一张膜的事，大尺寸LCD光固化3D打印新解

AM易道分享

聊大尺寸LCD光固化，大家习惯把目光放在屏幕上。

8K够不够、面板多大、释放力怎么解决、用什么离型膜。

但有一件事很少被认真讨论。

光源。

准确说，是光源出来的那束光，到底有多准。

LCD光固化的工作原理是把图案投在树脂上，光线越平直，分辨率越高、尺寸越准；

光线越发散，相邻像素就会互相串扰，打出来的东西边缘糊、表面粗。

台湾科技大学机械工程系Lin Ding-Zheng课题组今年5月发表在Optical Materials Express上的这篇论文，试图把直下式LED背光模组的光，变得更准、更均匀。

他们做出来的结果是，光束发散角做到5°到10°（也就是±5°到±10°的范围），均匀度超过81%，增益3.5。

这个增益数字，是他们自己上一代单面结构准直膜（SSSCF）的1.5倍，是市面上常用的两片正交BEF背光的近2倍。

左图是DSSCF的剖面结构，由透镜阵列、带孔径的梯形微结构和高反射涂层组成；

右图是两片正交DSSCF加扩散膜组成的准直背光模组工作原理。

为什么直下式背光的准直难做？
我们学习文章中的总结转述如下，如有表述错误请读者评论区指正：
LCD做3D打印，光源不能是裸LED，得经过一层背光模组把点光源变成均匀的面光源。
市面上做大屏幕电视的方案有两种思路：
边缘背光（侧入式），和直下式背光。

