JP6944784B2 - 積層体、フレキシブルデバイスおよび積層体の製造方法 - Google Patents
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Description
しかしながら、近年、デバイスを軽量化させる観点、また、折り曲げ可能なデバイス(フレキシブルデバイスともいう。)を達成する観点から有機フィルムを基板とするデバイスの技術開拓が活発になされてきている。
例えば、以下の特許文献1、2に示されるような透明性や光透過性のあるポリイミドが提案されている。これらの文献に示されたポリイミドは、透明性や光透過性を有するとともに、耐熱性や低熱膨張係数、靱性等の特性を備えたものであるとされている。
本発明者らが検討したところ、現在までに存在する透明性を有する各種ポリイミドフィルムでは、一定の繰り返し使用性までは期待できるものの、製品寿命を延ばすという点ではいまだ改良の余地があることがわかってきた。
すなわち、ポリイミドについての破断伸びを特定値とした上で、半導体層と積層させることにより、繰り返し折曲使用した際における半導体層にかかる負荷を緩和できることを新たに見出している。これにより、クリアな画像を、長期にわたって表示するだけのデバイスを得ることができると考えられる。
具体的には、本発明は以下のものを提供する。
ポリイミドを含むポリイミド層と、半導体層とが積層されてなる積層体であって、
上記ポリイミドが以下の要件を満たす、積層体が提供される。
(1)黄色度が5以下
(2)JIS K 7162に準拠した引張試験にて測定される破断伸びが3%以上
(3)ガラス転移点以下における熱膨張係数が20ppm/K以下
上記の積層体を備えるフレキシブルデバイスが提供される。
ポリイミド層と、半導体層とが積層されてなる積層体の製造方法であって、
上記基板に対し、ポリイミド前駆体と有機溶剤とを含む樹脂組成物を展開する工程と、
展開された上記樹脂組成物を加熱硬化し、上記基板の面上に上記ポリイミド層を形成する工程と、
上記ポリイミド層の上記基板とは反対側の面上に上記半導体層を形成し、上記ポリイミド層と、上記半導体層とが積層されてなる上記積層体を得る工程と、
上記積層体を、上記基板から剥離する工程と、
を備え、
上記ポリイミド層を構成するポリイミドが、以下の要件を満たす、積層体の製造方法が提供される。
(1)黄色度が5以下
(2)JIS K 7162に準拠した引張試験にて測定される破断伸びが3%以上
(3)ガラス転移点以下における熱膨張係数が20ppm/K以下
なお、図面は本発明を説明するために模式化されたものであり、必ずしも実際の寸法比とは合致しない。また、本明細書では、便宜上、図面における上側を「上」、下側を「下」と記すこともある。
また、本明細書において、「〜」は特に断りがなければ以上から以下を表す。
まず、本実施形態の積層体について説明する。
本実施形態の積層体は、ポリイミドを含むポリイミド層と、半導体層とが積層されてなる積層体であって、
上記ポリイミドが以下の要件を満たす積層体である。
(1)黄色度が5以下
(2)JIS K 7162に準拠した引張試験にて測定される破断伸びが3%以上
(3)ガラス転移点以下における熱膨張係数が20ppm/K以下
図1に示されるように、本実施形態の積層体100はポリイミド層10と、半導体層20とを備える。以下、各層について説明する。
本実施形態のポリイミド層10は無色透明性が高く、具体的にはポリイミド層10に含まれるポリイミド(「ポリイミド樹脂」ともいう。)の黄色度が5以下であるという特徴を有する。
この黄色度は、イエローインデックス(Y.I.)とも称される値であり、JIS K 7361−1(1997年発行)に準拠した測定方法により求めることができる。
より具体的には、測定装置として日本電色工業株式会社製の商品名「ヘーズメーターNDH−5000」を用いて測定することができる。
よりクリアな画像を表示するデバイスを実現する観点からは、このポリイミド層10に含まれるポリイミドの黄色度が4.5以下であることが好ましく、4以下であることがより好ましく、3.5以下であることがさらに好ましい。
なお、ポリイミド層10に含まれるポリイミドの黄色度の下限値は特に制限されるものではないが、たとえば0.2以上である。
本発明者らは、この破断伸びを特定の値以上とすることにより、ポリイミド層10が適度に柔軟性を持ち、フレキシブルデバイスを作製し、繰り返し使用した際に、半導体層20にかかる負荷を緩和できることを新たに見出している。
すなわち、このような半導体層20に対する負荷の緩和により、フレキシブルデバイスの製品としての寿命の延長に資することができる。
同様の観点から、本実施形態のポリイミド層10に含まれるポリイミドは、JIS K 7162に準拠した引張試験にて測定される破断伸びが4%以上であることが好ましく、5%以上であることがより好ましく、8%以上であることがさらに好ましく、10%以上であることが殊更に好ましい。
なお、本明細書において、破断伸びは、より具体的には、以下に示される方法にて測定することができる。
すなわち、フィルム状のポリイミドについて、SD型レバー式試料裁断器(株式会社ダンベル製の裁断器(型式SDL−200))に、株式会社ダンベル製の商品名「スーパーダンベルカッター(型:SDMK−1000−D、JIS K7139(2009年発行)のA22規格に準拠)」を取り付けて、フィルムの大きさが、全長:75mm、タブ部間距離:57mm、平行部の長さ:30mm、肩部の半径:30mm、端部の幅:10mm、長さ方向の中央の平行部の幅:5mm、厚み:13μmとなるように裁断して、ダンベル形状の試験片を測定試料として調製する。
次いで、テンシロン型万能試験機(株式会社エー・アンド・デイ製の型番「UCT−10T」)を用いて、測定試料を掴み具間の幅が57mm、掴み部分の幅が10mm(端部の全幅)となるようにして配置した後、荷重フルスケール:0.05kN、試験速度:5mm/分の条件で測定試料を引っ張る引張試験を行って、破断伸びの値を求める。
具体的に、破断伸びの値(%)は、試験片の平行部の長さ(=平行部の長さ:30mm)をL0とし、破断するまでの試験片の平行部の長さ(破断した際の試験片の平行部の長さ:30mm+α)をLとして、下記式:
[破断伸び(%)]={(L−L0)/L0}×100
を計算して求める。
すなわち、ポリイミド層10に含まれるポリイミドとして、適切な機械的強度を実現する観点からは、引張強度が60MPa以上であることが好ましく、70MPa以上であることがより好ましく、100MPa以上であることがさらに好ましく、120MPa以上であることが殊更に好ましい。
なお、この引張強度の値の上限値は特に制限されるものではないが、例えば1.5GPa以下であり、500MPa以下である。
このように熱膨張係数の値を設定することにより、積層体100の作製過程、あるいはこの積層体100を用いたデバイスの作製過程において高熱がかかった場合においても、半導体層20とポリイミド層10との挙動の差を生じさせ難くなり、結果、安定的にデバイスを得ることができる。
また、本実施形態のポリイミド層10に含まれるポリイミドは、ガラス転移点以下における熱膨張係数が18ppm/K以下であることが好ましく、15ppm/K以下であることがより好ましく、12ppm/K以下であることがさらに好ましい。
また、本実施形態のポリイミド層10に含まれるポリイミドの、ガラス転移点以下における熱膨張係数の下限値は特に制限されるものではないが、たとえば、3ppm/K以上である。
なお、ポリイミド層10に含まれるポリイミドの、ガラス転移点以下における熱膨張係数は以下に示す方法で測定することができる。
また、本実施形態のポリイミド層10に含まれるポリイミドのJIS K 7361−1(1997年発行)に準拠した測定で求められるヘイズとしては特に制限はないが、1.0%以下であることが好ましく、0.7%以下であることが好ましく、0.6%以下であることがより好ましい。また、このヘイズの下限値は、特に制限されるものではないが、たとえば、0.01以上である。
