一种光学膜片及其制作工艺、LED光学模组的制作方法

一种光学膜片及其制作工艺、led光学模组
技术领域
1.本发明涉及led技术领域，尤其涉及一种光学膜片及其制作工艺、led光学模组。


背景技术：

2.随着技术的发展，led芯片越来越趋向于微型化和集成化，micro_led随之诞生，受到人们的广泛关注。
3.micro_led发光的时候，通常有光发散的现象，导致micro_led发出的光指向性欠佳。当micro_led应用于显示领域，特别是vr设备中时，一方面光发散容易造成图像模糊的现象，也即光串扰，影响了图像显示效果；另一方面，光在传输区域过于发散也会影响有效光功率。
4.为此，目前通常采用微透镜的解决方案,其作用是使得光更加聚拢，减少串扰。但是，由于微透镜仅包括一层透镜的结构特点，光聚拢效果不佳；且由于micro_led过于微小，微透镜方案的实施仍是难点。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种光学膜片及其制作工艺、led光学模组，以克服现有技术存在的光聚拢效果不佳以及实施难度高的缺陷。
6.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
7.一种光学膜片，沿其厚度方向具有相背设置的入光面和出光面，包括：基片以及多个光学透镜；所述基片中设置有多个呈矩阵排列的压印孔，所述光学透镜设置在所述压印孔中；
8.每个所述光学透镜包括柱体结构和连接于所述柱体结构顶端的半球形顶帽。
9.可选的，所述半球形顶帽凸出于对应压印孔外，用于对由所述入光面入射的发散光进行折射以使所述发散光聚拢出射。
10.可选的，所述的柱体结构由至少一层第一膜片叠合而成，所述第一膜片的折射率小于半球形顶帽的折射率。
11.可选的，所述基片的入光面设置有膜片叠层，所述膜片叠层叠设有至少一层第二膜片，位于入光侧最底层的至少一层所述第二膜片上，于各个所述光学透镜对应位置分别设置有供led嵌入的对位凹槽。
12.可选的，所述膜片叠层包含多层第二膜片，沿所述入光面指向所述出光面的方向，各层所述第二膜片的折射率逐渐递增。
13.可选的，所述压印孔的内侧壁涂覆有光散射材料层或者反射材料层，所述第二膜片为添加有吸光材料的柔性材料。
14.可选的，所述半球形顶帽的表面涂覆有保护膜，所述柱体结构包含多层第一膜片，沿所述入光面指向所述出光面的方向，各层所述第一膜片的折射率逐渐递增。
15.可选的，所述基片中添加有吸光材料。
16.一种led光学模组，包括：驱动电路，与驱动电路键合的多个led，以及以上任一项所述的光学膜片；
17.所述多个led设置于所述光学膜片的入光侧，且各个所述led与各个所述光学透镜一一对应。
18.可选的，所述基片的入光面还叠设有至少一层第二膜片，且其中位于入光侧最底层的至少一层所述第二膜片上设置有多个供led嵌入的对位凹槽；
19.各个所述led分别固设于所述对位凹槽中。
20.可选的，至少一层所述第二膜片为导电层，所述led设置有正电极与负电极，所述负电极与所述导电层连接，所述正电极分别与驱动电路连接。
21.一种如以上任一项所述的光学膜片的制作工艺，所述制作工艺包括：
22.提供基板和第一纳米压印模板，所述第一纳米压印模板包括与所述光学透镜的柱体结构相匹配的柱状凸部；
23.先在所述基板的表面涂布第一材料形成所述基片；
24.再以所述基片的出光面为压印面，应用所述第一纳米压印模板对所述基片进行压印，以在所述基片上形成多个压印孔；
25.然后向各个压印孔内分别滴注、喷入或者涂布第二材料，以形成所述光学透镜的柱状结构；
26.提供第二纳米压印模板，所述二纳米压印模板包括与所述光学透镜的半球形顶帽相匹配的半球形凹部；
27.在所述第二纳米压印模板的半球形凹部内填充第二材料或第三材料后，应用所述第二纳米压印模板对所述基片压印，以在所述压印孔内柱状结构的顶端形成半球形顶帽。
28.可选的，所述第一材料内添加有吸光材料。
