【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及显色单元领域，尤其涉及一种极高分辨、高刷新频率的、低功耗、高色域的显色单元。
技术介绍
1、随着手机、可穿戴设备、智能虚拟显示技术等的发展，对显示技术的要求特别是分辨率和刷新频率的要求越来越高。其中，传统的显色是通过三原色原理来实现的，即通过红蓝绿三个像素点合成各种颜色。虽然这种方法可以有效的显示各种颜色，但由于每个像素需要三个颜色的子像素组合而成，这限制了分辨率进一步提高，并增加了结构的复杂度，提高了制作成本。由此，怎样在单个像素内显示各种颜色成为进一步提高分辨的突破口。
2、目前单个像素显示红蓝绿三种颜色及其混合色主要是通过将三种颜色的oled在垂直方向上组装来实现的，但垂直组装的难度较高，且各种颜色的oled任然需要单独的控制电路，这极大的增加了结构的复杂度[例如，vertical full-colour micro-leds via 2dmaterials-based layer transfer,nature volume 614,pages81–87(2023]。也有研究表明，利用基于石墨烯微机电系统和光学微腔结合可以在单像素内实现色彩调制器[专利号：zl 2021 1 0215810.9]，但调制电压较大，且石墨烯微机电系统在外界干扰下容易出现自发振动，从而影响显色效果，影响其在可穿戴设备上的应用。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种显色单元，有效解决现有显色单元难以缩小、结构复杂、抗干扰能力差等技术问题。
2、本专利技
3、一种显色单元，包括底座、绝缘支撑层、光源、石墨烯条带、立柱、上反射镜、下反射镜、栅极、电极和电路控制模块；
4、其中，下反射镜位于底座之上，栅极位于下反射镜下部；两根立柱垂直设置于底座上，位于下反射镜两侧；石墨烯条带两端分别连接两根立柱顶端，上反射镜通过范德瓦耳斯力吸附在石墨烯条带上，悬挂于下反射镜上方，上反射镜和下反射镜构成光学微腔；光源位于下反射镜和底座之间或者位于上反射镜和下反射镜之间，电极设置有4个，分别与石墨烯条带一端、栅极和光源两端相连；
5、电路控制模块分别连接4个电极；
6、绝缘支撑层位于底座上方并与底座连接，用于支撑下反射镜；
7、通过电路控制模块调整输入电压改变石墨烯条带和底座之间的电压，改变电场驱动力从而驱动石墨烯条带形变，从而调节上反射镜的位置以及光学微腔的腔长，让光源发出的不同波长的光选择性透过，对应显色单元的第一输出模式，或者通过电路控制模块选择性增强光源中不同波长光的辐射强度，以实现不同颜色的显色，对应显色单元的第二输出模式。
8、进一步地，所述上反射镜为布拉格反射镜。
9、进一步地，所述光源为白光led。
10、进一步地，电路控制模块内，第一电路控制回路连接与石墨烯条带及底座连接的两个电极，第二电路控制回路连接光源两端相连的两个电极。
11、进一步地，显色单元的第一输出模式中，第一电路控制回路的输出为可调直流电压，第二电路控制回路的输出为可调直流恒流源。
12、通过电场力驱动石墨烯条带及上反射镜运动，从而可以调节上反射镜的位置以及光学微腔的腔长，让不同波长的光选择性透过，以实现不同颜色的显色；与光源连接的第二电路控制回路输出为可调直流恒流源时可以调节光源的亮度，和第一电路控制回路输出的可调直流电压配合，可以显示不同颜色不同亮度的光。
13、石墨烯条带和上反射镜构成的微纳机械系统与上反射镜和下反射镜构成的光学微腔结合起来，并通过施加电压来控制石墨烯条带的偏转来改变上反射镜和下反射镜之间空气层的厚度，从而实现光学微腔共振波长的调制；通过可调谐微腔来调谐不同颜色的光的透过。
14、由于石墨烯的形变大，因而这种器件将是一种极佳的可调谐光学滤波器并可覆盖几乎整个可见光波段,从而可以实现宽色域范围的色彩调制。此外，与传统微机械系统调制的光学微腔不同，由于石墨烯条带极薄的厚度，外力调控时只会使得双层石墨烯条带发生形变，下反射镜自身的形变极小，这有利于减小透射峰半高宽，保证色彩的纯度。同时，由于石墨烯条带极薄的厚度，石墨烯条带形变度可以更高，器件的尺寸可更小。
15、进一步地，显色单元的第二输出模式中，当电场力驱动频率接近于上反射镜固有振动频率时，只需要极小的电压即可驱动上反射镜振动，第一电路控制回路的输出频率为上反射镜的固有振动频率0.5-1.5倍范围内的交变电压，第二电路控制回路输出和第一电路控制回路输出的电压频率一致，脉冲宽度为上反射镜的固有振动周期的10-10000分之一的单个或多个脉冲电流；
16、采用此模式，将不同颜色的光在时间域上分离，并通过视觉暂留合成不同的颜色。
17、石墨烯条带和上反射镜构成的微纳机械系统与上反射镜和下反射镜构成的光学微腔结合起来，并通过施加电压来控制石墨烯条带的偏转来改变上反射镜和下反射镜之间空气层的厚度，从而实现光学微腔共振波长的调制。通过可调谐微腔来调谐增强某些波长光的辐射并抑制其他波长光的辐射。
18、进一步地，显色单元的第一输出模式中，光源位于下反射镜和底座之间，显色单元的第二输出模式中，光源位于上反射镜和下反射镜之间。
