LGP: Οπτική επανάσταση και προοπτικές εφαρμογής

Πίνακας περιεχομένων

Περίληψη

Ως βασικό συστατικό της σύγχρονης τεχνολογίας οθόνης, πλάκα οδηγού φωτός (LGP) μετατρέπει την πηγή φωτός γραμμής σε ομοιόμορφη πηγή φωτός επιφάνειας μέσω ακριβούς οπτικού σχεδιασμού και χρησιμοποιείται ευρέως σε οθόνες LCD, διαφημιστικά πλαίσια φωτισμού, ιατρικό εξοπλισμό και έξυπνο φωτισμό. Η βασική του αρχή βασίζεται στη διάθλαση, την ανάκλαση και τη διάχυση του φωτός, σε συνδυασμό με την καινοτομία της επιστήμης των υλικών και της διαδικασίας κατασκευής, για την επίτευξη τεχνολογικών επιτευγμάτων υψηλής φωτεινότητας, χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας και εξαιρετικά λεπτών διαστάσεων. Αυτό το άρθρο αναλύει διεξοδικά τον τεχνικό πυρήνα και την αξία της αγοράς της πλάκας οδηγού φωτός από δέκα διαστάσεις, συμπεριλαμβανομένης της αρχής λειτουργίας, των ιδιοτήτων του υλικού, της τεχνολογίας κατασκευής, των σεναρίων εφαρμογής και των μελλοντικών τάσεων, και παραθέτει έγκυρα ερευνητικά δεδομένα και εκθέσεις του κλάδου για να διερευνήσει τη στρατηγική της θέση στην παγκόσμια βιομηχανία οθονών.

1. Αρχή λειτουργίας της πλάκας οδηγού φωτός: ακριβής έλεγχος της οπτικής

Η πλάκα οδηγού φωτός μετατρέπει αποτελεσματικά την πηγή φωτός σε ομοιόμορφο επιφανειακό φως μέσω υλικών οπτικής ποιότητας (όπως PMMA ή PC) και σχεδιασμού μικροδομής. Η ροή εργασιών της μπορεί να χωριστεί σε τέσσερα βήματα:

Πρόσπτωση και ολική ανάκλαση του φωτός: Αφού το φως εισέλθει στην πλάκα φωτοδηγού από το πλάι ή το κάτω μέρος, λόγω του υψηλού δείκτη διάθλασης του υλικού (όπως ο δείκτης διάθλασης του PMMA είναι 1,49), πραγματοποιείται ολική ανάκλαση στο εσωτερικό για να αποφευχθεί η απώλεια ενέργειας.
Μικροδομή καθοδηγούμενη διάχυση: Τα σημεία καθοδήγησης του φωτός (με διάμετρο από δεκάδες μικρόμετρα έως εκατοντάδες μικρόμετρα) που σχηματίζονται στην κάτω επιφάνεια με χάραξη με λέιζερ, εκτύπωση με υπεριώδη ακτινοβολία και άλλες τεχνολογίες καταστρέφουν τις συνθήκες ολικής ανάκλασης και διασκορπίζουν το φως στην επιφάνεια.
Βελτίωση της απόδοσης του ανακλαστήρα: Το αχρησιμοποίητο φως επιστρέφει στην πλάκα φωτοδηγού μέσω του ανακλαστήρα, αυξάνοντας την απόδοση του φωτός σε περισσότερο από 90%.
Ομοιόμορφη απόδοση φωτός: Μέσω του σχεδιασμού αραιά κατανεμημένων σημείων φωτοδήγησης, επιτυγχάνεται τελικά μια επίπεδη φωτεινή έξοδος χωρίς σκοτεινές περιοχές και φωτεινές και σκοτεινές λωρίδες. Η διαδικασία αυτή συνδυάζει τη φυσική οπτική και την υπολογιστική προσομοίωση. Για παράδειγμα, η τεχνολογία συστοιχίας μικροφακών (MLA) βελτιώνει σημαντικά τη φωτεινότητα και την ομοιομορφία των συσκευών απεικόνισης μέσω της διάταξης δεκάδων χιλιάδων μικροφακών.

2. Επιλογή υλικού: ισορροπία μεταξύ απόδοσης και κόστους

Το υλικό του πυρήνα της πλάκας οδηγού φωτός πρέπει να έχει υψηλή διαπερατότητα φωτός, αντοχή στις καιρικές συνθήκες και ευκολία επεξεργασίας:

PMMA (ακρυλικό): Η διαπερατότητα του φωτός είναι τόσο υψηλή όσο 92%, αλλά είναι εύκολο να απορροφήσει νερό και να παραμορφωθεί, κατάλληλο για συσκευές προβολής ακριβείας σε εσωτερικούς χώρους (όπως κινητά τηλέφωνα και tablet).
PC (πολυανθρακικό): Ισχυρή αντοχή στην κρούση και αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες, που χρησιμοποιείται κυρίως στον φωτισμό αυτοκινήτων και στις οθόνες υπαίθριας διαφήμισης.
Νανοσύνθετα υλικά: Βελτίωση της ομοιομορφίας με την πρόσμιξη σωματιδίων διασποράς, αλλά οι εφαρμογές μεγάλου μεγέθους εξακολουθούν να αντιμετωπίζουν προκλήσεις διεργασιών.

