CN111929949A - Led背光结构 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种LED背光结构，包括：透明衬底；LED阵列，其设置在透明衬底上；透明封装层，其位于透明衬底的具有LED阵列的一侧，用于封装LED阵列。其中，LED背光结构还包括：反射层，所述反射层能够向所述LED背光结构的出光侧反射入射的LED光线；第一微结构层，所述第一微结构层相对于所述LED阵列靠近所述LED背光结构的出光侧，能够使入射的LED光线发散，同时入射的LED光线一部分可透过所述第一微结构层，一部分被所述第一微结构层反射。该LED背光结构使得LED阵列入射到基板内的光反复在背光结构中震荡传输实现光程的倍数级增长，达到更好的匀光效果的同时，且无需减小LED阵列中的LED间距。

Description

LED背光结构
技术领域
本申请涉及显示背光技术领域，尤其涉及一种LED背光结构。
背景技术
由于液晶显示器的利用率差，且液晶存在不同程度漏光，导致LCD对比度低，且能耗高。LED可以通过矩阵排布，作为直下式背光的备选，可以通过控制单个LED的开关，局域控光，提高对比度。
发明内容
本申请提供了一种LED背光结构，该背光结构在达到较好混光效果的同时，降低背光结构的厚度，实现轻薄化。
本申请采用如下技术方案：
本申请提供了一种LED背光结构，包括：透明衬底；LED阵列，其设置在所述透明衬底上；透明封装层，其位于所述透明衬底的具有所述LED阵列的一侧，用于封装所述LED阵列；其中，所述LED背光结构还包括：反射层，所述反射层能够向所述LED背光结构的出光侧反射入射的LED光线；和第一微结构层，所述第一微结构层相对于所述LED阵列靠近所述LED背光结构的出光侧，所述第一微结构层能够使入射的LED光线发散，同时入射的LED光线一部分可透过所述第一微结构层，一部分被所述第一微结构层反射。其中，所述透明衬底位于所述反射层与所述第一微结构层之间。
可选地，所述反射层设置于所述透明衬底的一侧，所述反射层设置有与所述LED一一对应的第一过孔阵列，所述LED设置在所述第一过孔内且所述LED被配置成向所述透明衬底的未设置所述反射层的另一侧发光。
可选地，所述第一微结构层设置在所述透明衬底的未设置所述LED阵列的另一表面，且所述透明衬底和所述透明封装层均位于所述反射层与所述第一微结构层之间。。
可选地，所述反射层与所述透明衬底之间设置有第二微结构层，所述第二微结构层能够使入射的LED光线发散，同时入射的LED光线一部分可透过所述第二微结构层，一部分被所述第二微结构层反射，所述第二微结构层设置有与所述第一过孔阵列一一对应的第二过孔阵列，所述第一过孔与所述第二过孔相互重合形成为叠层过孔，所述LED设置在所述叠层过孔内。
可选地，所述第一微结构层的远离所述透明衬底的一侧设置有透反膜。
可选地，所述反射层设置于所述透明封装层的远离所述LED阵列的表面，且所述LED被配置成远离所述反射层发光。
可选地，所述第一微结构层设置在所述透明衬底的未设置所述LED阵列的另一表面。
可选地，所述反射层与所述透明封装层之间设置有第二微结构层，所述第二微结构层能够使入射的LED光线发散，同时入射的LED光线一部分可透过所述第二微结构层，一部分被所述第二微结构层反射。
可选地，所述第一微结构层的远离所述透明衬底的一侧设置有透反膜。
可选地，所述反射层设置于所述透明衬底的远离所述LED阵列的表面，且所述LED被配置成向所述反射层发光。
可选地，所述第一微结构层设置在所述透明封装层的远离所述LED阵列的表面。
可选地，所述反射层与所述透明衬底之间设置有第二微结构层，所述第二微结构层能够使入射的LED光线发散，同时入射的LED光线一部分可透过所述第二微结构层，一部分被所述第二微结构层反射。
