CN113281937A - 一种mura补偿的直下式Mini-LED背光模组 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种mura补偿的直下式Mini‑LED背光模组，包括自下而上依次设置的PCB基板、反射罩和光学膜片组，光学膜片组包括至少一块半透反射膜片和至少一块扩散膜片；半透反射膜片满足R10＞R30＞R50；在扩散膜片的出光侧和/或入光侧设置多个微透镜结构，以形成微透镜结构面。在本发明提供的背光模组中，光线在反射罩与扩散膜片以及半透反射膜片之间多次反射，增加了沿扩散膜片的出光均匀度。半透反射膜片的反射率大小关系使得Mini‑LED光源发出的光以小角度入射于半透反射膜片会以更高的比例被反射，以大角度入射于半透反射膜片会以更高的比例被透过。

Description

一种mura补偿的直下式Mini-LED背光模组
技术领域
本发明属于半导体器件和光学***领域，具体地，涉及一种mura补偿的直下式Mini-LED背光模组。
背景技术
液晶显示装置具有的液晶面板自身不发光。因此，液晶显示装置在液晶面板的背面侧设置有作为面光源装置的背光装置作为对液晶面板进行照明的光源。可用于面光源背光的迷你发光二极管(Mini-LED)由于具有高亮度、高解析度和寿命长等优点而备受关注。Mini-LED芯片尺寸在200微米以下，能够在现实效果上媲美OLED产品，且在材料成本上又能够较OLED更有竞争优势而被提出使用。随着Mini-LED产品应用越来越广泛，基于Mini-LED的产品设计越来越多，比如高亮度背光、区域调光(Local dimming，HDR)型背光等。直下式的Mini-LED背光装置的主要构件有光学膜片组、Mini-LED光源与反射片等，在此组成架构中，如何在不增加成本与出光亮度的条件下，有效地出光均匀度的需求实为一项重要的课题。
同时，为了提高Mini-LED显示的颜色再现性，有效的方案是使背光单元的蓝、绿、红的各发光光谱的半值宽度变窄，并提高蓝、绿、红各颜色的色彩纯度。作为解决该课题的手段，中国专利CN110308587A提出了将由无机半导体微粒形成的量子点用作颜色转换膜的成分的技术。使用量子点的技术确实可使绿色、红色发光光谱的半值宽度变窄，并使得颜色再现性提高，色域提升。通过将具有该颜色转换功能的量子点膜与蓝色光源组合，从而能够从蓝色光源取出蓝色、绿色、红色这三种原色，即能够取出白色光。通过将组合上述蓝色光源和具有颜色转换功能的量子点膜而得到的白色光源作为背光单元、并将该背光单元与液晶驱动部分、滤色器组合，能够制作全彩色显示器。另外，没有液晶驱动部分时，可直接用作白色光源，例如能够用作LED照明等白色光源。但另一方面，量子点的荧光发射是随机的、没有取向性的，因此有一定比例的绿色、红色光发射回LED背光光源，因而造成显示亮度的大幅损失。
如图1所示，中国专利CN110061116A公开一种直下式背光模组，其采用阵列式LED面光源，该直下式背光模组包括LED基板100、Mini-LED光源101、量子点膜303、扩散片304及增亮膜片400，由于Mini-LED光接近朗伯型分布，中心亮度较高，周围亮度较低，在直下式背光模组发光过程中极易产生亮度不均的现象。目前多采用扩散片混光或者在荧光膜中加入散射雾度粒子混光，但膜层的加入会降低整体面光源的穿透率，影响面光源的整体亮度，荧光膜中雾度粒子或者扩散结构也无法达到较好的混光效果。中国专利CN110703497A公开了一种具有反射罩的背光装置。背光装置包括多个LED光源、反射罩包括容置LED光源的反射杯结构以及反射杯结构上方的量子点膜。反射杯结构底部设置有开口，LED光源设置在开口内。反射杯结构的设置，增加光线在背光装置的出光率，提高了光的利用效率。但是，光线在反射杯结构的连接位置难以穿透，从而形成灯斑(mura)，影响了显示效果。
发明内容
本发明的目的在于通过提供一种mura补偿的直下式Mini-LED背光模组，以消除背光模组中的灯斑(mura)实现Mini-LED背光模组的均匀出光。
根据本发明的一个方面，提供一种mura补偿的直下式Mini-LED背光模组，包括表面安装有多个Mini-LED光源的PCB基板、具有多个呈上下开口的反射杯结构的反射罩和光学膜片组；PCB基板、反射罩和光学膜片组自下而上地依次设置，Mini-LED光源对应反射罩上的反射杯结构设置并穿过反射杯结构的下开口；光学膜片组包括至少一块半透反射膜片和至少一块扩散膜片；以光分别以10°、30°、50°的入射角从半透反射膜片的入光侧入射所对应的反射率为R10、R30、R50，半透反射膜片满足R10＞R30＞R50；在扩散膜片的出光侧和/或入光侧设置多个微透镜结构，以形成微透镜结构面。在组成光学膜片组的膜片中，以每层膜片朝向PCB基板的侧面为该膜片的入光侧，以每层膜片背向PCB基板的侧面为该膜片的出光侧。
Mini-LED间距P与背光光学混光距离(OD,optical distance)值相关联。通常为了保证良好的光学品质效果，当光源间距P设计值固定时，背光光学混光距离OD越大，其沿着出光面的横向传播距离越远，因此出光的扩散范围越大，其物理表现在扩散面积越大，Mini-LED光源的出光范围相互覆盖，从而其辐射强度空间分布均匀以保证Mini-LED光源见亮度过渡均匀。
