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可調光子晶體濾色器和彩色圖像顯示裝置.pdf

關 鍵 詞:
可調 光子 晶體 濾色器 彩色 圖像 顯示裝置
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摘要
申請專利號:

CN201310428427.7

申請日:

2013.09.18

公開號:

CN103676397A

公開日:

2014.03.26

當前法律狀態:

實審

有效性:

審中

法律詳情: 實質審查的生效IPC(主分類):G02F 1/19申請日:20130918|||公開
IPC分類號: G02F1/19 主分類號: G02F1/19
申請人: 三星電子株式會社
發明人: 沈洪植; 韓文奎; 許哲準
地址: 韓國京畿道
優先權: 2012.09.19 KR 10-2012-0104214
專利代理機構: 北京市柳沈律師事務所 11105 代理人: 王新華
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201310428427.7

授權公告號:

|||

法律狀態公告日:

2015.10.07|||2014.03.26

法律狀態類型:

實質審查的生效|||公開

摘要

本發明提供了可調光子晶體濾色器和包括該可調光子晶體濾色器的彩色圖像顯示裝置。該可調光子晶體濾色器包括:第一電極;第二電極,布置為面對第一電極;介質,布置在第一電極和第二電極之間;納米顆粒,以晶格結構分布在介質中并且是帶電的;以及離子散布防止層,布置在第一電極和第二電極中的至少一個的表面上。

權利要求書

權利要求書
1.  一種可調光子晶體濾色器,包括:
第一電極;
第二電極,布置為面對所述第一電極;
介質,布置在所述第一電極和所述第二電極之間;
納米顆粒,以晶格結構分布在所述介質中并且是帶電的;以及
離子散布防止層,布置在所述第一電極和所述第二電極中的至少一個的表面上。

2.  根據權利要求1所述的可調光子晶體濾色器,其中所述離子散布防止層包括用于抑制羥基離子散布的層。

3.  根據權利要求2所述的可調光子晶體濾色器,其中所述離子散布防止層由全氟碳磺酸或基于磺化四氟乙烯的含氟聚合物形成。

4.  根據權利要求1所述的可調光子晶體濾色器,其中所述離子散布防止層包括用于抑制氫離子散布的層。

5.  根據權利要求4所述的可調光子晶體濾色器,其中所述離子散布防止層包括季銨堿、季吡啶堿和季咪唑堿當中的至少一種。

6.  根據權利要求1所述的可調光子晶體濾色器,其中所述第一電極和所述第二電極中的至少一個形成為透明電極。

7.  根據權利要求1所述的可調光子晶體濾色器,其中所述第一電極是透明的,并且所述第二電極是黑色的。

8.  根據權利要求1所述的可調光子晶體濾色器,其中所述介質包括水溶液。

9.  根據權利要求1所述的可調光子晶體濾色器,其中所述第一電極是陰極電極,和
負離子散布防止層布置在所述第一電極的內側表面上。

10.  根據權利要求1所述的可調光子晶體濾色器,其中所述第二電極是陽極電極,和
正離子散布防止層布置在所述第二電極的內側表面上。

11.  一種彩色圖像顯示裝置,包括:
第一電極;
第二電極,布置為面對所述第一電極;
介質,布置在所述第一電極和所述第二電極之間;
納米顆粒,以晶格結構分布在所述介質中并且是帶電的;
離子散布防止層,布置在所述第一電極和所述第二電極中的至少一個的表面上;
電路層,包括用于施加電壓到所述第一電極和所述第二電極的開關器件;以及
控制單元,控制所述開關器件并控制所述電壓。

