3D顯示用圓柱狀光柵模輥

《3D顯示用圓柱狀光柵模輥》是成都菲斯特科技有限公司於2013年2月27日申請的專利，該專利公布號為CN103144225A，公布日為2013年6月12日，發明人是吳慶富、張益民、張超。

《3D顯示用圓柱狀光柵模輥》包括內空心的圓柱形的輥體（1）和設定於輥體（1）的兩端面中心的輥軸（2），它還包括鎳磷合金鍍層（3）和圓柱狀的光柵（4），輥體（1）的外表面上鍍有一層鎳磷合金鍍層（3），鎳磷合金鍍層3的厚度大於0.5毫米，鎳磷合金鍍層（3）的柱面上周向設定有光柵（4）。其製造方法包括以下步驟：A：配液；B：設定初始值；C：施鍍；D：檢測；E：光柵模輥加工；F：加壓密封保存。該發明的優點在於：鍍鎳槽中鍍液循環過濾的速度、濾徑和溫度進行嚴格控制，鍍層厚，且質量高；在金剛石工具機上進行數控加工，所得到的圓柱狀的光柵模輥表面均勻且精度高；其結構和製造工藝都較為簡單。

2021年11月，《3D顯示用圓柱狀光柵模輥》獲得2020年度四川專利獎創新創業獎。

（概述圖為《3D顯示用圓柱狀光柵模輥》的摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：3D顯示用圓柱狀光柵模輥
• 公布號：CN103144225A
• 公布日：2013年6月12日
• 申請號：2013100616292
• 申請日：2013年2月27日
• 申請人：成都菲斯特科技有限公司
• 地址：四川省成都市高新區天宇路9號
• 發明人：吳慶富、張益民、張超
• 專利代理機構：成都金英專利代理事務所
• 代理人：袁英
• Int.Cl.：B29C33/00(2006.01)I、B29C33/38(2006.01)I、C25D21/06(2006.01)I、C25D3/56(2006.01)I
• 類別：發明專利

專利背景

隨著科技的快速發展，3D技術逐漸進入普通人們的生活中，譬如，3D電影，3D遊戲等，近年來，開始出現了3D電視機。由於3D電視機尺寸越做越大，涉及到加工大型光柵模輥需要的大型超精密模具單點金剛石工具機，因中國不能生產，一直影響著中國液晶產業和3D光柵產業的發展，正是由於中國這一基礎工業的缺失，導致中國不能生產裸眼立體電視機的3D光柵投影電視屏。在3D顯示產業風起雲湧之時，3D光柵屏的生產仍然是中國空白。中國正從一個電子信息大國向電子信息強國發展，大力發展3D電視產業的格局已經初步形成。進軍3D電視行業對中國電子信息產業的全面升級以及工業化、信息化都有巨大的推動作用，同時對拉動內需也相對有利。

3D光柵屏是通過光柵模輥上的圓弧柱狀微光學結構擠出成型或UV光固化成型，而光柵模輥是用金剛石刀具雕刻出可以立體成像的圓弧柱狀微光學結構的齒形模具。傳統的模具是通過加工中心雷射雕刻的方式來製造輥筒的微結構花紋，但這種微結構製造精度非常高，對光柵模輥表面均勻度和精度要求都很高。

發明內容

專利目的

《3D顯示用圓柱狀光柵模輥》的目的在於克服2013年2月之前技術的缺點，提供一種鍍層質量高、光柵模輥表面均勻且精度高和模輥結構及其製造工藝都非常簡單的3D顯示用圓柱狀光柵模輥，所製造出的圓柱狀光柵的表面精度高。

技術方案

《3D顯示用圓柱狀光柵模輥》包括內空心的圓柱形的輥體和設定於輥體的兩端面中心的輥軸，輥體的外表面上鍍有一層鎳磷合金鍍層，鎳磷合金鍍層的柱面上周向設定有光柵，鎳磷合金鍍層的厚度大於0.5毫米；

