネルディスプレイ用に開発されてきている。

例えば、特許文献１では、微粒子化したシリカを分散させたポリイミド樹脂組成物から、従来の物性を保持したまま、透明性、フレキシブル性、耐折性に優れたポリイミドフィルムを得ることができる旨が報告されている。

特開２００９－２１５４１２号公報

しかしながら、樹脂組成物中のシリカ微粒子の割合を増やすと、形成されるフィルムの弾性率が向上する一方で耐屈曲性が低下する傾向があることから、耐屈曲性の改善がフレキシブルディスプレイ用の部材として使用するための課題となっている。また、シリカ微粒子を含む樹脂組成物の粘度の経時変化の抑制は、連続製膜を行う際の膜厚安定化にとって重要である。

本発明は、透明性、全光線透過率及びＹＩ値などの光学特性を維持しつつ、耐屈曲性を向上させた光学フィルム、これを備えたフレキシブルデバイス部材、並びに、透明性、全光線透過率及びＹＩ値などの光学特性を維持しつつ、耐屈曲性を向上させた光学フィルムを形成可能な樹脂組成物を提供することを目的とする。

本発明者らは、特定の範囲の平均粒子径のシリカ微粒子を用いることで、上記課題を解決できることを見出し、発明を完成させるに至った。

すなわち本発明は、下記［１］～［１１］に関する。
［１］樹脂と、走査型電子顕微鏡の画像解析により測定される平均一次粒子径が２１ｎｍ以上４０ｎｍ以下であるシリカ微粒子と、を含み、前記シリカ微粒子の含有量が、前記樹脂及び前記シリカ微粒子の合計の含有量を基準として１５質量％以上８０質量％以下である、光学フィルム。
［２］前記樹脂がポリイミド系高分子を含む、［１］に記載の光学フィルム。
［３］前記シリカ微粒子の平均一次粒子径が２５ｎｍ以上４０ｎｍ以下である、［１］又は［２］に記載の光学フィルム。
［４］前記シリカ微粒子の含有量が、前記樹脂及び前記シリカ微粒子の合計の含有量を基準として２５質量％以上６０質量％以下である、［１］～［３］のいずれか一項に記載の光学フィルム。
［５］前記樹脂及び前記シリカ微粒子の合計の含有量１００質量部に対して、０．１質量部以上３質量部以下の、反応性基を有するアルコキシシラン化合物をさらに含む、［１］～［４］のいずれか一項に記載の光学フィルム。
［６］膜厚５０μｍにおける全光線透過率が８５％以上であり、ヘイズが２．０以下である、［１］～［５］のいずれか一項に記載の光学フィルム。
［７］膜厚が２０μｍ以上２００μｍ以下である、［１］～［６］のいずれか一項に記載の光学フィルム。
［８］［１］～［７］のいずれか一項に記載の光学フィルムを備えたフレキシブルデバイス部材。

［９］ポリイミド系高分子を含む樹脂と、ＢＥＴ法により測定される平均一次粒子径が１６ｎｍ以上４０ｎｍ以下であり、かつ、動的光散乱法により測定される体積平均粒子径が２５ｎｍ以上６５ｎｍ以下であるシリカ微粒子と、を含む樹脂組成物。
［１０］前記シリカ微粒子の含有量が、前記樹脂及び前記シリカ微粒子の合計の含有量を基準として１５質量％以上８０質量％以下である、［９］に記載の樹脂組成物。
［１１］［９］又は［１０］に記載の樹脂組成物を用いてなる、光学フィルム。

本発明によれば、含有するシリカ微粒子の粒子径を最適化することによって、光学フィルムの透明性、全光線透過率及びＹＩ値などの光学特性を維持しつつ、耐屈曲性を向上させることができる。また、本発明によれば、前記光学フィルムを備えたフレキシブルデバイス部材を提供することができる。さらに、本発明によれば、透明性、全光線透過率及びＹＩ値などの光学特性を維持しつつ、耐屈曲性を向上させた光学フィルムを形成可能であると共に、粘度の安定性が改善された樹脂組成物（ハイブリッドワニス）を提供することができる。

実施例２で得た光学フィルムのＳＥＭ画像である。 実施例４で得た光学フィルムのＳＥＭ画像である。 実施例５で得た光学フィルムのＳＥＭ画像である。 実施例６で得た光学フィルムのＳＥＭ画像である。 実施例７で得た光学フィルムのＳＥＭ画像である。 比較例４で得た光学フィルムのＳＥＭ画像である。

以下、本発明のいくつかの実施形態について詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。

本明細書においてポリイミドとは、イミド基を含む繰り返し構造単位を主とする重合体であり、ポリアミドとは、アミド基を含む繰り返し構造単位を主とする重合体であり、ポリイミド系高分子とは、ポリイミドと、イミド基を含む構造単位及びアミド基を含む構造単位を主とする重合体とを示す。イミド基及びアミド基の両方を含む繰返し構造単位を含有する重合体の例としては、ポリアミドイミドが挙げられる。

本発明に係る光学フィルム（以下、単にフィルムと表記することもある）は、少なくとも１種類以上の樹脂と、走査型電子顕微鏡の画像解析により測定される平均一次粒子径が２１ｎｍ以上４０ｎｍ以下であるシリカ微粒子とを含み、シリカ微粒子の含有量が、上記樹脂及び上記シリカ微粒子の合計の含有量を基準として１５質量％以上８０質量％以下であることを特徴とするフィルムである。

本実施形態に係る樹脂としては、例えばポリイミド系高分子、ポリアミド、ポリエステル、ポリ（メタ）アクリレート、アセチルセルロース、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、シクロオレフィンポリマー及びそれらの共重合体等が挙げられる。透明性、耐熱性、各種機械物性に優れる点から、好ましくはポリイミド系高分子及びポリアミドであり、さらに好ましくはポリイミド系高分子である。含まれる樹脂は１種類であっても、２種類以上であってもよい。

