发光纤维及其制备方法与流程

1.本技术涉及显示技术领域，具体涉及一种发光纤维及其制备方法。


背景技术：

2.可编织柔性发光纤维具有质轻、适形、可延展等优势，在智能穿戴电子产品方面有广泛的应用前景。相比于普通电子设备难集成、易损坏、能耗大等不足，可编织、可穿戴电子设备优势明显，已成为当前学术界及产业界的关注热点。
3.其中，发光纤维编织成发光纺织品时，会形成粗糙多孔的结构，因此可以变形以贴合人体轮廓。并且该纺织品能够随着外部电信号显示出特定图案，实现柔性的可穿戴显示。但是，目前尚缺少透明的发光纤维，使得无法获得透明的发光纺织品，限制了发光纤维的应用范围。


技术实现要素：

4.本技术提供一种发光纤维及其制备方法，以提供一种透明的发光纤维，从而拓宽发光纤维的应用领域。
5.本技术提供一种发光纤维，其包括：
6.第一透明导电层；以及
7.透明介电层，所述透明介电层与所述第一透明导电层同轴设置，且包覆在所述第一透明导电层的外侧，所述透明介电层中设有发光材料。
8.可选的，在本技术一些实施例中，所述发光纤维还包括第二透明导电层，所述第二透明导电层与所述透明介电层同轴设置，且包覆在所述透明介电层的外侧。
9.可选的，在本技术一些实施例中，所述第二透明导电层包括多个透明导电部，多个所述透明导电部间隔设置在所述透明介电层的外侧。
10.可选的，在本技术一些实施例中，所述透明介电层包括第一透明介电部和第二透明介电部，所述第一透明介电部和所述第二透明介电部交替排布在所述第一透明导电层的外侧，所述发光材料设置在所述第一透明介电部中；
11.所述透明导电部包覆在相应的所述第一透明介电部的外侧。
12.可选的，在本技术一些实施例中，相邻的所述第一透明介电部中设有具有不同发光颜色的所述发光材料。
13.可选的，在本技术一些实施例中，所述发光纤维还包括透明保护层，所述透明保护层与所述第二透明导电层同轴设置，且包覆在所述第二透明导电层的外侧。
14.可选的，在本技术一些实施例中，所述发光材料包括多个发光颗粒，所述发光颗粒掺杂在所述透明介电层中。
15.可选的，在本技术一些实施例中，所述发光材料包括透明发光层，所述透明介电层包括第一介电层和第二介电层，所述第一介电层包覆在所述第一透明导电层的外侧，所述透明发光层包覆在所述第一介电层的外侧，所述第二介电层包覆在所述透明发光层的外
侧。
16.相应的，本技术还提供一种发光纤维的制备方法，其包括：
17.提供第一透明导电材料、透明介电材料以及发光材料；
18.形成由内向外同轴设置的第一透明导电层和透明介电层，所述透明介电层中设有所述发光材料。
19.可选的，在本技术一些实施例中，所述形成由内向外同轴设置的第一透明导电层和透明介电层的步骤包括：
20.提供一同轴供料筒，所述同轴供料筒包括共轴设置的第一通道、第二通道以及第三通道；
21.在所述第一通道中填充所述第一透明导电材料，在所述第二通道中填充掺杂有所述发光材料的所述透明介电材料，在所述第三通道中填充所述第二透明导电材料；
22.采用同轴挤出工艺，同时形成同轴设置的所述第一透明导电层、所述透明介电层以及第二透明导电层。
23.可选的，在本技术一些实施例中，所述采用同轴挤出工艺，同时形成同轴设置的所述第一透明导电层、所述透明介电层以及第二透明导电层的步骤还包括：
24.通过控制所述第三通道的导通状态，形成图案化的所述第二透明导电层。
25.本技术提供一种发光纤维及其制备方法。所述发光纤维包括第一透明导电层和透明介电层。所述透明介电层与所述第一透明导电层同轴设置，且包覆在所述第一透明导电层的外侧，所述透明介电层中设有发光材料。本技术利用透明导电层以及设有发光材料的透明介电层形成发光纤维，使得发光纤维呈透明状。发光纤维的应用场景更加灵活，从而拓宽发光纤维的应用领域。
附图说明
26.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1是本技术提供的发光纤维的第一结构示意图；
28.图2是图1所示的发光纤维沿xx’处的第一剖面结构示意图；
29.图3是本技术提供的网络织物的结构示意图；
30.图4是图1所示的发光纤维沿xx’处的第二剖面结构示意图；
31.图5是图1所示的发光纤维沿xx’处的第三剖面结构示意图；
32.图6是本技术提供的发光纤维的第二结构示意图；
33.图7是图6所示的发光纤维沿aa’处的一种剖面结构示意图；