边缘背光靠的是一块导光板把侧边LED的光导到整个屏幕，结构薄，光路设计也比较成熟，搭配增亮膜（BEF）和折射型微结构膜可以做到不错的准直效果。

问题是它的光强、能量密度都偏低，对大尺寸高速光固化来说，曝光时间可能会长。

直下式背光是LED阵列直接铺在屏幕背后，能量密度高，结合分区调光（local dimming）还能做出高对比度。

LCD光固化要做大屏幕、要快，直下式几乎是唯一选择。

但直下式有个老毛病，LED是点光源，发散角度大，要把这种光变成准直的，远比侧入式难。

业界常见的两条解决路径都不太够用。

一种是微百叶膜（microlouver film），靠高深宽比的细栅结构挡掉大角度光，剩下的小角度光直通。

简单粗暴，但能量损失大。

另一种是折射型微结构膜，靠几何曲率把光折成小角度。

但这种方案离不开导光板，所以基本只能用在侧入式上。

到了直下式这边，要兼顾准直、均匀、能量、对比度，可选的成熟方案其实并不多。

下图是三种配置的光强极坐标对比图

从左到右依次是仅扩散片、扩散片+一片DSSCF、扩散片+两片正交DSSCF的Candela光强分布。

可以直观看到光斑从全空间发散逐步收到中心。

上一代方案，卡在工艺上
这个课题组其实2024年就发过一版准直膜，叫SSSCF单面结构。光学性能已经不错，增益做到2.3。

但有一道墙绕不过去。

要让漏光压得够干净，膜上的透镜得做出一个非常尖锐的拐角。

这个拐角越尖，光学性能越好，但模具加工越难、良率越低。

说白了实验室里能做，量产里赔钱。

DSSCF的思路是换一条路，不靠把单面拐角磨尖，而是在膜的背面再加一层结构，梯形的小坑加上一个个小孔，外面镀一层反光膜。

这样三种光线就有了三种归宿：

光线对得正，直接从小孔穿过去，被透镜聚成一束准直光。

光线有点斜，碰到梯形坑壁被反射，再修正一下角度，照样穿出去。

光线斜得离谱，直接被反光膜弹回背光腔里，等下一轮再来。

下图是两种膜的机制对比

左侧SSSCF会有大角度漏光从相邻透镜出射；右侧DSSCF的梯形微结构挡住了这条漏光路径

效果立竿见影。论文里两组最优方案，大角度漏光彻底归零。

而且不再需要那种工艺极限的尖角透镜，用标准角度的常规透镜就够了。

工艺这道墙，绕过去了。

数字到底差多少

论文里有三组直接对比：

准直程度（光束发散角）

大角度漏光

中心亮度（增益）

DSSCF 案例A

极窄，±5.5°

0

3.5

DSSCF 案例B

较窄，±10°

0

3.0

市售BEF对照

宽，±20°

28%

1.8

最值得看的是中间那一栏，大角度漏光。

BEF方案有28%的光线散在大角度上。

这部分光跑到LCD屏幕上以后，因为斜射进液晶单元，会进一步泄漏，造成过曝和相邻像素之间的串扰。

最后体现在打印件上，就是边缘糊、表面粗。

DSSCF直接把这个数字压到0。

但有一个数字看起来不利于DSSCF，总能量利用率。

BEF能用上35.7%，DSSCF案例A只有5.2%。表面看是大退步。

论文作者对这一点的回应，是对3D打印来说，总能量不重要，能用在打印上的那部分能量才重要。

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

论文Table 1说的是DSSCF两个最优设计与BEF基准的性能对比

注意三组方案在大角度漏光、光束发散角、中心亮度上的差异，以及对±5°范围内有效能量这个更接近真实使用场景的指标的对比

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

差距已经没那么大了。再考虑BEF那部分里还混着大量添乱的能量，DSSCF可能更划算。

对3D打印行业的意义
LCD光固化这两年最大的方向是把屏幕做大。
市面上的商用屏幕都已经过百寸、上了8K，LCD显然有继续跟进配套的趋势。
逻辑很简单，屏幕越大，一次能打的件越多，单件成本越低。

但屏幕一大，原本不起眼的环节就开始出问题。

最近两年公开的解决方案，几乎都在围绕打印面之下做文章。

柔性离型膜解决脱模力，新型显示界面解决表面粗糙，新结构料槽缩小间隙。这些都是树脂槽那一头的活。

光源这一头，做的人少得多。

原因是消费级LCD打印机用的就是屏幕的背光模组改一改，屏幕小的时候问题不大。

但屏幕一旦够大、8K以上，问题就压不住了。

还是前面提到的问题，再重复一遍，屏幕越大，边缘像素离正中心越远，光线斜着打过去的串扰就越严重。

到这个时候，光源准直就不再是差不多就行，而是决定能不能打出像样东西的关键。

那这片把光理顺的膜，到底是怎么做出来的？

论文里给了完整的工艺路线。

一句话概括，就是先用紫外胶在透镜背面长出梯形小坑，再用一层可以被弱碱溶液溶掉的牺牲胶做掩膜，镀上一层200纳米的银做反光层，最后把牺牲胶泡掉，露出小孔。

每一步都不算稀奇，但要把它们叠在一起做到大面积均匀，是另一回事。

上图是DSSCF的制造流程，包含紫外胶涂布、自对齐曝光、银膜溅射、牺牲层剥离等步骤

显然这个工序来说，离量产还有距离。

论文里做的是小面积测试样品，测的也只是光强分布。

几个问题
能不能量产，成本能压到多少。
论文用的工艺步骤本身都是成熟的，但要把它们叠在一起、做到大面积均匀，是另一回事。

还有就是只有405nm够不够。

这次做的是单波长光固化的场景。但如果以后LCD要做彩色光固化（不同波长配不同树脂），就需要这片膜在更宽的波段上都能准直。

最关键的问题是这片膜真打出来的件长什么样。

论文从头到尾是一篇光学器件文章。

所有数据都是光强分布、增益、均匀度这些光学指标，没有一张打印件的照片，也没有跟传统BEF方案对比的打印件粗糙度或精度数据。

光学性能的提升能不能在打印件上兑现，没看到展示，值得后续关注。

回到开头那句话，大尺寸LCD光固化卡在哪里，光源是被低估的那一块。

课题组花了四年，一片一片把LCD光路这边的拼图补齐。

光源准直这件事，可能不会出现在3D打印机的发布会海报上。

但当哪天真有人推出一台超大尺寸的LCD光固化设备，能稳定打出表面光滑、尺寸精准的大件。

那台机器里，多半就藏着这样一片膜。

不显眼，但把光理顺了。

本文是AM易道对学术论文的解读和转述，带有大量主观判断、内容取舍和添加行业视角，原文信息密度大、专业细节多，如果您是相关领域的专业读者，强烈建议直接阅读原文，本文的内容可能与原作者的严谨表述存在部分差异。

论文：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.