小型導(dǎo)光板注射成型技術(shù)

1、小型導(dǎo)光板注射成型技術(shù)力勁集團·深圳領(lǐng)威科技有限公司 嚴(yán)慶華前 言 目前導(dǎo)光板最大最突出最顯著最廣泛的應(yīng)用，表現(xiàn)在液晶顯示方面。液晶顯示器、筆記本電腦、液晶電視和手機以及各類電子產(chǎn)品，包括傳真機、復(fù)印機等辦公器材、計算器、學(xué)習(xí)機、數(shù)碼相機、醫(yī)用觀片機、手表、電子儀器等等方面。近年來，MP3和MP4陸續(xù)走俏市場，各類學(xué)習(xí)機、記憶星都深入到人們的日常生活和學(xué)習(xí)之中，電腦的迅速發(fā)展及普及，大大刺激液晶顯示器的技術(shù)不斷革新，液晶顯示器以超強的實用性、無幅射優(yōu)點，倍受消費者青睞，具備高畫質(zhì)、高清晰度、高亮度、長壽命、低功耗、響應(yīng)速度快和色彩鮮艷的電子產(chǎn)品。世界級品牌制造商如飛利浦、L

2、G、SUMSUNG、NEC、SONY、TCL、LENOVO等，讓液晶顯示產(chǎn)品更深入大眾生活。而人類另一個偉大的發(fā)明移動電話，也就是手機，給人們的工作和生活提供更為便捷途徑，像SonyEricsson、NOKIA、MOTOROLA、SUMSUNG、LG等，這類電信產(chǎn)品，大大推動了導(dǎo)光板背光源和導(dǎo)光板產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。受LCD液晶顯示市場的拉動，其他產(chǎn)業(yè)諸如：光學(xué)模（反射模）、偏振片、反射鏡和擴散鏡、電子、照明等多種產(chǎn)業(yè)，都不同程度的受到很大的影響。由此可見，正因為有著這樣高的市場效益，導(dǎo)光板行業(yè)才會出現(xiàn)如此迅猛的發(fā)展，盡管原材料價格上漲，生產(chǎn)商獲利空間仍相當(dāng)可觀，也在于導(dǎo)光板在電子產(chǎn)品液晶顯示方面的廣

3、泛應(yīng)用，市場潛力巨大，未來的導(dǎo)光板市場非常廣闊。 一、 導(dǎo)光板市場的應(yīng)用及發(fā)展趨勢 （一）市場應(yīng)用目前導(dǎo)光板主要應(yīng)用市場為大型類（8-17英寸）有筆記本電腦、液晶電視，更大型的有家庭影院、用于戶外廣告展示和廣告宣傳牌，中型類（5-7英寸）有車輛導(dǎo)航器，小型類（1-4英寸）有游樂器、Video Cassette Recorder、MP3/ MP4、Mobil Telephone、Numeric Cammera等，其他諸如計算器、鐘表、機械（注塑機等）設(shè)備顯示屏、發(fā)光相框、發(fā)光指示牌等等。今天，戶外大型液晶電視、廣告宣傳牌隨處可見；小型MP3上所用到的導(dǎo)光板肉厚可薄到0.6mm

4、以下，甚至于不到0.4mm。原來需要進(jìn)口的國內(nèi)導(dǎo)光板市場逐漸國產(chǎn)化。  （二）發(fā)展趨勢中大型導(dǎo)光板除采用壓板技術(shù)成型外，還可以采用射出壓縮成型技術(shù)成型，但國內(nèi)導(dǎo)光板的生產(chǎn)，還沒有普及射出壓縮成型技術(shù)。然而，絕大多數(shù)導(dǎo)光板制品，都可以通過注塑機實現(xiàn)注射成型?？梢灶A(yù)見，未來的導(dǎo)光板逐步走向大型化、薄壁化、多樣化、個性化。二、         導(dǎo)光板的定義、功能及分類 （一）導(dǎo)光板的定義 導(dǎo)光板一詞來自英文譯音“Light Guide”，產(chǎn)生于Liquid Crystal Display（LCD）的應(yīng)

5、用， LCD是通過背光源模組來展現(xiàn)顯示屏的亮度，而導(dǎo)光板正是背光源模組中較為重要的一個角色。導(dǎo)光板其實是用來改變背光源光線傳播方向、展現(xiàn)背光源亮度的塑膠薄板。多用于LCD液晶顯示方面，材料多為聚碳酸酯和聚甲基丙烯酸甲酯。 （二）導(dǎo)光板的功能 導(dǎo)光板主要功能在于要將背光源入射光，導(dǎo)向LCD液晶顯示屏，用以展現(xiàn)背光源和顯示屏的亮度，同時有透光的輝度和透光均勻度的要求。 光從背光源射出，在導(dǎo)光板里面進(jìn)行傳播，并在網(wǎng)點面發(fā)生折射、反射和全反射，部分光被導(dǎo)光板吸收，余下的光穿過導(dǎo)光板，入射到液晶材料，通過控制電路以實現(xiàn)液晶顯示。 （三）導(dǎo)光板的分類 A、導(dǎo)光板按其形狀分為平

