外文翻译(中文)电镀铜辊加工复杂的棱镜模式.doc

电镀铜辊加工复杂棱镜模式电镀铜辊加工复杂的棱镜模式Tae-Jin JE1, Sang-Cheon PARK2, Kang-Won LEE1, Yeong-Eun YOO1, Doo-Sun CHOI1,Kyung-Hyun WHANG1, Myung-Chang KANG31. Nano-Machining Laboratory Division of Nano-Mechanical Systems,Korea Institute of Machinery and Materials, 104, Sinseongno, Youseong-Gu, Daejeon, 305-343, Korea;2. Nano-Mechatronics Department, University of Science and Technology,104, Sinseongno, Youseong-Gu, Daejeon, 305-343, Korea;3. National Core Research Center for Hybrid Materials Solution, Pusan National University,98, Pusandaehang-no, Geumjeong-Gu, Busan, 609-735, Korea Received 2 March 2009; accepted 30 May 2009摘要：BLU（背光模组）是液晶笔记本计算机，移动电话，导航，以及大尺寸电视，PID（公共信息显示）等的核心部分，为了液晶显示器的光转换效率，已经在背光模组中使用两片跌交放置的光学棱镜薄膜。在这种情况下，会出现一些光干扰的现象，如莫尔条纹、光耦合等，造成了若干问题，如液晶显示器低亮度，产生斑点和条纹。最近， 高亮度微复型棱镜模式正在积极研究，以避免光干扰的现象的产生，提高光学效率。在这项研究中，用高精密车床来加工微复型棱镜薄膜。加工该模式的轧辊为 50，45，40，35，30，25，20，15，10和5微米的间距以及 25.0，22.5， 20.0，17.5，15.0，12.5，10.0，7.5，5.0和2.5微米的棱峰高度，轧辊长度为 2 000毫米，直径为320毫米。电镀铜辊和天然单晶金刚石工具用于加工棱镜结构。用测力机来测量各个切削条件下的切削力。缺口和表面加工完成后，用扫描电镜和显微镜进行分析。 关键词：高精密车床、金刚石工具、电镀铜辊、光学薄膜、复杂的棱镜模式、光干扰现象1简介 LCD（液晶显示器）是目前很受欢迎一般的显示设备，如笔记本计算机，掌上计算机，液晶电视和PID（公共信息显示）。因此，近年来，液晶得到了迅速发展和广泛使用1。由于液晶显示器本身不能够发光，BLU（背光模组）包括灯，反射板和 几种需要光学薄膜2-3。尤其是模组膜材为其核心的光学元件。一般 光学棱镜薄膜具有单一棱峰结构。目前光学棱镜片已经采用两片跌交的放置方式被使用4-5。但是，跌交使用两片单一棱镜间距的棱镜片会产生干扰现象产生而带来一些问题，如莫尔条纹、光耦合等。光的干扰现象最终会导致灯光分布不均匀、亮度低。 因此，通过对模组中光学薄膜的积极研究进展来减少光的干扰现象 6-7。结构复杂的棱镜薄膜的提出，便是避免光干扰现象的解决方案之一 8-9。 为了生产光学薄膜，使用了有复杂棱镜模式的主轴。主轴可以通过激光技术，微影制作， 加强技术，LIGA工艺技术和机械过程制造 10-14。大尺寸轧辊主轴以车床加工作为该方法的加工过程，为满足群众对显示设备的需求15-22。在本文中，关于轧辊主轴加工复杂的棱镜模式结果的报告。该加工的机理是研究有哪些被认为是属于车床进程多线程的加工方法。和该加工条件下使用的一步步切割进行了优化。2.轧辊主轴多线程加工棱镜模式的机理 图1显示了加工机理的图表，是一般的车床加工单一线程的方法。在这台车床加工过程中，两个、三个甚至多个线程可以由辊筒加工，通过在辊筒末端圆周上的不同位置上安放切削刀具来加以应用。该棱镜模式的节距(p)与设置的单元（Pu）间距模式相同，在图1（a）中显示了相同的螺纹螺距。如图1（b）所示，设置单元的间距为两倍棱镜模式的节距。在轧辊圆周上第二个刀具起始的位置与第一个刀具起始的位置相反。三线程螺纹的方法如图1（c）所示，设置单元的间距等于三倍的棱峰间距。而这三种不同的起始位置的刀具有一个120 位置的差异。多线程的加工方法显示在图1（d）中。进料间距是棱峰间距乘以线程的数量。该阶段为相位差加工方法的一些数学表达式显示在式（1）-（3）。PU = N P （1）= 360/ N (2) = tan-1 （D/PU） (3) 也就是说，在辊筒（）圆周上刀具的起始位置是除以线（N）的数量。线程或刀具进程的角度（）计算方法为辊筒周长除以刀具进程间距的反正切函数。 复杂的棱镜图案所包含的不同间距如图2所示。起始位置的每个线程（n）需要首先被定义用于加工某个复杂的棱镜模式。第1棱镜（）棱峰顶点到第n个棱镜（n）棱峰顶点的距离每一个节距（Pn）的总和，如公式（4）所示。加工复杂棱镜模式的每一条螺纹的起始位置定义为，从第一个棱峰顶点到第n个棱峰顶点的长度除以机床进程的间距。如公式（5）所示。此研究设计模式如图3所示。