注塑成型导光板资料汇总.docx
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注塑成型导光板资料汇总
注塑成型导光板资料汇总
关于导光板产品及注塑生产的相关介绍，高水平的中文资料还是比较少见。
下面是一些标题的汇总资料，是最近清理库存时挖出来的，曾经受益非浅。
希望能对那些想在导光板产品及注塑方面一展拳脚的同道们有所启发。
文章大多是由台湾同行所著。
不同于当地政客,他们细致入微的专业操守,令人钦佩。
几种不同制作方法的导光板对比
导光板射出技术简单讨论
射出成型应用于导光板之制程研究
LCD用高亮度导光板与散乱型聚合体导光板
背光板扩散网点设计
背光板设计原理
手机背光板的组装
几种不同制作方法的导光板对比
问题1：
印刷式导光板和雕刻式导光板哪个亮度高?
我都记不清有多少人向我提过这个问题了。
其实，两者的亮度是一样的，印刷式导光板导光网点的材料的配方不但对光有折射作用,还有高反射作用。
由于导光油墨具有对光的折射和高反射的双重作用，现在又从印刷工艺上进一步改良后，网点对光的折射效果已经和雕刻板没有什么差别了，而雕刻板的线槽或凹孔点阵只有单一的折射作用。
广州的蔡先生从我这里学技术后，过了一个多月后给我打来电话说，他做了一块A3尺寸厚度4mm的导光板跟一块同样大小同样厚度的雕刻板对比，在相同功率的光源下,发现亮度比雕刻板还亮。
问题2:
印刷式导光板和非印刷式导光板谁寿命长？
关于印刷式导光板和非印刷式导光板的寿命问题,目前在商业宣传上都没有一个统一的遵循科学根据说法，各说各的寿命长，公说公有理,婆说婆有理,其实，这不过是各商家商业竞争的宣传手法罢了.
不管用何种方法生产的导光板的寿命主要取决于压克力板材的质量,容易黄化的压克力板做成的导光板寿命短,不容易黄化的压克力板做成的导光板寿命长，与其生产方式没有关系。
有人说印刷导光板的导光油墨在使用过程中会老化造成导光效果失效,对于这个问题，大家想想,我们在日常生活中每天都离不开印刷的东西，电器面板的文字、手机按键的数字..。
。
..等等，如果你不去碰它、摸它、刮它，五年、十年。
。
.。
。
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都不会变，不会掉，印刷导光板的网点油墨也是同样的道理,并且导光油墨里所含的成分物质是一种性质很稳定无机物,不会与空气中的任何物质产生化学反应，也就是说,就算压克力板黄化了变质了，印刷导光板网点油墨的特性是依然保持不变的，所以说,印刷式导光板和非印刷式导光板的寿命是一样长的.
导光板射出技术简单讨论2006—7—27
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NOTEBOOK的导光板射出成型，是控制变形的最好方法。
NB上的导光板现在主要是楔形板，入光处厚，出光处薄,常见的翘曲有正翘、逆翘、S形翘.其实翘曲最根本的原因是密度不均，有了这个思想,调整翘曲就不再是难事了.
下面简简单说一两个：
对于正翘和逆翘常用通过调节模温的方法来调解，也就是调整公母模的温度来调正，调节公母模的温度时要注意一点,通常不见议调解咬花面处的模具温度，究其原因是咬花面温度影响光学特性很大，如果通过调节镜面温度仍翘曲,也可以调节咬花面模具温度，但要注意光学特性。
除了模温外,也可以通过成形条件来修改，可以试保压、身速、压缩。
对于S形翘来说，主要是过充填或缩水造成的,要考虑射出各段距离、射速、保压时间、以仍压缩条件等。
射出成型应用于导光板之制程研究
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吴政宪*、苏义豊、吴世民、林忠志
大叶大学机械与自动化工程研究所塑料工业技术发展中心
一、中文摘要
现代塑料成品加工所需求的是多样变化、精密度高、成型周期短等特性,为了达到这些特性,对于各制程参数控制实具有决定性的关键.因此本研究主要目的是运用CAE模拟与田口实验的方法，以射出成型方式针对导光板制程参数作研究.
