AM易道分享

聊大尺寸LCD光固化，大家習慣把目光放在屏幕上。

8K夠不夠、面板多大、釋放力怎么解決、用什么離型膜。

但有一件事很少被認真討論。

光源。

準確說，是光源出來的那束光，到底有多準。

LCD光固化的工作原理是把圖案投在樹脂上，光線越平直，分辨率越高、尺寸越準；

光線越發散，相鄰像素就會互相串擾，打出來的東西邊緣糊、表面粗。

臺灣科技大學機械工程系Lin Ding-Zheng課題組今年5月發表在Optical Materials Express上的這篇論文，試圖把直下式LED背光模組的光，變得更準、更均勻。

他們做出來的結果是，光束發散角做到5°到10°（也就是±5°到±10°的范圍），均勻度超過81%，增益3.5。

這個增益數字，是他們自己上一代單面結構準直膜（SSSCF）的1.5倍，是市面上常用的兩片正交BEF背光的近2倍。

左圖是DSSCF的剖面結構，由透鏡陣列、帶孔徑的梯形微結構和高反射涂層組成；

右圖是兩片正交DSSCF加擴散膜組成的準直背光模組工作原理。

為什么直下式背光的準直難做？
我們學習文章中的總結轉述如下，如有表述錯誤請讀者評論區指正：
LCD做3D打印，光源不能是裸LED，得經過一層背光模組把點光源變成均勻的面光源。
市面上做大屏幕電視的方案有兩種思路：
邊緣背光（側入式），和直下式背光。

