CN105206487A - 一种液态金属等离子体彩色显示装置及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种液态金属等离子体彩色显示装置及制备方法，该装置包括基板与封装材料，附着于基板与封装材料上的基于液态金属的等离子体发光单元，封装于基板与封装材料上或独立于基板与封装材料外部的等离子体电极驱动电路，所述基于液态金属的等离子体发光单元和等离子体电极驱动电路组成显示阵列，以显示所需的二维图像，并通过扩展接口与其他液态金属等离子体显示装置相连，以实现显示拼接；本发明还公开了该装置的制备方法；具有方法条件更加简单、应用范围更加广泛的特点。

Description

一种液态金属等离子体彩色显示装置及制备方法

技术领域

本发明属于显示器技术领域，特别涉及一种液态金属等离子体彩色显示装置及制备方法。

背景技术

从电视机到显示器，显示设备已经渗透到人们生产生活的方方面面，而更大的屏幕尺寸、更高的显示分辨率与更加丰富图像表现力也一直是人们追逐的方向。在显示技术领域，先后诞生了阴极射线管(CRT)、液晶显示屏(LCD)、发光二极管(LED)等技术，而其中等离子体显示技术凭借可视视角宽、图像响应速度快、无闪烁、厚度薄、质量轻、面积大、色彩鲜艳、图像逼真、无辐射、健康环保等优势占据了一席之地。

传统的彩色等离子体显示技术主要通过稀有气体在电压下放电产生紫外线，以激发三基色荧光粉，从而发出基色光并实现彩色显示，因此其各个发光单元结构完全相同，从而保证了屏幕图像的高亮度、高对比度、光强均匀且无几何形变。

按照发光单元激发电极的驱动电压，可以将等离子显示分为直流和交流两大类。交流等离子体显示需要在电极上涂覆介质层，电极和气体不直接接触；而直流等离子体显示的电极则直接与发光气体相接触。此外，交流等离子显示方法的电极既可以是分布在两块相对的基板上，也可以是分布于同一基板。

然而，现有的等离子显示技术也存在一定的局限性，由于激发电极为固体金属阵列，故而其加工过程需要借助光刻腐蚀、化学气相沉积等复杂工艺流程，并且金属浆料需要经过几百甚至上千度的高温烧结；而由于受激发物质为稀有气体，故而激发电压较高(一般基板间压差在100V以上)，且材料获取与封装成本均较高；此外，由于电极、基板等均为刚性材料，故基于传统等离子体显示技术制作的显示屏一般均为硬质平板，无法实现曲面或柔性显示。

发明内容

针对现有等离子显示技术存在的不足，本发明旨在提供一种液态金属等离子体彩色显示装置及制备方法，具有方法条件更加简单、应用范围更加广泛的特点。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种液态金属等离子体彩色显示装置，包括基板与封装材料3，附着于基板与封装材料3上的基于液态金属的等离子体发光单元1，封装于基板与封装材料3上或独立于基板与封装材料3外部的等离子体电极驱动电路2，所述基于液态金属的等离子体发光单元1和等离子体电极驱动电路2组成显示阵列，以显示所需的二维图像，并通过扩展接口4与其他液态金属等离子体显示装置相连，以实现显示拼接。

所述基板与封装材料3包括上基板302和下基板303，所述基于液态金属的等离子体发光单元1包括被覆盖于透明封装层301中，且被印制于上基板302和下基板303相对表面的室温液态金属电极101，位于上基板302和下基板303间可被室温液态金属电极101激发的等离子体介质材料102以及用于产生彩色光的荧光材料103。

所述室温液态金属电极101的材料采用镓及其与铟、锡、铋、锌金属构成的二元或多元合金，兼具导电性与流动性，用于产生直流或交流电压，从而激发所述的等离子体介质材料102产生并维持等离子体放电，或通过电压控制对指定的发光单元进行选址。

