CN105518562B - 用于制备偏振膜的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了通过连续工艺用碘、碘化钾和硼酸使基膜染色来制备表现出偏振特性的PVA膜(偏振膜)的装置，所述装置包括：染色浴，所述基膜在所述染色浴中浸渍在包含碘、碘化钾和硼酸的含水溶液中以使所述基膜染色，并且碘的浓度维持在预定的低浓度范围中；以及至少一个泵，设置在所述染色浴的一侧以通过连续或间断滴入方式进给碘，其中，基于在与所述泵间隔开的所述染色浴的某个区域中测量的碘浓度与从所述泵进给的碘的区域中的碘浓度的偏差，所述进给的碘的量被控制成使得在所述某个区域中测量的碘浓度维持在预定的低浓度范围中。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于制备偏振膜的装置。
背景技术
一般来讲，偏振片或偏振膜用于将自然光转换成偏振光。这种偏振功能可以通过用一种材料对偏振片染色来实现。液晶显示器通常使用用碘染色的碘型偏振膜作为偏振材料。
这种碘型偏振膜通过用二色性碘或二色性染料对聚乙烯醇(PVA)膜染色并且通过例如单轴取向的方法在预定方向上取向(orienting)PVA膜来制备，并且广泛用于LCD。例如，包括在水溶液中单轴取向未取向的PVA膜然后将取向的PVA膜浸渍在包含碘和/或碘化钾的溶液中的方法、包括将未取向的PVA膜浸渍在包含碘和/或碘化钾的溶液中单轴取向PVA膜的方法、在包含碘和/或碘化钾的溶液中单轴取向未取向的PVA膜的方法或者包括单轴取向干燥状态的未取向的PVA膜然后将取向的PVA膜浸渍在包含碘和/或碘化钾的溶液中的方法可以用于制备偏振膜。
碘被吸附在其中并取向的PVA膜可以通过用水洗涤或干燥而经过后处理(post-treatment)以获得偏振膜，并且通过在形成的偏振膜的至少一侧上层压保护膜来获得偏振片。
同时，在偏振片的制备过程期间替换PVA膜的情况中，通过经过试运行来制备偏振膜然后切割偏振膜来获取样品，然后测量样品的透射率。此后，作为符合标准规范的一般方法，向样品增加工艺因素和附属材料，或者稀释样品。
然而，在通过以上所述的试运行制备偏振膜之后测量偏振膜的透射率的方法存在增加PVA膜损失以及由于生产线关停引起的生产成本增加的问题。尤其是，当考虑到偏振膜通常通过连续工艺制备时，大量的碘被消耗，从而可能极大地浪费昂贵的碘溶液，因为根据操作员的经验来控制对透射率有极大影响的碘的添加量。
因此，对用于控制偏振膜的颜色的新型装置有强烈需求，该新型装置能够解决上述常规技术的问题，并且使在更换PVA膜时的材料的损失和碘溶液的浪费最小。
发明内容
技术问题
因此，本发明已经解决了上述问题及还有待解决的其他技术问题。
由于为了解决上述问题而进行的大量广泛而深入的研究和实验，本发明人发现，根据有关通过染色浴中的碘、碘化钾和硼酸的浓度计、补充浴的碘化钾浓度计以及装置炉室和4级炉室的温度计测量的输入数据的信息以及有关引入到连续工艺中的PVA膜的特性的信息，通过实时控制碘的添加量使得染色浴的碘的浓度在预定的低浓度的范围内以预测作为偏振膜的重要因素的透射率，可以使PVA膜的材料损失和碘溶液的使用最小。
技术方案
根据本发明的一方面，提供了一种用于通过连续工艺用碘、碘化钾和硼酸使基膜染色来制备表现出偏振特性的PVA膜(偏振膜)的装置，所述装置包括：
染色浴，所述基膜在所述染色浴中浸渍在包含碘、碘化钾和硼酸的水溶液中以使所述基膜染色，并且碘的浓度被维持在预定的低浓度范围内；以及
至少一个泵，设置在所述染色浴的一侧以通过连续或间断地滴落(dropping)方式进给碘，
其中，基于在与所述泵间隔开的所述染色浴的某个区域中测量的碘浓度与从所述泵进给的区域中的碘浓度的偏差，进给的所述碘的量被控制使得在所述某个区域中测量的所述碘浓度维持在预定的低浓度范围内。
