CN104062712A - 一种应用于led的滤波结构及led显示屏 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种应用于LED的滤波结构及LED显示屏，实现了可以是通过调节耦合区域控制LED的光的滤波率，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。本发明实施例中提供的滤波结构包括：包括波导和谐振器，波导包含有输入端和输出端；波导和谐振器之间间隔有耦合区域，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。

Description

一种应用于LED的滤波结构及LED显示屏

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的滤波结构及LED显示屏。

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。

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的滤波结构及LED显示屏，实现了可以是通过调节耦合区域控制LED的光的滤波率，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。

本发明实施例提供的一种应用于LED的滤波结构，包括波导和谐振器，所述波导包含有输入端和输出端；

所述波导和所述谐振器之间间隔有耦合区域，所述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。

可选地，所述区域信息为所述波导和所述谐振器之间的间距。

可选地，所述间距与光耦合系数κ_e和光损耗系数κ_p建立有反比关系。

可选地，所述波导为矩形波导；

所述谐振器为环形谐振器。

可选地，所述滤波率T(λ)通过预置算法获取；

所述滤波率T(λ)为所述输入端的光强信息S_t和输出端的光强信息S_i的比例值。

可选地，所述预置算法为

$T\left(\mathrm{\λ}\right)=\frac{\left|S_t\right|}{\left|S_i\right|}=\frac{{|{\mathrm{\λ}}_i-{\mathrm{\λ}}_0|}^2+{\left(\frac{\mathrm{FSR}}{4\mathrm{\π}}\right)}^2\·\left|{({\mathrm{\κ}}_P^2-{\mathrm{\κ}}_E^2)}^2\right|}{{|{\mathrm{\λ}}_i-{\mathrm{\λ}}_0|}^2+{\left(\frac{\mathrm{FSR}}{4\mathrm{\π}}\right)}^2\·\left|{({\mathrm{\κ}}_P^2+{\mathrm{\κ}}_E^2)}^2\right|};$

其中，λ₀为共振波长，λ_i为LED光源波长。

可选地，本发明实施例提供的一种应用于LED的滤波结构还包括：

光纤，其中一端与所述输入端连接。

可选地，本发明实施例提供的一种应用于LED的滤波结构还包括：

LED芯片，与所述光纤另一端连接。

可选地，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。

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的滤波结构及LED显示屏，其中滤波结构包括：包括波导和谐振器，波导包含有输入端和输出端；波导和谐振器之间间隔有耦合区域，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。本实施例中，通过将波导和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。

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为本发明实施例中提供的一种应用于LED的滤波结构的第一实施例结构示意图；

图2为本发明实施例中提供的一种应用于LED的滤波结构的第二实施例结构示意图；

图3为光的波长与光衰减的关系曲线示意图；

图4为间距Gap与耦合系数κ_e(Coupling coefficient)和光损耗系数κ_p(Loss coefficient)关系曲线示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种应用于LED的滤波结构及LED显示屏，实现了可以是通过调节耦合区域控制LED的光的滤波率，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。

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，本发明实施例中提供的一种应用于LED的滤波结构的第一实施例包括：

波导1和谐振器2，所述波导1包含有输入端11和输出端12，需要说明的是，所述波导1为矩形波导，所述谐振器2为环形谐振器。

所述波导1和所述谐振器2之间间隔有耦合区域3，所述耦合区域3的区域信息与LED的滤波率T(λ)建立有相对应的关系。

如图1所示，前述的区域信息为所述波导1和所述谐振器2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，如图4所示，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，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，如图4所示，ring width表示谐振器2的环形谐振器的环宽度，ring radius表示谐振器2的环形谐振器的环半径，需要说明的是，波导1和谐振器2的尺寸可以是根据其需应用的LED的具体尺寸进行设定，此处不做具体限定。

如图3所示，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，所述滤波率T(λ)通过预置算法获取，所述滤波率T(λ)为所述输入端的光强信息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

