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GB/T 44390-2024 打印显示 薄膜均匀性测试方法

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资料介绍

  ICS 31. 030 CCS L 90

  中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

  GB/T 44390—2024

  打印显示 薄膜均匀性测试方法

  Printdisplay—Measuring method offilm uniformity

  2024-08-23发布 2025-03-01实施

  国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

  

  发

  

  布

  GB/T 44390—2024

  目 次

  前言 Ⅲ

  1 范围 1

  2 规范性引用文件 1

  3 术语和定义 1

  4 台阶仪法(仲裁法) 2

  4. 1 测试原理 2

  4. 2 测试条件 2

  4. 3 测试步骤 4

  4. 4 结果处理 6

  5 白光干涉仪法 7

  5. 1 测试原理 7

  5. 2 测试条件 7

  5. 3 测试步骤 9

  5. 4 结果处理 10

  6 测试报告 11

  Ⅰ

  GB/T 44390—2024

  前 言

  本文件按照 GB/T 1. 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》的规定起草 。

  请注意本文件的某些内容可能涉及专利 。本文件的发布机构不承担识别专利的责任 。

  本文件由全国半导体设备和材料标准化技术委员会(SAC/TC203)提出并归 口 。

  本文件起草单位 :京东方科技集团股份有限公司 、奥来德(上海) 光电材料科技有限公司 、北京鼎材科技有限公司 、中国电子技术标准化研究院 、合肥京东方卓印科技有限公司 、合肥鼎材科技有限公司 、 TCL华星光电技术有限公司 、江阴润玛电子材料股份有限公司 、广东东溢新材料科技有限公司 、广东聚华印刷显示技术有限公司 、深圳御光新材料有限公司 、衢州英特高分子材料有限公司 、绍兴旭源新材料科技有限公司 。

  本文件主要起草人 :张志刚、杨京龙、李新国、徐晓光、马晓宇、代青、毕岩、孙力、施槐庭、黄瑜、曹可慰、吴怡然、赵 俊 莎、汪 康、王 铁、包 金 豹、乔 娟、高 文 正、戈 烨 铭、何 珂、周 辉、陈 建 平、付 东、余 磊、黄 卫 东 、朱龙山 、袁鹏 、王霞 。

  Ⅲ

  GB/T 44390—2024

  打印显示 薄膜均匀性测试方法

  1 范围

  本文件描述了打印显示薄膜均匀性的测试方法 ,主要包括子像素均匀性 、相邻子像素均匀性 、短程均匀性测试方法 。

  本文件适用于使用探针式表面轮廓仪(以下称台阶仪)和白光干涉仪对厚度范围为 5 nm~ 105 nm的打印显示薄膜均匀性的测试 。

  2 规范性引用文件

  下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款 。其中 , 注 日期的引用文件 ,仅该日期对应的版本适用于本文件 ;不注日期的引用文件 ,其最新版本(包括所有的修改单) 适用于本文件 。

  GB/T 20871. 12 有机发光二极管显示器件 第 1-2部分 :术语与文字符号

  3 术语和定义

  GB/T 20871. 12界定的以及下列术语和定义适用于本文件 。

  3. 1

  像素 pixel

  在矩阵显示器中 ,能完成必需显示功能的最小显示单元 。

  注 : 例如 ,在基于红 、绿 、蓝(RGB)垂直条的彩色显示中 ,三个相邻 RGB点组成一个像素 。

  [来源 :GB/T 20871. 12—2024, 3. 5. 45] 3.2

  子像素 subpixel

  组成一个像素的各个点 。

  注 : 例如 ,在基于 RGB垂直条的彩色显示中 ,每个 RGB点是一个子像素 。

  [来源 :GB/T 20871. 12—2024, 3. 5. 58] 3.3

  子像素均匀性 subpixeluniformity

  一个子像素内打印薄膜的厚度均匀程度 。

  注 : 用于表征子像素的成膜均匀性 ,与打印墨水 、子像素界定层的材料和结构或干燥工艺等相关 。

  3.4

  相邻子像素均匀性 adjacentsubpixeluniformity

  相邻子像素之间打印薄膜的厚度均匀程度 。

  注 : 用于表征相邻同颜色子像素的成膜均匀性 ,与使用的喷嘴相关 。

  3.5

  短程均匀性 shortdistanceuniformity

  一定范围内多个同颜色子像素的打印薄膜的厚度均匀程度 。

  1

  GB/T 44390—2024

  注 : 用于表征该范围内的成膜均匀性 。

  4 台阶仪法(仲裁法)

