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扩散膜工艺

文章来源:澳门太阳---Time:2014-10-13

在 LCD背光源的材料组成中,扩散膜几乎是必不可少的材料之一。扩散膜按制作方法分类,有涂布式及非涂布式两种。其中涂布式扩散膜具有透光率较高,雾度调节范围大,外观质量好,为高端背光源产品的扩散膜首选品种。扩散膜按形态分,有卷料和片料两种。本文只介绍涂布式卷料扩散膜(简称扩散膜)的生产技术。

据调查,业内人士对扩散膜的了解分为三个层次:使用者为第一层次,裁切者为第二层次,涂布者为第三层次。鉴于业内大多数人士对前两个层次了解较多,本文将不作介绍。扩散膜涂布,具有技术含量较高,资金投入较大,生产效率极高,经济效益非常可观的特点。因而国内有一部分人总想涉足而又不敢轻易涉足。本文将特别介绍这第三层次,希望对想涉足的这一部人有一定参考价值。
第三层次也可以叫做母卷制作。目前世界上主要扩散膜生产厂家有:日本的惠和( KEIWA)、智积电( TSUJIDEN)及 KIMOTO;韩国的 SKC、新和 (shinwha)及世韩 (Seahan);我国台湾省的长兴化工、宣茂科技、华宏新技及岱棱等;国内目前尚处于起步阶段,暂无较大批量供货厂家。

近两年来,笔者作为国内行业的先行者,经历了从扩散膜初探到量产的全过程。如今,各项技术指标全面达到日本同类扩散膜产品水平。实现了初期确定的质优价廉目标。
扩散膜生产技术涉及膜片设计、设备选型、材料与配方、涂覆工艺、质量管控等工作。知识范畴包括:应用光学、有机化学、精密机械、净化工程及背光源技术、涂布工艺学等。接下来将分六个部分进行介绍,这五个部分是:

  1. 扩散膜的设计与打样;
  2. 扩散膜卷料的主要生产设备;
  3. 扩散膜的涂料配方与配制工艺;
  4. 扩散膜的涂布工艺与缺陷治理;
  5. 扩散膜的品质要求与检验方法;

一、扩散膜的设计与打样

扩散膜的研制和生产,首先是从打样开始的。这个过程包含了选择目标产品和产品生产的初步可行性论证在内。这个过程既是整个项目的龙头,也是非常关键的阶段之一。它能决定这个项目是一路向前还是就此终止。

扩散膜的设计包括扩散膜类别选择和结构设计两大部分。市面上的扩散膜按用途可以分为底部光背光源用扩散膜;小尺寸背光源用薄型扩散膜(有上扩、下扩之分);中大尺寸背光源用扩散膜(有上扩、下扩之分);常规侧部光背光源用高雾度扩散膜。以上各类扩散膜中,用量最大( 90%以上)的是中大尺寸背光源用扩散膜。

扩散层

市面上的扩散膜结构大同小异,从上至下分别是:扩散层——基材——隔离层。特殊一点的有,底部光背光源用扩散膜在基材上下各有一层扩散层,在下扩散层的下面一般还具有粘接层。基材通常为高透明度 PET薄膜,厚度有 25、 38、 50、 75、 100、 125、 150、 188um几个规格。扩散层是由涂料干燥后在基材上的附着物,是扩散膜最关键的部分。隔离层的形成有两种方法,即涂布法和热压法。隔离的机理是在基材下面附有较大间隔的凸点,使扩散膜与背光源导光板的接触性质,从面接触变为点接触,从而避免背光源在亮检时产生水印状缺陷。

在扩散膜项目实施之初,首先要确定主打产品。主打产品可以在上述扩散膜品种中确定一种优先开发,也可以根据某用户需求定向开发。

选定产品后,接下来的就是打样。在打样完成之后,需要对打样的效果进行评价。评价的内容有:

  • 涂料中各成分的比例是否合适?
  • 胶水、微粉、稀释剂是否有配合不理想的情况?
  • 涂布的成膜性能如何?
  • 样品的测试结果与同类扩散膜有多大差距?