本実施形態に係るポリイミド系高分子は、後述するテトラカルボン酸化合物とジアミン化合物とを主な原料として製造することができ、式（１０）で表される繰り返し構造単位を有する。ここで、Ｇは４価の有機基であり、Ａは２価の有機基である。ポリイミド系高分子は、Ｇ及び／又はＡが異なる、２種類以上の式（１０）で表される構造を含んでいてもよい。また、本実施形態に係るポリイミド系高分子は、得られるポリイミド系高分子フィルムの各種物性を損なわない範囲で、式（１１）～式（１３）で表される構造の１種以上を含んでいてもよい。

Ｇ及びＧ^１は４価の有機基であり、好ましくは炭素数１～８の炭化水素基又はフッ素置換された炭素数１～８の炭化水素基で置換されていてもよい炭素数４～４０の有機基であり、式（２０）～式（２９）で表される基及び４価の炭素数６以下の鎖式炭化水素基が例示される。式中の＊は結合手を表し、Ｚは、単結合、－Ｏ－、－ＣＨ_２－、－ＣＨ_２－ＣＨ_２－、－ＣＨ（ＣＨ_３）－、－Ｃ（ＣＨ_３）_２－、－Ｃ（ＣＦ_３）_２－、－Ａｒ－、－ＳＯ_２－、－ＣＯ－、－Ｏ－Ａｒ－Ｏ－、－Ａｒ－Ｏ－Ａｒ－、－Ａｒ－ＣＨ_２－Ａｒ－、－Ａｒ－Ｃ（ＣＨ_３）_２－Ａｒ－又は－Ａｒ－ＳＯ_２－Ａｒ－を表す。Ａｒはフッ素原子で置換されていてもよい炭素数６～２０のアリーレン基を表し、具体例としてはフェニレン基、ナフチレン基、フルオレン環を有する基が挙げられる。得られるフィルムの黄色度を抑制しやすいことから、なかでも、式（２０）～式（２７）のいずれかで表される基が好ましい。

Ｇ^２は３価の有機基であり、好ましくは炭素数１～８の炭化水素基又はフッ素置換された炭素数１～８の炭化水素基で置換されていてもよい炭素数４～４０の有機基であり、式（２０）～式（２９）で表される基の結合手のいずれか１つが水素原子に置き換わった基及び３価の炭素数６以下の鎖式炭化水素基が例示される。

Ｇ^３は２価の有機基であり、好ましくは炭素数１～８の炭化水素基又はフッ素置換された炭素数１～８の炭化水素基で置換されていてもよい炭素数４～４０の有機基であり、式（２０）～式（２９）で表される基の結合手のうち、隣接しない２つが水素原子に置き換わった基及び炭素数６以下の鎖式炭化水素基が例示される。

Ａ、Ａ^１、Ａ^２及びＡ^３はいずれも２価の有機基であり、好ましくは炭素数１～８の炭化水素基又はフッ素置換された炭素数１～８の炭化水素基で置換されていてもよい炭素数４～４０の有機基であり、式（３０）～式（３８）で表される基；それらがメチル基、フルオロ基、クロロ基若しくはトリフルオロメチル基で置換された基；並びに炭素数６以下の鎖式炭化水素基が例示される。式中の＊は結合手を表し、Ｚ^１、Ｚ^２及びＺ^３は、互いに独立に、単結合、－Ｏ－、－ＣＨ_２－、－ＣＨ_２－ＣＨ_２－、－ＣＨ（ＣＨ_３）－、－Ｃ（ＣＨ_３）_２－、－Ｃ（ＣＦ_３）_２－、－ＳＯ_２－又は－ＣＯ－を表す。１つの例は、Ｚ^１及びＺ^３が－Ｏ－であり、かつ、Ｚ^２が－ＣＨ_２－、－Ｃ（ＣＨ_３）_２－、－Ｃ（ＣＦ_３）_２－又は－ＳＯ_２－である。Ｚ^１とＺ^２、及び、Ｚ^２とＺ^３は、それぞれ、各環に対してメタ位又はパラ位であることが好ましい。

本実施形態に係るポリアミドは、式（１３）で表される繰り返し構造単位を主とする重合体である。好ましい例及び具体例は、ポリイミド系高分子におけるＧ^３及びＡ^３と同じである。ポリアミドは、Ｇ^３及び／又はＡ^３が異なる、２種類以上の式（１３）で表される構造を含んでいてもよい。

ポリイミド系高分子は、例えば、ジアミンとテトラカルボン酸化合物（テトラカルボン酸二無水物等）との重縮合によって得られ、例えば特開２００６－１９９９４５号公報又は特開２００８－１６３１０７号公報に記載されている方法にしたがって合成することができる。ポリイミド系高分子の市販品としては、三菱瓦斯化学（株）製ネオプリムなどを挙げることができる。

ポリイミド系高分子の合成に用いられるテトラカルボン酸化合物としては、芳香族テトラカルボン酸二無水物等の芳香族テトラカルボン酸化合物及び脂肪族テトラカルボン酸二無水物等の脂肪族テトラカルボン酸化合物が挙げられる。テトラカルボン酸化合物は、単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。テトラカルボン酸化合物は、二無水物の他、酸クロライド化合物等のテトラカルボン酸化合物類縁体であってもよい。

芳香族テトラカルボン酸二無水物の具体例としては、４，４’－オキシジフタル酸二無水物、３，３’，４，４’－ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、２，２’，３，３’－ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、３，３’，４，４’－ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、２，２’，３，３’－ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、３，３’，４，４’－ジフェニルスルホ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）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、２，２－ビス（３，４－ジカルボキシフェノキシフェニル）プロパン二無水物、４，４’－（ヘキサフルオロイソプロピリデン）ジフタル酸二無水物、１，２－ビス（２，３－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、１，２－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（３，４－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、４，４’－（ｐ－フェニレンジオキシ）ジフタル酸二無水物及び４，４’－（ｍ－フェニレンジオキシ）ジフタル酸二無水物が挙げられる。これらは単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。

