LGP: Revolução ótica e perspectivas de aplicação

Índice

Resumo

Como componente central da moderna tecnologia de ecrãs, placa guia de luz (LGP) converte a fonte de luz de linha em fonte de luz de superfície uniforme através de um design ótico preciso, e é amplamente utilizado em ecrãs LCD, caixas de luz publicitárias, equipamento médico e iluminação inteligente. O seu princípio fundamental baseia-se na refração, reflexão e difusão da luz, combinada com a inovação da ciência dos materiais e do processo de fabrico, para alcançar avanços tecnológicos de elevada luminosidade, baixo consumo de energia e ultrafinura. Este artigo analisa exaustivamente o núcleo técnico e o valor de mercado da placa de guia de luz a partir de dez dimensões, incluindo o princípio de funcionamento, as propriedades dos materiais, a tecnologia de fabrico, os cenários de aplicação e as tendências futuras, e cita dados de investigação autorizados e relatórios da indústria para explorar a sua posição estratégica na indústria global de ecrãs.

1. Princípio de funcionamento da placa guia de luz: controlo preciso da ótica

A placa de guia de luz converte eficazmente a fonte de luz em luz de superfície uniforme através de materiais de qualidade ótica (como PMMA ou PC) e da conceção da microestrutura. O seu fluxo de trabalho pode ser dividido em quatro etapas:

Incidência e reflexão total da luz: Depois de a luz entrar na placa guia de luz pelo lado ou pelo fundo, devido ao elevado índice de refração do material (por exemplo, o índice de refração do PMMA é de 1,49), ocorre uma reflexão total no interior para evitar a perda de energia.
Difusão guiada pela microestrutura: Os pontos de guia de luz (com um diâmetro de dezenas de microns a centenas de microns) formados na superfície inferior por gravação a laser, impressão UV e outras tecnologias destroem as condições de reflexão total e dispersam a luz para a superfície.
Melhoria da eficiência dos reflectores: A luz não utilizada é devolvida à placa guia de luz através do refletor, aumentando a eficiência da luz para mais de 90%.
Saída de luz uniforme: Através da conceção de pontos de guia de luz distribuídos de forma esparsa, consegue-se finalmente uma saída de luz plana sem áreas escuras e sem riscas claras e escuras. Este processo combina a ótica física e a simulação computacional. Por exemplo, a tecnologia de matriz de microlentes (MLA) melhora significativamente o brilho e a uniformidade dos dispositivos de visualização através da disposição de dezenas de milhares de microlentes.

2. Seleção de materiais: equilíbrio entre desempenho e custo

O material do núcleo da placa guia de luz tem de ter uma elevada transmissão de luz, resistência às intempéries e facilidade de processamento:

PMMA (acrílico): A transmitância da luz é tão elevada como a do 92%, mas é fácil de absorver água e deformar, sendo adequada para dispositivos de visualização de precisão em interiores (como telemóveis e tablets).
PC (policarbonato): Forte resistência ao impacto e resistência a altas temperaturas, utilizada principalmente em iluminação automóvel e ecrãs de publicidade exterior.
Materiais nanocompósitos: Melhorar a uniformidade através da dopagem de partículas dispersas, mas as aplicações de grandes dimensões continuam a enfrentar desafios de processo.

A tendência futura aponta para materiais amigos do ambiente e degradáveis para reduzir a dependência dos recursos petroquímicos. Por exemplo, a investigação e o desenvolvimento de PMMA de base biológica entraram na fase experimental.

3. Processo de fabrico: da impressão tradicional à gravação inteligente

A tecnologia de fabrico das placas-guia de luz passou por muitas iterações e divide-se principalmente em duas categorias:

Processo de impressão: Através da impressão serigráfica UV de pontos de guia de luz, o custo é baixo, mas a uniformidade é fraca, adequada para a personalização de pequenos lotes.
Processo de não impressão:
Gravação a laser: alta precisão e excelente eficiência luminosa, mas baixa eficiência e custo elevado.
Moldagem por injeçãoA estrutura complexa pode ser produzida em massa, os custos do molde são elevados e é adequada para produtos normalizados (como módulos de retroiluminação de TV).
Prensagem a quente com rolos: Combinação de estampagem física e gravação química para obter uma elevada uniformidade, mas falta de flexibilidade.

A mais recente inovação na indústria é o design dois-em-um da placa guia de luz e da placa difusora, que reduz os passos de montagem através da moldagem por injeção em camadas e reduz os custos em mais de 20%.

