CN113325628B - 一种高亮度的直下式背光模组 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高亮度的直下式背光模组，包括自下而上依次设置的PCB基板、反射罩、扩散膜片和量子点膜，PCB基板的表面安装有多个Mini‑LED光源，反射罩包括多个呈上下开口的反射杯结构，使Mini‑LED光源穿过反射杯机构的下开口以实现PCB基板和反射罩的匹配安装；扩散膜片由至少20层树脂层复合而成，在垂直于树脂层所在平面的方向上，相邻设置的树脂层所分别对应的蓝光折射率相差0.01以上，并且，扩散膜片的表面设置有多个微透镜结构。在扩散膜片与反射罩的协同作用下，光线能够被多次反射和汇聚，大幅地增加了光线的传播OD，既提高了光线沿扩散膜片所在的平面传播的出光均匀度，也提高了光线在观测视角的亮度。

Description

一种高亮度的直下式背光模组
技术领域
本发明属于半导体器件和光学系统领域，具体地，涉及一种高亮度的直下式背光模组。
背景技术
液晶显示装置具有的液晶面板自身不发光。因此，液晶显示装置在液晶面板的背面侧设置有作为面光源装置的背光装置作为对液晶面板进行照明的光源。可用于面光源背光的迷你发光二极管(Mini-LED)由于具有高亮度、高解析度和寿命长等优点而备受关注。随着Mini-LED产品应用越来越广泛，基于Mini-LED的产品设计越来越多，比如高亮度背光、区域调光(Local dimming，HDR)型背光等。直下式的Mini-LED背光装置的主要构件有光学膜片组、Mini-LED光源与反射片等，在此组成架构中，如何在不增加成本与出光亮度的条件下，有效地提高出光均匀度的成为一项重要的课题。
为了提高Mini-LED显示的颜色再现性，有效的方案是使背光单元的蓝、绿、红的各发光光谱的半值宽度变窄，并提高蓝、绿、红各颜色的色彩纯度。作为解决该课题的手段，中国专利CN110308587A提出了将由无机半导体微粒形成的量子点用作颜色转换膜的成分的技术。使用量子点的技术确实可使绿色、红色发光光谱的半值宽度变窄，并使得颜色再现性提高，色域提升。通过将具有该颜色转换功能的量子点膜与蓝色光源组合，从而能够利用蓝色光源获得蓝色、绿色、红色这三种原色，即能够发出白色光。通过将组合上述蓝色光源和具有颜色转换功能的量子点膜而得到的白色光源作为背光单元、并将该背光单元与液晶驱动部分、滤色器组合，能够制作全彩色显示器。另外，没有液晶驱动部分时，可直接用作白色光源，例如能够用作LED照明等白色光源。但另一方面，量子点的荧光发射是随机的、没有取向性的，因此有一定比例的绿色、红色光发射回LED背光光源并被用于安装LED背光光源的基板吸收，由此造成显示亮度的大幅损失。
中国专利CN110703497A公开了一种背光装置。背光装置包括多个LED光源、容置LED光源的反射杯结构以及反射杯结构上方的量子点膜。反射杯结构底部设置有开口，LED光源设置在开口内。反射杯结构的设置，增加光线在背光装置的出光率，提高了光的利用效率。但是，光线在反射杯结构的连接位置难以穿透，从而形成灯影(mura)，影响了显示效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高亮度的直下式背光模组，在保证直下式背光模组的出光均匀度的前提下提高LED光源的光能利用率。
根据本发明的一个方面，提供一种高亮度的直下式背光模组，包括自下而上依次设置的PCB基板、反射罩、扩散膜片和量子点膜，PCB基板的表面安装有多个Mini-LED光源，反射罩包括多个呈上下开口的反射杯结构，使Mini-LED光源穿过反射杯机构的下开口以实现PCB基板和反射罩的匹配安装；扩散膜片由至少20层树脂层复合而成，在垂直于树脂层所在平面的方向上，相邻设置的树脂层所分别对应的蓝光折射率相差0.01以上，并且，扩散膜片的表面设置有多个微透镜结构。上述“蓝光”指的是波长介于400～450nm的光。在扩散膜片中，多层树脂层的复合设计能够使光线在扩散膜片中传播发生干涉反射。扩散膜片上的微透镜结构以及多层树脂层复合的结构能够将源自于Mini-LED光源的入射光部分反射回反射罩，反射罩将源自于Mini-LED光源的大角度入射光以及扩散膜片反射的光进行汇聚，能够充当聚光透镜发挥租用，光线经过反射罩的汇聚后再进行出射，能够有效地提供直下式背光模组的亮度。在扩散膜片与反射罩的协同作用下，光线能够在反射罩和扩散膜片之间多次反射和汇聚，大幅地增加了光线的传播光学混光距离(OD,optical distance)，既提高了光线沿扩散膜片所在的平面传播的出光均匀度，也提高了光线在观测视角的亮度。
