KR20230031818A - 디스플레이 장치 - Google Patents

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KR20230031818A
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클레망 탈라그랑
노보루 야마다
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이 잉크 코포레이션
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Abstract

패턴을 표시하기 위한 디스플레이 장치가 개시된다. 한 구성에서, 적층 구조를 갖는 픽셀 요소가 제공된다. 적층 구조는 적어도 안정적인 고 흡광 계수(extinction coefficient) 상태와 안정적인 저 흡광 계수 상태 사이에서 열적으로 전환 가능한 적어도 하나의 상 변화 물질 층을 포함한다. 저 흡광 계수 상태에서 상 변화 물질 층의 흡광 계수의 가시 스펙트럼에 대한 평균에 대한 고 흡광 계수 상태에서 상 변화 물질 층의 흡광 계수의 가시 스펙트럼에 대한 평균의 비는 3.0 보다 크다. 고 흡광 상태에서 흡광 계수의 가시 스펙트럼에 대한 평균은 1.0 미만이다.

Description

디스플레이 장치
본 발명은 상 변화 물질(Phase Change Material; PCM)를 사용하는 디스플레이 장치에 관한 것이다.
광학적 전환(switching) 효과가 열적으로 조정되는 PCM 기반 반사형 디스플레이 장치가 WO2017134506A1 및 관련 간행물 'Garcia Castillo, S. et al., " 57-4: Solid State Reflective Display (SRD®) with LTPS Diode Backplane", SID Digest, 50, 1, pp 807-810(2019)' 및 'Broughton, B. et al., "38-4: Solid-State Reflective Displays (SRD®) Utilizing Ultrathin Phase-Change Materials", SID Digest, 48, 1, pp 546-549 (2017)'에 개시되어 있다.
PCM을 갖는 적층 구조와 셔터 장치를 조합하여 컬러 디스플레이가 제공될 수 있다. PCM은 백색과 컬러 사이에서 전환될 수 있고, 셔터 장치는 투명과 불투명 사이에서 전환될 수 있다. PCM과 셔터를 광학적으로 직렬로 조합하면, 색과 밝기를 모두 제어할 수 있다. 그러나, PCM에 기반한 디스플레이의 광학 성능을 개선하고 그리고/또는 그의 구조를 단순화하는 것이 바람직할 것이다.
본 발명의 목적은, PCM에 기반한 디스플레이의 광학 성능을 개선하고 그리고/또는 그의 구조를 단순화하는 것이다.
일 양태에 따르면, 패턴을 표시하는 디스플레이 장치가 제공되며, 이 디스플레이 장치는 적층 구조를 갖는 픽셀 요소를 포함하고, 적층 구조는 적어도 안정적인 고 흡광 계수(extinction coefficient) 상태와 안정적인 저 흡광 계수 상태 사이에서 열적으로 전환 가능한 적어도 하나의 상 변화 물질 층을 포함하며, 각 상 변화 물질 층에 대해, 저 흡광 계수 상태에서 상 변화 물질 층의 흡광 계수의 가시 스펙트럼에 대한 평균에 대한 고 흡광 계수 상태에서 상 변화 물질 층의 흡광 계수의 가시 스펙트럼에 대한 평균의 비는 3.0 보다 크며, 고 흡광 상태에서 흡광 계수의 가시 스펙트럼에 대한 평균은 1.0 미만이다.
따라서, 안정적인 상태 중의 하나(저 흡광 계수 상태)에서 매우 낮은 흡광 계수를 갖는 PCM을 사용하는 디스플레이가 장치가 제공된다. 매우 낮은 흡광 계수를 갖는다는 것은, PCM 층이 바람직하지 않게 얇을 필요가 없이, PCM이 그 안정적인 상태에서 매우 투명하다는 것을 의미한다. PCM은 이 안정적인 상태에 있을 때 픽셀 요소의 밝기(반사율)에 최소의 영향을 준다. 이와는 대조적으로, PCM이 다른 안정적인 상태(고 흡광 계수 상태) 중의 적어도 하나에 있을 때 흡광 계수는 현저하게 더 높다(적어도 3배 더 높음). 이로써, 동일한 PCM이 거의 불투명한 거동을 제공할 수 있다(선택적으로 적층 구조의 다른 PCM과 조합하여). 따라서 PCM은 픽셀 요소의 백색 상태 반사율(반사 모드에서 작동하도록 구성될 때)이나 색역(colour gamut)을 희생하지 않고 높은 흑/백 콘트라스트(contrast)가 달성될 수 있게 한다.
일 실시예에서, 픽셀 요소의 적층 구조는, 각기 적어도 고 흡광 계수 상태와 저 흡광 계수 상태 사이에서 전환 가능한 하나 이상의 추가 상 변화 물질 층을 더 포함한다. 각 추가 PCM 층에 대해, 저 흡광 계수 상태에서 추가 PCM 층의 흡광 계수의 가시 스펙트럼에 대한 평균에 대한 고 흡광 계수 상태에서 PCM 층의 흡광 계수의 가시 스펙트럼에 대한 평균의 비는 3.0 보다 크다. PCM 층 중의 하나 또는 둘 모두를 매우 투명하게 함으로써, 색의 선명성 및/또는 밝기를 상실하지 않고 복수의 PCM 층을 광학적으로 직렬로 적층할 수 있다. 그래서, 셔터(예컨대, 적색, 청색 또는 녹색; 백색; 및 흑색과 같은 색) 없이, PCM과 셔터의 조합을 사용하여 얻어질 수 있는 것과 유사한 일정 범위의 시각적 효과를 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 복수의 상이한 가열 프로파일 각각에 따라 픽셀 요소에 가열을 가할 수 있는 전환(switching) 장치가 제공된다. 픽셀 요소에 있는 PCM 층 중의 적어도 제2 층의 전환 없이 PCM 층 중의 제1 층의 전환을 일으키는 가열 프로파일이 제공될 수 있다. 픽셀 요소에 있는 제1 PCM 층의 전환 없이 픽셀 요소에 있는 제2 PCM 층의 전환을 일으키는 다른 가열 프로파일이 제공될 수 있다. 따라서, 다른 PCM 층의 독립적인 제어가 가열 프로파일의 변경으로 간단하게 가능하다. 따라서 동일한 전환 요소(예컨대, 가열 요소)를 사용하여 두 PCM 층을 전환시킬 수 있다. 따라서 각 픽셀 요소는 효율적으로 제조될 수 있고 또한 컴팩트하고 신뢰적이도록 만들어질 수 있다.
일 실시예에서, 2개 이상의 PCM 층은 도핑(예컨대, 조성 및/또는 도핑의 레벨)에 의해서만 서로 다르다. 따라서 유사한 증착 기술을 사용하여(그리고 유사한 조건 하에서) 그리고 유사한 구조와 열적 특성(유사한 열팽창 계수를 포함함)을 갖는 층을 제공하여, 상이한 상 변화 물질을 제공할 수 있으며, 그리하여 장치의 신뢰성과 수명이 개선된다. 예컨대, 도핑은 필요시에만 증착 동안에(예컨대, 공정 가스에 질소를 추가하여) 행해질 수 있다. 다른 타겟 재료에 대한 필요성이 없다.
