CN111123584B - 背光模组、显示屏和显示设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种背光模组、显示屏和显示设备，所述背光模组包括反射片、设置于所述反射片上的定向散射层及设置于所述定向散射层上的导光板；所述背光模组还包括设置于所述反射片上方的量子点膜层，所述定向散射层配置为将自所述导光板出射的至少部分非显示光向所述量子点膜层散射，所述量子点膜层受到所述非显示光激发而产生显示光。通过将非显示光转化为显示光，有利于提高显示屏的色域，从而改善显示效果。

Description

背光模组、显示屏和显示设备

技术领域

本发明涉及显示领域，尤其涉及一种背光模组、显示屏和显示设备。

背景技术

液晶显示器是近年来快速发展的平面超薄显示设备，其辐射较低，有益于人体健康，画面柔和，眼睛不容易疲劳，给人们带来良好的视觉体验。液晶显示器由背光模组和显示面板构成，背光模组发出的光经过底层反射层、导光板、下棱镜层、上棱镜层、保护层之后入射到液晶面板所在的平面，此出射光经过显示面板后展现所需显示的图像。

显示面板的彩膜层只透过与该处色阻颜色相同的光，吸收其它颜色的光。例如，普通的背光源发出的光经过绿色阻时绿光透过色阻射出，除了绿光以外的其它颜色的光被吸收而造成浪费，但是红光、橙光、黄光等并不能被完全吸收，未被吸收的其它颜色光和绿光一起形成显示画面，使绿色光纯度降低，这会造成液晶显示屏的色域偏低，进而降低显示效果，影响视觉体验。

发明内容

本发明提供一种提高色域的背光模组、显示屏和显示设备。

本发明提供一种背光模组，所述背光模组包括反射片、设置于所述反射片上的定向散射层及设置于所述定向散射层上的导光板；所述背光模组还包括设置于所述反射片上方的量子点膜层，所述定向散射层配置为将自所述导光板出射的至少部分非显示光向所述量子点膜层散射，所述量子点膜层受到所述非显示光激发而产生显示光。

进一步的，所述定向散射层包括多个散射单元，所述散射单元的径向尺寸为20～900nm。

进一步的，所述散射单元为砷化镓纳米颗粒或硅纳米颗粒。

进一步的，所述显示光包括红光、绿光、蓝光中的至少一种，所述非显示光包括橙光、黄光、青光、紫光中的至少一种，所述定向散射层包括多个散射单元，所述散射单元配置为将自所述导光板出射的橙光、黄光、青光、紫光中的至少一种向所述量子点膜层散射，所述量子点膜层受到所述橙光、黄光、青光、紫光中的至少一种的激发，而产生红光、绿光、蓝光中的至少一种。

进一步的，所述散射单元包括第一散射单元、第二散射单元、第三散射单元及第四散射单元，所述第一散射单元配置为将自所述导光板出射的橙光向所述量子点膜层散射，所述第二散射单元配置为将自所述导光板出射的黄光向所述量子点膜层散射，所述第三散射单元配置为将自所述导光板出射的青光向所述量子点膜层散射，所述第四散射单元配置为将自所述导光板出射的紫光向所述量子点膜层散射。

进一步的，所述散射单元包括第五散射单元、第六散射单元及第七散射单元，所述第五散射单元配置为将所述导光板出射的红光向上散射，所述第六散射单元配置为将所述导光板出射的绿光向上散射，所述第七散射单元配置为将所述导光板出射的蓝光向上散射。

进一步的，所述量子点膜层包括多个量子点，所述量子点受到所述定向散射层散射的橙光、黄光、青光、紫光中的至少一种激发时，产生红光、绿光、蓝光中的至少一种。

进一步的，所述量子点膜层包括多个量子点，所述量子点包括第一量子点、第二量子点、第三量子点及第四量子点；所述第一散射单元散射的橙光激发所述第一量子点时，产生红光；所述第二散射单元散射的黄光激发所述第二量子点时，产生红光；所述第三散射单元散射的青光激发所述第三量子点时，产生绿光；所述第四散射单元散射的紫光激发所述第四量子点时，产生蓝光。