また、これらのパラメータのうち、黄色度と熱膨張係数について所望の値とする観点からは、ポリイミド前駆体や添加剤の種類について適切なものを選択することが好ましい態様であり、破断伸びと引張強度について所望の値とする観点からは、たとえば、樹脂組成物中に特定のイミダゾール骨格を含む化合物を添加することが好ましい態様である。
なお、本明細書において、各層の「厚み(膜厚)」はその層の平均厚みとして定義することができる。
本実施形態において、半導体層20は設計するデバイスに応じ、適宜、構成する半導体の種類を選択することができる。
より具体的に、この半導体としては、アモルファスシリコン半導体、多結晶シリコン半導体、酸化物半導体、有機物半導体等を用いることができる。
より具体的に、本実施形態においては、LTPS(Low Temperature Poly Silicon)、LTPO(Low Temperature Polycrystalline Oxide)、ITO、IGZO等をこの半導体として用いることができる。
たとえば、ポリイミド層10と半導体層20との間に中間層(図示せず)等を設けることができ、この中間層を適切に選択することにより、ポリイミド層10と半導体層20との接着性を向上させること、半導体層20に対するガスバリア性を付与すること等もできる。
また、この中間層は、窒化ケイ素や酸化ケイ素、ポリシランなどで構成される絶縁性を有する層であってもよい。
その他、ポリイミド層10の下部や、半導体層20の上部に、各種機能性を持たせるための層を設けてもよい。
続いて、ポリイミド層10に含まれるポリイミドを作製するために用いられる樹脂組成物について説明する。
本実施態様の樹脂組成物は、典型的にはポリイミド前駆体と溶剤とを含有し、好ましくは、特定のイミダゾール化合物を含有する。
以下、樹脂組成物に含まれる成分について説明する。
本実施形態の樹脂組成物に含まれるポリイミド前駆体としては、ポリイミドを誘導するポリアミド酸が挙げられる。
このポリイミド前駆体は、ポリイミドを与える公知の材料(またはその組合せ)の中から選択することができるが、生成するポリイミドの透明性を向上させる観点から、以下に示されるものであることが好ましい。
すなわち、本実施形態のポリイミド前駆体としては、所定のジアミン化合物と、下記式(b1)で表されるノルボルナン−2−スピロ−α−シクロアルカノン−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類とを含有するモノマー成分、及び下記式(b2)で表される繰り返し単位を有するポリアミド酸からなる群より選択される少なくとも1つであることが好ましい。
ポリイミド前駆体が、モノマー成分を含有する場合、当該モノマー成分は、ジアミン化合物と、ノルボルナン−2−スピロ−α−シクロアルカノン−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類(以下、「テトラカルボン酸二無水物」とも記す。)とを含む。
以下、モノマー成分が含んでいてもよい成分について説明する。
本実施形態におけるジアミン化合物としては、例えば炭素原子数6〜40の2価の有機基を母核とし、その両末端にアミノ基を合計2つ有する化合物を用いることができる。このような母核の化合物を用いると、耐熱性に優れる硬化膜を形成しやすくなる。
このような炭素原子数6〜40の2価の有機基としては、芳香族環又は脂肪族環を1〜4個有する有機基を採用することができる。
H2N−Rb10−NH2・・・(2)
(式中、Rb10は、炭素原子数6〜40のアリーレン基である。)
アリーレン基の炭素原子数を上記上限値以下とすることで、モノマー成分の溶媒に対する溶解性を向上させることができ、また、アリーレン基の炭素原子数を上記下限値以上とすることで得られるポリイミド樹脂の耐熱性を向上させることができる。
また、トリフルオロメチル基を含む式(5)で表される基としては、たとえば、以下に示されるような、ビフェニルの結合部のオルト位にトリフルオロメチル基を2つ備えるものが好ましい。
式(Si−1)中のR12及びR13における、炭素原子数6〜20のアリーレン基としては、耐熱性、残留応力の観点から炭素原子数6〜12の芳香族基が好ましく、フェニレン基、ナフチレン基等が挙げられる。
式(Si−1)中のR13、R15、R16、及びR17における炭素原子数3〜20のシクロアルキル基としては、耐熱性と残留応力の観点から炭素原子数3〜10のシクロアルキル基が好ましく、具体的には、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等が挙げられる。
式(Si−1)中のR14、R15、R16、及びR17における炭素原子数6〜20のアリール基としては、耐熱性と残留応力の観点から炭素原子数6〜12のアリール基が好ましく、具体的には、フェニル基、トリル基、ナフチル基等が挙げられる。
式(Si−1)中のR14、R15、R16、及びR17における炭素原子数20以下のアミノ基としては、アミノ基、置換したアミノ基(例えば、ビス(トリアルキルシリル)アミノ基)等が挙げられる。
式(Si−1)中のR14、R15、R16、及びR17における−O−R18で表される基としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロピルオキシ基、ブトキシ基、フェノキシ基、トリルオキシ基、ナフチルオキシ基、プロペニルオキシ基(例えば、アリルオキシ基)、及びシクロヘキシルオキシ基等が挙げられる。
中でも、R14、R15、R16、及びR17として、好ましくは、メチル基、エチル基、プロピル基、フェニル基である。
モノマー成分中のジアミン化合物の含有量は、後述するテトラカルボン酸二無水物成分の量1モルに対して0.2〜2モルである量が好ましく、0.3〜1.2モルである量がより好ましい。
テトラカルボン酸二無水物としては、導かれるポリイミドとして特定の物性を発現できるもののなかから適宜選択することができる。
このテトラカルボン酸二無水物は母核として、芳香族基を有していても、脂環を有してもよい。
これらのなかでも、より高い透明性を発現しやすい点から、下記式(b1)で表されるノルボルナン−2−スピロ−α−シクロアルカノン−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類が好ましく用いられる。
Rb1がアルキル基である場合、当該アルキル基は直鎖状でも分岐鎖状でもよい。
式(b1)中の複数のRb1は、テトラカルボン酸二無水物成分の精製が容易であることから、同一の基であるのが好ましい。
テトラカルボン酸二無水物成分の精製が容易である点から、mの上限は5が好ましく、3がより好ましい。
テトラカルボン酸二無水物成分の化学的安定性の点から、mの下限は1が好ましく、2がより好ましい。
式(b1)中のmは、2又は3が特に好ましい。
Rb2、及びRb3は、テトラカルボン酸二無水物成分の精製が容易である点から、水素原子、又は炭素原子数1〜10(好ましくは1〜6、より好ましくは1〜5、さらに好ましくは1〜4、特に好ましくは1〜3)のアルキル基であることが好ましく、水素原子又はメチル基であることが特に好ましい。
で表される化合物及び下記式(b1−2):
で表される化合物のうちの少なくとも1種を含有し、且つ、これら二種の化合物の総量が、テトラカルボン酸二無水物全量に対して、30モル%以上であるものが好ましい。
式(b1−2)で表される化合物は、2つのノルボルナン基がシス配置し且つ該2つのノルボルナン基のそれぞれに対してシクロアルカノンのカルボニル基がエンドの立体配置となる式(b1)で表されるテトラカルボン酸二無水物の異性体である。
なお、このような異性体を上記比率で含有するテトラカルボン酸二無水物の製造方法も特に制限されず、公知の方法を適宜採用することができ、例えば、国際公開第2014/034760号パンフレットに記載の方法等を適宜採用してもよい。
