CN105676532B - 光转换膜片、背光模组及显示装置 - Google Patents

光转换膜片、背光模组及显示装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种光转换膜片、背光模组及显示装置。该光转换膜片包括依次层叠的第一基材层、光转换层和第二基材层，光转换层具有与第一基材层相邻的第一表面以及与第二基材层相邻的第二表面，第二表面的一个或两个或三个边缘为凸缘，且光转换层用于将进入光转换层的入射光转换为白光，第二基材层与第二表面相邻的表面具有与凸缘相适配的凹陷部。将上述光转换膜片应用于背光模组，能够有效地克服背光模组中蓝光的泄露，提高背光模组的亮度和色度均匀度；并且，上述光转换膜片仅是对现有的光转换膜片的内部结构进行了改进，从而在不增加光转换膜片的高度的基础上，保持了原始模组的匹配结构的不变。

Description

光转换膜片、背光模组及显示装置
技术领域
本发明涉及光学技术领域，具体而言，涉及一种光转换膜片、背光模组及显示装置。
背景技术
背光模组主要包括直下式模组和侧入式模组。传统侧入式模组通过导光板将白光光源的光线装换成均匀的面光源出射，但是导光板和光源入射面相对的三个侧表面会有部分光线漏出，从而导致背光模组的亮度和色度均匀度下降。对此，现有技术中通常通过设置黑色的遮蔽胶来解决上述问题，也可以通过涂覆油墨材料，利用油墨对光的吸收和反射作用来解决上述问题。
在现有技术中，除了上述解决方法，还可以在光转换层的边缘上增加一个光学结构，来吸收并转换通过导光板泄露出来的蓝光。然而，由于光学结构具有一定的高度，会改变原始模组的匹配结构，导致光转换层和增亮膜之间存在空气层，增加光能的损耗。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种光转换膜片、背光模组及显示装置，以解决现有技术中的背光模组中光能损耗较大的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种光转换膜片，包括依次层叠的第一基材层、光转换层和第二基材层，光转换层具有与第一基材层相邻的第一表面以及与第二基材层相邻的第二表面，第二表面的一个或两个或三个边缘为凸缘，且光转换层用于将进入光转换层的入射光转换为白光，第二基材层与第二表面相邻的表面具有与凸缘相适配的凹陷部。
进一步地，光转换层的第一表面和第二表面之间的各侧面均为平面，第二基材层的最外侧表面与对应的光转换层的侧面在同一平面。
进一步地，凸缘内设置有光转换材料，且光转换材料包括荧光粉。
进一步地，各边缘的凸缘为长方体。
进一步地，长方体的宽度为0.5～1mm。
进一步地，形成第一基材层和第二基材层的材料为聚合物和/或无机物，聚合物优选为PET，无机物优选为SiO2、Si2O3、TiO2和Al2O3中的任一种或多种。
根据本发明的另一方面，提供了一种背光模组，包括反射层、导光板和光源，导光板具有入光面、第一出光面、三个漏光面和与第一出光面平行的第二出光面，光源与入光面对应设置，且反射层与第二出光面对应设置，背光模组还包括上述的光转换膜片，光转换膜片中的第一基材层设置在第一出光面上，光转换膜片中光转换层为凸缘的边缘对应漏光面设置；其中，反射层朝向导光板的表面位于第一平面上，导光板在第一平面上的投影为第一投影区，光转换膜片在第一平面上的投影为第二投影区，且第一投影区在第二投影区的内部。
进一步地，背光模组还包括增亮膜，增亮膜设置于光转换膜片的远离导光板的一侧。
进一步地，光源为蓝光光源。
根据本发明的又一方面，提供了一种显示装置，包括背光模组以及设置于背光模组上的液晶面板，背光模组为上述的背光模组。
应用本发明的技术方案，本发明提供了一种包括依次层叠的第一基材层、光转换层和第二基材层的光转换膜片，光转换层具有与第一基材层相邻的第一表面以及与第二基材层相邻的第二表面，由于光转换层的第二表面的一个或两个或三个边缘为凸缘，且具有凸缘的上述光转换层能够将入射光转换为白光，从而将上述光转换膜片应用于背光模组时，每个凸缘分别对应于一个漏光面，光源发出的光线从导光板的入光面入射后，大部分的入射光在通过导光板底部微结构的散射作用，从导光板的第一出光面出射，并在光转换层中通过颜色互补使其转换成白光；另一部分的入射光从导光板的三个漏光面出射，并在与漏光面对应的凸缘中通过颜色互补使其颜色变为白色，进而有效地克服了背光模组中蓝光的泄露，提高了背光模组的亮度和色度均匀度；并且，上述光转换膜片仅是对现有的光转换膜片的内部结构进行了改进，从而在不增加光转换膜片的高度的基础上，保持了原始模组的匹配结构的不变。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了本发明实施方式所提供的光转换膜片的剖面结构示意图；
