BOEが3Dプリント分野に参入、「光硬化型3Dプリント装置及び光硬化型3Dプリント方法」の発明特許が認可

概要： BOE A（000725）は、世界のディスプレイ業界のリーダーの1つです。BOEは、スマートフォン、タブレット、ラップトップ、モニター、テレビなど、複数のアプリケーション分野でディスプレイスクリーンの出荷量で世界第1位を獲得しており、特にフレキシブルスクリーン市場では、その市場シェアは国内業界で第1位、世界で第2位にランクされています。数年前、Antarctic BearはBOEが光硬化型3Dプリンター用の光源スクリーンをカスタマイズしていることを知りましたが、当時は3Dプリント業界の上流サプライヤーとしか考えられていませんでした。しかし、最近のニュースによると、BOEは3Dプリント設備を導入する計画を立てています。

画像出典: BOE公式サイト
2024年1月19日、南極熊は今月16日にBOEが新たな発明特許認可を取得したことを知った。特許名は「光硬化3D印刷装置及び光硬化3D印刷方法」、特許出願番号はCN202110980234.7、認可日は2024年1月16日である。これは、BOE が独自の光硬化 3D プリンターを発売しようとしていることを意味するのでしょうか?

近年、大企業が3Dプリント分野に参入するケースが増えています。例えば、Xiaomiグループも光硬化型3Dプリンターを発売しています。他の大企業については、以前Antarctic Bearが公開した記事「多極化への取り組み！」をご参照ください。中国の大手企業が3Dプリント業界に参入しており、消費者向け3Dプリントと金属3Dプリントが先頭に立っている。

BOE が申請した発明特許を見てみましょう。

発明名称：光硬化型３Ｄプリンタ装置及び光硬化型３Ｄプリンタ方法

概要：本発明は、液状感光性樹脂を収容する感光性樹脂タンクと、感光性樹脂タンクの下方に配置され、感光性樹脂タンクの底部に向けて予め設定されたパターンの硬化光を提供し、硬化光が感光性樹脂タンクを通過して液状感光性樹脂を硬化させる光源と、硬化中に液状感光性樹脂に浸漬される印刷版と、印刷版を垂直方向に移動するように制御し、硬化した感光性樹脂を印刷版上に層ごとに接着して三次元物体を形成する昇降構造とを備える光硬化型３Ｄ印刷装置に関する。本発明はまた、光硬化型３Ｄ印刷方法に関する。

主張:

1. 光硬化型3Dプリント装置であって、以下の特徴を有するもの:
液状の感光性樹脂を収容するために使用される感光性樹脂タンク。
感光性樹脂タンクの下方に配置され、感光性樹脂タンクの底部に向けて予め設定されたパターンの硬化光を提供し、硬化光が感光性樹脂タンクを通過して液状感光性樹脂を硬化させる光源と、硬化中に液状感光性樹脂に浸漬される印刷版と、
昇降構造は、印刷版を垂直方向に移動するように制御し、印刷版上の感光性樹脂を層ごとに接着して固化させ、三次元物体を形成するために使用されます。

２．請求項１に記載の光硬化型３Ｄプリンタ装置であって、前記光源はマイクロＬＥＤアレイモジュールを備え、前記マイクロＬＥＤアレイモジュールは、
基板基板;
基板上にアレイ状に配置された複数のＬＥＤライトと、
駆動回路は、予め設定されたパターンを形成するために、予め設定された規則に従って複数のＬＥＤライトを点灯または消灯するように独立して制御するために使用される。

３．請求項２に記載の光硬化型３Ｄプリンタ装置は、マイクロＬＥＤアレイモジュールと感光性樹脂タンクとの間にコリメートレンズ構造が配置されていることを特徴とする。

４．請求項２に記載の光硬化型３Ｄ印刷装置は、マイクロＬＥＤアレイモジュールが可視光を発することができる可視光ＬＥＤアレイモジュールであり、光源には、ＬＥＤアレイモジュールと感光性樹脂溝との間に配置され、可視光を紫外線に変換するアップコンバージョン構造も含まれることを特徴とする。

５．請求項４に記載の光硬化型３Ｄ印刷装置において、前記アップコンバージョン構造は、互いに対向して配置された第１基板と第２基板とを備え、前記第１基板と前記第２基板との間には、シーリング接着剤によってシールされたアップコンバージョン溶液が設けられることを特徴とする。

６．請求項５に記載の光硬化型３Ｄプリンタ装置は、前記アップコンバージョン構造が、前記複数のＬＥＤランプに１対１に対応する複数のアップコンバージョンユニットに分割され、前記アップコンバージョンユニットの各々が、対応するＬＥＤランプの発光面上に配置されていることを特徴とする。

