CN112083520A - 量子点透镜、背光模组、显示装置及量子点透镜制作方法 - Google Patents

量子点透镜、背光模组、显示装置及量子点透镜制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种量子点透镜、背光模组、显示装置及量子点透镜制作方法，所述量子点透镜包括：第一透镜，所述第一透镜为凸透镜结构，具有第一透镜面；第二透镜，所述第二透镜为凹透镜结构，具有与所述第一透镜面相对着的第二透镜面；以及量子点荧光树脂层，设于所述第一透镜面与所述第二透镜面之间，含有一种以上量子点荧光材料。根据上述结构，制作工序简单，易于量产，节省了量子点荧光材料，解决了现有量子点透镜的一致性不好、蓝光泄漏的问题。

Description

量子点透镜、背光模组、显示装置及量子点透镜制作方法
技术领域
本发明涉及显示装置的背光技术，更详细地说涉及一种量子点透镜、包含该量子点透镜的背光模组及显示装置，以及量子点透镜的制作方法。
背景技术
进入二十一世纪以来，背光源技术发展迅速，不断有新技术、新产品推出，LED背光已成为市场主流。量子点材料逐渐受到重视，特别是量子点荧光粉具有光谱随尺寸可调、发射峰半波宽窄、斯托克斯位移小、激发效率高等一系列独特的光学性能，受到LED背光行业的广泛关注。但现有的量子点背光模组采用的是双层阻隔膜中间夹量子点荧光粉的三明治结构，需要使用大量的价格昂贵的量子点荧光粉。量子点透镜是采用涂抹量子点荧光粉或粘贴荧光薄膜，其光线的均匀性和一致性差，漏蓝光问题频出。
显示装置的背光模组分为直下式和侧入式，直下式量子点背光模组主要由白光LED灯条、透镜、扩散板、反射膜、增光膜等光学膜片组成。透镜的作用是将LED点光源尽量扩散为各相同性的散射光，增加LED光的发散角度。随着技术的进步和消费者的要求的不断提高，光致发光的量子点材料在液晶显示器中高显色效果的优势突显出来。量子点材料也存在怕高温、怕水、易氧化等特点，在此背景下如何更好的解决量子点失效，降低量子点使用量从而降低成本是我们的研究方向。
现有的量子点透镜为一体式设计，通过将量子点材料与透镜材料混合在一起注塑制备而成，或者采用3D打印的方式堆积出一颗量子点透镜。在量子点透镜的表层做一层防水阻隔层，上述两种方案在阻水阻氧方面效果很差，而且制作成本很高，第二种3D打印方案效率低难以量产。由于量子点受激发射的光各相同性，导致该类量子点透镜出光效率低，光斑形状差，视觉效果不佳等明显缺陷。
发明内容
本发明是为解决现有技术中存在的上述问题点而做出，其目的在于提供一种量子点透镜背光模组及其制作方法，能够保持光线的均匀性和一致性，有效防止出光效率低、漏蓝光等问题。
为实现上述目的，本发明提供一种量子点透镜，其包括：第一透镜，所述第一透镜为凸透镜结构，具有第一透镜面；第二透镜，所述第二透镜为凹透镜结构，具有与所述第一透镜面相对着的第二透镜面；以及量子点荧光树脂层，设于所述第一透镜面与所述第二透镜面之间，含有一种以上量子点荧光材料。
此外，优选的结构是，所述第一透镜的第一透镜面与所述第二透镜的第二透镜面之间隔着固定间距。
此外，优选的结构是，在所述第一透镜面和/或第二透镜面上形成不规则凹凸点，所述不规则凹凸点的形状为扩散微棱锥、圆形或椭圆形中的至少一种形状。
此外，优选的结构是，所述第一透镜包括透镜部和位于所述透镜部下方的凸台部，所述凸台部的长度大于所述透镜部的水平方向的长度。
此外，优选的结构是，所述第二透镜包括透镜本体和底座部，所述底座部设于所述透镜本体的下方，在所述底座部的下侧开设有凹槽部，并且在所述凹槽部的对应所述第二透镜面的部分设有开孔；所述第一透镜的透镜部穿过所述凹槽部及开孔，伸入到所述第二透镜中，并且，所述第一透镜的凸台部伸入到所述凹槽部中。
此外，优选的结构是，所述第二透镜的透镜本体的上侧设有锥形凹部，所述锥形凹部的表面作为背光的出射面。
另外，还提供一种背光模组，其包括：如上所述的量子点透镜；以及LED光源，位于所述量子点透镜的第一透镜的下方。
