KR20120073909A - 고온에서의 열적 치수안정성이 우수한 폴리이미드 필름 및 그를 이용한 디스플레이 소자용 기판 - Google Patents

고온에서의 열적 치수안정성이 우수한 폴리이미드 필름 및 그를 이용한 디스플레이 소자용 기판 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고온에서의 열적 치수안정성이 우수한 폴리이미드 필름 및 그를 이용한 디스플레이 소자용 기판에 관한 것이다.
본 발명은 폴리이미드 수지의 축중합 반응시 사용되는 방향족 테트라카르복실릭 디언하이드라이드 및 방향족 디아민를 축중합하여 폴리아믹산 유도체를 제조한 후 캐스팅하여 제막된 폴리이미드 필름을 제공하되, 상기 축중합되는 방향족 테트라카르복실릭 디언하이드라이드 및 방향족 디아민간의 조합 및 그 조성비를 최적화함으로써, 고온에서의 열팽창계수 변화가 적어 열적 치수안정성이 우수한 폴리이미드 필름을 제공한다. 본 발명의 폴리이미드 필름은 열변형해석법(TMA-Method)에 따라 50?250℃에서 측정한 열팽창계수가 종래 디스플레이 소자의 기판으로 통용되는 글라스를 대체할 수 있을 정도로 낮으며, 특히, 50?500℃에서 측정한 열팽창계수와 50?250℃에서 측정한 열팽창계수간의 변화가 적어 고온에서의 열적 치수안정성이 우수하므로, 디스플레이 소자용 기판으로 유용하다.

Description

고온에서의 열적 치수안정성이 우수한 폴리이미드 필름 및 그를 이용한 디스플레이 소자용 기판{POLYIMIDE FILM HAVING EXCELLENT HIGH TEMPERATURE STABILITY AND SUBSTRATE FOR DISPLAY DEVICE USING THE SAME}
본 발명은 고온에서의 열적 치수안정성이 우수한 폴리이미드 필름 및 그를 이용한 디스플레이 소자용 기판에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 폴리이미드 수지의 축중합 반응시 사용되는 방향족 테트라카르복실릭 디언하이드라이드 및 방향족 디아민간의 조합 및 그 조성비를 최적화하여 고온상에서의 열적 치수안정성이 우수한 폴리이미드 필름 및 그를 이용한 디스플레이 소자용 기판에 관한 것이다.
일반적으로 폴리이미드(PI) 수지라 함은 방향족 테트라카르복실릭 디언하이드라이드 또는 그 유도체와 방향족 디아민 또는 방향족 디이소시아네이트를 축중합하여 폴리아믹산 유도체를 제조한 후, 고온에서 폐환탈수시켜 이미드화하여 제조되는 고내열 수지를 일컫는다.
이와 같은 대부분의 폴리이미드 수지는 불용, 불융의 초고내열성 수지로서, (1) 뛰어난 내열산화성, (2) 높은 사용가능온도, (3) 약 260℃의 장기 사용 가능온도와 약 480℃의 단기 사용 가능온도를 나타내는 우수한 내열특성, (4) 내방사선성, (5) 우수한 저온특성 및 (6) 우수한 내약품성 등과 같은 특성을 가지고 있다.
이러한 물성으로 인하여, 폴리이미드 수지는 자동차 재료, 항공소재, 우주선 소재 등의 내열 첨단소재 및 절연코팅제, 절연막, 반도체, TFT-LCD의 전극 보호막 등 전자재료 등 광범위한 분야에 사용되고, 최근에는 광섬유나 액정 배향막 같은 표시재료 및 필름 내에 도전성 필러를 함유하거나 표면에 코팅한 투명전극필름으로도 이용되고 있다.
그러나 이러한 방향족 폴리이미드 수지는 우수한 내열특성을 보유하는 장점이 있지만, 반면에 높은 극성기 밀도로 인해 표면장력이 높으며, 낮은 유전 상수로 인하여 박막트랜지스터용 절연체로 적용하기에는 용이하지 않다.
상기의 폴리이미드 수지를 필름화한 폴리이미드 필름을 제조하는 방법으로는 폴리이미드 전구체인 폴리아믹산 유도체를 캐리어 플레이트에 도포하고 경화시켜 폴리이미드 필름을 얻는 캐스트(cast)법이 일반적이다. 상기 캐스트(cast)법은 수지 용액을 캐리어 플레이트에 도포하는 공정, 수지 중의 용제를 제거하는 건조공정, 폴리이미드 전구체 수지로부터 폴리이미드로 변환하는 이미드화 공정으로 이루어진다.
