一种光学结构及显示组件

技术领域

本发明涉及光学技术领域，特别涉及一种光学结构及显示组件。

背景技术

近年来显示技术不断推陈出新，从传统LCD(Liquid Crystal Display，液晶显示器)显示不断向Mini LED(Mini Light-Emitting Diode，发光二极管)、QLED(Quantum DotLight Emitting Diodes，量子点发光二极管)、OLED(Organic Light-Emitting Diode，有机发光二极管)、Micro LED(Micro Light-Emitting Diode，微型发光二极管)拓展。其中电致发光QLED、OLED和Micro LED为主动发光型显示器件。主动发光型显示器件由有机材料(OLED)、量子点(QLED)或LED晶元(Micro LED)发光产生光信号，经过有机或无机介质，通过MDL材料后最终出射到空气中。

光源发出的光线在出射到空气前，会有一大部分光因为高折到低折界面的全反射造成波导光损失。而传统的平面堆叠结构不改变光线出光路径，无法将光线更多的集中到正面出射，不能进一步提升正面亮度，降低功耗。

发明内容

本发明公开了一种光学结构及显示组件，用于减少波导光损失，提升正面光出射效率。

为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种光学结构，包括：用于设置在光源和介质层之间的结构本体；

所述结构本体具有朝向所述光源一侧的第一表面和朝向所述介质层的第二表面，所述第二表面形成有多个凸起；

所述结构本体的折射率高于所述介质层的折射率，且所述光源发出的光线在所述结构本体与所述介质层界面处的实现全反射的临界角度为θ，所述θ≥45°。

上述光学结构，光源发出的光线进入光学结构的凸起区域时，至少部分光线可以自凸起出射到介质层，提高入射到凸起所在区域的光线的出射率，相当于减小了波导光损失，将更多的光线引导到空气中，可以极大地提升显示器件的发光效率；且大视角的光线会被向小视角汇聚，能够显著提高显示的正面亮度。

优选地，所述凸起垂直于所述第二表面。

优选地，每个所述凸起的尺寸满足以下条件：

其中，d

优选地，每个所述凸起的尺寸满足以下条件：

优选地，所述凸起的底面尺寸大于所述凸起的顶面尺寸，且所述顶面在所述第二表面的正投影落在所述底面在所述第二表面的正投影内。

优选地，所述凸起的侧面与所述第二表面的夹角为60-90°，所述侧面为所述底面与所述顶面之间的斜面。优选地，所述光学结构与非像素区对应；所述凸起垂直于所述第二表面的尺寸为5-10μm，所述凸起平行于所述第二表面的尺寸为10-20μm，任意两个相邻的所述凸起之间的间距为10-25μm。

优选地，所述凸起整面等间距设置于所述结构本体的第二表面，所述凸起垂直于所述第二表面的尺寸为2-10μm，所述凸起平行于所述第二表面的尺寸为3-10μm，任意两个相邻的凸起之间的间距为5-10μm。

一种显示组件，包括：光源以及形成在所述光源出光面一侧的显示模组，所述显示模组设有如上述技术方案提供的任一种所述的光学结构。

优选地，所述显示模组包括依次形成在所述光源出光面一侧的第一封装层、有机层、第二封装层、功能层和显示盖板，所述第一封装层的折射率大于所述有机层的折射率；

所述光学结构形成于所述显示盖板背离所述光源的表面；

或者，所述光学结构形成于所述第一封装层朝向所述有机层的表面。

附图说明

图1为显示装置出光模式比例示意图；

图2a和图2b为现有技术中的显示装置中光线出射示意图；

图3为光线在界面发生全反射的原理示意图；

图4a为本发明实施例提供的一种光学结构的结构示意图；

图4b为本发明实施例提供的一种光学结构的光线出射示意图；

图5为本发明实施例提供的一种光学结构的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种显示组件的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的一种显示组件的结构示意图；

图8为常规的显示装置光线发生全反射的示意图；

图9为本发明实施例提供的一种显示组件的结构示意图；

图10为本发明实施例提供的一种显示组件的结构示意图；

图11为本发明实施例提供的一种用于制备光学结构的制备方法流程图；

图12为本发明实施例提供的一种用于制备光学结构的制备方法流程图；

图13为本发明实施例提供的一种用于制备光学结构的制备方法流程图。

图标：10-光学结构；1-结构本体；11-凸起；20-光源；30-介质层；40-封装组；41-第一封装层；42-有机层；43-第二封装层；50-功能层；60-显示盖板；70-基底；80-光学胶。

具体实施方式

图1示出了显示装置中出光模式比例示意图，这些光学介质的折射率大多数都大于1.5，空气折射率约为1左右。在出射到空气前，会有一大部分光因为高折到低折界面的全反射造成波导光损失。目前传统的平面堆叠结构不改变光线出光路径，无法将光线更多的集中到正面出射，不能进一步提升正面亮度，降低功耗。

