CN111624817A - 背光模组及其制造方法、显示装置 - Google Patents

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Abstract

本公开提供一种背光模组及其制造方法和显示装置。背光模组包括：第一基板，包括：第一衬底；设置在第一衬底上的次毫米发光二极管芯片阵列；设置在第一衬底上且覆盖次毫米发光二极管芯片阵列的封装层；和设置在封装层远离第一衬底的表面上的超透镜阵列，超透镜阵列包括多个超透镜；以及第二基板，包括：第二衬底；设置在第二衬底的第一表面上的光栅阵列，光栅阵列包括多个光栅；和设置在第二衬底的第二表面上的棱镜结构，棱镜结构包括多个棱镜组。第二衬底为玻璃衬底，多个光栅在第一衬底上的正投影分别与多个超透镜在第一衬底上的正投影至少部分重叠，多个棱镜组在第一衬底上的正投影分别位于两个相邻的光栅在第一衬底上的正投影之间。

Description

背光模组及其制造方法、显示装置
技术领域
本公开涉及显示技术领域，尤其涉及一种背光模组及其制造方法、显示装置。
背景技术
发光二极管(Light Emitting Diode，英文缩写为LED)技术发展了近三十年，其应用范围不断扩展，例如，其可以应用于显示领域，用作显示装置的背光源或用作LED显示屏。随着技术的发展，次毫米发光二极管(Mini Light Emitting Diode，英文缩写为Mini LED)逐渐成为显示技术领域中的一个研究热点。例如，Mini LED可以用于液晶显示装置中的背光模组中，作为背光模组的发光元件。这样，通过利用Mini LED的优点，所述背光模组可以实现分区调光、快速响应、结构简单和寿命长等优点。
在本部分中公开的以上信息仅用于对本公开的发明构思的背景的理解，因此，以上信息可包含不构成现有技术的信息。
发明内容
为了解决上述问题的至少一个方面，本公开实施例提供一种背光模组及其制造方法和显示装置。
在一个方面，提供一种背光模组，包括：第一基板，所述第一基板包括：第一衬底；设置在所述第一衬底上的次毫米发光二极管芯片阵列，所述次毫米发光二极管芯片阵列包括多个次毫米发光二极管芯片；设置在所述第一衬底上且覆盖所述次毫米发光二极管芯片阵列的封装层；和设置在所述封装层远离所述第一衬底的表面上的超透镜阵列，所述超透镜阵列包括多个超透镜；以及第二基板，所述第二基板堆叠于所述第一基板上，所述第二基板包括：第二衬底，所述第二衬底具有靠近所述第一基板的第一表面和远离所述第一基板的第二表面；设置在所述第一表面上的光栅阵列，所述光栅阵列包括多个光栅；和设置在所述第二表面上的棱镜结构，所述棱镜结构包括多个棱镜组，其中，所述第二衬底为玻璃衬底，所述多个超透镜在所述第一衬底上的正投影分别与所述多个次毫米发光二极管芯片在所述第一衬底上的正投影至少部分重叠，所述多个光栅在所述第一衬底上的正投影分别与所述多个超透镜在所述第一衬底上的正投影至少部分重叠，所述多个棱镜组在所述第一衬底上的正投影分别位于两个相邻的光栅在所述第一衬底上的正投影之间。
根据一些示例性的实施例，所述背光模组还包括第三基板，所述第三基板堆叠在所述第二基板远离所述第一基板的表面上，其中，所述第三基板包括：第三衬底，所述第三衬底包括靠近所述第二基板的第一表面和远离所述第二基板的第二表面；和设置在所述第三衬底的第一表面和第二表面中的一个上的增亮结构，其中，所述第三衬底为玻璃基板，所述增亮结构在所述第二基板上的正投影与所述棱镜结构在所述第二基板上的正投影至少部分重叠。
根据一些示例性的实施例，所述第三基板还包括：设置于所述第三衬底中的多个孔；和填充于所述多个孔中的量子点材料。
根据一些示例性的实施例，所述多个次毫米发光二极管芯片沿第一方向和第二方向成阵列地布置在所述第一衬底上，所述第一方向和所述第二方向彼此垂直，第三方向垂直于所述第一方向和所述第二方向所在的平面；每一个所述超透镜包括多个柱状微结构，所述多个柱状微结构沿所述第一方向和所述第二方向成阵列地布置在所述封装层远离所述第一衬底的表面上。
根据一些示例性的实施例，所述次毫米发光二极管芯片发出的光的波长为λ，每一个所述柱状微结构沿所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向的尺寸均在0.01λ～100λ范围内。
根据一些示例性的实施例，在每一个所述超透镜内，相邻的两个所述柱状微结构之间沿所述第一方向和所述第二方向的间隔距离均在0.01λ～100λ范围内。
根据一些示例性的实施例，所述光栅为衍射光栅。
根据一些示例性的实施例，每一个所述棱镜组包括多个棱镜，每一个所述棱镜沿所述第二方向延伸，并且同一个所述棱镜组包括的多个棱镜沿所述第一方向排列。
根据一些示例性的实施例，每一个所述棱镜为三棱镜，每一个所述棱镜具有顶角，所述顶角位于所述棱镜远离所述第二表面的一侧；在同一个所述棱镜组中，多个棱镜中的至少一些棱镜的顶角彼此不同。
根据一些示例性的实施例，每一个所述棱镜组具有对称面，所述对称面垂直于所述第二表面且沿所述第二方向延伸，每一个所述棱镜组具有相对于所述对称面对称的面对称结构；所述对称面在所述第一表面上的正投影与两个相邻的光栅中的一个之间沿所述第一方向的间隔距离等于所述对称面在所述第一表面上的正投影与所述两个相邻的光栅中的另一个之间沿所述第一方向的间隔距离。
根据一些示例性的实施例，在同一个所述棱镜组中，位于所述对称面一侧的多个棱镜的顶角沿从最远离所述对称面的棱镜至所述对称面的方向逐渐减小。
