WO2019026806A1 - ポリイミドワニス及びその製造方法 - Google Patents

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varnish
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加藤 聡
俊明 長澤
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旭化成株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a polyimide varnish and a method for producing the same.
  • a foldable device such as a flexible display device (also referred to as “flexible display”), an organic EL light emitting device “organic EL illumination”.
  • curved devices such as organic EL displays are under consideration.
  • a bendable device and a device having a curved surface using a bendable film instead of a hard substrate has been considered as a substrate for forming a surface protective layer, a color filter, a touch panel, a TFT, and the like.
  • touch panel materials such as transparent electrode films, it has been studied to use a resin film as a glass substitute as a substrate from the viewpoint of weight reduction, thin film formation and flexibility.
  • PET film polyethylene terephthalate film
  • PEN film polyethylene naphthalate film
  • COP film cycloolefin film
  • polyimide resins generally have excellent heat-resistant oxidation resistance, heat-resistance characteristics, heat-resistance radiation resistance, low-temperature resistance, chemical resistance, etc. Adoption is also being considered.
  • An optical device that is required to be repeatedly bent for example, a film used for a flexible display device, is required not only to be bendable but also to be excellent in optical characteristics and excellent in bending resistance with respect to a plurality of bendings.
  • the above-mentioned PET film, PEN film and COP film have the disadvantage of being inferior in bending resistance, and thus are difficult to use as a substrate for such flexible optical devices.
  • Patent Document 2 uses at least one selected from six metal elements of sodium, magnesium, potassium, iron, nickel and copper more than 0 ppm.
  • the polyimide film contained 100 ppm or less is described.
  • Patent document 3 similarly makes chromium less than 10 ppm in order to improve the adhesiveness of a polyimide film.
  • the polyimide films described in Patent Document 2 and Patent Document 3 have low light transmittance because they use a monomer having a rigid skeleton, and it is difficult to use as a substrate of a colorless and transparent flexible optical device.
  • one of the objects of the present invention is to provide a polyimide film having high transparency and improved bending resistance against multiple bending, and a varnish capable of providing the same.
  • the inventors of the present invention have conducted intensive studies to solve the above problems, and as a result, it is a varnish containing a polyimide or a polyimide precursor, and at least one selected from metal elements belonging to a specific typical metal element or transition metal element. It has been found that the above-mentioned problems can be solved by using a varnish containing a specific amount of C. to complete the present invention. That is, the present invention is as follows.
  • a varnish comprising a polymer ( ⁇ ) and a solvent ( ⁇ ),
  • the polymer ( ⁇ ) is a polyimide or a polyimide precursor
  • the varnish contains at least one metal element belonging to a typical metal element having an atomic weight of 26 or more and 201 or less, or a transition metal element having an atomic weight of 26 or more and 201 or less, excluding alkali metals and alkaline earth metals; At least one of the metal elements contained in the varnish is present in an amount of 0.05 to 500 ppm based on the polymer ( ⁇ ).
  • the varnish has an item 1 transmittance of 60% or more of light having a wavelength of 450 nm measured at an optical path length of 10 mm when the concentration of the polymer ( ⁇ ) in the solvent ( ⁇ ) is adjusted to 20 mass%.
  • the varnish described in. [3] The varnish according to item 1 or 2, wherein the metal element includes at least one selected from the group consisting of Zn, Zr, Cu, Cr, Mn, Co, Pd, Ni, Rh, Al, and Fe. [4] The varnish according to any one of Items 1 to 3, wherein at least one of the metal elements contained in the varnish is present in an amount of 0.05 to 100 ppm with respect to the polymer ( ⁇ ). [5] Item 3. The varnish according to item 3, wherein the metal element comprises Zn.
  • the solvent ( ⁇ ) is ⁇ -butyrolactone.
  • the varnish according to item 14, wherein the metal element comprises Cu.
  • the varnish according to item 1 wherein the total amount of the metal element contained in the varnish is 0.05 to 500 ppm with respect to the polymer ( ⁇ ).
  • the flexible display device further comprises a light source, 20.
  • the flexible display device according to Item 20 wherein the polyimide film is disposed at a position where light from the light source passes through the polyimide film and is output to the outside of the flexible device.
  • a flexible display device comprising a polyimide layer comprising a polymer ( ⁇ ),
  • the polyimide layer contains at least one metal element belonging to a typical metal element having an atomic weight of 26 to 201, or a transition metal element having an atomic weight of 26 to 201, excluding alkali metals and alkaline earth metals.
  • a flexible display device wherein at least one of the metal elements contained in the polyimide layer is present at 0.05 to 500 ppm with respect to the polymer ( ⁇ ).
  • the flexible display device wherein the metal element includes at least one selected from the group consisting of Zn, Zr, Cu, Cr, Mn, Co, Pd, Ni, Rh, Al, and Fe. [25] 25.
  • the above metal element contains Fe, 25.
  • the flexible display device according to item 24, wherein 50 to 500 ppm of Fe is present with respect to the polymer ( ⁇ ).
  • a total amount of the metal element contained in the polyimide layer is 0.05 to 500 ppm with respect to the polymer ( ⁇ ).
  • the flexible display device further comprises a light source, 27.
  • a method for producing a polyimide varnish comprising (A) dissolving a diamine and an acid dianhydride in a solvent to form a polyimide precursor; (B) heating the polyimide precursor in the solvent to form a polyimide; Polyimide in which at least one metal element selected from the group consisting of Zn, Zr, Cu, Cr, Mn, Co, Pd, Ni, Rh, Al, and Fe is present in the above solvent in the step (b) Method of producing varnish [30] The method for producing a polyimide varnish according to Item 29, wherein the metal element contains Cu.
  • a polyimide film having high transparency and improved bending resistance to multiple bending, and a varnish capable of providing the same are provided.
  • the above description should not be taken as disclosing all the embodiments of the present invention and all the advantages relating to the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic view showing an example of a bending test in the present specification.
  • FIG. 2 is a schematic view for explaining the state of the film after the bending test.
  • the present embodiment an embodiment of the present invention (hereinafter, referred to as "the present embodiment") will be described in detail.
  • the present invention is not limited to the following embodiments, and can be variously modified and implemented within the scope of the invention.
  • the upper limit value and the lower limit value of each numerical range can be arbitrarily combined.
  • the varnish of the present embodiment contains a polymer ( ⁇ ) and a solvent ( ⁇ ).
  • the varnish is at least one selected from the group consisting of a typical metal element having an atomic weight of 26 or more and 201 or less, or a transition metal element having an atomic weight of 26 or more and 201 or less, excluding alkali metals and alkaline earth metals
  • the present specification further includes “a trace metal element”). At least one of trace metal elements contained in the varnish is present in an amount of 0.05 to 500 ppm based on the polymer ( ⁇ ).
  • the varnish of the present embodiment improves the polymerization reactivity of the polyimide or polyimide precursor which is the polymer ( ⁇ ) by containing a trace metal element, and the molecular weight of the polymer ( ⁇ ) in the varnish Can increase the molecular weight of the polymer (.alpha.)
  • the varnish of the present embodiment improves the polymerization reactivity of the polyimide or polyimide precursor which is the polymer ( ⁇ ) by containing a trace metal element
  • the molecular weight of the polymer ( ⁇ ) in the varnish Can increase the molecular weight of the polymer (.alpha.)
  • the varnish of the present embodiment improves the polymerization reactivity of the polyimide or polyimide precursor which is the polymer ( ⁇ ) by containing a trace metal element
  • the molecular weight of the polymer ( ⁇ ) in the varnish Can increase the molecular weight of the polymer (.alpha.)
  • the alkali metal and the alkaline earth metal have the outermost shell electrons in the s
  • the trace metal element is zinc (Zn), zirconium (Zr), copper (Cu), chromium (Cr), manganese (Mn), cobalt (Co), palladium (Pd), among typical metal elements or transition metal elements. It is preferable to include at least one selected from the group consisting of nickel (Ni), rhodium (Rh), aluminum (Al), and iron (Fe).
  • the trace metal element preferably comprises zinc, more preferably comprises zinc and copper, still more preferably comprises zinc, copper and iron, still more preferably comprises zinc, copper, iron and zirconium, most preferably zinc , Copper, iron, zirconium and chromium.
  • At least one of trace metal elements contained in the varnish is preferably 0.05 ppm or more, more preferably 0.1 ppm or more, still more preferably 0.5 ppm or more, still more preferably, relative to the polymer ( ⁇ ). It is 1.0 ppm or more, more preferably 4.0 ppm or more. At least one of trace metal elements contained in the varnish is preferably 500 ppm or less, more preferably 400 ppm or less, more preferably 300 ppm or less, more preferably 200 ppm or less, more preferably, relative to the polymer ( ⁇ ). It may be 100 ppm or less, 90 ppm or less, 80 ppm or less, 70 ppm or less, or 60 ppm or less.
  • the total amount of trace metal elements contained in the varnish is preferably 0.05 to 500 ppm relative to the polymer ( ⁇ ) from the viewpoint of film transparency.
  • the content of the trace metal element is high, the polyimide is likely to be colored.
  • the action mechanism of the trace metal element is unknown, it is presumed that absorption of visible light occurs and coloring becomes easy because polyimide forms an aggregate or complex by interaction with the metal element. It is presumed that the coloring by the metal oxide also causes coloring when it is made into a polyimide film.
  • the lower limit of the amount of copper to the polymer ( ⁇ ) is preferably 0.05 ppm or more, more preferably 0.1 ppm or more, still more preferably 1 ppm or more, and the upper limit is preferably 100 ppm.
  • the content is preferably 90 ppm or less, more preferably 50 ppm or less.
  • the trace metal element contains at least one selected from the group consisting of manganese, cobalt, palladium, nickel, rhodium, and aluminum
  • at least one of the contained metal elements is preferably used relative to the polymer ( ⁇ ). Is 0.05 ppm or more, more preferably 0.07 ppm or more, still more preferably 0.1 ppm or more, preferably 500 ppm or less, more preferably 100 ppm or less.
  • the lower limit of the amount of iron to the polymer ( ⁇ ) is preferably 0.05 ppm or more, more preferably 50 ppm or more, and the upper limit is preferably 500 ppm or less, more preferably 100 ppm or less is there.
  • the content of iron is in the range of 50 ppm to 100 ppm, it is preferable because both the bending resistance and the transparency of the film can be achieved.
  • iron has the property of easily interacting with oxygen, the interaction between iron dissolved in the solvent and iron reduces the electronic interaction between iron and organic molecules, which promotes the polymerization reaction, such as Zn, Cu, etc. It is estimated to be lower than Therefore, in order to sufficiently promote the polymerization reaction without complicated processes such as degassing of the solvent, the addition of 50 ppm or more is preferable.
  • the lower limit of the amount of zirconium to the polymer ( ⁇ ) is preferably 0.05 ppm or more, more preferably 0.07 ppm or more, still more preferably 0.1 ppm or more, and the upper limit is preferably Is 100 ppm or less, more preferably 90 ppm or less, and still more preferably 50 ppm or less.
  • the lower limit of the amount of zinc to the polymer ( ⁇ ) is preferably 0.05 ppm or more, more preferably 0.1 ppm or more, still more preferably 0.2 ppm or more, and the upper limit is preferably Is 150 ppm or less, more preferably 120 ppm or less, and still more preferably 100 ppm or less.
  • the lower limit of the amount of chromium to the polymer ( ⁇ ) is preferably 0.05 ppm or more, more preferably 1.0 ppm or more, still more preferably 2.0 ppm or more, and the upper limit is preferably Is 150 ppm or less, more preferably 120 ppm or less, and still more preferably 100 ppm or less.
  • the varnish of the present embodiment may further contain 0.05 to 100 ppm of a nonmetallic element (also referred to as “minor nonmetallic element” in the present specification) with respect to the polymer ( ⁇ ) in addition to the above trace metal element preferable.
  • the trace nonmetallic element is preferably, for example, phosphorus (P) and / or silicon (Si).
  • the lower limit of the content of the trace nonmetallic element to the polymer ( ⁇ ) is more preferably 0.1 ppm or more, still more preferably 1.0 ppm or more, and the upper limit is more preferably 100 ppm or less, still more preferably 50 ppm or less .
  • the mechanism of action of phosphorus and / or silicon is unknown, it is presumed that phosphorus and / or silicon can interact with the above-mentioned trace metal elements to further enhance the polymerization promoting ability of the trace metal elements.
  • the varnish of this embodiment has a transmittance of 45% or more, preferably 50% or more, of light having a wavelength of 450 nm measured at an optical path length of 10 mm when the solid content concentration in the solvent is adjusted to 20% by mass. It is preferably 55% or more, more preferably 60% or more, still more preferably 70% or more, and still more preferably 80% or more.
  • the upper limit of the transmittance of light having a wavelength of 450 nm is not particularly limited, but may be less than 100%, may be 99% or less, may be 98% or less, or 95% or less. It may be 90% or less.
  • the transmittance of light with a wavelength of 400 nm measured at an optical path length of 10 mm is 5% or more, preferably 10% or more More preferably, it is 20% or more, more preferably 30% or more, still more preferably 40% or more, and still more preferably 50% or more.
  • the upper limit of the transmittance of light having a wavelength of 400 nm is not particularly limited, but may be less than 100%, may be 90% or less, may be 80% or less, or 70% or less. Good.
  • the varnish of the present embodiment can be suitably used as a film substrate of a flexible optical device by having the above configuration in addition to having the improved bending resistance against multiple bending.
  • the method of adjusting the light transmittance to the above range is not limited, but the type of solvent contained in the varnish, the type and content of diamine and acid dianhydride monomer units constituting the polyimide or polyimide precursor, polyimide or It can adjust by changing the molecular weight of a polyimide precursor, the kind and content rate of arbitrary additives, etc.
  • the polyimide represented by the formula (1) described below it becomes easier to adjust the light transmittance to the above range.
  • the solvent ( ⁇ ) is not particularly limited.
  • a polar solvent is useful as the solvent, and examples of the polar solvent include phenol solvents, amide solvents, lactone solvents, sulfoxide solvents, ketone solvents, and ester solvents. Examples of phenol solvents include m-cresol.
  • Examples of the amide solvent include N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), N, N-dimethylformamide (DMF), and N, N-dimethylacetamide (DMAc).
  • lactone solvents examples include ⁇ -butyrolactone (GBL), ⁇ -valerolactone, ⁇ -caprolactone, ⁇ -crotonolactone, ⁇ -hexanolactone, ⁇ -methyl- ⁇ -butyrolactone, ⁇ -valerolactone, ⁇ And -acetyl- ⁇ -butyrolactone and ⁇ -hexanolactone.
  • sulfoxide solvents include N, N-dimethyl sulfoxide (DMSO).
  • ketone solvents include acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, and cyclohexanone.
  • ester solvents include methyl acetate, ethyl acetate, butyl acetate, and dimethyl carbonate.
  • NMP and GBL are preferable from the viewpoint of solubility. From the viewpoint of further reducing the degree of yellowness (YI) of the film, GBL is more preferable.
  • the polymer ( ⁇ ) contained in the varnish is a polyimide or a polyimide precursor.
  • the lower limit of the molar ratio of diamine to acid dianhydride contained as a polymer unit in the polyimide or polyimide precursor is preferably 0.95 or more, more preferably 0.96 or more, still more preferably 0.965 or more, still more preferably Is 0.97 or more, and the upper limit is less than 1.00, more preferably less than 0.995, still more preferably less than 0.993, and still more preferably less than 0.99.
  • the varnish of this embodiment is any of polyimide varnish (that is, at least a part of the polymer ( ⁇ ) is polyimide) or polyimide precursor varnish (that is, the polymer ( ⁇ ) is a polyimide precursor). Good.
  • a polyimide varnish is preferable from the viewpoint of the strength of the intermediate film (film in a state without surface tackiness after rough drying) when processing from a varnish to a roll film. When it is a polyimide varnish, the intermediate film at the time of processing into a roll film is strong at breakage and easy to apply to a roll film processing process.
  • the varnish according to the present embodiment preferably contains, as the polymer ( ⁇ ), a polyimide represented by the following formula (1), or a precursor of the polyimide.
  • A is a divalent organic group
  • B is a tetravalent organic group
  • n is 2 or more.
  • a in formula (1) The polyimide contained in the polyimide varnish can produce an acid dianhydride and a diamine as a raw material.
  • a of Formula (1) can be obtained from a diamine.
  • a structure represented by the following formula (A-1), the following formula (A-2), the following formula (A-3), and the following formula (A) It is preferable to include at least one of the structures represented by -4).
  • X is a divalent organic group selected from the following formulas (X-1) to (X-3).
  • a is 0 or 1.
  • the structure represented by the formula (A-1) is derived from 3,3′-diaminodiphenyl sulfone (hereinafter, also referred to as 3,3′-DDS), a formula (A-2),
  • the structure (corresponding to the formula (A-5)) represented by a combination of (X-1) and (X-1) is 4,4'-diaminodiphenyl sulfone (4,4'-Diaminodiphenyl Sulfone: hereinafter, 4,4'-
  • the structure represented by a combination of the formula (A-2) and the (X-2), which is also referred to as DDS), is ⁇ , ⁇ '-bis (4-aminophenyl) -1,4-diisopropylbenzene (hereinafter referred to as
  • the structure derived from BAPDB), which is represented by combining Formula (A-2) and (X-3), is derived from 4,4′-bis (4-aminophenoxybiphenyl) (herein
  • Formula (A-6) of the combination of Formula (A-2) and (X-2) is shown below.
  • Formula (A-7) of the combination of Formula (A-2) and (X-3) is shown below.
  • the polyimide varnish in the present embodiment contains a structure (derived from 3,3′-diaminodiphenyl sulfone) represented by the formula (A-1) as an essential repeating unit as A of the formula (1), and further, As a repeating unit to be combined with the structure of A-1), any one or more of the structures represented by Formula (A-2), Formula (A-3), and Formula (A-4) are included It is preferable to contain a polyimide.
  • the polyimide contained in the polyimide varnish in the present embodiment has a low yellow index (hereinafter also referred to as “YI”) by including the above-described repeating unit, and is also referred to as retardation (hereinafter referred to as “Rth”).
  • YI yellow index
  • Rth retardation
  • the coloring of the polyimide is said to be derived from the formation of a charge transfer complex (Charge Transfer complex, hereinafter also referred to as “CT complex”) in the polyimide molecule and between molecules.
  • CT complex Charge Transfer complex
  • All of the structures represented by Formula (A-1) to Formula (A-4) are considered to inhibit the formation of a CT complex between polyimide molecules due to the bending of the main chain.
  • the structures represented by the formulas (A-1) and (A-5) can weaken the electron donating property of the N atom of the imide group by the electron withdrawing property of the SO 2 group, and a CT complex is formed. It is considered to be difficult to do, and is particularly preferred.
  • the absorption of visible light possessed by aromatic polyimide also causes coloring of the polyimide.
  • the alicyclic structures of the formulas (A-3) and (A-4) are considered to be capable of reducing absorption of visible light as compared to aromatic polyimides because they have a small amount of conjugated ⁇ electrons.
  • the solubility of the polyimide is considered to be improved as the polyimide orientation is lower.
  • the structures represented by the formulas (A-1) to (A-4) are all considered to exhibit excellent solubility because the orientation of the polyimide molecules is lowered due to the bending of the main chain. Above all, in the structure represented by the formula (A-1), the orientation of the polyimide molecule is significantly reduced due to the coexistence of the bent structure of the SO 2 group and the bond of the 3-position and the 3-position. , It is considered to exhibit excellent solubility.
  • the polyimide contained in the polyimide film in this embodiment has a structure represented by Formula (A-1), A (A-2), and Formula (A-3) as A of Formula (1). And at least one of the structures represented by formula (A-4).
