本發(fā)明涉及micro-led，尤其是指一種具有準(zhǔn)直超表面結(jié)構(gòu)的micro-led及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、微型發(fā)光二極管（micro?light?emitting?diode，micro-led）采用微小的發(fā)光二極管（light?emitting?diode，led）作為發(fā)光元件，每個(gè)led芯片都是一個(gè)微小的獨(dú)立發(fā)光單元，通過組合不同led芯片創(chuàng)建高分辨率的圖像，在高端顯示器、移動(dòng)設(shè)備顯示屏、柔性顯示、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（augmented?reality，ar）、虛擬現(xiàn)實(shí)（virtual?reality，vr）和可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域均有著廣闊的市場(chǎng)。

2、雖然與傳統(tǒng)的液晶顯示（liquid?crystal?display，lcd）和有機(jī)發(fā)光二極管（organic?light?emitting?diode，oled）相比，micro-led具有更高的亮度、更高的對(duì)比度、更廣的色域和更長(zhǎng)的使用壽命等優(yōu)勢(shì)。但是，單純的micro-led發(fā)射出來的光近似于郎伯輻射體，其發(fā)光強(qiáng)度的空間分布符合余弦定律，即不同角度發(fā)射的光束輻射強(qiáng)度會(huì)依余弦公式變化，角度越大的光束發(fā)光強(qiáng)度越弱，因此micro-led中每個(gè)顯示芯片發(fā)出的出射角度不同的光線強(qiáng)度不同，導(dǎo)致每個(gè)顯示芯片的光束強(qiáng)度不均勻，進(jìn)而使得整個(gè)micro-led將各個(gè)led芯片發(fā)出的強(qiáng)度不均勻的光束組合后整體的光強(qiáng)可能會(huì)低于預(yù)期，同時(shí)不同角度發(fā)射的光束導(dǎo)致micro-led的光束發(fā)散角較大，導(dǎo)致micro-led發(fā)光效率低下。

3、綜上所述，現(xiàn)有的micro-led存在光束發(fā)散較大且發(fā)光效率低的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的micro-led存在光束發(fā)散較大且發(fā)光效率低的問題。

2、為解決上述技術(shù)問題，本技術(shù)提供了一種具有準(zhǔn)直超表面結(jié)構(gòu)的micro-led，包括：

3、micro-led發(fā)光結(jié)構(gòu)；

4、準(zhǔn)直超表面結(jié)構(gòu)，設(shè)置于所述micro-led發(fā)光結(jié)構(gòu)的出光面一側(cè)，用于對(duì)所述micro-led發(fā)光結(jié)構(gòu)出射的光進(jìn)行準(zhǔn)直濾波，以使得所述micro-led的出射光的角度小于設(shè)定角度；

5、其中，所述準(zhǔn)直超表面結(jié)構(gòu)包括第一介質(zhì)層與第二介質(zhì)層，所述第一介質(zhì)層設(shè)置于所述micro-led發(fā)光結(jié)構(gòu)上，所述第一介質(zhì)層包括多個(gè)第一準(zhǔn)直柱體，相鄰兩個(gè)所述第一準(zhǔn)直柱體之間具有凹槽；所述第二介質(zhì)層設(shè)置于所述凹槽的底部與所述第一準(zhǔn)直柱體的頂部；

6、所述第一介質(zhì)層的折射率小于所述第二介質(zhì)層的折射率。

7、本技術(shù)中，通過在micro-led發(fā)光結(jié)構(gòu)的出光面一側(cè)設(shè)置準(zhǔn)直超表面結(jié)構(gòu)對(duì)micro-led發(fā)光結(jié)構(gòu)出射的光進(jìn)行準(zhǔn)直濾波，具體地，采用折射率不同的材料在micro-led發(fā)光結(jié)構(gòu)的出光面設(shè)計(jì)第一準(zhǔn)直柱體、設(shè)置在第一準(zhǔn)直柱體表面的第二介質(zhì)層以及設(shè)置在相鄰第一準(zhǔn)直柱體之間的第二介質(zhì)層，從而利用第一準(zhǔn)直柱體和第二介質(zhì)層形成雙層周期性納米柱，位于第一準(zhǔn)直柱體表面的第二介質(zhì)層與空氣組成第一等效介質(zhì)層，第一準(zhǔn)直柱體與凹槽底部的第二介質(zhì)層組成第二等效介質(zhì)層，通過第一等效介質(zhì)層和第二等效介質(zhì)層形成類f-p腔結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)類似法布里-珀羅諧振腔的功能，micro-led發(fā)光結(jié)構(gòu)出射的正入射光垂直于第一等效介質(zhì)層和第二等效介質(zhì)層入射，并在兩個(gè)等效介質(zhì)層內(nèi)多次反射，由于每次反射后光束的方向不變，從而發(fā)生干涉增強(qiáng)實(shí)現(xiàn)高透射率出射，而micro-led發(fā)光結(jié)構(gòu)出射的斜入射光以一定的角度進(jìn)入類f-p腔結(jié)構(gòu)并發(fā)生反射，由于在兩個(gè)等效介質(zhì)層內(nèi)每次反射時(shí)光束的相位都會(huì)變化，破壞類f-p腔結(jié)構(gòu)的共振條件，使得類f-p腔結(jié)構(gòu)無法對(duì)斜入射光束進(jìn)行干涉增強(qiáng)，導(dǎo)致斜入射光最終以低透射率出射，從而提高正入射光的強(qiáng)度以及透射率，降低斜入射光的強(qiáng)度和透射率，實(shí)現(xiàn)光的準(zhǔn)直效果；而且，在過濾斜入射光的同時(shí)使得正入射光以高透射率出射，提高micro-led的發(fā)光效率和出光能量。

