深度：LCD光固化3D打印机变革之黑白屏

来源： 创必得

光固化3D打印机出现的历史并不长，却首次使用了连续层选区固化打印三维实体的新技术，铺开了以面成型的全新应用。特别是对于构造复杂、繁复考究的设计模型，在打印精度及模型完成度上都实现了质的飞跃。

这项技术应用范围广泛，几乎适用于各个领域的模型打印：比如牙模制造、产品打样、模具开发、动漫手办、建筑模型、珠宝设计等，打印精度极高，今天，我们就来讲一讲黑白屏和RGB彩色屏幕和的不同之处。

1. 打印速度
打印速度的提升实际上是通过减少曝光时间来反应，相比于传统彩屏，黑白屏的透光率大幅上升（移除了彩色滤光片和背光，优化调整偏光片，优化调整开口率），使光源能在更短时间内提供树脂固化所需能量，例如一款曝光时间为7s的机器，在升级成黑白屏后，很可能只需要2s的曝光时间达到相同打印效果。（抬升速度和回程的速度差别不大）

2. 使用寿命
厂家在LCD工艺流程和材料上进行了优化，并且透光率的提升，屏幕不再需要长时间强大的紫外线照射，因此黑白屏的寿命相比于彩屏有质的变化。有厂家透露说黑白屏的使用寿命理论超过2000小时，

3. 对光源和树脂的兼容性要求更高
黑白屏因结构差异，对光源的要求也有所不同，更加垂直平均的光线可以更好的作用在黑白屏上，部分黑白屏设备模型边缘未固化就是这个原因，同时很多传统树脂并不能完美作用于黑白屏，也导致了一些打印质量问题。各大供应商都在不断测试优化中。

LCD 世代线
市面的LCD基板大多由专业屏幕制造商生产，如京东方，天马微，夏普，LGdisplay等等。LCD和OLED显示器是在无尘环境中使用大块玻璃基本制造的，其尺寸也随着时间的推移而增加越做越大。下图是各世代线对应玻璃基板尺寸：
GEN（Generation）代表对应的世代线：

大多数小尺寸设备屏幕就是来自第 4~5世代线， 其中包括最流行的5.5英寸夏普04彩色屏幕和现在的小尺寸入门级黑白屏。你也可以从屏库了解到绝大多数LCD屏幕的规格型号：https://www.panelook.com/

大尺寸的LCD主要用在电视、显示器、笔记本，你也可以在手机，VR/AR等产品上看到高分辨率的屏幕应用，而我们桌面级的LCD光固化3D打印机则是使用TFT-LCD技术。随着LCD行业知名制造商关注度的提高，相信在不久的将来，LCD 3D打印机会有更多的屏幕选择。

京东方各世代线 http://research.stocke.com.cn  

黑白屏像素
下图为某款黑白屏的像素在显微镜下的成像，你可以看到黑白屏的像素已经不再和传统的RGB彩屏一样有子像素了，白色区域则是透光部分。

RGB像素点

黑白屏像素点

偏光片

偏光片的光学性能包括：偏光度、透射率和色调三个主要指标。 偏振度和透过率越高，LCD显示装置的显示效率越高，并且能量消耗越低。

偏光片有二种染色法，碘染色法和染料染色法。 对于常规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，并且受到色调的约束。（色调指标主要是为了满足人民的视觉习惯，黑白屏在3D打印中的应用则无需考虑此项），因此普通偏光片的偏光度都在90％~99％之间，透过率在41％~44％之间。

想了解更多偏光片工艺的同学可以通过下方链接查看爱学术网相关文献资料：
https://www.ixueshu.com/document ... 8947a18e7f9386.html

LCD开口率
开口率是指像素（或子像素）的透光部分的面积（实际显示成像面积）与像素（或子像素）的总面积之比。如下图所示。TFT-LCD的开口率约为50～80%。一般来说，开口率越大，液晶显示器的光利用率越高，显示器的亮度也越高。                       

RGB屏幕 55%开口率

RGB屏幕 80% 开口率

液晶开口率由设计和工艺流程决定。
在制造过程中，阵列对准精度和彩色滤光片会对开口率产生决定性的影响。

当光线从背光板发射出来, 会依序穿过偏光板, 玻璃, 液晶, 彩色滤光片等等. 假设各个零件的穿透率如以下所示：偏光板50%(因为其只准许单方向的极化光波通过)、玻璃95%(需要计算上下两片)、液晶95%、开口率50%(有效透光区域只有一半)、彩色滤光片27% (假设材质本身的穿透率为80%，但由于滤光片本身涂有色彩，只能容许该色彩的光波通过。以RGB 三原色来说，只能容许三种其中一种通过，所以仅剩下三分之一的亮度。所以总共只能通过80%*33%=27%）。

以上述的穿透率来计算, 从背光板出发的光线只会剩下6%（50%x95%x95%x50%x27%）,这还是白光的穿透率，而光固化3D打印机中，紫外光源就充当着背光的作用，紫外光线在普通的彩屏透光率仅为1%，这也是为什么在TFT LCD的设计中，要尽量提高开口率的原因。只要提高开口率，便可以增加亮度，而同时对光源功率要求也不用那么高，可以节省耗电及花费. 在一系列针对性的优化后，黑白屏的透光率达到了彩屏的数倍，从而提升了总体速度.