TW202210556A - 聚醯胺酸、聚醯胺酸溶液、聚醯亞胺、聚醯亞胺膜、積層體、積層體之製造方法及電子裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明之聚醯胺酸包含下述化學式(1)所表示之結構單元。本發明之聚醯胺酸溶液含有包含下述化學式(1)所表示之結構單元之聚醯胺酸、及有機溶劑。本發明之聚醯亞胺係包含下述化學式(1)所表示之結構單元之聚醯胺酸的醯亞胺化物。本發明之聚醯亞胺膜含有包含下述化學式(1)所表示之結構單元之聚醯胺酸的醯亞胺化物。本發明之積層體具有支持體、及含有包含下述化學式(1)所表示之結構單元之聚醯胺酸之醯亞胺化物的聚醯亞胺膜。本發明之電子裝置具有:聚醯亞胺膜,其含有包含下述化學式(1)所表示之結構單元之聚醯胺酸之醯亞胺化物;及電子元件,其配置於聚醯亞胺膜上。
Description
本發明係關於一種聚醯胺酸、聚醯胺酸溶液、聚醯亞胺、聚醯亞胺膜、積層體、積層體之製造方法及電子裝置。本發明進而關於一種使用聚醯亞胺之電子裝置材料、薄膜電晶體(TFT)基板、軟性顯示器基板、彩色濾光片、印刷物、光學材料、圖像顯示裝置(更具體而言,為液晶顯示裝置、有機EL(Electroluminescence,電致發光)、電子紙等)、3D顯示器、太陽電池、觸控面板、透明導電膜基板、及目前使用玻璃之構件之代替材料。
隨著液晶顯示器、有機EL、電子紙等顯示器、或太陽電池、觸控面板等電子裝置之快速發展,正在推進裝置之薄型化或輕量化、軟性化。該等裝置中使用聚醯亞胺代替玻璃基板來作為基板材料。
該等裝置中,於基板上形成有各種電子元件、例如薄膜電晶體或透明電極等,形成該等電子元件需要高溫製程。聚醯亞胺具有足以適應高溫製程之充分之耐熱性,且熱膨脹係數(CTE)亦接近玻璃基板或電子元件,因此不易產生內部應力,適於軟性顯示器等之基板材料。
一般而言,芳香族聚醯亞胺因分子內共軛或電荷轉移(CT)錯合物之形成而著色為黃褐色,但於頂部發光型有機EL等中,自基板之相反側提取光,因此對基板不要求透明性,一直使用先前之芳香族聚醯亞胺。但是,當如透明顯示器或底部發光型有機EL、液晶顯示器般自顯示元件發出之光通過基板出射時,或者當為了將智慧型手機等製成全屏顯示器(無缺口)而將感測器或相機模組配置於基板之背面時,對基板亦要求較高之光學特性(更具體而言,為透明性等)。
於此種背景下,正在追求一種具有與既有之芳香族聚醯亞胺同等之耐熱性且透明性優異的材料。
為了減少聚醯亞胺之著色,已知有使用脂肪族系單體來抑制CT錯合物之形成之技術(專利文獻1及2)、及使用具有氟原子或硫原子之單體來提高透明性之技術(專利文獻3)。
專利文獻1及2中所記載之聚醯亞胺雖透明性較高,CTE亦較低,但具有脂肪族結構,故熱分解溫度較低,難以應用於形成電子元件時之高溫製程。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2016-29177號公報
[專利文獻2]日本專利特開2012-41530號公報
[專利文獻3]日本專利特開2014-70139號公報
[發明所欲解決之問題]
根據本發明人之研究可知,專利文獻3中所記載之聚醯亞胺雖透明性較高,但包含氟原子,因此表面自由能降低可能會導致其與形成於聚醯亞胺基板上之障壁膜或電子元件之密接性變低,在高溫製程中,在與聚醯亞胺之界面處可能會產生剝離。又,根據本發明人之研究可知,專利文獻3中所記載之聚醯亞胺在高溫製程中會產生氟系分解氣體,可能會導致聚醯亞胺與障壁膜或電子元件之間之密接性不良。
本發明係鑒於上述實際情況而成者,其目的在於提供一種透明性優異,具有較高之耐熱性,於高溫製程中可確保與無機材料(更具體而言,為玻璃基板、障壁膜等)之密接性的聚醯亞胺及作為其前驅物之聚醯胺酸。進而,本發明之目的亦在於提供一種使用該聚醯亞胺及聚醯胺酸所製得之要求耐熱性及透明性的製品或構件。尤其是,本發明之目的在於提供一種本發明之聚醯亞胺膜形成於玻璃、金屬、金屬氧化物及單晶矽等無機物之表面之製品或構件。
[解決問題之技術手段]
本發明人經過銳意研究,結果發現對具有茀骨架(茀結構)之特定聚醯胺酸進行醯亞胺化而獲得之聚醯亞胺之透明性優異,具有較高之耐熱性,且於高溫製程中可確保與玻璃基板或障壁膜之密接性,從而完成本發明。
本發明之聚醯胺酸包含下述化學式(1)所表示之結構單元。
本發明之一實施方式之聚醯胺酸進而包含下述通式(2)所表示之結構單元。
上述通式(2)中,X表示不同於上述化學式(1)中之四羧酸二酐殘基之四價有機基。
於本發明之聚醯胺酸之一實施方式中,上述通式(2)中之X係選自由下述化學式(3)所表示之四價有機基及下述化學式(4)所表示之四價有機基所組成之群中之一種以上。
於本發明之聚醯胺酸之一實施方式中,上述化學式(1)所表示之結構單元之含有率相對於全部結構單元為1莫耳%以上。
於本發明之聚醯胺酸之一實施方式中,四羧酸二酐殘基之總物質量除以二胺殘基之總物質量所求出之物質量比為0.900以上且未達1.100。
本發明之聚醯胺酸溶液含有本發明之聚醯胺酸、及有機溶劑。
本發明之聚醯亞胺係本發明之聚醯胺酸之醯亞胺化物。
本發明之聚醯亞胺之1%重量損失溫度較佳為500℃以上。又,本發明之聚醯亞胺之玻璃轉移溫度較佳為400℃以上。
本發明之聚醯亞胺膜包含本發明之聚醯亞胺。
本發明之聚醯亞胺膜之黃度較佳為25以下。又,本發明之聚醯亞胺膜之霧度較佳為未達1.0%。
本發明之積層體具有支持體、及本發明之聚醯亞胺膜。
本發明之積層體之製造方法係藉由將本發明之聚醯胺酸溶液塗佈於支持體上而形成包含上述聚醯胺酸之塗佈膜,對上述塗佈膜進行加熱而使上述聚醯胺酸醯亞胺化。
本發明之電子裝置具有本發明之聚醯亞胺膜、及配置於上述聚醯亞胺膜上之電子元件。
[發明之效果]
使用本發明之聚醯胺酸所製得之聚醯亞胺之透明性及耐熱性優異,且於高溫製程中可確保與無機材料之密接性。因此,使用本發明之聚醯胺酸所製得之聚醯亞胺適合作為要求透明性及耐熱性且經過高溫製程進行製造之電子裝置的材料。
以下,對本發明之適宜實施方式詳細地進行說明,但本發明並不受該等所限定。
首先,對本說明書中所使用之用語進行說明。「結構單元」係指構成聚合物之重複單元。「聚醯胺酸」係包含下述通式(5)所表示之結構單元(以下,有時記載為「結構單元(5)」)之聚合物。
通式(5)中,A表示四羧酸二酐殘基(來自四羧酸二酐之四價有機基),B表示二胺殘基(來自二胺之二價有機基)。
相對於構成聚醯胺酸之全部結構單元,結構單元(5)之含有率例如為50莫耳%以上100莫耳%以下,較佳為60莫耳%以上100莫耳%以下,更佳為70莫耳%以上100莫耳%以下,進而較佳為80莫耳%以上100莫耳%以下,進而更佳為90莫耳%以上100莫耳%以下,亦可為100莫耳%。
「1%重量損失溫度」係以測定溫度150℃下之聚醯亞胺之重量作為基準(100重量%),相對於上述基準之重量減少1重量%時之測定溫度。1%重量損失溫度之測定方法係與下述實施例相同之方法或以下述實施例為標準之方法。