8、優(yōu)選地，所述第二介質(zhì)層包括第二準(zhǔn)直柱體和多個(gè)第三準(zhǔn)直柱體，所述第二準(zhǔn)直柱體圍繞所述第一準(zhǔn)直柱體設(shè)置，所述第三準(zhǔn)直柱體設(shè)置于所述第一準(zhǔn)直柱體的頂部；

9、其中，所述第二準(zhǔn)直柱體的厚度與所述第三準(zhǔn)直柱體的厚度相同；和/或

10、所述第一準(zhǔn)直柱體的折射率小于所述第二準(zhǔn)直柱體和/或所述第三準(zhǔn)直柱體的折射率。

11、本技術(shù)中，第二介質(zhì)層可以包括設(shè)置在凹槽底部的第二準(zhǔn)直柱體和設(shè)置在第一準(zhǔn)直柱體頂部的第三準(zhǔn)直柱體，第一準(zhǔn)直柱體和第二準(zhǔn)直柱體組成第一等效介質(zhì)層，第三準(zhǔn)直柱體與空氣組成第二等效介質(zhì)層，形成雙層周期性納米柱。

12、優(yōu)選地，所述凹槽的底部與所述micro-led發(fā)光結(jié)構(gòu)的出光面接觸。

13、進(jìn)一步地，在一些實(shí)施例中，凹槽的底部直接與micro-led發(fā)光結(jié)構(gòu)的出光面接觸，位于凹槽處的第二介質(zhì)層的底部直接與micro-led發(fā)光結(jié)構(gòu)的出光面接觸，整個(gè)準(zhǔn)直超表面結(jié)構(gòu)由第一準(zhǔn)直柱體以及第二介質(zhì)層組成。

14、優(yōu)選地，所述第一介質(zhì)層還包括第四準(zhǔn)直柱體，所述第四準(zhǔn)直柱體設(shè)置于相鄰的所述第一準(zhǔn)直柱體之間，且所述第四準(zhǔn)直柱體的頂部與所述凹槽的底部接觸，所述第四準(zhǔn)直柱體的厚度小于所述第一準(zhǔn)直柱體的厚度。

15、在另一些實(shí)施例中，第一介質(zhì)層除了包括第一準(zhǔn)直柱體外還可以包括設(shè)置在第一準(zhǔn)直柱體之間的第四準(zhǔn)直柱體，第四準(zhǔn)直柱體的頂部與凹槽的底部接觸，第二介質(zhì)層設(shè)置在第一準(zhǔn)直柱體和凹槽底部，位于凹槽底部的第二介質(zhì)層與第一準(zhǔn)直柱體形成第一等效介質(zhì)層，位于第一準(zhǔn)直柱體頂部的第二介質(zhì)層與空氣形成第二等效介質(zhì)層，整個(gè)超表面準(zhǔn)直結(jié)構(gòu)由第一準(zhǔn)直柱體、第二介質(zhì)層以及第四準(zhǔn)直柱體組成。

16、優(yōu)選地，所述準(zhǔn)直超表面結(jié)構(gòu)還包括基底層，所述基底層設(shè)置于所述micro-led發(fā)光結(jié)構(gòu)的出光面一側(cè)，且所述第一介質(zhì)層與所述第二介質(zhì)層設(shè)置于所述基底層遠(yuǎn)離所述micro-led發(fā)光結(jié)構(gòu)的一側(cè)。

