TWI519407B - 偏光膜之生產裝置 - Google Patents

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TWI519407B
TWI519407B TW103131493A TW103131493A TWI519407B TW I519407 B TWI519407 B TW I519407B TW 103131493 A TW103131493 A TW 103131493A TW 103131493 A TW103131493 A TW 103131493A TW I519407 B TWI519407 B TW I519407B
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Ｌｇ化學股份有限公司
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    • G05D21/02—Control of chemical or physico-chemical variables, e.g. pH value characterised by the use of electric means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
    • B29D11/00—Producing optical elements, e.g. lenses or prisms
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    • G—PHYSICS
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Description

偏光膜之生產裝置
本發明係有關於一種偏光膜之生產裝置。
一般而言，偏光片或是偏光膜之功能係將自然光轉換成偏振光。此種偏光功能可由以一材料染色該偏光片來實現。液晶顯示器通常使用與作為一偏光材料之碘染色之碘型偏光膜。
此種碘型偏光膜係廣泛使用在LCD，由以下方式生產：以二色性碘或是二色性染料對聚乙烯醇(PVA)膜染色，再於一預設方向上用例如單軸定向之方法將PVA膜定向。例如，在水溶液中對未定向的PVA膜進行單軸定向，然後將此定向的PVA膜浸在含有碘及/或碘化鉀之溶液的處理方式；將未定向的PVA膜浸入含有碘及/或碘化鉀之溶液中，然後對PVA膜進行單軸定向的處理方式；在含有碘及/或碘化鉀之溶液中對未定向的PVA膜進行單軸定向的處理方式；或是對在乾燥狀態的未定向的PVA膜做單軸定向，然後將已定向的PVA膜浸入含有碘及/或碘化鉀的溶液中的處理方式。以上的處理方式皆可用於生產偏光膜。
內有吸收且已定向的碘的PVA膜可經由水清 洗或乾燥之後處理，藉此獲得偏光膜；接著在所形成之偏光膜的至少一側上堆疊一保護膜以獲得偏光片。
同時，當在偏光片之生產流程期間替換PVA膜時，透過試驗操作以生產偏光膜再切割此偏光膜來取得一樣品，再測量此樣品的透光率。接著，一般方法為了遵守標準規格，係在樣品中添加處理要素以及輔助材料，或是稀釋樣品。
然而，在透過上述試驗試驗生產偏光膜後測量偏光膜之透光率之方法會有PVA膜損耗增加的問題，以及由於生產線關閉造成生產成本增加的問題。尤其，考慮到偏光膜係透過連續處理共同生產且會消耗大量的碘，因為碘之增添含量會大幅地影響透光率，其係由操作員依其經驗來控制，所以昂貴的碘溶液可能會被大幅地浪費。
因此，目前所迫切需要的是一種用於控制偏光膜色彩的新穎裝置，其能夠解決上述習知技術領域的問題，能將替換PVA膜時材料損耗以及碘溶液浪費降到最低。
因此，本發明已經成功地解決上述技術問題以及其他待解決的技術問題。
