CN116841083A - 一种高色域量子点透镜及背光模组制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高色域量子点透镜及背光模组制作方法，涉及液晶显示技术领域，通过将量子点混入亚克力树脂，利用密炼机将两者混合造粒获得量子点亚克力颗粒，用含量子点的亚克力材料注塑成型获得量子点透镜，然后在注塑好的量子点透镜表面喷涂阻水阻氧的透明材料进行封装。白光LED芯片发出光线照射到量子点透镜上，通过量子点光转化材料将普通荧光粉光谱叠加上一个RGB独立的光谱，从而改善整个背光模组的光谱曲线；由此获得的叠加光谱透过LCD屏幕，将得到一个色彩饱和度高、色域广的显色效果屏幕。本发明在不改变背光模组工艺流程的前提下，可大幅度降低采用量子点膜或者量子点扩散板工艺所生产的量子点背光模组。
Description
技术领域
本发明涉及液晶显示技术领域，更具体的说是涉及一种高色域量子点透镜及背光模组制作方法。
背景技术
随着消费电子的发展，液晶显示技术(LCD)具有机身薄、视角广、成本低以及节能环保等众多优点，已被广泛地应用于各个领域之中。
LCD显示面板由背光模组以及前液晶面板组成，背光模组中的发光单元一般是由LED发光源提供的。LED发光芯片是由蓝光芯片+荧光粉组成。由于荧光粉自身的特性，蓝光激发荧光粉所获得的白光光谱为一连续光谱，波长一般从400-700nm。由于背光模组的连续光谱特性，当光透过LCD面板的CF和偏振片后，液晶显示屏的色域表现大约是65-74％@NTSC1931。在显示技术飞速发展的时代，对高动态、高分辨、高色域表现有更高的要求，同时降低成本也是生产厂家追求的目标。
随着量子点技术的不断成熟与发展，越来越多的量子点技术应用在LCD背光模组中，目前最广泛的量子点技术应用就是在背光模组中用三明治结构的量子点薄膜替代下扩散膜，再用蓝光LED芯片替代白光LED芯片。蓝光LED芯片激发量子点薄膜中的光致发光材料，从而获得RGB三色非连续光谱的白光光源，当此RGB白光透过LCD面板的CF和偏振片后，液晶显示屏的色域表现大约是100-120％@NTSC1931，极大的提高了液晶显示的色彩表现。
随着量子点技术的广泛使用，成本控制压力越来越大。由于量子点薄膜使用大量的高成本量子点材料，造成显示背光模组成本居高不下。另外在色彩显示100％以上NTSC1931的色域对人眼的感知已经达到一个难以区分的边界，90％左右NTSC1931更能适应人眼的需求并可大幅度降低整个背光模组的成本。
在传统的LCD白光背光模组中，发光源由蓝光LED+荧光粉+普通透明的反射(或折射)式透镜组成。由于量子点材料本身的物理化学特性，量子点自身不能在自然界当中生存。它需要封装在无水无氧的环境下，并且该材料对高温以及强蓝光极度敏感，所以量子点材料不能像荧光粉一样封装在LED芯片表面。当采用高色温白光LED光源激发量子点反射(或折射)式透镜，就可以获得一个白光连续光谱和量子点RGB非连续光谱的叠加态，该背光模组可以在提高整体LCD显色色域的同时，大幅度降低生产制造成本。
综上所述，现有的LCD显示技术中背光模组为提高色域采用的量子点薄膜技术存在成本高，光转化效率低的问题，面板中，光的取光效率以及出光率低，显示面板显示效果及成本不理想，同时提升光转化效率的机构生产工艺复杂，为此白光激发低浓度量子点透镜技术呼之欲出，如何解决以上现有技术存在的不足是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种高色域量子点透镜及背光模组制作方法，可兼容现有背光模组方案，在不改变背光模组生产工艺流程的前提下，采用量子点透镜取代传统白光透镜，提高量子点的光转化效率，同时改善传统的背光模组的发光光谱，从而提高LCD液晶屏幕显示的色域表现力，光照均匀，亮度提高。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种高色域量子点透镜，包括量子点透镜本体，所述量子点透镜本体为不含扩散粒子的透明亚克力材料或透明树脂，所述亚克力材料中包含量子点光转化材料；所述量子点透镜本体的外表面喷涂有阻水阻氧的透明涂层。
可选的，所述量子点透镜本体上设有出光面，所述量子点透镜本体的底面设有漫反射面以及开口向下的圆形空腔，所述圆形空腔内壁呈弧形面作为入光面，所述出光面和所述漫反射面的边缘通过竖直壁面衔接。
可选的，所述量子点透镜本体的总厚度在4～7mm范围内，所述竖直壁面的高度在2～3mm范围内。
可选的，所述出光面为圆弧面或椭圆面，所述圆弧面或椭圆面的中间设有凹面结构，所述凹面结构的深度在0.4～0.8mm范围内，所述圆形空腔的高度在3～4mm范围内。
可选的，所述量子点透镜本体的底面位于所述圆形空腔的周围设有定位柱。
