KR20220072574A - 폴리이미드 필름 및 이를 포함한 광학 장치 - Google Patents

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Abstract

소정의 식 1을 만족하고, ASTM D882에 의거하여 측정한 최대 신율이 50% 이상인 폴리이미드 필름, 및 이를 포함한 광학 장치가 개시된다.

Description

폴리이미드 필름 및 이를 포함한 광학 장치{POLYIMIDE FILM AND OPTICAL DEVICE COMPRISING THE SAME}
폴리이미드 필름 및 이를 포함한 광학 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광학 장치용 필름에서 요구되는 물성, 예를 들면 모듈러스, 신율, 강도 등을 만족하는 폴리이미드 필름 및 이를 포함한 광학 장치에 관한 것이다.
커브드, 벤더블, 폴더블, 롤러블 등과 같은 플렉시블 디스플레이는 최근 들어 학계와 산업계 모두로부터 관심을 받고 있는 차세대 디스플레이이다. 플렉시블 디스플레이를 구성하는 다양한 종류의 소재 중 기능성 필름/코팅 재료는 플렉시블 디스플레이를 구성하는 중요한 고분자 기판 재료로서 플렉시블 디스플레이의 성공적인 구현 및 개발을 위해서 반드시 필요한 핵심 소재라 할 수 있으며, 이러한 소재로서 폴리이미드가 주목 받고 있다.
폴리이미드는 주쇄에 헤테로이미드 고리를 갖는 것을 특징으로 하는 폴리머로서, 우수한 내열성 외에도 기계적 물성, 난연성, 내약품성, 저유전율 등이 뛰어나 코팅재료, 성형재료, 복합재료 등 폭넓은 용도로 적용되고 있다.
플렉시블 디스플레이용 고분자 기판에 요구되는 가장 중요한 물리적 특성은 바로 유연성이라고 할 수 있다. 특히, 이러한 고분자 기판은 플렉시블 디스플레이가 반복적으로 변형을 일으키는 커빙, 벤딩, 폴딩, 롤링, 그리고 스트레칭 과정 중에서도 손상이 일어나지 않아야 할 뿐만 아니라 다양한 초기 물성 역시 잃지 말아야 한다.
본 발명의 목적은 광학 장치용 필름에서 요구되는 물성, 예를 들면 모듈러스, 신율, 강도 등을 만족하는 폴리이미드 필름을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 폴리이미드 필름을 포함한 광학 장치를 제공하는 것이다.
1. 일 측면에 따르면, 폴리이미드 필름이 제공된다. 상기 폴리이미드 필름은 하기 식 1을 만족하고, ASTM D882에 의거하여 측정한 최대 신율이 50% 이상일 수 있다:
<식 1>
45 ≤ (A × B)/10 ≤ 60
식 1 중,
A는 ASTM D882에 의거하여 200 mm/min의 인장속도로 측정한 폴리이미드 필름의 모듈러스(단위: GPa)이고,
B는 ASTM D882에 의거하여 200 mm/min의 인장속도로 측정한 폴리이미드 필름의 신율 20%에서의 인장 강도(단위: MPa)이다.
2. 상기 제1 구현예에서, 상기 A는 2.5GPa 내지 4.5GPa일 수 있다.
3. 상기 제1 또는 제2 구현예에서, 상기 B는 140MPa 이상일 수 있다.
4. 상기 제1 내지 제3 구현예 중 어느 하나에서, 상기 폴리이미드 필름은 이무수물 단량체 및 디아민 단량체의 반응으로부터 형성된 폴리아믹산의 이미드화로부터 유도되고, 상기 이무수물 단량체는 상기 이무수물 단량체의 총 몰수를 기준으로 피로멜리트산 이무수물(pyromellitic dianhydride: PMDA) 55몰% 내지 85몰% 및 3,3',4,4'-비페닐테트라카르복시산 이무수물(3,3',4,4'-biphenyl tetracarboxylic dianhydride: BPDA) 15몰% 내지 45몰%를 포함하고, 상기 디아민 단량체는 상기 디아민 단량체의 총 몰수를 기준으로 4,4'-옥시디아닐린(4,4'-oxydianiline: ODA) 50몰% 내지 80몰% 및 4,4'-메틸렌디아닐린(4,4'-methylenedianiline: MDA) 20몰% 내지 50몰%를 포함할 수 있다.