일 실시예에서, 적층 구조는 2개의 동일한 PCM 층 및 이들 층 사이에 위치되는 상이한 PCM 층을 포함한다. 이러한 배치 구성은 특히 최적인 성능을 제공하는 것으로 나타났다. 그 배치 구성은, 더욱이, 추가적인 수동 스페이서 층(예컨대, 임의의 PCM 층 사이에 있음) 없이 작동하도록 구성될 수 있으며, 그리하여 제조가 용이하게 된다(예컨대, 증착 단계가 더 적음).
일 실시예에서, 제1 PCM 층 및/또는 제2 PCM 층은 Sb2S3; Ge2Sb2Se4Te; GeSbTeO; GeSnTeO; GeSnSbTeO; TeBiSnN; TeBiSnS; TeBiSnO; SeSnBi; SeSnBiO; 및 SeSnGeO 중의 하나 이상을 임의의 조합으로 포함하거나, 그로 본질적으로 이루어지거나, 또는 이루어진다. 본 발명자는, 이들 재료는 성능 특성들의 놀랍게도 양호한 조합을 제공한다는 것을 알았다.
일 실시예에서, 본 장치는 복수의 상이한 가열 프로파일 각각에 따라 하나의 동일한 가열 요소로부터의 가열을 픽셀 요소에 가할 수 있는 전환 장치를 포함하고, 복수의 가열 프로파일은, 픽셀 요소의 PCM 층 중의 하나에서 PCM의 상이한 비율의 전환을 일으키는 적어도 2개의 가열 프로파일을 포함한다. 따라서, 본 발명자는, 가열 프로파일은 PCM 층의 상이한 비율을 선택적으로 전환하여 원하는 범위의 광학적 효과를 제공하기 위한 추가의 자유도를 제공하도록 제어될 수 있음을 알았다. 일 실시예에서, 예컨대, 고 흡광 계수를 갖는 상태(예컨대, 실질적으로 광학적으로 불투명한 상태)로 전환되는 PCM 층의 일 비율은 픽셀 유닛의 그레이스케일 레벨(전체 밝기)을 변화시키도록 제어된다.
일 양태에 따르면, 패턴을 표시하기 위한 디스플레이 장치가 제공되며, 이 디스플레이 장치는, 적어도 안정적인 고 흡광 계수 상태와 안정적인 저 흡광 계수 상태 사이에서 전환 가능한 상 변화 물질 층을 포함하는 적층 구조를 갖는 픽셀 요소(고 흡광 계수 상태에서 흡광 계수의 가시 스펙트럼에 대한 평균은 저 흡광 계수 상태에서 흡광 계수의 가시 스펙트럼에 대한 평균 보다 높음); 및 복수의 상이한 가열 프로파일 각각에 따라 하나의 동일한 가열 요소로부터의 가열을 픽셀 요소에 가할 수 있는 전환 장치를 포함하고, 가열 프로파일 중의 적어도 2개는 상 변화 물질 층의 상이한 비율의 전환을 일으킨다.
본 발명은 이제 첨부 도면을 참조하여 예를 들어 추가로 설명될 것이다.
도 1은 각기 적층 구조를 갖는 4개의 예시적인 픽셀 요소를 포함하는 디스플레이 장치의 일부분의 개략적인 측단면도이다.
도 2는 PCM의 2개의 상이한 상태 각각에서 흡광 계수의 비의 함수로 반사율 및 콘트라스트의 변화를 나타내는 곡선을 포함하는, 픽셀 요소의 광학 성능의 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.
도 3은 단일 PCM 층 및 복합 스페이서 층을 갖는 예시적인 픽셀 요소 적층 구조를 나타내는 개략적인 측단면도이다.
도 4는 도 3의 배치 구성의 PCM 층이 저 흡광 계수 상태에 있을 때 시뮬레이션된 반사율을 파장의 함수로 나타내는 그래프이다.
도 5는 도 3의 배치 구성의 PCM 층이 고 흡광 계수 상태에 있을 때 시뮬레이션된 반사율을 파장의 함수로 나타내는 그래프이다.
도 6 및 7은, 유사한 기능을 달성하기 위해 표준 PCM 기반 픽셀 요소가 가능한 한 많이 최적화된 경우에 대해 도 4 및 5의 그래프에 각각 대응하는 그래프이다.
도 8은 복수의 PCM 층을 갖는 예시적인 픽셀 요소 적층 구조를 나타내는 개략적인 측단면도이다.
도 9는 도 8의 배치 구성의 옅은(pale) 상태의 경우에 파장에 대한 시뮬레이션된 반사율 변화를 나타낸다.
도 10은 도 8의 배치 구성의 적색 상태의 경우에 파장에 대한 시뮬레이션된 반사율 변화를 나타낸다.
도 11은 도 8의 배치 구성의 흑색 상태의 경우에 파장에 대한 시뮬레이션된 반사율 변화를 나타낸다.
도 12 내지 14는 유사한 기능을 달성하기 위해 표준 PCM 층을 포함하는 적층체가 가능한 한 많이 최적화된 경우에 대한, 도 9 내지 11의 그래프에 각각 대응하는 그래프이다.
도 15a 내지 15d는 픽셀 요소의 주변 영역을 향한 방향으로 PCM 층의 점진적인 전환을 나타내는 픽셀 요소의 개략적인 평면도이다.
도 16a 내지 도 16c는 픽셀 요소 그룹이 이 그룹에 의해 표시되는 색을 변경하지 않고 상이한 전체 반사율을 얻도록 전환될 수 있게 하는 그룹 전환 상태의 3개의 예시적인 세트를 나타낸다.
도 1은 본 개시의 기능을 도시하기 위한 디스플레이 장치(2)의 일부분의 개략적인 측단면도이다. 이 장치(2)는 복수의 픽셀 요소(4)를 통해 패턴을 표시하도록 구성된다. 각 픽셀 요소(4)는 패턴을 규정하기 위해 상이한 굴절률을 갖는 상태들 사이에서 개별적으로 전환 가능하다. 패턴은 가시적 패턴(예컨대, 사람 눈으로 도움 없이 또는 현미경을 통해 볼 수 있음)이거나 기계 판독 가능한 패턴(예컨대, 사람 눈에는 너무 작거나 사람 눈에 보이지 않는 빛의 파장을 사용하여 볼 필요가 있는 요소를 포함함)일 수 있다. 패턴은 그림, 텍스트 또는 기타 시각적 정보를 규정할 수 있다.
