CN109581750A - 一种背光模组及显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种背光模组及显示装置，由于发光结构沿各个方向均匀出射光，其中入射至棱镜结构的光一部分折射后出射至正视角方向，一部分被反射吸收，一部分折射至侧视角方向被浪费，因此通过改变入射至棱镜结构的光的角度，使大部分的光能够折射后出射至正视角方向以提高出光效率，这就需要改变发光结构出射光的角度，有鉴于此，本发明通过在发光结构和棱镜结构之间设置光线折转结构，该光线折转结构包括与基材的法线具有预倾角的多个第一微型导光结构，使得发光结构出射的光入射至第一微型导光结构时以预设角度出射，以该预设角度出射的光入射至棱镜结构时，可以使大部分的光能够折射后出射至正视角方向，这样可以增大背光模组的出光效率。

Description

一种背光模组及显示装置
技术领域
本发明涉及显示技术领域，特别涉及一种背光模组及显示装置。
背景技术
液晶显示装置(Liquid Crystal Display，LCD)具有机身薄、省电、无辐射等众多优点，得到了广泛的应用，如：移动电话、个人数字助理(PDA)、数码相机、计算机屏幕或笔记本电脑屏幕等。现有市场上的液晶显示装置大部分为背光型液晶显示装置，其包括液晶显示面板及背光模组(backlight module)。液晶显示面板的工作原理是在两片平行的玻璃基板当中放置液晶分子，通过给玻璃基板通电与否来控制液晶分子改变方向，将背光模组的光线折射出来产生画面。由于液晶面板本身不发光，需要借由背光模组提供的光源来正常显示影像。
目前为在LCD显示器上实现高动态范围图像(High-Dynamic Range，HDR)的显示效果，人们开发了MiniLED直下式排列方式的背光模组。通过控制背光模组单个位置的点亮和关闭，以提高屏幕的动态对比度，得到更好的显示效果。由于MiniLED的发光芯片排列数量较多，通常无法设计和发光芯片匹配的二次透镜进行背光出光效果的控制。因此上述MiniLED的背光模组通常在相同功耗下的背光亮度较传统侧入式背光模组和直下式透镜方案的背光模组具有更低的亮度，限制了HDR显示的应用场景。可见，背光模组亮度的高低对HDR显示有很大的影响，因此，提升背光模组亮度是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明实施例提供一种背光模组及显示装置，用以提升背光模组亮度。
本发明实施例提供了一种背光模组，包括：发光结构，棱镜结构，以及位于所述发光结构和所述棱镜结构之间的光线折转结构；其中，所述光线折转结构包括基材、位于所述基材上的多个第一微型导光结构，各所述第一微型导光结构的延伸方向与所述基材的法线之间具有预倾角；各所述第一微型导光结构用于接收所述发光结构出射的光，并将接收到的光约束至预设角度范围出射。
可选地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述背光模组中，所述光线折转结构具有多层所述第一微型导光结构，每层所述第一微型导光结构中的各所述第一微型导光结构的延伸方向相同。
可选地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述背光模组中，所述第一微型导光结构与所述基材的法线之间的预倾角为10°-20°。
可选地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述背光模组中，所述预设角度为所述第一微型导光结构出射的光与所述基材的法线之间形成的夹角角度，所述预设角度为20°-60°。
可选地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述背光模组中，所述棱镜层包括两层棱镜，每层棱镜的延伸方向一致，且两层棱镜的延伸方向相互垂直，所述第一微型导光结构在所述基材上的正投影与任意层棱镜的延伸方向之间的夹角为40°-50°。
可选地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述背光模组中，所述光线折转结构还包括多个第二微型导光结构，所述第二微型导光结构的延伸方向与所述基材的法线相互平行。