进一步的，所述背光模组包括位于所述导光板和所述散射层之间的增透膜。

进一步的，所述增透膜包括多个增透区及多个第一空白区，每个所述增透区与一个所述第一空白区相邻设置，所述定向散射层包括多个散射区及多个第二空白区，每个所述散射区与一个所述第二空白区相邻设置，所述增透区面向所述散射区，所述第一空白区面向所述第二空白区，所述散射区的面积大于所述增透区的面积。

进一步的，所述增透膜的材质为氟化钙、冰晶石氟化镁、氟化镁及二氧化硅中的任一种。

进一步的，所述增透区的折射率为1～1.5。

进一步的，所述定向散射层位于所述导光板和所述量子点膜层之间。

本发明还提供一种显示屏，所述显示屏包括显示面板及如前所述的背光模组，所述显示面板设置于所述背光模组上。

本发明还提供一种显示设备，所述显示设备包括如前所述的显示屏。

本发明通过将非显示光转化为显示光，有利于提高显示屏的色域，从而改善显示效果。

附图说明

图1是本发明显示屏的一种实施方式的结构示意图。

图2是纳米长方体散射谱随着z方向尺寸变化的情况。

图3是尺寸为160nm×160nm×72nm的纳米颗粒的散射谱，其中共振位置在λ＝693nm处。

图4为尺寸为160nm×160nm×72nm的纳米颗粒的X-Z面的远场散射图样，其中共振位置在λ＝693nm处。

图5为尺寸为160nm×160nm×72nm的纳米颗粒的Y-Z面的远场散射图样，其中共振位置在λ＝693nm处。

图6是图1所示的显示屏的定向散射层的一种实施方式的正视示意图。

图7是图1所示的显示屏的定向散射层的另一种实施方式的正视示意图。

图8是图1所示的显示屏的增透膜的一种实施方式的正视示意图。

图9是部分光线在图1所示的显示屏中的传播示意图，其中向下箭头表示橙光，向上且颜色较深的箭头代表红光，向上且颜色较深的箭头代表红光绿光。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施方式进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施方式中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置的例子。

在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施方式的目的，而非旨在限制本发明。除非另作定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明说明书以及权利要求书中使用的“第一”“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“多个”或者“若干”表示两个及两个以上。除非另行指出，“前部”、“后部”、“下部”和/或“上部”等类似词语只是为了便于说明，而并非限于一个位置或者一种空间定向。“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而且可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

请结合图1，本发明提供一种显示屏，其包括背光模组100及设置于背光模组上的显示面板200，显示面板200例如为液晶面板。所述背光模组100包括反射片90、设置于反射片90上的定向散射层70及设置于所述定向散射层上的导光板50。此外，所述背光模组100还包括设置于所述反射片90上方的量子点膜层80，所述定向散射层70配置为将所述导光板50的至少部分非显示光向所述量子点膜层80散射，亦即向下散射，所述量子点膜层80受到非显示光的激发，而产生不同于非显示光的颜色的显示光。本实施方式中，所述显示光包括红光、绿光、蓝光中的至少一种，所述非显示光包括橙光、黄光、青光、紫光中的至少一种。通过将非显示光转化为显示光，有利于提高显示屏的色域，从而改善显示效果。

所述定向散射层70包括多个散射单元。所述散射单元为纳米颗粒，例如砷化镓(GaAs)纳米颗粒、硅纳米颗粒等具有高折射率的纳米颗粒，本实施方式中选择砷化镓纳米颗粒。具体大小根据其要散射的光的中心波长而定，对光的定向散射线宽通常在几十纳米左右，以满足对单色光定向散射的要求。

