LGP: rewolucja optyczna i perspektywy zastosowań

Spis treści

Streszczenie

Jako podstawowy element nowoczesnej technologii wyświetlania, płyta światłowodowa (LGP) Przekształca liniowe źródło światła w jednolite powierzchniowe źródło światła dzięki precyzyjnej konstrukcji optycznej i jest szeroko stosowany w ekranach LCD, kasetonach reklamowych, sprzęcie medycznym i inteligentnym oświetleniu. Jego podstawowa zasada opiera się na załamaniu, odbiciu i dyfuzji światła, w połączeniu z innowacjami w dziedzinie materiałoznawstwa i procesu produkcyjnego, aby osiągnąć przełom technologiczny w zakresie wysokiej jasności, niskiego zużycia energii i ultracienkości. Niniejszy artykuł kompleksowo analizuje rdzeń techniczny i wartość rynkową płyty światłowodowej w dziesięciu wymiarach, w tym zasadę działania, właściwości materiału, technologię produkcji, scenariusze zastosowań i przyszłe trendy, a także cytuje wiarygodne dane badawcze i raporty branżowe, aby zbadać jej strategiczną pozycję w globalnej branży wyświetlaczy.

1. Zasada działania płyty światłowodowej: precyzyjna kontrola optyki

Płytka światłowodowa skutecznie przekształca źródło światła w jednolite światło powierzchniowe dzięki materiałom klasy optycznej (takim jak PMMA lub PC) i konstrukcji mikrostruktury. Przepływ pracy można podzielić na cztery etapy:

Padanie i całkowite odbicie światła: Po wejściu światła do płytki światłowodowej z boku lub od dołu, ze względu na wysoki współczynnik załamania materiału (np. współczynnik załamania PMMA wynosi 1,49), następuje całkowite odbicie wewnątrz, aby uniknąć strat energii.
Dyfuzja sterowana mikrostrukturą: Punkty prowadzące światło (o średnicy od dziesiątek do setek mikronów) utworzone na dolnej powierzchni za pomocą grawerowania laserowego, druku UV i innych technologii niszczą warunki całkowitego odbicia i rozpraszają światło na powierzchni.
Zwiększenie wydajności reflektora: Niewykorzystane światło jest zwracane do płyty światłowodowej przez odbłyśnik, zwiększając wydajność świetlną do ponad 90%.
Jednolity strumień świetlny: Dzięki zaprojektowaniu rzadko rozmieszczonych punktów światłowodowych udało się uzyskać płaski strumień świetlny bez ciemnych obszarów oraz jasnych i ciemnych pasów. Proces ten łączy optykę fizyczną i symulację obliczeniową. Na przykład technologia matryc mikrosoczewkowych (MLA) znacznie poprawia jasność i jednorodność urządzeń wyświetlających poprzez rozmieszczenie dziesiątek tysięcy mikrosoczewek.

2. Wybór materiału: równowaga między wydajnością a kosztami

Materiał rdzenia płyty światłowodowej musi charakteryzować się wysoką przepuszczalnością światła, odpornością na warunki atmosferyczne i wygodą przetwarzania:

PMMA (akryl): Przepuszczalność światła jest tak wysoka jak w przypadku 92%, ale łatwo wchłania wodę i odkształca się, dzięki czemu nadaje się do precyzyjnych urządzeń wyświetlających w pomieszczeniach (takich jak telefony komórkowe i tablety).
PC (poliwęglan): Silna odporność na uderzenia i wysoką temperaturę, stosowana głównie w oświetleniu samochodowym i zewnętrznych ekranach reklamowych.
Materiały nanokompozytowe: Poprawa jednorodności poprzez domieszkowanie cząstek rozpraszających, ale aplikacje o dużych rozmiarach nadal napotykają wyzwania procesowe.

Przyszły trend wskazuje na przyjazne dla środowiska i degradowalne materiały, aby zmniejszyć zależność od zasobów petrochemicznych. Na przykład, badania i rozwój biopochodnego PMMA weszły w fazę eksperymentalną.

3. Proces produkcji: od tradycyjnego druku do inteligentnego grawerowania

Technologia produkcji płyt światłowodowych przeszła wiele iteracji i dzieli się głównie na dwie kategorie:

Proces drukowania: Dzięki sitodrukowi UV punktów światłowodowych koszt jest niski, ale jednorodność jest słaba, odpowiednia do dostosowywania małych partii.
Proces niedrukowania:
Grawerowanie laseroweWysoka precyzja i doskonała wydajność świetlna, ale niska wydajność i wysokie koszty.
Formowanie wtryskoweZłożone struktury mogą być produkowane masowo, koszty formowania są wysokie i nadają się do standardowych produktów (takich jak moduły podświetlenia telewizorów).
Prasowanie rolkowe na gorąco: Połączenie fizycznego wytłaczania i trawienia chemicznego w celu uzyskania wysokiej jednorodności, ale brak elastyczności.

Najnowszym przełomem w branży jest konstrukcja "dwa w jednym" płyty prowadzącej światło i płyty rozpraszającej, która redukuje etapy montażu poprzez warstwowe formowanie wtryskowe i zmniejsza koszty o ponad 20%.

