CN112946950A - 一种紫外屏及光固化3d打印机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种紫外屏及光固化3D打印机，紫外屏包括玻璃基板、配向膜、TFT、偏光片和液晶；上、下两块玻璃基板的一侧分别覆盖有配向膜，且至少在一块玻璃基板的另一侧设置依次贴附有TFT和偏光片；上、下两块玻璃基板以配向膜侧正对平行布置夹持液晶。通过优化设计液晶显示屏的内部构造来实现在紫外光及可见光范围内具有高的透过率，从而改变普通液晶显示屏的紫外透光的光学性能，其紫外透过率可达到30％以上，有利于提高光固化打印机在打印过程中产品的成功率，也进一步缩短了打印的工作周期，降低成本。相较于传统液晶屏，没有背光模组及框架等复杂结构，极大的降低屏的成本、优化屏的工艺流程，大大提高屏的紫外透过率。

Description

一种紫外屏及光固化3D打印机
技术领域
本发明属于3D打印领域，具体为一种紫外屏及光固化3D打印机。
背景技术
光固化3D打印机因其设备轻巧、操作技术简单、价格合适而具有很大的商业价值。但随着多样化3D打印产品的出现，对光固化3D打印技术的要求也越来越高。市面上液晶显示屏的种类并不能满足其新发展的要求。目前，传统液晶显示屏主要有三原色(红绿黄)组成的彩色液晶显示屏和黑白液晶显示屏两种，它们分别存在以下缺陷：
液晶显示屏的紫外透光率很低，且彩色屏中含有的彩色滤片会对入射紫外光进行过滤，使其紫外透光率仅达到0.6％，而黑白显示屏就是利用彩色屏去除彩色滤片来提高其紫外透光率，在一定程度上提高了打印效率，但其紫外透光率也仅有3％，对紫外光的利用率还是非常低。
由于传统的液晶显示屏中的液晶都是需要两层偏光片，导致其透光效率小于50％。
传统液晶显示屏中的上、下偏光片的偏光功能相互垂直，其作用就像是栅栏一般，按照要求阻隔光波分量，阻隔掉与偏光片栅栏垂直的光波分量，而只准许与栅栏平行的光波分量通过。
此外，传统液晶屏使用的是有机玻璃，对紫外光有一定的吸收率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有高紫外透过率的紫外屏及具有该紫外屏的光固化3D打印机，以提高打印产品的成功率。
本发明提供的这种紫外屏，包括玻璃基板、配向膜、TFT、偏光片和液晶；上、下两块玻璃基板的一侧分别覆盖有配向膜，且至少在一块玻璃基板的另一侧设置依次贴附有TFT和偏光片；上、下两块玻璃基板以配向膜侧正对平行布置夹持液晶。
上述紫外屏的一种实施方式中，所述玻璃基板为厚度小于1mm的纯石英玻璃或者无碱硼硅玻璃。
上述紫外屏的一种实施方式中，所述配向膜的材质为聚甲基丙烯酸甲酯。
上述紫外屏的一种实施方式中，所述液晶为聚合物分散液晶，由低分子液晶、高分子聚合物、聚合物三种化合物按照1:2:1的质量百分比混合而成。
上述紫外屏的一种实施方式中，两块玻璃基板的外侧均依次贴附TFT和偏光片。
上述紫外屏的一种实施方式中，其中一块玻璃基板的外侧依次贴附TFT和偏光片。
本发明提供的这种光固化3D打印机，其光源系统由阵列的紫外灯珠组成，其液晶显示屏为权利要求1所述的紫外屏。
本发明的紫外屏结构相较于传统液晶屏，没有背光模组及框架等复杂结构，极大的降低了屏的成本、优化了屏的工艺流程，大大提高了屏的紫外透过率。
本紫外屏的高紫外透光率原理如下：本发明中的紫外屏既可采用在上、下两块玻璃基板的外侧分别贴附偏光片也可组装成仅在液晶下方的玻璃基板外侧贴附偏光片，来控制入射光源朝着单一的方向，入射光透过液晶的强度也随之发生变化。当一束光源通过时，可通过偏光片来改变入射光源形成单一方向的线性偏光片，控制其方向与偏光片光动方向一致。在无外加电压时，小微滴的PDLC液晶分子的光轴处于自由取向，无定向的状态，无法形成具有有规律性的阵向排列，其有效折射率与聚合物的折射率不匹配。因而当光线进入会产生强烈散射，使得光通过玻璃基体时被PDLC液晶分子强烈散射而呈不透明的乳白状态或半透明状态。当施加外电压时，PDLC液晶分子的光轴垂直于显示器表面排列，即与外加电场方向保持一致，使PDLC液晶分子的光折射率与聚合物的折射率基本匹配不产生明显介面，形成一种基本均匀的介质，所以入射光线不会发生散射，显示器呈透明状，从而使其紫外透过率可以达到80％。当除去外加电场时，PDLC液晶分子又恢复最初的散射状态，从而结束显示。简言之，本发明的紫外屏是依靠液晶的旋光性，再结合外加电场的控制，便能实现图像信息化显示。基于本紫外屏的高紫外透过率特性，也可将其用于光固化3D打印机中，将会大大提高打印产品的成功率、缩短工作周期及大大的降低打印成本。
附图说明
图1为本发明实施例一中紫外屏的结构示意图。
图2为本发明实施例二中紫外屏的结构示意图。
具体实施方式
实施例一，如图1所示，本实施例公开的紫外屏，包括玻璃基板1、配向膜2、TFT(薄膜晶体管)3、偏光片4和液晶5。
图1中，上下两块玻璃基板1的相对侧分别覆盖有配向膜2，两块玻璃基板的外侧分别依次贴附TFT3和偏光片4，上、下两块玻璃基板之间的间隔空间用来灌注、夹持所需要的液晶5。
本实施例的玻璃基板采用厚度小于1mm、机械性能优良、耐热与耐化学腐蚀的高透光率纯石英玻璃。
其它实施例的玻璃基板也可根据需要采用厚度小于1mm、机械性能优良、耐热与耐化学腐蚀的无碱硼硅玻璃，如可根据实际需要选择ITO玻璃、FTO玻璃、AZO玻璃中的一种。
配向膜2的材质采用聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl Methacrylate，简称PMMA)，透光率可到90％以上。
液晶5为聚合物分散液晶(Polymer Dispersed Liquid Crystal，简称PDLC)，由低分子液晶、高分子聚合物、聚合物三种化合物按照质量分数比1:2:1混合而成。
液晶5的两侧分别与配向膜接触，配向膜的PMMA材质可使PDLC液晶分子在微观尺寸的层面上实现均匀的排列和取向。
而玻璃基板的主要成分为石英，能完全透过紫外线，而玻璃板覆上配向膜后，PMMA能有效滤除波长小于300nm的紫外光，且可允许300nm～450nm之间的光源通过。
本紫外屏的高紫外透光率原理如下：本发明中的紫外屏既可采用上下两层偏光片也可组装成仅有一个偏光片，来控制入射光源朝着单一的方向，入射光透过液晶的强度也随之发生变化。当一束光源通过时，可通过偏光片来改变入射光源形成单一方向的线性偏光片，控制其方向与偏光片光动方向一致。在无外加电压时，小微滴的PDLC液晶分子的光轴处于自由取向，无定向的状态，无法形成有规律的阵向排列，其有效折射率与聚合物的折射率不匹配。因而当光线进入会产生强烈散射，使得光通过玻璃基体时被PDLC液晶分子强烈散射而呈不透明的乳白状态或半透明状态。当施加外电压时，PDLC液晶分子的光轴垂直于显示器表面排列，即与外加电场方向保持一致，使PDLC液晶分子的光折射率与聚合物的折射率基本匹配不产生明显介面，形成一种基本均匀的介质,所以入射光线不会发生散射，显示器呈透明状，从而使其紫外透过率可以达到80％。当除去外加电场时，PDLC液晶分子又恢复最初的散射状态，从而结束显示。简言之，本发明的紫外屏依靠液晶的旋光性，再结合外加电场的控制，便能实现信息显示。基于本紫外屏的高紫外透过率特性，将其用于光固化3D打印机中，将会大大提高打印产品的成功率、缩短工作周期及大大的降低打印成本。
本紫外屏的两块玻璃基板及它们之间的间距形成具有一定储存空间的液晶盒，向其中注入由低分子液晶、高分子聚合物、聚合物三种化合物按照1:2:1的质量百分比混合而成的PDLC聚合复合液晶，而且两块玻璃基板的液晶接触侧覆盖有一层有机物PMMA，在两块玻璃基板的接触外光源侧贴附一层偏光片。
实施例二，如图2所示，本实施例与实施例一的区别在于：液晶上方的玻璃基板的外侧没有贴附TFT(薄膜晶体管)。
本实施例的其它结构及材料选择/配置与实施例一相同。
简言之，本发明通过优化紫外屏的内部结构，可实现紫外光及可见光范围内具有高的透过率，使其具有良好的紫外透光光学性能。经过试验验证，上述紫外屏的紫外透光率可达30％以上。
由于上述紫外屏具有高紫外透光率，所以可将其应用于光固化3D打印机中。
相应的3D光固化打印机的光源系统可由紫外灯珠阵列组成，功率≥300W，即可使紫外屏的屏幕分辨率≥2K。
将本紫外屏应用于光固化3D打印机后，其紫外透光光学性能大幅度提升，有利于提高光固化打印机在打印过程中产品的成功率，也可进一步缩短打印的工作周期，降低成本。
本发明中，将紫外透过率高于30％，屏幕分辨率不小于2K的液晶显示屏简称为紫外屏。
基于本发明中紫外屏的高紫外透光率，还可将其广泛应用于其它光固化技术领域。

