WO2023245653A1 - 一种微纳器件、制备方法及显示装置 - Google Patents

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light
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    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
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    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells

Definitions

  • the present disclosure relates to the technical field of micro-nano devices, and in particular to a micro-nano device, a preparation method and a display device.
  • the present disclosure discloses a micro-nano device, a preparation method and a display device, which utilizes the modulation of the transmittance of different pixel units to realize dynamic control of the beam direction, and can achieve high image imaging quality.
  • a base having a light incident surface and a light exit surface arranged oppositely;
  • a second electrode layer is located on a side of the first electrode layer facing away from the substrate.
  • the second electrode layer includes a plurality of second electrodes arranged in one-to-one correspondence with the plurality of first electrodes.
  • the first electrode and the plurality of second electrodes correspond to a plurality of light control areas;
  • the first electrode layer is arranged on one side of the light-emitting surface of the base, and the first electrode layer includes a plurality of first electrodes, and the second electrode includes a plurality of second electrodes arranged in one-to-one correspondence with the plurality of first electrodes.
  • the electrode and the second electrode correspond to form a plurality of light control areas; driven by the electric field between the first electrode and the second electrode, the absorption resonance frequency of the adjustable dielectric layer changes, thereby changing the effect of light when passing through the micro-nano structural unit.
  • Transmission intensity; the absorption layer selectively absorbs light in different areas of multiple light control areas. That is to say, in multiple light control areas, due to the existence of the absorption layer, light is transmitted through some light control areas. Some light control areas have no light transmission, which changes the direction of the light passing through the micro-nano structural unit.
  • the tunable dielectric layer includes a dielectric elastomer, and the thickness of the dielectric elastomer is changed by changing the voltage value between the first electrode and the second electrode.
  • the material of the tunable dielectric layer is a phase change material, and the crystal state of the phase change material is changed by changing the voltage value between the first electrode and the second electrode.
  • the material of the tunable dielectric layer is a two-dimensional material, and the carrier concentration of the two-dimensional material is changed by changing the voltage value between the first electrode and the second electrode.
  • the material of the tunable dielectric layer is a liquid crystal material, and the deflection direction of the liquid crystal material is changed by changing the voltage value between the first electrode and the second electrode.
  • the first electrode layer and the second electrode layer are both made of indium tin oxide.
  • the first electrode layer is a metal layer
  • the second electrode layer is a metal layer
  • the first electrode has a mesh structure
  • the second electrode has a mesh structure
  • the material of the absorption layer is a metal material.
  • the metal material is silver.
  • the first electrode units are arranged along a first direction
  • the second electrode units are arranged along a second direction, and there is an overlapping area between the first electrode unit and the second electrode unit.
  • the first electrode unit and the second electrode unit are orthogonal.
  • the present disclosure provides a method for preparing a micro-nano device, including a micro-nano structural unit, and the micro-nano structural unit includes the following steps:
  • a substrate having oppositely arranged light incident surfaces and light exit surfaces
  • a first electrode layer is formed on one side of the light-emitting surface of the substrate, and the first electrode layer is patterned to form a plurality of first electrodes;
  • a tunable dielectric layer is formed between the first electrode layer and the second electrode layer, and the absorption resonance frequency of the tunable dielectric layer is driven by the electric field between the first electrode and the second electrode. Change to change the transmission intensity of light in the micro-nano structural unit;
  • the present disclosure provides a display device, including a display panel, and any of the micro-nano devices described in the first aspect located on the light-emitting surface side of the display panel.
  • the pixel unit corresponds one-to-one to the second electrode in the micro-nano device.
  • Figure 1 is a schematic diagram of a micro-nano structural unit in state one provided by an embodiment of the present disclosure
  • Figure 2 is a schematic diagram of a micro-nano structural unit in state two provided by an embodiment of the present disclosure
  • Figure 3 is a side view of a one-dimensional beam of a micro-nano device provided by an embodiment of the present disclosure
  • Figure 7 is a schematic structural diagram of the interference front of a two-dimensional holographic beam of a micro-nano device provided by an embodiment of the present disclosure
  • Figures 10a-10f are schematic diagrams of film layer preparation of a micro-nano device provided by embodiments of the present disclosure.
  • a display device provided by an embodiment of the present disclosure includes a display panel and a micro-nano device located on one side of the light-emitting surface of the display panel.
  • Micro-nano structural units include:
  • the first electrode layer 2 is located on one side of the light-emitting surface of the substrate 1.
  • the first electrode layer 2 includes a plurality of first electrodes;
  • the second electrode layer 3 is located on the side of the first electrode layer 2 away from the substrate 1.
  • the second electrode layer 3 includes a plurality of second electrodes arranged in one-to-one correspondence with the plurality of first electrodes, a plurality of first electrodes and a plurality of The second electrode corresponds to a plurality of light control areas S; the pixel unit is located in the light control area S, and the pixel unit corresponds to the first electrode in the micro-nano device one-to-one; the pixel unit corresponds to the second electrode in the micro-nano device one-to-one.