  4. 1 测试原理

  当使用台阶仪测试打印显示薄膜的厚度时 , 台阶仪按一定方向进行扫描 ,探针接触被测样品的表面 ,扫描路径随着被测样品的表面形貌而起伏 ,从而获取薄膜表面轮廓的情况 。被测样品包括待测薄膜区和空白基准区 ,空白基准区未打印薄膜材料 ,作为测试膜厚的参照基准平面 ,进而得到打印薄膜的厚度 , 以计算薄膜均匀性 。

  4.2 测试条件

  4.2. 1 环境条件

  除非另有规定 ,测试应在下列条件下进行 :

  — 温度 :25 ℃ ±2 ℃ ;

  — 相对湿度 :25% ~ 60% ;

  — 大气压力 :86kPa~ 106kPa;

  — 防震等级 :1 Hz~ 100 Hz。

  4.2.2 测试仪器

  测试设备使用台阶仪 ,其要求按表 1规定执行 。

  表 1 测试设备要求

  序号

  项 目

  规格

  单位

  1

  探针压力 (F)

  0. 5~ 15

  mg

  2

  探针压力精度

  0. 5≤F≤1

  ≤0. 1

  mg

  1≤F≤15

  ≤0. 5

  3

  探针高径比

  ≥5

  —

  4

  探针针尖曲率半径

  ≤2

  μm

  5

  探针量测位置重复性

  ≤±2

  μm

  6

  纵向(≈ 轴方向)扫描精度

  ≤0. 1

  nm

  7

  横向(x、y轴方向)扫描精度

  ≤0. 1

  μm

  8

  扫描速度(x、y轴方向)

  5~ 100

  μm/s

  4.2.3 测试样品预处理

  测试前对样品在 100 ℃ ±5 ℃的条件下烘烤 10 min。

  4.2.4 测试软件设置

  根据测试项目不同 ,选择下列参数进行设置 。

  — 测试范围 :根据被测样品的台阶高度进行选择 ,范围宜设定为 5 μm。

  — 测试压 力 : 根 据 被 测 样 品 的 致 密 性 , 选 择 不 同 的 压 力 , 测 试 薄 膜 时 , 压 力 值 宜 选 取 0. 5 mg,

  2

  GB/T 44390—2024

  1 mg,2 mg,5 mg。

  — 测试长度 :测试长度宜为 100 μm~ 1 000 μm ,也可根据实际子像素数量选取 。

  — 扫描步长 :通常扫描步长由测试长度和扫描时间决定 ,扫描步长不大于 1 μm ,宜为 0. 1 μm ,按公式(1)计算 。

  P …………………………( 1 )

  式中 :

  P — 扫描步长 ,单位为微米(μm) ;

  L — 测试长度 ,单位为微米(μm) ;

  T — 扫描时间 ,单位为秒(s) ;

  A — 1 s 内收集数据点的个数 。

  4.2.5 测试系统

  测试系统由台阶仪 、被测样品和测试软件组成 ,被测样品包括待测薄膜区和空白基准区 。

  测试系统布局见图 1,且符合如下要求 :

  — 台阶仪探针与被测样品表面垂直 ;

  — 台阶仪探针在测试基板上按照一定方向进行扫描 ,扫描方向根据待测 目标位置来选择 ,通常是沿 x 轴方向和 y 轴方向 。

  a) 测试系统结构 b) 测试区域分布

  图 1 测试系统布局示意图

  4.2.6 测试区域选取

  当被测显示屏为矩形时 ,测试区域宜选取的点位见图 2 和图 3。待测子像素可在测试区域内任意选取 。

  3

  GB/T 44390—2024

  标引符号说明 :

  W — 显示屏的宽度 ;

  H — 显示屏的高度 。

  图 2 标准测试位置(5点)

  标引符号说明 :

  W — 显示屏的宽度 ;

  H — 显示屏的高度 。

  图 3 标准测试位置(9点)