图2示出了本发明实施方式所提供的光转换膜片中光转换层的俯视结构示意图；以及
图3示出了本发明实施方式所提供的背光模组的剖面结构示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
正如背景技术中所介绍的，现有技术中的背光模组为了解决亮度和色度均匀度下降的问题，在光转换层的边缘上增加一个光学结构，然而光学结构具有一定的高度，会改变原始模组的匹配结构，导致光转换层和增亮膜之间存在空气层，增加光能的损耗。本发明的发明人针对上述问题进行研究，提出了一种背光模组，如图1和2所示，包括：依次层叠的第一基材层110、光转换层120和第二基材层130，其特征在于，光转换层120具有与第一基材层110相邻的第一表面以及与第二基材层130相邻的第二表面，第二表面的一个或两个或三个边缘为凸缘121，且光转换层120用于将进入光转换层120的入射光转换为白光，第二基材层130与第二表面相邻的表面具有与凸缘121相适配的凹陷部。
上述光转换膜片中由于光转换层的第二表面的一个或两个或三个边缘为凸缘，且具有凸缘的上述光转换层能够将入射光转换为白光，从而将上述光转换膜片应用于背光模组时，每个凸缘分别对应于一个漏光面，光源发出的光线从导光板的入光面入射后，大部分的入射光在通过导光板底部微结构的散射作用，从导光板的第一出光面出射，并在光转换层中通过颜色互补使其转换成白光；另一部分的入射光从导光板的三个漏光面出射，并在与漏光面对应的凸缘中通过颜色互补使其颜色变为白色，进而有效地克服了背光模组中蓝光的泄露，提高了背光模组的亮度和色度均匀度；并且，上述光转换膜片仅是对现有的光转换膜片的内部结构进行了改进，从而在不增加光转换膜片的高度的基础上，保持了原始模组的匹配结构的不变。
在本发明上述光转换膜片中，光转换层120的第二表面的一个或两个或三个边缘为凸缘121。优选地，第二表面的三个边缘均为凸缘121，如图2所示。上述凸缘121为设置有光转换材料的胶粘层，可以通过打印、印刷、喷涂或者涂抹的工艺形成。将上述光转换膜片应用于背光模组时，上述光转换层120能够将更多的从导光板漏出的出射光转换为白光，从而更为有效地避免了蓝光泄露的问题。
在本发明上述光转换膜片中，形成第一基材层110和第二基材层130的材料可以为聚合物和/或无机物。第一基材层110和第二基材层130可以是多层结构的，也可以是单层结构的，本领域技术人员可以根据实际需要选择厚度及防水氧渗透能力。当光转换层120本身具有很好的水氧阻隔性时，形成上述第一基材层110和第二基材层130的材料可以为聚合物，材料优选为PET；当光转换层120不具有很好的水氧阻隔性时，形成上述第一基材层110和第二基材层130可以都为双层结构，双层结构包括一无机物层和一聚合物层，优选的，聚合物层的材料为PET，无机物层的材料优选为SiO2、Si2O3、TiO2和Al2O3中的任一种或多种，双层结构中无机物层与光转换层120接触设置，从而使得光转换膜片具备优秀的水氧阻隔性。
在本发明上述光转换膜片中，光转换层120的第一表面和第二表面之间的各侧面均为平面，第二基材层130的最外侧表面与对应的光转换层120的侧面在同一平面。即此时形成的凸缘121的外侧表面与光转换层120的外侧表面在同一平面上，形成的光转换层120如图2所示。将上述光转换膜片应用于背光模组中时，由于从导光板的三个漏光面位于导光板的侧面，从而从漏光面射出的光能够更多地进入到光转换层120的凸缘中，并在凸缘121中转换为白光，从而使来自光源的光线更多地被利用，进而提升了背光模组的亮度和色度均匀度。
