基于干涉效應的非易失性像素單元制造技術

本發明專利技術公開了一種基于干涉效應的非易失性像素單元，包括多個亞像素單元，所述亞像素單元包含反射層，相變層和透明層。傳統LED,LCD等顯示器工作需要持續施加電壓，消耗能量。而e?ink技術的轉換速率較慢，并且難以實現彩色。本發明專利技術的相變材料層可以在晶態和非晶態之間轉換，起到轉變薄膜顏色的作用，并且相變材料的晶態和非晶態在室溫下都是穩定的，在不需要改變顏色的時候沒有能量消耗，同時有著極快的轉換速率。本發明專利技術通過陣列和電路控制可以實現一定色域的彩色。本發明專利技術是一種新型的顯示技術，可以應用于彩色顯示器、新型電子書、電子皮膚、智能廣告牌等領域。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及光學領域，顯示
，微納加工領域，尤其涉及一種基于干涉效應的非易失性像素單元。
技術介紹
在數千萬年前就有生物系統可以利用納米結構來產生在陽光下呈現不同顏色的表面，例如蝴蝶等多彩的昆蟲。其原理是納米結構影響了照射在其表面的光的光路，導致干涉，選擇性反射等現象的發生，呈現出不同的顏色，并且這種顏色的呈現是被動式的。這類納米結構被用于制作超疏水材料，應用于自清潔表面等。相變材料，又稱硫系化合物，主要指的是VI族元素與III-V族元素組成的合金。這類合金具有可變的非晶態、多晶態等相態，并能夠在相態之間進行納秒級轉變(10～30ns)。在不同相態下，其光學特性包括折射率與吸收系數具有相當大的差異，其電學特性主要表現為電阻值也有相當大的差異。在近30年，相變材料被廣泛用于多媒體光學存儲，如DVD中；近10年間，隨著微電子技術的發展，相變材料開始被應用于高速非易失性存儲器中。相變材料主要依靠焦耳熱的累積，完成非晶態與晶態之間的相互轉變。對相變材料施加較強的電脈沖、激光或熱傳導等熱激勵方式，當材料的溫度超過熔化溫度后快速冷卻，材料呈現非晶態結構，電阻阻值相對較大，對整個光譜的折射性能相對較好，透過性能相對較好；施加中等強度的熱激勵，當材料的溫度僅超過結晶溫度后緩慢冷卻，材料呈現晶態結構，電阻阻值相對較小，對整個光譜的折射性能相對較差，透過性能相對較差。因此，相變材料可以在不同相態下呈現不同的光學性能。目前市場化的顯示技術主要包括液晶顯示器LCD及其分支，自發光顯示器OLED及其分支，以及電子紙E-paper三大類。其中，液晶顯示器和自發光顯示器在工作時，顯示畫面需要不斷通電保持，不屬于非易失性顯示方式。電子紙E-paper屬于非易失性顯示方式，其中最具代表性的技術是電子墨水E-ink，它采用有色帶電化學膠囊團構成像素，通過對膠囊的物理浮動與數量變化顯示圖像，具有顯示保持功耗低、非易失性顯示、形態可彎曲卷曲等優點；但相對LCD和OLED來說，E-ink目前的缺點是制備成本高、顯示畫面切換速度慢以及彩色實現較困難等。
技術實現思路
本專利技術的目的在于針對現有技術的不足，提出一種由反射層、第一透明層、相變層構成的非易失性像素單元，用于實現彩色非易失性顯示單元和顯示陣列。本專利技術的目的是通過以下技術方案實現的：一種基于干涉效應的非易失性像素單元，所述像素單元包括多個亞像素單元，所述亞像素單元包括反射層、位于反射層上的第一透明層、位于第一透明層上的相變層；多個亞像素單元中的第一透明層的光學常數不完全相同或厚度不完全相同。進一步地，所述相變層上方還有第二透明層，所述第一透明層和第二透明層均由導電材料構成。進一步地，所述第一透明層選自ITO，ZnO，AZO等材料；所述第二透明層選自ITO，ZnO，AZO等材料。進一步地，所述亞像素單元還包括位于相變層一側或兩側的透明電極，透明電極與相變層相連。進一步地，所述任意兩個亞像素單元中的第一透明層的光學常數或厚度不相同。進一步地，所述多個亞像素單元中的相變層不完全相同。進一步地，所述任意兩個亞像素單元中的相變層不相同。進一步地，亞像素元的面積為0.01μm2～0.25mm2。進一步地，所述相變層由相變材料構成，所述相變材料選自GeSbTe、GeTeAsSi、GeTe、GeTeBi、GeTeAs、InTe、AsSbTe、SeSbTe、GeSbTeN、GeSbTeSn、AgInSbTe、GeSbTeO、AsTeAg、AuSbTe、AuInTe、SiTeGe、SiSbTe、SbTe等合金材料。進一步地，所述像素單元包括4個亞像素單元，相變層均由GeSbTe構成，第二透明層厚度均為15nm，相變層厚度為5nm，第一透明層和第二透明層均為ITO，4個亞像素單元中的第一透明層厚度分別為33nm、145nm、165nm、255nm。本專利技術的有益效果是：本專利技術設計的顯示單元，屬于非易失性顯示，采用了相態可變的相變材料，每個亞像素元在導電電極的電壓控制下可以顯示出兩種不同的顏色，通過陣列組合可以顯示出多種不同的顏色。同時本專利技術具有顯示保持功耗低、非易失性顯示、形態可彎曲卷曲等優點。針對E-ink的顯示缺點：本專利技術設計的非易失性顯示單元，制備成本低、相態變化在納秒級完成，顯示畫面切換在10ms內完成。此外，本專利技術的顯示像素面積可以在0.01μm2～0.25mm2之間，因此可以根據實際應用實現超高分辨率顯示或者實現低成本大面積低分辨率顯示。本專利技術使用的導電層和相變材料厚度均在納米量級，易制備成柔性結構，因此可以做在各種基材上，包括透明的玻璃、柔性可卷可彎抗拉伸的材料，這是傳統顯示器遠不能達到的。附圖說明圖1是本專利技術的一種亞像素元示意圖；圖2是本專利技術的另一種像素元示意圖；圖3是本專利技術的一種顯示陣列示意圖；圖4是本專利技術的一種驅動電路示意圖；圖5a～g表示相變層3與TFT控制電路的不同連接方式；圖中，反射層1、第一透明層2、相變層3、第二透明層4、透明電極5。具體實施方式本專利技術公開一種基于干涉效應的非易失性像素單元，所述像素單元包括多個亞像素單元，還可以包括相變控制電路；所述亞像素單元包括反射層1、位于反射層1上的第一透明層2、位于第一透明層2上的相變層3；多個亞像素單元中的第一透明層2的光學常數不完全相同或厚度不完全相同。自然光射入顯示陣列表面，在空氣和表面的界面發生一次反射，在第一透明層2和反射層1界面發生一次反射，由于第一透明層2的光學常數不完全相同或厚度不完全相同，兩束反射光光程不同，產生干涉，并且出射光譜與光程差有關，因此調制第一透明層2即可得到不同顏色的亞像素元。在此基礎上，將相變層3與現有的相變控制電路，即TFT控制電路，相連后，可進一步通過控制電路實現對相變層3的相變調控，實現二元顏色變化。若像素單元包括n個亞像素單元，各個亞像素單元中的第一透明層2的光學常數或厚度各不相同，各個亞像素單元中的相變層3各不相同，則可實現n2種顏色，進一步通過TFT控制電路對相變層顏色進行調控，則可表達2×n2種顏色。作為相變控制電路的TFT控制電路如圖4所示，每一個TFT動作元件對應一個上述的亞像素元，由柵線輸入信號控制TFT柵電極，作為相變用電壓的開關，從源線輸入電壓信號控制相變，當TFT元件處于低阻抗時，電壓施加到顯示薄膜上，使相變材料薄膜發生相變。從色彩多元化考慮，所述任意兩個亞像素單元中的第一透明層2的光學常數或厚度不相同。所述多個亞像素單元中的相變層3不完全相同，甚至于任意兩個亞像素單元中的相變層3不相同。如圖5所示，相變層3與TFT控制電路相連的方式包括：(1)直接與TFT控制電路相連；(2)當第一透明層2為導電層時，可以通過第一透明層2與TFT控制電路相連；(3)當相變層3上方還有由導電材料構成的第二透明層4，相變層3可以通過第二透明層4與TFT控制電路相連；(4)當具有透明電極5時，相變層3還可以通過第二透明層4與TFT控制電路相連；透明電極5一般平鋪在相變層3上，保證導電均勻性。上述的相變材料層為第VI主族元素與第III～V主族元素組成的合金化合物，這種合金化合物具有可變的非晶態、多晶態等相態。其中的晶態結構，第VI主族元素與周圍的多個其他族元素原子之間形成共價鍵，形成多面體結本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于干涉效應的非易失性像素單元，其特征在于，所述像素單元包括多個亞像素單元，所述亞像素單元包括反射層(1)、位于反射層(1)上的第一透明層(2)、位于第一透明層(2)上的相變層(3)；多個亞像素單元中的第一透明層(2)的光學常數不完全相同或厚度不完全相同。