根据一些示例性的实施例，位于所述对称面一侧的多个棱镜的顶角以固定的差值逐渐减小。
根据一些示例性的实施例，每一个所述棱镜组中的多个棱镜的顶角在40°～80°的范围内。
根据一些示例性的实施例，所述增亮结构包括第一组棱镜和第二组棱镜，所述第一组棱镜设置在所述第三衬底的第一表面和第二表面中的一个上，所述第二组棱镜设置在所述第一组棱镜远离所述第三衬底的一侧；所述第一组棱镜包括多个第一棱镜，所述第二组棱镜包括多个第二棱镜，每一个所述第一棱镜沿所述第二方向延伸，每一个所述第二棱镜沿所述第一方向延伸，所述第一组棱镜包括的多个第一棱镜沿所述第一方向排列，所述第二组棱镜包括的多个第二棱镜沿所述第二方向排列。
根据一些示例性的实施例，所述第三基板还包括设置在所述第一组棱镜所在的层与所述第二组棱镜所在的层之间的平坦化层，所述平坦化层的材料包括光学胶，所述光学胶的折射率小于所述第一棱镜和所述第二棱镜中的每一个的材料的折射率。
在另一方面，提供一种显示装置，其中，所述显示装置包括根据如上所述的背光模组。
在又一方面，提供一种背光模组的制造方法，其中，所述制造方法包括以下步骤：
在第一衬底上形成次毫米发光二极管芯片阵列和覆盖所述次毫米发光二极管芯片阵列的封装层，所述次毫米发光二极管芯片阵列包括多个次毫米发光二极管芯片；
通过纳米压印工艺，在所述封装层远离所述第一衬底的表面上形成超透镜阵列，所述超透镜阵列包括多个超透镜；
在玻璃衬底的第一表面上形成光栅阵列，所述光栅阵列包括多个光栅；
在玻璃衬底的第二表面上形成棱镜结构，所述棱镜结构包括多个棱镜组，所述第一表面和所述第二表面分别为所述玻璃衬底的两个相反的表面；和
组装所述第一衬底和所述玻璃衬底，
其中，所述多个超透镜在所述第一衬底上的正投影分别与所述多个次毫米发光二极管芯片在所述第一衬底上的正投影至少部分重叠，所述多个光栅在所述第一衬底上的正投影分别与所述多个超透镜在所述第一衬底上的正投影至少部分重叠，所述多个棱镜组在所述第一衬底上的正投影分别位于两个相邻的光栅在所述第一衬底上的正投影之间。
附图说明
通过下文中参照附图对本公开所作的描述，本公开的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本公开有全面的理解。
图1是根据本公开的一些示例性实施例的背光模组的平面示意图；
图2是根据本公开的一些示例性实施例的背光模组沿图1中的线A-A’截取的截面图；
图3是根据本公开的一些示例性实施例的背光模组包括的第一基板上设置的光学元件的局部放大图；
图4是根据本公开的一些示例性实施例的第二基板包括的光栅阵列的示意结构图；
图5是根据本公开的一些示例性实施例的第二基板包括的棱镜结构的示意结构图；
图6A和图6B分别是根据本公开的一些示例性实施例的棱镜结构包括的一个棱镜组的示意结构图；
图7是根据本公开的一些示例性实施例的背光模组包括的第三基板的结构示意图；
图8是根据本公开的一些示例性实施例的增亮结构的立体示意图；
图9A和图9B分别是未设置所述光栅阵列和设置所述光栅阵列的光学模拟图；
图10是光线通过所述棱镜结构的光学模拟图；
图11A是未设置任何光学元件的mini LED芯片的出射光的光学模拟图；
图11B是设置有传统的光学膜片的背光模组的出射光的光学模拟图
图11C是根据本公开的实施例的背光模组的出射光的光学模拟图；以及
图12是根据本公开的一些示例性实施例的显示装置的示意图。
需要注意的是，为了清晰起见，在用于描述本公开的实施例的附图中，层、结构或区域的尺寸可能被放大或缩小，即这些附图并非按照实际的比例绘制。
具体实施方式
在下面的描述中，出于解释的目的，阐述了许多具体细节以提供对各种示例性实施例的全面的理解。然而，明显的是，在不具有这些具体细节或者具有一个或多个等同布置的情况下，可以实施各种示例性实施例。在其它情况下，以框图形式示出了公知的结构和装置，以避免使各种示例性实施例不必要地模糊。此外，各种示例性实施例可以是不同的，但不必是排他的。例如，在不脱离发明构思的情况下，可以在另一示例性实施例中使用或实施示例性实施例的具体形状、配置和特性。
在附图中，为了清楚和/或描述的目的，可以放大元件的尺寸和相对尺寸。如此，各个元件的尺寸和相对尺寸不必限于图中所示的尺寸和相对尺寸。当可以不同地实施示例性实施例时，可以与描述的顺序不同地执行具体的工艺顺序。例如，可以基本上同时执行或者以与描述的顺序相反的顺序执行两个连续描述的工艺。此外，同样的附图标记表示同样的元件。
当元件被描述为“在”另一元件“上”、“连接到”另一元件或“结合到”另一元件时，所述元件可以直接在所述另一元件上、直接连接到所述另一元件或直接结合到所述另一元件，或者可以存在中间元件。然而，当元件被描述为“直接在”另一元件“上”、“直接连接到”另一元件或“直接结合到”另一元件时，不存在中间元件。用于描述元件之间的关系的其他术语和/或表述应当以类似的方式解释，例如，“在......之间”对“直接在......之间”、“相邻”对“直接相邻”或“在......上”对“直接在......上”等。此外，术语“连接”可指的是物理连接、电连接、通信连接和/或流体连接。此外，X轴、Y轴和Z轴不限于直角坐标系的三个轴，并且可以以更广泛的含义解释。例如，X轴、Y轴和Z轴可彼此垂直，或者可代表彼此不垂直的不同方向。出于本公开的目的，“X、Y和Z中的至少一个”和“从由X、Y和Z构成的组中选择的至少一个”可以被解释为仅X、仅Y、仅Z、或者诸如XYZ、XYY、YZ和ZZ的X、Y和Z中的两个或更多个的任何组合。如文中所使用的，术语“和/或”包括所列相关项中的一个或多个的任何组合和所有组合。