经过打样之后你必须清晰的内容是:

  • 涂料的固含量和粘度各是多少;
  • 涂料的干燥条件和时间(包括表面干燥和完全干燥);
  • 涂料在基材上的涂覆厚度是多少(包括干膜厚度和湿膜厚度);
  • 基材的材质、厚度和表面张力数据。

二、扩散膜卷料的主要生产设备

扩散膜卷料的主要生产设备是涂布机。涂布机的设计与制造质量,直接关系到扩散膜生产的成败。如何保证涂布机的质量呢?我的体会是要把握三个环节:即确定涂布机技术标准环节;考查选择供应商环节和适应性调整环节。下面分别加以说明。

1、 确定涂布机技术标准环节:在扩散膜设计与打样过程完成后,你就可以根据试验的资料和数据,再加上原材料的供货情况和你期望的生产效率,你就可以初步确定你对涂布机的主要要求。具体内容有:卷料的内径、外径、宽度和重量;要求涂布的工作速度;烘箱的温度(热风干燥)或者辐射强度( UV固化);涂层的厚度和厚度误差等。

2、考查选择供应商环节:涂布机是一种变数很大的机械设备,它会因人因产品而异,在所用和所做的涂布机中,完全相同的涂布机几乎找不到。国外有成熟的扩散膜涂布机,但价钱高而且不一定适应你的涂料体系;国内做涂布机的厂家倒是不少,但没有一家做过真正的扩散膜涂布机。要在国内做扩散膜涂布机,首先要选择设计能力强、制作工艺精湛的公司,在进行反复有效地沟通之后,也可以把扩散膜涂布机做到比较理想的程度。

3、适应性调整环节:扩散膜涂布机在设备厂家完工后,即便是当时试车没有发现任何问题,以后在使用中,也会出现一些不尽人意的地方,这就需要对设备的适应性进行适时调整。调整主要是指后续对设备的自我改良和某些新装置的添加。调整的原因有开始考虑不周的,有生产原材料发生变化的,也有开始就打算等设备回来后再另外解决的。

扩散膜涂布机是一种相对结构复杂,体积庞大,投资巨大的机械设备。

下面请看不同公司生产的扩散膜涂布机的局部影像:

对扩散膜涂布机的总体要求是:

1、合理的结构和尺寸:涂布机的涂布方式很多,目前在扩散膜涂布机上使用的主要有 3种,即刮刀辊涂布、计量辊涂布和喷胶涂布。设计是具体使用哪一种涂布方式,这要看所用胶水的性质、粘度和固含量。涂布机的幅宽通常在 1米左右,确定幅宽需要考虑基材宽度、生产率及设备制造能力等因素。涂布机的烘道有热固化和光固化两大类别,烘道的长度主要与涂料干燥性能和要求的涂布速度有关。扩散膜涂布机的涂布速度一般为 10~40米之间,速度太低产能不高,速度太高不利于观察涂布中的缺陷。

2、较高的精度和表面质量要求:我们所讲的扩散膜涂布机,是属于精密涂布机范畴的。由于扩散膜是一种透明度很高的光学膜片,在涂布时,局部稍微有点厚度不均,马上就可用眼睛看出膜片上有明暗不一的缺陷。一般扩散膜技规给出的厚度误差为± 5%,减去基材厚度误差的 1%后,还剩下 4%,涂布厚度通常在 10~20um。这就不难看出扩散膜涂布,对涂布机的精度要求是很高的。表面质量要求包括细小的表面粗糙度、很高的表面硬度和很高的表面抗腐蚀性能。

3、符合在净化车间使用的要求:扩散膜涂布机所生产的产品质量要求,决定扩散膜涂布机必须在净化车间生产。这就要求制造涂布机的所有材料都不会污染环境和工件,如:油漆是否会脱落;密封件是否会泄露;有没有不便清理的死角等。

4、操作简单、质量稳定:扩散膜涂布机的总长度 20~40m,操作者 3~5人,电动机多而分散,速度、间隙、压力、温度、张力、对边等可调量一大堆,如果没有简单可靠的操作控制系统来负担大部分工作,是不可能顺利生产的。目前流行的控制系统是 PLC(可编程控制器 )控制系统,恐怕这是最起码的控制要求了。质量稳定指的是涂布机的工作参数一经调定,机器中途不会自己改变。