可选地，所述第一微结构层的远离所述封装层的一侧设置有透反膜。
可选地，所述第一微结构层为树脂制成的凸棱锥阵列或棱锥凹陷阵列。
可选地，凸棱锥阵列或棱锥凹陷阵列的周期为50±20μm，LED的间距为4±0.4mm。
可选地，所述第二微结构层为树脂制成的凸棱锥阵列或棱锥凹陷阵列。
本申请提供了一种LED背光结构的制备方法，所述第一微结构层通过纳米压印工艺制成。
所述反射层的靠近所述LED背光结构的出光侧设置有第二微结构层，所述第二微结构层能够使入射的LED光线发散，同时入射的LED光线一部分可透过所述第二微结构层，一部分被所述第二微结构层反射，
所述第二微结构层通过纳米压印工艺制成。
附图说明
通过参照附图详细描述其示例实施方式，本申请的上述和其它特征及优点将变得更加明显。
图1是根据本申请一实施例的LED背光结构的结构示意图；
图2是本申请LED背光结构一实施例的结构示意图；
图3是本申请第一微结构层和/或第二微结构层所采用的凸棱锥阵列结构的电镜扫描图；
图4是图3所示的本申请第一微结构层和/或第二微结构层所采用的凸棱锥阵列结构沿A-A’线的截面示意图；
图5a是图1所示的LED背光结构实际效果图及出光角谱分布图；
图5b是采用凸棱锥阵列的第一微结构层代替图1所示的LED背光结构中的下扩散片测到的实际效果图及出光角谱分布图；
图6是本申请第一微结构层和/或第二微结构层所采用的棱锥凹陷阵列结构的电镜扫描图；
图7是图6所示本申请第一微结构层和/或第二微结构层所采用的棱锥凹陷阵列结构沿A-A’线的截面示意图；
图8是本申请LED背光结构又一实施例的结构示意图；
图9是本申请LED背光结构又一实施例的结构示意图；
图10是本申请LED背光结构又一实施例的结构示意图；
图11a-11g是本申请提供的一种LED背光结构中第一微结构层和/或第二微结构层制作方法的步骤及效果简图。
1、透明衬底；2、反射层；3、透明封装层；4、下扩散片；5、量子点层；6、棱镜片；7、上扩散片；8、窗口贴；9、LED阵列；91、第一微结构层；92、第二微结构层；10、透反膜；11、硅片；12、光刻胶；13、透明树脂材料。
具体实施方式
通过以下参照附图对具体实施例的说明，本申请的其它目的、优点和效果将被了解。附图中，类似的部件采用相同的附图标记。
为更清楚地阐述本申请的目的、技术方案及优点，以下将结合附图对本申请的实施例进行详细的说明。应当理解的是，下文对于实施例的描述旨在对本申请的总体构思进行解释和说明，而不应当理解为是对本申请的限制。在说明书中，相同或相似的附图标记指代相同或相似的部件或构件。
另外，为了清楚说明本申请，附图不一定按比例绘制。
实施例一
图1是根据本申请的一个实施例提供的LED背光结构的结构示意图。
如图1所示，LED阵列9置于透明衬底1及反射层2之上，光线从LED射出后，通过透明封装层3，通过一定的混光距离OD(LED封装表面到下扩散片4下表面之间的距离)，再通过下扩散片4、量子点层5后均匀地射出。理论上，混光距离越大，光线从下散射板4射出的均匀性越好。
本申请发明人对上述LED背光结构进行了改进。如图2所示，根据本申请的一个实施例提供的一种LED背光结构，包括透明衬底1；LED阵列9，其设置在透明衬底1上；透明封装层3，其位于透明衬底1的具有LED阵列9的一侧，用于封装LED阵列9。其中，LED背光结构还包括反射层2，其设置在透明衬底1的一侧，反射层2能够向LED背光结构的出光侧反射入射的LED光线；第一微结构层91，第一微结构层91相对于LED阵列9靠近所述LED背光结构的出光侧，能够使入射的LED光线发散，同时使部分光线透过第一微结构层91，部分光线被反射回透明衬底1。反射层2设置于透明衬底1的一侧，反射层2设置有与LED阵列9一一对应的第一过孔阵列，LED设置在第一过孔内且所述LED被配置成向透明衬底1的未设置反射层2的另一侧发光。透明衬底1位于反射层2与第一微结构层91之间。
