具有電場響應光子晶體特性的彩色電泳顯示器及其制備方法和顯示方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及電泳顯示技術領域，尤其是一種具有電場響應光子晶體特性的彩色電泳顯示器及其制備方法和顯示方法。
【背景技術】
[0002]電子墨水顯示，即微膠囊化電泳顯示技術(Microencapsulated electrophoreticdisplay)，是由麻省理工學院(MIT)媒體實驗室于1997年提出的。它是一種物理、化學、電子學多學科協(xié)作開發(fā)的非發(fā)光型的新型電泳顯示(Electrophoretic Display)材料技術。它利用膠體化學中的電泳原理，把帶正、負電荷的特定的顏料(如黑與白)固體顆粒穩(wěn)定地分散在含染料的非水分散體系中，使分散相與分散介質(zhì)呈強烈反差，然后在電場作用下，帶電顏料粒子移動到電極表面上而顯示出特定顏色。電子墨水微膠囊抑制了電泳粒子在大于膠囊尺度范圍內(nèi)的團聚、沉積，提高了電泳顯示液的穩(wěn)定性，延長了使用壽命。電子墨水顯示具有對比度大、寬視角、低能耗與柔性顯示等優(yōu)點，不過，電子墨水的不足之處在于它的較低的色彩表現(xiàn)效果，即難以表現(xiàn)各種顏色，因為粒子的顏色已經(jīng)被設定為特定的顏色。
[0003]為了根本克服電泳顯示器的上述問題，有人已提出各種方法，例如，利用電場響應光子晶體的原理的方法。
[0004]自然界中的光子晶體的典型例子很多，比如蝴蝶翅膀、甲蟲殼等等，它們是光子晶體中的結(jié)構(gòu)色。結(jié)構(gòu)色的產(chǎn)生是由于光子晶體中光子禁帶的存在。當帶隙的范圍落在可見光范圍內(nèi)(380-780nm)，特定頻率的可見光將不能透過該晶體。這些不能傳播的光將被光子晶體反射，在具有周期性結(jié)構(gòu)的晶體表面形成相干衍射。這些很窄波段的光被眼睛所感知，就產(chǎn)生絢麗的結(jié)構(gòu)色。不同于存在于自然界的現(xiàn)有光子晶體只反射特定波長的光線，人工合成的光子晶體可利用不同外界刺激任意改變它的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。
[0005]有很多外界刺激可以驅(qū)動光子晶體光學特性的變化，包括溫度、化學試劑、機械力、光、電場和磁場等，其中，電場易于實現(xiàn)小型化，易于集成，實現(xiàn)區(qū)域精確控制且器件相互不受干擾，故而電場響應光子晶體在反射型彩色顯示方面具有獨特的優(yōu)點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供了一種具有電場響應光子晶體特性的彩色電泳顯示器的制備方法，利用微膠囊化來解決單分散納米粒子在保存過程中的團聚和沉降問題，制備得到的彩色電泳顯示器可以達到柔性彩色顯示的效果，并且在不同的電壓作用下，可以實現(xiàn)單一粒子的多種顯色，具有重要的應用價值。
[0007]—種具有電場響應光子晶體特性的彩色電泳顯示器的制備方法，包括以下步驟:
[0008](I)制備電泳顯示粒子:對單分散納米粒子進行有機改性得到電泳顯示粒子；
[0009]所述的單分散納米粒子選自Fe304、Fe304@Si02、Si02@Ti02 或 Fe3O4OC;
[0010](2)制備電泳顯示液:將分散穩(wěn)定劑、電泳分散介質(zhì)混合，再加入步驟(I)制備的電泳顯示粒子和電荷控制劑，超聲分散均勻后，得到電泳顯示液；
[0011](3)制備微膠囊:經(jīng)一步原位聚合法或復凝膠法，將步驟(2)得到的電泳顯示液制備成微膠囊；
[0012](4)制備顯示器:將步驟(3)制備的微膠囊涂布到柔性基底上，在柔性基底的上、下表面分別輔以透明電極，得到所述的具有電場響應光子晶體特性的彩色電泳顯示器。
[0013]本發(fā)明將經(jīng)過有機改性的電泳顯示粒子分散在包含電荷控制劑和分散穩(wěn)定劑的電泳分散介質(zhì)中，使其表面帶電荷，能在電場作用下發(fā)生電泳運動并且穩(wěn)定分散，從而得到電泳顯示液，再將電泳顯示液經(jīng)原位聚合或復凝聚包覆成微膠囊，這樣可以防止電泳顯示粒子的團聚和沉降。
[0014]所述的有機改性過程:
[0015]第一步，在單分散納米粒子表面接枝官能團，使其表面帶有高活性的有機基團；第二步，該有機基團在加熱和化學反應下，產(chǎn)生碳陽離子和碳陰離子，再在樹脂單體和引發(fā)劑AIBN的作用下，發(fā)生聚合反應。