可选地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述背光模组中，所述第一微型导光结构和所述第二微型导光结构的形状均包括圆柱形、棱柱形其中之一或组合。
可选地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述背光模组中，所述发光结构包括发光芯片层，以及位于所述发光芯片层与所述光线折转结构之间的光致发光层；所述光致发光层包括荧光粉或量子点。
可选地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述背光模组中，所述发光结构还包括位于所述发光芯片层与所述光致发光层之间的扩散层。
相应地，本发明实施例还提供了一种显示装置，包括本发明实施例提供的背光模组。
本发明有益效果如下：
本发明实施例提供的背光模组及显示装置，由于发光结构沿各个方向均匀出射光，其中入射至棱镜结构的光一部分折射后出射至正视角方向，一部分被反射吸收，一部分折射至侧视角方向被浪费，因此可以通过改变入射至棱镜结构的光的角度，使大部分的光能够折射后出射至正视角方向以提高出光效率，这就需要改变发光结构出射的光的角度，有鉴于此，本发明通过在发光结构和棱镜结构之间设置光线折转结构，并且该光线折转结构包括与基材的法线具有预倾角的多个第一微型导光结构，通过合理设置第一微型导光结构的折射率等参数，使得发光结构出射的光入射至第一微型导光结构时以预设角度出射，以该预设角度出射的光入射至棱镜结构时，可以使大部分的光能够折射后出射至正视角方向，这样可以增大背光模组的出光效率，提高背光模组的亮度；另外，由于光线折转结构具有一定扩散能力，这样设置还可以减少后续制作扩散膜层的数量，降低模组厚度，有利于实现Mini-LED背光模组。
附图说明
图1为相关技术中的背光模组的结构示意图；
图2为背光模组的出光角度分布示意图；
图3为背光模组各角度方向的出光分布示意图；
图4为本发明实施例提供的背光模组的剖视具体结构示意图之一；
图5为本发明实施例提供的第一微型导光结构的剖视具体结构示意图；
图6为本发明实施例提供的经过第一微型导光结构调整后出光角度分布示意图；
图7为本发明实施例提供的背光模组的归一化出光效率示意图；
图8为本发明实施例提供的两层棱镜的延伸方向与第一微型导光结构的延伸方向示意图；
图9A为本发明实施例提供的第一微型导光结构的立体示意图；
图9B为本发明实施例提供的第一微型导光结构和第二微型导光结构的立体示意图；
图10为本发明实施例提供的背光模组的剖视具体结构示意图之二；
图11为本发明实施例提供的显示装置的剖视具体结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的，技术方案和优点更加清楚，下面结合附图，对本发明实施例提供的背光模组及显示装置的具体实施方式进行详细地说明。应当理解，下面所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。并且在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。需要注意的是，附图中各层薄膜厚度和形状不反映真实比例，目的只是示意说明本发明内容。并且自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。
高动态范围(High dynamic range，HDR)技术因其具有高动态对比和更佳画质显示，在显示应用越来越广。液晶显示装置要实现HDR技术通常使用Local dimming(局部调光)进行调控，也就是将背光模组中的LED芯片分区进行调控，以使液晶显示装置显示效果更好。并且，Mini-LED芯片相较普通LED芯片的芯片尺寸更小，其尺寸通常为100μm～1000μm，从而有利于实现HDR技术。因此，一般将背光模组中的LED芯片设置为Mini-LED芯片。