  • the molecular weight of the polyimide is increased by copolymerizing the structure represented by the formula (A-1) and the structure represented by the formula (A-5), and the bending resistance of a film produced using this polyimide Can be improved.
  • at least one or more selected from the structures represented by Formula (A-2), (A-3) and (A-4) at least having a structure represented by Formula (A-1) The same effect is exhibited for the polyimide having the structure of
  • the structural unit represented by formula (A-1) can be obtained from the 3,3'-DDS component as described above.
  • the structure represented by the formula (A-1) is a site for expressing solubility in a solvent.
  • the structural unit represented by Formula (A-5) can be obtained from 4,4'-DDS.
  • the structure represented by the formula (A-5) has a glass transition temperature (Tg) in the range of 250 to 350 ° C. in a polyimide film obtained by heating and drying a varnish obtained by dissolving the polyimide of this embodiment in a solvent. It can be expressed.
  • the structural unit represented by the formula (A-1) is preferably introduced from the viewpoint of the solubility of the polyimide.
  • the structural unit represented by the formula (A-5) is preferable from the viewpoint of high glass transition temperature (Tg).
  • Tg glass transition temperature
  • the structure represented by the general formula (A-1) and the general formula (A-5) have a structure in which the SO 2 group is bent and since they are sp 2 orbitals, the bent structure is immobilized. It is done. Therefore, as described above, the orientation of the polyimide molecules is lowered, and the structure represented by the general formula (A-1) and the general formula (A-5) are included even when a varnish is applied to form a film. It is considered that the aromatic groups do not line up in one direction and exist randomly.
  • the composition ratio of the structure of Formula (A-1) to the structures of Formulas (A-2) to (A-4) ((A-1) / (A-2) to (A-4) It is preferable that the molar ratio is 2/8 to 8/2 from the viewpoint of being able to further improve the bending resistance of the polyimide film.
  • the composition ratio of the structure of formula (A-1) to the structure of formula (A-5) ((A The molar ratio -1) / (A-5)) is preferably in the range of 2/8 to 6/4, and more preferably in the range of 3/7 to 4/6.
  • the formula (A-1) is 20 mol% or more and 60% or less, when the total amount of A in the formula (1) is 100 mol%.
  • Formula (A-5) is preferably 40 mol% or more and 80% mol% or less, when the total amount of A in the formula (1) is 100 mol%.
  • polyimide is at least one of the structure of formula (A-1) and the structure of formula (A-2) * 1 to formula (A-4) (* 1: except for formula (A-5))
  • the composition ratio ((A-1) / (A-2) * 1 to (A-4)) (* 1: except for the formula (A-5)) is a molar ratio, 5/5 to 8/2 is preferable.
  • the molecular weight of the polyimide decreases and the bending resistance of the film decreases.
  • it is an isomer derived from the 4,4'-DDS component, and is derived from the 3,3'-DDS component (having a structure in which the monomer skeleton is bent as seen from the 4,4'-DDS component) (A-1), and at this time, the molecular weight is preferably reduced by adding an amount derived from the 3,3'-DDS component smaller than that derived from the 4,4'-DDS component. While being enhanced, flex resistance can be improved.
  • Formula (A-1) and Formula (A-5) can be further preferably provided that the target glass transition temperature (Tg) can be developed within a range where the target elongation at break can be developed.
  • Tg target glass transition temperature
  • a small amount of structural units other than the structural unit represented by) can be included. That is, the polyimide which concerns on this embodiment may also contain the structural unit derived from diamine components other than 4,4'-DDS and 3,3'-DDS in the range which does not impair the performance. For example, aromatic diamines having 6 to 30 carbon atoms are mentioned as a preferred embodiment.
  • TFMB 2,2'-bis (trifluoromethyl) benzidine
  • 1,4-diaminobenzene 1,4-diaminobenzene
  • 4-aminobenzenesulfonic acid-4-aminophenyl ester 4-aminobenzenesulfonic acid-3- Aminophenyl ester, 3-aminobenzenesulfonic acid-3-aminophenyl ester
  • 2-aminobenzenesulfonic acid-2-aminophenyl ester 2,2'-dimethyl 4,4'-diaminobiphenyl, 1,3-diaminobenzene , 4-aminophenyl 4'-aminobenzoate, 4,4'-diaminobenzoate, 4,4'- (or 3,4'-, 3,3'-, 2,4'-) diaminodiphenyl ether, 4,4 '-(Or 3,3'-) diaminodiphenyl sulf
  • 9,9-Bis (4-aminophenyl) fluorene and 9,9-bis (4-aminophenoxyphenyl) fluorene which have a negative intrinsic birefringence of the fluorene skeleton, can be introduced when adjusting Rth it can.
  • TFMB 2,2′-bis (trifluoromethyl) benzidine
  • the structural unit can be obtained from an acid dianhydride.
  • structural units derived from the acid dianhydride component contained in the polyimide may be the same molecule or molecules of different structures.
  • the structural unit represented by B is preferably a structural unit represented by Formula (B-1) to Formula (B-4).
  • B in the formula (1) includes at least one or more of the structures represented by the following formulas (B-1) to (B-4).
  • Y is any one of the structures selected from the following formula (Y-1) to the following formula (Y-3).
  • the structure represented by the combination of Formula (B-1) and (Y-1) is 4,4′-oxydiphthalic acid dianhydride (hereinafter also referred to as ODPA).
  • ODPA 4,4′-oxydiphthalic acid dianhydride
  • a structure represented by combining the formula (B-1) and the formula (Y-2) is derived from 4,4 ′-(hexafluoroisopropylidene) diphthalic acid dianhydride (hereinafter also referred to as 6FDA)
  • the structure represented by combining the formula (B-1) and the formula (Y-3) is derived from 9,9-diphenylfluorenic acid dianhydride (hereinafter also referred to as DPFLDA), a formula (B-2)
  • HPMDA hydroxypyromellitic dianhydride
  • B-3) is bicyclo [2,2,2] octo-7-ene-2 , 3, 5, 6-tetracarboxylic acid
  • DPFLDA can be introduced when adjusting Rth because the fluorene skeleton has negative intrinsic birefringence.
  • the polyimide which concerns on this embodiment contains the structural unit derived from the acid dianhydride component other than the structural unit represented by said formula (B-1) to said formula (B-4) in the range which does not impair the performance. May be.
  • aromatic tetracarboxylic acid dianhydride having 8 to 36 carbon atoms aliphatic tetracarboxylic acid dianhydride having 6 to 50 carbon atoms, and alicyclic tetracarboxylic acid dianhydride having 6 to 36 carbon atoms It is preferable that it is a compound selected from The number of carbons referred to herein includes the number of carbons contained in the carboxyl group.
  • aromatic tetracarboxylic acid dianhydride having 8 to 36 carbon atoms 4, pyromellitic acid dianhydride (hereinafter also referred to as PMDA) 1,2,3,4-benzenetetracarboxylic acid Dianhydride, 3,3 ', 4,4'-bezophenone tetracarboxylic acid dianhydride, 2,2', 3,3'-benzophenonetetracarboxylic acid dianhydride, 3,3 ', 4,4 '-Biphenyltetracarboxylic acid dianhydride (hereinafter referred to as BPDA), 3,3', 4,4'-diphenylsulfonetetracarboxylic acid dianhydride, 2,2 ', 3,3'-biphenyltetracarboxylic acid Acid dianhydride, methylene-4,4'-diphthalic dianhydride, 1,1'-ethylidene-4,4'-diphthal
  • Examples of aliphatic tetracarboxylic acid dianhydrides having 6 to 50 carbon atoms include ethylene tetracarboxylic acid dianhydride, 1,2,3,4-butanetetracarboxylic acid dianhydride, and the like.
  • 1,2,3,4-cyclobutanetetracarboxylic acid dianhydride (hereinafter also referred to as CBDA), cyclopentane tetracarboxylic acid dianhydride, Cyclohexane-1,2,3,4-tetracarboxylic dianhydride, 3,3 ′, 4,4′-bicyclohexyltetracarboxylic dianhydride, carbonyl-4,4′-bis (cyclohexane-1,2 -Dicarboxylic acid) dianhydride, methylene-4,4'-bis (cyclohexane-1,2-dicarboxylic acid) dianhydride, 1,2-ethylene-4,4'-bis (cyclohexane-1,2-dicarboxylic acid) Acid) dianhydride, 1,1'-ethylidene-4,4'-bis (cyclohexane-1,
  • the formula (Y-1) and the formula (Y-2) are from the viewpoint of the solubility of the polyimide in the solvent and the reduction of YI and retardation (Rth) when converted to a polyimide film. preferable.
  • Formula (Y-3) has negative intrinsic birefringence, it is preferable from the viewpoint of reduction of YI and retardation (Rth) when forming a polyimide film, and improvement of glass transition temperature (Tg).
  • Formulas (B-2) to (B-4) are preferable from the viewpoint of the solubility of the polyimide in the solvent and the reduction in YI when used as a polyimide film.
  • B in the formula (1) is a component derived from ODPA It is particularly preferable to include a structure represented by a certain following formula (B-5).
  • the formula (B-5) is preferably 50 mol% or more with respect to the entire acid dianhydride, and 80 mol % Or more is more preferable, and 100 mol% may be sufficient.
  • the polyimide which concerns on this embodiment mainly includes the unit 1 represented by following formula (2), and the unit 2 represented by following formula (3).
  • the content of the unit other than the unit 1 and the unit 2 is preferably smaller than the content of the unit 1 and the unit 2.
  • These units may be linked alternately or in sequence in the polymer chain, and these units may be linked randomly.
  • the weight average molecular weight (Mw) of the polyimide is preferably 10,000 or more, more preferably 25,000 or more, and 30,000 or more, from the viewpoint of obtaining high breaking elongation and low Rth in the polyimide film. Is particularly preferred.
  • the weight average molecular weight (Mw) of the polyimide is preferably 1,000,000 or less, more preferably 500,000 or less, and particularly preferably 250,000 or less. When the weight average molecular weight is 1,000,000 or less, the solubility in a solvent is also good, and it can be coated without bleeding at a desired film thickness when processing such as coating, and obtain a low Rth film Can.
  • the weight average molecular weight is preferably 30,000 or more.
  • the weight average molecular weight refers to a molecular weight measured by gel permeation chromatography (hereinafter also referred to as "GPC") using polystyrene of a known number average molecular weight as a standard.
  • the polyimide represented by the said Formula (1) is proved also in the below-mentioned experiment that it is excellent in the solubility with respect to a solvent. Therefore, by using the polyimide represented by Formula (1), the varnish provided with the desired characteristic can be obtained by a simple process. According to the polyimide varnish of this embodiment, since the polyimide is appropriately dissolved, when the varnish is applied on the coated surface, a gel-like substance is not generated, and a film excellent in smoothness can be formed. Therefore, a resin layer having a uniform thickness can be formed, and high bending resistance can be obtained.
  • the manufacturing method of the polyimide varnish of this embodiment is: (a) dissolving a diamine and an acid dianhydride in a solvent to form a polyimide precursor; (b) heating the polyimide precursor And producing a polyimide.
  • the polyimide varnish is prepared, for example, by dissolving (a) an acid dianhydride component and a diamine component in a solvent such as an organic solvent to form a polyimide precursor, (b) an azeotrope such as toluene A solvent is added, and the polyimide precursor is heated to form a polyimide while removing water generated during imidization out of the system, thereby producing a polyimide solution containing a polyimide and a solvent.
  • a solvent such as an organic solvent
  • an azeotrope such as toluene A solvent
  • the method and timing of adding the trace metal element and any nonmetal trace element are not limited.
  • the trace metal element and the trace non-metal element may be added together with the raw material used for producing the polyimide varnish, such as a solvent, a diamine, and / or an acid dianhydride.
  • trace metal elements and trace non-metal elements may be added separately from the raw materials used for producing the polyimide varnish.
  • trace metal elements and trace non-metal elements are added before step (a), during step (a), after step (a) and before step (b), step (b) And / or after step (b).
  • trace metals and trace non-metals are present in the solvent.
  • trace metal elements and trace non-metal elements are present in the solvent during step (b) by adding them to the solvent with the diamine in step (a).
  • the presence of a trace metal element in the solvent in the step (b) enhances the reactivity between the diamine and the acid dianhydride, and increases the molecular weight of the polyimide, thereby causing bending to multiple bending. It is believed that resistance is improved.
  • the addition amounts of the trace metal element and the trace nonmetal element are adjusted so that the amounts of these elements with respect to the polymer ( ⁇ ) become the amounts described in the above-mentioned column of “Varnish”.
  • the conditions at the time of the reaction of step (b) are not particularly limited.
  • the reaction temperature may be 0 ° C. to 250 ° C., and the reaction time may be 3 to 72 hours. It is preferable to carry out a heating reaction at 180 to 200 ° C. for about 12 hours in order to sufficiently proceed the reaction with the sulfone group-containing diamine.
  • the solvent (reaction solvent) at the time of polymerizing the polyimide can be used as it is.
  • the reaction solvent is not particularly limited as long as it dissolves the polyimide.
  • a polar solvent is useful as the reaction solvent, and examples of the polar solvent include phenol solvents, amide solvents, lactone solvents, sulfoxide solvents, ketone solvents, and ester solvents. Examples of phenol solvents include m-cresol.
  • the amide solvent include N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), N, N-dimethylformamide (DMF), and N, N-dimethylacetamide (DMAc).
  • lactone solvents examples include ⁇ -butyrolactone (GBL), ⁇ -valerolactone, ⁇ -caprolactone, ⁇ -crotonolactone, ⁇ -hexanolactone, ⁇ -methyl- ⁇ -butyrolactone, ⁇ -valerolactone, ⁇ And -acetyl- ⁇ -butyrolactone and ⁇ -hexanolactone.
  • sulfoxide solvents include N, N-dimethyl sulfoxide (DMSO).
  • ketone solvents include acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, and cyclohexanone.
  • ester solvents include methyl acetate, ethyl acetate, butyl acetate, and dimethyl carbonate.
  • NMP and GBL are preferable from the viewpoint of solubility.
  • GBL is more preferable from the viewpoint of further reducing the YI of the film.
  • the varnish in the present embodiment may contain an additive as appropriate.
  • the additive include substances exhibiting a negative birefringence, for example, inorganic particles such as strontium carbonate; and organic compounds such as polystyrene, polyvinyl naphthalene, polymethyl methacrylate, cellulose triacetate, and fluorene derivatives.
  • Additives include, for example, leveling agents for improving the coatability of varnishes, dispersants, and surfactants; surfactants for adjusting the releasability and adhesion of the film from the support, And adhesion promoters; and flame retardants for imparting flame retardancy to films.
  • additives for example, antioxidants, ultraviolet light inhibitors, light stabilizers, plasticizers, waxes, fillers, pigments, dyes, foaming agents, antifoaming agents, dehydrating agents, antistatic agents, antibacterial agents And fungicides, crosslinking agents, heat stabilizers, imidization agents, and the like.
  • a single additive may be used as a plurality of uses, such as a phosphoric acid ester compound having a plasticizing effect and a flame retardant effect, the use is not limited, but the structure of the compound is For example, phosphite compounds, phenol compounds, thioether compounds, hydrazine compounds, amide compounds, benzotriazol compounds, triazine compounds, isocyanuric acid compounds, hindered amine compounds, hindered phenol compounds, hindered phenol compounds, phosphate esters There may be mentioned, for example, based compounds, phosphazene based compounds, urethane based compounds, acrylic based compounds, methacrylic based compounds, epoxy based compounds and isocyanate based compounds.
  • the additive added to the polyimide varnish may be contained in the polyimide film as it is.
  • the polyimide film of the present embodiment is obtained from the varnish of the present embodiment described above.
  • the polyimide film of the present embodiment may be a polyimide film containing polyimide as a main component.
  • the structure of the polyimide corresponds to the structure of the polyimide described above in the section "Varnish".
  • the phrase "containing polyimide as a main component" means that the film contains 50% by mass or more of the polyimide based on the total mass of the film.
  • the polyimide film preferably contains 60% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, still more preferably 80% by mass or more, still more preferably 90% by mass or more, based on the total mass of the film, particularly preferably Composed of a polyimide film.
  • the polyimide film according to the present embodiment may be, for example, a polyimide film formed on the surface of a support, or may be a supportive film (supporting film) even without a support.
  • the polyimide film of the present embodiment is preferably a supportable film (a free standing film) even without a support, from the viewpoint of maintaining the strength as a film substrate.
  • a supportable film means a film having a breaking elongation of 5% or more.
  • a film having a support corresponds to a supportable film when the polyimide film from which the support is peeled has a breaking elongation of 5% or more.
  • the measuring method of breaking elongation can use the method as described in (evaluation of breaking elongation, breaking strength).
  • the polyimide film of the present embodiment can be used as a substitute for glass similarly to the PET film and the COP film, and is excellent in bending resistance. Therefore, for example, a foldable display or a display following a curved surface is used as the present embodiment. Even when using the polyimide film of the present invention, the film is less likely to be damaged and the usability is good.
  • the polyimide film of the present embodiment does not break when bent 100,000 times under the conditions of a bending radius of 2 mm, a bending angle of 135 °, and a load of 0.625 kg / m 2 , and a bending mark can not be visually confirmed.
  • the polyimide film of this embodiment has this configuration, it can be more suitably used as a substrate of a flexible optical device.
  • Such bending resistance can be tested by any method as long as the above conditions can be realized, and can be performed, for example, as shown in FIG.
  • the size of the film (1) to be tested can be 10 to 20 mm in width, 110 mm in length, and 5 to 20 ⁇ m in thickness.
  • the film (1) to be tested is held by a chuck (4) attached to a plunger (3) disposed at the top of the turntable (2), and the turntable (2) Drop down through the center of the The film (1) is clamped with two clamps (5) so that the two clamps (5) attached to the turntable (2) contact the film (1) at the rotation center of the turntable (2).
  • the tip of the clamp is a curved surface with a radius of 2 mm, which allows the film (1) to be bent with a bending radius of 2 mm.
  • a weight can be set at the tip of the plunger (3), and a load of 1.25 kg / m 2 can be applied to the film (1) by changing the weight of the weight.
  • the rotating table (2) can rotate repeatedly by switching left rotation and right rotation. With the position of the lower end of the film in the start state as the start point (0 °), turn the turntable (2) to the left (or right). With the rotation of the turntable (2), the lower end of the film is held upward by the clamp (5), and the film (1) bends while abutting on the clamp (5).
  • the rotation direction of the rotating table (2) is switched to the opposite direction.
  • the film (1) passes the start point and the bending angle (6) reaches 135 ° again in the opposite direction, the direction of rotation of the rotating table (2) is switched again.
  • the film (1) starts from the starting point, 135 ° to the right (or left), 135 ° to the starting point, 135 ° to the left (or right), and returns to the starting point again with one bending Do.
  • FIG. 2 is a schematic view for explaining the state of the film after the bending test.
  • the polyimide film of the present embodiment does not break even if the bending as described above is repeated 100,000 times, as illustrated in FIG. 2A, the bending mark can not be visually confirmed.
  • the haze of the bent portion of the film is preferably 5.0 or less, more preferably 3.0 or less, and more preferably 1.0 or less.
  • FIG. 2 (b) shows an example of a conventional polyimide film which has broken when bent about 29,000 times.
  • FIG. 2 (c) shows an example of a PET film in which a bending mark could be visually confirmed after being bent about 1,000 times.
  • the degree of yellowness (YI) of the polyimide film according to this embodiment is preferably 5.0 or less, more preferably 4.5 or less, and still more preferably 4.0 or less.
