專利名稱：基于光子晶體概念的彩色電泳顯示器顯示方法及顯示器的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種基于光子晶體概念的彩色電泳顯示器顯示方法及顯示器，屬于電泳顯示器技術(shù)領域。
背景技術(shù)：
由于電泳顯示器具有低能耗、高反射、寬視角等性能優(yōu)點，所以關(guān)于此項技術(shù)已有廣泛研究。但在初期的研究工作中，電泳顯示器因為顆粒團聚、遷移而導致不能穩(wěn)定工作，所以一直未獲得商業(yè)應用。美國E-INK公司的B.Comiskey等人在1997年提出了用微膠囊構(gòu)造電泳顯示器(亦稱電子紙)的方法，這種方法成功的解決了顆粒團聚和遷移的問題，從而使電泳顯示器有了商業(yè)應用的可能。而目前研究的微膠囊電泳顯示器大多僅能顯示兩種顏色(通常為黑色和白色)，因此研究高效低成本的彩色電泳顯示器具有重要的應用價值。
廣義的光子晶體是一種周期性排列的有序結(jié)構(gòu)。當有序結(jié)構(gòu)周期與入射電磁波的波長可比擬時，某些頻段的電磁波強度因破壞性干涉呈指數(shù)衰減，無法在介質(zhì)中傳播，形成電磁波能隙(photonic band-gap)。在帶隙頻率范圍內(nèi)的光被完全反射。反射光的波長與物質(zhì)的折射率、有序結(jié)構(gòu)的周期性及填充率等有關(guān)。通過改變外界條件，如電場強度、磁場強度、溫度等，可改變有序結(jié)構(gòu)周期或填充物質(zhì)的折射率，從而改變反射光的波長。本發(fā)明通過改變外加電場(電壓)的方法來改變微膠囊內(nèi)微球的排列狀態(tài)，即光子晶體的有序結(jié)構(gòu)周期，從而達到改變反射光的波長(獲得彩色顯示)的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可以進行彩色電泳顯示的基于光子晶體概念的彩色電泳顯示器顯示方法及顯示器。
本發(fā)明提出的基于光子晶體概念的彩色電泳顯示器顯示方法，其特征在于，所述方法是在位于兩個平行的電極面板間包覆于微膠囊內(nèi)的微球上施加外加電場，在外加電場的作用下，微球由于自身荷電，在電場作用下定向運動并有序排列，從而對波長與之匹配的光完全反射而獲得彩色顯示。
在上述彩色電泳顯示器顯示方法中，所述微膠囊尺寸為20～100μm，其中值尺寸為30～50μm。
在上述彩色電泳顯示器顯示方法中，包覆于微膠囊內(nèi)的微球其粒徑為200～600nm。
在上述彩色電泳顯示器顯示方法中，所述微球的材料為高分子材料，其折射率為1.5～2.1。
在上述彩色電泳顯示器顯示方法中，所述微球的材料也可為二氧化硅材料，其折射率為1.48。
在上述彩色電泳顯示器顯示方法中，所述外加電場電壓為1～10V。
本發(fā)明提出的基于光子晶體概念的彩色電泳顯示器，其特征在于，所述電泳顯示器含有兩個平行的電極面板和夾在所述兩個平行的電極面板間的一層微膠囊，其微膠囊內(nèi)包有粒徑均勻的微球。
在上述彩色電泳顯示器中，所述兩個平行的電極面板中至少有一塊是透明的圖案化電極面板。
本發(fā)明通過改變外加電場(電壓)的方法調(diào)節(jié)微球的排列狀態(tài)，即光子晶體的有序結(jié)構(gòu)周期，從而產(chǎn)生不同的反射光，達到彩色顯示的目的。本發(fā)明提供的彩色電泳顯示器具有低能耗、高反射、寬視角等特點，特別適于制作在日光條件下使用的顯示器，因而具有重要的應用價值。


圖1為本發(fā)明微球間的間距為1.2倍微球直徑(所施電壓較低時)的示意圖。
圖2為本發(fā)明微球間的間距為1.1倍微球直徑(所施電壓較高時)的示意圖。
圖3為本發(fā)明基于光子晶體概念的彩色電泳顯示器結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明是按照如下技術(shù)方案實現(xiàn)的本發(fā)明是一種基于光子晶體概念的彩色電泳顯示器，其核心部分是一種包有大量均勻亞微米微球的微膠囊。
