Hochreflektierende Dünnschicht-Optimierung für Vollwinkel-Mikro-LEDs

Einführung

Displays sind zu einem unverzichtbaren Bestandteil des menschlichen Lebens geworden, darunter Smartphones, Computermonitore, Fernseher (TV) und kommerzielle Werbebildschirme, die einige Beispiele für die am häufigsten verwendeten Displaytechnologien sind. Die aktuellen Mainstream-Displaytechnologien umfassen Flüssigkristalldisplays (LCDs), organische Leuchtdioden (OLEDs) und Leuchtdioden in Mikrogröße (Mikro-LEDs) [1,2,3]. LCDs haben Vorteile wie lange Lebensdauer, niedriger Preis und ausgereifte Technologie [4,5,6]; Die Gesamtlichtausbeute von großen LCDs mit direkter Hintergrundbeleuchtung ist jedoch immer noch gering und ihre Struktur ist komplex, was es schwierig macht, die Gesamtdicke zu reduzieren [7,8,9].

OLEDs haben die Vorteile der Eigenlumineszenz bei der Anwendung auf Displays, geringe Größe, hohe Flexibilität, hohen Kontrast und einen großen Farbraum [10,11,12]; Um jedoch das Problem der schlechten Farbreinheit durch Mischen der roten, grünen und blauen Subpixel bei der Lichtemission zu lösen, ist es notwendig, komplexe und feine Metallmasken zu verwenden, die auch die Auflösung und Helligkeit von OLED-Displays einschränken da sie ihre Gesamtlebensdauer aufgrund der Eigenschaften der internen organischen Materialien verkürzen [13,14,15].

Mikro-LEDs haben zusätzlich zu den Vorteilen von LCDs und OLEDs die Vorteile hoher Helligkeit, langer Lebensdauer und hoher Effizienz [16,17,18]. Mikro-LED-Displays sind selbstleuchtend und verwenden extrem kleine Mikro-LED-Chips als Punktlichtquellen und bieten dadurch Vorteile wie hohe Lichtausbeute, lange Lebensdauer, hohe Farbreinheit, hohen Kontrast und hohe chemische Stabilität [19,20,21]; Allerdings haben solche Displays immer noch Herausforderungen, wie das Schrumpfen der Mikro-LEDs-Größen und eine relativ hohe Substratgenauigkeit der Ausrüstung, wodurch Probleme mit der Übertragungstechnologie einer großen Anzahl von Mikro-LEDs verursacht werden [22,23,24].

Neben den Schwierigkeiten beim Herstellungsprozess weisen bei der Verwendung von Mikro-LEDs als Lichtquellen die angezeigten Lichtfeldmuster Lambertsche Eigenschaften auf, was bei kommerziellen Werbedisplays zu Problemen wie eingeschränkten Blickwinkeln führt [25]. Somit erhöht die Vergrößerung des Lichtemissionswinkels von Mikro-LEDs nicht nur die Betrachtungswinkel von Displays, sondern verringert auch deren Anzahl und Dicke, wenn sie als Hintergrundbeleuchtung von LCDs verwendet werden. Bisher fehlt es noch an Forschung zur Optimierung der Lichtaustrittswinkel von Mikro-LEDs, sodass eine Verbesserung dieses Studienbereichs von Vorteil sein dürfte [26,27,28]. In den letzten Jahren haben Wissenschaftler optische Designs vorgeschlagen, um die Lichtemissionswinkel zu optimieren. Spägele et al. vorgeschlagene Superzellen-Metaoberflächen (SCMS), die die Kopplung zwischen benachbarten Atomen in der Superzelle nutzen, um Weitwinkeleffekte zu erzielen; Estakhri et al. schlugen den Entwurf einer hocheffizienten rückreflektierten Metaoberfläche mit sichtbarem Lichtgradienten vor, die aus TiOx-Nanodrähten besteht, um große Winkel zu erreichen; Deng et al. schlugen dünne Metall-Nanogitter mit rechteckigen Rillen vor, um Metaoberflächen zu konstruieren, um die Lichtaustrittswinkel zu erhöhen [29,30,31]. Qiuet al. schlugen Au-Nanomesh-Strukturen mit ungeordneten Öffnungen doppelter Größe als neuen Typ eines transparenten leitfähigen Films vor, um einen weiten Betrachtungswinkel zu erreichen; Liuet al. vorgeschlagen, Graphen als transparenten leitenden Film wegen seiner Vorteile der optischen Anisotropie und der hohen Lichtdurchlässigkeit in Bereichen mit großem Einfallswinkel zu verwenden; zusätzlich für Infrarot-LEDs Lee et al. untersuchten die Entwicklung von Titan-Indium-Zinn-Oxid (TITO)-Dünnfilmen für Niedertemperatur-Leuchtdioden im nahen Infrarot (NIR-LEDs) durch Einfügen von 2 nm dicken Ti-Barrieren zwischen die oberen Schichten der NIR-LEDs und ITO zur Erzielung von Weitwinkeleffekten [32,33,34].

