CN108461611B - 一种背光源及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种背光源及其制作方法，属于半导体技术领域。所述背光源包括芯片、封装胶体、封装支架、取光调控层和出光调控层，封装支架上开设有凹槽，出光调控层设置在封装胶体上，取光调控层设置在出光调控层和凹槽的底面之间；出光调控层由光学薄膜组成，对第一入射光线的反射率小于或等于设定值，对第二入射光线的反射率大于设定值；第一入射光线和第二入射光线为芯片发出并射入出光调控层的光线，第一入射光线的入射角度在设定范围内，第二入射光线的入射角度在设定范围外；取光调控层对第二入射光线的反射率大于所述设定值；当取光调控层与出光调控层平行设置时，平行设置的两个表面中至少一个为非镜面。本发明有利于背光源的大规模生产。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种背光源及其制作方法。
背景技术
背光源(英文：Back Light)是位于液晶屏背后的一种光源，广泛应用在液晶显示屏(英文：Liquid Crystal Display，简称：LCD)上，以在低光源环境中增加液晶屏的亮度。
发光二极管(英文：Light Emitting Diode，简称：LED)是一种能发光的半导体电子元件，可应用在背光源上。当LED芯片应用在直下式背光源时，要求LED芯片提供较强的侧向光，并且光的发光角度较大，从而覆盖更大的发光区域，使混光更加均匀；当LED芯片应用在侧入式背光源时，要求LED芯片提供较强的正向光，以照亮整个导光板。
但是LED芯片发出的光线射向四面八方，而背光源对光的出射角度有要求(侧向光或正向光)，因此在LED应用在背光源上时，通常会在LED的出光面上额外设置光学透镜，如凸透镜、凹透镜、棱镜等，改变光线的出射角度，从而满足背光源的要求。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：
额外设置光学透镜会大大增大LED的体积和重量，而且制作成本较高，不适合大规模生产和应用。
发明内容
为了解决现有技术不适合大规模生产和应用的问题，本发明实施例提供了一种背光源及其制作方法。所述技术方案如下：
一方面，本发明实施例提供了一种背光源，所述背光源包括芯片、封装胶体和封装支架，所述封装支架上开设有凹槽，所述芯片设置在所述凹槽的底面上，所述封装胶体填满所述凹槽内的空间，所述背光源还包括取光调控层和出光调控层，所述出光调控层设置在所述封装胶体上，所述取光调控层设置在所述出光调控层和所述凹槽的底面之间；
所述出光调控层由光学薄膜组成，所述出光调控层对第一入射光线的反射率小于或等于设定值，且所述出光调控层对第二入射光线的反射率大于所述设定值；所述第一入射光线和所述第二入射光线为所述芯片发出并射入所述出光调控层的光线，所述第一入射光线射入所述出光调控层的入射角度在设定范围内，所述第二入射光线射入所述出光调控层的入射角度在所述设定范围外；
所述取光调控层对所述第二入射光线的反射率大于所述设定值；当所述取光调控层与所述出光调控层平行设置时，所述取光调控层朝向所述出光调控层的表面和所述出光调控层朝向所述取光调控层的表面中的至少一个为非镜面。
可选地，所述出光调控层包括依次层叠的多个氧化物薄膜，相邻两个所述氧化物薄膜的材料的折射率不同，各个所述氧化物薄膜的厚度根据所述设定范围设定。
可选地，所述取光调控层设置在所述凹槽的底面上，所述取光调控层为反射层。
优选地，所述取光调控层还设置在所述凹槽的侧面上。
更优选地，所述凹槽的侧面与所述凹槽的底面之间的夹角为钝角。
优选地，所述背光源还包括增透膜，所述增透膜设置在所述出光调控层和所述封装胶体之间。
更优选地，所述背光源还包括承载体，所述承载体设置在所述增透膜和所述出光调控层之间。
可选地，所述取光调控层设置在所述封装胶体上，所述取光调控层为单向传输器件。
优选地，所述背光源还包括承载体，所述承载体设置在所述取光调控层和所述出光调控层之间。
另一方面，本发明实施例提供了一种背光源的制作方法，所述制作方法包括：
提供设有芯片的封装支架，所述封装支架上开设有凹槽，所述芯片设置在所述凹槽的底面上；
在所述封装支架上设置封装胶体、取光调控层和出光调控层，所述封装胶体填满所述凹槽内的空间，所述出光调控层设置在所述封装胶体上，所述取光调控层设置在所述出光调控层和所述凹槽的表面之间；
其中，所述出光调控层由光学薄膜组成，所述出光调控层对第一入射光线的反射率小于或等于设定值，且所述出光调控层对第二入射光线的反射率大于所述设定值；所述第一入射光线和所述第二入射光线为所述芯片发出并射入所述出光调控层的光线，所述第一入射光线射入所述出光调控层的入射角度在设定范围内，所述第二入射光线射入所述出光调控层的入射角度在所述设定范围外；
所述取光调控层对所述第二入射光线的反射率大于所述设定值，当所述取光调控层设置在一个平面上时，所述取光调控层朝向所述出光调控层的表面和所述出光调控层朝向所述取光调控层的表面中的至少一个为非镜面。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
