电致变色器件及其制备方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种电致变色器件及其制备方法和装置，该器件包括电热式致动器和角度敏感型超材料单元，电热式致动器包括承载平板、若干个悬臂及若干个电极；角度敏感型超材料单元，对不同入射角度光的光谱响应不同，包括衬底层和微纳尺寸的周期性结构；衬底层设置在承载平板之上，微纳尺寸的周期性结构设置在衬底层之上；悬臂，根据不同施加电压产生不同的形变量，包含若干层热膨胀系数不同的材料；悬臂和电极的数量相等，悬臂的一端连接电极，悬臂的另一端连接承载平板。本发明专利技术实施例能够在一个器件上通过电极控制电压以实现可见光全光谱的颜色调控，提高分辨率，可广泛应用于器件技术领域。技术领域。技术领域。

【技术实现步骤摘要】
电致变色器件及其制备方法和装置


[0001]本专利技术涉及器件
，尤其涉及一种电致变色器件及其制备方法和装置。

技术介绍

[0002]微机电系统(Micro
‑
Electro
‑
Mechanical Systems，MEMS)是一门以半导体制造工艺为基础，交叉了物理、化学、力学、电学、光学等多种学科的先进制造技术，其通过在芯片上集成制造微能源、微传感器、微执行器等单元，可以实现测量、驱动、能量转换等功能。
[0003]传统应用于显示的MEMS器件，无法实现颜色主动调控，需要额外加彩色滤光片或者是利用三基色光源；而可以实现颜色调控的IMOD(Interferometric Modulator，干涉测量调制)器件也需要分别根据红绿蓝三原色的波长设计不同参数的器件，大大增加了一个像素的面积，限制了显示的分辨率。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术实施例的目的是提供一种电致变色器件及其制备方法和装置，能够在一个器件上通过电极控制电压以实现可见光全光谱的颜色调控，提高分辨率。
[0005]第一方面，本专利技术实施例提供了一种电致变色器件，包括电热式致动器和角度敏感型超材料单元，所述电热式致动器包括承载平板、若干个悬臂及若干个电极；其中，
[0006]所述角度敏感型超材料单元，对不同入射角度光的光谱响应不同，包括衬底层和微纳尺寸的周期性结构；所述衬底层设置在所述承载平板之上，所述微纳尺寸的周期性结构设置在所述衬底层之上；
[0007]所述悬臂，根据不同施加电压产生不同的形变量，包含若干层热膨胀系数不同的材料；
[0008]所述悬臂和所述电极的数量相等，所述悬臂的一端连接所述电极，所述悬臂的另一端连接所述承载平板。
[0009]可选地，所述微纳尺寸的周期性结构包括光栅结构。
[0010]可选地，所述衬底层的材料和所述微纳尺寸的周期性结构的材料包括金属和/或电介质；其中，所述衬底层的材料和所述微纳尺寸的周期性结构的材料不同。
[0011]可选地，所述金属包括Au、Ag或Al。
[0012]可选地，所述电介质包括Si、Si3N4、TiO2或SiO2。
[0013]可选地，所述悬臂包含2层热膨胀系数不同的材料，2层材料包括2层电介质或电介质与金属。
[0014]可选地，所述悬臂包含3层热膨胀系数不同的材料，3层材料包括金属、电介质和金属。
[0015]可选地，所述悬臂及所述电极的数量为4，所述承载平板为四边形，4个悬臂的另一端分别连接所述承载平板的4个角。
[0016]第二方面，本专利技术实施例提供了一种显示或传感装置，包括上述的电致变色器件。
[0017]第三方面，本专利技术实施例提供了一种电致变色器件的制备方法，包括：
[0018]提供SOI衬底，并在所述SOI衬底上形成电热式致动器的第一层膜及角度敏感型超材料单元的衬底层；
[0019]利用所述SOI衬底的结构做掩膜，通过蚀刻形成包含衬底层的电热式致动器；
[0020]在所述衬底层的表面形成微纳尺寸的周期性结构；
[0021]在SOI衬底的底面形成开口，并通过所述开口释放电热式致动器及角度敏感型超材料单元得到电致变色器件。
[0022]实施本专利技术实施例包括以下有益效果：本专利技术实施例中电致变色器件包括电热式致动器和角度敏感型超材料单元，电热式致动器包括承载平板、若干个悬臂及若干个电极，角度敏感型超材料单元对不同入射角度光的光谱响应不同，悬臂不同施加电压产生不同的形变量；通过电极施加电压使悬臂形变，悬臂和电极组合使电热式致动器及其承载的角度敏感型超材料单元旋转到所需角度，进而通过悬臂的形变使角度敏感型超材料单元产生角度倾斜以对入射光产出不同的光谱响应，从而实现在一个器件上对可见光全光谱的颜色调控，提高分辨率。
