CN117156922A - 一种显示模组和显示面板 - Google Patents

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朱成显
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Abstract

本发明公开了一种显示模组及显示面板。其中，显示模组包括：基板、多个发光单元、封装层和多个超透镜；所述发光单元设置在所述基板上，所述封装层覆盖所述发光单元；所述封装层远离所述基板的表面上设置所述超透镜；每一所述超透镜对应一所述发光单元设置，所述超透镜在所述基板上的垂直投影至少部分覆盖所述发光单元在所述基板上的垂直投影；其中，所述超透镜包括多个微结构；所述微结构沿第一方向和第二方向以阵列方式排布，其中，所述第一方向与所述第二方向垂直，提高了光线出射率，实现了显示模组的轻薄化结构。

Description

一种显示模组和显示面板
技术领域
本发明实施例涉及显示技术领域，尤其涉及一种显示模组和显示面板。
背景技术
在微显示应用场景中，为避免显示纱窗效应而对像素密度(Pixels Per Inch,PPI)有着极高的要求。尤其对于虚拟现实商用市场，特别是增强现实(Augmented Reality，AR)/混合现实(Hybrid Reality，MR)场景中，亮度参数有着非常重要的作用。
由显示原理可知，发光单元发出的光谱必须辐射到器件外部，即空气外界中才能被人眼接收而看见。然而有研究显示，在这一过程中由于全反射和干涉效应等方面的影响，光被局限显示器件中，这使得显示亮度降低。
发明内容
本发明提供一种显示模组和显示面板，提高光线出射率，实现显示模组的轻薄化结构。
第一方面，本发明实施例提供一种显示模组，包括：基板、多个发光单元、封装层和多个超透镜；
所述发光单元设置在所述基板上，所述封装层覆盖所述发光单元；所述封装层远离所述基板的表面上设置所述超透镜；每一所述超透镜对应一所述发光单元设置，所述超透镜在所述基板上的垂直投影至少部分覆盖所述发光单元在所述基板上的垂直投影；其中，所述超透镜包括多个微结构；所述微结构沿第一方向和第二方向以阵列方式排布，其中，所述第一方向与所述第二方向垂直。
可选的，所述发光单元包括红光发光单元、绿光发光单元、蓝光发光单元和白光发光单元中的一种或多种。
可选的，所述显示模组还包括彩色滤光片，所述彩色滤光片设置在所述超透镜远离所述基板的一侧；所述彩色滤光片对应每个所述发光单元设置，所述彩色滤光片在所述基板上的垂直投影至少部分覆盖所述超透镜在所述基板上的垂直投影。
可选的，所述显示模组还包括彩色滤光片，所述彩色滤光片设置在所述封装层远离所述基板的一侧；所述彩色滤光片对应每个所述发光单元设置；所述彩色滤光片远离所述基板的表面上设置所述超透镜；所述彩色滤光片在所述基板上的垂直投影至少部分覆盖所述超透镜在所述基板上的垂直投影。
可选的，在所述第一方向上，相邻的所述微结构之间的间距，与在所述第二方向上相邻的所述微结构之间的间距相同。
可选的，在所述第一方向上，相邻的所述微结构的中心连线的垂直平分线上设置一所述微结构，其中，相邻的所述微结构的中心与垂直平分线上所述微结构的中心之间的连线为等边或等腰三角形。
可选的，在所述第一方向和/或所述第二方向上，相邻的所述微结构之间的间距以周期性设置；
和/或，在所述第一方向和/或所述第二方向上，所述微结构的截面尺寸以周期性设置。
可选的，所述微结构为圆柱体结构、椭圆柱体结构或矩形柱体结构。
可选的，所述微结构为椭圆柱体结构或矩形柱体结构，所述微结构以自身中心轴旋转预设角度设置，其中，所述自身中心轴与所述微结构所在平面垂直。
第二方面，本发明实施例提供一种显示面板，包括本发明实施例任意所述的显示模组。
本发明实施例提供的技术方案，通过在发光单元出射路径上设置超透镜，利用超透镜实现相位的改变，从而改变光线传输方向和路径，可以将满足相位条件的光源发射的大角度的光线萃取出来，有效提高器件亮度。同时由于超透镜还具有一定的会聚光线的作用，因而可以将原本具有朗伯特性的发散光源进行会聚出射，起到改善出光串扰，提高器件色域的作用。此外，超透镜作为一种二维平面结构还将有利于实现显示模组的轻薄化。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种显示模组的平面示意图；
