偏光膜主要設備——TAC處理機設計要點

摘 要：文章簡要介紹了偏光膜的結構，對偏光膜主要生產設備——TAC處理機設計要點做了詳細闡述，并對TAC處理機的發展趨勢進行了簡要說明。

關鍵詞：偏光膜；生產設備；TAC處理機

中圖分類號：TN805 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2012）20-0105-02

偏光膜是液晶顯示器必需的關鍵組件之一，其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件，同時對其高性能、多功能的追求對于LCD功能的提高是必不可少的。

圖1是偏光膜的基本結構。其核心層是兩層TAC膜夾一層PVA膜，俗稱“原板”。以原板為基礎，根據不同的使用要求，再在原板的一側或兩側分別貼合不同功能的光學膜，如反射膜、半透膜、位相差膜等，由此形成不同用途的偏光膜產品，如反射型偏光膜、半透型偏光膜等。

偏光膜的主要生產設備分為TAC處理機、PVA拉伸機及涂布機。

現針對TAC處理機的設計要點進行闡述。

1 TAC處理機結構簡圖及作用

1.1 簡 圖

TAC處理機結構簡圖如圖2所示。

1.2 TAC表面處理的目的與作用

在偏光膜的生產中，PVA膜經過水洗、膨潤、染色、延伸、洗凈、水切等處理并干燥之后，厚度不到25 μm，本身的機械強度和平挺度均很差，其在溫熱的環境中會很快變形、收縮、松弛、衰退，質脆易破，不便于使用和加工。因此需在其兩側貼上具有高透光率、低霧度值、耐熱性好、機械強度高及光學上各向同性的透明薄膜——如TAC膜，一方面起保護作用，另一方面可防止PVA膜的回縮。兩片保護膜夾一片PVA膜就成了如今常說的偏光片。

由于PVA膜對TAC膜而言，其接口為親水性界面，因此TAC膜必須具有較大的親水性，以利于TAC膜與PVA膜貼合。具有較大親水性的TAC膜接觸角在20°以下，而未經處理的TAC膜接觸角在30～50°以上。所以TAC膜貼合之前必須經過表面處理，使得TAC膜具有較小的接觸角，亦即較大的親水性。要達到這一目的，可通過TAC處理機來實現。

2 TAC處理機設計要點

2.1 雙工位放卷裝置

之所以設計成雙工位，目的是為了連續生產的需要。放卷時需保證原料膜在一定張力下平穩運行，所以需配備相應的張力控制裝置。根據經驗，當線速度超過40m/min時，膜換卷時人工接膜很困難，應考慮設置自動接膜裝置。

2.2 堿處理槽

堿處理槽是TAC處理機的最核心部分，它直接決定了TAC的處理效果。

①設計時需根據理論生產速度計算出TAC膜在槽內停留的時間，通常需保證90～100 s以上。假設線速度為40 m/min，膜在槽內的行程不得小于60 m。

②確定槽的尺寸。槽的長度需考慮安裝場地，為盡量節約用地，必須考慮膜在槽中的穿行路徑需往復，通常至少3～7個來回。但此時需注意槽內導輥的布置必須避免膜在槽中出現下垂刮碰接觸，以防劃傷。槽不能太深，小于600 mm為宜，否則人手無法穿膜。

③確保槽內堿液干凈，濃度、溫度均勻。濃度與溫度的均勻需通過液體的不斷循環來實現，泵的流量需保證液體在8～15 min內實現一次過濾循環，同時，回流口的設計需避免出現呆滯區、亦應避免出現湍流影響膜的平穩運行。液體加熱方式分槽內直接盤管加熱與槽外熱交換器加熱（熱源可采用蒸汽或導熱油），溫度誤差需控制在±1℃以內，熱交換器加熱效果更理想。

