基于新型变色材料的丛林野战伪装可穿戴显示系统技术方案

基于新型变色材料的丛林野战伪装可穿戴显示系统属于电控及新材料领域，近年来发展的WO3无机电致变色材料，稳定性好，成本低，但是具有显色单一的缺点，无法做到多色彩显示，要实现多色彩显示需要多种材料共同作用，生产成本高。与传统变色器件不同，本发明专利技术仅需一种变色材料即可实现红、黄、蓝、绿等颜色的转变。并且具有柔性的特征，便于穿戴。便于穿戴。便于穿戴。

【技术实现步骤摘要】
基于新型变色材料的丛林野战伪装可穿戴显示系统


[0001]本专利技术属于电控及新材料领域，本专利技术涉及使用Poly(Pr
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EDOT
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BT)这一单一共聚物电致变色材料来实现丛林野战伪装可穿戴显示系统。

技术介绍

[0002]新型变色材料的丛林野战伪装可穿戴变色显示系统的研究有着重要意义。目前彩色显示设备可分为主动发光类和被动反光类。以液晶屏为代表的传统主动发光类显示器用于军事丛林野战伪装，具有两大难题：1)强光下需发出更强的光才能实现理想显示效果；2)工作过程中需要持续供电。3)主动发光容易暴露自身，在夜晚或光照不足的地方无法工作。这三大问题导致传统显示器功耗发热大，无法适用于丛林野战伪装，而且液晶屏有难以弯曲、柔韧性差的特点。以彩色电子纸为代表的被动反光类显示系统通过对有色材料反射特性的调节实现材料变色，除变色过程之外无需外加电压，因此理论上可以克服上述问题。但由于缺乏合适的变色材料，当前的主流彩色电子纸(ACeP)仅能显示有限的几种颜色。且其器件结构复杂，制备工艺流程多，并且需要将多种电致变色材料叠加，成本较高。
[0003]近年来发展的WO3无机电致变色材料，稳定性好，成本低，但是具有显色单一的缺点，无法做到多色彩显示。本项目主要使用Poly(Pr
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EDOT
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BT)这一有机变色材料，具有多色彩变色特性，显示颜色多样，弥补了无机变色材料的缺陷。并且将其结合至驱动电路阵列上，实现动态图形显示，研发电致变色动态多色彩丛林野战伪装可穿戴显示器。电致变色系统的应用使基于新型变色材料的变色显示器不仅不需要背光灯，省电性能好，制造成本低的优势。除此之外，被动反光的特性正好适用于丛林野战的自适应伪装，便于更好的隐藏自身，不被敌军发现。而且，本专利技术采用了新型变色材料，因此仅通过一种共聚物电致材料便可实现多色彩呈现，同时具有兼容柔性衬底的特点，具体表现在其可弯曲，便于穿戴。有效地解决了上述传统材料的一系列问题。

