超精密加工技术在液晶显示中应用

2018-11-26 00:11:10 10330
 
说起超精密加工,很多人立刻觉得是高科技、尖端技术,立马就在脑海里就浮现出国防军事、航空航天等领域才需要用到,和我们普通老百姓的生活很遥远。确实,一个国家国防军事和航空航天领域的实力与本国技术水平密不可分。
 
而精密加工技术是一种机械加工技术,机械加工是工业发展的基础技术。同时,精密和超精密加工技术的发展也促进了机械、模具、液压、电子、半导体、光学、传感器和测量技术及金属加工工业的发展。 
 
通常,按加工精度划分,机械加工可分为一般加工、精密加工、超精密加工三个阶段。但这个界限是随着加工技术的进步不断变化的,划分的界限也逐渐向前推移,今天的精密加工可能就是明天的一般加工。 超精密加工,在精度等级上代表了发展的最高阶段。就加工精度等级而言,当前普遍认为:超精密加工的精度高于0.1μm、表面粗糙度Ra小于0.025μm。
 
当前精密和超精密加工精度从微米到亚微米,乃至纳米,在汽车、家电、IT电子信息高技术领域和军用、民用工业有广泛应用。 
 
液晶显示,大家都不会陌生,从手机、平板电脑、笔记本到液晶电视,液晶显示类数码已经深入我们生活的每个角落。而上面说到的超精密加工在液晶显示产业中发挥了重要的作用。 
 
这要从液晶屏的结构说起,通常一个液晶显示屏有三大模块组成:液晶面板,背光模组 和驱动芯片(如图1所示)。
 
 
图1
 
因液晶面板本身不发光,背光模组的作用就是为面板提供光源。
 
棱镜片是液晶背光模组中关键件之一,它的质量直接影响到显示器的亮度和成本。因此要想发展TFTLCD产业,棱镜片技术是必须要掌握的关键技术。棱镜片技术难度较高,国内企业在这个环节起步最晚,其技术难点在于其制造工艺涉及到多个领域:
 
光学设计;棱镜结构设计影响光效; 
高分子材料:主要原材料PET或PC光学薄膜,都需要光学级;
模具制造:棱镜花纹结构的辊筒模具加工需要超精密辊筒机床实现;
精密成型技术:精密涂布工艺和UV固化;
 
而国内真正的技术壁垒主要在于,棱镜片的模具制造需要采用超精密辊筒机床,国内由于精密加工工业基础薄弱,没有专门用于辊筒加工的超精密单点金刚石机床,缺乏辊筒表面处理技术,因而不能达到工艺技术要求。目前模辊加工设备及技术掌握在日美少数企业手中。
 
棱镜片Prism) 是一种光学薄膜,其表面为20微米左右高度的微三棱镜结构。其原理是利用微细棱镜结构,将是将原先大视角的发散光,聚拢在约70度的范围内出射,从而增加了正视的亮度,减小了可视视角, 是满足节能需要的必备组件。
 
因为其发挥主要作用的棱镜结构十分关键,因而棱镜结构的设计体现了各家公司之间设计和专利,当前市场上棱镜结构设计有很多种(如图2所示)。
 
图2
棱镜片制造方法是在一层PET基膜上,通过Roll-to-Roll(卷对卷)UV连续涂布工艺,将母辊上棱镜结构转移到基材上(如图3所示)。
 
图3
 
棱镜片表面棱镜结构名义尺寸在微米级,其辊筒模具必须通过超精密单点金刚石车削设备才能加工。辊筒模具的加工又是如何实现的呢(如图4所示)?
 
 
图4
 
单点金刚石车削(SPDT)加工技术是超精密加工中常用的技术。
 
由于金刚石的硬度高、耐磨性强、导热性优越,金刚石刀具的刃口可以非常锋利(刃口半径可以小于0.05mμ甚至更小),而且金刚石与有色金属的亲和力小。对于铜、铝等有色金属以及塑料可以采用单点金刚石车削的方法,进行数控加工,直接得到超精密的光学表面。
 
 
 
国内由于精密加工工业基础薄弱,没有专门用于辊筒加工的超精密单点金刚石机床,缺乏辊筒表面处理技术,因而不能达到工艺技术要求。 
 
2011年,菲斯特公司率先引进当今世界上最先进、精度最高的超精密单点金刚石辊筒车床,填补了国内超精密加工领域的空白,弥补了我国液晶显示产业链中最重要的一环。 
 
2012年04月,该设备正式在菲斯特总部所在地——成都高新西区安装调试完毕,并于04月加工出第一支辊筒,在公司增光膜生产车间投入使用,目前该设备运行稳定。
 
 
 
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