一种间接调制出光偏振模式的LED制造技术

本发明专利技术公开了一种间接调制出光偏振模式的LED，包括LED光源和液晶盒，液晶盒位于LED光源的上方且液晶光轴与LED出射线偏振光方向夹角为45°或135°；所述的LED光源由若干个LED芯片排列组合组成；在LED光源上加载直流电源后，电子与空穴在LED芯片量子阱层(MQW层)复合发光，产生的光经过LED芯片内部结构谐振、反射后，以线偏振光的形式出射；LED芯片出射的线偏振光经过液晶盒后，光的相位发生0～π/2的相位延迟，相位发生改变，从而使得从液晶盒另一端出射的光的偏振模式发生改变；本发明专利技术采用液晶盒与普通液晶显示器不同，结构上更简单，厚度更小。普通液晶盒要在入射和出射两侧分别设置偏光片，对入射和出射的光进行偏振筛选；而本发明专利技术所述液晶盒不需要设置偏振片。

【技术实现步骤摘要】
一种间接调制出光偏振模式的LED
本专利技术涉及可见光通信
，特别涉及一种间接调制出光偏振模式的LED。
技术介绍
可见光通信指的是利用可见光为信息载体，在空气中直接传输光信号进而实现信息的传递。可见光发光二极管(LED)具有响应迅速、耗能低、寿命长等特点。通过将要传输的信号加载在电信号上并用以驱动LED，LED将调制电信号转换为调制光信号，经过光电二极管(PD)检测并将调制光信号还原为调制电信号，再解调还原为信息，即为可见光通信的具体过程。在可见光通信信息调制阶段，有直接调制和间接调制两种方式。直接调制是指将信息转变为电流信号并调制LED驱动电流；间接调制是指将信息转变为电流信号驱动外部设备对LED的灯光进行调制。可见光通信间接调制不受限于LED光源的调制特性，是提高可见光通信能力的重要方式。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种可提高可见光通信能力间接调制出光偏振模式的LED，本专利技术这种LED可任意调控最终出射光的偏振模式。本专利技术间这种间接调制出光偏振模式的LED，包括LED光源和液晶盒，液晶盒位于LED光源的上方且液晶光轴与LED出射线偏振光方向夹角为45°或135°；所述的LED光源由若干个LED芯片排列组合组成；在LED光源上加载直流电源后，电子与空穴在LED芯片量子阱层(MQW层)复合发光，产生的光经过LED芯片内部结构谐振、反射后，以线偏振光的形式出射；LED芯片出射的线偏振光经过液晶盒后，光的相位发生0～π/2的相位延迟，相位发生改变，从而使得从液晶盒另一端出射的光的偏振模式发生改变；相位改变量由控制端施加在液晶盒上的电压决定。所述的LED芯片从上到下，依次为介质膜层、n-GaN层、MQW层、p-GaN层、ITO导电层和光栅层；其中各层宽度关系为：ITO导导电层宽度和光栅宽度相等，n-GaN层、MQW层、p-GaN层的宽度相等，p-GaN层宽度小于ITO导电层，介质膜层宽度小于n-GaN层；ITO导电层两端会漏出台面，n-GaN层、MQW层、p-GaN层会漏出两个整齐的侧壁；n-GaN层上也会漏出两个台面；在ITO导电层和n-GaN层漏出的台面，以及n-GaN层、MQW层、p-GaN层侧壁上有一层钝化层；在一侧的钝化层上设有欧姆接触金属层，欧姆接触金属顶部会有部分与n-GaN层漏出的台面接触。所述的LED芯片的制备方法，包括以下步骤：(1)在衬底上依次生长u-GaN层、n-GaN层、MQW层和p-GaN层，得到LED外延材料；(2)在步骤(1)中所述p-GaN层表面制备导电层；(3)在步骤(2)所得导电层制备光栅；(4)去除步骤(3)所得结构的衬底；(5)用干法刻蚀去除步骤(4)所得结构的u-GaN层以及部分n-GaN层至设计腔长；(6)将步骤(5)所得结构刻蚀出芯片台面至导电层；(7)在步骤(6)所得芯片台面的上表面，n-GaN层、MQW层、p-GaN的侧壁制备钝化层，在n-GaN层上表面除介质膜位置的两侧也制备钝化层，制备好的钝化层的形状呈直角的Z字型；(8)在步骤(7)所得结构的一侧的钝化层上制备欧姆接触金属，欧姆接触金属上部有部分与n-GaN层上表面相接触；(9)在步骤(8)所得垂直结构Micro-LED芯片的n-GaN层表面沉积介质膜。(10)在步骤(9)所得结构经切割后，得到LED芯片。