CN103226273A

CN103226273A - 一种基于光子晶体微球的角度无偏彩色显示材料

Info

Publication number: CN103226273A
Application number: CN2013101113106A
Authority: CN
Inventors: 顾忠泽; 顾洪成; 赵远锦; 谢卓颖; 刘慈慧
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2013-04-02
Filing date: 2013-04-02
Publication date: 2013-07-31

Abstract

本发明公开了一种基于光子晶体微球的角度无偏彩色显示材料，包括：三维光子晶体微球、聚合物和柔性透明材料，所述三维光子晶体微球固定在聚合物中，所述聚合物封装在柔性透明材料中，所述光子晶体微球的直径为22μm-1001μm。通过上述方式，本发明在实现角度无偏显示同时，保留了光子晶体的反射率高、色彩鲜艳等特点，使光子晶体显示技术拥有了重要的应用价值。

Description

一种基于光子晶体微球的角度无偏彩色显示材料

技术领域

本发明涉及柔性反射式显示器技术领域，特别是涉及一种基于光子晶体微球的角度无偏彩色显示材料。

背景技术

信息、物质、能量是人类社会生存和发展的三大基础，60%的信息通过视觉获得，因此信息显示技术的重要性不言而喻；而信息显示材料作为支撑信息显示技术的物质基础，它的每一点发展进步都会带来信息显示技术的即刻变化、甚至对整个信息化社会产生深远影响。现代信息的传播与交流进入了新的阶段，对信息材料提出了新的要求，轻薄、便携、低功耗作为最典型的特点迅速地出突显来。

反射式显示无需背光，光源来自外在环境，如室内灯光或户外日光，光线到达显示材料后反射出来，因此在户外或强光下拥有很好的显示效果，且环境光越强，画面越亮。反射式显示技术目前主要用于电子纸，主要显示原理分为电泳显示、电润湿和电流体显示、胆甾相液晶显示、干涉测量调节技术、电致变色显示、光子晶体显示等几种技术。其中光子晶体技术巧妙地利用了光子晶体的周期结构对光线的全反射作用，通过设计和调制亚微米层次的周期结构或者折射率，能够将发射光线的颜色范围定位在整个可见光波段，色彩鲜艳而明亮。然而光子晶体显示技术目前在规模化制备、动态刷新率和全彩色等方面还很不成熟。特别的，光子晶体的彩虹色是其固有属性，难以消除，使得其从来都不曾应用于宽视角显示方面。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于光子晶体微球的角度无偏彩色显示材料，能够消除彩虹色效应。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种基于光子晶体微球的角度无偏彩色显示材料，包括：三维光子晶体微球、聚合物和柔性透明材料，所述三维光子晶体微球固定在聚合物中，所述聚合物封装在柔性透明材料中，所述光子晶体微球的直径为22μm -1001μm。

在本发明一个较佳实施例中，所述光子晶体微球由胶体纳米粒子组成。

在本发明一个较佳实施例中，所述胶体纳米粒子的尺寸为170nm -350nm。

在本发明一个较佳实施例中，所述胶体纳米粒子选自二氧化硅、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、二氧化钛的一种或多种。

在本发明一个较佳实施例中，所述柔性透明材料将聚合物及其固定的光子晶体微球完全封装起来，所述柔性透明材料的莫氏硬度高于7、透光率高于95%。

本发明的有益效果是：在实现角度无偏显示同时，保留了光子晶体的反射率高、色彩鲜艳等特点，使光子晶体显示技术拥有了重要的应用价值。

附图说明

图1是本发明基于光子晶体微球的角度无偏彩色显示材料的结构剖面图；图2 是本发明基于光子晶体微球的角度无偏彩色显示材料的俯视图；

图3是本发明基于光子晶体微球的角度无偏彩色显示材料的电致变色示意图；

图4是本发明基于光子晶体微球的角度无偏彩色显示材料的压致变色示意图；

图5是本发明基于光子晶体微球的角度无偏彩色显示材料的溶胀变色示意图；

附图中各部件的标记如下：1、光子晶体微球；2、聚合物；3、柔性透明材料；4、柔性透明电极；5、电极块阵列；6、压电陶瓷阵列；7、柔性透明基底材料。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

请参阅图1、图2、图3、图4和图5，本发明实施例提供如下技术方案:

在一个实施例中，一种基于光子晶体微球的角度无偏彩色显示材料，包括：三维光子晶体微球1、聚合物2和柔性透明材料3，所述三维光子晶体微球1固定在聚合物2中，所述聚合物2封装在柔性透明材料3中，所述光子晶体微球1的直径为22μm -1001μm。。

优选的，所述光子晶体微球1由胶体纳米粒子组成。

优选的，所述胶体纳米粒子的尺寸为170nm -350nm。

优选的，所述胶体纳米粒子选自二氧化硅、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、二氧化钛的一种或多种。

优选的，所述柔性透明材料3将聚合物2及其固定的光子晶体微球1完全封装起来，所述柔性透明材料3的莫氏硬度高于7、透光率高于95%。

所述光子晶体微球1的尺寸为20μm -1000μm。所述胶体纳米粒子的单分散度高于95%，所述胶体纳米粒子的折射率为1.3-2.5。所述聚合物2由单体溶液聚合而成，所述单体选自甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸羟乙酯、醋酸丁酸纤维素、硅氧烷甲基丙烯酸酯、氟硅甲基丙烯酸酯、全氟醚、N-乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、甲基丙烯酸缩水甘油酯或二甲基丙烯酸乙二醇酯中的一种或多种，所述聚合物2完全包裹光子晶体微球1，所述聚合物2为无色或浅色，透光率高于90%。