在具体实施例中，所述碘浓度可以设置为0.1ppm至100ppm的低浓度，优选地，为0.5ppm至50ppm的低浓度。
根据本发明，所述进给的碘的量通过在预定范围中的低浓度和反映在测量点处的所述染色浴的碘浓度的偏差的计算值或实验值的函数值(function value)来确定。所述偏差通过与在测量点变化的碘浓度(△I2)相互作用反映在预定的低浓度范围内的当前的碘浓度以及平均值。这里，相互作用的意思是当因变量根据一个因子水平的变化表现出根据另一个因子水平的变化不同时反映两个因子之间的相互作用。
作为一个实施例，与所述泵间隔开的染色浴的某个区域可以是染色浴的中央区域。在具体实施例中，延迟的碘扩散时间可以造成与所述泵间隔开的所述染色浴的某个区域中测量的碘浓度与从所述泵供应碘的区域中的碘浓度的偏差。
在这种结构中，所述染色浴中的碘的扩散速率可以在0.01米/分钟至0.10米/分钟的范围内，优选地0.04米/分钟。也就是说，根据本发明，染色浴中的碘的扩散速率影响偏振膜的透射率，并且由此，通过反映在偏振膜的输入模型中的碘的扩散速率，可以通过控制碘的添加量来更加精确地预测透射率。
可替代地，所述偏振膜在所述染色浴中的染色过程期间可以以20米/分钟至35米/分钟的范围内的速率运动。
所述染色浴可以包括碘浓度计、碘化钾浓度计和硼酸浓度计以测量碘、碘化钾和硼酸的每种的浓度。
在具体实施例中，所述装置可以是这样一种结构，所述结构进一步包括：
补充浴，将用碘、碘化钾和硼酸染色的PVA膜浸渍在含水的碘化钾溶液中并且用其使所述PVA膜染色，所述补充浴包括碘化钾浓度计以测量碘化钾的浓度；
装置炉室，用于干燥具有取向的碘、碘化钾和硼酸的所述PVA膜，所述装置炉室包括装置炉室温度计以测量所述装置炉室的温度；以及
中央控制器，用于控制所述染色浴和/或所述补充浴中的碘的添加量。
在此结构中，所述装置炉室可以包括两个炉室。
在这种情况下，根据需要，作为用于使所述装置炉室中干燥的所述PVA膜干燥的4级炉室，所述4级炉室可以进一步包括用于测量温度的4级炉室温度计并且可以是包括4个炉室的结构。
同时，根据本发明，通过控制碘添加量的透射率预测可以通过基于偏最小二乘法的PVA膜透射率预测模型来完成。
此外，根据本发明的用于制备偏振膜的装置可以是这样一种结构，所述结构进一步包括：清洗浴，用于清洗聚乙烯醇(PVA)膜作为基膜；以及拉伸浴，用于使用拉伸辊拉伸用碘、碘化钾和硼酸染色的PVA膜并且由此取向所述染色的碘、碘化钾和硼酸。
在一些情况下，根据本发明的用于制备偏振膜的装置可以是这样一种结构，所述结构进一步包括使所述PVA膜溶胀的溶胀浴以及用于清洗所述染色的PVA膜的清洗浴。
本发明还提供了通过使保护膜附连在通过装置制备的偏振膜的上表面和下表面的每个上制备的偏振板。
有益效果
从上述内容将明白，根据本发明的用于制备偏振膜的装置根据有关通过染色浴中的碘、碘化钾和硼酸的浓度计、补充浴的钾浓度计以及装置炉室和4级炉室的温度计测量的输入数据的特性的信息以及有关引入到连续工艺中的PVA膜的特性的信息，实时控制碘的添加量使得染色浴的碘浓度维持在预定的低浓度的范围内以预测作为偏振膜的重要因素的透射率，由此可以防止PVA膜的材料损失和碘溶液的不必要的浪费。
此外，基于进给的碘的预测浓度通过考虑当前的碘浓度和其他变量来控制进给的碘溶液的添加量以制备偏振膜，这样，可以缩短在一般染色过程中所需的时间。
附图说明
图1是图示了根据本发明的一个实施例的用于制备偏振膜的装置的示意性框图；
图2是图示了根据本发明的另一个实施例的用于制备偏振膜的装置的示意性流程图；
图3是图示了根据本发明的另一个实施例的用于制备偏振膜的装置的示意性框图；
图4至图5是图示了根据本发明的另一个实施例的用于控制透射率的碘控制方法的模拟视图；
图6是应用于根据本发明的用于制备偏振膜的装置的透射率预测模型系统；
图7是图示了根据本发明的预测的碘浓度值与测量的碘浓度值的相互关系的曲线图；并且
