目前，多数光学防伪技术依赖于静态图像，安全性相对有限，因此亟需能实现动态调制的新型防伪手段。近日，杨柏儒教授团队开发出了一种新型荧光电泳显示（EPD）技术。杨柏儒教授团队成功研发了一项全新的荧光电泳显示（EPD）技术。他们通过将钙钛矿量子点（CsPbBr3）与传统电泳粒子TiO₂相结合，创造了具备荧光特性的电泳粒子，并基于此设计出一种具备多重功能的防伪器件。该器件不仅响应快速、对比度高，还能发出亮丽的绿色荧光，为未来防伪及身份识别领域带来了全新的应用思路。这项研究成果以题为“Fluorescent, multifunctional anti-counterfeiting, fast response electrophoretic display based on TiO2/CsPbBr3 composite particles”发表在《Light: Science & Applications》期刊上，杨柏儒教授为通讯作者，博士生刘广友为第一作者。此项研究得到了国家重点研发计划、科技部项目、广东省重点地区研发计划等项目的支持。
荧光电泳显示器的制备及其在多功能防伪器件上的应用
防伪技术在产品标签、护照以及机密文件等多个领域扮演着关键角色，用于防止仿冒与保护敏感信息。尽管光学防伪设备具备良好的显示性能、操作方便且响应迅速，但由于其单一功能，容易被复制，安全性较低。因此，开发能够实现动态显示的新型防伪设备成为必然趋势。电泳显示器件（EPD）具有低功耗、可动态切换图像以及出色的环境对比度等优点，是理想的动态防伪技术。然而，现有商用EPD设备大多仅能在可见光下运行，显示效果受光源强度影响，限制了其在黑暗或非可见光条件下的应用。荧光电泳显示技术则能够在紫外光下正常运行，突破了传统EPD在光照条件下的限制，扩展了其在紫外环境中的应用潜力。同时，通过结合反射和发射两种显示模式，具有实现多模式动态防伪的可能性。
在本研究中，研究团队首次将CsPbBr₃量子点复合到TiO₂电泳粒子中，成功制备了一种具有荧光特性的电泳材料。该材料在自然光下呈现白色，而在紫外光照射下则发出绿色荧光。通过与TiO₂颗粒的结合，复合粒子不仅具有高电荷、优异的白度，还展现了强烈的荧光效果，并能够在电场作用下实现快速响应驱动。基于这一创新材料，研究团队进一步开发了荧光电泳显示（EPD）器件，具有350 ms的快速响应时间和17的高对比度。此器件能够通过电场和紫外光的双模式驱动，实现多功能防伪显示。在可见光条件下，该荧光EPD可进行黑白状态的切换，而在紫外光照射下则能在绿色与白色之间转换，展示了出色的光学防伪特性。研究的主要创新点如下：
荧光电泳显示器件的应用场景以及荧光电泳颗粒的制备示意图
1. 荧光电泳显示器件的应用以及荧光电泳颗粒的制备
当前的电泳显示器件主要依赖可见光源，如太阳光、室内灯光和背光源，这种光源依赖性限制了其在黑暗环境或非可见光条件下的应用，如图2a所示。为解决这一局限，研究团队提出了一种能够在紫外光下运行的荧光电泳显示器，结合反射与自发光模式，利用荧光电泳颗粒的双模式显示特性，使得电泳显示器在黑暗环境中也能正常工作，未来有望应用于防伪设备领域。
在材料制备方面，研究团队将钙钛矿量子点与TiO₂电泳粒子复合，并通过接枝聚合等技术手段，成功制备了可在电场驱动下运行的荧光电泳颗粒，制备流程如图2b所示。TiO₂颗粒表面富含羟基官能团，便于进一步的表面改性和接枝聚合。首先，通过球磨处理，使用硅烷偶联剂将TiO₂颗粒修饰为TiO₂-MPS。接着，向甲苯溶液中加入分散了TiO₂颗粒的钙钛矿量子点前驱体溶液，合成出负载CsPbBr₃钙钛矿量子点的TiO₂复合粒子（TiO₂/CsPbBr₃）。最后，在低温条件（40°C）下，使用ABVN作为引发剂，使TiO₂/CsPbBr₃与聚合物单体发生聚合反应，制备出荧光电泳粒子TiO₂/CsPbBr₃-PLMA（TiO/CPB）。
荧光EPD在白、绿、黑三种状态下的原理图和照片。比例尺:1厘米
2.荧光EPD
基于荧光电泳颗粒，研究团队成功开发出一款具有双模式显示功能的荧光电泳显示器件。在电场作用下，该显示器能够在黑色和白色之间转换；在紫外光作用时，则可以实现白色和绿色的切换。通过调节电压和紫外光的照射条件，显示器可以在黑、白、绿色三种状态中进行切换。多模式的显示能力不仅增强了荧光电泳显示器在防伪领域的应用潜力，也为其彩色显示提供了可能。该器件结合了反射式与自发光两种显示技术，进一步拓宽了电泳显示器在动态防伪设备中的使用场景。
基于荧光EPD的动态防伪应用
3.多功能防伪器件:
研究团队基于荧光电泳显示器成功开发了一种防伪显示器件，该器件采用多层结构设计，包含上下两个ITO层以及图案化的OCA层。在数字“8”图案中，数字“5”区域被填充了荧光电泳分散液，而其他区域则填充了普通电泳分散液。在可见光照射下，器件在30 V电压下实现了黑白数字“8”的切换。当白色粒子被驱动到ITO顶层时，通过切换紫外光，可以分别呈现数字“5”的绿色状态和数字“8”的白色状态。荧光EPD技术显著扩展了EPD在动态防伪和多功能显示方面的应用，有效提升了防伪安全性。该器件不仅响应迅速，还可以通过电场和紫外光的调控实现隐私保护、智能化和多功能动态显示，展现出较高的保密性。展望未来，这项技术有望扩展到更广泛的显示器件领域，通过整合商业化的驱动电路，如无源矩阵（PM）或有源矩阵（AM），进一步增强其应用范围和安全性。
课题组简介：
杨柏儒：中山大学电子与信息工程学院/光电材料与技术国家重点实验室教授、博导，担任SID2025 国际信息显示学会美国总会大会总主席(General Chair）、SID 2023议程主席(Program Chair)、中国ICDT 2020国际显示技术大会程序委员会主席、SID 2017国际信息显示学会柔性显示专业委员会主席、IDW日本显示学会Oversea Advisory Board成员、IMID韩国显示学会技术委员、JSID期刊副主编等多个重要学术职务。曾获国际信息显示学会总会SID 2023特殊贡献奖 (Special Recognition Award)、国际信息显示学会总会SID 2021总裁表彰奖 (President Citation)以及国际信息显示学会北京分会SID 2021、2022特殊贡献奖、国际信息显示学会总会SID 2022、2016最佳论文奖 (Distinguished Paper Award)、日本显示学会IDW 2019最佳论文奖 (Best of IDW)等奖项。杨柏儒教授长期从事光电显示研究，在柔性显示与电子纸的研发成果已经进入产品化。目前他已经在Light: Science & Application等国际著名期刊发表SCI/会议论文100余篇，获国内外授权专利40余项，主持863计划等国家级课题/项目3项，并主编出版Wiley显示技术丛书《E-Paper Displays》、科技类教材《可穿戴光电显示科技》等显示技术专著。