可选的，所述定位柱的数量为三个或多个，且呈中心对称设置。
可选的，所述竖直壁面上设有多个弧形凸面。
可选的，还包括安装在所述圆形空腔开口的LED灯珠和安装在所述LED灯珠下面的线路板，所述圆形空腔的开口作为所述LED灯珠的安装口。
一种背光模组制作方法，包括以下步骤：
将量子点浓缩液与亚克力树脂混合，通过造粒机制成含有量子点转化材料的亚克力颗粒；
利用光学软件对量子点透镜进行光学设计和光路模拟，获得最佳的光扩散角度和光斑的均一性能；
利用3轴/4轴/5轴加工中心按照最佳的光扩散角度和光斑的均一性能加工制作光学模具，根据注塑机的加工方案设计挤出流道；
采用注塑机对加工的光学模具进行射出成型，通过控制光学模具不同区域的温度和材料注入压力，获得具有特殊光学性能的量子点透镜；
将获得的量子点透镜表面喷涂一层透明的阻水阻氧材料，采用热固化或者光固化方式对材料进行干燥，获得有耐水耐氧层的量子点透镜。
可选的，含有量子点转化材料的亚克力颗粒中量子点净含量占比在10-5000ppm。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明提供了一种高色域量子点透镜及背光模组制作方法，通过将量子点混入亚克力树脂，利用密炼机将两者混合造粒获得量子点亚克力颗粒，用含量子点的亚克力材料注塑成型获得量子点透镜，然后在注塑好的量子点透镜表面喷涂阻水阻氧的透明材料进行封装。白光LED芯片发出光线照射到量子点透镜上，通过量子点光转化材料将普通荧光粉光谱叠加上一个RGB独立的光谱，从而改善整个背光模组的光谱曲线；由此获得的叠加光谱透过LCD屏幕，将得到一个色彩饱和度高、色域广的显色效果屏幕。本发明在不改变背光模组工艺流程的前提下，可大幅度降低采用量子点膜或者量子点扩散板工艺所生产的量子点背光模组。
附图说明
为了更清楚地说明本发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地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的折射式量子点透镜的结构图；
图2为本发明提供的反射式量子点透镜的结构图；
图3为本发明提供的背光模组制作方法的流程图；
附图标记：1-量子点透镜本体(亚克力树脂)、2-量子点透镜的外光学面(出光面)、3-量子点透镜的内光学面(入光面)、4-量子点透镜底部反射式微棱镜光学结构、5-量子点透镜圆周侧面垂直出光面、6-量子点透镜抑制中心高出光率光学结构、7-量子点透镜连接脚、8-量子点透镜侧边、9-LED灯珠、10-线路板、31-入射光面、32-LED发光芯片。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种可兼容现有背光模组方案，在不改变背光模组生产工艺流程的前提下，采用量子点透镜取代白光透镜，提高量子点的光转化效率，同时改善传统的背光模组的发光光谱，从而提高LCD液晶屏幕显示的色域表现力，光照均匀，亮度提高。
具体的，本发明实施例公开了一种高色域量子点透镜，如图1-2所示，包括量子点透镜本体1，量子点透镜本体1为不含扩散粒子的透明亚克力材料或透明树脂，亚克力材料中包含量子点光转化材料；量子点透镜本体1的外表面喷涂有阻水阻氧的透明涂层，该涂层可有效保护量子点材料免于空气中水氧的侵害。
传统的透镜由于不包含量子点材料，无需考虑水氧阻隔的问题。量子点透镜是在亚克力材料中添加了量子点成分，由于量子点材料对水、氧的敏感性，故需在透镜表面设计阻水阻氧透明层，让外界的水、氧不会侵害量子点材料。
进一步地，量子点透镜本体1上设有出光面2，量子点透镜本体1的底面设有漫反射面(即量子点透镜底部反射式微棱镜光学结构4，也可以叫棱锥反射面)以及开口向下的圆形空腔，圆形空腔内壁呈弧形面作为入光面3，出光面2和漫反射面的边缘通过竖直壁面(即量子点透镜圆周侧面垂直出光面5)衔接。
更进一步地，量子点透镜本体1的总厚度在4～7mm范围内，竖直壁面的高度在2～3mm范围内。
更进一步地，出光面2为圆弧面或椭圆面，圆弧面或椭圆面的中间设有凹面结构(即量子点透镜抑制中心高出光率光学结构6)，凹面结构的深度在0.4～0.8mm范围内，圆形空腔的高度在3～4mm范围内。
更进一步地，量子点透镜本体1的底面位于圆形空腔的周围设有定位柱。
具体的，定位柱的数量为三个或多个，且呈中心对称设置。
更进一步地，竖直壁面上设有多个弧形凸面。
进一步地，还包括安装在圆形空腔开口的LED灯珠9和安装在LED灯珠9下面的线路板10，圆形空腔的开口作为LED灯珠9的安装口。此外，量子点透镜本体1通过量子点透镜连接脚7与线路板10接触，量子点透镜侧边8是一个单独的立面，31是入射光面、32是LED发光芯片。
除此之外，本实施例还提供了一种背光模组制作方法，如图3所示，包括以下步骤：