７．請求項４に記載の光硬化型３Ｄプリンタ装置は、可視光ＬＥＤアレイモジュールが発する可視光の波長が４００ｎｍ〜８００ｎｍであり、アップコンバージョン構造により変換されて発せられる紫外線の波長が２００ｎｍ〜４２０ｎｍであることを特徴とする。

８．請求項４に記載の光硬化型３Ｄ印刷装置において、アップコンバージョン構造の材料が三重項−三重項消光に基づくアップコンバージョン発光材料であることを特徴とする。

９．請求項８に記載の光硬化性３Ｄ印刷装置は、アップコンバージョン発光材料が光増感剤、エネルギー受容体および高分子ポリマーを含み、光増感剤がジ（クマリン６）エチルアセトネートを含み、エネルギー受容体が１，４−ビス（（トリイソプロピルシリル）エチル）ベンゼンを含み、高分子ポリマーが四塩化炭素、二硫化炭素、シクロヘキサン、ヘキサン、塩化エチル、トルエン、ｏ−ジクロロベンゼン、ジオキサンまたはテトラヒドロフランを含むことを特徴とする。

１０．請求項２に記載の光硬化型３Ｄプリンタ装置において、前記マイクロＬＥＤアレイモジュールは、紫外線を発する紫外線マイクロＬＥＤアレイモジュールであることを特徴とする。

１１．請求項１０に記載の光硬化型３Ｄプリンタ装置において、紫外線ＬＥＤアレイモジュールが発する紫外線の波長が２００ｎｍ〜４２０ｎｍであることを特徴とする。

１２．請求項１〜１１のいずれかに記載の光硬化型３Ｄ印刷装置に適用され、以下の工程を含むことを特徴とする光硬化型３Ｄ印刷方法。
印刷版を液体感光性樹脂に浸します。
光源は、予め設定されたパターンの硬化光を提供し、硬化光は感光性樹脂タンクを通過して液状の感光性樹脂を硬化させ、印刷版に接着された樹脂層を形成する。
印刷版は昇降構造によって予め設定された高さまで持ち上げられ、予め設定された高さは樹脂層の厚さと同じである。
上記の手順を繰り返して、印刷版に層ごとに結合した樹脂層を形成し、立体物を生成します。

「具体的な実施方法」の記載によれば、本発明特許の核心は、ＬＥＤアレイモジュール光源の使用にある。

[0038] 現在、３Ｄ印刷方法には、一般的に、ＳＬＡステレオリソグラフィー、デジタル光処理（Digital Light Processing、略称：ＤＬＰ）技術、およびＬＣＤ３Ｄ印刷技術がある。その中で、SLA ステレオリソグラフィー方式はコストが高く、単一レーザーモバイルスキャンは印刷速度の点で優位性がありません。 DLP 3D プリントは全面硬化成形を実現できますが、DLP プロジェクションチップの解像度制限により大面積印刷は実現できず、印刷領域は 300 * 300 mm 未満です。 LCD 3D 印刷技術では、液晶スクリーンを硬化および成形用の UV マスクとして使用します。全面硬化成形は可能ですが、液晶画面内の液晶材料とそのパッケージング材料は、強い紫外線下では容易に分解され、効果がないため、液晶フォトマスクは消耗品としてのみ使用されます。また、液晶画面をフォトマスクとして使用すると光漏れを避けることが難しく、不要な場所で光沢のある樹脂が固まってしまうという問題もありました。

[0039] 図１〜図５を参照すると、上記の問題を考慮して、この実施形態は、以下のものを含む光硬化型３Ｄ印刷装置を提供する。

[0040] 液状の感光性樹脂１００を収容する感光性樹脂タンク１と、

[0041] 感光性樹脂タンク１の下方に配置され、感光性樹脂タンク１の底部に向けて予め設定されたパターンの硬化光を提供し、硬化光が感光性樹脂タンク１を通過して液状の感光性樹脂を硬化させる光源と、

[0042] 硬化中、印刷版２は液状感光性樹脂１００に浸漬される。

[0043] 印刷版２を垂直方向に移動するように制御し、印刷版２上に感光性樹脂を層ごとに接着して固化させて三次元物体を形成するために使用される昇降構造。

[0044] 本実施形態では、予め設定されたパターンを有する硬化光が光源から提供され、液状感光性樹脂１００を硬化させ、硬化した感光性樹脂は、持ち上げ構造の協働により印刷版２上に層ごとに接着され、３次元物体を形成する。単一レーザースキャン方式を使用して印刷速度を上げ、効率を向上させるSLAステレオリソグラフィー方式と比較して、DLP印刷方式と比較して、制限なしに大面積印刷を実現でき、LCD 3D印刷方式と比較して、UV不耐性と光漏れの問題を回避できます。

。。。。省略

[0049] 図４および図５を参照すると、この実施形態のいくつかの実施形態では、光源はマイクロＬＥＤアレイモジュール３１を含み、マイクロＬＥＤアレイモジュール３１は以下を含む。

