CN114035375A - 背光模组 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种背光模组，该背光模组包括背板、位于背板上的Mini‑LED背光源、以及位于Mini‑LED背光源上的光波导层，光波导层包括反射型纳米结构和覆盖反射型纳米结构的半透射半反射膜层；Mini‑LED背光源包括阵列设置的Mini‑LED芯片和覆盖Mini‑LED芯片的封装层，反射型纳米结构包括光偶进单元和光偶出单元，光偶进单元与Mini‑LED芯片出光面的中心位置对位设置，光偶出单元位于Mini‑LED芯片的两侧；Mini‑LED背光源还包括与Mini‑LED芯片同层设置的反射块，且反射块位于相邻Mini‑LED芯片之间；本发明利用光波导层解决LED芯片的发光存在中心灯口较周边区域亮度差的问题，以此提高背光模组出光品质，还利用反射块提高背光模组的出光效率。

Description

背光模组
技术领域
本发明涉及显示技术领域，特别涉及一种背光模组。
背景技术
液晶面板(LCD)的背光源在技术和市场的不断发展中更新换代，从最初的冷阴极荧光灯管背光(CCFL)到贴片式背光(SMD LED)、量子点背光，再到如今的Mini-LED背光。背光技术的不断发展使得LCD的显示效果得到不断提升，让人们得以享受超高清的视觉盛宴。相较于传统的背光源技术，Mini-LED背光拥有更多优势，适合高端液晶显示器的解决方案。
其主要优势如下：①可以直接采用R/G/B三色的LED模组，实现R/G/B三原色无缺失的显示效果，且可覆盖100％BT2020的宽色域，色彩的鲜艳度媲美OLED。②Mini LED可以实现高亮度大于1000nit下散热均匀，这是传统分立LED器件方案无法做到的。③Mini LED背光可以做到直下式超薄的LCD显示，这在轻薄的便携式消费电子中应用广阔，例如AR/VR眼镜、手机、笔记本电脑等。④Mini LED结合精细的局部背光调节(Local Dimming)，可以实现超高对比度(1000000:1)，让黑的更深邃，亮的更明亮。
Mini-LED背光由LED芯片构成，本身LED芯片的发光存在中心灯口较周边区域亮的问题，同时LED芯片与LED芯片之间的光与LED芯片上的光强分布也不一致，导致Mini-LED背光发出的光并不均匀。为了解决Mini-LED背光混光不均的问题，通常会在Mini-LED上增加扩散板或者分光膜片。由于Mini-LED需要一定的光程才能确保混光均匀，通常扩散板和分光膜片的厚度在0.4mm左右，加上增亮膜片、保护膜片和背光源的厚度，Mini-LED显示模组的厚度会在2mm以上，与传统的LCD背光显示模组相比在厚度上无优势，因此对于轻便显示器的开发并无明显优势，需要改进。
发明内容
本申请依据现有技术问题，提供一种能够解决LED芯片的发光存在中心灯口较周边区域亮的问题的背光模组，且该背光模组的厚度较薄。
本发明提供的技术方案如下：
本发明实施例提供一种背光模组，该背光模组包括背板、位于所述背板上的Mini-LED背光源、以及位于所述Mini-LED背光源上的光波导层，所述光波导层包括反射型纳米结构和覆盖所述反射型纳米结构的半透射半反射膜层。
根据本发明一优选实施例，所述Mini-LED背光源包括阵列设置的Mini-LED芯片和覆盖所述Mini-LED芯片的封装层，所述反射型纳米结构包括光偶进单元和光偶出单元，所述光偶进单元与所述Mini-LED芯片出光面的中心位置对位设置，所述光偶出单元位于所述Mini-LED芯片的两侧。
根据本发明一优选实施例，所述光偶进单元和所述光偶出单元的形状均为线栅、棱镜或微透镜中一种或一种以上组合结构，所述光偶进单元和所述光偶出单元的折射率均大于或等于1.7。
