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JP2023038407A - Polyamide acid composition, polyimide, polyimide film, laminate and flexible device, and method for producing laminate - Google Patents

Polyamide acid composition, polyimide, polyimide film, laminate and flexible device, and method for producing laminate Download PDF

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JP2023038407A
JP2023038407A JP2021145091A JP2021145091A JP2023038407A JP 2023038407 A JP2023038407 A JP 2023038407A JP 2021145091 A JP2021145091 A JP 2021145091A JP 2021145091 A JP2021145091 A JP 2021145091A JP 2023038407 A JP2023038407 A JP 2023038407A
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JP
Japan
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polyamic acid
polyimide
polyimide film
laminate
film
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Pending
Application number
JP2021145091A
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Japanese (ja)
Inventor
伸明 田中
Nobuaki Tanaka
博文 中山
Hirobumi Nakayama
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kaneka Corp
Original Assignee
Kaneka Corp
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Publication date
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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  • Macromolecular Compounds Obtained By Forming Nitrogen-Containing Linkages In General (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

To provide a polyamide acid composition that can give a polyimide having transparency, as well as high heat resistance and low residual stress.SOLUTION: Polyamide acid includes acid dianhydride represented by 5,5'-bis-2-norbornene-5,5',6,6'-tetracarboxylic acid-5,5',6,6'-dianhydride (BNBDA), and diamine represented by 4,4'-diaminobenzanilide (DABA). When the total acid dianhydride constituting the polyamide acid is 100 mol%, the proportion of BNBDA is preferably 40 mol% or more and 100 mol% or less.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、ポリアミド酸組成物、ポリイミド、ポリイミド膜、積層体およびフレキシブルデバイス、ならびに積層体の製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to polyamic acid compositions, polyimides, polyimide films, laminates and flexible devices, and methods for producing laminates.

ディスプレイ、タッチパネル、照明装置、太陽電池等の電子デバイスにおいては、薄型化、軽量化、およびフレキシブル化が要求されており、ガラス基板に代えて樹脂フィルム基板の利用が検討されている。特に、高い耐熱性や、寸法安定性、高機械強度が求められる用途では、ガラス代替材料としてポリイミドフィルムの適用が検討されている。 Electronic devices such as displays, touch panels, lighting devices, and solar cells are required to be thinner, lighter, and more flexible, and the use of resin film substrates instead of glass substrates is being investigated. In particular, for applications that require high heat resistance, dimensional stability, and high mechanical strength, the application of polyimide film as a substitute for glass is being investigated.

電子デバイスの製造プロセスでは、基板上に、薄膜トランジスタや透明電極等の電子素子が設けられるが、電子素子の形成は高温プロセスを要し、プラスチックフィルム基板には高温プロセスに適応可能な耐熱性が要求されるため、プラスチックフィルム基板の材料として、ポリイミドの使用が検討されている。 In the manufacturing process of electronic devices, electronic elements such as thin film transistors and transparent electrodes are formed on substrates. The formation of electronic elements requires high-temperature processes, and plastic film substrates are required to have heat resistance that can be adapted to high-temperature processes. Therefore, the use of polyimide as a material for plastic film substrates is being studied.

電子デバイスの製造プロセスは、バッチタイプとロール・トゥ・ロールタイプに分けられるが、バッチプロセスでは、ガラス支持体上に樹脂溶液を塗布、乾燥して、ガラス支持体とフィルム基板との積層体を形成し、その上に素子を形成した後、ガラス支持体からフィルム基板を剥離すればよく、現行のガラス基板用プロセス設備を利用できる。
フィルム基板がポリイミドである場合は、支持体上にポリイミド前駆体としてのポリアミド酸溶液を塗布し、支持体とともにポリアミド酸を加熱してイミド化を行うことにより、支持体とポリイミド膜との積層体が得られる。
The manufacturing process of electronic devices can be divided into batch type and roll-to-roll type. In the batch process, a resin solution is applied onto a glass support and dried to form a laminate of the glass support and the film substrate. After forming and forming elements thereon, the film substrate can be peeled off from the glass support, and existing processing equipment for glass substrates can be used.
When the film substrate is polyimide, a polyamic acid solution as a polyimide precursor is applied onto the support, and the polyamic acid is heated together with the support for imidization, thereby forming a laminate of the support and the polyimide film. is obtained.

トップエミッション型の有機ELなどでは基板の反対側に光を出射するため、基板材料に透明性は求められていなかった。しかし、透明ディスプレイやボトムエミッション型の有機ELなど素子から発せられる光が基板を通って出射する場合やスマートフォンなどを全面ディスプレイ(ノッチレス)にするため、基板の背面にセンサーやカメラモジュールを設置する場合には、基板材料にも高い透明性が求められる。
このような背景から、高い耐熱性、寸法安定性を有し、さらには高い透明性を有する材料が求められている。
Transparency is not required for substrate materials in top-emission organic ELs and the like because light is emitted to the opposite side of the substrate. However, when light emitted from elements such as transparent displays and bottom-emission organic EL devices is emitted through the substrate, or when a sensor or camera module is installed on the back of the substrate to make the smartphone a full-screen display (notchless). , the substrate material is also required to have high transparency.
Against this background, materials having high heat resistance, dimensional stability, and high transparency are desired.

高い透明性を有するポリイミドとして、脂環式モノマーを用いることでフィルムの着色を抑制したり(特許文献1、2)、耐熱性を向上させたり(特許文献3)、イミダゾール系化合物を含有させることで400nmの透過率を向上させ高い透明性を有することができる(特許文献4)。 As a highly transparent polyimide, an alicyclic monomer is used to suppress coloration of the film (Patent Documents 1 and 2), improve heat resistance (Patent Document 3), and contain an imidazole compound. can improve the transmittance at 400 nm and have high transparency (Patent Document 4).

特許文献記載のポリイミドは高い透明性を有するが、特許文献1に記載のポリイミドは高温下で保持した際の重量減少値が大きく、特許文献3に記載のポリイミドは線膨張係数(CTE)が高く、電子素子形成の高温プロセスに適応できない。 The polyimide described in Patent Document has high transparency, but the polyimide described in Patent Document 1 has a large weight loss value when kept at high temperature, and the polyimide described in Patent Document 3 has a high linear expansion coefficient (CTE). , not adaptable to the high temperature process of forming electronic devices.

特開2017-160360号公報JP 2017-160360 A 特開2017-66354号公報JP 2017-66354 A WO2014-038714号WO2014-038714 特開2019-108552号公報JP 2019-108552 A

筆者らが検証したところ、特許文献1、3において、特定の脂環式構造を有する酸二無水物とジアミンから得られるポリイミドが開示されているが、それぞれ脂環式構造に起因して高温保持下での重量減少値が大きい、残留応力(内部応力)や線膨張係数が大きいといった課題があり、特許文献2記載のポリイミドは高い透明性を有しているが、残留応力や線膨張係数が大きいといった課題があり、特許文献4記載のポリイミドは高い透明性を有しており残留応力も改善されているが、脂環式構造に起因して高温保持下での重量減少値が大きいといった課題があり、基板材料としての特性には改善の余地があった。 As a result of verification by the authors, Patent Documents 1 and 3 disclose polyimides obtained from acid dianhydrides and diamines having specific alicyclic structures. The polyimide described in Patent Document 2 has high transparency, but the residual stress and coefficient of linear expansion are high. The polyimide described in Patent Document 4 has high transparency and improved residual stress, but the problem is that the weight loss value under high temperature maintenance is large due to the alicyclic structure. However, there is room for improvement in the characteristics of the substrate material.

本発明は、透明性に加え、高耐熱性と低残留応力を兼ね備えるポリイミドを得ることを目的とする。さらに、これらの要求を満たすポリイミドを開発することにより耐熱性や透明性の要求の高い製品又は部材を提供し、特に、本発明のポリイミド、およびポリアミド酸を、ガラス、金属、金属酸化物及び単結晶シリコン等の無機物表面に形成する用途に適用した製品、および部材を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to obtain a polyimide having high heat resistance and low residual stress in addition to transparency. Furthermore, by developing a polyimide that satisfies these requirements, we will provide products or members that require high heat resistance and transparency. An object of the present invention is to provide a product and a member that are suitable for forming on the surface of an inorganic material such as crystalline silicon.

本発明者らは、鋭意検討の結果、特定の組成を有するポリアミド酸組成物を用いたポリイミド膜において、基板材料としての特性のバランスが優れたものであることを見出した。すなわち本発明は以下の構成をなす。 As a result of intensive studies, the present inventors found that a polyimide film using a polyamic acid composition having a specific composition has an excellent balance of characteristics as a substrate material. That is, the present invention has the following constructions.

1).下記式(1)で表される構造を有するポリアミド酸組成物であって、
式(1)中のAは、(A-1)を含み、式(1)中のBは(B-1)で表される構造単位を含み、(A-1)で表される構造単位が40モル%以上であることを特徴とするポリアミド酸組成物。(式中のAは4価の芳香族基、もしくは脂肪族基であり、Bは2価の芳香族基、もしくは脂肪族基であり、Rはそれぞれ独立に水素原子あるいは一価の脂肪族基または芳香族基である。)

Figure 2023038407000001
Figure 2023038407000002
Figure 2023038407000003
1). A polyamic acid composition having a structure represented by the following formula (1),
A in formula (1) contains (A-1), B in formula (1) contains a structural unit represented by (B-1), and a structural unit represented by (A-1) Polyamic acid composition, characterized in that the is 40 mol% or more. (A in the formula is a tetravalent aromatic group or an aliphatic group, B is a divalent aromatic group or an aliphatic group, R 1 is each independently a hydrogen atom or a monovalent aliphatic or an aromatic group.)
Figure 2023038407000001
Figure 2023038407000002
Figure 2023038407000003

2).前記式(1)中のAに(A-2)で表される構造単位を含む1)に記載のポリアミド酸組成物。

Figure 2023038407000004
2). The polyamic acid composition according to 1), wherein A in the formula (1) contains a structural unit represented by (A-2).
Figure 2023038407000004

3).イミダゾール系化合物を含有する1)~2)のいずれかに記載のポリアミド酸組成物。 3). The polyamic acid composition according to any one of 1) to 2) containing an imidazole compound.

4).さらに有機溶媒を含有する1)~3)のいずれかに記載のポリアミド酸組成物。 4). The polyamic acid composition according to any one of 1) to 3), which further contains an organic solvent.

5).1)~4)のいずれかに記載のポリアミド酸組成物の脱水環化物である、ポリイミド。 5). A polyimide which is a dehydrated cyclization product of the polyamic acid composition according to any one of 1) to 4).

6).5)に記載のポリイミドを含むポリイミド膜。 6). 5) A polyimide film containing the polyimide described in 5).

7).430℃で1時間加熱した際の重量減少値が0.5%以下であることを特徴とする6)に記載のポリイミド膜 7). The polyimide film according to 6), wherein the weight loss value when heated at 430 ° C. for 1 hour is 0.5% or less.

8).ポリイミド膜の膜厚が10μmでのYIが6以下であることを特徴とする6)又7)に記載のポリイミド膜。 8). The polyimide film according to 6) or 7), wherein YI is 6 or less when the film thickness of the polyimide film is 10 μm.

