專利名稱：取向溶液的純化方法及純化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是涉及液晶顯示器取向溶液(alignment solution)的純化方法及裝置，且特別是涉及高效率的取向溶液的純化方法及裝置。
背景技術(shù)：
取向膜為控制液晶顯示器顯示品質(zhì)的關(guān)鍵材料。取向膜通常設(shè)置于液晶顯示器上下電極基板的內(nèi)側(cè)，呈現(xiàn)鋸齒狀的溝槽，用以使液晶分子沿著溝槽整齊排列方向，用以控制液晶在電場中的旋轉(zhuǎn)角度，方可使液晶分子有效做為顯示器開關(guān)。取向膜一般是由雙胺及雙酐反應(yīng)形成的聚酰亞胺組成，一般先將含聚酰亞胺的取向溶液涂布于玻璃基板表面上， 經(jīng)過特定角度定向后，將聚酰亞胺表面分子以光或熱聚合后可形成固定均一的方向排列， 以形成控制液晶旋轉(zhuǎn)角度的取向膜。除聚酰亞胺或其前驅(qū)物外，取向溶液內(nèi)通常還包含取向溶劑及添加劑，添加劑的成分視需求而有所不同。然而，當(dāng)取向溶液久置或接觸至空氣時，水氣及空氣中的金屬離子即有可能進入至取向溶液中，使得取向溶液中的水分及總金屬離子含量過高，導(dǎo)致所形成的取向膜膜厚不均、低電壓保持率(voltage holding ratio, VHR)與高殘余直流電壓性 (residual direct current, RDC)等缺點。如此，可能會使所生產(chǎn)的液晶屏幕有殘像的問題發(fā)生。再者，在目前的液晶面板廠中，在產(chǎn)在線使用后多余的取向溶液，有70%以上無法繼續(xù)使用，而僅能當(dāng)作廢液丟棄。目前，已有數(shù)種方法來將這些久置或使用后但多余的液晶顯示器的取向溶液(此后通稱為取向廢液)純化，將此取向廢液回收純化再使用。例如，美國專利No. 6，420，440 揭示了一種取向材料的回收方法，包含以乙醚將聚酰亞胺或其前驅(qū)物固化、過濾以與有機溶液分離，隨后再加入與未使用的取向溶液(以下皆以原液稱之)相同的有機溶劑溶解，得到回收的取向材料。另一種方法，韓國專利No. 66749亦揭示類似的方法，但所得到的有機濾液則可蒸餾再回收使用。以上方法雖可將取向材料的回收溶液中的水分去除，然而，亦會將取向溶液中原本就含有的添加劑給濾掉，且亦可能使廢液中的金屬離子含量增加。因此， 就算將此回收得到的溶液重新應(yīng)用于生產(chǎn)在線，其品質(zhì)及特性仍與原液具有極大差異，使所形成的取向膜無法達到原有品質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種液晶顯示器的取向廢液的純化方法與裝置，其能以高效率去除廢液中的水分及金屬離子，除可得到極佳的純化效率外，也不會破壞取向溶液中成分與添加劑，可用于各種取向溶液的純化與廢液的純化再利用。本發(fā)明的實施方式是提供一種取向溶液的純化方法，包括提供一取向溶液或取向廢液，其中此取向溶液或取向廢液至少包含(a)聚酰亞胺或其前驅(qū)物、(b)取向溶劑、 (c)添加劑、及(d)水及金屬離子至少其一；加入一共沸溶劑至此取向廢液中，并以共沸 (co-evaporation)同時去除此取向廢液中的水及此共沸溶劑；以及以一過濾材過濾此取向廢液，得到一經(jīng)純化的取向溶液，其中此過濾材包含一吸附劑及一濾膜，且此吸附劑包含高純度以上的氧化鋁或硅酸鋁化合物。本發(fā)明的實施方式亦提供一種取向溶液的純化裝置，包含一反應(yīng)槽，用以容置一取向廢液；一水分去除系統(tǒng)，包含一溫度控制單元，用以控制此反應(yīng)槽的溫度；及一減壓單元，用以降低此反應(yīng)槽的壓力及去除此取向廢液中的水；以及一金屬離子去除系統(tǒng)，用以接收來自此水分去除系統(tǒng)中的取向廢液，此金屬離子去除系統(tǒng)至少包含一吸附劑及一濾膜，其中此濾膜位于此反應(yīng)槽的底部，且此吸附劑位于此濾膜之上。本發(fā)明的優(yōu)點在于本發(fā)明的純化方法可在不破壞取向溶液原液的成分的條件下，有效去除取向廢液中的水分和金屬離子。為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，并配合所附附圖，作詳細說明如下