  • the absorption layer 6 is located on the side of the second electrode layer 3 away from the tunable dielectric layer 5; the absorption layer 6 selectively absorbs light in different areas within the multiple light control areas S, so as to pass through the micro-nano structural unit The direction of the light changes.
  • the micro-nano device includes a micro-nano structural unit, and the micro-nano structural unit includes a substrate 1 having a light exit surface and a light incident surface, where the light incident surface and the light exit surface are arranged oppositely, along the light incident surface of the substrate 1
  • a first electrode layer 2 On the side pointing to the light-emitting surface, a first electrode layer 2, a tunable dielectric layer 5, a second electrode layer 3 and an absorption layer 6 are stacked in sequence.
  • the first electrode layer 2 is arranged on one side of the light-emitting surface of the base, and the first electrode layer 2 includes a plurality of first electrodes, and the second electrode includes a plurality of second electrodes arranged in one-to-one correspondence with the plurality of first electrodes,
  • the first electrode and the second electrode form a plurality of light control areas S correspondingly; driven by the electric field between the first electrode and the second electrode, the absorption resonance frequency of the adjustable dielectric layer changes, thereby changing the light passing through the micro-nano structure
  • the transmission intensity of the unit; the absorption layer 6 selectively absorbs light in different areas of the multiple light control areas S.
  • Figure 1 it can be regarded as a micro-nano structure unit corresponding to the light control area S.
  • Light is emitted from the pixel unit.
  • the arrow pointing to the substrate 1 is the incident light, which is the reference wave.
  • the arrow pointing away from the substrate 1 is the outgoing light.
  • the emitted light is the target wave.
  • Figures 1 and 2 are schematic structural diagrams of two states in which light from a unit pixel passes through a micro-nano structural unit. Two electrode layers are patterned on the substrate 1, and a tunable dielectric layer 5 is sandwiched between the electrode layers. The absorption of the tunable dielectric layer 5 can be changed by electrifying the first electrode layer 2 and the second electrode layer 3.
  • a one-dimensional beam is used for illustration.
  • the one-dimensional beam only needs to consider the pitch angle, which is ⁇ in the following formula.
  • the working principle of the micro-nano structural unit provided by the embodiment of the present disclosure is as follows:
  • Aref is the reference wave
  • Aobj is the target wave
  • ⁇ is the pitch angle of the target direction of the beam
  • z is the z-axis height
  • xi is the position in the x-axis direction corresponding to each pixel unit, i is a positive integer
  • k 2 ⁇ / ⁇ , k is the wave vector in the air
  • sample is the sample function.
  • the arrow pointing toward the direction of Base 1 is the reference wave.
  • the arrow pointing away from Base 1 is the target wave.
  • the reference wave propagates along the z-axis in free space.
  • the target wave assumes that the angle is ⁇ . Based on this
  • the reference wave and the target wave are interfered at the surface position of the micro-nano structure unit provided by the disclosed embodiment, and the amplitude of each pixel unit is sampled by using the interference function, for example, 100 pixel units are sampled, and the corresponding value based on each pixel unit is obtained.
  • the cosine function of the position using the holographic amplitude modulation principle, can be found through the following sample (Sample) formula that the amplitude of the entire interference front satisfies the cosine function.
  • the target pointing angle is ⁇ .
  • the above cosine function is sampled through the binary method. Since sample The amplitude range of the formula function is between [0,1]. It is assumed that the set threshold is 0.5. Of course, setting the threshold to 0.5 is only for explanation. The specific set threshold can be selected according to actual needs. The following is an explanation of setting the threshold to 0.5. For example, when the transmittance of the first pixel unit position is less than 0.5, the position is '0' in the binary method.
  • the transmittance of the first pixel unit position When it is greater than 0.5, the position is marked as '1'; similarly, if the transmittance of the second pixel unit position is less than 0.5, the position is '0' in the binary method. If the transmittance of the second pixel unit position is When the transmittance is greater than 0.5, the position is marked as '1'; and so on, if the transmittance of the 100th pixel unit position is less than 0.5, the position is '0' in the binary method. When the transmittance of the pixel unit position is greater than 0.5, the position is marked as '1'; by continuously sampling 0 and 1, the beam pointing angle can be achieved as ⁇ .
  • the transmission intensity at different pixel unit positions is related by the absorption resonance frequency of the tunable dielectric layer 5 at that position, which is the light control area S, as shown in Figure 4, that is, when the space between the first electrode and the second electrode
  • the electric field drives the absorption resonance frequency of the tunable dielectric layer 5 to change; continue to refer to Figure 4, the abscissa is the wavelength, the ordinate is the transmittance, curve A is the transmittance change diagram of the reference wave at different wavelengths, and curve B is The transmittance change diagram of the target wave at different wavelengths.
