WO2015152178A1 - 樹脂薄膜の製造方法および樹脂薄膜形成用組成物 - Google Patents

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resin thin
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鎮嘉 葉
邦慶 何
尚彦 末村
泰之 小出
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Definitions

  • the polyimide used in the present invention further contains a monomer unit represented by the formula (2) in addition to the monomer unit represented by the formula (1).
  • the polyimide of the present invention includes an alicyclic tetracarboxylic dianhydride component containing a tetracarboxylic dianhydride represented by the above formula (C1), a diamine component containing a diamine represented by the formula (A1), and In addition to monomer units derived from, for example, monomer units represented by the above formulas (1) and (2), other monomer units may be included.
  • the content ratio of other monomer units is arbitrarily determined as long as the properties of the resin thin film formed from the resin thin film forming composition of the present invention are not impaired.
  • the polyimide containing each monomer unit has 1,2,3,4-cyclobutanetetracarboxylic dianhydride and the following formula as a diamine component: It is obtained by polymerizing the diamine represented by (4) in an organic solvent and imidizing the resulting polyamic acid.
  • Examples of the diamine represented by the formula (6) include 2- (trifluoromethyl) benzene-1,4-diamine, 5- (trifluoromethyl) benzene-1,3-diamine, and 5- (trifluoromethyl).
  • the temperature at the time of synthesizing the polyamic acid may be appropriately set in the range from the melting point to the boiling point of the solvent to be used, and can be selected, for example, from -20 ° C to 150 ° C. C. to 100.degree. C., usually about 0 to 100.degree. C., preferably about 0 to 70.degree.
  • the reaction time depends on the reaction temperature and the reactivity of the raw material, it cannot be defined unconditionally, but is usually about 1 to 100 hours.
  • the reaction can be carried out at any concentration, but if the concentration is too low, it is difficult to obtain a high molecular weight polymer, and if the concentration is too high, the viscosity of the reaction solution becomes too high and uniform stirring is difficult.
  • Examples of the method for imidizing the polyamic acid include thermal imidization in which the polyamic acid solution is heated as it is, and catalytic imidization in which a catalyst is added to the polyamic acid solution.
  • the temperature at which the polyamic acid is thermally imidized in the solution is 100 ° C. to 400 ° C., preferably 120 ° C. to 250 ° C., and it is preferable to carry out while removing water generated by the imidation reaction from the system.
  • the organic solvent for dissolving the resin component in the reprecipitation collection step is not particularly limited. Specific examples include N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, N-methylcaprolactam, 2-pyrrolidone, N-ethylpyrrolidone, N-vinylpyrrolidone, dimethyl sulfoxide, tetra Methyl urea, pyridine, dimethyl sulfone, hexamethyl sulfoxide, ⁇ -butyrolactone, 1,3-dimethyl-imidazolidinone, dipentene, ethyl amyl ketone, methyl nonyl ketone, methyl ethyl ketone, methyl isoamyl ketone, methyl isopropyl ketone, cyclohexanone, ethylene carbonate , Propylene carbonate, diglyme, 4-hydroxy-4-methyl-2-pent
  • the resin thin film forming composition of the present invention contains an organic solvent in addition to the polyimide and silicon dioxide.
  • This organic solvent is not specifically limited, For example, the thing similar to the specific example of the reaction solvent used at the time of preparation of the said polyamic acid and a polyimide is mentioned. More specifically, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, N-ethyl-2-pyrrolidone, ⁇ - Examples include butyrolactone.
  • an organic solvent may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type. Among these, N, N-dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, and ⁇ -butyrolactone are preferable in view of obtaining a resin film having high flatness with good reproducibility.
  • the viscosity of the composition for forming a resin thin film is appropriately set in consideration of the thickness of the resin thin film to be produced.
  • the purpose is to obtain a resin thin film having a thickness of about 5 to 50 ⁇ m with good reproducibility.
  • it is about 500 to 50,000 mPa ⁇ s at 25 ° C., preferably about 1,000 to 20,000 mPa ⁇ s.
  • a linear expansion coefficient of the base material to apply from a viewpoint of the curvature of the base material after coating, it is 30 ppm / degrees C or less, More preferably, it is more preferable that it is 20 ppm / degrees C or less.
  • the resin thin film according to a preferred embodiment of the present invention thus obtained can achieve high transparency with a light transmittance of 75% or more at a wavelength of 400 nm.
  • the resin thin film can have a linear expansion coefficient of, for example, 60 ppm / ° C. or less, particularly 10 ppm / ° C. to 35 ppm / ° C. at 50 ° C. to 200 ° C., and for example, linear expansion at 200 ° C. to 250 ° C.
  • the coefficient can be as low as 80 ppm / ° C. or less, particularly 15 ppm / ° C. to 55 ppm / ° C., and has excellent dimensional stability during heating.
  • GBL-L ⁇ -butyrolactone-dispersed silica sol (silica solid content concentration: 25% by mass)
