光學膜製造之精進(上)

 

刊登日期:2019/7/5
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工研院於六甲院區設置精密塗佈試量產工廠,導入有用的製造業改善工具,經過五年協助產業界試量產,已經成功將實驗室樣品快速達到產業商品化的品質需求,並達成先期量產,有時效地取得市場,得到國際大廠客戶優先採用。本文將分上、下兩期,闡述工研院多年的光學膜製造經驗及有效地導入管理制度之作法,並介紹如何有效地將田口實驗運用於製造產線的品質改善上,使產品良率在一年內提升兩倍以上。希望此篇文章能實際協助產業在光學膜製造上得到顯著進步,提升產業競爭力,也提供管理生產線的工程師們,在暗無天日、摸不著邊時,能得到一些實用的改善手法及管理工具。
 
上集 下集
‧前言
‧光學膜製造加工設備的演進與應注意要點
 1. 塗佈方式
  (1) 壓花滾輪(Gravure Coater)
  (2) 狹縫式模頭塗佈(Slot Die Coater)
  (3) 線棒塗佈(Meyer Bar Coater)
 2. 乾燥
 3. 表面處理
  (1) 電暈(Corona)處理
  (2) 除塵設備方面
 4. 半成品線上自動檢查設備
  (1) 厚度
  (2) 光學線上量測
  (3) 線上缺陷(In Line AOI)
 5. 膠(Varnish)前處理
  (1) 過濾
  (2) 脫泡
  (3) 溫度控制
‧管理制度作法-環境及5S
 1. 無塵室設計
 2. 無塵室耗材
 3. 5S實施辦法
  (1) 區域劃分
  (2) 實施計畫
  (3) 建立5S日常點檢表
  (4) 不定期查核
  (5) 定期評比
 4. 無塵室進入管理
‧缺陷分析
‧改善手法
 1. GR&R儀器及量具可信賴性驗證
 2. 實驗計畫法(DOE)的田口、Minitab R18軟體使用
  (1) 導入DOE參數紋路改善說明
  (2) DOE改善導入生產線建議
‧未來光學膜製造
‧結論

【內文精選】
前言
台灣在高分子薄膜加工的發展,早從60年代開始使用PVC、PP、PE、PET等基材薄膜,應用於人造皮、包裝、文具膠帶、工業膠帶、離型膜(Release Film)等傳統工業用途。在光學膜(Optical Film)領域的應用,則開始於70年代汽車隔熱紙(染色膜),之後在80年代LCD產業需求上開展歷史新頁,包括導光膜、擴散膜、增亮膜、偏光板、廣角膜、螢幕保護貼、量子點膜、奈米銀線導電膜等。近期因下世代摺疊(Foldable)手機需求,各國際大廠陸續發表相關材料成為發燒熱門討論話題。

工研院近期開發熱門產品摺疊手機蓋板(Cover Lens)(如圖一),其中結合超薄圓偏光板、透明聚醯亞胺(Colorless Polyimide; CPI)及防污硬化處理層、抗反射膜(圓偏光膜,包括廣波域補償膜、超薄偏光板或液晶塗佈偏光板)。光學膜的加工薄膜基材由主要的PET、OPP等發展到TAC、COP (COC)、PMMA、PEN、CPI、PVDF等,仍持續改良演進中。
 
這些高附加價值的光學膜,需要使用高精密度加工設備(Converting Equipment),包括運用高精度Slot Die、高精度速度控制、高精度穩定的張力控制、烤箱溫度控制精度。另外烤箱風嘴可變換模式以適應不同產品生產需求,以及線上厚度量測及線上自動缺陷(AOI)的檢查,來確保即時監控製造(Manufacturing)品質等。且在乾燥過程中也要能配合光學產品配方的需求,除了熱硬化反應外,大部分光學產品須使用紫外線UV硬化裝置(含氮氣Purge可溫控系統)。
 
為了提供國內產業最先進的塗佈製程,工研院於六甲院區設置精密塗佈試量產工廠(Pilot Plant),提供兩種塗佈方式:適合塗佈乾厚5 μm以上塗佈產品的狹縫模頭擠壓式塗佈頭,以及適合低黏度液體塗佈乾厚5 μm以下到0.1 μm塗佈產品的特殊壓花Gravure滾輪塗佈。結合業界光學膜製造經驗及工研院塗佈技術研究的能量,該試量產工廠已符合國際光學膜製造的要求,協助廠商在光學膜塗佈產品有量產實績。並導入管理制度,推行5S制度、GR&R、FMEA、DOE等,皆驗證得到明顯進步。工研院精密塗佈試量產工廠已經成為國際級塗佈試量產示範工廠。
 
以往製造工廠比較注重找問題,但在面對問題解決時,卻經常束手無策;特別是台灣的製造業,仍舊盛行「師父帶徒弟」的老方法在經營,遇到問題多半治標而不治本。本文旨在提供產業一些有用的解決問題之工具。工研院精密塗佈試量產工廠運用這些工具已達成實際改善成果,在產品異物缺陷的提升上,每年皆有顯著進步。目前量產的光學膜每米缺點數(線上自動缺陷檢查機AOI檢出數據)從平均25顆改善後降到平均6顆左右(各三批500 M統計),並持續改善精進中,如圖二所示。接下來將以工研院精密塗佈試量產工廠為例,介紹光學膜製造技術的精進,從精密加工設備的演進與管理制度(環境及5S)兩方面來說明。
 
圖二、工研院精密塗佈試量產工廠改善成果,(a)改善前;(b)改善後
圖二、工研院精密塗佈試量產工廠改善成果,(a)改善前;(b)改善後
 
光學膜製造加工設備的演進與應注意要點
精密塗佈機整體設備參考如圖三,以下就各單元的進展及應注意的要點進行陳述。
4. 半成品線上自動檢查設備
(1) 厚度
以往加工線上厚度量測有超音波、紅外線(IR波長吸收)方式,放射性的包括X-ray、β-ray、γ-ray(量測穿透度及穩定性佳),近期熱門透明光學膜量測以光學式的ETA(折射率,圖八所示)等為主流,特別是針對薄型透明液晶光學補償膜,效果最佳。未來要考慮乾燥前的非接觸式濕膜量測,能即時調整厚度減少不良及厚度測試損耗(出烤箱才量測時間及米數損耗大)。
 
圖八、工研院塗佈試量產工廠線上厚度儀In Line ETA
圖八、工研院塗佈試量產工廠線上厚度儀In Line ETA
 
(3) 線上缺陷(In Line AOI)
各家製造廠在光源角度有不同特點,購入前必須先送樣測試。另外要決定檢出的缺陷大小及檢查產品寬度…以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。
 
作者:許世川/工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌」391期,更多資料請見下方附檔。
 

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