CN111785164A - 一种可拉伸反射式相变显示器件及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可拉伸反射式相变显示器件及其制备方法，该可拉伸反射式相变显示器件为基于相变材料的多层膜体系，包括弹性基底、金属反射层、相变材料层；利用夹具使弹性基底保持预变形状态，将金属反射层和相变材料层依次沉积在所述预变形状态的弹性基底上，释放预变形后，多层膜体系的可拉伸反射式相变显示器件自发形成；本发明使基于相变材料的反射式显示器件实现显示的功能性并兼具可拉伸性，并且在拉伸过程中保持多层膜形貌及光电性能的稳定。制备方法无毒无害无损，操作简单，使可拉伸反射式显示器件的制备成本大大降低，并可以应用到智能可穿戴式设备、多彩变色的柔性包装等诸多场景。

Description

一种可拉伸反射式相变显示器件及其制备方法
技术领域
本发明属于柔性显示领域，更具体地，涉及一种可拉伸反射式相变显示器件及其制备方法。
背景技术
反射式显示技术长时间吸引着人们的目光。消费者们也在迫切寻求一种待改进的反射式显示器，比如基于电泳显示原理的E-paper，即便在露天环境下也能像纸质书一样，舒适、自然地进行阅读。反射式的相变显示器件克服传统电泳显示技术的缺陷，是一种能实现全色彩，视频级播放速度的显示器件。由于在户外场景使用的优势，反射式显示器件不得不考虑适应各种不平整的表面，甚至于可穿戴式设备满足人体的舒适度需求而必要地实现一定程度的可拉伸性。
有研究人员将反射式相变显示器件制备在可弯曲的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)衬底或纸衬底上，实现了一定程度的可弯曲性，但是在显示器件多次弯曲过程中，不可避免的造成了应力对显示器件性能的损害，使显示功能失稳。
另一方面，作为相变显示器件的功能层材料——相变材料的高杨氏模量使制备的薄膜在受到拉伸应变时很难保持微观的完整性，而造成的薄膜破碎或脱落直接影响了显示器件的光电性能。此外，不同的相变材料由于其原子结构的不同也表现出不同的柔性特性，针对可拉伸的显示器件而言，选取何种类型相变材料需要进一步考量。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种可拉伸反射式相变显示器件及其制备方法，旨在克服相变显示技术的柔性缺陷，使这种全色彩、视频级播放速度的反射式显示器件能在一定范围内拉伸。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种可拉伸反射式相变显示器件，该可拉伸反射式相变显示器件是基于相变材料的多层膜体系，包括从下至上依次设置的弹性基底、金属反射层、相变材料层，依靠相变材料层在相变前后的折射率变化，实现不同色彩的显示。
预拉伸后沉积相变显示器件的多层膜于弹性基底上，释放预拉伸形成周期性的拱起，为显示器件提供了可拉伸性，当显示器件处在拉伸状态时，屈曲状态释放，多层膜体系不会因拉伸应力的作用出现显微裂纹导致性能失稳。
优选地，所述显示器件的像素可以设置有多个，通过多个所述像素的组合实现全色彩的显示。
优选地，所述弹性基底的材料为聚二甲基硅氧烷硅氧烷(PDMS)、聚氨酯(TPU)或苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)。
优选地，所述金属反射层的的金属为Ag、Al、Au、Cu或Pt，并且金属反射层的厚度大于100nm。
其中，相变材料层在晶态和非晶态之间相互转化时，其折射率n和消光系数k也随着变化。
优选地，所述相变材料层的相变材料为GeTe、SbTe、BiTe、InSb、InSe、GeSb、SbSe、GaSb、GeSbTe、AgInSbTe、InSbTe、AgSbTe、SiTe、SnTe、SnSb中的一种或多种；其中，各相变材料的原子百分比可调。