  • the transmittance changes from 0.85 to 0.
  • the two states are assumed to be compared with the set threshold 0.5.
  • 0.85 is greater than 0.5, which is '1' in the binary method; 0 is less than 0.5, which is '0' in the binary method, respectively.
  • Figures 5a to 5c a schematic diagram of amplitude modulation of a one-dimensional holographic principle of a micro-nano device provided by an embodiment of the present disclosure is formed as shown in Figures 5a to 5c;
  • the dotted box in Figure 6 represents the effective area.
  • One effective area corresponds to one pixel unit.
  • the first electrode layer 2 at the effective area position is the first electrode.
  • the second electrode layer 3 is a second electrode.
  • the two-dimensional beam needs to consider the pitch angle, which is ⁇ in the following formula; it also needs to consider the azimuth angle, which is ⁇ in the following formula.
  • the tunable structural diagram of the two-dimensional holographic broadband beam is as follows: As shown in Figure 6, the pixel unit is composed of 9*9 basic units in Figure 6. The number of pixel units is not limited to the number shown in the figure.
  • ⁇ is the pitch angle of the beam's target direction
  • ⁇ is the azimuth angle of the beam's target direction
  • xi is the position in the X-axis direction corresponding to each pixel unit, i is a positive integer
  • yi is each pixel unit For the corresponding position in the y-axis direction, i is a positive integer
  • sample is the sample function.
  • the first electrode layer 2 is a metal layer
  • the second electrode layer 3 is a metal layer
  • the first electrode is designed as a mesh structure
  • the second electrode is also designed as a mesh structure.
  • the material of the first electrode layer 2 may be copper, aluminum, or other materials.
  • the absorption layer 6 and the substrate 1 in the micro-nano device provided by the embodiment of the present disclosure constitute an absorber.
  • the material of the absorption layer 6 is a metal material.
  • the material of the absorption layer 6 is silver.
