偏光片关键设备

崔华+刘标盛

摘要：偏光片是LCD（液晶显示器）的关键原材料之一，它的制造涉及多种应用技术。文章介绍了偏光片的结构，对偏光片关键生产设备——“TAC处理机”使用过程中遇到的产能瓶颈进行了分析，并作出了针对性地提速改造。

关键词：偏光膜；TAC处理机；碱处理槽；提速改造

中图分类号：TN949文献标识码：A文章编号：1009-2374（2014）24-0081-021偏光片生产概述

偏光片是LCD（液晶显示器）关键原材料之一，也是LCD面板中技术含量高且制程复杂的原材料。它的制造涉及高分子材料技术、微电子技术、光电技术、薄膜技术、高纯技术及计算机控制技术等多种应用技术。

2007年全球平板显示器用面板产值首次突破千亿美元大关，成为继半导体之后第二个超千亿美元的电子信息产业。预计到2015年，全球平面显示器产值将达1400亿美元。与之对应的LCD用偏光片，2008年度全球产量约1.93亿m2，对应的产值高达63.14亿美元。预计到2016年，全球TFT偏光片产值将超过140亿美元。偏光片的市场需求前景广阔。

偏光片在液晶显示器中的作用就是将自然光变成偏振光，由于把偏振光用于其显示原理中，偏光片不仅是LCD必需的构件，同时对其高性能、多功能的追求对于LCD功能的提高是必不可少的。

图1偏光片的构造简图

图1是偏光片（一般透过型）的基本结构。其核心层是两层TAC膜夹一层PVA膜，通常称之为“原板”。以原板为基础，根据不同的使用要求，在原板的一侧或两侧分别复合不同功能的光学膜，由此形成不同用途的偏光片产品，如反射型偏光片、半透型偏光片等。

通常情况下，要完成偏光片的生产，必须在净化级别达到1000级的净化厂房内配备如下生产设备：TAC处理机、PVA延伸机、光学级涂布设备及相应的辅助设施如槽罐、纯水装置等。本文主要针对本公司现有的TAC处理机使用过程中面临的产能瓶颈，设法进行提速改造。

偏光片中的TAC膜作用主要体现在两个方面：对拉伸后的PVA偏光素子起保护作用，另外是防止素子的回缩。由于PVA素子本身的机械强度和平挺度均很差，其在温热的环境中会很快变形、收缩、松弛、衰退，而且强度很低，质脆易破，不便于使用和加工。因此需在其两侧贴上具有高透光率、低雾度值、耐热性好、机械强度高及光学上各向同性的透明薄膜。能同时满足这些要求的膜目前TAC膜最适合。

鉴于TAC膜上述的重要作用，偏光片生产过程中的前段设备——TAC处理机就显得非常重要。图2为“TAC处理机简图”。

图2TAC处理机简图

2问题提出

从图1可以看出，TAC膜与PVA膜在偏光片产品中的用量比例是2∶1，即如果PVA拉伸机的速度是10m/min，TAC处理机的速度必须达到20m/min以上。公司当时计划投资第二条PVA拉伸机，但为节约总的投资费用，不计划引进第二条TAC处理机生产线。预计两条拉伸机的理想产能合计约15m/min以上，因此现有的TAC处理机必须提速，才能满足整个投资计划，并决定由公司设备部门负责解决这个问题。

根据经验及相关资料，我们知道PVA膜与TAC膜要很好地贴合，前提是TAC膜需有较好的亲水性，即较小的接触角——小于20°。而未经处理的TAC膜接触角在30°～50°度以上。要使TAC膜接触角降到20°以下，TAC膜在碱槽处理中的浸渍时间必须满足在70～110s以上（时间范围大的原因是可以通过碱液浓度与温度等的变化来调整）。以速度30m/min计算，槽内行程最小需30*70/60＝35m。