以下,有時於化合物名後加上「系」來對化合物及其衍生物概括性地進行統稱。當於化合物名後加上「系」來表示聚合物名時,係指聚合物之重複單元來自化合物或其衍生物。又,有時將四羧酸二酐記載為「酸二酐」。
本實施方式之聚醯胺酸包含下述化學式(1)所表示之結構單元(以下,有時記載為「結構單元(1)」)。
結構單元(1)具有來自9,9-雙(3,4-二羧基苯基)茀二酐(以下,有時記載為「BPAF」)之部分結構、及來自4-胺基苯基-4-胺基苯甲酸酯(以下,有時記載為「4-BAAB」)之部分結構。即,結構單元(1)具有BPAF殘基作為上述通式(5)中之A,且具有4-BAAB殘基作為通式(5)中之B。
由於4-BAAB具有剛性結構,故適合作為玻璃轉移溫度較高(耐熱性優異)之聚醯亞胺之原料(單體)。又,具有剛性結構之4-BAAB亦適合作為抑制內部應力之產生且機械強度較高之聚醯亞胺之原料(單體)。由於BPAF具有體積較大之茀結構,因此適合作為耐熱性及透明性優異之聚醯亞胺之原料(單體)。
當合成本實施方式之聚醯胺酸時,可於不損害其性能之範圍內使用4-BAAB以外之二胺作為單體。作為4-BAAB以外之二胺,例如可例舉:1,4-環己二胺、對苯二胺、間苯二胺、4,4'-二胺基二苯醚、3,4'-二胺基二苯醚、2,2'-雙(三氟甲基)-4,4'-二胺基二苯醚、4,4'-二胺基苯甲醯苯胺、N,N'-雙(4-胺基苯基)對苯二甲醯胺、4,4'-二胺基二苯基碸、間聯甲苯胺、鄰聯甲苯胺、4,4'-雙(胺基苯氧基)聯苯、2-(4-胺基苯基)-6-胺基苯并㗁唑、3,5-二胺基苯甲酸、4,4'-二胺基-3,3'二羥基聯苯、4,4'-亞甲基雙(環己胺)、1,3-雙(3-胺基丙基)四甲基二矽氧烷及其等之衍生物,該等可單獨使用,亦可使用2種以上。基於提高耐熱性,提高機械強度及降低內部應力之觀點而言,作為4-BAAB以外之二胺,較佳為選自由對苯二胺及4,4'-二胺基苯甲醯苯胺所組成之群中之一種以上,更佳為對苯二胺。基於提高透明性,提高耐熱性,提高機械強度及降低內部應力之觀點而言,相對於構成聚醯胺酸之全部二胺殘基,4-BAAB殘基之含有率較佳為50莫耳%以上,更佳為70莫耳%以上,進而較佳為80莫耳%以上,亦可為100莫耳%。
基於提高透明性及降低內部應力之觀點而言,本實施方式之聚醯胺酸較佳為除包含結構單元(1)以外,還包含下述通式(2)所表示之結構單元(以下,有時記載為「結構單元(2)」)。於本實施方式之聚醯胺酸包含結構單元(1)及結構單元(2)之情形時,聚醯胺酸中之結構單元(1)與結構單元(2)之排列可為無規,亦可為嵌段。
通式(2)中,X表示不同於化學式(1)中之四羧酸二酐殘基之四價有機基。X可為1種,亦可為2種以上。
作為用於形成結構單元(2)之酸二酐(賦予通式(2)中之X之酸二酐)之適宜例,可例舉:均苯四甲酸二酐(以下,有時記載為「PMDA」)、3,3'4,4'-聯苯四羧酸二酐(以下,有時記載為「BPDA」)、對伸苯基雙(偏苯三酸酯二酐)、2,3,6,7-萘四羧酸二酐、1,2,5,6-萘四羧酸二酐、2,2',3,3'-聯苯四羧酸二酐、3,3',4,4'-二苯甲酮四羧酸二酐、4,4'-氧二鄰苯二甲酸酐、4,4'-(六氟亞異丙基)二鄰苯二甲酸酐、二環己基-3,3',4,4'-四羧酸二酐、1,2,4,5-環己烷四羧酸二酐、環丁烷四羧酸二酐、2'-氧代二螺[雙環[2.2.1]庚烷-2,1''-環庚烷-3,2''-雙環[2.2.1]庚烷]-5,5'-6,6'-四羧酸二酐及其等之衍生物,該等可單獨使用,亦可使用2種以上。
基於提高耐熱性,提高機械強度及降低內部應力之觀點而言,作為賦予通式(2)中之X之酸二酐,較佳為選自由PMDA及BPDA所組成之群中之一種以上,更佳為BPDA。於使用PMDA作為酸二酐之情形時,通式(2)中之X係下述化學式(3)所表示之四價有機基。又,於使用BPDA作為酸二酐之情形時,通式(2)中之X係下述化學式(4)所表示之四價有機基。
於本實施方式之聚醯胺酸包含PMDA殘基及BPDA殘基中之至少一者之情形時,基於提高透明性,提高耐熱性,提高機械強度及降低內部應力之觀點而言,相對於構成聚醯胺酸之全部酸二酐殘基,BPAF殘基、PMDA殘基及BPDA殘基之合計含有率較佳為60莫耳%以上,更佳為70莫耳%以上,進而較佳為80莫耳%以上,亦可為100莫耳%。
尤其是,BPAF殘基具有來自茀結構之體積較大之結構,有助於提高耐熱性,提高透明性及降低黃度,並且僅包含少量即可抑制聚醯亞胺之結晶化。因此,相對於本實施方式之聚醯胺酸之全部結構單元,包含BPAF殘基之結構單元(1)之含有率較佳為1莫耳%以上,更佳為3莫耳%以上,進而較佳為5莫耳%以上,進而更佳為10莫耳%以上。又,基於降低內部應力之觀點而言,相對於本實施方式之聚醯胺酸之全部結構單元,包含BPAF殘基之結構單元(1)之含有率較佳為50莫耳%以下,更佳為40莫耳%以下,進而較佳為30莫耳%以下。
藉由使結構單元(1)之含有率處於上述範圍內,可獲得內部應力之產生得到抑制,且透明性較高,黃度較低及耐熱性較高之聚醯亞胺。
於本實施方式之聚醯胺酸包含結構單元(1)及結構單元(2)之情形時,基於提高透明性,提高耐熱性,提高機械強度及降低內部應力之觀點而言,相對於構成聚醯胺酸之全部結構單元,結構單元(1)及結構單元(2)之合計含有率較佳為50莫耳%以上,更佳為70莫耳%以上,進而較佳為80莫耳%以上,亦可為100莫耳%。
為了獲得透明性及耐熱性更優異,且於高溫製程中可更確實地確保與無機材料之密接性之聚醯亞胺,本實施方式之聚醯胺酸較佳為滿足下述條件1,更佳為滿足下述條件2,進而較佳為滿足下述條件3,進而更佳為滿足下述條件4。
條件1:聚醯胺酸包含PMDA殘基及BPDA殘基中之至少一者,且相對於構成聚醯胺酸之全部四羧酸二酐殘基,BPAF殘基、PMDA殘基及BPDA殘基之合計含有率為100莫耳%。
條件2:滿足上述條件1,且相對於構成聚醯胺酸之全部二胺殘基,4-BAAB殘基之含有率為50莫耳%以上100莫耳%以下。
條件3:滿足上述條件1,且結構單元(1)之含有率相對於聚醯胺酸之全部結構單元為1莫耳%以上30莫耳%以下。
條件4:滿足上述條件2,且結構單元(1)之含有率相對於聚醯胺酸之全部結構單元為1莫耳%以上30莫耳%以下。
基於抑制因形成聚醯亞胺時未反應單體殘留所導致之透明性降低之觀點而言,四羧酸二酐殘基之總物質量除以二胺殘基之總物質量所求出之物質量比(莫耳比)較佳為0.900以上且未達1.100,更佳為0.950以上1.080以下,進而較佳為1.000以上1.050以下。藉由將物質量比調整為上述範圍內,能夠獲得透明性優異之聚醯亞胺。
本發明之聚醯胺酸可利用公知之通常方法合成,例如可藉由於有機溶劑中使二胺與四羧酸二酐進行反應而獲得。對聚醯胺酸之具體合成方法之一例進行說明。首先,於氬氣、氮氣等惰性氣體氛圍中,使二胺溶解或漿料狀地分散於有機溶劑中而製備二胺溶液。然後,將四羧酸二酐製成溶解或漿料狀地分散於有機溶劑中之狀態後,或者在固體之狀態下,添加到上述二胺溶液中。
