提高发光二极管取光效率的超表面的制作方法

1.本技术涉及发光二极管领域，尤其涉及一种提高发光二极管取光效率的超表面。


背景技术：

2.发光二极管(led，light emitting diode)和有机发光二极管 (oled，organic light emitting diode)广泛应用于照明和显示领域。
3.由于受玻璃基底与空气表面层的反射和折射等因素的影响，现有 led和oled产生的大部分光子不能逸出至空气中，光子利用率低，阻碍了led和oled的应用发展。
4.相关技术中采用粗化基底表面、纹理化玻璃表面和应用微透镜阵列的方法来提高led和oled的取光效率，然而这些方法制备复杂、成本高，不适宜大规模生产。


技术实现要素：

5.针对上述技术问题，本技术实施例提供了一种提高发光二极管取光效率的超表面以克服相关技术中制备复杂、成本高的问题，本技术实施例提供的技术方案如下：
6.本技术实施例提供了一种提高发光二极管取光效率的超表面，所述超表面包括基板和多个超结构单元；
7.其中，所述基板位于所述发光二极管的金属氧化物层上，例如铟锡氧化物层上；所述基板能透过辐射，例如可见光；
8.所述多个超结构单元设置于所述基板远离金属氧化物层的一侧，并且所述多个超结构单元以可密堆积图形构成；所述可密堆积图形的中心位置和/或顶点位置分别设置有纳米结构；
9.所述纳米结构沿第一轴和第二轴分为四个象限，所述纳米结构在任一所述象限内的截面图案在所述第一轴上的投影和在所述第二轴上的投影相同；所述任一所述象限内的截面图案分别沿所述第一轴和所述第二轴对称形成所述纳米结构的截面图案；所述第一轴和所述第二轴相互垂直，且所述第一轴和所述第二轴分别与所述纳米结构的高度方向垂直。
10.可选地，所述多个超结构单元呈阵列状排列。
11.可选地，所述多个超结构单元中任一超结构单元的周期大于或等于300纳米，且小于或等于800纳米。
12.可选地，所述超表面的不同位置中的超结构单元的周期相同。
13.可选地，所述超表面的不同位置中的超结构单元的周期不同。
14.可选地，所述多个超结构单元中包括至少两种不同形状的超结构单元。
15.可选地，所述多个超结构单元中任一超结构单元包括正六边形和 /或正方形。
16.可选地，所述纳米结构的高度至少满足以下公式：
17.0.5λ
min
≤h≤10λ
max
18.其中，λ
min
为可见光最小波长，λ
max
为可见光最大波长，h为所述纳米结构的高度。
19.可选地，所述纳米结构的材质为目标波段辐射透明的材料。
20.可选地，所述纳米结构的材质包括氧化硅，氮化硅，氧化铝，氮化镓，氧化钛中的一种或多种。
21.可选的，所述多个超结构单元中任一超结构单元包含的纳米结构的形状不同。
22.可选地，所述多个超结构单元中任一超结构单元包含的纳米结构的形状相同。
23.可选地，所述多个超结构单元的相邻两个超结构单元的纳米结构之间采用空气填充。
24.可选地，所述多个超结构单元的相邻两个超结构单元的纳米结构之间采用目标波段辐射透明的材料填充，填充材料的折射率与所述纳米结构的折射率不同，且所述填充材料的高度大于或等于所述纳米结构。
25.可选地，所述纳米结构包括圆形纳米柱、方形纳米柱、星形纳米柱、环形纳米柱、方孔圆形纳米柱、圆孔方形纳米柱、方孔方形纳米柱、星形孔纳米柱或拓扑形纳米柱；
26.不同位置的所述纳米结构对不同波长、不同入射角的辐射，尤其可见光消光系数小于0.1。
27.可选地，所述纳米结构在目标波段的消光系数小于0.1。
28.可选地，所述纳米结构包括层叠状结构；所述层叠状结构包括至少两种形状的所述纳米柱上下堆叠。
29.可选地，所述纳米结构包括台阶状结构；沿着远离所述基板的方向，所述台阶状结构的外径减小。
30.可选地，所述玻璃基板的厚度为0.05毫米至2毫米。
31.可选地，所述玻璃基板为石英玻璃、冕牌玻璃或者其他规格的玻璃。
32.可选地所述超表面与发光二极管组成的阵列的形状相同且面积相等。
33.可选地，所述发光二极管组成的阵列上形成有多层所述超表面。
34.本技术实施例提供的技术方案所取得的有益效果至少包括：
35.本技术实施例通过基板实现了辐射的透过性，通过在超表面设置纳米结构并使超表面的纳米结构沿第一轴和第二轴分为四个象限，纳米结构在任一象限内的截面图案在第一轴上的投影和在第二轴上的投影相同；任一象限内的截面图案分别沿第一轴和第二轴对称形成纳米结构的截面图案，第一轴和第二轴相互垂直，且第一轴和第二轴分别与纳米结构的高度方向垂直，实现了不同入射角度下的透过性和偏振不敏感，通过在超表面设置包括纳米结构的多个超结构单元实现了超表面在不同入射角度下的辐射透过性和偏振不敏感，提高了发光二极管的取光效率。本技术实施例提供的纳米结构代替了粗化基底表面、纹理化玻璃表面和微透镜阵列，降低了制备复杂度和制备成本，便于大规模生产。