9).6)~8)のいずれかに記載のポリイミド膜と支持体との積層体。 9). A laminate of the polyimide film according to any one of 6) to 8) and a support.

10).前記積層体のポリイミド膜の厚みを10μm厚みとした際に、25℃における残留応力が20MPa以下となる9)に記載のポリイミド積層体。 10). 9) The polyimide laminate according to 9), wherein the residual stress at 25° C. is 20 MPa or less when the polyimide film of the laminate has a thickness of 10 μm.

11).4)に記載の有機溶媒を含有するポリアミド酸組成物を支持体に塗布して、支持体上に膜状のポリアミド酸を形成し、加熱によりポリアミド酸をイミド化して、前記支持体上にポリイミド膜を形成する、積層体の製造方法。 11). 4) The polyamic acid composition containing the organic solvent described in 4) is applied to a support to form a film-like polyamic acid on the support, the polyamic acid is imidized by heating, and the polyimide is formed on the support. A method for manufacturing a laminate, which forms a film.

12).6)~10)に記載のポリイミド膜又は積層体上に形成された電子素子とを有するフレキシブルデバイス。 12). A flexible device having an electronic element formed on the polyimide film or laminate according to any one of 6) to 10).

上記のポリアミド酸から得られるポリイミド膜は、無機支持体との積層体の残留応力が小さく、耐熱性および透明性に優れ、透明性が必要とされる電子デバイス用の基板材料として好適である。また、本発明のポリイミド膜は特に、脂環構造を有するポリイミドとしては高温下で保持した際の重量減少値が非常に低く耐熱性に優れる。 A polyimide film obtained from the polyamic acid described above has a low residual stress in a laminate with an inorganic support, is excellent in heat resistance and transparency, and is suitable as a substrate material for electronic devices that require transparency. In addition, the polyimide film of the present invention is particularly excellent in heat resistance, with a very low weight loss value when kept at high temperatures as a polyimide having an alicyclic structure.

以下、本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Embodiments of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to these.

テトラカルボン酸二無水物とジアミンの重付加反応によりポリアミド酸が得られ、ポリアミド酸の脱水閉環反応によりポリイミドが得られる。すなわち、ポリイミドはテトラカルボン酸二無水物とジアミンの重縮合反応物である。 A polyamic acid is obtained by a polyaddition reaction of a tetracarboxylic dianhydride and a diamine, and a polyimide is obtained by a dehydration ring closure reaction of the polyamic acid. That is, polyimide is a polycondensation reaction product of tetracarboxylic dianhydride and diamine.

[ポリアミド酸]
本発明の実施形態に係るポリアミド酸組成物は、下記一般式(1)中のAが(A-1)で表される構造単位を含み、(1)中のBは(B-1)で表される構造単位を含み、(A-1)で表される構造単位が、40モル%以上であることを特徴とするポリアミド酸組成物である。(式中のAは4価の芳香族基、もしくは脂肪族基であり、Bは2価の芳香族基、もしくは脂肪族基であり、Rはそれぞれ独立に水素原子あるいは一価の脂肪族基または芳香族基である。)

Figure 2023038407000005
Figure 2023038407000006
Figure 2023038407000007
[Polyamide acid]
The polyamic acid composition according to an embodiment of the present invention includes a structural unit in which A in the following general formula (1) is represented by (A-1), and B in (1) is (B-1). A polyamic acid composition comprising the structural unit represented by (A-1), wherein the structural unit represented by (A-1) accounts for 40 mol% or more. (A in the formula is a tetravalent aromatic group or an aliphatic group, B is a divalent aromatic group or an aliphatic group, R 1 is each independently a hydrogen atom or a monovalent aliphatic or an aromatic group.)
Figure 2023038407000005
Figure 2023038407000006
Figure 2023038407000007

本発明の形態に係るポリアミド酸において、前記一般式(1)は5,5’-ビス-2-ノルボルネン-5,5’,6,6’-テトラカルボン酸-5,5’,6,6’-二無水物(以下、BNBDAと称することがある)で表される酸二無水物と4,4’-ジアミノベンズアニリド(以下、DABAと称することがある)で表されるジアミンを含むことで電子基板材料として好適なポリイミド膜を製造するためのポリアミド酸を得ることができる。 In the polyamic acid according to the embodiment of the present invention, the general formula (1) is 5,5′-bis-2-norbornene-5,5′,6,6′-tetracarboxylic acid-5,5′,6,6 containing an acid dianhydride represented by '-dianhydride (hereinafter sometimes referred to as BNBDA) and a diamine represented by 4,4'-diaminobenzanilide (hereinafter sometimes referred to as DABA) can obtain a polyamic acid for producing a polyimide film suitable as an electronic substrate material.

さらに前記式(1)に、一般式(A-2)で表されるデカヒドロ-1H,3H-4,10:5,9-ジメタノナフト[2,3-c:6,7-c’]ジフラン-1,3,6,8-テトラオン(以下、DNDAと称することがある)で表される酸二無水物を含んでいてもよい。

Figure 2023038407000008
Further, decahydro-1H,3H-4,10:5,9-dimethanonaphtho[2,3-c:6,7-c′]difuran- represented by the general formula (A-2) is added to the formula (1). It may contain an acid dianhydride represented by 1,3,6,8-tetraone (hereinafter sometimes referred to as DNDA).
Figure 2023038407000008

BNBDA、DNDAは脂環式モノマーでありながらシクロヘキサン環をメチレン基で架橋した剛直な構造を有しており、脂環式構造に由来する高い透明性に加え、高Tg、低CTE、低残留応力、高耐熱性を付与するためには非常に効果的なモノマーである。 Although BNBDA and DNDA are alicyclic monomers, they have a rigid structure in which cyclohexane rings are crosslinked with methylene groups. , is a very effective monomer for imparting high heat resistance.

前記一般式(1)中、透明性、耐熱性、低残留応力の特性を高度に併せ持つためには、ポリアミド酸を構成する全酸二無水物を100mol%とした場合にBNBDAの割合は40mol%以上100モル%以下が好ましく、45mol%以上90mol%以下がより好ましく、50モル%以上80モル%以下がさらに好ましい。 In the general formula (1), in order to highly combine the properties of transparency, heat resistance, and low residual stress, the proportion of BNBDA is 40 mol% when the total acid dianhydride constituting polyamic acid is 100 mol%. 100 mol % or less is preferable, 45 mol % or more and 90 mol % or less is more preferable, and 50 mol % or more and 80 mol % or less is even more preferable.

DNDAは縮合多環脂環構造を有しており、更なる高Tgの発現に効果的である。高Tgと低残留応力の観点から、ポリアミド酸を構成する全酸二無水物を100mol%とした場合にDNDAの割合は10mol%以上60モル%以下が好ましく、15mol%以上55mol%以下がより好ましく、20モル%以上50モル%以下がさらに好ましい。 DNDA has a condensed polycyclic alicyclic structure and is effective in developing a higher Tg. From the viewpoint of high Tg and low residual stress, the proportion of DNDA is preferably 10 mol% or more and 60 mol% or less, more preferably 15 mol% or more and 55 mol% or less, when the total acid dianhydride constituting the polyamic acid is 100 mol%. , more preferably 20 mol % or more and 50 mol % or less.

本発明の形態に係るポリアミド酸は、その性能を損なわない範囲で、BNBDA、DNDA以外のテトラカルボン酸二無水物成分を含んでもよい。例えば、3,3’,4,4’-ビフェニルテトラカルボン酸ニ無水物、2,3’,3,4’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、ピロメリット酸無水物、3,3’,4,4’-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’-ジフェニルスルホ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、2,3,6,7-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、4,4’-オキシジフタル酸無水物、9,9-ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)フルオレン二無水物、スピロ[11H-ジフロ[3,4-b:3’,4’-i]キサンテン-11,9’-[9H]フルオレン]-1,3,7,9-テトロン、3,3’,4,4′-ビフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物(BPAF)、2,3,5,6-ピリジ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、4,4’-スルホニルジフタル酸二無水物、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、5-(ジオキソテトラヒドロフリル-3-メチル-3-シクロヘキセン-1,2-ジカルボン酸無水物、4-(2,5-ジオキソテトラヒドロフラン-3-イル)-テトラリン-1,2-ジカルボン酸無水物、テトラヒドロフラン-2,3,4,5-テトラカルボン酸二無水物、ビシクロ-3,3’,4,4’-テトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4-シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,3-ジメチル-1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,4-ジメチル-1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,4,5-シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物、[1,1’-ビ(シクロヘキサン)]-3,3’,4,4’-テトラカルボン酸二無水物、[1,1’-ビ(シクロヘキサン)]-2,3,3’,4’-テトラカルボン酸二無水物、[1,1’-ビ(シクロヘキサン)]-2,2’,3,3’-テトラカルボン酸二無水物、ビシクロ[2.2.2]オクタン-2,3,5,6-テトラカルボン酸二無水物、ビシクロ[2.2.2]オクタ-5-エン-2,3,7,8-テトラカルボン酸二無水物、トリシクロ[4.2.2.02,5]デカン-3,4,7,8-テトラカルボン酸二無水物、トリシクロ[4.2.2.02,5]デカ-7-エン-3,4,9,10-テトラカルボン酸二無水物、9-オキサトリシクロ[4.2.1.02,5]ノナン-3,4,7,8-テトラカルボン酸二無水物、(4arH,8acH)-デカヒドロ-1t,4t:5c,8c-ジメタノナフタレン-2c,3c,6c,7c-テトラカルボン酸二無水物、(4arH,8acH)-デカヒドロ-1t,4t:5c,8c-ジメタノナフタレン-2t,3t,6c,7c-テトラカルボン酸二無水物、2’-オキソジスピロ[ビシクロ[2.2.1]ヘプタン-2,1’-シクロペンタン-3’,2’’-ビシクロ[2.2.1]ヘプタン]-5,6:5’’,6’’-テトラカルボン酸二無水物及びそれらの類似物が挙げられ、これらを単独または2種類以上用いてもよい。 The polyamic acid according to the embodiment of the present invention may contain a tetracarboxylic dianhydride component other than BNBDA and DNDA within a range that does not impair its performance. For example, 3,3′,4,4′-biphenyltetracarboxylic dianhydride, 2,3′,3,4′-biphenyltetracarboxylic dianhydride, pyromellitic anhydride, 3,3′,4 ,4'-benzophenonetetracarboxylic dianhydride, 3,3',4,4'-diphenylsulfonetetracarboxylic dianhydride, 1,4,5,8-naphthalenetetracarboxylic dianhydride, 2,3 ,6,7-naphthalenetetracarboxylic dianhydride, 1,2,5,6-naphthalenetetracarboxylic dianhydride, 4,4′-oxydiphthalic anhydride, 9,9-bis(3,4-di Carboxyphenyl)fluorene dianhydride, spiro[11H-diflo[3,4-b:3′,4′-i]xanthene-11,9′-[9H]fluorene]-1,3,7,9-tetrone , 3,3′,4,4′-biphenyl ether tetracarboxylic dianhydride (BPAF), 2,3,5,6-pyridinetetracarboxylic dianhydride, 3,4,9,10-perylenetetracarboxylic acid dianhydride, 4,4′-sulfonyldiphthalic dianhydride, bicyclo[2.2.2]oct-7-ene-2,3,5,6-tetracarboxylic dianhydride, 5-( Dioxotetrahydrofuryl-3-methyl-3-cyclohexene-1,2-dicarboxylic anhydride, 4-(2,5-dioxotetrahydrofuran-3-yl)-tetralin-1,2-dicarboxylic anhydride, tetrahydrofuran -2,3,4,5-tetracarboxylic dianhydride, bicyclo-3,3',4,4'-tetracarboxylic dianhydride, 1,2,3,4-cyclopentanetetracarboxylic dianhydride 1,2,3,4-cyclobutanetetracarboxylic dianhydride, 1,3-dimethyl-1,2,3,4-cyclobutanetetracarboxylic dianhydride, 1,4-dimethyl-1,2, 3,4-cyclobutanetetracarboxylic dianhydride, 1,2,4,5-cyclohexanetetracarboxylic dianhydride, [1,1′-bi(cyclohexane)]-3,3′,4,4′- Tetracarboxylic dianhydride, [1,1′-bi(cyclohexane)]-2,3,3′,4′-tetracarboxylic dianhydride, [1,1′-bi(cyclohexane)]-2, 2',3,3'-tetracarboxylic dianhydride, bicyclo[2.2.2]octane-2,3,5,6-tetracarboxylic dianhydride, bicyclo[2.2.2]octa- 5-ene-2,3,7,8-tetracarboxylic dianhydride, tricyclo[4.2.2.02,5]deca n-3,4,7,8-tetracarboxylic dianhydride, tricyclo[4.2.2.02,5]dec-7-ene-3,4,9,10-tetracarboxylic dianhydride, 9-oxatricyclo[4.2.1.02,5]nonane-3,4,7,8-tetracarboxylic dianhydride, (4arH,8acH)-decahydro-1t,4t:5c,8c-di Methanonaphthalene-2c,3c,6c,7c-tetracarboxylic dianhydride, (4arH,8acH)-decahydro-1t,4t: 5c,8c-dimethanonaphthalene-2t,3t,6c,7c-tetracarboxylic acid dianhydride anhydride, 2′-oxodispiro[bicyclo[2.2.1]heptane-2,1′-cyclopentane-3′,2″-bicyclo[2.2.1]heptane]-5,6:5′ ',6''-tetracarboxylic dianhydrides and their analogues, which may be used singly or in combination of two or more.