上記のテトラカルボン酸二無水物の量と、その他のテトラカルボン酸二無水物の量との合計であるテトラカルボン酸二無水物成分の総量に対する、上記のテトラカルボン酸二無水物の量の比率は、たとえば50質量%以上であり、70質量%以上が好ましく、90質量%以上がより好ましく、100質量%であるのが特に好ましい。
テトラカルボン酸二無水物成分の総量と、ジアミン化合物との量関係は、前述の通りである。
モノマー成分は、本発明の目的を阻害しない範囲で、上記のテトラカルボン酸二無水物とともに、テトラカルボン酸二無水物以外のその他のテトラカルボン酸二無水物を含んでいてもよい。
なお、芳香族テトラカルボン酸二無水物を使用する場合は、形成される膜の着色を防止するため、その使用量は形成される膜が十分な透明性を有することが可能となるような範囲内で適宜変更されるのが好ましい。
前述の式(b1)で表されるテトラカルボン酸二無水物類を用いた場、下記式(b2)で表される繰り返し単位を有するポリアミド酸が得られる。
上記式(b2)中、Rb1、Rb2、Rb3、及びmの具体例及び好ましい例としては、上記式(b1)におけるRb1、Rb2、Rb3、及びmと同様のものを挙げることができる。
Rb10としては、上記式(2)におけるRb10と同様のものであることが好ましい。
ポリアミド酸は、前述の化合物とジアミン化合物とから誘導される単位と、及び化合物とジアミン化合物とから誘導される単位とを、化合物及び化合物と同様のモル比率で含有するのが好ましい。
かかる有機溶剤の中では、生成するポリアミド酸の溶剤(S)への溶解性から、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジエチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジエチルホルムアミド、N−メチルカプロラクタム、及びN,N,N’,N’−テトラメチルウレア等の含窒素極性溶剤が好ましい。
このような塩基性化合物としては特に制限されないが、例えば、トリエチルアミン、テトラブチルアミン、テトラヘキシルアミン、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]−ウンデセン−7、ピリジン、イソキノリン、α−ピコリン、1−メチルピペリジン等が挙げられる。
このような塩基化合物の使用量は、テトラカルボン酸二無水物成分1当量に対して、0.001〜10当量が好ましく、0.01〜0.1当量がより好ましい。
本実施形態の樹脂組成物は、ポリイミド前駆体成分のほか、イミダゾール化合物を含むことが好ましい。
このイミダゾール化合物としては、下記式(1)で表されるものを用いることが好ましい。定かなものではないが、この式(1)で表されるイミダゾール化合物を用いることにより、ポリイミド前駆体成分の重合反応と閉環反応について適切な反応速度とすることができ、破断伸び等の物性の向上を図ることができる。
−O−R10
(R10は水素原子又は有機基である。)
本実施形態にかかるポリイミド前駆体組成物は、典型的には、溶剤(S)を含有する。ポリイミド前駆体組成物は、膜を形成可能である限り、固体を含むペーストであってもよく、溶液であってもよい。均質で平滑な膜を形成しやすい点で、ポリイミド前駆体組成物は溶液であるのが好ましい。溶剤は単独で又は2種以上を混合して用いることができる。
このため、N,N,2−トリメチルプロピオンアミド、及びN,N,N’,N’−テトラメチルウレアから選択される少なくとも1種を含む溶剤(S)を含有するポリイミド前駆体組成物を用いると、ポリイミド膜形成時の加熱において、生成するポリイミド膜中に溶剤が残存しにくく、得られるポリイミド膜の引張伸度の低下等を招きにくい。
本実施形態にかかるポリイミド前駆体組成物は、本発明の目的を阻害しない範囲で、上記成分以外にその他の成分を含んでいてもよい。その他の成分の例としては、塩基発生剤成分、モノマー等の重合性成分、界面活性剤、可塑剤、粘度調整剤、消泡剤、及び着色剤等が挙げられる。
本実施形態にかかるポリイミド前駆体組成物は、上で説明した成分に加えて、ケイ素含有樹脂、ケイ素含有樹脂前駆体、及びシランカップリング剤からなる群より選択される1種以上のケイ素含有化合物を含んでいてもよい。ケイ素含有樹脂としては、例えばシロキサン樹脂又はポリシランが挙げられる。ケイ素含有樹脂前駆体としては、例えばシロキサン樹脂又はポリシランの原料モノマーとなるシラン化合物が挙げられる。
例えば、後述するレーザー剥離工程を設けない場合には、ポリイミド膜と、基板等の支持体との密着性が低いほうが、ポリイミド膜の支持体からの剥離が容易であるのが好ましい。この場合、ポリイミド前駆体組成物にケイ素含有化合物を添加しないか、ポリイミド前駆体組成物へのケイ素含有化合物の添加量が少量であるのが好ましい。
他方、レーザー剥離工程を設ける場合、加工プロセスの途中で、ポリイミド前駆体組成物の膜やポリイミド膜が支持体から剥離しないことが望まれる。この場合、プロセスマージンを広げられる点から、ポリイミド前駆体組成物に、ケイ素含有組成物を積極的に添加して、ポリイミド前駆体組成物の膜やポリイミド膜の支持体への密着性を高めるのが好ましい。
シロキサン樹脂は、公知の材料の中から適宜選択すればよいが、たとえば、以下説明するシラン化合物よりなる群から選択される少なくとも1種のシラン化合物を加水分解及び縮合させることにより得られるシロキサン樹脂を用いることができる。シラン化合物はシラン化合物組成物に含有された状態で加水分解及び縮合されてもよい。
(Rc1)4−pSi(ORc2)p・・・(c1)
Rc1としてのアルケニル基は、好ましくは炭素原子数2〜20の直鎖状又は分岐状のアルケニル基であり、より好ましくは炭素原子数2〜4の直鎖状又は分岐状のアルケニル基である。
式(c1)におけるpが4の場合のシラン化合物(i)は下記式(c2)で表される。
Si(ORc4)a(ORc5)b(ORc6)c(ORc7)d・・・(c2)
Rc8Si(ORc9)e(ORc10)f(ORc11)g・・・(c3)
Rc12Rc13Si(ORc14)h(ORc15)i・・・(c4)
トリメトキシシラン、トリエトキシシラン、トリプロポキシシラン、トリペンチルオキシシラン、トリフェニルオキシシラン、ジメトキシモノエトキシシラン、ジエトキシモノメトキシシラン、ジプロポキシモノメトキシシラン、ジプロポキシモノエトキシシラン、ジペンチルオキシルモノメトキシシラン、ジペンチルオキシモノエトキシシラン、ジペンチルオキシモノプロポキシシラン、ジフェニルオキシルモノメトキシシラン、ジフェニルオキシモノエトキシシラン、ジフェニルオキシモノプロポキシシラン、メトキシエトキシプロポキシシラン、モノプロポキシジメトキシシラン、モノプロポキシジエトキシシラン、モノブトキシジメトキシシラン、モノペンチルオキシジエトキシシラン、及びモノフェニルオキシジエトキシシラン等のヒドロシラン化合物;
メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリプロポキシシラン、メチルトリペンチルオキシシラン、メチルトリフェニルオキシシラン、メチルモノメトキシジエトキシシラン、メチルモノメトキシジプロポキシシラン、メチルモノメトキシジペンチルオキシシラン、メチルモノメトキシジフェニルオキシシラン、メチルメトキシエトキシプロポキシシラン、及びメチルモノメトキシモノエトキシモノブトキシシラン等のメチルシラン化合物;
エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、エチルトリプロポキシシラン、エチルトリペンチルオキシシラン、エチルトリフェニルオキシシラン、エチルモノメトキシジエトキシシラン、エチルモノメトキシジプロポキシシラン、エチルモノメトキシジペンチルオキシシラン、エチルモノメトキシジフェニルオキシシラン、エチルメトキシエトキシプロポキシシラン、及びエチルモノメトキシモノエトキシモノブトキシシラン等のエチルシラン化合物;