  4.3 测试步骤

  4.3. 1 子像素均匀性

  子像素均匀性测试步骤如下 :

  a) 按照 4. 2. 2、4. 2. 3 和 4. 2. 4 的要求设置测试设备和测试样品 ;调整探针位置 ,使探针与被测样品的相对位置保持稳定 , 以空白像素区域或供需双方协定的其他位置作为初始测试基准面 ,基准面宜与被测子像素对称分布 ,便于数据处理 ;

  b) 测试过程探针 方 向 见 图 4, 应 从 x 轴 子 像 素 1/2位 置 和 y 轴 子 像 素 1/2位 置 , 沿 轴 向 进 行测试 ;

  c) 分别对 RGB子像素的 x 轴方向和 y 轴方向进行厚度测试并记录 ,测试数据的扫描步长不小于 0. 1 μm。

  4

  GB/T 44390—2024

  图 4 子像素均匀性测试示例

  4.3.2 相邻子像素均匀性

  相邻子像素均匀性测试步骤如下 :

  a) 按照 4. 2. 2、4. 2. 3 和 4. 2. 4 的要求设置测试设备和测试样品 ;调整探针位置 ,使探针与被测样品的相对位置保持稳定 , 以空白像素区域或供需双方协定的其他位置作为初始测试基准面 ,基准面宜与被测子像素对称分布 ,便于数据处理 ;

  b) 测试对象应选择与空白基准不相邻的像素 ,测试过程探针应从 x 轴子像素 1/2位置 , 沿轴向进行测试 ;

  大于 4,测试示例见图 5。

  c) 分别测试 RGB子像素的相邻同颜色子像素的薄膜厚度 TTQ,i(i= 1, 2, 3, … ,n) ,通常 n 不宜

  图 5 相邻子像素均匀性测试示例

  4.3.3 短程均匀性

  短程均匀性测试步骤如下 :

  a) 按照 4. 2. 2、4. 2. 3 和 4. 2. 4 的要求设置测试设备和测试样品 ;调整探针位置 ,使探针与被测样品的相对位置保持稳定 , 以空白像素区域或供需双方协定的其他位置作为初始测试基准面 ,基准面宜与被测子像素对称分布 ,便于数据处理 ;

  b) 测试对象应选择与空白基准不相邻的像素 ,测试过程探针应从 x 轴子像素 1/2位置 , 沿轴向进行测试 ;

  等于 8,示例见图 5。

  c) 分别测试 RGB子像素的相邻同颜色子像素的薄膜厚度 TTQ, i (i= 1, 2, 3, … ,n) ,通常 n 宜

  5

  GB/T 44390—2024

  4.4 结果处理

  4.4. 1 子像素均匀性

  子像素均匀性的结果处理步骤如下 。

  a) 根据薄膜厚度数据分别计算得出 x 轴和 y 轴方向的 RGB子像素均匀性 , 主要包括以下 2 种情况 。

  1) 子像素形貌如图 6 a)时 ,子像素内均匀性 ,按公式(2)计算 :

  UQ,i

  式中 :

  Q — 子像素指定颜色 ,可取 R、G、B;

  LQ, BB', i — 指定颜色子像素内的薄膜宽度 ,与 ΔH1 (见图 6)数值大小有关 ;

  LQ, AA', i — 指定颜色子像素实际宽度 ,通常指无薄膜的像素宽度 ;

  UQ , i — 指定颜色子像素均匀性 。

  2) 子像素形貌如图 6 b)时 ,子像素内均匀性 ,按公式(3)计算 :

  UQ,i

  式中 :

  Q — 子像素指定颜色 ,可取 R、G、B;

  LQ,DD', i , LQ,EE', i — 指定颜色的子像素内拱起区外的薄膜宽度 , 宽度与 ΔH2 (见图 6)

  数值大小有关 ;

  LQ,AA', i — 指定颜色的子像素实际宽度 ,通常指无薄膜的像素宽度 ;

  UQ,i — 子像素均匀性 。

  b) 依次计算 4. 2. 6 中规定的测试点位 RGB子像素的相邻同颜色子像素均匀性 , 同颜色子像素均匀性最小值作为同颜色子像素均匀性结果 , 同时报告子像素内中间拱起高度 。

  a) 子像素形貌一 b) 子像素形貌二标引符号说明 :