在本发明所提供的mura补偿的直下式Mini-LED背光模组中，半透反射膜片和设置在扩散膜片上的微透镜结构相配合，将从Mini-LED光源发出的入射光部分反射回反射罩，部分光通过反射罩再次反射回到扩散膜片，由此实现了光线在反射罩与扩散膜片以及半透反射膜片之间多次反射，大幅增加了光线的传播OD，从而增加了沿扩散膜片所在平面的出光均匀度。同时，反射罩通过对由Mini-LED光源发出的大角度入射光和微透镜结构的反射光再进行出射，相当于作为聚光透镜发挥作用，起到提升直下式Mini-LED背光模组的亮度。而在扩散膜片的侧面设置微透镜结构层，能够调节扩散膜片的可见光透射率。另一方面，基于本发明所采用的半透反射膜片满足R10＞R30＞R50，Mini-LED光源发出的光以小角度(以法线方向为0°)入射于半透反射膜片会以更高的比例被反射，而以大角度入射于半透反射膜片会以更高的比例被透过，进而降低靠近Mini-LED芯片表面法线方向(比如θ＜30°)以一定角度出射的辐射强度，同时，增加远离Mini-LED芯片表面法线方向(比如30°＜θ＜60°)以一定角度出射的辐射强度，最终达到了消除灯眼的mura、提高出光均匀性的效果。
优选地，在半透反射膜中依次设置有透射层、树脂层和反射层，其中，树脂层包括11层以上层叠复合而成的热塑性树脂层，沿半透反射膜片的厚度方向，相邻设置的所述热塑性树酯层的折射率相差0.01以上。通过将光学性质不同的热塑性树脂层交替层叠，以形成干涉反射。可选地，使不同的热塑性树脂层按照以规则排列层叠组成半透反射膜片。
优选地，树脂层包括树脂A层和树脂B层，树脂A层和树脂B层交替复合。例如，使热塑性树脂层按A(BA)n(n为自然数)的规律层叠复合构成半透反射膜片。
优选地，微透镜结构朝向所述扩散膜片的内部凹入，以在所述扩散膜片的表面形成凹陷空腔。由凹陷的微透镜结构形成的空腔内部充满空气介质，从而使扩散膜片的表面构成具有不同透射率基质的界面，空气的折射率小于大多数已知材料的折射率，根据斯涅耳(Snell’s Law)的原理，当光线相遇或入射到具有较小折射率的介质时：若Mini-LED光源的光线的入射角小于临界角时，光线被从法线以大于入射角δ的相对于法线的出射角度θ折射，由此能够提高Mini-LED光源的亮度角，有利于光线横向扩散；若Mini-LED光源的光线的入射角大于临界角时，光线不射出微透镜结构而被反射回反射罩或者其他微透镜结构，从而增加了光线在反射罩与扩散膜片之间反射的次数，进一步提高了扩散膜片所在平面的出光均匀度。
优选地，在扩散膜片朝向半透反射膜的侧面设有微透镜结构。当半透反射膜和扩散膜片的组装满足上述结构关系，有利于提高背光模组的出光均匀度。
优选地，微透镜结构设置于扩散膜片的出光侧以在扩散膜片的出光侧形成微透镜结构面。若在扩散膜片的出光侧设置发光元件(如量子点膜)，可以使源自该发光元件的光从扩散膜片的出光侧入射扩散膜片时发生反射，由此可以减少发光元件的荧光的损失从而增加背光模组的亮度，同时可以避免因为PCB基板部分吸收源自于发光元件的荧光而造成的面光源的RGB比例失衡。
优选地，半透反射膜片贴合扩散膜片的微透镜结构面，以实现半透反射膜片与扩散膜片的复合。由此，能够消除光沿微透镜结构垂直出射所形成的光斑mura。
优选地，光学膜片组贴合反射罩的顶部，以使光学膜片组封闭反射杯结构的上开口。由此，一方面增加光在光学膜片组的扩散，大角度(法线方向为0°)入射复合膜片的入射光的多次折射和反射以增加光线沿P方向的横向扩散，有效提高Mini-LED光源的亮度角；另一方面使得小角度入射光学膜片组的光以更高比例被反射，进而在直下式Mini-LED背光模组之上方形成均匀光强度分布的光场，并且消除灯眼Mura，改善背光的亮暗差异、画面暗角以及出光暗部的问题。另一方面，反射罩直接支撑光学膜片组，增加了直下式Mini-LED背光模组的结构稳定性，同时反射罩和光学膜片组围成若干个光腔，能够提高光能利用率。综上，在上述组装结构中，各光学元件能够更好地发挥协同作用，有利于实现均匀光分布，并能够对光线起到更好的汇聚作用，从而避免光斑mura的出现，并进一步增加光线在观测角度的亮度。
优选地，在光学膜片组中，以扩散膜片作为底层膜片；底层膜片的入光侧表面与PCB基板的上表面之间的距离H，等于反射罩的厚度T。在上述结构中，反射罩、扩散膜片和半透反射膜片按照自下而上的顺序依次贴合。
优选地，半透反射膜片满足：对蓝光的平均反射率大于40％，或，对红光和绿光的平均反射率大于70％。
优选地，光学膜片组还包括扩散片和量子点膜，Mini-LED光源为蓝色光源，半透反射膜片包括第一半透反射膜片和第二半透反射膜片，扩散膜片、第一半透反射膜片、扩散片、第二半透反射膜片和量子点膜自下而上地依次层叠组装；第一半透反射膜片对蓝光的平均反射率大于40％，第二半透反射膜片对红光和绿光的平均反射率大于70％。
当量子点膜的荧光光源从由扩散膜片和半透反射膜片复合而成的复合膜片的出光侧入射，其入射角度大于临界角时，扩散膜片的微透镜结构或者半透反射膜片反射部分光。通过上述复合膜片反射来自量子点膜的光，可以减少量子点膜的荧光的损失从而增加背光模组的亮度，具体而言，复合膜片能够反射来自量子点膜的红绿光，可以避免因为PCB基板部分吸收红绿光RG，造成的面光源的RGB比例失衡而出现偏黄的光。
可选地，在光学膜片组中，以半透扩散膜片为底层膜片；反射罩、半透反射膜片和扩散膜片按照自下而上的顺序依次贴合设置。
优选地，以光学膜片组的下表面与Mini-LED光源之间的距离为H，以相邻的Mini-LED光源的最小间距值为P，H:P＝1:1～1:7。由此使得Mini-LED光源的亮度角至少增加到2arctan(P/2H)，直下式Mini-LED背光模组的亮度、均匀度得到改善。
优选地，微透镜结构对应反射杯结构呈周期性分布；周期性分布指的是，以位于每个反射杯结构的上开口正上方的多个微透镜结构组成一个微透镜结构组，以微透镜结构组作为周期性分布的重复单元。