图8是图示了根据本发明的偏振膜的预测的透射率和实际透射率的结果的曲线图。
具体实施方式
现在参照以下实例更详细地描述本发明。这些实例仅提供用于本发明的说明，并且不应当被理解为限制本发明的范围和精神。
图1是图示了根据本发明的一个实施例的用于制备偏振膜的装置的示意性框图。
参见图1，根据本发明的用于制备偏振膜的装置90包括：染色浴(bath)10，使经洗涤的PVA膜浸渍在含水的碘溶液(aqueous iodine solution)和含水的碘化钾溶液中并且用其使膜染色；补充浴20，将用碘、碘化钾和硼酸染色的PVA膜浸渍在含水的碘化钾溶液中并且用其使膜染色；装置炉室(device oven)30，使具有取向的碘、碘化钾和硼酸的PVA膜干燥；4级炉室40，使在装置炉室中干燥的PVA膜干燥；组合物进给器(composition feeder)50，根据中央控制器60的输入信息补充进给到染色浴10和补充浴20中的组合物的量；以及中央控制器60。
因此，PVA膜连续穿过染色浴10、补充浴20、装置炉室30和4级炉室40以形成偏振膜。
染色浴10设置有碘浓度计(concentration meter)12、碘化钾浓度计14和硼酸浓度计16以测量碘、碘化钾和硼酸的浓度C12和C14。补充浴20设置有碘化钾浓度计22以测量碘化钾的浓度C22。
此外，包括两个炉室的装置炉室30以及包括四个炉室的4级炉室40设置有两个装置炉室温度计32和34以及四个4级炉室温度计42、44、46和48以测量炉室T32、T34、T42、T44、T46和T48的温度。
中央控制器60基于使用染色浴10的碘、碘化钾和硼酸浓度计12、14和16和补充浴20的钾浓度计22以及装置炉室30和4级炉室40的温度计32、34、42、44、46和48测量的输入数据特性以及与引入到连续工艺中的PVA膜的特性相关的信息控制装置炉室30和4级炉室40的温度以及进给到染色浴10和补充浴20中的组合物的量。
进给到染色浴10中的组合物是碘、碘化钾和硼酸。进给到补充浴20中的组合物是碘化钾。此外，中央控制器60通过确定碘的添加量对通过组合物供给装置50进给的碘的量进行实时控制使得通过染色浴10的碘浓度计12使碘的浓度维持在预定的低浓度(0.5ppm至50ppm)以控制偏振膜的透射率。
优选地，通过使用多元回归分析法作为基于偏最小二乘法的PVA膜透射率模型来完成PVA膜的透射率的预测。
图2是图示了根据本发明的一个实施例的用于制备偏振膜的方法的示意性流程图。
参见图2和图1，根据本发明的用于制备偏振膜的方法902包括：洗涤聚乙烯醇(PVA)膜作为基膜(100)；使所洗涤的PVA膜在溶胀浴中溶胀(200)；染色，包括使洗涤的PVA膜浸渍在包含含水的碘溶液和含水的碘化钾溶液的染色浴10中并且使其与PVA膜一起干燥，并且使用碘浓度计12和碘化钾浓度计14测量染色浴10中的碘、碘化钾和硼酸的浓度(300)；在清洗浴中清洗染色的PVA膜(400)；使用拉伸辊拉伸用碘、碘化钾和硼酸染色的PVA膜以使染色的碘、碘化钾和硼酸取向(500)；补充染色，包括将用碘、碘化钾和硼酸染色的PVA膜浸渍在包含含水的碘化钾溶液的补充浴20中，用其使PVA膜染色，并且使用碘化钾浓度计22测量互补浴20中的碘化钾的浓度(600)；第一干燥，包括在装置炉室30中干燥包含取向的碘、碘化钾和硼酸的PVA膜，并且使用装置炉室温度计32和34测量装置炉室30的温度(700)；第二干燥，包括使在装置炉室30中干燥过的PVA膜在4级炉室40中干燥并且使用4级炉室温度计42、44、46和48测量4级炉室40的温度(800)；并且基于使用染色浴10的碘、碘化钾和硼酸浓度计12和14和补充浴20的钾浓度计22以及装置炉室30和4级炉室40的温度计32、34、42、44、46和48测量的输入数据特性以及与引入到连续工艺中的PVA膜的特性相关的信息控制装置炉室30和4级炉室40的温度以及进给到染色浴10和补充浴20中的组合物的量(900)。