优选地，树脂层包括树脂A层和树脂B层，树脂A层和树脂B层交替复合构成扩散膜片。采用上述交替层叠的方式构造扩散膜片，便于调节层间折射率的差值与树脂层厚度的关系，以针对不同波长的光设计干涉反射表现。
优选地，树脂层中填充有扩散粒子和/或气泡，以调节树脂层的折射率。
优选地，树脂层的树脂基质为聚碳酸酯，扩散粒子为二氧化硅微球、聚甲基丙烯酯甲酯微球、二氧化钛中的一种或两种；在树脂基质中填充扩散粒子以分别构成树脂A层、树脂B层，树脂A层的蓝光折射率不低于2，树脂B层的蓝光折射率不低于2。聚碳酸酯的可见光透过率高达95％，利用聚碳酸酯可以制得入光侧可见光透射率为64％、出光侧可见光透射率为91％的扩散膜片，具有良好的光学性能，另一方面，聚碳酸酯具有良好的挤出性能，易于生产、加工。
优选地，在扩散膜片包括背对设置的出光侧和入光侧，出光侧设置有多个微透镜结构。扩散膜片包括垂直于其厚度方向的两个侧面，其中，以面对PCB基板的所述侧面为扩散膜片的入光侧，以背对PCB基板的所述侧面为扩散膜片的出光侧。
优选地，微透镜结构朝向扩散膜片的内部凹入，以在扩散膜片的表面形成凹陷内腔，凹陷内腔中填充的介质为空气。上述凹陷内腔中充满空气介质，从而使扩散膜片的表面构成具有不同透射率基质的界面，空气的折射率小于大多数已知材料的折射率，根据斯涅耳(Snell’s Law)的原理，当光线相遇或入射到具有较小折射率的介质时：若Mini-LED光源的光线的入射角小于临界角时，光线被从法线以大于入射角δ的相对于法线的出射角度θ折射，由此能够提高Mini-LED光源的亮度角，有利于光线横向扩散；若Mini-LED光源的光线的入射角大于临界角时，光线不射出微透镜结构而被反射回反射罩或者其他微透镜结构，从而增加了光线在反射罩与扩散膜片之间反射的次数，进一步提高了扩散膜片所在平面的出光均匀度。
优选地，扩散膜片贴合反光罩的顶部，以使扩散膜片和反光罩围成多个半密闭光腔。由此，反射罩直接支撑扩散膜片，增加了直下式背光模组的结构稳定性，同时，反射罩与扩散膜片围成多个半密闭光腔，有利于提高光能利用率。
优选地，扩散膜与设置在出光侧一侧的膜片相复合，以密闭出光侧上设置的微透镜结构所形成的凹陷内腔。由此可以消除光沿微透镜结构垂直出射的形成的光斑mura。
优选地，入光侧也设置有多个所述微透镜结构。
优选地，微透镜结构对应反射杯结构及设置在反射杯结构中的Mini-LED光源呈周期性分布；周期性分布指的是，以位于每个反射杯结构的上开口正上方的多个微透镜结构组成一个微透镜结构组，以微透镜结构组作为周期性分布的重复单元；在微透镜结构组中，以其所对应的Mini-LED光源的光轴为中轴，随着微透镜结构与中轴的间距减小，微透镜结构的尺寸增大，以使微透镜结构组所位于的扩散膜片区域形成中间薄、周边厚的薄膜结构。由此形成的薄膜结构相当于类双凹透镜的微透镜结构，能够发挥聚光作用，使得均匀扩散的面光源聚焦于视角方向，提高亮度。
附图说明
图1为九点测试法示意图；
图2为本发明实施例1的直下式Mini-LED背光模组的爆炸视图；
图3为本发明实施例1的直下式Mini-LED背光模组的截面视图；
图4为本发明实施例1的直下式Mini-LED背光模组之扩散膜片的立体结构图；
图5为本发明实施例1的直下式Mini-LED背光模组之扩散膜片的俯视图；
图6为本发明实施例1的扩散膜片的光学原理图；
图7为本发明实施例1的扩散膜片的光学原理图；
图8为本发明实施例1的扩散膜片的光学原理图；