圖1顯示本發(fā)明一實施方式的取向溶液的純化方法的流程圖；圖2顯示本發(fā)明一實施方式的取向溶液的純化裝置；圖3及圖4各自顯示實施例1及2的純化后的取向溶液的傅立葉紅外線光譜 (FT-IR)圖及其與原液的比較；圖5及圖6各自顯示實施例1及2的純化后的取向溶液的凝膠滲透層析圖及其與原液的比較；圖7顯示比較例的純化后的取向材料的凝膠滲透層析圖及其與原液的比較；其中，主要組件符號說明200 取向溶液的純化裝置； 202 進料口 ；204 反應(yīng)槽；206 水分去除系統(tǒng)；208 減壓單元；210 冷凝單元；212 加熱單元；214 金屬離子去除系統(tǒng)；216 吸附劑；218 濾膜；218a 不銹鋼板；21 微孔濾膜；220 卸料口；222 收集槽。
具體實施例方式本發(fā)明是提供一種液晶顯示器的取向溶液的純化方法，此方法包含以共沸 (co-evaporation)去除取向溶液中的水，及以過濾材去除取向溶液中的金屬雜質(zhì)。此純化方法可在不破壞取向溶液原液的成分的條件下，有效去除取向廢液中的水分和金屬離子。 同時，取向溶液中的聚酰亞胺或其前驅(qū)物、添加劑或其它成分將可依照其原比例保留下來， 經(jīng)純化后的取向溶液所形成的取向膜成分與原本被純化的取向溶液相同，所形成的取向膜亦與原取向溶液所形成的取向膜有相同的品質(zhì)。此外，本發(fā)明亦提供一種液晶顯示器的取向溶液的純化裝置，此裝置包含反應(yīng)槽、水分去除系統(tǒng)及金屬離子去除系統(tǒng)。在一實施例中，此純化裝置可用以提供實施上述的液晶顯示器的取向溶液的純化方法。圖1顯示本發(fā)明一實施方式的取向溶液的純化方法的流程圖。圖2顯示本發(fā)明一實施方式的液晶顯示器的取向溶液的純化裝置。參見圖1，首先，步驟Sio為提供取向廢液。例如，如圖2所示，可將取向廢液由進料口 202加入至取向溶液純化裝置200的反應(yīng)槽 204中。在一實施例中，取向廢液可至少包含(a)聚酰亞胺或其前驅(qū)物、(b)取向溶劑、(c) 添加劑、及(d)水及金屬離子至少其一，其中(a)聚酰亞胺或其前驅(qū)物、(b)取向溶劑、(c) 添加劑為取向溶液原液(未經(jīng)使用)中所含的成分，而(d)水或金屬離子為取向廢液中欲除去的雜質(zhì)。在一實施例中，聚酰亞胺或其前驅(qū)物可由雙酐及雙胺反應(yīng)形成，其可視液晶種類(例如TN(twisted nematic)型態(tài)或VA(vertical alignment)型態(tài))形成聚酰亞胺或聚酰胺酸。取向溶劑可包含N-甲基吡咯烷酮(NMP)、乙二醇單丁基醚(BCS)、γ-丁內(nèi)酯 (Y-BL)或前述的組合。在一實施例中，添加劑可視需要包含任意種類的添加成分。例如， 需防止帶電時，添加劑可包含防止帶電劑；需提升基板粘著性時，添加劑可包含硅烷耦合劑或鈦系耦合劑；及需提升涂布性時，添加劑可包含表面活性劑。接著，參見圖1，進行步驟S12，其是為加入共沸溶劑至取向廢液中，并使共沸溶劑與取向溶液中的水一起共沸而去除。例如，如圖2所示，共沸溶劑是由進料口 202導(dǎo)入至反應(yīng)槽204中，與取向廢液均勻混合。取向溶液純化裝置200中的水分去除系統(tǒng)206具有減壓單元208及加熱單元212，減壓單元208及加熱單元212可各自控制反應(yīng)槽204中的壓力及溫度，以使反應(yīng)槽204中的取向廢液中202的水及共沸溶劑能一起達到共沸點蒸發(fā)。