一种利用双凹扩散单元结构混光的μLED背光源及其制造方法与流程

2021-01-25 15:01:32|

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本发明涉及μled背光设计技术领域，特别是一种利用双凹扩散单元结构混光的μled背光源及其制造方法。

背景技术：

在平板显示技术领域中，μled具备有诸多优势，最显著的是其具备低功耗、高亮度、超高清晰度、高色彩饱和度、更快的响应速度和更高的工作效率等，可以说μled是一种变革型的新型显示技术。

μled在显示领域的应用方式主要分为两种，第一作为自发光的全彩像素点用于直接的图像显示，相比oled，其色彩更容易准确的调试，有更长的发光寿命和更高的亮度以及具有较佳的材料稳定性、寿命长、无影像烙印等优点，但直接作为像素点显示的μled依赖于单晶硅衬底做驱动电路，即制作一块屏幕至少需要两套衬底和互相独立的工艺，这会导致成本的上升，尤其是较大面积应用时，在良率和成本方面上都会有巨大的挑战，此外在rgb-μled阵列中分次转贴红、蓝、绿三色的晶粒，嵌入几十万颗led晶粒μled时还面临着全彩化的发光波长一致性问题；μled在显示领域的第二种应用方式为作为直下背光源，因其尺寸在微纳尺度，相比传统led直下型背光源，具有混光距离小，发光强度高，更易实现均匀性出光效果的优势，但在μled背光领域，目前基本采用μled阵列搭配扩散板及各功能膜组合方式，对于其出光效果和扩散板厚度的要求都较为粗糙。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提出一种利用双凹扩散单元结构混光的μled背光源及其制造方法，利用双凹扩散单元结构减少了功能膜片的使用，降低了背光源的整体厚度。

本发明采用以下方案实现：一种利用双凹扩散单元结构混光的uled背光源，包括一个以上的发光单元，每个发光单元均自下至上依次包括电极基板、μled、双凹结构的扩散导光板、散射粒子浅镀层、量子点浆料镀层；

所述双凹结构的扩散导光板的下内凹面罩设在所述μled上方，所述双凹结构的扩散导光板的上内凹面依次填充有所述的散射粒子浅镀层与量子点浆料镀层。

进一步地，所述电极基板为三层结构，由下至上依次包括负电极薄层、绝缘衬底，以及寻址电极；所述衬底内部设有电极通孔，电极通孔内填充有负电极导电金属材料，使得μled能够与负电极薄层电性相连。

进一步地，所述双凹结构的扩散导光板的上内凹面与下内凹面具有不同的曲率半径，下内凹面的曲率半径r1满足单颗μled能够内嵌入凹层，并使得相邻发光单元的μled被隔绝；上内凹面的曲率半径r2满足μled经过下凹面后发散光斑的1/2亮度处低于凹面结构的端面，且r1＞r2。

进一步地，所述散射粒子浅镀层在所述双凹结构的扩散导光板的上内凹面内的填充位置为：填充至μled经过下内凹面后在上内凹面上发散光斑的1/2亮度处。

进一步地，所述量子点浆料镀层继所述散射粒子浅镀层之后继续在所述双凹结构的扩散导光板的上内凹面内填充至端面，形成平整薄膜。

进一步地，在一个发光单元中，所述散射粒子浅镀层的厚度d散按照如下方法确定：

步骤s1：令双凹结构的扩散导光板的总厚度为h，单颗μled的厚度为d，宽度为w，导光板的凹面的开孔直径为w，上内凹面的曲率半径为r2，下内凹面的曲率半径为r1，r1>r2；将导光板划分为上、下凹透镜两个单元确定参数；

