偏光膜涂布生產(chǎn)設(shè)備概述

崔華+劉標(biāo)盛

摘要：偏光膜涂布生產(chǎn)設(shè)備的要求與其他光學(xué)膜涂布生產(chǎn)設(shè)備類似，要求制造精密、控制準(zhǔn)確。文章簡要介紹了偏光膜的市場概況與偏光膜的結(jié)構(gòu)，對偏光膜涂布主要生產(chǎn)流程及結(jié)構(gòu)組成進(jìn)行了詳細(xì)闡述，并對如何降低偏光膜涂布生產(chǎn)設(shè)備的投資成本及設(shè)備的國產(chǎn)化提出了相關(guān)觀點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：偏光膜；涂布生產(chǎn)設(shè)備；設(shè)備國產(chǎn)化；投資成本；液晶面板

中圖分類號(hào)：TN805 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）25-0063-03

1 概述

近10年來，全球平板顯示產(chǎn)業(yè)（FPD）特別是TFT-LCD發(fā)展速度很快，平板顯示產(chǎn)業(yè)已成為支持全球經(jīng)濟(jì)的重要產(chǎn)業(yè)之一。液晶顯示器最核心的部件是液晶面板，約占整個(gè)液晶顯示器成本的80%左右，液晶面板的品質(zhì)直接決定著顯示效果。

圖1 液晶面板結(jié)構(gòu)

圖1是液晶面板的組成結(jié)構(gòu)，它由上層液晶面板模組和下層背光模組兩部分組成。其中偏光膜是其必需的關(guān)鍵組件之一，且必須上下成對配合使用。偏光膜的作用就是將自然光變成偏振光，由于把偏振光用于其顯示原理中，偏振片不僅是必需的構(gòu)件，同時(shí)對其高性能、多功能的追求對于LCD功能的提高是必不可少的。

偏光膜的發(fā)展與LCD相輔相成，速度很快。根據(jù)矢野經(jīng)濟(jì)研究所及Display bank的統(tǒng)計(jì)，2005年全球偏光膜產(chǎn)量約1.26億m2，至2010年偏光片產(chǎn)值已達(dá)95億美元，面積3.16億m2。預(yù)計(jì)到2016年，全球TFT偏光片產(chǎn)值將超過140億美元。

不過，大陸偏光膜產(chǎn)能仍小。根據(jù)群智咨詢調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，2013年中國大陸本土面板廠（即京東方、華星光電、中電熊貓、天馬、龍騰）對偏光片的實(shí)際需求規(guī)模為4800萬m2，而中國大陸本土偏光片廠商的實(shí)際出貨供給規(guī)模為268萬m2，偏光片的國內(nèi)自給率僅為5.6%。因此，國內(nèi)偏光膜的市場需求巨大。

偏光膜的生產(chǎn)分為TAC表面處理、PVA拉伸、離型膜涂布后貼合三個(gè)流程。不同的流程對應(yīng)不同的設(shè)備。本文僅針對離型膜涂布貼合用的光學(xué)涂布生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行闡述。

2 偏光膜的典型結(jié)構(gòu)

偏光膜的典型結(jié)構(gòu)如下表1所示：

表1 偏光膜的典型結(jié)構(gòu)

從偏光膜的典型結(jié)構(gòu)可以看出，不同類型的偏光膜均以其基本結(jié)構(gòu)“原板”為基礎(chǔ)——兩層三醋酸纖維素酯薄膜（TAC）夾一層聚乙烯醇（PVA），業(yè)內(nèi)稱為“原板”。

根據(jù)產(chǎn)品的具體要求，通過光學(xué)涂布生產(chǎn)設(shè)備在原板的一側(cè)或兩側(cè)分別復(fù)合不同功能的光學(xué)膜，如反射膜、半透膜、位相差膜等，由此形成不同用途的偏光膜成品。產(chǎn)品類型不同，涂布的次數(shù)會(huì)有變化，如上述不同結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品，每增加一層PSA膠，需涂布一次。

3 涂布生產(chǎn)設(shè)備流程圖及組成說明

3.1 設(shè)備流程圖

圖2 涂布生產(chǎn)設(shè)備流程圖

偏光膜涂布生產(chǎn)設(shè)備的流程圖如圖2。與大多數(shù)涂布設(shè)備類似，主要由基材（如離型膜）放卷裝置、接膜裝置、基材蓄膜裝置、電暈裝置、涂布頭、干燥箱、UV固化裝置、原板放卷、原板蓄膜裝置、貼合裝置、裁片堆疊裝置、涂布貼合產(chǎn)品收卷裝置等組成。不同的是，偏光膜涂布生產(chǎn)設(shè)備與其他光學(xué)膜涂布設(shè)備對環(huán)境潔凈度要求極高，涂布頭及干燥箱要求在1000級以上，有的甚至達(dá)到100級。

