具有电场响应光子晶体特性的彩色电泳显示器及其制备方法和显示方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电泳显示技术领域，尤其是一种具有电场响应光子晶体特性的彩色电泳显示器及其制备方法和显示方法。
【背景技术】
[0002]电子墨水显示，即微胶囊化电泳显示技术(Microencapsulated electrophoreticdisplay)，是由麻省理工学院(MIT)媒体实验室于1997年提出的。它是一种物理、化学、电子学多学科协作开发的非发光型的新型电泳显示(Electrophoretic Display)材料技术。它利用胶体化学中的电泳原理，把带正、负电荷的特定的颜料(如黑与白)固体颗粒稳定地分散在含染料的非水分散体系中，使分散相与分散介质呈强烈反差，然后在电场作用下，带电颜料粒子移动到电极表面上而显示出特定颜色。电子墨水微胶囊抑制了电泳粒子在大于胶囊尺度范围内的团聚、沉积，提高了电泳显示液的稳定性，延长了使用寿命。电子墨水显示具有对比度大、宽视角、低能耗与柔性显示等优点，不过，电子墨水的不足之处在于它的较低的色彩表现效果，即难以表现各种颜色，因为粒子的颜色已经被设定为特定的颜色。
[0003]为了根本克服电泳显示器的上述问题，有人已提出各种方法，例如，利用电场响应光子晶体的原理的方法。
[0004]自然界中的光子晶体的典型例子很多，比如蝴蝶翅膀、甲虫壳等等，它们是光子晶体中的结构色。结构色的产生是由于光子晶体中光子禁带的存在。当带隙的范围落在可见光范围内(380-780nm)，特定频率的可见光将不能透过该晶体。这些不能传播的光将被光子晶体反射，在具有周期性结构的晶体表面形成相干衍射。这些很窄波段的光被眼睛所感知，就产生绚丽的结构色。不同于存在于自然界的现有光子晶体只反射特定波长的光线，人工合成的光子晶体可利用不同外界刺激任意改变它的结晶结构。
[0005]有很多外界刺激可以驱动光子晶体光学特性的变化，包括温度、化学试剂、机械力、光、电场和磁场等，其中，电场易于实现小型化，易于集成，实现区域精确控制且器件相互不受干扰，故而电场响应光子晶体在反射型彩色显示方面具有独特的优点。
【发明内容】
[0006]本发明提供了一种具有电场响应光子晶体特性的彩色电泳显示器的制备方法，利用微胶囊化来解决单分散纳米粒子在保存过程中的团聚和沉降问题，制备得到的彩色电泳显示器可以达到柔性彩色显示的效果，并且在不同的电压作用下，可以实现单一粒子的多种显色，具有重要的应用价值。
[0007]—种具有电场响应光子晶体特性的彩色电泳显示器的制备方法，包括以下步骤:
[0008](I)制备电泳显示粒子:对单分散纳米粒子进行有机改性得到电泳显示粒子；
[0009]所述的单分散纳米粒子选自Fe304、Fe304@Si02、Si02@Ti02 或 Fe3O4OC;
[0010](2)制备电泳显示液:将分散稳定剂、电泳分散介质混合，再加入步骤(I)制备的电泳显示粒子和电荷控制剂，超声分散均匀后，得到电泳显示液；
[0011](3)制备微胶囊:经一步原位聚合法或复凝胶法，将步骤(2)得到的电泳显示液制备成微胶囊；
[0012](4)制备显示器:将步骤(3)制备的微胶囊涂布到柔性基底上，在柔性基底的上、下表面分别辅以透明电极，得到所述的具有电场响应光子晶体特性的彩色电泳显示器。
[0013]本发明将经过有机改性的电泳显示粒子分散在包含电荷控制剂和分散稳定剂的电泳分散介质中，使其表面带电荷，能在电场作用下发生电泳运动并且稳定分散，从而得到电泳显示液，再将电泳显示液经原位聚合或复凝聚包覆成微胶囊，这样可以防止电泳显示粒子的团聚和沉降。
[0014]所述的有机改性过程:
[0015]第一步，在单分散纳米粒子表面接枝官能团，使其表面带有高活性的有机基团；第二步，该有机基团在加热和化学反应下，产生碳阳离子和碳阴离子，再在树脂单体和引发剂AIBN的作用下，发生聚合反应。
[0016]所述的树脂选自丙烯酸类树脂，如PMMA、PLMA、PDMAEMA、PHEA等，该树脂可以为单一的均聚物或共聚物，如PLMA-b-PDMAEMA共聚物。