36.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本技术。
附图说明
37.图1a本技术实施例中提高发光二极管取光效率的超表面的原理图(纳米结构之间无填充)；
38.图1b是本技术实施例中提高发光二极管取光效率的超表面的原理图(纳米结构之
间填充透光材料)；
39.图2a是本技术实施例中的超结构单元的一种可选的排列示意图；
40.图2b是本技术实施例中的超结构单元的又一种可选的排列示意图；
41.图2c是本技术实施例中的超结构单元的又一种可选的排列示意图；
42.图2d是本技术实施例中的超结构单元的又一种可选的排列示意图；
43.图3a是本技术实施例中的圆形纳米柱的一种可选的结构示意图；
44.图3b是本技术实施例中的方形纳米柱的一种可选的结构示意图；
45.图3c是本技术实施例中的星形纳米柱的一种可选的结构示意图；
46.图3d是本技术实施例中的星形纳米柱的又一种可选的结构示意图；
47.图3e是本技术实施例中的环形纳米柱的一种可选的结构示意图；
48.图4a是本技术实施例中的方孔圆形纳米柱的一种可选的结构示意图；
49.图4b是本技术实施例中的圆孔方形纳米柱的一种可选的结构示意图；
50.图4c是本技术实施例中的方孔方形纳米柱的一种可选的结构示意图；
51.图4d是本技术实施例中的星形孔纳米柱的一种可选的结构示意图；
52.图4e是本技术实施例中的拓扑形纳米柱的一种可选的结构示意图；
53.图4f是本技术实施例中的方孔圆形纳米柱的又一种可选的结构示意图；
54.图4g是本技术实施例中的方孔方形纳米柱的又一种可选的结构示意图；
55.图5是本技术实施例中的纳米结构的一种可选的结构示意图；
56.图6a是本技术实施例中的纳米结构的又一种可选的结构示意图；
57.图6b是本技术实施例中的纳米结构的又一种可选的结构示意图；
58.图7是本技术实施例中的不同纳米结构可见光平均透过率与入射角度关系的示意图；
59.图8是本技术实施例中的无超表面的oled不同入射角度透过率与入射角度关系的示意图；
60.图9是本技术实施例中的具有超表面的oled不同入射角度透过率与入射角度关系的示意图；
61.图10是本技术实施例中提供的提高发光二极管取光效率的超表面的一种可选的结构示意图。
62.图中附图标记分别表示：
[0063]1‑
基板；2
‑
超结构单元；21
‑
纳米结构；22
‑
填充物；211
‑
圆形纳米柱；212
‑
方形纳米柱；213
‑
星形纳米柱；2131
‑
十字形纳米柱；214
‑
环形纳米柱；215
‑
第一方孔圆形纳米柱；2151
‑
第二方孔圆形纳米柱；216
‑ꢀ
第一圆孔方形纳米柱；2161
‑
第二圆孔方形纳米柱；217
‑
第一方孔方形纳米柱；2171
‑
第二方孔方形纳米柱；218
‑
星形孔纳米柱；219
‑
拓扑形纳米柱；2141
‑
第一柱体；2142
‑
第一腔体；2143
‑
第二柱体；2101
‑
纳米结构单元。
具体实施方式
[0064]
以下将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本技术相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附
权利要求书中所详述的、本技术的一些方面相一致的装置和方法的例子。
[0065]
在本技术使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本技术。在本技术和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
[0066]
应当理解，尽管在本技术可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本技术范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在
……
时”或“当
……
时”或“响应于确定”。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施方式中的特征可以相互组合。
[0067]
光学超表面快速兴起并成为一种实现小型化、平面化光学的主流方式。光学超表面已经展示了基于超表面的锥透镜、闪耀光栅、偏振片、全息干板和平面透镜。连续的2π相位变化的超表面使得单层消球差超透镜成为现实。
[0068]
下面将结合附图和示例性实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。基于本发明的实施例，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，都属于本技术保护的范围。