在传统射出成型之模具设计上，多以凭借着经验丰富的技师来设计，但因加工技术与成品少量多样的需求,若只由经验传承与试误法作模具修补,所需之时间与成本实为现阶段之发展所不能负荷，因此在研究上，我们运用模拟辅助作模流分析,以获得较佳之模具设计，降低设计成本。
且经由研究中，我们获得各参数对成品质量之影响，同时也能经由分析达到最佳之质量控制，在相关的研究与业界对射出成型技术上具有相当程度之贡献。
二、简介
本研究主要是运用射出成型方式,对导光板之制程参数作研究。
其研究方法是以田口实验的方法，同时对C—Mold之模拟与实验作比较，并求得最佳反应质量之制程参数.其研究主题包括二方面:
（1）田口规划部分
将27组之直交组合分别以仿真与实验的方法进行比较，了解模拟与实验结果之差异；并在模拟与实验两种方式下获得最佳参数组合,并探讨各成型参数对成品质量之影响。
（2）模具设计与短射实验部分
以C—Mold来辅助模具设计;并利用短射实验比较模拟与实验两方法之注塑流动情形.
研究结果显示，影响成品质量最重要的因素是保压压力,其次是保压时间，在考虑适当水平配置及排除其因子间之交互作用直交配置下实验，我们可获得25ìm以下之收缩量与翘曲量,对成品之质量而言，此研究确实具有贡献。
三、研究方法
1。
应用田口法的步骤
（1）先选择影响成品相关之制程参数，并决定适当之水平
（2）选取L27之直交表
（3）对直交表所列之各组以C-Mold进行模拟
（4）对直交表所列之各组以射出机进行实验
（5）进行27组之模拟值与实验值比较
（6）进行因子效果计算绘制响应图,选择最佳之参数组合
（7）进行ANOVA分析，获得各参数对成品质量反应之贡献度，同时依响应之最佳组合推定其最佳理论值
（8）依最佳理论值作确认实验
（9）对模拟与实验所得到之最佳理论值与最佳组合之实验值分别进行比较.
（10）分析结果
四、实验设备
本研究实验设备主要包含射出机、模具、量测设备和压力撷取系统四大部分，如图一所示.以下分别作介绍：
1。
射出机：
如图一（a）所示为本实验向塑料技术发展中心所借用之TOSHIBAIS—220GN射出成型机，此系统行程320mm～260mm螺杆直径为50mm，制程控制有射出速度、保压压力、射出行程、压缩单元、冷却时间等。
2。
模具系统：
如图一（b）所示，本模具兼具射出与射压功能［1]，且依实验压力量测之需求，设计成两具镜面加工之模仁，并于模仁中设置冷却水道，且为求得完整之成品表面，故以整具模仁为顶料设计。
3.量测系统：
图一（c）所示,为CNC铣床（精度0。
1靘）、杠杆量表（精度0.2靘）与自制特殊夹具配合之量测系统，在量测的规划上为了防止成品因夹持之作用而致影响量测，故特别设计此付夹具.另外在量测取点上，我们以平均几何形状之方式，坐标值共取48点,再将得到之数据经坐标曲面软件（矩阵形式之坐标转换）以最小平方面之原理，来获得正向、负向与平方面间之差距,即我们所求之翘曲量。
五、实验材料与量测条件
1.实验材料：
本实验所选用塑料材料是日本进口聚甲基丙烯酸甲脂（PMMA俗称压克力）材料，其特性为非结晶树脂材料，具有无色透明的光学特性与良好之热加工性。
2。
量测条件:
（1）于射出件外表呈稳定状态后，再持续进行射出50件，这时才开始采用量测用射出件，并考虑射出件之周期性，因此以奇数编号为量测成品之取样.
（2）成品射出后置放1星期。
（3）温度保持在20℃-25℃之间.
