小型导光板注射成型技术

1、小型导光板注射成型技术力劲集团·深圳领威科技有限公司 严庆华前 言 目前导光板最大最突出最显著最广泛的应用，表现在液晶显示方面。液晶显示器、笔记本电脑、液晶电视和手机以及各类电子产品，包括传真机、复印机等办公器材、计算器、学习机、数码相机、医用观片机、手表、电子仪器等等方面。近年来，MP3和MP4陆续走俏市场，各类学习机、记忆星都深入到人们的日常生活和学习之中，电脑的迅速发展及普及，大大刺激液晶显示器的技术不断革新，液晶显示器以超强的实用性、无幅射优点，倍受消费者青睐，具备高画质、高清晰度、高亮度、长寿命、低功耗、响应速度快和色彩鲜艳的电子产品。世界级品牌制造商如飞利浦、L

2、G、SUMSUNG、NEC、SONY、TCL、LENOVO等，让液晶显示产品更深入大众生活。而人类另一个伟大的发明移动电话，也就是手机，给人们的工作和生活提供更为便捷途径，像SonyEricsson、NOKIA、MOTOROLA、SUMSUNG、LG等，这类电信产品，大大推动了导光板背光源和导光板产业的发展。受LCD液晶显示市场的拉动，其他产业诸如：光学模（反射模）、偏振片、反射镜和扩散镜、电子、照明等多种产业，都不同程度的受到很大的影响。由此可见，正因为有着这样高的市场效益，导光板行业才会出现如此迅猛的发展，尽管原材料价格上涨，生产商获利空间仍相当可观，也在于导光板在电子产品液晶显示方面的广

3、泛应用，市场潜力巨大，未来的导光板市场非常广阔。 一、 导光板市场的应用及发展趋势 （一）市场应用目前导光板主要应用市场为大型类（8-17英寸）有笔记本电脑、液晶电视，更大型的有家庭影院、用于户外广告展示和广告宣传牌，中型类（5-7英寸）有车辆导航器，小型类（1-4英寸）有游乐器、Video Cassette Recorder、MP3/ MP4、Mobil Telephone、Numeric Cammera等，其他诸如计算器、钟表、机械（注塑机等）设备显示屏、发光相框、发光指示牌等等。今天，户外大型液晶电视、广告宣传牌随处可见；小型MP3上所用到的导光板肉厚可薄到0.6mm

4、以下，甚至于不到0.4mm。原来需要进口的国内导光板市场逐渐国产化。  （二）发展趋势中大型导光板除采用压板技术成型外，还可以采用射出压缩成型技术成型，但国内导光板的生产，还没有普及射出压缩成型技术。然而，绝大多数导光板制品，都可以通过注塑机实现注射成型。可以预见，未来的导光板逐步走向大型化、薄壁化、多样化、个性化。二、         导光板的定义、功能及分类 （一）导光板的定义 导光板一词来自英文译音“Light Guide”，产生于Liquid Crystal Display（LCD）的应

5、用， LCD是通过背光源模组来展现显示屏的亮度，而导光板正是背光源模组中较为重要的一个角色。导光板其实是用来改变背光源光线传播方向、展现背光源亮度的塑胶薄板。多用于LCD液晶显示方面，材料多为聚碳酸酯和聚甲基丙烯酸甲酯。 （二）导光板的功能 导光板主要功能在于要将背光源入射光，导向LCD液晶显示屏，用以展现背光源和显示屏的亮度，同时有透光的辉度和透光均匀度的要求。 光从背光源射出，在导光板里面进行传播，并在网点面发生折射、反射和全反射，部分光被导光板吸收，余下的光穿过导光板，入射到液晶材料，通过控制电路以实现液晶显示。 （三）导光板的分类 A、导光板按其形状分为平

6、板和楔形板两大类。                                                 &#

7、160;         图2 平板导光板     平板：从导光板入光处来看截面为长方形。平板导光板应用广泛，因为自身厚度均一，在透光均匀度方面表现突出，但在辉度方面不及楔形板导光板。                        

8、;                                                  

9、0;          图2 楔形板导光板楔形板：从导光板入光处来看一边为厚一边为薄成楔形（三角形）状。因为自身厚度厚薄不一，在透光辉度方面表现突出，但均匀度不及平板导光板。B、依制程原理，导光板可分为印刷式及非印刷式两大类。印刷式导光板是在导光板上用具高反射率且不吸光的材料(如TiO2、 In2O3、SnO2等半导体材料)，在导光板底面采用网版印刷印上圆形或多边形的扩散点。印刷式导光板对光线折射和反射作用较高，网点制作投资小、成本也较低、制作工艺较简单、网点设计灵活性大，但制程稳定性较差，更适合于中大型

