CN108898966A - 显示面板及显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种显示面板，包括第一基板以及分布在所述第一基板上的多个亚像素，每个所述亚像素包括LED单元，还包括用于对LED单元发出光中的入射角为第一角度范围内的光线进行收敛和增强光强的光线收敛增强结构。本发明还涉及一种显示装置。本发明的有益效果是：通过光线收敛增强结构实现光的收拢准直，使得透过亚波长小孔的光波不再是沿各个方向衍射，而是沿着一个方向定向发射，增强光强且解决LED显示串扰的问题。

Description

显示面板及显示装置
技术领域
本发明涉及液晶产品制作技术领域，尤其涉及一种显示面板及显示装置。
背景技术
显示中所述的Cross-talk(串扰)现象是指由相邻像素相互干涉而产生的一种可见的缺点，将会导致屏幕画面模糊，色彩纯度降低，并最终影响显示效果。单个LED(或Micro-LED，微发光二极管)芯片是朗伯光源，主发光光束角为120°，且光束角越大，其发光强度越低，大于60°的角度范围内，虽然光强度很弱，但也有光辐射。LED显示中，不同发光颜色LED显示RGB时，大角度的光将会引起Optical Cross-talk，尤其是在超高清显示中，Cross-talk是核心需要解决的问题之一。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种显示面板及显示装置，解决光源发出的光中的大角度光引起的光强低和串扰的问题。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种显示面板，包括第一基板以及分布在所述第一基板上的多个亚像素，每个所述亚像素包括LED单元，还包括用于对LED单元发出光中的入射角为第一角度范围内的光线进行收敛和增强光强的光线收敛增强结构。
进一步的，所述光线收敛增强结构包括位于所述LED单元出光侧的第二基板，以及位于所述第二基板上的、与多个所述LED单元相对应的多个光线收敛单元；
所述第二基板包括面向所述LED单元的第一表面，所述第一表面上设置金属层，每个所述光线收敛单元包括形成在所述金属层上的牛眼结构，所述牛眼结构包括在所述金属层上镂空形成的圆孔，以及周期性分布在所述圆孔周边的、与所述圆孔同心的多个同心圆环凹槽，所述圆孔圆心与相应的所述LED单元的中心在所述第一基板上的投影重合。
进一步的，所述第一入射角度范围为0度-60度。
进一步的，所述第一基板上的相邻两个所述LED单元之间设置吸收层，以吸收经所述金属层反射的所述LED单元发出的光中的入射角为第二角度范围的光线。
进一步的，所述第二角度范围为大于60度的角度范围。
进一步的，所述吸收层为黑矩阵。
进一步的，每个所述LED单元包括设置于所述第一基板上的LED芯片和驱动电路，以及用于控制相应的驱动电路对相应的LED芯片传输的电流大小、以调节相应的所述LED单元的光强的调节开关。
进一步的，所述第二基板包括与所述第一表面相背设置的第二表面，所述第二表面上设置防眩保护膜。
进一步的，所述第一基板为透明基板，所述第一基板包括相背设置第三表面和第四表面，所述第三表面上设置多个所述LED单元，所述第四表面上设置所述光线收敛增强结构。
进一步的，所述光线收敛增强结构包括与多个所述LED单元相对应的多个光线收敛单元；
所述第四表面上设置金属层，每个所述光线收敛单元包括在所述金属层上镂空形成的、周期性分布的多个同心圆环构成的牛眼结构，所述多个同心圆环的圆心与相应的所述LED单元的中心位于同一直线。
进一步的，所述第三表面上的相邻两个所述LED单元之间设置吸收层，以吸收经所述金属层反射的所述LED单元发出的光中的第二角度范围的光线。
进一步的，所述金属层远离所述第一基板的一侧设置防眩保护膜。
本发明还提供一种显示装置，包括上述的显示面板。
