偏光膜涂布生產設備概述

崔華+劉標盛

摘要：偏光膜涂布生產設備的要求與其他光學膜涂布生產設備類似，要求制造精密、控制準確。文章簡要介紹了偏光膜的市場概況與偏光膜的結構，對偏光膜涂布主要生產流程及結構組成進行了詳細闡述，并對如何降低偏光膜涂布生產設備的投資成本及設備的國產化提出了相關觀點。

關鍵詞：偏光膜；涂布生產設備；設備國產化；投資成本；液晶面板

中圖分類號：TN805 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）25-0063-03

1 概述

近10年來，全球平板顯示產業（FPD）特別是TFT-LCD發展速度很快，平板顯示產業已成為支持全球經濟的重要產業之一。液晶顯示器最核心的部件是液晶面板，約占整個液晶顯示器成本的80%左右，液晶面板的品質直接決定著顯示效果。

圖1 液晶面板結構

圖1是液晶面板的組成結構，它由上層液晶面板模組和下層背光模組兩部分組成。其中偏光膜是其必需的關鍵組件之一，且必須上下成對配合使用。偏光膜的作用就是將自然光變成偏振光，由于把偏振光用于其顯示原理中，偏振片不僅是必需的構件，同時對其高性能、多功能的追求對于LCD功能的提高是必不可少的。

偏光膜的發展與LCD相輔相成，速度很快。根據矢野經濟研究所及Display bank的統計，2005年全球偏光膜產量約1.26億m2，至2010年偏光片產值已達95億美元，面積3.16億m2。預計到2016年，全球TFT偏光片產值將超過140億美元。

不過，大陸偏光膜產能仍小。根據群智咨詢調研數據顯示，2013年中國大陸本土面板廠（即京東方、華星光電、中電熊貓、天馬、龍騰）對偏光片的實際需求規模為4800萬m2，而中國大陸本土偏光片廠商的實際出貨供給規模為268萬m2，偏光片的國內自給率僅為5.6%。因此，國內偏光膜的市場需求巨大。

偏光膜的生產分為TAC表面處理、PVA拉伸、離型膜涂布后貼合三個流程。不同的流程對應不同的設備。本文僅針對離型膜涂布貼合用的光學涂布生產設備進行闡述。

2 偏光膜的典型結構

偏光膜的典型結構如下表1所示：

表1 偏光膜的典型結構

從偏光膜的典型結構可以看出，不同類型的偏光膜均以其基本結構“原板”為基礎——兩層三醋酸纖維素酯薄膜（TAC）夾一層聚乙烯醇（PVA），業內稱為“原板”。

根據產品的具體要求，通過光學涂布生產設備在原板的一側或兩側分別復合不同功能的光學膜，如反射膜、半透膜、位相差膜等，由此形成不同用途的偏光膜成品。產品類型不同，涂布的次數會有變化，如上述不同結構的產品，每增加一層PSA膠，需涂布一次。

3 涂布生產設備流程圖及組成說明

3.1 設備流程圖

圖2 涂布生產設備流程圖

偏光膜涂布生產設備的流程圖如圖2。與大多數涂布設備類似，主要由基材（如離型膜）放卷裝置、接膜裝置、基材蓄膜裝置、電暈裝置、涂布頭、干燥箱、UV固化裝置、原板放卷、原板蓄膜裝置、貼合裝置、裁片堆疊裝置、涂布貼合產品收卷裝置等組成。不同的是，偏光膜涂布生產設備與其他光學膜涂布設備對環境潔凈度要求極高，涂布頭及干燥箱要求在1000級以上，有的甚至達到100級。

3.2 組成說明

3.2.1 離型膜放卷裝置。放卷裝置為雙工位，主要考慮到連續生產的需要。當一卷膜接近用完時，需做好與下一卷膜連接的準備。放卷裝置通常配置對邊裝置，以保證膜按規定的路徑運行。

3.2.2 接膜裝置。此裝置在生產速度較高或膜的幅寬較寬時才配置使用。偏光膜涂布的生產速度與普通的如粘膠帶涂布速度動輒上100m/min不同，通常速度在（8～10）m/min，生產速度超過（30～50）m/min的很少。因此幅寬1m以下時直接人工接膜即可。