5. 상기 제4 구현예에 있어서, PMDA 및 MDA의 몰비(PMDA : MDA)는 1.1:1 내지 3.25:1일 수 있다.
6. 상기 제4 또는 제5 구현예에 있어서, 상기 BPDA 및 MDA의 몰비(BPDA : MDA)는 0.3:1 내지 1.75:1일 수 있다.
7. 다른 측면에 따르면, 광학 장치가 제공된다. 상기 광학 장치는 상기 제1 내지 제6 구현예 중 어느 하나의 폴리이미드 필름을 포함할 수 있다.
8. 상기 제7 구현예에 있어서, 상기 광학 장치는 디스플레이 장치이고, 상기 폴리이미드 필름을 백플레이트 필름(back plate film)으로 포함할 수 있다.
본 발명은 광학 장치용 필름에서 요구되는 물성, 예를 들면 모듈러스, 신율, 강도 등을 만족하는 폴리이미드 필름 및 이를 포함한 광학 장치를 제공하는 효과를 갖는다.
본 명세서 중 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서 중 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
본 명세서에서 수치범위를 나타내는 "a 내지 b"에서 "내지"는 ≥ a이고 ≤ b으로 정의한다.
본 발명의 일 측면에 따른 폴리이미드 필름은 하기 식 1을 만족하고, ASTM D882에 의거하여 측정한 최대 신율이 50% 이상일 수 있다:
<식 1>
45 ≤ (A × B)/10 ≤ 60
식 1 중, A는 ASTM D882에 의거하여 200 mm/min의 인장속도로 측정한 폴리이미드 필름의 모듈러스(단위: GPa)이고, B는 ASTM D882에 의거하여 200 mm/min의 인장속도로 측정한 폴리이미드 필름의 신율 20%에서의 인장 강도(단위: MPa)이다.
폴리이미드 필름은 상기 식 1을 만족할 수 있다. 이로써, 광학 장치용 필름에서 요구되는 물성, 예를 들면 모듈러스, 신율, 강도 등을 만족하는 폴리이미드 필름의 제공이 유리할 수 있다. 예를 들어, (A × B)/10 값의 하한은 45, 46, 47, 48, 49 및 50 중 어느 하나이고, 상한은 60, 59, 58, 57, 56, 55, 54, 53, 52 및 51 중 어느 하나일 수 있다. 일 구현예에 따르면, (A × B)/10 값은 45 내지 55일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
폴리이미드 필름은 ASTM D882에 의거하여 200 mm/min의 인장속도로 측정한 최대 신율이 50% 이상(예를 들면, 55% 이상, 60% 이상, 65% 이상, 70% 이상, 75% 이상, 80% 이상, 85% 이상 또는 90% 이상)일 수 있다. 상기 범위에서, 광학 장치용 필름에서 요구되는 물성, 예를 들면 모듈러스, 신율, 강도 등을 만족하는 폴리이미드 필름의 제공이 유리할 수 있다. 폴리이미드 필름의 최대 신율은, 예를 들어 50% 내지 150%, 다른 예를 들면 50% 내지 100%, 또 다른 예를 들면 55% 내지 95%일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
일 구현예에 따르면, 상기 식 1 중 A는 2.5GPa 내지 4.5GPa(예를 들면, 2.5GPa, 2.6GPa, 2.7GPa, 2.8GPa, 2.9GPa, 3.0GPa, 3.1GPa, 3.2GPa, 3.3GPa, 3.4GPa, 3.5GPa, 3.6GPa, 3.7GPa, 3.8GPa, 3.9GPa, 4.0GPa, 4.1GPa, 4.2GPa, 4.3GPa, 4.4GPa 또는 4.5GPa)일 수 있다. 상기 범위에서, 광학 장치용 필름에서 요구되는 물성, 예를 들면 모듈러스, 신율, 강도 등을 만족하는 폴리이미드 필름의 제공이 유리할 수 있다. A는, 예를 들어 2.5GPa 내지 4GPa, 다른 예를 들면 3GPa 내지 4GPa, 또 다른 예를 들면 3GPa 내지 3.5GPa일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