상기의 폴리이미드 필름은 고온에서 온도변화를 주었을 경우 필름의 특성상 수축이나 팽창이 일어나는데, 이러한 변화는 이력현상(Hysteresis)으로 나타나므로 그 변화의 폭이 항상 일정한 것이 아니어서, 변화의 폭을 확인하기 위해서는 여러 번의 온도 변화를 주어야 하는 등의 번거로움이 있고, 이러한 문제로 인하여 열적 치수안정성을 필요로 하는 분야에서는 사용이 제한되어 왔다.
특히, 최근에 적용되는 디스플레이 소자의 기판으로 사용할 때, 폴리이미드 필름은 고온공정에서의 열적안정성이 전제되어야 한다.
일반적으로 디스플레이 소자의 기판으로 통용되는 글라스의 경우, 열팽창계수가 4ppm/℃ 정도이므로, 글라스를 대체할 만한 필름의 경우에는 열팽창계수가 10ppm/℃ 이하의 특성을 가져야 할 것이다.
이에, 본 발명에서는 폴리이미드 필름의 고온안정성을 확보하기 위하여 노력한 결과, 폴리이미드 수지의 축중합 반응시 사용되는 방향족 테트라카르복실릭 디언하이드라이드 및 방향족 디아민간의 조합 및 그 조성비를 최적화하여 최대 500℃의 고온상에서 우수한 열안정성을 확인함으로써, 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 고온에서의 열적 치수안정성이 우수한 폴리이미드 필름을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 고온에서의 열적 치수안정성이 우수한 폴리이미드 필름을 이용한 디스플레이 소자용 기판을 제공하는 것이다.
본 발명은 열변형해석법(TMA-Method)에 따라 50?500℃ 온도 구간에서 측정된 열팽창계수와 50?250℃에서 측정한 열팽창계수간의 차이(H)가 3≤H≤18인 것으로서, 고온에서의 열팽창계수의 변화가 적어 열적 치수안정성이 우수한 폴리이미드 필름을 제공한다.
더욱 구체적으로, 본 발명의 폴리이미드 필름은 하기 화학식 1로 표시되는 피로멜리트산 디언하이드라이드(a)와 하기 화학식 2로 표시되는 유연기를 함유하는 디언하이드라이드(b)가 7:3?5:5의 몰비율로 블렌드된 방향족 테트라카르복실릭 디언하이드라이드 및 방향족 디아민을 축중합하여 얻은 폴리아믹산 용액으로부터 제막된 것이다.
화학식 1
Figure pat00001
화학식 2
Figure pat00002
(상기에서, X는 -(biphenyl), -C(O)-, -O-, -SO2- 또는 -C(CF3)2- 중에서 선택되는 어느 하나이다.)
상기에서, 유연기를 함유하는 디언하이드라이드(b)로는 4,4'-헥사플로오르이소프로필리덴비스(프탈릭 언하이드라이드), 3,3',4,4'-벤조페논테트라카르복실릭 디언하이드라이드, 3,3',4,4'-바이페닐테트라카르복실릭 디언하이드라이드, 4,4',5,5'-설포닐디프탈릭 언하이드라이드 및 3,3',4,4'-옥시디프탈릭 언하이드라이드로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용하는 것이 바람직하다.
이에, 본 발명의 폴리이미드 필름은 열변형해석법(TMA-Method)에 따라 50?250℃에서 측정한 열팽창계수가 4 내지 10 ppm/℃ 미만인 것을 충족한다.
또한, 본 발명의 폴리이미드 필름은 열변형해석법(TMA-Method)에 따라 50?500℃에서 측정한 열팽창계수가 25 ppm/℃ 이하의 물성을 보임으로써, 최대 500℃ 수준의 고온상에서 열적 치수안정성을 충족한다.
본 발명의 폴리이미드 필름은 상전이온도가 530℃ 이상으로 고온상에서도 열안전성을 충족하고, 폴리이미드 전구체(폴리아믹산 용액)의 점도가 10,000cp 이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기의 고온에서의 열안정성이 우수한 폴리이미드 필름으로 이루어진 디스플레이 소자용 기판을 제공한다.
이때, 사용되는 폴리이미드 필름은 하기 화학식 1로 표시되는 피로멜리트산 디언하이드라이드(a)와 하기 화학식 2로 표시되는 유연기를 함유하는 디언하이드라이드(b)가 7:3?5: 5의 몰비율로 블렌드된 방향족 테트라카르복실릭 디언하이드라이드 및 방향족 디아민이 축중합하여 얻은 폴리아믹산 용액으로부터 제막된 것이다.
