LGP: оптическая революция и перспективы применения

Оглавление

Аннотация

Является основным компонентом современной дисплейной техники, световодная пластина (LGP) Преобразует линейный источник света в равномерный поверхностный источник света посредством точной оптической конструкции, и широко используется в ЖК-экранах, рекламных световых коробах, медицинском оборудовании и интеллектуальном освещении. Его основной принцип основан на преломлении, отражении и диффузии света, в сочетании с инновациями в материаловедении и производственном процессе, для достижения технологических прорывов высокой яркости, низкого энергопотребления и ультратонкости. В этой статье всесторонне анализируется техническое ядро и рыночная стоимость световодной пластины с десяти сторон, включая принцип работы, свойства материалов, технологию производства, сценарии применения и будущие тенденции, а также приводятся авторитетные данные исследований и отраслевых отчетов для изучения ее стратегического положения в мировой индустрии дисплеев.

1. Принцип работы световодной пластины: точное управление оптикой

Световодная пластина эффективно преобразует источник света в однородный поверхностный свет благодаря оптическим материалам (таким как PMMA или PC) и микроструктуре. Рабочий процесс можно разделить на четыре этапа:

Падение и полное отражение света: После того как свет попадает на световодную пластину сбоку или снизу, благодаря высокому коэффициенту преломления материала (например, коэффициент преломления PMMA составляет 1,49), внутри происходит полное отражение, что позволяет избежать потери энергии.
Управляемая микроструктурой диффузия: Световодные точки (диаметром от десятков микрон до сотен микрон), сформированные на нижней поверхности с помощью лазерной гравировки, УФ-печати и других технологий, разрушают условия полного отражения и рассеивают свет на поверхности.
Повышение эффективности отражателя: Неиспользованный свет возвращается в световодную пластину через отражатель, увеличивая эффективность освещения до более чем 90%.
Равномерный световой поток: Благодаря проектированию малораспределенных световодных точек достигается плоский световой поток без темных областей, светлых и темных полос. Этот процесс сочетает в себе физическую оптику и вычислительное моделирование. Например, технология микролинзовых массивов (MLA) значительно улучшает яркость и равномерность изображения на дисплеях за счет расположения десятков тысяч микролинз.

2. Выбор материала: баланс между производительностью и стоимостью

Основной материал световодной пластины должен обладать высокой светопропускной способностью, устойчивостью к атмосферным воздействиям и удобством обработки:

ПММА (акрил): Светопропускание такое же высокое, как 92%, но он легко впитывает воду и деформируется, подходит для внутренних точных устройств отображения (например, мобильных телефонов и планшетов).
PC (поликарбонат): Сильная ударопрочность и устойчивость к высоким температурам, в основном используется в автомобильном освещении и экранах наружной рекламы.
Нанокомпозитные материалы: Улучшение однородности за счет легирования рассеивающих частиц, но применение больших размеров по-прежнему сопряжено с технологическими трудностями.

Будущая тенденция указывает на экологически чистые и разлагаемые материалы, чтобы уменьшить зависимость от нефтехимических ресурсов. Например, исследования и разработка ПММА на биооснове вступили в экспериментальную стадию.

3. Процесс производства: от традиционной печати до интеллектуальной гравировки

Технология производства световодных пластин претерпела множество итераций и в основном делится на две категории:

Процесс печати: Через УФ-трафаретную печать световодных точек, стоимость низкая, но однородность плохая, подходит для небольшой партии настройки.
Непечатный процесс:
Лазерная гравировка: высокая точность и отличная светоотдача, но низкая эффективность и высокая стоимость.
Литье под давлениемСложные структуры могут производиться серийно, стоимость пресс-формы высока, и она подходит для стандартизированных изделий (например, модулей подсветки телевизоров).
Роликовое горячее прессование: Сочетание физического тиснения и химического травления позволяет достичь высокой однородности, но не хватает гибкости.

Новейшим прорывом в отрасли стала конструкция "два в одном" - световодная и рассеивающая пластины, которая позволяет сократить этапы сборки за счет многослойного литья под давлением и снизить стоимость более чем на 20%.

