一种彩色显示材料及显示装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种彩色显示材料及显示装置，彩色显示材料，包括结构色薄膜和底膜；所述结构色薄膜为光谱成各向异性的微纳结构，并固定设置在所述底膜上，所述底膜能够带动所述结构色薄膜转动，以使所述结构色薄膜的颜色发生改变。其中，所述结构色薄膜的结构色由微纳结构产生，通过底膜带动所述结构色薄膜转动，改变了光线与所述结构色的相对角度，而不改变微纳结构，使得结构色薄膜反射波长发生改变，即使结构色薄膜的颜色发生改变，也就是实现了动态结构色。本发明专利技术不需要嵌入背光模块就能够实现颜色的变化，进而具有能耗低，使用寿命长的优点，同时还能够在不改变微纳结构特征参数的前提下，实现对显示颜色的精确控制。实现对显示颜色的精确控制。

【技术实现步骤摘要】
一种彩色显示材料及显示装置


[0001]本专利技术涉及电子显示
，特别涉及一种彩色显示材料及显示装置。

技术介绍

[0002]结构色(structuralcolor)又称物理色(physical color)，是一种由于物质的微纳结构(micro
‑
andnanostructure) 使可见光的光波发生折射、漫反射、衍射或干涉而产生的颜色。结构色产生的原理是：当一束可见光(波长通常是400nm
‑
800nm)照射到物质的微纳结构上时，波长与微纳结构尺寸相匹配的光就会被所述微纳结构选择性的反射或者散射回来，因此具有这种微纳结构的物质表面就会产生特定的颜色，从而产生结构色。
[0003]结构色作为自然界中一种很常见的色彩表现形式，几乎是随处可见。晴朗的天气下天空的蓝色通常被认为是来源于瑞利散射，水面上油渍的颜色源自薄膜干涉，彩虹源自折射，甲虫体壁表面的金属光泽和闪光，鸟类羽色的色彩，蝴蝶翅膀的颜色等是典型的结构色。
[0004]此外，蜂鸟的羽毛，由于能够实现动态的结构色，受到了广泛的关注。研究表明，蜂鸟羽毛上的羽小枝(barbules)中含有大量的黑素体(melanosomes)，这些黑素体被角蛋白(keratin)分层排列，形成有序堆积的微纳结构。因此，羽小枝材料具有强烈变化的折射率，类似于多层干涉反射器(multilayeredinterference reflector)，能够产生类似于多层薄膜干涉的效果，导致该羽毛具有明亮的结构色。并且该结构色是彩虹色(iridescent)，即可以随着光线的入射角度的改变而发生变化(Journal of Comparative PhysiologyA,2018,204,965
‑
975)于是蜂鸟可以通过收缩其表皮下的竖毛肌(erector muscle)，以不同角度提升羽毛来改变羽毛的颜色。(Angew.Chem.Int.Ed.2021,60,14307
‑
14312)这种结构色的变化源于光线与羽毛的相对角度的变化，导致具有角度依赖性的结构色羽毛发生颜色的变化，而并不改变羽毛内部的微纳结构本身。光线与羽毛的不同相对角度对应不同的结构色，因此该结构色是可变化的，也就是说结构色是精确可调的。蜂鸟羽毛的结构色体系中，羽毛即为产生结构色的物质，黑素体被角蛋白分层排列，所述的分层排列是微纳结构。这类由自然界中的微纳结构所产生并且可以调节的结构色即为动态结构色(dynamic structuralcolor)。所述动态的结构色包含两层含义：1)物质显示出了结构色，该结构色称为基本结构色；2)结构色是精确可调的，也就是结构色能够产生全光谱颜色的变化，通过控制光线与物质相对角度，即可使物质呈现出各种不同的颜色，也就是不同颜色的基本结构色之间切换变化，称为可调结构色(tunable structure color)。
[0005]以人工的方式实现结构色，可以通过薄膜干涉(thin film interference)、光栅(optical grating)、等离子体结构(plasmon)、光子晶体(photonic crystal)、非晶光子结构(amorphous photonic structure)、无序结构 (无序结构散射产生的结构色彩如瑞利散射(Rayleigh scattering)和米氏散射(Mie scattering))、复合结构 (composite structure)等微纳结构产生，如图1所示。
[0006]以上方式可以产生结构色，但不限于具体的材料。例如，光子晶体是指不同折射率