화학식 1
Figure pat00003
화학식 2
Figure pat00004
(상기에서, X는 -(biphenyl), -C(O)-, -O-, -SO2- 또는 -C(CF3)2- 중에서 선택되는 어느 하나이다.)
상기에서 유연기를 함유하는 디언하이드라이드(b)가 4,4'-헥사플로오르이소프로필리덴비스(프탈릭 언하이드라이드), 3,3',4,4'-벤조페논테트라카르복실릭 디언하이드라이드, 3,3',4,4'-바이페닐테트라카르복실릭 디언하이드라이드, 4,4', 5,5'-설포닐디프탈릭 언하이드라이드 및 3,3',4,4'-옥시디프탈릭 언하이드라이드로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용하는 것이 바람직하며, 상기 유연기를 함유하는 디언하이드라이드(b)의 조성비를 조절함에 따라, 필름의 열팽창계수를 제어할 수 있다.
본 발명은 폴리이미드 수지의 축중합 반응시 사용되는 방향족 테트라카르복실릭 디언하이드라이드 및 방향족 디아민간의 조합 및 그 조성비를 최적화함으로써, 고온에서의 열적 치수안정성이 우수한 폴리이미드 필름을 제공할 수 있다.
구체적으로 본 발명의 폴리이미드 필름은 열변형해석법(TMA-Method)에 따라 50?250℃에서 측정한 열팽창계수가 4 내지 10 ppm/℃ 미만의 값을 보임으로써, 종래 디스플레이 소자의 기판으로 통용되는 글라스를 대체할 수 있다.
특히, 본 발명의 폴리이미드 필름은 50?500℃에서 측정한 열팽창계수와 50?250℃에서 측정한 열팽창계수간의 차이가 적어 고온에서의 우수한 열적 치수안정성을 보임으로써, 고온에서의 필름의 수축 또는 팽창의 문제를 해소할 수 있다. 이에, 본 발명의 폴리이미드 필름은 디스플레이 소자용 기판으로 유용하게 활용할 수 있다.
이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다.
본 발명은 폴리이미드 수지의 축중합 반응시 사용되는 방향족 테트라카르복실릭 디언하이드라이드 및 방향족 디아민를 축중합하여 폴리아믹산 유도체를 제조한 후 캐스팅하여 제막된 폴리이미드 필름을 제공하되, 상기 축중합되는 방향족 테트라카르복실릭 디언하이드라이드 및 방향족 디아민간의 조합 및 그 조성비를 최적화함으로써, 고온에서의 열팽창계수 변화가 적어 열적 치수안정성이 우수한 폴리이미드 필름을 제공한다.
이에, 본 발명은 열변형해석법(TMA-Method)에 따라 50?500℃ 온도 구간에서 측정된 열팽창계수와 50?250℃에서 측정한 열팽창계수간의 차이(H)가 3≤H≤18을 충족하는 폴리이미드 필름을 제공한다.
즉, 본 발명의 폴리이미드 필름은 폴리이미드 수지를 축중합 반응에 의하여 수득할 때, 사용 가능한 방향족 테트라카르복실릭 디언하이드라이드 군에서 선택되는 화합물의 2종의 혼합형태를 사용하는 것이다.
이에, 상기 방향족 테트라카르복실릭 디언하이드라이드로서의 구체적인 일례는 2,2-비스(3,4-디카르복시페닐)헥사플루오로프로판 디언하이드라이드(6FDA), 4-(2,5-디옥소테트라하이드로푸란-3-일)-1,2,3,4-테트라하이드로나프탈렌-1,2-디카르복실릭 디언하이드라이드(TDA), 피로멜리틱산 디언하이드라이드(1,2,4,5-벤젠 테트라카르복실릭 디언하이드라이드, PMDA), 벤조페논 테트라카르복실릭 디언하이드라이드(BTDA), 비페닐 테트라카르복실릭 디언하이드라이드(BPDA), 옥시디프탈릭 디언하이드라이드(ODPA), 비스카르복시페닐 디메틸 실란 디언하이드라이드(SiDA), 비스 디카르복시페녹시 디페닐 설파이드 디언하이드라이드(BDSDA), 술포닐 디프탈릭안하이드라이드(SO2DPA), 사이클로부탄 테트라카르복실릭 디언하이드라이드(CBDA) 및 이소프로필리덴이페녹시 비스 프탈릭안하이드라이드(6HBDA)로 이루어진 군에서 선택되는 2 종의 혼합형태를 사용하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 방향족 테트라카르복실릭 디언하이드라이드에서 선택된 2종의 혼합형태로 이루어진 반응물간의 조성비를 최적화하여 폴리이미드 필름이 고온에서의 열안정성을 구현할 수 있도록 설계하는 것을 특징으로 한다.