12.  根據權利要求11所述的彩色圖像顯示裝置,其中所述離子散布防止層包括用于抑制羥基離子散布的層。

13.  根據權利要求12所述的彩色圖像顯示裝置,其中所述離子散布防止層由全氟碳磺酸或基于磺化四氟乙烯的含氟聚合物形成。

14.  根據權利要求11所述的彩色圖像顯示裝置,其中所述離子散布防止層包括用于抑制氫離子散布的層。

15.  根據權利要求14所述的彩色圖像顯示裝置,其中所述離子散布防止層包括季銨堿、季吡啶堿和季咪唑堿當中的至少一種。

16.  根據權利要求11所述的彩色圖像顯示裝置,其中所述第一電極由導電的金屬氧化物形成。

17.  根據權利要求11所述的彩色圖像顯示裝置,其中所述第一電極和所述第二電極中的至少一個形成為透明電極。

18.  根據權利要求11所述的彩色圖像顯示裝置,其中所述第一電極是透明的,并且所述第二電極是黑色的。

19.  根據權利要求11所述的彩色圖像顯示裝置,其中所述介質包括水溶液。

20.  根據權利要求11所述的彩色圖像顯示裝置,還包括布置在所述電路層下面的光吸收層。

說明書

說明書可調光子晶體濾色器和彩色圖像顯示裝置
技術領域
本公開涉及可調光子晶體濾色器以及包括該可調光子晶體濾色器的彩色圖像顯示裝置。
背景技術
彩色圖像顯示裝置一般包括用于顯示梯度(gradient)的圖像面板和用于施加顏色到其上的濾色器。
反射型彩色圖像顯示裝置利用被固定在各像素中的區域劃分的3個濾色器經由透射或反射來顯示顏色。在顯示原色和與原色類似的顏色的情形下,這樣的區域劃分的濾色器阻擋對應于其它顏色的光,因此顏色損失是相當大的。
此外,吸收型濾色器被廣泛用于彩色圖像顯示裝置中。這里,吸收型濾色器僅透射對應于期望顏色的光并吸收對應于其它顏色的光,因此光損失是相當大的。此外,如果吸收型濾色器用于反射型彩色圖像顯示裝置中,則由于反射型彩色圖像顯示裝置的機理而需要使光經過濾色器兩次,在濾色器產生兩次光損失,因此難以顯示明亮的顏色。
因此,正在研究包括光子晶體的濾色器來代替吸收型濾色器,該光子晶體反射對應于光子帶隙的顏色的光并透射對應于其它顏色的光。
發明內容
提供具有改善的色彩逼真度和可靠性的可調光子晶體濾色器。
提供彩色圖像顯示裝置,該彩色圖像顯示裝置包括具有改善的色彩逼真度和可靠性的可調光子晶體濾色器。
額外的方面將在以下的描述中被部分地闡述,并將部分地從該描述變得明顯,或者可以通過實踐給出的實施方式而掌握。
根據本發明的一方面,一種可調光子晶體濾色器包括:第一電極;第二電極,布置為面對第一電極;介質,布置在第一電極和第二電極之間;納米 顆粒,以晶格結構分布在介質中并且是帶電的;以及離子散布防止層(ion spread preventing layer),布置在第一電極和第二電極中的至少一個的表面上。
離子散布防止層包括用于抑制羥基離子散布的層。
離子散布防止層由全氟碳磺酸(perfluorocarbonic sulfonic acid)或基于磺化四氟乙烯(sulfonated tetrafluoroethylene)的含氟聚合物形成。
離子散布防止層包括用于抑制氫離子散布的層。
離子散布防止層包括季銨堿(quaternary ammonium base)、季吡啶堿(quaternary pyridinium base)和季咪唑堿(quaternary imidazolium base)當中的至少一種。
第一電極和第二電極中的至少一個形成為透明電極。
第一電極是透明的,并且第二電極是黑色的。
介質包括水溶液。
第一電極是陰極電極,負離子散布防止層布置在第一電極的內側表面上。
第二電極是陽極電極,正離子散布防止層布置在第二電極的內側表面上。