10、导光板的生产。非印刷式导光板是利用精密模具成型，让导光板在射出成型中直接在导光板平面形成密布的微小网点。目前国内已开始广泛采用注塑机注射成型作为导光组件的导光板。非印刷式的成型技校术难度较高，投资较大，网点设计加工形成后，不可以更改，灵活性不及印刷式导光板的成型。但印刷式导光板的生产稳定性好，生产效率高，后期工序少，对光线折射效果好，在透光辉度上表现优异。主要应用于小型电子产品方面，注射成型的导光板属非印刷式导光板。 C、受LCD产品的结构、形状或大小、用于实现透光辉度和均匀度的透光显示效果要求以及加工成本等方面的影响，导光板表面网点形式主要有以下几种  

11、0;                  图3 半圆暂变型网点 图4 圆形分组型网点                   图5 圆形错位型网点 图6 圆 形分组型网点         

12、0;                                                   &#

13、160;          图7 环形网点（一）LCD盒的结构 不同类型的液晶显示器件的组成部件，或多或少会有所不同，但大致上的结构如下图所示：                               &#

14、160;     图8 LCD液晶盒基本结构（二）导光板透光方式A  反射型                                       

15、60;   图9 反射型透光方式反射型透光方式特点：反射型透光方式多用于室外用的摄影机、录像机、资讯终端机等方面，意将日光（外部光）以反射板反射回显示屏，功耗小，导光板厚度也可减小。但不适用于夜间使用，故而为了能在夜间使用，实际加装有冷阴极管作为光源，冷光源装在导光板后面。因而设备体积相对较大，但辉度方面较好。B、透过型                      &#

16、160;                           图10 透过型透光方式透过型透光方式特点： 透过型透光方式多用在笔记本电脑、液晶电视等方面，因为多采用楔形板，在均匀度方面比不上反射型透光方式，在网点设计方面有较高的要求，但聚光作用比较好，透光辉度表现突出。在手机、数码相机等产品上，平板导光板用得比较多，因为手机上运用TFT-

17、LCD彩色显示，像素多，色彩和谐，亮度和清晰度要高，因而平板导光板更具优势。三、小型导光板的成型技术 （一）聚碳酸酯（PC）成型工艺  A、材料应用 当前导光板多以聚碳酸酯和聚甲基丙烯酸甲酯为材料，而这两种塑胶原料的生产商很多，当前业内认同日本帝人、拜耳、三菱和美国GE生产的通用级和光学级导光板材料。以上四家公司在聚碳酸酯生产工艺、生产设备及原材料方面都有相当的实力与优势。材料在透光率、力学和机械性能、电阻耐压性能方面，表现优异。具体型号见下表：   B、PC料（聚碳酸酯）特点 ： （1）基本特性：（2）注射压力对 

18、;PC材料的影响： PC材料粘度大，流动性差，熔料温度高。注射压力对流动性影响较小，相应为了防止内应力产生，保压时间要尽量短。宜用提高温度（可以提高模具温度和熔料温度）而不是用增加压力去改善流动性。注射压力可达140MPa左右，对塑化扭力要求较高。 （3）螺杆参数选定：  a、 PC材料熔融温度范围较宽，螺杆加料段要长，压缩段适中，均化段要短，其中压缩段占螺杆全长L的30%40%；b、大的长径比（2023）可提高塑化效果，压缩比适中（2.32.6），可减少黄变及黑点现象的发生；c、表面氮化处理，氮化层厚度0.40.7mm，表面硬度HRC5970，材质以3

19、8CrMoAlA和9Cr18MoV材质为多；（4）PC材质导光板对成型模具的要求a、PC为高硬度材料，模具硬度要大，模仁多采用优质合金钢材料；b、成型中，模具温度较高，所以模具强度要大，这样变形量小；c、主流道内壁要光滑，表面粗糙度1.6µm以下，不会断水口；d、主流道直径大、分流道短为好，这样熔体充填过程中压力损失小；e、浇口以扇形和矩形浇口为多，入水气纹易改善；f、薄壁导光板成型速度快，排气槽数量及尺寸足够，成型不困气；g、尽可能开平衡式浇口，导光板尺寸精度更高； （二）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）成型工艺 A、材料应用聚甲基丙烯酸甲酯，俗名有机玻璃，透光率

20、可达92%以上，正是因为有着优良的透光性能，比聚碳酸酯的应用更为广泛，但受自身强度的影响，韧性不足，所以不适合成型薄壁导光板。当前业内比较认同日本三菱丽阳、旭化成、住友化学和台湾奇美生产的通用级和光学级PMMA导光板材料。具体情况见下表：B、PMMA料（聚甲基丙烯酸甲酯）特点 ： （1）基本特性：（2）注射压力对 PMMA材料的影响： PMMA材料熔融温度和成型温度较PC低，但与PC材料成型性能比较接近，PMMA材料粘度也较大，流动性也差，注射压力对流动性影响也较小，宜用提高温度（可以提高模具温度和熔料温度,而不是用增加压力去改善流动性）。较大的保压压力可以减少导

