偏光膜主要设备——TAC处理机设计要点

摘要：文章简要介绍了偏光膜的结构，对偏光膜主要生产设备——TAC处理机设计要点做了详细阐述，并对TAC处理机的发展趋势进行了简要说明。
关键词：偏光膜；生产设备；TAC处理机
1006-8937（2012）20-0105-02
偏光膜是液晶显示器必需的关键组件之一，其作用就是将自然光变成偏振光，由于把偏振光用于其显示原理中，偏振片不仅是必需的构件，同时对其高性能、多功能的追求对于LCD功能的提高是必不可少的。
图1是偏光膜的基本结构。其核心层是两层TAC膜夹一层PVA膜，俗称“原板”。以原板为基础，根据不同的使用要求，再在原板的一侧或两侧分别贴合不同功能的光学膜，如反射膜、半透膜、位相差膜等，由此形成不同用途的偏光膜产品，如反射型偏光膜、半透型偏光膜等。
偏光膜的主要生产设备分为TAC处理机、PVA拉伸机及涂布机。
现针对TAC处理机的设计要点进行阐述。
1TAC处理机结构简图及作用

1.1简图

TAC处理机结构简图如图2所示。

1.2TAC表面处理的目的与作用

在偏光膜的生产中，PVA膜经过水洗、膨润、染色、延伸、洗净、水切等处理并干燥之后，厚度不到25 μm，本身的机械强度和平挺度均很差，其在温热的环境中会很快变形、收缩、松弛、衰退，质脆易破，不便于使用和加工。因此需在其两侧贴上具有高透光率、低雾度值、耐热性好、机械强度高及光学上各向同性的透明薄膜——如TAC膜，一方面起保护作用，另一方面可防止PVA膜的回缩。两片保护膜夹一片PVA膜就成了如今常说的偏光片。
由于PVA膜对TAC膜而言，其接口为亲水性界面，因此TAC膜必须具有较大的亲水性，以利于TAC膜与PVA膜贴合。具有较大亲水性的TAC膜接触角在20°以下，而未经处理的TAC膜接触角在30～50°以上。所以TAC膜贴合之前必须经过表面处理，使得TAC膜具有较小的接触角，亦即较大的亲水性。要达到这一目的，可通过TAC处理机来实现。
2TAC处理机设计要点
2.1双工位放卷装置

摘自：毕业论文格式要求www.udooo.com

之所以设计成双工位，目的是为了连续生产的需要。放卷时需保证原料膜在一定张力下平稳运行，所以需配备相应的张力控制装置。根据经验，当线速度超过40m/min时，膜换卷时人工接膜很困难，应考虑设置自动接膜装置。

2.2碱处理槽

碱处理槽是TAC处理机的最核心部分，它直接决定了TAC的处理效果。
①设计时需根据理论生产速度计算出TAC膜在槽内停留的时间，通常需保证90～100 s以上。检测设线速度为40 m/min，膜在槽内的行程不得小于60 m。
②确定槽的尺寸。槽的长度需考虑安装场地，为尽量节约用地，必须考虑膜在槽中的穿行路径需往复，通常至少3～7个来回。但此时需注意槽内导辊的布置必须避免膜在槽中出现下垂刮碰接触，以防划伤。槽不能太深，小于600 mm为宜，否则人手无法穿膜。
③确保槽内碱液干净，浓度、温度均匀。浓度与温度的均匀需通过液体的不断循环来实现，泵的流量需保证液体在8～15 min内实现一次过滤循环，同时，回流口的设计需避免出现呆滞区、亦应避免出现湍流影响膜的平稳运行。液体加热方式分槽内直接盘管加热与槽外热交换器加热（热源可采用蒸汽或导热油），温度误差需控制在±1℃以内，热交换器加热效果更理想。
④槽内导辊与槽体内部材质。TAC处理过程中，表面避免划痕是很重要的，因此导辊的设计原则在保证强度的前提下尽量轻，对轴承的质量要求也高，导辊工作面通常包覆海绵（俗称Sponge roll），早期的设计常将海绵辊加工成多面辊形式（如24面），以增加牵引力，但这样可能导致辊面偏芯影响运转平稳，因此现在多直接加工成圆形。处理槽内除导辊工作面外，其他部分均使用不锈钢304或316L制作。
⑤槽出口挤压辊。经过处理后的TAC膜在离开处理槽进入下一工序前必须尽量将膜上碱液去除，以防止碱液的过快流失，同时，也避免对下一工序造成严重污染。挤压辊的加工精度与橡胶材质是决定碱液挤干效果的关键，橡胶材质使用NBR或EPDM为主，硬度控制在邵氏硬度（A）70～80之间，但同一胶辊的硬度误差需控制在±1。