根據本發明的另一方面,一種彩色圖像顯示裝置包括:第一電極;第二電極,布置為面對第一電極;介質,布置在第一電極和第二電極之間;納米顆粒,以晶格結構分布在介質中并且是帶電的;離子散布防止層,布置在第一電極和第二電極中的至少一個的表面上;電路層,包括用于施加電壓到第一電極和第二電極的開關器件;以及控制單元,控制開關器件并控制電壓。
附圖說明
從以下結合附圖對實施方式的描述,這些和/或其它的方面將變得明顯且更易于理解,在附圖中:
圖1是示出根據本發明的實施方式的可調光子晶體濾色器的示意圖;
圖2是示出根據本發明另一實施方式的可調光子晶體濾色器的圖示,其中離子散布防止層布置在與圖1的可調光子晶體濾色器不同的電極上;
圖3是示出根據本發明另一實施方式的可調光子晶體濾色器的圖示,其中離子散布防止層布置在兩個電極上;
圖4是曲線圖,顯示了對于根據本發明的實施方式的可調光子晶體濾色器和根據比較實施方式的濾色器的電流關于電勢的變化;
圖5是示出根據本發明的實施方式的彩色圖像顯示裝置的示意圖;以及
圖6是示出根據本發明另一實施方式的彩色圖像顯示裝置的圖示。
具體實施方式
現在將詳細參照實施方式,其示例在附圖中示出,其中相同的附圖標記始終指代相同的元件。在這點上,本實施方式可以具有不同的形式,而不應被解釋為限于這里闡述的描述。因此,以下通過參照附圖僅描述了實施方式以解釋本說明書的多個方面。當在這里使用時,術語“和/或”包括一個或多個所列相關項目的任意和所有組合。諸如“...至少中的至少一個”的表述,當在一列元件之前時,修飾整列的元件而不修飾該列中的單個元件。
現在將參照附圖更全面地描述根據本發明實施方式的可調光子晶體濾色器以及包括該可調光子晶體濾色器的彩色圖像顯示裝置。在附圖中,相同的附圖標記表示相同的元件,為了清晰,層和區域的厚度可以被夸大。這里,以下描述的實施方式僅是示例,不同的變型可以由其產生。例如,當一層被稱為在另一層或基板“上”時,它可以直接在該另一層或基板上,或者也可以存在中間層。
圖1是示出根據本發明實施方式的可調光子晶體濾色器10的示意圖。
參照圖1,可調光子晶體濾色器10包括第一電極11和面對第一電極11的第二電極15。光子晶體層14可以布置在第一電極11和第二電極15之間。光子晶體層14可以包括介質12和分布在介質12中的納米顆粒13。納米顆粒13帶電并可以以晶格結構分布在介質12中。離子散布防止層可以布置在第一電極11和第二電極15中的至少一個的表面上。圖1示出了其中第一離子散布防止層16布置在第一電極11下面的示例。例如,第一電極11可以是陰極電極,而第二電極15可以是陽極電極。第一離子散布防止層16可以是負離子散布防止層。例如,第一離子散布防止層16可以包括用于抑制羥基離子的散布的層。例如,第一離子散布防止層16可以包含全氟碳磺酸或基于磺化四氟乙烯的含氟聚合物。例如,第一離子散布防止層16可以是杜邦(Dupont)的以(全氟磺酸-聚四氟乙烯共聚物)為商標的商品化的產品。
光子晶體是通過周期性地布置具有不同介電常數的材料形成的人造晶體,使得光子帶隙(PBG)形成在電磁波的能譜中。當光入射到光子晶體時,對于大部分波長,光透射穿過光子晶體而沒有被散開。然而,反射區可以是在特定波長(或頻率)下光沒有被透射的區域。該區域被稱為PBG。如果具有與PBG相應的波長(或頻率)的光入射到光子晶體,則光不會傳播到光子晶體中而是被反射。光子晶體通過周期性地布置電介質材料形成,其中PBG的大小或位置可以根據折射率和周期性結構改變。在光子晶體層14中,納米顆粒13通過由電動現象規則地散布而形成光子晶體結構。此外,光子晶體層14的PBG可以通過改變光子晶體的形狀、光子晶體的體積、納米顆粒之間的間距和光子晶體的折射率當中的至少一個而改變。當PBG改變時,可以調整將被反射的光的波長帶寬。因此,可調光子晶體濾色器10可以調整從外部光L反射的光的顏色。例如,如果外部光L入射到可調光子晶體濾色器10,則與第一波長帶相應的光LO可以被反射而與另一波長帶相應的光Lr可以被透射。