前記式(1)中に含まれる2価の有機基Bは、ジアミンのアミノ基以外の有機基を意味し、下記(B-1)で表される4,4’-ジアミノベンズアニリド(以下、DABAと称することがある)を含む。

Figure 2023038407000009
The divalent organic group B contained in the formula (1) means an organic group other than the amino group of the diamine, and is 4,4'-diaminobenzanilide represented by the following (B-1) (hereinafter referred to as DABA).
Figure 2023038407000009

DABAは剛直な構造と水素結合形成部を有しており、高Tg、高耐熱及び低残留応力に効果的である。高Tg、高耐熱及び低残留応力の観点から、ポリアミド酸を構成する全ジアミンを100mol%とした場合にDABAの割合は60mol%以上含むことが好ましく、70mol%以上含むことがより好ましく、80mol%以上含むことがさらに好ましく、100mol%でも構わない。 DABA has a rigid structure and a hydrogen bond forming part, and is effective in high Tg, high heat resistance and low residual stress. From the viewpoint of high Tg, high heat resistance and low residual stress, the proportion of DABA is preferably 60 mol% or more, more preferably 70 mol% or more, more preferably 80 mol% when the total diamine constituting the polyamic acid is 100 mol%. It is more preferable to contain at least 100 mol %.

本実施の形態に係るポリアミド酸は、その性能を損なわない範囲で、DABA以外のジアミン成分を含んでもよい。例えば、1,4-ジアミノシクロヘキサン、1,4-フェニレンジアミン、1,3-フェニレンジアミン、9,9-ビス(4-アミノフェニル)フルオレン、4,4’-オキシジアニリン、3,4’-オキシジアニリン、2,2’-ビス(トリフルオロメチル)-4,4’-ジアミノジフェニルエーテル、4,4’-ジアミノベンズアニリド、4-アミノ安息香酸4-アミノフェニル、N,N’-ビス(4-アミノフェニル)テレフタルアミド、N,N’-1,4-フェニレンビス(4-アミノベンズアミド)、4,4’-ジアミノジフェニルスルフォン、m-トリジン、o-トリジン、4,4’-ビス(アミノフェノキシ)ビフェニル、2-(4-アミノフェニル)-6-アミノベンゾオキサゾール、3,5-ジアミノ安息香酸、4,4’-ジアミノ-3,3’ジヒドロキシビフェニル、4,4’-メチレンビス(シクロヘキサンアミン)、1,3-ビス(3-アミノプロピル)テトラメチルジシロキサン及びそれらの類似物が挙げられ、これらを単独または2種類以上用いてもよい。 The polyamic acid according to the present embodiment may contain a diamine component other than DABA within a range that does not impair its performance. For example, 1,4-diaminocyclohexane, 1,4-phenylenediamine, 1,3-phenylenediamine, 9,9-bis(4-aminophenyl)fluorene, 4,4′-oxydianiline, 3,4′- oxydianiline, 2,2'-bis(trifluoromethyl)-4,4'-diaminodiphenyl ether, 4,4'-diaminobenzanilide, 4-aminophenyl 4-aminobenzoate, N,N'-bis( 4-aminophenyl)terephthalamide, N,N'-1,4-phenylenebis(4-aminobenzamide), 4,4'-diaminodiphenylsulfone, m-tolidine, o-tolidine, 4,4'-bis( aminophenoxy)biphenyl, 2-(4-aminophenyl)-6-aminobenzoxazole, 3,5-diaminobenzoic acid, 4,4'-diamino-3,3'dihydroxybiphenyl, 4,4'-methylenebis(cyclohexane amines), 1,3-bis(3-aminopropyl)tetramethyldisiloxane and analogs thereof, which may be used singly or in combination of two or more.

本発明のポリアミド酸に用いるモノマー原料は適宜市販のものを使用することができる。また、本発明のポリアミド酸は、公知の一般的な方法にて合成することができ、有機溶媒中でジアミンとテトラカルボン酸二無水物とを反応させることによりポリアミド酸が得られる。例えば、ジアミンを、有機溶媒中に溶解またはスラリー状に分散させて、ジアミン溶液とし、テトラカルボン酸二無水物を、有機溶媒に溶解もしくはスラリー状に分散させた溶液または固体の状態で、上記ジアミン溶液中に添加すればよい。テトラカルボン酸二無水物溶液中に、ジアミンを添加してもよい。 Commercially available monomer raw materials can be appropriately used for the polyamic acid of the present invention. Moreover, the polyamic acid of the present invention can be synthesized by a known general method, and the polyamic acid can be obtained by reacting a diamine and a tetracarboxylic dianhydride in an organic solvent. For example, a diamine is dissolved or dispersed in an organic solvent in the form of a slurry to obtain a diamine solution, and a tetracarboxylic dianhydride is dissolved in an organic solvent or dispersed in the form of a slurry in a solution or a solid state, and the diamine It may be added into the solution. A diamine may be added to the tetracarboxylic dianhydride solution.

ジアミンとテトラカルボン酸二無水物を用いてポリアミド酸を合成する場合、ジアミンおよびテトラカルボン酸二無水物のいずれか一方または両方に、複数種を用い、ジアミンおよび酸二無水物全量のモル数をそれぞれ調整することにより、複数種の構造単位を有するポリアミド酸共重合体が得られる。また、2種のポリアミド酸をブレンドすることによって複数のテトラカルボン酸二無水物およびジアミンを含有するポリアミド酸を得ることもできる。本発明においては、ポリアミド酸の合成はランダムでもブロックでもよい。 When synthesizing a polyamic acid using a diamine and a tetracarboxylic dianhydride, one or both of the diamine and the tetracarboxylic dianhydride, using multiple species, the number of moles of the diamine and the total amount of the dianhydride By adjusting each, a polyamic acid copolymer having a plurality of types of structural units can be obtained. A polyamic acid containing a plurality of tetracarboxylic dianhydrides and diamines can also be obtained by blending two types of polyamic acid. In the present invention, polyamic acid synthesis may be random or block.

ポリアミド酸を合成する際、全酸二無水物:全ジアミンのモル比は分子量の観点から98:100~102:100が好ましい。また、ポリイミドの透明性を考えると、アミン末端基は酸化による透明性悪化につながる可能性があることから、全酸二無水物:全ジアミンのモル比は100:100~102:100がより好ましい。 When synthesizing polyamic acid, the molar ratio of total acid dianhydride:total diamine is preferably 98:100 to 102:100 from the viewpoint of molecular weight. In addition, considering the transparency of polyimide, amine terminal groups may lead to deterioration of transparency due to oxidation, so the molar ratio of total acid dianhydride: total diamine is more preferably 100: 100 to 102: 100. .

ジアミンおよびテトラカルボン酸二無水物の溶解および反応は、アルゴン、窒素等の不活性ガス雰囲気中で実施することが好ましい。ジアミンとテトラカルボン酸二無水物との反応の温度条件は、特に限定されないが、例えば、0℃~150℃であり、かつポリアミド酸の分解を抑制する観点から、0~120℃が好ましく、20~80℃がより好ましい。反応時間は、例えば、10分~40時間の範囲で任意に設定すればよい。反応の進行に伴ってポリアミド酸の分子量が大きくなり、反応液の粘度が上昇する。反応速度を上昇させるため、反応溶液におけるテトラカルボン酸二無水物およびジアミンの濃度を高めてもよい。反応溶液における原料(ジアミンおよびテトラカルボン酸二無水物)の仕込み濃度は、15~30重量%が好ましい。 The dissolution and reaction of diamine and tetracarboxylic dianhydride are preferably carried out in an inert gas atmosphere such as argon or nitrogen. The temperature conditions for the reaction between the diamine and the tetracarboxylic dianhydride are not particularly limited. ~80°C is more preferred. The reaction time may be arbitrarily set, for example, within the range of 10 minutes to 40 hours. As the reaction progresses, the molecular weight of the polyamic acid increases and the viscosity of the reaction solution increases. To increase the reaction rate, the concentration of tetracarboxylic dianhydride and diamine in the reaction solution may be increased. The concentration of raw materials (diamine and tetracarboxylic dianhydride) charged in the reaction solution is preferably 15 to 30% by weight.

反応終了後にポリアミド酸溶液を保管する際は、貯蔵安定性の観点から固形分濃度は低い方が好ましい。具体的には25重量%以下が好ましく、20重量%以下がより好ましく、17重量%以下がさらに好ましく、15重量%以下が特に好ましい。また、塗工性の観点から固形分濃度は5重量%以上が好ましく、7重量%以上がより好ましい。 When storing the polyamic acid solution after the completion of the reaction, the solid content concentration is preferably low from the viewpoint of storage stability. Specifically, it is preferably 25% by weight or less, more preferably 20% by weight or less, even more preferably 17% by weight or less, and particularly preferably 15% by weight or less. From the viewpoint of coatability, the solid content concentration is preferably 5% by weight or more, more preferably 7% by weight or more.