相关技术中的背光模组的结构示意图，如图1所示，一般背光模组可以包括：基板100、位于基板100上的多个发光芯片110，如发光二极管(Light Emitting Diode，LED)芯片，位于各发光芯片110背离基板100一侧的扩散层120，位于扩散层120背离基板100一侧的光致发光层130，位于光致发光层130背离基板100一侧的第一棱镜层140，位于第一棱镜层140背离基板100一侧的第二棱镜层150，第一棱镜层140和第二棱镜层150的延伸方向相互垂直。该MiniLED背光模组的发光芯片110在经过光致发光层130之后出光的光型如图2所示，图2为从光致发光层130出射的光的分布极坐标示意图，可看出其主要能量集中于正向方向(图2中的0°方向)。在该背光模组中发光芯片110发出的光线经过扩散层120及光致发光层130的作用后，会在第一棱镜层140、第二棱镜层150和基板100之间来回反射，当光线符合出射条件从正向视角出射，可达到收敛视角的作用，实现正视角增亮的目的。
图3示意了上述相关技术中背光模组的双层棱镜层(第一棱镜层130和第二棱镜层140)对不同入射角度光线的折反射效果。当棱镜的折射率不同时，其效果略有差异。以棱镜的折射率n＝1.52为例，其中以正向0°为法线方向，入射至棱镜层的光一部分从棱镜层反射回背光模组后进行再次利用，如图3的左侧示意部分，一部分经过折射后出射到正向角度，如图3的中间示意部分，有一部分也会经过反射后再进行利用，如图3的右侧示意部分。经发明人经研究发现，正负20°到60°出光角度内的光线对正向光亮度的提升作用最大。
然而，由于MiniLED的发光芯片排列数量较多，通常无法设计和发光芯片匹配的二次透镜进行背光出光效果的控制。因此上述MiniLED的背光模组通常在相同功耗下的背光亮度较传统侧入式背光模组和直下式透镜方案的背光模组具有更低的亮度，限制了HDR显示的应用场景。可见，背光模组亮度的高低对HDR显示有很大的影响，因此，提升背光模组亮度是本领域技术人员亟待解决的问题。
有鉴于此，本发明实施例提供了一种背光模组，如图4所示，图4为本发明实施例提供的背光模组的剖视具体结构示意图，包括：位于基板1上的发光结构2，棱镜结构3，以及位于发光结构2和棱镜结构3之间的光线折转结构4；其中，如图5所示，光线折转结构4包括基材41、位于基材41上的多个第一微型导光结构42，各第一微型导光结构42的延伸方向与基材41的法线之间具有预倾角；图5对应的第一微型导光结构42的立体示意图如图9A所示；各第一微型导光结构41用于接收发光结构1出射的光，并将接收到的光约束至预设角度范围出射。
本发明实施例提供的背光模组，由于发光结构沿各个方向均匀出射光，其中入射至棱镜结构的光一部分折射后出射至正视角方向，一部分被反射吸收，一部分折射至侧视角方向被浪费，因此可以通过改变入射至棱镜结构的光的角度，使大部分的光能够折射后出射至正视角方向以提高出光效率，这就需要改变发光结构出射的光的角度，有鉴于此，本发明通过在发光结构和棱镜结构之间设置光线折转结构，并且该光线折转结构包括与基材的法线具有预倾角的多个第一微型导光结构，通过合理设置第一微型导光结构的折射率等参数，使得发光结构出射的光入射至第一微型导光结构时以预设角度出射，以该预设角度出射的光入射至棱镜结构时，可以使大部分的光能够折射后出射至正视角方向，这样可以增大背光模组的出光效率，提高背光模组的亮度；另外，由于光线折转结构具有一定扩散能力，这样设置还可以减少后续制作扩散膜层的数量，降低模组厚度，有利于实现Mini-LED背光模组。
进一步地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述背光模组中，光线折转结构可以具有多层第一微型导光结构，为了进一步使得发光结构出射的光入射至第一微型导光结构时以预设角度出射，每层第一微型导光结构中的各第一微型导光结构的延伸方向相同。这样可以使大部分的光入射至棱镜结构后能够折射后出射至正视角方向，这样可以增大背光模组的出光效率，提高背光模组的亮度。
进一步地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述背光模组中，如图5所示，第一微型导光结构42与基材41的法线L之间的预倾角A为10°-20°。第一微型导光结构42与基材41的法线L之间具有一定的倾斜角度，从而使得入射到第一微型导光结构42内的不同角度的光线再出射时发生光线角度的变化，最终实现改变整体背光的光型分布的作用，因此通过将预倾角A设置为10°-20°，这样可以使得入射至第一微型导光结构42的光以上述的预设角度出射，这样可以使大部分的光入射至棱镜结构后能够折射后出射至正视角方向，这样可以增大背光模组的出光效率，提高背光模组的亮度。
