一种基于相变材料的显示器件的制作方法

本发明属于相变材料技术领域，更具体地，涉及一种基于相变材料的显示器件。

背景技术：

传统的液晶显示技术采用led白色背光源发光，下偏振片会将led发出的非偏振光转化为偏振光，50％的光线被吸收，上下偏振片因材料本身的吸光，导致其透光比例约为95％；薄膜晶体管、彩色滤光膜基板玻璃以及液晶本身的透光比例也约为95％；彩色滤光膜层一般涂有红、绿、蓝三基色中的一种色彩，只能容许该色彩的光波通过彩色滤光膜层，以红、绿、蓝三基色来说，只能容许三种的其中一种通过，所以只有三分之一的光线可以穿透，彩色滤光膜层因本身的材质对光线的吸收，单色光只有约85％的透过率，因此彩色滤光膜层光线透过比例约为28％。综合以上各种因素的影响，从led背光源到液晶模组穿过的光线，只有大概11％可以透过，同时由于面板子像素开口率的影响，会损失50％左右的光线，最终透射来的光线仅有5％左右，效率低下。

另一方面，为了降低功耗，有人提出了反射式相变显示器。在反射显示器中，置于相变材料下方的镜子将入射到显示器上的环境光反射回来，从而有效地通过相变材料层两次，通过调制相变材料的状态调节反射光的特性。然而，在弱环境光下，反射式显示器亮度低而不能使用。为此，有人提出了半反半透相变显示器和全透射式相变显示技术，提供的led背光源发出的白光经过相变材料后依然有较宽的带宽，色彩纯度不高，且对比度差导致显示效果不佳。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于相变材料的显示器件，其基于相变材料的滤波组件在不同晶化程度下分别有不同的透过率，通过优化结构实现不同波长的透过，用来实现背光源所发出三原色光强度的调制，并且本发明所提供的滤波组件至少能透过15％以上的一定波长的可见光，光源的利用效率大大提升。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于相变材料的显示器件，其特征在于，包括从下至上依次设置的量子点发光组件、隔离层和滤波组件，其中，

所述量子点发光组件包括第一波长发光组件和量子点薄膜，所述量子点薄膜设置在所述第一波长发光组件上，所述第一波长发光组件发出的第一波长的光激励所述量子点薄膜发出与该第一波长不相等的波长的单色光；

所述隔离层设置在所述量子点薄膜上；

所述滤波组件包括从下至上依次设置的导电层、相变材料层和覆盖层，所述导电层设置在所述隔离层上，所述导电层和覆盖层分别作为相变材料层的上、下电极，以用于在相变材料层上施加电压使所述相变材料层在非晶态和晶态之间相互转化，通过所述相变材料层在非晶态和晶态之间相互转化时透射率变化来实现对量子点薄膜发出的单色光强度的调节，进而实现色彩的显示。

优选地，所述量子点薄膜设置有多个，并且第一波长发光组件发出的单色光穿过所有的这些量子点薄膜从而激励各量子点薄膜分别发出设定波长的单色光，所述第一波长发光组件发出的单色光为蓝光或紫光，有的量子点薄膜受激励后发出的单色光为红光，其它的量子点薄膜受激励后发出的单色光为绿光。

优选地，各量子点薄膜由相同的材料形成并且具有不同的量子点尺寸，所述量子点薄膜的材料选自cdse、cds、cdte、zns、znse、cuins、zncuins中的一种或多种。

优选地，所述相变材料层在晶态和非晶态之间相互转化时，其折射率n和消光系数k也随着变化。

优选地，所述隔离层的材料可以是sio2、hfo、al2o3、zno、in2o3、tio2、si3n4或mgf2，隔离层的厚度为100nm-1000nm。

优选地，所述相变材料层的相变材料为gete、sbte、bite、insb、inse、gesb、sbse、gasb、gasb、gesbte、aginsbte、insbte或agsbte。

优选地，所述相变材料层的厚度小于100nm。

按照本发明的另一个方面，还提供了一种基于相变材料的显示器件，其特征在于，包括从下至上依次设置的量子点发光组件、隔离层、折射层和滤波组件，其中，

所述量子点发光组件包括第一波长发光组件和量子点薄膜，所述量子点薄膜设置在所述第一波长发光组件上，所述第一波长发光组件发出的第一波长的光激励所述量子点薄膜发出与该第一波长不相等的波长的单色光；