17、本技術(shù)中，利用設(shè)置在micro-led發(fā)光結(jié)構(gòu)的出光面的基底層，為第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層提供平穩(wěn)的生長(zhǎng)平面，使得由第一準(zhǔn)直柱體和第二介質(zhì)層構(gòu)成的類f-p腔結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，從能夠有效減少外部環(huán)境如振動(dòng)或溫度對(duì)類f-p腔光學(xué)性能的影響，進(jìn)一步提高準(zhǔn)直超表面對(duì)光束的準(zhǔn)直效果。

18、優(yōu)選地，所述micro-led發(fā)光結(jié)構(gòu)包括層疊設(shè)置的p型層、多量子阱層以及n型層，所述準(zhǔn)直超表面結(jié)構(gòu)設(shè)置于所述n型層遠(yuǎn)離所述多量子阱層的一側(cè)；

19、所述第一介質(zhì)層的厚度大于或等于所述第二介質(zhì)層的厚度；和/或

20、所述第一準(zhǔn)直柱體的形狀為圓形柱或方形柱；和/或

21、所述第一準(zhǔn)直柱體的尺寸大于所述凹槽的尺寸；和/或

22、所述第一介質(zhì)層的材料包括氧化硅、光刻膠；和/或

23、所述第二介質(zhì)層的材料包括氮化鎵、氧化鈦、氮化硅、硅；和/或

24、所述基底層的材料包括二氧化硅、氮化鎵、光刻膠；和/或

25、所述micro-led的出射光的波長(zhǎng)為532~632nm；和/或

26、所述設(shè)定角度為10°~40°；和/或

27、所述micro-led發(fā)光結(jié)構(gòu)的出射光的透射率的范圍為0.8~1。

28、本技術(shù)中，第一準(zhǔn)直柱體的厚度可以大于或等于第二介質(zhì)層的厚度，從而使得位于第一準(zhǔn)直柱體頂部的第二介質(zhì)層能夠與空氣形成等效介質(zhì)層；通過限定第一準(zhǔn)直柱體的形狀、第一準(zhǔn)直柱體的尺寸以及凹槽的尺寸，以及第一介質(zhì)層、第二介質(zhì)層和基底層的材料可以將micro-led發(fā)出的532nm~632nm波長(zhǎng)的光束發(fā)散角限定在10°~40°范圍內(nèi)，使得micro-led發(fā)光結(jié)構(gòu)發(fā)出的光束透射率達(dá)到0.8~1。

29、優(yōu)選地，當(dāng)所述micro-led的出射光的波長(zhǎng)為632nm時(shí)，所述第一介質(zhì)層的厚度為100nm~386nm；所述第二介質(zhì)層的厚度為6.2nm~208nm；

30、所述第一準(zhǔn)直柱體的直徑或邊長(zhǎng)為170nm~179nm；

31、所述第一準(zhǔn)直柱體與所述凹槽的尺寸比為17：8~179：38。

32、本技術(shù)中，當(dāng)micro-led發(fā)出的光的波長(zhǎng)為632nm時(shí)，通過限定第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層的厚度以及第一準(zhǔn)直柱體和凹槽的尺寸，能夠使得準(zhǔn)直超表面結(jié)構(gòu)將micro-led的光束發(fā)散角約束在10°~40°范圍內(nèi)，同時(shí)使得正入射光的透射率達(dá)到0.8~1，在過濾斜入射光的同時(shí)使得正入射光以高透射率出射，提高micro-led的發(fā)光效率和出光能量。

33、優(yōu)選地，當(dāng)所述micro-led的出射光的波長(zhǎng)為532nm時(shí)，所述第一介質(zhì)層的厚度為229nm~400nm；所述第二介質(zhì)層的厚度為80nm~227nm；

34、所述第一準(zhǔn)直柱體的直徑或邊長(zhǎng)為50nm~100nm；

35、所述第一準(zhǔn)直柱體與所述凹槽的尺寸比為2：1~6：1。

36、本技術(shù)中，當(dāng)micro-led發(fā)出的光的波長(zhǎng)為532nm時(shí)，通過限定第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層的厚度以及第一準(zhǔn)直柱體和凹槽的尺寸，可以使得準(zhǔn)直超表面結(jié)構(gòu)將micro-led的光束發(fā)散角約束在20°~40°范圍內(nèi)，過濾斜入射光從而實(shí)現(xiàn)光束準(zhǔn)直效果。

37、另一方面，本技術(shù)還提供了一種具有準(zhǔn)直超表面結(jié)構(gòu)的micro-led的制備方法，包括：

38、提供一micro-led發(fā)光結(jié)構(gòu)，并在所述micro-led發(fā)光結(jié)構(gòu)的出光面形成第一介質(zhì)層；