述室温液态金属电极101中的一个电极的材料采用金、铂、银、铜、钢或铝固体金属。

所述等离子体介质材料102在常温和较低的电压差5V-30V下即可被所述的室温液态金属电极101激发产生等离子体，并发出紫外光以使所述的荧光材料103发出彩色色光；所述等离子体介质材料102为稀有气体，或纯水、弱电解质溶液、醇类、酮类、醛类、油脂(甘油三酯)、煤油、四氯化碳液体物质中的一种。

所述荧光材料103为无机或有机荧光物质，被等离子体紫外线激发后产生的色光为红、绿、蓝三基色光，或其他单色或多色色光；所述荧光材料103的存在形态包括粉末、烧结层、溶液，或者是荧光物质或染料与室温液态金属的混合物。

所述等离子体电极驱动电路2由液态金属或常规固体金属制作而成，采用集成驱动芯片，用于依照显示图形及时序要求产生激发、维持或消除基于液态金属的等离子体发光单元1发光的电压和脉冲。

所述基板与封装材料3为单侧透明或双侧透明；其材料为刚性材料或者是柔性或弹性材料；所述的基板与封装材料3用于为所述的室温液态金属电极101、所述的荧光材料103提供附着，为所述的等离子体介质材料102提供隔离与封装。

所述刚性材料为玻璃、石英、陶瓷、水晶、刚玉、金刚石中的一种，或聚对苯二甲酸乙二醇脂PET、聚乙烯PE、聚氯乙烯PVC、聚丙烯PP、聚苯乙烯PS、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、酚醛树脂PF、聚酰亚胺PI有机高分子聚合物中的一种；所述柔性或弹性材料为聚二甲基硅氧烷PDMS、乳胶、硅胶、硫化硅橡胶中的一种。

所述扩展接口4为引线式、接插式、磁吸式、搭接式或黏附式，以实现多个液态金属等离子彩色显示装置的拼接。

上述所述的液态金属等离子体彩色显示装置的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：在基板与封装材料3表面采用室温液态金属制作出液态金属电极101；

步骤2：将液态金属制作成的液态金属电极101阵列设置于用以激发等离子体的等离子体介质材料102中，并加以封装；

步骤3：根据需要，在封装外壁涂敷用以产生彩色光的荧光材料103；

步骤4：与液态金属电极101对应的基于液态金属的等离子体发光单元1外部设置等离子体电极驱动电路2；

步骤5：将基于液态金属的等离子体发光单元1与等离子体电极驱动电路2组成的显示阵列与扩展接口4加以封装。

所述液态金属电极101通过将液态金属材料直接印制、喷涂或转印于所述的基板与封装材料3表面，或通过掩膜印制、微流道灌注方式加工实现。

迄今，国内外尚未提出液态金属等离子体的概念，也无液态金属等离子体电极阵列印制及与之相应的彩色发光单元加工技术，本发明打破了传统等离子体彩色显示的诸多局限，使等离子彩色显示装置更加简单、节能、环保，同时可以实现柔性显示。

本发明所述的液态金属等离子体彩色显示方法，具有以下优点：

1、采用室温液态金属作为电极材料，能够对电极阵列进行直接印制，工序更加简单，同时也避免了光刻、腐蚀、化学气相沉积等过程带来的高能耗与污染性废料。

2、液态金属电极具有更低的等离子体激发电压，更加节能、安全。

3、采用的等离子体介质材料更加丰富，既包括稀有气体，也包括各类液体介质。

4、所述的荧光材料可以是荧光物质或染料与液态金属的混合物，从而使液态金属电极兼具发光功能。

5、电极、等离子体介质材料、荧光材料、电极控制电路与基板及封装材料具有流动性，均可以实现变形，使液态金属等离子体彩色显示装置具有可弯折、可卷曲、可拉伸等特性，从而实现在任意形态表面的等离子体彩色显示。

