一种用于车载显示的宽带方向偏转调控的Micro-LED结构的制作方法

本发明涉及电子技术与信息显示，特别是一种用于车载显示的宽带方向偏转调控的micro-led结构。

背景技术：

1、增强现实(augmented reality，ar)是一种借助计算机、光学模组和传感交互等多种技

2、术将虚拟数字信息和真实物理信息“无缝”融合集成的新型交互模式。增强现实可通过多种显示设备实现，特别是抬头显示系统(head-up display，hud)，也称平视显示系统，是一种光学虚像显示系统。此系统通过光学镜片的反射或折射，将与汽车、飞机行驶相关的各种信息通过位于驾驶者视线正前方的放大虚像来呈现。虚像与景物同时出现在驾驶者的视野中，这样可以让驾驶者的视线一直保持在路面上。若能让景物与虚像保持重合，虚实融合，理想效果才能达到。增强现实技术与抬头显示系统的结合使得此愿景有望实现。传统的抬头显示系统分为直接反射式和挡风玻璃式。直接反射式具有显示区域较小，显示内容有限等缺点；挡风玻璃式有显示重影和较差普遍适用性。增强现实式与挡风玻璃式一样也存在重影的问题，但增强现实式较挡风玻璃式而言具有更大的投影面积与投影距离。

3、超表面是一种亚波长结构，是一类具有改变光等电磁波传播性质而传统材料无法实现的特殊性质的人造材料。采用相位不连续的方式调控光波的波前，可以实现光波的异常反射与异常折射，甚至光场偏振等的任意调控。超构表面可实现对光束偏转的任意调控，将超构表面替代传统光学元件用于抬头显示系统中，可实现紧凑型的光线调控。基于几何相位的超透镜，通过转换圆偏振光和非转换圆偏振光的解耦可以分别实现对虚拟图像和真实空间的成像和有效融合。这种几何超透镜只能在圆偏振光入射下工作，在成像系统中需要附加的四分之一波片，但是四分之一波片会大大削弱显示亮度。这些问题限制了超构表面在ar显示系统的进一步应用。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于车载显示的宽带方向偏转调控的micro-led结构，采用多层结构设计可实现对多种波长电磁波的偏转角度独立调控。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种用于车载显示的宽带方向偏转调控的micro-led结构，所述micro-led结构包括衬底层、micro-led台面、谐振腔和光学超构表面；所述micro-led台面由n-掺杂区、多量子阱层、p-掺杂区组成，光学超构表面由n层纳米结构组成，其中n≥1；所述谐振腔实现micro-led的光束准直，所述光学超构表面实现micro-led出射光的方向偏转调控。

3、在一较佳的实施例中，所述衬底层的材料为低折射率透明介质，包括蓝宝石、k9玻璃、熔石英玻璃、柔性有机透明材料低折射率材料。

4、在一较佳的实施例中，所述光学超构表面制备于衬底表面，或micro-led台面表面，通过多个互相独立的mie共振或等离子基元共振实现多个波长电磁波的方向偏转调控。

5、在一较佳的实施例中，所述超构表面具体为设计所述纳米结构单元在所述衬底层上的周期性分布，包括步骤：

6、步骤s1：构建纳米结构单元，仿真得到各个纳米结构单元对应的透射和反射系数的振幅和相位变化曲线，建立结构库；

7、步骤s2：确定所述偏转角度分别在多个作用波长下的目标相位分布；

8、步骤s3：根据所述波长的目标相位分布，在所述结构库中选取同时满足所述多个目标相位分布的多层纳米结构单元，并在所述衬底层上的空间内排列所述纳米结构单元的位置，获得所述纳米结构单元在所述衬底层上的周期性分布。

9、在一较佳的实施例中，在结构库中选取同时满足所述多个目标相位分布的多层纳米结构单元，使超单元对应在整个波长范围内，都满足透射率大于80％，相位覆盖0～2π的条件。

10、在一较佳的实施例中，所述纳米结构单元的单周期内包含一个或多个单原子结构沿平行micro-led台面的x轴或y轴方向排列。

11、在一较佳的实施例中，所述mie共振纳米结构单元的材料是高折射率介质，包括非晶硅、ti02、氮化镓、sin、sic、gap、gaas，厚度小于1μm；所述等离激元共振纳米结构单元的材料是金属材料，包括au、ag、al、cu，厚度小于1μm。

12、在一较佳的实施例中，纳米结构单元间隙为空气或者低折射率透明介质，多层纳米结构之间通过高分子有机物粘合；所述低折射率透明介质包括mgf2、mgo、si02，所述高分子有机物包括su8、pdms、聚酰亚胺，厚度约0.1～2μm。