LED阵列9向背光结构出光侧发射光，光线经过透明衬底1到达第一微结构层91；第一微结构层91将LED光线打散的同时，使部分光透过第一微结构层91，同时将部分光线往设置有反射层2的一侧反射；部分光线经过透明衬底1到达反射层2；到达反射层2的光线被反射层2再次反射至第一微结构层91，使得LED阵列9入射到基板内的光反复在背光结构中震荡传输实现光程的倍数级增长，达到更好的匀光效果的同时，无需减小LED阵列9中的LED间距。
该背光结构还包括设置在第一微结构层91远离透明衬底1一侧的若干光学膜层，依次包括量子点层5、棱镜膜6、上扩散片7、窗口贴8。
量子点层5用于将单色LED矩阵所发射的单色光转换为白光。因此，此处对量子点层5不做严格要求和限制，以能实现颜色转换，将单色光转化为白光，且厚度尽可能低为基准，优选地，厚度要求0.2mm以内。
可选地，若该背光结构中的LED阵列9为蓝光LED阵列9，可通过在蓝光LED上覆盖淡黄色荧光粉涂层制成白光，以此省去该量子点层5。同样，若通过其他的方式能够实现LED阵列9发射白光，该量子点层5亦可以略去。
可选地，棱镜膜由两片正交的棱镜膜集成而得，将背光出光在X轴和Y轴方向上的光线调节到可视角范围，以进一步降低背光结构的厚度。
窗口贴8为用于LED背光结构遮光包边固定的双面胶，其具有耐反翘性能、抗冲击性、耐高温、模切加工性能保证，对厚度没有特殊要求，可采用0.05mm超薄聚对苯二甲酸乙二醇酯黑色遮光胶带，增加胶带的柔软性同时，增强粘接强度、遮光效果和耐温性。
该背光结构利用第一微结构层91取代了下扩散片4。下扩散片4普遍较厚，约为2mm，而第一微结构层91的厚度通常设置为15微米，LED背光结构的厚度大幅度减小。另外一方面，在不减小LED之间的间距的情况下，背光结构亦能实现较好的混光效果。
可选地，第一微结构层91通过纳米压印的方法制作在透明衬底1未设置LED阵列9的一侧。
可选地，第一微结构层91为凸棱锥阵列。
图3是本申请第一微结构层91所采用的凸棱锥阵列结构的电镜扫描图。
图4是图3所示的本申请第一微结构层91所采用的凸棱锥阵列结构沿A-A’线的截面图示意图。
可选地，凸棱锥阵列周期(P)为50um±10um，底角(φ)为45°±15°，高度(h)为22um±3um，顶角(θ)为90°±15°，占空比ff＝w/p为85％-100％。
采用下扩散片4的背光结构中的LED阵列9所发射的光经过量子点层5，2片扩散片和2片棱镜片6后，最大亮度为5200cd/m2，如图5a所示，角谱分布图在中心对称的位置取截面，可以看到光强在不同角度上的分布，可以看出80％光强的收光角度为±16°。凸棱锥阵列叠加到LED背光上，如图5b所示，采用凸棱锥阵列的第一微结构层91代替下扩散片4测到的出光角谱分布情况，中心亮度为5600cd/m2，80％光强在±18°左右，对于后期叠加面板实现显示来讲，背光光效更高，且中心亮度较大的区域增大4°(＝2*(18°-16°))，亮度提升7.7％(＝(5600-5200)/5200)。
可选地，第一微结构层91为棱锥凹陷阵列。
图6是本申请第一微结构层91所采用的棱锥凹陷阵列结构的电镜扫描图。
图7是图6所示的本申请第一微结构层91所采用的棱锥凹陷阵列结构沿A-A’线的截面图示意图。
可选地，棱锥凹陷阵列周期(P)为50um±10um，底角(φ)为45°±6°，高度(h)为15um±5um，顶角(θ)为90°±15°，占空比为ff＝w/p为85％-100％。
棱锥凹陷阵列可以进一步提升中心亮度至5800cd/m2，亮度提升11.5％。收光角度也较现有背光结构高。