일 구현예에 따르면, 상기 식 1 중 B는 140MPa 이상(예를 들면, 141MPa 이상, 142MPa 이상, 143MPa 이상, 144MPa 이상 또는 145MPa 이상)일 수 있다. 상기 범위에서, 광학 장치용 필름에서 요구되는 물성, 예를 들면 모듈러스, 신율, 강도 등을 만족하는 폴리이미드 필름의 제공이 유리할 수 있다. B는, 예를 들어 140MPa 내지 300MPa, 다른 예를 들면 140MPa 내지 200MPa, 또 다른 예를 들면 140MPa 내지 170MPa, 또 다른 예를 들면 140MPa 내지 160MPa일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
일 구현예에 따르면, 폴리이미드 필름의 두께는, 예를 들어 10㎛ 내지 500㎛, 다른 예를 들면 10㎛ 내지 100㎛, 또 다른 예를 들면 30㎛ 내지 50㎛일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
일 구현예에 따르면, 폴리이미드 필름은 이무수물 단량체 및 디아민 단량체의 반응으로부터 형성된 폴리아믹산의 이미드화로부터 유도될 수 있다. 이무수물 단량체 및 디아민 단량체의 종류는 본 발명의 목적을 해하지 않는 범위 내에서 공지의 이무수물 단량체 및 디아민 단량체가 제한없이 사용될 수 있다. 예를 들어, 이무수물 단량체는 피로멜리트산 이무수물(pyromellitic dianhydride: PMDA) 및 3,3',4,4'-비페닐테트라카르복시산 이무수물(3,3',4,4'-biphenyl tetracarboxylic dianhydride: BPDA)을 포함하고, 디아민 단량체는 4,4'-옥시디아닐린(4,4'-oxydianiline: ODA) 및 4,4'-메틸렌디아닐린(4,4'-methylenedianiline: MDA)을 포함할 수 있으며, 이러한 경우 광학 장치용 필름에서 요구되는 물성, 예를 들면 모듈러스, 신율, 강도 등을 만족하는 폴리이미드 필름의 제공이 보다 유리할 수 있다. 일 구현예에 따르면, 이무수물 단량체는 이무수물 단량체의 총 몰수를 기준으로 PMDA 55몰% 내지 85몰% 및 BPDA 15몰% 내지 45몰%를 포함하고, 디아민 단량체는 디아민 단량체의 총 몰수를 기준으로 ODA 50몰% 내지 80몰% 및 MDA 20몰% 내지 50몰%를 포함할 수 있으며, 상기 범위에서, 광학 장치용 필름에서 요구되는 물성, 예를 들면 모듈러스, 신율, 강도 등을 만족하는 폴리이미드 필름의 제공이 보다 유리할 수 있다. 예를 들어, 이무수물 단량체는 이무수물 단량체의 총 몰수를 기준으로 PMDA를 55몰%, 56몰%, 57몰%, 58몰%, 59몰%, 60몰%, 61몰%, 62몰%, 63몰%, 64몰%, 65몰%, 66몰%, 67몰%, 68몰%, 69몰%, 70몰%, 71몰%, 72몰%, 73몰%, 74몰%, 75몰%, 76몰%, 77몰%, 78몰%, 79몰%, 80몰%, 81몰%, 82몰%, 83몰%, 84몰% 또는 85몰%로 포함하고, BPDA를 45몰%, 44몰%, 43몰%, 42몰%, 41몰%, 40몰%, 39몰%, 38몰%, 37몰%, 36몰%, 35몰%, 34몰%, 33몰%, 32몰%, 31몰%, 30몰%, 29몰%, 28몰%, 27몰%, 26몰%, 25몰%, 24몰%, 23몰%, 22몰%, 21몰%, 20몰%, 19몰%, 18몰%, 17몰%, 16몰% 또는 15몰%로 포함할 수 있다. 예를 들어, 디아민 단량체는 디아민 단량체의 총 몰수를 기준으로 ODA를 50몰%, 51몰%, 52몰%, 53몰%, 54몰%, 55몰%, 56몰%, 57몰%, 58몰%, 59몰%, 60몰%, 61몰%, 62몰%, 63몰%, 64몰%, 65몰%, 66몰%, 67몰%, 68몰%, 69몰%, 70몰%, 71몰%, 72몰%, 73몰%, 74몰%, 75몰%, 76몰%, 77몰%, 78몰%, 79몰% 또는 80몰%로 포함하고, MDA를 50몰%, 49몰%, 48몰%, 47몰%, 46몰%, 45몰%, 44몰%, 43몰%, 42몰%, 41몰%, 40몰%, 39몰%, 38몰%, 37몰%, 36몰%, 35몰%, 34몰%, 33몰%, 32몰%, 31몰%, 30몰%, 29몰%, 28몰%, 27몰%, 26몰%, 25몰%, 24몰%, 23몰%, 22몰%, 21몰% 또는 20몰%로 포함할 수 있다.