  • the film thickness of the polyimide film is preferably in the range of 0.1 ⁇ m to 30 ⁇ m, and more preferably in the range of 1 ⁇ m to 20 ⁇ m.
  • the thickness of the polyimide film is preferably in the range of 1 ⁇ m to 10 ⁇ m, more preferably in the range of 1 ⁇ m to 5 ⁇ m, from the viewpoint of improving bending resistance by thinning the device. It is inside.
  • a film of less than 10 ⁇ m can be produced, for example, by stretching a polyimide film having a thickness of 10 ⁇ m or more.
  • a polyimide varnish is applied on a support, and temporary drying is performed until the polyimide film can have self-supporting properties even when the support is removed.
  • the support it is possible to use the above-mentioned PET film, a polyimide film such as Kapton (registered trademark of Toray DuPont), Upilex (registered trademark of Ube Industries, Ltd.), metal foil and the like.
  • Kapton registered trademark of Toray DuPont
  • Upilex registered trademark of Ube Industries, Ltd.
  • metal foil and the like.
  • the amount of the solvent remaining in the solvent-containing film is preferably 0.1 to 20% by mass from the viewpoint of the self-supportability of the film and the stretchability and processability.
  • the temporary dried film is biaxially stretched while heating to 150 ° C. to 250 ° C. with the support attached or peeled from the support, in the MD and / or TD direction, from 1.5 times It can be produced by stretching 5 times.
  • the stretching may be simultaneous biaxial stretching or sequential biaxial stretching, but from the viewpoint of reducing the Rth of the film, simultaneous biaxial stretching is preferable.
  • the temporary dried film after stretching is then subjected to main drying and dried until the residual solvent is less than 0.1% by mass.
  • the yellowness (YI) can be adjusted to 2.0 or less. As described above, in the present embodiment, a low yellowness can be suppressed, that is, a colorless and transparent polyimide film can be obtained.
  • “colorless and transparent” refers to a state in which the total light transmittance of the film is 80% or more, the haze is 2 or less, and the yellowness (YI) is 5.0 or less. Therefore, the polyimide film of this embodiment can be suitably used for optical applications, such as a touch panel and a display.
  • a touch panel element is produced on at least one of the upper and lower surfaces of the substrate film, and the surface of the substrate film or the surface of the substrate film Even when the opposite side is the viewing surface, the coloring of the screen does not adversely affect the lightness.
  • the retardation (Rth) of the polyimide film of the present embodiment may be preferably 100 nm or less, more preferably 50 nm or less, still more preferably 20 nm or less, in terms of a conversion value of 15 ⁇ m.
  • Rth may be negative but preferably has a value larger than -5 nm.
  • the acid dianhydride and diamine skeleton used for a general high heat resistant polyimide resin have high planarity and high aromatic ring density, and they are coated on a glass substrate and dried. It is generally known that the orientation of the polyimide chain with respect to the two-dimensional plane direction occurs at that time, the refractive index in the in-plane direction and the out-of-plane direction shows anisotropy, and the retardation (Rth) increases.
  • a method of reducing the anisotropy of the refractive index a method of suppressing molecular orientation during drying by introducing a bent structure, and a method of diluting the concentration of an aromatic ring having a large electron density are known.
  • a method of obtaining a colorless and transparent film with small anisotropy by using a polyimide having a bending group such as 4,4'-diaminodiphenyl sulfone introduced as a diamine is also known. ing.
  • the polyimide varnish of this embodiment particularly the polyimide film produced from the polyimide varnish containing the polyimide represented by the above formula (1), has low yellowness and retardation (Rth) and mechanical strength. It can be manufactured as an excellent free standing film. For this reason, the polyimide film of this embodiment can be used with good handleability, for example, as an optical device application such as a touch panel or a display.
  • the retardation (Rth) is 100 nm or less at a conversion value of 15 ⁇ m
  • the polyimide film of the present embodiment when using the polyimide film of the present embodiment as a substrate film of a transparent electrode film, at least one of the upper and lower surfaces of the substrate film Even in the case where a touch panel element is manufactured on the surface to make it a visible surface, it is preferable because it hardly affects the rainbow unevenness of the screen.
  • the structure represented by the general formula (A-1) and the general formula (A-5) have a structure in which an SO 2 group is bent and since they are sp 2 orbitals, the bent structure Is fixed.
  • the structure represented by the general formula (A-1) and the aromatic group contained in the general formula (A-5) are randomly present without being aligned in one direction. That is, when the structure represented by the general formula (A-1) and the general formula (A-5) exist in the polyimide skeleton, it is thought that the difference in refractive index in the in-plane direction and the out-of-plane direction is small and Rth can be reduced Be
  • the polyimide film of the present embodiment can be used as a substitute for glass similarly to the PET film and the COP film, and further, since the polyimide film of the present embodiment is excellent in bending resistance, it follows a foldable display or curved surface Can be used for the display body.
  • the polyimide film can be obtained, for example, by forming the varnish of the present embodiment on the surface of a support by coating or the like and then heating the varnish.
  • the method for producing a polyimide film according to the present embodiment includes, for example: applying the varnish according to the present embodiment on a support; roughly drying the solvent, and containing 0.1% by mass to 20% by mass of the solvent It can be obtained by forming a film (hereinafter, also referred to as "intermediate film”); and further heating the intermediate film to carry out main drying until the solvent is less than 0.1% by mass.
  • the step of stretching the intermediate film may be carried out.
  • the support includes a glass substrate, for example, an alkali glass substrate, and an alkali-free glass substrate (Eagle XG (registered trademark), manufactured by Corning); a metal substrate, for example, a copper substrate, an aluminum substrate, and a metal substrate such as a SUS substrate Plastic films, for example, Upilex (registered trademark) film (manufactured by Ube Industries, Ltd.), colored polyimide films such as Kapton (registered trademark) film (manufactured by Toray Dupont), polycarbonate films, PET films, etc .; metal foil, for example, copper foil And metal foils such as aluminum foil and SUS foil.
  • a glass substrate for example, an alkali glass substrate, and an alkali-free glass substrate (Eagle XG (registered trademark), manufactured by Corning)
  • a metal substrate for example, a copper substrate, an aluminum substrate, and a metal substrate such as a SUS substrate
  • Plastic films for example, Upilex (registered trademark
  • a substrate as a support means a substrate which is high in rigidity and not suitable for bending or the like, and a film or a film substrate means a substrate which is flexible and can be bent.
  • the temperature in the coarse drying is generally 50 ° C to 350 ° C, preferably 70 ° C to 200 ° C, more preferably 100 ° C to 150 ° C.
  • the temperature in the main drying is generally 100 ° C. to 350 ° C., preferably 150 ° C. to 320 ° C., more preferably 180 ° C. to 300 ° C.
  • the temperature in stretching is generally 200 ° C. to 400 ° C., preferably 200 ° C. to 350 ° C., more preferably 250 ° C. to 350 ° C.
  • the temperature in drying after stretching is generally 200 ° C. to 400 ° C., preferably 200 ° C. to 350 ° C., more preferably 250 ° C. to 350 ° C.
  • the solvent By applying a temperature of 150 ° C. to 350 ° C. to the varnish under an inert gas atmosphere, the solvent can be removed to form a polyimide film. Drying can also be carried out in the atmosphere, and is not particularly limited.
  • the solvent ( ⁇ ) of a varnish suitable for film formation include m-cresol, NMP, DMF, DMAc, GBL, DMSO, acetone, and diethyl acetate.
  • GBL as a solvent
  • the solvent is substantially removed by heating and drying the polyimide varnish.
  • the content of the solvent, for example, GBL in the polyimide film is preferably less than 3% by mass, and more than 1% by mass It is more preferable that the amount be smaller, and it is further preferable that the amount be 0.5 mass% or less. GBL may be contained in the polyimide film as a residual amount of at least about 0.01% by mass.
  • the method of producing a polyimide film of the present embodiment includes a method of forming a polyimide film from the polyimide varnish of the present embodiment which has been imidized in advance, and a method of forming a polyimide film from the polyimide precursor varnish of the present embodiment. is there.
  • the solubility of the polyimide in a solvent is good, the polyimide varnish is applied on a support, temporary drying is performed, and the support is removed, the polyimide film is supported It is possible to maintain a durable film (self-supporting film).
  • a polyimide film after temporary drying containing 0.1% by mass to 20% by mass of a solvent in a free state not supported by a support (in the present specification, “temporary dry film”, “intermediate film” and “solvent-containing film It is possible to obtain a polyimide film having a solvent content of less than 0.1% by mass while heating the polymer to reduce the orientation of the polymer. Also, the temporary dried film may be stretched and heated in a free state not supported by the support.
  • a functional layer may be provided on the surface of the polyimide film to form a laminate.
  • the functional layer can be obtained, for example, by forming a transparent electrode layer on a surface of a polyimide film by a sputtering apparatus.
  • the transparent electrode layer may be formed on both sides of the laminate.
  • At least one or more transparent electrode layers are formed on the polyimide films on both sides of the laminate.
  • an undercoat layer for imparting smoothness a hard coat layer for imparting surface hardness, an index matching layer for improving visibility, and gas barrier properties are provided between the transparent electrode layer and the polyimide film. You may have another layer, such as a gas barrier layer, to do so.
  • the hard coat layer for giving surface hardness and the index matching layer for improving visibility may be laminated on the transparent electrode layer and the polyimide film.
  • the laminate is particularly suitable for use in touch panel materials such as transparent electrode films.
  • the flexible display device of the present embodiment has the polyimide layer of the present embodiment.
  • an organic EL display for example, a bottom emission type flexible organic EL display, a top emission type flexible organic EL display, etc .; or a flexible liquid crystal display can be mentioned.
  • the varnish and the polyimide film of the present embodiment are suitable for forming a polyimide layer used for a flexible display device.
  • the flexible display device can be manufactured using the varnish of the present embodiment or a polyimide film.
  • the flexible display device of the present embodiment may have a polyimide film as a film base of at least one layer used for the display unit.
  • the polyimide film of this embodiment may be, for example, a polyimide film formed on the surface of a support, or a supportable film (a free standing film) even without a support.
  • the polyimide film is preferably a self-supporting film from the viewpoint of application to a processing process as a roll film.
  • the polyimide film of the present embodiment can be used as a substitute for glass similarly to a PET film or a COP film, and can further be used for a foldable display or a display following a curved surface.
  • the film thickness of the polyimide film is preferably in the range of 1 ⁇ m to 50 ⁇ m, more preferably 1 ⁇ m to 50 ⁇ m, from the viewpoint of thinning of the device and improvement in bending resistance. It is in the range of 25 ⁇ m.
  • the flexible display device includes a light source, and light of the light source is configured to be output to the outside of the flexible display device through the polyimide film of the present embodiment. Preferably.
  • a transparent electrode layer can be provided on the surface of the polyimide film to produce a laminate.
  • the laminate can be obtained by forming a transparent electrode layer on a surface of a polyimide film by a sputtering apparatus.
  • the polyimide film may have a support or may be a single layer without a support.
  • the laminate may have transparent electrode layers on both sides of the polyimide film. At this time, it is preferable to have at least one or more transparent electrode layers on both sides of the polyimide film.
  • an undercoat layer for imparting smoothness, a hard coat layer for imparting surface hardness, an index matching layer for improving visibility, and gas barrier properties are provided between the transparent electrode layer and the polyimide film. You may have another layer, such as a gas barrier layer, to do so.
  • the hard coat layer for giving surface hardness, the index matching layer for improving visibility, and the transparent electrode layer and the polyimide film may be laminated.
  • the laminate of the present embodiment is suitable for use in a touch panel material such as a transparent electrode film.
  • the film forming step of the transparent electrode layer on the polyimide film surface is carried out, for example, in a low temperature range of 80 to 100 ° C. It is preferable to perform sputtering at a high temperature to form a transparent electrode layer having a low specific resistance.
  • the transparent electrode layer can be formed on both sides of the polyimide film. Thereby, for example, touch panel elements can be arranged on both sides.
  • the temperature which forms a transparent electrode layer into a film is high when the glass transition temperature (Tg) of the polyimide film which comprises a film-forming surface is high, problems, such as shrinkage
  • Tg glass transition temperature
  • the polyimide film according to the present embodiment has a high glass transition temperature (Tg) of about 250 ° C. or higher (based on a film thickness of 15 ⁇ m) and is excellent in heat resistance.
  • sputtering can be performed at about 150 to 250 ° C. on the surface of the polyimide film 10 of the present embodiment to form a transparent electrode layer with low specific resistance.
  • the polyimide preferably has a breaking strength of 100 MPa or more based on the thickness of 15 ⁇ m of the polyimide film.
  • the polyimide film according to the present embodiment has a glass transition temperature (Tg) of 250 ° C. or higher based on the film thickness of 15 ⁇ m, as described above, from the viewpoint of improving the performance of the transparent electrode film. preferable.
  • Tg glass transition temperature
  • ⁇ Measurement and evaluation method >> ⁇ Evaluation of bending resistance (flexure test)> The bending resistance of the polyimide film was evaluated by conditioning the film at 25 ° C. and 50% relative humidity for 24 hours, and then using a MIT-type repeated bending tester (MIT-DA, manufactured by Toyo Seiki Seisakusho Co., Ltd.). With a weight of 100 mm and a thickness of 7 to 20 ⁇ m and a weight of 0.625 kg / mm 2 applied to it, the bending radius R 2 mm, bending angle 135 °, speed 100,000 times 100,000 times A repeated bending test was carried out in a reciprocating manner. After the test, the sample was removed from the apparatus to obtain a bending resistance evaluation result.
  • MIT-DA MIT-type repeated bending tester
  • the obtained bending resistance was ranked according to the following criteria. (Bending tolerance rank) ((Good): Those in which a bending mark can not be visually confirmed ⁇ (Defects): Those in which a bending mark can be visually confirmed or the haze is 5.0 or more
  • the haze is a spectrophotometer (Konica Minolta Co., Ltd.) It measured using D65 light source by CM3600A).
  • the transmittance of the polyimide varnish was measured under the following conditions by UV-visible absorption spectrum measurement after adjusting the solid content concentration of the polyimide varnish to 20% by mass.
  • UV / VIS SPECTROPHOTOMETER V-550, manufactured by JASCO
  • the background was measured by placing a cell filled with the same solvent as the varnish in the reference room and the sample room.
  • the transmittance spectrum was measured by placing a cell filled with the same solvent as the varnish in the reference chamber, and a cell filled with the measurement sample in the sample chamber. From the obtained spectrum data, the value at an optical path length of 10 mm and a wavelength of 450 nm was taken as the transmittance.
  • YI degree of yellowness
  • CM3600A spectrophotometer manufactured by Konica Minolta Co., Ltd.
  • YI rank ⁇ (very good): YI of the film is 2 or less.
  • Synthesis example of polyimide varnish >> A polyimide varnish and a polyimide precursor (polyamic acid) varnish were produced as shown in the following synthesis examples and comparative synthesis examples. The amounts (mol%) of the raw material acid dianhydride and diamine are shown in Table 1. Trace metals were added to the reaction solution together with the raw materials to prepare Examples and Comparative Examples. The types and amounts of metals added are shown in Table 2.
  • the solution is stirred at room temperature for 6 hours to form a polyimide precursor, and after adding 26.02 g of toluene at room temperature, the temperature is raised to an internal temperature of 160 ° C. and reflux is carried out at 160 ° C. for 1 hour to perform imidization. The After completion of the imidization, the temperature was raised to 180 ° C., and the reaction was continued while extracting toluene. After reacting for 12 hours, the oil bath was removed and the temperature was returned to room temperature, GBL was added so that the solid content would be 20 mass% concentration, and a polyimide GBL solution (hereinafter also referred to as a polyimide varnish) was obtained.
  • a polyimide GBL solution hereinafter also referred to as a polyimide varnish
  • Synthesis Example 1-2 A polyimide varnish was synthesized in the same manner as in Synthesis Example 1-1 except that the addition of metal was changed as shown in Table 2.
  • Synthesis Example 1-3 A polyimide precursor varnish was synthesized in the same manner as in Synthesis Example 1-1 except that the metal addition was changed as shown in Table 2, the reaction temperature was 80 ° C., and imidization was not performed by the heating and refluxing step. .
  • Synthesis Example 2-1 A polyimide varnish was synthesized in the same manner as in Synthesis Example 1-1 except that the preparation of the acid dianhydride and the diamine and the addition of metal were changed as shown in Tables 1 and 2.
  • Synthesis Example 2-2 A polyimide varnish was synthesized in the same manner as in Synthesis Example 1-1 except that the preparation of the acid dianhydride and the diamine and the addition of metal were changed as shown in Tables 1 and 2.
  • Synthesis Example 3-1 A polyimide varnish was prepared in the same manner as in Synthesis Example 1-1 except that the preparation of acid dianhydride and diamine and addition of metal were changed as shown in Tables 1 and 2 and N-methylpyrrolidone (NMP) was used as a solvent. Was synthesized.
  • Synthesis Example 3-2 A polyimide varnish was prepared in the same manner as in Synthesis Example 1-1 except that the preparation of acid dianhydride and diamine and addition of metal were changed as shown in Tables 1 and 2 and N-methylpyrrolidone (NMP) was used as a solvent. Was synthesized.
  • Synthesis Example 4-1 The charge of acid dianhydride and diamine and addition of metal were changed as shown in Tables 1 and 2, and a polyimide varnish was synthesized by the procedure described below. In a 500 mL separable flask equipped with a stir bar equipped with a Dean-Stark tube and a reflux tube at the top, 12.05 g (48.51 mmol) of 4,4'-DDS while introducing nitrogen gas, 3,3'-DDS , 5.16 g (20.79 mmol) and 50.00 g of GBL were added.
  • Synthesis Example 4-2 A polyimide varnish was synthesized in the same manner as in Synthesis Example 4-1 except that the preparation of the acid dianhydride and the diamine and the addition of metal were changed as shown in Tables 1 and 2.
  • Synthesis Example 5-1 A polyimide varnish was synthesized in the same manner as in Synthesis Example 4-1 except that the preparation of the acid dianhydride and the diamine and the addition of metal were changed as shown in Tables 1 and 2 and the reaction time was 7 hours.
  • Synthesis Example 5-2 A polyimide varnish was synthesized in the same manner as in Synthesis Example 4-1 except that the preparation of the acid dianhydride and the diamine and the addition of metal were changed as shown in Tables 1 and 2 and the reaction time was 7 hours.
  • Synthesis Example 6 A polyimide varnish was synthesized in the same manner as in Synthesis Example 4-1 except that the preparation of the acid dianhydride and the diamine and the addition of metal were changed as shown in Tables 1 and 2 and the reaction time was 7 hours.
  • Synthesis Example 7 A polyimide varnish was synthesized in the same manner as in Synthesis Example 4-1 except that the preparation of the acid dianhydride and the diamine and the addition of metal were changed as shown in Tables 1 and 2 and the reaction time was 7 hours.
  • Synthesis Example 8 A polyimide varnish was prepared in the same manner as in Synthesis Example 4-1 except that the preparation of the acid dianhydride and the diamine and the addition of metal were changed according to Tables 1 and 2 and the reaction time was 7 hours using NMP as a solvent. Was synthesized.
  • Synthesis Example 9 A polyimide varnish was prepared in the same manner as in Synthesis Example 4-1 except that the preparation of the acid dianhydride and the diamine and the addition of metal were changed according to Tables 1 and 2 and the reaction time was 7 hours using NMP as a solvent. Was synthesized.
  • Synthesis Example 10 A polyimide varnish was synthesized in the same manner as in Synthesis Example 4-1 except that the preparation of the acid dianhydride and the diamine and the addition of metal were changed as shown in Tables 1 and 2 and the reaction time was 7 hours.