图9为朗伯型光源的辐射分布图；
图10为Mini-LED光源的辐射特性曲线；
图11为不设置扩散膜片和反射罩的Mini-LED背光模组之光学原理的示意图；
图12为不设置扩散膜片和反射罩的Mini-LED背光模组在量子点膜上形成的光斑的示意图；
图13为具有本发明实施例1的直下式Mini-LED背光模组及其光学原理的示意图；
图14为本发明的实施例3的直下式Mini-LED背光模组的扩散膜片和反射罩之结构示意图及其光学原理。
具体实施方式
以下的说明是基于所示例的本发明的具体实施例，其不应被视为限制本发明未在此详述的其它具体实施例。
本说明书所使用的词语“实施例”意指用作实例、示例或例证。此外，本说明书和所附权利要求中所使用的冠词“一”一般地可以被解释为意指“一个或多个”，除非另外指定或从上下文清楚导向单数形式。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或表示第一特征水平高度小于第二特征。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
以下实施例中所涉及的亮度及亮度均匀性的测试方法参考《中华人民共和国行业标准SJ/T11348-2006：数字电视平板显示器测量方法》，参照图1，采用九点测量法测试参试产品表面不同位置点的亮度，以点P1-P8八个测试点分别与中心测试点P0的亮度值比值的最小值表征参试产品的亮度均匀性。参考《中华人民共和国行业标准SJ/T11343-2006：数字电视液晶显示器通用规范》，一个高性能的背光模组的出光面中心点正面亮度应不小于350nit。
以下实施例中所涉及的亮度角的分布测试方式，参考《中华人民共和国行业标准SJ/T11343-2006：数字电视液晶显示器通用规范》和《中华人民共和国行业标准SJ/T11348-2006：数字电视平板显示器测量方法》：
a)将亮度计置于3倍Mini-LED光源101的位置(点亮Mini-LED背光模组中的单个Mini-LED光源101或芯片，或者切取Mini-LED背光模组的单个Mini-LED光源101区域)或者3倍Mini-LED背光模组的位置；
b)亮度计的位置应能水平和垂直地移动，保持观察距离不变，亮度计与Mini-LED光源101或者Mini-LED背光模组的照明法线的夹角从-90°变化到90°，记录每个测试位置的亮度数据。Mini-LED光源101或者Mini-LED背光模组的亮度角为亮度峰值三分之一之间的夹角。
实施例1
参照图2、3，本实施例提供一种直下式Mini-LED背光模组，包括自下而上设置的PCB基板100、反射罩200、扩散膜片301、量子点膜302和增亮膜303。
本实施例采用的扩散膜片301由具有不同折射率的树脂A层和树脂B层交替复合而成，树脂A层和树脂B层的树脂基质均为聚碳酸酯(Polycarboante,PC)，材料的可见光透过率达到95％。采用二氧化硅微球作为树脂A层的扩散粒子，通过向树脂基质中填充二氧化硅微球以使树脂A层的蓝光折射率为2；采用聚甲基丙烯酯甲酯微球作为树脂B层的扩散粒子，通过向树脂基质中填充聚甲基丙烯酯甲酯微球以使树脂B层的蓝光折射率为2.1。使树脂A层和树脂B层各50层以交替层叠的方式构造扩散膜片301，采用上述交替层叠的方式构造扩散膜片301，由此得到的扩散膜片301的厚度约为1mm，在实际应用中，扩散膜片301的厚度一般介于0.25～3mm之间。在上述扩散膜片301中，相邻的树脂层之间具有不同的折射率，能够对入射光起到干涉反射的作用，使得扩散膜片301对蓝光的平均反射率大于40％。如图4、5所示，分别以扩散膜片301的垂直于其厚度方向的两个侧面为扩散膜片301的出光侧和入光侧，扩散膜片301的出光侧设置有多个微透镜结构3011，扩散膜片301的入光侧无微透镜结构3011。根据扩散膜片301和反射罩200的组装关系，将扩散膜片301划分为若干与反射杯结构201的上开口一一对应的膜片区域，每个膜片区域中分布的多个微透镜结构3011组成的微透镜结构组也与该反射杯结构201相对应。微透镜结构3011可以是多棱锥结构、多面体结构、半球结构、圆柱状结构、棱柱状结构或圆锥状结构。在本实施例中，设置在扩散膜片301出光侧的微透镜结构3011朝向扩散膜片301的内部下凹并呈面对称的六棱锥结构。