所述隔离层设置在所述量子点薄膜上，所述折射层设置在所述隔离层上

所述滤波组件包括从下至上依次设置的导电层、相变材料层和覆盖层，所述导电层设置在所述折射层上，所述导电层和覆盖层分别作为相变材料层的上、下电极，以用于在相变材料层上施加电压，通过所述相变材料层在非晶态和晶态之间相互转化时透射率变化来实现对量子点薄膜发出的单色光强度的调节，进而实现色彩的显示。

优选地，所述折射层的材料选自tio2、sio2、hfo2、al2o3、zno、in2o3、sin、mgf2中的一种或多种。

按照本发明的另一个方面，还提供了一种基于相变材料的显示器件，其特征在于，包括从下至上依次设置的量子点发光组件、隔离层和滤波组件，其中，

所述量子点发光组件包括第一波长发光组件和量子点薄膜，所述量子点薄膜设置在所述第一波长发光组件上，所述第一波长发光组件发出的第一波长的光激励所述量子点薄膜发出与该第一波长不相等的波长的单色光；

所述隔离层设置在所述量子点薄膜上；

所述滤波组件包括相变材料层，所述相变材料层设置在所述隔离层上，通过在相变材料层上照射激光使所述相变材料层在非晶态和晶态之间相互转化，并通过所述相变材料层在非晶态和晶态之间相互转化时透射率变化来实现对量子点薄膜发出的单色光强度的调节，进而实现色彩的显示。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1)本发明利用量子点薄膜发光具有纯度高、色域广、发光性能稳定的优点，利用滤波组件代替传统的偏振器、滤光片、液晶等多层装置，使量子点薄膜的传输效率大大提高，而且相变材料层在非晶态和晶态之间相互转化时的透射率变化，可以选择透过所需波长和强度的三原色的单色光，从而可以组合形成各种色彩。

2)本发明兼顾了显示器件的色彩饱和度和亮度，相比反射式相变显示技术和半反半透相变显示技术具有色彩纯度高，对比度强的优势。

3)本发明所提供的滤波组件至少能透过15％以上的一定波长的单色光，量子点发光组件的利用效率大大提升。

附图说明

图1、图2分别是本发明中实施例1、2的显示器件的结构示意图；

图3、图4和图5是实施例2分别在量子点发光组件下显示出的rgb三原色的透射谱，其中，图3为量子点薄膜由蓝光led激发的红色量子点下的透射谱，图4为量子点薄膜由蓝光led激发的绿色量子点下的透射谱，图5为蓝光led发出的蓝光的透射谱。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例1

参照图1，一种基于相变材料的显示器件，包括从下至上依次设置的量子点发光组件1、隔离层2和滤波组件3，其中，

所述量子点发光组件1作为显示器件的背光源，其包括第一波长发光组件1.1和量子点薄膜，该第一波长发光组件1.1可以选择蓝光led或紫光led，所述量子点薄膜设置在所述第一波长发光组件1.1上，所述第一波长发光组件1.1发出的第一波长的光激励所述量子点薄膜发出与该第一波长不相等的波长的单色光；

所述隔离层2设置在所述量子点薄膜上；

所述滤波组件3包括从下至上依次设置的导电层3.1、相变材料层3.2和覆盖层3.3，所述导电层3.1设置在所述隔离层2上，所述导电层3.1和覆盖层3.3分别作为相变材料层3.2的上、下电极，以用于在相变材料层3.2上施加电压使所述相变材料层3.2在非晶态和晶态之间相互转化，通过所述相变材料层3.2在非晶态和晶态之间相互转化时透射率变化来实现对量子点薄膜发出的单色光强度的调节，进而实现色彩的显示。优选地，所述量子点薄膜设置有多个，并且第一波长发光组件1.1发出的单色光穿过所有的这些量子点薄膜从而激励各量子点薄膜分别发出设定波长的单色光，所述第一波长发光组件1.1如果为蓝光led或紫光led，发出的单色光为蓝光或紫光，则有的量子点薄膜受激励后发出的单色光为红光，其它的量子点薄膜受激励后发出的单色光为绿光。

