应用于LED的滤波结构，LED显示屏及获取光损耗系数的方法.pdf

本发明实施例公开了一种应用于LED的滤波结构，LED显示屏及获取光损耗系数的方法，实现了LED的滤波结构的蓝光滤波和相位匹配的技术，解决了由于LED光波长单一,且短波长的光谱能量很高，而导致的视觉损伤的技术问题，同时，解决了模态间的光学损耗的技术问题。本发明实施例的滤波结构包括：环形谐振器和曲型波导，曲型波导的曲率半径与环形谐振器的曲率半径一致，曲型波导包含有输入端和输出端，曲型波导和环形谐振器之间间隔有耦合区域，其中，曲率半径与耦合区域具备相对应的关系。

1.  一种应用于LED的滤波结构，包括环形谐振器，其特征在于，还包括曲型波导；
所述曲型波导的曲率半径与所述环形谐振器的曲率半径一致，所述曲型波导的腔宽度与所述环形谐振器的腔宽度一致；
所述曲型波导包含有输入端和输出端；
所述曲型波导和所述环形谐振器之间间隔有耦合区域；
其中，所述曲率半径和所述腔宽度与所述耦合区域的区域信息具备相对应的关系。

2.  根据权利要求1所述的应用于LED的滤波结构，其特征在于，所述曲率半径和所述腔宽度与所述耦合区域的区域信息具备相对应的关系具体包括：
所述曲率半径的值和所述腔宽度的值与光损耗系数κ_p相关联；
所述区域信息与所述光损耗系数κ_p建立有反比关系。

3.  根据权利要求1所述的应用于LED的滤波结构，其特征在于，所述区域信息与LED的滤波率T(λ)建立有相对应的关系。

4.  根据权利要求1至3中任意一项所述的应用于LED的滤波结构，其特征在于，所述区域信息为所述曲型波导和所述环形谐振器之间的间距。

5.  根据权利要求1所述的应用于LED的滤波结构，其特征在于，所述曲型波导为圆弧形结构。

6.  根据权利要求1所述的应用于LED的滤波结构，其特征在于，还包括：
光纤，其中一端与所述输入端连接；
LED芯片，与所述光纤另一端连接。

7.  根据权利要求6所述的应用于LED的滤波结构，其特征在于，所述LED芯片为蓝光LED芯片。

8.  一种LED显示屏，其特征在于，包括：
由若干个如权利要求1至7所述的应用于LED的滤波结构组成的LED显示屏。

9.  一种获取光损耗系数的方法，其特征在于，包括：
通过所述曲型波导的曲率半径和腔宽度按照第一计算方法获取弯曲损耗κ_b；
根据所述弯曲损耗κ_b按照第二计算方法获取所述光损耗系数κ_p。

10.  根据权利要求9所述的方法，其特征在于，
所述第一计算方法为等效折射率法，所述第二计算方法为将所述弯曲损耗κ_b的值与耦合损耗κ_r的值求和；
所述耦合损耗κ_r的值与耦合区域的耦合系数κ_e的值为正比关系。