通过设置取光调控层和出光调控层，出光调控层对入射角度在设定范围内的入射光线的反射率小于或等于设定值，同时对入射角度在设定范围外的入射光线的反射效率大于设定值，也就是说，只有入射角度在设定范围内的入射光线可以透过出光调控层射出，入射角度在设定范围外的入射光线会被出光调控层反射到取光调控层，此时取光调控层将光线再反射到出光调控层，由于取光调控层与出光调控层平行设置时，取光调控层朝向出光调控层的表面和取光调控层朝向取光调控层的表面中的至少一个为非镜面，因此该光线的入射角度在经过出光调控层和取光调控层的反射后会发生变化。如果该光线变化后的入射角度在设定范围内，则可以透过出光调控层射出；如果该光线变化后的入射角度还在设定范围内，则会再次被出光调控层和取光调控层反射，并在反射的过程中改变光线的入射角度，直到该光线变化后的入射角度在设定范围内而透过出光调控层射出，使得芯片发出的大部分光线都以设定范围内的入射角度透过出光调控层射出。由于光线射入出光调控层的入射角度和光线从出光调控层射出的出射角度正相关，因此透过出光调控层射出的光线的出射角度也在一定的范围内，可以实现对光线出射角度的控制，满足背光源的要求。而且出光调控层由光学薄膜组成，对LED的体积和重量的影响很小，制作简单方便，生产成本低，特别适用于背光源的大规模生产和应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一提供的一种背光源的结构示意图；
图2是本发明实施例一提供的出光调控层的结构示意图；
图3是本发明实施例一提供的一束光线在单层膜上进行多光束干涉的示意图；
图4是本发明实施例一提供的式子中各个参数的示意图；
图5是本发明实施例一提供的单层膜的等效界面；
图6是本发明实施例一提供的多层膜反射率递推的示意图；
图7是本发明实施例一提供的正装结构和倒装结构的芯片的结构示意图；
图8是本发明实施例一提供的垂直结构的芯片的结构示意图；
图9是本发明实施例二提供的一种出光调控层的结构示意图；
图10是本发明实施例二提供的一种具体实现方式的出光调控层对芯片发出光线在不同入射角度下的反射率的示意图；
图11是本发明实施例二提供的另一种具体实现方式的出光调控层对芯片发出光线在不同入射角度下的反射率的示意图；
图12是本发明实施例二提供的芯片发出的光线以不同的入射角度射入出光调控层的光路图；
图13是本发明实施例三提供的另一种出光调控层的结构示意图；
图14是本发明实施例三提供的一种具体实现方式的出光调控层对芯片发出光线在不同入射角度下的反射率的示意图；
图15是本发明实施例三提供的芯片发出的光线以不同的入射角度射入出光调控层的光路图；
图16是本发明实施例四提供的另一种背光源的结构示意图；
图17是本发明实施例五提供的一种背光源的制作方法的流程图；
图18是本发明实施例六提供的一种背光源的制作方法的流程图；
图19是本发明实施例七提供的一种背光源的制作方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例一
本发明实施例提供了一种背光源，图1为本实施例提供的背光源的结构示意图，参见图1，该背光源包括芯片11、封装胶体12和封装支架13，封装支架13上开设有凹槽130，芯片11设置在凹槽130的底面131上，封装胶体12填满凹槽130内的空间。
在实际应用中，封装胶体12的材料为透明的，封装胶体12中可以掺有荧光粉。
在本实施例中，该背光源还包括取光调控层20和出光调控层30，出光调控层30设置在封装胶体12上，取光调控层20设置在凹槽130的底面131上。
出光调控层30由光学薄膜组成，出光调控层30对第一入射光线的反射率小于或等于设定值，且出光调控层30对第二入射光线的反射率大于设定值。第一入射光线和第二入射光线为芯片11发出并射入出光调控层30的光线，第一入射光线射入出光调控层30的入射角度在设定范围内，第二入射光线射入出光调控层30的入射角度在设定范围外。
取光调控层20对第二入射光线的反射率大于设定值。当取光调控层20与出光调控层30平行设置时，取光调控层20朝向出光调控层30的表面和出光调控层30朝向取光调控层20的表面中的至少一个为非镜面。
具体地，取光调控层20为反射层。
本发明实施例通过在芯片的出光侧设置出光调控层，出光调控层对入射角度在设定范围内的入射光线的反射率小于或等于设定值，同时对入射角度在设定范围外的入射光线的反射效率大于设定值，也就是说，只有入射角度在设定范围内的入射光线可以透过出光调控层射出，入射角度在设定范围外的入射光线会被出光调控层反射到设置芯片的封装支架内。同时在封装支架内设置芯片的表面上设置反射层，反射层会将该光线再反射到出光调控层，由于反射层与出光调控层平行设置时，反射层朝向出光调控层的表面和出光调控层朝向反射层的表面中的至少一个为非镜面，因此该光线的入射角度在经过出光调控层和反射层的反射后会发生变化。如果该光线变化后的入射角度在设定范围内，则可以透过出光调控层射出；如果该光线变化后的入射角度还在设定范围内，则会再次被出光调控层和反射层反射，并在反射的过程中改变光线的入射角度，直到该光线变化后的入射角度在设定范围内而透过出光调控层射出，使得发出的大部分光线都以设定范围内的入射角度透过出光调控层射出。由于光线射入出光调控层的入射角度和光线从出光调控层射出的出射角度正相关，因此透过出光调控层射出的光线的出射角度也在一定的范围内，可以实现对光线出射角度的控制，满足背光源的要求。而且出光调控层由光学薄膜组成，对LED的体积和重量的影响很小，制作简单方便，生产成本低，特别适用于背光源的大规模生产和应用。