각 픽셀 요소(4)는 적층 구조를 포함한다. 적층 구조는 서로 상하로 배치되는 복수의 층을 포함한다. 적층 구조는 박막 적층체를 포함할 수 있다. 적층 구조는 적어도 하나의 상변화 물질(PCM) 층(6)을 포함한다. PCM 층(6)은 안정적인 고 흡광 계수 상태와 안정적인 저 흡광 계수 상태 사이에서 전환 가능하다. 고 흡광 계수 상태와 저 흡광 계수 상태는, PCM을 전환 후의 상태로 유지하는 데에 에너지가 필요하지 않다는 의미에서 안정적이다. 고 흡광 계수 상태는 실질적으로 결정질일 수 있고, 저 흡광 계수 상태는 실질적으로 비정질일 수 있다. 전환은 열적으로 달성된다. 전환을 위한 열 에너지는 다양한 방식으로 제공될 수 있다. 일반적으로, 전력을 공급받는 가열기가 열 에너지를 제공하기 위해 사용된다. 도 1의 예에서, 가열 요소(8)는 각 픽셀 요소(4)의 적층 구조와 열 접촉하여 위치된다. 가열 요소(8)는 저항 가열기를 포함할 수 있다. 각 가열 요소(8)는 다른 가열 요소(8)와 독립적으로 제어될 수 있다. 따라서 각 가열 요소(8)는 개별적으로 어드레스될 수 있다. 개별적인 어드레스 지정 가능성은, 픽셀 어레이의 개별 픽셀을 구동하기 위한 다양한 공지된 기술 중 임의의 기술에 의해 제공될 수 있다. 각 가열 요소(8)는, 예를 들어 전자 유닛(예를 들어, 일반적으로 예를 들어 도핑된 비정질 실리콘, 폴리실리콘 또는 결정질 실리콘으로 형성되는 박막 트랜지스터 또는 다이오드와 같은 박막 전자 선택기 요소)을 포함할 수 있으며, 이 전자 유닛은, 전자 유닛에서 교차하는 행 및 열 라인으로부터의 신호에 의해 어드레스되면, 가열 요소(8)를 구동시킨다. 그 신호는 외부 제어 전자 장치에 의해 생성될 수 있다. 픽셀 요소(4)의 전환은 디스플레이 장치에 기록될 원하는 패턴을 규정하기 위해 제어된 방식으로 순차적으로 그리고/또는 동시에 수행될 수 있다. 복수의 가열 요소(8)는 픽셀 요소(4)에 열을 가할 수 있는 전환 장치의 일 예로서 고려될 수 있다.
각 픽셀 요소(4)의 적층 구조는 예를 들어 간섭 효과에 의해 PCM에 의해 얻어지는 광학 효과에 영향을 주는, PCM 층(6)에 추가적인 층을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 각 픽셀 요소(4)의 적층 구조에 있는 모든 층은 고체 상태이고, PCM의 상이한 상태로 인해 상이한 가시적으로 그리고/또는 측정 가능하게 구별되는 반사 스펙트럼이 얻어지도록 층의 두께와 굴절률 및 흡수 특성이 결합되도록 구성된다. 일 실시예에서, 디스플레이 장치(2)는 반사형 디스플레이이다. 따라서 디스플레이 장치(2)는 반사 층(10)을 포함할 수 있다. 복수의 PCM 층(6)이 제공되는 경우, 반사층(10)은 각 PCM 층(6)의 하나의 동일한 측에 있다. 수동형(즉, 전환 가능하지 않은) 스페이서 층(12)이 반사 층(10)과 PCM 층(6) 중의 적어도 하나 사이에 제공될 수 있다. 캡핑(capping) 층(14)이 반사 층(10)에 대해 각 PCM 층(6)의 반대 측에 제공될 수 있다. 스페이서 층(12) 및 캡핑 층(14) 둘 다 광학적으로 투과성이고 이상적으로는 가능한 한 투명하다.
캡핑 층(14)과 스페이서 층(12) 각각은 단일 층으로 이루어지거나 서로에 대해 상이한 굴절률을 갖는 복수의 층을 포함할 수 있다(즉, 캡핑 층(14) 또는 스페이서 층(12)이 복수의 층으로 이루어지는 경우, 이들 층 중의 적어도 2개는 서로 다른 굴절률을 가짐). 캡핑 층(14) 및/또는 스페이서 층(12)을 형성하는 재료 또는 재료들의 두께 및 굴절률은 (간섭 및/또는 흡수를 통해) 원하는 스펙트럼 응답을 생성하도록 선택된다. 캡핑 층(14) 및/또는 스페이서 층(12)을 형성하기 위해 사용될 수 있는 재료는 ZnO, TiO2, SiO2, Si3N4, TaO, ITO, 및 ZnS-SiO2 를 포함할 수 있지만 이에 한정되지 않는다.
각 픽셀 요소(4)의 적층 구조에 의해 하나 이상의 층 각각은 제조를 용이하게 하기 위해 선택적으로 복수의 픽셀 요소(4)에 걸쳐 있을 수 있다. 따라서, 하나 이상의 층은 상이한 픽셀 요소(4)에 의해 공유될 수 있다. 도 1의 예에서, 나타나 있는 픽셀 요소(4)의 적층 구조에 있는 모든 층은 나타나 있는 모든 픽셀 요소(4) 사이에 공유된다. 다른 실시예에서, 각 픽셀 요소(4)에는, 각 다른 픽셀 요소(4)의 적층 구조와 불연속적인 적층 구조가 제공될 수 있다(예를 들어, 각 픽셀 요소(4)는 충전재에 의해 각 다른 픽셀 요소(4)의 층의 적층체로부터 분리된 층의 적층체를 포함할 수 있음).
일 실시예에서, 흡광 계수는 가시광 범위의 대부분 또는 모든 파장에 대해 고 흡광 계수 상태에서 저 흡광 계수 상태에서 보다 적어도 3배 더 높다(선택적으로, 적어도 4배 더 높고, 선택적으로 적어도 5배 더 높고, 선택적으로 적어도 10배 더 높음). 일 실시예에서, 저 흡광 계수 상태에서 PCM 층(6)의 흡광 계수의 가시 스펙트럼에 대한 평균에 대한 고 흡광 계수 상태에서 PCM 층(6)의 흡광 계수의 가시 스펙트럼에 대한 평균의 비는 3.0 보다 크다(선택적으로 4.0 보다 크고, 선택적으로 5.0 보다 크며, 선택적으로 7.5 보다 크고, 선택적으로 10.0 보다 큼). 여기서 흡광 계수는 굴절률의 허수부를 지칭하는 것으로 이해된다. 2개의 안정 상태에서 흡광 계수의 큰 차이를 갖는 것에 추가로, PCM 층(6)의 조성은, 고 흡광 계수 상태에서의 흡광 계수가 평균적으로 1.0 이하로 제한되도록 선택된다. 예를 들어, 고 흡광 상태에서 흡광 계수의 가시 스펙트럼에 대한 평균은 1.0 미만이다. 본 발명자는, PCM 층(6)에 대한 이러한 특성들의 조합에 의해 백색 상태 반사율 또는 색역(colour gamut)을 희생하지 않고, 그리고 PCM 층(6)이 바람직하지 않게 얇을 필요가 없이 높은 흑/백 콘트라스트가 달성된다는 것을 알았다.
위에서 언급한 효과는, 그러한 PCM 층(6)을 갖는 픽셀 요소(4)의 광학 성능을 시뮬레이션한 결과를 나타내는 도 2에 도시되어 있다. 그래프는 시뮬레이션된 반사율 변화(좌측 수직 축, 곡선(101)) 및 시뮬레이션된 콘트라스트 변화(우측 수직 축, 곡선(102))를 저 흡광 계수 상태(이 경우에는 비정질 상태)에서의 흡광 계수에 대한 고 흡광 계수 상태(이 경우에는 결정질 상태)에서의 흡광 계수의 비의 함수로 나타낸다. 수평 파선 화살표는 본 발명자에게 알려져 있는 최고의 종래 기술 장치의 성능을 나타낸다. 빗금친 영역은 본 개시의 실시예가 작동하는 영역을 나타낸다. 반사율과 콘트라스트는 모두 본 발명자에게 알려져 있는 최고의 종래 기술 장치에 비해 개선되었다.