  • a plurality of first electrodes form a first electrode unit 21, and a plurality of second electrodes form a second electrode unit 31; the first electrode units 21 are arranged along the first direction, and the second electrode units 31 are arranged along the second direction. Arranged in different directions, the first electrode unit 21 and the second electrode unit 31 have an overlapping area, and the overlapping area is equivalent to the light control area S.
  • the first electrode unit 21 and the second electrode unit 31 are orthogonal.
  • a substrate 1 is provided, and the substrate 1 has oppositely arranged light incident surfaces and light exit surfaces;
  • a first electrode layer 2 is formed on one side of the light-emitting surface of the substrate 1, and the first electrode layer 2 is patterned to form a plurality of first electrodes;
  • embodiments of the present disclosure provide a display device, including a display panel, and any of the micro-nano devices of the first aspect located on one side of the light-emitting surface of the display panel.
  • the pixel unit corresponds to the second electrode in the micro-nano device one-to-one.

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Abstract

本公开涉及微纳器件的领域，公开一种微纳器件、制备方法及显示装置，该微纳器件包括微纳结构单元；微纳结构单元包括：基底具有相对设置的入光面和出光面；第一电极层，位于基底出光面的一侧，第一电极层包括多个第一电极；第二电极层，位于第一电极层背离基底的一侧，第二电极层包括与多个第一电极一一对应设置的多个第二电极，多个第一电极和多个第二电极对应多个控光区域；可调谐介质层，位于第一电极层和第二电极层之间；可调谐介质层的吸收谐振频率在第一电极和第二电极之间电场驱动下发生改变，以改变光线在微纳结构单元中的透射强度；吸收层选择性地吸收在多个控光区域内不同区域的光，以使通过微纳结构单元的光线的指向发生改变。

Description

一种微纳器件、制备方法及显示装置 技术领域
本公开涉及微纳器件的技术领域，特别涉及一种微纳器件、制备方法及显示装置。
背景技术
波束控制已经在雷达技术中实现了广泛应用，而最近出现的光检测以及测距技术已经在之前雷达技术的基础上得到广泛地发展。传统的激光雷达(Lidar)技术利用激光源照射目标物体，通过检测反射光脉冲束的返回时间(飞行时间)，从而计算物体的距离。该技术已经应用在地面、飞机以及太空等设备用于感知周围环境。地面激光雷达技术起初只是用来简单测量(距离或者车速)，现在已经在各种先进设备中得到重要应用如自动驾驶、人工智能机器人等。
目前，几种Lidar系统已经被优化满足各种应用的要求。例如，对于消费电子来说，设备的费用和尺寸非常重要，但是测量精度、可测量范围距离和系统的稳定性对于精确设备来说也是很关键的。考虑到Lidar基于现实世界的使用以及潜在经济影响的潜力，甚至于短期内，对于硬件与软件端内的研究与发展都将引发快速增长。
对于一些特殊应用，Lidar系统的决策时间对于自动汽车来说将需要足够快，从而保证在危险情况下能够保证安全停止。特别地，对于人生安全来说，必须满足安全测量距离、高精度、360°实时工作范围，一种光学系统能够克服糟糕的天气环境，并且保证对不同太阳光照条件下的稳定工作。基于以上要求，期望Lidar系统能够被制造作为紧凑并且可承受的芯片级传感器。然而，现在并没有商业化的Lidar系统能够满足以上要求。绝大部分的商业化可用的Lidar系统主要基于微机电系统(MEMS，Micro-Electro-Mechanical System)系统，该系统体积大并且易于受到外界环境的影响。
发明内容
本公开公开了一种微纳器件、制备方法及显示装置，利用不同像素单元的透过率的调制实现对波束指向的动态控制，能够实现高的图像成像质量。
为达到上述目的，本公开提供以下技术方案：
第一方面，本公开提供的一种微纳器件，包括：微纳结构单元；
所述微纳结构单元包括：
基底，所述基底具有相对设置的入光面和出光面；
