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导光板的翘曲分析研究

導光板的翹曲分析研究

作者:蔡俊欽、黃皇齊、黃俊欽 國立高雄應用科技大學模具工程系

摘要

在薄件高速射出成形中,肉厚方向的溫度梯度與流動方向的壓力梯度都明顯大於傳統塑品,因此常造成塑品內應力的產生,並造成塑品的翹曲變形。本文以長(54.7mm)、寬(72.5mm)、厚度由0.5mm漸縮至0.2mm之導光板為例,成形塑料為光學級壓克力(PMMA),首先以CAE技術探討成形條件如膠溫、模溫、射速、保壓壓力、保壓時間、冷卻時間等對導光板成形特性的影響,並藉由田口氏實驗法決定適當的成形條件,使殘留應力和翹曲變形能降到最低。其次進行導光板模具設計及製作及的射出成型,完成CAE理論分析與實驗結果的比對,除了可充份了解導光板翹曲變形的原因之外,亦可作為模具設計及成型條件最佳化的參考。

一、前言

本研究之主題為『影像顯示器』---TFT-LCD液晶顯示器中,背光模組(Backlight)之導光板(Light Guide Panel ,簡稱「LGP」)。其主要功能是將線光源轉換成面光源。由於導光板佔整個背光模組成本之15%-25%,所以模組廠為了降低其成本,紛紛投入導光板研究開發之工作。在背光模組中,導光板之翹曲現象,充分關係到背光模組之光學現象和組立情形,如:1. 和燈罩組立時,難以組合 2. 在燈罩組立後產生漏光現象 3. 和塑框組立時,難以組合 2. 在塑框組立後產生漏光現象 5.背光模組之總組立高度因導光板翹曲變形而NO GO不合格 6.光學輝度NO GO不合格。因此本文針對導光板之翹曲情形,利用CAE分析,並配合田口氏實驗計畫法就膠溫、模溫、射速、保壓壓力、保壓時間、冷卻時間等條件作分析,探討操作條件對導光板翹曲變形的影響。

二、實例研討 (1).產品說明

導光板長54.7mm,寬72.5mm,厚度由0.5mm~0.2mm (產品實體如圖一),模具設計則採用二板模 ,

一模一穴設計,如圖二。塑料則採用具有良好之光學性質之PMMA Asahi chem. 80N,其加工成形建議值列於表一。主要選用純水來分析,最大模溫建議在80℃,故選用純水作為冷卻液,模具材質採用P-20之預硬鋼分析,射出機之機台則選用Toshiby EC100N之機型,機器最大合模力為100(ton),最大射壓154(MPa),射速200(㎜/s)。本研究首先以C-MOLD軟體分析此產品之成型過程,,並探討在單一成形條件如膠溫、模溫、射速、保壓時間、保壓壓力、冷卻時間等成型條件改變下對翹曲變形之影響,其次引入田口氏實驗計畫法尋求成形條件的最佳組合,以達到翹曲變形最小化的目標。

本產品為楔形平板之薄件,採用澆口扇形澆口,主要是為使塑料能均勻,且穩定的流入模穴中,使其具有較均一的波前流動。進澆口位置置於肉厚部,以利於後續的保壓作用

(2).最佳成形條件之組合探討

首先探討單一成形條件對翹曲變形之影響。 1. 改變保壓時間-當保壓時間越長時,則會有更多的塑料被擠入模穴中補償因冷卻所造成的收縮,亦會降低翹曲量。由結果可知,保壓時間為5.3秒,總翹曲量最小。

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