ポリアミド酸の合成反応に使用する有機溶媒は特に限定されない。有機溶媒は、使用するテトラカルボン酸二無水物およびジアミンとを反応させる際に利用可能なものであればよく、重合により生成するポリアミド酸を溶解可能であるものが好ましい。 The organic solvent used in the polyamic acid synthesis reaction is not particularly limited. Any organic solvent may be used as long as it can be used when the tetracarboxylic dianhydride and diamine used are reacted, and preferably one capable of dissolving polyamic acid produced by polymerization.

ポリアミド酸の合成反応に使用する有機溶媒の具体例としては、テトラメチル尿素、N,N-ジメチルエチルウレア等のウレア系溶媒;ジメチルスルホキシド、ジフェニルスルホン、テトラメチルスルフォン等のスルホキシドあるいはスルホン系溶媒;N,N-ジメチルアセトアミド(DMAC)、N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N’-ジエチルアセトアミド、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)、ヘキサメチルリン酸トリアミド等のアミド系溶媒;γ―ブチロラクトン等のエステル系溶媒;クロロホルム、塩化メチレン等のハロゲン化アルキル系溶媒;ベンゼン、トルエン等の芳香族炭化水素系溶媒;フェノール、クレゾール等のフェノール系溶媒:シクロペンタノン等のケトン系溶媒;テトラヒドロフラン、1,3-ジオキソラン、1,4-ジオキサン、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、p-クレゾールメチルエーテル等のエーテル系溶媒が挙げられる。通常これらの溶媒を単独で用いるが、必要に応じて2種以上を適宜組み合わせてもよい。ポリアミド酸の溶解性および反応性を高めるために、ポリアミド酸の合成反応に使用する有機溶媒は、アミド系溶媒、ケトン系溶媒、エステル系溶媒およびエーテル系溶媒より選択されることが好ましく、特にDMF、DMAC、NMP等のアミド系溶媒が好ましく、NMPが特に好ましい。溶液の安定性を高めるために、ジエチレングリコールやテトラヒドロフラン等のエーテル系溶媒を添加してもよい。 Specific examples of organic solvents used in polyamic acid synthesis reactions include urea-based solvents such as tetramethylurea and N,N-dimethylethylurea; sulfoxide or sulfone-based solvents such as dimethylsulfoxide, diphenylsulfone, and tetramethylsulfone; N,N-dimethylacetamide (DMAC), N,N-dimethylformamide (DMF), N,N'-diethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), amide solvents such as hexamethylphosphoric triamide; Ester solvents such as γ-butyrolactone; Alkyl halide solvents such as chloroform and methylene chloride; Aromatic hydrocarbon solvents such as benzene and toluene; Phenolic solvents such as phenol and cresol; Ketone solvents such as cyclopentanone Ether solvents such as tetrahydrofuran, 1,3-dioxolane, 1,4-dioxane, dimethyl ether, diethyl ether, and p-cresol methyl ether. These solvents are usually used alone, but if necessary, two or more of them may be used in combination. In order to increase the solubility and reactivity of polyamic acid, the organic solvent used in the synthetic reaction of polyamic acid is preferably selected from amide solvents, ketone solvents, ester solvents and ether solvents, particularly DMF. , DMAC and NMP are preferred, and NMP is particularly preferred. An ether solvent such as diethylene glycol or tetrahydrofuran may be added to enhance the stability of the solution.

ポリアミド酸の重量平均分子量は、例えば10,000~1,000,000であり、10,000~500,000が好ましく、10,000~100,000がより好ましい。重量平均分子量が10,000以上であれば、ポリイミド膜の機械強度を確保できる。重量平均分子量が1,000,000以下であれば、ポリアミド酸が溶媒に対して十分な溶解性を示し、表面が平滑で膜厚が均一な塗膜またはフィルムが得られる。また、分子量が100,000以下であれば、高固形分の溶液であっても塗工性に優れる。分子量は、ゲルパーミレーションクロマトグラフィー(GPC)によるポリエチレンオキシド換算の値である。 The weight average molecular weight of polyamic acid is, for example, 10,000 to 1,000,000, preferably 10,000 to 500,000, more preferably 10,000 to 100,000. If the weight average molecular weight is 10,000 or more, the mechanical strength of the polyimide film can be ensured. If the weight average molecular weight is 1,000,000 or less, the polyamic acid exhibits sufficient solubility in the solvent, and a coating or film having a smooth surface and a uniform thickness can be obtained. Further, if the molecular weight is 100,000 or less, the coatability is excellent even in a solution with a high solid content. The molecular weight is a value converted to polyethylene oxide by gel permeation chromatography (GPC).

ポリアミド酸溶液は、ポリアミド酸と溶媒とを含む。ジアミンとテトラカルボン酸二無水物とを反応させた溶液は、そのままポリアミド酸溶液として使用できる。また、重合溶液から溶媒の一部を除去したり、溶媒を添加することにより、ポリアミド酸の濃度および溶液の粘度を調整してもよい。添加する溶媒は、ポリアミド酸の重合に用いた溶媒と異なっていてもよい。また、重合溶液から溶媒を除去して得られた固体のポリアミド酸樹脂を溶媒に溶解してポリアミド酸溶液を調製してもよい。ポリアミド酸溶液の有機溶媒としては、アミド系溶媒、ケトン系溶媒、エステル系溶媒およびエーテル系溶媒が好ましく、中でも、DMF、DMAC、NMP等のアミド系溶媒が好ましく、NMPが特に好ましい。 The polyamic acid solution contains polyamic acid and a solvent. A solution obtained by reacting a diamine and a tetracarboxylic dianhydride can be used as it is as a polyamic acid solution. Also, the concentration of polyamic acid and the viscosity of the solution may be adjusted by removing part of the solvent from the polymerization solution or by adding a solvent. The solvent to be added may be different from the solvent used for polymerizing the polyamic acid. Alternatively, a solid polyamic acid resin obtained by removing the solvent from the polymerization solution may be dissolved in a solvent to prepare a polyamic acid solution. As the organic solvent for the polyamic acid solution, amide-based solvents, ketone-based solvents, ester-based solvents, and ether-based solvents are preferable. Among them, amide-based solvents such as DMF, DMAC, and NMP are preferable, and NMP is particularly preferable.

ポリアミド酸の脱水閉環により、ポリイミドが得られる。脱水閉環は、共沸溶媒を用いた共沸法、熱的手法または化学的手法によって行うことができる。ポリアミド酸からポリイミドへのイミド化は、1~100%の任意の割合をとることができ、一部がイミド化されたポリアミド酸を合成してもよい。 Polyimides are obtained by dehydration ring closure of polyamic acids. Dehydration ring closure can be carried out by azeotropic methods using azeotropic solvents, thermal methods or chemical methods. The imidization of polyamic acid to polyimide can take any ratio of 1 to 100%, and partially imidized polyamic acid may be synthesized.

ポリイミド膜を得るためには、ガラス板、金属板、PET(ポリエチレンテレフタレート)フィルム等の支持体にポリアミド酸溶液を膜状に塗布し、加熱によりポリアミド酸を脱水閉環する方法が好ましい。バッチタイプのデバイス製造プロセスに適応させるためには、支持体としてガラス基板を用いることが好ましく、無アルカリガラスが好適に用いられる。加熱時間の短縮や特性発現のために、脱水剤と脱水触媒を含むイミド化剤または硬化促進剤(イミダゾール類)をポリアミド酸溶液に添加し、このイミド化剤または硬化促進剤(イミダゾール類)を添加したポリアミド酸溶液を上記のような方法で加熱してイミド化してもよい。 In order to obtain a polyimide film, it is preferable to apply a polyamic acid solution to a support such as a glass plate, a metal plate, or a PET (polyethylene terephthalate) film in the form of a film, followed by dehydration and ring closure of the polyamic acid by heating. In order to adapt to a batch type device manufacturing process, it is preferable to use a glass substrate as a support, and alkali-free glass is preferably used. In order to shorten the heating time and develop properties, an imidizing agent containing a dehydrating agent and a dehydrating catalyst or a curing accelerator (imidazoles) is added to the polyamic acid solution, and this imidizing agent or curing accelerator (imidazoles) is added. The added polyamic acid solution may be imidized by heating by the above method.

上記イミド化剤に含まれる脱水触媒としては、特に限定されないが、第三級アミンを用いることが好ましく、中でも複素環式の第三級アミンが好ましい。複素環式の第三級アミンの好ましい具体例としては、ピリジン、ピコリン、キノリン、イソキノリン等が挙げられる。上記イミド化剤に含まれる脱水剤としては、無水酢酸、プロピオン酸無水物、n-酪酸無水物、安息香酸無水物、トリフルオロ酢酸無水物等が好ましい具体例として挙げられる。 Although the dehydration catalyst contained in the imidizing agent is not particularly limited, it is preferable to use a tertiary amine, and among these, a heterocyclic tertiary amine is preferable. Preferable specific examples of heterocyclic tertiary amines include pyridine, picoline, quinoline, isoquinoline and the like. Preferred specific examples of the dehydrating agent contained in the imidizing agent include acetic anhydride, propionic anhydride, n-butyric anhydride, benzoic anhydride, and trifluoroacetic anhydride.

イミド化剤に含まれる脱水剤および脱水触媒の添加量としては、ポリアミド酸のアミド基に対して、脱水触媒は0.5~5.0倍モル当量、さらには0.7~2.5倍モル当量、特には0.8~2.0倍モル当量が好ましい。また、ポリアミド酸のアミド基に対して、脱水剤は0.5~10.0倍モル当量、さらには0.7~5.0倍モル当量、特には0.8~3.0倍モル当量が好ましい。ポリアミド酸溶液にイミド化剤または硬化促進剤(イミダゾール類)を加える際、有機溶媒に溶かさず直接加えても良いし、有機溶媒に溶かしたものを加えても良い。有機溶媒に溶かさず直接加える方法ではイミド化剤拡散する前に反応が急激に進行し、ゲルが生成することがある。イミド化剤または硬化促進剤(イミダゾール類)を有機溶媒に溶かして得られた溶液を、ポリアミド酸溶液に混合することがより好ましい。 The amount of dehydration agent and dehydration catalyst contained in the imidization agent is 0.5 to 5.0 times the molar equivalent of the dehydration catalyst, and further 0.7 to 2.5 times the amide group of the polyamic acid. Molar equivalents, particularly 0.8 to 2.0 times molar equivalents are preferred. Further, the dehydrating agent is 0.5 to 10.0-fold molar equivalents, further 0.7 to 5.0-fold molar equivalents, particularly 0.8 to 3.0-fold molar equivalents with respect to the amide group of polyamic acid. is preferred. When the imidizing agent or curing accelerator (imidazoles) is added to the polyamic acid solution, it may be added directly without being dissolved in an organic solvent, or may be added after being dissolved in an organic solvent. If the imidizing agent is directly added without being dissolved in an organic solvent, the reaction may proceed rapidly before the imidizing agent diffuses, resulting in the formation of a gel. More preferably, a solution obtained by dissolving an imidizing agent or curing accelerator (imidazoles) in an organic solvent is mixed with the polyamic acid solution.