脂肪族テトラカルボン酸二無水物としては、環式又は非環式の脂肪族テトラカルボン酸二無水物が挙げられる。環式脂肪族テトラカルボン酸二無水物とは、脂環式炭化水素構造を有するテトラカルボン酸二無水物であり、その具体例としては、１，２，４，５－シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物、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等のシクロアルカ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、ジシクロヘキシル３，３’－４，４’－テトラカルボン酸二無水物及びこれらの位置異性体が挙げられる。これらは単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。非環式脂肪族テトラカルボン酸二無水物の具体例としては、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等が挙げられ、これらは単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。

上記テトラカルボン酸二無水物の中でも、高透明性及び低着色性の観点から、１，２，４，５－シクロヘキサ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及び４，４’－（ヘキサフルオロイソプロピリデン）ジフタル酸二無水物が好ましい。

なお、本実施形態に係るポリイミド系高分子は、得られるポリイミド系高分子を含むフィルムの各種物性を損なわない範囲で、上記のポリイミド系高分子の合成に用いられるテトラカルボン酸の無水物に加えて、テトラカルボン酸、トリカルボン酸及びジカルボン酸並びにそれらの無水物及び誘導体を更に反応させたものであってもよい。

トリカルボン酸化合物としては、芳香族トリカルボン酸、脂肪族トリカルボン酸及びそれらの類縁の酸クロライド化合物、酸無水物等が挙げられ、２種以上を併用してもよい。具体例としては、１，２，４－ベンゼントリカルボン酸の無水物；２，３，６－ナフタレントリカルボン酸－２，３－無水物；フタル酸無水物と安息香酸とが単結合、－Ｏ－、－ＣＨ_２－、－Ｃ（ＣＨ_３）_２－、－Ｃ（ＣＦ_３）_２－、－ＳＯ_２－もしくはフェニレン基で連結された化合物が挙げられる。

ジカルボン酸化合物としては、芳香族ジカルボン酸、脂肪族ジカルボン酸及びそれらの類縁の酸クロライド化合物、酸無水物等が挙げられ、２種以上を併用してもよい。具体例としては、テレフタル酸；イソフタル酸；ナフタレンジカルボン酸；４，４’－ビフェニルジカルボン酸；３，３’－ビフェニルジカルボン酸；炭素数８以下である鎖式炭化水素、のジカルボン酸化合物及び２つの安息香酸が単結合、－Ｏ－、－ＣＨ_２－、－Ｃ（ＣＨ_３）_２－、－Ｃ（ＣＦ_３）_２－、－ＳＯ_２－もしくはフェニレン基で連結された化合物が挙げられる。

ポリイミド系高分子の合成に用いられるジアミンとしては、脂肪族ジアミン、芳香族ジアミン又はそれらの混合物でもよい。なお、本実施形態において「芳香族ジアミン」とは、アミノ基が芳香環に直接結合しているジアミンを表し、その構造の一部に脂肪族基又はその他の置換基を含んでいてもよい。芳香環は単環でも縮合環でもよく、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環及びフルオレン環等が例示されるが、これらに限定されるわけではない。これらの中でも、好ましくはベンゼン環である。また「脂肪族ジアミン」とは、アミノ基が脂肪族基に直接結合しているジアミンを表し、その構造の一部に芳香環やその他の置換基を含んでいてもよい。

脂肪族ジアミンとしては、例えば、ヘキサメチレンジアミン等の非環式脂肪族ジアミン及び１，３－ビス（アミノメチル）シクロヘキサン、１，４－ビス（アミノメチル）シクロヘキサン、ノルボルナンジアミン、４，４’－ジアミノジシクロヘキシルメタン等の環式脂肪族ジアミン等が挙げられ、これらは単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。

芳香族ジアミンとしては、例えば、ｐ－フェニレンジアミン、ｍ－フェニレンジアミン、２，４－トルエンジアミン、ｍ－キシリレンジアミン、ｐ－キシリレンジアミン、１，５－ジアミノナフタレン、２，６－ジアミノナフタレン等の、芳香環を１つ有する芳香族ジアミン、４，４’－ジアミノジフェニルメタン、４，４’－ジアミノジフェニルプロパン、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エーテル、３，３’－ジアミノジフェニルエーテル、４，４’－ジアミノジフェニルスルホン、３，４’－ジアミノジフェニルスルホン、３，３’－ジアミノジフェニルスルホン、１，４－ビス（４－アミノフェノキシ）ベンゼン、１，３－ビス（４－アミノフェノキシ）ベンゼン、４，４’－ジアミノジフェニルスルホン、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、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－（３－アミノフェノキシ）フェニル］プロパン、２，２’－ジメチルベンジジン、２，２’－ビス（トリフルオロメチル）ベンジジン、４，４’－ビス（４－アミノフェノキシ）ビフェニル、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エーテル、４，４’－ジアミノジフェニルメタン、９，９－ビス（４－アミノフェニル）フルオレン、９，９－ビス（４－アミノ－３－メチルフェニル）フルオレン、９，９－ビス（４－アミノ－３－クロロフェニル）フルオレン、９，９－ビス（４－アミノ－３－フルオロフェニル）フルオレン等の、芳香環を２つ以上有する芳香族ジアミンが挙げられ、これらは単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。

上記ジアミンの中でも、高透明性及び低着色性の観点からは、ビフェニル構造を有する芳香族ジアミンからなる群から選ばれる１種以上を用いることが好ましい。２，２’－ジメチルベンジジン、２，２’－ビス（トリフルオロメチル）ベンジジン、４，４’－ビス（４－アミノフェノキシ）ビフェニル、２，２－ビス［４－（４－アミノフェノキシ）フェニル］プロパン及び４，４’－ジアミノジフェニルエーテルからなる群から選ばれる１種以上を用いることがさらに好ましく、２，２’－ビス（トリフルオロメチル）ベンジジンが含まれることがよりさらに好ましい。