於使用二胺與四羧酸二酐合成聚醯胺酸之情形時,藉由調整二胺之物質量(於使用複數種二胺之情形時,係各二胺之物質量)及四羧酸二酐之物質量(於使用複數種四羧酸二酐之情形時,係各四羧酸二酐之物質量),可獲得所需之聚醯胺酸(二胺與四羧酸二酐之聚合物)。聚醯胺酸中之各殘基之物質量比(莫耳比)例如與用於合成聚醯胺酸之各單體(二胺及四羧酸二酐)之物質量比一致。又,亦可藉由混合2種聚醯胺酸,獲得含有複數種四羧酸二酐殘基及複數種二胺殘基之聚醯胺酸。二胺與四羧酸二酐之反應、即聚醯胺酸之合成反應之溫度條件並無特別限定,例如為20℃以上150℃以下之範圍。聚醯胺酸之合成反應之反應時間例如為10分鐘以上30小時以下之範圍。
用於合成聚醯胺酸之有機溶劑較佳為能夠溶解所使用之四羧酸二酐及二胺之溶劑,更佳為能夠溶解所生成之聚醯胺酸之溶劑。作為用於合成聚醯胺酸之有機溶劑,例如可例舉:四甲基脲、N,N-二甲基乙基脲等脲系溶劑;二甲基亞碸等亞碸系溶劑;二苯基碸、四甲基碸等碸系溶劑;N,N-二甲基乙醯胺(DMAC)、N,N-二甲基甲醯胺(DMF)、N,N-二乙基乙醯胺、N-甲基-2-吡咯啶酮(NMP)、六甲基磷酸三醯胺等醯胺系溶劑;γ-丁內酯等酯系溶劑;氯仿、二氯甲烷等鹵化烷基系溶劑;苯、甲苯等芳香族烴系溶劑;苯酚、甲酚等酚系溶劑;環戊酮等酮系溶劑;四氫呋喃、1,3-二氧戊環、1,4-二㗁烷、二甲醚、二乙醚、二乙二醇二乙醚、二乙二醇二甲醚、對甲酚甲醚等醚系溶劑。通常,該等溶劑可單獨使用,亦可視需要適當組合2種以上使用。為了提高聚醯胺酸之溶解性及反應性,作為聚醯胺酸之合成反應所使用之有機溶劑,較佳為選自由醯胺系溶劑、酮系溶劑、酯系溶劑及醚系溶劑所組成之群中之一種以上之溶劑,更佳為醯胺系溶劑(更具體而言,為DMF、DMAC、NMP等)。又,聚醯胺酸之合成反應較佳為於氬氣或氮氣等惰性氣體氛圍下進行。
本實施方式之聚醯胺酸之重量平均分子量根據其用途有所不同,較佳為10,000以上1,000,000以下之範圍,更佳為20,000以上500,000以下之範圍,進而較佳為30,000以上200,000以下之範圍。若重量平均分子量為10,000以上,則容易將聚醯胺酸、或使用聚醯胺酸所獲得之聚醯亞胺製成塗佈膜或聚醯亞胺膜(film)。另一方面,若重量平均分子量為1,000,000以下,則對溶劑顯示充分之溶解性,因此使用下述聚醯胺酸溶液能夠獲得表面平滑且厚度均勻之塗佈膜或聚醯亞胺膜。此處所使用之重量平均分子量係指使用凝膠滲透層析法(GPC)所測得之聚環氧乙烷換算值。
本實施方式之聚醯亞胺係上述本實施方式之聚醯胺酸之醯亞胺化物。本實施方式之聚醯亞胺可利用公知之方法獲得,其製造方法並無特別限制。以下,對使上述聚醯胺酸醯亞胺化而獲得本實施方式之聚醯亞胺之方法的一例進行說明。醯亞胺化係藉由使聚醯胺酸脫水閉環而進行。該脫水閉環可利用使用共沸溶劑之共沸法、熱方法或化學方法進行。又,可採用1%以上100%以下之任意比率自聚醯胺酸醯亞胺化為聚醯亞胺。即,可合成一部分被醯亞胺化之聚醯胺酸。尤其是,於藉由加熱升溫進行醯亞胺化之情形時,自聚醯胺酸變成聚醯亞胺之閉環反應、及聚醯胺酸之水解同時進行,可能會導致製成聚醯亞胺時之分子量低於聚醯胺酸之分子量,或者因水解所生成之二胺之氧化等而著色,因此基於提高透明性或提高機械特性之觀點而言,較佳為於形成下述聚醯亞胺膜之前,對聚醯胺酸溶液中之一部分聚醯胺酸預先進行醯亞胺化。本說明書中,有時將一部分被醯亞胺化之聚醯胺酸亦記載為「聚醯胺酸」。
本實施方式之聚醯胺酸溶液包含上述本實施方式之聚醯胺酸、及有機溶劑。此處,作為聚醯胺酸溶液中所含有之有機溶劑,可例舉上述作為聚醯胺酸之合成反應中能夠使用之有機溶劑所例示的有機溶劑,較佳為選自由醯胺系溶劑、酮系溶劑、酯系溶劑及醚系溶劑所組成之群中之一種以上之溶劑,更佳為醯胺系溶劑(更具體而言,為DMF、DMAC、NMP等)。於利用上述方法獲得聚醯胺酸之情形時,可將反應溶液(反應後之溶液)本身作為本實施方式之聚醯胺酸溶液。又,亦可將自反應溶液去除溶劑而獲得之固體聚醯胺酸溶解於溶劑中,製備本實施方式之聚醯胺酸溶液。再者,本實施方式之聚醯胺酸溶液中之聚醯胺酸之含有率並無特別限制,例如,相對於聚醯胺酸溶液總量為1重量%以上80重量%以下。
聚醯胺酸之脫水閉環只要對聚醯胺酸進行加熱而進行即可。對聚醯胺酸進行加熱之方法並無特別限制,例如,只要於玻璃基板、金屬板、PET膜(Polyethylene Terephthalate Film,聚對苯二甲酸乙二酯膜)等支持體上塗佈上述本實施方式之聚醯胺酸溶液後,於溫度40℃以上500℃以下之範圍內,對聚醯胺酸進行熱處理即可。根據該方法,能夠獲得具有支持體、及配置於該支持體上之聚醯亞胺膜(詳細而言,為包含本實施方式之聚醯胺酸之醯亞胺化物的聚醯亞胺膜)之本實施方式之積層體。或者,亦可於實施了氟系樹脂之塗佈等離型處理之容器中,直接加入聚醯胺酸溶液,於減壓下對該聚醯胺酸溶液進行加熱、乾燥,藉此進行聚醯胺酸之脫水閉環。藉由利用該等方法進行聚醯胺酸之脫水閉環,可獲得聚醯亞胺。再者,上述各處理之加熱時間根據要進行脫水閉環之聚醯胺酸溶液之處理量或加熱溫度而有所不同,一般而言,較佳為處理溫度達到最高溫度後1分鐘以上300分鐘以下之範圍。又,為了縮短加熱時間或表現特性,亦可將醯亞胺化劑及/或脫水觸媒添加到聚醯胺酸溶液中,利用上述方法對添加了該醯亞胺化劑及/或脫水觸媒之聚醯胺酸溶液進行加熱而使其醯亞胺化。
作為上述醯亞胺化劑,並無特別限定,可使用三級胺。作為三級胺,較佳為雜環式三級胺。作為雜環式三級胺之較佳之具體例,可例舉:吡啶、甲基吡啶、喹啉、異喹啉、1,2-二甲基咪唑等。作為上述脫水觸媒,較佳之具體例可例舉:乙酸酐、丙酸酐、正丁酸酐、苯甲酸酐、三氟乙酸酐等。
相對於聚醯胺酸之醯胺基,醯亞胺化劑之添加量較佳為0.5倍莫耳當量以上5.0倍莫耳當量以下,更佳為0.7倍莫耳當量以上2.5倍莫耳當量以下,進而較佳為0.8倍莫耳當量以上2.0倍莫耳當量以下。又,相對於聚醯胺酸之醯胺基,脫水觸媒之添加量較佳為0.5倍莫耳當量以上10.0倍莫耳當量以下,更佳為0.7倍莫耳當量以上5.0倍莫耳當量以下,進而較佳為0.8倍莫耳當量以上3.0倍莫耳當量以下。再者,本說明書中,「聚醯胺酸之醯胺基」係指藉由二胺與四羧酸二酐之聚合反應而生成之醯胺基。當將醯亞胺化劑及/或脫水觸媒添加到聚醯胺酸溶液中時,可不將其溶解於有機溶劑中而直接添加,亦可將其溶解於有機溶劑中之後添加。於不將其溶解於有機溶劑中而直接添加之方法中,有時在醯亞胺化劑及/或脫水觸媒擴散之前反應急遽地進行,生成凝膠。因此,更佳為將醯亞胺化劑及/或脫水觸媒溶解於有機溶劑中,將所獲得之溶液添加到聚醯胺酸溶液中。
