本發(fā)明涉及micro-led顯示，特別涉及一種針對倒裝結(jié)構(gòu)紅光micro-led的光學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。

背景技術(shù)：

1、隨著微電子技術(shù)及光電子技術(shù)的快速發(fā)展，倒裝結(jié)構(gòu)紅光micro-led因其高亮度、低功耗、長壽命等優(yōu)勢，在顯示與照明領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。然而，傳統(tǒng)的倒裝結(jié)構(gòu)紅光micro-led在光學(xué)性能上仍存在一些挑戰(zhàn)，尤其是出光效率和光線的方向性控制問題，這些問題限制了其在高亮度、高對比度顯示及精密照明應(yīng)用中的性能表現(xiàn)。傳統(tǒng)的倒裝結(jié)構(gòu)紅光micro-led設(shè)計(jì)中，光線在芯片內(nèi)部及界面處易發(fā)生散射、吸收和反射損失，導(dǎo)致出光效率低下，為解決上述問題，業(yè)界開始探索對紅光micro-led進(jìn)行光學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)。其中，分布式布拉格反射鏡(dbr)作為一種有效的光學(xué)結(jié)構(gòu)，通過精確控制其層數(shù)和每層材料的折射率及厚度，能夠?qū)崿F(xiàn)對特定波長光線的反射增強(qiáng)，從而提高出光效率。然而，目前常見的dbr設(shè)計(jì)選用材料系統(tǒng)與紅光micro-led的工業(yè)制備體系存在一定的兼容性問題，且單獨(dú)使用dbr對于整體的光學(xué)性能改進(jìn)有限，特別是在減少側(cè)壁光線損失和抑制光串?dāng)_方面仍需進(jìn)一步優(yōu)化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的：本發(fā)明目的旨在設(shè)計(jì)一種針對于倒裝結(jié)構(gòu)紅光micro-led的光學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，對分布式布拉格的材料和結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)并結(jié)合ag金屬反射鏡形成諧振腔，實(shí)現(xiàn)對紅光micro-led出光效率和光學(xué)性能的提升。

2、技術(shù)方案：本發(fā)明所述的一種倒裝結(jié)構(gòu)紅光micro-led的光學(xué)優(yōu)化方法，包括如下步驟：在所述倒裝結(jié)構(gòu)紅光micro-led的頂部設(shè)置頂部分布式布拉格反射鏡，底部設(shè)置底部金屬銀反射鏡，側(cè)壁設(shè)置側(cè)壁金屬銀反射鏡，其中頂部分布式布拉格反射鏡與底部金屬銀反射鏡組成諧振腔結(jié)構(gòu)增強(qiáng)micro-led垂直方向上的出光。

3、其中，所述頂部分布式布拉格反射器由兩種折射率不同的介質(zhì)材料交替疊加而成，其中低折射率材料為aln，高折射率材料為gan。

4、其中，所述介質(zhì)材料堆疊形成的介質(zhì)層層厚滿足如下光學(xué)關(guān)系：

5、

6、

7、daln、dgan分別表示aln介質(zhì)層和gan介質(zhì)層的層厚；λcenter表示micro-led激發(fā)光線的中心波長；naln、ngan分別表示aln材料和gan材料在micro-led激發(fā)光線波段對應(yīng)的折射率。

8、其中，所述分布式布拉格反射器的反射率由兩種折射率不同的介質(zhì)材料交替疊加的疊加周期數(shù)決定，疊加周期數(shù)與分布式布拉格反射器的反射率之間存在如下關(guān)系：

9、

10、rdbr表示分布式布拉格反射器的反射率；naln、ngan分別表示aln材料和gan材料在micro-led激發(fā)光線波段對應(yīng)的折射率；t表示兩種介質(zhì)材料交替疊加的疊加周期數(shù)。

11、其中，所述底部金屬銀反射鏡和側(cè)壁金屬銀反射鏡的反射率符合菲涅爾方程。對于從介質(zhì)1入射到介質(zhì)2的光線，垂直偏振和水平偏振的反射系數(shù)滿足以下關(guān)系式：

12、

13、rs、rp分別指垂直偏振的反射系數(shù)和水平偏振的反射系數(shù)；n1、n2分別指介質(zhì)1和介質(zhì)2的折射率，θi、θt分別指光線的入射角和折射角。

14、入射角和折射角之間滿足斯涅爾定律：

15、n1?sinθi＝n2?sinθt

16、n1、n2分別指介質(zhì)1和介質(zhì)2的折射率，θi、θt分別指光線的入射角和折射角。

17、反射率是反射系數(shù)的平方，垂直偏振和水平偏振的反射率分別為：

18、rs＝|rs|2

19、rp＝|rp|2

20、rs、rp分別指垂直偏振和水平偏振的反射率；rs、rp分別指垂直偏振光和水平偏振光的反射系數(shù)。

21、其中，所述底部金屬銀反射鏡和側(cè)壁金屬銀反射鏡的厚度設(shè)計(jì)考慮micro-led激發(fā)光線在micro-led中p-gan層、金屬銀薄膜層和空氣介質(zhì)中的傳輸，反射率與銀金屬薄膜厚度之間符合以下關(guān)系：