[0069]
本技术实施例提供了一种提高发光二极管取光效率的超表面，如图1a和图1b所示，该超表面包括基板1和多个超结构单元2；
[0070]
其中，基板1位于发光二极管的金属氧化物层上，例如铟锡氧化物层(ito,indium tin oxide)上；基板1能透过辐射，例如可见光；
[0071]
多个超结构单元2设置于基板1远离金属氧化物层的一侧，并且多个超结构单元2以可密堆积图形构成；可密堆积图形的中心位置和/ 或顶点位置分别设置有纳米结构21；
[0072]
纳米结构21沿第一轴和第二轴分为四个象限，纳米结构21在任一象限内的截面图案在第一轴上的投影和在第二轴上的投影相同；任一象限内的截面图案分别沿第一轴和第二轴对称形成纳米结构21的截面图案；，第一轴和第二轴相互垂直，且第一轴和第二轴分别与纳米结构21的高度方向垂直。
[0073]
优选地，本技术实施例提供的提高发光二极管取光率的超表面的形状与发光二极管组成的阵列的形状相同且面积相等。示例性地，本技术实施例提供的提高发光二极管取光效率的超表面上，多个超结构单元2中相邻两个纳米结构21的中心的距离称为一个周期。
[0074]
示例性地，基板1包括刚性基板或柔性基板。基板1的材质包括玻璃、有机玻璃(pmma，polymethyl methacrylate)或其他形式的透明材料，例如聚酰胺(pa，polyamide)。需要说明的是，本技术实施例中的透明指的是对目标波段的辐射透明，例如对可见光波段透明。
[0075]
纳米结构21沿第一轴和第二轴分为四个象限，纳米结构21在任一象限内的截面图案在第一轴上的投影和在第二轴上的投影相同；任一象限内的截面图案分别沿第一轴和第二轴对称形成纳米结构21的截面图案；，第一轴和第二轴相互垂直，且第一轴和第二轴分别与纳米结构21的高度方向垂直纳米结构21可以为柱形纳米结构，也可以为其他沿第一轴和第二轴分别轴对称的纳米结构。下述具体实施例中，仅以柱形纳米结构为例进行说明，应当
理解地是，在其他实施例中，当纳米结构21为其他形状时，下述实施例中的柱形纳米结构可以替换成对应形状的纳米结构。相邻纳米结构21之间采用空气填充，如图 1a所示。应当理解的是，相邻纳米结构21之间可以采用目标波段辐射透明材料填充，例如，可见光波段透明材料。可选地，填充材料22 的折射率与纳米结构21材料的折射率不同。示例性地，填充材料22 的高度大于等于纳米结构21的高度。可选地，所述纳米结构21的材料包括氧化硅，氮化硅，氧化铝，氮化镓，氧化钛中的一种。
[0076]
本技术实施例提供的提高发光二极管取光效率的超表面基于需要透过的辐射类型设计相应的纳米结构21和超结构单元2，可以应用于需要提高目标波段辐射透过率的场合，例如用于提高可见光、紫外线、红外线、x射线以及其他射线的发生装置的辐射透过率。本技术实施例提供的超表面可以设置在发光二极管(led，light emittingdiode)的金属氧化层上，也可以设置在有机发光二极管(oled， organic light emitting diode)的金属氧化层上。
[0077]
下述实施例中仅以该超表面在oled的应用为例进行说明，并不是对本技术实施例的限制。本技术实施例提供的提高发光二极管取光效率的超表面的原理如图1a和图1b所示，其中l1为oled阴极层， l2为oled有机层，l3为金属氧化物层(例如铟锡氧化物层)，图 1b中填充物22可以是有机玻璃。应当理解的是，超表面结构可包含多个不同周期，不同结构的纳米柱。oled可认为余弦辐射体，其光强i与发射角(入射角)θ的关系如下：
[0078]
g(θ)＝cos(θ)
ꢀꢀꢀ
(1)
[0079]
i＝i0g(θ)
ꢀꢀꢀ
(2)
[0080]
式中，i0为垂直发射光强。
[0081]
oled的取光效率可表示为：
[0082][0083]
以上公式中，g(θ)是辐射强度函数，t(θ)空气与oled界面上透过率与入射角的函数；oled的金属氧化层上无超表面时，t(θ)参考图8；oled的金属氧化层上有超表面时，t(θ)参考图9。
[0084]
本技术实施例提供的提高发光二极管取光效率的超表面的原理如图1a及图1b所示，通过纳米结构21避免不同波长、不同入射角的可见光发生全反射造成的大部分光子无法逸出。纳米结构21的光相位与纳米结构21的高度、横截面的形状以及纳米结构21的材质相关。其中，纳米结构21的横截面平行于基板1。需要说明的是，第一轴、第二轴穿过纳米结构21的中心且平行于基板1。
[0085]
本实施例中的不同纳米结构可见光波段透过率与入射角度关系的示意图，可参见图7。可选取各个入射角下平均透过率高的纳米结构作为超表面结构。
