技术领域
[0001] 本
发明属于显示屏的制备技术领域，具体涉及一种含有吸光层的激光投影显示屏及其制备方法与应用。
背景技术
[0002] 随着VR技术的兴起，超高
分辨率的头显将成为未来主流的穿戴设备之一，投影显示技术由于相对成熟，产品可靠，因此成为VR显示技术的首选。投影显示是由平面图像信息控制
光源，利用光学系统和投影空间把图像放大并显示在投影屏幕上的方法或装置。然而目前投影显示的分辨率低，限制了其在高分辨VR设备中的应用。
[0003] 投影显示分辨率低的原因是
镜面反射的视
角很小，不能用于显示，因此必须采用漫反射屏幕。漫反射屏幕的粗糙表面可将激光较为均匀地反射到观众的眼中。但屏幕的粗糙度必须超过光的
波长，粗糙的表面对于激光来说容易产生干涉，也就是所谓的激光散斑现象，因此投影显示在原理上决定了其低分辨率。VR眼镜的分辨率要求达到4K以上，目前只有OLED微显示才能做到。但OLED技术
门槛和投资额度都很高，良率很低，尤其是使用寿命较短，价格居高不下，对于OLED微显示挑战更大。
发明内容
[0004] 为克服
现有技术的缺点和不足，本发明的首要目的在于提供一种含有吸光层的激光投影显示屏。
[0005] 本发明的另一目的是提供上述含有吸光层的激光投影显示屏的制备方法。
[0006] 本发明的再一目的是提供上述含有吸光层的激光投影显示屏的应用。
[0007] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
[0008] 一种含有吸光层的激光投影显示屏，具有如下所述的结构A或结构B，[0009] 结构A：包括依次
叠加的保护层、蓝色
荧光材料层、吸光隔离层Ⅰ、绿色荧光材料层、吸光隔离层Ⅱ、红色荧光材料层和
基板；
[0010] 结构B：包括依次叠加的保护层、蓝色荧光材料层、吸光隔离层Ⅰ、绿色荧光材料层、上转换发光材料层和基板；
[0011] 结构A和结构B中所述的蓝色荧光材料层、绿色荧光材料层和结构A中所述的红色荧光材料层的材料为有机和/或高分子材料；
[0012] 结构A和结构B中所述的吸光隔离层Ⅰ可吸收波长小于450nm的光，结构A中所述的吸光隔离层Ⅱ可吸收波长小于550nm的光。
[0013] 使用过程中，激光从保护层一侧进入。
[0014] 优选的，所述的结构B中，绿色荧光材料层和上转换发光材料层之间还设有隔离层或吸光隔离层Ⅱ。
[0015] 更优选的，所述的隔离层的材料为极性高分子材料。
[0016] 进一步优选的，所述的隔离层的材料为聚乙烯吡咯烷
酮、聚
丙烯酸共聚物、环
氧树脂、聚
氨酯、三聚氰胺树脂或聚酰亚胺。
[0017] 优选的，所述的结构A和结构B中，吸光隔离层Ⅰ和吸光隔离层Ⅱ中的材料为极性高分子材料和吸光染料。
[0018] 更优选的，所述的极性高分子材料为聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸共聚物、
环氧树脂、聚氨酯、三聚氰胺树脂或聚酰亚胺；
[0019] 所述的吸光染料为偶氮类染料、占吨类染料或蒽醌类染料。
[0020] 进一步优选的，所述的吸光染料为
溶剂黄16(CAS号：4314-14-1)、溶剂黄56(CAS号：2481-94-9)、溶剂黄33(CAS号：8003-22-3)、溶剂黄2(CAS号：60-11-7)、溶剂黄16(CAS号：119371-24-3)、溶剂黄HF(CAS号：67990-27-6)、溶剂橙2(CAS号：2646-17-5)、溶剂橙3(CAS号：495-54-5)、溶剂橙45(CAS号：13011-62-6)、溶剂红23(CAS号：85-86-9)、溶剂红27(CAS号：1320-06-5)、溶剂红1(CAS号：1229-55-6)、溶剂红24(CAS号：85-83-6)、溶剂红26(CAS号：4477-79-6)、苏丹-1(CAS号：842-07-9)或溶剂红25(CAS号：3176-79-2)[0021] 优选的，所述的结构A和结构B中，吸光隔离层Ⅰ和吸光隔离层Ⅱ的材料的分子结构中包含吸光基团或吸光结构。