Es wurde auch über Forschung im Zusammenhang mit der Modulation der Lichtverteilungen unter Verwendung von sekundären optischen Elementen berichtet. Runet al. entwarf eine neue Freiformflächenlinse, deren Innenfläche ein Zylinder und Außenfläche eine Freiformfläche ist, um die Lichtemissionswinkel zu optimieren; Linet al. schlugen ein kartesisches Candela-verteiltes Freiform-Linsen-Array vor, um das LED-Linsen-Array-Layout zu optimieren, um Weitwinkel zu erreichen [35, 36]. Darüber hinaus umfasst die Forschung zur Modulation der Lichtform für Chip-Scale-Package-Light-Emitting Diode (CSP-LEDs) die Änderung der traditionellen Packungsstrukturen und die Optimierung der Lichtverteilung für flache Lichtquellen [37, 38].

Mehrere Forscher haben auch verschiedene LED-Substratdesigns in Betracht gezogen, um die Lichtfeldmuster zu ändern. Lai et al. verwendet einen Schwefelsäure-Nassätzprozess, um ein dreieckiges Pyramidenmuster auf Saphir-Substraten der C-Ebene zu bilden, um höhere Lichtextraktionseffizienzen zu erreichen und die Lichtwinkel zu erhöhen; Lanet al. schlug ein strukturiertes Saphirsubstrat (PSS) in Kombination mit gehäusten invertierten trapezförmigen Flip-Chip-Mikro-LEDs vor, die starke Spitzen und große Lichtwinkel zeigen; Zhanget al. untersuchten Flip-Chip-Tief-Ultraviolett-LEDs mit nanostrukturierten Saphirsubstrat (NPSS)-Strukturen, um zu zeigen, dass die NPSS-Struktur weite Winkel erreichen und die Lichtextraktionseffizienz verbessern kann [39,40,41]. Optischen Modulen wurden auch optische Komponenten hinzugefügt, um die Lichtverteilungen zu modulieren. Wanget al. schlug ein kompaktes hochgerichtetes Hintergrundbeleuchtungsmodul in Kombination mit einem gestreiften diffusen Reflektor vor, um Licht durch eine kompakte Lichtleiterplatte zu streuen und breite Betrachtungswinkel zu realisieren; Liet al. entwickelte eine Viertelwellenplatte eines Multi-Twist-Retarders, um achromatische Aberrationseffekte und weite Betrachtungswinkel zu erzielen [42, 43].

Um einen weiten Betrachtungswinkel zu erreichen, muss das LCD so konstruiert sein, dass es mit Weitwinkel-Hintergrundbeleuchtung und Flüssigkristallmaterial übereinstimmt. Bei diesem Verfahren gibt es Probleme des seitlichen Lichtverlusts und der Farbverschiebung. Mit drei Gruppen gerichteter Hintergrundbeleuchtung und einem schnell schaltenden LCD-Panel wird eine Zeitmultiplex-Lichtfeldanzeige mit einem 120-Grad-weiten Betrachtungswinkel demonstriert [44].