[0086]
如图3a至图6b所示，纳米结构21的高度，即纳米结构在垂直于基底1方向上的高度为h。纳米结构21在垂直于基底1的高度h 至少满足 0.5λ
min
≤h≤10λ
max
，其中，λ
min
为可见光最小波长，λ
max
为可见光最大波长。示例性地，当多个纳米结构21形成的整体结构需要透过
可见光时，纳米结构21的高度h大于或等于300nm，并小于或等于 5000nm，纳米结构21的最小尺寸(直径、边长和/或相邻的两个纳米结构21间的最小间距等)可为40nm。可选地，纳米结构21的高度h 为300nm、400nm、500nm、600nm、700nm、800nm、900nm、1000nm、 2000nm、3000nm、4000nm或者5000nm等等。
[0087]
在一种示例的实施方式中，参见图1a、图1b、图2b和图3a所示，本技术实施例提供了一种提高发光二极管取光效率的超表面，该超表面包括基板1和多个超结构单元2；
[0088]
其中，基板1为玻璃，基板1位于发光二极管的铟锡氧化物层(ito, indium tin oxide)上；基板1能透过可见光；
[0089]
多个超结构单元2设置于基板1远离金属氧化物层的一侧，并且多个超结构单元2以正六边形形式构成；多边形的中心位置和/或顶点位置分别设置有纳米结构21；
[0090]
纳米结构21，如图3a所示，为圆形纳米柱211。圆形纳米柱211 为实心柱体。
[0091]
优选地，超结构单元2的周期为300
‑
800nm。圆形纳米柱211的高度h优选为300
‑
5000nm，圆形纳米柱211的最小尺寸优选为40nm。圆形纳米柱211的高度轴法向截面的直径为d。任一圆形纳米柱211 的高度轴法向截面的直径d大于等于圆形纳米柱的最小尺寸，且小于等于该圆形纳米柱211所在超结构单元2的周期。例如，当该圆形纳米柱211的最小尺寸为40nm，超结构单元2的周期为400nm时，d 的范围在40nm至400nm之间，即d可以设置为40nm、50nm、150nm、 200nm、230nm、300nm、350nm、400nm或者范围内的任意数值。
[0092]
示例性地，在玻璃折射率为1.55的情况下，全反射临界角为 40.18
°
。因此，无超表面结构且oled的发射角(玻璃基板入射角) 大于40.18
°
时，发射光将被全反射到玻璃层，具体请参考图8。
[0093]
示例性地，请参考图9，石英玻璃基板上加入超结构单元(纳米结构为氮化硅，周期500nm，正六边形排布，高度700nm，相邻纳米结构之间pmma填充)后，透过率在入射角大于全反射临界角不为0。
[0094]
根据公式(3)计算可得，无超表面时oled的取光效率为37.65％；加入本实施例的超表面后，oled的取光效率为53.2％，提高了40％以上。
[0095]
示例性地，本技术实施例提供了一种提高发光二极管取光效率的超表面，该超表面包括基板1和多个超结构单元2；其中，基板1位于发光二极管的金属氧化物层上，例如铟锡氧化物层(ito，indium tinoxide)上；基板1为折射率1.55的石英玻璃；多个超结构单元2设置于基板1远离金属氧化物层的一侧，并且多个超结构单元2以正六边形构成；正六边形的中心位置和/或顶点位置分别设置有纳米结构 21；正六边形的周期为500nm。
[0096]
纳米结构21沿第一轴和第二轴分为四个象限，纳米结构21在任一象限内的截面图案在第一轴上的投影和在第二轴上的投影相同；任一象限内的截面图案分别沿第一轴和第二轴对称形成纳米结构21的截面图案；，第一轴和第二轴相互垂直，且第一轴和第二轴分别与纳米结构21的高度方向垂直。
[0097]
纳米结构21的高度为700nm，纳米结构21的材质为氮化硅，相邻纳米结构21之间pmma填充。
[0098]
根据公式(3)计算可得，无超表面时oled的取光效率为37.65％；加入本实施例的超表面后，oled的取光效率为53.2％，提高了40％以上。
[0099]
在一种可选的实施方式中，多个超结构单元2呈阵列状排列。示例性地，构成超结
构单元2的密堆积图形包括但不限于三角形、正方形、正六边形或其他多边形。优选地，超结构单元2的形状如图2b 所示为六边形，以使该超表面上的纳米结构21的数量最少。
[0100]
示例性地，本技术实施例提供了一种提高发光二极管取光效率的超表面，该超表面包括：基板1和多个超结构单元2。
[0101]
其中，基板1位于发光二极管的金属氧化物层上，例如铟锡氧化物层(ito,indium tin oxide)上；基板1能透过辐射，例如可见光。
[0102]
多个超结构单元2设置于基板1远离金属氧化物层的一侧，并且多个超结构单元2以正三角形、正方形或正六边形构成；正三角形、正方形或正六边形的中心位置和/或顶点位置分别设置有纳米结构21。