本发明的有益效果是：通过光线收敛增强结构实现光的收拢准直，使得透过亚波长小孔的光波不再是沿各个方向衍射，而是沿着一个方向定向发射，增强光强，且解决LED显示串扰的问题。
附图说明
图1表示本发明实施例中显示面板结构示意图一；
图2表示本发明实施例中显示面板结构示意图二；
图3表示本发明实施例中牛眼结构示意图；
图4表示本发明实施例中不同入射角度的光通过牛眼结构的效果示意图；
图5表示本发明实施例中不同偏振态的光通过牛眼结构的效果示意图；
图6表示本发明实施例中牛眼结构制作工艺中经过一工序后的示意图一；
图7表示本发明实施例中牛眼结构制作工艺中经过一工序后的示意图二；
图8表示本发明实施例中牛眼结构制作工艺中经过一工序后的示意图三；
图9表示本发明实施例中牛眼结构制作工艺中经过一工序后的示意图四；
图10表示本发明实施例中牛眼结构制作工艺中经过一工序后的示意图五。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的特征和原理进行详细说明，所举实施例仅用于解释本发明，并非以此限定本发明的保护范围。
本实施例提供一种显示面板，包括第一基板1以及分布在所述第一基板1上的多个亚像素，每个所述亚像素包括LED单元，还包括用于对LED单元发出光中的入射角为第一角度范围内的光线进行收敛的光线收敛增强结构。
通过光线收敛增强结构将LED单元发出光中的入射角为第一角度范围内的光线进行收拢准直，实现LED单元发出的光的小角度出射，从而解决了微LED显示的串扰问题，且增大了光强。
所述光线收敛增强结构的具体结构形式可以有多种，本实施例的一实施方式中，如图1所示，所述光线收敛增强结构包括位于所述LED单元出光侧的第二基板2，以及位于所述第二基板2上的、与多个所述LED单元相对应的多个光线收敛单元；
如图3所示，所述第二基板2包括面向所述LED单元的第一表面，所述第一表面上设置金属层4，每个所述光线收敛单元包括形成在所述金属层4上的牛眼结构，所述牛眼结构包括在所述金属层4上镂空形成的圆孔6，以及周期性分布在所述圆孔6周边的、与所述圆孔6同心的多个同心圆环凹槽7，所述圆孔6圆心与相应的所述LED单元的中心在所述第一基板1上的投影重合。
圆孔6和与圆孔6相邻的圆环凹槽7之间、以及相邻的两个圆环凹槽7之间形成周期性的环状凸起。
图3表示的是一个牛眼结构的示意图，且对应于图1中的A区域的牛眼结构。
由圆孔6以及位于圆孔6周边的同心圆环凹槽7构成的牛眼结构，比周围没有通信圆环结构的小孔的光透射增强了3倍以上，而且有强烈的方向选择性。
本实施例中，所述金属层4优选为银制成的金属薄膜，所述金属层4在所述圆环凹槽7处的厚度为100nm，以波长为440nm的蓝光为例，计算牛眼结构的中心圆孔6的直径(Φ)140nm(圆孔6的直径的实际长度可根据入射光源和需要出射的区域面积进行调整)，所述环状凸起的线宽为200nm，所述圆环凹槽7的宽度(w)为70nm，牛眼结构的高度(所述圆环凹槽7的深度)为所述金属层4整体厚度的一半，所述圆环凹槽7的深度为所述金属层4的厚度的一半。
所述圆环凹槽7的数量可根据实际所需的出光强度和角度来调整。
需要说明的是，所述金属层4可以是金属银或者金属铝，也可以是其他消光系数较高的反射材料，此处对材料不做限制。所述金属层4厚度可以根据实际需要设定，只需满足没有光透射通过金属层4的预设条件即可。
本实施例优选的，所述第一入射角度范围为0度-60度。
如图1所示，每个所述LED单元包括设置于所述第一基板1上的LED芯片8，LED芯片8置于相应的牛眼结构的正下方，LED芯片8的辐射角度小于60°的光被牛眼结构收拢，核心区域光的能量通过牛眼结构中心的圆孔6，经过牛眼结构的光以小角度出射。