式（１０）～式（１３）で表される繰り返し構造単位を少なくとも１種含む重合体であるポリイミド系高分子及びポリアミドは、ジアミンと、テトラカルボン酸化合物（酸クロライド化合物、テトラカルボン酸二無水物等のテトラカルボン酸化合物類縁体）、トリカルボン酸化合物（酸クロライド化合物、トリカルボン酸無水物等のトリカルボン酸化合物類縁体）及びジカルボン酸化合物（酸クロライド化合物等のジカルボン酸化合物類縁体）からなる群に含まれる少なくとも１種類の化合物との重縮合生成物である縮合型高分子である。出発原料としては、これらに加えて、さらにジカルボン酸化合物（酸クロライド化合物等の類縁体を含む）を用いることもある。式（１１）で表される繰り返し構造単位は、通常、ジアミン類及びテトラカルボン酸化合物から誘導される。式（１２）で表される繰り返し構造単位は、通常、ジアミン及びトリカルボン酸化合物から誘導される。式（１３）で表される繰り返し構造単位は、通常、ジアミン及びジカルボン酸化合物から誘導される。ジアミン及びテトラカルボン酸化合物の具体例は、上述のとおりである。

本実施形態に係るポリイミド系高分子及びポリアミドは、標準ポリスチレン換算の重量平均分子量が１０，０００～５００，０００であり、好ましくは５０，０００～５００，０００であり、さらに好ましくは１００，０００～４００，０００である。ポリイミド系高分子及びポリアミドの重量平均分子量が過度に小さいと、フィルム化した際の耐屈曲性が低下する傾向がある。ポリイミド系高分子及びポリアミドの重量平均分子量が大きいほどフィルム化した際に高い耐屈曲性を発現しやすい傾向があるが、ポリイミド系高分子及びポリアミドの重量平均分子量が大きすぎると、ワニスの粘度が高くなり、加工性が低下する傾向がある。

ポリイミド系高分子及びポリアミドは、含フッ素置換基を含むことにより、フィルム化した際の弾性率が向上するとともに、ＹＩ値が低減される傾向がある。フィルムの弾性率が高いと、キズ及びシワ等の発生が抑制される傾向がある。フィルムの透明性の観点から、ポリイミド系高分子及びポリアミドは、含フッ素置換基を有することが好ましい。含フッ素置換基の具体例としては、フルオロ基及びトリフルオロメチル基が挙げられる。

ポリイミド系高分子及びポリアミドにおけるフッ素原子の含有量は、ポリイミド系高分子又はポリアミドの質量を基準として、好ましくは１質量％以上４０質量％以下であり、さらに好ましくは５質量％以上４０質量％以下である。

本実施形態に係るシリカ微粒子は二酸化ケイ素の粒子であり、非晶質であることが好ましい。その形状は球状、回転楕円体状、扁平楕円体状、鎖状などが挙げられる。

本実施形態に係るシリカ微粒子は、フィルムにおいて良好な光学特性を示すという観点からは走査型電子顕微鏡の画像解析により測定される平均一次粒子径が小さいことが好ましい。一方、フィルムにおいて耐屈曲性に優れる、或いは、シリカ微粒子の凝集力が弱まるために樹脂組成物の状態で取り扱いやすいという観点からは平均一次粒子径が比較的大きいことが好ましく、その平均一次粒子径は、２１ｎｍ以上４０ｎｍ以下であり、好ましくは２３ｎｍ以上４０ｎｍ以下であり、さらに好ましくは２５ｎｍ以上４０ｎｍ以下である。本発明の一態様では、より好ましくは２５ｎｍ以上３５ｎｍ以下であり、ことさら好ましくは２６ｎｍ以上３３ｎｍ以下である。本発明の別の一態様では、より好ましくは２８ｎｍ以上３７ｎｍ以下であり、ことさら好ましくは３１ｎｍ以上３７ｎｍ以下、最も好ましくは３２ｎｍ以上３６ｎｍ以下である。

フィルム中のシリカ微粒子の平均一次粒子径は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の画像解析により求めることができる。

また、本実施形態に係るシリカ微粒子の粒子径の分布は、平均一次粒子径をその標準偏差で割って求めた変動係数によって数値化することができる。シリカ微粒子の変動係数が小さいと、比較的粒子径が大きい微粒子の存在に伴う光学特性の低下が避けられることから、好ましくは０より大きく、かつ０．５以下であり、より好ましくは０より大きく、かつ０．４以下である。なお、前記の変動係数は、本評価方法では０．２以上となることが一般的である。

本実施形態に係るフィルムにおける、シリカ微粒子の含有量は、樹脂及びシリカ微粒子の合計の含有量を基準（１００質量％）として、１５質量％以上８０質量％以下である。シリカ微粒子の含有量は、フィルムの全光線透過率向上、弾性率向上及び原材料費抑制の観点からは高いことが好ましく、耐屈曲性に優れるという観点からは低いことが好ましい。シリカ微粒子の含有量の下限は、好ましくは２０質量％以上、さらに好ましくは２５質量％以上、ことさら好ましくは３０質量％以上である。シリカ微粒子の含有量の上限は、好ましくは６０質量％以下、さらに好ましくは５５質量％以下、ことさら好ましくは５０質量％以下、最も好ましくは４０質量％以下である。本発明の一態様として、シリカ微粒子の含有量は、好ましくは２５質量％以上６０質量％以下であり、さらに好ましくは３５質量％以上５５質量％以下である。

本実施形態に係るフィルムは、以上説明した成分に加えて、更に添加剤を含有していてもよい。添加剤としては、例えば、ｐＨ調整剤、シリカ分散剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、離型剤、安定剤、ブルーイング剤などの着色剤、難燃剤、滑剤及びレベリング剤が挙げられる。