3.2 組成說明

3.2.1 離型膜放卷裝置。放卷裝置為雙工位，主要考慮到連續(xù)生產(chǎn)的需要。當(dāng)一卷膜接近用完時(shí)，需做好與下一卷膜連接的準(zhǔn)備。放卷裝置通常配置對邊裝置，以保證膜按規(guī)定的路徑運(yùn)行。

3.2.2 接膜裝置。此裝置在生產(chǎn)速度較高或膜的幅寬較寬時(shí)才配置使用。偏光膜涂布的生產(chǎn)速度與普通的如粘膠帶涂布速度動(dòng)輒上100m/min不同，通常速度在（8～10）m/min，生產(chǎn)速度超過（30～50）m/min的很少。因此幅寬1m以下時(shí)直接人工接膜即可。

3.2.3 蓄膜裝置。此裝置主要是為換卷接膜時(shí)進(jìn)行膜的儲(chǔ)備，因?yàn)榻幽さ臅r(shí)候接膜處會(huì)短暫停止，而生產(chǎn)是連續(xù)的，蓄膜就是保證不影響生產(chǎn)的連續(xù)性。蓄膜的長度設(shè)計(jì)需考慮正常的生產(chǎn)速度及接膜所需的時(shí)間。太短來不及接膜，太長浪費(fèi)設(shè)備投資與安裝空間。

3.2.4 電暈裝置。電暈裝置的使用是根據(jù)需要對涂布的一面進(jìn)行表面電擊處理，使其具有更高的附著性。其原理是利用高頻率高電壓在被處理的塑料表面電暈放電，而產(chǎn)生低溫等離子體，使塑料表面產(chǎn)生游離基反應(yīng)從而使聚合物發(fā)生交聯(lián)、表面變粗糙并增加其對極性溶劑的潤濕性和附著能力。

3.2.5 涂布頭。涂布頭是整個(gè)涂布生產(chǎn)設(shè)備的核心，目前偏光膜涂布主要有COMMA KNIFE（逗號(hào)式刮刀）與SLOT DIE（狹縫式模頭擠出涂布）兩種形式。

COMMA KNIFE適合的涂布厚度為18～100?m，涂布液粘度較高，其突出的優(yōu)點(diǎn)是改變涂布寬度比較容易，另供膠系統(tǒng)也相對簡單。但存在涂布液大面積暴露的問題，因此必須保證涂布頭的潔凈度。

SLOT DIE涂布是一種預(yù)計(jì)量的涂布方式，就是說涂布量取決于輸入涂布液量與基材運(yùn)行速度之比，可預(yù)先精確設(shè)定。通常都采用高精度無脈沖計(jì)量泵來輸送涂布液量。SLOT DIE涂布可分為背輥直接接觸和基材張力控制兩種方式，偏光膜涂布采用背輥直接接觸式為主。這種涂布厚度范圍較寬，約為3～300?m，可滿足不同的使用要求，適合生產(chǎn)速度從低到高均可。其涂布精度受背輥本身的平直度以及軸承的跳動(dòng)影響，由于涂布間隙很小，對基材厚度變化及表面異物影響非常敏感。生產(chǎn)過程中更換涂布液品種時(shí)內(nèi)部清潔比較困難，需用溶劑反復(fù)清洗。