第一电极层，位于所述基底出光面的一侧，所述第一电极层包括多个第一电极；
第二电极层，位于所述第一电极层背离所述基底的一侧，所述第二电极层包括与所述多个第一电极一一对应设置的多个第二电极，所述多个第一电极和所述多个第二电极对应多个控光区域；
可调谐介质层，位于所述第一电极层和所述第二电极层之间；所述可调谐介质层的吸收谐振频率在所述第一电极和所述第二电极之间电场驱动下发生改变，以改变光线在所述微纳结构单元中的透射强度；
吸收层，所述吸收层位于所述第二电极层背离所述可调谐介质层的一侧；所述吸收层选择性地吸收在所述多个控光区域内不同区域的光，以使通过所述微纳结构单元的光线的指向发生改变。
本公开提供的微纳器件包括微纳结构单元，微纳结构单元包括具有出光面和入光面的基底，其中入光面和出光面相对设置，沿基底入光面指向出光面的一侧，依次层叠设置有第一电极层、可调谐介质层、第二电极层以及吸收层。具体第一电极层设置在基地的出光面的一侧，并且第一电极层包括多个第一电极，第二电极包括与多个第一电极一一对应设置的多个第二电极，第一电极和第二电极对应形成多个控光区域；在第一电极和第二电极之间的电场的驱动下，可调节介质层的吸收谐振频率发生改变，从而改变光线通过微纳结构单元时的透射强度；吸收层选择性的吸收在多个控光区域中的不同区域的光，也就是说，在多个控光区域中，由于吸收层的存在使得有的控光 区域有光透过，有的控光区域没有光透过，进而使得透过微纳结构单元的光线的指向发生改变。
可选地，所述可调谐介质层包括电介质弹性体，通过改变所述第一电极和所述第二电极之间的电压值，以改变所述电介质弹性体的厚度。
可选地，所述可调谐介质层的材料为相变材料，通过改变所述第一电极和所述第二电极之间的电压值，以改变相变材料的晶态。
可选地，所述可调谐介质层的材料为二维材料，通过改变所述第一电极和所述第二电极之间的电压值，以改变所述二维材料的载流子浓度。
可选地，所述可调谐介质层的材料为液晶材料，通过改变所述第一电极和所述第二电极的之间的电压值，以改变所述液晶材料的偏转方向。
可选地，所述第一电极层和所述第二电极层的材料均为氧化铟锡。
可选地，所述第一电极层为金属层，所述第二电极层为金属层；
所述第一电极为网状结构，所述第二电极为网状结构。
可选地，所述吸收层的材料为金属材料。
可选地，所述金属材料为银。
可选地，多个所述第一电极形成第一电极单元，多个所述第二电极形成所述第二电极单元；
所述第一电极单元沿第一方向排布，所述第二电极单元沿第二方向排布，所述第一电极单元和所述第二电极单元存在交叠区域。
可选地，所述第一电极单元和所述第二电极单元正交。
第二方面，本公开提供一种微纳器件的制备方法，包括微纳结构单元，所述微纳结构单元包括如下步骤：
提供一基底，所述基底具有相对设置的入光面和出光面；
在所述基底的出光面的一侧形成有第一电极层，所述第一电极层图案化形成多个第一电极；
在所述第一电极层背离所述基底的一侧形成有第二电极层，所述第二电极层图案化以形成与所述第一电极对应的多个第二电极，所述多个第一电极 和所述多个第二电极对应多个控光区域；
在所述第一电极层和所述第二电极层之间形成有可调谐介质层，所述可调谐介质层的吸收谐振频率在所述第一电极和所述第二电极之间电场驱动下发生改变，以改变光线在所述微纳结构单元中的透射强度；
在所述第二电极层背离所述可调谐介质层的一侧形成有吸收层，所述吸收层选择性地吸收在所述多个控光区域内不同区域的光，以使通过所述微纳结构单元的光线的指向发生改变。
第三方面，本公开提供一种显示装置，包括显示面板，以及位于所述显示面板出光面一侧的第一方面任一项所述的微纳器件。
可选地，所述显示面板包括多个像素单元，所述像素单元与所述微纳器件中的第一电极一一对应；
所述像素单元与所述微纳器件中的第二电极一一对应。
附图说明
图1为本公开实施例提供的一种微纳结构单元的处于状态一的示意图；
图2为本公开实施例提供的一种微纳结构单元的处于状态二的示意图；
图3为本公开实施例提供的一种微纳器件的一维波束的侧视图；
图4为本公开实施例提供的一种微纳结构单元的透过率变化示意图；
图5a-图5c为本公开实施例提供的一种微纳器件的一维全息原理的幅度调制示意图；
图6为本公开实施例提供的一种微纳器件的二维波束的俯视图；
图7为本公开实施例提供的一种微纳器件的二维全息的波束的干涉阵面的结构示意图；
图8为本公开实施例提供的一种微纳器件的二维全息的波束的干涉阵面的结构示意图；
图9为本公开实施例提供的第一电极单元和第二电极单元的排布结构示意图；
图10a-图10f为本公开实施例提供的一种微纳器件的膜层制备示意图。
图标：1-基底；2-第一电极层；21-第一电极单元；3-第二电极层；31-第二电极单元；5-可调谐介质层；6-吸收层；S-控光区域。
具体实施方式
下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，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他实施例，都属于本公开保护的范围。
本公开实施例提供的一种显示装置，包括显示面板，以及位于显示面板出光面一侧的微纳器件。
具体地，显示面板包括多个像素单元。为方便理解，像素单元可以是一个子像素，或是至少三个不同颜色的子像素形成的像素单元。