根据本发明一优选实施例，所述光偶出单元、所述光偶进单元、所述光偶出单元和所述半透射半反射层的材料均包括铌酸锂，磷化铟(InP)、磷化砷铟镓(InGaAsP)、二氧化硅(SiO2)和硅中一种材料或一种以上材料。
根据本发明一优选实施例，在每个所述反射型纳米结构中，两个所述光偶出单元匹配一个所述光偶进单元，且两个所述光偶出单元位于一个所述光偶进单元的两侧。
根据本发明一优选实施例，所述光偶进单元和所述光偶出单元均采用光刻工艺或者纳米压印工艺制备而成，相邻的所述光偶出单元和所述光偶进单元之间的间距为2um至5um。
根据本发明一优选实施例，所述光波导层的厚度为0.01um至2um。
根据本发明一优选实施例，所述Mini-LED背光源还包括与所述Mini-LED芯片同层设置的反射块，且所述反射块位于所述相邻所述Mini-LED芯片之间。
根据本发明一优选实施例，所述Mini-LED背光源靠近所述背板一侧形成有具有反射面的凹槽，所述凹槽内填充有金属银、钼、镁、铝中一种或一种以上金属材料，形成所述反射块。
根据本发明一优选实施例，所述反射块的截面形状为等腰三角形，且所述等腰三角形的顶角垂直插入所述封装层的内部，所述等腰三角形的底边贴合于所述背板表面，当光线入射到该等腰三角形的两腰上时，会发生全反射，将光线导出所述封装层。
本发明的有益效果：本发明实施例提供一种背光模组，该背光模组包括背板、位于背板上的Mini-LED背光源、以及位于Mini-LED背光源上的光波导层，光波导层包括反射型纳米结构和覆盖反射型纳米结构的半透射半反射膜层。Mini-LED背光源包括阵列设置的Mini-LED芯片和覆盖Mini-LED芯片的封装层，反射型纳米结构包括光偶进单元和光偶出单元，光偶进单元与Mini-LED芯片出光面的中心位置对位设置，光偶出单元位于Mini-LED芯片的两侧；Mini-LED背光源还包括与Mini-LED芯片同层设置的反射块，且反射块位于相邻Mini-LED芯片之间。本发明利用光波导层解决LED芯片的发光存在中心灯口较周边区域亮度差的问题，以此提高背光模组出光品质，还利用反射块提高背光模组的出光效率。
附图说明
为了更清楚地说明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1和2为现有技术中背光模组的膜层结构示意图。
图3为本发明提供一种背光模组的膜层的一种结构示意图。
图4为本发明提供一种背光模组中的光波导层的结构示意图。
图5为本发明提供一种背光模组的膜层的另一种结构示意图。
具体实施方式
以下各实施例的说明是参考附加的图示，用以例示本发明可用以实施的特定实施例。本发明所提到的方向用语，例如[上]、[下]、[前]、[后]、[左]、[右]、[内]、[外]、[侧面]等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。在图中，结构相似的单元是用以相同标号表示，图中虚线表示在结构中并不存在的，仅仅说明结构的形状和位置。
如图1所示，现有技术中的背光模组10，背光模组10包括驱动电路层11、阵列设于驱动电路层11表面的Mini-LED芯片12、以及覆盖Mini-LED芯片12表面的封装层13，由于Mini-LED芯片12中心面出光强度S1高于侧面出光强度S2和侧面出光强度S3，导致整个背光模组10的出光强度大小呈现波浪线S4形，导致Mini-LED芯片12与Mini-LED芯片12之间的光强分布也不一致，导致Mini-LED背光发出的光并不均匀。如图2所示，为了解决Mini-LED背光混光不均的问题，通常会在Mini-LED芯片12上方增加扩散板和分光膜片14，由于Mini-LED芯片出射的光需要一定的光程才能确保混光均匀，通常扩散板和分光膜片14的厚度在0.4mm左右，加上增亮膜片、保护膜片和背光源的厚度，Mini-LED显示模组的厚度会在2mm以上，与传统的LCD背光显示模组相比在厚度上无优势，因此对于轻便显示器的开发并无明显优势。
