專利名稱：光轉(zhuǎn)換器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光轉(zhuǎn)換器件，它能可逆地至少在反射光的第一狀態(tài)和吸收光的第二狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換，所述器件包括疊層，疊層包括一個由可光轉(zhuǎn)換材料制成的可轉(zhuǎn)換層，該可轉(zhuǎn)換層通過改變氫密度而使第一狀態(tài)轉(zhuǎn)換成第二狀態(tài)。
背景技術(shù)：
US 5 905 590公開了一種包括轉(zhuǎn)換薄膜的轉(zhuǎn)換器件，該薄膜包含鎂及其它三價金屬的氫化物。通過氫的交換，轉(zhuǎn)換薄膜能可逆地從透明狀態(tài)經(jīng)由中間黑色吸收狀態(tài)轉(zhuǎn)換至零透射的類反射鏡狀態(tài)(mirror-likestate)。轉(zhuǎn)換薄膜包含在位于透明基質(zhì)上的疊層當(dāng)中。由于光學(xué)作用的功效，該器件可用作光學(xué)轉(zhuǎn)換元件，比如可變分束器、光學(xué)快門、用于控制光源中的光照度或光束形狀。轉(zhuǎn)換器件也可用于數(shù)據(jù)存儲及光計(jì)算，以及諸如建筑玻璃、視覺控制玻璃、遮陽頂棚(sunroofs)及后視鏡這樣的用途。通過在轉(zhuǎn)換薄膜上制造圖案并為圖案化的轉(zhuǎn)換薄膜提供透明電極，可以生產(chǎn)出薄形顯示器。
這些類型的器件的問題是它們相當(dāng)慢，因?yàn)檗D(zhuǎn)換作用的速度是由氫的轉(zhuǎn)移決定的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種轉(zhuǎn)換器件，它具有更好的速度。為了達(dá)到這個目的，本發(fā)明的特征在于，疊層還包括一個用于存儲氫的層，該層含有的材料主要包括與可轉(zhuǎn)換層相同的成分。該轉(zhuǎn)換材料在非透明狀態(tài)下具有優(yōu)良的氫存儲容量。由于該器件只在反射和吸收狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換，所以氫存儲層可以是非透明的，而轉(zhuǎn)換材料可以用作這個目的?？紤]到轉(zhuǎn)換材料的高存儲容量，當(dāng)轉(zhuǎn)換材料也用作存儲層時，存儲層可以作得薄一些，這縮短了氫轉(zhuǎn)移的擴(kuò)散時間因而提高了器件的轉(zhuǎn)換速度。而且，為了在反射和吸收狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換，需要轉(zhuǎn)移的電荷減少了，即，轉(zhuǎn)換所需的電流減少了。
在從屬權(quán)利要求中描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
下面結(jié)合后文所述的實(shí)施例說明本發(fā)明的這些和其它方面。


在附圖中，圖1A、1B是現(xiàn)有技術(shù)的轉(zhuǎn)換反射鏡顯示器的疊層的剖面圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)的轉(zhuǎn)換反射鏡顯示器的像素元件的剖面圖；圖3A、3B表示本發(fā)明的轉(zhuǎn)換反射鏡顯示器的疊層；圖4是本發(fā)明的轉(zhuǎn)換反射鏡器件的像素的剖面圖。
基本上，相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件。
具體實(shí)施例方式
圖1A、1B是現(xiàn)有技術(shù)的轉(zhuǎn)換反射鏡器件的剖面圖。層厚度不是按比例制圖的。該器件包括透明玻璃板1，用諸如真空蒸發(fā)、濺射、激光消融(laser ablation)、化學(xué)汽相沉積或電鍍這樣的傳統(tǒng)方法把疊層設(shè)置在該玻璃板上。疊層包括LMgHx的層3，作為轉(zhuǎn)換薄膜，厚度約為200nm(L表示Ni，Sc或Y或者從元素周期表中選出的鑭系元素)；鈀層5，厚度約為5nm；離子傳導(dǎo)(ion-conducting)電解質(zhì)層7，厚度為0.1-10μm；以及氫存儲層9。
就所關(guān)心的光學(xué)特性和轉(zhuǎn)換時間而言，GdMgHx是很適合的轉(zhuǎn)換材料，但也可以使用其它三價鎂-鑭合金。轉(zhuǎn)換薄膜3能經(jīng)由中間氫成分而在低氫(x＜～2)成分和飽和的高氫(x～5)成分之間可逆地轉(zhuǎn)換。各種成分具有不同的光學(xué)性能。氫的含量低，薄膜就具有金屬特性并且是不透明的。那么薄膜就像反射鏡一樣反射光線。氫的含量高，薄膜3是半導(dǎo)體并且是透明的，而在中等氫濃度時，轉(zhuǎn)換薄膜是吸收的。