的材料呈周期性排列的结构，是指一种微纳结构，而非具体哪种材料。值得注意的是，所述光子晶体的尺寸都在百纳米级别，在结构色体系中，光子晶体即为微纳结构。光子晶体对光的调控作用与半导体对电子的调控作用类似，所以光子晶体也被叫做光半导体。光子晶体按照其周期性结构的维度被分为三类：一维光子晶体，即只在一个维度上对光有调制作用；二维光子晶体，在两个维度上对光有调制作用；三维光子晶体，在三个维度上对光都有调制作用。
[0007]所述结构色精确可调是指，当与结构色相关的参数(例如入射光的角度和微纳结构特征参数)具有确定的值时，微纳结构反射光的波长具有确定的值；反过来，当改变其中一个参数或者多个参数时，微纳结构反射光的波长也随之改变。也就是，一种微纳结构反射光的波长对应一种基本结构色(例如红色)，改变所述反射光的波长就会改变基本结构色(例如蓝色)。所述微纳结构特征参数是指微纳结构的物理或化学参数，包括但不限于微纳结构的材料(包括但不限于微纳结构的材料组成、形貌、尺寸、体积分数、排列构型、排列的有序程度、微纳结构之间的间距等)、晶格参数(例如微纳结构的周期或晶格常数、晶体构型、晶格间距、晶格取向等)、光学参数(例如折射率、光子带隙等)。
[0008]光子晶体对光的调制作用主要表现为光子带隙，即对特定波长的光有很强的反射作用，也就是产生了传输禁阻。光子带隙是光子晶体的一个重要的性质。当光子在某一频率范围内时，光在光子晶体内部无法传播，这时光子晶体就对这个波段的光体现出光子禁带，类似半导体中的禁带。光子带隙的一个直接体现就是光子晶体的结构色。因为处在光子带隙范围内的光波会被光子晶体反射回来，体现出独特的结构色。光子带隙(photonicbandgap)与微纳结构特征参数有着直接的关系。下面以三维光子晶体为例，通过分析 Bragg方程阐述上述参数对反射光波长的影响(李畅，二维光子晶体
‑
法布里谐振腔复合结构制备及其应用，硕士学位论文，中国科学院大学，2018年6月)：
[0009]三维光子晶体，即在三个方向都对光具有调控作用的结构。处于光子带隙范围内的光波会被反射，产生结构色。其结构色波长符合Bragg方程：
[0010]mλ＝2D√n
eff2
‑
sin2θ
[0011]公式中的m为发生的布拉格衍射的级数；λ为发生布拉格衍射的波长，也就是结构色反射峰波长；D 为晶格常数，通常与光子晶体的间距相关；θ为入射光的角度；n
eff
为有效折射率，与光子晶体占有的体积分数相关，计算方法为：
[0012]n
eff2
＝∑
i
n
i2
V
i
，
[0013]其中n
i
和V
i
分别是组成光子晶体各组分的折射率和体积分数。从以上公式可以看出，当改变入射光的角度、光子晶体的微纳结构特征参数(例如晶格常数、光子晶体的间距、折射率等)时，光子晶体反射的波长也会发生改变，即结构色发生改变，从一种基本结构色变为另一种基本结构色。
[0014]现有技术以人工方式实现动态结构色有两种方式：1)仅仅显示基本结构色，例如中国专利 CN113307277A，该专利利用粒径可控的二氧化硅纳米微球自组装形成光子晶体微纳结构，从而产生结构色，所述的结本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种彩色显示材料，其特征在于：所述的彩色显示材料包括结构色薄膜(1)和底膜(2)；所述结构色薄膜(1)具有光谱成各向异性的微纳结构，并固定设置在所述底膜(2)上，所述底膜(2)能够带动所述结构色薄膜(1)转动，以使所述结构色薄膜(1)的颜色发生改变。2.根据权利要求1所述的彩色显示材料，其特征在于：所述底膜(2)为采用切割工艺或者折叠工艺制作的三维结构。3.根据权利要求2所述的彩色显示材料，其特征在于：所述底膜(2)为柔性薄膜或者刚性薄膜，例如PDMS膜、PET膜、水凝胶膜PBT膜、PMMA膜、ABS膜、PS膜中的任意一种或者多种。4.根据权利要求1所述的彩色显示材料，其特征在于：所述结构色薄膜(1)的数量为至少一个，至少一个所述结构色薄膜(1)在所述基板上依次均匀布设。5.根据权利要求4所述的彩色显示材料，其特征在于：至少两个所述结构色薄膜(1)的依次互锁。6.根据权利要求1所述的彩色显示材料，其特征在于：所述结构色薄膜(1)的厚度为10μ...

【专利技术属性】
技术研发人员：程群峰，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：