用于制造偏振膜的设备及其制造方法

摘要

本发明公开了利用连续过程来使用碘对基板膜染色，并且随后使染色后的膜取向，制备展现出偏振特性的膜（“偏振膜”）的装置，该装置包括：配备有测量第一浴的温度的温度计（“第一浴温度计”）的第一浴，其中洗涤作为基板膜的聚乙烯醇（PVA）膜；配备有测量第二浴的温度的温度计（“第二浴温度计”）以及测量第二浴的浓度的浓度计（“第二浴浓度计”）的第二浴，其中，将洗涤后的PVA膜浸入碘溶液中，并且在碘溶液中进行染色；第三浴，其中利用拉伸辊来拉伸碘染色后的PVA膜，由此使染色后的碘取向；配备有测量炉室的温度的温度计（“炉室温度计”）的炉室，用于烘干碘取向后的PVA膜；以及中央控制器，用于基于关于由第一、第二浴和炉室中的上述温度计以及第二浴中的浓度计测量的输入数据的特性的信息以及关于引入到连续过程的PVA膜的特性的信息，预测偏振膜的透射率，并且随后控制第一、第二浴和炉室的温度以及输送到第二浴的组合物的量。

权利要求

1.一种用于通过利用连续过程来使用碘对基板膜进行染色，并且随后使得染色后的膜取向，制备展现出偏振特性的膜(“偏振膜”)的装置，所述装置包括：第一浴，所述第一浴配备有用于测量所述第一浴的温度的温度计(“第一浴温度计”)，在所述第一浴中，洗涤作为基板膜的聚乙烯醇(PVA)膜；

第二浴，所述第二浴配备有用于测量所述第二浴的温度的温度计(“第二浴温度计”)以及用于测量所述第二浴的浓度的浓度计(“第二浴浓度计”)，在所述第二浴中，将所述洗涤后的PVA膜浸入碘溶液中，并且在其中对所述洗涤后的PVA膜进行染色；

第三浴，在所述第三浴中，利用拉伸辊来对经过碘染色后的PVA膜进行拉伸，由此使得所述染色后的碘取向；

炉室，所述炉室配备有用于测量炉室的温度的温度计(“炉室温度计”)，所述炉室用于烘干所述经过碘取向后的PVA膜；以及中央控制器，用于基于关于由所述第一、第二浴和所述炉室中的上述温度计以及所述第二浴中的浓度计测量的输入数据的特性的信息以及关于引入到所述连续过程中的PVA膜的特性的信息，预测所述偏振膜的透射率，并且随后控制所述第一、第二浴和所述炉室的温度以及输送到所述第二浴的组合物的量，其中，所述透射率的预测利用基于部分最小平方(“PLS”)的PVA膜透射率模型来执行，所述PVA膜透射率模型是多元回归分析模型。

2.如权利要求1所述的装置，其中，所述第二浴温度计测量所述第二浴内部的两个或多个位置处的温度。

3.如权利要求1所述的装置，其中，所述第二浴的浓度包括碘和碘化钾的浓度。

4.如权利要求1所述的装置，其中，所述第二浴中的组合物包括碘和碘化钾。

5.如权利要求1所述的装置，还包括组合物输送器，用于基于所述中央控制器的透射率预测结果，添加要被输送到所述第二浴的组合物。

6.如权利要求1所述的装置，还包括第一附加浴1A和第二附加浴2A，所述第一附加浴

1A用于溶胀所述洗涤后的PVA膜，以及所述第二附加浴2A用于洗涤所述染色后的PVA膜。

7.一种通过将保护膜附在由如权利要求1所述的装置制备的偏振膜的顶部和底部的每个上制造的偏振片。

8.如权利要求7所述的偏振片，其中，所述保护膜包括三乙酰纤维素(TAC)。

9.一种用于通过利用连续过程来使用碘对基板膜进行染色随后使得所述染色后的膜取向，制备展现出偏振特性的膜(“偏振膜”)的方法，所述方法包括：第一过程，用于在第一浴中洗涤作为基板膜的PVA膜，并且使用第一浴温度计测量所述第一浴的温度；

