JP6257777B2 - 偏光フィルムの製造装置 - Google Patents

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Description

本発明は、偏光フィルムの製造装置に関する。
偏光板(Polarizing Sheet)または偏光フィルム(Polarizing Film)は、一般に自然光を偏光に変える機能を有しており、このような偏光機能は、偏光板に染着される材料によって具現される。一般に液晶ディスプレイは、偏光材料として、ヨウ素が染着されたヨウ素タイプの偏光フィルムを使用する。
ヨウ素タイプの偏光フィルムは、ポリビニルアルコール(PVA)系列のフィルムを二色性ヨウ素または二色性染料などを用いて染色し、一軸延伸などの方法により一定の方向に配向させて製造し、LCDなどに多く使用される。例えば、非延伸PVAフィルムを水溶液中で一軸延伸した後、ヨウ素及びヨウ化カリウムを含有した溶液に浸漬(dipping)したり、または非延伸PVAフィルムをヨウ素及びヨウ化カリウムを含有した溶液に浸漬した後、一軸延伸したり、または非延伸PVAフィルムをヨウ素及びヨウ化カリウムを含有した溶液中で一軸延伸したり、または非延伸PVAフィルムを乾燥状態で一軸延伸した後、ヨウ素及びヨウ化カリウムを含有した溶液に浸漬したりして偏光フィルムを製造する。
ヨウ素が吸着及び配向されたPVAフィルムを水洗浄や乾燥などの方法で後処理して偏光フィルムを収得し、収得された偏光フィルムの少なくとも一面以上に保護フィルムを積層すると、偏光板が得られる。
一方、前記のような偏光板の製造過程においてPVAフィルムを交換する場合、試運転を通じて偏光フィルムを製造した後、前記偏光フィルムを切り取るなどの方法でサンプルを取って偏光フィルムの透過度を測定し、基準スペックと一致するように工程因子及び副原料を追加したり、希釈させたりする方法が広く使用されている。
しかし、上記のように試運転を通じて偏光フィルムを製造した後、透過度を測定する方法は、PVAフィルムの損失が多く、生産ラインの稼動が中断されるため、製造原価を上昇させるという問題がある。特に、偏光フィルムが、一般的に連続工程により製造されることを考慮すれば、透過度の測定のために、経験的な調節により透過度に大きく影響を及ぼすヨウ素を投入することによって、多量のヨウ素が消耗してしまい、高価のヨウ素溶液が大きく浪費されるという問題がある。
したがって、上記のような問題点を解決し、PVAの交換時にPVAフィルムの材料損失及びヨウ素溶液の浪費を最小化することができる偏光フィルムの色相制御装置に対する技術が非常に必要な実情である。
本発明は、上記のような従来技術の問題点及び過去から要請されてきた技術的課題を解決することを目的とする。
本出願の発明者らは、鋭意研究と様々な実験を重ねた結果、染着槽のヨウ素、ヨウ化カリウとホウ酸濃度測定器、補色槽のヨウ化カリウム濃度測定器、及び素子オーブンと4段オーブンの温度測定器から測定された入力データの特性と、連続工程に投入されるPVAフィルムの特性に対する情報に基づいて、偏光フィルムの主要因子として透過度を予測するために、前記染着槽のヨウ素濃度が予め設定された範囲の低濃度に維持されるようにヨウ素の投入量をリアルタイムで制御することによって、PVAフィルムの材料損失及びヨウ素溶液の使用を最小化することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
したがって、本発明に係る装置は、連続工程によって、基材フィルムにヨウ素、ヨウ化カリウムとホウ酸を染色して偏光特性を発揮するPVAフィルム(偏光フィルム)を製造する装置であって、
基材フィルムをヨウ素、ヨウ化カリウム及びホウ酸を含む水溶液に浸漬して染色し、前記ヨウ素が予め設定された範囲の低濃度に維持されている染着槽と、
前記染着槽の一側に備えられ、ヨウ素を連続的または断続的な点滴(dropping)方式で投入する少なくとも1つのポンプと、