图3是原碱处理槽穿膜图，计算其槽内行程为27.6m。要满足行程35m，需增加行程26.8%以上。

图3原碱处理槽穿膜图

3分析问题

根据分析，增加行程可以采取的途径如下：（1）增加槽的长度；（2）将槽深加大；（3）将槽面升高；（4）改变穿膜方式，设法在现槽内找到增加行程的

办法。

途径（1），见图2，机台前后均有机台固定，且放卷前面空间有限，机器又放置在无尘车间内，因此增加长度不现实，不采用。

途径（2），槽下面有线槽、槽底有加热管，且就算能加深，深度也有限，且改造牵涉因素太多，工程量大，效果不明显，亦不采用。

途径（3），此方案可以考虑，至少达到途径（2）的效果，工程量比（2）少很多，但需注意的是，加高的高度必须低于200mm，太高，以正常人的身高无法穿膜。备选。

途径（4），改变穿膜方式，我们模拟了将辊重新排列，将现水平式改为垂直式，但计算其行程反而更短，因此这样考虑有问题。可以将辊径减小，改变辊的排布间距。于是反复计算并图纸模拟，找到了直接在现有槽内增加行程的办法。

4具体方案

（1）辊径减少原则：确保膜在辊径变小之后不能出现层与层之间的刮碰，同时，辊径强度足够不能变形，辊的转动必须轻盈、阻力小。

（2）经计算满足原则（1）同时也考虑到加工商可以正常制作的情况下，将槽内导辊外径由Φ118改为Φ82。

（3）改造后具体布置图，见图4。

图4改造后碱处理槽穿膜图

（4）改造后行程增加情况。如图4所示，槽内导辊数量由改造前的3层变为4层，行程增加到37.8m，增加量为36.96%。运行速度可达到37.8/70*60=32.4m/min，超过计划的30m/min，初步达到设计要求。

在上述的基础上再结合上面的途径（3），加高120mm，导辊层数可再增一层，如图中黑色辊所示，此时总行程增至47m，总增加量达到70.28%。运行速度最高可达到47/70*60=40.29m/min。

5实际效果

按上述方案改造后，根据不同的工艺要求，实际生产速度分别在30m/min、35m/min、40m/min的情况下运行，接触角均达到规定的要求，TAC膜处理后的表面质量与效果理想。不过，由于速度提高幅度很大，原设备干燥箱入口处需增加一风刀切水装置，以防止切水辊切水不良造成影响。

6结语

公司设备部门同仁针对TAC处理机的提速改造达到并超过预期效果，解决了增加PVA拉伸机产能时面临的“TAC配套问题”的困扰，改造取得圆满成功。同时，通过对设备的改造，对进一步了解和熟悉偏光片生产设备获得了宝贵经验，也为公司培养了一批偏光片设备的专业技术人才，为将来同类设备的国产化奠定了坚实

基础。

参考文献

[1] 田村喜男．DisplaySearch．TFT液晶面板供需平衡

 和收益预测http：//china．nikkeibp．com．cn/news/

 flat/59497-20120116．html．

摘要：偏光片是LCD（液晶显示器）的关键原材料之一，它的制造涉及多种应用技术。文章介绍了偏光片的结构，对偏光片关键生产设备——“TAC处理机”使用过程中遇到的产能瓶颈进行了分析，并作出了针对性地提速改造。

关键词：偏光膜；TAC处理机；碱处理槽；提速改造

中图分类号：TN949文献标识码：A文章编号：1009-2374（2014）24-0081-021偏光片生产概述

偏光片是LCD（液晶显示器）关键原材料之一，也是LCD面板中技术含量高且制程复杂的原材料。它的制造涉及高分子材料技术、微电子技术、光电技术、薄膜技术、高纯技术及计算机控制技术等多种应用技术。

2007年全球平板显示器用面板产值首次突破千亿美元大关，成为继半导体之后第二个超千亿美元的电子信息产业。预计到2015年，全球平面显示器产值将达1400亿美元。与之对应的LCD用偏光片，2008年度全球产量约1.93亿m2，对应的产值高达63.14亿美元。预计到2016年，全球TFT偏光片产值将超过140亿美元。偏光片的市场需求前景广阔。

偏光片在液晶显示器中的作用就是将自然光变成偏振光，由于把偏振光用于其显示原理中，偏光片不仅是LCD必需的构件，同时对其高性能、多功能的追求对于LCD功能的提高是必不可少的。

