【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于可见光显示与光场调控，更具体地，涉及一种电致可重构的反射式超表面开关器件。
技术介绍
1、电子墨水屏是一种反射显示，其显示接近自然纸张效果，免于阅读疲劳，在护眼产品中受到欢迎。墨水屏核心性能与墨水粒子性能直接相关，但受限于目前墨水屏在显示效果、速度、刷新寿命等基础体验与用户需求由较大差距。
2、当前电子墨水体系通常由黑白两种粒子混合在电泳液组成，同时为提升可靠性会被包裹在胶囊中。由于粒子在电泳液中的运动机理非常复杂，其刷新速率受粒子粒径、密度、带电量、浓度等多方面的影响。因此，如何提升刷新速率的同时提升光学效果及刷新寿命是亟待解决的问题。
技术实现思路
1、针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种电致可重构的反射式超表面开关器件，在提升刷新速率的同时，还能有效提升光学效果及刷新寿命。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了一种电致可重构的反射式超表面开关器件，用于在可见光波段显示稳定的色彩并在原位实现色彩亮度的调节，包括多个呈水平行列周期性排列的像素单元，单个像素单元最小周期为2×2，该周期内部由rggb四个子像素单元组成，各子像素单元均包括设置在衬底上方的功能层，功能层由半径不同的两对圆柱组成，四个圆柱呈矩阵排布，位于矩阵同一对角线上的两个圆柱半径相同，所述圆柱的结构为三明治结构或两层层叠结构，所述三明治结构包括上、下电介质层和中间相变材料层，所述两层层叠结构包括上层电介质层和下层相变材料层；
3、其中，所述可见光波段稳定色
4、在其中一个实施例中，所述相变材料层采用硫化锑材料制成。
5、在其中一个实施例中，所述超表面开关器件在可见光波段显示的色彩包括红色、绿色、蓝色、黄色、品红色和青色。
6、在其中一个实施例中，当圆柱结构为三明治结构时，在单个子像素单元中，所述衬底的厚度为50nm，所述功能层中相变材料层的厚度为10～100nm，所述功能层中电介质层的厚度为10～150nm，不同对角线上的圆柱的半径分别为80～150nm和40～70nm，超表面开关器件的周期为300～1500nm。
7、在其中一个实施例中，当圆柱结构为两层层叠结构，所述衬底包括基片及设置在基片上的导电层，导电层材料和电介质层材料均采用二氧化钛。
8、在其中一个实施例中，在单个子像素单元中，当所述衬底的厚度为50nm、所述相变材料层的厚度为60nm、两层二氧化钛材料的厚度为30nm及两对圆柱的半径分别为100nm和50nm时，通过调节超表面开关器件的周期从520nm逐渐增加至680nm，能实现色彩从绿色移动到黄色再移动到红色的色彩调控。
9、在其中一个实施例中，当圆柱结构为三明治结构时，所述衬底采用石英二氧化硅或氧化铟锡材料制成。
10、在其中一个实施例中，当圆柱结构为三明治结构时，超表面开关器件的制备方法包括如下步骤：
11、利用光刻工艺或者纳米压印工艺将功能层的图案转移到衬底上；
12、利用薄膜沉积法在衬底上生长第一电介质层；
13、利用薄膜沉积法在衬底上生长相变材料层；
14、利用薄膜沉积法在衬底上生长第二电介质层；
15、利用剥离工艺将光刻胶去除并留下圆柱形的功能层；
16、将外部电压源与衬底上的加热板相连，得到超表面开关器件。
17、在其中一个实施例中，当圆柱结构为两层层叠结构时，超表面开关器件的制备方法包括如下步骤：
18、利用薄膜沉积法在衬底上生长导电层；
19、利用光刻工艺或者纳米压印工艺将功能层的图案转移到衬底上；
20、利用薄膜沉积法在衬底上生长相变材料层；
21、利用薄膜沉积法在衬底上生长电介质层；
22、利用剥离工艺将光刻胶去除并留下圆柱形的功能层；
23、将外部电压源与衬底上的导电层相连，得到超表面开关器件。
