液晶配向膜测试方法 第1部分：理化性能 编制说明

11.任务来源根据国家标准化管理委员会2023年推荐性国家标准计划（国标委发【2023】58号），国家标准《液晶配向膜测试方法第1部分理化性能》由全国半导体设备和材料标准化技术委员会（SAC/TC203）负责归口管理，由深圳市道尔顿电子材料股份有限公司组织起草。2.项目主要参与单位深圳市道尔顿电子材料股份有限公司是一家专业生产聚酰亚胺液晶配向膜、光刻胶、清洗剂等显示领域电子化学品的企业。深圳市道尔顿电子材料股份有限公司坚持科技创新，公司研发中心配置了行业一流的实验和测试设备，部分测试设备为国内仅有。多年来联合清华大学、北京大学和上海交大等国内知名高校和研究院所，持续推出多款性能优异的液晶取向剂(PI)、光刻胶(PR)。在单色液晶显示器占有极高的市场份额，打破了国外产品的长期垄断。在彩色显示器行业开始崭露头角，市场份额逐年攀升。长沙道尔顿电子材料有限公司、南雄市毅豪化工有限公司为深圳市道尔顿电子材料股份有限公司的全资子公司。本文件的主要起草单位中深圳市道尔顿电子材料股份有限公司组织了标准起草和试验复验工作，中国电子技术标准化研究院在标准研制过程中积极反馈意见，对标准各环节的稿件进行了修改，确保标准符合GB/T1.1的要求，为标准文本的完善做出了贡献。3.主要工作过程3.1.起草阶段本项目任务下达后，由深圳市道尔顿电子材料股份有限公司负责起草。进行了设备、用户要求、相关标准应用等方面的调研和收集；与同行、设备商进行了充分的沟通。结合这么多年来液晶配向膜的开发、生产、技术、应用经验，按国家标准的格式要求起草了本标准，并于2024年7月至8月形成标准讨论稿。3.2.征求意见阶段2024年7月31日由全国半导体设备和材料标准化技术委员会组织在北京召开《液晶配向膜测试方法第3部分光电性能》标准草案的启动工作会议。逐条对标准草案进行讨论，2并提出修改意见。2024年9月，负责起草的单位按标准启动工作会议上所提的修改意见，对草案进行修改，形成标准征求意见稿。参会专家对标准草案规定的范围、规范性引用文件、术语与定义、环境条件、测试方法、精密度、实验报告等部分展开讨论。其中测试方法项目合理性进行讨论，并对测试设备、环境条件、解冻时间、重复性和再现性、外观测试的要求、粘度计测试时间、固含量计算公式、溶剂含量测试仪器的类型、颗粒测试的项目明称的界定、离子测试用的NMP的标准、测试环境的要求的说明等逐一分析探讨，对细节部分需要继续完善形成一致意见。由主编单位进行修改完善。2024年09月，主编单位完成测试项方法的修改。2024年09月，编制组依据启动会讨论意见修改标准文本，形成征求意见稿。二.标准编制原则和确定主要内容的论据及解决的主要问题1.编制原则本标准按照GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》进行编写。本标准的测试项目以及方法制定以归纳国内液晶配向膜研究成果为基础，这些成果已经在国内外液晶配向膜得到验证，以科学、合理、可操作性为原则。2.确定主要内容的依据液晶配向膜（LiquidCrystalAligner）是液晶显示器LCD中最核心的材料之一，主要作用是为液晶显示器中的液晶分子排列和取向提供场所，以便在电场的作用下使液晶分子实现预定的取向，从而达到显示的功能，没有液晶配向膜液晶分子无法实现取向的功能。液晶配向膜通常使用辊印印刷（Coating）或都喷涂（Inkjet）的方式将液晶配向膜液体材料在LCD的玻璃Array层和Film层上成膜，然后加热干燥固化成液晶配向膜。目前，国内液晶配向膜材料产品标准体系尚未建立，国际上关于液晶配向膜的检测也缺乏统一标准。外观、粘度、色度、固含量、溶剂含量、水份含量、颗粒度、离子是液晶配向膜材料的重要指标，其中粘度、固含量对液晶配向膜固化后的膜厚有重要影响。外观是指液晶配向膜液体的可观测的颜色、澄清度，等，液晶配向膜液体的颜色多为浅黄色-黄色-棕黄色-褐色，液晶配向膜表现出来的颜色由其配方体系决定的，相同品种的液晶配向膜液体，不同批次之间的颜色可能会有一定的差异，主要是因为其极性基团容易氧化，氧化程度不同表现出来的颜色有程度的差异。一般来说，这种颜色的差异并不会导致产品性3能的变化，因为液晶配向膜中的聚酰亚胺在固化过程中会脱水，所以固化后的性能并不受液晶配向膜颜色的影响。