일 구현예에 따르면, BPDA 및 MDA의 몰비(BPDA : MDA)는 0.3:1 내지 2.3:1(예를 들면, 0.3:1, 0.4:1, 0.5:1, 0.6:1, 0.7:1, 0.8:1, 0.9:1, 1:1, 1.1:1, 1.2:1, 1.3:1, 1.4:1, 1.5:1, 1.6:1, 1.7:1, 1.8:1, 1.9:1, 2:1, 2.1:1, 2.2:1 또는 2.3:1, 다른 예를 들면 0.3:1 내지 1.75:1)일 수 있으며, 이러한 경우 광학 장치용 필름에서 요구되는 물성, 예를 들면 모듈러스, 신율, 강도 등을 만족하는 폴리이미드 필름의 제공이 보다 유리할 수 있다.
일 구현예에 따르면, PMDA 및 MDA의 몰비(PMDA : MDA)는 1.1:1 내지 4.3:1(예를 들면, 1.1:1, 1.2:1, 1.3:1, 1.4:1, 1.5:1, 1.6:1, 1.7:1, 1.8:1, 1.9:1, 2:1, 2.1:1, 2.2:1, 2.3:1, 2.4:1, 2.5:1, 2.6:1, 2.7:1, 2.8:1, 2.9:1, 3:1, 3.1:1, 3.2:1, 3.3:1, 3.4:1, 3.5:1, 3.6:1, 3.7:1, 3.8:1, 3.9:1, 4:1, 4.1:1, 4.2:1 또는 4.3:1, 다른 예를 들면 1.1:1 내지 3.25:1)일 수 있으며, 이러한 경우 광학 장치용 필름에서 요구되는 물성, 예를 들면 모듈러스, 신율, 강도 등을 만족하는 폴리이미드 필름의 제공이 보다 유리할 수 있다.
일 구현예에 따르면, BPDA 및 ODA의 몰비(BPDA : ODA)는 0.1:1 내지 0.9:1(예를 들면, 0.1:1, 0.2:1, 0.3:1, 0.4:1, 0.5:1, 0.6:1, 0.7:1, 0.8:1 또는 0.9:1, 다른 예를 들면 0.3:1 내지 0.9:1)일 수 있으며, 이러한 경우 광학 장치용 필름에서 요구되는 물성, 예를 들면 모듈러스, 신율, 강도 등을 만족하는 폴리이미드 필름의 제공이 보다 유리할 수 있다.
일 구현예에 따르면, PMDA 및 ODA의 몰비(PMDA : ODA)는 0.6:1 내지 1.7:1(예를 들면, 0.6:1, 0.7:1, 0.8:1, 0.9:1, 1:1, 1.1:1, 1.2:1, 1.3:1, 1.4:1, 1.5:1, 1.6:1 또는 1.7:1, 다른 예를 들면 0.8:1 내지 1.7:1)일 수 있으며, 이러한 경우 광학 장치용 필름에서 요구되는 물성, 예를 들면 모듈러스, 신율, 강도 등을 만족하는 폴리이미드 필름의 제공이 보다 유리할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 폴리아믹산은 BPDA 및 PMDA 중 어느 하나와 MDA 및 ODA 중 어느 하나의 선반응물에 BPDA 및 PMDA 중 나머지 하나와 MDA 및 ODA 중 나머지 하나를 추가 투입하여 상기 선반응물 중 적어도 일부의 말단을 연장하여 형성된 것일 수 있다. 이러한 경우, 폴리이미드 필름 중에 존재하는 BPDA-MDA, BPDA-ODA, PMDA-MDA 및 PMDA-ODA의 결합 개수를 제어하는 것이 용이하고, 그 결과 광학 장치용 필름에서 요구되는 물성, 예를 들면 모듈러스, 신율, 강도 등을 만족하는 폴리이미드 필름의 제공이 보다 유리할 수 있다.