22、

23、rag表示金屬銀薄膜的反射率；npgan、nag和nair分別指micro-led中p-gan層、金屬銀薄膜層和空氣介質(zhì)的折射率；dag指金屬銀薄膜層的層厚；λcenter表示micro-led激發(fā)光線的中心波長。

24、其中，頂部分布式布拉格反射鏡與底部金屬銀反射鏡組成諧振腔結(jié)構(gòu)中，分布式布拉格反射鏡的反射率在micro-led激發(fā)光線波段需要達(dá)到80％以上，底部金屬銀反射鏡的反射率在micro-led激發(fā)光線波段需要達(dá)到90％以上。

25、本發(fā)明還提供一種倒裝結(jié)構(gòu)紅光micro-led，包括頂部分布式布拉格反射鏡、底部金屬銀反射鏡、側(cè)壁金屬銀反射鏡，其中頂部分布式布拉格反射鏡與底部金屬銀反射鏡組成諧振腔結(jié)構(gòu)增強(qiáng)micro-led垂直方向上的出光。

26、本發(fā)明原理是：綜合運(yùn)用分布式布拉格反射鏡(dbr)與ag金屬反射鏡的光學(xué)特性，對倒裝結(jié)構(gòu)紅光micro-led進(jìn)行光學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)出光效率和光學(xué)性能的顯著提升。具體而言，dbr作為一種周期性多層薄膜結(jié)構(gòu)，通過精確調(diào)控其層數(shù)、每層材料的折射率及厚度，能夠在特定波長范圍內(nèi)形成強(qiáng)烈的反射，從而增強(qiáng)該波長光線的出光效率。在本發(fā)明中，dbr被設(shè)計(jì)并放置于紅光micro-led的頂部，與底部的ag金屬反射鏡共同構(gòu)成了一個(gè)諧振腔。這個(gè)諧振腔能夠引導(dǎo)并增強(qiáng)紅光在垂直方向上的傳播，有效減少了光線在芯片內(nèi)部及界面處的散射和吸收損失，從而提高了出光效率。同時(shí)，為了進(jìn)一步優(yōu)化光學(xué)性能，本發(fā)明還在紅光micro-led的側(cè)壁設(shè)置了ag金屬反射鏡。ag金屬具有高反射率，能夠有效減少光線在側(cè)壁的損失，并抑制像素之間的光串?dāng)_問題。通過側(cè)壁反射鏡的引導(dǎo)，更多光線被引導(dǎo)至垂直方向出射，進(jìn)一步提升了出光效率和光線的方向性控制。

27、有益效果：相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明在紅光micro-led的光學(xué)優(yōu)化方面展現(xiàn)出了顯著的優(yōu)越性，這主要體現(xiàn)在材料選擇與設(shè)計(jì)、光學(xué)設(shè)計(jì)與計(jì)算以及諧振腔結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新性應(yīng)用三個(gè)方面。

28、在材料選擇與設(shè)計(jì)方面，本發(fā)明巧妙地采用了aln/gan作為分布式布拉格反射鏡(dbr)的材料體系。這一選擇不僅與氮化鎵基micro-led的生產(chǎn)線和制備體系高度契合，降低了生產(chǎn)過程中的兼容性問題，而且aln/gan材料體系具有優(yōu)異的物理和化學(xué)穩(wěn)定性，能夠有效提升dbr的耐久性和可靠性。這種材料選擇策略，為dbr在紅光micro-led中的高效應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

29、在光學(xué)設(shè)計(jì)與計(jì)算方面，本發(fā)明針對紅光micro-led的發(fā)光波長，對dbr和銀反射鏡進(jìn)行了精確的光學(xué)設(shè)計(jì)與計(jì)算。通過優(yōu)化dbr的層數(shù)、每層材料的折射率及厚度，以及銀反射鏡的反射率等參數(shù)，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對倒裝結(jié)構(gòu)紅光micro-led的針對性優(yōu)化。這種設(shè)計(jì)不僅顯著提升了dbr對紅光的反射效率，而且通過銀反射鏡的協(xié)同作用，進(jìn)一步增強(qiáng)了光線的方向性控制，從而有效提升了紅光micro-led的出光效率。

30、此外，在諧振腔結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新性應(yīng)用方面，本發(fā)明突破了傳統(tǒng)僅依賴dbr進(jìn)行光學(xué)優(yōu)化的局限。通過在豎直方向上構(gòu)建頂部分布式布拉格反射鏡加底部銀反射鏡的諧振腔結(jié)構(gòu)，并在水平方向上也使用銀反射鏡來減小光線的側(cè)壁損耗，本發(fā)明不僅可以增強(qiáng)光線在垂直方向上出光面的出光效率，而且有效抑制了光線在側(cè)壁和界面處的散射和吸收損失，從而進(jìn)一步提升了紅光micro-led的光學(xué)性能。