在可調光子晶體濾色器10中,由于納米顆粒13帶電,所以當電壓V施加在第一電極11和第二電極15之間時,納米顆粒13根據電壓V移動。因此,納米顆粒13之間的間距改變,因而PBG可以根據納米顆粒13之間的間距而改變。光子晶體層14的PBG確定要被反射的光的波長,其中PBG取決于納米顆粒13的尺寸和納米顆粒13之間的間距中的至少一個。因此,納米顆粒13的尺寸可以基于要被反射的光的波長而被適當地確定。例如,納米顆粒13可以具有從幾十nm到數百nm的尺寸。例如,納米顆粒13可以具有數百nm例如約300nm的尺寸,以反射與可見光帶相應的顏色。
第一電極11和第二電極15中的至少一個可以是透明的以使光通過。例如,在光入射側的第一電極11可以是透明的。
例如,第一電極11可以是陰極電極,而第二電極15可以是陽極電極。如果在陰極電極和陽極電極上沒有離子散布防止層,則來自陰極電極的負離子和來自陽極電極的正離子散布到光子晶體層14中,并且負離子和正離子圍繞納米顆粒。因此,納米顆粒的表面電荷會減少。結果,納米顆粒之間的排斥力會減小,從而降低了納米顆粒的結晶性(crystallinity)。因此,色彩重現性和清晰性會劣化。然而,根據本實施方式,提供離子散布防止層以抑制來自第一電極和/或第二電極的離子散布到光子晶體層中,從而提高色彩重現 性。
為了良好的透射率,第一電極11可以由導電的金屬氧化物形成。第二電極15可以是透明的或可以不是透明的。例如,第二電極15可以具有黑顏色以吸收透射的光。如果第二電極15具有黑顏色,則第二電極15可以吸收透過光子晶體層14的光。如果第二電極15吸收透過光子晶體層14的光,則第二電極15可以防止光被第二電極15下面的另一層反射回到光子晶體層14。
接著,下面將描述可調光子晶體濾色器10的操作機制。
納米顆粒13帶正(+)電或負(-)電,并可以由于靜電斥力而彼此間隔地散開。當電壓V施加到第一電極11和第二電極15時,電場E形成在介質12中。這里,具有電偶層的納米顆粒13沿朝向第一電極11或第二電極15的方向在介質12中移動,在與靜電斥力形成平衡的同時規則地散開,并構成其中納米顆粒13以恒定的晶格間距D布置的晶格結構。
光子晶體層14的晶格結構具有由于折射率的周期性分布而反射或透射特定波長的光的PBG。根據布拉格定律,根據以下的公式1的特定波長的光沒有透射穿過光子晶體層14而是被反射。
[方程式1]
mλ=2nD·s
這里,λ表示被折射或反射的光的波長,n表示光子晶體層14的有效折射率,D表示光子晶體層14的晶格間距,θ表示光的入射角。m是一整數。
如果施加到第一電極11和第二電極15的電壓V改變,則與靜電斥力的平衡改變,因此納米顆粒13之間的晶格間距D變化。因此,被反射的光LO的波長λ可以通過調整施加到第一電極11和第二電極15的電壓V來控制。例如,隨著施加到第一電極11和第二電極15的電壓V增加,被光子晶體層14反射的光LO的波長可以減小。