폴리이미드 필름의 제조방법은 특별히 제한되지 않으며, 공지의 방법을 자유롭게 이용할 수 있다. 예를 들어, 용매 중에 이무수물 단량체 및 디아민 단량체를 반응시켜 폴리아믹산 용액을 형성하고; 폴리아믹산 용액에 이미드화제 및/또는 탈수제를 혼합하여 폴리이미드 필름용 전구체 조성물을 형성하고; 상기 전구체 조성물을 지지체 상에 도포하고 건조하여 겔 필름을 형성하고; 그리고 상기 겔 필름을 지지체로부터 박리하고 열처리하여 폴리이미드 필름을 제조할 수 있다.
먼저, 용매 중에 이무수물 단량체 및 디아민 단량체를 반응시켜 폴리아믹산 용액을 형성할 수 있다. 이무수물 단량체 및 디아민 단량체의 종류에 대해서는 상술한 바를 참조한다.
용매로는 폴리아믹산을 용해시킬 수 있는 것이라면 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 용매는 비양성자성 극성 용매(aprotic polar solvent)를 포함할 수 있다. 비양성자성 극성 용매의 예로는 N,N'-디메틸포름아미드(DMF), N,N'-디메틸아세트아미드(DMAc) 등의 아미드계 용매, p-클로로페놀, o-클로로페놀 등의 페놀계 용매, N-메틸-피롤리돈(NMP), 감마 브티로 락톤(GBL), 디그림(Diglyme) 등을 들 수 있고, 이들은 단독으로 또는 2종 이상 조합되어 사용될 수 있다. 경우에 따라서는 톨루엔, 테트라히드로푸란(THF), 아세톤, 메틸에틸케톤(MEK), 메탄올, 에탄올, 물 등의 보조적 용매를 사용하여 폴리아믹산의 용해도를 조절할 수도 있다.
폴리아믹산 용액 형성시, 디아민 단량체와 이무수물 단량체는 실질적으로 등몰을 이루도록 용매 중에 포함되어 반응하는데, 여기서 '실질적으로 등몰'이란 디아민 단량체 전체 몰수를 기준으로 이무수물 단량체가 99.8 내지 100.2몰%로 포함되는 것을 의미할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 폴리아믹산은 폴리아믹산 용액 100중량부를 기준으로 5중량부 내지 35중량부로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 폴리아믹산 용액은 필름을 형성하기에 적당한 분자량과 점도를 가질 수 있다. 예를 들어, 폴리아믹산은 폴리아믹산 용액 100중량부를 기준으로 5중량부 내지 30중량부, 다른 예를 들면 15중량부 내지 20중량부로 포함될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
일 구현예에 따르면, 폴리아믹산 용액은 23℃, 1s-1 전단속도에서 점도가 100,000cP 내지 500,000cP일 수 있다. 상기 범위에서, 폴리아믹산이 소정의 분자량을 갖게 하면서도 폴리이미드 필름 제막시 공정성이 우수할 수 있다. 여기서, '점도'는 하케 마스 레오미터(HAAKE Mars Rheometer)를 이용하여 측정될 수 있다. 예를 들어, 폴리아믹산 용액의 점도는 23℃, 1s-1 전단속도에서 100,000cP 내지 450,000cP, 다른 예를 들면 100,000cP 내지 400,000cP, 또 다른 예를 들면 100,000cP 내지 350,000cP일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
일 구현예에 따르면, 폴리아믹산은 중량평균분자량이 100,000g/mol 내지 500,000g/mol일 수 있다. 상기 범위에서, 광학 장치용 필름에서 요구되는 물성, 예를 들면 모듈러스, 신율, 강도 등을 만족하는 폴리이미드 필름의 제공이 보다 유리할 수 있다. 여기서, '중량평균분자량'은 겔크로마토그래피(GPC)를 사용하고 폴리스티렌을 표준 시료로 이용하여 측정될 수 있다. 예를 들어, 폴리아믹산의 중량평균분자량은 150,000g/mol 내지 500,000g/mol, 다른 예를 들면 100,000g/mol 내지 400,000g/mol일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
그 다음, 폴리아믹산 용액에 이미드화제 및/또는 탈수제를 혼합하여 폴리이미드 필름용 전구체 조성물을 형성할 수 있다.
'탈수제'란 폴리아믹산에 대한 탈수 작용을 통해 폐환 반응을 촉진하는 것이다. 탈수제의 예로는 지방족 산 무수물, 방향족 산 무수물, N,N'-디알킬카르보디이미드, 저급 지방족 할로겐화물, 할로겐화 저급 지방족 산 무수물, 아릴포스폰산디할로겐화물, 티오닐할로겐화물 등을 들 수 있고, 이들은 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용될 수 있다. 그 중에서도 입수의 용이성 및 비용의 관점에서 아세트산 무수물, 프로피온산 무수물, 락트산 무수물 등의 지방족 산 무수물이 사용될 수 있다.