图2为图1中显示模组AA’截取的截面图；
图3为超透镜的局部放大图；
图4为本发明实施例提供的又一种显示模组的截面示意图；
图5为本发明实施例提供的又一种显示模组的截面示意图；
图6为本发明实施例提供一种圆柱形微结构的超透镜排列的俯视示意图；
图7为本发明实施例提供一种矩形柱形微结构的超透镜排列的俯视示意图；
图8为本发明实施例提供又一种圆柱形微结构的超透镜排列的俯视示意图；
图9为本发明实施例提供又一种矩形柱形微结构的超透镜排列的俯视示意图；
图10为本发明实施例提供一种圆柱形微结构间距渐变的超透镜排列的俯视示意图；
图11为本发明实施例提供又一种圆柱形微结构尺寸渐变的超透镜排列的俯视示意图；
图12为本发明实施例提供一种椭圆柱形微结构的超透镜排列的俯视示意图；
图13为本发明实施例提供又一种矩形柱形微结构的超透镜排列的俯视示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。
根据研究显示，发光单元发出的光谱辐射至器件外部这一过程中，只有约18％的光能被萃取至外界。例如对于有机发光单元而言，其损耗主要包括：金属表面等离子损耗(Surface Plasmon Polaritons,SPPs,36％)、有机材料及玻璃盖板导致的波导模式(42％)、金属阳极吸收(4％)。可见发光单元内部产生的光在传输过程中，由于全反射和干涉效应等方面的影响，光被局限在有机材料、透明电极或玻璃盖板中，这使得发光单元显示亮度低，影响更多应用场景的应用。
有鉴于此，本发明实施例提供一种显示模组和包括上述显示模组的显示面板，图1为本发明实施例提供的一种显示模组的平面示意图，图2为图1中显示模组AA’截取的截面图，参见图1和图2，包括基板110、多个发光单元120、封装层130和多个超透镜140；发光单元120设置在基板110上，封装层130覆盖发光单元120；封装层130远离基板110的表面上设置超透镜140；每一超透镜140对应一发光单元120设置，超透镜140在基板110上的垂直投影至少部分覆盖发光单元120在基板110上的垂直投影；其中，超透镜140包括多个微结构141；微结构141沿第一方向X和第二方向Y以阵列方式排布，其中，第一方向X与第二方向Y垂直。
具体的，图1和图2中示例性的使用矩形框来代表发光单元120，但不作为具体限定，本发明实施例中的发光单元120并不限于为矩形，可以为圆形，多边形等任意形状。基板110可以为硅基板110，在硅基板110上设置发光单元120，形成光源阵列。示例性的，发光单元120可以包括红光发光单元120、绿光发光单元120、蓝光发光单元120和白光发光单元120中的一种或多种，示例性的，光源阵列可以为红绿蓝的三色发光单元120的排布，也可以为混色的白光发光单元120。红、绿、蓝和白光发光单元120各发光源的尺寸大小可以根据发光效果设定发光面积进行调整。封装层130覆盖发光单元120，示例性的，封装层130可以利用封装胶，将封装胶涂覆在发光单元120上，干燥后可以形成封装层130。示例性的，封装层130可以为透明的光固化或热固化树脂。示例性的，在OLED微显示中的封装可以采用薄膜封装工艺(Thin Film Encapsulation-TFE)，利用等离子化学气相沉积(PECVD)、原子层沉积(ALD)或其他真空蒸镀技术在OLED器件上制备一层或多层超薄的薄膜阻挡层，以保护OLED材料不受外部水分、氧气的侵蚀，起到对OLED器件进行封装保护的作用。
超透镜140可以直接设置在封装层130的表面，示例性的，超透镜140工艺可以采用黄光工艺直接在封装层130上，通过镀膜、曝光和刻蚀工艺进行制备。需要说明的是，本发明实施例提供的超透镜140制备工艺，仅做示例性说明，并非具体限定，任何能够实现超透镜140结构的方法均认为可以采用。其中，超透镜140对光束具有准直、聚焦和扩束等作用，其原理如下所述：
