LGP: optiskā revolūcija un pielietojuma perspektīvas

Abstrakts

Mūsdienu displeju tehnoloģijas galvenā sastāvdaļa, gaismas virzošā plāksne (LGP) ar precīzu optisko konstrukciju pārveido lineāro gaismas avotu par vienmērīgu virsmas gaismas avotu, un to plaši izmanto LCD ekrānos, reklāmas gaismas kastēs, medicīnas iekārtās un inteliģentajā apgaismojumā. Tā pamatprincipa pamatā ir gaismas refrakcija, atstarošana un izkliedēšana, kas apvienota ar inovācijām materiālu zinātnē un ražošanas procesā, lai panāktu tehnoloģiskus sasniegumus - augstu spilgtumu, zemu enerģijas patēriņu un īpaši mazu izmēru. Šajā rakstā visaptveroši analizēta gaismas virzošās plates tehniskā būtība un tirgus vērtība desmit aspektos, tostarp darbības princips, materiālu īpašības, ražošanas tehnoloģija, pielietojuma scenāriji un nākotnes tendences, kā arī citēti autoritatīvi pētījumu dati un nozares ziņojumi, lai izpētītu tās stratēģisko pozīciju pasaules displeju nozarē.

1. Gaismas virzošās plāksnes darbības princips: precīza optikas kontrole

Gaismas virzošā plāksne efektīvi pārveido gaismas avotu vienmērīgā virsmas gaismā, izmantojot optiskās klases materiālus (piemēram, PMMA vai PC) un mikrostruktūras dizainu. Tās darba procesu var iedalīt četros posmos:

  1. Gaismas intensitāte un kopējā atstarošana: Pēc tam, kad gaisma no sāniem vai apakšas iekļūst gaismas virzošajā plāksnē, pateicoties materiāla augstajam refrakcijas rādītājam (piemēram, PMMA refrakcijas rādītājs ir 1,49), lai izvairītos no enerģijas zudumiem, iekšpusē notiek pilnīga atstarošana.
  2. Mikrostruktūras vadīta difūzija: Gaismas virzītājpunkti (ar diametru no desmitiem mikronu līdz simtiem mikronu), kas izveidoti uz apakšējās virsmas ar lāzergravēšanas, UV drukāšanas un citām tehnoloģijām, iznīcina kopējos atstarošanas apstākļus un izkliedē gaismu uz virsmas.
  3. Reflektora efektivitātes uzlabošana: Neizmantotā gaisma caur atstarotāju tiek atgriezta atpakaļ uz gaismas virzošās plāksnes, tādējādi palielinot gaismas efektivitāti līdz vairāk nekā 90%.
  4. Vienmērīga gaismas izvade: Izstrādājot retāk izvietotus gaismas virzošos punktus, beidzot tiek panākta vienmērīga gaismas izvade bez tumšiem apgabaliem un gaišām un tumšām svītrām. Šajā procesā apvienota fizikālā optika un skaitļošanas simulācija. Piemēram, mikrolēcu masīva (MLA) tehnoloģija ievērojami uzlabo displeja ierīču spilgtumu un viendabīgumu, izvietojot desmitiem tūkstošu mikrolēcu.

2. Materiālu izvēle: līdzsvars starp veiktspēju un izmaksām

Gaismas virzošās plāksnes pamatmateriālam jābūt ar augstu gaismas caurlaidību, izturībai pret laikapstākļiem un apstrādes ērtībai:

  • PMMA (akrils): Gaismas caurlaidība ir tikpat augsta kā 92%, bet tā viegli uzsūc ūdeni un deformējas, piemērota iekštelpu precīzām displeja ierīcēm (piemēram, mobilajiem tālruņiem un planšetdatoriem).
  • PC (polikarbonāts): Spēcīga triecienizturība un izturība pret augstām temperatūrām, ko galvenokārt izmanto automobiļu apgaismojumā un āra reklāmas ekrānos.
  • Nanokompozītu materiāli: Uzlabot viendabīgumu, dozējot izkliedējošās daļiņas, bet liela izmēra lietojumi joprojām saskaras ar procesa problēmām.