[0022] 更优选的，所述的吸光隔离层Ⅰ和吸光隔离层Ⅱ中的材料为包含大共轭基团的聚酰亚胺。
[0023] 进一步优选的，所述的大共轭基团为
萘酰亚胺或苝酰亚胺基团。
[0024] 优选的，所述的结构A中的红色荧光材料层的材料，以及结构A和结构B中的蓝色荧光材料层和绿色荧光材料层的材料为聚芴类均聚物或共聚物、聚
硅芴类均聚物或共聚物、聚咔唑类均聚物或共聚物、聚苯类均聚物或共聚物、聚噻吩类均聚物或共聚物、小分子荧光材料、配合物三线态材料、热活性型延迟荧光TADF材料或聚集诱导发光材料。
[0025] 更优选的，所述的结构A中，红色荧光材料层的材料的结构式如下：
[0026]
[0027] 所述的结构A和结构B中，绿色荧光材料层的材料的结构式如下：
[0028]
[0029] 所述的结构A和结构B中，蓝色荧光材料层的材料的结构式如下：
[0030]
[0031] 其中，R1和R2为相同或不同的C1～C20的烷基。
[0032] 优选的，所述的结构B中，上转换发光材料层的材料为双掺上转换发光材料，其以四氟钇钠为基质，或者以含有锰、镁、
钛或
钒离子的氟化物为基质，以钬、铒和铥离子中的一种或两种以上作为激活剂，以镱作为敏化剂；
[0033] 所述的上转换发光材料层中还含有成膜剂。
[0034] 上述的双掺上转换发光材料为白色超细粉体，不能单独成膜，因此还需添加成膜剂。
[0035] 更优选的，所述的上转换发光材料层的材料为镱和铒掺杂的NaYF4或镱、铒和铥掺杂的KMnF3。
[0036] 更优选的，所述的成膜剂为聚酰亚胺或环氧树脂。
[0037] 更优选的，所述的上转换发光材料层中的双掺上转换发光材料与成膜剂的
质量比为1:99～99:1。
[0038] 优选的，所述的结构A和结构B中，保护层的材料为透明的高分子材料。
[0039] 更优选的，所述的结构A和结构B中，保护层的材料为含有硅氧烷的
聚合物及其共混物。
[0040] 进一步优选的，所述的结构A和结构B中，保护层的材料为聚硅氧烷。
[0042] 优选的，所述的结构A中的红色荧光材料层，以及结构A和结构B中的蓝色荧光材料层、绿色荧光材料层、吸光隔离层Ⅰ和吸光隔离层Ⅱ的厚度为10nm～1mm。
[0043] 优选的，所述的结构B中，上转换发光材料层的厚度为1μm～1mm。
[0044] 双掺上转换发光材料的缺点是吸光能
力弱，且量子
发光效率低，这可采用增加
发光层厚度的方法来弥补。因此，上转换发光材料层的厚度可适当增加。由于其距离人眼最远，因此其透明与否不影响整体成像。
[0045] 优选的，所述的结构A中的红色荧光材料层，以及结构A和结构B中的蓝色荧光材料层、绿色荧光材料层、吸光隔离层Ⅰ和吸光隔离层Ⅱ，以及结构B中的上转换发光材料层的平整度小于各自厚度的5％。
[0046] 优选的，所述的结构A和结构B中，基板的材料为玻璃、聚酯或聚酰亚胺。
[0047] 上述含有吸光层的激光投影显示屏的显示原理如下：
[0048] 1.蓝光的获得。投影仪投射405nm紫光，光穿过全透明的保护层进入蓝色荧光材料层，在405nm紫
光激发下，蓝色荧光材料层被激发，发出430～450nm蓝色荧光。蓝色荧光反穿保护层进入人眼，形成蓝色
像素点。为了防止405nm紫光穿透蓝色荧光层以及430～450nm的蓝色荧光对绿色荧光层的激发，在蓝色与绿色荧光层之间采用一层吸光隔离层Ⅰ，可吸收450nm之前的光。