21、光板的收缩率，成型时的注射压力可达120MPa左右，对塑化扭力要求也较高。 （3）PMMA螺杆参数选定：   尽管市场上有PC和PMMA专用螺杆之分，但二者在具体的参数上比较接近。各螺杆制造商的加工工艺和加工精度以及热处理工艺不同，螺杆的实际参数也有不同，但总体上来说，PC螺杆的表面硬度要求更高，PMMA料成型温度相对较低，螺杆抗扭强度要求更高些。实际应用中也多采用38CrMoAlA和9Cr18MoV材质。 （4）PMMA材质导光板对成型模具的要求 相对PC料而言，PMMA材料的硬度要小些，故而对模具材料的硬度要求相对要小些。另一方面

22、，PMMA材料不适合成型薄壁导光板，因而成型速度不会很快，对排气槽的要求不及PC模具高。总体上说来，PMMA材料对模具的要求与PC材料相差不大，但受自身较差的韧性影响，水口位宜加顶针设计，避免断水口及粘水口现象。 （三）成型导光板产品的品质要求项目 A、不可黄变：黄变将使光源射出光的光线透过率下降，而使透光辉度变小；B、不可混有杂质：导光板中有杂质混入，导光板透光时会出现黑点，就会形成透光辉度条纹和辉点，产生透过不良；C、不可有凹陷、翘曲等成型不良：凹陷或翘曲等异常不但阻碍后处理或组装作业，也是造成辉度条纹、透过不良的原因。D、网点（微细沟槽）成型要饱满：若网点（微细沟）成

23、型不良，会产生透光辉度偏小而出现透光辉度不良；E、无残留应力、尺寸安定佳：板状成型品中残留的应力会影响导光板折射率和透光率，会产生辉度条纹而出现辉度和均匀度不良。（四）导光板常见成型缺陷及改善对策      （五）成型导光板的射出机的技术要求 <1>、光学树脂专用螺杆及熔料筒  现阶段导光板采用PC和PMMA材料成型，属于透明件成型，对杂质、颜色方面的要求相当严格，由于杂质和色变会影响导光板的导光性能，所以实际导光板成型用到的注塑机的熔料筒组件这部分的要求相当高，需要配合使用优质材料钢、表面高硬度、低粗糙度和低粘

24、附作用、耐磨损以及合理的螺杆技术参数设计的螺杆熔料筒组件，才会使导光板的正常生产得以有保障。 <2>、高刚性及高强度锁模装置  小型薄壁导光板成型会用到高速及高压成型，射速高达180mm/s以上，注射压力高达200MPa以上，因而充型熔体对模具和模板的冲击力相当大。尤其成型楔形板的时候，对锁模装置的强度要求更高，不允许出现爆板、模板平行度和同哥林柱的垂直度误差大的情况，否则出现模具变形量大而发生导光板成型不良。 如图十一所示为楔形导光板的成型，“可动模板”受到楔形板作用的非水平作用力，对锁模装置的破坏作用大，对锁模装置的要求也相当高。  &#

25、160;                     图11 作用于锁模装置的偏心重荷 <3>、要求注塑机控制系统响应要快，灵敏度和重复性要高、稳定性要好，抗干扰能力要强，功耗要小，实现闭环控制。 这样可以保证同批次导光板制品尺寸稳定、透光辉度和均匀度一致性高。（六）成型小型薄壁导光板的技术要点注射压力要大及注射速度要快    注射压力至少

26、达到200MPa以上，注射速度至少达到120mm/s 以上。A、注射速度 两种规格的熔料筒组件，可以有相同的注射速度-121 mm/s，因料筒差异，两者的注射速率是不同的：前者47 cm3/s，小，后者66 cm3/s，大，但是在注射过程中，注射快主要是考虑螺杆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为注射油缸进油量，受油泵排量影响； D为双注射油缸直径； V为螺杆注射速度；可以看出，在相同时间段内，注射油缸不变，油缸进油量增大，可以提高注射速度V；另一方面，油泵排量不变，减小注射油缸直径D，也可以提高注射速度V。在注射机速度达不到使用要求的时候，可以通过改变注射油缸参数或选用大功率电机匹配大排量油泵的方式来提高注射速度。同时也要考虑液压元件的密封性能和耐压性能。 B、注射压力Px = P0 X 2 X (/4) X D2 / (/4) X D12 = P0 X 2 X ( D / D1 ) 2 上式中：Px为螺杆注射压力；P0为双注射缸油压压力，受油泵输出压力影响； D为双注射油缸缸径；D1为螺杆直径；可以看出，在系统压力不变的情况下，为了提高注射压力，可以采用增加注射缸径或减小螺杆直径，来提高注射压