在本发明上述光转换膜片中，光转换层120中设置有光转换材料，现有技术中的光转换材料通常为量子点材料，然而，当光转换层120中设置有量子点材料时，量子点容易导致光转换层120的边缘部分受到空气中的水氧作用而失去原来转换波长的功能，导致量子点慢慢地失效过程，在光转换层120中形成无效边区域。为了解决上述问题，在一种优选的实施方式中，光转换层120的凸缘121内设置有光转换材料，且光转换材料包括荧光粉。由于光转换材料为荧光粉，且荧光粉相比于量子点材料性能更为稳定，从而使上述凸缘121不易受到水氧的影响，进而当光转换层120中由于包括量子点材料而形成无效边时，上述具有荧光粉的凸缘121能够弥补上述量子点失效带来的转换效率的损失。
当凸缘121内设置荧光粉时，凸缘121只需覆盖部分或全部上述无效边区域即可，其形状可以根据实际需求进行设定。优选地，各边缘的凸缘121为长方体。由于采用激光刻蚀工艺在第二基材层130中形成凹陷部时，形成的凹陷部通常为长方体，然后通过简单的涂布工艺就能够形成具有上述凸缘121的光转换层120，因此，凸缘121采用上述优选的形状能够使光转换膜片的制作工艺更为简单。更为优选地，上述长方体的宽度为0.5～1mm，优选为0.8mm。具有上述优选的宽度范围的长方体能够使凸缘121的宽度大于或等于光转换层120的无效边区域上，从而更为有效地降低了光转换层120中量子点失效带来的转换效率的损失。
在本发明上述光转换膜片中，光转换层120中的光转换材料可以包括量子点和/或荧光粉。当上述光转换层120中的光转换材料为荧光粉时，由于荧光粉比量子点具有更稳定的性质，从而不会在光转换层120中形成无效边区域。并且，上述量子点优选为绿色量子点，上述绿色量子点能够将将蓝光更为有效地转换为白光。由于量子点和荧光粉能够将蓝光转换为白光，从而通过将具有量子点和/或荧光粉的光转换层120应用于背光模组中，设置于导光板上的光转换膜片能够有效地将从导光板的第一出光面和漏光面中射出的蓝光转换为白光，从而避免了蓝光泄露的问题，进而提升了背光模组的亮度和色度均匀度。
上述量子点为由碳、硅、锗、锡、铅、镉、锌、硫、硒、碲、硼、铝、镓、铟、氮、磷、砷、锑、氯、溴、碘、钾、铷、和铯中的任一种或多种元素组成的纳米半导体材料；上述荧光粉可以为现有技术中常用的荧光粉。本领域技术人员可以依据发光的波长去选择荧光粉和量子点，以实现将出射光互补为白色的效果。
上述光转换膜片的制备工艺可以包括：对平整的聚合物层或无机物层进行激光蚀刻得到边缘具有凹陷部的第二基材层130，或者通过3D打印技术直接形成第二基材层130；将上述第二基材层130作为基板，并在第二基材层130的具有凹陷部的一侧表面设置含有量子点和/或荧光粉的胶水，通过与凹陷部形成互补，形成具有凸缘121的光转换预备层；然后在光转换预备层的远离第二基材层130的一侧表面设置第一基材层110；最后，将光转换预备层加热固化以形成光转换层120。上述第二基材层130中凹陷部的形状可以为长方形、梯形等规则或者不规则的形状，且形成于凹陷部中的凸缘121与凹陷部具有相同形状。
根据本发明的另一方面，提供了一种背光模组，如图3所示，包括反射层20、导光板30和光源40，导光板30具有入光面、第一出光面、三个漏光面和与第一出光面平行的第二出光面，光源40与入光面对应设置，且反射层20与第二出光面对应设置，背光模组还包括上述的光转换膜片10，光转换膜片10中的第一基材层110设置在第一出光面上，光转换膜片10中光转换层120为凸缘的边缘对应漏光面设置；其中，反射层20朝向导光板的表面位于第一平面上，导光板30在第一平面上的投影为第一投影区，光转换膜片10在第一平面上的投影为第二投影区，且第一投影区在第二投影区的内部。
上述背光模组中由于光转换层具有与第一基材层相连的第一表面以及与第二基材层相连的第二表面，光转换层的第二表面的一个或两个或三个边缘为凸缘，每个凸缘分别对应于一个漏光面，且具有凸缘的上述光转换层能够将入射光转换为白光，从而光源发出的光线从导光板的入光面入射后，大部分的入射光在通过导光板底部微结构的散射作用，从导光板的第一出光面出射，并在光转换层中通过颜色互补使其转换成白光；另一部分的入射光从导光板的三个漏光面出射，并在光转换层的凸缘中通过颜色互补使其颜色变为白色，进而有效地克服了背光模组中蓝光的泄露，提高了背光模组的亮度和色度均匀度；并且，上述光转换膜片仅是对现有的光转换膜片的内部结构进行了改进，从而在不增加光转换膜片的高度的基础上，保持了原始模组的匹配结构的不变。