所述的3D顯示用圓柱狀光柵模輥採用以下方法製造，所述的製造方法包括以下步驟：

A：配液：配製磷含量大於12%的鎳磷合金鍍液；

B：設定初始值：將步驟A中得到的鎳磷合金鍍液放入鍍鎳槽中進行電化學處理，同時設定鍍鎳槽中鍍液循環過濾的速度為10Turns/小時，過濾濾徑為1微米；

C：施鍍：控制鍍鎳槽內的溫度範圍在82～85℃之間，將輥筒放入鍍鎳槽中，當鍍層達到所需厚度後取出輥筒；

D：檢測：對步驟C得到的輥筒表面的鎳磷合金鍍層進行厚度檢測；

E：光柵模輥加工：在溫度範圍為19.9～20.1℃的環境下，將模輥固定在超精密光學結構金剛石工具機上沿模輥的周向加工圓柱狀的光柵；

F：加壓密封保存：將步驟E得到的光柵模輥放入密閉容器中保存，並充入氮氣，保持其壓力在0.15～0.2兆帕之間。

所述的鎳磷合金鍍液所含各組分的重量份為：

NiSO4·6H2O或Ni（NH2SO3）·4H2O	25～35
絡合劑	45～60
NaH2PO2·H2O	25～42
輔助成份	1～5

所述的輔助成份包含有加速劑和潤滑劑。

改善效果

1、鍍鎳槽中鍍液循環過濾的速度嚴格控制為10Turns/小時，過濾濾徑為1微米，溫度範圍控制在82～85℃之間，鍍層厚，而且質量高。

2、將鍍有鎳磷合金鍍層的輥筒固定在超精密光學結構金剛石工具機上進行數控加工，所得到的圓柱狀的光柵模輥表面均勻，而且其精度高，在經過檢驗合格後方可加壓密封保存。

3、模輥為內空心的圓筒結構，在其表面鍍有一層厚度均勻的鎳磷合金鍍層，在鍍層上加工出光柵模型，其結構和製造工藝都較為簡單。

附圖說明

圖1為《3D顯示用圓柱狀光柵模輥》的結構示意圖

圖2為圖1的右視結構示意圖

圖3為圖2中A處的放大結構示意圖

圖中：1-輥體，2-輥軸，3-鎳磷合金鍍層，4-光柵。

權利要求

1.《3D顯示用圓柱狀光柵模輥》包括內空心的圓柱形的輥體（1）和設定於輥體（1）的兩端面中心的輥軸（2），其特徵在於：輥體（1）的外表面上鍍有一層鎳磷合金鍍層（3），鎳磷合金鍍層（3）的柱面上周向設定有光柵（4），鎳磷合金鍍層（3）的厚度大於0.5毫米；所述的3D顯示用圓柱狀光柵模輥採用以下方法製造，所述的製造方法包括以下步驟：A：配液：配製鎳磷合金鍍液；

所述的鎳磷合金鍍液所含各組分的重量份為：

NiSO4·6H2O或Ni（NH2SO3）·4H2O	25～35
NaH2PO2·H2O	25～42
絡合劑	45～60
輔助成份	1～5

絡合劑由主絡合劑和次絡合劑兩部分組成，主絡合劑為乳酸或檸檬酸中的至少一種，次絡合劑為丙酸、甘氨酸、蘋果酸和丁二酸中的至少一種；輔助成分為加速劑和潤滑劑的混合物，加速劑為NaF和NH₄HF₂中的至少一種，潤滑劑為聚乙二醇、十二烷基磺酸鈉中的至少一種；

B：設定初始值：將步驟A中得到的鎳磷合金鍍液放入鍍鎳槽中進行電化學處理，同時設定鍍鎳槽中鍍液循環過濾的速度為10Turns/小時，過濾濾徑為1微米；

C：施鍍：控制鍍鎳槽內的溫度範圍在82～85℃之間，將輥筒放入鍍鎳槽中，當鍍層達到所需厚度後取出輥筒；

D：檢測：對步驟C得到的輥筒表面的鎳磷合金鍍層進行厚度檢測；

E：光柵模輥加工：在溫度範圍為19.9～20.1℃的環境下，將模輥固定在超精密光學結構金剛石工具機上沿模輥的周向加工圓柱狀的光柵；通過線上的精密測量系統完成線上檢測，下載檢測數據作為檢測報告的數據；通過矽膠在模輥表面複製拓片後在400倍以上的光學顯微鏡或台價儀上檢測；將兩組數據進行對比，確定光柵尺寸精度是否符合要求；

F：加壓密封保存：將步驟E得到的光柵模輥放入密閉容器中保存，並充入氮氣，保持其壓力在0.15～0.2兆帕之間。

2.根據權利要求1所述的3D顯示用圓柱狀光柵模輥，其特徵在於：所述的輔助成份包含有加速劑和潤滑劑。

實施方式

• 實施例1

如圖1、圖2和圖3所示，《3D顯示用圓柱狀光柵模輥》包括內空心的圓柱形的輥體1和設定於輥體1的兩端面中心的輥軸2，輥體1的外表面上鍍有一層鎳磷合金鍍層3，鎳磷合金鍍層3的柱面上周向設定有光柵4，鎳磷合金鍍層3的厚度大於0.5毫米；