优选地，每个微透镜结构组与设置于其所对应的反射杯结构中的Mini-LED光源相对应；在微透镜结构组中，以其所对应的Mini-LED光源的光轴为中轴，微透镜结构的分布密度呈辐射式减小。
优选地，每个微透镜结构组与设置于其所对应的反射杯结构中的Mini-LED光源相对应；在微透镜结构组中，以其所对应的Mini-LED光源的光轴为中轴，随着微透镜结构与中轴的间距减小，微透镜结构的凹入倾斜面的斜率增大。基于上述结构，使光学膜片传播的光线满足，沿着与微透镜结构的较长边共线方向传播的光线扩散角较大，沿着与微透镜结构的较短边共线方向传播的光线扩散角较小。
优选地，扩散膜片的入光侧和出光侧都设有微透镜结构。
优选地，每个微透镜结构组与设置于其所对应的反射杯结构中的Mini-LED光源相对应；在微透镜结构组中，以其所对应的Mini-LED光源的光轴为中轴，随着微透镜结构与中轴的间距减小，微透镜结构的尺寸增大，以使微透镜结构组所位于的扩散膜片区域形成中间薄、周边厚的薄膜结构。由此形成的薄膜结构相当于类双凹透镜的微透镜结构，能够发挥聚光作用，使得均匀扩散的面光源聚焦于视角方向，提高亮度。
优选地，PCB基板和反射罩通过光学胶层粘合固定；每个反射杯结构的下开口均贴合光学胶层；光学胶层贴合PCB基板的表面并覆盖Mini-LED光源，以在Mini-LED光源的上方形成菲涅尔透镜。利用光学胶层所形成的菲涅尔透镜能够使靠近Mini-LED光源的光轴的光能够以更高比例被反射以及重定向。
附图说明
图1为现有技术的背光模组的结构示图；
图2为九点测试法示意图；
图3为本发明实施例1的直下式Mini-LED背光模组的***视图；
图4为本发明实施例1的直下式Mini-LED背光模组的局部截面视图；
图5为本发明实施例1的直下式Mini-LED背光模组的截面视图及其光学原理；
图6为本发明实施例1的扩散膜片的立体视图；
图7为本发明实施例1的扩散膜片的俯视图；
图8为本发明实施例1的扩散膜片的光学原理图；
图9为本发明实施例1的扩散膜片的光学原理图；
图10为本发明实施例1的扩散膜片的光学原理图；
图11为朗伯型光源的辐射分布图；
图12为Mini-LED光源的辐射特性曲线；
图13为不设置复合膜片和反射罩的Mini-LED背光模组之光学原理的示意图；
图14为不设置复合膜片和反射罩的Mini-LED背光模组在量子点膜上形成的光斑的示意图；
图15为具有复合膜片和反射罩的直下式Mini-LED背光模组及其光学原理的示意图；
图16为实施例1中不设置复合膜片和反射罩的Mini-LED背光模组之照度示意图；
图17为实施例1中具有复合膜片和反射罩的直下式Mini-LED背光模组之照度示意图；
图18为本发明实施例2的直下式Mini-LED背光模组的***视图；
图19为本发明实施例3的直下式Mini-LED背光模组的***视图；
图20为本发明实施例4的直下式Mini-LED背光模组的***视图；
图21为本发明实施例5的直下式Mini-LED背光模组的***视图；
图22为本发明实施例5的直下式Mini-LED背光模组的截面视图；
图23为本发明实施例6的直下式Mini-LED背光模组的扩散膜片和反射罩的结构及光学原理示意图。
具体实施方式
以下的说明是基于所示例的本发明的具体实施例，其不应被视为限制本发明未在此详述的其它具体实施例。
本说明书所使用的词语“实施例”意指用作实例、示例或例证。此外，本说明书和所附权利要求中所使用的冠词“一”一般地可以被解释为意指“一个或多个”，除非另外指定或从上下文清楚导向单数形式。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或表示第一特征水平高度小于第二特征。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
以下实施例中所涉及的亮度及亮度均匀性的测试方法参考《中华人民共和国行业标准SJ/T11348-2006：数字电视平板显示器测量方法》，参照图2，采用九点测量法测试参试产品表面不同位置点的亮度，以点P1-P8八个测试点分别与中心测试点P0的亮度值比值的最小值表征参试产品的亮度均匀性。参考《中华人民共和国行业标准SJ/T11343-2006：数字电视液晶显示器通用规范》，一个高性能的背光模组的出光面中心点正面亮度应不小于350nit，亮度均匀性不低于75％。
以下实施例中所涉及的亮度角的分布测试方式，参考《中华人民共和国行业标准SJ/T11343-2006：数字电视液晶显示器通用规范》和《中华人民共和国行业标准SJ/T11348-2006：数字电视平板显示器测量方法》：
a)将亮度计置于3倍Mini-LED光源101的位置(点亮Mini-LED背光模组中的单个Mini-LED光源101或芯片，或者切取Mini-LED背光模组的单个Mini-LED光源101区域)或者3倍Mini-LED背光模组的位置；
b)亮度计的位置应能水平和垂直地移动，保持观察距离不变，亮度计与Mini-LED光源101或者Mini-LED背光模组的照明法线的夹角从-90°变化到90°，记录每个测试位置的亮度数据。Mini-LED光源101或者Mini-LED背光模组的亮度角为亮度峰值三分之一之间的夹角。
实施例1
本实施例提供一种直下式Mini-LED背光模组，如图3-4所示，其包括自下而上设置的PCB基板100、反射罩200、扩散膜片301、半透反射膜片302和量子点膜303。