在本发明上述背光模组中，导光板30在第一平面上的投影为第一投影区，光转换膜片10在第一平面上的投影为第二投影区，且第一投影区在第二投影区的内部，此时光转换膜片10完全覆盖在导光板30上，且光转换膜片10的表面积要大于导光板30的表面积，从而使从导光板30的漏光面出射的光能够进入光转换膜片10中。
在本发明上述背光模组中，光源40可以为现有技术中的常用光源40，包括蓝光以及除蓝光以外的各色光。优选地，将上述光源40的出射光设定为蓝光，一方面，由于在导光板30上设置光转换膜片10，从而使从导光板30的漏光面进入光转换膜片10的光转换层120中的蓝光激发光转换材料而发出黄光，蓝光和黄光混合形成白光，进而有效地减少了背光模组中蓝光的泄露；另一方面，由于蓝光的危害低，节能，且色域高，采用蓝光作为光源40还能够降低背光模组的能耗。当选择蓝色光源40时，光转换膜片中的有光转换材料可以选择红绿荧光粉、黄色荧光粉、红绿量子点和/或黄色量子点，但并不限于前述组合。上述反射层20用于将从导光板30对应于反射层20一侧的出射光反射回导光板30中，从而提高了背光模组的出光效率。
在本发明上述背光模组中，增亮膜50设置于光转换膜片10的远离导光板30的一侧，用于将从光转换膜片10出射的光进行汇聚，从而提高了背光模组的出光亮度。上述增亮膜50的结构可以根据现有技术进行设定。优选地，增亮膜50包括层叠设置的第一增亮层和第二增亮层。其中，第一增亮层和第二增亮层可以为棱镜层，用于将从光转换膜片10出射的更多的光进行汇聚。
根据本发明的另一方面，提供了一种显示装置，包括上述背光模组以及设置于背光模组上的液晶面板。由于光转换层具有与第一基材层相连的第一表面以及与第二基材层相连的第二表面，光转换层的第二表面的一个或两个或三个边缘为凸缘，每个凸缘分别对应于一个漏光面，且具有凸缘的上述光转换层能够将入射光转换为白光，从而将上述光转换膜片应用于背光模组时，光源发出的光线从导光板的入光面入射后，大部分的入射光在通过导光板底部微结构的散射作用，从导光板的第一出光面出射，并在光转换层中通过颜色互补使其转换成白光；另一部分的入射光从导光板的三个漏光面出射，并在光转换层的凸缘中通过颜色互补使其颜色变为白色，进而有效地克服了背光模组中蓝光的泄露，提高了背光模组的亮度和色度均匀度，最终提高了显示装置的成像质量。
下面将结合实施例和对比例进一步说明本申请提供的光转换膜片和背光模组。
实施例1
本实施例提供的光转换膜片包括依次层叠的第一基材层、光转换层和第二基材层，光转换层具有与第二基材层相邻的第二表面，第二表面的三个边缘为凸缘，第二基材层与第二表面相邻的表面具有与凸缘相适配的凹陷部。
其中，上述第一基材层和第二基材层均包括层叠的PET层和SiO2层，且PET层设置于SiO2层远离光转换层的表面，上述光转换层包括光转换材料，光转换层的凸缘中的光转换材料为CdSe/ZnS核壳量子点，光转换层的基材为聚丙烯酸酯。
实施例2
本实施例提供的光转换膜片与实施例1的区别在于：
光转换层的第一表面和第二表面之间的各侧面均为平面，第二基材层的最外侧表面与对应的光转换层的侧面在同一平面。
实施例3
本实施例提供的光转换膜片与实施例2的区别在于：
光转换层的凸缘中的光转换材料为YAG荧光粉。
实施例4
本实施例提供的光转换膜片与实施例3的区别在于：
各边缘的凸缘为长方体，且长方体的宽度为1mm。
实施例5
本实施例提供的光转换膜片与实施例3的区别在于：
各边缘的凸缘为长方体，且长方体的宽度为0.5mm。
对比例1
本对比例的光转换膜片与实施例1的区别在于：
光转换层的第二表面不具有位于边缘的凸缘，第二基材层与第二表面相邻的表面也不具有与凸缘相适配的凹陷部。
利用上述实施例1至5及对比例1提供的光转换膜片制备背光模组，该背光模组还包括蓝光光源、导光板、反射层和增亮膜，导光板具有入光面、第一出光面、三个漏光面和与第一出光面平行的第二出光面，光源与导光板的入光面相对设置，且反射层与导光板的第二出光面相对设置，光转换膜片中的第一基材层设置在所述第一出光面上，增亮膜设置于光转换膜片的远离导光板的一侧；反射层朝向导光板的表面位于第一平面上，导光板在第一平面上的投影为第一投影区，光转换膜片在第一平面上的投影为第二投影区，且第一投影区在第二投影区的内部。