[0049] 2.绿光的获得。投影仪投射450nm蓝光，光穿过全透明的保护层，进入蓝色荧光材料层，因为蓝色荧光材料层在450nm没有吸收，激光将继续无吸收地穿过吸光隔离层Ⅰ，进入绿色荧光材料层。在450nm蓝光激发下，绿色荧光材料层被激发，发出500～550nm绿色荧光。绿色荧光依次反穿之前的吸光隔离层Ⅰ、蓝色荧光材料层和保护层，没有被吸收，进入人眼，形成绿色像素点。
[0050] 3.红光的获得。
[0051] 对于结构A，投影仪发出550nm绿光，光依次进入全透明的保护层、蓝色荧光材料层、吸光隔离层Ⅰ和绿色荧光材料层、吸光隔离层Ⅱ，没有被吸收，最后进入红色荧光材料层。在550nm绿光激发下，红色荧光材料层被激发，发出600～650nm红色荧光。红色荧光依次反穿之前的吸光隔离层Ⅱ、绿色荧光材料层、吸光隔离层Ⅰ、蓝色荧光材料层和保护层，没有吸收，进入人眼，形成红色像素点。为了防止450nm蓝光穿透绿色发光层以及500～550nm的绿色荧光对红色荧光层的激发，在绿色与红色荧光层之间采用一层吸光隔离层Ⅱ，可吸收550nm之前的光。
[0052] 对于结构B，550nm之前的光对上转换发光材料没有激发作用，可以不加吸光隔离层Ⅱ。投影仪发出980nm或1550nm的红外线激光，光依次进入全透明的保护层、蓝色荧光材料层、吸光隔离层Ⅰ和绿色荧光材料层，没有被吸收，最后进入上转换发光材料层。在980nm或1550nm的红外线激光激发下，稀土离子被激发，发出650nm左右的红光。红光依次反穿之前的绿色荧光材料层、吸光隔离层Ⅰ、蓝色荧光材料层和保护层，没有吸收，进入人眼，形成红色像素点。
[0053] 本发明进一步提供上述含有吸光层的激光投影显示屏的制备方法，其中，[0054] 结构A的制备方法，包括以下步骤：将红色荧光材料层、吸光隔离层Ⅱ、绿色荧光材料层、吸光隔离层Ⅰ、蓝色荧光材料层和保护层中的材料采用
旋涂、提拉成膜、滚涂或者
真空蒸
镀的方式依次在基板上进行成膜，即得所述的含有吸光层的激光投影显示屏；
[0055] 无隔离层或吸光隔离层Ⅱ的结构B的制备方法，包括以下步骤：将成膜剂溶于有机溶液中，加入上转换发光材料，分散均匀，然后采用旋涂、
刮涂或流延成膜的方式在基板上成膜，得到上转换发光材料层；再采用旋涂、提拉成膜、滚涂或者真空蒸镀的方式，将绿色荧光材料层、吸光隔离层Ⅰ、蓝色荧光材料层和保护层的材料依次成膜在上转换发光材料层上，即得所述的含有吸光层的激光投影显示屏；
[0056] 有隔离层或吸光隔离层Ⅱ的结构B的制备方法，包括以下步骤：将成膜剂溶于有机溶液中，加入上转换发光材料，分散均匀，然后采用旋涂、刮涂或流延成膜的方式在基板上成膜，得到上转换发光材料层；再采用旋涂、提拉成膜、滚涂或者真空蒸镀的方式，将隔离层或吸光隔离层Ⅱ、绿色荧光材料层、吸光隔离层Ⅰ、蓝色荧光材料层和保护层的材料依次成膜在上转换发光材料层上，即得所述的含有吸光层的激光投影显示屏。
[0057] 本发明进一步提供上述含有吸光层的激光投影显示屏的应用，将所述含有吸光层的激光投影显示屏用作激光投影的投影屏幕。
[0058] 本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
[0059] (1)本发明制备的显示屏为超平的透明材料，可充分避免粗糙表面带来的漫反射问题。此外，由于采用的有机或高分子荧光材料具有
各向异性，不会出现干涉问题，因此所得的超平显示屏避免了普通超屏幕在反射机制下的镜面反射现象，屏幕使用过程中无颗粒感，其分辨率由发射的激光光斑决定，因此分辨率可以达到10k以上，远高于OLED的分辨率。
[0060] (2)本发明利用多层结构得到全彩、高分辨的荧光显示，当采用上转换发光材料来发射红光时，可获得波长为650nm的饱和红光，其发光效率高且
稳定性好。该材料采用肉眼不可见的980nm激光，该激光对蓝色和绿色的高分子发光材料没有激发，因此不会产生任何视觉干扰。当采用聚酰亚胺或环氧树脂作为成膜剂时，可使上转换发光材料在基板上形成平整均匀的