优选地，上述相变材料还包含至少一种掺杂剂。
优选地，上述相变材料层的厚度小于100nm。
按照本发明的另一个方面，还提供了一种可拉伸反射式相变显示器件的制备方法，其特征在于，包含以下几个步骤：
S1.弹性基底清洁；
S2.对所述弹性基底做单轴或多轴预变形，并利用夹具固定；
S3.在保持预变形的同时，通过薄膜沉积工艺将所述金属反射层和相变材料层依次沉积至弹性基底上；
S4.释放预变形状态，可拉伸反射式相变显示器件自发形成。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
(1)本发明提供的可拉伸反射式相变显示器件相比已有的相变显示器件设置弹性基底，将基底拉伸时作用于上层的拉伸应力转换成弯曲应力，能在一定形变、多次循环作用下依然能够保持优异的力学、光学、电学性质，且在变形状态下不产生显微裂纹，并具有在拉伸的同时保持光电性能稳定的优点，可以应用到智能可穿戴式设备、多彩变色的柔性包装等诸多场景。
(2)本发明提供的可拉伸反射式相变显示器件的制备方法只需要在沉积传统相变显示器件步骤之前对衬底进行单轴或多轴预应变操作，并在保持预应变的同时沉积相变显示器件，预应变释放后，反射式相变显示器件自发形成。本制备方法无毒无害无损，操作简单，使可拉伸反射式显示器件的制备成本大大降低。
附图说明
图1是本发明实施例1提供的显示器件拉伸状态的结构示意图；
图2是本发明实施例1提供的显示器件屈曲状态的结构示意图；
图3是采用本发明实施例2提供的制备方法制得的可拉伸反射式相变显示器件在屈曲状态下的微观形貌图；
图4是采用本发明实施例2提供的制备方法制得的可拉伸反射式相变显示器件在拉伸状态下的反射光谱效果图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明旨在提供一种新型的可拉伸反射式相变显示器件，其能在拉伸状态下保持微观形貌的稳定，并具有在拉伸的同时保持光电性能稳定的优点。
实施例1
参照图1和图2，所述的可拉伸反射式相变显示器件是多层膜体系，从下至上依次设置弹性基底1、金属反射层2、相变材料层3；并包含屈曲状态和拉伸状态两种状态，在屈曲状态下，多层膜体系表面形成周期性的拱起，在拉伸状态下，周期性的拱起释放，以抵消多层膜体系直接发生应变导致的薄膜破裂或脱落现象，造成光点性能的失效。
当显示器件处在拉伸状态时，屈曲状态释放，多层膜体系不会因拉伸应力的作用出现显微裂纹导致性能失稳；
具体地，弹性基底的材料为聚二甲基硅氧烷硅氧烷(PDMS)、聚氨酯(TPU)或苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)。其中，由于PDMS杨氏模量为5MPa，接近人体皮肤的柔软度，弹性性能优良，故本实施例中，选择PDMS作为弹性基底材料。
具体地，金属反射层的的金属为Ag、Al、Au、Cu或Pt，并且金属反射层的厚度大于100nm。由于Pt优良的延展性及对可见光范围内的光波具有较高的反射率，故在本实施例中选择Pt作为金属反射层。
具体地，所述相变材料层的相变材料为GeTe、SbTe、BiTe、InSb、InSe、GeSb、SbSe、GaSb、GeSbTe、AgInSbTe、InSbTe、AgSbTe、SiTe、SnTe、SnSb中的一种或多种；其中，各相变材料的原子百分比可调。其中，各相变材料的原子百分比可调。其中Sb2Te3晶体结构为层状的五元组-Te-Sb-Te-Sb-Te-组成，层内为牢固的共价键，但层与层之间由范德华力形成Te-Te的间隙，这样的间隙为材料受到应变时提供了缓冲区域而不至于断裂，故本实施例中，相变材料层为Sb2Te3。优选地，相变材料还包含至少一种掺杂剂，如C、N。
