LGP: optinė revoliucija ir taikymo perspektyvos

Turinys

Abstraktus

Tai pagrindinė šiuolaikinių ekranų technologijų sudedamoji dalis, šviesos kreipiančioji plokštė (LGP) Dėl tikslios optinės konstrukcijos linijinis šviesos šaltinis paverčiamas vienodo paviršiaus šviesos šaltiniu ir plačiai naudojamas LCD ekranuose, reklaminėse švieslentėse, medicinos įrangoje ir intelektualiajame apšvietime. Jo pagrindinis principas pagrįstas šviesos lūžimu, atspindžiu ir sklaida, kartu su medžiagų mokslo ir gamybos proceso naujovėmis, siekiant technologinio proveržio - didelio ryškumo, mažų energijos sąnaudų ir itin mažo plonumo. Šiame straipsnyje išsamiai analizuojama šviesos kreipiančiųjų plokštelių techninė esmė ir rinkos vertė dešimčia aspektų, įskaitant veikimo principą, medžiagų savybes, gamybos technologiją, taikymo scenarijus ir ateities tendencijas, ir cituojami autoritetingi mokslinių tyrimų duomenys bei pramonės ataskaitos, kad būtų ištirta jų strateginė padėtis pasaulinėje ekranų pramonėje.

1. Šviesos kreipiančiosios plokštės veikimo principas: tikslus optikos valdymas

Šviesos kreipiančioji plokštelė efektyviai paverčia šviesos šaltinį į vienodą paviršiaus šviesą dėl optinės klasės medžiagų (pvz., PMMA arba PC) ir mikrostruktūros dizaino. Jos darbo eigą galima suskirstyti į keturis etapus:

Šviesos kritimas ir visiškas atspindys: Šviesai patekus į šviesos kreipiančiąją plokštelę iš šono arba apačios, dėl didelio medžiagos lūžio rodiklio (pvz., PMMA lūžio rodiklis yra 1,49) viduje atsiranda visiškas atspindys, kad būtų išvengta energijos nuostolių.
Difuzija pagal mikrostruktūrą: Šviesos kreipiamieji taškai (nuo dešimčių iki šimtų mikronų skersmens), suformuoti ant dugno paviršiaus graviravimo lazeriu, UV spaudos ir kitomis technologijomis, sunaikina visiško atspindžio sąlygas ir išsklaido šviesą į paviršių.
Reflektoriaus efektyvumo didinimas: Nepanaudota šviesa per reflektorių grįžta į šviesos kreipiančiąją plokštelę, todėl šviesos efektyvumas padidėja daugiau nei 90%.
Tolygus šviesos srautas: Suprojektavus retai išdėstytus šviesos kreipiančiuosius taškus, galiausiai pasiekiamas plokščias šviesos srautas be tamsių sričių ir šviesių bei tamsių juostų. Šis procesas sujungia fizinę optiką ir kompiuterinį modeliavimą. Pavyzdžiui, mikrolęšio matricos (MLA) technologija, kurioje išdėstyti dešimtys tūkstančių mikrolęšių, žymiai pagerina ekrano įrenginių ryškumą ir tolygumą.

2. Medžiagų pasirinkimas: pusiausvyra tarp eksploatacinių savybių ir sąnaudų

Šviesos kreipiančiosios plokštės pagrindinė medžiaga turi būti labai laidi šviesai, atspari atmosferos poveikiui ir patogi apdoroti:

PMMA (akrilas): Šviesos pralaidumas yra toks pat didelis kaip 92%, tačiau jis lengvai sugeria vandenį ir deformuojasi, tinka patalpų viduje esantiems tikslaus rodymo prietaisams (pvz., mobiliesiems telefonams ir planšetiniams kompiuteriams).
PC (polikarbonatas): Didelis atsparumas smūgiams ir aukštai temperatūrai, dažniausiai naudojamas automobilių apšvietimui ir lauko reklamos ekranams.
Nanokompozitinės medžiagos: Padidinkite vienodumą dopinguodami sklaidančias daleles, tačiau didelių dydžių taikymai vis dar susiduria su proceso iššūkiais.