13、在一较佳的实施例中，所述入射光包括平面波、球面波，入射方向垂直micro-led台面方向。

14、在一较佳的实施例中，所述纳米结构的制备方法具体为飞秒激光直写或电子束刻蚀或聚焦离子束刻蚀或纳米压印或干涉光刻微纳制备技术；

15、所述高折射率介质的制备方式具体为电子束蒸发或化学气相沉积或热蒸镀或原子层沉积或溶液法；所述金属的制备方式具体为电子束蒸发或磁控溅射或热蒸镀或化学镀或电镀。

16、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：采用平面超构表面代替传统折射定律曲面透镜，构建新型平面电磁波器件，降低了加工的复杂度，与半导体工艺相容，提高了仿真计算和生产加工的效率和便捷性；采用多层平面超构表面组合，且有多种组合方式，可以适应不同的应用场景，适应性和可靠性较强，能够广泛应用于光学成像、全息成像、车载显示、ar、vr等领域

技术特征：

1.一种用于车载显示的宽带方向偏转调控的micro-led结构，其特征在于，所述micro-led结构包括衬底层、micro-led台面、谐振腔和光学超构表面；所述micro-led台面由n-掺杂区、多量子阱层、p-掺杂区组成，光学超构表面由n层纳米结构组成，其中n≥1；所述谐振腔实现micro-led的光束准直，所述光学超构表面实现micro-led出射光的方向偏转调控。

2.根据权利要求1所述的一种用于车载显示的宽带方向偏转调控的micro-led结构，其特征在于，所述衬底层的材料为低折射率透明介质，包括蓝宝石、k9玻璃、熔石英玻璃、柔性有机透明材料低折射率材料。

3.根据权利要求1所述的一种用于车载显示的宽带方向偏转调控的micro-led结构，其特征在于，所述光学超构表面制备于衬底表面，或micro-led台面表面，通过多个互相独立的mie共振或等离子基元共振实现多个波长电磁波的方向偏转调控。

4.根据权利要求3所述的一种用于车载显示的宽带方向偏转调控的micro-led结构，其特征在于，所述超构表面具体为设计所述纳米结构单元在所述衬底层上的周期性分布，包括步骤：

5.根据权利要求4所述的一种用于车载显示的宽带方向偏转调控的micro-led结构，其特征在于，在结构库中选取同时满足所述多个目标相位分布的多层纳米结构单元，使超单元对应在整个波长范围内，都满足透射率大于80％，相位覆盖0～2π的条件。

6.根据权利要求4所述的一种用于车载显示的宽带方向偏转调控的micro-led结构，其特征在于，所述纳米结构单元的单周期内包含一个或多个单原子结构沿平行micro-led台面的x轴或y轴方向排列。

7.根据权利要求4所述的一种用于车载显示的宽带方向偏转调控的micro-led结构，其特征在于，所述mie共振纳米结构单元的材料是高折射率介质，包括非晶硅、ti02、氮化镓、sin、sic、gap、gaas，厚度小于1μm；所述等离激元共振纳米结构单元的材料是金属材料，包括au、ag、al、cu，厚度小于1μm。

8.根据权利要求4所述的一种用于车载显示的宽带方向偏转调控的micro-led结构，其特征在于，纳米结构单元间隙为空气或者低折射率透明介质，多层纳米结构之间通过高分子有机物粘合；所述低折射率透明介质包括mgf2、mgo、sio2，所述高分子有机物包括su8、pdms、聚酰亚胺，厚度约0.1～2μm。

9.根据权利要求4所述的一种用于车载显示的宽带方向偏转调控的micro-led结构，其特征在于，所述入射光包括平面波、球面波，入射方向垂直micro-led台面方向。

10.根据权利要求4所述的用于车载显示的宽带方向偏转调控的micro-led结构，其特征在于，所述纳米结构的制备方法具体为飞秒激光直写或电子束刻蚀或聚焦离子束刻蚀或纳米压印或干涉光刻微纳制备技术；所述高折射率介质的制备方式具体为电子束蒸发或化学气相沉积或热蒸镀或原子层沉积或溶液法；所述金属的制备方式具体为电子束蒸发或磁控溅射或热蒸镀或化学镀或电镀。

技术总结
本发明提供了一种用于车载显示的宽带方向偏转调控的Micro‑LED结构，所述Micro‑LED结构包括衬底层、Micro‑LED台面、谐振腔和光学超构表面；所述Micro‑LED台面由n‑掺杂区、多量子阱层、p‑掺杂区组成，光学超构表面由n层纳米结构组成，其中n≥1；所述谐振腔实现Micro‑LED的光束准直，所述光学超构表面实现Micro‑LED出射光的方向偏转调控；应用本技术方案可实现对多种波长电磁波的偏转角度独立调控。

技术研发人员：张恺馨,陈慷慷,陈恩果,孙捷,严群,范祯桂,林畅,杨天溪,黄忠航,张永爱,郭太良
受保护的技术使用者：闽都创新实验室
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13