  • Synthesis Example 11 A polyimide varnish was synthesized in the same manner as in Synthesis Example 4-1 except that the preparation of the acid dianhydride and the diamine and the addition of metal were changed as shown in Tables 1 and 2 and the reaction time was 7 hours.
  • Synthesis Example 12 A polyimide varnish was synthesized in the same manner as in Synthesis Example 4-1 except that the preparation of the acid dianhydride and the diamine and the addition of metal were changed as shown in Tables 1 and 2 and the reaction time was 7 hours.
  • Synthesis Example 13 A polyimide varnish was synthesized in the same manner as in Synthesis Example 4-1 except that the preparation of the acid dianhydride and the diamine and the addition of metal were changed according to Tables 1 and 2 and the reaction time was 3 hours.
  • Synthesis Example 14 A polyimide varnish was synthesized in the same manner as in Synthesis Example 4-1 except that the preparation of the acid dianhydride and the diamine and the addition of metal were changed as in Tables 1 and 2 and the reaction time was 4 hours.
  • Synthesis Example 15 A polyimide varnish was synthesized in the same manner as in Synthesis Example 4-1 except that the preparation of the acid dianhydride and the diamine and the addition of metal were changed as shown in Tables 1 and 2 and the reaction time was 6 hours.
  • Synthesis Example 16 4.11 g (13.86 mmol) of 4,4'-bis (4-aminophenoxybiphenyl) (BAPB) while introducing nitrogen gas into a 500 mL separable flask equipped with a stir bar equipped with a Dean-Stark tube and a reflux tube at the top To 10.3), 10.32 g (41.58 mmol) of 3,3-DDS, 3.44 g (13.86 mmol) of 4,4-DDS, and 50.00 g of GBL were added.
  • BAPB 4,4'-bis (4-aminophenoxybiphenyl)
  • Synthesis Example 17 A polyimide varnish was synthesized in the same manner as in Synthesis Example 4-1 except that the preparation of the acid dianhydride and the diamine and the addition of metal were changed as shown in Tables 1 and 2 and the reaction time was 6 hours.
  • Synthesis Example 18 A polyimide varnish was synthesized in the same manner as in Synthesis Example 4-1 except that the preparation of the acid dianhydride and the diamine and the addition of metal were changed as shown in Tables 1 and 2.
  • Synthesis Example 19 A polyimide varnish was synthesized in the same manner as in Synthesis Example 4-1 except that the preparation of the acid dianhydride and the diamine and the addition of metal were changed as shown in Tables 1 and 2.
  • Synthesis Example 20 A polyimide varnish was synthesized in the same manner as in Synthesis Example 4-1 except that the preparation of the acid dianhydride and the diamine and the addition of metal were changed as shown in Tables 1 and 2.
  • Comparative Synthesis Example 3 A polyimide varnish was synthesized in the same manner as in Synthesis Example 4-1 except that the preparation of the acid dianhydride and the diamine and the addition of metal were changed according to Tables 1 and 2 using the purified raw materials.
  • Comparative Synthesis Example 5 A polyimide varnish was synthesized in the same manner as in Synthesis Example 4-1 except that the preparation of the acid dianhydride and the diamine and the addition of metal were changed according to Tables 1 and 2 using the purified raw materials.
  • Comparative Synthesis Example 6 A polyimide varnish was synthesized in the same manner as in Synthesis Example 4-1 except that the preparation of the acid dianhydride and the diamine and the addition of metal were changed according to Tables 1 and 2 using the purified raw materials.
  • Comparative Synthesis Example 7 A polyimide varnish was synthesized in the same manner as in Synthesis Example 4-1 except that the preparation of the acid dianhydride and the diamine and the addition of metal were changed according to Tables 1 and 2 using the purified raw materials.
  • compositions and evaluation results of the polyimide varnishes obtained in Synthesis Examples 1-1 to 20 and Comparative Synthesis Examples 1 to 7 are shown in the following table.
  • the polyimide film of the present embodiment is excellent in bending resistance, surface smoothness, and transparency (YI value).
  • the varnish of the present invention can be used for the production of a surface protection film, a substrate film such as a color filter, a TFT, etc., and a polyimide film used as an insulation protection film.
  • the polyimide film and the laminate in the present embodiment are an optical device such as a display having a touch panel function, an organic EL light emitting device, a smartphone, and a tablet terminal; a flexible optical device such as a flexible display device, a flexible solar cell, a flexible touch panel It can be suitably used for products such as bendable smartphones and tablet terminals; other flexible devices such as flexible batteries; and organic EL light emitting devices and organic EL displays having curved surfaces.

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Abstract

本発明は、透明性が高く、かつ複数回の屈曲に対する屈曲耐性が改善されたポリイミドフィルム、及びこれを提供することのできるワニスを提供することを目的とする。本発明のワニスは、ポリマー(α)と溶媒(β)とを含む。上記ポリマー(α)は、ポリイミドまたはポリイミド前駆体である。上記ワニスは、アルカリ金属およびアルカリ土類金属を除く、原子量が26以上201以下である典型金属元素、又は、原子量が26以上201以下である遷移金属元素に属する少なくとも1種の金属元素を更に含む。上記ワニスに含まれる上記金属元素のうち少なくとも1種は、上記ポリマー(α)に対して0.05~500ppmの量で存在する。

Description

ポリイミドワニス及びその製造方法
 本発明は、ポリイミドワニス及びその製造方法に関する。
 近年、フレキシブル表示デバイス(「フレキシブルディスプレイ」ともいう。)などの折り曲げ可能なデバイス、有機EL発光デバイス「有機EL照明」ともいう。)又は有機ELディスプレイなどの曲面を有するデバイスが検討されている。折り曲げ可能なデバイス及び曲面を有するデバイスにおいては、硬質基板ではなく、折り曲げ可能なフィルムを、表面保護層、カラーフィルター、タッチパネル、TFTなどを形成する基板として用いることが検討されていた。
 また、透明電極フィルムのようなタッチパネル材料の分野では、軽量化、薄膜化及びフレキシブル化の観点から、ガラス代替品として樹脂フィルムを基板として用いることが検討されていた。
 折り曲げ可能なフィルムとして、例えば、ポリエチレンテレフタレートフィルム(PETフィルム)、ポリエチレンナフタレートフィルム(PENフィルム)、及び光学特性に優れるシクロオレフィンフィルム(COPフィルム)等の採用が検討されている。
 一方、ポリイミド樹脂は、一般的に、耐熱酸化性、耐熱特性、耐熱放射性、耐低温性、及び、耐薬品性などに優れた特性を有しているため、ポリイミドフィルムを上記折り曲げ可能なフィルムとして採用することも検討されている。
国際公開第2016/158825号 特開2004-161937号公報 特開2004-107411号公報 国際公開第2012/118020号
最新ポリイミド(基礎と応用)日本ポリイミド研究会編 p113
 繰り返し屈曲することが求められる光学デバイス、例えばフレキシブル表示デバイス等に用いられるフィルムは、折り曲げ可能であることだけでなく、光学特性に優れ、かつ複数回の屈曲に対する屈曲耐性に優れることが求められる。前述のPETフィルム、PENフィルム、COPフィルムは屈曲耐性が劣るという欠点を有しているため、そのようなフレキシブル光学デバイスの基板として用いることは困難である。
 一方、ポリイミド樹脂は、一般的に、光学特性、屈曲耐性、耐熱酸化性、耐熱特性、耐熱放射性、耐低温性、及び耐薬品性などの特性に優れているため、発明者らは、特許文献1に記載されているようなポリイミドフィルムをフレキシブル光学デバイスの基板として採用することを検討した。しかしながら、特許文献1に記載されているような従来のポリイミドフィルムは、複数回の屈曲に対する屈曲耐性を改善する余地があることが分かった。
 特許文献2は、ポリイミドフィルムの表面の接着性が乏しいという問題を解決するために、ナトリウム、マグネシウム、カリウム、鉄、ニッケルおよび銅の6種類の金属元素から選ばれた少なくとも1種類を0ppmより多く100ppm以下含有させたポリイミドフィルムを記載している。特許文献3も同様に、ポリイミドフィルムの接着性向上のためにクロムを10ppm未満としている。しかしながら、特許文献2や特許文献3に記載のポリイミドフィルムは、剛直な骨格を持つモノマーを用いていることから光透過率が低く、無色透明なフレキシブル光学デバイスの基板として用いることは困難である。
 したがって、本発明の目的の一つは、透明性が高く、かつ複数回の屈曲に対する改善された屈曲耐性を有するポリイミドフィルム、及びこれを提供することのできるワニスを提供することである。
 本願発明者らは、上記課題を解決するため鋭意検討を重ねた結果、ポリイミドまたはポリイミド前駆体を含むワニスであって、特定の典型金属元素又は遷移金属元素に属する金属元素から選ばれる少なくとも1種を特定量含むワニスを用いることにより、上記課題を解決できることを見いだし、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は以下のとおりである。
[1]
 ポリマー(α)と溶媒(β)とを含むワニスであって、
 上記ポリマー(α)はポリイミドまたはポリイミド前駆体であり、
 上記ワニスは、アルカリ金属およびアルカリ土類金属を除く、原子量が26以上201以下である典型金属元素、又は、原子量が26以上201以下である遷移金属元素に属する少なくとも1種の金属元素を含み、
 上記ワニスに含まれる上記金属元素のうち少なくとも1種は、上記ポリマー(α)に対して0.05~500ppm存在する、ワニス。
[2]
 上記ワニスは、上記溶媒(β)中の上記ポリマー(α)の濃度を20質量%に調整したとき、光路長10mmで測定される波長450nmの光の透過率が60%以上である、項目1に記載のワニス。
[3]
 上記金属元素は、Zn、Zr、Cu、Cr、Mn、Co、Pd、Ni、Rh、Al、及びFeからなる群から選ばれる少なくとも1種を含む、項目1又は2に記載のワニス。
[4]
 上記ワニスに含まれる上記金属元素のうち少なくとも1種は、上記ポリマー(α)に対して0.05~100ppm存在する、項目1~3のいずれか一項に記載のワニス。
[5]
 上記金属元素がZnを含む、項目3に記載のワニス。
[6]
 上記金属元素がZrを含む、項目3に記載のワニス。
[7]
 上記金属元素がCuを含む、項目3に記載のワニス。
[8]
 上記金属元素がCrを含む、項目3に記載のワニス。
[9]
 上記金属元素が、Mn、Co、Pd、Ni、Rh、及びAlからなる群から選ばれる少なくとも1種を含む、項目3に記載のワニス。
[10]
 上記金属元素が、Feを含む、項目3に記載のワニス。
[11]
 上記金属元素がFeを含み、
 Feは、上記ポリマー(α)に対して50ppm~500ppm存在する、項目3に記載のワニス。
[12]
 上記ワニスは、P及びSiからなる群から選ばれる典型非金属元素を更に含み、
 上記ワニスに含まれる上記典型非金属元素のうち少なくとも1種は、上記ポリマー(α)に対して0.05~100ppm存在する、項目1~9のいずれか一項に記載のワニス。
[13]
 上記ポリマー(α)がポリイミドである、項目1~12のいずれか一項に記載のワニス。
[14]
 上記溶媒(β)がγ-ブチロラクトンである、項目13に記載のワニス。
[15]
 上記金属元素がCuを含む、項目14に記載のワニス。
[16]
 上記ワニスに含まれる上記金属元素の合計量が、上記ポリマー(α)に対して0.05~500ppmである、項目1に記載のワニス。
[17]
 上記ワニスは、フレキシブル表示デバイスのポリイミド層、又は有機EL発光デバイスのポリイミド層の形成に用いられる、項目1~14のいずれか一項に記載のワニス。
[18]
 項目1~17のいずれか一項に記載のワニスより得られる、ポリイミドフィルム。
[19]
 項目18に記載のポリイミドフィルムを有する、有機EL発光デバイス。
[20]
 項目18に記載のポリイミドフィルムを有する、フレキシブル表示デバイス。
[21]
 上記フレキシブル表示デバイスは光源を更に含み、
 上記ポリイミドフィルムは、上記光源からの光が上記ポリイミドフィルムを通過して上記フレキシブルデバイスの外部に出力されるような位置に配置された、項目20に記載のフレキシブル表示デバイス。
[22]
 ポリマー(α)を含むポリイミド層を有するフレキシブル表示デバイスであって、
 上記ポリイミド層は、アルカリ金属およびアルカリ土類金属を除く、原子量が26以上201以下である典型金属元素、又は、原子量が26以上201以下である遷移金属元素に属する少なくとも1種の金属元素を含み、
 上記ポリイミド層に含まれる上記金属元素のうち少なくとも1種は、上記ポリマー(α)に対して0.05~500ppm存在する、フレキシブル表示デバイス。
[23]
 上記ポリイミド層に含まれる上記金属元素のうち少なくとも1種は、上記ポリマー(α)に対して0.05~100ppm存在する、項目22に記載のフレキシブル表示デバイス。
[24]
 上記金属元素は、Zn、Zr、Cu、Cr、Mn、Co、Pd、Ni、Rh、Al、及びFeからなる群から選ばれる少なくとも1種を含む、項目22に記載のフレキシブル表示デバイス。
[25]
 上記金属元素は、Zn、Zr、Cu、及びCrからなる群から選ばれる少なくとも1種を含む、項目24に記載のフレキシブル表示デバイス。
[26]
 上記金属元素は、Feを含み、
 Feは、上記ポリマー(α)に対して50~500ppm存在する、項目24に記載のフレキシブル表示デバイス。
[27]
 上記ポリイミド層に含まれる上記金属元素の合計量が、上記ポリマー(α)に対して0.05~500ppmである、項目22に記載のフレキシブル表示デバイス。
[28]
 上記フレキシブル表示デバイスは光源を更に含み、
 上記ポリイミド層は、上記光源からの光が上記ポリイミド層を通過して上記フレキシブル表示デバイスの外部に出力されるような位置に配置された、項目27に記載のフレキシブル表示デバイス。
[29]
 ポリイミドワニスの製造方法であって、上記方法は、
 (a)溶媒中に、ジアミンと、酸二無水物とを溶解して、ポリイミド前駆体を生成することと、
 (b)上記ポリイミド前駆体を上記溶媒中で加熱してポリイミドを生成することと
 を含み、
 工程(b)において、Zn、Zr、Cu、Cr、Mn、Co、Pd、Ni、Rh、Al、及びFeからなる群から選択される少なくとも1種の金属元素を上記溶媒中に存在させる、ポリイミドワニスの製造方法。
[30]
 上記金属元素はCuを含む、項目29に記載のポリイミドワニスの製造方法。
 本発明によれば、透明性が高く、かつ複数回の屈曲に対する屈曲耐性が改善されたポリイミドフィルム、及びこれを提供することのできるワニスが提供される。なお、上述の記載は、本発明の全ての実施形態及び本発明に関する全ての利点を開示したものとみなしてはならない。
図1は、本願明細書における屈曲試験の例を示す模式図である。 図2は、屈曲試験後のフィルムの状態を説明するための模式図である。
 以下、本発明の実施形態(以下、「本実施形態」という。)について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。本願明細書において、各数値範囲の上限値及び下限値は任意に組み合わせることができる。
 《ワニス》