本实施例所采用的扩散膜片301的出光侧设有多个下凹的微透镜结构3011，由此在出光侧的表面形成若干凹陷空腔，一般情况下，这些凹陷空腔中均填充着空气介质，而本领域技术人员应当可以理解，空气的折射率小于大多数已知材料的折射率。入射光穿过具有不同的折射率的材质时，满足斯涅尔定律(Snell’s Law)，即ni*sinδ＝nt*sinθ，其中，ni的含义为入射光一侧材料的折射率，δ的含义为入射角度，nt的含义为透射光一侧材料的折射率，θ的含义为出射角度。根据斯涅尔定律(Snell’s Law)的原理，当光线相遇或入射到具有较小折射率的介质时，部分光线被从法线以大于入射角δ的相对于法线的出射角度θ折射。然而，以表面的法线方向射入介质的相遇表面(在本实施例中为材料-空气边界)的入射光(例如图6中的光线1a)不被折射而是继续以其入射方向沿直线传播。图6中的光线以相对于微透镜结构3011表面的法线成2α角度的入射角到达微透镜结构3011与空气介质的相遇表面，由于光线的入射角2α不等于零(0)，根据斯涅尔定律，光线以具有与入射角2α不同角度值的出射角2β被折射进入空气介质，光线发生折射，由于空气介质的折射率小于微透镜结构3011的折射率，光线的入射角2α小于其出射角2β。再如图6所示，经传播进入微透镜结构3011的光线以相对于其表面的法线的入射角3a到达微透镜结构3011和空气介质的相遇表面，光线的入射角3α大于该相遇表面处的临界角δc，在这种情况下，光线不射出微透镜结构3011，并在微透镜结构3011的表面发生反射，这被称为“全内反射”。如上所述，当光线从具有较高反射系数的材料传播到具有较低反射系数的材料时，光线将根据上面阐明的斯涅尔定律公式而表现。根据该公式，随着入射角度的增加，出射角θ将会接近90度。然而，以临界角δc，以及对于所有大于临界角δc的角度，将会发生全内反射(即光线将被反射而不是被折射并且通过表面传播)。正如本领域内技术人员将理解的那样，根据斯涅尔定律通过将出射角(折射角)设定为90度并且解出入射角来确定临界角δc。
如图7所示，光线4a和光线5a分别以小于临界角δc的入射角4α、5α相遇表面，然而，光线相对于表面的法线的入射角4α大于光线相对于表面的法线的入射角5α。因此，根据斯涅尔定律，光线相对于表面的法线的出射角4β与光线相对于表面的法线的出射角5β不同。正如本领域技术人员所理解的那样，光线相对于表面的法线的出射角4β将大于光线相对于表面的法线的出射角5β。
另外，当光线从扩散膜片301的出光侧入射，扩散膜片301的微透镜结构3011反射入射角度在临界角δc的以外的入射光，使大部分从微透镜结构3011出光侧入射的光被反射向微透镜结构3011的外部传播。参照图8，光线6a和光线7a分别以小于临界角δc的入射角6α和大于临界角δc的入射角7α相遇微透镜结构3011的外表面，入射角为6α的光线以相对于表面的法线的出射角6β进入扩散膜片301，入射角为7α的光线以相对于表面的法线的出射角7β反射并以全反射的形式向微透镜结构3011的外部传播。
在本实施例提供的直下式背光模组中，PCB基板100的表面安装有多个Mini-LED光源101，Mini-LED光源101在PCB基板100的表面呈周期性的排列，此处所述的“周期性的排列”指的是矩阵式排列。反射罩200包括多个上下开口的反射杯结构201。使PCB基板100、反射罩200、扩散膜片301、量子点膜302和增亮膜303按照自下而上的顺序依次层叠组装。PCB基板100和反射罩200的组装满足每个Mini-LED光源101皆与一个反射杯结构201对应设置，Mini-LED光源101穿过反射杯结构201的下开口设置在反射杯结构201中，反射罩200使得Mini-LED光源101的部分配光向直下式背光装置的显示面的一侧反射。