应用于LED的滤波结构,LED显示屏及获取光损耗系数的方法
技术领域
本发明涉及光电技术领域，尤其涉及一种应用于LED的滤波结构，LED显示屏及获取光损耗系数的方法。
背景技术
传统的LED(Light Emitting Diode，发光二极管)，包含有ELC(Embedded LED Chip)、SMDL(Surface Mounted Device LED)、FCL(Flip-Chip LED)等，但是无论是哪种LED，其显示光源在输出的光谱的蓝光成分是对视网膜具有损伤作用的，因为，过强的短波蓝光容易引起视网膜上感光细胞的光化学损伤和色素上皮功能的退化，过强的辐射还会引起视网膜的热损伤。
LED的光谱不连续,波长单一,而且短波长的光谱能量很高,长期在一种波段的强光照射下，必然会降低对其他颜色的分辨能力，导致色弱的可能性会很高，同时，长时间使用易造成视觉疲劳，以及当使用相关的滤波结构对蓝光进行滤波的设计，往往因为滤波结构中相位不匹配，从而导致模态间的光学损耗。
因此，为了解决上述提及的LED的波长单一,及其短波长的光谱能量很高，而导致的视觉损伤，以及因为滤波结构中相位不匹配，从而导致模态间的光学损耗的技术问题，已经成为了当前技术人员在LED研究领域中的另一个重要的课题。
发明内容
本发明实施例提供了一种应用于LED的滤波结构，LED显示屏及获取光损耗系数的方法，实现了LED的滤波结构的蓝光滤波和相位匹配的技术，解决了由于LED光波长单一,且短波长的光谱能量很高，而导致的视觉损伤的技术问题，同时，解决了模态间的光学损耗的技术问题。
本发明实施例提供的一种应用于LED的滤波结构，包括：
环形谐振器和曲型波导；
所述曲型波导的曲率半径与所述环形谐振器的曲率半径一致，所述曲型波导的腔宽度与所述环形谐振器的腔宽度一致；
所述曲型波导包含有输入端和输出端；
所述曲型波导和所述环形谐振器之间间隔有耦合区域；
其中，所述曲率半径和所述腔宽度与所述耦合区域的区域信息具备相对应的关系。
优选地，
所述曲率半径和所述腔宽度与所述耦合区域的区域信息具备相对应的关系具体包括：
所述曲率半径的值和所述腔宽度的值与光损耗系数κ_p相关联；
所述区域信息与所述光损耗系数κ_p建立有反比关系。
优选地，
所述区域信息与LED的滤波率T(λ)建立有相对应的关系。
优选地，
所述区域信息为所述曲型波导和所述环形谐振器之间的间距。
优选地，
所述曲型波导为圆弧形结构。
优选地，所述的应用于LED的滤波结构还包括：
光纤，其中一端与所述输入端连接；
LED芯片，与所述光纤另一端连接。
优选地，
所述LED芯片为蓝光LED芯片。
本发明实施例提供的一种LED显示屏，包括：
由若干个本发明实施例中提及的任意一种所述的应用于LED的滤波结构组成的LED显示屏。
本发明实施例提供的一种获取光损耗系数的方法，包括：
通过所述曲型波导的曲率半径和腔宽度按照第一计算方法获取弯曲损耗κ_b；
根据所述弯曲损耗κ_b按照第二计算方法获取所述光损耗系数κ_p。
优选地，
所述第一计算方法为等效折射率法，所述第二计算方法为将所述弯曲损耗κ_b的值与耦合损耗κ_r的值求和；
所述耦合损耗κ_r的值与耦合区域的耦合系数κ_e的值为正比关系。
从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：
本发明实施例提供的一种应用于LED的滤波结构，LED显示屏及获取光损耗系数的方法，其中滤波结构包括：环形谐振器和曲型波导，曲型波导的曲率半径与环形谐振器的曲率半径一致，曲型波导的腔宽度与环形谐振器的腔宽度一致；曲型波导包含有输入端和输出端；曲型波导和环形谐振器之间间隔有耦合区域；其中，曲率半径和腔宽度与耦合区域的区域信息具备相对应的关系。本实施例中，通过将曲型波导和环形谐振器之间间隔有耦合区域，且耦合区域的区域信息与LED的滤波率T(λ)建立有相对应的关系，实现了可以是通过调节耦合区域控制LED的光的滤波率T(λ)，使得输出的LED的光由于其光波长单一,且短波长的光谱能量很高，而导致的视觉损伤的技术问题得以解决，以及曲型波导的曲率半径与环形谐振器的曲率半径一致，曲型波导的腔宽度与环形谐振器的腔宽度一致的设计便实现了光在曲型波导和环形谐振器中的传输速度一致，进一步可以得到光在曲型波导和环形谐振器中的相位为零，最终实现了滤波结构的相位匹配技术，解决了模态间的光学损耗的技术问题。