도 3은 픽셀 요소(4)의 적층 구조가 다음과 같은 순서의 층을 포함하는 예시적인 구성을 나타낸다: 100nm의 Ag로 이루어진 반사 층(10); 23.8nm의 Sb2S3로 이루어진 PCM 층(6); 21nm의 Ag로 이루어진 스페이서 서브층(12A), 78nm의 ZnS-SiO2로 이루어진 스페이서 서브층(12B), 및 22nm의 Ag로 이루어진 스페이서 서브층(12C)을 포함하는 피동형. 스페이서 층(12); 및 43nm의 ZnS-SiO2로 이루어진 캡핑 층(14). 도 4는 PCM 층(6)이 저 흡광 계수 상태에 있을 때 시뮬레이션된 반사율을 파장의 함수로 나타내는 그래프이다. 도 5는 PCM 층(6)이 고 흡광 계수 상태에 있을 때 시뮬레이션된 반사율을 파장의 함수로 나타내는 그래프이다. 저 흡광 계수 상태에서의 반사율은 46인 것으로 나타났다. 저 흡광 계수 상태와 고 흡광 계수 상태 사이의 콘트라스트는 15.3인 것으로 나타났다.
도 6 및 도 7은, 유사한 기능을 달성하기 위해 표준 PCM 기반 픽셀 요소가 가능한 한 많이 최적화된 경우에 대해, 도 4 및 도 5의 그래프에 각각 대응하는 그래프이다. 이 경우, 결과적인 (최적화된) 층의 순서는 다음과 같다: 100nm Ag; 38nm ZnS-SiO2; 9nm Ge2Sb2Te5 PCM; 37nm ZnS-SiO2 캡핑. 저 흡광 계수 상태에서의 반사율은 29인 것으로 나타났다. PCM의 두 상태 사이의 콘트라스트는 7.8인 것으로 나타났다.
위에서 논의된 도 3 - 5의 예에서, 픽셀 요소(4)의 적층 구조는 단일 PCM 층(6)만을 포함한다. 다른 실시예에서, 픽셀 요소(4)의 적층 구조는 하나 이상의 추가 PCM 층을 포함한다(즉, 그래서 하나의 PCM 층(6)과 하나 이상의 추가 PCM 층(6)이 있음). 각 추가 PCM 층(6)은 적어도 고 흡광 계수 상태와 저 흡광 계수 상태 사이에서 전환 가능하다. 각 추가 PCM 층(6)에 대해, 저 흡광 계수 상태에서 추가 PCM 층(6)의 흡광 계수의 가시 스펙트럼에 대한 평균에 대한 고 흡광 계수 상태에서 추가 PCM 층(6)의 흡광 계수의 가시 스펙트럼에 대한 평균의 비는 3.0 보다 크다(선택적으로 4.0 보다 크고, 선택적으로 5.0 보다 크며, 선택적으로 7.5 보다 크고, 선택적으로 10.0 보다 큼).
이러한 실시예(복수의 PCM 층(6)을 가짐)에서, 전환 장치(예를 들어, 가열 요소(8)를 포함함)는 복수의 상이한 가열 프로파일 각각에 따라 픽셀 요소(4)에 가열을 가하도록 구성될 수 있다. 따라서, 전환 장치는 각각의 모든 가열 프로파일을 선택적으로 적용할 수 있다. 각각의 가열 프로파일은 픽셀 요소(4)의 가열 요소(8)에 의해 제공되는 시간의 함수로 파워의 변화를 규정할 수 있다. 다른 가열 프로파일은 상이한 기간 동안 지속될 수 있고 그리고/또는 상이한 평균 파워 및/또는 시간에 따른 상이한 파워 형상을 포함할 수 있다(구형파 펄스, 램핑(ramping) 업, 램핑 다운, 진동 등). 다른 가열 프로파일을 적용하면, PCM을 비정질로부터 결정질로 또는 결정질로부터 비정질로 선택적으로 전환시키는 것과 같이 상이한 상(phase)들 사이의 선택적인 전환이 가능하다. 예를 들어, 상대적으로 낮은 진폭과 긴 지속 시간의 전류 펄스를 포함하는 제어 신호가 PCM을 비정질 상태로부터 결정질 상태로 전환시키는 데에 효과적일 수 있으며, 결과적인 가열 프로파일은, PCM이 PCM의 결정화 온도(TC) 보다 높지만 PCM의 용융 온도(TM) 보다 낮은 온도로 가열되도록 되어 있다. 온도는 PCM을 결정화하기에 충분한 시간 동안 결정화 온도(TC) 이상으로 유지된다. 진폭이 더 높지만 지속 시간은 더 짧은 전류 펄스를 포함하는 제어 신호가, PCM을 결정질 상태로부터 비정질 상태로 전환시키는 데에 효과적일 수 있으며, 결과적인 가열 프로파일은, PCM이 용융 온도(TM) 보다 높아서 PCM의 용융을 야기하는 온도로 가열되지만 재결정화가 과도하게 일어나지 않고 PCM이 비정질 상태로 동결될 정도로 충분히 빨리 냉각되게 해주도록 되어 있다. PCM의 가열이 완료된 후에, 그 PCM은 추가 가열이 가해질 때까지 선택된 안정 상태(예컨대, 비정질 또는 결정질)로 유지된다. 따라서, PCM을 기반으로 하는 경우 픽셀 영역은 신호를 가하지 않고 주어진 광학 상태로 자연스럽게 유지되며, 그래서 다른 디스플레이 기술보다 상당히 작은 파워로 작동할 수 있다. 전환은 횟수에 제한 없이 효과적으로 수행될 수 있다. 전환 속도는 또한 매우 빠르며 일반적으로 300ns 미만이고, 확실히 사람의 눈이 인식할 수 있는 것보다 몇 차수 더 빠르다.