共沸溶劑可包含甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、正丁醇、異戊醇、二惡烷、四氫呋喃、丙酮、乙腈、甲基異丁酮或前述的組合。在一實施例中，共沸溶劑的加入量為取向廢液的約5至50wt%，較佳為10至20wt%。在本實施例中，共沸去除水及共沸溶劑的步驟可在壓力小于30Τοπ·，且溫度介于約20°C至50°C之下，較佳在溫度介于約30°C至40°C之下進行，以避免溫度過高而使取向廢液中的其它成分變質(zhì)。值得注意的是，由于取向廢液中的取向溶劑沸點均遠高于水， 因而較難以與水或共沸溶劑形成共沸物，而水與共沸溶劑能在上述溫度及壓力下可達到共沸點而一并蒸發(fā)。在一實施例中，減壓單元208更與一冷凝單元210連接，以在提供反應(yīng)槽減壓時，同時凝結(jié)共沸蒸發(fā)的水及共沸溶劑于此冷凝單元210中，以避免蒸發(fā)的水及共沸溶劑再度凝結(jié)回到取向廢液中?；蛘?，此冷凝單元210可直接設(shè)置于減壓單元208中。在一實施例中，冷凝單元的溫度在約-io°c以下。在經(jīng)共沸去除水及共沸溶劑的步驟后，取向廢液中的含水量是小于約0. 5wt% (相較于取向廢液總重)，較佳小于約0. 4wt%。接著，繼續(xù)進行步驟S14，其是以過濾材去除取向廢液中的金屬離子或其它雜質(zhì)。 例如，如圖2所示，金屬離子去除系統(tǒng)214接收已除水的取向廢液，并以過濾材去除取向廢液中的金屬離子及其它雜質(zhì)。過濾材可包含吸附劑216及濾膜218。在一實施例中，吸附劑 216可為純度達約99%以上的氧化鋁或硅酸鋁，且較佳為純度達99. 5%以上的氧化鋁或硅酸鋁。氧化鋁可包含β相及Y相的氧化鋁，且較佳為Y相。在另一實施例中，吸附劑216 可包含二氧化硅、氧化鎂、二氧化鈦，且純度達99%以上較佳。在一實施例中，吸附劑216為粒徑約60 250 μ m的顆粒，以具有較大的表面積且能均勻分散在取向廢液中，重量百分比與取向廢液相比較約為1至20%。在約5%的添加吸附時，對取向廢液中的金屬離子有較佳的單位吸附效率。濾膜218是設(shè)置于整個反應(yīng)槽204的底部，用以過濾和阻擋所有懸浮顆粒(例如吸附劑216)和其它固體雜質(zhì)。濾膜可由多層具有不同材料及孔徑大小的濾膜組成。例如，濾膜218可包含孔徑約0. 1 0. 5mm的不銹鋼板218a及多層微孔濾膜218b。 不銹鋼板218a位于濾膜218的最上層，以阻擋分散于取向廢液中的吸附劑216，且可防止不銹鋼板218a底下的微孔濾膜218b受減壓單元208在反應(yīng)槽204中所造成的壓力差而脫落。微孔濾膜218b可由聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯或前述的組合組成，且其孔徑可各自為約0. 2 0. 8 μ m、約0. 1 0. 5 μ m或0. 05 0. 3 μ m，以過濾或吸附尺寸較小的吸附劑或其它固體雜質(zhì)。在本實施例中，經(jīng)金屬離子去除系統(tǒng)純化后的取向廢液中所含的總共的金屬離子含量是小于約500ppb，較佳小于約300ppb，更佳小于約70ppb。接著，繼續(xù)進行步驟S16，其是為收集經(jīng)上述步驟純化的取向廢液。例如，如圖2所示，經(jīng)純化的取向廢液是經(jīng)由卸料口 220流至收集槽222中。在一實施例中，經(jīng)純化后的取向廢液的含水量小于約0. #t%，金屬離子小于約500ppb，且如添加劑等成分皆依原比例保留。例如，經(jīng)純化后的取向廢液中的添加劑與聚酰亞胺或其前驅(qū)物的比例與原取向溶液大體上相同。