在染色(300)期间，PVA膜浸渍在包含含有碘、碘化钾和硼酸的含水溶液的20℃至40℃的染色浴10中，然后用溶液染色。在第一和第二染色过程(700)和(800)中，在装置炉室30和4级炉室40中在40℃至60℃的温度下干燥PVA膜。
图3是图示了根据本发明的另一个实施例的用于制备偏振膜的装置的示意性框图。
结合图1和图2参照图3，通过将由三醋酸纤维素(TAC)制成的粘合保护膜104和106粘合在由图1的偏振膜制备装置90拉伸的偏振膜102的每个上表面和下表面上来制备偏振片108。
拉伸(500)包括根据拉伸辊的转速变化使用第一拉伸浴的第一拉伸以及使用第二拉伸浴的第二拉伸。在第一拉伸中，PVA膜具有1.5至3.0的拉伸比，并且在第二拉伸中，PVA膜具有2.0至3.0的拉伸比。
此外，用于制备偏振膜的装置92包括：洗涤浴51，用于清洗聚乙烯醇(PVA)膜作为基膜；溶胀浴53，使清洗的PVA膜溶胀；拉伸浴52，通过使用拉伸辊拉伸用碘、碘化钾和硼酸染色的PVA膜，并且由此取向染色的碘、碘化钾和硼酸；以及清洗浴54，用于清洗染色的PVA膜。
图4至图5是图示了根据本发明的另一个实施例的用于控制透射率的碘控制方法的示意性模拟视图。
结合图1至图3参见图4和图5，首先，碘通过组合物供给装置50经由泵200的操作进给到用于制备偏振膜的装置92的染色浴10中，然后根据中央控制器60的命令通过组合物供给装置50控制从泵200进给的碘的量，使得基于在从泵200进给的初始点测量的碘浓度与在染色浴10的中央部分中的碘浓度的偏差，将在染色浴10的中央部分测量的碘浓度维持在预定的低浓度范围(大约0.5ppm至50ppm)内。这里，根据使用环境所要求的预定透射率(Ts)设定值自动控制通过泵200进给的碘的量。在考虑到染色浴10和装置干燥炉室30的温度以及拉伸浴52的膜拉伸比反映数据(reflecting data)时设置透射率(Ts)，如图5所示。
因此，如图4所示，通过碘浓度(A)的一次建模(primary modeling)，现存的(present)碘浓度值和预测碘浓度值的相关性(correlation)约为86％，并且通过二次透射率建模(B)，实际装置透射率与预测装置透射率的相关性约为95％。以下在图7和图8中可以确认这些实验值的结果。
图6图示了应用于根据本发明的用于制备偏振膜的装置的典型的透射率预测模型系统。
结合图1至图5参见图6，透射率预测模型系统包括：碘输入模型(MI2)，碘浓度值输入到该碘输入模型中然后建模；以及透射率输入模型(MTs)，透射率(Ts)输入到该透射率输入模型中然后建模。
首先，当基于当前的染色浴10中的当前的碘浓度值(230:1.80mM)输入目标碘浓度值(210：1.85mM)时，显示碘浓度值之间的差值(220:0.05mM)。这里，目标装置透射率300的上限和下限条件根据当前步骤310发生变化的预定值(43.2％)输入到透射率输入模型(MTs)中。
随后，根据目标装置透射率300的条件实时控制通过泵200进给的碘的量，使得目标碘浓度值210和当前的碘浓度值230的差值(220:0.05mM)在随后输入偏振膜的透射率(320:43.7％)、偏振膜的移动速率(400:27m/min)以及当前的染色浴10的装置炉室的温度(500:90℃)时显示为“0”。
此外，根据本发明的实验结果，确认的是，偏振膜到达染色浴10的中央部分所需的时间约为16分钟。
图7是图示了根据本发明的预测的碘浓度值与测量的碘浓度值的相关性的曲线图。图8是图示了根据本发明的偏振膜的预测的透射率和偏振膜的实际透射率的结果的典型的曲线图。
参见图7和图8，由于通过输入染色浴的当前的碘浓度以及进给的碘溶液的量作为输入数据的多元回归分析模型，确认的是，预测的碘浓度值与测量的碘浓度值之间的相关系数(correlation coefficient)为0.811，这表明预测的碘浓度值与测量的碘浓度值非常相似。此外，确认的是，偏振膜的透射率可以通过控制碘的浓度作为重要的工艺变量来获得。