Claims (7)

1.一种紫外屏，其特征在于：它包括玻璃基板、配向膜、TFT、偏光片和液晶；
上、下两块玻璃基板的一侧分别覆盖有配向膜，且至少在一块玻璃基板的另一侧设置依次贴附有TFT和偏光片；
上、下两块玻璃基板以配向膜侧正对平行布置夹持液晶。
2.如权利要求1所述的紫外屏，其特征在于：所述玻璃基板为厚度小于1mm的纯石英玻璃或者无碱硼硅玻璃。
3.如权利要求1所述的紫外屏，其特征在于：所述配向膜的材质为聚甲基丙烯酸甲酯。
4.如权利要求1所述的紫外屏，其特征在于：所述液晶为聚合物分散液晶，由低分子液晶、高分子聚合物、聚合物三种化合物按照1:2:1的质量百分比混合而成。
5.如权利要求1所述的紫外屏，其特征在于：上下两块玻璃基板的外侧均依次贴附TFT和偏光片。
6.如权利要求1所述的紫外屏，其特征在于：其中一块玻璃基板的外侧依次贴附TFT和偏光片。
7.一种光固化3D打印机，其特征在于：其光源系统由阵列的紫外灯珠组成，其液晶显示屏为权利要求1所述的紫外屏。
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