실시예에서, 각 픽셀 요소(4) 내에서, 각 PCM 층(6)은 (동일한 픽셀 요소(4)의) 다른 PCM 층(6)과 열 접촉한다. 이 열 접촉은, 전환 장치에 의해 제공되는 가열에 의해 픽셀 요소(4)의 각 PCM 층(6)에서의 가열 동안에 실질적으로 동일한 온도 변화가 일어나도록 해준다. 그러나, 다른 PCM 층(6)은, 각 가열 프로파일이 (예를 들어, 각 PCM 층(6)을 전환시키거나 전환시키지 않기 위해) 다른 PCM 층(6)에 대해 다른 효과를 가질 수 있도록 구성된다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 복수의 가열 프로파일은, 픽셀 요소(4)에 있는 적어도 하나의 제2 PCM 층(6)의 전환 없이 제1 PCM 층(6)의 전환을 야기하는 가열 프로파일을 포함한다. 일부 실시예에서, 복수의 가열 프로파일은 제1 PCM 층(6)의 전환 없이 제2 PCM 층(6)의 전환을 야기하는 가열 프로파일을 포함한다. 유사하게, 복수의 가열 프로파일은, 2개 이상의 PCM 층(6)이 고 흡광 계수 상태로부터 저 흡광 계수 상태로 동시에 전환될 수 있게 하는 가열 프로파일 및 2개 이상의 PCM 층(6)이 저 흡광 계수 상태로부터 고 흡광 계수 상태로 동시에 전환되게 하는 가열 프로파일이 있도록 구성될 수 있다. PCM 층(6)의 상이한 조합을 선택적으로 전환할 수 있는 능력은, 예를 들어 상이한 PCM 층(6)이 적절하게 상이한 전이 온도(예를 들어, 상이한 융점, 결정화 온도 등)를 갖게 함으로써 달성될 수 있다. 이리하여, PCM 층(6)에 대한 전환 상태의 광범위한 조합은 전환 장치의 복잡성의 대응하는 증가 없이 달성될 수 있다. 전환 장치는, 예를 들어, 여전히 픽셀 요소(8)당 단일 가열 요소(8)를 포함할 수 있고 상이한 전환 기능은, 가열 요소(8)에 의해 제공되는 가열 프로파일을 변경함으로써(예를 들어, 평균 파워 및/또는 가열 지속 시간을 변경함으로써) 간단히 달성될 수 있다.
복수의 PCM 층(6)에서 전환 상태의 광범위한 조합에 의해 대응하는 광범위한 광학적 효과가 얻어질 수 있다. 특히, 흑/백 레벨의 제어에 추가로 색의 제어도 제공될 수 있다.
도 8은 3개의 PCM 층(6)이 제공되는 예시적인 구성을 나타낸다. 이 특정 예에서, 적층 구조는 다음의 같은 순서의 층을 포함한다: 100nm의 Ag로 이루어진 반사층(10); 18nm의 Sb2S3로 이루어진 제1 PCM 층(6A); 40nm의 Sb2S3로 이루어진 제2 PCM 층(6B)(제1 PCM 층(6A)에 대해 상이한 도핑을 가짐); 14nm의 Sb2S3로 이루어진 제3 PCM 층(6C)(제1 PCM 층(6A)과 동일한 도핑을 가짐); 및 49nm의 ZnS-SiO2로 이루어진 캡핑 층(14). 이러한 구성은 옅은(pale) 상태, 적색 상태 및 흑색 상태 사이에서 전환될 수 있는 픽셀 요소(4)를 제공한다. 도 9는 옅은 상태(3개의 모든 PCM 층(6A-6C)이 비정질 상태로 전환됨)의 경우에 파장에 시뮬레이션된 대한 반사율 변화를 나타낸다. 도 10은 적색 상태(PCM 층(6A 및 6C)은 결정질 상태에 있고 PCM 층(6B)은 비정질 상태에 있음)의 경우에 파장에 대한 시뮬레이션된 반사율 변화를 나타낸다. 도 11은 흑색 상태(3개의 모든 PCM 층(6A-6C)은 결정질 상태로 전환됨)의 경우에 파장에 대한 시뮬레이션된 반사율 변화를 나타낸다. 각 그래프의 세 가지 다른 곡선은 상이한 반사 각도(0도, 45도 및 60도)에 대응한다. 옅은 상태의 반사율(도 9)은 61.5인 것으로 나타났다. 흑/백 콘트라스트(도9 및 11 비교)는 16.6인 것으로 나타났다.
도 8의 배치 구성은, 적층 구조가 2개의 동일한 PCM 층 및 이들 층 사이에 위치되는 다른 PCM 층을 포함하는 경우를 예시한다.
도 8의 배치 구성은, 픽셀 요소(4)의 2개 이상의 PCM 층(6)이 도핑에 의해서만(예를 들어, 도핑의 양 또는 도핑의 조성의 차이에 의해) 서로 다른 경우를 추가로 예시한다. 당업자는, 전환과 관련된 PCM의 특성이 도핑에 의해 어떻게 변할 수 있는지를 보여주는 다양한 연구를 알고 있을 것이며 따라서 사용되는 특정 PCM에 적합한 도핑을 선택할 수 있을 것이다. 실례적인 예로서, Kojima et al.(Rie Kojima et al 1998 Jpn. J. Appl. Phys. 37 2098)를 참조하는데, 이는 N으로의 도핑의 함수로 GeSbTe 필름의 결정화 온도 변화를 보여준다. G Betti Beneventi et al.("Carbon-doped GeTe Phase-Change Memory featuring remarkable RESET current reduction", Solid-State Device Research Conference(ESSDERC), 2010 Proceedings of the European; 313-316; 2010/9/14)를 더 참조하는데, 이는 C로의 도핑의 함수로 GeTe PCM의 특성 변화를 보여준다.
하나 이상의 PCM 층(6) 각각은 임의의 조합으로 다음 중의 하나 이상을 포함하거나, 그로 본질적으로 이루어지거나, 또는 이루어질 수 있다: Sb2S3; Ge2Sb2Se4Te; GeSbTeO; GeSnTeO; GeSnSbTeO; TeBiSnN; TeBiSnS; TeBiSnO; SeSnBi; SeSnBiO; SeSnGeO. 일부 실시예에서, 하나 이상의 PCM 층(6) 각각은 AgSbSe2를 포함하거나, 그로 본질적으로 이루어지거나, 또는 이루어질 수 있다. AgSbTe2는 고속 PC 광 디스크용으로 가장 우수한 PCM 합금 중의 하나로, 매우 빠른 결정화 속도, 양호한 순환성 (cyclability) 및 낮은 용융 온도(552C)를 나타낸다. 청자색 파장에서 조성물의 큰 광 흡수는 PCM 층(6)으로 사용하기에 최적이 아닐 것이다. 반면에, p-형 반도체인 AgSbSe2는 양호한 순환성과 함께 더 높은 투과도 및 더 낮은 결정화 속도를 나타내고(610C의 용융 온도는 AgSbTe2 보다 약간 더 높기는 하지만), 그래서 PCM 층(6)으로 사용하기에 적합하다. 더 낮은 융점을 가질 수 있는 관련 조성, 예를 들어 (Ag2Se)1- x(Sb2Se3)x이 사용될 수 있으며, 여기서 바람직하게는 0.5 ≤ x 또는 0.5 ≤ x < 0.7이다.
더욱이, AgSbSe2 및 AgSbTe2는 유사한 암염(rocksalt)형 결정 구조를 가지며 쉽게 혼합될 수 있다. 두 합금 사이의 혼합물은 PCM 층(6)에 대한 추가 옵션을 제공한다. 예를 들어, AgSbTe2 - ySey가 사용될 수 있으며, 여기서, 바람직하게는 2 ≥ y ≥ 0.5이다.
추가로, AgBiTe2 및 AgBiSe2는 또한 AgSbSe2와 유사한 암염 구조를 가지고 있는 것으로 알려져 있다. 따라서, Ag(Sb1-zBiz)Te2 - ySey가 또한 사용될 수 있으며, 여기서 바람직하게는 2 ≥ y ≥ 0.5 및/또는 1 ≥ z ≥ 0이다.