同時,下面將描述根據介質類型的光子晶體層的特性。如果介質是有機溶劑并且帶電的納米顆粒分布在有機溶劑中,則晶格的均勻性不能被保證,因為納米顆粒在有機溶劑中沒有充分地帶電。因此,反射光譜不會是足夠尖銳的,并且顏色不會是清晰的。此外,如果帶電的納米顆粒分布在水溶液中,則水溶液中的納米顆粒具有足夠的表面電荷,因而反射光譜的峰是尖銳的。然而,如果電壓被施加到電極以形成電場,則在預定電壓會引起水溶液的電 解,因此納米顆粒的電荷或介質中的電場會改變。結果,晶格結構會倒塌。根據本實施方式,由于離子散布防止層布置在第一電極11和第二電極15中的至少一個上,所以由第一電極11或第二電極15產生的負離子或正離子被離子散布防止層阻擋,從而減少或防止離子散布到光子晶體層14中。
例如,如果介質12是水溶液,則與第一電極11和第二電極15有關的反應方程式如下所示。
2H2O+2e-→H2(g)+2OH-(aq)   (陰極電極)
2H2O→O2(g)+4H+(aq)+4e-   (陽極電極)
H+離子可以從陽極電極產生,而OH-離子可以從陰極電極產生。布置在第一電極11上的第一離子散布防止層16阻擋負離子,也就是羥基(OH-)離子,從而減少或防止OH-離子散布到光子晶體層14中。
在圖2所示的可調光子晶體濾色器10A中,第二離子散布防止層17布置在第二電極15上。第二離子散布防止層17可以包括用于抑制正離子散布的層。第二離子散布防止層17可以例如包括季銨堿、季吡啶堿(quaternary pyridinium base)和季咪唑堿(quaternary imidazolium base)當中的至少一種。例如,第二離子散布防止層17可以是以FAA-3為商標的商品化的產品。如果介質12是水溶液,則正離子(也就是氫(H+)離子)可以從第二電極15產生。此外,H+離子被布置在第二電極15上的第二離子散布防止層17阻擋,從而減少或防止H+離子散布到光子晶體層14。由于第一離子散布防止層16和第二離子散布防止層17減少或防止正離子和負離子散布到光子晶體層14,所以可以減少附著到納米顆粒13的離子。結果,可以防止由于由離子引起的納米顆粒13的電荷變化或介質12中的電場變化而引起的結晶性的破壞。
在圖3所示的可調光子晶體濾色器10B中,第一離子散布防止層16布置在第一電極11的內側表面上,而第二離子散布防止層17布置在第二電極15的內側表面上。如果第一離子散布防止層16和第二離子散布防止層17如圖3所示一起布置,則與其中僅布置第一離子散布防止層16或者第二離子散布防止層17的情形相比,可以更有效地防止離子被散布。如上所述,根據本發明的實施方式,即使正離子和負離子由于介質的電解而產生,也可以抑制或防止正離子和負離子散布到光子晶體層中。因此,可以實現具有良好的色彩逼真度和可靠性的濾色器。
圖4示出在布置在電極上作為負離子散步防止層的情形和沒有布置的情形下,電流關于電勢的變化。在布置的情形下,示出根據的厚度的電流關于電勢的變化。保持恒定的電流減小或增大的點對應于電解發生的電壓。此外,電流關于電勢的斜率越大,更多的離子由于電解而移動。
與其中布置的情形相比,在沒有布置的情形下,更多的離子由于電解而移動。此外,考慮電流關于電勢分別在Nafion的厚度是25nm、60nm和200nm的情形下的變化,隨著的厚度增大,電流越不顯著地改變。換言之,越厚,由陰極電極產生的負離子更少地散布到光子晶體層中。
如上所述,根據本發明的實施方式,通過利用離子散布防止層減少或防止由電解產生的負離子或正離子散布到光子晶體層中,光子晶體層的結晶性被保持的時間段可以增加。
圖5是示出根據本發明實施方式的彩色圖像顯示裝置100的示意圖。
彩色圖像顯示裝置100可以包括:可調光子晶體濾色器105;電路層140,包括用于施加電壓到可調光子晶體濾色器105的開關器件;以及控制單元150,控制開關器件并控制電壓。可調光子晶體濾色器105可以包括多個被獨立控制的像素。