具体地，图2为本实施例提供的出光调控层的结构示意图，参见图2，出光调控层30可以包括依次层叠的多个氧化物薄膜31，相邻两个氧化物薄膜31的材料的折射率不同，各个氧化物薄膜31的厚度根据设定范围设定。通过氧化物薄膜厚度的调整，实现出光调控层对出光角度的调控。
在实际应用中，也可以通过选择不同材料的氧化物薄膜依次层叠，实现能够调控出光角度的出光调控层；还可以综合选择依次层叠的氧化物薄膜的材料和厚度，实现能够调控出光角度的出光调控层。由于通过选择氧化物薄膜的厚度实现出光调控层的方式最为简单和方便，因此本实施例以通过选择氧化物薄膜的厚度实现出光调控层的方式进行具体介绍，但不限于通过选择氧化物薄膜的厚度实现出光调控层的方式。
在具体实现中，各个氧化物薄膜31的厚度可以基于以下公式进行设定：
其中，出光调控层对入射角度为θ0的光线的反射率为光线射入出光调控层经过的第N个氧化物薄膜的等效界面的反射系数，N为多个氧化物薄膜的数量；
为光线射入出光调控层经过的第i个氧化物薄膜的等效界面的反射系数，i为整数；ri为光线射入出光调控层经过的第i个氧化物薄膜的菲涅尔系数，
ηi-1和ηi+1为简化菲涅尔公式采用的系数，对p分量，
对s分量，ηi＝ni×cosθi；ni为光线射入出光调控层经过的第i个氧化物薄膜的材料的折射率，θi为光线射入出光调控层经过第i个氧化物薄膜时的折射角度，n0×sinθ0＝ni-1×sinθi-1＝ni×sinθi＝ni+1×sinθi+1，n0为芯片的材料的折射率，θ0为光线射入出光调控层的入射角度；δi为光线射入出光调控层经过的第i个氧化物薄膜的位相厚度，
di为光线射入出光调控层经过的第i个氧化物薄膜的厚度。
基于以上内容，出光调控层对入射光线的反射率为光线射入出光调控层经过的第N个氧化物薄膜的等效界面的反射系数，而第N个氧化物薄膜的等效界面的反射系数与第N-1个氧化物薄膜的等效界面的反射系数有关，第N-1个氧化物薄膜的等效界面的反射系数与第N-2个氧化物薄膜的等效界面的反射系数有关，……，第2个氧化物薄膜的等效界面的反射系数与第1个氧化物薄膜的等效界面的反射系数有关，因此出光调控层对入射光线的反射率与所有氧化物薄膜的等效界面的反射系数有关。同时各个氧化物薄膜的等效界面的反射系数与各自的菲涅尔系数和位相厚度有关，而各个氧化物薄膜的菲涅尔系数与各自的材料的折射率和光线的折射角度有关，各个氧化物薄膜的位相厚度与各自的厚度、材料的折射率和光线的折射角度有关，所以出光调控层对入射光线的反射率实质上与光线的入射角度、以及所有氧化物薄膜的厚度和材料的折射率有关。
具体实现时，入射角度和对应的反射率的范围是确定的，根据上述内容，在选定氧化物薄膜的材料和数量之后，即可得到各个氧化物薄膜的厚度，实现出光调控层的功能，即透射入射角度在设定范围内的入射光线，同时反射入射角度在设定范围外的入射光线。
下面再说明一下上述公式的由来：
首先从相对简单的单层膜开始，图3为一束光线在单层膜上进行多光束干涉的示意图，参见图3，光线从某个介质射入单层膜，经过单层膜后射出到另一个介质，光线在射入单层膜的第一交界面和从单层膜射出的第二交界面会同时发生反射和折射，从而产生一组反射光束1、2、3、4、……和一组透射光束1’、2’、3’、4’、……。
如果入射光线的振幅为E0，则各个反射光束的振幅依次如下：
……
其中，E1、E2、E3、E4、……依次为反射光束1、2、3、4、……的振幅；图4为上述式子中各个参数的示意图，参见图4，
为光线在第一交界面射入单层膜的透射系数，
为光线在第一交界面射入单层膜的反射系数，
为光线在第一交界面从单层膜射出的反射系数，
为光线在第一交界面从单层膜射出的透射系数，
为光线在第二交界面从单层膜射出的透射系数，
为光线在第二交界面射入单层膜的反射系数，
为光线在第二交界面从单层膜射出的反射系数，
为光线在第二交界面射入单层膜的透射系数；δ为单层膜的位相厚度，
如图3所示，d为单层膜的厚度，n为单层膜的材料的折射率，θ为在单层膜中的折射角度，即相邻两个光束之间的位相差为2×δ。
根据斯托克斯定律可知，r+＝-r-，(r+)2+t+×t+＝1。
因此反射光线的合振幅ER如下：
进而单层膜的反射系数r如下：
由此可见，单层膜的反射系数是一个复数，可以写成如下形式：
其中，
为反射光线的相移，表示反射光线的位相落后于入射光线的值，
因此单层膜的反射率R可以如下：
图5为单层膜的等效界面，参见图5，采用一个等效界面代替单层膜的两个交界面，假设单层膜的折射率为ni，入射介质的折射率为ni-1，出射介质的折射率为ni+1，膜的位相厚度为δi，光线射入单层膜的交界面的反射系数为ri-1，光线从单层膜射出的交界面的反射系数为ri，则这个等效界面的反射系数可以如下：
参照这样的处理，将单层膜反射率的计算推广到多层膜。图6为多层膜反射率递推的示意图，参见图6，首先从光线射入的第1个膜开始，将第1个膜的两个界面(r0和r1)等效为一个界面(反射系数为
)，再将这个等效界面(反射系数为
)和第2个膜之前没有进行等效的界面(r2)等效为一个界面(反射系数为
)，然后将这个等效界面(反射系数为