プロピルトリメトキシシラン、プロピルトリエトキシシラン、プロピルトリプロポキシシラン、プロピルトリペンチルオキシシラン、及びプロピルトリフェニルオキシシラン、プロピルモノメトキシジエトキシシラン、プロピルモノメトキシジプロポキシシラン、プロピルモノメトキシジペンチルオキシシラン、プロピルモノメトキシジフェニルオキシシラン、プロピルメトキシエトキシプロポキシシラン、及びプロピルモノメトキシモノエトキシモノブトキシシラン等のプロピルシラン化合物;
ブチルトリメトキシシラン、ブチルトリエトキシシラン、ブチルトリプロポキシシラン、ブチルトリペンチルオキシシラン、ブチルトリフェニルオキシシラン、ブチルモノメトキシジエトキシシラン、ブチルモノメトキシジブロポキシシラン、ブチルモノメトキシジペンチルオキシシラン、ブチルモノメトキシジフェニルオキシシラン、ブチルメトキシエトキシプロポキシシラン、及びブチルモノメトキシモノエトキシモノブトキシシラン等のブチルシラン化合物;
フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、フェニルトリプロポキシシラン、フェニルトリペンチルオキシシラン、フェニルトリフェニルオキシシラン、フェニルモノメトキシジエトキシシラン、フェニルモノメトキシジプロポキシシラン、フェニルモノメトキシジペンチルオキシシラン、フェニルモノメトキシジフェニルオキシシラン、フェニルメトキシエトキシプロポキシシラン、及びフェニルモノメトキシモノエトキシモノブトキシシラン等のフェニルシラン化合物;
ナフチルトリメトキシシラン、ナフチルトリエトキシシラン、ナフチルトリプロポキシシラン、ナフチルトリペンチルオキシシラン、ナフチルトリフェニルオキシシラン、ナフチルモノメトキシジエトキシシラン、ナフチルモノメトキシジプロポキシシラン、ナフチルモノメトキシジペンチルオキシシラン、ナフチルモノメトキシジフェニルオキシシラン、ナフチルメトキシエトキシプロポキシシラン、及びナフチルモノメトキシモノエトキシモノブトキシシラン等のナフチルシラン化合物;
ベンジルトリメトキシシラン、ベンジルトリエトキシシラン、ベンジルトリプロポキシシラン、ベンジルトリペンチルオキシシラン、ベンジルトリフェニルオキシシラン、ベンジルモノメトキシジエトキシシラン、ベンジルモノメトキシジプロポキシシラン、ベンジルモノメトキシジペンチルオキシシラン、ベンジルモノメトキシジフェニルオキシシラン、ベンジルメトキシエトキシプロポキシシラン、及びベンジルモノメトキシモノエトキシモノブトキシシラン等のベンジルシラン化合物;
ヒドロキシベンジルトリメトキシシラン、ヒドロキシベンジルトリエトキシシラン、ヒドロキシベンジルトリプロポキシシラン、ヒドロキシベンジルトリペンチルオキシシラン、ヒドロキシベンジルトリフェニルオキシシラン、ヒドロキシベンジルモノメトキシジエトキシシラン、ヒドロキシベンジルモノメトキシジプロポキシシラン、ヒドロキシベンジルモノメトキシジペンチルオキシシラン、ヒドロキシベンジルモノメトキシジフェニルオキシシラン、ヒドロキシベンジルメトキシエトキシプロポキシシラン、及びヒドロキシベンジルモノメトキシモノエトキシモノブトキシシラン等のヒドロキシベンジルシラン化合物;
が挙げられる。
ジメトキシシラン、ジエトキシシラン、ジプロポキシシラン、ジペンチルオキシシラン、ジフェニルオキシシラン、メトキシエトキシシラン、メトキシプロポキシシラン、メトキシペンチルオキシシラン、メトキシフェニルオキシシラン、エトキシプロポキシシラン、エトキシペンチルオキシシラン、及びエトキシフェニルオキシシラン等のヒドロシラン化合物;
メチルジメトキシシラン、メチルメトキシエトキシシラン、メチルジエトキシシラン、メチルメトキシプロポキシシラン、メチルメトキシペンチルオキシシラン、メチルエトキシプロポキシシラン、メチルジプロポキシシラン、メチルジペンチルオキシシラン、メチルジフェニルオキシシラン、メチルメトキシフェニルオキシシラン等のメチルヒドロシラン化合物;
エチルジメトキシシラン、エチルメトキシエトキシシラン、エチルジエトキシシラン、エチルメトキシプロポキシシラン、エチルメトキシペンチルオキシシラン、エチルエトキシプロポキシシラン、エチルジプロポキシシラン、エチルジペンチルオキシシラン、エチルジフェニルオキシシラン、エチルメトキシフェニルオキシシラン等のエチルヒドロシラン化合物;
プロピルジメトキシシラン、プロピルメトキシエトキシシラン、プロピルジエトキシシラン、プロピルメトキシプロポキシシラン、プロピルメトキシペンチルオキシシラン、プロピルエトキシプロポキシシラン、プロピルジプロポキシシラン、プロピルジペンチルオキシシラン、プロピルジフェニルオキシシラン、プロピルメトキシフェニルオキシシラン等のプロピルヒドロシラン化合物;
ブチルジメトキシシラン、ブチルメトキシエトキシシラン、ブチルジエトキシシラン、ブチルメトキシプロポキシシラン、ブチルメトキシペンチルオキシシラン、ブチルエトキシプロポキシシラン、ブチルジプロポキシシラン、ブチルジペンチルオキシシラン、ブチルジフェニルオキシシラン、ブチルメトキシフェニルオキシシラン等のブチルヒドロシラン化合物;
フェニルジメトキシシラン、フェニルメトキシエトキシシラン、フェニルジエトキシシラン、フェニルメトキシプロポキシシラン、フェニルメトキシペンチルオキシシラン、フェニルエトキシプロポキシシラン、フェニルジプロポキシシラン、フェニルジペンチルオキシシラン、フェニルジフェニルオキシシラン、フェニルメトキシフェニルオキシシラン等のフェニルヒドロシラン化合物;
ヒドロキシフェニルジメトキシシラン、ヒドロキシフェニルメトキシエトキシシラン、ヒドロキシフェニルジエトキシシラン、ヒドロキシフェニルメトキシプロポキシシラン、ヒドロキシフェニルメトキシペンチルオキシシラン、ヒドロキシフェニルエトキシプロポキシシラン、ヒドロキシフェニルジプロポキシシラン、ヒドロキシフェニルジペンチルオキシシラン、ヒドロキシフェニルジフェニルオキシシラン、ヒドロキシフェニルメトキシフェニルオキシシラン等のヒドロキシフェニルヒドロシラン化合物;
ナフチルジメトキシシラン、ナフチルメトキシエトキシシラン、ナフチルジエトキシシラン、ナフチルメトキシプロポキシシラン、ナフチルメトキシペンチルオキシシラン、ナフチルエトキシプロポキシシラン、ナフチルジプロポキシシラン、ナフチルジペンチルオキシシラン、ナフチルジフェニルオキシシラン、ナフチルメトキシフェニルオキシシラン等のナフチルヒドロシラン化合物;
ベンジルジメトキシシラン、ベンジルメトキシエトキシシラン、ベンジルジエトキシシラン、ベンジルメトキシプロポキシシラン、ベンジルメトキシペンチルオキシシラン、ベンジルエトキシプロポキシシラン、ベンジルジプロポキシシラン、ベンジルジペンチルオキシシラン、ベンジルジフェニルオキシシラン、ベンジルメトキシフェニルオキシシラン等のベンジルヒドロシラン化合物;
ジメチルジメトキシシラン、ジメチルメトキシエトキシシラン、ジメチルメトキシプロポキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジメチルジペンチルオキシシラン、ジメチルジフェニルオキシシラン、ジメチルエトキシプロポキシシラン、ジメチルジプロポキシシラン等のジメチルシラン化合物;
ジエチルジメトキシシラン、ジエチルメトキシエトキシシラン、ジエチルメトキシプロポキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、ジエチルジペンチルオキシシラン、ジエチルジフェニルオキシシラン、ジエチルエトキシプロポキシシラン、ジエチルジプロポキシシラン等のジエチルシラン化合物;
ジプロピルジメトキシシラン、ジプロピルメトキシエトキシシラン、ジプロピルメトキシプロポキシシラン、ジプロピルジエトキシシラン、ジプロピルジペンチルオキシシラン、ジプロピルジフェニルオキシシラン、ジプロピルエトキシプロポキシシラン、ジプロピルジプロポキシシラン等のジプロポキシシラン化合物;
ジブチルジメトキシシラン、ジブチルメトキシエトキシシラン、ジブチルメトキシプロポキシシラン、ジブチルジエトキシシラン、ジブチルジペンチルオキシシラン、ジブチルジフェニルオキシシラン、ジブチルエトキシプロポキシシラン、ジブチルジプロポキシシラン等のジブチルシラン化合物;