  • GBL-M ⁇ -butyrolactone-dispersed silica sol (silica solid content concentration: 30% by mass)
  • GBL-ST ⁇ -butyrolactone-dispersed silica sol (silica solid content concentration: 30% by mass)
  • GBL-S ⁇ -butyrolactone-dispersed silica sol (silica solid content concentration: 25% by mass)
  • GBL-UP ⁇ -butyrolactone-dispersed silica sol (chain type, silica solid content concentration: 20% by mass)
  • the above-mentioned ⁇ -butyrolactone-dispersed silica sol (GBL-ZL, GBL-L, GBL-M, GBL-ST, GBL-S and GBL-UP) is produced by an isopropanol-dispersed silica sol manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd
  • the average primary particle size was calculated.
  • GBL-L 45 nm
  • GBL-M 22 nm
  • GBL-ST 12nm
  • GBL-S 9nm
  • GBL-UP 12nm
  • the obtained filtrate was added again to 2.5 kg of methanol to obtain a slurry, which was stirred and filtered in the same manner. Further, for purification, the filtrate was added to 2.5 kg of methanol, stirred and filtered again. Finally, the obtained residue was dried in a vacuum oven at 120 ° C. for 8 hours to obtain 153 g of the target polyimide A2 (yield: 76.5%, Mn: 44,460, Mw: 96,641). ).
  • the polyimide A2 was dissolved in GBL, and the resulting solution was slowly filtered under pressure using a 5 ⁇ m filter to prepare a solution (polyimide A2 solution) having a solid content concentration of 12 mass%.

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Abstract

【課題】耐熱性に優れるだけでなく、リタデーションが低いという特徴をも有する樹脂薄膜、特にフレキシブルデバイスの基板として好適な樹脂薄膜の製造方法及び当該樹脂薄膜並びにそのような樹脂薄膜を与える樹脂薄膜形成用組成物を提供することを目的とする。 【解決手段】脂環式テトラカルボン酸二無水物を含むテトラカルボン酸二無水物成分と含フッ素芳香族ジアミンを含むジアミン成分とを反応させて得られるポリアミック酸をイミド化して得られるポリイミド、窒素吸着法により測定された比表面積値から算出される平均粒子径が100nm以下である二酸化ケイ素粒子、及び有機溶媒を含む樹脂薄膜形成用組成物を用いることを特徴とする樹脂薄膜の製造方法。

Description

樹脂薄膜の製造方法および樹脂薄膜形成用組成物
 本発明は、樹脂薄膜の製造方法および樹脂薄膜形成用組成物、それより得られる樹脂薄膜、並びに樹脂薄膜のリタデーションを低減する方法に関し、より具体的には、特にフレキシブルディスプレイ基板等のディスプレイ基板の用途に適する樹脂薄膜の製造方法並びに樹脂薄膜形成用組成物に関する。
 近年、液晶ディスプレイや有機エレクトロルミネッセンスディスプレイ等のエレクトロニクスの急速な進歩に伴い、デバイスの薄型化や軽量化、更には、フレキシブル化が要求されるようになってきた。
 これらのデバイスにはガラス基板上に様々な電子素子、例えば、薄膜トランジスタや透明電極等が形成されているが、このガラス材料を柔軟かつ軽量な樹脂材料に替えることで、デバイス自体の薄型化や軽量化、フレキシブル化が図れる。そして、そのような樹脂材料の候補としては、ポリイミドが注目を集めており、ポリイミドフィルムに関する種々の報告が従来よりなされている(例えば特許文献1,2参照)。
特開昭60-188427号公報 特開昭58-208322号公報 国際公開2011/149018号パンフレット
 ところで、ポリイミド樹脂材料をディスプレイの基板として用いるとき、その樹脂材料が透明性に優れるだけでなく、要求性能の一つとしてリタデーション(Retardation)が低い材料であることが望ましく、且つ要求される。フレキシブルディスプレイ基板にあっても、高い柔軟性(可撓性)以外に、これらの要求性能を満足する必要がある。ここでリタデーション(位相差)とは、複屈折(直交する2つの屈折率の差)と膜厚との積をいうが、この数値、特に厚さ方向のリタデーションは視野角特性に影響する重要な数値である。大きなリタデーション値は、ディスプレイの表示品質の低下を招く原因となり得ることが知られている(例えば特許文献3参照)。
 本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、耐熱性及び柔軟性に優れるだけでなく、リタデーションが低いという特徴をも有する樹脂薄膜、特にフレキシブルデバイスの基板として好適な樹脂薄膜の製造方法及び当該樹脂薄膜並びにそのような樹脂薄膜を与える樹脂薄膜形成用組成物を提供することを目的とする。
 特に本発明は、耐熱性及び柔軟性に優れるだけでなく、リタデーションが低いという特徴をも有し、さらに透明性にも優れる、ディスプレイ基板のベースフィルムとして好適な、特にフレキシブルディスプレイ基板のベースフィルムとして優れた性能を有する樹脂薄膜の製造方法及び当該樹脂薄膜並びにそのような樹脂薄膜を与える樹脂薄膜形成用組成物を提供することも目的とする。
 また、本発明は、フレキシブルデバイス等の基板として用いられ得る樹脂薄膜のリタデーションを低減する方法を提供することも目的とする。
 本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、特定構造のモノマー単位を有するポリイミドに二酸化ケイ素を配合した樹脂薄膜が、耐熱性に優れ、リタデーションが低く、さらに柔軟性に優れるという特徴をも有すること、及び、当該二酸化ケイ素の配合量を所定の範囲とすることで、耐熱性に優れ、リタデーションが低く、柔軟性に優れ、さらに透明性にも優れる樹脂薄膜が実現できることを見出し、本発明を完成させた。
 すなわち本発明は、第1観点として、樹脂薄膜の製造方法であって、
脂環式テトラカルボン酸二無水物を含むテトラカルボン酸二無水物成分と含フッ素芳香族ジアミンを含むジアミン成分とを反応させて得られるポリアミック酸をイミド化して得られるポリイミド、
窒素吸着法により測定された比表面積値から算出される平均粒子径が100nm以下である二酸化ケイ素粒子、及び
有機溶媒
を含む樹脂薄膜形成用組成物を用いることを特徴とする方法に関する。
 第2観点として、前記脂環式テトラカルボン酸二無水物が、式(C1)で表されるテトラカルボン酸二無水物を含む、第1観点に記載の方法に関する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000019
〔式中、Bは、式(X-1)~(X-12)からなる群から選ばれる4価の基を表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000020
(式中、複数のRは、互いに独立して、水素原子またはメチル基を表し、*は結合手を表す。)〕
 第3観点として、前記含フッ素芳香族ジアミンが、式(A1)で表されるジアミンを含む、第1観点または第2観点に記載の方法に関する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000021
(式中、Bは、式(Y-1)~(Y-34)からなる群から選ばれる2価の基を表す。)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000022
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000023
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000024
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000025
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000026
(式中、*は結合手を表す。)
 第4観点として、前記ポリイミドが、式(2)で表されるモノマー単位を含む、第1観点に記載の方法に関する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000027
 第5観点として、前記ポリイミドと前記二酸化ケイ素粒子の質量比が、7:3~3:7である、第1観点乃至第4観点のうちいずれか一項に記載の方法に関する。
 第6観点として、前記平均粒子径が、60nm以下である、第1観点乃至第5観点のうちいずれか一項に記載の方法に関する。
 第7観点として、第1観点乃至第6観点のうちいずれか一項に記載の方法により製造された樹脂薄膜に関する。
 第8観点として、脂環式テトラカルボン酸二無水物を含むテトラカルボン酸二無水物成分と含フッ素芳香族ジアミンを含むジアミン成分とを反応させて得られるポリアミック酸をイミド化して得られるポリイミド、
窒素吸着法により測定された比表面積値から算出される平均粒子径が100nm以下である二酸化ケイ素粒子、及び
有機溶媒
を含む樹脂薄膜形成用組成物に関する。
 第9観点として、前記脂環式テトラカルボン酸二無水物が、式(C1)で表されるテトラカルボン酸二無水物を含む、第8観点に記載の樹脂薄膜形成用組成物に関する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000028
〔式中、Bは、式(X-1)~(X-12)からなる群から選ばれる4価の基を表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000029
(式中、複数のRは、互いに独立して、水素原子またはメチル基を表し、*は結合手を表す。)〕
 第10観点として、前記含フッ素芳香族ジアミンが、式(A1)で表されるジアミンを含む、第8観点または第9観点に記載の樹脂薄膜形成用組成物に関する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000030
(式中、Bは、式(Y-1)~(Y-34)からなる群から選ばれる2価の基を表す。)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000031
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000032
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000033
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000034
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000035
(式中、*は結合手を表す。)
 第11観点として、前記ポリイミドが、式(2)で表されるモノマー単位を含む、第8観点に記載の樹脂薄膜形成用組成物。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000036