一些现有技术采用微透镜结构来进行光线汇聚的作用，例如采用高折材料制备凸透镜将不同视角的光向正面汇聚，利用凸透镜对光线的汇聚作用来增加正面的出光。然而这种方案存在一定的缺陷，一是传统工艺比较难获得具有规则形貌的凸透镜结构，透镜形貌无法精准控制；另外现有显示器件如OLED中像素尺寸多为10um以上。由图2a可以看到透镜的存在能将一定角度范围的光汇聚到正面(实线所示)，也会将部分正面的光发散到视角上(虚线所示)。因此，这种方案的改善效果有限，且这种方案并未涉及波导光的利用。

另外一些现有技术利用高折到低折界面的全反射作用将其他角度的光线通过反射的作用将光线汇聚到正视角，如图2b所示，但是这种方案中反射的形式形貌较为复杂，需要与放置区域有较高的匹配性，工艺难度相对较大。还有一些现有技术通过添加散射粒子，将波导光散射出射，但散射粒子的存在也会降低器件正面出光量。

基于此，本发明实施例提供一种光学结构及显示组件，以减少波导光损失，提升正面光出射效率。

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。

如图3所示，本发明实施例提供了一种光学结构10，该光学结构10包括结构本体1，结构本体1在应用时设置在光源20与介质层30之间，结构本体1具有朝向光源20一侧的第一表面a1以及朝向介质层30的第二表面a2。具体地，如图3所示，设定光学结构10的折射率为n

n

其中，光线在结构本体1与介质层30界面处实现全反射的临界角度为θ。在图3中，光源20发出的光线经过光学结构10后射入介质层30，光线b1在光学结构10界面处的入射角为θ

本申请实施例中，光学结构10的结构可以如图4a所示，在结构本体1的第二表面a2形成有垂直于第二表面a2的多个凸起11，此处将θ设定为θ≥45°，即光线在结构本体1与介质层30界面处实现全反射的角度需要大于等于45°。

基于结构本体1的结构，光源20发出的光线在结构本体1非凸起区域(任意两个凸起11之间的平面区域)入射到介质层30时，界面的折射和全反射情况与平面结构相当。

而光线在结构本体1的凸起11所在区域入射到介质层30时的光线走向则需要具体分析。参照图4b所示，光线c1进入光学结构10界面处的入射角为θ

结合图5中光线在光学结构10内的路径，可以看出，本申请提供的光学结构10，可以提高入射到凸起11所在区域的光线的出射率，相当于减小了光损失，将更多的光线引导到空气中，可以极大地提升显示器件的发光效率；且大视角的光线会被向小视角汇聚，能够显著提高显示的正面亮度。

一种优选的实施例中，每个凸起11的尺寸满足以下条件：

其中，d

这样的尺寸设计，可以将原本会在凸起11平行于第二表面a2的界面发生全反射的光线入射到凸起11垂直于第二表面a2的界面实现折射出射到介质层30中(可以参照图4a中的光线c1)，相当于可以进一步地提高光线的出射量，减小光损失。d

光学结构10还可以如图5所示，凸起11的底面尺寸d

其中，光学结构10的凸起11的尺寸大小可以根据需要进行调节，凸起11以整面均布的方式设置时，凸起11平行于基底70的尺寸可以设定为3-10μm，凸起11垂直于基底70的尺寸设定为2-10μm，两个相邻的凸起11之间的间距设定为5-10μm。

而当光学结构10与显示装置的非像素区对应时，凸起11垂直于第二表面a2的尺寸为5-10μm，凸起11平行于第二表面a2的尺寸为10-20μm，任意两个相邻的凸起11之间的间距为10-25μm。这样的数值范围是考虑到现有技术中像素定义区的尺寸大小，使得凸起11可以与像素定义区的尺寸相匹配。而任意两个凸起11之间的间距(图4a中的d

需要注意的是，当凸起11为图5所示的结构时，凸起11平行于第二表面a2的尺寸应当是其底面尺寸。

基于上述光学结构10，以图4a所示的光学结构10为例，本申请还提供一种显示组件，该显示组件包括光源20以及形成在光源20出光面一侧的显示模组，该显示模组设有上述光学结构10。此处，光学结构10可以设置于显示模组的表面，也可以设置于显示模组的内部，需要确定的是，光学结构10中，结构本体1的第一表面a1需要朝向光源20，而第二表面a2(具有凸起11的一侧)则远离光源20；并且，位于结构本体1第二表面a2一侧的介质层30的折射率需要小于结构本体1的折射率。

如图6示出了一种可能的显示组件的结构，其包括光源20以及依次形成在光源20出光面一侧的封装组40、功能层50和显示盖板60。其中，封装组40、功能层50和显示盖板60共同构成显示模组。光学结构10形成在显示盖板60的表面。在该结构中，空气充当了光学结构10出射进入的介质层30。