扩散膜涂布机的组成部件很多,主要的有涂布头、主传动、烘道、放卷、收卷及电气控制等。以下将从扩散膜涂布的角度,分别加以叙述:

1、涂布头:涂布头是扩散膜涂布机最重要的部件。涂布头有很多种形式,适合扩散膜涂布的有刮刀辊涂布、计量辊涂布和喷胶涂布3种。

刮刀辊涂布具有涂布厚度调节范围大,适应涂布厚度 10~30nm,涂料粘度 20~100s的各类胶水的涂布。

计量辊涂布有线辊和网纹辊涂布,适应涂布厚度在 10 nm左右,粘度低于 20s的各类胶水的涂布。喷胶涂布不适合油性胶的涂布,特别适合低粘度的水性胶和 UV胶的涂布。

扩散膜涂布,对涂布头的要求主要是涂布厚度误差小( <3um)、不易产生机原性涂布缺陷、调整方便、稳定性好和对胶水的适应性广。为了对胶水的适应性广,有的涂布机同时配备两种涂布头也是常见的事。

2、主传动:扩散膜涂布机的主传动通常是用钢辊和胶辊组成的对辊。钢辊主动,决定膜片的运动速度,胶辊通过气缸起压紧作用。涂布工艺对主传动的要求是:具有稳定的线速度和合适的速度调整范围;传动过程中不损伤、不污染膜片。

3、烘道:扩散膜涂布机的烘道部分的作用是,把涂在基材上的湿胶立即变成干胶,为后续的收卷创造必要的条件。烘道的干燥方式有热风式和光固式两种。扩散膜涂布机一般只采用其中一种烘道,有的则两者都有。这样做的目的是使涂布机对涂料种类的适应性广泛。因为,烘道的种类完全是由扩散膜涂料的种类决定的。另外,热风式烘道按所使用的能源不同又有油锅炉的、电热煲的、天然气的和其他能源的。不管使用什么能源,扩散膜涂布对温度的要求是一样的。这些要求是:最高温度 120℃、温度控制精度≤ 5℃、初始升温时间≤ 30分钟。烘道的温度一定要可以分段设置和调整。烘道内的风压要均匀,进入烘道的新风要经过净化处理。烘道内部的结构有气浮式(无接触)和辊道式两种。有条件的最好设计成气浮式烘箱。对于辊道式烘箱的托辊,设计时要充分采用避免擦伤膜片的技术。

4、放卷:扩散膜涂布机的放卷机构主要有如下作用: A、用芯轴把待涂覆的基材悬空固定在放卷架上; B、通过磁粉制动器给放卷中的基材施加一定的阻力; C、附属机构控制基材的张力和偏移。放卷机构包括放卷架、气涨轴、对边(纠偏)机、张力控制器等。放卷架有单轴和双轴之分,双轴放卷架可在更换基材时减少停机时间。气涨轴常用的规格有 3”和 6”两种。对边机和张力控制器是必不可少的附属机构。必要时还要加上静电消除、粘尘、储料、接头等功能部件。

5、收卷:扩散膜涂布机的收卷机构与放卷机构主体部分很相像,它们之间的最大不同点是收卷是主动的,而放卷是被动的。我们知道膜片的运动速度是由主传动决定的,收卷机构的主动是要保证膜片出主传动后,始终在一定张力条件下收料成卷。收卷张力的形成通常有两种方法:一种是采用力矩电机为动力收卷;另一种是通过磁粉离合器把旋转力矩传递到收卷芯轴上收卷。

6、电器控制:扩散膜涂布机的电气控制的执行部件有:电动机、汽缸、加热器等。控制的方式采用联动控制。控制部分包括弱电和强电两大部分。现代涂布机大多采用 PLC(可编程控制器 )控制,涂布工艺要求 PLC尽可能多的将执行部件纳入其控制范围;同时要求 PLC的 LCD触摸屏(人机界面)设置方便、显示效果好。

此外,扩散膜涂布机在设计时还要向设备制造单位提供一些自身条件。如:车间的净空和承重能力、能源供应情况等。

除涂布机外,扩散膜生产设备还必须或者可能用到电晕机、除尘机、搅拌机、烘箱、覆膜机、分条机和起重设备等。

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