이에, 본 발명의 바람직한 구현을 위한 실시형태로는 하기 화학식 1로 표시되는 피로멜리트산 디언하이드라이드(a)를 필수성분으로 구성하고, 상기 성분과 하기 화학식 2로 표시되는 유연기를 함유하는 디언하이드라이드(b)가 7:3?5:5의 몰비율로 블렌드된 방향족 테트라카르복실릭 디언하이드라이드 및
방향족 디아민이 축중합하여 얻은 폴리아믹산 용액으로부터 제막된 폴리이미드 필름을 제공한다.
화학식 1
Figure pat00005
화학식 2
Figure pat00006
(상기에서, X는 -(biphenyl), -C(O)-, -O-, -SO2- 또는 -C(CF3)2- 중에서 선택되는 어느 하나이다.)
이때, 하기 화학식 2로 표시되는 유연기를 함유하는 디언하이드라이드(b)는 하기 화학식 3으로 표시되는 4,4'-헥사플로오르이소프로필리덴비스(프탈릭 언하이드라이드), 하기 화학식 4로 표시되는 3,3',4,4'-벤조페논테트라카르복실릭 디언하이드라이드, 하기 화학식 5로 표시되는 3,3',4,4'-바이페닐테트라카르복실릭 디언하이드라이드, 하기 화학식 6으로 표시되는 4,4',5,5'-설포닐디프탈릭 언하이드라이드 및 하기 화학식 7로 표시되는 3,3',4,4'-옥시디프탈릭 언하이드라이드로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용하는 것이 바람직하다.
화학식 3
Figure pat00007
화학식 4
Figure pat00008
화학식 5
Figure pat00009
화학식 6
Figure pat00010
화학식 7
Figure pat00011
이에, 본 발명의 방향족 테트라카르복실릭 디언하이드라이드 성분 중, 화학식 1로 표시되는 피로멜리트산 디언하이드라이드(a)는 하나의 페닐기를 골격으로 이루어진 방향족 테트라카르복실릭 디언하이드라이드로서, 상대적으로 강직한(rigid) 분자구조를 가지며, 상기 화학식 2로 표시되는 유연기를 함유하는 디언하이드라이드(b)는 두 개의 페닐기 또는 페닐기 사이에 헤테로 원자가 링커되어 유연한(flexible) 분자구조를 가진다.
이때, 고온 및 일정한 장력 조건 하에서 상기 피로멜리트산 디언하이드라이드(a)와 유연기를 함유하는 디언하이드라이드(b)가 분자배열 변화가 다르므로, 그 조성비를 최적화함으로써, 원하는 열적 물성을 제어할 수 있다.
즉, 상기 화학식 2로 표시되는 유연기를 함유하는 디언하이드라이드(b)는 분자 구조 내 유연기로 인하여 자유체적(Free Volume)이 증가하고 배열의 규칙성이 떨어지게 되어, 열과 일정량의 장력을 가할 경우 변화되는 정도가 크게 된다.
반면에, 피로멜리트산 디언하이드라이드(a)는 상대적으로 강직한 모노머로서, 분자간 전하 이동 착물(Charge Transfer Complex) 현상에 의해, 고온에서의 열팽창계수의 변화가 크지 않다.
이러한 특성에 의해 피로멜리트산 디언하이드라이드(a) 및 유연기를 함유하는 디언하이드라이드(b)의 조성비를 적절히 조합하면 최종 폴리이미드 필름의 열적 특성을 결정할 수 있을 것이다.
이에, 본 발명의 방향족 테트라카르복실릭 디언하이드라이드는 피로멜리트산 디언하이드라이드(a)와 유연기를 함유하는 디언하이드라이드(b)를 7:3?5:5의 몰비율로 블렌드되는 것으로 최적화하는 것을 특징으로 한다. 이때, 상대적으로 강직한 모노머인 피로멜리트산 디언하이드라이드(a)가 상기 몰비율을 초과하여 함유되면, 강직한 성질이 너무 강하여 전구체를 이미드화하여 형성된 폴리이미드 필름의 물리적 특성이 저하되어 필름화되기 어렵다. 반면에, 유연기를 함유하는 디언하이드라이드(b)가 상기 범위를 초과하면, 고온에서의 열팽창계수의 변화가 급격하게 일어나 바람직하지 않다.