3D顯示用圓柱狀光柵模輥的製造方法包括以下步驟：

A：配液：配製磷含量大於12%的鎳磷合金鍍液；

B：設定初始值：將步驟A中得到的鎳磷合金鍍液放入鍍鎳槽中進行電化學處理，同時設定鍍鎳槽中鍍液循環過濾的速度為10Turns/小時，過濾濾徑為1微米；

C：施鍍：控制鍍鎳槽內的溫度範圍在85℃之間，將輥筒放入鍍鎳槽中，當鍍層達到所需厚度後取出輥筒；

D：檢測：對步驟C得到的輥筒表面的鎳磷合金鍍層進行厚度檢測；

E：光柵模輥加工：在溫度範圍為20.1℃的環境下，將模輥固定在超精密光學結構金剛石工具機上沿模輥的周向加工圓柱狀的光柵；

F：加壓密封保存：將步驟E得到的光柵模輥放入密閉容器中保存，並充入氮氣，保持其壓力在0.15兆帕之間。

所述的鎳磷合金鍍液所含各組分的重量份為：

NiSO4·6H2O或NiNH2SO3·4H2O	35
NaH2PO2·H2O	25
絡合劑	60
輔助成分	1

其中，輔助成份包含有加速劑和潤滑劑。

• 實施例2

該實施例包括以下步驟：

A：配液：配製磷含量大於12%的鎳磷合金鍍液；

B：設定初始值：將步驟A中得到的鎳磷合金鍍液放入鍍鎳槽中進行電化學處理，同時設定鍍鎳槽中鍍液循環過濾的速度為10Turns/小時，過濾濾徑為1微米；

C：施鍍：控制鍍鎳槽內的溫度為83.5℃，將輥筒放入鍍鎳槽中，當鍍層達到所需厚度後取出輥筒；

D：檢測：對步驟C得到的輥筒表面的鎳磷合金鍍層進行厚度檢測；

E：光柵模輥加工：在溫度為20℃的環境下，將模輥固定在超精密光學結構金剛石工具機上沿模輥的周向加工圓柱狀的光柵；

F：加壓密封保存：將步驟E得到的光柵模輥放入密閉容器中保存，並充入氮氣，保持其壓力為0.19兆帕。

鎳磷合金鍍液所含各組分的重量份為：

NiSO4·6H2O或Ni（NH2SO3）·4H2O	30
NaH2PO2·H2O	34
絡合劑	52
輔助成份	3

其中，輔助成份包含有加速劑和潤滑劑。該實施例為最佳實施例。

• 實施例3

該實施例包括以下步驟：

A：配液：配製磷含量大於12%的鎳磷合金鍍液；

B：設定初始值：將步驟A中得到的鎳磷合金鍍液放入鍍鎳槽中進行電化學處理，同時設定鍍鎳槽中鍍液循環過濾的速度為10Turns/小時，過濾濾徑為1微米；

C：施鍍：控制鍍鎳槽內的溫度為82℃，將輥筒放入鍍鎳槽中，當鍍層達到所需厚度後取出輥筒；

D：檢測：對步驟C得到的輥筒表面的鎳磷合金鍍層進行厚度檢測；

E：光柵模輥加工：在溫度為19.9℃的環境下，將模輥固定在超精密光學結構金剛石工具機上沿模輥的周向加工圓柱狀的光柵；

F：加壓密封保存：將步驟E得到的光柵模輥放入密閉容器中保存，並充入氮氣，保持其壓力為0.2兆帕。

鎳磷合金鍍液所含各組分的重量份為：

NiSO4·6H2O或Ni（NH2SO3）·4H2O	25
NaH2PO2·H2O	42
絡合劑	45
輔助成份	5。

其中，輔助成份包含有加速劑和潤滑劑。

在配液時，以NiSO₄·6H₂O或Ni（NH₂SO₃）·4H₂O為主鹽，以NaH₂PO₂·H₂O為還原劑，使鍍液的磷含量達到12%以上；絡合劑由主絡合劑和次絡合劑兩部分組成，主絡合劑為乳酸或檸檬酸中的至少一種，次絡合劑為丙酸、甘氨酸、蘋果酸和丁二酸中的至少一種；輔助成分為加速劑和潤滑劑的混合物，加速劑為NaF和NH₄HF₂中的至少一種，潤滑劑為聚乙二醇、十二烷基磺酸鈉中的至少一種。將輥筒放入溫度在82～85℃的鍍鎳槽中是為了增大鍍層的附著力，使鍍層的厚度達到超精度加工的厚度。

由於圓柱狀的光柵尺寸精度超過了一般的機械檢測手段，因此需要進行模具精度的檢測：首先，通過線上的精密測量系統完成線上檢測，下載檢測數據作為檢測報告的數據；其次，通過矽膠在模輥表面複製拓片後在400倍以上的光學顯微鏡或台價儀上檢測；最後，將兩組數據進行對比，確定光柵尺寸精度是否符合要求。

柱狀光學光柵模輥由於鍍層的粗糙鍍達微納米級有色金屬在常溫高濕環境中極易氧化發黑，則需採用專門的壓力容器，可承受0.2兆帕的環境下充入氮氣保護，同時應定期補充氮氣。

榮譽表彰

2021年11月，《3D顯示用圓柱狀光柵模輥》獲得2020年度四川專利獎創新創業獎。