本発明のポリアミド酸溶液は、ポリアミド酸の硬化促進剤としてイミダゾール類(イミダゾール系化合物)を含有することが好ましい。ポリアミド酸溶液がイミダゾール類を含有する場合に、熱的手法によりイミド化する際の着色抑制及び得られたポリイミド膜の線膨張係数が小さくなる傾向がある。イミダゾール類とは、1H-イミダゾール、2-メチルイミダゾール、2-ウンデシルイミダゾール、2-ヘプタデシルイミダゾール、1,2-ジメチルイミダゾール、2-エチル-4-メチルイミダゾール、2-フェニルイミダゾール、2-フェニル-4-メチルイミダゾール、1-ベンジル-2-メチルイミダゾール、1-ベンジル2-フェニルイミダゾール等の1,3-ジアゾール環構造を含有する化合物である。中でも、1H-イミダゾール、1,2-ジメチルイミダゾール、1-ベンジル-2-メチルイミダゾール、1-ベンジル2-フェニルイミダゾールが好ましく、1H-イミダゾール、1,2-ジメチルイミダゾール、1-ベンジル-2-メチルイミダゾールが特に好ましく、1H-イミダゾール、1,2-ジメチルイミダゾールがさらに好ましい。 The polyamic acid solution of the present invention preferably contains imidazoles (imidazole compounds) as a curing accelerator for polyamic acid. When the polyamic acid solution contains imidazoles, there is a tendency that coloration during imidization by a thermal method is suppressed and the coefficient of linear expansion of the obtained polyimide film tends to be small. Imidazoles include 1H-imidazole, 2-methylimidazole, 2-undecylimidazole, 2-heptadecylimidazole, 1,2-dimethylimidazole, 2-ethyl-4-methylimidazole, 2-phenylimidazole, 2-phenyl -4-methylimidazole, 1-benzyl-2-methylimidazole, 1-benzyl-2-phenylimidazole, and other compounds containing a 1,3-diazole ring structure. Among them, 1H-imidazole, 1,2-dimethylimidazole, 1-benzyl-2-methylimidazole and 1-benzyl-2-phenylimidazole are preferred, and 1H-imidazole, 1,2-dimethylimidazole and 1-benzyl-2-methyl Imidazole is particularly preferred, and 1H-imidazole and 1,2-dimethylimidazole are more preferred.

イミダゾール類の添加量は、ポリアミド酸のアミド基1モルに対して0.005~0.2モル程度が好ましく、0.01~0.20モルがより好ましく、0.02~0.15モルがさらに好ましい。 The amount of imidazole added is preferably about 0.005 to 0.2 mol, more preferably 0.01 to 0.20 mol, and 0.02 to 0.15 mol per 1 mol of the amide group of the polyamic acid. More preferred.

「ポリアミド酸のアミド基」とは、ジアミンとテトラカルボン酸二無水物の重付加反応によって生成したアミド基を意味する。イミダゾール類を添加する場合は、ポリアミド酸を重合後に添加を行うことが好ましい。イミダゾール類は、そのままポリアミド酸溶液に添加してもよく、イミダゾール溶液としてポリアミド酸溶液に添加してもよい。 “Amido group of polyamic acid” means an amide group produced by polyaddition reaction of diamine and tetracarboxylic dianhydride. When imidazoles are added, it is preferable to add polyamic acid after polymerization. The imidazole may be added to the polyamic acid solution as it is, or may be added to the polyamic acid solution as an imidazole solution.

ポリアミド酸溶液にイミダゾール類を添加することにより、ポリイミド膜の熱寸法安定性が向上する理由は定かではないが、イミダゾール類がポリアミド酸の脱水閉環によるイミド化を促進し、低温でイミド化が進行しやすいことが、熱寸法安定性向上に関与していると推定される。低温で膜中に溶媒が残存している状態では、ポリマー鎖が適度な運動性を有しており、この状態でイミド化が進行すると、安定性の高い剛直なコンフォメーションでポリマーの配向が固定されやすいことが、熱寸法安定性向上の一要因として挙げられる。 The reason why the addition of imidazoles to polyamic acid solutions improves the thermal dimensional stability of polyimide films is unclear, but imidazoles promote imidization by dehydration ring closure of polyamic acid, and imidization proceeds at low temperatures. It is presumed that the fact that it is easy to do is involved in the improvement of thermal dimensional stability. When the solvent remains in the film at low temperature, the polymer chains have moderate mobility, and when imidization proceeds in this state, the orientation of the polymer is fixed in a highly stable and rigid conformation. One of the reasons for the improvement in thermal dimensional stability is that it is easy to be

また、硬化促進剤は、その沸点が120℃を超えるものを使用することが好ましく、沸点が熱的処理の上限温度を超えないものを選択することが好ましい。沸点が上限温度を超える場合は、ポリイミド中に残存する割合が高くなり、ポリイミドの耐熱性などの特性に影響を与える傾向がある。 The curing accelerator preferably has a boiling point exceeding 120° C., and preferably has a boiling point that does not exceed the upper limit temperature of the thermal treatment. If the boiling point exceeds the upper limit temperature, the percentage of residual in the polyimide tends to increase, which tends to affect properties such as heat resistance of the polyimide.

本発明に係るポリアミド酸およびポリイミドに加工特性や各種機能の付与等を目的として、ポリアミド酸およびポリイミドに、有機または無機の低分子または高分子化合物を配合してもよい。例えば、染料、顔料、界面活性剤、レベリング剤、可塑剤、シリコン、シランカップリング剤、増感剤、充填剤、微粒子等が挙げられる。微粒子には、ポリスチレン、ポリテトラフルオロエチレン等の有機微粒子、コロイダルシリカ、カーボン、層状珪酸塩等の無機微粒子等が含まれ、それらは多孔質や中空構造であってもよい。また、その機能又は形態としては顔料、フィラー、繊維等がある。可塑剤には、リン酸エステル、亜リン酸エステルやフタル酸エステル等を用いてもよい。ポリアミド酸溶液は、ポリアミド酸以外に、光硬化性成分、熱硬化性成分、非重合性樹脂等の樹脂成分を含んでいてもよい。 For the purpose of imparting processability and various functions to the polyamic acid and polyimide according to the present invention, the polyamic acid and polyimide may be compounded with an organic or inorganic low-molecular-weight or high-molecular-weight compound. Examples thereof include dyes, pigments, surfactants, leveling agents, plasticizers, silicones, silane coupling agents, sensitizers, fillers and fine particles. Fine particles include organic fine particles such as polystyrene and polytetrafluoroethylene, inorganic fine particles such as colloidal silica, carbon, and layered silicate, and the like, and they may have a porous or hollow structure. In addition, their functions or forms include pigments, fillers, fibers, and the like. A phosphate ester, a phosphite ester, a phthalate ester, or the like may be used as the plasticizer. The polyamic acid solution may contain a resin component such as a photocurable component, a thermosetting component, and a non-polymerizable resin, in addition to the polyamic acid.

上述したように、本実施の形態に係るポリアミド酸から製造されたポリイミド膜は無色透明で黄色度が低く、TFT作製工程に耐えうるTgや耐熱性を有していることから、フレキシブルディスプレイの透明基板における使用に適している。 As described above, the polyimide film produced from the polyamic acid according to the present embodiment is colorless and transparent, has a low degree of yellowness, and has a Tg and heat resistance that can withstand the TFT manufacturing process. Suitable for use on substrates.

フレキシブルディスプレイを製造する場合、ガラスなどの無機膜を支持体としてその上にフレキシブル基板を形成し、その上にTFTなどの電子素子を形成する(フレキシブルデバイス)。TFTを形成する工程は一般的に150℃~650℃の広い温度領域で実施されるが、実際に所望する性能を達成するためには300℃以上で酸化物半導体やa-Siを形成し、場合によってはさらにレーザー等でa―Si等を結晶化させLTPS(Low Temperature Polysilicone)を形成する。 When manufacturing a flexible display, an inorganic film such as glass is used as a support, a flexible substrate is formed thereon, and electronic elements such as TFTs are formed thereon (flexible device). The process of forming a TFT is generally performed in a wide temperature range of 150° C. to 650° C. However, in order to actually achieve desired performance, an oxide semiconductor or a-Si is formed at a temperature of 300° C. or higher. In some cases, a-Si or the like is further crystallized with a laser or the like to form LTPS (Low Temperature Polysilicon).

この際、ポリイミド膜の熱分解温度が低い場合、素子形成時の加熱によりポリイミド膜からアウトガスが発生し、ポリイミド膜上に形成した素子の性能低下や剥離の原因となり得る。そのため、ポリイミド膜の1%重量減少温度Td1は450℃以上が好ましく、480℃以上がより好ましく、500℃以上がさらに好ましく、高ければ高いほどよい。 At this time, if the thermal decomposition temperature of the polyimide film is low, outgassing is generated from the polyimide film due to heating during element formation, which may cause performance deterioration or peeling of the element formed on the polyimide film. Therefore, the 1% weight loss temperature Td1 of the polyimide film is preferably 450° C. or higher, more preferably 480° C. or higher, even more preferably 500° C. or higher, and the higher the better.

TFT作製工程について詳細に説明すると、TFT作成前にバリア膜としてポリイミド膜上にSiOxやSiNxなどを形成する。ポリイミドの耐熱性が低い場合やイミド化が完全に進行していない場合、無機膜積層後の高温プロセス、例えばLTPSの脱水素工程などでポリイミドの分解ガス等の揮発成分に由来してポリイミドと無機膜の界面に剥離が生じる。 To explain the TFT manufacturing process in detail, SiOx, SiNx, or the like is formed on a polyimide film as a barrier film before manufacturing a TFT. If the heat resistance of the polyimide is low or imidization has not progressed completely, volatile components such as the decomposition gas of the polyimide may cause the polyimide and the inorganic Delamination occurs at the film interface.

そのためデバイス作製のプロセスにもよるが400℃~500℃で等温保持した際のアウトガスが少ないことが求められる。具体的にはポリイミド膜上にSiOxなどの無機膜を形成後、400℃で1時間保持した際にポリイミド膜と無機膜の間に剥離がないことが望ましい。TFTは処理温度が高いほど性能が良くなるため、420℃で剥離がないことがより望ましく、430℃で剥離がないことがさらに望ましい。 Therefore, although it depends on the device manufacturing process, it is required that the outgassing is small when isothermally held at 400°C to 500°C. Specifically, after forming an inorganic film such as SiOx on a polyimide film, it is desirable that there is no peeling between the polyimide film and the inorganic film when the film is held at 400° C. for 1 hour. The higher the processing temperature, the better the performance of the TFT. Therefore, it is more desirable that there is no peeling at 420°C, and it is even more desirable that there is no peeling at 430°C.

