TWI640556B - 用於製造偏光膜的方法與系統 - Google Patents

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Abstract

用於製造偏光膜的方法與系統。方法包括以下步驟。使一偏光膜前驅物通過一第一溶液。利用與第一溶液接觸的一電極組,對第一溶液進行一析出處理以形成一第二溶液。對第二溶液進行一過濾處理以形成一第三溶液。

Description

用於製造偏光膜的方法與系統
本發明是有關於一種用於製造偏光膜的方法與系統,且特別是有關於利用電極組進行電凝析出的用於製造偏光膜的方法與系統。
偏光膜,為廣泛應用於液晶顯示器之光學元件。現今,液晶顯示器的應用越來越廣,例如,手機、穿戴式裝置等,對偏光膜品質的要求也越來越高。
偏光膜包含一偏光膜,偏光膜一般是於聚乙烯醇薄膜吸附配向之二色性色素而形成。偏光膜的形成通常具有以下步驟:膨潤處理、染色處理、拉伸處理、交聯處理、洗淨處理以及乾燥處理。其中,拉伸處理使聚乙烯醇具有偏光作用。
本發明係有關於一種用於製造偏光膜的方法與系統。
根據本發明之一方面,提出一種用於製造偏光膜的方法,包括以下步驟。使一偏光膜前驅物通過一第一溶液。利用與第一溶液接觸的一電極組,對第一溶液進行一析出處理以形成一第二溶液。對第二溶液進行一過濾處理以形成一第三溶液。
根據本發明之另一方面,提出一種用於製造偏光膜的系統,包括一處理槽、一引導輥、一電極組、及一過濾裝置。處理槽包括一溶液。引導輥用以傳送一偏光膜前驅物通過溶液。電極組接觸偏光膜前驅物通過後的溶液。過濾裝置用以過濾與電極組接觸後的溶液。
為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解,下文特舉實施例,並配合所附圖式詳細說明如下:
偏光膜製程中偏光膜前驅物經過拉伸處理後會變得較易碎裂,且偏光膜前驅物通過藥液槽時,會析出屑體分佈於藥液內,累積到一定程度時,會造成偏光膜膜面產生缺陷,為了避免此現象發生,移除藥液內的屑體使藥液的潔淨度維持在管控標準極為重要。
此揭露內容之實施例係提出一種用於製造偏光膜的方法與系統。能有效益地降低溶液中屑體沾附到偏光膜前驅物而影響產品性質的可能性。
須注意的是,本揭露並非顯示出所有可能的實施例,未於本揭露提出的其他實施態樣也可能可以應用。再者,圖式上的尺寸比例並非按照實際產品等比例繪製。因此,說明書和圖示內容僅作敘述實施例之用,而非作為限縮本揭露保護範圍之用。另外,實施例中之敘述,例如細部結構、製程步驟和材料應用等等,僅為舉例說明之用,並非對本揭露欲保護之範圍做限縮。實施例之步驟和結構各之細節可在不脫離本揭露之精神和範圍內根據實際應用製程之需要而加以變化與修飾。以下是以相同/類似的符號表示相同/類似的元件做說明。
第1圖繪示一用於製造偏光膜的系統。第1圖所示的系統包括一退捲輥102、一膨潤槽104、一染色槽106、一交聯槽108、一洗淨槽110、一乾燥爐112、以及一繞捲輥114。該些處理槽及處理設備可選擇性地增加、減少、重複配置、或進行其他調整。一偏光膜前驅物200從退捲輥102上展開之後,藉由引導輥120的引導和傳送,如箭頭指示方向依序通過各個處理槽及處理設備。藉此形成之一偏光膜200’再於繞捲輥114重新捲繞,以利於運送。
偏光膜前驅物200的材料包括聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol, PVA)或其他適合的材料。舉例來說,偏光膜前驅物200可為聚乙烯醇的薄膜。聚乙烯醇可藉由皂化聚乙酸乙烯酯而形成。根據一些實施方案,聚乙酸乙烯酯可為乙酸乙烯酯之單聚物、或乙酸乙烯酯及其它單體之共聚物,所述其它單體可為不飽和羧酸類、烯烴類、不飽和磺酸類、或乙烯基醚類等等。在一些實施方案中,聚乙烯醇經過改質,例如是經醛類改質的聚乙烯醇縮甲醛(polyvinylformal)、聚乙烯醇縮乙酸、或聚乙烯醇縮丁醛(polyvinylbutyral)等等。在一些實施方案中,偏光膜前驅物200之厚度約為20μm~100μm。