【技術特征摘要】
1.一種基于干涉效應的非易失性像素單元，其特征在于，所述像素單元包括多個亞像素單元，所述亞像素單元包括反射層(1)、位于反射層(1)上的第一透明層(2)、位于第一透明層(2)上的相變層(3)；多個亞像素單元中的第一透明層(2)的光學常數不完全相同或厚度不完全相同。2.根據權利要求1所述的非易失性像素單元，其特征在于，所述相變層(3)上方還有第二透明層(4)，所述第一透明層(2)和第二透明層(4)均由導電材料構成。3.根據權利要求2所述的非易失性像素單元，其特征在于，所述第一透明層(2)選自ITO，ZnO，AZO等材料；所述第二透明層(4)選自ITO，ZnO，AZO等材料。4.根據權利要求1所述的非易失性像素單元，其特征在于，所述亞像素單元還包括位于相變層(3)一側或兩側的透明電極(5)，透明電極(5)與相變層(3)相連。5.根據權利要求1所述的非易失性像素單元，其特征在于，所述任意兩個亞像素單元中的第一透明層(2)的光學常數或厚度不相同。6.根據權利要求1所述的非易失性像素單元，其特征在于，所述多個亞像素單元中的...

【專利技術屬性】
技術研發人員：程志淵，牟升宏，
申請(專利權)人：浙江大學，
類型：發明
國別省市：浙江;33