34.图8是本技术提供的发光纤维的制备方法的第一流程示意图；
35.图9是本技术提供的同轴供料筒的结构示意图；
36.图10是图8中步骤102的流程示意图。
具体实施方式
37.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本技术保护的范围。此外，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明与解释本技术，并不用于限制本技术。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。
38.本技术提供一种发光纤维及其制备方法，以下进行详细说明。需要说明的是，以下实施例的描述顺序不作为对本技术实施例优选顺序的限定。
39.请同时参阅图1和图2，图1是本技术提供的发光纤维的第一结构示意图。图2是图1所示的发光纤维沿xx’处的第一剖面结构示意图。在本技术中，发光纤维100包括第一透明导电层11和透明介电层12。其中，透明介电层12与第一透明导电层11同轴设置，且包覆在第一透明导电层11的外侧。透明介电层12中设有发光材料20。
40.由于第一透明导电层11和透明介电层12均为透明膜层，本技术利用透明导电层11以及设有发光材料20的透明介电层12形成发光纤维100，使得发光纤维100呈透明状。发光纤维100的应用场景更加灵活，比如，发光纤维100可以广泛应用于衣物，口罩、窗帘等各种类型的纺织品，甚至可以在通讯、导航、医疗保健、可穿戴、物联网等领域。从而扩大了发光纤维100的应用领域。
41.在本技术中，第一透明导电层11的材料可以是有机导电聚合物、氧化铟镓锌、石墨烯、离子导电水凝胶、氧化铟镓锌、氧化铟镓锡、或氧化锑锡中的一种或几种的组合。其中，有机导电聚合物可以是聚(3,4
‑
亚乙基二氧噻吩)等。离子导电水凝胶可以是氯化铝
‑
聚丙烯酰胺导电水凝胶等。氯化铝
‑
聚丙烯酰胺导电水凝胶表现出稳定的可拉伸性和足够的离子电导率。
42.在本技术中，透明介电层12具有绝缘特性。当发光材料20为分散的发光颗粒时，透明介电层12的材料需要能够分散发光材料颗粒。透明介电层12的材料可以是聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,pdms)、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate,pet)等聚合物材料。透明介电层12的厚度一般在5μm到500μm之间。比如，透明介电层12的厚度可以是5μm、50μm、100μm、250μm、400μm、500μm等，在此不一一赘述。
43.具体的，透明介电层12的尺寸可以基于所选的发光材料20的颗粒粒径、以及显示的分别率进行调节。可以理解的是，透明介电层12的厚度越小，发光纤维100的横截面尺寸越小。当利用发光纤维100编织成发光纺织品时，则分辨率可以做得更高。此外，透明介电层12的厚度要大于掺杂其中的发光材料的颗粒粒径，以便起到绝缘保护的作用。
44.在本技术中，发光材料20主要包括基体材料和发光中心两部分。基体材料通常是ii
‑
vi族化合物、三元硫化物、氧化物、氟化物等。ii
‑
vi族化合物可以是zns、znse、cas、srs等。三元硫化物可以是cagas4、srga2s4等。氧化物可以是zn2si1‑
x
cexo4、znga2o4、ga2o3等。发光中心的元素通常为过度金属、稀土金属等。过度金属可以是锰、铜、铬等。稀土金属可以是铈、镨、铕、铽等。比如，发光材料20可以是zns:mn、srs:ce、srs:cu、srs:ag/cu、掺杂稀土元素的zns、硫代乙醇酸盐、其它碱土金属硫化物等。
45.其中，发光材料20的颗粒尺寸通常在50nm到10μm之间。比如，发光材料20的颗粒尺寸可以是50nm、100nm、50nm、500nm、1μm、5μm、10μm等，在此不一一赘述。
46.其中，不同种类的发光材料20具有不同的发光颜色。对于同一种发光材料20，不同尺寸也可能具有不同的发光颜色。本技术可以在透明介电层12中设置同一种发光材料20，也可以设置不同种类的发光材料20。
47.可以理解的是，上述发光材料20采用电致发光的方式进行发光。在申请一些实施例中，还可以在透明介质层12中掺杂光致发光颗粒，以利用能量转移过程实现光致发光颗粒的发光，从而获得更丰富的发光颜色。其中，光致发光颗粒可以是量子点、上转换纳米颗粒、荧光粉等，在此不一一赘述。