设置于透明基板一侧的第一微结构层91和反射层2的存在，使进入到基板内的光反复在基板内震荡传输，实现光程的倍数级增长，实现匀光和LED间距增大的可能。同时，将LED阵列9封装到透明衬底1原理LED背光结构出光侧的一侧上，并将LED阵列9设置为向出光侧一侧发光，使透明衬底1不仅作为LED阵列9的基板，还是光传输的介质，通过透明表面和背面微纳结构，增大光在透明介质中的传输距离，使大部分入射光在导光板中反复震荡传输，以此减少LED使用个数的同时，实现较大面积内的均匀出光，功耗也随之降低。
当第一微结构层91采用凸棱锥阵列或棱锥凹陷阵列结构时，且凸棱锥阵列或棱锥凹陷阵列周期为50±20μm，优选地，LED阵列9中的LED之间的间距(相邻两个LED芯片中心点之间的距离)为4±0.4mm。
实施例二
以下主要说明与图2所示的实施例一提供的具有第一微结构层91的LED背光结构相比，实施例二所提供LED背光结构的不同之处，为简洁起见将略去相同之处的说明，其中相同的附图标记表示相同的部件。
如图8所示，在实施例一所述LED背光结构的基础之上，可选地，反射层2与透明衬底1之间设置有第二微结构层92，第二微结构层92能够使入射的LED光线发散，同时入射的LED光线一部分可透过第二微结构层92，一部分被第二微结构层92反射，第二微结构层92设置有与第一过孔阵列一一对应的第二过孔阵列，第一过孔与第二过孔相互重合形成为叠层过孔，LED设置在所述叠层过孔内。该第二微结构层92使得到达第二微结构层92的LED光线进一步发散。
可选地，第二微结构层92可为凸棱锥阵列或棱锥凹陷阵列，所述的凸棱锥阵列和棱锥凹陷阵列的具体结构与实施例一中所描述的凸棱锥阵列和棱锥凹陷阵列的具体结构相同。
可选地，第二微结构层92的远离所述透明衬底1的一侧设置有透反膜10。透反膜10将入射其表面的光透射出去一部分，反射回去一部分。
设置了第二微结构层92和/或透反膜10之后，能够使LED在LED背光结构中更加充分地震荡，进一步实现混光的效果。
实施例三
下面主要说明本实施例的LED背光结构与实施例一提供的具有第一微结构层91的LED背光结构的不同之处，为简洁起见将略去相同之处的说明，其中相同的附图标记表示相同的部件。
如图9所示，为本实施例的LED背光结构的结构示意图。
如图9所示，本实施例的LED背光结构与实施例一的LED背光结构相比，两者区别在于：
本实施例LED背光结构，反射层2设置于透明封装层3的远离所述LED阵列9的表面，且LED阵列9被配置成远离所述反射层2发光。
该实施例LED背光结构可以使LED向远离反射层2发射的光线各界面散射、反射回透明衬底1设置LED阵列9的一侧，因为LED阵列9的开口率较大，通常为80％以上开口率，则到达该面的光会经开口区域，依次到达透明封装层3、反射层2，并最终被向LED背光结构远离反射层2的一侧反射，如此多次震荡循环，直至LED出光被耦出LED背光模组。同时，可以有效利用透明封装层3，增加光程，增大光的均匀度，而无需通过减小LED间距实现混光。
可选地，反射层2与透明封装层3之间设置有第二微结构层92，所述第二微结构层92能够使入射的LED光线发散，同时入射的LED光线一部分可透过所述第二微结构层92，一部分被所述第二微结构层92反射。
可选地，第一微结构层91的远离所述透明衬底1的一侧设置有透反膜10。
可选地，第一微结构层91和/或第二微结构层92可为凸棱锥阵列或棱锥凹陷阵列，所述的凸棱锥阵列和棱锥凹陷阵列的具体结构与实施例一中所述的凸棱锥阵列和棱锥凹陷阵列的具体结构相同。
实施例四
如图10，为本申请提供的又一实施例的结构示意图。