 第12観点として、前記ポリイミドと前記二酸化ケイ素粒子の質量比が、7:3~3:7である、第8観点乃至第11観点のうちいずれか一項に記載の樹脂薄膜形成用組成物に関する。
 第13観点として、前記平均粒子径が、60nm以下である、第8観点乃至第12観点のうちいずれか一項に記載の樹脂薄膜形成用組成物に関する。
 第14観点として、樹脂薄膜のリタデーションを低減する方法であって、
脂環式テトラカルボン酸二無水物を含むテトラカルボン酸二無水物成分と含フッ素芳香族ジアミンを含むジアミン成分とを反応させて得られるポリアミック酸をイミド化して得られるポリイミド、
窒素吸着法により測定された比表面積値から算出される平均粒子径が100nm以下である二酸化ケイ素粒子、及び
有機溶媒
を含む樹脂薄膜形成用組成物を用いて樹脂薄膜を形成することを特徴とする方法に関する。
 本発明の一の態様に係る樹脂薄膜形成用組成物を用いた、本発明の一の態様に係る樹脂薄膜の製造方法によれば、低い線膨張係数を有し、耐熱性に優れ、低いリタデーションを有し、さらに柔軟性に優れる樹脂薄膜を再現性よく形成することができる。
 特に本発明の他の一の態様に係る樹脂薄膜形成用組成物を用いた、本発明の他の一の態様に係る樹脂薄膜の製造方法によれば、低い線膨張係数を有し、耐熱性に優れ、高い透明性と低いリタデーションを有し、さらに柔軟性に優れる樹脂薄膜を再現性よく形成することができる。
 そして、本発明に係る樹脂薄膜は、低線膨張係数、高い透明性(高い光線透過率、低い黄色度)、低いリタデーションを示し、さらに柔軟性にも優れることから、フレキシブルデバイス、特にフレキシブルディスプレイの基板として好適に用いることができる。
 さらに、本発明の係る樹脂薄膜のリタデーションを低減する方法によれば、樹脂薄膜のリタデーションを効果的に低減することができる。
 このような本発明に係る製造方法、組成物、樹脂薄膜並びにリタデーションの低減方法は、高い柔軟性、低い線膨張係数、高い透明性(高い光線透過率、低い黄色度)、低いリタデーション等の特性が求められるフレキシルデバイス用基板、特にフレキシブルディスプレイ用基板の分野における進展に十分対応し得るものである。
 以下、本発明について詳細に説明する。
 本発明の樹脂薄膜の製造方法に用いる樹脂薄膜形成用組成物は、下記特定のポリイミド、二酸化ケイ素粒子及び有機溶媒を含有するものであり、当該樹脂薄膜形成用組成物も本発明の対象である。
[ポリイミド]
 本発明で使用するポリイミドは、脂環式テトラカルボン酸二無水物を含むテトラカルボン酸二無水物成分と含フッ素芳香族ジアミンを含むジアミン成分とを反応させて得られるポリアミック酸をイミド化して得られるポリイミドである。
 中でも、前記脂環式テトラカルボン酸二無水物が、下記式(C1)で表されるテトラカルボン酸二無水物を含むものであり、前記含フッ素芳香族ジアミンが、下記式(A1)で表されるジアミンを含むものであることが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000037
〔式中、Bは、式(X-1)~(X-12)からなる群から選ばれる4価の基を表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000038
(式中、複数のRは、互いに独立して、水素原子またはメチル基を表し、*は結合手を表す。)〕
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000039
(式中、Bは、式(Y-1)~(Y-34)からなる群から選ばれる2価の基を表す。)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000040
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000041
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000042
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000043
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000044
(式中、*は結合手を表す。)
 上記式(C1)で表されるテトラカルボン酸二無水物の中でも、式中のBが式(X-1)、(X-4)、(X-6)、(X-7)で表される化合物であることが好ましい。
 また上記(A1)で表されるジアミンの中でも、式中のBが式(Y-12)、(Y-13)で表される化合物であることが好ましい。
 好適な例として、上記式(C1)で表されるテトラカルボン酸二無水物と上記式(A1)で表されるジアミンとを反応させて得られるポリアミック酸をイミド化して得られるポリイミドは、後述する式(2)で表されるモノマー単位を含む。
 本発明の目的である低線膨張係数、低リタデーション及び高透明性の特性を有し、柔軟性に優れる樹脂薄膜を得るためには、テトラカルボン酸二無水物成分の全モル数に対して、脂環式テトラカルボン酸二無水物、例えば上記式(C1)で表されるテトラカルボン酸二無水物が90モル%以上であることが好ましく、95モル%以上であることがより好ましく、特に全て(100モル%)が上記式式(C1)で表されるテトラカルボン酸二無水物であることが最適である。
 また同様に、上記低線膨張係数、低リタデーション及び高透明性の特性を有し、柔軟性に優れる樹脂薄膜を得るためには、ジアミン成分の全モル数に対して、含フッ素芳香族ジアミン、例えば式(A1)で表されるジアミンが90モル%以上であることが好ましく、95モル%以上であることがより好ましい。またジアミン成分の全て(100モル%)が上記式(A1)で表されるジアミンであってもよい。
 好適な態様の一例として、本発明で使用するポリイミドは、下記式(1)で表されるモノマー単位を含む。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000045
 上記式(1)で表されるモノマー単位としては、式(1-1)又は式(1-2)で表されるものが好ましく、式(1-1)で表されるものがより好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000046
 本発明の好ましい態様によれば、本発明で使用するポリイミドは、前記式(1)で表されるモノマー単位に加え、式(2)で表されるモノマー単位をさらに含有する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000047
 上記式(2)で表されるモノマー単位としては、式(2-1)又は式(2-2)で表されるものが好ましく、式(2-1)で表されるものがより好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000048
 本発明で使用するポリイミドが、上記式(1)で表されるモノマー単位と式(2)で表されるモノマー単位とを含む場合、ポリイミド鎖中のモル比で、式(1)で表されるモノマー単位:式(2)で表されるモノマー単位=10:1~1:10の比で含むことが好ましく、より好ましくは10:1~3:1の割合で含むことが好ましい。
 本発明のポリイミドは、前述の式(C1)で表されるテトラカルボン酸二無水物を含む脂環式テトラカルボン酸二無水物成分と、式(A1)で表されるジアミンを含むジアミン成分とから誘導されるモノマー単位、例えば上記式(1)及び式(2)で表されるモノマー単位以外にも、他のモノマー単位を含んでもよい。この他のモノマー単位の含有割合は、本発明の樹脂薄膜形成用組成物から形成される樹脂薄膜の特性を損なわない限りにおいて任意に定められる。その割合は、前述の式(C1)で表されるテトラカルボン酸二無水物を含む脂環式テトラカルボン酸二無水物成分と、式(A1)で表されるジアミンを含むジアミン成分とから誘導されるモノマー単位、例えば式(1)で表されるモノマー単位のモル数に対して、或いは式(2)で表されるモノマー単位が含まれる場合には、式(1)で表されるモノマー単位及び式(2)で表されるモノマー単位の総モル数に対して、20モル%未満が好ましく、10モル%未満がより好ましく、5モル%未満であることがより一層好ましい。
 このような他のモノマー単位としては、例えば式(3)で表される他のポリイミド構造を有するモノマー単位が挙げられるが、これに限定されるわけではない。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000049
 式(3)中、Aは4価の有機基を表し、好ましくは下記式(A-1)~(A-4)のいずれかで表される4価の基を表す。また上記式(3)中、Bは2価の有機基を表し、好ましくは式(B-1)~(B-11)のいずれかで表される2価の基を表す。各式中、*は結合手を表す。なお、式(3)中、Aが下記式(A-1)~(A-4)のいずれかで表される4価の基を表す場合、Bは前述の式(Y-1)~(Y-34)のいずれかで表される2価の基であってもよい。或いは式(3)中、Bが下記式(B-1)~(B-11)のいずれかで表される2価の基を表す場合、Aは前述の式(X-1)~(X-12)のいずれかで表される4価の基であってもよい。
 本発明のポリイミドにおいて式(3)で表されるモノマー単位が含まれる場合、A及びBは、例えば下記式で例示された基のうち一種のみで構成されるモノマー単位のみを含んでいてもよいし、A及びBの少なくとも一方が下記に例示された二種以上の基から選択される二種以上のモノマー単位を含んでいてもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000050
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000051
 なお、本発明で用いるポリイミド中では、各モノマー単位は任意の順序で結合している。
 好適な一例として、上記式(1)で表されるモノマー単位を有するポリイミドは、テトラカルボン酸二無水物成分としてビシクロ[3,3,0]オクタン-2,4,6,8-テトラカルボン酸二無水物と、ジアミン成分として下記式(4)で表されるジアミンとを有機溶媒中で重合させ、得られるポリアミック酸をイミド化することにより得られる。
 また本発明で使用するポリイミドが、上記式(1)で表されるモノマー単位に加え、上記式(2)で表されるモノマー単位を有する場合、式(1)及び式(2)で表される各モノマー単位を含有するポリイミドは、テトラカルボン酸二無水物成分として上記テトラカルボン酸二無水物の他、1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物と、ジアミン成分として下記式(4)で表されるジアミンとを有機溶媒中で重合させ、得られるポリアミック酸をイミド化することにより得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000052
 上記式(4)で表されるジアミンとしては、2,2’-ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン、3,3’-ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン、2,3’-ビス(トリフルオロメチル)ベンジジンが挙げられる。
 中でも、ジアミン成分としては、本発明の樹脂薄膜が具える線膨張係数をより低く、そして樹脂薄膜の透明性をより高いものとする観点から、下記式(4-1)で表される2,2’-ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン又は下記式(4-2)で表される3,3’-ビス(トリフルオロメチル)ベンジジンを用いることが好ましく、特に2,2’-ビス(トリフルオロメチル)ベンジジンを用いることが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000053
 また本発明で使用するポリイミドが、前述の式(C1)で表されるテトラカルボン酸二無水物を含む脂環式テトラカルボン酸二無水物成分と、式(A1)で表されるジアミンを含むジアミン成分とから誘導されるモノマー単位、例えば上記式(1)で表されるモノマー単位及び式(2)で表されるモノマー単位に加え、上記式(3)で表される他のモノマー単位を有する場合、式(1)、式(2)及び式(3)で表される各モノマー単位を含有するポリイミドは、テトラカルボン酸二無水物成分として上述の2種のテトラカルボン酸二無水物の他、下記式(5)で表されるテトラカルボン酸二無水物と、ジアミン成分として上記式(4)で表されるジアミンの他、下記式(6)で表されるジアミンとを有機溶媒中で重合させ、得られるポリアミック酸をイミド化することにより得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000054