  ΔH1 , ΔH2 — 子像素内分析的关注点与形貌最低点的高度差值 ,一般推荐 5 nm~ 10 nm。 ΔH3 — 子像素内中间拱起区域最高点与形貌最低点的高度差值 。

  图 6 子像素均匀性示意图

  4.4.2 相邻子像素均匀性

  相邻子像素均匀性的结果处理步骤如下 。

  a) 按照公式(4)计算指定颜色相邻子像素均匀性 :

  6

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  Ud

  式中 :

  Q — 子像素指定颜色 ,可取 R、G、B;

  Ud(Q,i) — 指定颜色相邻子像素均匀性 ;

  TTQ,i、TTQ,i+1 — 指定颜色子像素打印薄膜的最低点厚度及与之相邻子像素打印薄膜的最低点厚度 。

  b) 依次计算 4. 2. 6 中规定的测试点位 RGB子像素的相邻同颜色子像素均匀性 ,最小值作为同颜色相邻子像素均匀性结果 。

  4.4.3 短程均匀性

  短程均匀性的结果处理步骤如下 。

  a) 按照公式(5) ~公式(7)计算测试样品的短程均匀性 :

  TTav TTQ,i … … … … … … … … … …

  ΔTTQ,i = Max TTQ,i -TTav(Q,i) … … … … … … … … … …

  SRUQ,i

  式中 :

  Q — 子像素指定颜色 ,可取 R、G、B;

  TTav(Q,i) — 指定颜色子像素薄膜的平均厚度 ;

  TTQ,i — 指定颜色子像素打印薄膜的最低点厚度 ;

  ΔTTQ, i — 指定颜色子像素测试点薄膜与平均厚度的最大偏差 ;

  SRUQ, i — 指定颜色测试样品的短程均匀性 。

  b) 依次计算 4. 2. 6 中规定的测试点位 RGB子像素的相邻同颜色子像素的短程均匀性 ,最小值作为短程均匀性结果 。

  5 白光干涉仪法

  5. 1 测试原理

  当使用白光干涉仪测试打印显示薄膜的厚度时 , 由光源发出的光经过分束器反射进入干涉镜头 ,一束光正向照射样品 ,另一束光照向干涉镜头的参考面 ,样品表面的反射光与参考面的反射光经过分束器透射进入到相机电荷耦合器件(CCD)中 ,在相机中产生干涉条纹 ,通过观察干涉条纹的变化测得整个子像素内薄膜的厚度分布 ,从而计算得到打印薄膜的均匀性 。 白光干涉仪主要有垂直扫描干涉 、相位偏移干涉以及两种相结合的测量模式 。

  5.2 测试条件

  5.2. 1 环境条件

  除非另有规定 ,测试应在下列条件下进行 :

  — 温度 :25 ℃ ±2 ℃ ;

  — 相对湿度 :25% ~ 60% ;

  — 大气压力 :86kPa~ 106kPa;

  7

  GB/T 44390—2024

  — 防震等级 :按设备具体要求 。

  5.2.2 测试仪器

  测试使用白光干涉仪 ,其规格要求按表 2规定执行 。

  表 2 白光干涉仪规格要求

  序号

  项 目

  规格

  单位

  1

  垂直分辨率

  ≤0. 1

  nm

  2

  台阶高度准确性

  ≤1%

  —

  3

  台阶高度重复性

  ≤1%(1西格玛重复性-微米级样品)

  ≤1%(3西格玛重复性-纳米级样品)

  —

  4

  头部倾斜(自动)

  ≥±3

  (°)

  5

  光学测量模块

  LED照明 ,单筒物镜或转塔 ,单个放大镜或自动转动放大镜

  —

  6

  物镜

  同焦面 :2. 5× ,5× ,10× ,20× ,50× ,115×

  长工作距离 :1× ,1. 5× ,2× ,10×

  过透明介质(TTM) : 2× ,5× ,10× ,20×

  明场 :5× ,10× ,20× ,50×

  —

  7

  放大镜

  0. 55× ,0. 75× ,1× ,1. 5× ,2×

  —

  8

  相机

  ≥640× 480

  —

  9

  膜层差值分析

  实现膜层相减分析

  —

  10

  区域分析

  可自动确定分析区域

  —

  5.2.3 测试样品预处理

  测试样品包括待测薄膜区和基准区 ,未打印薄膜材料的空白区或已沉积其他薄膜材料的参照区均可作为测试膜厚的参照基准平面 。

  测试前应在样品表面沉积金属反射层 ,沉积金属反射层宜为金属为 Ag,蒸镀工艺 ,厚度 100 nm。

  5.2.4 测试软件参数设置

  根据测试项目不同 ,选择下列参数进行设置 :