偏光膜前驅物200可先被引導輥120引導至膨潤槽104,以對於偏光膜前驅物200進行一膨潤處理。膨潤處理可去除偏光膜前驅物200表面之異物以及偏光膜前驅物200中之可塑劑,並且有助於後續之染色處理及交聯處理的進行。
根據一些實施方案,可在用於製造偏光膜的系統中對於偏光膜前驅物200進行一延伸處理。延伸處理可在通過膨潤槽104、和/或後續染色槽106、交聯槽108時進行。舉例來說,可使得設置在膨潤槽104入口的引導輥120與設置在膨潤槽104出口的引導輥120存在周速差,進行單軸延伸處理。根據一些實施方案,從膨潤處理至交聯處理,偏光膜前驅物200所累積的延伸倍率約為4.5倍~8倍。
偏光膜前驅物200接著被引導輥120引導至染色槽106,以對於偏光膜前驅物200進行一染色處理。染色槽106中的槽液含有一染色劑。染色劑可使用二色性色素、或其它適合的水溶性二色素染料。在一些實施方案中,染色劑包含碘和碘化鉀。舉例來說,染色劑可為包含0.003重量份~0.2重量份的碘及3重量份~30重量份的碘化鉀之水溶液。在一些實施方案中,染色處理之溫度為10℃~50℃,染色處理之時間則為10秒~600秒。為了使染色處理的效果更好,槽液中可包括其它添加物,例如硼酸。
偏光膜前驅物200接著被引導輥120引導至交聯槽108,以對於偏光膜前驅物200進行一交聯處理。交聯槽108中的槽液含有一交聯劑。交聯劑可使用硼酸。交聯槽108中的槽液可更含有一光學調整劑。改變光學調整劑的濃度可調整偏光膜色相。光學調整劑可使用碘化鉀、碘化鋅、或其組合。在一些實施方案中,交聯處理之溫度可為10℃~70℃,交聯處理之時間則為1秒~600秒。在一些實施方案中,交聯槽108之槽液可能含有偏光膜前驅物200的一析出物,例如是一基於聚乙烯醇之析出物。該析出物是溶解出的聚乙烯醇與硼酸作用而產生的不溶解碎屑。
第2圖繪示根據一實施例概念之用於製造偏光膜的系統。處理槽101的槽液為第一溶液L1。引導輥120傳送偏光膜前驅物200通過處理槽101中的第一溶液L1。
一實施例中,處理槽101係為如第1圖中所示的染色槽106,設置在其中的第一溶液L1係為用以對偏光膜前驅物200進行染色的藥液,例如含有解離之碘離子的水溶液。另一實施例中,處理槽101係為如第1圖所示的交聯槽108,設置在其中的第一溶液L1係為硼酸、碘化鉀、碘化鋅、或其組合。
實施例中,第一溶液L1中可含有第一屑體P1。舉例來說,第一屑體P1可包括由於偏光膜前驅物200經過第一溶液L1所造成之不期望的屑體,例如是偏光膜前驅物200掉落、溶出或析出之碎屑、或是其他處理槽101中之有機異物。實施例中,分佈在第一溶液L1中的第一屑體P1,粒徑範圍為10nm至1000nm。
實施例中,處理槽101可連通循環系統37。循環系統37可包括第一通道103、析出槽105、第二通道107、過濾裝置109與第三通道111。
實施例中,第一屑體P1可經過循環系統37的析出槽105的處理變大尺寸形成第二屑體P2,並經過過濾裝置109予以過濾。
第一通道103連通在處理槽101與析出槽105之間,並可提供處理槽101中的第一溶液L1流向析出槽105的路徑而進入析出槽105。可使用幫浦(未顯示)驅動第一溶液L1。
析出槽105內設置有電極組E。電極組E包括極性相反的第一電極元件E1與第二電極元件E2,例如分別為正電極與負電極。第一電極元件E1與第二電極元件E2的材質包括但不限於金屬,例如鐵、鋁、鎳、銅等合適的導電材質。第一電極元件E1與第二電極元件E2可浸泡在溶液中,並接觸溶液,透過使加電壓或電流的方式對溶液進行析出,而形成含有經析出形成之第二屑體P2的第二溶液L2。一實施例中,第二屑體P2為第一溶液L1中的第一屑體P1經析出,處理後所形成之尺寸,例如粒徑變大的第二屑體P2。換句話說,第二溶液L2中之第二屑體P2的尺寸係大於第一溶液L中之第一屑體P1的尺寸。