アウトガスの観点からは、430℃で等温保持した際の重量減少値が0.5%以下であることが好ましく、0.4%以下であることがさらに好ましく、0.3%以下であることが特に好ましい。 From the viewpoint of outgassing, the weight loss value when held isothermally at 430° C. is preferably 0.5% or less, more preferably 0.4% or less, and 0.3% or less. Especially preferred.

またTgがプロセス温度よりも著しく低い場合は、素子形成中に位置ずれ等の生じる可能性があるため、反りや破損の原因となり得る。そのため、フレキシブル基板として用いられるポリイミド膜のTgは300℃以上が好ましく、350℃以上がより好ましく、400℃以上がより好ましい。 Also, if Tg is significantly lower than the process temperature, there is a possibility that misalignment or the like may occur during element formation, which may cause warpage or breakage. Therefore, the Tg of the polyimide film used as the flexible substrate is preferably 300° C. or higher, more preferably 350° C. or higher, and even more preferably 400° C. or higher.

一般的に、ガラスの線膨張係数は樹脂に比較して小さいため、電子素子形成時の加熱や、その後の冷却の温度変化により、支持体とポリイミド膜との積層体の界面に応力が発生する。支持体として用いたガラス基板や電子素子とポリイミド膜に生じる残留応力が高ければ、高温のTFT工程で膨張した後、常温冷却時に収縮する際、ガラス基板の反りや破損、フレキシブル基板のガラス基板からの剥離などの問題が生じる。一般的に、ガラス基板の線膨張係数は樹脂に比較して小さいため、フレキシブル基板との間に残留応力が発生する。そのため、ポリイミド膜とガラス基板との間に生じる残留応力が20MPa以下であることが好ましい。 In general, since the coefficient of linear expansion of glass is smaller than that of resin, stress is generated at the interface of the laminate between the support and the polyimide film due to temperature changes during heating during electronic device formation and subsequent cooling. . If the glass substrate used as a support, the electronic element, and the polyimide film have high residual stress, the glass substrate will warp or break when it shrinks when cooled to room temperature after being expanded in the high-temperature TFT process. problems such as peeling of the Generally, since the coefficient of linear expansion of a glass substrate is smaller than that of resin, residual stress is generated between it and the flexible substrate. Therefore, the residual stress generated between the polyimide film and the glass substrate is preferably 20 MPa or less.

本発明のポリイミドは、TFT基板やタッチパネル基板等のディスプレイ基板材料として好適に用いることができる。上記用途に用いる際、支持体とポリイミドとの積層体を製造し、その上に電子素子を形成し、最後にポリイミド層を剥離する製造方法が用いられるケースが多い。また、支持体としては、無アルカリガラスが好適に用いられる。以下、ポリイミドと支持体との積層体の製造方法および積層体を経由するポリイミドの製造方法について具体的に述べる。これらはポリイミドの製造方法の一例であり、以下に限定されるものではない。 The polyimide of the present invention can be suitably used as a display substrate material such as a TFT substrate and a touch panel substrate. When used for the above applications, in many cases, a production method is used in which a laminate of a support and polyimide is produced, an electronic element is formed thereon, and finally the polyimide layer is peeled off. Also, alkali-free glass is preferably used as the support. Hereinafter, a method for producing a laminate of polyimide and a support and a method for producing polyimide via the laminate will be specifically described. These are examples of methods for producing polyimide, and are not limited to the following.

支持体上へのポリイミド膜の形成においては、まず、支持体にポリアミド酸溶液を塗布して塗膜を形成し、支持体とポリアミド酸の塗膜との積層体を40~150℃の温度で3~120分加熱して溶媒を除去する。例えば、50℃にて30分、続いて100℃にて30分のように、2段階以上の温度で乾燥を行ってもよい。 In forming a polyimide film on a support, first, a polyamic acid solution is applied to the support to form a coating film, and a laminate of the support and the polyamic acid coating film is heated at a temperature of 40 to 150°C. Heat for 3-120 minutes to remove solvent. For example, drying may be performed at two or more temperature steps, such as 50° C. for 30 minutes followed by 100° C. for 30 minutes.

支持体とポリアミド酸との積層体を、温度200~450℃で3分~300分加熱することにより、ポリアミド酸が脱水閉環して、支持体上にポリイミド膜が設けられた積層体が得られる。このとき低温から徐々に高温にし、最高温度まで昇温することが好ましい。昇温速度は2~10℃/分が好ましく、4~10℃/分がより好ましい。最高温度は250~430℃が好ましい。最高温度が250℃以上であれば、十分にイミド化が進行し、最高温度が430℃以下であれば、ポリイミドの熱劣化や着色を抑制できる。イミド化のための加熱においては、最高温度に到達するまでに任意の温度で任意の時間保持してもよい。加熱雰囲気は、空気下、減圧下、または窒素等の不活性ガス中のいずれでもよい。より高い透明性を発現させるためには、減圧下、または不活性ガス中での加熱が好ましい。加熱装置としては、熱風オーブン、赤外オーブン、真空オーブン、イナートオーブン、ホットプレート等が挙げられる。また、加熱時間の短縮や特性発現のために、イミド化剤および/または脱水触媒をポリアミド酸溶液に添加し、このイミド化剤および/または脱水触媒を添加したポリアミド酸溶液を上記のような方法で加熱してイミド化してもよい。 By heating the laminate of the support and the polyamic acid at a temperature of 200 to 450° C. for 3 to 300 minutes, the polyamic acid undergoes dehydration ring closure to obtain a laminate having a polyimide film on the support. . At this time, it is preferable to gradually increase the temperature from a low temperature to the maximum temperature. The heating rate is preferably 2 to 10°C/min, more preferably 4 to 10°C/min. The maximum temperature is preferably 250-430°C. When the maximum temperature is 250° C. or higher, imidization proceeds sufficiently, and when the maximum temperature is 430° C. or lower, thermal deterioration and coloration of the polyimide can be suppressed. In the heating for imidization, any temperature may be maintained for any period of time until the maximum temperature is reached. The heating atmosphere may be under air, under reduced pressure, or in an inert gas such as nitrogen. Heating under reduced pressure or in an inert gas is preferred in order to develop higher transparency. Heating devices include hot air ovens, infrared ovens, vacuum ovens, inert ovens, hot plates, and the like. In addition, in order to shorten the heating time and develop properties, an imidizing agent and / or a dehydrating catalyst is added to the polyamic acid solution, and the imidizing agent and / or dehydrating catalyst is added to the polyamic acid solution by the above method. It may be imidized by heating at .

支持体からポリイミド膜を剥離する方法は特に限定されない。例えば、手で引き剥がしてもよく、駆動ロール、ロボット等の剥離装置を用いてもよい。支持体とポリイミド膜との密着性を低下させることにより剥離を行ってもよい。例えば、剥離層を設けた支持体上にポリイミド膜を形成してもよい。多数の溝を有する基板上に酸化シリコン膜を形成し、エッチング液を浸潤させることにより剥離を促進してもよい。レーザー光の照射より剥離を行ってもよい。 The method for peeling the polyimide film from the support is not particularly limited. For example, it may be peeled off by hand, or a peeling device such as a driving roll or robot may be used. Peeling may be performed by reducing the adhesion between the support and the polyimide film. For example, a polyimide film may be formed on a support provided with a release layer. A silicon oxide film may be formed on a substrate having a large number of grooves, and detachment may be accelerated by infiltrating the film with an etchant. Detachment may be performed by laser light irradiation.

バッチタイプのデバイス作製プロセスにおいては、支持体とポリイミドとの間の密着性が良いことがより好ましい。ここでいう密着性とは、密着強度という意味である。支持体上のポリイミド膜に電子素子等を形成して基板形成した後に、支持体から、電子素子等が形成されたポリイミド基板を剥がすという作製プロセスにおいて、支持体との密着性に優れるということは、電子素子等をより正確に形成または実装することができる。支持体上に電子素子等を積層させる製造プロセスの観点ではピール強度は高ければ高いほど良い。具体的には0.05N/cm以上が好ましく、0.1N/cm以上がさらに好ましい。 In a batch type device fabrication process, it is more preferable that the adhesion between the support and the polyimide is good. Adhesion here means adhesion strength. In the production process of forming electronic elements on a polyimide film on a support to form a substrate and then peeling the polyimide substrate on which the electronic elements are formed from the support, excellent adhesion to the support is important. , electronic elements, etc. can be formed or mounted more accurately. From the viewpoint of the manufacturing process of laminating an electronic element or the like on a support, the higher the peel strength, the better. Specifically, it is preferably 0.05 N/cm or more, more preferably 0.1 N/cm or more.

上述したような製造プロセスにおいて、支持体とポリイミドとの積層体からポリイミド層を剥離する際、レーザー照射によって支持体から剥離される場合が多い。この剥離の加工性の観点から、ポリイミドにレーザーの波長の光を吸収させる必要がある。レーザー剥離にはエキシマーレーザーが用いられることが多く、そのレーザーの波長の光を吸収する必要があることから、Cut off波長は312nm以上が好ましく、330nm以上がより好ましい。また、Cut Off波長が390nm以下であると、十分な透明性を発現できることから、Cut Off波長は320nm以上390nm以下であることが好ましく、330nm以上380nm以下であることがより好ましい。なお、本明細書中におけるCut off波長とは、紫外-可視分光光度計によって測定される、透過率が0.1%以下になる波長のことを意味する。 In the manufacturing process as described above, when the polyimide layer is peeled off from the laminate of the support and polyimide, it is often peeled off from the support by laser irradiation. From the standpoint of this peeling workability, it is necessary to make the polyimide absorb the light of the laser wavelength. An excimer laser is often used for laser peeling, and since it is necessary to absorb light of the wavelength of the laser, the cut-off wavelength is preferably 312 nm or longer, more preferably 330 nm or longer. Further, when the cut-off wavelength is 390 nm or less, sufficient transparency can be exhibited. The term "cut-off wavelength" used herein means a wavelength at which the transmittance is 0.1% or less as measured by an ultraviolet-visible spectrophotometer.

ポリイミド膜の透明性は、JIS K7361およびJIS K7136に従った全光線透過率およびヘイズで評価できる。ポリイミド膜の全光線透過率は、85%以上が好ましく、86%以上がより好ましく、87%以上がさらに好ましい。 The transparency of the polyimide film can be evaluated by total light transmittance and haze according to JIS K7361 and JIS K7136. The total light transmittance of the polyimide film is preferably 85% or higher, more preferably 86% or higher, even more preferably 87% or higher.

ポリイミド膜のヘイズは、1.5%以下が好ましく、1.2%以下がより好ましく、1.0%以下がさらに好ましい。ディスプレイ等の用途においては、可視光の全波長領域で透過率が高いことが要求される。ポリイミド膜の黄色度(YI)は、7以下が好ましく、6以下がより好ましく、5以下がさらに好ましい。YIは、JIS K7373-2006に従い測定できる。このように透明性の高いポリイミド膜は、ガラス代替用途等の透明基板として使用でき、基板の背面にセンサーやカメラモジュールを設置しても、センサーやカメラモジュールの解像度や色再現性への影響を抑えることができる。 The haze of the polyimide film is preferably 1.5% or less, more preferably 1.2% or less, even more preferably 1.0% or less. In applications such as displays, high transmittance is required in the entire wavelength region of visible light. The yellowness index (YI) of the polyimide film is preferably 7 or less, more preferably 6 or less, and even more preferably 5 or less. YI can be measured according to JIS K7373-2006. Such a highly transparent polyimide film can be used as a transparent substrate for applications such as glass substitutes. can be suppressed.