该LED背光结构，包括透明衬底1；LED阵列9，其绑定在透明衬底1上；透明封装层3，其位于透明衬底1的具有LED阵列9的一侧，用于封装LED阵列9；反射层2，设置于透明衬底1的远离LED阵列9的表面，且LED被配置成向所述反射层2发光。反射层2能够向LED背光结构的出光侧反射入射的LED光线；第一微结构层91，第一微结构层91设置在透明封装层3的远离LED阵列9的表面，第一微结构层91能够使入射的LED光线发散，同时入射的LED光线一部分可透过所述第一微结构层91，一部分被第一微结构层91反射。透明衬底1位于反射层2与第一微结构层91之间。
LED阵列9向反射层2一侧发射光，LED光线经过透明衬底1到达反射层2，LED光线被反射。反射的光再次经过透明衬底1及透明封装层3后到达第一微结构层91，部分光被打散后透射出透反膜10，部分光被再次反射。被第一微结构层91反射的光经过透明封装层3及透明衬底1再次到达反射层2。可见LED阵列9入射到基板内的光反复在背光结构中震荡传输，实现光程的倍数级增长，实现匀光和LED间距增大的可能。同时，将LED阵列9直接封装到透明衬底1上，使透明基板不仅作为LED阵列9的基板，还是光传输的介质，增大光在透明介质中的传输距离，使大部分入射光在导光板中反复震荡传输，实现较大面积内的均匀出光，并且无需减小LED的间距，功耗也随之降低。
可选地，反射层2与透明衬底1之间设置有第二微结构层92，所述第二微结构层92能够使入射的LED光线发散，同时入射的LED光线一部分可透过所述第二微结构层92，一部分被所述第二微结构层92反射。
可选地，第一微结构层91和/或第二微结构层92可为凸棱锥阵列或棱锥凹陷阵列，所述的凸棱锥阵列和棱锥凹陷阵列的具体结构与实施例一中所述的凸棱锥阵列和棱锥凹陷阵列的具体结构相同。
可选地，第一微结构层91的远离所述透明衬底1的一侧设置有透反膜。
同时，该LED背光结构采用第一微结构层91和/或第二微结构层92取代现有LED结构中的下扩散片4，现有结构的下扩散片4普遍较厚，约为2mm，而第一微结构层91、第二微结构层92通常设置为15微米。可见，背光结构相比于现有结构厚度大幅度减小。另外一方面，在不减小LED之间的间距的情况下，该LED背光结构亦能实现较好的混光效果。
本申请还提供了一种LED背光结构的制备方法。第一微结构层91和/或第二微结构层92通过纳米压印工艺制成。
以下以第一微结构层91采用凸棱锥阵列并制作在透明衬底1一侧为例，具体说明利用纳米压印工艺制作第一微结构层91的具体步骤。
步骤一、在硅片11上旋涂一层光刻胶12，如图11a；
步骤二、利用电子束光刻方法刻写设计好的超构表面基元图案，并用显影液显影，如图11b；
步骤三、利用显影完成的光刻胶12作为掩膜版对硅片11进行湿法刻蚀，形成凸棱锥结构凹槽，如图11c；
步骤四、用相应的溶剂移除光刻胶12，得到可作为压印模使用的硅片11，如图如图11d；
步骤五、在透明衬底1表面涂覆一层透明树脂材料13，如图11e；
步骤六、利用步骤四制作好的压印模压印步骤五涂覆的透明树脂材料13，使透明树脂材料13形成凸棱锥结构，如图11f；
步骤七、去除压印模，得到一表面设置有凸棱锥结构的透明衬底1，如图11g。
应可理解的是，本申请不将其应用限制到本说明书提出的部件的详细结构和布置方式。本申请能够具有其他实施方式，并且能够以多种方式实现并且执行。前述变形形式和修改形式落在本申请的范围内。应可理解的是，本说明书公开和限定的本申请延伸到文中和/或附图中提到或明显的两个或两个以上单独特征的所有可替代组合。所有这些不同的组合构成本申请的多个可替代方面。本说明书所述的实施方式说明了已知用于实现本申请的最佳方式，并且将使本领域技术人员能够利用本申请。

Claims (16)

1.一种LED背光结构，其特征在于，包括：
透明衬底；
LED阵列，其设置在所述透明衬底上；