根据在特定的工作波长处满足Kerker条件，并且颗粒内部感应的电偶极子和磁偶极子的辐射场在共振位置处发生交叠，在一个方向相干相长/相消在相背的方向相干相消/相长的原理，实现共振位置处的单向散射。其中Kerker条件是指：颗粒内部感应的电偶极子和磁偶极子共振的强度一样，共振的相位一致时，实现前向散射增强，背向散射抑制；电偶极子和磁偶极子共振的强度一样，共振的相位相反时，实现前向散射抑制，背向散射增强。橙光、黄光、青光、紫光的波长范围分别约为25nm、20nm、42nm、45nm，波长的范围都比较小，可以设计散射颗粒分别覆盖相应的波长范围，使橙光、黄光、青光、紫光部分或全部被向量子点膜层80散射。

以一个边长d＝160nm放置在真空环境中的立方体纳米颗粒为例，其折射率n＝5.66，如图2所示，纳米颗粒的中心位置对应坐标系的原点。光沿Z轴方向(即上下方向)传播，电偶极子沿X方向偏振，磁偶极子沿Y方向偏振。图2示意出了颗粒沿Z方向尺寸从160nm变化到30nm时对应的散射谱的变化，实线表示对应尺寸的散射谱，两条虚线分别表示该介质立方体颗粒磁偶极峰和电偶极峰的变化。在Z方向尺寸等于72nm附近，电偶极峰和磁偶极峰发生了交叠，该位置的尺寸即为实现共振位置处单向散射所需要较优的尺寸。计算散射谱得到，颗粒尺寸为160nm×160nm×72nm时，在散射谱上只呈现出一个共振峰在λ＝693nm处，如图3所示。计算该颗粒在λ＝693nm处X-Z面和Y-Z面的远场散射图样，如图4和图5所示。可以看到远场散射场为沿着Z+方向的单瓣散射，表明该颗粒实现了很好的前向单向散射。因此，可根据选择散射的光的中心波长采用上述方式确定纳米颗粒的具体尺寸。基于以上计算方法，计算出纳米颗粒的径向尺寸为20nm～900nm，径向尺寸可理解为几何中心或近似几何中心到外轮廓的距离。

请结合图6，本实施方式中，所述散射单元包括第一散射单元71、第二散射单元72、第三散射单元73、第四散射单元74，所述第一散射单元71用于将所述导光板50出射的橙光向所述量子点膜层80散射(第一散射单元71不会对其他颜色的光进行干涉，其他颜色的光经过第一散射单元71向各个方向散射，第二散射单元72等与之类似)；所述第二散射单元72用于将自所述导光板50出射的黄光向所述量子点膜层80散射；所述第三散射单元73用于将所述导光板50出射的青光向所述量子点膜层80散射；所述第四散射单元74用于将所述导光板50出射的紫光向所述量子点膜层80散射。

所述量子点膜层80包括多个量子点，所述量子点受到所述定向散射层散射的橙光、黄光、青光及紫光中的至少一种激发时，产生红光、绿光、蓝光中的至少一种。本实施方式中，所述量子点包括第一量子点A、第二量子点B、第三量子点C及第四量子点D(未图示)，所述第一量子点A、第二量子点B、第三量子点C及第四量子点D的材料可以是Ⅲ～Ⅴ族量子点材料或ABX3型等量子点材料，本实施方式中选用钙钛矿量子点材料。

所述第一散射单元71散射的橙光激发所述第一量子点A时，产生红光；所述第二散射单元72散射的黄光激发所述第二量子点B时，产生红光；所述第三散射单元73散射的青光激发所述第三量子点C时，产生绿光；所述第四散射单元74散射的紫光激发所述第四量子点D时，产生蓝光。藉此，光源发出的光中约有1/7的橙光、黄光、青光、紫光被转化成红光、绿光、蓝光，大大提高了显示屏的色域。