微棱镜模式的一个设置单元是被设计成具有不同的棱峰间距及棱峰高度。其中，棱峰间距分别为：50、45、40、35、30、25、20、15、10和5微米。棱峰高度分别对应为：25.0、22.5、20.0、17.5、15.0、12.5、10.0、7.5、5.0和2.5微米。微棱镜这种包含不同棱峰间距及棱峰高度的设置单元在1200毫米的长度上重复出现，微棱镜模式设置的单位是275微米，棱镜的设计角度为90 。图1 使用车床加工过程多线程机制：（a）单一线程 （b）双线程 (c)三线程（d）多线程图2 复杂棱镜模式加工工艺示意图图3 复杂棱镜模式间距的设计3 加工系统和条件3.1 实验系统轧辊主轴加工微棱镜模式的处理系统见图4。该系统的规格见列表1。此系统是基于高精密机床的基础上形成的。其中静压轴承被做为两个C轴用于该系统中。Z轴和X轴是由线性的马达驱动。测力计（奇石-9256C2）是用来测量切削力，真空抽吸设备的安装是为了吹走刀架后面切下的碎屑。图4 高精度轧辊机械加工系统空白的轧辊主轴如图5（a）所示. 轧辊主轴的长度为2 000毫米，直径为320毫米，质量约350公斤.轧辊上电镀铜的厚度为1 000微米，关于轧辊电镀铜的硬度大约是240Hv。 图5（b）显示是天然单晶金刚石刀具的尖端。该工具的角度为90 ，与微棱镜的设计模式的棱峰角度相同。表1 轧辊机械加工系统的规格图5 轧辊主轴和刀具形状（a）电镀铜棍 （b）金刚石刀具3.2试验方法和条件为了在轧辊主轴上加工微复型棱镜模式，应用图1（d）和图6 的加工原理是很有必要的。总之，这是车床加工的一种加工机制，被划分为轧辊主轴回转角度的多线程加工机理。刀具起始位置的计算如公式（5）所示，见于列表2。图7显示了机械加工的进度及每个棱镜模式的加工顺序。这些棱镜模式的加工是一步步通过切削加工的，如图7 （a）所示。例如第八个棱镜在第一次被加工完成，接下来棱镜模式的加工顺序为第八、第六、第十、第二、第四、第五、第九、第三、第七和第一棱镜。如图7（c）中所示。图6 刀具在辊筒圆周上起始角度的示意图表2 刀具起始位置对应角度图7 加工条件示意图（a）一步步切削 （b）间距的重叠 （c）加工的顺序 表3 加工条件（主轴速度：300转/分，加工进给速度：275微米/圈）棱镜模式在这个加工条件下的顺序见于列表3。主轴速度为300转/分，加工进给速度为275微米/圈. 该机床进给间距，是由一组在每个加工机器通过一个线程单元间距。第一次通过的切割深度为4.5微米，重叠的2微米间距被认为是第一次切削通过时切削深度与精准的棱峰角度所获得的。切削深度以2.5微米的速度，一步一步的成线性增加趋势。这种复杂的棱镜模式一步步的从一次到十次的加工，主要是取决去每个棱镜间距和每个棱镜的高度。这种加工机理是使用已经被确立起来的多线程机床加工方法。4结果与讨论 4.1曲面棱镜模式 轧辊主轴如图 8所示。为了观察不同条件下大尺寸轧辊主轴加工复杂的棱镜图案（有机硅树脂上重复的结构）。图 9 显示的图像的重复模式。表面的微加工复杂的棱镜模式显示在图 9（a）中。无缺陷的棱镜表面加工有毛刺般的微结构是很令人满意的。 微复型棱镜模式截面图如：图 9（b）所示。通过显微镜量测所加工的棱镜节距及棱峰高度并比较与棱镜设计模式形状的区别。特别是，成功加工出最小间距为 5m的棱峰。由此可见，微复型棱镜模式可被加工。4.2切削力 根据每一个切削深度量测的切削力，绘制的曲线图如：图 10所示。切削力的传递随切削区域及切削深度的一步步加深而增大的，且切削力是以恒定的速度增加的。换言之，切削力的增加与切削的面积以及切削的深度是成正比例关系的。然而，切削力随切削力增长率的减少而减少，切削力切削区域之间的第九和第十合格通过率下降。4.3切屑 通过扫描式电子显微镜观察切削芯片的特征，如：图 11所示。每个芯片创建为流动类型。光滑的表面形式在摩擦表面的外面。微褶皱是呈现在芯片的里面，如：图 11（a）所示，该芯片是在第一道切削工序下制造的，部分芯片的特征是三角形的，这和切削工具的特征很相似。图11（b）显示的是切削加工第二道第九道工序所产生芯片的特征，V形是由芯片内部产生的，板形是由芯片外部产生的，主要是因为芯片与刀具表面的摩擦。 图 11（c）显示的是芯片在第十道工序下的切割图片。单从上述结果来看，光滑的表面加工及加工条件的考虑，对一般的机械加工工艺都是适用的。图8 轧辊主轴（直径320毫米，长度1500毫米）图9 加工模式的结果（a）加工模式的表面图（b）加工模式的截面图图10 切削区域、切削力及切削深度对应关系的图表图11 微棱镜模式的芯片的加工方式（a）第一道切削下的芯片（b）第二到第九道切削下的芯片（c）第十道切削下的芯片5结论 1）该研究是根据加工间距分别为为50，45，40，35，30，25，20，15，10和5 微米、棱峰高度分别为 25.0，22.5，20.0，17.5，15.0，12.5， 10.0，7.5，5.0和2.5微米的微复型棱镜模式来完成的。 2）该机械加工机理是采用已经确立的机床加工方法之一的多线程加工方法。机械加工是使用轧辊主轴圆周上不同位置对应固定的刀具作为加工的方法。加工条件是采用一步步的切削方法进行优化的。 3）大尺寸的有复杂棱镜模式的铜镀轧辊主机是通过机械加工的。而其表面、几何精度、切削力和芯片需要经过审议和分析。 