 〈微量金属元素〉
 本実施形態のワニスは、ポリマー(α)と溶媒(β)とを含む。ワニスは、アルカリ金属およびアルカリ土類金属を除く、原子量が26以上201以下である典型金属元素、又は、原子量が26以上201以下である遷移金属元素に属する金属元素から選択される少なくとも1種(以下、本願明細書において「微量金属元素」ともいう。)を更に含む。ワニスに含まれる微量金属元素のうち、少なくとも1種は、ポリマー(α)に対して0.05~500ppmの量で存在する。
 理論に限定されないが、本実施形態のワニスは、微量金属元素を含有することによって、ポリマー(α)であるポリイミド又はポリイミド前駆体の重合反応性が向上し、ワニス中のポリマー(α)の分子量が増大することにより、あるいは、ワニスからポリイミドフィルムを成形した際にポリマー(α)の分子量が増大することにより、複数回の屈曲に対する改善された屈曲耐性を有するポリイミドフィルムを提供することができると考えられる。
 アルカリ金属およびアルカリ土類金属は最外殻電子がs軌道にある為、有機分子との電子的な相互作用が少なく、ポリマーの重合反応への影響が少ないと推定される。一方、典型金属元素又は遷移金属元素は、空間的な広がりがs軌道より広いp軌道やd軌道に、最外殻電子又は自由電子が存在する為、有機分子との電子的な相互作用が生じ、ポリマーの重合反応に対して触媒作用を有すると推定される。
 微量金属元素は、典型金属元素又は遷移金属元素の中でも、亜鉛(Zn)、ジルコニウム(Zr)、銅(Cu)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、コバルト(Co)、パラジウム(Pd)、ニッケル(Ni)、ロジウム(Rh)、アルミニウム(Al)、及び鉄(Fe)からなる群から選択される少なくとも1種を含むことが好ましい。微量金属元素は、好ましくは亜鉛を含み、より好ましくは亜鉛及び銅を含み、更に好ましくは亜鉛、銅及び鉄を含み、より更に好ましくは亜鉛、銅、鉄、及びジルコニウムを含み、最も好ましくは亜鉛、銅、鉄、ジルコニウム、及びクロムを含む。
 ポリイミドやポリイミド前駆体の重合反応に対する、前述の好ましい微量金属元素の作用機構は不明だが、有機分子との電子的な相互作用により重合反応を促進すると推定される。
 ワニス中に含まれる微量金属元素のうち、少なくとも1種は、ポリマー(α)に対して、好ましくは0.05ppm以上、より好ましくは0.1ppm以上、更に好ましくは0.5ppm以上、更に好ましくは1.0ppm以上、更に好ましくは4.0ppm以上である。
 ワニス中に含まれる微量金属元素のうち、少なくとも1種は、ポリマー(α)に対して、好ましくは500ppm以下、より好ましくは400ppm以下、より好ましくは300ppm以下、より好ましくは200ppm以下、より好ましくは100ppm以下であり、90ppm以下であってもよく、80ppm以下であってもよく、70ppm以下であってもよく、60ppm以下であってもよい。
 ワニス中に含まれる微量金属元素の合計量は、フィルムの透明性の観点から、ポリマー(α)に対して0.05~500ppmが好ましい。
 微量金属元素の含有量が多いと、ポリイミドが着色しやすくなる。微量金属元素の作用機構は不明だが、ポリイミドが金属元素との相互作用により会合体や錯体を形成する為、可視光の吸収が生じ着色しやすくなると推定される。金属酸化物による着色も、ポリイミドフィルムとした際に着色を生じる原因となると推定される。
 微量金属元素が銅を含む場合、ポリマー(α)に対する銅の量の下限は、好ましくは0.05ppm以上、より好ましくは0.1ppm以上、更に好ましくは1ppm以上であり、上限は、好ましくは100ppm以下、より好ましくは90ppm以下、更に好ましくは50ppm以下である。
 微量金属元素がマンガン、コバルト、パラジウム、ニッケル、ロジウム、及びアルミニウムからなる群から選択される少なくとも1種を含む場合、含まれる金属元素のうち少なくとも1種は、ポリマー(α)に対して、好ましくは0.05ppm以上、より好ましくは0.07ppm以上、更に好ましくは0.1ppm以上であり、好ましくは500ppm以下、より好ましくは100ppm以下である。
 微量金属元素が鉄を含む場合、ポリマー(α)に対する鉄の量の下限は、好ましくは0.05ppm以上、より好ましくは50ppm以上であり、上限は、好ましくは500ppm以下、より好ましくは100ppm以下である。
 鉄の含有量が50ppm~100ppmの範囲にある場合、フィルムの屈曲耐性と透明性の両立ができる為、好ましい。鉄は酸素と相互作用をし易い性質がある為、溶媒中の溶存酸素と鉄の相互作用により鉄と有機分子との電子的な相互作用が低下し、重合反応を促進性能がZnやCu等に比べ低下すると推定される。その為、煩雑な溶媒の脱ガス等の処理をせず重合反応を充分に促進するためには、50ppm以上の添加が好適である。
 微量金属元素がジルコニウムを含む場合、ポリマー(α)に対するジルコニウムの量の下限は、好ましくは0.05ppm以上、より好ましくは0.07ppm以上、更に好ましくは0.1ppm以上であり、上限は、好ましくは100ppm以下、より好ましくは90ppm以下、更に好ましくは50ppm以下である。
 微量金属元素が亜鉛を含む場合、ポリマー(α)に対する亜鉛の量の下限は、好ましくは0.05ppm以上、より好ましくは0.1ppm以上、更に好ましくは0.2ppm以上であり、上限は、好ましくは150ppm以下、より好ましくは120ppm以下、更に好ましくは100ppm以下である。
 微量金属元素がクロムを含む場合、ポリマー(α)に対するクロムの量の下限は、好ましくは0.05ppm以上、より好ましくは1.0ppm以上、更に好ましくは2.0ppm以上であり、上限は、好ましくは150ppm以下、より好ましくは120ppm以下、更に好ましくは100ppm以下である。
 〈微量非金属元素〉
 本実施形態のワニスは、上記微量金属元素に加えて、ポリマー(α)に対して0.05~100ppmの非金属元素(本願明細書において「微量非金属元素」ともいう)を更に含むことが好ましい。微量非金属元素は、例えば、リン(P)及び/又はケイ素(Si)であることが好ましい。本実施形態のワニスが微量非金属元素を含む場合、ポリイミドフィルムの強度が向上するため好ましい。ポリマー(α)に対する微量非金属元素の含有量の下限は、より好ましくは0.1ppm以上、更に好ましくは1.0ppm以上であり、上限は、より好ましくは100ppm以下、更に好ましくは50ppm以下である。
 リン及び/又はケイ素の作用機構は不明だが、リン及び/又はケイ素は上述の微量金属元素と相互作用を起こし、より微量金属元素の重合促進能力を高めることができると推定される。
 〈光透過率〉
 本実施形態のワニスは、溶媒中の固形分濃度を20質量%に調整したとき、光路長10mmで測定される波長450nmの光の透過率が45%以上であり、好ましくは50%以上、より好ましくは55%以上、更に好ましくは60%以上であり、更に好ましくは70%以上であり、更に好ましくは80%以上である。波長450nmの光の透過率の上限は特に限定はないが、100%未満であってもよく、99%以下であってもよく、98%以下であってもよく、95%以下であってもよく、90%以下であってもよい。
 本実施形態のポリイミドワニスは、前記溶媒中の固形分濃度を20質量%に調整したとき、光路長10mmで測定される波長400nmの光の透過率が5%以上であり、好ましくは10%以上、より好ましくは20%以上、更に好ましくは30%以上であり、更に好ましくは40%以上であり、更に好ましくは50%以上である。波長400nmの光の透過率の上限は特に限定はないが、100%未満であってもよく、90%以下であってもよく、80%以下であってもよく、70%以下であってもよい。
 本実施形態のワニスは、複数回の屈曲に対する改善された屈曲耐性を有することに加えて上記構成を有することにより、フレキシブル光学デバイスのフィルム基板として好適に用いることができる。光透過率を上記範囲に調整する方法としては、限定されないが、ワニス中に含まれる溶媒の種類、ポリイミドまたはポリイミド前駆体を構成するジアミン及び酸二無水物モノマー単位の種類及び含有率、ポリイミドまたはポリイミド前駆体の分子量、任意の添加剤の種類及び含有率等を変更することによって調整することができる。例えば、以下に説明する式(1)で表されるポリイミドを使用することで、光透過率を上記範囲に調整することがより容易となる。
 〈溶媒〉
 溶媒(β)は特に限定されない。溶媒としては、極性溶媒が有用であり、極性溶媒としては、例えば、フェノール系溶媒、アミド系溶媒、ラクトン系溶媒、スルホキシド系溶媒、ケトン系溶媒、エステル系溶媒が挙げられる。フェノール系溶媒としては、例えば、m-クレゾールが挙げられる。アミド系溶媒としては、例えば、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)、N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)、及びN,N-ジメチルアセトアミド(DMAc)が挙げられる。ラクトン系溶媒としては、例えば、γ-ブチロラクトン(GBL)、δ-バレロラクトン、ε-カプロラクトン、γ-クロトノラクトン、γ-ヘキサノラクトン、α-メチル-γ-ブチロラクトン、γ-バレロラクトン、α-アセチル-γ-ブチロラクトン、及びδ-ヘキサノラクトンが挙げられる。スルホキシド系溶媒としては、例えば、N,N-ジメチルスルホキシド(DMSO)が挙げられる。ケトン系溶媒としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、及びシクロヘキサノンが挙げられる。エステル系溶媒としては、例えば、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、及び炭酸ジメチルが挙げられる。このうち、好ましくは、溶解性の観点から、NMP及びGBLが好ましい。フィルムの黄色度(YI)を更に低減させる観点から、GBLがより好ましい。
 〈ポリマー(α)〉
 本実施形態において、ワニスに含まれるポリマー(α)は、ポリイミドまたはポリイミド前駆体である。ポリイミドまたはポリイミド前駆体に重合単位として含まれる酸二無水物に対するジアミンのモル比の下限は、好ましくは0.95以上、より好ましくは0.96以上、更に好ましくは0.965以上、より更に好ましくは0.97以上であり、上限は、1.00未満、より好ましくは0.995未満、更に好ましくは0.993未満、より更に好ましくは0.99未満である。ポリイミドまたはポリイミド前駆体に重合単位として含まれる酸二無水物に対するジアミンのモル比が0.95以上1.00未満であると、ワニスの塗工性欠点が抑制され、また高透明性が得られるため好ましい。
 本実施形態のワニスは、ポリイミドワニス(すなわち、ポリマー(α)の少なくとも一部がポリイミドである。)、またはポリイミド前駆体ワニス(すなわち、ポリマー(α)がポリイミド前駆体である。)のいずれでもよい。ワニスからロールフィルムに加工する際の中間フィルム(粗乾燥後の表面べとつきがない状態のフィルム)の強度の観点から、ポリイミドワニスが好ましい。ポリイミドワニスである場合、ロールフィルムに加工する際の中間フィルムは破断に強くロールフィルム加工プロセスに適用しやすい。
 本実施形態に係るワニスは、ポリマー(α)として、下記式(1)で表されるポリイミド、またはそのポリイミドの前駆体を含有することが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
 ここで上記式(1)中、Aは2価の有機基、Bは4価の有機基、nは2以上である。
 式(1)におけるA
 ポリイミドワニスに含有されるポリイミドは、酸二無水物とジアミンとを原料に生成することができる。式(1)のAは、ジアミンから得ることができる。
 また、本実施形態では、式(1)におけるAとして、下記式(A-1)で表される構造と、下記式(A-2)、下記式(A-3)、及び下記式(A-4)で表される構造のうち少なくとも1種と、を含むことが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
 上記式(A-2)中、Xは、下記式(X-1)~(X-3)から選ばれる2価の有機基である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007
 上記式(A-3)中、aは0または1である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000008
 式(A-1)で表される構造は、3,3’-ジアミノジフェニルスルホン(3,3’-Diaminodiphenyl Sulfone:以下、3,3’-DDSともいう)由来、式(A-2)、と(X-1)とを組み合わせて表される構造(式(A-5)に該当)は、4,4’-ジアミノジフェニルスルホン(4,4’-Diaminodiphenyl Sulfone:以下、4,4’-DDSともいう)由来、式(A-2)と(X-2)とを組み合わせて表される構造は、α,α’-ビス(4-アミノフェニル)-1,4-ジイソプロピルベンゼン(以下、BAPDBともいう)由来、式(A-2)と(X-3)とを組み合わせて表される構造は、4,4’-ビス(4-アミノフェノキシビフェニル)(以下、BAPBともいう)由来、式(A-3)で表される構造は、aが0の場合はシクロヘキシルジアミン(以下、CHDAともいう)由来、aが1の場合は1,4-ビス(アミノメチル)シクロヘキサン(以下、14BACともいう)由来、式(A-4)で表される構造は、ビス(アミノメチル)ノルボルナン由来(以下、BANBDAともいう)である。ただし、これらの化合物に限定されるものではない。
 式(A-2)と(X-1)の組み合わせの式(A-5)を以下に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000009
 式(A-2)と(X-2)の組み合わせの式(A-6)を以下に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000010
 式(A-2)と(X-3)の組み合わせの式(A-7)を以下に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000011
 本実施形態におけるポリイミドワニスは、式(1)のAとして、式(A-1)で表される構造(3,3’-ジアミノジフェニルスルホン由来)を必須の繰り返し単位として含み、更に、式(A-1)の構造と組み合わせる繰り返し単位として、式(A-2)、式(A-3)、及び、式(A-4)で表される構造のうちいずれか1種以上と、を含むポリイミドを含有することが好ましい。
 本実施形態におけるポリイミドワニスに含まれるポリイミドは、上記のような繰り返し単位を含むことで、黄色度(Yellow Index、以下「YI」ともいう。)が低く、レタデーション(以下、「Rth」ともいう。)が小さく、かつ屈曲耐性に優れるポリイミドフィルムを提供することができる。なお、YIは、できるだけ低いことが望ましい。YIが低ければ、ポリイミドフィルムの色づきを少なくし、タッチパネル、有機EL発光デバイス、フレキシブル表示デバイス等の視認性を向上させることができる。したがって、YIをできる限り低くし、可視光における全光線透過率を上げることが好ましい。ポリイミドの着色は、ポリイミド分子内、および分子間の電荷移動錯体(Charge Transfer錯体、以下「CT錯体」ともいう。)の形成に由来すると言われている。式(A-1)から式(A-4)で表される構造は、いずれも主鎖の折れ曲がりによりポリイミド分子間のCT錯体の形成を阻害すると考えられる。なかでも、式(A-1)及び(A-5)で表される構造は、SO基の持つ電子吸引性によりイミド基のN原子の電子供与性を弱めることができ、CT錯体が形成し難くなると考えられ、特に好ましい。
 芳香族ポリイミドが有する可視光の吸収もまたポリイミドの着色の原因となる。式(A-3)および式(A-4)の脂環式の構造は、共役系のπ電子が少ない為、芳香族ポリイミドに比べ可視光の吸収を低減することができると考えられる。
 ポリイミドの溶解性は、ポリイミド配向性が低いほうが向上すると考えられる。式(A-1)から式(A-4)で表される構造は、いずれも主鎖の折れ曲がりによりポリイミド分子の配向性が低下する為、優れた溶解性を発現すると考えられる。なかでも式(A-1)で表される構造は、SO基の屈曲構造と、3位および3’位の結合により屈曲構造が共存することにより、著しくポリイミド分子の配向性が低下する為、優れた溶解性を発現すると考えられる。
 このように、本実施形態におけるポリイミドフィルムに含有されるポリイミドは、式(1)のAとして、式(A-1)で表される構造と、式(A-2)、式(A-3)、及び、式(A-4)で表される構造のうちいずれか1種以上と、を含むことが好ましい。
 式(A-1)で表される構造と、式(A-5)で表される構造とを共重合させることでポリイミドの分子量が増加し、このポリイミドを用いて生成されたフィルムの屈曲耐性をより改善することができる。なお、少なくとも、式(A-1)で表される構造を有し、かつ式(A-2)、(A-3)および(A-4)で表される構造から選ばれる少なくとも1種以上の構造を有するポリイミドについても同様の効果が発揮される。
 本実施形態において、少なくとも、式(A-1)で表される構造と式(A-5)で表される構造とを用いることが好適である。以下では、3,3’-DDSと4,4’-DDSの両方をジアミンとして用いた構成について説明する。
 式(A-1)で表される構成単位は、上記したように、3,3’-DDS成分から得ることができる。式(A-1)で表される構造は、溶媒への溶解性を発現させるための部位である。
 式(A-5)で表される構成単位は、4,4’-DDSから得ることができる。式(A-5)で表される構造は、本実施形態のポリイミドを溶媒に溶解して得られるワニスを加熱乾燥させたポリイミドフィルムにおいて、ガラス転移温度(Tg)を250~350℃の範囲に発現させることができる。
 本実施形態では、式(A-1)で表される構造と式(A-5)で表される構造の双方を含有することが好ましい。式(A-1)で表される構造単位は、ポリイミドの溶解性の観点から導入することが好ましい。式(A-5)で表される構造単位は、高いガラス転移温度(Tg)の観点から好ましい。式(A-1)で表される構造と式(A-5)で表される構造の双方を含有することで、各々単独では成しえない、ポリイミドの溶解性とフィルムの破断伸度及び高いガラス転移温度(Tg)とを、無色透明性や、高い全光線透過率を損なうことなく得ることができる。
 フィルムのRthを低減させるためには、フィルムの面内方向および面外方向の屈折率差を低減させることが必要である。理論に限定されないが、一般式(A-1)で表される構造と一般式(A-5)は、SO基が屈曲した構造であり、かつsp軌道であるので屈曲構造が固定化されている。そのため、前述したようにポリイミド分子の配向性が低下し、ワニスを塗工しフィルムを作成する際にも一般式(A-1)で表される構造と一般式(A-5)に含まれる芳香族基が一方向に並ぶことなく、ランダムに存在すると考えられる。すなわち、ポリイミド骨格中に一般式(A-1)で表される構造と一般式(A-5)が存在すると、面内方向および面外方向の屈折率差が低減され、フィルムのRthが低減されると考えられる。
 本実施形態では、式(A-1)の構造と式(A-2)~(A-4)の構造との組成比((A-1)/(A-2)~(A-4))が、ポリイミドフィルムの屈曲耐性を更に向上できる観点から、モル比で、2/8~8/2であることが好ましい。特に、式(A-2)として式(A-5)で表される構造を有する場合には、式(A-1)の構造と式(A-5)の構造との組成比((A-1)/(A-5))は、モル比で、2/8~6/4の範囲内であることが好ましく、3/7~4/6の範囲であることが更に好ましい。すなわち式(A-1)は、式(1)におけるAの全量を100モル%としたときに、20モル%以上60%以下であることが好ましい。式(A-5)は、式(1)におけるAの全量を100モル%としたときに、40モル%以上80%モル%以下であることが好ましい。
 また、ポリイミドが、式(A-1)の構造と、式(A-2)*1から式(A-4)の構造の少なくとも1種(*1:ただし式(A-5)を除く)とを有する場合、これらの組成比((A-1)/(A-2)*1~(A-4))(*1:ただし式(A-5)を除く)は、モル比で、5/5~8/2が好ましい。
 上記したように、ジアミン成分由来として、4,4’-DDS成分由来(式(A-5)で表される構造)のみでは、ポリイミドの分子量が低下し、膜の屈曲耐性が低くなる。このため本実施形態では、4,4’-DDS成分由来の異性体であり、4,4’-DDS成分由来から見てモノマー骨格が屈曲した構造となる3,3’-DDS成分由来(式(A-1)で表される構造)を含有させ、このとき、好ましくは、3,3’-DDS成分由来を4,4’-DDS成分由来よりも少ない添加量とすることで、分子量を高めつつ、屈曲耐性を向上させることができる。
 なお、目的とする破断伸度を発現させることができる範囲において、更に好ましくは目的とするガラス転移温度(Tg)を発現させることができる範囲において、式(A-1)及び式(A-5)で表される構造単位以外の構造単位を少量含むことができる。すなわち、本実施形態に係るポリイミドは、その性能を損なわない範囲で、4,4’-DDS及び3,3’-DDS以外のジアミン成分由来の構成単位を含んでもよい。例えば、炭素数が6~30の芳香族ジアミンが好ましい態様としてあげられる。