可以理解的是，能够被低能量的光激发的材料也能够被高能量的光激发，因此，黄光也可以激发第一量子点A产生红光，青光也可以激发第一量子点A、第二量子点B产生红光，紫光可以激发第一量子点A、第二量子点B产生红光，也可以激发第三量子点C产生绿光。具体地，可以根据光源11发射的光中各个波段所占的比例确定量子点材料的比例，从而调配出射的红、绿、蓝光的比例。可选的，可以增加量子点膜层80中第三量子点C的含量，亦即使第三量子点C的数量多于所述第一量子点A、第二量子点B及第四量子点D的数量，提高绿光的纯度及发光强度，进一步提高显示屏的色域。

向各个方向散射的光中，红光、绿光、蓝光可能向上入射到显示面板200，也可能向下入射到量子点膜层80，若红光、绿光、蓝光向下到达量子点膜层80，则不被量子点吸收，而是向各个方向散射，此后可能向上到达显示面板200，也可能再次被定向散射层70散射下来。

在一些实施方式中，也可以仅设置一种散射单元和一种量子点，例如第一散射单元71和第一量子点，以提高背光模组出光的红光的纯度及发光强度，也能在一定程度上提高显示面板的色域。在其他实施方式中，也可以设置两种散射单元和两种量子点，或三种散射单元和三种量子点。通常来说，散射单元及量子点的种类越多，越有利于显示屏的色域的提高。

请继续结合图6，本实施方式中，散射单元还包括第五散射单元75、第六散射单元76及第七散射单元77，所述第五散射单元75用于将所述导光板50出射的红光向上散射，所述第六散射单元76用于将所述导光板50出射的绿光向上散射，所述第七散射单元77用于将所述导光板50出射的蓝光向上散射，光线集中到显示屏的正面，可以大大提高显示屏的显示亮度。

所述第五散射单元75、第一散射单元71、第二散射单元72、第六散射单元76、第三散射单元73、第七散射单元77及第四散射单元74依次设置，而组成一个散射单元，第一散射单元71和第五散射单元75的距离约为30nm，其他散射单元之间的间距也大致等于30nm。图7显示了第一散射单元71、第二散射单元72、第三散射单元73、第四散射单元74、第五散射单元75、第六散射单元76及第七散射单元77的另一种排布方式。

在其他实施方式中，也可以不设置第五散射单元75、第六散射单元76及第七散射单元77，因而第一散射单元71、第二散射单元72、第三散射单元73及第四散射单元74的密度得以增大。因而，更多橙光、黄光、青光、紫光可以被定向散射层70散射，光源发出的光中约有1/4的橙光、黄光、青光、紫光可激发对应的量子点，产生更多的红光、绿光、蓝光，可更大程度的提高背光的色域。

所述定向散射层70还可用于指向性背光模组中，指向性背光模组可产生指定方向的光线，搭配显示面板可以实现3D显示，可降低指向性背光模组的厚度。

请参照图1，所述背光模组100还包括背光模组11、增透膜60、扩散片40、下棱镜片30、上棱镜片20及保护片10，所述背光模组11面向所述导光板50，所述反射片90、量子点膜层80、定向散射层70、增透膜60、导光板50、扩散片40、下棱镜片30、上棱镜片20及保护片10自下向上依次设置。本发明中，无论背光模组如何摆置，所述反射片90指向导光板50的方向均视为向上方向。

请结合图8及图9，所述增透膜60位于所述导光板50与所述定向散射层70之间，增透膜60用于取代导光板50底部的反射网点，所述增透膜60包括多个增透区601及多个空白区602，每个所述增透区601与一个所述第一空白区602相邻设置。所述定向散射层70包括多个散射区701及多个第二空白区702，一组散射单元(第一散射单元至第七散射单元)对应的区域为一个散射区701，每个所述散射区701与一个所述第二空白区702相邻设置，所述增透区601面向所述散射区701，所述第一空白区602面向所述第二空白区702，所述散射区701的面积大于所述增透区601的面积，对应的，所述第二空白区702的面积小于所述第一空白区602的面积，从而使透过导光板50向下入射的光都能被散射，避免红光、绿光、蓝光被下面的量子点膜层80吸收。本实施方式中，所述散射区701的面积略大于所述增透区601的面积，例如两者差值在15％以内。可选的，定向散射层可以全部由散射单元构成，而接近没有空白区域，即没有第二空白区，此时散射单元对入射到定向散射层的光的作用范围更大。