Ateities tendencija - ekologiškos ir suyrančios medžiagos, kad būtų sumažinta priklausomybė nuo naftos chemijos išteklių. Pavyzdžiui, pradėtas eksperimentinis biologinės kilmės PMMA tyrimas ir kūrimas.

3. Gamybos procesas: nuo tradicinio spausdinimo iki išmaniojo graviravimo

Šviesos kreipiančiųjų plokštelių gamybos technologija patyrė daugybę pakitimų ir iš esmės skirstoma į dvi kategorijas:

Spausdinimo procesas: Šviesos kreipiamųjų taškų spausdinimas UV ekranu yra pigus, tačiau vienodumas yra prastas, tinkamas mažoms partijoms pritaikyti.
Nespausdinimo procesas:
Graviravimas lazeriu: didelis tikslumas ir puikus šviesos efektyvumas, tačiau mažas efektyvumas ir didelė kaina.
Liejimas įpurškimo būdu: sudėtingos struktūros gali būti gaminamos masiškai, formų sąnaudos yra didelės, be to, jos tinka standartiniams gaminiams (pvz., televizorių apšvietimo moduliams).
Karštas ritininis presavimas: Derinant fizinį įspaudimą ir cheminį ėsdinimą pasiekiamas didelis vienodumas, tačiau trūksta lankstumo.

Naujausias proveržis pramonėje - tai šviesos kreipiančiosios plokštės ir išsklaidytuvo plokštės konstrukcija "du viename", dėl kurios, naudojant sluoksniuotą liejimą, sumažėja surinkimo etapų, o sąnaudos sumažėja daugiau nei 20%.

4. Daugiamatis klasifikavimo ir taikymo scenarijų išplėtimas

Klasifikavimas pagal formą ir šviesos patekimo būdą

Plokščia plokštė ir pleištinė plokštė: Plokščia plokštė naudojama vienodam apšvietimui, o pleištinė plokštė (trikampio formos skerspjūvis) optimizuoja itin plonos įrangos erdvės panaudojimą.
Šoninis apšvietimas ir tiesioginis apšvietimas: Šoninė šviesa (šviesos diodas yra krašte) dominuoja mobiliuosiuose telefonuose ir itin plonuose televizoriuose; tiesioginė žemyn nukreipta šviesa (šviesos šaltinis apačioje) naudojama komerciniuose ekranuose, kuriems keliami dideli ryškumo reikalavimai.

Taikymo sritys

Ekrano įranga: LCD apšvietimo modulis (sudaro 70% pasaulinės produkcijos), užtikrinantis, kad ekrane nebūtų tamsių dėmių.
Reklaminė šviesos dėžutė: Tik 3 cm storio, 77% energijos taupymas, metinis elektros energijos sutaupymas 700 laipsnių/kvadratiniam metrui.
Medicininiai ir moksliniai tyrimai: chirurginė bešešėlinė lempa, mikroskopo apšvietimas, užtikrinantis neakinantį tolygų šviesos šaltinį.
Automobilių apšvietimas: Šviesos kreipiančiosios plokštelės lempos šviesos efektas pagerėja 30%, energijos suvartojimas sumažėja 20%, o vairavimo saugumas padidėja.

5. Pagrindiniai privalumai: technologija sukuria komercinę vertę

Itin ilgas tarnavimo laikas: Fizinis procesas sumažina nuostolius, PMMA substrato tarnavimo laikas yra ilgesnis nei 8 metai, o techninės priežiūros išlaidos sumažėja 60%.
Lankstus pjaustymas: Palaiko bet kokio dydžio junginius, kad atitiktų individualius poreikius, pvz., reklaminius logotipus.
Energijos taupymas ir didelis efektyvumas: Palyginti su tradicine technologija, šviesos konversijos koeficientas padidėja 30%, o įprastų šviesos dėžučių energijos suvartojimas yra tik 23%.
Itin plonas dizainas: 3 cm storis leidžia sutaupyti vietos ir išplečia vidaus ir lauko naudojimo galimybes.