六、模具设计
本模具设计，考虑到导光板之导光侧与厚度变化不均之限制条件，为了取得证明，于是在思考上，我们以等体积之原理来联想其最佳之充填位置为设计要件如图二（a）。
一般对于板件之浇口设计，都会采用薄板浇口［2][3］，主要是为了获得较均匀之充填，以减少翘曲之产生。
浇口宽度约为6。
4至25％之模穴侧边长度.而本模具之浇口尺寸设计是以宽13。
1mm、16mm、20mm三种尺寸，入口厚度2mm及1.5mm两种尺寸来进行仿真,结果显示2mm入口厚度及宽度20mm对流动所造成之收缩翘曲为最小.
冷却水道设计主要是模具成形空间表面的温度分布，因水管的大小、配置、水温差异而改变，但若其模温变化在6。
6℃（52。
65℃～69.25℃）温度差在某一成形条件上也许充分,但残留之内部应力，对尺寸精度高的成形品，可能造成成形应变［4].本研究分析结果如图二（b）所示，经模拟得到A型设计收缩0.3613mm、B型设计收缩0.3609mm、C型设计收缩0.3281mm，显然以C型的水道排放方式所得之收缩量为最小，故选择C型之设计。
七、射出成型之短射实验
短射实验主要是确定实验中之融胶充填量，减少因过渡充填所造成的能量浪费与徒增之成型时间。
另外我们可从每段时间之充填计量所得之短射成品如图三（c），了解到融胶流动之波前情形，尤其经由模拟与实验之波前图比对后，更能让我们了解两种方式之差异。
且由图三（a）与图三（b）所示，模拟之融胶流动与实验所得之融胶流动相近,所需之充填时间亦相近.证明此短射实验提供我们了解于导光板厚度变化不均之模穴空间流动情形,且可准确的获得充填所需之计量值.
八、结果与讨论
1.27组之模拟值与实验值比较
经27组模拟与实验所得之回应值比较，由图四得知，各组之反应以实验所得之变动较大,表示收缩量之量测包含量测与环境影响之误差，而于模拟时，则无法包括这些因素在内，但以两者之趋势比较,我们可获得各参数变动对成品收缩量之影响，同样具有参考之依据.
2。
模拟与实验之制程参数优化比较
实验设计时,如果遗漏了影响质量特性极为显著的控制因子，均会产生再现性不佳的情形［5]，为了避免这种情形发生，必须进行确认实验.
由图五、图六之响应图可得到反应收缩量为最小的最佳组合是A1,B1，C3,D3，E3，F3。
此结果可供我们进行反推算来得到推论值，并与最佳组合之实验值作比较，得到如表一之数值。
此结果显示，推论与实验之翘曲量相差13。
53%而收缩量相差17。
81%，此差距表示模拟与实验优化得到之结果，且依现有制作同样尺寸之导光板所要求精度为0。
05mm相较，本研究之精度0.0224mm是可供采用的。
3。
制程参数对产品质量之影响
（1）模具温度
由响应图可知，模具温度以33℃对质量之反应较佳，而模具温度过低或过高均不理想，原因是融胶在模具温度低时，凝固速度快凝固层厚融胶不易流动，而融胶在模具温度45℃则收缩大,尺寸精度亦不佳.
（2）融胶温度
对射出而言，融胶温度不宜太高，由回应图中可获得其斜率为向下，故以230℃为佳。
且在同一充填时间下,高的融胶温度比低的融胶温度有较薄的凝固层，相对地的也会增加成品的收缩
（3）充填速度
此参数之响应值，是以11。
4cm/sec之速度为最佳，原因是高的充填速率有助于增加充填阶段的表面剪切率，换言之，充填速率的提升使得融胶与模壁间的摩擦热升高有助于应力的松弛。
（4）保压压力
经ANOVA之分析,愈大的保压压力有愈好的几何成型性.由图五可看出此曲线的斜率随着保压压力增加而加，故保压压力对成品之质量而言，其成型性影响为最大.