Η μελλοντική τάση δείχνει προς φιλικά προς το περιβάλλον και αποικοδομήσιμα υλικά για τη μείωση της εξάρτησης από τους πετροχημικούς πόρους. Για παράδειγμα, η έρευνα και η ανάπτυξη του PMMA βιολογικής προέλευσης έχει εισέλθει στο πειραματικό στάδιο.

3. Διαδικασία κατασκευής: από την παραδοσιακή εκτύπωση στην έξυπνη χάραξη

Η τεχνολογία κατασκευής των πλακών φωτοδηγών έχει υποστεί πολλές επαναλήψεις και χωρίζεται κυρίως σε δύο κατηγορίες:

Διαδικασία εκτύπωσης: Μέσω της εκτύπωσης UV οθόνης των σημείων φωτεινού οδηγού, το κόστος είναι χαμηλό, αλλά η ομοιομορφία είναι φτωχή, κατάλληλη για προσαρμογή μικρών παρτίδων.
Διαδικασία μη εκτύπωσης:
Χάραξη με λέιζερ: υψηλή ακρίβεια και εξαιρετική φωτεινή απόδοση, αλλά χαμηλή απόδοση και υψηλό κόστος.
Χύτευση με έγχυση: οι πολύπλοκες δομές μπορούν να παραχθούν μαζικά, το κόστος του καλουπιού είναι υψηλό και είναι κατάλληλο για τυποποιημένα προϊόντα (όπως οι μονάδες οπίσθιου φωτισμού τηλεοράσεων).
Θερμή συμπίεση με κύλινδρο: Συνδυασμός φυσικής ανάγλυφης και χημικής χάραξης για την επίτευξη υψηλής ομοιομορφίας, αλλά έλλειψη ευελιξίας.

Η πιο πρόσφατη καινοτομία στον κλάδο είναι ο σχεδιασμός δύο σε ένα της πλάκας οδηγού φωτός και της πλάκας διαχύτη, ο οποίος μειώνει τα βήματα συναρμολόγησης μέσω σύνθεσης με έγχυση σε στρώσεις και μειώνει το κόστος περισσότερο από 20%.

4. Πολυδιάστατη επέκταση της ταξινόμησης και των σεναρίων εφαρμογής

Ταξινόμηση με βάση το σχήμα και τη μέθοδο εισόδου του φωτός

Επίπεδη πλάκα και σφηνοειδής πλάκα: Η επίπεδη πλάκα χρησιμοποιείται για ομοιόμορφο φωτισμό, ενώ η σφηνοειδής πλάκα (τριγωνική διατομή) βελτιστοποιεί την αξιοποίηση του χώρου του εξαιρετικά λεπτού εξοπλισμού.
Πλευρικός φωτισμός και άμεσο κατέβασμα: Το πλευρικό φως (LED τοποθετημένο στην άκρη) κυριαρχεί στα κινητά τηλέφωνα και στις πολύ λεπτές τηλεοράσεις- το απευθείας προς τα κάτω (πηγή φωτός στο κάτω μέρος) χρησιμοποιείται για εμπορικές οθόνες με υψηλές απαιτήσεις φωτεινότητας.

Πεδία εφαρμογής

Εξοπλισμός προβολής: Μονάδα οπίσθιου φωτισμού LCD (που αντιπροσωπεύει 70% της παγκόσμιας παραγωγής), διασφαλίζοντας ότι η οθόνη δεν έχει σκοτεινά σημεία.
Διαφημιστικό κουτί φωτός: 77% εξοικονόμηση ενέργειας, ετήσια εξοικονόμηση ηλεκτρικής ενέργειας 700 μοίρες/τετραγωνικό μέτρο.
Ιατρική και επιστημονική έρευνα: χειρουργική λάμπα χωρίς σκιά, φωτισμός μικροσκοπίου, που παρέχει ομοιόμορφη πηγή φωτός χωρίς θάμβωση.
Φωτισμός αυτοκινήτων: Η φωτεινή επίδραση του λαμπτήρα πλάκας οδηγού φωτός βελτιώνεται κατά 30%, η κατανάλωση ενέργειας μειώνεται κατά 20% και η ασφάλεια οδήγησης ενισχύεται.

5. Βασικά πλεονεκτήματα: η τεχνολογία ενισχύει την εμπορική αξία

Εξαιρετικά μεγάλη διάρκεια ζωής: Η φυσική διαδικασία μειώνει τις απώλειες, PMMA η διάρκεια ζωής του υποστρώματος είναι πάνω από 8 χρόνια και το κόστος συντήρησης μειώνεται κατά 60%.
Ευέλικτη κοπή: Υποστηρίζει τη συγκόλληση οποιουδήποτε μεγέθους για την κάλυψη εξατομικευμένων αναγκών, όπως διαφημιστικά λογότυπα.
Εξοικονόμηση ενέργειας και υψηλή απόδοση: Ο ρυθμός μετατροπής του φωτός αυξάνεται κατά 30% σε σύγκριση με την παραδοσιακή τεχνολογία και η κατανάλωση ενέργειας είναι μόνο 23% των συνηθισμένων φωτοκιβωτίων.
Εξαιρετικά λεπτός σχεδιασμός: πάχος 3 cm εξοικονομεί χώρο και διευρύνει τα σενάρια εφαρμογών σε εσωτερικούς και εξωτερικούς χώρους.