基于费马原理的广义折射率定律为，
式中，nt和ni分别是透射和入射介质的折射率；θt和θi分别是折射角和入射角；λ0为真空中的波长。上式表明，通过在界面处引入超透镜140结构，可以在界面上产生预期的突变相位，从而实现对折射波阵面的操控，实现任意方向的光束偏转。本发明实施例通过二维平面结构组成的超透镜140，能够在亚波长提供突变的相位，从而可实现超薄的平面光学透镜。
根据透镜聚焦原理，为了实现光束聚焦与准直，超透镜140的相位分布需满足：
式中，λ是工作波长，x,y是相对超透镜140中心的任意位置点的位置，f是透镜焦距。由此可见，通过合理设计超透镜140的相位分布可以实现对于光束的准直或聚焦性能。
因此通过将超透镜140设置在对应发光单元120的上部，超透镜140可以与发光单元120一一对应，即每一个超透镜140在基板110上的垂直投影与发光单元120在基板110上的垂直投影至少部分重叠。图3为超透镜的局部放大图，参见图3，超透镜140包括多个微结构141；多个微结构141在封装层130的表面上沿第一方向X和第二方向Y以阵列方式排布，微结构141自身垂直于封装层130的表面，其中，第一方向X和第二方向Y与封装层130的表面平行。通过超透镜140实现传播过程中的相位累积，控制光在超透镜140内的传输距离来改变光程，进而获得对透射相位的控制能力，可以将满足相位条件的光源发射的大角度的光线萃取出来，有效提高器件亮度。同时由于超透镜140还具有一定的会聚光线作用，因而可以将原本具有朗伯特性的发散光源进行会聚，起到改善出光串扰，提高器件色域的作用。需要说明的是，本发明实施例中的关键在于通过超透镜140结构实现光线萃取，因此发光单元可以为OLED、Micro OLED、LED或其他形式的发光单元，可以应用在显示、照明等领域，并不做具体限定。
本发明实施例提供的技术方案，通过在发光单元出射路径上设置超透镜，利用超透镜实现相位的改变，从而改变光线传输方向和路径，可以将满足相位条件的光源发射的大角度的光线萃取出来，有效提高器件亮度。同时由于超透镜还具有一定的会聚光线作用，因而可以将原本具有朗伯特性的发散光源进行会聚，起到改善出光串扰，提高器件色域的作用。此外，超透镜作为一种二维平面结构还将有利于实现显示模组的轻薄化。
可选的，发光单元120包括红光发光单元120、绿光发光单元120、蓝光发光单元120和白光发光单元120中的一种或多种。
具体的，发光单元120根据发光颜色可以包括红光发光单元120、绿光发光单元120、蓝光发光单元120和白光发光单元120，其中，发光单元120可以排列形成光源阵列，例如利用红绿蓝的三色发光单元120的排布实现彩色显示，也可以为白光发光单元120通过彩色滤光片进行彩色显示。其中，红、绿、蓝和白光发光单元120各发光源在显示模组中的尺寸大小可以根据发光效果设定发光面积进行选择调整。
基于上述实施例，图4为本发明实施例提供的又一种显示模组的截面示意图，参见图4，显示模组还包括彩色滤光片150，彩色滤光片150设置在超透镜140远离基板110的一侧；彩色滤光片150对应每个发光单元120设置，彩色滤光片150在基板110上的垂直投影至少部分覆盖超透镜140在基板110上的垂直投影。
具体的，彩色滤光片150可以包括红、绿和蓝色滤光片，在光线路径上彩色滤光片150在超透镜140上方，彩色滤光片150可以与超透镜140的位置一一对应，也就是说，每一个发光单元120的上方为超透镜140覆盖，超透镜140上方为彩色滤光片150覆盖，因此，在白光出射后，通过超透镜140相位调整，改变光线传输方向和路径，将满足相位条件的光源发射的大角度的光线萃取出来，并利用彩色滤光片150实现红、绿和蓝色的光输出。其中，在制作工艺上，除了可以在封装层130上直接制备，还可以通过在彩色滤光片150上直接制备，例如采用镀膜+曝光+刻蚀工艺，还可以先在带有滤波片的玻璃盖板上利用纳米压印等工艺制备完成，然后利用模组段的贴合工艺贴合至带有彩色滤光膜的屏体半成品上，后者可以批量化生产带有超透镜140的滤光片，从而提高显示模组的组装及生产效率。