따라서, 위를 고려하여, 하나 이상의 PCM 층(6) 각각은 임의의 조합으로 다음 중의 하나 이상을 포함하거나, 그로 본질적으로 이루어지거나, 또는 이루어질 수 있다:
(Ag2Se)1- x(Sb2Se3)x 여기서, 바람직하게는 0.5 ≤ x이고;
(Ag2Se)1- x(Sb2Se3)x 여기서, 바람직하게는 0.5 ≤ x < 0.7이고;
AgSbSe2;
AgSbTe2 - ySey 여기서, 바람직하게는 2 ≥ y ≥ 0.5이고; 그리고
Ag(Sb1-zBiz)Te2 - ySey 여기서, 바람직하게는 2 ≥ y ≥ 0.5 및/또는 1 ≥ z ≥ 0이다.
PCM 층(6)에 사용할 수 있는 다른 재료는 임의의 조합으로 다음을 포함한다:
(Te80Sn15Ge5)1-x Sx 여기서, 바람직하게는 0 ≤ x ≤ 0.2이고;
(Te80Sn15Ge5)1-x Sex 여기서, 바람직하게는 0 ≤ x ≤ 0.4이고;
(Te80Sn15Bi5)1- xSx 여기서, 바람직하게는 0 ≤ x ≤ 0.2이고; 그리고
(Te80Sn15Bi5)1- xSex 여기서, 바람직하게는 0 ≤ x ≤ 0.4.
도 12 내지 14는, 유사한 기능을 달성하기 위해 표준 PCM 층을 포함하는 적층체가 가능한 한 많이 최적화된 경우에 대한, 도 9 내지 11의 그래프에 각각 대응하는 그래프이다. 이 경우, 결과적인 (최적화된) 순서의 층은 다음과 같다: 100nm Ag; 166nm ZnS-SiO2; 12nm PCM1; 29nm PCM2; 20nm Ag; 53nm ZnS-SiO2; 15nm PCM1; 44nm ZnS-SiO2. 옅은 상태의 반사율(도 12, PCM1 및 PCM2 모두 비정질 상태로 있음)은 23.4 이었다. 적색 상태의 반사율(도 13, PCM1은 결정질이고 PCM2는 비정질임)은 3.5이었다. 흑/백 콘트라스트(도 12 및 14 비교)는 7 이었다.
또 다른 실시예에서, 3개의 상이한 PCM 층(6)이 픽셀 요소(4)에 제공된다. 3개의 상이한 PCM 층(6)은 완전한 색 제어를 가능하게 하고(예를 들어, 도 8-14를 참조하여 위에서 논의된 바와 같이 적색과 같은 한 색의 다른 음영을 이용 가능하게 할 뿐만 아니라, 적색, 녹색 및 청색과 같은 다른 색의 다른 음영도 이용 가능하게 하기 위해), 또한 전체 색 제어와는 독립적으로, 전체 반사율 제어를 가능하게 하기 위해 독립적으로 전환 가능하다.
일 실시예에서, 셔터형 효과가, 복수의 가열 프로파일이 하나의 동일한 가열 요소(8)(픽셀 요소(4)에 전용됨)로부터의 가열을 통해 주어진 픽셀 요소(4)의 PCM 층(6) 중의 하나에서 PCM의 상이한 비율의 전환을 야기하는 적어도 2개의 가열 프로파일을 포함하도록 함으로써 달성된다. PCM 층(6)의 상이한 비율의 전환은, 해당 픽셀 요소(4)가 상이한 대응하는 반사율을 가지도록 하게 할 수 있다. 예를 들어, 상이한 비율의 전환은 PCM 층(6)의 상이한 비율을 비정질 상태로부터 결정질 상태로 전환시키는 것을 포함할 수 있거나(결정질 상태의 더 높은 비율은 일반적으로 더 낮은 반사율에 대응함) 또는 그 반대로의 전환도 포함한다. 상이한 가열 프로파일은, 예를 들어, 상이한 지속 시간을 가질 수 있다. 더 긴 지속 시간을 갖는 가열 프로파일은 PCM 층(6)의 더 큰 비율을 PCM 층(6)의 상이한 이용 가능한 상태 사이에서 전환시키기 위해 사용될 수 있다. 더 짧은 지속 시간을 갖는 가열 프로파일은 PCM 층(6)의 더 작은 비율을 전환시키기 위해 사용될 수 있다. 전기 펄스를 사용하는 가열은 "열 캐패시터"를 충전하는 것과 동등하게 간주될 수 있다. 짧은 시간 동안의 큰 펄스와 더 긴 시간 동안의 작은 펄스를 사용하여 동일한 온도에 도달할 수 있다.
일부 실시예에서, 주어진 픽셀 요소(4)의 가열 요소(8)로부터의 가열은 그 픽셀 요소(4)의 PCM 층(6)에 실질적으로 균일하게 가해지고, PCM 층(6)의 상이한 비율의 전환은, PCM 층(6)의 상이한 부분이 상이한 각각의 속도로 열을 잃게 함으로써 달성된다. 일부 실시예에서, 이는 PCM 층(6)이 PCM 층(6)의 평면에 수직으로 보았을 때 주변에 있는 픽셀 요소(8)의 영역으로부터 열을 다른 영역 보다 더 빨리 잃도록 함으로써 달성되며, 그래서 PCM 층의 전환은 가열 프로파일의 적용 동안 주변 영역을 향해 바깥쪽으로 진행한다. 이러한 유형의 예시적인 배치 구성이 도 15A-15D에 개략적으로 나타나 있다. 여기서, 도 15a는 가열 프로파일이 적용되기 전의 단일 픽셀 요소(4)의 PCM 층(6)을 나타낸다. 도 15b는 제1 가열 프로파일의 적용 후의 도 15a의 PCM 층(6)을 나타낸다. 제1 가열 프로파일은 PCM 층(6)에 실질적으로 균일하게 가열을 가하지만, 주변 영역이 더 빨리 열을 잃기 때문에(예를 들어, 픽셀 요소(4) 외부의 더 차가운 영역에 더 가까이 있음으로 해서), 중심 영역만이 충분히 높은 온도 증가를 받게 되어 PCM의 서로 다른 상태들 사이에서 전환된다. 여기서, 빗금친 영역은 가열 프로파일에 의해 전환된 PCM을 나타낸다. 도 15c는 제2 가열 프로파일의 적용 후의 도 15a의 PCM 층(6)을 나타낸다. 제1 가열 프로파일과 마찬가지로, 제2 가열 프로파일은 PCM 층(6)에 실질적으로 균일하게 가열을 적용하고, 주변 영역은 다른 영역보다 더 빨리 열을 잃는다. 그러나, 제2 가열 프로파일은 더 긴 지속 시간 동안(그리고/또는 더 높은 파워에서) 가열을 가하는 것을 포함하기 때문에, PCM 층(6)의 더 많은 비율이 전환된다. 도 15d는 도 15a의 PCM 층(6)에 적용되는 가열 프로파일이 픽셀 요소(4)의 PCM 층(6)에 있는 모든 PCM을 완전히 전환시키는 데에 충분한 경우를 나타낸다. 가열 요소의 설계는 어떤 펄스가 어떤 영역을 전환시키는 지를 규정한다. 특정 펄스에 대해 면적의 50%를 전환시키고 더 길거나 더 높은 진폭 펄스에 대해서는 면적의 100%를 전환시키는 가열 요소를 설계할 수 있다. 일부 실시예에서, 주변 냉각을 돕고 그리고/또는 한 픽셀 요소(4)로부터 이웃 픽셀 요소(4)로의 열 누출을 방지하기 위해 열 싱크 구조가 픽셀 요소(4)의 주변부 주위에 제공될 수 있다.