ポリイミドは、そのまま、製品や部材を作製するためのコーティングや成形プロセスに供してもよい。上記のように、ポリイミドは、フィルム状に成形されたポリイミド膜とすることもできる。ポリイミド膜の表面には、金属酸化物や透明電極等の各種無機薄膜を形成していてもよい。これら無機薄膜の製膜方法は特に限定されるものではなく、例えば、CVD法、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法等のPVD法が挙げられる。 The polyimide may be directly subjected to coating and molding processes for making products and components. As noted above, the polyimide can also be a polyimide membrane molded into a film. Various inorganic thin films such as metal oxides and transparent electrodes may be formed on the surface of the polyimide film. The method for forming these inorganic thin films is not particularly limited, and examples thereof include PVD methods such as CVD, sputtering, vacuum deposition, and ion plating.

本発明に係るポリイミドは、耐熱性、低熱膨張性、透明性に加えて、ガラス基板との残留応力が小さいため、これらの特性が有効とされる分野および製品、例えば、印刷物、カラーフィルター、フレキシブルディスプレイ、光学フィルム、液晶表示装置、有機EL及び電子ペーパー等の画像表示装置、3-Dディスプレイ、タッチパネル、透明導電膜基板あるいは太陽電池に使用されることが好ましく、さらには現在ガラスが使用されている部分の代替材料とすることがさらに好ましい。 In addition to heat resistance, low thermal expansion, and transparency, the polyimide according to the present invention has little residual stress with the glass substrate. It is preferably used for displays, optical films, liquid crystal display devices, image display devices such as organic EL and electronic paper, 3-D displays, touch panels, transparent conductive film substrates or solar cells, and glass is currently used. It is more preferable to use a substitute material for the existing portion.

また、本発明に係るポリアミド酸、ポリイミドおよびポリアミド酸溶液は、支持体上にポリアミド酸溶液を塗布し、加熱してイミド化し、電子素子等を形成して基板形成した後、剥がすという、バッチタイプのデバイス作製プロセスに好適に用いることができる。したがって、本発明には、支持体上にポリアミド酸溶液を塗布し、加熱してイミド化し、支持体上に形成されたポリイミド膜に電子素子等を形成する基板形成工程を含む電子デバイスの製造方法も含まれる。また、かかる電子デバイスの製造方法は、さらに、基板形成工程の後に、支持体から、電子素子等が形成されたポリイミド基板を剥がす工程を含んでいてもよい。 In addition, the polyamic acid, polyimide and polyamic acid solution according to the present invention are a batch type in which the polyamic acid solution is applied on a support, imidized by heating, electronic elements etc. are formed to form a substrate, and then peeled off. device manufacturing process. Therefore, in the present invention, a method for producing an electronic device includes a substrate forming step of applying a polyamic acid solution on a support, imidizing it by heating, and forming an electronic element or the like on a polyimide film formed on the support. is also included. Moreover, the method for manufacturing such an electronic device may further include a step of peeling off the polyimide substrate on which electronic elements and the like are formed from the support after the substrate forming step.

ポリイミド膜を基板とするフレキシブルデバイスとして有機ELディスプレイや有機EL照明が挙げられる。有機ELデバイスは、基板側から光を取り出すボトムエミッション方式と、基板の反対面から光を取り出すトップエミッション方式の2種類がある。可視光の透過率が高くYIが低い透明ポリイミド膜は、ボトムエミッション方式の有機ELデバイスの基板材料としても適している。 An organic EL display and an organic EL lighting are examples of flexible devices using a polyimide film as a substrate. There are two types of organic EL devices: a bottom emission type in which light is extracted from the substrate side, and a top emission type in which light is extracted from the opposite surface of the substrate. A transparent polyimide film with high visible light transmittance and low YI is also suitable as a substrate material for a bottom emission type organic EL device.

以下、実施例を示し具体的に説明するが、これらは説明のために記述されるものであり、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。 Examples will be described below in detail, but these are described for the sake of explanation and the present invention is not limited to the following examples.

[評価方法]
本明細書中に記載の材料特性値等は以下の評価法のよって得られたものである。
[Evaluation method]
Material property values and the like described in this specification are obtained by the following evaluation methods.

<ポリイミド膜の光透過率およびYI>
日本分光製紫外可視近赤外分光光度計(V-650)を用いて、ポリイミド膜の200~800nmにおける光透過率を測定し、JIS K7373-2006に記載の方法によって、黄色度を表す指標としてイエローインデックス(YI)を算出した。
<Light transmittance and YI of polyimide film>
Using a UV-visible near-infrared spectrophotometer (V-650) manufactured by JASCO Corporation, the light transmittance of the polyimide film at 200 to 800 nm is measured, and as an indicator of yellowness by the method described in JIS K7373-2006. A yellow index (YI) was calculated.

<ポリイミド膜の全光線透過率>
村上色彩技術研究所社製積分球式ヘイズメーター(HM-150N)により、JIS K7361記載の方法により測定した。
<Total light transmittance of polyimide film>
Measured by the method described in JIS K7361 using an integrating sphere type haze meter (HM-150N) manufactured by Murakami Color Research Laboratory.

<ヘイズ>
村上色彩技術研究所社製積分球式ヘイズメーター(HM-150N)により、JIS K7136記載の方法により測定した。
<Haze>
Measured according to JIS K7136 using an integrating sphere haze meter (HM-150N) manufactured by Murakami Color Research Laboratory.

<ガラス転移温度(Tg)>
熱機械分析装置(日立ハイテクサイエンス製「TMA/SS7100」)を用い、幅3mm、長さ10mmの試料に98.0mNの荷重をかけ、10℃/minで20℃から450℃まで昇温し、温度と歪量(伸び)をプロットした(TMA曲線)。傾きが変化する前後のTMA曲線の接線から外挿した交点をガラス転移温度とした。
<Glass transition temperature (Tg)>
Using a thermomechanical analyzer ("TMA/SS7100" manufactured by Hitachi High-Tech Science), a load of 98.0 mN is applied to a sample with a width of 3 mm and a length of 10 mm, and the temperature is raised from 20 ° C. to 450 ° C. at 10 ° C./min, Temperature and strain amount (elongation) were plotted (TMA curve). The intersection point extrapolated from the tangent lines of the TMA curve before and after the change in slope was taken as the glass transition temperature.

<残留応力>
あらかじめ反り量を計測していたコーニング社製の無アルカリガラス(厚み0.7mm、100mm×100mm)上に実施例および比較例で調製したポリアミド酸溶液をスピンコーターで塗布し、空気中80℃で30分、窒素雰囲気下430℃で30分加熱し、ガラス基板上に膜厚10μのポリイミド膜を備える積層体を得た。ポリイミド膜の吸水の影響を排除するために、積層体を120℃で10分乾燥させた後、窒素雰囲気下25℃における積層体の反り量を、薄膜応力測定装置(テンコール製「FLX-2320-S」)を用いて測定し、ガラス基板とポリイミド膜の間に生じた残留応力を評価した。
<Residual stress>
The polyamic acid solution prepared in Examples and Comparative Examples was applied with a spin coater on Corning's alkali-free glass (thickness 0.7 mm, 100 mm × 100 mm) whose warpage amount had been measured in advance, and was applied at 80 ° C. in the air. After heating for 30 minutes at 430° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere, a laminate having a polyimide film having a thickness of 10 μm on a glass substrate was obtained. In order to eliminate the influence of water absorption of the polyimide film, the laminate was dried at 120 ° C. for 10 minutes, and then the amount of warpage of the laminate at 25 ° C. in a nitrogen atmosphere was measured with a thin film stress measurement device (Tencor "FLX-2320- S”) was used to evaluate the residual stress generated between the glass substrate and the polyimide film.

<1%重量減少温度(Td1)>
株式会社日立ハイテクサイエンス(株)製「TG/DTA/7200」を用い、窒素雰囲気下、20℃/minで25℃から500℃まで昇温し、150℃時点での重量から1%重量減少した際の温度をポリイミド膜のTd1とした。
<1% Weight Loss Temperature (Td1)>
Using "TG/DTA/7200" manufactured by Hitachi High-Tech Science Co., Ltd., the temperature was raised from 25 ° C. to 500 ° C. at 20 ° C./min under a nitrogen atmosphere, and the weight at 150 ° C. was reduced by 1%. The temperature at this time was taken as Td1 of the polyimide film.

<430℃等温保持下での重量減少値>
株式会社日立ハイテクサイエンス(株)製「TG/DTA/7200」を用い、窒素雰囲気下、20℃/minで25℃から430℃まで昇温した後、430℃で1時間保持し、430℃到達時の重量を基準として1時間後の重量減少値を求めた。
<Weight loss value under isothermal holding at 430°C>
Using "TG / DTA / 7200" manufactured by Hitachi High-Tech Science Co., Ltd., the temperature was raised from 25 ° C. to 430 ° C. at 20 ° C./min under a nitrogen atmosphere, then held at 430 ° C. for 1 hour and reached 430 ° C. Based on the weight at that time, the weight loss value after 1 hour was determined.

<ポリイミド膜の線膨張係数(CTE)>
線膨張係数の測定は、日立ハイテクサイエンス(株)製「TMA/SS7100」を用いて(サンプルサイズ 幅3mm、長さ10mm、膜厚を測定し、フィルムの断面積を算出)、荷重29.4mNとし、10℃/minで10℃から400℃まで一旦昇温させた後、40℃/minで降温させたときの、降温時の100~400℃における単位温度あたりの試料の歪の変化量から線膨張係数を求めた。
<Linear expansion coefficient (CTE) of polyimide film>
The coefficient of linear expansion was measured using "TMA/SS7100" manufactured by Hitachi High-Tech Science Co., Ltd. (sample size width 3 mm, length 10 mm, film thickness was measured, and the cross-sectional area of the film was calculated), load 29.4 mN Then, when the temperature is once raised from 10 ° C. to 400 ° C. at 10 ° C./min and then lowered at 40 ° C./min, from the amount of change in strain of the sample per unit temperature at 100 to 400 ° C. A coefficient of linear expansion was obtained.