兩種涂布頭涂層干后厚度誤差均可控制在1μm以內(nèi)。其中SLOT DIE涂布精度更高，造價(jià)昂貴，并需配置完善的供膠系統(tǒng)。

3.2.6 干燥箱。偏光膜涂布設(shè)備干燥箱分為“導(dǎo)輥式”與“導(dǎo)輥加氣懸浮式”兩種，總長度一般在20～30m之間?！皩?dǎo)輥加氣懸浮式”通常是前兩節(jié)為導(dǎo)輥，其余為氣懸浮。氣懸浮干燥過程中，因涂布基材只受到空氣的磨擦力影響、無機(jī)械接觸，所以對產(chǎn)品表面無劃傷。且干燥效率比“導(dǎo)輥式”大幅提高。但要保證膜在干燥箱內(nèi)溫度均勻、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)具有較高的技術(shù)難度，因此對風(fēng)槽、噴嘴的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對風(fēng)量與壓差的控制等都有較高要求。對進(jìn)入干燥箱的空氣一定要經(jīng)過HEPA過濾，確保箱內(nèi)的潔凈度。同時(shí)需及時(shí)將干燥箱內(nèi)產(chǎn)生的有機(jī)廢氣及時(shí)排出，防止VOCs聚集導(dǎo)致發(fā)生危險(xiǎn)。偏光膜涂布干燥箱內(nèi)溫度不高，通常不超過120℃，但對溫度的控制非常嚴(yán)格，通常誤差在±1℃以內(nèi)。加熱方式有蒸汽盤管直接加熱與外置換熱器熱風(fēng)循環(huán)加熱（氣懸浮式必須）。熱源以蒸汽為主，部分使用導(dǎo)熱油。

3.2.7 UV固化裝置。此裝置主要針對UV固化膠水，在偏光膜涂布設(shè)備中比較少用，有的并不配置。配置的原因主要是考慮一機(jī)多用，除偏光膜涂布外還可進(jìn)行其他光學(xué)膜的涂布，如硬化膜等。需注意的是，COMMA KNIFE涂布頭不適合UV固化膠水的涂布，通常使用Micro Gravure（微凹版輥）涂布工藝。

3.2.8 原板放卷裝置。同本節(jié)第1點(diǎn)。

3.2.9 原板蓄膜裝置。同本節(jié)第3點(diǎn)。

3.2.10 貼合裝置。貼合裝置的重點(diǎn)是貼合輥，貼合輥設(shè)計(jì)有上下兩輥式或3輥式、水平兩輥式等。兩輥式通常一鋼輥、一膠輥配置。進(jìn)行貼合時(shí)，各膜的平整度與張力控制非常重要，否則會(huì)影響貼合產(chǎn)品的平整度。為提高貼合效率，根據(jù)實(shí)際需要在貼合機(jī)上實(shí)現(xiàn)多功能復(fù)合與保護(hù)膜收卷是十分必要的。在偏光膜的涂布過程中，由于膜的層數(shù)多，實(shí)現(xiàn)這一功能尤為重要。

3.2.11 裁片堆疊裝置。本裝置是偏光膜生產(chǎn)必需設(shè)備之一，因?yàn)槠饽ぎa(chǎn)品多為片狀交貨，直接配置在生產(chǎn)線上切片易于實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)。由于偏光膜對切口要求整齊、不能起毛邊，因此對切刀的要求極高。同時(shí)，由于偏光膜與位相差膜貼合時(shí)有角度的要求，因此切片裝置需具有整體旋轉(zhuǎn)功能并配置角度顯示。需注意的是，堆疊機(jī)的使用受到生產(chǎn)速度的限制，當(dāng)生產(chǎn)速度超過10m/min時(shí)不適宜在線自動(dòng)切片堆疊，而必須進(jìn)行離線裁切。

3.2.12 成品收卷裝置。本裝置與裁片堆疊裝置錯(cuò)開使用。當(dāng)不需要裁切時(shí)，就使用本裝置進(jìn)行收卷。收卷機(jī)視實(shí)際需要，選用單工位收卷或雙工位收卷。

4 結(jié)語

偏光膜涂布生產(chǎn)設(shè)備的要求與其他光學(xué)膜涂布生產(chǎn)設(shè)備類似，要求制造精密、控制準(zhǔn)確，設(shè)備必須做好防銹、防塵工作，設(shè)備相關(guān)組件材質(zhì)不能產(chǎn)生粉塵。各傳動(dòng)導(dǎo)輥需質(zhì)輕、動(dòng)平衡良好，確保轉(zhuǎn)動(dòng)順暢。同時(shí)需做好防爆、隔爆工作，并配備除靜電裝置。

由于國內(nèi)偏光膜廠商不多，目前偏光膜涂布生產(chǎn)設(shè)備基本從國外進(jìn)口，以日本與韓國生產(chǎn)為主，其中日本的設(shè)備技術(shù)含量更高、價(jià)格更貴。為有效降低投資成本，可與設(shè)備制造商進(jìn)行友好協(xié)商，部分非主要零部件可放在國內(nèi)加工，如機(jī)架、鋼構(gòu)等；相對重要的輥、控制部分、涂布頭、干燥箱等由國外加工。

偏光膜涂布設(shè)備完全國產(chǎn)化條件仍不具備，主要差距體現(xiàn)在加工精度與控制精度，另外設(shè)備設(shè)計(jì)與制造人員對高精密涂布、光學(xué)膜高要求的認(rèn)識(shí)也有待提高。

參考文獻(xiàn)

[1] 崛浩雄，鈴木幸治.彩色液晶顯示[M].北京：科學(xué)出版社，2003.