第二过程，用于将所述洗涤后的PVA膜浸入到包含碘溶液的第二浴中，对所述洗涤后的PVA膜进行染色，以及使用第二浴温度计和第二浴浓度计测量所述第二浴的温度和浓度；

第三过程，用于在第三浴中，利用拉伸辊来对经过碘染色后的PVA膜进行拉伸，从而使得所述PVA膜中的被染色的碘取向；

烘干过程，用于在炉室中烘干经过碘取向后的PVA膜，并且使用炉室温度计测量炉室的温度；以及控制过程，用于基于关于由所述第一、第二浴和所述炉室中的上述温度计以及所述第二浴中的浓度计测量的输入数据的特性的信息以及关于引入到所述连续过程中的PVA膜的特性的信息，预测偏振膜的透射率，并且随后控制所述第一、第二浴和所述炉室的温度以及输送到所述第二浴的组合物的量，其中，所述透射率的预测利用基于部分最小平方(“PLS”)的PVA膜透射率模型来执行，所述PVA膜透射率模型是多元回归分析模型。

10.如权利要求9所述的方法，还包括：

第一附加过程1A，用于在溶胀槽中溶胀所述洗涤后的PVA膜；以及第二附加过程2A，用于在洗涤槽中洗涤所述染色后的PVA膜。

说明书

用于制造偏振膜的设备及其制造方法

技术领域

[0001] 本发明涉及用于制备偏振膜的装置，并且更为具体地，涉及用于通过利用连续过程来对基板膜进行碘染色，随后使得染色后的膜取向来制造偏振膜，从而制备偏振膜的装置，该装置包括：第一浴（bath），该第一浴配备有用于测量第一浴的温度的温度计；第二浴，该第二浴配备有用于测量第二浴的温度的温度计以及用于测量第二浴的浓度的浓度计；第三浴，用于使得染色后的碘取向；炉室，该炉室配备有用于测量炉室的温度的温度计；以及中央控制器，用于基于关于由第一、第二浴和炉室中的上述温度计以及第二浴中的浓度计测量的输入数据的特性的信息以及关于引入到所述连续过程中的PVA膜的特性的信息，预测所述偏振膜的透射率，并且随后控制第一、第二浴和炉室的温度以及输送到第二浴的组合物的量。

背景技术

[0002] 偏振片或偏振膜通常用来将自然光转换为偏振光。这种偏振功能可以使用利用来对偏振片进行染色的材料具体实现。液晶显示器通常具有利用碘作为偏振材料进行染色的碘型偏振膜。

[0003] 这种碘型偏振膜使用二向色碘或二向色染料进行染色，通过例如单轴拉伸（或取向）来取向为预定方向，并且被广泛地使用来制造LCD。例如，可以使用在水溶液中使得未被取向的PVA膜单轴取向并随后将取向后的PVA膜浸入到包含碘和/或碘化钾的溶液中的过程，将未被取向的PVA膜浸入到包含碘和/或碘化钾的溶液中并且随后使得上述处理后的PVA膜单轴取向的过程，在包含碘和/或碘化钾的溶液中使得未被取向的PVA膜单轴取向的过程，在烘干状态下使得未被取向的PVA膜单轴取向并随后将取向后的PVA膜浸入到包含碘和/或碘化钾的溶液中的过程等来制备偏振膜。

[0004] 可以利用水洗涤或烘干来对其中吸收碘并取向的PVA膜进行后处理，由此获得偏振膜，并且通过将保护膜层叠在所形成的偏振膜的至少一侧上，可以制造出偏振片，作为最终产品。同时，在制造偏振片期间PVA膜被改变（替换）的情况下，通过利用试验操作（trial operation）制备偏振膜并且随后切割该偏振膜来获得样本，随后测量该样本的透射率。然后，为了符合标准规范，通常通过应用过程因子，向其添加辅助材料和/或稀释该样本来对该样本进行处理。

[0005] 然而，在如上所述通过试验操作制备偏振膜后测量偏振膜的透射率的方法带来由于为了测量透射率而关闭生产线而造成的PVA膜损失和制造成本增加的问题。此外，考虑到偏振膜通常是利用连续过程制备的，在测量透射率期间消耗大量的PVA膜不可避免。