한편, 본 발명에서 사용할 수 있는 방향족 디아민은 옥시디아닐린(ODA), p-페닐렌디아민(pPDA), m-페닐렌디아민(mPDA), p-메틸렌디아민 (pMDA), m-메틸렌디아민(mMDA), 비스 아미노페녹시 벤젠(133APB, 134APB), 비스 아미노 페녹시 페닐 헥사플루오로프로판(4BDAF), 비스 아미노페닐 헥사플루오로 프로판(33-6F, 44-6F), 4,4'-디아미노디페닐 설폰(DDS), 비스 트리플루오로메틸 벤지딘(TFDB), 사이클로헥산디아민(13CHD, 14CHD), 비스아미노 페녹시 페닐프로판(6HMDA), 비스 아미노하이드록시 페닐 헥사플로오로프로판(DBOH), 비스 아미노페녹시 디페닐 술폰(DBSDA) 등에서 선택된 단독 또는 2 종 이상을 사용할 수 있다.
상기 중에서 본 발명에 사용되는 방향족 디아민으로서 더욱 바람직하게는 p-페닐렌디아민(pPDA), m-페닐렌디아민(mPDA), 옥시디아닐린(ODA), p-메틸렌디아민 (pMDA) 또는 4,4'-디아미노디페닐 설폰(DDS) 중에서 선택 사용되는 것이다. 이때, 상기 다아민 성분 중, 하나의 페닐기를 가진 p-페닐렌디아민(pPDA), m-페닐렌디아민(mPDA)은 상대적으로 강직한 분자구조를 가지며, 두 개의 페닐기를 가지고 알킬기, 에테르기 또는 설포닐기 중에 선택되는 어느 하나가 링커된 구조인 옥시디아닐린(ODA), p-메틸렌디아민 (pMDA) 또는 4,4'-디아미노디페닐 설폰(DDS)는 유연한 분자구조를 가질 수 있으므로, 목적하는 폴리이미드 필름의 고온 열적 안정성을 충족하기 위하여 선택 사용할 수 있다.
이상의 방향족 테트라카르복실릭 디언하이드라이드 성분과 방향족 디아민 성분은 등몰량이 되도록 하여 제1용매 중에 용해하여 반응시키고 폴리아믹산 용액을 제조한다.
반응시 조건은 특별히 한정되지 않지만 반응 온도는 -20?80℃가 바람직하고, 반응시간은 30분?48시간이 바람직하다. 또한 반응시 아르곤, 질소 등의 불활성 분위기에서 수행하는 것이 보다 바람직하다.
상기한 모노머들의 용액 중합반응을 위한 제1용매는 폴리아믹산을 용해하는 용매이면 특별히 한정되지 않는다. 이에, 공지된 반응용매로서 m-크레졸, N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 디메틸포름아미드(DMF), 디메틸아세트아미드(DMAc), 디메틸설폭사이드(DMSO), 아세톤, 디에틸아세테이트 중에서 선택된 하나 이상의 극성용매를 사용한다. 이외에도 테트라하이드로퓨란(THF), 클로로포름과 같은 저비점 용매 또는 γ-부티로락톤과 같은 저흡수성 용매를 사용할 수 있다.
제1용매의 함량에 대하여 특별히 한정되지는 않으나, 적절한 폴리아믹산 용액의 분자량과 점도를 얻기 위하여 제1용매의 함량은 전체 폴리아믹산 용액 중 50?95중량%가 바람직하고, 더욱 좋게는 70?90중량%인 것이 보다 바람직하다.
이후 제막공정에서 폴리아믹산 용액을 지지체 상에 캐스팅하여 40?400℃의 온도범위에서 서서히 승온시키면서 1분?10시간 가열하여 폴리이미드 필름을 얻는다.
이와 같이 제조된 폴리아믹산 용액을 이용하여 폴리이미드 필름으로 제조 시, 폴리이미드 필름의 접동성(유연성), 열전도성, 도전성, 내코로나성과 같은 여러 가지 특성을 개선시킬 목적으로 폴리아믹산 용액에 충전제를 첨가할 수 있다.