4. Многомерное расширение классификации и сценариев применения

Классификация по форме и способу проникновения света

Плоская и клиновая пластина: Плоская пластина используется для равномерного освещения, а клиновая пластина (треугольного сечения) оптимизирует использование пространства для ультратонкого оборудования.
Боковой и прямой свет: Боковой свет (светодиод расположен по краям) используется в мобильных телефонах и ультратонких телевизорах; прямой свет (источник света расположен снизу) используется в коммерческих дисплеях с высокими требованиями к яркости.

Области применения

Дисплейное оборудование: Модуль подсветки ЖК-дисплея (на него приходится 70% мирового производства), гарантирующий отсутствие темных пятен на экране.
Рекламный световой короб: Толщина всего 3 см, энергосбережение 77%, годовая экономия электроэнергии 700 градусов/кв.м.
Медицинские и научные исследования: хирургическая бестеневая лампа, освещение микроскопа, обеспечивающее безбликовый равномерный источник света.
Автомобильное освещение: Световой эффект лампы улучшен на 30%, потребление энергии снижено на 20%, а безопасность вождения повышена.

5. Основные преимущества: технология обеспечивает коммерческую ценность

Сверхдлительный срок службы: Физический процесс уменьшает потери, ПММА Срок службы подложки составляет более 8 лет, а стоимость обслуживания снижена на 60%.
Гибкая резка: Поддерживает сращивание любого размера для удовлетворения индивидуальных потребностей, таких как рекламные логотипы.
Энергосбережение и высокая эффективность: Коэффициент преобразования света увеличивается на 30% по сравнению с традиционной технологией, а потребляемая мощность составляет всего 23% по сравнению с обычными световыми коробами.
Ультратонкий дизайн: Толщина 3 см экономит место и расширяет возможности применения в помещениях и на улице.

6. Тенденции рынка: ультратонкие и интеллектуальные

Ожидается, что мировой рынок световодных пластин превысит $5 миллиардов долларов США в 2025 году. К основным движущим силам относятся:

Обновление технологии дисплея: OLED и мини-светодиоды вызывают всплеск спроса на высокоточные световодные пластины.
Зеленое производство: Доля перерабатываемых материалов увеличилась, и ЕС включил их в правила обращения с электронными отходами.
Умное освещение: В световодные пластины интегрированы датчики для обеспечения адаптивного затемнения (например, отмеченный наградами дизайн оптического магазина Tyrannosaurus Rex).

7. Технологическая эволюция: от отдельных функций к системной интеграции

Согласно закону эволюции ТРИЗ, технология световодных пластин развивается в направлении "динамики" и "суперсистемной интеграции":

Динамический: Микроструктура развивается от фиксированных точек до регулируемых решеток для удовлетворения потребностей в освещении различных сцен.
Функциональная интеграция: Световодная пластина состоит из люминофорной пленки и фильтрующей пленки, что позволяет напрямую генерировать белый свет и сократить количество компонентов.

8. Вызовы отрасли и стратегии реагирования

Колебания цен на сырье: Цены на ПММА зависят от рынка сырой нефти, поэтому компаниям необходимо наладить долгосрочное сотрудничество в цепочке поставок.
Технический барьер: Высокотехнологичные световодные пластины используют импортное оборудование, а отечественные производители ускоряют развитие технологии наноимпринтинга.
Нехватка талантов: Инженеров-оптиков не хватает, и сотрудничество школы и предприятия стало ключом к подготовке кадров.

9. Перспективы на будущее: Квантовые точки и носимые устройства

Световодная пластина с квантовой точкой: Цветовой охват увеличен до NTSC 120% за счет покрытия квантовыми точками, и он применяется для отображения 8K.
Гибкая световодная пластина: Сгибаемая световодная пластина на основе PI-материала способствует разработке мобильных телефонов со складным экраном и носимых устройств.

10. Резюме

Являясь основным компонентом оптоэлектронной промышленности, технологические инновации световодных пластин продолжают способствовать модернизации областей отображения и освещения. От инновационных материалов до интеллектуальных производственных процессов, от отдельных функций до системной интеграции, световодные пластины не только повышают энергоэффективность и удобство использования, но и становятся ключевым носителем зеленой экономики и цифровой трансформации. В будущем, с развитием таких технологий, как квантовые точки и гибкие материалы, световодные пластины будут раскрывать все больший потенциал в новых сценариях, таких как AR/VR и умные дома, возглавляя следующее десятилетие оптических технологий.

Ссылки