本實施方式之聚醯亞胺膜(詳細而言,為包含本實施方式之聚醯胺酸之醯亞胺化物的聚醯亞胺膜)由於無色透明,黃度較低,且具有可耐受TFT製作步驟之玻璃轉移溫度(耐熱性),因此適於軟性顯示器之透明基板材料。相對於聚醯亞胺膜總量,本實施方式之聚醯亞胺膜中之聚醯亞胺(詳細而言,為本實施方式之聚醯胺酸之醯亞胺化物)之含有率例如為70重量%以上,較佳為80重量%以上,更佳為90重量%以上,亦可為100重量%。作為聚醯亞胺膜中之聚醯亞胺以外之成分,例如可例舉下述添加劑(更具體而言,為奈米二氧化矽粒子等)。
本實施方式之電子裝置具有本實施方式之聚醯亞胺膜、及配置於聚醯亞胺膜上之電子元件。於製造本實施方式之電子裝置用於軟性顯示器之情形時,首先,將玻璃等無機基材作為支持體,於其上形成聚醯亞胺膜。然後,藉由於聚醯亞胺膜上配置(形成)TFT等電子元件,於支持體上形成電子裝置。一般而言,形成TFT之步驟係於150℃以上650℃以下之廣泛之溫度區域內實施,為了實際上達成所需之性能,亦有時於300℃以上之溫度下形成氧化物半導體層或a-Si層,視情況進而藉由雷射等使a-Si等結晶化。
此時,於聚醯亞胺膜之熱分解溫度較低之情形時,可能會導致在電子元件形成過程中產生釋氣,以昇華物之形式附著於烘箱內,造成爐內污染,或者形成於聚醯亞胺膜上之無機膜(下述障壁膜等)或電子元件剝離,因此聚醯亞胺之1%重量損失溫度較佳為500℃以上。聚醯亞胺之1%重量損失溫度之上限越高越好,例如為520℃。1%重量損失溫度例如可藉由改變具有剛性結構之殘基(更具體而言,為4-BAAB殘基、BPDA殘基等)之含有率來進行調整。更詳細而言,在形成TFT之前,於聚醯亞胺膜上形成氧化矽膜(SiOx膜)或氮化矽膜(SiNx膜)等無機膜作為障壁膜。若聚醯亞胺之耐熱性較低,則存在因無機膜積層後之高溫製程中聚醯亞胺之分解氣體等揮發成分,導致聚醯亞胺與無機膜剝離之情形。因此,較理想為聚醯亞胺之1%重量損失溫度為500℃以上,此外,於400℃以上450℃以下之範圍內之溫度下將聚醯亞胺等溫保持時之重量損失率未達1%。
進而,本發明人進行了驗證,結果發現包含氟原子之聚醯亞胺膜與不含氟原子之聚醯亞胺膜在聚醯亞胺膜與無機膜之密接性上存在明顯之差異。認為其原因在於,包含氟原子之聚醯亞胺膜之表面自由能明顯較低。因此,為了抑制高溫製程中無機膜與聚醯亞胺膜之剝離,較佳為聚醯亞胺之氟原子含量較少,更佳為來自不含氟原子之單體之聚醯亞胺。
又,於聚醯亞胺之玻璃轉移溫度(Tg)明顯低於製程溫度之情形時,在電子元件形成過程中可能會發生位置偏移等,因此聚醯亞胺之Tg較佳為300℃以上,更佳為350℃以上,進而較佳為400℃以上。聚醯亞胺之Tg之上限越高越好,例如為450℃。又,一般而言,玻璃基板之熱膨脹係數小於樹脂,因此於玻璃基板與聚醯亞胺膜之間產生內部應力。若用作支持體之玻璃基板或電子元件與聚醯亞胺膜之積層體之內部應力較高,則包含聚醯亞胺膜之積層體在高溫之TFT形成步驟中膨脹後,冷卻至常溫時會收縮,產生玻璃基板翹曲或破損,聚醯亞胺膜自玻璃基板剝離等問題。因此,聚醯亞胺膜與玻璃基板之積層體中產生之內部應力較佳為30 MPa以下,更佳為25 MPa以下,進而較佳為20 MPa以下。
本實施方式之聚醯亞胺適宜用作TFT基板或觸控面板基板等顯示器基板之材料。當將聚醯亞胺用於上述用途時,多採用如下方法:以上述方式於支持體上形成電子裝置(詳細而言,為聚醯亞胺膜上形成有電子元件之電子裝置)後,將聚醯亞胺膜自支持體剝離。又,作為支持體之材料,適宜使用無鹼玻璃。以下,對聚醯亞胺膜與支持體之積層體之製造方法的一例進行詳細說明。
首先,於支持體上塗佈本實施方式之聚醯胺酸溶液,形成含有包含聚醯胺酸之塗佈膜及支持體之含塗佈膜之積層體。其次,例如於溫度40℃以上200℃以下之條件下,對含塗佈膜之積層體進行加熱。此時之加熱時間例如為3分鐘以上120分鐘以下。再者,亦可設置多階段之加熱步驟,例如對含塗佈膜之積層體,於溫度50℃下進行30分鐘加熱後,於溫度100℃下進行30分鐘加熱。其次,為了推進塗佈膜中之聚醯胺酸之醯亞胺化,例如於最高溫度200℃以上500℃以下之條件下,對含塗佈膜之積層體進行加熱。此時之加熱時間(最高溫度下之加熱時間)例如為1分鐘以上300分鐘以下。此時,較佳為自低溫慢慢地升溫至最高溫度。升溫速度較佳為2℃/分鐘以上10℃/分鐘以下,更佳為4℃/分鐘以上10℃/分鐘以下。又,最高溫度較佳為250℃以上450℃以下之範圍。若最高溫度為250℃以上,則可充分地進行醯亞胺化,若最高溫度為450℃以下,則可抑制聚醯亞胺之熱劣化或著色。又,亦可在達到最高溫度之前,於任意溫度下保持任意時間。醯亞胺化反應可於空氣下、減壓下或氮氣等惰性氣體中進行,為了表現更高之透明性,較佳為於減壓下或氮氣等惰性氣體中進行。又,作為加熱裝置,可使用熱風烘箱、紅外烘箱、真空烘箱、無氧化烘箱、加熱板等公知之裝置。經過該等步驟使塗佈膜中之聚醯胺酸醯亞胺化,從而可獲得支持體與聚醯亞胺膜(聚醯胺酸之醯亞胺化物)之積層體。又,為了縮短加熱時間或表現特性,亦可將醯亞胺化劑或脫水觸媒添加到聚醯胺酸溶液中,利用上述方法對該溶液進行加熱而使其醯亞胺化。
自所獲得之支持體與聚醯亞胺膜之積層體剝離聚醯亞胺膜之方法可使用公知之方法。例如,可用手剝離,亦可使用驅動輥、機械手等機械裝置來剝離。進而,亦可採用如下方法:於支持體與聚醯亞胺膜之間設置剝離層;或於具有多個槽之基板上形成氧化矽膜,以氧化矽膜作為基礎層形成聚醯亞胺膜,使氧化矽之蝕刻液浸潤至基板與氧化矽膜之間,藉此剝離聚醯亞胺膜。又,還可採用藉由照射雷射光而分離聚醯亞胺膜之方法。
若於聚醯亞胺膜與支持體(例如玻璃基板)之界面產生隆起,則有於電子元件之形成過程中聚醯亞胺膜剝離,或者在形成電子元件後剝離聚醯亞胺膜時引起良率降低之虞。再者,「隆起」係指如下狀態:因醯亞胺化時產生之副成分(更具體而言,為脫離成分等)或殘留溶劑,導致聚醯亞胺膜與其他材料層(更具體而言,為玻璃基板、障壁膜等)之間產生密接性不良。具體之「隆起」可例舉:聚醯亞胺膜自玻璃基板隆起之狀態、聚醯亞胺膜之一部分受損而於聚醯亞胺膜與其他材料層之間產生層間剝離之狀態、障壁膜自聚醯亞胺膜隆起之狀態等。例如,由BPDA與4-BAAB所形成之聚醯亞胺中,高度地配向之分子鏈密集地堆積,醯亞胺化時產生之副成分之排氣性較差,容易產生隆起。根據本發明人之研究可知,藉由於分子鏈中或末端導入體積較大之結構,可防止隆起。又,根據本發明人之研究可知,藉由併用具有體積較大且旋轉自由度較低之結構之BPAF與4-BAAB,可兼具良好之排氣性與較高之Tg。根據本實施方式之聚醯胺酸,由於具有包含BPAF殘基及4-BAAB殘基之結構單元(1),因此可抑制產生隆起。因此,根據本實施方式之聚醯胺酸,可確保高溫製程中與無機材料之密接性。