)和第3个膜之前没有进行等效的界面(r3)等效为一个界面(反射系数为
)，这样按照光线射入的顺序依次递推，直到将等效界面(反射系数为
)和第N个膜之前没有进行等效的界面(rN)等效为一个界面(反射系数为
)，进而可以得到如下公式：
……
即上述用于设定各个氧化物薄膜的厚度的公式。
可选地，氧化物薄膜31的材料可以为五氧化二钽、二氧化钛、二氧化硅或者二氧化铪，实现成本低。
例如，出光调控层由两种材料的氧化物薄膜交替层叠形成，一种材料的氧化物薄膜的材料采用二氧化钛，另一种材料的氧化物薄膜的材料采用二氧化硅。
在实际应用中，设定范围可以在50°以下(如0°～25°)或者20°以上(如35°～80°)。当设定范围在50°以下时，可以提供较为集中的正向光，适用于小尺寸LCD中的背光源；当设定范围在20°以上时，可以提供覆盖面较广的侧向光，适用于大尺寸LCD中的背光源。
可选地，多个氧化物薄膜31的数量可以为30个～70个。在准确调控出光角度的情况下，尽量避免氧化物薄膜的数量过多而造成工艺复杂，增加制造成本。
在本实施例的一种实现方式中，取光调控层20可以为金属反射层。
具体地，金属反射层的材料可以为银或者铝，反射效果好。
在本实施例的另一种实现方式中，取光调控层20可以为分布式布拉格反射层(英文：Distributed Bragg Reflection，简称：DBR)。
具体地，DBR可以包括多个周期的氧化物薄膜，多个周期的氧化物薄膜依次层叠，每个周期的氧化物薄膜包括至少两种材料的氧化物薄膜，不同材料的氧化物薄膜的折射率不同，至少两种材料的氧化物薄膜依次层叠设置，不同周期的氧化物薄膜中至少两种材料的氧化物薄膜的层叠顺序相同。
更具体地，每个周期的氧化物薄膜的厚度可以等于芯片发出光线波长的1/4。
可选地，氧化物薄膜的周期数可以为20个～60个。以在达到反射效果的同时，尽可能减少氧化物薄膜的数量，避免造成加工工艺复杂，生产成本高。
进一步地，一个周期的氧化物薄膜可以包括两种或者三种材料的氧化物薄膜，以在保证反射效果的情况下，尽量降低工艺复杂度。
具体地，DBR中氧化物薄膜的材料可以采用五氧化二钽、二氧化铪、二氧化钛或者二氧化硅。
例如，一个周期的氧化物薄膜包括两种材料的氧化物薄膜，一种材料的氧化物薄膜的材料采用二氧化钛，另一种材料的氧化物薄膜的材料采用二氧化硅。
需要说明的是，如前对出光调控层中出光调控层中氧化物薄膜的厚度的说明部分所述，同一氧化物薄膜(材料相同)在不同的厚度下，对光线的反射效果是不同的。因此即使DBR中氧化物薄膜的材料与出光调控层中氧化物薄膜的材料相同，由于DBR中氧化物薄膜的厚度和出光调控层中氧化物薄膜的厚度不同，因此也可以实现各自不同的功能。
在本实施例的又一种实现方式中，取光调控层20可以为全角反射层(英文：OmniDirectional Reflector，简称：ODR)，即反射层包括依次层叠的DBR和金属反射层。结合DBR和金属反射层的反射能力，反射效果达到最佳。
可选地，如图1所示，取光调控层20还可以设置在凹槽130的侧面132上，以尽可能避免封装支架内的光从非出光面射出，造成背光源漏光。
优选地，如图1所示，凹槽130的侧面132与凹槽130的底面131之间的夹角θ可以为钝角，以尽可能将封装支架内的光反射到出光调控层射出，避免光在封装支架内由于反复反射而消耗掉，提高背光源的出光效率。
在实际应用中，出光调控层30还可以设置在封装支架13设有凹槽130的表面上，即出光调控层30同时铺设在封装支架13和封装胶体12上。相应地，取光调控层20还设置在封装支架13设有凹槽130的表面和出光调控层30之间。一方面，工艺实现上更为简单和方便；另一方面，还可以增强出光调控层对射出光线的调整效果，增加背光源的出光效率。
可选地，如图1所示，该背光源还可以包括增透膜40，增透膜40设置在出光调控层30和封装胶体12之间，增加射入出光调控层的光线，避免光线在交界面不必要的反射，减少光损失，提高背光源的出光效率。
优选地，如图1所示，该背光源还包括承载体50，承载体50设置在增透膜40和出光调控层30之间，以便在承载体上制作增透膜和出光调控层，提高增透膜和出光调控层的良率。
具体地，承载体50采用透明材料形成，如玻璃、蓝宝石等。
具体地，芯片11可以为正装结构、倒装结构或者垂直结构。
可选地，图7为本实施提供的正装结构和倒装结构的芯片的结构示意图，参见图7，芯片11可以包括衬底111、N型半导体层112、发光层113、P型半导体层114、P型电极115和N型电极116，N型半导体层112、发光层113、P型半导体层114依次层叠在衬底111上，P型半导体层114上设有延伸至N型半导体层112的凹槽，N型电极116设置在凹槽内的N型半导体层112上，P型电极115设置在P型半导体层114上。
具体地，衬底111可以为蓝宝石衬底，N型半导体层112可以为N型GaN层，P型半导体层114可以为P型GaN层；发光层113包括多个量子阱和多个量子垒，多个量子阱和多个量子垒交替层叠，量子阱可以为InGaN层，量子垒可以为GaN层；N型电极116和P型电极115可以采用金属材料形成。
优选地，如图7所示，芯片11还可以包括钝化层117，钝化层117设置在凹槽的侧壁、凹槽内的N型半导体层112除N型电极116的设置区域之外的其它区域、以及P型半导体层114除P型电极115的设置区域之外的其它区域上。