在本实施例提供的直下式Mini-LED背光模组中，所采用的扩散膜片301由聚碳酸酯(Polycarbonate,PC)制成，材料透过率为95％，如图6所示，分别以扩散膜片301的垂直于其厚度方向的两个侧面为扩散膜片301的出光侧和入光侧，扩散膜片301的出光侧设置有多个按照一定分布规律周期性设置的微透镜结构3011，从而形成微透镜结构3011面，扩散膜片301的入光侧无微透镜结构3011。微透镜结构3011面的设置使得本实施例所采用的扩散膜片在入光侧的可见光透光率为64％，出光侧的可见光透光率为91％。如图6-7所示，本实施例所采用的扩散膜片301上的微透镜结构3011为向扩散膜片301内部凹入的六棱锥结构，并且每个凹入的微透镜结构3011都邻接至少一个其他的微透镜结构3011。在其他的实施方式中，微透镜结构3011可以是向扩散膜片301内部凹入的多棱锥结构、半球结构、四面体结构、多面体结构、圆柱体结构或者近圆锥体结构。在实施例中，多个微透镜结构3011的高度占所述扩散膜片301的厚度比例1:3；微透镜结构3011层太薄(小于1:6)容易造成局部聚光现象，进一步加重区域调光(Local dimming)导致的灯眼Mura；若微透镜结构3011层所占比例大于5:6，可能造成背光模组整体厚度过厚。本实施例所采用的半透反射膜片302中依次设置有透射层、树脂层和反射层，其中，树脂层包括100层层叠复合的热塑性树脂层，相邻的热塑性树脂层所具有的光学性质不同。所采用的热塑性树脂层满足，沿半透反射膜片302的厚度方向上，相邻的热塑性树脂层折射率相差0.01以上。在本实施例中，热塑性树脂层由热塑性树脂A、B形成，按照材质的种类将所包括的热塑性树脂层表述为A层、B层，热塑性树脂层沿厚度方向以A(BA)n(n为自然数)的规则排列层叠构成半透反射膜片302。通过光学性质不同的树脂交替层叠，可以根据各层的折射率的差与层厚度的关系设计光的干涉反射表现。以光沿10°、30°、50°入射半透反射膜片302所分别对应的反射率为R10、R30、R50，本实施例所采用的半透反射膜片302满足R10＞R30＞R50。
如图4所示，PCB基板100的表面安装有多个Mini-LED光源101，多个Mini-LED光源101在PCB基板100的表面呈周期性的排列，Mini-LED光源101的“周期性的排列”指的是矩阵式排列。反射罩200包括多个上下开口的反射杯结构201。使PCB基板100、反射罩200、扩散膜片301、半透反射膜片302和量子点膜303自下而上地依次贴合设置，每个Mini-LED光源101皆与一个反射杯结构201对应设置，Mini-LED光源101穿过反射杯结构201的下开口设置在反射杯结构201中，扩散膜片301的入光侧贴合反射罩200的顶部，反射罩200的厚度T，等于扩散膜片301的入光侧与PCB基板100的上表面之间的距离H，反射罩200直接支撑扩散膜片301，增加直下式Mini-LED背光模组的稳定性，同时，扩散膜片301封闭反射杯结构201的上开口，从而形成由扩散膜片301和反射罩200的反射杯结构201围成的光腔，提高光能利用率。使扩散膜片301的出光侧所形成的微透镜结构3011面与半透反射膜片302贴合，将由扩散膜片301和半透反射膜片302复合而成的膜片组标记为复合膜片300。在扩散膜片301和半透反射膜片302的复合面上，扩散膜片301的出光侧上的微透镜结构3011与半透反射膜片302之间形成封闭的空腔，空腔内的介质为空气。扩散膜片301上的微透镜结构3011与PCB基板100上的Mini-LED光源101及反射罩200的反射杯结构201对应设置，每个Mini-LED光源101对应多个微透镜结构3011，基于Mini-LED光源呈周期性分布，与之对应的Mini-LED光源也呈周期性分布，每个Mini-LED光源101所对应的多个微透镜结构3011位于该Mini-LED光源101所在的反射杯结构201的上开口正上方，微透镜结构3011与反射杯结构201的上开口之直径比小于1/10。
以下将结合图5-11，就本实施例的直下式Mini-LED背光模组进行说明。
本实施例在PCB基板100的上方，设置上下贴合的复合膜片300和反射罩200，如图5所示，半透反射膜片302和扩散膜片301的出光侧的多个微透镜结构3011将入射光部分反射回反射罩200，同时反射罩200将Mini-LED光源101发出的大角度入射光和微透镜结构3011的反射光再进行出射，并作为一种聚光透镜发挥作用，提升直下式Mini-LED背光模组的亮度，其中，部分光通过反射罩200再次反射至扩散膜片301。由此，光线在反射罩200与扩散膜片301以及半透反射膜片302之间多次反射，大幅增加了光线的传播OD，从而增加了沿扩散膜片301所在平面的出光均匀度。在本实施例所提供的直下式Mini-LED背光模组中，按照自下而上的顺序贴合设置的反射罩200、半透反射膜片302和设有多个微透镜结构3011的扩散膜片301上协同作用，能够实现均匀光分布，消除光斑，提升光线在观测角度的亮度。
如上所述，在复合膜片300中，扩散膜片301的出光侧上的微透镜结构3011与半透反射膜片302之间形成封闭的空腔，空腔内的介质为空气，本领域内技术人员可以理解，空气的折射率小于大多数已知材料的折射率。入射光穿过具有不同的折射率的材质时，满足斯涅尔定律(Snell’s Law)，即ni*sinδ＝nt*sinθ，其中，ni的含义为入射光一侧材料的折射率，δ的含义为入射角度，nt的含义为透射光一侧材料的折射率，θ的含义为出射角度。根据斯涅尔定律(Snell’s Law)的原理，当光线相遇或入射到具有较小折射率的介质时，部分光线被从法线以大于入射角δ的相对于法线的出射角度θ折射。然而，以表面的法线方向射入介质的相遇表面(在本实施例中为材料-空气边界)的入射光(例如图8中的光线1a)不被折射而是继续以其入射方向沿直线传播。本领域的技术人员应理解一定量的入射光也将被反射回反射罩200。