經過發明人各種大量深入的研究與實驗，終於解決上述問題。本發明人發現可根據染槽中碘、碘化鉀與硼酸計量器、補充槽之碘化鉀濃度計量器、以及裝置烘箱與四段烘箱之溫度計所測量的輸入數據之相關特性資訊，以及將PVA膜導入連續處理的相關特性資訊來即時控制碘 之增添含量，使得染槽中碘濃度維持在一預設低濃度之範圍內以預測作為偏光膜重要參數之透光率，藉此能控制PVA膜之材料損耗以及碘溶液之使用，使其降到最低，從而完成本發明。
根據本發明的一態樣，提供一種PVA膜(偏光膜)之生產裝置，該PVA膜透過連續處理以碘、碘化鉀以及硼酸對一基膜進行染色處理而存有偏光性質，該裝置含有：一染槽，於其中，該基膜浸在一含有碘、碘化鉀以及硼酸的水溶液中以染色該基膜，碘濃度維持在一預設低濃度範圍內；以及至少一泵，其設置在該染槽之一側，用以連續或是間歇的滴下方式輸入碘。
其中，根據該染槽中與泵分離之特定區域中所測量的碘濃度以及從該泵輸入碘之區域的碘濃度之間的偏差值，控制碘之輸入含量使得在特定區域測量的碘濃度維持之一預設低濃度範圍。
在特定實施例中，碘濃度可設定成0.1ppm至100ppm之間的低濃度，較佳為，0.5ppm至50ppm之間的低濃度。
根據本發明，輸入的碘含量可根據一計算值或是一實驗值之函數值來決定，此函數值反映預設低濃度與染槽中之一測量點的碘濃度之間的偏差值。此偏差值反映出在預設低濃度範圍內多個測量點之碘濃度(△I2)變化交 互作用下的目前碘濃度以及一平均值。在此，交互作用意指當根據另一參數等級依照一參數等級的應變項之改變係不同地呈現時，反映出兩個參數之間的交互作用。
如一實施例所示，染槽中與泵分離的特定區域可為染槽之中央區。在具體實施例中，碘之延遲擴散時間可能造成在染槽之與泵分離的特定區域中測量到的碘濃度以及從泵輸入碘的區域中測量到的碘濃度之間的偏差值。
在此種架構中，碘在染槽之擴散速率可為0.01m/min至0.10m/min之間的範圍內，較佳為0.04m/min。亦即，根據本發明，在染槽中碘之擴散速率影響偏光膜之透光率，從而藉由反映在偏光膜之輸入模型中的碘之擴散速率，可透過控制碘增添含量而更精確地預測透光率。
或者，在染槽中進行染色之期間，偏光膜可在染槽中以20m/min至35m/min之間的速率移動。
染槽可包含一碘濃度計量器、一碘化鉀濃度計量器以及一硼酸濃度計量器，用以分別測量碘、碘化鉀以及硼酸之濃度。
在一具體實施例中，此裝置可為一架構，其更包含：一補充槽，用以將經碘、碘化鉀以及硼酸染色之一PVA膜浸入一碘化鉀水溶液中，以對該PVA膜染色，該補充槽包含一碘化鉀濃度計量器以量測碘化鉀之濃度；一裝置烘箱，用以乾燥具有已定向之碘、碘化鉀以及硼酸之該PVA膜，該裝置烘箱包含有一裝置烘箱溫度計以量 測該裝置烘箱之溫度；以及一中央控制器，用以控制該染槽及/或該補充槽的碘輸入含量。
在此架構中，該裝置烘箱可包含兩個烘箱。
在此情形中，如上述，作為用以乾燥在裝置烘箱中乾燥之PVA膜之一四段烘箱，該四段烘箱可更包含一四段烘箱溫度計以量測溫度，並可為一含有四個烘箱的構造。
同時，根據本發明，藉由基於部分最小平方的PVA膜透光率預測模型，可達成控制碘增添含量作透光率預測。
此外，根據本發明之偏光膜的生產裝置可為一更包含有一清洗槽以及一拉伸槽的架構，該清洗槽用以清洗聚乙烯醇(PVA)膜以作為一基膜，而拉伸槽用以使用一牽伸滾筒來拉伸經碘、碘化鉀以及硼酸染色之PVA膜，從而定向染色之碘、碘化鉀以及硼酸。
在一些情形中，根據本發明之偏光膜之生產裝置可為一更包含有一膨脹槽以及一清潔槽的架構，該膨脹槽用以膨脹該PVA膜，而該清潔槽用以清潔該經染色之PVA膜。
本發明亦提供一種在上述裝置所生產的偏光膜之上表面以及下表面分別貼附一保護膜而生產的偏光板。
