超精密加工技术在液晶显示中应用

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，该设备正式在成都菲斯特科技总部安装调试完毕，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。