应该理解的是，尽管在这里可使用术语第一、第二等来描述不同的元件，但是这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅是用来将一个元件与另一个元件区分开来。例如，在不脱离示例实施例的范围的情况下，第一元件可以被命名为第二元件，类似地，第二元件可以被命名为第一元件。
在本文中，无机发光二极管是指利用无机材料制成的发光元件，其中，LED表示有别于OLED的无机发光元件。具体地，无机发光元件可以包括次毫米发光二极管(Mini LightEmitting Diode，英文缩写为Mini LED)和微型发光二极管(Micro Light EmittingDiode，英文缩写为Micro LED)。其中，次毫米发光二极管(即Mini LED)表示晶粒尺寸在Micro LED与传统LED之间的小型发光二极管，通常，Mini LED的晶粒尺寸可以在100～300微米之间。
本公开的一些示例性实施例提供了一种背光模组及其制造方法和包括所述背光模组的显示装置。例如，本公开的一些实施例提供了一种背光模组，包括：第一基板，所述第一基板包括：第一衬底；设置在所述第一衬底上的次毫米发光二极管芯片阵列，所述次毫米发光二极管芯片阵列包括多个次毫米发光二极管芯片；设置在所述第一衬底上且覆盖所述次毫米发光二极管芯片阵列的封装层；和设置在所述封装层远离所述第一衬底的表面上的超透镜阵列，所述超透镜阵列包括多个超透镜；以及第二基板，所述第二基板堆叠于所述第一基板上，所述第二基板包括：第二衬底，所述第二衬底具有靠近所述第一基板的第一表面和远离所述第一基板的第二表面；设置在所述第一表面上的光栅阵列，所述光栅阵列包括多个光栅；和设置在所述第二表面上的棱镜结构，所述棱镜结构包括多个棱镜组，其中，所述第二衬底为玻璃衬底，所述多个超透镜在所述第一衬底上的正投影分别与所述多个次毫米发光二极管芯片在所述第一衬底上的正投影至少部分重叠，所述多个光栅在所述第一衬底上的正投影分别与所述多个超透镜在所述第一衬底上的正投影至少部分重叠，所述多个棱镜组在所述第一衬底上的正投影分别位于两个相邻的光栅在所述第一衬底上的正投影之间。这样，在mini LED的出光侧设置超透镜，可以实现超短焦距的光学器件，可以降低混光距离，并且光栅和棱镜都设置在玻璃衬底上，无需设置单独的光学膜片，有利于简化背光模组的结构和实现背光模组的轻薄化。
图1是根据本公开的一些示例性实施例的背光模组的平面示意图，图2是根据本公开的一些示例性实施例的背光模组沿图1中的线A-A’截取的截面图。需要说明的是，在图1中，为了清楚地示出背光模组包括的光源，省略了背光模组包括的光学元器件，这些光学元器件将在其他附图中示出。
结合图1和图2，根据本公开实施例的背光模组可以包括堆叠设置的第一基板1和第二基板2。
例如，第一基板1可以是mini LED灯板。mini LED灯板可以包括第一衬底11、设置在第一衬底11的mini LED芯片阵列12以及覆盖mini LED芯片阵列12的封装层13。例如，封装层13包括用于将mini LED芯片阵列12封装在第一衬底11上的层状结构。在一些示例性实施例中，将封装胶涂覆在Mini LED灯板的表面，干燥后形成所述封装层13。所述封装胶可以包括透明的光固化或热固化树脂，即，所述封装层13可以包括透明保护胶。
在本公开的实施例中，第一衬底11可以是玻璃衬底，例如，在玻璃衬底11上形成走线后，多个Mini LED芯片进行打件，形成玻璃基的mini LED灯板。
可选地，本公开的实施例不局限于此，第一衬底11可以包括但不限于，印刷电路板(即PCB)、柔性电路板(即FPC)等。例如，第一衬底11可以包括玻璃衬底，该玻璃衬底上还可以设置有聚酰亚胺(PI)层，或者玻璃衬底还可以连接有FPC和/或PCB。
需要说明的是，图1和图2中使用矩形框来代表LED芯片，但可以理解的是，本公开实施例中的LED芯片并不限于为矩形，可以为圆形，多边形等任意形状。
mini LED芯片阵列12可以包括多个mini LED芯片121，多个mini LED芯片121沿第一方向X和第二方向Y间隔排列，即，成阵列地布置在第一衬底11上。每一个mini LED芯片121与所述第一衬底11处于电连通状态。例如，第一衬底11可以选用PCB(Printed CircuitBoard，印制第一衬底)等。第一衬底11上设置有与mini LED芯片相对应的焊接支架，miniLED芯片被焊接在相应的焊接支架上，形成mini LED芯片阵列12。应该理解的是，mini LED芯片阵列12的密度取决于LED芯片的功率、LED灯板功率以及亮度需求。
例如，第一方向X和第二方向Y彼此垂直，第三方向Z垂直于所述第一方向X和第二方向Y。
在本公开的实施例中，在mini LED应用于背光模组中，有利于实现背光模组更加精细的局部调光设计，实现高动态对比度，实现区域调光，从而使得背光模组具备更好的透光均匀度以及较高的对比度和更多明暗细节等优点。
图3是根据本公开的一些示例性实施例的背光模组包括的第一基板上设置的光学元件的局部放大图。参照图2和图3，第一基板1还可以包括超透镜阵列10。具体地，超透镜阵列10可以包括设置在封装层13远离第一衬底11的表面上的多个超透镜100。每一个超透镜100可以包括多个柱状微结构102。为了描述方便，将封装层13远离第一衬底11的表面称为第一表面131。多个柱状微结构102在第一表面132上成阵列地间隔布置。例如，每一柱状微结构102大致垂直于第一表面131。每一个柱状微结构102可以呈圆柱状或棱柱状，即，每一个柱状微结构102在第一表面131上的正投影可以具有圆形、矩形或多边形等形状。
