LGP: Optická revolúcia a perspektívy použitia

Obsah

Abstrakt

Ako základný komponent modernej zobrazovacej technológie, svetlovodná doska (LGP) Precíznym optickým dizajnom premieňa riadkový zdroj svetla na rovnomerný povrchový zdroj svetla a je široko používaný v LCD obrazovkách, reklamných svetelných boxoch, zdravotníckych zariadeniach a inteligentnom osvetlení. Jeho základný princíp je založený na lome, odraze a rozptyle svetla v kombinácii s inováciou vedy o materiáloch a výrobného procesu, aby sa dosiahol technologický prielom vysokého jasu, nízkej spotreby energie a ultratenkosti. Tento článok komplexne analyzuje technickú podstatu a trhovú hodnotu svetlovodnej dosky z desiatich hľadísk vrátane princípu fungovania, vlastností materiálu, výrobnej technológie, scenárov použitia a budúcich trendov a cituje autoritatívne výskumné údaje a priemyselné správy s cieľom preskúmať jej strategické postavenie v globálnom odvetví displejov.

1. Princíp činnosti svetlovodnej dosky: presné ovládanie optiky

Svetlovodná doska účinne premieňa zdroj svetla na rovnomerné povrchové svetlo vďaka materiálom optickej triedy (ako je PMMA alebo PC) a návrhu mikroštruktúry. Jej pracovný postup možno rozdeliť do štyroch krokov:

Incidencia a celkový odraz svetla: Po vstupe svetla do svetlovodnej dosky z bočnej alebo spodnej strany dochádza v dôsledku vysokého indexu lomu materiálu (napríklad index lomu PMMA je 1,49) k úplnému odrazu vo vnútri, aby sa zabránilo strate energie.
Difúzia riadená mikroštruktúrou: Svetlovodné body (s priemerom desiatok až stoviek mikrónov) vytvorené na spodnom povrchu laserovým gravírovaním, UV tlačou a inými technológiami ničia podmienky celkového odrazu a rozptyľujú svetlo na povrch.
Zvýšenie účinnosti reflektorov: Nevyužité svetlo sa vracia do svetlovodnej dosky cez reflektor, čím sa zvyšuje účinnosť svetla na viac ako 90%.
Rovnomerný svetelný výkon: Vďaka návrhu riedko rozmiestnených svetlovodných bodov sa nakoniec dosiahne rovinný svetelný výstup bez tmavých oblastí a svetlých a tmavých pruhov. Tento postup kombinuje fyzikálnu optiku a výpočtovú simuláciu. Napríklad technológia mikročočkového poľa (MLA) výrazne zlepšuje jas a rovnomernosť zobrazovacích zariadení prostredníctvom usporiadania desiatok tisíc mikročočiek.

2. Výber materiálu: rovnováha medzi výkonom a nákladmi

Základný materiál svetlovodnej dosky musí mať vysokú priepustnosť svetla, odolnosť voči poveternostným vplyvom a pohodlnosť spracovania:

PMMA (akryl): Priepustnosť svetla je rovnako vysoká ako 92%, ale ľahko absorbuje vodu a deformuje sa, je vhodný pre presné zobrazovacie zariadenia v interiéri (napríklad mobilné telefóny a tablety).
PC (polykarbonát): Silná odolnosť voči nárazom a vysokým teplotám, väčšinou sa používa v automobilovom osvetlení a vonkajších reklamných obrazovkách.
Nanokompozitné materiály: Zlepšite rovnomernosť dopovaním rozptyľujúcich častíc, ale veľkorozmerné aplikácie stále čelia výzvam v procese.

Budúci trend smeruje k ekologickým a rozložiteľným materiálom, aby sa znížila závislosť od petrochemických zdrojov. Napríklad výskum a vývoj PMMA na biologickej báze vstúpil do experimentálnej fázy.

3. Výrobný proces: od tradičnej tlače po inteligentné gravírovanie

Technológia výroby svetlovodných dosiek prešla mnohými zmenami a rozdeľuje sa najmä do dvoch kategórií:

Proces tlače: Prostredníctvom UV sieťotlače svetelných vodiacich bodov sú náklady nízke, ale rovnomernosť je slabá, vhodná na prispôsobenie malých dávok.
Netlačiarenský proces:
Laserové gravírovanie: vysoká presnosť a vynikajúca svetelná účinnosť, ale nízka účinnosť a vysoké náklady.
Vstrekovanie: zložité štruktúry sa dajú vyrábať hromadne, náklady na formy sú vysoké a sú vhodné pre štandardizované výrobky (napríklad moduly podsvietenia televízorov).
Valcové lisovanie za tepla: Kombinácia fyzického razenia a chemického leptania na dosiahnutie vysokej rovnomernosti, ale nedostatočnej flexibility.

Najnovším prelomom v tomto odvetví je konštrukcia svetlovodnej dosky a rozptylovej dosky "dva v jednom", ktorá znižuje počet montážnych krokov prostredníctvom vrstveného vstrekovania a znižuje náklady o viac ako 20%.

