LGP: revoluție optică și perspective de aplicare

Tabla de conținut

Rezumat

Ca o componentă de bază a tehnologiei moderne de afișare, placă de ghidare a luminii (LGP) transformă sursa de lumină de linie în sursă de lumină de suprafață uniformă prin design optic precis și este utilizat pe scară largă în ecrane LCD, cutii luminoase publicitare, echipamente medicale și iluminat inteligent. Principiul său de bază se bazează pe refracția, reflexia și difuzia luminii, combinate cu inovarea științei materialelor și a procesului de fabricație, pentru a realiza progrese tehnologice în materie de luminozitate ridicată, consum redus de energie și ultra-subțire. Acest articol analizează în mod cuprinzător nucleul tehnic și valoarea de piață a plăcii de ghidare a luminii din zece dimensiuni, inclusiv principiul de funcționare, proprietățile materialelor, tehnologia de fabricație, scenariile de aplicare și tendințele viitoare, și citează date de cercetare și rapoarte industriale autoritare pentru a explora poziția sa strategică în industria globală de afișare.

1. Principiul de funcționare al plăcii de ghidare a luminii: controlul precis al opticii

Placa de ghidare a luminii convertește eficient sursa de lumină în lumină uniformă de suprafață prin materiale de calitate optică (cum ar fi PMMA sau PC) și proiectarea microstructurii. Fluxul său de lucru poate fi împărțit în patru etape:

Incidența și reflexia totală a luminii: După ce lumina intră în placa de ghidare a luminii din lateral sau de jos, datorită indicelui de refracție ridicat al materialului (cum ar fi indicele de refracție al PMMA este de 1,49), reflexia totală are loc în interior pentru a evita pierderea de energie.
Difuzarea ghidată de microstructură: Punctele de ghidare a luminii (cu un diametru de la zeci de microni la sute de microni) formate pe suprafața inferioară prin gravare cu laser, imprimare UV și alte tehnologii distrug condițiile de reflexie totală și împrăștie lumina la suprafață.
Creșterea eficienței reflectorului: Lumina neutilizată este returnată la placa de ghidare a luminii prin reflector, crescând eficiența luminii la mai mult de 90%.
Emisie de lumină uniformă: Prin proiectarea punctelor de ghidare a luminii slab distribuite, se obține în final o lumină plană fără zone întunecate și fără dungi luminoase și întunecate. Acest proces combină optica fizică și simularea computațională. De exemplu, tehnologia microlens array (MLA) îmbunătățește semnificativ luminozitatea și uniformitatea dispozitivelor de afișare prin dispunerea a zeci de mii de microlentile.

2. Selectarea materialelor: echilibru între performanță și cost

Materialul de bază al plăcii de ghidare a luminii trebuie să aibă o transmisie ridicată a luminii, rezistență la intemperii și confort de prelucrare:

PMMA (acrilic): Transmitanța luminii este la fel de mare ca 92%, dar este ușor de absorbit apă și deformat, potrivit pentru dispozitive de afișare de precizie de interior (cum ar fi telefoane mobile și tablete).
PC (policarbonat): Rezistență puternică la impact și rezistență la temperaturi ridicate, utilizate mai ales în iluminatul auto și în ecranele publicitare exterioare.
Materiale nanocompozite: Îmbunătățirea uniformității prin doparea particulelor de împrăștiere, dar aplicațiile de dimensiuni mari se confruntă încă cu provocări de proces.

Tendința viitoare se îndreaptă către materiale ecologice și degradabile pentru a reduce dependența de resursele petrochimice. De exemplu, cercetarea și dezvoltarea PMMA pe bază biologică au intrat în faza experimentală.

3. Procesul de fabricație: de la imprimarea tradițională la gravarea inteligentă

Tehnologia de fabricație a plăcilor de ghidare a luminii a trecut prin multe iterații și este împărțită în principal în două categorii:

Procesul de imprimare: Prin imprimarea UV a punctelor de ghidare a luminii, costul este scăzut, dar uniformitatea este slabă, potrivită pentru personalizarea loturilor mici.
Proces de neimprimare:
Gravură cu laser: precizie ridicată și eficiență luminoasă excelentă, dar eficiență scăzută și costuri ridicate.
Turnare prin injecție: structurile complexe pot fi produse în masă, costurile de turnare sunt ridicate și sunt potrivite pentru produse standardizate (cum ar fi modulele de iluminare din spate ale televizoarelor).
Presare la cald cu role: Combinând reliefarea fizică și gravarea chimică pentru a obține o uniformitate ridicată, dar lipsa de flexibilitate.

Cea mai recentă descoperire din industrie este designul "doi în unul" al plăcii de ghidare a luminii și al plăcii difuzorului, care reduce etapele de asamblare prin turnare prin injecție în straturi și reduce costurile cu mai mult de 20%.

