应用于mini-LED阵列光源的匀光膜

技术领域

本发明涉及背光显示技术领域，尤其是指一种应用于mini-LED阵列光源的匀光膜。

背景技术

Mini-LED阵列作为背光模组的光源，在电视机、电脑、手机、车载等显示行业有广泛应用。Mini-LED芯片尺寸通常在100um-200um左右，主要应用于直下式背光显示系统，相对于传统的LED光源，具有尺寸更小、更轻、更薄、更节能的优点。

由于单个Mini-LED点光源发出的光线的发散角度有限，使得出光面中心区域能量高周围区域能量低，且芯片之间的距离在100um-200um左右，因此多个LED芯片组成的阵列光会使得屏幕上出现周期性明暗区域，视觉效果较差，影响用户的体验感。现有技术通常在Mini-LED的出射面上方覆盖基于扩散粒子的扩散膜，实现对光的扩散和混光，从而实现出射面出光均匀，然而，这种方式对应的混光距离在几个毫米到几个厘米的范围，不满足未来显示行业轻薄化的要求。

因此，亟需一种匀光膜，能在更小的混光距离内实现出射光的扩散匀光。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中阵列光出现明暗区域，视觉效果差，体积大的技术缺陷。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种应用于mini-LED阵列光源的匀光膜，包括：

基层，所述基层为透光结构；

发光反射复合层，其位于所述基层的一侧，所述发光反射复合层包括反射层和多个发光件，所述发射层上开设有多个容纳孔，所述发光件设置在所述容纳孔内，所述发光件的发光面朝向所述基层设置；

光栅层，其位于所述基层的另一侧，所述光栅层包括多个像素式金属光栅单元，所述像素式金属光栅单元与所述容纳孔一一对应设置。

作为优选的，所述像素式金属光栅单元的光透过率由中部向四周逐级降低，所述像素式金属光栅单元的中部为所述发光件的仿形结构。

作为优选的，所述发光件为LED芯片。

作为优选的，多个所述发光件呈阵列排布。

作为优选的，所述像素式金属光栅单元为一维双层金属光栅或一维单层金属光栅。

作为优选的，所述像素式金属光栅单元的周期小于200nm。

作为优选的，所述光栅层的设计方法如下：

测定像素式金属光栅单元上各个点与像素式金属光栅单元对应的发光件之间的距离，获得距离的数据集；

根据距离的数据集和发光件在像素式金属光栅单元处的光强，计算TM偏振光的总透过率以使得金属光栅单元上各个点的光线均匀出射。

作为优选的，所述距离的数据集、发光件在像素式金属光栅单元处的光强和匀光膜对于TM偏振光的总透过率，满足：

作为优选的，所述匀光膜上预设点对于TM偏振光的总透过率T满足：

其中，T

作为优选的，所述像素式金属光栅单元包括柔性基底和设置在柔性基底上的介质光栅和第一金属层，所述第一金属层和所述介质光栅交替设置，所述介质光栅的上表面设置有第二金属层。

作为优选的，所述反射层为金属反射膜或介质反射膜。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

1、本发明中，发光件朝向基层方向发射光束，当光束到达光栅层时，一部分光线经光栅层透射而出，另一部分光线经光栅层反射并经过基层，到达反射层并反射，再次经像素式金属光栅单元作用，形成新的透射光和反射光，经过多次循环，不仅使得该匀光膜均匀出光，而且提高了光能利用率。

2、本发明中，从发光件发出的光，经过像素式金属光栅单元，TM偏振光部分透过，TE偏振光几乎都反射，反射层将没有透过的TM偏振光反射，同时将像素式金属光栅单元反射的TE偏振光转换为TM偏振光，再入射至像素式金属光栅单元，从发光件发出的光经过本发明的匀光膜后，直接转换为TM偏振光，用于显示系统中，不需要再采用偏振片组件，利于显示系统的轻薄化。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为像素式金属光栅单元的分布示意图；

图3为匀光膜的像素式金属光栅的剖面图；

图4为一维双层金属光栅的透射效率随占宽比的变化示意图；

图5为光循环利用示意图。

说明书附图标记说明：10、发光反射复合层；11、反射层；12、发光件；20、基层；30、光栅层；31、像素式金属光栅单元；32、柔性基底；33、第一金属层；34、第二金属层；35、介质光栅。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

参照图1-5所示，本发明公开了一种应用于mini-LED阵列光源的匀光膜，包括基层20、发光反射复合层10和光栅层30。

基层20为透光结构。发光反射复合层10位于基层20的一侧，发光反射复合层10包括反射层11和多个发光件12，发射层上开设有多个容纳孔，发光件12设置在容纳孔内，发光件12的发光面朝向基层20设置。反射层11为金属反射膜或介质反射膜。

光栅层30位于基层20的另一侧，光栅层30包括多个像素式金属光栅单元31，像素式金属光栅单元31与容纳孔一一对应设置。像素式金属光栅单元31能够使得照射在其上的光线透射和反射。本发明的工作原理是：发光件12朝向基层20方向发射光束，当光束到达光栅层30时，一部分光线经光栅层30透射而出，另一部分光线经光栅层30反射并经过基层20，到达反射层11并反射，再次经像素式金属光栅单元31作用，形成新的透射光和反射光，经过多次循环，不仅使得该匀光膜均匀出光，而且提高了光能利用率。