具体地，钝化层117的材料可以采用二氧化硅。
可选地，图8为本实施提供的垂直结构的芯片的结构示意图，参见图8，芯片11可以包括N型半导体层112、发光层113、P型半导体层114、P型电极115和N型电极116，N型半导体层112、发光层113、P型半导体层114依次层叠，P型电极115设置在P型半导体层114上，N型电极116设置N型半导体层112上。
具体地，N型半导体层112可以为N型GaN层，P型半导体层114可以为P型GaN层；发光层113包括多个量子阱和多个量子垒，多个量子阱和多个量子垒交替层叠，量子阱可以为InGaN层，量子垒可以为GaN层；N型电极116和P型电极115可以采用金属材料形成。或者，N型半导体层112可以为N型AlInP层，P型半导体层114可以为P型AlInP层；发光层113包括多个量子阱和多个量子垒，多个量子阱和多个量子垒交替层叠，量子阱和量子垒可以为Al组分不同的AlGaInP层；N型电极116和P型电极115可以采用金属材料形成。
实施例二
本发明实施例提供了一种背光源，本实施例提供的背光源为实施例二提供的背光源的一种具体实现，适用于提供正向光的背光源。
图9为本实施例提供的出光调控层的结构示意图，参见图9，出光调控层30包括依次层叠的多个薄膜单元，每个薄膜单元包括第一氧化物薄膜31a和层叠在第一氧化物薄膜31a上的第二氧化物薄膜31b，第一氧化物薄膜31a的材料的折射率大于第二氧化物薄膜31b的材料的折射率。
在本实施例的一种具体实现方式中，出光调控层30包括依次层叠的16个薄膜单元，第一氧化物薄膜31a的材料采用二氧化钛(折射率为2.35)，第二氧化物薄膜31b的材料采用二氧化硅(折射率1.46)。
按照出光调控层的层叠顺序，各个氧化物薄膜的厚度如下表一所示：
表一
图10为上述具体实现方式的出光调控层对芯片发出光线在不同入射角度下的反射率，参见图10，在芯片发出的光线射入出光调控层的入射角度从0°增大到20°的过程中，出光调控层对光线的反射率基本上一直维持在35％左右；在芯片发出的光线射入出光调控层的入射角度从20°增大到35°的过程中，出光调控层对光线的反射率随之从35％增加到最大的90％；在芯片发出的光线射入出光调控层的入射角度从35°增大到50°的过程中，出光调控层对光线的反射率基本上一直维持在90％左右；在芯片发出的光线射入出光调控层的入射角度从50°增大到90°的过程中，出光调控层对光线的反射率随之从90％减小到0％。其中，当芯片发出的光线射入出光调控层的入射角度在25°～80°之间时，出光调控层对光线的反射率在50％以上；当芯片发出的光线射入出光调控层的入射角度在0°～25°或者80°～90°之间时，出光调控层对光线的反射率在50％以下。
在本实施例的另一种具体实现方式中，出光调控层30包括依次层叠的24个薄膜单元，第一氧化物薄膜31a的材料采用二氧化钛(折射率为2.35)，第二氧化物薄膜31b的材料采用二氧化硅(折射率1.46)。
按照出光调控层的层叠顺序，各个氧化物薄膜的厚度如下表二所示：
表二
图11为上述具体实现方式的出光调控层对芯片发出光线在不同入射角度下的反射率，参见图11，在芯片发出的光线射入出光调控层的入射角度从0°增大到20°的过程中，出光调控层对光线的反射率基本上一直维持在0％左右；在芯片发出的光线射入出光调控层的入射角度从20°增大到50°的过程中，出光调控层对光线的反射率随之从0％增加到最大的90％；在芯片发出的光线射入出光调控层的入射角度从50°增大到90°的过程中，出光调控层对光线的反射率随之从90％减小到0％。其中，当芯片发出的光线射入出光调控层的入射角度在35°～80°之间时，出光调控层对光线的反射率在50％以上；当芯片发出的光线射入出光调控层的入射角度在0°～35°或者80°～90°之间时，出光调控层对光线的反射率在50％以下。
由此可见，本实施例的出光调控层对芯片发出光线的反射率在入射角度射入较小时较小，同时在入射角度较大时较大。
图12为芯片发出的光线以不同的入射角度射入出光调控层的光路图，参见图12，芯片11从O点发出的光线A以入射角度a射入出光调控层30，出光调控层30对光线A的反射率较小，光线A直接透过出光调控层30射出。
芯片11从O点发出的光线B第一次以入射角度b1(大于入射角度a)射入出光调控层30，出光调控层30对光线B的反射率较大，出光调控层30将光线B反射到取光调控层20，然后取光调控层20又将光线B反射到出光调控层30。由于芯片11与出光反射层30的交界面和芯片11与取光调控层20的交界面中的至少一个为非镜面，因此光线B第二次以与入射角度b1不同的入射角度b2(小于入射角度b1)射入出光调控层30，出光调控层30对光线B的反射率较小，光线B此时透过出光调控层30射出。
芯片11从O点发出的光线C第一次以入射角度c1(大于入射角度b1)射入出光调控层30，出光调控层30对光线C的反射率较大，出光调控层30第一次将光线C反射到取光调控层20，然后取光调控层20第一次将光线C反射到出光调控层30。光线C第二次以与入射角度c1不同的入射角度c2(小于入射角度c1)射入出光调控层30，出光调控层30对光线C的反射率还是较大，出光调控层30第二次将光线C反射到取光调控层20，然后取光调控层20第二次将光线C反射到出光调控层30。光线C第三次以与入射角度c2不同的入射角度c3(小于入射角度c2)射入出光调控层30，出光调控层30对光线C的反射率较小，光线C此时透过出光调控层30射出。
