CN104880886A - 一种宽视角光子晶体彩色电泳显示器及其实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种宽视角光子晶体彩色电泳显示器及其实现方法，所述电泳显示器主要由微胶囊、和上、下电极板构成；所述微胶囊均匀分布在上、下电极板之间；其中，所述微胶囊为球形对称结构，由均匀混合的胶体粒子和电泳液构成；所述实现方法包括如下步骤：（1）制备成球形对称的微胶囊：（2）制备光子晶体彩色电泳显示器：（3）施加外电压；（4）改变外加电压的幅值和频率。本发明一种宽视角光子晶体彩色电泳显示器，一方面可以通过电场强度改变光子晶体的晶格系数从而调节颜色，另一方面利用球形对称有效消除光子晶体固有的彩虹色，从而使光子晶体在宽视角彩色显示方面具有重要的应用价值。本发明有效拓宽了光子晶体显示技术的应用领域。

Description

一种宽视角光子晶体彩色电泳显示器及其实现方法
技术领域
本发明涉及电泳显示技术领域，特别是涉及一种宽视角光子晶体彩色电泳显示器及其实现方法。
背景技术
电泳显示作为一种非常重要的反射式显示技术，具有低能耗、高反射、宽视角等特点，因此吸引了广泛的研究。特别是美国E-ink公司在1997年提出的电子纸技术使得电泳显示获得了重要的商用价值。然而电子纸技术使用的是黑白两色的胶体粒子，仅能显示黑白和灰度的文字和图片。虽然通过类似液晶显示中的滤色片可以实现彩色显示，但此举不但增加了工艺复杂度和成本，而且大大增加了能耗。因此，直接开发一种低成本、低功耗的彩色电泳显示方法非常有意义。
光子晶体显示技术巧妙地利用了光子晶体的周期结构与光线的作用，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。近年来出现了一些利用光子晶体做显示器件的尝试，如澳大利亚的Opalux公司的P-ink，但是光子晶体固有的彩虹色效应难以消除，使得其从来都不曾应用于宽视角显示方面。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种宽视角光子晶体彩色电泳显示器及其实现方法，能够消除光子晶体固有的彩虹效应，开拓了光子晶体显示技术的应用前景。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种宽视角光子晶体彩色电泳显示器，其主要由微胶囊、和上、下电极板构成；所述微胶囊均匀分布在所述上、下电极板之间；其中，所述微胶囊为球形对称结构，由均匀混合的胶体粒子和电泳液构成。
在本发明一个较佳实施例中，还包括支撑材料，所述微胶囊通过支撑材料均匀分布在所述上、下电极板之间。
在本发明一个较佳实施例中，所述微胶囊的直径为30～500微米。
在本发明一个较佳实施例中，所述胶体粒子的结构包括胶体核和位于胶体核外起表面修饰作用的带电荷分子基团，所述胶体粒子的直径为50～300nm，单分散度高于90%，折射率为1.5～2.5，Zeta电位为-50mV以下。
在本发明一个较佳实施例中，所述胶体粒子选自二氧化硅、聚苯乙烯、四氧化三铁、碳、聚甲基丙烯酸甲酯、二氧化钛中的一种或两种以上的任意组合。
在本发明一个较佳实施例中，所述电泳液选自二甲苯、橄榄油、三氯三氟乙烷、全氯乙烷、n-癸烷、碳酸丙烯酯中的一种或两种以上的合适组合，所述电泳液的折射率为1.4~1.6。
在本发明一个较佳实施例中，所述上电极板为透明电极板，所述两电极面板中至少有一块是图案化的电极面板，所述电极板的材料为ITO玻璃或柔性导电材料。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种宽视角光子晶体彩色电泳显示器的实现方法，包括以下步骤：（1）将所述胶体离子和电泳液填装在球形或半球形的区域内，制备成球形对称的微胶囊：
（2）将步骤（1）中制备的微胶囊封装在所述上下电极板之间，形成光子晶体彩色电泳显示器：
（3）在所述上下电极上施加外电压，使微胶囊内带电荷的胶体离子在外电场的作用下定向运动并排列成有序三维光子晶体结构，产生特定颜色的反射光；
（4）改变外加电压的幅值和频率，实现所述电泳显示器的彩色和宽视角显示。