薄膜。
[0061] (3)本发明制备的显示屏采用吸光隔离层将三种发光材料隔离，使投影仪发射的高
能量激光以及各荧光材料层发出的高能量荧光对后面的绿色荧光层和红色荧光层不产生干扰，从而抑制色纯度下降的现象。
[0062] (4)本发明中的荧光显示屏制备方法简单，与OLED相比，成本低廉，技术可靠，使用寿命长。其不仅可以用于高分辨的VR显示，也可以用于中小尺寸的高分辨显示。由于它轻便，可折叠、展开，不怕水，不用电力驱动，经济，耐用，因此可在许多领域得到应用。尤其随着运算速度和
云计算的进一步发展，下一代的手机、IPAD和手提电脑的主机部分可以越来越小，而屏幕采用激光投影是一大趋势，本发明提出的显示屏正好可以解决其分辨率低的问题。
附图说明
[0063] 图1为
实施例1中制备的含有吸光层的激光投影显示屏的结构示意图。
[0064] 图2为实施例1中制备的含有吸光层的激光投影显示屏的工作原理示意图。
[0065] 图3为实施例4中制备的含有吸光层的激光投影显示屏的工作原理示意图。
[0066] 图4为实施例5中制备的含有吸光层的激光投影显示屏的结构示意图。
具体实施方式
[0067] 下面结合实施例和附图对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。
[0068] 实施例1
[0069] 本实施例提供一种含有吸光层的激光投影显示屏及其制备方法。
[0070] 一种含有吸光层的激光投影显示屏，如图1所示，由基板(1)、上转换发光材料层(2)、隔离层(3)、绿色荧光材料层(4)、吸光隔离层Ⅰ(5)、蓝色荧光材料层(6)和保护层(7)依次叠合而成。
[0071] 所述的基板1由玻璃制成。
[0072] 所述的上转换发光材料层的材料为镱和铒掺杂的NaYF4超细
纳米晶。其制备方法3+ 3+ 3+
为，将Y2O3、Yb2O3和Er2O3按照摩尔比m(Y ):m(Yb ):m(Er )＝70:28:2溶解在稀
盐酸中，得到稀土氯化物前驱体。将上述1mmol稀土氯化物前驱体逐滴加入由5mL
乙醇和15mL油酸组成的混合溶液中，搅拌20min。然后加入4mL的NaOH水溶液(0.1g/mL)，搅拌10min。再加入8mL的NaF水溶液(0.5mol/L)，搅拌20min，得到混合溶液。最后，将混合溶液转入50mL反应釜中，在
250℃反应3h。反应完毕后，离心收集产物，用乙醇和环己烷各洗3遍，真空干燥，即得到镱和铒掺杂的NaYF4超细纳米晶。
[0073] 所述的成膜剂为聚酰亚胺6FDA-TMDB，其分子结构式如下：
[0074]
[0075] 所述的绿色荧光材料层的材料的结构式如下：
[0076]
[0077] 所述的蓝色荧光材料层的材料的结构式如下：
[0078]
[0079] 其中，R为C8H17；
[0080] 所述的保护层的材料为聚硅氧烷。
[0081] 所述的吸光隔离层Ⅰ和隔离层中的极性高分子材料为聚乙烯吡咯烷酮。
[0082] 所述的吸光隔离层Ⅰ中的吸光染料为溶剂黄16，
别名：2,4-二氢-5-甲基-2-苯基-4-苯偶氮基-3H-吡唑啉-3-酮；3-甲基-1-苯基-4-(苯基唑)-吡唑-5-溶剂黄；溶剂黄16 1G；
2,4-二氢化-5-甲基-2-苯基-4-(苯偶氮基)-3H-吡唑啉-2-酮；透明黄GC；溶剂黄GC。CAS号：
4314-14-1。其分子结构如下：
[0083]
[0084] 上述含有吸光层的激光投影显示屏的制备方法。
[0085] (1)将聚酰亚胺6FDA-TMDB用N，N二甲基甲酰胺溶解，配制成10wt.％的聚酰亚胺溶液，将10克聚酰亚胺溶液和2克镱和铒掺杂的NaYF4超细纳米晶混合，超声分散，制得固含量约25％的涂料，采用BEVS自动涂膜机将涂料涂覆在玻璃基板上，控制厚度为100微米，放入110℃烘箱干燥30min，可得到厚度为20～30μm的上转换发光材料层。