[2] 中華液晶網(wǎng).今年國內(nèi)TFT-LCD偏光片自給率估6.7%.http：//www.fpdisplay.com/news/2014-05/info-168249-617.htm

[3] 謝宜鳳.精密涂布工藝應(yīng)用新進(jìn)展[J].信息記錄材料，2010，（1）.

3.2.7 UV固化裝置。此裝置主要針對UV固化膠水，在偏光膜涂布設(shè)備中比較少用，有的并不配置。配置的原因主要是考慮一機(jī)多用，除偏光膜涂布外還可進(jìn)行其他光學(xué)膜的涂布，如硬化膜等。需注意的是，COMMA KNIFE涂布頭不適合UV固化膠水的涂布，通常使用Micro Gravure（微凹版輥）涂布工藝。

3.2.8 原板放卷裝置。同本節(jié)第1點(diǎn)。

3.2.9 原板蓄膜裝置。同本節(jié)第3點(diǎn)。

3.2.10 貼合裝置。貼合裝置的重點(diǎn)是貼合輥，貼合輥設(shè)計(jì)有上下兩輥式或3輥式、水平兩輥式等。兩輥式通常一鋼輥、一膠輥配置。進(jìn)行貼合時(shí)，各膜的平整度與張力控制非常重要，否則會(huì)影響貼合產(chǎn)品的平整度。為提高貼合效率，根據(jù)實(shí)際需要在貼合機(jī)上實(shí)現(xiàn)多功能復(fù)合與保護(hù)膜收卷是十分必要的。在偏光膜的涂布過程中，由于膜的層數(shù)多，實(shí)現(xiàn)這一功能尤為重要。

3.2.11 裁片堆疊裝置。本裝置是偏光膜生產(chǎn)必需設(shè)備之一，因?yàn)槠饽ぎa(chǎn)品多為片狀交貨，直接配置在生產(chǎn)線上切片易于實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)。由于偏光膜對切口要求整齊、不能起毛邊，因此對切刀的要求極高。同時(shí)，由于偏光膜與位相差膜貼合時(shí)有角度的要求，因此切片裝置需具有整體旋轉(zhuǎn)功能并配置角度顯示。需注意的是，堆疊機(jī)的使用受到生產(chǎn)速度的限制，當(dāng)生產(chǎn)速度超過10m/min時(shí)不適宜在線自動(dòng)切片堆疊，而必須進(jìn)行離線裁切。

3.2.12 成品收卷裝置。本裝置與裁片堆疊裝置錯(cuò)開使用。當(dāng)不需要裁切時(shí)，就使用本裝置進(jìn)行收卷。收卷機(jī)視實(shí)際需要，選用單工位收卷或雙工位收卷。

4 結(jié)語

偏光膜涂布生產(chǎn)設(shè)備的要求與其他光學(xué)膜涂布生產(chǎn)設(shè)備類似，要求制造精密、控制準(zhǔn)確，設(shè)備必須做好防銹、防塵工作，設(shè)備相關(guān)組件材質(zhì)不能產(chǎn)生粉塵。各傳動(dòng)導(dǎo)輥需質(zhì)輕、動(dòng)平衡良好，確保轉(zhuǎn)動(dòng)順暢。同時(shí)需做好防爆、隔爆工作，并配備除靜電裝置。

由于國內(nèi)偏光膜廠商不多，目前偏光膜涂布生產(chǎn)設(shè)備基本從國外進(jìn)口，以日本與韓國生產(chǎn)為主，其中日本的設(shè)備技術(shù)含量更高、價(jià)格更貴。為有效降低投資成本，可與設(shè)備制造商進(jìn)行友好協(xié)商，部分非主要零部件可放在國內(nèi)加工，如機(jī)架、鋼構(gòu)等；相對重要的輥、控制部分、涂布頭、干燥箱等由國外加工。

偏光膜涂布設(shè)備完全國產(chǎn)化條件仍不具備，主要差距體現(xiàn)在加工精度與控制精度，另外設(shè)備設(shè)計(jì)與制造人員對高精密涂布、光學(xué)膜高要求的認(rèn)識(shí)也有待提高。

參考文獻(xiàn)

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[3] 謝宜鳳.精密涂布工藝應(yīng)用新進(jìn)展[J].信息記錄材料，2010，（1）.