$T\left(\mathrm{\λ}\right)=\frac{\left|S_t\right|}{\left|S_i\right|}=\frac{{|{\mathrm{\λ}}_i-{\mathrm{\λ}}_0|}^2+{\left(\frac{\mathrm{FSR}}{4\mathrm{\π}}\right)}^2\·\left|{({\mathrm{\κ}}_P^2-{\mathrm{\κ}}_E^2)}^2\right|}{{|{\mathrm{\λ}}_i-{\mathrm{\λ}}_0|}^2+{\left(\frac{\mathrm{FSR}}{4\mathrm{\π}}\right)}^2\·\left|{({\mathrm{\κ}}_P^2+{\mathrm{\κ}}_E^2)}^2\right|};$

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， $\mathrm{\μ}={\mathrm{\κ}}^2\·\frac{v_g}{2\mathrm{\πR}}=\frac{2}{{\mathrm{\τ}}_e};$

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， ${\mathrm{FSR}}^{\left(\mathrm{\λ}\right)}=\frac{{\mathrm{\λ}}_i}{n_g\·2\mathrm{\πR}}=\frac{v_g\·{\mathrm{\λ}}_i^2}{c\·2\mathrm{\πR}},$ 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， ${\mathrm{\μ}}^2={\mathrm{\κ}}^2\·\frac{c\·{\mathrm{FSR}}^{\left(\mathrm{\λ}\right)}}{{\mathrm{\λ}}_i^2}$

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，

$\frac{1}{{\mathrm{\τ}}_p}={\mathrm{\κ}}_p^2\·\frac{c\·{\mathrm{FSR}}^{\left(\mathrm{\λ}\right)}}{2{\mathrm{\λ}}_i^2}/\frac{1}{{\mathrm{\τ}}_e}={\mathrm{\κ}}_e^2\·\frac{c\·{\mathrm{FSR}}^{\left(\mathrm{\λ}\right)}}{2{\mathrm{\λ}}_i^2}$

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 ${\mathrm{\ω}}_i=\frac{2\mathrm{\πc}}{{\mathrm{\λ}}_i},$ 得到公式如下：

$\begin{array}{c}{T}_{\mathrm{through}}\left(\mathrm{\ω}\right)=\frac{{\left|S_t\right|}^2}{{\left|S_i\right|}^2}=\frac{{|{\mathrm{\ω}}_i-{\mathrm{\ω}}_0|}^2+{\left|(\frac{1}{{\mathrm{\τ}}_p}-\frac{1}{{\mathrm{\τ}}_e})\right|}^2}{{|{\mathrm{\ω}}_i-{\mathrm{\ω}}_0|}^2+{\left|(\frac{1}{{\mathrm{\τ}}_p}+\frac{1}{{\mathrm{\τ}}_e})\right|}^2}\\ =\frac{{|{\mathrm{\ω}}_i-{\mathrm{\ω}}_0|}^2+{\left(\frac{c\·\mathrm{FSR}}{4\mathrm{\π}}\right)}^2\·\left|{({\mathrm{\κ}}_P^2-{\mathrm{\κ}}_E^2)}^2\right|}{{\left|\right|{\mathrm{\ω}}_i-{\mathrm{\ω}}_0\left|\right|}^2+{\left(\frac{c\·\mathrm{FSR}}{4\mathrm{\π}}\right)}^2\·\left|{({\mathrm{\κ}}_P^2+{\mathrm{\κ}}_E^2)}^2\right|}\\ =\frac{4{\mathrm{\π}}^2\·c^2{|\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_i}-\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_0}|}^2+{\left(\frac{c\·\mathrm{FSR}}{4{\mathrm{\λ}}_i^4}\right)}^2\·{\left|({\mathrm{\κ}}_P^2-{\mathrm{\κ}}_E^2)\right|}^2}{4{\mathrm{\π}}^2\·c^2{|\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_i}-\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_0}|}^2+{\left(\frac{c\·\mathrm{FSR}}{4{\mathrm{\λ}}_i^4}\right)}^2\·{\left|({\mathrm{\κ}}_P^2+{\mathrm{\κ}}_E^2)\right|}^2}\end{array}$

分子分母除以 ${4\mathrm{\π}}^2=\frac{{|\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_i}-\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_0}|}^2+\left(\frac{{\mathrm{FSR}}^2}{16{\mathrm{\π}}^2{\mathrm{\λ}}_i^4}\right)\·{\left|({\mathrm{\κ}}_P^2-{\mathrm{\κ}}_E^2)\right|}^2}{{|\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_i}-\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_0}|}^2+\left(\frac{{\mathrm{FSR}}^2}{16{\mathrm{\π}}^2{\mathrm{\λ}}_i^4}\right)\·{\left|({\mathrm{\κ}}_P^2+{\mathrm{\κ}}_E^2)\right|}^2}$