聚醯亞胺膜之透明性可藉由依據JIS K7361-1:1997之全光線透過率(TT)、及依據JIS K7136-2000之霧度進行評價。於要求較高之透明性之用途中使用聚醯亞胺膜之情形時,聚醯亞胺膜之全光線透過率較佳為75%以上,更佳為80%以上。又,於要求較高之透明性之用途中使用聚醯亞胺膜之情形時,聚醯亞胺膜之霧度較佳為1.5%以下,更佳為1.2%以下,進而較佳為未達1.0%,亦可為0%。於要求較高之透明性之用途中,要求聚醯亞胺膜於全波長區域之透過率較高,但聚醯亞胺膜存在容易吸收短波長側之光之傾向,膜本身多著色為黃色。為了於要求較高之透明性之用途中使用聚醯亞胺膜,聚醯亞胺膜之黃度(YI)較佳為25以下,更佳為20以下,進而較佳為15以下,亦可為0。YI可依據JIS K7373-2006進行測定。以此種方式被賦予透明性之聚醯亞胺膜適於玻璃代替用途等之透明基板、或者背面設置有感測器或相機模組之基板。
又,軟性顯示器之光提取方式有2種,即:頂部發光方式,其自TFT元件側提取光;及底部發光方式,其自TFT元件之背面側提取光。頂部發光方式之特徵在於:光不會被TFT元件遮擋,因此容易提高開口率,能夠獲得高清畫質;底部發光方式之特徵在於:TFT元件與像素電極之對位較容易,容易進行製造。若TFT元件透明,則即便為底部發光方式,亦能夠提高開口率,因此存在大型顯示器採用容易進行製造之底部發光方式之傾向。本實施方式之聚醯亞胺膜由於YI較低,耐熱性亦優異,因此可應用於上述任一種光提取方式。
又,在分批型裝置製作工藝中,更佳為支持體與聚醯亞胺膜之間之密接性優異,上述分批型裝置製作工藝係於玻璃基板等支持體上塗佈聚醯胺酸溶液,進行加熱而使其醯亞胺化,形成電子元件等之後,剝離聚醯亞胺膜。此處,密接性係指密接強度。在製作工藝中,若聚醯亞胺膜與支持體之密接性優異,則可更正確地形成或安裝電子元件等,上述製作工藝係於支持體上之聚醯亞胺膜上形成電子元件等之後,自支持體剝離形成有電子元件等之聚醯亞胺膜。在經由聚醯亞胺膜於支持體上配置電子元件等之製造工藝中,基於提高生產性之觀點而言,支持體與聚醯亞胺膜之間之剝離強度越高越好。具體而言,上述剝離強度較佳為0.05 N/cm以上,更佳為0.1 N/cm以上。
於如上所述之製造工藝中,當自支持體與聚醯亞胺膜之積層體剝離聚醯亞胺膜時,多數情況下藉由照射雷射而自支持體剝離聚醯亞胺膜。於該情形時,聚醯亞胺膜需要吸收雷射光,因此要求聚醯亞胺膜之截止波長長於剝離所使用之雷射光之波長。雷射剝離時多數情況下使用波長308 nm之XeCl準分子雷射,因此聚醯亞胺膜之截止波長較佳為312 nm以上,更佳為330 nm以上。另一方面,若截止波長為長波長,則存在聚醯亞胺膜著色為黃色之傾向,因此聚醯亞胺膜之截止波長較佳為390 nm以下。基於兼具透明性(低黃度)與雷射剝離之加工性之觀點而言,聚醯亞胺膜之截止波長較佳為320 nm以上390 nm以下,更佳為330 nm以上380 nm以下。再者,本說明書中之截止波長係指藉由紫外可見分光光度計測得之透過率為0.1%以下時之波長。
本實施方式之聚醯胺酸及聚醯亞胺可直接用於製作製品或構件之塗佈或成形製程,亦可用作對成形為膜狀之成形物進而進行塗佈等處理之材料。為了用於塗佈或成形製程,可使聚醯胺酸或聚醯亞胺視需要溶解或分散於有機溶劑中,進而,視需要調配光硬化性成分、熱硬化性成分、非聚合性黏合劑樹脂及其他成分,製備聚醯胺酸組合物或聚醯亞胺樹脂組合物。
為了對本實施方式之聚醯胺酸及聚醯亞胺賦予加工特性或各種功能性,可調配各種有機或無機之低分子化合物、或者高分子化合物作為添加劑。作為添加劑,例如可使用:染料、界面活性劑、調平劑、塑化劑、矽酮、微粒子、增感劑等。微粒子含有:包含聚苯乙烯、聚四氟乙烯等之有機微粒子、或包含膠體二氧化矽、碳、層狀矽酸鹽等之無機微粒子等,其等可為多孔質結構或中空結構。又,微粒子之功能及形態並無特別限定,例如可為顏料,亦可為填料,還可為纖維狀粒子。
為了維持聚醯亞胺膜之透明性且提高耐熱性,亦可使用奈米二氧化矽粒子作為上述添加劑,將聚醯胺酸與奈米二氧化矽粒子複合化。基於維持聚醯亞胺膜之透明性之觀點而言,奈米二氧化矽粒子之平均一次粒徑較佳為200 nm以下,更佳為100 nm以下,進而較佳為50 nm以下,亦可為30 nm以下。另一方面,基於確保在聚醯胺酸中之分散性之觀點而言,奈米二氧化矽粒子之平均一次粒徑較佳為5 nm以上,更佳為10 nm以上。作為將聚醯胺酸與奈米二氧化矽粒子複合化之方法,可使用公知之方法,例如可例舉使用有機溶劑中分散有奈米二氧化矽粒子之有機矽溶膠的方法。關於使用有機矽溶膠將聚醯胺酸與奈米二氧化矽粒子複合化之方法,可在合成聚醯胺酸後,將所合成之聚醯胺酸與有機矽溶膠進行混合,但為了使奈米二氧化矽粒子更高度地分散於聚醯胺酸中,較佳為於有機矽溶膠中合成聚醯胺酸。
又,為了提高與聚醯胺酸之相互作用,亦可用表面處理劑對奈米二氧化矽粒子進行表面處理。作為表面處理劑,可使用矽烷偶合劑等公知之表面處理劑。作為矽烷偶合劑,眾所周知有具有胺基或縮水甘油基等作為官能基之烷氧基矽烷化合物等,可適當選擇。為了進一步提高與聚醯胺酸之相互作用,作為矽烷偶合劑,較佳為含胺基之烷氧基矽烷。作為含胺基之烷氧基矽烷之例,可例舉:3-胺基丙基三甲氧基矽烷、3-胺基丙基三乙氧基矽烷、3-胺基丙基甲基二甲氧基矽烷、3-胺基丙基甲基二乙氧基矽烷、3-(2-胺基乙基)胺基丙基三甲氧基矽烷、3-苯基胺基丙基三甲氧基矽烷、2-胺基苯基三甲氧基矽烷及3-胺基苯基三甲氧基矽烷等,基於原料之穩定性之觀點而言,較佳為使用3-胺基丙基三乙氧基矽烷。作為奈米二氧化矽粒子之表面處理方法,可例舉於20℃以上80℃以下之環境溫度下對分散液(有機矽溶膠)中添加有矽烷偶合劑之混合物進行攪拌之方法。此時之攪拌時間例如為1小時以上10小時以下。此時,亦可添加促進反應之觸媒等。
相對於聚醯胺酸100重量份,將聚醯胺酸與奈米二氧化矽粒子複合化而成之含奈米二氧化矽粒子之聚醯胺酸組合物較佳為含有1重量份以上30重量份以下之範圍內之奈米二氧化矽粒子,更佳為含有1重量份以上20重量份以下之範圍內之奈米二氧化矽粒子。若奈米二氧化矽粒子之含量為1重量份以上,則可提高含奈米二氧化矽粒子之聚醯亞胺之耐熱性,可充分地降低內部應力,若奈米二氧化矽粒子之含量為30重量份以下,則可抑制對含奈米二氧化矽粒子之聚醯亞胺之機械特性及透明性之不良影響。
本實施方式之聚醯胺酸中亦可添加咪唑類作為上述用於賦予功能性之添加劑。於本說明書中,咪唑類係指具有1,3-二唑環(1,3-二唑環結構)之化合物。作為本實施方式之聚醯胺酸中所添加之咪唑類,並無特別限定,例如可例舉:1H-咪唑、2-甲基咪唑、2-十一烷基咪唑、2-十七烷基咪唑、1,2-二甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、2-苯基咪唑、2-苯基-4-甲基咪唑、1-苄基-2-甲基咪唑、1-苄基-2-苯基咪唑等。其中,較佳為1,2-二甲基咪唑、1-苄基-2-甲基咪唑、1-苄基-2-苯基咪唑,更佳為1,2-二甲基咪唑、1-苄基-2-甲基咪唑。