도 15a-15d를 참조하여 위에서 설명된 것과 유사한 효과가, 가열이 PCM 층(6)에 불균일하게 가해지게 함으로써 얻어질 수 있다. 불균일 가열은 가열 요소(8)에 의한 가열 동안에 상이한 속도로 상(phase) PCM 층(6)의 상이한 부분의 전환을 촉진하도록 제어된다. 불균일한 가열은 다양한 방식으로 달성될 수 있다. 예를 들어, 가열 요소(8)는, 픽셀 요소(4)의 PCM 층(6)보다 상당히 더 작은 영역에 걸쳐 가열을 가하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, PCM 층(6)의 평면에 수직으로 보았을 때, 가열 요소(8)는 픽셀 요소(4)에 있는 PCM 층(6)의 표면적의 75% 미만, 선택적으로 50% 미만, 선택적으로 25% 미만인 표면적을 갖는 저항 가열기를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 각 픽셀 요소(4)에 있는 가열 요소(8)는 베네치안 블라인드와 같은 효과를 적용하기 위해 복수의 평행한 스트립을 포함한다.
일부 실시예에서, 그레이스케일은 픽셀 요소(4)의 그룹을 제어함으로써 제어된다. 이러한 경우의 전환 장치는 인접한 픽셀 요소(4)의 그룹 각각을 미리 결정된 그룹 전환 상태 세트 사이에서 전환시키도록 구성될 수 있다. 각 그룹 전환 상태는 픽셀 요소(4)의 그룹에 있는 픽셀 요소(4)의 픽셀 상태의 상이한 조합을 규정한다. 각 픽셀 상태는, 픽셀 요소(4)의 각 PCM 층(4)이 고 흡광 계수 상태에 있는지 또는 저 흡광 계수 상태에 있는지에 의해 규정된다. 그룹 전환 상태 세트는 그룹이 이 그룹의 색을 변경하지 않고 복수의 상이한 반사율을 가지도록 제어될 수 있게 할 수 있다.
도 16a 내지 도 16c는 그룹 전환 상태의 3가지 예시적인 세트를 나타낸다. 이러한 예에서 픽셀 요소(4)의 각 그룹은 10개의 픽셀 요소(4)(각각 5개의 행과 2개의 열을 가짐)를 포함한다. 하나의 특정한 구현예에서, 각 픽셀 요소(4)는 50 미크론 x 40 미크론의 표면적을 가지며, 이로써 각 그룹에 대해 250 미크론 x 80 미크론의 총 표면적이 얻어진다. 도 16a의 세트는 8개의 그룹 전환 상태를 포함하며, 각 픽셀 요소(4)는 복수의 픽셀 상태 사이에서 전환 가능하다. 나타나 있는 예에서, 3개의 예시적인 픽셀 상태(예를 들어, 백색 상태, 선명한 상태, 및 어두운 상태)가 나타나 있지만, 각 픽셀 요소(4)는 전술한 바와 같은 더 많은 수의 상이한 상태 사이에서 전환 가능하도록 구성될 수 있다. 도 16b의 세트는 도 16a와 동일한 픽셀 요소(4)를 사용하는 6개의 그룹 전환 상태를 포함한다. 도 16c의 세트는 도 16a 및 16b와 동일한 픽셀 요소(4)를 사용하는 4개의 그룹 전환 상태를 포함한다. 더 높거나 더 낮은 레벨의 그레이스케일 입상도(granularity)가 상이한 수의 그룹 전환 상태를 사용할 수 있게 하여 얻어질 수 있다. 각 그레이스케일 레벨에 대한 픽셀 상태의 상이한 조합을 규정하기 위해 다양한 알고리즘이 사용될 수 있다. 도 16a-16c는 본 원리를 입증하기 위한 예시적인 배치 구성을 나타내는데, 그레이스케일 레벨은 좌측에서 우측으로 가면서 점진적으로 증가하며(예컨대, 더 어두워짐), 선택적으로, 중간에는 선명한 상태가 있다(도 16a).

Claims (28)

  1. 패턴을 표시하는 디스플레이 장치로서,
    적층 구조를 갖는 픽셀 요소를 포함하고, 상기 적층 구조는 적어도 안정적인 고 흡광 계수(extinction coefficient) 상태와 안정적인 저 흡광 계수 상태 사이에서 열적으로 전환 가능한 적어도 하나의 상 변화 물질 층을 포함하며,
    각 상 변화 물질 층에 대해,
    저 흡광 계수 상태에서 상 변화 물질 층의 흡광 계수의 가시 스펙트럼에 대한 평균에 대한 고 흡광 계수 상태에서 상 변화 물질 층의 흡광 계수의 가시 스펙트럼에 대한 평균의 비는 3.0 보다 크며,
    고 흡광 상태에서 흡광 계수의 가시 스펙트럼에 대한 평균은 1.0 미만인, 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 픽셀 요소의 적층 구조는 하나 이상의 추가 상 변화 물질 층을 더 포함하고, 각 추가 상 변화 물질 층은 적어도 고 흡광 계수 상태와 저 흡광 계수 상태 사이에서 전환 가능한, 디스플레이 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    각 추가 상 변화 물질 층에 대해, 저 흡광 계수 상태에서 상기 추가 상 변화 물질 층의 흡광 계수의 가시 스펙트럼에 대한 평균에 대한 고 흡광 계수 상태에서 추가 상 변화 물질 층의 흡광 계수의 가시 스펙트럼에 대한 평균의 비는 3.0 보다 큰, 디스플레이 장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    복수의 상이한 가열 프로파일 각각에 따라 픽셀 요소에 가열을 가할 수 있는 전환(switching) 장치를 더 포함하는 디스플레이 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 픽셀 요소 내에서, 각 상 변화 물질 층이 각 다른 상 변화 물질 층과 열 접촉하여, 가열 동안에 픽셀 요소에 있는 각 상 변화 물질 층에서 가열에 의해 실질적으로 동일한 온도 변화가 일어나는, 디스플레이 장치.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 복수의 가열 프로파일은, 상기 픽셀 요소에 있는 상기 상 변화 물질 층 중의 적어도 제2 층의 전환 없이 상 변화 물질 층 중의 제1 층의 전환을 일으키는 가열 프로파일을 포함하는, 디스플레이 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 복수의 가열 프로파일은, 상기 픽셀 요소에 있는 상기 제1 상 변화 물질 층의 전환 없이 상기 픽셀 요소에 있는 제2 상 변화 물질 층의 전환을 일으키는 가열 프로파일을 포함하는, 디스플레이 장치.
  8. 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 가열 프로파일은, 2개 이상의 상 변화 물질 층을 고 흡광 계수 상태로부터 저 흡광 계수 상태로 동시에 전환시키는 가열 프로파일 및 2개 이상의 상 변화 물질 층을 저 흡광 계수 상태로부터 고 흡광 계수 상태로 동시에 전환시키는 가열 프로파일을 포함하는, 디스플레이 장치.