在本实施例中，反射罩200、扩散膜片301和量子点膜302依次贴合组装，由此：扩散膜片301贴合反射罩200的顶部，使得反射罩200直接支撑扩散膜片301，增加了直下式Mini-LED背光模组的结构稳定性，同时，反射罩200与扩散膜片301围成多个半密闭光腔，有利于提高光能利用率；量子点膜302贴合扩散膜片301的出光侧，以使量子点膜302封闭位于扩散膜皮的出光侧的微透镜结构3011的顶部开口，从而消除光沿微透镜结构3011垂直出射的形成的光斑mura，，将由扩散膜片301和量子点膜302复合而成的膜片组标记为复合膜片300。
Mini-LED芯片是接近于朗伯型光源(Lambert radiator)的光源，根据朗伯余弦定律(Lambert's cosine law)，从理想漫反射面观察，光源的辐射强度或发光强度I正比于发射光的方向和表面法线之间的角度θ的余弦cosθ。如图9所示，圆中的每个楔形物代表一个相等的角度dΩ，对于朗伯表面，每秒发射到每个楔形物中的光子数与楔形物的面积A成比例。如图10所示，PCB基板100上的Mini-LED光源101的辐射特性曲线为M型，一般定义“M”型峰的出光的两峰之间的夹角A说明其扩散程度，夹角A越大其扩散效果越好，一般Mini-LED光源101“M”型峰的夹角A范围在120°以内。但是Mini-LED间距P(Pitch)通常为Mini-LED芯片尺寸的几十倍以上，达到厘米级别。而Mini-LED背光模组的光学膜片20厚度仅为毫米级别，因此在如此短的传播距离下，如图11、12所示，在不设置反射罩200和扩散膜片301的背光装置，PCB基板100上的Mini-LED光源101就在量子点膜302上形成光斑001和暗区002。因此为了让多个Mini-LED芯片的出光形成面光源避免暗区，同时减少Mini-LED芯片的使用数量(即增加Mini-LED间距P)，需要增加背光光学混光聚集OD。
在本实施例提供的直下式背光模组中，Mini-LED光源101的光向扩散膜片301入射，基于斯涅尔定律，扩散膜片301将入射光部分反射回反射罩200，同时反射罩200将Mini-LED光源101发出的大角度入射光和微透镜结构3011的反射光再进行出射，并作为一种聚光透镜发挥作用，提升直下式Mini-LED背光模组的亮度，部分光通过反射罩200再次反射至扩散膜片301，由此使得光线在反射罩200与扩散膜片301之间多次反射，大幅增加了光线的传播OD，从而增加了沿扩散膜片301所在平面的出光均匀度。另一方面，同样基于斯涅尔定律，当量子点膜302的荧光光源从扩散膜片301的出光侧入射，扩散膜片301的微透镜结构3011反射入射角度在临界角δc的以外的入射光，使大部分源自于量子点膜302的入射光被反射回量子点膜302。由此，减少量子点膜302的荧光的损失从而增加亮度。同时避免因为PCB基板100部分吸收红绿光RG，造成的面光源的RGB比例失衡而出现偏黄的光。
Mini-LED光源101间距P与背光模组纵向混光距离VOD(垂直Mini-LED面光源)值相关联。P/VOD越大，说明背光设计得越好，也就是说背光模组在相同的纵向混光距离VOD下可以减少Mini-LED芯片的使用数量；或者在相同Mini-LED光源101间距P，纵向混光距离VOD可以减小以使得背光模组可以做得更薄。通常为了保证良好的光学品质效果，当光源间距P设计值固定时，背光模组横向混光距离HOD(平行于Mini-LED面光源)越大，其沿着出光面的横向传播距离越远，因此出光的扩散范围越大，其物理表现在测试所得的亮度角越大，其辐射强度空间分布均匀以保证Mini-LED光源101间亮度过渡均匀。
以扩散膜片301的下表面与PCB基板100之间的距离为H，在PCB基板100表面，以相邻的Mini-LED光源101的最小间距值为P。当H/P介于1/7～1的范围内，Mini-LED光源101的亮度角至少增加到2arctan(P/2H)，其中，H/P＝1/2时，Mini-LED光源101的亮度角由120°增加到140°，背光光模组的亮度角增加到160°，背光模组的亮度均匀度增加15％。