所述步骤(1)中，衬底为宝石、硅、碳化硅、氮化镓中的一种；MQW层是由InGaN层和GaN层交替循环组成；u-GaN层、n-GaN层、MQW层和p-GaN层的制备方法为MOCVD生长。所述步骤(2)中，导电层的材料为氧化铟锡(ITO)，制备方法为电子束蒸发法。所述步骤(3)中，光栅层的材料为Al，制备方法为激光直写。所述步骤(4)中，衬底的去除方法为激光剥离。所述步骤(5)中，设计腔长是指腔长为波长的整数倍。所述步骤(6)中，刻蚀后，导电层的宽度是大于u-GaN层、n-GaN层、MQW层和p-GaN层，两侧漏出部分为芯片台面且两侧台面等宽。所述步骤(7)中，钝化层为SiO2，制备方法为化学沉积法。所述步骤(8)中，欧姆接触金属为Au，制备方法为电子束蒸发法。所述步骤(9)中，介质膜为SiO2、Si3N4、TiO2中的一种或多种，制备方法为PECVD沉积。液晶盒从上至下包括，透明电极，液晶材料，透明电极；透明电极与液晶材料接触的一侧上含有一层取向剂层；透明电极之间通过点边框胶连接形成盒体，盒体内填充液晶材料；两个透明电极之间安装控制电路。所述的液晶盒的制备方法，包括以下步骤：2-1：对透明电极材料进行清洗；接着将取向剂旋涂在透明电极的一侧，旋涂后放在加热台上进行固化；使两个透明电极涂有取向剂一侧相对，点边框胶，制备得到液晶空盒；2-2：将步骤2-1中的液晶空盒放入偏振紫外曝光机中曝光，利用取向剂受紫外光照射后发生的顺反异构反应，进而使得取向剂按照设计方向排列。2-3：向液晶空盒中灌装液晶，完成封盒；并在两个透明电极之间安装控制电路；即得液晶盒。所述步骤2-1中，透明电极材料为氧化铟锡(ITO)，制备方法为电子束蒸发法；取向剂为偶氮光控取向剂(SD1)，使用匀胶机进行旋涂，转速800转/s旋涂10s、转速3000转/s旋涂40s，旋涂后放在100℃加热台加热10分钟固化。所述步骤2-2中，液晶空盒完成点边框胶后，需要测量盒厚度是否满足要求，其目的是使液晶层厚度满足要求；液晶层的厚度要根据液晶材料的折射率以及待调控的光波长计算，使光程差为半波长。所述步骤2-3中，所述的液晶盒上，需要在两个透明电极之间安装控制电路。当控制电路施加电压大小不同时，液晶分子偏转不同，进而使得光经过液晶后产生的相位延迟不同。施加电压的大小需要上述液晶材料的形变自由能密度、展取、扭曲和弯曲系数具体模拟计算。本专利技术的有益效果：一、本专利技术所述LED能够直接出射线偏振光。普通LED由于其自发辐射性，其发光不具有相干性，偏振方向不一。通过在导电层的金属光栅和n-GaN层的介质膜之间形成垂直方向的谐振微腔结构，使其发光光谱变窄，减少侧壁出光，提高正面出光。同时因为光栅有偏振选择出光性，所以经过此结构选择后，本专利技术所述LED出射光为线偏振光。二、本专利技术所述液晶盒与普通液晶显示器不同，结构上更简单，厚度更小。普通液晶盒要在入射和出射两侧分别设置偏光片，对入射和出射的光进行偏振筛选；而本专利技术所述液晶盒不需要设置偏振片。普通液晶盒要在盒内侧设置液晶导向膜，引导液晶分子按序排列；本专利技术所述液晶盒涂有取向剂，采用紫外曝光的方法引导液晶分子排列。本专利技术所述液晶层采用旋涂固化工艺，可以精确控制液晶层厚度。三、本专利技术可以通过调控施加在液晶盒上电压的大小，来控制液晶分子在电场下的偏转角度，进而改变入射的线偏振光在液晶层内传播产生的光程差，最后使得出射光的偏振模式发生对应改变。电压大小与出射光偏振模式为一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种间接调制出光偏振模式的LED，其特征在于，包括LED光源和液晶盒，液晶盒位于LED光源的上方且液晶光轴与LED出射线偏振光方向夹角为45°或135°；所述的LED光源由若干个LED芯片排列组合组成；/n在LED光源上加载直流电源后，电子与空穴在LED芯片量子阱层(MQW层)复合发光，产生的光经过LED芯片内部结构谐振、反射后，以线偏振光的形式出射；LED芯片出射的线偏振光经过液晶盒后，光的相位发生0～π/2的相位延迟，相位发生改变，从而使得从液晶盒另一端出射的光的偏振模式发生改变；相位改变量由控制端施加在液晶盒上的电压决定。/n