6、电极驱动电路与基板、封装材料具有可扩展性，并且显示拼接的物理接口形式更加丰富多样。

附图说明

图1是液态金属等离子体彩色显示装置的基本结构示意图。

图2是液态金属等离子体彩色显示装置的发光单元结构示意图。

图3是液态金属等离子体彩色显示装置的一种正交电极分布方式和驱动方式的示意图。

图4是液态金属等离子体彩色显示装置的一种扩展接口形式的示意图。

图5是液态金属等离子体彩色显示装置的一种柔性曲面结构。

具体实施方式

图1描述了液态金属等离子体彩色显示装置的基本结构。

如图1所示，由室温液态金属电极、等离子体介质材料、荧光材料构成的基于液态金属的等离子体发光单元1，附着于基板及封装材料3上，并在电极驱动电路2控制下显示彩色图形，电极驱动电路2既可以封装于基板3上，也可以独立位于其外部，同时基于液态金属的等离子体发光单元1和等离子体电极驱动电路可以组成显示阵列，并通过扩展接口4与其他液态金属等离子体显示装置相连，以实现显示拼接。

图2描述了液态金属等离子体彩色显示装置的发光单元结构。

如图2所示，在基于液态金属的等离子体彩色发光单元1中，室温液态金属电极101(本实施例为室温液态金属镓铟合金电极)分别被印制于基板与封装材料3的上基板302和下基板303表面，其中上基板302为透明材料玻璃，下基板303则为非透明塑料或镀有反光膜的玻璃，电极101还被覆盖于透明封装层301(本实施例为透明MgO封装层)中，当电极驱动电路在两个电极间施加直流或交流电压时，等离子体介质102(本实施例为纯水)被激发并产生紫外光，进而使得荧光材料103产生绿色荧光。

图3描述了液态金属等离子体彩色显示装置的一种电极正交分布的驱动方式。

如图3所示，在一个发光单元内，一对位于上基板的液态金属电极201组成了激发电极，通过由电极驱动电路在二者间施加交流电压，可以为等离子体的维持提供电压，而在下基板3则等间距分布三条与激发电极相正交的选址电极202，并分别对应红绿蓝三基色荧光材料，电极驱动电路根据显示控制信号分别在选址电极上施加点火或擦除电压，从而实现对发光单元中三基色光的分别或同时点亮或熄灭，从而实现对阵列中各发光单元点亮与否及显示色彩的控制。

图4描述了液态金属等离子体彩色显示装置的一种扩展接口形式，由于两段液态金属材料在接触时即可融合，因此可以通过搭接的方式实现显示装置的拼接。第一接口402与第二接口403分别是位于两台液态金属等离子显示装置基板上的扩展接口，室温液态金属电极101被镶嵌于基板的微流道中并延伸至扩展接口，并用于传输电极驱动电路的控制信号；第一接口402与第二接口403只需将导线对齐搭在一起就可以实现接口的连接。由于液态金属材料具有流动性，因此搭在一起后就可以自动融合一条整体的导线。电极驱动电路会自动识别扩展设备的连接，并据此向拼接后的显示装置提供等离子体放光单元激发、维持与熄灭的控制信号或脉冲。

图5描述了液态金属等离子体彩色显示装置的一种柔性曲面结构，液态金属电极被封装于基板与封装材料3中，并可以弯曲形成圆柱状表面，等离子电极驱动电路2则位于圆柱区域内侧，并根据显示图形的要求控制显示曲面的各个等离子体彩色发光单元，从而实现在圆柱状表面的等离子体彩色图形显示。

Claims (12)

1.一种液态金属等离子体彩色显示装置，其特征在于：包括基板与封装材料(3)，附着于基板与封装材料(3)上的基于液态金属的等离子体发光单元(1)，封装于基板与封装材料(3)上或独立于基板与封装材料(3)外部的等离子体电极驱动电路(2)，所述基于液态金属的等离子体发光单元(1)和等离子体电极驱动电路(2)组成显示阵列，以显示所需的二维图像，并通过扩展接口(4)与其他液态金属等离子体显示装置相连，以实现显示拼接。

2.根据权利要求1所述的一种液态金属等离子体彩色显示装置，其特征在于：所述基板与封装材料(3)包括上基板(302)和下基板(303)，所述基于液态金属的等离子体发光单元(1)包括被覆盖于透明封装层(301)中，且被印制于上基板(302)和下基板(303)相对表面的室温液态金属电极(101)，位于上基板(302)和下基板(303)间可被室温液态金属电极(101)激发的等离子体介质材料(102)以及用于产生彩色光的荧光材料(103)。