如图13所示，本发明设置在PCB基板100上方的上下贴合设置的扩散膜片301和反射罩200，通过多个微透镜结构3011将入射光部分反射回反射罩200，通过PCB基板表面的反射罩200再次反射至扩散膜片301。光线在反射罩200与扩散膜片301之间多次反射，大幅增加了光线的传播OD，从而增加了沿扩散膜片301所在平面的传播。Mini-LED光源101的亮度角从L1扩展到L2(虚线)。
实施例2
以下仅就本实施例与实施例1的相异之处进行说明，关于相似之处在此不再赘述。本实施例基于实施例1所提供的直下式Mini-LED背光模组的器件结构，以所采用的扩散膜片301的内部复合结构的作为变量，设计不同的扩散膜片301，参照实施例1组装直下式背光模组以进行光学性能测试。
以下所有参试的扩散膜片301中的树脂基质均为PC，扩散膜片301的编号及其所对应的内部复合结构为：
扩散膜片1A，分别向树脂基质中填充二氧化硅微球以构造树脂A1层、树脂B1层，通过调节二氧化硅微球的填充量，使树脂A1层的蓝光折射率为2，树脂B1层的蓝光折射率为2.005，使树脂A1层和树脂B1层各50层以交替层叠的方式构成扩散膜片1A；
扩散膜片1B，通过向树脂基质中填充二氧化硅微球以构造树脂A2层，控制二氧化硅微球的填充量以使树脂A2层的蓝光折射率为1.8，使树脂A2层和树脂B层(与实施例1中所提及的树脂B层构造相同)各50层以交替层叠的方式构成扩散膜片1B；
扩散膜片1C，通过向树脂基质中填充二氧化硅微球以构造树脂A3层，控制二氧化硅微球的填充量以使树脂A3层的蓝光折射率为2.2，使树脂A3层和树脂B层(与实施例1中所提及的树脂B层构造相同)各50层以交替层叠的方式构成扩散膜片1C；
扩散膜片1D，使树脂A层(与实施例1中所提及的树脂A层构造相同)和树脂B层(与实施例1中所提及的树脂B层构造相同)各10层以交替层叠的方式构成扩散膜片1D。
具体结果如表1所示，在参试的扩散膜片301中，实施例1的扩散膜片301与本实施例的扩散膜片1C都具有较高的蓝光反射率以及较高的亮度均匀性，扩散膜片1B和扩散膜片1D的亮度均匀性明显偏低，由此说明构成扩散膜片301的树脂层间蓝光折射率的差值过小、复合的树脂层数过少，都会对扩散膜片301的亮度均匀性带来不利影响。
表1参试扩散膜片301及其直下式背光模组的光学性能统计
Figure BDA0003041498740000111
实施例3
图14为本实施例提供的直下式Mini-LED背光模组的扩散膜片301和反射罩200的结构及光学原理示意图。以下仅就本实施例与实施例1的相异之处进行说明，关于相似之处在此不再赘述。
在本实施例中，在扩散膜片301的出光侧和入光侧分别设置位置相对应的微透镜结构3011，以对应同一个反射杯结构201的多个微透镜结构3011作为一个微透镜结构组。在同一个微透镜结构组中，以该微透镜结构组所对应的Mini-LED光源101的光轴作为参照，靠近光轴的微透镜结构3011的尺寸大于远离光轴的微透镜结构3011的尺寸，以使微透镜结构组所位于的扩散膜片301区域形成中间薄、周边厚的薄膜结构。由此形成的薄膜结构相当于类双凹透镜的微透镜结构3011，能够发挥聚光作用，使得均匀扩散的面光源聚焦于视角方向，提高亮度。
虽然在上文中已经参考一些实施例对本发明进行了描述，然而在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，本发明所披露的各个实施例中的各项特征均可通过任意方式相互结合起来使用，在本说明书中未对这些组合的情况进行穷举性的描述是出于省略篇幅和节约资源的考虑。因此，本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (8)

1.一种高亮度的直下式背光模组，其特征在于：包括自下而上依次设置的PCB基板、反射罩、扩散膜片和量子点膜，所述PCB基板的表面安装有多个Mini-LED光源，所述反射罩包括多个呈上下开口的反射杯结构，使所述Mini-LED光源穿过所述反射杯机构的下开口以实现所述PCB基板和所述反射罩的匹配安装；