を含んでおり、
前記ポンプから離隔した染着槽の任意の地点で測定されたヨウ素濃度と、ヨウ素がポンプから投入される地点のヨウ素濃度との偏差に基づいて、前記任意の地点で測定されたヨウ素濃度が予め設定された範囲の低濃度に維持されるようにヨウ素の投入量を制御することを特徴とする装置からなることができる。
一具体例において、前記ヨウ素の低濃度は、0.1ppm〜100ppmの範囲で設定されてもよく、好ましくは、前記ヨウ素の低濃度は、0.5ppm〜50ppmの範囲で設定されてもよい。
本発明によれば、前記ヨウ素の投入量は、予め設定された範囲の低濃度と、測定時点で染着槽のヨウ素濃度との偏差を反映した計算値または実験値の関数値によって決定され得る。前記偏差は、予め設定された低濃度の範囲での現在のヨウ素濃度と、測定時点の変化によるヨウ素濃度(I)との間の交互作用による平均を考慮した値が反映される。ここで、交互作用とは、1つの因子の水準による従属変数の変化が、他の因子の水準によって異なって現れるとき、2つの因子間の相互作用が反映されるということを意味する。
一例において、前記ポンプから離隔した染着槽の任意の地点は、染着槽の中央部位であってもよく、具体例において、前記ポンプから離隔した染着槽の任意の地点で測定されたヨウ素濃度と、ヨウ素がポンプから投入される地点のヨウ素濃度との偏差は、ヨウ素拡散の時間遅延(time delay)によって生じる構成であり得る。
このような構造において、前記染着槽においてヨウ素の拡散速度は、0.01m/min〜0.10m/minの範囲であってもよく、好ましくは、0.04m/minであってもよい。すなわち、本発明によれば、前記染着槽におけるヨウ素の拡散速度が偏光フィルムの透過度に影響を及ぼすので、前記ヨウ素の拡散速度を偏光フィルムの透過度入力モデルに反映することによって、ヨウ素投入量の調節を通じて、より正確な透過度の予測が可能である。
また、前記偏光フィルムは、前記染着槽で染着される過程において、前記染着槽内で20m/min〜35m/minの速度で移動する構造であってもよい。
前記染着槽は、ヨウ素、ヨウ化カリウム及びホウ酸の濃度をそれぞれ測定するためのヨウ素濃度測定器、ヨウ化カリウム濃度測定器及びホウ酸濃度測定器を含む構造であってもよい。
一具体例において、前記装置は、
ヨウ素、ヨウ化カリウム及びホウ酸が染着されたPVAフィルムをヨウ化カリウム水溶液に浸漬して染色する補色槽であって、ヨウ化カリウムの濃度を測定するためのヨウ化カリウム濃度測定器を備えている補色槽と、
ヨウ素、ヨウ化カリウム及びホウ酸が配向されたPVAフィルムを乾燥する素子オーブンであって、素子オーブンの温度を測定するための素子オーブン温度測定器を備えている素子オーブンと、
前記染着槽及び/又は補色槽のヨウ素投入量を制御する中央制御部と、
をさらに含む構造であってもよい。
前記構造において、前記素子オーブンは、2つのオーブンで構成されている構造であってもよい。
場合によって、前記素子オーブンで乾燥されたPVAフィルムを乾燥する4段オーブンであって、4段オーブンの温度を測定するための4段オーブン測定器を備えている4段オーブンをさらに含む構造であってもよく、前記4段オーブンは、4つのオーブンで構成されている構造であってもよい。
一方、本発明によれば、前記ヨウ素投入量の制御による透過度の予測は、部分最小二乗法(Partial Least Squares)に基づくPVAフィルム透過度予測モデルによって達成することができる。
また、基材フィルムであるポリビニルアルコール(PVA)フィルムを水洗する水洗槽、及びヨウ素、ヨウ化カリウム及びホウ酸が染着されたPVAフィルムを延伸ローラによって延伸することで、染着されたヨウ素、ヨウ化カリウム及びホウ酸を配向させる延伸槽をさらに含む構造であってもよい。
場合によって、前記PVAフィルムを膨潤させる膨潤槽、及び染着されたPVAフィルムを洗浄する洗浄槽をさらに含む構造であってもよい。
