PI导向膜基础知识

PI导向膜基础知识
做为锚定液晶分子的主要材料，导向膜的应用是从单纯离子键作用力到分子间作用力的一大发展，导向膜的应用，不但有离子键的作用力，更主要的是有分子键的作用力，加上表面处理技术不断发展，处理机器的不断改良，除了为提高产量、和改善视角的要求，导向膜材料在进一步研究试用之外，导向膜材料几乎
已经定型。

很令人奇怪的是，作为普通TN-LCD使用的导向膜材料，制作处理上在一些LCD生产工厂却要比STN-L CD还难。

事实上，由於STN-LCD产品的对比度较低，视角比较宽，反而掩盖了导向膜一些电学性能上的缺陷。

除非出现很严重的预倾角塌陷，导向膜的缺陷在STN-LCD产品的显示效果上总不会引起顾客的特别重视。

但在TN-LCD产品的生产上，导向膜的性能迁移往往直接反应到产品的显示效果上。

作为液晶分子的锚定材料，导向膜的预倾角在TN-LCD和STN-LCD产品上起的作用几乎是一样。

但是T N-LCD和STN-LCD相比，由於液晶分子的运动方式不一样，因而两种类型的导向膜产品很快就分化出来，STN-LCD用导向膜材料在制作时，使用了更严厉的环境和原料纯度。

另外有一些制造商在分子支链上使用了等长链和二次链技术，让分子支链更加安定，预倾角更一致，同时这种结构由於二次支链间分子间作用力的互相排斥性，使支链结构有一定的类似自己修复功能，使得在导向处理时对机器性能的不足有一定的补偿作用，因为从理论上来讲，机械精度永远无法满足导向膜的预倾角处理精度要求。

这种方式制作出来的导向膜，使用在低驱动路数、小面积、宽线距的产品上，其独特的性能可能无法体现出来，但在生产高驱动路数、大面积和微线距的产品时，在提高产品良品率、提高产品的稳定性和产品生产的可重复性上，其优异的性能是其他没有采用这种技术制作的导向膜无法相比的。

TN-LCD产品用的导向膜，由於受视角宽度的限制，不可能采用上述的结构，而且由於制作成本的原因，也没有必要这样做。

而且由於工艺的改进，机器设备性能的提高，以前那些低成本的导向膜材料，曾经因为受工艺影响而不稳定，受大家排斥，现在却正因为它可以在不同的工艺下有不同的效果，反而更受一些TN-LCD生产厂家的青睐，特别是在一些工艺调整轻松的半自动生产线上。

1、PI导向膜的特性：
PI导向膜的组成：
对於加温聚合固化的PI，PI导向膜原液的组份是聚酰亚胺和DMA、NMP或BC溶剂。

对於紫外线聚合固化的PI，PI导向膜原液的组份是带紫外线光敏基团的聚酰亚胺和溶剂，这种PI由於照射方向就是液晶定向方向，所以有很快的生产效率和操作的方便性，但由於它聚合时往往不够充分，目前使用它制作成的产品在显示时单点缺陷率较高，只适用於一些光线转换幕墙的制作上，在LCD显示上应用
很少，以下不再描述。

PI导向膜的特性：
LCD使用的PI导向膜固含成份在原液中是小分子化合物，它在高温下产生聚合反应，形成带很多支链的长链大分子固体聚合物聚酰胺。

聚合物分子中支链与主链的夹角就是所谓的导向层预倾角。

这些聚合物的支链基团与液晶分子间的作用力比较强，对液晶分子有锚定的作用，可以使液晶按预倾角方向排列。

PI原液或未曾聚合完全的小分子聚酰亚胺则与水分子结合後呈溶胶状，它会抑制聚酰亚胺的聚合反应，得不到完整的主链，并让支链失去原有的排列方向，得不到LCD制作所需的预倾角。

所以PI原液要防潮，
作业环境要严格控制湿度。

有些STN及TFT专用PI，聚合固化後会在支链的基础上会形成次支链，次支链与支连间的夹角与液晶分子的端部结构相吻合或相近，所以对液晶有更强的锚定作用。

由於有了次支链，等若加大了液晶分子与导向层的接触面积，在一定程度上补偿了一些导向层处理缺陷。

这种PI在大面积显示上让显示效果更均匀。

同时也避免了在摩擦处理工艺中为了在高强度的摩擦下得到更高的摩擦密度，损伤相对脆弱的CF层和TF
T发生器。

已聚合固化的PI导向膜也容易吸收水份，并且会在水中分解。

而经过摩擦处理後的PI层则同样更加脆弱，长时间暴露在空气中，会与空气中的水和二氧化碳结合，从而打乱原有的支链排列状态，让预倾角不均匀，
甚至会产生预倾角塌陷的现象。