所述扩散膜片由至少20层树脂层复合而成，所述树脂层包括树脂A层和树脂B层，所述树脂层的树脂基质为聚碳酸酯，扩散粒子为二氧化硅微球、聚甲基丙烯酯甲酯微球、二氧化钛中的一种或两种，在所述树脂基质中填充所述扩散粒子以分别构成所述树脂A层、所述树脂B层，所述树脂A层的蓝光折射率为2~2.2，所述树脂B层的蓝光折射率为2~2.1；
在垂直于所述树脂层所在平面的方向上，所述树脂A层和所述树脂B层交替复合构成所述扩散膜片，相邻设置的所述树脂层所分别对应的蓝光折射率相差0.01以上，并且，所述扩散膜片的表面设置有多个微透镜结构。
2.如权利要求1所述高亮度的直下式背光模组，其特征在于：所述树脂层中填充有扩散粒子和/或气泡，以调节所述树脂层的折射率。
3.如权利要求1所述高亮度的直下式背光模组，其特征在于：在所述扩散膜片包括背对设置的出光侧和入光侧，所述出光侧设置有多个所述微透镜结构。
4.如权利要求3所述高亮度的直下式背光模组，其特征在于：所述微透镜结构朝向所述扩散膜片的内部凹入，以在所述扩散膜片的表面形成凹陷内腔，所述凹陷内腔中填充的介质为空气。
5.如权利要求3所述高亮度的直下式背光模组，其特征在于：所述扩散膜片贴合所述反光罩的顶部，以使所述扩散膜片和所述反光罩围成多个半密闭光腔。
6.如权利要求3所述高亮度的直下式背光模组，其特征在于：所述扩散膜与设置在所述出光侧一侧的膜片相复合，以密闭所述出光侧上设置的所述微透镜结构所形成的凹陷内腔。
7.如权利要求3所述高亮度的直下式背光模组，其特征在于：所述入光侧也设置有多个所述微透镜结构。
8.如权利要求7所述高亮度的直下式背光模组，其特征在于：
所述微透镜结构对应所述反射杯结构及设置在所述反射杯结构中的所述Mini-LED光源呈周期性分布；
所述周期性分布指的是，以位于每个所述反射杯结构的上开口正上方的多个所述微透镜结构组成一个微透镜结构组，以所述微透镜结构组作为所述周期性分布的重复单元；
在所述微透镜结构组中，以其所对应的所述Mini-LED光源的光轴为中轴，随着所述微透镜结构与所述中轴的间距减小，所述微透镜结构的尺寸增大，以使所述微透镜结构组所位于的扩散膜片区域形成中间薄、周边厚的薄膜结构。
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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114019720B (zh) * 2021-11-03 2024-01-19 惠州视维新技术有限公司 背光模组与显示装置
CN114326212A (zh) * 2022-01-17 2022-04-12 深圳市云密芯显示技术有限公司 玻璃扩散板及背光光学系统
CN114415426B (zh) * 2022-02-17 2022-11-29 深圳创维－Rgb电子有限公司 一种Mini LED模组及其显示设备
CN114442330B (zh) * 2022-04-06 2022-10-28 深圳市隆利科技股份有限公司 头戴式显示器的光学装置
CN114942547B (zh) * 2022-06-01 2023-12-08 武汉华星光电技术有限公司 背光模组及显示装置
WO2024007324A1 (zh) * 2022-07-08 2024-01-11 京东方科技集团股份有限公司 发光面板及其制备方法、发光装置
CN115166891B (zh) * 2022-07-20 2023-10-27 福州大学 基于全内反射自由曲面的Mini-LED背光模组
CN116224483A (zh) * 2023-03-08 2023-06-06 惠州伟志电子有限公司 一种双色导光板及Local dimming背光模组
CN117008377A (zh) * 2023-10-08 2023-11-07 合肥泰沃达智能装备有限公司 一种零混光距离的直下式背光源及其应用的显示设备