本発明はまた、前記装置を経て製造された偏光フィルムの上面及び下面にそれぞれ保護フィルムを付着して製造される偏光板を提供する。
本発明の一実施例に係る偏光フィルム製造装置の構成図である。 本発明の他の実施例に係る偏光フィルム製造方法のフローチャートである。 本発明の更に他の実施例に係る偏光フィルム製造装置の構成図である。 本発明の一実施例に係る透過度を調節するためのヨウ素の制御過程の模式図である。 本発明の一実施例に係る透過度を調節するためのヨウ素の制御過程の模式図である。 本発明に係る偏光フィルム製造装置に適用される透過度予測モデルシステムである。 本発明に係る予測ヨウ素濃度値と実測ヨウ素濃度値との相関関係を示すグラフである。 本発明に係る予測偏光フィルムの透過度及び実際の偏光フィルムの透過度の結果を示すグラフである。
以下では、図面などを参照して本発明をより詳述するが、本発明の範疇がそれによって限定されるものではない。
図1には、本発明の一実施例に係る偏光フィルム製造装置の構成図が模式的に示されている。
図1を参照すると、本発明に係る偏光フィルム製造装置90は、水洗したPVAフィルムをヨウ素水溶液とヨウ化カリウム水溶液に浸漬して染色する染着槽10、ヨウ素、ヨウ化カリウムとホウ酸が染着されたPVAフィルムをヨウ化カリウム水溶液に浸漬して染色する補色槽20、ヨウ素、ヨウ化カリウムとホウ酸が配向されたPVAフィルムを乾燥する素子オーブン30、素子オーブンで乾燥されたPVAフィルムを乾燥する4段オーブン40、中央制御部60の入力情報に基づいて素子オーブン30及び4段オーブン40の温度と染着槽10及び補色槽20に投入される組成物の投入量を補充する組成物供給装置50、及び中央制御部60で構成されている。
したがって、PVAフィルムは、染着槽10、補色槽20、素子オーブン30、及び4段オーブン40を順次経て偏光フィルムとなる。
染着槽10には、ヨウ素、ヨウ化カリウムとホウ酸の濃度C12,C14を測定するためのヨウ素濃度測定器12、ヨウ化カリウム濃度測定器14及びホウ酸濃度測定器16が設置されており、補色槽20には、ヨウ化カリウムの濃度C22を測定するためのヨウ化カリウム濃度測定器22が設置されている。
また、2つのオーブンからなる素子オーブン30と4つのオーブンからなる4段オーブン40には、オーブンの温度T32,T34,T42,T44,T46,T48を測定するための2つの素子オーブン温度測定器32,34と4つの4段オーブン測定器42,44,46,48が設置されている。
中央制御部60は、染着槽10のヨウ素、ヨウ化カリウムとホウ酸濃度測定器12、14,16、補色槽20のヨウ化カリウム濃度測定器22、及び素子オーブン30と4段オーブン40の温度測定器32,34,42,44,46,48から測定された入力データの特性と、連続工程に投入されるPVAフィルムの特性に対する情報に基づいて、素子オーブン30及び4段オーブン40の温度と、染着槽10及び補色槽20に投入される組成物の投入量を制御している。
染着槽10に投入される組成物はヨウ素、ヨウ化カリウム及びホウ酸であり、補色槽20に投入される組成物はヨウ化カリウムである。さらに、中央制御部60は、偏光フィルムの透過度を調節するために、染着槽10のヨウ素濃度測定器12を通じて、予め設定されたヨウ素の低濃度(0.5ppm〜50ppm)を維持するためのヨウ素の投入量を決定して、組成物供給装置50を介して投入するようにリアルタイムで制御している。
PVAフィルムの透過度の予測は、部分最小二乗法に基づくPVAフィルム透過度モデルである多重回帰分析法によって達成される。
図2には、本発明の一実施例に係る偏光フィルム製造方法のフローチャートが模式的に示されている。