24、本专利技术提供的电致可重构的反射式超表面开关器件，具有如下效果：(1)子像素单元中的功能层采用半径大小不同的两对圆柱组成，呈中心对称排列，对偏振不敏感，利用大小圆柱可相对独立且精准的调控电偶极子和磁偶极子的位置，使两共振的距离更近，从而使反射峰的半高宽更小，颜色饱和度更高，反射率更大，色域更广，且圆柱结构采用相变材料，当相变材料变为结晶态时可破坏超表面的磁偶极子共振，从而使关态的反射峰消失，反射率极低，从而可大大提升器件的反射率、开关比、饱和度和色域指标，进而有效改善反射式显示的光学效果；(2)功能层采用相变材料，由于相变材料在非晶态和结晶态之间切换的速度非常快，非晶化过程的最小时间间隔约为200ns，结晶过程为500ns，且相变材料在电学器件中可在非晶态和结晶态之间切换最高达到109次，从而可有效提升超表面的刷新速度和刷新寿命。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种电致可重构的反射式超表面开关器件，用于在可见光波段显示稳定的色彩并在原位实现色彩亮度的调节，其特征在于，包括多个呈水平行列周期性排列的像素单元，单个像素单元最小周期为2×2，该周期内部由RGGB四个子像素单元组成，各子像素单元均包括设置在衬底上方的功能层，功能层由半径不同的两对圆柱组成，四个圆柱呈矩阵排布，位于矩阵同一对角线上的两个圆柱半径相同，所述圆柱的结构为三明治结构或两层层叠结构，所述三明治结构包括上、下电介质层和中间相变材料层，所述两层层叠结构包括上层电介质层和下层相变材料层；
2.根据权利要求1所述的电致可重构的反射式超表面开关器件，其特征在于，所述相变材料层采用硫化锑材料制成。
3.根据权利要求1或2所述的电致可重构的反射式超表面开关器件，其特征在于，所述超表面开关器件在可见光波段显示的色彩包括红色、绿色、蓝色、黄色、品红色和青色。
4.根据权利要求3所述的电致可重构的反射式超表面开关器件，其特征在于，当圆柱结构为三明治结构时，在单个子像素单元中，所述衬底的厚度为50nm，所述功能层中相变材料层的厚度为10～100nm，所述
5.根据权利要求1所述的电致可重构的反射式超表面开关器件，其特征在于，当圆柱结构为两层层叠结构，所述衬底包括基片及设置在基片上的导电层，导电层材料和电介质层材料均采用二氧化钛。
6.根据权利要求5所述的电致可重构的反射式超表面开关器件，其特征在于，在单个子像素单元中，当所述衬底的厚度为50nm、所述相变材料层的厚度为60nm、两层二氧化钛材料的厚度为30nm及两对圆柱的半径分别为100nm和50nm时，通过调节超表面开关器件的周期从520nm逐渐增加至680nm，能实现色彩从绿色移动到黄色再移动到红色的色彩调控。
7.根据权利要求1所述的电致可重构的反射式超表面开关器件，其特征在于，当圆柱结构为三明治结构时，所述衬底采用石英二氧化硅或氧化铟锡材料制成。
8.根据权利要求1所述的电致可重构的反射式超表面开关器件，其特征在于，当圆柱结构为三明治结构时，超表面开关器件的制备方法包括如下步骤：
9.根据权利要求1所述的电致可重构的反射式超表面开关器件，其特征在于，当圆柱结构为两层层叠结构时，超表面开关器件的制备方法包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种电致可重构的反射式超表面开关器件，用于在可见光波段显示稳定的色彩并在原位实现色彩亮度的调节，其特征在于，包括多个呈水平行列周期性排列的像素单元，单个像素单元最小周期为2×2，该周期内部由rggb四个子像素单元组成，各子像素单元均包括设置在衬底上方的功能层，功能层由半径不同的两对圆柱组成，四个圆柱呈矩阵排布，位于矩阵同一对角线上的两个圆柱半径相同，所述圆柱的结构为三明治结构或两层层叠结构，所述三明治结构包括上、下电介质层和中间相变材料层，所述两层层叠结构包括上层电介质层和下层相变材料层；
2.根据权利要求1所述的电致可重构的反射式超表面开关器件，其特征在于，所述相变材料层采用硫化锑材料制成。
3.根据权利要求1或2所述的电致可重构的反射式超表面开关器件，其特征在于，所述超表面开关器件在可见光波段显示的色彩包括红色、绿色、蓝色、黄色、品红色和青色。
4.根据权利要求3所述的电致可重构的反射式超表面开关器件，其特征在于，当圆柱结构为三明治结构时，在单个子像素单元中，所述衬底的厚度为50nm，所述功能层中相变材料层的厚度为10～100nm，所述功能层中电介质层的厚度为10～150nm，不同对角线上的圆柱的半径分别为80...
【专利技术属性】
技术研发人员：何强，邓硕，崔梦茜，谢雨欣，缪向水，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。