第四章 導光板入光側精密加工
4.3 實驗設計
為了使實驗的變數能趨於一致，導光板實驗樣品於相同的時間，及同一模具及 網點設計，射出成型後取出成品施以熱剪將料道去除，再放置於成品盤中靜置，使 得成品能冷卻及讓射出應力得以趨於穩定狀況，便於作切削加工時能得到最佳加工 品質，整個實驗加工步驟如下：
1. 更換鑽石刀具及相對應的配重塊，以期在作加工時減少振動。
2. 設定機台的切削深度為 35μm，以及微溝間距為100μm。
3. 放置導光板成品於床台上，並必需出光面朝下放置，如此切削後之結構才
能垂直於出光面，不會影響入光效果，其放置方式如圖 4.9。
4. 設定切削速度，作端面粗切削、精切削及微結構切削，其微結構切削加工 情形，如圖 4.10所示。
5. 以相同的背光模組，並以BM-7機台量測每一片樣品的 9 點輝度，記錄入 光側三個量測點的輝度資料，如圖 4.11 所示。
6. 以雷射共軛焦數位顯微鏡量測樣品的切削面之粗糙度。
出光面
圖4.9 (a)端面切削導光板固定方式 (b)導光板組立方式
圖4.10 導光板入光面微結構切削加工情形
3 2
1
入光側 圖4.11 輝度量測點位置 圖4.11 輝度量測點位置
第五章 實驗結果與分析
實驗，並設定機台的切削轉速從6000 rpm 到10000 rpm，每200rpm作一區段調整，其中機台的裝置單晶鑽石刀的刀座直徑為50mm，則可以由式3.15得到每個切削轉速
2500 2550 2600 2650 2700 2750 2800 2850 2900 2950
15.7 16.2 16.8 17.3 17.8 18.3 18.8 19.4 19.9 20.4 20.9 21.5 22.0 22.5 23.0 23.6 24.1 24.6 25.1 25.7 26.2
切削速度(m/sec)
平均輝度(nit)
圖 5.1 以 60°單晶鑽石刀在各種切削速度下所得背光模組的輝度量測值
圖 5.2 以 90°單晶鑽石刀在各種切削速度下所得背光模組的輝度量測值
2600
15.7 16.2 16.8 17.3 17.8 18.3 18.8 19.4 19.9 20.4 20.9 21.5 22.0 22.5 23.0 23.6 24.1 24.6 25.1 25.7 26.2
切削速度(m/sec)
15.7 16.2 16.8 17.3 17.8 18.3 18.8 19.4 19.9 20.4 20.9 21.5 22.0 22.5 23.0 23.6 24.1 24.6 25.1 25.7 26.2
切削速度(m/sec)
平均輝度(nit) 60
120 90
圖 5.4 60°、90°、120°單晶鑽石刀在各種切削速度下所得背光模組的輝度比較
5.2 理論粗糙度與V微結構粗糙度量測
15.0 16.0 17.0 18.0 19.0 20.0 21.0 22.0 23.0 24.0 25.0 26.0 27.0
0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0.11 0.12 0.13 0.14 0.15 0.16 0.17 0.18 0.19 0.2
粗糙度(um)
切削速度(m/sec)
圖 5.5 切削速度與所得工件的理論粗糙度的關係
1
表 5.1 以 60°單晶鑽石刀在各種切削速度下所得背光模組的粗糙度量測值 粗糙度(um)
切削轉速 (rpm) 切削速度 (m/sec)
(刀座直徑 50mm)量測點 1 量測點 2 量測點 3 平均值 6000 15.7 3.69 3.88 4.37 3.98 6200 16.2 2.68 3.16 4.37 3.40 6400 16.8 3.15 4.42 4.77 4.11 6600 17.3 3.87 4.06 3.95 3.96 6800 17.8 2.91 3.40 3.29 3.20 7000 18.3 2.67 2.96 2.27 2.63 7200 18.8 3.75 1.75 2.20 2.57 7400 19.4 2.84 2.79 2.94 2.86 7600 19.9 2.81 4.18 2.14 3.04 7800 20.4 2.81 3.18 2.74 2.91 8000 20.9 3.07 2.41 1.90 2.46 8200 21.5 1.53 2.21 1.83 1.86 8400 22.0 2.64 2.01 1.52 2.06 8600 22.5 0.85 1.02 2.41 1.43 8800 23.0 2.60 1.74 1.59 1.98 9000 23.6 1.66 1.44 1.46 1.52 9200 24.1 1.48 2.15 1.05 1.56 9400 24.6 1.69 1.77 1.81 1.76 9600 25.1 1.77 1.24 1.75 1.59 9800 25.7 1.52 1.58 1.60 1.57 10000 26.2 1.69 1.58 1.46 1.58
表 5.2 以 90°單晶鑽石刀在各種切削速度下所得背光模組的粗糙度量測值 粗糙度(um)