[0103]
纳米结构21沿第一轴和第二轴分为四个象限，纳米结构21在任一象限内的截面图案在第一轴上的投影和在第二轴上的投影相同；任一象限内的截面图案分别沿第一轴和第二轴对称形成纳米结构21的截面图案；，第一轴和第二轴相互垂直，且第一轴和第二轴分别与纳米结构21的高度方向垂直。
[0104]
在一种可选的实施方式中，如图2d所示，多个超结构单元2由两种或两种以上的密堆积图形构成。
[0105]
示例性地，如图2d所示，本技术实施例提供了一种提高发光二极管取光效率的超表面，该超表面包括：基板1和多个超结构单元2。
[0106]
其中，基板1位于发光二极管的金属氧化物层上，例如铟锡氧化物层上；基板1能透过辐射，例如可见光。
[0107]
多个超结构单元2设置于基板1远离金属氧化物层的一侧，并且多个超结构单元2以正三角形、正方形和正六边形构成；正三角形、正方形和正六边形的顶点位置分别设置有纳米结构21。
[0108]
纳米结构21沿第一轴和第二轴分为四个象限，纳米结构21在任一象限内的截面图案在第一轴上的投影和在第二轴上的投影相同；任一象限内的截面图案分别沿第一轴和第二轴对称形成纳米结构21的截面图案；，第一轴和第二轴相互垂直，且第一轴和第二轴分别与纳米结构21的高度方向垂直。
[0109]
在一种可选的实施方式中，如图2a和图2b所示，多个超结构单元2由一种的密堆积图形构成。
[0110]
示例性地，如图2a所示，本技术实施例提供了一种提高发光二极管取光效率的超表面，该超表面包括：基板1和多个超结构单元2。
[0111]
其中，基板1位于发光二极管的金属氧化物层上，例如铟锡氧化物层上；基板1能透过辐射，例如可见光。
[0112]
多个超结构单元2设置于基板1远离金属氧化物层的一侧，并且多个超结构单元2以正方形构成；正方形的中心位置和/或顶点位置分别设置有纳米结构21。
[0113]
纳米结构21沿第一轴和第二轴分为四个象限，纳米结构21在任一象限内的截面图案在第一轴上的投影和在第二轴上的投影相同；任一象限内的截面图案分别沿第一轴和第二轴对称形成纳米结构21的截面图案；，第一轴和第二轴相互垂直，且第一轴和第二轴分别与纳米结构21的高度方向垂直。
[0114]
在一种可选的实施方式中，本技术实施例提供的提高发光二极管取光效率的超表
面上，多个超结构单元2以可密堆积图形构成，可密堆积图形的中心和/或顶点位置分别设置有纳米结构21。相邻两个纳米结构21的中心的距离称为一个周期。
[0115]
例如，图2a所示的多个超结构单元2的形状为正方形，相邻两个纳米结构单元21的中心的距离等于该正方形的边长，即图2a中多个超结构单元2的周期为该正方形的边长。又例如，图2b中所示的多个超结构单元2的形状为正六边形，相邻两个纳米结构单元21的中心的距离等于该正六边形的边长，即图2b中多个超结构单元2的周期为该正六边形的边长。
[0116]
在一种可选的实施方式中，本技术实施例提供的超结构单元的周期为300nm
‑
800nm。示例性地，超结构单元的周期可以为300nm、400 nm、500nm、600nm、700nm、800nm。在一种示例示例性的实施方式中，本技术实施例提供的提高发光二极管取光效率的超表面不同位置中的超结构单元2的周期相同。在又一种示例性的实施方式中，本技术实施例提供的提高发光二极管取光效率的超表面不同位置中的超结构单元2的周期相同。例如，本技术实施例提供的提高发光二极管取光效率的超表面的靠近中心区域的超结构单元2的周期小于靠近边缘区域的超结构单元2的周期。此时，该超表面上的纳米结构21呈中间密集而边缘稀疏的分布形式，从而在保证取光效率的同时减少单位面积上的纳米结构21的数量以降低生产成本。
[0117]
示例性地，如图2b所示，本技术实施例提供的提高发光二极管取光效率的超表面的实施方式如下：
[0118]
本技术实施例提供了一种提高发光二极管取光效率的超表面，该超表面包括：基板1和多个超结构单元2。
[0119]
其中，基板1位于发光二极管的金属氧化物层上，例如铟锡氧化物层上；基板1能透过辐射，例如可见光。
[0120]
多个超结构单元2设置于基板1远离金属氧化物层的一侧，并且多个超结构单元2以边长相同的正六边形构成；正六边形的中心位置和/或顶点位置分别设置有纳米结构21。
[0121]
纳米结构21沿第一轴和第二轴分为四个象限，纳米结构21在任一象限内的截面图案在第一轴上的投影和在第二轴上的投影相同；任一象限内的截面图案分别沿第一轴和第二轴对称形成纳米结构21的截面图案；，第一轴和第二轴相互垂直，且第一轴和第二轴分别与纳米结构21的高度方向垂直。
[0122]