29.可选的，所述制作工艺还包括：
30.提供多张第二膜片；
31.将多个led转移到定位膜片中，所述定位膜片为与led连接的至少一张第二膜片；
32.对定位膜片进行封装以形成膜片叠层；
33.在所述基片的入光面设置所述膜片叠层。
34.可选的，所述制作工艺还包括：
35.对所述光学透镜的出光面进行光学打磨抛光；
36.对所述光学膜片的基片的入光面进行减薄，以去除部分基片材料，使得露出所述光学透镜的柱状结构。
37.可选的，所述将多个led转移到定位膜片中的步骤包括：
38.提供第三纳米压印模板，应用所述第三纳米压印模板对定位膜片压印，以形成多个供led嵌入的对位凹槽；
39.在各个所述对位凹槽内分别装入led。
40.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
41.一方面，本发明实施例中光学透镜形成于基片的各个压印孔位置，且每个光学透镜由位于底部的柱体结构和位于顶部的半球形顶帽组成，形成了上下两层透镜；在应用时，底部led发出的发散光，一部分光直接经过柱形结构和半球形顶帽的汇聚折射后射出，一部
分在柱形结构的边缘发生全反射后经过柱形结构和半球形顶帽的汇聚折射后射出，出射的光能够被聚拢到轴线区域附近，因此与传统的微透镜结构相比，具有更佳的光聚拢效果，提高出光率，增大出光光强；
42.另一方面，应用本发明实施例可直接将整个第二光学膜片与多个led粘接使用，再将第二膜片与上层光学透镜贴合，可以有效摆脱单个led的尺寸微小的限制，由于第二膜片可以采用柔性材料，第二膜片还有保护透镜与led的作用，相比于传统的微透镜结构，不仅实施工艺简单，而且成本低廉。
附图说明
43.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
44.图1为本发明实施例提供的光学膜片的俯视图；
45.图2为本发明实施例提供的第一种光学膜片的剖视图；
46.图3为本发明实施例提供的第二种光学膜片的剖视图；
47.图4为图3所示光学膜片中单个led的光路示意图；
48.图5为本发明实施例提供的第三种光学膜片的剖视图；
49.图6为本发明实施例提供的光学透镜的剖视图；
50.图7为本发明实施例提供的光学膜片的制作工艺流程图；
51.图8(1)-图8(4)为本发明实施例提供的光学膜片的制作工序示意图。
52.附图标识说明：
53.基片1、压印孔11、光学透镜2、柱体结构21、半球形顶帽22、膜片叠层3、led 4、第一纳米压印模板5、喷头6、第二纳米压印模板7、第三纳米压印模板8。
具体实施方式
54.为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。
55.实施例一
56.请参阅图1至图3，本发明实施例提供了一种光学膜片，沿其厚度方向具有相背设置的入光面和出光面，其用于实现对发散光进行聚拢的功能，主要包括：基片1以及多个光学透镜2；
57.基片1中设置有矩阵排列的压印孔11，每个压印孔11中设有一个光学透镜2；
58.每个光学透镜2，用于对由入光面入射的发散光进行折射以使发散光聚拢出射，包括柱体结构21和连接于柱体结构21顶端的半球形顶帽22，柱体结构21全部容置于对应压印孔11内，半球形顶帽22可以部分凸出于对应压印孔11外，也可以嵌入压印孔11中。
59.如图3所示，基片1的入光面还可设有具有折射作用的膜片叠层3，以提升光汇聚效果。膜片叠层3由至少一层第二膜片组成。
60.一方面，本发明实施例中光学透镜2形成于基片1的各个压印孔11位置，且每个光学透镜2由位于底部的柱体结构21和位于顶部的半球形顶帽22组成，形成了具有如图4所示光路的上下两层透镜；在应用时，底部led 4发出的发散光，一部分光直接经过柱形结构和半球形顶帽22的汇聚折射后射出，一部分在柱形结构的边缘发生全反射后经过柱形结构和半球形顶帽22的汇聚折射后射出，出射的光能够被聚拢到轴线区域附近，因此与传统的微透镜结构相比，具有更佳的光聚拢效果，提高出光率，增大出光光强。