维光子晶体微球1作为基本显示单元，一方面将波长与其晶格匹配的光完全反射获得彩色显示，另一方面利用其自身的球形对称有效地消除彩虹色。胶体晶体微球阵列被固定在聚合物2中，并利用柔性透明材料3进一步封装形成柔性显示薄膜，胶体纳米粒子可以作为牺牲模版被去除得到其反蛋白石结构，可以通过改变胶体纳米粒子的尺寸、间距、聚合物2成分等获得不同的颜色，通过反射环境光而显示出颜色，无需背光源，可全视角（180度）显示，在任意视角均无色差。

实施例1 基于光子晶体微球1的电致变色角度无偏彩色显示材料

图3示意地表示作为本发明实施例1的基于光子晶体微球1的电致变色角度无偏彩色显示材料的侧视图。该显示材料具备：具有固定光子晶体微球1阵列的聚合物2层，光子晶体微球1和聚合物2共同构成显示面板的核心部分；其上部覆盖柔性透明电极4，下部为电极块阵列5，电极块阵列5被聚合物2层封装起来；上电极和下电极被柔性透明保护膜完全密闭封装。

在本发明实施例1的基于光子晶体微球1的电致变色角度无偏彩色显示材料中，核心显示部分的光子晶体微球1或聚合物2至少有一种是由电响应性材料（如聚苯胺）构成。这种电响应材料在电场下发生氧化还原反应或者颜色直接变化，或者体积变化导致结构色改变。一般情况下，这种电响应性材料的工作电压为直流或交流，范围为0.5 ~ 20 V。上电极和下电极阵列均为透明高分子柔性导电薄膜（如聚吡咯）。保护膜采用聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）薄膜等透光性高的材料，密封框适合采用环氧树脂、硅树脂、丙烯树脂等，也适合在这些树脂中分散二氧化硅、氧化铝等无机微粒子，这些树脂可以是光硬化型、热硬化型或混合型中的任何一种。

制作流程：

首先，制备三维光子晶体微球1。选用二氧化硅、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、二氧化钛的一种或两种以上任意组合的单分散纳米粒子（直径170~250纳米）的水溶液，通过微流控得到单分散乳液滴，60度经24小时自组装得到光子晶体微球1。

接着，用电响应性材料（如聚苯胺）将光子晶体微球1封装成厚度200~500微米厚的薄膜，形成核心显示部分。

然后将透明高分子柔性导电薄膜（如聚吡咯）分别贴于核心显示部分的两侧，并连接电极引线，形成电极。

最后，采用聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）等透光性高的材料做成保护薄膜将核心显示部分和电极保护起来,并用环氧树脂、硅树脂、丙烯树脂等密封。

实施例2 基于光子晶体微球1的压致变色角度无偏彩色显示方法（材料）

在本发明实施例2的基于光子晶体微球1的压致变色角度无偏彩色显示材料中，除弹性聚合物2，钛酸钡系、锆钛酸铅二元系等构成的压电陶瓷阵列6外，其余部分与实施例1中对应部分相同。

制作流程：

接着，用弹性材料（如聚氨酯、聚二甲基硅氧烷等）将光子晶体微球1封装成厚度200~500微米厚的薄膜，形成核心显示部分。

然后将透明高分子柔性导电薄膜（如聚吡咯）贴于核心显示部分上侧，并连接电极引线，形成公共电极。

接着将压电陶瓷片（钛酸钡系、锆钛酸铅二元系等）贴于核心显示部分下侧，并连接电极引线，形成驱动电极。

实施例3 基于光子晶体微球1的溶胀变色角度无偏彩色显示方法（材料）

在本发明实施例3的基于光子晶体微球1的溶胀变色角度无偏彩色显示材料，可溶胀材料，可由聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）、异丙基丙烯酰胺（NIPAM）、丙烯酰胺、聚二甲基硅氧烷等通过紫外光聚合或热聚合而成。除无需电极材料和上层保护薄膜外，其余部分与实施例1中对应部分相同。

制作流程：

接着，用溶胀性材料（如聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）、异丙基丙烯酰胺（NIPAM）、丙烯酰胺、聚二甲基硅氧烷等）将光子晶体微球1封装成厚度200~500微米厚的薄膜，形成核心显示部分，柔性透明基底材料封装。

然后，采用聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）等透光性高的材料做成保护薄膜将核心显示部分和电极保护起来,并用环氧树脂、硅树脂、丙烯树脂等密封。

利用光子晶体微球的球形对称有效消除了彩虹色效应。本发明在实现角度无偏显示同时，保留了光子晶体的反射率高、色彩鲜艳等特点，使光子晶体显示技术拥有了重要的应用价值。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种基于光子晶体微球的角度无偏彩色显示材料，其特征在于，包括：三维光子晶体微球、聚合物和柔性透明材料，所述三维光子晶体微球固定在聚合物中，所述聚合物封装在柔性透明材料中，所述光子晶体微球的直径为22μm -1001μm。

2.根据权利要求1所述的基于光子晶体微球的角度无偏彩色显示材料，其特征在于，所述光子晶体微球由胶体纳米粒子组成。

3.根据权利要求1所述的基于光子晶体微球的角度无偏彩色显示材料，其特征在于，所述胶体纳米粒子的尺寸为170nm -350nm。

4.根据权利要求2所述的基于光子晶体微球的角度无偏彩色显示材料，其特征在于，所述胶体纳米粒子选自二氧化硅、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、二氧化钛的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的基于光子晶体微球的角度无偏彩色显示材料，其特征在于，所述柔性透明材料将聚合物及其固定的光子晶体微球完全封装起来，所述柔性透明材料的莫氏硬度高于7、透光率高于95%。