ジフェニルジメトキシシラン、ジフェニルメトキシエトキシシラン、ジフェニルメトキシプロポキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、ジフェニルジペンチルオキシシラン、ジフェニルジフェニルオキシシラン、ジフェニルエトキシプロポキシシラン、ジフェニルジプロポキシシラン等のジフェニルシラン化合物;
ジ(ヒドロキシフェニル)ジメトキシシラン、ジ(ヒドロキシフェニル)メトキシエトキシシラン、ジ(ヒドロキシフェニル)メトキシプロポキシシラン、ジ(ヒドロキシフェニル)ジエトキシシラン、ジ(ヒドロキシフェニル)ジペンチルオキシシラン、ジ(ヒドロキシフェニル)ジフェニルオキシシラン、ジ(ヒドロキシフェニル)エトキシプロポキシシラン、ジ(ヒドロキシフェニル)ジプロポキシシラン等のジ(ヒドロキシフェニル)シラン化合物;
ジナフチルジメトキシシラン、ジナフチルメトキシエトキシシラン、ジナフチルメトキシプロポキシシラン、ジナフチルジエトキシシラン、ジナフチルジペンチルオキシシラン、ジナフチルジフェニルオキシシラン、ジナフチルエトキシプロポキシシラン、ジナフチルジプロポキシシラン等のジナフチルシラン化合物;
ジベンジルジメトキシシラン、ジベンジルメトキシエトキシシラン、ジベンジルメトキシプロポキシシラン、ジベンジルジエトキシシラン、ジベンジルジペンチルオキシシラン、ジベンジルジフェニルオキシシラン、ジベンジルエトキシプロポキシシラン、ジベンジルジプロポキシシラン等のジベンジルシラン化合物;
ジ(ヒドロキシベンジル)ジメトキシシラン、ジ(ヒドロキシベンジル)メトキシエトキシシラン、ジ(ヒドロキシベンジル)メトキシプロポキシシラン、ジ(ヒドロキシベンジル)ジエトキシシラン、ジ(ヒドロキシベンジル)ジペンチルオキシシラン、ジ(ヒドロキシベンジル)ジフェニルオキシシラン、ジ(ヒドロキシベンジル)エトキシプロポキシシラン、ジ(ヒドロキシベンジル)ジプロポキシシラン等のジ(ヒドロキシベンジル)シラン化合物;
メチルエチルジメトキシシラン、メチルエチルメトキシエトキシシラン、メチルエチルメトキシプロポキシシラン、メチルエチルジエトキシシラン、メチルエチルジペンチルオキシシラン、メチルエチルジフェニルオキシシラン、メチルエチルエトキシプロポキシシラン、メチルエチルジプロポキシシラン等のメチルエチルシラン化合物;
メチルプロピルジメトキシシラン、メチルプロピルメトキシエトキシシラン、メチルプロピルメトキシプロポキシシラン、メチルプロピルジエトキシシラン、メチルプロピルジペンチルオキシシラン、メチルプロピルジフェニルオキシシラン、メチルプロピルエトキシプロポキシシラン、メチルプロピルジプロポキシシラン等のメチルプロピルシラン化合物;
メチルブチルジメトキシシラン、メチルブチルメトキシエトキシシラン、メチルブチルメトキシプロポキシシラン、メチルブチルジエトキシシラン、メチルブチルジペンチルオキシシラン、メチルブチルジフェニルオキシシラン、メチルブチルエトキシプロポキシシラン、メチルブチルジプロポキシシラン等のメチルブチルシラン化合物;
メチル(フェニル)ジメトキシシラン、メチル(フェニル)メトキシエトキシシラン、メチル(フェニル)メトキシプロポキシシラン、メチル(フェニル)ジエトキシシラン、メチル(フェニル)ジペンチルオキシシラン、メチル(フェニル)ジフェニルオキシシラン、メチル(フェニル)エトキシプロポキシシラン、メチル(フェニル)ジプロポキシシラン等のメチル(フェニル)シラン化合物;
メチル(ナフチル)ジメトキシシラン、メチル(ナフチル)メトキシエトキシシラン、メチル(ナフチル)メトキシプロポキシシラン、メチル(ナフチル)ジエトキシシラン、メチル(ナフチル)ジペンチルオキシシラン、メチル(ナフチル)ジフェニルオキシシラン、メチル(ナフチル)エトキシプロポキシシラン、メチル(ナフチル)ジプロポキシシラン等のメチル(ナフチル)シラン化合物;
メチル(ベンジル)ジメトキシシラン、メチル(ベンジル)メトキシエトキシシラン、メチル(ベンジル)メトキシプロポキシシラン、メチル(ベンジル)ジエトキシシラン、メチル(ベンジル)ジペンチルオキシシラン、メチル(ベンジル)ジフェニルオキシシラン、メチル(ベンジル)エトキシプロポキシシラン、メチル(ベンジル)ジプロポキシシラン等のメチル(ベンジル)シラン化合物;
メチル(ヒドロキシベンジル)ジメトキシシラン、メチル(ヒドロキベンジル)メトキシエトキシシラン、メチル(ヒドロキベンジル)メトキシプロポキシシラン、メチル(ヒドロキベンジル)ジエトキシシラン、メチル(ヒドロキベンジル)ジペンチルオキシシラン、メチル(ヒドロキベンジル)ジフェニルオキシシラン、メチル(ヒドロキベンジル)エトキシプロポキシシラン、メチル(ヒドロキベンジル)ジプロポキシシラン等のメチル(ヒドロキベンジル)シラン化合物;
エチルプロピルジメトキシシラン、エチルプロピルメトキシエトキシシラン、エチルプロピルメトキシプロポキシシラン、エチルプロピルジエトキシシラン、エチルプロピルジペンチルオキシシラン、エチルプロピルジフェニルオキシシラン、エチルプロピルエトキシプロポキシシラン、エチルプロピルジプロポキシシラン等のエチルプロピルシラン化合物;
エチルブチルジメトキシシラン、エチルブチルメトキシエトキシシラン、エチルブチルメトキシプロポキシシラン、エチルブチルジエトキシシラン、エチルブチルジペンチルオキシシラン、エチルブチルジフェニルオキシシラン、エチルブチルエトキシプロポキシシラン、エチルブチルジプロポキシシラン等のエチルブチルシラン化合物;
エチル(フェニル)ジメトキシシラン、エチル(フェニル)メトキシエトキシシラン、エチル(フェニル)メトキシプロポキシシラン、エチル(フェニル)ジエトキシシラン、エチル(フェニル)ジペンチルオキシシラン、エチル(フェニル)ジフェニルオキシシラン、エチル(フェニル)エトキシプロポキシシラン、エチル(フェニル)ジプロポキシシラン等のエチル(フェニル)シラン化合物;
エチル(ヒドロキシフェニル)ジメトキシシラン、エチル(ヒドロキシフェニル)メトキシエトキシシラン、エチル(ヒドロキシフェニル)メトキシプロポキシシラン、エチル(ヒドロキシフェニル)ジエトキシシラン、エチル(ヒドロキシフェニル)ジペンチルオキシシラン、エチル(ヒドロキシフェニル)ジフェニルオキシシラン、エチル(ヒドロキシフェニル)エトキシプロポキシシラン、エチル(ヒドロキシフェニル)ジプロポキシシラン等のエチル(ヒドロキシフェニル)シラン化合物;
エチル(ナフチル)ジメトキシシラン、エチル(ナフチル)メトキシエトキシシラン、エチル(ナフチル)メトキシプロポキシシラン、エチル(ナフチル)ジエトキシシラン、エチル(ナフチル)ジペンチルオキシシラン、エチル(ナフチル)ジフェニルオキシシラン、エチル(ナフチル)エトキシプロポキシシラン、エチル(ナフチル)ジプロポキシシラン等のエチル(ナフチル)シラン化合物;
エチル(ベンジル)ジメトキシシラン、エチル(ベンジル)メトキシエトキシシラン、エチル(ベンジル)メトキシプロポキシシラン、エチル(ベンジル)ジエトキシシラン、エチル(ベンジル)ジペンチルオキシシラン、エチル(ベンジル)ジフェニルオキシシラン、エチル(ベンジル)エトキシプロポキシシラン、エチル(ベンジル)ジプロポキシシラン等のエチル(ベンジル)シラン化合物;
プロピルブチルジメトキシシラン、プロピルブチルメトキシエトキシシラン、プロピルブチルメトキシプロポキシシラン、プロピルブチルジエトキシシラン、プロピルブチルジペンチルオキシシラン、プロピルブチルジフェニルオキシシラン、プロピルブチルエトキシプロポキシシラン、プロピルブチルジプロポキシシラン等のプロピルブチルシラン化合物;
プロピル(フェニル)ジメトキシシラン、プロピル(フェニル)メトキシエトキシシラン、プロピル(フェニル)メトキシプロポキシシラン、プロピル(フェニル)ジエトキシシラン、プロピル(フェニル)ジペンチルオキシシラン、プロピル(フェニル)ジフェニルオキシシラン、プロピル(フェニル)エトキシプロポキシシラン、プロピル(フェニル)ジプロポキシシラン等のプロピル(フェニル)シラン化合物;