附图说明
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例中一种应用于LED的滤波结构的一个实施例的结构示意图；
图2为本发明实施例中一种应用于LED的滤波结构的另一个实施例的结构示意图；
图3为本发明实施例中一种获取光损耗系数的方法一个实施例的流程示意图；
图4为耦合损耗κ_r的值与耦合区域的耦合系数κ_e的值为关系曲线图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种应用于LED的滤波结构，LED显示屏及获取光损耗系数的方法，实现了LED的滤波结构的蓝光滤波和相位匹配的技术，解决了由于LED光波长单一,且短波长的光谱能量很高，而导致的视觉损伤的技术问题，同时，解决了模态间的光学损耗的技术问题。
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。
请参阅图1，本发明实施例中一种应用于LED的滤波结构的一个实施例包括：
环形谐振器1和曲型波导2，可以理解的是，该曲型波导2为圆弧形结构；
曲型波导2的曲率半径R1与环形谐振器1的曲率半径R2一致，且曲型波导2的腔宽度与环形谐振器1的腔宽度一致；
曲型波导2包含有输入端21和输出端22；
曲型波导2和环形谐振器1之间间隔有耦合区域3。
必须说明的是，曲率半径R1\R2和前述的腔宽度与耦合区域3具备相对应的关系，可以进一步理解的是，前述的曲率半径R1\R2的值和腔宽度的值与光损耗系数κ_p相关联，同时，耦合区域3的区域信息与光损耗系数κ_p建立有反比关系，可以理解的是，耦合区域3的区域信息为曲型波导2和环形谐振器1之间的间距。
必须说明的是，前述的曲率半径R1\R2的值和腔宽度的值与光损耗系数κ_p相关联可以是根据等效折射率法确定与光损耗系数κ_p的关系，前述的等效折射率法将在后续的实施例中进行详细的描述，此处不再具体赘述。
需要说明的是，前述的曲型波导2的曲率半径R1与环形谐振器1的曲率半径R2一致，且曲型波导2的腔宽度与环形谐振器1的腔宽度一致，使得光在曲型波导和环形谐振器中的传输速度一致，进一步可以得到光在曲型波导 和环形谐振器中的相位为零，可以理解的是，前述的光在曲型波导和环形谐振器中的相位为零进一步进行详细描述如下：
曲型波导2和环形谐振器1可以是两个邻近的单模光波导(single mode waveguides)，在这两个波导中均同时具有顺向与逆向相反方向传播的波(forward & backward directions)，当其中一个波导，例如曲型波导2中的消逝波延伸到另一跟波导如环形谐振器1时就会发生能量的转换，即是耦合发生，耦合的程度取决于两个波导的模态设计与距离。可以理解的是，假设顺向传递的波为A+与B+，逆向为A-与B-，并假设此二波导是理想波导，即没有扰动(perturbation)。
振幅强度由曲型波导2转移至环形谐振器1之方程式为：
-∂B∂ze-i(βz-ωt)=iκeAe-i(βz-ωt)]]>
振幅强度由环形谐振器1转移至曲型波导2之方程式为：
-∂A∂ze-i(βz-ωt)=iκeBe-i(βz-ωt)]]>
其中，κ_e为光耦合系数(常数)，A为曲型波导2的光传输速度β，B为环形谐振器1的传输速度β，A的β为B1，B的β为B2，当光在曲型波导2和环形谐振器1之间相互传输转移时，经过耦合区域3进行耦合会造成B1-B2不等于零时，则产生相位不匹配现象，造成模态间互相干涉，造成多于的光学损耗，影响滤波质量，可以理解的是，前述的相位不匹配现象而造成模态间互相干涉的过程为本领域技术人员公知的，此处便不再详细赘述。
需要说明的是，前述的区域信息与LED的滤波率T(λ)建立有相对应的关系，进一步地，区域信息为曲型波导2和环形谐振器1之间的间距，可以理解的是，前述的区域信息还可以包括波导1和谐振器2的时域的耦合系数μ，该耦合系数μ将在后续对其与前述的滤波率T(λ)的关系进行详细的描述。