6、板和楔形板兩大類。                                                 &#

7、160;         圖2 平板導(dǎo)光板     平板：從導(dǎo)光板入光處來看截面為長方形。平板導(dǎo)光板應(yīng)用廣泛，因為自身厚度均一，在透光均勻度方面表現(xiàn)突出，但在輝度方面不及楔形板導(dǎo)光板。                        

8、;                                                  

9、0;          圖2 楔形板導(dǎo)光板楔形板：從導(dǎo)光板入光處來看一邊為厚一邊為薄成楔形（三角形）狀。因為自身厚度厚薄不一，在透光輝度方面表現(xiàn)突出，但均勻度不及平板導(dǎo)光板。B、依制程原理，導(dǎo)光板可分為印刷式及非印刷式兩大類。印刷式導(dǎo)光板是在導(dǎo)光板上用具高反射率且不吸光的材料(如TiO2、 In2O3、SnO2等半導(dǎo)體材料)，在導(dǎo)光板底面采用網(wǎng)版印刷印上圓形或多邊形的擴散點。印刷式導(dǎo)光板對光線折射和反射作用較高，網(wǎng)點制作投資小、成本也較低、制作工藝較簡單、網(wǎng)點設(shè)計靈活性大，但制程穩(wěn)定性較差，更適合于中大型

10、導(dǎo)光板的生產(chǎn)。非印刷式導(dǎo)光板是利用精密模具成型，讓導(dǎo)光板在射出成型中直接在導(dǎo)光板平面形成密布的微小網(wǎng)點。目前國內(nèi)已開始廣泛采用注塑機注射成型作為導(dǎo)光組件的導(dǎo)光板。非印刷式的成型技校術(shù)難度較高，投資較大，網(wǎng)點設(shè)計加工形成后，不可以更改，靈活性不及印刷式導(dǎo)光板的成型。但印刷式導(dǎo)光板的生產(chǎn)穩(wěn)定性好，生產(chǎn)效率高，后期工序少，對光線折射效果好，在透光輝度上表現(xiàn)優(yōu)異。主要應(yīng)用于小型電子產(chǎn)品方面，注射成型的導(dǎo)光板屬非印刷式導(dǎo)光板。 C、受LCD產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、形狀或大小、用于實現(xiàn)透光輝度和均勻度的透光顯示效果要求以及加工成本等方面的影響，導(dǎo)光板表面網(wǎng)點形式主要有以下幾種  

11、0;                  圖3 半圓暫變型網(wǎng)點 圖4 圓形分組型網(wǎng)點                   圖5 圓形錯位型網(wǎng)點 圖6 圓 形分組型網(wǎng)點         

12、0;                                                   &#

13、160;          圖7 環(huán)形網(wǎng)點（一）LCD盒的結(jié)構(gòu) 不同類型的液晶顯示器件的組成部件，或多或少會有所不同，但大致上的結(jié)構(gòu)如下圖所示：                               &#

14、160;     圖8 LCD液晶盒基本結(jié)構(gòu)（二）導(dǎo)光板透光方式A  反射型                                       

15、60;   圖9 反射型透光方式反射型透光方式特點：反射型透光方式多用于室外用的攝影機、錄像機、資訊終端機等方面，意將日光（外部光）以反射板反射回顯示屏，功耗小，導(dǎo)光板厚度也可減小。但不適用于夜間使用，故而為了能在夜間使用，實際加裝有冷陰極管作為光源，冷光源裝在導(dǎo)光板后面。因而設(shè)備體積相對較大，但輝度方面較好。B、透過型                      &#

16、160;                           圖10 透過型透光方式透過型透光方式特點： 透過型透光方式多用在筆記本電腦、液晶電視等方面，因為多采用楔形板，在均勻度方面比不上反射型透光方式，在網(wǎng)點設(shè)計方面有較高的要求，但聚光作用比較好，透光輝度表現(xiàn)突出。在手機、數(shù)碼相機等產(chǎn)品上，平板導(dǎo)光板用得比較多，因為手機上運用TFT-