由图12可见，虽然光线A、光线B和光线C射入出光调控层30的入射角度相差很大，但是在出光调控层30和取光调控层20的共同作用下，光线A、光线B和光线C最终都以很小的出射角度从出光调控层30射出，满足背光源提供正向光的要求。
实施例三
本发明实施例提供了一种背光源，本实施例提供的背光源为实施例二提供的背光源的另一种具体实现，适用于提供侧向光的背光源。
图13为本实施例提供的出光调控层的结构示意图，参见图13，出光调控层30包括(2*k+1)个第三氧化物薄膜31c和(2*k)个第四氧化物薄膜31d，k为正整数，(2*k+1)个第三氧化物薄膜31c和(2*k)个第四氧化物薄膜31d交替层叠，第三氧化物薄膜31c的材料的折射率小于第四氧化物薄膜31d的材料的折射率。
在本实施例的一种具体实现方式中，出光调控层30包括依次层叠的25个第三氧化物薄膜31c和24个第四氧化物薄膜31d，第三氧化物薄膜31c的材料采用二氧化硅(折射率1.46)，第四氧化物薄膜31d的材料采用二氧化钛(折射率为2.35)。
按照出光调控层的层叠顺序，各个氧化物薄膜的厚度如下表三所示：
表三
图14为上述具体实现方式的出光调控层对芯片发出光线在不同入射角度下的反射率，参见图14，在芯片发出的光线射入出光调控层的入射角度从0°增大到10°的过程中，出光调控层对光线的反射率基本上一直维持在80％左右；在芯片发出的光线射入出光调控层的入射角度从10°增大到90°的过程中，出光调控层对光线的反射率随之从80％减小到0％。其中，当芯片发出的光线射入出光调控层的入射角度在0°～25°之间时，出光调控层对光线的反射率在50％以上；当芯片发出的光线射入出光调控层的入射角度在25°～90°之间时，出光调控层对光线的反射率在50％以下。
由此可见，本实施例的出光调控层对芯片发出光线的反射率在入射角度射入较小时较大，同时在入射角度较大时较小。
图15为芯片发出的光线以不同的入射角度射入出光调控层的光路图，参见图15，芯片11从O点发出的光线D以入射角度d射入出光调控层30，出光调控层30对光线D的反射率较小，光线D直接透过出光调控层30射出。
芯片11从O点发出的光线E第一次以入射角度e1(小于入射角度d)射入出光调控层30，出光调控层30对光线E的反射率较大，出光调控层30将光线E反射到取光调控层20，然后取光调控层20又将光线E反射到出光调控层30。由于芯片11与出光反射层30的交界面和芯片11与取光调控层20的交界面中的至少一个为非镜面，因此光线E第二次以与入射角度e1不同的入射角度e2(大于入射角度e1)射入出光调控层30，出光调控层30对光线E的反射率较小，光线E此时透过出光调控层30射出。
芯片11从O点发出的光线F第一次以入射角度f1(小于入射角度e1)射入出光调控层30，出光调控层30对光线F的反射率较大，出光调控层30第一次将光线F反射到取光调控层20，然后取光调控层20第一次将光线F反射到出光调控层30。光线F第二次以与入射角度f1不同的入射角度f2(大于入射角度f1)射入出光调控层30，出光调控层30对光线F的反射率还是较大，出光调控层30第二次将光线F反射到取光调控层20，然后取光调控层20第二次将光线F反射到出光调控层30。光线F第三次以与入射角度f2不同的入射角度f3(大于入射角度f2)射入出光调控层30，出光调控层30对光线F的反射率较小，光线F此时透过出光调控层30射出。
由图15可见，虽然光线D、光线E和光线F射入出光调控层30的入射角度相差很大，但是在出光调控层30和取光调控层20的共同作用下，光线D、光线E和光线F最终都以很大的出射角度从出光调控层30射出，满足从液晶屏的侧面照射液晶屏的背光源的要求。
实施例四
本发明实施例提供了另一种背光源，图16为本实施例提供的背光源的结构示意图，参见图16，本实施例提供的背光源与实施例一提供的背光源基本相同，本实施例提供的背光源也包括芯片11、封装胶体12、封装支架13、取光调控层20和出光调控层30，并且芯片11、封装胶体12、封装支架13、出光调控层30分别与实施例一中的芯片、封装胶体、封装支架、出光调控层相同。而不同之处在于，在本实施例中，取光调控层20设置在封装胶体12上。具体地，取光调控层20为单向传输器件。
本发明实施例通过在芯片的出光侧依次设置取光调控层和出光调控层，取光调控层为单向传输器件，芯片发出的光线首先射入取光调控层，此时取光调控层将光线透射到出光调控层，出光调控层对入射角度在设定范围内的入射光线的反射率小于或等于设定值，同时对入射角度在设定范围外的入射光线的反射效率大于设定值，也就是说，只有入射角度在设定范围内的入射光线可以透过出光调控层射出，入射角度在设定范围外的入射光线会被出光调控层反射到取光调控层，此时取光调控层将光线再反射到出光调控层，由于取光调控层与出光调控层平行设置时，取光调控层朝向出光调控层的表面和取光调控层朝向取光调控层的表面中的至少一个为非镜面，因此该光线的入射角度在经过出光调控层和取光调控层的反射后会发生变化。如果该光线变化后的入射角度在设定范围内，则可以透过出光调控层射出；如果该光线变化后的入射角度还在设定范围内，则会再次被出光调控层和取光调控层反射，并在反射的过程中改变光线的入射角度，直到该光线变化后的入射角度在设定范围内而透过出光调控层射出，使得芯片发出的大部分光线都以设定范围内的入射角度透过出光调控层射出。由于光线射入出光调控层的入射角度和光线从出光调控层射出的出射角度正相关，因此透过出光调控层射出的光线的出射角度也在一定的范围内，可以实现对光线出射角度的控制，满足背光源的要求。而且出光调控层由光学薄膜组成，对LED的体积和重量的影响很小，制作简单方便，生产成本低，特别适用于背光源的大规模生产和应用。