例如，多个超透镜100可以与多列mini LED芯片阵列12一一对应，即，每一个超透镜100在第二衬底21上的正投影与一列mini LED芯片121在第二衬底21上的正投影至少部分重叠，例如，每一个超透镜100在第二衬底21上的正投影可以覆盖一列mini LED芯片121在第二衬底21上的正投影。
每一柱状微结构102可以具有亚波长的形状尺寸。具体地，当多个柱状微结构102被布置为相对于预定波长带的光执行期望的光学功能时，如果λ是预定波长带内的波长，则亚波长表示小于λ的形状尺寸。在示例实施例中，当多个柱状微结构102被布置为相对于预定波长带的光执行期望的光学功能时，多个柱状微结构102被布置为将预定波长带加宽到期望的程度并且还更有效地防止或减少意外的高阶或零阶衍射噪声的产生。
例如，mini LED芯片121发出的光(例如蓝光)的波长为λ，每一个所述柱状微结构102沿所述第一方向X、所述第二方向Y和所述第三方向Z的尺寸可以与上述波长相当或者处于亚波长的级别。例如，每一个所述柱状微结构102沿所述第一方向X、所述第二方向Y和所述第三方向Z的尺寸可以在0.01λ～100λ范围内，或者，它们可以均小于所述波长λ。
可选地，在每一个所述超透镜100内，相邻的两个所述柱状微结构102之间沿所述第一方向X和所述第二方向Y的间隔距离均可以与上述波长相当或者处于亚波长的级别。例如，相邻的两个所述柱状微结构102之间沿所述第一方向X和所述第二方向Y的间隔距离可以在0.01λ～100λ范围内，或者，它们可以均小于所述波长λ。
再例如，超透镜阵列10的材料可以包括c-Si、p-Si、a-Si和III-V族化合物半导体(磷化镓(GaP)、氮化镓(GaN)、砷化镓(GaAs)等)、碳化硅(SiC)、二氧化钛(TiO2)以及氮化硅(SiN)中的至少一种。
在本公开的实施例中，通过在mini LED的出光侧设置超透镜，能够突破光的衍射极限，可以实现超短焦距的光学器件，能够满足mini LED背光模组对较短混光距离(几百微米)的需求。这样，可以降低混光距离，有利于实现背光模组的轻薄化。
可选地，第一基板1还可以包括保护层14。保护层14可以覆盖或封装超透镜阵列10，以保护超透镜阵列10。例如，保护层14的材料的折射率可以与超透镜阵列10的材料的折射率不同。保护层14与超透镜阵列10的材料之间的折射率之差可以是0.5或更大。保护层14可以包括折射率小于超透镜阵列10的折射率的材料。当然，本公开的实施例不限于此，在一些实施例中，所述保护层14可以省略；在其他实施例中，保护层14的折射率可以大于超透镜阵列10的折射率。
例如，保护层14可以包括诸如环氧树脂(SU-8)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等的聚合物材料、或诸如二氧化硅(SiO2)的低折射材料。
第二基板2可以包括第二衬底21，第二衬底21具有第一表面211和第二表面212。第一表面211为第二衬底21靠近第一基板1的表面，第二表面212为第二衬底21远离第一基板1的表面。例如，第二衬底21可以是玻璃基板。
第二基板2还可以包括光栅阵列20和棱镜结构30。光栅阵列20设置在第一表面211上，棱镜结构30设置在第二表面30上。
图4是根据本公开的一些示例性实施例的第二基板包括的光栅阵列的示意结构图。参照图2和图4，光栅阵列20可以是纳米级光栅器件。具体地，光栅阵列20可以包括多个光栅200。例如，多个光栅200可以与多列mini LED芯片121一一对应，即，每一个光栅200在第二衬底21上的正投影与一列mini LED芯片121在第二衬底21上的正投影至少部分重叠，例如，每一个光栅200在第二衬底21上的正投影可以覆盖一列mini LED芯片121在第二衬底21上的正投影。
可选地，多个光栅200可以与第二衬底21为一体结构。可替代地，第二衬底21的第一表面211可以是平坦的表面，多个光栅200可以制作在平坦的第一表面211上，即，多个光栅200是独立形成在第二衬底21上的结构。
每一个光栅200可以包括多个凸起201和多个凹槽202，多个凸起201和多个凹槽202交替地排列。在本公开的实施例中，光栅200可以是一种衍射光栅。应该理解，根据光学原理，光在传播路径中，遇到不透明或透明的障碍物或者小孔(窄缝)后，绕过障碍物产生偏离直线传播的现象称为光的衍射。参照图4。衍射光栅200是通过在第一表面211上开设多个规则排列的凹坑或凸起形成的，多个规则排列的凹坑或凸起形成规律性的结构，直线传播的光透过凹坑后偏离直线传播方向。如图4所示，通过在透明第二衬底的表面21上开设有多个凹坑或凸起，多个凹坑或凸起规则排列，凹坑作为光透过区域，宽度为w1，凹坑之间的凸起作为光不透过区域，宽度为w2，形成光栅周期p的衍射光栅，p＝w1+w2。
可选地，所述光栅200可以是纳米级光栅器件。例如，光栅200可以在1800刻线～3600刻线内进行设计。再例如，光栅200的衍射角可以为约60°。
可选地，所述光栅200的高度(即沿垂直于第一表面211的方向的尺寸)可以基本等于所述光栅周期p。