19、进一步地，光源位于下反射镜和底座之间时，光源位于下反射镜下方绝缘支撑层上方，并与绝缘支撑层连接，栅极与底座相连，绝缘支撑层位于底座上方，与底座连接。
20、相比于现有技术，本专利技术的优点在于：
21、本专利技术可以在单像素内显示不同的颜色，单像素尺寸可以小于30微米，分辨率极高，色域范围宽；调制电压低，功耗低，刷新频率高。
22、本专利技术将不同颜色的光在时间上分离显色，在单像素上显示各种颜色，能有效解决现有显示器像素点需要三色像素合成、且难以进一步缩小、色域范围不宽等技术问题。
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1.一种显色单元，其特征在于，包括：底座(1)、绝缘支撑层(2)、光源(3)、石墨烯条带(5)、立柱(4)、上反射镜(7)、下反射镜(8)、栅极(10)、电极(6)和电路控制模块(9)；
2.如权利要求1所述的显色单元，其特征在于，所述上反射镜(7)为布拉格反射镜。
3.如权利要求1所述的显色单元，其特征在于，所述光源(3)为白光led。
4.如权利要求1所述的显色单元，其特征在于，电路控制模块(9)内，第一电路控制回路连接与石墨烯条带(5)及底座(1)连接的两个电极(6)，第二电路控制回路连接光源(3)两端相连的两个电极(6)。
5.如权利要求4所述的显色单元，其特征在于，显色单元的第一输出模式中，第一电路控制回路的输出为可调直流电压，第二电路控制回路的输出为可调直流恒流源。
6.如权利要求5所述的显色单元，其特征在于，显色单元的第一输出模式中，石墨烯条带(5)和上反射镜(7)构成的微纳机械系统与上反射镜(7)和下反射镜(8)构成的光学微腔结合起来，并通过施加电压来控制石墨烯条带(5)的偏转来改变上反射镜(7)和下反射
7.如权利要求4所述的显色单元，其特征在于，显色单元的第二输出模式中，当电场力驱动频率接近于上反射镜(7)固有振动频率时，只需要极小的电压即可驱动上反射镜(7)振动，第一电路控制回路的输出频率为上反射镜(7)的固有振动频率0.5-1.5倍范围内的交变电压，第二电路控制回路输出和第一电路控制回路输出的电压频率一致，脉冲宽度为上反射镜(7)的固有振动周期的10-10000分之一的单个或多个脉冲电流；
8.如权利要求7所述的显色单元，其特征在于，显色单元的第二输出模式中，石墨烯条带(5)和上反射镜(7)构成的微纳机械系统与上反射镜(7)和下反射镜(8)构成的光学微腔结合起来，并通过施加电压来控制石墨烯条带(5)的偏转来改变上反射镜(7)和下反射镜(8)之间空气层的厚度，从而实现光学微腔共振波长的调制；通过可调谐微腔来调谐增强某些波长光的辐射并抑制其他波长光的辐射。
9.如权利要求1所述的显色单元，其特征在于，显色单元的第一输出模式中，光源(3)位于下反射镜(8)和底座(1)之间，显色单元的第二输出模式中，光源(3)位于上反射镜(7)和下反射镜(8)之间。
10.如权利要求1所述的显色单元，其特征在于，光源(3)位于下反射镜(8)和底座(1)之间时，光源(3)位于下反射镜(8)下方绝缘支撑层(2)上方，并与绝缘支撑层(2)连接，栅极(10)与底座(1)相连，绝缘支撑层(2)位于底座(1)上方，与底座(1)连接。
...【技术特征摘要】
1.一种显色单元，其特征在于，包括：底座(1)、绝缘支撑层(2)、光源(3)、石墨烯条带(5)、立柱(4)、上反射镜(7)、下反射镜(8)、栅极(10)、电极(6)和电路控制模块(9)；
2.如权利要求1所述的显色单元，其特征在于，所述上反射镜(7)为布拉格反射镜。
3.如权利要求1所述的显色单元，其特征在于，所述光源(3)为白光led。
4.如权利要求1所述的显色单元，其特征在于，电路控制模块(9)内，第一电路控制回路连接与石墨烯条带(5)及底座(1)连接的两个电极(6)，第二电路控制回路连接光源(3)两端相连的两个电极(6)。
5.如权利要求4所述的显色单元，其特征在于，显色单元的第一输出模式中，第一电路控制回路的输出为可调直流电压，第二电路控制回路的输出为可调直流恒流源。
6.如权利要求5所述的显色单元，其特征在于，显色单元的第一输出模式中，石墨烯条带(5)和上反射镜(7)构成的微纳机械系统与上反射镜(7)和下反射镜(8)构成的光学微腔结合起来，并通过施加电压来控制石墨烯条带(5)的偏转来改变上反射镜(7)和下反射镜(8)之间空气层的厚度，从而实现光学微腔共振波长的调制；通过可调谐微腔来调谐不同颜色的光的透过。
7.如权利要求4所述的显色单元，其特征在于，显色单元的第二输出模式中，当电场...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘文静，刘江涛，李志远，杨会，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：
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