添加剤の具体例としては、反応性基を有するアルコキシシラン化合物が挙げられる。上記反応性基の具体例としてはビニル基、エポキシ基、アミノ基、ウレイド基、イソシアネート基が挙げられ、好ましくはアミノ基である。反応性基を有するアルコキシシラン化合物の含有量は、樹脂及びシリカ微粒子の合計の含有量１００質量部に対して、０．１質量部以上３質量部以下であることができる。

本実施形態に係るフィルムは、膜厚５０μｍにおける全光線透過率が８５％以上、ヘイズが２．０以下であることが好ましく、全光線透過率は９０％以上であることがより好ましい。このような光学特性のフィルムは、光学用途に好適である。

本実施形態に係るフィルムの厚さは、該フィルムが用いられるフレキシブルデバイス等で求められる特性に応じて調整されるが、通常１０μｍ以上５００μｍ以下であり、好ましくは２０μｍ以上２００μｍ以下、さらに好ましくは３０μｍ以上１２０μｍ以下、より好ましくは４０μｍ以上９０μｍ以下である。このような構成のフィルムは、耐久性と耐屈曲性とが両立する傾向がある。本実施形態に係るフィルムは耐屈曲性に優れ、フレキシブルデバイスの部材として特に有用である。

また、本実施形態に係るフィルムに、紫外線吸収層、ハードコート層、粘着層、色相調整層などの機能層を付加した積層体とすることもできる。

本実施形態に係るフィルムを適用可能なフレキシブルデバイスは、表示装置に限らない。例えば、光電変換素子が形成された基板と、基板表面に設けられた前面板とを有する太陽電池にも本実施形態に係るフィルムを前面板として採用できる。この場合、太陽電池が全体として優れた耐屈曲性を有することができる。

次に、本実施形態に係るフィルムの製造方法の一例を説明する。

本実施形態に係るフィルムの作製に用いる樹脂組成物は、例えば、上記テトラカルボン酸化合物、上記ジアミン及び上記添加剤から選択して反応させて得られる、ポリイミド系高分子及び／又はポリアミドの反応液、上記シリカ微粒子、有機溶媒並びに必要に応じて用いられる上記添加剤を混合、攪拌することにより調製することができる。ポリイミド系高分子等の反応液に変えて、購入したポリイミド系高分子等の溶液や、購入した固体のポリイミド系高分子等の溶液を用いてもよい。

本実施形態に係る樹脂組成物に含まれる溶媒は、樹脂を溶解可能であればよい。例えば樹脂がポリイミド系高分子又はポリアミドであれば、Ｎ，Ｎ－ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ－ジメチルアセトアミドなどのアミド系溶媒、γ－ブチロラクトン、γ－バレロラクトン等のラクトン系溶媒、ジメチルスルホン、ジメチルスルホキシド、スルホラン等の含硫黄系溶剤、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等のカーボネート系溶媒を用いることができるが、これらの溶媒の中でも、アミド系溶剤又はラクトン系溶媒が好ましい。また、これら溶媒は単独で又は２種以上混合して用いてもよい。

次いで、調整した樹脂組成物を、例えばロール・ツー・ロール又はバッチ方式により基材に塗布して塗膜を形成する。その塗膜を乾燥してフィルムを形成させた後、基材からフィルムを剥離することによって、本実施形態に係るフィルムが得られる。基材は、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）基材、ＳＵＳベルト、又はガラス基材が挙げられる。剥離後に更にフィルムの乾燥を行ってもよい。

塗膜からのフィルムの形成及び乾燥は、温度５０～３５０℃に加熱して、ワニスに含まれる溶媒を蒸発させることで、光学フィルムを得ることができる。溶媒は、除去されることが好ましい。必要に応じて、不活性雰囲気又は減圧の条件下で実施してもよい。

本実施形態に係る機能層は、例えば、ロール・ツー・ロール又はバッチ方式により、本実施形態に係るフィルム上に形成することができる。

次に、本発明に係る樹脂組成物、それを用いてなるフィルム及びそれらの製造方法の一例を説明する。

一実施形態に係る樹脂組成物は、ポリイミド系高分子を含む樹脂と、ＢＥＴ法により測定される平均一次粒子径が１６ｎｍ以上４０ｎｍ以下であり、かつ、動的光散乱法により測定される体積平均粒子径（以下、ＤＬＳ径と表記することもある）が２５ｎｍ以上６５ｎｍ以下であるシリカ微粒子とを含む。

本実施形態に係るポリイミド系高分子の具体例及び好ましい例は、フィルムの説明の項に記載のポリイミド系高分子の具体例及び好ましい例と同じである。本実施形態に係る樹脂組成物は、ポリイミド系高分子以外の樹脂を含んでいてもよい。樹脂の具体例及び好ましい例は、フィルムの説明の項に記載の樹脂の具体例及び好ましい例と同じである。

本実施形態に係る樹脂組成物の調製に用いられるシリカ微粒子は、有機溶剤等にシリカ微粒子を分散させたシリカゾルであっても、気相法で製造したシリカ微粒子粉末を用いてもよいが、ハンドリングが容易であることからシリカゾルであることが好ましい。

本実施形態に係るシリカゾルは、ゾルゲル法などの各種公知の方法で調製することができる。シリカゾルの溶媒は、減圧濃縮や限外濾過などを利用する公知の溶媒置換方法によって調製することができる。シリカ微粒子の分散媒の具体例及び好ましい例は、フィルムの製造方法の項に記載の、樹脂組成物に含まれる溶媒の具体例及び好ましい例と同じである。

シリカ微粒子の平均一次粒子径は、ＢＥＴ法により測定することができる。その平均一次粒子径は、１６ｎｍ以上４０ｎｍ以下であり、好ましくは２１ｎｍ以上４０ｎｍ以下であり、さらに好ましくは２５ｎｍ以上４０ｎｍ以下であり、さらにより好ましくは２５ｎｍ以上３５ｎｍ以下であり、最も好ましくは２６ｎｍ以上３３ｎｍ以下である。