 上記式(5)中のA及び式(6)中のBは、前述の式(3)中のA及びBとそれぞれ同じ意味を表す。
 具体的には、式(5)で表されるテトラカルボン酸二無水物としては、ピロメリット酸二無水物、3,3’,4,4’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’-ジフェニルエーテ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、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、11,11-ビス(トリフルオロメチル)-1H-ジフルオロ[3,4-b:3’,4’-i]キサンテン-1,3,7,9-(11H-テトラオン)、6,6’-ビス(トリフルオロメチル)-[5,5’-ビイソベンゾフラン]-1,1’,3,3’-テトラオン、4,6,10,12-テトラフルオロジフロ[3,4-b:3’,4’-i]ジベンゾ[b,e][1,4]ジオキシン-1,3,7,9-テトラオン、4,8-ビス(トリフルオロメトキシ)ベンゾ[1,2-c:4,5-c’]ジフラン-1,3,5,7-テトラオン、N,N’-[2,2’-ビス(トリフルオロメチル)ビフェニル-4,4’-ジイル]ビス(1,3-ジオキソ-1,3-ジヒドロイソベンゾフラン-5-カルボアミド)等の芳香族テトラカルボン酸;1,2-ジメチル-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-テトラメチル-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、1,2,3,4-シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物、3,4-ジカルボキシ-1,2,3,4-テトラヒドロ-1-ナフタレンコハク酸二無水物等の脂環式テトラカルボン酸二無水物;1,2,3,4-ブタン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二無水物が挙げられるが、これらに限定されない。
 これらの中でも、式(5)中のAが前記式(A-1)~(A-4)のいずれかで表される4価の基であるテトラカルボン酸二無水物が好ましく、すなわち、11,11-ビス(トリフルオロメチル)-1H-ジフルオロ[3,4-b:3’,4’-i]キサンテン-1,3,7,9-(11H-テトラオン)、6,6’-ビス(トリフルオロメチル)-[5,5’-ビイソベンゾフラン]-1,1’,3,3’-テトラオン、4,6,10,12-テトラフルオロジフロ[3,4-b:3’,4’-i]ジベンゾ[b,e][1,4]ジオキシン-1,3,7,9-テトラオン、4,8-ビス(トリフルオロメトキシ)ベンゾ[1,2-c:4,5-c’]ジフラン-1,3,5,7-テトラオンを好ましい化合物として挙げることができる。
 また式(6)で表されるジアミンとしては、例えば2-(トリフルオロメチル)ベンゼン-1,4-ジアミン、5-(トリフルオロメチル)ベンゼン-1,3-ジアミン、5-(トリフルオロメチル)ベンゼン-1,2-ジアミン、2,5-ビス(トリフルオロメチル)-ベンゼン-1,4-ジアミン、2,3-ビス(トリフルオロメチル)-ベンゼン-1,4-ジアミン、2,6-ビス(トリフルオロメチル)-ベンゼン-1,4-ジアミン、3,5-ビス(トリフルオロメチル)-ベンゼン-1,2-ジアミン、テトラキス(トリフルオロメチル)-1,4-フェニレンジアミン、2-(トリフルオロメチル)-1,3-フェニレンジアミン、4-(トリフルオロメチル)-1,3-フェニレンジアミン、2-メトキシ-1,4-フェニレンジアミン、2,5-ジメトキシ-1,4-フェニレンジアミン、2-ヒドロキシ-1,4-フェニレンジアミン、2,5-ジヒドロキシ-1,4-フェニレンジアミン、2-フルオロベンゼン-1,4-ジアミン、2,5-ジフルオロベンゼン-1,4-ジアミン、2-クロロベンゼン-1,4-ジアミン、2,5-ジクロロベンゼン-1,4-ジアミン、2,3,5,6-テトラフルオロベンゼン-1,4-ジアミン、4,4’-(パーフルオロプロパン-2,2-ジイル)ジアニリン、4,4’-オキシビス[3-(トリフルオロメチル)アニリン]、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、1,4-ビス(3-アミノフェノキシ)ベンゼン、ベンジジン、2-メチルベンジジン、3-メチルベンジジン、2-(トリフルオロメチル)ベンジジン、3-(トリフルオロメチル)ベンジジン、2,2’-ジメチルベンジジン(m-トリジン)、3,3’-ジメチルベンジジン(o-トリジン)、2,3’-ジメチルベンジジン、2,2’-ジメトキシベンジジン、3,3’-ジメトキシベンジジン、2,3’-ジメトキシベンジジン、2,2’-ジヒドロキシベンジジン、3,3’-ジヒドロキシベンジジン、2,3’-ジヒドロキシベンジジン、2,2’-ジフルオロベンジジン、3,3’-ジフルオロベンジジン、2,3’-ジフルオロベンジジン、2,2’-ジクロロベンジジン、3,3’-ジクロロベンジジン、2,3’-ジクロロベンジジン、4,4’-ジアミノベンズアニリド、4-アミノフェニル-4’-アミノベンゾエート、オクタフルオロベンジジン、2,2’,5,5’-テトラメチルベンジジン、3,3’,5,5’-テトラメチルベンジジン、2,2’,5,5’-テトラキス(トリフルオロメチル)ベンジジン、3,3’,5,5’-テトラキス(トリフルオロメチル)ベンジジン、2,2’,5,5’-テトラクロロベンジジン、4,4’-ビス(4-アミノフェノキシ)ビフェニル、4,4’-ビス(3-アミノフェノキシ)ビフェニル、4,4’-{[3,3”-ビス(トリフルオロメチル)-(1,1’:3’,1”-ターフェニル)-4,4”-ジイル]-ビス(オキシ)}ジアニリン、4,4’-{[(パーフルオロプロパン-2,2-ジイル)ビス(4,1-フェニレン)]ビス(オキシ)}ジアニリン、1-(4-アミノフェニル)-2,3-ジヒドロ-1,3,3-トリメチル-1H-インデン-5(または6)アミン等の芳香族ジアミン;4,4’-メチレンビス(シクロヘキシルアミン)、4,4’-メチレンビス(3-メチルシクロヘキシルアミン)、イソホロンジアミン、トランス-1,4-シクロヘキサンジアミン、シス-1,4-シクロヘキサンジアミン、1,4-シクロヘキサンビス(メチルアミン)、2,5-ビス(アミノメチル)ビシクロ〔2.2.1〕ヘプタン、2,6-ビス(アミノメチル)ビシクロ〔2.2.1〕ヘプタン、3,8-ビス(アミノメチル)トリシクロ〔5.2.1.0〕デカン、1,3-ジアミノアダマンタン、2,2-ビス(4-アミノシクロヘキシル)プロパン、2,2-ビス(4-アミノシクロヘキシル)ヘキサフルオロプロパン、1,3-プロパンジアミン、1,4-テトラメチレンジアミン、1,5-ペンタメチレンジアミン、1,6-ヘキサメチレンジアミン、1,7-ヘプタメチレンジアミン、1,8-オクタメチレンジアミン、1,9-ノナメチレンジアミン等の脂肪族ジアミンが挙げられるが、これらに限定されない。
 これらの中でも、式(6)中のBが前記式(B-1)~(B-11)のいずれかで表される2価の基である芳香族ジアミンが好ましく、すなわち、2,2’-ビス(トリフロオロメトキシ)-(1,1’-ビフェニル)-4,4’-ジアミン[別称:2,2’-ジメトキシベンジジン]、4,4’-(パーフルオロプロパン-2,2-ジイル)ジアニリン、2,5-ビス(トリフルオロメチル)ベンゼン-1,4-ジアミン、2-(トリフルオロメチル)ベンゼン-1,4-ジアミン、2-フルオロベンゼン-1,4-ジアミン、4,4’-オキシビス[3-(トリフルオロメチル)アニリン]、2,2’,3,3’,5,5’,6,6’-オクタフルオロ[1,1’-ビフェニル]-4,4’-ジアミン[別称:オクタフルオロベンジジン]、2,3,5,6-テトラフルオロベンゼン-1,4-ジアミン、4,4’-{[3,3”-ビス(トリフルオロメチル)-(1,1’:3’,1”-ターフェニル)-4,4”-ジイル]-ビス(オキシ)}ジアニリン、4,4’-{[(パーフルオロプロパン-2,2-ジイル)ビス(4,1-フェニレン)]ビス(オキシ)}ジアニリン、1-(4-アミノフェニル)-2,3-ジヒドロ-1,3,3-トリメチル-1H-インデン-5(または6)アミンを好ましいジアミンとして挙げることができる。
〈ポリアミック酸の合成〉
 本発明で使用するポリイミドは、前述したように、上記式(C1)で表される脂環式テトラカルボン酸二無水物を含むテトラカルボン酸二無水物成分と、上記式(A1)で表される含フッ素芳香族ジアミンを含むジアミン成分とを反応させて得られるポリアミック酸をイミド化して得られる。
 具体的には、例えば好適な一例として、ビシクロ[3,3,0]オクタン-2,4,6,8-テトラカルボン酸二無水物、そして場合により1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、さらに所望により上記式(5)で表されるテトラカルボン酸二水物からなるテトラカルボン酸二無水物成分と、上記式(4)で表されるジアミン及び所望により上記式(6)で表されるジアミン成分からなるジアミン成分とを有機溶媒中で重合させ、得られるポリアミック酸をイミド化することにより得られる。
 上記二成分からポリアミック酸への反応は、有機溶媒中で比較的容易に進行させることができ、かつ副生成物が生成しない点で有利である。
 これらテトラカルボン酸二無水物成分とジアミン成分との反応におけるジアミン成分の仕込み比(モル比)は、ポリアミック酸、さらにはその後イミド化させることにより得られるポリイミドの分子量等を勘案して適宜設定されるものではあるが、ジアミン成分1に対して、通常、テトラカルボン酸二無水物成分0.8~1.2程度とすることができ、例えば0.9~1.1程度、好ましくは0.95~1.02程度である。通常の重縮合反応同様、このモル比が1.0に近いほど生成するポリアミック酸の分子量は大きくなる。
 上記テトラカルボン酸二無水物成分とジアミン成分との反応の際に用いる有機溶媒は、反応に悪影響を及ぼさず、また生成したポリアミック酸が溶解するものであれば特に限定されない。以下にその具体例を挙げる。
 例えば、m-クレゾール、2-ピロリドン、N-メチル-2-ピロリドン、N-エチル-2-ピロリドン、N-ビニル-2-ピロリドン、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、3-メトキシ-N,N-ジメチルプロピルアミド、3-エトキシ-N,N-ジメチルプロピルアミド、3-プロポキシ-N,N-ジメチルプロピルアミド、3-イソプロポキシ-N,N-ジメチルプロピルアミド、3-ブトキシ-N,N-ジメチルプロピルアミド、3-sec-ブトキシ-N,N-ジメチルプロピルアミド、3-tert-ブトキシ-N,N-ジメチルプロピルアミド、γ-ブチロラクトン、N-メチルカプロラクタム、ジメチルスルホキシド、テトラメチル尿素、ピリジン、ジメチルスルホン、ヘキサメチルスルホキシド、イソプロピルアルコール、メトキシメチルペンタノール、ジペンテン、エチルアミルケトン、メチルノニルケトン、メチルエチルケトン、メチルイソアミルケトン、メチルイソプロピルケトン、メチルセルソルブ、エチルセルソルブ、メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート、ブチルカルビトール、エチルカルビトール、エチレングリコール、エチレングリコールモノアセテート、エチレングリコールモノイソプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコール、プロピレングリコールモノアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコール-tert-ブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコール、ジエチレングリコールモノアセテート、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノアセテートモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノアセテートモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノアセテートモノプロピルエーテル、3-メチル-3-メトキシブチルアセテート、トリプロピレングリコールメチルエーテル、3-メチル-3-メトキシブタノール、ジイソプロピルエーテル、エチルイソブチルエーテル、ジイソブチレン、アミルアセテート、ブチルブチレート、ブチルエーテル、ジイソブチルケトン、メチルシクロへキセン、プロピルエーテル、ジヘキシルエーテル、ジオキサン、n-へキサン、n-ペンタン、n-オクタン、ジエチルエーテル、シクロヘキサノン、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、乳酸メチル、乳酸エチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸n-ブチル、酢酸プロピレングリコールモノエチルエーテル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、3-メトキシプロピオン酸メチル、3-エトキシプロピオン酸メチルエチル、3-メトキシプロピオン酸エチル、3-エトキシプロピオン酸、3-メトキシプロピオン酸、3-メトキシプロピオン酸プロピル、3-メトキシプロピオン酸ブチル、ジグライム、4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノン等があげられるがこれらに限定されない。これらは単独で又は2種以上を組み合わせて使用してもよい。