通过设置合理的光栅周期p和/或光栅高度，可以在两个mini LED芯片121之间形成新的光斑，以达到匀化光线的效果。
图9A和图9B分别是未设置所述光栅阵列20和设置所述光栅阵列20的光学模拟图。参照图9A和图9B，其中，横坐标和纵坐标分别表示mini LED芯片121沿第一方向X和第二方向Y的位置坐标，单位为毫米。从图中可以看出，通过设置所述光栅阵列20，光斑数量得到显著增加，例如，在相同的区域中，在未设置所述光栅阵列20的情况下，光斑数量为3个；在设置有所述光栅阵列20的情况下，光斑数量为9个。这样，增强了背光模组的匀光效果。需要说明的是，光斑反映出了光的能量分布，光斑的数量越多，表示光的能量分布越均匀，即匀光效果更好。例如，在图9A和图9B所示的示例中，假设一个mini LED芯片121发出的光的能量为E，在图9A中，出现3个光斑，那么每一个光斑的能量为E的1/3；在图9B中，出现9个光斑，那么每一个光斑的能量为E的1/9。这样，图9B中光的能量分布更均匀，即匀光效果更好。
图5是根据本公开的一些示例性实施例的第二基板包括的棱镜结构30的示意结构图。参照图2和图5，棱镜结构30包括多个棱镜组300。每一个棱镜组300可以包括多个棱镜302。例如，每一个棱镜302可以沿第二方向Y延伸，即，每一个棱镜302可以为条状棱镜。每一个棱镜组300包括的多个棱镜302沿第二方向Y延伸且沿第一方向X排列。
多个棱镜组300沿第一方向X间隔设置。每一个棱镜组300在第二衬底21上的正投影与每一个光栅21或每一列mini LED芯片121在第二衬底21上的正投影均不重叠。例如，每一个棱镜组300在第二衬底21上的正投影位于两个相邻的光栅21在第二衬底21上的正投影之间，或者，每一个棱镜组300在第二衬底21上的正投影位于两列相邻的mini LED芯片121在第二衬底21上的正投影之间。
如图5所示，每一个棱镜302为三棱镜，例如，每一个棱镜302的截面可以为不对称的三角形。每一个棱镜302具有顶角θ。顶角θ位于棱镜302远离第二表面212的一侧。
参照图6A和图6B，对于一个棱镜组300而言，设置有对称面CP，该对称面CP垂直于第二表面212且沿第二方向Y延伸。对称面CP延伸穿过两个相邻的光栅21的中间位置。换句话说，对称面CP在第一表面211上的正投影与两个相邻的光栅21中的一个之间沿第一方向X的间隔距离等于对称面CP在第一表面211上的正投影与两个相邻的光栅21中的另一个之间沿第一方向X的间隔距离。
对于一个棱镜组300而言，多个棱镜302中的至少一些的顶角θ彼此不同。可选地，一个棱镜组300具有相对于对称面CP对称的面对称结构。
例如，如图6A所示，对称面CP不延伸穿过任何棱镜302，即对称面CP位于两个相邻的棱镜302之间。一个棱镜组300包括2n个棱镜302，其中，n为自然数。此时，分别有n个棱镜302设置在对称面CP两侧。
为方便描述，将位于对称面CP一侧的n个棱镜302依次编号，最远离对称面CP的一个透镜编号为3021，邻近透镜3021且被它靠近对称面CP的一个透镜编号为3022，以此类推，最靠近对称面CP的一个透镜编号为302n。类似地，将位于对称面CP另一侧的n个棱镜302也依次编号。透镜3021具有的顶角θ可以标记为θ1，透镜3022具有的顶角θ可以标记为θ2，以此类推，透镜302n具有的顶角θ可以标记为θn。
可选地，顶角θ1、θ2、...、θn可以逐渐变化，例如，可以逐渐减小。顶角θ1、θ2、...、θn可以以固定的差值逐渐减小，即，顶角θ1、θ2、...、θn的值形成为一组等差数列。
例如，顶角θ1、θ2、...、θn的值可以在40°～80°的范围内，所述固定的差值可以为约0.5°。
再例如，如图6B所示，对称面CP延伸穿过一个棱镜302。一个棱镜组300包括2n+1个棱镜302，其中，n为自然数。此时，分别有n个棱镜302设置在对称面CP两侧。
为方便描述，将对称面CP延伸穿过的一个棱镜302编号为3020，位于对称面CP一侧的n个棱镜302依次编号，最远离对称面CP的一个透镜编号为3021，邻近透镜3021且被它靠近对称面CP的一个透镜编号为3022，以此类推，最靠近对称面CP的一个透镜编号为302n。类似地，将位于对称面CP另一侧的n个棱镜302也依次编号。透镜3020具有的顶角θ可以标记为θ0，透镜3021具有的顶角θ可以标记为θ1，透镜3022具有的顶角θ可以标记为θ2，以此类推，透镜302n具有的顶角θ可以标记为θn。
可选地，顶角θ1、θ2、...、θn可以逐渐变化，例如，可以逐渐减小。顶角θ1、θ2、...、θn可以以固定的差值逐渐减小，即，顶角θ1、θ2、...、θn的值形成为一组等差数列。可选地，顶角θn与顶角θ0之间的差值可以等于所述固定的差值，即，顶角θ1、θ2、...、θn、θ0的值形成为一组等差数列。当然，顶角θn与顶角θ0之间的差值也可以不等于所述固定的差值。
例如，例如，顶角θ1、θ2、...、θn、θ0的值可以在40°～80°的范围内，所述固定的差值可以为约0.5°。
如图5所示，示意性示出了光线通过一个棱镜组300的示意图。以相同的入射角入射到各个棱镜3021、3022、...、302n的各条光线L1、L2、...、Ln，经各个棱镜折射后射出，射出的光线L1’、L2’、...、Ln’与法线(垂直于第二表面的直线)L0分别成一定的夹角α1、α2、...、αn。夹角α1、α2、...、αn的值逐渐减小。也就是说，经过各个棱镜的折射后，一些大角度的光线的传播方向被改变，实现了光指向出射，提高了背光模组的光效。而且，各条出射光线逐渐朝法线的方向靠拢，实现了光线的会聚，有利于增强背光模组的匀光效果。换句话说，通过借助一系列角度逐渐变化的三角形微结构，能够将大角度的光线集中到正方向上出射，这样，原本大角度散射掉的不能利用的光线，可以从正面射出，不仅提高了光效，还提升了正面出光能量。