技术实现思路

[0004]本项目针对丛林野战这一特定背景环境的光谱特点(以红、黄、蓝、绿等色为主)，特别选用Poly(Pr
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EDOT
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BT)这一新型共聚物电致变色材料。近年来发展的WO3无机电致变色材料，稳定性好，成本低，但是具有显色单一的缺点，无法做到多色彩显示，要实现多色彩显示需要多种材料共同作用，生产成本高。与传统变色器件不同，本专利技术仅需一种变色材料即可实现红、黄、蓝、绿等颜色的转变。并且具有柔性的特征，便于穿戴。
[0005]本专利技术难点在于如何将Poly(Pr
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EDOT
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BT)这一材料制备成阵列显示器件，并能根据周围环境变化进行自主变色，呈现出迷彩伪装效果。
[0006]本专利技术围绕丛林野战场景下反射型伪装的如下关键需求进行专利技术创造：(1)适宜的宽光谱变色材料；(2)图案化变装(迷彩)；(3)未知环境光下反射光谱的调控；(4)快速图案、光谱切换；(5)在长时间变温条件下的变色准确性。
[0007]本专利技术采用如下设计方案：
[0008]我们通过反复测试比对，得出了Poly(Pr
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BT)这一材料色谱与电压的关系(如图1)、不同电压下器件颜色色度图(如图2)和材料的吸收光谱图(图3)。发现此材料在0
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5V的电压区间内，主要呈现红、黄、蓝、绿色调，与丛林中的背景环境极为相像，非常契合作为变色材料应用于丛林野战伪装的显示系统。由此，本项目进而研究显示系统的制作，使此款显示器能根据周围环境颜色变动而自主变色，从而达到伪装的效果。
[0009]为实现更好的伪装效果，本专利技术采用变色阵列实现图案化变色显示，示意图如图4所示。我们首先制备多色彩共聚物poly(pyrene
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co
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EDOT
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BT)电致变色材料，接着配制出0.1mol/L三水合高氯酸锂/PC的支持电解质，最后利用激光刻蚀技术分别在每一个活性面积为1cm*1cm的ITO玻璃基底上电化学沉积此多色彩共聚物薄膜材料，并在每一块像素点上连出一根导线，作为正极，并连接至继电器。由此制备出多色彩电致变色显示器件的像素点，当想控制某一像素点变色时，即需选通像素点所对应的正极，控制继电器闭合即可产生回路使变色材料变色。
[0010]由上文所述，我们在实验室的环境光下测出了显示的颜色
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电压对应关系表，但在不同环境光下，同一个物质所展现出的RGB值会发生变化。所以，由于在外界环境光不可预知的背景下，我们需要调整关系表中的RGB数值，使之能够根据外界环境光的变化而进行自我调整，从而使变色显示器显示的颜色与背景颜色误差减小。
[0011]由于传感器读数的RGB值与其反射率和环境光所决定，即：
[0012]读数(R,G,B)＝环境光(v)*反射率(r)
[0013]其中v为光源强度，r为漫反射率。因为物质材料不变的情况下，其反射率恒定。因此，我们只需考虑环境光的问题。
[0014]①
我们要得到未知环境下的电压
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颜色对应关系
[0015]为此，本专利技术设计一种环境光的测量方法：
[0016]1.即以实验室环境光下的标准反射样品的反射光谱为基准，测算实际伪装环境光下样品的R'、G'、B'测量数值与实验室环境光下白纸R0、G0、B0测量数值的差异。
[0017]2.通过分别调用感光元件的R,G,B通道计算出比例因子k
r
、k
g
、k
b
,使R'
×
k
r
＝R0、G'
×
k
g
＝G0、B'
×
k
b
＝B0。
[0018]3.继而构建出调整函数K(k
r
、k
g
、k
b
)，从而依据下述公式对颜色
‑
电压对应关系表中颜色RGB值做出调整，即：
[0019]对应关系
环境
((R,G,B),V)＝对应关系
实验室
(R,G,B)*K(k
r
、k
g
、k
b
)
[0020]最终将表中的对应关系(实验室)，转换为当前环境下的RGB
‑
电压对应关系，从而使表格更符合实际环境。
[0021]②
针对颜色
‑
电压对应关系表中未规定的颜色进行颜色的自动匹配