48.请继续参阅图1和图2，在本技术实施例中，发光纤维100仅包括第一透明导电层11。发光纤维100的结构简单，生产效率更高，且可以降低生产成本。但是基于电致发光的原理，当使用图2所示的发光纤维100时，还需要额外设置一导电层与发光纤维100共同作用发光。
49.具体的，请参阅图3，图3是本技术提供的网络结构织物的一种结构示意图。由于图2所示的发光纤维100仅设有第一透明导电层11，因此需要利用导线200与第一透明导电层11编织到一起组成网络结构织物1000，从而实现导线200与发光纤维100的交叉点q的发光。
50.其中，第一透明导电层11和导线200分别作为电极，以向发光材料20供电。具体的，向第一透明导电层11和导线200施加交流电。当电压足够高时，电子从绝缘
‑
半导体(透明介电层12和发光材料20)界面层注射到发光材料20中。注入电子在强电场中获得能量，这些高能电子或热电子通过碰撞而激发充当“发光中心”的离子(比如cu
+
)，处于激发态的发光中心通过发射光子回到基态，穿过发光材料20的电子被陷在另一侧的绝缘
‑
半导体界面层。当交流电的电压反向时，同样的过程再重复发生一次。于是，第一透明导电层11和导线200的交叉点q便能够在交流电场作用下发光。交叉点q的亮度可以通过提高交流电的电压值和频率来提高。
51.具体的，交流电的电压值范围为0.1
‑
200v，频率为50hz
‑
50khz。比如，交流电的电压值可以是0.1v、5v、50v、100v、200v等。频率可以为50hz、100hz、10khz、300khz、50khz等。
52.其中，由于多条导线200分别与发光纤维100形成交叉点q，且仅在交叉点q处可实现发光。因此，通过控制导线200的导通，可以控制网络结构织物1000中的发光位点，实现不同的发光图案。同时，通过调整发光纤维100与导线200的排布密度，可以调整网络结构织物1000的分辨率。
53.此外，网络结构织物1000同样是透明的。导线200的材料可以是有机导电聚合物、氧化铟镓锌、石墨烯、离子导电水凝胶、氧化铟镓锌、氧化铟镓锡、或氧化锑锡中的一种或几种的组合。由于上述材料为透明导电材料，可以进一步提高网络结构织物1000的透明度。当然，导线200的材料也可以是铜、铝等。当导线200由不透明材料制成时，网络结构织物1000的开口率(透明度)由编织的密度决定。
54.请同时参阅图1和图4，图4是图1所示的发光纤维沿xx’处的第二剖面结构示意图。与图2所示的发光纤维100的不同之处在于，在本实施例中，发光纤维100还包括第二透明导电层13。第二透明导电层13与透明介电层12同轴设置，且包覆在透明介电层12的外侧。
55.其中，第二透明导电层13的材料可以是有机导电聚合物、氧化铟镓锌、石墨烯、离
子导电水凝胶、氧化铟镓锌、氧化铟镓锡、或氧化锑锡中的一种或几种的组合。
56.其中，透明介电层12完全包覆第一透明导电层11。第二透明导电层13完全包覆透明介电层12。当向第一透明导电层11和第二透明导电层13施加电压时，发光纤维100处处可发光。从而提高发光纤维100的亮度。
57.当然，在本技术其它实施例中，第二透明导电层13还可以在透明介电层12的外侧层螺旋状或其它形状排布，使得单根发光纤维100呈现出不同的发光图案。
58.本实施例在发光纤维100中同时设置第一透明导电层11和第二透明导电层13。在利用发光纤维100编织发光纺织品时，不需要额外设置导线。可直接将多条发光纤维100编织在一起。由于发光纤维100处处均可导电，提高了由发光纤维100编织成的发光纺织品的亮度。
59.进一步的，在本技术一些实施例中，发光纤维100还包括透明保护层14。透明保护层14与第二透明导电层13同轴设置，且包覆在第二透明导电层13的外侧。
60.其中，透明保护层14具有绝缘特性。透明保护层14的材料可以是聚二甲基硅氧烷、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二酯等聚合物材料。
61.本实施例通过在第二透明导电层13外侧设置透明保护层14，可以起到绝缘保护的作用。并且当使用多条发光纤维100进行编织时，可避免相邻发光纤维100之间发生短路。