相對於聚醯胺酸之醯胺基1莫耳,咪唑類之含量較佳為0.005莫耳以上0.1莫耳以下,更佳為0.01莫耳以上0.08莫耳以下,進而較佳為0.015莫耳以上0.050莫耳以下。藉由含有0.005莫耳以上之咪唑類,可提高聚醯亞胺之膜強度及透明性,藉由將咪唑類之含量設為0.1莫耳以下,可維持聚醯胺酸之保存穩定性,且可提高Tg或耐熱性。對提高透明性進行如下說明:已知NMP之類的聚合溶劑藉由聚醯胺酸之羧基與氫鍵而形成錯合物,於醯亞胺化速度較慢之情形時,NMP等殘留於聚醯亞胺膜中,發生氧化或分解,從而可能會造成著色;若添加咪唑類,則咪唑類與聚醯胺酸之羧基配位,促進醯亞胺化,故NMP等不易殘留於聚醯亞胺膜中,同時熱醯亞胺化過程中聚醯胺酸之分解亦得到抑制,因此認為透明性提高。
聚醯胺酸與咪唑類之混合方法並無特別限制。基於容易控制聚醯胺酸之分子量之觀點而言,較佳為於聚合後之聚醯胺酸中添加咪唑類。此時,可將咪唑類直接添加到聚醯胺酸中,亦可預先將咪唑類溶解於溶劑中之後,將該溶液添加到聚醯胺酸中,添加方法並無特別限制。還可於包含聚合後之聚醯胺酸之溶液(反應後之溶液)中添加咪唑類,製備本實施方式之聚醯胺酸溶液(包含聚醯胺酸與咪唑類之溶液)。
又,為了表現與支持體之適當密接性,本實施方式之聚醯胺酸溶液中可含有矽烷偶合劑。矽烷偶合劑之種類並無特別限制,可使用公知之矽烷偶合劑,基於與聚醯胺酸之反應性之觀點而言,特佳為含有胺基之化合物。
相對於聚醯胺酸100重量份,矽烷偶合劑之調配比率較佳為0.01重量份以上0.50重量份以下,更佳為0.01重量份以上0.10重量份以下,進而較佳為0.01重量份以上0.05重量份以下。藉由將矽烷偶合劑之調配比率設為0.01重量份以上,可充分地發揮與支持體之剝離抑制效果,藉由將矽烷偶合劑之調配比率設為0.50重量份以下,可抑制聚醯胺酸之分子量降低,因此可抑制聚醯亞胺膜脆化。
於本實施方式之聚醯亞胺膜之表面亦可形成金屬氧化物薄膜或透明電極等各種無機薄膜。作為該等無機薄膜之製膜方法,並無特別限定,例如可例舉:CVD(Chemical Vapor Deposition,化學氣相沈積)法;濺鍍法、真空蒸鍍法、離子鍍覆法等PVD(Physical Vapor Deposition,物理氣相沈積)法等。
本實施方式之聚醯亞胺膜除具備耐熱性、低熱膨脹性、透明性以外,與玻璃基板形成積層體時所產生之內部應力較小,且於高溫製程中可確保與無機材料之密接性,因此較佳為用於該等特性有效之領域及製品中。例如,本實施方式之聚醯亞胺膜較佳為用於液晶顯示裝置、有機EL、電子紙等圖像顯示裝置、印刷物、彩色濾光片、軟性顯示器、光學膜、3D顯示器、觸控面板、透明導電膜基板、太陽電池等中,進而更佳為作為目前使用玻璃之部分之代替材料。於該等用途中,聚醯亞胺膜之厚度例如為1 μm以上200 μm以下,較佳為5 μm以上100 μm以下。聚醯亞胺膜之厚度可使用Laser Hologage進行測定。
又,本實施方式之聚醯胺酸溶液適宜用於分批型裝置製作工藝,上述分批型裝置製作工藝係於支持體上塗佈聚醯胺酸溶液,進行加熱而使其醯亞胺化,形成電子元件等之後,剝離聚醯亞胺膜。因此,本實施方式亦包含一種電子裝置之製造方法,其包括於支持體上塗佈聚醯胺酸溶液,進行加熱而使其醯亞胺化,在形成於支持體上之聚醯亞胺膜上形成電子元件等的步驟。又,該電子裝置之製造方法亦可進而包括自支持體剝離形成有電子元件等之聚醯亞胺膜之步驟。
[實施例]
以下,對本發明之實施例進行說明,但本發明之範圍並不受下述實施例所限定。
<物性之測定方法及評價方法>
首先,對聚醯亞胺之物性之測定方法及評價方法進行說明。
[黃度(YI)]
對於下述實施例及比較例中所獲得之聚醯亞胺膜,使用紫外可見近紅外分光光度計(日本分光公司製造之「V-650」),測定波長200 nm以上800 nm以下之光之透過率,根據JIS K7373-2006中所記載之式,算出聚醯亞胺膜之黃度(YI)。
[霧度]
對於下述實施例及比較例中所獲得之聚醯亞胺膜,使用積分球式測霧計(村上色彩技術研究所公司製造之「HM-150N」),利用JIS K7136-2000中所記載之方法測定霧度。
[內部應力]
利用旋轉塗佈機,將下述實施例及比較例中所製備之各聚醯胺酸溶液塗佈於預先測量了翹曲量之康寧公司製造之玻璃基板(材質:無鹼玻璃,厚度:0.7 mm,尺寸:100 mm×100 mm)上,在空氣中於120℃下加熱30分鐘後,在氮氣氛圍下於430℃下加熱30分鐘,獲得於玻璃基板上具備厚度10 μm之聚醯亞胺膜之積層體。為了排除聚醯亞胺膜吸水之影響,將積層體於120℃下乾燥10分鐘後,使用薄膜應力測定裝置(KLA-Tencor公司製造之「FLX-2320-S」),測定溫度25℃之氮氣氛圍下之積層體之翹曲量。然後,根據形成聚醯亞胺膜前之玻璃基板之翹曲量及積層體之翹曲量,藉由Stoney之式,算出玻璃基板與聚醯亞胺膜之間產生之內部應力。
[玻璃轉移溫度(Tg)]
對下述實施例及比較例中所獲得之聚醯亞胺膜取樣3 mm寬10 mm長,獲得Tg測定用試樣。使用熱分析裝置(Hitachi High-Tech Science公司製造之「TMA/SS7100」),對所獲得之試樣施加98.0 mN之負載,以10℃/分鐘自20℃升溫至450℃,對溫度與應變量(伸長率)進行繪圖而獲得TMA(Thermomechanical Analysis,熱機械分析)曲線。將所獲得之TMA曲線之反曲點之溫度(與TMA曲線之微分曲線中之波峰對應之溫度)作為玻璃轉移溫度(Tg)。
[1%重量損失溫度(TD1)]
對於下述實施例及比較例中所獲得之聚醯亞胺膜(試樣),使用示差熱-熱重量同步測定裝置(Hitachi High-Tech Science公司製造之「TG/DTA7200」),於氮氣氛圍下,以20℃/分鐘之條件自25℃升溫至650℃,以測定溫度150℃下之試樣重量作為基準,將相對於該基準之重量減少1重量%時之測定溫度設為1%重量損失溫度(TD1)。
[玻璃基板與聚醯亞胺膜之間有無隆起]
利用旋轉塗佈機,將下述實施例及比較例中所製備之各聚醯胺酸溶液塗佈於康寧公司製造之玻璃基板(材質:無鹼玻璃,厚度:0.7 mm,尺寸:100 mm×100 mm)上,在空氣中於120℃下加熱30分鐘後,在氮氣氛圍下於430℃下加熱30分鐘,獲得於玻璃基板上具備厚度10 μm之聚醯亞胺膜之積層體。對於所獲得之積層體,藉由目視而確認玻璃基板與聚醯亞胺膜與之間有無隆起。
[SiOx膜與聚醯亞胺膜之間有無隆起]
利用旋轉塗佈機,將下述實施例及比較例中所製備之各聚醯胺酸溶液塗佈於康寧公司製造之玻璃基板(材質:無鹼玻璃,厚度:0.7 mm,尺寸:100 mm×100 mm)上,在空氣中於120℃下加熱30分鐘後,在氮氣氛圍下於430℃下加熱30分鐘,於玻璃基板上形成厚度10 μm之聚醯亞胺膜。繼而,利用電漿CVD法,將SiOx膜(厚度:1 μm)積層於所獲得之聚醯亞胺膜上,將所獲得之積層體在氮氣氛圍下於430℃下加熱60分鐘。然後,對於加熱後之積層體,藉由目視而確認SiOx膜與聚醯亞胺膜之間有無隆起。
<聚醯亞胺膜之製作>