Daher fehlen der bisherigen Forschung zur Verbesserung der Lichtemissionswinkel relevante Untersuchungen zum Design optischer Filme auf Mikro-LED-Chips, um die Lichtemissionswinkel zu erhöhen. Da die Größe von Mikro-LEDs in letzter Zeit stark reduziert wurde, ist es unmöglich, die Lichtfeldtypen mit sekundären optischen Linsen wie bei herkömmlichen LEDs einzustellen. Frühere Studien haben auch vorgeschlagen, die Lichtfeldtypen mit Metallfilmen anzupassen; Metalle haben ein ausgezeichnetes Reflexionsvermögen bei verschiedenen Winkeln, aber die Materialien haben hohe Lichtabsorptionskoeffizienten, die die Lichtausbeute reduzieren. Das Reflexionsvermögen dielektrischer Materialien bei verschiedenen Winkeln ist nicht relativ besser als das von Metallen, aber die Materialien selbst haben niedrige Lichtabsorptionskoeffizienten. Dieses Papier schlägt ein primäres optisches Design für dielektrische und Metallfilme vor, um auf den Oberflächen von Mikro-LEDs abgeschiedene dünne Filme mit geringer Absorption und hohem Reflexionsvermögen zu erhalten und eine Vollwinkel-Lichtverteilung zu erreichen, während die Lichtleistungseffizienz und das Vollwinkellicht berücksichtigt werden Emissionen der Mikro-LEDs. Vollwinkel-Mikro-LEDs bieten Vorteile, wenn sie auf kommerzielle Werbedisplays oder ebene Lichtquellenmodule angewendet werden, die weite Betrachtungswinkel erfordern.

Materialien und Methoden

Mikro-LEDs Chipgrößen und Leuchtfeldtypen

Die Abmessungen der in dieser Studie verwendeten Mikro-LEDs basierend auf der Länge L _c , Breite W _c , und Höhe H _c sind 150 µm, 85 µm bzw. 85 µm. Die Lichtverteilungskurve des blanken Chips ist in Abb. 1 dargestellt. Die Intensität des Mittelpunkts in der Normalenrichtung I _C 92% beträgt, der Spitzenwinkel I _Spitze beträgt 15°, und das Berechnungsverfahren für die Intensität des Mittelpunkts wird durch Gl. (1). Aus der Lichtverteilungskurve ist ersichtlich, dass Mikro-LEDs ähnliche Lambertsche Lichttypen mit einer Halbwertsbreite (FWHM) von 135° haben; Daher liegt der Schwerpunkt der Forschung in dieser Arbeit auf der Erhöhung der Lichtemissionswinkel, um eine Vollwinkellumineszenz ohne die sekundäre optische Linse zu erzielen.

Lichtverteilungskurve des Mikro-LED-Chips

Unter den oben genannten Parametern tragen eine niedrige zentrale Lichtintensität und ein erhöhter Spitzenlichtwinkel dazu bei, die Gleichmäßigkeit und den Betrachtungswinkel zu verbessern [45]. Diese Studie präsentiert das Design einer hochreflektierenden Dünnfilmschicht (HRTF) auf der Oberfläche des Mikro-LED-Chips, die einen dielektrischen Film aus TiO₂ . enthält /SiO₂ gestapelte dielektrische Materialien und ein Metallfilm aus Al. Die Struktur der Mikro-LEDs und der Lichtweg durch sie sind in Abb. 2 dargestellt. Das Licht tritt durch die Schicht mit mehreren Quantenmulden (MQWs) aus und wird teilweise von der HRTF reflektiert. Danach tritt das Licht aus der Seitenwand des Al₂ . aus O₃ Schicht, mit einem erhöhten Lichtaustrittswinkel aus den Mikro-LEDs, um einen Vollwinkel-Lichtaustritt zu realisieren.