  — 测试范围 :根据被测样品的高度进行选择 ,设定范围宜为 5试范 ;

  — 测试模式 :根据测试需求选择测试模式 , 宜选取相位偏移干涉和垂直扫描干涉相结合的测试模式 ;

  — 测试镜头 :根 据 样 品 区 域 大 小 进 行 选 择 , 一 般 常 用 的 物 镜 为 10× 和 20× , 目 镜 为 0. 55× 和1× ;

  — 干涉条纹调控 :推荐调节视野内干涉条纹数量为 1条 ~ 3条 ,可覆盖目标测试像素区和基准像素区 。

  5.2.5 测试系统

  测试系统由白光干涉仪 、被测样品和测试软件组成 ,被测样品包括待测薄膜区和参考薄膜区 。测试系统布局见图 7,且符合如下要求 :

  8

  GB/T 44390—2024

  — 白光干涉仪镜头轴线与被测样品表面垂直 ,且测试样品要放正 ;

  — 调节视野内干涉条纹数量为 1条 ~ 3条 ,覆盖目标测试像素区和基准 ,且干涉条纹明暗差为最强附近 ,进行面扫描 。

  图 7 测试系统布局示意图

  5.2.6 测试仪器区域选择同 4. 2. 6。

  5.3 测试步骤

  5.3. 1 子像素均匀性

  使用白光干涉仪测试子像素均匀性 ,步骤如下 。

  a) 按照 5. 2. 2、5. 2. 3 和 5. 2. 4 的要求设置测试设备和测试样品 :调整镜头位置 ,使测试视野内的干涉条纹可有效覆盖待测薄膜区和基准区见图 8。 以空白像素区域或供需双方协定的其他位置为基准面 ,基准面宜与被测子像素对称分布 ,便于数据处理 。

  b) 对视野内的整个子像素进行面扫描 ,测试厚度分布 。

  c) 将膜厚数据导出软件可提取的格式 。

  图 8 镜头位置示意图

  5.3.2 相邻子像素均匀性

  相邻子像素均匀性测试步骤如下 :

  a) 按照 5. 2. 2、5. 2. 3 和 5. 2. 4 的要求设置测试设备和测试样品 :调整镜头位置 ,使测试视野内的干涉条纹可有效覆盖待测薄膜区和基准区 , 以空白像素区域或供需双方协定的其他位置为基准面 , 基准面宜与被测子像素对称分布 ,便于数据处理 ;

  b) 测试对象应选择与空白基准不相邻的像素 ,对视野内的整个子像素进行面扫描 ;

  9

  GB/T 44390—2024

  c) 大于 4(分别测),测(试)试示(RGB)例(子)见(像)图(素)5(的)。相邻同颜色子像素的薄膜厚度 TGQ,i(i= 1, 2, 3, … ,n) ,通常 n 不宜

  5.3.3 短程均匀性

  短程均匀性测试步骤如下 :

  a) 按照 5. 2. 2、5. 2. 3 和 5. 2. 4 的要求设置测试设备和测试样品 :调整镜头位置 ,使测试视野内的干涉条纹可有效覆盖待测薄膜区和基准区 , 以空白像素区域或供需双方协定的其他位置为基准面 , 基准面宜与被测子像素对称分布 ,便于数据处理 ;

  b) 测试对象应选择与空白基准不相邻的像素 ,对视野内的整个子像素进行面扫描 ;

  c) 于 8(分别),示(测)例(试)见图 5(RGB子)。像素的相邻同颜色子像素的薄膜厚度 TGQ, i(i= 1, 2, 3, … ,n) ,通常 n 宜等

  5.4 结果处理

  5.4. 1 子像素均匀性

  子像素均匀性的处理步骤如下 。

  a) 使用对应的数据处理软件导入白光数据文件 。

  b) 以基准像素校平后 ,待测膜面和基准面进行相减运算 ,得到整个子像素内膜厚数据 。

  c) 对整个子像素内的膜厚分布情况进行统计 ,其中 , 占比最大的膜厚数据定义为 目标膜厚 ,然后以 目标膜厚 ±5 nm 或 ±10 nm 的膜厚分布面积(A)所占整个子像素膜厚分布面积(B)的比例为子像素的薄膜均匀性(U) ,如公式(8)所示 :