また、シリカ微粒子のＤＬＳ径は、十分に希釈された状態におけるＤＬＳ径である。シリカ微粒子のＤＬＳ径は、十分に希釈して調製されたシリカゾル組成物に対して動的光散乱法（ＤＬＳ測定）にて評価することで、シリカ微粒子の特徴の特定が可能な値を得ることができる。具体的には、測定値が±１ｎｍ以内に収束するまで希釈と測定を繰り返し、一定になった際の測定値を採用することができる。その際のシリカ微粒子の濃度は、ＤＬＳ径が２０～１００ｎｍであれば、典型的には０．０２～０．２質量％程度である。シリカ微粒子のＤＬＳ径は、２５ｎｍ以上６５ｎｍ以下であり、好ましくは３０ｎｍ以上６０ｎｍ以下であり、さらに好ましくは３８ｎｍ以上６０ｎｍ以下であり、さらにより好ましくは３８ｎｍ以上５７ｎｍ以下であり、最も好ましくは４０ｎｍ以上５３ｎｍ以下である。

シリカ微粒子の多分散指数（ＰＤＩ）は、シリカ微粒子の粒子径の分布（粒度分布）の広がりを示すパラメータであり、この値が大きいほど分布が広いことを意味する。ＰＤＩが１５％以下の範囲内であると、シリカ微粒子の粒度分布が適度な広がりを有し、シリカ微粒子を添加することによるポリイミド系高分子を含むフィルムの弾性率の向上効果を充分に得ながら、シリカ微粒子がいくらか大きめである場合でも、添加による光学特性の悪化を抑制し耐屈曲性と透明性を両立しやすくなると期待される。シリカ微粒子のＰＤＩは、１３％以下であることが好ましく、１１％以下であることがさらに好ましく、９％以下であることがさらにより好ましく、６％以下であることが特に好ましい。

本実施形態に係る樹脂組成物におけるシリカ微粒子の含有量は、上記樹脂及び上記シリカ微粒子の合計の含有量を基準として、１５質量％以上８０質量％以下であることができる。シリカ微粒子の含有量は、フィルムの全光線透過率等の光学特性及び原材料費の観点からは高いことが好ましく、耐屈曲性に優れるという観点からは低いことが好ましい。シリカ微粒子の含有量の下限は、好ましくは２０質量％以上、さらに好ましくは２５質量％以上、ことさら好ましくは３０質量％以上である。シリカ微粒子の含有量の上限は、好ましくは６０質量％以下、さらに好ましくは５５質量％以下、ことさら好ましくは５０質量％以下、最も好ましくは４０質量％以下である。本発明の一態様として、シリカ微粒子の含有量は、好ましくは２５質量％以上６０質量％以下であり、さらに好ましくは３５質量％以上５５質量％以下である。

本実施形態に係る樹脂組成物は更に溶媒を含む。樹脂組成物の調製に用いる溶媒は、樹脂を溶解可能であればよく、具体例及び好ましい例は、フィルムの製造方法の項に記載の、樹脂組成物に含まれる溶媒の具体例及び好ましい例と同じである。

本実施形態に係る樹脂組成物は更に添加剤を含有していてもよく、具体的には、フィルムの説明の項に記載の添加剤が挙げられる。

本実施形態に係る樹脂組成物は、例えば、上記ポリイミド系高分子及び必要に応じて用いられるポリアミド等の樹脂の溶液、上記シリカ微粒子、上記溶媒並びに必要に応じて用いられる上記添加剤を混合、攪拌することにより調製することができる。

本実施形態に係る樹脂組成物を用いてなるフィルムは、上記樹脂組成物を例えばロール・ツー・ロール又はバッチ方式により基材に塗布して塗膜を形成する。その塗膜を乾燥してフィルムを形成させた後、基材からフィルムを剥離することによって、本実施形態に係るフィルムが得られる。基材は、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）基材、ＳＵＳベルト、又はガラス基材が挙げられる。剥離後に更にフィルムの乾燥を行ってもよい。フィルムの製造方法は、大量生産に好適であるという理由から、ロール・ツー・ロール方式が好ましい。

塗膜からのフィルムの形成及び乾燥は、温度５０℃～３５０℃に加熱して溶媒を蒸発させることで行われる。必要に応じて、不活性雰囲気又は減圧の条件下で実施してもよい。

以下、実施例および比較例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されない。

（ＧＢＬ置換シリカゾルの作製）
［合成例１～６］
ゾル－ゲル法により作製された、ＢＥＴ法により測定された平均一次粒子径が異なるアモルファスシリカゾルを原料とする溶媒置換により、γ－ブチロラクトン（以下、ＧＢＬと表記することもある）置換シリカゾルを得た。得られたＧＢＬ置換シリカゾルはいずれも、シリカ成分が３０～３２質量％であり、水分値が１．０質量％以下であった。原料のアモルファスシリカゾル及びＧＢＬ置換シリカゾルの一部を蒸留水で０．１質量％に希釈し、動的光散乱法によりＧＢＬ置換ゾルのＤＬＳ測定を行い、体積平均粒子径（ＤＬＳ径）がそれぞれの原料と同等であることを確認した（表１参照）。また、得られたＧＢＬ置換シリカゾルの多分散指数（ＰＤＩ：Ｐｏｌｙｄｉｓｐｅｒｓｉｔｙ Ｉｎｄｅｘ）を評価した。ＤＬＳ径及び多分散指数の分析装置としては、Ｚｅｔａｓｉｚｅｒ Ｎａｎｏ ＺＳ（Ｍａｌｖｅｒｎ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｌｔｄ．製）を用いた。