Der Lichtweg innerhalb der Vollwinkel-Mikro-LEDs mit HRTF-Beschichtung

Materialien der HRTF

Die Wahl der im optischen Film verwendeten Materialien ist entscheidend, um die gewünschten Eigenschaften zu erreichen. Erstens muss das Material einen niedrigen Extinktionskoeffizienten im erforderlichen Wellenlängenband aufweisen, um eine Verringerung der Lichtextraktionseffizienz aufgrund einer großen Absorption zu vermeiden; dann müssen die Haftung des Materials, die physikalische und chemische Stabilität sowie die Lichtdurchlässigkeit berücksichtigt werden. Das dielektrische Material TiO₂ /SiO₂ hat ausgezeichnete Eigenschaften für diese Eigenschaften im sichtbaren Lichtband. Al hat einen relativ hohen Extinktionskoeffizienten, aber sein Reflexionsvermögen kann mit zunehmenden Einfallswinkeln nicht leicht verringert werden; es kann jedoch hohen Lichtintensitäten standhalten. Basierend auf den obigen Eigenschaften ist das Material mit hohem Brechungsindex (H ) TiO₂ und Material mit niedrigem Brechungsindex (L ) SiO₂ werden für den dielektrischen Film verwendet, und Al wird für den Metallfilm verwendet, wobei Al₂ O₃ als Substrat für das optische Dünnschichtdesign. Die Brechungsindizes der in dieser Studie verwendeten Materialien sind in Tabelle 1 bei der dominanten Wellenlänge von 460 nm gezeigt.

HRTF-Designoptimierung

Als Substrat für die lichtemittierende Oberfläche der Mikro-LEDs wird Al₂ . verwendet O₃ . Wir haben die HRTF auf dem Substrat entworfen und die dielektrischen und Metallfilme verwendet, um das Reflexionsvermögen zu verbessern und gleichzeitig eine hohe Lichtausbeute beizubehalten. Das Ziel war hier, einen Reflexionsgrad  > 90 % bei der dominanten Wellenlänge von 460 nm zu erreichen. Das Prinzip hinter dem Design der HRTF besteht darin, die destruktiven und konstruktiven Interferenzeigenschaften von Licht zu nutzen, um das Reflexionsvermögen zu verbessern. Die maximale Lichtinterferenz im Filmmedium tritt auf, wenn die optische Dicke 1/4 der Wellenlänge beträgt, und das Grenzflächenreflexionsvermögen R zu diesem Zeitpunkt wird gemäß Gl. (2) [46].

Hier, P ist die Anzahl von TiO₂ –SiO₂ Perioden,\({ }n_{{\text{s}}}\) ist der Brechungsindex des Substrats, \(n_{1}\) ist der Brechungsindex von TiO₂ , \(n_{2}\) ist der Brechungsindex von SiO₂ , und \(n_{{{\text{Luft}}}}\) ist der Brechungsindex des Mediums Luft. Die optische Dicke der Transmission beträgt 1/4 der Wellenlänge; daher die physikalischen Dicken von Al, TiO₂ , und SiO₂ sind 20 nm, 47,78 nm bzw. 78,50 nm. Diese Studie verwendet die optische Simulationssoftware von Macleod, um vier Dünnschichtstrukturen für reines Al, Al/(HL), Al/(HL) ² . zu simulieren , und Al/(HL) ³ .

Abbildung 3 zeigt die Beziehung zwischen der Wellenlänge und dem Reflexionsvermögen von reinem Al, Al/(HL), (HL) ² , Al/(HL) ² , und Al/(HL) ³ der fünf Membranstapelstrukturen im simulierten Wellenlängenbereich von 400–500 nm. Das Reflexionsvermögen von reinem Al, Al/(HL), (HL) ² , Al/(HL) ² , und Al/(HL) ³ bei 460 nm beträgt 85,53 %, 86,15 %, 71,84 %, 90,23 % bzw. 93,04 %.

Reflexion von reinem Al, Al/(HL), (HL) ² , Al/(HL) ² , und Al/(HL) ³ wurde bei Wellenlängen von 400–500 nm simuliert

Tabelle 2 zeigt die Reflexions-, Transmissions- und Absorptionsverhältnisse der fünf Arten von Membranstapelstrukturen, nämlich reines Al, Al/(HL), (HL) ² , Al/(HL) ² , und Al/(HL) ³ . Die Transmissionsrate von reinem Aluminium bei 460 nm beträgt 5 % und die Absorptionsrate 9,47 %, was die höchste Absorptionsrate unter den fünf Arten von Membranstapeln ist. Die Transmission von (HL) ² Membranstapel bei 460 nm beträgt 28,06 % und die Absorptionsrate beträgt 0,1 %; diese Absorptionsrate wirkt sich direkt auf die Gesamteffizienz der Lichtextraktion aus; außerdem hat diese Membranstapelstruktur die kleinste Absorptionsrate und ihr Reflexionsvermögen beträgt nur 71,84 %. Die Al/(HL) ² Membranstapel hat eine Transmission von 4,38 % bei 460 nm und eine Absorptionsrate von 5,39 %; Diese Membranstapelstruktur berücksichtigt die Gesamteffizienz der Lichtextraktion und die Vollwinkel-Lichtverteilung. Unter Berücksichtigung sowohl des Strahlungsflusses als auch der Gesamtlichtextraktionseffizienz beträgt der Al/(HL) ² In dieser Studie wurde eine Membranstapelstruktur für die HRTF-Beschichtung verwendet.