4）这一研究成果可用于加工轧辊主机和生产高效率的复杂棱镜模式的光学薄膜。参考文献 1 JAFRI R, HASAN W, SHAHZAD M. Current trends in electronic display technologyJ. Journal of Information and Communication Technology, 2008, 2(1): 6875.2 MIN J H. Backlight unit: USA 0130880P. 20040708.3 YANAGI E, FUKUNISH T, SHOJI O. Back lighting device for a liquid crystal panel: USA 4937709P. 20010102.4 SHIM Y S, CHO S M. Prism sheet of back light unit for LCD: USA 0097708P. 20070503.5 WANG K H, LIN D, KO Y C. Luminance enhancement optical substrates: USA 0049451P. 20080228.6 WANG K H, LIN C, KO D Y C. Moire reducing optical substrates with irregular prism structures: USA 0010594P. 20070111.7 NEMOTO A, SASUGA M. LCD having a pattern for preventing a wavy brightness irregularity at the edges of the screen due to drive elements or tape carrier packages: USA 6456344P. 20010102.8 CAMPBELL A B. Optical film: USA 7278771P. 20010102.9 NILSEN R B. Retroreflective prism structure with windows formed thereon: USA 5565151P. 20010102.10 DAVIES M A, EVANS C J, PATTERSON S R. Application of precision diamond machining to the manufacture of micro-photonics componentsC/Collection of Scientific Conference. 2003: 94108.11 RIZVI N, GREUTERS J, DALLIMORE J. Laser micromachiningnew techniques and developmentsC/Collection of Scientific Conference. 2000: 278287.12 CHO K H, YOON K H. Direct surface formingNew polymer processing technology for large light guide of TFT-LCD moduleJ. Korea-Australia Rheology Journal, 2003, 15(4): 167171.13 KIM J S, KO Y B, HWANG C J. Fabrication of micro injection mold with modified LIGA micro-lens pattern and its application to LCD-BLUJ. Korea-Australia Rheology Journal, 2007, 19(3):165169.14 OK C H, HAN J M. The study of high brightness prism patterned LGP using optical simulation analysisJ. Transactions on Electrical and Electronic Materials, 2007, 8(4): 178181.15 CHAU C W, LERNER J M. Method of making liquid crystal display system: USA 5735988P. 20010102.16 WU C H, LU C H. Fabrication of an LCD light guide plate using closed-die hot embossingJ. Journal of Micromechanics and Microengineering, 2008, 18: 035006.17 AKIYAMA T, KATO S. Precision roll turning lathe: USA 0011132P. 20080117.18 PAKRER J R, MCCOLLUM T A. Methods of making a pat