（ポリイミド系高分子）
樹脂ＡのＧＢＬ溶液及び樹脂Ｂは、市販品を用いた。また、樹脂Ｃを合成した。
樹脂Ａ：三菱瓦斯化学（株）製「ネオプリム ６Ａ２０Ｓ」（ガラス転移温度３９０℃）
樹脂Ｂ：河村産業（株）製「ＫＰＩ－ＭＸ３００Ｆ（１００）」
樹脂Ｃ：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、４，４’－ビス（４－アミノフェノキシ）ビフェニル及び２，２－ビス［４－（４－アミノフェノキシ）フェニル］プロパンの共重合体であるポリイミド

［合成例７］
樹脂ＢをＧＢＬに溶解させ、ＧＢＬ溶液とした。

［合成例８］
公知文献（例えば、Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ Ｐａｔｅｎｔ； Ｐａｔｅｎｔ Ｎｏ． ＵＳ８，２０７，２５６Ｂ２）に準拠して、ポリイミド系高分子である樹脂を合成した。窒素置換した重合槽に、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７５．０ｇ、４，４’－ビス（４－アミノフェノキシ）ビフェニル７６．４ｇ、２，２－ビス［４－（４－アミノフェノキシ）フェニル］プロパン３６．５ｇ、ＧＢＬ４３８．４ｇ及び１－エチルピペリジン１．５０ｇを仕込んだ。内温４０℃にて攪拌して溶液とした後、続いて１５分ごとに内温を１０℃ずつ上昇させ、液中の水を留去しつつ内温２００℃まで昇温した。
更に２００℃で４時間保温した後に降温しつつ、Ｎ，Ｎ－ジメチルアセトアミド（以下、ＤＭＡｃと略すことがある）３１３．２ｇを加え、樹脂ＣのＧＢＬ／ＤＭＡｃ溶液を得た。

（実施例１～１７、比較例１～７）
上記ポリイミド樹脂の溶液に、合成例１～６で得たＧＢＬ置換シリカゾル、アミノ基を有するアルコキシシランのＤＭＡｃ溶液及びＧＢＬを加えて十分に混合することで、樹脂とシリカの質量比を変えた、樹脂／シリカ混合ワニス（以下、混合ワニスと表記することもある）を得た（表２参照）。その際の原料の仕込み比率は、混合ワニス中のＧＢＬとＤＭＡｃの質量比が８５：１５となるように、アミノ基を有するアルコキシシランの量が樹脂とシリカの合計１００質量部に対して１．６７質量部になるように調節した。得られた混合ワニスを目開き１０μｍのフィルターでろ過した後、膜厚１８８μｍのポリエチレンテレフタレートのフィルムに塗布した後、５０℃から１４０℃の温度で乾燥させた。自己支持性となった樹脂を金枠に固定して２１０℃で乾燥させることで膜厚５０μｍのフィルムを得た。

（評価方法）
実施例１～１７及び比較例１～７で得たフィルムに対して、以下に記載の評価手法により、光学特性及び耐屈曲性を判定した。また、実施例５～８並びに比較例３及び４の混合ワニスに対して、以下に記載の評価手法により、粘度の安定性を判定した。評価結果を表２及び表３に示す。

Ａ．光学特性
透明性、全光線透過率及びＹＩ値について、全ての評価結果の判定が○である場合、光学特性の評価を良好と判定して表２中、○で表記し、それ以外を不良と判定して表２中、×で表記した。透明性、全光線透過率及びＹＩ値のそれぞれの評価手法及び評価基準は以下の通りとした。
ａ．透明性
フィルムを３０ｍｍ×３０ｍｍの大きさにカットし、ヘーズコンピューター（スガ試験機（株）製ＨＧＭ－２ＤＰ）を用いてヘイズ（％）を測定し、下記規準に基づいて判定した。
ヘイズが２．０％以下であるものを良好として、○と判定した。
ヘイズが２．０％を超えるものを不良として、×と判定した。
ｂ．全光線透過率
フィルムを３０ｍｍ×３０ｍｍの大きさにカットし、ヘーズコンピューター（スガ試験機（株）製ＨＧＭ－２ＤＰ）を用いて全光線透過率（％）を測定し、下記規準に基づいて判定した。
透過率が８５％以上であるものを良好として、○と判定した。
透過率が８５％未満であるものを不良として、×と判定した。
ｃ．イエローインデックス（ＹＩ値）
フィルムを３０ｍｍ×３０ｍｍの大きさにカットし、紫外可視近赤外分光光度計（日本分光（株）製Ｖ－６７０）を用いて、三刺激値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を求め、下記計算式に代入することにより、ＹＩ値を算出した。
ＹＩ＝１００×（１．２７６９Ｘ－１．０５９２Ｚ）／Ｙ
評価は下記規準に基づいて判定した。
ＹＩ値が４．０以下であるものを良好として、○と判定した。
ＹＩ値が４．０を超えるものを不良として、×と判定した。

Ｂ．耐屈曲性
フィルムを、ダンベルカッターを用いて１０ｍｍ×１００ｍｍの短冊状にカットした。カットしたフィルムをＭＩＴ耐折疲労試験機（東洋精機（株）製ＭＩＴ－ＤＡ）本体にセットして、試験速度１７５ｃｐｍ、折り曲げ角度１３５°、加重７５０ｇ、折り曲げクランプのＲ ２．０ｍｍの条件で、裏表両方向への折り曲げ強度を、破断までの屈曲回数として示す。評価基準は、各実施例で得たフィルムの耐屈曲回数を、樹脂の種類並びにポリイミド及びシリカの質量比が同一であり、かつ、ＧＢＬ置換シリカゾルのグレードがＧＢＬゾル３であるフィルムを基準として、その耐屈曲回数で除した値（以下、相対耐屈曲性と表記することもある）を算出し、下記基準に基づいて判定した。
相対耐屈曲性＞１．２であるものを非常に良好とし、表２中、Ａと表記した。
１．２≧相対耐屈曲性≧１．０であるものを良好とし、表２中、Ｂと表記した。
１．０＞相対耐屈曲性≧０．８であるものを概ね良好とし、表２中、Ｃと表記した。
０．８＞相対耐屈曲性であるものを不良とし、表２中、Ｄと表記した。