示例性地，本技术实施例提供的提高发光二极管取光效率的超表面的实施方式如下：
[0123]
本技术实施例提供了一种提高发光二极管取光效率的超表面，该超表面包括：基板1和多个超结构单元2；
[0124]
其中，基板1位于发光二极管的金属氧化物层上，例如铟锡氧化物层上；基板1能透过辐射，例如可见光。
[0125]
多个超结构单元2设置于基板1远离金属氧化物层的一侧，并且多个超结构单元2以边长不相同的正六边形构成；靠近基板1边缘的超结构单元2的边长大于靠近基板1中心的超结构单元2的边长；正六边形的中心位置和/或顶点位置分别设置有纳米结构21。
[0126]
纳米结构21沿第一轴和第二轴分为四个象限，纳米结构21在任一象限内的截面图案在第一轴上的投影和在第二轴上的投影相同；任一象限内的截面图案分别沿第一轴和第二轴对称形成纳米结构21的截面图案；，第一轴和第二轴相互垂直，且第一轴和第二轴分别
与纳米结构21的高度方向垂直。
[0127]
在一种可选的实施方式中，如图3a至图4e所示本技术实施例提供的提高发光二极管取光效率的超表面的纳米结构21包括圆形纳米柱211、方形纳米柱212、星形纳米柱213、环形纳米柱214、方孔圆形纳米柱215、圆孔方形纳米柱216、方孔方形纳米柱217、星形孔纳米柱218或拓扑形纳米柱219。
[0128]
示例性地，不同位置的纳米结构21对不同波长、不同入射角的辐射透明，例如对可见光透明，即对可见光消光系数小于0.1。优选地，纳米结构21在目标波段的消光系数小于0.1。可选地，纳米结构21 对目标波段辐射的透过率大于或等于80％。
[0129]
在本技术实施例中，可选地，如图3a所示，本技术实施例提供的提高发光二极管取光效率的超表面包括：基板1和多个超结构单元 2。其中，基板1位于发光二极管的金属氧化物层上，例如铟锡氧化物层上；基板1能透过辐射，例如可见光；多个超结构单元2设置于基板1远离金属氧化物层的一侧，并且多个超结构单元2以可密堆积图形构成；可密堆积图形的中心位置和/或顶点位置分别设置有纳米结构 21；纳米结构21包括圆形纳米柱211，圆形纳米柱211为实心结构。
[0130]
可选地，如图3b所示，本技术实施例提供的提高发光二极管取光效率的超表面包括：基板1和多个超结构单元2。其中，基板1位于发光二极管的金属氧化物层上，例如铟锡氧化物层上；基板1能透过辐射，例如可见光；多个超结构单元2设置于基板1远离金属氧化物层的一侧，并且多个超结构单元2以可密堆积图形构成；可密堆积图形的中心位置和/或顶点位置分别设置有纳米结构21；纳米结构21 包括方形纳米柱212，方形纳米柱212为实心结构。
[0131]
可选地，如图3c所示，本技术实施例提供的提高发光二极管取光效率的超表面包括：基板1和多个超结构单元2。其中，基板1位于发光二极管的金属氧化物层上，例如铟锡氧化物层上；基板1能透过辐射，例如可见光；多个超结构单元2设置于基板1远离金属氧化物层的一侧，并且多个超结构单元2以可密堆积图形构成；可密堆积图形的中心位置和/或顶点位置分别设置有纳米结构21；纳米结构21 包括星形纳米柱213，星形纳米柱213为实心结构。示例性地，如图 3d所示，星形纳米柱213可以简化为十字形纳米柱2131。
[0132]
可选地，如图3e所示，本技术实施例提供的提高发光二极管取光效率的超表面包括：基板1和多个超结构单元2。其中，基板1位于发光二极管的金属氧化物层上，例如铟锡氧化物层上。基板1能透过辐射，例如可见光；多个超结构单元2设置于基板1远离金属氧化物层的一侧，并且多个超结构单元2以可密堆积图形构成；可密堆积图形的中心位置和/或顶点位置分别设置有纳米结构21；纳米结构21 包括环形纳米柱214，环形纳米柱214包括第一柱体2141、第一腔体 2142和第二柱体2143，第一柱体2141与第一腔体2142共轭，第二柱体2143位于第一腔体2142内。
[0133]
在本技术实施例中，可选地，如图4a所示，本技术实施例提供的提高发光二极管取光效率的超表面包括：基板1和多个超结构单元 2。其中，基板1位于发光二极管的金属氧化物层上，例如铟锡氧化物层上；基板1能透过辐射，例如可见光；多个超结构单元2设置于基板1远离金属氧化物层的一侧，并且多个超结构单元2以可密堆积图形构成；可密堆积图形的中心位置和/或顶点位置分别设置有纳米结构 21；纳米结构21包括方孔圆形纳米柱215。方孔圆形纳米柱215的主体为圆柱，圆柱内有方形孔。示例性地，方孔圆形纳米柱215中方形
孔的深度、数量和位置可以根据不同的设计需求变化。例如，如图4a 和图4f所示，第一方孔圆形纳米柱215包括一个位于圆柱轴心的正方形孔，正方形孔的深度小于或等于圆柱的高度；第二方孔圆形纳米柱2151包括4个正方形孔，正方形孔的深度小于或等于圆柱的高度。