另外，还提供一种显示装置，其包括：显示面板；如上所述的量子点透镜；以及LED光源，位于所述量子点透镜的第一透镜的下方。
另外，还提供一种量子点透镜制作方法，其包括：透镜注塑成型步骤，使用预制的模具和规定的光学树脂材料，经高温注塑成型分别制作出第一透镜和第二透镜；激光蚀刻步骤，对所述第一透镜的凸台部的上表面与所述第二透镜的凹槽部的下表面相接触的局部进行激光蚀刻，形成溢出纹路；注入量子点荧光树脂步骤，使所述第二透镜的第二透镜面朝上，在该第二透镜面上涂敷适量液态的量子点荧光树脂；封装保压步骤，使所述第一透镜的透镜部朝着所述第二透镜穿过凹槽部和开孔缓慢压入到所述第二透镜中，在压入过程中需要将所述第一透镜面与第二透镜面之间的空腔内的空气全部排出；光固化步骤，用UV光源照射将组装后的所述第一透镜和所述第二透镜，使得所述第一透镜面与所述第二透镜面之间的液态的量子点荧光树脂固化。
此外，优选的是，还包括：二次封装步骤，在所述光固化步骤之后，使用第一束激光进行照射，使激光束的光斑面积大于所述第二透镜面在所述第一透镜上的投影面积,在激光作用区域的第一透镜面和第二透镜面的表层形成熔池；然后，使用第二束激光照射进一步扩大熔池，消除缝隙的同时，使缝隙内产生的气体挥发。
根据如上所述的本发明，第一透镜与第二透镜之间的空腔内封装有量子点荧光树脂，所述空腔与量子点荧光树脂胶接触的接触面为光滑透镜面或具有特殊微结构的光学面，有助于量子点荧光材料被激发后在各个角度上保持光线的均匀性和一致性，使现有量子点透镜的一致性不好、漏蓝光等问题。本发明提供的量子点透镜，制作方法工序简单，易于量产，节省量子点荧光材料。
附图说明
图1是表示本发明涉及的量子点透镜的具体结构的示意图。
图2是表示本发明涉及的量子点透镜中的第一透镜具体结构的示意图。
图3是表示本发明涉及的量子点透镜中的第二透镜具体结构的示意图。
图4是表示本发明涉及的量子点透镜制作方法流程图。
1、第一透镜；11透镜部；12、凸台部；13：第一透镜面；2、量子点荧光树脂层；3、第二透镜；31、锥形凹部；32：第二透镜面；33：透镜本体；34：底座部；35；支架部；36：凹槽部，37：开孔。
具体实施方式
下面，将通过参考附图描述的以下实施例阐明本专利的优点和特征及其实现方法。然而，本专利可以以不同的形式实施，并且不应该被解释为限于本文中阐述的实施例。相反，提供这些实施例使得本专利详尽和完整，并且将专利的范围完全传达给本领域技术人员。
图1是表示本发明涉及的量子点透镜的具体结构的示意图。如图1所示，本发明的量子点透镜包括第一透镜1、第二透镜3和设于该第一透镜1与第二透镜镜3之间的量子点荧光树脂层2。其中，第一透镜1是凸透镜结构，具有凸形的第一透镜面13；第二透镜镜3是凹透镜结构，具有凹形的第二透镜面32。
优选的结构是，第一透镜1的第一透镜面13和第二透镜3的第二透镜面32为固定间距设置，在第一透镜面13与第二透镜面32之间形成的空腔内设有量子点荧光树脂而构成量子点荧光树脂层2。在该量子点荧光树脂中含有被照明光照射后可激发的一种以上量子点荧光材料。此外，第一透镜1的第一透镜面13和第二透镜3的第二透镜面32也可以是隔着预设的非固定间距设置。
该量子点透镜应用于显示装置的背光模组时，由位于第一透镜1下方的LED光源发出的照明光首先入射到量子点透镜的第一透镜1中。照明光经过第一透镜1后，从第一透镜1的第一透镜面13射出后入射到量子点荧光树脂层2。当入射的照明光遇到该量子点荧光树脂层2中的量子点荧光材料时，激发该量子点荧光材料而发射出与该量子点荧光材料相对应颜色的光，该光经第二透镜面32入射到第二透镜2，再从该第二透镜2的出射面射出而形成背光模组的背光。
图2是是表示本发明涉及的量子点透镜中的第一透镜具体结构的示意图。如图2所示，作为凸透镜的第一透镜1包括透镜部11和凸台部12，该透镜部11具备第一透镜面13，该凸台部12设于透镜部11的下方，并且，该凸台部12的直径大于该透镜部11的水平方向的最大直径。