因此，經(jīng)上述純化回收得到的取向溶液是可重新應(yīng)用于生產(chǎn)在線，且所形成的取向膜亦能保持與原液所形成的取向膜具有相同的品質(zhì)及特性。此外，在一實施例中，更可視需要進行步驟S18，其是為加入取向溶劑至經(jīng)純化的取向溶液中，以補償在水分去除系統(tǒng)中可能損失的取向溶劑。一般僅需加入約的取向溶劑(相較于取向溶液總重)，即可將經(jīng)純化的取向溶液中的各成分的濃度調(diào)整至均與原液相等。再者，取向廢液在經(jīng)純化后的回收率可達90%以上，較佳達95%以上。上述的純化方法是可在不破壞取向溶液原液的成分的條件下，同時去除取向廢液中的水和金屬離子。相較于傳統(tǒng)方法需經(jīng)固化、分離、真空干燥等復(fù)雜步驟，本發(fā)明的方法不僅所需時間較短，且成本亦較低。此外，以本發(fā)明方法或裝置純化的取向溶液中的聚酰亞胺或其前驅(qū)物、添加劑或其它成分將可依照其原比例保留下來，經(jīng)純化后的取向溶液所形成的取向膜成分與原液相同。因此，因久置或與接觸空氣的取向廢液，皆可經(jīng)由本發(fā)明所提供的取向廢液的純化方法或裝置純化及回收，大幅減少液晶面板中的取向膜的制造成本， 且取向膜的品質(zhì)與特性皆與原液所形成的取向膜相同。實施例1提供一取向廢液(用于VA type液晶)至如圖2所示的純化裝置中，其中反應(yīng)槽底部設(shè)有孔徑0. 5mm的不銹鋼板及孔徑0. 1 0. 8 μ m的多層的聚氟乙烯濾膜。取向廢液包含 6wt%的聚酰亞胺、93wt%的取向溶劑及Iwt %的硅烷耦合劑，固含量6. 8wt%，粘度22.3、 含水量3. 9wt%、金屬離子含量515ppb。加入約20wt%的異丙醇(相對于液晶配廢液)至反應(yīng)槽中。接著，加熱反應(yīng)槽的溫度至約36°C，并以真空冷凝裝置去除取向廢液中的異丙醇及水。接著，添加5wt% (相對于取向廢液)的純度99. 9%的氧化鋁至反應(yīng)槽中。最后，取向廢液流經(jīng)不銹鋼板及聚氟乙烯濾膜，通過卸料口至收集槽中，得到經(jīng)純化的取向溶液，其分析結(jié)果列于表1。實施例2同實施例1的步驟，但取向廢液(用于TN type液晶)包含6wt%的聚酰胺酸、 93wt%的取向溶劑及Iwt %的添加劑，固含量6. 0wt%，粘度20、含水量3. 8#t%、金屬離子含量93. lppb。此外，異丙醇的加入量由20wt%降至10wt%。得到的經(jīng)純化的取向溶液的分析結(jié)果列于表2。實施例3同實施例1的步驟，所用取向廢液與實施例2相同，但以10wt%的丙酮取代 10wt%的異丙醇，得到的經(jīng)純化的取向溶液的含水量為0. ^wt%。除水效率較異丙醇佳提升約25%效率，且其它性質(zhì)與異丙醇萃取后大體相同。比較例依照美國專利No. 6，420，440的取向材料的回收方法進行純化。提供如實施例2的取向廢液，添加乙醚至取向廢液中，析出聚酰亞胺固體。接著，過濾除去剩余的有機溶液，且將固體真空干燥。最后，添加與原液相同的有機溶劑溶解該固體，得到經(jīng)純化的取向溶液。表1顯示為未使用過的取向溶液(原液，用于VA type液晶)、未純化的取向廢液、 純化后的取向溶液(實施例1)及取向溶液的商品化規(guī)格的比較。表2顯示為未使用過的取向溶液(原液，用于TN type液晶)、未純化的取向廢液、純化后的取向溶液(實施例2) 及取向溶液的商品化規(guī)格的比較。由表1、2可看出，純化后的取向溶液的含水量及金屬離子含量顯然遠較純化前的取向廢液低，且甚至降低至與取向溶液的原液大體上相同。并且， 純化后的取向溶液的其它性質(zhì)，例如固含量及粘度皆與取向溶液的原液大體上相同，并符合商品化規(guī)格。表1
權(quán)利要求