Nākotnes tendence ir vērsta uz videi draudzīgiem un noārdāmiem materiāliem, lai samazinātu atkarību no naftas ķīmijas resursiem. Piemēram, ir uzsākta eksperimentālā pētniecība un izstrādes stadija, kas saistīta ar PMMA uz bioloģiskas bāzes.

3. Ražošanas process: no tradicionālās drukāšanas līdz inteliģentai gravēšanai

Gaismas vadotņu plākšņu ražošanas tehnoloģija ir piedzīvojusi daudzas iterācijas, un to galvenokārt iedala divās kategorijās:

  1. Drukāšanas process: Izmantojot UV ekrāna drukāšanu gaismas virziena punktos, izmaksas ir zemas, bet viendabīgums ir slikts, piemērots mazu partiju pielāgošanai.
  2. Nepiedrukas process:
  3. Lāzera gravēšana: augsta precizitāte un lieliska gaismas efektivitāte, bet zema efektivitāte un augstas izmaksas.
  4. Iesmidzināšanas formēšana: sarežģītas struktūras var ražot masveidā, veidņu izmaksas ir augstas, un tās ir piemērotas standartizētiem izstrādājumiem (piemēram, televizoru aizmugures apgaismojuma moduļiem).
  5. Karstā presēšana ar rullīti: Apvienojot fizikālo reljefēšanu un ķīmisko gravēšanu, var panākt augstu viendabīgumu, bet trūkst elastības.

Jaunākais nozares sasniegums ir gaismas virzošās plāksnes un izkliedētāja plāksnes konstrukcija "divi vienā", kas samazina montāžas posmu skaitu, izmantojot slāņveida iesmidzināšanu, un samazina izmaksas par vairāk nekā 20%.

4. Klasifikācijas un piemērošanas scenāriju daudzdimensiju paplašināšana

Klasifikācija pēc formas un gaismas ievadīšanas metodes

  • Plakanā plāksne un ķīļa plāksne: Plakanā plāksne tiek izmantota vienmērīgam apgaismojumam, savukārt ķīļveida plāksne (trīsstūra šķērsgriezums) optimizē īpaši plānas iekārtas vietas izmantošanu.
  • Sānu gaisma un tiešā lejupejošā gaisma: Sānu gaisma (LED novietota malā) dominē mobilajos tālruņos un īpaši plānos televizoros; tiešā gaisma (gaismas avots apakšā) tiek izmantota komerciālos displejos ar augstām spilgtuma prasībām.

Pieteikumu lauki

  1. Displeja aprīkojums: LCD aizmugures apgaismojuma modulis (70% no pasaules produkcijas), kas nodrošina, ka uz ekrāna nav tumšu plankumu.
  2. Reklāmas gaismas kaste: Tikai 3 cm biezs, 77% enerģijas ietaupījums, gada elektroenerģijas ietaupījums 700 grādi/kvadrātmetru.
  3. Medicīniskie un zinātniskie pētījumi: ķirurģiska lampa bez ēnas, mikroskopa apgaismojums, kas nodrošina vienotu gaismas avotu bez atspīdumiem.
  4. Automobiļu apgaismojums: Gaismas virzošās plāksnes lampas gaismas efekts ir uzlabots par 30%, enerģijas patēriņš ir samazināts par 20%, un ir uzlabota braukšanas drošība.

5. Galvenās priekšrocības: tehnoloģija nodrošina komerciālu vērtību

  1. Īpaši ilgs kalpošanas laiks: Fiziskais process samazina zaudējumus, PMMA substrāta kalpošanas laiks ir vairāk nekā 8 gadi, un apkopes izmaksas ir samazinātas par 60%.
  2. Elastīga griešana: Atbalsta jebkura izmēra savienojumus, lai apmierinātu pielāgotas vajadzības, piemēram, reklāmas logotipus.
  3. Enerģijas taupīšana un augsta efektivitāte: Gaismas konversijas ātrums ir palielināts par 30% salīdzinājumā ar tradicionālo tehnoloģiju, un parasto gaismas kastu enerģijas patēriņš ir tikai 23%.
  4. Īpaši plāns dizains: 3 cm biezums ietaupa vietu un paplašina iekštelpu un āra lietojuma iespējas.