 具体的には、2,2’-ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン(TFMB)、1,4-ジアミノベンゼン、4-アミノベンゼンスルホン酸-4-アミノフェニルエステル、4-アミノベンゼンスルホン酸-3-アミノフェニルエステル、3-アミノベンゼンスルホン酸-3-アミノフェニルエステル、2-アミノベンゼンスルホン酸-2-アミノフェニルエステル、2,2’-ジメチル4,4’-ジアミノビフェニル、1,3-ジアミノベンゼン、4-アミノフェニル4’-アミノベンゾエート、4,4’-ジアミノベンゾエート、4,4’-(又は3,4’-、3,3’-、2,4’-)ジアミノジフェニルエーテル、4,4’-(又は3,3’-)ジアミノジフェニルスルフィド、4,4’-ベンゾフェノンジアミン、3,3’-ベンゾフェノンジアミン、4,4’-ジ(4-アミノフェノキシ)フェニルスルフォン、4,4’-ジ(3-アミノフェノキシ)フェニルスルフォン、4,4’-ビス(4-アミノフェノキシ)ビフェニル、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、2,2’-ビス{4-(4-アミノフェノキシ)フェニル}プロパン、3,3’,5,5’-テトラメチル-4,4’-ジアミノジフェニルメタン、2,2’-ビス(4-アミノフェニル)プロパン、2,2’,6,6’-テトラメチル-4,4’-ジアミノビフェニル、2,2’,6,6’-テトラトリフルオロメチル-4,4’-ジアミノビフェニル、ビス{(4-アミノフェニル)-2-プロピル}1,4-ベンゼン、9,9-ビス(4-アミノフェニル)フルオレン、9,9-ビス(4-アミノフェノキシフェニル)フルオレン、3,3’-ジメチルベンチジン、3,3’-ジメトキシベンチジン及び3,5-ジアミノ安息香酸、2,6-ジアミノピリジン、2,4-ジアミノピリジン、ビス(4-アミノフェニル-2-プロピル)-1,4-ベンゼン、3,3’-ビス(トリフルオロメチル)-4,4’-ジアミノビフェニル(3,3’-TFDB)、2,2’-ビス[3(3-アミノフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン(3-BDAF)、2,2’-ビス[4(4-アミノフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン(4-BDAF)、2,2’-ビス(3-アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン(3,3’-6F)、2,2’-ビス(4-アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン(4,4’-6F)等の芳香族ジアミン成分由来の構成単位を挙げることができる。
 9,9-ビス(4-アミノフェニル)フルオレン、9,9-ビス(4-アミノフェノキシフェニル)フルオレン、はフルオレン骨格が負の固有複屈折を有する為、Rthを調整する際に導入することができる。
 また2,2’-ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン(TFMB)、3,3’-ビス(トリフルオロメチル)-4,4’-ジアミノビフェニル(3,3’-TFDB)、2,2’-ビス[3(3-アミノフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン(3-BDAF)、2,2’-ビス[4(4-アミノフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン(4-BDAF)、2,2’-ビス(3-アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン(3,3’-6F)、2,2’-ビス(4-アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン(4,4’-6F)はフッ素原子の傘高い立体障害の導入によりポリイミドの分子間のCT錯体の形成を抑制でき、フィルムのYIを低下する為に導入することができる。
 なお、2,2’-ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン(TFMB)由来の構造単位は、以下の式(A-8)で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000012
 式(1)におけるB
 次に、式(1)のBについて説明する。式(1)のBは、当該構造単位は、酸二無水物から得ることができる。
 本実施形態では、ポリイミドに含まれる酸二無水物成分由来の構造単位は、同一分子でもよく、違う構造の分子でもよい。
 Bで表される構造単位は、式(B-1)から式(B-4)で表される構造単位であることが好ましい。
 本実施形態では、式(1)中のBとして下記式(B-1)から下記式(B-4)で表される構造のうち少なくとも一つ以上を含むことが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000013
 上記式(B-1)中、Yは、下記式(Y-1)ないし下記式(Y-3)から選ばれる構造のうちいずれかである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000014
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000015
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000016
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000017
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000018
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000019
 式(B-1)と(Y-1)とを組み合わせて表される構造(式(B-5)の構造に該当)は、4,4’-オキシジフタル酸二無水物(以下、ODPAともいう)由来、式(B-1)と式(Y-2)とを組み合わせて表される構造は、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(以下、6FDAともいう)由来、式(B-1)と式(Y-3)とを組み合わせて表される構造は、9,9-ジフェニルフルオレン酸二無水物(以下、DPFLDAともいう)由来、式(B-2)で表される構造は、ヒドロキシピロメリット酸二無水物(以下、HPMDAともいう)由来、式(B-3)で表される構造は、ビシクロ[2,2,2]オクト-7-エン-2,3,5,6-テトラカルボン酸二無水物(以下、BODAまたはBCDAともいう)由来、式(B-4)で表される構造は、1,3,3a,4,5,9b-ヘキサヒドロ-5-(テトラヒドロ-2,5-ジオキソ-3-フラニル)ナフト[1,2-c]フラン-1,3-ジオン(以下、TDAともいう)由来である。
 DPFLDAは、フルオレン骨格が負の固有複屈折を有する為、Rthを調整する際に導入することができる。
 本実施形態に係るポリイミドは、その性能を損なわない範囲で、上記式(B-1)から上記式(B-4)で表される構造単位以外の酸二無水物成分由来の構成単位を含んでもよい。
 例えば、炭素数8~36の芳香族テトラカルボン酸二無水物、炭素数が6~50の脂肪族テトラカルボン酸二無水物、及び炭素数が6~36の脂環式テトラカルボン酸二無水物から選択される化合物であることが好ましい。ここでいう炭素数には、カルボキシル基に含まれる炭素の数も含む。
 さらに具体的には、炭素数が8~36の芳香族テトラカルボン酸二無水物として、4,ピロメリット酸二無水物(以下、PMDAとも記す)1,2,3,4-ベンゼンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’-ベゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、2,2’,3,3’-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(以下、BPDAととも記す)、3,3’,4,4’-ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、2,2’,3,3’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、メチレン-4,4’-ジフタル酸二無水物、1,1’-エチリデン-4,4’-ジフタル酸二無水物、2,2’-プロピリデン-4,4’-ジフタル酸二無水物、1,2-エチレン-4,4’-ジフタル酸二無水物、1,3-トリメチレン-4,4’-ジフタル酸二無水物、1,4-テトラメチレン-4,4’-ジフタル酸二無水物、1,5-ペンタメチレン-4,4’-ジフタル酸二無水物、チオ-4,4’-ジフタル酸二無水物、スルホニル-4,4’-ジフタル酸二無水物、1,3-ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)ベンゼン二無水物、1,3-ビス(3,4-ジカルボキシフェノキシ)ベンゼン二無水物、1,4-ビス(3,4-ジカルボキシフェノキシ)ベンゼン二無水物、1,3-ビス[2-(3,4-ジカルボキシフェニル)-2-プロピル]ベンゼン二無水物、1,4-ビス[2-(3,4-ジカルボキシフェニル)-2-プロピル]ベンゼン二無水物、ビス[3-(3,4-ジカルボキシフェノキシ)フェニル]メタン二無水物、ビス[4-(3,4-ジカルボキシフェノキシ)フェニル]メタン二無水物、2,2’-ビス[3-(3,4-ジカルボキシフェノキシ)フェニル]プロパン二無水物、2,2’-ビス[4-(3,4-ジカルボキシフェノキシ)フェニル]プロパン二無水物(以下、BPADAとも記す)、ビス(3,4-ジカルボキシフェノキシ)ジメチルシラン二無水物、1,3-ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)-1,1’,3,3’-テトラメチルジシロキサン二無水物、2,3,6,7-ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、1,4,5,8-ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、1,2,5,6-ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、3,4,9,10-ペリレンテトラカルボン酸二無水物、2,3,6,7-アントラセンテトラカルボン酸二無水物、1,2,7,8-フェナントレンテトラカルボン酸二無水物等を挙げることができる。
 炭素数が6~50の脂肪族テトラカルボン酸二無水物として、エチレン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を挙げることができる。
 炭素数が6~36の脂環式テトラカルボン酸二無水物として、1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物(以下、CBDAとも記す)、シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物、シクロヘキサン-1,2,3,4-テトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’-ビシクロヘキシルテトラカルボン酸二無水物、カルボニル-4,4’-ビス(シクロヘキサン-1,2-ジカルボン酸)二無水物、メチレン-4,4’-ビス(シクロヘキサン-1,2-ジカルボン酸)二無水物、1,2-エチレン-4,4’-ビス(シクロヘキサン-1,2-ジカルボン酸)二無水物、1,1’-エチリデン-4,4’-ビス(シクロヘキサン-1,2-ジカルボン酸)二無水物、2,2’-プロピリデン-4,4’-ビス(シクロヘキサン-1,2-ジカルボン酸)二無水物、オキシ-4,4’-ビス(シクロヘキサン-1,2-ジカルボン酸)二無水物、チオ-4,4’-ビス(シクロヘキサン-1,2-ジカルボン酸)二無水物、スルホニル-4,4’-ビス(シクロヘキサン-1,2-ジカルボン酸)二無水物、rel-[1S,5R,6R]-3-オキサビシクロ[3,2,1]オクタン-2,4-ジオン-6-スピロ-3’-(テトラヒドロフラン-2’,5’-ジオン)、4-(2,5-ジオキソテトラヒドロフラン-3-イル)-1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-1,2-ジカルボン酸二無水物、エチレングリコール-ビス-(3,4-ジカルボン酸二無水物フェニル)エーテル、4,4’-ビフェニルビス(トリメリット酸モノエステル酸二無水物)等を挙げることができる。
 上記式(B-1)中、式(Y-1)および式(Y-2)は、ポリイミドの溶媒に対する溶解性、及び、ポリイミドフィルムにした際のYIおよびレタデーション(Rth)の低減の観点から好ましい。また、式(Y-3)は、負の固有複屈折を有する為、ポリイミドフィルムにした際のYIおよびレタデーション(Rth)の低減、及びガラス転移温度(Tg)の向上の観点から好ましい。
 上記式(B-2)から式(B-4)は、ポリイミドの溶媒に対する溶解性、及び、ポリイミドフィルムにした際のYI低減の観点から好ましい。
 ポリイミドの溶媒に対する溶解性、ポリイミドフィルムにした際の高い全光線透過率、低いYI、高い弾性率、及び高い破断伸度の観点から、式(1)中のBとしては、ODPA由来の成分である下記式(B-5)で表される構造を含むことが特に好ましい。式(1)で表されるポリイミド中、酸二無水物由来の構成単位Bのうち、式(B-5)は、酸二無水物全体に対し50モル%以上であることが好ましく、80モル%以上であることがさらに好ましく、100モル%であってもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000020
 本実施形態に係るポリイミドは、下記式(2)で表されるユニット1、及び、下記式(3)で表されるユニット2を主として含むことが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000021
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000022
 本実施形態において、ユニット1及びユニット2以外のユニットを更に含む場合、ユニット1、及びユニット2以外のユニットの含有量は、ユニット1、及びユニット2の含有量より少ないことが好ましい。これらのユニットは高分子鎖の中で交互に結合していても順列に結合していても良く、これらのユニットがランダムに結合していてもよい。
 ポリイミドの重量平均分子量(Mw)は、ポリイミドフィルムにおいて高い破断伸度と低いRthを得る観点から、10,000以上であることが好ましく、25,000以上であることがより好ましく、30,000以上であることが特に好ましい。また、ポリイミドの重量平均分子量(Mw)は、1,000,000以下であることが好ましく、500,000以下であることがより好ましく、250,000以下であることが特に好ましい。重量平均分子量が1,000,000以下であると、溶媒への溶解性も良好で、塗工などの加工の際に所望する膜厚にて滲みなく塗工でき、低Rthのフィルムを得ることができる。特に、ポリイミドフィルムにおいて高い破断伸度と低いRthを得る観点から、重量平均分子量は30,000以上であることが好ましい。ここで、重量平均分子量とは、既知の数平均分子量のポリスチレンを標準として、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(以下、「GPC」ともいう。)によって測定される分子量をいう。
 上記式(1)で表されるポリイミドは、溶媒に対する溶解性に優れることが後述の実験でも証明されている。したがって、式(1)で表されるポリイミドを用いることで、簡単なプロセスにより所望の特性を備えたワニスを得ることができる。本実施形態のポリイミドワニスによれば、ポリイミドが適切に溶解しているため、ワニスを塗布面上に塗布した際、ゲル状物が発生せず平滑性に優れたフィルムを形成することができる。このため、均一な厚みの樹脂層を形成することができるとともに、高い屈曲耐性を得ることができる。
 《ポリイミドワニスの製造方法》
 本実施形態のポリイミドワニスの製造方法は、(a)溶媒中に、ジアミンと、酸二無水物とを溶解して、ポリイミド前駆体を生成することと、(b)前記ポリイミド前駆体を加熱してポリイミドを生成することとを含む。一実施形態において、ポリイミドワニスは、例えば、(a)酸二無水物成分及びジアミン成分を、溶媒、例えば有機溶媒に溶解してポリイミド前駆体を生成することと、(b)トルエンなどの共沸溶媒を加え、ポリイミド前駆体を加熱して、イミド化の際に発生する水を系外に除去しつつポリイミドを生成することで、ポリイミド及び溶媒を含有するポリイミド溶液として製造することができる。
 微量金属元素及び任意の非金属微量元素を添加する方法及びタイミングは限定されない。添加方法に関し、微量金属元素及び微量非金属元素は、ポリイミドワニスの製造に用いられる原料、例えば溶媒、ジアミン、及び/又は酸二無水物等とともに添加してもよい。更に又は代替として、微量金属元素及び微量非金属元素は、ポリイミドワニスの製造に用いられる原料とは別に添加してもよい。添加のタイミングに関し、微量金属元素及び微量非金属元素は、上記工程(a)の前、工程(a)の間、工程(a)の後であって工程(b)の前、工程(b)の間、及び/又は工程(b)の後に添加することができる。好ましくは、工程(b)において、微量金属元素及び微量非金属元素を溶媒中に存在させる。更に好ましくは、微量金属元素及び微量非金属元素は、工程(a)においてジアミンとともに溶媒中に添加することによって、工程(b)の間に溶媒中に存在させる。理論に限定されないが、工程(b)において微量金属元素が溶媒中に存在することで、ジアミンと酸二無水物との反応性が高まり、ポリイミドの分子量が高まることによって、複数回の屈曲に対する屈曲耐性が改善されると考えられる。微量金属元素及び微量非金属元素の添加量は、ポリマー(α)に対するこれら元素の量が上記《ワニス》の欄で説明した量になるように調整する。
 工程(b)の反応時の条件は特に限定されないが、例えば、反応温度は0℃~250℃、反応時間は3~72時間であってよい。スルホン基含有ジアミン類との反応を充分に進めるために、180~200℃で12時間程度加熱反応させることが好ましい。また、反応時、アルゴンや窒素などの不活性雰囲気であることが好ましい。
 本実施形態におけるワニスの溶媒(β)は、ポリイミドを重合する際の溶媒(反応溶媒)をそのまま用いることができる。反応溶媒は、ポリイミドを溶解する溶媒であれば、特に限定されない。反応溶媒としては極性溶媒が有用であり、極性溶媒としては、例えば、フェノール系溶媒、アミド系溶媒、ラクトン系溶媒、スルホキシド系溶媒、ケトン系溶媒、及びエステル系溶媒が挙げられる。フェノール系溶媒としては、例えば、m-クレゾールが挙げられる。アミド系溶媒としては、例えば、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)、N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)、及びN,N-ジメチルアセトアミド(DMAc)が挙げられる。ラクトン系溶媒としては、例えば、γ-ブチロラクトン(GBL)、δ-バレロラクトン、ε-カプロラクトン、γ-クロトノラクトン、γ-ヘキサノラクトン、α-メチル-γ-ブチロラクトン、γ-バレロラクトン、α-アセチル-γ-ブチロラクトン、及びδ-ヘキサノラクトンが挙げられる。スルホキシド系溶媒としては、例えば、N,N-ジメチルスルホキシド(DMSO)が挙げられる。ケトン系溶媒としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、及びシクロヘキサノンが挙げられる。エステル系溶媒としては、例えば、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、及び炭酸ジメチルが挙げられる。このうち、好ましくは、溶解性の観点からNMP及びGBLが好ましい。フィルムのYIを更に低減させる観点から、GBLがより好ましい。
 本実施形態におけるワニスは、適宜添加剤を含んでもよい。添加剤としては、負の複屈折率を示す物質、例えば、炭酸ストロンチウム等の無機粒子;並びにポリスチレン、ポリビニルナフタレン、ポリメチルメタクリレート、セルローストリアセテート、及びフルオレン誘導体等の有機化合物等が挙げられる。
 添加剤としては、例えば、ワニスの塗工性を改善する為のレべリング剤、分散剤、及び界面活性剤;フィルムの支持体からの剥離性や接着性を調整する為の界面活性剤、及び密着助剤;フィルムに難燃性を付与する為の難燃剤などが挙げられる。そのほか、添加剤としては、例えば、酸化防止剤、紫外線防止剤、光安定剤、可塑剤、ワックス類、充填剤、顔料、染料、発泡剤、消泡剤、脱水剤、帯電防止剤、抗菌剤、防カビ剤、架橋剤、耐熱安定剤、イミド化剤などが挙げられる。
 添加剤として、例えば可塑化効果と難燃効果を有するリン酸エステル系化合物のように、一種の添加剤が複数の用途として用いられることがある為、用途は限定しないが化合物の構造としては、例えば、ホスファイト系化合物、フェノール系化合物、チオエーテル系化合物、ヒドラジン系化合物、アミド系化合物、ベンゾトリアゾール系化合物、トリアジン系化合物、イソシアヌル酸系化合物、ヒンダードアミン系化合物、ヒンダードフェノール系化合物、リン酸エステル系化合物、ホスファゼン系化合物、ウレタン系化合物、アクリル系化合物、メタクリル系化合物、エポキシ系化合物、イソシアネート系化合物、などが挙げられる。
 ポリイミドワニスに添加された添加剤は、そのままポリイミドフィルムに含有されていてもよい。
 《ポリイミドフィルム》
 本実施形態のポリイミドフィルムは、上記に渡って説明した本実施形態のワニスより得られる。本実施形態のポリイミドフィルムは、ポリイミドを主成分として含むポリイミドフィルムであってよい。ポリイミドの構造は、上記《ワニス》の欄で説明したポリイミドの構造に対応する。本願明細書において、フィルムが「ポリイミドを主成分として含む」とは、フィルムの全質量を基準として、ポリイミドを50質量%以上含むことを意味する。ポリイミドフィルムは、フィルムの全質量を基準として、ポリイミドを好ましくは60質量%以上、より好ましくは70質量%以上、更に好ましくは80質量%以上、より更に好ましくは90質量%以上含み、特に好ましくはポリイミドフィルムから構成される。