如图8所示，偏振膜的透射率具有0.973的相关系数，这表明预定的预测装置的透射率值和测量的装置的透射率值的精度非常高。
这里，曲线图中示出的实线(solid lines)表示相关变量的偏差。
虽然处于说明性目的公开了本发明的优选实施例，但是本领域的技术人员会认识到在不脱离由所附权利要求书所公开的本发明的范围和精神的情况下，可以进行多种修改、增设和替换。
Claims (13)
1.一种用于经连续工艺通过用碘、碘化钾和硼酸使基膜染色来制备表现出偏振特性的PVA膜的装置，包括：
染色浴，所述基膜在所述染色浴中浸渍在包含碘、碘化钾和硼酸的水溶液中以使所述基膜染色，碘的浓度维持在预定的低浓度范围内；以及
至少一个泵，设置在所述染色浴的一侧以通过连续或间断的滴落方式进给碘，
其中，基于在与所述泵间隔开的所述染色浴的某个区域中测量的碘浓度与从所述泵进给碘的区域中的碘浓度的偏差，进给的碘的量被控制为使得在所述某个区域中测量的所述碘浓度维持在预定的低浓度范围内，
其中，与所述泵间隔开的所述染色浴的某个区域是所述染色浴的中央部分，
其中，延迟的碘扩散时间造成与所述泵间隔开的所述染色浴的某个区域中测量的碘浓度与从所述泵进给碘的区域中的碘浓度的偏差，
其中，所述染色浴中的碘的扩散速率在0.01米/分钟至0.10米/分钟的范围内，并且
其中，所述基膜在染色期间在所述染色浴中以20米/分钟至35米/分钟的范围内的速率运动。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述碘浓度设置为0.1ppm至100ppm的低浓度。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述碘浓度设置为0.5ppm至50ppm的低浓度。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述进给的碘的量通过在预定范围中的低浓度和反映在测量点处的所述染色浴的碘浓度的偏差的计算值或实验值的函数值来确定。
5.根据权利要求1所述的装置，其中所述染色浴包括碘浓度计、碘化钾浓度计和硼酸浓度计以分别测量碘、碘化钾和硼酸中的每个的浓度。
6.根据权利要求1所述的装置，进一步包括：
补充浴，将用碘、碘化钾和硼酸染色的PVA膜浸渍在含水的碘化钾溶液中并且用其使所述PVA膜染色，所述补充浴包括碘化钾浓度计以测量碘化钾的浓度；
装置炉室，用于干燥包含取向的碘、碘化钾和硼酸的所述PVA膜，所述装置炉室包括装置炉室温度计以测量温度；以及
中央控制器，用于控制进给到所述染色浴和/或所述补充浴中的碘的量。
7.根据权利要求6所述的装置，其中所述装置炉室包括两个炉室。
8.根据权利要求6所述的装置，进一步包括用于使在所述装置炉室中干燥的所述PVA膜干燥的4级炉室，所述4级炉室包括用于测量温度的4级炉室温度计。
9.根据权利要求8所述的装置，其中所述4级炉室包括四个炉室。
10.根据权利要求1所述的装置，其中基于偏最小二乘法通过PVA膜透射率预测模型来完成根据对所述进给的碘的量的控制的透射率预测。
11.根据权利要求1所述的装置，进一步包括：清洗浴，用于清洗作为基膜的聚乙烯醇(PVA)膜；以及拉伸浴，用于使用拉伸辊拉伸用碘、碘化钾和硼酸染色的所述PVA膜并对染色的碘、碘化钾和硼酸取向。
12.根据权利要求1所述的装置，使用聚乙烯醇(PVA)膜作为所述基膜，进一步包括用于使所述PVA膜溶胀的溶胀浴以及用于清洗染色的PVA膜的清洗浴。
13.一种偏振板，通过使保护膜附连在通过根据权利要求1所述的装置制备的表现出偏振特性的PVA膜的上表面和下表面的每个上来进行制备。
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