  9. 제2항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    2개 이상의 상 변화 물질 층은 도핑에 의해서만 서로 다르고, 바람직하게는 도핑은 도펀트(dopant)로서 산소와 질소 중의 어느 하나 또는 둘 다를 포함하는, 디스플레이 장이.
  10. 제2항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적층 구조는 2개의 동일한 상 변화 물질 층 및 이들 층 사이에 위치되는 상이한 상 변화 물질 층을 포함하는, 디스플레이 장치.
  11. 제2항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적층 구조는 3개의 상이한 상 변화 물질 층을 포함하는, 디스플레이 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 3개의 상이한 상 변화 물질 층은, 전체 색 제어 및 이 전체 색상 제어와는 독립적으로 전체 반사율 제어를 가능하게 하기 위해 독립적으로 전환 가능하도록 구성되어 있는, 디스플레이 장치.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 상 변화 물질 층 각각은,
    (Ag2Se)1- x(Sb2Se3)x 여기서, 바람직하게는 0.5 ≤ x이고;
    (Ag2Se)1- x(Sb2Se3)x 여기서, 바람직하게는 0.5 ≤ x < 0.7이고;
    AgSbSe2;
    AgSbTe2 - ySey 여기서, 바람직하게는 2 ≥ y ≥ 0.5이고;
    Ag(Sb1-zBiz)Te2 - ySey 여기서, 바람직하게는 2 ≥ y ≥ 0.5 및/또는 1 ≥ z ≥ 0이고,
    (Te80Sn15Ge5)1-x Sx 여기서, 바람직하게는 0 ≤ x ≤ 0.2이고;
    (Te80Sn15Ge5)1-x Sex 여기서, 바람직하게는 0 ≤ x ≤ 0.4이고;
    (Te80Sn15Bi5)1- xSx 여기서, 바람직하게는 0 ≤ x ≤ 0.2이고; 그리고
    (Te80Sn15Bi5)1- xSex 여기서, 바람직하게는 0 ≤ x ≤ 0.4
    중의 하나 이상을 포함하거나, 그로 본질적으로 이루어지거나, 또는 이루어지는, 디스플레이 장치.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 상 변화 물질 층 각각은 Sb2S3; Ge2Sb2Se4Te; GeSbTeO; GeSnTeO; GeSnSbTeO; TeBiSnN; TeBiSnS; TeBiSnO; SeSnBi; SeSnBiO; 및 SeSnGeO 중의 하나 이상을 포함하거나, 그로 본질적으로 이루어지거나, 또는 이루어지는, 디스플레이 장치.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고 흡광 계수 상태는 실질적으로 결정질이고 상기 저 흡광 계수 상태는 실질적으로 비정질인(amorphous), 디스플레이 장치.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 픽셀 요소는 각 상 변화 물질 층의 하나의 동일한 측에서 반사 층을 더 포함하는, 디스플레이 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 픽셀 요소는 반사 층에 대해 각 상 변화 물질 층의 반대 측에서 캡핑(capping) 층을 더 포함하는, 디스플레이 장치.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서,
    상기 픽셀 요소는 각 상 변화 물질 층과 동일한 상기 반사 층의 측에서 수동(passive) 스페이서 층을 더 포함하는, 디스플레이 장치.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 디스플레이 장치는 복수의 상이한 가열 프로파일 각각에 따라 하나의 동일한 가열 요소로부터의 가열을 픽셀 요소에 가할 수 있는 전환 장치를 포함하고,
    상기 복수의 가열 프로파일은, 픽셀 요소의 상 변화 물질 층 중의 하나에서 상 변화 물질의 상이한 비율의 전환을 일으키는 적어도 2개의 가열 프로파일을 포함하는, 디스플레이 장치.
  20. 패턴을 표시하기 위한 디스플레이 장치로서,
    적어도 안정적인 고 흡광 계수 상태와 안정적인 저 흡광 계수 상태 사이에서 전환 가능한 상 변화 물질 층을 포함하는 적층 구조를 갖는 픽셀 요소 - 상기 고 흡광 계수 상태에서 흡광 계수의 가시 스펙트럼에 대한 평균은 저 흡광 계수 상태에서 흡광 계수의 가시 스펙트럼에 대한 평균 보다 높음 -; 및
    복수의 상이한 가열 프로파일 각각에 따라 하나의 동일한 가열 요소로부터 의 가열을 픽셀 요소에 가할 수 있는 전환 장치를 포함하고,
    상기 가열 프로파일 중의 적어도 2개는 상 변화 물질 층의 상이한 비율의 전환을 일으키는, 디스플레이 장치.
  21. 제19항 또는 제20항에 있어서,
    상기 상 변화 물질 층의 상이한 비율의 전환으로 인해 상기 픽셀 요소가 상이한 반사율을 갖게 되는, 디스플레이 장치.
  22. 제19항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 픽셀 요소에 있는 상 변화 물질 층의 상이한 비율의 전환을 일으키는 가열 프로파일은 상이한 지속 시간을 갖는 가열 프로파일을 포함하는, 디스플레이 장치.
  23. 제19항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열 요소로부터의 가열은 픽셀 요소의 상 변화 물질 층에 실질적으로 균일하게 가해지고, 상 변화 물질 층의 상이한 비율의 전환은 상 변화 물질 층의 상이한 부분이 상이한 각각의 속도로 열을 잃게 함으로써 달성되는, 디스플레이 장치.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 상 변화 물질 층은, 상기 상 변화 물질 층의 평면에 수직으로 보았을 때 주변에 있는 픽셀 요소의 영역으로부터 열을 다른 영역 보다 더 빨리 잃도록 구성되며, 그래서 상 변화 물질 층의 전환은 가열 프로파일의 적용 동안에 주변 영역을 향해 바깥쪽으로 진행하는, 디스플레이 장치.
  25. 제19항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열 요소로부터의 가열은 상기 상 변화 물질 층에 불균일하게 가해져 가열 요소에 의한 가열 동안에 상이한 속도로 상 변화 물질 층의 상이한 부분의 전환을 촉진하는, 디스플레이 장치.
  26. 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 픽셀 요소가 제공되고, 전환 장치는 각 픽셀 요소에 있는 상 변화 물질 층을 다른 픽셀 요소와 독립적으로 전환시키도록 구성되어 있는, 디스플레이 장치.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 복수의 픽셀 요소는 복수의 픽셀 요소 그룹을 포함하고,
    상기 전환 장치는 인접한 픽셀 요소의 각 그룹을 미리 결정된 그룹 전환 상태 세트 사이에서 전환시키도록 구성되며,
    각 그룹 전환 상태는 픽셀 요소 그룹에 있는 픽셀 요소의 픽셀 상태의 다른 조합을 규정하며, 각 픽셀 상태는 픽셀 요소의 각 상 변화 물질 층이 고 흡광 계수 상태에 있는지 또는 저 흡광 계수 상태에 있는지에 의해 규정되는, 디스플레이 장치.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 그룹 전환 상태 세트는 상기 그룹이 이 그룹의 색을 변경하지 않고 복수의 상이한 반사율을 가지도록 제어될 수 있게 하는, 디스플레이 장치.
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