LGP: Оптична революция и перспективи за приложение

Съдържание

Резюме

Като основен компонент на съвременната технология за дисплеи, светловодна плоча (LGP) Преобразува линейния източник на светлина в равномерен повърхностен източник на светлина чрез прецизен оптичен дизайн и се използва широко в LCD екрани, рекламни кутии, медицинско оборудване и интелигентно осветление. Основният му принцип се основава на пречупването, отразяването и разсейването на светлината, съчетан с иновациите в науката за материалите и производствения процес, за да се постигне технологичен пробив на висока яркост, ниска консумация на енергия и ултратънкост. В тази статия се анализира цялостно техническата същност и пазарната стойност на светловодната плоча в десет аспекта, включително принцип на работа, свойства на материалите, производствена технология, сценарии за приложение и бъдещи тенденции, и се цитират авторитетни данни от изследвания и доклади за индустрията, за да се проучи стратегическата ѝ позиция в световната индустрия за дисплеи.

1. Принцип на работа на светловодната плоча: прецизен контрол на оптиката

Светловодната плоча ефективно преобразува източника на светлина в равномерна повърхностна светлина чрез материали от оптичен клас (като PMMA или PC) и дизайн на микроструктурата. Нейният работен процес може да бъде разделен на четири стъпки:

Влияние и пълно отражение на светлината: След като светлината навлезе в светловодната плоча отстрани или отдолу, поради високия коефициент на пречупване на материала (например коефициентът на пречупване на PMMA е 1,49), вътре се получава пълно отражение, за да се избегне загубата на енергия.
Дифузия, направлявана от микроструктурата: Светловодните точки (с диаметър от десетки микрони до стотици микрони), образувани върху долната повърхност чрез лазерно гравиране, UV печат и други технологии, разрушават условията за пълно отражение и разпръскват светлината към повърхността.
Повишаване на ефективността на рефлектора: Неизползваната светлина се връща към светловодната плоча през рефлектора, което увеличава ефективността на светлината до повече от 90%.
Равномерна светлинна мощност: Чрез проектирането на рядко разпределени светловодни точки се постига плоскостна светлина без тъмни зони и светли и тъмни ивици. Този процес съчетава физическа оптика и компютърна симулация. Например, технологията за масиви от микролещи (MLA) значително подобрява яркостта и равномерността на устройствата с дисплей чрез подреждане на десетки хиляди микролещи.

2. Избор на материали: баланс между производителност и цена

Основният материал на светловодната плоча трябва да има висока светлинна пропускливост, устойчивост на атмосферни влияния и удобство при обработка:

PMMA (акрил): Светлинната пропускливост е толкова висока, колкото 92%, но лесно поглъща вода и се деформира, подходящ за устройства с прецизен дисплей на закрито (като мобилни телефони и таблети).
PC (поликарбонат): Силна удароустойчивост и устойчивост на високи температури, използва се предимно в автомобилното осветление и екраните за външна реклама.
Нанокомпозитни материали: Подобряване на еднородността чрез допиране на разсейващи частици, но приложенията с големи размери все още са изправени пред предизвикателства в процеса.

Бъдещата тенденция е насочена към екологично чисти и разградими материали, за да се намали зависимостта от нефтохимическите ресурси. Например, изследванията и разработването на PMMA на биологична основа са навлезли в експериментална фаза.

3. Производствен процес: от традиционен печат до интелигентно гравиране

Технологията за производство на светловодни плочи е претърпяла много итерации и се разделя основно на две категории:

Процес на отпечатване: Чрез UV ситопечат на светловодни точки цената е ниска, но равномерността е лоша, подходяща за персонализиране на малки партиди.
Процес, различен от печатния:
Лазерно гравиране: висока прецизност и отлична светлинна ефективност, но ниска ефективност и висока цена.
Формоване чрез впръскване: сложните структури могат да се произвеждат масово, разходите за формоване са високи и са подходящи за стандартизирани продукти (например модули за подсветка на телевизори).
Ролково горещо пресоване: Комбиниране на физическо щамповане и химическо гравиране за постигане на висока еднородност, но липса на гъвкавост.

Най-новият пробив в индустрията е дизайнът "две в едно" на светловодната плоча и разсейвателя, който намалява стъпките на сглобяване чрез многослойно леене под налягане и намалява разходите с повече от 20%.