图3是表示本发明涉及的量子点透镜中的第二透镜具体结构的示意图。如图3所示，作为凹透镜的第二透镜3包括透镜本体33和底座部34，该透镜本体具有凹形的第二透镜面32，该底座部34设于该透镜本体33的下方，二者均为透明材料制成，在其他一些实施例中，二者也可以一体成型。在所述底座部34的下侧开设有凹槽部36，并且在该凹槽部36的对应第二透镜面32的部分设有开孔37，使得所术第一透镜1的透镜部11可穿过该凹槽部36及开孔37，伸入到第二透镜3内。并且，设置成第一透镜1的凸台部12可所述凹槽部36配合达到密封的目的。
此外，还可以在该底座部34的下侧周边部设置若干个支架部35，该支架部35用于安装并固定量子点透镜。在该透镜本体33的上侧可以设有锥形凹部31，该锥形凹部31的表面作为背光的出射面。但是，也可以代替锥形凹部31，形成其他形状的凹部，也可以是平面状的背光射出面。
再者，还可以在第一透镜1的凸台部12的上表面与第二透镜3的凹槽部36的下表面相接触的局部，形成使量子点荧光树脂溢出的溢出部，例如该溢出部可以是分别在凸台部12的上表面和凹槽部36的下表面共同形成的溢出纹路。
在此，说明组装第一透镜1和第二透镜3的过程。首先在第二透镜3的第二透镜面32上涂敷适量的液态的量子点荧光树脂，所述适量是指足以填满第一透镜1和第二透镜3结合形成的空腔，又不至于过多溢出造成浪费。然后，使第一透镜1的透镜部11朝向第二透镜3并穿过第二透镜3的开孔37伸入到第二透镜3内，直到第一透镜1的凸台部12的上表面与第二透镜部3的凹槽部36的下表面紧密接触。此时，设置成第一透镜1的第一透镜面13和第二透镜3的第二透镜面32之间保持预定的间隔，使得所述量子点荧光树脂能够充满该第一透镜面13与第二透镜面32之间的空腔。再者，由于第一透镜1的凸台部12的上表面与第二透镜部3的凹槽部36的下表面紧密接触，可以防止量子点荧光树脂从上述空腔中流出。为了保证无气泡残留，在第一透镜1的插入过程中，可以适当的加以振动和/或旋转，足以使微小气泡析出，并沿所述溢出纹路被排出。然后，利用UV光照射该空腔中的液态的量子点荧光树脂使其固化，从而形成固态的量子点荧光树脂层2。由此，完成本发明涉及的量子点透镜的组装。
另外，作为优选的结构，第一透镜面13和/或第二透镜面32可以是光滑的表面，也可以是第一透镜面13和/或第二透镜面32形成不光滑的表面，例如，形成各相同性的扩散微棱锥、圆形或椭圆等不规则凹凸点等微结构。该不光滑的表面可以增强量子点荧光树脂的附着力，还可以增强光的扩散性能。
在上面的实施例中，第一透镜和第二透镜可以是玻璃材料、有机玻璃、树脂或其他透明的光学材料制成。
下面，详细说明本发明涉及的量子点透镜的制作方法。
图4是表示本发明涉及的量子点透镜制作方法流程图。如图4所示，该方法主要包括透镜注塑成型步骤S1、激光蚀刻步骤S2、注入量子点荧光树脂步骤S3、封装保压步骤S4、光固化步骤S5。
在透镜注塑成型步骤S1，使用预制的模具和规定的光学树脂材料，经高温注塑成型分别制作出第一透镜1和第二透镜3。
在激光蚀刻步骤S2，对第一透镜1的凸台部12的上表面与第二透镜3的凹槽部36的下表面相接触的局部进行激光蚀刻，形成使量子点荧光树脂溢出的溢出纹路。
在注入量子点荧光树脂步骤S3，使第二透镜3的第二透镜面32朝上，在第二透镜面32上涂敷适量液态的量子点荧光树脂。
然后，在封装保压步骤S4，使第一透镜1的透镜部11朝着第二透镜3穿过凹槽部36和开孔37缓慢压入到该第二透镜3中。在该第一透镜1的压入过程中，需要将第一透镜面13与第二透镜面32之间的空腔内的空气全部排出。优选地，将组装后的第一透镜1和第二透镜3放入保压装置中进行保压，优选在1-5N压力下执行1-20s的保压。
在光固化步骤S5，用UV光源照射将组装后的第一透镜1和第二透镜3，使得第一透镜面13与第二透镜面32之间的液态的量子点荧光树脂固化。UV光源照射时间优选1-10s。