62.在本实施例中，发光材料20包括多个发光颗粒。发光颗粒均匀掺杂在透明介电层12中。其中，发光材料20的掺杂浓度为1mg/ml
‑
1000mg/ml。比如，发光材料20的掺杂浓度可以是1mg/ml、10mg/ml、100mg/ml、500mg/ml、800mg/ml、1000mg/ml等，在此不一一赘述。
63.由于发光颗粒的粒径一般较小，本实施例直接将发光颗粒掺杂在透明介电层12中，可以进一步提高发光纤维100的透明度。
64.请同时参阅图1和图5，图5是图1所示的发光纤维沿xx’处的第三剖面结构示意图。与图4所示的发光纤维100的不同之处在于，在本实施例中，发光材料20为一透明发光层21。透明介电层12包括第一介电层121和第二介电层122。透明发光层21、第一介电层121以及第二介电层122均同轴设置。第一介电层121包覆在第一透明导电层11的外侧。透明发光层21包覆在第一介电层121的外侧。第二介电层122包覆在透明发光层21的外侧。
65.本实施例在发光纤维100中设置透明发光层21，使得透明介质层12的材料选择范围更大，不需要考虑对发光颗粒的分散性。此外，透明发光层21完全覆盖第一透明导电层11，使得发光纤维100处处均可导电，提高了由发光纤维100编织成的发光纺织品的亮度。
66.请参阅图6，图6是图1所示的发光纤维沿xx’处的第三剖面结构示意图。与图4所示的发光纤维100的不同之处在于，在本实施例中，第二透明导电层13包括多个透明导电部131。多个透明导电部131间隔设置在透明介电层12的外侧。
67.具体的，多个透明导电部131可以分段式的围绕透明介电层12的外侧壁设置。多个透明导电部131也可以在透明介电层12的外侧壁上呈阵列排布。当然，多个透明导电部131也可以在透明介电层12的外侧壁上不规则排布，本技术对此不作具体限定。
68.本实施例在透明介电层12的外侧设置多个间隔排布的透明导电部131。可分别向多个透明导电部131施加相应的电压，进而控制发光纤维100的不同位点发光。当使用发光纤维100编织成发光纺织品时，有效提高发光织纺织品的像素分辨率，实现更细腻的图案显示。
69.进一步的，请参阅图7，图7是图6所示的发光纤维沿aa’处的一种剖面结构示意图。在本实施例中，透明介电层12包括第一透明介电部123和第二透明介电部124。第一透明介电部123和第二透明介电部124交替排布在第一透明导电层11的外侧。发光颗粒均匀掺杂在第一透明介电部123中。并且，透明导电部131包覆在相应的第一透明介电部123的外侧。
70.可以理解的是，由于多个透明导电部131间隔设置在透明介电层12的外侧。只有与透明导电部131重叠设置的发光材料20才能够在第一透明导电层11和相应的透明导电部131的作用下，发生电致发光。因此，本实施例仅在第一透明介电部123中掺杂发光材料20。在保证发光纤维100正常发光的基础上，避免发光材料20的浪费。
71.进一步的，相邻的第一透明介电部123中可以掺杂具有不同发光颜色的发光材料20，丰富发光纤维100的发光颜色。并且，由于第二透明介电部124中未掺杂发光材料20，可以有效隔离相邻的第一透明介电部123，避免出现颜色串扰。
72.相应的，本技术还提供一种发光纤维的制备方法。请参阅图8，图8是本技术提供的发光纤维的制备方法的流程示意图。具体的，发光纤维的制备方法包括以下步骤：
73.101、提供第一透明导电材料、透明介电材料以及发光材料。
74.其中，第一透明导电材料可以是有机导电聚合物、氧化铟镓锌、石墨烯、离子导电水凝胶、氧化铟镓锌、氧化铟镓锡、或氧化锑锡中的一种或几种的组合。透明介电材料可以是聚二甲基硅氧烷、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二酯等聚合物材料。
75.其中，发光材料主要包括基体材料和发光中心两部分。基体材料可以是zns、znse、cas、srs、cagas4、srga2s4、zn2si1‑
x
cexo4、znga2o4、ga2o3等。发光中心的元素可以是锰、铜、铬、铈、镨、铕、铽等。比如，发光材料20可以是zns:mn、srs:ce、srs:cu、srs:ag/cu、掺杂稀土元素的zns、硫代乙醇酸盐、其它碱土金属硫化物等。
76.102、形成由内向外同轴设置的第一透明导电层和透明介电层，所述透明介电层中设有所述发光材料。