实施例2
本实施例提供了一种可拉伸反射式相变显示器件的制备方法，具体的，本实施例中，所述可拉伸反射式相变显示器件的多层膜体系从下到上依次是：弹性基底，具体材料为PDMS；金属反射层，具体材料为Pt；相变材料层，具体材料为Sb2Te3。制备方法包括以下步骤：
S1.弹性基底清洁，具体方法是将弹性基底放入丙酮溶液中，超声清洗十分钟，除去弹性基底表面的颗粒，去除大部分杂质，再将弹性基底置入无水乙醇中超声清洗十分钟，利用无水乙醇溶解残留的丙酮，最后用去离子水冲洗并用氮气枪吹干弹性基底；
S2.对弹性基底做单轴预拉伸变形，弹性基底的尺寸设置为30mm×30mm，利用自制的夹具控制预拉伸量，预拉伸量可控范围为5％-100％之间，本实施例的预拉伸量为10％，并将弹性基底固定在磁控溅射的基片上；
S3.对预拉伸后的弹性基底进行磁控溅射工艺，首先磁控溅射沉积金属层Pt，金属Pt层的作用是反射层，厚度为100nm，使光线无法穿透；在金属反射层上沉积相变材料Sb2Te3，厚度为10nm；
S4.溅射完成后，从溅射腔中取出弹性基底并释放预拉伸，自发形成柔性反射式相变显示器件。
采用以上制备方法，所得可拉伸反射式相变显示器件扫描电子显微镜下的图像如图3所示，在拉伸后不存在显微裂纹，将其应用于柔性显示器件，不会出现断路、器件失效等不良现象。
采用以上制备方法，所得可拉伸反射式相变显示器件在不同拉伸状态下的反射光谱图如图4所示，在10％的拉伸范围内反射光谱变化很小，将其应用于柔性显示器件，不会因拉伸出现光谱漂移等不良现象。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种可拉伸反射式相变显示器件，其特征在于，所述可拉伸反射式相变显示器件包括从下到上依次设置的弹性基底、金属反射层、相变材料层；
所述弹性基底为可拉伸反射式相变显示器件提供可拉伸性，使可拉伸反射式相变显示器件表现为拉伸状态或屈曲状态；
所述相变材料层中的相变材料在热场、电场或激光脉冲的激励下发生晶态与非晶态的转变，导致相变，相变前后的折射率变化实现不同色彩的显示。
2.根据权利要求1所述的一种可拉伸反射式相变显示器件，其特征在于，所述弹性基底的材料为聚二甲基硅氧烷硅氧烷、聚氨酯或苯乙烯嵌段共聚物。
3.根据权利要求1所述的一种可拉伸反射式相变显示器件，其特征在于，所述相变材料层在晶态和非晶态之间相互转化时，其折射率n和消光系数k也随着变化。
4.根据权利要求1所述的一种可拉伸反射式相变显示器件，其特征在于，所述相变材料层的材料包括GeTe、SbTe、BiTe、InSb、InSe、GeSb、SbSe、GaSb、GeSbTe、AgInSbTe、InSbTe、AgSbTe、SiTe、SnTe、SnSb中的一种或多种；其中，各材料的原子百分比可调。
5.根据权利要求4所述的一种可拉伸反射式相变显示器件，其特征在于，所述相变材料层还包含至少一种掺杂剂。
6.根据权利要求4所述的一种可拉伸反射式相变显示器件，其特征在于，所述相变材料层的厚度小于100nm。
7.根据权利要求1所述的一种可拉伸反射式相变显示器件，其特征在于，所述金属反射层的金属为Ag、Al、Au、Cu或Pt，并且金属反射层的厚度大于100nm。
8.一种权利要求1-7任一项所述的可拉伸反射式相变显示器件的制备方法，其特征在于，其制备方法包含以下步骤：
S1.弹性基底清洁；
S2.对所述弹性基底做单轴或多轴预变形，并利用夹具固定；
S3.在保持预变形的同时，通过薄膜沉积工艺将所述金属反射层和相变材料层依次沉积至弹性基底上；
S4.释放预变形状态，可拉伸反射式相变显示器件自发形成。
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