61.另一方面，本发明实施例提供的光学膜片中，多个光学透镜2、基片1及膜片叠层3为一体结构，在应用时可直接将整个光学膜片3与多个led 4粘接后使用，可以有效摆脱单个led 4的尺寸微小的限制，相比于传统的微透镜结构，不仅实施工艺简单，而且成本低廉。
62.需要说明的是，本发明实施例对膜片叠层3与光学透镜2的材料类型不作具体限制，只要满足光学透镜2的折射率大于膜片叠层3的折射率的总体原则即可。具体的，膜片叠层3与光学透镜2可从以下列表中选择合适的折射材料。示例性的，膜片叠层3可选用折射率为1.65左右的pet材料、折射率为1.5左右的pc聚碳酸酯材料或者折射率较低的硅胶材料，光学透镜2可选用折射率高的材料，例如采用添加折射率3.2左右的氢化硅材料的pet材料等。
63.材料折射率pet材料1.65pc聚碳酸酯1.5含氟多官能(甲基)丙烯酸酯1.5氢化硅3.2氧化硅0.35苯基有机硅1.54甲基有机硅1.41氮化硅2.0
64.为了进一步提升光学膜片的光聚拢效果，如图3所示，膜片叠层3包括沿其厚度方向依次排布的至少一层第二膜片。当第二膜片包括多层时候，由入光面指向出光面的方向，膜片叠层3中各层第二膜片的折射率逐渐递增。这样，膜片叠层3相当于采用逐步汇聚折射的方式，相比于采用一步汇聚折射的方式，减少了不同膜层折射率的突变造成光在接触面发生全反射，并且多个膜层之间形成漫反射，增加了图像的视角，因此可以获得更优的光聚拢效果，减少串扰问题，并且扩大了视角。实际应用中，可以根据实际需求来设计各层第二膜片的厚度和材料类型，以获得不同的折射效果。
65.优选的，在膜片叠层3上，于各个光学透镜2对应位置分别设置有供led4嵌入的对位凹槽。对位凹槽有多种实现方式：
66.第一种，如图5所示，对位凹槽开设于膜片叠层3中位于入光侧最底层的第二膜片上，但不贯穿该第二膜片；
67.第二种，对位凹槽贯穿该位于入光侧最底层的第二膜片；
68.第三种，对位凹槽连续贯穿两层或者更多层的第二膜片。
69.为便于描述，这些与对位凹槽连接的全部第二膜片可以统称为定位膜片。
70.并且，对位凹槽可以先采用独立的工艺程序在多张第二膜片上制作出多个通孔，再将这些第二膜片贴合到基片的入光面，进而形成对位凹槽。
71.这样，在装配时，将led 4直接嵌入对位凹槽内，即可简单、快速且准确的实现led 4与光学膜片的对位装配。在装配前，可在对位凹槽的侧壁涂布一层粘胶，以实现led 4与膜片叠层3的固连。
72.同理，如图6所示，光学透镜2的柱体结构21包括沿其高度方向依次排布的至少两层第一膜片，沿入光面指向出光面的方向，各层第一膜片的折射率逐渐递增。这样，由于光从光疏介质向光密介质折射，能够进一步提升光聚拢效果。
73.为了进一步提升出光率，各个压印孔11的内侧壁还涂覆有光散射材料层或反射材料层，该材料层可以对由柱体结构21的侧壁出射的发散光进行漫反射，使其再次射入光学透镜2并经半球形顶帽22的曲面射出，提高出光率和亮度，同时增加视角。
74.此外，基片1中添加有吸光材料。由于光学透镜2设于压印孔11中，而压印孔11呈矩阵排布于基片1上，因此任意相邻两个光学透镜2的光路可通过分布于两者之间区域的吸光材料进行隔离，有效防止像素之间光串扰。
75.进一步，继续参照图6所示，第二膜片中也可以添加吸光材料，以防止光在第二膜片中反射串扰。第二膜片采用柔性材料，可以保护led。各层第二膜片的厚度不限制，可根据实际需求灵活设计。
76.为避免在应用过程中受损，光学膜片的出光侧，各个半球形顶帽22的表面涂覆有保护膜。该设计可以有效保护光学透镜2与led受到外界因素的破坏，提升光学膜片的可靠性，延长其使用寿命。
77.实施例二
78.本发明实施例提供了一种led光学模组，包括：驱动电路，与驱动电路键合的多个led 4，以及如实施例一的光学膜片；多个led 4设置于光学膜片的入光侧，且各个led 4与各个光学透镜2一一对应。