[化合物および試薬類の略称]
以下において、化合物および試薬類は下記の略称で記載している。
<溶媒>
NMP:N-メチル-2-ピロリドン
<テトラカルボン酸二無水物>
BNBDA:5,5’-ビス-2-ノルボルネン-5,5’,6,6’-テトラカルボン酸-5,5’,6,6’-二無水物
DNDA:デカヒドロ-1H,3H-4,10:5,9-ジメタノナフト[2,3-c:6,7-c’]ジフラン-1,3,6,8-テトラオン
BzDA:5,5’-(1,4-フェニレン)ビス(ヘキサヒドロ-4,7-メタノイソベンゾフラン-1,3-ジオン)
CpODA:2’-オキソジスピロ[ビシクロ[2.2.1]ヘプタン-2,1’-シクロペンタン-3’,2’’-ビシクロ[2.2.1]ヘプタン]-5,6:5’’,6’’-テトラカルボン酸二無水物(別名:ノルボルナン-2-スピロ-α-シクロペンタノン-α’-スピロ-2’’-ノルボルナン-5,5’’,6,6’’-テトラカルボン酸二無水物)
<ジアミン>
DABA:4,4’-ジアミノベンズアニリド
DATA:N,N’-ビス(4-アミノフェニル)テレフタルアミド
PDA:1,4-フェニレンジアミン
ODA:4,4’-オキシジアニリン
TFMB:2,2’-ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン
<イミダゾール>
DMI:1,2-ジメチルイミダゾール
[Abbreviation of compounds and reagents]
In the following, compounds and reagents are described with the following abbreviations.
<Solvent>
NMP: N-methyl-2-pyrrolidone <tetracarboxylic dianhydride>
BNBDA: 5,5'-bis-2-norbornene-5,5',6,6'-tetracarboxylic acid-5,5',6,6'-dianhydride DNDA: decahydro-1H,3H-4, 10: 5,9-dimethanonaphtho[2,3-c:6,7-c′]difuran-1,3,6,8-tetraone BzDA: 5,5′-(1,4-phenylene)bis(hexahydro- 4,7-methanoisobenzofuran-1,3-dione)
CpODA: 2′-oxodispiro[bicyclo[2.2.1]heptane-2,1′-cyclopentane-3′,2″-bicyclo[2.2.1]heptane]-5,6:5″ ,6''-tetracarboxylic dianhydride (also known as norbornane-2-spiro-α-cyclopentanone-α'-spiro-2''-norbornane-5,5'',6,6''-tetra carboxylic acid dianhydride)
<Diamine>
DABA: 4,4'-diaminobenzanilide DATA: N,N'-bis(4-aminophenyl)terephthalamide PDA: 1,4-phenylenediamine ODA: 4,4'-oxydianiline TFMB: 2,2' - Bis(trifluoromethyl)benzidine <imidazole>
DMI: 1,2-dimethylimidazole

(実施例1)
ステンレス製撹拌棒を備えた撹拌機および窒素導入管を装着した500mLのガラス製セパラブルフラスコに、NMP240g、およびDABA33.277gを仕込み、1時間以上攪拌させた後、BNBDA29.793g、DNDA17.705gを加えて40℃で攪拌し、溶解させた。溶解後、室温(23℃)にて24時間撹拌し、ポリアミド酸を含むポリアミド酸溶液を得た。この反応溶液におけるジアミン成分およびテトラカルボン酸二無水物成分の仕込み濃度は、反応溶液全量に対して25.0重量%であった。このポリアミド酸溶液にDMIをポリアミド酸固形分に対して4重量部、アミド基1molに対して0.114mol添加し、5分攪拌して均一なポリアミド酸溶液を得た。
(Example 1)
240 g of NMP and 33.277 g of DABA were charged into a 500 mL glass separable flask equipped with a stirrer equipped with a stainless steel stirring rod and a nitrogen inlet tube, and stirred for 1 hour or more, then BNBDA 29.793 g and DNDA 17.705 g were added. In addition, it was stirred at 40° C. and dissolved. After dissolution, the solution was stirred at room temperature (23° C.) for 24 hours to obtain a polyamic acid solution containing polyamic acid. The charged concentration of the diamine component and the tetracarboxylic dianhydride component in this reaction solution was 25.0% by weight with respect to the total amount of the reaction solution. To this polyamic acid solution, 4 parts by weight of DMI with respect to the polyamic acid solid content and 0.114 mol per 1 mol of amide groups were added, and the mixture was stirred for 5 minutes to obtain a uniform polyamic acid solution.

このポリアミド酸溶液をコーニング社製の無アルカリガラス(厚み0.7mm、100mm×100mm)上にスピンコーターで塗布し、空気中80℃で30分、窒素雰囲気下430℃で30分加熱し、ガラス基板上に膜厚10μmのポリイミド膜を備える積層体を得た。得られた積層体のガラス基材からポリイミド膜を剥離して、特性の評価を行った。
得られたポリイミド膜の評価結果を表1に示す。
This polyamic acid solution was applied to Corning's alkali-free glass (thickness 0.7 mm, 100 mm × 100 mm) with a spin coater, heated at 80 ° C. in air for 30 minutes, and heated at 430 ° C. in a nitrogen atmosphere for 30 minutes. A laminate having a polyimide film having a thickness of 10 μm on a substrate was obtained. The polyimide film was peeled off from the glass base material of the obtained laminate, and the properties were evaluated.
Table 1 shows the evaluation results of the obtained polyimide film.

(実施例2~6、比較例1~8)酸二無水物及びジアミンの仕込み比率を表1のように変更した以外は、実施例1と同様にしてポリアミド酸を含むポリアミド酸溶液を得た。得られたポリアミド酸溶液を実施例1と同様にして、ポリイミド膜とした。 (Examples 2 to 6, Comparative Examples 1 to 8) A polyamic acid solution containing polyamic acid was obtained in the same manner as in Example 1, except that the charging ratio of the acid dianhydride and the diamine was changed as shown in Table 1. . The obtained polyamic acid solution was made into a polyimide film in the same manner as in Example 1.

表1に示すように、本実施例においては下記(1)~(3)を満たすポリアミド酸が得られる。
(1)430℃で1時間加熱した際の重量減少値が0.5%以下
(2)YIが6以下
(3)内部応力が20MPa以下
As shown in Table 1, polyamic acid satisfying the following (1) to (3) is obtained in this example.
(1) Weight reduction value when heated at 430 ° C. for 1 hour is 0.5% or less (2) YI is 6 or less (3) Internal stress is 20 MPa or less

比較例1~7は残留応力が20MPa以上あり、寸法安定性が低く、ガラス基板の低反りを必要とされる用途には適用できない。比較例8はYIや残留応力が低く、Tgも優れているが、430℃で1時間保持すると重量減少値が1%以上であり、耐熱性が不足しており、TFT作製工程等高温を要する用途には適用できない。 Comparative Examples 1 to 7 have a residual stress of 20 MPa or more, low dimensional stability, and cannot be applied to applications requiring low warpage of the glass substrate. Comparative Example 8 has low YI and residual stress, and is excellent in Tg, but the weight loss value is 1% or more when held at 430° C. for 1 hour, and the heat resistance is insufficient, and high temperatures such as TFT manufacturing processes are required. Not applicable for use.

Figure 2023038407000010
Figure 2023038407000010

この結果から、本発明に係る特定のポリアミド酸からなるポリアミド酸組成物から得られるポリイミドは無色透明であり、熱分解温度やアウトガス発生量ならびにガラス転移温度が高く、無機基板との内部応力が小さく高温でのプロセス耐熱性を有することが確認された。なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。
From these results, the polyimide obtained from the polyamic acid composition composed of the specific polyamic acid according to the present invention is colorless and transparent, has a high thermal decomposition temperature, a high outgassing amount and a glass transition temperature, and has a small internal stress with the inorganic substrate. It was confirmed to have process heat resistance at high temperatures. It should be noted that the present invention is not limited to the above embodiments, and can be implemented with various modifications.

Claims (12)

下記式(1)で表される構造を有するポリアミド酸組成物であって、
式(1)中のAは、(A-1)を含み、式(1)中のBは(B-1)で表される構造単位を含み、(A-1)で表される構造単位が40モル%以上であることを特徴とするポリアミド酸組成物。(式中のAは4価の芳香族基、もしくは脂肪族基であり、Bは2価の芳香族基、もしくは脂肪族基であり、Rはそれぞれ独立に水素原子あるいは一価の脂肪族基または芳香族基である。)
Figure 2023038407000011
Figure 2023038407000012
Figure 2023038407000013
A polyamic acid composition having a structure represented by the following formula (1),
A in formula (1) contains (A-1), B in formula (1) contains a structural unit represented by (B-1), and a structural unit represented by (A-1) Polyamic acid composition, characterized in that the is 40 mol% or more. (A in the formula is a tetravalent aromatic group or an aliphatic group, B is a divalent aromatic group or an aliphatic group, R 1 is each independently a hydrogen atom or a monovalent aliphatic or an aromatic group.)
Figure 2023038407000011
Figure 2023038407000012
Figure 2023038407000013
前記式(1)中のAに(A-2)で表される構造単位を含む請求項1に記載のポリアミド酸組成物。
Figure 2023038407000014
2. The polyamic acid composition according to claim 1, wherein A in formula (1) contains a structural unit represented by (A-2).
Figure 2023038407000014
イミダゾール系化合物を含有する請求項1~2のいずれかに記載のポリアミド酸組成物。 3. The polyamic acid composition according to any one of claims 1 and 2, which contains an imidazole compound. さらに有機溶媒を含有する請求項1~3のいずれかに記載のポリアミド酸組成物。 4. The polyamic acid composition according to any one of claims 1 to 3, further comprising an organic solvent. 請求項1~4のいずれかに記載のポリアミド酸組成物の脱水環化物である、ポリイミド。 A polyimide which is a dehydrated cyclization product of the polyamic acid composition according to any one of claims 1 to 4. 請求項5に記載のポリイミドを含むポリイミド膜。 A polyimide film comprising the polyimide of claim 5 . 430℃で1時間加熱した際の重量減少値が0.5%以下であることを特徴とする請求項6に記載のポリイミド膜 7. The polyimide film according to claim 6, wherein the weight loss value when heated at 430° C. for 1 hour is 0.5% or less. ポリイミド膜の膜厚が10μmでのYIが6以下であることを特徴とする請求項6又7に記載のポリイミド膜。 8. The polyimide film according to claim 6, wherein YI is 6 or less when the film thickness of the polyimide film is 10 μm. 請求項6~8のいずれかに記載のポリイミド膜と支持体との積層体。 A laminate of the polyimide film according to any one of claims 6 to 8 and a support. 前記積層体のポリイミド膜の厚みを10μm厚みとした際に、25℃における残留応力が20MPa以下となる請求項9に記載のポリイミド積層体。 10. The polyimide laminate according to claim 9, wherein the residual stress at 25[deg.] C. is 20 MPa or less when the polyimide film of the laminate has a thickness of 10 [mu]m. 請求項4に記載の有機溶媒を含有するポリアミド酸組成物を支持体に塗布して、支持体上に膜状のポリアミド酸を形成し、加熱によりポリアミド酸をイミド化して、前記支持体上にポリイミド膜を形成する、積層体の製造方法。 The polyamic acid composition containing the organic solvent according to claim 4 is applied to a support to form a film-like polyamic acid on the support, the polyamic acid is imidized by heating, and is coated on the support. A method for manufacturing a laminate, comprising forming a polyimide film. 請求項6~10に記載のポリイミド膜又は積層体上に形成された電子素子とを有するフレキシブルデバイス。 A flexible device comprising an electronic element formed on the polyimide film or laminate according to any one of claims 6 to 10.
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