需要说明的是，前述的间距Gap与耦合系数κ_e(Coupling coefficient)和光损耗系数κ_p(Loss coefficient)建立有反比关系，例如曲型波导2耦合至环形谐振器1的光耦合系数κ_e，环形谐振器1的光损耗系数κ_p，可以理解的是，光是EXP的函数，随着间距Gap，则光的EXP随之衰减，同时，从输入端 11输入的光的波长可以是与前述的光的EXP相关联，且波长与光衰减具备相对应的关系。
可以理解的是，滤波率T(λ)通过预置算法获取，滤波率T(λ)为输入端的光强信息S_t和输出端的光强信息S_i的比例值。
前述的预置算法为
T(λ)=|St||Si|=|λi-λ0|2+(FSR4π)2·|(κP2-κE2)2||λi-λ0|2+(FSR4π)2·|(κP2+κE2)2|;]]>
其中，λ₀为共振波长，λ_i为LED光源波长。
下面以一具体推导过程对预置算法的公式进行推导：
根据时域有限差分方法，时域上的耦合系数μ与空间领域上的耦合系数κ的关系式可以是，μ=κ2·vg2πR=2τe;]]>
由于线性拟合公式存在有FSR，可以得到任意波长λ_i下的群速度与FSR^(λ)的关系式可以是，FSR(λ)=λing·2πR=vg·λi2c·2πR,]]>其中c为光速；
根据上述的两个关系式可以是得到时域上的耦合系数μ与FSR^(λ)的关系式可以是，μ2=κ2·c·FSR(λ)λi2;]]>
可以理解的是，矩形波导耦合至环形谐振器的耦合系数κ_e，环形谐振器的光损耗系数κ_p，其之间的关系式可以是，
1τp=κp2·c·FSR(λ)2λi2/1τe=κe2·c·FSR(λ)2λi2]]>
将上述关系式代入前述的时域上的耦合系数μ与FSR^(λ)的关系式，同时代入得到公式如下：
Tthrough(ω)=|St|2|Si|2=|ωi-ω0|2+|(1τp-1τe)|2|ωi-ω0|2+|(1τp+1τe)|2]]>
=|ωi-ω0|2+(c·FSR4π)2·|(κP2-κE2)2|||ωi-ω0||2+(c·FSR4π)2·|(κP2+κE2)2|]]>
=4π2·c2|1λi-1λ0|2+(c·FSR4λi4)2·|(κP2-κE2)|24π2·c2|1λi-1λ0|2+(c·FSR4λi4)2·|(κP2+κE2)|2]]>
分子分母除以4π2·c2=|1λi-1λ0|2+(FSR216π2λi4)·|(κP2-κE2)|2|1λi-1λ0|2+(FSR216π2λi4)·|(κP2+κE2)|2]]>
分子分母除以λi2λ02=|λi-λ0|2+(FSR4π)2·|(κP2-κE2)2||λi-λ0|2+(FSR4π)2·|(κP2+κE2)2|]]>
最后可得到预置算法的是关系式为
T(λ)=|St||Si|=|λi-λ0|2+(FSR4π)2·|(κP2-κE2)2||λi-λ0|2+(FSR4π)2·|(κP2+κE2)2|]]>
如图2所示，本发明实施例中提供的一种应用于LED的滤波结构的另一个实施例包括：
光纤5，其中一端与输入端21连接。
LED芯片4，与光纤5另一端连接。
可以理解的是，LED芯片4为蓝光LED芯片。
必须说明的是，本发明实施例中提供的一种应用于LED的滤波结构的曲型波导2和环形谐振器1可以是通过气相化学沉积法PECVD,化学沉积法CVD等制作方法把波导1和谐振器2沉积形成薄膜，经曝光，显影液显影，最后在蚀刻，需要说明的是，前述的气相化学沉积法PECVD,化学沉积法CVD为本领域技术人员公知的常识，此处便不再详细赘述。
本实施例中，通过将曲型波导2和环形谐振器1之间间隔有耦合区域3，且耦合区域3的区域信息与LED的滤波率T(λ)建立有相对应的关系，实现了可以是通过调节耦合区域3控制LED的光的滤波率T(λ)，使得输出的LED的光由于其光波长单一,且短波长的光谱能量很高，而导致的视觉损伤的技术问题得以解决，以及曲型波导2的曲率半径R1与环形谐振器1的曲率半径R2一致的设计，曲型波导2的腔宽度与环形谐振器1的腔宽度一致的设计便实现了光在曲型波导2和环形谐振器1中的传输速度一致，进一步可以得到光在曲型波导2和环形谐振器1中的相位为零，最终实现了滤波结构的相位匹配技术，解决了模态间的光学损耗的技术问题。