再者，还可以包括二次封装步骤S6，在上述光固化步骤S5之后，使用第一束激光，使激光束的光斑面积大于第二透镜面32在第一透镜1上的投影面积,在250-300W功率条件下照射0.5-1.0s，在激光作用区域的第一透镜面13和第二透镜面32的表层形成熔池，促使杂质挥发或在熔池内溶解，能够进一步提高激光作用区域的均匀度。然后，在使用第二束激光，在500W～800W功率、3mm离焦量的条件下照射0.4s～0.6s，进一步扩大熔池，消除缝隙，使缝隙内产生的气体挥发。这样，经过二次封装步骤S6的量子点透镜结合更紧密，可以实现阻水阻氧；通过两束不同功率的激光熔融，在保证封装质量的同时，还通过加温消除了加工过程中溢出的量子点荧光树脂胶，排除掺杂的空气，使熔融后表面更加纯净光滑。透光率更好，散光更均匀。
以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种量子点透镜，其特征在于，包括：
第一透镜，所述第一透镜为凸透镜结构，具有第一透镜面；
第二透镜，所述第二透镜为凹透镜结构，具有与所述第一透镜面相对着的第二透镜面；以及
量子点荧光树脂层，设于所述第一透镜面与所述第二透镜面之间，含有一种以上量子点荧光材料。
2.根据权利要求1所述的量子点透镜，其特征在于，
所述第一透镜的第一透镜面与所述第二透镜的第二透镜面之间隔着固定间距。
3.根据权利要求1或2所述的量子点透镜，其特征在于，
在所述第一透镜面和/或第二透镜面上形成不规则凹凸点，所述不规则凹凸点的形状为扩散微棱锥、圆形或椭圆形中的至少一种。
4.根据权利要求1或2所述的量子点透镜，其特征在于，
所述第一透镜包括透镜部和位于所述透镜部下方的凸台部，所述凸台部的直径大于所述透镜部的最大直径。
5.根据权利要求1或2所述的量子点透镜，其特征在于，
所述第二透镜包括透镜本体和底座部，所述底座部设于所述透镜本体的下方，在所述底座部的下侧开设有凹槽部，并且在所述凹槽部的对应所述第二透镜面的部分设有开孔；
所述第一透镜的透镜部穿过所述凹槽部及开孔，伸入到所述第二透镜中，并且，所述第一透镜的凸台部伸入到所述凹槽部中。
6.根据权利要求5所述的量子点透镜，其特征在于，
所述第二透镜的透镜本体的上侧设有锥形凹部，所述锥形凹部的表面作为背光的出射面。
7.一种背光模组，其特征在于，包括：
根据权利要求1至6中任一项所述的量子点透镜；以及
LED光源，位于所述量子点透镜的第一透镜的下方。
8.一种显示装置，其特征在于，包括：
显示面板，
根据权利要求1至6中任一项所述的量子点透镜；以及
LED光源，位于所述量子点透镜的第一透镜的下方。
9.一种量子点透镜制作方法，其特征在于，包含：
透镜注塑成型步骤，使用预制的模具和规定的光学树脂材料，经高温注塑成型分别制作出第一透镜和第二透镜；
激光蚀刻步骤，对所述第一透镜的凸台部的上表面与所述第二透镜的凹槽部的下表面相接触的局部进行激光蚀刻，形成溢出纹路；
注入量子点荧光树脂步骤，使所述第二透镜的第二透镜面朝上，在该第二透镜面上涂敷适量液态的量子点荧光树脂；
封装保压步骤，使所述第一透镜的透镜部朝着所述第二透镜穿过凹槽部和开孔缓慢压入到所述第二透镜中，在压入过程中需要将所述第一透镜面与第二透镜面之间的空腔内的空气全部排出；
光固化步骤，用UV光源照射将组装后的所述第一透镜和所述第二透镜，使得所述第一透镜面与所述第二透镜面之间的液态的量子点荧光树脂固化。
10.根据权利要求9所述的量子点透镜制作方法，其特征在于，还包括：
二次封装步骤，在所述光固化步骤之后，使用第一束激光进行照射，使激光束的光斑面积大于所述第二透镜面在所述第一透镜上的投影面积,在激光作用区域的第一透镜面和第二透镜面的表层形成熔池；
然后，使用第二束激光照射进一步扩大熔池，消除缝隙的同时，使缝隙内产生的气体挥发。
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