图8和图9展示的是光线从微透镜结构3011的内部入射微透镜结构3011与空气介质的相遇表面的情况。图8中的光线以相对于微透镜结构3011表面的法线成2α角度的入射角到达微透镜结构3011与空气介质的相遇表面，由于光线的入射角2α不等于零(0)，根据斯涅尔定律，光线以具有与入射角2α不同角度值的出射角2β被折射进入空气介质，光线发生折射，由于空气介质的折射率小于微透镜结构3011的折射率，光线的入射角2α小于其出射角2β。再如图8所示，经传播进入微透镜结构3011的光线以相对于其表面的法线的入射角3α到达微透镜结构3011和空气介质的相遇表面，光线的入射角3α大于该相遇表面处的临界角δc，在这种情况下，光线不射出微透镜结构3011，并被反射回反射罩200或者其他微透镜结构3011，这被称为“全内反射”。如上所述，当光线从具有较高反射系数的材料传播到具有较低反射系数的材料时，光线将根据上面阐明的斯涅尔定律公式而表现。根据该公式，随着入射角度的增加，出射角θ将会接近90度。然而，以临界角δc，以及对于所有大于临界角δc的角度，将会发生全内反射(即光线将被反射而不是被折射并且通过表面传播)。正如本领域内技术人员可以根据斯涅尔定律通过将出射角(折射角)设定为90度以解出入射角来确定临界角δc。如图9所示，光线4a和光线5a分别以小于临界角δc的入射角4α、5α相遇表面，然而，光线相对于表面的法线的入射角4α大于光线相对于表面的法线的入射角5α。因此，根据斯涅尔定律，光线相对于表面的法线的出射角4β与光线相对于表面的法线的出射角5β不同。正如本领域技术人员所理解的那样，光线相对于表面的法线的出射角4β将大于光线相对于表面的法线的出射角5β。
因此，与具有较小角度的微透镜结构3011表面相比，具有较大角度的微透镜结构3011表面通常可将更多的光线“聚焦”到与背光正交的方向上，即增加光线的传播OD(OD，optical distance)。因此，具有如所述微透镜结构3011可允许光线沿着一个方向上有较大的扩散角以及光线沿着另一个方向上有较小的扩散角。在一些示例实施例中，通过本发明的示例光学薄膜传播的光线的扩散角在沿着与微透镜结构3011的较长边共线的方向上较大，在沿着与微透镜结构3011较短的边共线的方向上较小。
图10展示的是光线从空气介质入射微透镜结构3011与空气介质的相遇表面的情况。如图10所示，当量子点膜303的荧光光源从复合膜片300的出光侧入射，大部分光被半透反射膜片302反射回量子点膜303。透过半透反射膜片302的光入射角度在临界角δc的以外时，扩散膜片301反射部分光。光线6a和光线7a分别以小于临界角δc的入射角6α和大于临界角δc的入射角7α相遇微透镜结构3011的外表面，入射角为6α的光线以相对于表面的法线的出射角6β进入扩散膜片301，入射角为7α的光线以相对于表面的法线的出射角7β反射进而全反射回量子点膜303。由此，通过半透反射膜片302和扩散膜片301反射来自量子点膜303的光，减少量子点膜303的荧光的损失从而增加亮度。同时避免因为PCB基板100部分吸收红绿光RG，造成的面光源的RGB比例失衡而出现偏黄的光。
Mini-LED芯片是接近于朗伯型光源(Lambert radiator)的光源，根据朗伯余弦定律(Lambert's cosine law)，从理想漫反射面观察，光源的辐射强度或发光强度I正比于发射光的方向和表面法线之间的角度θ的余弦cosθ。如图11所示，圆中的每个楔形物代表一个相等的角度dΩ，对于朗伯表面，每秒发射到每个楔形物中的光子数与楔形物的面积A成比例。如图12所示，PCB基板100上的Mini-LED光源101的辐射特性曲线为M型，一般定义“M”型峰的出光的两峰之间的夹角A说明其扩散程度，夹角A越大其扩散效果越好，一般Mini-LED光源101“M”型峰的夹角A范围在120°以内。但是Mini-LED间距P(Pitch)通常为Mini-LED芯片尺寸的几十倍以上，达到厘米级别。而Mini-LED背光模组的光学膜片厚度仅为毫米级别，因此在如此短的传播距离下，如图13、14、16所示，在不设置反射罩200和扩散膜片301的背光装置，PCB基板100上的Mini-LED光源101就在量子点膜303上形成光斑001和暗区002。因此为了让多个Mini-LED芯片的出光形成面光源避免暗区，同时减少Mini-LED芯片的使用数量(即增加Mini-LED间距P)，需要降低靠近Mini-LED芯片表面法线方向(比如θ＜30°)以一定角度出射的光辐射强度，同时，增加远离Mini-LED芯片表面法线方向(比如30°＜θ＜60°)以一定角度出射的光辐射强度。
如上所述，本实施例所采用的半透反射膜片302满足R10＞R30＞R50的关系。因此，当源自Mini-LED光源101的光线从半透反射膜302的入光侧入射半透反射膜302：以小角度(法线方向为0°)入射于半透反射膜片302的光线将以更高的比例被反射，从而降低靠近Mini-LED芯片表面法线方向出射的光辐射强度；以大角度入射于半透反射膜片302的光将以更高的比例被透过，从而增加远离Mini-LED芯片表面法线方向出射的光辐射强度。最终达到消除灯眼光斑mura的效果。此外，扩散膜片301的微透镜结构3011面贴合半透反射膜片302，从而能够消除光沿微透镜结构3011垂直出射的形成的光斑mura。
