深度：LCD光固化3D打印機(jī)變革之黑白屏

來源： 創(chuàng)必得

光固化3D打印機(jī)出現(xiàn)的歷史并不長，卻首次使用了連續(xù)層選區(qū)固化打印三維實(shí)體的新技術(shù)，鋪開了以面成型的全新應(yīng)用。特別是對于構(gòu)造復(fù)雜、繁復(fù)考究的設(shè)計(jì)模型，在打印精度及模型完成度上都實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。

這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用范圍廣泛，幾乎適用于各個(gè)領(lǐng)域的模型打印：比如牙模制造、產(chǎn)品打樣、模具開發(fā)、動(dòng)漫手辦、建筑模型、珠寶設(shè)計(jì)等，打印精度極高，今天，我們就來講一講黑白屏和RGB彩色屏幕和的不同之處。

1. 打印速度
打印速度的提升實(shí)際上是通過減少曝光時(shí)間來反應(yīng)，相比于傳統(tǒng)彩屏，黑白屏的透光率大幅上升（移除了彩色濾光片和背光，優(yōu)化調(diào)整偏光片，優(yōu)化調(diào)整開口率），使光源能在更短時(shí)間內(nèi)提供樹脂固化所需能量，例如一款曝光時(shí)間為7s的機(jī)器，在升級成黑白屏后，很可能只需要2s的曝光時(shí)間達(dá)到相同打印效果。（抬升速度和回程的速度差別不大）

2. 使用壽命
廠家在LCD工藝流程和材料上進(jìn)行了優(yōu)化，并且透光率的提升，屏幕不再需要長時(shí)間強(qiáng)大的紫外線照射，因此黑白屏的壽命相比于彩屏有質(zhì)的變化。有廠家透露說黑白屏的使用壽命理論超過2000小時(shí)，

3. 對光源和樹脂的兼容性要求更高
黑白屏因結(jié)構(gòu)差異，對光源的要求也有所不同，更加垂直平均的光線可以更好的作用在黑白屏上，部分黑白屏設(shè)備模型邊緣未固化就是這個(gè)原因，同時(shí)很多傳統(tǒng)樹脂并不能完美作用于黑白屏，也導(dǎo)致了一些打印質(zhì)量問題。各大供應(yīng)商都在不斷測試優(yōu)化中。

LCD 世代線
市面的LCD基板大多由專業(yè)屏幕制造商生產(chǎn)，如京東方，天馬微，夏普，LGdisplay等等。LCD和OLED顯示器是在無塵環(huán)境中使用大塊玻璃基本制造的，其尺寸也隨著時(shí)間的推移而增加越做越大。下圖是各世代線對應(yīng)玻璃基板尺寸：
GEN（Generation）代表對應(yīng)的世代線：

大多數(shù)小尺寸設(shè)備屏幕就是來自第 4~5世代線， 其中包括最流行的5.5英寸夏普04彩色屏幕和現(xiàn)在的小尺寸入門級黑白屏。你也可以從屏庫了解到絕大多數(shù)LCD屏幕的規(guī)格型號：https://www.panelook.com/

大尺寸的LCD主要用在電視、顯示器、筆記本，你也可以在手機(jī)，VR/AR等產(chǎn)品上看到高分辨率的屏幕應(yīng)用，而我們桌面級的LCD光固化3D打印機(jī)則是使用TFT-LCD技術(shù)。隨著LCD行業(yè)知名制造商關(guān)注度的提高，相信在不久的將來，LCD 3D打印機(jī)會(huì)有更多的屏幕選擇。

京東方各世代線 http://research.stocke.com.cn  

黑白屏像素
下圖為某款黑白屏的像素在顯微鏡下的成像，你可以看到黑白屏的像素已經(jīng)不再和傳統(tǒng)的RGB彩屏一樣有子像素了，白色區(qū)域則是透光部分。

RGB像素點(diǎn)

黑白屏像素點(diǎn)

偏光片

偏光片的光學(xué)性能包括：偏光度、透射率和色調(diào)三個(gè)主要指標(biāo)。 偏振度和透過率越高，LCD顯示裝置的顯示效率越高，并且能量消耗越低。

偏光片有二種染色法，碘染色法和染料染色法。 對于常規(guī)的碘染色偏光片而言，偏光度和透射率是矛盾的， 偏振度越高，透射率越低，并且受到色調(diào)的約束。（色調(diào)指標(biāo)主要是為了滿足人民的視覺習(xí)慣，黑白屏在3D打印中的應(yīng)用則無需考慮此項(xiàng)），因此普通偏光片的偏光度都在90％~99％之間，透過率在41％~44％之間。

想了解更多偏光片工藝的同學(xué)可以通過下方鏈接查看愛學(xué)術(shù)網(wǎng)相關(guān)文獻(xiàn)資料：
https://www.ixueshu.com/document ... 8947a18e7f9386.html

LCD開口率
開口率是指像素（或子像素）的透光部分的面積（實(shí)際顯示成像面積）與像素（或子像素）的總面積之比。如下圖所示。TFT-LCD的開口率約為50～80%。一般來說，開口率越大，液晶顯示器的光利用率越高，顯示器的亮度也越高。                       

RGB屏幕 55%開口率

RGB屏幕 80% 開口率

液晶開口率由設(shè)計(jì)和工藝流程決定。
在制造過程中，陣列對準(zhǔn)精度和彩色濾光片會(huì)對開口率產(chǎn)生決定性的影響。

當(dāng)光線從背光板發(fā)射出來, 會(huì)依序穿過偏光板, 玻璃, 液晶, 彩色濾光片等等. 假設(shè)各個(gè)零件的穿透率如以下所示：偏光板50%(因?yàn)槠渲粶?zhǔn)許單方向的極化光波通過)、玻璃95%(需要計(jì)算上下兩片)、液晶95%、開口率50%(有效透光區(qū)域只有一半)、彩色濾光片27% (假設(shè)材質(zhì)本身的穿透率為80%，但由于濾光片本身涂有色彩，只能容許該色彩的光波通過。以RGB 三原色來說，只能容許三種其中一種通過，所以僅剩下三分之一的亮度。所以總共只能通過80%*33%=27%）。

以上述的穿透率來計(jì)算, 從背光板出發(fā)的光線只會(huì)剩下6%（50%x95%x95%x50%x27%）,這還是白光的穿透率，而光固化3D打印機(jī)中，紫外光源就充當(dāng)著背光的作用，紫外光線在普通的彩屏透光率僅為1%，這也是為什么在TFT LCD的設(shè)計(jì)中，要盡量提高開口率的原因。只要提高開口率，便可以增加亮度，而同時(shí)對光源功率要求也不用那么高，可以節(jié)省耗電及花費(fèi). 在一系列針對性的優(yōu)化后，黑白屏的透光率達(dá)到了彩屏的數(shù)倍，從而提升了總體速度.