邊緣背光靠的是一塊導光板把側邊LED的光導到整個屏幕，結構薄，光路設計也比較成熟，搭配增亮膜（BEF）和折射型微結構膜可以做到不錯的準直效果。

問題是它的光強、能量密度都偏低，對大尺寸高速光固化來說，曝光時間可能會長。

直下式背光是LED陣列直接鋪在屏幕背后，能量密度高，結合分區調光（local dimming）還能做出高對比度。

LCD光固化要做大屏幕、要快，直下式幾乎是唯一選擇。

但直下式有個老毛病，LED是點光源，發散角度大，要把這種光變成準直的，遠比側入式難。

業界常見的兩條解決路徑都不太夠用。

一種是微百葉膜（microlouver film），靠高深寬比的細柵結構擋掉大角度光，剩下的小角度光直通。

簡單粗暴，但能量損失大。

另一種是折射型微結構膜，靠幾何曲率把光折成小角度。

但這種方案離不開導光板，所以基本只能用在側入式上。

到了直下式這邊，要兼顧準直、均勻、能量、對比度，可選的成熟方案其實并不多。

下圖是三種配置的光強極坐標對比圖

從左到右依次是僅擴散片、擴散片+一片DSSCF、擴散片+兩片正交DSSCF的Candela光強分布。

可以直觀看到光斑從全空間發散逐步收到中心。

上一代方案，卡在工藝上
這個課題組其實2024年就發過一版準直膜，叫SSSCF單面結構。光學性能已經不錯，增益做到2.3。

但有一道墻繞不過去。

要讓漏光壓得夠干凈，膜上的透鏡得做出一個非常尖銳的拐角。

這個拐角越尖，光學性能越好，但模具加工越難、良率越低。

說白了實驗室里能做，量產里賠錢。

DSSCF的思路是換一條路，不靠把單面拐角磨尖，而是在膜的背面再加一層結構，梯形的小坑加上一個個小孔，外面鍍一層反光膜。

這樣三種光線就有了三種歸宿：

光線對得正，直接從小孔穿過去，被透鏡聚成一束準直光。

光線有點斜，碰到梯形坑壁被反射，再修正一下角度，照樣穿出去。

光線斜得離譜，直接被反光膜彈回背光腔里，等下一輪再來。

下圖是兩種膜的機制對比

左側SSSCF會有大角度漏光從相鄰透鏡出射；右側DSSCF的梯形微結構擋住了這條漏光路徑

效果立竿見影。論文里兩組最優方案，大角度漏光徹底歸零。

而且不再需要那種工藝極限的尖角透鏡，用標準角度的常規透鏡就夠了。

工藝這道墻，繞過去了。

數字到底差多少

論文里有三組直接對比：

準直程度（光束發散角）

大角度漏光

中心亮度（增益）

DSSCF 案例A

極窄，±5.5°

0

3.5

DSSCF 案例B

較窄，±10°

0

3.0

市售BEF對照

寬，±20°

28%

1.8

最值得看的是中間那一欄，大角度漏光。

BEF方案有28%的光線散在大角度上。

這部分光跑到LCD屏幕上以后，因為斜射進液晶單元，會進一步泄漏，造成過曝和相鄰像素之間的串擾。

最后體現在打印件上，就是邊緣糊、表面粗。

DSSCF直接把這個數字壓到0。

但有一個數字看起來不利于DSSCF，總能量利用率。

BEF能用上35.7%，DSSCF案例A只有5.2%。表面看是大退步。

論文作者對這一點的回應，是對3D打印來說，總能量不重要，能用在打印上的那部分能量才重要。

BEF的能量攤在很大一片角度上，真正落在打印面上的并不多，剩下的都在制造干擾。

論文Table 1說的是DSSCF兩個最優設計與BEF基準的性能對比

注意三組方案在大角度漏光、光束發散角、中心亮度上的差異，以及對±5°范圍內有效能量這個更接近真實使用場景的指標的對比

文章的意思是只看±5°范圍內那部分真正有用的能量，DSSCF案例A是3.9%，BEF是7.3%。

差距已經沒那么大了。再考慮BEF那部分里還混著大量添亂的能量，DSSCF可能更劃算。

對3D打印行業的意義
LCD光固化這兩年最大的方向是把屏幕做大。
市面上的商用屏幕都已經過百寸、上了8K，LCD顯然有繼續跟進配套的趨勢。
邏輯很簡單，屏幕越大，一次能打的件越多，單件成本越低。

但屏幕一大，原本不起眼的環節就開始出問題。

最近兩年公開的解決方案，幾乎都在圍繞打印面之下做文章。

柔性離型膜解決脫模力，新型顯示界面解決表面粗糙，新結構料槽縮小間隙。這些都是樹脂槽那一頭的活。

光源這一頭，做的人少得多。

原因是消費級LCD打印機用的就是屏幕的背光模組改一改，屏幕小的時候問題不大。

但屏幕一旦夠大、8K以上，問題就壓不住了。

還是前面提到的問題，再重復一遍，屏幕越大，邊緣像素離正中心越遠，光線斜著打過去的串擾就越嚴重。

到這個時候，光源準直就不再是差不多就行，而是決定能不能打出像樣東西的關鍵。

那這片把光理順的膜，到底是怎么做出來的？

論文里給了完整的工藝路線。

一句話概括，就是先用紫外膠在透鏡背面長出梯形小坑，再用一層可以被弱堿溶液溶掉的犧牲膠做掩膜，鍍上一層200納米的銀做反光層，最后把犧牲膠泡掉，露出小孔。

每一步都不算稀奇，但要把它們疊在一起做到大面積均勻，是另一回事。

上圖是DSSCF的制造流程，包含紫外膠涂布、自對齊曝光、銀膜濺射、犧牲層剝離等步驟

顯然這個工序來說，離量產還有距離。

論文里做的是小面積測試樣品，測的也只是光強分布。

幾個問題
能不能量產，成本能壓到多少。
論文用的工藝步驟本身都是成熟的，但要把它們疊在一起、做到大面積均勻，是另一回事。

還有就是只有405nm夠不夠。

這次做的是單波長光固化的場景。但如果以后LCD要做彩色光固化（不同波長配不同樹脂），就需要這片膜在更寬的波段上都能準直。

最關鍵的問題是這片膜真打出來的件長什么樣。

論文從頭到尾是一篇光學器件文章。

所有數據都是光強分布、增益、均勻度這些光學指標，沒有一張打印件的照片，也沒有跟傳統BEF方案對比的打印件粗糙度或精度數據。

光學性能的提升能不能在打印件上兌現，沒看到展示，值得后續關注。

回到開頭那句話，大尺寸LCD光固化卡在哪里，光源是被低估的那一塊。

課題組花了四年，一片一片把LCD光路這邊的拼圖補齊。

光源準直這件事，可能不會出現在3D打印機的發布會海報上。

但當哪天真有人推出一臺超大尺寸的LCD光固化設備，能穩定打出表面光滑、尺寸精準的大件。

那臺機器里，多半就藏著這樣一片膜。

不顯眼，但把光理順了。

本文是AM易道對學術論文的解讀和轉述，帶有大量主觀判斷、內容取舍和添加行業視角，原文信息密度大、專業細節多，如果您是相關領域的專業讀者，強烈建議直接閱讀原文，本文的內容可能與原作者的嚴謹表述存在部分差異。

論文：Zi-Jain Zhang and Ding-Zheng Lin, "Double-sided structure collimation film (DSSCF) for direct-lit backlight in high-contrast liquid crystal displays and 3D printing," Optical Materials Express, Vol. 16, No. 5 / 1 May 2026 / pp. 1427-1439.