PI的分类：
PI按预倾角的大小分为：
1~3度的低预倾角TN型PI和4~9度的高预倾角STN型PI。

影响PI导向膜性能的主要参数
固体含量；粘度；Na离子含量；热分解温度；介电常数；体积电阻；透过率；吸水率；折射率；预倾角
3、PI导向膜的工厂自适应测试方法及判定标准：
粘度：
A、测试方法：用粘度计测试待测PI导向膜的粘度。

B、判定标准：测试结果粘度值与供应商提供参数一致。

添加剂乾燥性能（预烘性能）
A、测试方法：按生产工艺厚度要求，把PI导向膜涂覆在ITO导电玻璃上，按供应商提供的温度和时间参
数加热烘烤。

B、判定标准：在参数温度时间下，PI导向膜添加剂完全烘乾。

固化性能：
A、测试方法：将PI导向膜添加剂已完全烘乾的ITO导电玻璃按生产工艺要求和供应商提供的参数要求分
别进行固化。

B、判定标准：固化完全。

成盒灌液晶後可以正常显示。

耐磨性能：
A、测试方法：将PI导向膜添加剂已完全烘乾的ITO导电玻璃按生产工艺要求参数进行定向磨擦五次。

B、判定标准：成盒灌液晶後可以正常显示。

光电性能与可靠性:
A、测试方法：把待测PI导向膜制作成的玻璃与现生产用PI导向膜制作成的玻璃按现生产工艺参数，选
择一型号制作成成品并测试其光电与可靠性性能
B、判定标准：光电性能与可靠性测试结果与现生产用PI导向膜制成的玻璃结果相当，并在测试产品型号
要求范围之内。

4、PI导向膜的选用规则：
一般根据LCD显示类型选择相应预倾角的PI：TN-LCD选择低预倾角PI，STN-LCD选择高预倾角PI。

对於一些在PI导向层下有特殊处理工艺附加层的LCD，选择PI时要参考附加层的特性来考虑。

COLOR-STN和BLACK MASK产品要选择固化温度小於CF分解温度的PI；使用柔性导电膜制作的LC
D，其固化温度要小於柔性基板软化点温度的PI。

5、PI导向膜的使用方法：
PI导向膜的制作方法：
旋转涂布法；丝网印刷涂布法；柯式转印法
先在室温下解冻至室温，再打开瓶盖，以免吸潮，PI导向膜推荐在千级净房环境中开启、配制、使用。

一般用NMP、DMA、BC等溶剂稀释，使用前最好将溶剂常压过滤一次。

PI导向膜涂覆厚度，TN-LCD推荐在400~600埃左右，STN-LCD推荐在800~1000埃左右。

6、PI导向膜的贮存及搬运方法：
PI导向膜应冷冻贮存。

贮存温度小於4℃，可保证6个月以上的贮存期。

如果要求更长的贮存期，应在-
10℃以下保存。

溶剂可燃，勿接近明火。

搬运时按化学品规定管制。

PI-塑料物性工艺资料.doc
PI塑料
聚酰亚胺作为一种特种工程材料，已广泛应用在航空、航天、微电子、纳米、液晶、分离膜、激光等领域。

近来，各国都在将聚酰亚胺的研究、开发及利用列入21世纪最有希望的工程塑料之一。

聚酰亚胺，因其在性能和合成方面的突出特点，不论是作为结构材料或是作为功能性材料，其巨大的应用前景已经得到充分的认识，被称为是解决问题的能手，并认为没有聚酰亚胺就不会有今天的微电子技术。

物化性能
1、全芳香聚酰亚胺按热重分析，其开始分解温度一般都在500℃左右。

由联苯二酐和对苯二胺合成的聚酰亚胺，热分解温度达到600℃，是迄今聚合物中热稳定性最高的品种之一。

2、聚酰亚胺可耐极低温，如在－269℃的液态氦中不会脆裂。

3、聚酰亚胺具有优良的机械性能，未填充的塑料的抗张强度都在100Mpa以上，均苯型聚酰亚胺的薄膜（Kapton）为170Mpa以上，而联苯型聚酰亚胺（Upilex S）达到400Mpa。