可調光子晶體濾色器105可以包括第一電極111、布置為面對第一電極111的第二電極115、以及布置在第一電極111和第二電極115之間的光子晶體層114。光子晶體層114可以包括介質112和分布在介質112中的納米顆粒113。納米顆粒113可以以晶格結構分布并可以帶電。納米顆粒113之間的晶格間距可以根據第一電極111和第二電極115之間的電壓而改變。
第一電極111和第二電極115中的至少一個可以是透明的,用于光入射。例如,在光入射側的第一電極111可以是透明的。第一電極111可以是陰極電極,而第二電極115可以是陽極電極。
離子散布防止層可以布置在第一電極111和第二電極115中的至少一個上。在圖5中,第一離子散布防止層116布置在第一電極111下面,而第二離子散布防止層117布置在第二電極115上。當第一電極111是陰極電極時,第一離子散布防止層116可以是負離子散布防止層。例如,第一離子散布防止層116可以包括用于抑制羥基(OH-1)離子的散布的層。當第二電極115 是陰極電極時,第二離子散布防止層117可以是正離子散布防止層。例如,第二離子散布防止層117可以包括用于抑制氫(H+)離子的散布的層。第一離子散布防止層116可以例如包含基于磺化四氟乙烯的含氟聚合物,其中該材料以為商標被商品化。
例如,第二離子散布防止層117可以包括季銨堿、季吡啶堿和季咪唑堿當中的至少一種,其中該材料以FAA-3為商標被商品化。
用于施加電壓到第一電極111和第二電極115的開關器件可以例如是TFT器件。開關器件可以相對于每個像素獨立地起作用。另外,像素中的第一電極111可以彼此絕緣,而第二電極115可以形成為公共電極。然而,本發明不限于此。
參照圖5,下面將描述彩色圖像顯示裝置100的運行。彩色圖像顯示裝置100可以包括第一像素110、第二像素120和第三像素130。控制單元150可以通過根據圖像信號來驅動電路層140的開關器件而施加電壓到各個像素。例如,通過施加第一電壓到第一像素110,第一波長的光L1可以從外部入射的光L反射,其它波長的光可以被透射。通過施加第二電壓到第二像素120,第二波長的光L2可以從外部入射的光L反射,其它波長的光可以被透射。通過施加第三電壓到第三像素130,第三波長的光L3可以從外部入射的光L反射,其它波長的光可以被透射。在這點上,彩色圖像可以通過反射來自各個像素的預定波長的光而顯示。
這里,如以上參照圖1至圖3描述的,可調光子晶體濾色器105包括離子散布防止層,從而通過防止由第一電極111和第二電極115產生的離子散布到光子晶體層114中而抑制光子晶體層114的結晶性的劣化。因此,即使可調光子晶體濾色器105被反復地驅動,可調光子晶體濾色器105的色彩重現性和可靠性也可以被改善。
圖6是示出根據本發明另一實施方式的彩色圖像顯示裝置100A的圖示。與圖5的彩色圖像顯示裝置100相比,彩色圖像顯示裝置100A還包括在電路層140下面的光吸收層160。可調光子晶體濾色器105僅反射基于光子晶體層114的結構的預定顏色的光并透射其它顏色的光。這里,為了防止透射的光被其它器件或層反射回到外部并影響所顯示的圖像,光吸收層160布置在電路層140下面以吸收透射的光。因此,彩色圖像的品質可以被改善。
應當理解,這里描述的示例性實施方式應當僅以說明性的含義來理解, 而不是為了限制的目的。對每個實施方式內的特征或方面的描述應當通常被理解為可用于其它實施方式中的其它類似特征或方面。
本申請要求于2012年9月19日在韓國知識產權局提交的韓國專利申請No.10-2012-0104214的權益,其公開內容通過引用整體結合于此。

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