可选地，取光调控层20可以包括光栅和光子晶体中的至少一个。
可选地，本实施例提供的背光源还可以包括承载体60，承载体60设置在取光调控层30和出光调控层20之间，以便在承载体上制作取光调控层和出光调控层，提高取光调控层和出光调控层的良率。
具体地，承载体60采用透明材料形成，如玻璃、蓝宝石等。
实施例五
本发明实施例提供了一种背光源的制作方法，适用于制作实施例一、实施例二、实施例三和实施例四提供的背光源。图17为本实施例提供的制作方法的流程图，参见图17，该制作方法包括：
步骤101：提供设有芯片的封装支架，封装支架上开设有凹槽，芯片设置在凹槽的底面上。
步骤102：在封装支架上设置封装胶体、取光调控层和出光调控层，封装胶体填满凹槽内的空间，出光调控层设置在封装胶体上，取光调控层设置在出光调控层和凹槽的表面之间。
在本实施例中，出光调控层由光学薄膜组成，出光调控层对第一入射光线的反射率小于或等于设定值，且出光调控层对第二入射光线的反射率大于设定值。第一入射光线和第二入射光线为芯片发出并射入出光调控层的光线，第一入射光线射入出光调控层的入射角度在设定范围内，第二入射光线射入出光调控层的入射角度在设定范围外。
取光调控层对第二入射光线的反射率大于设定值，当取光调控层设置在一个平面上时，取光调控层朝向出光调控层的表面和出光调控层朝向取光调控层的表面中的至少一个为非镜面。
实施例六
本发明实施例提供了一种背光源的制作方法，本实施例提供的制作方法为实施例五提供的制作方法的一种具体实现，适用于制作实施例一、实施例二和实施例三提供的背光源。图18为本实施例提供的制作方法的流程图，参见图18，该制作方法包括：
步骤201：提供设有芯片的封装支架，封装支架上开设有凹槽，芯片设置在凹槽的底面上。
具体地，该步骤201可以包括：
制作芯片；
将芯片设置在封装支架上。
在本实施例的一种实现方式中，当芯片为正装结构时，制作芯片，可以包括：
在衬底上依次生长N型半导体层、发光层和P型半导体层；
在P型半导体层上开设延伸至N型半导体层凹槽；
在P型半导体层上设置P型电极，在凹槽内的N型半导体层上设置N型电极；
在衬底上设置反射层。
在实际应用中，如果取光调控层与上述实现方式中设置的反射层采用的材料相同，则可以直接在封装支架上形成反射层和取光调控层，减少工艺步骤。
在本实施例的另一种实现方式中，当芯片为倒装结构时，制作芯片，可以包括：
在衬底上依次生长N型半导体层、发光层和P型半导体层；
在P型半导体层上开设延伸至N型半导体层凹槽；
在P型半导体层上和凹槽内形成反射层；
在P型半导体层上设置P型电极，在凹槽内的N型半导体层上设置N型电极。
在实际应用中，如果上述实现方式中设置的反射层采用导电材料，则可以先在P型半导体层上和凹槽内铺设透明的绝缘材料，再在铺设的绝缘材料上形成反射层。
在本实施例的又一种实现方式中，当芯片为垂直结构时，制作芯片，可以包括：
在衬底上依次生长N型半导体层、发光层和P型半导体层；
在P型半导体层上形成反射层；
在P型半导体层上设置P型电极；
去除衬底；
在N型半导体层上设置N型电极。
在本实施例的又一种实现方式中，当芯片为垂直结构时，制作芯片，可以包括：
在衬底上依次生长N型半导体层、发光层和P型半导体层；
在P型半导体层上设置P型电极；
去除衬底；
在N型半导体层上形成反射层；
在N型半导体层上设置N型电极。
需要说明的是，在上述实现方式中，芯片中反射层所在的一侧设置在封装支架上。
步骤202：在凹槽的底面上设置取光调控层。
步骤203：采用封装胶体填满凹槽内的空间。
步骤204：在封装胶体上形成出光调控层。
具体地，该步骤204可以包括：
采用磁控溅射法、蒸发沉积法或者化学气相沉积法形成出光调控层。
在具体实现中，可以直接在封装胶体上形成出光调控层，也可以先在承载体上形成出光调控层，再将出光调控层设置在封装胶体上。
实施例七
本发明实施例提供了一种背光源的制作方法，本实施例提供的制作方法为实施例五提供的制作方法的另一种具体实现，适用于制作实施例四提供的背光源。图19为本实施例提供的制作方法的流程图，参见图19，该制作方法包括：
步骤301：提供设有芯片的封装支架，封装支架上开设有凹槽，芯片设置在凹槽的底面上。
具体地，该步骤301可以与实施例六中的步骤201相同，在此不再详述。
步骤302：采用封装胶体填满凹槽内的空间。
具体地，该步骤302可以与实施例六中的步骤203相同，在此不再详述。
步骤303：在封装胶体上形成取光调控层和出光调控层。
具体地，形成出光调控层的步骤可以与实施例六中的步骤204相同，在此不再详述。
具体地，形成取光调控层，可以包括：