步骤s2：在导光板的中心截面上，设散射粒子浅镀层的上表面与上内凹面的交点为a，设上内凹面的外接圆心为o，设上内凹面的凹面中心点为b，则oa与上凹透镜开口端之间的夹角θ2为：

oa与ob之间的夹角为θ′2，散射粒子浅镀层的厚度满足下式：

d散＝r2-r2cosθ′2；

上内凹面的凹面中心点b距离导光板截面中心的距离为：根据μled发光的余弦散射规律找出亮度衰变为中心光强一半时的角度α；

步骤s3：μled辐射衰减角度方向与上凹透镜曲面相交处即为散射粒子浅镀层填充截面高度，利用三角函数关系，其函数满足如下条件：

即夹角θ′2满足：

此时，根据散射粒子浅镀层与上内凹面交点a和夹角θ′2即能够确定散射粒子镀层厚度d散。

进一步地，所述双凹结构的扩散导光板的折射率大于空气的折射率，其厚度为0.3-2.5mm。

进一步地，所述散射粒子浅镀层所采用的材料采用无机散射粒子或者有机散射粒子；其中无机散射粒子包括二氧化硅或二氧化钛；其中有机散射粒子包括pmma、或pc材料。

进一步地，所述量子点浆料镀层的材料选自ii-vi族化合物或选自iii-v族化合物，为无机化合物或有机化合物。

本发明还提供了一种利用双凹扩散单元结构混光的uled背光源的制造方法，具体包括以下步骤：

步骤s1：在电极衬底上通过激光烧蚀或机械打孔的方式于每个发光单元内制作一电极通孔，并通过蒸镀的方式在衬底背面沉积导电金属层，形成负电极薄层，同时电极通孔内部也填充有负电极导电金属材料，在电极衬底正面涂敷导电材料，通过刻蚀手法获得棋盘状分布的寻址电极；

步骤s2：将μled通过转移或生长的方式与寻址电极、负电极通孔一一对应，在双凹结构的扩散导光板上利用蒸镀或喷涂的方式将散射粒子浅镀层材料填充至μled经过下内凹面后发散光斑的1/2亮度处，再将量子点浆料通过刮涂的方式填充至上内凹面的端面使导光板上表面平整，得到μled阵列；

步骤s3：通过组装，将导光板与μled阵列对应，每个发光单元中导光板下内凹面成为μled的穹顶，将相邻μled阻隔，形成独立单元。

与现有技术相比，本发明有以下有益效果：本发明异形导光板的双凹扩散单元结构具有扩散光线的功能，能够将扩散单元内部μled光与周围μled形成的面光源相互耦合；散射粒子镀层使得μled中心光强较高区域光散至光强较弱的环状周边区域，令每一扩散单元结构出射的圆形面状光斑光强分布均匀；量子点浆料镀层的填充使得背光源色域范围更大，在使用同规格μled作为背光的基础上，解决了μled在显示领域的良率、发光波长一致性的问题；寻址电极能够使背光源具有局部调光的功能,利用双凹扩散单元结构混光的μled背光源同时减少了功能膜片的使用，降低了背光源的整体厚度。

附图说明

图1为本发明实施例的电极基板图。

图2为本发明实施例的出光面浅镀层散射粒子填充工艺图。

图3为本发明实施例的一个发光单元的截面示意图。

图中，1为电极基板负电极薄层，101为电极通孔，2为电极基板衬底，3为电极基板寻址电极，4为μled，5为双凹结构的扩散导光板，6为散射粒子浅镀层，7为量子点浆料镀层。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

如图3所示，本实施例提供了一种利用双凹扩散单元结构混光的uled背光源，包括一个以上的发光单元，每个发光单元均自下至上依次包括电极基板、μled、双凹结构的扩散导光板、散射粒子浅镀层、量子点浆料镀层；

所述导电极基板为镀有经图形化刻蚀的寻址电极材料的衬底层，并通过通孔连接负极，寻址电极能够使背光源具有局部调光的功能；双凹单元结构扩散导光板的每一单元下凹扩散结构对应一μled，内凹结构同时能够隔绝相邻的μled，防止光线串扰；所述浅镀层散射粒子仅填充部分上凹扩散结构，镀层整体为类正态曲线膜，使得μled中心光强较高区域光散至光强较弱的环状周边区域，令每一扩散单元结构出射的圆形面状光斑光强分布均匀。