本发明针对上述技术缺陷，本发明实施例提供一种背光模组，该背光模组包括背板、位于背板上的Mini-LED背光源、以及位于Mini-LED背光源上的光波导层，光波导层包括反射型纳米结构和覆盖反射型纳米结构的半透射半反射膜层。Mini-LED背光源包括阵列设置的Mini-LED芯片和覆盖Mini-LED芯片的封装层，反射型纳米结构包括光偶进单元和光偶出单元，光偶进单元与Mini-LED芯片出光面的中心位置对位设置，光偶出单元位于Mini-LED芯片的两侧。光偶进单元和光偶出单元的形状均为线栅、棱镜或微透镜中一种或一种以上组合结构，光偶进单元和光偶出单元的折射率均大于或等于1.7。光偶出单元、光偶进单元、光偶出单元和半透射半反射层的材料均包括铌酸锂，磷化铟(InP)、磷化砷铟镓(InGaAsP)、二氧化硅(SiO2)和硅中一种材料或一种以上材料。本发明的Mini-LED背光源还包括与Mini-LED芯片同层设置的反射块，且反射块位于相邻Mini-LED芯片之间。以上技术方案采用光波导技术进行混光，同时考虑到光波导结构会引起较大程度的光效损失，在Mini-LED芯片同层结构上进行优化，设置反射块，尽可能增加其出光效率，因此本发明的背光模组可解决现有的技术中LED芯片的发光存在中心灯口较周边区域亮度差的问题和现有的技术中的背光模组的厚度较薄的问题。
详细地，如图3所示，本发明实施例提供一种背光模组100的膜层的一种结构示意图。本发明的背光模组100包括背板101、位于背板101上的Mini-LED背光源102、以及位于Mini-LED背光源102上的光波导层103，Mini-LED背光源102包括阵列设置的Mini-LED芯片1021和覆盖Mini-LED芯片1021的封装层1022，封装层1022优选为透明的光学胶或玻璃胶，封装层1022还可以采用有机层和无机层叠加膜层。光波导层103包括阵列设置的子波导层1031、子波导层1032、子波导层1033和子波导层1034，子波导层1031、子波导层1032、子波导层1033和子波导层1034下方均设置一个Mini-LED芯片1021。光波导层103的材料均包括铌酸锂，磷化铟(InP)、磷化砷铟镓(InGaAsP)、二氧化硅(SiO2)和硅中一种材料或一种以上材料。本实施例的光波导层的厚度为0.01um至2um，远远小于扩散板或者分光膜片的0.4mm厚度。从图2可以看出，本发明的背光模组100中的Mini-LED芯片1021中心灯口出射光线强度S5和周边区域的光线强度S6和S7差别较小，在出光面上形成光线强度S8均匀的显示效果。
本实施例增加光波导层设计有微纳结构，可以将LED芯片灯口的光削弱，同时增加LED芯片边缘位置的光强，LED芯片与LED芯片之间的光强则是通过光波导的设计让两颗芯片之间的光进行叠加，从而实现LED间隔区域与中心位置光源的一致性，光波导设计促进混光均匀。相较传统用扩散板和分光膜片进行混光的方式，用光波导微纳结构进行混光可以极大程度的降低背光模组厚度。对于显示器件的轻薄化意义重大。
现有技术光波导层中的铌酸锂波导是通过在铌酸锂晶体上扩散Ti离子形成波导，波导结构为扩散型，InP波导以InP为称底和下包层，以InGaAsP为芯层，以InP或者InP/空气为上包层，波导结构为掩埋脊形或者脊形，二氧化硅波导以硅片为衬底，以不同掺杂的SiO2材料为芯层和包层，波导结构为掩埋矩形。SOI波导是在SOI基片上制作，称底、下包层、芯层和上包层材料分别为Si、SiO2、Si和空气，波导结构为脊形。聚合物波导以硅片为称底，以不同掺杂浓度的聚合物材料为芯层，波导结构为掩埋矩形。玻璃波导是通过在玻璃材料上扩散Ag离子形成波导，波导结构为扩散型。