如图15、17所示，本发明在PCB基板100上方的设置上下贴合设置的扩散膜片301和反射罩200，通过多个微透镜结构3011将入射光部分反射回反射罩200，通过PCB基板100表面的反射罩200再次反射至扩散膜片301。光线在反射罩200与扩散膜片301之间多次反射，大幅增加了光线的传播OD，从而增加了沿扩散膜片301所在平面的传播。Mini-LED光源101的亮度角从L1扩展到L2(虚线)。
Mini-LED光源101间距P与背光模组纵向混光距离VOD(垂直Mini-LED面光源)值相关联。P/VOD越大，说明背光设计得越好，也就是说背光模组在相同的纵向混光距离VOD下可以减少Mini-LED芯片的使用数量；或者在相同Mini-LED光源101间距P，纵向混光距离VOD可以减小以使得背光模组可以做得更薄。通常为了保证良好的光学品质效果，当光源间距P设计值固定时，背光模组横向混光距离HOD(平行于Mini-LED面光源)越大，其沿着出光面的横向传播距离越远，因此出光的扩散范围越大，其物理表现在测试所得的亮度角越大，其辐射强度空间分布均匀以保证Mini-LED光源101间亮度过渡均匀。
扩散膜片301的入光侧与PCB基板100之间的距离H与相邻设置的Mini-LED光源101的最小间距值P的比例H/P介于1/7～1的范围内，Mini-LED光源101的亮度角至少增加到2arctan(P/2H)，直下式Mini-LED背光模组的出光均匀度至少增加10％。其中，当H/P为1/2时，直下式Mini-LED背光模组的亮度均匀度增加15％；当H/P为1/5时，Mini-LED光源101的亮度角由120°增加到140°，背光光模组的亮度角增加到160°。
扩散膜片301的入光侧与PCB基板100之间的距离H与相邻设置的Mini-LED光源101的最大间距值PF之间的比例H/PF为1/2，背光光模组的亮度扩散角增加到2arctan(PF/2H)以上。
实施例2
图18展示了本实施例提供的直下式Mini-LED背光模组的***视图。以下仅就本实施例与实施例1的相异之处进行说明，关于相似之处在此不再赘述。
本实施例的直下式Mini-LED背光模组所采用的PCB基板100是可拼接的梳齿状结构。PCB基板100上贴合有反射层。在Mini-LED光源101和反射罩200之间设置光学胶层，利用光学胶层粘合固定Mini-LED光源101和反射罩200。
实施例3
图19展示了本实施例提供的直下式Mini-LED背光模组之***视图。以下仅就本实施例与实施例1的相异之处进行说明，关于相似之处在此不再赘述。
本实施例的直下式Mini-LED背光模组所采用的Mini-LED光源101为蓝色光源，在本实施例所采用的光学膜片组中包括2块半透反射膜片、1块扩散膜片301、1块扩散片304和1块量子点膜303，将2块半透反射膜片分别标记为第一半透反射膜片3021、第二半透反射膜片3022，其中，第一半透反射膜片3021对蓝光的平均反射率为50％，第二半透反射膜片3022对红光和绿光的平均反射率为72％，扩散片304的内部填充有扩散粒子和气泡。本实施例提供直下式Mini-LED背光模组由自下而上设置的PCB基板100、反射罩200、扩散膜片301、第一半透反射膜片3021、扩散片304、第二半透反射膜片3022和量子点膜303组成。
实施例4
作为实施例1提供的直下式Mini-LED背光模组的变形，本实施例提供两种直下式Mini-LED背光模组，以下仅就本实施例与实施例1的相异之处进行说明，关于相似之处在此不再赘述。
直下式Mini-LED背光模组4a：直下式Mini-LED背光模组4a由PCB基板100、反射罩200、半透反射膜片302、扩散膜片301自下而上依次贴合设置组成，其中，半透反射膜片302的入光侧设有微透镜结构3011以在入光侧形成微透镜结构面，扩散膜片301的出光侧为不设有微透镜结构3011的平整膜面。
直下式Mini-LED背光模组4b：直下式Mini-LED背光模组4b由PCB基板100、反射罩200、半透反射膜片302、扩散膜片301自下而上依次贴合设置组成，参照图20，扩散膜片301的出光侧设有微透镜结构3011以在出光侧形成微透镜结构面，半透反射膜片302的入光侧为不设有微透镜结构3011的平整膜面。
实施例5
本实施例提供的直下式Mini-LED背光模组的结构如图21-22所示。以下仅就本实施例与实施例1的相异之处进行说明，关于相似之处在此不再赘述。
在Mini-LED光源101和反射罩200之间设置光学胶层，光学胶层贴合PCB基板100的表面并覆盖Mini-LED光源101，以在Mini-LED光源101的上方形成菲涅尔透镜，每个反射杯结构201的下开口均贴合光学胶层，由此，利用光学胶层一体封装粘合固定Mini-LED光源101和反射罩200。光学胶层在Mini-LED光源101上方形成的菲涅尔透镜使得Mini-LED光源101的光轴附近的光以更高比例的被反射和重定向。
实施例6
图23为本实施例提供的直下式Mini-LED背光模组的扩散膜片301和反射罩200的结构及光学原理示意图。以下仅就本实施例与实施例1的相异之处进行说明，关于相似之处在此不再赘述。
在本实施例中，在扩散膜片301的出光侧和入光侧分别设置位置相对应的微透镜结构3011，以对应同一个反射杯结构201的多个微透镜结构3011作为一个微透镜结构组。在同一个微透镜结构组中，以该微透镜结构组所对应的Mini-LED光源101的光轴作为参照，靠近光轴的微透镜结构3011的尺寸大于远离光轴的微透镜结构3011的尺寸，以使微透镜结构组所位于的扩散膜片区域形成中间薄、周边厚的薄膜结构。由此形成的薄膜结构相当于类双凹透镜的微透镜结构，能够发挥聚光作用，使得均匀扩散的面光源聚焦于视角方向，提高亮度。