17、LCD彩色顯示，像素多，色彩和諧，亮度和清晰度要高，因而平板導(dǎo)光板更具優(yōu)勢。三、小型導(dǎo)光板的成型技術(shù) （一）聚碳酸酯（PC）成型工藝  A、材料應(yīng)用 當(dāng)前導(dǎo)光板多以聚碳酸酯和聚甲基丙烯酸甲酯為材料，而這兩種塑膠原料的生產(chǎn)商很多，當(dāng)前業(yè)內(nèi)認(rèn)同日本帝人、拜耳、三菱和美國GE生產(chǎn)的通用級和光學(xué)級導(dǎo)光板材料。以上四家公司在聚碳酸酯生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)設(shè)備及原材料方面都有相當(dāng)?shù)膶嵙εc優(yōu)勢。材料在透光率、力學(xué)和機械性能、電阻耐壓性能方面，表現(xiàn)優(yōu)異。具體型號見下表：   B、PC料（聚碳酸酯）特點 ： （1）基本特性：（2）注射壓力對 

18、;PC材料的影響： PC材料粘度大，流動性差，熔料溫度高。注射壓力對流動性影響較小，相應(yīng)為了防止內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生，保壓時間要盡量短。宜用提高溫度（可以提高模具溫度和熔料溫度）而不是用增加壓力去改善流動性。注射壓力可達(dá)140MPa左右，對塑化扭力要求較高。 （3）螺桿參數(shù)選定：  a、 PC材料熔融溫度范圍較寬，螺桿加料段要長，壓縮段適中，均化段要短，其中壓縮段占螺桿全長L的30%40%；b、大的長徑比（2023）可提高塑化效果，壓縮比適中（2.32.6），可減少黃變及黑點現(xiàn)象的發(fā)生；c、表面氮化處理，氮化層厚度0.40.7mm，表面硬度HRC5970，材質(zhì)以3

19、8CrMoAlA和9Cr18MoV材質(zhì)為多；（4）PC材質(zhì)導(dǎo)光板對成型模具的要求a、PC為高硬度材料，模具硬度要大，模仁多采用優(yōu)質(zhì)合金鋼材料；b、成型中，模具溫度較高，所以模具強度要大，這樣變形量?。籧、主流道內(nèi)壁要光滑，表面粗糙度1.6µm以下，不會斷水口；d、主流道直徑大、分流道短為好，這樣熔體充填過程中壓力損失小；e、澆口以扇形和矩形澆口為多，入水氣紋易改善；f、薄壁導(dǎo)光板成型速度快，排氣槽數(shù)量及尺寸足夠，成型不困氣；g、盡可能開平衡式澆口，導(dǎo)光板尺寸精度更高； （二）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）成型工藝 A、材料應(yīng)用聚甲基丙烯酸甲酯，俗名有機玻璃，透光率

20、可達(dá)92%以上，正是因為有著優(yōu)良的透光性能，比聚碳酸酯的應(yīng)用更為廣泛，但受自身強度的影響，韌性不足，所以不適合成型薄壁導(dǎo)光板。當(dāng)前業(yè)內(nèi)比較認(rèn)同日本三菱麗陽、旭化成、住友化學(xué)和臺灣奇美生產(chǎn)的通用級和光學(xué)級PMMA導(dǎo)光板材料。具體情況見下表：B、PMMA料（聚甲基丙烯酸甲酯）特點 ： （1）基本特性：（2）注射壓力對 PMMA材料的影響： PMMA材料熔融溫度和成型溫度較PC低，但與PC材料成型性能比較接近，PMMA材料粘度也較大，流動性也差，注射壓力對流動性影響也較小，宜用提高溫度（可以提高模具溫度和熔料溫度,而不是用增加壓力去改善流動性）。較大的保壓壓力可以減少導(dǎo)

21、光板的收縮率，成型時的注射壓力可達(dá)120MPa左右，對塑化扭力要求也較高。 （3）PMMA螺桿參數(shù)選定：   盡管市場上有PC和PMMA專用螺桿之分，但二者在具體的參數(shù)上比較接近。各螺桿制造商的加工工藝和加工精度以及熱處理工藝不同，螺桿的實際參數(shù)也有不同，但總體上來說，PC螺桿的表面硬度要求更高，PMMA料成型溫度相對較低，螺桿抗扭強度要求更高些。實際應(yīng)用中也多采用38CrMoAlA和9Cr18MoV材質(zhì)。 （4）PMMA材質(zhì)導(dǎo)光板對成型模具的要求 相對PC料而言，PMMA材料的硬度要小些，故而對模具材料的硬度要求相對要小些。另一方面