在本发明一个较佳实施例中，所述步骤（1）中，所述胶体离子和电泳液包裹于胶囊内，形成微胶囊。
在本发明一个较佳实施例中，所述步骤（1）中，所述胶体离子和电泳液直接灌注在预先设计好的球形或半球形空穴内形成微胶囊。
本发明的有益效果是：本发明一种宽视角光子晶体彩色电泳显示器，一方面可以通过电场强度改变光子晶体的晶格系数从而调节颜色，另一方面利用球形对称有效消除光子晶体固有的彩虹色，从而使光子晶体在宽视角彩色显示方面具有重要的应用价值。本发明有效拓宽了光子晶体显示技术的应用领域。
附图说明
图1是本发明一种宽视角光子晶体彩色电泳显示器的外观示意图；
图2是所示宽视角光子晶体彩色电泳显示器内部结构的俯视图；
图3是所示胶体粒子的结构示意图；
图4是本发明一种宽视角光子晶体彩色电泳显示器的实现方法中电场调制颜色的示意图；
图5是本发明一种宽视角光子晶体彩色电泳显示器的实现方法的实施例1的剖视图；
图6是本发明一种宽视角光子晶体彩色电泳显示器的实现方法的实施例2的剖视图；
图7是本发明一种宽视角光子晶体彩色电泳显示器的实现方法的实施例3的剖视图；
附图中各部件的标记如下：1.微胶囊，11.胶体粒子，111.胶体核，112.带点荷分子基团，12.电泳液，13.胶囊壁，2.支撑材料，3.电极，31.上电极，32.下电极，4.胶体粒子间排斥力，5.电场力。
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。
请参阅附图，本发明实施例包括：
本发明揭示了一种宽视角光子晶体彩色电泳显示器，其由微胶囊1、支撑材料2和电极板3（包括上电极板31和下电极板32）构成；所述微胶囊1通过支撑材料均匀分布在所述上、下电极板之间；其中，所述微胶囊1为直径为30～500微米的球形对称结构，由均匀混合的胶体粒子11和电泳液12构成。球形对称结构可以有效消除光子晶体固有的彩虹色，实现宽视角显示。
所述胶体粒子11选自二氧化硅、聚苯乙烯、四氧化三铁、碳、聚甲基丙烯酸甲酯、二氧化钛中的一种或两种以上的任意组合。其结构包括胶体核111和位于胶体核外起表面修饰作用的带电荷分子基团112，所述胶体粒子11的直径为50～300nm，单分散度高于90%，折射率为1.5～2.5，Zeta电位为-50mV以下。这种带电荷的胶体粒子能够在外电场的作用下定向运动并有序排列成有序三维光子晶体结构，产生特定颜色的反射光。
所述电泳液12选自二甲苯、橄榄油、三氯三氟乙烷、全氯乙烷、n-癸烷、碳酸丙烯酯中的一种或两种以上的合适组合，所述电泳液的折射率为1.4~1.6。
所述上电极板31为透明电极板，所述两电极面板31和32中至少有一块是图案化的电极面板，其材料为ITO玻璃或柔性导电材料。
上述宽视角光子晶体彩色电泳显示器的实现方法，包括以下步骤：（1）将所述胶体离子和电泳液填装在球形或半球形的区域内，制备成球形对称的微胶囊：
（2）将步骤（1）中制备的微胶囊封装在所述上下电极板之间，形成光子晶体彩色电泳显示器：
（3）在所述上下电极上施加外电压，使微胶囊内带电荷的胶体离子在外电场的作用下定向运动并排列成有序三维光子晶体结构，产生特定颜色的反射光；
（4）改变外加电压的幅值和频率，实现所述电泳显示器的彩色和宽视角显示。
本发明一种宽视角光子晶体彩色电泳显示器的实现方法中，电场调制颜色改变的机理为：
在外加电场的作用下，微胶囊内的胶体粒子在外电场力5和胶体粒子间排斥力4的共同作用下定向运动形成有序三维光子晶体结构，具有结构色，通过改变外电场的强度来调节胶体粒子间的距离，从而使有序三维光子晶体结构的结构色改变，即发生蓝移。
实施例1
通过胶囊包裹的宽视角彩色电泳显示器：
首先，混合胶体粒子与电泳液。选用表面电荷化的二氧化硅、聚苯乙烯、四氧化三铁、碳、聚甲基丙烯酸甲酯、二氧化钛等的一种或两种以上的任意组合，将其分散到二甲苯、橄榄油、三氯三氟乙烷、全氯乙烷、n-癸烷、碳酸丙烯酯等的一种或两种以上的合适组合的溶剂中，充分分散均匀。胶体粒子与电泳液必须具有匹配的密度和较大的折射率差异，同时胶体粒子不能与电泳液发生反应。