電泳顯示器具有低能耗、高反射、寬視角等特點，因而特別適于作在日光條件下使用的顯示器，如移動電話、電子圖書、廣告牌等。微膠囊電泳顯示器一般是由兩個平行的電極面板(至少有一塊是透明的)和夾在兩面板間的一層微膠囊組成。每個微膠囊內(nèi)包有一種絕緣液體和一種帶電荷的顏料微粒，當在兩電極間施加一定電壓時，該顏料微粒就遷移到一側(cè)，這樣就可獲得圖形顯示。本發(fā)明所涉及的基于光子晶體概念的微膠囊(膠囊直徑在20-100μm之間)亦是位于兩電極面板間，與傳統(tǒng)微膠囊電泳顯示器不同的是，其內(nèi)包含有粒徑均勻的亞微米微球，在外加電場的作用下，微球由于自身荷電，在電場作用下定向運動并有序排列，從而對波長與之匹配的光完全反射而獲得彩色顯示。通過反射所獲得的色彩與亞微米小球的粒徑、折射率、填充介質(zhì)的折射率及微球的排列狀態(tài)相關(guān)，具體涉及的計算公式有(1)neff=n12f+n22(1-f)]]>，其中n1，n2分別為小球和溶劑的相對折射率，f為小球的填充率，neff為有效折射率；對于面心立方排列的小球，(2)d=23D]]>，其中d為(111)面間距，D為小球直徑；(3)λ=2dn2eff-Sin2θ]]>，其中λ為反射光的波長，θ為光的反射角。
在本發(fā)明中，我們給定若干體系微球，其亞微米微球的粒徑、折射率、填充介質(zhì)的折射率均是一定的，通過改變外加電場(電壓)來改變微球的排列狀態(tài)，即光子晶體的有序結(jié)構(gòu)周期，從而改變反射光的波長。用于微膠囊中有序排列的微球既可以由無機材料制成，也可以由有機材料制成，常用的有SiO2微球、聚苯乙烯微球以及其他高分子微球。
微膠囊的制作可以使用現(xiàn)存的一些成熟方法，如界面聚合法、原位聚合法、復合凝聚法等。其囊壁應是透明的，合適的壁材有尿素-甲醛縮合物、阿拉伯樹膠、凝膠等。以原位聚合法合成的尿素-甲醛微膠囊為例，首先需要把小球分散于溶劑中。所用溶劑為具有良好絕緣性能的透明液體，另外溶劑和小球之間的溶劑效應要小，例如有機小球可分散于水中，無機小球則可分散于水或有溶劑己烷、辛烷、十二烷、甲苯、二甲苯等中。在分散小球時可有選擇的加入一些分散劑和荷電添加劑。在完成上述分散步驟后，將含有微球的溶液經(jīng)乳化后分散于溶有尿素-甲醛預聚體的水中，加入催化劑使其發(fā)生聚合反應，進而形成包有大量微球的微膠囊。在乳化的過程中可根據(jù)乳液的類型有選擇地添加適當表面活性劑，如十二烷基苯磺酸鈉、司本85、司本60、吐溫60、吐溫20、石油磺酸鈉等。本發(fā)明所涉及的包有亞微米微球的微膠囊的顆粒尺寸在20-100μm之間，其中值尺寸位于趨近30-50μm處。
接下來將含有微膠囊的溶液注入兩電極面板間，或被“印刷”或被涂布到一透明導電膜上，該微膠囊也可被固定在兩電極間的粘合劑中。通過引線將外部電壓加載到面電極上，在兩電極面板間形成可控電場。在外加電場的作用下，微球由于自身荷電，在電場作用下定向運動并有序排列，從而對波長與之匹配的光完全反射獲得彩色顯示。
微膠囊電泳顯示器一般是由兩個平行的電極面板(至少有一塊是透明的)和夾在兩面板間的一層微膠囊組成。每個微膠囊內(nèi)包有一種絕緣液體和一種帶電荷的顏料微粒，當在兩電極間施加一定電壓時，該顏料微粒就遷移到一側(cè)，這樣就可獲得圖形顯示。藹(1)neff=n12f+n22(1-f)]]>，其中n1，n2分別為小球和溶劑的相對折射率，f為小球的填充率，neff為有效折射率；對于面心立方排列的小球，(2)d=23D]]>，其中d為(111)面間距，D為小球直徑；(3)λ=2dn2eff-Sin2θ]]>，其中λ為反射光的波長，θ為光的反射角。
在本發(fā)明中，我們給定若干體系微球，其亞微米微球的粒徑、折射率、填充介質(zhì)的折射率均是一定的，通過改變外加電場(電壓)來改變小球的排列狀態(tài)，從而改變反射光的波長。用于微膠囊中有序排列的小球既可以由無機材料制成，也可以由有機材料制成，常用的有SiO2微球、聚苯乙烯微球以及其他高分子微球。
微膠囊的制作可以使用現(xiàn)存的一些成熟方法，如界面聚合法、原位聚合法、復合凝聚法等。其囊壁應是透明的，合適的壁材有尿素-甲醛縮合物、阿拉伯樹膠、凝膠等。以原位聚合法合成的尿素-甲醛微膠囊為例，首先需要把微球分散于溶劑中。所用溶劑為具有良好絕緣性能的透明液體，另外溶劑和微球之間的溶劑效應要小，例如有機微球可分散于水中，無機微球則可分散于水或有溶劑己烷、辛烷、十二烷、甲苯、二甲苯等中。在分散小球時可有選擇的加入一些分散劑和荷電添加劑。在完成上述分散步驟后，將含有微球的溶液經(jīng)乳化后分散于溶有尿素-甲醛預聚體的水中，加入催化劑使其發(fā)生聚合反應，進而形成包有大量微球的微膠囊。在乳化的過程中可根據(jù)乳液的類型有選擇地添加適當表面活性劑，如十二烷基苯磺酸鈉、司本85、司本60、吐溫60、吐溫20、石油磺酸鈉等。本發(fā)明所涉及的包有亞微米微球的微膠囊顆粒尺寸在20-100m之間，其中值尺寸位于趨近30-50m處。
接下來將含有微膠囊的溶液注入兩電極面板間，或被“印刷”或被涂布到一透明導電膜上，該微膠囊也可被固定在兩電極間的粘合劑中。通過引線將外部電壓加載到面電極上，在兩電極面板間形成可控電場。(上面這段紅字似乎可以不要？)在外加電場的作用下，獲得彩色顯示的具體實施方式