Ｃ．ワニス安定性
混合ワニスの粘度をＥ型粘時計（ＢＲＯＯＫＦＩＥＬＤ製 ＤＶ－２＋Ｐｒｏ ＶＩＳＣＯＭＥＴＥＲ、使用コーンサイズ ＣＰＥ－５２）を用いて、回転数０．３ｒｐｍ、室温２５℃の条件で調製より３～４時間後及び２７～２８時間後に粘度を測定し、２４時間あたりの粘度上昇の倍率（以下、増粘倍率と表記することもある）を算出し、下記基準に基づいて判定した。混合ワニスの粘度上昇が抑制されることにより、製膜を行う際に膜厚の安定化が容易になる。
１．１≧増粘倍率≧０．９を、非常に良好とし、表２中、◎で表記した。
２．０≧増粘倍率＞１．１を、良好とし、表２中、○で表記した。
増粘倍率＞２．０を不良とし、表２中、×で表記した。

Ｄ．フィルム中のシリカ微粒子の平均一次粒子径（ＳＥＭ画像解析）
実施例２及び４～７、並びに、比較例４で得たフィルムに対して、以下に記載の評価手法及び評価基準により、フィルム中のシリカ微粒子の平均一次粒子径を確認した。実施例２及び４～７並びに、比較例４で得たフィルムのＳＥＭ画像をそれぞれ図１～６に示す。

実施例２及び４～７、並びに、比較例４で得たフィルムについてＳＥＭ画像（画像粗さ：１．２４ｎｍ／ｐｉｘ）を取得し、画像解析ソフト（ソフトウェアプログラム名：Ｉｍａｇｅ Ｊ）を用いて平均粒子径の解析を行った。

＜ＳＥＭ観察条件＞
装置：Ｓ４８００（（株）日立ハイテクノロジーズ製）
加速電圧：２ｋＶ
Ｗｏｒｋ Ｄｉｓｔａｎｃｅ：１．５ｍｍ
観察倍率：×８０ｋ

＜画像解析条件＞
Ｆｉｌｔｅｒ：ｍｅｄｉａｎ ２ｐｉｘ
二値化：Ａｕｔｏ Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ Ｏｔｓｕ
解析範囲：１２００ｐｉｘ×８６０ｐｉｘ（ｘ＝７０～１２７０ｐｉｘ、ｙ＝２０～８８０ｐｉｘ）
Ａｎａｌｙｚｅ Ｐａｒｔｉｃｌｅ：Ｅｘｃｌｕｄｅ ｏｎ ｅｄｇｅｓ、Ｉｎｃｌｕｄｅ ｈｏｌｅｓ

Ａｒｅａ＞２５ｐｉｘのものについて楕円近似を行い長径・短径を算出した後、それらの平均値を算出し、平均一次粒子径とした。本評価方法で求められる平均一次粒子径は、原料シリカゾルのＢＥＴ径に対して、下記式；
平均一次粒子径＝ＢＥＴ径×０．７＋１１
の関係性があることが認められた。平均一次粒子径及び上記式に基づく計算値を表４に示す。
また、平均一次粒子径の標準偏差を算出した後、この値を平均一次粒子径で割ることで、変動係数を算出した。いずれの実施例においても、変動係数は、０．２以上０．５以下であった。実施例１、３、８～１７および比較例１～３および５～７の平均一次粒子径は、それぞれフィルムの製造に用いたＧＢＬゾルに応じた平均一次粒子径になる。

Claims (10)

1. 樹脂と、走査型電子顕微鏡の画像解析により測定される平均一次粒子径が２２ｎｍ以上４０ｎｍ以下であるシリカ微粒子と、を含み、
   前記シリカ微粒子の含有量が、前記樹脂及び前記シリカ微粒子の合計の含有量を基準として１５質量％以上８０質量％以下であり、
   前記シリカ微粒子の変動係数が０より大きく、かつ０．５以下であり、
   膜厚が２０μｍ以上２００μｍ以下である 、光学フィルム。
2. 前記樹脂がポリイミド系高分子を含む、請求項１に記載の光学フィルム。
3. 前記シリカ微粒子の平均一次粒子径が２５ｎｍ以上４０ｎｍ以下である、請求項１又は２に記載の光学フィルム。
4. 前記シリカ微粒子の含有量が、前記樹脂及び前記シリカ微粒子の合計の含有量を基準として２５質量％以上６０質量％以下である、請求項１～３のいずれか一項に記載の光学フィルム。
5. 前記樹脂及び前記シリカ微粒子の合計の含有量１００質量部に対して、０．１質量部以上３質量部以下の、反応性基を有するアルコキシシラン化合物をさらに含む、請求項１～４のいずれか一項に記載の光学フィルム。
6. 膜厚５０μｍにおける全光線透過率が８５％以上であり、ヘイズが２．０以下である、請求項１～５のいずれか一項に記載の光学フィルム。
7. 請求項１～６のいずれか一項に記載の光学フィルムを備えたフレキシブルデバイス部材。
8. ポリイミド系高分子を含む樹脂と、ＢＥＴ法により測定される平均一次粒子径が１６ｎｍ以上４０ｎｍ以下であり、かつ、動的光散乱法により測定される体積平均粒子径が２５ｎｍ以上６５ｎｍ以下であるシリカ微粒子と、を含み、
   前記シリカ微粒子の多分散指数が１３％以下である、 樹脂組成物。
9. 前記シリカ微粒子の含有量が、前記樹脂及び前記シリカ微粒子の合計の含有量を基準として１５質量％以上８０質量％以下である、請求項８に記載の樹脂組成物。
10. 請求項８又は９に記載の樹脂組成物を用いてなる、光学フィルム。

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