（5）保压时间
适当的保压时间有助于减少成品之收缩，但太长的保压时间,则徒增成型周，以实验与模拟之响应图来看，保压时间取10秒为最佳.
（6）冷却时间
经分析得到冷却时间取35秒为最佳,太短则收缩量较大,对本成品而言，其贡献度占2。
6％，属影响性较小之因子.
4.重要制程参数对收缩与翘曲的影响
针对前述田口计算机仿真与实验所得的最佳制程参数，来进行更详细的参数研究，以验证先前所选定的制程参数是否最佳[6］.于每一次的实验中,仅改变对收缩、翘曲影响具较大贡献度之单一制程参数，收缩部分只考虑保压压力、模具温度、保压时间,翘曲部分只考虑保压压力、塑料温度，其他制程参数则维持在最佳值,用以观察仅变动单一制程参数对收缩、翘曲的影响。
由图七可知保压压力在4.5MPa至7.5MPa之间,于7。
5MPa时收缩降至最小,此趋势符合先前所做ANOVA分析结果，故保压压力对成品成型性影响为最大，但需注意是否有过保压现象产生。
模具温度与保压时间分别设在25℃~40℃与4秒～10秒之间,虽然此二个参数对收缩影响远不如保压压力来的明显，但是在成形过程中仍须适当的模温及保压时间。
模温足够，有助于融胶料的充填，避免产生短射;保压时间足够，有助于减少产品收缩。
由图八可知融胶温度设在210℃～250℃之间,于230℃时有最小翘曲，料温太高或太低都会使翘曲增加，制程中较高的料温有利于充填,虽有助于压力均匀分布，但不可超出厂商建议值，以防塑料裂解.保压压力设在4.5MPa至7。
5MPa之间，由曲线趋势得知保压越大，翘曲越小，产品质量越佳.
由研究结果，我们可以清楚了解制程参数于射出成型对导光板质量之影响，其中以保压压力与保压时间两成型因素影响最大,证明高保压压力与保压时间可降低成品之收缩量与翘曲量。
另外，对于数值模拟及优化分析研究之结果,可供未来公司开发新技术时的参考.
九、参考文献
1、E.Lindner，andP.Unger,”lnjectionMolds108ProvenDesigns"1993，pp6-13
2、陈介聪，精密射出成形模具设计与制作技术，日刊工业社编
3、张永彦,实用塑料模学具，全华科技图书股份有限公司
4、张文华，塑料模具设计制图实务,全华科技图书股份有限公司
5、MadhavS.PhadkeAT＆BellLab.Holmdel,N.J.,稳健设计之质量工程。
6、黄东鸿,2002，「StudyonWarpage&ResidualStressofThin—walledInjectionMolding
LCD用高亮度导光板与散乱型聚合体导光板
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文章作者：
台湾工研院光电所高弘毅文章来源:
EEDesign
前言
液晶显示器（LCD：
iquidCrystalDisplay）的背光照明单元（BackLightUnit；以下简称为BLU）是由冷阴极灯管（CCFL:
ColdCathodeFluorescerntLamp）、CCFL反射膜片（reflectorsheet）、导光板（LGP：
LightGuidePlate）、LGP反射膜片、扩散（diffuser）膜片等组件所构成（图1）.为了要提高LGP的光使用效率,通常会在LGP表面设计某些光学机制（device），或者是在LGP内添加材料等两种方法。
背光照明单元使用的光源分别有EL（ElectroLuminance）、LED（LightEmittedDiode）、CCFL（ColdCathodeFluorescerntLamp）等三种；EL与LED方式主要应用于PDA（PersonalDigitalAssistant）、移动电话等小型液晶显示器的背光照明单元；CCFL则是应用于NB-PC（NoteBookPersonalComputer）等大型可携式产品.