4. Многоизмерно разширяване на класификацията и сценариите за приложение

Класификация по форма и метод на въвеждане на светлината

Плоска плоча и клиновидна плоча: Плоската плоча се използва за равномерно осветление, а клиновидната плоча (с триъгълно сечение) оптимизира използването на пространството за ултратънко оборудване.
Странична светлина и директна светлина надолу: Страничната светлина (светодиод, разположен в края) преобладава при мобилните телефони и ултратънките телевизори; директната светлина (източник на светлина в долната част) се използва за търговски дисплеи с високи изисквания за яркост.

Области на приложение

Оборудване за показване: Модул за подсветка на LCD дисплея (представляващ 70% от световното производство), който гарантира, че на екрана няма тъмни петна.
Рекламна светлинна кутия: Дебелина само 3 см, икономия на енергия 77%, годишна икономия на електроенергия от 700 градуса/квадратен метър.
Медицински и научни изследвания: хирургическа лампа без сянка, осветление за микроскопи, осигуряваща равномерен източник на светлина без отблясъци.
Автомобилно осветление: Светлинният ефект на лампата с насочваща пластина се подобрява с 30%, консумацията на енергия се намалява с 20% и се повишава безопасността при шофиране.

5. Основни предимства: технологията дава възможност за създаване на търговска стойност

Изключително дълъг живот: Физическият процес намалява загубите, PMMA животът на субстрата е повече от 8 години, а разходите за поддръжка са намалени с 60%.
Гъвкаво рязане: Поддържа сплитане с всякакъв размер, за да отговори на персонализираните нужди, като например рекламни лога.
Енергоспестяващ и високоефективен: Степента на преобразуване на светлината се увеличава с 30% в сравнение с традиционната технология, а консумацията на енергия е само 23% от обикновените светлинни кутии.
Ултратънък дизайн: Дебелината от 3 см спестява място и разширява възможностите за приложение на закрито и на открито.

6. Пазарни тенденции: свръхтънки и интелигентни

Очаква се през 2025 г. световният пазар на светловодни плочи да надхвърли $5 милиарда щатски долара. Основните движещи сили включват:

Обновяване на технологията на дисплея: При OLED и Mini LED се наблюдава рязко нарастване на търсенето на високопрецизни светловодни плочи.
Зелено производство: Делът на рециклируемите материали се е увеличил и ЕС ги е включил в разпоредбите за управление на електронните отпадъци.
Интелигентно осветление: Светловодните плочи интегрират сензори за постигане на адаптивно затъмняване (като наградения дизайн на Tyrannosaurus Rex Optical Store).

7. Технологична еволюция: от единична функция към системна интеграция

Според закона за еволюцията на TRIZ технологията за светловодни плочи се развива в посока на "динамична" и "суперсистемна интеграция":

Динамичен: Микроструктурата се развива от фиксирани точки до регулируеми решетки, за да отговори на нуждите от осветление на множество сцени.
Функционална интеграция: Светловодната плоча е съставена от фосфорен филм и филтърен филм, за да генерира директно бяла светлина и да намали броя на компонентите.

8. Предизвикателства в индустрията и стратегии за реагиране

Колебания на суровините: Цените на PMMA се влияят от пазара на суров петрол и компаниите трябва да установят дългосрочно сътрудничество по веригата за доставки.
Техническа бариера: Високият клас светловодни плочи разчита на вносно оборудване, а местните производители ускоряват развитието на технологията за наноотпечатване.
Недостиг на таланти: Композитните оптични инженери са недостатъчни и сътрудничеството между училищата и предприятията се превърна в ключ към обучението.

9. Бъдещи перспективи: Квантови точки и устройства за носене

Квантова точка Светлинна направляваща плоча: Цветовата гама се увеличава до NTSC 120% чрез покритие с квантови точки и се прилага за 8K дисплей.
Гъвкава плоча за насочване на светлината: Огъваемата светловодна пластина, базирана на PI материал, насърчава разработването на мобилни телефони и носими устройства със сгъваем екран.

10. Обобщение

Като основен компонент на оптоелектронната индустрия, технологичните иновации на светловодните плочи продължават да насърчават модернизирането на областите на дисплея и осветлението. От иновациите в материалите до интелигентните производствени процеси, от отделните функции до системната интеграция, светловодните пластини не само подобряват енергийната ефективност и потребителското изживяване, но и се превръщат в ключов носител на зелена икономика и цифрова трансформация. В бъдеще, със зрелостта на технологии като квантови точки и гъвкави материали, светловодните плочи ще освободят по-голям потенциал в нови сценарии като AR/VR и интелигентни домове, като ще бъдат водещи през следващото десетилетие на оптичните технологии.

Препратки