 本実施形態に係るポリイミドフィルムは、例えば、支持体の表面上に形成されたポリイミドフィルムであってもよく、支持体がなくても支持性のあるフィルム(自立フィルム)であってもよい。本実施形態のポリイミドフィルムは、支持体がなくても支持性のあるフィルム(自立フィルム)であることが、フィルム基板としての強度を保持する観点から好ましい。本願明細書において、支持性のあるフィルムとは、5%以上の破断伸度を有するフィルムを意味する。支持体を有するフィルムについては、支持体を剥がしたポリイミドフィルムが5%以上の破断伸度を有している場合、支持性のあるフィルムに該当する。
 尚、破断伸度の測定法は後述する(破断伸度、破断強度の評価)に記載の方法を用いることができる。
 本実施形態のポリイミドフィルムは、PETフィルムやCOPフィルムと同様にガラスの代替品として用いることができ、屈曲耐性に優れるため、例えば、折り畳み式の表示体や曲面に追従した表示体に本実施形態のポリイミドフィルムを用いてもフィルム破損が生じにくく、使い勝手が良い。
 〈屈曲耐性〉
 本実施形態のポリイミドフィルムは、屈曲半径2mm、屈曲角度135°、荷重0.625kg/mの条件で10万回屈曲させたときに破断せず、屈曲痕が目視で確認できないことが好ましい。本実施形態のポリイミドフィルムは、この構成を有する場合、フレキシブル光学デバイスの基板としてより好適に用いることができる。
 このような屈曲耐性は、上記条件を実現することができれば任意の方法で試験することができ、例えば、図1に示すようにして行うことができる。試験対象のフィルム(1)のサイズは、幅10~20mm、長さ110mm、厚さ5~20μmとすることができる。図1に示すように、試験対象のフィルム(1)を、回転台(2)の上部に配置されているプランジャー(3)に取り付けられたチャック(4)で挟持し、回転台(2)の中心を通るように垂下させる。回転台(2)に取り付けられた2つのクランプ(5)が回転台(2)の回転中心でフィルム(1)に接するように、フィルム(1)を2つのクランプ(5)で挟持する。クランプの先端は半径2mmの曲面になっており、これによって、フィルム(1)を屈曲半径2mmで屈曲させることができる。プランジャー(3)の先には錘がセットできるようになっており、錘の重さを変更させることで1.25kg/mの荷重をフィルム(1)にかけることが出来る。回転台(2)は、左回転及び右回転を切り換えて繰り返し回転運動することができる。開始状態のフィルムの下端の位置を開始点(0°)とし、回転台(2)を左(又は右)回転させる。回転台(2)の回転に伴いフィルムの下端はクランプ(5)に挟持されつつ上方に持ち上げられ、フィルム(1)はクランプ(5)に当接しながら屈曲する。屈曲角度(6)が135°に到達したら、回転台(2)の回転方向を逆方向に切り換える。フィルム(1)が開始点を通過し、当該逆方向に向かって屈曲角度(6)が再び135°に到達したら、再び回転台(2)の回転方向を切り換える。以上、フィルム(1)が開始点を出発して、右(又は左)に135°、開始点、左(又は右)に135°、そして再び開始点に戻るまでの動作を1回の屈曲とする。
 図2は、屈曲試験後のフィルムの状態を説明するための模式図である。本実施形態のポリイミドフィルムは、上記のような屈曲を10万回繰り返しても、図2(a)に例示的に示すように、破断せず、屈曲痕が目視で確認できない。例えば、屈曲試験後、フィルムの屈曲部のヘイズを測定すると5.0以下であることが好ましく、さらに好ましくは3.0以下であり、より好ましくは1.0以下である。図2(b)は、約29,000回屈曲させたとき破断した、従来のポリイミドフィルムの例を示す。図2(c)は、約1,000回屈曲させた後に屈曲痕を目視で確認することができた、PETフィルムの例を示す。
 〈黄色度(YI)〉
 本実施形態に係るポリイミドフィルムの黄色度(YI)は、好ましくは5.0以下、より好ましくは4.5以下、更に好ましくは4.0以下である。このとき、ポリイミドフィルムの膜厚は、0.1μmから30μmの範囲内であることが好ましく、1μmから20μmの範囲内であることがより好ましい。
 フレキシブルデバイス用のフィルム基板に用いる際は、デバイスの薄膜化による屈曲耐性向上の観点から、ポリイミドフィルムの膜厚は、1μmから10μmの範囲内であることが好ましく、更に好ましくは1μmから5μmの範囲内である。
 10μm未満のフィルムは、例えば、膜厚が10μm以上のポリイミドフィルムを延伸処理することにより作製することができる。支持体上にポリイミドワニスを塗布し、支持体を取り外してもポリイミドフィルムが自立性を有することができる状態まで仮乾燥を行う。支持体としては、前述したPETフィルムやKapton(東レ・デュポンの登録商標)、Upilex(宇部興産の登録商標)などのポリイミドフィルム、金属箔などを用いることができる。延伸処理の際、溶媒含有フィルム中に残存する溶媒量は、フィルムの自立性と延伸性加工性の観点から0.1~20質量%であることが好ましい。
 仮乾燥フィルムは支持体がついたまま、或いは支持体上から剥離した状態で、150℃~250℃に加熱しながら二軸延伸にて、MD方向及び/又はTD方向に、1.5倍から5倍に延伸し作製することができる。延伸は同時二軸延伸でも逐次二軸延伸でもよいが、フィルムのRthを低減する観点から同時二軸延伸であることが好ましい。延伸後の仮乾燥フィルムは、次いで本乾燥を実施し、残溶媒が0.1質量%未満となるまで乾燥される。
 本実施形態では、黄色度(YI)を2.0以下に調整することもできる。このように本実施形態では、低い黄色度に抑えることができ、すなわち無色透明なポリイミドフィルムを得ることができる。なお本実施形態でいう「無色透明」とは、フィルムの全光線透過率が80%以上であり、ヘイズが2以下であり、黄色度(YI)が、5.0以下の状態を指す。従って、本実施形態のポリイミドフィルムは、タッチパネルやディスプレイなどの光学用途に好適に用いることができる。例えば、本実施形態に係るポリイミド樹脂を透明電極フィルムの基板フィルムとして用いる際には、基板フィルムの上下面の少なくとも一方の面にタッチパネル素子を作製し、基板フィルムの表面、あるいは、基板フィルムの表面と対向する側を視認面とした場合でも画面の色づき、明度に悪影響を与えない。
 〈レタデーション(Rth)〉
 本実施形態のポリイミドフィルムのレタデーション(Rth)は、フィルム厚を15μmとした換算値で、好ましくは100nm以下、より好ましくは50nm以下、更に好ましくは20nm以下であってよい。Rthは負でもよいが、好ましくは-5nmより大きい値である。
 例えば、非特許文献1に記載されているように、一般的な高耐熱のポリイミド樹脂に用いられる酸二無水物及びジアミン骨格は平面性、芳香環密度が高く、ガラス基板上に塗工、乾燥した際に二次元平面方向に対するポリイミド鎖の配向が起こり、面内方向と面外方向の屈折率に異方性が見られ、レタデーション(Rth)が増大することが一般的に知られている。一般的に、屈折率の異方性を小さくする方法として、屈曲構造を導入して乾燥時の分子配向を抑制する方法や、電子密度の大きい芳香環の濃度を希釈する方法が知られている。また、特許文献4に記載されているように、ジアミンとして4,4’-ジアミノジフェニルスルホンのような屈曲基を導入したポリイミドを用いることで異方性の小さな無色透明フィルムを得る方法も知られている。しかしながら、屈折率の異方性が小さく、かつ無色透明なフィルムを得るために、溶媒に可溶な前駆体であるポリアミド酸の溶液から作成したポリアミド酸フィルムを経由し、ポリイミドフィルムとする方法が一般的であった。この場合、ポリアミド酸フィルムは強度に劣り、自立フィルムとするのが困難であるため、ハンドリング性が悪化する問題があった。
 これに対して、本実施形態のポリイミドワニス、特に上記式(1)で表されるポリイミドを含有するポリイミドワニスから製造されたポリイミドフィルムは、黄色度及びレタデーション(Rth)が低く、かつ機械的強度に優れた自立フィルムとして製造することができる。このため、本実施の形態のポリイミドフィルムは、例えば、タッチパネルやディスプレイなどの光学デバイス用途としてハンドリング性よく用いることができる。
 フィルム厚を15μmとした換算値で、レタデーション(Rth)が100nm以下である場合、例えば、本実施形態のポリイミドフィルムを透明電極フィルムの基板フィルムとして用いる際に、基板フィルムの上下面の少なくとも一方の面にタッチパネル素子を作製して視認面とした場合でも、画面の虹ムラに悪影響を与えることが少ないため好ましい。なお、理論に限定されないが、一般式(A-1)で表される構造と一般式(A-5)は、SO基が屈曲した構造であり、尚且つ、sp2軌道であるので屈曲構造が固定化されている。そのため、一般式(A-1)で表される構造と一般式(A-5)に含まれる芳香族基とが一方向に並ぶことなく、ランダムに存在すると考えられる。すなわち、ポリイミド骨格中に一般式(A-1)で表される構造と一般式(A-5)が存在すると、面内方向および面外方向の屈折率差が少なく、Rthが低減できると考えられる。
 本実施形態のポリイミドフィルムは、PETフィルムやCOPフィルムと同様にガラスの代替品として用いることができ、更には本実施形態のポリイミドフィルムは屈曲耐性に優れる為、折り畳み式の表示体や曲面に追従した表示体に用いることができる。
 《ポリイミドフィルムの製造方法》
 ポリイミドフィルムは、例えば、本実施形態のワニスを支持体の表面上に塗工等により製膜し、次いで、ワニスを加熱することにより得ることができる。
 本実施形態におけるポリイミドフィルムの製造方法は、例えば:本実施形態のワニスを支持体上に塗工することと;溶媒を粗乾燥させて、溶媒を0.1質量%~20質量%含む溶媒含有フィルム(以下、「中間フィルム」ともいう。)を形成することと;更に中間フィルムを加熱して、溶媒を0.1質量%未満になるまで本乾燥を実施することによって得ることができる。適宜、中間フィルムを延伸する工程を実施してもよい。
 ワニスの成膜方法としては、例えば、スピンコート、スリットコート、スロットダイコート及びブレードコートなどの公知の塗工方法が挙げられる。
 支持体としては、ガラス基板、例えば、アルカリガラス基板、及び無アルカリガラス基板(Eagle XG(登録商標)、コーニング社製);金属基板、例えば、銅基板、アルミ基板、及びSUS基板等の金属基板;プラスチックフィルム、例えば、Upilex(登録商標)フィルム(宇部興産製)、Kapton(登録商標)フィルム(東レ・デュポン製)等の有色ポリイミドフィルム、ポリカーボネートフィルム、PETフィルム等;金属箔、例えば、銅箔、アルミ箔、SUS箔等のような金属箔が挙げられる。しかしながら、ポリイミドワニスに対する加熱・乾燥は、支持体が無くとも実施することができ、支持体の種類は特に限定されるものではない。ここで、支持体としての基板とは、高剛性で折り曲げ等に適さないものを意味し、フィルム或いはフィルム基板とは、可撓性であり、折り曲げ加工が可能なものを意味する。
 粗乾燥における温度は、一般的には50℃~350℃、好ましくは70℃~200℃、より好ましくは100℃~150℃である。
 本乾燥における温度は、一般的には100℃~350℃、好ましくは150℃~320℃、より好ましくは180℃~300℃である。
 延伸における温度は、一般的には200℃~400℃、好ましくは200℃~350℃、より好ましくは250℃~350℃である。延伸後の乾燥における温度は、一般的には200℃~400℃、好ましくは200℃~350℃、より好ましくは250℃~350℃である。
 ワニスに対して、不活性ガス雰囲気下で150℃~350℃の温度を施すことで、溶媒を除去して、ポリイミドフィルムを形成することができる。乾燥は、大気雰囲気下でも実施することができ、特に限定されるものではない。
 フィルム製膜に好適なワニスの溶媒(β)は、例えば、m-クレゾール、NMP、DMF、DMAc、GBL、DMSO、アセトン、及びジエチルアセテート等が挙げられる。このうち、GBLを溶媒に用いることで、ポリイミドフィルムの低YIを担保することができる。
 上記のようにポリイミドワニスに対する加熱・乾燥により、溶媒はほぼ除去される。所望のYI、Rth、及び屈曲耐性を得、所望の物性を損なわない観点から、ポリイミドフィルム中に、溶媒、例えばGBLの含有量は、3質量%よりも小さいことが好ましく、1質量%よりも小さいことがより好ましく、0.5質量%以下であることが更に好適である。なお、GBLは、少なくとも0.01質量%程度が残量としてポリイミドフィルム中に含まれてもよい。
 本実施形態のポリイミドフィルムの製造方法は、あらかじめイミド化された本実施形態のポリイミドワニスからポリイミドフィルムを製膜する方法と、本実施形態のポリイミド前駆体ワニスからポリイミドフィルムを製膜する方法とがある。
 ポリイミドワニスからポリイミドフィルムを製膜する方法では、ポリイミドの溶媒への溶解性が良好であり、支持体上にポリイミドワニスを塗布し、仮乾燥を行い、支持体を取り外しても、ポリイミドフィルムは支持性のあるフィルム(自立フィルム)を保つことができる。したがって、支持体に支持されない自由状態で、溶媒を0.1質量%~20質量%含む仮乾燥後のポリイミドフィルム(本願明細書において、「仮乾燥フィルム」、「中間フィルム」及び「溶媒含有フィルム」ともいう。)を加熱して、ポリマーの配向が少ない状態で、溶媒含有量が0.1質量%未満のポリイミドフィルムを得ることができる。また、支持体に支持されない自由状態で、仮乾燥フィルムを延伸及び加熱してもよい。
 支持体上にポリイミド前駆体を含むワニスを塗布した状態で加熱してイミド化する方法では、支持体との膨張差による歪みにより、ポリイミドフィルムの残留歪みが大きくなりやすい。また、ポリイミド前駆体であるポリアミド酸フィルムからイミド化する場合、ポリアミド酸フィルムが強度に劣る為、支持体が必要であり、仮乾燥後に自立フィルムを得ることが困難である。更に脱水収縮による歪みが発生する為、ポリイミドフィルムの残留歪みが大きくなりやすい。その為、ポリイミド前駆体を含むワニスからポリイミドフィルムを製膜する場合は、有色ポリイミドフィルムなどの耐熱性のある支持体上に塗工して実施することが好ましい。
 本実施形態におけるポリイミドフィルムは、より高い破断伸度と破断強度とを得ることができる為、優れた屈曲耐性を有している。
 別の実施形態では、ポリイミドフィルムの表面上に、機能性層を設けて積層体としてもよい。機能性層は、ポリイミドフィルムの表面上に、例えば、透明電極層をスパッタリング装置で成膜することにより得ることができる。積層体が両面にポリイミドフィルムを有する場合、透明電極層は、積層体の両面に形成されていてもよい。積層体の両面のポリイミドフィルムに、それぞれ、少なくとも1層以上の透明電極層を形成することが好ましい。また、透明電極層とポリイミドフィルムとの間に、平滑性を付与する為のアンダーコート層、表面硬度を付与する為のハードコート層、視認性を向上する為のインデックスマッチング層、ガスバリア性を付与する為のガスバリア層、など他の層を有していてもよい。表面硬度を付与する為のハードコート層、視認性を向上する為のインデックスマッチング層は、透明電極層とポリイミドフィルムの上に積層されていてもよい。積層体は、透明電極フィルムのようなタッチパネル材料への使用に特に適している。
 《フレキシブル表示デバイス》
 本実施形態のフレキシブル表示デバイスは、本実施形態のポリイミド層を有する。フレキシブル表示デバイスとしては、有機ELディスプレイ、例えば、ボトムエミッション型フレキシブル有機ELディスプレイ、トップエミッション型フレキシブル有機ELディスプレイなど;又はフレキシブル液晶ディスプレイが挙げられる。
 本実施形態のワニス、およびポリイミドフィルムは、フレキシブル表示デバイスに用いられるポリイミド層を形成するのに好適である。好ましくは、本実施形態のワニス、またはポリイミドフィルムを用いてフレキシブル表示デバイスを製造することができる。
 本実施形態のフレキシブル表示デバイスは、その表示部び用いられる少なくとも一層のフィルム基材としてポリイミドフィルムを有してもよい。本実施形態のポリイミドフィルムは、例えば、支持体の表面上に形成されたポリイミドフィルム、又は支持体がなくても支持性のあるフィルム(自立フィルム)でよい。ポリイミドフィルムはロールフィルムとして加工プロセスに適用させる観点から、自立フィルムであることが好ましい。本実施形態のポリイミドフィルムは、PETフィルム又はCOPフィルムと同様にガラスの代替品として用いることができ、更には折り畳み式の表示体又は曲面に追従した表示体に用いることができる。
 フレキシブル表示デバイス用のフィルム基板に用いる際は、デバイスの薄膜化と耐屈曲性の向上の観点から、ポリイミドフィルムの膜厚は、1μm~50μmの範囲内であることが好ましく、より好ましくは1μm~25μmの範囲内である。
 本実施形態のポリイミドフィルムをフレキシブル表示デバイスに用いる場合、該フレキシブル表示デバイスは光源を備え、この光源の光が本実施形態のポリイミドフィルムを通過してフレキシブル表示デバイスの外部に出力されるように構成されることが好ましい。
 《積層体》
 本実施形態において、ポリイミドフィルムの表面上に、透明電極層を設けて、積層体を製造することができる。
 積層体は、ポリイミドフィルムの表面上に透明電極層をスパッタリング装置で成膜等することにより得ることができる。ポリイミドフィルムは支持体を有していてもよく、支持体を有しない単層であってもよい。積層体は、透明電極層をポリイミドフィルムの両面に有してもよい。このとき、ポリイミドフィルムの両面に、それぞれ、少なくとも1層以上の透明電極層を有することが好ましい。また、透明電極層とポリイミドフィルムとの間に、平滑性を付与する為のアンダーコート層、表面硬度を付与する為のハードコート層、視認性を向上する為のインデックスマッチング層、ガスバリア性を付与する為のガスバリア層、など他の層を有していてもよい。表面硬度を付与する為のハードコート層、視認性を向上する為のインデックスマッチング層、は透明電極層とポリイミドフィルムの上に積層されていてもよい。本実施の形態の積層体は、透明電極フィルムのようなタッチパネル材料への使用に適している。
 透明電極フィルムを形成する場合、透明電極層のポリイミドフィルム表面への成膜工程は、例えば、80~100℃の低い温度範囲で実施されるが、実際に所望する性能発現のためには、より高温でのスパッタリングを行い、比抵抗の低い透明電極層を形成することが好ましい。透明電極層は、ポリイミドフィルムの両面に形成される構成にできる。これにより、例えば、両面にタッチパネル素子を配置することができる。
 この際、透明電極層を成膜する温度が、成膜面を構成するポリイミドフィルムのガラス転移温度(Tg)が高い場合においては、高温領域でポリイミドフィルムの収縮や破断などの問題が生じる。一般的に、PETフィルム上に透明電極層を形成する場合、PETフィルムのガラス転移温度(Tg)である約100℃よりも低い80℃程度でのスパッタリングが行われる。これに対して本実施形態に係るポリイミドフィルムは、ガラス転移温度(Tg)が約250℃以上(フィルムの厚さ15μmを基準)と高く、耐熱性に優れる。すなわち200℃以上の高温に曝されても高い屈曲耐性を保ち得る。したがって、本実施形態のポリイミドフィルム10の表面に対して、例えば、150~250℃程度でのスパッタリングを行って、比抵抗の低い透明電極層を成膜することができる。
 また、本実施形態において、ポリイミドは、透明電極層21を成膜する際の歩留まりを向上させる観点から、ポリイミドフィルムの厚さ15μmを基準として、破断強度が100MPa以上であることが好ましい。
 また、本実施形態に係るポリイミドフィルムは、透明電極フィルムの性能を向上させる観点から、上記したように、フィルムの厚さ15μmを基準として、ガラス転移温度(Tg)が250℃以上であることが好ましい。
 以下、本発明について、例に基づきさらに詳述するが、これらは説明のために記述されるものであって、本発明の範囲が下記例に限定されるものではない。例における各種評価は次のとおりに行った。
 《測定及び評価方法》
 〈屈曲耐性の評価(屈曲試験)〉
 ポリイミドフィルムの屈曲耐性の評価は、フィルムを25℃、相対湿度50%にて24時間調湿後、MIT型繰り返し折り曲げ試験機(MIT-DA、株式会社東洋精機製作所製)を用い、幅15mm、長さ100mm、厚み7~20μmの試験片に荷重が0.625kg/mmとなる錘をかけた状態で、折り曲げ半径R2mm、折り曲げ角度135°、速度90回/分の条件で100,000回往復での繰り返し折曲げ試験を行った。試験後サンプルを装置から外し屈曲耐性評価結果を得た。
 得られた屈曲耐性を下記基準に従ってランク分けした。
 (屈曲耐性ランク)
 〇(良好):目視で屈曲痕が確認できないもの
 ×(不良):目視で屈曲痕が確認できる、又はヘイズが5.0以上であるもの
 尚、ヘイズはコニカミノルタ株式会社製分光測色計(CM3600A)にてD65光源を用い、測定した。
 〈透過率の測定〉
 ポリイミドワニスの透過率は、ポリイミドワニスの固形分濃度を20質量%に調整したあと、紫外可視吸収スペクトル測定にて、下記の条件により測定した。装置は、UV/VIS SPECTROPHOTOMETER(V-550、JASCO製)を用いた。バックグラウンドはレファレンス室及びサンプル室にワニスと同じ溶媒を満たしたセルを置き測定した。透過率スペクトルは、レファレンス室にワニスと同じ溶媒を満たしたセルを置き、サンプル室に測定サンプルを満たしたセルを置き測定した。得られたスペクトルデータより、光路長10mm、波長450nmにおける値を透過率とした。
 装置:UV/VIS SPECTROPHOTOMETER(V-550、JASCO社製)