对上述制备出的背光模组的色度均匀性和亮度进行测试，CIE(x，y)和CIE(x'，y')为色度坐标值，测试结果如下表：
从上述测试结果可以看出，利用实施例1至5中光转换膜片制备的背光模组的色度均匀性和亮度与对比例相比均有明显提高。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
1、将上述光转换膜片应用于背光模组时，光源发出的光线从导光板的入光面入射后，大部分的入射光在通过导光板底部微结构的散射作用，从导光板的第一出光面出射，并在光转换层中通过颜色互补使其转换成白光，另一部分的入射光从导光板的三个漏光面出射，并在光转换层的凸缘中通过颜色互补使其颜色变为白色，进而有效地克服了背光模组中蓝光的泄露，提高了背光模组的亮度和色度均匀度；
2、上述光转换膜片仅是对现有的光转换膜片的内部结构进行了改进，从而在不增加光转换膜片的高度的基础上，保持了原始模组的匹配结构的不变；
3、当上述凸缘中的光转换材料包括荧光粉时，由于荧光粉相比于量子点材料性能更为稳定，不易受到水氧影响而实现，从而当光转换层中由于包括量子点材料而形成无效边时，上述具有荧光粉的凸缘能够弥补量子点失效带来的转换效率的损失。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种光转换膜片，包括依次层叠的第一基材层(110)、光转换层(120)和第二基材层(130)，其特征在于，所述光转换层(120)具有与所述第一基材层(110)相邻的第一表面以及与所述第二基材层(130)相邻的第二表面，所述第二表面的一个或两个或三个边缘为凸缘(121)，且所述光转换层(120)用于将进入所述光转换层(120)的入射光转换为白光，所述第二基材层(130)与所述第二表面相邻的表面具有与所述凸缘(121)相适配的凹陷部，所述凸缘(121)内设置有光转换材料，且所述光转换材料包括荧光粉。
2.根据权利要求1所述的光转换膜片，其特征在于，所述光转换层(120)的第一表面和第二表面之间的各侧面均为平面，所述第二基材层(130)的最外侧表面与对应的所述光转换层(120)的侧面在同一平面。
3.根据权利要求1所述的光转换膜片，其特征在于，各边缘的所述凸缘(121)为长方体。
4.根据权利要求3所述的光转换膜片，其特征在于，所述长方体的宽度为0.5～1mm。
5.根据权利要求1所述的光转换膜片，其特征在于，形成所述第一基材层(110)和所述第二基材层(130)的材料包括聚合物和/或无机物。
6.根据权利要求5所述的光转换膜片，其特征在于，所述聚合物为PET。
7.根据权利要求5所述的光转换膜片，其特征在于，所述无机物为SiO2、Si2O3、TiO2和Al2O3中的任一种或多种。
8.一种背光模组，包括反射层(20)、导光板(30)和光源(40)，所述导光板(30)具有入光面、第一出光面、三个漏光面和与所述第一出光面平行的第二出光面，所述光源(40)与所述入光面对应设置，且所述反射层(20)与所述第二出光面对应设置，其特征在于，
所述背光模组还包括权利要求1至7中任一项所述的光转换膜片(10)，所述光转换膜片(10)中的第一基材层(110)设置在所述第一出光面上，所述光转换膜片(10)中所述光转换层(120)为凸缘的边缘对应所述漏光面设置；
其中，所述反射层(20)朝向所述导光板的表面位于第一平面上，所述导光板(30)在所述第一平面上的投影为第一投影区，所述光转换膜片(10)在所述第一平面上的投影为第二投影区，且所述第一投影区在所述第二投影区的内部。
9.根据权利要求8所述的背光模组，其特征在于，所述背光模组还包括增亮膜(50)，所述增亮膜(50)设置于所述光转换膜片(10)的远离所述导光板(30)的一侧。
10.根据权利要求8所述的背光模组，其特征在于，所述光源(40)为蓝光光源。
11.一种显示装置，包括背光模组以及设置于所述背光模组上的液晶面板，其特征在于，所述背光模组为权利要求8至10中任一项所述的背光模组。
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