但液晶配向膜液体无论颜色如何，均应是透明液体，为澄清态，不可有肉眼可见的任何悬浮物或混浊，否则为不合格。色度是用来评价液晶配向膜液体的颜色的可测量的指标，用加德纳色度表征，色度主要是由液晶配向膜材料的配方体系决定的，其原料对色度有决定性的作用。色度能反馈液晶配向膜的颜色稳定的情况，色度过深能在一定程度上代表液晶配向膜组分被氧化的情况。黏度对液晶配向膜的膜厚也有影响，如果如果粘度过高会影响配向膜在面板上的流动性和膜面的均匀性，而黏度过低也会造成膜厚过薄和对膜面的边沿效果变差、膜厚不均等不良效果。固含量对液晶配向膜的膜厚有基础性的决定作用。如果固含量过高，使液晶配向膜的膜厚过厚，导致LCD整体透过率受到影响；如果固含量过低，会导致液晶配向膜的膜面厚度厚度偏薄，对LCD的光学性能造成不利影响。水分含量对液晶配向膜液体有重要的影响，水分含量过高易导致液晶配向膜中的聚酰亚胺发生降解，从而对液晶配向膜液体的质量造成影响。较低的水分含量有助于提升液晶配向膜液体的储存稳定性。溶剂含量是液晶配向膜配方中的重要指标之一，对液晶配向膜成膜后的膜面均匀性、边沿直线性等有重要的作用。颗粒是指液晶配向膜液体中的悬浮微粒，这些颗粒可能会对液晶配向膜成膜过程中的膜面的均匀性造成影响，严重的会导致影响到液晶配向膜局部的配向功能，从而对LCD面板的显示效果造成缺陷。金属离子是液晶配向膜液体中的离子性金属杂质，过高的金属离子含量可能对LCD面板的显示效果造成缺陷。因此建立液晶配向膜外观检测，以及测试粘度、固含量、色度、溶剂含量、颗粒、金属离子的标准化方法，对于液晶配向膜在LCD中的的应用具有指导意义。深圳市道尔顿电子材料有限公司、长沙道尔顿电子材料有限公司、南雄毅豪化工有限公司的液晶配向膜材料已经在国内外主流液晶显示面板厂实现量产，供应品质稳定。目前对液晶配向膜的分析测试项目、测试方法的研究经过了多年积累，已经成熟，适合于国标的编制。3.编制过程中解决的主要问题本标准规定了液晶配向膜理化性能测试方法，为液晶配向膜性能测定提供依据。液晶配向膜供应商与采购厂商都需要对液晶配向膜分析测试及品质控制，上下游采购销售对接交流4也需要完整的标准体系支撑。4.关于测试环境条件的说明液晶配向膜成品的交付均为液体状态，其包装使用HDPE的塑料瓶，常见的交付的包装规格有1L瓶、3L瓶、10L瓶，也有500mL瓶、250mL瓶，等。为了保持液晶配向膜液体性能的稳定，在储存和运输环节均要求对其进行冷冻，冷冻温度一般要求为-10℃以下，但不低于-25℃。所以对液晶配向膜液体的检测前均应将液晶配向膜液解冻至室温状态，故标准草案对液晶配向膜测试前的样品静置时间在环境条件中进行了要求，不同的包装规格的解冻时间要求不同。并根据面板厂的意见，力争与面板厂的解冻时间保持一致。液晶配向膜液体中的溶剂多为极性溶剂，有较强的吸收空气中水分的能力，吸收的水分对液晶配向膜的性能会造成一定的影响，主要表现为水含量的上升，长时间的吸收空气中的水分会对液晶配向膜的粘度造成一定的影响。故液晶配向膜中水分含量的测试要求在环境湿度较低的环境下进行。要求环境相对湿度≤50%。液晶配向膜液体需长时间保持其稳定，需要在-10℃以下的温度下储存，若在室温下存放，随着存放时间的延长，其体系的稳定性会趋于下降，表现为色度上升，粘度下降，从而对测试结果造成影响。故要求对解冻后的液晶配向膜的检测尽快完成，建议在24小时之内完成。液晶配向膜液体虽然在温度-10℃以下冷冻储存的条件，有利于保持其性能的稳定，但仍不可避免的有部分性能会发生变化，例如色度、黏度，并且不同的品种的液晶配向膜液体变化幅度不完全相同，所以本标准规定的检测方法并不代表确保相同项目的检测结果相同。5.关于测试方法的说明关于外观，外观主要对液晶配向膜的颜色作出定性的判断，并对其透明澄清度作出确认，观测时不能有任何可见的悬浮物和混浊。其颜色的定量检测采用加德纳色度计检测，以纯水的色度为0进行标定，加德纳色度计自动检出液晶配向膜液体的色度值，不需要进行任何的人工数据计算，测量设备的读数误差为0.1。既有国家标准GB/T22295-2008《透明液体颜色测定方法（加德纳色度）》的适用范围是干性漆、清漆、脂肪酸、聚合脂肪酸、树脂溶液等透明液体颜色的测量方法，通过与适宜的玻璃标准色号相比较，以进行颜色测定。