CN102103296A - 一种基于染料和液晶共掺光源器件的可调谐方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于染料和液晶共掺光源器件的新型可调谐方法，包括以下工艺过程：采用IPS(In-Plane Switching)玻璃基板，经过取向处理，上下玻璃基板的摩擦方向反平行制作液晶盒，将手性液晶和染料按比例混合均匀，加热至各向同性相，利用毛细作用注入到液晶盒中。利用某一波段激光激励器件，并且在IPS电极上施加交流电场，通过改变附加电场，可使器件光源在可见波段内进行波长调谐。本发明的优点：1、器件体积微小，集成度非常高。2、光源器件的发光机制为随机激光的多重散射，因此光源的单色性好，亮度非常高。3、电场作用下，光源器件的发光波长可以连续调谐。
Description
技术领域：
本发明属于光电子器件技术领域，涉及新型光源器件的波长调谐方法，具体地说是一种染料和手性液晶共掺的光源器件结构和通过附加电场的变化对器件进行波长调谐的技术。
背景技术：
LED是目前应用前景非常好的光源，它最大的优点是节能，但它的制备技术比较复杂，不同颜色LED的材料，工艺等都不同，而本发明中提到的掺染料的LCD器件不仅功耗低，而且制备非常简单，器件还可以通过外在环境(电场、温度等)的变化来实现对激光出射参数(阈值、偏振性、方向性、颜色等)的有效控制。
2004年，Xianyu等人制作了胆甾液晶器件，在垂直螺旋轴的外加电场作用下，研究了胆甾相液晶器件的光子能带隙的红移现象。本发明在器件中进行染料和手性液晶的共掺，利用光子能带隙的红移现象和液晶随机激光辐射现象，通过激光激励和外加电场作用，实现光源器件波长的连续调谐。
本发明公开的染料和液晶共掺的新型可调谐光源器件的出射光为随机激光，因此它的单色性好，亮度非常高，并且本发明的光源器件不同于传统激光源，它是利用无序介质的多次散射和激光增益介质提供光学反馈放大，因此不需要另加谐振腔，具有成本低廉，体积小(约几十微米)，易于集成等优点，可以在光子集成、平面显示、光学传感，光子动力学医疗等领域都可以作为微型光源来应用。
另外，本发明公开的染料和液晶共掺的新型可调谐光源器件的发光机制为随机的多重散射，利用这一发光机制可以得到传统激光光源难以获得的短波长激光器，如紫外光激光器，X射线激光器。本发明的新型光源在显示领域的应用尤其被看好。目前的显示技术，大都为采用输出红、绿、蓝三种波长的基色光作为彩色显示的光源，对R、G、B三基色进行混合调色，实现各种彩色画面的显示。这种显示方式需要复杂的光学和机械装置的支撑，不仅体积大，结构复杂，成本还非常高。而利用本发明的新型光源器件，与目前的显示技术相比较具有很好的优势。首先，本发明的新型光源可以在外场作用下，调整器件本身的光子带隙结构，选择输出波长，控制光源发光颜色。其次，本发明的新型光源体积非常微小，集成度非常高。还有，新型光源只需要一个激光激励源，可大大降低成本和系统的复杂程度。另外，液晶随机激光器还可以应用于光学编码、探测传感、危险材料的标识，搜救等众多不同领域。
发明内容：
本发明的目的是提供一种基于染料和液晶共掺的新型可调谐光源，它是将染料和手性液晶的混合材料注入反平行摩擦取向液晶盒中，通过激光激励和附加垂直于手性液晶螺旋轴的电场的作用下，对器件出射光波长进行调谐。
采用的技术方案：