图10是光线通过所述棱镜结构30的光学模拟图。参照图10，通过借助一系列角度逐渐变化的三角形微结构，能够将大角度的光线集中到正方向上出射。需要说明的是，在图10中，左下角的带箭头的线是表示的是坐标系，右下角的一些带箭头的条表示入射到棱镜结构30上的光线的入射方向的延长线，可以看出，这些入射光线具有较大的入射角，它们以较大的角度倾斜。从图10中可以看出，这些具有较大的入射角的光线通过棱镜结构30后，可以从正方向上出射。
下面，结合附图对根据本公开的实施例的背光模组的光路进行详细说明。
针对图2所示的背光模组，从mini LED芯片121发出的光线Q1、Q2、Q3入射到超透镜100上。从mini LED芯片121发出的光为朗伯型分布，经过超透镜100的整形后，从超透镜100出射的光为近准直分布。然后，近准直分布的光线Q1、Q2、Q3入射到光栅200上。在光栅200的作用下，将一个LED光斑衍射为多个LED光斑。从光栅200出射的光线形成为具有一定角度的发散光线。接着，从光栅200出射的光线Q1、Q2、Q3入射到棱镜组300上。在各个棱镜302的作用下，将高衍射级次的光调整为正方向(例如，图中所示的朝上方向)出射，从而形成正方向的光斑增加效果。
可选地，第一基板1与第二基板2之间无需通过光学胶等部件进行固定，在具体实施时，光栅200与超透镜100的出光面可以直接接触，二者之间仅具有填充光栅200与超透镜100之间空隙的空气介质。需要说明的是，在图2中为了便于进行说明，而没有将光栅200与超透镜100的出光面进行接触。
返回参照图2，根据本公开实施例的背光模组可以包括第三基板3，第三基板3堆叠在第二基板2远离第一基板1的一侧上。
图7是根据本公开的一些示例性实施例的背光模组包括的第三基板的结构示意图。结合参照图2和图7，第三基板3可以包括第三衬底31。例如，第三衬底31可以是玻璃衬底。
可选地，第三衬底31可以设置有位于其中的多个孔312，多个孔312中可以分别填充量子点材料40。例如，量子点材料40可以包括受蓝光激发后发出红光的红光量子点和/或受蓝光激发后发出绿光的绿光量子点。但是，本公开的实施例不局限于此，量子点材料40还可以包括受蓝光激发后发出黄光的黄光量子点。通过设置所述量子点材料，可以实现将蓝光芯片的光线转换成白光出射的光学效果。具体地，从mini LED芯片121发出的光为蓝光，当所述蓝光通过所述量子点材料40时，在蓝光的激发下，部分蓝光转化成红光和绿光。然后，红光和绿光以及未转化的蓝光混合，形成白光。
参照图7，第三基板3还可以包括增亮结构50。可选地，增亮结构50可以设置在第三衬底31远离第二基板2的表面上。
图8是根据本公开的一些示例性实施例的增亮结构的立体示意图。参照图7和图8，增亮结构50可以包括第一组棱镜51和第二组棱镜52。增亮结构50在第二基板上的正投影与棱镜结构30在第二基板上的正投影至少部分重叠，例如，增亮结构50在第二基板上的正投影覆盖棱镜结构30在第二基板上的正投影。具体地，第一组棱镜51和第二组棱镜52中的每一个在第二基板上的正投影覆盖棱镜结构30在第二基板上的正投影。
第一组棱镜51可以包括多个第一棱镜510，第二组棱镜52可以包括多个第二棱镜520。每一个第一棱镜510沿第二方向Y延伸，每一个第二棱镜520沿第一方向X延伸。第一组棱镜51包括的多个第一棱镜510沿第一方向X排列，第二组棱镜52包括的多个第二棱镜520沿第二方向Y排列。
例如，第一棱镜510和第二棱镜520可以均为三棱镜。第一棱镜510在垂直于第二方向Y的方向上的截面为等腰三角形，例如，可以为顶角等于约90°的等腰三角形。第二棱镜520在垂直于第一方向X的方向上的截面为等腰三角形，例如，可以为顶角等于约90°的等腰三角形。
通过设置所述增亮结构50，可以使得光会聚到基本垂直于第一方向X和第二方向Y的方向上出射，从而实现了增亮的目的。
可选地，第三基板3可以包括设置在第一组棱镜51所在的层与第二组棱镜52所在的层之间的平坦化层32。例如，平坦化层32的材料可以包括低折射率的光学胶。
需要说明的是，在进行具体设计时，第一棱镜510和第二棱镜520中每一个的顶角可以根据平坦化层32所使用的光学胶的折射率进行调整。
可替代地，增亮结构50可以设置在第三衬底31靠近第二基板2的表面上。
在本公开的实施例中，各种光学元件(例如上述的光栅阵列20、棱镜结构30和增亮结构50等)均制作在玻璃基板上，不需要采用单独的光学膜片，从而实现了全玻璃基的miniLED背光模组，有利于简化背光模组的结构。