實施例中,係以電凝法(Electrocoagulation)進行上述處理。即使用電流使第一溶液L1中的第一屑體P1帶上電荷,並改變第一屑體P1表面的電荷分佈,並使第一屑體P1聚集形成上述第二屑體P2。
實施例中,舉例來說,電極組E的電流值係在0.2至5.0安培之間,較佳在0.2至1安培之間。實施例中,第二屑體P2的粒徑範圍介於2 µm ~10 µm。
第二通道107連通在析出槽105與過濾裝置109之間,並可提供析出槽105中的第二溶液L2流向過濾裝置109的路徑而進入過濾裝置109進行過濾。可使用幫浦(未顯示)驅動第二溶液L2。
舉例來說,過濾裝置109可包括第一槽部分116A、第二槽部分116B與過濾膜118。第二通道107連通在析出槽105與過濾裝置109的第一槽部分116A之間,並可提供析出槽105中的第二溶液L2流向第一槽部分116A的路徑而進入第一槽部分116A。過濾膜118設置在第一槽部分116A與第二槽部分116B之間,並用以將來自第一槽部分116A的第二溶液L2過濾形成第三溶液L3而進入第二槽部分116B。
實施例中,過濾膜118係具有濾孔,其孔徑大小可適當選擇,以阻擋第二溶液L2中之尺寸比濾孔孔徑更大的第二屑體P2,因此經過濾膜118流出的第三溶液L3並不含有由第一屑體P1形成的第二屑體P2。亦可換句話說,係使用過濾裝置109濾除掉第二屑體P2。實施例中,舉例來說,過濾膜118之濾孔的孔徑係為1µm至10µm,或2µm至10µm,或1µm至2µm,遠大於一般超濾技術使用的濾孔孔徑尺寸2nm~100nm。
在另一實施例中,由於第二屑體P2的尺寸比第一屑體P1的尺寸還大,因此過濾膜118可選用濾孔比第二屑體P2小,但比第一屑體P1大的尺寸,其中濾孔尺寸較大之過濾膜118的成本較低,且有效的工作壽命較長,可經過較長的工作時間之後再進行週期保養。但本揭露並不因此受限於此,其他實施例中,舉例來說,過濾膜118亦可選用濾孔比第一屑體P1小的尺寸,則第一屑體P1及第二屑體P2都可被移除。
第三通道111連通在過濾裝置109與處理槽101之間,並可提供過濾裝置109中經過濾形成的第三溶液L3流向處理槽101的路徑而進入處理槽101。具體而言,第三通道111係連通在過濾裝置109的第二槽部分116B與處理槽101之間。可使用幫浦(未顯示)驅動第三溶液L3。由於第三溶液L3不含第二屑體P2,處理槽101中的第一溶液L1經與第三溶液L3混合稀釋後能降低第一屑體P1的含量比例,因此達到清潔第一溶液L1的效果。
實施例的系統可為連續製程系統。亦即,在處理槽101、析出槽105、過濾裝置109相連通以持續清潔溶液的期間,偏光膜前驅物200可維持藉由引導輥120傳送經過處理槽101進行處理程序,並不需要刻意停止偏光膜前驅物200的處理程序,因此不會影響產能。再者,透過析出槽105及過濾裝置109的處理,第一溶液L1之第一屑體P1的含量比例可控制在製程控管中可接受的下限規範以內,避免處理槽101被第一屑體P1沾附所造成之結構缺陷的問題,因此能提高產品良率。具體而言,在偏光膜前驅物200持續通過第一溶液L1而可能持續產生第一屑體P1的情況下,使用根據本揭露之概念連續清除第一屑體P1的系統,能避免第一屑體P1在第一溶液L1中持續累積,因此第一溶液L1中的第一屑體P1能控制在製程控管中可接受的規範以內。此外,第一溶液L1係經過濾後連續循環使用,不需對處理槽101進行停機置換額外乾淨的溶液,因此能降低成本並提高產能。
其他實施例中,可在第一通道103、第二通道107及/或第三通道111設置控制閥(未顯示),以控制第一通道103、第二通道107及/或第三通道111之流通,藉此提高系統之操作彈性。舉例來說,當析出槽105及/或過濾裝置109需要停機進行檢查或週期保養時,可關閉第一通道103、第二通道107及/或第三通道111的控制閥(未顯示)以隔絕第一溶液L1流出處理槽101,因此即使未使用析出槽105及/或過濾裝置109,仍能持續使偏光膜前驅物200通過處理槽101進行處理,產能並不會受到析出槽105及/或過濾裝置109的影響。
