[发明专利]一种聚酰亚胺薄膜及其制备方法和柔性基板与应用

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体是涉及一种聚酰亚胺薄膜及其制备方法和柔性基板与应用。

背景技术

柔性电子(flexible electronic)与柔性显示(flexible display)技术是近十年来电子信息领域最为活跃的研究方向之一，同时也是电子信息产业发展的重要方向之一。具有轻质、可弯曲、可折叠甚至可卷曲特性的柔性电子产品，包括柔性薄膜晶体管液晶显示器(Flexible TFT-LCD)、柔性有机发光显示器(Flexible OLED)等已经逐渐发展成为最具前景的高科技产业之一。在柔性显示技术的发展过程中，柔性基板作为整个柔性器件的支撑与保护组件，不仅对于器件的显示品质有着重要的影响，而且会直接关系到器件的使用寿命。在各种柔性显示基板材料中，聚酰亚胺(PI)基板以其优良的耐高温特性、良好的力学性能以及优良的耐化学稳定性而备受关注。PI是一类分子结构中含有酰亚胺环的有机高分子材料。刚性的酰亚胺环赋予了这类材料优异的综合性能，从而使得PI成为柔性显示器件基板的首选材料。

目前，从柔性显示器件的构造来划分，PI柔性基板可分为适用于顶发射型(top-emission)器件的有色PI基板以及可以同时适用于顶发射以及底发射型(bottom-emission)器件的无色透明PI基板两类。其中目前技术成熟度较高的是采用有色PI柔性基板制备顶发射型柔性显示器件。这种显示模式要求PI基板要具有如下几个方面的优良特性：(1)优良的耐热性与高温尺寸稳定性。目前在柔性显示器件制造过程中最常采用的低温多晶硅(LTPS)工艺温度往往高达400-500℃。这要求使用的PI柔性基板具有尽可能高的玻璃化转变温度(Tg≥350℃)和低热膨胀系数(CTE≤20ppm/℃,30～350℃)；(2)高柔韧性。随着柔性显示器件向着牢不可破→可弯曲→可卷曲→可折叠方向的发展，柔性基板也相应地呈现出平面型→可弯曲型→可卷曲型→可折叠型的发展趋势，其弯折曲率半径R值逐渐减少到3mm以下；(3)一定的光学透明性。在保障优异的耐高温性能的同时，PI柔性基板的透明性越高，柔性显示器件的显示品质会越好。目前可满足上述性能要求的PI柔性基板种类很少。日本Ube公司在专利US 4778872中报道了基于均苯四甲酸二酐(PMDA)、3,3',4,4'-联苯四酸二酐(sBPDA)、对苯二胺(p-PDA)以及4,4'-二氨基二苯醚(ODA)的PI薄膜基板，其具有耐热稳定性高(Tg≥350℃)、CTE低(≤20ppm/℃)等特性，但基板的光学透明性未见报道。韩国Kolon工业公司在专利US 8846852中报道了一种化学结构基于含氟二酐4,4'-(六氟异丙烯)双邻苯二甲酸酐(6FDA)、BPDA以及含氟二胺4,4’-二氨基-2,2’-双三氟甲基联苯(TFMB)的PI柔性基板。该基板虽然具有优良的光学透明性，但其CTE≥40ppm/℃，无法满足柔性显示器的应用需求。因此，如何在赋予PI柔性基板一定光学透明性的同时保持其高耐热稳定性和高温尺寸稳定性成为人们关注的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种兼具高耐热稳定性和一定光学透明性的聚酰亚胺薄膜及其制备方法和柔性基板与应用。

本发明提供的聚酰亚胺，其结构通式如式I所示，

式I

所述式I结构通式中，R＝-H或-CH₃；

所述式I结构通式中，Ar选自下述基团中的任意一种：

所述式I结构通式中，m/n代表3,3',4,4'-联苯四酸二酐(sBPDA)与(二甲基)环丁烷四酸二酐的摩尔比，且m:n＝0:100～100:0，优选90:10～80:20，且m和n均不为0；

上述式I所述化合物，可按照下述本发明提供的方法制备而得。

本发明提供的制备上述化合物的方法，包括如下步骤：将芳香族二胺、芳香族二酐、脂环族二酐在溶剂中混合均匀进行聚合反应，反应完毕得到均相溶液，然后进行热亚胺化反应，反应完毕得到所述式I所示化合物；

上述方法中，所述芳香族二胺为对苯二胺、2,2'-双甲基-4,4'-联苯二胺、2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑中的至少一种。

上述方法中，所述芳香族二酐为sBPDA。

上述方法中，所述脂环二酐为1,2,3,4-环丁烷四酸二酐(CBDA)和1,3-二甲基-1,2,3,4-环丁烷四酸二酐(MCBDA)中的至少一种。