[0006] 因此，非常需要一种新的装置，该装置能够制备偏振膜，从而解决上述常规技术中的问题，并且最小化在替换PVA膜时的材料损失。

发明内容

[0007] [技术问题]

[0008] 因此，已经作出本发明来解决上述问题以及还未解决的其它技术问题。

[0009] 作为用于解决上述问题的各种广泛且深入的研究和实验的结果，本发明的发明人已经发现，如果用于制备偏振膜的装置包括：第一浴，该第一浴配备有用于测量第一浴的温度的温度计；第二浴，该第二浴配备有用于测量第二浴的温度的温度计以及用于测量第二浴的浓度的浓度计；炉室，该炉室配备有用于测量炉室的温度的温度计；以及中央控制器，用于基于关于由第一、第二浴和炉室中的上述温度计以及第二浴中的浓度计测量的输入数据的特性的信息以及关于引入到所述连续过程中的PVA膜的特性的信息，预测所述偏振膜的透射率，并且随后控制第一、第二浴和炉室的温度以及输送到第二浴的组合物的量，则可以基于被引入来制造偏振膜的PVA膜的特性来成功地预测透射率，并且因此，可以通过预先调整输送到第二浴的组合物的量以及各个设备的温度，显著地减少PVA膜的材料损失以及生产线的关闭时段。本发明基于这个发现而完成。

[0010] [技术方案]

[0011] 因此，为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供一种用于通过利用连续过程来使用碘对基板膜进行染色，并且随后使得染色后的膜取向，制备展现出偏振特性的膜（下文中，称为“偏振膜”）的装置。

[0012] 这种装置可以包括：

[0013] 第一浴，该第一浴配备有用于测量第一浴的温度的温度计（“第一浴温度计”），在第一浴中，洗涤作为基板膜的聚乙烯醇（PVA）膜；

[0014] 第二浴，该第二浴配备有用于测量第二浴的温度的温度计（“第二浴温度计”）以及用于测量第二浴的浓度的浓度计（“第二浴浓度计”），在第二浴中，将洗涤后的PVA膜浸入碘溶液中，并且在其中进行染色；

[0015] 第三浴，在第三浴中利用拉伸辊来对经过碘染色后的PVA膜进行拉伸，由此使得染色后的碘取向；

[0016] 炉室，该炉室配备有用于测量炉室的温度的温度计（“炉室温度计”），所述炉室用于烘干经过碘取向后的PVA膜；以及

[0017] 中央控制器，用于基于关于由第一、第二浴和炉室中的上述温度计以及第二浴中的浓度计测量的输入数据的特性的信息以及关于引入到所述连续过程中的PVA膜的特性的信息，预测所述偏振膜的透射率，并且随后控制第一、第二浴和炉室的温度以及输送到第二浴的组合物的量。

[0018] 简而言之，本发明的用于制备偏振膜的装置可以在影响偏振膜的透射率的各种因子（或参数）中，基于具有相对高的相关性的一些数据，例如，第一浴和炉室的温度，第二浴的温度和第二浴的浓度，以及关于被引入到连续过程中的PVA膜的特性的信息，预先预测偏振膜的透射率，并且因此，可以根据所预测的透射率，控制输送到第二浴的组合物的量以及第一、第二浴和炉室的温度。因此，例如，与制造偏振膜的常规过程相比，在该常规过程中，当PVA膜被替换时，在尝试操作期间制备偏振膜，并且测量偏振膜的透射率之后，控制所输送的组合物的量，本发明既不需要关闭生产线也不会增加用于试验操作的PVA膜的消耗，由此在提高生产线的使用率的同时，减少PVA膜损失。

[0019] 由于第二浴通常具有大尺寸，考虑到第二浴中的反应条件，在不同的测量点处，第二浴的温度可能改变。为了解决上述问题，第二浴温度计可以测量第二浴的两个或多个部分处的温度。

[0020] 在这种情况下，被测量温度的第二浴的部分例如可以包括PVA膜的顶部和底部；在第二浴被搅拌时的第二浴的温度测量点以及在第二浴未被搅拌时的第二浴的另一温度测量点，以便使得第二浴中的浓度标准化等。