[0134]
可选地，如图4b所示，本技术实施例提供的提高发光二极管取光效率的超表面包括：基板1和多个超结构单元2。其中，基板1位于发光二极管的金属氧化物层上，例如铟锡氧化物层上；基板1能透过辐射，例如可见光；多个超结构单元2设置于基板1远离金属氧化物层的一侧，并且多个超结构单元2以可密堆积图形构成；可密堆积图形的中心位置和/或顶点位置分别设置有纳米结构21；纳米结构21 包括第一圆孔方形纳米柱216。第一圆孔方形纳米柱216的主体为方形柱，方形柱内有圆形孔。示例性地，第一圆孔方形纳米柱216中圆形孔的深度、数量和位置可以根据不同的设计需求变化。例如，如图 4b和图4g所示，第一圆孔方形纳米柱216包括一个位于方形柱轴心的圆形孔，圆形孔的深度小于或等于方形柱的高度；第二圆孔方形纳米柱2161包括4个圆形孔，圆形孔的深度小于或等于方形柱的高度。
[0135]
可选地，如图4c所示，本技术实施例提供的提高发光二极管取光效率的超表面包括：基板1和多个超结构单元2。其中，基板1位于发光二极管的金属氧化物层上，例如铟锡氧化物层上；基板1能透过辐射，例如可见光；多个超结构单元2设置于基板1远离金属氧化物层的一侧，并且多个超结构单元2以可密堆积图形构成；可密堆积图形的中心位置和/或顶点位置分别设置有纳米结构21；纳米结构21 包括第一方孔方形纳米柱217。第一方孔方形纳米柱217的主体为方形柱，方形柱内有方形孔。示例性地，第一方孔方形纳米柱217中方形孔的深度、数量和位置可以根据不同的设计需求变化。例如，第一方孔方形纳米柱217包括一个位于方形柱轴心的方形孔，方形孔的深度小于或等于方形柱的高度；第二方孔方形纳米柱2171可以包括4 个方形孔，方形孔的深度小于或等于方形柱的高度。
[0136]
可选地，如图4d所示，本技术实施例提供的提高发光二极管取光效率的超表面包括：基板1和多个超结构单元2。其中，基板1位于发光二极管的金属氧化物层上，例如铟锡氧化物层上；基板1能透过辐射，例如可见光；多个超结构单元2设置于基板1远离金属氧化物层的一侧，并且多个超结构单元2以可密堆积图形构成；可密堆积图形的中心位置和/或顶点位置分别设置有纳米结构21；纳米结构21 包括星形孔纳米柱218。星形孔纳米柱218的主体为方形柱或圆形柱，方形柱或圆形柱内有星形孔。示例性地，星形孔纳米柱218中星形孔的深度、数量和位置可以根据不同的设计需求变化。例如，星形孔纳米柱218可以包括一个位于圆形柱轴心的星形孔，星形孔的深度小于或等于方形柱的高度；星形孔纳米柱218还可以包括4个星形孔，星形孔的深度小于或等于方形柱的高度。示例性地，星形孔可以简化为十字形孔。
[0137]
示例性地，如图4e所示，本技术实施例提供的提高发光二极管取光效率的超表面包括：基板1和多个超结构单元2。其中，基板1 位于发光二极管的金属氧化物层上，例如铟锡氧化物层上；基板1能透过辐射，例如可见光；多个超结构单元2设置于基板1远离金属氧化物层的一侧，并且多个超结构单元2以可密堆积图形构成；可密堆积图形的中心位置和/或顶点位置分别设置有纳米结构21；纳米结构 21包括拓扑形纳米柱219，拓扑形纳米柱219为实心结构或中空结构。
[0138]
在一种可选的实施方式中，如图5所示，本技术实施例提供的纳米结构21包括至少一个纳米结构单元2101，至少一个纳米结构单元 2101中的相邻两个分别沿着所述第一轴
和所述第二轴对称分布；至少一个纳米结构单元2101的形状包括圆柱、方柱、星形柱、环形柱或拓扑形柱。
[0139]
示例性地，如图5所示，本技术实施例提供的提高发光二极管取光效率的超表面包括：基板1和多个超结构单元2。其中，基板1位于发光二极管的金属氧化物层上，例如铟锡氧化物层上；基板1能透过辐射，例如可见光；多个超结构单元2设置于基板1远离金属氧化物层的一侧，并且多个超结构单元2以可密堆积图形构成；可密堆积图形的中心位置和/或顶点位置分别设置有纳米结构21；纳米结构21 包括4个纳米结构单元2101，4个纳米结构单元2101中的相邻两个分别沿着所述第一轴和所述第二轴对称分布；至少一个纳米结构单元 2101的形状为方柱。
[0140]
在一种可选的实施方式中，如图6a所示，纳米结构21为层叠状结构，该层叠状结构包括至少两种形状的纳米柱上下堆叠。
[0141]
示例性地，如图6a所示，本技术实施例提供的提高发光二极管取光效率的超表面包括：基板1和多个超结构单元2。其中，基板1 位于发光二极管的金属氧化物层上，例如铟锡氧化物层上；基板1能透过辐射，例如可见光；多个超结构单元2设置于基板1远离金属氧化物层的一侧，并且多个超结构单元2以可密堆积图形构成；可密堆积图形的中心位置和/或顶点位置分别设置有纳米结构21；纳米结构 21包括圆形纳米柱211和方形纳米柱212，方形纳米柱212和圆形纳米柱212同轴叠放，且方形纳米柱212位于圆形纳米柱211的上方。