是微球由于自身荷電，在給定電場作用下定向運動并有序排列，當電場強度較低時，膠囊中的微球排列比較疏松，相鄰微球的中心距離較大，這樣波長與之相匹配的較長的光被完全反射。這時表現(xiàn)為長波長光的反射，如紅光。當電場強度進一步加大，膠囊中的微球間的中心距離減小(如附圖1、2所示)，從而對波長與之匹配的光完全反射獲得彩色顯示。具體到個例時，在同一方向上獲得相同波長的反射光所需施加的電壓的大小與微膠囊的大小有關(guān)，一般膠囊的粒徑越大，所需施加的電壓也越大。
下面舉例進一步說明本發(fā)明實施例1首先用原位聚合法合成囊壁為尿素-甲醛聚合物的微膠囊，篩選出中值尺寸位于趨近40μm處的粒徑為20-60μm的微膠囊，這些微膠囊內(nèi)包有大量粒徑為370±10nm的聚苯乙烯微球和水。而后將這些粒徑為20-60μm的微膠囊涂布到兩電極面板間，兩電極中有一塊是含有圖案化的透明氧化銦錫(ITO)導電薄膜的玻璃，兩電極面板的間距為微球直徑的1.5-2倍。利用引線將電壓施加于兩電極面板間，通過對不同象素單元施加不同電壓而使微球的排列方式不同，進而獲得不同的反射光。例如在本實施例中當對象素單元施加的電壓為2V時，在垂直與電極面板方向上所獲得的反射光為紅色；而當所施電壓為5V時，在垂直與電極面板方向上所獲得的反射光為的藍色。這樣通過施加2-5V范圍內(nèi)的電壓就可獲得從紅色到藍色范圍內(nèi)的連續(xù)變化的光。
權(quán)利要求
1.基于光子晶體概念的彩色電泳顯示器顯示方法，其特征在于，所述方法是在位于兩個平行的電極面板間包覆于微膠囊內(nèi)的微球上施加外加電場，在外加電場的作用下，微球由于自身荷電，在電場作用下定向運動并有序排列，從而對波長與之匹配的光完全反射而獲得彩色顯示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彩色電泳顯示器顯示方法，其特征在于，所述微膠囊尺寸為20～100μm，其中值尺寸為30～50μm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彩色電泳顯示器顯示方法，其特征在于，包覆于微膠囊內(nèi)的微球其粒徑為200～600nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彩色電泳顯示器顯示方法，其特征在于，所述微球的材料為高分子材料，其折射率為1.5～2.1。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彩色電泳顯示器顯示方法，其特征在于，所述微球的材料也可為二氧化硅材料，其折射率為1.48。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彩色電泳顯示器顯示方法，其特征在于，所述外加電場電壓為1～10V。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光子晶體概念的彩色電泳顯示器，其特征在于，所述電泳顯示器含有兩個平行的電極面板和夾在所述兩個平行的電極面板間的一層微膠囊，其微膠囊內(nèi)包有粒徑均勻的微球。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的彩色電泳顯示器，其特征在于，所述兩個平行的電極面板中至少有一塊是透明的圖案化電極面板。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于光子晶體概念的彩色電泳顯示器顯示方法及顯示器，屬于電泳顯示器技術(shù)領域。其特征是在位于兩個平行的電極面板間包覆于微膠囊內(nèi)的微球上施加外加電場，在外加電場的作用下，微球由于自身荷電，在電場作用下定向運動并有序排列，從而對波長與之匹配的光完全反射而獲得彩色顯示。由于本發(fā)明通過改變外加電場即電壓的方法調(diào)節(jié)微球的排列狀態(tài)，即光子晶體的有序結(jié)構(gòu)周期，從而可產(chǎn)生不同的反射光，達到彩色顯示的目的。本發(fā)明提供的彩色電泳顯示器具有低能耗、高反射、寬視角等特點，特別適于制作在日光條件下使用的顯示器，具有重要的應用價值。
文檔編號G02F1/01GK1490657SQ0315705
公開日2004年4月21日 申請日期2003年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月12日
發(fā)明者周濟, 沈建紅, 李勃, 蔡敏敏, 周 濟 申請人:清華大學