图11A是未设置任何光学元件的mini LED芯片的出射光的光学模拟图，图11B是设置有传统的光学膜片的背光模组的出射光的光学模拟图，图11C是根据本公开的实施例的背光模组的出射光的光学模拟图，。参照图11A、图11B和图11C，在图11A中，白色的小圆形部分表示光的能量较大的地方，即较亮的部分，这些部分是正对mini LED芯片的部分；深灰色的部分表示光的能量较小的地方，即较暗的部分，这些部分是位于mini LED芯片之间的部分。从图11A中可以看出，在未设置任何光学元件的情况下，较亮的部分面积很小，几乎就是正对mini LED芯片的位置，并且mini LED芯片之间的位置较暗，导致亮度的差异较大。在图11B中，整体呈现浅灰色，即没有较亮的部分，所有的位置都相对暗。从图11B中可以看出，在设置有传统的光学膜片的情况下，光学膜片的整体光效较低，导致整体画面相对暗。在图11C中，近白色的矩形部分表示光的能量较大的地方，即较亮的部分；浅灰色的部分表示光的能量相对小的地方。从图11C中可以看出，在使用本公开的实施例的背光模组的情况下，近白色的矩形部分的面积较大，相对较暗的部分也是浅灰色，也就是说，能量高的部分的面积较大，且各个部分的亮度差异较小。所以，图11C中，光的能量分布较均匀，匀光性较好。
也就是说，根据本公开实施例的背光模组借助全玻璃基的光学结构，匀光效果得到明显增强，并且背光模组的出射光的亮度得到明显增强。例如，通过模拟实验发现，相对于图11B，根据本公开实施例的背光模组的亮度提升了18.18％-32.26％。并且，由于背光模组的亮度得以增强，所以可以降低mini LED灯板功耗，从而减轻了背光模组的散热压力，有利于提升产品寿命。
另外，根据本公开实施例的背光模组的光学结构可以完全形成在玻璃基板上，有利于将产业链中涉及的多个环节集成在一个环节实现，实现玻璃基mini LED背光模组的单产线制作工艺，最大程度提升玻璃工艺的效益。
本公开的实施例还提供一种背光模组的制造方法，例如，所述制造方法可以按照以下步骤执行。
在步骤S10中，在第一基板1上形成超透镜阵列10。
具体地，可以在例如SiO2的基底上涂胶，然后图案化胶层，使得胶层的图案与要形成的超透镜阵列10的图案相对应。例如，可以对胶层进行电子束曝光，曝光的图案与要形成的超透镜阵列10的图案相对应，经过干刻或湿刻工艺后，形成胶层的图案。接着，通过原子层沉积工艺，在胶层上生长新的材料(例如TiO2)。最后通过光照或者刻蚀液等方法去掉剩下的胶，此时，基底上形成由例如TiO2的材料形成的微结构阵列。然后，可以通过纳米压印工艺将所述微结构阵列转印到封装层13远离第一衬底11的表面上，从而形成所述超透镜阵列10。
在步骤S20中，在第二基板2的两个表面21、22上分别形成光栅阵列20和棱镜结构30。
具体地，可以通过压印工艺，在第一表面211上制作出光栅阵列20。可以通过滚压工艺，在第二表面212上制作出棱镜结构30。例如，可通过其顶角小于上述棱镜的顶角的最小值(例如40°)的刀具，旋转切割得到棱镜模具，然后再通过滚压工艺，将棱镜模具的结构转印到第二表面212上，以形成所述棱镜结构30。
在步骤S30中，在第三基板3中形成量子点材料40，并且在第三基板3上形成增亮结构50。
具体地，可以在第三基板3的第三衬底31中形成多个孔312，然后在多个孔312中填充量子点材料40。然后，在第三衬底31的一个表面上涂覆光学胶，通过压印工艺形成第一组棱镜51。接着，在第一组棱镜51远离第三衬底31的表面上形成平坦化层32，例如，可以通过低折射率的光学胶材料形成所述平坦化层层32。接下来，在平坦化层32与远离第三衬底31的表面上涂覆光学胶，通过压印工艺形成第二组棱镜52。
需要说明的是，上述制造方法的一些步骤可以单独执行或组合执行，以及可以并行执行或顺序执行，并不局限于图中所示的具体操作顺序。
本公开的一些示例性实施例还提供一种显示装置。图12是根据本公开的一些示例性实施例的显示装置的示意图。参照图12，所述显示装置包括上述的背光模组。
该显示装置可以为任何具有显示功能的产品或部件。例如，所述显示装置可以是智能电话、便携式电话、导航设备、电视机(TV)、车载音响本体、膝上型电脑、平板电脑、便携式多媒体播放器(PMP)、个人数字助理(PDA)等等。
应该理解，根据本公开的一些示例性实施例的显示装置具有上述背光模组的所有特点和优点，这些特点和优点可以参照上文针对发光基板的描述，在此不再赘述。
如这里所使用的，术语“基本上”、“大约”、“近似”和其它类似的术语用作近似的术语而不是用作程度的术语，并且它们意图解释将由本领域普通技术人员认识到的测量值或计算值的固有偏差。考虑到工艺波动、测量问题和与特定量的测量有关的误差(即，测量系统的局限性)等因素，如这里所使用的“大约”或“近似”包括所陈述的值，并表示对于本领域普通技术人员所确定的特定值在可接受的偏差范围内。例如，“大约”可以表示在一个或更多个标准偏差内，或者在所陈述的值的±10％或±5％内。
虽然根据本公开的总体发明构思的一些实施例已被图示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不远离本公开的总体发明构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本公开的范围以权利要求和它们的等同物限定。

Claims (17)

1.一种背光模组，包括：
第一基板，所述第一基板包括：
第一衬底；
设置在所述第一衬底上的次毫米发光二极管芯片阵列，所述次毫米发光二极管芯片阵列包括多个次毫米发光二极管芯片；
设置在所述第一衬底上且覆盖所述次毫米发光二极管芯片阵列的封装层；和
设置在所述封装层远离所述第一衬底的表面上的超透镜阵列，所述超透镜阵列包括多个超透镜；以及
第二基板，所述第二基板堆叠于所述第一基板上，所述第二基板包括：
第二衬底，所述第二衬底具有靠近所述第一基板的第一表面和远离所述第一基板的第二表面；
设置在所述第一表面上的光栅阵列，所述光栅阵列包括多个光栅；和
设置在所述第二表面上的棱镜结构，所述棱镜结构包括多个棱镜组，