本发明对现有的光波导层进行改进，反射型纳米结构和覆盖反射型纳米结构的半透射半反射膜层叠层结构形成光波导层。本实施例以子波导层1031为例进行说明本发明的发明点，其他子波导层的结构跟子波导层1031的结构类似，此处不再赘述。
图4结合图3，子波导层1031包括反射型纳米结构和覆盖反射型纳米结构的半透射半反射膜层1035。反射型纳米结构包括光偶进单元和光偶出单元。每颗LED芯片上方都有光偶进单元和光偶出单元。每两个光偶出单元匹配一个光偶进单元。光偶进单元和光偶出单元内部都由特殊设计的微纳结构组成。根据下方的LED芯片颗粒数量和光偶单元数量不同，光偶进单元和光偶出单元的微结构以及偶进单元和偶出单元之间的间距都会有差异。其中微结构由高折射率的材料通过光刻工艺或者纳米压印工艺制备，制备这种微纳结构的材料的折射率要求在1.7以上，微纳结构的形状可以是线栅，棱镜，或者微透镜等形状。
例如本实施例中的反射型纳米结构包括光偶进单元10311、光偶出单元10312和光偶出单元10313，光偶进单元10311与Mini-LED芯片1021出光面的中心位置对位设置，光偶出单元10312和光偶出单元10313位于Mini-LED芯片1021的两侧。光偶进单元10311、光偶出单元10312和光偶出单元10313的形状均为线栅、棱镜或微透镜中一种或一种以上组合结构，光偶进单元10311、光偶出单元10312和光偶出单元10313的折射率均大于或等于1.7。光偶进单元10311、光偶出单元10312、光偶出单元10313和半透射半反射层1035的材料均包括铌酸锂，磷化铟(InP)、磷化砷铟镓(InGaAsP)、二氧化硅(SiO2)和硅中一种材料或一种以上材料。光偶进单元和光偶出单元均采用光刻工艺或者纳米压印工艺制备而成，相邻的光偶出单元和光偶进单元之间的间距为2um至5um。
在图4中，在每个反射型纳米结构中，两个光偶出单元匹配一个光偶进单元，且两个光偶出单元位于一个光偶进单元的两侧，例如光偶出单元10312和光偶出单元10313位于光偶进单元10311两侧。图3中的箭头表示光线的传播方向，Mini-LED芯片1021出射光线S11，经过光偶进单元10311，再次出射光线S12，到达半透射半反射层1035顶面后，同时产生出射光线S13和反射光线S14，反射光线S14在半透射半反射层1035的底面和光偶出单元的反射作用下再次从半透射半反射层1035顶面出射，例如光偶出单元10312出射的光线S15，其他的出射路径不再图中一一例举。
从图3和图4中的背光模组100出光情况，可知本发明的光波导层103表面出射的正面光线强度S5、侧面出光强度S6和侧面出光强度S7差别在预设范围内，整体出光强度S8均匀，提升显示面板的显示品质，利用光波导技术设计制作特殊的微纳结构取代扩散板和分光膜片，无需额外的光学膜层，减小背光模组厚度。
在用光波导的设计进行混光时，由于光线需要在光波导结构中多次传递，不可避免的会造成部分能量损失，为了增加光的利用率，提升整体光强度。为了避免部分反射光线从背板101处泄露，如图5所示，本发明还在Mini-LED背光源102还包括与Mini-LED芯片1021同层设置的反射块1023，且反射块1023位于相邻Mini-LED芯片1021之间。Mini-LED背光源102靠近背板101一侧形成有具有反射面的凹槽，凹槽内填充有金属银、钼、镁、铝中一种或一种以上金属材料，形成反射块1023，反射块1023的反射功能层膜厚100nm～500nm，相邻的两个反射块1023的间距为80nm～300nm。反射块1023结构形状可以是棱镜状，线栅状等形状，反射块1023要求反射率>90％。