一种基于染料和液晶共掺光源器件的新型可调谐方法，包括以下工艺过程：采用IPS(In-Plane Switching)玻璃基板，经过取向处理，上下玻璃基板的摩擦方向反平行制作液晶盒，将手性液晶和染料按比例混合均匀，加热至各向同性相，利用毛细作用注入到液晶盒中。利用某一波段激光激励器件，并且在IPS电极上施加交流电场，通过改变附加电场，可使器件光源在可见波段内进行波长调谐。
本发明中的染料为能够被某一波段的激光激发，发射出可见光的材料，将上述染料与手性液晶按照特定的比例均匀混合。并且手性液晶器件作为一维光子带隙结构与激光染料的荧光光谱带宽形成很好的匹配。
光源器件中液晶盒的一个玻璃基板采用IPS电极结构的ITO玻璃基板，把取向膜涂覆在两个玻璃基板上，经过固化和摩擦处理后，使上下玻璃基板的摩擦方向反平行制作液晶器件。液晶盒中注入混合材料，利用激光进行激励，在器件中形成多重散射和光学反馈放大，实现光源器件的发光。
在光源器件的IPS玻璃基板施加交流电压，器件中形成垂直于手性液晶螺旋轴的电场，利用螺距的变化和器件光子带隙的可调特性，对激光辐射在染料的荧光谱范围内进行调谐。另外在混合材料中可以掺杂多种激光染料，对光源器件进行组合调谐，可以进一步拓宽光源器件的调谐带宽。
本发明的优点：
1、器件体积微小，集成度非常高。
2、光源器件的发光机制为随机激光的多重散射，因此光源的单色性好，亮度非常高。
3、电场作用下，光源器件的发光波长可以连续调谐。
附图说明：
图1：光源器件内部结构示意图
具体实施方式：
图1为染料和手性液晶共掺的光源器件结构示意图。在玻璃基板4和镀有IPS电极6的玻璃基板7上旋涂取向膜3、5、高温固化后，进行摩擦取向处理，粘合两个玻璃基板。粘合时，使摩擦取向方向反平行，并喷洒隔垫物控制液晶盒厚度约几十微米。将手性液晶1和染料2按一定比例混合均匀，将混合材料加热到略高于液晶的各向同性相温度，利用毛细作用注入到两个玻璃基板间隙中，再缓慢降温至室温。
将某一波段的激光照射到器件中，器件中产生随机散射和光学反馈放大，当激励激光大于某一个阈值时，光源器件发射出某一波段的高亮度单色光。在IPS电极上施加电场，形成垂直于液晶螺旋轴的电场8，通过调节电场电压，手性液晶的光子带隙产生迁移，可连续调谐光源器件的发射光波长。
Claims (1)
1.一种基于染料和液晶共掺光源器件的新型可调谐方法，包括以下工艺过程：采用IPS(In-Plane Switching)玻璃基板，经过取向处理，上下玻璃基板的摩擦方向反平行制作液晶盒，将手性液晶和染料按比例混合均匀，加热至各向同性相，利用毛细作用注入到液晶盒中。利用某一波段激光激励器件，并且在IPS电极上施加交流电场，通过改变附加电场，可使器件光源在可见波段内进行波长调谐。
本发明中的染料为能够被某一波段的激光激发，发射出可见光的材料，将上述染料与手性液晶按照特定的比例均匀混合。并且手性液晶器件作为一维光子带隙结构与激光染料的荧光光谱带宽形成很好的匹配；
光源器件中液晶盒的一个玻璃基板采用IPS电极结构的ITO玻璃基板，把取向膜涂覆在两个玻璃基板上，经过固化和摩擦处理后，使上下玻璃基板的摩擦方向反平行制作液晶器件，液晶盒中注入混合材料，利用激光进行激励，在器件中形成多重散射和光学反馈放大，实现光源器件的发光；
在光源器件的IPS玻璃基板施加交流电压，器件中形成垂直于手性液晶螺旋轴的电场，利用螺距的变化和器件光子带隙的可调特性，对激光辐射在染料的荧光谱范围内进行调谐，另外在混合材料中可以掺杂多种激光染料，
对光源器件进行组合调谐，可以进一步拓宽光源器件的调谐带宽。
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