[0086] (2)将聚乙烯吡咯烷酮溶于乙二醇丁醚中，制成浓度为10wt.％的隔离层溶液，以2800rpm的转速在上转换发光材料层上旋涂30秒，得到隔离层。
[0087] (3)将绿色荧光材料溶于
甲苯中，制成浓度为3wt.％的绿色荧光甲苯溶液，以2100rpm的转速在隔离层上旋涂30秒，得到绿色荧光材料层。
[0088] (4)将聚乙烯吡咯烷酮和溶剂黄16溶于乙二醇丁醚中，制成浓度为10wt.％的吸光隔离层溶液，以2800rpm的转速在绿色荧光材料层上旋涂30秒，得到吸光隔离层Ⅰ。
[0089] (5)将蓝色荧光材料溶于甲苯中，制成浓度为1wt.％的蓝色荧光甲苯溶液，以2300rpm的转速在吸光隔离层Ⅰ上旋涂30秒，得到蓝色荧光材料层。
[0090] (6)将10wt.％的聚硅氧烷乳液以2800rpm的转速在蓝色荧光材料层上旋涂30秒，得到保护层。
[0091] 因为聚酰亚胺不溶于乙二醇丁醚和甲苯，有机/高分子荧光材料只溶于甲苯、氯仿等非极性溶剂，而不能溶于乙二醇丁醚，所以各层之间不会相溶，得到的是完整的多层结构。
[0092] 溶剂黄16吸收波长小于450nm的光，并且不会在甲苯中溶解，因此不会污染蓝色荧光材料层和绿色荧光材料层。
[0093] 实施例2
[0094] 本实施例提供一种含有吸光层的激光投影显示屏及其制备方法。
[0095] 本实施例中的显示屏的结构及制备方法与实施例1相同，区别在于，吸光隔离层Ⅰ的材料为含有吸光基团的聚酰亚胺，其具有如下结构单元：
[0096]
[0097] 这种结构可以吸收波长小于450nm的光，并且聚酰亚胺不会在甲苯中溶解。
[0098] 实施例3
[0099] 本实施例提供一种含有吸光层的激光投影显示屏及其制备方法。
[0100] 本实施例中的显示屏的结构及制备方法与实施例1相同，区别在于，吸光隔离层Ⅰ的材料为含有吸光基团的聚酰亚胺，其具有如下结构单元：
[0101]
[0102] 这种结构可以吸收450nm之前的光，并且聚酰亚胺不会在甲苯中溶解。
[0103] 实施例4
[0104] 本实施例提供一种含有吸光层的激光投影显示屏及其制备方法。
[0105] 一种含有吸光层的激光投影显示屏，如图1所示，由基板(1)、红色荧光材料层(2)、吸光隔离层Ⅱ(3)、绿色荧光材料层(4)、吸光隔离层Ⅰ(5)、蓝色荧光材料层(6)和保护层(7)依次叠合而成。
[0106] 本实施例中的显示屏的结构、原料及制备方法与实施例1相同，区别之处有两点：
[0107] 1.红色发光层采用的不是上转换发光材料层，而是红色荧光材料层。该层的红色荧光材料的结构式如下：
[0108]
[0109] 其中，R为C8H17。
[0110] 2.隔离层由吸光隔离层Ⅱ替代，该层的材料为聚乙烯吡咯烷酮和溶剂橙2(CAS号：2646-17-5)。
[0111] 制备过程中，将聚乙烯吡咯烷酮和溶剂橙2溶于乙二醇丁醚中，制成浓度为10wt.％的吸光隔离层Ⅱ溶液，以2800rpm的转速在红色荧光材料层上旋涂30秒，得到吸光隔离层Ⅱ。
[0112] 实施例5
[0113] 本实施例提供一种含有吸光层的激光投影显示屏及其制备方法。
[0114] 一种含有吸光层的激光投影显示屏，如图2所示，由基板(1)、上转换发光材料层(2)、绿色荧光材料层(3)、吸光隔离层Ⅰ(4)、蓝色荧光材料层(5)和保护层(6)依次叠合而成。
[0115] 本实施例中的含有吸光层的激光投影显示屏的原料及其制备方法与实施例1相同，区别在于该显示屏中上转换发光材料层和绿色荧光材料层之间没有隔离层。
[0116] 上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