测试例1
采用实施例1、实施例4所提供的直下式Mini-LED背光模组参与亮度测试，具体结分别如表1～3所示，以点P1-P8八个测试点分别与中心测试点P0的亮度值比值的最小值表征参试产品的亮度均匀性。实施例1所提供的直下式Mini-LED背光模组的亮度最小值出现在P5，大小为13497nit，按照P5/P0计算亮度均匀性，大小为95％。实施例4所提供的直下式Mini-LED背光模组4a的亮度最小值出现在P6，大小为13219nit，按照P6/P0计算亮度均匀性，大小为95.06％。实施例4所提供的直下式Mini-LED背光模组4b的亮度最小值出现在P8，大小为12475nit，按照P8/P0计算亮度均匀性，大小为90.41％。根据上述测试结果可知，在本实施例的参试产品中，实施例1提供的直下式Mini-LED背光模组的亮度最高，而实施例1提供的直下式Mini-LED背光模组和实施例4提供的直下式Mini-LED背光模组4a都具备较高的亮度均匀性，相对而言，参试的直下式Mini-LED背光模组4b对应的亮度值和亮度均匀性都发生了明显的劣化，由此说明，使直下式Mini-LED背光模组中的半透反射膜302与扩散膜片301表面形成的微透镜结构面直接复合，有利于提高背光模组的亮度均匀性，其中，使PCB基板100、反射罩200、扩散膜301(出光侧形成微透镜结构面)和半透反射膜302按照自下而上的顺序依次复合更有利于提高背光模组的亮度值。
表1实施例1的直下式Mini-LED背光模组的亮度测试数据
Figure BDA0003041770620000171
表2实施例4的直下式Mini-LED背光模组4a的亮度测试数据
Figure BDA0003041770620000172
表3实施例4的直下式Mini-LED背光模组4b的亮度测试数据
Figure BDA0003041770620000173
测试例2
基于实施例1所提供的直下式Mini-LED背光模组作一定变换，以设计不同的直下式Mini-LED背光模组进行光学性能测试。以下仅就通过变换得到的直下式Mini-LED背光模组与实施例1的相异之处进行说明，关于相似之处在此不再赘述。以在所采用的扩散膜片301上设置微透镜结构3011的形式作为变量，采用具有不同结构的扩散膜片301以设计不同的直下式Mini-LED背光模组，所涉及的直下式Mini-LED背光模组的编号及其所对应的扩散膜片301的结构如下：直下式Mini-LED背光模组1A，仅在扩散膜片301的入光侧设置微透镜结构3011；直下式Mini-LED背光模组1B，采用无微透镜结构3011的扩散膜片301。
对实施例1所提供的直下式Mini-LED背光模组以及直下式Mini-LED背光模组1A、直下式Mini-LED背光模组1B进行光学性能测试，结果如表4所示。实施例1所提供的直下式Mini-LED背光模组的亮度均匀性明显优于其他两组参试产品，无明显亮斑、暗影。直下式Mini-LED背光模组1A的亮度均匀性不佳，出现了明显的暗影、亮斑。而直下式Mini-LED背光模组1B的亮度均匀性最差，出现了严重的暗影、光斑，mura的效果几乎没有得到改善。
表4参试直下式Mini-LED背光模组的光学性能统计
Figure BDA0003041770620000181
测试例3
基于实施例1所提供的直下式Mini-LED背光模组作一定变换，以设计不同的直下式Mini-LED背光模组进行光学性能测试。以下仅就通过变换得到的直下式Mini-LED背光模组与实施例1的相异之处进行说明，关于相似之处在此不再赘述。以半透反射膜片302的反射率变化规律作为变量，采用不同半透反射膜片302以设计不同的直下式Mini-LED背光模组，所涉及的直下式Mini-LED背光模组的编号及其所对应的半透反射膜片302的反射率关系如下：直下式Mini-LED背光模组2A，半透反射膜片302的反射率满足R50＞R30＞R10；直下式Mini-LED背光模组2B，半透反射膜片302的反射率满足R10＝R30＝R50。对实施例1所提供的直下式Mini-LED背光模组以及直下式Mini-LED背光模组2A、直下式Mini-LED背光模组2B进行光学性能测试。结果如表5所示，实施例1所提供的直下式Mini-LED背光模组的亮度均匀性明显优于其他两组参试产品，其他两组参试产品都出现了不同程度的光斑和暗影，其中，直下式Mini-LED背光模组2A的出现了明显分区的亮区和暗区，面光源的亮度均匀性明显较差。
表5参试直下式Mini-LED背光模组及其光学性能统计
参试产品 亮度均匀性
实施例1的直下式Mini-LED背光模组 90％
直下式Mini-LED背光模组2A 45％
直下式Mini-LED背光模组2B 67％
虽然在上文中已经参考一些实施例对本发明进行了描述，然而在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，本发明所披露的各个实施例中的各项特征均可通过任意方式相互结合起来使用，在本说明书中未对这些组合的情况进行穷举性的描述是出于省略篇幅和节约资源的考虑。因此，本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (19)