3.2.3 蓄膜裝置。此裝置主要是為換卷接膜時進行膜的儲備，因為接膜的時候接膜處會短暫停止，而生產是連續的，蓄膜就是保證不影響生產的連續性。蓄膜的長度設計需考慮正常的生產速度及接膜所需的時間。太短來不及接膜，太長浪費設備投資與安裝空間。

3.2.4 電暈裝置。電暈裝置的使用是根據需要對涂布的一面進行表面電擊處理，使其具有更高的附著性。其原理是利用高頻率高電壓在被處理的塑料表面電暈放電，而產生低溫等離子體，使塑料表面產生游離基反應從而使聚合物發生交聯、表面變粗糙并增加其對極性溶劑的潤濕性和附著能力。

3.2.5 涂布頭。涂布頭是整個涂布生產設備的核心，目前偏光膜涂布主要有COMMA KNIFE（逗號式刮刀）與SLOT DIE（狹縫式模頭擠出涂布）兩種形式。

COMMA KNIFE適合的涂布厚度為18～100?m，涂布液粘度較高，其突出的優點是改變涂布寬度比較容易，另供膠系統也相對簡單。但存在涂布液大面積暴露的問題，因此必須保證涂布頭的潔凈度。

SLOT DIE涂布是一種預計量的涂布方式，就是說涂布量取決于輸入涂布液量與基材運行速度之比，可預先精確設定。通常都采用高精度無脈沖計量泵來輸送涂布液量。SLOT DIE涂布可分為背輥直接接觸和基材張力控制兩種方式，偏光膜涂布采用背輥直接接觸式為主。這種涂布厚度范圍較寬，約為3～300?m，可滿足不同的使用要求，適合生產速度從低到高均可。其涂布精度受背輥本身的平直度以及軸承的跳動影響，由于涂布間隙很小，對基材厚度變化及表面異物影響非常敏感。生產過程中更換涂布液品種時內部清潔比較困難，需用溶劑反復清洗。

兩種涂布頭涂層干后厚度誤差均可控制在1μm以內。其中SLOT DIE涂布精度更高，造價昂貴，并需配置完善的供膠系統。

3.2.6 干燥箱。偏光膜涂布設備干燥箱分為“導輥式”與“導輥加氣懸浮式”兩種，總長度一般在20～30m之間。“導輥加氣懸浮式”通常是前兩節為導輥，其余為氣懸浮。氣懸浮干燥過程中，因涂布基材只受到空氣的磨擦力影響、無機械接觸，所以對產品表面無劃傷。且干燥效率比“導輥式”大幅提高。但要保證膜在干燥箱內溫度均勻、運轉平穩具有較高的技術難度，因此對風槽、噴嘴的結構設計，對風量與壓差的控制等都有較高要求。對進入干燥箱的空氣一定要經過HEPA過濾，確保箱內的潔凈度。同時需及時將干燥箱內產生的有機廢氣及時排出，防止VOCs聚集導致發生危險。偏光膜涂布干燥箱內溫度不高，通常不超過120℃，但對溫度的控制非常嚴格，通常誤差在±1℃以內。加熱方式有蒸汽盤管直接加熱與外置換熱器熱風循環加熱（氣懸浮式必須）。熱源以蒸汽為主，部分使用導熱油。

3.2.7 UV固化裝置。此裝置主要針對UV固化膠水，在偏光膜涂布設備中比較少用，有的并不配置。配置的原因主要是考慮一機多用，除偏光膜涂布外還可進行其他光學膜的涂布，如硬化膜等。需注意的是，COMMA KNIFE涂布頭不適合UV固化膠水的涂布，通常使用Micro Gravure（微凹版輥）涂布工藝。

3.2.8 原板放卷裝置。同本節第1點。

3.2.9 原板蓄膜裝置。同本節第3點。

3.2.10 貼合裝置。貼合裝置的重點是貼合輥，貼合輥設計有上下兩輥式或3輥式、水平兩輥式等。兩輥式通常一鋼輥、一膠輥配置。進行貼合時，各膜的平整度與張力控制非常重要，否則會影響貼合產品的平整度。為提高貼合效率，根據實際需要在貼合機上實現多功能復合與保護膜收卷是十分必要的。在偏光膜的涂布過程中，由于膜的層數多，實現這一功能尤為重要。