本公开中的附图比例可以作为实际工艺中的参考，但不限于此。例如：各个膜层的厚度和间距，可以根据实际需要进行调整。显示装置中像素单元的个数和每个像素单元中子像素的个数也不是限定为图中所示的数量，本公开中所描述的附图仅是结构示意图，本公开的一个方式不局限于附图所示的形状或数值等。
本说明书中的“第一”、“第二”等序数词是为了避免构成要素的混同而设置，而不是为了在数量方面上进行限定的。
如图1和图2所示，第一方面，本公开实施例提供了一种微纳器件，包括：微纳结构单元；
微纳结构单元包括：
基底1，基底1具有相对设置的入光面和出光面；
第一电极层2，位于基底1出光面的一侧，第一电极层2包括多个第一电极；
第二电极层3，位于第一电极层2背离基底1的一侧，第二电极层3包括 与多个第一电极一一对应设置的多个第二电极，多个第一电极和多个第二电极对应多个控光区域S；像素单元位于控光区域S内，像素单元与微纳器件中的第一电极一一对应；像素单元与微纳器件中的第二电极一一对应。
关于可调谐介质层5，位于第一电极层2和第二电极层3之间；可调谐介质层5的吸收谐振频率在第一电极和第二电极之间电场驱动下发生改变，以改变光线在微纳结构单元中的透射强度；
吸收层6，吸收层6位于第二电极层3背离可调谐介质层5的一侧；吸收层6选择性地吸收在多个控光区域S内不同区域的光，以使通过微纳结构单元的光线的指向发生改变。
需要说明的是，本公开提供的微纳器件包括微纳结构单元，微纳结构单元包括具有出光面和入光面的基底1，其中入光面和出光面相对设置，沿基底1入光面指向出光面的一侧，依次层叠设置有第一电极层2、可调谐介质层5、第二电极层3以及吸收层6。具体第一电极层2设置在基地的出光面的一侧，并且第一电极层2包括多个第一电极，第二电极包括与多个第一电极一一对应设置的多个第二电极，第一电极和第二电极对应形成多个控光区域S；在第一电极和第二电极之间的电场的驱动下，可调节介质层的吸收谐振频率发生改变，从而改变光线通过微纳结构单元时的透射强度；吸收层6选择性的吸收在多个控光区域S中的不同区域的光，也就是说，在多个控光区域S中，由于吸收层6的存在使得有的控光区域S有光透过，有的控光区域S没有光透过，进而使得透过微纳结构单元的光线的指向发生改变。
在图1中，可以视为一个控光区域S对应的微纳结构单元，光从像素单元发出，图1中箭头指向基底1的为入射光，也就是参考波，箭头远离基底1的为出射光，也就是目标波。图1和图2为单元像素的光透过微纳结构单元的两种状态结构示意图。在基底1上图案化两层电极层，并且电极层中间夹着一层可调谐介质层5，通过对第一电极层2和第二电极层3进行加电可以改变可调谐介质层5的吸收谐振频率，最上层的吸收层6与下方基底1构成吸收体，通过调节可调谐介质层5的吸收谐振频率可以改变吸收峰的位置，从 而调谐透过率即幅度，分别设置高透状态为‘1’，高吸收状态为‘0’，图1中光线透过为高透状态，图2中光线被吸收为高吸收状态。
为了方便理解，对微纳结构单元的具体工作原理进行如下说明：
如图3和图4所示，例如，以一维光束进行说明，一维光束仅需要考虑俯仰角，也就是下面公式中的θ。本公开实施例提供的微纳结构单元的工作原理如下公式所示：
A ref＝e -ikz
Figure PCTCN2022101244-appb-000001
Figure PCTCN2022101244-appb-000002
Sample＝Re(A)＝|cos(kx isinθ)|
其中，Aref为参考波；Aobj为目标波；θ为波束的目标指向的俯仰角角度；z为z轴高度；xi为每个像素单元对应的x轴方向上的位置，i为正整数；k＝2π/λ，k为空气当中的波矢量；sample为样本函数。
继续参考图3，图3中指向基底1方向射入的箭头为参考波，背离基底1方向的箭头为目标波，参考波为自由空间沿着z轴传播，目标波假设角度为θ，基于本公开实施例提供的微纳结构单元的表面位置处参考波与目标波进行干涉，通过对干涉函数对每个像素单元进行幅度采样，例如对100个像素单元进行采样，获得基于每个像素单元对应位置的余弦函数，利用全息的幅度调制原理，通过以下样本(Sample)公式可以发现整个干涉阵面的幅度满足余弦函数，目标指向角度为θ，通过二值法对以上余弦函数进行采样，由于sample公式函数幅度范围为[0,1]之间进行取值，假设设定阈值为0.5，当然，设定阈值为0.5仅为解释说明，具体设定阈值可以根据实际需要进行选择。下面以设定阈值为0.5进行说明，例如，当第1个像素单元位置的透过率小于0.5时，该位置为二值法中的‘0’，如果第1个像素单元位置的透过率大于0.5时，该位置标记为‘1’；同理，如果第2个像素单元位置的透过率小于0.5时， 该位置为二值法中的‘0’，如果第2个像素单元位置的透过率大于0.5时，该位置标记为‘1’；以此类推，如果第100个像素单元位置的透过率小于0.5时，该位置为二值法中的‘0’，如果第100个像素单元位置的透过率大于0.5时，该位置标记为‘1’；通过进行连续采样的0和1，即可实现波束指向角度为θ。这里，不同像素单元位置的透射强度通过对该位置处也就是控光区域S的可调谐介质层5的吸收谐振频率相关，如图4所示，也就是当第一电极和第二电极之间电场驱动可调谐介质层5的吸收谐振频率发生改变；继续参考图4，横坐标为波长，纵坐标为透过率，曲线A为参考波在不同波长下的透过率变化图，曲线B为目标波在不同波长下的透过率变化图，通过对第一电极和第二电极之间加电改变其两者对应的可调谐介质层5的吸收谐振频率，从而实现谐振峰的偏移，透过率从0.85变为0，两种状态假设跟设定阈值0.5相比，0.85大于0.5，为二值法中的‘1’；0小于0.5，为二值法中的‘0’，分别设置为‘1’和‘0’。