藉此連續循環之系統可控制第一溶液L1中之第一屑體P1的含量在製程控管中可接受的下限規範以內,維持第一溶液L1處在預期的清潔度,避免過量的第一屑體P1,如不期望的PVA屑體沾附在偏光膜前驅物200之表面造成結構缺陷的品質問題,提高產品良率。
一實施例中,第一溶液L1即使不含硼酸成份,析出槽105仍能對第一溶液L1進行析出反應,電凝出凝膠在第一屑體P1上形成第二屑體P2,因此本揭露之系統方法可適用廣泛種類的溶液情況。一實施例中,舉例來說,第一溶液L1使用的染色藥液,例如含有解離之碘離子的水溶液,其中並不含硼酸成份。
PVA在溶液中的含量檢測方式包括總有機碳含量(TOC)推測計算出。
根據實施例所推測出析出槽將第一屑體P1聚集成為第二屑體P2的機制為,在通電流至電極組E進行析出處理的期間,第一溶液L1中的水分子會與電極組E產生化學反應而在第一電極元件E1與第二電極元件E2(包括金屬材質)的表面上形成氫氧化金屬作為蓄凝劑,第一屑體P1吸附於氫氧化金屬形成凝膠體因此體積變大而成為第二屑體P2。
第3圖繪示根據另一實施例概念之用於製造偏光膜的系統。處理槽101中貯存有第一溶液L1,且可包括電極組E與至少一溢流裝置3。電極組E可浸泡在溶液中,並接觸溶液,透過使加電壓或電流的方式對溶液進行析出,而形成含有經析出形成之第二屑體P2(未繪示在第3圖中)的第二溶液L2。溢流裝置3可包括引流板31以及第一通道130(例如排水管)。溢流裝置3之引流板31的位置可調整低於溶液的液面,以將溶液導引入內,並經由第一通道130排出至處理槽101外部之循環系統137。於此,循環系統137可設有一過濾裝置109,藉以過濾掉第二溶液L2中的第二屑體P2。接著,經過濾淨化後的第三溶液L3可經第二通道133 再循環流回至處理槽101中使用。
第4圖繪示根據一實施例概念之處理槽101的示意圖。溢流裝置3可包括盒體部32。引流板31係可動地配置於盒體部32的至少一側上,如此,引流板31的位置可隨著溶液之液面調整。在另一實施例中,溢流裝置3可更包括一過濾件318。過濾件318係可拆卸地配置於盒體部32內。過濾件318例如是一過濾網,及/或一過濾膜。過濾件318可初步濾除屑體,以進一步增加濾除屑體的效率。過濾膜之濾孔的孔徑係為1µm至10µm,或2µm至10µm,或1µm至2µm,遠大於一般超濾技術使用的濾孔孔徑尺寸2nm~100nm。
為讓本發明之上述內容能更明顯易懂,下文特舉實施例作詳細說明如下:
將2L純水、40克碘化鉀、5克碘與0.5克PVA固體(粒徑0.1~0.5 mm)均勻混合,攪拌至無沉澱物得到第一溶液。
實施例1~4係在室溫下,利用蠕動幫浦設定80 ml/min,將第一溶液通入析出槽,再調整不同的電流值於電極組(第一電極元件與第二電極元件浸泡在溶液中的部分具有寬度2公分、高度6公分的尺寸)進行電凝形成第二溶液之後,過濾第二溶液以得到第三溶液。其中過濾係使用濾孔尺寸為1µm至2µm(微米)的過濾膜。
由實施例1~4可得知施加的電流提升會促使更多的PVA固體被移除,造成PVA固體含量降低的比例有更佳的效果。其中實施例3具有最高的效益。在實施例4中,電流雖然進一步提升,但其PVA固體含量降低的幅度不如實施例3,推測可能是因為析出步驟在第二溶液中解離的離子有飽和限制,過高的電流值並無法在飽和的第二溶液中進一步提升解離離子的濃度,且過高的電流會值會造成多餘能量的消耗,提高不需要的製造成本,不具經濟效益。表1列出實施例1~4在析出步驟中電極組的電流值,及其溶液處理前後的總有機碳含量(處理前的總有機碳含量即為第一溶液的總有機碳含量C1,處理後的總有機碳含量即為第三溶液的總有機碳含量C2),與根據總有機碳含量的前後差異算出的PVA固體移除率(即為(C1-C2)/C1)。總有機碳含量係利用總有機碳含量(TOC)分析儀量測出。