切削轉速 (rpm) 切削速度 (m/sec)
(刀座直徑 50mm)量測點 1 量測點 2 量測點 3 平均值 6000 15.7 3.40 3.73 3.83 3.65 6200 16.2 3.01 4.10 3.45 3.52 6400 16.8 4.02 4.25 3.00 3.76 6600 17.3 3.21 4.52 3.67 3.80 6800 17.8 3.81 3.85 3.31 3.66 7000 18.3 3.62 3.41 3.64 3.56 7200 18.8 3.45 3.89 4.10 3.81 7400 19.4 3.51 3.22 3.30 3.34 7600 19.9 2.86 3.04 3.70 3.20 7800 20.4 2.26 2.62 2.19 2.36 8000 20.9 2.67 2.06 1.85 2.19 8200 21.5 2.12 2.35 2.12 2.20 8400 22.0 2.15 1.56 2.04 1.92 8600 22.5 2.08 1.24 1.42 1.58 8800 23.0 1.88 1.30 1.01 1.40 9000 23.6 1.40 1.42 1.76 1.53 9200 24.1 2.05 1.67 1.65 1.79 9400 24.6 1.38 1.44 2.18 1.67 9600 25.1 1.77 1.79 1.67 1.74 9800 25.7 1.34 1.52 1.75 1.54 10000 26.2 1.56 1.54 1.45 1.52
表 5.3 以 120°單晶鑽石刀在各種切削速度下所得背光模組的粗糙度量測值 表 5.3 以 120°單晶鑽石刀在各種切削速度下所得背光模組的粗糙度量測值
粗糙度(um) 切削轉速 (rpm) 切削速度 (m/sec)
(刀座直徑 50mm) 量測點 1 量測點 2量測點 3 平均值 6000 15.7 3.89 3.04 3.10 3.34 6200 16.2 3.71 3.55 3.63 3.63 6400 16.8 3.20 2.87 3.34 3.14 6600 17.3 3.62 2.64 3.11 2.12 6800 17.8 2.98 3.74 2.86 3.19 7000 18.3 3.28 3.03 3.11 3.14 7200 18.8 2.94 3.35 3.12 3.14 7400 19.4 3.04 2.06 2.43 2.51 7600 19.9 3.03 1.84 2.13 2.33 7800 20.4 2.21 2.87 2.51 2.53 8000 20.9 2.18 2.23 2.18 2.20 8200 21.5 2.36 2.23 1.90 2.16 8400 22.0 2.28 2.28 1.52 2.03 8600 22.5 1.68 1.38 1.66 1.57 8800 23.0 1.73 1.26 2.65 1.88 9000 23.6 1.91 1.35 1.55 160 9200 24.1 1.46 2.18 1.41 1.68 9400 24.6 2,82 1.08 1.58 1.83 9600 25.1 1.38 1.04 2.45 1.62 9800 25.7 2.16 1.82 1.72 1.90 10000 26.2 1.89 1.64 1.80 1.78
5.3 切屑表面變化觀察
在切削速度不同的切削加工時，對於加工面的粗糙度會有相當程度的影響，所 以顯微鏡觀察切屑的表面變化，可以看出壓克力的切削為龜裂型的切削，如圖5.7所 示，隨著切削速度增加時，切削溫度也將上升，讓工件材料軟化，切削阻力也減少，
讓龜裂的距離減小，也能引證當切削速度較高時切削面粗糙度會較小的因素，圖5.8 是以雷射共軛焦量測切屑龜裂的距離，及表5.4是以90°單晶鑽石刀在不同切削速度下 所得的量測數據。
200X 400X 1000X
15.7 (6000 rpm)
20.9 (8000 rpm)
率 大 倍 切 放
削 速 (m/sec) 度
圖 5.7 以 90°單晶鑽石刀在不同切削速度下所得切削屑的外觀形狀
26.2 (10000 rpm)
圖 5.7( 續 )
圖 5.8 切削屑的外觀龜裂痕跡距離量測
表 5.4 以 90°單晶鑽石刀在不同切削速度下所得切削屑的外觀裂痕距離量測數據 切削速度
(m/sec)
數據 1 (um)
數據 2 (um)
數據 3 (um)
數據 4 (um)
數據 5 (um)
數據 6 (um)
平均值 (um) 15.7(6000 rpm) 3.27 3.55 3.22 3.22 4.71 1.98 3.325 20.9(8000 rpm) 3.22 2.97 1.01 3.60 3.03 3.01 2.806 26.2(10000 rpm) 2.98 1.98 2.64 1.01 1.99 1.03 1.938
5.4 切削速度和光學輝度的關係