从而形成如图5a-图5c中本公开实施例提供的一种微纳器件的一维全息原理的幅度调制示意图；图5a为一维波束指向为θ＝30°时的幅度示意图；图5b为一维波束指向为θ＝0°时的幅度示意图；图5c为一维波束指向为θ＝-30°时的幅度示意图。
如图6-图8所示，图6中的虚线框所代表的为有效区域，一个有效区域对应一个像素单元，有效区域位置处的第一电极层2为第一电极，有效区域位置处的第二电极层3为第二电极。例如，以二维光束进行说明，二维光束需要考虑俯仰角，也就是下面公式中的θ；还需要考虑方位角，也就是下面公式中的φ，二维全息宽带波束可调谐的结构示意图如图6所示，像素单元由图6中的9*9个基本单元组成，像素单元的个数不是限定为图中所示的数量，本公开中所描述的附图仅是结构示意图；通过对像素单元的周期进行调制实现对像素单元透过率进行控制，透过率即幅度。关于本公开实施例提供的微纳结构单元的二维光束的工作原理如下公式所示：
Figure PCTCN2022101244-appb-000003
其中，θ为波束的目标指向的俯仰角角度；φ为波束的目标指向的方位角角度；xi为每个像素单元对应的X轴方向上的位置，i为正整数；yi为每个像素单元对应的y轴方向上的位置，i为正整数；k＝2π/λ，k为空气当中的波矢量；sample为样本函数。
通过以上的像素单元中二维坐标的x和y以及俯仰角θ和方位角φ，对于指定的(θ,φ),利用以上幅度采样从而确定对应二维坐标(x，y)位置处的幅度值，利用二值法，将对应位置幅度与设定阈值进行比较，设定大于阈值的状态为透过，即为二值法的‘1’，小于设定阈值的状态为吸收，即为二值法中的‘0’，从而最终实现整个空间内的可调谐宽带波束指向。
继续参考图7为波束指向为(30°，30°)的干涉阵面的‘1’(白色)和‘0’(黑色)两种状态分布图。继续参考图8，图8为波束指向为(-30°，30°)的干涉阵面的‘1’(白色)和‘0’(黑色)两种状态分布图。
关于本公开实施例提供的微纳器件中的可调谐介质层5有多种选择方式：
在一些具体的实施方式中，可调谐介质层5包括电介质弹性体，通过改变第一电极和第二电极之间的电压值，以改变电介质弹性体的厚度。电介质弹性体是具有高介电常数的弹性体材料，其在外界电刺激下可改变形状或体积；当外界电刺激撤销后，又能恢复到原始形状或体积，从而产生应力和应变，将电能转换成机械能；例如，电介质弹性体的材料包括硅橡胶、丙烯酸酯弹性体、聚氨酯弹性体、丁腈橡胶、亚乙烯基氟化三氟乙烯及相应的复合材料。当对第一电极层2和第二电极层3施加电压时，从而压缩电解质弹性体，使其厚度变薄，从而改变吸收的谐振频率。
在另一些具体的实施方式中，可调谐介质层5的材料为相变材料，通过改变第一电极和第二电极之间的电压值，以改变相变材料的晶态。例如相变材料可以为GST、VO2，通过对第一电极层2和第二电极层3加电产生热，使得相变材料的晶态发生变化即介电常数发生变化，从而调谐吸收的谐振频 率。
在另一些具体的实施方式中，可调谐介质层5的材料为二维材料，通过改变第一电极和第二电极之间的电压值，以改变二维材料的载流子浓度。例如，二维材料为MS2、石墨烯等材料；通过对第一电极层2和第二电极层3加电改变载流子的浓度从而改变能级，实现折射率变化进而调谐吸收谐振频率。
在另一些具体的实施方式中，可调谐介质层5的材料为液晶材料，通过改变第一电极和第二电极的之间的电压值，以改变液晶材料的偏转方向。通过对第一电极层2和第二电极层3施加电压改变液晶偏转，实现折射率变化，从而改变吸收谐振频率。
关于第一电极层2和第二电极层3的选择可以有以下多种：
在一些具体的实施方式中，第一电极层2和第二电极层3的材料均为氧化铟锡。由于第一电极层2和第二电极层3为透明材质，因此并不会对像素单元的光线进行吸收，以影响吸收层6和基底1作为吸收体的吸收作用。
在另一些具体的实施方式中，第一电极层2为金属层，第二电极层3为金属层；
为了保证第一电极层2和第二电极层3的透光性，将第一电极设计为网状结构，第二电极也设计为网状结构。例如，第一电极层2的材料可以为铜或是铝等材料。
本公开实施例提供的微纳器件中的吸收层6和基底1构成吸收体，具体吸收层6的材料为金属材料。例如吸收层6的材料为银。
如图9所示，多个第一电极形成第一电极单元21，多个第二电极形成第二电极单元31；第一电极单元21沿第一方向排布，第二电极单元31沿第二方向排布，第一电极单元21和第二电极单元31存在交叠区域，交叠区域相当于为控光区域S。第一电极单元21和第二电极单元31正交。
第二方面，本公开实施例提供的一种微纳器件的制备方法，包括微纳结构单元，微纳结构单元包括如下步骤：
提供一基底1，基底1具有相对设置的入光面和出光面；
在基底1的出光面的一侧形成有第一电极层2，第一电极层2图案化形成多个第一电极；
在第一电极层2背离基底1的一侧形成有第二电极层3，第二电极层3图案化以形成与第一电极对应的多个第二电极，多个第一电极和多个第二电极对应多个控光区域S；