利用在时域和频域空间求解Maxwell Function(麦克斯韦函数)的模拟仿真本实施例中的所述牛眼结构。具体的是利用求解半波长结构光学特性的波动光学的软件仿真软件FDTD(时域有限差分方法，Finite Difference Time Domain)，设计建模和计算优化本实施例中的所述牛眼结构，计算不同偏振态和不同入射角度下，牛眼结构的远场分布，图4和图5分别表示的是不同偏振态下和不同的入射角度的光经过所述牛眼结构后的模拟仿真效果示意图(横坐标表示出光角度，纵坐标表示光强)。
基本衍射光栅公式：
ni*sinθi–nd*sinθd＝m*λ/Λ(m＝0,+/-1,2,…) (1)
其中，ni和θi分别为入射空间折射率和入射角度，m为衍射级次，Λ为光栅周期，λ为入射光波长，θd为衍射光方向与显示面板(所述第二基板2)平面法线之间的夹角(衍射角)，nd为透射空间的折射率。通过调整多个所述圆环凹槽7的周期分布状况，可以调整透射出光的波长，所述圆环凹槽7的线宽与高度之比决定了透射峰的谱宽。以金属银为金属层4，入射光为440nm附近的LED芯片8发出的光，当牛眼结构中心的圆孔6的半径为70nm，刻蚀深度为200nm(等于金属层整体的厚度)，圆孔周边的第一个圆环(所述圆孔6和相邻所述圆环凹槽7之间的环状凸起)的线宽为200nm，其他圆环(相邻两个圆环凹槽之间的环状凸起)为周期性圆环，其周期为270nm。
圆环凹槽7的宽度为70nm，圆环凹槽7的深度为100nm时，以波长为440nm的蓝光为例，追踪牛眼结构对偏振的依赖性和对入射光角度的依赖性如图4和图5所示。从图5可以获得，牛眼结构对s光400，p光600，以及中间态的光500都能起到收拢的效果，因此，牛眼结构对入射光的偏振态不依赖。从图4可以看出，对于入射角在0-60°内的光(入射角度为0的光100、入射角度为30度的光200和入射角度为60度的光300)，都可以将光线的出光角度收拢在5°以内，牛眼结构的设置使各角度入射的光都收拢到5°范围内。
需要说明的是，牛眼结构也可以用在任何对出光角度有强烈要求的其他类型的显示器件中。
出射光的波长是其他波长(蓝光之外)的LED芯片8时，牛眼结构的中心圆孔的半径、环状凸起的周期、相邻圆环凹槽7之间的间隔、圆环凹槽7的宽度、圆环凹槽7的深度都会随之变化。
本实施例中，为了方便加工，所述金属层4整体的厚度恒定，牛眼结构的高度(所述圆环凹槽7的深度)也恒定，在加工时，采用一次快速压印的方式加工牛眼结构，便于加工且降低成本。
采用本实施例中的牛眼结构，可以对s光(光线的偏振矢量与入射光线与反射光线所构成的平面相垂直)和p光(光线的偏振矢量在入射光线与反射光线所构成的平面内)中以0-60°入射角入射的光，实现5°以内的高度收拢，即实现小角度出射，如图5所示，当光线的偏振矢量在入射光线与反射光线所构成的平面内(p光)时，其光强为0，因此光的偏振性对出光角度无影响，只影响出光的强度。综上，这种结构也可以用在其他的对出光角度有强烈要求的显示器件中。
需要说明的是，上述所述中涉及到的实现5°以内的高度收拢，此数值并不是对本发明的保护范围的限制，仅是本实施例中可以达到的较佳的收敛角度，在实际使用中，也可以是其他数值。
本实施例中，所述第一基板1上的相邻两个所述LED单元之间设置吸收层3，以吸收经所述金属层4反射的所述LED单元发出的光中的入射角为第二角度范围的光线。
本实施例中，所述第二角度范围为大于60度的角度范围。
本实施例中，所述吸收层3为黑矩阵，但并不以此为限。
LED芯片8辐照为朗伯体辐射，其发光强度I为：
I＝I0*cosθ (2)
其中Io为光源发出的光的总强度，θ为光源的辐射角度。根据以上公式可知，光源所发出的光中91.7％的光的角度(光线与出光面法线之间的夹角)都在0-60°之间，被牛眼结构收拢显示。光源所发出的光中只有8.3％的光的角度在61-90％之间，这部分光被所述金属层4面向所述LED单元的一面反射，绝大部分被反射的光线被所述吸收层3完全吸收，不再从LED单元出射；极少数也会传播到所述第一基板1或者LED芯片8上，所述第一基板1一般为金属Cu或者其他材质，这部分光会以几何光学的方式二次反射到所述牛眼结构或者反射到相邻两个所述牛眼结构之间的区域上，牛眼结构只会过滤通过入射角度为0-60°的预设波段的入射光，其他角度和波长的光不予通过，被所述金属层4吸收或者反射，被吸收层3吸收(如图1和图2中的光路所示)。