3.2.11 裁片堆疊裝置。本裝置是偏光膜生產必需設備之一，因為偏光膜產品多為片狀交貨，直接配置在生產線上切片易于實現連續生產。由于偏光膜對切口要求整齊、不能起毛邊，因此對切刀的要求極高。同時，由于偏光膜與位相差膜貼合時有角度的要求，因此切片裝置需具有整體旋轉功能并配置角度顯示。需注意的是，堆疊機的使用受到生產速度的限制，當生產速度超過10m/min時不適宜在線自動切片堆疊，而必須進行離線裁切。

3.2.12 成品收卷裝置。本裝置與裁片堆疊裝置錯開使用。當不需要裁切時，就使用本裝置進行收卷。收卷機視實際需要，選用單工位收卷或雙工位收卷。

4 結語

偏光膜涂布生產設備的要求與其他光學膜涂布生產設備類似，要求制造精密、控制準確，設備必須做好防銹、防塵工作，設備相關組件材質不能產生粉塵。各傳動導輥需質輕、動平衡良好，確保轉動順暢。同時需做好防爆、隔爆工作，并配備除靜電裝置。

由于國內偏光膜廠商不多，目前偏光膜涂布生產設備基本從國外進口，以日本與韓國生產為主，其中日本的設備技術含量更高、價格更貴。為有效降低投資成本，可與設備制造商進行友好協商，部分非主要零部件可放在國內加工，如機架、鋼構等；相對重要的輥、控制部分、涂布頭、干燥箱等由國外加工。

偏光膜涂布設備完全國產化條件仍不具備，主要差距體現在加工精度與控制精度，另外設備設計與制造人員對高精密涂布、光學膜高要求的認識也有待提高。

參考文獻

[1] 崛浩雄，鈴木幸治.彩色液晶顯示[M].北京：科學出版社，2003.

[2] 中華液晶網.今年國內TFT-LCD偏光片自給率估6.7%.http：//www.fpdisplay.com/news/2014-05/info-168249-617.htm

[3] 謝宜鳳.精密涂布工藝應用新進展[J].信息記錄材料，2010，（1）.

3.2.7 UV固化裝置。此裝置主要針對UV固化膠水，在偏光膜涂布設備中比較少用，有的并不配置。配置的原因主要是考慮一機多用，除偏光膜涂布外還可進行其他光學膜的涂布，如硬化膜等。需注意的是，COMMA KNIFE涂布頭不適合UV固化膠水的涂布，通常使用Micro Gravure（微凹版輥）涂布工藝。

3.2.8 原板放卷裝置。同本節第1點。

3.2.9 原板蓄膜裝置。同本節第3點。

3.2.10 貼合裝置。貼合裝置的重點是貼合輥，貼合輥設計有上下兩輥式或3輥式、水平兩輥式等。兩輥式通常一鋼輥、一膠輥配置。進行貼合時，各膜的平整度與張力控制非常重要，否則會影響貼合產品的平整度。為提高貼合效率，根據實際需要在貼合機上實現多功能復合與保護膜收卷是十分必要的。在偏光膜的涂布過程中，由于膜的層數多，實現這一功能尤為重要。

3.2.11 裁片堆疊裝置。本裝置是偏光膜生產必需設備之一，因為偏光膜產品多為片狀交貨，直接配置在生產線上切片易于實現連續生產。由于偏光膜對切口要求整齊、不能起毛邊，因此對切刀的要求極高。同時，由于偏光膜與位相差膜貼合時有角度的要求，因此切片裝置需具有整體旋轉功能并配置角度顯示。需注意的是，堆疊機的使用受到生產速度的限制，當生產速度超過10m/min時不適宜在線自動切片堆疊，而必須進行離線裁切。