【技术特征摘要】
1.一种间接调制出光偏振模式的LED，其特征在于，包括LED光源和液晶盒，液晶盒位于LED光源的上方且液晶光轴与LED出射线偏振光方向夹角为45°或135°；所述的LED光源由若干个LED芯片排列组合组成；
在LED光源上加载直流电源后，电子与空穴在LED芯片量子阱层(MQW层)复合发光，产生的光经过LED芯片内部结构谐振、反射后，以线偏振光的形式出射；LED芯片出射的线偏振光经过液晶盒后，光的相位发生0～π/2的相位延迟，相位发生改变，从而使得从液晶盒另一端出射的光的偏振模式发生改变；相位改变量由控制端施加在液晶盒上的电压决定。


2.根据权利要求1所述的间接调制出光偏振模式的LED，其特征在于，所述的LED芯片从上到下，依次为介质膜层、n-GaN层、MQW层、p-GaN层、ITO导电层和光栅层；其中各层宽度关系为：ITO导导电层宽度和光栅宽度相等，n-GaN层、MQW层、p-GaN层的宽度相等，p-GaN层宽度小于ITO导电层，介质膜层宽度小于n-GaN层；ITO导电层两端会漏出台面，n-GaN层、MQW层、p-GaN层会漏出两个整齐的侧壁；n-GaN层上也会漏出两个台面；在ITO导电层和n-GaN层漏出的台面，以及n-GaN层、MQW层、p-GaN层侧壁上有一层钝化层；在一侧的钝化层上设有欧姆接触金属层，欧姆接触金属顶部会有部分与n-GaN层漏出的台面接触。


3.根据权利要求2所述的间接调制出光偏振模式的LED，其特征在于，所述的LED芯片的制备方法，包括以下步骤：
(1)在衬底上依次生长u-GaN层、n-GaN层、MQW层和p-GaN层，得到LED外延材料；
(2)在步骤(1)中所述p-GaN层表面制备导电层；
(3)在步骤(2)所得导电层制备光栅；
(4)去除步骤(3)所得结构的衬底；
(5)用干法刻蚀去除步骤(4)所得结构的u-GaN层以及部分n-GaN层至设计腔长；
(6)将步骤(5)所得结构刻蚀出芯片台面至导电层；
(7)在步骤(6)所得芯片台面的上表面，n-GaN层、MQW层、p-GaN的侧壁制备钝化层，在n-GaN层上表面除介质膜位置的两侧也制备钝化层，制备好的钝化层的形状呈直角的Z字型；
(8)在步骤(7)所得结构的一侧的钝化层上制备欧姆接触金属，欧姆接触金属上部有部分与n-GaN层上表面相接触；
(9)在步骤(8)所得垂直结构Micro-LED芯片的n-GaN层表面沉积介质膜；
(10)在步骤(9)所得结构经切割后，得到LED芯片。


4.根据权利要求3所述的间接调制出光偏振模式的LED，其特征在于，所述步骤(1)中，衬底为宝石、硅、碳化硅、氮化镓中的一种；MQW层是由InGaN层和GaN层交替循环组成；u-GaN层、n-GaN层、MQW...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪炼成，黄锦鹏，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43