大阪大学突破单芯片圆偏振LED：AR眼镜有望进一步轻量化

4月16日消息，大阪大学研究人员与爱发科株式会社、立命馆大学合作，研发出一种可从单芯片发出圆偏振光的新型 LED 结构。该成果通过将半极性 InGaN 发光结构与条状氮化硅超表面相结合，在实现室温稳定运行的同时，显著降低能量转换损耗。

这一技术进展有望推动超紧凑、高耐用性光源在AR/VR、3D显示、量子通信以及光学安全领域落地。相关研究成果已发表在《光学材料快报》期刊上。

圆偏振光长期被视为下一代显示与光通信系统的重要基础能力，但传统圆偏振LED普遍面临偏振度、效率、耐久性与规模制造难以兼顾的问题。尤其是在过往方案中，非偏振光通常只能提取单一圆偏振分量，使转换效率存在50%的理论上限。针对这一瓶颈，研究团队采用天然具备部分线偏振发光特性的半极性 InGaN 量子阱，并在LED表面直接构建条纹状SiNₓ超表面，实现从线偏振到圆偏振的高效转换。

图为在半极性InGaN LED结构上制备的超表面的扫描电子显微镜图像

实验数据显示，该器件在408nm波长下实现了0.27的圆偏振度（degree of circular polarization），线偏振向圆偏振的转换效率达到 68%，不仅明显高于传统方法的50%理论极限，也验证了单芯片圆偏振LED在效率层面的实际可行性。更重要的是，实验结果与三维电磁仿真高度吻合，表明器件工作状态已接近理想模型。

从产业化角度看，这一方案的另一大亮点在于其全无机材料体系与兼容现有半导体制造流程的工艺优势。相比依赖外置偏振元件或复杂有机体系的传统路线，该结构有望进一步减少AR眼镜显示模组中的光学器件数量，推动近眼显示系统向更轻薄、更高可靠性的方向演进，同时也为量子密钥分发、光子安全通信等新兴应用提供更易量产的圆偏振光源基础。

研究团队表示，通过利用半极性 InGaN LED本征线偏振发光特性，仅需集成单层超表面即可获得高效率圆偏振输出，这为未来超紧凑光子器件和下一代实用光学系统提供了强有力的技术路径。对于AR眼镜而言，这项进展也意味着圆偏振光源有望从实验室进一步走向消费级终端，加速轻量化显示模组落地。

来源：phys.org

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