像素式金属光栅单元31的光透过率由中部向四周逐级降低，像素式金属光栅单元31的中部为发光件12的仿形结构。如图2所示，为本发明中的像素式金属光栅单元31的结构示意图。具体的，像素式金属光栅单元31可根据发光件12的形状和排布设置。例如，当发光件12包括多个LED芯片，而多个LED芯片排布成正方形，那么，靠近LED芯片正上方的位置处的光线比较强，远离LED芯片正上方的位置处的光线比较弱，为了将灯珠照射出来的光线变成均匀光，金属光栅的排布可选择图2(a)的排布方式，即C区域也可设置成正方形结构，C区域位于发光件12的正上方。其中，A区域的光透过率大于B区域的光透过率，B区域的光透过率大于C区域的光透过率。若LED芯片的形状和排布都是长方形，可选择图2(b)的排布方式，即C区域设置成与发光件12形状相似的长方结构。

本发明的像素式金属光栅单元31的排布方式不限于图2的结构。在实际设计时，根据LED芯片的形状和排布方式，遵循从LED芯片单元发出的光经过金属光栅出光均匀的原则，调整金属光栅单元的分布和结构参数，从而实现消除灯珠间亮暗不均的效果。另外要说明的是，此处仅仅以一维双层金属光栅示意说明，像素式金属光栅单元31也可以是一维单层金属光栅，或者其它一维金属-介质复合光栅。像素式金属光栅单元31的周期小于200nm。

光栅层30的设计方法如下：

测定像素式金属光栅单元31上各个点与像素式金属光栅单元31对应的发光件12之间的距离，获得距离的数据集；

根据距离的数据集、发光件12的光强和反射层11的反射率，计算金属光栅单元31的光透过率以使得金属光栅单元上各个点的光线均匀出射。

根据金属光栅单元31的光透过率与金属光栅单元31的结构参数之间的对应关系，获得金属光栅单元31的每个像素的结构参数。

在另一实施例中，多个发光件12呈阵列排布。如此，可以进一步地提高匀光膜的发光均匀性。

图3为本发明匀光膜的一维双层金属光栅的剖面图。像素式金属光栅单元31包括柔性基底32和设置在柔性基底32上的介质光栅35和第一金属层33，第一金属层33和介质光栅35交替设置，介质光栅35的上表面设置有第二金属层34。第二金属层34可与第一金属层33等高设置。柔性基底32可以做得很薄，只有几十微米厚。如此，使得像素式金属光栅单元31做的很薄，从而能在很短的距离内实现出射光的扩散匀光。

介质光栅35的周期为p，脊部宽度为w，占宽比F为w/p，高度为h1，第一金属层33和第二金属层34的高度为h2。通过控制介质光栅35的周期p，脊部宽度w，高度h1，第一金属层33和第二金属层34的高度h2，可控制一维双层金属光栅的光透过率。考虑到加工可行性，优选地，控制金属光栅的脊部宽度调控双层金属光栅的光透过率。

图4为本发明像素式金属光栅单元31的周期不变，光透射效率随一维双层金属光栅的占宽比F的变化示意图。从图4中可以看出，随着占宽比F的增大，双层金属光栅的透射效率逐渐增大。通过调整金属光栅的其它参数，如周期p、金属光栅的高度h1，也能调控金属光栅的透射效率。从纳米加工难易程度考虑，调整占宽比实现透射效率的调控，是最优选的加工方法。在图2(a)和(b)中，在标注字母A的区域设置占宽比较大的金属光栅，在标注字母B的区域设置占宽比小于A区域的的金属光栅，在标注字母C的区域设置占宽比小于B区域的的金属光栅，可使从LED芯片单元发出的光出光均匀，从而实现消除灯珠间亮暗不均的效果。

图5为光循环利用示意图。从发光件12发出的光，经过像素式金属光栅单元31(如区域A)，TM偏振光部分透过(透过率为T

测定像素式金属光栅单元上各个像素式金属光栅与其对应的发光件之间的距离，获得距离的数据集M1。

基于严格耦合波理论和TM偏振光的总透过率的公式，确定金属光栅单元的每个像素式金属光栅的结构参数(包括介质光栅35的周期p，脊部宽度w，高度h1，第一金属层33和第二金属层34的高度h2)与TM偏振光的总透过率之间的对应关系数据集M2。

根据距离的数据集M1、发光件的光强分布，基于使得金属光栅单元上各个点的光线均匀出射的原则，获得各像素金属光栅的总透过率，再根据金属光栅单元的每个像素式金属光栅的结构参数与TM偏振光的总透过率之间的对应关系数据集M1，获得每个像素式金属光栅的最优结构参数。

本发明中，距离的数据集、发光件在像素式金属光栅单元处的光强和匀光膜对于TM偏振光的总透过率，满足：

具体的，参见图1和图2，假设发光件在标注字母A的区域光强为I

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。