将量子点浓缩液与亚克力树脂(PMMA)混合，通过造粒机制成含有量子点转化材料的亚克力颗粒；
利用光学软件(如lighttools)对量子点透镜进行光学设计和光路模拟，获得最佳的光扩散角度和光斑的均一性能；
利用3轴/4轴/5轴加工中心按照最佳的光扩散角度和光斑的均一性能加工制作光学模具，根据注塑机的加工方案设计挤出流道；
采用注塑机对加工的光学模具进行射出成型，通过控制光学模具不同区域的温度和材料注入压力，获得具有特殊光学性能的量子点透镜；
将获得的量子点透镜表面喷涂一层透明的阻水阻氧材料，采用热固化或者光固化方式对材料进行干燥，获得性能优良的有耐水耐氧层的量子点透镜。
进一步地，含有量子点转化材料的亚克力颗粒中量子点净含量占比在10-5000ppm。
本实施例将混有量子点材料的亚克力(PMMA)灌入注塑机中，不与亚克力纯料进行混合配比，只使用混炼机的含有量子点材料的亚克力材料，用这种方案注塑将获得均一性和一致性极佳的量子点透镜。由于该含有量子点材料的亚克力不含扩散粒子，所以光线的走向遵守光的折射反射原理。
传统直下式背光模组中的光源部分包含LED发光芯片和白光透镜，白光透镜又分为反射式透镜和折射式透镜。量子点透镜是采用混合量子点材料的亚克力(PMMA)注塑成型，用白光或蓝光激发透镜中的光转化量子点材料，从而获得具有特殊RGB光谱的白光。采用透明量子点透镜在于蓝光(或白光)激发量子点获得RGB，其出光角度遵守光折射和反射原理不需要进行二次配光，故生产工艺和光学设计难度的降低，并且可以制作出大角度、高亮度、均匀度好、高色域的白光。
基于以上方案，本实施例提供了一种在LCD显示器背光模组中形成低浓度量子点透镜的方法，将光转化量子点材料与传统PMMA材料混合，注塑成型获得一种白光激发的量子点透镜，再在该量子点透镜表面进行阻水阻氧的封装，最终获得高显色效果的背光模组，不仅提高了量子点光转化效率，还大幅度降低生产制造成本。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方法而言，由于其与实施例公开的系统相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种高色域量子点透镜，其特征在于，包括量子点透镜本体，所述量子点透镜本体为不含扩散粒子的透明亚克力材料或透明树脂，所述亚克力材料中包含量子点光转化材料；所述量子点透镜本体的外表面喷涂有阻水阻氧的透明涂层。
2.根据权利要求1所述的一种高色域量子点透镜，其特征在于，所述量子点透镜本体上设有出光面，所述量子点透镜本体的底面设有漫反射面以及开口向下的圆形空腔，所述圆形空腔内壁呈弧形面作为入光面，所述出光面和所述漫反射面的边缘通过竖直壁面衔接。
3.根据权利要求2所述的一种高色域量子点透镜，其特征在于，所述量子点透镜本体的总厚度在4～7mm范围内，所述竖直壁面的高度在2～3mm范围内。
4.根据权利要求2所述的一种高色域量子点透镜，其特征在于，所述出光面为圆弧面或椭圆面，所述圆弧面或椭圆面的中间设有凹面结构，所述凹面结构的深度在0.4～0.8mm范围内，所述圆形空腔的高度在3～4mm范围内。
5.根据权利要求2所述的一种高色域量子点透镜，其特征在于，所述量子点透镜本体的底面位于所述圆形空腔的周围设有定位柱。
6.根据权利要求5所述的一种高色域量子点透镜，其特征在于，所述定位柱的数量为三个或多个，且呈中心对称设置。
7.根据权利要求2所述的一种高色域量子点透镜，其特征在于，所述竖直壁面上设有多个弧形凸面。
8.根据权利要求2-7任一项所述的一种高色域量子点透镜，其特征在于，还包括安装在所述圆形空腔开口的LED灯珠和安装在所述LED灯珠下面的线路板，所述圆形空腔的开口作为所述LED灯珠的安装口。
9.一种背光模组制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
将量子点浓缩液与亚克力树脂混合，通过造粒机制成含有量子点转化材料的亚克力颗粒；
利用光学软件对量子点透镜进行光学设计和光路模拟，获得最佳的光扩散角度和光斑的均一性能；
利用3轴/4轴/5轴加工中心按照最佳的光扩散角度和光斑的均一性能加工制作光学模具，根据注塑机的加工方案设计挤出流道；
采用注塑机对加工的光学模具进行射出成型，通过控制光学模具不同区域的温度和材料注入压力，获得具有特殊光学性能的量子点透镜；
将获得的量子点透镜表面喷涂一层透明的阻水阻氧材料，采用热固化或者光固化方式对材料进行干燥，获得有耐水耐氧层的量子点透镜。
10.根据权利要求9所述的一种背光模组制作方法，其特征在于，含有量子点转化材料的亚克力颗粒中量子点净含量占比在10-5000ppm。
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