所述导光板50的材料可以是烯烃(Olefin)系列的透明性树脂或亚克力树脂，折射率在1.5左右。增透膜的折射率为n为1～1.5，未加增透膜60处的导光板50的全反射角θ1＝arcsin(1/1.5)，入射光的角度大于θ1时发生全反射。增透膜60处的导光板50发生全反射的角度增大为θ2＝arcsin(1/n)，光从增透膜60入射到空气时全反射角为θ3＝arcsin(1/n)。由于增透膜60的存在，部分光线的全反射被破坏而向下进入增透膜60，而部分光线依旧被全反射并向远处传播。向下进入增透膜60的光到达增透膜60空气界面时，入射角度大于θ3的光线再次被全反射，入射角度小于θ3的光线向下入射到定向散射层70。因而可以调节光源入射到导光板50的角度和增透膜60的面积大小，控制到达定向散射层70的光强度，利用定向散射层70对光的散射使背光模组的出光更加均匀。例如，一组散射单元(包括第一散射单元71至第七散射单元77)的面积约为32400nm²，增透区面积的大小与导光板中网点的面积相近，选择32400nm²的倍数即可。

增透区601的折射率

时增透效果较好，其中n0和n2分别为导光板和空气的折射率，增透区的可选的折射率为1～1.5。本实施方式的导光板采用现有的导光板即可，折射率例如为1.5左右，空气折射率约等于1。当增透膜的折射率在1.23左右时增透效果较好，穿过增透膜的光透过率近于100％，增透膜材料可选择氟化钙(n＝1.23～1.42)、冰晶石氟化镁(n＝1.33)、氟化镁(n＝1.38)等，光的透过率为95％～100％，这些材料可通过真空蒸镀的工艺制作在导光板60下侧。当然，增透膜还可以高透二氧化硅膜等新型增透薄膜。

如图9所示，以绿光和橙光为例，绿光被定向散射层70的第六散射单元76的向上散射后到达显示面板200，定向散射层70的第一散射单元71将橙光向下散射，橙光到达量子点膜层80后，激发量子点膜层80的第一量子点A，产生红光，红光透过定向散射层70，向上出射到达显示面板200。其中向下箭头表示橙光，向上且颜色较深的箭头代表红光，向上且颜色较浅的箭头代表绿光。

本实施方式中，所述定向散射层70位于所述导光板50和所述量子点膜层80之间，即量子点膜层80位于导光板50和定向散射层的下方；在其他实施方式中，还可以使导光板50位于定向散射层70和量子点膜层80之间，即量子点膜层80位于导光板50上方，对应的，定向散射层70对橙光、黄光、绿光、青光、紫光向上散射并穿过导光板而到达量子点膜层80。

另一方面，本发明还提供一种用于制作所述定向散射层70的方法，其包括：

步骤S1：提供清洁的基板，基板例如为FTO(掺杂氟的SnO2导电玻璃)基板。

步骤S2：通过化学气相沉淀法在基板上形成砷化镓(GaAs)薄膜。可选的，抽真空，充入氢气，温度升至300℃，充入砷化氢(AsH3)，继续升温至反应温度时通入三甲基镓(Ga(CH3)3)，在基板上进行外延生长形成砷化镓薄膜。

步骤S3：对砷化镓薄膜进行刻蚀，形成散射颗粒阵列，即定向散射层70。可选的，本实施方式采用飞秒激光加工直写技术进行刻蚀，精度可以达到10-20nm。当然，也可以采用其他纳米材料加工方法，只要满足加工精度及可。

又一方面，本发明还提供一种显示设备，其包括所述显示屏。所述显示设备例如为电视、监视器、会议平板等电子设备。当然，显示设备还包括电源系统、处理系统等。

以上所述仅是本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施方式揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施方式，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施方式所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (15)