综上，入射角大于60°的光被所述第一基板1上的吸收层3吸收，去除了LED芯片8辐射特性带来的串色干扰，使色纯度更高。
本实施例中，每个所述LED单元包括设置于所述第一基板1上的LED芯片8和驱动电路，以及用于控制相应的驱动电路对相应的LED芯片8传输的电流大小、以调节相应的所述LED单元的光强的调节开关。
通过控制每个LED芯片8的调节开关的工作状态，就可以实现局部出光，以及出光强度的控制，即实现Local dimming(背光调节)。本实施例中，所述LED芯片8为单色的RGBLED亚像素光源。材质可以是GaN(氮化镓)或者GaAs(砷化镓)LED光源，也可以是其他材质的LED，此处对光源的材质不作限制。
在实际使用中，LED芯片8的尺寸由基板厚度和牛眼结构尺寸决定。
一个亚像素包括单色的LED芯片8，单个像素包括三颗R、G、B三色的LED芯片8，每个牛眼结构的最大的圆环凹槽7的外径根据像素要求、LED芯片8辐照面积和基板的厚度(图1中的第二基板或者图2中的第一基板)设计。如果选用的LED芯片8的尺寸为2um，牛眼结构可以将2um的LED芯片8发出的光以5°收拢出射，因此，一个像素的尺寸由公式3*(2+H*2*tan5°)获得，其中H为所述第二基板2的高度，因此，选用轻薄基板，就可以实现超高ppi的显示器件。
需要说明的是，所述LED单元的具体结构形式可以有多种，只要实现自主发光即可，本实施例的另一实施方式中，所述LED单元包括Micro-LED芯片和驱动电路。
本实施例中，所述第二基板2包括与所述第一表面相背设置的第二表面，所述第二表面上设置防眩保护膜5。
如图2所示，本实施例的另一实施方式中，所述第一基板1为透明基板，所述第一基板1包括相背设置第三表面和第四表面，所述第三表面上设置多个所述LED单元，所述第四表面上设置所述光线收敛增强结构。
本实施例中，所述光线收敛增强结构包括与多个所述LED单元相对应的多个光线收敛单元；
所述第四表面上设置金属层4，每个所述光线收敛单元包括在所述金属层4上镂空形成的、周期性分布的多个同心圆环构成的牛眼结构，所述多个同心圆环的圆心与相应的所述LED单元的中心位于同一直线。
本实施例中，所述第三表面上的相邻两个所述LED单元之间设置吸收层3，以吸收经所述金属层4反射的所述LED单元发出的光中的第二角度范围的光线。
本实施例中，所述金属层4远离所述第一基板1的一侧设置防眩保护膜。
该实施方式中，需要在所述第一基板1上表面(第四表面)加工微纳结构(所述牛眼结构)，在所述第一基板1下表面(第三表面)微转印LED，因此，无论第一步是先加工微纳结构还是先微转印LED，加工另一表面的结构的时候，第一面的保护工作尤其重要，稍有不慎，就会破坏第一步加工的结构，因此，对技术要求特别高，加工比较难。
需要说明的是，上述所述中涉及到的实现5°以内的高度收拢，此数值并不是对本发明的保护范围的限制，仅是本实施例中可以达到的较佳的收敛角度，在实际使用中，也可以是其他数值。
需要说明的是，本实施例中采用光线收敛增强结构进行收拢准直的方法也可以用在其他显示方式器件结构上，也可以实现类似的效果。
以下介绍本实施例中牛眼结构的制作流程。
牛眼结构可以通过数字曝光、激光直写、纳米压印等方式实现。以下以纳米压印实现牛眼结构为例，说明牛眼结构的加工步骤。
首先在衬底基板(可以是图1中的第二基板2，也可以是图2中的第一基板1)沉积一层金属层作为Hard Mask(掩膜板)，再Spin on photoresist(旋涂光刻胶20)(如图6所示)；
再用纳米压印的方式将母版结构转移到photoresist(光刻胶20)上，压出对应牛眼结构的图案，再hard baking photoresist(硬烘焙光刻胶)(如图7所示)；