[0021] 由于第二浴被使用来将洗涤后的PVA膜浸入到碘溶液中并且对该PVA膜进行染色，第二浴的浓度基本上是碘和碘化钾的总浓度，或者，第二浴中放置的组合物可以包括碘和碘化钾两者。

[0022] 根据本发明的优选实施例，用于制备偏振膜的装置还可以包括组合物输送器，用于基于中央控制器的透射率预测结果，添加（replenish）第二浴中存在的组合物。因此，根据针对PVA膜的透射率的预测结果，组合物输送器可以向第二浴添加组合物，即，碘和/或碘化钾。

[0023] PVA膜的透射率预测可以利用基于部分最小平方（PLS）的PVA膜透射率模型来执行。

[0024] 作为参考，PLS指的是通过根据测量值估计平方和并且计算该平方和的最小值来对测量结果进行处理的方法。

[0025] 基于PLS的PVA膜透射率模型例如可以是多元回归分析模型，用于使用第一、第二浴和炉室的温度计测量的温度以及第二浴的浓度计测量的浓度来预测PVA膜的透射率。

[0026] PVA膜的透射率预测模型的实际示例可以如下表示。

[0027] PVA膜的预测透射率=ax1+bx2+cx3+dx4+ex5+fx6+gx7+h，

[0028] 其中，x1是碘的浓度，x2是碘化钾的浓度，x3是第一浴的温度，x4和x5是第二浴的两个部分的温度，x6是第一炉室的温度，以及x7是第二炉室的温度。

[0029] 另外，可以利用PLS计算作为回归系数的a、b、c、d、e、f和g以及常数“h”。

[0030] 本发明的发明人已经进行多元回归分析，该多元回归分析使用七个变量作为输入数据，该七个变量包括：第一浴的温度，第二浴中的两个场所处的温度，炉室的温度以及第二浴的浓度（碘和钾的浓度）。作为多元回归分析的结果，可以看出，相对于PVA膜的测量透射率，获得0.9006的相关系数，以及由同一PVA膜得到的偏振膜的预测透射率可以展现出90%或更高的精确度，如图4中所示。

[0031] 同时，本发明的用于制备偏振膜的装置还可以包括第一附加浴1A以及第二附加浴2A，第一附加浴1A用于溶胀洗涤后的PVA膜，以及第二附加浴2A用于洗涤染色后的PVA膜。

[0032] 例如，第一附加浴1A可以位于第一浴和第二浴之间，而第二附加浴2A可以位于第二浴和第三浴之间。

[0033] 本发明还提供一种偏振片，该偏振片通过将保护膜附在由上述制备装置制成的偏振膜的顶侧和底侧的每个上制成。

[0034] 所述保护膜可以包括三乙酰纤维素（TAC）。

[0035] 本发明还提供一种制备偏振膜的方法。更为具体地，本发明提供用于通过利用连续过程来使用碘对基板膜进行染色随后使得该膜取向，制备展现出偏振特性的膜（“偏振膜”）的方法。这种方法可以包括：

[0036] 第一过程，用于在第一浴中洗涤作为基板膜的PVA膜，并且使用第一浴温度计测量第一浴的温度；

[0037] 第二过程，用于将洗涤后的PVA膜浸入到包含碘溶液的第二浴中，对该洗涤后的PVA膜进行染色，以及使用第二浴温度计和第二浴浓度计测量第二浴的温度和浓度；

[0038] 第三过程，用于在第三浴中，利用拉伸辊来对经过碘染色后的PVA膜进行拉伸，从而使得所述PVA膜中的被染色的碘取向；

[0039] 烘干过程，用于在炉室中烘干经过碘取向后的PVA膜，并且使用炉室温度计测量炉室的温度；以及

[0040] 控制过程，用于基于关于由第一、第二浴和炉室中的上述温度计以及第二浴中的浓度计测量的输入数据的特性的信息以及关于引入到所述连续过程中的PVA膜的特性的信息，预测偏振膜的透射率，并且随后控制第一、第二浴和炉室的温度以及输送到第二浴的组合物的量。