经模拟，发现经过第一微型导光结构42的光线经折转后出射的光亮度空间分布如图6所示，可看出最大出光角度偏移至45°倾斜角附近。因此，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述背光模组中，如图5所示，预设角度B为第一微型导光结构42出射的光与基材41的法线L之间形成的夹角角度，预设角度B为20°-60°。
如图7所示，通过光学模拟软件给出了上述背光模组的亮度提升比例(归一化出光效率)随出射光角度(°)变化的关系，可以看出，当第一微型导光结构发出的光线以20°到60°的角度进入棱镜结构时，其出光效率处于比较高的水平。由于光线折转结构所能实现的不同角度的折转会对背光亮度的增益有所差异，因此通过改善光线折转结构的性能，将出射光线尽量集中于亮度增益最强的角度即预设角度B为20°-60°，从而得到更好的亮度提升。
进一步地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述背光模组中，如图7所示，可以看出，可以进一步通过改善光线折转结构的性能，将出射光线尽量集中于亮度增益最强的角度即将预设角度B设置为45°-60°。
经过模拟计算，当背光模组所发出的光线全部集中于正负20°到60°时，在基反射率为较为常见的85％时，正向视角的出光亮度可以提升21.8％。
进一步地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述背光模组中，如图8所示，棱镜结构3包括两层棱镜(第一连接层31和第二棱镜层32)，每层棱镜的延伸方向一致，且两层棱镜的延伸方向相互垂直，第一微型导光结构42在基材上的正投影与任意层棱镜的延伸方向之间的夹角C为40°-50°。由于两层棱镜(第一连接层31和第二棱镜层32)的延伸方向呈90°垂直交叉排列，为了进一步使出射光线在两个方向都能达到较高的出光效率，则要求从第一微型导光结构出射的调整后的出光角度与两层棱镜分别呈45°夹角，即光线折转结构42与两层棱镜分别呈45°夹角配置时，出光效率较高。
进一步地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述背光模组中，光线折转结构还可以包括多个第二微型导光结构，第二微型导光结构的延伸方向与基材的法线相互平行。具体地，如图9B所示，图9B示意了光线折转结构包括一层第一微型导光结构42和一层第二微型导光结构43的示意图。
进一步地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述背光模组中，第一微型导光结构和第二微型导光结构的形状均可以包括圆柱形、棱柱形其中之一或组合。具体地，微型导光结构可以采用大分子材料感光反应配合成形控制等工艺形成，也可以采用堆叠沉积等方式形成。
进一步地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述背光模组中，如图4所示，发光结构2包括发光芯片层21，以及位于发光芯片层21与光线折转结构4之间的光致发光层22；光致发光层22可以包括荧光粉或量子点。
进一步地，在具体实施时，虽然光线折转结构可以具有一定的扩散能力，但是扩散效果不佳，为了进一步提升扩散效果，在本发明实施例提供的上述背光模组中，如图10所示，发光结构2还可以包括位于发光芯片层21与光致发光层22之间的扩散层23。
综上，本发明提供的背光模组通过控制面光源出光的光型，可减少棱镜结构反射回来的能量，提升背光模组的出光效率。本发明中所采用的光线折转结构采用膜材方式，相比普通直下式配合二次透镜的方案对发光芯片光型的改变，本发明的方案减少了二次透镜的设计，不受发光芯片对位精度的影响。同时由于无需与发光芯片进行对位，本发明提供的背光模组的结构适用于排列密度更高、间距较小的MiniLED背光结构。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种显示装置，如图11所示，图11为本发明实施例提供的显示装置的结构示意图。该显示装置可以包括本发明实施例提供的上述背光模组210，以及与背光模组210相对设置的显示面板220。其中，显示面板220位于背光模组210的出光侧。并且背光模组210的具体结构参见前述背光模组的实施，在此不作赘述。