[0016]所述的樹脂選自丙烯酸類樹脂，如PMMA、PLMA、PDMAEMA、PHEA等，該樹脂可以為單一的均聚物或共聚物，如PLMA-b-PDMAEMA共聚物。
[0017]作為優(yōu)選，步驟(I)中，F(xiàn)e304@Si02經(jīng)有機改性后得到Fe3O4OS12OPMMA復合粒子；
[0018]S12OT12經(jīng)有機改性后得到Si02@Ti02-b-PLMA復合粒子；
[0019]Fe3O4OC經(jīng)有機改性后得到Fe304@C@PLMA-b-PDMAEMA復合粒子。
[0020]Fe3O4OS12的有機改性過程，S卩Fe3O4OS12OPMMA復合粒子的制備流程如下:將Fe3O4OS12均勻分散在含表面改性劑聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和引發(fā)劑AIBN的介質(zhì)乙醇中，攪拌下加入反應單體甲基丙烯酸甲酯(MMA)，并且通入他并始終保持N2氣氛，60?70°C下反應20h后，經(jīng)后處理得到Fe3O4OS12OPMMA復合粒子；
[0021 ] 所述粒子Fe3O4OS12與介質(zhì)乙醇的質(zhì)量比為1: (50?200)；
[0022]所述的粒子Fe304@Si02、表面改性劑PVP、引發(fā)劑AIBN、反應單體MMA的質(zhì)量比為1:(0.1 ?1):(0.1 ?1):(4 ?12)0
[0023]S12OT12的有機改性過程，S卩Si02@Ti02-b-PLMA復合粒子的制備流程如下:
[0024]將S12OT12均勻分散在含表面改性劑MPS的介質(zhì)甲醇與水的混合溶液中，機械攪拌下，升溫至50?70 °C，反應I?3h，經(jīng)后處理得到硅烷MPS改性后的S12OT12粒子;將表面接枝改性后的S12OT12粒子均勻分散在含引發(fā)劑AIBN的介質(zhì)甲苯中，攪拌下加入反應單體甲基丙烯酸月桂酯(LMA)，并且通入吣并始終保持N2氣氛，60?70°C下反應24h后，經(jīng)后處理得到Si02@Ti02-b-PLMA復合粒子；
[0025]所述的粒子5丨02@1102、甲醇和水的混合溶液的質(zhì)量比為1:(1?100);
[0026]所述的粒子Si02@Ti02、表面改性劑MPS、引發(fā)劑AIBN、反應單體LMA的質(zhì)量比為1:(0.1?1):(0.1?1):(4?10)。
[0027]Fe3O4OC的有機改性過程，即Fe304@C@PLMA-b-PDMAEMA復合粒子的制備流程如下:
[0028](I)PLMA的制備:將混合物M、反應單體LMA完全溶解在甲苯中，攪拌Ih后加入2_溴異丁烯酸乙酯，在攪拌條件下升溫至90°C，反應10?20h，經(jīng)后處理得聚合物PLMA;
[0029](2)嵌段共聚物PLMA-b-PDMAEMA的制備:將混合物M、PLMA、反應單體甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(DMAEMA)完全溶解在甲苯中，攪拌Ih后升溫至90°C，反應20?30h，經(jīng)后處理得嵌段共聚物PLMA-b-PDMAEMA ；
[0030](3)將Fe3O4OC粒子用鹽酸酸化，然后取酸化后的Fe304@C、嵌段共聚物PLMA-b-PDMAEMA倒入鄰二氯苯中，超聲處理I?5h，再經(jīng)后處理后即得Fe304@C@PLMA-b-PDMAEMA復合粒子；
[0031]所述(I)中混合物M選自氯化亞銅(CuCl)、氯化銅(CuCl2KLf-二壬基-2,2^聯(lián)吡啶(dNbpy)中的至少一種，M在甲苯中的濃度為0.2%?3%;
[0032]所述(I)中單體LMA與引發(fā)劑2-溴異丁烯酸乙酯的質(zhì)量比為1:(0.1?I);
[0033]所述(2)中PLMA與單體DMAEMA的質(zhì)量比為1: (I?3)；
[0034]所述(3)中Fe304@C與PLMA-b-PDMAEMA復合粒子的質(zhì)量比為1: (I?1)。
[0035]進一步給出本發(fā)明中所采用的單分散納米粒子的制備方法:
[0036]Fe3O4的合成方法為:Fe3O4膠體粒子用溶劑熱法合成;Fe3O4具有獨特的超順磁性及粒子之間的偶極作用。
[0037]Fe304@Si02的合成方法為:Fe3(k納米粒子用溶劑熱法合成，用Stober法在Fe3(k上包覆S12形成核殼結(jié)構(gòu)；Fe3O4OS12粒子具有高的光學對比，在有機溶劑中具有高的電泳率。