如上所述，根據本發明之偏光膜之生產裝置即 時控制碘之增添含量，使得染槽中的碘濃度維持在預設低濃度範圍內，藉此基於透過染槽之碘、碘化鉀以及硼酸濃度計量器以及裝置烘箱與四段烘箱之溫度計所測量的輸入數據之相關特性資訊以及導入連續處理之PVA膜之相關特性資訊，來預測作為偏光膜之重要參數之透光率，從而可避免PVA膜材料損耗以及碘溶液不必要的浪費。
此外，可根據輸入生產偏光膜之碘的預測濃度來考量目前碘濃度以及其他變數，從而控制額外輸入的碘溶液含量，因此一般染色處理所需要的時間可以縮短。
90,92‧‧‧偏光膜之生產裝置
10‧‧‧染槽
12‧‧‧碘濃度計量器
14,22‧‧‧碘化鉀濃度計量器
16‧‧‧硼酸濃度計量器
20‧‧‧補充槽
30‧‧‧裝置烘箱
32,34‧‧‧裝置烘箱溫度計
40‧‧‧四段烘箱
42,44,46,48‧‧‧四段烘箱溫度計
50‧‧‧成分進料器
60‧‧‧中央控制器
51‧‧‧清洗槽
53‧‧‧膨脹槽
54‧‧‧清潔槽
52‧‧‧拉伸槽
102‧‧‧偏光膜
104,106‧‧‧保護膜
108‧‧‧偏光片
C12,C14‧‧‧碘、碘化鉀及硼酸之濃度
C22‧‧‧碘化鉀之濃度
T32,T34,T42,T44,T46,T48‧‧‧烘箱之溫度
圖1係根據本發明一實施例之偏光膜之生產裝置之示意方塊圖；圖2係根據本發明一實施例之偏光膜的生產裝置之示意流程圖；圖3係根據本發明另一實施例之偏光膜的生產裝置之示意方塊圖；圖4以及圖5係根據本發明的另一實施例之對碘的控制流程以控制透光率的模擬圖；圖6係為應用於根據本發明之偏光膜的生產裝置的透光率預測模型系統；圖7係為根據本發明之預測碘濃度值以及測量碘濃度值之相關性之結果圖；以及圖8係為根據本發明之偏光膜的預測透光率以及實際透 光率之結果圖。
以下，本發明將參考下列複數個範例做更詳細說明。這些範例係僅提供作為本發明的說明之用，而不應解釋成限制本發明的範圍以及精神。
圖1係繪示根據本發明一實施例之偏光膜之生產裝置之示意方塊圖。
請參閱圖1，本發明之偏光膜之生產裝置90包括：一染槽10，於其中，一清洗過之PVA膜係浸在一碘水溶液以及碘化鉀水溶液並對該膜染色；一補充槽20，經碘、碘化鉀以及硼酸染色之該PVA膜係其中浸入一碘化鉀水溶液並對該膜染色；一裝置烘箱30，用以將具有定向碘、碘化鉀以及硼酸之PVA膜烘乾；一四段烘箱40，乾燥在裝置烘箱中乾燥之PVA膜；一成分進料器50，係根據一中央控制器60之輸入資訊而補充該染槽10以及該補充槽20之成分含量；以及一中央控制器60。
因此，PVA膜係依序地通過該染槽10、該補充槽20、該裝置烘箱30、以及該四段烘箱40而形成一偏光膜。
該染槽10設有一碘濃度計量器12、一碘化鉀濃度計量器14以及一硼酸濃度計量器16，以量測碘、碘化鉀以及硼酸之濃度C12與C14。補充槽20設有一碘化鉀濃度計量器22以量測碘化鉀之濃度C22。
此外，該裝置烘箱30含有兩個烘箱，而該四段烘箱40含有四個烘箱，而裝置烘箱30以及四段烘箱40 係分別有兩個裝置烘箱溫度計32與34，以及四個四段烘箱溫度計42、44、46與48，以量測烘箱之溫度T32、T34、T42、T44、T46與T48。
該中央控制器60係根據使用該染槽10之碘、碘化鉀以及硼酸濃度計量器12、14與16、該補充槽20之碘化鉀濃度計量器22、以及該裝置烘箱30與該四段烘箱40之溫度計32、34、42、44、46與48所測量到的輸入數據特性以及引入連續處理之PVA膜相關特性資訊，來控制該裝置烘箱30與該四段烘箱40之溫度，以及輸入至該染槽10以及該補充槽20的成分含量。
輸入至該染槽10的成分為碘、碘化鉀以及硼酸。輸入至該補充槽20的成分為碘化鉀。此外，中央控制器60係藉由判斷碘增添含量而即時控制透過成分補充裝置50輸入之碘含量，使得能以該染槽10之碘濃度計量器12將碘濃度維持在一預設低濃度(0.5ppm至50ppm)，以控制偏光膜之透光率。