プロピル(ヒドロキシフェニル)ジメトキシシラン、プロピル(ヒドロキシフェニル)メトキシエトキシシラン、プロピル(ヒドロキシフェニル)メトキシプロポキシシラン、プロピル(ヒドロキシフェニル)ジエトキシシラン、プロピル(ヒドロキシフェニル)ジペンチルオキシシラン、プロピル(ヒドロキシフェニル)ジフェニルオキシシラン、プロピル(ヒドロキシフェニル)エトキシプロポキシシラン、プロピル(ヒドロキシフェニル)ジプロポキシシラン等のプロピル(ヒドロキシフェニル)シラン化合物;
プロピル(ナフチル)ジメトキシシラン、プロピル(ナフチル)メトキシエトキシシラン、プロピル(ナフチル)メトキシプロポキシシラン、プロピル(ナフチル)ジエトキシシラン、プロピル(ナフチル)ジペンチルオキシシラン、プロピル(ナフチル)ジフェニルオキシシラン、プロピル(ナフチル)エトキシプロポキシシラン、プロピル(ナフチル)ジプロポキシシラン等のプロピル(ナフチル)シラン化合物;
プロピル(ベンジル)ジメトキシシラン、プロピル(ベンジル)メトキシエトキシシラン、プロピル(ベンジル)メトキシプロポキシシラン、プロピル(ベンジル)ジエトキシシラン、プロピル(ベンジル)ジペンチルオキシシラン、プロピル(ベンジル)ジフェニルオキシシラン、プロピル(ベンジル)エトキシプロポキシシラン、プロピル(ベンジル)ジプロポキシシラン等のプロピル(ベンジル)シラン化合物;
プロピル(ヒドロキシベンジル)ジメトキシシラン、プロピル(ヒドロキシベンジル)メトキシエトキシシラン、プロピル(ヒドロキシベンジル)メトキシプロポキシシラン、プロピル(ヒドロキシベンジル)ジエトキシシラン、プロピル(ヒドロキシベンジル)ジペンチルオキシシラン、プロピル(ヒドロキシベンジル)ジフェニルオキシシラン、プロピル(ヒドロキシベンジル)エトキシプロポキシシラン、プロピル(ヒドロキシベンジル)ジプロポキシシラン等のプロピル(ヒドロキシベンジル)シラン化合物;
が挙げられる。
(Rc20O)qRc18 3−qSi−Rc17−Si(ORc21)rRc19 3−r・・・(c5)
Rc17は2価の多環式芳香族基を表す。
Rc18及びRc19は、ケイ素原子に直結した1価の基であり、前述の式(c1)中のRc1と同様に、水素原子、アルキル基、アルケニル基、アリール基を表し、それぞれ同一でも異なっていてもよい。
Rc20及びRc21は、水素原子、メチル基、エチル基、プロピル基、又はブチル基を表し、それぞれ同一でも異なっていてもよい。
q及びrはそれぞれ独立に1〜3の整数である。
多環式芳香族基中の部分構造としては、非芳香族環が含まれていてもよい。
2価の連結基の具体例としては、炭素原子数1〜6のアルキレン基、−CO−、−CS−、−O−、−S−、−NH−、−N=N−、−CO−O−、−CO−NH−、−CO−S−、−CS−O−、−CS−S−、−CO−NH−CO−、−NH−CO−NH−、−SO−、及び−SO2−等が挙げられる。
多環式芳香族基は、炭化水素基であってもよく、1以上のヘテロ原子を含んでいてもよい。ヘテロ原子の例としては、N、S、O、及びP等が挙げられる。
多環式芳香族基に含まれる、環の数は、2〜5の整数が好ましく、2〜4の整数がより好ましい。
多環式芳香族基は、置換基を有してもよい。置換基の例としては、水酸基、炭素原子数1〜6のアルキル基、炭素原子数1〜6のアルコキシ基、ハロゲン原子、ニトロ基、アミノ基、シアノ基、及び炭素原子数2〜6の脂肪族アシル基等が挙げられる。
これらの置換基の中では、メトキシ基、エトキシ基、ブトキシ基、プロポキシ基等のアルコキシ基や、メチル基、エチル基、ブチル基、プロピル基等のアルキル基が好ましい。
多環式芳香族基が置換基を有する場合、置換基の数は特に限定されない。置換基の数は、典型的には、1〜6の整数が好ましく、1〜3の整数がより好ましい。
シロキサン樹脂の重量平均分子量は、300〜30000が好ましく、500〜10000がより好ましい。かかる範囲内の重量平均分子量を有するシロキサン樹脂をポリイミド前駆体組成物に配合する場合、製膜性に優れ、且つ剥離工程において基板からのポリイミド膜の剥離性が向上し、白濁が抑制される。また、形成されるポリイミド膜をレーザー剥離する際に、より低エネルギーでポリイミド膜を良好に剥離させやすい。
なお、本明細書において重量平均分子量(Mw)はゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)のポリスチレン換算による測定値である。
アリール基及びアラルキル基としては、ベンジル基、フェニチル基、フェニル基、ナフチル基、アントラセニル基、フェナントリル基、ビフェニル基、フルオレニル基、及びピレニル基等が挙げられる。
式(C−1)で示される構造単位を2種類以上有するシロキサン樹脂としては、具体的には下記式(C−1−1)〜(C−1−3)で示される構造単位で表されるシロキサン樹脂が挙げられる。
ポリシランは、溶剤(S)に可溶であれば特に限定されず、ポリシランの構造は特に限定されない。ポリシランは直鎖状であっても、分岐鎖状であっても、網目状であっても、環状であってもよいが、直鎖状又は分岐鎖状の鎖状構造が好ましい。
下記式(C−2)で表される単位、下記式(C−4)で表される単位はいずれも2価の単位であり、下記式(C−3)で表される単位、下記式(C−5)で表される単位はいずれも3価の単位であり、下記式(C−6)で表される単位は4価の単位である。
これらの基の中では、アルキル基、アリール基、及びアラルキル基が好ましい。アルキル基、アリール基、及びアラルキル基の好適な例は、前述の式(c1)中のRc1がアルキル基、アリール基、又はアラルキル基である場合の例と同様である。
a、b、及びcは、それぞれ、10〜500が好ましく、10〜100がより好ましい。各ユニット中の構成単位は、ユニット中に、ランダムに含まれていても、ブロック化された状態で含まれていてもよい。
シランカップリング剤は、ケイ素原子に結合するアルコキシ基及び/又は反応性基を介して、ポリイミド前駆体組成物に含まれる種々の成分と結合又は相互作用したり、基板等の支持体の表面と結合したりする。このため、ポリイミド前駆体組成物にシランカップリング剤を配合することにより、形成されるポリイミド膜の基板等の支持体への密着性が改良される。
アミド基含有トリアルコキシシランは、アミノ基含有トリアルコキシシランとカルボン酸、酸クロライド、ジカルボン酸無水物、又はテトラカルボン酸無水物との反応、若しくはカルボキシル基、酸クロライド基、又は酸無水物基含有トリアルコキシシランとアミンとの反応によって得られる。中でも、アミド基含有トリアルコキシシランは、アミノ基含有トリアルコキシシランと、ジカルボン酸無水物又はテトラカルボン酸無水物との反応によって得られる、若しくは酸無水物基含有トリアルコキシシランと、アミンとの反応によって得られる、アミド基含有トリアルコキシシランであることが好ましい。
なお、以下に示される各化合物としては、酸無水物の開環した際に生じるアミド基の位置の異なる位置異性体を含んでいてもよい。
Rc29 dRc30 (3−d)Si−Rc31−NH−C(O)−Y−Rc32−X・・・(c6)
(式(c6)中、Rc29はアルコキシ基であり、Rc30はアルキル基であり、dは1〜3の整数であり、Rc31はアルキレン基であり、Yは−NH−、−O−、又は−S−であり、Rc32は単結合、又はアルキレン基であり、Xは、置換基を有していてもよく単環でも多環でもよい含窒素ヘテロアリール基であり、X中の−Y−Rc33−と結合する環は含窒素6員芳香環であり、−Y−Rc33−は上記含窒素6員芳香環中の炭素原子と結合する。)
以上説明したケイ素含有化合物のポリイミド前駆体組成物中の含有量は、組成物の固形分に対して、たとえば0.01〜20質量%であり、0.1〜20質量%であることが好ましく、0.5〜15質量%であることがより好ましく、1〜10質量%であることが好ましい。ポリイミド前駆体組成物におけるケイ素含有化合物の含有量を上記範囲内とすることにより、ケイ素含有化合物の添加により期待される効果が十分に発現しやすい。