1.一种mura补偿的直下式Mini-LED背光模组，包括表面安装有多个Mini-LED光源的PCB基板、具有多个呈上下开口的反射杯结构的反射罩和光学膜片组，其特征在于：
所述PCB基板、所述反射罩和所述光学膜片组自下而上地依次设置，所述Mini-LED光源对应所述反射罩上的所述反射杯结构设置并穿过所述反射杯结构的下开口；
所述光学膜片组包括至少一块半透反射膜片和至少一块扩散膜片；
以光分别以10°、30°、50°的入射角从所述半透反射膜片的入光侧入射所对应的反射率为R10、R30、R50，所述半透反射膜片满足R10＞R30＞R50；
在所述扩散膜片的出光侧和/或入光侧设置多个微透镜结构，以形成微透镜结构面。
2.如权利要求1所述mura补偿的直下式Mini-LED背光模组，其特征在于：所述半透反射膜片由11层以上的热塑性树脂层叠复合而成，沿所述半透反射膜片的厚度方向，相邻设置的所述热塑性树酯层的折射率相差0.01以上。
3.如权利要求2所述mura补偿的直下式Mini-LED背光模组，其特征在于：所述树脂层包括树脂A层和树脂B层，所述树脂A层和所述树脂B层交替复合。
4.如权利要求1所述mura补偿的直下式Mini-LED背光模组，其特征在于：所述微透镜结构朝向所述扩散膜片的内部凹入，以在所述扩散膜片的表面形成凹陷内腔。
5.如权利要求4所述mura补偿的直下式Mini-LED背光模组，其特征在于：在所述扩散膜片朝向所述半透反射膜的侧面设有所述微透镜结构。
6.如权利要求5所述mura补偿的直下式Mini-LED背光模组，其特征在于：所述微透镜结构设置于所述扩散膜片的出光侧以在所述扩散膜片的出光侧形成所述微透镜结构面。
7.如权利要求5所述mura补偿的直下式Mini-LED背光模组，其特征在于：所述半透反射膜片贴合扩散膜片的所述微透镜结构面，以实现所述半透反射膜片与所述扩散膜片的复合。
8.如权利要求4所述mura补偿的直下式Mini-LED背光模组，其特征在于：所述光学膜片组贴合所述反射罩的顶部，以使所述光学膜片组封闭所述反射杯结构的上开口。
9.如权利要求8所述mura补偿的直下式Mini-LED背光模组，其特征在于：
在所述光学膜片组中，以所述扩散膜片作为底层膜片；
所述底层膜片的入光侧表面与所述PCB基板的上表面之间的距离H，等于所述反射罩的厚度T。
10.如权利要求9所述mura补偿的直下式Mini-LED背光模组，其特征在于，所述半透反射膜片满足：对蓝光的平均反射率大于40％，或，对红光和绿光的平均反射率大于70％。
11.如权利要求10所述mura补偿的直下式Mini-LED背光模组，其特征在于：
所述光学膜片组还包括扩散片和量子点膜，所述Mini-LED光源为蓝色光源，所述半透反射膜片包括第一半透反射膜片和第二半透反射膜片，所述扩散膜片、所述第一半透反射膜片、所述扩散片、所述第二半透反射膜片和所述量子点膜自下而上地依次层叠组装；
所述第一半透反射膜片对蓝光的平均反射率大于40％，所述第二半透反射膜片对红光和绿光的平均反射率大于70％。
12.如权利要求8所述mura补偿的直下式Mini-LED背光模组，其特征在于：
在所述光学膜片组中，以所述半透扩散膜片为底层膜片；
所述反射罩、所述半透反射膜片和所述扩散膜片按照自下而上的顺序依次贴合设置。
13.如权利要求1所述mura补偿的直下式Mini-LED背光模组，其特征在于：以所述光学膜片组的下表面与所述Mini-LED光源之间的距离为H，以相邻的所述Mini-LED光源的最小间距值为P，H:P＝1:1～1:7。
14.如权利要求4所述mura补偿的直下式Mini-LED背光模组，其特征在于：
所述微透镜结构对应所述反射杯结构呈周期性分布；
所述周期性分布指的是，以位于每个所述反射杯结构的上开口正上方的多个所述微透镜结构组成一个微透镜结构组，以所述微透镜结构组作为所述周期性分布的重复单元。
15.如权利要求14所述mura补偿的直下式Mini-LED背光模组，其特征在于：
每个所述微透镜结构组与设置于其所对应的所述反射杯结构中的所述Mini-LED光源相对应；
在所述微透镜结构组中，以其所对应的所述Mini-LED光源的光轴为中轴，所述微透镜结构的分布密度呈辐射式减小。
16.如权利要求14所述mura补偿的直下式Mini-LED背光模组，其特征在于：
每个所述微透镜结构组与设置于其所对应的所述反射杯结构中的所述Mini-LED光源相对应；
在所述微透镜结构组中，以其所对应的所述Mini-LED光源的光轴为中轴，随着所述微透镜结构与所述中轴的间距减小，所述微透镜结构的凹入倾斜面的斜率增大。
17.如权利要求14所述mura补偿的直下式Mini-LED背光模组，其特征在于：所述扩散膜片的入光侧和出光侧都设有微透镜结构。
18.如权利要求17所述mura补偿的直下式Mini-LED背光模组，其特征在于：
每个所述微透镜结构组与设置于其所对应的所述反射杯结构中的所述Mini-LED光源相对应；
在所述微透镜结构组中，以其所对应的所述Mini-LED光源的光轴为中轴，随着所述微透镜结构与所述中轴的间距减小，所述微透镜结构的尺寸增大，以使所述微透镜结构组所位于的扩散膜片区域形成中间薄、周边厚的薄膜结构。
19.如权利要求1所述mura补偿的直下式Mini-LED背光模组，其特征在于：
所述PCB基板和所述反射罩通过光学胶层粘合固定；
每个所述反射杯结构的下开口均贴合所述光学胶层；
所述光学胶层贴合所述PCB基板的表面并覆盖所述Mini-LED光源，以在所述Mini-LED光源的上方形成菲涅尔透镜。
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