Abbildung 4 zeigt das simulierte Al/(HL) ² und (HL) ² sowie die entsprechenden Reflexions- und Transmissionskurven für 400–500 nm. Das durchschnittliche Reflexions- und Transmissionsvermögen von Al/(HL) ² 89,6 % und 4,54 % betragen und der durchschnittliche Reflexionsgrad und die Durchlässigkeit von (HL) ² 70,3 % bzw. 29,56 % betragen. Aus den Simulationsergebnissen ist ersichtlich, dass das Hinzufügen der dünnen Aluminiumschicht die Reflektivität um den Faktor 1,27 erhöht.

Reflexions- und Transmissionsverhältnisse der simulierten Dünnschichtstrukturen von Al/(HL) ² und (HL) ² für Wellenlängen im Bereich von 400–500 nm

Abbildung 5 veranschaulicht die Änderungen von (a) der Transmission und der Reflexion von Al/(HL) ² bei unterschiedlichen Einfallswinkeln; von 0° bis 60° beträgt der durchschnittliche Reflexionsgrad 87,7% und der durchschnittliche Transmissionsgrad 6,97%. Abbildung 5b. Transmission und Reflexion von (HL) ² bei unterschiedlichen Einfallswinkeln; von 0° bis 60° beträgt das durchschnittliche Reflexionsvermögen 68,99 % und das durchschnittliche Transmissionsvermögen 30,88 %. Im Vollwinkel-Reflexionsfilmdesign Al/(HL) ² Aus den Simulationsergebnissen ist ersichtlich, dass das Hinzufügen der dünnen Aluminiumschicht den vollen Winkel des durchschnittlichen Reflexionsvermögens um einen Faktor von 1,27 erhöht.

Änderungen des Reflexions- und Transmissionsverhältnisses des simulierten a Al/(HL) ² für Einfallswinkel von 0–90° und b (HL) ² für Einfallswinkel von 0–90°

Abbildung 6 zeigt das simulierte Wellenlängen-/Einfallswinkel-/Reflexionsvermögens-3D-Diagramm von Al/(HL) ² für Einfallswinkel von 0–25° und durchschnittliche Reflektivität über 90 % im Wellenlängenbereich von 440–480 nm.

3D-Beziehungsdiagramm der simulierten Wellenlängen, Einfallswinkel und Reflektivität von Al/(HL) ²

Ergebnisse und Diskussion

Abbildung 7 zeigt die Aufnahmen des Rasterelektronenmikroskops (REM) der HRTF-Beschichtung des Mikro-LED-Chips. Die Chiplänge L_c ist 240 µm, Breite W_c beträgt 140 µm und die Höhe H_c beträgt 100 µm. Abbildung 8a zeigt die Ansicht von oben und Abbildung 8b zeigt die Ansicht von unten.

REM-Bilder des Mikro-LED-Chips:a oben und b Ansichten von unten

SEM-Querschnittsaufnahme des HRTF

Abbildung 8 zeigt das REM-Querschnittsbild des Mikro-LED-Chips mit HRTF-Beschichtung. Der HRTF-Prototypfilmstapel enthält eine Al-Filmdicke von 20,6 nm, TiO₂ dielektrische Filmdicken von 46,3 nm und 46,2 nm und SiO₂ dielektrische Filmdicken von 77,5 nm und 77,1 nm.