[0142]
应当理解的是，该层叠状结构中的纳米柱形状包括但不限于圆形纳米柱211、方形纳米柱212、星形纳米柱213、环形纳米柱214、方孔圆形纳米柱215、圆孔方形纳米柱216、方孔方形纳米柱217、星形孔纳米柱218、拓扑形纳米柱219。需要说明的是，该层叠状结构中包括的每一种纳米柱的形状、高度或外径等尺寸可以相同，也可以不同。
[0143]
在一种可选的实施方式中，如图6b所示，纳米结构21为台阶状结构，沿着远离基板的方向该台阶状结构的外径减少。需要说明的是，该台阶状结构的外径可以是平滑减小，也可以是阶梯式减小。应该理解的是，该台阶状结构不同高度处的纳米柱的形状、高度可以相同，也可以不同。
[0144]
示例性地，如图6b所示，本技术实施例提供的提高发光二极管取光效率的超表面包括：基板1和多个超结构单元2。其中，基板1 位于发光二极管的金属氧化物层上，例如铟锡氧化物层上；基板1能透过辐射，例如可见光；多个超结构单元2设置于基板1远离金属氧化物层的一侧，并且多个超结构单元2以可密堆积图形构成；可密堆积图形的中心位置和/或顶点位置分别设置有纳米结构21；纳米结构 21包括台阶状结构，该台阶状结构包括两个上下同轴的圆形纳米柱，且上部圆形纳米柱直径小于下部圆形纳米柱直径。
[0145]
需要说明的是，为了达到设计所需的光学性能，使不同入射角、不同波长的入射光都可以从该提高发光二极管取光效率的超表面射出。纳米结构21的形状包括但不限于是本技术实施例提供的技术方案中的纳米结构的纳米柱及纳米柱中孔的形状可以任意组合，只要所有纳米结构21的形状都满足：纳米结构21沿第一轴和第二轴分为四个象限，纳米结构21在任一象限内的截面图案在第一轴上的投影和在第二轴上的投影相同；任一象限内的截面图案分别沿第一轴和第二轴对称形成纳米结构21的截面图案；，第一轴和第二轴相互垂直，且第一轴和第二轴分别与纳米结构21的高度方向垂直。
[0146]
在一种可选的实施方式中，如图2a和图2b所示，多个超结构单元2中任一超结构单
元包含的纳米结构21的形状统一。同一超结构单元2内的纳米结构21的形状相同时，该超表面上所有的纳米结构21 的光相位相同。超表面的所有纳米结构21的光相位相同可能造成纳米结构21中射出的光线在视场内形成干涉。
[0147]
在一种可选的实施方式中，如图2c所示，同一超结构单元2内的纳米结构21的形状不同，可以破坏该超表面的光相位均一性，避免纳米结构21中射出的光线在视场内形成干涉。示例性地，同一超结构单元2内的纳米结构21的形状包括圆形纳米柱211、方形纳米柱212、星形纳米柱213、环形纳米柱214、方孔圆形纳米柱215、圆孔方形纳米柱216、方孔方形纳米柱217、星形孔纳米柱218或拓扑形纳米柱 219中的一种或多种。
[0148]
示例性地，本技术实施例提供的提高发光二极管取光效率的超表面包括：基板1和多个超结构单元2。其中，基板1位于发光二极管的金属氧化物层上，例如铟锡氧化物层上；基板1能透过辐射，例如可见光；多个超结构单元2设置于基板1远离金属氧化物层的一侧，并且多个超结构单元2以可密堆积图形构成；可密堆积图形的中心位置和/或顶点位置分别设置有纳米结构21；纳米结构21包括圆形纳米柱和方孔圆形纳米柱215。
[0149]
示例性地，如图10所示，为了达到特定的光学性能，当发光二极管表面形成一层超表面无法满足设计需求时，本技术提供的提高发光二极管取光效率的超表面可以多层叠加覆盖在发光二级管组成的阵列上，也就是说，发光二极管组成的阵列上形成有至少一层上述超表面。例如，如图10所示，发光二极管组成的阵列上形成有两层上述超表面。
[0150]
综上所述，本技术实施例通过超结构单元中的纳米结构减小了入射光线的全反射临界角，实现了纳米结构在不同入射角度下的透过性和偏振不敏感，通过在超表面设置包括纳米结构的多个超结构单元实现了超表面在不同入射角度下的透过性和偏振不敏感，从而实现了提高发光二极管的取光效率；该超结构单元以密堆积形式构成，提高了空间利用率，提高了单位面积中设置纳米结构的数量，从而提高了单位面积的取光效率。通过在超表面设置包括纳米结构的多个超结构单元实现了超表面在不同入射角度下的透过性和偏振不敏感，提高了发光二极管的取光效率。本技术实施例提供的纳米结构代替了粗化基底表面、纹理化玻璃表面和微透镜阵列，降低了制备复杂度和制备成本，便于大规模生产。
[0151]
上述所有可选技术方案，可以采用任意结合形成本技术的可选实施例，在此不再一一赘述。
[0152]
以上所述仅为本技术的实施例，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。