不同切削速度所切削加工的導光板，經由量測輝度及切削表面的粗糙度值，可 以整理出如下列圖示，顯示切削速度和所得粗糙度的關係及粗糙度和輝度值的關 係，可以明顯地觀察到切削速度愈快則所切削出的加工面愈光滑，也就是表面粗糙 度較佳，因在較慢速切削壓克力塑膠時，在刀尖前端較易附着切屑，讓切削表面形 成較紊亂的刀痕，而這些附着的異物會隨著切削速度的增加所造成的切削溫度上升 而消滅；另當切削速度增加時，切削阻力也會相對減少，而讓切削形成流動形切屑，
也使得加工表面較易達到光滑。
在光的傳遞上，鏡面度較佳的介質會有較好的折射能力，所以當背光模組光源 藉由導光板入光端面作光傳遞功能時，則端面光滑度愈高則光透過的量愈多，如此 輝度的表現愈好，相反地，若入光側的粗糙度過大，讓背光模組光源在入光側即作 過多的漫射情形，讓光無法有效傳遞至導光板內，以致輝度將會有所差異，所以在 導光板端面粗糙度和輝度的關係圖示中可以顯示，當粗糙度較小時所量測的輝度值 較高，而粗糙度較大時的輝度也相對較低。而以下圖 5.9，圖5.11，圖5.13分別為60
°、90°、120°單晶鑽石刀時切削速度和所得工件粗糙度的關係，而圖 5.10，圖5.12，
圖5.14也分別整理出60°、90°、120°單晶鑽石刀加工所得導光板端面的粗糙度和輝度 的關係。從所得各趨勢可以分析出，在同為2um粗糙度的條件下，60°刀具所加工的 導光板輝度約為2825 (nit)，90°刀具所加工的導光板輝度約為2880 (nit)，120°刀具所 加工的導光板輝度約為2825 (nit)，也可以從而得到一個經驗值為，90°的 V微結構是 這三種刀刃角中對於導光板入光面的最佳切削角度。
15.0
15.0
15.0
第六章 結論與建議
6.1 結論
本研究的目的主要是探討導光板入光側在各種不同的切削速度加工下，其所得 到的光學輝度表現，期望經由此實驗的探討獲得最佳的參數組合，並藉此建立切削 速度和光學輝度分佈的關係，並以此作為光學設計的依據；以下是本研究所得到的 結論：
1.由於鑽石刀具有高硬度的特性，對非鐵金屬及非金屬材質的高速切削相當適 合，經實驗證實其可達成無毛邊及鏡面加工的能力，因此，對於導光板的切 削，可以得到光滑的切削表面，而獲得較高輝度的效果。
2.在切削速度較高的條件，對於壓克力的材料會得到較佳的完工表面粗糙度，
也就是導光板在較高的切削轉速下所得到的微結構表面較光滑。本研究證實 當切削速度在 21.5 m/sec以上時，切削表面的粗糙度將可控制在Ra= 2um以 下。
3.在輝度的量測上，光入射表面的粗糙度值愈低的亦即切削表面愈光滑的導光 板，其輝度值將會有較佳的表現。光由較光滑的切削面會有較好的折射效果，
所以有效入射進入導光板內的光會較粗糙度高的表面為好。
4.在本研究的實驗中，90°的鑽石刀在相同條件下，所加工的導光板較 60°及 120°所加工的導光板，相對之下輝度有較高表現。除其和增光菱鏡片菱溝角 度有較好的搭配性外，其粗糙度也有較佳表現。
5.在對於壓克力材質的切削加工中，是會呈現龜裂型切屑的切削，而提高切削 速度會減小龜裂距離，進而改善切削表面的粗糙度。
6.在針對14＂背光模組端面微結構加工的探討中，較高切削速度會有較好的輝 度表現，但考慮切削加工機的能量、切削振動以及刀具的磨耗等因素，切削 速度在21.5 m/sec時所得的表面粗糙度及輝度表現，已有相當的穩定，足以作 為光學設計的參考，而此切削速度也已實際應用量產的光學參考，所以本研 究所得到的數據理論，非常具有參考價值。
6.2 建議
對於導光板入光面的切削的研究，本文已完成了切削刀具材質的選定及在各種 不同切削速度下，並搭配不同刀刃角度所得到各種包含粗糙度及輝度分佈的關係，
並能已此實驗結果，增加光學設計的參考依據，進而加速光學改版的進度，讓整個 產品的品質水準能有效提升。爾後期望藉由此精密加工模式的經驗，擴充到其它條 件的研究，因此對於其它研究方向有以下建議：
1. 目前實驗的條件在以不同的刀刃角度，調整刀具切削速度來分析整體光學趨 勢，未來可以增加切削深度、微結構間距、刀具外形，建立一系列更完整的 切削資料，來輔助光學設計研發。
2. 在加工方面由於本實驗中並未對切削中的切削抵抗及振動進行量測，且加工 的材料也只有業界常用的壓克力一種，所以也可以探討導光板所用的其它材 料，如PC、ZEONOR等不同材料在加工後會產生何種關係，建立光學元件導 光板更完整的資訊。
3. 在光學量測時僅對輝度值分佈的探討，未對其它光學輝度影響因子加以量 測，如發光角度、入射角度等，藉以了解微結構在何種角度下所得的光效能 最佳化，進而改善切削角度來提高整體效能。
4. 本實驗切削加工機台為單刀座，也因此產生切削力不平衡及切削深度過深，
足以影響切削品質，能夠設計出多刀座的切削加工機，將更俱生產性及更佳 的切削結果。
參考文獻
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【11】劉世彰，以單晶鑽石刀具鉋削製作非球面微透鏡陣列之研究，交通大學精密
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