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导光板制作要求

来源:东莞市光宇实业有限公司   发布时间:2018-03-06   点击量:404

导光板的基本功能和制作工艺
  导光板一词来自于英文译音(Light Guide)其产生为应用于LCD所产生的,LCD为一非自发光性的产品为了要展现LCD的亮度就必需要有背光模块来显现,在背光模块的发展过成中重要关键的零组件导光板也随着下游产品的需求进而开始有不同的改变。
  导光板的功能和要求
  导光板顾名思义其最主要的功能在于要将光线导向设计者所需要的方向,而所有的导光板的设计都是要配合下游产品LCD和背光模块的需要,最重要的是要达到辉度和均匀度。
  导光板的分类
  一般而言导光板因形状、制作方式和功能上都有不同的分类法,而且目前尚无统一的分法,经过整理后:
  1、按照形状分为:平板和楔形板(斜板)
  平板:导光板从入光处来看为长方形。
  楔形板:从入光处来看为一边为厚一边为薄成楔形(三角形)状。
  2、按照网点制作方式:印刷式和非印刷式
  印刷式:导光板完成外形加工后,以印刷方式将网点印在反射面,又分为IR和UV两种。
  非印刷式:将网点在导光板成形时直接成形在反射面。又分为化学蚀刻(Etching)、精密机械刻画法 (V-cut)、光微影(Stamper)、内部扩散。
  3、按照入光方式:侧入光(灯管和LED)和直下式。
  侧入光式:将发光体(灯管或LED)放置于导光板之侧部。
  直下式:将发光体(灯管或LED)放置于导光板之下方。
  4、按照成形制作方式:射出成形和裁切成型。
  射出成形:应用射出成形机将光学级PMMA颗粒运用高温、高压射入模具内冷却成形.
  裁切成形:将光学级PMMA原板经过裁切工序完成成品。
  导光板制造过程
  在了解加工过程前应先了解导光板所须之部材
  1、所需要之部材和工具
  a.射出成形:光学级PMMA颗粒、油墨
  b.裁切:光学级PMMA平板、油墨
  2、光学级PMMA颗粒、平板:
  无论是用何种生产方式所制作出来的导光板其最重要也是最原始的材料为光学级PMMA (POLYMETHYL METHACRYLATE)(聚甲基丙烯酸甲也就是俗称的亚克力或有机玻璃,其分类又有PMMA颗粒和PMMA平板PMMA由石油中提炼单体(MMA)再将单体(MMA)经过化学加工后做出光学级PMMA颗粒(已可提供射出成形所始用),再将光学级PMMA颗粒用压铸法(Casting)或压出法(Injection)来制作光学级PMMA平板,目前业界所认同的PMMA制造商如下:(日)三菱丽阳 Mitsubishi Rayon、(日)住友化学  Sumitomo、(日)旭化成 Asahicasei、(日)库拉雷 Kuraray、(台)奇美化学、(韩)世和 Sehwa、
  3、油墨:分为UV和IR两种
  4、平板裁切导光板制作方式为三个部份:
  第一是压克力板外形加工;
  第二是网板制作;
  第三是印刷,其工序流程分别为
  a. 压克力外形加工=原板裁切〉镜面刨光〉成形加工。
  b. 网板制作=网点设计〉底片输出〉张网
  c. 印刷=压克力洗净〉印刷〉烘烤(IR)或紫外光照射(UV)
  5、射出成形导光板分为印刷式和非印刷式两种,其工序上基本相同,为在铸造模具时印刷式并无在射出时将网点铸上,故其射出的成品也只是压克力外形,待成形后再经过印刷完成导光板,而非印刷式是将设计好的网点铸造在模具上,使网点与导光板在射出成形时同时完成。
  导光板制作技术分析
  1. 材料:
  目前业界共同使用的材料为PMMA一种,但PMMA先天上的缺点和由于目前MMA单体产能上的不足常常在供货上会有匮乏,所以也有些厂商开始寻找可替代之材料,由于导光板是LCD中负责光源之重要零件故材料的透光度是一个相当重要的基本条件,日本 Nippon Zeon近年来推广一种新的材料Zeonor环烯烃聚合物(Cycio Olefins Polymer,COP)其最大的优点在于比重低,吸水性较PMMA差,但因为Zeonor使用厂商不多年产能也仅5000公顿故在未达经济规模时,单价几乎是PMMA的四倍,在微利时代的现在因为成本考虑Zeonor的竞争优势只能说是一个笑话。压克力的要求及重点:尺寸、镜面度、表面完整度、杂质、弯曲、硬力。
  2. 印刷方式:印刷方式因其油墨干燥方式分为IR和UV两种
  IR和UV印刷特性比较
  3、成形方式:
  区分为裁切印刷、射出成形印刷和射出成形非印刷三种
  结论
  因为导光板是一个LCD产业中重要之零件所有的发展历史和技术更新也都是为了符合下游产品的需要,至今已发展出数种制程不同的导光板,但是日本曾经将导光板分为第一代平板直下式,第二代平板侧光印刷式,第三代侧光射出印刷式,第四代侧光射出非印刷式,另外还有第五代的据称要将扩散片和棱镜片等三合一的新式导光板,但是无论是那一代截至目前为止除第五代还未正式问世外,其余都还在业界量产中,所以没有最好的导光板只能称最适合用的导光板。