較佳地，可使用一多元迴歸分析方法來完成PVA膜之透光率預測，如基於一部分最小平方法的PVA膜透光率模型。
圖2係繪示根據本發明一實施例之偏光膜的生產方法之示意流程圖。
請參閱2圖2以及圖1，根據本發明之偏光膜之生產方法902包含下列步驟：在步驟(100)，清洗作為一基膜的聚乙烯醇(PVA)膜；在步驟(200)，在一膨脹槽中 使清洗過的PVA膜膨脹；在步驟(300)，將清洗過的PVA膜浸入一含有碘水溶液以及碘化鉀水溶液之染槽10中以進行染色，並接著乾燥該PVA膜，以及使用碘濃度計量器12以及碘化鉀濃度計量器14測量碘、碘化鉀以及硼酸之濃度；在步驟(400)，在一清潔槽中清潔該乾燥的PVA膜；在步驟(500)，使用一牽伸滾筒拉伸經碘、碘化鉀以及硼酸染色之乾燥PVA膜，以定向此染色之碘、碘化鉀以及硼酸；在步驟(600)，將該經碘、碘化鉀以及硼酸染色之PVA膜浸入含有碘化鉀水溶液之補充槽20以進行補充染色，並使用碘化鉀濃度計量器22測量補充槽20中的碘化鉀濃度；在步驟(700)，為包含在一裝置烘箱30中烘乾含有定向之碘、碘化鉀與硼酸之PVA膜並使用裝置烘箱溫度計32與34測量裝置烘箱30之溫度之第一乾燥；在步驟(800)，為包含在四段烘箱40中對已在該裝置烘箱30中乾燥之染色PVA膜進行烘乾並使用四段烘箱溫度計42、44、46與48測量四段烘箱40之溫度之第二乾燥；以及在步驟(900)，根據使用該染槽10之碘、碘化鉀以及硼酸濃度計量器12與14、該補充槽20之碘化鉀濃度計量器22、以及該裝置烘箱30與該四段烘箱40之溫度計32、34、42、44、46與48所測量到的輸入數據之特性以及導入連續處理之PVA膜之相關特性資訊，來控制該裝置烘箱30以及該四段烘箱40之溫度以及輸入至該染槽10以及該補充槽20的成分之含量。
在步驟(300)之進行染色期間，該PVA膜係浸在20℃至40℃下含有含碘、碘化鉀與硼酸之水溶液之染 槽10中，然後以該溶液進行染色。在步驟(700)與(800)中之第一乾燥程序以及第二乾燥程序中，該PVA膜係在該裝置烘箱30以及該四段烘箱40中於40℃至60℃之溫度下進行乾燥。
圖3係繪示根據本發明另一實施例之偏光膜的生產裝置之示意方塊圖。
參閱圖3並一併參考圖1及圖2，將三醋酸纖維素(TAC)製成之保護膜104與106分別黏合至一偏光膜102之上表面以及下表面以製備一偏光片108。該偏光膜102係由圖1之偏光膜生產裝置90所製備。
步驟(500)之拉伸包含根據該牽伸滾筒之旋轉速度之變化，使用第一拉伸槽進行第一次拉伸，以及使用第二拉伸槽進行第二次拉伸。在第一次拉伸中，該PVA膜具有1.5至3.0之間的拉伸比，而在第二次拉伸中，該PVA膜具有2.0至3.0之間的拉伸比。
此外，一偏光膜之生產裝置92更包括：一清洗槽51，以清洗作為基膜的聚乙烯醇(PVA膜)；一膨脹槽53，以膨脹已清洗過之PVA膜；一拉伸槽52，以使用一牽伸滾筒拉伸經碘、碘化鉀以及硼酸染色之PVA膜，從而定向染色之碘、碘化鉀以及硼酸；以及一清潔槽54，以清潔該染色之PVA膜。
圖4以及圖5係根據本發明的另一實施例之對碘的控制處理以控制透光率的示意模擬圖。
參閱圖4與圖5並一併參考請與圖1至圖3， 首先，操作一成分補充裝置50透過泵200將碘輸入用以製備該偏光膜92之裝置之染槽10，然後根據在泵200之最初輸入處測量的碘濃度與該染槽10之中央處的碘濃度之偏差值，以中央控制器60之指令來控制從該泵200透過成分補充裝置50輸入的碘含量，使得在該染槽10之中央處測量的碘濃度維持在一預設低濃度範圍(大約0.5ppm至50ppm)。在此，根據使用環境所需之一預設透光率(Ts)設定值，自動控制透過泵200輸入的碘含量。透光率(Ts)之設定係反應考量到該染槽10以及該裝置烘箱30之溫度、以及該拉伸槽52之膜拉伸比的數據，如圖5所繪示。
