液晶配向膜測試方法 第1部分：理化性能 編制說明

11.任務來源根據(jù)國家標準化管理委員會2023年推薦性國家標準計劃（國標委發(fā)【2023】58號），國家標準《液晶配向膜測試方法第1部分理化性能》由全國半導體設備和材料標準化技術委員會（SAC/TC203）負責歸口管理，由深圳市道爾頓電子材料股份有限公司組織起草。2.項目主要參與單位深圳市道爾頓電子材料股份有限公司是一家專業(yè)生產(chǎn)聚酰亞胺液晶配向膜、光刻膠、清洗劑等顯示領域電子化學品的企業(yè)。深圳市道爾頓電子材料股份有限公司堅持科技創(chuàng)新，公司研發(fā)中心配置了行業(yè)一流的實驗和測試設備，部分測試設備為國內僅有。多年來聯(lián)合清華大學、北京大學和上海交大等國內知名高校和研究院所，持續(xù)推出多款性能優(yōu)異的液晶取向劑(PI)、光刻膠(PR)。在單色液晶顯示器占有極高的市場份額，打破了國外產(chǎn)品的長期壟斷。在彩色顯示器行業(yè)開始嶄露頭角，市場份額逐年攀升。長沙道爾頓電子材料有限公司、南雄市毅豪化工有限公司為深圳市道爾頓電子材料股份有限公司的全資子公司。本文件的主要起草單位中深圳市道爾頓電子材料股份有限公司組織了標準起草和試驗復驗工作，中國電子技術標準化研究院在標準研制過程中積極反饋意見，對標準各環(huán)節(jié)的稿件進行了修改，確保標準符合GB/T1.1的要求，為標準文本的完善做出了貢獻。3.主要工作過程3.1.起草階段本項目任務下達后，由深圳市道爾頓電子材料股份有限公司負責起草。進行了設備、用戶要求、相關標準應用等方面的調研和收集；與同行、設備商進行了充分的溝通。結合這么多年來液晶配向膜的開發(fā)、生產(chǎn)、技術、應用經(jīng)驗，按國家標準的格式要求起草了本標準，并于2024年7月至8月形成標準討論稿。3.2.征求意見階段2024年7月31日由全國半導體設備和材料標準化技術委員會組織在北京召開《液晶配向膜測試方法第3部分光電性能》標準草案的啟動工作會議。逐條對標準草案進行討論，2并提出修改意見。2024年9月，負責起草的單位按標準啟動工作會議上所提的修改意見，對草案進行修改，形成標準征求意見稿。參會專家對標準草案規(guī)定的范圍、規(guī)范性引用文件、術語與定義、環(huán)境條件、測試方法、精密度、實驗報告等部分展開討論。其中測試方法項目合理性進行討論，并對測試設備、環(huán)境條件、解凍時間、重復性和再現(xiàn)性、外觀測試的要求、粘度計測試時間、固含量計算公式、溶劑含量測試儀器的類型、顆粒測試的項目明稱的界定、離子測試用的NMP的標準、測試環(huán)境的要求的說明等逐一分析探討，對細節(jié)部分需要繼續(xù)完善形成一致意見。由主編單位進行修改完善。2024年09月，主編單位完成測試項方法的修改。2024年09月，編制組依據(jù)啟動會討論意見修改標準文本，形成征求意見稿。二.標準編制原則和確定主要內容的論據(jù)及解決的主要問題1.編制原則本標準按照GB/T1.1-2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規(guī)則》進行編寫。本標準的測試項目以及方法制定以歸納國內液晶配向膜研究成果為基礎，這些成果已經(jīng)在國內外液晶配向膜得到驗證，以科學、合理、可操作性為原則。2.