鈀層5用于增加氫化或非氫化的比率，從而增加轉(zhuǎn)換速度。也可以使用其它電子催化金屬或合金，例如鉑或鎳。另外，該金屬層保護(hù)下面的轉(zhuǎn)換薄膜3以抵抗電解質(zhì)的侵蝕。鈀層5的厚度可以在2-25nm之間。但優(yōu)選2-10nm的薄層，因?yàn)楸∧さ暮穸葲Q定了轉(zhuǎn)換器件的最大透射。
為了起到正確的作用，還需要H存儲層9和H離子傳導(dǎo)電解質(zhì)層7。良好的H離子傳導(dǎo)電解質(zhì)是ZrO2Hx。電解質(zhì)必須是良好的離子傳導(dǎo)體，但它必須是電子的絕緣體以便防止器件的自動放電。為使器件簡化，最好使用透明的固體電解質(zhì)；它們防止密封問題，并使器件易于操作。
如果需要轉(zhuǎn)換反射鏡的透明狀態(tài)，WO3是存儲層的良好選擇。
疊層夾在，例如，銦錫氧化物(ITO)的兩個透明導(dǎo)電電極層11、13之間。電極層11、13連接到一個外部電源(未示出)。通過施加直流電流，低氫、類反射鏡成分轉(zhuǎn)變成透明和中間灰度的高氫成分。如圖1A中虛線所示的那樣，現(xiàn)在器件是一個透明的窗口。當(dāng)電流反向時，轉(zhuǎn)換薄膜3變成低氫狀態(tài)，如圖1B所示，這個狀態(tài)是反射鏡狀且是不透明的。轉(zhuǎn)換時間可與傳統(tǒng)的電致變色器件相比?？梢栽谑覝叵虏僮髟撈骷?。一旦反射鏡達(dá)到希望的光學(xué)狀態(tài)，實(shí)際上沒有電流會流過器件。這意味著該顯示器會以低功率保持信息。
從與其上設(shè)置著疊層的基片那側(cè)相對的基片一側(cè)觀看顯示器?，F(xiàn)有技術(shù)的轉(zhuǎn)換反射鏡器件的問題在于，如圖2中所示，在像素元件20的可觀看側(cè)24，即，觀看顯示器的那側(cè)，所謂有源矩陣的元件22是可以看到的。這個有源矩陣(薄膜晶體管，行，列，存儲電容器等)包括切換像素元件所必需的電子元件。有源矩陣嵌入嵌入層26，它也包含在像素元件中。有源矩陣與電極層13、15電連接。絕緣層28使有源矩陣元件22與疊層絕緣。
在現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)中，被有源矩陣占據(jù)的表面面積不能用于光活性層3。如果從可見到的一側(cè)24看顯示器的話，這減小了顯示器的孔徑(aperture)。具體地，由于驅(qū)動電路相當(dāng)復(fù)雜，以及因此而把晶體管制造得相當(dāng)大以便對付為轉(zhuǎn)換反射鏡顯示器充電所需的高電流，孔徑相當(dāng)小。
圖3A、3B表示本發(fā)明的轉(zhuǎn)換反射鏡顯示器的疊層。在這種情況下，顯示器是從其上設(shè)置著疊層的基片的一側(cè)24來觀看的。包含著轉(zhuǎn)換層3的疊層的順序已經(jīng)被顛倒了。這意味著，以從基片的表面開始的順序，疊層包括存儲氫的第一層9、傳導(dǎo)氫的第二層7、和可轉(zhuǎn)換層3。
疊層夾在導(dǎo)電電極層11和13之間。可光轉(zhuǎn)換材料3通過改變氫密度而從反射光的狀態(tài)轉(zhuǎn)換到吸收光的狀態(tài)。在導(dǎo)電層上施加直流電壓改變了氫密度。
在疊層中，第二層包含電解質(zhì)材料，例如ZrO2Hx，分離層5位于第二層7和可轉(zhuǎn)換層3之間，而第一層9包含GdMgHx，由于這樣的層而得到了良好結(jié)果。
圖4是本發(fā)明的像素元件20的剖面圖。疊層的順序被顛倒(如圖3A、3B中更詳細(xì)地表示出的那樣)且轉(zhuǎn)換層3在有源矩陣元件22上延伸。因而電轉(zhuǎn)換部件設(shè)置在相對于顯示器可觀看側(cè)24來說的光轉(zhuǎn)換材料層的后面。相反地，當(dāng)轉(zhuǎn)換層從反射狀態(tài)轉(zhuǎn)換到吸收狀態(tài)時，有源矩陣元件22不可見。有源矩陣元件不再決定孔徑，因而增大了孔徑。
轉(zhuǎn)換層3也隱藏了處于基片和轉(zhuǎn)換層之間的傳導(dǎo)層13。所以，傳導(dǎo)層13不需要透明且可以包含金屬，這改進(jìn)了傳導(dǎo)性。
由于不需要轉(zhuǎn)換反射鏡的透明狀態(tài)，第二LMgHx層可以用作存儲層(L表示Ni或Y或者其它鑭系元素)。因此，氫存儲層主要包含與可轉(zhuǎn)換層相同的成分，但層中所含各種成分的相互的比率可與可轉(zhuǎn)換層的不同。
這樣的優(yōu)點(diǎn)是存儲層(9)可以更薄，因而縮短了氫的遷移時間，所以這是一個更快的顯示器。而且，為了在反射和吸收狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換，所需傳輸?shù)碾姾?H離子)減少了即，轉(zhuǎn)換所需的電流減少了。一般地，對于100nm的薄Gd40Mg60氫化物層，把所有的氫從一層傳輸?shù)搅硪粚有枰蠹s0.1C/cm2的電荷以便在透明和反射狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。對于只在反射和吸收狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換的情況，必須傳輸?shù)腍更少(大約需要0.05C/cm2)。