図2を図1と共に参照すると、本発明に係る偏光フィルム製造方法902は、基材フィルムであるポリビニルアルコール(PVA)フィルムを水洗する水洗段階100と;水洗したPVAフィルムを膨潤槽で膨潤させる膨潤段階200と;水洗したPVAフィルムをヨウ素水溶液とヨウ化カリウム水溶液が入っている染着槽10に浸漬して染色し、ヨウ素濃度測定器12とヨウ化カリウム濃度測定器14が染着槽10のヨウ素、ヨウ化カリウムとホウ酸の濃度を測定する染着段階300と;染着されたPVAフィルムを洗浄槽で洗浄する洗浄段階400と;ヨウ素、ヨウ化カリウムとホウ酸が染着されたPVAフィルムを延伸ローラによって延伸することで、染着されたヨウ素、ヨウ化カリウムとホウ酸を配向させる延伸段階500と;ヨウ素、ヨウ化カリウムとホウ酸が染着されたPVAフィルムをヨウ化カリウム水溶液が入っている補色槽20に浸漬して染色し、ヨウ化カリウム濃度測定器22が補色槽20のヨウ化カリウムの濃度を測定する補色段階600と;ヨウ素、ヨウ化カリウムとホウ酸が配向されたPVAフィルムを素子オーブン30で乾燥し、素子オーブン温度測定器32,34が素子オーブン30の温度を測定する第1乾燥段階700と;素子オーブン30で乾燥されたPVAフィルムを4段オーブン40で乾燥し、4段オーブン測定器42,44,46,48が4段オーブン40の温度を測定する第2乾燥段階800と;中央制御部60が、染着槽10のヨウ素、ヨウ化カリウムとホウ酸濃度測定器12,14,16、補色槽20のヨウ化カリウム濃度測定器22、及び素子オーブン30と4段オーブン40の温度測定器32,34,42,44,46,48から測定された入力データの特性と、連続工程に投入されるPVAフィルムの特性に対する情報に基づいて、素子オーブン30及び4段オーブン40の温度と染着槽10及び補色槽20に投入される組成物の投入量を制御する制御段階900と;で構成されている。
染着段階300において、PVAフィルムは、20〜40℃の温度のヨウ素、ヨウ化カリウムとホウ酸水溶液が入っている染着槽10に浸漬して染色され、第1乾燥段階700及び第2乾燥段階800において、PVAフィルムは、40〜60℃の温度条件で素子オーブン30及び4段オーブン40で乾燥される。
図3には、本発明の更に他の実施例に係る偏光フィルム製造装置の構成図が模式的に示されている。
図3を図1及び図2と共に参照すると、偏光板108は、図1の偏光フィルム製造装置90によって延伸された偏光フィルム102の上面及び下面に、それぞれトリアセチルセルロースからなる保護フィルム104,106を付着して製造される。
延伸段階500は、延伸ローラの回転速度の変化に応じて、第1延伸水槽による第1延伸段階及び第2延伸水槽による第2延伸段階からなり、第1延伸段階でのPVAフィルムの延伸倍率が1.5〜3.0倍であり、第2延伸段階でのPVAフィルムの延伸倍率が2.0〜3.0倍となっている。
また、偏光フィルム製造装置92は、基材フィルムであるポリビニルアルコール(PVA)フィルムを水洗する水洗槽51、水洗したPVAフィルムを膨潤させる膨潤槽53、ヨウ素、ヨウ化カリウムとホウ酸が染着されたPVAフィルムを延伸ローラによって延伸することで、染着されたヨウ素、ヨウ化カリウムとホウ酸を配向させる延伸槽52、及び染着されたPVAフィルムを洗浄する洗浄槽54を含んでいる。
図4及び図5には、本発明の一実施例に係る透過度を調節するためのヨウ素の制御過程の模式図が概略的に示されている。
これらの図面を図1乃至図3と共に参照すると、まず、偏光フィルム製造装置92の染着槽10には、組成物供給装置50の作動でポンプ200を介してヨウ素が投入され、ポンプ200から投入される開始地点で測定されたヨウ素濃度と、染着槽10内の中央部位でのヨウ素濃度との偏差に基づいて、染着槽10内の中央部位で測定されたヨウ素濃度が予め設定された範囲の低濃度(約0.5ppm〜50ppm)に維持されるように、ポンプ200からのヨウ素投入量が中央制御部60の命令に従って組成物供給装置50によって調節される。ここで、ポンプ200を介して投入されるヨウ素投入量の調節は、使用環境に応じて要求される透過度Tの予め設定された値に応じて自動的に制御され、前記透過度Tは、図5に示されたように、染着槽10及び素子乾燥オーブン30の温度と延伸槽52のフィルム延伸比を考慮したデータを反映して設定される。