確定主要內容的依據(jù)液晶配向膜（LiquidCrystalAligner）是液晶顯示器LCD中最核心的材料之一，主要作用是為液晶顯示器中的液晶分子排列和取向提供場所，以便在電場的作用下使液晶分子實現(xiàn)預定的取向，從而達到顯示的功能，沒有液晶配向膜液晶分子無法實現(xiàn)取向的功能。液晶配向膜通常使用輥印印刷（Coating）或都噴涂（Inkjet）的方式將液晶配向膜液體材料在LCD的玻璃Array層和Film層上成膜，然后加熱干燥固化成液晶配向膜。目前，國內液晶配向膜材料產(chǎn)品標準體系尚未建立，國際上關于液晶配向膜的檢測也缺乏統(tǒng)一標準。外觀、粘度、色度、固含量、溶劑含量、水份含量、顆粒度、離子是液晶配向膜材料的重要指標，其中粘度、固含量對液晶配向膜固化后的膜厚有重要影響。外觀是指液晶配向膜液體的可觀測的顏色、澄清度，等，液晶配向膜液體的顏色多為淺黃色-黃色-棕黃色-褐色，液晶配向膜表現(xiàn)出來的顏色由其配方體系決定的，相同品種的液晶配向膜液體，不同批次之間的顏色可能會有一定的差異，主要是因為其極性基團容易氧化，氧化程度不同表現(xiàn)出來的顏色有程度的差異。一般來說，這種顏色的差異并不會導致產(chǎn)品性3能的變化，因為液晶配向膜中的聚酰亞胺在固化過程中會脫水，所以固化后的性能并不受液晶配向膜顏色的影響。但液晶配向膜液體無論顏色如何，均應是透明液體，為澄清態(tài)，不可有肉眼可見的任何懸浮物或混濁，否則為不合格。色度是用來評價液晶配向膜液體的顏色的可測量的指標，用加德納色度表征，色度主要是由液晶配向膜材料的配方體系決定的，其原料對色度有決定性的作用。色度能反饋液晶配向膜的顏色穩(wěn)定的情況，色度過深能在一定程度上代表液晶配向膜組分被氧化的情況。黏度對液晶配向膜的膜厚也有影響，如果如果粘度過高會影響配向膜在面板上的流動性和膜面的均勻性，而黏度過低也會造成膜厚過薄和對膜面的邊沿效果變差、膜厚不均等不良效果。固含量對液晶配向膜的膜厚有基礎性的決定作用。如果固含量過高，使液晶配向膜的膜厚過厚，導致LCD整體透過率受到影響；如果固含量過低，會導致液晶配向膜的膜面厚度厚度偏薄，對LCD的光學性能造成不利影響。水分含量對液晶配向膜液體有重要的影響，水分含量過高易導致液晶配向膜中的聚酰亞胺發(fā)生降解，從而對液晶配向膜液體的質量造成影響。較低的水分含量有助于提升液晶配向膜液體的儲存穩(wěn)定性。溶劑含量是液晶配向膜配方中的重要指標之一，對液晶配向膜成膜后的膜面均勻性、邊沿直線性等有重要的作用。顆粒是指液晶配向膜液體中的懸浮微粒，這些顆?？赡軙σ壕湎蚰こ赡み^程中的膜面的均勻性造成影響，嚴重的會導致影響到液晶配向膜局部的配向功能，從而對LCD面板的顯示效果造成缺陷。金屬離子是液晶配向膜液體中的離子性金屬雜質，過高的金屬離子含量可能對LCD面板的顯示效果造成缺陷。因此建立液晶配向膜外觀檢測，以及測試粘度、固含量、色度、溶劑含量、顆粒、金屬離子的標準化方法，對于液晶配向膜在LCD中的的應用具有指導意義。深圳市道爾頓電子材料有限公司、長沙道爾頓電子材料有限公司、南雄毅豪化工有限公司的液晶配向膜材料已經(jīng)在國內外主流液晶顯示面板廠實現(xiàn)量產(chǎn)，供應品質穩(wěn)定。目前對液晶配向膜的分析測試項目、測試方法的研究經(jīng)過了多年積累，已經(jīng)成熟，適合于國標的編制。3.編制過程中解決的主要問題本標準規(guī)定了液晶配向膜理化性能測試方法，為液晶配向膜性能測定提供依據(jù)。液晶配向膜供應商與采購廠商都需要對液晶配向膜分析測試及品質控制，上下游采購銷售對接交流4也需要完整的標準體系支撐。4.