附图说明
[0023]图1是本专利技术实施例提供的一种电致变色器件的结构框图；
[0024]图2是本专利技术实施例提供的一种角度敏感型超材料单元对不同白光光源入射角度的光谱响应图；
[0025]图3是本专利技术实施例提供的一种角度敏感型超材料单元对固定白光光源入射角度、不同环境折射率的光谱响应图；
[0026]图4是本专利技术实施例提供的一种角度敏感型超材料单元对固定光源、不同环境折射率的扫描入射角度的光谱响应图；
[0027]图5是本专利技术实施例提供的一种电致变色器件的制备方法的步骤流程示意图。
具体实施方式
[0028]下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步的详细说明。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。
[0029]电热式致动器(Electrothermal actuator，ETA)利用各种材料之间的热膨胀系数不同，使具有热膨胀效应的材料通过膨胀程度的不同产生驱动效果，可通过差异化的结构设计满足不同场合致动器的位移大小和方向要求，其主要优点在于驱动电压低、系统加工制造兼容性好、致动行程和力矩较大等。
[0030]超材料是亚波长尺度下，由复合材料组合而成，具有天然材料所不具备的性能的人工复合材料。
[0031]如图1所示，本专利技术实施例提供了一种电致变色器件，包括承载平板5、角度敏感型超材料单元、若干个悬臂4及若干个电极3；其中，
[0032]所述角度敏感型超材料单元，对不同入射角度光的光谱响应不同，包括衬底层2和微纳尺寸的周期性结构1；所述衬底层2设置在所述承载平板5之上，所述微纳尺寸的周期性
结构1设置在所述衬底层2之上；
[0033]所述悬臂4，根据不同施加电压产生不同的形变量，包含若干层热膨胀系数不同的材料；
[0034]所述悬臂4和所述电极3的数量相等，所述悬臂4的一端连接所述电极3，所述悬臂4的另一端连接所述承载平板5。
[0035]电致变色器件的工作原理如下：基于电热式致动器和角度敏感型超材料的结合，利用角度依赖型超材料在不同入射角下反射光谱的不同实现颜色调控。电热式致动器的致动使得角度敏感型超材料的角度调控变为主动式；利用热膨胀系数不同的多层材料制备电热式致动器悬臂，在对电热式致动器施加不同电压时不同程度的形变产生的应力，将导致电热式致动器承载平板向下倾斜；同时，由于承载平板有若干个悬臂和电极存在，通过选择性地对不同的电极施加电压，可以实现承载平板及其上的角度依赖型超材料的多个角度的倾斜，实现角度扫描式的成像/检测。
[0036]需要说明的是，角度敏感型超材料单元基于表面等离子体激元之间的电磁响应，其由两层不同的材料，金属、电介质或金属与电介质组成；其中一层材料为衬底层，另一层材料做微纳尺度的周期性结构，通过不同材料间接触面的自由表面电荷与界面处的入射电磁波之间的耦合来激发。
[0037]本领域技术人员可以理解的是，承载平板与衬底层可以为同一层结构本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电致变色器件，其特征在于，包括电热式致动器和角度敏感型超材料单元，所述电热式致动器包括承载平板、若干个悬臂及若干个电极；其中，所述角度敏感型超材料单元，对不同入射角度光的光谱响应不同，包括衬底层和微纳尺寸的周期性结构；所述衬底层设置在所述承载平板之上，所述微纳尺寸的周期性结构设置在所述衬底层之上；所述悬臂，根据不同施加电压产生不同的形变量，包含若干层热膨胀系数不同的材料；所述悬臂和所述电极的数量相等，所述悬臂的一端连接所述电极，所述悬臂的另一端连接所述承载平板。2.根据权利要求1所述的电致变色器件，其特征在于，所述微纳尺寸的周期性结构包括光栅结构。3.根据权利要求1所述的电致变色器件，其特征在于，所述衬底层的材料和所述微纳尺寸的周期性结构的材料包括金属和/或电介质；其中，所述衬底层的材料和所述微纳尺寸的周期性结构的材料不同。4.根据权利要求3所述的电致变色器件，其特征在于，所述金属包括Au、Ag或Al。5.根据权利要求3所述的电致变色器件，其特征在于，所述电介质包括Si、Si3N...

【专利技术属性】
技术研发人员：林佑昇，文遥，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：