'이미드화제'란 폴리아믹산에 대한 폐환 반응을 촉진하는 것이다. 이미드화제의 예로는 지방족 3급 아민, 방향족 3급 아민, 복소환식 3급 아민 등을 들 수 있다. 그 중에서도 촉매로서의 반응성의 관점에서 복소환식 3급 아민이 사용될 수 있다. 복소환식 3급 아민의 예로는 퀴놀린, 이소퀴놀린, β-피콜린, 피리딘 등을 들 수 있으며, 이들은 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용될 수 있다.
탈수제 및/또는 이미드화제의 첨가량은 특별히 한정되는 것은 아니나, 탈수제는 폴리아믹산 중 아믹산기 1몰에 대하여 0.5몰 내지 5몰(다른 예를 들면, 1몰 내지 4몰)의 비율로 사용될 수 있고, 이미드화제는 폴리아믹산 중 아믹산기 1몰에 대하여 0.05몰 내지 3몰(다른 예를 들면, 0.2몰 내지 2몰)의 비율로 사용될 수 있다. 상기 범위에서, 이미드화가 충분하고, 필름형으로 캐스팅하는 것이 용이할 수 있다.
그 다음, 전구체 조성물을 지지체 상에 도포하고 건조하여 겔 필름을 형성할 수 있다.
여기서, '겔 필름'이란 폴리아믹산으로부터 폴리이미드로의 경화의 중간 단계에 있고 자기 지지성을 갖는 것을 의미할 수 있다.
지지체의 예로는 유리판, 알루미늄 박, 무단(endless) 스테인레스 벨트, 스테인레스 드럼 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도포 방법의 예로는 캐스팅 방법을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
건조 온도는, 예를 들어 40℃ 내지 300℃, 다른 예를 들면 80℃ 내지 200℃일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 건조 시간은, 예를 들어 3분 내지 10분, 다른 예를 들면 4분 내지 8분일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
그 다음, 겔 필름을 지지체로부터 박리하고 열처리하여 폴리이미드 필름을 제조할 수 있다.
겔 필름의 열처리에 의해 겔 필름에 잔존하는 용매 등이 제거되고 남아 있는 대부분의 아믹산기가 이미드화될 수 있다.
열처리 온도는, 예를 들어 50℃ 내지 700℃, 다른 예를 들면 150℃ 내지 600℃, 또 다른 예를 들면 200℃ 내지 600℃일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 열처리 시간은, 예를 들어 5분 내지 20분, 다른 예를 들면 7분 내지 15분일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
선택적으로, 겔 필름의 열처리 전, 최종적으로 얻어지는 폴리이미드 필름의 두께 등을 제어하고 배향성을 향상시키기 위해 겔 필름을 연신하는 단계를 더 포함할 수 있다. 연신은 MD(machine direction) 및 TD(transverse direction) 중 적어도 하나의 방향으로 수행될 수 있다.
선택적으로, 겔 필름의 열처리 후 얻은 폴리이미드 필름을 400℃ 내지 650℃에서 5초 내지 400초간 가열 마감하여 폴리이미드 필름을 더욱 경화시킬 수 있다. 이때, 폴리이미드 필름에 잔류할 수 있는 내부 응력을 완화시키기 위해서 소정의 장력 하에서 가열 마감을 수행할 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상술한 폴리이미드 필름 또는 상술한 제조방법으로 제조된 폴리이미드 필름은 광학 장치용 필름에서 요구되는 물성, 예를 들면 모듈러스, 신율, 강도 등을 만족할 수 있으며, 따라서 광학 장치에 적합하게 사용될 수 있다. 예를 들어, 상술한 광학 장치는 디스플레이 장치이고, 상술한 폴리이미드 필름은 백플레이트 필름으로 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상술한 폴리이미드 필름을 포함한 광학 장치가 제공된다. 상기 광학 장치는 디스플레이 장치이고, 상술한 폴리이미드 필름을 백플레이트 필름으로서 포함할 수 있다.