본 발명의 폴리이미드 필름은 열변형해석법(TMA-Method)에 따라 50?250℃에서 측정한 열팽창계수가 4 내지 10 ppm/℃ 미만인 것을 충족한다. 이러한 물성에 따라, 본 발명의 폴리이미드 필름은 종래 디스플레이 소자의 기판으로 통용되는 글라스를 대체할 수 있다.
또한, 본 발명의 폴리이미드 필름은 열변형해석법(TMA-Method)에 따라 50?500℃에서 측정한 열팽창계수가 25 ppm/℃ 이하의 물성을 보임으로써, 최대 500℃의 고온상에서의 열적 치수안정성을 충족한다.
본 발명의 폴리이미드 필름은 상전이온도가 530℃ 이상으로 고온상에서도 열안전성을 충족하고, 폴리이미드 전구체(폴리아믹산 용액)의 점도가 10,000cp 이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기의 고온에서의 열안정성이 우수한 폴리이미드 필름으로 이루어진 디스플레이 소자용 기판을 제공한다.
이때, 사용되는 폴리이미드 필름은 하기 화학식 1로 표시되는 피로멜리트산 디언하이드라이드(a)와 하기 화학식 2로 표시되는 유연기를 함유하는 디언하이드라이드(b)가 7:3?5: 5의 몰비율로 블렌드된 방향족 테트라카르복실릭 디언하이드라이드 및 방향족 디아민이 축중합하여 얻은 폴리아믹산 용액으로부터 제막된 것이다.
화학식 1
Figure pat00012
화학식 2
Figure pat00013
(상기에서, X는 -(biphenyl), -C(O)-, -O-, -SO2- 또는 -C(CF3)2- 중에서 선택되는 어느 하나이다.)
상기에서 유연기를 함유하는 디언하이드라이드(b)는 4,4'-헥사플로오르이소프로필리덴비스(프탈릭 언하이드라이드), 3,3',4,4'-벤조페논테트라카르복실릭 디언하이드라이드, 3,3',4,4'-바이페닐테트라카르복실릭 디언하이드라이드, 4,4',5,5'-설포닐디프탈릭 언하이드라이드 및 3,3',4,4'-옥시디프탈릭 언하이드라이드로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용하는 것이 바람직하며, 하나의 페닐기 골격으로 이루어진 방향족 테르라카르복실산 디언하이드라이드인 피로멜리트산 디언하이드라이드(a)와 유연기를 함유하는 디언하이드라이드(b)의 조성비를 조절함에 따라, 폴리이미드 필름의 열팽창계수를 제어할 수 있다.
특히, 본 발명의 폴리이미드 필름은 열변형해석법(TMA-Method)에 따라 50?500℃ 온도 구간에서 측정된 열팽창계수와 50?250℃에서 측정한 열팽창계수간의 차이(H)가 3≤H≤18의 물성을 충족함으로써, 고온에서의 열팽창계수의 변화가 적어 열적 치수안정성이 우수하다. 이에, 폴리이미드 필름을 디스플레이 소자용 기판으로 적용할 경우, 고온에서 필름의 수축 및 팽창의 문제를 극복할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 의하여 상세히 설명한다.
하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
반응기로서 교반기, 질소주입장치, 적하 깔때기, 온도조절기 및 냉각기를 부착한 1L 반응기에 질소를 통과시키면서 N-메틸-2-피롤리돈(NMP) 599g을 채운 후, 반응기의 온도를 25℃로 맞춘 후, 여기에 방향족 디아민으로서, 파라페닐렌디아민(p-PDA) 32.4g(0.30mol)을 첨가하여 완전히 용해시켰다. 이후, 피로멜리트산디언하이드라이드(pyromellitic dianhydride, PMDA) 45.8g(0.21mol) 및 3,3',4,4'-비페닐테트라카르복실릭디언하이드라이드(s-BPDA) 26.5g(0.09mol)을 첨가하여, 방향족 디언하이드라이드로 사용한 피로멜리트산디언하이드라이드(PMDA)과 비페닐테트라카르복실릭(s-BPDA)이 7:3의 몰비율로 혼합되도록 하고, 1시간 동안 교반하여 상기 방향족 디아민과 방향족 디언하이드라이드와 전체적으로 1:1 축합반응이 진행되도록 하여 폴리아믹산 용액을 얻었다.
반응이 종료된 후 수득된 용액을 글라스에 도포한 후 80㎛로 캐스팅하고 150℃의 열풍으로 1시간 건조한 후 필름을 글라스 기판에서 박리하여 프레임에 핀으로 고정하였다.
