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研究生:蔡俊欽
研究生(外文):Tsai Chun Chin
論文名稱:導光板光學設計及製程之最佳化研究
論文名稱(外文):Optimization of the Optical Design and Processes Condition for Light Guide Plate
指導教授:黃俊欽黃俊欽引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:國立高雄應用科技大學
系所名稱:模具工程系碩士班
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2004
畢業學年度:92
語文別:中文
中文關鍵詞:導光板(Light Guide Plate)光學設計製程最佳化V-CUT
外文關鍵詞:Light Guide Plateoptics to designOptimization of Processes ConditionV-Cut.
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在TFT-LCD液晶顯示器中,背光模組為主要光源所在,而其光亮度分佈和大小,主要為導光板所掌控。光學設計、模具開發、射出成型是影響導光板品質的三個主要階段,而且彼此之間有密切的關係。例如可以達到高輝度、高均齊性的光學特徵設計,在成型階段往往會因塑料充填、收縮、塑品內部應力及翹曲變形等因素,造成特徵尺寸的偏差,導致光學性質不良。本文以長(56.1mm)、寬(45.75mm)、厚度由2.3mm漸縮至0.9mm之2.5吋的V溝型式導光板為例,成形塑料為光學級聚碳酸脂(PC)。首先將結合分析、設計、成型、檢測等過程,建立完整的開發技術(total solution),包括以Trace pro軟體進行光學分析及特徵設計,以moldex3D軟體進行模流分析及模具設計,並決定出適當的成形條件,以超精密加工進行V溝加工,模具製作完成後,以精密射出成型完成導光板的製作,再藉由表面輪廓儀量測尺寸變形量,以及經由背光模組組裝之後,以六軸輝度計量測輝度值並計算均齊性,其次,藉由田口氏實驗法探討製程條件如射出速度、保壓切換位置、保壓壓力、保壓時間、模具溫度、塑料溫度、冷卻時間等,對導光板成形特性及光學品質的影響程度,找出主要的影響因子作為製程條件最佳化的基礎。
由研究結果發現,V溝的尺寸特徵及導光板的翹曲是影響光學品質的主要原因。維持V溝尺寸的精度,需要足夠的壓力,但是若沒有足夠的熔膠作為壓力傳遞的空間,則光學特徵之幾何形狀收縮變形,是造成導致導光板光學輝度下降的主因。因此利用較高的膠溫及模溫控制,配合精密射出成型機進行保壓壓力的多段精確控制,使保壓階段的壓力傳遞能有效均勻地分佈於整個塑品,將是維持V溝特徵及提升光學輝度之最主要的關鍵。本研究針對小尺寸的導光板進行完整的開發技術探討,其結果將可作為開發大尺寸導光板的重要參考資料。
A procedure is in TFT-LCD liquid crystal display, cardinal lighting source ubiety for Backlight module, and its lightness to zonation with size. Cardinal to affect Opticss Design, molds develop , ejaculate moldings are acts on Light Guide Plate articles for three phase, between them have incisive appertain. For example,As can arrive high brightness , high Uniformity for optics trait design, because in injectioning will phase often to occur on factor, end inside stress and warpage plastics of products, plastic filling, constriction , to become deformed dimensional deviation, causation in optics property of badness. Text by means of long (56.1mm), broad (45.75mm), thicknesses by 2.3mm gradual shrink to 0.9mm for 2.5 V ditchs wedge-types Light plate for examples, formed plastics for optics grade Polycarbonate (PC). At first hand bond analyze , design , injection , inspection on process, intact establish on develop technic (Total Solution), include by means go along Trace Pro software of optics analyze and trait design, by means Moldex3D of software go along mold flow analyze and mold with design, and decision out appropriate condition for injection, by means go along Ultra precision Manufacturing of V ditch to process, after mold to processed, Light Guide Plate by means of accuracy been injectioned, again by means of Surface Profiler measure warpage for size , backlight unit by means component afterward , six axis brightness mater by meanss of measures brightness values and calculations uniformity, next ,by means of Taguchi Methods design of experiment to discuss condition injection speed , packing position , packing pressure , packing time , mold temperature , plastic temperature , cool time, figuration characteristic and optics quality of influence extent for Light Guide Plate, find out primary factor act on optimization of processes condition.
By research aftermath of finding, Light Guide Plate of warpage act on optics quality reason fro principal in V ditch size and trait. precision hold out V ditch dimensional, pressure call for enough, if can′ََt enough melt plastics to factitive pressure hand on spatialial, optics trait geometrical shape to shrink out of shape, end in causation on Light Guide Plate optics brightness katabatic of main cause. Herewith avail oneself of more high plastic temperature and mold temperature to control, The multiple of accurate control accuracy in accurate injection machine go along pack, the packing pressure of phase hand equable to communicate effective to inner plastic products, holds out V ditchs traits and opticss brightness to heave for mosts primary cruces.