4. Extinderea multidimensională a clasificării și a scenariilor de aplicare

Clasificare după formă și metoda de intrare a luminii

Placă plată și placă cutată: Placa plată este utilizată pentru iluminarea uniformă, în timp ce placa cutată (secțiune transversală triunghiulară) optimizează utilizarea spațiului pentru echipamentele ultra-subțiri.
Lumină laterală și directă în jos: Lumina laterală (LED plasat la margine) domină telefoanele mobile și televizoarele ultra-subțiri; lumina directă (sursa de lumină la bază) este utilizată pentru afișajele comerciale cu cerințe ridicate de luminozitate.

Domenii de aplicare

Echipament de afișare: Modul de iluminare de fundal LCD (reprezentând 70% din producția globală), asigurând că ecranul nu are pete întunecate.
Cutie luminoasă publicitară: Doar 3 cm grosime, 77% economie de energie, economie anuală de energie electrică de 700 de grade / metru pătrat.
Cercetare medicală și științifică: lampă chirurgicală fără umbră, iluminare microscop, oferind o sursă de lumină uniformă fără strălucire.
Iluminat auto: Efectul luminii lămpii cu placă de ghidare a luminii este îmbunătățit cu 30%, consumul de energie este redus cu 20%, iar siguranța condusului este sporită.

5. Avantaje principale: tehnologia sporește valoarea comercială

Durată de viață ultra-lungă: Procesul fizic reduce pierderile, PMMA durata de viață a substratului este mai mare de 8 ani, iar costul de întreținere este redus cu 60%.
Tăiere flexibilă: Suportă îmbinarea de orice dimensiune pentru a satisface nevoile personalizate, cum ar fi logo-urile publicitare.
Economisire de energie și eficiență ridicată: Rata de conversie a luminii este crescută cu 30% comparativ cu tehnologia tradițională, iar consumul de energie este de numai 23% de cutii de lumină obișnuite.
Design ultra-subțire: Grosimea de 3 cm economisește spațiu și extinde scenariile de aplicare în interior și exterior.

6. Tendințele pieței: ultra-subțire și inteligent

Se preconizează că piața globală a plăcilor de ghidare a luminii va depăși $5 miliarde USD în 2025. Principalele forțe motrice includ:

Actualizarea tehnologiei de afișare: OLED și Mini LED au o cerere crescută pentru plăci de ghidare a luminii de înaltă precizie.
Producție ecologică: Proporția de materiale reciclabile a crescut, iar UE a inclus acest aspect în reglementările privind gestionarea deșeurilor electronice.
Iluminat inteligent: Plăcile de ghidare a luminii integrează senzori pentru a realiza atenuarea adaptivă a luminii (cum ar fi designul premiat al magazinului optic Tyrannosaurus Rex).

7. Evoluția tehnologică: de la funcția unică la integrarea sistemului

În conformitate cu legea evoluției TRIZ, tehnologia plăcilor de ghidare a luminii se dezvoltă spre "dinamică" și "integrare în super sistem":

Dinamică: Microstructura evoluează de la puncte fixe la grătare reglabile pentru a satisface nevoile de iluminare ale mai multor scene.
Integrare funcțională: Placa de ghidare a luminii este compusă din film fosforic și film filtrant pentru a genera direct lumină albă și a reduce numărul de componente.

8. Provocările industriei și strategiile de răspuns

Fluctuația materiilor prime: Prețurile PMMA sunt afectate de piața țițeiului, iar companiile trebuie să stabilească o cooperare pe termen lung în lanțul de aprovizionare.
Bariere tehnice: Plăcile de ghidare a luminii high-end se bazează pe echipamente importate, iar producătorii interni accelerează dezvoltarea tehnologiei de nanoimprimare.
Decalajul de talente: Inginerii opticieni compoziți sunt rari, iar cooperarea școală-întreprindere a devenit cheia formării.

9. Perspective de viitor: Puncte cuantice și dispozitive purtabile

Placă de ghidare a luminii Quantum Dot: Gama de culori este mărită la NTSC 120% prin acoperirea cu puncte cuantice și este aplicată la afișajul 8K.
Placă flexibilă de ghidare a luminii: Placa pliabilă de ghidare a luminii bazată pe materialul PI promovează dezvoltarea telefoanelor mobile cu ecran pliabil și a dispozitivelor portabile.

10. Rezumat

În calitate de componentă de bază a industriei optoelectronice, inovația tehnologică a plăcilor de ghidare a luminii continuă să promoveze modernizarea domeniilor de afișare și iluminare. De la inovarea materialelor la procese de fabricație inteligente, de la funcții unice la integrarea sistemelor, plăcile de ghidare a luminii nu numai că îmbunătățesc eficiența energetică și experiența utilizatorului, dar devin, de asemenea, un suport cheie pentru economia ecologică și transformarea digitală. În viitor, odată cu maturitatea unor tehnologii precum punctele cuantice și materialele flexibile, plăcile de ghidare a luminii vor avea un potențial mai mare în noi scenarii precum AR/VR și casele inteligente, conducând următorul deceniu al tehnologiei optice.

Referințe