Abbildung 9 zeigt die gemessene Luminanz-Strom-Spannungs-Kurve (L-I-V). Bei einem Eingangsstrom von 30 mA zeigen die Ergebnisse, dass der Ausgangsstrahlungsfluss, die Spannung und die externe Quanteneffizienz (EQE) ohne die HRTF-Beschichtung 33,833 mW, 3,293 V bzw. 41,84 % betragen. Die Spannung, Ausgangsleistung und EQE der HRTF-Beschichtung betragen 3,301 V, 32,757 mW bzw. 40,51 %. Die Ergebnisse zeigen, dass die HRTF-Beschichtung die Strom-Spannungs-(IV)-Kurvencharakteristik der Mikro-LEDs kaum beeinflusst. Der EQE der HRTF-Beschichtung beträgt 3,178 %.

Photoelektrische Eigenschaften der Mikro-LEDs ohne und mit HRTF-Beschichtung

Wenn der Eingangsstrom auf 50 mA ansteigt, erhöhen sich diese Spannung und Ausgangsleistung auf 3,5 V bzw. 48,165 mW, und der Strahlungsfluss ist nur etwa 3,3 % niedriger als bei den Mikro-LEDs ohne HRTF-Beschichtung. Dies zeigt, dass Mikro-LEDs mit HRTF-Beschichtungen niedrige Spannungsänderungsraten und geringe optische Verluste aufweisen.

Abbildung 10 zeigt die Drifteigenschaften der dominanten Wellenlänge des Stroms für die Mikro-LEDs mit HRTF-Stapelbeschichtungen. Die orangefarbene Linie steht für die blanken Mikro-LEDs und die blaue Linie für die Mikro-LEDs mit HRTF-Beschichtung. Wenn der Strom von 2 auf 30 mA ansteigt, ändert sich die Spitzenwellenlänge von 465,47 auf 460,01 nm, was darauf hindeutet, dass die Mikro-LEDs mit dem Stapel aus Al/(HL) ² . beschichtet sind Membranen zeigen nur eine Änderung von 5,46 nm für die dominante Wellenlänge des Stroms; daher zeigen diese Ergebnisse, dass die photoelektrischen Eigenschaften der ursprünglichen nackten Mikro-LEDs erhalten bleiben.

Änderungen der dominanten Wellenlängenkennlinien von Mikro-LEDs mit und ohne Al/(HL) ² Folienstapelbeschichtung

Abbildung 11 zeigt die charakteristischen Kurven der Temperatur im Vergleich zur Spitzenwellenlänge. Die orangefarbene Linie stellt die nackten Mikro-LEDs dar und die blaue Linie die Mikro-LEDs mit HRTF-Beschichtung. Wenn die Temperatur von 25 auf 105 °C ansteigt, wird die Spitzenwellenlänge von 460,09 auf 462,45 nm rotverschoben; diese beiden Kurven zeigen, dass die ursprünglichen photoelektrischen Eigenschaften nach der HRTF-Beschichtung noch erhalten bleiben. Die dominante Wellenlängenverschiebung beträgt nur 2,36 nm.

Kennlinien der Peakwellenlängen für Mikro-LEDs mit und ohne Al/(HL) ² Filmstapelbeschichtungen basierend auf Temperaturschwankungen

Der Langzeitstabilitätstest der HRTF ist in Abb. 12 dargestellt. Die Testumgebungstemperatur beträgt 25  und der Antriebsstrom 30 mA. Bei 1000 h kann der Strahlungsfluss bei 98,5 % gehalten werden.

Der Langzeitstabilitätstest von HRTF

Abbildung 13 zeigt die Lichtverteilungskurven der blanken und HRTF-beschichteten Mikro-LEDs. Die schwarze Linie stellt das Lichtfeldmuster der nackten Mikro-LEDs dar, deren FWHM 135° beträgt, die mittlere Lichtintensität 92% beträgt und der Spitzenwinkel 15° beträgt. Die rote Linie stellt die Lichtverteilung der Mikro-LEDs mit HRTF-Beschichtung dar, deren FWHM auf 165° erhöht, die Lichtintensität in der Mitte auf 63% reduziert und der Spitzenwinkel auf 37,5° erhöht wird.

Lichtverteilungskurven von blanken und HRTF-beschichteten Mikro-LEDs

Abbildung 14 zeigt das Diagramm der Lichtverteilungen der (a) blanken und HRTF-beschichteten Mikro-LEDs. Abbildung 14b zeigt, dass die Lichtverteilung der Mikro-LEDs mit HRTF-Beschichtung breitere Winkel und eine gleichmäßigere Verteilung aufweist.

