背光源用扩散膜生产技术

背光源用扩散膜生产技术（上）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。下图为典型扩散膜结构示意图和扩散层显微影像图：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。打样所涉及的设备和工具主要有：名 称 搅拌器 干燥箱 天平 粘度杯 涂布器用 途 搅拌涂料 烘干样品 配料称重 测试粘度 人工涂布打样所涉及的主要材料有：名 称 膜片 胶水 微粉 稀释剂 功能助剂用 途 基材 粘接剂 扩散粒子 稀释胶水 改善性能在打样完成之后，需要对打样的效果进行评价。评价的内容有：1. 涂料中各成分的比例是否合适？2. 胶水、微粉、稀释剂是否有配合不理想的情况？3. 涂布的成膜性能如何？4. 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：1.涂料的固含量和粘度各是多少；2.涂料的干燥条件和时间（包括表面干燥和完全干燥） ；3.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） ；4.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 1040 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 1020um。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 2040m，操作者 35 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 1030nm，涂料粘度20100s 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。