比較例1使用超濾方法,利用蠕動幫浦設定80 ml/min推動第一溶液通過過濾膜進行過濾。雖然具有較高的移除率,但超濾方法須使用濾恐尺寸非常微小(孔徑為2nm~100nm)的過濾膜,其價格昂貴,且其很快就會被屑體堵塞無法有效率地進行過濾,有效工作壽命短暫,而需高頻率置換,因此不具經濟效益。表1列出之比較例1中溶液處理前後的總有機碳含量(處理前的總有機碳含量即為第一溶液的總有機碳含量C1,處理後的總有機碳含量即為第一溶液的總有機碳含量C1’),與根據總有機碳含量的前後差異算出的PVA固體移除率(即為(C1-C1’)/C1)。
比較例2係使用低溫過濾方法過濾第一溶液。其中先將第一溶液降溫至低於室溫的低溫(5 oC),然後在低溫環境下,利用蠕動幫浦設定80 ml/min推動第一溶液通過濾孔尺寸為1µm至2µm的過濾膜進行過濾。表1列出之比較例1中溶液處理前後的總有機碳含量(處理前的總有機碳含量即為第一溶液的總有機碳含量C1,處理後的總有機碳含量即為第一溶液的總有機碳含量C1’),與根據總有機碳含量的前後差異算出的PVA固體移除率(即為(C1-C1’)/C1)。比較例2的PVA固體移除率遠低於實施例1~3與比較例1,推測是因為第一溶液不含可以透過低溫達到蓄凝效果的硼酸成份,因此第一溶液中的PVA固體並無法透過低溫變大尺寸,而無法透過濾孔尺寸較大的過濾膜自第一溶液中濾除。 表1 <TABLE border="1" borderColor="#000000" width="85%"><TBODY><tr><td> 實例 </td><td> 過濾方法 </td><td> 總有機碳含量(ppm) </td><td> 移除率 </td></tr><tr><td> 處理前 </td><td> 處理後 </td></tr><tr><td> 實施例1 </td><td> 電流值 0.2 安培 </td><td> 253 </td><td> 202 </td><td> 20 % </td></tr><tr><td> 實施例2 </td><td> 電流值 0.5 安培 </td><td> 243 </td><td> 156 </td><td> 32 % </td></tr><tr><td> 實施例3 </td><td> 電流值 1.0 安培 </td><td> 256 </td><td> 148 </td><td> 42 % </td></tr><tr><td> 實施例4 </td><td> 電流值 2.0 安培 </td><td> 247 </td><td> 136 </td><td> 45 % </td></tr><tr><td> 比較例1 </td><td> 超濾 </td><td> 241 </td><td> 113 </td><td> 53 % </td></tr><tr><td> 比較例2 </td><td> 低溫過濾 </td><td> 254 </td><td> 248 </td><td> 2 % </td></tr></TBODY></TABLE>
綜上所述,雖然本發明已以實施例揭露如上,然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者,在不脫離本發明之精神和範圍內,當可作各種之更動與潤飾。因此,本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
3‧‧‧溢流裝置
31‧‧‧引流板
32‧‧‧盒體部
37、137‧‧‧循環系統
101‧‧‧處理槽
102‧‧‧退捲輥
103‧‧‧第一通道
104‧‧‧膨潤槽
105‧‧‧析出槽
106‧‧‧染色槽
107‧‧‧第二通道
108‧‧‧交聯槽
109‧‧‧過濾裝置
110‧‧‧洗淨槽
111‧‧‧第三通道
112‧‧‧乾燥爐
114‧‧‧繞捲輥
116A‧‧‧第一槽部分
116B‧‧‧第二槽部分
118‧‧‧過濾膜