  经常有人问我这些问题。
  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,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。
  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......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。
  LCD-TV产业链可以分为三个层次。
  第一个层次是上游,主要是LCD-TV原材料生产企业。第二个层次是中游,主要是TFT-LCD基板生产企业,这些企业生产TFT-LCD基板并将大部分部件在基板上组装成LCD-TV模块。第三个层次是下游,主要是制造出LCD-TV成品的企业。
  LCD-TV上游产业链
  LCD-TV的原材料并不很多,但是LCD-TV成本中有75-80%被这些原材料占据。LCD-TV的关键原材料有背光模组、彩色滤光片、驱动控制和视频处理IC、偏光板、玻璃基板。
  背光模组
  LCD-TV的背光模组大约占原材料成本的23%(15英寸)到37%(30英寸),是LCD-TV原材料中比例最大的一部分。因为LCD本身不会发光,故需要背光模组为LCD-TV提供光源。背光灯模组主要包括三部分,分别是光源、导光板、光学膜。光源就是灯管。导光板的作用是将线光源雾化成面光源。光学膜的主要作用是凝聚光线,提高亮度。其中光学膜最昂贵,占到背光模组成本的44%,导光板占16%,灯管占12%,其它如灯罩,外框等占28%。
  光学膜主要包括扩散膜和棱镜片两种。棱镜片又叫增亮膜,顾名思义就是增加亮度,主要以聚脂( P o l y e s t e r )或聚碳酸脂(Po l y c a r b o n a t e )为原料,利用射出成型或贴上压克力树脂的方式、制作锯齿状的板面,藉由上下两片、垂直交错地压合于两片扩散片中间,可让原已扩散开来的光线再度集中、减少光耗损率,故可增加亮度,现以美国3M公司的专利BE F 产品(Br i g h t n e s s E n h a n c e Fi lm)为代表。增亮膜至少可以增加亮度60%,尤其是目前LCD-TV亮度不够,所以增亮膜通常使用两片。增亮膜牵涉到诸多方面的技术,一是塑料的精密射出成型,二是精密光学,三是精密模具。能同时掌握三种技术的公司只有3M,3M拥有增亮膜的多项专利,其产品占全球市场的80%左右。日本日东电工能够制造类似的增亮膜,不过品质稍差于3M。日东电工市场占有率为20%。三菱化工目前正对增亮膜进行研究,已经推出少量产品,性价比不如3M和日东电工,基本上没有市场占有率。
  增亮膜的技术门槛很高,在相当长的时间内恐怕都是这种格局,所以增亮膜的价格也不可能降低。光学膜还包括扩散膜和反射板,不过生产难度都不高,所占成本比例也很低。
  导光板的作用主要是将光线分布均匀并引导光的散射方向,增加亮度。导光板有两种制作方法,一种是印刷法。用网版印刷的方法在有机玻璃表面印刷上众多疏密不均匀大小不一的微小凸点,这些凸点是具备不同的折射率,将背光灯管的线性光源折射后由导光板正面射出均匀的光线。另一种是非印刷法,主流方法是用精密模具在导光板在射出成型时,在有机玻璃中加入少量不同折射率的颗粒状材质(通常是油墨),直接形成密布的微小凸点,其作用有如网点。印刷法的效果不如非印刷法,但是成本低,不过需要人数多,制作时间长,合格率低,已经逐渐被淘汰,不过国内还是不少厂家使用。非印刷法效果优异,使用人数少,速度快,效率高,但是技术门槛很高,需要掌握精密射出成型,精密模具,光学等技术才能掌握。目前世界上有三家企业精于此道,市场基本也有这三家把持,按照2002年台湾IEK统计数据显示,市场份额分别是旭化成(35%)、三菱Rayon (25%)、Kuraray(18%)、其余大多是印刷法生产的导光板。同时旭化成也是有机玻璃材料的最大提供商,占据市场超过50%的份额。而三菱Rayon在有机玻璃生产加工技术方面是全世界最优秀的,三菱Rayon也积极在亚洲布局,2001年9月与丸红商社(出资20%)合资在江苏南通成立南通丽阳化学公司,专事生产有机玻璃粒,年产能为4万公吨预定2003年秋季开始量产,2002年12月又在同一个工业区内独资成立三菱丽阳高分子材料(南通)公司,专事生产有机玻璃板,年产能为2万公吨预定2005年5月开始量产。 之所以选择南通,就是因为南通附近有大批导光板企业。旭化成则进占韩国市场,与韩国RAYGEN公司成立合资企业生产导光板。
  台湾企业在精密模具设计方面具备优势,因此台湾有众多企业能够自己开发非印刷方法的导光板制造工艺,瑞仪、中强光电、辅祥、兴隆发就采用模具成型法制造导光板,但是导光板需要的有机玻璃原料 台湾必须进口获得。