關于測試環(huán)境條件的說明液晶配向膜成品的交付均為液體狀態(tài)，其包裝使用HDPE的塑料瓶，常見的交付的包裝規(guī)格有1L瓶、3L瓶、10L瓶，也有500mL瓶、250mL瓶，等。為了保持液晶配向膜液體性能的穩(wěn)定，在儲存和運輸環(huán)節(jié)均要求對其進行冷凍，冷凍溫度一般要求為-10℃以下，但不低于-25℃。所以對液晶配向膜液體的檢測前均應將液晶配向膜液解凍至室溫狀態(tài)，故標準草案對液晶配向膜測試前的樣品靜置時間在環(huán)境條件中進行了要求，不同的包裝規(guī)格的解凍時間要求不同。并根據(jù)面板廠的意見，力爭與面板廠的解凍時間保持一致。液晶配向膜液體中的溶劑多為極性溶劑，有較強的吸收空氣中水分的能力，吸收的水分對液晶配向膜的性能會造成一定的影響，主要表現(xiàn)為水含量的上升，長時間的吸收空氣中的水分會對液晶配向膜的粘度造成一定的影響。故液晶配向膜中水分含量的測試要求在環(huán)境濕度較低的環(huán)境下進行。要求環(huán)境相對濕度≤50%。液晶配向膜液體需長時間保持其穩(wěn)定，需要在-10℃以下的溫度下儲存，若在室溫下存放，隨著存放時間的延長，其體系的穩(wěn)定性會趨于下降，表現(xiàn)為色度上升，粘度下降，從而對測試結果造成影響。故要求對解凍后的液晶配向膜的檢測盡快完成，建議在24小時之內完成。液晶配向膜液體雖然在溫度-10℃以下冷凍儲存的條件，有利于保持其性能的穩(wěn)定，但仍不可避免的有部分性能會發(fā)生變化，例如色度、黏度，并且不同的品種的液晶配向膜液體變化幅度不完全相同，所以本標準規(guī)定的檢測方法并不代表確保相同項目的檢測結果相同。5.關于測試方法的說明關于外觀，外觀主要對液晶配向膜的顏色作出定性的判斷，并對其透明澄清度作出確認，觀測時不能有任何可見的懸浮物和混濁。其顏色的定量檢測采用加德納色度計檢測，以純水的色度為0進行標定，加德納色度計自動檢出液晶配向膜液體的色度值，不需要進行任何的人工數(shù)據(jù)計算，測量設備的讀數(shù)誤差為0.1。既有國家標準GB/T22295-2008《透明液體顏色測定方法（加德納色度）》的適用范圍是干性漆、清漆、脂肪酸、聚合脂肪酸、樹脂溶液等透明液體顏色的測量方法，通過與適宜的玻璃標準色號相比較，以進行顏色測定。該標標準的適用范圍與液晶配向膜接近，但液晶配向膜并不包含在內，且由于需要人工比較色號，所以該國家標準不適用于液晶配向膜的顏色測定。關于黏度的測定，液晶配向膜屬于牛頓流體，推薦使用旋轉黏度法，由于圓筒型旋轉黏度計具有比錐-板型旋車黏度計更好的重復性，所以選擇同軸圓筒型旋轉黏度計。國家標準5GB/T10247-2008《粘度測量方法》第4部分旋轉法的內容基本適用于液晶配向膜液體的黏度測量，旋轉黏度計的型式選擇其附錄D之D.1同軸圓筒型旋轉黏度計。但對其4.4.4恒溫“試樣在恒溫條件下充溫恒溫，以保證示值穩(wěn)定”，“同軸圓筒型……，參考恒溫時間1h”，考慮到液晶配向膜在室溫下長時間放置有吸水的傾向，未予完全采用該恒溫時間，采用恒溫時間為5分鐘。關于固含量的測定，采用電熱板烘烤鋁碟中樣品的方法，具有烘烤接觸面積大、傳熱效率高、烘干時間短、數(shù)據(jù)準確度高的特點。同時重復測試三個試樣，取三個試樣的測試結果的平均值為測定值。關于水分含量的測定，采用容量法卡爾費休測試儀進行測試。除添加無水甲醇以外，手動加入液晶配向膜的溶劑NMP（如果待測樣品不含NMP，則將NMP換成待測樣品所含的溶劑除NMP以外，常見的液晶配向膜溶劑有GBL、DMAc，需根據(jù)液晶配向膜液體的具體溶劑組分確定。