 さらに、ポリアミック酸を溶解させない溶媒であっても、生成したポリアミック酸が析出しない範囲で、上記溶媒に混合して使用してもよい。また、有機溶媒中の水分は重合反応を阻害し、さらには生成したポリアミック酸を加水分解させる原因となるので、有機溶媒はなるべく脱水乾燥させたものを用いることが好ましい。
 上記テトラカルボン酸二無水物成分とジアミン成分とを有機溶媒中で反応させる方法としては、ジアミン成分を有機溶媒に分散あるいは溶解させた分散液又は溶液を撹拌させ、ここにテトラカルボン酸二無水物成分をそのまま添加するか、又はその成分を有機溶媒に分散あるいは溶解させたものを添加する方法、逆にテトラカルボン酸二無水物成分を有機溶媒に分散あるいは溶解させた分散液又は溶液にジアミン成分を添加する方法、そしてテトラカルボン酸二無水物成分とジアミン化合物成分とを交互に添加する方法などが挙げられ、これらのいずれの方法であってもよい。
 また、テトラカルボン酸二無水物成分及び/又はジアミン成分が複数種の化合物からなる場合は、あらかじめ混合した状態で反応させてもよく、個別に順次反応させてもよく、さらに個別に反応させた低分子量体を混合反応させ高分子量体としてもよい。
 上記のポリアミック酸合成時の温度は、上述した使用する溶媒の融点から沸点までの範囲で適宜設定すればよく、例えば-20℃~150℃の任意の温度を選択することができるが、-5℃~100℃、通常0~100℃程度、好ましくは0~70℃程度であるのがよい。
 反応時間は、反応温度や原料物質の反応性に依存するため一概に規定できないが、通常1~100時間程度である。
 また、反応は任意の濃度で行うことができるが、濃度が低すぎると高分子量の重合体を得ることが難しくなり、濃度が高すぎると反応液の粘性が高くなり過ぎて均一な撹拌が困難となるので、テトラカルボン酸二無水物成分とジアミン成分との反応溶液中での合計濃度が、好ましくは1~50質量%、より好ましくは5~40質量%である。反応初期は高濃度で行い、その後、有機溶媒を追加することもできる。
〈ポリアミック酸のイミド化〉
 ポリアミック酸をイミド化させる方法としては、ポリアミック酸の溶液をそのまま加熱する熱イミド化、ポリアミック酸の溶液に触媒を添加する触媒イミド化が挙げられる。
 ポリアミック酸を溶液中で熱イミド化させる場合の温度は、100℃~400℃、好ましくは120℃~250℃であり、イミド化反応により生成する水を系外に除きながら行う方が好ましい。
 ポリアミック酸の化学(触媒)イミド化は、ポリアミック酸の溶液に、塩基性触媒と酸無水物とを添加し、-20~250℃、好ましくは0~180℃での温度条件にて系内を撹拌することにより行うことができる。
 塩基性触媒の量はポリアミック酸のアミド酸基の0.5~30モル倍、好ましくは1.5~20モル倍であり、酸無水物の量はポリアミック酸のアミド酸基の1~50モル倍、好ましくは2~30モル倍である。
 塩基性触媒としてはピリジン、トリエチルアミン、トリメチルアミン、トリブチルアミン、トリオクチルアミン、1-エチルピペリジンなどを挙げることができ、中でもピリジンは反応を進行させるのに適度な塩基性を持つので好ましい。
 酸無水物としては、無水酢酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸などを挙げることができ、中でも無水酢酸を用いると反応終了後の精製が容易となるので好ましい。
 触媒イミド化によるイミド化率は、触媒量と反応温度、反応時間を調節することにより制御することができる。
 本発明に用いるポリイミド樹脂において、アミド酸基の脱水閉環率(イミド化率)は、必ずしも100%である必要はなく、用途や目的に応じて任意に調整して用いることができる。特に好ましくは50%以上である。
 本発明において、上記反応溶液をろ過した後、そのろ液をそのまま用い、又は、希釈若しくは濃縮し、これに後述する二酸化ケイ素等を配合して樹脂薄膜形成用組成物としてもよい。このようにろ過を経た場合、得られる樹脂薄膜の耐熱性、柔軟性あるいは線膨張係数特性の悪化の原因となり得る不純物の混入を低減できるだけでなく、効率よく樹脂薄膜形成用組成物を得ることができる。
 また、本発明に用いるポリイミドは、樹脂薄膜の強度、樹脂薄膜を形成する際の作業性、樹脂薄膜の均一性等を考慮してゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)のポリスチレン換算による重量平均分子量(Mw)が5,000乃至200,000であることが好ましい。
〈ポリマー回収〉
 ポリアミック酸及びポリイミドの反応溶液から、ポリマー成分を回収し、用いる場合には、反応溶液を貧溶媒に投入して沈殿させればよい。沈殿に用いる貧溶媒としてはメタノール、アセトン、ヘキサン、ブチルセルソルブ、ヘプタン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、エタノール、トルエン、ベンゼン、水などを挙げることができる。貧溶媒に投入して沈殿させたポリマーは濾過して回収した後、常圧あるいは減圧下で、常温あるいは加熱して乾燥することができる。
 また、沈殿回収した重合体を、有機溶媒に再溶解させ、再沈殿回収する操作を2から10回繰り返すと、重合体中の不純物を少なくすることができる。この際の貧溶媒として例えばアルコール類、ケトン類、炭化水素など3種類以上の貧溶媒を用いると、より一層精製の効率が上がるので好ましい。
 再沈殿回収工程において樹脂成分を溶解させる有機溶媒は特に限定されない。具体例としては、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチル-2-ピロリドン、N-メチルカプロラクタム、2-ピロリドン、N-エチルピロリドン、N-ビニルピロリドン、ジメチルスルホキシド、テトラメチル尿素、ピリジン、ジメチルスルホン、ヘキサメチルスルホキシド、γ-ブチロラクトン、1,3-ジメチル-イミダゾリジノン、ジペンテン、エチルアミルケトン、メチルノニルケトン、メチルエチルケトン、メチルイソアミルケトン、メチルイソプロピルケトン、シクロヘキサノン、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジグライム、4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノンなどが挙げられる。これらの溶媒は2種類以上を混合して用いてもよい。
[二酸化ケイ素]
 本発明に用いる二酸化ケイ素(シリカ)は特に限定されないが、粒子形態の二酸化ケイ素、例えば平均粒子径が100nm以下、例えば5nm~100nm、好ましくは5nm~55nmであり、より高透明の薄膜を再現性よく得る観点から、好ましくは5nm~50nm、より好ましくは5nm~45nm、より一層好ましくは5nm~35nm、さらに好ましくは5nm~30nmである。
 本発明において二酸化ケイ素粒子の平均粒子径とは、二酸化ケイ素粒子を用いて窒素吸着法により測定された比表面積値から算出される平均粒子径値である。
 特に本発明では、上記平均粒子径の値を有するコロイダルシリカを好適に使用でき、該コロイダルシリカとしては、シリカゾルを用いることができる。シリカゾルとしては、ケイ酸ナトリウム水溶液を原料として公知の方法により製造される水性シリカゾル及び該水性シリカゾルの分散媒である水を有機溶媒に置換して得られるオルガノシリカゾルを使用する事が出来る。
 また、メチルシリケートやエチルシリケート等のアルコキシシランを、アルコール等の有機溶媒中で触媒(例えば、アンモニア、有機アミン化合物、水酸化ナトリウム等のアルカリ触媒)の存在下において加水分解し、縮合して得られるシリカゾル、又はそのシリカゾルを他の有機溶媒に溶媒置換したオルガノシリカゾルも用いることができる。
 これらの中でも本発明は分散媒が有機溶媒であるオルガノシリカゾルを用いることが好ましい。
 上述のオルガノシリカゾルにおける有機溶媒の例としては、メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロパノール等の低級アルコール;N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド等の直鎖アミド類;N-メチル-2-ピロリドン等の環状アミド類;γ-ブチロラクトン等のエーテル類;エチルセロソルブ、エチレングリコール等のグリコール類、アセトニトリル等が挙げられる。この置換は、蒸留法、限外濾過法等による通常の方法により行うことができる。
 上記のオルガノシリカゾルの粘度は、20℃で、0.6mPa・s~100mPa・s程度である。
 上記オルガノシリカゾルの市販品の例としては、例えば商品名MA-ST-S(メタノール分散シリカゾル、日産化学工業(株)製)、商品名MT-ST(メタノール分散シリカゾル、日産化学工業(株)製)、商品名MA-ST-UP(メタノール分散シリカゾル、日産化学工業(株)製)、商品名MA-ST-M(メタノール分散シリカゾル、日産化学工業(株)製)、商品名MA-ST-L(メタノール分散シリカゾル、日産化学工業(株)製)、商品名IPA-ST-S(イソプロパノール分散シリカゾル、日産化学工業(株)製)、商品名IPA-ST(イソプロパノール分散シリカゾル、日産化学工業(株)製)、商品名IPA-ST-UP(イソプロパノール分散シリカゾル、日産化学工業(株)製)、商品名IPA-ST-L(イソプロパノール分散シリカゾル、日産化学工業(株)製)、商品名IPA-ST-ZL(イソプロパノール分散シリカゾル、日産化学工業(株)製)、商品名NPC-ST-30(n-プロピルセロソルブ分散シリカゾル、日産化学工業(株)製)、商品名PGM-ST(1-メトキシ-2-プロパノール分散シリカゾル、日産化学工業(株)製)、商品名DMAC-ST(ジメチルアセトアミド分散シリカゾル、日産化学工業(株)製)、商品名XBA-ST(キシレン・n-ブタノール混合溶媒分散シリカゾル、日産化学工業(株)製)、商品名EAC-ST(酢酸エチル分散シリカゾル、日産化学工業(株)製)、商品名PMA-ST(プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート分散シリカゾル、日産化学工業(株)製)、商品名MEK-ST(メチルエチルケトン分散シリカゾル、日産化学工業(株)製)、商品名MEK-ST-UP(メチルエチルケトン分散シリカゾル、日産化学工業(株)製)、商品名MEK-ST-L(メチルエチルケトン分散シリカゾル、日産化学工業(株)製)及び商品名MIBK-ST(メチルイソブチルケトン分散シリカゾル、日産化学工業(株)製)等を挙げることができるが、これらに限定されない。
 本発明において二酸化ケイ素、例えばオルガノシリカゾルとして使用される上記製品に挙げたような二酸化ケイ素は、二種以上を混合して用いてもよい。
[有機溶媒]