 セルサイズ:厚み10mm×幅10mm×高さ400mm
 測定波長:300nm-800nm
 バンド幅:2.0nm
 走査速度:200nm/min
 得られた透過率を下記基準に従ってランク分けした。
 (透過率ランク)
 ◎(非常に良好):透過率が60%を超える。
 〇(良好):透過率が45%以上60%以下である。
 ×(不良):透過率が45%未満である。
 〈金属元素、リン、ケイ素の含有量測定〉
 ワニス中の金属元素、リン、ケイ素の含有量の測定はICP-AES測定により行った。原料を0.5g秤量し、硝酸→硝酸+塩酸→硝酸+過塩素酸にて湿式分解後の試料を25mLに定容して、ICP-AES定性分析を行った。
 〈重量平均分子量(Mw)及び、数平均分子量(Mn)の測定〉
 重量平均分子量(Mw)及び、数平均分子量(Mn)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)にて、下記の条件により測定した。溶媒としては、N,N-ジメチルホルムアミド(和光純薬工業社製、高速液体クロマトグラフ用)を用い、測定前に24.8mol/Lの臭化リチウム一水和物(和光純薬工業社製、純度99.5%)及び63.2mol/Lのリン酸(和光純薬工業社製、高速液体クロマトグラフ用)を加えたものを使用した。また、重量平均分子量を算出するための検量線は、スタンダードポリスチレン(東ソー社製)を用いて作製した。
 カラム:TSK-GEL SUPER HM-H×2本
 流速:0.5mL/分
 カラム温度:40℃
 ポンプ:PU-2080(JASCO社製)
 検出器:RI-2031Plus(RI:示差屈折計、JASCO社製)
     UV-2075Plus(UV-Vis:紫外可視吸光計、JASCO社製)
 〈表面平滑性(Ra)の評価〉
 ナノスケールハイブリッド顕微鏡(VN8000、キーエンス株式会社製)を用いて、積層体のフィルム層側の測定面積(50μm×50μm)をスキャンし、の表面の算術平均粗さ(Ra)を測定した。
 〈黄色度(YI)の評価〉
 ポリイミドフィルムを、コニカミノルタ株式会社製分光測色計(CM3600A)にてD65光源を用い、黄色度(YI値)を測定した。なお、特に記載のない限り、サンプルとして20±1μmの膜厚のフィルムについて測定を行った。
 得られた黄色度(YI)を下記基準に従ってランク分けした。
 (YIランク)
 ◎(非常に良好):フィルムのYIが2以下である。
 〇(良好):YIが2を超え4以下である。
 ×(不良):YIが4を超える。
 続いて、ポリイミドの合成条件およびポリイミドフィルムの作製条件について具体的に説明する。
 《酸二無水物とジアミンの略称》
 酸二無水物
 6FDA: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
 ODPA:4,4’-オキシジフタル酸二無水物
 PMDA:4,ピロメリット酸二無水物
 BPDA:3,3’,4,4’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物
 HPMDA:ヒドロキシピロメリット酸二無水物
 TDA:1,3,3a,4,5,9b-ヘキサヒドロ-5-(テトラヒドロ-2,5-ジオキソ-3-フラニル)ナフト[1,2-c]フラン-1,3-ジオン
 BODA:ビシクロ[2,2,2]オクト-7-エン-2,3,5,6-テトラカルボン酸二無水物(BCDAとも表記)
 ジアミン
 TFMB:2,2’-ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン
 3,3’-DDS:3,3’-ジアミノジフェニルスルホン
 4,4’-DDS:4,4’-ジアミノジフェニルスルホン
 CHDA:シクロヘキシルジアミン
 14BAC:1,4-ビス(アミノメチル)シクロヘキサン
 BANBDA:ビス(アミノメチル)ノルボルナン
 BAPB:4,4’-ビス(4-アミノフェノキシビフェニル)
 BAPDB:α,α’-ビス(4-アミノフェニル)-1,4-ジイソプロピルベンゼン
 《ポリイミドワニスの合成例》
 ポリイミドワニス、およびポリイミド前駆体(ポリアミド酸)ワニスを以下の合成例および比較合成例に示すとおりに作製した。原料の酸二無水物とジアミンの量(mol%)を表1に示す。原料と共に反応溶液の中に微量金属を添加し、各実施例、比較例を作成した。添加した金属の種類と量を表2に示す。
 [合成例1-1]
 ディーン・スターク管及び還流管を上部に備えた撹拌棒付き500mLセパラブルフラスコに、窒素ガスを導入しながら2,2’-ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン(TFMB)22.19g(69.30mmol)、γ-ブチロラクトン(GBL)50.00gを加えた。続いて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(6FDA)31.09g(70.00mmol)、GBL22.28gを室温で加えた。その溶液を室温で6時間撹拌しポリイミド前駆体を生成し、トルエン26.02gを室温で加えた後、内温160℃まで昇温し、160℃で1時間加熱還流を行い、イミド化を行った。イミド化完了後、180℃まで昇温し、トルエンを抜き出しながら反応を続けた。12時間反応後、オイルバスを外して室温に戻し、固形分が20質量%濃度となるようにGBLを加え、ポリイミドGBL溶液(以下、ポリイミドワニスともいう)を得た。
 [合成例1-2]
 表2のとおりに金属の添加を変更したこと以外は合成例1-1と同様にポリイミドワニスを合成した。
 [合成例1-3]
 表2のとおりに金属の添加を変更し、反応温度を80℃とし、また、加熱還流工程によるイミド化を行わなかったこと以外は合成例1-1と同様に、ポリイミド前駆体ワニスを合成した。
 [合成例2-1]
 表1および表2のとおりに酸二無水物とジアミンの仕込み、および金属の添加を変更したこと以外は合成例1-1と同様にポリイミドワニスを合成した。
 [合成例2-2]
 表1および表2のとおりに酸二無水物とジアミンの仕込み、および金属の添加を変更したこと以外は合成例1-1と同様にポリイミドワニスを合成した。
 [合成例3-1]
 表1および表2のとおりに酸二無水物とジアミンの仕込み、および金属の添加を変更し、溶媒としてN-メチルピロリドン(NMP)を用いたこと以外は合成例1-1と同様にポリイミドワニスを合成した。
 [合成例3-2]
 表1および表2のとおりに酸二無水物とジアミンの仕込み、および金属の添加を変更し、溶媒としてN-メチルピロリドン(NMP)を用いたこと以外は合成例1-1と同様にポリイミドワニスを合成した。
 [合成例4-1]
 表1および表2のとおりに酸二無水物とジアミンの仕込み、および金属の添加を変更し、以下に記載の手順でポリイミドワニスを合成した。
 ディーン・スターク管及び還流管を上部に備えた撹拌棒付き500mLセパラブルフラスコに、窒素ガスを導入しながら4,4’-DDSを12.05g(48.51mmol)に、3,3’-DDSを5.16g(20.79mmol)、GBL50.00gを加えた。続いて4,4’-オキシジフタル酸無水物(ODPA)21.71g(70.00mmol)、GBL22.28g、トルエン26.02gを室温で加えた後、内温160℃まで昇温し、160℃で1時間加熱還流を行い、イミド化を行った。イミド化完了後、180℃まで昇温し、トルエンを抜き出しながら反応を続けた。12時間反応後、オイルバスを外して室温に戻し、固形分が20質量%濃度となるようにGBLを加え、ポリイミドGBL溶液(以下、ポリイミドワニスともいう)を得た。
 [合成例4-2]
 表1および表2のとおりに酸二無水物とジアミンの仕込み、および金属の添加を変更したこと以外は合成例4-1と同様にポリイミドワニスを合成した。
 [合成例5-1]
 表1および表2のとおりに酸二無水物とジアミンの仕込み、および金属の添加を変更し、反応時間を7時間としたこと以外は合成例4-1と同様にポリイミドワニスを合成した。
 [合成例5-2]
 表1および表2のとおりに酸二無水物とジアミンの仕込み、および金属の添加を変更し、反応時間を7時間とした以外は合成例4-1と同様にポリイミドワニスを合成した。
 [合成例6]
 表1および表2のとおりに酸二無水物とジアミンの仕込み、および金属の添加を変更し、反応時間を7時間としたこと以外は合成例4-1と同様にポリイミドワニスを合成した。
 [合成例7]
 表1および表2のとおりに酸二無水物とジアミンの仕込み、および金属の添加を変更し、反応時間を7時間としたこと以外は合成例4-1と同様にポリイミドワニスを合成した。
 [合成例8]
 表1および表2のとおりに酸二無水物とジアミンの仕込み、および金属の添加を変更し、溶媒としてNMPを用い反応時間を7時間としたこと以外は合成例4-1と同様にポリイミドワニスを合成した。
 [合成例9]
 表1および表2のとおりに酸二無水物とジアミンの仕込み、および金属の添加を変更し、溶媒としてNMPを用い反応時間を7時間としたこと以外は合成例4-1と同様にポリイミドワニスを合成した。
 [合成例10]
 表1および表2のとおりに酸二無水物とジアミンの仕込み、および金属の添加を変更し、反応時間を7時間としたこと以外は合成例4-1と同様にポリイミドワニスを合成した。
 [合成例11]
 表1および表2のとおりに酸二無水物とジアミンの仕込み、および金属の添加を変更し、反応時間を7時間としたこと以外は合成例4-1と同様にポリイミドワニスを合成した。
 [合成例12]
 表1および表2のとおりに酸二無水物とジアミンの仕込み、および金属の添加を変更し、反応時間を7時間としたこと以外は合成例4-1と同様にポリイミドワニスを合成した。
 [合成例13]
 表1および表2のとおりに酸二無水物とジアミンの仕込み、および金属の添加を変更し、反応時間を3時間としたこと以外は合成例4-1と同様にポリイミドワニスを合成した。
 [合成例14]
 表1および表2のとおりに酸二無水物とジアミンの仕込み、および金属の添加を変更し、反応時間を4時間としたこと以外は合成例4-1と同様にポリイミドワニスを合成した。
 [合成例15]
 表1および表2のとおりに酸二無水物とジアミンの仕込み、および金属の添加を変更し、反応時間を6時間としたこと以外は合成例4-1と同様にポリイミドワニスを合成した。
 [合成例16]
 ディーン・スターク管及び還流管を上部に備えた撹拌棒付き500mLセパラブルフラスコに、窒素ガスを導入しながら4,4’-ビス(4-アミノフェノキシビフェニル)(BAPB)5.11g(13.86mmol)に、3,3-DDSを10.32g(41.58mmol)、4,4-DDSを3.44g(13.86mmol)、GBL50.00gを加えた。続いて4,4’-オキシジフタル酸無水物(ODPA)21.71g(70.00mmol)、GBL22.28g、トルエン25.63gを室温で加えた後、内温160℃まで昇温し、160℃で1時間加熱還流を行い、イミド化を行った。イミド化完了後、180℃まで昇温し、トルエンを抜き出しながら反応を続けた。6時間反応後、オイルバスを外して室温に戻し、固形分が20質量%濃度となるようにNMPを加え、ポリイミドNMP溶液(以下、ポリイミドワニスともいう)を得た。
 [合成例17]
 表1および表2のとおりに酸二無水物とジアミンの仕込み、および金属の添加を変更し、反応時間を6時間としたこと以外は合成例4-1と同様にポリイミドワニスを合成した。
 [合成例18]
 表1および表2のとおりに酸二無水物とジアミンの仕込み、および金属の添加を変更したこと以外は合成例4-1と同様にポリイミドワニスを合成した。
 [合成例19]
 表1および表2のとおりに酸二無水物とジアミンの仕込み、および金属の添加を変更したこと以外は合成例4-1と同様にポリイミドワニスを合成した。
 [合成例20]
 表1および表2のとおりに酸二無水物とジアミンの仕込み、および金属の添加を変更したこと以外は合成例4-1と同様にポリイミドワニスを合成した。
 [比較合成例1]
 原料は全て精製したものを用いた。原料の金属イオン濃度を測定したところ、Cu、Cr、Zr、Zn、Mn、Co、Pd、Ni、Rh、Al、Feはいずれも0.01ppm以下であり、ケイ素及びリンも同様に0.01ppm以下であった。
 精製済の原料を用い表1および表2のとおりに酸二無水物とジアミンの仕込み、および金属の添加を変更したこと以外は合成例1-1と同様にポリイミドワニスを合成した。
 [比較合成例2]
 精製済の原料を用い表1および表2のとおりに酸二無水物とジアミンの仕込み、および金属の添加を変更し、溶媒としてN-メチルピロリドン(NMP)を用いたこと以外は合成例1-1と同様にポリイミドワニスを合成した。
 [比較合成例3]
 精製済の原料を用い表1および表2のとおりに酸二無水物とジアミンの仕込み、および金属の添加を変更したこと以外は合成例4-1と同様にポリイミドワニスを合成した。
 [比較合成例4]
 精製済の原料を用い表1および表2のとおりに酸二無水物とジアミンの仕込み、および金属の添加を変更し、反応時間を7時間としたこと以外は合成例4-1と同様にポリイミドワニスを合成した。
 [比較合成例5]
 精製済の原料を用い表1および表2のとおりに酸二無水物とジアミンの仕込み、および金属の添加を変更した以外は合成例4-1と同様にポリイミドワニスを合成した。
 [比較合成例6]
 精製済の原料を用い表1および表2のとおりに酸二無水物とジアミンの仕込み、および金属の添加を変更したこと以外は合成例4-1と同様にポリイミドワニスを合成した。
 [比較合成例7]
 精製済の原料を用い表1および表2のとおりに酸二無水物とジアミンの仕込み、および金属の添加を変更したこと以外は合成例4-1と同様にポリイミドワニスを合成した。
 合成例1-1~20、及び比較合成例1~7で得られたポリイミドワニスの組成及び評価結果を、以下の表に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000023
 《ポリイミドフィルムの作製》
 [実施例1~26]
 表2及び表3に示すように各合成例のポリイミドワニスあるいはポリイミド前駆体ワニスを、支持基材としてのupilex(宇部興産製、製品番号upilex125s)上に塗工厚み150μmで塗工して、50℃で30分乾燥させた。この溶媒含有フィルムとupilexフィルムの積層体を270℃で1時間乾燥した後、支持体であるupilexフィルムを剥離した状態のポリイミドの自立フィルムの試験結果を以下の表3に示す。
 [比較例1~7]
 表2及び表3に示すように各比較合成例のポリイミドワニスを、支持基材としてのupilex(宇部興産製、製品番号upilex125s)上に塗工厚み150μmで塗工して、50℃で30分乾燥させた。この溶媒含有フィルムとupilexフィルムの積層体を270℃で1時間乾燥した後、支持体であるupilexフィルムを剥離した状態のポリイミドの自立フィルムの試験結果を以下の表3に示す。
[評価結果]
 表3に示すとおり、本実施形態のポリイミドフィルムは屈曲耐性、表面平滑性、及び透明性(YI値)に優れる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000024
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000025
 本発明のワニスは、表面保護フィルム、カラーフィルター、TFT、などの基板フィルム、絶縁保護膜として用いられるポリイミドフィルムの製造に用いることができる。本実施形態におけるポリイミドフィルム及び積層体は、光学デバイス、例えば、タッチパネル機能を備えたディスプレイ、有機EL発光デバイス、スマートフォン、及びタブレット端末;フレキシブル光学デバイス、例えば、フレキシブル表示デバイス、フレキシブル太陽電池、フレキシブルタッチパネル、折り曲げが可能なスマートフォンやタブレット端末;その他のフレキシブルデバイス、例えば、フレキシブルバッテリー;並びに、曲面を有する有機EL発光デバイスや有機ELディスプレイ等の製品に好適に利用することができる。
 1  フィルム
 2  プランジャー
 3  チャック
 4  回転台
 5  クランプ
 6  屈曲角度

Claims (30)

  1.  ポリマー(α)と溶媒(β)とを含むワニスであって、
     前記ポリマー(α)はポリイミドまたはポリイミド前駆体であり、
     前記ワニスは、アルカリ金属およびアルカリ土類金属を除く、原子量が26以上201以下である典型金属元素、又は、原子量が26以上201以下である遷移金属元素に属する少なくとも1種の金属元素を含み、
     前記ワニスに含まれる前記金属元素のうち少なくとも1種は、前記ポリマー(α)に対して0.05~500ppm存在する、ワニス。
  2.  前記ワニスは、前記溶媒(β)中の前記ポリマー(α)の濃度を20質量%に調整したとき、光路長10mmで測定される波長450nmの光の透過率が60%以上である、請求項1に記載のワニス。
  3.  前記金属元素は、Zn、Zr、Cu、Cr、Mn、Co、Pd、Ni、Rh、Al、及びFeからなる群から選ばれる少なくとも1種を含む、請求項1又は2に記載のワニス。
  4.  前記ワニスに含まれる前記金属元素のうち少なくとも1種は、前記ポリマー(α)に対して0.05~100ppm存在する、請求項1~3のいずれか一項に記載のワニス。
  5.  前記金属元素がZnを含む、請求項3に記載のワニス。
  6.  前記金属元素がZrを含む、請求項3に記載のワニス。
  7.  前記金属元素がCuを含む、請求項3に記載のワニス。
  8.  前記金属元素がCrを含む、請求項3に記載のワニス。
  9.  前記金属元素が、Mn、Co、Pd、Ni、Rh、及びAlからなる群から選ばれる少なくとも1種を含む、請求項3に記載のワニス。
  10.  前記金属元素が、Feを含む、請求項3に記載のワニス。
  11.  前記金属元素がFeを含み、
     Feは、前記ポリマー(α)に対して50ppm~500ppm存在する、請求項3に記載のワニス。
  12.  前記ワニスは、P及びSiからなる群から選ばれる典型非金属元素を更に含み、
     前記ワニスに含まれる前記典型非金属元素のうち少なくとも1種は、前記ポリマー(α)に対して0.05~100ppm存在する、請求項1~9のいずれか一項に記載のワニス。
  13.  前記ポリマー(α)がポリイミドである、請求項1~12のいずれか一項に記載のワニス。
  14.  前記溶媒(β)がγ-ブチロラクトンである、請求項13に記載のワニス。
  15.  前記金属元素がCuを含む、請求項14に記載のワニス。
  16.  前記ワニスに含まれる前記金属元素の合計量が、前記ポリマー(α)に対して0.05~500ppmである、請求項1に記載のワニス。
  17.  前記ワニスは、フレキシブル表示デバイスのポリイミド層、又は有機EL発光デバイスのポリイミド層の形成に用いられる、請求項1~14のいずれか一項に記載のワニス。
  18.  請求項1~17のいずれか一項に記載のワニスより得られる、ポリイミドフィルム。
  19.  請求項18に記載のポリイミドフィルムを有する、有機EL発光デバイス。
  20.  請求項18に記載のポリイミドフィルムを有する、フレキシブル表示デバイス。
  21.  前記フレキシブル表示デバイスは光源を更に含み、
     前記ポリイミドフィルムは、前記光源からの光が前記ポリイミドフィルムを通過して前記フレキシブルデバイスの外部に出力されるような位置に配置された、請求項20に記載のフレキシブル表示デバイス。
  22.  ポリマー(α)を含むポリイミド層を有するフレキシブル表示デバイスであって、
     前記ポリイミド層は、アルカリ金属およびアルカリ土類金属を除く、原子量が26以上201以下である典型金属元素、又は、原子量が26以上201以下である遷移金属元素に属する少なくとも1種の金属元素を含み、
     前記ポリイミド層に含まれる前記金属元素のうち少なくとも1種は、前記ポリマー(α)に対して0.05~500ppm存在する、フレキシブル表示デバイス。
  23.  前記ポリイミド層に含まれる前記金属元素のうち少なくとも1種は、前記ポリマー(α)に対して0.05~100ppm存在する、請求項22に記載のフレキシブル表示デバイス。
  24.  前記金属元素は、Zn、Zr、Cu、Cr、Mn、Co、Pd、Ni、Rh、Al、及びFeからなる群から選ばれる少なくとも1種を含む、請求項22に記載のフレキシブル表示デバイス。
  25.  前記金属元素は、Zn、Zr、Cu、及びCrからなる群から選ばれる少なくとも1種を含む、請求項24に記載のフレキシブル表示デバイス。
  26.  前記金属元素は、Feを含み、
     Feは、前記ポリマー(α)に対して50~500ppm存在する、請求項24に記載のフレキシブル表示デバイス。
  27.  前記ポリイミド層に含まれる前記金属元素の合計量が、前記ポリマー(α)に対して0.05~500ppmである、請求項22に記載のフレキシブル表示デバイス。
  28.  前記フレキシブル表示デバイスは光源を更に含み、
     前記ポリイミド層は、前記光源からの光が前記ポリイミド層を通過して前記フレキシブル表示デバイスの外部に出力されるような位置に配置された、請求項27に記載のフレキシブル表示デバイス。
  29.  ポリイミドワニスの製造方法であって、前記方法は、
     (a)溶媒中に、ジアミンと、酸二無水物とを溶解して、ポリイミド前駆体を生成することと、
     (b)前記ポリイミド前駆体を前記溶媒中で加熱してポリイミドを生成することと
     を含み、
     工程(b)において、Zn、Zr、Cu、Cr、Mn、Co、Pd、Ni、Rh、Al、及びFeからなる群から選択される少なくとも1種の金属元素を前記溶媒中に存在させる、ポリイミドワニスの製造方法。
  30.  前記金属元素はCuを含む、請求項29に記載のポリイミドワニスの製造方法。
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