Schema der Lichtverteilungen von a nackt und b HRTF-beschichtete Mikro-LEDs

Die chromatische Aberration zwischen den verschiedenen Bereichen der HRTF als großer Weitwinkel-Bildschirm ist in Abb. 15 dargestellt.

Reflexionsverhältnis verschiedener Wellenlängen entsprechend HRTF

Dieser Artikel basiert auf dem Wellenlängenbereich von 440–460 nm, um das Design der HRTF zu optimieren. Wenn es in Zukunft vollfarbig angewendet wird, wird die Dicke des Aluminiumfilms auf 50 nm oder mehr erhöht und die Farbgleichmäßigkeit bei der globalen Wellenlänge (400–780 nm) verbessert.

Schlussfolgerungen

Wir schlagen das Design einer HRTF-Beschichtung auf den Oberflächen von Mikro-LEDs vor, um deren Lichtverteilungswinkel zu erhöhen, um volle Betrachtungswinkel zu erreichen. Wir verwenden ein primäres optisches Design, um die Lichtformen der Mikro-LEDs ohne sekundäre optische Elemente zu modulieren. Die Struktur des HRTF-Filmstapels wird mit Al/(HL) ² . optimiert um eine hohe Reflexion und geringe Absorption zu erzielen. Messungen an prototypisch hergestellten Mikro-LEDs zeigen, dass die L-I-V-Kurve bei einem Eingangsstrom von 30 mA mit HRTF-Beschichtung fast keinen Einfluss auf die I-V-Eigenschaften der Mikro-LEDs hat und der Strahlungsfluss nur 3,3 . beträgt % niedriger als bei den blanken Mikro-LEDs. In Bezug auf die Lichtaustrittswinkel werden die mittleren Lichtintensitäten der Mikro-LEDs mit HRTF-Beschichtung von 92 auf 63 % reduziert, der Spitzenwinkel erhöht sich von 15° auf 37,5° und der FWHM wird von 135° auf 165° erhöht .

Die Ergebnisse von Bewertungsexperimenten zeigen, dass Mikro-LEDs mit HRTF-Beschichtung niedrige Spannungsänderungsraten, geringe optische Verluste und eine große Vollwinkel-Lichtverteilung von 165 ° aufweisen. Die Vollwinkel-Mikro-LEDs werden unter Berücksichtigung der Gesamtlichteffizienz hergestellt, während die photoelektrischen Eigenschaften von bloßen Mikro-LEDs erhalten bleiben; Diese Mikro-LEDs bieten Vorteile, wenn sie auf Displays oder ebene Lichtquellenmodule angewendet werden, die große Betrachtungswinkel erfordern.

Verfügbarkeit von Daten und Materialien

Die Datensätze, die die Schlussfolgerungen dieses Artikels unterstützen, sind im Artikel verfügbar.

Abkürzungen

Mikro-LEDs:

Mikro-Leuchtdioden

FWHM:

Volle Breite auf halbem Maximum

Fernseher:

Fernsehen

LCDs:

Flüssigkristallanzeigen

OLEDs:

Organische Leuchtdioden

SCMS:

Superzellen-Metaoberflächen

TITO:

Titan–Indium–Zinnoxid

NIR-LEDs:

Nahinfrarot-Leuchtdioden

CSP-LEDs:

Chip Scale Package-Leuchtdiode

PSS:

Gemustertes Saphirsubstrat

NPSS:

Nanostrukturiertes Saphirsubstrat

L _c :

Mikro-LEDs Länge

W _c :

Mikro-LEDs Breite

H _c :

Höhe der Mikro-LEDs

I _Spitze :

Spitzenwinkelintensität

I _C :

Lichtintensität in der Mitte

HRTF:

Hochreflektierender dünner Film

MQW:

Mehrfachquantentopf

H :

Material mit hohem Brechungsindex

L :

Material mit niedrigem Brechungsindex

k :

Extinktionskoeffizient

SEM:

Rasterelektronenmikroskop

L–I–V:

Leuchtdichte–Strom–Spannung

IV:

Strom gegen Spannung