图5为本发明实施例提供的又一种显示模组的截面示意图，参见图5，显示模组还包括彩色滤光片150，彩色滤光片150设置在封装层130远离基板110的一侧；彩色滤光片150对应每个发光单元120设置；彩色滤光片150远离基板110的表面上设置超透镜140；彩色滤光片150在基板110上的垂直投影至少部分覆盖超透镜140在基板110上的垂直投影。
具体的，在硅基板110上设置发光单元120，形成光源阵列。封装层130覆盖发光单元120，在封装层130上对应发光单元120先设置彩色滤光片150，在对应的彩色滤光片150上方设置超透镜140，在制作工艺上可以先在玻璃盖板上利用纳米压印等工艺制备完成超透镜结构，然后利用模组段的贴合工艺贴合至带有彩色滤光膜的屏体半成品上，因此可以批量化生产带有超透镜140的玻璃盖板，从而提高显示模组的组装及生产效率。
可选的，基于上述实施例，继续参见图2-图5，显示模组还包括绝缘功能层160和玻璃盖板170，绝缘功能层160覆盖超透镜140设置，其中，在带有彩色滤光片150的结构中，绝缘功能层160覆盖彩色滤光片150和超透镜140。绝缘功能层160用于隔绝水氧，从而保护下层结构，玻璃盖板170贴合至绝缘功能层160表面，其中，玻璃盖板170可以通过紫外线无影胶180与基板110形成贴合关系。
每一微结构141具有亚波长的形状尺寸，通过改变微结构141的尺寸、间距以及根据相位原理改变相同尺寸的微结构141的角度，可以实现对相位的调控，从而实现对光线的会聚。因此，基于上述实施例，图6为本发明实施例提供一种圆柱形微结构的超透镜排列的俯视示意图，图7为本发明实施例提供一种矩形柱形微结构的超透镜排列的俯视示意图，参见图6和图7，在第一方向X上，相邻的微结构141之间的间距，与在第二方向Y上相邻的微结构141之间的间距相同。
具体的，微结构141可以为圆柱状、椭圆柱状、矩形柱状或多边柱形，也就是说，每个微结构141的基板110上的投影形状可以具有圆形、椭圆形、矩形和多边形等，微结构141在第一方向X和第二方向Y上成阵列的间隔布置，每一行每一列中相邻微结构141的中心之间的距离相同。其中，若微结构141采用圆柱型，则截面为圆形，圆形的直径小于工作波长，若微结构141采用椭圆型，则截面为椭圆，椭圆的长轴小于工作波长，若微结构141采用矩形柱型，则截面为矩形，矩形的长和宽均小于工作波长。
基于上述实施例，图8为本发明实施例提供又一种圆柱形微结构的超透镜排列的俯视示意图，图9为本发明实施例提供又一种矩形柱形微结构的超透镜排列的俯视示意图，参见图8和图9，在第一方向X上，相邻的微结构141的中心连线的垂直平分线上设置一微结构141，其中，相邻的微结构141的中心与垂直平分线上微结构141的中心之间的连线为等边或等腰三角形。
具体的，相邻行上的微结构141在位置上存在一定的偏移，也就是说，示例性的，第一行的微结构141相同间距排列，第一行上相邻的微结构141之间的中垂线经过相邻行上的微结构141，因此每一行相邻微结构141的中心连线与相邻行的对应微结构141连接后为等边或等腰三角形。
基于上述实施例，图10为本发明实施例提供一种圆柱形微结构间距渐变的超透镜排列的俯视示意图，图11为本发明实施例提供又一种圆柱形微结构尺寸渐变的超透镜排列的俯视示意图，参见图10和图11，在第一方向X和/或第二方向Y上，相邻的微结构141之间的间距以周期性设置；和/或，在第一方向X和/或第二方向Y上，微结构141的截面尺寸以周期性设置。示例性的，以第一方向X上的变化为例，相邻的微结构141之间的间距以逐渐减小再增大的趋势进行变化，其中，设定间距最大值、间距最小值和间距变化值，当根据间距变化值达到最大值时则开始减小间距，当达到最小值时则开始增大间距，实现间距周期性设置。示例性的，微结构141的截面尺寸，也可以以先小后大的趋势进行排布，其中，设定截面尺寸最大值、截面尺寸最小值和尺寸渐变值，由最大值依次排布为最小值，或者由中间区域为最大值，逐渐向外部小尺寸变化，实现截面尺寸周期性设置。需要说明的是，上述中间距以周期性设置、截面尺寸以周期性设置中的设置周期，可以为相同周期或不同周期，在此不做具体限制。