兩種溶劑總和淹沒雙鉑電極即可。因為卡爾費休試劑的特性，無水甲醇含量必須大于50%，但也不是越多趆好，主溶劑比例太少PI容易析出，建議無水甲醇與主溶劑（NMP等）比例是6:4。關于溶劑含量的測定，采用氣相色譜法，定量檢測，方法為規(guī)一化法。測量原理和計算公式參照國家標準GB/T9722-2022《化學試劑氣相色譜法通則》章節(jié)10.2。關于顆粒（particle）測試，此測試項目的名稱，參照國家標準GB/T29024《粒度分析單顆粒的光學測量方法》。關于金屬離子含量的測試,參照GB/T39486《化學試劑電感耦合等離子體質譜分析方法通則》的要求。6.主要試驗情況分析對提供的液晶配向膜材料做《液晶配向膜測試方法第1部分：理化性能》的驗證試驗，液晶配向膜的理化性能測定結果符合液晶顯示器的使用要求。試驗數(shù)據(jù)見下面圖表。表2液晶配向膜粘度測試結果123表3液晶配向膜固含量測試結果6序號①②③鋁碟質量(m)/g2.62712.61882.6263測試樣品質量m1/g1.96921.97861.9474烘干后的質量M2/g2.69852.69101.6979M2-m0.07140.07220.0716固含量X3.63%3.65%3.68%固含量平均值3.65%表4液晶配向膜水分含量測試結果123表5液晶配向膜溶劑含量測試結果126.3037.93226.3837.84326.4737.77三.標準水平分析本標準稿中提到的測試方法以及標準中主要內容，涉及到的液晶顯示器所用的液晶配向膜的理化性能測試，是起草單位10多年的產(chǎn)品測試研究經(jīng)驗。本標準達到國內先進水平。四.知識產(chǎn)權情況說明本標準技術內容不涉及相關專利。五.產(chǎn)業(yè)化情況、推廣應用論證和預期達到的經(jīng)濟效果進入新世紀以來，我國LCD面板顯示產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)了跨越式發(fā)展，產(chǎn)業(yè)整體規(guī)模已躋身全球第一。中國大陸液晶面板產(chǎn)能急速擴張，日本韓國面板廠商雖掌握大批關鍵技術，但是逐漸失去價格競爭優(yōu)勢，液晶面板產(chǎn)能已集中在中國大陸陸，中國大陸已成為全球最大的液晶面板生產(chǎn)基地。目前中國大陸面板廠商有如京東方集團、惠科集團、華星光電、天馬微電子、等。國內的液晶配向膜生產(chǎn)商，如深圳市道爾頓電子材料股份有限公司在吸收利用國外先進技術的基礎上，開發(fā)了眾多系列的液晶配向膜產(chǎn)品，并已在國內面板廠獲得較廣泛的應用。7國內液晶配向膜材料產(chǎn)品的廣泛應用，對相關產(chǎn)品標準的制定顯得尤為迫切。測定方法的標準關系到液晶配向膜生產(chǎn)廠商、液晶面板制造商的產(chǎn)業(yè)鏈，但是至今沒有統(tǒng)一合理的測試方法，因此，制定液晶配向膜測試方法國家標準，以形成統(tǒng)一的測試依據(jù)。長期以來，液晶配向膜的生產(chǎn)及研制主要掌握在國外企業(yè)手中，如日產(chǎn)、JSR、JNC等企業(yè)，國內缺乏競爭實力。近十幾年來，國內企業(yè)崛起，并開始在單色顯示器領域發(fā)展液晶配向膜技術，并逐步推廣至彩色顯示器領域，取得了良好的發(fā)展勢頭。但在液晶配向膜的測試方面，國內不管是液晶配向膜生產(chǎn)企業(yè)，還是液晶配向膜的使用下游面板廠均沒有統(tǒng)一的方法對其性能進行監(jiān)測，這對液晶配向膜技術在國內