1.一種取向溶液的純化方法，包括提供一取向溶液或取向廢液，其中該取向溶液或取向廢液至少包含(a)聚酰亞胺或其前驅(qū)物、(b)取向溶劑、(c)添加劑、及(d)水及金屬離子至少其一；加入一共沸溶劑至該取向溶液或取向廢液中，并以共沸同時去除該取向溶液或取向廢液中的水及該共沸溶劑；以及以一過濾材過濾該取向溶液或取向廢液，皆可得到一經(jīng)純化的取向溶液，其中該過濾材包含一吸附劑及一濾膜，且該吸附劑包含高純度的氧化鋁或硅酸鋁。
2.如權(quán)利要求1所述的取向溶液的純化方法，其中該取向溶劑為N-甲基吡咯烷酮、乙二醇單丁基醚、γ-丁內(nèi)酯、或前述的組合。
3.如權(quán)利要求1所述的取向溶液的純化方法，其中該添加劑至少包含一防止帶電劑、 一硅烷耦合劑、一鈦系耦合劑、一表面活性劑、或前述的組合。
4.如權(quán)利要求1所述的取向溶液的純化方法，其中該共沸溶劑為甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、正丁醇、異戊醇、二惡烷、四氫呋喃、丙酮、乙腈、甲基異丁酮、或前述的組合。
5.如權(quán)利要求1所述的取向溶液的純化方法，其中該吸附劑包含純度99%以上的氧化鋁或硅酸鋁或其組合。
6.如權(quán)利要求1所述的取向溶液的純化方法，其中該濾膜為不銹鋼、聚乙烯、聚丙烯、 聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、或前述的組合，且孔徑介于0. 1 μ m至0. 5mm之間。
7.如權(quán)利要求1所述的取向溶液的純化方法，其中該共沸步驟是在壓力小于30Τοπ·且溫度20°C至50°C下進行。
8.如權(quán)利要求1所述的取向溶液的純化方法，更包含在該經(jīng)純化的取向溶液中加入小于IOwt %的該取向溶劑。
9.一種取向溶液的純化裝置，包含一反應(yīng)槽，用以容置一取向廢液；一水分去除系統(tǒng)，包含一溫度控制單元，用以控制該反應(yīng)槽的溫度；及一減壓單元，用以降低該反應(yīng)槽的壓力及去除該取向廢液中的水；以及一金屬離子去除系統(tǒng)，用以接收來自該水分去除系統(tǒng)中的取向廢液，該金屬離子去除系統(tǒng)包含一吸附劑及一濾膜，其中該濾膜位于該反應(yīng)槽的底部，且該吸附劑位于該濾膜之上。
10.如權(quán)利要求9所述的取向溶液的純化裝置，其中該吸附劑包含純度99%以上的氧化鋁或硅酸鋁或前兩者的混合物。
11.如權(quán)利要求9所述的取向溶液的純化裝置，其中該反應(yīng)槽中的壓力小于30ΤΟΠ·，且溫度介于20°C至50°C。
12.如權(quán)利要求9所述的取向溶液的純化裝置，其中該濾膜為不銹鋼、聚乙烯、聚丙烯、 聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、或前述的組合，且孔徑介于0. 1 μ m至0. 5mm之間。
全文摘要
本發(fā)明是提供一種取向溶液的純化方法，包含提供一液晶顯示器的取向溶液，其中此取向溶液至少包含(a)聚酰亞胺或其前驅(qū)物、(b)取向溶劑、(c)添加劑及、(d)水及金屬離子至少其一；加入一共沸溶劑至此取向溶液中，并以共沸(co-evaporation)同時去除此取向溶液中的水及此共沸溶劑；以及以一過濾材過濾此取向溶液，得到一經(jīng)純化的取向溶液，其中此過濾材包含一吸附劑及一濾膜，且此吸附劑至少包含高純度氧化鋁或硅酸鋁化合物或其組合。此外，本發(fā)明亦提供一種取向溶液的純化裝置。
文檔編號C09K19/56GK102559204SQ20101062176
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月13日
發(fā)明者洪煥毅, 蔡佳霖, 蔡正國, 許宗洲, 陳哲陽 申請人:財團法人工業(yè)技術(shù)研究院