在第一电极层2和第二电极层3之间形成有可调谐介质层5，可调谐介质层5的吸收谐振频率在第一电极和第二电极之间电场驱动下发生改变，以改变光线在微纳结构单元中的透射强度；
在第二电极层3背离可调谐介质层5的一侧形成有吸收层6，吸收层6选择性地吸收在多个控光区域S内不同区域的光，以使通过微纳结构单元的光线的指向发生改变。
如图10a-图10f，如图10a所示，提供一基底1，例如基底1材料可以为玻璃；继续参考图10b，在基底1上进行电子束蒸镀形成第一电极层2，如图10c通过旋胶、曝光、显影以及湿刻实现下电极的像素化；然后，参考图10d通过层与层的纳米自组装工艺实现可调谐介质层5沉积在第一电极的表面，其次，参考图10e通过在重复第一电极像素化的步骤实现第二电极的像素化，最后，参考图10f利用银纳米粒子的点旋涂，稀释以及氮气环境中干燥等实现二维全息阵面的结构。
第三方面，本公开实施例提供的一种显示装置，包括显示面板，以及位于显示面板出光面一侧的第一方面任一项的微纳器件。
具体地，显示面板包括多个像素单元，像素单元与微纳器件中的第一电极一一对应；
像素单元与微纳器件中的第二电极一一对应。
显然，本领域的技术人员可以对本公开实施例进行各种改动和变型而不脱离本公开的精神和范围。这样，倘若本公开的这些修改和变型属于本公开权利要求及其等同技术的范围之内，则本公开也意图包含这些改动和变型在 内。

Claims (14)

  1. 一种微纳器件，其中，包括：微纳结构单元；
    所述微纳结构单元包括：
    基底，所述基底具有相对设置的入光面和出光面；
    第一电极层，位于所述基底出光面的一侧，所述第一电极层包括多个第一电极；
    第二电极层，位于所述第一电极层背离所述基底的一侧，所述第二电极层包括与所述多个第一电极一一对应设置的多个第二电极，所述多个第一电极和所述多个第二电极对应形成多个控光区域；
    可调谐介质层，位于所述第一电极层和所述第二电极层之间；所述可调谐介质层的吸收谐振频率在所述第一电极和所述第二电极之间电场驱动下发生改变，以改变光线在所述微纳结构单元中的透射强度；
    吸收层，所述吸收层位于所述第二电极层背离所述可调谐介质层的一侧；所述吸收层选择性地吸收在所述多个控光区域内不同区域的光，以使通过所述微纳结构单元的光线的指向发生改变。
  2. 根据权利要求1所述的微纳器件，其中，所述可调谐介质层包括电介质弹性体，通过改变所述第一电极和所述第二电极之间的电压值，以改变所述电介质弹性体的厚度。
  3. 根据权利要求1所述的微纳器件，其中，所述可调谐介质层的材料为相变材料，通过改变所述第一电极和所述第二电极之间的电压值，以改变相变材料的晶态。
  4. 根据权利要求1所述的微纳器件，其中，所述可调谐介质层的材料为二维材料，通过改变所述第一电极和所述第二电极之间的电压值，以改变所述二维材料的载流子浓度。
  5. 根据权利要求1所述的微纳器件，其中，所述可调谐介质层的材料为液晶材料，通过改变所述第一电极和所述第二电极的之间的电压值，以改变 所述液晶材料的偏转方向。
  6. 根据权利要求1-5任一项所述的微纳器件，其中，所述第一电极层和所述第二电极层的材料均为氧化铟锡。
  7. 根据权利要求1-5任一项所述的微纳器件，其中，所述第一电极层为金属层，所述第二电极层为金属层；
    所述第一电极为网状结构，所述第二电极为网状结构。
  8. 根据权利要求1所述的微纳器件，其中，所述吸收层的材料为金属材料。
  9. 根据权利要求8所述的微纳器件，其中，所述金属材料为银。
  10. 根据权利要求1所述的微纳器件，其中，多个所述第一电极形成第一电极单元，多个所述第二电极形成所述第二电极单元；
    所述第一电极单元沿第一方向排布，所述第二电极单元沿第二方向排布，所述第一电极单元和所述第二电极单元存在交叠区域。
  11. 根据权利要求10所述的微纳器件，其中，所述第一电极单元和所述第二电极单元正交。
  12. 一种微纳器件的制备方法，其中，包括微纳结构单元，所述微纳结构单元包括如下步骤：
    提供一基底，所述基底具有相对设置的入光面和出光面；
    在所述基底的出光面的一侧形成有第一电极层，所述第一电极层图案化形成多个第一电极；
    在所述第一电极层背离所述基底的一侧形成有第二电极层，所述第二电极层图案化以形成与所述第一电极对应的多个第二电极，所述多个第一电极和所述多个第二电极对应多个控光区域；
    在所述第一电极层和所述第二电极层之间形成有可调谐介质层，所述可调谐介质层的吸收谐振频率在所述第一电极和所述第二电极之间电场驱动下发生改变，以改变光线在所述微纳结构单元中的透射强度；
    在所述第二电极层背离所述可调谐介质层的一侧形成有吸收层，所述吸 收层选择性地吸收在所述多个控光区域内不同区域的光，以使通过所述微纳结构单元的光线的指向发生改变。
  13. 一种显示装置，其中，包括显示面板，以及位于所述显示面板出光面一侧的权利要求1-11任一项所述的微纳器件。
  14. 根据权利要求13所述的显示装置，其中，所述显示面板包括多个像素单元，所述像素单元与所述微纳器件中的第一电极一一对应；
    所述像素单元与所述微纳器件中的第二电极一一对应。
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