これによって、図4に示されているように、一次的にヨウ素濃度の模型化(A)が行われると、現在のヨウ素濃度値と予測ヨウ素濃度値の相関度が約86%を示し、二次的に透過度の模型化(B)が行われながら、実際の素子透過度と予測素子透過度の相関度が約95%を示し、このような実験値に対する結果は、下記の図7乃至図8を通じて確認することができる。
図6には、本発明に係る偏光フィルム製造装置に適用される透過度予測モデルシステムが模式的に示されている。
図6を図1乃至図5と共に参照すると、透過度予測モデルシステムは、ヨウ素濃度値を入力して模型化するヨウ素入力モデルMI、及び透過度Tを入力して模型化する透過度入力モデルMTを含んでいる。
まず、現在の染着槽10内の現在のヨウ素濃度値230(1.80mM)をベースとして目標ヨウ素濃度値210(1.85mM)を入力すると、これらの差値220(0.05mM)が表示される。ここで、透過度入力モデルMTには、目標素子透過度300が現在の段階310に応じて上下限条件が変換される予め設定された値(43.2%)が入力される。
その後、現在の染着槽10内の偏光フィルムの透過度320(43.7%)、偏光フィルムの移動速度400(27m/min)及び素子オーブンの温度500(90℃)が順次入力されながら、目標ヨウ素濃度値210と現在のヨウ素濃度値230との差値220(0.05mM)が‘0’で表されるように、ポンプ200を介して投入されるヨウ素投入量が、目標素子透過度300の条件に応じてリアルタイムで調節される。
また、本発明の実験結果によれば、前記偏光フィルムが前記染着槽10の中央部位まで到達するのに必要な時間は、約16分であるものと確認された。
図7には、本発明に係る予測ヨウ素濃度値と実測ヨウ素濃度値との相関関係を示すグラフが示されており、図8には、本発明に係る予測偏光フィルムの透過度及び実際の偏光フィルムの透過度の結果を示すグラフが模式的に示されている。
図7及び図8を参照すると、染着槽の現在のヨウ素濃度とヨウ素薬液投入流量を入力データとして多重回帰分析モデルを行った結果、下記図7からわかるように、相関係数が0.811であって、予測ヨウ素濃度値と実測ヨウ素濃度値の分布度が非常に類似していることを確認することができ、偏光フィルムの透過度は、主要工程変数であるヨウ素の濃度を調節して達成できることを確認することができる。
偏光フィルムの透過度は、図8に示されたように、相関係数が0.973であって、予め設定された予測素子透過度値と実測素子透過度値の正確度が非常に高いことを確認することができる。
ここで、グラフに示されている実線は、当該変数の偏差を示す。
本発明の属する分野における通常の知識を有する者であれば、上記内容に基づいて本発明の範疇内で様々な応用及び変形を行うことが可能であろう。
以上で説明したように、本発明に係る偏光フィルム製造装置は、染着槽のヨウ素、ヨウ化カリウムとホウ酸濃度測定器、補色槽のヨウ化カリウム濃度測定器、及び素子オーブンと4段オーブンの温度測定器から測定された入力データの特性と、連続工程に投入されるPVAフィルムの特性に対する情報に基づいて、偏光フィルムの主要因子として透過度を予測するために、前記染着槽のヨウ素濃度が予め設定された範囲の低濃度に維持されるようにヨウ素の投入量をリアルタイムで制御することによって、PVAフィルムの材料損失及びヨウ素溶液の不必要な浪費を防止することができる。
また、偏光フィルムの製造のために、投与される予測ヨウ素の濃度を基準として現在のヨウ素濃度及びその他の変数を考慮して、追加的なヨウ素溶液の投入量が制御されるので、一般的な染着過程で要求される時間を短縮させることができる。
12 ヨウ素濃度測定器
14 ヨウ化カリウム濃度測定器
16 ホウ酸濃度測定器
22 ヨウ化カリウム濃度測定器
32、34、42、44、46、48 温度測定器