以下,對實施例及比較例之聚醯亞胺膜(積層體)之製作方法進行說明。再者,以下,以下述簡稱記載化合物及試劑類。又,於實施例及比較例中,聚醯胺酸之合成均於氮氣氛圍下進行。
NMP:N-甲基-2-吡咯啶酮
BPAF:9,9-雙(3,4-二羧基苯基)茀二酐
BPDA:3,3'-4,4'-聯苯四羧酸二酐
PMDA:均苯四甲酸二酐
4-BAAB:4-胺基苯基-4-胺基苯甲酸酯
PDA:對苯二胺
TFMB:2,2'-雙(三氟甲基)聯苯胺
DMI:1,2-二甲基咪唑
[實施例3]
於安裝有具備不鏽鋼製攪拌棒之攪拌機及氮氣導入管之300 mL之玻璃製可分離式燒瓶中,加入39.6 g之NMP作為聚合用有機溶劑。繼而,一面對燒瓶內容物進行攪拌,一面將3.030 g之4-BAAB加入至燒瓶中並使其溶解。繼而,於燒瓶內容物中加入0.183 g之BPAF後,加入3.788 g之BPDA,於溫度25℃之氛圍下對燒瓶內容物進行24小時攪拌,獲得聚醯胺酸溶液。使用旋轉塗佈機,將所獲得之聚醯胺酸溶液塗佈於玻璃基板(康寧公司製造,材質:無鹼玻璃,厚度:0.7 mm,尺寸:100 mm×100 mm)上,在空氣中於120℃下加熱30分鐘後,在氮氣氛圍下於430℃下加熱30分鐘,獲得於玻璃基板上具備厚度10 μm之聚醯亞胺膜之積層體。
[實施例4]
於安裝有具備不鏽鋼製攪拌棒之攪拌機及氮氣導入管之300 mL之玻璃製可分離式燒瓶中,加入39.6 g之NMP作為聚合用有機溶劑。繼而,一面對燒瓶內容物進行攪拌,一面將3.030 g之4-BAAB加入至燒瓶中並使其溶解。繼而,於燒瓶內容物中加入0.183 g之BPAF後,加入3.788 g之BPDA,於溫度25℃之氛圍下對燒瓶內容物進行24小時攪拌。繼而,於燒瓶中加入相對於燒瓶內容物中之聚醯胺酸100重量份為1重量份之DMI,獲得聚醯胺酸溶液。使用旋轉塗佈機,將所獲得之聚醯胺酸溶液塗佈於玻璃基板(康寧公司製造,材質:無鹼玻璃,厚度:0.7 mm,尺寸:100 mm×100 mm)上,在空氣中於120℃下加熱30分鐘後,在氮氣氛圍下於430℃下加熱30分鐘,獲得於玻璃基板上具備厚度10 μm之聚醯亞胺膜之積層體。
[實施例1、5、7、9及11]
將BPAF與BPDA之添加比率變更為表1所記載之比率,除此以外,利用與實施例3相同之方法,獲得於玻璃基板上具備厚度10 μm之聚醯亞胺膜之積層體。再者,於實施例1、5、7、9及11中,酸二酐之合計物質量均與實施例3相同。
[實施例2、6、8、10及12]
將BPAF與BPDA之添加比率變更為表1所記載之比率,除此以外,利用與實施例4相同之方法,獲得於玻璃基板上具備厚度10 μm之聚醯亞胺膜之積層體。再者,於實施例2、6、8、10及12中,酸二酐之合計物質量均與實施例4相同。
[實施例13及15]
將BPAF與BPDA之添加比率變更為表1所記載之比率,及以表1所記載之比率使用4-BAAB及PDA作為聚醯胺酸之合成用二胺,除此以外,利用與實施例3相同之方法,獲得於玻璃基板上具備厚度10 μm之聚醯亞胺膜之積層體。再者,於實施例13及15中,酸二酐之合計物質量及二胺之合計物質量均與實施例3相同。
[實施例14及16]
將BPAF與BPDA之添加比率變更為表1所記載之比率,及以表1所記載之比率使用4-BAAB及PDA作為聚醯胺酸之合成用二胺,除此以外,利用與實施例4相同之方法,獲得於玻璃基板上具備厚度10 μm之聚醯亞胺膜之積層體。再者,於實施例14及16中,酸二酐之合計物質量及二胺之合計物質量均與實施例4相同。
[實施例17]
使用PMDA代替BPDA,且以表1所記載之添加比率使用BPAF與PMDA,除此以外,利用與實施例4相同之方法,獲得於玻璃基板上具備厚度10 μm之聚醯亞胺膜之積層體。再者,實施例17中所使用之酸二酐之合計物質量與實施例4中所使用之酸二酐之合計物質量相同。
[比較例1]
於安裝有具備不鏽鋼製攪拌棒之攪拌機及氮氣導入管之300 mL之玻璃製可分離式燒瓶中,加入39.6 g之NMP作為聚合用有機溶劑。繼而,一面對燒瓶內容物進行攪拌,一面將3.058 g之4-BAAB加入至燒瓶中並使其溶解。繼而,於燒瓶內容物中加入3.942 g之BPDA,於溫度25℃之氛圍下,對燒瓶內容物進行24小時攪拌,獲得聚醯胺酸溶液。使用旋轉塗佈機,將所獲得之聚醯胺酸溶液塗佈於玻璃基板(康寧公司製造,材質:無鹼玻璃,厚度:0.7 mm,尺寸:100 mm×100 mm)上,在空氣中於120℃下加熱30分鐘後,在氮氣氛圍下於430℃下加熱30分鐘,獲得於玻璃基板上具備厚度10 μm之聚醯亞胺膜之積層體。
[比較例2]
於安裝有具備不鏽鋼製攪拌棒之攪拌機及氮氣導入管之300 mL之玻璃製可分離式燒瓶中,加入39.6 g之NMP作為聚合用有機溶劑。繼而,一面對燒瓶內容物進行攪拌,一面將3.058 g之4-BAAB加入至燒瓶中並使其溶解。繼而,於燒瓶內容物中加入3.942 g之BPDA,於溫度25℃之氛圍下,對燒瓶內容物進行24小時攪拌。繼而,於燒瓶中加入相對於燒瓶內容物中之聚醯胺酸100重量份為1重量份之DMI,獲得聚醯胺酸溶液。使用旋轉塗佈機,將所獲得之聚醯胺酸溶液塗佈於玻璃基板(康寧公司製造,材質:無鹼玻璃,厚度:0.7 mm,尺寸:100 mm×100 mm)上,在空氣中於120℃下加熱30分鐘後,在氮氣氛圍下於430℃下加熱30分鐘,獲得於玻璃基板上具備厚度10 μm之聚醯亞胺膜之積層體。
[比較例3]
使用PDA代替4-BAAB,除此以外,利用與比較例1相同之方法,獲得於玻璃基板上具備厚度10 μm之聚醯亞胺膜之積層體。再者,比較例3中所使用之PDA之物質量與比較例1中所使用之4-BAAB之物質量相同。
[比較例4]
使用TFMB代替4-BAAB,除此以外,利用與比較例2相同之方法,獲得於玻璃基板上具備厚度10 μm之聚醯亞胺膜之積層體。再者,比較例4中所使用之TFMB之物質量與比較例2中所使用之4-BAAB之物質量相同。
[比較例5]
使用TFMB代替4-BAAB,且將BPAF與BPDA之添加比率變更為表1所記載之比率,除此以外,利用與實施例4相同之方法,獲得於玻璃基板上具備厚度10 μm之聚醯亞胺膜之積層體。再者,比較例5中所使用之TFMB之物質量與實施例4中所使用之4-BAAB之物質量相同。又,比較例5中所使用之酸二酐之合計物質量與實施例4中所使用之酸二酐之合計物質量相同。
對於實施例1~17及比較例1~5之各者,將所使用之材料及其比率示於表1中,將物性及評價示於表2中。再者,表1中,「-」係指未使用該成分。又,表1中,「酸二酐」欄之數值係各酸二酐相對於所使用之酸二酐之總量的含有率(單位:莫耳%)。又,「二胺」欄之數值係各二胺相對於所使用之二胺之總量的含有率(單位:莫耳%)。又,「添加劑」欄之數值係添加劑相對於燒瓶內容物中之聚醯胺酸100重量份之添加量(單位:重量份)。
[表1]
酸二酐 [莫耳%] | 二胺 [莫耳%] | 添加劑 [重量份] | |||||