图1偏光片的构造简图

图1是偏光片（一般透过型）的基本结构。其核心层是两层TAC膜夹一层PVA膜，通常称之为“原板”。以原板为基础，根据不同的使用要求，在原板的一侧或两侧分别复合不同功能的光学膜，由此形成不同用途的偏光片产品，如反射型偏光片、半透型偏光片等。

通常情况下，要完成偏光片的生产，必须在净化级别达到1000级的净化厂房内配备如下生产设备：TAC处理机、PVA延伸机、光学级涂布设备及相应的辅助设施如槽罐、纯水装置等。本文主要针对本公司现有的TAC处理机使用过程中面临的产能瓶颈，设法进行提速改造。

偏光片中的TAC膜作用主要体现在两个方面：对拉伸后的PVA偏光素子起保护作用，另外是防止素子的回缩。由于PVA素子本身的机械强度和平挺度均很差，其在温热的环境中会很快变形、收缩、松弛、衰退，而且强度很低，质脆易破，不便于使用和加工。因此需在其两侧贴上具有高透光率、低雾度值、耐热性好、机械强度高及光学上各向同性的透明薄膜。能同时满足这些要求的膜目前TAC膜最适合。

鉴于TAC膜上述的重要作用，偏光片生产过程中的前段设备——TAC处理机就显得非常重要。图2为“TAC处理机简图”。

图2TAC处理机简图

2问题提出

从图1可以看出，TAC膜与PVA膜在偏光片产品中的用量比例是2∶1，即如果PVA拉伸机的速度是10m/min，TAC处理机的速度必须达到20m/min以上。公司当时计划投资第二条PVA拉伸机，但为节约总的投资费用，不计划引进第二条TAC处理机生产线。预计两条拉伸机的理想产能合计约15m/min以上，因此现有的TAC处理机必须提速，才能满足整个投资计划，并决定由公司设备部门负责解决这个问题。

根据经验及相关资料，我们知道PVA膜与TAC膜要很好地贴合，前提是TAC膜需有较好的亲水性，即较小的接触角——小于20°。而未经处理的TAC膜接触角在30°～50°度以上。要使TAC膜接触角降到20°以下，TAC膜在碱槽处理中的浸渍时间必须满足在70～110s以上（时间范围大的原因是可以通过碱液浓度与温度等的变化来调整）。以速度30m/min计算，槽内行程最小需30*70/60＝35m。

图3是原碱处理槽穿膜图，计算其槽内行程为27.6m。要满足行程35m，需增加行程26.8%以上。

图3原碱处理槽穿膜图

3分析问题

根据分析，增加行程可以采取的途径如下：（1）增加槽的长度；（2）将槽深加大；（3）将槽面升高；（4）改变穿膜方式，设法在现槽内找到增加行程的

办法。

途径（1），见图2，机台前后均有机台固定，且放卷前面空间有限，机器又放置在无尘车间内，因此增加长度不现实，不采用。

途径（2），槽下面有线槽、槽底有加热管，且就算能加深，深度也有限，且改造牵涉因素太多，工程量大，效果不明显，亦不采用。

途径（3），此方案可以考虑，至少达到途径（2）的效果，工程量比（2）少很多，但需注意的是，加高的高度必须低于200mm，太高，以正常人的身高无法穿膜。备选。

途径（4），改变穿膜方式，我们模拟了将辊重新排列，将现水平式改为垂直式，但计算其行程反而更短，因此这样考虑有问题。可以将辊径减小，改变辊的排布间距。于是反复计算并图纸模拟，找到了直接在现有槽内增加行程的办法。

4具体方案

（1）辊径减少原则：确保膜在辊径变小之后不能出现层与层之间的刮碰，同时，辊径强度足够不能变形，辊的转动必须轻盈、阻力小。

（2）经计算满足原则（1）同时也考虑到加工商可以正常制作的情况下，将槽内导辊外径由Φ118改为Φ82。

（3）改造后具体布置图，见图4。

图4改造后碱处理槽穿膜图

（4）改造后行程增加情况。如图4所示，槽内导辊数量由改造前的3层变为4层，行程增加到37.8m，增加量为36.96%。运行速度可达到37.8/70*60=32.4m/min，超过计划的30m/min，初步达到设计要求。