39、對(duì)所述第一介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕，形成多個(gè)第一準(zhǔn)直柱體；其中，相鄰兩個(gè)所述第一準(zhǔn)直柱體之間具有凹槽；

40、在所述凹槽的底部與所述第一準(zhǔn)直柱體的頂部形成第二介質(zhì)層，得到所述準(zhǔn)直超表面結(jié)構(gòu)；

41、其中，所述第一介質(zhì)層的折射率小于所述第二介質(zhì)層的折射率。

42、優(yōu)選地，在所述micro-led發(fā)光結(jié)構(gòu)的出光面形成第一介質(zhì)層，對(duì)所述第一介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕，形成多個(gè)第一準(zhǔn)直柱體包括：

43、在所述micro-led發(fā)光結(jié)構(gòu)的出光面形成基底層；

44、在所述基底層遠(yuǎn)離所述micro-led發(fā)光結(jié)構(gòu)一側(cè)表面形成所述第一介質(zhì)層；

45、利用雙光束全息曝光法對(duì)所述第一介質(zhì)層進(jìn)行曝光顯影，形成所述多個(gè)第一準(zhǔn)直柱體。

46、本技術(shù)中，先在micro-led發(fā)光結(jié)構(gòu)的出光面形成基底層，可以為第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層提供平穩(wěn)的生長(zhǎng)平面，使得由第一準(zhǔn)直柱體和第二介質(zhì)層構(gòu)成的類f-p腔結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，從能夠有效減少外部環(huán)境如振動(dòng)或溫度對(duì)類f-p腔光學(xué)性能的影響，進(jìn)一步提高準(zhǔn)直超表面結(jié)構(gòu)對(duì)光束的準(zhǔn)直效果；使用雙光束全息曝光法對(duì)第一介質(zhì)層進(jìn)行曝光顯影即可形成第一準(zhǔn)直柱體，無需單獨(dú)設(shè)計(jì)掩模版，不僅可以降低生產(chǎn)成本，還可以節(jié)省制備時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。

47、相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本技術(shù)具有以下有益效果：

48、本技術(shù)在micro-led發(fā)光結(jié)構(gòu)的出光面形成第一介質(zhì)層；對(duì)第一介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕，形成多個(gè)第一準(zhǔn)直柱體，相鄰兩個(gè)第一準(zhǔn)直柱體之間具有凹槽；在凹槽底部和第一準(zhǔn)直柱體頂部形成折射率大于第一介質(zhì)層的第二介質(zhì)層，形成高低折射率介質(zhì)層。本方案采用折射率不同的材料在micro-led發(fā)光結(jié)構(gòu)的出光面設(shè)計(jì)第一準(zhǔn)直柱體、設(shè)置在第一準(zhǔn)直柱體表面的第二介質(zhì)層以及設(shè)置在相鄰第一準(zhǔn)直柱體之間的第二介質(zhì)層，從而利用第一準(zhǔn)直柱體和第二介質(zhì)層形成雙層周期性納米柱，位于第一準(zhǔn)直柱體表面的第二介質(zhì)層與空氣組成第一等效介質(zhì)層，第一準(zhǔn)直柱體與凹槽底部的第二介質(zhì)層組成第二等效介質(zhì)層，通過第一等效介質(zhì)層和第二等效介質(zhì)層形成類f-p腔結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)類似法布里-珀羅諧振腔的功能，micro-led表面出射的正入射光垂直于第一等效介質(zhì)層和第二等效介質(zhì)層入射，并在兩個(gè)等效介質(zhì)層內(nèi)多次反射，由于每次反射后光束的方向不變，從而發(fā)生干涉增強(qiáng)實(shí)現(xiàn)高透射率出射，而micro-led表面出射的斜入射光以一定的角度進(jìn)入類f-p腔結(jié)構(gòu)并發(fā)生反射，由于在兩個(gè)等效介質(zhì)層內(nèi)每次反射時(shí)光束的相位都會(huì)變化，破壞類f-p腔結(jié)構(gòu)的共振條件，使得類f-p腔結(jié)構(gòu)無法對(duì)斜入射光束進(jìn)行干涉增強(qiáng)，導(dǎo)致斜入射光最終以低透射率出射，從而提高正入射光的強(qiáng)度以及透射率，降低斜入射光的強(qiáng)度和透射率，既減小了光束發(fā)散角，實(shí)現(xiàn)了光束準(zhǔn)直效果，還提高了頂部出光效率。