이하, 실시예를 들어 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며, 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
실시예
실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 4
디메틸포름아미드(DMF) 중에 표 1에 기재된 대로 이무수물 단량체와 디아민 단량체를 혼합하고 30℃에서 2시간 동안 반응시켜 150,000cP의 점도(23℃, 1s-1)를 갖는 폴리아믹산 용액을 제조하였다. 이때 이무수물 단량체와 디아민 단량체는 실질적으로 등몰을 이루도록 하였고, BPDA와 MDA의 반응이 다른 단량체 사이의 반응보다 우선되도록 반응 조건을 제어하였다.
이렇게 제조된 폴리아믹산 용액에 아믹산기 1 몰당 3.2몰비의 아세트산 무수물 및 1.0몰비의 이소퀴놀린을 첨가하여 폴리이미드 필름용 전구체 조성물을 얻었다.
상기 조성물을 닥터 블레이드를 사용하여 SUS판(100SA, Sandvik社) 위에 캐스팅하고, 110℃에서 4분 동안 건조시켜 겔 필름을 제조하였다.
상기 겔 필름을 SUS판과 분리한 뒤, 380℃에서 8분 동안 열처리하여 50㎛의 두께를 갖는 폴리이미드 필름을 제조하였다.
PMDA
(몰%)		 BPDA
(몰%)		 ODA
(몰%)		 MDA
(몰%)		 모듈러스(A)
(GPa)		 신율 20%에서의 인장 강도(B)
(MPa)		 (A × B)
/10		 신율
(%)
실시예 1 55 45 50 50 3.36 145 48.7 55.0
실시예 2 85 15 50 50 3.23 144 46.5 76.0
실시예 3 65 35 80 20 3.47 145 50.3 90.9
실시예 4 65 35 60 40 3.45 152 52.4 59
비교예 1 90 10 50 50 3.17 141 44.7 65.8
비교예 2 30 70 80 20 3.87 146 56.6 27.8
비교예 3 65 35 100 0 3.18 133 41.2 65.4
비교예 4 75 25 30 70 3.20 125 40.0 40
상기 표 1로부터, (A × B)/10 값이 본 발명의 범위를 만족하고, 신율이 50% 이상인 실시예 1 내지 4의 폴리이미드 필름은 그렇지 않은 비교예 1 내지 4의 폴리이미드 필름 대비 광학 장치용 필름으로서 우수한 물성을 나타냄을 알 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 하기 식 1을 만족하고, ASTM D882에 의거하여 측정한 최대 신율이 50% 이상인 폴리이미드 필름:
    <식 1>
    45 ≤ (A × B)/10 ≤ 60
    식 1 중,
    A는 ASTM D882에 의거하여 200 mm/min의 인장속도에서 측정한 폴리이미드 필름의 모듈러스(단위: GPa)이고,
    B는 ASTM D882에 의거하여 측정한 폴리이미드 필름의 신율 20%에서의 인장 강도(단위: MPa)이다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 A는 2.5GPa 내지 4.5GPa인 폴리이미드 필름.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 B는 140MPa 이상인 폴리이미드 필름.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 폴리이미드 필름은 이무수물 단량체 및 디아민 단량체의 반응으로부터 형성된 폴리아믹산의 이미드화로부터 유도되고,
    상기 이무수물 단량체는 상기 이무수물 단량체의 총 몰수를 기준으로 피로멜리트산 이무수물(pyromellitic dianhydride: PMDA) 55몰% 내지 85몰% 및 3,3',4,4'-비페닐테트라카르복시산 이무수물(3,3',4,4'-biphenyl tetracarboxylic dianhydride: BPDA) 15몰% 내지 45몰%를 포함하고,
    상기 디아민 단량체는 상기 디아민 단량체의 총 몰수를 기준으로 4,4'-옥시디아닐린(4,4'-oxydianiline: ODA) 50몰% 내지 80몰% 및 4,4'-메틸렌디아닐린(4,4'-methylenedianiline: MDA) 20몰% 내지 50몰%를 포함하는 폴리이미드 필름.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 PMDA 및 MDA의 몰비(PMDA : MDA)는 1.1:1 내지 3.25:1인 폴리이미드 필름.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 BPDA 및 MDA의 몰비(BPDA : MDA)는 0.3:1 내지 1.75:1인 폴리이미드 필름.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 폴리이미드 필름을 포함한 광학 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 광학 장치는 디스플레이 장치이고, 상기 폴리이미드 필름을 백플레이트 필름으로 포함하는 광학 장치.
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