CN117724268A (zh) * 2024-02-07 2024-03-19 深圳市华皓伟业光电有限公司 一种直下式背光模组及显示装置

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006337526A (ja) * 2005-05-31 2006-12-14 Sony Corp 光学フィルム、バックライト装置および液晶表示装置
CN100437276C (zh) * 2005-08-05 2008-11-26 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 直下式背光模组及液晶显示装置
CN101118337B (zh) * 2006-08-04 2010-04-07 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 光学板及其制备方法,以及采用该光学板的背光模组
CN101118291B (zh) * 2006-08-04 2010-04-14 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 扩散片
CN101122703B (zh) * 2006-08-11 2010-12-01 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 光学板及采用该光学板的背光模组
CN100462743C (zh) * 2007-07-27 2009-02-18 宁波高新区激智科技有限公司 一种光学扩散薄膜及使用该光学扩散薄膜的液晶显示装置
CN101231462A (zh) * 2008-02-27 2008-07-30 苏州大学 一种光扩散片及其制作方法
JP2010117707A (ja) * 2008-10-16 2010-05-27 Asahi Kasei E-Materials Corp 光拡散板及び直下型点光源バックライト装置
JP5320250B2 (ja) * 2009-10-14 2013-10-23 株式会社日立製作所 透明構造体、光源モジュール並びにこれを用いた照明装置，液晶表示装置及び映像表示装置
JP6126802B2 (ja) * 2012-06-15 2017-05-10 リンテック株式会社 光拡散フィルム
CN202629914U (zh) * 2012-06-26 2012-12-26 上海冠旗电子新材料股份有限公司 双面微结构光学薄膜
JP2014137943A (ja) * 2013-01-18 2014-07-28 Toyobo Co Ltd 直下型面光源装置、並びにそれを用いた表示装置及び照明装置
WO2019144557A1 (zh) * 2018-01-26 2019-08-01 青岛海信电器股份有限公司 液晶显示装置
CN108318950B (zh) * 2018-03-01 2020-09-04 深圳市华星光电技术有限公司 背光模组及其扩散片
CN209690672U (zh) * 2019-03-11 2019-11-26 北方民族大学 一种背光模组
CN109976036A (zh) * 2019-04-02 2019-07-05 京东方科技集团股份有限公司 一种光学膜片、背光模组及显示装置
CN111123581A (zh) * 2019-12-27 2020-05-08 深圳市隆利科技股份有限公司 直下式背光装置及显示设备
CN111025765A (zh) * 2020-01-08 2020-04-17 深圳市隆利科技股份有限公司 直下式背光装置及显示设备
CN111399280B (zh) * 2020-03-25 2022-05-20 海信视像科技股份有限公司 一种显示装置

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