图12为本发明实施例提供又一种矩形柱形微结构的超透镜排列的俯视示意图，图13为本发明实施例提供一种椭圆柱形微结构的超透镜排列的俯视示意图，参见图12和图13，微结构141为矩形柱体结构或椭圆柱体结构，微结构141以自身中心轴旋转预设角度设置，其中，自身中心轴与微结构141所在平面垂直。
具体的，多个柱状微结构141在基板110上阵列间隔布置，每一微结构141大致垂直于基板110表面，自身中心轴经过微结构141的中心，与基板110垂直，通过改变椭圆柱体结构或矩形柱体结构的角度实现对相位的调控，在一定范围内，实现的聚焦效果。其中，预设角度的确定可以根据光线收拢的程度进行设定。
需要说明的是，本发明实施例中示例性的说明了超透镜微结构排列的设计方案，而非对其限制；本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案通过改变超透镜的微结构尺寸、形状、间距或周期等参数，实现改变光线传输方向和路径，将满足相位条件的光源发射的大角度的光线萃取出来的作用，有效提高器件亮度，均应认为未脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
本发明实施例还提供一种显示面板，至少包括本发明实施例任意的显示模组。该显示面板因其包括本发明实施例显示模组，因此具有相同的有益效果，在此不再赘述。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种显示模组，其特征在于，包括：基板、多个发光单元、封装层和多个超透镜；
所述发光单元设置在所述基板上，所述封装层覆盖所述发光单元；所述封装层远离所述基板的表面上设置所述超透镜；每一所述超透镜对应一所述发光单元设置，所述超透镜在所述基板上的垂直投影至少部分覆盖所述发光单元在所述基板上的垂直投影；其中，所述超透镜包括多个微结构；所述微结构沿第一方向和第二方向以阵列方式排布，其中，所述第一方向与所述第二方向垂直。
2.根据权利要求1所述的显示模组，其特征在于，所述发光单元包括红光发光单元、绿光发光单元、蓝光发光单元和白光发光单元中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的显示模组，其特征在于，所述显示模组还包括彩色滤光片，所述彩色滤光片设置在所述超透镜远离所述基板的一侧；所述彩色滤光片对应每个所述发光单元设置，所述彩色滤光片在所述基板上的垂直投影至少部分覆盖所述超透镜在所述基板上的垂直投影。
4.根据权利要求1所述的显示模组，其特征在于，所述显示模组还包括彩色滤光片，所述彩色滤光片设置在所述封装层远离所述基板的一侧；所述彩色滤光片对应每个所述发光单元设置；所述彩色滤光片远离所述基板的表面上设置所述超透镜；所述彩色滤光片在所述基板上的垂直投影至少部分覆盖所述超透镜在所述基板上的垂直投影。
5.根据权利要求1所述的显示模组，其特征在于，在所述第一方向上，相邻的所述微结构之间的间距，与在所述第二方向上相邻的所述微结构之间的间距相同。
6.根据权利要求1所述的显示模组，其特征在于，在所述第一方向上，相邻的所述微结构的中心连线的垂直平分线上设置一所述微结构，其中，相邻的所述微结构的中心与垂直平分线上所述微结构的中心之间的连线为等边或等腰三角形。
7.根据权利要求1所述的显示模组，其特征在于，在所述第一方向和/或所述第二方向上，相邻的所述微结构之间的间距以周期性设置；
和/或，在所述第一方向和/或所述第二方向上，所述微结构的截面尺寸以周期性设置。
8.根据权利要求1-7任一所述的显示模组，其特征在于，所述微结构为圆柱体结构、椭圆柱体结构或矩形柱体结构。
9.根据权利要求1所述的显示模组，其特征在于，所述微结构为椭圆柱体结构或矩形柱体结构，所述微结构以自身中心轴旋转预设角度设置，其中，所述自身中心轴与所述微结构所在平面垂直。
10.一种显示面板，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的显示模组。
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