本实施例的反射块1023的截面形状优选为等腰三角形，且等腰三角形的顶角垂直插入封装层1022的内部，等腰三角形的底边贴合于背板表面，当光线入射到该等腰三角形的两腰上时，会发生全反射，将光线导出封装层1022。从图5中的背光模组100出光情况，本发明在图3中的背光模组的基础上再次利用纳米压印技术在Mini-LED背光源102底部制作一层拥有反射功能的微纳结构，增加Mini-LED光源利用率。
本发明的背光模组包括背板、阵列设置于背板上的Mini-LED背光源、以及位于Mini-LED背光源上的光波导层，光波导层具有反射型纳米结构；光波导层的厚度为0.01um至1um，利用光波导技术设计制作特殊的微纳结构取代扩散板和分光膜片，可以大大降低背光模组的厚度。本发明还利用纳米压印技术在LED底部制作一层拥有反射功能的微纳结构，增加Mini-LED光源利用率。
综上，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种背光模组，其特征在于，包括背板、位于所述背板上的Mini-LED背光源、以及位于所述Mini-LED背光源上的光波导层，所述光波导层包括反射型纳米结构和覆盖所述反射型纳米结构的半透射半反射膜层。
2.根据权利要求1所述的背光模组，其特征在于，所述Mini-LED背光源包括阵列设置的Mini-LED芯片和覆盖所述Mini-LED芯片的封装层，所述反射型纳米结构包括光偶进单元和光偶出单元，所述光偶进单元与所述Mini-LED芯片出光面的中心位置对位设置，所述光偶出单元位于所述Mini-LED芯片的两侧。
3.根据权利要求2所述的背光模组，其特征在于，所述光偶进单元和所述光偶出单元的形状均为线栅、棱镜或微透镜中一种或一种以上组合结构，所述光偶进单元和所述光偶出单元的折射率均大于或等于1.7。
4.根据权利要求2所述的背光模组，其特征在于，所述光偶出单元、所述光偶进单元、所述光偶出单元和所述半透射半反射层的材料均包括铌酸锂，磷化铟(InP)、磷化砷铟镓(InGaAsP)、二氧化硅(SiO2)和硅中一种材料或一种以上材料。
5.根据权利要求2所述的背光模组，其特征在于，在每个所述反射型纳米结构中，两个所述光偶出单元匹配一个所述光偶进单元，且两个所述光偶出单元位于一个所述光偶进单元的两侧。
6.根据权利要求2所述的背光模组，其特征在于，所述光偶进单元和所述光偶出单元均采用光刻工艺或者纳米压印工艺制备而成，相邻的所述光偶出单元和所述光偶进单元之间的间距为2um至5um。
7.根据权利要求1所述的背光模组，其特征在于，所述光波导层的厚度为0.01um至2um。
8.根据权利要求2所述的背光模组，其特征在于，所述Mini-LED背光源还包括与所述Mini-LED芯片同层设置的反射块，且所述反射块位于所述相邻所述Mini-LED芯片之间。
9.根据权利要求8所述的背光模组，其特征在于，所述Mini-LED背光源靠近所述背板一侧形成有具有反射面的凹槽，所述凹槽内填充有金属银、钼、镁、铝中一种或一种以上金属材料，形成所述反射块。
10.根据权利要求9所述的背光模组，其特征在于，所述反射块的截面形状为等腰三角形，且所述等腰三角形的顶角垂直插入所述封装层的内部，所述等腰三角形的底边贴合于所述背板表面，当光线入射到该等腰三角形的两腰上时，会发生全反射，将光线导出所述封装层。
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