22、，PMMA材料不適合成型薄壁導(dǎo)光板，因而成型速度不會很快，對排氣槽的要求不及PC模具高。總體上說來，PMMA材料對模具的要求與PC材料相差不大，但受自身較差的韌性影響，水口位宜加頂針設(shè)計，避免斷水口及粘水口現(xiàn)象。 （三）成型導(dǎo)光板產(chǎn)品的品質(zhì)要求項目 A、不可黃變：黃變將使光源射出光的光線透過率下降，而使透光輝度變??；B、不可混有雜質(zhì)：導(dǎo)光板中有雜質(zhì)混入，導(dǎo)光板透光時會出現(xiàn)黑點，就會形成透光輝度條紋和輝點，產(chǎn)生透過不良；C、不可有凹陷、翹曲等成型不良：凹陷或翹曲等異常不但阻礙后處理或組裝作業(yè)，也是造成輝度條紋、透過不良的原因。D、網(wǎng)點（微細(xì)溝槽）成型要飽滿：若網(wǎng)點（微細(xì)溝）成

23、型不良，會產(chǎn)生透光輝度偏小而出現(xiàn)透光輝度不良；E、無殘留應(yīng)力、尺寸安定佳：板狀成型品中殘留的應(yīng)力會影響導(dǎo)光板折射率和透光率，會產(chǎn)生輝度條紋而出現(xiàn)輝度和均勻度不良。（四）導(dǎo)光板常見成型缺陷及改善對策      （五）成型導(dǎo)光板的射出機的技術(shù)要求 <1>、光學(xué)樹脂專用螺桿及熔料筒  現(xiàn)階段導(dǎo)光板采用PC和PMMA材料成型，屬于透明件成型，對雜質(zhì)、顏色方面的要求相當(dāng)嚴(yán)格，由于雜質(zhì)和色變會影響導(dǎo)光板的導(dǎo)光性能，所以實際導(dǎo)光板成型用到的注塑機的熔料筒組件這部分的要求相當(dāng)高，需要配合使用優(yōu)質(zhì)材料鋼、表面高硬度、低粗糙度和低粘

24、附作用、耐磨損以及合理的螺桿技術(shù)參數(shù)設(shè)計的螺桿熔料筒組件，才會使導(dǎo)光板的正常生產(chǎn)得以有保障。 <2>、高剛性及高強度鎖模裝置  小型薄壁導(dǎo)光板成型會用到高速及高壓成型，射速高達(dá)180mm/s以上，注射壓力高達(dá)200MPa以上，因而充型熔體對模具和模板的沖擊力相當(dāng)大。尤其成型楔形板的時候，對鎖模裝置的強度要求更高，不允許出現(xiàn)爆板、模板平行度和同哥林柱的垂直度誤差大的情況，否則出現(xiàn)模具變形量大而發(fā)生導(dǎo)光板成型不良。 如圖十一所示為楔形導(dǎo)光板的成型，“可動模板”受到楔形板作用的非水平作用力，對鎖模裝置的破壞作用大，對鎖模裝置的要求也相當(dāng)高。  &#

25、160;                     圖11 作用于鎖模裝置的偏心重荷 <3>、要求注塑機控制系統(tǒng)響應(yīng)要快，靈敏度和重復(fù)性要高、穩(wěn)定性要好，抗干擾能力要強，功耗要小，實現(xiàn)閉環(huán)控制。 這樣可以保證同批次導(dǎo)光板制品尺寸穩(wěn)定、透光輝度和均勻度一致性高。（六）成型小型薄壁導(dǎo)光板的技術(shù)要點注射壓力要大及注射速度要快    注射壓力至少

26、達(dá)到200MPa以上，注射速度至少達(dá)到120mm/s 以上。A、注射速度 兩種規(guī)格的熔料筒組件，可以有相同的注射速度-121 mm/s，因料筒差異，兩者的注射速率是不同的：前者47 cm3/s，小，后者66 cm3/s，大，但是在注射過程中，注射快主要是考慮螺桿的注射速度而非注射速率。Q 2 X (/4) X D 2 X V X t 上式中： Q為注射油缸進(jìn)油量，受油泵排量影響； D為雙注射油缸直徑； V為螺桿注射速度；可以看出，在相同時間段內(nèi)，注射油缸不變，油缸進(jìn)油量增大，可以提高注射速度V；另一方面，油泵排量不變，減小注射油缸直徑D，也可以提高注射速度V。在注射機速度達(dá)不到使用要求的時候，可以通過改變注射油缸參數(shù)或選用大功率電機匹配大排量油泵的方式來提高注射速度。同時也要考慮液壓元件的密封性能和耐壓性能。 B、注射壓力Px = P0 X 2 X (/4) X D2 / (/4) X D12 = P0 X 2 X ( D / D1 ) 2 上式中：Px為螺桿注射壓力；P0為雙注射缸油壓壓力，受油泵輸出壓力影響； D為雙注射油缸缸徑；D1為螺桿直徑；可以看出，在系統(tǒng)壓力不變的情況下，為了提高注射壓力，可以采用增加注射缸徑或減小螺桿直徑，來提高注射壓