[0017]作为优选，步骤(I)中，Fe304@Si02经有机改性后得到Fe3O4OS12OPMMA复合粒子；
[0018]S12OT12经有机改性后得到Si02@Ti02-b-PLMA复合粒子；
[0019]Fe3O4OC经有机改性后得到Fe304@C@PLMA-b-PDMAEMA复合粒子。
[0020]Fe3O4OS12的有机改性过程，S卩Fe3O4OS12OPMMA复合粒子的制备流程如下:将Fe3O4OS12均匀分散在含表面改性剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和引发剂AIBN的介质乙醇中，搅拌下加入反应单体甲基丙烯酸甲酯(MMA)，并且通入他并始终保持N2气氛，60?70°C下反应20h后，经后处理得到Fe3O4OS12OPMMA复合粒子；
[0021 ] 所述粒子Fe3O4OS12与介质乙醇的质量比为1: (50?200)；
[0022]所述的粒子Fe304@Si02、表面改性剂PVP、引发剂AIBN、反应单体MMA的质量比为1:(0.1 ?1):(0.1 ?1):(4 ?12)0
[0023]S12OT12的有机改性过程，S卩Si02@Ti02-b-PLMA复合粒子的制备流程如下:
[0024]将S12OT12均匀分散在含表面改性剂MPS的介质甲醇与水的混合溶液中，机械搅拌下，升温至50?70 °C，反应I?3h，经后处理得到硅烷MPS改性后的S12OT12粒子;将表面接枝改性后的S12OT12粒子均匀分散在含引发剂AIBN的介质甲苯中，搅拌下加入反应单体甲基丙烯酸月桂酯(LMA)，并且通入吣并始终保持N2气氛，60?70°C下反应24h后，经后处理得到Si02@Ti02-b-PLMA复合粒子；
[0025]所述的粒子5丨02@1102、甲醇和水的混合溶液的质量比为1:(1?100);
[0026]所述的粒子Si02@Ti02、表面改性剂MPS、引发剂AIBN、反应单体LMA的质量比为1:(0.1?1):(0.1?1):(4?10)。
[0027]Fe3O4OC的有机改性过程，即Fe304@C@PLMA-b-PDMAEMA复合粒子的制备流程如下:
[0028](I)PLMA的制备:将混合物M、反应单体LMA完全溶解在甲苯中，搅拌Ih后加入2_溴异丁烯酸乙酯，在搅拌条件下升温至90°C，反应10?20h，经后处理得聚合物PLMA;
[0029](2)嵌段共聚物PLMA-b-PDMAEMA的制备:将混合物M、PLMA、反应单体甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(DMAEMA)完全溶解在甲苯中，搅拌Ih后升温至90°C，反应20?30h，经后处理得嵌段共聚物PLMA-b-PDMAEMA ；
[0030](3)将Fe3O4OC粒子用盐酸酸化，然后取酸化后的Fe304@C、嵌段共聚物PLMA-b-PDMAEMA倒入邻二氯苯中，超声处理I?5h，再经后处理后即得Fe304@C@PLMA-b-PDMAEMA复合粒子；
[0031]所述(I)中混合物M选自氯化亚铜(CuCl)、氯化铜(CuCl2KLf-二壬基-2,2^联吡啶(dNbpy)中的至少一种，M在甲苯中的浓度为0.2%?3%;
[0032]所述(I)中单体LMA与引发剂2-溴异丁烯酸乙酯的质量比为1:(0.1?I);
[0033]所述(2)中PLMA与单体DMAEMA的质量比为1: (I?3)；
[0034]所述(3)中Fe304@C与PLMA-b-PDMAEMA复合粒子的质量比为1: (I?1)。
[0035]进一步给出本发明中所采用的单分散纳米粒子的制备方法:
[0036]Fe3O4的合成方法为:Fe3O4胶体粒子用溶剂热法合成;Fe3O4具有独特的超顺磁性及粒子之间的偶极作用。
[0037]Fe304@Si02的合成方法为:Fe3(k纳米粒子用溶剂热法合成，用Stober法在Fe3(k上包覆S12形成核壳结构；Fe3O4OS12粒子具有高的光学对比，在有机溶剂中具有高的电泳率。