필름이 고정된 프레임을 진공오븐에 넣고 80℃부터 400℃까지 8시간 동안 천천히 가열한 후 서서히 냉각해 프레임으로부터 분리하여 폴리이미드 필름을 수득하였다. 이후 최종 열처리 공정으로서 다시 400℃에서 30분 동안 열처리하였다(두께 20㎛).
<실시예 2?3>
하기 표 1에서 제시된 바와 같이, 반응물 조성의 조성비를 달리하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하여 고형분 15중량%의 폴리이미드 전구체(폴리아믹산 용액, 점도 14,157 cp)을 얻었다. 이후, 상기 실시예 1에 제시된 바와 같이, 상기 폴리아믹산 용액을 필름화하여 폴리이미드 필름을 제조하였다.
<비교예 1?2>
하기 표 1에서 제시된 바와 같이, 반응물 조성의 조성비를 달리하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하여 폴리이미드 필름을 제조하였다.
<실험예 1> 중량변화측정
상기 실시예 1?3 및 비교예 1?2에서 제조된 폴리이미드 필름에 대하여, 전체 중량의 1%가 감소 시작온도를 열중량측정분석(Thermogravimetric analysis, TGA)을 이용하여 측정하였다.
<실험예 2> 점도측정
상기 실시예 1?3 및 비교예 1?2에서 제조된 폴리이미드 전구체(폴리아믹산 용액)에 대하여, 용액점도기[Brookfield viscometer]를 이용하여 점도를 측정하였다.
<실험예 2> 열팽창계수 측정
상기 실시예 1?3 및 비교예 1?2에서 제조된 폴리이미드 필름에 대하여, 열변형해석법(TMA-Method)에 따라, 열팽창 계수(CTE;Coefficient of Thermal Expansion)를 50?250℃ 및 50?500℃ 온도구간에 3회 반복 측정한 후 각 평균값을 산출하였다. 상기 온도 구간은 디스플레이용 기판으로서 활용가능성 여부를 평가하기 위하여 설정되었으며, 디스플레이용 기판은 500℃ 수준의 고온공정에서 필름의 열변형이 최소한으로 일어나야 한다.
Figure pat00014
상기 표 1에서 확인되는 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에서 제조된 폴리이미드 필름의 경우, 상대적으로 더 유연한 작용기를 포함하는 모노머인 s-BPDA의 조합량이 증가할수록 50?250℃온도구간 및 50?500℃ 온도구간에서 측정한 열팽창계수 모두 증가하는 경향을 보였다. 특히, 고온에서의 열팽창계수의 변화가 급격하게 일어나는 현상을 확인할 수 있는데, 이러한 결과로부터 유연한 작용기로 인하여 화합물 구조 배열의 규칙성이 떨어져서 열과 일정량의 힘을 가할 경우 변화되는 정도가 더 크기 때문이다.
반면에, 페닐기를 골격으로 이루어진 방향족 테르라카르복실산 디언하이드라이드로서, 상대적으로 강직한(rigid) 분자구조를 가진 PMDA 의 조합량이 증가할수록, 열팽창계수가 감소하는 경향을 보이고 고온에서의 열팽창계수의 변화 차이가 가장 작은 것을 확인하였다.
반면에, 비교예 1 및 비교예 2에서 제조된 폴리이미드 필름은 PMDA모노머가 현저히 높은 비율로 조합됨으로써, 강직한 성질이 너무 강하여 전구체를 이미드화하여 형성된 폴리이미드 필름의 물리적 특성이 저하되었다. 즉, 비교예 1 및 비교예 2에서 제조된 폴리이미드 필름은 취성(brittle)으로 인해 깨지기 쉽고, 필름화가 어려워 열팽창계수(CTE)측정이 불가하였다.
상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은
첫째, 폴리이미드 수지의 축중합 반응시 사용되는 방향족 테트라카르복실릭 디언하이드라이드 및 방향족 디아민간의 조합 및 그 조성비를 최적화함으로써, 고온에서의 치수안정성이 우수한 폴리이미드 필름을 제공하였다.
둘째, 본 발명의 폴리이미드 필름은 열변형해석법(TMA-Method)에 따라 50?250℃에서 측정한 열팽창계수가 4 내지 10 ppm/℃ 미만의 값을 보임으로써, 종래 디스플레이 소자의 기판으로 통용되는 글라스를 대체할 수 있다.