透明封装层，其位于所述透明衬底的具有所述LED阵列的一侧，用于封装所述LED阵列；其中，
所述LED背光结构还包括：
反射层，所述反射层能够向所述LED背光结构的出光侧反射入射的LED光线；和
第一微结构层，所述第一微结构层相对于所述LED阵列靠近所述LED背光结构的出光侧，所述第一微结构层能够使入射的LED光线发散，同时入射的LED光线一部分可透过所述第一微结构层，一部分被所述第一微结构层反射。
其中，所述透明衬底位于所述反射层与所述第一微结构层之间。
2.根据权利要求1所述的LED背光结构，其特征在于，所述反射层设置于所述透明衬底的一侧，所述反射层设置有与所述LED一一对应的第一过孔阵列，所述LED设置在所述第一过孔内且所述LED被配置成向所述透明衬底的未设置所述反射层的另一侧发光。
3.根据权利要求2所述的LED背光结构，其特征在于，所述反射层与所述透明衬底之间设置有第二微结构层，所述第二微结构层能够使入射的LED光线发散，同时入射的LED光线一部分可透过所述第二微结构层，一部分被所述第二微结构层反射，所述第二微结构层设置有与所述第一过孔阵列一一对应的第二过孔阵列，所述第一过孔与所述第二过孔相互重合形成为叠层过孔，所述LED设置在所述叠层过孔内。
4.根据权利要求1所述的LED背光结构，其特征在于，所述反射层设置于所述透明封装层的远离所述LED阵列的表面，且所述透明衬底和所述透明封装层均位于所述反射层与所述第一微结构层之间。
5.根据权利要求4所述的LED背光结构，其特征在于，所述反射层与所述透明封装层之间设置有第二微结构层，所述第二微结构层能够使入射的LED光线发散，同时入射的LED光线一部分可透过所述第二微结构层，一部分被所述第二微结构层反射。
6.根据权利要求2-5任一项所述的LED背光结构，其特征在于，所述第一微结构层设置在所述透明衬底的未设置所述LED阵列的另一表面。
7.根据权利要求6所述的LED背光结构，其特征在于，所述第一微结构层的远离所述透明衬底的一侧设置有透反膜。
8.根据权利要求1所述的LED背光结构，其特征在于，所述反射层设置于所述透明衬底的远离所述LED阵列的表面，且所述透明衬底和所述透明封装层均位于所述反射层与所述第一微结构层之间。
9.根据权利要求8所述的LED背光结构，其特征在于，所述第一微结构层设置在所述透明封装层的远离所述LED阵列的表面。
10.根据权利要求9所述的LED背光结构，其特征在于，所述反射层与所述透明衬底之间设置有第二微结构层，所述第二微结构层能够使入射的LED光线发散，同时入射的LED光线一部分可透过所述第二微结构层，一部分被所述第二微结构层反射。
11.根据权利要求9所述的LED背光结构，其特征在于，所述第一微结构层的远离所述封装层的一侧设置有透反膜。
12.根据权利要求1-11任一项所述的LED背光结构，其特征在于，所述第一微结构层为树脂制成的凸棱锥阵列或棱锥凹陷阵列。
13.根据权利要求12所述的LED背光结构，其特征在于，凸棱锥阵列或棱锥凹陷阵列的周期为50±10μm，LED的间距为4±0.4mm。
14.根据权利要求3或5或10所述的LED背光结构，其特征在于，所述第二微结构层为树脂制成的凸棱锥阵列或棱锥凹陷阵列。
15.如权利要求1-14任一项所述的LED背光结构的制备方法，其特征在于，所述第一微结构层通过纳米压印工艺制成。
16.如权利要求15所述的LED背光结构的制备方法，其特征在于，所述反射层的靠近所述LED背光结构的出光侧设置有第二微结构层，所述第二微结构层能够使入射的LED光线发散，同时入射的LED光线一部分可透过所述第二微结构层，一部分被所述第二微结构层反射，
所述第二微结构层通过纳米压印工艺制成。
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