如图1所示冷阴极灯管外侧的CCFL反射膜片呈拋物线状（parabolic）将CCFL包围，由光源产生的白光透过该反射膜片反射至由压克力制成的导光板内。
导光板主要功能是藉由光散乱原理将入射的平行光转换成平面垂直光，之后再经过扩散膜片使导光板射出的光线扩散与偏向，最后再经由两片表面成连续锯齿沟槽状的集光棱镜膜片,使光线在xy方向集光并调整光线发散角度。
图1背光单元的基本结构
导光板的种类
（a）散乱式印刷导光板
如图2所示传统的散乱式导光板底面印刷白色浓淡（gradation）网点使入射光散乱，散乱光的浓淡取决于网点的直径与分布密度.网点的材质是由UV胶、二氧化钛、硫化钡混合黏稠液所构成.如图3所示网点直径在灯源入射端为250μm,远离灯源端亦即导光板的端缘的网点直径为1250μm。
利用网点散乱的光线由导光板表面射出,部份从导光板侧面与底面逃漏的光线则再度回到导光板内，被导光板周围的反射膜片反射至导光板.设于导光板正面的扩散膜片具有两种功能，分别是将入射光扩散至集光棱镜膜片;另一功能是减弱导光板表面的网点形状。
扩散膜片上方之三角断面状第一片集光棱镜膜片与冷阴极灯管成直角方向（y方向）设置,第二片集光棱镜膜片再与第一片成直角铺设，藉此特殊设计收敛xy方向的光线，同时再次淡化导光板表面的网点形状与楔形导光板特有的横缟（灰色横纹）。
（b）散乱式射出成形导光板
具体方法是利用精密蚀刻技术将射出成形的模芯微细加工成上述网点形状，再利用塑料射出成形机制作导光板，图4与图5是利用射出成形法所制成的导光板散乱模式与散乱spot的直径、浓淡分布密度。
（c）反射式射出成形导光板
如图6所示它是利用超精密加工技术在导光板底面制作微细光学镜面，使导光板内的光线反射,这种方式会因制作方法使得散乱要因消失。
具体制作步骤是将射出成形的模芯微细加工成圆状微形反射镜面（MicroReflector；以下简称为MRdevice），之后再利用塑料射出成形机制作导光板，MR系设于导光板底面与导光板形成一体（图7）。
如图8所示具数组状MRdevice的导光板可将入射光全反射，主要原因是MRdevice的表面很平滑,因此入射光不会有反射散乱与能量损耗等问题，也不会发生波长分散现象,除此之外还可藉由导光板入射光与MRdevice的形状变化控制出射光的方向.图9是入射至导光板内的光线与MRdevice的反射机制概念图；图9是利用雷射显微镜所拍摄的MRdevice照片，MRdevice的直径为100μm，高度为10μm，spot的大小祇有传统散乱式印刷导光板的1/4～1/8.
换言之由于数组状MRdevice导光板的spot直径变小后，相对的可淡化spot形状的扩散膜片厚度亦随之变薄,光线穿透率则大幅提高。
一般而言12.1吋大小的数组状MR型导光板底面的MR数量大约有100万个。
为了检讨MRdevice的加工精度,因此将导光板的纵横向各分割成六等份,并在各线交点上直径10mm圆内作三点随机取样（random），量测各点的MRdevice直径与高度的平均值。
总数27个MRdevice的平均直径为α,平均高度为β时，直径的误差分布如图11所示约为±2μm以下，高度的误差分布为±1μm以下。
依此量测结果可确定制程的稳定性，同时还可推论部份变化的互动要因。
（d）折射式射出成形导光板
折射式导光板是改良自反射式导光板,主要差异是MRdevice数组变成microdeflector数组（以下简称为MDdevice），也就是说导光板底面是由微小偏向device所构成，入射光被MDdevice的凸面折射。
MDdevice的表面如图12所示为镜面曲线状,因此不具光散乱的要素，折射光的仰角被导光板法线以大角度方向射出。
MDdevice的直径为30μm,高度为5μm.实际上MDdevice数组是先经过光学设计,再制成塑料射出成形模具的模芯（OpticalInsertion；以下简称为OPI），之后再利用塑料射出成形机制作导光板。