ポリイミド前駆体組成物を調製する方法としては、特に限定されないが、例えば、ポリイミド前駆体成分として上述の各種モノマー成分、及びポリアミド酸よりなる群から選択される少なくとも1つと、溶剤(S)と、イミダゾール化合物と、必要に応じ上述のその他の成分とを配合することにより調製することができる。
続いて、本実施形態にかかる積層体およびフレキシブルデバイスの製造方法について説明する。
本実施形態の積層体の製造方法は、上記要件(1)〜(3)を満たすポリイミドを用いて上記ポリイミド層を形成する工程を含み、フレキシブルデバイスの製造方法はこの積層体の製造方法を工程中に含むものである。
本実施形態の積層体の製造方法は、以下の工程を含むことが好ましい。
(工程1):支持体を準備する工程
(工程2):支持体に対し、樹脂組成物を展開する工程
(工程3):展開された樹脂組成物を加熱硬化し、支持体の面上にポリイミド層を形成する工程
(工程4):ポリイミド層の支持体とは反対側の面上に半導体層を形成し、ポリイミド層と、半導体層とが積層されてなる積層体を得る工程
(工程5):積層体を、支持体から剥離する工程
本工程では支持体を準備する。本実施形態においては、図2に示されるように支持体50上にポリイミド層10が形成されるが、ポリイミド10を後に剥離しやすくし、また、プロセス中の視認性を高める観点から、この支持体50としてはガラスを用いることが好ましい。
本工程では、前述の樹脂組成物を支持体50の表面に展開(適用)して、ポリイミド前駆体組成物により構成される塗膜を形成する。展開方法としては、例えば、ディッピング法、スプレー法、バーコート法、ロールコート法、スピンコート法、カーテンコート法、ダイコート等の塗布方法が挙げられる。塗膜の厚さは、特に限定されない。塗膜の厚さは、例えば、0.1〜1000μmであり、2〜100μmが好ましく、3〜50μmがより好ましい。塗膜の厚さは、塗布方法や樹脂組成物の固形分濃度や粘度を調節することにより、適宜制御することができる。
本工程では、工程2で形成された塗膜を加熱することにより、塗膜中のポリイミド前駆体成分に由来するポリアミド酸を閉環させる。具体的には、ポリイミド前駆体成分としてモノマー成分を配合する場合、加熱により、下記式(b2)で表される繰り返し単位を主成分とするポリアミド酸が形成され、高分子量化が進行する。
具体的には、ポリイミド前駆体成分を加熱する温度の上限を、例えば220℃以下、好ましくは200℃以下、より好ましくは180℃以下、さらに好ましくは160℃以下、さらにより好ましくは150℃以下にすることができる。このような比較的低温で加熱する場合であっても、本実施形態の樹脂組成物においては、比較的短時間の加熱で十分にポリイミド樹脂を生成させることができる。
高温ベークは、加熱温度の上限として、例えば500℃以下、好ましくは450℃以下、より好ましくは420℃以下、さらに好ましくは400℃以下にすることができ、加熱温度の下限として、例えば220℃以上、好ましくは250℃以上、より好ましくは300℃以上、さらに好ましくは350℃以上、さらにより好ましくは380℃以上にすることができる。
高温ベークにおける加熱時間は、塗膜の組成、厚さ等にもよるが、下限値として、例えば10分以上、好ましくは20分程度以上、必要に応じて1時間以上としてもよく、上限値として、例えば4時間、好ましくは3時間、より好ましくは2.5時間とすることができ、かかる加熱時間は、例えば390〜410℃、代表的には400℃で加熱する場合にも適用することができる。
前述の工程3により、支持体50上にポリイミド層10が形成されるが、続く工程4においては、このポリイミド層10の面上に半導体層20を形成する。
この半導体層20の形成は、半導体の種類に応じ、公知の手法のなかから適切なものを選択して行うことができる。たとえば、アモルファスシリコンや酸化物半導体を用いる際においては、スパッタリング等の手法を採用することができる。
なお、積層体100として、ポリイミド層10と半導体層20との間に中間層を含ませる場合においては、この工程4の前にポリイミド層10上に、目的に応じた処理を行えばよい。
図2には、平坦化膜30、第一電極31、絶縁層32、発光層33、第二電極34、封止層35が設けられた積層構造物が示されている。この積層構造物に対し、別途調製した、ポリイミド層10上にブラックマトリクス60と着色層(61A、61B、61CはRGBパターンである。)とが形成されたカラーフィルタ(図3参照)を、互いのポリイミド層10が外側になるように接合することで、デバイスの基本構造を作製することができる。
なお、図3に示されるポリイミド層10を構成するポリイミドは、必ずしも本実施形態で示した、黄色度、破断伸び、熱膨張係数等の特性を具備しなくてもよいし、ポリイミド以外の樹脂フィルム等で構成されていてもよい。
最後に、積層体、あるいは作製されたデバイスを、支持体から剥離する。
支持体50としてガラス基板を使用した場合、UVレーザー等を用いて、積層体100を支持体50から剥離することができる。
なお、前述したように、樹脂組成物として特定のケイ素化合物を含ませた場合は、この剥離工程をより円滑に進めることができる。
1H−NMR(DMSO):11.724(s,1H),7.838(s,1H),7.340(d,2H,J=4.3Hz),7.321(d,1H,J=7.2Hz),6.893(d,2H,J=4.3Hz),6.876(d,1H,J=6.1Hz),5.695(dd,1H,J=4.3Hz,3.2Hz),3.720(s,3H),3.250(m,2H)
<テトラカルボン酸二無水物の調製>
国際公開第2011/099518号パンフレットの合成例1、実施例1及び実施例2に記載された方法に従って、下記式で表されるテトラカルボン酸二無水物(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)を調製した。
先ず、30mlの三口フラスコをヒートガンで加熱して十分に乾燥させた。次に、三口フラスコ内の雰囲気ガスを窒素で置換し、三口フラスコ内を窒素雰囲気とした。三口フラスコ内に、4,4’−ジアミノベンズアニリド0.2045g(0.90mmol:日本純良薬品株式会社製:DABAN)を添加した後、N,N,N’,N’−テトラメチルウレア(TMU)を3.12g添加した。三口フラスコの内容物を撹拌して、TMU中に芳香族ジアミン(DABAN)が分散したスラリー液を得た。
次に、三口フラスコ内に上記式のテトラカルボン酸二無水物0.3459g(0.90mmol)添加した後、窒素雰囲気下に、室温(25℃)で12時間フラスコの内容物を撹拌して反応液を得た。このようにして反応液中にポリアミド酸が15質量%(TMU溶剤:85質量部)となる反応液を形成した。
上述のようにして得られた反応液に、窒素雰囲気下にて合成例1で得たイミダゾール化合物A1(0.206g、反応液を100質量部とした場合に対して5.6質量部)を加えた。次いで、反応液を、25℃で12時間撹拌して、イミダゾール化合物(A)とポリアミド酸とを含む液状のポリイミド前駆体組成物を得た。
ガラス基板(大型スライドグラス、松浪硝子工業株式会社製の商品名「S9213」、縦:76mm、横52mm、厚み1.3mm)上に、上述のようにして得られたポリイミド前駆体組成物を、加熱硬化後の塗膜の厚みが13μmとなるようにスピンコートして、塗膜を形成した。次いで、塗膜の形成されたガラス基板を60℃のホットプレート上に載せて2時間静置して、上記塗膜から溶媒を蒸発させて除去した。
溶媒の除去後、塗膜の形成されたガラス基板を3L/分の流量で窒素が流れているイナートオーブンに投入した。イナートオーブン内で、窒素雰囲気下、25℃の温度条件で0.5時間静置した後、135℃の温度条件で0.5時間加熱し、さらに300℃の温度条件(最終加熱温度)で1時間加熱して、塗膜を硬化させて、上記ガラス基板上にポリイミドからなる薄膜(ポリイミドフィルム)がコートされたポリイミドコートガラスを得た。
測定の結果、ポリイミドフィルムの材質である樹脂のIRスペクトルでは、イミドカルボニルのC=O伸縮振動が1696.2cm−1に観察されることが分かった。このような結果等に基づいて同定された分子構造から、得られたポリイミドフィルムは、確かにポリイミド樹脂からなるものであることが確認された。