其中，封装组40包括依次设置于光源20出光面一侧的第一封装层41、有机层42以及第二封装层43，此处的第一封装层41的材质可以为氮氧化硅，第二封装层43的材质可以为氮化硅。功能层50可以是偏光片，也可以是触控层。光源20设置为有机发光层。在光源20的背光侧设置有基底70，功能层50的两个面分别通过光学胶80与显示盖板60和封装组40粘接。

在图6中，光学结构10与显示盖板60为一体式结构，相当于在显示盖板60的表面直接形成凸起11以作为光学结构10，其形成工艺可以选择模板压印的方式。显示盖板60可以是玻璃，也可以是柔性盖板，二者的折射率约为1.5左右。

如图7所示的另一种实施例中，光学结构10独立于显示盖板60，光学结构10可以为贴附在显示盖板60表面的光学薄膜，光学薄膜背离显示盖板60的表面形成凸起11。光学薄膜的折射率可以选择为1.41左右，材质可以是氧化硅或其他有机材料，通过干刻或其他工艺制备出凸起11。由菲涅尔公式可知，显示盖板60与光学结构10之间基本无全反射，而光学结构10可以显著减小光线进入空气发生的全反射光线数目，根据实验数据，全反射的波导光光线数目可以减少20％-50％。根据实验数据，波导模式光的能量与常规出射的能量相比约为20-40％，因此，采用光学结构10后与现有技术相比，可以提升10-20％的出光率。

图8示出了另一种现有结构的显示组件，其包括光源20以及依次形成在光源20出光面一侧的封装组40、功能层50和显示盖板60。其中，封装组40、功能层50和显示盖板60共同构成显示模组。其中，封装组40包括依次设置于光源20出光面一侧的第一封装层41、有机层42以及第二封装层43，此处的第一封装层41的材质可以为氮氧化硅，第二封装层43的材质可以为氮化硅。功能层50可以是偏光片，也可以是触控层。光源20设置为有机发光层。在光源20的背光侧设置有基底70，功能层50的两个面分别通过光学胶80与显示盖板60和封装组40粘接。第一封装层41的折射率为1.8左右，有机层42的折射率为1.4左右，由菲涅尔公式可知，在图8所示的结构中，会有较多的光线在第一封装层41和有机层42的界面发生全反射。

如图9所示，光学结构10形成在封装组40，可以隔绝水氧，防止水氧侵蚀。在该结构中，空气充当了光学结构10出射进入的介质层30。当在第一封装层41在朝向有机层42的一面形成上述光学结构10，光学结构10与第一封装层41具有一体式结构，有机层42充当了介质层30，光线发生全反射的角度约为53°左右，至少部分光源20发出的光线进入光学结构10的凸起11区域会出射到有机层42内，显著提升光线出射率。此处，可以采用等离子轰击等干刻工艺在第一封装层41朝向有机层42的表面形成光学结构10的凸起11，这种工艺方式可以尽可能地保证凸起11相对第一封装层41表面的垂直性。而有机层42可以采用喷墨打印流平的方式制备。

在图9所示的显示组件结构中，光源20为不连续的有机发光层，每个有机发光层形成一个像素，光学结构10上的凸起11平行于基底70的尺寸可以设定为大于或等于像素宽度或像素间距(10-20μm)，相当于凸起11与像素定义区尺寸类似，而凸起11垂直于基底70的尺寸可以设定为5-10μm。

一种可能的实现方式中，如图10所示，光源20为不连续的有机发光层，形成有具有像素区A1和非像素区A2，光学结构10的凸起11与非像素区A2对应。这种结构中，未像素区A1正面的显示特性和正常的显示效果，只是将出射到非像素区A2的波导光的光路进行改变，增加出射光线。

应当理解，光学结构10可以设置在界面折射率相差比较大的区域，且可以搭配设置多层类似结构。

基于上述光学结构10，本申请实施例还提供一种制备方法，用于制备上述任一种光学结构10。如图11所示，该制备方法包括以下步骤：

步骤S1：提供一用于设置在光源20和介质层30之间的结构本体1，结构本体1具有朝向光源20一侧的第一表面a1和朝向介质层30一侧的第二表面a2，使结构本体1的折射率高于介质层30的折射率，且光源20发出的光线在结构本体1界面处的实现全反射的临界角度为θ，θ≥45°。

步骤S2：在结构本体1的第二表面a2形成多个凸起11。

基于图5、图6、图9和图10所示显示组件的不同实现方式，步骤S2可能有多种实现方式。

方式一，如图12所示，步骤S2可以包括以下步骤：

步骤S21：采用模板在结构本体1的表面压印形成多个凸起11；

方式二，光学结构10形成在显示盖板60的表面，如图13所示，步骤S2可以包括以下步骤：

步骤S22：干刻结构本体1的表面形成多个凸起11。该步骤中，具体可以采用等离子轰击工艺。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。