4. Wielowymiarowe rozszerzenie klasyfikacji i scenariuszy zastosowań

Klasyfikacja według kształtu i metody wprowadzania światła

Płaska płyta i płyta klinowa: Płaska płyta jest używana do równomiernego oświetlenia, podczas gdy płyta klinowa (trójkątny przekrój) optymalizuje wykorzystanie przestrzeni ultracienkiego sprzętu.
Światło boczne i bezpośrednie: Światło boczne (dioda LED umieszczona na krawędzi) dominuje w telefonach komórkowych i ultracienkich telewizorach; direct-down (źródło światła na dole) jest używane w wyświetlaczach komercyjnych o wysokich wymaganiach dotyczących jasności.

Pola aplikacji

Sprzęt wyświetlający: Moduł podświetlenia LCD (odpowiadający za 70% globalnej produkcji), zapewniający, że ekran nie ma ciemnych plam.
Reklamowy kaseton świetlny: Tylko 3 cm grubości, oszczędność energii 77%, roczna oszczędność energii elektrycznej 700 stopni / metr kwadratowy.
Badania medyczne i naukowechirurgiczna lampa bezcieniowa, oświetlenie mikroskopu, zapewniające nieoślepiające, jednolite źródło światła.
Oświetlenie samochodowe: Efekt świetlny płyty prowadzącej światło został poprawiony o 30%, zużycie energii zostało zmniejszone o 20%, a bezpieczeństwo jazdy zostało zwiększone.

5. Główne zalety: technologia zwiększa wartość handlową

Bardzo długa żywotność: Proces fizyczny zmniejsza straty, PMMA Żywotność podłoża wynosi ponad 8 lat, a koszty konserwacji są zmniejszone o 60%.
Elastyczne cięcie: Obsługuje łączenie w dowolnym rozmiarze, aby spełnić niestandardowe potrzeby, takie jak logo reklamowe.
Oszczędność energii i wysoka wydajność: Współczynnik konwersji światła wzrósł o 30% w porównaniu z tradycyjną technologią, a zużycie energii wynosi tylko 23% zwykłych kasetonów.
Ultracienka konstrukcja: Grubość 3 cm oszczędza miejsce i rozszerza zakres zastosowań wewnątrz i na zewnątrz budynków.

6. Trendy rynkowe: ultracienkie i inteligentne

Oczekuje się, że globalny rynek płyt światłowodowych przekroczy $5 mld USD w 2025 roku. Główne siły napędowe obejmują:

Aktualizacja technologii wyświetlania: OLED i Mini LED odnotowują wzrost zapotrzebowania na precyzyjne płytki światłowodowe.
Ekologiczna produkcja: Odsetek materiałów nadających się do recyklingu wzrósł, a UE uwzględniła go w przepisach dotyczących zarządzania odpadami elektronicznymi.
Inteligentne oświetlenie: Płyty światłowodowe integrują czujniki w celu uzyskania adaptacyjnego ściemniania (takie jak wielokrotnie nagradzany projekt Tyrannosaurus Rex Optical Store).

7. Ewolucja technologiczna: od pojedynczej funkcji do integracji systemu

Zgodnie z prawem ewolucji TRIZ, technologia płyt światłowodowych rozwija się w kierunku "dynamicznej" i "super integracji systemu":

Dynamiczny: Mikrostruktura rozwija się od stałych punktów do regulowanych kratek, aby zaspokoić potrzeby oświetleniowe wielu scen.
Integracja funkcjonalna: Płytka światłowodowa jest połączona z folią fosforową i folią filtrującą, aby bezpośrednio generować białe światło i zmniejszyć liczbę komponentów.

8. Wyzwania branżowe i strategie reagowania

Wahania cen surowców: Na ceny PMMA wpływa rynek ropy naftowej, a firmy muszą nawiązać długoterminową współpracę w ramach łańcucha dostaw.
Bariera techniczna: Wysokiej klasy płytki światłowodowe opierają się na importowanym sprzęcie, a krajowi producenci przyspieszają rozwój technologii nanodruku.
Luka w talentach: Inżynierowie optyki kompozytowej są rzadkością, a współpraca między szkołami a przedsiębiorstwami stała się kluczem do szkolenia.

9. Perspektywy na przyszłość: Kropki kwantowe i urządzenia do noszenia

Płytka światłowodowa Quantum Dot: Gama kolorów jest zwiększona do NTSC 120% dzięki powłoce z kropek kwantowych i jest stosowana do wyświetlania 8K.
Elastyczna płytka światłowodu: Zginana płytka światłowodowa oparta na materiale PI promuje rozwój telefonów komórkowych ze składanym ekranem i urządzeń do noszenia.

10. Podsumowanie

Jako podstawowy element przemysłu optoelektronicznego, innowacje technologiczne w zakresie płytek światłowodowych nadal promują modernizację wyświetlaczy i oświetlenia. Od innowacji materiałowych po inteligentne procesy produkcyjne, od pojedynczych funkcji po integrację systemu, płytki światłowodowe nie tylko poprawiają efektywność energetyczną i wrażenia użytkownika, ale także stają się kluczowym nośnikiem zielonej gospodarki i transformacji cyfrowej. W przyszłości, wraz z dojrzałością technologii takich jak kropki kwantowe i elastyczne materiały, płytki światłowodowe uwolnią większy potencjał w nowych scenariuszach, takich jak AR/VR i inteligentne domy, przewodząc kolejnej dekadzie technologii optycznej.

Referencje