120‧‧‧引導輥
130‧‧‧第一通道
133‧‧‧第二通道
200‧‧‧偏光膜前驅物
200'‧‧‧偏光膜
318‧‧‧過濾件
E‧‧‧電極組
E1‧‧‧第一電極元件
E2‧‧‧第二電極元件
L1‧‧‧第一溶液
L2‧‧‧第二溶液
L3‧‧‧第三溶液
P1‧‧‧第一屑體
P2‧‧‧第二屑體
第1圖繪示一用於製造偏光膜的系統。 第2圖繪示根據一實施例概念之用於製造偏光膜的系統。 第3圖繪示根據一實施例概念之用於製造偏光膜的系統。 第4圖繪示根據一實施例概念之用於製造偏光膜的系統。

Claims (13)

  1. 一種用於製造偏光膜的方法,包括: 使一偏光膜前驅物通過一第一溶液; 利用與該第一溶液接觸的一電極組,對該第一溶液進行一析出處理以形成一第二溶液;及 對該第二溶液進行一過濾處理以形成一第三溶液。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之用於製造偏光膜的方法,更包括: 使該偏光膜前驅物通過與該第三溶液混合後的該第一溶液或該第二溶液。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之用於製造偏光膜的方法,其中該第一溶液包括一第一屑體,該第二溶液包括自該第一屑體經析出處理而尺寸變大的一第二屑體。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之用於製造偏光膜的方法,其中該第一屑體包括該偏光膜前驅物通過時所造成的屑體,該第二溶液包括自該第一屑體經析出處理而尺寸變大的一第二屑體,該過濾處理包括使用一過濾裝置,該過濾裝置具有尺寸大於該第一屑體的濾孔。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之用於製造偏光膜的方法,其中該第一屑體之粒徑範圍為10nm至1000nm;及該第二屑體之粒徑範圍為2 µm ~10 µm;及該濾孔的孔徑為1µm至10µm。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之用於製造偏光膜的方法,其中該第一溶液係為含有碘離子的偏光膜染色溶液,或第一溶液係為硼酸、碘化鉀、碘化鋅、或其組合。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之用於製造偏光膜的方法,其中該電極組的電流值介於0.2至5.0安培,或該電極組係用以進行一電凝法。
  8. 一種用於製造偏光膜的系統,包括: 一處理槽,包括一溶液; 一引導輥,用以傳送一偏光膜前驅物通過該溶液; 一電極組,接觸該偏光膜前驅物通過後的該溶液;及 一過濾裝置,用以過濾與該電極組接觸後的該溶液。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之用於製造偏光膜的系統,包括一循環系統,在該處理槽的外側並連通該處理槽,其中該循環系統包括該電極組與該過濾裝置。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之用於製造偏光膜的系統,其中該電極組設置在該處理槽之中。
  11. 如申請專利範圍第8項所述之用於製造偏光膜的系統,其中該電極組係用以對該偏光膜前驅物通過後的該溶液進行一電凝法,或該電極組的電流值介於0.2安培至5.0安培。
  12. 如申請專利範圍第8項所述之用於製造偏光膜的系統,其中該過濾裝置係一溢流裝置,且該溢流裝置更包括一過濾件及一引流板。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之用於製造偏光膜的系統,其中該過濾件包含一過濾網,及/或一過濾膜,且該過濾膜之濾孔的孔徑係為1µm至10µm。
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