然后，使用微流控双重乳液技术将胶体粒子与电泳液包裹在微胶囊中，微胶囊的尺寸为30~500微米。为简化工艺流程，胶囊壁可选择能够光聚或热聚的聚合物材料，胶囊壁的厚度一般为0.1~5微米。
接着，将包裹胶体粒子及电泳液的微胶囊封装在上电极板31和下电极板32之间，可以选择是否使用支撑材料2。
最后，在电极上施加适合的电压，测试颜色改变与电压幅值、频率之间的关系，同时测试该显示器的可视角度。如图5所示。
实施例2
通过球形空穴灌注的宽视角彩色电泳显示器的实现方法：
首先，混合胶体粒子与电泳液。选用表面电荷化的二氧化硅、聚苯乙烯、四氧化三铁、碳、聚甲基丙烯酸甲酯、二氧化钛等的一种或两种以上的任意组合，将其分散到二甲苯、橄榄油、三氯三氟乙烷、全氯乙烷、n-癸烷、碳酸丙烯酯等的一种或两种以上的适合组合的溶剂中，充分分散均匀。胶体粒子与电泳液必须具有匹配的密度和较大的折射率差异，同时胶体粒子不能与电泳液发生反应。
然后，制得富含球形空穴的支撑薄膜，薄膜的厚度即为电泳池的厚度，球形空穴的上下两极开口，能紧密贴合上下电极，同时方便灌注。
接着，将胶体粒子及电泳液灌注到球形空穴中，同时封装上下电极板。
最后，在电极上施加适合的电压，测试颜色改变与电压幅值、频率之间的关系，同时测试该显示器的可视角度。如图6所示。
实施例3
通过半球形空穴灌注的宽视角彩色电泳显示器的实现方法：
与实施例2的区别是：用于灌注胶体粒子及电泳液的空穴是半球形结构，其他同实施例2。如图7所示。
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 (10)

1.一种宽视角光子晶体彩色电泳显示器，其特征在于，其主要由微胶囊、和上、下电极板构成；所述微胶囊均匀分布在所述上、下电极板之间；其中，所述微胶囊为球形对称结构，由均匀混合的胶体粒子和电泳液构成。
2.根据权利要求1所述的一种宽视角光子晶体彩色电泳显示器，其特征在于，还包括支撑材料，所述微胶囊通过支撑材料均匀分布在所述上、下电极板之间。
3.根据权利要求2所述的一种宽视角光子晶体彩色电泳显示器，其特征在于，所述微胶囊的直径为30～500微米。
4.根据权利要求1所述的一种宽视角光子晶体彩色电泳显示器，其特征在于，所述胶体粒子的结构包括胶体核和位于胶体核外起表面修饰作用的带电荷分子基团，所述胶体粒子的直径为50～300nm，单分散度高于90%，折射率为1.5～2.5，Zeta电位为-50mV以下。
5.根据权利要求4所述的一种宽视角光子晶体彩色电泳显示器，其特征在于，所述胶体粒子选自二氧化硅、聚苯乙烯、四氧化三铁、碳、聚甲基丙烯酸甲酯、二氧化钛中的一种或两种以上的任意组合。
6.根据权利要求1所述的一种宽视角光子晶体彩色电泳显示器，其特征在于，所述电泳液选自二甲苯、橄榄油、三氯三氟乙烷、全氯乙烷、n-癸烷、碳酸丙烯酯中的一种或两种以上的合适组合，所述电泳液的折射率为1.4~1.6。
7.根据权利要求1或2所述的一种宽视角光子晶体彩色电泳显示器，其特征在于，所述上电极板为透明电极板，所述两电极面板中至少有一块是图案化的电极面板，所述电极板的材料为ITO玻璃或柔性导电材料。
8.一种如权利要求1所述的宽视角光子晶体彩色电泳显示器的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将所述胶体离子和电泳液填装在球形或半球形的区域内，制备成球形对称的微胶囊：
（2）将步骤（1）中制备的微胶囊封装在所述上下电极板之间，形成光子晶体彩色电泳显示器：
（3）在所述上下电极上施加外电压，使微胶囊内带电荷的胶体离子在外电场的作用下定向运动并排列成有序三维光子晶体结构，产生特定颜色的反射光；
（4）改变外加电压的幅值和频率，实现所述电泳显示器的彩色和宽视角显示。
9.根据权利要求8所述的一种宽视角光子晶体彩色电泳显示器的实现方法，其特征在于，所述步骤（1）中，所述胶体离子和电泳液包裹于胶囊内，形成微胶囊。
10.根据权利要求8所述的一种宽视角光子晶体彩色电泳显示器的实现方法，其特征在于，所述步骤（1）中，所述胶体离子和电泳液直接灌注在预先设计好的球形或半球形空穴内形成微胶囊。
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