すなわち、先ず、測定対象としてのポリイミドフィルムに関して、そのポリイミドフィルムを形成する材料(ポリイミド)と同様の材料からなる、縦:76mm、横:52mm、厚み:13μmの大きさのフィルムを形成する。その後、該フィルムを真空乾燥(120℃で1時間)し、窒素雰囲気下200℃で1時間熱処理し、乾燥フィルムを得た。そして、このようにして得られた乾燥フィルムを試料として用い、測定装置として熱機械的分析装置(リガク製の商品名「TMA8310」)を利用して、窒素雰囲気下、引張りモード(49mN)、昇温速度5℃/分の条件を採用して、50℃〜200℃における上記試料の縦方向の長さの変化を測定して、50℃〜200℃の温度範囲における1℃(1K)あたりの長さの変化の平均値を求めた。そして、このようにして求められた上記平均値を、ポリイミドフィルムの熱膨張係数の値として採用した(厚みが13μmである場合のポリイミドフィルムの熱膨張係数の値を、ポリイミドフィルムの熱膨張係数の値として採用した。)。
ポリイミドフィルム(厚み:13μm)の引張強度(単位:MPa)及び破断伸び(単位:%)を、以下の方法に従って測定した。
先ず、SD型レバー式試料裁断器(株式会社ダンベル製の裁断器(型式SDL−200))に、株式会社ダンベル製の商品名「スーパーダンベルカッター(型:SDMK−1000−D、JIS K7139(2009年発行)のA22規格に準拠)」を取り付けて、ポリイミドフィルムの大きさが、全長:75mm、タブ部間距離:57mm、平行部の長さ:30mm、肩部の半径:30mm、端部の幅:10mm、長さ方向の中央の平行部の幅:5mm、厚み:13μmとなるように裁断して、ダンベル形状の試験片(厚みを13μmにした以外はJIS K7139 タイプA22(縮尺試験片)の規格に沿った試験片)を、測定試料として調製した。
次いで、テンシロン型万能試験機(株式会社エー・アンド・デイ製の型番「UCT−10T」)を用いて、測定試料を掴み具間の幅が57mm、掴み部分の幅が10mm(端部の全幅)となるようにして配置した後、荷重フルスケール:0.05kN、試験速度:5mm/分の条件で測定試料を引っ張る引張試験を行って、引張強度及び破断伸びの値を求めた。
なお、上記の試験は、JIS K 7162(1994年発行)に準拠した試験である。
また、破断伸びの値(%)は、試験片の平行部の長さ(=平行部の長さ:30mm)をL0とし、破断するまでの試験片の平行部の長さ(破断した際の試験片の平行部の長さ:30mm+α)をLとして、下記式:
[破断伸び(%)]={(L−L0)/L0}×100
を計算して求めた。
ポリイミドフィルムの材質であるポリイミド樹脂のガラス転移温度(Tg)の値(単位:℃)を、熱機械的分析装置(リガク製の商品名「TMA8311」)を使用して、窒素雰囲気下、昇温速度5℃/分、30℃〜550℃の温度範囲(走査温度)の条件でフィルムに透明石英製ピン(先端の直径:0.5mm)を500mN圧で針入れすることにより測定した(いわゆるペネトレーション(針入れ)法による測定)。
全光線透過率の値(単位:%)、ヘイズ(濁度:HAZE)及び黄色度(YI)は、測定装置として日本電色工業株式会社製の商品名「ヘーズメーターNDH−5000」を用いて、JIS K 7361−1(1997年発行)に準拠した測定を行うことにより求めた。
(A)成分であるイミダゾール化合物A1の量を表1に記載の量に変えること、溶剤(S)として表1に記載の種類の溶剤を用いることの他は、調製例1と同様にしてポリイミド前駆体組成物を得た。すなわち、上記ポリアミド酸の調製により得られるポリアミド酸と表1に溶剤による溶液の合計100質量部に対して、イミダゾール化合物A1を表1に記載の質量部、添加した。
なお、調製例7ではポリアミド酸の調製の途中で、反応液に対してイミダゾール化合物A1を添加した。すなわち、ポリアミック酸(分子量8000程度)、4,4’−ジアミノベンズアニリド、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、及び表1に記載の溶剤という混合液100質量部に対し、イミダゾール化合物A1を4.5質量部添加した。
また、調製例8では、塗膜の硬化条件を80℃×30分、300℃×30分、380℃×30分とした。
<積層体の作製>
上記の調製例1〜10で得られたポリイミドフィルム上に、ITOをスパッタリングにより堆積させ、85nmの厚さの半導体層を形成した。その後、基材として用いたポリイミドフィルムと同じ材料で前述の半導体層を被覆し、試験用のサンプルを得た。
このサンプルについて、耐折り曲げ性試験機を用いて、屈曲回数166回/分、荷重200g、屈曲変形角度135°の条件で500回の折り曲げを行った。その後、ポリイミドフィルムと半導体層との界面に亀裂か入るかどうかについて、SEMを用いて観察を行った。結果は表2に示す通りである。
なお、この観察は、以下の基準に基づいて行った。
◎:ポリイミドフィルムと半導体層との間に亀裂が入らない。
○:ポリイミドフィルムと半導体層との間に僅かな浮きが観察される。
×:ポリイミドフィルムと半導体層との間に亀裂が入ってしまう。
一方、調製例1〜8のポリイミドフィルムを用いた実施例1〜8の積層体はいずれも、ポリイミドフィルムと半導体層との間に亀裂は見られなかった。
20 半導体層
30 平坦化膜
31 第一電極
32 絶縁層
33 発光層
34 第二電極
35 封止層
50 支持体
60 ブラックマトリクス
61A、61B、63C 着色層
100 積層体
Claims (9)
- ポリイミドを含むポリイミド層と、半導体層とが積層されてなる積層体であって、
前記ポリイミドが以下の要件(1)乃至(3)を満たし、前記ポリイミドは、ポリイミド前駆体と下記式(1)で示されるイミダゾール化合物と有機溶剤とを含む樹脂組成物の加熱硬化体である、積層体。
(1)黄色度が5以下
(2)JIS K 7162に準拠した引張試験にて測定される破断伸びが3%以上
(3)ガラス転移点以下における熱膨張係数が20ppm/K以下
- 前記半導体層を構成する半導体が、LTPS(Low Temperature Poly Silicon)、LTPO(Low Temperature Polycrystalline Oxide)、ITO及びIGZOからなる群から選ばれる1種以上である、請求項1に記載の積層体。
- 前記ポリイミドの引張強度が60MPa以上である、請求項1または2に記載の積層体。
- 前記樹脂組成物は、さらに、ケイ素含有樹脂、ケイ素含有樹脂前駆体、及びシランカップリング剤からなる群より選択される1種以上のケイ素含有化合物を含む、請求項1ないし4のいずれか一項に記載の積層体。
- 請求項1ないし5のいずれか一項に記載の積層体を備えるフレキシブルデバイス。
- ポリイミド層と、半導体層とが積層されてなる積層体の製造方法であって、
支持体に対し、ポリイミド前駆体と下記式(1)で示されるイミダゾール化合物と有機溶剤とを含む樹脂組成物を展開する工程と、
展開された前記樹脂組成物を加熱硬化し、前記支持体の面上に前記ポリイミド層を形成する工程と、
前記ポリイミド層の前記支持体とは反対側の面上に前記半導体層を形成し、前記ポリイミド層と、前記半導体層とが積層されてなる前記積層体を得る工程と、
前記積層体を、前記支持体から剥離する工程と
を含み、
前記ポリイミド層を構成するポリイミドが以下の要件(1)乃至(3)を満たす、積層体の製造方法。
(1)黄色度が5以下
(2)JIS K7162に準拠した引張試験にて測定される破断伸びが3%以上
(3)ガラス転移点以下における熱膨張係数が20ppm/K以下
- 前記樹脂組成物は、さらに、ケイ素含有樹脂、ケイ素含有樹脂前駆体、及びシランカップリング剤からなる群より選択される1種以上のケイ素含有化合物を含む、請求項7又は8に記載の積層体の製造方法。
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