其中，所述第二衬底为玻璃衬底，所述多个超透镜在所述第一衬底上的正投影分别与所述多个次毫米发光二极管芯片在所述第一衬底上的正投影至少部分重叠，所述多个光栅在所述第一衬底上的正投影分别与所述多个超透镜在所述第一衬底上的正投影至少部分重叠，所述多个棱镜组在所述第一衬底上的正投影分别位于两个相邻的光栅在所述第一衬底上的正投影之间。
2.根据权利要求1所述的背光模组，还包括第三基板，所述第三基板堆叠在所述第二基板远离所述第一基板的表面上，其中，所述第三基板包括：
第三衬底，所述第三衬底包括靠近所述第二基板的第一表面和远离所述第二基板的第二表面；和
设置在所述第三衬底的第一表面和第二表面中的一个上的增亮结构，
其中，所述第三衬底为玻璃衬底，所述增亮结构在所述第二基板上的正投影与所述棱镜结构在所述第二基板上的正投影至少部分重叠。
3.根据权利要求2所述的背光模组，其中，所述第三基板还包括：
设置于所述第三衬底中的多个孔；和
填充于所述多个孔中的量子点材料。
4.根据权利要求3所述的背光模组，其中，所述多个次毫米发光二极管芯片沿第一方向和第二方向成阵列地布置在所述第一衬底上，所述第一方向和所述第二方向彼此垂直，第三方向垂直于所述第一方向和所述第二方向所在的平面；
每一个所述超透镜包括多个柱状微结构，所述多个柱状微结构沿所述第一方向和所述第二方向成阵列地布置在所述封装层远离所述第一衬底的表面上。
5.根据权利要求4所述的背光模组，其中，所述次毫米发光二极管芯片发出的光的波长为λ，每一个所述柱状微结构沿所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向的尺寸均在0.01λ～100λ范围内。
6.根据权利要求5所述的背光模组，其中，在每一个所述超透镜内，相邻的两个所述柱状微结构之间沿所述第一方向和所述第二方向的间隔距离均在0.01λ～100λ范围内。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的背光模组，其中，所述光栅为衍射光栅。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的背光模组，其中，每一个所述棱镜组包括多个棱镜，每一个所述棱镜沿所述第二方向延伸，并且同一个所述棱镜组包括的多个棱镜沿所述第一方向排列。
9.根据权利要求8所述的背光模组，其中，每一个所述棱镜为三棱镜，每一个所述棱镜具有顶角，所述顶角位于所述棱镜远离所述第二表面的一侧；
在同一个所述棱镜组中，多个棱镜中的至少一些棱镜的顶角彼此不同。
10.根据权利要求9所述的背光模组，其中，每一个所述棱镜组具有对称面，所述对称面垂直于所述第二表面且沿所述第二方向延伸，每一个所述棱镜组具有相对于所述对称面对称的面对称结构；
所述对称面在所述第一表面上的正投影与两个相邻的光栅中的一个之间沿所述第一方向的间隔距离等于所述对称面在所述第一表面上的正投影与所述两个相邻的光栅中的另一个之间沿所述第一方向的间隔距离。
11.根据权利要求10所述的背光模组，其中，在同一个所述棱镜组中，位于所述对称面一侧的多个棱镜的顶角沿从最远离所述对称面的棱镜至所述对称面的方向逐渐减小。
12.根据权利要求11所述的背光模组，其中，位于所述对称面一侧的多个棱镜的顶角以固定的差值逐渐减小。
13.根据权利要求12所述的背光模组，其中，每一个所述棱镜组中的多个棱镜的顶角在40°～80°的范围内。
14.根据权利要求4所述的背光模组，其中，所述增亮结构包括第一组棱镜和第二组棱镜，所述第一组棱镜设置在所述第三衬底的第一表面和第二表面中的一个上，所述第二组棱镜设置在所述第一组棱镜远离所述第三衬底的一侧；
所述第一组棱镜包括多个第一棱镜，所述第二组棱镜包括多个第二棱镜，每一个所述第一棱镜沿所述第二方向延伸，每一个所述第二棱镜沿所述第一方向延伸，所述第一组棱镜包括的多个第一棱镜沿所述第一方向排列，所述第二组棱镜包括的多个第二棱镜沿所述第二方向排列。
15.根据权利要求14所述的背光模组，其中，所述第三基板还包括设置在所述第一组棱镜所在的层与所述第二组棱镜所在的层之间的平坦化层，所述平坦化层的材料包括光学胶，所述光学胶的折射率小于所述第一棱镜和所述第二棱镜中的每一个的材料的折射率。
16.一种显示装置，其中，所述显示装置包括根据权利要求1至15中任一项所述的背光模组。
17.一种背光模组的制造方法，其中，所述制造方法包括以下步骤：
在第一衬底上形成次毫米发光二极管芯片阵列和覆盖所述次毫米发光二极管芯片阵列的封装层，所述次毫米发光二极管芯片阵列包括多个次毫米发光二极管芯片；
通过纳米压印工艺，在所述封装层远离所述第一衬底的表面上形成超透镜阵列，所述超透镜阵列包括多个超透镜；
在玻璃衬底的第一表面上形成光栅阵列，所述光栅阵列包括多个光栅；
在玻璃衬底的第二表面上形成棱镜结构，所述棱镜结构包括多个棱镜组，所述第一表面和所述第二表面分别为所述玻璃衬底的两个相反的表面；和
组装所述第一衬底和所述玻璃衬底，
其中，所述多个超透镜在所述第一衬底上的正投影分别与所述多个次毫米发光二极管芯片在所述第一衬底上的正投影至少部分重叠，所述多个光栅在所述第一衬底上的正投影分别与所述多个超透镜在所述第一衬底上的正投影至少部分重叠，所述多个棱镜组在所述第一衬底上的正投影分别位于两个相邻的光栅在所述第一衬底上的正投影之间。
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