图1示出了两个量子点薄膜，当然实际上可以再扩展成更多个量子点薄膜，这两个量子点薄膜分别可在第一波长发光组件1.1的激励下发出第二波长可见光和第三波长可见光，第一波长、第二波长和第三波长互不相等；譬如，如果第一波长发光组件1.1为蓝光led，发出蓝光，则其中一个量子点薄膜可以是受蓝光led激发发出红色单色光的量子点薄膜，记为红光量子点薄膜1.2，另一个量子点薄膜可以是受蓝光led激发可发出绿光的量子点薄膜，记为绿光量子点薄膜1.3；相变材料层3.2在不同电压或不同功率激光的驱动下可以实现不同程度的晶态和非晶态之间的可逆转变，从而调节第一波长可见光发光组件发出的第一波长可见光、红光量子点薄膜1.2发出的第二波长可见光和绿光量子点薄膜1.3发出的第三波长可见光的透射强度。

进一步，一个红光量子点薄膜1.2相当于一个红色子像素(r子像素，受激励发出红光)，一个绿光量子点薄膜1.3相当于绿色子像素(g子像素，受激励发出绿光)，蓝色led的其中一块区域相当于蓝色子像素(b子像素，发出蓝光)，显示器件的每一像素区域内包括红色子像素、绿色子像素及蓝色子像素，这些红色子像素、绿色子像素及蓝色子像素可以组合形成不同颜色。

进一步，所述隔离层2的材料可以是sio2、hfo、al2o3、zno、in2o3、tio2、si3n4或mgf2，上述各化学式中的原子百分比可调；隔离层2的厚度优选为100nm-1000nm，隔离层2更优选的厚度为100nm。

红、绿、蓝光(rgb三原色光)透过隔离层2可以在滤波组件3中调制透射的光的强度，相变材料层3.2在电刺激或激光刺激下，发生晶化状态的改变，从而使三原色光的透射率发生变化，如果通过施加电压来操作相变材料层3.2的晶化状态，可以对相变材料层3.2施加一个长且强度中等的电压，相变材料层3.2的相变材料的温度升高到结晶温度以上熔化温度以下的温度区间，并保持一定的时间，晶格此时有序排列形成晶态，实现由非晶态向晶态的转变；或者对相变材料施加一个短而强的电压或者激光脉冲，使相变材料温度升高到熔化温度以上，使晶态的长程有序遭到破坏，脉冲下降沿非常短导致相变材料经快速冷却至结晶温度以下，使相变材料固定于非晶态，实现由晶态向非晶态转变。在转变过程中，相变材料层3.2的透射率也是跟着变化的，因此可以调整透射的光的强度。当然，转变机制不仅仅局限于施加电流脉冲诱导加热，其它任何电磁场诱导的加热都可以。

或者，也可以在相变材料层3.2上照射激光(此时滤波组件3可以去掉覆盖层3.3和导电层3.1)，使所述相变材料层3.2在非晶态和晶态之间相互转化，并通过所述相变材料层3.2在非晶态和晶态之间相互转化时透射率变化来实现对量子点薄膜发出的单色光强度的调节，进而实现色彩的显示。

相变材料层3.2包括下列硫系化合物及其合金，包括但不限于：gete、sbte、bite、insb、inse、gesb、sbse、gasb、gasb、gesbte、aginsbte、insbte、agsbte、ag2in4sb76te17(aist)，上述每个化学式的原子百分比可变。相变材料可进一步包含至少一种掺杂剂，掺杂材料包括但不限于：c、n。优选地，相变材料可以选择sb2te3，因为相同厚度下sb2te3在相变前后发生的透射率变化最大，且sb2te3的相变温度较低，转变所需要的电压或激光的幅值低、脉宽窄，便于降低整个显示器件的能耗及提高相变材料的响应速度，从而提升显示器件的图像刷新率，展现出更好的动画显示效果。优选地，相变材料的厚度小于100nm，由于相变材料的厚度的增加会使得可见光的透过率降低，且相变材料晶化所需的温度也越高，较合适的厚度是35nm，厚度过低时即使在晶化状态依然有较高的透过率，不利于显示器件的全黑显示。