Paredzams, ka 2025. gadā globālais gaismas virzošo plākšņu tirgus pārsniegs $5 miljardus ASV dolāru. Galvenie virzītājspēki ir:

  • Displeja tehnoloģijas atjaunināšana: OLED un Mini LED ir strauji pieaudzis pieprasījums pēc augstas precizitātes gaismas vadotņu plāksnēm.
  • Zaļā ražošana: Ir palielinājies pārstrādājamo materiālu īpatsvars, un ES ir iekļāvusi to elektronisko atkritumu apsaimniekošanas noteikumos.
  • Viedais apgaismojums: Gaismas virzošajās plāksnēs ir integrēti sensori, lai panāktu adaptīvu aptumšošanu (piemēram, godalgotais Tyrannosaurus Rex Optical Store dizains).

7. Tehnoloģiskā attīstība: no vienas funkcijas līdz sistēmas integrācijai

Saskaņā ar TRIZ evolūcijas likumu gaismas virzošās plāksnes tehnoloģija attīstās "dinamiskas" un "supersistēmas integrācijas" virzienā:

  • Dinamiskā: Mikrostruktūra attīstās no fiksētiem punktiem līdz regulējamiem režģiem, lai atbilstu vairāku ainu apgaismojuma vajadzībām.
  • Funkcionālā integrācija: Gaismas virzošā plāksne ir savienota ar fosfora plēvi un filtra plēvi, lai tieši radītu balto gaismu un samazinātu sastāvdaļu skaitu.

8. Nozares izaicinājumi un reaģēšanas stratēģijas

  1. Izejvielu svārstības: PMMA cenas ietekmē jēlnaftas tirgus, un uzņēmumiem ir jāizveido ilgtermiņa piegādes ķēdes sadarbība.
  2. Tehniskā barjera: Augstas klases gaismas virzošās plates ir atkarīgas no importētām iekārtām, un vietējie ražotāji paātrina nanoimprintēšanas tehnoloģijas attīstību.
  3. Talantu trūkums: Salikto optikas inženieru trūkst, un par apmācības atslēgu ir kļuvusi skolu un uzņēmumu sadarbība.

9. Nākotnes perspektīvas: Kvantu punkti un valkājamas ierīces

  • Quantum Dot gaismas virzošā plāksne: Krāsu gamma ir palielināta līdz NTSC 120%, izmantojot kvantu punktu pārklājumu, un tā tiek piemērota 8K displejam.
  • Elastīga gaismas virzošā plāksne: Salokāma gaismas virzošā plāksne, kuras pamatā ir PI materiāls, veicina salokāmu ekrānu mobilo tālruņu un valkājamu ierīču izstrādi.

10. Kopsavilkums

Kā optoelektronikas nozares pamatelements, gaismas virzošo plākšņu tehnoloģiskās inovācijas turpina veicināt displeju un apgaismojuma jomu modernizāciju. No materiālu inovācijām līdz viediem ražošanas procesiem, no atsevišķām funkcijām līdz sistēmas integrācijai, gaismas virzošās plates ne tikai uzlabo energoefektivitāti un lietotāju pieredzi, bet arī kļūst par galveno zaļās ekonomikas un digitālās transformācijas nesēju. Nākotnē, attīstoties tādām tehnoloģijām kā kvantu punkti un elastīgi materiāli, gaismas virzošās plāksnes atbrīvos lielāku potenciālu jaunos scenārijos, piemēram, AR/VR un viedās mājas, un kļūs par nākamās optisko tehnoloģiju desmitgades līderi.

Atsauces

  1. Gaismas virzošā plāksne_Baidu enciklopēdija
  2. Jingtuo LCD ekrāns: gaismas virzošās plates priekšrocības
  3. LED gaismas virziena plāksnes evolūcijas tendence
  4. Gaismas vadotnes plāksnes ultra-plānas gaismas kastes īpašības
  5. Gaismas virzošās plāksnes materiāli un pielietojums
  6. LGP nozares izpētes ziņojums
  7. Gaismas virzošās plāksnes darbības principa dokuments
  8. Gaismas vadotnes plāksnes uzņēmuma lietojumprogrammas gadījums
  9. Gaismas vadotnes plākšņu nozares tendenču prognoze
  10. Baidu enciklopēdija Tehniskā analīze