因此，如圖4所繪示，在碘濃度(A)之主要模型，目前碘濃度值以及預測碘濃度值之間的相關性係大約86%；而在次要透光率模型(B)，實際裝置透光率以及預測裝置透光率之間的相關性為大約95%。在以下的圖7以及圖8可確認此實驗數值之結果。
圖6係繪示應用於本發明之偏光膜的生產裝置的典型透光率預測模型系統。
參閱第6圖並一併參閱圖1至圖5，透光率預測模型系統包含一碘輸入模型(MI2)以及一透光率輸入模型(MTs)。碘濃度值係輸入至碘輸入模型然後模型化，而透光率(Ts)係輸入至透光率輸入模型然後模型化。
首先，當根據在目前染槽10中的目前碘濃度值(230：1.80mM)而輸入目標碘濃度值(210：1.85mM)時，即顯示此些碘濃度值之間的差異值(220：0.05mM)。 在此，預設值(43.2%)係輸入透光率輸入模型(MTs)，其中一目標元件透光率300係根據目前步驟310而改變上限以及下限條件。
後續，依序地輸入偏光膜之透光率(320：43.7%)、偏光膜之移動速率(400：27m/min)以及目前染槽10之裝置烘箱之溫度(500：90℃)，並根據目標元件透光率300之條件即時控制透過泵200輸入的碘含量，使得目標碘濃度值210與目前碘濃度值230(220：0.05mM)之差值顯示為'0'。
此外，根據本發明的實驗結果，其確認該偏光膜達到染槽10之中央處所需的時間係大約16分鐘。
圖7係為根據本發明之預測碘濃度值以及所測量到的碘濃度值之間之相關性之結果圖。圖8係為根據本發明之偏光膜之預測透光率以及實際透光率之典型結果圖。
請參閱圖7以及圖8，如輸入染槽中的目前碘濃度以及輸入的碘溶液含量之多元迴歸分析模型作為輸入數據之結果所示，可確認的是預測碘濃度值以及測量碘濃度值之間的相關性係數係為0.811，其代表預測碘濃度值以及測量碘濃度值非常近似。此外，可確認的是，偏光膜之透光率可藉由控制碘濃度(其作為重要的處理變數)來達成。
如圖8所示，偏光膜之透光率有相關性係數0.973，其代表預設預測的透光率值以及測量元件之透光率 值的準確性非常高。
在此，圖表中所繪示的實線係表示相關變數的偏差值。
在較佳實施例之詳細說明中所提出之具體實施例僅用以方便說明本發明之技術內容，而非將本發明狹義地限制於上述實施例，在不超出本發明之精神及以下申請專利範圍之情況，所做之種種變化實施，皆屬於本發明之範圍。
90‧‧‧偏光膜之生產裝置
10‧‧‧染槽
12‧‧‧碘濃度計量器
14,22‧‧‧碘化鉀濃度計量器
16‧‧‧硼酸濃度計量器
20‧‧‧補充槽
30‧‧‧裝置烘箱
32,34‧‧‧裝置烘箱溫度計
40‧‧‧四段烘箱
42,44,46,48‧‧‧四段烘箱溫度計
50‧‧‧成分進料器
60‧‧‧中央控制器
C12,C14‧‧‧碘、碘化鉀及硼酸之濃度
C22‧‧‧碘化鉀之濃度
T32,T34,T42,T44,T46,T48‧‧‧烘箱之溫度

Claims (15)

  1. 一種偏光膜之生產裝置，該偏光膜透過連續處理以碘、碘化鉀以及硼酸對一基膜進行染色處理而存有偏光性質，該裝置包含：一染槽，於其中，該基膜係浸在一包含碘、碘化鉀以及硼酸的水溶液中，以染色該基膜，該碘之濃度係維持在一預設低濃度範圍內；以及至少一泵，係設置在該染槽之一側，用以連續或是間歇的滴下方式輸入碘，其中，根據該染槽中與該泵相分開之特定區域中所測量的碘濃度以及從該泵輸入碘之區域的碘濃度之間的偏差值，控制碘之輸入含量使得在該特定區域測量的該碘濃度維持在一預設低濃度範圍，其中，在該染槽中碘之擴散速率係在0.01m/min至0.10m/min之間的範圍內，其中該偏光膜的透光率是透過控制該碘之輸入含量來預測，且藉由反映在該偏光膜之輸入模型中的該碘之擴散速率來控制該碘之輸入含量，以及其中，該碘濃度係設定為0.1ppm至100ppm之間的一低濃度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中，該碘濃度係設定為0.5ppm至50ppm之間的一低濃度。