在本实施例中，所述电极基板为三层结构，由下至上依次包括负电极薄层、绝缘衬底，以及经过刻蚀形成的棋盘状分布的寻址电极；所述衬底内部设有电极通孔，电极通孔内填充有负电极导电金属材料，使得μled能够与负电极薄层电性相连。

较佳的，在本实施例中，所述μled为中心波长在440nm至460nm之间，半峰宽在15nm至40nm之间的蓝光led或使用光激发型量子点镀层的蓝光μled，不同激发光源在上内凹结构中匹配不同的量子点浆料镀层，μled转移应与寻址电极一一对应或通过刻蚀生长组合的方式生长至电极基板上。

在本实施例中，所述双凹结构的扩散导光板的上内凹面与下内凹面具有不同的曲率半径，下内凹面的曲率半径r1满足单颗μled能够内嵌入凹层，并使得相邻发光单元的μled被隔绝；上内凹面的曲率半径r2满足μled经过下凹面后发散光斑的1/2亮度处低于凹面结构的端面，且r1＞r2。

所述双凹结构的扩散导光板材料可以为有机材料，包括聚乙烯(pe)、聚丙烯(pp)、聚萘二甲酸乙二醇酯(pen)、聚碳酸酯(pc)、聚丙烯酸甲酯(pma)、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、醋酸丁酸纤维素(cab)、硅氧烷、聚氯乙烯(pvc)、聚乙烯醇(pva)、聚对苯二甲酸乙二酯(pet)、改性聚对苯二甲酸乙二酯(petg)、聚二甲基硅氧烷(pdms)或环烯共聚物(coc)中的一种或几种；或使用无机材料，包括玻璃、石英和透射陶瓷材料中的一种或几种。

在本实施例中，所述散射粒子浅镀层在所述双凹结构的扩散导光板的上内凹面内的填充位置为：填充至μled经过下内凹面后在上内凹面上发散光斑的1/2亮度处。

在本实施例中，所述量子点浆料镀层继所述散射粒子浅镀层之后继续在所述双凹结构的扩散导光板的上内凹面内填充至端面，形成平整薄膜。

在本实施例中，在一个发光单元中，所述散射粒子浅镀层的厚度d散按照如下方法确定：

oa与ob之间的夹角为θ′2，散射粒子浅镀层的厚度满足下式：

d散＝r2-r2cosθ′2；

上内凹面的凹面中心点b距离导光板截面中心的距离为：根据μled发光的余弦散射规律找出亮度衰变为中心光强一半时的角度α；

步骤s3：μled辐射衰减角度方向与上凹透镜曲面相交处即为散射粒子浅镀层填充截面高度，利用三角函数关系，其函数满足如下条件：

即夹角θ′2满足：

此时，根据散射粒子浅镀层与上内凹面交点a和夹角θ′2即能够确定散射粒子镀层厚度d散。

在本实施例中，所述双凹结构的扩散导光板的折射率大于空气的折射率，其厚度为0.3-2.5mm。

在本实施例中，所述散射粒子浅镀层所采用的材料采用无机散射粒子或者有机散射粒子；其中无机散射粒子包括二氧化硅或二氧化钛；其中有机散射粒子包括pmma、或pc材料。

在本实施例中，所述量子点浆料镀层的材料选自ii-vi族化合物或选自iii-v族化合物，为无机化合物或有机化合物。优选硅量子点、锗量子点、硫化镉量子点、硒化镉量子点、碲化镉量子点、硒化锌量子点、硫化铅量子点、硒化铅量子点、磷化铟量子点和砷化铟量子点材料；若激发光源μled为单色蓝光，则量子点镀层材料为红、绿量子点材料质量比为1：8至1：16的量子点溶入有机溶剂中形成的量子点浆料，若激发光源μled已搭配量子点镀层，则浆料内量子点与μled搭配使用的量子点不同，搭配使用红色量子点则镀层浆料使用绿色量子点，反之则为红色量子点，浆料填充至凹面结构的端面并少量溢出，形成平整薄膜。