分子分母除以 ${\mathrm{\λ}}_i^2{\mathrm{\λ}}_0^2=\frac{{|{\mathrm{\λ}}_i-{\mathrm{\λ}}_0|}^2+{\left(\frac{\mathrm{FSR}}{4\mathrm{\π}}\right)}^2\·\left|{({\mathrm{\κ}}_P^2-{\mathrm{\κ}}_E^2)}^2\right|}{{|{\mathrm{\λ}}_i-{\mathrm{\λ}}_0|}^2+{\left(\frac{\mathrm{FSR}}{4\mathrm{\π}}\right)}^2\·\left|{({\mathrm{\κ}}_P^2+{\mathrm{\κ}}_E^2)}^2\right|}$

最后可得到预置算法的是关系式为

$T\left(\mathrm{\λ}\right)=\frac{\left|S_t\right|}{\left|S_i\right|}=\frac{{|{\mathrm{\λ}}_i-{\mathrm{\λ}}_0|}^2+{\left(\frac{\mathrm{FSR}}{4\mathrm{\π}}\right)}^2\·\left|{({\mathrm{\κ}}_P^2-{\mathrm{\κ}}_E^2)}^2\right|}{{|{\mathrm{\λ}}_i-{\mathrm{\λ}}_0|}^2+{\left(\frac{\mathrm{FSR}}{4\mathrm{\π}}\right)}^2\·\left|{({\mathrm{\κ}}_P^2+{\mathrm{\κ}}_E^2)}^2\right|}$

如图2所示，本发明实施例中提供的一种应用于LED的滤波结构的第二实施例包括：

光纤5，其中一端与所述输入端11连接。

LED芯片4，与光纤5另一端连接。

可以理解的是，所述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的滤波结构的波导1和谐振器2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。

本发明实施例提供的一种应用于LED的滤波结构，包括：波导1和谐振器2，波导1包含有输入端11和输出端12；波导1和谐振器2之间间隔有耦合区域3，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。本实施例中，通过将波导1和谐振器2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。

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。

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。

Claims (10)

1.一种应用于LED的滤波结构，包括波导和谐振器，其特征在于，

所述波导包含有输入端和输出端；

所述波导和所述谐振器之间间隔有耦合区域，所述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。

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，所述区域信息为所述波导和所述谐振器之间的间距。

3.根据权利要求2所述的应用于LED的滤波结构，其特征在于，

所述间距与光耦合系数κ_e和光损耗系数κ_p建立有反比关系。

4.根据权利要求1或2所述的应用于LED的滤波结构，其特征在于，所述波导为矩形波导；

所述谐振器为环形谐振器。

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，所述滤波率T(λ)通过预置算法获取；

所述滤波率T(λ)为所述输入端的光强信息S_t和输出端的光强信息S_i的比例值。

6.根据权利要求5所述的应用于LED的滤波结构，其特征在于，所述预置算法为

$T\left(\mathrm{\λ}\right)=\frac{\left|S_t\right|}{\left|S_i\right|}=\frac{{|{\mathrm{\λ}}_i-{\mathrm{\λ}}_0|}^2+{\left(\frac{\mathrm{FSR}}{4\mathrm{\π}}\right)}^2\·\left|{({\mathrm{\κ}}_P^2-{\mathrm{\κ}}_E^2)}^2\right|}{{|{\mathrm{\λ}}_i-{\mathrm{\λ}}_0|}^2+{\left(\frac{\mathrm{FSR}}{4\mathrm{\π}}\right)}^2\·\left|{({\mathrm{\κ}}_P^2+{\mathrm{\κ}}_E^2)}^2\right|};$

其中，λ₀为共振波长，λ_i为LED光源波长。

7.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。

8.根据权利要求7所述的应用于LED的滤波结构，其特征在于，还包括：

LED芯片，与所述光纤另一端连接。

9.根据权利要求8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。

10.一种LED显示屏，其特征在于，包括：

由若干个如权利要求1至9所述的应用于LED的滤波结构组成的LED显示屏。