79.在一种可选的实施方式中，led 4与膜片叠层3通过导热胶粘合。当然，除导热胶粘合方式以外，也可采用其他任意常规的固定方式，只要能够确保led 4与光学膜片之间连接稳固即可。
80.所述基片1的入光面还叠设有包含至少一层第二膜片的膜片叠层3，且其中位于入光侧最底层的所述第二膜片上设置有多个供led嵌入的对位凹槽；
81.至少一层所述第二膜片为导电层，所述led 4设置有正电极与负电极，所述负电极与所述导电层连接，所述正电极分别与驱动电路连接。
82.由于实施例一所述的光学膜片具有良好的光汇聚功能，因此在应用于led光学模组中时能够有效降低图像模糊串扰问题，并且拓宽视角，提高图像品质。
83.实施例三
84.针对实施例一所述的光学膜片，本发明实施例三提供了一种光学膜片的制作工艺，如图7和图8所示，包括步骤：
85.步骤101、提供基板和第一纳米压印模板5，第一纳米压印模板5的压合面凸设有与光学透镜2的柱体结构21相匹配的柱状凸部。
86.步骤102、在基板的表面涂布第一材料形成基片1。
87.第一材料内添加有吸光材料，对任意相邻两个光学透镜2的光路进行隔离，有效防止串扰。
88.步骤103、以基片1的出光面为压印面，应用第一纳米压印模板5对基片1进行压印，以在基片1的出光面形成多个压印孔11。
89.在形成压印孔11后，可进一步在各个压印孔11内涂布光散射材料或者光反射材料并固化，以在提高出光率和亮度的同时增加视角。该材料具体可以为zno、tio2等粉末，该类物质由大量不规则纳米颗粒构成，形态较易操控。
90.需要说明的是，压印孔11既可以为通孔，也可以为盲孔，具体不限制。
91.步骤104、向各个压印孔11分别滴注、喷入或者涂布第二材料并加热固化，形成多个光学透镜2的柱状结构。
92.在柱状结构21包括至少两层具有不同折射率的第一膜片时，在制作工序中，于压印孔11内依次喷涂不同折射率的材料即可。
93.步骤105、提供第二纳米压印模板7，第二纳米压印模板7包括与光学透镜2的半球形顶帽22相匹配的半球形凹部。
94.步骤106、在第二纳米压印模板7的半球形凹部内填充第二材料或第三材料后，应用第二纳米压印模板7对基片1压印，以在压印孔11内柱状结构的顶端形成半球形顶帽22，至此完成基片1和光学透镜2的制作。
95.在形成光学透镜2之后，可进一步对光学透镜2的出光面进行光学打磨抛光。
96.另外，在压印孔11为盲孔的情况下，可对光学膜片的入光面进行减薄，以去除部分基片材料，使得光学透镜2的入光面裸露于外。
97.需要说明的是，组成光学透镜2的柱体部分和半球形顶帽22，均采用具有高折射率的材料制成，以实现良好的光聚拢功能；但是，两者具体可采用相同材料制得，也可以采用不同材料制得，本发明对此不作具体限制。
98.上述制作工艺，总体上时先采用了纳米压印技术在基片1制成压印孔11，再采用滴注、喷涂或涂布方式在压印孔11内制成光学透镜2的柱体结构21，然后采用纳米压印技术在柱体结构21的顶端形成半球形顶帽22，由于纳米压印技术和滴注/喷涂/涂布技术的工艺简单、实施难度较低、可控性强，因此制得的光学膜片具有优良的品质且具有较低的实现成本。
99.在一种可选的实施方式中，上述制作工艺还可包括：
100.步骤107、提供定位膜片，该定位膜片指的是膜片叠层3在入光方向与led连接的第二膜片；将多个led转移到所述定位膜片中，对定位膜片进行封装以形成膜片叠层3，之后将膜片叠层3设置于基片1的入光面。
101.其中，封装可以包括制作ito电路层，涂布透明保护层等。
102.在膜片叠层3包括多层第二膜片的情况下，可以按照叠层顺序对各层第二膜片进行依次制作。
103.在将多个led转移到定位膜片中的步骤可以有多种转移方法，例如可提供第三纳米压印模板8，应用第三纳米压印模板8对定位膜片压印，以在定位膜片上形成多个供led 4嵌入的对位凹槽，并将所述led 4嵌入对位凹槽中。
104.以上所述，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。