 本発明の樹脂薄膜形成用組成物は、前記ポリイミド及び二酸化ケイ素に加えて、有機溶媒を含む。該有機溶媒は、特に限定されるものではなく、例えば、上記ポリアミック酸及びポリイミドの調製時に用いた反応溶媒の具体例と同様のものが挙げられる。より具体的には、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチル-2-ピロリドン、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン、N-エチル-2-ピロリドン、γ-ブチロラクトンなどが挙げられる。なお、有機溶媒は、1種を単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
 これらの中でも、平坦性の高い樹脂薄膜を再現性よく得ることを考慮すると、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチル-2-ピロリドン、γ-ブチロラクトンが好ましい。
[樹脂薄膜形成用組成物]
 本発明は、前記ポリイミドと二酸化ケイ素と有機溶媒とを含有する樹脂薄膜形成用組成物である。ここで本発明の樹脂薄膜形成用組成物は、均一なものであって、相分離は認められないものである。
 本発明の樹脂薄膜形成用組成物において、前記ポリイミドと前記二酸化ケイ素の配合比は、質量比で、ポリイミド:二酸化ケイ素=10:1~1:10であることが好ましく、より好ましくは8:2~2:8、例えば7:3~3:7である。
 また本発明の樹脂薄膜形成用組成物における固形分量の配合量は、通常0.5~30質量%程度、好ましくは5~25質量%程度である。固形分濃度が0.5質量%未満であると樹脂薄膜を作製する上において製膜効率が低くなり、また樹脂薄膜形成用組成物の粘度が低くなるため、表面が均一な塗膜を得られにくい。また固形分濃度が30質量%を超えると、樹脂薄膜形成用組成物の粘度が高くなりすぎて、やはり成膜効率の悪化や塗膜の表面均一性に欠ける虞がある。なおここでいう固形分量とは、有機溶媒以外の成分の総質量を意味し、液状のモノマー等であっても固形分として重量に含めるものとする。
 なお樹脂薄膜形成用組成物の粘度は、作製する樹脂薄膜の厚み等を勘案し適宜設定するものではあるが、特に5~50μm程度の厚さの樹脂薄膜を再現性よく得ること目的とする場合、通常、25℃で500~50,000mPa・s程度、好ましくは1,000~20,000mPa・s程度である。
 本発明の樹脂薄膜形成用組成物には、加工特性や各種機能性を付与するために、その他に様々な有機又は無機の低分子又は高分子化合物を配合してもよい。例えば、触媒、消泡剤、レベリング剤、界面活性剤、染料、可塑剤、微粒子、カップリング剤、増感剤等を用いることができる。例えば触媒は樹脂薄膜のリタデーションや線膨張係数を低下させる目的で添加され得る。なお、前記ポリイミド、二酸化ケイ素及び有機溶媒に加え、さらに触媒を含む樹脂薄膜形成用組成物も本発明の対象とすることができる。
 本発明の樹脂薄膜形成用組成物は、上述の方法で得られたポリイミド並びに二酸化ケイ素を上述の有機溶媒に溶解して得ることができるし、ポリイミドの調製後の反応溶液に二酸化ケイ素を添加し、所望により前記有機溶媒を更に加えたものとしてもよい。
[樹脂薄膜]
 以上説明した本発明の樹脂薄膜形成用組成物を基材に塗布して乾燥・加熱することで有機溶媒を除去し、高い耐熱性と、高い透明性と、適度な柔軟性と、適度な線膨張係数とを有し、しかもリタデーションの小さい樹脂薄膜を得ることができる。
 そして上記樹脂薄膜、すなわち上記ポリイミドと、上記無機シリカ化合物とを含有する樹脂薄膜も本発明の対象である。さらに前記ポリイミド及び二酸化ケイ素に加え、さらに触媒を含む樹脂薄膜も本発明の対象である。
 樹脂薄膜の製造に用いる基材としては、例えば、プラスチック(ポリカーボネート、ポリメタクリレート、ポリスチレン、ポリエステル、ポリオレフィン、エポキシ、メラミン、トリアセチルセルロース、ABS、AS、ノルボルネン系樹脂等)、金属、ステンレス鋼(SUS)、木材、紙、ガラス、シリコンウェハ、スレート等が挙げられる。
 特に、電子デバイスの基板材料として適用する場合においては、既存設備を利用することができるという観点から、適用する基材がガラス、シリコンウェハであることが好ましく、また得られる樹脂薄膜が良好な剥離性を示すことからガラスであることがさらに好ましい。なお、適用する基材の線膨張係数としては塗工後の基材の反りの観点から、30ppm/℃以下、さらに好ましくは、20ppm/℃以下あることがさらに好ましい。
 基材への樹脂薄膜形成用組成物の塗布法は、特に限定されるものではないが、例えば、キャストコート法、スピンコート法、ブレードコート法、ディップコート法、ロールコート法、バーコート法、ダイコート法、インクジェット法、印刷法(凸版、凹版、平版、スクリーン印刷等)等が挙げられ、目的に応じてこれらを適宜用いることができる。
 加熱温度は、300℃以下が好ましい。300℃を超えると、得られる樹脂薄膜が脆くなり、特にディスプレイ基板用途に適した樹脂薄膜を得ることができない場合がある。
 また、得られる樹脂薄膜の耐熱性と線膨張係数特性を考慮すると、塗布した樹脂薄膜形成用組成物を40℃~100℃で5分間~2時間加熱した後に、そのまま段階的に加熱温度を上昇させ、最終的に175℃超~280℃で30分~2時間加熱することが望ましい。このように、溶媒を乾燥させる段階と分子配向を促進する段階の2段階以上の温度で加熱することにより、低熱膨張特性を発現させることができる。
 特に、塗布した樹脂薄膜形成用組成物は、40℃~100℃で5分間~2時間加熱した後に、100℃超~175℃で5分間~2時間、次いで、175℃超~280℃で5分~2時間加熱することが好ましい。
 加熱に用いる器具は、例えばホットプレート、オーブン等が挙げられる。加熱雰囲気は、空気下であっても窒素等の不活性ガス下であってもよく、また、常圧下であっても減圧下であってもよく、また加熱の各段階において異なる圧力を適用してもよい。
 樹脂薄膜の厚さは、特にフレキシブルディスプレイ用の基板として用いる場合、通常1~60m程度、好ましくは5~50μm程度であり、加熱前の塗膜の厚さを調整して所望の厚さの樹脂薄膜を形成する。
 なおこのようにして形成された樹脂薄膜を基材から剥離する方法としては特に限定はなく、該樹脂薄膜を基材ごと冷却し、薄膜に切れ目を入れ剥離する方法やロールを介して張力を与えて剥離する方法等が挙げられる。
 このようにして得られる本発明の好ましい一の態様に係る樹脂薄膜は、波長400nmでの光透過率が75%以上という高い透明性を実現することができる。
 更に、該樹脂薄膜は、例えば50℃乃至200℃における線膨張係数が60ppm/℃以下、特に10ppm/℃乃至35ppm/℃という低い値を有することができ、また例えば200℃乃至250℃における線膨張係数が80ppm/℃以下、特に15ppm/℃乃至55ppm/℃という低い値を有することができるものであり、加熱時の寸法安定性に優れたものである。
 特に該樹脂薄膜は、入射光の波長を590nmとした場合における複屈折(面内の直交する2つの屈折率の差)と膜厚との積で表される面内リタデーションR、並びに、厚さ方向の断面からみたときの2つの複屈折(面内の2つの屈折率と厚さ方向の屈折率との夫々の差)にそれぞれ膜厚を掛けて得られる2つの位相差の平均値として表される厚さ方向リタデーションRthが、いずれも非常に小さいことを特長とする。本発明の樹脂薄膜は、平均膜厚が15μm~40μmの場合に、厚さ方向のリタデーションRthが700nm未満、例えば660nm以下、例えば10nm~660nmであり、面内リタデーションRが4未満、例えば0.3~3.9であり、複屈折Δnが、0.02未満、例えば0.0003~0.019といった非常に低い値を有する。
 このように、本発明の樹脂薄膜形成用組成物を用いて樹脂薄膜を形成することにより、当該樹脂薄膜のリタデーションを低減することができ、こうした樹脂薄膜のリタデーションを低減する方法も本発明の対象である。
 以上説明した本発明の樹脂薄膜は、上記の特性を有することから、フレキシブルディスプレイ基板のベースフィルムとして必要な各条件を満たすものであり、フレキシブルディスプレイ基板のベースフィルムとして特に好適に用いることができる。
 以下、実施例を挙げて、本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
 以下の実施例で用いる略記号の意味は、次のとおりである。
<酸二無水物>
BODA:ビシクロ[3,3,0]オクタン-2,4,6,8-テトラカルボン酸二無水物
CBDA:1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物
TCA:2,3,5-トリカルボキシシクロペンチル酢酸-1,4:2,3-二無水物
BODAxx:ビシクロ[2,2,2]オクタン-2,3,5,6-テトラカルボン酸二無水物
<ジアミン>
TFMB:2,2’-ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン
TMDA:1-(4-アミノフェニル)-2,3-ジヒドロ-1,3,3-トリメチル-1H-インデン-5(または6)アミン
<有機溶媒>
DMAc:N,N-ジメチルアセトアミド
NMP:N-メチル-2-ピロリドン
DMF:N,N-ジメチルホルムアミド
IPA:イソプロパノール
GBL:γ-ブチロラクトン
<シリカゾル>
IPA-ST:イソプロパノール分散シリカゾル(シリカ平均粒子径:10~15nm、シリカ固形分濃度:30質量%)日産化学工業(株)製
DMAC-ST:N,N-ジメチルアセトアミド分散シリカゾル(シリカ平均粒子径:10~15nm、シリカ固形分濃度:20質量%)、日産化学工業(株)製
GBL-ZL:γ-ブチロラクトン分散シリカゾル(シリカ固形分濃度:25質量%)
GBL-L:γ-ブチロラクトン分散シリカゾル(シリカ固形分濃度:25質量%)
GBL-M:γ-ブチロラクトン分散シリカゾル(シリカ固形分濃度:30質量%)
GBL-ST:γ-ブチロラクトン分散シリカゾル(シリカ固形分濃度:30質量%)
GBL-S:γ-ブチロラクトン分散シリカゾル(シリカ固形分濃度:25質量%)
GBL-UP:γ-ブチロラクトン分散シリカゾル(鎖状タイプ、シリカ固形分濃度:20質量%)
 なお、上記γ-ブチロラクトン分散シリカゾル(GBL-ZL、GBL-L、GBL-M、GBL-ST、GBL-S及びGBL-UP)は、後述の方法によって、日産化学工業(株)製イソプロパノール分散シリカゾル(IPA-ST-ZL、IPA-ST-L、IPA-ST)及び日産化学工業(株)製メタノール分散シリカゾル(MA-ST-M、MA-ST-S、MA-ST-UP)をそれぞれ溶媒としてイソプロパノール又はメタノールからγ-ブチロラクトンに溶媒置換して得たものである。
 また上記IPA-ST及びDMAC-STにおけるシリカ平均粒子径はカタログ値であり、今回使用したシリカゾルにおいて、窒素吸着法により測定された比表面積値から算出される平均粒子径は以下の通りである。具体的には、シリカゾルの乾燥粉末の比表面積をユアサアイオニクス社製、比表面積測定装置モノソーブMS-16を用いて測定し、測定された比表面積S(m/g)を用いてD(nm)=2720/Sの式で平均一次粒子径を算出した。
 IPA-ST  平均粒子径:12nm
 DMAC-ST      :12nm
 GBL-ZL       :80nm
 GBL-L        :45nm
 GBL-M        :22nm
 GBL-ST       :12nm
 GBL-S        : 9nm
 GBL-UP       :12nm
 なお、実施例において、試料の調製及び物性の分析及び評価に用いた装置及び条件は、以下の通りである。
1)数平均分子量及び重量平均分子量の測定
 ポリマーの数平均分子量(以下、Mnと略す)と重量平均分子量(以下、Mwと略す)は、装置:昭和電工(株)製、Showdex GPC-101、カラム:KD803およびKD805、カラム温度:50℃、溶出溶媒:DMF、流量:1.5ml/分、検量線:標準ポリスチレン、の条件にて測定した。
2)膜厚
 得られた樹脂薄膜の膜厚は、(株)テクロック製 シックネスゲージにて測定した。
3)線膨張係数(CTE)
 TAインスツルメンツ社製 TMA Q400を用いて、樹脂薄膜を幅5mm、長さ16mmのサイズにカットし、まず10℃/minで昇温して50乃至350℃まで加熱(第一加熱)し、次いで10℃/minで降温して50℃まで冷却した後に、10℃/minで昇温して50乃至420℃まで加熱(第二加熱)した際の、第二加熱の50℃乃至200℃における線膨張係数(CTE[ppm/℃])、並びに200℃乃至250℃における線膨張係数(CTE[ppm/℃])の値を測定することで求めた。なお、第一加熱、冷却および第二加熱を通じて、荷重0.05Nを加えた。