6. Τάσεις της αγοράς: εξαιρετικά λεπτά και έξυπνα

Η παγκόσμια αγορά πλακών φωτοδηγού αναμένεται να ξεπεράσει τα $5 δισεκατομμύρια δολάρια ΗΠΑ το 2025. Οι κύριες κινητήριες δυνάμεις περιλαμβάνουν:

Αναβάθμιση τεχνολογίας οθόνης: Οι OLED και οι μίνι LED έχουν αυξημένη ζήτηση για πλάκες οδηγού φωτός υψηλής ακρίβειας.
Πράσινη μεταποίηση: Το ποσοστό των ανακυκλώσιμων υλικών έχει αυξηθεί και η ΕΕ το έχει συμπεριλάβει στους κανονισμούς διαχείρισης ηλεκτρονικών αποβλήτων.
Έξυπνος φωτισμός: Οι πλάκες οδηγού φωτός ενσωματώνουν αισθητήρες για την επίτευξη προσαρμοστικής εξασθένισης (όπως ο βραβευμένος σχεδιασμός του Tyrannosaurus Rex Optical Store).

7. Τεχνολογική εξέλιξη: από τη μεμονωμένη λειτουργία στην ολοκλήρωση του συστήματος

Σύμφωνα με τον νόμο εξέλιξης TRIZ, η τεχνολογία της πλάκας φωτοδηγού εξελίσσεται προς την κατεύθυνση της "δυναμικής" και της "υπερσυστημικής ολοκλήρωσης":

Δυναμικό: Η μικροδομή εξελίσσεται από σταθερές κουκκίδες σε ρυθμιζόμενα πλέγματα για να ανταποκρίνεται στις ανάγκες φωτισμού πολλαπλών σκηνών.
Λειτουργική ενσωμάτωση: Η πλάκα οδηγού φωτός συνδυάζεται με φιλμ φωσφόρου και φιλμ φίλτρου για την άμεση παραγωγή λευκού φωτός και τη μείωση του αριθμού των εξαρτημάτων.

8. Προκλήσεις του κλάδου και στρατηγικές αντιμετώπισης

Διακύμανση πρώτων υλών: Οι τιμές του PMMA επηρεάζονται από την αγορά αργού πετρελαίου και οι εταιρείες πρέπει να καθιερώσουν μακροπρόθεσμη συνεργασία στην αλυσίδα εφοδιασμού.
Τεχνικό εμπόδιο: Οι πλάκες φωτοδηγού υψηλών προδιαγραφών βασίζονται σε εισαγόμενο εξοπλισμό και οι εγχώριοι κατασκευαστές επιταχύνουν την ανάπτυξη της τεχνολογίας νανοεκτύπωσης.
Χάσμα ταλέντων: Οι σύνθετοι οπτικοί μηχανικοί σπανίζουν και η συνεργασία σχολείου-επιχείρησης έχει γίνει το κλειδί για την εκπαίδευση.

9. Μελλοντικές προοπτικές: Κβαντικές κουκκίδες και φορητές συσκευές

Πλάκα οδηγού φωτός Quantum Dot: Η χρωματική γκάμα αυξάνεται σε NTSC 120% μέσω επίστρωσης κβαντικής κουκκίδας και εφαρμόζεται σε οθόνη 8K.
Εύκαμπτη πλάκα οδηγού φωτός: Η εύκαμπτη πλάκα οδηγού φωτός με βάση το υλικό PI προωθεί την ανάπτυξη κινητών τηλεφώνων με πτυσσόμενη οθόνη και φορητών συσκευών.

10. Περίληψη

Ως το βασικό συστατικό της βιομηχανίας οπτοηλεκτρονικής, η τεχνολογική καινοτομία των πλακών φωτοδηγών συνεχίζει να προωθεί την αναβάθμιση των τομέων της οθόνης και του φωτισμού. Από την καινοτομία των υλικών έως τις έξυπνες διαδικασίες κατασκευής, από τις μεμονωμένες λειτουργίες έως την ολοκλήρωση του συστήματος, οι πλάκες φωτεινών οδηγών όχι μόνο βελτιώνουν την ενεργειακή απόδοση και την εμπειρία του χρήστη, αλλά γίνονται επίσης βασικός φορέας για την πράσινη οικονομία και τον ψηφιακό μετασχηματισμό. Στο μέλλον, με την ωριμότητα τεχνολογιών όπως οι κβαντικές τελείες και τα εύκαμπτα υλικά, οι πλάκες οδηγού φωτός θα απελευθερώσουν μεγαλύτερες δυνατότητες σε νέα σενάρια όπως το AR/VR και τα έξυπνα σπίτια, οδηγώντας την επόμενη δεκαετία της οπτικής τεχνολογίας.

Αναφορές