3.2.12 成品收卷裝置。本裝置與裁片堆疊裝置錯開使用。當不需要裁切時，就使用本裝置進行收卷。收卷機視實際需要，選用單工位收卷或雙工位收卷。

4 結語

偏光膜涂布生產設備的要求與其他光學膜涂布生產設備類似，要求制造精密、控制準確，設備必須做好防銹、防塵工作，設備相關組件材質不能產生粉塵。各傳動導輥需質輕、動平衡良好，確保轉動順暢。同時需做好防爆、隔爆工作，并配備除靜電裝置。

由于國內偏光膜廠商不多，目前偏光膜涂布生產設備基本從國外進口，以日本與韓國生產為主，其中日本的設備技術含量更高、價格更貴。為有效降低投資成本，可與設備制造商進行友好協商，部分非主要零部件可放在國內加工，如機架、鋼構等；相對重要的輥、控制部分、涂布頭、干燥箱等由國外加工。

偏光膜涂布設備完全國產化條件仍不具備，主要差距體現在加工精度與控制精度，另外設備設計與制造人員對高精密涂布、光學膜高要求的認識也有待提高。

參考文獻

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[3] 謝宜鳳.精密涂布工藝應用新進展[J].信息記錄材料，2010，（1）.

3.2.7 UV固化裝置。此裝置主要針對UV固化膠水，在偏光膜涂布設備中比較少用，有的并不配置。配置的原因主要是考慮一機多用，除偏光膜涂布外還可進行其他光學膜的涂布，如硬化膜等。需注意的是，COMMA KNIFE涂布頭不適合UV固化膠水的涂布，通常使用Micro Gravure（微凹版輥）涂布工藝。

3.2.8 原板放卷裝置。同本節第1點。

3.2.9 原板蓄膜裝置。同本節第3點。

3.2.10 貼合裝置。貼合裝置的重點是貼合輥，貼合輥設計有上下兩輥式或3輥式、水平兩輥式等。兩輥式通常一鋼輥、一膠輥配置。進行貼合時，各膜的平整度與張力控制非常重要，否則會影響貼合產品的平整度。為提高貼合效率，根據實際需要在貼合機上實現多功能復合與保護膜收卷是十分必要的。在偏光膜的涂布過程中，由于膜的層數多，實現這一功能尤為重要。

3.2.11 裁片堆疊裝置。本裝置是偏光膜生產必需設備之一，因為偏光膜產品多為片狀交貨，直接配置在生產線上切片易于實現連續生產。由于偏光膜對切口要求整齊、不能起毛邊，因此對切刀的要求極高。同時，由于偏光膜與位相差膜貼合時有角度的要求，因此切片裝置需具有整體旋轉功能并配置角度顯示。需注意的是，堆疊機的使用受到生產速度的限制，當生產速度超過10m/min時不適宜在線自動切片堆疊，而必須進行離線裁切。

3.2.12 成品收卷裝置。本裝置與裁片堆疊裝置錯開使用。當不需要裁切時，就使用本裝置進行收卷。收卷機視實際需要，選用單工位收卷或雙工位收卷。

4 結語

偏光膜涂布生產設備的要求與其他光學膜涂布生產設備類似，要求制造精密、控制準確，設備必須做好防銹、防塵工作，設備相關組件材質不能產生粉塵。各傳動導輥需質輕、動平衡良好，確保轉動順暢。同時需做好防爆、隔爆工作，并配備除靜電裝置。

由于國內偏光膜廠商不多，目前偏光膜涂布生產設備基本從國外進口，以日本與韓國生產為主，其中日本的設備技術含量更高、價格更貴。為有效降低投資成本，可與設備制造商進行友好協商，部分非主要零部件可放在國內加工，如機架、鋼構等；相對重要的輥、控制部分、涂布頭、干燥箱等由國外加工。

偏光膜涂布設備完全國產化條件仍不具備，主要差距體現在加工精度與控制精度，另外設備設計與制造人員對高精密涂布、光學膜高要求的認識也有待提高。

參考文獻

[1] 崛浩雄，鈴木幸治.彩色液晶顯示[M].北京：科學出版社，2003.

[2] 中華液晶網.今年國內TFT-LCD偏光片自給率估6.7%.http：//www.fpdisplay.com/news/2014-05/info-168249-617.htm

[3] 謝宜鳳.精密涂布工藝應用新進展[J].信息記錄材料，2010，（1）.