90 偏光フィルム製造装置

Claims (10)

  1. 連続工程によって、基材フィルムにヨウ素、ヨウ化カリウム及びホウ酸によって染色して偏光特性を発揮するPVAフィルム(偏光フィルム)を製造する装置であって、
    基材フィルムをヨウ素、ヨウ化カリウム及びホウ酸を含む水溶液に浸漬して染色し、前記ヨウ素が予め設定された範囲の低濃度に維持されている染着槽と、
    前記染着槽の一側に備えられ、ヨウ素を連続的または断続的な点滴方式で投入する少なくとも1つのポンプと、
    を含んでおり、
    前記ポンプから離隔した染着槽の任意の地点で測定されたヨウ素濃度と、ヨウ素がポンプから投入される地点のヨウ素濃度との偏差に基づいて、前記任意の地点で測定されたヨウ素濃度が予め設定された範囲の低濃度に維持されるようにヨウ素の投入量を制御し、
    前記ヨウ素の低濃度は、0.1ppm〜100ppmの範囲で設定され、
    前記ヨウ素の投入量は、予め設定された範囲の低濃度と、測定時点で染着槽のヨウ素濃度との偏差を反映した計算値または実験値の関数値によって決定され、
    前記ポンプから離隔した染着槽の任意の地点は染着槽の中央部位であり、
    前記ポンプから離隔した染着槽の任意の地点で測定されたヨウ素濃度と、ヨウ素がポンプから投入される地点のヨウ素濃度との偏差は、ヨウ素拡散の時間遅延によって生じ、
    前記染着槽におけるヨウ素の拡散速度は、0.01m/min〜0.10m/minの範囲であり、
    ヨウ素投入量の調節による透過度の予測は、部分最小二乗法に基づくPVAフィルム透過度予測モデルによって達成されることを特徴とする、装置。
  2. 前記ヨウ素の低濃度は、0.5ppm〜50ppmの範囲で設定されることを特徴とする、請求項1に記載の装置。
  3. 前記偏光フィルムは、前記染着槽で染色される過程において、前記染着槽内で20m/min〜35m/minの範囲の速度で移動することを特徴とする、請求項に記載の装置。
  4. 前記染着槽は、ヨウ素、ヨウ化カリウム及びホウ酸の濃度をそれぞれ測定するためのヨウ素濃度測定器、ヨウ化カリウム濃度測定器及びホウ酸濃度測定器を備えていることを特徴とする、請求項1に記載の装置。
  5. 前記装置は、
    ヨウ素、ヨウ化カリウム及びホウ酸が染着されたPVAフィルムをヨウ化カリウム水溶液に浸漬して染色する補色槽であって、ヨウ化カリウムの濃度を測定するためのヨウ化カリウム濃度測定器を備えている補色槽と、
    ヨウ素、ヨウ化カリウム及びホウ酸が配向されたPVAフィルムを乾燥する素子オーブンであって、素子オーブンの温度を測定するための素子オーブン温度測定器を備えている素子オーブンと、
    前記染着槽及び/又は補色槽のヨウ素投入量を制御する中央制御部と、
    をさらに含むことを特徴とする、請求項1に記載の装置。
  6. 前記素子オーブンは、2つのオーブンで構成されていることを特徴とする、請求項に記載の装置。
  7. 前記素子オーブンで乾燥されたPVAフィルムを乾燥する4段オーブンであって、4段オーブンの温度を測定するための4段オーブン測定器を備えている4段オーブンをさらに含んでいることを特徴とする、請求項に記載の装置。
  8. 前記4段オーブンは、4つのオーブンで構成されていることを特徴とする、請求項に記載の装置。
  9. 基材フィルムであるポリビニルアルコール(PVA)フィルムを水洗する水洗槽、並びにヨウ素、ヨウ化カリウム及びホウ酸が染着されたPVAフィルムを延伸ローラによって延伸することで、染着されたヨウ素、ヨウ化カリウム及びホウ酸を配向させる延伸槽をさらに含むことを特徴とする、請求項1に記載の装置。
  10. 前記PVAフィルムを膨潤させる膨潤槽、及び染着されたPVAフィルムを洗浄する洗浄槽をさらに含むことを特徴とする、請求項1に記載の装置。
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