Researchs direct on littles dimensional go along intact develop technique to discuss for Light Guide Plate, Its the conclusion can factitive develop big size to Light Guide Plate of important reference.
中文摘要 ---------------------------------------------------- i
英文摘要 ----------------------------------------------------ii
誌謝 -------------------------------------------------------iii
目錄 --------------------------------------------------------iv
表目錄 -------------------------------------------------------v
圖目錄 ------------------------------------------------------vi
符號說明 ---------------------------------------------------vii
第 一 章 簡介-------------------------------------------------1
1-1 前言 1
1-2 背光模組構成簡介 3
1-3 導光板之種類 4
1-4 研究動機 5
1-6 文獻回顧 5
1-7 論文架構 7
第 二 章 LGP的光學原理 21
2-1 基礎光學 21
2-2 反射定律 21
2-3 折射率 21
2-4 折射定律 22
2-5 全反射現象 22
2-6 導光板的臨界角與全反射 23
2-7 繞射 24
2-8 反射與漫反射 24
2-9 界面粗糙度之光漫射 25
2-10 光學規格 25
2-11 背光模組之光路徑與折射界面探討 25
2-12 導光板之光學特徵應用 27
2-12 光與照度術語 27
2-13 光學設計分析 28
2-14 光學設計分析探討 32
2-15 照度術語 33
2-16 色彩學術語 35
2-17 色溫 35
第 三 章 LGP的成形分析與模具設計 63
3-1 模流分析 63
3-2 模具設計及製造 63
第 四 章 LGP的光學性質檢驗及表面輪廓量測 72
4-1 實驗流程 72
4-2 實驗標準 72
4-3 光學輝度量測 73
4-4 表面輪廓量測 73
4-5 輝度檢驗 74
第 五 章 模具之CAE、CAD和成型最佳化探討 80
5-1 成型條件最佳化之探討 80
5-2 田口氏分析 81
5-3 幾何形狀之轉寫性探討及射出成型最佳化驗證 83
5-4 未來可改善之探討 83
第 六 章 結論與未來發展 97
6-1 結論 97
6-2 未來發展 98
參考文獻 ---------------------------------------------------100
自傳 -------------------------------------------------------102
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誌 謝
轉眼間又到畢業的時候了,試想當時毅然決然投考這全國為一的系所,並辭去工作全心投入研究,在這期間除了自己的毅力外,所幸有各位先進、師長、朋友、同學、及父母和家人的幫助和支持,讓我得以完成學業,以致於更上一層,在此由衷的感謝。研究所兩年的時間中,不論學業上或是做人作事上,相信對我都是不一樣的成長。
在期間要感謝本校師長對學生的教導外,指導教授黃俊欽老師的教誨和大力支持,讓我得以在良好環境,並且不缺乏研究設備下,全心投入論文研究,而老師你對研究執著的精神和態度,將是我良好的榜樣。在此期間也要感謝各位同學明達、皇齊、潁聰、麒元、枝峰、國隆…等,和學弟彥文、漢生、旭斌、勇志你們的陪伴和幫忙。不誨言的本實驗室(塑膠精密加工實驗室),確實是設備和環境都非常優良的研究室,相信未來不論在傳統塑膠產業,或是高科技產業本實驗室將會更佳發光發熱。
感謝我的口試委員本校老師黃登淵教授、王珉玟教授、黃俊欽教授,及交通大學吳建興教授不辭辛勞,對本論文的指導與建議,使其內容更趨於完善。同時也要感謝本校光電與通訊研究所鄭乃仁教授和中山大學光電所朱安國教授,教授光電相關知識,感謝楊慶煜主任、邱錫榮教授師長等對學生的教導。金屬工業發展中心模具組各相關人員,感謝你們協助舉辦LCD等相關之研討會及本研究之模仁加工。並感謝訊技公司,教導我Trace Pro等光學相關分析軟體,使我得以完成研究。感謝我的朋友東昇、信騰、明皇、學文、志良、崇斌、秀英、麗君、小微、淑吟…等在生活上的支持,感謝各位合作廠商立宇高新科技股份有限公司、君牧塑膠科技股份有限公司、台灣黑田電器股份有限公司…等配合和協助。
特別在我生日的今天,我要獻給我最敬愛的父母,謝謝你們的養育和教導,我的所有成就都是屬於你們的,爸媽我愛你們!
以上不管有沒有列名的所有師長朋友,俊欽都深深的致上最高的謝意…
蔡俊欽於高雄應用科技大學
93.7.3
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