1.一种背光模组，其特征在于，所述背光模组包括反射片、设置于所述反射片上的定向散射层及设置于所述定向散射层上的导光板；

所述背光模组还包括设置于所述反射片上方的量子点膜层，所述定向散射层配置为将自所述导光板出射的至少部分非显示光向所述量子点膜层散射，所述量子点膜层受到所述非显示光激发而产生显示光。

2.根据权利要求1所述的背光模组，其特征在于，所述定向散射层包括多个散射单元，所述散射单元的径向尺寸为20～900nm。

3.根据权利要求2所述的背光模组，其特征在于，所述散射单元为砷化镓纳米颗粒或硅纳米颗粒。

4.根据权利要求1所述的背光模组，其特征在于，所述显示光包括红光、绿光、蓝光中的至少一种，所述非显示光包括橙光、黄光、青光、紫光中的至少一种，所述定向散射层包括多个散射单元，所述散射单元配置为将自所述导光板出射的橙光、黄光、青光、紫光中的至少一种向所述量子点膜层散射，所述量子点膜层受到所述橙光、黄光、青光、紫光中的至少一种的激发，而产生红光、绿光、蓝光中的至少一种。

5.根据权利要求4所述的背光模组，其特征在于，所述散射单元包括第一散射单元、第二散射单元、第三散射单元及第四散射单元，所述第一散射单元配置为将自所述导光板出射的橙光向所述量子点膜层散射，所述第二散射单元配置为将自所述导光板出射的黄光向所述量子点膜层散射，所述第三散射单元配置为将自所述导光板出射的青光向所述量子点膜层散射，所述第四散射单元配置为将自所述导光板出射的紫光向所述量子点膜层散射。

6.根据权利要求5所述的背光模组，其特征在于，所述散射单元包括第五散射单元、第六散射单元及第七散射单元，所述第五散射单元配置为将所述导光板出射的红光向上散射，所述第六散射单元配置为将所述导光板出射的绿光向上散射，所述第七散射单元配置为将所述导光板出射的蓝光向上散射。

7.根据权利要求5所述的背光模组，其特征在于，所述量子点膜层包括多个量子点，所述量子点受到所述定向散射层散射的橙光、黄光、青光、紫光中的至少一种激发，而产生红光、绿光、蓝光中的至少一种。

8.根据权利要求5所述的背光模组，其特征在于，所述量子点膜层包括多个量子点，所述量子点包括第一量子点、第二量子点、第三量子点及第四量子点；

所述第一散射单元散射的橙光激发所述第一量子点而产生红光；

所述第二散射单元散射的黄光激发所述第二量子点而产生红光；

所述第三散射单元散射的青光激发所述第三量子点而产生绿光；

所述第四散射单元散射的紫光激发所述第四量子点而产生蓝光。

9.根据权利要求1所述的背光模组，其特征在于，所述背光模组包括位于所述导光板和所述散射层之间的增透膜。

10.根据权利要求9所述的背光模组，其特征在于，所述增透膜包括多个增透区及多个第一空白区，每个所述增透区与一个所述第一空白区相邻设置，所述定向散射层包括多个散射区及多个第二空白区，每个所述散射区与一个所述第二空白区相邻设置，所述增透区面向所述散射区，所述第一空白区面向所述第二空白区，所述散射区的面积大于所述增透区的面积。

11.根据权利要求10所述的背光模组，其特征在于，所述增透膜的材质为氟化钙、冰晶石氟化镁、氟化镁及二氧化硅中的任一种。

12.根据权利要求10所述的背光模组，其特征在于，所述增透区的折射率为1～1.5。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的背光模组，其特征在于，所述定向散射层位于所述导光板和所述量子点膜层之间。

14.一种显示屏，其特征在于，所述显示屏包括显示面板及如权利要求1-13中任一项所述的背光模组，所述显示面板设置于所述背光模组上。

15.一种显示设备，其特征在于，所述显示设备包括如权利要求14所述的显示屏。

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