该标标准的适用范围与液晶配向膜接近，但液晶配向膜并不包含在内，且由于需要人工比较色号，所以该国家标准不适用于液晶配向膜的颜色测定。关于黏度的测定，液晶配向膜属于牛顿流体，推荐使用旋转黏度法，由于圆筒型旋转黏度计具有比锥-板型旋车黏度计更好的重复性，所以选择同轴圆筒型旋转黏度计。国家标准5GB/T10247-2008《粘度测量方法》第4部分旋转法的内容基本适用于液晶配向膜液体的黏度测量，旋转黏度计的型式选择其附录D之D.1同轴圆筒型旋转黏度计。但对其4.4.4恒温“试样在恒温条件下充温恒温，以保证示值稳定”，“同轴圆筒型……，参考恒温时间1h”，考虑到液晶配向膜在室温下长时间放置有吸水的倾向，未予完全采用该恒温时间，采用恒温时间为5分钟。关于固含量的测定，采用电热板烘烤铝碟中样品的方法，具有烘烤接触面积大、传热效率高、烘干时间短、数据准确度高的特点。同时重复测试三个试样，取三个试样的测试结果的平均值为测定值。关于水分含量的测定，采用容量法卡尔费休测试仪进行测试。除添加无水甲醇以外，手动加入液晶配向膜的溶剂NMP（如果待测样品不含NMP，则将NMP换成待测样品所含的溶剂除NMP以外，常见的液晶配向膜溶剂有GBL、DMAc，需根据液晶配向膜液体的具体溶剂组分确定。两种溶剂总和淹没双铂电极即可。因为卡尔费休试剂的特性，无水甲醇含量必须大于50%，但也不是越多趆好，主溶剂比例太少PI容易析出，建议无水甲醇与主溶剂（NMP等）比例是6:4。关于溶剂含量的测定，采用气相色谱法，定量检测，方法为规一化法。测量原理和计算公式参照国家标准GB/T9722-2022《化学试剂气相色谱法通则》章节10.2。关于颗粒（particle）测试，此测试项目的名称，参照国家标准GB/T29024《粒度分析单颗粒的光学测量方法》。关于金属离子含量的测试,参照GB/T39486《化学试剂电感耦合等离子体质谱分析方法通则》的要求。6.主要试验情况分析对提供的液晶配向膜材料做《液晶配向膜测试方法第1部分：理化性能》的验证试验，液晶配向膜的理化性能测定结果符合液晶显示器的使用要求。试验数据见下面图表。表2液晶配向膜粘度测试结果123表3液晶配向膜固含量测试结果6序号①②③铝碟质量(m)/g2.62712.61882.6263测试样品质量m1/g1.96921.97861.9474烘干后的质量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测试结果123表5液晶配向膜溶剂含量测试结果126.3037.93226.3837.84326.4737.77三.标准水平分析本标准稿中提到的测试方法以及标准中主要内容，涉及到的液晶显示器所用的液晶配向膜的理化性能测试，是起草单位10多年的产品测试研究经验。本标准达到国内先进水平。四.知识产权情况说明本标准技术内容不涉及相关专利。五.产业化情况、推广应用论证和预期达到的经济效果进入新世纪以来，我国LCD面板显示产业实现了跨越式发展，产业整体规模已跻身全球第一。中国大陆液晶面板产能急速扩张，日本韩国面板厂商虽掌握大批关键技术，但是逐渐失去价格竞争优势，液晶面板产能已集中在中国大陆陆，中国大陆已成为全球最大的液晶面板生产基地。目前中国大陆面板厂商有如京东方集团、惠科集团、华星光电、天马微电子、等。国内的液晶配向膜生产商，如深圳市道尔顿电子材料股份有限公司在吸收利用国外先进技术的基础上，开发了众多系列的液晶配向膜产品，并已在国内面板厂获得较广泛的应用。7国内液晶配向膜材料产品的广泛应用，对相关产品标准的制定显得尤为迫切。测定方法的标准关系到液晶配向膜生产厂商、液晶面板制造商的产业链，但是至今没有统一合理的测试方法，因此，制定液晶配向膜测试方法国家标准，以形成统一的测试依据。长期以来，液晶配向膜的生产及研制主要掌握在国外企业手中，如日产、JSR、JNC等企业，国内缺乏竞争实力。近十几年来，国内企业崛起，并开始在单色显示器领域发展液晶配向膜技术，并逐步推广至彩色显示器领域，取得了良好的发展势头。但在液晶配向膜的测试方面，国内不管是液晶配向膜生产企业，还是液晶配向膜的使用下游面板厂均没有统一的方法对其性能进行监测，这对液晶配向膜技术在国内