本实施例还提供了一种利用双凹扩散单元结构混光的uled背光源的制造方法，具体包括以下步骤：

步骤s3：通过组装，将导光板与μled阵列对应，每个发光单元中导光板下内凹面成为μled的穹顶，将相邻μled阻隔，形成独立单元。

本实施例基于μled背光源的扩散导光板进行微结构设计，再搭配使用散射粒子镀层与量子点浆料镀层形成一体化的扩散混光的背光源结构。异形导光板为上下两面挖取规则分布的双凹扩散单元结构，双凹结构具有扩散光线的功能，能够将扩散单元内部μled光与周围μled形成的面光源相互耦合；导光板内每一单元的下凹扩散结构分别对应一μled，内凹结构能够隔绝相邻的μled，防止光线串扰，搭配使用寻址电极可实现背光源局部调光的功能；导光板内每一单元的上凹扩散结构的曲率半径较小，即凹面更深，凹面内部镀有整体为类正态曲线的散射粒子镀层，镀层面低于上凹扩散结构的端面，使得μled中心光强较高区域光散至光强较弱的环状周边区域，令每一扩散单元结构出射的圆形面状光斑光强分布均匀；量子点浆料镀层的填充使得背光源色域范围更大，在使用同规格μled作为背光的基础上，解决了μled在显示领域的良率、发光波长一致性的问题；通过合理搭配结构内的双凹结构曲率参数和散射粒子镀层厚度，能够有效提高经导光板混光后的面光源的照度均匀性，利用双凹扩散单元结构混光的μled背光源同时减少了功能膜片的使用，降低了背光源的整体厚度。

接下来，本实施例结合图1至图3对上述的结构与制造方法进行进一步的说明。

如图1所示，在电极基板衬底2(衬底材料选择si)的背面通过激光烧蚀的方式，烧蚀出μled阵列所需负电极导电通孔101，待基板冷却后通过金属蒸镀的方式于背板上沉积电极基板负电极薄层1，电极材料使用ag，沉积至通孔填充完毕即可；此时于电极基板衬底的正面涂敷电极材料并通过刻蚀手法获得棋盘状分布的行列寻址电极，利用光刻工艺，在未生长μled区域进行光刻材料的旋涂遮挡，采用pld在si衬底上实现低温aln层的外延生长，并在缓冲层aln上生长gan形成μled阵列4(单颗μled规格为35um*35um*7um)，生长结束后将μled正极与寻址电极相接，将遮挡材料刻蚀去除；

如图2所示，选用合适的双凹扩散单元的上下凹透镜曲率r2，r1(，r1＞r2)，导光板厚度为300um，在导光板上下两面分别挖取固定半径w为80um的凹透镜结构形成具有双凹扩散单元结构的导光板5，利用如下条件式：

确定散射粒子浅镀层6与上凹曲面的交点a和上凹透镜曲率半径的夹角θ′2，再利用公式：d散＝r2-r2cosθ′2确定镀层厚度并将二氧化硅散射粒子填充入导光板上凹层至计算膜厚要求处。

调配红、绿cdse量子点材料质量比为1：12溶入有机溶剂中形成的量子点浆料，将其填充满导光板上凹层的剩余空间并溢出部分，通过刮涂平整后形成量子点浆料镀层7，将导光板与μled阵列对应，导光板下凹层成为μled穹顶，使得相邻μled阻隔，形成独立单元，一个发光单元的组装结构如图3所示，即可获得双凹扩散单元结构混光的μled背光源。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

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