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中，輸入的該碘含量係由在一預設範圍內的低濃度以及一計算值或一實驗值之一函數值所決定，該函數值係反映在該染槽中一測 量點之該碘濃度之偏差值。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中，該染槽中與該泵相分開的一特定區域係為該染槽之一中央處。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之裝置，其中，該碘之延遲碘擴散時間係造成該染槽之與該泵相分開的該特定區域中測量到的碘濃度與從從泵輸入的一區域中測量到的濃度間的偏差值。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之裝置，其中，在一染色處理期間，該偏光膜在該染槽中以20m/min至35m/min之間的速率移動。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中，該染槽係包含一碘濃度計量器、一碘化鉀濃度計量器以及一硼酸濃度計量器，用以分別測量碘、碘化鉀以及硼酸之濃度。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，更包含：一補充槽，用以將經碘、碘化鉀以及硼酸染色之該基膜浸入一碘化鉀水溶液中，以對該基膜染色，該補充槽包含一碘化鉀濃度計量器以量測碘化鉀之濃度；一裝置烘箱，係用以乾燥包含已定向之碘、碘化鉀以及硼酸之該基膜，該裝置烘箱包含有一裝置烘箱溫度計以量測溫度；以及一中央控制器，係用以控制該染槽及/或該補充槽的碘輸入含量。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之裝置，其中，該裝置烘箱包含兩個烘箱。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之裝置，更包含一四段烘箱，用以烘乾在該裝置烘箱乾燥之該基膜，該四段烘箱包含一四段烘箱溫度計以量測溫度。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之裝置，其中，該四段烘箱包含四個烘箱。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中，根據控制該碘之輸入含量，透過基於一部分最小平方法之偏光膜透光率預測模型，來完成透光率預測。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，更包含一清洗槽以及一拉伸槽，該清洗槽係用以清洗一聚乙烯醇(PVA)膜以作為該基膜，而該拉伸槽係用以使用一牽伸滾筒來拉伸經碘、碘化鉀以及硼酸染色之該基膜，以定向該染色之碘、碘化鉀以及硼酸。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，更包含一膨脹槽以及一清潔槽，該膨脹槽係用以膨脹該基膜，而該清潔槽係用以以清潔該染色之基膜。
  15. 一種偏光板，其係透過在如申請專利範圍第1項所述之裝置所生產之偏光膜之一上表面以及一下表面分別貼附一保護膜而製造。
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