[0022]1.为了使未规定的颜色匹配上一个与之颜色接近的值，在通过上述方式调整表中RGB颜色数值后，再将通过传感器探测到的r、g、b值与数据表格中的R、G、B颜色数据进行方差比较，将测得的实际颜色与数据库中的颜色进行一一比对，从而找到与外界环境最相近的颜色本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于新型变色材料的丛林野战伪装可穿戴显示系统，其特征在于：首先制备多色彩共聚物poly电致变色材料，接着配制出0.1mol/L三水合高氯酸锂/PC的支持电解质，最后利用激光刻蚀技术分别在每一个活性面积为1cm*1cm的ITO玻璃基底上电化学沉积此多色彩共聚物薄膜材料，并在每一块像素点上连出一根导线，作为正极，并连接至继电器；由此制备出多色彩电致变色显示器件的像素点，当想控制某一像素点变色时，即需选通像素点所对应的正极，控制继电器闭合即可产生回路使变色材料变色。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：由于传感器读数的RGB值与其反射率和环境光所决定，即：读数(R,G,B)＝环境光(v)*反射率(r)其中v为光源强度，r为漫反射率；因为物质材料不变的情况下，其反射率恒定；因此，只需考虑环境光的问题；
①
得到未知环境下的电压
‑
颜色对应关系设计一种环境光的测量方法：1)即以实验室环境光下的标准反射样品的反射光谱为基准，测算实际伪装环境光下样品的R'、G'、B'测量数值与实验室环境光下白纸R0、G0、B0测量数值的差异；2)通过分别调用感光元件的R,G,B通道计算出比例因子k
r
、k
g
、k
b
,使R'
×
k
r
＝R0、G
′×
k
g
＝G0、B
′×
k
b
＝B0；3)继而构建出调整函数K(k
r
、k
g
、k
b
)，从而依据下述公式对颜色
‑
电压对应关系表中颜色RGB值做出调整，即：对应关系
环境
((R,G,B),V)＝对应关系
实验室
(R,G,B)*K(k
r
、k
g
、k
b
)最终将表中的对应关系，转换为当前环境下的RGB
‑
电压对应关系；
②
针对颜色
‑
电压对应关系表中未规定的颜色进行颜色的自动匹配a)为了使未规定的颜色匹配上一个与之颜色接近的值，在通过上述方式调整表中RGB颜色数值后，再将通过传感器探测到的r、g、b值与数据表格中的R、G、B颜色数据进行方差比较，将测得的实际颜色与数据库中的颜色进行一一比对，从而找到与外界环境最相近的颜色；b)继而通过AD转换模块输出可调节的0～5V电压，并利用继电器模块组实现显示阵列模块的精准定位，调节电压使之达到变色器件的变色电压范围，控制阵列电致变色器件的颜色变化，最终形成动态图案显示。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：一、显示模块制备A.多色彩共聚物poly(pyrene
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co
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EDOT
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BT)电致变色材料制备：1)先制备芘(pyrene)+3,4
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乙烯二氧噻吩(EDOT)+联二噻吩(BT)+高氯酸锂的乙腈溶液(记为浓度为1:2:1的A混合溶液)：称取0.2023g pyrene和0.1714g BT溶解于盛有50mL乙腈的100mL烧杯中，再用移液枪吸取220微升的EDOT也同样溶解于其中；然后再称取3.21g高氯酸锂溶解于上述混和液中，最后补加乙腈到100mL，在室温中充分搅拌，20分钟后得出A混合溶液；2)以Ag/AgCl作为参比电极，铂片作为对电极，将电化学工作站中的工作电极夹连在铂片上，参比电极和对电极夹连在Ag/AgCl上，通过电化学工作站对上述配制的A溶液进行LSV
测试，并确定电化学共聚的电位；电压范围：
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0.9V～1.6V，扫速为10mV/s；3)随后利用三电极体系，即ITO透明导电玻璃作为工作电极，Pt作为对电极，Ag/AgCl作为参比电极；三电极放进A混合溶液中，电化学工作站施加恒压1.2V，经过60s后即可得到电化学聚合形成的多色彩共聚物poly(pyrene
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co
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BT)电致变色材料；B.电解液制备：将8.1g三水合高氯酸锂溶于50mL的聚碳酸丙烯酯PC中，充分溶解后即可配制出0.1mol/L三水合高氯酸锂/PC的支持电解质；C.多色彩像素点电致变色显示器的制备:利用激光刻蚀技术在ITO/玻璃电极上专门设计了一个透明导电基底；其中，每一个像素点1cm*1cm，一共3*3个像素点均匀排列；遵循步骤1中利用三电极体系分别每一个在活性面积为1cm*1cm的ITO玻璃基底上电化学聚合多色彩poly(pyrene
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ED...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈小青，徐金蘅，莫霄睿，张倩倩，庄碧莹，耿宜琛，宋雨，朱家豪，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：