4. Expansão multidimensional da classificação e dos cenários de aplicação

Classificação por forma e método de entrada de luz

Placa plana e placa em cunha: A placa plana é utilizada para uma iluminação uniforme, enquanto a placa em cunha (secção transversal triangular) optimiza a utilização do espaço do equipamento ultrafino.
Luz lateral e direta para baixo: A luz lateral (LED colocado na extremidade) domina os telemóveis e os televisores ultrafinos; a luz direta para baixo (fonte de luz na parte inferior) é utilizada para ecrãs comerciais com requisitos de luminosidade elevados.

Domínios de aplicação

Equipamento de visualização: Módulo de retroiluminação LCD (que representa 70% da produção mundial), garantindo que o ecrã não tem manchas escuras.
Caixa de luz publicitária: Apenas 3 cm de espessura, poupança de energia 77%, poupança anual de eletricidade de 700 graus/metro quadrado.
Investigação médica e científicaLâmpada cirúrgica sem sombras, iluminação de microscópio, fornecendo uma fonte de luz uniforme e sem reflexos.
Iluminação automóvel: O efeito da luz da lâmpada da placa guia de luz é melhorado em 30%, o consumo de energia é reduzido em 20% e a segurança de condução é melhorada.

5. Principais vantagens: a tecnologia potencia o valor comercial

Vida ultra-longa: O processo físico reduz as perdas, PMMA A vida útil do substrato é superior a 8 anos, e o custo de manutenção é reduzido em 60%.
Corte flexível: Suporta emendas de qualquer tamanho para satisfazer necessidades personalizadas, tais como logótipos publicitários.
Poupança de energia e elevada eficiência: A taxa de conversão de luz é aumentada em 30% em comparação com a tecnologia tradicional, e o consumo de energia é apenas 23% das caixas de luz comuns.
Design ultra-fino: A espessura de 3 cm permite poupar espaço e alargar os cenários de aplicação no interior e no exterior.

6. Tendências do mercado: ultra-fino e inteligente

Prevê-se que o mercado global de placas-guia de luz ultrapasse os $5 mil milhões de dólares em 2025. As principais forças motrizes incluem:

Atualização da tecnologia de visualização: OLED e Mini LED registam um aumento da procura de placas de guia de luz de alta precisão.
Fabrico ecológico: A proporção de materiais recicláveis aumentou e a UE incluiu-a nos regulamentos relativos à gestão dos resíduos electrónicos.
Iluminação inteligente: As placas de guia de luz integram sensores para conseguir um escurecimento adaptativo (como o design premiado da Tyrannosaurus Rex Optical Store).

7. Evolução tecnológica: da função única à integração de sistemas

De acordo com a lei de evolução TRIZ, a tecnologia de placas de guia de luz desenvolve-se no sentido de uma "integração dinâmica" e de um "super sistema":

Dinâmico: A microestrutura evolui de pontos fixos para grelhas ajustáveis para satisfazer as necessidades de iluminação de vários cenários.
Integração funcional: A placa guia de luz é composta por uma película de fósforo e uma película de filtro para gerar diretamente luz branca e reduzir o número de componentes.

8. Desafios do sector e estratégias de resposta

Flutuação das matérias-primas: Os preços do PMMA são afectados pelo mercado do petróleo bruto, e as empresas precisam de estabelecer uma cooperação a longo prazo na cadeia de abastecimento.
Barreira técnica: As placas de guia de luz topo de gama dependem de equipamento importado e os fabricantes nacionais estão a acelerar o desenvolvimento da tecnologia de nanoimpressão.
Lacuna de talentos: Os engenheiros ópticos compostos são escassos e a cooperação entre escolas e empresas tornou-se a chave para a formação.

9. Perspectivas futuras: Pontos Quânticos e Dispositivos Vestíveis

Placa guia de luz de pontos quânticos: A gama de cores é aumentada para NTSC 120% através do revestimento de pontos quânticos e é aplicada ao ecrã 8K.
Placa guia de luz flexível: A placa guia de luz dobrável baseada em material PI promove o desenvolvimento de telemóveis com ecrã dobrável e dispositivos portáteis.

10. Resumo

Enquanto componente central da indústria optoelectrónica, a inovação tecnológica das placas-guia de luz continua a promover a modernização dos campos do ecrã e da iluminação. Da inovação de materiais aos processos de fabrico inteligentes, das funções individuais à integração de sistemas, as placas fotogénicas não só melhoram a eficiência energética e a experiência do utilizador, como também se tornam um suporte fundamental para a economia verde e a transformação digital. No futuro, com o amadurecimento de tecnologias como os pontos quânticos e os materiais flexíveis, as placas fotogénicas libertarão um maior potencial em novos cenários, como a RA/RV e as casas inteligentes, liderando a próxima década da tecnologia ótica.

Referências