在上述的基础上再结合上面的途径（3），加高120mm，导辊层数可再增一层，如图中黑色辊所示，此时总行程增至47m，总增加量达到70.28%。运行速度最高可达到47/70*60=40.29m/min。

5实际效果

按上述方案改造后，根据不同的工艺要求，实际生产速度分别在30m/min、35m/min、40m/min的情况下运行，接触角均达到规定的要求，TAC膜处理后的表面质量与效果理想。不过，由于速度提高幅度很大，原设备干燥箱入口处需增加一风刀切水装置，以防止切水辊切水不良造成影响。

6结语

公司设备部门同仁针对TAC处理机的提速改造达到并超过预期效果，解决了增加PVA拉伸机产能时面临的“TAC配套问题”的困扰，改造取得圆满成功。同时，通过对设备的改造，对进一步了解和熟悉偏光片生产设备获得了宝贵经验，也为公司培养了一批偏光片设备的专业技术人才，为将来同类设备的国产化奠定了坚实

基础。

参考文献

[1] 田村喜男．DisplaySearch．TFT液晶面板供需平衡

 和收益预测http：//china．nikkeibp．com．cn/news/

 flat/59497-20120116．html．

摘要：偏光片是LCD（液晶显示器）的关键原材料之一，它的制造涉及多种应用技术。文章介绍了偏光片的结构，对偏光片关键生产设备——“TAC处理机”使用过程中遇到的产能瓶颈进行了分析，并作出了针对性地提速改造。

关键词：偏光膜；TAC处理机；碱处理槽；提速改造

中图分类号：TN949文献标识码：A文章编号：1009-2374（2014）24-0081-021偏光片生产概述

偏光片是LCD（液晶显示器）关键原材料之一，也是LCD面板中技术含量高且制程复杂的原材料。它的制造涉及高分子材料技术、微电子技术、光电技术、薄膜技术、高纯技术及计算机控制技术等多种应用技术。

2007年全球平板显示器用面板产值首次突破千亿美元大关，成为继半导体之后第二个超千亿美元的电子信息产业。预计到2015年，全球平面显示器产值将达1400亿美元。与之对应的LCD用偏光片，2008年度全球产量约1.93亿m2，对应的产值高达63.14亿美元。预计到2016年，全球TFT偏光片产值将超过140亿美元。偏光片的市场需求前景广阔。

偏光片在液晶显示器中的作用就是将自然光变成偏振光，由于把偏振光用于其显示原理中，偏光片不仅是LCD必需的构件，同时对其高性能、多功能的追求对于LCD功能的提高是必不可少的。

图1偏光片的构造简图

图1是偏光片（一般透过型）的基本结构。其核心层是两层TAC膜夹一层PVA膜，通常称之为“原板”。以原板为基础，根据不同的使用要求，在原板的一侧或两侧分别复合不同功能的光学膜，由此形成不同用途的偏光片产品，如反射型偏光片、半透型偏光片等。

通常情况下，要完成偏光片的生产，必须在净化级别达到1000级的净化厂房内配备如下生产设备：TAC处理机、PVA延伸机、光学级涂布设备及相应的辅助设施如槽罐、纯水装置等。本文主要针对本公司现有的TAC处理机使用过程中面临的产能瓶颈，设法进行提速改造。

偏光片中的TAC膜作用主要体现在两个方面：对拉伸后的PVA偏光素子起保护作用，另外是防止素子的回缩。由于PVA素子本身的机械强度和平挺度均很差，其在温热的环境中会很快变形、收缩、松弛、衰退，而且强度很低，质脆易破，不便于使用和加工。因此需在其两侧贴上具有高透光率、低雾度值、耐热性好、机械强度高及光学上各向同性的透明薄膜。能同时满足这些要求的膜目前TAC膜最适合。