采用光刻技术或纳米压印技术在承载体上形成取光调控层。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (9)
1.一种背光源，所述背光源包括芯片、封装胶体和封装支架，所述封装支架上开设有凹槽，所述芯片设置在所述凹槽的底面上，所述封装胶体填满所述凹槽内的空间，其特征在于，所述背光源还包括取光调控层和出光调控层，所述出光调控层设置在所述封装胶体上，所述取光调控层设置在所述出光调控层和所述凹槽的底面之间；
所述出光调控层包括依次层叠的多个氧化物薄膜，相邻两个所述氧化物薄膜的材料的折射率不同，各个所述氧化物薄膜的厚度基于以下公式进行设定：
其中，出光调控层对入射角度为θ0的光线的反射率为光线射入出光调控层经过的第N个氧化物薄膜的等效界面的反射系数，N为多个氧化物薄膜的数量；
为光线射入出光调控层经过的第i个氧化物薄膜的等效界面的反射系数，i为整数；ri为光线射入出光调控层经过的第i个氧化物薄膜的菲涅尔系数，
ηi-1和ηi+1为简化菲涅尔公式采用的系数，对p分量，
对s分量，ηi＝ni×cosθi；ni为光线射入出光调控层经过的第i个氧化物薄膜的材料的折射率，θi为光线射入出光调控层经过第i个氧化物薄膜时的折射角度，n0×sinθ0＝ni-1×sinθi-1＝ni×sinθi＝ni+1×sinθi+1，n0为芯片的材料的折射率，θ0为光线射入出光调控层的入射角度；δi为光线射入出光调控层经过的第i个氧化物薄膜的位相厚度，
di为光线射入出光调控层经过的第i个氧化物薄膜的厚度；
所述出光调控层对第一入射光线的反射率小于或等于设定值，且所述出光调控层对第二入射光线的反射率大于所述设定值；所述第一入射光线和所述第二入射光线为所述芯片发出并射入所述出光调控层的光线，所述第一入射光线射入所述出光调控层的入射角度在设定范围内，所述第二入射光线射入所述出光调控层的入射角度在所述设定范围外；
所述取光调控层对所述第二入射光线的反射率大于所述设定值；当所述取光调控层与所述出光调控层平行设置时，所述取光调控层朝向所述出光调控层的表面和所述出光调控层朝向所述取光调控层的表面中的至少一个为非镜面。
2.根据权利要求1所述的背光源，其特征在于，所述取光调控层设置在所述凹槽的底面上，所述取光调控层为反射层。
3.根据权利要求2所述的背光源，其特征在于，所述取光调控层还设置在所述凹槽的侧面上。
4.根据权利要求3所述的背光源，其特征在于，所述凹槽的侧面与所述凹槽的底面之间的夹角为钝角。
5.根据权利要求2所述的背光源，其特征在于，所述背光源还包括增透膜，所述增透膜设置在所述出光调控层和所述封装胶体之间。
6.根据权利要求5所述的背光源，其特征在于，所述背光源还包括承载体，所述承载体设置在所述增透膜和所述出光调控层之间。
7.根据权利要求1所述的背光源，其特征在于，所述取光调控层设置在所述封装胶体上，所述取光调控层为单向传输器件。
8.根据权利要求7所述的背光源，其特征在于，所述背光源还包括承载体，所述承载体设置在所述取光调控层和所述出光调控层之间。
9.一种背光源的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：
提供设有芯片的封装支架，所述封装支架上开设有凹槽，所述芯片设置在所述凹槽的底面上；
在所述封装支架上设置封装胶体、取光调控层和出光调控层，所述封装胶体填满所述凹槽内的空间，所述出光调控层设置在所述封装胶体上，所述取光调控层设置在所述出光调控层和所述凹槽的表面之间；
其中，所述出光调控层包括依次层叠的多个氧化物薄膜，相邻两个所述氧化物薄膜的材料的折射率不同，各个所述氧化物薄膜的厚度基于以下公式进行设定：
其中，出光调控层对入射角度为θ0的光线的反射率为光线射入出光调控层经过的第N个氧化物薄膜的等效界面的反射系数，N为多个氧化物薄膜的数量；
为光线射入出光调控层经过的第i个氧化物薄膜的等效界面的反射系数，i为整数；ri为光线射入出光调控层经过的第i个氧化物薄膜的菲涅尔系数，
ηi-1和ηi+1为简化菲涅尔公式采用的系数，对p分量，
对s分量，ηi＝ni×cosθi；ni为光线射入出光调控层经过的第i个氧化物薄膜的材料的折射率，θi为光线射入出光调控层经过第i个氧化物薄膜时的折射角度，n0×sinθ0＝ni-1×sinθi-1＝ni×sinθi＝ni+1×sinθi+1，n0为芯片的材料的折射率，θ0为光线射入出光调控层的入射角度；δi为光线射入出光调控层经过的第i个氧化物薄膜的位相厚度，
di为光线射入出光调控层经过的第i个氧化物薄膜的厚度；
所述出光调控层对第一入射光线的反射率小于或等于设定值，且所述出光调控层对第二入射光线的反射率大于所述设定值；所述第一入射光线和所述第二入射光线为所述芯片发出并射入所述出光调控层的光线，所述第一入射光线射入所述出光调控层的入射角度在设定范围内，所述第二入射光线射入所述出光调控层的入射角度在所述设定范围外；
所述取光调控层对所述第二入射光线的反射率大于所述设定值，当所述取光调控层设置在一个平面上时，所述取光调控层朝向所述出光调控层的表面和所述出光调控层朝向所述取光调控层的表面中的至少一个为非镜面。
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