這樣的器件可以應(yīng)用于只需要在反射和吸收狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換的應(yīng)用中。如果顯示器器件的可觀看側(cè)24設(shè)有漫射箔，就會提高顯示器的對比度。由于箔的存在，反射狀態(tài)中的轉(zhuǎn)換反射鏡像素會呈白色，而吸收狀態(tài)中的轉(zhuǎn)換反射鏡像素呈會黑色。這種類型的顯示器可以用作例如文件閱讀器。該原理與彩色濾光器結(jié)合將會產(chǎn)生全彩色文件閱讀器。
另外，可以特意制造粗糙的反射層表面以產(chǎn)生希望的漫反射，從而提供白色或黑色的觀看反射狀態(tài)。
總之，本發(fā)明涉及一種轉(zhuǎn)換時間更短的轉(zhuǎn)換器件。該器件包括可轉(zhuǎn)換層3，該器件通過改變可轉(zhuǎn)換層3的氫含量而在反射和吸收狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。在導(dǎo)電層11、13上施加直流電壓以改變氫含量。這些導(dǎo)電層11、13中間夾持著疊層，該疊層包括可轉(zhuǎn)換層3和氫存儲層9。氫存儲層包含與可轉(zhuǎn)換層3相同的成分，即，LMgHx，優(yōu)選為GdMgHx。存儲層可以作得薄，因而得到較短的氫傳輸時間和較快的顯示器。還可以通過使用漫射箔來進(jìn)一步改進(jìn)該器件。
應(yīng)當(dāng)注意到，本發(fā)明不限于上述實(shí)施例的說明，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以在不超出所附權(quán)利要求之范圍的前提下設(shè)計(jì)出很多別的實(shí)施例。這尤其適用于與所引用的現(xiàn)有技術(shù)文件US-5 905 590中所述應(yīng)用有關(guān)的實(shí)施例。在權(quán)利要求中，括號中的任何附圖標(biāo)記都不應(yīng)該被認(rèn)為是對權(quán)利要求的限制。動詞“包括”及其變形不排除沒有在權(quán)利要求中陳述的那些元件或步驟的存在。
權(quán)利要求
1.一種器件，它能可逆地至少在反射光的第一狀態(tài)和吸收光的第二狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換，所述器件包括疊層，疊層包括一個由可光轉(zhuǎn)換材料制成的可轉(zhuǎn)換層(3)，該層通過改變氫密度而從使第一狀態(tài)轉(zhuǎn)換成第二狀態(tài)，疊層還包括存儲氫的層(9)，該層含有的材料主要包括與可轉(zhuǎn)換層(3)相同的成分。
2.一種如權(quán)利要求1所述的器件，其中該器件是一個顯示器器件，該顯示器器件具有能可逆地至少在反射光的第一狀態(tài)和吸收光的第二狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換的像素元件(20)，所述像素元件(20)包含所述疊層。
3.一種如權(quán)利要求2所述的器件，其中該器件具有可觀看側(cè)(24)，這一側(cè)上設(shè)有漫射箔。
4.一種如權(quán)利要求2所述的器件，其中可轉(zhuǎn)換層的表面被制造得粗糙以便漫射光線。
5.一種如權(quán)利要求1所述的器件，其中可光轉(zhuǎn)換材料包含LMgHx，其中的L表示Ni，Sc或Y或者鑭系元素。
6.一種如權(quán)利要求2所述的器件，其中顯示器器件具有可觀看側(cè)(24)和用于轉(zhuǎn)換所述可轉(zhuǎn)換層(3)的電轉(zhuǎn)換部件(22)，且其中的電轉(zhuǎn)換部件(22)位于相對于顯示器器件之可觀看側(cè)(24)來說的可轉(zhuǎn)換層(3)的后面。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種轉(zhuǎn)換時間更短的轉(zhuǎn)換器件。該器件包括可轉(zhuǎn)換層(3)，該器件通過改變轉(zhuǎn)換層(3)的氫含量而在反射和吸收狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。在導(dǎo)電層(11、13)上施加直流電壓以改變氫含量。這些導(dǎo)電層(11、13)中間夾持著疊層，該疊層包括可轉(zhuǎn)換層(3)和氫存儲層(9)。氫存儲層包含與可轉(zhuǎn)換層(3)相同的成分，即，LMgH
文檔編號G02F1/135GK1392966SQ01802909
公開日2003年1月22日 申請日期2001年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月28日
發(fā)明者M·T·約翰森, P·范德斯勒伊斯, A·－M·楊納, H·J·科尼利森 申請人:皇家菲利浦電子有限公司