鉴于TAC膜上述的重要作用，偏光片生产过程中的前段设备——TAC处理机就显得非常重要。图2为“TAC处理机简图”。

图2TAC处理机简图

2问题提出

从图1可以看出，TAC膜与PVA膜在偏光片产品中的用量比例是2∶1，即如果PVA拉伸机的速度是10m/min，TAC处理机的速度必须达到20m/min以上。公司当时计划投资第二条PVA拉伸机，但为节约总的投资费用，不计划引进第二条TAC处理机生产线。预计两条拉伸机的理想产能合计约15m/min以上，因此现有的TAC处理机必须提速，才能满足整个投资计划，并决定由公司设备部门负责解决这个问题。

根据经验及相关资料，我们知道PVA膜与TAC膜要很好地贴合，前提是TAC膜需有较好的亲水性，即较小的接触角——小于20°。而未经处理的TAC膜接触角在30°～50°度以上。要使TAC膜接触角降到20°以下，TAC膜在碱槽处理中的浸渍时间必须满足在70～110s以上（时间范围大的原因是可以通过碱液浓度与温度等的变化来调整）。以速度30m/min计算，槽内行程最小需30*70/60＝35m。

图3是原碱处理槽穿膜图，计算其槽内行程为27.6m。要满足行程35m，需增加行程26.8%以上。

图3原碱处理槽穿膜图

3分析问题

根据分析，增加行程可以采取的途径如下：（1）增加槽的长度；（2）将槽深加大；（3）将槽面升高；（4）改变穿膜方式，设法在现槽内找到增加行程的

办法。

途径（1），见图2，机台前后均有机台固定，且放卷前面空间有限，机器又放置在无尘车间内，因此增加长度不现实，不采用。

途径（2），槽下面有线槽、槽底有加热管，且就算能加深，深度也有限，且改造牵涉因素太多，工程量大，效果不明显，亦不采用。

途径（3），此方案可以考虑，至少达到途径（2）的效果，工程量比（2）少很多，但需注意的是，加高的高度必须低于200mm，太高，以正常人的身高无法穿膜。备选。

途径（4），改变穿膜方式，我们模拟了将辊重新排列，将现水平式改为垂直式，但计算其行程反而更短，因此这样考虑有问题。可以将辊径减小，改变辊的排布间距。于是反复计算并图纸模拟，找到了直接在现有槽内增加行程的办法。

4具体方案

（1）辊径减少原则：确保膜在辊径变小之后不能出现层与层之间的刮碰，同时，辊径强度足够不能变形，辊的转动必须轻盈、阻力小。

（2）经计算满足原则（1）同时也考虑到加工商可以正常制作的情况下，将槽内导辊外径由Φ118改为Φ82。

（3）改造后具体布置图，见图4。

图4改造后碱处理槽穿膜图

（4）改造后行程增加情况。如图4所示，槽内导辊数量由改造前的3层变为4层，行程增加到37.8m，增加量为36.96%。运行速度可达到37.8/70*60=32.4m/min，超过计划的30m/min，初步达到设计要求。

在上述的基础上再结合上面的途径（3），加高120mm，导辊层数可再增一层，如图中黑色辊所示，此时总行程增至47m，总增加量达到70.28%。运行速度最高可达到47/70*60=40.29m/min。

5实际效果

按上述方案改造后，根据不同的工艺要求，实际生产速度分别在30m/min、35m/min、40m/min的情况下运行，接触角均达到规定的要求，TAC膜处理后的表面质量与效果理想。不过，由于速度提高幅度很大，原设备干燥箱入口处需增加一风刀切水装置，以防止切水辊切水不良造成影响。

6结语

公司设备部门同仁针对TAC处理机的提速改造达到并超过预期效果，解决了增加PVA拉伸机产能时面临的“TAC配套问题”的困扰，改造取得圆满成功。同时，通过对设备的改造，对进一步了解和熟悉偏光片生产设备获得了宝贵经验，也为公司培养了一批偏光片设备的专业技术人才，为将来同类设备的国产化奠定了坚实

基础。

参考文献

[1] 田村喜男．DisplaySearch．TFT液晶面板供需平衡

 和收益预测http：//china．nikkeibp．com．cn/news/

 flat/59497-20120116．html．