4)5%重量減少温度(Td5%
 5%重量減少温度(Td5%[℃])は、TAインスツルメンツ社製 TGA Q500を用い、窒素中、樹脂薄膜約5乃至10mgを50乃至800℃まで10℃/minで昇温して測定することで求めた。
5)光線透過率(透明性)(T400nm、T550nm)及びCIE b値(CIE b
 波長400nm及び550nmの光線透過率(T400nm、T550nm[%])及びCIE b値(CIE b)は、日本電色工業(株)製 SA4000スペクトロメーターを用いて、室温にて、リファレンスを空気として、測定を行った。
6)リタデーション(Rth、R
 厚さ方向リタデーション(Rth)及び面内リタデーション(R)を、王子計測機器(株)製、KOBURA 2100ADHを用いて、室温にて測定した。
 なお、厚さ方向リタデーション(Rth)及び面内リタデーション(R)は以下の式にて算出される。
=(Nx-Ny)×d=ΔNxy×d
th=[(Nx+Ny)/2-Nz]×d=[(ΔNxz×d)+(ΔNyz×d)/2
 Nx、Ny:面内の直交する2つの屈折率(Nx>Ny、Nxを遅相軸、Nyを進相軸とも称する)
 Nz:面に対して厚さ(垂直)方向の屈折率
 d:膜厚
 ΔNxy:面内の2つの屈折率の差(Nx-Ny)(複屈折)
 ΔNxz:面内の屈折率Nxと厚さ方向の屈折率Nzの差(複屈折)
 ΔNyz:面内の屈折率Nyと厚さ方向の屈折率Nzの差(複屈折)
7)複屈折(Δn)
 前述の<6)リタデーション>により得られた厚さ方向リタデーション(Rth)の値を用い、以下の式にて算出した。
 ΔN=[Rth/d(フィルム膜厚)]/1000
[1]シリカゾルの調製例
(調製例1:GBL-Mの調製)
 1000mLの丸底フラスコに、日産化学工業(株)製メタノール分散シリカゾル:MA-ST-M 350g(シリカ固形分濃度:40.4質量%)とγ-ブチルラクトン329.93gを入れた。そして、そのフラスコを真空エバポレーターと繋いでフラスコ内を減圧にし、約35℃の温水浴に20~50分間浸すことで、溶媒がメタノールからγ-ブチルラクトンに置換されたシリカゾル(GBL-M)約471gを得た(シリカ固形分濃度:30質量%)。
(調製例2:GBL-ZLの調製)
 1000mLの丸底フラスコに、日産化学工業(株)製イソプロパノール分散シリカゾル:IPA-ST-ZL 350g(シリカ固形分濃度:30質量%)とγ-ブチルラクトン315gを入れた。そして、そのフラスコを耐薬品性真空ポンプが備え付けられた真空エバポレーターと繋いでフラスコ内を減圧にし、約35℃の温水浴に30~60分間浸すことで、溶媒イソプロパノールからγ-ブチルラクトンに置換されたシリカゾル(GBL-ZL)約420gを得た(シリカ固形分濃度:25質量%)。
(調製例3:GBL-Lの調製)
 1000mLの丸底フラスコに、日産化学工業(株)製イソプロパノール分散シリカゾル:IPA-ST-L 350g(シリカ固形分濃度:30質量%)とγ-ブチルラクトン315gを入れた。そして、そのフラスコを耐薬品性真空ポンプが備え付けられた真空エバポレーターと繋いでフラスコ内を減圧にし、約35℃の温水浴に30~60分間浸すことで、溶媒イソプロパノールからγ-ブチルラクトンに置換されたシリカゾル(GBL-L)約420gを得た(シリカ固形分濃度:25質量%)。
(調製例4:GBL-STの調製)
 1000mLの丸底フラスコに、日産化学工業(株)製イソプロパノール分散シリカゾル:IPA-ST 350g(シリカ固形分濃度:30質量%)とγ-ブチルラクトン245gを入れた。そして、そのフラスコを耐薬品性真空ポンプが備え付けられた真空エバポレーターと繋いでフラスコ内を減圧にし、約35℃の温水浴に30~60分間浸すことで、溶媒イソプロパノールからγ-ブチルラクトンに置換されたシリカゾル(GBL-ST)約350gを得た(シリカ固形分濃度:30質量%)。
(調製例5:GBL-Sの調製)
 1000mLの丸底フラスコに、日産化学工業(株)製メタノール分散シリカゾル:MA-ST-S 350g(シリカ固形分濃度:25質量%)とγ-ブチルラクトン262.5gを入れた。そして、そのフラスコを耐薬品性真空ポンプが備え付けられた真空エバポレーターと繋いでフラスコ内を減圧にし、約35℃の温水浴に20~50分間浸すことで、溶媒がメタノールからγ-ブチルラクトンに置換されたシリカゾル(GBL-S)約350gを得た(シリカ固形分濃度:25質量%)。
(調製例6:GBL-UPの調製)
 1000mLの丸底フラスコに、日産化学工業(株)製メタノール分散シリカゾル:MA-ST-UP 350g(シリカ固形分濃度:20質量%)とγ-ブチルラクトン280gを入れた。そして、そのフラスコを耐薬品性真空ポンプが備え付けられた真空エバポレーターと繋いでフラスコ内を減圧にし、約35℃の温水浴に20~50分間浸すことで、溶媒がメタノールからγ-ブチルラクトンに置換されたシリカゾル(GBL-UP)約350gを得た(シリカ固形分濃度:20質量%)。
[2]合成例
[合成例1]
 メカニカルスターラーを取り付けた2,000mLのフラスコ内に、TFMB58g(0.1811mol)、DMAc188.23gを順次入れて撹拌を開始した。そこへBODA36.25g(0.1448mol)を加えて窒素置換をした後、70℃で3時間撹拌し、次いで、反応混合物を50℃まで冷却し、そこへCBDA7.103g(0.0362mol)を加えて、さらに2時間撹拌した。その後、反応混合物を室温まで冷却し、さらに一晩撹拌した。そして、反応混合物にDMAcを加えて、固形分の濃度(有機溶媒以外の成分の濃度)が5質量%となるように希釈した。
 希釈した反応混合物に、無水酢酸73.96g(0.7244mol)及びピリジン42.97g(0.5433mol)を加え、90~100℃で3時間撹拌した。
 撹拌終了後、反応混合物を室温まで冷却し、冷却した混合物をメタノール7.094kgに加え、得られたスラリーを30分間撹拌した。そして、ろ過によってろ物を回収した。その後、精製のため、得られたろ物をメタノール7.094kgに再度加えてスラリーを得、同様の方法で撹拌およびろ過を行なった。そして更に、精製のため、メタノールへのろ物の添加、撹拌およびろ過を再度行なった。
 最後に、得られたろ物を減圧下100℃で8時間乾燥し、目的とするポリイミドA1 76gを得た(収率:76%、Mw:59,302、Mn:25,923)。
[合成例2]
 窒素注入/排出口を有しメカニカルスターラーが取り付けられた2,000mLの三口フラスコ内に、TFMB115g(0.3591mol)を仕込んだ。その後すぐに468.9gのγ-ブチロラクトン(GBL)を加え、撹拌を開始した。ジアミン(TFMB)が溶媒に完全に溶解した後、BODA71.88g(0.2872mol)を加え、窒素雰囲気下にて70℃で3時間撹拌した。次いで、反応混合物を50℃まで冷却し、そこへCBDA14.08g(0.071mol)を加えて、さらに2時間撹拌した。その後、反応混合物を室温まで冷却して温度を維持し、さらに一晩窒素雰囲気下で撹拌した。そして、反応混合物にGBLを加えて、固形分の濃度(有機溶媒以外の成分の濃度)が5質量%となるように希釈した。
 希釈した反応混合物に、無水酢酸146.65g(1.436mol)及びピリジン85.21g(1.077mol)を加え、90~100℃で3時間撹拌した。
 撹拌終了後、反応混合物を室温まで冷却し、冷却した混合物をメタノール2.5kgに加え、得られたスラリーを30分間撹拌した。そして、ろ過によってろ物を回収した。その後、精製のため、得られたろ物をメタノール2.5kgに再度加えてスラリーを得、同様の方法で撹拌およびろ過を行なった。そして更に、精製のため、メタノール2.5kgへのろ物の添加、撹拌およびろ過を再度行なった。
 最後に、得られたろ物を真空オーブン中にて120℃で8時間乾燥し、目的とするポリイミドA2 153gを得た(収率:76.5%、Mn:44,460、Mw:96,641)。
 上記ポリイミドA2をGBLに溶解し、得られた溶液を5μmのフィルタを用いてゆっくりと加圧ろ過し、固形分の濃度が12質量%の溶液(ポリイミドA2溶液)を調製した。
[合成例3]
 窒素注入/排出口を有しメカニカルスターラーが取り付けられた250mLの三口フラスコ内に、TFMB16.9g(0.052mol)とTMDA1.598g(0.006mol)を仕込んだ。その後すぐに124.46gのγ-ブチロラクトン(GBL)を加え、撹拌を開始した。ジアミン(TFMB及びTMDA)が溶媒に完全に溶解した後、TCA6.725g(0.03mol)を加え、窒素雰囲気下にて100℃で5時間撹拌した。次いで、反応混合物を50℃まで冷却し、そこへCBDA5.883g(0.03mol)を加えて、さらに3時間撹拌した。その後、反応混合物を室温まで冷却して温度を維持し、さらに一晩窒素雰囲気下で撹拌した。そして、反応混合物にGBLを加えて、固形分の濃度(有機溶媒以外の成分の濃度)が4質量%となるように希釈した。
 希釈した反応混合物に、無水酢酸24.5g(0.24mol)及びピリジン14.23g(0.18mol)を加え、60~70℃で6時間撹拌した。
 撹拌終了後、反応混合物を室温まで冷却し、冷却した混合物をメタノール0.7kgに加え、得られたスラリーを30分間撹拌した。そして、ろ過によってろ物を回収した。その後、精製のため、得られたろ物をメタノール0.7kgに再度加えてスラリーを得、同様の方法で撹拌およびろ過を行なった。そして更に、精製のため、メタノール0.7kgへのろ物の添加、撹拌およびろ過を再度行なった。
 最後に、得られたろ物を真空オーブン中にて120℃で8時間乾燥し、目的とするポリイミドB 24.26gを得た(収率:78%、Mn:65,425、Mw:138,024)。
 上記ポリイミドBをGBLに溶解し、得られた溶液を5μmのフィルタを用いてゆっくりと加圧ろ過し、固形分の濃度が11.17質量%の溶液(ポリイミドB溶液)を調製した。
[合成例4]
 窒素注入/排出口を有しメカニカルスターラーと冷却器が取り付けられた100mLの三口フラスコ内に、TFMB25.61g(0.08mol)を仕込んだ。その後すぐに173.86gのγ-ブチロラクトン(GBL)を加え、撹拌を開始した。ジアミン(TFMB)が溶媒に完全に溶解した後、BODAxx10g(0.04mol)とCBDA7.84g(0.04mol)を加えて、窒素雰囲気下にて140℃に加熱した。その後、1.739gの1-エチルピペリジンを反応溶液に加え、210℃で4.5時間、窒素雰囲気下で加熱撹拌した。
 反応混合物をメタノール0.9kgに加え、得られたスラリーを30分間撹拌した。そして、ろ過によってろ物を回収した。その後、精製のため、得られたろ物をメタノール0.9kgに再度加えてスラリーを得、同様の方法で撹拌およびろ過を行なった。そして更に、精製のため、メタノール0.9kgへのろ物の添加、撹拌およびろ過を再度行なった。
 最後に、得られたろ物を真空オーブン中にて120℃で8時間乾燥し、目的とするポリイミドC 31.16gを得た(収率:74%、Mn:40,465、Mw:281,382)。
 上記ポリイミドCをGBLに溶解し、得られた溶液を5μmのフィルタを用いてゆっくりと加圧ろ過し、固形分の濃度が13.5質量%の溶液(ポリイミドC溶液)を調製した。
[3]基板用薄膜組成物の調製(1)
[実施例1]
 室温で、ポリイミドA1 3gをDMAc22gに溶解させてポリイミド溶液を調製し、得られた溶液を5μmのフィルタを用いてゆっくりと加圧ろ過した。そして、ろ液にIPA-STシリカゾル6.67gを加えて30分間撹拌した後、撹拌した混合物を一晩静止状態で放置することで樹脂組成物を得た。
[実施例2~3]
 IPA-STシリカゾル6.67gの代わりに、それぞれ、GBL-STシリカゾル6.67g(実施例2)、DMAC-STシリカゾル10.00g(実施例3)を用いた以外は、実施例1と同様の方法で樹脂組成物を得た。
[実施例4]
 DMAc22gの代わりにNMP22gを用いた以外は、実施例1と同様の方法で樹脂組成物を得た。
[実施例5~6]
 DMAc22gの代わりに、それぞれ、NMP22g(実施例5)、GBL22g(実施例6)を用いた以外は、実施例2と同様の方法で樹脂組成物を得た。
[実施例7]
 GBL-STシリカゾルの使用量を2.5gとした以外は、実施例2と同様の方法で樹脂組成物を得た。
[実施例8~9]