导电层3.1和覆盖层3.3均可以传输光，而且应该尽可能的透明，在本实施例中，导电层3.1和覆盖层3.3还可以作为电极，用来在相变材料层3.2上施加电压。所以导电层3.1和覆盖层3.3应该具有透明导电的特性，如碳纳米管、氧化铟锡(ito)或者极薄的金属层(10nm～50nm厚度)，可以优选铟锡氧化物。导电层3.1和覆盖层3.3的厚度均为10nm-100nm，覆盖层3.3的厚度优选为20nm，导电层3.1的厚度优选为40nm。

当相变材料在晶态和非晶态之间转变的时候其透射率变化很大。相变材料在两种状态下均是稳定的，这意味着当显示器处在稳定的状态下时(非转变)，可以移除电压或者激光，所以该显示器件的功耗很低；相变材料在晶态和非晶态之间转换速度同样很快，小于100ns，比人类眼睛可以感知的速度快好几倍。

实施例2

为避免显示器件内像素间不同波长光串扰，可以优化实施例1的结构能使rgb三原色光的波长的可见光穿过折射层4后再到达相变材料层3.2，通过相变材料的光学变化调节三原色光的透过率。因为单靠相变材料与透明电极的干涉作用难以实现rgb三原色光的独立传输，在滤波组件3与隔离层2之间加入多层折射层4构成一列光子晶体，来调整出射的波长。光子晶体是指具有光子带隙(photonicband-gap，简称为pbg)特性的人造周期性电介质结构，某一频率范围的波不能在此周期性结构中传播，即这种结构本身存在“禁带”，具体实施方案是将折射率高低不一的入射波低吸收的材料循环堆叠。

参照图2，其为实施例1的增强实施例，在实施例2中，增加折射率高低不一的对入射波低吸收的材料作为折射层4，通过改变高折射率材料与低折射率材料厚度来调整出射波的波长范围，其与实施例1的不同之处在于，其在实施例1的导电层3.1与隔离层2之间设置了折射层4(其它结构相同)。

折射层4材料为对入射波低吸收的材料，所述对入射波低吸收的材料包括但不限于sio2、hfo、al2o3、zno、in2o3、tio2、si3n4、mgf2，其中，上述每个化学式中的原子百分比均可调。优选折射层4由高折射率材料层与低折射率材料层交替堆叠形成，高折射率材料层为tio2层，低折射率材料层为sio2层，其中，tio2的折射率约为2.50，sio2的折射率约为1.45，tio2层的厚度优选为10nm-200nm，sio2层的厚度也优选为10nm-200nm，两者厚度的组合取决于所需要透过的可见光的中心波长，对于不同颜色的光，折射层4的总厚度不同。

图3、图4和图5为本实施例的不同光的透射率。在设定的厚度的折射层4下，图3、图4和图5展现了基于相变材料的滤波组件3对可见光范围内的在晶态和非晶态下的透射率。参照图3，对于红光，其中心波长为648nm，非晶状态下透射率为32％，晶化状态下的透射率不到8％；参照图4，对于绿光，其中心波长为548nm，非晶状态下透射率为23％，晶化状态下的透射率不到7％；参照图5，对于蓝光，其中心波长为480nm，非晶状态下透射率为19％，晶化状态下的透射率不到7％。通过施加不同的电压，或者调整激光功率使相变材料层3.2由非晶态到部分晶化到完全晶化(晶化程度不同)以选择透过光的强度。部分晶化可以选择比如20％晶化，40％晶化等，可以得到混合相。部分晶化可以简单的通过在转换过程中限制电流的最大值或者激光功率来实现。典型地可以得到16个和64个混合相之间的相态，并且在合适的控制下可以得到更多的相，如1024个。

一系列排成阵列的图2中的像素组合成显示设备，其中每个像素中的子像素(量子点薄膜)都能够通过像素寻址来单独控制，通过改变滤波组件3的透过率，进而调整三原色光强度的不同配比，最终实现全色彩显示。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。