3.2.7 UV固化裝置。此裝置主要針對UV固化膠水，在偏光膜涂布設(shè)備中比較少用，有的并不配置。配置的原因主要是考慮一機(jī)多用，除偏光膜涂布外還可進(jìn)行其他光學(xué)膜的涂布，如硬化膜等。需注意的是，COMMA KNIFE涂布頭不適合UV固化膠水的涂布，通常使用Micro Gravure（微凹版輥）涂布工藝。

3.2.8 原板放卷裝置。同本節(jié)第1點(diǎn)。

3.2.9 原板蓄膜裝置。同本節(jié)第3點(diǎn)。

3.2.10 貼合裝置。貼合裝置的重點(diǎn)是貼合輥，貼合輥設(shè)計(jì)有上下兩輥式或3輥式、水平兩輥式等。兩輥式通常一鋼輥、一膠輥配置。進(jìn)行貼合時(shí)，各膜的平整度與張力控制非常重要，否則會(huì)影響貼合產(chǎn)品的平整度。為提高貼合效率，根據(jù)實(shí)際需要在貼合機(jī)上實(shí)現(xiàn)多功能復(fù)合與保護(hù)膜收卷是十分必要的。在偏光膜的涂布過程中，由于膜的層數(shù)多，實(shí)現(xiàn)這一功能尤為重要。

3.2.11 裁片堆疊裝置。本裝置是偏光膜生產(chǎn)必需設(shè)備之一，因?yàn)槠饽ぎa(chǎn)品多為片狀交貨，直接配置在生產(chǎn)線上切片易于實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)。由于偏光膜對切口要求整齊、不能起毛邊，因此對切刀的要求極高。同時(shí)，由于偏光膜與位相差膜貼合時(shí)有角度的要求，因此切片裝置需具有整體旋轉(zhuǎn)功能并配置角度顯示。需注意的是，堆疊機(jī)的使用受到生產(chǎn)速度的限制，當(dāng)生產(chǎn)速度超過10m/min時(shí)不適宜在線自動(dòng)切片堆疊，而必須進(jìn)行離線裁切。

3.2.12 成品收卷裝置。本裝置與裁片堆疊裝置錯(cuò)開使用。當(dāng)不需要裁切時(shí)，就使用本裝置進(jìn)行收卷。收卷機(jī)視實(shí)際需要，選用單工位收卷或雙工位收卷。

4 結(jié)語

偏光膜涂布生產(chǎn)設(shè)備的要求與其他光學(xué)膜涂布生產(chǎn)設(shè)備類似，要求制造精密、控制準(zhǔn)確，設(shè)備必須做好防銹、防塵工作，設(shè)備相關(guān)組件材質(zhì)不能產(chǎn)生粉塵。各傳動(dòng)導(dǎo)輥需質(zhì)輕、動(dòng)平衡良好，確保轉(zhuǎn)動(dòng)順暢。同時(shí)需做好防爆、隔爆工作，并配備除靜電裝置。

由于國內(nèi)偏光膜廠商不多，目前偏光膜涂布生產(chǎn)設(shè)備基本從國外進(jìn)口，以日本與韓國生產(chǎn)為主，其中日本的設(shè)備技術(shù)含量更高、價(jià)格更貴。為有效降低投資成本，可與設(shè)備制造商進(jìn)行友好協(xié)商，部分非主要零部件可放在國內(nèi)加工，如機(jī)架、鋼構(gòu)等；相對重要的輥、控制部分、涂布頭、干燥箱等由國外加工。

偏光膜涂布設(shè)備完全國產(chǎn)化條件仍不具備，主要差距體現(xiàn)在加工精度與控制精度，另外設(shè)備設(shè)計(jì)與制造人員對高精密涂布、光學(xué)膜高要求的認(rèn)識(shí)也有待提高。

參考文獻(xiàn)

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[2] 中華液晶網(wǎng).今年國內(nèi)TFT-LCD偏光片自給率估6.7%.http：//www.fpdisplay.com/news/2014-05/info-168249-617.htm

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