[0041] 因此，基于关于包括第一浴和炉室中的温度以及第二浴中的温度和浓度（它们显著地影响偏振膜的透射率）的一些数据的特性的信息以及关于引入到连续过程中的PVA膜的特性的信息，可以成功地预测所述偏振膜的透射率，并且因此可以根据所预测的透射率，控制第一、第二浴和炉室的温度以及输送到第二浴的组合物的量。因此，可以最小化PVA膜的损失。

[0042] 例如，可以在染色期间，在20°C到40°C下，将PVA膜浸入到包含碘溶液的第二浴中，并且可以在烘干过程期间，在40°C到60°C下，在炉室中烘干该PVA膜。

[0043] 同时，本文中使用的碘溶液可以是包含0.01到1重量百分比的碘和0.01到10重量百分比的碘化钾的水溶液。

[0044] 可选地，可以根据拉伸辊的转速的变化，将前述第三过程分为第四过程和第五过程，其中PVA膜在第四过程期间可以表现出1.5到3.0倍的拉伸比，而在第四过程期间可以具有2.0到3.0倍的拉伸比。

[0045] 因此，在上述第三过程后获得的PVA膜可以具有至少3.5倍的总拉伸比，由此实现制造具有优异光学特性的偏振膜。

[0046] 根据本发明的优选实施例，用于制备偏振膜的方法还可以包括第一附加过程1A和第二附加过程2A，第一附加过程1A用于在溶胀槽中溶胀洗涤后的PVA膜，第二附加过程2A用于在洗涤槽中洗涤染色后的PVA膜，由此实现制造具有改进的光学特性的偏振膜。

附图说明

[0047] 根据下述结合附图的详细说明，可以更清楚地理解本发明的上述和其它目的、特征和其它优点，在附图中：

[0048] 图1是示出根据本发明的实施例的用于制备偏振膜的装置的方框示意图；

[0049] 图2是示出根据本发明的另一实施例的用于制备偏振膜的方法的示意流程图；

[0050] 图3是示出根据本发明的另一实施例的用于制备偏振膜的装置的方框示意图；

[0051] 图4是示出根据本发明的另一实施例的所预测的透射率和所测量的透射率之间的相关性的图表；和

[0052] 图5是示出了部分最小平方（PLS）中的七（7）个主要过程参数和回归系数之间的相关性的图表。

具体实施方式

[0053] 将参照附图更为详细地描述本发明。然而，这些被提供来仅仅是例示本发明，而不应该被解释为限制本发明的范围和精神。

[0054] 图1是示出根据本发明的实施例的用于制备偏振膜的装置的方框示意图。

[0055] 参见图1，根据本发明的用于制备偏振膜的装置90包括：第一浴10，用于洗涤作为基板膜的聚乙烯醇（PVA）膜；第一附加（1A）浴20，用于溶胀洗涤后的PVA膜；第二浴30，在第二浴30中，将洗涤后的PVA膜浸入碘溶液中并且在其中进行染色；第二附加（2A）浴40，用于洗涤染色后的PVA膜；第三浴50，在第三浴50中，利用拉伸辊来拉伸经过碘染色后的PVA膜，由此使得染色后的碘取向；炉室60，用于烘干经过碘取向后的PVA膜；组合物输送器70，用于基于中央控制器80的透射率预测结果，添加要被输送到第二浴30的组合物；以及中央控制器80。

[0056] 因此，引入到第一浴10中的PVA膜可以顺序经过1A浴20、第二浴30、2A浴40、第三浴50以及炉室60，由此得到偏振膜。

[0057] 第一浴10和炉室60可以分别具有温度计12和62，用于测量第一浴10和炉室60的温度，而第二浴30可以具有第二浴温度计32和第二浴浓度计34，第二浴温度计32用于测量第二浴30的温度，以及第二浴浓度计34用于测量组合物的浓度。

[0058] 另外，第二浴温度计32可以测量第二浴中的两点处的温度，并且第二浴中包含的组合物可以包括碘和碘化钾。

[0059] 中央控制器80可以基于一些数据以及引入到连续过程中的PVA膜的特性，预测PVA膜的透射率，所述一些数据包括：分别由第一浴10、第二浴30和炉室60中的温度计12、32和62测量的温度T10、T30和T60，以及由第二浴30的浓度计34测量的第二浴的浓度C30，并且随后可以分别控制输送到第二浴的组合物的量以及第一浴10、第二浴30和炉室
60的温度。