④槽內導輥與槽體內部材質。TAC處理過程中，表面避免劃痕是很重要的，因此導輥的設計原則在保證強度的前提下盡量輕，對軸承的質量要求也高，導輥工作面通常包覆海綿（俗稱Sponge roll），早期的設計常將海綿輥加工成多面輥形式（如24面），以增加牽引力，但這樣可能導致輥面偏芯影響運轉平穩，因此現在多直接加工成圓形。處理槽內除導輥工作面外，其他部分均使用不銹鋼304或316L制作。

⑤槽出口擠壓輥。經過處理后的TAC膜在離開處理槽進入下一工序前必須盡量將膜上堿液去除，以防止堿液的過快流失，同時，也避免對下一工序造成嚴重污染。擠壓輥的加工精度與橡膠材質是決定堿液擠干效果的關鍵，橡膠材質使用NBR或EPDM為主，硬度控制在邵氏硬度（A）70～80之間，但同一膠輥的硬度誤差需控制在±1。

2.3 中和槽與洗凈槽

中和槽與洗凈槽的作用就是分別通過酸溶液與純水去除殘留在TAC膜上的堿液及雜質，不過中和槽在很多情況下并不使用，只是通過洗凈槽來達到目的。槽內溫控及結構的設計與堿處理槽一樣，需注意的是三槽的水位高度No3﹥No2﹥No1，以確保槽內異物通過溢流至No1，再經循環過濾裝置去除。各洗凈槽出口配有擠水裝置，以將水擠切干凈。為保證進入干燥箱之前膜面無水跡，No3出口有的還配置風刀，建議速度超過30 m/min為必配。因為若留下水滴或不干，最后的成品會在膜上留下痕跡，嚴重影響產品外觀。

2.4 干燥箱

干燥箱就是將處理并經水洗后的TAC進行烘干，為避免劃傷，箱內盡量少裝導輥，且導輥要求質量輕、旋轉易，最好使用鋁質或碳纖維導輥，表面拋光。干燥箱的加熱方式分箱內熱盤管輻射加熱與換熱器熱風加熱，后者加熱效果更為均勻，也便于控制潔凈度。由于偏光板對欠點的控制嚴格，因此，干燥箱必須考慮凈化的等級要求，通常設計在100級～1000級之間。

2.5 雙工位收卷裝置

設計雙工位是為了連續生產的需要。由于TAC兩邊有約10 mm寬的軋花邊，以盡量保證收卷之后避免膜與膜之間的刮碰，因此收卷的張力控制必須精準。同時，整個收卷裝置必須配置EPC自動對邊裝置，以保證收卷的齊整。

2.6 電控裝置

由于TAC整個處理過程張力、速度、溫度等控制非常重要，因此對機臺的自動化控制要求也高，通常使用伺服電機驅動、張力控制使用張力檢出器、溫度檢測通過鉑電阻等，最后經PLC集中控制。

根據圖1偏光膜的結構可知，TAC用量是PVA的兩倍，所以TAC處理機的線速度應滿足兩倍于PVA拉伸機甚至更高一些，以保證整個生產流程的相互匹配，目前TAC處理機最高速度已超過50 m/min。

3 結 語

TAC表面處理的好壞直接取決于TAC處理機的性能與工藝，亦直接影響偏光膜的質量，因此必須引起足夠的重視。由于TAC處理機是典型的非標設備，因此在設備訂制過程中需與加工商進行密切溝通，防銹、潔凈、質輕、高精度是基本要求。槽內導輥Sponge roll國內加工質量還無法滿足要求，差距在于海綿顆粒的均勻度、輥身在保證強度前提下的輕盈性及加工水平、工藝等。建議向日本或韓國的專業膠輥制造商訂制。相關控制件亦建議使用進口品牌如三菱等。

設備國產化條件基本具備，但由于偏光膜生產技術的高難度，新進入者幾乎為零，因此并無推廣條件。

近年來，隨著表面處理技術的提高，如電暈技術、等離子技術的采用，已有廠商嘗試取消TAC處理機，雖然還未有突破性進展，但仍值得持續關注。

參考文獻：

[1] 賴延清，蔣良興，田忠良，等.液晶顯示器用偏光片[J].Review光顯示，2007，(7).