6. Rinkos tendencijos: itin plonas ir išmanusis

Tikimasi, kad 2025 m. pasaulinė šviesos kreipiančiųjų plokštelių rinka viršys $5 mlrd. Pagrindinės varomosios jėgos yra šios:

Ekrano technologijos atnaujinimas: OLED ir Mini LED sparčiai auga didelio tikslumo šviesą kreipiančių plokštelių paklausa.
Ekologiška gamyba: Padidėjo perdirbamų medžiagų dalis, o ES įtraukė jas į elektroninių atliekų tvarkymo taisykles.
Išmanusis apšvietimas: Šviesos kreipiančiosiose plokštelėse integruoti jutikliai, kad būtų galima pasiekti prisitaikantį pritemdymą (pvz., apdovanojimus pelnęs "Tyrannosaurus Rex Optical Store" dizainas).

7. Technologijų raida: nuo vienos funkcijos iki sistemos integracijos

Remiantis TRIZ evoliucijos dėsniu, šviesos kreipiančiųjų plokštelių technologija plėtojama "dinamikos" ir "super sistemos integracijos" link:

Dinaminis: Mikrostruktūra keičiasi nuo fiksuotų taškų iki reguliuojamų grotelių, kad atitiktų įvairių scenų apšvietimo poreikius.
Funkcinė integracija: Šviesos kreipiančioji plokštelė yra sudaryta iš fosforo plėvelės ir filtro plėvelės, kad būtų galima tiesiogiai generuoti baltą šviesą ir sumažinti komponentų skaičių.

8. Pramonės iššūkiai ir reagavimo strategijos

Žaliavų svyravimai: PMMA kainoms įtakos turi žalios naftos rinka, todėl įmonės turi užmegzti ilgalaikį bendradarbiavimą tiekimo grandinėje.
Techninė kliūtis: Aukščiausios klasės šviesos kreipiančiosios plokštės priklauso nuo importuotos įrangos, o vietiniai gamintojai sparčiau plėtoja nanoimprintavimo technologiją.
Talentų trūkumas: Sudėtinių optikos inžinierių trūksta, todėl mokyklų ir įmonių bendradarbiavimas tapo svarbiausiu mokymo būdu.

9. Ateities perspektyvos: Kvantiniai taškai ir dėvimi prietaisai

Kvantinių taškų šviesos kreipiančioji plokštelė: Spalvų gama padidinama iki NTSC 120% dėl kvantinių taškų dangos ir pritaikoma 8K ekranui.
Lanksti šviesos kreipiančioji plokštė: Lenkiama šviesos kreipiančioji plokštelė, pagaminta iš PI medžiagos, skatina sulankstomo ekrano mobiliųjų telefonų ir dėvimų prietaisų kūrimą.

10. Apibendrinimas

Šviesos kreipiančiųjų plokštelių, kaip pagrindinio optoelektronikos pramonės komponento, technologinės naujovės ir toliau skatina ekranų ir apšvietimo sričių modernizavimą. Nuo medžiagų inovacijų iki pažangių gamybos procesų, nuo atskirų funkcijų iki sistemos integracijos - šviesos kreipiančiosios plokštelės ne tik pagerina energijos vartojimo efektyvumą ir naudotojų patirtį, bet ir tampa pagrindine ekologiškos ekonomikos ir skaitmeninės transformacijos nešėja. Ateityje, tobulėjant tokioms technologijoms kaip kvantiniai taškai ir lanksčios medžiagos, šviesą kreipiančiosios plokštelės turės daugiau potencialo naujuose scenarijuose, pavyzdžiui, AR/VR ir išmaniųjų namų srityje, ir taps kito optinių technologijų dešimtmečio lydere.

Nuorodos