[0050] 基板311;

基板上にアレイ状に配置された複数のＬＥＤランプ３１２：

[0052] 駆動回路は、複数のＬＥＤライト３１２を独立して制御し、予め設定された規則に従って点灯または消灯させて予め設定されたパターンを形成するために使用される。

[0053] 駆動回路を駆動することにより、複数のＬＥＤランプ３１２を独立して点灯または消灯制御することができ、予め設定された規則に従って点灯または消灯することができる。１つまたは複数のＬＥＤランプ３１２を点灯させることができ、各ＬＥＤランプ３１２を個別に制御することができるため、様々な要求されるパターンを柔軟に形成することができる。予め設定されたパターンで硬化光を照射することにより、液状感光性樹脂１００を予め設定された形状に硬化させる。

[0054] この実施形態では、駆動回路は、硬化効率を向上させるために、複数のＬＥＤライト３１２の明るさを制御するためにも使用される。

[0055] 図２を参照すると、この実施形態のいくつかの実施形態では、マイクロＬＥＤアレイモジュール３１と感光性樹脂タンク１との間にコリメートレンズ３４構造が配置されている。

[0056] コリメートレンズ３４構造は、光源から発せられた光をコリメートし、感光性樹脂溝１に照射される光が適切な大きさの光スポットを形成するように配置される。

[0057] 図２を参照すると、この実施形態のいくつかの実施形態では、集光レンズ３３が、コリメートレンズ３４とマイクロＬＥＤアレイモジュール３１との間にさらに配置される。集光レンズ３３の設定により、マイクロＬＥＤアレイモジュール３１から発せられた光が収束し、マイクロＬＥＤアレイモジュール３１からのすべての光がコリメートレンズ３４に入ることが保証され、それによって光効率が向上する。

[0058] 本実施形態のいくつかの実施形態では、マイクロＬＥＤアレイモジュール３１は、可視光を発することができる可視光ＬＥＤアレイモジュールであり、光源は、ＬＥＤアレイモジュールと感光性樹脂タンク１との間に配置され、可視光を紫外線に変換するために使用される上部変換構造３２をさらに含む。

[0059] 本実施形態では、硬化効率を向上させるために、研磨樹脂は、特定の波長の紫外線を照射した後に硬化できる材料から選択される。 [0059] 本実施形態のいくつかの実施形態では、可視光ＬＥＤアレイモジュールによって放射される可視光の波長は４００ｎｍ〜８００ｎｍであり、アップコンバージョン構造３２によって変換されて放射される紫外線の波長は２００ｎｍ〜４２０ｎｍである。

[0060] 図４を参照すると、この実施形態のいくつかの実施形態では、アップコンバージョン構造３２は、互いに対向して配置された第１の基板３２１および第２の基板３２２と、第１の基板３２１と第２の基板３２２との間にシーリング接着剤３２４によって密封されたアップコンバージョン溶液３２３とを含む。

[0061] アップコンバージョン溶液３２３の充填および包装工程は、無酸素条件下で行われる。包装用接着剤は、アップコンバージョン溶液３２３に含まれる有機溶媒の種類に応じて、有機溶媒と相溶性がなく、または有機溶媒と化学反応を起こさない接着剤材料から選択される。

[0062] 包装用接着剤には、空気の通過を防ぎ、密閉された環境を確保するために隙間があってはならないことに留意すべきである。

[0063] 図５を参照すると、この実施形態のいくつかの実施形態では、上部変換構造３２は、複数のＬＥＤランプ３１２に１つずつ対応する複数の上部変換ユニット３２０に分割され、各上部変換ユニット３２０は、対応するＬＥＤランプ３１２の発光面に配置されている。

[0064] 図４を参照すると、いくつかの実施形態では、アップコンバージョン構造３２は、マイクロＬＥＤアレイモジュール３１の発光側を一体的に覆う一体構造であってもよく、これにより、プロセスの困難さが低減される。図５に示すように、いくつかの実施形態では、アップコンバージョン構造は、複数のＬＥＤランプ３１２に１対１で対応する複数のアップコンバージョンユニット３２０に分割され、対応するＬＥＤランプ３１２の発光面上に直接形成されるため、材料を節約し、コストを削減することができる。

[0065] この実施形態のいくつかの実施形態では、アップコンバージョン構造３２の材料は、三重項−三重項消滅に基づくアップコンバージョン発光材料である。

[0066] この実施形態のいくつかの実施形態では、アップコンバージョン発光材料は、光増感剤、エネルギー受容体、および高分子ポリマーを含む。

。。。。。詳細情報を省略するには、発明特許の原文を参照してください。

BOEが3Dプリント分野に参入、「光硬化型3Dプリント装置及び光硬化型3Dプリント方法」の発明特許が認可

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