2.3中和槽与洗净槽

中和槽与洗净槽的作用就是分别通过酸溶液与纯水去除残留在TAC膜上的碱液及杂质，不过中和槽在很多情况下并不使用，只是通过洗净槽来达到目的。槽内温控及结构的设计与碱处理槽一样，需注意的是三槽的水位高度No3﹥No2﹥No1，以确保槽内异物通过溢流至No1，再经循环过滤装置去除。各洗净槽出口配有挤水装置，以将水挤切干净。为保证进入干燥箱之前膜面无水迹，No3出口有的还配置风刀，建议速度超过30 m/min为必配。因为若留下水滴或不干，最后的成品会在膜上留下痕迹，严重影响产品外观。

2.4干燥箱

干燥箱就是将处理并经水洗后的TAC进行烘干，为避免划伤，箱内尽量少装导辊，且导辊要求质量轻、旋转易，最好使用铝质或碳纤维导辊，表面抛光。干燥箱的加热方式分箱内热盘管辐射加热与换热器热风加热，后者加热效果更为均匀，也便于控制洁净度。由于偏光板对欠点的控制严格，因此，干燥箱必须考虑净化的等级要求，通常设计在100级～1000级之间。

2.5双工位收卷装置

设计双工位是为了连续生产的需要。由于TAC两边有约10 mm宽的轧花边，以尽量保证收卷之后避免膜与膜之间的刮碰，因此收卷的张力控制必须精准。同时，整个收卷装置必须配置EPC自动对边装置，以保证收卷的齐整。

2.6电控装置

由于TAC整个处理过程张力、速度、温度等控制非常重要，因此对机台的自动化控制要求也高，通常使用伺服电机驱动、张力控制使用张力检出器、温度检测通过铂电阻等，最后经plc集中控制。
根据图1偏光膜的结构可知，TAC用量是PVA的两倍，所以TAC处理机的线速度应满足两倍于PVA拉伸机甚至更高一些，以保证整个生产流程的相互匹配，目前TAC处理机最高速度已超过50 m/min。
3结语
TAC表面处理的好坏直接取决于TAC处理机的性能与工艺，亦直接影响偏光膜的质量，因此必须引起足够的重视。由于TAC处理机是典型的非标设备，因此在设备订制过程中需与加工商进行密切沟通，防锈、洁净、质轻、高精度是基本要求。槽内导辊Sponge roll国内加工质量还无法满足要求，差距在于海绵颗粒的均匀度、辊身在保证强度前提下的轻盈性及加工水平、工艺等。建议向日本或韩国的专业胶辊制造商订制。相关控制件亦建议使用进口品牌如三菱等。
设备国产化条件基本具备，但由于偏光膜生产技术的高难度，新进入者几乎为零，因此并无推广条件。
近年来，随着表面处理技术的提高，如电晕技术、等离子技术的采用，已有厂商尝试取消TAC处理机，虽然还未有突破性进展，但仍值得持续关注。
参考文献：
赖延清,蒋良兴,田忠良,等.液晶显示器用偏光片[J].Review光显示,2007,(7).