4. Viacrozmerné rozšírenie klasifikácie a scenárov použitia

Klasifikácia podľa tvaru a spôsobu vstupu svetla

Plochá doska a klinová doska: Plochá doska sa používa na rovnomerné osvetlenie, zatiaľ čo klinová doska (trojuholníkový prierez) optimalizuje využitie priestoru ultratenkého zariadenia.
Bočné svetlo a priame svetlo nadol: Bočné svetlo (LED dióda umiestnená na okraji) dominuje v mobilných telefónoch a ultratenkých televízoroch; priame svetlo (zdroj svetla v spodnej časti) sa používa pre komerčné displeje s vysokými požiadavkami na jas.

Oblasti použitia

Zobrazovacie zariadenie: Modul podsvietenia LCD (tvorí 70% celosvetovej produkcie), ktorý zabezpečuje, že na obrazovke nie sú tmavé miesta.
Reklamný svetelný box: Hrúbka len 3 cm, úspora energie 77%, ročná úspora elektrickej energie 700 stupňov na meter štvorcový.
Lekársky a vedecký výskum: chirurgická lampa bez tieňa, osvetlenie mikroskopu, ktoré poskytuje rovnomerný zdroj svetla bez oslnenia.
Automobilové osvetlenie: Svetelný efekt svetelnej vodiacej dosky sa zlepšuje o 30%, spotreba energie sa znižuje o 20% a zvyšuje sa bezpečnosť jazdy.

5. Hlavné výhody: technológia zvyšuje komerčnú hodnotu

Mimoriadne dlhá životnosť: Fyzikálny proces znižuje straty, PMMA životnosť substrátu je viac ako 8 rokov a náklady na údržbu sú znížené o 60%.
Pružné rezanie: Podporuje spájanie ľubovoľnej veľkosti, aby vyhovelo vlastným potrebám, napríklad reklamným logám.
Úspora energie a vysoká účinnosť: Rýchlosť premeny svetla sa v porovnaní s tradičnou technológiou zvyšuje o 30% a spotreba energie je len 23% bežných svetelných boxov.
Ultratenký dizajn: Hrúbka 3 cm šetrí priestor a rozširuje možnosti použitia v interiéri aj exteriéri.

6. Trendy na trhu: ultratenké a inteligentné

Očakáva sa, že globálny trh so svetlovodnými doskami v roku 2025 prekročí $5 miliárd USD. Medzi hlavné hnacie sily patria:

Modernizácia technológie zobrazovania: OLED a Mini LED majú prudký nárast dopytu po vysoko presných svetlovodných doskách.
Ekologická výroba: Podiel recyklovateľných materiálov sa zvýšil a EÚ ho zahrnula do nariadení o nakladaní s elektronickým odpadom.
Inteligentné osvetlenie: Svetlovodné dosky integrujú senzory na dosiahnutie adaptívneho stmievania (ako napríklad ocenený dizajn Tyrannosaurus Rex Optical Store).

7. Technologický vývoj: od jednej funkcie k systémovej integrácii

Podľa zákona vývoja TRIZ sa technológia svetlovodných dosiek vyvíja smerom k "dynamickej" a "super systémovej integrácii":

Dynamické: Mikroštruktúra sa vyvíja od pevných bodov k nastaviteľným mriežkam, aby spĺňala potreby osvetlenia viacerých scén.
Funkčná integrácia: Svetlovodná doska je zložená z fosforovej fólie a filtračnej fólie na priame generovanie bieleho svetla a zníženie počtu komponentov.

8. Výzvy v odvetví a stratégie reakcie

Kolísanie surovín: Ceny PMMA ovplyvňuje trh s ropou a spoločnosti musia nadviazať dlhodobú spoluprácu v rámci dodávateľského reťazca.
Technická bariéra: Špičkové svetlovodné dosky sa spoliehajú na dovážané zariadenia a domáci výrobcovia urýchľujú vývoj technológie nanoimprintingu.
Rozdiel v talentoch: Kompozitných optických inžinierov je málo a kľúčom k odbornej príprave sa stala spolupráca škôl a podnikov.

9. Výhľad do budúcnosti: Kvantové body a nositeľné zariadenia

Svetelná vodiaca doska Quantum Dot: Farebný gamut je zvýšený na NTSC 120% prostredníctvom povrchovej úpravy kvantovými bodmi a je aplikovaný na displej 8K.
Flexibilná doska na vedenie svetla: Ohybná svetlovodná doska na báze PI materiálu podporuje vývoj mobilných telefónov so skladacou obrazovkou a nositeľných zariadení.

10. Zhrnutie

Technologické inovácie svetlovodných dosiek ako základnej súčasti optoelektronického priemyslu naďalej podporujú modernizáciu zobrazovacích a osvetľovacích oblastí. Od inovácie materiálov po inteligentné výrobné procesy, od jednotlivých funkcií po systémovú integráciu, svetlovodné dosky nielenže zlepšujú energetickú účinnosť a používateľský zážitok, ale stávajú sa aj kľúčovým nositeľom ekologického hospodárstva a digitálnej transformácie. V budúcnosti, s vyspelosťou technológií, ako sú kvantové bodky a flexibilné materiály, svetlovodné dosky uvoľnia väčší potenciál v nových scenároch, ako sú AR/VR a inteligentné domácnosti, a stanú sa tak lídrom ďalšieho desaťročia optických technológií.

Odkazy