 DMAc22gの代わりに、それぞれ、NMP22g(実施例8)、GBL22g(実施例9)を用いた以外は、実施例7と同様の方法で樹脂組成物を得た。
[実施例10]
 室温で、ポリイミドA1 3gをGBL22gに溶解させてポリイミド溶液を調製し、得られた溶液を5μmのフィルタを用いてゆっくりと加圧ろ過した。そして、ろ液にGBL-STシリカゾル6.67gを加えて30分間撹拌した後、そこへ触媒としてオキシビス((3-アミノプロピル)ジメチルシラン)を組成物全体の質量に対して0.5質量%となるように加えて3分間撹拌し、樹脂組成物を得た。
[実施例11~12]
 GBL-STシリカゾル6.67gの代わりに、それぞれ、GBL-UPシリカゾル10g(実施例11)、GBL-Mシリカゾル6.67g(実施例12)を用いた以外は、実施例6と同様の方法で樹脂組成物を得た。
[実施例13]
 室温で、ポリイミドA1 3gをGBL22gに溶解させてポリイミド溶液を調製し、得られた溶液を5μmのフィルタを用いてゆっくりと加圧ろ過した。そして、ろ液にGBL-STシリカゾル3.33g及びGBL-UPシリカゾル5gを加えて30分間撹拌した後、撹拌した混合物を一晩静止状態で放置することで樹脂組成物を得た。
[実施例14~15]
 GBL-UPシリカゾル5gの代わりに、それぞれGBL-Mシリカゾル3.33g(実施例14)、GBL-Sシリカゾル4g(実施例15)を用いた以外は、実施例13と同様の方法で樹脂組成物を得た。
[4]樹脂薄膜の作製(1)
[実施例16]
 実施例1で得られた樹脂組成物をガラス基板に塗布し、塗膜を50℃で30分間、140℃で30分間、200℃で60分間、順次加熱して樹脂薄膜を得た。なお、加熱には、予め所望の温度に設定をした3つのオーブンを使用した。
 得られた樹脂薄膜を機械的切断にて剥がし、その後の評価に供した。
[実施例17~30]
 実施例1で得られた樹脂組成物の代わりに、実施例2~実施例15で得られた樹脂組成物を用いた以外は、実施例16と同様の方法で樹脂薄膜を得た。
[5]樹脂薄膜の評価(1)
 上述の手順にて作製した各樹脂薄膜の耐熱性及び光学特性、すなわち、線膨張係数(50~200℃)、5%重量減少温度、光線透過率及びCIE b値(黄色評価)、並びにリタデーションに関して、上記手順に従いそれぞれ評価した。結果を表1に示す。
 表1に示すように、本発明の樹脂薄膜は、線膨張係数[ppm/℃](50~200℃)が低く、また、キュア後の400nm及び550nmにおける光線透過率[%]が高く、さらにCIE b*値で表される黄色度が小さく、リタデーションが低い値に抑制される点が確認された。またシリカゾルの含有量が多いほど、線膨張係数がより低く、また光線透過率がより高いという傾向を示した。
 また上記実施例16~30で得られた本発明の樹脂薄膜は、いずれも、これらを両手で持ち鋭角(30度程度)に曲げた場合においても割れることがなく、フレキシブルディスプレイ基板に要求される高い柔軟性を有していた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000055
[6]基板用薄膜組成物の調製(2)
[実施例31]
 室温で、合成例2で調製したポリイミドA2溶液4.457g(ポリイミドA2 固形分量:0.534g)を5μmのフィルタを用いてゆっくりと加圧濾過した。そしてろ液に、GBL-ZLシリカゾル1.426g及びγ-ブチロラクトン(GBL)0.059gを加えて30分間撹拌した後、撹拌した混合物を一晩静止状態で放置することで樹脂組成物を得た。
[実施例32~実施例38]
 合成例2で調製したポリイミドA2溶液(表中の数値は溶液としての使用量)の添加量、シリカゾルの種類及び添加量、並びにγ-ブチロラクトンの添加量を下記表2とした以外は、実施例31と同様の方法で樹脂組成物を得た。
[実施例39]
 室温で、合成例3で調製したポリイミドB溶液2.146g(ポリイミドB 固形分量:0.239g)を5μmのフィルタを用いてゆっくりと加圧濾過した。そしてろ液に、GBL-ZLシリカゾル0.639g及びγ-ブチロラクトン(GBL)0.544gを加えて30分間撹拌した後、撹拌した混合物を一晩静止状態で放置することで樹脂組成物を得た。
[実施例40~実施例48]
 合成例3で調製したポリイミドB溶液(表中の数値は溶液としての使用量)の添加量、シリカゾルの種類及び添加量、並びにγ-ブチロラクトンの添加量を下記表3とした以外は、実施例39と同様の方法で樹脂組成物を得た。
[実施例49]
 室温で、合成例4で調製したポリイミドC溶液2.5147g(ポリイミドC固形分量:0.339g)を5μmのフィルタを用いてゆっくりと加圧濾過した。そしてろ液に、GBL-ZLシリカゾル0.905g及びGBL0.165gを加えて30分間撹拌した後、撹拌した混合物を一晩静止状態で放置することで樹脂組成物を得た。
[実施例50~実施例64]
 合成例4で調製したポリイミドC溶液(表中の数値は溶液としての使用量)の添加量、シリカゾルの種類及び添加量、並びにγ-ブチロラクトンの添加量を下記表4とした以外は、実施例49と同様の方法で樹脂組成物を得た。
[7]樹脂薄膜の作製(2)
 実施例31で得られた樹脂組成物をガラス基板に塗布し、塗膜を50℃で30分間、140℃で30分間、220℃で60分間、280℃で60分間、順次加熱して樹脂薄膜を得た。なお、加熱には、予め所望の温度に設定をした4つのオーブンを使用した。
 得られた樹脂薄膜を機械的切断にて剥がし、その後の評価に供した。
 また実施例31で得られた樹脂組成物の代わりに、実施例32~実施例64で得られた樹脂組成物を用いた以外は、上記と同様の方法にて、各樹脂薄膜を得た。
[8]樹脂薄膜の評価(2)
 上述の手順にて作製した各樹脂薄膜の耐熱性及び光学特性、すなわち、線膨張係数、5%重量減少温度、光線透過率及びCIE b値(黄色評価)、並びにリタデーションに関して、上記手順に従いそれぞれ評価した。結果を表2乃至表4に示す
 表2乃至表4に示すように、本発明の樹脂薄膜は、線膨張係数[ppm/℃](特に50~200℃)が低く、また、キュア後の400nm及び550nmにおける光線透過率[%]が高く、さらにCIE b*値で表される黄色度が小さく、リタデーションが低い値に抑制され、複屈折の値Δnも極めて低い点が確認された。またシリカゾルの含有量が多いほど、線膨張係数がより低いという傾向を示した。
 また上記の如く得られた本発明の樹脂薄膜は、いずれも、これらを両手で持ち鋭角(30度程度)に曲げた場合においても割れることがなく、フレキシブルディスプレイ基板に要求される高い柔軟性を有していた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000056
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000057
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000058

Claims (14)

  1. 樹脂薄膜の製造方法であって、
    脂環式テトラカルボン酸二無水物を含むテトラカルボン酸二無水物成分と含フッ素芳香族ジアミンを含むジアミン成分とを反応させて得られるポリアミック酸をイミド化して得られるポリイミド、
    窒素吸着法により測定された比表面積値から算出される平均粒子径が100nm以下である二酸化ケイ素粒子、及び
    有機溶媒
    を含む樹脂薄膜形成用組成物を用いることを特徴とする方法。
  2. 前記脂環式テトラカルボン酸二無水物が、式(C1)で表されるテトラカルボン酸二無水物を含む、請求項1に記載の方法。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
    〔式中、Bは、式(X-1)~(X-12)からなる群から選ばれる4価の基を表す。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
    (式中、複数のRは、互いに独立して、水素原子またはメチル基を表し、*は結合手を表す。)〕
  3. 前記含フッ素芳香族ジアミンが、式(A1)で表されるジアミンを含む、請求項1または請求項2に記載の方法。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
    (式中、Bは、式(Y-1)~(Y-34)からなる群から選ばれる2価の基を表す。)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000008
    (式中、*は結合手を表す。)
  4. 前記ポリイミドが、式(2)で表されるモノマー単位を含む、請求項1に記載の方法。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000009
  5. 前記ポリイミドと前記二酸化ケイ素粒子の質量比が、7:3~3:7である、請求項1乃至請求項4のうちいずれか一項に記載の方法。
  6. 前記平均粒子径が、60nm以下である、請求項1乃至請求項5のうちいずれか一項に記載の方法。
  7. 請求項1乃至請求項6のうちいずれか一項に記載の方法により製造された樹脂薄膜。
  8. 脂環式テトラカルボン酸二無水物を含むテトラカルボン酸二無水物成分と含フッ素芳香族ジアミンを含むジアミン成分とを反応させて得られるポリアミック酸をイミド化して得られるポリイミド、
    窒素吸着法により測定された比表面積値から算出される平均粒子径が100nm以下である二酸化ケイ素粒子、及び
    有機溶媒
    を含む樹脂薄膜形成用組成物。
  9. 前記脂環式テトラカルボン酸二無水物が、式(C1)で表されるテトラカルボン酸二無水物を含む、請求項8に記載の樹脂薄膜形成用組成物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000010
    〔式中、Bは、式(X-1)~(X-12)からなる群から選ばれる4価の基を表す。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000011
    (式中、複数のRは、互いに独立して、水素原子またはメチル基を表し、*は結合手を表す。)〕
  10. 前記含フッ素芳香族ジアミンが、式(A1)で表されるジアミンを含む、請求項8または請求項9に記載の樹脂薄膜形成用組成物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000012
    (式中、Bは、式(Y-1)~(Y-34)からなる群から選ばれる2価の基を表す。)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000013
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000014
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000015
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000016
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000017
    (式中、*は結合手を表す。)
  11. 前記ポリイミドが、式(2)で表されるモノマー単位を含む、請求項8に記載の樹脂薄膜形成用組成物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000018
  12. 前記ポリイミドと前記二酸化ケイ素粒子の質量比が、7:3~3:7である、請求項8乃至請求項11のうちいずれか一項に記載の樹脂薄膜形成用組成物。
  13. 前記平均粒子径が、60nm以下である、請求項8乃至請求項12のうちいずれか一項に記載の樹脂薄膜形成用組成物。
  14. 樹脂薄膜のリタデーションを低減する方法であって、
    脂環式テトラカルボン酸二無水物を含むテトラカルボン酸二無水物成分と含フッ素芳香族ジアミンを含むジアミン成分とを反応させて得られるポリアミック酸をイミド化して得られるポリイミド、
    窒素吸着法により測定された比表面積値から算出される平均粒子径が100nm以下である二酸化ケイ素粒子、及び
    有機溶媒
    を含む樹脂薄膜形成用組成物を用いて樹脂薄膜を形成することを特徴とする方法。
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