셋째, 본 발명의 폴리이미드 필름은 50?500℃에서 측정한 열팽창계수와 50?250℃에서 측정한 열팽창계수간의 차이가 적어 고온에서의 열적 치수안정성이 우수하므로, 고온에서의 필름의 수축 또는 팽창의 문제를 해소할 수 있으므로 디스플레이 소자용 기판으로 활용할 수 있다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (10)

  1. 열변형해석법(TMA-Method)에 따라 50?500℃ 온도 구간에서 측정된 열팽창계수와 50?250℃에서 측정한 열팽창계수간의 차이(H)가 3≤H≤18인 것을 특징으로 하는 고온에서의 열적 치수안정성이 우수한 폴리이미드 필름.
  2. 제1항에 있어서, 상기 폴리이미드 필름이 하기 화학식 1로 표시되는 피로멜리트산 디언하이드라이드(a)와 하기 화학식 2로 표시되는 유연기를 함유하는 디언하이드라이드(b)가 7:3?5:5의 몰비율로 블렌드된 방향족 테트라카르복실릭 디언하이드라이드 및
    방향족 디아민을 축중합하여 얻은 폴리아믹산 용액으로부터 제막된 것을 특징으로 하는 상기 폴리이미드 필름:
    화학식 1
    Figure pat00015

    화학식 2
    Figure pat00016

    상기에서, X는 -(biphenyl), -C(O)-, -O-, -SO2- 또는 -C(CF3)2- 중에서 선택되는 어느 하나이다.
  3. 1항에 있어서, 상기 유연기를 함유하는 디언하이드라이드(b)가 4,4'-헥사플로오르이소프로필리덴비스(프탈릭 언하이드라이드), 3,3',4,4'-벤조페논테트라카르복실릭 디언하이드라이드, 3,3',4,4'-바이페닐테트라카르복실릭 디언하이드라이드, 4,4',5,5'-설포닐디프탈릭 언하이드라이드 및 3,3',4,4'-옥시디프탈릭 언하이드라이드로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 상기 폴리이미드 필름.
  4. 제1항에 있어서, 상기 폴리이미드 필름이 열변형해석법(TMA-Method)에 따라 50?250℃에서 측정한 열팽창계수가 4 내지 10 ppm/℃ 미만인 것을 특징으로 하는 상기 폴리이미드 필름.
  5. 제1항에 있어서, 상기 열변형해석법(TMA-Method)에 따라 50?500℃에서 측정한 열팽창계수가 25 ppm/℃ 이하인 것을 특징으로 하는 상기 폴리이미드 필름.
  6. 제1항에 있어서, 상기 폴리이미드 필름의 상전이온도가 530℃ 이상인 것을 특징으로 하는 상기 폴리이미드 필름.
  7. 제2항에 있어서, 상기 폴리아믹산 용액의 점도가 10,000cp 이상인 것을 특징으로 하는 상기 폴리이미드 필름.
  8. 제1항의 고온에서의 열적 치수안정성이 우수한 폴리이미드 필름으로 이루어진 디스플레이 소자용 기판.
  9. 제8항에 있어서, 상기 폴리이미드 필름이 하기 화학식 1로 표시되는 피로멜리트산 디언하이드라이드(a)와 하기 화학식 2로 표시되는 유연기를 함유하는 디언하이드라이드(b)가 7:3?5:5의 몰비율로 블렌드된 방향족 테트라카르복실릭 디언하이드라이드 및
    방향족 디아민을 축중합하여 얻은 폴리아믹산 용액으로부터 제막된 것을 특징으로 하는 상기 디스플레이 소자용 기판:
    화학식 1
    Figure pat00017

    화학식 2
    Figure pat00018

    상기에서, X는 -(biphenyl), -C(O)-, -O-, -SO2- 또는 -C(CF3)2- 중에서 선택되는 어느 하나이다.
  10. 제8항에 있어서, 상기 유연기를 함유하는 디언하이드라이드(b)가 4,4'-헥사플로오르이소프로필리덴비스(프탈릭 언하이드라이드), 3,3',4,4'-벤조페논테트라카르복실릭 디언하이드라이드, 3,3',4,4'-바이페닐테트라카르복실릭 디언하이드라이드, 4,4',5,5'-설포닐디프탈릭 언하이드라이드 및 3,3',4,4'-옥시디프탈릭 언하이드라이드로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 상기 디스플레이 소자용 기판.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9982333B2 (en) 2014-06-23 2018-05-29 Samsung Display Co., Ltd. Mask frame assembly and method of manufacturing the same
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