该显示装置解决问题的原理与前述背光模组相似，因此该显示装置的实施可以参见前述背光模组的实施，重复之处在此不再赘述。
在具体实施时，显示面板可以为液晶显示面板。该液晶显示面板包括：相对设置的阵列基板与对向基板，以及封装于阵列基板与对向基板之间的液晶层。具体地，该液晶显示面板的具体结构可以与现有技术中的结构相同，在此不作赘述。
在具体实施时，本发明实施例提供的显示装置可以为：手机、平板电脑、电视机、显示器、笔记本电脑、数码相框、导航仪等任何具有显示功能的产品或部件。对于该显示装置的其它必不可少的组成部分均为本领域的普通技术人员应该理解具有的，在此不做赘述，也不应作为对本发明的限制。
本发明实施例提供的背光模组及显示装置，由于发光结构沿各个方向均匀出射光，其中入射至棱镜结构的光一部分折射后出射至正视角方向，一部分被反射吸收，一部分折射至侧视角方向被浪费，因此可以通过改变入射至棱镜结构的光的角度，使大部分的光能够折射后出射至正视角方向以提高出光效率，这就需要改变发光结构出射的光的角度，有鉴于此，本发明通过在发光结构和棱镜结构之间设置光线折转结构，并且该光线折转结构包括与基材的法线具有预倾角的多个第一微型导光结构，通过合理设置第一微型导光结构的折射率等参数，使得发光结构出射的光入射至第一微型导光结构时以预设角度出射，以该预设角度出射的光入射至棱镜结构时，可以使大部分的光能够折射后出射至正视角方向，这样可以增大背光模组的出光效率，提高背光模组的亮度；另外，由于光线折转结构具有一定扩散能力，这样设置还可以减少后续制作扩散膜层的数量，降低模组厚度，有利于实现Mini-LED背光模组。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种背光模组，其特征在于，包括：发光结构，棱镜结构，以及位于所述发光结构和所述棱镜结构之间的光线折转结构；其中，所述光线折转结构包括基材、位于所述基材上的多个第一微型导光结构，各所述第一微型导光结构的延伸方向与所述基材的法线之间具有预倾角；各所述第一微型导光结构用于接收所述发光结构出射的光，并将接收到的光约束至预设角度范围出射。
2.如权利要求1所述的背光模组，其特征在于，所述光线折转结构具有多层所述第一微型导光结构，每层所述第一微型导光结构中的各所述第一微型导光结构的延伸方向相同。
3.如权利要求1所述的背光模组，其特征在于，所述第一微型导光结构与所述基材的法线之间的预倾角为10°-20°。
4.如权利要求1所述的背光模组，其特征在于，所述预设角度为所述第一微型导光结构出射的光与所述基材的法线之间形成的夹角角度，所述预设角度为20°-60°。
5.如权利要求1所述的背光模组，其特征在于，所述棱镜层包括两层棱镜，每层棱镜的延伸方向一致，且两层棱镜的延伸方向相互垂直，所述第一微型导光结构在所述基材上的正投影与任意层棱镜的延伸方向之间的夹角为40°-50°。
6.如权利要求1所述的背光模组，其特征在于，所述光线折转结构还包括多个第二微型导光结构，所述第二微型导光结构的延伸方向与所述基材的法线相互平行。
7.如权利要求6所述的背光模组，其特征在于，所述第一微型导光结构和所述第二微型导光结构的形状均包括圆柱形、棱柱形其中之一或组合。
8.如权利要求1所述的背光模组，其特征在于，所述发光结构包括发光芯片层，以及位于所述发光芯片层与所述光线折转结构之间的光致发光层；所述光致发光层包括荧光粉或量子点。
9.如权利要求8所述的背光模组，其特征在于，所述发光结构还包括位于所述发光芯片层与所述光致发光层之间的扩散层。
10.一种显示装置，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的背光模组。
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