折射式导光板可将入射光锁闭于导光板内,并转写于内侧可产生全反射之三角沟槽，进而达成提高光使用效率，与单棱镜构造之光学最高境界（图13）。
是图14MD式导光板与内部全反射棱镜膜片（TIR:
TotalInternalReflection）将导光板射出的光线方向变成导光板法线方向，亦即光线射出仰角变小的动作模型。
光学设计
导光板的几何外形与辉度分布是由各液晶显示器厂商决定，为了设计导光板的光分布通常是利用导光板内的光线追迹,与导光板的形状推测光线射出的强度。
导光板内的导光是全反射所造成的，因此由导光板射出的光线并无法完全满足该条件.例如以平板状导光板为例，如果光线完全符合全反射的条件时，临界角出射光就不存在,类似这种型式的导光板就必需在它的底部与正面设置MRdevice。
导入冷阴极灯管的管径、长度与拋物线外形之灯管反射膜片等各项参数（parameter），有了这些参数便可假设推测背光单元表面的光强度分布。
此外亦可利用LIGHTTOOL公司的背光单元用光学设计软件，针对光强度分布推测值决定MR或是MD的位置。
MR与MDdevice的密度是二维浓淡图案（pattern），它是由如图15所示复数个一维浓淡图案所构成。
图中的参数W表示导光板的宽度与光搬运方向的长度.
图6是使用U型冷阴极灯管之背光照明单元的与光强度分布分析结果。
设计时已经把压克力的折射率、塑料射出成形的收缩率等诸元值列入考虑,因此利用光学设计软件获得的结果可直接转用于生产单位,适用范围最大可达18吋导光板。
根据实际作业统计数据显示，反射式导光板的MRdevice数量因导光板外形大小而不同，以10。
4吋导光板而言，MRdevice数量约为100万个，MRdevice的直径为100±2μm，高度为10±1μm.事实上12。
1吋散乱式印刷导光板如果改成MRdevice导光板时辉度可提高3～10%。
表1是13。
3吋MRdevice导光板与散乱式印刷导光板的比较结果，表中的平均辉度以Lvave表示；辉度不均U则以（Lvmin/LvmaxX100）表示.量测时是把背光照明单元纵横分成6等份，量测背光照明单元周围六分之一残余辉度数据合计9点的资料，由表1的量测结果得知MRdevice导光板的辉度比散乱式印刷型导光板高11%。
表2是12.1吋背光照明单元更换不同导光板、扩散膜片、棱镜膜片的辉度差异比较.假设：
1。
散乱式印刷型导光板搭配PCM1扩散膜片与低收旋光性之H210棱镜膜片（xy方向）的背光照明单元辉度为100%时，
2.上述相同的光学膜片搭配
3.MR式导光板的辉度增加率为107％（表中的B1）.R.MR式导光板搭配高穿透性扩散膜片时，辉度增加率为110%（表中的B2）。
3.。
散乱式印刷型导光板搭配PCM1扩散膜片与高收旋光性之BEFⅡ棱镜膜片（y方向）时，辉度增加率为116%（表中的C）。
4。
散乱式印刷型导光板改为MR式导光板时，辉度增加率为125％（表中的D1）。
5.扩散膜片改为高性能之D117T时，辉度增加率为127%（表中的D2）。
由表2可知MR式导光板导光板各种高性能光学膜片时，可大幅提高背光照明单元的辉度。
表3是使用MR与MD式导光板之13.3吋背光照明单元的辉度量测结果，由表3可知MR式导光板导光板的辉度比印刷式导光板高10%,这意味着MD式导光板辉度是印刷式导光板的1.4倍.
有关背光照明单元的视角特性，它是利用坐标法量测各角度的特性分布.图17的角度ψ是指方位角度，有效范围是00~3600:
角度θ是指仰角,有效范围是00~900。
图18是侧边入光（edgetype）楔形（wedge）MR导光板所构成的背光照明单元视角特性，量测位置是13。
3吋背光照明单元的中心。
图18（a）是从导光板的射出光，在900仰角附近的光学特性;图18（b）是导光板上粘贴扩散膜片时的偏向射出光，在4
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