  背光模组使用的灯管是LCD-TV的光源,其亮度决定了LCD-TV的光通量和对比度,对于LCD-TV,其最低光通量不能低于400cd/平方米,对比度不能低于500:1。否则图象质量无法接受。另外LCD-TV要考虑视角问题,所以不能采用电脑监视器的侧光布局,必须采用直下式布局,直下式布局要达到光线分布均匀和足够亮度,需要更多的灯管,同时直下式厚,也使LCD-TV不如显示器那么薄。因此,LCD-TV需要使用大量灯管,至少是电脑监视器的两倍,17英寸电脑监视器使用灯管一般为8根,LCD-TV则翻倍。对于22英寸的LCD-TV需要使用至少16根灯管,32英寸至少使用32根灯管,灯管数量大增是背光模组超越彩色滤光片成为最大成本源的主要原因。按照灯管发光亮度,长度直径、寿命的不同,灯管的成本在1-2美元之间。
  LCD使用的灯管是CCFL(冷阴极荧光灯管),目前世界上能制造CCFL的厂家屈指可数,主要是日本厂家,包括Harrison-Toshiba 照明、Stanley 电气、West电气、Sanken电气及韩国锦湖(Kumho Electric)电气。依照台湾IEK统计数据市场占有率依次是Harrison-Toshiba 照明的42%、、Sanken电气的22%,West电气的15%。   Harrison-Toshiba是世界知名的荧光灯具厂家,属于东芝关联企业,在中国大陆昆山社有合资公司。在台湾,2003年3月10日,该公司台湾的生产基地投产,月产量在今年第三季度可以达到100万支CCFL灯管。同时在韩国该公司决定在2005年之前,于忠清北道梧仓工业园区投资5千万美元,兴建CCFL 工厂,并自2006年4月开始启用;Harrison-Toshiba的份额会越来越大。因为韩国LCD面板产量世界第一,因此,韩国积极发展CCFL行业,目前锦湖电机 是韩国主要的CCFL业者,月产量160万支,并配合南韩面板业者投资中国内地,以内地为新据点建设新厂。Clean Creative ,2002年下半再添2条生产线,以使月产能达120万支。Wooree ETI 计划在2002年内新增1条生产线,将产能从50万支拉高至100万支。而台湾也有威力盟在实验生产CCFL。
  将背光灯、光学膜、导光板、灯罩等组装成背光模组也是一个产业群,但是不完全是一个组装产业。与关键组件企业也有关系,例如灯管,灯管不合格整个LCD屏就报废,所以选择上游企业非常谨慎,一旦选定,很少更换。因此从事背光模组的企业通常也都从事背光模组组件的生产。另外近年来背光模组企业为了保证销售、降低设备、厂房、储藏及运输成本,通常都会和LCD模组生产企业结成联盟,统一在一个场区里面。称之为In-house。因此背光模组的市场化越来越不明显。分成三个部分看,韩国,至今已有超过20家厂商投入,在2000年下半年韩国所生产的背光模块量便已超越韩国前三大TFT-LCD厂的总需求量。韩国主要生产背光模块的前五大厂为Taesan LCD、Wooyoung、Heesung精密、Shinpyung物产及Sangnong。前两家主要供应三星和LG飞利浦。
  日本,主要LCD背光模块供应厂商包括Stanley电气、日本Denyo、茶谷产业、富士通化成、多摩电气2000年居全球背光板出货量榜首。其中仅Stanley电气就囊括全球25.8%的占有率,Denyo也占有19/9%市场(图四)。虽然家数不多,但占有全球超过80%的市场占有率。但是近年来,日本LCD模组产量下降,因此市场占有率急剧下降,已经不超过50%。这些企业纷纷进军台湾,与台湾业者建立合作关系。
  产品 技术来源 厂商名称 月产能(万组)及时程
  背光模块  独立 中强光电 8条生产线,月产量25-32万,联盟厂家奇美电子与友达。
  奈普光电   (铼德投资) 现有3条生产线,月产8-10万片;另加强研发导光板
  和立联合 2001年4月量产,月产能7-10万片,联盟厂家瀚宇彩晶、友达。
  Stanley电气 大亿科技 2000年中量产,月产10-20万片,联盟厂家彩晶、奇美、华映。
  茶谷兴业 福华电子 月产量3万片。联盟厂家华映。
  瑞仪光电   (大同子公司) 每月产量达60万片,台湾第一,联盟厂家彩晶、奇美、华映。
  辅祥 月产量17-20万片,联盟厂家华映、奇美。
  日本夏普 科桥 月产量20-25万,广辉、华映、彩晶。

东莞市光宇实业有限公司是一家专业从事LED产品研发、生产和销售,大功率LED灯珠,贴片LED灯珠,直插LED灯珠,小背光贴片LED,集成COB及成品组装于一体的企业。坐落于东莞市塘厦镇,首要担任LED灯珠系列商品在内地的出产出售和售后服务。公司出产的灯珠商品广泛用于汽车灯、广告灯箱、野外装修、家用灯饰,家用电器等诸多出产领域。热线电话:0769-89290886-818

 

 

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