[0060] 第二浴30的浓度C30可以是碘和碘化钾的总浓度，以及PVA膜的透射率可以利用作为基于PLS的PVA膜透射率模型的多元回归分析来执行。

[0061] 图2是示出根据本发明的另一实施例的用于制备偏振膜的方法的示意流程图。

[0062] 参见图2和图1，根据本发明的用于制备偏振膜的方法900包括：

[0063] 第一过程100，用于在第一浴10中洗涤作为基板膜的PVA膜，并且使用第一浴温度计12测量第一浴的温度T10；

[0064] 第一附加（1A）过程200，用于在溶胀槽20中溶胀洗涤后的PVA膜；

[0065] 第二过程300，用于将洗涤后的PVA膜浸入到包含碘溶液的第二浴30中，对该洗涤后的PVA膜进行染色，以及使用第二浴温度计32和第二浴浓度计34测量第二浴的温度T20和浓度C30；

[0066] 第二附加（2A）过程400，用于在第二附加（2A）浴40中洗涤染色后的PVA膜；

[0067] 第三过程500，用于在第三浴50中，利用拉伸辊来对经过碘染色后的PVA膜进行拉伸，从而使得所述PVA膜中的被染色的碘取向；

[0068] 烘干过程600，用于在炉室60中烘干经过碘取向后的PVA膜，并且使用炉室温度计62测量炉室的温度；以及

[0069] 控制过程800，用于基于关于由第一、第二浴和炉室中的上述温度计12、32和62，以及第二浴中的浓度计34测量的输入数据的特性T10、T30、T60和C30的信息以及关于引入到所述连续过程中的PVA膜的特性的信息，预测偏振膜的透射率，并且随后控制第一浴10、第二浴30和炉室60的温度T10、T30和T60以及输送到第二浴30的组合物的量。

[0070] 在第二过程300中，在20°C到40°C下，将PVA膜浸入到包含碘溶液的第二浴30中，并且随后染色。然后，在烘干过程中，在40°C到60°C下，在炉室60烘干PVA膜。

[0071] 图3是示出根据本发明的另一实施例的用于制备偏振膜的装置的方框示意图。

[0072] 参见图3、图2和图1，可以通过将保护膜104和106附在根据图1中示出的用于制备偏振膜的装置90制备的偏振膜102的顶部和底部，制造偏振片108，所述保护膜104和106分别由三乙酰纤维素制成。

[0073] 上述第三过程500可以包括使用第四浴52的第四过程502以及使用第五浴54的第五过程504，第四过程502和第五过程504是根据拉伸辊的转速变化而区分开，其中第四过程502中形成的PVA膜可以具有1.5到3.0倍的拉伸比，而第五过程504中形成的PVA模块可以具有2.0到3.0倍的拉伸比。

[0074] 图5是示出部分最小平方（PLS）中的七（7）个主要过程参数和回归系数之间的相关性的图表。

[0075] 参见图5，可以看出，包括碘的浓度、钾的浓度、第一浴（浴1）的温度以及第二浴中的浴2的温度的一些数据示出为与PVA膜的透射率之间具有负相关，而第二浴中的浴3的温度以及组件炉室（即，炉室1和炉室2）的温度示出为与PVA膜的透射率之间具有正相关。

[0076] 此外，由于透射率与PVA膜的厚度之间负相关，从而增加PVA膜的厚度可以造成透射率降低。

[0077] 本领域的技术人员将认识到，可以基于前述描述进行各种修改和替换，而不会背离所附权利要求中限定的本发明的范围和精神。

[0078] [工业适用性]

[0079] 如前述描述中显而易见的，根据本发明的用于制备偏振膜的装置可以具有下述技术配置：基于关于由第一和第二浴和炉室的温度计以及第二浴的浓度计测量的输入数据的特性的信息以及关于被引入到连续过程中的PVA膜的特性的信息，预先预测偏振膜的透射率，并且随后，控制第一和第二浴以及炉室的温度以及输送到第二浴的组合物的量。因此，可以在无需试验操作的情况下，预先调整偏振膜的透射率，由此最小化PVA膜的材料损失和生产线的关闭时段。