作为工程塑料，弹性膜量通常为3－4Gpa，纤维可达到200Gpa，据理论计算，均苯二酐和对苯二胺合成的纤维可达500Gpa，仅次于碳纤维。

4、一些聚酰亚胺品种不溶于有机溶剂，对稀酸稳定，一般的品种不大耐水解，这个看似缺点的性能却使聚酰亚胺有别于其他高性能聚合物的一个很大的特点，即可以利用碱性水解回收原料二酐和二胺，例如对于Kapton薄膜，其回收率可达80％－90％。

改变结构也可以得到相当耐水解的品种，如经得起120℃，500小时水煮。

5、聚酰亚胺的热膨胀系数在2×10-5－3×10-5℃，广成热塑性聚酰亚胺3×10-5℃，联苯型可达10-6℃，个别品种可达10-7℃。

6、聚酰亚胺具有很高的耐辐照性能，其薄膜在5×109rad快电子辐照后强度保持率为90％。

7、聚酰亚胺具有良好的介电性能，介电常数为3.4左右，引入氟，或将空气纳米尺寸分散在聚酰亚胺中，介电常数可以降到 2.5左右。

介电损耗为10-3，介电强度为100－300KV/mm，广成热塑性聚酰亚胺为300KV/mm，体积电阻为1017Ω/cm。

这些性能在宽广的温度范围和频率范围内仍能保持在较高的水平。

8、聚酰亚胺是自熄性聚合物，发烟率低。

9、聚酰亚胺在极高的真空下放气量很少。

10、聚酰亚胺无毒，可用来制造餐具和医用器具，并经得起数千次消毒。

有一些聚酰亚胺还具有很好的生物相容性，例如，在血液相容性实验为非溶血性，体外细胞毒性实验为无毒。

应用范围
1、薄膜：是聚酰亚胺最早的商品之一，用于电机的槽绝缘及电缆绕包材料。

主要产品有杜邦Kapton,宇部兴产的Upilex系列和钟渊Apical。

透明的聚酰亚胺薄膜可作为柔软的太阳能电池底版。

2. 涂料：作为绝缘漆用于电磁线，或作为耐高温涂料使用。

3. 先进复合材料：用于航天、航空器及火箭部件。

是最耐高温的结构材料之一。

例如美国的超音速客机计划所设计的速度为2.4M，飞行时表面温度为177℃，要求使用寿命为60000h，据报道已确定50%的结构材料为以热塑型聚酰亚胺为基体树脂的碳纤维增强复合材料，每架飞机的用量约为30t。

4. 纤维：弹性模量仅次于碳纤维，作为高温介质及放射性物质的过滤材料和防弹、防火织物。

5. 泡沫塑料：用作耐高温隔热材料。

6. 工程塑料：有热固性也有热塑型，热塑型可以模压成型也可以用注射成型或传递模塑。

主要用于自润滑、密封、绝缘及结构材料。

广成聚酰亚胺材料已开始应用在压缩机旋片、活塞环及特种泵密封等机械部件上。

7. 胶粘剂：用作高温结构胶。

广成聚酰亚胺胶粘剂作为电子元件高绝缘灌封料已生产。

8. 分离膜：用于各种气体对，如氢/氮、氮/氧、二氧化碳/氮或甲烷等的分离，从空气烃类原料气及醇类中脱除水分。

也可作为渗透蒸发膜及超滤膜。

由于聚酰亚胺耐热和耐有机溶剂性能，在对有机气体和液体的分离上具有特别重要的意义。

9. 光刻胶：有负性胶和正性胶，分辨率可达亚微米级。

与颜料或染料配合可用于彩色滤光膜，可大大简化加工工序。

10. 在微电子器件中的应用：用作介电层进行层间绝缘，作为缓冲层可以减少应力、提高成品率。

作为保护层可以减少环境对器件的影响，还可以对a-粒子起屏蔽作用，减少或消除器件的软误差（softerror）。

11. 液晶显示用的取向排列剂：聚酰亚胺在TN-LCD、SHN-LCD、TFT-CD及未来的铁电液晶显示器的取向剂材料方面都占有十分重要的地位。

12. 电-光材料：用作无源或有源波导材料光学开关材料等，含氟的聚酰亚胺在通讯波长范
围内为透明，以聚酰亚胺作为发色团的基体可提高材料的稳定性。