3.根据权利要求2所述的一种液态金属等离子体彩色显示装置，其特征在于：所述室温液态金属电极(101)的材料采用镓及其与铟、锡、铋、锌金属构成的二元或多元合金，兼具导电性与流动性，用于产生直流或交流电压，从而激发所述的等离子体介质材料(102)产生并维持等离子体放电，或通过电压控制对指定的发光单元进行选址。

4.根据权利要求2所述的一种液态金属等离子体彩色显示装置，其特征在于：所述室温液态金属电极(101)中的一个电极的材料采用金、铂、银、铜、钢或铝固体金属。

5.根据权利要求2所述的一种液态金属等离子体彩色显示装置，其特征在于：所述等离子体介质材料(102)在常温和较低的电压差5V-30V下即可被所述的室温液态金属电极(101)激发产生等离子体，并发出紫外光以使所述的荧光材料(103)发出彩色色光；所述等离子体介质材料(102)为稀有气体，或纯水、弱电解质溶液、醇类、酮类、醛类、油脂、煤油、四氯化碳液体物质中的一种。

6.根据权利要求2所述的一种液态金属等离子体彩色显示装置，其特征在于：所述荧光材料(103)为无机或有机荧光物质，被等离子体紫外线激发后产生的色光为红、绿、蓝三基色光，或其他单色或多色色光；所述荧光材料(103)的存在形态包括粉末、烧结层、溶液，或者是荧光物质或染料与室温液态金属的混合物。

7.根据权利要求1所述的一种液态金属等离子体彩色显示装置，其特征在于：所述等离子体电极驱动电路(2)由液态金属或常规固体金属制作而成，采用集成驱动芯片，用于依照显示图形及时序要求产生激发、维持或消除基于液态金属的等离子体发光单元(1)发光的电压和脉冲。

8.根据权利要求1所述的一种液态金属等离子体彩色显示装置，其特征在于：所述基板与封装材料(3)为单侧透明或双侧透明；其材料为刚性材料或者是柔性或弹性材料；所述的基板与封装材料(3)用于为所述的室温液态金属电极(101)、所述的荧光材料(103)提供附着，为所述的等离子体介质材料(102)提供隔离与封装。

9.根据权利要求8所述的一种液态金属等离子体彩色显示装置，其特征在于：所述刚性材料为玻璃、石英、陶瓷、水晶、刚玉、金刚石中的一种，或聚对苯二甲酸乙二醇脂PET、聚乙烯PE、聚氯乙烯PVC、聚丙烯PP、聚苯乙烯PS、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、酚醛树脂PF、聚酰亚胺PI有机高分子聚合物中的一种；所述柔性或弹性材料为聚二甲基硅氧烷PDMS、乳胶、硅胶、硫化硅橡胶中的一种。

10.根据权利要求1所述的一种液态金属等离子体彩色显示装置，其特征在于：所述扩展接口(4)为引线式、接插式、磁吸式、搭接式或黏附式，以实现多个液态金属等离子彩色显示装置的拼接。

11.权利要求1至10任一项所述的液态金属等离子体彩色显示装置的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：在基板与封装材料(3)表面采用室温液态金属制作出液态金属电极(101)；

步骤2：将液态金属制作成的液态金属电极(101)设置于用以激发等离子体的等离子体介质材料(102)中，并加以封装；

步骤3：根据需要，在封装外壁涂敷用以产生彩色光的荧光材料(103)；

步骤4：与液态金属电极(101)对应的基于液态金属的等离子体发光单元(1)外部设置等离子体电极驱动电路(2)；

步骤5：将基于液态金属的等离子体发光单元(1)与等离子体电极驱动电路(2)组成的显示阵列与扩展接口(4)加以封装。

12.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于：所述液态金属电极(101)通过将液态金属材料直接印制、喷涂或转印于所述的基板与封装材料(3)表面，或通过掩膜印制、微流道灌注方式加工实现。