77.如图1和图2所示，可以利用同轴挤出工艺同时形成同轴设置的第一透明导电层11和透明介电层12。透明介电层12中设有发光材料20。
78.其中，发光材料20可以以发光颗粒的形式掺杂在透明介电材料中，如图2所示。发光材料20也可以以透明发光层21的形式设置在透明介电材料中，如图5所示。
79.当然，在本技术其它实施例中，还可以通过涂布等方式形成由内向外同轴设置的第一透明导电层11和透明介电层12，本技术对此不作限定。以下实施例均以同轴挤出工艺为例进行说明，但不能理解为对本技术的限定。
80.具体的，请参阅图9和图10，图9是本技术提供的同轴供料筒的结构示意图，图10是图8中步骤102的流程示意图。步骤102具体包括以下步骤：
81.1021、提供一同轴供料筒，所述同轴供料筒包括共轴设置的第一通道、第二通道以及第三通道。
82.具体的，同轴供料筒30包括共轴设置的第一通道31、第二通道32、第三通道33以及第四通道14。第一通道31、第二通道32、第三通道33以及第四通道14从内向外依次环绕设置。
83.1022、在所述第一通道中填充第一透明导电材料，在所述第二通道中填充透明介电材料，在所述第三通道中填充第二透明导电材料；
84.具体的，在第一通道31中填充第一透明导电材料。在第二通道32中填充填充掺杂有发光材料透明介电材料。在第三通道33中填充第二透明导电材料。在第四通道34中填充透明保护层材料。
85.其中，第二透明导电材料和透明保护层材料可以参阅上述实施例，在次不再赘述。
86.需要说明的是，第一透明导电材料和第二透明导电材料可以相同，也可以不相同，本技术对此不作具体限定。此外，本实施例仅以将发光材料以发光颗粒的形式掺杂在透明介电材料中为例进行说明。在其它实施例中，当发光材料以透明发光层的形式设置在透明介电材料中时，可以通过在同轴供料筒30中增设供料通道实现，在此不再赘述。
87.1023、采用同轴挤出工艺，同时形成同轴设置的所述第一透明导电层、所述透明介电层以及第二透明导电层。
88.如图1和图4所示，通过同轴供料筒30同轴挤出第一透明导电材料、透明介电材料、第二透明导电材料以及透明保护层材料，以形成同轴设置的第一透明导电层11、透明介电层12、第二透明导电层13以及透明保护层14。
89.具体的，当第一透明导电层11和第二透明导电层13的材料为离子导电水凝胶等可拉伸导电材料，以及透明介电层12的材料为pdms等可拉伸介电材料时，则可以利用同轴挤出工艺同时得到由内到外呈多层包覆结构的发光纤维100。
90.进一步的，当采用氯化锂聚丙烯酰胺导电水凝胶、pdms等可紫外光固化的单体以及相关光引发剂时，可以在挤出时同时利用紫外光光罩固化成型，得到发光纤维100。当然，还可以将发光纤维100挤出到其的不良溶剂中，利用溶剂交换的原理，实现聚合物的溶剂析出，从而固化成型。
91.进一步的，在本技术一些实施例中，可以通过控制第三通道33的导通状态，形成图案化的第二透明导电层13，如图6所示。
92.具体的，同轴供料筒30还包括控制阀301。控制阀301设置在第三通道33的出料口处(图9仅为示例，具体可根据第三通道33的结构设置控制阀301)。通过控制控制阀301的导通状态挤出速度，可以控制第二透明导电材料的挤出量，从而形成多个间隔排布的透明导电部131。其中，控制阀301可以是手动阀门、电磁阀门或气控阀门等。
93.需要说明的是，第一通道31、第二通道32以及第四通道34的出料口处也可设置控制阀301，以在完成发光纤维100的制备后，关闭各个通道，避免材料浪费。
94.本技术提供的制备方法可以制备一种透明的发光纤维100，使得发光纤维100的应用场景更加灵活，拓宽了发光纤维100的应用领域。具体的，利用同轴挤出工艺可以同时得到由内到外呈多层包覆结构的发光纤维100，方法简单且易操作，提高了生产效率。此外，通过控制第三通道33的导通状态以及材料的挤出速度，可以得到分段式、阵列排布等图案化的第二透明导电层13。从而使得发光纤维100的结构更加灵活多变。
95.以上对本技术提供的发光纤维及其制备方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本技术的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本技术的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本技术的限制。