上面是对应用于LED的滤波结构的具体结构进行详细的说明，下面将对包含有前述的应用于LED的滤波结构的LED显示屏，本发明实施例中提供的一种LED显示屏的一个实施例包括：
由若干个本发明实施例提及的任意一种应用于LED的滤波结构组成的LED显示屏，可以理解的是该LED显示屏还可以是LED拼接显示屏，例如该LED拼接显示屏由若干个使用蓝光LED芯片的应用于LED的滤波结构及若干个红光LED芯片，若干个绿光LED芯片组成，此处具体不做限定。
本实施例中，通过由若干个使用蓝光LED芯片的应用于LED的滤波结构及若干个红光LED芯片，若干个绿光LED芯片组成的LED拼接显示屏，可以有效地解决波长较短的蓝光而导致的视网膜损伤的技术问题，同时，蓝光 LED芯片的应用于LED的滤波结构及若干个红光LED芯片，若干个绿光LED芯片组成的LED拼接显示屏还可以由于滤波结构由曲率半径一致和腔宽度一致的曲型波导和环形谐振器组合，使得光传输过程中的模态间的光学损耗的技术问题得以解决。
上面是对包含有前述的应用于LED的滤波结构的LED显示屏的结构进行详细的说明，下面将对本实施例中提及的一种应用于LED的滤波结构制造之前获取光损耗系数的方法进行详细的描述，请参阅图3，本发明实施例中提供的一种获取光损耗系数的方法的一个实施例包括：
301、通过曲型波导的曲率半径和腔宽度按照第一计算方法获取弯曲损耗κ_b；
本实施例中，当需要通过气相化学沉积法PECVD,化学沉积法CVD等制作方法制造本实施例中提及的一种应用于LED的滤波结构之前，需要先就获取光损耗系数才能进一步制造，通过曲型波导的曲率半径和腔宽度按照第一计算方法获取弯曲损耗κ_b。
需要说明的是，前述的第一计算方法可以是等效折射率法，其公式如下：
κ_b＝C₁exp(-C₂R)，其中，R为曲型波导的曲率半径值，由C₁和C₂通过等效折射率法将三维波导结构简化成二维波导结构，如下：
κb=12qcos2(hw2)exp(2q(β2-β1)β1·R)·2λ1exp(wq)[a2+12hsin(hw)+qcos2(hw2)]·w2,]]>其中W为曲型波导的腔宽度，λ1=λN1,q=β22-k02N02,h=k02N12-β12,]]>R为曲型波导的曲率半径值，β₁为等效折射率在N₁的传播常数，β₂为等效折射率在N₂的传播常数。
302、根据弯曲损耗κ_b按照第二计算方法获取光损耗系数κ_p；
当通过曲型波导的曲率半径和腔宽度按照第一计算方法获取弯曲损耗κ_b之后，需要根据弯曲损耗κ_b按照第二计算方法获取光损耗系数κ_p，可以理解的是，前述的第二计算方法为将弯曲损耗κ_b的值与耦合损耗κ_r的值求和，公式如下：
κ_p＝κ_b+κ_r；
可以理解的是，如图4所示，耦合损耗κ_r的值与耦合区域的耦合系数κ_e的值为正比关系，可以理解的是，图4所示的正比关系为本领域技术人员经过经验获取的经验值，还可以进一步与图1和图2所示的实施例中提及的应用于LED的滤波结构的曲型波导和环形谐振器之间的间距具备相对应的关系。
本实施例中，通过曲型波导的曲率半径和腔宽度按照等效折射率法获取弯曲损耗κ_b，再将弯曲损耗κ_b与耦合损耗κ_r求和获取光损耗系数κ_p，便可以通过这样的方法确定如图1和图2所示的实施例中提及的应用于LED的滤波结构，进一步实现了LED的滤波结构的蓝光滤波和相位匹配的技术，解决了由于LED光波长单一,且短波长的光谱能量很高，而导致的视觉损伤的技术问题，同时，解决了模态间的光学损耗的技术问题。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的具体结构的制造过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
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。