  UQ,i = (A/B) × 100% …………………………( 8 )

  式中 :

  Q — 子像素指定颜色 ,可取 R、G、B;

  A — 指定颜色子像素内的膜厚分布面积 ,与目标膜厚所选取的波动范围有关(一般选取目标膜厚的 ±5 nm , ±10 nm ,宜选取目标膜厚的 ±5 nm) ;

  B — 指定颜色子像素内的所有膜厚分布面积 ;

  UQ,i— 指定颜色子像素均匀性 。

  不同膜厚的占比分布的示例见图 9 和表 3, 图 9左侧柱状图表示不同膜厚的占比 ,右侧表示子像素内膜厚分布 ,具体数据分布情况见表 3。

  图 9 不同膜厚的占比分布示例

  10

  GB/T 44390—2024

  表 3 目标膜厚的分区占比示例

  目标膜厚

  nm

  分区

  nm

  占比

  138

  <133

  2. 5%

  133~ 143

  84. 1%

  >143

  13. 4%

  5.4.2 相邻子像素均匀性

  相邻子像素均匀性的结果处理步骤如下 。

  a) 按照公式(9)计算指定颜色相邻子像素均匀性 。

  Ud ……………( 9 )

  式中 :

  Q — 子像素指定颜色 ,可取 R、G、B;

  Ud (Q,i) — 指定颜色相邻子像素均匀性 ;

  TGQ,i、TGQ,i+1 — 指定颜色子像素打印薄膜的最大占比膜厚及与之相邻子像素打印薄膜的最大占比膜厚 。

  b) 依次计算 4. 2. 6 中规定的测试点位 RGB子像素的相邻同颜色子像素均匀性 ,最小值作为同颜色相邻子像素均匀性结果 。

  5.4.3 短程均匀性

  短程均匀性的结果处理步骤如下 。

  a) 按照公式(10) ~公式(12)计算测试样品的短程均匀性 。

  TGav TGQ,i … … … … … … … … … …

  ΔTGQ,i = Max TGQ,i -TGav(Q,i) ……………………( 11 )

  SRUQ,i

  式中 :

  Q — 子像素指定颜色 ,可取 R、G、B;

  TGav(Q,i) — 指定颜色子像素薄膜的平均厚度 ;

  TGQ,i — 指定颜色子像素打印薄膜的最大占比膜厚 ;

  ΔTGQ, i — 指定颜色子像素测试点薄膜与平均厚度的最大偏差 ;

  SRUQ, i — 指定颜色测试样品的短程均匀性 。

  b) 依次计算 4. 2. 6 中规定的测试点位 RGB子像素的相邻同颜色子像素的短程均匀性 ,最小值作为短程均匀性结果 。

  6 测试报告

  测试报告应至少包括以下内容 。

  a) 样品信息 ,包括送样单位 、样品编号 、送样时间等 。

  11

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  b) 测试日期 、时间 。

  c) 测试人员 。

  d) 测试设备型号 。

  e) 测试环境条件 。

  测试结果 , 当使用台阶仪测试时 ,应包括测试点位 、扫描精度 、测试压力 、扫 描 长 度 、测 试 像 素数 、薄膜厚度数据 、子像素均匀性 、子像素内分析的关注点与形貌最低点的高度差值 、子像素拱起区域最高点高度与形貌最低点的高度差值 、相邻子像素均匀性 、短程均匀性等数据 ; 当使用白光干涉仪测试时 ,应包括测试点位 、测试模式 、测试镜头 、测试像素数 、薄膜厚度数据 、子像素均匀性 、相邻子像素均匀性 、短程均匀性等数据 。

  f) 采用的标准编号(本文件编号) 。

  g) 所使用的方法(台阶仪法或白光干涉仪法) 。

  12

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