BPDA | BPAF | PMDA | 4-BAAB | PDA | TFMB | DMI | |
實施例1 | 99 | 1 | - | 100 | - | - | - |
實施例2 | 99 | 1 | - | 100 | - | - | 1 |
實施例3 | 97 | 3 | - | 100 | - | - | - |
實施例4 | 97 | 3 | - | 100 | - | - | 1 |
實施例5 | 95 | 5 | - | 100 | - | - | - |
實施例6 | 95 | 5 | - | 100 | - | - | 1 |
實施例7 | 90 | 10 | - | 100 | - | - | - |
實施例8 | 90 | 10 | - | 100 | - | - | 1 |
實施例9 | 80 | 20 | - | 100 | - | - | - |
實施例10 | 80 | 20 | - | 100 | - | - | 1 |
實施例11 | 70 | 30 | - | 100 | - | - | - |
實施例12 | 70 | 30 | - | 100 | - | - | 1 |
實施例13 | 90 | 10 | - | 80 | 20 | - | - |
實施例14 | 90 | 10 | - | 80 | 20 | - | 1 |
實施例15 | 90 | 10 | - | 50 | 50 | - | - |
實施例16 | 90 | 10 | - | 50 | 50 | - | 1 |
實施例17 | - | 30 | 70 | 100 | - | - | 1 |
比較例1 | 100 | - | - | 100 | - | - | - |
比較例2 | 100 | - | - | 100 | - | - | 1 |
比較例3 | 100 | - | - | - | 100 | - | - |
比較例4 | 100 | - | - | - | - | 100 | 1 |
比較例5 | 90 | 10 | - | - | - | 100 | 1 |
[表2]
YI | 霧度 [%] | 內部應力 [MPa] | Tg [℃] | TD1 [℃] | 有無隆起 | ||
與玻璃基板之間 | 與SiOx膜之間 | ||||||
實施例1 | 20 | 0.6 | 3 | >400 | >500 | 無 | 無 |
實施例2 | 19 | 0.5 | 10 | >400 | >500 | 無 | 無 |
實施例3 | 17 | 0.6 | 5 | >400 | >500 | 無 | 無 |
實施例4 | 15 | 0.4 | 11 | >400 | >500 | 無 | 無 |
實施例5 | 17 | 0.4 | 8 | >400 | >500 | 無 | 無 |
實施例6 | 16 | 0.3 | 13 | >400 | >500 | 無 | 無 |
實施例7 | 15 | 0.4 | 8 | >400 | >500 | 無 | 無 |
實施例8 | 12 | 0.4 | 10 | >400 | >500 | 無 | 無 |
實施例9 | 14 | 0.6 | 17 | >400 | >500 | 無 | 無 |
實施例10 | 11 | 0.5 | 16 | >400 | >500 | 無 | 無 |
實施例11 | 14 | 0.5 | 28 | >400 | >500 | 無 | 無 |
實施例12 | 9 | 0.5 | 25 | >400 | >500 | 無 | 無 |
實施例13 | 24 | 0.5 | 8 | >400 | >500 | 無 | 無 |
實施例14 | 19 | 0.4 | 16 | >400 | >500 | 無 | 無 |
實施例15 | 25 | 0.6 | 9 | >400 | >500 | 無 | 無 |
實施例16 | 21 | 0.5 | 15 | >400 | >500 | 無 | 無 |
實施例17 | 23 | 0.6 | 18 | >400 | >500 | 無 | 無 |
比較例1 | 21 | 1.1 | 2 | >400 | >500 | 有 | 無 |
比較例2 | 16 | 1.0 | 7 | >400 | >500 | 有 | 無 |
比較例3 | 27 | 0.5 | 1 | >400 | >500 | 有 | 無 |
比較例4 | 6 | 0.3 | 12 | 380 | >500 | 無 | 有 |
比較例5 | 6 | 0.3 | 32 | 385 | >500 | 無 | 有 |
如上所示,於使用具有結構單元(1)之聚醯胺酸之本實施例中,滿足下述(1)~(4)之所有條件。
(1)TD1超過500℃。
(2)YI為25以下。
(3)內部應力為30 MPa以下。
(4)Tg超過400℃。
比較例1及2中,雖Tg及TD1較高,但霧度較高,玻璃基板與聚醯亞胺膜之間產生隆起。比較例3中,雖Tg及TD1較高,但YI較高,玻璃基板與聚醯亞胺膜之間產生隆起。實施例1~17中,Tg及TD1較高,且YI及霧度較低。又,實施例1~17中,玻璃基板與聚醯亞胺膜之間無隆起,且SiOx膜與聚醯亞胺膜之間無隆起。
於包含氟原子之比較例4及5中,雖YI較低,但SiOx膜與聚醯亞胺膜之間產生隆起。
根據以上之結果顯示,由本發明之聚醯胺酸所獲得之聚醯亞胺之透明性及耐熱性優異,且於高溫製程中可確保與無機材料之密接性。
Claims (15)
- 如請求項1至3中任一項之聚醯胺酸,其中上述化學式(1)所表示之結構單元之含有率相對於全部結構單元為1莫耳%以上。
- 如請求項1至4中任一項之聚醯胺酸,其中四羧酸二酐殘基之總物質量除以二胺殘基之總物質量所求出之物質量比為0.900以上且未達1.100。
- 一種聚醯胺酸溶液,其含有如請求項1至5中任一項之聚醯胺酸、及有機溶劑。
- 一種聚醯亞胺,其係如請求項1至5中任一項之聚醯胺酸之醯亞胺化物。
- 如請求項7之聚醯亞胺,其1%重量損失溫度為500℃以上。
- 如請求項7或8之聚醯亞胺,其玻璃轉移溫度為400℃以上。
- 一種聚醯亞胺膜,其包含如請求項7至9中任一項之聚醯亞胺。
- 如請求項10之聚醯亞胺膜,其黃度為25以下。
- 如請求項10或11之聚醯亞胺膜,其霧度未達1.0%。
- 一種積層體,其具有支持體、及如請求項10至12中任一項之聚醯亞胺膜。
- 一種積層體之製造方法,其係具有支持體及聚醯亞胺膜之積層體之製造方法,且 藉由將如請求項6之聚醯胺酸溶液塗佈於支持體上而形成包含上述聚醯胺酸之塗佈膜,對上述塗佈膜進行加熱而使上述聚醯胺酸醯亞胺化。
- 一種電子裝置,其具有如請求項10至12中任一項之聚醯亞胺膜、及配置於上述聚醯亞胺膜上之電子元件。
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