再通过干法或者湿法刻蚀的方法，通过photoresist mask刻蚀金属层，获得金属Hard Mask，通过金属Hard Mask刻蚀衬底基板，可以得到更加陡直的坡度角(如图8所示)；
通过金属Hard Mask，干法刻蚀将对应牛眼结构的图案转移到衬底基板上，清洗掉photoresist(光刻胶)和Hard Mask(掩膜板)，在衬底基板上形成所需的图案，该图案对应牛眼结构(图9所示为清洗掉光刻胶和金属层形成的掩膜板后的衬底基板示意图)；
再通过Mask沉积一层金属层，最终得到牛眼结构(如图10所示)，该步骤中，所述金属层采用银Ag形成，但并不以此为限。
本发明还提供一种显示装置，包括上述的显示面板。
所述显示装置可以为：电视、显示器、数码相框、手机、平板电脑等任何具有显示功能的产品或部件，其中，所述显示装置还包括柔性电路板、印刷电路板和背板。
以上所述为本发明较佳实施例，需要说明的是，对于本领域普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明保护范围。

Claims (13)

1.一种显示面板，包括第一基板以及分布在所述第一基板上的多个亚像素，每个所述亚像素包括LED单元，其特征在于，还包括用于对LED单元发出光中的入射角为第一角度范围内的光线进行收敛和增强光强的光线收敛增强结构。
2.根据权利要求1所述的显示面板，其特征在于，所述光线收敛增强结构包括位于所述LED单元出光侧的第二基板，以及位于所述第二基板上的、与多个所述LED单元相对应的多个光线收敛单元；
所述第二基板包括面向所述LED单元的第一表面，所述第一表面上设置金属层，每个所述光线收敛单元包括形成在所述金属层上的牛眼结构，所述牛眼结构包括在所述金属层上镂空形成的圆孔，以及周期性分布在所述圆孔周边的、与所述圆孔同心的多个同心圆环凹槽，所述圆孔圆心与相应的所述LED单元的中心在所述第一基板上的投影重合。
3.根据权利要求2所述的显示面板，其特征在于，所述第一角度范围为0度-60度。
4.根据权利要求2所述的显示面板，其特征在于，所述第一基板上的相邻两个所述LED单元之间设置吸收层，以吸收经所述金属层反射的所述LED单元发出的光中的入射角为第二角度范围的光线。
5.根据权利要求4所述的显示面板，其特征在于，所述第二角度范围为大于60度的角度范围。
6.根据权利要求4所述的显示面板，其特征在于，所述吸收层为黑矩阵。
7.根据权利要求1所述的显示面板，其特征在于，每个所述LED单元包括设置于所述第一基板上的LED芯片和驱动电路，以及用于控制相应的驱动电路对相应的LED芯片传输的电流大小、以调节相应的所述LED单元的光强的调节开关。
8.根据权利要求2所述的显示面板，其特征在于，所述第二基板包括与所述第一表面相背设置的第二表面，所述第二表面上设置防眩保护膜。
9.根据权利要求1所述的显示面板，其特征在于，所述第一基板为透明基板，所述第一基板包括相背设置第三表面和第四表面，所述第三表面上设置多个所述LED单元，所述第四表面上设置所述光线收敛增强结构。
10.根据权利要求9所述的显示面板，其特征在于，所述光线收敛增强结构包括与多个所述LED单元相对应的多个光线收敛单元；
所述第四表面上设置金属层，每个所述光线收敛单元包括在所述金属层上镂空形成的、周期性分布的多个同心圆环构成的牛眼结构，所述多个同心圆环的圆心与相应的所述LED单元的中心位于同一直线。
11.根据权利要求10所述的显示面板，其特征在于，所述第三表面上的相邻两个所述LED单元之间设置吸收层，以吸收经所述金属层反射的所述LED单元发出的光中的第二角度范围的光线。
12.根据权利要求10所述的显示面板，其特征在于，所述金属层远离所述第一基板的一侧设置防眩保护膜。
13.一种显示装置，其特征在于，包括权利要求1-11任一项所述的显示面板。
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